(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向を軸中心として回転軸と共に回転する回転子鉄心と、該回転子鉄心とエアギャップを介して配置され、かつ、径方向に貫通し、軸方向に所定間隔を持って形成された第１の通風ダクト及び該第１の通風ダクトより軸方向中央側に形成された第２の通風ダクトを有する固定子鉄心と、前記回転軸に設けられ、軸方向外側で吸気して内側に排気するファンと、該ファンの回転によって機内を流通する冷却媒体の流通路に設けられ、該冷却媒体を冷却する冷却器とを備えた回転電機において、
前記冷却器は、回転電機の軸方向両端に配置された第１の冷却器と、少なくとも該第１の冷却器間に配置され、該第１の冷却器よりも小型な第２の冷却器とからなり、かつ、前記冷却媒体が前記ファンの排気側から前記エアギャップを流通した後に前記第１の通風ダクトを流通して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、その後前記固定子鉄心を支持する固定子枠の内周を通り前記ファンの吸気側に至る通路を形成する第１の通風路と、前記冷却媒体が前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、その後前記第２の通風ダクトを流通して前記エアギャップに至り前記ファンの排気側から前記エアギャップに流通してきた前記第１の通風路の前記冷却媒体と合流する通路を形成する第２の通風路とを有し、前記第１の通風路の途中に前記第１の冷却器を、前記第２の通風路の途中に前記第２の冷却器をそれぞれ配置し、前記第１の冷却器で冷却した冷却媒体の一部を前記第２の冷却器でさらに冷却するように構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第２の通風路は、前記冷却媒体が軸方向両側の前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、軸方向両側からの前記冷却媒体がそれぞれ前記第２の通風ダクトを流通して前記エアギャップに至り前記ファンの排気側から前記エアギャップに流通してきた前記冷却媒体と合流するものであり、前記第２の冷却器は、前記第２の通風路の前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至る軸方向両側の通路にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記第２の通風路は、前記冷却媒体が軸方向両側の前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、軸方向両側からの前記冷却媒体が合流して前記第２の通風ダクトを流通して前記エアギャップに至り前記ファンの排気側から前記エアギャップに流通してきた前記冷却媒体と合流するものであり、前記第２の冷却器は、前記第２の通風路の前記冷却媒体が軸方向両側の前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、軸方向両側からの前記冷却媒体が合流する箇所に配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に係り、特に冷却媒体が流れる通風路に冷却器を設置した回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機は、例えば特開昭60−162432号公報，特開平2−70247号公報等に記載のように、冷却媒体の流れる通風路を回転軸及び回転軸に直角な軸に対して線対称に形成し、冷却媒体を冷却するための冷却器を回転軸に直角な軸に対して線対称、かつ回転電機の上部に複数設置したものであり、しかも、各冷却器は冷却容量の同じものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のように冷却器を設置していた従来の回転電機では、発電容量の増加に伴って熱負荷が増加した場合、冷却器からの距離に応じて冷却媒体に大きな温度差が生じ、機内、特に固定子鉄心と回転子鉄心との間の空隙、いわゆるエアギャップに局所的な発熱部分が生じてしまう。エアギャップに局所的な発熱部分が生じてしまうと、回転子の軸方向に不均一な熱伸びが生じ、回転子の熱振動ストロークが大きくなってしまう恐れがある。
【０００４】
上記の解決手段として冷却器の熱交換容量の増加、即ち冷却器を大型化することが考えられる。しかし、この解決手段では、エアギャップの軸方向の温度上昇分布の絶対値及び局所的な発熱の絶対値は低減できるものの、単なる冷却器の熱交換容量を大きくしただけではエアギャップの軸方向の温度上昇分布を平準化することはできない。また、この解決手段では、十分に冷却されて冷却する必要がないにも係ず、この部分を冷却することになるので、冷却風を有効に利用した冷却とはいえない。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、機内の温度上昇分布を平準化し、回転子の軸方向に不均一な熱伸びが生じて回転子の熱振動ストロークが大きくなることのない回転電機を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的な特徴はメインとなる冷却器とサブとなる冷却器を設置し、メインとなる冷却器によって冷却された冷却媒体の少なくとも一部をさらにサブとなる冷却器によって冷却するように構成したことにある。すなわち冷却媒体を冷却器で２度冷却するように構成したものである。この結果、固定子と回転子との間の空隙、いわゆるエアギャップの軸方向全部にわたって十分に冷却された冷却媒体を供給することができ、エアギャップの軸方向に局所的な発熱を抑え、エアギャップの軸方向の温度上昇分布を平準化できる。
