(57)【要約】【課題】  風損等を低減して回転子及び固定子コアの冷却効率を向上することができる回転機の冷却構造を提供する。【解決手段】  筒状の固定子コア５が回転子１の回転軸方向に複数の分割片に分割され、複数の分割片の間にスリット８を有し、各々のスリット８に、スリット８内を周方向に区分するための複数の仕切り部材を径方向に延びるように設けることにより、区分された各々の空間からなる、筒状の固定子コア５の外周面側から内周面側の方向へ第１の冷却ガスを流すためのガス流入路と、筒状の固定子コア５の内周面側から外周面側の方向へ第１の冷却ガスを流すためのガス流出路とが交互に配設され、ガス流入路から回転子１の表面へ流入する第１の冷却ガスの実質的に全部が、回転子１の周囲を回転子１の回転方向と同方向へ流れて、ガス流入路と隣接するガス流出路へ流入するように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の固定子コアの内周面と、前記固定子コアの内側に配設された略円柱形の回転子の側面との間に第１の間隙を有し、
前記固定子コアが前記回転子の回転軸方向に複数の分割片に分割され、複数の前記分割片の間に第２の間隙を有し、
各々の前記第２の間隙に、前記第２の間隙を周方向に区分するための複数の第１の仕切り部材を径方向に延びるように設けることにより、前記区分された各々の空間からなる、前記筒状の固定子コアの外周面側から内周面側の方向へ第１の冷却ガスを流すためのガス流入路と、前記筒状の固定子コアの内周面側から外周面側の方向へ前記第１の冷却ガスを流すためのガス流出路とが交互に配設され、
前記ガス流入路から前記第１の間隙へ流入する前記第１の冷却ガスの実質的に全部が、前記回転子の周囲を前記回転子の回転方向と同方向へ流れて、前記ガス流入路と隣接する前記ガス流出路へ流出するように構成された回転機の冷却構造。
【請求項２】
前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロットに埋設された前記固定子コイルが前記固定子コアの前記回転軸方向の両端からはみ出したコイルエンドの各々に対し第２の冷却ガスを供給して排出するガス流路が設けられた請求項１に記載の回転機の冷却構造。
【請求項３】
前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロット内の前記固定子コイルの表面が、各々の前記スロットの間の前記固定子コアの内周面よりも後退した位置に位置するように構成された請求項１に記載の回転機の冷却構造。
【請求項４】
前記固定子コアの外周面と第３の間隙を有して前記外周面を覆うように配設された筒状の外囲部材と、前記固定子コアの外周面と前記外囲部材との間に前記回転子の回転軸と略平行に所定の間隔で延びるように配設された複数の第２の仕切り部材と、前記固定子コアの前記回転軸方向の両端の外周部と前記外囲部材との間を塞ぐように配設された端部材とによって、前記第３の間隙が前記固定子コアの外周面の周方向に並ぶ複数の空間に区画され、
前記第１の仕切り部材は、各々の前記ガス流入路及び各々の前記ガス流出路がそれぞれの前記空間と連通するように配置され、
各々の前記ガス流入路に連通する各々の前記空間である分配空間へ前記第１の冷却ガスを供給するためのガス供給路と、各々の前記ガス流出路に連通する各々の前記空間である集合空間から前記第１の冷却ガスを排出するためのガス排出路とが、前記外囲部材の内部に設けられた請求項１に記載の回転機の冷却構造。
【請求項５】
前記ガス供給路は、各々の前記分配空間と連通し前記外囲部材の内部に設けられた第１の空洞部と、前記第１の空洞部と連通し外部から前記第１の冷却ガスを供給するための第１のガス供給口とによって構成され、
前記ガス排出路は、各々の前記集合空間と連通し前記外囲部材の内部に設けられた第２の空洞部と、前記第２の空洞部と連通し外部へ前記第１の冷却ガスを排出するための第１のガス排出口とによって構成された請求項４に記載の回転機の冷却構造。
【請求項６】
前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロットに埋設された前記固定子コイルが前記固定子コアの前記回転軸方向の両端からはみ出した第１及び第２のコイルエンドを有し、
