JPH11113222A

JPH11113222A - 回転電気機械の円筒形回転子

Info

Publication number: JPH11113222A
Application number: JP20612098A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamamoto; 勉山本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP3707250B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転子巻線の端部における冷却性能の向上を図
った回転電気機械の円筒形回転子を提供する。【解決手段】円筒形回転子１は、従来例に対してスペー
サ２，２Ａを用いる。スペーサ２では、回転子巻線５Ａ
の端部８９における冷媒ガスを通流させる通流路を確保
するために設けられるそれぞれの突起部２１は、共に同
等の高さを持たせて形成された２個の円柱状の突起２２
で構成された突起群として形成される。同一の突起部２
１に含まれる２個の突起２２は、基板部５４１の幅方向
を横断するようにして間隔を設けて配列される。また、
互いに隣接する突起部２１の間では、突起２２はいわゆ
る千鳥状になるように配置されて形成される。スペーサ
２Ａのスペーサ２に対する相異点は、複数の突起部２１
が基板部５４１の一方の側面のみに備えらていることで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、タービン発電機
などの回転電気機械の円筒形回転子に係わり、回転子巻
線の端部に関する冷却性能の向上を図った改良されたそ
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】円筒形回転子を持つ回転電気機械は各種
の用途に用いられているが、大容量のものとしてはター
ビン発電機が著名である。以下に、タービン発電機に代
表させて、従来例の回転電気機械の円筒形回転子の説明
を行うことにするが、まずは、一般例の円筒形回転子を
持つ回転電気機械の冷却に関する構造を主体として、そ
の構成の概要について図面を用いて説明する。図４は、
一般例の回転電気機械の主要部を模式化して示す縦断面
図であり、図５は、図４におけるＰ矢視図であり、図６
は、図５におけるＡ−Ｃ断面図であり、図７は、図５に
おけるＢ−Ｃ断面図である。

【０００３】図４〜図７において、９は、円筒形回転子
８と、固定子７と、ケーシング６と、周知の軸流ファン
６９，６９と、冷却装置９３とを備えた円筒形回転子を
持つ一般例の２極の回転電気機械である。円筒形回転子
８の外周面と固定子７の内周面と間には空隙部９１が介
在されている。円筒形回転子８は、回転軸部８１と、回
転軸部８１と一体に構成されると共に，回転軸部８１と
同心の円形の外径を持つ回転子鉄心部８２と、２極機に
対応した１対の回転子巻線５，５と、保持体８３，８３
とを備え、ケーシング６および図示しない軸受部を介し
て回転自在に支持されている。

【０００４】回転電気機械９では、各回転子巻線５は、
平角状の断面形状を持つ導体である平角銅線を巻回して
形成された鞍形コイルの複数個を用いて構成されてい
る。それぞれの鞍形コイルは、回転子鉄心部８２の外周
の円周方向に沿わせて形成されている図示しない複数の
コイルスロットに、互いに同心状となる配置関係で装填
されている。回転子巻線５の各鞍形コイルのコイルスロ
ットに収納されている部位には、回転軸部８１の軸長方
向に分布して多数の通気孔８８が形成されている。そう
して、上述の構造を持つ１対の回転子巻線５，５は、回
転軸部８１の中心軸線（図４に１点鎖線で示す）Ｘ−Ｘ
に関して互いに線対称の関係となる基本構成とされてい
る。回転子巻線５のコイルスロット内に収納されないこ
とで回転子鉄心部８２の両端部から突き出される状態に
配置される部位である端部８９，８９は、円筒状をした
保持体８３によってその少なくとも外周側が保持され、
円筒形回転子８が回転することで発生される強大な遠心
力によって変形しないよう保持されている。

【０００５】それぞれの軸流ファン６９は、円筒形回転
子８，固定子７を冷却する冷媒ガス（例えば、空気）９
９を回転電気機械９内に循環させるために設けられ、こ
の事例の場合には、図示の如く回転子巻線５の両端部８
９の回転軸部８１の軸長方向に関する外側の位置のそれ
ぞれに配設されている。固定子７は、周知の如く、多数
の薄板製の鉄心板を積層して形成されて回転軸部８１と
同心の円形の内径を持つ固定子鉄心７１と、固定子鉄心
７１に形成されている図示しない複数のコイルスロット
に装填された固定子巻線７２とを備えている。そうし
て、固定子鉄心７１の鉄心板の積層方向の要所には、冷
媒ガス９９を通流させるための通気ダクト７３の複数個
が形成されている。

【０００６】次に、ケーシング６が持つ冷媒ガス９９の
通流路について説明する。回転電気機械９では、ケーシ
ング６は、固定子鉄心７１の外周面に外接させて合計４
枚の仕切板６１，６２が固定子鉄心７１の鉄心板の積層
方向に間隔を隔てて図示のように配設されている。端部
側の仕切板６１と内側の仕切板６２とを接続するように
して複数の円筒状の連絡ダクト６３が配置されている。
仕切板６１と仕切板６２とによって区切られたそれぞれ
の空間は排気ダクト６４，６４であり、両側を仕切板６
２で区切られた空間は中央給気ダクト６５である。ま
た、ケーシング６の両端部には、それぞれの軸流ファン
６９に対応させて吸気ダクト６６，６６が備えられてい
る。

【０００７】冷却装置９３は、円筒形回転子８，固定子
７を冷却することで高温となった冷媒ガス９９から熱を
除去する周知の冷却器９４と、冷却器９４と排気ダクト
６４，６４とを接続する排気風胴９５と、冷却器９４と
吸気ダクト６６，６６とを接続する吸気風胴９６，９６
とを備えている。一般例の回転電気機械９は上述の如く
に構成されているので、それぞれの軸流ファン６９で加
圧されたそれぞれの冷媒ガス９９の流れは、まず、保持
体８３が配置されている付近で大きく３つに分岐され
る。すなわち、それぞれの保持体８３の外周部を経て両
端部から空隙部９１に直接流入する冷媒ガス流９９Ａ
と、固定子巻線７２の両端部のそれぞれを冷却した後に
連絡ダクト６３を経て中央給気ダクト６５に流入する冷
媒ガス流９９Ｂと、それぞれの回転軸部８１の外周面と
保持体８３との間の空間のそれぞれから円筒形回転子８
に流入する冷媒ガス流９９Ｃとである。

