(57)【要約】【課題】内部を十分に冷却することが可能な回転電機を提供する。【解決手段】この発電機１（回転電機）は、軸方向に貫通する孔部２３を有するロータ２０と、ロータ２０の外周部に対向するように配置されるステータ３０と、ロータ２０およびステータ３０を内部に収納する筐体４０と、筐体４０の外面に取り付けられ、筐体４０内を循環する空気を冷却するための複数の熱交換器５０と、筐体４０の内部に設けられ、筐体４０内を区画するための仕切り壁部４４とを備える。【選択図】図２
2014140288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通する第１孔部を有するロータと、
前記ロータの外周部に対向するように配置されるステータと、
前記ロータおよび前記ステータを内部に収納する筐体と、
前記筐体の外面に取り付けられ、前記筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器と、
前記筐体の内部に設けられ、前記筐体内を区画するための第１仕切り壁部とを備える、回転電機。
【請求項２】
前記第１仕切り壁部は、前記筐体内を周方向に区画するように、前記筐体の内部に半径方向に延びるように放射状に複数設けられている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の第１仕切り壁部は、軸方向から見て、前記筐体の内部に略等角度間隔で設けられている、請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記熱交換器と前記第１仕切り壁部との間に、前記ロータとは独立して設けられ、前記熱交換器と前記第１仕切り壁部との間で前記気体を循環させるためのファンをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記複数の熱交換器は、前記筐体の軸方向に沿った方向の外面に取り付けられ、
前記第１仕切り壁部は、前記筐体の内部に前記複数の熱交換器と同じ数設けられるとともに、軸方向から見て、各々の前記熱交換器に対応する複数の気体の循環領域に区画するように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数の熱交換器は、軸方向から見て、前記筐体の外面に略等角度間隔で設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ステータは、前記ステータの外周側に軸方向に沿って貫通するように設けられ前記気体が通過する第１気体通路部を含み、
前記気体は、前記ロータの第１孔部と、前記ステータの第１気体通路部とを介して前記筐体内を循環するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記筐体は、少なくとも前記ステータの第１気体通路部に対向する部分に設けられ前記筐体内を冷却するための冷却水が流れる流路を含む、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記ステータは、前記ステータの半径方向に沿って貫通するように設けられ前記第１気体通路部に接続される第２気体通路部をさらに含む、請求項７または８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記ロータは、前記ロータの半径方向に沿って貫通するようにかつ前記ステータの第２気体通路部に対応する位置に設けられる第２孔部を含む、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記筐体の前記熱交換器側の内部には、前記熱交換器から前記筐体内に流入した気体が、前記ステータの第１気体通路部側に移動するのを抑制するための第２仕切り壁部が設けられている、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記気体は、前記ロータの第１孔部と、前記ロータおよび前記ステータの間のギャップとを介して前記筐体内を循環するように構成されており、
前記筐体の前記熱交換器側の内部には、前記熱交換器から前記筐体内に流入した気体が、前記ロータおよび前記ステータの間のギャップ側に移動するのを抑制するための第３仕切り壁部が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記第３仕切り壁部は、軸方向から見て、前記筐体の内部に、円環状に設けられている、請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記筐体の内部と前記熱交換器とは、外気が侵入しないように密閉した状態で接続されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記筐体の内部と前記熱交換器とが密閉した状態で接続されている前記回転電機は、風力発電用の発電機を含む、請求項１４に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記複数の熱交換器は、前記筐体の軸方向に沿った方向の外面に取り付けられ、
前記筐体の半径方向に沿った方向の面には、前記熱交換器とは別個に、前記筐体内を冷却するための冷却水が流れる流路が周状に設けられている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１７】
軸方向の長さが、半径方向の長さよりも小さい扁平形状を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１８】
中低速の回転電機に適用される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１９】
ロータおよびステータを内部に収納する回転電機の筐体であって、
前記筐体の外面に取り付けられ、前記筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器と、
