JP2000316245A - 回転電気機械の円筒形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転子巻線が持つ鞍形コイルの端部部分で発生
する最高温度の低減を図った回転電気機械の円筒形回転
子を提供する。 【解決手段】回転電気機械の円筒形回転子１は、従来例
と対比し、磁極の中心位置付近に連通路（凹溝）２１が
形成された外周部絶縁層２と、磁極の中心位置付近に分
岐路（凹溝）３２が形成された基板部３１を持つスペー
サ３を用いる。凹溝２１はそれぞれの回転子巻線５Ａが
持つ６個の鞍形コイル５２の内、外側に配置された２個
の鞍形コイル５２に対する通流路５４Ｙに連通できるよ
うに、外周部絶縁層２の内周面に冷媒ガス流９９Ｃのそ
れぞれの流入側の端部から回転子鉄心部８２Ａの軸長方
向に沿って形成される。凹溝３２は基板部３１の反通流
路５４Ｙ側の面に中心軸線Ｘ−Ｘを中心にして放射状
に、しかも凹溝２１と連通できるように形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はタービン発電機な
どの回転電気機械の円筒形回転子に係わり、回転子巻線
が持つ鞍形コイルの端部部分で発生する最高温度の低減
に有効なその構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】円筒形回転子を持つ回転電気機械は各種
の用途に用いられているが、大容量のものとしてはター
ビン発電機が著名である。以下に、タービン発電機に代
表させて、従来例の回転電気機械の円筒形回転子の説明
を行うことにするが、まずは、一般例の円筒形回転子を
持つ回転電気機械の構成の概要について図５を用いて説
明する。ここで図５は一般例の回転電気機械の主要部を
模式化して示す縦断面図である。なお、図５においてＸ
−Ｘは回転軸部の中心軸線である。

【０００３】図５において、９は、円筒形回転子８，固
定子７，冷媒ガス９９の通流路を持つケーシング６，軸
流ファン６９，６９と、図示しない冷却装置とを備えた
円筒形回転子を有する一般例の２極の回転電気機械であ
る。円筒形回転子８の外周面と固定子７の内周面と間に
は空隙部９１が介在されている。円筒形回転子８は、回
転軸部８１，回転軸部８１と一体に構成されて回転軸部
８１と同心の円柱状の外形を持つ回転子鉄心部８２，２
極機に対応した１対の回転子巻線５および保持体８３と
を備え、図示しない軸受部を介して回転自在に支持され
ている。

【０００４】回転電気機械９では、両回転子巻線５は断
面が平角形状の導電体（平角銅線）を巻回して形成され
た鞍形コイルの複数個を用いて構成されている。それぞ
れの鞍形コイルは、回転子鉄心部８２の外周の円周方向
に沿わせて形成されている図示しない複数の巻線溝に、
互いに同心状となる配置関係で装填されている。回転子
巻線５の各鞍形コイルが巻線溝に収納されている部位に
は、回転子鉄心部８２の軸長方向に分布して多数の通気
孔８８が形成されている。回転子巻線５の巻線溝内に収
納されないことで回転子鉄心部８２の両端面から突き出
されて配置される部位である端部８９，８９は、円筒状
をした保持体８３によってその外周側が保持され、円筒
形回転子８が回転することで発生される強大な遠心力に
対して保持されている。

【０００５】両軸流ファン６９は円筒形回転子８，固定
子７を冷却する冷媒ガス（例えば、空気や水素ガス）９
９を回転電気機械９内に循環させるために設けられ、こ
の事例の場合には、図示のように回転子巻線５の両端部
８９の回転軸部８１の軸長方向に関する外側の位置のそ
れぞれに配設されている。固定子７は、多数の薄板材製
の鉄心板を積層して形成されて回転軸部８１と同心の円
形の内径を持つ固定子鉄心７１と、固定子鉄心７１に形
成されている図示しない複数の巻線溝に装填された固定
子巻線７２とを備える。固定子鉄心７１の鉄心板の積層
方向の要所には、冷媒ガス９９を通流させるための通風
ダクトの複数個が形成されている。