【０００８】冷媒ガス流９９Ｃは、回転子巻線５の端部
８９を冷却しつつ回転子鉄心部８２の端部に到り、冷媒
ガス流９９Ｃの内の多くの部分はこの端部からコイルス
ロット部に流入し、回転子巻線５および回転子鉄心部８
２を冷却した後、通気孔８８から空隙部９１に順次流入
する。冷媒ガス流９９Ｂは、中央給気ダクト６５に連通
されている通気ダクト７３中を通流し、固定子鉄心７１
および固定子巻線７２を冷却しつつ固定子鉄心７１の積
厚方向の中央部から空隙部９１に流入する。このように
して、空隙部９１で合流されたそれぞれの冷媒ガス９９
は、排気ダクト６４，６４に連通している通気ダクト７
３中を通流し、固定子鉄心７１および固定子巻線７２を
冷却しつつ排気ダクト６４，６４に到る。

【０００９】排気ダクト６４，６４に到達した冷媒ガス
９９は、円筒形回転子８，固定子７を冷却したので比較
的に高温になっているが、この高温の冷媒ガス９９は、
排気風胴９５を経て冷却器９４に流入して除熱される。
冷却器９４で除熱されて再び低温に戻った冷媒ガス９９
は、吸気風胴９６，９６を経て軸流ファン６９に流入さ
れる。

【００１０】すなわち一般例の回転電気機械９は、冷却
器９４を介して冷媒ガス９９を循環させることで、比較
的に安定な運転状態を得ることができているが、この種
の回転電気機械に採用されている円筒形回転子８では、
回転子巻線５の最高温度が端部８９で発生し易いので、
端部８９の温度低減に関する検討が種々行われてきてい
る。このような回転子巻線の端部温度の低減が試みられ
た円筒形回転子として、同じ出願人より出願された回転
電機の回転子巻線頭部（ここで言う端部のことである）
冷却構造が、特開平７−７５２７２号公報により公知と
なっている。

【００１１】以下に、この特開平７−７５２７２号公報
により公知となっている内容を基にして、従来例の回転
電気機械の円筒形回転子を図８〜図１０を用いて説明す
る。なお、図８〜図１０を用いて行う説明では、図４〜
図７に示した一般例の回転電気機械９と同一部分には同
じ符号を付し、その説明を省略する。ここで、図８は、
図４におけるＱ部に対応した部位における従来例の円筒
形回転子を示す部分断面図であり、図９は、図４におけ
るＲ部に対応した部位における従来例の円筒形回転子を
示す斜視図であり、図１０は、図８のＥ−Ｅ断面におけ
る要部の断面図である。なお、図９は保持体およびその
周辺部を取り除いて回転子巻線の外周部が露出された状
態として図示している。

【００１２】図８〜図１０において、８Ａは、回転軸部
８１と、回転子鉄心部８２Ａと、１対の回転子巻線５
Ａ，５Ａと、それぞれ複数のスペーサ５４，５４Ａと、
隔壁体５５，５５と、仕切壁体５６，５６と、外周部絶
縁体５７，５７と、複数の楔５９と、保持体８３Ａ，８
３Ａとを備えた２極の円筒形回転子である。円筒形回転
子８Ａでは、回転子巻線５Ａには、それぞれの磁極毎に
導体（平角銅線）５１を用いて巻回された６個の鞍形コ
イル５２が用いられ、回転子鉄心部８２に形成された異
なるコイルスロット８４に、互いに同心状となる配置関
係で装填されている。そうして、鞍形コイル５２の直線
状部の中央部分は、コイルスロット８４内に装填される
が、鞍形コイル５２の円弧状部は、回転子巻線５Ａの端
部８９の主要部分を構成している。

【００１３】端部８９における鞍形コイル５２の相互間
にはスペーサ５４が、最外位置の鞍形コイル５２の外側
面と最内位置の鞍形コイル５２の内側面とにはスペーサ
５４Ａがそれぞれ配置されて、円筒形回転子８Ａの加減
速時に発生する加速度などに対応して端部８９に働く強
大な応力に対処している。スペーサ５４は、細長い平板
状の電気絶縁材からなる基板部５４１と、基板部５４１
の両側面のそれぞれに一定の厚さを持たせて形成された
電気絶縁材製の複数の突起部５４２とで構成されてい
る。この突起部５４２は、端部８９における鞍形コイル
５２の側面に沿わせて冷媒ガス９９を通流させる通流路
を確保するために設けられるものである。スペーサ５４
Ａのスペーサ５４に対する相異点は、複数の突起部５４
２が基板部５４１の一方の側面のみに備えられているこ
とである。

【００１４】スペーサ５４，５４Ａが持つ基板部５４１
は、鞍形コイル５２の高さ方向寸法Ｈとほぼ同等の幅寸
法を有し、導体５１の長さ方向に沿わせた長さを有して
いる。スペーサ５４，５４Ａにおける突起部５４２は、
山形や三角形などの突端部を持つ形状を有し、その反基
板部５４１側の端面は鞍形コイル５２を構成する導体５
１の側面に当接されるようにし、基板部５４１の長さ方
向に間隔を隔てて形成されている。この突起部５４２
は、基板部５４１の両端部のそれぞれに、その突端部を
内側として、しかも、互いに位置を半間隔長だけずらし
て形成されている。

