(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる複数のスロットが外周に設けられている円筒状の回転子鉄心と、
上記スロット内に挿入されているとともに、冷媒ガスを流すための冷媒通路が設けられている回転子コイルと、
上記スロット内の上記回転子コイルの外周側に挿入されているとともに、上記回転子鉄心の半径方向に延び上記冷媒通路に連通している楔排気孔が設けられており、上記スロット内に上記回転子コイルを固定する楔と
を備え、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるＶ字形溝が、上記楔排気孔の開口部の上記高速ガス流上流側に設けられており、上記楔排気孔からの排気流を上記高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面が、上記楔排気孔の上記高速ガス流下流側に設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
軸方向に延びる複数のスロットが外周に設けられている円筒状の回転子鉄心と、
上記スロット内に挿入されているとともに、冷媒ガスを流すための冷媒通路が設けられている回転子コイルと、
上記スロット内の上記回転子コイルの外周側に挿入されているとともに、上記回転子鉄心の半径方向に延び上記冷媒通路に連通している楔排気孔が設けられており、上記スロット内に上記回転子コイルを固定する楔と
を備え、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部が、上記楔排気孔の開口部の上記高速ガス流上流側に設けられており、上記楔排気孔からの排気流を上記高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面が、上記楔排気孔の上記高速ガス流下流側に設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項３】
Ｖ字形溝が楔の外周表面のみに設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
複数の楔排気孔が軸方向に並んで楔に設けられており、全部の楔排気孔を含む範囲で上記楔の外周表面を断面Ｖ字形に切り欠くことにより傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
回転子鉄心のスロットの壁部に、傾斜面に連続した面取り部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部が断面円弧状になっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、タービン発電機等に用いられる回転電機の回転子に関し、特にその通風冷却性能の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は例えば特開平４−３５１４３９号公報に示されたものと同様の従来の回転電気の回転子のスロット部分を示す切欠斜視図である。図１３において、円筒状の回転子鉄心１の外周には、それぞれ軸方向へ延びる歯部１ａ及びスロット２が周方向に交互に設けられている。スロット２には、回転子コイル３が挿入されている。回転子コイル３は、ターン毎に絶縁されている。また、回転子コイル３には、軸方向へ延びる軸方向冷媒通路３ａが設けられている。矢印Ａは、軸方向冷媒通路３ａ内の冷媒ガスの流れを示している。
【０００３】
スロット２内の回転子コイル３の外側には、絶縁物（詰め物）４を介して楔５が挿入されている。この楔５により、回転子コイル３の直線部は、スロット２内に固定されている。楔５の中央部には、回転子鉄心１の半径方向に延び、回転子コイル３内を流れた冷媒ガスを排気する複数の楔排気孔５ａが設けられている。回転子コイル３と回転子鉄心１との間には、絶縁シート６が介在している。楔５及び歯部１ａは、回転子の回転時に働く遠心力に対して、回転子コイル３がスロット２から出るのを防止する働きを有している。
【０００４】
図１４は図１３の要部断面図である。回転子コイル３及び絶縁物４には、それぞれ冷媒ガスを楔排気孔５ａに導く半径方向冷媒通路３ｂ，４ａが設けられている。
【０００５】
次に、動作について説明する。回転子が高速で回転すると、その外周表面に沿って、反回転方向へ流れる高速ガス流（図１４の矢印Ｂ）が発生する。また、軸方向冷媒通路３ａを流れて回転子コイル３を冷却した冷媒ガスは、半径方向冷媒通路３ｂ，４ａを通り、楔排気孔５ａから図１４の矢印Ｃのように回転子外へ排出される。図１４の矢印Ｂ，Ｃは、回転子に固定した座標系から見た場合の高速ガス流及び冷媒ガスの流れを示している。これらのガス流Ｂ，Ｃは、回転子の外周表面で合流する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の回転電機の回転子においては、高速回転時に生じる高速ガス流Ｂにより、楔排気孔５ａから排出される冷媒ガスの流れＣが妨げられるため、楔排気孔５ａの出口での通風抵抗が回転子の静止時の約３倍に増加してしまう。従って、回転子コイル３の温度を一定基準以下に保つためには、差圧の大きな通風ファンを採用する必要がある。このように、差圧の大きな通風ファンを採用すると、ファン動力損が大きくなるため、回転電機の運転効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
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してなされたものであり、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減することができ、これにより回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができる回転電機の回転子を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る回転電機の回転子は、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるＶ字形溝を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたものである。