前記外囲部材は、前記第１及び第２のコイルエンドの各々を収納する第１及び第２のコイルエンド収納部を有するハウジングであり、
前記ハウジングの前記第１及び第２のコイルエンド収納部の各々に、第２の冷却ガスを供給するための第２のガス供給口と前記第２の冷却ガスを排出するための第２のガス排出口とが設けられた請求項４または５に記載の回転機の冷却構造。
【請求項７】
前記回転機が、毎分１００００回転以上の回転速度で回転可能な電動機である請求項１に記載の回転機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転する回転機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、比較的低速回転の回転機においては、回転子に穴または溝等の通気スロットが設けられ、固定子コアが回転子の回転軸の軸方向に分割されたものがある。この場合、回転子の通気スロットを介して軸方向に冷却ガスを供給し、回転子から固定子コアの分割された隙間へ冷却ガスを流すことにより、回転子及び固定子を冷却するように構成されている。しかし、高速回転の回転機では、回転子の剛性確保や遠心力による付属品の飛散防止などの観点から、上記のような通気スロットを有する回転子を採用することが困難であるため、表面が滑らかな回転子が採用され、上記のような冷却構造は適用できない。また、高速回転を行う回転機では、鉄損による回転子及び固定子の発熱が大きいため、冷却効率の高い冷却構造が求められる。
【０００３】
従来の高速回転を行う回転機の冷却構造の一例を、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、冷却ガスの流れる方向を矢印で示している。
【０００４】
図５（ａ）に示す例では、回転子５１と固定子コア５２との間隙へ一端側から冷却ガスを流入させ、回転子５１の軸方向に冷却ガスを流して他端側から流出させるようにしている。図５（ｂ）に示す例では、固定子コア５２を２分割してその間隙へ冷却ガスを流入させ、回転子５１の表面に達した冷却ガスが分岐されて回転子５１の表面を回転子５１の両端へ向かって流れるようにしている。図５（ｃ）に示す例では、固定子コア５２を４つに分割してその中央の間隙から回転子５１の表面へ冷却ガスを流入させるとともに、回転子５１と固定子コア５２との間隙へそれらの両端から回転子５１の軸方向に冷却ガスを流入させ、固定子コア５２が分割されている両側の間隙から冷却ガスを流出させるようにしている。
【０００５】
また、特許文献１には、タービン発電機の固定子鉄心を冷却する構成が開示されている。この構成では、固定子の外側から内側方向へ冷却ガスが流れる第１の通風路群と、固定子の内側から外側方向へ冷却ガスが流れる第２の通風路群とが、周方向に交互に配置され、第１の通風路群を通過して固定子と回転子との間隙に至った冷却ガスは、その第１の通風路群の両側に隣接する第２の通風路群を通過して固定子の外周側へ流れるように構成されるとともに、第１の通風路群を通過する間に温度上昇した冷却ガスの温度を下げるために、固定子と回転子との端部の間隙から軸方向へ冷却ガスを供給するように構成されている。
【特許文献１】特開平１１−２６２２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、高速回転の回転機では、回転子と固定子との間隙が回転機の効率を高めるために非常に狭くなっており、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、回転子の軸方向に冷却ガスを流す場合には、流路の圧損が大きく、冷却に必要な冷却ガスの流量を得るのが容易ではなく、高い冷却効率が得られない。さらにこの場合、回転子の回転による風損が大きくなり、回転子の軸方向に冷却ガスが流れる間に、風損によって冷却ガスが加熱されて、冷却ガスの温度が上昇し、冷却効率が低下するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１に開示された構成を、高速回転を行う回転機に適用した場合には、固定子と回転子との間隙にも軸方向へ冷却ガスを供給するため、前述のように、流路の圧損が大きくなる。さらに、第１の通風路群を通過して固定子と回転子との間隙に至った冷却ガスは、回転子の回転方向とは逆方向に隣接している第２の通風路群へも流入することになるため、回転子の回転による風損が大きくなる。したがって、この場合でも冷却効率が低下するという問題が発生する。
