JP3289721B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転電機は、例えば特開昭60−16
2432号公報，特開平2−70247号公報等に記載のように、
冷却媒体の流れる通風路を回転軸及び回転軸に直角な軸
に対して線対称に形成し、冷却媒体を冷却するための冷
却器を回転軸に直角な軸に対して線対称、かつ回転電機
の上部に複数設置したものであり、しかも、各冷却器は
冷却容量の同じものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
に冷却器を設置していた従来の回転電機では、発電容量
の増加に伴って熱負荷が増加した場合、冷却器からの距
離に応じて冷却媒体に大きな温度差が生じ、機内、特に
固定子鉄心と回転子鉄心との間の空隙、いわゆるエアギ
ャップに局所的な発熱部分が生じてしまう。エアギャッ
プに局所的な発熱部分が生じてしまうと、回転子の軸方
向に不均一な熱伸びが生じ、回転子の熱振動ストローク
が大きくなってしまう恐れがある。

【０００４】上記の解決手段として冷却器の熱交換容量
の増加、即ち冷却器を大型化することが考えられる。し
かし、この解決手段では、エアギャップの軸方向の温度
上昇分布の絶対値及び局所的な発熱の絶対値は低減でき
るものの、単なる冷却器の熱交換容量を大きくしただけ
ではエアギャップの軸方向の温度上昇分布を平準化する
ことはできない。また、この解決手段では、十分に冷却
されて冷却する必要がないにも係ず、この部分を冷却す
ることになるので、冷却風を有効に利用した冷却とはい
えない。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
であり、機内の温度上昇分布を平準化し、回転子の軸方
向に不均一な熱伸びが生じて回転子の熱振動ストローク
が大きくなることのない回転電機を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、水平方向を軸
中心として回転する回転子鉄心と、前記回転子鉄心とエ
アギャップを介して対向し、軸方向に複数の通風ダクト
が設けられた固定子鉄心を備え、回転軸に設けたファン
の回転によって機内を流通する冷却媒体の通風路に、該
冷却媒体を冷却する冷却器を備えた回転電機において、
前記冷却媒体は空気であり、前記通風路は、前記エアギ
ャップを通過する第１の通風路及び第２の通風路からな
り、前記冷却器は、第１の冷却器、第２の冷却器及び第
３の冷却器からなり、前記複数の通風ダクトは、第１の
通風ダクト、第２の通風ダクト及び第３の通風ダクトと
からなり、前記第１の通風路は、前記回転軸に設けたフ
ァンの排気側から前記第１の通風ダクトを経由して前記
ファンの吸気側に至るものであり、前記第２の通風路は
前記第１の通風路から分岐して前記第２の通風ダクト及
び前記第３の通風ダクトを経由して前記第１の通風路に
合流するものであり、前記分岐から前記合流の間におけ
る前記第１の通風路に前記第１の冷却器を配置し、前記
分岐から前記合流の間における前記第２の通風路に前記
第２の冷却器及び前記第３の冷却器を配置し、前記第１
の冷却器、前記第２の冷却器及び前記第３の冷却器は前
記固定子鉄心より周方向外側に配置され、前記第２の冷
却器で冷却された冷却媒体が前記第２の通風ダクトを周
方向外側から内側に向かって流通するよう前記第２の冷
却器を配置し、前記第２の通風ダクトを流通した冷却媒
体が前記エアギャップを介して前記第３の通風ダクトを
周方向内側から外側に向かってから前記第３の冷却器で
冷却されるよう前記第３の冷却器を配置し、前記第２の
通風ダクトは前記第１の通風ダクトより軸方向中央側に
位置されるように構成した。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は第１の実施の形態であるタ
ービン発電機の全体構成を示し、図２は図１のII−II矢
視断面を示す。図中１は固定子枠であり、その内周部に
は固定子鉄心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
ほぼ等間隔で複数設けている。

【００２２】固定子鉄心２の内周部には空隙、いわゆる
エアギャップ５を介して回転子鉄心６を設けている。７
は回転軸であり、この回転軸７は回転子鉄心６と一体形
成したものであり、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の両端を塞ぐエンドブラケ
ット８の内周部に設けられた軸受装置によって支承され
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ニングリング９によって固定してい
る。

