WO2002071578A1

WO2002071578A1 - Dynamo-electric machine

Info

Publication number: WO2002071578A1
Application number: PCT/JP2002/001952
Authority: WO
Inventors: Kenichi Hatori; Kazumasa Ide; Akiyoshi Komura; Takashi Watanabe; Ryoichi Shiobara; Yasuomi Yagi; Kengo Iwashige; Keiji Kobashi
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2002-09-12
Also published as: US7071586B2; US20040090131A1; JP3832434B2; JPWO2002071578A1; WO2002071577A1; EP1367697A4; EP1367697B1; EP1367697A1

Description

明細

回転電機技術分野

本発明は、回転電機に係り、特に冷却媒体が流れる通風路に冷却器を設置した回転電機に関するものである。背景技術

回転電機は、固定于に対向させて回転子を回転させるものである。この固定子及び回転于は鉄損或いは銅損等のため熱源となり高熱を発生する。機内の温度上昇を抑制するため、一般に、冷却媒体として空気等の気体が多く用いられる。空気等の気体冷却媒体を用いる場合、固定子及び回転子のそれぞれについて、径あるいは軸方向に貫通したダクトを設ける。そして、回転軸の端部にファンを設け、 'このファンの付勢力により、空気等の気体冷却媒体を流通させることにより、固定子及び回転子を冷却する。

空気を用いて固定子及び回転子を冷却する技術としては、例えば特開平 1 0— 1 5 0 7 4 0号公報及び特開 2 0 0 0— 1 2 5 5 1 1号公報に記載のものが知られている。この技術によると、固定子を貫通して流通するダクト、及び、回転子を貫通して流通するダクトを通った空気の両方は、回転軸端部に設けられたファンの手前で合流する。そして、この合流した空気は、ファンの回転力により、付勢され、分岐される。分岐された一方の冷却空気は固定子に導かれ、分岐された他方の冷却空気は回転子に導かれる。

なお、特開平 1 0— 1 5 0 7 4 0号公報に記載の技術では、合流した空気は比較的に大きな冷却器で冷却される。そして、この比較的に大きな冷却器で冷却された後、分岐され、分岐された一方の冷却空気は固定子に導かれ、分岐された他方の冷却空気は回転子に導かれる。また、特開 2 0 0 0— 1 2 5 5 1 1号公報に記載の技術では、合流した空気はまず分岐される、そして、その分岐された空気はそれぞれ異なった冷却器に導かれて別個に冷却される。分岐された一方は固定子及び巻線端部に導かれ、分岐された他方は回転子に導かれる。発明の開示

上記の従来の技術では、十分な冷却ができなかった。具体的には、分岐された一方の冷却空気が固定子に導かれ、分岐された他方の空気が回転子に導かれるため、ファンを通ることによって空気自体が温度上昇した後に回転子に導かれるため、回転子の冷却が不十分となっていた。あるいは、ファンを逆方向に取り付け、冷却器を通った後の空気を固定子及び回転子に導入する技術も存在したが、この場合には固定子巻線端部にもつとも温度の高い冷却風が集中するとともに、該固定子卷線端部への冷却空気の供給が不充分.であり、冷却が不充分であるとともに、構造的に見て複雑であり、装置全体が大型となっていた。

本発明の目的は、上記問題点の少.なくとも 1つを解消した回転電機を提供することに有る。

上記目的を達成するために、本発明では、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体を前記入口部に導く第 1 の通風路と、ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないようにファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って隔てられた入口部側に導かれ、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体は冷却器で冷却されてから第 1の通風路に導かれるように構成した。

或いは固定子の内部に設けられた固定子通： τ,ϋρダクと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、該回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記固定子通風ダクトと回転子通風ダクトの両方を通過した気体を前記入口部に導く第 1の通風路と、ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記フアンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って隔てられた入口部側に導かれ、前記固定子通風ダクトと回転子通風ダクトの両方を通過した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれるように構成した。

或いは、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクト或いは回転子通風ダクトの一方を少なくとも通過して混合した気体を入口部に導く第 1の通風路と、ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って隔てられた入口部側に導かれ、'混合した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれるように構成した。

或いは、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクトを通過した気体と前記回転子通風ダクトを通過した気体が共通で導かれる第 1 の通風路と、前記回転子通風ダクトに通じる入口部を有し、ファンの排気側から入口部に至る通風路に冷却器を配置し、前記ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通つて隔てられた入口部側に導かれ、前記回転子通風ダクトを通った気体は前記固定子通風ダクトを通るように構成した。

