(57)【要約】      （修正有）【課題】回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得る。【解決手段】円筒状の回転子鉄心の外周部のコイルスロットに収納された複数段の回転子コイル１１と、回転子鉄心の軸方向に穿設され、コイルスロットの底に冷却ガスを送給するサブスロットと、回転子コイル１１を径方向に貫通する複数のラジアルパス５と、を備え、回転子鉄心の軸方向端部からサブスロットに冷却ガスを導入し、回転子コイル１１のラジアルパス５に分岐させて回転子コイル１１を冷却する回転電機の回転子であって、複数段の回転子コイル１１を相互に絶縁するターン絶縁物１２をさらに備え、ターン絶縁物１２は、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出した突出部１５を有しているものである。【選択図】図３
2018102018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の回転子鉄心の外周部のコイルスロットに収納された複数段の回転子コイルと、
前記回転子鉄心の軸方向に穿設され、前記コイルスロットの底に冷却ガスを送給するサブスロットと、
前記回転子コイルを径方向に貫通する複数のラジアルパスと、を備え、
前記回転子鉄心の軸方向端部から前記サブスロットに冷却ガスを導入し、前記回転子コイルのラジアルパスに分岐させて前記回転子コイルを冷却する回転電機の回転子であって、
前記複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物をさらに備え、
前記ターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向から前記ラジアルパスに向けて突出した突出部を有している
回転電機の回転子。
【請求項２】
前記ターン絶縁物は、前記ラジアルパスを挟んで前記突出部と対向する側に設けられたくぼみを有している
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記ターン絶縁物において、前記回転子コイルを径方向外側から見たときに、前記突出部が櫛歯状に形成されている
請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記ターン絶縁物において、前記回転子鉄心の軸方向端部における前記ラジアルパスの前記突出部の突出量は、前記回転子鉄心の軸方向中央部における前記ラジアルパスの前記突出部の突出量よりも大きい
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記サブスロットにおいて、前記回転子鉄心の軸方向端部から、前記回転子鉄心の軸方向中央部に向けて断面積が広くなるテーパ流路が形成されている
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タービン発電機等に適用される回転電機の回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機等に適用される回転電機について、回転子コイルを冷却するに当たっては、冷却ガスを回転子コイルに直接接触させて冷却する直接冷却方式が最も効率的であることが知られている。また、直接冷却方式のうち、ラジアルフロー冷却方式は、構造が簡単なわりには冷却性能が高いという理由で、タービン発電機に広く採用されている。
【０００３】
このようなラジアルフロー冷却方式を実現する回転電機の回転子において、回転子鉄心には、周方向に複数のコイルスロットが設けられ、これらのコイルスロット内にそれぞれ回転子コイルが複数段積層され、絶縁物を介してウェッジによって固定されている。また、回転子コイルを相互に絶縁するためにターン絶縁物が介挿され、回転子コイルとコイルスロットとを絶縁するためにスロット絶縁物が介挿されている。
【０００４】
ここで、回転子コイルが装着されたコイルスロットの底部には、軸方向全長にわたってサブスロットが設けられ、このサブスロットと回転子コイルを径方向に貫通した通風孔である複数のラジアルパスとを連通させることにより、冷却ガス流路が形成されている。このとき、冷却ガスは、回転子鉄心の軸方向端部からサブスロットに導入され、回転子の回転による遠心ファン効果により順次ラジアルパスに分岐され、回転子コイルで発生した熱を吸収した後、エアギャップに排出される。
【０００５】
なお、一般的に、回転子コイルの絶縁物には許容耐熱温度があったり、温度上昇による回転子コイル自体の電気抵抗の増加によって発熱量が増大したりするため、回転子コイルの温度は、できるだけ低く抑える必要がある。また、近年では、発電機の大容量化が進んでおり、単機容量の増大を図るために、同じ回転子直径で、できるだけ大きな界磁電流を流すことが求められている。
【０００６】
そのため、コイル巻線として断面積の大きいものを用いて発熱量を低く抑えたり、サブスロットやラジアルパスの断面積を広げるとともに、ラジアルパスの本数を増やして回転子内の通風量を増加させたりしていた。
【０００７】
しかしながら、回転子には、非常に大きな遠心力が働くため、回転子鉄心断面の中心部およびコイルスロット基部の機械的強度を確保する必要性から、コイル巻線やサブスロット、ラジアルパスの断面積の拡大にも限界があった。また、機械的強度を確保した上で、コイル巻線やサブスロット、ラジアルパスの断面積を拡大した場合には、回転子の直径を大きくしなければならず、発電機の大型化を避けられなかった。
【０００８】
一方、回転子コイルの軸方向や径方向に温度差が生じると、熱による伸びが不均一となり、回転時の振動が大きくなる等、発電機の信頼性が低下する。また、サブスロットから各ラジアルパスへの分岐は、冷却ガスが分岐する際の圧力損失に依存して変化する。この圧力損失は、本流であるサブスロット内の流量と支流であるラジアルパス内の流量とに依存して変化し、その差が大きいほど圧力損失も増大する。
【０００９】
ここで、冷却ガスの入口付近の回転子鉄心端部では、ラジアルパスの流量が少なく、回転子鉄心の軸方向中央部に向かうに従ってサブスロット内の流量が減少するため、ラジアルパス内の流量は増加する傾向にあり、この結果、回転子コイルの軸方向に温度差が生じることとなる。
