JP2013240150A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の冷却性能を高い水準に維持する。
【解決手段】第１実施形態に係る回転電機１１Ａは、回転子１７と、中空円盤状の固定子鉄心３３を複数積層して構成され、回転子１７を囲むように該回転子１７と間隔を置いて設けられる固定子１５と、固定子１５の内径側から外径側に向かって冷却媒体を流通させるための第１の流通路３５ａと、固定子１５の外径側から内径側に向かって冷却媒体を流通させるための第２の流通路３５ｂと、固定子１５を支持すると共に、第１および第２の流通路の間を軸方向に仕切るための、中空円盤状の複数の支持板４７と、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａと支持板４７の内周縁部４７ａとが相互に対面する間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を抑制する流通抑制部５３と、を備える。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、タービン発電機などの回転電機に関する。

一般にタービン発電機などの回転電機では、固定子や回転子の近傍に冷却媒体としての空気や水素の流通路を設け、この流通路に冷却媒体を循環させて、ジュール損や鉄損などによって発熱するコイルや鉄心を冷却する構造が採用されている。

回転電機内の温度分布を平準化するための技術として、特許文献１が知られている。特許文献１には、回転軸に設けたファンの排気側から鉄心を経由してファンの吸気側に至る第１の流通路に第１の冷却器を設けると共に、第１の流通路から分岐した第２の流通路に第２の冷却器を設け、第１の冷却器で冷却された冷却媒体の一部をさらに第２の冷却器で冷却する構成の回転電機が記載されている。

特開２０００−３３３４１４号公報

ところで、特許文献１に係る技術では、冷却媒体の流通方式として、いわゆるマルチフロー流通方式を採用している（特許文献１の段落番号００２３参照）。マルチフロー流通方式とは、固定子の内径側から外径側に向かう第１の流通路と、固定子の外径側から内径側に向かう第２の流通路とをそれぞれ介して、固定子の内径側および外径側の両方向に冷却媒体を流通させる方式である。

ところが、このマルチフロー流通方式では、回転電機の冷却性能を低下させる懸念があった。

すなわち、固定子鉄心の外周縁部と、（固定子を固定子枠に支持すると共に第１および第２の流通路の間を回転子の軸方向に仕切るための）支持板の内周縁部との間には、隙間が形成される。回転電機の製造時における固定子鉄心および支持板間の干渉を避けるためである。この隙間は、第１および第２の流通路の間を連通している。このため、この隙間を通して、例えば、第２の流通路を流通する冷却媒体の一部が、第１の流通路内へと漏れ出る事態が起こり得る。こうしたケースでは、第２の流通路における冷却媒体の流通量が低下する。その結果、回転電機の冷却性能を低下させる懸念があったのである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、回転電機の冷却性能を高い水準に維持することができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、軸周りに回転する回転子と、中空円盤状の固定子鉄心を複数積層して構成され、前記回転子を囲むように該回転子と間隔を置いて設けられる固定子と、前記固定子の内径側から外径側に向かって冷却媒体を流通させるための第１の流通路と、前記固定子の外径側から内径側に向かって冷却媒体を流通させるための第２の流通路と、前記固定子を支持すると共に、前記第１および第２の流通路の間を前記軸方向に仕切るための、中空円盤状の複数の支持板と、前記固定子鉄心の外周縁部と前記支持板の内周縁部とが相互に対面する間隙部をわたる前記冷却媒体の流通を抑制する流通抑制部と、を備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、回転電機の冷却性能を高い水準に維持することができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機の概略構成を表す縦断面図である。 図１Ａに示す第１実施形態に係る回転電機の固定子鉄心周辺を拡大して表す説明図である。 軸方向から視た支持板に対する固定子鉄心の取付状態を拡大して表す横断面図である。 図１Ａに示す第１実施形態に係る回転電機の固定子鉄心周辺をさらに拡大して表す説明図である。 第１実施形態と比較例とを、固定子冷却ダクトにおける軸方向流量分布の観点で比較した線図である。 第１実施形態と比較例とを、固定子鉄心における軸方向温度分布の観点で比較した線図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、図３に示す第２実施形態に係る回転電機における固定子枠に対する固定子鉄心の組み付け工程を表す説明図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 図７Ａに示す間隙部における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 図８Ａに示す間隙部における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。 本発明の第５実施形態の変形例に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 図９Ａに示す間隙部における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。 本発明の第６実施形態の変形例に係る回転電機の間隙部における流通抑制構造を表す縦断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態に係る回転電機について、図面を参照して説明する。