或いは、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、ファンで付勢された気体は固定子の端部を通過し、さらに、該固定子の端部を通過した気体は冷却器を通過し、前記ファンに吸引される気体と入口部に導かれる気体どが混合しないようにファン近傍で隔てられており、前記冷却器を通過した気体は隔てられた入口部側に導かれるように構成した。'

. 或いは、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、ファンの径方向内側に設けられ回転軸と回転する通風孔を有し、該通風孔は前記回転子通風ダクトに連通し、ファンで昇圧された冷却媒体は冷却器で冷却されてからファンの径方向内側に設けられた通風孔に導かれるように構成した。

或いは、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、ファンの径方向内側に設けられ回転軸と回転する通風孔を有し、前記ファン下流側の圧力と前記通風孔の圧力の差圧は 2 k P aより大きいように構成した。

上記目的を達成するために、本発明では、固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、回転子に設けられた回転子通風ダクトと、回転子通風ダクトに通じる入口部と、回転子通風ダクトを通ってから固定子通風ダクトを通過した気体をフアンを通らずに入口部に導く第 1の通風路を有し、回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体は冷却器で冷却されてから第 1 の通風路に導かれるように構成した。

或いは、回転子通 mダクトに連通する入口部を有し、回転子通風ダクトを通過した気体は固定子通風ダクトに導かれ、固定子通風ダクトを通過した気体は第 1 の冷却器に導かれ、第 1 の冷却器を通過した空気は第

2の冷却器に導かれ、第 2の冷却器を通過した空気はフアンを通らずに入口部に導かれるように構成した。

或いは、固定子通風ダクトを通過した気体と回転子通風ダクトを通過した気体が共通で導かれる第 1の通風路と、回転子通風ダクトに通じる入口部を有し、ファンの排気側から入口部に至る通風路に冷却器を配置し、第 1の通風路を通った気体はファンを通らずに入口部に導かれ、回転子通風ダクトを通った気体は固定子通風ダクトを通るように構成した, 或いは、ファンで付勢された気体は固定子の端部を通過し、さらに、端部を通過した気体は冷却器を通過し、冷却器を通過した気体はファンを通らずに回転子通風ダクトに導かれるように構成した。

或いは、固定子の端部を冷却した気体を第 1の冷却器に導く第 1 の通風路と、第 1 の冷却器で冷却された気体を回転子通風ダクトに導く第 2 の通風路と、回転子通風路を通った気体を固定子通風路に導く第 3 の通風路と、固定子通風路を通った気体を第 2の冷却器に導く第 4の通風路と、第 2の冷却器で冷却された気体を再び回転子通風ダクトに導く第 4 の通風路を有するように構成した。

或いは、固定子の端部を冷却した気体を第 1の冷却器に導く第 1の通風路と、第 1 の冷却器を通った気体を固定子通風ダクトに導く第 2 の通風路を有し、第 2の通風路は第 1の冷却器の周方向外側を通って回転子通風ダク卜に導かれるように構成した。或いは、固定子の端部を冷却した気体を第 1の冷却器に導く第 1の通風路と、固定子通風ダクトを通った気体を第 2の冷却器に導く第 2の通風路と、第 1 の冷却器で冷却された気体をファンを通らずに回転子通風ダク卜に導く第 3の通風路を有し、第 1の通風路と第 2の通風路は、 .互いに、交差するように構成した。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の第 1の実施の形態であるタービン発電機に係る全体図であり、第 2図は、本発明の第 1の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、第 3図は、本発明の第 2の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、第 4図は、本発明の第 3の実施の形態であるタービン発電機の概観を示す図であり、第 5図は、本発明の第 4の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、第 6 図は、本発明の第 5の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、第 7図は、本発明の第 6の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、第 8図は、回転子付近の流路を示す図であり、第 9図は、ファンの詳細を示す図であり、第 1 0図は、流路に沿った圧力変化図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の第 1の実施の形態である夕一ビン発電機に係る全体図を図面に基づいて説明する。

