JP2003348796A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転子と固定子の隙間のエアギャップ部で固定
子の給気セクションに対向する回転子通風ダクトの回転
子自己通風ファンヘッドを小さくし、固定子の給気セク
ションに効率的に通風させることが可能な回転電機を得
る。 【解決手段】固定子４と回転子１のエアギャップ１２ｇ
で、固定子給気セクション１９に対向する回転子通風ダ
クト１０の出口部にある回転子楔孔１７ａを反回転方向
に所定の傾斜角だけ傾けるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばタービン発
電機などの回転電機であって、回転子自身が回転するこ
とによって発生する回転子自己通風ファンヘッドによ
り、冷却ガスが効率的に導かれるようにした回転電機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、タービン発電機の一例として、ラ
ジアルフロー方式の冷却構造を備えたものがあり、図１
１はこれを説明するためのタービン発電機全体の冷却構
造を模式化して示す断面図である。

【０００３】回転子１は回転子コイル（回転子巻線）２
と、回転子軸８を備えた回転子鉄心３とからなり、図示
しない軸受機構部を介して固定子４を含む固定構造に回
転自在に支持されている。回転子鉄心３の軸方向両端に
突出した回転子コイルエンド（回転子巻線端部）は、そ
のコイルエンドの外周側が保持環５で覆われ、回転子１
が回転する際に回転子コイル端部に作用する強大な遠心
力で回転子コイル２が変形しないように保護されてい
る。また、固定子４は固定子コイル（固定子巻線）６と
固定子鉄心７とからなる。

【０００４】タービン発電機の冷却構造（通風システ
ム）は、回転子軸８の両端に夫々対称的に設けられたフ
ァン９と、円筒状の回転子鉄心３にこの外周面から回転
子軸に向かう半径方向に形成された複数の回転子通風ダ
クト１０と、円筒状であって軸方向に固定子コイル収納
部が形成された固定子鉄心７と、固定子鉄心７の外周面
から積層面に沿って形成された複数の固定子通風ダクト
１１とで構成されている。

【０００５】図１２は、回転子通風ダクト１０を拡大し
て示す断面図であって、具体的には図１１の１２─１２
線に沿って切断し矢印方向に見た拡大断面図である。図
１２において、回転子通風ダクト１０は半径方向に積層
された回転子コイル６に設けられた回転子コイル孔１４
と、回転子コイル６と回転子楔１７との間の円面絶縁距
離を確保するためのクリページ（creepage）ブロック１
５と、クリページブロック１５に設けられたクリページ
ブロック孔１６と回転子楔１７に半径方向に形成された
回転子楔孔１８によって構成されている。

【０００６】このような構成のものにおいて、回転子軸
８の端部に取り付けられたファン９によって図示しない
冷却記器からの冷却ガスは、保持環５により固定子側冷
却ガス流と回転子側冷却ガス流とに分岐される。

【０００７】固定子側冷却ガス流は、固定子４の給気セ
クション１９における固定子通風ダクト１１を通る過程
で固定子コイル６を冷却し、エアギャップ１２ｇを介し
て排気セクション２０における固定子通風ダクト１１、
排気通路（図示せず）、冷却器を通って排気ダクト（図
示せず）から外部に排出される。

【０００８】ここで、給気セクション１９とは、冷却ガ
スクーラからの冷却ガスを固定子４に供給するための部
屋を指している。排気セクション２０は、回転子１から
の冷却ガスを固定子４を介して冷却ガスクーラに供給す
るための部屋を指している。

【０００９】また、回転子側冷却ガス流は、保持環５内
の回転子コイル６の端部の隙間に流れ込み、サブスロッ
ト１３、回転子通風ダクト１０の回転子コイル孔１４を
通って固定子４と回転子１のエアギャップ１２ｇ部に排
出される。この過程でコイル端部を含む回転子コイル２
を冷却し、回転子１の外周側の回転子１と固定子２との
エアギャップ１２ｇで固定子４の給気セクション１９を
通過した冷却ガスと合流し、固定子４の排気セクション
２０における固定子通風ダクト１１を通って排気ダクト
から外部に排出される。

【００１０】ここで、回転子楔孔１８からエアギャップ
１２ｇへ排出された冷却ガスの一部と、固定子鉄心７の
給気セクション１９及び固定子通風ダクト１１を通り、
エアギャップ１２ｇへ流入した冷却ガスの一部と、エア
ギャップ１２ｇの軸方向端部からエアギャップ１２ｇへ
と流入した冷却ガスは、排気セクション２０内の固定子
通風ダクト１１をこの内周側から外周側へと流れ、排気
セクション２０内の固定子鉄心７と固定子コイル６を冷
却して、排気セクション２０へ流れ、冷却器（図示せ
ず）により冷却される。