〔本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａの構成〕
はじめに、本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａについて、図１Ａ〜図１Ｄを参照して説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａの概略構成を表す縦断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す第１実施形態に係る回転電機１１Ａの固定子鉄心周辺を拡大して表す説明図である。図１Ｃは、軸方向から視た支持板に対する固定子鉄心の取付状態を拡大して表す横断面図である。図１Ｄは、図１Ａに示す第１実施形態に係る回転電機１１Ａの固定子鉄心周辺をさらに拡大して表す説明図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａは、例えば、機内に封入された冷却媒体としての空気や水素を主として径方向に流通させることによって回転電機１１Ａ内の各部を冷却する、ラジアルフロー冷却方式のタービン発電機である。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａは、図１Ａに示すように、固定子枠１３、固定子１５、回転子１７、回転子軸１９、軸流ファン２１、サブスロット２３、界磁コイル２５、ラジアル流路２７、排気孔２９、エアギャップ３１、固定子鉄心（コア）３３、固定子冷却ダクト３５、固定子コイル３７、冷却器３９、フォワードゾーン（本発明の“第１の流通路”の一部に相当する。）４１、リバースゾーン（本発明の“第２の流通路”の一部に相当する。）４３、通風管４５、支持板４７、および、連通棒４９を有して構成されている。

固定子枠１３は、図１Ａに示すように、支持板４７および連通棒４９をそれぞれ介して固定子１５を支持している。固定子１５は、略円筒状の固定子鉄心（コア）３３、および、固定子１５の通電導体である固定子コイル３７を有する。固定子１５の内径側には、回転子１７が回転子軸１９まわりに回転自在に設けられている。回転子軸１９の端部には、軸流ファン２１が設けられている。軸流ファン２１は、冷却媒体（例えば、空気や水素など）を送出する機能を有する。

回転子１７は、サブスロット２３、回転子１７の通電導体である界磁コイル２５、ラジアル流路２７、および、排気孔２９をそれぞれ有する。サブスロット２３は、冷却媒体（例えば空気や水素など）を回転子１７内に導くための軸方向流通路である。また、ラジアル流路２７は、サブスロット２３を通して送られてきた冷却媒体を界磁コイル２５に導くための径方向流通路である。回転子１７の外周面に設けられる排気孔２９は、ラジアル流路２７を通して送られてきた冷却媒体を排出する機能を有する。

固定子１５の内周面と回転子１７の外周面との間には、エアギャップ３１が設けられている。また、固定子鉄心３３には、径方向に放射状に延びる冷却媒体の流通路である固定子冷却ダクト（本発明の“第１および第２の流通路”の一部に相当する。）３５が、軸方向に所定の間隔を置いて複数形成されている。冷却器３９は、固定子鉄心３３や固定子コイル３７などの発熱部材の冷却に用いられることで昇温した冷却媒体を冷却する機能を有する。

前記の固定子冷却ダクト３５は、図１Ｂに示すように、フォワードゾーン（本発明の“第１の流通路”の一部に相当する。）４１に属する第１の固定子冷却ダクト３５ａと、リバースゾーン（本発明の“第２の流通路”の一部に相当する。）４３に属する第２の固定子冷却ダクト３５ｂとから構成される。

フォワードゾーン４１は、内径側から外径側に向かって冷却媒体を流通させる領域である。これに対し、リバースゾーン４３は、外径側から内径側に向かって冷却媒体を流通させる領域である。ここでは、フォワードゾーン４１とリバースゾーン４３とを、図１Ｂに示すように、軸方向に沿って交互に設けた構造の例を示す。

複数のフォワードゾーン４１同士の間には、これらの各間を連通させる第１の通風管４５ａが設けられている。一方、複数のリバースゾーン４３同士の間には、これらの各間を連通させる第２の通風管４５ｂが設けられている。また、固定子枠１３には、固定子１５を支持すると共に、フォワードゾーン４１とリバースゾーン４３との間を仕切るための支持板４９が、軸方向に間隔を置いて設けられている。固定子１５と支持板４７との間は、後記するように、連通棒４９を介して連結されている。

詳しく述べると、連通棒４９は、図１Ｃに示すように、長尺棒状の部材であって、その横断面が略台形状の部分４９ａと、その横断面が略矩形状の部分４９ｂとを有する。これら両部分４９ａ，４９ｂをつなぐ連通棒４９の両脇部分には、図１Ｃに示すように、その横断面がくさび形状のくびれ部４９ｃが形成されている。

固定子鉄心３３の外周縁部３３ａには、図１Ｃに示すように、連通棒４９の前記略台形状の部分４９ａが嵌り合うキー溝３３ｂが形成されている。一方、支持板４７の内周縁部４７ａには、連通棒４９の前記略矩形状の部分４９ｂが嵌り合うキー溝４７ｂが形成されている。固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに形成されたキー溝３３ｂに対し、連通棒４９の前記略台形状の部分４９ａが嵌り合う一方、支持板４７の内周縁部４７ａに形成されたキー溝４７ｂに対し、連通棒４９の前記略台形状の部分４９ｂが嵌り合うことにより、固定子１５と支持板４７との間が、連通棒４９を介して連結されるように構成されている。

