JPH10178754A

JPH10178754A - 回転電機

Info

Publication number: JPH10178754A
Application number: JP8338548A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Umemoto; 俊行梅本; Joji Oshima; 丈治大島; Eiji Yamauchi; 英士山内; Satoru Koto; 悟古藤; Yasuro Takai; 靖郎高井; Kiyonori Koga; 清訓古賀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30
Also published as: EP0853370A1

Abstract

(57)【要約】【課題】吸い込み口４における冷却ガス吸い込み流量
および吹き出し口における冷却ガス流量を増加させ，通
風冷却性能の向上を図り，ロータコイルおよびステータ
コイルを所定温度以下に冷却する。【解決手段】吸い込み口５の冷却ガスの下流側に吸い
込み口５に冷却ガスを導く突起物４Ａを設ける。

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
などのロータ、ステータを冷却ガスで冷却する通風機構
を備えた回転電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にタービン発電機等の回転電機で
は、ロータおよびステータに冷却ダクトを設け、この冷
却ダクトに冷却媒体である空気などの冷却ガスを循環さ
せて、回転電機を冷却するものが知られている。

【０００３】ロータの冷却方式は、ロータコイルを直接
冷却ガスと接触させて冷却する直接冷却方式が広く使わ
れる。以下代表例をあげて説明する。図５３はギャップ
ピックアップ冷却方式の発電機ロータの上部縦断面の略
図構成図である。このタービン発電機では、ロータ軸１
５の回転に伴いロータ１０が回転すると、ロータ１０に
対して相対的に周方向に流れる冷却ガスは、吸い込み口
５からロータ用冷却ダクト１２に導かれ、ロータコイル
（図示しない）等を冷却した後、吹き出し口１０３から
排気される。

【０００４】図５４はラジアルフロー冷却方式の発電機
ロータの上部縦断面の概略構成図である。このタービン
発電機では、コイルスロット（図示しない）の底部にロ
ータ軸方向の通風路であるサブスロット１８が設けられ
ている。このサブスロット１８にはロータ１０の全長に
わたってロータ半径方向に延びた通風路であるラジアル
バス１９が複数個連通されている。そして、ロータ軸１
５の端部に取り付けられた軸流ファン４１の押し込み作
用と、ロータ１０の回転によるラジアルバス１９内の遠
心力によるポンプ作用により、サブスロット入口部３５
から冷却ガスはロータ１０内のサブスロット１８内に導
かれる。サブスロット１８内に導かれた冷却ガスはロー
タ中央に向かって流れながら、各ラジアルバス１９に順
次分岐され、各ラジアルバス１９においてロータコイル
を冷却した後、ロータ外周面１１の吹き出し口１０３か
らエアギャップ２内に排出される。

【０００５】図５５は内部冷却方式の発電機ロータの上
部縦断面の概略構成図である。このタービン発電機で
は、ロータコイル内に軸方向に延びたロータ用冷却ダク
ト３１が複数個形成されている。そして、ロータ軸１５
に取り付けられた軸流ファン４１の押し込み作用と、ロ
ータ１０の回転により半径方向に延びたロータ用冷却ダ
クト３２で発生する遠心力とによるポンプ作用により、
ロータ用冷却ダクト３１の入口部３６から冷却ガスがロ
ータ１０のロータ用冷却ダクト３１内に導かれる。冷却
ダクト３１内に導かれた冷却ガスはロータ１０の中央に
向かって流れながらロータコイルを冷却した後、ロータ
１０の中央付近において、冷却ダクト３２に導かれ、ロ
ータ外周面１１に形成された吹き出し口１０３からエア
ギャップ２内に排出される。

【０００６】一方、これらのロータ１０とエアギャップ
２を介してロータ１０の外側に設けられたステータの冷
却構造としては、半径方向外向き通風方式、半径方向内
向き通風方式、そして、二つの方式の組み合わせた複合
通風方式のものがある。以下、ステータの冷却構造につ
いて説明する。なお、ステータコイルの冷却方式は、ス
テータコイルを被覆した主絶縁材の外側から冷却する間
接冷却方式が代表的である。図５６は半径方向外向き通
風方式のステータ上部縦断面の概略構成図である。ステ
ータ２０は、薄い鋼板を積層したステータコア２３とス
テータコイル（図示しない）とから構成されており、ま
たステータコア２３は半径方向に延びた複数のステータ
用冷却ダクト２２により軸方向に複数に分割されてい
る。上記半径方向外向き通風方式では、冷却ガスはステ
ータ内周面２１上の各吸い込み口５からステータ用冷却
ダクト２２へ導入され、ステータコイルとステータコア
２３とを冷却し、ステータ外周面２６から排出される。

【０００７】図５７は半径方向内向き通風方式の上部縦
断面の概略構成図である。ステータ２０の構造は図５６
の半径方向外向き通風方式の構造と同様である。冷却ガ
スはステータ外周面２６からステータ用冷却ダクト２２
内に導かれ、ステータコイルとステータコア２３とを冷
却し、ステータ内周面２１に上に設けた吹き出し口１０
３からエアギャップ２内に排出される。

【０００８】図５８は複合通風方式のステータ上部縦断
面の概略構成図であり、ステータ２０は排気ゾーン２４
と吸気ゾーン２５とに区分けされている。排気ゾーン２
４は図５６に示した半径方向外向き通風方式と同様の構
造、通風方式であり、吸気ゾーン２５は図５７に示した
半径方向内向き通風方式と同様の構造、通風方式であ
る。

【０００９】回転電機全体の通風冷却は、上述した通風
方式の組み合わせで構成される。以下、その例を示す。
図５９はギャップピックアップ冷却方式（図５３）と複
合通風方式（図５８）とを組み合わせた通風方式の上部
縦断面の概略構成図である。冷却ガスが吸気ゾーン２５
のステータ外表面２６からステータ用冷却ダクト２２内
に導かれ、ステータ内周面２１に形成された吹き出し口
１０３からエアギャップ２内に排出される。エアギャッ
プ２内では排気された冷却ガスはロータ１０の回転によ
り旋回速度が与えられ、ロータ外周面１１の吸い込み口
５からロータ１０のロータ用冷却ダクト１２内に導かれ
る。ロータ冷却ダクト１２内に流入した冷却ガスはロー
タコイルを冷却した後、ロータ外周面１１の吹き出し口
１０３からエアギャップ２内に排出される。排出された
冷却ガスは排気ゾーン２４のステータ内周面２１の吸い
込み口５からステータ用冷却ダクト２２内に導かれ、ス
テータ２０を冷却後ステータ外周面２６から排出され
る。

【００１０】図６０はラジアルフロー冷却方式（図５
４）と半径方向外向き通風方式（図５６）とを組み合わ
せた冷却方式の上部縦断面の概略構成図である。ロータ
１０の端部のサブスロット入口部３５から冷却ガスはロ
ータ１０内のサブスロット１８に導かれ、その後冷却ガ
スは各ラジアルバス１９においてロータコイルを冷却し
た後、ロータ外周面１１の吹き出し口１０３からエアギ
ャップ２内に排出される。排出された冷却ガスはエアギ
ャップ２内で回転速度成分が減速されつつ、ステータ内
周面２１の吸い込み口５からステータ２０内のステータ
用冷却ダクト２２に流入される。また、軸流ファン４１
を通過した冷却ガスの一部は、エアギャップ２内に直接
流入され、エアギャップ２内ではロータ１０の回転によ
り回転方向の速度が与えられ、旋回しながらエアギャッ
プ２内をロータ軸１５に沿って流れ、順次分岐されなが
らステータ内周面２１の吸い込み口５からステータ用冷
却ダクト２２内に流入される。ステータ用冷却ダクト２
２に流入した冷却ガスは、ステータコイル、ステータコ
ア２３を冷却後、ステータ外周面２６から排出される。