【００１５】これによって、端部８９における鞍形コイ
ル５２を構成する導体５１の側面には、冷媒ガス９９が
通流される通流路が、突起部５４２によってジグザグ状
とされて形成されることになる。この通流路を後記する
貫通孔５５ａと関連付けて視察すると、貫通孔５５ａか
ら鞍形コイル５２の直線状部に沿って冷媒ガス９９が通
流する通流路５４Ｘと、貫通孔５５ａから鞍形コイル５
２の円弧状部に沿って冷媒ガス９９が通流する通流路５
４Ｙとして把握することができる。なお、突起部（例え
ば、突起部５４２）が持つ形状としては、八角形，正方
形あるいは矩形なども知られている。正方形や矩形の形
状を持つ突起部の場合には、冷媒ガス９９の通流抵抗の
低減などのために、多くの場合に角部に面取りなどが施
されており、八角形の突起部は、正方形の突起部に大き
な面取りが施されたものとして取扱うこともできる。

【００１６】円筒形回転子８Ａでは、それぞれの端部８
９に配置される隔壁体５５は、複数の部材を用いて全体
として円筒を構成するようにして電気絶縁材を用いて作
製されており、端部８９における鞍形コイル５２の内周
側に回転軸部８１の外周面との間に空間を隔てて配置さ
れている。隔壁体５５には冷媒ガス通流路として、鞍形
コイル５２の直線状部と円弧状部との結合部位のそれぞ
れの近傍に、各鞍形コイル５２の両側面に連通する貫通
孔５５ａが、また、後記する排気室５６Ｘに対向する部
位に貫通孔５５ｂが、それぞれ形成されている。仕切壁
体５６は、１対が１組になって合計２組が用いられてお
り、排気室５６Ｘを形成すべき部位を仕切るようにし
て、隔壁体５５の内周面に当接させて配置されている。

【００１７】両側を仕切壁体５６，５６で仕切られるこ
とで隔壁体５５の内周側に形成される４個の空間の内、
磁極の中間部の直下に位置している２個の空間が、冷媒
ガス流９９Ｃが流入される流入室５５Ｘであり、また、
磁極の中心位置の直下に位置している２個の空間が排気
室５６Ｘである。この排気室５６Ｘは、その軸流ファン
（例えば、軸流ファン６９）側の端部は閉塞され、その
反軸流ファン側の端部は後記する排気溝８６に連通され
ている。なお、流入室５５Ｘは、その軸流ファン側の端
部は開口され、その反軸流ファン側の端部は後記する通
気ダクト８４ａに連通されている。なおまた、隔壁体５
５と仕切壁体５６とは、例えば、両者を一体として、鍔
（仕切壁体５６，５６に相当）付きの半円状として形成
しても良いことは、勿論のことである。

【００１８】保持体８３Ａは、基本的には一般例による
円筒形回転子８が備える保持体８３と同一の機能を有す
るものであるが、この事例の場合には、回転子巻線５Ａ
のそれぞれの端部８９をその外周部で保持する円筒状部
８３１と、軸流ファン側の端部で円筒状部８３１に結合
される円環状部８３２とを備えている。外周部絶縁体５
７は、電気絶縁材を用いて円筒状に形成され、端部８９
における鞍形コイル５２の外周側と、保持体８３Ａの円
筒状部８３１の内周側との間に配置されている。

【００１９】楔５９は、コイルスロット８４に装填され
た部分の回転子巻線５Ａが、円筒形回転子８Ａが回転す
ることで発生される強大な遠心力によってコイルスロッ
ト８４から飛び出さないようにするなどのために、それ
ぞれのコイルスロット８４の最外周部の付近に装着され
ている。楔５９には回転軸部８１の軸長方向に沿って多
数の貫通孔５９ａが形成されており、それぞれの貫通孔
５９ａは、鞍形コイル５２に形成されている図示しない
貫通孔を介して通気ダクト８４ａに連通されている。こ
の通気ダクト８４ａは、各コイルスロット８４の底部に
回転軸部８１の軸長方向に沿って形成されており、通気
ダクト８４ａの両端部はそれぞれ流入室５５Ｘに連通さ
れている。なお、前述通気孔８８は、円筒形回転子８Ａ
では、貫通孔５９ａとこれに対応して鞍形コイル５２に
形成されている貫通孔によって構成されていることにな
る。

【００２０】回転子鉄心部８２Ａは、一般例の前記回転
子鉄心部８２に対して、１対の回転子巻線５Ａ，５Ａが
持つ鞍形コイル５２に対応した個数と位置とに従う複数
のコイルスロット８４と、同一のハーフ磁極に属すると
共に互いに隣接するコイルスロット８４の相互間の部位
である複数の歯部８５と、複数の排気溝８６とが図示の
如くに形成されている。各コイルスロット８４の底部に
は前記したように通気ダクト８４ａが形成されている。
また、最外，最内位置の鞍形コイル５２が装填されるコ
イルスロット８４の反歯部８５側を形成する回転子鉄心
部８２Ａの部位，および各歯部８５のそれぞれの軸長方
向の両端部には、排気路８５ａが形成されている。

【００２１】従来例の円筒形回転子８Ａは上述の如くに
構成されているので、冷媒ガス流９９Ｃの通流経路は次
記のように形成されている。すなわち、それぞれの流入
室５５Ｘに流入した冷媒ガス流９９Ｃは、流入室５５Ｘ
において、回転軸部８１の軸長方向に沿って通気ダクト
８４ａに流入する冷媒ガス流９９Ｚと、隔壁体５５が持
つ貫通孔５５ａから鞍形コイル５２の側面に形成されて
いるジグザグ状の通流路（通流路５４Ｘと通流路５４
Ｙ）に流入する冷媒ガス流とにまず分岐される。貫通孔
５５ａからジグザグ状の通流路に流入した冷媒ガス流
は、通流路５４Ｘを通流する冷媒ガス流９９Ｘと、通流
路５４Ｙを通流する冷媒ガス流９９Ｙとにさらに分岐さ
れる。