【００１１】また、回転子１の回転子楔孔１８からエア
ギャップ１２ｇへと排出された冷却ガスの残りの分と、
給気セクション１９からエアギャップ１２ｇへと流入し
た冷却ガスの残りの分とは、排気セクション２０内の固
定子通風ダクト１１の内周側から外周側へと流れ、排気
セクション２０内の固定子鉄心７及び固定子コイル６を
冷却して排気通路を通って冷却器（図１１及び図１２で
は図示しないが、図１〜図１０では２４としてある）に
至り、ここで冷却される。

【００１２】回転子１内の冷却ガスは、回転子自体が回
転することによりファンのように作用して軸方向に発生
する風圧力、すなわち、通風ファンヘッド（回転子自己
通風ファン効果）によって回転子通風ダクト１０を流動
する。この場合、回転子自己通風ファンヘッドの大きさ
は回転子通風ダクト１０をファン９の流路とした場合、
流路入口に相当するサブスロット１３部の絶対流速と旋
回流速と相対流速からなる速度三角形と、流路出口に相
当する回転子楔１７部の絶対流速と旋回流速と相対流速
からなる速度三角形によって決まる。

【００１３】全ヘッドは遠心作用による圧力ヘッドと増
速作用による速度ヘッドからなる。圧力ヘッドは回転子
通風ダクト１０の入口であるサブスロット１３と出口で
ある回転子楔１７位置における旋回流速の動圧差に依存
するので、サブスロット１３と回転子楔１７の半径位置
によって決まる。速度ヘッドは半径方向流速にも依存す
るが、回転子コイル孔１４の半径と回転子楔孔１８の半
径がほぼ同じ場合はその影響は小さく、絶対値として半
径方向流速より断然大きい旋回流速が圧力ヘッドと同様
に支配的な因子となる。

【００１４】この場合、速度ヘッドはエアギャップ１２
ｇで静圧に回復しない限り回転子通風ダクト１０の出口
損失となる。出口損失を低減させることで自己通風ファ
ンヘッドが大きくなれば、回転子コイル２への通風流量
の増加そしてコイル冷却性能の向上が期待できる。

【００１５】一方、固定子４の給気セクション１９にお
ける固定子通風ダクト１１の冷却ガスは、ファン９のヘ
ッドとエアギャップ１２ｇ部の圧力差によって通風す
る。そのため回転子１の自己通風ファンヘッドの増加に
ともなってエアギャップ１２ｇの圧力が増加すると、給
気セクション１９へ冷却ガスが流動しづらくなるのでフ
ァン９の高ヘッド化をする必要がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の固
定子４および回転子１の冷却構造を備えた回転電機にお
いては、回転子１の半径方向寸法の増加にともなって回
転子自己通風ファンヘッドが増加してエアギャップ１２
ｇ部の圧力が高くなり、回転子軸８の端部に設置された
ファン９のヘッド（圧力）により給気セクション１９へ
圧送される冷却ガスが通風しづらくなることがあったの
で、回転電機の大型化あるいは回転電機の出力の抑制を
余儀なくされるという問題があった。

【００１７】本発明は上記のような問題を解消するため
になされたもので、回転子が回転することによって発生
する回転子自己通風ファンヘッドを小さくし、固定子の
給気セクションに効率的に通風させることが可能な回転
電機を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、固定子鉄心の半径方向
に複数の固定子通風ダクトが形成され、内周側の軸方向
に固定子コイルを収納するための複数の固定子コイル収
納部が形成された固定子と、前記固定子鉄心の外周側で
あって前記固定子通風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄
心に冷却ガスを供給するための給気セクション及び該固
定子鉄心からの冷却ガスを排出するための排気セクショ
ンと、前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して
回転自在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コ
イルを収納するための回転子コイル収納部が形成され、
かつ半径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回
転子と、前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転
子コイルが前記回転子コイル収納部から飛散するのを防
止し、かつ前記回転子コイルとの沿面絶縁距離を保つた
めのものであって、前記回転子通風ダクトと前記エアギ
ャップを連通するように夫々形成される楔穴を有する複
数の楔部材と、前記回転子が回転することにより前記給
気セクション及び排気セクションに夫々発生する回転子
自己通風ファンヘッドを、前記給気セクション側を前記
排気セクション側より相対的に小さくするファンヘッド
調整手段とを具備した回転電機である。

