JP2003309948A

JP2003309948A - 回転電機

Info

Publication number: JP2003309948A
Application number: JP2002113149A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Kieda; 茂和木枝; Itsuro Sawada; 逸郎沢田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却効率を向上することができる回転電機を提
供する。【解決手段】回転自在に支持された回転子２と、この回
転子２の外周側に間隙１４を隔てて配設された固定子３
と、この固定子３の外周側に配設され内部にジャケット
内冷却流路９を備えたケーシング冷却ジャケット部４ａ
とを有する小型ガスタービン発電機において、固定子３
内の軸方向少なくとも１箇所に設けられ、周方向略全周
に渡って径方向外周側から径方向内周側へと回転子用冷
却流体１１を導入し、回転子２の周方向略全周を冷却す
る固定子内冷却流路１２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば永久磁石を
用いた回転子を高速回転させる小型タービン発電機に好
適な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばガスタービンエンジン
に回転子として永久磁石を接続し、この永久磁石を高速
回転させて発電を行う永久磁石界磁型の発電機が知られ
ている。特に、この永久磁石としてサマリウムコバルト
やネオジウム等を用いたものは磁束密度が高く、その回
転子を高速回転させることにより、高い発電効率の小型
発電機を得ることができる。

【０００３】ところで、一般に発電機の小型化と高出力
化を行う場合、銅損や鉄損などの熱損失が増大し、これ
により固定子及び回転子の温度が上昇する。また、回転
子を高速回転することにより固定子と回転子との間隙に
おける摩擦損失が増大し、この摩擦損失は発熱損失とな
って固定子及び回転子の加熱源となるため、これによっ
ても固定子及び回転子の温度が上昇する。

【０００４】これに対し、固定子に設けられる絶縁材料
には耐熱温度制限があり、また回転子に設けられる永久
磁石には磁力が消失するキュリー点が存在するため、固
定子及び回転子の冷却が不可欠となる。

【０００５】そこで、小型発電機の冷却方法として、例
えば特開２０００−１１６０６１号公報に記載のものが
ある。この小型発電機においては、固定子（ステータ）
の内部の軸方向１箇所において外周より２本の冷媒通路
を回転子（ロータ）と固定子との間隙（隙間）まで設
け、発電機の外方より送り込む冷却流体（冷媒）が上記
２本の冷媒通路から上記間隙に流れ込み、主に回転子を
冷却（固定子も一部冷却される）した後、発電機軸方向
両端部より発電機外へ流出するようになっている。ま
た、固定子の外周側に配設される冷却ジャケット（ケー
シング）内には、上記公報には明確に記載されていない
が、通常、冷却ジャケット内において固定子用の冷却流
体が発電機軸方向一方側から他方側へと流れて他方側で
Ｕターンして一方側へと流れ、また一方側で再度Ｕター
ンするというように、Ｕ字型流路が連続するジグザグ形
状をしたジャケット内冷却流路（冷却水通路）が設けら
れ、このジャケット内冷却流路内を流れる固定子用の冷
却流体により固定子が冷却されるようになっている。な
お、上記２本の冷媒通路の固定子外周側は、上記冷却ジ
ャケットを貫通して設けられている。

【０００６】このように、従来より、小型発電機におい
ては、固定子と回転子の間隙、及び固定子外周側に設け
た冷却ジャケット内にそれぞれ冷却流体を流すことによ
り、固定子及び回転子を冷却するのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、分散電源を用い
た電力供給システムが重要視されており、これに適した
小型かつ高効率の発電機の必要性が高まっている。この
ような背景の下、上記固定子及び回転子の冷却を効率良
く行うことが急務となっている。

【０００８】しかしながら、上記従来技術では冷却効率
に関し充分に考慮されておらず、以下のような課題が存
在する。すなわち、固定子外周側から回転子と固定子と
の間隙に到る上記冷媒通路は、固定子内のコイルを格納
するスロット部以外のティース部を通過させる必要があ
る。通常、小型発電機において、このティース部の周方
向幅は数ｍｍ程度と狭くなっている。このため、上記従
来構造における冷媒通路は流路断面積が狭く、またその
本数も２本と少ないために、通路内の流速が多大になり
圧力損失が大きくなる。また、冷却流体が冷媒通路から
間隙に流入する際、流れが直角に分岐するため、上記の
ような多大な流速の下ではより一層大きな圧力損失が発
生する。このような圧力損失の結果、冷媒通路内の冷媒
の流動が円滑に行われず、回転子の冷却効率が低下し、
ひいては回転電機全体の冷却効率が低下する可能性があ
る。