【０００７】
サブとなる冷却器はメインとなる冷却器よりも小型、すなわち冷却容量を小さくしている。つまりメインとなる冷却器によって冷却された冷却媒体の一部を冷却するものであるから、その冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良い。また、サブとなる冷却器はファンの排気側から分岐して固定子鉄心の外周側に至るダクトの途中に配置、すなわちメインとなる冷却器が配置されている空間よりも小さな空間に配置されるので、小型のものでなければ配置できない。従って、回転電機の外観上、大型の冷却器、すなわちメインとなる冷却器と小型の冷却器、すなわちサブとなる冷却器が軸方向に一列に列構成をなしている。
【０００８】
ここに、本願発明は、水平方向を軸中心として回転軸と共に回転する回転子鉄心と、該回転子鉄心とエアギャップを介して配置され、かつ、径方向に貫通し、軸方向に所定間隔を持って形成された第１の通風ダクト及び該第１の通風ダクトより軸方向中央側に形成された第２の通風ダクトを有する固定子鉄心と、前記回転軸に設けられ、軸方向外側で吸気して内側に排気するファンと、該ファンの回転によって機内を流通する冷却媒体の流通路に設けられ、該冷却媒体を冷却する冷却器とを備えた回転電機において、
前記冷却器は、回転電機の軸方向両端に配置された第１の冷却器と、少なくとも該第１の冷却器間に配置され、該第１の冷却器よりも小型な第２の冷却器とからなり、かつ、前記冷却媒体が前記ファンの排気側から前記エアギャップを流通した後に前記第１の通風ダクトを流通して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、その後前記固定子鉄心を支持する固定子枠の内周を通り前記ファンの吸気側に至る通路を形成する第１の通風路と、前記冷却媒体が前記ファンの排気側から前記固定子鉄心端部及び固定子巻線端部を冷却して前記固定子鉄心の径方向外側に至り、その後前記第２の通風ダクトを流通して前記エアギャップに至り前記ファンの排気側から前記エアギャップに流通してきた前記第１の通風路の前記冷却媒体と合流する通路を形成する第２の通風路とを有し、前記第１の通風路の途中に前記第１の冷却器を、前記第２の通風路の途中に前記第２の冷却器をそれぞれ配置し、前記第１の冷却器で冷却した冷却媒体の一部を前記第２の冷却器でさらに冷却するように構成されているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は第１の実施の形態であるタービン発電機の全体構成を示し、図２は図１のII−II矢視断面を示す。図中１は固定子枠であり、その内周部には固定子鉄心２を設けている。固定子鉄心２は円筒形状のものであり、その内周面側には軸方向に連続したスロットを複数形成し、固定子巻線３を収納している。固定子鉄心２には径方向に連続した通風ダクト４を軸方向にほぼ等間隔で複数設けている。
【００２２】
固定子鉄心２の内周部には空隙、いわゆるエアギャップ５を介して回転子鉄心６を設けている。７は回転軸であり、この回転軸７は回転子鉄心６と一体形成したものであり、回転子鉄心６の両側端面の中心部から軸方向に延び、固定子枠１の両端を塞ぐエンドブラケット８の内周部に設けられた軸受装置によって支承される。回転子鉄心６の外周面側には軸方向に連続したスロットを複数形成し、回転子巻線を収納している。回転子巻線の両端部はリテニングリング９によって固定している。
【００２３】
回転軸７の端部にはファン１０，１１を設けている。ファン１０，１１は回転軸７と共に回転し、機内に封入されている冷却媒体、例えば空気や水素ガス等を機内に流通させる。機内には冷却媒体の流通を導く通風路を回転軸７及び回転軸７に直角な軸に対して線対称となるように複数形成している。通風路の途中、かつ発電機の上部には冷却媒体を冷却する冷却器を複数設置している。通風路の構成及び冷却器の配置は冷却媒体の通風方式によって異なる。本実施の形態では冷却器によって冷却された冷却媒体が通風ダクト４を固定子鉄心２の外周側とエアギャップ５との間を両方向に流通する、いわゆるマルチフロー通風方式を採用している。
【００２４】
このため機内には、固定子枠１の内周側からファン１０の吸気側に至る通風路２６，ファン１０の吸気側からエアギャップ５に至る通風路２９，エアギャップ５，通風ダクト４，固定子鉄心２の側端部空間の外周側と対向する空間を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２７から第１の通風路１４ａを形成している。ファン１０の外周側と対向する通風路２７には主冷却器１２ａを設置している。
【００２５】
また、固定子枠１の内周側からファン１１の吸気側に至る通風路３０，ファン１１の吸気側からエアギャップ５に至る通風路３２，エアギャップ５，通風ダクト４，固定子鉄心２の側端部空間の外周側と対向する空間を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２７から第１の通風路１４ｂを形成している。ファン１１の外周側と対向する通風路２７には主冷却器１２ｂを設置している。
【００２６】
ファン１０の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風路２８，通風路２８から固定子鉄心２の外周側に至る通風路３３，通風ダクト４からなる第２の通風路１５ａを形成している。通風路３３の途中には副冷却器１３ａを設置している。ファン１１の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端部空間よりなる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２の外周側に至る通風路３４，通風ダクト４からなる第２の通風路１５ｂを形成している。通風路３４の途中には副冷却器１３ｂを設置している。