固定子鉄心３３の外周縁部３３ａと、支持板４７の内周縁部４７ａとの間には、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、間隙部５１が形成されている。回転電機１１Ａの製造時における固定子鉄心３３および支持板４７間の干渉（衝突）を避けるためである。この間隙部５１は、図１Ｂに示すように、フォワードゾーン（第１の流通路）４１とリバースゾーン（第２の流通路）４３との間を連通している。

仮に、この間隙部５１をそのまま放置すると、間隙部５１を通して、例えば、リバースゾーン（第２の流通路）４３を流通する冷却媒体の一部が、フォワードゾーン（第１の流通路）４１へと漏れ出る事態が起こり得る。こうしたケースでは、リバースゾーン（第２の流通路）４３における冷却媒体の流通量が低下する。その結果、回転電機１１Ａの冷却性能を低下させる懸念があった。

そこで、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、図１Ｄに示すように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａと、支持板４７の内周縁部４７ａとが相互に対面する間隙部５１を遮るように、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を抑制するためのブラシ状の構造物（本発明の“流通抑制部”に相当する。）５３が設けられている。

ブラシ状の構造物５３としては、特に限定されないが、例えば、電気絶縁性を有する樹脂を素材としたものを好適に用いることができる。ブラシ状の構造物５３として、電気絶縁性を有するものを採用することにより、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａにおける磁束の乱れを抑制する効果を期待することができる。

詳しく述べると、ブラシ状の構造物５３は、図１Ｄに示すように、取付部５３ａおよび当接部５３ｂを有し、取付部５３ａが支持板４７の内周縁部４７ａに設けられる一方、当接部５３ｂが固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに当接するように設けられている。これにより、ブラシ状の構造物５３によって、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮ることができる。

〔本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａの作用効果〕
第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、回転子１７が回転すると、軸流ファン２１の押込み作用およびラジアル流路２７内の遠心力によるポンプ作用により、冷却媒体がサブスロット２３内へと流入する。また、軸流ファン２１により送出される冷却媒体の一部は、エアギャップ３１および固定子コイル３７の端部へと流れる。

サブスロット２３内に流入した冷却媒体は、図１Ａの矢印で示すように、回転子１７における軸方向中央に向かって流れながら各ラジアル流路２７へと順次分岐される。各ラジアル流路２７に分岐された冷却媒体は、回転子１７の界磁コイル２５を冷却した後、排気孔２９よりエアギャップ３１内に排出される。

一方、固定子コイル３７の端部方向に流れた冷却媒体は、図１Ａの矢印で示すように、第２の通風管４５ｂを通してリバースゾーン４３に属する第２の固定子冷却ダクト３５ｂへと流入する。第２の固定子冷却ダクト３５ｂに流入した冷却媒体は、固定子鉄心３３や固定子コイル３７を冷却した後、エアギャップ３１内に排出される。

回転子１７の界磁コイル２５を冷却した冷却媒体と、固定子鉄心３３や固定子コイル３７を冷却した冷却媒体とは、エアギャップ３１内において合流する。こうして合流した冷却媒体は、図１Ａの矢印で示すように、フォワードゾーン４１に属する第１の固定子冷却ダクト３５ａへと流入する。

第１の固定子冷却ダクト３５ａに流入した冷却媒体は、固定子鉄心３３や固定子コイル３７を冷却した後、第１の通風管４５ａを通して冷却器３９へと流入する。要するに、固定子鉄心３３や固定子コイル３７などの発熱部材の冷却（熱交換）に用いられることで昇温した冷却媒体は、冷却器３９に導かれて冷却され、その後、軸流ファン２１に戻される。以上が、マルチフロー流通方式を採用した第１実施形態に係る回転電機１１Ａにおける冷却媒体の流れである。

ここで、第１実施形態に係る回転電機１１Ａが発揮する冷却効果を、ブラシ状の構造物５３を有しない不図示の比較例に係る回転電機（ただし、その他の構成は第１実施形態に係る回転電機１１Ａと共通）と比べてみる。図２Ａは、第１実施形態と比較例とを、固定子冷却ダクト３５における軸方向流量分布の観点で比較した線図である。図２Ｂは、第１実施形態と比較例とを、固定子鉄心３３における軸方向温度分布の観点で比較した線図である。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を抑制するためのブラシ状の構造物５３が、間隙部５１を遮るように設けられている。このため、ブラシ状の構造物５３によって、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮ることができる。

これに対し、本発明の“流通抑制部”に相当するブラシ状の構造物５３を有しない比較例に係る回転電機では、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を抑制することができない。その結果、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通が生じると、図２Ａの破線で示すように、リバースゾーン（第２の流通路）４３における冷却媒体の流量が、軸方向の中央に近づくに従って低下する。すると、図２Ｂの破線で示すように、リバースゾーン４３における固定子鉄心３３の温度が上昇する。

また、リバースゾーン（第２の流通路）４３における固定子鉄心３３の温度上昇に伴い、フォワードゾーン（第１の流通路）４１における固定子鉄心３３の温度も上昇傾向を示す。その結果、固定子鉄心３３全体の温度を上昇させてしまうおそれがある。

