JP2006050712A - 回転電機およびその冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子鉄心内の固定子コイル温度の均一化し、固定子コイルの最高温度を低減させることを可能に構成した回転電機およびその冷却方法を提供する。
【解決手段】回転電機３０Ｄおよびその冷却方法によれば、ガス冷却器４１で冷却され、温度が低下した冷却ガス３８を冷却ガスチャンバ６１に導き、冷却ガスチャンバ６１から固定子３５Ｄに設けられた全ての固定子通風ダクト５４Ｆにおいて、冷却ガス３８を固定子鉄心５５の半径方向内方へ流動させたり、エアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８に対する下流側に位置する固定子コイル５８の面だけに挿入する配置とし、熱抵抗となるスプリング７９やスペーサが無い固定子コイル５８の面に冷却ガス３８を流れ込むようしたり、固定子３５Ｄに用いられる固定子楔６７Ａに切欠７８を設けたりした通風ダクト６８を形成することで、固定子３５Ｄ内の温度を均一化し、最高温度を低減させることができる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、タービン発電機などの機内通風冷却構造を改良した回転電機に関する。

従来の回転電機は、ファンから吐出した冷却媒体としての冷却ガスを固定子および回転子に流し、固定子および回転子を冷却して、固定子および回転子の熱によって温められた冷却ガスをガス冷却器によって冷却し再び固定子および回転子に送る通風経路を有する。このような通風経路を有する従来の回転電機としてタービン発電機を例に挙げ、図面を参照して説明する。

図１０は、タービン発電機における冷却媒体（冷却ガス）の通風経路を模式化して説明した説明図である。

図１０に示されるタービン発電機１は、回転軸２に取り付けられ、運転中に回転軸２を中心にして回転する略円筒状の回転子３と、回転子３の外径側に配置される略円筒状の固定子４とを外部ケーシング５内に格納する。タービン発電機１の外部ケーシング５内には、回転子３および固定子４を保持し、格納する内部ケーシング６が設けられ、外部ケーシング５の内面で支持、固定される。

内部ケーシング６は、ケーシング壁面７に周方向および回転軸２の軸端部近傍に複数個の開口部８，９を有し、内部ケーシング６の周方向に設けられる開口部８には、冷却媒体熱交換手段としてのガス冷却器１０が取り付けられ、内部ケーシング６のケーシング壁面７でガス冷却器１０を支持、固定する。また、回転軸２の軸端部近傍に設けられる開口部９には、回転軸２の回転に伴い回転駆動する送風用のファン１１が回転軸２に取り付けられる。

内部ケーシング６の内部ケーシング６で保持される固定子４は、円筒形状の固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に設けられ、回転軸２の軸方向に固定子鉄心１２を貫通するスロット（図示せず）に挿入され、固定された固定子コイル１３とを備える。また、固定子コイル１３は、固定子鉄心１２の内径側に配置される。

外部ケーシング５内には、冷却媒体としての冷却ガス１４が充填され、回転子３の回転軸２の軸端部に設けられた送風用のファン１１によって、冷却ガス１４を回転子３および固定子４に通風させ、外部ケーシング５内を強制的に循環させる。外部ケーシング５内は、外部ケーシング５および内部ケーシング７によって、２つのエリアに区切られる。一方は、回転子３および固定子４のある内部エリア１５、他方は、ガス冷却器１０で冷却された冷却ガス１４がファン１１まで通風する通風路１６である。

図１０に示されるタービン発電機１における冷却ガス１４の通風経路は、ファン１１が通風路１６にある冷却された冷却ガス１４を内部エリア１５へ強制的に送風することによって、内部エリア１５にある冷却ガス１４と通風路１６にある冷却ガス１４とを連続的に交換する、すなわち、冷却ガス１４を循環させる機構である。

タービン発電機１における冷却ガス１４の循環は、まず、通風路１６にある冷却された冷却ガス１４をファン１１で内部エリア１５へ強制的に送風する。すると、冷却ガス１４は、内部エリア１５にある回転子３および固定子４を通風して回転子３および固定子４で発生した熱を吸収する。すなわち、冷却ガス１４は、回転子３および固定子４を冷却し、自身は吸収した熱で温度が上昇する。

一方、回転子３および固定子４を通風して温度上昇した内部エリア１５の冷却ガス１４は、冷却後の冷却ガス１４が通風路１６からファン１１で内部エリア１５へ強制的に送風されると同時に内部エリア１５から通風路１６へ導かれる。温度上昇した冷却ガス１４は、通風路１６へ導かれる際にガス冷却器１０で冷却され、冷却された冷却ガス１４は、再度、ファン１１によって通風路１６から内部エリア１５へ強制的に案内される。

内部エリア１５内において、回転子３および固定子４を通風する冷却ガス１４の通風経路を説明する。

図１１は、エアーギャップ１７側から半径方向外方に固定子４を見た場合における固定子鉄心１２の平面図である。

図１１に示される固定子鉄心１２は、薄い鋼板をある間隔で配置することで、冷却ガス１４が通風する固定子ダクト１８が複数個形成される。固定子鉄心１２の外周表面には、複数個の隔壁１９が設けられ、この隔壁１９で空間を仕切ることで、通風ダクト２０を形成する。通風ダクト２０は、隣り合う隔壁１９で囲まれた区間であり、回転軸２の半径方向に冷却ガス１４が通風する通風路である。

通風ダクト２０を通風する冷却ガス１４の通風方向（流れ方向）は、回転軸２の外径側から内径側に向かう方向と、内径側から外径側に向かう方向との２つの方向がある。通風ダクト２０は、冷却ガス１４が通風する方向の違いにより区分けされ、前者の方向に冷却ガス１４が通風する通風ダクト２０をまとめて給気セクション２１、後者の方向に冷却ガス１４が通風する通風ダクト２０をまとめて排気セクション２２という。

固定子４の冷却は、ファン１１により通風路１６から内部エリア１５に強制的に送出された冷却ガス１４を外径側から通風ダクト２０に導き、冷却ガス１４が給気セクション２１および排気セクション２２を通風して、給気セクション２１および排気セクション２２で発生した熱を冷却ガス１４が通風時に吸収する、すなわち、熱交換することでなされる。

通風ダクト２０に導かれた冷却ガス１４は、図１０に示される給気セクション２１を通風して、固定子４と回転子３の空隙であるエアーギャップ１７に到達する。エアーギャップ１７に到達した冷却ガス１４は、固定子鉄心１２の内径側から外径側に流れる排気セクション２２を通風する。給気セクション２１および排気セクション２２を通風して温められた冷却ガス１４は、ガス冷却器１０で冷却された後、内部エリア１５から通風路１６へ案内される。通風路１６へ案内され、冷却された冷却ガス１４は、通風路１６からファン１１により再度内部エリア１５に強制的に送風される。

一方、回転子３の冷却は、冷却ガス１４を回転子コイル２３に直接接触させて冷却する直接冷却方式が最も効率的である。幾つかある直接冷却方式のうち、タービン発電機１における回転子３の冷却には、構造が比較的簡単で高い冷却性能が得られるという理由からラジアルフロー冷却方式が広く採用されている。

