(57)【要約】【課題】軸流ファンへの流入速度分布を整流し、軸流ファンの翼先端部と内側ファンガイドの間のチップギャップでの漏れ損失を低減することが可能な通風システムを備えた回転電機を提供する。【解決手段】回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、前記内側ファンガイドの軸流ファンの翼先端部を囲繞する円筒部に、前記軸流ファンの翼圧力面から翼負圧面に向かう冷媒漏れを抑制する漏れ抑制手段を設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
2004274814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、
前記内側ファンガイドの軸流ファンの翼先端部を囲繞する円筒部に、前記軸流ファンの翼圧力面から翼負圧面に向かう冷媒漏れを抑制する漏れ抑制手段を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記漏れ抑制手段は、内側ファンガイドの軸流ファンの翼先端部を囲繞する円筒部に、回転電機の内部空間部と前記ギャップとを連通する微小孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記微小孔は、回転電機の内部側の口径を大きくして軸方向に複数個配置したことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記微小孔は、軸流ファンの翼負圧面から翼圧力面の方向に傾斜していることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
前記漏れ抑制手段は、軸流ファンの翼先端部を囲繞する前記内側ファンガイドの円筒部の周方向に凹凸部で構成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
前記周方向の凹凸部は、翼先端近傍の翼断面の翼弦線の傾きに対応していることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
前記周方向に凹凸部は、翼先端近傍の翼断面の平均反り線に対応して曲がっていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項８】
回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、
前記軸流ファンの吸込み流路を構成する内側ファンガイドのコーナ部を形成する軸流ファン直前の中間接続管を０〜３０度以内に傾斜させ、かつ傾斜させた円筒部と中間接続管の接続コーナ部から軸方向に５０ｍｍ以内の位置に軸流ファンを取付けることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、
前記内側ファンガイドの環状板部の軸流ファンの吸込み流路のコーナ部近傍に電機内部空間部に貫通する微小孔を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、
内側ファンガイド部の軸流ファンの吸込み流路のコーナ部よりも回転子軸側に外側ファンガイド部を設置したことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子軸端に設けた軸流ファンにより固定子コイルおよび回転子コイルを冷却するようにした通風システムを備えた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、横軸形の回転電機例えばタービン発電機の冷却システムを模式化して示す断面図である。
図１１において、１は回転子であり、回転子軸２と一塊に形成された回転子鉄心３と、この回転子鉄心３の周方向に切削加工して設けたスロット内に納めた回転子コイル（図示せず）とから構成され、回転子軸２は軸受４（軸受自体の構成は省略する）を介して回転自在に支持されている。
回転子鉄心３の両端に張り出した回転子コイル端部は、回転子１の回転による強大な遠心力で変形しないように保持環５で覆い保護している。
【０００３】