【００１１】以上のそれぞれの回転電機の通風冷却方式
では、回転電機運転時に、ロータコイル、ステータコイ
ル、ステータコア２３が軸方向において一定温度以下に
均一に冷却され、かつ局所的な高温部（ホットスポッ
ト）を発生させないことが重要である。局所的な高温部
がロータ１０に発生した場合には、熱変形によるロータ
１０のロータ軸１５のぶれを起こし、最終的には破損す
ることがある。また、ステータ２０に局所的な高温部が
発生した場合には、絶縁性能の劣化、絶縁破壊を起こ
す。従って、ロータ１０、ステータ２０の全体を一定温
度以下に保ち、かつ局所的な高温部を発生させないため
には、各冷却ダクト１２、３１、３２、２２を流れる冷
却ガス流量を適正に分配する必要がある。また、冷却ガ
スのロータ１０およびステータ２０の軸方向の流量分布
に大きく影響するロータ外周面１１およびステータ内周
面２１間に形成されるエアギャップ２内の冷却ガス流を
制御する必要がある。そのため、ロータ外周面１１もし
くはステータ内周面２１に設けた各冷却ダクト１２、３
１、３２、２２の吸い込み口５および吹き出し口１０３
には冷却ダクト１２、３１、３２、２２へ流入、流出す
る冷却ガスの流量を制御する様々な工夫がなされてい
る。

【００１２】以下、冷却ガスの流量を制御した従来技術
の一例を説明する。図６１は特開昭55-9906号公報に記
載された通風冷却機構を示すものである。この例では、
エアギャップ２内の吸い込み口５において、その冷却ガ
ス流の上流側に一定の幅を有し流路断面積を拡大させる
テーパ状の傾斜面３が形成されている。一方、ロータ外
周面１１の吹き出し口１０３ではエアギャップ２内の冷
却ガス流の上流側に断面形状が平行四辺形の突起物１０
４が取り付けられている。

【００１３】この回転電機では、ロータ１０が回転する
ことにより、エアギャップ２内ではロータ１０に対して
冷却ガスの相対的な流れが発生する。冷却ガスは、傾斜
面３を通じて吸い込み口５からロータ１０内部に導か
れ、ロータ用冷却ダクト１２を流通しロータ１０を冷却
した後、突起物１０４の背後に生じる死水領域Ｄの負圧
を利用した吹き出し口１０３によって、エアギャップ２
に排出される。

【００１４】傾斜面３の上面を流れる冷却ガスは、図６
２に示すようにほぼ傾斜面３に沿って流れた後、吸い込
み口内壁面Ｆ部に衝突し、この付近の静圧が上昇し、こ
の冷却ガスはロータ用冷却ダクト１２内部に流入する。
ただし、この傾斜面３による吸い込み口５の静圧上昇分
だけでは冷却ダクト１２に十分な通風量を得るロータ用
冷却ダクト１２の出入口圧力差は得られない。そこで、
この例では、ロータ用冷却ダクト１２に流入する冷却ガ
スの流量は、冷却ガスが吸い込み口５で吸い込み口内壁
面Ｆに衝突することによる静圧上昇分と、吹き出し口１
０３での突起物１０４背後に生じる剥離領域である死水
域Ｄの静圧低下分とを合わせたロータ用冷却ダクト１２
の出入口圧力差に依存している。

【００１５】ところで、吸い込み口内壁面Ｆにおける静
圧上昇は、傾斜面３におけるロータ外周面１１に沿う流
れの偏向角度に依存する。従って、ギャップピックアッ
プ冷却方式において、ロータ１０の温度の不均一を補正
するために、図６２に示すように吸い込み口５のテーパ
状の傾斜面３の傾斜角度θを変化させて図６３に示す特
性図（縦軸は有効ポンプ動力係数（圧力係数×流量係
数）、横軸は流路断面積拡大部３の傾斜角度θ）に従っ
て冷却ガスの吸い込み量を増減させるか、吹き出し口１
０３の突起物１０４の上流側斜面Ａもしくは下流側端面
Ｃの形状を変更する方策により、ロータ１０の各所の冷
却ガス流量を適正に調整して、ロータ１０全体にわたっ
て温度を均一に保っている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】近年の発電機の小型化
に伴う高密度化、またはロータ１０の軸長の増大により
ロータ１０、ステータ２０の発熱量が増大し、ロータ１
０、ステータ２０の高温化を防止するために冷却ガスの
流量コントロールが重要である。上述の回転電機では、
吸い込み口５の冷却ガスの吸い込み流量を増加させるに
は、傾斜面３の傾斜角度θを大きくする必要があるが、
傾斜角度θを大きくした際の効果には限界があり、流量
の大幅な増加は望めない。つまり、角度θが大きくなる
と傾斜面３で流れが剥離し、冷却ガス流が傾斜面３に沿
って偏向されなくなり、エアギャップ２内の冷却ガス流
の持つ動圧を吸い込み作用に利用できなくなるといった
問題点があった。

【００１７】また、従来例における吹き出し口１０３に
おいて吹き出し流量を増加させるに、突起物１０４の大
きさを増大させるか、形状を変更させて、突起物１０４
の背後に生じる剥離領域である死水域Ｄを拡大させてい
るが、これらの方法は、軸トルクの増大およびエアギャ
ップ２内の冷却ガス流の圧力損失の増大といった、通風
冷却システム全体の流体損失増大を招き、回転電機の効
率を低下させるという問題点があった。

【００１８】また、従来例のように軸方向の全ての吹き
出し口１０３に突起物１０４が設置された場合にはロー
タ１０を一定の回転数を維持させようとしたときには軸
トルクを増大させなければならないといった問題点もあ
った。さらに、従来例では突起物１０４の上流側斜面Ａ
および下流側端面Ｃの方向がロータ軸１５の垂直断面に
沿って設置されており、ロータ軸１５の回転方向に加え
てロータ軸方向成分の流れ成分が存在するエアギャップ
２内の冷却ガス流では、その方向が突起物１０４の設置
方向と一致せず、突起物１０４による流量増加作用が小
さいといった問題点もあった。

【００１９】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、この発明の第１の目
的は、吸い込み口からの吸い込み効率もしくは吹き出し
口からの吹き出し効率が向上した回転電機を得るもので
ある。

【００２０】また、第２の目的は、軸トルクの増大を抑
制した回転電機を得るものである。

【００２１】また、第３の目的は、ロータおよびステー
タ内部の温度分布が均一の回転電機の得るものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明の回転電機は、
内部に冷却ガスが流通するロータ用冷却ダクトを有する
ロータと、このロータの外周側にエアギャップを介して
設けられているとともに内部に冷却ガスが流通するステ
ータ用冷却ダクトを有するステータと、前記ロータ用冷
却ダクトの前記エアギャップに臨んだ冷却ガスの吸い込
み口および前記ステータ用冷却ダクトのエアギャップに
臨んだ冷却ガスの吸い込み口の少なくとも一方のエアギ
ャップ内の冷却ガス流の下流側に設けられ冷却ガスを吸
い込み口に導く突起物とを備えたものである。

【００２３】また、吸い込み口用の突起物は吸い込み口
の一部を囲っている。

【００２４】また、吸い込み口用の突起物の内壁面は冷
却ガス流に沿って曲面形状である。

【００２５】また、冷却ガスが衝突する吸い込み口用の
突起物の先端部は鋭角である。

【００２６】また、吸い込み口の上流側には冷却ガス流
を冷却ダクト側に偏向させるとともに冷却ガス流の流路
断面積を拡大させる傾斜面が形成されている。

【００２７】また、吸い込み口の傾斜面は曲面形状であ
る。

【００２８】また、この発明の回転電機は、内部に冷却
ガスが流通するロータ用冷却ダクトを有するロータと、
このロータの外周側にエアギャップを介して設けられて
いるとともに内部に冷却ガスが流通するステータ用冷却
ダクトを有するステータと、前記ロータ用冷却ダクトの
前記エアギャップに臨んだ冷却ガスの吹き出し口および
前記ステータ用冷却ダクトのエアギャップに臨んだ冷却
ガスの吹き出し口の少なくとも一方の前記エアギャップ
内の冷却ガス流の上流側に設けられているとともに吹き
出し口から噴出される噴出冷却ガス流をエアギャップ内
に導く突起物とを備え、また前記突起物はコーナ部が削
除されて前記ロータの回転方向の投影面積が小さい形状
になっているものである。

