特許 7599626 回転電機及び回転電機システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機システム

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/00 20060101AFI20241206BHJP

【ＦＩ】

H02K5/00 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024558297

(86)(22)【出願日】2024-04-11

(86)【国際出願番号】 JP2024014672

【審査請求日】2024-10-01

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＮＥＤＯ先導研究プログラム／エネルギー・環境新技術先導研究プログラム」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北川 祐太朗

(72)【発明者】

【氏名】殿岡 俊

(72)【発明者】

【氏名】三浦 英明

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】特許第６８８０３４８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１１０９１２３７６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平２－１７８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７０５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／２３９１９０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ５／００

Ｈ０２Ｋ９／１９

Ｈ０２Ｋ５５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線周りに回転可能である回転子と、
固定子と、
前記回転子及び前記固定子を収容するハウジングと、
前記ハウジングに対して前記回転子を回転可能に支持する複数の軸受とを備え、
前記回転子は、シャフトと、前記シャフトに接続されている回転子コアと、前記回転子コアに巻き回されている回転子巻線と、前記回転子の外殻を成している常温ダンパとを有し、
前記固定子は、前記ハウジングに接続されている固定子鉄心と、固定子巻線とを有し、
前記軸線に対する径方向において前記回転子の前記常温ダンパと前記固定子との間に配置されている部分を有する少なくとも１つの静電シールドをさらに備え、
前記少なくとも１つの静電シールドには、前記径方向において前記少なくとも１つの静電シールドよりも前記回転子側に位置する第１空間と、前記径方向において前記少なくとも１つの静電シールドに対して前記回転子とは反対側に位置する第２空間とを連通させる複数の連通孔が設けられており、
前記複数の軸受の各々は、前記シャフト及び前記常温ダンパに電気的に接続されている内輪と、前記ハウジングに電気的に接続されている外輪とを有し、
前記少なくとも１つの静電シールドは、前記固定子鉄心及び前記ハウジングのいずれかに電気的に接続されている、回転電機。

【請求項2】

前記シャフトは、前記軸線の延在方向において前記回転子コアに対して一方の側に延びている第１シャフトと、前記延在方向において前記回転子コアに対して他方の側に延びている第２シャフトとを有し、
前記複数の軸受は、前記第１シャフトを回転可能に支持する第１軸受と、前記第２シャフトを回転可能に支持する第２軸受とを有し、
前記ハウジングは、前記第１軸受の前記外輪に接続されている第１壁部と、前記第２軸受の前記外輪に接続されている第２壁部とを有し、
前記少なくとも１つの静電シールドは、前記第１壁部及び前記第２壁部の少なくともいずれかに電気的に接続されている、請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記少なくとも１つの静電シールドは、前記第１壁部と前記第２壁部との間に渡されている、請求項２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記少なくとも１つの静電シールドは、第１静電シールド及び第２静電シールドを有する複数の静電シールドであり、
前第１静電シールド及び前記第２静電シールドは、前記軸線の延在方向において互いに間隔を空けて配置されており、
前記第１静電シールドは、前記第１壁部に電気的に接続されており、
前記第２静電シールドは、前記第２壁部に電気的に接続されている、請求項２に記載の回転電機。

【請求項5】

前記少なくとも１つの静電シールドは、前記固定子と間隔を空けて配置されている、請求項２～４のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項6】

前記少なくとも１つの静電シールドは、前記固定子鉄心を介して前記ハウジングに電気的に接続されている、請求項１に記載の回転電機。

【請求項7】

前記シャフトは、前記軸線の延在方向において前記回転子巻線に対して一方の側に延びている第１シャフトと、前記延在方向において前記回転子巻線に対して他方の側に延びている第２シャフトとを有し、
前記複数の軸受は、前記第１シャフトを回転可能に支持する第１軸受と、前記第２シャフトを回転可能に支持する第２軸受とを有し、
前記ハウジングは、前記第１軸受の前記外輪に接続されている第１壁部と、前記第２軸受の前記外輪に接続されている第２壁部とを有し、
前記少なくとも１つの静電シールドは、第１静電シールド及び第２静電シールドを有する複数の静電シールドであり、
前第１静電シールド及び前記第２静電シールドは、前記軸線の延在方向において互いに間隔を空けて配置されており、
前記第１静電シールドは、前記軸線の延在方向における前記固定子鉄心の一方端に電気的に接続されており、
前記第２静電シールドは、前記軸線の延在方向における前記固定子鉄心の他方端に電気的に接続されている、請求項６に記載の回転電機。