【００２２】そうして、冷媒ガス流９９Ｘは、流入室５
５Ｘ→貫通孔５５ａ→通流路５４Ｘ→排気路８５ａを順
次経過した後に図示しない空隙部（例えば、前述空隙部
９１）に流入し、この間、回転子巻線５Ａの直線状部の
端部８９に在る部位と、回転子鉄心部８２Ａの両端部と
を冷却する。また、冷媒ガス流９９Ｙは、流入室５５Ｘ
→貫通孔５５ａ→通流路５４Ｙ→貫通孔５５ｂ→排気室
５６Ｘ→排気溝８６を順次経過した後に空隙部に流入
し、この間、回転子巻線５Ａの円弧状部と、回転子鉄心
部８２Ａの両端部とを冷却する。さらに、冷媒ガス流９
９Ｚは、流入室５５Ｘ→通気ダクト８４ａ→通気孔８８
（貫通孔５９ａなど）を順次経過した後に空隙部に流入
し、この間、回転子巻線５Ａの直線状部のコイルスロッ
ト８４に装填されている部位と、回転子鉄心部８２Ａと
を冷却する。

【００２３】また、通流路５４Ｘ，５４Ｙにおいては、
冷媒ガス流９９Ｘ，９９Ｙは、ジグザグ状の通流路を通
流することになるので、鞍形コイル５２の側面と十分に
接触できることになり、鞍形コイル５２を効果的に冷却
することができている。このような冷却構成を備えるこ
とによって、円筒形回転子８Ａでは、回転子巻線５Ａの
端部８９に対する冷却性能の向上を図ることができてい
る。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る回転電気機械の円筒形回転子８Ａにおいては、回転子
巻線５Ａの端部８９に対する冷却性能の向上はある程度
は達成することが出来ているが、まだ後記するような理
由で回転子巻線５Ａの最高温度は多くの場合に端部８９
において発生している。

【００２５】一般に電気機械の寿命は、周知の如くに巻
線の電気絶縁のために採用されている電気絶縁材の耐熱
寿命特性によって決められるものであるので、回転子巻
線５Ａの端部８９の温度が相対的に高いと言うことは、
端部８９の温度が使用されている電気絶縁材の許容温度
を越えないように回転子巻線５Ａの電流密度を設定しな
ければならないと言うことであり、結果として円筒形回
転子８Ａの、したがって回転電気機械の体格の大形化を
招いたり、または、回転電気機械の定格出力の低減を余
儀なくされるのである。

【００２６】ところで、回転子巻線５Ａの最高温度がい
まだに端部８９において発生している主な理由は次記す
るとおりである。円筒形回転子８Ａが備える回転子巻線５Ａでは、端部
８９の部位を冷却する冷媒ガス９９の通流路の確保のた
めにスペーサ５４，５４Ａが設けられている。これ等の
スペーサ５４，５４Ａには、冷媒ガス９９をジグザグ状
に通流させて冷媒ガス９９が鞍形コイル５２の側面と十
分に接触できるようにするために、突起部５４２が形成
されている。しかしこの突起部５４２の存在は、スペー
サ部における冷媒ガス９９の通流路の断面積を低減させ
ることになっており、結果として、端部８９の冷却性能
の向上が抑制を受けている。

【００２７】回転子巻線５Ａでは、流入室５５Ｘに流
入した冷媒ガス流９９Ｃを、通気ダクト８４ａに流入す
る冷媒ガス流９９Ｚと、鞍形コイル５２の側面に沿って
通流路５４Ｘ，５４Ｙを通流する冷媒ガス流９９Ｘ，９
９Ｙとに分岐するなどのために、隔壁体５５，５５が設
けられている。ところが、隔壁体５５，５５の存在は、
鞍形コイル５２の内周面を覆うことになるため（図１０
参照）に、その分、鞍形コイル５２の冷却性能が制限を
受けている。

【００２８】端部８９の部位は円筒形回転子８Ａが備
える回転子巻線５Ａの内で最も冷却が難しい個所であ
り、営々としてその解決が試みられているところである
が、その中でも、最外位置の鞍形コイル５２はコイルス
ロット８４中に収容されない部分が最長であるためにそ
の冷却が最も困難であり、前記項，項で説明した問
題点と合わせて、その解決が望まれている。

【００２９】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、回転子巻線の端部
における冷却性能の向上を図った回転電気機械の円筒形
回転子を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）外周に沿わせて形成された複数のコイルスロットを
持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して形成され
てそれぞれが異なるコイルスロットに装填されると共に
冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイルと，鞍形
コイルの端部における側面部に配設されたスペーサを有
する回転子巻線とを備え、スペーサは、細長い平板状の
基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接するようにして
前記基板部の一方または両方の側面に形成された複数の
突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転子において、
スペーサが持つ突起部は、スペーサの長さ方向に沿って
形成されと共に複数の突起で構成された突起群として形
成される構成とすること、または、２）前記１項に記載の手段において、スペーサが持つ突
起群として形成される前記突起部は、互いに隣接する突
起部の間において、突起は千鳥状に配置される構成とす
ること、または、３）外周に沿わせて形成された複数のコイルスロットを
持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して形成され
てそれぞれが異なるコイルスロットに装填されると共に
冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイルと，鞍形
コイルの端部における側面部に配設されたスペーサを有
する回転子巻線とを備え、スペーサは、細長い平板状の
基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接するようにして
前記基板部の一方または両方の側面に形成された複数の
突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転子において、
スペーサが持つ基板部は、鞍形コイルの側面の内径側端
部と接するように形成された堰部を有し、この堰部によ
り、スペーサ内に冷媒ガスの通流路を隔離形成すると共
に，鞍形コイルの端部の内径面に直接に接する冷媒ガス
の通流を可能にした構成とすること、または、４）前記３項に記載の手段において、スペーサが持つ基
板部は、スペーサ内の冷媒ガスの通流量の分布が鞍形コ
イルの内周側よりも外周側で多量となるように，断面形
状が形成される構成とすること、または、５）前記４項に記載の手段において、スペーサが持つ基
板部の断面形状は、端面形状が階段状に形成される構成
とすること、さらにまたは、６）外周に沿わせて形成された複数のコイルスロットを
持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して形成され
てそれぞれが異なるコイルスロットに装填されると共に
冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイルと，鞍形
コイルの端部における側面部に配設されたスペーサを有
する回転子巻線と、回転子巻線の端部を外周側から保持
する円筒状の保持体とを備え、スペーサは、細長い平板
状の基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接するように
して前記基板部の一方または両方の側面に形成された複
数の突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転子におい
て、回転子巻線の最外位置の鞍形コイルの外側に配設さ
れるスペーサは、磁極の中心位置に対応する部位に前記
冷媒ガスの少なくとも一部を排出させる排出孔が形成さ
れ、保持体は、前記排出孔と対向する部位に形成された
冷媒ガス用の排出路を持つ構成とすること、により達成
される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお、この項の以下の説明
においては、図８〜図１０に示した従来例の回転電気機
械の円筒形回転子と同一部分には同じ符号を付し、その
説明を省略する。また以後の説明に用いる図中には、図
８〜図１０で付した符号については、極力代表的な符号
のみを記すようにしている。