【００２９】また、吹き出し口用の突起物は吹き出し口
の一部を囲っている。

【００３０】また、吹き出し口用の突起物の内壁面は冷
却ガスの流れ方向に沿って曲面形状である。

【００３１】また、吹き出し口の下流側には噴出冷却ガ
ス流の流路断面積を拡大させる傾斜面が形成されてい
る。

【００３２】また、吹き出し口に形成された傾斜面は曲
面形状である。

【００３３】また、突起物は冷却ガス流に対して冷却ガ
スが直角の角度で衝突するようになっている。

【００３４】また、ロータのホットスポットになると予
測される領域およびステータのホットスポットになると
予測される領域には、他の領域と比較して突起物が多数
個設置されている。

【００３５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す、
ギャップピックアップ冷却方式を用いたタービン発電機
の一部切り欠き斜視図、図２（ａ）は図１の要部斜視
図、図２（ｂ）は図２（ａ）の縦断面図、図２（ｃ）は
図２（ａ）の平面図である。円筒状のステータ２０内に
は円柱状のロータ１０が組み込まれている。ロータ外周
面１１には吸い込み口５および吹き出し口１０３が形成
されている。ロータ外周面１１とステータ内周面２１と
の間に形成されたエアギャップ２内ではロータ１０に三
角柱状の突起物４Ａが設置されている。突起物４Ａは、
吸い込み口５の下流側壁面と、突起物４Ａの上流側側面
（ロータ外周面１１に垂直）とを一致させてロータ１０
に固着されている。

【００３６】上記実施の形態では、ロータ１０の回転で
生じるロータ外周面１１の壁面剪断力により、冷却ガス
の粘性を有する冷却ガスはエアギャップ２内でロータ１
０の周方向に加速され、冷却ガス流が生じる。図３はエ
アギャップ２内の速度分布の測定結果を示す。縦軸は冷
却ガスのロータ周方向流速Ｖをロータ外周面における周
速度Ｖ_Ｒで除した無次元速度Ｖ/ Ｖ_Ｒ、横軸はエアギャ
ップ２内のギャップ幅方向の距離ｘをギャップ幅Ｌで除
した無次元距離ｘ/Ｌである。ロータ外周面１１、ステ
ータ内周面２１付近の境界層の影響を受ける領域以外で
は、ロータ１０の周方向の冷却ガス流１０２の平均流速
はロータ外周面速度の約１／２であることが判る。

【００３７】上記構成のタービン発電機では、ロータ１
０の回転方向に加速されたエアギャップ２内の冷却ガス
流１０２は、吸い込み口５の冷却ガス流１０２の下流側
に取り付けられた突起物４Ａの壁面５１に衝突して、吸
い込み口５へ流入する。冷却ガス流１０２が突起物４Ａ
に衝突することにより、冷却ガスが持つ動圧が静圧に変
換され吸い込み口内壁Ｆの上部の静圧が上昇するので吸
い込み流量が増大する。

【００３８】図４には突起物４Ａの壁面５１の高さＨと
吸い込み流量との関係を示す図であり、縦軸は流量係数
で、突起物４Ａを設けた場合の吸い込み流量Ｑを突起物
４Ａを設置しないときの吸い込み流量Ｑ₀で除した無次
元流量Ｑ／Ｑ₀である。横軸は突起物４Ａの高さＨを吸
い込み口５の直径ｄで除した無次元高さＨ／ｄである。
この時、突起物４Ａの幅はＷで一定とした。測定結果よ
り、無次元距離Ｈ／ｄが増加するに伴い、無次元流量Ｑ
／Ｑ₀は単調に増加する。この図から、吸い込み口５の
冷却ガス流１０２の下流側に、壁面５１のより高い突起
物４Ａを設置することにより、吸い込み口５からの冷却
ガスの吸い込み流量が増加することが判る。

【００３９】次に、突起物４Ａの設置に伴う軸トルクの
増大について述べる。ロータ１０に突起物４Ａを設置さ
せたとき、ロータ１０の回転数を一定に維持させようと
したときには軸トルクを増大させなければならないが、
突起物４Ａの設置によるその軸トルクの増大は、突起物
４Ａにエアギャップ２内の冷却ガス流１０２が衝突する
ことに起因する。従って、突起物４Ａの設置による軸ト
ルクの増大量は、突起物４Ａの壁面５１にエアギャップ
２内の冷却ガス流１０２が衝突する速度と、ロータ外周
面１１の回転速度との相対速度差による動圧と、複数個
の突起物４Ａのロータ１０の回転方向の投影面積の総和
の積で決まる。そして、突起物４Ａの設置による軸トル
クの増大量ΔＴは次式で定まる。 ΔＴ=ｎＳＰＲ‥‥‥‥‥‥（１）なお、ｎは突起物４Ａの設置個数、Ｓは突起物４Ａのロ
ータ回転方向への投影面積、Ｐはエアギャップ２内の冷
却ガス流１０２の流速とロータ外周面速度との相対速度
差動圧、Ｒはロータ１０の外周半径である。

【００４０】上式から分かるように、ロータ１０の回転
数を一定に維持させようとしたときの、突起物４Ａの設
置による軸トルクの増大量ΔＴは、突起物４Ａの設置個
数ｎおよび突起物４Ａのロータ回転方向への投影面積Ｓ
に比例して増加する。従って、同一の冷却ダクトの通風
流量増加率が得られるなら、突起物４Ａの設置個数ｎを
少なくし、また突起物４Ａをロータ回転方向への投影面
積Ｓを小さくすることにより、軸トルクの増大量ΔＴを
減少させることができる。

【００４１】また、突起物４Ａの壁面５１が図２に示す
ように長方形の場合には、突起物４Ａのロータ回転方向
への投影面積Ｓは以下の式で表されるＳ＝Ｗ×Ｈ‥‥‥‥‥‥（２）また、エアギャップ２内の冷却ガス流１０２の流速とロ
ータ外周面速度との相対速度差に起因する動圧Ｐは、相
対速度差をＶs、冷却ガスの密度をρとすると、以下の
式で定まる。Ｐ＝（１／２）ρＶｓ^２‥‥‥‥（３）

【００４２】空気冷却方式の回転電機である発電機の運
転条件が、発電容量５０ＭＷ、６０Ｈｚ、発電効率９
８．５％、ステータコア長３ｍ、ロータ直径１．０ｍの
とき、発電機の軸トルクＴはＴ＝８．４×１０^５Ｎｍで
ある。突起物４Ａの垂直方向の射影面の寸法を高さＨ＝
５ｍｍ、幅Ｗ＝１６ｍｍとしたとき、ロータ外周面１１
の冷却ダクト入口に突起物４Ａを総数ｎ＝７２０個設置
した場合には、ΔＴ＝３５Ｎｍとなり、全体の軸トルク
Ｔに対して占める割合は微少である。一方、突起物４Ａ
を有しない、フラットタイプの発電機において、通風冷
却に起因する軸トルクＴωは、エアギャップ２内の冷却
ガスの摩擦損失とロータ１０のポンプ作用分との和で決
められる。そして、エアギャップ２内の摩擦損失値に起
因する軸トルクは７５Ｎｍ、ロータ１０のポンプ作用
に起因する軸トルクは４４０Ｎｍである。従って、通風
冷却に費やす軸トルクＴωは５１５Ｎｍ（７５Ｎｍ＋４
４０Ｎｍ）であり、突起物４Ａの設置によるトルク増大
量ΔＴ（３５Ｎｍ）はＴω（５１５Ｎｍ）と比較して小
さな値である。

【００４３】実施の形態２．図５（ａ）はこの発明の実
施の形態２を示すタービン発電機の部分斜視図、図５
（ｂ）は図５（ａ）の縦断面図、図５（ｃ）は図５
（ａ）の平面図である。この実施の形態では吸い込み口
５がギャップピックアップ冷却方式のロータ外周面１１
に形成されている。吸い込み口５の冷却ガス流１０２の
下流側に突起物４Ｂが設置されている。断面コの字状の
突起物４Ｂは、壁面５１および側壁面５２により構成さ
れており、また吸い込み口５の一部を囲っているととも
に、開口部６１が形成している。突起物４Ｂの各寸法
は、高さＨ、幅Ｗであり、開口部６１の高さＨ_i、開口
部６１の幅Ｗ_iである。この実施の形態では、突起物４
Ｂの先端面５３は幅を有するため、突起物４Ｂの高さＨ
に対して突起物４Ｂの開口部６１高さＨ_iは小さくな
る。