【００２７】
第１の通風路１４ａと第２の通風路１５ａ及び第１の通風路１４ｂと第２の通風路１５ｂは回転軸７に直角な軸に対して線対称な構成となっている。主冷却器１２と副冷却器１３は冷却容量が異なっており、本実施の形態では副冷却器１３の冷却容量を主冷却器１２の冷却容量よりも小さくしている。従って、副冷却器１３は主冷却器１２よりも小型である。主冷却器１２ａと主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ａと副冷却器１３ｂは回転軸７に直角な軸に対して線対称な配置となっている。また、外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置されており、主冷却器１２ａ，１２ｂは軸方向両端に位置し、副冷却器１３ａ，１３ｂは主冷却器１２ａ，１２ｂ間に位置している。
【００２８】
主冷却器１２ａ及び副冷却器１３ａには冷却水を供給するための冷却水供給管３７ａ及び冷却水を排出するための冷却水排出管３８ａを接続している。主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ｂには冷却水を供給するための冷却水供給管３７ｂ及び冷却水を排出するための冷却水排出管３８ｂを接続している。
【００２９】
尚、本実施の形態では、冷却水供給管３７ａ及び冷却水排出管３８ａを主冷却器１２ａ及び副冷却器１３ａに対して共通に接続し、冷却水供給管３７ｂ及び冷却水排出管３８ｂを主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ｂに対して共通に接続した例を示したが、冷却水供給管及び冷却水排出管は各冷却器に対して個別に接続しても良いし、主冷却器１２ａ，１２ｂに対して共通及び副冷却器１３ａ，１３ｂに対して共通に接続しても良い。尚、図中符号３９は回転子巻線に電力を供給するための集電装置である。
【００３０】
次に、冷却媒体の流れについて説明する。まず、主冷却器１２ａによって冷却された冷却媒体はファン１０の回転により通風路２６を冷却しながらファン１０の吸気側に向かって流通し、ファン１０の排気側において通風路２８側と通風路２９側に分岐する。通風路２９側に分岐した冷却媒体は通風路２９において回転子鉄心６のファン１０側の側端を、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、通風路２７において固定子鉄心２と固定子枠１との間をそれぞれ順次冷却しながら主冷却器１２ａに向かって流通する。
【００３１】
通風路２８側に分岐した冷却媒体は通風路２８において固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながら通風路３３に向かって流通する。通風路３３を流通する冷却媒体はその途中において副冷却器１３ａによって冷却される。副冷却器１３ａによって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側をそれぞれ冷却しながら流通し、通風路２９側から流れてきた冷却媒体と合流し、主冷却器１２ａに向かって流通する。
【００３２】
一方、主冷却器１２ｂによって冷却された冷却媒体はファン１１の回転により通風路３０を冷却しながらファン１１の吸気側に向かって流通し、ファン１１の排気側において通風路３１側と通風路３２側に分岐する。通風路３２側に分岐した冷却媒体は通風路３２において回転子鉄心６のファン１１側の側端を、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、通風路２７において固定子鉄心２と固定子枠１との間をそれぞれ順次冷却しながら主冷却器１２ｂに向かって流通する。
【００３３】
通風路３１側に分岐した冷却媒体は通風路３１において固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながら通風路３４に向かって流通する。通風路３４を流通する冷却媒体はその途中において副冷却器１３ｂによって冷却される。副冷却器１３ｂによって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側をそれぞれ冷却しながら流通し、通風路３２側から流れてきた冷却媒体と合流し、主冷却器１２ｂに向かって流通する。
【００３４】
第１の実施の形態によれば、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置したので、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。
【００３５】
すなわち機内の両側端部に設置された冷却器によって冷却された冷却媒体をマルチフロー通風方式で流通させる回転電機では、発電容量の増加に伴って熱負荷が増加した場合、エアギャップの中央付近に冷却媒体が到達する前に、冷却媒体がある程度温度上昇してしまうので、当該部分の冷却効果が悪くなり、エアギャップの軸方向に局所的な発熱部分が生じてしまう。
【００３６】
しかし、本実施の形態では、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００３７】
