WO2021117884A1 - 回転装置 - Google Patents

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WO2021117884A1
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cooling oil
outlet
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哲行 寺内
慶一 坂牧
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株式会社Ihi
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/193—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil with provision for replenishing the cooling medium; with means for preventing leakage of the cooling medium

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotating device.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-224479 filed in Japan on December 12, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses an electric motor using a permanent magnet as a magnetic pole.
  • a permanent magnet is provided on a rotor (rotor), and the permanent magnet is held by a shrink ring (magnet holding portion) provided on the outer periphery of the permanent magnet.
  • a shrink ring magnet holding portion
  • a pump for supplying cooling oil to the oil passage (cooling flow path) may be provided.
  • a pump for supplying cooling oil to the oil passage cooling flow path
  • a supply device such as a pump
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a rotating device capable of flowing cooling oil in a cooling flow path without depending on a supply device such as a pump.
  • the rotating device is connected to a rotor, an inlet flow path that guides a cooling medium radially outward in the rotor, and an inlet flow path, and is connected to a rotating shaft of the rotor.
  • the outlet of the outlet flow path is provided with an axial flow path that guides the cooling medium along the axis and an outlet flow path that is connected to the axial flow path and guides the cooling medium radially inward in the rotor.
  • the rotor is formed radially outside the inlet of the inlet flow path.
  • the rotating device includes a rotating shaft protruding from the axial end face of the rotating shaft on the outlet flow path side of the rotor, and the outlet of the outlet flow path rotates. It communicates with the outer peripheral surface of the shaft.
  • a third aspect of the present disclosure is that in the rotating device according to the first or second aspect, a sealing member for suppressing leakage of the cooling medium is provided in the axial flow path.
  • the cooling medium can be made to flow by centrifugal force. Further, an outlet flow path for returning the cooling medium to the inside of the rotor in the radial direction is provided. This makes it possible to provide a rotating device for flowing cooling oil in the cooling flow path by utilizing the centrifugal force generated when the rotor rotates.
  • a generator will be described as an example of a rotating device.
  • the generator 1 is included in the power generation device 100.
  • the power generation device 100 includes a casing 110, a plurality of bearings 120, a cooling oil supply unit 130, a collar 140, a generator 1, and a rotary drive device such as a wing (not shown).
  • a power generation device 100 is a device that generates power by rotating a rotor 2 described later in the generator 1 with a rotation drive device (not shown).
  • the generator 1 (rotating device) includes a rotor 2 and a stator 3, and flow paths R1 to R4 are formed in each member.
  • the rotor 2 is rotatably held inside the stator 3.
  • Such a rotor 2 includes an inner shaft 2a (rotating shaft), an outer shaft 2b, a permanent magnet 2c, a magnet holding portion 2d, an end member 2e, a first end holding ring 2f, and a second. It includes an end holding ring 2g and a sealing member 2h.
  • the flow paths R1 to R4 are provided in the rotor 2, and the generator 1 includes such flow paths R1 to R4.
  • the direction along the central axis O (rotation axis, that is, the rotation axis) of the rotor 2 is referred to as an axial direction, and the direction intersecting the central axis O when viewed from the axial direction is referred to as a radial direction.
  • the direction around the axis O is referred to as the circumferential direction.
  • the "cross-sectional view seen from the axial direction” means a cross-sectional view including a plane orthogonal to the central axis O.
  • the inner shaft 2a is a cylindrical member and is fixed to the outer shaft 2b. Further, the inner shaft 2a is fixed to the inside of the outer shaft 2b. Further, the inner shaft 2a is longer than the outer shaft 2b, and one end (the end near the casing 110) protrudes from the outer shaft 2b. Such an inner shaft 2a protrudes from the axial end face of the rotor 2 on the rotation shaft side of the outlet flow path R4, which will be described later. Further, the inner shaft 2a is rotationally symmetric with respect to the rotation axis. The inner shaft 2a may be a solid round bar-shaped member. The inner shaft 2a protrudes from the axial end surface of the outer shaft 2b on the outlet flow path R4 side.
  • the outer shaft 2b is a cylindrical member. Further, as shown in FIG. 3, the outer shaft 2b has a substantially octagonal outer shape as shown in FIG. 2, and the outer shape has an octagonal columnar shape.
  • permanent magnets 2c are installed on each of eight flat surfaces on the outer peripheral surface, and the outer shaft 2b is housed in a magnet holding portion 2d together with a plurality of permanent magnets 2c.
  • the inner shaft 2a has a smaller diameter than the outer shaft 2b.