【００１９】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通風
ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを収
納するための複数の固定子コイル収納部が形成された固
定子と、前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通
風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給
するための給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却
ガスを排出するための排気セクションと、前記固定子鉄
心の内周側にエアギャップを介して回転自在に配設さ
れ、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを収納するた
めの回転子コイル収納部が形成され、かつ半径方向に複
数の回転子通風ダクトが形成された回転子と、前記回転
子の回転に伴う遠心力によって前記回転子コイルが前記
回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、かつ前記
回転子コイルとの沿面絶縁距離を保つためのものであっ
て、前記各回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通
するように夫々形成される楔穴のうち、前記給気セクシ
ョンに対向する各楔穴は、前記回転子の回転方向と反対
方向に所定角度θだけ傾斜させた複数の楔部材とを具備
した回転電機である。

【００２０】請求項３に対応する発明は、次のようにし
たものである。すなわち、前記楔部材に形成されている
楔穴の傾斜角度θは、（２）式を満たす請求項２記載の
回転電機である。

【００２１】

【数２】

【００２２】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通風
ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを収
納するための複数の固定子コイル収納部が形成された固
定子と、前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通
風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給
するための給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却
ガスを排出するための排気セクションと、前記固定子鉄
心の内周側にエアギャップを介して回転自在に配設さ
れ、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを収納するた
めの回転子コイル収納部が形成され、かつ半径方向に複
数の回転子通風ダクトが形成された回転子と、前記回転
子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイルが前記回
転子コイル収納部から飛散するのを防止し、かつ前記各
回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通するように
夫々形成される楔穴は、回転方向とは反対方向に傾斜さ
せると共に、前記排気セクションに対向する楔穴を、前
記給気セクションに対向する楔穴とは異なる角度で傾斜
させた楔部材とを具備した回転電機である。

【００２３】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通風
ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを収
納するための複数の固定子コイル収納部が形成された固
定子と、前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通
風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給
するための給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却
ガスを排出するための排気セクションと、前記固定子鉄
心の内周側にエアギャップを介して回転自在に配設さ
れ、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを収納するた
めの回転子コイル収納部が形成され、かつ半径方向に複
数の回転子通風ダクトが形成された回転子と、前記回転
子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイルが前記回
転子コイル収納部から飛散するのを防止し、かつ前記各
回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通するように
夫々形成される楔穴の半径方向の長さは、前記給気セク
ション側より前記排気セクション側を短く形成した楔部
材とを具備した回転電機である。

【００２４】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通風
ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを収
納するための複数の固定子コイル収納部が形成された固
定子と、前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通
風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給
するための給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却
ガスを排出するための排気セクションと、前記固定子鉄
心の内周側にエアギャップを介して回転自在に配設さ
れ、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを収納するた
めの回転子コイル収納部が形成され、かつ半径方向に複
数の回転子通風ダクトが形成された回転子と、前記回転
子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイルが前記回
転子コイル収納部から飛散するのを防止し、かつ前記各
回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通するように
夫々形成される楔穴のうち、前記エアギャップの軸方向
端部近傍に対応する楔穴は、その回転方向と反対方向に
所定角度θだけ傾斜させた楔部材とを具備した回転電機
である。

【００２５】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通風
ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを収
納するための複数の固定子コイル収納部が形成された固
定子と、前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通
風ダクトと夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給
するための給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却
ガスを排出するための排気セクションと、前記固定子鉄
心の内周側にエアギャップを介して回転自在に配設さ
れ、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを収納するた
めの回転子コイル収納部が形成され、かつ半径方向に複
数の回転子通風ダクトが形成された回転子と、前記回転
子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイルが前記回
転子コイル収納部から飛散するのを防止し、かつ前記各
回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通するように
夫々形成される楔穴のうち、前記エアギャップの軸方向
端部近傍に対応する楔穴は、その回転方向に所定角度θ
だけ傾斜させた楔部材とを具備した回転電機である。

【００２６】請求項８に対応する発明は、次のようにし
たものである。すなわち、前記回転子コイル収納部に収
納された各楔部材の前記回転子コイルと、対向する側に
夫々形成された楔穴相互間を連通する連通路を夫々形成
し、かつ該各連通路は前記給気セクションと前記排気セ
クションとの境界部で仕切りを形成した請求項１〜７の
いずれかに記載の回転電機である。

【００２７】請求項９に対応する発明は、次のようにし
たものである。すなわち、前記エアギャップにおいて、
前記給気セクションに対応する箇所と前記排気セクショ
ンに対応する箇所の間を区切る仕切りを、前記固定子鉄
心側に設けた請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機
である。