【０００６】回転電気機械９では、ケーシング６は固定
子鉄心７１の外周面に外接させて合計４枚の仕切板が固
定子鉄心７１の鉄心板の積層方向に間隔を隔てて配設さ
れ、端部側の仕切板と内側の仕切板とを接続するように
して複数の円筒状の連絡ダクトが配設されている。この
４枚の仕切板により区切られることで、固定子鉄心７１
の外周側の空間には鉄心板の積層方向に関する中央部に
中央給気ダクトが、鉄心板の積層方向の中央部を除く両
端部のそれぞれには排気ダクトが形成されている。また
ケーシング６の両端部には、それぞれの軸流ファン６９
に対応させて吸気ダクトが備えられている。冷却装置
は、円筒形回転子８，固定子７を冷却することで高温と
なった冷媒ガス９９から熱を除去する図示しない冷却器
を備えている。

【０００７】一般例の回転電気機械９は上述のごとくに
構成されているので、それぞれの軸流ファン６９で加圧
されたそれぞれの冷媒ガス９９の流れは、まず保持体８
３が配置されている付近で大きく３つに分岐される。す
なわち、それぞれの保持体８３の外周部を経て両端部か
ら空隙部９１に直接流入する冷媒ガス流９９Ａと、固定
子巻線７２の両端部のそれぞれを冷却した後に連絡ダク
トを経て中央給気ダクトに流入する冷媒ガス流９９Ｂ
と、回転軸部８１の外周面と保持体８３との間の空間の
それぞれから円筒形回転子８に流入する冷媒ガス流９９
Ｃとである。

【０００８】これ等の冷媒ガス流の内の冷媒ガス流９９
Ｃは、回転子巻線５の端部８９を強制対流により冷却し
つつ回転子鉄心部８２の端部に到り、冷媒ガス流９９Ｃ
の内の多くの部分はこの端部から巻線溝部に流入し、回
転子巻線５および回転子鉄心部８２を強制対流により冷
却した後、通気孔８８から空隙部９１に順次流入する。
このようにして、空隙部９１で合流されたそれぞれの冷
媒ガス９９は、排気ダクトに連通している通風ダクト中
を通流し、固定子鉄心７１および固定子巻線７２を冷却
しつつそれぞれの排気ダクトに到る。それぞれの排気ダ
クトに到達した冷媒ガス９９は、円筒形回転子８，固定
子７を冷却したので比較的に高温になっているが、この
高温の冷媒ガス９９は図示しない排気風胴（前記冷却装
置が備える）を経て冷却器に流入して除熱される。冷却
器で除熱されて再び低温に戻った冷媒ガス９９は、図示
しない吸気風胴（前記冷却装置が備える）および吸気ダ
クトを経て軸流ファン６９に流入される。

【０００９】すなわち一般例の回転電気機械９は、冷却
器を介して冷媒ガス９９を循環させることで比較的に安
定な運転状態を得ることができているが、この種の回転
電気機械に採用されている円筒形回転子８では、回転子
巻線５の最高温度が端部８９に発生し易いので、端部８
９の温度低減に関する検討が種々行われてきている。

【００１０】次に、このような検討の結果得られた従来
例の回転電気機械を図６〜図９を用いて説明する。なお
以降の説明では、図５に示した一般例の回転電気機械９
と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。こ
こで、図６は図５のＱ部に対応した部位における従来例
の回転電気機械が持つ円筒形回転子を示す斜視図であ
り、図７は図５のＲ部に対応した部位における従来例の
回転電気機械を示す断面図である。図８は図５のＳ部に
対応した部位の図６に示した円筒形回転子の断面図であ
り、図９は図８におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図
６は保持体およびその周辺部を取り除いて回転子巻線の
外周部が露出された状態として示し、図８は図９におけ
るＢ−Ｂ断面図として示している。また、図９において
Ｙ−Ｙは磁極の中心軸線である。

【００１１】図６〜図９において、９Ａは、図５に示し
た一般例による回転電気機械９に対して、円筒形回転子
８に替えて円筒形回転子８Ａを用いるようにした回転電
気機械である。この円筒形回転子８Ａは、回転軸部８
１，回転子鉄心部８２Ａ，１対の回転子巻線５Ａ，それ
ぞれ複数のスペーサ５４および５４Ａ，隔壁体５５，仕
切壁体５６，外周部絶縁層５７，複数の回転子用楔５
８，保持体８３などを備えている。円筒形回転子８Ａで
は、回転子巻線５Ａにはそれぞれの磁極毎に断面が平角
形状の導電体（平角銅線）５１を用いて複数層巻回され
た６個の鞍形コイル５２が用いられ、回転子鉄心部８２
Ａに形成された異なる巻線溝８４に互いに同心状となる
配置関係で装填されている。この鞍形コイル５２を構成
するそれぞれの巻回層は、長さ方向の中央部分で巻線溝
８４内に装填される１対の直線状部５１Ａと、直線状部
５１Ａの長さ方向の端部の間を接続して配置される１対
の円弧状部５１Ｂとを組み合わせて形成されている。