  • the permanent magnet 2c is fixed to each surface (each flat surface) of the outer shaft 2b and is partially in contact with the magnet holding portion 2d. That is, each of the permanent magnets 2c is held in a state of being sandwiched between the outer shaft 2b and the magnet holding portion 2d. Further, as shown in FIG. 3, the permanent magnets 2c have a plurality of flow path grooves 2c1 parallel to each other formed along the longitudinal direction (axial direction) on the surfaces in contact with the magnet holding portions 2d. The flow path groove 2c1 is formed linearly between both ends of the permanent magnet 2c in the axial direction.
  • the magnet holding portion 2d has a cylindrical shape, and is fixed in a state where the outer shaft 2b holding the permanent magnet 2c is housed inside. Further, the magnet holding portion 2d is partially in contact with the permanent magnet 2c on the inner peripheral side, and holds the permanent magnet 2c between the magnet holding portion 2d and the outer shaft 2b. Further, a groove flow path R3 (axial flow path) for guiding the cooling oil is formed between the magnet holding portion 2d and the permanent magnet 2c by the flow path groove 2c1 of the permanent magnet 2c.
  • the magnet holding portion 2d is formed of, for example, a non-magnetic material (for example, austenitic stainless steel or the like).
  • the end member 2e is an annular member attached to one end (the end near the cooling oil supply unit 130) in the axial direction of the inner shaft 2a and the outer shaft 2b, and is connected to the cooling oil supply unit 130.
  • the end member 2e is formed with inlet flow paths R1 provided radially in the radial direction and at equal intervals in the circumferential direction.
  • the inlet flow path R1 is connected to a flow path Ra, which will be described later.
  • the inlet flow path R1 is provided with a throttle portion 2e1 having a reduced flow path diameter. The flow rate flowing through the inlet flow path R1 is throttled by the throttle portion 2e1, so that the flow rate of each inlet flow path R1 becomes uniform.
  • the first end holding ring 2f is an annular member, and is provided at the end of the permanent magnet 2c and the outer shaft 2b on the end side (right side in FIG. 2, the cooling oil supply part 130 side) of the inner shaft 2a. ing. Further, the first end holding ring 2f is formed with a radial flow path R2 connected to the inlet flow path R1. The radial flow path R2 is connected to the groove flow path R3, respectively. Further, the first end holding ring 2f is provided with a sealing member 2h on the outer peripheral surface in contact with the magnet holding portion 2d. The first end holding ring 2f is provided on the radial outer side of the end member 2e. Each of the plurality of radial flow paths R2 is connected to the inlet flow path R1. The groove flow path R3 (axial flow path) is connected to the inlet flow path R1 via the radial flow path R2.
  • the second end holding ring 2g is an annular member, and is provided at the end of the permanent magnet 2c and the outer shaft 2b so as to face the first end holding ring 2f in the axial direction. Such a second end holding ring 2g is held by sandwiching the permanent magnet 2c and the outer shaft 2b together with the first end holding ring 2f in the axial direction. Further, in the second end holding ring 2g, an outlet flow path R4 is formed radially inside the second end holding ring 2g. In the outlet flow path R4, the outlet R4a is connected to the flow path Rb described later, and communicates (reaches) with the outer peripheral surface of the inner shaft 2a.
  • the second end holding ring 2g is provided with a sealing member 2h at a contact portion with the magnet holding portion 2d.
  • the inlet R1a of the inlet flow path R1 is formed radially inside the outlet R4a of the outlet flow path R4. Further, by connecting the flow paths R1 to R4 in order, the flow flows from the vicinity of the radial center of the rotor 2 toward the outside in the radial direction, extends along the axial direction, and again toward the inside in the radial direction. It constitutes the road.
  • the sealing member 2h is, for example, an O-ring that seals between the first end holding ring 2f and the second end holding ring 2g and the magnet holding portion 2d.
  • the stator 3 is arranged with a gap on the radial outer side of the magnet holding portion 2d.
  • a stator 3 includes a stator core and windings wound around the stator core (both not shown).
  • the casing 110 has a substantially tubular shape, and one end exposed from the outer shaft 2b of the inner shaft 2a is accommodated with a slight gap.
  • the bearing 120 is provided near the end of the stator 3 of the generator 1 in a state of being fixed to the casing 110, and rotatably supports the inner shaft 2a.
  • the cooling oil supply unit 130 is a flow path member provided at the end of the inner shaft 2a.
  • the cooling oil supply unit 130 is connected to an external cooling oil supply device (not shown), and a flow path Ra that radially branches outward in the radial direction is formed.
  • the flow path Ra is connected to the inlet flow path R1.