また、６は固定子全体を示すものであり、固定子枠７に固定された固定子鉄心８とその内径の周方向に設けたスロット内に納めた固定子コイル９とから構成されている。そして固定子鉄心９の外径側すなわち背面側と固定子枠７との間に形成された空間部を環状仕切り部１０によって２つの給気セクションと、３つの排気セクションとに区分している。なお、前記固定子鉄心８は固定子コイル９を冷却するための通風ダクト１１を軸方向に適当な間隔で挿入した間隔片によって多数形成しており、これらの通風ダクト１１は設けられている位置によって、給気セクションまたは排気セクションに連通するようになっている。
【０００４】
ところで、このタービン発電機通風システムは、回転子軸２両端に対称的に設けた押し込み形の軸流ファン１２と、回転子鉄心３内に形成した回転子通風ダクト１３と、固定子鉄心８の積層面に形成した前記固定子通風ダクト１１と、この固定子通風ダクト１１に連通する前記給気セクションおよび排気セクションと、この排気セクションから排気された温まった冷却媒体を冷却するクーラ１４と、このクーラ１４で冷却された冷却媒体を前記軸流ファン１２に導く流路１５とから構成している。
【０００５】
前記軸流ファン１２で加圧された冷却媒体は矢印の如く固定子通風ダクト１１、回転子通風ダクト１３、固定子６および回転子１の間のエアギャップ１６側に分岐して流れる。固定子６側に送気された冷却媒体は、固定子６の給気セクションの固定子通風ダクト１１を流れる過程で固定子コイル９を冷却し、エアギャップ１６を介して排気セクションの固定子通風ダクト１１を通ってクーラ１４に送られる。また、回転子１側への冷却媒体は、保持環５内の回転子コイル端部の隙間に流れ込み、回転子通風ダクト１３を通って固定子６、回転子１間のエアギャップ１６に排出される過程で、回転子コイル端部を含む回転子コイルを冷却し、回転子１の外周側の回転子１、固定子６間のエアギャップ１６部で固定子の給気セクションを通過した冷却媒体と合流し、固定子排気セクションの固定子通風ダクト１１を通って排気ダクト１７からクーラ１４に送られる。
【０００６】
一方、エアギャップ１６部への直接流入した冷却媒体は、エアギャップ１６で固定子側の給気セクションから流入した流れと、回転子１側を通過した流れと合流し、固定子７の排気セクションの固定子通風ダクト１１を通って排気ダクト１７からクーラ１４に送られる。
【０００７】
図１２は、タービン発電機の従来の軸流ファンまわりの冷却構造を示す断面図であり、（ａ）は回転子の軸線上半部を示す側面図であり、（ｂ）は同正面図である。
【０００８】
図１２において、クーラ１４で冷却された冷却媒体は流路１５を構成する内側ファンガイド１８および外側ファンガイド１９によって、軸中心部に向かって流れていた冷却媒体の流れの向きを軸方向へ変える。前記内側ファンガイド１８は、軸流ファン１４の翼先端部を囲繞する円筒部２０と、前記固定子枠７に直接または間接的に固定される環状板部２１と、両者間を接続する中間接続間２２とから構成されている。円筒部２０と環状板部２１とはなるべく滑らかに接続されるような構造にすることが望ましく、そのためは中間接続管２２を円弧状にしている例もあるが、多くは製造上の面から中間接続管２２としては、両端で口径の異なる複数個の中間接続管２２−１、２２−２…を溶接して円筒部２０と環状板部２１との間を接続し、内側ファンガイド１８を構成している。すなわち、円筒部２０と中間接続管２２−１、中間接続管２２−１と２２−２、中間接続管２２−２と環状板部２１とをそれぞれ溶接して接続している。
【０００９】
外側ファンガイド１９は、内側ファンガイド１８の環状板部２１に対して所定の距離を隔てて配置された環状板部２３と、軸受４の外周部を覆い軸流ファン１２側へ冷却媒体を導く部品２４とから構成されている。環状板部２３と冷却媒体を導く部品２４とは弧形状に滑らかに接続される場合もあるが、多くは前記内側ファンガイド１８と同様に、製造上の面から溶接により構成している。すなわち軸受４の外周部を覆う外側ファンガイド部品２４−１と２４−２、２４−２と環状板部２３とをそれぞれ溶接して接続している。
【００１０】
内側ファンガイド１８のコーナ部１８ｘ３となる中間接続管２２−２と環状板部２１との溶接部では、冷却媒体の流れが図示破線のように、内側ファンガイド１８の壁面から剥離し、剥離位置から離れた個所で再び壁面に付着する。この再付着距離は冷却媒体流速、コーナ部の形状に依存する剥離の大きさの程度によって異なってくるが、発電機のコンパクト化にともなってコーナ部１８ｘ３と軸流ファン１２の距離が短くなっており、軸流ファン１２の外周端近傍には再付着する前の剥離流れが流入する場合がある。
【００１１】