図１２は図１０に示されるＡ部を拡大して図示した縦断面図である。

図１２によれば、回転子鉄心２４には、それぞれ回転子コイル２３が複数段積層され、クリページブロック２５を介して、回転子楔２６によって固定される。この場合、回転子コイル２３を相互に絶縁するためにターン絶縁物２７が介挿され、回転子コイル２３及びコイルスロット（図外）間を絶縁するために、スロット絶縁物（図外）が介挿される。

ラジアルフロー冷却方式は、回転子コイル２３の内径側には軸方向全長に亘ってサブスロット２８が設けられ、このサブスロット２８と回転子コイル２３の通風孔である複数個のラジアルパス２９と連通させることにより冷却ガス１４の流路が形成されている。

冷却ガス１４は回転子３の軸方向端部、すなわち、回転子鉄心２４の軸端部からサブスロット２８に導入され、軸方向中央部を超えるあたりまで流れ、さらに、回転子３の回転による遠心ファン効果により、順次ラジアルパス２９に分岐される。各ラジアルパス２９を通過する冷却ガス１４は、回転子コイル２３の発生熱を吸収した後、エアーギャップ１７へ排出される。

固定子鉄心１２には、図１２の図面上部に斜線で図示されるように、固定子４の外径側からエアーギャップ１７へ冷却ガス１４を流す給気セクション２１と、エアーギャップ１７から固定子鉄心１２の外径部へ冷却ガス１４を流す排気セクション２２とが設けられている。このうち、給気セクション２１では回転子３から排出された冷却ガス１４と固定子４から流入した冷却ガス１４とが合流し、合流した冷却ガス１４が軸方向に流れて固定子４の排気セクション２２から固定子鉄心１２の外径側へと排出される。

回転子３および固定子４を備えたタービン発電機１（回転電機）を運転すると、特に、固定子４のコイルがコイルを流れる電流により発熱する。また、固定子鉄心１２においても渦電流が発生するため、固定子鉄心１２も発熱する。従って、タービン発電機１（回転電機）においては、通風ダクト２０内に冷却ガス１４を流入させて、運転により生じる熱で加熱される固定子コイル１３および固定子鉄心１２を冷却している。

上述した従来の回転電機の一例としては、特開２０００−３０８２９３号公報（例えば、特許文献１参照）に記載される回転電機がある。
特開２０００−３０８２９３号公報

従来の回転電機およびその冷却方法においては、給気セクションでの熱交換により温度上昇した冷却ガスにより排気セクションを冷却することになるため、固定子コイルは均一に冷却されず、固定子コイルの軸方向温度分布は、給気セクションで温度が低く、排気セクションで温度が高くなる。従って、固定子コイルの温度にばらつきが生じ、不均一な温度分布となっている。

固定子コイルの温度不均一は、回転電機を運転する際の効率を低下の一因となっていた。また、固定子コイルの温度不均一は、固定子コイル内の最高温度をより高くしており、固定子鉄心の使用可能な期間（寿命）の観点から見ても、好ましくない状態を招来している。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、固定子鉄心内の固定子コイル温度の均一化し、固定子コイルの最高温度を低減させることを可能に構成した回転電機およびその冷却方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、冷却媒体を充填したケーシング内に回転軸に固定され運転中に回転する回転子と、この回転子の外径側にエアーギャップを介して周方向に設けられる固定子と、前記回転子が固定される回転軸端部に設けられたファンと、前記冷却媒体を熱交換により冷却する冷却媒体熱交換手段とを具備する回転電機において、前記固定子は、複数枚の薄板を積層した薄板群で構成される円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心の内径側の固定子スロットに挿入された固定子コイルと、前記固定子鉄心および固定子コイルを冷却するため冷却媒体を前記固定子鉄心の半径方向に流れを形成する固定子通風ダクトとを備え、前記冷却媒体熱交換手段で冷却された冷却媒体を前記固定子通風ダクトの外径側から内径側のエアーギャップへ向けて流し、エアーギャップで前記回転子を冷却した冷却媒体と合流させて、前記ファンにより前記冷却媒体熱交換手段へ循環させることを特徴とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項２に記載したように、前記固定子通風ダクトは、前記薄板を所定積層枚数重ねた薄板群間に形成される一方、前記固定子通風ダクトは、前記薄板群間を前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで放射状に延びるコイル部用仕切りブレードと、前記固定子鉄心の内径側に周方向に沿って配置される前記固定子スロット間に前記冷却媒体が流動可能な状態で放射状に配置されるスロット間スペーサと、前記スロット間スペーサの外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明において、スロット間スペーサが前記固定子鉄心の半径方向に有する長さは、前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達するとあるが、スロット間スペーサが前記固定子鉄心の半径方向に有する長さは、固定子スロットの歯先部から底部までの長さに対して、９０〜１１０％の長さであり、スロット間スペーサにより冷却媒体が前記固定子スロット表面を通過する流路断面積を小さくするのに十分な長さとする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項３に記載したように、前記固定子通風ダクトが、前記固定子コイルを固定する固定子楔に冷却媒体が通風する際の圧力損失を低減させる切欠を形成することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項４に記載したように、前記固定子を前記固定子コイルと前記固定子スロットとの間を前記固定子鉄心の周方向の隙間を塞ぐスプリング、スペーサ等の間隔片を片側面のみ配置して形成したことを特徴とする。

さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項５に記載したように、前記固定子通風ダクトが、前記薄板の所定積層枚数位置毎に、前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで前記固定子鉄心の半径方向に対して鋭角に傾斜して延在するスロット部用傾斜仕切りブレードと、前記固定子鉄心の周方向に沿って配置される前記固定子スロット間に設けられ前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達する長さを有するスロット間スペーサと、前記スロット間スペーサの外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用傾斜仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを前記固定子スロットの周方向における片側の側面を冷却媒体が重点的に通風し得るように形成したことを特徴とする。

一方、上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項６に記載したように、前記固定子通風ダクトが、前記薄板の所定積層枚数位置毎に、前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで前記固定子鉄心の半径方向に沿って延在するコイル部用仕切りブレードと、前記固定子鉄心の周方向に沿って配置される前記固定子スロット間の中央付近に前記固定子鉄心の半径方向に対して鋭角に傾斜した少なくとも１本以上のスロット間傾斜仕切りブレードで構成されるスロット間傾斜仕切りブレード群と、前記スロット間傾斜仕切りブレード群の外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを形成し、前記スロット間傾斜仕切りブレード群は前記固定子鉄心の半径方向において前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達する範囲に配置されることを特徴とする。

請求項６に記載される発明において、前記スロット間傾斜仕切りブレード群は前記固定子鉄心の半径方向において前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達する範囲に配置されるとあるが、前記スロット間傾斜仕切りブレード群は前記固定子鉄心の半径方向において配置される範囲は、固定子スロットの歯先部から底部までの長さに対して、９０〜１１０％の長さであり、冷却媒体が前記固定子鉄心の周方向における前記固定子スロットの側面を通風し重点的に冷却し得る十分な範囲とする。

また、上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項７に記載したように、前記スロット間傾斜仕切りブレード群が、同じ長さのスロット間傾斜仕切りブレードであることを特徴とする。

さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、請求項８に記載したように、前記スロット間傾斜仕切りブレード群は、前記固定子鉄心の外径側から内径側へ向かうにつれて順次スロット間傾斜仕切りブレードの長さが長くなるように構成されることを特徴とする。