  • the cooling oil supply unit 130 and the casing 110 are provided at positions that sandwich the outer shaft 2b in the axial direction, respectively.
  • the flow path Ra of the present embodiment extends in the radial direction, it may extend in any other direction, for example, in the axial direction.
  • the collar 140 is an annular member provided on the outer peripheral surface of the inner shaft 2a at intervals, and forms a flow path Rb between the collar 140 and the outer peripheral surface of the inner shaft 2a.
  • the flow path Rb is connected to the outlet flow path R4.
  • the collar 140 of the present embodiment is formed in a tubular shape and is provided between the outer shaft 2b and the casing 110 in the axial direction.
  • the flow path Rb of the present embodiment does not extend in the radial direction, but extends in the axial direction.
  • the cooling oil supplied from an external device is used as a permanent magnet 2c and a magnet holding portion. It constitutes a cooling flow path that guides the vehicle to and from 2d.
  • the flow of the cooling oil in the power generation device 100 in the present embodiment will be described.
  • the generator 1 When the generator 1 is started, the inner shaft 2a and the outer shaft 2b are rotationally driven by blades (not shown), so that the entire rotor 2 is rotated.
  • the magnetic field between the rotor 2 and the stator 3 changes, and a current flows through the winding of the stator 3.
  • the magnet holding portion 2d arranged on the outermost peripheral side of the rotor 2 is close to the permanent magnet 2c and the stator 3, and an eddy current is likely to be generated, so that the temperature may become high.
  • the amount of heat generated in the magnet holding portion 2d is about several times as much as the amount of heat generated (heat loss) in the permanent magnet 2c during driving, and the magnet holding portion The heat loss in 2d is larger than the heat loss in the permanent magnet 2c.
  • the cooling oil that has flowed in from the cooling oil supply unit 130 flows into the inlet flow path R1 via the flow path Ra.
  • the flow path diameter of the inlet flow path R1 is reduced in the throttle portion 2e1, the flow rate of the cooling oil passing through the inlet flow path R1 is suppressed.
  • the overflowing cooling oil flows into the other inlet flow paths R1, so that the flow rate in each inlet flow path R1 becomes substantially uniform.
  • the cooling oil is subjected to a force toward the outside in the radial direction by the centrifugal force of the rotating rotor 2, and is formed between the permanent magnet 2c and the magnet holding portion 2d via the radial flow path R2. It flows into the groove flow path R3.
  • the cooling oil in the groove flow path R3 is pushed out in the direction of the rotation axis and goes toward the outlet flow path R4. At this time, the cooling oil comes into contact with the hot permanent magnet 2c and the magnet holding portion 2d in the groove flow path R3, and removes the heat of the permanent magnet 2c and the magnet holding portion 2d by heat transfer. Then, the cooling oil that flows into the outlet flow path R4 and flows out from the outlet flow path R4 flows into the flow path Rb between the collar 140 and the inner shaft 2a.
  • the cooling oil is stored in a space (not shown) provided in the casing 110 via the flow path R4.
  • the cooling oil temporarily stored in the space is discharged to the outside by a pump or the like (not shown). Further, the cooling oil flowing through the flow path Ra and the flow path Rb is in a substantially atmospheric pressure state, and is not easily affected by a pump or the like provided on the upstream side or the downstream side of the generator 1.
  • the inlet R1a of the inlet flow path R1 is formed radially inside the outlet R4a of the outlet flow path R4, and the groove flow path R3 is the inlet. It is formed radially outside the inlet R1a of the flow path R1 and the outlet R4a of the outlet flow path R4.
  • centrifugal force acts on the cooling oil between the outlet R4a and the inlet R1a, and the pressure on the inlet side can be increased more than the pressure on the outlet side of the cooling flow path. Therefore, the centrifugal force applied to the rotor 2 allows the cooling oil to flow in the cooling flow path.
  • the inlet R1a of the inlet flow path R1 is provided radially inside the outlet R4a of the outlet flow path R4.
  • the centrifugal force applied to the cooling oil in the inlet flow path R1 due to the rotation of the rotor 2 can be made larger than the centrifugal force applied to the cooling oil in the outlet flow path R4. Due to the difference, a flow of cooling oil from the inlet flow path R1 side to the outlet flow path R4 via the groove flow path R3 can be created. Since the flow path Rb extends in the axial direction, it is possible to prevent the centrifugal force applied to the cooling oil in the flow path Rb from affecting the cooling oil in the outlet flow path R4.
  • an outlet flow path R4 for guiding the cooling oil inward in the radial direction is provided, and the cooling oil that has passed through the groove flow path R3 can be discharged after being returned to the outer peripheral surface of the inner shaft 2a. it can.