第 1図は、タービン発電機の全体図である。

図示のように、固定子枠 1内に固定子鉄心 2 と回転子鉄心 6があり、固定子鉄心 2の部分は軸方向に複数の通風区間に仕切り、内径側から外径側に通風する 6 1， 6 3のような通風路と外径側から内径側に通風する 6 2， 6 4のような通風路が存在する。固定子鉄心 2の外周側には冷却媒体を冷却するための冷却器 4 1， 4 2等が存在する。固定子枠 1 の外部に設けた通風ダクト 1 3は冷却器 4 2 , 4 4等の出口から回転子に到る通風路を形成し、端部より、回転子に冷却媒体（好ましくは、空気）を導入する。ここで通風ダクト端部 1 4は静止しており、回転体である回転軸 7 , ファン .1 0，ファン 1 0を固定するファンリング 1 5等との間のギヤップには、風漏れを低減するためのシール構造を有する。固定子枠にはさらに、ファン 1 0から排出された冷却媒体を冷却器 4 2 , 4 3等に導く通風ダクト 8 0、及び冷却器 4 1 , 4 3等から排出された冷却風をファン 1 0に導く通風ダクト 9 0を有する。

このうち通風ダクト 8 0は冷却器で冷却した冷却媒体を、ファン等の熱源を経由することなく回転子入口に導入する。通風ダクト 8 0内の冷却媒体は、ファンにより、すでに付勢されており、回転子出口部つまり、回転子鉄心 6 と固定子鉄心 2の間のエアギャップ 5 と同等の圧力になつているため、回転子鉄心 6の回転に起因する遠心力によって回転子入口から出口まで流れ、回転子各部を冷却する。ここで、回転子に突入する冷却媒体は冷却器 4 2 , 4 4等を通った後にはファン等の熱源を通っていないため、十分に温度の低いままで回転子入口部まで到達できる。一方通風ダクト 9 0は、冷却媒体を冷却器で冷却した後に、該冷却媒体を付勢するためのファンまで導入する。この構造では、ファンを通ることによって乱れが大きくなった冷却媒体が、ファン以外の熱源による温度上昇の影響を受けずに固定子端部に衝突することになり、該固定子端部を効果的に冷却することができる。

第 2図は第 1の実施の形態であるタービン発電機の通風構造を示す。図示のように、固定子枠 1があり、その内部に固定子鉄心 2を設けている。固定子鉄心 2は円筒形状のものであり、. その内周面側には軸方向に連続したスロットを複数形成し、固定子巻線 3を収納している。固定子鉄心 2には径方向に連続した通風ダクト 4を軸方向に複数設けている。

固定子鉄心 2の内周部にはエアギャップ 5を介して回転子鉄心 6を設けている。回転子鉄心 6には回転子鉄心 6 と一体形成した回転軸 7を設けている。回転軸 7は回転子鉄心 6の両側端面の中心部から軸方向に延び、固定子枠 1の両端を塞ぐェンドプラケット 8の内周部に設けられた軸受装置によって支持される。回転子鉄心 6の外周面側には軸方向に連続したスロットを複数形成し、回転子巻線を収納している。回転子巻線の両端部はリテイニングリング 9によって固定している。回転子鉄心 6 には、径方向に連続レた通風ダクト 5 0を軸方向に複数設けている。回転軸 7の端部にはファン 1 0を設けている。また、ファン 1 0を固定するためのファンリング 1 5を設け、ファンリング 1 5からリテイニングリング 9下を通り、回転子鉄心 6に至る通風路 1 6， 2 1 を設けている。リテイニングリング 9の軸端側には通風路 2 2の冷媒と回転子外部の通風路 2 1の冷媒が干渉しないよう、カバー 1 7を設けている。なお、通風構造は"軸方向中央線 1 2に線対称に構成する。ファン 1 0は回転軸 7 と共に回転し、機内に封入されている空気や水素ガス等の冷却媒体を機内に流通させる。機内には冷却媒体を流通させる通風路 2 0 , 2 2 , 2 3等を形成し、その途中に冷却媒体を冷却する冷却器 4 1 , 4 2等を設置している。

また、固定子鉄心 2の部分は軸方向に複数の通風区間に仕切り、内径側から外径側に通風する 6 1 , 6 2 , 6 4のような通風路と外径側から内径側に通風する 6 3のような通風路が存在する。固定子枠 1の外部に設けた通風ダクト 1 3は冷却器 4 2の出口から回転子に到る通風路を形成し、端部より、回転子に冷却媒体を導入する。ここで通風ダクト端部 1 4は静止しており、回転体である回転軸 7 , ファン 1 0 , ファンリング 1 5等との間のギャップには、風漏れを低減するためのシール構造を有する。