また、第１の実施の形態によれば、第２の通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２によって冷却された冷却媒体の一部を冷却するものであり、第２の通風路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにその冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良い。また、冷却の分担により主冷却器１２自体の冷却容量も小さくできる等のメリットがあるからである。また、副冷却器１３は主冷却器が配置されている空間よりも小さな空間に配置されるので、小型のものでなければ配置できないからである。
【００３８】
図３は第２の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態の変形例を示す。本実施の形態は第２の通風路１５ａの一部である通風路３３と、第２の通風路１５ｂの一部である通風路３４とを途中で合流させたものであり、その合流部分には副冷却器１３を設置している。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置され、主冷却器１２ａ，１２ｂは軸方向両端に位置し、副冷却器１３は主冷却器１２ａ，１２ｂ間に位置している。
【００３９】
このように構成された本実施の形態の通風構造によれば、ファン１０の排気側で通風路２８側に分岐した冷却媒体とファン１１の排気側で通風路３２側に分岐した冷却媒体が、固定子鉄心２の外周側の手前において合流し、副冷却器１３によって冷却される。冷却された冷却媒体は、固定子鉄心２の外周側から通風ダクト４を介してエアギャップ５に至り、通風路２９側と通風路３２側に分岐し、通風路２９側に分岐した冷却媒体は、通風路２９から流通してきた冷却媒体と合流する。通風路３２側に分岐した冷却媒体は、通風路３２から流通してきた冷却媒体と合流する。
【００４０】
第２の実施の形態によれば、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００４１】
図４は第３の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組合せた組合例を示す。本実施の形態は第１の通風路１４のファンの排気側から、第２の通風路１５と第３の通風路１６を分岐したものである。
【００４２】
具体的に説明すると、ファン１０の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風路２８，通風路２８から固定子鉄心２の外周側に至る通風路３３，通風ダクト４からなる第２の通風路１５ａを形成している。通風路３３の途中には副冷却器１３ａを設置している。
【００４３】
ファン１１の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端部空間よりなる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２の外周側に至る通風路３４，通風ダクト４からなる第２の通風路１５ｂを形成している。通風路３４の途中には副冷却器１３ｂを設置している。
【００４４】
また、ファン１０の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風路２８，通風路２８から固定子鉄心２の外周側に至る通風路３５，通風ダクト４からなる第３の通風路１６ａを形成し、ファン１１の排気側とエアギャップ５との間には、固定子鉄心２のファン１１側の側端部空間よりなる通風路３１，通風路３１と固定子鉄心２の外周側に至る通風路３６，通風ダクト４からなる第３の通風路１５ｂを形成している。
【００４５】
通風路３５と通風路３６はその途中で合流している。その合流部分には副冷却器１３ｃを設置している。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置され、主冷却器１２ａ，１２ｂは軸方向両端に位置し、副冷却器１３ａ，１３ｂ，１３ｃは主冷却器１２ａ，１２ｂ間に位置している。
【００４６】
このように構成された本実施の形態の通風構造によれば、ファン１０の排気側で通風路２８側に分岐した冷却媒体は通風路２８において固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながら流通し、その外周側において分岐する。分岐した一方の冷却媒体は通風路３３を流通し、途中において副冷却器１３ａによって冷却される。副冷却器１３ａによって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ５に至る。
【００４７】
分岐した他方の冷却媒体は通風路３５を流通し、途中、後述する通風路３６から流通してきた冷却媒体と合流、かつ副冷却器１３ｃによって冷却される。副冷却器１３ｃによって冷却された冷却媒体は通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ５に至る。
【００４８】
一方、ファン１１の排気側で通風路３１側に分岐した冷却媒体は通風路３１において固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながら流通し、その外周側において分岐する。分岐した一方の冷却媒体は通風路３４を流通し、途中において副冷却器１３ｂによって冷却される。副冷却器13b によって冷却された冷却媒体は固定子鉄心２の外周側に至り、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ５に至る。
【００４９】