この点、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、ブラシ状の構造物５３によって間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮ることができるため、図２Ａの実線で示すように、リバースゾーン（第２の流通路）４３における冷却媒体の流量を略均一に揃えることができる。その結果、図２Ｂの実線で示すように、リバースゾーン４３における固定子鉄心３３の温度を略均一に揃えることができると共に、固定子鉄心３３の最高温度を低く抑えることができる。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａによれば、ブラシ状の構造物５３が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、回転電機１１Ａの冷却性能を高い水準に維持することができる。また、ブラシ状の構造物５３は、支持板４７の側（例えば、支持板４７の内周縁部４７ａ）に設けられるため、固定子鉄心３３を積層してゆく製造工程の作業性を損なうこともない。

また、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、固定子１５および回転子１７にわたって冷却媒体を循環させる構成を採用しているため、固定子１５の冷却性能の影響が回転子１７にも及ぶ。その結果、第１実施形態に係る回転電機１１Ａによれば、回転子１７の冷却性能を向上させる効果を期待することもできる。

〔本発明の第２実施形態に係る回転電機１１Ｂの構成〕
次に、本発明の第２実施形態に係る回転電機１１Ｂについて、図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る回転電機１１Ｂの間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａと、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂ（第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１を含む）とでは、両者間で共通の構成要素が存在している。そこで、第１および第２実施形態の両者間で実質的に共通の構成要素には共通の符号を付してその説明を省略し、両者間の相違点に注目して説明を進めることとする。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａ（図１Ｂ参照）と、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂ（図３参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、本発明に係る流通抑制部として、ブラシ状の構造物５３を採用しているのに対し、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂでは、本発明に係る流通抑制部として、平板状の構造物５５を採用している。

前記平板状の構造物５５は、図３に示すように、取付部５５ａが固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに設けられる一方、当接部５５ｂが支持板４７に当接するように設けられる。平板状の構造物５５は、その外径寸法が支持板４７の内径寸法と比べて大きくなるように設定されている。これにより、平板状の構造物５５は、支持板４７における軸方向の面に当接するようになっている。

第２実施形態に係る回転電機１１Ｂによれば、平板状の構造物５５が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、回転電機１１Ｂの冷却性能を高い水準に維持することができる。

〔第２実施形態に係る回転電機１１Ｂにおける固定子鉄心３３の組み付け工程〕
次に、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂにおける固定子枠１３に対する固定子鉄心３３の組み付け工程について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂにおける固定子枠１３に対する固定子鉄心３３の組み付け工程を表す説明図である。

第２実施形態に係る回転電機１１Ｂでは、平板状の構造物５５は、固定子鉄心３３を積層することで組み立てられる固定子１５の製造時において、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに設けられる。具体的には、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂにおいて、固定子枠１３に対し固定子鉄心３３を組み付けるにあたり、図４（ａ）に示すように、まず、中空円盤状の固定子鉄心３３を、固定子枠１３および支持板４７を介して支持された連通棒４９を通して、固定子枠１３内に軸方向に沿って挿入してゆく。

固定子鉄心３３の積層厚が支持板４７の付近まで到達すると、図４（ｂ）に示すように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対し、平板状の構造物５５を溶接などによって固定する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、中空円盤状の固定子鉄心３３を、連通棒４９を通して固定子枠１３内に軸方向に沿って挿入する作業を行う。

固定子鉄心３３の積層厚が次の支持板４７の付近まで到達すると、図４（ｄ）に示すように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対し、平板状の構造物５５を固定する。上記の工程を繰り返し行うことにより、所定長さ（例えば、１０ｍ程度）の固定子１５を構成する。前記の組み付け工程によれば、平板状の構造物５５を、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａにおける所定位置に組み付けることができる。

〔本発明の第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１の概略〕
次に、本発明の第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１の間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。

第２実施形態に係る回転電機１１Ｂ（図３参照）と、第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１（図５参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂでは、本発明に係る流通抑制部である平板状の構造物５５を、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに固定する構成を採用しているのに対し、第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１では、平板状の構造物５５を、規定サイズと比べて外径寸法を大きく設定した固定子鉄心３３のうち規定サイズを超える突出部５７により構成している。

言い換えると、第２実施形態に係る回転電機１１Ｂでは、平板状の構造物５５と固定子鉄心３３とは、別物同士であったのに対し、第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１では、平板状の構造物５５（突出部５７）と固定子鉄心３３とは、一体に形成されている。

第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１では、図５に示すように、相互に外径寸法の異なる二種類の固定子鉄心３３を組み合わせることにより、大径サイズの固定子鉄心３３のうち規定サイズを超える部分（突出部５７）を平板状の構造物５５として用いることとしている。大径サイズの固定子鉄心３３の外径寸法は、規定サイズの固定子鉄心３３の外径寸法、および、支持板４７の内径寸法と比べて大きく設定される。