  • the bearing 120 and the sealing member 2h are arranged radially inside the magnet holding portion 2d provided with the groove flow path R3.
  • the cooling oil After passing through the groove flow path R3, the cooling oil is guided inward in the radial direction by the outlet flow path R4, so that the cooling oil passes inside the bearing 120 and the sealing member 2h and goes to the outside of the generator. Is discharged. With such a configuration, it is possible to prevent the discharged cooling oil from coming into contact with the stator 3 or flowing into the stator 3 and the rotor 2.
  • the sealing member 2h by providing the sealing member 2h, the cooling oil flowing through the cooling flow path leaks from the slight gap between the first end holding ring 2f and the second end holding ring 2g and the magnet holding portion 2d. Can be suppressed.
  • the above embodiment has described the generator 1.
  • an electric motor rotating device
  • a member having heat such as a magnet holding portion is cooled.
  • cooling oil is given as an example as a cooling medium, but the type is not limited as long as it is a fluid and does not interfere with the operation of the generator 1.
  • a coolant other than the cooling oil may be used.
  • the above embodiment does not include a pump for pumping cooling oil, a pump may be provided. In this case, it is possible to increase the pumping force of the cooling oil in the generator 1.
  • the rotor 2 has a double structure of the inner shaft 2a and the outer shaft 2b, but the present invention is not limited to this, and various changes can be made based on design requirements and the like.
  • the rotor 2 may include a shaft in which the inner shaft 2a and the outer shaft 2b are integrated. Even in this case, the flow path Rb is formed between the integrated shaft and the collar 140.
  • the integrated shaft has a first portion (corresponding to the outer shaft 2b) and a second portion (corresponding to the outer shaft 2b) that protrudes in the axial direction from the axial end face of the first portion and has a diameter smaller than that of the first portion (corresponding to the outer shaft 2b).