第 8図に回転子 7の入口付近の詳細図を示す。なお、第 8図には①〜 ⑩の記号が示してあるが、それぞれの場所の圧力を説明するものであり、詳細は後述する。冷却器 4 2を出た冷却媒体は、通風路 2 4を介して回. 転子 7に至る。ここで、第 8図中の斜線が付されているファン 1 0 , フアンリング 1 5 , 力パー 1 0 7 , リテイニングリング 9及び回転子コィル 1. 0 3は回転子 7の構造物であり回転子 7 と共に回転する。一方、フアン側エアシール 1 0 6及び軸端側エアシール 1 0 1は固定子 2側の構造である。回転子 7の入口⑤付近では、ファン側エアシール 1 0 6及び軸端側エアシール 1 0 1 と、ファンリング 1 5 と回転子 7の間のギヤップを適度に保ち風漏れを塞ぐシール構造をなす。回転子 7は軸方向に移動するので、軸方向への動きを許容するような構造となっている。ファンリング 1 5はファン 1 0を固定するためのもので、冷却媒体を通過させるための通風孔 1 0 2を持つ。ファンリング 1 5の.詳細が A— A ' 断面として第 9図に示されている。ファンリング 1 5の外側部分にはファン 1 0が軸中心で等間隔に形成されており、また、内側部分には通風孔 1 0 2が軸中心で等間隔に形成されている。

第 8図においてファンリング 1 5に設けた通風孔 1 0 2を通った冷却媒体は、回転子 7の内部⑥に至る。ここで、カバ一 1 0 7は回転子側の通風路と固定子 2側の通風路を分離するためのものであり、ファンリング 1 5 とリテイニングリング 9の間をつなぐが、あるいは微妙なギヤップを介して保持される構造物となっている。符号⑥を通った冷却風は、回転子コイル 1 0 3の下部を通り⑦，⑧を経由して軸方向中心へ向かう。なお、回転子 7は軸受 1 0 5 (他方側にも配置、他方側図示省略）に支承されて回転する。

本実施の形態での回転子に至る通風冷却路をさらに説明する。すなわち、通風冷却路を次のように構成している。

冷却器 4 1 の出口からファン 1 0に至る通風路 2 0 (ファン 1 0前部分の圧力①），ファン 1 0の排気側（ファン 1 0の排気後部分の圧力②）から固定子コイル 3の軸端部を通り、第 2の冷却器 4 2に至る通風路 2 3 (通風路 2 3の圧力③），第 2の冷却器 4 2の出口（第 2の冷却 4 2 の出口の圧力④）から口一タ入口に至る通風路 2 4 , ファンリング 1 5 を通る通風路 1 6 (ファンリング 1 5の前の部分の圧力⑤，後の部分の圧力⑥）とカバー 1 7及びリテイニングリング 9の下を通り、回転子鉄心 6に至る通風路 2 1、さらには径方向に抜ける通風路 5 1 , 6 1 (通風路 5 1の前の部分の圧力⑦，通風路 5 1内の部分の圧力⑧）を通って固定子外径側の通風路 2 0に至り（通風ダクト 4の圧力⑨，エアギヤップ 5の圧力⑩）、第 1の冷却器 4 1 に戻る。ここで径方向に至る通風路としては 5 1 , 6 1について説明したが、他に 5 2 , 6 2あるいは 5 4 , 6 4等の通風路を通る場合もあるし、通風路 5 3からエアギャップ 5の通風路 7 1， 7 2等を通り、その後 6 2， 6 4等を通って固定子外径側の通風路 2 0に至る経路もある。

尚、上記の他に回転子を通らず、固定子のみを通るループが存在する。ファン 1 0を通った後にエアギャップ 5に向かう通風路 2 2及び第二の冷却器 4 2の出口から固定子鉄心を介してエアギヤップ 5に向かう通風路 6 3等であるが、これらは回転子から通風路 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 等を介して排出された冷媒と合流し、 6 1 , 6 2， 6 4等の通風路を通つて固定子外径側の通風路 2 0に至る。

ここで、冷却媒体の流れと圧力の関係を説明する。

まず、タービン発電機全体の内部における流れは固定子 2側の通風抵抗でほぼ決まつており、回転子 6はある決まった圧力分布の場にさらされることになる。固定子 2の通風ダクト 4は通気抵枋であるので、通風ダクト 4を通過することによって圧力を失う。すなわち、 ©では、 0 pu に近い（ 0. 0 l p u ：伹しファン 1 0の発生する差圧を 1. 0 p uとしている）圧力となる。さらに、冷却媒体は冷却器 4 1を通過する過程で圧力を失い、ファン 1 0の直前付近①でほぼ O p uとなる。冷却器 4 2 を通った冷却媒体の圧力①は低いが、ファン 1 0によって昇圧され、固定子 2側の系としては最も高圧となる② （ 1. O p u程度）。この風は、固定子 2 と回転子 7の間のエアギャップ 5⑩に入る。この際⑩での圧力は、 ②部の圧力よりは低くなるが、 ②と⑩間の圧力降下は大きくなく、 ②での圧力に近いものとなる。一方、回転子 7から見ると、 ⑩は排気側 'であり、十分な通風量を得るためには、回転子 7側での圧力を十分に高くする必要がある。