【００４４】図６は開口部高さＨ_iと吸い込み流量Ｑと
の関係を示す。縦軸は流量係数で、突起物４Ｂを設けた
場合の吸い込み流量Ｑを突起物４Ｂを設置しないときの
吸い込み流量Ｑ₀で除した無次元流量Ｑ／Ｑ₀であり、横
軸は開口部６１高さＨ_iを吸い込み口５の直径ｄで除し
た無次元高さである。開口部高さＨ_iが増加するに伴い
吸い込み流量Ｑも増加する。なお、同図に実施の形態１
のグラフを並記する。実施の形態１に比べて、この実施
の形態２の突起物４Ｂの方が吸い込み流量の増加率が大
きいことが分かる。

【００４５】この実施の形態では、ロータ外周面１１に
沿う冷却ガス流１０２は突起物４Ｂの壁面５１、側壁面
５２および先端面５３に衝突し、冷却ガスの動圧が静圧
に変換される。壁面５１および側壁面５２における静圧
上昇により吸い込み口５の近傍の静圧は大きくなり冷却
ガス流１０２の吸い込み口５への流入は促され、吸い込
み効率が向上する。実施の形態１においては壁面５１上
部および両側端から逃げた冷却ガスも側壁面５２におい
て効率よく静圧上昇に寄与するため、より効果的であ
る。

【００４６】実施の形態３．また、図７（ａ）、図７
（ｂ）に示すように突起物４Ｃの壁面５１が曲面状にな
っている場合には、冷却ガス流１０２は壁面５１に沿っ
て徐々に偏向され、静圧に変換されることなく冷却ガス
は円滑に吸い込み口５に流入する。従って、図５に示し
た実施の形態１の壁面５１における静圧上昇による軸ト
ルクを増加させることなく、冷却ガス流１０２の吸い込
み流量を増加させることができる。

【００４７】実施の形態４．図８（ａ）はこの発明の実
施の形態４の回転電機の要部斜視図、図８（ｂ）は図８
（ａ）の縦断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）の平面図で
ある。この実施の形態では、突起物４Ｄの壁面５１が曲
面状になっていると共に、側壁面５２の内側は開口部６
１から奥へ行くに従ってその幅が徐々に小さくなってい
る。更に、突起物４Ｄの先端部５３は鋭角になってい
る。

【００４８】この実施の形態では、突起物４Ｄの先端部
５３はエッジ状になっており、冷却ガスが突起物４Ｄを
通じて吸い込み口５に円滑に流入されており、冷却ガス
の静圧が増大することはなく、実施の形態３の突起物４
Ｃと比較してさらに軸トルクの増大を抑えることができ
る。また、突起物４Ｄの高さＨが吸い込み口５の開口部
６１高さＨ_iと同一であり、突起物４Ｄの幅Ｗが開口部
６１の幅Ｗ_iと同一であるとしたときには、開口部６１
の面積は大きく、冷却ガス流１０２の吸い込み口５から
の吸い込み流量をより増加させることができる。

【００４９】実施の形態５．図９（ａ）はこの発明の実
施の形態５の回転電機の要部斜視図、図９（ｂ）は図９
（ａ）の縦断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）の平面図で
ある。この実施の形態では、吸い込み口５においてエア
ギャップ２内の冷却ガス流１０２の上流側に直線上の傾
斜面２００が形成されている。

【００５０】この実施の形態では、ロータ１０が回転す
ることにより、冷却ガスの粘性によるロータ外周面１１
上での壁面剪断力により、エアギャップ２内に周方向に
加速された冷却ガス流１０２が発生し、この冷却ガスは
吸い込み口５に流入される。この際、冷却ガスは傾斜面
２００に沿って偏向されると同時に、吸い込み口５の冷
却ガス流１０２の下流側の壁面５ａおよび突起物４Ａの
壁面５１に衝突し、冷却ガス流１０２の有する動圧の
内、壁面５１に対して垂直な成分が静圧に変化され、吸
い込み口５の静圧は高められる。

【００５１】このように、傾斜面２００により冷却ガス
流１０２の向きが偏向し、冷却ガスの持つ動圧の一部
は、そのまま吸い込み口５への流入に用いられるため、
吸い込み口５の壁面５ａおよび突起物４Ａの壁面５１に
冷却ガスが衝突することによる吸い込み口５の静圧の増
大と相俟って、冷却ガス流１０２の吸い込み口５からの
流入量は増大する。また、冷却ガス流１０２が吸い込み
口５においてロータ１０の周方向の流れから分岐すると
きの流体の損失は吸い込み口５での流れの速度の２乗の
関数になることが知られており、吸い込み口５に傾斜面
２００を形成することにより、吸い込み口５での流体の
損失を減少させることができる。

【００５２】また、図１０（ａ）、図１０（ｂ）および
図１０（ｃ）に示すように、図６（ａ）に示した突起物
４Ｂを傾斜面２００を有する吸い込み口５に設けてもよ
い。また、図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１１
（ｃ）に示すように、図７（ａ）に示した突起物４Ｃを
傾斜面２００を有する吸い込み口５に設けてもよい。ま
た、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に
示すように、図８（ａ）に示した突起物４Ｄを傾斜面２
００を有する吸い込み口５に設けてもよい。

【００５３】実施の形態６．また、図１３（ａ）、図１
３（ｂ）に示すように図９（ａ）、図９（ｂ）に示した
傾斜面２００を曲面形状の傾斜面２０１にしてもよい。
また、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように図１０
（ａ）、図１０（ｂ）に示した傾斜面２００を曲面形状
の傾斜面２０１にしてもよい。また、図１５（ａ）、図
１５（ｂ）に示すように図１１（ａ）、図１１（ｂ）に
示した傾斜面２００を曲面形状の傾斜面２０１にしても
よい。また、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように
図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示した傾斜面２００を曲
面形状の傾斜面２０１にしてもよい。

【００５４】上記の図１３（ａ）〜図１６（ｂ）に示す
ように傾斜面２０１を曲面状にすることにより、傾斜面
２０１では、冷却ガス流１０２は滑らかに偏向されるの
で、冷却ガス流１０２の剥離は防止され、冷却ガス流１
０２は円滑に吸い込み口５に流入され、さらに吸い込み
流量を増大させることができる。

【００５５】なお、上記の各実施の形態では吸い込み口
５の断面形状が円形である場合について説明したが、例
えば矩形状の断面形状であってもよい。また、突起物４
Ａ〜４Ｄの幅寸法は吸い込み口５の幅寸法よりも大きく
してもよい。また、上記各実施の形態ではロータ外周面
１１の吸い込み口５に突起物４Ａ〜４Ｄを設けた場合に
ついて説明したが、ステータ内周面２１の吸い込み口５
に突起物４Ａ〜４Ｄを設けた場合でも同様の効果を得る
ことができる。

【００５６】実施の形態７．さて、回転電機内部には、
前述した吸い込み口５と共に吹き出し口が存在する。そ
こで、以降では吹き出し口の最適化に関し述べることと
する。実施の形態７を説明する前に、吹き出し口１０３
の冷却ガス流１０２の上流側に突起物を設けたときの冷
却ガスの挙動について説明する。図１７は従来例である
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図、図１８は図１７の
縦断面図、図１９は図１７の平面図であり、図におい
て、１０１は噴出冷却ガス流、１０４は吹き出し口１０
３の冷却ガス流１０２の上流側に設けられた突起物であ
り、この突起物１０４により、噴出冷却ガス流１０１を
エアギャップ２内に噴出する際の圧力損失を抑制してい
る。