  • the rotor 2 may include an outer shaft 2b and an inner shaft 2a that protrudes from the axial end surface of the outer shaft 2b on the outlet flow path R4 side and has a diameter smaller than that of the outer shaft 2b. Good.
  • the inlet flow path R1 is connected to the groove flow path R3 via the radial flow path R2.
  • the inlet flow path R1 and the radial flow path R2 may be collectively regarded as the "inlet flow path" of the present disclosure.
  • the cooling oil can flow in the cooling flow path without depending on a supply device such as a pump.

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Abstract

この回転装置（１）は、回転子（２）と、回転子において径方向外側へ向けて冷却媒体を案内する入口流路（Ｒ１）と、入口流路と接続されると共に回転子の軸方向に沿って冷却媒体を案内する軸方向流路（Ｒ３）と、軸方向流路と接続されると共に回転子において径方向内側へ向けて冷却媒体を案内する出口流路（Ｒ４）とを備え、出口流路の出口（Ｒ４ａ）は、回転子において入口流路の入口（Ｒ１ａ）よりも径方向外側に形成されている。

Description

回転装置
　本開示は、回転装置に関する。
　本願は、２０１９年１２月１２日に日本に出願された特願２０１９－２２４７４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　発電機及び電動機等の回転装置の一例として、例えば、特許文献１には、永久磁石を磁極として用いた電動機が開示されている。このような回転装置は、ロータ（回転子）に永久磁石が設けられ、該永久磁石の外周に設けられたシュリンクリング（磁石保持部）により永久磁石を保持する構成とされる。また、特許文献１の電動機においては、ロータシャフトの中空部と連通すると共に電動機ロータの外周面近傍まで冷却油を案内する油路が設けられている。
日本国特開２００１－０１６８２６号公報
　このような冷却油による冷却を行うにあたり、油路（冷却流路）に冷却油を供給するためのポンプが設けられる場合がある。他方で、こうした回転装置を含むシステムを小型化する、あるいはシステムの構成要素の配置の自由度を向上させる要望がある。しかし、ポンプ等の供給装置が設けられる場合には、システムを小型化したり、システムの構成要素の配置の自由度を向上させたりすることが難しい可能性がある。
　本開示は、上述する事情に鑑みてなされたもので、ポンプ等の供給装置に依存することなく冷却流路において冷却油を流動させることができる回転装置を提供することを目的とする。
　本開示の第１の態様に係る回転装置は、回転子と、回転子において径方向外側へ向けて冷却媒体を案内する入口流路と、入口流路と接続されると共に回転子の回転軸に沿って冷却媒体を案内する軸方向流路と、軸方向流路と接続されると共に回転子において径方向内側へ向けて冷却媒体を案内する出口流路とを備え、出口流路の出口は、回転子において入口流路の入口よりも径方向外側に形成されている。
　本開示の第２の態様は、上記第１の態様に係る回転装置が、回転子の出口流路側の回転軸の軸方向の端面から突出した回転シャフトを備え、出口流路は、出口が回転シャフトの外周面と連通している。
　本開示の第３の態様は、上記第１または第２の態様に係る回転装置において、軸方向流路には、冷却媒体の漏出を抑制する封止部材が設けられる。
　本開示によれば、出口流路の出口は、入口流路の入口よりも径方向外側に設けられているため、遠心力により冷却媒体を流動させることが可能である。さらに、冷却媒体を回転子における径方向内側へと戻す出口流路が設けられている。これにより、回転子の回転時に発生する遠心力を利用して冷却流路において冷却油を流動させる回転装置を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る発電機の断面図である。 本開示の一実施形態に係る発電機の拡大断面図である。 本開示の一実施形態に係る発電機を軸方向から見た断面図である。
　以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。
　本実施形態では、回転装置の一例として、発電機について説明する。発電機１は、図１に示すように、発電装置１００に含まれている。発電装置１００は、ケーシング１１０と、複数の軸受１２０と、冷却油供給部１３０と、カラー１４０と、発電機１と、不図示の翼等の回転駆動装置を備えている。このような発電装置１００は、発電機１の後述する回転子２を、不図示の回転駆動装置により回転させることで発電する装置である。