【００１０】
また、冷却ガス流量を増やすとともに、ラジアルパスの本数を増やしてコイルの冷却強化を図った場合には、ラジアルパス内の流量差が大きくなり、それに従ってコイル温度も不均一となる。そのため、極端な場合には、回転子コイルの平均温度は低下するが、最高温度は逆に上昇することもあり得る。
【００１１】
そこで、各ラジアルパスへの配流の不均一を解消するために、円筒状の回転子鉄心の外周部のコイルスロットに収納された回転子コイルと、回転子鉄心の軸方向に穿設され、コイルスロットの底に冷却ガスを送給するサブスロットと、回転子コイルを径方向に貫通する複数のラジアルパスとを有し、回転子鉄心の端部からサブスロットに冷却ガスを導入し、回転子コイルのラジアルパスに分岐させて回転子コイルを冷却する回転電機の回転子であって、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、周方向に斜めに開けた通風孔、軸方向に斜めに開けた通風孔、または周方向および軸方向に斜めに開けた通風孔によってラジアルパスを形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２８５８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、特許文献１に記載の回転電機の回転子では、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているので、冷却ガス流路における圧力損失が増加して冷却ガスの総風量が減るため、サブスロットからエアギャップに向けて温度が上昇するとともに、回転子コイルの平均温度も上昇するので、コイル温度が不均一になるという問題がある。
【００１４】
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、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流す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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係る回転電機の回転子は、円筒状の回転子鉄心の外周部のコイルスロットに収納された複数段の回転子コイルと、回転子鉄心の軸方向に穿設され、コイルスロットの底に冷却ガスを送給するサブスロットと、回転子コイルを径方向に貫通する複数のラジアルパスと、を備え、回転子鉄心の軸方向端部からサブスロットに冷却ガスを導入し、回転子コイルのラジアルパスに分岐させて回転子コイルを冷却する回転電機の回転子であって、複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物をさらに備え、ターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向からラジアルパスに向けて突出した突出部を有しているものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る回転電機の回転子によれば、複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向からラジアルパスに向けて突出した突出部を有している。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子が適用されたラジアルフロー冷却方式の冷却回路を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。
【図４】図３に示した回転子コイルを示す平面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。
【図６】図５に示した回転子コイルを示す平面図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。
【図８】図７に示した回転子コイルを示す平面図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。
【図１０】図９に示した回転子コイルを示す平面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明に係る回転電機の回転子の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子が適用されたラジアルフロー冷却方式の冷却回路を示す断面図である。図１は、冷却回路を回転電機の軸方向に切断した断面図を示している。
【００２０】
図１に示した冷却回路において、回転電機の軸１に設置されたファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスが、回転子３と軸１との間に設けられたサブスロット４に、回転子鉄心の軸方向端部から流入する。
【００２１】
また、サブスロット４に流入した冷却ガスは、回転子３の軸方向に設置された通風孔であるラジアルパス５に分岐され、後述する固定子コイルの冷却ガス流路を通過し、回転子コイルおよびターン絶縁物と直接接触しながらこれらを冷却する。
【００２２】
続いて、冷却ガスは、回転子３の上位部分であるウェッジを通って、回転子３と固定子６との間のエアギャップ７を通った後、固定子６の高温冷却ガス回路８に流入し、マイカ等の絶縁物を介して間接的に冷却を行う。
【００２３】
また、固定子６を通過した冷却ガスは、ガス冷却器であるガスクーラ９に流入して冷却された後、低温の冷却ガスとなり、低温冷却ガス回路１０の方向に流れて回転電機内を循環する。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子を示す断面図である。図２は、回転子３を回転電機の周方向に切断した断面図を示しており、特に、円筒状の回転子鉄心の外周部に、周方向に複数設けられたコイルスロットの内部の構造を示している。
【００２５】