【００１２】直線状部５１Ａはその長さ方向の中央部分
で巻線溝８４に装填され、円弧状部５１Ｂは回転子巻線
５Ａの端部８９の主要部分を構成している。直線状部５
１Ａの長さ方向の中央部分は巻線溝８４内に収納される
が、この部位には回転子鉄心部８２Ａの軸長方向に沿っ
て多数の貫通孔が形成されており、回転子巻線５Ａでは
鞍形コイル５２を構成する全ての巻回層が持つ貫通孔の
位置は合致している。そうして、回転子巻線５Ａでは、
直線状部５１Ａと円弧状部５１Ｂとは長尺の平角銅線５
１を直角状に曲げ加工することで一体に形成されてい
る。

【００１３】なお、巻線溝８４に収納されるそれぞれの
鞍形コイル５２の外周部には、巻線溝８４との電気絶縁
を確保するための図示しない溝絶縁層が形成されてい
る。また、鞍形コイル５２と回転子用楔５８の間には、
回転子用楔５８との電気絶縁を確保するための図示しな
い楔下絶縁層が形成されている。この楔下絶縁層には回
転子鉄心部８２Ａの軸長方向に沿って多数の貫通孔が形
成されており、それぞれの貫通孔は巻回層が持つ貫通孔
に対向させて形成されている。

【００１４】端部８９における鞍形コイル５２の相互間
にはスペーサ５４が、最外位置の鞍形コイル５２の外側
面にはスペーサ５４Ａがそれぞれ配置されて、円筒形回
転子８Ａの加減速時に発生する加速度などに対応して端
部８９に働く強大な応力に対処している。スペーサ５４
は、電気絶縁材製でほぼ平板状の基板部５４１と、基板
部５４１の両側面のそれぞれに一定の厚さを持たせて形
成された電気絶縁材製の複数の突起部５４２とで構成さ
れている。この突起部５４２は端部８９における鞍形コ
イル５２の側面に沿わせて冷媒ガス９９を通流させる通
流路を確保するために設けられている。スペーサ５４Ａ
のスペーサ５４に対する相異点は、複数の突起部５４２
が基板部５４１の一方の側面のみに備えられていること
である。

【００１５】スペーサ５４，５４Ａが持つ基板部５４１
は、鞍形コイル５２の高さ方向寸法Ｈとほぼ同等の幅寸
法を有し、導体５１の長さ方向に沿わせた長さを有して
いる。スペーサ５４，５４Ａにおける突起部５４２は、
この事例の場合には山形や三角形などの突端部を持つ形
状を有し、その反基板部５４１側の端面は鞍形コイル５
２を構成する導体５１の側面に当接されるようにし、基
板部５４１の長さ方向に間隔を隔てて形成されている。
この突起部５４２は、基板部５４１の幅方向の両端部の
それぞれに、その突端部を内側として、しかも、互いに
位置をほぼ半間隔長だけずらして形成されている。

【００１６】端部８９における鞍形コイル５２を構成す
る導体５１の側面には、前記のような構成を持つスペー
サ５４，５４Ａにより、冷媒ガス流９９Ｃが通流される
通流路が突起部５４２によってジグザグ状とされて形成
されることになる。この通流路を後記する貫通孔５５ａ
と関連付けて視察すると、貫通孔５５ａから鞍形コイル
５２の直線状部５１Ａに沿って冷媒ガス流９９Ｃの一部
が通流する通流路と、貫通孔５５ａから鞍形コイル５２
の円弧状部５１Ｂに沿ってガス流９９Ｃの一部（以降、
この冷媒ガス流９９Ｃの一部を区分する場合には、冷媒
ガス流９９Ｙと呼ぶ）が通流する通流路５４Ｙとして把
握することができる。なお、突起部（例えば、突起部５
４２）が持つ形状としては、矩形状のものなども知られ
ている。