【０００９】さらに、特定の２箇所のティース部のみか
ら回転子の表面に対して冷却流体が多大な流速で流出す
ることから、回転子の表面に局所的な圧力が作用し、こ
れにより回転子の周方向に不均一な力が作用するため、
回転子の軸振動の要因となる可能性もある。

【００１０】なお、本発明の適用対象である小型発電機
とは異なるが、比較的大型の発電機においては、例えば
米国特許ＵＳ００５６５２４６９号に記載されているよ
うに、固定子（ステータ）の外周から回転子（ロータ）
と固定子との間隙（エアギャップ）に冷却流体（エア）
を流入させ軸方向両端から流出させるリバースフロー型
の冷却装置を備えたものがある。

【００１１】このような従来構造を本発明の適用対象で
ある小型発電機に適用した場合、上記したように小型発
電機は通常固定子の外周側に冷却ジャケットを備える構
造であるため、この冷却ジャケットが発電機軸方向に分
断されることになる。また、冷却流体を周方向に均一に
分配するためのヘッダー管が必要となる等、固定子外周
側の配管系が複雑になり、このため全体の体積が増大し
発電機が大型化してしまう。したがって、上記の構造を
小型発電機に適用するのは事実上困難であり、現実的で
はない。

【００１２】本発明の第１の目的は、冷却効率を向上す
ることができる回転電機を提供することにある。本発明
の第２の目的は、回転子側の冷却効率を向上することに
より、全体の冷却効率を向上することができる回転電機
を提供することにある。本発明の第３の目的は、固定子
側の冷却効率を向上することにより、全体の冷却効率を
向上することができる回転電機を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、回転自在に支持された回転子と、
この回転子の外周側に間隙を隔てて配設された固定子
と、この固定子の外周側に配設され内部にジャケット内
冷却流路を備えた冷却ジャケットとを有する回転電機に
おいて、前記固定子内の軸方向少なくとも１箇所に設け
られ、周方向略全周に渡って径方向外周側から径方向内
周側へと冷却流体を導入し、前記回転子の周方向略全周
を冷却する固定子内冷却流路を有する。

【００１４】本発明においては、例えば周方向少なくと
も１箇所において冷却ジャケットを貫通して設けた冷却
流体導入口から固定子内冷却流路へ導入された冷却流体
は、固定子内を周方向略全周に渡って径方向外周側から
径方向内周側へと導入され、回転子の周方向略全周を冷
却する。このように、流路断面積が狭くかつ本数の少な
い冷媒通路を介し冷却流体を導く従来構造と異なり、周
方向略全周に渡る広い空間を介して冷却流体を周方向に
均一に回転子と固定子との間隙に導入できるので、冷却
流体の圧力損失を大幅に低減することができる。したが
って、充分な冷却流量を確保すると共に冷却流体を円滑
に間隙に導入することができ、回転子側の冷却効率を向
上することができる。この結果、回転電機全体の冷却効
率を向上することができる。

【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記固定子内冷却流路は、周方向少なくとも１箇所にお
いて前記冷却ジャケットを貫通して設けた冷却流体導入
口に連通する。

【００１６】（３）上記（１）又は（２）において、ま
た好ましくは、前記固定子内冷却流路は、前記冷却流体
がまず周方向に流れ、次いで前記回転子側に順次分岐し
て流れるように前記冷却流体をガイドする導流壁をさら
に有する。これにより、冷却流体の周方向への均一化を
確実に行うことができる。

【００１７】（４）上記（１）又は（２）において、ま
た好ましくは、前記固定子を、その軸方向少なくとも１
箇所で軸方向に分断し、その分断部にスペーサ部材を介
在配置することにより、前記固定子内冷却流路を形成す
る。

【００１８】これにより、固定子の分断部を介し、上記
（１）で説明したように冷却流体を周方向に均一に固定
子外周側より回転子と固定子との間隙に導入することが
できる。

【００１９】また、スペーサ部材を例えば金属等の剛性
の大きい材料により構成することで、分断された固定子
同士をスペーサ部材により接合し固定子全体の強度を確
保することができる効果もある。