【００２３】回転軸７の端部にはファン１０，１１を設
けている。ファン１０，１１は回転軸７と共に回転し、
機内に封入されている冷却媒体、例えば空気や水素ガス
等を機内に流通させる。機内には冷却媒体の流通を導く
通風路を回転軸７及び回転軸７に直角な軸に対して線対
称となるように複数形成している。通風路の途中、かつ
発電機の上部には冷却媒体を冷却する冷却器を複数設置
している。通風路の構成及び冷却器の配置は冷却媒体の
通風方式によって異なる。本実施の形態では冷却器によ
って冷却された冷却媒体が通風ダクト４を固定子鉄心２
の外周側とエアギャップ５との間を両方向に流通する、
いわゆるマルチフロー通風方式を採用している。

【００２４】このため機内には、固定子枠１の内周側か
らファン１０の吸気側に至る通風路２６，ファン１０の
吸気側からエアギャップ５に至る通風路２９，エアギャ
ップ５，通風ダクト４，固定子鉄心２の側端部空間の外
周側と対向する空間を含む固定子鉄心２の外周側と固定
子枠１の内周側との間の通風路２７から第１の通風路１
４ａを形成している。ファン１０の外周側と対向する通
風路２７には主冷却器１２ａを設置している。

【００２５】また、固定子枠１の内周側からファン１１
の吸気側に至る通風路３０，ファン１１の吸気側からエ
アギャップ５に至る通風路３２，エアギャップ５，通風
ダクト４，固定子鉄心２の側端部空間の外周側と対向す
る空間を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周
側との間の通風路２７から第１の通風路１４ｂを形成し
ている。ファン１１の外周側と対向する通風路２７には
主冷却器１２ｂを設置している。

【００２６】ファン１０の排気側とエアギャップ５との
間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間より
なる通風路２８，通風路２８から固定子鉄心２の外周側
に至る通風路３３，通風ダクト４からなる第２の通風路
１５ａを形成している。通風路３３の途中には副冷却器
１３ａを設置している。ファン１１の排気側とエアギャ
ップ５との間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端
部空間よりなる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２
の外周側に至る通風路３４，通風ダクト４からなる第２
の通風路１５ｂを形成している。通風路３４の途中には
副冷却器１３ｂを設置している。

【００２７】第１の通風路１４ａと第２の通風路１５ａ
及び第１の通風路１４ｂと第２の通風路１５ｂは回転軸
７に直角な軸に対して線対称な構成となっている。主冷
却器１２と副冷却器１３は冷却容量が異なっており、本
実施の形態では副冷却器１３の冷却容量を主冷却器１２
の冷却容量よりも小さくしている。従って、副冷却器１
３は主冷却器１２よりも小型である。主冷却器１２ａと
主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ａと副冷却器１３ｂは
回転軸７に直角な軸に対して線対称な配置となってい
る。また、外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３
は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置さ
れており、主冷却器１２ａ，１２ｂは軸方向両端に位置
し、副冷却器１３ａ，１３ｂは主冷却器１２ａ，１２ｂ
間に位置している。

【００２８】主冷却器１２ａ及び副冷却器１３ａには冷
却水を供給するための冷却水供給管３７ａ及び冷却水を
排出するための冷却水排出管３８ａを接続している。主
冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ｂには冷却水を供給する
ための冷却水供給管３７ｂ及び冷却水を排出するための
冷却水排出管３８ｂを接続している。

【００２９】尚、本実施の形態では、冷却水供給管３７
ａ及び冷却水排出管３８ａを主冷却器１２ａ及び副冷却
器１３ａに対して共通に接続し、冷却水供給管３７ｂ及
び冷却水排出管３８ｂを主冷却器１２ｂ及び副冷却器１
３ｂに対して共通に接続した例を示したが、冷却水供給
管及び冷却水排出管は各冷却器に対して個別に接続して
も良いし、主冷却器１２ａ，１２ｂに対して共通及び副
冷却器１３ａ，１３ｂに対して共通に接続しても良い。
尚、図中符号３９は回転子巻線に電力を供給するための
集電装置である。

【００３０】次に、冷却媒体の流れについて説明する。
まず、主冷却器１２ａによって冷却された冷却媒体はフ
ァン１０の回転により通風路２６を冷却しながらファン
１０の吸気側に向かって流通し、ファン１０の排気側に
おいて通風路２８側と通風路２９側に分岐する。通風路
２９側に分岐した冷却媒体は通風路２９において回転子
鉄心６のファン１０側の側端を、エアギャップ５におい
て固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通
風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、通風路２７
において固定子鉄心２と固定子枠１との間をそれぞれ順
次冷却しながら主冷却器１２ａに向かって流通する。

【００３１】通風路２８側に分岐した冷却媒体は通風路
２８において固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定
子巻線３のエンド部を冷却しながら通風路３３に向かっ
て流通する。通風路３３を流通する冷却媒体はその途中
において副冷却器１３ａによって冷却される。副冷却器
１３ａによって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外
周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内
部、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回
転子鉄心６の外周側をそれぞれ冷却しながら流通し、通
風路２９側から流れてきた冷却媒体と合流し、主冷却器
１２ａに向かって流通する。