前記筐体の内部に設けられ、前記筐体内を区画するための仕切り壁部とを備える、回転電機の筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および回転電機の筐体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子と回転子とを備える電動機械が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、シャフトに固定される回転子と、回転子に対して対向するように設けられる固定子とを備える電動機械が開示されている。この電動機械では、シャフトが中空状に形成されている。また、回転子の軸方向の端部には、羽根車が取り付けられている。また、固定子の半径方向のうちの一方の外側（片側）には、冷却フィンが設けられている。また、回転子、固定子および冷却フィンは、ハウジングで覆われている。そして、回転子とともに羽根車が回転することにより、中空状のシャフト内を空気が軸方向に移動する。その後、空気は、回転子の軸方向の端部、固定子の軸方向の端部、および、冷却フィンを経由するように移動する。これにより、電動機械内（ハウジング内）を循環する空気により、電動機械の内部（固定子、回転子など）が冷却されるように構成されている。なお、回転子の軸方向の端部側には、回転子と独立して、中空状のシャフト内を軸方向に移動した空気を外周側（冷却フィン側）に案内するための環状の案内板が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５３７７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電動機械では、中空状のシャフト内を軸方向に移動した空気を冷却フィン側に案内するための案内板が環状に設けられているため、シャフト内を軸方向に移動した空気は、案内板に沿って半径方向の全方向に案内される。このため、空気が固定子の片側に設けられる冷却フィン側とは異なる方向にも案内されるため、冷却フィン側に空気を案内できない場合がある。その結果、電動機械の内部を十分に冷却することができない場合があるという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、内部を十分に冷却することが可能な回転電機および回転電機の筐体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における回転電機は、軸方向に貫通する孔部を有するロータと、ロータの外周部に対向するように配置されるステータと、ロータおよびステータを内部に収納する筐体と、筐体の外面に取り付けられ、ロータの孔部と、ロータおよびステータの間のギャップとを介して筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器と、筐体の内部に設けられ、筐体内を複数の気体の循環領域に区画するための第１仕切り壁部とを備える。
【０００７】
第１の局面による回転電機では、上記のように、筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器を筐体の外面に取り付けるとともに、筐体内を区画するための第１仕切り壁部を筐体の内部に設ける。これにより、筐体内を循環する気体が、第１仕切り壁部により区画された循環領域を超えて移動するのが抑制されるので、気体を熱交換器側に効率よく導くことができる。その結果、熱交換器により気体が効率よく冷却されるので、回転電機の内部を十分に冷却することができる。
【０００８】
この発明の第２の局面における回転電機の筐体は、ロータおよびステータを内部に収納する回転電機の筐体であって、筐体の外面に取り付けられ、筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器と、筐体の内部に設けられ、筐体内を区画するための仕切り壁部とを備える。
【０００９】
第２の局面による回転電機の筐体では、上記のように、筐体内を循環する気体を冷却するための複数の熱交換器を筐体の外面に取り付けるとともに、筐体内を区画するための仕切り壁部を筐体の内部に設ける。これにより、筐体内を循環する気体が、仕切り壁部により区画された循環領域を超えて移動するのが抑制されるので、気体を熱交換器側に効率よく導くことができる。その結果、熱交換器により気体が効率よく冷却されるので、回転電機の内部を十分に冷却することができる回転電機の筐体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成することによって、回転電機の内部を十分に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による風力発電システムの全体構成を示す図である。
【図２】第１実施形態による発電機の斜視図である。
【図３】第１実施形態による発電機の断面図である。
【図４】第１実施形態による発電機の熱交換器が設けられる側とは反対側のブラケットの内面を示す図である。
【図５】第１実施形態による発電機の熱交換器が設けられる側のブラケットの内面を示す図である。
【図６】第１実施形態による発電機の熱交換器が設けられる側のブラケットの外面を示す図である。
【図７】第１実施形態による発電機の熱交換器の斜視図である。
【図８】第２実施形態による発電機の断面図である。
【図９】第２実施形態による発電機のステータの上面図である。
【図１０】第２実施形態による発電機のステータの斜視図である。
【図１１】第２実施形態による発電機のロータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、風力発電システム１００の構成について説明する。
【００１４】
図１に示すように、風力発電システム１００は、発電機１と、発電機１を収納するためのナセル２と、ロータハブ３と、ブレード４と、タワー（支持柱）５とによって構成されている。発電機１は、ナセル２に収納されている。また、ロータハブ３は、発電機１の後述するシャフト１０に取り付けられている。また、ロータハブ３には、複数のブレード４が取り付けられている。また、ナセル２は、タワー５に取り付けられている。
【００１５】