【００２８】請求項１０に対応する発明は、次のように
ものである。すなわち、前記楔部材は、回転子楔とクリ
ページブロックからなるもの、又は該回転子楔と該クリ
ページブロックを一体に形成したものからなる請求項１
〜８のいずれかに記載の回転電機である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００３０】図１は本発明の第１の実施形態による回転
電機における回転子および固定子の通風システムと固定
子の給気セクションに対向する回転子通風ダクトの構成
例を示す断面図であり、図１１および図１２と同一要素
には同一符号を付してその説明をおこなう。

【００３１】本発明の回転電機は、ラジアルフロー式の
回転電機において、以下に述べるファンヘッド調整手段
を設けたところ特徴を有する。以下、これについて説明
する。

【００３２】ラジアルフロー式の回転電機は、円筒状で
あって、半径方向に複数の固定子通風ダクト１１が形成
され、かつ内周側の軸方向に固定子コイル収納部７ａが
形成された固定子鉄心７と、固定子コイル収納部７ａに
収納された固定子コイル６と、固定子鉄心７の外周側で
あって固定子通風ダクト１１と連通するように形成さ
れ、固定子鉄心７に冷却器２４からの冷却ガスを供給す
るための給気セクション１９と、固定子鉄心７の外周側
であって固定子通風ダクト１１と連通するように形成さ
れ、固定子鉄心７からの冷却ガスを排気する（冷却器２
４に導く）ための排気セクション２０と、固定子鉄心７
の内周側にエアギャップ１２ｇを介して回転自在に配設
され、外周側の軸方向に複数の回転子コイル収納部３ａ
が形成され、かつ半径方向に複数の回転子通風ダクト１
０が形成された円筒状の回転子鉄心３と、各回転子コイ
ル収納部３ａ内に絶縁物１６を介して収納された複数の
回転子コイル２と、各回転子コイル収納部３ａであって
エアギャップ１２ｇ側と回転子コイル２との間に夫々収
納され、回転に伴う遠心力によって回転子コイル２が各
回転子コイル収納部３ａから飛散するのを防止する金属
性の回転子楔１７と、回転子楔１７と回転子コイル２と
の間に配設され両者間の沿面絶縁距離を保つためのクリ
ペイジブロック１５と、回転子通風ダクト１０１４とエ
アギャップ１２ｇを連通するようにクリペイジブロック
１５及び回転子楔１７に夫々形成されるクリペイジブロ
ック穴１５ａ及び回転子楔穴１７ａとから構成されてい
る。なお、各回転子コイル収納部３ａ内であって回転子
コイル２の間には、絶縁物１６が配設されている。

【００３３】このような構成の回転電機において、ファ
ンヘッド調整手段は、概略構成として、給気セクション
１９及び排気セクション２０に夫々発生するものであっ
て、回転軸８と回転子鉄心３と回転子コイル２と回転子
楔１７とクリペイジブロック１５からなる回転子１が回
転することに伴って軸方向に発生する回転子自己通風フ
ァンヘッドは、給気セクション１９側を排気セクション
２０側より相対的に小さくするためのものである。

【００３４】ファンヘッド調整手段は、図２に示すよう
に固定子４の給気セクション１９のみに対向する回転子
通風ダクト１０の回転子楔孔１７ａを反回転方向に所定
傾斜角度θだけ傾けたものである。図２は、図１の２─
２線に沿って切断し矢印方向に見た拡大断面図である。

【００３５】ここで、所定傾斜角度θは、前述した
（２）式を満たすようにするのが望ましい。

【００３６】楔部材を構成する回転子楔１７とクリペー
ジブロック１５は、別構成のものに限らず、回転子楔１
７とクリページブロック１５の機能を一体に形成したも
のであってもよい。

【００３７】回転子楔孔１７ａの直線部と傾斜部のコー
ナーでは流れが剥離しないように滑らかに流路方向が変
化することが望ましい。

【００３８】また、回転子楔１７の肉厚寸法（高さ寸
法）が小さく、クリページブロック１５の肉厚寸法（高
さ寸法）が大きいような場合は、回転子楔孔１７ａとク
リページブロック孔１５ａで合わせて斜め流路を形成す
ることで同様の効果が得られる。

【００３９】この場合、固定子４の給気セクション１９
では回転子通風ダクト１０に流入する冷却ガスの絶対流
速ベクトルの旋回流速成分と回転子通風ダクト１０から
流出する冷却ガスの絶対速度ベクトルの旋回流速成分が
ほぼ同じになるので、増速作用がなくなり速度ヘッドが
小さくなる。

