JP7210373B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

一般に、水車発電機等の回転電機は、冷却ガスが機内を循環する通風冷却構造を有する。図１５に、通風冷却構造を有する水車発電機の構造の一例を示す。図１５に示されるように、水車発電機には定速機（図１５の左側）と可変速機（図１５の右側）とがあり、それぞれ構造が異なる。以下では、可変速機の構造に関して説明する。

図１５の右側に示されるように、可変速機は、発電機１００と水車２００とから構成され、発電機１００は回転子１と固定子２とを備えている。回転子１は、例えば、図１６に示されるように回転軸０に回転子スポークを介して結合される回転子鉄心に回転子巻線５が配設され、当該回転子巻線５の回転子軸方向の両端部には回転子鉄心から突出する回転子巻線端部６がある。この回転子巻線端部６は網目状に形成される。

このように回転子鉄心から回転子巻線端部６が突出する巻線形回転子においては、回転電機の運転による回転子１の回転に伴い、回転子巻線端部６および当該回転子巻線端部６を支持する巻線端部支え構造も回転し、ファン効果を生み出す。すなわち、巻線端部支え構造の内径側の冷却ガスが巻線端部支え構造および回転子巻線端部６を通って外径側へ流れ、回転子巻線端部６を冷却した後、固定子２側に導かれて固定子巻線端部等を冷却する。当該冷却ガスは、固定子２側に配置される冷却器を経由して機内を循環する。

なお、可変速機は、主として揚水発電に用いられ、回転を反転して電動機運転も行うため、発電機の通風にかかわる構造も正逆回転両方向に対応する構造とする必要がある。

特開２０１３－１１０９０２号公報 米国特許第２０１２／００６８５６９号明細書 米国特許第号明細書第２０１２／０１１２６０１号明細書 米国特許第号明細書第２０１３／０１８７４９３号明細書 特許第４２９９９６２号公報

回転子巻線端部を支持する巻線端部支え構造は、様々な方式が知られているが、回転子から突出した構造物が回転し、ファン効果を生み出すという作用は各方式で共通する。

巻線端部支え構造の回転によるファン効果は大きいものの、その一方で、回転子巻線端部等で発生する発熱量は鉄心内部の発熱量と比較して小さいのに回転子巻線端部等に必要以上の風量の冷却ガスが流れることから、多大な風損により回転電機の運転効率が低下する。

本発明が解決しようとする課題は、冷却ガスの流路もしくは風量を適正化することで風損を低減し運転効率を向上させることが可能な回転電機を提供することにある。

実施形態によれば、回転子および固定子を備え、前記回転子の回転によって冷却ガスが回転子側から固定子側へ流れて更に固定子側の冷却器を通って機内を循環する回転電機であって、前記回転子の回転子鉄心から回転子軸方向に突出する回転子巻線端部と前記固定子の固定子鉄心から固定子軸方向に突出する固定子巻線端部との間に配置され、前記回転子巻線端部を通過した冷却ガスの一部を前記固定子巻線端部側へ通す通風孔を有する通風仕切り板を機内に備えた、回転電機が提供される。

本発明によれば、冷却ガスの流路もしくは風量を適正化することで風損を低減し回転電機の運転効率を向上させることが可能になる。

第１の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図。 同実施形態に係る通風仕切り板１７を構成する部材の一例を示す図。 第２の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図。 同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図。 第３の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図。 同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図。 第４の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図。 同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図。 第５の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図。 同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図。 第６の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図。 同実施形態に係る防風板２３を回転子巻線端部６側（もしくは巻線端部支え構造２４側）から見た形状を示す平面図。 第７の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図。 同実施形態に係る防風板２３を回転子巻線端部６側（もしくは巻線端部支え構造２４側）から見た形状を示す平面図。 通風冷却構造を有する水車発電機（定速機と可変速機のうち、特に可変速機）の構造の一例を示す図。 可変速機における回転子１の概略構成を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、第１の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図である。なお、図１においては、前述した図１５及び図１６と共通する要素に同一の符号を付している。