【請求項8】

前記固定子鉄心は、前記径方向において前記回転子巻線を囲む内周面を有し、
前記固定子鉄心には、前記内周面に開口する少なくとも１つのスロットが設けられており、
前記固定子巻線の一部は、前記少なくとも１つのスロット内に配置されており、
前記少なくとも１つの静電シールドは、前記少なくとも１つのスロットの前記開口を塞ぐように前記少なくとも１つのスロット内に配置されている部分を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項9】

前記少なくとも１つの静電シールドは、前記少なくとも１つのスロット内に配置されている部分のみからなる、請求項８に記載の回転電機。

【請求項10】

前記固定子鉄心は、円筒状のバックヨークと、前記バックヨークから前記回転子側に突出する複数のティースと、前記複数のティースの各々の前記径方向の内周端から前記シャフトに対する周方向に突出する複数の鍔とを有し、
前記少なくとも１つのスロットは、前記複数のティース間に形成され、
前記少なくとも１つのスロットの前記開口は、前記複数のティースの各々の前記鍔間に形成され、
前記少なくとも１つの静電シールドは、前記径方向において前記固定子巻線の前記一部と前記鍔との間に配置されている、請求項８に記載の回転電機。

【請求項11】

前記少なくとも１つの静電シールドは、前記ハウジングと間隔を空けて配置されている、請求項６又は７に記載の回転電機。

【請求項12】

前記ハウジングは、前記回転子巻線を冷却するための冷却媒体を収容する容器であり、
前記回転子には、前記冷却媒体が前記ハウジングの外部から前記回転子巻線を経て前記第１空間に流出するための第１流路が設けられており、
前記ハウジングには、前記冷却媒体が前記第２空間から前記ハウジングの外部に流出するための第２流路が設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項13】

前記回転子巻線は、超電導巻線である、請求項１２に記載の回転電機。

【請求項14】

請求項１２に記載の回転電機と、
前記冷却媒体を前記第１流路に供給するための供給部と、
前記冷却媒体を前記第２流路から回収するための回収部とを備える、回転電機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転電機及び回転電機システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開平０１－１４４３５６号公報（特許文献１）には、回転子の界磁巻線が超電導線材で構成されている超電導回転電機が記載されている。超電導回転電機は、常温状態においてガスヘリウムよりも絶縁性の高い冷媒を用いて回転子及び固定子を冷却するように設けられている。回転子の回転軸は、軸受によって固定子フレームに対して回転自在に支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０１－１４４３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記回転電機では、回転子と固定子鉄心及び固定子巻線との間に浮遊容量が生じる。そのため、回転軸と固定子フレームとの間に電位差が生じ、結果、軸受の内輪と外輪との間にも電位差が生じる。これにより、軸受に電気的ストレスが加わり、軸受が損傷するリスクがある。

【0005】

本開示の主たる目的は、回転子及び固定子の各々に対する冷却実現しつつ、軸受の損傷リスクを低減することができる回転電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る回転電機は、軸線周りに回転可能である回転子と、固定子と、回転子及び固定子を収容するハウジングと、ハウジングに対して回転子を回転可能に支持する複数の軸受とを備える。回転子は、シャフトと、シャフトに接続されている回転子コアと、回転子コアに巻き回されている回転子巻線とを有する。固定子は、ハウジングに接続されている固定子鉄心と、固定子巻線とを有する。回転電機は、軸線に対する径方向において回転子と固定子との間に配置されている部分を有する少なくとも１つの静電シールドをさらに備える。少なくとも１つの静電シールドには、径方向において少なくとも１つの静電シールドよりも回転子側に位置する第１空間と、径方向において少なくとも１つの静電シールドに対して回転子とは反対側に位置する第２空間とを連通させる複数の連通孔が設けられている。複数の軸受は、シャフトに電気的に接続されている内輪と、ハウジングに電気的に接続されている外輪とを有する。少なくとも１つの静電シールドは、固定子鉄心及びハウジングのいずれかに電気的に接続されている。