【００４０】以上により給気セクション１９に対応する
回転子１と固定子４のエアギャップ１２ｇの圧力が小さ
くなるので、給気セクション１９の固定子通風ダクト１
１には回転子軸８の端部に設置されたファン9の作用に
よって冷却ガスが効率よく圧送される。また、給気セク
ション１９における回転子通風ダクト出口における冷却
ガスの相対速度ベクトルを反回転方向に向けることによ
って絶対速度ベクトルの旋回流速成分を小さくなるの
で、回転子自己通風ファンヘッドの流速増加作用による
速度ヘッドが小さくなる。この結果、回転子自己通風フ
ァンヘッドの流速増加作用による速度ヘッドが小さくな
る。

【００４１】さらに、回転子通風ダクト１０の出口にお
ける冷却ガスの絶対速度ベクトルの旋回流速成分が回転
子通風ダクト１０の入口における冷却ガスの絶対速度ベ
クトルの旋回流速成分と同等になるので速度ヘッドがほ
ぼゼロになる。これにより、固定子１の給気セクション
１９に対応するエアギャップ１２ｇの圧力が低減し、回
転子軸８の端部に設置されたファン９によって圧送され
た冷却ガスが給気セクション１９に効率的に導かれ固定
子コイルの温度上昇を抑制することができる。

【００４２】図３は本発明の第２の実施形態による回転
電機における回転子および固定子の通風システムと固定
子排気セクションに対向する回転子通風ダクト１０の構
成例を示す断面図であり、図１と同一要素には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。

【００４３】第２の実施形態では、固定子４の給気セク
ション１９及び排気セクション２０に夫々対向する回転
子通風ダクト１０の回転子楔孔１７ａを反回転方向に所
定角度θだけ傾けたものである。回転子楔孔１８の直線
部と傾斜部のコーナーでは流れが剥離しないように滑ら
かに流路方向が変化することが望ましい。

【００４４】また、回転子楔１７の肉厚寸法が小さくク
リページブロック１５の肉厚寸法が大きいような場合
は、回転子楔孔１７ａとクリページブロック孔１５ａで
合わせて斜め流路を形成することで同様の効果が得られ
る。排気セクション２０に対向する回転子通風ダクト１
０の回転子楔孔１８出口の傾き角を給気セクション１９
に対向する回転子通風ダクト１０の回転子楔孔１７ａの
出口の傾き角より小さくすることで、排気セクション２
０に対向する回転子通風ダクト１０の自己通風ファンヘ
ッドが小さくなることを抑制できる。

【００４５】この場合、固定子４の排気セクション２０
および給気セクション１９では、回転子通風ダクト１０
に流入する冷却ガスの絶対流速ベクトルの旋回流速成分
と、回転子通風ダクト１０から流出する冷却ガスの絶対
速度ベクトルの旋回流速成分がほぼ同じになるので、増
速作用がなくなり速度ヘッドが小さくなる。

【００４６】以上述べたことから、固定子４の排気セク
ション２０および給気セクション１９に対応する回転子
１と固定子４の隙間のエアギャップ１２ｇの圧力が小さ
くなるので、固定子４の給気セクション１９の固定子通
風ダクト１１には回転子軸８の端部に設置されたファン
9のヘッドによって冷却ガスが効率よく圧送され、排気
セクション２０においては、回転子通風ダクト１０出口
の旋回流速成分が小さくなるので出口損失が大幅に低減
される。

【００４７】図４は本発明の第３の実施形態による回転
電機における回転子および固定子の通風システムと固定
子の排気セクションに対向する回転子通風ダクト１０の
構成例を示す断面図であり、図５は図４の５─５線に沿
って切断し矢印方向に見た拡大断面図である。図１と同
一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。

【００４８】第３の実施形態では、回転子楔穴１７ｂの
半径方向の長さは、給気セクション１９側より排気セク
ション２０側を短く形成したものである。具体的には、
回転子楔孔１７ｂの出口をＣ５（半径５mm）以上の面取
り部１７ｃを形成したり、或いは回転子楔孔１７ｂの出
口の面取りは回転子楔孔１７ｂの全周ではなく回転方向
下流側のみとしたり、又は回転子楔１７の外周側の半径
寸法を変えることである。このようにすることで、給気
セクション１９側が排気セクション２０側より回転子通
風ダクト１０の自己通風ファンヘッドを小さくすること
ができる。

【００４９】この場合、固定子４の給気セクション１９
では回転子通風ダクト１０の入口での回転子１の旋回速
度による動圧と回転子通風ダクト１０の出口での回転子
１の旋回速度による動圧の差が小さくなるので、遠心作
用が小さくなり圧力ヘッドが小さくなる。