分岐した他方の冷却媒体は通風路３６を流通し、途中、前述した通風路３５から流通してきた冷却媒体と合流、かつ副冷却器１３ｃによって冷却される。副冷却器１３ｃによって冷却された冷却媒体は通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を冷却しエアギャップ５に至る。
【００５０】
また、通風路３３及び通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体はエアギャップ５において分岐し、一方は通風路２９を流通してきた冷却媒体と合流し、他方は副冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と合流する。通風路３４及び通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体はエアギャップ５において分岐し、一方は通風路３２を流通してきた冷却媒体と合流し、他方は副冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と合流する。
【００５１】
通風路３３及び通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と副冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体とが合流した冷却媒体と、通風路３４及び通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体と副冷却器１３ｃによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至った冷却媒体とが合流した冷却媒体は通風ダクト４を介して通風路２７に至る。
【００５２】
第３の実施の形態によれば、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、第１の通風路１４から分岐した第３の通風路１６の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００５３】
図５は第４の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す図面であり、第１の実施の形態の変形例を示す。本実施の形態は副冷却器１３ａによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至り分岐した冷却媒体の一方と、副冷却器１３ｂによって冷却され通風ダクト４を介してエアギャップ５に至り分岐した冷却媒体の一方とが合流し、通風ダクト４を介して通風路２７に至るようにした第３の通風路１６を形成したものである。外観構成も第１の実施の形態と同様になっている。
【００５４】
第４の実施の形態によれば、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００５５】
図６は第５の実施の形態であるタービン発電機の断面を示す図面であり、第４の実施の形態の変形例を示す。本実施の形態は主冷却器１２の配置場所及び設置数を変えたもので、第１の通風路１４ａの通風ダクト４から通風路２７に至る通風路部分に主冷却器１２ａを設置し、第１の通風路１４ｂの通風ダクト４から通風路２７に至る通風路部分に主冷却器１２ｂを設置している。また、第３の通風路の通風ダクト４から通風路２７に至る通風路部分に主冷却器１２ｃを新たに設置している。尚、第４の実施の形態と同様に副冷却器１３ａは通風路３３、副冷却器１３ｂは通風路３４に設置している。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置され、主冷却器12a,１２ｂ，１２ｃは軸方向に分散し、副冷却器１３ａは主冷却器１２ａ，１２ｃ間に位置し、副冷却器１３ｂは主冷却器１２ｂ，１２ｃ間に位置している。
【００５６】
第５の実施の形態によれば、第１の通風路１４から分岐した第２の通風路１５の途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１２で冷却された冷却媒体の一部を副冷却器１３でさらに冷却、すなわち冷却器を２度通して冷却し、エアギャップの中央付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２９，３２を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、前例と同様に回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００５７】
図７は第６の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す図面であり、第２の実施の形態の変形例を示す。本実施の形態は通風路３３と通風路３４に熱絶縁３７を施している。熱絶縁３７は、例えばグラスウール等の断熱材であり、通風路の内壁又は外壁に巻き付けて設けたものである。
【００５８】
このように熱絶縁３７を設けるのは、通風路３３と通風路３４は通風ダクト４をエアギャップ５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通する冷却媒体、すなわち固定子鉄心２を冷却し終えた高温の冷却媒体の通風路中に設けられているので、通風路３３と通風路３４を流通する冷却媒体は、通風ダクト４をエアギャップ５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通する冷却媒体と熱交換されることになる。熱交換されてしまうと通風路３３と通風路３４の合流部分に設置した副冷却器１３による冷却効果が低下し、エアギャップ５の中央付近における冷却効果も低下してしまうことになる。
【００５９】