【００２０】（５）上記目的を達成するために、また本
発明は、回転自在に支持された回転子と、この回転子の
外周側に間隙を隔てて配設された固定子と、この固定子
の外周側に配設されジャケット冷却流路を備えた冷却ジ
ャケットとを有する回転電機において、前記ジャケット
冷却流路を、前記回転子軸方向に向かって螺旋を描くよ
うに設ける。

【００２１】本発明においては、例えば冷却ジャケット
内にジャケット冷却流路を軸方向に螺旋を描くように設
けるので、例えばこの螺旋間隔を適宜小さく設定するこ
とにより、上記従来構造のようにジャケット内冷却流路
がＵ字型形状であるためにその周方向の流路間隔に所定
の長さが必要である場合と比べて、流路間隔をより小さ
くし冷却流路を密に設けることが可能となる。したがっ
て、固定子側の冷却効率を向上することができ、この結
果、回転電機全体の冷却効率を向上することができる。

【００２２】（６）上記目的を達成するために、また本
発明は、回転自在に支持された回転子と、この回転子の
外周側に間隙を隔てて配設された固定子と、この固定子
の外周側に配設されジャケット冷却流路を備えた冷却ジ
ャケットとを有する回転電機において、前記固定子内の
軸方向少なくとも１箇所に設けられ、周方向略全周に渡
って径方向外周側から径方向内周側へと冷却流体を導入
し、前記回転子の周方向略全周を冷却する固定子内冷却
流路と、周方向少なくとも１箇所において前記冷却ジャ
ケットを貫通して設けた冷却流体導入口とを有し、前記
ジャケット冷却流路を、前記回転子軸方向に向かって螺
旋を描くように、且つ前記冷却流体導入口に干渉しない
ように設ける。

【００２３】これにより、冷却流体導入口から固定子内
冷却流路へ導入された冷却流体は、固定子内を周方向略
全周に渡って径方向外周側から径方向内周側へと導入さ
れるので、上記（１）と同様に冷却流体の圧力損失を大
幅に低減することができる。

【００２４】また本発明においては、冷却ジャケットに
上記冷却流体の導入口を例えば１箇所設ける。このと
き、従来構造のように、ジグザグ形状のジャケット内冷
却流路のうち軸方向に冷却流体を流す部分が周方向に並
列して設けられる場合には、そのままでは上記冷却流体
導入口と干渉が生じその干渉箇所には冷却流路の軸方向
部分を設けることができなくなる。この結果、冷却流路
の軸方向部分同士の間隔が空き、その部分の固定子冷却
が不充分となる。そこで、本発明においては、冷却流体
導入口に干渉しないように例えば冷却ジャケット内にジ
ャケット冷却流路を軸方向に螺旋を描くように設ける。
これにより、上記のような不都合を回避し、固定子を満
遍なく充分に冷却することができる。すなわち、回転子
側及び固定子側の両方の冷却効率を向上することができ
るので、回転電機全体の冷却効率を向上することができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転電機の実施の
形態を図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第１
の実施の形態を図１乃至図３を参照しつつ以下に説明す
る。

【００２６】図１は本発明の回転電機の第１の実施の形
態の全体構成を表す側断面図、図２は図１中II−II断面
による横断面図である。これらの図１及び図２におい
て、本発明の回転電機の第１の実施の形態である小型ガ
スタービン発電機は、軸受１により回転自在に支持され
た回転子２と、回転子２の外周側に配設された固定子３
と、これら固定子２及び回転子３を内部に収納するケー
シング４とを備えている。

【００２７】上記回転子２は軸方向両端に軸２ａを備え
ており、この軸２ａ，２ａが上記ケーシング４内に固定
された軸受１，１に軸支されることにより、上記回転子
２はケーシング４に回転自在に保持されるようになって
いる。また、軸受１，１のケーシング内周側にはシール
５，５がそれぞれ設けられ、ケーシング４の内部を密封
するようになっている。