図２において、コイルスロット内には、それぞれ回転子コイル１１が複数段積層されて収納され、回転子コイル１１同士は、ターン絶縁物１２により相互に絶縁されている。また、回転子コイル１１は、絶縁物１３を介してウェッジ１４によって固定されている。
【００２６】
また、回転子コイル１１が装着されたコイルスロットの底部には、固定子鉄心の軸方向全長にわたってサブスロット４が穿設され、このサブスロット４と回転子コイル１１を径方向に貫通した複数のラジアルパス５とを連通させることにより、冷却ガス流路が形成されている。
【００２７】
図３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。また、図４は、図３に示した回転子コイルを示す平面図である。なお、図３は、図２の破線部分を拡大して示したものである。
【００２８】
図３、４において、複数段の回転子コイル１１を相互に絶縁するターン絶縁物１２は、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出した突出部１５を有している。なお、突出部１５は、突起やリブ等で構成されている。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子３において、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを適切に積層化することにより、ラジアルパス５が、ジグザグ形状の冷却ガス流路を形成する。
【００３０】
このような回転子３を有する冷却回路において、ファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスがサブスロット４に流入し、回転子３の軸方向に設置された回転子コイル１１に分岐される。分岐された冷却ガスは、回転子コイル１１および突出部１５が形成されたターン絶縁物１２によって形成されたジグザグ形状の冷却ガス流路を通って、エアギャップ７に排出される。
【００３１】
このとき、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを積層して形成されたラジアルパス５が、サブスロット４から分岐された冷却ガスにジグザグ形状の流れを与える。また、突出部１５が、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出しているので、冷却ガスの乱流化が促進される。
【００３２】
そのため、特許文献１に記載された、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているものと比較して、冷却ガスの滞留時間が長くなり、回転子コイル１１の冷却用内面との接触時間が長くなるので、熱伝達が促進され、回転子コイル１１の温度を低く保つことができる。
【００３３】
以上のように、実施の形態１によれば、複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向からラジアルパスに向けて突出した突出部を有している。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【００３４】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。また、図６は、図５に示した回転子コイルを示す平面図である。なお、図５は、図２の破線部分を拡大して示したものである。
【００３５】
図５、６において、複数段の回転子コイル１１を相互に絶縁するターン絶縁物１２は、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出した突出部１５を有している。なお、突出部１５は、突起やリブ等で構成されている。また、ターン絶縁物１２は、ラジアルパス５を挟んで突出部１５と対向する側に設けられたくぼみ１６を有している。
【００３６】
この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子３において、回転子コイル１１と突出部１５およびくぼみ１６が形成されたターン絶縁物１２とを適切に積層化することにより、ラジアルパス５が、ジグザグ形状の冷却ガス流路を形成する。
【００３７】
このような回転子３を有する冷却回路において、ファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスがサブスロット４に流入し、回転子３の軸方向に設置された回転子コイル１１に分岐される。分岐された冷却ガスは、回転子コイル１１並びに突出部１５およびくぼみ１６が形成されたターン絶縁物１２によって形成されたジグザグ形状の冷却ガス流路を通って、エアギャップ７に排出される。
【００３８】
このとき、回転子コイル１１と突出部１５およびくぼみ１６が形成されたターン絶縁物１２とを積層して形成されたラジアルパス５が、サブスロット４から分岐された冷却ガスにジグザグ形状の流れを与える。また、突出部１５が、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出し、突出部１５と対向する側にくぼみ１６が設けられているので、冷却ガスの乱流化が促進される。
【００３９】
そのため、特許文献１に記載された、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているものと比較して、冷却ガスの滞留時間が長くなり、回転子コイル１１の冷却用内面との接触時間が長くなるので、熱伝達が促進され、回転子コイル１１の温度を低く保つことができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２によれば、複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向からラジアルパスに向けて突出した突出部を有するとともに、ラジアルパスを挟んで突出部と対向する側に設けられたくぼみを有している。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。また、図８は、図７に示した回転子コイルを示す平面図である。なお、図７は、図２の破線部分を拡大して示したものである。