【００３２】一方、主冷却器１２ｂによって冷却された
冷却媒体はファン１１の回転により通風路３０を冷却し
ながらファン１１の吸気側に向かって流通し、ファン１
１の排気側において通風路３１側と通風路３２側に分岐
する。通風路３２側に分岐した冷却媒体は通風路３２に
おいて回転子鉄心６のファン１１側の側端を、エアギャ
ップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の
外周側を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部
を、通風路２７において固定子鉄心２と固定子枠１との
間をそれぞれ順次冷却しながら主冷却器１２ｂに向かっ
て流通する。

【００３３】通風路３１側に分岐した冷却媒体は通風路
３１において固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定
子巻線３のエンド部を冷却しながら通風路３４に向かっ
て流通する。通風路３４を流通する冷却媒体はその途中
において副冷却器１３ｂによって冷却される。副冷却器
１３ｂによって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外
周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内
部、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回
転子鉄心６の外周側をそれぞれ冷却しながら流通し、通
風路３２側から流れてきた冷却媒体と合流し、主冷却器
１２ｂに向かって流通する。

【００３４】第１の実施の形態によれば、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置したので、通風路２９，
３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平
準化できる。

【００３５】すなわち機内の両側端部に設置された冷却
器によって冷却された冷却媒体をマルチフロー通風方式
で流通させる回転電機では、発電容量の増加に伴って熱
負荷が増加した場合、エアギャップの中央付近に冷却媒
体が到達する前に、冷却媒体がある程度温度上昇してし
まうので、当該部分の冷却効果が悪くなり、エアギャッ
プの軸方向に局所的な発熱部分が生じてしまう。

【００３６】しかし、本実施の形態では、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却
された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、す
なわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央
付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにし
たので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２
９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布
を平準化できる。従って、回転子の軸方向の不均一な熱
伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。

【００３７】また、第１の実施の形態によれば、第２の
通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さ
い小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷
却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を
設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２によって冷
却された冷却媒体の一部を冷却するものであり、第２の
通風路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにそ
の冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良
い。また、冷却の分担により主冷却器１２自体の冷却容
量も小さくできる等のメリットがあるからである。ま
た、副冷却器１３は主冷却器が配置されている空間より
も小さな空間に配置されるので、小型のものでなければ
配置できないからである。

【００３８】図３は第２の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態の変形
例を示す。本実施の形態は第２の通風路１５ａの一部で
ある通風路３３と、第２の通風路１５ｂの一部である通
風路３４とを途中で合流させたものであり、その合流部
分には副冷却器１３を設置している。外観構成上、主冷
却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に
列構成をなすように配置され、主冷却器１２ａ，１２ｂ
は軸方向両端に位置し、副冷却器１３は主冷却器１２
ａ，１２ｂ間に位置している。

【００３９】このように構成された本実施の形態の通風
構造によれば、ファン１０の排気側で通風路２８側に分
岐した冷却媒体とファン１１の排気側で通風路３２側に
分岐した冷却媒体が、固定子鉄心２の外周側の手前にお
いて合流し、副冷却器１３によって冷却される。冷却さ
れた冷却媒体は、固定子鉄心２の外周側から通風ダクト
４を介してエアギャップ５に至り、通風路２９側と通風
路３２側に分岐し、通風路２９側に分岐した冷却媒体
は、通風路２９から流通してきた冷却媒体と合流する。
通風路３２側に分岐した冷却媒体は、通風路３２から流
通してきた冷却媒体と合流する。

【００４０】第２の実施の形態によれば、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却
された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、す
なわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央
付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにし
たので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２
９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布
を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向
の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑
制できる。

【００４１】図４は第３の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態と第２
の実施の形態とを組合せた組合例を示す。本実施の形態
は第１の通風路１４のファンの排気側から、第２の通風
路１５と第３の通風路１６を分岐したものである。

【００４２】具体的に説明すると、ファン１０の排気側
とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１
０側の側端部空間よりなる通風路２８，通風路２８から
固定子鉄心２の外周側に至る通風路３３，通風ダクト４
からなる第２の通風路１５ａを形成している。通風路３
３の途中には副冷却器１３ａを設置している。

【００４３】ファン１１の排気側とエアギャップ５との
間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端部空間より
なる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２の外周側に
至る通風路３４，通風ダクト４からなる第２の通風路１
５ｂを形成している。通風路３４の途中には副冷却器１
３ｂを設置している。