【００１７】円筒形回転子８Ａでは、それぞれの端部８
９に配置される隔壁体５５は、複数の部材を用いて全体
として円筒を構成するようにして電気絶縁材を用いて作
製されており、端部８９における鞍形コイル５２の内周
側に回転軸部８１の外周面との間に空間を隔てて配置さ
れている。隔壁体５５には冷媒ガス通流路として、鞍形
コイル５２の直線状部５１Ａと円弧状部５１Ｂとの結合
部位のそれぞれの近傍に、各鞍形コイル５２の両側面に
連通する貫通孔５５ａが、また後記する排気室５６Ｘに
対向する部位に貫通孔５５ｂが、それぞれ形成されてい
る。仕切壁体５６は１対が１組になって合計２組が用い
られており、排気室５６Ｘを形成すべき部位を仕切るよ
うにして隔壁体５５の内周面に当接されて配置されてい
る。

【００１８】両側を仕切壁体５６，５６で仕切られるこ
とで隔壁体５５の内周側に形成される４個の空間の内、
磁極の中間部の直下に位置している２個の空間が、冷媒
ガス流９９Ｃが流入される流入室５５Ｘであり、また、
磁極の中心（図９の中心線Ｙ−Ｙの位置）の直下に位置
している２個の空間が排気室５６Ｘである。この排気室
５６Ｘは軸流ファン（例えば、軸流ファン６９）側の端
部は閉塞され（後記する図２を参照）、反軸流ファン側
の端部は後記する排気溝８６に連通されている。なお、
流入室５５Ｘは軸流ファン側の端部は開口され、反軸流
ファン側の端部は後記する通気ダクト８４ａに連通され
ている。外周部絶縁層５７は電気絶縁材を用いて円筒状
に形成され、端部８９における鞍形コイル５２の外周側
と保持体８３の内周側との間に配置されている。

【００１９】回転子用楔５８は、巻線溝８４に装填され
た部分の回転子巻線５Ａが円筒形回転子８Ａが回転する
ことで発生される強大な遠心力によって巻線溝８４から
飛び出さないようにするなどのために、それぞれの巻線
溝８４の最外周部の付近に装着されている。回転子用楔
５８には回転子鉄心部８２Ａの軸長方向に沿って多数の
貫通孔５８ａが形成されており、それぞれの貫通孔５８
ａは鞍形コイル５２に形成されている貫通孔に対向して
形成されている。したがって、鞍形コイル５２に形成さ
れている貫通孔，貫通孔５８ａおよび楔下絶縁層が持つ
貫通孔は冷媒ガス流９９Ｃに関して互いに連通し合って
おり、通気ダクト８４ａに連通されている。この通気ダ
クト８４ａは、各巻線溝８４の底部に回転子鉄心部８２
Ａの軸長方向に沿って形成されており、通気ダクト８４
ａの両端部はそれぞれ流入室５５Ｘに連通されている。
なお、前述通気孔８８は円筒形回転子８Ａでは、貫通孔
５８ａと鞍形コイル５２および楔下絶縁層が持つ貫通孔
によって構成されていることになる。

【００２０】回転子鉄心部８２Ａは、一般例の前記回転
子鉄心部８２に対して、１対の回転子巻線５Ａ，５Ａが
持つ鞍形コイル５２に対応した個数と位置とに従う複数
の巻線溝８４と、同一のハーフ磁極に属すると共に互い
に隣接する巻線溝８４の相互間の部位である複数の歯部
８５と、複数の排気溝８６とが図示の如くに形成されて
いる。各巻線溝８４の底部には前記したように通気ダク
ト８４ａが形成されている。また、最外，最内位置の鞍
形コイル５２が装填される巻線溝８４の反歯部８５側を
形成する回転子鉄心部８２Ａの部位，および各歯部８５
のそれぞれの軸長方向の両端部には、排気路８５ａが形
成されている。

【００２１】従来の一例の円筒形回転子８Ａは上述の如
くに構成されているので、回転子巻線５Ａの端部８９で
は、スペーサ５４，５４Ａが持つ突起部５４２により冷
媒ガス流９９Ｃの通流路がジグザグ状に形成されること
により、冷媒ガス流９９Ｃが鞍形コイル５２の側面と十
分に接触できることになり、鞍形コイル５２を効果的に
冷却することができている。このような冷却構成を備え
ることによって、円筒形回転子８Ａでは回転子巻線５Ａ
の端部８９に対する冷却性能の向上を図ることができて
いる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る回転電気機械の円筒形回転子８Ａでは、回転子巻線５
Ａの端部８９に対する冷却性能の向上をある程度は達成
することが出来ているが、後記するような理由で回転子
巻線５Ａの最高温度は、図１０（従来例の円筒形回転子
が持つ回転子巻線の導電体の温度上昇値を示すグラフ）
に示すように、多くの場合にまだ端部８９に配設されて
いる円弧状部５１Ｂで発生している。そうして、回転子
巻線５Ａの場合に最高温度が発生するのは、それぞれの
回転子巻線５Ａが持つ６個の鞍形コイル５２の内の外側
部分に配置された鞍形コイル５２であり、最高温度の発
生部位は、円弧状部５１Ｂの磁極中心（図９の中心線Ｙ
−Ｙの位置）の直下付近に位置する部分である。