このようなことから本実施の形態では、通風路３３と通風路３４の内壁又は外壁に熱絶縁３７を設け、通風ダクト４をエアギャップ５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通する冷却媒体との熱交換を抑制しており、第２の実施の形態における効果をより一層高めることができる。
【００６０】
また、本実施の形態は通風ダクト４の軸方向の間隔を冷却媒体の流通方向によって異ならせている。すなわち温度上昇分布を平準化するためには、局所的な発熱部分に冷却媒体を効果的に流通させることが重要である。そこで、本実施の形態では、冷却媒体がエアギャップ５から固定子鉄心２の外周側に向かって流通する通風ダクト４の軸方向の間隔を大きくし、単位長さ当りの等価的な通風面積を小さくすることで、固定子鉄心２の外周側に流通する冷却媒体の風量を抑えている。
【００６１】
また、冷却媒体が固定子鉄心２の外周側からエアギャップ５に向かって流通する通風ダクト４の軸方向の間隔を小さくし、単位長さ当りの等価的な通風面積を大きくすることで、エアギャップ５の中央付近に流通する冷却媒体の風量を大きくしている。
【００６２】
このようにした本実施の形態によれば、エアギャップ５の中央付近に多くの冷却媒体を供給して冷却できるので、第２の実施の形態における効果をより一層高めることができる。
【００６３】
尚、本実施の形態の構造は、第２の実施の形態に限らず、他の実施の形態に採用しても良い。
【００６４】
図８は第７の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す。本実施の形態は冷却器によって冷却された冷却媒体が通風ダクト４を固定子鉄心２の外周側からエアギャップ５に向かって一方向に流通する、いわゆるシングルリバースフロー通風方式を採用している。
【００６５】
このため機内には、ファン１０の排気側から固定子枠１の内周側に至る通風路１７，固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２５，通風ダクト４，エアギャップ５，エアギャップ５からファン１０の吸気側に至る通風路２０から第１の通風路１４ａを形成している。固定子鉄心２のファン１０側の外周側端部と対向する通風路２５には主冷却器１２ａを設置している。
【００６６】
また、ファン１１の排気側から固定子枠１の内周側に至る通風路２１，固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２５，通風ダクト４，エアギャップ５，エアギャップ５からファン１１の吸気側に至る通風路２４から第１の通風路１４ｂを形成している。固定子鉄心２のファン１１側の外周側端部と対向する通風路２５には主冷却器１２ｂを設置している。
【００６７】
通風路１７の主冷却器１２ａ手前側と通風路２０との間には、固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風路１９、すなわち第２の通風路１５ａを形成している。第２の通風路１５ａの外周側（通風路１７との分岐側）には副冷却器１３ａを設置している。通風路２１の主冷却器１２ｂ手前側と通風路２４との間には、ファン１１側の固定子鉄心２の側端部空間よりなる通風路２３、すなわち第２の通風路１５ａを形成している。第２の通風路１５ａの外周側（通風路２１との分岐側）には副冷却器１３ａを設置している。
【００６８】
第１の通風路１４ａと第１の通風路１４ｂ，第２の通風路１５ａと第２の通風路１５ｂは、回転軸７に直角な軸に対して線対称な構成となっている。主冷却器１２と副冷却器１３は冷却容量が異なっており、本実施の形態では副冷却器１３の冷却容量を主冷却器１２の冷却容量よりも小さくしている。従って、副冷却器１３は主冷却器１２よりも小型である。主冷却器１２ａと主冷却器１２ｂ及び副冷却器１３ａと副冷却器１３ｂは回転軸７に直角な軸に対して線対称な配置となっている。また、外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置されており、副冷却器１３ａ，１３ｂは軸方向両端に位置し、主冷却器１２ａ，１２ｂは副冷却器１３ａ，１３ｂ間に位置している。尚、この他の構成は前例と同様なので、その説明は省略する。
【００６９】
次に、冷却媒体の流れについて説明する。まず、主冷却器１２ａによって冷却された冷却媒体はファン１０の回転によりファン１０の吸気側に向かって流通し、通風路２５において固定子鉄心２と固定子枠１との間を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風路２０において回転子鉄心６のファン１０側の側端をそれぞれ順次冷却する。
【００７０】
副冷却器１３ａによって冷却された冷却媒体は通風路１９をファン１０の吸気側に向かって流通し、固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却する。両冷却器によって冷却され流通してきた冷却媒体はファン１０の吸気側で合流し、ファン１０の排気側から通風路１７を冷却しながら主冷却器１２ａに向かって流れ、主冷却器１２ａの手前において主冷却器１２ａ側に流通する冷却媒体と副冷却器１３ａ側に流通する冷却媒体に別れ流通する。
【００７１】
一方、主冷却器１２ｂによって冷却された冷却媒体はファン１１の回転によりファン１１の吸気側に向かって流通し、通風路２５では固定子鉄心２と固定子枠１との間を、通風ダクト４では固定子鉄心２の内部を、エアギャップ５では固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風路２４では回転子鉄心６のファン１１側の側端をそれぞれ順次冷却する。