【００４４】また、ファン１０の排気側とエアギャップ
５との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空
間よりなる通風路２８，通風路２８から固定子鉄心２の
外周側に至る通風路３５，通風ダクト４からなる第３の
通風路１６ａを形成し、ファン１１の排気側とエアギャ
ップ５との間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端
部空間よりなる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２
の外周側に至る通風路３６，通風ダクト４からなる第３
の通風路１５ｂを形成している。

【００４５】通風路３５と通風路３６はその途中で合流
している。その合流部分には副冷却器１３ｃを設置して
いる。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機
体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置され、
主冷却器１２ａ，１２ｂは軸方向両端に位置し、副冷却
器１３ａ，１３ｂ，１３ｃは主冷却器１２ａ，１２ｂ間
に位置している。

【００４６】このように構成された本実施の形態の通風
構造によれば、ファン１０の排気側で通風路２８側に分
岐した冷却媒体は通風路２８において固定子鉄心２のフ
ァン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しな
がら流通し、その外周側において分岐する。分岐した一
方の冷却媒体は通風路３３を流通し、途中において副冷
却器１３ａによって冷却される。副冷却器１３ａによっ
て冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至り、
通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエア
ギャップ５に至る。

【００４７】分岐した他方の冷却媒体は通風路３５を流
通し、途中、後述する通風路３６から流通してきた冷却
媒体と合流、かつ副冷却器１３ｃによって冷却される。
副冷却器１３ｃによって冷却された冷却媒体は通風ダク
ト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ
５に至る。

【００４８】一方、ファン１１の排気側で通風路３１側
に分岐した冷却媒体は通風路３１において固定子鉄心２
のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却
しながら流通し、その外周側において分岐する。分岐し
た一方の冷却媒体は通風路３４を流通し、途中において
副冷却器１３ｂによって冷却される。副冷却器13bによ
って冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至
り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却し
エアギャップ５に至る。

【００４９】分岐した他方の冷却媒体は通風路３６を流
通し、途中、前述した通風路３５から流通してきた冷却
媒体と合流、かつ副冷却器１３ｃによって冷却される。
副冷却器１３ｃによって冷却された冷却媒体は通風ダク
ト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ
５に至る。

【００５０】また、通風路３３及び通風ダクト４を介し
てエアギャップ５に至った冷却媒体はエアギャップ５に
おいて分岐し、一方は通風路２９を流通してきた冷却媒
体と合流し、他方は副冷却器１３ｃによって冷却され通
風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と
合流する。通風路３４及び通風ダクト４を介してエアギ
ャップ５に至った冷却媒体はエアギャップ５において分
岐し、一方は通風路３２を流通してきた冷却媒体と合流
し、他方は副冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト
４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と合流す
る。

【００５１】通風路３３及び通風ダクト４を介してエア
ギャップ５に至った冷却媒体と副冷却器１３ｃによって
冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った
冷却媒体とが合流した冷却媒体と、通風路３４及び通風
ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と副
冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト４を介してエ
アギャップ５に至った冷却媒体とが合流した冷却媒体は
通風ダクト４を介して通風路２７に至る。

【００５２】第３の実施の形態によれば、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置し、第１の通風路１４か
ら分岐した第３の通風路１６の途中に主冷却器１２とは
別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された
冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち
冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近に
も十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたの
で、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，
３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平
準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向の不
均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制で
きる。

【００５３】図５は第４の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態の変形
例を示す。本実施の形態は副冷却器１３ａによって冷却
され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至り分岐し
た冷却媒体の一方と、副冷却器１３ｂによって冷却され
通風ダクト４を介してエアギャップ５に至り分岐した冷
却媒体の一方とが合流し、通風ダクト４を介して通風路
２７に至るようにした第３の通風路１６を形成したもの
である。外観構成も第１の実施の形態と同様になってい
る。

【００５４】第４の実施の形態によれば、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却
された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、す
なわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央
付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにし
たので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２
９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布
を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向
の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑
制できる。

【００５５】図６は第５の実施の形態であるタービン発
電機の断面を示す図面であり、第４の実施の形態の変形
例を示す。本実施の形態は主冷却器１２の配置場所及び
設置数を変えたもので、第１の通風路１４ａの通風ダク
ト４から通風路２７に至る通風路部分に主冷却器１２ａ
を設置し、第１の通風路１４ｂの通風ダクト４から通風
路２７に至る通風路部分に主冷却器１２ｂを設置してい
る。また、第３の通風路の通風ダクト４から通風路２７
に至る通風路部分に主冷却器１２ｃを新たに設置してい
る。尚、第４の実施の形態と同様に副冷却器１３ａは通
風路３３、副冷却器１３ｂは通風路３４に設置してい
る。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体
上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置され、主
冷却器12a,１２ｂ，１２ｃは軸方向に分散し、副冷却器
１３ａは主冷却器１２ａ，１２ｃ間に位置し、副冷却器
１３ｂは主冷却器１２ｂ，１２ｃ間に位置している。