次に、図２〜図７を参照して、第１実施形態による発電機１の構成について説明する。なお、発電機１は、「回転電機」の一例である。
【００１６】
図２および図３に示すように、発電機１は、シャフト１０と、ロータ２０と、ステータ３０と、ロータ２０およびステータ３０を収納する筐体４０と、熱交換器５０とを備えている。シャフト１０は、ロータ２０に接続されている。また、シャフト１０と筐体４０との間には、軸受１１が設けられている。また、筐体４０は、ブラケット４１および４２と、ジャケット４３とを含む。また、第１実施形態では、発電機１は、軸方向の長さＬ１が、半径方向の長さＬ２（ブラケット４１および４２の直径）よりも小さい扁平形状を有する。また、発電機１は、１分間当たりの回転数が１０以上４００以下である中低速の発電機１である。
【００１７】
ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１の最外周部に取り付けられる複数の永久磁石２２とを含んでいる。ここで、第１実施形態では、ロータ２０（ロータコア２１）には、軸方向に貫通する複数（第１実施形態では、１０個、図４参照）の孔部２３が設けられている。なお、孔部２３は、「第１孔部」の一例である。
【００１８】
ステータ３０は、ロータ２０の外周部に対向するように配置されている。また、ステータ３０は、ステータコア３１と、ステータコア３１のスロット（図示せず）に巻回されるコイル３２とを含む。ステータ３０は、後述するブラケット４１の内側面に取り付けられている。
【００１９】
ブラケット４１は、軸方向から見て、円環状の底部４１ａと、底部４１ａの外縁部に設けられる側壁部４１ｂとを含む。また、第１実施形態では、側壁部４１ｂの半径方向に沿った方向の面（外側面）には、熱交換器５０とは別個に、筐体４０内を冷却するための冷却水が流れる流路４１ｃが周状に設けられている。具体的には、ブラケット４１の側壁部４１ｂと、ジャケット４３とに囲まれた空間により、流路４１ｃが構成されている。
【００２０】
また、第１実施形態では、筐体４０の内部には、筐体４０内を複数（第１実施形態では、４つ）の空気の循環領域に区画するための仕切り壁部４４が設けられている。具体的には、図４に示すように、仕切り壁部４４は、ブラケット４１の底部４１ａの内表面上に設けられている。また、仕切り壁部４４は、筐体４０内を周方向に区画するように、筐体４０の内部（ブラケット４１の底部４１ａの内表面上）に半径方向に延びるように放射状に複数（第１実施形態では、４つ）設けられている。また、複数の仕切り壁部４４は、軸方向から見て、筐体４０の内部（ブラケット４１の底部４１ａの内表面上）に略等角度（略９０度）間隔で設けられている。すなわち、複数の仕切り壁部４４は、軸方向から見て、ブラケット４１の中心を通る直線に対して線対称な位置に配置されている。なお、仕切り壁部４４は、「第１仕切り壁部」の一例である。
【００２１】
また、第１実施形態では、仕切り壁部４４は、筐体４０の内部（ブラケット４１の底部４１ａの内表面上）に複数の熱交換器５０と同じ数（第１実施形態では、４つ、図６参照）設けられている。そして、仕切り壁部４４は、図６に示すように、軸方向から見て、各々の熱交換器５０に対応する複数の循環領域に筐体４０の内部を区画するように配置されている。具体的には、仕切り壁部４４は、軸方向から見て、周方向に隣接する２つの熱交換器５０の間に配置されている。すなわち、軸方向から見て、仕切り壁部４４は、熱交換器５０から周方向に略４５度ずらした位置に配置されている。
【００２２】
また、図３に示すように、仕切り壁部４４は、軸方向に直交する方向から見て、ブラケット４１の外周側に向かってブラケット４１の内表面からの高さが徐々に小さくなるように（テーパ状に）形成されている。また、仕切り壁部４４は、ブラケット４１とは別体として設けられており、たとえば樹脂などからなる。
【００２３】
ブラケット４２は、軸方向から見て、円環状に形成されている。ここで、第１実施形態では、ブラケット４２の軸方向の外面には、ロータ２０の孔部２３と、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５とを介して筐体４０内（筐体４０と熱交換器５０との間）を循環する空気を冷却するための複数（第１実施形態では、４つ）の熱交換器５０が設けられている。図６に示すように、４つの熱交換器５０は、軸方向から見て、ブラケット４２の外面に略等角度（略９０度）間隔で設けられている。すなわち、４つの熱交換器５０は、軸方向から見て、ブラケット４２の中心を通る直線に対して線対称な位置に配置されている。
【００２４】
また、図３に示すように、ブラケット４２には、筐体４０内の空気を熱交換器５０側に流出させるための孔部４２ａと、熱交換器５０から冷却された空気を筐体４０内に流入させるための孔部４２ｂとが設けられている。また、孔部４２ａは、孔部４２ｂよりも外周側に設けられている。また、ブラケット４２の孔部４２ａおよび孔部４２ｂと、熱交換器５０の孔部５３ａおよび５３ｃ（図７参照）とは、それぞれ、接続部６０により接続されている。
【００２５】
ここで、第１実施形態では、熱交換器５０と仕切り壁部４４（ブラケット４２の孔部４２ａおよび孔部４２ｂ）との間に、熱交換器５０と仕切り壁部４４との間で空気を循環させるためのファン６１ａおよび６１ｂが設けられている。なお、ファン６１ａおよび６１ｂは、ロータ２０とは独立して設けられている。また、ファン６１ａは、孔部４２ａを介して、筐体４０内の空気を熱交換器５０側に吸引する機能を有しており、軸方向から見て、ギャップ４５とオーバーラップ（図６参照）するように設けられている。また、ファン６１ｂは、熱交換器５０内の空気を筐体４０側に放出する機能を有しており、軸方向から見て、孔部２３とオーバーラップ（図６参照）するように設けられている。また、筐体４０内は、密閉されているとともに、筐体４０の内部と熱交換器５０とは、外気が侵入しないように密閉した状態で接続されている。すなわち、筐体４０内と熱交換器５０との間を循環する空気は、外気と触れないように構成されている。また、熱交換器５０に隣接するように、ファン６１ａおよび６１ｂを駆動するためのモータ６２（図２参照）が設けられている。