【００３２】図１は、この発明の実施の形態の一例によ
る回転電気機械の円筒形回転子を図９と同様部位に関し
て示す斜視図である。なお、図１は保持体８３Ａおよび
外周部絶縁体５７を取り除いて回転子巻線５Ａの外周部
が露出された状態として図示している。図１において、
１は、図８，図９に示した従来例による円筒形回転子８
Ａに対して、スペーサ５４，５４Ａに替えてスペーサ
２，２Ａ（スペーサ２Ａは図示を省略している）を用い
るようにした円筒形回転子である。スペーサ２は、回転
子巻線５Ａの端部８９における鞍形コイル５２の側面に
沿わせて冷媒ガス９９を通流させる通流路を確保するた
めに，基板部５４１の両側面のそれぞれに設けられる複
数の突起部として、突起部２１を用いることが従来例に
よるスペーサ５４と異なっている。

【００３３】突起部２１は、この発明による特徴的な構
成として、それぞれが同等の高さを持たせて形成された
複数（図１では２個）の突起（図１では円柱状として示
したが、例えば、角柱状や八角柱状であっても何等差し
支えない）２２で構成された突起群として形成される。
同一の突起部２１に含まれる複数の突起２２は、基板部
５４１の幅方向を横断するようにして間隔を設けて配列
される。

【００３４】また、互いに隣接する突起部２１の間にお
いては、突起２２は，いわゆる千鳥状になるように配置
させて形成される。また突起２２は、端部８９に働く強
大な応力に耐えるならば適宜の材料を用いることができ
るが、電気絶縁材を用いる場合には基板部５４１との一
体品として作製することも可能である。スペーサ２Ａ
は、最外位置の鞍形コイル５２の外側面と最内位置の鞍
形コイル５２の内側面とに配置されるスペーサであり、
従来例の場合の５４Ａに対応するスペーサである。スペ
ーサ２Ａのスペーサ２に対する相異点は、複数の突起部
２１が基板部５４１の一方の側面のみに備えられること
のみである。

【００３５】図１に示したこの発明による円筒形回転子
１では前述の構成としたので、スペーサ２，２Ａにおい
ては、図１に冷媒ガス流９９Ｘ，９９Ｙについて点線で
示したように、突起２２の間を通流する冷媒ガス流を得
ることができることになる。すなわち、スペーサ２，２
Ａを用いることにより、基板部５４１の幅を横断する方
向を突起部２１が占めるスペースが、従来例のスペーサ
５４，５４Ａの場合よりも大幅に削減され、これにより
冷媒ガス９９の通流路の断面積を増大することができて
冷媒ガス９９の通流量が増大される。

【００３６】また、千鳥状に配置させると言うスペーサ
２，２Ａにおける突起２２の配置構成は、突起２２が起
渦体としても有効に機能できることになるので、これに
よってスペーサ２，２Ａ中を通流する冷媒ガス９９は積
極的に乱流状態とされ、良く知られているようにその熱
伝達係数が増大される。すなわち、円筒形回転子１で
は、冷媒ガス９９の通流量の増大と、乱流効果による熱
伝達係数の増大との相乗作用を得ることができ、回転子
巻線５Ａの端部８９の温度上昇を低減できる。

【００３７】上述の説明では、スペーサ２，２Ａが備え
る突起２２は一様な断面形状を持つとしてきたが、これ
に限定されるものではなく、例えば、基板部５４１側の
断面積を反基板部５４１側よりも大きくするなどとして
もよいものである。また、突起の表面に突部などの起渦
作用を促進させるための起渦促進部を形成するようにし
てもよいものである。

【００３８】また上述の説明では、スペーサが備える突
起は互いに隣接する突起部２１の間においては、千鳥状
になるように配置させて形成されるとしてきたが、これ
に限定されるものではなく、例えば、冷媒ガス９９の通
流路の断面積の増大だけで対処できるような場合などに
は、千鳥状とするような突起の配置構成を必ずしも採用
する必要は無いものである。

【００３９】次に、図２，図３を用いて、この発明の実
施の形態の異なる例による回転電気機械の円筒形回転子
の説明を行う。ここで、図２は、この発明の実施の形態
の異なる例による円筒形回転子を図８と同様部位に関し
て示す部分断面図であり、図３は、図２におけるＤ−Ｄ
矢視図である。図２，図３において、１Ａは、図８，図
９に示した従来例による円筒形回転子８Ａに対して、回
転子巻線５Ａの端部８９，８９の最外位置の鞍形コイル
５２の外側面に配置されるスペーサ５４Ａに替えてスペ
ーサ４を用いると共に、保持体８３Ａに替えて保持体３
を用いるようにした円筒形回転子である。