【０００８】
本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、風損等を低減して回転子及び固定子コアの冷却効率を向上することができる回転機の冷却構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の回転機の冷却構造は、筒状の固定子コアの内周面と、前記固定子コアの内側に配設された略円柱形の回転子の側面との間に第１の間隙を有し、前記固定子コアが前記回転子の回転軸方向に複数の分割片に分割され、複数の前記分割片の間に第２の間隙を有し、各々の前記第２の間隙に、前記第２の間隙を周方向に区分するための複数の第１の仕切り部材を径方向に延びるように設けることにより、前記区分された各々の空間からなる、前記筒状の固定子コアの外周面側から内周面側の方向へ第１の冷却ガスを流すためのガス流入路と、前記筒状の固定子コアの内周面側から外周面側の方向へ前記第１の冷却ガスを流すためのガス流出路とが交互に配設され、前記ガス流入路から前記第１の間隙へ流入する前記第１の冷却ガスの実質的に全部が、前記回転子の周囲を前記回転子の回転方向と同方向へ流れて、前記ガス流入路と隣接する前記ガス流出路へ流出するように構成されている。
【００１０】
この構成によれば、複数に分割された固定子コアの各々の間隙に、第１の仕切り部材を設けてガス流入路及びガス流出路を交互に形成し、固定子コアの外周面側からガス流入路へ流入した第１の冷却ガスは、ガス流入路から固定子コアと回転子との間隙へ流入し、回転子の周囲をその回転方向と同方向へ流れて隣接するガス流出路を介して固定子コアの外周面側へ流出する。このように、固定子コアと回転子との間隙へ流入した第１の冷却ガスが回転子の周囲をその回転方向と同方向へ流れることにより回転子による風損を小さくできるとともに、流入したガス流入路と隣接するガス流出路から流出するため回転子の周囲を流れる距離を短くして流路の圧損も小さくできる。これにより、冷却ガスの温度上昇を抑えることができ、回転子及び固定子コアの冷却効率を向上することができる。
【００１１】
また、前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロットに埋設された前記固定子コイルが前記固定子コアの前記回転軸方向の両端からはみ出したコイルエンドの各々に対し第２の冷却ガスを供給して排出するガス流路が設けられた構成としてもよい。
【００１２】
この構成によれば、コイルエンドと、回転子及び固定子コアとをそれぞれ独立して冷却できるため、回転機全体としての冷却効率を向上することができる。
【００１３】
また、前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロット内の前記固定子コイルの表面が、各々の前記スロットの間の前記固定子コアの内周面よりも後退した位置に位置するように構成されてあってもよい。
【００１４】
この構成によれば、ガス流入路から流入した冷却ガスが回転子表面において回転軸方向に広がりやすくなり、回転子表面を一様に冷却することが可能になる。
【００１５】
また、前記固定子コアの外周面と第３の間隙を有して前記外周面を覆うように配設された筒状の外囲部材と、前記固定子コアの外周面と前記外囲部材との間に前記回転子の回転軸と略平行に所定の間隔で延びるように配設された複数の第２の仕切り部材と、前記固定子コアの前記回転軸方向の両端の外周部と前記外囲部材との間を塞ぐように配設された端部材とによって、前記第３の間隙が前記固定子コアの外周面の周方向に並ぶ複数の空間に区画され、前記第１の仕切り部材は、各々の前記ガス流入路及び各々の前記ガス流出路がそれぞれの前記空間と連通するように配置され、各々の前記ガス流入路に連通する各々の前記空間である分配空間へ前記第１の冷却ガスを供給するためのガス供給路と、各々の前記ガス流出路に連通する各々の前記空間である集合空間から前記第１の冷却ガスを排出するためのガス排出路とが、前記外囲部材の内部に設けられた構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、外囲部材に第１の冷却ガスのガス供給路及びガス排出路が内蔵されることにより、外部からガス流入路及びガス流出路に対し第１の冷却ガスを供給及び排出するための構成が容易になる。