【００５７】この例では、ロータ１０が回転することに
より、ロータ外周面１１で壁面せん断力が発生し、エア
ギャップ２内の冷却ガスが加速され、エアギャップ２内
にロータ周方向の冷却ガス流１０２が発生する。ここ
で、前述の図３に示したように、周方向の流れの平均流
速は実験によりロータ外周面速度の略１／２であること
が確認されている。図２０は形成された旋回流、即ちエ
アギャップ２内の冷却ガス流１０２の様子を図示したも
のであり、図中１１０はロータ１０上にとった回転座標
系からみた流速分布である。エアギャップ２内の冷却ガ
ス流１０２は流速分布１１０に示されるように、ステー
タ内周面２１およびロータ外周面１１近傍には急峻な流
速勾配を有する乱流境界層が発達する。従って、吹き出
し口１０３からエアギャップ２に向けて噴出される噴出
冷却ガス流１０１は、この境界層を打ち破るために大き
なエネルギーを要する。換言すれば、噴出冷却ガス流１
０１は、噴出の際に圧力損失を生じることになる。

【００５８】吹き出し口１０３の冷却ガス流１０２の上
流側に突起物１０４を設けた場合において、図２１はロ
ータ１０の回転座標系からみた流速分布図であり、回転
方向に加速されたエアギャップ２内の冷却ガス流１０２
は突起物１０４に衝突して、その斜面１２１に沿って上
方へ偏向され、さらに突起物１０４の上端に達した後剥
離する。この剥離現象に伴い、突起物１０４の下流（吹
き出し口１０３の上部）の速度分布は図中の速度分布１
１１のように逆流域が生じ、死水域１１２が形成され
る。この死水域１１２では、エアギャップ２内の冷却ガ
ス流１０２の流速は主流流速（ロータ壁面周速の約１／
２）と比較して微々たるものである。また、死水域１１
２内の静圧は低くなっている。即ち、乱流剪断層が強け
れば強いほど、それを打ち破って流体を噴出させるのに
要するエネルギーは大きいことを考えれば、突起物１０
４によって形成される死水域１１２に噴出冷却ガス流１
０１を噴出するには小さなエネルギーで十分であること
は明らかである。つまり、突起物１０４を吹き出し口１
０３の冷却ガス流１０２の上流側に設けることにより、
噴出冷却ガス流１０１をエアギャップ２内に噴出する際
の圧力損失は抑制される。

【００５９】しかしながら、ロータ外周面１１から突起
物１０４を突出させることにより、一定の回転数を維持
してロータ１０を回転させようとしたときには、ロータ
回転軸を回転させる軸トルクを増大させなければならな
い。その軸トルク増大量の算出方法については前述した
通りである。

【００６０】実施の形態７の発明はこの軸トルク上昇を
低減するための発明であり、以下、図２２ないし図２４
について説明する。図１７の突起物１０４はロータ回転
方向投影形状が矩形状であり、突起物１０４に働く流体
圧力に起因する軸トルクが大きかったが、図２２に示す
ようにこの実施の形態の突起物１０４Ａは四面体型であ
り、その投影形状がコーナ部が削除された三角形状で面
積が小さくなっており、突起物１０４Ａの設置による軸
トルク増加を抑制している。なお、図２３は図２２の断
面図である。

【００６１】この実施の形態では、図１７に示した三角
柱型の突起物１０４と同様に、噴出冷却ガス流１０１を
エアギャップ２内に噴出する際の圧力損失が抑制されて
いるとともに、突起物１０４Ａの形状を四面体とし、投
影面１１３を四角形から三角形へと面積を減少させたた
め、突起物１０４Ａを設置することによって発生する軸
トルクの増大を低減させることができる。

【００６２】実施の形態８．図２４は同様に軸トルク低
減を目的とした突起物１０４Ｂの例を示したものであ
る。この突起物１０４Ｂの全体形状は半円錘型であり、
投影面の形状をそのコーナ部が削除された半円形とする
ことで、突起物１０４Ｂのロータ回転方向への投影面積
を減少させ、突起物１０４Ｂを設置することによって発
生する軸トルクの増大を低減させることができる。

【００６３】実施の形態９．突起物１０４の役割は、エ
アギャップ２内の冷却ガス流１０２を排除して死水域１
１２を形成することであり、吹き出し口１０３の一部を
覆うカバー形状であってもよい。例えば図２５は冷却ガ
ス流１０２に対して垂直断面形状がコ字状の突起物１０
４Ｃの斜視図、図２６は図２５の断面図、図２７は冷却
ガス流１０２に対して垂直断面形状が三角山形状の突起
物１０４Ｄの斜視図、図２８は図２７の断面図、図２９
は半円錘型の突起物１０４Ｅの斜視図、図３０は１／４
球型の突起物１０４Ｆの斜視図、図３１は図３０の断面
図である。これらのカバー型の突起物１０４Ａ〜１０４
Ｆを採用することにより、吹き出し口１０３の一部を囲
うようにロータ外周面１１に取り付けることができるた
め、ロータ外周面１１における突起物１０４Ａ〜１０４
Ｆ設置用のスペースが小さくてすみ、突起物１０４Ａ〜
１０４Ｆ設置のためロータ１０の周方向の寸法（ロータ
１０の直径）をわざわざ大きくする必要がない。

【００６４】また、図２５〜図３１から分かるように、
吹き出し口１０３から噴出された噴出冷却ガス流１０１
の方向が突起物１０４Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅ、１０４
Ｆの内壁面１２２に沿ってエアギャップ２内の冷却ガス
流１０２の方向に偏向されるため、ロータ用冷却ダクト
１２内の冷却ガスの動圧を直接吹き出しに利用すること
ができ、エアギャップ２内の冷却ガス流１０２の剥離領
域の大きさに関係なく、噴出冷却ガス流１０１の吹き出
し流量が増加する。

【００６５】なお、上記の実施の形態７ないし実施の形
態９ではロータ外周面１１に形成された吹き出し口１０
３の冷却ガス流１０２上流側に突起物１０４Ａ、１０４
Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅ、１０４Ｆを設けた
場合について説明したが、ステータ内周面２１の吹き出
し口１０３の上流側に突起物を設けた場合についても同
様の効果が得られるのは勿論である。

【００６６】実施の形態１０．次に、この発明の実施の
形態１０を図について説明する。図３２はこの実施の形
態の回転電機の要部斜視図、図３３は図３２の縦断面
図、図３４は図３２の平面図であり、図１７ないし図１
９に示したものに、さらに、吹き出し口１０３の冷却ガ
ス流１０２の下流側に傾斜面２００が形成されている。
図３３中のβはロータ外周面１１と傾斜面２００とが交
差する角度である。

【００６７】次に、動作について説明する。ロータ中心
部から半径方向に向かって流れる噴出冷却ガス流１０１
は、吹き出し口１０３の流路がロータ外周面１１に対し
て垂直となるように設けられているため、エアギャップ
２内の冷却ガス流１０２の流れ方向とは垂直にエアギャ
ップ２内に噴出される。ここで、吹き出し口１０３の流
路幅が、ロータ外周面１１に向かって滑らかに拡大する
ように施され、エアギャップ２内へ噴出する際の噴出冷
却ガス流１０１の吹き出し角度が変わる。これは、角度
βが鋭角になるように滑らかに拡大するよう設計されて
いるため、噴出冷却ガス１０１はロータ外周面１１から
離れず傾斜面２００に沿って流れ、吹き出しの際のエア
ギャップ２内の冷却ガス流１０２に対して垂直な速度成
分が低減され、流体の衝突に伴う圧力損失も低減され
る。また、傾斜面２００を形成することにより、流路が
拡大して噴出冷却ガス流１０１の吹き出し口１０３から
の吹き出し速度が低減される。合流流路における合流に
よる流体の圧力損失は、一般的に流速が小さいほど小さ
くなることは周知であり、流速低減は噴出冷却ガス１０
１の吹き出しに伴う合流圧力損失を低減させ、吹き出し
流量を増大させることができる。

【００６８】実施の形態１１．図３２〜図３４の突起物
１０４の形状は三角柱型であったが、三角柱形状に勿論
限定されるものではない。その例として、図３５から図
４０には各突起物１０４Ａ〜１０４Ｆと傾斜面２００と
を組み合わせ例を示す。図３５の突起物１０４Ａは四面
体型の形状をしており、図３６の突起物１０４Ｂは半円
錘型の形状をしており、図３７の突起物１０４Ｃはカバ
ー状三角柱型の形状をしており、図３８はその縦断面図
である。また、図３９の突起物１０４Ｆはカバー状１／
４球型の形状をしており、図４０はその縦断面図であ
る。なお、実施の形態１０、１１の傾斜面２００はフラ
ット形状であったが、曲面形状であってもよい。