【００４２】
図７、８において、複数段の回転子コイル１１を相互に絶縁するターン絶縁物１２は、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出した突出部１５を有している。また、突出部１５は、回転子コイル１１を径方向外側から見たときに、櫛歯状に形成されている。なお、突出部１５は、突起やリブ等で構成されている。
【００４３】
この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子３において、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを適切に積層化することにより、ラジアルパス５が、ジグザグ形状の冷却ガス流路を形成する。
【００４４】
このような回転子３を有する冷却回路において、ファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスがサブスロット４に流入し、回転子３の軸方向に設置された回転子コイル１１に分岐される。分岐された冷却ガスは、回転子コイル１１および突出部１５が形成されたターン絶縁物１２によって形成されたジグザグ形状の冷却ガス流路を通って、エアギャップ７に排出される。
【００４５】
このとき、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを積層して形成されたラジアルパス５が、サブスロット４から分岐された冷却ガスにジグザグ形状の流れを与える。また、突出部１５が、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出し、かつ櫛歯状に形成されているので、冷却ガスの乱流化が促進される。
【００４６】
そのため、特許文献１に記載された、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているものと比較して、冷却ガスの滞留時間が長くなり、回転子コイル１１の冷却用内面との接触時間が長くなるので、熱伝達が促進され、回転子コイル１１の温度を低く保つことができる。
【００４７】
以上のように、実施の形態３によれば、複数段の回転子コイルを相互に絶縁するターン絶縁物は、回転子コイルの段毎に、交互に異なる方向からラジアルパスに向けて突出した突出部を有し、突出部は櫛歯状に形成されている。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【００４８】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子における回転子コイルを抜粋して示す部分断面図である。また、図１０は、図９に示した回転子コイルを示す平面図である。なお、図９は、図２の破線部分を拡大して示したものである。また、図１１は、この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子を示す斜視図である。
【００４９】
図９〜１１において、複数段の回転子コイル１１を相互に絶縁するターン絶縁物１２は、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出した突出部１５を有している。なお、突出部１５は、突起やリブ等で構成されている。
【００５０】
この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子３において、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを適切に積層化することにより、ラジアルパス５が、ジグザグ形状の冷却ガス流路を形成する。
【００５１】
ここで、ターン絶縁物１２において、突出部１５のサイズが、回転子鉄心の軸方向に沿って変化するように構成されている。具体的には、ターン絶縁物１２において、回転子鉄心の軸方向端部におけるラジアルパス５の突出部１５の突出量は、回転子鉄心の軸方向中央部におけるラジアルパス５の突出部１５の突出量よりも大きくなっている。
【００５２】
このとき、突出部１５の突出量は、例えば、次式（１）により決定される。なお、式（１）において、Ｈｍａｘはサブスロット４の冷却ガスの流入口（回転子鉄心の軸方向端部）におけるラジアルパス５の突出部１５の突出量を示し、Ｈｍｉｎはサブスロット４の中央（回転子鉄心の軸方向中央部）におけるラジアルパス５の突出部１５の突出量を示し、Ｌ０はサブスロット４の軸方向全体の長さを示し、Ｘはサブスロット４の流入口からみたラジアルパス５の位置を示している。また、Ｈｍａｘ＞Ｈｍｉｎである。
【００５３】
Ｈ＝（−２（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）／Ｌ０）Ｘ＋Ｈｍａｘ      （１）
【００５４】
このような回転子３を有する冷却回路において、ファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスがサブスロット４に流入し、回転子３の軸方向に設置された回転子コイル１１に分岐される。分岐された冷却ガスは、回転子コイル１１および突出部１５が形成されたターン絶縁物１２によって形成されたジグザグ形状の冷却ガス流路を通って、エアギャップ７に排出される。
【００５５】
このとき、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを積層して形成されたラジアルパス５が、サブスロット４から分岐された冷却ガスにジグザグ形状の流れを与える。また、突出部１５が、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出しているので、冷却ガスの乱流化が促進される。
【００５６】
そのため、特許文献１に記載された、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているものと比較して、冷却ガスの滞留時間が長くなり、回転子コイル１１の冷却用内面との接触時間が長くなるので、熱伝達が促進され、回転子コイル１１の温度を低く保つことができる。
【００５７】