本発明に係る回転電機は、上述した課題を解決するため、請求項９に記載したように、ケーシング内に運転中に生じた熱を冷却する冷却媒体を充填して、前記冷却媒体を循環させる回転電機の冷却方法において、前記ケーシング内に充填される冷却媒体を熱交換して冷却する冷却媒体熱交換ステップと、この冷却媒体熱交換ステップで冷却された冷却媒体を固定子の外径側に供給し、前記固定子の外径側から内径側に延びる固定子通風ダクトを前記固定子の外径側から内径側のエアーギャップへ通風させて前記固定子を冷却する固定子冷却ステップと、この固定子冷却ステップで吸熱し加熱された冷却媒体をファンにより強制的に冷却媒体熱交換手段へ送気する熱交換済み冷却媒体送気ステップとを具備し、前記冷却媒体熱交換ステップ、固定子冷却ステップおよび冷却媒体送気ステップを繰り返し行うことで前記回転電機の冷却を行うことを特徴とする。

本発明に係る回転電機およびその冷却方法によれば、回転子の軸端部に設けられたファンにより吐出した冷却ガスをガス冷却器で熱交換する冷却媒体熱交換ステップと、全ての固定子通風ダクトの外径側（背面側）からエアーギャップに向けて流す固定子冷却ステップと、エアーギャップで合流した冷却ガスを回転軸の軸端部のファンにより吸い込ませて通風路へ排気する熱交換済み冷却媒体送気ステップとを順次繰り返すことで、固定子鉄心内の固定子コイル温度分布を回転軸３１の軸方向の位置によらずほぼ一様にし、固定子コイルの最高温度を低減させた回転電機およびその冷却方法を提供することができる。

また、固定子スロット間にスロット間スペーサを配置することで、全ての固定子通風ダクトの外径側（背面側）から流入する冷却ガスが固定子コイル表面を流れる際に流速を増すので、固定子コイル表面の熱伝達率が大きくなり、冷却性能を向上させた回転電機およびその冷却方法を提供することができる。

さらに、スプリングやスペーサで固定子コイルを保持する固定子においては、このスペーサやスプリングをエアーギャップを流れる冷却ガスに対する下流側に位置する固定子コイルの面だけに挿入する配置とし、熱抵抗となるスペーサやスプリングが無い固定子コイル面に、冷却ガスが流れ込むように通風ダクトを形成することで、冷却性能を向上させた回転電機およびその冷却方法を提供することができる。

一方、固定子コイルの固定用にスロット入口に挿入されている固定子楔に、通風ダクトと対向する部分に切欠を形成することで、鉄心歯先部の通風ダクトの通風断面積の急縮や流れの向きの変更による圧力損失およびエアーギャップへの合流する際の流入角を小さくし合流による圧力損失を低減させることで、冷却性能を向上させた回転電機およびその冷却方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る回転電機３０の通風経路を模式化して説明した説明図である。

図１に示される回転電機３０は、回転軸３１を中心に上側、下側が略対称であり、回転電機３０の上側、下側において、通風経路は同じとみなせる。従って、図１では、上側半分のみを図示している。

回転電機３０は、外部ケーシング３２内において、回転軸３１に取り付けられた回転子３３と、回転子３３の外径側にエアーギャップ３４を介して周方向に配置される固定子３５とを具備し、外部ケーシング３２内には、回転電機３０の冷却媒体としての冷却ガス３８が充填される。

また、回転電機３０は、外部ケーシング３２内に、回転子３３および固定子３５が格納される内部ケーシング３９と、回転軸３１の軸端部に取り付けられ冷却ガス３８を強制的に循環させるファン４０と、冷却ガス３８を熱交換して冷却する冷却媒体熱交換手段としてのガス冷却器４１とをさらに具備し、内部ケーシング３９は、外部ケーシング３２の内面に支持、固定される。

回転電機３０の外部ケーシング３２は、ケーシング内の一部または全部にわたり、仕切板４２を有する二重壁面となっており、仕切板４２に複数個の開口部４３を設けて形成される。外部ケーシング３２内の空間は、仕切板４２によって仕切板４２の内側のエリア（以下、仕切板内側エリアとする）と、仕切板４２の外側のエリア（以下、仕切板外側エリアとする）の２つのエリアに仕切られる。仕切板内側エリアでは、内部ケーシング３９が収納され、固定、支持される。

回転電機３０の内部ケーシング３９は、回転軸３１を中心軸とした筒状の形状であり、回転軸３１の軸方向のケーシング壁面に回転軸３１の抜ける貫通穴と、複数個の通風穴４５が設けられる。各通風穴４５には、筒状のバイパス管４６の一方が取り付けられる。そして、バイパス管４６の他方は、外部ケーシング３２の仕切板４２に設けられた開口部４３の少なくとも１つ以上に取り付けられる。また、内部ケーシング３９における回転軸３１の周方向のケーシング壁面には、開口穴が複数個設けられ、この開口穴部分にガス冷却器４１が取り付けられる。

この様に形成される外部ケーシング３２および内部ケーシング３９によって、外部ケーシング３２内の空間は、３つのエリアが形成される。形成される３つのエリアは、内部ケーシング３９の内側に形成される内部エリア４８、内部ケーシング３９の外側、かつ、外部ケーシング３２内の仕切板内側エリアとなる中部エリアおよび外部ケーシング３２内の仕切板外側エリアとなる外部エリアである。

内部エリア４８には、回転子３３および固定子３５が格納される。中部エリアとの境界面には、回転軸３１の周方向の境界面に、複数個のガス冷却器４１が配置される。そして、回転軸３１の軸方向の境界面には、回転軸３１の軸端部に取り付けられたファン４０が配置される。中部エリアは、ファン４０によって内部エリア４８の冷却ガス３８が排気され、排気された冷却ガス３８をガス冷却器４１へ案内する排気冷却ガス通風路４９となる。

内部エリア４８と外部エリアとは、バイパス管４６を介して空間的に接続される。また、回転軸３１の軸端部に形成される境界面には、ファン４０が配置されている。ファン４０は、翼部５０を固定する略円形のファンボス５１に通風可能な通風口５２が設けてある。ファン４０に設けられる通風口５２は、内部エリア４８と外部エリアの境界面に配置されるように構成され、翼部５０は、内部エリア４８と中部エリアの境界面に配置されるように構成される。

回転電機３０の固定子３５は、多数個の固定子通風ダクト５４を有する固定子鉄心５５と固定子鉄心５５の内径側に形成された軸方向に抜ける固定子スロット５６に図２に示されるスロット絶縁物５７を介して挿入される固定子コイル５８とを備える。固定子３５は、固定子鉄心５５の外周面には冷却ガス３８の流路を形成する複数の隔壁５９が設けられ、隔壁５９を内部ケーシング３９に支持させることで、固定子３５を内部ケーシング３９に機械的に固定する。

図１に示される回転電機３０は、固定子３５における冷却方法を改良したものであり、従来の回転電機の一例として図１０に示されるタービン発電機１と比較して、冷却ガス３８が循環する通風経路が異なる。そこで、次に、回転電機３０における冷却方法を冷却ガス３８の循環経路と併せて説明する。

回転電機３０の冷却方法は、まず、ガス冷却器４１で冷却媒体熱交換ステップがなされる。冷却媒体熱交換ステップでは、ガス冷却器４１に導かれた冷却ガス３８を熱交換して冷却するステップである。