図１に示す回転電機は、大別して、回転軸である主軸に結合された回転子１と、固定子２とからなる。

回転子１は、回転軸に回転子スポーク３を介して結合された回転子鉄心４を備える。この回転子鉄心４の外周面には、回転子巻線５を埋設するために回転子軸方向に形成された複数の溝部が備えられ、これら複数の溝部に埋設された複数の回転子巻線５は図示しない楔により固定されている。また、回転子巻線５の回転子軸方向の端部には回転子鉄心４から突出する回転子巻線端部６がある。

巻線端部支え構造２４は、支持環支え部１２、支持環１３、Ｕボルト７等を含み、回転子鉄心４から回転子軸方向に突出する回転子巻線端部６を固定している。具体的には、回転子鉄心４から回転子軸方向に突出する回転子巻線端部６の内周側に、周方向に間隔をおいて支持環支え部１２が設けられ、回転子巻線端部６と支持環支え部１２との間には複数の支持環１３が回転子軸方向に積層されている。巻線端部６の外周側からは、例えばＵ形状を成すＵボルト７により、回転子巻線端部６が支持環１３と共に挟み込まれる形で挿し込まれ、支持環１３の内径側にて図示しないナット等を用いて固定される。

このように回転子巻線端部６がＵボルト７により支持環１３に固定され、この支持環１３の内径側が回転軸の周方向にわたって回転子鉄心４の端部に固定された支持環支え部１２に固定されていることから、回転子巻線端部６は回転子１が回転したときに作用する遠心力に対しての抗力を備えている。

固定子２は、固定子フレーム８により支持される固定子鉄心９を有する。この固定子鉄心９の内周面には、固定子巻線１０を埋設するために固定子軸方向に形成された複数の溝部が備えられ、これら複数の溝部に埋設された複数の固定子巻線１０は図示しない楔により固定されている。固定子フレーム８は、回転子巻線端部６に対して回転子軸方向に対向して設けられる防風板２３と連結している。また、固定子巻線１０の固定子軸方向の端部には、固定子鉄心９から突出する固定子巻線端部１１がある。

特に本実施形態では、回転子巻線端部６が配置されている空間と固定子巻線端部１１が配置されている空間とを仕切る円筒状の通風仕切り板１７が機内に設けられる。具体的には、通風仕切り板１７は、回転子巻線端部６に接触しないように回転子巻線端部６と固定子巻線端部１１との間に配置され、例えば、上端が固定子フレーム８に取り付けられると共に、下端が固定子鉄心９の支持部材に取り付けられて固定される。この通風仕切り板１７は、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスの一部を固定子巻線端部１１側へ通す複数の通風孔１８を有する。

図２に、通風仕切り板１７を構成する部材の一例を示す。図２の例では、円筒状をなす通風仕切り板１７の一部分のみが例示されている。このような部材を複数組み合わせることにより、円筒状の通風仕切り板１７が構成される。なお、図２は一例を示したものであり、これに限定されるものではない。例えば１つの部材だけで円筒状の通風仕切り板１７を実現してもよい。

図２に示されるように、通風仕切り板１７に備えられる個々の通風孔１８は、例えば固定子軸方向および周方向に配列するように配置される。通風仕切り板１７は、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って流れてくる冷却ガスに対して圧力損失を生じさせるほか、当該通風仕切り板１７の複数の通風孔１８を通過する冷却ガスに対しても圧力損失を生じさせ、当該通風孔１８を通過する冷却ガスの流れを抑制する。複数の通風孔１８を通過する冷却ガスに生じる圧力損失や流量は、当該通風孔１８の総開口面積（もしくは開口率）に依存する。よって、例えば各通風孔１８の大きさや数を適宜調整することにより、所望の圧力損失や流量を達成することができる。