【００２８】上記固定子３は、薄い鋼板３ａを軸方向に
多数積層して形成されており、その径方向略中央部には
上記回転子２挿通用の貫通孔３Ａが回転子２の直径より
も若干大きな径で設けられている。また固定子３内に
は、スロット部６が軸方向に並列し上記貫通孔３Ａを囲
むように周方向複数箇所に設けられている（図２参
照）。このスロット部６内に、コイル７がそれぞれ軸方
向にはめ込まれている（図１参照）。なお、８は上記複
数のスロット部６のそれぞれの間に形成されるティース
部である（図２参照）。

【００２９】上記ケーシング４は、径方向外周側に円筒
状の冷却ジャケット部４ａを備えており、この冷却ジャ
ケット部４ａ内にはジャケット内冷却流路９が設けられ
ている。このジャケット内流路９は、上記冷却ジャケッ
ト部４ａ内において固定子用冷却流体１０が発電機軸方
向一方側（図１中右側）から他方側（図１中左側）へと
流れて他方側端部でＵターンして一方側へと流れ、一方
側端部で再度Ｕターンするというように、Ｕ字型流路が
連続するジグザグ形状となって設けられている。このよ
うに、ジャケット内冷却流路９内に固定子用冷却流体１
０を流すことにより、固定子３の発熱を除去するように
なっている。なお、この固定子用冷却流体としては通常
液体が用いられるが、気体を用いてもよい。

【００３０】このように構成される小型ガスタービン発
電機において、本実施の形態の特徴は、固定子３を軸方
向略中央部にて２つに分断し、この分断部を回転子用冷
却流体１１の流路としたことである。以下、この詳細構
造について記述する。

【００３１】図１において、固定子３はその軸方向略中
央部にて軸方向に２つに分断されており、その分断部に
固定子内冷却流路１２が設けられている。なお、分断さ
れた２つの固定子３は、特に図示しないが、それぞれが
ケーシング４の内周面に適宜の方法で固定されている。
図３は、この固定子内冷却流路１２（図１中III−III断
面）における小型ガスタービン発電機の横断面図であ
る。

【００３２】この図３及び図１において、１３は上記ケ
ーシング冷却ジャケット部４ａを貫通して設けられた冷
却流体導入口で、上記回転子用冷却流体１１は、ケーシ
ング４の外部よりこの冷却流体導入口１３を介して上記
固定子内冷却流路１２内に流入するようになっている。
なお、この冷却流体導入口１３は冷却ジャケット部４ａ
に１箇所のみ設けられており、冷却ジャケット部４ａ内
のジャケット内冷却流路９との干渉箇所が極力少なくな
るようになっている。また、１４は前記貫通孔３Ａと回
転子２の外周面との間隙であり、上記固定子内冷却流路
１２内に流入した回転子用冷却流体１１は、周方向全周
に渡って複数配置されたティース部８をそれぞれ通って
上記間隙１４に流入するようになっている。その後、回
転子用冷却流体１１は、この間隙１４内を回転子２の軸
方向両側に向かって流れ、ケーシング４内の回転子２の
軸方向両端に位置する排出室１５，１５（図１参照）、
ケーシング４に設けた排気孔１６，１６（図１参照）を
介してケーシング４の外部の軸方向両端側へ排出され
る。このような回転子用冷却流体１１の流れにより、回
転子２が周方向全周に渡り冷却されるようになっている
（但し、固定子３も一部冷却される）。なお、この回転
子用冷却流体１１としては通常空気等のガスを用いる
が、特に冷却性能が必要であれば液体を用いてもよい。

【００３３】以上において、冷却ジャケット部４ａは、
特許請求の範囲各項記載の固定子の外周側に配設された
冷却ジャケットを構成し、回転子用冷却流体１１は、周
方向略全周に渡って径方向外周側から径方向内周側へと
導入される冷却流体を構成する。

【００３４】次に、上記構成の本発明の回転電機の第１
の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。小型ガ
スタービン発電機の駆動中において、回転子用冷却流体
１１は、発電機外部に設けたコンプレッサー等により適
宜圧力をかけられ、ケーシング４外部より冷却流体導入
口１３を介して固定子内冷却流路１２内に導入される。
導入された回転子用冷却流体１１は冷却流体導入口１３
近傍に配置されるティース部８に流入しようとするが、
ティース部８は径方向内周側ほど幅が狭く流路面積が小
さくなっているため、回転子用冷却流体１１がティース
部８を通過する際には圧力損失が生じる。このティース
部８の圧力損失により、回転子用冷却流体１１は周方向
に拡散される。これにより、周方向略全周に渡って拡散
された回転子用冷却流体１１は、複数のティース部８の
それぞれに導入されて径方向外周側から径方向内周側
（図３中矢印ア方向）へ回転子２に向かって流れ、回転
子２の外周面まで達すると、回転子２の軸方向両側に分
かれて間隙１４に導入される。その後、回転子用冷却流
体１１は、回転子２の周方向略全周を冷却しながら間隙
１４内を回転子２の軸方向両端側へ流れ、排出室１５か
ら排気孔１６を通ってケーシング４の外部へ排出され
る。