【００６９】実施の形態１２．図４１の傾斜面２０２は
ロータ１０の周方向に沿って流路断面積が拡大してお
り、吹き出し口１０３の全体形状は楕円形状になってい
る。

【００７０】この傾斜面２０２を有する吹き出し口１０
３でも噴出冷却ガス流１０１の吹き出し方向がロータ外
周面１１に沿う方向へ偏向され、さらに流路断面積増加
により吹き出し流速が低減されることになり、噴出冷却
ガス１０１の吹き出しに伴う合流圧力損失は低減され、
吹き出し口１０３からの吹き出し流量を増大させること
ができる。

【００７１】この形状の傾斜面２０２を有する吹き出し
口１０３に各突起物１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１
０４Ｆを設けてもよいのは勿論である。図４２は四面体
型の突起物１０４Ａを設けたときの図、図４３は半円錘
型の突起物１０４Ｂを設けたときの図、図４４はカバー
状三角柱型の突起物１０４Ｃを設けたときの図であり、
図４５は図４４の縦断面図である。また、図４６はカバ
ー状１／４球型の突起物１０４Ｆを設けたときの図、図
４７は図４６の縦断面図である。なお、上記の各実施の
形態ではロータ外周面１１に突起物１０４Ａ、１０４
Ｂ、１０４Ｃおよび１０４Ｆを設けた場合について説明
したが、突起物１０４Ｄ、突起物１０４Ｅであってもよ
く、またこれらの突起物１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４
Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅをステータ内周面２１に設けた
場合にも同様の効果が得られるのは勿論である。

【００７２】実施の形態１３．図４８（a）はこの発明
の実施の形態１３を示すロータ外周面１１の平面図であ
り、実施の形態１３のロータ外周面１１の吹き出し口１
０３の周囲に設けた突起物１０４の設置方向、傾斜面２
００の傾斜方向をエアギャップ２内の冷却ガス流１０２
の方向に一致させたものである。図４９（a）は図４８
（ａ）の吹き出し口１０３近傍の拡大図を示し、突起物
１０４の設置方向を示す矢印１４１上には傾斜面２００
を有する吹き出し口１０３が形成されている。

【００７３】ラジアルフロー冷却方式と半径方向外向き
通風方式とを組み合わせた先に説明した図６０の通風冷
却方式の場合を例にとり、冷却ガス流１０２の方向性に
ついて説明する。ファン４１から流入した冷却ガスの一
部はエアギャップ２の端部からエアギャップ２内へ直接
流入する。その時のエアギャップ２の端部付近の冷却ガ
ス流１０２の速度ベクトルＶは、図４９（ｂ）の速度ベ
クトル図に示すように、冷却ガス流１０２のロータ軸方
向の速度成分Ｖａとロータ周方向の速度成分Ｖｂとの合
成ベクトルであり、ロータ軸１５に対して直角方向を示
す矢印１４２と角度αをなす。この時、ロータ周方向の
冷却ガスの速度成分Ｖｂは前述のようにロータ１０の回
転周速の１/２である。

【００７４】図４８（ｂ）ではエアギャップ２内におけ
る冷却ガス流１０２のロータ軸方向の速度成分Ｖａの状
態を示す。なお、この図において縦軸はエアギャップ２
内の冷却ガス流１０２の軸方向の速度成分Ｖａをロータ
端部のエアギャップ２内の冷却ガス流の軸方向の速度成
分Ｖａ_０で除した無次元速度、横軸はロータ軸１５の位
置である。エアギャップ２の端部から流入した冷却ガス
流１０２は、ロータ外周面１１の吹き出し口１０３から
流出する冷却ガスと混合し、更にステータ内周面２１に
設けた吸い込み口５で吸い込み流として分岐を繰り返し
ながらロータ１０の中央部へ到達する。この際、冷却ガ
ス流１０２のロータ軸方向の速度成分Ｖａは図４８
（ｂ）に示すようにロータ１０の中央に接近するに従い
減少する。同様に、図４８（ｃ）（縦軸はエアギャップ
２内の冷却ガス流１０２の方向とロータ軸直角方向の成
す角αをロータ端部におけるエアギャップ２内の冷却ガ
ス流１０２の方向とロータ軸直角方向の成す角α₀で除
した無次元角度、縦軸はロータ軸１５の位置）に示すよ
うに、角度αもロータ端部で最大値をとりロータ１０の
中央部に向かって徐々に減少し、ロータ１０の中央部で
角度０となる。

【００７５】図４９（ｃ）に示すように、冷却ガス流１
０２がロータ軸方向の速度成分を持つエアギャップ２内
において、突起物１０４および傾斜面２００をロータ軸
１５に対して直角方向の矢印１４２上に設置すると、突
起物１０４および傾斜面２０上の矢印１４２と冷却ガス
流１０２の方向を示す矢印１４３とは角度α₃をなす。

【００７６】図５０は吹き出し流量Ｑを突起物１０４お
よび傾斜面２００の配設方向とエアギャップ２内の冷却
ガス流１０２の方向とが一致した時の吹き出し流量Ｑma
xで除した無次元流量を縦軸に示し、横軸に図４９
（ｃ）の角度α₃を示しており、この図から判るように
角度α₃が大きいと吹き出し流量が減少することが判
る。このことから判るように、角度α₃を小さくするこ
と、つまり突起物１０４および傾斜面２００の配設方向
をエアギャップ２内の冷却ガス流１０２の方向により近
づけることにより、吹き出し口１０３からの冷却ガスの
吹き出し効率が向上し、突起物１０４および傾斜面２０
０の配設方向をエアギャップ２内の冷却ガス流１０２の
方向と一致させたときには、吹き出し口１０３からの冷
却ガスの吹き出し効率が最大となる。

【００７７】なお、この実施の形態は、実施の形態１な
いし実施の形態１２にも同様に適用できるのは勿論であ
る。また、この実施の形態は、ステータ内周面２１に設
けた吸い込み口５もしくは吹き出し口１０３にも適用で
きるのは勿論である。

【００７８】実施の形態１４．図５１（ａ）はこの発明
の実施の形態１４を示すロータ外周面１１の平面図、図
５１（ｂ）は図５１（ａ）の縦断面構成図である。この
実施の形態では前述のギャップピックアップ冷却方式の
ロータ１０のロータ外周面１１において、ホットスポッ
トの発生が予測される領域に実施の形態５の突起物４Ａ
（図９）および実施の形態１０の突起物１０４（図３
２）が多数配設されている。つまり、傾斜面２００を有
する吸い込み口５の冷却ガス流１０２の下流側に突起物
４Ａが設けられており、傾斜面２００を有する吹き出し
口１０３の冷却ガス流１０２の上流側に突起物１０４が
設けられている。

【００７９】回転電機の運転時には、冷却ガス流量分配
の偏り等のため、局所的な高温部（ホットスポット１６
１）が発生する。前述のようにホットスポット１６１の
発生は、回転電機の絶縁不良やロータ軸ぶれによる破壊
につながる要因となる。このホットスポット１６１の発
生箇所は経験的に分かっており、この箇所に突起物４
Ａ、１０４を多数配設することにより、この箇所での冷
却ガス流量の増加を図り、冷却性能を高め、ホットスポ
ットの発生を防止することができる。

【００８０】図５２はロータ１０内におけるロータコイ
ル温度分布を示す図であり、縦軸はロータコイル温度、
横軸はロータ１０の軸方向の位置を示している。グラフ
の一点鎖線１６２は突起物４Ａ、１０４をロータ外周面
１１に均等に配設したときのロータコイルの温度分布を
示しており、実線１６３はこの実施の形態のときのロー
タコイルの温度分布である。この図から分かるように、
ホットスポット部に、突起物４Ａ、１０４を多数配設す
ることにより、ロータコイルの温度分布を適正化するこ
とができる。