回転子 7側の通風から見た圧力の関係を第 1 0図に示す。まず、ファン 1 0で昇圧された冷却媒体は冷却器 4 2を通り、 ④に至る。以後、通風路 2 4を通って⑤を経由した冷却媒体はフアン 1 0下部のフアンリング 1 5を通って回転子内部⑥、さらには、 ⑦に至る。 ④， ⑤， ⑥及び⑦ を各々通過する過程で各々 0. 0 l p u程度の圧力を失う。 ⑧に至った冷却媒体は約 0. 8 p u程度である。回転子 7内部⑧に到達した冷却媒体は、高速で回転している回転子 7の内部の遠心力で再度 1. 9 p u程度に昇圧される。この⑨での圧力が回転子を流れる冷却風の駆動力となり、最終的には出口側⑩での圧力は 0 . 8 p u程度であり、この圧力との差圧で冷却風量が決まる。

具体的には①〜②間での圧力は l . O p u程度なので、この差圧に応じた冷却媒体が回転子 2の通風の駆動力として加えられることとなる。第 1 0図に示されるように、 ⑨と⑩の部分の差圧が大きくなるため、回転子 7内に流れる冷却媒体の量を大きくとれる。好ましくは、 ⑨の圧力と、 ⑩の圧力との差圧が 2 k P a以上であればよく、差圧が 4 k P a以上あるいは、 6 k P a以上が望ましい。

次に熱源と、冷却器，通風路の関係は以下のようになる。回転子を冷却する冷却風は通風路 2 0 , 2 3， 2 4， 1 6， 2 1を通るが、この間には冷媒を昇圧することによつて温度上昇を生じさせる熱源であるファン 1 0 , 銅損を発生する固定子巻線 3の端部からなる熱源が存在する。つまり、通風路は第 1の冷却器 4 1，熱源，第 2の冷却器 4 2のように熱源と冷却器を交互に配置している。

次に冷却媒体の流れと冷却媒体の温度上昇について説明する。

冷却器 4 1を通った低温の冷却媒体はフアン 1 0を通過する際に温度上昇し、通風路 2 2と通風路 2 3に分かれて流通する。通風路 2 3に向かった冷媒は固定子巻線 3の端部を冷却してさらに温度上昇した後、第 2の冷却器 4 2に向かう。第 2の冷却器を通過することによって温度低減した冷却風は通風路 6 3 と 2 4に分かれて流通し、通風路 2 4に向かつた冷却風は通風路 1 6 , 2 1 を経由し、 5 1， 5 2 , 5 3 , 5 4等の通風路で回転子を冷却し、冷媒は温度上昇する。その後、通風路 5 1から排出した高温の冷媒は、通風路 2 2から来た低温の冷却媒体とエアギヤップ 5で合流し、通風路 6 1， 6 2等を通って固定子鉄心 2 と熱交換する。固定子鉄心 2 と熱交換し、温度上昇した冷媒は、通風路 2 0を通つて第 1のクーラ 4 1に戻る。

軸中央部付近では、回転子通風路 5 3から排出された高温の冷却媒体は通風路 6 3から排出された冷却と合流し、軸方向通風路 7 1 , 7 2等を経由したのち、通風路 5 2， 5 4から排出された高温の冷却媒体と、合流する。この際、通風路 6 3から排出された冷却媒体は、固定子鉄心 2と熱交換しており、温度上昇しているが、回転子通風路 5 2， 5 3，

5 3等から排出された冷却媒体よりは温度が低いため、回転子から排出された冷却媒体温度は合流後のほうが低くなる。この後、通風路 6 2 ,

6 4を通って固定子鉄心 2と熱交換して温度上昇した後に冷却器 4 1 に向カゝう。

以上説明した第 1の実施の形態によれば、ファン 1 0の排気側から固定子コイル 3の端部等の熱源を通過させてからさらに第 2の冷却器 4 2 で温度低減し、回転子の冷却媒体として導入する。この構造では回転子に導入する冷却媒体の温度を低くすることができるため、回転子を冷却した後の冷媒温度も必然的に低減する。回転子から排出された冷却媒体は必ず固定子の通風ダクト 4を通過するため、固定子の温度低減も見込める。