【００３５】一方で、ケーシング冷却ジャケット部４ａ
内においては、固定子用冷却流体１０が発電機外部に設
けたポンプ等により適宜圧力をかけられ、ジャケット内
冷却流路９に導入される。導入された固定子用冷却流体
１０は、固定子３を外周側から冷却しながらジグザグ状
のジャケット内冷却流路９内を冷却ジャケット部４ａの
周方向に略１周するように流れ、冷却ジャケット部４ａ
から排出される。

【００３６】このように、本発明によれば、固定子内冷
却流路１２の周方向略全周に渡る広い空間を介して回転
子用冷却流体１１を周方向略全周から間隙１４に導入す
ることができるので、従来構造のように冷媒通路の流路
断面積が狭く且つ冷媒通路の本数の少ない構造と比べ
て、回転子用冷却流体１１の圧力損失を大幅に低減する
ことができる。したがって、回転子２の冷却に必要な回
転子用冷却流体１１の流量を充分確保できると共に回転
子用冷却流体１１を円滑に間隙１４に導入することがで
き、回転子２側の冷却効率を向上することができる。こ
の結果、小型ガスタービン発電機全体の冷却効率を向上
することができる。

【００３７】なお、上記本発明の第１の実施の形態にお
いては、固定子３を軸方向に分断して固定子内冷却流路
１２を形成しており、この固定子内冷却流路１２内には
何も設けていないが、これに限らず、例えば金属製のス
ペーサ部材を回転子用冷却流体１１の導入に影響しない
程度に固定子内冷却流路１２内に適宜介在配置させても
よい。このとき、このスペーサ部材の軸方向両端を分断
された固定子３のそれぞれに対して例えば溶接により固
定すれば、分断された固定子３はこのスペーサ部材によ
り堅固に接合され、固定子３全体の強度を確保すること
ができる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態を図４乃
至図５を参照しつつ以下に説明する。本実施の形態は、
固定子内冷却流路内に回転子用冷却流体をガイドする導
流壁を設けたものである。

【００３９】図４は、本発明の回転電機の第２の実施の
形態である小型ガスタービン発電機の固定子内冷却流路
における横断面図である。この図４において、前述の第
１の実施の形態における図３と同様の部分には同符号を
付し、説明を省略する。図４において、１２′は導流壁
１７を備えた固定子内冷却流路であり、上記導流壁１７
は、冷却流体導入口１３近傍に１箇所設けられる入口導
流壁１７ａと、前記スロット部６の外周面に沿って周方
向複数箇所（本実施の形態では４箇所）に設けられる分
岐導流壁１７ｂとにより構成されている。この導流壁１
７は例えば金属製であり、その軸方向両端が分断された
固定子３のそれぞれに対して溶接されることにより、固
定子３に対して固定されている。

【００４０】上記入口導流壁１７ａは、冷却流体導入口
１３からスロット部６の外周面まで周方向半時計回りに
向かうように設けられ、これにより、固定子内冷却流路
１２′内に流入した回転子用冷却流体１１はまず周方向
半時計回り（図４中矢印イ方向）の向きに流れるように
なっている。

【００４１】上記分岐導流壁１７ｂは、周方向半時計回
りに径方向外周側から内周側へ向かい、内周側端部がス
ロット部６の外周面に接するように設けられている。こ
れにより、上記のようにして固定子内冷却流路１２′内
の外周側を周方向半時計回りに周回する回転子用冷却流
体１１を、順次径方向外周側から径方向内周側へ分岐さ
せ、周方向略全周に渡ってそれぞれのティース部８に分
配するようになっている（図４中矢印ウ参照）。