【００８１】なお、この実施の形態は、実施の形態１な
いし実施の形態１３の何れにも適用できるのは勿論であ
る。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の回転電
機によれば、内部に冷却ガスが流通するロータ用冷却ダ
クトを有するロータと、このロータの外周側にエアギャ
ップを介して設けられているとともに内部に冷却ガスが
流通するステータ用冷却ダクトを有するステータと、前
記ロータ用冷却ダクトの前記エアギャップに臨んだ冷却
ガスの吸い込み口および前記ステータ用冷却ダクトのエ
アギャップに臨んだ冷却ガスの吸い込み口の少なくとも
一方のエアギャップ内の冷却ガス流の下流側に設けられ
冷却ガス流を吸い込み口に導く突起物とを備えたことに
より、エアギャップ内を旋回しながら流れる冷却ガス流
が突起物に衝突し、冷却ガス流が持つ動圧が静圧に変換
され、吸い込み口での静圧が上昇するので、吸い込み口
からの冷却ガス流の吸い込み流量が増大し、ロータ、ス
テータの冷却効率が向上する。

【００８３】また、吸い込み口用の突起物が吸い込み口
の一部を囲っているときには、突起物に衝突した冷却ガ
ス流が持つ動圧がより効率よく静圧に変換され、吸い込
み口から吸い込まれる冷却ガス流の流量がより増大し、
ロータ、ステータの冷却効率がより向上する。

【００８４】また、吸い込み口用の突起物の内壁面が冷
却ガス流の方向に沿った曲面形状であるときには、冷却
ガス流は内壁面に沿って徐々に偏向されながら吸い込み
口に効率よく導かれ、冷却ガス流の吸い込み口からの吸
い込み流量の増大によりロータ、ステータの冷却効率が
向上する。また、冷却ガス流が突起物に衝突して静圧が
大きく上昇するようなことはなく、突起物における静圧
上昇による軸トルクの増大（但し、ロータ軸の回転数が
一定である）を抑制することができる。

【００８５】また、冷却ガスが衝突する吸い込み口用の
突起物の先端部は鋭角形状であるときには、冷却ガスが
突起物の先端部に衝突したときの圧力損失は殆どなく、
冷却ガス流の持つ動圧は吸い込み口への流入に用いるこ
とができ、吸い込み口からの冷却ガス流の流入量を増大
させることができ、ロータ、ステータの冷却効率が向上
する。

【００８６】また、吸い込み口へ冷却ガス流が流入する
ときの圧力損失は吸い込み口での流速の２乗の関数であ
るが、冷却ガス流を冷却ダクト側に偏向させるとともに
冷却ガスの流路断面積を拡大させる傾斜面を吸い込み口
の上流側に形成したときには、吸い込み口での流速が低
下するので、吸い込み口における冷却ガスの圧力損失を
低く抑えることができ、吸い込み流量を増大させること
ができる。

【００８７】また、吸い込み口の傾斜面は曲面形状であ
るときには、冷却ガス流は滑らかに冷却ダクト側に偏向
し、冷却ガス流の傾斜面からの剥離による圧力損失を防
止することができ、冷却ガスの持つ動圧はそのまま冷却
ガスの吸い込み流に利用できる。

【００８８】また、この発明の回転電機によれば、内部
に冷却ガスが流通するロータ用冷却ダクトを有するロー
タと、このロータの外周側にエアギャップを介して設け
られているとともに内部に冷却ガスが流通するステータ
用冷却ダクトを有するステータと、前記ロータ用冷却ダ
クトの前記エアギャップに臨んだ冷却ガスの吹き出し口
および前記ステータ用冷却ダクトのエアギャップに臨ん
だ冷却ガスの吹き出し口の少なくとも一方のエアギャッ
プ内の冷却ガス流の上流側に設けられている突起物とを
備えたので、吹き出し口からエアギャップ内に噴出冷却
ガス流が噴出される際の噴出冷却ガス流の圧力損失は小
さくてすみ、吹き出し口からの噴出冷却ガス流の吹き出
し流量を増大させることができる。また、突起物はコー
ナ部が削除されロータの回転方向に投影したときの投影
面積が小さくなる形状であるので、突起物の設置に伴い
発生する軸トルクの増大を抑制することができる。

【００８９】また、吹き出し口用の突起物が吹き出し口
の一部を囲っているときには、冷却ガス流の方向の寸法
をコンパクト化することができる。

【００９０】また、吹き出し口用の突起物の内壁面が噴
出冷却ガス流の方向に沿った曲面形状であるときには、
噴出冷却ガス流は内壁面に沿って円滑に流れ、噴出冷却
ガス流の持つ動圧はそのまま吹き出し口からの噴出冷却
ガスの噴出に利用され、吹き出し口からの噴出冷却ガス
流の吹き出し流量が増大する。

【００９１】また、吹き出し口の下流側に冷却ガス流の
流路断面積を拡大させる傾斜面を形成したときには、噴
出冷却ガス流は傾斜面から剥離することなく傾斜面に沿
って流れ、吹き出しの際のエアギャップ内の冷却ガスの
流れ方向に対して垂直な速度成分は低減され、冷却ガス
流と噴出冷却ガス流との衝突に伴う圧力損失は低減され
る。また、合流流路における流体の圧力損失は流速が小
さい程合流による圧力損失が小さいが、流路断面積の拡
大に伴う流速低減は噴出冷却ガス流の吹き出しに伴う合
流圧力損失を低減させ、吹き出し口からの噴出冷却ガス
流の吹き出し流量が増大する。

【００９２】また、吹き出し口に形成された傾斜面が曲
面形状であるときには、噴出冷却ガス流は傾斜面から剥
離することなく、噴出冷却ガス流の持つ動圧がそのまま
吹き出し口からの噴出冷却ガス流の噴出に利用される。

【００９３】また、突起物を冷却ガス流に対して直角の
角度で衝突するようにしたときには、吸い込み口での冷
却ガス流の吸い込み効率、吹き出し口での噴出冷却ガス
流の吹き出し効率を大幅に向上させることができる。

【００９４】また、ロータのホットスポットになると予
測される領域およびステータのホットスポットになると
予測される領域に、他の領域と比較して突起物を多数個
設置したときには、その領域での冷却性能が向上し、ロ
ータ、ステータのホットスポットの発生を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転電機の要部切り欠き斜視図である。

【図２】図２（ａ）はこの発明の実施の形態１による
回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜視図、図２
（ｂ）は図２（ａ）の縦断面図、図２（ｃ）は図２
（ａ）の平面図である。

【図３】エアギャップ内の冷却ガス流の流速分布図で
ある。

【図４】この発明の実施の形態１による回転電機の突
起物高さと冷却ガス流の吸い込み流量との関係図であ
る。

【図５】図５（ａ）はこの発明の実施の形態２による
回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜視図、図５
（ｂ）は図５（ａ）の縦断面図、図５（ｃ）は図５
（ａ）の平面図である。

【図６】この発明の実施の形態２による回転電機の突
起物の開口部高さと冷却ガス流の吸い込み流量との関係
図である。

【図７】図７（ａ）はこの発明の実施の形態３による
回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜視図、図７
（ｂ）は図７（ａ）の縦断面図である。

【図８】図８（ａ）はこの発明の実施の形態４による
回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜視図、図８
（ｂ）は図８（ａ）の縦断面図、図８（ｃ）は図８
（ａ）の平面図である。

【図９】図９（ａ）はこの発明の実施の形態５の一例
による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜視
図、図９（ｂ）は図９（ａ）の縦断面図、図９（ｃ）は
図９（ａ）の平面図である。

【図１０】図１０（ａ）はこの発明の実施の形態５の
他の例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の
斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の縦断面図、図１
０（ｃ）は図１０（ａ）の平面図である。

【図１１】図１１（ａ）はこの発明の実施の形態５の
他の例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の
斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の縦断面図、図１
１（ｃ）は図１１（ａ）の平面図である。

【図１２】図１２（ａ）はこの発明の実施の形態５の
他の例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の
斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の縦断面図、図１
２（ｃ）は図１２（ａ）の平面図である。