〔第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１における固定子鉄心３３の組み付け工程〕
第２実施形態と、第２実施形態の変形例とでは、固定子枠１３に対する固定子鉄心３３の組み付け工程が相互に類似している。ただし、前記の組み付けを行う際において、相互に異なる工程が存在する。すなわち、第２実施形態では、固定子鉄心３３の積層厚が支持板４７の付近まで到達すると、図４（ｂ）および図４（ｄ）に示すように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対し、平板状の構造物５５を溶接等によって固定している。これに対し、第２実施形態の変形例では、規定サイズの固定子鉄心３３に代えて、大径サイズの固定子鉄心３３を、連通棒４９を通して固定子枠１３内に軸方向に沿って挿入する点が、第２実施形態とは相違している。

第２実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｂ１における固定子鉄心３３の組み付け工程によれば、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対して平板状の構造物５５を溶接等によって固定する手順を省略することができる。その結果、第２実施形態の変形例によれば、製造工程の簡素化を実現することができる。

〔本発明の第３実施形態に係る回転電機１１Ｃの構成〕
次に、本発明の第３実施形態に係る回転電機１１Ｃについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る回転電機１１Ｃの間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａと、第３実施形態に係る回転電機１１Ｃとでは、両者間で共通の構成要素が存在している。そこで、第１および第３実施形態の両者間で実質的に共通の構成要素には共通の符号を付してその説明を省略し、両者間の相違点に注目して説明を進めることとする。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａ（図１Ｂ参照）と、第３実施形態に係る回転電機１１Ｃ（図６参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、本発明に係る流通抑制部として、ブラシ状の構造物５３を採用しているのに対し、第３実施形態に係る回転電機１１Ｃでは、本発明に係る流通抑制部として、板バネ構造物５９を採用している。

前記板バネ構造物５９は、図６に示すように、取付部５９ａが支持板４７の側壁に設けられる一方、当接部５９ｂが固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに当接するように設けられる。板バネ構造物５９は、固定子鉄心３３を固定子枠１３内に挿入してゆく積層作業を容易にする目的で、前記の積層方向に従う向きに所定の曲率をもって曲げ形成されている。

その結果、固定子鉄心３３を固定子枠１３内に挿入してゆく積層作業を行う際において、固定子鉄心３３と支持板４７間の密着性が向上し、間隙部５１を確実に塞ぐことができる。これにより、第３実施形態に係る回転電機１１Ｃによれば、板バネ構造物５９が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、前記の第１および第２実施形態と同様に、回転電機１１Ｃの冷却性能を高い水準に維持することができる。

さらに、固定子鉄心３３を積層してゆく工程の前に、支持板４７の側壁に対して板バネ構造物５９を予め設置する工程を挿入すれば、固定子鉄心３３を積層してゆく作業の途中で本発明に係る“流通抑制部”を設ける工程を省略することができるため、積層作業の効率向上に寄与することができる。

〔本発明の第４実施形態に係る回転電機１１Ｄの構成〕
次に、本発明の第４実施形態に係る回転電機１１Ｄについて、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。図７Ａは、本発明の第４実施形態に係る回転電機１１Ｄの間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す間隙部５１における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａと、第４実施形態に係る回転電機１１Ｄとでは、両者間で共通の構成要素が存在している。そこで、第１および第４実施形態の両者間で実質的に共通の構成要素には共通の符号を付してその説明を省略し、両者間の相違点に注目して説明を進めることとする。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａ（図１Ｂ参照）と、第４実施形態に係る回転電機１１Ｄ（図７Ａ参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、本発明に係る流通抑制部として、ブラシ状の構造物５３を採用しているのに対し、第４実施形態に係る回転電機１１Ｄでは、本発明に係る流通抑制部として、雰囲気温度の変化に応じて形状を変化させる形状変化構造物６１を採用している。

前記形状変化構造物６１は、例えばバイメタルや形状記憶合金である。形状変化構造物６１は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、支持板４７の側壁に設けられている。形状変化構造物６１は、図７Ｂに示すように、雰囲気温度が所定値以下（例えば常温）のときには間隙部５１を確保可能なくの字形状を維持する一方、雰囲気温度が所定値（例えば、固定子冷却ダクト３５からの排出温度）を超えると間隙部５１を塞ぐようにその形状を（くの字形状から直線形状へと）変化させる機能を有する。

第４実施形態に係る回転電機１１Ｄでは、図７Ａに示すように、その運転時に第１の固定子冷却ダクト３５ａから排出される冷却媒体は、固定子鉄心３３や固定子コイル（図１Ａ参照）３７を冷却した後の冷却媒体である。そのため、第１の固定子冷却ダクト３５ａにおける冷却媒体の排出温度は、第１の固定子冷却ダクト３５ａにおける冷却媒体の入口温度と比べて高温になる。