【００２６】
また、図１および図２に示すように、ブラケット４２の内部（内表面上）には、熱交換器５０から筐体４０内に流入した空気が、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５側に移動するのを抑制するための仕切り壁部４６が設けられている。図５に示すように、仕切り壁部４６は、軸方向から見て、ブラケット４２の内部（内表面上）に、円環状に設けられている。また、仕切り壁部４６は、ブラケット４２の内表面上から軸方向に（ブラケット４１側に）突出するように設けられている。また、仕切り壁部４６は、軸方向から見て、ブラケット４２の孔部４２ａと孔部４２ｂとの間に設けられている。また、仕切り壁部４６は、ブラケット４２とは別体として設けられており、たとえば樹脂などからなる。なお、仕切り壁部４６は、「第３仕切り壁部」の一例である。
【００２７】
また、第１実施形態では、図６に示すように、熱交換器５０は、複数（第１実施形態では、４つ）設けられ、４つの熱交換器は、軸方向から見て、筐体４０（ブラケット４２）の外面に略等角度（略９０度）間隔で設けられている。
【００２８】
また、図７に示すように、熱交換器５０は、たとえばプレート式の熱交換器からなる。熱交換器５０は、前側フレーム５１ａと、後側フレーム５１ｂと、前側フレーム５１ａと後側フレーム５１ｂとの間に設けられるステンレスなどからなる複数のプレート５２とを含む。また、熱交換器５０には、４つの孔部５３ａ、５３ｂ、５３ｃおよび５３ｄが設けられている。そして、孔部５３ａから流入した筐体４０内の空気と、孔部５３ｂから流入した冷媒（流路４１ｃを流れる冷却水）とが、プレート５２を介して熱交換することにより、空気が冷却されるように構成されている。なお、冷却された空気と、熱交換後の冷媒とは、それぞれ、孔部５３ｃおよび孔部５３ｄから放出されるように構成されている。
【００２９】
次に、図１および図２を参照して、発電機１内の空気の循環について説明する。
【００３０】
まず、図１および図２に示すように、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５近傍の高温の空気が、ファン６１ａによって吸引されることにより、熱交換器５０の孔部５３ａ側に流入される。そして、熱交換器５０の孔部５３ｂから流入した冷媒により、空気が冷却される。また、冷却された低温の空気は、ファン６１ｂにより、孔部５３ｃから筐体４０内側に放出される。筐体４０内に放出された低温の空気は、ロータ２０の孔部２３を介して、ブラケット４１の内表面に到達する。このとき、ブラケット４２の孔部４２ａと孔部４２ｂとの間には、仕切り壁部４６が設けられているので、筐体４０内に放出された低温の空気がファン６１ａ側に移動されてファン６１ａによって吸引されることはない。
【００３１】
ブラケット４１の内表面に到達した低温の空気は、仕切り壁部４４によって仕切られたブラケット４１の内表面上を外周側に移動した後、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５近傍に到達する。これにより、比較的高温になるロータ２０の永久磁石２２や、ステータ３０のコイル３２が冷却される。その後、永久磁石２２やコイル３２を冷却して高温になった空気は、再び、ファン６１ａによって吸引されて、熱交換器５０に流入される。上記のように空気が循環されることにより、永久磁石２２が十分に冷却されるので、温度特性の劣化を抑制するために希土類であるディスプロシウム（Ｄｙｓｐｒｏｓｉｕｍ）などを永久磁石２２に含有させる必要がなくなる。
【００３２】
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００３３】
第１実施形態では、上記のように、ロータ２０の孔部と、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５とを介して筐体４０内を循環する空気を冷却するための複数の熱交換器５０を筐体４０の外面に取り付けるとともに、筐体４０内を複数の空気の循環領域に区画するための仕切り壁部４４を筐体４０の内部に設ける。これにより、筐体４０内を循環する空気が、仕切り壁部４４により区画された循環領域を超えて移動する（周方向に移動する）のが抑制されるので、空気を熱交換器５０側に効率よく導くことができる。その結果、熱交換器５０により空気が効率よく冷却されるので、発電機１の内部を十分に冷却することができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、仕切り壁部４４を、筐体４０内を周方向に区画するように、筐体４０の内部に半径方向に延びるように放射状に複数設ける。これにより、筐体４０内が周方向に区画されるので、空気が筐体４０内を周方向に移動するのを容易に抑制することができる。すなわち、筐体４０内の空気が半径方向の外側に移動しやすくなるので、空気を熱交換器５０側により効率よく導くことができる。また、仕切り壁部４４を、放射状に設けることによって、容易に、空気を筐体４０の外周側（ギャップ４５側）に案内することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の仕切り壁部４４を、軸方向から見て、筐体４０の内部に略等角度間隔で設ける。これにより、筐体４０内が周方向に略均等に区画されるので、各々の循環領域が均等に区画される。その結果、各々の循環領域が均等に冷却されるので、筐体４０内の温度のばらつきを小さくすることができる。
【００３６】
また、第１実施形態では、上記のように、熱交換器５０と仕切り壁部４４との間に、ロータ２０とは独立して、熱交換器５０と仕切り壁部４４との間で空気を循環させるためのファン６１ａおよび６１ｂを設ける。これにより、筐体４０内の空気がファン６１ａおよび６１ｂにより強制的に循環されるので、ロータ２０にファンを設けて筐体４０内の空気を循環させる場合と異なり、ロータ２０の回転速度にかかわらず、筐体４０内の空気を熱交換器５０側に効率よく導くことができる。