【００２３】一般に電気機械の寿命は巻線の電気絶縁の
ために採用されている電気絶縁材の耐熱寿命特性によっ
て決められるので、回転子巻線５Ａの端部８９の温度が
相対的に高いことは、端部８９の温度が使用されている
電気絶縁材の許容温度を越えないように回転子巻線５Ａ
の電流密度を設定しなければならないことを意味する。
この結果として円筒形回転子８Ａの、したがって回転電
気機械の体格の大形化を招いたり、または、回転電気機
械の定格出力の低減を余儀なくされる。ところで、回転
子巻線５Ａの最高温度がいまだに端部８９において発生
している主な理由は次記するとおりである。

【００２４】円筒形回転子８Ａが備える回転子巻線５
Ａでは、円弧状部５１Ｂを冷却する冷媒ガス流９９Ｃの
一部（冷媒ガス流９９Ｙ）は、隔壁体５５に形成された
貫通孔５５ａから流入して円弧状部５１Ｂの側部端面に
沿って通流するが、その際、冷媒ガス流９９Ｙの流れ方
向は軸長方向から円周方向に急激に変化する必要があ
る。他方、端部８９における直線状部５１Ａを冷却する
冷媒ガス流９９Ｃでは、その流れ方向は貫通孔５５ａか
ら流入した後もその通流方向をそのまま維持する。この
ために、貫通孔５５ａ付近を通流する冷媒ガス流９９Ｃ
の流体抵抗は、直線状部５１Ａの方と対比して円弧状部
５１Ｂの方が相対的に大きくなり、円弧状部５１Ｂを冷
却する冷媒ガス流９９Ｙの流量が相対的に少なくなる。
このことが主因で円弧状部５１Ｂの温度上昇が高くな
る。

【００２５】前記項による問題点を解決するために
幾つかの提案がすでになされており、その一例を図１１
に示す。図１１は、図６のＴ部に対応した部位における
従来の異なる例の円筒形回転子の要部の斜視図である。
なお図１１では、回転子巻線の円弧状部とスペーサとを
直線状に展開して図示している。図１１において、８Ｃ
は、図６〜図９に示した従来例による円筒形回転子８Ａ
に対して、回転子巻線５Ａに替えて、鞍形コイルの円弧
状部に円弧状部５１Ｃを採用した回転子巻線５Ｃを用い
るようにした円筒形回転子である。すなわち、回転子巻
線５Ｃに用いられる鞍形コイル５２Ｃを構成するそれぞ
れの巻回層は、円弧状部５１Ｃと図示しない直線状部５
１Ａとを組み合わせて形成されている。

【００２６】円弧状部５１Ｃは、冷媒ガス流９９Ｃを円
弧状部内に通流させるための通流路が貫通孔５１ｂとし
て形成されていることが、前記円弧状部５１Ｂと大きく
異なっている。この円弧状部５１Ｃには、貫通孔５１ｂ
に対応させ、貫通孔５１ｂ内を通流する冷媒ガス流９９
Ｙの円弧状部５１Ｃからの出口として、図示しない隔壁
体５５に形成されている図示しない貫通孔５５ｂに対向
する部位に、溝部５１ｃが形成されている。そうして、
貫通孔５１ｂ内を通流した冷媒ガス流９９Ｙは、溝部溝
部５１ｃを経て貫通孔５５ｂから図示しない排気室５６
Ｘに流入することができる。円弧状部５１Ｃはこの部位
を通流する電流の密度値を直線状部５１Ａ部の密度値と
同等とするために、その断面積を直線状部５１Ａの断面
積とほぼ同等に設定されており、このために円弧状部５
１Ｃの幅寸法Ｗ_C は直線状部５１Ａの幅寸法とほぼ同等
もしくは若干ではあるが大きく設定されている。