なお、回転子鉄心の軸方向端部からサブスロット４に流入する冷却ガスは、回転子鉄心の軸方向端部から回転子鉄心の軸方向中央部に向けて、圧力損失が増加するため、冷却ガスが流れにくくなると考えられる。これに対して、突出部１５の突出量を回転子鉄心の軸方向中央部に向けて小さくすることにより、サブスロット４に冷却ガスを均等に流して圧力損失を抑制し、回転子鉄心の軸方向中央部であっても、十分な風量を確保することができる。
【００５８】
以上のように、実施の形態４によれば、ターン絶縁物において、回転子鉄心の軸方向端部におけるラジアルパスの突出部の突出量は、回転子鉄心の軸方向中央部におけるラジアルパスの突出部の突出量よりも大きくなっている。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【００５９】
実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子を示す断面図である。図１２において、サブスロット４には、回転子鉄心の軸方向端部から、回転子鉄心の軸方向中央部に向けて断面積が広くなるテーパ流路１７が形成されている。なお、図１２において、その他の構成は、実施の形態１で示した図１と同様なので、説明を省略する。また、回転子コイル１１の構成等も、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
【００６０】
例えば、サブスロット４の両端部についてテーパ流路１７を形成した場合に、圧力損失は、次式（２）で表される。ここで、「http://www.codecogs.com/library/engineering/fluid_mechanics/pipes/head_loss/tapered-pipe.php」を参照されたい。
【００６１】
ｈｆ＝（ｆｖ１２＊ｌ）／（２ｇｄ２４）＊（ｄ１＋ｄ２）（ｄ１２＋ｄ２２）      （２）
【００６２】
また、式（２）を書き直すと、次式（３）が得られる。
【００６３】
ｈｆ＝（ｆｖ１２＊ｌ）／（２ｇｄ２）＊（１＋Ｘ）（１＋Ｘ２）        （３）
【００６４】
式（２）、（３）において、ｆは摩擦係数を示し、ｌはテーパ配管の長さ（サブスロット４の長さの半分）を示し、ｄ１はテーパ配管のダイバージェントまたは広がり側の水力直径（最大直径）を示し、ｄ２はテーパ配管のコンバージェントまたは細まり側の水力直径（最小直径）を示し、ｖ１はガス流入側の線速度を示し、Ｘはｄ１／ｄ２を示している。
【００６５】
ここで、Ｘ＝１とすると、一般的に用いられるファニング式（４）が得られる。
【００６６】
ｈ０ｆ＝４（ｆｖ１２＊ｌ）／（２ｇｄ２）      （４）
【００６７】
そこで、サブスロット４のテーパ形状による圧力損失を低減する際、例えば、ｈｆ／ｈ０ｆの比を設定し、これによりｄ１およびｄ２の関係が決まるので、これらの値を用いてサブスロット４の形状を変更すればよい。
【００６８】
また、この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子３において、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを適切に積層化することにより、ラジアルパス５が、ジグザグ形状の冷却ガス流路を形成する。
【００６９】
このような回転子３を有する冷却回路において、ファン２が軸１とともに回転することによって、低温の冷却ガスがサブスロット４に流入し、回転子３の軸方向に設置された回転子コイル１１に分岐される。分岐された冷却ガスは、回転子コイル１１および突出部１５が形成されたターン絶縁物１２によって形成されたジグザグ形状の冷却ガス流路を通って、エアギャップ７に排出される。
【００７０】
このとき、回転子コイル１１と突出部１５が形成されたターン絶縁物１２とを積層して形成されたラジアルパス５が、サブスロット４から分岐された冷却ガスにジグザグ形状の流れを与える。また、突出部１５が、回転子コイル１１の段毎に、交互に異なる方向からラジアルパス５に向けて突出しているので、冷却ガスの乱流化が促進される。
【００７１】
そのため、特許文献１に記載された、回転子コイルに、回転軸心と直交する方向で見て、斜めに通風孔が開けられているものと比較して、冷却ガスの滞留時間が長くなり、回転子コイル１１の冷却用内面との接触時間が長くなるので、熱伝達が促進され、回転子コイル１１の温度を低く保つことができる。
【００７２】
なお、回転子鉄心の軸方向端部からサブスロット４に流入する冷却ガスは、回転子鉄心の軸方向端部から回転子鉄心の軸方向中央部に向けて、圧力損失が増加するため、冷却ガスが流れにくくなると考えられる。これに対して、サブスロット４にテーパ流路１７を形成することにより、サブスロット４に冷却ガスを均等に流して圧力損失を抑制し、回転子鉄心の軸方向中央部であっても、十分な風量を確保することができる。
【００７３】
以上のように、実施の形態５によれば、サブスロットにおいて、回転子鉄心の軸方向端部から、回転子鉄心の軸方向中央部に向けて断面積が広くなるテーパ流路が形成されている。
そのため、回転子コイルを効率的、かつ均一に冷却し、より大きな界磁電流を流すことができる回転電機の回転子を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態５では、サブスロット４中の上下面にテーパ流路１７を形成する場合について説明したが、これに限定されず、サブスロット４中の上下片面のみにテーパ流路を形成した場合であっても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  軸、２  ファン、３  回転子、４  サブスロット、５  ラジアルパス、６  固定子、７  エアギャップ、８  高温冷却ガス回路、９  ガスクーラ、１０  低温冷却ガス回路、１１  回転子コイル、１２  ターン絶縁物、１３  絶縁物、１４  ウェッジ、１５  突出部、１６  くぼみ、１７  テーパ流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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