回転軸３１に取付けられたファン４０は、回転することにより内部エリア４８から排気冷却ガス通風路（中部エリア）４９への冷却ガス３８の流れを強制的に生じさせ、冷却ガス３８をファン４０の翼部５０から排気冷却ガス通風路４９へ吐出する。排気冷却ガス通風路４９へ吐出された冷却ガス３８は、ガス冷却器４１に導かれる。ガス冷却器４１では、冷却媒体熱交換ステップがなされ、冷却された冷却ガス３８がガス冷却器４１から吐出される。

ガス冷却器４１から吐出された冷却ガス３８は、内部ケーシング３９のケーシング内壁面と固定子３５の半径方向外方面とで形成される空間（以下、冷却ガスチャンバとする）６１に案内される。冷却ガスチャンバ６１には、内部エリア４８との境界面に少なくとも１個以上の通風孔６２が設けられる。冷却ガスチャンバ６１に案内された冷却ガス３８は、固定子３５の固定子通風ダクト５４と内部エリア４８とに導かれる。

冷却媒体熱交換ステップに続いては、回転子３３および固定子３５を冷却する回転子・固定子冷却ステップがなされる。回転子・固定子冷却ステップは、冷却ガスチャンバ６１から固定子通風ダクト５４に案内された冷却ガス３８で固定子３５の冷却を行う固定子冷却ステップと、冷却ガスチャンバ６１から通風孔６２を抜けて内部エリア４８に導かれた冷却ガス３８をバイパス管４６および外部エリアを経由して回転子３３へと導き回転子３３を冷却する回転子冷却ステップとを備える。

固定子冷却ステップは、ガス冷却器４１から吐出された冷却ガス３８を固定子３５に通風させて、運転により加熱された固定子３５を冷却するステップである。固定子３５に導かれた冷却ガス３８は、固定子３５に設けられた全ての固定子通風ダクト５４において外径側の冷却ガスチャンバ６１から内径側のエアーギャップ３４に向かって流れ、固定子３５を通過する。

図２は、図１に示されるＩ−Ｉ線に沿う方向の断面であり、固定子３５に設けられた固定子通風ダクト５４を説明する説明図である。

図２によれば、固定子３５は、複数の薄板６４を積層した薄板群６５で構成された略円筒状の固定子鉄心５５と、この固定子鉄心５５の内径側に配置される固定子スロット５６に挿入された固定子コイル５８とを備えている。固定子コイル５８は、固定子鉄心５５の内径側から固定子楔６７により係止保持されている。隣り合う薄板６４，６４間（固定子通風ダクト５４毎）には、固定子鉄心５５の半径方向に沿う方向、すなわち、放射状に冷却ガス３８が通風する複数の通風ダクト６８が形成される。

各通風ダクト６８は、固定子鉄心５５の半径方向に沿って放射状に固定子コイル５８の両側面に対向する配置で薄板６４間に挿入される一対の仕切りブレード７１，７１と、固定子コイル５８の外径側の面に挿入された仕切りブレード（以下、コイル部用仕切りブレードとする）７２によって離間配置される薄板６４によって周囲が画成されている。そして、通風ダクト６８は、固定子コイル５８を挟んで上下流に分けて冷却ガス３８をエアーギャップ３４へ導入する上流側ダクト６８ａと下流側ダクト６８ｂとに区分されている。

尚、ここで言う上流側および下流側は、図２に示される固定子コイル５８の位置に対し、エアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８の流れに対する上流側および下流側を言う。エアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８は、回転子３３の回転方向に沿って流動する。また、固定子鉄心５５は図示していない締め付け具の両端を締め付けることで固定される。

仕切りブレード７１は、固定子鉄心５５の半径方向に固定子鉄心５５の外径側端部から内径側のスロット歯先部（固定子鉄心５５の端部）７０までの長さを有する。また、固定子コイル５８の外径側位置に挿入されたコイル部用仕切りブレード７２は、固定子鉄心５５の半径方向に固定子鉄心５５の外径側端部からスロット底部７３までの長さを有する。従って、対向する仕切りブレード７１，７１およびコイル部用仕切りブレード７２によって、各通風ダクト６８ａ，６８ｂは気密性を保っている。

一方、回転子冷却ステップは、図１に示される回転子３３が回転を始めると、回転子３３でファン効果が生じて、回転子３３内部の冷却ガス３８が図１２に示される回転子３のサブスロット２８およびラジアルパス２９と同様に形成される冷却ガス通風路（図外）から吐出される。従って、回転子３３内部の圧力が低下し軸端部から冷却ガス３８が流入する流れを生じる。

図１に示される外部ケーシング３２内において、回転子３３へ冷却ガス３８を供給する通風路は、外部エリアに形成される回転子用通風路７４である。回転子用通風路７４は、バイパス管４６を介して内部エリア４８と空間的に接続されているため、冷却ガスチャンバ６１から内部エリア４８に導かれた冷却ガス３８の一部が回転子用通風路７４へ案内される。

回転子・固定子冷却ステップが完了すると、次に、熱交換済み冷却媒体送気ステップを実行する。熱交換済み冷却媒体送気ステップは、固定子３５および回転子３３を通過して加熱された冷却ガス３８をファン４０により強制的に排気冷却ガス通風路４９に排気するステップである。

固定子３５および回転子３３を通過し加熱された冷却ガス３８は、固定子３５と回転子３３との空隙であるエアーギャップ３４で合流する。そして、合流した冷却ガス３８は、ファン４０により強制的に回転軸３１の軸端側に吸込まれ、強制的に排気冷却ガス通風路（中部エリア）４９に排気される。

ファン４０により強制的に排気冷却ガス通風路４９に排気された冷却ガス３８は、再度、ガス冷却器４１に導かれ、冷却媒体熱交換ステップ、固定子冷却ステップおよび熱交換済み冷却媒体送気ステップが順次になされ、繰り返されることで回転電機３０は冷却される。

図３に固定子３５の内部における温度分布を示したグラフを示す。

図３に示されるグラフにおいて、横軸は、固定子３５の軸方向の位置を示しており、グラフ上の横軸左端を固定子鉄心における回転軸３１の軸方向の最端部とし、グラフ上の横軸右端を固定子鉄心における回転軸３１の中央部としている。一方、縦軸は、固定子３５の温度を示している。また、図３に示されるＡは、回転電機３０における固定子３５の温度分布であり、Ｂは、例えば、図１０に示されるタービン発電機１等の従来の回転電機における固定子の温度分布である。

図３に示される温度分布によれば、従来の回転電機の温度分布Ｂでは、軸方向の位置によって温度に偏りがあるが、本発明の第１の実施形態に係る回転電機３０の温度分布Ａは、回転軸３１の軸方向の位置によらず、固定子３５（固定子鉄心内）の温度は、ほぼ一様な温度分布となる。

本実施形態に係る回転電機３０およびその冷却方法によれば、ガス冷却器４１で冷却され、温度が低下した冷却ガス３８を固定子３５に設けられた全ての固定子通風ダクト５４において外径側の冷却ガスチャンバ６１から内径側のエアーギャップ３４に向かって一方向に流動させることによって、固定子３５の冷却を行っている。従って、図１０に示される様な従来例の給気セクション２１および排気セクション２２を交互に持つ回転電機（タービン発電機）１と比較して、回転軸３１の軸方向の位置によらないほぼ一様な温度分布が得られる。