【００４２】なお、本実施の形態の小型ガスタービン発
電機における上記箇所以外の構成は、前述の第１の実施
の形態と同様である。

【００４３】次に、上記構成の本発明の回転電機の第２
の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。ケーシ
ング４外部より冷却流体導入口１３を介して固定子内冷
却流路１２内に導入された回転子用冷却流体１１は、入
口導流壁１７ａによりまず周方向半時計回り（図４中矢
印イ方向）の向きに流れ、固定子内冷却流路１２′内の
外周側を周方向半時計回りに周回する。次に、周回する
回転子用冷却流体１１は、周方向４箇所に設けられた分
岐導流壁１７ｂにより順次径方向外周側から径方向内周
側へ分岐され、最終的に周方向略全周に渡ってそれぞれ
のティース部８にほぼ均一に分配される（図４中矢印ウ
参照）。このようにして、それぞれのティース部８に分
配された回転子用冷却流体１１は、ティース部８内を径
方向外周側から径方向内周側へ回転子２に向かって流
れ、間隙１４に導入されて回転子２の周方向略全周を冷
却し、排出室１５から排気孔１６を通ってケーシング４
の外部へ排出される。

【００４４】このように、本実施の形態によれば、回転
子用冷却流体１１を導流壁１７により周方向全周に渡り
ほぼ均一に分配して間隙１４に導入することができるの
で、回転子用冷却流体１１の圧力損失を大幅に低減しつ
つその間隙１４への流入量を周方向にほぼ均一にするこ
とができる。したがって、回転子２側の冷却効率を確実
に向上することができ、この結果、小型ガスタービン発
電機全体の冷却効率を確実に向上することができる。

【００４５】また、分断された固定子３が導流壁１７に
より堅固に接合され、固定子３全体の形状を維持し強度
を確保することができる効果もある。

【００４６】なお、上記本発明の第２の実施の形態にお
いては、導流壁１７を周方向反時計周りに径方向外周側
から内周側へ向かうように設けたが、これに限らず、導
流壁を円形状に配置してもよい。図５は、この導流壁の
変形例を示す小型ガスタービン発電機の固定子内冷却路
における横断面図である。

【００４７】この図５において、１２″は導流壁１７′
を備えた固定子内冷却流路であり、上記導流壁１７′
は、周方向に分断され複数の流入口１７′ａを備える円
形状の導流壁である。この導流壁１７′により、冷却流
体導入口１３より導入された回転子用冷却流体１１は、
周方向両側に分岐して外周側を周方向（図５中矢印エ方
向）に流れつつ、導流壁１７′に備えられる流入口１
７′ａより順次径方向内周側（図５中矢印オ方向）に導
入されるようになっている。なおこのとき、前述したよ
うにティース部８の圧力損失により、回転子用冷却流体
１１は周方向にほぼ均一に分配されるようになってい
る。

【００４８】このようにして、本変形例においても、回
転子用冷却流体１１を周方向全周に渡りほぼ均一に分配
して間隙１４に導入することができるので、回転子２側
の冷却効率を向上することができる。

【００４９】また、上記本発明の第２の実施の形態にお
いては、導流壁１７を金属製とし、溶接により固定子３
と固定するようにしたが、これに限らず、導流壁１７を
例えば工業プラスチック製として接着剤等により接着固
定してもよい。すなわち、分断された固定子３を堅固に
接合でき、その強度を確保できるものであればよい。こ
の場合、軽量化を図ることができる効果もある。

【００５０】次に、本発明の第３の実施の形態を図６乃
至図７を参照しつつ以下に説明する。本実施の形態は、
固定子を冷却するためのジャケット内冷却流路を回転子
軸方向に向かって螺旋を描くように設けたものである。

【００５１】図６は、本発明の回転電機の第３の実施の
形態である小型ガスタービン発電機の側面図であり、図
７は、図６中VII−VII断面による横断面図である。これ
らの図６及び図７において、前述の第１の実施の形態に
おける図１乃至図３と同様の部分には同符号を付し、説
明を省略する。