　発電機１（回転装置）は、図１及び図２に示すように、回転子２と、固定子３とを備えており、各部材に流路Ｒ１～Ｒ４が形成されている。
　回転子２は、固定子３の内側において回転可能に保持されている。このような回転子２は、内側シャフト２ａ（回転シャフト）と、外側シャフト２ｂと、永久磁石２ｃと、磁石保持部２ｄと、端部部材２ｅと、第１端部保持リング２ｆと、第２端部保持リング２ｇと、封止部材２ｈとを備えている。
　本実施形態において、流路Ｒ１～Ｒ４は回転子２に設けられており、発電機１がこのような流路Ｒ１～Ｒ４を備えている。
　以下の説明において、回転子２の中心軸Ｏ（回転軸、すなわち回転軸線）に沿う方向を軸方向と称し、軸方向から見た際に中心軸Ｏと交差する方向を径方向と称し、中心軸Ｏ周りの方向を周方向と称する。「軸方向から見た断面図」とは、中心軸Ｏと直交する面を含む断面図をいう。
　内側シャフト２ａは、円筒形状の部材とされ、外側シャフト２ｂと固定されている。また、内側シャフト２ａは、外側シャフト２ｂの内側に固定されている。また、内側シャフト２ａは、外側シャフト２ｂよりも長く、一端（ケーシング１１０寄りの端部）が外側シャフト２ｂから突出している。このような内側シャフト２ａは、回転子２の、後述する出口流路Ｒ４側の回転軸の軸方向の端面から突出している。また、内側シャフト２ａは、回転軸に対し回転対称とされている。
　なお、内側シャフト２ａが、中実丸棒状の部材であってもよい。内側シャフト２ａは、外側シャフト２ｂの、出口流路Ｒ４側の軸方向の端面から突出している。
　外側シャフト２ｂは、円筒形状の部材とされる。また、外側シャフト２ｂは、図３に示すように、外周が図２に示すように略八角形状とされ、外形形状が八角柱状とされる。このような外側シャフト２ｂは、外周面における８つの平坦面のそれぞれに永久磁石２ｃが設置され、外側シャフト２ｂは複数の永久磁石２ｃと共に磁石保持部２ｄに収容されている。
　内側シャフト２ａは、外側シャフト２ｂよりも小径である。
　永久磁石２ｃは、外側シャフト２ｂの各面（各平坦面）に固定されており、磁石保持部２ｄと部分的に接している。すなわち、それぞれ永久磁石２ｃは、外側シャフト２ｂと磁石保持部２ｄとに挟まれた状態で保持されている。また、永久磁石２ｃは、図３に示すように、それぞれ磁石保持部２ｄと接する面において、長手方向（軸方向）に沿って、互いに平行な流路溝２ｃ１が複数形成されている。流路溝２ｃ１は、永久磁石２ｃの軸方向両端部の間で直線状に形成されている。
　磁石保持部２ｄは、円筒状とされ、永久磁石２ｃを保持した外側シャフト２ｂが内側に収容された状態で固定されている。また、磁石保持部２ｄは、内周側において永久磁石２ｃと部分的に接触しており、外側シャフト２ｂとの間で永久磁石２ｃを保持している。また、永久磁石２ｃの流路溝２ｃ１により、冷却油を案内する溝流路Ｒ３（軸方向流路）が磁石保持部２ｄと永久磁石２ｃとの間に形成されている。
　磁石保持部２ｄは、例えば、非磁性の材料（例えば、オーステナイト系ステンレス等）によって形成されている。
　端部部材２ｅは、内側シャフト２ａ及び外側シャフト２ｂの軸方向における一端（冷却油供給部１３０寄りの端部）に取り付けられた環状の部材であり、冷却油供給部１３０と接続されている。端部部材２ｅには、径方向に向けて放射状かつ周方向に等間隔で設けられる入口流路Ｒ１が形成されている。入口流路Ｒ１は、後述する流路Ｒａと接続されている。また、入口流路Ｒ１には、流路径が縮径された絞り部２ｅ１が設けられている。絞り部２ｅ１により、入口流路Ｒ１を流れる流量が絞られることで、各入口流路Ｒ１の流量が均一となる。
　第１端部保持リング２ｆは、円環状の部材であり、内側シャフト２ａの端部側（図２における右側、冷却油供給部１３０側）における永久磁石２ｃ及び外側シャフト２ｂの端部に設けられている。また、第１端部保持リング２ｆには、入口流路Ｒ１と接続される径方向流路Ｒ２が形成されている。径方向流路Ｒ２は、それぞれ溝流路Ｒ３と接続されている。また、第１端部保持リング２ｆには、磁石保持部２ｄと接触する外周面に封止部材２ｈが設けられている。
　第１端部保持リング２ｆは、端部部材２ｅの径方向外側に設けられている。複数の径方向流路Ｒ２は、それぞれ入口流路Ｒ１と接続されている。溝流路Ｒ３（軸方向流路）は、径方向流路Ｒ２を介して入口流路Ｒ１と接続されている。
　第２端部保持リング２ｇは、円環状の部材であり、第１端部保持リング２ｆと軸方向に対向して永久磁石２ｃ及び外側シャフト２ｂの端部に設けられている。このような第２端部保持リング２ｇは、第１端部保持リング２ｆと共に永久磁石２ｃ及び外側シャフト２ｂを軸方向に挟み込むことにより保持している。また、第２端部保持リング２ｇには、その内部に径方向に向けて放射状に出口流路Ｒ４が形成されている。出口流路Ｒ４は、出口Ｒ４ａが後述する流路Ｒｂと接続されており、内側シャフト２ａの外周面と連通（到達）している。また、第２端部保持リング２ｇには、磁石保持部２ｄとの接触部に封止部材２ｈが設けられている。