回転電機の運転状態にあっては、回転子１、固定子２のそれぞれに設けられた回転子巻線５、固定子巻線１０は、通電され、ジュール熱により加熱される。また、回転子鉄心４、固定子鉄心９が発熱する。回転子巻線５、固定子巻線１０には絶縁が施されているが、絶縁材料の温度上限が厳しく設定されているため、高温となった冷却ガスを機内に設けた冷却器１５で冷却水等と熱交換して温度を下げると共に、冷却ガスを循環させて機内を冷却する。

図１中の符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ、回転電機の機内を循環して各部を冷却する冷却ガスの流路を表している。

回転子１が回転すると、回転子１が回転することによるファン効果により、冷却ガスが流れる流路Ａが形成される。すなわち、冷却器１５により冷却された冷却ガスは、回転子１の回転子スポーク３の内部に導かれ、回転子鉄心４内に流入して、回転子鉄心４および回転子巻線５を冷却し、回転子１と固定子２とで形成されるエアギャップ１６に導かれた後、固定子鉄心９内に流入し、固定子鉄心９および固定子巻線１０を冷却し、冷却器１５に至る、という流れで機内を循環する。

また、回転子１が回転することにより、巻線端部支え構造２４の内径側の冷却ガスは、当該巻線端部支え構造２４のファン効果により、回転子巻線端部６を通って流れ、回転子巻線端部６を冷却した後、その外径側へ流出する。流出した冷却ガスの中には、通風仕切り板１７の通風孔１８へ流入するもののほか、通風孔１８へ流入せずに、回転子巻線端部６と防風板２３との隙間等を通って巻線端部支え構造２４の内径側へ戻るものや、回転子鉄心４と固定子鉄心９との間のエアギャップ１６へ導かれるものがある。

通風仕切り板１７の通風孔１８を通った冷却ガスは、流路Ｂを形成する。すなわち、通風仕切り板１７の通風孔１８を通った冷却ガスは、固定子２側の固定子巻線端部１１を経由して、固定子側に配置される冷却器１５に至る。冷却器１５を通って熱交換した冷却ガスは、流路Ａに合流する。

通風仕切り板１７は、流路Ｂを流れる冷却ガスの流量が所定の適正値となるように通風孔１８の開口率が予め設定されている。そのため、流路Ｂを流れる冷却ガスは、必要以上の流量とはならず、適切な流量になる。

このように複数の通風孔１８を備えた通風仕切り板１７を設けることにより、流路Ｂを流れる冷却ガスの流量を減少させ、流路Ｂに冷却ガスが余分に流れることを防ぐことができ、固定子巻線端部１１で発生する風損を低減することができるとともに、結果的に巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って流れる冷却ガスの流量を減少させることができ、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損を低減することができる。

例えば、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスの一部は、流路Ｂを流れずに（すなわち、冷却器１５による冷却が行われずに）、回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の内径側へ戻り、再び巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って循環する流路Ｃを形成したり、流路Ａと合流する流路Ｄを形成したりすることがある。しかし、本実施形態では回転子巻線端部６と固定子巻線端部１１との間に通風仕切り板１７を配置したことにより、流路Ｃの形成および流路Ｄの形成が抑制される。

具体的には、回転子巻線端部６と固定子巻線端部１１との間に通風仕切り板１７を配置したことにより、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスが通風仕切り板１７に当たり、その際に当該冷却ガスに対して一定の圧力損失を生じさせる。その結果、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスのうち、流路Ｃを通じて回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の内径側へ流れる冷却ガスの流量や、巻線端部支え構造２４の内径側から巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って流れる冷却ガスの流量は減少し、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損は低減される。また、流路Ｄを通じて流路Ａの冷却ガスと合流する冷却ガス（冷却器１５による冷却が行われていない冷却ガス）の流量も減少することから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることも抑制される。