【００４０】スペーサ４は、従来例のスペーサ５４と対
比すると、基板部として基板部４１を用いることのみが
相異している。この発明による特徴的な構成として、こ
の基板部４１は、磁極の中心位置（磁極の中心線Ｙ−Ｙ
を図３に２点鎖線で示す）に対応する部位に、冷媒ガス
流９９Ｙの一部を円筒形回転子１Ａの外部に直接に排出
させるための排出孔である貫通孔４２の複数個が形成さ
れていることのみが、従来例による基板部５４１と異な
っている。また、保持体３は、従来例の保持体８３Ａと
対比すると、それぞれの貫通孔４２に対向する部位に、
貫通孔４２から流れ出た冷媒ガス９９を通流させる排出
路である排出溝３２が形成された円環状部３１を用いる
ことのみが異なっている。

【００４１】図２，図３に示したこの発明による円筒形
回転子１Ａでは前述の構成としたので、スペーサ４に形
成される冷媒ガス９９の通流路５４Ｙには、貫通孔５５
ｂを通過して流れる冷媒ガス流９９Ｙの他に冷媒ガス流
９９ＹＡも通流することになる。この冷媒ガス流９９Ｙ
Ａは、貫通孔５５ｂを通過せずに貫通孔４２から排出溝
３２を経て通流し、円筒形回転子１Ａの外部に直接に排
出される冷媒ガス流であり、貫通孔５５ｂ以降を通過し
ないことによって、冷媒ガス流９９ＹＡの流体抵抗は冷
媒ガス流９９Ｙのものよりも小さい。以上のことによ
り、円筒形回転子１Ａでは通流路５４Ｙを通流する冷媒
ガス９９の流量が従来例の場合よりも増大されるので、
回転子巻線５Ａの端部８９，８９の最外位置の鞍形コイ
ル５２に対する冷却性能が向上される。

【００４２】次に、図１１，図１２を用いて、この発明
の実施の形態のさらに異なる例による回転電気機械の円
筒形回転子の説明を行う。ここで、図１１は、この発明
の実施の形態のさらに異なる例による円筒形回転子を図
１と同様部位に関して示す斜視図であり、図１２は、図
１１による円筒形回転子を図１０と同様部位に関して示
す要部の断面図である。なお、この項の以下の説明にお
いては、図１に示したこの発明による回転電気機械の円
筒形回転子と同一部分には同じ符号を付し、その説明を
省略する。図１１，図１２において、１Ｂは、図１に示
したこの発明による円筒形回転子１に対して、スペーサ
２，２Ａに替えてスペーサ２Ｂ，２Ｃ（スペーサ２Ｃは
図示を省略している）を用いると共に、隔壁体５５，５
５を用いないようにした円筒形回転子である。

【００４３】スペーサ２Ｂは、スペーサ２に対して、基
板部５４１に替えて基板部２３と基板部２４とを用いる
と共に、基板部２４の両側面のそれぞれに複数のガイド
片２９を形成するようにしていることが異なっている。
基板部２３は、鞍形コイル５２の端部の直線状部分の側
面に対峙させて配置され、基板部２４は、鞍形コイル５
２の端部の円弧状部分の側面に対峙させて配置される。
基板部２３は、通流路５４Ｘを形成する部位が扇状の断
面形状とされ、鞍形コイル５２の端部の内周面５２ａ
の、鞍形コイル５２の側面側の端部５２ｂと接する部位
に堰部２３ａが形成されている。

【００４４】基板部２３は、堰部２３ａを鞍形コイル５
２の側面に接するようにして配設されており、この堰部
２３ａを含めた基板部２３と外周部絶縁体５７とによ
り、隔壁体５５を用いること無しに、通流路５４Ｘを流
入室５５Ｘから隔離して形成している。通流路５４Ｘを
流入室５５Ｘと連通させるために、基板部２３には、鞍
形コイル５２の直線状部と円弧状部との結合部位のそれ
ぞれの近傍に、堰部２３ａを含めて開口２３ｂが形成さ
れている。そうして基板部２３が持つ前記断面形状によ
り、円筒形回転子１Ｂの場合には、通流路５４Ｘの通路
幅寸法は、鞍形コイル５２の高さ方向寸法Ｈに関して一
様であり、通路幅寸法Ｄ₁を持っている（図１２参
照）。

【００４５】さらに基板部２４には、隔壁体５５，５５
を用いること無しに通流路５４Ｙを流入室５５Ｘ，排気
室５６Ｘから隔離して形成するため、および、通流路５
４Ｙ内を通流する冷媒ガス９９が鞍形コイル５２の側面
と十分に接触できるようにするために、ガイド片２９が
備えられる。また、基板部２４には、通流路５４Ｙを流
入室５５Ｘに連通させるために、開口２３ｂの近傍の図
示の位置に開口２４ａが形成され、通流路５４Ｙを排気
室５６Ｘに連通させるために、磁極の中心位置の直下の
位置に開口２４ｂが形成されている。

【００４６】なお、スペーサ２Ｃは、最外位置の鞍形コ
イル５２の外側面と最内位置の鞍形コイル５２の内側面
とに配置されるスペーサであり、この発明による円筒形
回転子１が持つスペーサ２Ａに対応するスペーサであ
る。スペーサ２Ｃのスペーサ２Ｂに対する相異点は、堰
部２３ａが基板部２３の一方の側面のみに形成されるこ
とと、複数の突起部２１が，基板部２３，２４の一方の
側面のみに備えられることである。

【００４７】図１１，図１２に示したこの発明による円
筒形回転子１Ｂでは前述の構成としたので、隔壁体５
５，５５を用いること無しに、通流路５４Ｘ，５４Ｙを
流入室５５Ｘと隔離することができる。これにより、鞍
形コイル５２の端部の内周面５２ａを、冷媒ガス流９９
Ｚ（一部冷媒ガス流９９Ｃを含む）および、冷媒ガス流
９９Ｙに露出することができる。この結果、鞍形コイル
５２の端部の側面が円筒形回転子１の場合と同等に冷媒
ガス９９により冷却されると共に、鞍形コイル５２の端
部の内周面５２ａが、冷媒ガス９９より直接に冷却され
る。したがって、内周面５２ａから冷媒ガス９９に放熱
される分、回転子巻線５Ａの端部８９からの放熱量が増
大されることになり、回転子巻線５Ａの端部８９の温度
上昇を効果的に低減できる。