【００７２】
副冷却器１３ｂによって冷却された冷却媒体は通風路２３をファン１１の吸気側に向かって流通し、固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却する。両冷却器によって冷却され流通してきた冷却媒体はファン１１の吸気側で合流し、ファン１１の排気側から通風路２１を冷却しながら主冷却器１２ｂに向かって流れ、主冷却器１２ｂの手前において主冷却器１２ｂ側に流通する冷却媒体と副冷却器１３ｂ側に流通する冷却媒体に別れ流通する。
【００７３】
第７の実施の形態によれば、第１の通風路１４の主冷却器１２手前から分岐した第２の通風路１５を形成し、そこの分岐側に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置したので、通風路２０，２４を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。
【００７４】
すなわち機内の両側端部に設置された冷却器によって冷却された冷却媒体をシングルリバースフロー通風方式で流通させる回転電機では、発電容量の増加に伴って熱負荷が増加した場合、ファンの吸気側付近に冷却媒体が到達する前に、冷却媒体が温度上昇してしまうので、当該部分の冷却効果が悪くなり、エアギャップの軸方向に局所的な発熱部分が生じてしまう。
【００７５】
しかし、本実施の形態では、第１の通風路１４の主冷却器１２手前から分岐した第２の通風路１５を形成し、その分岐側に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、ファン１０，１１の吸気側付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２０，２４を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００７６】
また、第７の実施の形態によれば、第２の通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２によって冷却される冷却媒体の一部を冷却するものであり、第２の通風路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにその冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良い。また、冷却の分担により主冷却器１２自体の冷却容量も小さくできる等のメリットがあるからである。また、副冷却器１３は主冷却器が配置されている空間よりも小さな空間に配置されるので、小型のものでなければ配置できないからである。
【００７７】
図９は第８の実施の形態であるタービン発電機の構造を示す。本実施の形態は第７の実施の形態と同様に、冷却器によって冷却された冷却媒体が通風ダクト４を固定子鉄心２の外周側からエアギャップ５に向かって一方向に流通する、いわゆるシングルリバースフロー通風方式を採用している。
【００７８】
このため機内には、ファン１０の排気側から固定子枠１の内周側に至る通風路１７，固定子鉄心２の側端部空間の外周側を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路１８，通風ダクト４，固定子鉄心２のファン１０側の側端部空間よりなる通風路１９，エアギャップ５，エアギャップ５からファン１０の吸気側に至る通風路２０から第１の通風路１４を形成している。ファン１０の外周側と対向する通風路１８部分には主冷却器１２を設置している。
【００７９】
また、ファン１１の排気側から固定子枠１の内周側に至る通風路２１，固定子鉄心２の側端部空間の外周側を含む固定子鉄心２の外周側と固定子枠１の内周側との間の通風路２２，通風ダクト４，固定子鉄心２のファン１１側の側端部空間よりなる通風路２３，エアギャップ５，エアギャップ５からファン１１の吸気側に至る通風路２４から第２の通風路１５を形成している。ファン１１の外周側と対向する通風路２２部分には副冷却器１３を設置している。
【００８０】
第１の通風路１４と第２の通風路１５は通風路長が異なっており、本実施の形態では、第２の通風路１５の通風路長を第１の通風路１４の通風路長よりも短くしている。また、主冷却器１２と副冷却器１３は冷却容量が異なっており、本実施の形態では、副冷却器１３の冷却容量を主冷却器１２の冷却容量よりも小さくしている。従って、副冷却器１３は主冷却器１２よりも小型である。また、主冷却器１２と副冷却器１３は回転軸７に直角な軸に対して線対称な配置となっている。外観構成上、主冷却器１２及び副冷却器１３は機体上部の軸方向に一列に列構成をなすように配置されており、主冷却器は軸方向一方側端部に位置し、副冷却器１３は軸方向他方側端部に位置している。尚、この他の構成は前例と同様なので、その説明は省略する。
【００８１】
次に、冷却媒体の流れについて説明する。まず、主冷却器１２によって冷却された冷却媒体はファン１０の回転により通風路１８と通風路１９に別れて流通する。通風路１８を流通する冷却媒体は通風路１８において固定子鉄心２と固定子枠１との間を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風路２０において回転子鉄心６のファン１０側の側端をそれぞれ順次冷却しながらファン１０の吸気側に向かって流通する。
【００８２】
通風路１９を流通する冷却媒体は固定子鉄心２のファン１０側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながらファン１０の吸気側に向かって流通する。両冷却媒体はファン１０の吸気側で合流する。合流した冷却媒体はファン１０の排気側から通風路１７を冷却しながら主冷却器１２に向かって流れ、再び主冷却器１２によって冷却される。