【００５２】これら図６及び図７において、ジャケット
内冷却流路９′は、回転子軸方向に向かって螺旋を描く
ようにケーシング冷却ジャケット部４′ａ内に設けられ
ている。このとき、ジャケット内冷却流路９′の螺旋間
隔は、冷却流体導入口１３に干渉しない範囲でなるべく
小さく設定し、その流路間隔が密になるようになってい
る。このような構造により、軸方向一方側（図６中右
側）において冷却ジャケット部４′ａ内のジャケット内
冷却流路９′に導入された固定子用冷却流体１０は、螺
旋を描きながら固定子３の外周側を回り、固定子３を冷
却しつつ軸方向他方側（図６中左側）に向かって進み、
軸方向他方側において冷却ジャケット部４′ａ外へ排出
されるようになっている。

【００５３】なお、本実施の形態の小型ガスタービン発
電機における上記箇所以外の構成は、前述した第１の実
施の形態と同様であり、例えば、特に図示しないが、冷
却流体導入口１３よりケーシング４′内に導入された回
転子用冷却流体１１は、固定子３を分断して設けた固定
子内冷却流路１２において周方向全周に渡り拡散され
て、間隙１４に導入されるようになっている。

【００５４】以上において、ジャケット内冷却流路９′
は、特許請求の範囲各項記載の回転子軸方向に向かって
螺旋を描くように設けたジャケット冷却流路を構成し、
冷却ジャケット部４′ａは、固定子の外周側に配設され
ジャケット冷却流路を備えた冷却ジャケットを構成す
る。

【００５５】このように構成された本実施の形態によれ
ば、従来構造のようにジグザグ形状のジャケット内冷却
流路９′のうち軸方向に固定子用冷却流体１０を流す部
分が周方向に並列して設けられる構造においては、冷却
流体導入口１３との干渉が生じた場合、ジャケット内冷
却流路９′を部分的に迂回させたり他の流路との合流等
が必要となり、その干渉箇所にはジャケット内冷却流路
９′を設けることができなくなり、この結果干渉箇所に
おける固定子３の冷却が不充分となってしまうのに対
し、ジャケット内冷却流路９′を軸方向に螺旋を描くよ
うに設けることで、冷却流体導入口１３と干渉せずに流
路間隔を密にして設けることができる。これにより、上
記のような不都合を回避し、固定子３を満遍なく充分に
冷却することができる。

【００５６】また本実施の形態によれば、前述の第１の
実施の形態と同様に、固定子内冷却流路１２を介して回
転子用冷却流体１１を周方向略全周から間隙１４に導入
することができるので、回転子２側の冷却効率を向上す
ることができる。

【００５７】したがって、回転子２側及び固定子３側の
両方の冷却効率を向上することができるので、小型ガス
タービン発電機全体の冷却効率を向上することができ
る。

【００５８】なお、上記本発明の第３の実施の形態にお
いては、ケーシング冷却ジャケット部４ａに冷却流体導
入口１３を設け、回転子用冷却流体１１を発電機の径方
向外方から導入するようにしたが、これに限らない。す
なわち、発電機の軸方向外部に例えば発電機の前記回転
子軸２ａと同軸のロータを備えるコンプレッサを配置
し、このコンプレッサにより圧力をかけて（又は負圧に
して）回転子用冷却流体１１をケーシング４の軸方向一
方側から流入させ間隙１４を通して軸方向他方側から流
出させるといったように、回転子用冷却流体１１を発電
機の軸方向から導入するようにしてもよい。この場合、
冷却ジャケット部４ａに冷却流体導入口１３を設ける必
要がなくなるため、ジャケット内冷却流路９′の螺旋間
隔を可能な限り小さく設定することでその流路間隔をさ
らに密にすることができる。したがって、固定子３側の
冷却効率をさらに向上することができる。

【００５９】また、このような冷却流路を備えるケーシ
ングの製作方法として、例えば外周面に冷却流路として
の溝を切った筒状部材を鋳造により形成し、この筒状部
材の外周面に筒状カバーを固定する方法が考えられる
が、従来構造のように冷却流路がＵ字型が周方向に連な
るジクザグな形状である場合に対し、上記変形例では冷
却流路が軸方向一端から他端まで延在する単純な螺旋形
状であるので、鋳型の形状がシンプルとなり、これによ
り製作が比較的容易になる効果もある。

【００６０】また、上記本発明の第３の実施の形態にお
いては、螺旋状のジャケット内冷却流路９′をケーシン
グ４内に設けているが、これに限らず、例えばケーシン
グ４の外周面に冷却配管を螺旋状に巻き付ける等、外側
に設けてもよいのは言うまでもない。