【００２７】このような構造を持つ回転子巻線５Ｃは、
円弧状部を冷却する冷媒ガス流９９Ｙの流量の増大と，
冷媒ガス流９９Ｙに関する円弧状部の放熱面積の増大と
を同時に得て、円弧状部の冷却性能の増大を意図したも
のである。しかしながらこの回転子巻線５Ｃが持つ構造
は、貫通孔５１ｂ内の流体抵抗が円弧状部５１Ｃ外面部
の流体抵抗よりも相対的に大きくなってしまうことで、
円弧状部５１Ｃによる放熱面積の増加率に比較して円弧
状部５１Ｃの温度上昇の低減率が多くの場合に小さくな
っていることが、発明者らが調査したところにより分か
ってきている。また、回転子巻線５Ｃでは円弧状部５１
Ｃに貫通孔５１ｂと溝部５１ｃの加工が必要なために、
回転子巻線５Ａの場合と対比して製造原価が高価になる
ことも問題点である。

【００２８】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされ、その目的は、回転子巻線が持つ鞍形コイルの
端部部分で発生する最高温度の低減を図った回転電気機
械の円筒形回転子を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）複数の巻線溝を持つ円柱状の回転子鉄心部と、導電
体を複数層巻回して形成されてそれぞれが異なる巻線溝
に装填されると共に冷媒ガスによって冷却される複数の
鞍形コイルを有する回転子巻線とを備えた回転電気機械
の円筒形回転子において、前記回転子巻線は巻線溝に収
納されない部位である端部を外周側から保持する筒状の
保持体に対して電気絶縁する筒状の外周部絶縁層および
前記端部部分の鞍形コイルの側面部を冷却する冷媒ガス
の通流路を形成するスペーサを有し、外周部絶縁層はス
ペーサにより形成された前記通流路に磁極中心の直下付
近で連通する連通路を有し、最外部に配置される鞍形コ
イルの外側の側面部に配設されるスペーサは前記連通路
に連通する冷媒ガス用の分岐路を持つこと、または、 ２）前記１項に記載の手段において、外周部絶縁層に形
成される前記連通路は、磁極中心の直下付近の外周部絶
縁層の内周面に回転子鉄心部の軸長方向に沿って形成さ
れた凹溝部であり、前記スペーサは板状の基板部とこの
基板部の鞍形コイル側の側面に形成された複数の突起部
とを持ちこの突起部の相互間に形成された空間によって
前記通流路を形成し、最外部に配置される鞍形コイルの
外側の側面部に配設されるスペーサに形成される前記分
岐路はスペーサの基板部の反通流路側に形成された凹溝
部であることにより達成される。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる
図には、図６〜図９で付した符号については極力代表的
な符号のみを記すようにしている。図１はこの発明の実
施の形態の一例による回転電気機械の円筒形回転子を示
す断面図、図２は図１におけるＶ部の断面図、図３は図
２におけるＣ−Ｃ断面図、図４は図２におけるＤ−Ｄ断
面図である。なお、図１は図５のＳ部に対応した部位の
図３におけるＥ−Ｅ断面図として示している。

【００３１】図１〜図４において、１は、図６〜図９に
示した従来例による円筒形回転子８Ａに対して、外周部
絶縁層５７およびスペーサ５４Ａに替えて、それぞれ外
周部絶縁層２およびスペーサ３を用いるようにした回転
電気機械の円筒形回転子である。外周部絶縁層２は従来
例の外周部絶縁層５７と対比すると、磁極の中心位置
（図３，図４の中心線Ｙ−Ｙの位置）付近に凹溝２１が
形成されていることのみが異なっている。凹溝２１はこ
の事例の場合の連通路であり、それぞれの回転子巻線５
Ａが持つ６個の鞍形コイル５２の内、外側に配置された
２個の鞍形コイル５２に対する通流路５４Ｙに連通でき
るように、外周部絶縁層２の内周面に冷媒ガス流９９Ｃ
のそれぞれの流入側の端部から回転子鉄心部８２Ａの軸
長方向に沿って形成される。そうしてこの凹溝２１は、
磁極中心の直下にある突起部５４２を避け、この突起部
５４２を挟むようにして２個を１組として形成されてい
る。