【００５６】第５の実施の形態によれば、第１の通風路
１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１
２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却
された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、す
なわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央
付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにし
たので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２
９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布
を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向
の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑
制できる。

【００５７】図７は第６の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す図面であり、第２の実施の形態の変形
例を示す。本実施の形態は通風路３３と通風路３４に熱
絶縁３７を施している。熱絶縁３７は、例えばグラスウ
ール等の断熱材であり、通風路の内壁又は外壁に巻き付
けて設けたものである。

【００５８】このように熱絶縁３７を設けるのは、通風
路３３と通風路３４は通風ダクト４をエアギャップ５か
ら固定子鉄心２の外周側に向かって流通する冷却媒体、
すなわち固定子鉄心２を冷却し終えた高温の冷却媒体の
通風路中に設けられているので、通風路３３と通風路３
４を流通する冷却媒体は、通風ダクト４をエアギャップ
５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通する冷却媒
体と熱交換されることになる。熱交換されてしまうと通
風路３３と通風路３４の合流部分に設置した副冷却器１
３による冷却効果が低下し、エアギャップ５の中央付近
における冷却効果も低下してしまうことになる。

【００５９】このようなことから本実施の形態では、通
風路３３と通風路３４の内壁又は外壁に熱絶縁３７を設
け、通風ダクト４をエアギャップ５から固定子鉄心２の
外周側に向かって流通する冷却媒体との熱交換を抑制し
ており、第２の実施の形態における効果をより一層高め
ることができる。

【００６０】また、本実施の形態は通風ダクト４の軸方
向の間隔を冷却媒体の流通方向によって異ならせてい
る。すなわち温度上昇分布を平準化するためには、局所
的な発熱部分に冷却媒体を効果的に流通させることが重
要である。そこで、本実施の形態では、冷却媒体がエア
ギャップ５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通す
る通風ダクト４の軸方向の間隔を大きくし、単位長さ当
りの等価的な通風面積を小さくすることで、固定子鉄心
２の外周側に流通する冷却媒体の風量を抑えている。

【００６１】また、冷却媒体が固定子鉄心２の外周側か
らエアギャップ５に向かって流通する通風ダクト４の軸
方向の間隔を小さくし、単位長さ当りの等価的な通風面
積を大きくすることで、エアギャップ５の中央付近に流
通する冷却媒体の風量を大きくしている。

【００６２】このようにした本実施の形態によれば、エ
アギャップ５の中央付近に多くの冷却媒体を供給して冷
却できるので、第２の実施の形態における効果をより一
層高めることができる。

【００６３】尚、本実施の形態の構造は、第２の実施の
形態に限らず、他の実施の形態に採用しても良い。

【００６４】図８は第７の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す。本実施の形態は冷却器によって冷却
された冷却媒体が通風ダクト４を固定子鉄心２の外周側
からエアギャップ５に向かって一方向に流通する、いわ
ゆるシングルリバースフロー通風方式を採用している。

【００６５】このため機内には、ファン１０の排気側か
ら固定子枠１の内周側に至る通風路１７，固定子鉄心２
の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２５，通
風ダクト４，エアギャップ５，エアギャップ５からファ
ン１０の吸気側に至る通風路２０から第１の通風路１４
ａを形成している。固定子鉄心２のファン１０側の外周
側端部と対向する通風路２５には主冷却器１２ａを設置
している。

【００６６】また、ファン１１の排気側から固定子枠１
の内周側に至る通風路２１，固定子鉄心２の外周側と固
定子枠１の内周側との間の通風路２５，通風ダクト４，
エアギャップ５，エアギャップ５からファン１１の吸気
側に至る通風路２４から第１の通風路１４ｂを形成して
いる。固定子鉄心２のファン１１側の外周側端部と対向
する通風路２５には主冷却器１２ｂを設置している。

【００６７】通風路１７の主冷却器１２ａ手前側と通風
路２０との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端
部空間よりなる通風路１９、すなわち第２の通風路１５
ａを形成している。第２の通風路１５ａの外周側（通風
路１７との分岐側）には副冷却器１３ａを設置してい
る。通風路２１の主冷却器１２ｂ手前側と通風路２４と
の間には、ファン１１側の固定子鉄心２の側端部空間よ
りなる通風路２３、すなわち第２の通風路１５ａを形成
している。第２の通風路１５ａの外周側（通風路２１と
の分岐側）には副冷却器１３ａを設置している。