【００６１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、固定子内
冷却流路を介し、冷却流体を周方向全周に渡って均一に
回転子と固定子との間隙に導入することができるので、
冷却流体の圧力損失を大幅に低減することができる。こ
れにより、回転子側の冷却効率を向上することができ、
したがって回転電機全体の冷却効率を向上することがで
きる。

【００６２】請求項５記載の発明によれば、ジャケット
冷却流路を回転子軸方向に向かって螺旋を描くように設
けるので、螺旋間隔を小さく設定することで、冷却流路
を密に設けることができる。これにより、固定子側の冷
却効率を向上することができ、したがって回転電機全体
の冷却効率を向上することができる。

【００６３】請求項６記載の発明によれば、固定子内冷
却流路を介して冷却流体を周方向全周に渡って均一に回
転子と固定子との間隙に導入することができると共に、
ジャケット冷却流路の螺旋間隔を小さくすることで冷却
流路を密に設けることができる。これにより、回転子側
及び固定子側の両方の冷却効率を向上することができ、
したがって回転電機全体の冷却効率を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機の第１の実施の形態の全体構
成を表す側断面図である。

【図２】図１中II−II断面による横断面図である。

【図３】図１中III−III断面による横断面図である。

【図４】本発明の回転電機の第２の実施の形態の固定子
内冷却流路における横断面図である。

【図５】本発明の回転電機の第２の実施の形態を構成す
る導流壁の変形例を表す横断面図である。

【図６】本発明の回転電機の第３の実施の形態の側面図
である。

【図７】図６中VII−VII断面による横断面図である。

【符号の説明】

２回転子３固定子４ａ冷却ジャケット部（冷却ジャケット）４′ａ冷却ジャケット部（冷却ジャケット）９ジャケット内冷却流路９′ ジャケット内冷却流路（ジャケット冷却流
路）１０固定子用冷却流体１１回転子用冷却流体（冷却流体）１２固定子内冷却流路１２′ 固定子内冷却流路１２″ 固定子内冷却流路１３冷却流体導入口１４間隙１７導流壁１７′ 導流壁

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された回転子と、この回転
子の外周側に間隙を隔てて配設された固定子と、この固
定子の外周側に配設され内部にジャケット内冷却流路を
備えた冷却ジャケットとを有する回転電機において、前記固定子内の軸方向少なくとも１箇所に設けられ、周
方向略全周に渡って径方向外周側から径方向内周側へと
冷却流体を導入し、前記回転子の周方向略全周を冷却す
る固定子内冷却流路を有することを特徴とする回転電
機。
【請求項２】請求項１記載の回転電機において、前記固
定子内冷却流路は、周方向少なくとも１箇所において前
記冷却ジャケットを貫通して設けた冷却流体導入口に連
通していることを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１又は２記載の回転電機において、
前記固定子内冷却流路は、前記冷却流体がまず周方向に
流れ、次いで前記回転子側に順次分岐して流れるように
前記冷却流体をガイドする導流壁をさらに有することを
特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１又は２記載の回転電機において、
前記固定子を、その軸方向少なくとも１箇所で軸方向に
分断し、その分断部にスペーサ部材を介在配置すること
により、前記固定子内冷却流路を形成したことを特徴と
する回転電機。
【請求項５】回転自在に支持された回転子と、この回転
子の外周側に間隙を隔てて配設された固定子と、この固
定子の外周側に配設されジャケット冷却流路を備えた冷
却ジャケットとを有する回転電機において、前記ジャケット冷却流路を、前記回転子軸方向に向かっ
て螺旋を描くように設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項６】回転自在に支持された回転子と、この回転
子の外周側に間隙を隔てて配設された固定子と、この固
定子の外周側に配設されジャケット冷却流路を備えた冷
却ジャケットとを有する回転電機において、前記固定子内の軸方向少なくとも１箇所に設けられ、周
方向略全周に渡って径方向外周側から径方向内周側へと
冷却流体を導入し、前記回転子の周方向略全周を冷却す
る固定子内冷却流路と、周方向少なくとも１箇所において前記冷却ジャケットを
貫通して設けた冷却流体導入口とを有し、前記ジャケット冷却流路を、前記回転子軸方向に向かっ
て螺旋を描くように、且つ前記冷却流体導入口に干渉し
ないように設けたことを特徴とする回転電機。