また、固定子３５（固定子鉄心内）の最高温度は、温度が低下した冷却ガス３８が固定子３５に設けられた全ての固定子通風ダクト５４において外径側の冷却ガスチャンバ６１から内径側のエアーギャップ３４に向かって一方向に流動することから、従来の回転電機およびその冷却方法を適用した場合よりも固定子３５（固定子鉄心内）の最高温度を低くすることができる。

さらに、冷却ガス３８の流動面にある固定子コイル５８および固定子鉄心５５を回転子３３等で吸熱されていない冷却ガス３８で冷却するので、従来の回転電機およびその冷却方法を適用した場合よりも固定子コイル５８および固定子鉄心５５と冷却ガス３８との温度差を大きくすることができる。冷却ガス３８と伝熱面との温度差は、冷却ガス３８が吸熱する熱量に比例するので、固定子コイル５８および固定子鉄心５５と冷却ガス３８との温度差が大きくなることで、冷却性能を向上させることができる。

尚、回転電機３０において、内部ケーシング３９に設けられる通風穴４５と外部ケーシング３２に設けられる開口部４３の個数は必ずしも同じである必要はない。例えば、１個の通風穴４５と２個の開口部４３を１本のバイパス管４６で接続しても良い。すなわち、通風穴４５がｍ個に対して、開口部４３がｎ個でも良い（ｍ，ｎは任意の自然数）。

［第２の実施形態］
図４に本発明の第２の実施形態に係る回転電機３０Ａが具備する固定子３５Ａに設けられる固定子通風ダクト５４Ａの一実施例を説明する説明図を示す。

回転電機３０Ａは、第１の実施形態に係る回転電機３０に対し、固定子３５における冷却方法を改良したものであり、回転電機３０が具備する固定子３５に代わり、固定子３５Ａを具備する点で異なるが、それ以外は本質的に異ならない。従って、本実施形態に係る回転電機３０Ａおよびその冷却方法の説明において第１の実施形態に係る回転電機３０と異ならない箇所については、同じ符号を付してその説明を省略する。

回転電機３０Ａは、図１に示される回転電機３０と同様に外部ケーシング３２内に回転軸３１に取り付けられた回転子３３と、回転子３３の外径側にエアーギャップ３４を介して配置される固定子３５Ａとを具備し、外部ケーシング３２内は、回転電機３０の冷却媒体としての冷却ガス３８が充填される。

回転電機３０Ａが具備する固定子３５Ａは、冷却ガス３８を冷却するガス冷却器４１と共に内部ケーシング３９に固定される。また、回転軸３１の端部には、ファン４０が設けられ、冷却ガス３８を軸中心方向から軸端方向に強制的に吐出させて外部ケーシング３２内の冷却ガス３８を循環させている。

回転電機３０Ａにおける冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ａ以外は前述した回転電機３０と同様である。そこで、回転電機３０Ａが具備する固定子３５Ａに設けられる固定子通風ダクト５４Ａの構造および冷却ガス３８の通風経路について説明する。

図４に示される固定子通風ダクト５４Ａは、隣り合う固定子スロット５６，５６間のほぼ中央に配置されていた仕切りブレード７１の代わりにスロット間傾斜仕切りブレード（以下、スロット間スペーサとする）７５が配置されている。スロット間スペーサ７５の幅は、一例として、隣り合う固定子スロット５６，５６間の距離（以下、ティース幅とする）Ｗの半分（１／２Ｗ）として、固定子コイル５８表面を流れる流路断面積を従来と比較して小さくしたものである。また、スロット間スペーサ７５の外径側には、固定子鉄心５５の外径側端部方向に延在する仕切りブレード（以下、スペーサ部用仕切りブレードとする）７６が設けられる。

図４に示されるような固定子通風ダクト５４Ａを設けた固定子３５Ａを具備する回転電機３０Ａの冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ａの外径側（背面）から冷却ガス３８が流入し、固定子コイル５８表面を流れてエアーギャップ３４に達する。固定子通風ダクト５４Ａは、固定子コイル５８表面周囲における流路断面積が従来の固定子通風ダクト５４と比較して小さく形成されていることから冷却ガス３８が固定子コイル５８表面を通過する際には、冷却ガス３８の流速が加速する。従って、固定子コイル５８表面から冷却ガス３８への熱伝達率が大きくなり、冷却性能が向上する。

本実施形態に係る回転電機３０Ａおよびその冷却方法によれば、固定子通風ダクト５４Ａにおいて、ティース幅Ｗの半分、すなわち、１／２Ｗの幅を有するスロット間スペーサ７５を隣り合う固定子スロット５６，５６間のほぼ中央に配置して、固定子コイル５８の表面周囲における流路断面積が、従来の固定子通風ダクト５４と比較して小さく形成することで、冷却ガス３８が固定子コイル５８の表面を通過する際に流速を加速させることができる。

従って、固定子３５Ａは、第１の実施形態に係る回転電機３０が具備する固定子３５と比較して、固定子コイル５８表面から冷却ガス３８への熱伝達率が大きくなり冷却性能が向上し、固定子３５Ａ（固定子鉄心内）の最高温度をより低くすることができる。

尚、隣り合う固定子スロット５６，５６間に配置されるスロット間スペーサ７５の幅は、一例として１／２Ｗ（ティース幅Ｗの半分）としたが、ティース幅Ｗに対して１／４〜３／４倍であれば良く、より好ましくは１／３〜２／３倍、さらに好ましくは２／５〜３／５倍とする。また、スロット間スペーサ７２の半径方向長さは、少なくとも固定子スロット５６よりも長いものとし、固定子コイル５８の表面で流路断面積が小さくなるものとする。

さらに、スロット間スペーサ７５を配置する周方向の位置は、隣り合う固定子スロット５６，５６間のほぼ中央としているが、スロット間スペーサ７５の端面と固定子スロット５６，５６の端面との距離が、１／６Ｗ〜１／２Ｗ、すなわち、ティース幅Ｗに対し１／６〜１／２倍となるように配置されていれば必ずしもほぼ中央に配置されなくても良い。

［第３の実施形態］
図５に本発明の第３の実施形態に係る回転電機３０Ｂが具備する固定子３５Ｂに設けられる固定子通風ダクト５４Ｂの一実施例を説明する説明図を示す。

回転電機３０Ｂは、第２の実施形態に係る回転電機３０Ａに対し、固定子３５Ａにおける冷却方法を改良したものであり、回転電機３０Ａが具備する固定子３５Ａに代わり、固定子３５Ｂを具備する点で異なるが、それ以外は本質的に異ならない。従って、本実施形態に係る回転電機３０Ｂおよびその冷却方法の説明において第２の実施形態に係る回転電機３０Ａと異ならない箇所については、同じ符号を付してその説明を省略する。

回転電機３０Ｂは、図１に示される回転電機３０と同様に外部ケーシング３２内に回転軸３１に取り付けられた回転子３３と、回転子３３の外径側にエアーギャップ３４を介して配置される固定子３５Ｂとを具備し、外部ケーシング３２内は、回転電機３０の冷却媒体としての冷却ガス３８が充填される。

回転電機３０Ｂが具備する固定子３５Ｂは、冷却ガス３８を冷却するガス冷却器４１と共に内部ケーシング３９に固定される。また、回転軸３１の端部には、ファン４０が設けられ、冷却ガス３８を軸中心方向から軸端方向に強制的に吐出させて外部ケーシング３２内の冷却ガス３８を循環させている。