このケースでは、フォワードゾーン４１内に設けた形状変化構造物６１が雰囲気温度に反応して形状を変化させ、間隙部５１を塞ぐように作用する。第４実施形態に係る回転電機１１Ｄによれば、形状変化構造物６１が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、第１〜第３実施形態と同様に、回転電機１１Ｄの冷却性能を高い水準に維持することができる。

さらに、例えば、雰囲気温度が常温下での固定子鉄心３３の積層作業時には、形状変化構造物６１が、間隙部５１を確保可能なくの字形状を維持する。その結果、従来技術と同様の間隙部５１を確保することができる。したがって、雰囲気温度が常温下での固定子鉄心３３の積層作業時には、固定子鉄心３３が形状変化構造物６１に干渉する事態を未然に回避することができるという意味で、固定子鉄心３３の積層に係る作業性を損なうこともない。

〔本発明の第５実施形態に係る回転電機１１Ｅの構成〕
次に、本発明の第５実施形態に係る回転電機１１Ｅについて、図８Ａおよび図８Ｂを参照して説明する。図８Ａは、本発明の第５実施形態に係る回転電機１１Ｅの間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す間隙部５１における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａと、第５実施形態に係る回転電機１１Ｅ（第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１を含む）とでは、両者間で共通の構成要素が存在している。そこで、第１および第５実施形態の両者間で実質的に共通の構成要素には共通の符号を付してその説明を省略し、両者間の相違点に注目して説明を進めることとする。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａ（図１Ｂ参照）と、第５実施形態に係る回転電機１１Ｅ（図８Ａ参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、本発明に係る流通抑制部として、ブラシ状の構造物５３を採用しているのに対し、第５実施形態に係る回転電機１１Ｅでは、本発明に係る流通抑制部として、電気絶縁性を有する弾性体構造物６３を採用している。

前記弾性体構造物６３は、図８Ａに示すように、例えば、横断面が円形状の、ゴム製のシールパッキンである。弾性体構造物６３は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、間隙部５１を塞ぐように設けられる。

第５実施形態に係る回転電機１１Ｅによれば、横断面が円形状の、ゴム製のシールパッキンである弾性体構造物６３が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、回転電機１１Ｅの冷却性能を高い水準に維持することができる。

また、弾性体構造物６３として横断面が円形状の、ゴム製のシールパッキンを採用した場合において、弾性体であり、かつ、固定子鉄心３３との接触面積が少ない（線接触）ことから、固定子鉄心３３の積層に係る作業性を損なうこともない。

〔本発明の第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１の構成〕
次に、本発明の第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１について、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明する。図９Ａは、本発明の第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１の間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。図９Ｂは、図９Ａに示す間隙部５１における流通抑制構造を拡大して表す縦断面図である。

第５実施形態に係る回転電機１１Ｅ（図８Ａ参照）と、第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１（図９Ａ参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第５実施形態に係る回転電機１１Ｅでは、本発明に係る流通抑制部である弾性体構造物６３として、横断面が円形状の、ゴム製のシールパッキンを採用しているのに対し、第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１では、本発明に係る流通抑制部である弾性体構造物６５として、横断面が略矩形状の、樹脂製のシールパッキンを採用している。

言い換えると、第５実施形態と第５実施形態の変形例とでは、本発明に係る流通抑制部が有する性質として、電気絶縁性を有する弾性体である点で一致し、その素材および横断面形状の点で相違している。

弾性体構造物６５の樹脂素材としては、例えば、時間硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を適宜採用することができる。このように、時間硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を弾性体構造物６５の樹脂素材として採用すれば、固定子鉄心３３の積層に係る作業性を高い水準に維持することができる。

例えば、弾性体構造物６５の樹脂素材として時間硬化性樹脂を適用した場合において、固定子鉄心３３の積層作業時における弾性体構造物６５は、塗布直後であれば比較的柔らかい。このため、積層に係る作業性を高い水準に維持することができる。また、時間硬化性樹脂よりなる弾性体構造物６５は、塗布時点からの時間の経過とともに硬化してゆく。その結果、固定子鉄心３３と支持板４７間における間隙部５１の閉塞性を確保することができる。

一方、弾性体構造物６５の樹脂素材として熱硬化性樹脂を適用した場合において、固定子鉄心３３の積層作業時における弾性体構造物６５は、雰囲気温度が例えば常温であれば比較的柔らかい。このため、積層に係る作業性を高い水準に維持することができる。また、熱硬化性樹脂よりなる弾性体構造物６５は、発電機運電時におけるフォワードゾーン４１（第１の固定子冷却ダクト３５ａ；図９Ａ参照）から排出される高温な冷却媒体により硬化してゆく。その結果、固定子鉄心３３と支持板４７間における間隙部５１の閉塞性を確保することができる。

第５実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｅ１によれば、横断面が略矩形状の、樹脂製のシールパッキンである弾性体構造物６５が、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通を遮るため、第５実施形態に係る回転電機１１Ｅと同様に、回転電機１１Ｅ１の冷却性能を高い水準に維持することができる。