【００５０】以上により固定子４の給気セクション１９
に対応する回転子１と固定子４の隙間のエアギャップ１
２ｇ部の圧力が小さくなるので、固定子４の給気セクシ
ョン１９の固定子通風ダクト１１には回転子軸端に設置
されたファン9のヘッドによって冷却ガスが効率よく圧
送される。

【００５１】図６は本発明の第４の実施形態による回転
電機における回転子および固定子の通風システムを示す
断面図であり、図７は図６の７─７線に沿って切断し矢
印方向に見た拡大断面図である。図１と同一要素には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。

【００５２】第４の実施形態では、エアギャップ１２ｇ
部の軸方向端部に対応する回転子通風ダクト１０の回転
子楔孔１７ｄを反回転方向に、所定傾斜角度θ傾けたも
のである。この場合、回転子楔孔１７ｄの直線部と傾斜
部のコーナーでは流れが剥離しないように滑らかに流路
方向が変化するようにすることが望ましい。なお、所定
傾斜角度θは、前述の（２）式を満足するものである。

【００５３】また、第４の実施形態の変形例として次の
ようにしても良い。すなわち、回転子楔１７の肉厚寸法
が小さくクリページブロック１５の肉厚寸法が大きいよ
うな場合は、回転子楔孔１８とクリページブロック孔１
５ａで合わせて斜め流路を形成することで、図７と同様
の効果が得られる。

【００５４】この場合、エアギャップ１２ｇの軸方向端
部では回転子通風ダクト１０に流入する冷却ガスの絶対
流速ベクトルの旋回流速成分と回転子通風ダクト１０か
ら流出する冷却ガスの絶対速度ベクトルの旋回流速成分
がほぼ同じになるので、増速作用がなくなり速度ヘッド
が小さくなる。

【００５５】以上によりエアギャップ１２ｇの端部の圧
力が低減するので、エアギャップ１２ｇの軸方向端部が
開放されている場合に、回転子１の軸方向端部に設置さ
れたファン９のヘッドによって圧送された温度上昇して
いない冷却ガスがエアギャップ１２ｇに直接導かれ、固
定子コイル６端部近傍の温度上昇が抑制される。また、
回転子通風ダクト１０出口の旋回流速成分が小さくなる
ので、出口損失が大幅に低減される。

【００５６】図８は本発明の第５の実施形態による回転
電機における回転子および固定子の通風システムを示す
断面図であり、図１と同一要素には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００５７】第５の実施形態は、前述の第１の実施形態
と異なる点は、エアギャップ１２ｇの軸方向端部であっ
て、固定子鉄心７の軸方向端面にバッフル２１を設け、
回転軸の端部に設けられているファン９により発生する
冷却ガスが、エアギャップ１２ｇに流入するのをできる
だけ少なくするようにしたものである。それ以外の点
は、前述の第１の実施形態と同一である。

【００５８】第５の実施形態も、回転子楔孔１７ａの直
線部と傾斜部のコーナーでは流れが剥離しないように滑
らかに流路方向が変化することが望ましい。これを実現
するためには、回転子楔１７の肉厚寸法が小さくクリペ
ージブロック１５の肉厚寸法が大きいような場合は、回
転子楔孔１７ａとクリページブロック孔１５ａで合わせ
て斜め流路を形成するようにすればよい。

【００５９】この場合、エアギャップ１２端部における
回転子通風ダクト１０出口における冷却ガスの絶対速度
ベクトルの旋回流速成分が大きくなるので、回転子自己
通風ファンヘッドの流速増加作用による速度ヘッドが大
きくなる。

【００６０】以上述べた第５の実施形態によれば、エア
ギャップ１２ｇの軸方向端部の圧力が増加する場合であ
っても、エアギャップ１２ｇの軸方向端部がバッフル２
１で仕切られているので、バッフル２１と回転子１との
隙間から回転子１軸端に設置されたファン９からの冷却
ガスの流入を低減し、エアギャップ１２ｇの軸方向端部
の圧力増加が抑制される。

【００６１】図９は本発明の第６の実施形態を説明する
ための図で、第１〜第５の実施形態のいずれかにおける
よるクリページブロック１５を拡大して示す断面図であ
る。第６の実施形態は、回転子コイル収納部に収納され
た各回転子楔１７の回転子コイル２と、対向する側に夫
々形成されたクリページブロック穴１５ａ，１５ｂの相
互間を連通する連通路例えば連通溝２２を夫々形成し、
かつ該各連通溝２２は、給気セクション１９と排気セク
ション２０との境界部で仕切り１５ｄを形成したもので
ある。