回転電機３０Ｂにおける冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ｂ以外は前述した回転電機３０と同様である。そこで、回転電機３０Ｂが具備する固定子３５Ｂに設けられる固定子通風ダクト５４Ｂの構造および冷却ガス３８の通風経路について説明する。

図５に示される固定子通風ダクト５４Ｂは、本発明の第１の実施形態で説明した固定子通風ダクト５４Ａに対して、固定子楔６７の代わりに切欠７８が形成された固定子楔６７Ａを備える。固定子楔６７Ａに形成される切欠７８は、固定子通風ダクト５４Ｂに設けられた各通風ダクト６８と対向する部分に形成され、冷却ガス３８が流動する際に、スムーズにエアーギャップ３４に流れ込めるようにしたものである。

回転電機３０Ｂの冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ｂの外径側（背面）から冷却ガス３８が流入し、固定子通風ダクト５４Ｂに設けられた各通風ダクト６８を流動し、固定子コイル５８表面を流れ、固定子楔６７Ａの切欠７８を通過してエアーギャップ３４に達する。固定子楔６７Ａに設けられた切欠７８により、通風ダクト６８の固定子楔６７Ａ近傍において通風断面積の急縮および冷却ガス３８の流動方向の変更による圧力損失が低減される。

また、固定子通風ダクト５４Ｂでは、エアーギャップ３４に達した冷却ガス３８がエアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８と合流する際の流入角が小さくなり、冷却ガス３８が合流する際に生じる圧力損失が低減される。従って、回転電機３０Ｂの風損を低減でき、冷却性能をさらに高めることができる。

本実施形態に係る回転電機３０Ｂおよびその冷却方法によれば、固定子楔６７Ａが切欠７８を有することにより、通風ダクト６８の固定子楔６７Ａ近傍において通風断面積の急縮および冷却ガス３８の流動方向の変更により生じる圧力損失を低減することができる。

また、固定子通風ダクト５４Ｂを流動した冷却ガス３８が、エアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８と合流する際の流入角が小さくなるので、冷却ガス３８が合流する際に生じる圧力損失が低減され、回転電機３０Ｂの風損を低減でき、冷却性能をさらに高めることができる。

尚、本実施形態では、回転電機３０Ａの固定子楔６７に代わり、切欠７８を有する固定子楔６７Ａを適用しているが、例えば、第１の実施形態に係る回転電機３０等の他の回転電機の固定子楔６７に適用しても良い。

［第４の実施形態］
図６に本発明の第４の実施形態に係る回転電機３０Ｃが具備する固定子３５Ｃに設けられる固定子通風ダクト５４Ｃの一実施例を説明する説明図を示す。

回転電機３０Ｃは、第１の実施形態に係る回転電機３０に対し、固定子３５における冷却方法を改良したものであり、回転電機３０が具備する固定子３５に代わり、固定子３５Ｃを具備する点で異なるが、それ以外は本質的に異ならない。従って、本実施形態に係る回転電機３０Ｃおよびその冷却方法の説明において第１の実施形態に係る回転電機３０と異ならない箇所については、同じ符号を付してその説明を省略する。

回転電機３０Ｃは、図１に示される回転電機３０と同様に外部ケーシング３２内に回転軸３１に取り付けられた回転子３３と、回転子３３の外径側にエアーギャップ３４を介して配置される固定子３５Ｃとを具備し、外部ケーシング３２内は、回転電機３０の冷却媒体としての冷却ガス３８が充填される。

回転電機３０Ｃが具備する固定子３５Ｃは、冷却ガス３８を冷却するガス冷却器４１と共に内部ケーシング３９に固定される。また、回転軸３１の端部には、ファン４０が設けられ、冷却ガス３８を軸中心方向から軸端方向に強制的に吐出させて外部ケーシング３２内の冷却ガス３８を循環させている。

回転電機３０Ｃにおいて冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ｃ以外は前述した回転電機３０と同様である。そこで、回転電機３０Ｃが具備する固定子３５Ｃに設けられる固定子通風ダクト５４Ｃの構造および冷却ガス３８の通風経路について説明する。

固定子３５Ｃでは、従来例および第１〜３の実施形態における固定子３５Ａ，３５Ｂの固定子コイル５８を保持する構成および通風ダクト６８を形成するコイル部用仕切りブレード７２およびスペーサ部用仕切りブレード７６を配置する方向を変更したコイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａを備えている。

例えば、図２に示される固定子３５のように、例えば、スプリング７９等の間隔片を挿入して固定子コイル５８を保持する構成では、スプリング７９を配置した面は、空気が介在する分、固定子コイル５８から冷却ガス３８への熱伝達率が、その他のスプリング７９が配置されない面よりも小さくなる。そこで、固定子コイル５８の各面の熱伝達率を平均化するために、スプリング７９を内径側および外径側の固定子コイル５８で異なる側面に配置していた。

尚、固定子コイル５８を保持する間隔片は、固定子コイル５８を保持可能な物であれば良く、スプリング７９に限らず、例えば、プレートまたはバー状のスペーサでも良い。

これに対して、図６に示した本実施形態における固定子３５Ｃの構成例では、固定子コイル５８を保持するために挿入されるスプリング７９をエアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８の方向に対して下流側に位置する面に挿入する構成としている。また、コイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａと、スロット間スペーサ７５Ａをスプリング７９の挿入面と反対面に冷却ガス３８が流れ込むように配置し、コイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａの傾斜角を固定子鉄心５５の半径方向に対して４５°程度にして通風ダクト６８を形成したものである。

本実施形態に係る回転電機３０Ｃおよびその冷却方法によれば、熱抵抗となるスプリング３８が無い固定子コイル面に沿ってガス冷却器４１から吐出された低温の冷却ガス３８を流すことができるため、固定子コイル５８で生じる熱を効率良く熱交換して冷却性能を向上させることができる。

尚、コイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａの半径方向に対して傾斜させる角度は、４５°程度としているが、好ましくは２５°〜６５°、より好ましくは３０°〜６０°、さらに好ましくは３５°〜５５°である。また、コイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａの傾斜させる角度は、コイル部用傾斜仕切りブレード７２Ａおよびスペーサ部用仕切りブレード７６Ａで独立であり、必ずしも平行である必要はない。

［第５の実施形態］
図７に本発明の第５の実施形態に係る回転電機３０Ｄが具備する固定子３５Ｄに設けられる固定子通風ダクト５４Ｄの一実施例を説明する説明図を示す。

回転電機３０Ｄは、第１の実施形態に係る回転電機３０に対し、固定子３５における冷却方法を改良したものであり、回転電機３０が具備する固定子３５に代わり、固定子３５Ｄを具備する点で異なるが、それ以外は本質的に異ならない。従って、本実施形態に係る回転電機３０Ｄおよびその冷却方法の説明において第１の実施形態に係る回転電機３０と異ならない箇所については、同じ符号を付してその説明を省略する。

回転電機３０Ｄは、図１に示される回転電機３０と同様に外部ケーシング３２内に回転軸３１に取り付けられた回転子３３と、回転子３３の外径側にエアーギャップ３４を介して配置される固定子３５Ｄとを具備し、外部ケーシング３２内は、回転電機３０の冷却媒体としての冷却ガス３８が充填される。