軸流ファン１２の理論ファンヘッドは軸流ファン前縁における相対速度ベクトルと周速度ベクトルと絶対速度ベクトルから成る速度三角形と軸流ファン後縁における相対速度ベクトルと周速度ベクトルと絶対速度ベクトルから成る速度三角形によって決まり、圧力損失としては形状に依存した損失のほか、軸流ファン１２の翼先端部と、対向する内側ファンガイド１８の円筒部２０との間に形成されたチップギャップ２５における冷媒漏れ現象による漏れ損失およびそれによって誘起される軸流ファン１２の翼間内２次流れ損失が大きな割合を占めている。
【００１２】
漏れ損失は翼圧力面側から負圧面側に向かった方向２６に圧力勾配が大きくなり、チップギャップ２５を通過して負圧面側に流れ込む冷却媒体が生じることに起因するため、チップギャップ２５の幅を通常５ｍｍのところ、これよりも狭くするなどチップギャップ２５の流れ抵抗を大きくして抑制することが現在試みられている。
【００１３】
しかし、チップギャップ２５幅を狭くすることは軸流ファン１２およびファンガイド１８の加工精度および組立精度を向上させなければならず、製造上高コストになるので、ギャップ幅が翼高さに対して大きい機種も多い。
【００１４】
軸流ファン１２に流入する流れが剥離している場合には、前縁における速度三角形の絶対速度ベクトル（軸流速）が小さくなるので迎え角が大きくなり、前縁でも流れが剥離し、翼間内の圧力損失増大につながるため、軸流ファン１２への流入速度分布を整流することがファン高効率化に必要である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、固定子および回転子を冷却する軸流ファンに冷却媒体を導くための流路を外側ファンガイドおよび内側ファンガイドによって形成した従来の回転電機においては、回転電機のコンパクト化にともなって軸流ファン上流側のダクト直線部が短くなり、ファンへの流入速度分布の整流状態が悪化した場合、軸流ファンの翼先端部と内側ファンガイドの円筒部間のチップギャップにおける翼圧力面側から翼負圧面側への漏れ損失またはそれに誘起される２次流れ損失が大きくなるという課題を抱えている。
【００１６】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、冷媒の軸流ファンへの流入速度分布を整流し、軸流ファンの翼先端部と内側ファンガイドとの間のチップギャップでの漏れ損失を低減することが可能な通風システムを備えた回転電機を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る回転電機の発明は、回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、前記内側ファンガイドの軸流ファンの翼先端部を囲繞する円筒部に、前記軸流ファンの翼圧力面から翼負圧面に向かう冷媒漏れを抑制する漏れ抑制手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に係わる回転電機の発明は、回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、前記軸流ファンの吸込み流路を構成する内側ファンガイドのコーナ部を形成する軸流ファン直前の中間接続管を０〜３０度以内に傾斜させ、かつ傾斜させた円筒部と中間接続管の接続コーナ部から軸方向に５０ｍｍ以内の位置に軸流ファンを取付けることを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項９に係わる回転電機の発明は、回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、前記内側ファンガイドの環状板部の軸流ファンの吸込み流路のコーナ部近傍に電機内部空間部に貫通する微小孔を設けたことを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、請求項１０に係わる回転電機の発明は、回転子軸の端部に設けられ冷却媒体を固定子および回転子に向けて送気し循環させる軸流ファンと、回転子軸に同心状に配置され前記軸流ファンの翼先端部をチップギャップを介して囲繞する円筒部およびこの円筒部の開口縁部に中間接続管を介して接続した環状板部からなる内側ファンガイドと、この内側ファンガイドとともに前記軸流ファンの吸込み流路を形成する外側ファンガイドと、前記固定子背面に形成された排気ダクトから前記軸流ファンの吸込み流路までの流路に設けられ前記冷却媒体を冷却するクーラとを備えた回転電機において、内側ファンガイド部の軸流ファンの吸込み流路のコーナ部よりも回転子軸側に外側ファンガイド部を設置したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる回転電機の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通じて同一要素には同一符号をつけることにより重複する説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係わる回転電機の第１の実施の形態における要部の構造を示す断面図である。