〔本発明の第６実施形態に係る回転電機１１Ｆの構成〕
次に、本発明の第６実施形態に係る回転電機１１Ｆについて、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第６実施形態に係る回転電機１１Ｆの間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。

本発明の第１実施形態に係る回転電機１１Ａと、第６実施形態に係る回転電機１１Ｆ（第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１を含む）とでは、両者間で共通の構成要素が存在している。そこで、第１および第６実施形態の両者間で実質的に共通の構成要素には共通の符号を付してその説明を省略し、両者間の相違点に注目して説明を進めることとする。

第１実施形態に係る回転電機１１Ａ（図１Ｂ参照）と、第６実施形態に係る回転電機１１Ｆ（図１０参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第１実施形態に係る回転電機１１Ａでは、本発明に係る流通抑制部として、ブラシ状の構造物５３を採用しているのに対し、第６実施形態に係る回転電機１１Ｆでは、本発明に係る流通抑制部として、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通抵抗を増大させる流通抵抗増大部６７，６９を採用している。

前記流通抵抗増大部６７は、図１０に示すように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに設けられる、例えば、横断面が連続した鋸歯形状の凹凸部である。また、前記流通抵抗増大部６９は、図１０に示すように、支持板４７の内周縁部４７ａに設けられる、例えば、横断面が連続した凹凸形状の凹凸部である。前記流通抵抗増大部６７，６９は、間隙部５１を臨むように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａ、および、支持板４７の内周縁部４７ａのそれぞれに設けられる。

ただし、前記流通抵抗増大部６７，６９のいずれか一方を、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａ、または、支持板４７の内周縁部４７ａのいずれかに設ける態様も、本発明の技術的範囲に含まれる。

一般に、構造物の表面に凹凸部がある場合、平板に比べて摩擦損失が増大し、冷却媒体の流れが抑制される。第６実施形態に係る回転電機１１Ｆでは、流通抵抗増大部６７，６９は、間隙部５１を臨むように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａ、および、支持板４７の内周縁部４７ａのそれぞれに設けられるため、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通抵抗が増大する。その結果、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通量を減少させることができる。

第６実施形態に係る回転電機１１Ｆでは、流通抵抗増大部６７，６９を有しない比較例に係る回転電機（不図示）と比べて、リバースゾーン４３への冷却媒体の流入量を増大できるため、固定子１５や回転子１７の冷却性能を改善することができる。また、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａと支持板４７の内周縁部４７ａとの間には、従来技術と略同程度の寸法を有する間隙部５１を確保することができるため、固定子鉄心３３の積層に係る作業性を損なうこともない。

ちなみに、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに形成される凹凸部（流通抵抗増大部）６７は、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対し、例えば、軸方向にわたって矩形状の突起物を所定の間隔で溶接などの固定手段によって設ける構成を採用すればよい。

前記に代えて、外径寸法の異なる固定子鉄心３３を軸方向に所定の間隔をおいて積層する構成を採用してもよい。このように構成すれば、新たな突起物を設ける工数を省いて、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａに対し凹凸部（流通抵抗増大部）６７を形成することができる。

〔本発明の第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１の構成〕
次に、本発明の第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１について、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１の間隙部５１における流通抑制構造を表す縦断面図である。

第６実施形態に係る回転電機１１Ｆ（図１０参照）と、第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１（図１１参照）との間の相違点は、本発明に係る流通抑制部の構成である。すなわち、第６実施形態に係る回転電機１１Ｆでは、本発明に係る流通抑制部である流通抵抗増大部６７，６９として、間隙部５１を臨むように、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａ、および、支持板４７の内周縁部４７ａのそれぞれに設けられる凹凸部を採用しているのに対し、第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１では、本発明に係る流通抑制部である流通抵抗増大部７１として、リバースゾーン（本発明の“第２の流通路”の一部に相当する。）４３における冷却媒体の流通方向をフォワードゾーン（本発明の“第１の流通路”の一部に相当する。）４１の反対側に偏向させる流通方向偏向板７１を採用している。

第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１では、流通方向偏向板７１は、リバースゾーン４３を臨む支持板４７の側壁と一体に設けられている。流通方向偏向板７１は、リバースゾーン４３における軸方向の中央を指向する傾斜面を有する。これにより、リバースゾーン４３における冷却媒体の流通方向は、リバースゾーン４３における軸方向の中央を指向するように偏向させられる。

第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１では、流通方向偏向板７１が有する冷却媒体の流通方向偏向作用によって、リバースゾーン４３における軸方向の両端付近では、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通方向とは逆向きの流れが形成される。そのため、間隙部５１をわたる冷却媒体の流通量を減少させることができる。