第 3図は第 2の実施の形態であり、固定子鉄心 2の部分で軸方向に 2 つ以上に仕切られた通風区間を設け、通風区間の固定子鉄心 2の外径側に冷却器 4 1 , 4 2 , 4 3， 4 4等を配置し、冷却媒体が固定子鉄心の内径側から吹き出した後に冷却器 4 1 , 4 3を通過する区間と、冷却媒体が固定子枠 1 の内周側から冷却器 4 2 , 4 4を通過した後に固定子鉄心 2の内径側に吹き込む区間とを有した発電機への適用例である。第 2 の実施の形態のようにファン 1 0 , 固定子コィル 3の軸端部分等の熱源を通る通風路 2 3を経由した後に冷却器 4 2 , 4 4等複数の通風路に分岐して固定子の外周側から内周側に向かう 6 2 , 6 4等の流路を有した発電機への適用例である。この場合は、固定子の外周側から内周側に通風する区間 6 2 , 6 4等からそれぞれ回転子に向かう通風路として 3 2 , 3 4等のように外周から内周に向かう通風区間の数だけ設けるのが良い複数の冷却路から並列に冷却媒体を導入するため、冷却器への負荷を分散することができる。

第 4図は第 3の実施の形態であるタービン発電機の通風冷却構造を示し、第 2の冷却器 4 2を固定子枠 1の外部に穀けたものである。この構造では、発電機内部にファン 1 0，固定子コイル 3の端部を通る通風路に第 2の冷却器を設置しない発電機にも適用できる。

第 5図は第 4の実施の形態を示し、回転子へ向かう通風路 2 4にさらに冷却媒体を昇圧する装置 1 1を設けた構成を示す。回転子に向かう通風路 2 4 ·, 2 1の冷却媒体量をさらに増加させたいときに有効である。この場合、昇圧装置 1 1は第 2の冷却器 4 2の手前側である通風路 2 3 側に設けた例を示しているが、ファン 4 2より回転子側の通風路 2 1側に設けても良い。

第 6図は第 5の実施の形態を示し、ファン 1 0をリテイニングリング 9の端部に設けたものである。この場合、リテイニングリング 9 とファン 1 0の間には、ファン 1 0を固定するための他のリング等の介在物があっても良い。この構造では、前述のファン.リング 1 5を省略することができるため、ファンリング 1 5によって生じる通風抵抗分を低減することができる。

第 7図は第 4の実施の形態であるタービン発電機の通風冷却構造を示し、回転子入口付近の通風路 1 3の、回転子部分に通風改善装置 1 8を設けたものである。通風改善装置 1 8は冷却媒体を昇圧する構造であつても良いし、通風路 1 6、及び 2 1に向かうための通風抵抗を減らす構造、すなわち冷却通路 2 4を直進しできた冷却媒体に旋回を設ける構造となっていても良い。さらには、前述の昇圧するための機構や、旋回を設けるための機構をファンリング 1 5に持たせても良い。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、温度上昇を低減できる。また、回転子内部に供給する冷却気体の風量を増加させて、効率的に、回転子を冷却することができる。また、回転子から排出された冷 ¾P媒体の通風路を変更することなく回転子に導入する冷却媒体の温度を下げることができるので、回転子，固定子にかかわらず局所的に温度の高い部分を生じることなく回転子の温度上昇を低減することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前言 3 固定子の内部に設けられた固定子通風ダク卜と、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体を前記入口部に導く第 1の通風路と、前記ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って前記隔てられた入口部側に導かれ、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回転電機。

2 . 請求項 1 において、前記回転子通風ダクト及び前記固定子通風ダクトを通った気体は前記ファンにより付勢された後に前記冷却器に導かれることを特徴とする回転電機。

3 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに通じる入口部を有し、前記回転子通風ダクト及び前記固定子通風ダクトを通った気体は前記ファンにより付勢されて前記固定子の端部を通った後に冷却器に導かれるものであって、さらに、前記冷却器を通過した気体を前記ファンを通らずに前記入口部に導く第 1の通風路を有することを特徵とする回転電機。

4 . 請求項 3において、前記回転子と前記ファンの間の通風路、或いは、前記固定子と前記フアンの間の通風路に、前記冷却器とは異なる第 2の冷却器を配置することを特徴とする回転電機。