回転電機３０Ｄが具備する固定子３５Ｄは、冷却ガス３８を冷却するガス冷却器４１と共に内部ケーシング３９に固定される。また、回転軸３１の端部には、ファン４０が設けられ、冷却ガス３８を軸中心方向から軸端方向に強制的に吐出させて外部ケーシング３２内の冷却ガス３８を循環させている。

回転電機３０Ｄにおいて冷却ガス３８の通風経路は、固定子３５Ｄ以外は前述した回転電機３０と同様である。そこで、回転電機３０Ｄが具備する固定子３５Ｄに設けられる固定子通風ダクト５４Ｄの構造および冷却ガス３８の通風経路について説明する。

固定子３５Ｄに設けられた固定子通風ダクト５４Ｄは、図４に示される固定子通風ダクト５４Ａに対して、隣り合う固定子スロット５６，５６間に配置されるスロット間スペーサ７５に対して、スペーサ部用傾斜仕切りブレード７６Ａ同様に半径方向に対して４５°程度傾斜した仕切りブレード（以下、スロット間傾斜仕切りブレードとする）８０を例えば３本等の少なくとも１本以上設けたスロット間傾斜仕切りブレード群８１で、通風ダクト６８を形成したものである。

すなわち、図４に示される固定子通風ダクト５４Ａと同様に外径側では、コイル部用仕切りブレード７２によって、放射状、すなわち、半径方向と平行に通風ダクト６８が形成されている。しかし、固定子コイル５８のある内径側においては、隣り合う固定子スロット５６，５６間にスロット間傾斜仕切りブレード群８１を設けている。

スロット間傾斜仕切りブレード８０は、その中心がコイル部用仕切りブレード７２を半径方向に延長した延長線上に配置され、ティース幅Ｗに対して、約０．７倍（１／√２倍）の長さを有する。図７に示される３本のスロット間傾斜仕切りブレード８０は、いずれも同じ物である。尚、スロット間傾斜仕切りブレード８０の長さは、一例としてティース幅Ｗに対して、約０．７倍（１／√２倍）としたが、好ましくはティース幅Ｗに対して０．５〜√５倍、より好ましくは０．７５〜√３倍、さらに好ましくは１〜√２倍であり、冷却ガス３８の流路を閉塞しない範囲とする。

隣り合う固定子スロット５６，５６間にスロット間傾斜仕切りブレード群８１を設けることにより、スプリング７９の挿入されない面に冷却ガス３８が重点的に流れ込むようになり、固定子コイル５８で生じる熱を効率良く熱交換して冷却性能を向上させることができる。

また、図８は、本実施形態に係る回転電機３０Ｄにおける固定子通風ダクト５４Ｄの変形例を示した固定子通風ダクト５４Ｅの説明図である。

図８に示される固定子通風ダクト５４Ｅは、スロット間傾斜仕切りブレード群８１Ａを固定子スロット底部７３から固定子鉄心歯先部７０に向かうにつれて順次長くしたスロット間傾斜仕切りブレード８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを配置して、通風ダクト６８を形成させたものである。

固定子通風ダクト５４Ｅを有する固定子３５Ｄを具備する回転電機３０Ｄは、固定子通風ダクト５４Ｄを有する固定子３５Ｄを具備する回転電機３０Ｄと比較して、スプリング７９の挿入されない面に冷却ガス３８がさらに重点的に流れ込むようになり、固定子コイル５８で生じる熱を効率良く熱交換して冷却性能を向上させることができる。

本実施形態に係る回転電機３０Ｄおよびその冷却方法によれば、熱抵抗となるスプリング７９が無い固定子コイル５８面に冷却ガス３８が重点的に流れ込むようになり、固定子コイル５８で生じる熱を効率良く熱交換して冷却性能を向上させることができる。

尚、スロット間傾斜仕切りブレード８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃは、その中心がコイル部用仕切りブレード７２を半径方向に延長した延長線上に配置されるとしたが、スロット間傾斜仕切りブレード８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃの中心位置のずれは、ティース幅Ｗに対して、±１０％の範囲内であれば許容できる。また、スロット間傾斜仕切りブレード８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃの半径方向の位置は、スプリング７９が無い固定子コイル５８の面に冷却ガス３８が流入するような範囲に配置されることを条件とし、その数量や間隔等は問わない。さらに、スロット間傾斜仕切りブレード８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを傾斜させる角度については、スペーサ部用仕切りブレード７６の場合と同様とする。

以上に説明した回転電機３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄおよびその冷却方法によれば、ガス冷却器４１で冷却され、温度が低下した冷却ガス３８が、固定子３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄに設けられた全ての固定子通風ダクト５４，５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆにおいて半径方向内方へ向かって流動し、内径側のエアーギャップ３４へ達することで、固定子３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄの冷却を行う。

従って、従来例として図１０に示される様な給気セクション２１および排気セクション２２を持ち、半径方向に２つの異なる冷却ガス流れ方向を有する回転電機（タービン発電機）１と比較して、回転軸３１の軸方向の位置によらずほぼ一様な温度分布が得られる。

また、固定子３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ（固定子鉄心内）の最高温度は、温度が低下した冷却ガス３８が固定子３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄに設けられた全ての固定子通風ダクト５４，５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆにおいて外径側の冷却ガスチャンバ６１から内径側のエアーギャップ３４に向かって流動することから、従来の固定子４に比べ、固定子鉄心内の最高温度をより低くすることができる。

さらに、固定子３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄの冷却は、回転子３３等で吸熱されていない冷却ガス３８で冷却するので、従来の回転電機およびその冷却方法を適用した場合よりも固定子コイル５８および固定子鉄心５５と冷却ガス３８との温度差を大きくすることができ、冷却性能を向上させることができる。

回転電機３０Ｂおよびその冷却方法によれば、固定子楔６７Ａが切欠７８を有することにより、通風ダクト６８の固定子楔６７Ａ近傍において通風断面積の急縮および冷却ガス３８の流動方向の変更により生じる圧力損失を低減することができる。従って、固定子通風ダクト５４Ｂを流動した冷却ガス３８が、エアーギャップ３４を流れる冷却ガス３８と合流する際の流入角が小さくなるので、冷却ガス３８が合流する際に生じる圧力損失が低減され、回転電機３０Ｂの風損を低減でき、冷却性能をさらに高めることができる。

尚、切欠７８を有する固定子楔６７Ａは、回転電機３０Ｂに限らず、他の回転電機の固定子楔に代えて適用しても良い。例えば、図９に示される固定子通風ダクト５４Ｆは、図８に示される固定子通風ダクト５４Ｅの固定子楔６７に代えて固定子楔６７Ａを適用したものであるが、この図９に示されるように、回転電機３０Ｄに適用しても良い。もちろん、切欠７８を有する固定子楔６７Ａを適用可能な回転電機は、本発明の実施の形態で説明した回転電機３０，３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｄに限定されない。

また、回転電機３０Ａ〜３０Ｄにおける固定子通風ダクト５４Ａ〜５４Ｆは、必ずしも本発明の第１の実施形態に係る回転電機に対して適用する必要はない。従来例として図１０に示されるタービン発電器１等のように給気セクション２１および排気セクション２２が形成され、２つの異なる冷却ガス流れ方向を有する回転電機に適用しても良い。