【図１３】図１３（ａ）はこの発明の実施の形態６の
一例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜
視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の縦断面図、図１３
（ｃ）は図１３（ａ）の平面図である。

【図１４】図１４（ａ）はこの発明の実施の形態６の
他の例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の
斜視図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の縦断面図、図１
４（ｃ）は図１４（ａ）の平面図である。

【図１５】図１５（ａ）はこの発明の実施の形態６の
他の例による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の
斜視図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の縦断面図、図１
５（ｃ）は図１５（ａ）の平面図である。

【図１６】図１６（ａ）はこの発明の実施の形態６の
他のによる回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の斜
視図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の縦断面図である。

【図１７】従来の回転電機の冷却ガスの吹き出し口近
傍の斜視図である。

【図１８】図１７の縦断面図である。

【図１９】図１７の平面図である。

【図２０】図１７の回転電機のエアギャップ内の冷却
ガス流の流れの様子の説明図である。

【図２１】図１７の回転電機のエアギャップ内の冷却
ガス流の流れの様子の説明図である。

【図２２】この発明の実施の形態７による回転電機の
吹き出し口近傍の斜視図である。

【図２３】図２２の縦断面図である。

【図２４】この発明の実施の形態８による回転電機の
吹き出し口近傍の斜視図である。

【図２５】この発明の実施の形態９の一例による回転
電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図２６】図２５の縦断面図である。

【図２７】この発明の実施の形態９の他の例による回
転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図２８】図２７の縦断面図である。

【図２９】この発明の実施の形態９の他の例による回
転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３０】この発明の実施の形態９の他の例による回
転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３１】図３０の縦断面図である。

【図３２】この発明の実施の形態１０による回転電機
の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３３】図３２の縦断面図である。

【図３４】図３３の平面図である。

【図３５】この発明の実施の形態１１の一例による回
転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３６】この発明の実施の形態１１の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３７】この発明の実施の形態１１の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図３８】図３７の縦断面図である。

【図３９】この発明の実施の形態１１の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図４０】図３９の縦断面図である。

【図４１】この発明の実施の形態１２の一例による回
転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図４２】この発明の実施の形態１２の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図４３】この発明の実施の形態１２の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図４４】この発明の実施の形態１２の他の例による
回転電機の吹き出し口近傍の斜視図である。

【図４５】図４４の縦断面図である。

【図４６】この発明のの形態１２による回転電機の吹
き出し口近傍の斜視図である。

【図４７】図４６の縦断面図である。

【図４８】図４８（ａ）はこの発明の実施の形態１３
による回転電機のロータの平面図、（ｂ）はこの発明の
実施の形態１３による回転電機のエアギャップ内冷却ガ
ス流の軸方向流速分布、図４８（ｃ）はこの発明の実施
の形態１３による回転電機のエアギャップ内冷却ガス流
の流れの方向とロータ軸垂直面と成す角度の軸方向の変
化を示した図である。

【図４９】図４９（ａ）はこの発明の実施の形態１３
による回転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の拡大
図、図４９（ｂ）はこの発明の実施の形態１３による回
転電機の冷却ガス流の吸い込み口近傍の冷却ガスの流れ
の方向を説明する図、図４９（ｃ）は回転電機の冷却ガ
ス流の吸い込み口近傍の拡大図である。

【図５０】この発明の実施の形態１３による回転電機
の冷却ガス流と突起物の設置方向との成す角と、吸い込
み流量との関係図である。

【図５１】図５１（ａ）はこの発明の実施の形態１４
による回転電機のロータ外周面の平面図、図５１（ｂ）
は図５１（ａ）の縦断面図である。

【図５２】この発明の実施の形態１４による回転電機
のロータコイル温度のロータ軸方向の温度分布図であ
る。

【図５３】従来の通風方式による回転電機のロータの
部分縦断面図である。

【図５４】従来の他の通風方式による回転電機のロー
タの部分縦断面図である。

【図５５】従来の他の通風方式による回転電機のロー
タの部分縦断面図である。

【図５６】従来の他の通風方式による回転電機のステ
ータの部分縦断面図である。

【図５７】従来の他の通風方式による回転電機のステ
ータの部分縦断面図である。

【図５８】従来の他の通風方式による回転電機のステ
ータの部分縦断面図である。

【図５９】従来の他の通風方式による回転電機の部分
縦断面図である。

【図６０】従来の他の通風方式による回転電機の部分
縦断面図である。

【図６１】従来の他の通風方式による回転電機の部分
断面図である。

【図６２】従来の通風方式による回転電機の吸い込み
口の縦断面図である。

【図６３】従来の通風方式の傾斜面の傾斜角と吸い込
み流量の関係図である。

【符号の説明】

１吸い込み冷却ガス、２エアギャップ、４Ａ〜４Ｄ
突起物、５吸い込み口、１０ロータ、１１ロー
タ外周面、１２ロータ用冷却ダクト、２０ステータ、
２１ステータ内周面、２２ステータ用冷却ダクト、
５２側壁面、５３先端部、１０１噴出冷却ガス
流、１０２冷却ガス流、１０３吹き出し口、１０４
Ａ〜１０４Ｆ突起物、２００，２０１，２０２傾
斜面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古藤悟東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者高井靖郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者古賀清訓東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に冷却ガスが流通するロータ用冷却
ダクトを有するロータと、このロータの外周側にエアギャップを介して設けられて
いるとともに内部に冷却ガスが流通するステータ用冷却
ダクトを有するステータと、前記ロータ用冷却ダクトの前記エアギャップに臨んだ冷
却ガスの吸い込み口および前記ステータ用冷却ダクトの
エアギャップに臨んだ冷却ガスの吸い込み口の少なくと
も一方の前記エアギャップ内の冷却ガス流の下流側に設
けられ冷却ガス流を吸い込み口に導く突起物とを備えた
回転電機。
【請求項２】突起物は吸い込み口の一部を囲っている
請求項１記載の回転電機。
【請求項３】突起物の内壁面が冷却ガス流の方向に沿
って曲面形状である請求項１または請求項２記載の回転
電機。
【請求項４】冷却ガス流が衝突する突起物の先端部が
鋭角である請求項１ないし請求項３の何れかに記載の回
転電機。
【請求項５】吸い込み口の上流側には冷却ガス流を冷
却ダクト側に偏向させるとともに冷却ガス流の流路断面
積を拡大させる傾斜面が形成されている請求項１ないし
請求項４の何れかに記載の回転電機。
【請求項６】傾斜面が曲面形状である請求項５記載の
回転電機。
【請求項７】内部に冷却ガスが流通するロータ用冷却
ダクトを有するロータと、このロータの外周側にエアギャップを介して設けられて
いるとともに内部に冷却ガスが流通するステータ用冷却
ダクトを有するステータと、前記ロータ用冷却ダクトの前記エアギャップに臨んだ冷
却ガスの吹き出し口および前記ステータ用冷却ダクトの
エアギャップに臨んだ冷却ガスの吹き出し口の少なくと
も一方の前記エアギャップ内の冷却ガス流の上流側に設
けられているとともに吹き出し口から噴出される噴出冷
却ガス流をエアギャップ内に導く突起物とを備え、前記
突起物はコーナ部が削除されて前記ロータの回転方向の
投影面積が小さい形状になっている回転電機。
【請求項８】突起物は吹き出し口の一部を囲っている
請求項７記載の回転電機。
【請求項９】突起物の内壁面が冷却ガス流の方向に沿
って曲面形状である請求項７または請求項８記載の回転
電機。
【請求項１０】吹き出し口の下流側には噴出冷却ガス
流の流路断面積を拡大させる傾斜面が形成されている請
求項７ないし請求項９の何れかに記載の回転電機。
【請求項１１】傾斜面は曲面形状である請求項１０記
載の回転電機。
【請求項１２】突起物は冷却ガス流に対して直角の角
度で衝突するようになっている請求項１ないし請求項１
１の何れかに記載の回転電機。
【請求項１３】ロータのホットスポットになると予測
される領域およびステータのホットスポットになると予
測される領域に、他の領域と比較して突起物が多数個設
置されている請求項１ないし請求項１２の何れかに記載
の回転電機。