【００３７】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の熱交換器５０を、筐体４０の軸方向に沿った方向の外面に取り付けて、仕切り壁部４４を、筐体４０の内部に複数の熱交換器５０と同じ数設けるとともに、軸方向から見て、各々の熱交換器５０に対応する複数の循環領域に区画するように配置する。これにより、各循環領域に対して熱交換器５０を１つずつ割り当てることができるので、循環領域ごとの温度がばらつくのを抑制することができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の熱交換器５０を、軸方向から見て、筐体４０の外面に略等角度間隔で設ける。これにより、複数の熱交換器５０の配置に偏りがある場合と異なり、循環領域ごとの温度がばらつくのを容易に抑制することができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、上記のように、筐体４０の熱交換器５０側の内部に、熱交換器５０から筐体４０内に流入した空気が、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５側に移動するのを抑制するための仕切り壁部４６を設ける。これにより、熱交換器５０によって冷却された空気が、ロータ２０を通らずにギャップ４０側に移動して再び熱交換器５０に流入するのが抑制されるので、発電機１の内部を効率よく冷却することができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、上記のように、仕切り壁部４６を、軸方向から見て、筐体４０の内部に、円環状に設ける。これにより、熱交換器５０によって冷却された空気が、ロータ２０を通らずに全ての半径方向の外側方向に移動されなくなるので、発電機１の内部をより効率よく冷却することができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、上記のように、筐体４０の内部と熱交換器５０とを、外気が侵入しないように密閉した状態で接続する。これにより、筐体４０の内部に外気が侵入することに起因して、筐体４０内の部材（ロータ２０、ステータ３０など）が劣化するのを抑制することができる。特に、風力発電システム１００を海洋に設置する場合には、塩分を含む潮風が筐体４０の内部に侵入して筐体４０内の部材の腐食が進行しやすいため、密閉状態で筐体４０の内部と熱交換器５０とを接続することは有効である。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の熱交換器５０を、筐体４０の軸方向に沿った方向の外面に取り付けるとともに、筐体４０の半径方向に沿った方向の面に、熱交換器５０とは別個に、筐体４０内を冷却するための冷却水が流れる流路４１ｃを周状に設ける。これにより、複数の熱交換器５０に加えて、流路４１ｃを流れる冷却水によっても発電機１の内部が冷却されるので、発電機１の内部をより十分に冷却することができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、発電機１を、軸方向の長さＬ１が、半径方向の長さＬ２よりも小さい扁平形状を有するように構成する。これにより、複数の熱交換器５０と筐体４０の熱交換器５０側とは反対側（ブラケット４１）との間の距離が短くなるので、容易に、複数の熱交換器５０とブラケット４１との間で空気を循環させることができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、発電機１は、中低速の発電機１である。これにより、回転速度が小さいことに起因して、内部の空気が循環しにくい中低速の発電機１において、発電機１の内部をより十分に冷却することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、図８〜図１１を参照して、第２実施形態による発電機１０１の構成について説明する。なお、第２実施形態では、発電機１０１は、風力発電用の発電機である。また、発電機１０１は、「回転電機」の一例である。
【００４６】
図８に示すように、発電機１０１は、シャフト１１０と、ロータ１２０と、ステータ１３０と、ロータ１２０およびステータ１３０を収納する筐体１４０と、熱交換器１５０とを備えている。シャフト１１０は、ロータ１２０に接続されている。また、シャフト１１０と筐体１４０との間には、軸受１１１が設けられている。また、筐体１４０は、ブラケット１４１および１４２と、ジャケット１４３とを含む。
【００４７】
図８に示すように、ステータ１３０は、ロータ１２０の外周部に対向するように配置されている。また、図８、図９および図１０に示すように、ステータ１３０は、ステータコア１３１と、ステータコア１３１のスロット１３２（図９および図１０参照）に巻回されるコイル１３３（図８参照）とを含む。
【００４８】
ここで、第２実施形態では、図８〜図１０に示すように、ステータ１３０は、ステータ１３０の外周側に軸方向に沿って貫通するように設けられ空気が通過する第１空気通路部１３４を含むように構成されている。そして、空気は、ロータ１２０の第１孔部１２３と、ステータ１３０の第１空気通路部１３４とを介して筐体１４０内を循環するように構成されている。また、ステータ１３０は、ステータ１３０の半径方向に沿って貫通するように設けられ第１空気通路部１３４に接続される第２空気通路部１３５を含む。なお、第１空気通路部１３４および第２空気通路部１３５は、それぞれ、「第１気体通路部」および「第２気体通路部の一例である。
【００４９】
具体的には、図１０に示すように、ステータ１３０は、円環状の３つのステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃから構成されている。３つのステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃは、軸方向に沿って互いに所定の間隔を隔てて隣接するように配置されている（筐体１４０に取り付けられている）。そして、３つのステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃのそれぞれの外周側に、切欠き状の第１空気通路部１３４が設けられている。そして、第１空気通路部１３４と筐体１４０とに囲まれた空間を空気が移動するように構成されている。また、ステータ部分１３０ａとステータ部分１３０ｂとの間の部分（空間）により、第２空気通路部１３５が構成されている。同様に、ステータ部分１３０ｂとステータ部分１３０ｃとの間の部分（空間）により、第２空気通路部１３５が構成されている。