第１の実施形態によれば、回転子巻線端部６と固定子巻線端部１１との間に通風仕切り板１７を配置したことにより、流路Ｂを流れる冷却ガスの流量を減少させることができることから、固定子巻線端部１１で発生する風損を低減することができ、また、流路Ｃを流れる冷却ガスの流量を減少させることができることから、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損を低減させることができ、また、流路Ｄを流れる冷却ガスの流量を減少させることができることから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることを抑制することもできる。その結果、回転電機の運転効率を向上させることが可能になる。

（第２の実施形態）
次に、図３および図４を参照して、第２の実施形態について説明する。

以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第１の実施形態で参照した各図は、第２の実施形態においても適宜参照する。

第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、通風仕切り板１７が、回転子巻線端部６側の表面に、冷却ガスの旋回流れを打ち消す複数のスワールブレーカ（旋回流れ防止部）１９を備えている点にある。

図３は、第２の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図である。また、図４は、同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図である。図３および図４の中の矢印Ｒは、回転子１の回転方向を表している。

通風仕切り板１７に備えられるスワールブレーカ１９は、例えば通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において個々の通風孔１８の入口側を取り囲むように配置された円筒形状の部材であり、回転子巻線端部６の回転に伴って発生する冷却ガスの旋回流れを打ち消す。

このように構成された回転電機の運転状態にあっては、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスは、回転子１のＲ方向の回転により旋回しながら通風仕切り板１７に向かって流出する。その際に、冷却ガスは旋回していることから、その一部が通風孔１８へ向かう途中でスワールブレーカ１９に衝突する。そのため、通風孔１８へ向かう冷却ガスの流れが堰き止められる作用が生じ、スワールブレーカ１９が無い場合に比べると通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において冷却ガスの圧力損失が発生する。

その結果、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスのうち、流路Ｃを通じて回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の内径側へ流れる冷却ガスの流量や、巻線端部支え構造２４の内径側から巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って流れる冷却ガスの流量はより一層減少し、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損はより一層低減される。また、流路Ｄを通じて流路Ａの冷却ガスと合流する冷却ガス（冷却器１５による冷却が行われていない冷却ガス）の流量もより一層減少することから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることもより一層抑制される。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、通風孔１８の入口側で発生する冷却ガスの圧力損失により、流路Ｃを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損をより一層低減させることができ、また、流路Ｄを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることをより一層抑制することができる。これにより、回転電機の運転効率をより一層向上させることが可能になる。

（第３の実施形態）
次に、図５および図６を参照して、第３の実施形態について説明する。

以下では、第２の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第１および第２の実施形態で参照した各図は、第３の実施形態においても適宜参照する。

第３の実施形態が第２の実施形態と異なる点は、通風仕切り板１７に備えられるスワールブレーカ１９’が、個々の通風孔１８を取り囲むように円筒状に配置されているのではなく、通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において固定子軸方向に延在するように配置されている点にある。

図５は、第３の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図である。また、図６は、同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図である。図５および図６の中の矢印Ｒは、回転子１の回転方向を表している。

通風仕切り板１７に備えられるスワールブレーカ１９’は、例えば通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において一定の距離をおいて並列に配置された板状の部材である。各スワールブレーカ１９’は、回転子巻線端部６の回転に伴って発生する冷却ガスの旋回流れを打ち消す。

このように構成された回転電機の運転状態にあっては、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスは、回転子１のＲ方向の回転により旋回しながら通風仕切り板１７に向かって流出する。その際に、冷却ガスは旋回していることから、その一部が通風孔１８へ向かう途中でスワールブレーカ１９’に衝突する。そのため、通風孔１８へ向かう冷却ガスの流れが堰き止められる作用が生じ、スワールブレーカ１９’が無い場合に比べると通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において冷却ガスの圧力損失が発生する。