【００１７】
また、前記ガス供給路は、各々の前記分配空間と連通し前記外囲部材の内部に設けられた第１の空洞部と、前記第１の空洞部と連通し外部から前記第１の冷却ガスを供給するための第１のガス供給口とによって構成され、前記ガス排出路は、各々の前記集合空間と連通し前記外囲部材の内部に設けられた第２の空洞部と、前記第２の空洞部と連通し外部へ前記第１の冷却ガスを排出するための第１のガス排出口とによって構成されてあってもよい。
【００１８】
この構成によれば、回転機に対し、第１の冷却ガスを供給するためのガス配管を第１のガス供給口に接続し、第１の冷却ガスを排出するためのガス配管を第１のガス排出口に接続すればよく、外部のガス配管との接続が容易になる。
【００１９】
また、前記筒状の固定子コアの内周面に、固定子コイルが埋設され前記回転軸方向に延びるスロットが前記内周面の周方向に並んで複数設けられており、前記スロットに埋設された前記固定子コイルが前記固定子コアの前記回転軸方向の両端からはみ出した第１及び第２のコイルエンドを有し、前記外囲部材は、前記第１及び第２のコイルエンドの各々を収納する第１及び第２のコイルエンド収納部を有するハウジングであり、前記ハウジングの前記第１及び第２のコイルエンド収納部の各々に、第２の冷却ガスを供給するための第２のガス供給口と前記第２の冷却ガスを排出するための第２のガス排出口とが設けられた構成としてもよい。
【００２０】
この構成によれば、コイルエンドと、回転子及び固定子コアとをそれぞれ独立して冷却できるため、回転機全体としての冷却効率を向上することができる。さらに、第１の冷却ガスのガス供給路及びガス排出路が内蔵される外囲部材を含むハウジングに、コイルエンドへ供給する第２の冷却ガスのガス供給口及びガス排出口が設けられているため、外部から第１の冷却ガス及び第２の冷却ガスを供給及び排出するための構成が容易になる。また、ハウジングに第１の冷却ガスのガス供給路及びガス排出路が内蔵された構成であるため、ハウジングを含めた回転機の大型化を抑制し、小型化が可能になる。
【００２１】
また、前記回転機が、毎分１００００回転以上の回転速度で回転可能な電動機であってもよい。このような高速回転を行う回転機において、本発明の効果はより顕著になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上に説明した構成を有し、風損等を低減して回転子及び固定子コアの冷却効率を向上することができる回転機の冷却構造を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の回転機の構成を示す断面図である。また、図２（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図３は、図２（ａ）の一部拡大図である。図４は、同回転機の外部の冷却ガスの配管系統を示す模式図である。なお、図１〜図４において、符号を付していない矢印は冷却ガスの流れる方向を示す。
【００２５】
本実施の形態の回転機は、１００００ｒｐｍ（回転/分）以上の高速回転を行う電動機であり、図１に示すように、側面が滑らかな円柱形の回転子１が筒状の固定子コア５の内側に配置されている。回転子１と固定子コア５の歯部５ａ（図３）との間隙は、１〜２ｍｍ程度である。また、固定子コア５の歯部５ａの先端部分は、図３に示すように、周方向に拡がっているが、この拡がり部分は、図２（ａ）、（ｂ）では作図を簡略化し、示されていない。
【００２６】
回転子１は、表面に永久磁石を接着し、さらにその表面を炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）で覆って構成されており、回転子１の表面（円柱形の側面）は溝等がなく、滑らかになっている。回転子１のシャフトはその両側が軸受３，４によって支持されている。
【００２７】