【００８３】
一方、副冷却器１３によって冷却された冷却媒体はファン１１の回転により通風路２２と通風路２３に別れて流通する。通風路２２を流通する冷却媒体は通風路２２において固定子鉄心２と固定子枠１との間を、通風ダクト４において固定子鉄心２の内部を、エアギャップ５において固定子鉄心２の内周側と回転子鉄心６の外周側を、通風路２４において回転子鉄心６のファン１１側の側端をそれぞれ順次冷却しながらファン１１の吸気側に向かって流通する。
【００８４】
通風路２３を流通する冷却媒体は固定子鉄心２のファン１１側の側端と固定子巻線３のエンド部を冷却しながらファン１１の吸気側に向かって流通する。両冷却媒体はファン１１の吸気側で合流する。合流した冷却媒体はファン１１の排気側から通風路２１を冷却しながら副冷却器１３に向かって流れ、再び副冷却器１３によって冷却される。
【００８５】
第８の実施の形態によれば、第１の通風路１４よりも通風路長の短い第２の通風路１５を形成し、その途中に主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置したので、通風路２０，２４を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。
【００８６】
すなわち機内の一方側端部に設置された冷却器によって冷却された冷却媒体をシングルリバースフロー通風方式で流通させる回転電機では、発電容量の増加に伴って熱負荷が増加した場合、冷却器から離れた部分（機内の他方側端部）のファン付近に冷却媒体が到達する前に、冷却媒体が温度上昇してしまうので、当該部分の冷却効果が悪くなり、エアギャップの軸方向に局所的な発熱部分が生じてしまう。
【００８７】
しかし、本実施の形態では、第１の通風路１４よりも通風路長の短い第２の通風路１５を形成し、そこに主冷却器１２とは別の副冷却器１３を設置し、主冷却器１１から離れた部分のファン付近にも十分に冷却された冷却媒体を供給するようにしたので、局所的な発熱部分の発生を抑えられ、通風路２０，２４を含むエアギャップ５の軸方向の温度上昇分布を平準化できる。従って、回転子の軸方向の不均一な熱伸びによる回転子の熱振動ストロークを抑制できる。
【００８８】
また、第８の実施の形態によれば、第２の通風路１５の途中に主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置している。このように主冷却器１２よりも冷却容量が小さい小型な副冷却器１３を設置するのは、副冷却器１３は主冷却器１２の設置された第１の通風路１４よりも通風路長の短い第２の通風路を流通する冷却媒体を冷却するものであり、第２の通風路１５を流通する冷却媒体の容量に見合うようにその冷却容量が小さくて済むし、この方が冷却効率が良いからである。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る回転電機は、メインとなる冷却器とサブとなる冷却器を設置し、メインとなる冷却器によって冷却された冷却媒体の少なくとも一部をさらにサブとなる冷却器によって冷却するように構成したものなので、機内の温度上昇分布が平準化し、回転子の軸方向に不均一な熱伸びが生じて回転子の熱振動ストロークが大きくなることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるタービン発電機の外観構成を示す外観図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図であり、図２の改良例を示す。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図であり、図２と図３の組合例を示す。
【図５】本発明の第４の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図であり、図２の改良例を示す。
【図６】本発明の第５の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図であり、図５の改良例を示す。
【図７】本発明の第６の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図であり、図３の改良例を示す。
【図８】本発明の第７の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態であるタービン発電機の内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…固定子枠、２…固定子鉄心、３…固定子巻線、４…通風ダクト、５…エアギャップ、６…回転子鉄心、７…回転軸、８…エンドブラケット、９…リテニグリング、１０，１１…冷却ファン、１２…主冷却器、１３…副冷却器、１４…第１の通風路、１５…第２の通風路、１６…第３の通風路、１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６…通風路、３７…冷却水供給管、３８…冷却水排出管、３９…集電装置。
【図１】
0003788190.tif 000002
【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】
0003788190.tif 000007
【図７】
0003788190.tif 000008
【図８】
0003788190.tif 000009
【図９】
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