【００４８】図１１，図１２を用いての上述の説明で
は、基板部２３の通流路５４Ｘを形成する部位の断面形
状は扇状であるとしてきたが、これに限定されるもので
はなく、例えば、この部位の基板部２３の断面形状は矩
形状であってもよいものである。通流路５４Ｘを形成す
る部位の基板部２３の断面形状を矩形状にすることで、
通流路５４Ｘにおける冷媒ガスの通流量の分布は、鞍形
コイル５２の内周側よりも外周側で多量となる。この結
果、通流路５４Ｘ内を通流する冷媒ガス流９９Ｘによっ
ての鞍形コイル５２の端部の冷却度合いを、鞍形コイル
５２の外周側で増大することができる。これにより、前
記した鞍形コイル５２の端部の内周面５２ａが冷媒ガス
９９によって直接に冷却されることで、鞍形コイル５２
の端部では、外周側に最高温度点が発生することになる
懸念に対処することができる。

【００４９】次に、図１３，図１４を用いて、この発明
の実施の形態のさらに異なる例による回転電気機械の円
筒形回転子の説明を行う。ここで、図１３は、この発明
の実施の形態のさらに異なる例による円筒形回転子を図
１１と同様部位に関して示す斜視図であり、図１４は、
図１３による円筒形回転子を図１２と同様部位に関して
示す要部の断面図である。なお、この項の以下の説明に
おいては、図１１，図１２に示したこの発明による回転
電気機械の円筒形回転子と同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。図１３，図１４において、１
Ｃは、図１１，図１２に示したこの発明による円筒形回
転子１Ｂに対して、スペーサ２Ｂ，２Ｃに替えてスペー
サ２Ｄ，２Ｅ（スペーサ２Ｅは図示を省略している）を
用いるようにした円筒形回転子である。

【００５０】スペーサ２Ｄは、スペーサ２Ｂに対して、
基板部２３に替えて、通流路５４Ｘを形成する部位の断
面形状のみが異なる基板部２５を用いている。基板部２
５を基板部２３と対比すると、図１４に詳しく示すよう
に、断面の端面形状が、通流路５４Ｘの面積分布を鞍形
コイル５２の内周側よりも外周側で広くなるようにし
て、２段の階段状に形成されていることが特長的な構造
である。そうして、円筒形回転子１Ｃの場合には、通流
路５４Ｘの通路幅寸法は、鞍形コイル５２の高さ方向寸
法Ｈに関し、鞍形コイル５２の内周側では寸法Ｄ₁（基
板部２３の場合と同一）であり、外周側では寸法Ｄ
₂（寸法Ｄ₂＞寸法Ｄ₁）である。

【００５１】なお、スペーサ２Ｅは、最外位置の鞍形コ
イル５２の外側面と最内位置の鞍形コイル５２の内側面
とに配置されるスペーサであり、この発明による円筒形
回転子１Ｂが持つスペーサ２Ｃに対応するスペーサであ
る。スペーサ２Ｅのスペーサ２Ｄに対する相異点は、堰
部２３ａが基板部２５の一方の側面のみに形成されるこ
とと、複数の突起部２１が，基板部２４，２５の一方の
側面のみに備えられることである。

【００５２】図１３，図１４に示したこの発明による円
筒形回転子１Ｃでは前述の構成としたので、図１１，図
１２に示したこの発明による円筒形回転子１Ｂが持つ前
記特長に加えて、鞍形コイル５２の端部を一層均等に冷
却することができるとの特長を持つことができる。すな
わち、円筒形回転子１Ｃでは、基板部２５が持つ前記階
段状の側面形状を、寸法Ｄ₂と寸法Ｄ₁の比率が最適に
なるように設定することで、通流路５４Ｘのいずれの部
位を通流する冷媒ガス９９でも鞍形コイル５２の冷却に
有効に寄与させることができるようになる。この結果、
前記した矩形状の断面形状を持つ基板部２３を用いる場
合と対比しても、鞍形コイル５２の端部の温度上昇を一
層低減できると共に、鞍形コイル５２の端部の温度上昇
をほぼ一様にすることができる。

【００５３】図１３，図１４を用いての上述の説明で
は、基板部２５は断面の端面形状が２段の階段状に形成
されるとしてきたが、これに限定されるものではなく、
例えば、３段あるいはそれ以上の段数であってもよいも
のである。また、図１１，図１２および図１３，図１４
を用いての上述の説明では、突起部２１は、複数の円柱
状の突起２２を用いて構成されるとしてきたが、これに
限定されるものではなく、例えば、突起部２１は１個の
突起で構成されてもよく、また、突起の形状は、前記し
たように、例えば、角柱状や八角柱状であっても何等差
し支えない。

【００５４】上述の説明では、円筒形回転子１は前記課
題を解決するための手段の項の第（１），（２）項に基
づく構成のみを備え、また、円筒形回転子１Ａは前記課
題を解決するための手段の項の第（６）項に基づく構成
のみを備え、円筒形回転子１Ｂ，１Ｃは前記課題を解決
するための手段の項の第（３）〜（５）項に基づく構成
を主体的に備えるとしてきたが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、同一の円筒形回転子に、前記課題を
解決するための手段の項の第（１），（２）項に基づく
構成と、前記課題を解決するための手段の項の第（６）
項に基づく構成と、および、前記課題を解決するための
手段の項の第（３）〜（５）項に基づく構成とを、適宜
に組み合わせて備えるようにしてもよいものである。