【００６８】第１の通風路１４ａと第１の通風路１４
ｂ，第２の通風路１５ａと第２の通風路１５ｂは、回転
軸７に直角な軸に対して線対称な構成となっている。主
冷却器１２と副冷却器１３は冷却容量が異なっており、
本実施の形態では副冷却器１３の冷却容量を主冷却器１
２の冷却容量よりも小さくしている。従って、副冷却器
１３は主冷却器１２よりも小型である。主冷却器１２ａ
と主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ａと副冷却器１３ｂ
は回転軸７に直角な軸に対して線対称な配置となってい
る。また、外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３
は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置さ
れており、副冷却器１３ａ，１３ｂは軸方向両端に位置
し、主冷却器１２ａ，１２ｂは副冷却器１３ａ，１３ｂ
間に位置している。尚、この他の構成は前例と同様なの
で、その説明は省略する。

【００６９】次に、冷却媒体の流れについて説明する。
まず、主冷却器１２ａによって冷却された冷却媒体はフ
ァン１０の回転によりファン１０の吸気側に向かって流
通し、通風路２５において固定子鉄心２と固定子枠１と
の間を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、
エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子
鉄心６の外周側を、通風路２０において回転子鉄心６の
ファン１０側の側端をそれぞれ順次冷却する。

【００７０】副冷却器１３ａによって冷却された冷却媒
体は通風路１９をファン１０の吸気側に向かって流通
し、固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定子巻線３
のエンド部を冷却する。両冷却器によって冷却され流通
してきた冷却媒体はファン１０の吸気側で合流し、ファ
ン１０の排気側から通風路１７を冷却しながら主冷却器
１２ａに向かって流れ、主冷却器１２ａの手前において
主冷却器１２ａ側に流通する冷却媒体と副冷却器１３ａ
側に流通する冷却媒体に別れ流通する。

【００７１】一方、主冷却器１２ｂによって冷却された
冷却媒体はファン１１の回転によりファン１１の吸気側
に向かって流通し、通風路２５では固定子鉄心２と固定
子枠１との間を、通風ダクト４では固定子鉄心２の内部
を、エアギャップ５では固定子鉄心２の内周側と回転子
鉄心６の外周側を、通風路２４では回転子鉄心６のファ
ン１１側の側端をそれぞれ順次冷却する。

【００７２】副冷却器１３ｂによって冷却された冷却媒
体は通風路２３をファン１１の吸気側に向かって流通
し、固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定子巻線３
のエンド部を冷却する。両冷却器によって冷却され流通
してきた冷却媒体はファン１１の吸気側で合流し、ファ
ン１１の排気側から通風路２１を冷却しながら主冷却器
１２ｂに向かって流れ、主冷却器１２ｂの手前において
主冷却器１２ｂ側に流通する冷却媒体と副冷却器１３ｂ
側に流通する冷却媒体に別れ流通する。

【００７３】第７の実施の形態によれば、第１の通風路
１４の主冷却器１２手前から分岐した第２の通風路１５
を形成し、そこの分岐側に主冷却器１２とは別の副冷却
器１３を設置したので、通風路２０，２４を含むエアギ
ャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。

【００７４】すなわち機内の両側端部に設置された冷却
器によって冷却された冷却媒体をシングルリバースフロ
ー通風方式で流通させる回転電機では、発電容量の増加
に伴って熱負荷が増加した場合、ファンの吸気側付近に
冷却媒体が到達する前に、冷却媒体が温度上昇してしま
うので、当該部分の冷却効果が悪くなり、エアギャップ
の軸方向に局所的な発熱部分が生じてしまう。

【００７５】しかし、本実施の形態では、第１の通風路
１４の主冷却器１２手前から分岐した第２の通風路１５
を形成し、その分岐側に主冷却器１２とは別の副冷却器
１３を設置し、ファン１０，１１の吸気側付近にも十分
に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所
的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２０，２４を含
むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化でき
る。従って、回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回
転子の熱振動ストロークを抑制できる。

【００７６】また、第７の実施の形態によれば、第２の
通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さ
い小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷
却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を
設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２によって冷
却される冷却媒体の一部を冷却するものであり、第２の
通風路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにそ
の冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良
い。また、冷却の分担により主冷却器１２自体の冷却容
量も小さくできる等のメリットがあるからである。ま
た、副冷却器１３は主冷却器が配置されている空間より
も小さな空間に配置されるので、小型のものでなければ
配置できないからである。