【０００９】
請求項２の発明に係る回転電機の回転子は、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたものである。
【００１０】
請求項３の発明に係る回転電機の回転子は、Ｖ字形溝を楔の外周表面のみに設けたものである。
【００１１】
請求項４の発明に係る回転電機の回転子は、楔の外周表面を断面Ｖ字形に切り欠くことにより傾斜面を形成したものである。
【００１２】
請求項５の発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心のスロット壁部に、傾斜面に連続した面取り部を設けたものである。
【００１３】
請求項６の発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状としたものである。
【００１４】
【作用】
請求項１の発明においては、楔排気孔より上流側のＶ字形溝で高速ガス流に半径方向外向きの成分を加え、かつ楔排気孔から排出される冷媒ガスの排気流を傾斜面で高速ガス流方向へ導くことにより、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減する。
【００１５】
請求項２の発明においては、楔排気孔より上流側の突出部で高速ガス流に半径方向外向きの成分を加え、かつ楔排気孔から排出される冷媒ガスの排気流を傾斜面で高速ガス流方向へ導くことにより、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減する。
【００１６】
請求項３の発明においては、Ｖ字形溝を楔の外周表面のみに設けることにより、回転子鉄心の加工を省略でき、製造が容易になる。
【００１７】
請求項４の発明においては、楔の外周表面をＶ字形に切り欠いて傾斜面を形成することで、複数の楔排気孔が並んでいる場合に、各楔排気孔毎に傾斜面を形成する手間が省ける。
【００１８】
請求項５の発明においては、スロット壁部に傾斜面に連続した面取りを施すことにより、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度をさらに小さくすることができ、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失をより一層低減することができる。
【００１９】
請求項６の発明においては、楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状とすることで、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図について説明する。
実施例１．
図１はこの発明の実施例１による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図、図２は図１の平面図であり、図１３及び図１４と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
回転子が高速で回転すると、回転子の外周表面に沿って流れる高速ガス流が生じる。楔排気孔５ａの開口部の高速ガス流上流側には、回転子の軸方向に延びる断面Ｖ字形のＶ字形溝１１が設けられている。Ｖ字形溝１１は、歯部１ａ及び楔２６に設けられた面取り１１ａ，１１ｂにより構成されている。また、楔排気孔５ａの高速ガス流下流側には、回転子の半径方向に対して傾斜した傾斜面（切欠面）１２が設けられている。
【００２２】
このような回転子では、矢印Ｂのように流れる高速ガス流が、Ｖ字形溝１１により半径方向外向きの成分を持ち、楔排気孔５ａの開口部でほぼ矢印Ｄのように流れる。また、楔排気孔５ａから排気される冷媒ガスは、回転子のポンプ作用により常に一定量が流れており、傾斜面１２を設けたことにより、矢印Ｅのように傾斜面１２とほぼ平行に曲げられて流れ易くなる。
【００２３】
従って、高速ガス流と排気流との合流角度が小さくなり、楔排気孔５ａの出口の通風抵抗が従来に比べて格段に小さくなり、解析によると従来形状の約１／３程度にまで小さくなる。この結果、楔排気孔５ａの出口における冷媒ガスの圧力損失が低減され、回転子コイル３を冷却する冷媒ガスの通風量が増加し、通電時の回転子コイル３の温度をさらに低下させることができるとともに、ファン動力損が低減されて回転子の運転効率が向上する。
【００２４】
実施例２．
なお、上記実施例１では高速ガス流に半径方向成分を持たせる手段として、Ｖ字形溝１１を示したが、図３及び図４に示すように、歯部１ａの外周面よりも半径方向外側に突出した山形の突出部１３を、楔５の外周表面で楔排気孔５ａよりも高速ガス上流側に設けてもよい。これにより、高速ガス流は、より確実に半径方向成分を持ち、図の矢印Ｆのように流れ、実施例１と同様の効果が得られる。また、この例では、歯部１ａの面取りを省略することができるため、歯部１ａの加工時間が短縮される。
【００２５】
実施例３．
また、図５及び図６はこの発明の実施例３を示しており、この実施例３では、楔５の外周表面のみにＶ字形溝１４が形成されている。このＶ字形溝１４により、高速ガス流は、矢印Ｇに示すように半径方向外向きの成分を持つ。上記実施例２では、突出部１３が突出しているため、回転子組立の際、胴部を支えて回転させると回転子の荷重により楔５以下の回転子内容物が損傷する可能性があり、回転子の取り扱いに特別な注意を払う必要があるが、この実施例３では突出部がないため、組立時の回転子取り扱いを従来例と同等にすることができる。また、上記実施例２と同様、歯部１ａの面取りを省略することができるため、歯部１ａの加工時間が短縮される。
【００２６】
実施例４．
さらに、図７及び図８はこの発明の実施例４を示しており、この実施例４では、楔５の外周表面を断面Ｖ字形に切り欠くことにより傾斜面１５が形成されている。上記実施例１〜３では、楔排気孔５ａ毎に傾斜面１２が形成されているが、この実施例４では、複数の楔排気孔５ａが軸方向に並んでいる場合に、一度の切欠加工で全ての楔排気孔５ａに対応する傾斜面１５を形成でき、製造が容易になる。また、この実施例４の傾斜面１５は、上記実施例２，３と組み合わせることも可能である。
【００２７】
実施例５．