【００５０】
また、図９および図１０に示すように、第１空気通路部１３４は、軸方向から見て、ステータ１３０（ステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃ）の外周側に複数（第２実施形態では６個）設けられている。そして、複数の第１空気通路部１３４は、軸方向から見て、略等角度間隔（略６０度間隔）でステータ１３０に配置されている。また、第１空気通路部１３４は、軸方向から見て、円弧状に形成されており、１つの第１空気通路部１３４は、略２０度の中心角θ１を有する。また、隣接する２つの第１空気通路部１３４の間のステータ１３０の部分（扇型の部分）は、略４０度の中心角θ２を有する。また、３つのステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃには、それぞれ、スロット１３２が設けられており、３つのステータ部分１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃに跨るように、コイル１３３が巻回されている。
【００５１】
図８および図１１に示すように、ロータ１２０は、ロータコア１２１と、ロータコア１２１の最外周部に取り付けられる複数の永久磁石１２２とを含んでいる。ここで、ロータ１２０（ロータコア１２１）には、上記第１実施形態（図４参照）と同様に、軸方向に貫通する複数の第１孔部１２３が設けられている。なお、図１１では、ロータ１２０のホイール部分（第１孔部１２３が設けられる部分）は、点線で示されている。
【００５２】
ここで、第２実施形態では、図８〜図１０に示すように、ロータ１２０は、ロータ１２０の半径方向に沿って貫通するようにかつステータ１３０の第２空気通路部１３５に対応する位置に複数の第２孔部１２４が設けられている。具体的には、図８に示すように、第２孔部１２４の高さ位置が、ステータ１３０の第２空気通路部１３５の高さ位置に略等しくなるように、第２孔部１２４が設けられている。また、第２孔部１２４の軸方向の幅Ｗ１は、ステータ１３０の第２空気通路部１３５の軸方向の幅Ｗ２に略等しい。また、図１１に示すように、第２孔部１２４は、軸方向に沿って複数（第２実施形態では２つ）設けられているとともに、周方向に沿って複数（第２実施形態では１４個)設けられている。
【００５３】
また、図１１に示すように、複数の永久磁石１２２は、第２孔部１２４を覆わないように、軸方向に複数（第２実施形態では３つ）、互いに間隔を隔てた状態で配置されている。すなわち、半径方向（ロータ１２０の外周側）から見て、永久磁石１２２、第２孔部１２４、永久磁石１２２、第２孔部１２４、永久磁石１２２がこの順で軸方向に沿って配置されている。また、永久磁石１２２は、周方向に配置される複数（第２実施形態では１４個）の第２孔部１２４と同様に、周方向に複数（第２実施形態では１４個）配置されている。
【００５４】
図８に示すように、ブラケット１４１は、軸方向から見て、円環状の底部１４１ａと、底部１４１ａの外縁部に設けられる側壁部１４１ｂとを含む。また、第２実施形態では、筐体１４０には、ステータ１３０の第１空気通路部１３４に対向する部分には、筐体１４０内を冷却するための冷却水が流れる流路１４１ｃが設けられている。具体的には、流路１４１ｃは、側壁部１４１ｂの外側面に、周状に設けられている。なお、ブラケット１４１の側壁部１４１ｂと、ジャケット１４３とに囲まれた空間により、流路１４１ｃが構成されている。
【００５５】
また、筐体１４０の内部には、筐体１４０内を複数（第２実施形態では、第１実施形態と同様に４つ、図４参照）の空気の循環領域に区画するための仕切り壁部１４４が設けられている。また、仕切り壁部１４４は、筐体１４０内を周方向に区画するように、筐体１４０の内部に半径方向に延びるように放射状に複数設けられている。また、仕切り壁部１４４は、ブラケット１４１の底部１４１ａの内表面上に設けられており、底部１４１ａの機械的強度を高めるためのリブとしての機能を有する。なお、仕切り壁部１４４は、「第１仕切り壁部」の一例である。
【００５６】
ブラケット１４２は、軸方向から見て、円環状に形成されている。ブラケット１４２の軸方向の外面には、筐体１４０内を循環する空気を冷却するための複数（第２実施形態では、４つ）の熱交換器１５０が設けられている。なお、熱交換器１５０は、たとえば筐体１４０の流路１４１ｃを流れる冷却液が流入されるように構成されており、冷却液と筐体１４０内の空気とを熱交換させることにより、筐体１４０内の空気を冷却するように構成されている。
【００５７】
また、ブラケット１４２には、筐体１４０内の空気を熱交換器１５０側に流出させるための孔部１４２ａと、熱交換器１５０から冷却された空気を筐体１４０内に流入させるための孔部１４２ｂとが設けられている。
【００５８】
また、熱交換器１５０と、ブラケット１４２の孔部１４２ａとの間には、熱交換器１５０と筐体１４０との間で空気を循環させるための１つのファン１５１が設けられている。ファン１５１は、たとえば遠心ファンから構成されている。また、筐体１４０内は、密閉されているとともに、筐体１４０の内部と熱交換器１５０とは、外気が侵入しないように密閉した状態で接続されている。なお、筐体１４０自体も密閉されている。また、熱交換器１５０に隣接するように、ファン１５１を駆動するためのモータ１５２が設けられている。
【００５９】
また、ブラケット１４２の内部（内表面上）には、熱交換器１５０から筐体１４０内に流入した空気が、ステータ１３０の第１空気通路部１３４側に移動するのを抑制する（ガイドする）ための仕切り壁部１４５が設けられている。仕切り壁部１４５は、第１実施形態の仕切り壁部４６（図５参照）と同様に、軸方向から見て、ブラケット１４２の内部（内表面上）に、円環状に設けられている。なお、仕切り壁部１４５は、「第２仕切り壁部」の一例である。