【００５５】

【発明の効果】この発明になる回転電気機械の円筒形回
転子においては、前記の課題を解決するための手段の項
で述べた構成とすることにより、次記する効果を奏す
る。前記課題を解決するための手段の項の第（１）項によ
る構成とすることにより、冷媒ガスの流量を増大するこ
とができて、回転子巻線の温度を低減することが可能と
なる。また、前記課題を解決するための手段の項の第（２）項によ
る構成とすることにより、前記項による効果に加えて
冷媒ガスの流れを容易に乱流状態にすることができて、
乱流効果により冷媒ガスの熱伝達係数の増大が可能とな
る。そうして前記項による効果との相乗効果によっ
て、回転子巻線の最高温度点の温度を従来比で１０
〔℃〕程度低減することが可能となる。また、前記課題を解決するための手段の項の第（３）項によ
る構成とすることにより、回転子巻線の端部の内周面を
冷媒ガスで直接に冷却できることで、回転子巻線の端部
の温度を低減することが可能になる。また、前記課題を解決するための手段の項の第（４）項によ
る構成とすることにより、前記項による効果に加えて
回転子巻線の端部の側面をほぼ一様に冷却できること
で、回転子巻線の端部の最高温度点の温度を低減するこ
とが可能になる。また、前記課題を解決するための手段の項の第（５）項によ
る構成とすることにより、回転子巻線の端部を一様に冷
却できることと，回転子巻線の端部の側面に対する冷媒
ガスの冷却能の向上を図れることで、前記項による場
合よりも回転子巻線の端部の最高温度点の温度をさらに
低減することが可能になる。さらにまた、前記課題を解決するための手段の項の第（６）項によ
る構成とすることにより、回転子巻線の端部の最外位置
の鞍形コイルの温度を前記項における場合よりも更に
約５〔℃〕低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の一例による回転電気機
械の円筒形回転子を図９と同様部位に関して示す斜視図

【図２】この発明の実施の形態の異なる例による円筒形
回転子を図８と同様部位に関して示す部分断面図

【図３】図２におけるＤ−Ｄ矢視図

【図４】一般例の回転電気機械の主要部を模式化して示
すその縦断面図

【図５】図４に示した回転電気機械のＰ矢視図

【図６】図５におけるＡ−Ｃ断面図

【図７】図５におけるＢ−Ｃ断面図

【図８】図４におけるＱ部に対応した部位における従来
例の円筒形回転子を示す部分断面図

【図９】図４におけるＲ部に対応した部位における従来
例の円筒形回転子を示す斜視図

【図１０】図８のＥ−Ｅ断面における要部の断面図

【図１１】この発明の実施の形態のさらに異なる例によ
る円筒形回転子を図１と同様部位に関して示す斜視図

【図１２】図１１による円筒形回転子を図１０と同様部
位に関して示す要部の断面図

【図１３】この発明の実施の形態のさらに異なる例によ
る円筒形回転子を図１１と同様部位に関して示す斜視図

【図１４】図１３による円筒形回転子を図１２と同様部
位に関して示す要部の断面図

【符号の説明】

１円筒形回転子２スペーサ２１突起部２２突起５Ａ回転子巻線５４１基板部８９端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に沿わせて形成された複数のコイルス
ロットを持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して
形成されてそれぞれが異なるコイルスロットに装填され
ると共に冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイル
と，鞍形コイルの端部における側面部に配設されたスペ
ーサを有する回転子巻線とを備え、スペーサは、細長い
平板状の基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接するよ
うにして前記基板部の一方または両方の側面に形成され
た複数の突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転子に
おいて、スペーサが持つ突起部は、スペーサの長さ方向に沿って
形成されと共に複数の突起で構成された突起群として形
成されることを特徴とする回転電気機械の円筒形回転
子。
【請求項２】請求項１に記載の回転電気機械の円筒形回
転子において、スペーサが持つ突起群として形成される
前記突起部は、互いに隣接する突起部の間において、突
起は千鳥状に配置されることを特徴とする回転電気機械
の円筒形回転子。
【請求項３】外周に沿わせて形成された複数のコイルス
ロットを持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して
形成されてそれぞれが異なるコイルスロットに装填され
ると共に冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイル
と，鞍形コイルの端部における側面部に配設されたスペ
ーサを有する回転子巻線とを備え、スペーサは、細長い
平板状の基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接するよ
うにして前記基板部の一方または両方の側面に形成され
た複数の突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転子に
おいて、スペーサが持つ基板部は、鞍形コイルの側面の内径側端
部と接するように形成された堰部を有し、この堰部によ
り、スペーサ内に冷媒ガスの通流路を隔離形成すると共
に，鞍形コイルの端部の内径面に直接に接する冷媒ガス
の通流を可能にしたことを特徴とする回転電気機械の円
筒形回転子。
【請求項４】請求項３に記載の回転電気機械の円筒形回
転子において、スペーサが持つ基板部は、スペーサ内の
冷媒ガスの通流量の分布が鞍形コイルの内周側よりも外
周側で多量となるように，断面形状が形成されることを
特徴とする回転電気機械の円筒形回転子。
【請求項５】請求項４に記載の回転電気機械の円筒形回
転子において、スペーサが持つ基板部の断面形状は、端
面形状が階段状に形成されることを特徴とする回転電気
機械の円筒形回転子。
【請求項６】外周に沿わせて形成された複数のコイルス
ロットを持つ円形状の回転子鉄心部と、導体を巻回して
形成されてそれぞれが異なるコイルスロットに装填され
ると共に冷媒ガスによって冷却される複数の鞍形コイル
と，鞍形コイルの端部における側面部に配設されたスペ
ーサを有する回転子巻線と、回転子巻線の端部を外周側
から保持する円筒状の保持体とを備え、スペーサは、細
長い平板状の基板部と，鞍形コイルの側面に端面を接す
るようにして前記基板部の一方または両方の側面に形成
された複数の突起部とを持つ回転電気機械の円筒形回転
子において、回転子巻線の最外位置の鞍形コイルの外側に配設される
スペーサは、磁極の中心位置に対応する部位に前記冷媒
ガスの少なくとも一部を排出させる排出孔が形成され、
保持体は、前記排出孔と対向する部位に形成された冷媒
ガス用の排出路を持つことを特徴とする回転電気機械の
円筒形回転子。