固定子は、固定子コア５及び固定子コイル６で構成される。固定子コア５は、回転子１の回転軸の方向（以下、「軸方向」という）に複数（本実施の形態では６つ）の分割片に分割されており、分割片の間にスリット８を有する。固定子コア５は、薄い鉄板を重ね合わせたもので、その内周面側には軸方向に延びる多くのスロット９（図２（ａ）、（ｂ））が設けられて、そのスロット９内に固定子コイル６が入れられている。ここで、スロット９内の固定子コイル６の占積率を減らして、スロット９内の固定子コイル６の表面を、各スロット９の間の固定子コア５の内周面（歯部５ａの表面）よりも後退させた構成にしている。すなわち、固定子コア５の歯部５ａと回転子１との間の間隙（１〜２ｍｍ程度）よりも、スロット９内の固定子コイル６と回転子１との間の間隙（３〜４ｍｍ程度）の方が大きいように構成されている。また、固定子コア５の各々の分割片の間（各スリット８）には、スリット８の全幅に渡り、かつ固定子コア５の径方向に延びるように（放射状に）スペース部材１０を設けているので、各スリット８の幅を一定に保つことが可能である。このように、スペース部材１０は、その厚みがスリット８の幅（固定子コア５の分割片の間の距離）に等しく、かつ放射状に設けられている。
【００２８】
回転子１及び固定子はハウジング７内に収納され、ハウジング７には、冷却ガスの３つの供給口１１，１２，１３と、３つの排出口１４（図２（ｂ）），１５，１６とが設けられている。また、ハウジング７の内部には、供給口１１と繋がるガス供給用マニホールド１７と、排出口１４と繋がるガス排出用マニホールド１８とが設けられている。また、固定子コア５の両端にはそれぞれリング状の端板（端部材）１９，２０が設けられ、各端板１９，２０によって、固定子コア５の外周面とハウジング７との間の空間は、コイルエンド６ａ、６ｂ側の空間（コイルエンド収納室２６，２７）と分離されている。
【００２９】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、固定子コア５の外周面とハウジング７との間に回転子１の回転軸と略平行に延びてかつ所定の間隔をもって８本の仕切り部材（第２の仕切り部材）２１が配設されている。各仕切り部材２１の回転軸と略平行に延びた両端は前述の端板１９，２０と接しており、８本の仕切り部材２１と前述の端板１９，２０とによって、固定子コア５の外周面とハウジング７との間の空間が８つの空間に仕切られている。この８つの空間によって、固定子コア５の外周面の周方向に並び、交互に配置されたガス供給分配路２２とガス排出集合路２３とがそれぞれ４つ構成されている。ハウジング７の内側には、その内部のガス供給用マニホールド１７を各ガス供給分配路２２と連通させるための穴２４が設けられ、これにより１つの供給口１１と４つのガス供給分配路２２とが連通している。同様に、ハウジング７の内側には、その内部のガス排出用マニホールド１８を各ガス排出集合路２３と連通させるための穴２５が設けられ、これにより１つの排出口１４と４つのガス排出集合路２３とが連通している。
【００３０】
また、各仕切り部材２１と接しているスペース部材１０（図３では、１０ａ、１０ｂ、１０ｃに該当）は、スリット８内を通過する冷却ガスのガス流入路とガス流出路とを分離するための仕切り部材（第１の仕切り部材）としての機能を兼ねる。すなわち、各スリット８において、各々のガス供給分配路２２の両側の仕切り部材２１と接している両側のスペース部材１０の間の間隙は、ガス供給分配路２２から回転子１表面へ冷却ガスを流すガス流入路となり、各々のガス排出集合路２３の両側の仕切り部材２１と接している両側のスペース部材１０の間の間隙は、回転子１表面からガス排出集合路２３へ冷却ガスを流すガス流出路となる。
【００３１】
各スペース部材１０の幅ｔ（図３）は、歯部５ａの部分で、ガス流入路及びガス流出路の冷却ガスの流れを妨げないように（冷却ガスが流れやすいように）設定されている。また、仕切り部材２１と接していないスペース部材１０は、固定子コア５の外周側の端部よりも内側から歯部５ａの中ほどに至る範囲に設けられているが、仕切り部材２１と接しているスペース部材１０は、仕切り部材として確実に機能させるために固定子コア５の外周側の端部から歯部５ａの先端に至る範囲に設けられている。
【００３２】