【００６０】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６１】
次に、図８を参照して、発電機１０１内の空気の循環について説明する。
【００６２】
まず、図８に示すように、コイル１３３の近傍の高温の空気が、ファン１５１によって吸引されて、熱交換器１５０に流入されることにより、空気が冷却される。また、冷却された低温の空気は、筐体１４０内に放出される。筐体１４０内に放出された低温の空気は、ロータ１２０の第１孔部１２３および第２孔部１２４と、ステータ１３０の第２空気通路部１３５を介して（または、第１孔部１２３のみを介して）、ステータ１３０の第１空気通路部１３４に流入される。なお、発電機１０１は、風力発電用の発電機であるため、比較的低速で回転する。これにより、ロータ１２０が回転している場合でも、ロータ１２０の第１孔部１２３および第２孔部１２４から、ステータ１３０の第１空気通路部１３４に空気が移動可能である。そして、第１空気通路部１３４を移動する空気は、筐体１４０の流路１４１ｃを流れる冷却液により冷却されながら、軸方向（上方、熱交換器１５０側）に移動される。その後、再びファン１５１によって吸引されて、熱交換器１５０に流入される。
【００６３】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６４】
第２実施形態では、上記のように、ステータ１３０は、ステータ１３０の外周側に軸方向に沿って貫通するように設けられ空気が通過する第１空気通路部１３４を含み、空気が、ロータ１２０の第１孔部１２３と、ステータ１３０の第１空気通路部１３４とを介して筐体１４０内を循環するように構成する。これにより、ステータ１３０の第１空気通路部１３４が設けられない場合と異なり、容易に、空気を筐体１４０内において循環させることができるので、発電機１０１の内部を効率的に冷却することができる。
【００６５】
また、第２実施形態では、上記のように、ステータ１３０の第１空気通路部１３４に対向する部分に、筐体１４０内を冷却するための冷却水が流れる流路１４１ｃを設ける。これにより、ステータ１３０の第１空気通路部１３４を移動する空気を冷却液によって冷却することができるので、発電機１０１の内部をより効率的に冷却することができる。
【００６６】
また、第２実施形態では、上記のように、ステータ１３０の半径方向に沿って貫通するように第１空気通路部１３４に接続される第２空気通路部１３５をステータ１３０に設ける。これにより、第２空気通路部１３５が設けられる分、空気が移動する通路を増やすことができるので、発電機１０１の内部をさらに効率的に冷却することができる。
【００６７】
また、第２実施形態では、上記のように、ロータ１２０に、ロータ１２０の半径方向に沿って貫通するようにかつステータ１３０の第２空気通路部１３５に対応する位置に第２孔部１２４を設ける。これにより、第２孔部１２４を介して、ロータ１２０側からステータ１３０側にスムーズに空気を移動させることができる。
【００６８】
また、第２実施形態では、上記のように、筐体１４０の熱交換器１５０側の内部に、熱交換器から筐体１４０内に流入した空気が、ステータ１３０の第１空気通路部１３４側に移動するのを抑制するための仕切り壁部１４５を設ける。これにより、熱交換器１５０によって冷却された空気が、ロータ１２０を通らずに（筐体１４０内を冷却せずに）再び熱交換器１５０に流入するのを抑制することができる。
【００６９】
また、第２実施形態では、上記のように、筐体１４０の内部と熱交換器１５０とが密閉した状態で接続されている発電機１０１は、風力発電用の発電機である。ここで、風力発電用の発電機１０１が海洋上に設置された場合には、塩分を含む海洋上の空気によって発電機１０１の内部の部品等が腐食する。この場合に、発電機１０１を、筐体１４０の内部と熱交換器１５０とが密閉した状態で接続するように構成することによって、塩分を含む海洋上の空気によって発電機１０１の内部の部品等が腐食するのを抑制することができる。
【００７０】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７２】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、発電機に本発明を適用する例について示したが、たとえば、発電機以外の回転電機（モータなど）に本発明を適用してもよい。
【００７３】
また、上記第１および第２実施形態では、発電機が風力発電に用いられる例について示したが、たとえば、発電機を風力発電以外の発電に用いてもよい。
【００７４】
また、上記第１（２）実施形態では、仕切り壁部４４（１４４）をブラケット４１（１４１）の内表面上に設ける例について示したが、筐体４０（１４０）内を複数の空気の循環領域に区画できれば、仕切り壁部４４（１４４）をブラケット４１（１４１）の内表面上以外の領域に設けてもよい。たとえば、仕切り壁部４４（１４４）をブラケット４１（１４０）の内表面上から軸方向に離れた位置に配置してもよい。
【００７５】
また、上記第１（２）実施形態では、複数の仕切り壁部４４（１４４）を、軸方向から見て、筐体４０（１４０）の内部に略等角度間隔で設ける例について示したが、たとえば、複数の仕切り壁部４４（１４４）を、軸方向から見て、略等角度間隔でなく偏らせて配置してもよい。
【００７６】
また、上記第１（２）実施形態では、仕切り壁部４４（１４４）を複数（４つ）設ける例について示したが、たとえば、４つ以外の数の仕切り壁部４４（１４４）を設けてもよい。
【００７７】
また、上記第１実施形態では、熱交換器５０と仕切り壁部４４との間に、熱交換器５０と仕切り壁部４４との間で空気を循環させるための２つのファン６１ａおよび６１ｂを設ける例について示したが、たとえば、ファンを１つだけ設けてもよい。また、上記第１実施形態では、ファン６１ａおよび６１ｂをブラケット４２の外面側に設ける例について示したが、たとえば、ファン６１ａおよび６１ｂを筐体４０内に設けてもよい。