本実施の形態と、図１１および図１２に示す従来の技術との主な相違点は、本実施の形態では、軸流ファン１２の翼先端部を囲繞する内側ファンガイド１８の円筒部２０にチップギャップを通って冷媒が漏れるのを抑制する冷媒漏れ抑制手段を設けた点にある。
【００２３】
本実施の形態の冷媒漏れ抑制手段は、軸流ファン１２の翼圧力面から翼負圧面への冷媒漏れを抑制するために、内側ファンガイド１８の円筒部２０に微小孔２７を設け、軸流ファン１２の送気によって気圧の高まった発電機の内部空間部２８からチップギャップ２５に向けて冷却媒体を噴射させることによって、チップギャップ２５の圧力を発電機の内部空間部２８と連続させるようにしたものである。この冷却媒体の噴射量の調整は、微小孔２７の口径を調整することによって行う。微小孔２７の口径は大きすぎると、噴射量が多くなって効率が悪くなるので、ファンガイド円筒部２０からチップギャップ２５への冷媒噴射量が翼圧力面から翼負圧面への冷媒漏れを抑制するのに必要にして十分な量となるような大きさに選定する必要がある。このためには、内部空間部２８の圧力値からの圧力降下を見込んで、チップギャップ２５の幅よりも口径を小さくすることが望ましい。例えば、チップギャップ２５が２ｍｍの軸流ファンの場合、微小孔２７の口径は２ｍｍよりも小さい寸法（１．５ｍｍとか１ｍｍ）が好ましい。なお、微小孔２７は円筒部２０の軸方向および円周方向に複数個設けることが好ましい。
【００２４】
本実施の形態では、微小孔２７からのわずかな冷媒の流れによって通風損失が発生するが、チップギャップ２５の圧力が上昇するため、翼圧力面からこのチップギャップ２５への漏れ流れが抑制され、漏れ損失およびそれに誘起される翼間内２次流れ損失が低減される。
【００２５】
以上述べたように、本実施の形態によれば、軸流ファン１２の翼先端部をチップギャップ２５を介して囲繞する内側ファンガイド１８の円筒体２０に微小孔２７を設けて、電機内部空間部２８から冷媒をわずか噴射させることによって、内部空間部２８とチップギャップ２５の圧力が連続的になるので、チップギャップ２５の圧力は内部空間部２８の圧力から内側ファンガイド１８に設けた孔の通風損失を差し引いた圧力となり、チップギャップ２５の圧力は翼圧力面の圧力より局所的に大きくなる。
【００２６】
これにより、軸流ファン１２の翼圧力面から翼負圧面への周方向漏れ流れが抑制され、チップギャップでの漏れ損失が低減し、さらに漏れ流れの影響によるファン中央部の流れの二次損失を抑制することから、ファン効率を向上することができる。
【００２７】
また、チップギャップ２５幅が軸流ファン１２の翼高さに対して大きい場合にも過大な漏れ損失および翼間内２次流れを低減できるため、製造上のコストを低減できるという効果を得ることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係わる回転電機の第２の実施の形態における要部の構造を示す断面図である。
第２の実施の形態は、第１の実施の形態を改良したもので、軸流ファンの翼間では軸方向に沿って圧力上昇するため、内側ファンガイドに設ける口径を軸方向に電機内部に向かって大きくなるように変化させ、軸流ファンの翼間での軸方向圧力上昇に対応した圧力分布となるようにしたものである。
【００２９】
すなわち、内側ファンガイド１８の円筒部２０に、電機内部に向かって口径が大きくなるように複数個の微小孔２７−１、２７−２、…２７−ｎを設けたものである。
【００３０】
微小孔２７の口径によって微小孔２７−１、２７−２、…２７−ｎにおける圧力損失を調整することができるため、翼間内の圧力上昇に対応させて翼前縁近傍では内部空間部２８からの圧力降下が大きくなるような小さな孔、翼後縁近傍では内部空間部２５と翼圧力面の圧力が同程度になるので前縁近傍より大きな孔を設けるのが望ましい。微小孔２７−１、２７−２、…２７−ｎの列は１列だけではなく、周方向に複数列設けるようにしてもよい。
【００３１】