なお、各スリット８において、仕切り部材として機能するスペース部材１０は、本実施の形態のように各仕切り部材２１に対して少なくとも１つ設けられてあればよい。また、本実施の形態では、各スリット８において、各スロット９の間の固定子コア５の各歯部５ａに対応してスペース部材１０が配置されているが、各スリット８の幅を一定に保つことができれば、仕切り部材として機能するスペース部材１０以外のスペース部材１０は必ずしも全て設ける必要はない。要するに、仕切り部材として機能するスペース部材１０によってスリット８内に前述のガス流入路とガス流出路とが分離して構成されればよく、全てのスペース部材１０については、それらによって各スリット８の幅を一定に保つことができればよい。例えば仕切り部材以外のスペース部材１０を複数（例えば２つ等）の歯部５ａごとに１つ設けるようにしてもよいし、他の手段によってスリット８の幅を一定に保つことができれば仕切り部材以外のスペース部材１０は無くてもよい。
【００３３】
上記のように構成された回転機の製作方法については、例えば、各スリット８にスペース部材１０が設けられている固定子コア５の外周面に、軸方向に長い８本の仕切り部材２１を溶接等によって取り付け、さらに、仕切り部材２１を取り付けた固定子コア５の両端にリング状の端板１９，２０を溶接等によって取り付ける。さらに固定子コイル６を巻いて固定子部とする。また、鋳造などの技法を用いて、３つの供給口１１，１２，１３及び３つの排出口１４，１５，１６と、２つのマニホールド１７、１８と、マニホールド１７に繋がる内側の４つの穴２４と、マニホールド１８に繋がる内側の４つの穴２５とを有する円筒形のハウジング本体を製作しておく。この円筒形のハウジング本体に後で両側の蓋部分が取り付けられてハウジング７となる。そして、前述の固定子部を、円筒形のハウジング本体に嵌め込む。これにより、固定子コア５の外周面とハウジング本体の内周面との間に、各仕切り部材２１及び端板１９，２０で仕切られたガス供給分配路２２及びガス排出集合路２３が形成される。この後で、ハウジング本体に両側の蓋部分をボルト等によって取り付ける。
【００３４】
次に、本実施の形態の回転機の内部の冷却ガスの流れについて説明する。なお、回転子１は矢印Ｒ（図２（ａ）、（ｂ））の方向へ回転しているものとする。冷却ガスには、例えば空気を用いればよい。
【００３５】
（回転子及び固定子内部冷却流路）
まず、供給口１１から流入する冷却ガス（第１の冷却ガス）は、ガス供給用マニホールド１７を通り、各々の穴２４から各ガス供給分配路２２へ供給され、各スリット８へ流入する。図３に示すように、例えば、ある１つのガス供給分配路２２から各スリット８へ流入した冷却ガスは、仕切り部材であるスペース部材１０ａと１０ｂの間（ガス流入路）を通過して回転子１の表面に達する。そして、回転子１と固定子との間隙を、回転子１の回転により回転子１の回転方向（矢印Ｒ）と同じ方向へ流れて、回転子１の表面から仕切り部材であるスペース部材１０ａと１０ｃの間（ガス流出路）を通過して、上記のガス供給分配路２２と隣接するガス排出集合路２３へ流出する。このようにして、各スリット８から流出される冷却ガスは、各ガス排出集合路２３を通り、各々の穴２５からガス排出用マニホールド１８へ流入し、排出口１４から排出される。本実施の形態では、回転子１と固定子コア５（歯部５ａ）との間隙を１〜２ｍｍ程度とし、１００００ｒｐｍ以上の高速回転を行うこと等により、回転子１の回転により回転子１と固定子との間隙に発生する回転方向のガス流速が各スリット８から流入する冷却ガス流速に比べて十分に速いため、各スリット８から回転子１と固定子との間隙へ流入した冷却ガスは、回転子１の回転方向とは逆方向に流れることなく、ほとんど全て回転子１の回転方向と同じ方向へ流れる。
【００３６】
（コイルエンド冷却流路）
次に、供給口１２から流入する冷却ガス（第２の冷却ガス）は、コイルエンド収納室２６へ流入してコイルエンド６ａを冷却し、排出口１５から排出される。同様に、供給口１３から流入する冷却ガス（第２の冷却ガス）は、コイルエンド収納室２７へ流入してコイルエンド６ｂを冷却し、排出口１６から排出される。
【００３７】