5 . 請求項 4において、前記冷却器を通った空気の一部は前記固定子通風ダクトに導かれ、前記第 2の冷却器を通った空気の一部は前記回転子と前記固定子の間の間隙に導かれることを特徴とする回転電機。

6 . 請求項 5において、前記回転子及び前記固定子は枠体の内部に納められ、前記第 2の冷却器は枠体の外部に設けられることを特徴とする回

7 . 請求項 6において、前記固定子端部から前記入口部に至る通風路であり且つ枠体の外部にファンを配置したことを特徴とする回転電機。

8 - 請求項 5において、 '冷却気体は空気であることを特徴とする回転電機。

9 . 請求項 1 において、前記回転子に巻き回された巻線と、前記巻線の端部を保持するリテイニングを有し、前記ファンは前記リテイニング外側に隣接して配置されることを特徴とする回転電機。

1 0 . 請求項 1において、第 1の通風路における入口部分の近傍で通風改善することを特徴とする回転電機。

1 1 . 請求項 1 0において、通風改善は気体に旋回運動を付与してなることを特徴とする回転電機。

1 2 . 固定子と、' 前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記固定子通風ダクトと前記回転子通風ダクトの両方を通過した気体を前記入口部に導く第 1の通風路と、前記ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って前記隔てられた入口部側に導かれ、前記固定子通風ダクトと前記回転子通風ダクトの両方を通過した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回転電機。

1 3 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクト或いは前記回転子通風ダク卜の一方を少なくとも通過して混合した気体を前記入口部に導く第 1の通風路と、前記ファンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記フアンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って前記隔てられた入口部側に導かれ、前記混合した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1 の通風路に導がれることを特徴とする回転電機。

1 4 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクドを通過した気体と前記回転子通風ダクトを通過した気体が共通で導かれる第 1の通風路と、前記回転子通風ダクトに通じる入口部を有し、前記ファンの排気側から入口部に至る通風路に冷却器を配置し、前記フアンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記ファンで昇圧された気体は前記第 1 の通風路を通って前記隔てられた入口部側に導かれ、前記回転子通風ダクトを通った気体は前記固定子通風ダクトを通ることを特徴とする回転電機。

1 5 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸に設けられたファンと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、前記ファンで付勢された気体は前記固定子の端部を通過し、さらに、前記端部を通過した気体は冷却器を通過し、前記フアンに吸引される気体と前記入口部に導かれる気体とが混合しないように前記ファン近傍で隔てられており、前記冷却器を通過しだ気体は前記隔てられた入口部側に導かれることを特徴とする回転電機。

1 6 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体を前記ファンを通らずに前記入口部に導く第 1 の通風路を有し、前記回転子通風ダクトを通ってから前記固定子通風ダクトを通過した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回転電機。

1 7 . 請求項 1 6において、前記回転子通風ダクト及び前記固定子通風ダクトを通った'気体は前記ブアンにより付勢された後に前記冷却器に導かれることを特徴とする回転電機。

1 8 . 請求項 1 7において、前記ファンにより付勢された気体は前記固定子の端部を通った後に前記冷却器に導かれることを特徴とする回転電機。

1 9 . 請求項 1 7において、前記回転子と前記ファンの間の通風路、或いは、前記固定子と前記ファンの間の通風路に、前記冷却器とは異なる第 2の冷却器を配置することを特徴とする回転電機。

2 0 . 請求項 1 9において、前記冷却器を通った空気の一部は前記固定子通風ダクトに導かれ、前記第 2の冷却器を通った空気の一部は前記回転子と前記固定子の間の間隙に導かれることを特徴とする回転電機。

2 1 . 請求項 2 0において、前記回転子及び前記固定子は枠体の内部に納められ、前記第 2の冷却器は枠体の外部に設けられることを特徴とする回転電機。

2 2 . 請求項 2 1において、前記固定子端部から前記入口部に至る通風路であり且つ枠体の外部にフアンを配置したことを特徴とする回転電機 < 2 3 . 請求項 4において、冷却気体は空気であることを特徴とする回転

2 4 . 請求項 1 6において、前記回転子に巻き回された巻線と、前記巻線の端部を保持するリテイニングを有し、前記ファンは前記リティニング外側に隣接して配置されることを特徴とする回転電機。