その結果、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスのうち、流路Ｃを通じて回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ流れる冷却ガスの流量や、巻線端部支え構造２４の回転子内径側から巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通って流れる冷却ガスの流量はより一層減少し、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損はより一層低減される。また、流路Ｄを通じて流路Ａの冷却ガスと合流する冷却ガス（冷却器１５による冷却が行われていない冷却ガス）の流量もより一層減少することから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることもより一層抑制される。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果が得られることに加え、スワールブレーカ１９’の構造が単純であるため、製作を用意なものとすることができる。また、スワールブレーカ１９’が通風仕切り板１７の強度を高める部材としての機能をも併せ持つため、より信頼性の高い回転電機を提供することができる。

（第４の実施形態）
次に、図７および図８を参照して、第４の実施形態について説明する。

以下では、第３の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第１乃至第３実施形態で参照した各図は、第４の実施形態においても適宜参照する。

第４の実施形態が第３の実施形態と異なる点は、通風仕切り板１７が、当該通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面に対するスワールブレーカ１９’の取り付け角度を可変にする角度可変機構２２をさらに備えている点にある。

図７は、第４の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図である。また、図８は、同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図である。図７および図８の中の矢印Ｒは、回転子１の回転方向を表している。

通風仕切り板１７に備えられるスワールブレーカ１９’は、例えば通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面に対する取り付け角度を変更可能にする回動可能なヒンジ等の角度可変機構２２を備えている。

角度可変機構２２は、スワールブレーカ１９’を回動可能に通風仕切り板１７に締め付けるボルト等の締付け部材を備え、例えば当該締付け部材を緩めることによりスワールブレーカ１９’を通風仕切り板１７の表面上で所定の範囲内で回動させることができ、また、スワールブレーカ１９’を任意の取り付け角度にして当該締付け部材を締め付けることによりスワールブレーカ１９’を冷却ガスの風圧に対して動かないように固定させることができる。

このような構成において、例えば回転子１の回転するＲ方向側（回転方向進み側）にスワールブレーカ１９’を倒した場合、スワールブレーカ１９’に衝突した冷却ガスは、通風孔１８に向かう流れが誘発されるため、冷却ガスが通風孔１８に流入しやすくなり、通風孔１８の入口側における冷却ガスの圧力損失が軽減される。一方、回転子１の回転するＲ方向の反対側（回転方向遅れ側）に倒した場合は、冷却ガスの流れが通風孔１８から遠ざかる方向に転向するため、通風孔１８の入口側における冷却ガスの圧力損失が増加する。

このようにスワールブレーカ１９’の取り付け角度は可変であるため、通風孔１８の入口側における冷却ガスの圧力損失を変えることができ、また、前述の流路Ｂを流れる冷却ガスの流量を変えることができる。

第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果が得られることに加え、角度可変機構２２によりスワールブレーカ１９’の取り付け角度を可変とすることによって通風孔１８の入口側での冷却ガスの圧力損失を調整することができるため、冷却ガス流路Ｂの流量を必要最小限とすることができ、回転子巻線端部６で発生する風損を抑制してより運転効率の高い回転電機を提供することができる。

（第５の実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、第５の実施形態について説明する。

以下では、第４の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第１乃至第４実施形態で参照した各図は、第５の実施形態においても適宜参照する。

第５の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、通風仕切り板１７が、当該通風仕切り板１７の固定子巻線端部１１側の表面に、通風孔１８を通過する冷却ガスの流出方向を定める機構をさらに備えている点にある。

図９は、第５の実施形態に係る通風仕切り板１７を回転子巻線端部６側から見た形状を示す平面図である。また、図１０は、同実施形態に係る通風仕切り板１７の一部の断面形状を示す断面図である。図９および図１０の中の矢印Ｒは、回転子１の回転方向を表している。

通風仕切り板１７に備えられる流出方向調整機構２２’は、例えば固定子巻線端部１１側の表面において個々の通風孔１８の出口側を取り囲むように配置された円筒形状の部材であり、通風孔１８を通過する冷却ガスの流出方向を定める。各通風孔１８における冷却ガスの流出方向は、通風仕切り板１７の表面の法線方向を一律に向くように定めても良いが、これに限らず、例えば各通風孔１８を通過する冷却ガスがそれぞれ固定子巻線端部１１における所望の部位に向けて流出されるように、通風孔１８毎に冷却ガスの流出方向が異なる方向を向くように定めてもよい。また、通風孔１８毎に冷却ガスの流出方向の変更を可能にする可変機構をさらに設けてもよい。