　また、図２に示すように、入口流路Ｒ１の入口Ｒ１ａは、出口流路Ｒ４の出口Ｒ４ａよりも径方向内側に形成されている。また、流路Ｒ１～Ｒ４は、それぞれが順に接続されることにより、回転子２の径方向中心近傍から径方向外側へと向かい、軸方向に沿って延びると共に、再び径方向内側へと向かう流路を構成している。
　封止部材２ｈは、例えば、第１端部保持リング２ｆ及び第２端部保持リング２ｇと、磁石保持部２ｄとの間を封止するＯリングである。
　固定子３は、図１及び図２に示すように、磁石保持部２ｄの径方向外側に、間隙を有して配置される。このような固定子３は、固定子鉄心と、固定子鉄心に巻回される巻線（いずれも不図示）とを備えている。
　ケーシング１１０は、略筒状とされ、内側シャフト２ａの外側シャフト２ｂから露出した一端を、僅かに間隙を開けて収容している。
　軸受１２０は、ケーシング１１０に固定された状態で発電機１の固定子３の端部の近傍に設けられ、内側シャフト２ａを回転可能に支持している。
　冷却油供給部１３０は、内側シャフト２ａの端部に設けられた流路部材である。冷却油供給部１３０は、外部の冷却油供給装置（不図示）と接続されると共に、径方向外側に向けて放射状に分岐する流路Ｒａが形成されている。流路Ｒａは、入口流路Ｒ１と接続されている。
　冷却油供給部１３０とケーシング１１０は、外側シャフト２ｂを軸方向に挟む位置にそれぞれ設けられている。なお、本実施形態の流路Ｒａは径方向に延びているが、それ以外の方向、例えば軸方向に延びていてもよい。
　カラー１４０は、内側シャフト２ａの外周面に間隔をあけて設けられた環状部材であり、内側シャフト２ａの外周面との間に流路Ｒｂを形成している。流路Ｒｂは、出口流路Ｒ４と接続されている。
　本実施形態のカラー１４０は筒状に形成され、軸方向において外側シャフト２ｂとケーシング１１０との間に設けられている。本実施形態の流路Ｒｂは径方向に延びておらず、軸方向に延びている。
　なお、このようにして構成される流路Ｒａ、Ｒ１～Ｒ４及びＲｂは、それぞれが順に接続されていることにより、外部装置（不図示）より供給された冷却油を永久磁石２ｃと磁石保持部２ｄとの間へと案内する冷却流路を構成している。
　続いて、このような本実施形態における発電装置１００における冷却油の流れについて、説明する。
　発電機１が起動されると、不図示の翼により内側シャフト２ａ及び外側シャフト２ｂが回転駆動されることにより、回転子２全体が回転される。これにより、回転子２と固定子３との間の磁界が変化し、固定子３の巻線に電流が流れる。このとき、回転子２において最も外周側に配置される磁石保持部２ｄは、永久磁石２ｃ及び固定子３と近接しており、渦電流が発生しやすいため、高温となる可能性がある。なお、例えば本実施形態の発電機１においては、駆動時の永久磁石２ｃにおける発熱量（熱損失）に対して、磁石保持部２ｄにおいて発生する熱量が数倍程度となっており、磁石保持部２ｄにおける熱損失が永久磁石２ｃにおける熱損失よりも大きい。
　このような発電機１において、冷却油供給部１３０から流入した冷却油は、流路Ｒａを介して入口流路Ｒ１へと流れ込む。このとき、入口流路Ｒ１の流路径が絞り部２ｅ１において縮径されているため、入口流路Ｒ１を通過する冷却油の流量が抑えられる。これにより溢れた冷却油は、他の入口流路Ｒ１へと流れ込むことで、各入口流路Ｒ１における流量が概略均一となる。そして、冷却油は、回転する回転子２の遠心力により、径方向外側に向けた力が加えられ、径方向流路Ｒ２を介して永久磁石２ｃと磁石保持部２ｄとの間に形成された溝流路Ｒ３へと流入する。溝流路Ｒ３内の冷却油は、回転軸方向へと押し出され、出口流路Ｒ４へと向かう。このとき、冷却油は、溝流路Ｒ３内において、高温となった永久磁石２ｃ及び磁石保持部２ｄと接触し、熱伝達により、永久磁石２ｃ及び磁石保持部２ｄの熱を取り除く。そして、出口流路Ｒ４に流入しそこから流出した冷却油は、カラー１４０と内側シャフト２ａとの間の流路Ｒｂへと流れ込む。冷却油は、流路Ｒ４を介してケーシング１１０に設けられた空間（不図示）へと貯留される。なお、当該空間に一時的に貯留された冷却油は、不図示のポンプ等により外部へと排出される。また、流路Ｒａ及び流路Ｒｂを流れる冷却油は、それぞれほぼ大気圧状態とされ、発電機１の上流側または下流側に設けられたポンプ等の影響を受けにくい。
　このような本実施形態によれば、発電機１において、入口流路Ｒ１の入口Ｒ１ａが出口流路Ｒ４の出口Ｒ４ａよりも径方向内側に形成されており、かつ、溝流路Ｒ３は、入口流路Ｒ１の入口Ｒ１ａ及び出口流路Ｒ４の出口Ｒ４ａよりも径方向外側に形成されている。これにより、出口Ｒ４ａから入口Ｒ１ａの間にある冷却油に遠心力が働き、冷却流路の出口側の圧力よりも入口側の圧力を上げることができる。したがって、回転子２にかかる遠心力により、冷却油を冷却流路において流動させることができる。