本発明の第１実施形態に係る回転電機を模式化して示した説明図。 図１に示される回転電機のＩ−Ｉ線に沿う方向の断面であり、固定子に設けられた固定子通風ダクトを説明する説明図。 本発明に係る回転電機の一例として、本発明の第１実施形態に係る回転電機が具備する固定子コイルの軸方向位置における温度上昇値を従来例の回転電機が具備する固定子コイルの場合と比較した説明図（グラフ）。 本発明の第２の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの構成概略を示した構成概略図。 本発明の第３の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの構成概略を示した構成概略図。 本発明の第４の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの構成概略を示した構成概略図。 本発明の第５の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの構成概略を示した構成概略図。 本発明の第５の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの変形例の構成概略を示した構成概略図。 本発明の第５の実施形態に係る回転電機における固定子通風ダクトの固定子楔に切欠を設けた固定子通風ダクトの変形例を示した構成概略図。 従来のタービン発電機（回転電機）の通風経路を模式化して説明した説明図。 従来のタービン発電機（回転電機）の固定子をエアーギャップ側から外半径方向を見た場合における平面図。 図１０に示される従来のタービン発電機（回転電機）のＡ部を拡大して図示した縦断面図。

符号の説明

３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 回転電機
３１ 回転軸
３２ 外部ケーシング
３３ 回転子
３４ エアーギャップ
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ 固定子
３８ 冷却ガス
３９ 内部ケーシング
４０ ファン
４１ ガス冷却器
４２ 仕切板
４３ 開口部
４５ 通風穴
４６ バイパス管
４８ 内部エリア
４９ 排気冷却ガス通風路（中部エリア）
５０ 翼部
５１ ファンボス
５２ 通風口
５４，５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆ 固定子通風ダクト
５５ 固定子鉄心
５６ 固定子スロット
５７ スロット絶縁物
５８ 固定子コイル
５９ 隔壁
６１ 冷却ガスチャンバ
６２ 通風孔
６４ 薄板
６５ 薄板群
６７，６７Ａ 固定子楔
６８ 通風ダクト
６８ａ 上流側ダクト（通風ダクト）
６８ｂ 下流側ダクト（通風ダクト）
７０ 固定子スロット歯先部
７１ 仕切りブレード
７２ コイル部用仕切りブレード
７２Ａ コイル部用傾斜仕切りブレード
７３ 固定子スロット底部
７４ 回転子用通風路
７５ スロット間スペーサ
７５Ａ スロット間スペーサ（傾斜用）
７６ スペーサ部用仕切りブレード
７６Ａ スペーサ部用傾斜仕切りブレード
７８ 切欠
７９ スプリング
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ スロット間傾斜仕切りブレード
８１，８１Ａ スロット間傾斜仕切りブレード群

Claims (9)

1. 冷却媒体を充填したケーシング内に回転軸に固定され運転中に回転する回転子と、この回転子の外径側にエアーギャップを介して周方向に設けられる固定子と、前記回転子が固定される回転軸端部に設けられたファンと、前記冷却媒体を熱交換により冷却する冷却媒体熱交換手段とを具備する回転電機において、
   前記固定子は、複数枚の薄板を積層した薄板群で構成される円筒状の固定子鉄心と、
   この固定子鉄心の内径側の固定子スロットに挿入された固定子コイルと、
   前記固定子鉄心および固定子コイルを冷却するため冷却媒体を前記固定子鉄心の半径方向に流れを形成する固定子通風ダクトとを備え、
   前記冷却媒体熱交換手段で冷却された冷却媒体を前記固定子通風ダクトの外径側から内径側のエアーギャップへ向けて流し、エアーギャップで前記回転子を冷却した冷却媒体と合流させて、前記ファンにより前記冷却媒体熱交換手段へ循環させることを特徴とする回転電機。
2. 前記固定子通風ダクトは、前記薄板を所定積層枚数重ねた薄板群間に形成される一方、前記固定子通風ダクトは、前記薄板群間を前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで放射状に延びるコイル部用仕切りブレードと、
   前記固定子鉄心の内径側に周方向に沿って配置される前記固定子スロット間に前記冷却媒体が流動可能な状態で放射状に配置されるスロット間スペーサと、
   前記スロット間スペーサの外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記固定子通風ダクトは、前記固定子コイルを固定する固定子楔に冷却媒体が通風する際の圧力損失を低減させる切欠を形成することを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 前記固定子を前記固定子コイルと前記固定子スロットとの間を前記固定子鉄心の周方向の隙間を塞ぐスプリング、スペーサ等の間隔片を片側面のみ配置して形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
5. 前記固定子通風ダクトは、前記薄板の所定積層枚数位置毎に、前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで前記固定子鉄心の半径方向に対して鋭角に傾斜して延在するスロット部用傾斜仕切りブレードと、
   前記固定子鉄心の周方向に沿って配置される前記固定子スロット間に設けられ前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達する長さを有するスロット間スペーサと、
   前記スロット間スペーサの外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用傾斜仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを前記固定子スロットの周方向における片側の側面を冷却媒体が重点的に通風し得るように形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
6. 前記固定子通風ダクトは、前記薄板の所定積層枚数位置毎に、前記固定子スロットの底部から前記固定子端部まで前記固定子鉄心の半径方向に沿って延在するコイル部用仕切りブレードと、
   前記固定子鉄心の周方向に沿って配置される前記固定子スロット間の中央付近に前記固定子鉄心の半径方向に対して鋭角に傾斜した少なくとも１本以上のスロット間傾斜仕切りブレードで構成されるスロット間傾斜仕切りブレード群と、
   前記スロット間傾斜仕切りブレード群の外径側方向に前記固定子鉄心の周方向に沿って配置されるスペーサ部用仕切りブレードとを設けて冷却媒体通風用の通風ダクトを形成し、前記スロット間傾斜仕切りブレード群は前記固定子鉄心の半径方向において前記固定子スロットの歯先部から底部近傍に達する範囲に配置されることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
7. 前記スロット間傾斜仕切りブレード群は、同じ長さのスロット間傾斜仕切りブレードであることを特徴とする請求項６記載の回転電機。
8. 前記スロット間傾斜仕切りブレード群は、前記固定子鉄心の外径側から内径側へ向かうにつれて順次スロット間傾斜仕切りブレードの長さが長くなるように構成されることを特徴とする請求項６記載の回転電機。
9. ケーシング内に運転中に生じた熱を冷却する冷却媒体を充填して、前記冷却媒体を循環させる回転電機の冷却方法において、
   前記ケーシング内に充填される冷却媒体を熱交換して冷却する冷却媒体熱交換ステップと、
   この冷却媒体熱交換ステップで冷却された冷却媒体を固定子の外径側に供給し、前記固定子の外径側から内径側に延びる固定子通風ダクトを前記固定子の外径側から内径側のエアーギャップへ通風させて前記固定子を冷却する固定子冷却ステップと、
   この固定子冷却ステップで吸熱し加熱された冷却媒体をファンにより強制的に冷却媒体熱交換手段へ送気する熱交換済み冷却媒体送気ステップとを具備し、
   前記冷却媒体熱交換ステップ、固定子冷却ステップおよび冷却媒体送気ステップを繰り返し行うことで前記回転電機の冷却を行うことを特徴とする回転電機の冷却方法。

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