回転電機の運転状態にあっては、固定子巻線端部１１は、回転電機端部の漏れ磁束の影響により、固定子鉄心９に近い部位ほど発生する発熱が大きくなるが、本実施形態では流出方向調整機構２２’により各通風孔１８から流出する冷却ガスを例えば固定子巻線端部１１の発熱が大きく部位に向けて流出させることで固定子巻線端部１１の冷却を行う。

第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果が得られることに加え、流出方向調整機構２２’により、冷却ガスを固定子巻線端部１１に集中的に供給することができるため、固定子巻線端部１１をより効率的に冷却することができ、より運転効率の高い回転電機を提供することができる。

（第６の実施形態）
次に、図１１および図１２を参照して、第６の実施形態について説明する。

以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第１の実施形態で参照した各図は、第６の実施形態においても適宜参照する。

第６の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、防風板２３が、回転子巻線端部６側（もしくは巻線端部支え構造２４側）の表面に、冷却ガスの旋回流れを打ち消す複数のスワールブレーカ（旋回流れ防止部）２０を備えている点にある。

図１１は、第６の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図である。また、図１２は、同実施形態に係る防風板２３を回転子巻線端部６側（もしくは巻線端部支え構造２４側）から見た形状を示す平面図である。

防風板２３に備えられるスワールブレーカ２０は、例えば通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において、回転子周方向に一定の距離をおいて並列に配置され、それぞれが回転子径方向に延在するように放射状に配置された複数の板状の部材である。各スワールブレーカ２０は、巻線端部支え構造２４の外径側から冷却ガスが回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ流れる際に、回転子巻線端部６の回転に伴って発生する冷却ガスの旋回流れを打ち消す。

このように構成された回転電機の運転状態にあっては、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスは、回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ流れるが、その際に、冷却ガスは旋回していることから、その一部が巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ向かう途中でスワールブレーカ２０に衝突する。そのため、冷却ガスの流れが堰き止められる作用が生じ、スワールブレーカ２０が無い場合に比べると通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面において冷却ガスの圧力損失が発生する。その結果、流路Ｃや流路Ｄに流れる冷却ガスの流量が減少する。

第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、スワールブレーカ２０により発生する冷却ガスの圧力損失により、流路Ｃを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損をより一層低減させることができ、また、流路Ｄを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることをより一層抑制することができる。これにより、回転電機の運転効率をより一層向上させることが可能になる。

（第７の実施形態）
次に、図１３および図１４を参照して、第７の実施形態について説明する。

以下では、第６の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、第６の実施形態で参照した各図は、第７の実施形態においても適宜参照する。

第７の実施形態が第６の実施形態と異なる点は、複数のスワールブレーカ２０に加えてさらに、冷却ガスが防風板２３に沿って回転子径方向に流れるのを阻害する複数の仕切り板２１を備えている点にある。

図１３は、第７の実施形態に係る回転電機を周方向に見たときの概略構成の一例を示す図である。また、図１４は、同実施形態に係る防風板２３を回転子巻線端部６側（もしくは巻線端部支え構造２４側）から見た形状を示す平面図である。

防風板２３に備えられる仕切り板２１は、防風板２３の回転子巻線端部側（もしくは巻線端部支え構造２４側）の表面において回転子周方向に延在するように円弧状に配置された板状の部材であり、冷却ガスが防風板２３に沿って仕切り板２１に流れるのを複数段にわたって阻害する。