本実施の形態によれば、微小孔２７−１、２７−２、…２７−ｎからのわずかな流れによる通風損失が発生するものの、内側ファンガイド円筒部２０に設ける微小孔２７−１、２７−２、…２７−ｎの径を軸方向に変化させることで各微小孔における通風損失が異なるため、軸流ファン１２の翼間内軸方向圧力上昇に対応した圧力分布とすることができる。この結果、翼圧力面からチップギャップ２５を介した漏れ流れをより一層抑制することができ、漏れ損失およびそれに誘起される翼間内２次流れ損失を低減させることができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図３は本発明に係わる回転電機の第３の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
第３の実施の形態は、第２の実施の形態を更に改良したもので、軸流ファン１２先端に対向する内側ファンガイド１８の円筒部２０に口径の異なる微小孔２７ａ−１、２７ａ−２、…２７ａ−ｎを複数翼負圧面から翼圧力面方向に傾斜させて設けたものである。なお、この微小孔２７ａ−１、２７ａ−２、…２７ａ−ｎは周方向にも複数設けることができる。
【００３３】
本実施の形態の場合、微小孔２７ａ−１、２７ａ−２、…２７ａ−ｎからのわずかな流れによる通風損失が発生するが、内部空間部２５から軸流ファン１２の翼先端部と内側ファンガイドの円筒部２０の間のチップギャップ２５への流入方向を、翼圧力面から翼負圧面への漏れ流れと逆の翼負圧面から翼圧力面としているので、一層漏れ流れを抑制する効果が大きい。
【００３４】
（第４の実施の形態）
図４は本発明に係わる回転電機の第４の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
第４の実施の形態は、軸流ファン１２の翼先端部に対向する内側ファンガイド１８の円筒部２０に微小孔２７を設け、さらにこの微小孔２７を挟むように、チップギャップ２５側の周方向に凹凸部を形成するように複数の突条（または溝）２９を設けたものである。言い換えれば、微小孔２７は突条２９相互の溝に開けられているということである。
【００３５】
本実施の形態の場合、軸流ファン１２の翼先端部と内側ファンガイド１８の円筒部２０間のチップギャップ２５が周方向に凹凸部となる流路になるので、翼圧力面から翼負圧面に向かう漏れ流れ方向への通風抵抗（拡大縮小損失）が大きくなる。また、微小孔２７を通って内部空間部２５から流入してくる冷却媒体にとっても通風抵抗となるので、翼面内に微小孔２７からの流れが入り込みづらくなり、通風効果を上げることができる。
【００３６】
（第５の実施の形態）
図５は本発明に係わる回転電機の第５の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
この第５の実施の形態は、前記第４の実施の形態を改良したものであり、翼弦線の傾きに対応して周方向に凹凸となるような傾斜した突条２９ａを設けたものである。
【００３７】
本実施の形態の場合、軸流ファン１２の翼先端部と内側ファンガイド１８の円筒部２０間のチップギャップ２５が翼先端近傍の翼断面の翼弦線の９０°方向に凹凸状の流路となるので、漏れ流れ方向への通風抵抗（拡大縮小損失）が第５の実施の形態よりも大きくなる。
【００３８】
しかも、突条２９ａまたは溝が翼弦線に沿っているため、軸流ファン１２先端と内側ファンガイド１８のチップギャップ２５の幅が翼弦線に沿って均一になり、翼圧力面から翼負圧面への漏れ流れが一層抑制される。
【００３９】
（第６の実施の形態）
図６は本発明に係わる回転電機の第６の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
この第６の実施の形態は、前記第５の実施の形態を更に改良したものであり、内側ファンガイド１８の円筒部２０のチップギャップ２５側に翼先端近傍の翼断面の平均反り線の９０°方向に対応して周方向に凹凸部を形成するように、複数の曲がり突条２９ｂを設けたものである。
【００４０】
本実施の形態の場合、軸流ファン１２の先端と内側ファンガイド１８の円筒部２０間のチップギャップ２５が翼先端近傍の翼断面の平均反り線の９０°方向に凹凸する流路になるので、漏れ流れ方向への通風抵抗（拡大縮小損失）が大きくなり、突条２９ｂまたな溝が平均反り線に沿っているため、軸流ファン１２先端と内側ファンガイド１８の円筒部２０間のチップギャップ２５の幅が平均反り線に沿って均一になり、翼圧力面から翼負圧面への漏れ流れが抑制される。