固定子コア５の回転軸方向の両端の外周部とハウジング７との間を塞ぐように端板１９，２０が設けられているため、供給口１２、１３からコイルエンド収納室２６、２７へ供給された冷却ガスが、ガス供給分配路２２及びガス排出集合路２３へ流入することがなく、また、ガス供給分配路２２及びガス排出集合路２３の冷却ガスがコイルエンド収納室２６、２７へ流入することもない。このように、回転子１及び固定子内部を冷却する冷却ガス流路と、各コイルエンド６ａ、６ｂを冷却する冷却ガス流路とが独立して設けられている。
【００３８】
なお、ガス供給用及びガス排出用マニホールド１７，１８はそれぞれ終端がないリング状に形成されているが、必ずしもリング状に形成されていなくてもよい。ガス供給用マニホールド１７の場合には、供給口１１と各々のガス供給分配路２２とが連結されてあればよい。例えば、供給口１１の周方向の位置を、図２（ｂ）に示された排出口１４の位置（図２（ａ）のＸで示される位置）までずらし、そのずらした位置の供給口１１に対し、回転軸（回転子１）を挟んで反対側の部分（図２（ａ）のＹで示される部分）でマニホールド１７が分断されていてもよい。同様にして、ガス排出用マニホールド１８の場合も、排出口１４と各々のガス排出集合路２３とが連結されてあればよく、途中で分断されていてもよい。
【００３９】
本実施の形態では、各々のガス供給分配路２２から各スリット８へ流入した冷却ガスは、回転子１の表面に達した後、回転子１と固定子との間隙を、回転子１の回転方向（矢印Ｒ）と同じ方向へ流れて、回転子１の表面からスリット８を介して上記ガス供給分配路２２と隣接するガス排出集合路２３へ流出する。したがって、回転子１の表面に供給された冷却ガスは、回転子１と固定子との間隙を回転子１の回転方向へ流れ、かつ比較的短距離で通過してスリット８へ流出するので、流路の圧損を小さくできるとともに、回転子１の回転による風損を小さくできるため、冷却ガスの温度上昇を小さく抑え、回転子１の冷却効率を向上することができる。
【００４０】
また、スロット９内の固定子コイル６の占積率を減らして、スロット９内の固定子コイル６の表面を、スロットが設けられていない固定子コア５の内周面（歯部５ａの表面）よりも後退させていることにより、スリット８へ供給された冷却ガスが回転子１の表面において回転軸方向に広がりやすくなり、回転子１の表面を一様に冷却することが可能になる。
【００４１】
また、固定子コア５が分割されているスリット８の数、及びスリット８とスリット８と間の間隔を調整することにより、回転子１の表面をさらに一様に冷却することができる。
【００４２】
また、冷却ガスがスリット８を通過する際に、固定子コア５及びスロット９内の固定子コイル６からも熱を奪うため、固定子内部を一様に冷却することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、固定子コア５の周囲に交互に配設されるガス供給分配路２２及びガス排出集合路２３を４つずつ設けた構成としたが、それぞれ少なくとも１つずつは必要であり、スリット８のガス流入路から回転子１の表面に流入した冷却ガスを、回転子１と固定子との間隙を短距離で通過させてスリット８のガス流出路へ流出させ、流路の圧損を小さくするためには、それぞれ複数配設されている方が好ましい。
【００４４】
また、回転子１及び固定子内部を冷却する冷却ガス流路と独立して、各コイルエンド６ａ、６ｂを冷却する冷却ガス流路を設けることにより、コイルエンド６ａ、６ｂにフレッシュな冷却ガスを大量に供給して冷却を行うことができ、回転機全体を効率よく冷却することができる。
【００４５】
また、固定子コア５に複数の仕切り部材２１及び端板１９，２０を取り付け、固定子コア５とハウジング７との間に、複数のガス供給分配路２２及び複数のガス排出集合路２３を構成し、ハウジング７内部に、複数のガス供給分配路２２と１つの供給口１１とを連結するガス供給用マニホールド１７と、複数のガス排出集合路２３と１つの排出口１４とを連結するガス排出用マニホールド１８とを設けた構成とすることにより、冷却ガス流路を含む回転機のハウジング７を小型化することが可能になる。すなわち、回転機の小型化が図れる。また、上記構成により、外部の冷却ガスの配管との接続も容易になる。
【００４６】
図４は、本実施の形態の回転機の外部の冷却ガスの配管系統の一例を示す模式図である。
【００４７】