このように構成された回転電機の運転状態にあっては、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６を通った冷却ガスは、回転子巻線端部６と防風板２３との隙間を通って巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ流れるが、その際に、冷却ガスは旋回していることから、その一部が巻線端部支え構造２４の回転子内径側へ向かう途中でスワールブレーカ２０に衝突し、さらに仕切り板２１により仕切り板２１へ向かう流れが阻害される。そのため、冷却ガスの流れが堰き止められる大きな作用が生じ、スワールブレーカ２０が無い場合に比べると通風仕切り板１７の回転子巻線端部６側の表面においてより大きな圧力損失が発生する。その結果、流路Ｃや流路Ｄに流れる冷却ガスの流量がより一層減少する。

第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果が得られることに加え、スワールブレーカ２０および仕切り板２１により発生するより大きな圧力損失により、流路Ｃを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、巻線端部支え構造２４および回転子巻線端部６で発生する風損をより一層低減させることができ、また、流路Ｄを流れる冷却ガスの流量をより一層減少させることができることから、高温の冷却ガスが回転子スポーク３の内部に導かれて回転子巻線５が過熱されることをより一層抑制することができる。これにより、回転電機の運転効率をより一層向上させることが可能になる。

以上詳述したように、少なくともいずれかの実施形態によれば、冷却ガスの流路もしくは風量を適正化することで風損を低減し回転電機の運転効率を向上させることが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転子、２…固定子、３…回転子スポーク、４…回転子鉄心、５…回転子巻線、６…回転子巻線端部、７…Ｕボルト、８…固定子フレーム、９…固定子鉄心、１０…固定子巻線、１１…固定子巻線端部、１２…支持環支え部、１３…支持環、１４…サドル、１５…冷却器、１６…エアギャップ、１７…通風仕切り板、１８…通風孔、１９，１９’，２０…スワールブレーカ、２１…仕切り板、２２…角度可変機構、２２’…流出方向調整機構、２３…防風板、２４…巻線端部支え構造。

Claims (9)

1. 回転子および固定子を備え、前記回転子の回転によって冷却ガスが回転子側から固定子側へ流れて更に固定子側の冷却器を通って機内を循環する回転電機であって、
   前記回転子の回転子鉄心から回転子軸方向に突出する回転子巻線端部と前記固定子の固定子鉄心から固定子軸方向に突出する固定子巻線端部との間に配置され、前記回転子巻線端部を通過した冷却ガスの一部を前記固定子巻線端部側へ通す通風孔を有する通風仕切り板を機内に備えた、回転電機。
2. 前記通風仕切り板の回転子巻線端部側の面に設けられ、冷却ガスの旋回流れを打ち消す第１のスワールブレーカをさらに備えた、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１のスワールブレーカは、前記通風仕切り板の回転子巻線端部側の表面において前記通風孔を取り囲むように配置された円筒形状の部材である、請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第１のスワールブレーカは、前記通風仕切り板の回転子巻線端部側の表面において固定子軸方向に延在するように配置された複数の板状の部材である、請求項２に記載の回転電機。
5. 前記通風仕切り板は、当該通風仕切り板の回転子巻線端部側の表面に対する前記第１のスワールブレーカの取り付け角度の変更を可能にする角度可変機構を備えている、請求項４に記載の回転電機。
6. 前記通風仕切り板の固定子側の面に設けられ、前記通風孔を通過する冷却ガスの流出方向を定める流出方向調整機構をさらに備えた、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記回転子巻線端部に対して回転子軸方向に対向して設けられる防風板の表面に設けられ、当該防風板と前記回転子巻線端部との間を通る冷却ガスの旋回流れを打ち消す第２のスワールブレーカをさらに備えた、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記第２のスワールブレーカは、前記防風板の回転子側の表面において回転子径方向に延在するように配置された複数の板状の部材である、請求項７に記載の回転電機。
9. 前記防風板の回転子巻線端部側の表面において回転子周方向に延在するように配置され、冷却ガスが前記防風板に沿って回転子径方向に流れるのを阻害する仕切り板をさらに備えた、請求項８に記載の回転電機。

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