【００７８】
また、上記第２実施形態では、熱交換器１５０に１つのファン１５１を設ける例について示したが、たとえば、ファンを複数設けてもよい。
【００７９】
また、上記第１（２）実施形態では、仕切り壁部４４（１４４）の数（４つ）と、熱交換器５０（１５０）の数（４つ）とが同じである例について示したが、たとえば、仕切り壁部４４（１４４）の数と、熱交換器５０（１５０）の数とを異ならせてもよい。
【００８０】
また、上記第１および第２実施形態では、複数の熱交換器を、軸方向から見て、筐体の外面に略等角度間隔で設ける例について示したが、たとえば、複数の熱交換器を、軸方向から見て、略等角度間隔でなく偏らせて配置してもよい。
【００８１】
また、上記第１および第２実施形態では、熱交換器が、軸方向に沿った方向の筐体（ブラケット）の外面に設けられる例について示したが、たとえば、熱交換器を半径方向に沿った方向の筐体（ジャケット）の外面に設けてもよい。
【００８２】
また、上記第１実施形態では、仕切り壁部４６をブラケット４２の内表面上に設ける例について示したが、熱交換器５０から筐体４０内に流入した空気が、ロータ２０およびステータ３０の間のギャップ４５側に移動するのを抑制できれば、仕切り壁部４６をブラケット４２の内表面上以外の領域に設けてもよい。たとえば、仕切り壁部４６をブラケット４２の内表面上から軸方向に離れた位置に配置してもよい。
【００８３】
また、上記第１（２）実施形態では、仕切り壁部４６（１４５）を、軸方向から見て、筐体４０（１４０）の内部に、円環状に設ける例について示したが、たとえば、仕切り壁部４６（１４５）を、軸方向から見て、筐体４０（１４０）の内部に円環状以外の形状（矩形状など）に設けてもよい。
【００８４】
また、上記第１および第２実施形態では、発電機が、軸方向の長さＬ１が半径方向の長さＬ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）扁平形状を有する例について示したが、たとえば、発電機が、軸方向の長さＬ１が半径方向の長さＬ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２）形状を有していてもよい。
【００８５】
また、上記第１および第２実施形態では、発電機が、中低速の発電機である例について示したが、たとえば、発電機が、高速の発電機でもよい。
【００８６】
また、上記第１および第２実施形態では、熱交換器が、プレート式の熱交換器である例について示したが、たとえば、熱交換器を、プレート式以外の、チューブ式の熱交換器や、放熱フィンなどから構成してもよい。
【００８７】
また、上記第１および第２実施形態では、筐体内を空気が循環する例について示したが、たとえば、筐体内を空気以外の気体が循環するように構成してもよい。
【００８８】
また、上記第２実施形態では、ステータが３つのステータ部分から構成される例を示したが、たとえば、ステータが３つ以外の数のステータ部分から構成されていてもよい。
【００８９】
また、上記第２実施形態では、ステータが３つのステータ部分から構成され、互いに隣接するステータ部分の間に第２空気通路部が設けられる例を示したが、たとえば、ステータを１つのステータ部分から構成して、貫通孔からなる第２空気通路部を設けてもよい。
【００９０】
また、上記第２実施形態では、ステータに切欠き状の第１空気通路部が設けられる例を示したが、たとえば、ステータに貫通孔からなる第１空気通路部を設けてもよい。
【００９１】
また、上記第２実施形態では、軸方向から見て、ステータに６個（略６０度間隔）の第１空気通路部が設けられる例を示したが、たとえば、ステータに６個以外の数の第１空気通路部を設けてもよい。
【００９２】
また、上記第２実施形態では、軸方向から見て、第１空気通路部の中心角が略２０度である例を示したが、第１空気通路部の中心角は、略２０度以外の中心角を有していてもよい。
【００９３】
また、上記第２実施形態では、ロータに軸方向に沿って２つの第２孔部が設けられる例を示したが、たとえば、ロータに軸方向に沿って１つまたは３つ以上の第２孔部を設けてもよい。
【００９４】
また、上記第２実施形態では、ロータに周方向に沿って１４個の第２孔部が設けられる例を示したが、たとえば、ロータに周方向に沿って１４個以外の数の第２孔部を設けてもよい。
【００９５】
また、上記第２実施形態では、ステータに第１空気通路部および第２空気通路部が設けられ、ロータに第１孔部および第２孔部が設けられる例を示したが、たとえば、ステータに第１空気通路部のみ設け、ロータに第１孔部のみ設けてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  発電機（回転電機）
２０  ロータ
２３  孔部（第１孔部）
３０  ステータ
４０  筐体
４１ｃ  流路
４４  仕切り壁部（第１仕切り壁部）
４５  ギャップ
４６  仕切り壁部（第３仕切り壁部）
５０  熱交換器
６１ａ、６１ｂファン
１０１  発電機（回転電機）
１２０  ロータ
１２３  第１孔部
１２４  第２孔部
１３０  ステータ
１３４  第１空気通路部（第１気体通路部）
１３５  第２空気通路部（第２気体通路部）
１４０  筐体
１４１ｃ  流路
１４４  仕切り壁部（第１仕切り壁部）
１４５  仕切り壁部（第２仕切り壁部）
１５０  熱交換器
１５１  ファン
【図１】
2014140288.tif 000003
【図２】
2014140288.tif 000004
【図３】
2014140288.tif 000005
【図４】
2014140288.tif 000006
【図５】
2014140288.tif 000007
【図６】
2014140288.tif 000008
【図７】
2014140288.tif 000009
【図８】
2014140288.tif 000010
【図９】
2014140288.tif 000011
【図１０】
2014140288.tif 000012
【図１１】
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