2 5 . 請求項 1 6において、第 1の通風路における入口部分の近傍で通風改善することを特徵とする回転電機。

2 6 . 請求項 2 5において、通風改善は気体に旋回運動を付与してなることを特徴とする回転電機。

2 7 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに通じる入口部と、前記固定子通風ダクトと前記回転子通風ダクトの両方を通過した気体を前記ファンを通らずに前記入口部に導く第 1の通風路を有し、前記固定子通風ダクトと前記回転子通風ダクトの両方を通過した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回転亀機。

2 8 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクト或いは前記回転子通風ダクトの一方を少なくとも通過して混合した気体を前記フアンを通らずに前記入口部に導く第 1 の通風路を有し、前記混合した気体は冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回

2 9 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、第 1の冷却器と、前記第 1の冷却器から前記回転軸の軸方向延長線上に設けられた第 2の冷却器と、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子通風ダクトに連通する入口部を有し、前記回転子通風ダクトを通過した気体は固定子通風ダクトに導かれ、前記固定子通風ダクトを通過した気体は第 1の冷却器に導かれ、前記第 1の冷却器を通過した空気は前記固定子端部を通って第 2の冷却器に導かれ、前記第 2の冷却器を通過した空気は前記ファンを通らずに入口部に導かれることを特徴とする回転電機。

3 0 . 請求項 1 4において、前記固定子通風ダクトと異なる第 2の固定子通風ダクトと、前記第 1の冷却器の軸方向延長線上に設けられ且つ前記第 2の冷却器と異なる第 3の冷却器を有し、前記第 2 の固定子通風ダクトを通った気体は前記第 3の冷却器に導かれることを特徴とする回転

3 1 . 請求項 1 5において、前記第 2の冷却器は互いに回転軸方向延長線に設けられた 2つの冷却器よりなり、.前記第ェの冷却器を通過した気体は一方の冷却器に、前記第 3の冷却器を通過した気体は他方に導かれることを特徴とする回転電機。

3 2 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記固定子通風ダクトを通過した気体と前記回転子通風ダクトを通過した気体が共通で導かれる第 1の通風路と. 前記回転子通風ダクトに通じる入口部を有し、前記ファンの排気側から入口部に至る通風路に冷却器を配置し、前^第 1の通風路を通った気体はファンを通らずに入口部に導かれ、前記回転子通風ダクトを通った気体は前記固定子通風ダクトを通ることを特徴とする回転電機。

3 3 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸に設けられたファンと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、前記ファンで付勢された気体は前記固定子の端部を通過し、さらに、前記端部を通過した気体は冷却器を通過し、前記冷却器を通過した気体は前記ファンを通らずに前記回転子通風ダクトに導かれることを特徴とする回転電機。

3 4 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダク卜と、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、さらに、前記固定子の端部を冷却した気体を前記第 1 の冷却器に導く第 1の通風路と、前記第 1の冷却器で冷却された気体を前記回転子通風ダクトに導く第 2の通風路を有し、前記回転子通風ダクト ¾:通った気体を間隙を介して前記固定子通風ダクトに導くものであつて、前記固定子通風路を通った気体を前記第 2の冷却器に導く第 3の通風路を有することを特徴とする回転電機。

3 5 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、 .前記固定子の端部を冷却した気体を前記第 1の冷却器に導く第 1の通風路と、前記第 1の冷却器を通った気体を固定子通風ダク卜に導く第 2の通風路を有し、前記第 2の通風路は前記第 1の冷却器の周方向外側を通って前記回転子通風ダクトに導かれることを特徴とする回転電機。

3 6 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子を回転する回転軸と、前記回転軸に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトを有し、前記固定子の端.部を冷却した気体を前記第 1の冷却器に導く第 1の通風路と、前記固定子通風ダクトを通った気体を前記第 2の冷却器に導く第 2の通風路と、前記第 1の冷却器で冷却された気体をファンを通らずに前記回転子通風ダクトに導く第 3の通風路を有し、前記第 1の通風路と第 2の通風路は、互いに、交差していることを特徴とする回転電機。

3 7 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回転子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記ファンの径方向内側に設けられ前記回転軸と回転する通風孔を有し、前記通風孔は前記回転子通風ダクトに連通し、前記ファンで昇圧された冷却媒体は冷却器で冷却されてから前記ファンの径方向内側に設けられた通風孔に導かれることを特徴とする回転電機。

3 8 . 固定子と、前記固定子と対向して回転する回転子と、前記回耘子と回転する回転軸と、前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダクトと、前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダクトと、前記ファンの径方向内側に設けられ前記回転軸と回転する通風孔を有し、前記ファン下流側の圧力と前記通風孔の圧力の差圧は 2 k P aより大きいことを特徴とする回転電機。