【００７７】図９は第８の実施の形態であるタービン発
電機の構造を示す。本実施の形態は第７の実施の形態と
同様に、冷却器によって冷却された冷却媒体が通風ダク
ト４を固定子鉄心２の外周側からエアギャップ５に向か
って一方向に流通する、いわゆるシングルリバースフロ
ー通風方式を採用している。

【００７８】このため機内には、ファン１０の排気側か
ら固定子枠１の内周側に至る通風路１７，固定子鉄心２
の側端部空間の外周側を含む固定子鉄心２の外周側と固
定子枠１の内周側との間の通風路１８，通風ダクト４，
固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風
路１９，エアギャップ５，エアギャップ５からファン１
０の吸気側に至る通風路２０から第１の通風路１４を形
成している。ファン１０の外周側と対向する通風路１８
部分には主冷却器１２を設置している。

【００７９】また、ファン１１の排気側から固定子枠１
の内周側に至る通風路２１，固定子鉄心２の側端部空間
の外周側を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内
周側との間の通風路２２，通風ダクト４，固定子鉄心２
のファン１１側の側端部空間よりなる通風路２３，エア
ギャップ５，エアギャップ５からファン１１の吸気側に
至る通風路２４から第２の通風路１５を形成している。
ファン１１の外周側と対向する通風路２２部分には副冷
却器１３を設置している。

【００８０】第１の通風路１４と第２の通風路１５は通
風路長が異なっており、本実施の形態では、第２の通風
路１５の通風路長を第１の通風路１４の通風路長よりも
短くしている。また、主冷却器１２と副冷却器１３は冷
却容量が異なっており、本実施の形態では、副冷却器１
３の冷却容量を主冷却器１２の冷却容量よりも小さくし
ている。従って、副冷却器１３は主冷却器１２よりも小
型である。また、主冷却器１２と副冷却器１３は回転軸
７に直角な軸に対して線対称な配置となっている。外観
構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸
方向に一列に列構成をなすように配置されており、主冷
却器は軸方向一方側端部に位置し、副冷却器１３は軸方
向他方側端部に位置している。尚、この他の構成は前例
と同様なので、その説明は省略する。

【００８１】次に、冷却媒体の流れについて説明する。
まず、主冷却器１２によって冷却された冷却媒体はファ
ン１０の回転により通風路１８と通風路１９に別れて流
通する。通風路１８を流通する冷却媒体は通風路１８に
おいて固定子鉄心２と固定子枠１との間を、通風ダクト
４において固定子鉄心２の内部を、エアギャップ５にお
いて固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、
通風路２０において回転子鉄心６のファン１０側の側端
をそれぞれ順次冷却しながらファン１０の吸気側に向か
って流通する。

【００８２】通風路１９を流通する冷却媒体は固定子鉄
心２のファン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を
冷却しながらファン１０の吸気側に向かって流通する。
両冷却媒体はファン１０の吸気側で合流する。合流した
冷却媒体はファン１０の排気側から通風路１７を冷却し
ながら主冷却器１２に向かって流れ、再び主冷却器１２
によって冷却される。

【００８３】一方、副冷却器１３によって冷却された冷
却媒体はファン１１の回転により通風路２２と通風路２
３に別れて流通する。通風路２２を流通する冷却媒体は
通風路２２において固定子鉄心２と固定子枠１との間
を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、エア
ギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心
６の外周側を、通風路２４において回転子鉄心６のファ
ン１１側の側端をそれぞれ順次冷却しながらファン１１
の吸気側に向かって流通する。

【００８４】通風路２３を流通する冷却媒体は固定子鉄
心２のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を
冷却しながらファン１１の吸気側に向かって流通する。
両冷却媒体はファン１１の吸気側で合流する。合流した
冷却媒体はファン１１の排気側から通風路２１を冷却し
ながら副冷却器１３に向かって流れ、再び副冷却器１３
によって冷却される。

【００８５】第８の実施の形態によれば、第１の通風路
１４よりも通風路長の短い第２の通風路１５を形成し、
その途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し
たので、通風路２０，２４を含むエアギャップ５の軸方
向の温度上昇分布を平準化できる。

【００８６】すなわち機内の一方側端部に設置された冷
却器によって冷却された冷却媒体をシングルリバースフ
ロー通風方式で流通させる回転電機では、発電容量の増
加に伴って熱負荷が増加した場合、冷却器から離れた部
分（機内の他方側端部）のファン付近に冷却媒体が到達
する前に、冷却媒体が温度上昇してしまうので、当該部
分の冷却効果が悪くなり、エアギャップの軸方向に局所
的な発熱部分が生じてしまう。