【００３２】また、スペーサ３は従来例のスペーサ５４
Ａと対比すると、磁極の中心位置付近に凹溝３２が形成
された基板部３１を用いることのみが異なっている。凹
溝３２はこの事例の場合の分岐路であり、基板部３１の
反通流路５４Ｙ側の面に中心軸線Ｘ−Ｘを中心にして放
射状に、しかも凹溝２１と連通できるように形成されて
いる。この凹溝３２の内周側の端部３２ａの位置は、保
持体８３の内周面８３ａよりも中心軸線Ｘ−Ｘ側に位置
するように形成されている。なお５９は、排気室５６
Ｘ，５６Ｘの図示しないそれぞれの軸流ファン（例え
ば、軸流ファン６９）側の端部を閉塞する塞ぎ板であ
る。

【００３３】図１〜図４に示すこの発明の実施の形態の
一例による円筒形回転子１では前述の構成としたので、
円筒形回転子１には、スペーサ３の凹溝３２から外周部
絶縁層２の凹溝２１を通流して通流路５４Ｙに到る冷媒
ガス流９９Ｃの通流経路が形成される（以降、この通流
経路を通流する冷媒ガス流９９Ｃの一部を区分する場合
には、冷媒ガス流９９Ｘと呼ぶ）。冷媒ガス流９９Ｘが
通流路５４Ｙに流入する部位に面する鞍形コイル５２
（この事例の場合には端部８９の磁極中心の直下位置付
近）を冷却する冷媒ガス流９９Ｃの流量は、従来例と同
じ冷媒ガス流９９Ｙに冷媒ガス流９９Ｘが加わるので増
量される。これによって、この部位の鞍形コイル５２
は、従来例と対比してその冷却能力が増大される。

【００３４】またこの発明による円筒形回転子１では、
冷媒ガス流９９Ｘは冷媒ガス流９９Ｙが湾曲して流れる
部分で冷媒ガス流９９Ｙに対して交差する方向から通流
路５４Ｙに流入するので（図３を参照）、冷媒ガス流９
９Ｘは通流路５４Ｙへの流入部で冷媒ガス流９９Ｃに渦
流を発生させる。この部位の鞍形コイル５２はこの渦流
による乱流効果によっても冷却能力が向上される。そう
して、凹溝２１が磁極中心の直下にある突起部５４２を
挟むようにして２個を１組として形成されているので、
凹溝２１の形成個数が１個の場合と比較して、磁極の中
心位置付近に位置する鞍形コイル５２を相対的に広い面
積で冷却できている。

【００３５】ところで、冷媒ガス流９９Ｘを供給する冷
媒ガス流の供給源は、軸流ファンから吐出された直後に
塞ぎ板５９により直進を遮られた冷媒ガス流９９Ｃであ
り（図４，図７を参照）、凹溝３２への流入部では軸流
ファンで得られた吐出圧力をまだ保持している。また、
冷媒ガス流９９Ｘが磁極中心の直下位置付近の通流路５
４Ｙに到達する経路は、凹溝３２→凹溝２１→通流路５
４Ｙである。これに対し、冷媒ガス流９９Ｙが磁極中心
の直下位置付近に到達するまでには、「流入室５５Ｘ→
前記貫通孔５５ａ→ジグザグ状の通流路５４Ｙ」という
長い通流経路を要し、この間に各種の流体抵抗が発生し
ている。

【００３６】すなわち円筒形回転子１では、鞍形コイル
５２の従来例の場合の最高温度の発生部位（端部８９の
磁極中心の直下付近）への冷媒ガス流９９Ｃの供給量
を、凹溝２１と凹溝３２を組み合わせた比較的に単純な
構成によって従来例の円筒形回転子９Ａの場合よりも増
量できる。そうして、凹溝２１と凹溝３２は共に加工が
比較的に容易な電気絶縁材に形成されるので、前述回転
子巻線５Ｃのように金属材に対して加工を施す場合と対
比して、製造原価の増加は無視できるほど僅かである。

【００３７】以上説明したように円筒形回転子１では、
端部８９の磁極中心の直下付近に位置して冷媒ガス流９
９Ｘで冷却される鞍形コイル５２は、冷媒ガス流９９Ｃ
の流量増大による効果と、冷媒ガス流９９Ｘによる乱流
効果とが重畳されることによって、従来例と対比してそ
の冷却能力を大きく増大される。図１０に示したよう
に、従来例の場合にはこの部位で最高温度が発生してい
るので、円筒形回転子１では回転子巻線５Ａの最高温度
を低下することができて、円筒形回転子１を持つ回転電
気機械の定格出力を増大、または、その体格を小型化す
ることができる。