さらにまた、図９及び図１０はこの発明の実施例５を示しており、この実施例５では、スロット２の壁部の外周側端部、即ち歯部１ａのコーナー部に、傾斜面１６に連続した面取り部１７を設けたものである。これら傾斜面１６及び面取り部１７により、冷媒ガスは、矢印Ｈのように排気される。この構成により、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度がさらに小さくなるとともに、楔排気孔５ａの開口面積が大きくなり、楔排気孔５ａの出口における冷媒ガスの圧力損失がより一層低減される。さらに、この実施例５は、上記実施例２，３と組み合わせることもできる。
【００２８】
実施例６．
また、図１１及び図１２はこの発明の実施例６を示しており、この実施例６では、回転子鉄心１の半径方向に延びる楔排気孔５ａの内壁面と、傾斜面１２との間の稜部１８が滑らかな断面円弧状になっている。この構成により、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができ、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流抵抗を上記実施例１に比べて小さくすることが可能である。また、この実施例６は、上記実施例２〜５と組み合わせることもできる。
【００２９】
なお、Ｖ字形溝の断面形状は変更が可能であり、高速ガス流に半径方向成分を持たせることができれば、底部をある程度円弧状にしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明の回転電機の回転子は、高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるＶ字形溝を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたので、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減することができ、これにより通電時の回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができるなどの効果を奏する。
【００３１】
請求項２の発明の回転電機の回転子は、高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたので、高速ガス流と排気流との合流角度をさらに小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を一層低減することができ、これにより通電時の回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができるなどの効果を奏する。
【００３２】
請求項３の発明の回転電機の回転子は、Ｖ字形溝を楔の外周表面のみに設けたので、回転子鉄心の加工を省略でき、製造が容易になるという効果を奏する。
【００３３】
請求項４の発明の回転電機の回転子は、楔の外周表面を断面Ｖ字形に切り欠くことにより傾斜面を形成したので、複数の楔排気孔が並んでいる場合に、各楔排気孔毎に傾斜面を形成する手間が省けるという効果を奏する。
【００３４】
請求項５の発明の回転電機の回転子は、回転子鉄心のスロット壁部に、傾斜面に連続した面取り部を設けたので、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度をさらに小さくすることができ、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失をより一層低減することができるという効果を奏する。
【００３５】
請求項６の発明の回転電機の回転子は、回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状としたので、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができ、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流抵抗を一層小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】この発明の実施例２による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】この発明の実施例３による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】この発明の実施例４による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】この発明の実施例５による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図１０】図９の平面図である。
【図１１】この発明の実施例６による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図１２】図１１の平面図である。
【図１３】従来の回転電気の回転子のスロット部分を示す切欠斜視図である。
【図１４】図１３の要部断面図である。
【符号の説明】
１  回転子鉄心、２  スロット、３  回転子コイル、３ａ  軸方向冷媒通路、３ｂ  半径方向冷媒通路、５  楔、５ａ  楔排気孔、１１，１４  Ｖ字形溝、１２，１５，１６  傾斜面、１３  突出部、１７  面取り部、１８  稜部。
【図１】
0003574221.tif 000002
【図２】
0003574221.tif 000003
【図３】
0003574221.tif 000004
【図４】
0003574221.tif 000005
【図５】
0003574221.tif 000006
【図６】
0003574221.tif 000007
【図７】
0003574221.tif 000008
【図８】
0003574221.tif 000009
【図９】
0003574221.tif 000010
【図１０】
0003574221.tif 000011
【図１１】
0003574221.tif 000012
【図１２】
0003574221.tif 000013
【図１３】
0003574221.tif 000014
【図１４】
0003574221.tif 000015