【００８７】しかし、本実施の形態では、第１の通風路
１４よりも通風路長の短い第２の通風路１５を形成し、
そこに主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主
冷却器１１から離れた部分のファン付近にも十分に冷却
された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発
熱部分の発生を抑えられ、通風路２０，２４を含むエア
ギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従
って、回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の
熱振動ストロークを抑制できる。

【００８８】また、第８の実施の形態によれば、第２の
通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さ
い小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷
却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を
設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２の設置され
た第１の通風路１４よりも通風路長の短い第２の通風路
を流通する冷却媒体を冷却するものであり、第２の通風
路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにその冷
却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良いから
である。

【００８９】

【発明の効果】本発明に係る回転電機は、一方の冷却器
ともう一方の冷却器を設置し、一方の冷却器によって冷
却された冷却媒体の少なくとも一部をさらにもう一方の
冷却器によって冷却するように構成したものなので、機
内の温度上昇分布が平準化し、回転子の軸方向に不均一
な熱伸びが生じて回転子の熱振動ストロークが大きくな
ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるタービン発電
機の外観構成を示す外観図である。

【図２】図１のII−II矢視断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図であり、図２の改良例を示
す。

【図４】本発明の第３の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図であり、図２と図３の組合例
を示す。

【図５】本発明の第４の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図であり、図２の改良例を示
す。

【図６】本発明の第５の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図であり、図５の改良例を示
す。

【図７】本発明の第６の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図であり、図３の改良例を示
す。

【図８】本発明の第７の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図である。

【図９】本発明の第８の実施の形態であるタービン発電
機の内部構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１…固定子枠、２…固定子鉄心、３…固定子巻線、４…
通風ダクト、５…エアギャップ、６…回転子鉄心、７…
回転軸、８…エンドブラケット、９…リテニグリング、
１０，１１…冷却ファン、１２…主冷却器、１３…副冷
却器、１４…第１の通風路、１５…第２の通風路、１６
…第３の通風路、１７，１８，１９，２０，２１，２
２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３
０，３１，３２，３３，３４，３５，３６…通風路、３
７…冷却水供給管、３８…冷却水排出管、３９…集電装
置。

フロントページの続き (72)発明者 八木 恭臣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 佐藤 淳二 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 白田 伸作 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 森 英明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 辻 英治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 服部 憲一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 石原 篤 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−162432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−1402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−1403（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−146022（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−177705（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−121166（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−42560（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平方向を軸中心として回転する回転子鉄
   心と、前記回転子鉄心とエアギャップを介して対向し、
   軸方向に複数の通風ダクトが設けられた固定子鉄心を備
   え、回転軸に設けたファンの回転によって機内を流通す
   る冷却媒体の通風路に、該冷却媒体を冷却する冷却器を
   備えた回転電機において、前記冷却媒体は空気であり、
   前記通風路は、前記エアギャップを通過する第１の通風
   路及び第２の通風路からなり、前記冷却器は、第１の冷
   却器、第２の冷却器及び第３の冷却器からなり、前記複
   数の通風ダクトは、第１の通風ダクト、第２の通風ダク
   ト及び第３の通風ダクトとからなり、前記第１の通風路
   は、前記回転軸に設けたファンの排気側から前記第１の
   通風ダクトを経由して前記ファンの吸気側に至るもので
   あり、前記第２の通風路は前記第１の通風路から分岐し
   て前記第２の通風ダクト及び前記第３の通風ダクトを経
   由して前記第１の通風路に合流するものであり、前記分
   岐から前記合流の間における前記第１の通風路に前記第
   １の冷却器を配置し、前記分岐から前記合流の間におけ
   る前記第２の通風路に前記第２の冷却器及び前記第３の
   冷却器を配置し、前記第１の冷却器、前記第２の冷却器
   及び前記第３の冷却器は前記固定子鉄心より周方向外側
   に配置され、前記第２の冷却器で冷却された冷却媒体が
   前記第２の通風ダクトを周方向外側から内側に向かって
   流通するよう前記第２の冷却器を配置し、前記第２の通
   風ダクトを流通した冷却媒体が前記エアギャップを介し
   て前記第３の通風ダクトを周方向内側から外側に向かっ
   てから前記第３の冷却器で冷却されるよう前記第３の冷
   却器を配置し、前記第２の通風ダクトは前記第１の通風
   ダクトより軸方向中央側に位置されることを特徴とする
   回転電機。