第６実施形態の変形例に係る回転電機１１Ｆ１では、流通方向偏向板７１を有しない比較例に係る回転電機（不図示）と比べて、リバースゾーン４３への冷却媒体の流入量を増大できるため、固定子１５や回転子１７の冷却性能を改善することができる。また、固定子鉄心３３の外周縁部３３ａと支持板４７の内周縁部４７ａとの間には、従来技術と略同程度の寸法を有する間隙部５１を確保することができるため、固定子鉄心３３の積層に係る作業性を損なうこともない。

〔その他の実施形態〕
以上説明した第１〜第６実施形態（変形例を含む。以下、同じ。）は、本発明の具現化例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

例えば、第１〜第６実施形態のそれぞれは、その構成の一部を、その他の実施形態または変形例に記載の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態または変形例に記載の構成に、その他の実施形態または変形例に記載の構成を加えることもできる。さらに、本発明の技術的範囲に包含される限りにおいて、第１〜第６実施形態のそれぞれに記載された構成の一部を削除することもできる。

１１Ａ 第１実施形態に係る回転電機
１１Ｂ 第２実施形態に係る回転電機
１１Ｃ 第３実施形態に係る回転電機
１１Ｄ 第４実施形態に係る回転電機
１１Ｅ 第５実施形態に係る回転電機
１１Ｆ 第６実施形態に係る回転電機
１３ 固定子枠
１５ 固定子
１７ 回転子
１９ 回転子軸
２１ 軸流ファン
２７ ラジアル流路
３１ エアギャップ
３３ 固定子鉄心
３５ａ 第１の固定子冷却ダクト（本発明の第１の流通路の一部に相当）
３５ｂ 第２の固定子冷却ダクト（本発明の第２の流通路の一部に相当）
４１ フォワードゾーン（本発明の第１の流通路の一部に相当）
４３ リバースゾーン（本発明の第２の流通路の一部に相当）
４７ 支持板
４９ 連通棒
５１ 間隙部
５３ ブラシ状の構造物（流通抑制部）
５５ 平板状の構造物（流通抑制部）
５７ 突出部（流通抑制部）
５９ 板バネ構造物（流通抑制部）
６１ 形状変化構造物（流通抑制部）
６３ ゴム製弾性体構造物
６５ 樹脂性弾性体構造物
６７ 凹凸部（流通抵抗増大部）
６９ 凹凸部（流通抵抗増大部）
７１ 流通方向偏向板（流通抵抗増大部）

Claims (10)

1. 軸周りに回転する回転子と、
   中空円盤状の固定子鉄心を複数積層して構成され、前記回転子を囲むように該回転子と間隔を置いて設けられる固定子と、
   前記固定子の内径側から外径側に向かって冷却媒体を流通させるための第１の流通路と、
   前記固定子の外径側から内径側に向かって冷却媒体を流通させるための第２の流通路と、
   前記固定子を支持すると共に、前記第１および第２の流通路の間を前記軸方向に仕切るための、中空円盤状の複数の支持板と、
   前記固定子鉄心の外周縁部と前記支持板の内周縁部とが相互に対面する間隙部をわたる前記冷却媒体の流通を抑制する流通抑制部と、
   を備えたことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、取付部と当接部とを有するブラシ状の構造物であり、
   前記ブラシ状の構造物は、前記取付部が前記支持板に設けられる一方、前記当接部が前記固定子鉄心の外周縁部に当接するように設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、取付部と当接部とを有する平板状の構造物であり、
   前記平板状の構造物は、前記取付部が前記固定子鉄心の外周縁部に設けられる一方、前記当接部が前記支持板に当接するように設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、規定サイズと比べて外径寸法を大きく設定した前記固定子鉄心のうち前記規定サイズを超える突出部であり、
   前記固定子鉄心の前記突出部は、前記支持板に当接するように設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、取付部と当接部とを有する板バネ構造物であり、
   前記板バネ構造物は、前記取付部が前記支持板に設けられる一方、前記当接部が前記固定子鉄心の外周縁部に当接するように設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、前記支持板に設けられて雰囲気温度の変化に応じて形状を変化させる形状変化構造物であり、
   前記形状変化構造物は、雰囲気温度が所定値を超えると前記間隙部を塞ぐようにその形状を変化させる、
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、電気絶縁性を有する弾性体構造物であり、
   前記弾性体構造物は、前記間隙部を塞ぐように設けられる、
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記流通抑制部は、前記間隙部をわたる前記冷却媒体の流通抵抗を増大させる流通抵抗増大部からなる、
   ことを特徴とする回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機であって、
   前記流通抵抗増大部は、前記固定子鉄心の外周縁部、または、前記支持板の内周縁部のうち少なくともいずれかに形成される凹凸形状部である、
   こと特徴とする回転電機。
10. 請求項８に記載の回転電機であって、
    前記流通抵抗増大部は、前記第２の流通路における前記冷却媒体の流通方向を前記第１の流通路の反対側に偏向させる流通方向偏向板であり、
    前記流通方向偏向板は、前記支持板と一体に設けられる、
    ことを特徴とする回転電機。

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