【００６２】以上述べた第６の実施形態では、各連通溝
２２は、給気セクション１９と排気セクション２０との
境界部で仕切り１５ｄが形成されているので、回転子通
風ダクト１０のダクト内圧力が異なってクリページブロ
ック１５の連通溝２２に圧力勾配がある場合でも、回転
子通風ダクト１０間で固定子４の各セクションの境に対
応する回転子通風ダクト１０間に冷却ガスが通風するこ
とが抑制される。

【００６３】この結果、固定子４の給気セクション１９
に対向する回転子通風ダクト１０と排気セクション２０
に対向する回転子通風ダクト１０の全ヘッドが異なる場
合に、連通溝２２を通風する冷却ガスの圧力損失を抑制
することができる。

【００６４】図１０は本発明の第７の実施形態を説明す
るための回転電機における回転子および固定子の通風シ
ステムを示す断面図であり、図８と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００６５】第７の実施形態では、固定子４の給気セク
ション１９に対向する回転子通風ダクト１０の全ヘッド
と排気セクション２０に対向する回転子通風ダクト１０
の全ヘッドが異なる場合に、エアギャップ１２ｇ部に固
定子４の各セクションを仕切る仕切り２３を、エアギャ
ップ１２ｇに対向する固定子鉄心７の内周面に夫々設け
たものである。

【００６６】この場合、回転子通風ダクト１０のダクト
内圧力が異なってエアギャップ１２ｇ部に圧力勾配があ
る場合でも、固定子４の給気セクション１９に対応する
エアギャップ１２ｇ部と排気セクション２０に対応する
エアギャップ１２ｇ部が平均化されるのを抑制すること
ができる。

【００６７】以上により、第７の実施形態によれば固定
子４の給気セクション１９に対向する回転子通風ダクト
１０と排気セクション２０に対向する回転子通風ダクト
１０の全ヘッドが異なる場合に、エアギャップ１２ｇ部
が平均的な圧力上昇が抑制される。

【００６８】＜変形例＞本発明は、以上述べた実施形態
に限定されず、例えば次のように変形してもよい。前述
の実施形態では、回転子鉄心の回転子コイル収納部内に
収納した楔部材として、回転子楔１７及びクリページブ
ロック１５を夫々別々に構成したものを使用した例につ
いて説明したが、これに限らず回転子楔１７とクリペー
ジブロック１５を単に一体にしたものであってもよく、
また両者の本来の機能を満足する一つの部材であっても
よい。

【００６９】また、前述の実施形態では、回転軸８の軸
方向両端部に夫々ファン９を設けたものを例にあげて説
明したが、該ファン９を設けていないものあっても、回
転子自身が回転することにより、回転子自己通風ファン
ヘッドが生ずる回転電機なら何でも良い。

【００７０】さらに、前述の実施形態の回転子楔穴１７
ａの傾斜角度は、（２）式を満足する値ならどんな値で
も良い。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、回転子と固定子の隙間
のエアギャップ部で固定子の給気セクションに対向する
回転子通風ダクトの回転子自己通風ファンヘッドを小さ
くし、固定子の給気セクションに効率的に通風させるこ
とが可能な回転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の第1の実施形態におけ
る回転子および固定子の通風システムと回転子通風ダク
トを示す断面図。

【図２】図１の２─２線に沿って切断し、矢印方向に見
た拡大断面図。

【図３】本発明による回転電機の第２の実施形態におけ
る回転子および固定子の通風システムと回転子通風ダク
トを示す断面図。

【図４】本発明による回転電機の第３の実施形態におけ
る回転子および固定子の通風システムと回転子通風ダク
トを示す断面図。

【図５】図４の５─５線に沿って切断し、矢印方向に見
た拡大断面図。

【図６】本発明による回転電機の第４の実施形態におけ
る回転子および固定子の通風システムと回転子通風ダク
トを示す断面図。

【図７】図６の７─７線に沿って切断し、矢印方向に見
た拡大断面図。

【図８】本発明による回転電機の第５の実施形態におけ
る回転子および固定子の通風システムを示す断面図。

【図９】本発明による回転電機の第６の実施形態におけ
るクリページブロックを拡大して示す断面図。

【図１０】本発明による回転電機の第７の実施形態にお
ける回転子および固定子の通風システムを示す断面図。
回転子通風ダクトのクリページブロックを拡大して示す
図。

【図１１】従来のタービン発電機全体の冷却構造を示す
断面図。

【図１２】図１１の１２─１２線に沿って切断し、矢印
方向に見た拡大断面図。

【符号の説明】

１…回転子 ２…回転子コイル ３…回転子鉄心 ４…固定子 ５…保持環 ６…固定子コイル ７…固定子鉄心 ８…回転子軸 ９…ファン １０…回転子通風ダクト １１…固定子通風ダクト １２ｇ…エアギャップ １３…サブスロット ２ａ…回転子コイル孔 １５…クリページブロック １５ａ…クリページブロック孔 １７…回転子楔 １７ａ…回転子楔孔 １９…給気セクション ２０…排気セクション ２１…バッフル ２２…連通溝 ２３…仕切り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H604 AA03 BB04 BB10 BB14 CC02 CC05 CC14 PB03 QC01 QC09 5H609 BB03 BB19 PP02 PP08 PP09 QQ03 QQ10 QQ16 QQ18 RR03 RR17 RR21 RR22 RR42 RR51