ハウジング７の供給口１１，１２，１３及び排出口１４，１５，１６には、例えば、図４に示すように、冷却ガスの配管が接続されている。この図４は、供給口１１，１２，１３及び排出口１４，１５，１６の正確な位置を示すものではなく、それに接続される配管系統を模式的に示したものである。
【００４８】
回転子及び固定子内部冷却系（以下、「回転子冷却系」という）では、供給口１１には吸気ダクトに連結された配管３１が接続され、排出口１４には、バルブ３３、流量計３４及び冷却ファン３５が設けられて排気ダクトに接続された配管３２が接続されている。この構成の場合、ファン３５が排気ポンプとして働き、冷却ガス（空気）の流量調整は、バルブ３３の調整及び／又はファン３５の回転数の調整によって行う。配管３１から流入した冷却ガスは、供給口１１からハウジング７内部へ供給され、排出口１４から配管３２を流れて外部へ排出される。
【００４９】
コイルエンド冷却系では、吸気ダクトに連結され冷却ファン３９が設けられた配管３６が２本の配管３７，３８に分岐され、それぞれの配管３７，３８はバルブ４０，４２及び流量計４１，４３が設けられて、それぞれの供給口１２，１３に接続されている。また、排出口１５，１６は、それぞれ排気ダクトに接続された配管４４，４５が接続されている。この構成の場合、ファン３９が吸気ポンプとして働き、冷却ガス（空気）の流量調整は、バルブ４０，４２の調整及び／又はファン３９の回転数の調整によって行う。配管３６から流入した冷却ガスは、２本の配管３７，３８に分岐してそれぞれの供給口１２，１３からハウジング７内部へ供給され、それぞれ排出口１５，１６から配管４４，４５を流れて外部へ排出される。
【００５０】
この図４の例では、回転子冷却系を、排気ポンプを用いた構成としたが、コイルエンド冷却系のように、吸気ポンプを用いた構成としてもよい。また、コイルエンド冷却系を、回転子冷却系のように排気ポンプを用いた構成としてもよい。ただし、吸気ポンプを用いた構成の場合、吸気ポンプとして働くファンの発熱により回転機へ供給される冷却ガスの温度が少し上昇するので、特に、回転機内の冷却ガスの流路が複雑である回転子冷却系では、図４のように排気ポンプを用いた構成とした方が好ましい。
【００５１】
上記に述べた本実施の形態では、回転子１が１００００ｒｐｍ以上の高速回転を行う構成であり、その上限値（最高回転速度）については理論上は無限大であるが、現実的には回転子の共振周波数の影響（ロータダイナミクス）や、遠心力による回転子表面に接着した永久磁石の剥離、破損防止の面より制限される。
【００５２】
なお、本実施の形態では、回転機として電動機を用いてその冷却構造を説明したが、発電機の場合も同様にしてその冷却構造を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る回転機の冷却構造は、高速回転を行う回転機の冷却構造として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態の回転機の構造を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】図２（ａ）の一部拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態の回転機の外部の冷却ガスの配管系統の一例を示す模式図である。
【図５】従来の回転機の冷却構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  回転子
３，４  軸受
５  固定子コア
６  固定子コイル
６ａ，６ｂ  コイルエンド
７  ハウジング
８  スリット
９  スロット
１０  スペース部材
１１，１２，１３  供給口
１４，１５，１６  排出口
１７  ガス供給用マニホールド
１８  ガス排出用マニホールド
１９，２０  端板
２１  仕切り部材
２２  ガス供給分配路
２３  ガス排出集合路
２４，２５  穴
２６，２７  コイルエンド収納室
【図１】
2007244067.tif 000003
【図２】
2007244067.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007244067.tif 000006
【図５】
2007244067.tif 000007