【００４１】
（第７の実施の形態）
図７は本発明に係わる回転電機の第７の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
第７の実施の形態は、流路１５内において前記円筒部２０とこれに接続される中間接続管２２−１とのコーナ部１８ｘ１から軸方向内部に向かって５０ｍｍ以内の位置に軸流ファン１２を設置するという条件のもとで、冷媒層流の壁面からの剥離が軸流ファン１２の効率に影響を及ぼさないように円筒部２０と中間接続管２２−１とのなす角度θ１を選定したものである。
【００４２】
図８はファンガイド傾斜角θ１とチップギャップ２５における冷媒層流の剥離領域δとの関係をシミュレーションした結果を表したグラフである。
図８は、シミュレーションによって軸流ファン１２の設置位置Ｘをコーナ部１８ｘ１から電機内部に向かって５０ｍｍとしたとき、ファンガイド傾斜角θ１をいろいろ変えていった場合の剥離領域（境界層厚さ）δの変化の様子を示す図である。この図８から明らかなように、θ１が３０度の前後で剥離領域（境界層厚さ）δが大きく変化することが確かめられた。剥離領域（境界層厚さ）δがチップギャップ２５の幅（通常、２〜５ｍｍ）よりも厚くなると、軸流ファン１２の効率が悪くなることから、効率を悪くしないためには剥離領域（境界層厚さ）δをチップギャップ２５の幅と同等にする必要がある。そのためには、ファンガイド傾斜角θ１を３０度以下にすれば良いことがわかる。
【００４３】
なお、図７において中間接続管２２−２を省略し、中間接続管２２−１と環状板部２１とが直接接続される構造の場合でも同様であり、逆に中間接続管２２−２と環状板部２１との間にさらにコーナ部があっても軸流ファン１２直前の中間接続管２２−１と円筒部２０とのなす角度θ１に関しては同様である。
【００４４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、チップギャップ２５に冷却媒体が軸方向から流入しないので漏れ損失およびそれに誘起される翼間内２次流れ損失が低減され、軸流ファン１２効率を向上することができる。また、軸流ファン１２上流側の流れを整流するための助走距離（言い換えれば、剥離した流れが再付着するための助走距離）を長くとる必要がないのでコンパクト化につながるとともに、ファン上流側流路のコーナ部を形成する内側ファンガイド１８を流れの剥離が小さい弧形状とする必要がないので製造上のコストを低減するメリットが得られる。
【００４５】
（第８の実施の形態）
図９は本発明に係わる回転電機の第８の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
第８の実施の形態は、軸流ファン１２上流側の流路にあるコーナ部１８ｘを形成する内側ファンガイド１８において流れが大きく剥離することが予測されるコーナ部（環状板部２１と中間接続管２２−２とのなす角度θ２が中間接続管２２−２と中間接続管２２−１とのなす角度θ３や中間接続管２２−１と円筒部２０のなす角度θよりも大きいコーナ部）の上流側位置する環状板部２１において、上流側に傾斜させた微小孔３０を設けるものである。この傾斜微小孔３０は環状板部２１の周方向に複数個設けるか、あるいは複数の中間接続管２２−１、２２−２および環状板部２１の軸方向に複数設けるようにしてもよい。
【００４６】
この実施の形態の場合、傾斜微小孔３０からのわずかな冷媒の噴射によって、流路１５内を流れる冷却媒体が環状板部２１の壁面で撹乱されるので、その壁面に沿った流れにはならなくなり、コーナ部での剥離が緩和される。環状板部２１の壁面近傍での流れの乱れは大きくなるが剥離の程度が緩和されるため、軸流ファン１２先端のファン性能が急激に低下することを回避することができる。
【００４７】
以上述べたように、本実施の形態によれば、軸流ファンの吸込み流路のコーナ部で大きく流れが剥離した場合にも翼先端近傍の性能低下を抑制できるので、軸流ファン１２上流側の流れを整流するための助走距離（剥離した流れが再付着するための助走距離）を長くとる必要がなくコンパクト化につながるとともに、軸流ファン上流側流路のコーナ部を形成する内側ファンガイド１８を流れの剥離が小さい弧形状とする必要がないので製造上のコストを低減できるメリットが得られる。
【００４８】
（第９の実施の形態）
図１０は本発明に係わる回転電機の第９の実施の形態における要部構造を示す断面図である。