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイル
   が前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、か
   つ前記回転子コイルとの沿面絶縁距離を保つためのもの
   であって、前記回転子通風ダクトと前記エアギャップを
   連通するように夫々形成される楔穴を有する複数の楔部
   材と、 前記回転子が回転することにより前記給気セクション及
   び排気セクションに夫々発生する回転子自己通風ファン
   ヘッドを、前記給気セクション側を前記排気セクション
   側より相対的に小さくするファンヘッド調整手段と、 を具備した回転電機。
2. 【請求項２】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって前記回転子コイ
   ルが前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、
   かつ前記回転子コイルとの沿面絶縁距離を保つためのも
   のであって、前記各回転子通風ダクトと前記エアギャッ
   プと連通するように夫々形成される楔穴のうち、前記給
   気セクションに対向する各楔穴は、前記回転子の回転方
   向と反対方向に所定角度θだけ傾斜させた複数の楔部材
   と、 を具備した回転電機。
3. 【請求項３】 前記楔部材に形成されている楔穴の傾斜
   角度θは、（１）式を満たす請求項２記載の回転電機。 【数１】
4. 【請求項４】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイル
   が前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、か
   つ前記各回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通す
   るように夫々形成される楔穴は、回転方向とは反対方向
   に傾斜させると共に、前記排気セクションに対向する楔
   穴を、前記給気セクションに対向する楔穴とは異なる角
   度で傾斜させた楔部材と、 を具備した回転電機。
5. 【請求項５】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイル
   が前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、か
   つ前記各回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通す
   るように夫々形成される楔穴の半径方向の長さは、前記
   給気セクション側より前記排気セクション側を短く形成
   した楔部材と、 を具備した回転電機。
6. 【請求項６】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイル
   が前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、か
   つ前記各回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通す
   るように夫々形成される楔穴のうち、前記エアギャップ
   の軸方向端部近傍に対応する楔穴は、その回転方向と反
   対方向に所定角度θだけ傾斜させた楔部材と、 を具備した回転電機。
7. 【請求項７】 固定子鉄心の半径方向に複数の固定子通
   風ダクトが形成され、内周側の軸方向に固定子コイルを
   収納するための複数の固定子コイル収納部が形成された
   固定子と、 前記固定子鉄心の外周側であって前記固定子通風ダクト
   と夫々連通し、該固定子鉄心に冷却ガスを供給するため
   の給気セクション及び該固定子鉄心からの冷却ガスを排
   出するための排気セクションと、 前記固定子鉄心の内周側にエアギャップを介して回転自
   在に配設され、外周側の軸方向に複数の回転子コイルを
   収納するための回転子コイル収納部が形成され、かつ半
   径方向に複数の回転子通風ダクトが形成された回転子
   と、 前記回転子の回転に伴う遠心力によって該回転子コイル
   が前記回転子コイル収納部から飛散するのを防止し、か
   つ前記各回転子通風ダクトと前記エアギャップと連通す
   るように夫々形成される楔穴のうち、前記エアギャップ
   の軸方向端部近傍に対応する楔穴は、その回転方向に所
   定角度θだけ傾斜させた楔部材と、 を具備した回転電機。
8. 【請求項８】 前記回転子コイル収納部に収納された各
   楔部材の前記回転子コイルと、対向する側に夫々形成さ
   れた楔穴相互間を連通する連通路を夫々形成し、かつ該
   各連通路は前記給気セクションと前記排気セクションと
   の境界部で仕切りを形成した請求項１〜７のいずれかに
   記載の回転電機。
9. 【請求項９】 前記エアギャップにおいて、前記給気セ
   クションに対応する箇所と前記排気セクションに対応す
   る箇所の間を区切る仕切りを、前記固定子鉄心側に設け
   た請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機。
10. 【請求項１０】 前記楔部材は、回転子楔とクリページ
    ブロックからなるもの、又は該回転子楔と該クリページ
    ブロックを一体に形成したものからなる請求項１〜８の
    いずれかに記載の回転電機。