【００３８】前述の説明では、円筒形回転子１の各極毎
の回転子巻線５Ａが持つ鞍形コイル５２の全個数は６個
であり、連通路である凹溝２１はその内の外側に配置さ
れた２個の鞍形コイル５２に対する通流路５４Ｙに連通
できるように形成されるとしてきたが、これに限定され
るものではなく、例えば、鞍形コイルの全個数や通流路
５４Ｙに凹溝２１が連通される鞍形コイルの個数は、円
筒形回転子の仕様などに対応して適宜に設定することが
できる。

【００３９】

【発明の効果】この発明による回転電気機械の円筒形回
転子においては、前記課題を解決するための手段の項で
述べた構成とすることで、従来例の場合に最高温度が発
生していた磁極中心の直下付近の鞍形コイルの端部部分
に対し、この発明による分岐路および連通路を介して通
流する冷媒ガス流を追加して与え、冷媒ガス流の流量増
大と冷媒ガス流相互間の乱流効果とを重畳することで冷
却能力を増大することが可能になる。これによって、回
転電気機械の円筒形回転子の定格出力の増大、または、
体格の小型化が可能になるとの効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の一例による回転電気機
械の円筒形回転子を示す断面図

【図２】図１におけるＶ部の断面図

【図３】図２におけるＣ−Ｃ断面図

【図４】図２におけるＤ−Ｄ断面図

【図５】一般例の回転電気機械の主要部を模式化して示
す縦断面図

【図６】図５のＱ部に対応した部位における従来例の回
転電気機械が持つ円筒形回転子を示す斜視図

【図７】図５のＲ部に対応した部位における従来例の回
転電気機械を示す断面図

【図８】図５のＳ部に対応した部位の図６に示した円筒
形回転子の断面図

【図９】図８におけるＡ−Ａ断面図

【図１０】従来例の円筒形回転子が持つ回転子巻線の導
電体の温度上昇値を示すグラフ

【図１１】図６のＴ部に対応した部位における従来の異
なる例の円筒形回転子の要部の斜視図

【符号の説明】

１ 円筒形回転子 ２ 外周部絶縁層 ２１ 連通路（凹溝） ３ スペーサ ３１ 基板部 ３２ 分岐路（凹溝） ５Ａ 回転子巻線 ５２ 鞍形コイル ５４Ｙ 通流路 ８２Ａ 回転子鉄心部 ９９Ｃ 冷媒ガス流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H603 AA12 BB02 BB09 BB12 CA02 CA04 CB03 CB17 CC03 CC07 CC17 CD22 CE02 CE05 EE25 5H609 BB03 BB19 PP02 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ03 QQ10 QQ15 QQ17 QQ18 RR02 RR17 RR21 RR27 RR36 RR51

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の巻線溝を持つ円柱状の回転子鉄心部
   と、導電体を複数層巻回して形成されてそれぞれが異な
   る巻線溝に装填されると共に冷媒ガスによって冷却され
   る複数の鞍形コイルを有する回転子巻線とを備えた回転
   電気機械の円筒形回転子において、 前記回転子巻線は巻線溝に収納されない部位である端部
   を外周側から保持する筒状の保持体に対して電気絶縁す
   る筒状の外周部絶縁層および前記端部部分の鞍形コイル
   の側面部を冷却する冷媒ガスの通流路を形成するスペー
   サを有し、外周部絶縁層はスペーサにより形成された前
   記通流路に磁極中心の直下付近で連通する連通路を有
   し、最外部に配置される鞍形コイルの外側の側面部に配
   設されるスペーサは前記連通路に連通する冷媒ガス用の
   分岐路を持つことを特徴とする回転電気機械の円筒形回
   転子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の回転電気機械の円筒形回
   転子において、 外周部絶縁層に形成される前記連通路は、磁極中心の直
   下付近の外周部絶縁層の内周面に回転子鉄心部の軸長方
   向に沿って形成された凹溝部であり、前記スペーサは板
   状の基板部とこの基板部の鞍形コイル側の側面に形成さ
   れた複数の突起部とを持ちこの突起部の相互間に形成さ
   れた空間によって前記通流路を形成し、最外部に配置さ
   れる鞍形コイルの外側の側面部に配設されるスペーサに
   形成される前記分岐路はスペーサの基板部の反通流路側
   に形成された凹溝部であることを特徴とする回転電気機
   械の円筒形回転子。