第９の実施の形態は、外側ファンガイド１９の環状板部２３と軸受４の外周部を覆う外側ファンガイド部品２４−２との接続部であるコーナ部１９ｘを、内側ファンガイド１８の環状板部２１と中間接続管２２−２とを接続するコーナ部１８ｘ３よりも回転子軸２に近づけるようにしたものである。すなわち、回転軸２表面からコーナ部１９ｘまでの距離Ｌ２と、回転軸２表面からコーナ部１８ｘ３までの距離Ｌ１とはＬ１＞Ｌ２という関係にする。
【００４９】
流路１５は半径方向に向いているので外径側から内径側（回転子軸２側）に向かって流路断面積が小さくなる縮流になっており、冷却媒体流速が徐々に速くなる。内側ファンガイド１８における流れの剥離はまず環状板部２１と中間接続管２２−２とを接続するコーナ部１８ｘ３で生じるため、剥離の程度を抑制するために流速が小さいことが望ましい。
【００５０】
この実施の形態の場合、外側ファンガイドのコーナ部を内側ファンガイドのコーナ部よりも回転子軸側に配置するようにしたので、軸流ファン上流側流路断面の急縮流が内側ファンガイドのコーナ部の後流となり、内側ファンガイドのコーナ部での流れの大きな剥離を抑制することができる。
なお、この実施の形態の場合も、内部ファンガイド１８の円筒部２０に微小孔２７を設けているが、微小孔２７を設けることは必須要件ではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、軸流ファンによって圧力上昇した内側ファンガイドの外径側の内部空間部２８と、軸流ファン先端周縁部および内側ファンガイド間のチップギャップ２５の圧力を連続的にすることができ、その結果、翼圧力面から翼負圧面への周方向への冷媒漏れを抑制することができるので、チップギャップ２５の漏れ損失およびそれに誘起される２次流れ損失が低減された高効率ファンを有する通風システムを備えた回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の第１の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図２】本発明による回転電機の第２の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図３】本発明による回転電機の第３の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図４】本発明による回転電機の第４の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図５】本発明による回転電機の第５の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図６】本発明による回転電機の第６の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図７】本発明による回転電機の第７の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図８】内側ファンガイドの傾斜角と境界層の厚さの関係を示す図。
【図９】本発明による回転電機の第８の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図１０】本発明による回転電機の第９の実施の形態における要部構造を示す断面図。
【図１１】タービン発電機全体の冷却構造を示す断面図。
【図１２】従来のタービン発電機の要部構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…回転子、２…回転子軸、３…回転子鉄心、４…軸受、５…保持環、６…固定子、７…固定子枠、８…固定子鉄心、９…固定子コイル、１０…環状仕切り部、１１…固定子通風ダクト、１２…軸流ファン、１３…回転子通風ダクト、１４…クーラ、１５…流路、１６…エアギャップ、１７…排気ダクト、１８…内側ファンガイド、１８ｘ…流れの剥離個所、１９…外側ファンガイド、２０…円筒部、２１…環状板部、２２−１，２２−２…中間接続管、２３…環状板部、２４−１，２４−２…外側ファンガイド部品、２５…チップギャップ、２６…翼圧力面側から負圧面側に向かう冷媒漏れ、２７…微小孔、２８…回転電機の内部空間、２９，２９ａ，２９ｂ…周方向の凹凸部、３０…傾斜微小孔。
【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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