　本実施形態において、入口流路Ｒ１の入口Ｒ１ａが出口流路Ｒ４の出口Ｒ４ａよりも径方向内側に設けられている。これにより、回転子２の回転によって、入口流路Ｒ１内の冷却油に加えられる遠心力を、出口流路Ｒ４内の冷却油に加えられる遠心力よりも大きくすることができ、この遠心力の差によって、入口流路Ｒ１側から溝流路Ｒ３を介して出口流路Ｒ４に向かう冷却油の流れを作り出すことができる。なお、流路Ｒｂは軸方向に延びているため、流路Ｒｂ内の冷却油に加えられる遠心力が出口流路Ｒ４内の冷却油に影響を及ぼすことを抑制できる。
　また、回転子２の外周面近傍まで案内された冷却油をそこで排出すると、遠心力により冷却油は径方向外側へと向かうため、径方向外側に設けられた固定子３に接触したり、固定子３と回転子２との間に流入したりする可能性がある。
　本開示では、冷却油を径方向内側へと案内する出口流路Ｒ４が設けられており、溝流路Ｒ３を通過した冷却油を、内側シャフト２ａの外周面まで戻した後に、排出することができる。具体的には、軸受１２０及び封止部材２ｈは、溝流路Ｒ３が設けられた磁石保持部２ｄよりも径方向内側に配置されている。冷却油は、溝流路Ｒ３を通過した後に、出口流路Ｒ４により径方向内側へと案内されることで、上記の軸受１２０及び封止部材２ｈよりも内側を通過して発電機の外部へと排出される。
　このような構成により、排出された冷却油が固定子３に接触する、または、固定子３と回転子２との間に流入することを抑制できる。
　また、封止部材２ｈを設けることにより、冷却流路を流れる冷却油が、第１端部保持リング２ｆ及び第２端部保持リング２ｇと、磁石保持部２ｄとの間の僅かな隙間から漏出することを抑制できる。
　以上、図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、開示は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　上記実施形態は、発電機１について説明した。しかしながら、例えば、永久磁石を用いたモータ等の電動機（回転装置）において、磁石保持部等の、熱を持つ部材を冷却する場合についても適用可能である。
　また、上記実施形態においては、冷却媒体として冷却油を一例に挙げたが、流体かつ発電機１の動作を妨げなければ、その種類は限定されない。
　冷却媒体として、冷却油以外の冷却液を用いてもよい。
　また、上記実施形態では冷却油を圧送するポンプを備えていなかったが、ポンプを備えてもよい。この場合、発電機１内における冷却油の圧送力を高めることが可能である。
　また、上記実施形態においては回転子２が内側シャフト２ａと外側シャフト２ｂとの二重構造を有しているが、これに限定されず、設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、回転子２が、内側シャフト２ａと、外側シャフト２ｂとを一体としたシャフトを備えてもよい。この場合でも、上記一体としたシャフトとカラー１４０との間に流路Ｒｂが形成される。
　言い換えれば、上記一体としたシャフトは、第１部位（外側シャフト２ｂに相当）と、当該第１部位の軸方向の端面から軸方向に突出すると共に上記第１部位よりも小径の第２部位（内側シャフト２ａに相当）と、を備えてもよい。上記実施形態において、回転子２は、外側シャフト２ｂと、当該外側シャフト２ｂの出口流路Ｒ４側の軸方向の端面から突出すると共に外側シャフト２ｂよりも小径の内側シャフト２ａと、を備えてもよい。
　上記実施形態では、入口流路Ｒ１が径方向流路Ｒ２を介して溝流路Ｒ３に接続されている。しかし、入口流路Ｒ１と径方向流路Ｒ２とをまとめて、本開示の「入口流路」として捉えてもよい。
　本開示は、発電機や電動機といった回転装置に適用できる。本開示によれば、ポンプ等の供給装置に依存することなく冷却流路において冷却油を流動させることができる。
１　発電機（回転装置）
２　回転子
２ａ　内側シャフト（回転シャフト）
２ｂ　外側シャフト
２ｃ　永久磁石
２ｃ１　流路溝
２ｄ　磁石保持部
２ｅ　端部部材
２ｅ１　絞り部
２ｆ　第１端部保持リング
２ｇ　第２端部保持リング
２ｈ　封止部材
３　固定子
１００　発電装置
１１０　ケーシング
１２０　軸受
１３０　冷却油供給部
１４０　カラー
Ｒ１　入口流路
Ｒ２　径方向流路
Ｒ３　溝流路（軸方向流路）
Ｒ４　出口流路

Claims (3)

  1. 　回転子と、
    　前記回転子において径方向外側へ向けて冷却媒体を案内する入口流路と、
    　前記入口流路と接続されると共に前記回転子の回転軸に沿って前記冷却媒体を案内する軸方向流路と、
    　前記軸方向流路と接続されると共に前記回転子において径方向内側へ向けて前記冷却媒体を案内する出口流路と
    　を備え、
    　前記出口流路の出口は、前記回転子において前記入口流路の入口よりも径方向外側に形成されている
    　回転装置。
  2. 　前記回転子の、出口流路側の回転軸の軸方向の端面から突出した回転シャフトを備え、
    　前記出口流路は、前記出口が前記回転シャフトの外周面と連通している
    　請求項１記載の回転装置。
  3. 　前記軸方向流路には、前記冷却媒体の漏出を抑制する封止部材が設けられる
    　請求項１または２記載の回転装置。
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