【0007】

本開示に係る回転電機システムは、上記回転電機と、冷却媒体を第１流路に供給するための供給部と、冷却媒体を第２流路から回収するための回収部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、回転子及び固定子の各々に対する冷却実現しつつ、軸受の損傷リスクを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る回転電機及び回転電機システムを示す断面図である。

【図2】実施の形態１に係る回転電機の回転子、固定子、及び静電シールドを示す分部拡大断面図である。

【図3】実施の形態２に係る回転電機及び回転電機システムを示す断面図である。

【図4】実施の形態３に係る回転電機及び回転電機システムを示す断面図である。

【図5】実施の形態３に係る回転電機の回転子、固定子、及び静電シールドを示す分部拡大断面図である。

【図6】実施の形態４に係る回転電機を示す断面図である。

【図7】実施の形態４に係る回転電機の回転子、固定子、及び静電シールドを示す分部拡大断面図である。

【図8】実施の形態１～４に係る回転電機の組み合わせの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。

【0011】

実施の形態１．
＜回転電機の構成＞
実施の形態１に係る回転電機は、超電導回転電機である。図１に示されるように、実施の形態１に係る回転電機１０１は、回転子１と、固定子２と、ハウジング３と、１対の軸受４と、静電シールド５と、磁気シールド６とを備える。

【0012】

回転子１は、軸線ＣＡ周りに回転可能である。以下では、回転子１の軸線ＣＡに対する径方向及び周方向を、単に径方向及び周方向と記載する。回転子１は、例えば軸線ＣＡが水平方向に沿うように配置される。なお、図１は、軸線ＣＡに沿った断面図である。

【0013】

回転子１は、シャフト１０と、回転子コア１１と、回転子巻線１２と、低温ダンパ１５と、常温ダンパ１６とを有する。回転子巻線１２は、超電導巻線である。低温ダンパ１５は、上記径方向において常温ダンパ１６よりも内側に設けられている。回転子コア１１及び回転子巻線１２は、上記径方向において低温ダンパ１５よりも内側に設けられている。回転子１は、上記径方向において後述する固定子２の固定子鉄心２１と対向する外周面１３を有する。外周面１３は、例えば常温ダンパ１６の外周面である。

【0014】

シャフト１０は、軸線ＣＡに沿って延びている。シャフト１０は、第１シャフト１０Ａ及び第２シャフト１０Ｂを有する。第１シャフト１０Ａ及び第２シャフト１０Ｂは、軸線ＣＡ上に互いに間隔を空けて配置されている。第１シャフト１０Ａは、軸線ＣＡの延在方向において回転子コア１１から一方の側に延びている。第２シャフト１０Ｂは、軸線ＣＡの延在方向において回転子コア１１から他方の側に延びている。

【0015】

回転子コア１１は、例えば磁性体により構成されている回転子鉄心である。なお、回転子コア１１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の非磁性体により構成されていてもよい。

【0016】

回転子巻線１２は、回転子コア１１に巻き回されている。回転子巻線１２は、いわゆる低温超電導巻線であってもよい。好ましくは、回転子巻線１２は、超電導転移温度が窒素ガスの液化温度（７７Ｋ）以上の高温超電導巻線である。

【0017】

回転子１には、回転子巻線１２の一部を収容する複数のスロット１４が設けられている。複数のスロット１４は、上記周方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数のスロット１４の各々は、上記径方向において低温ダンパ１５よりも内側に設けられている。

【0018】

低温ダンパ１５は、図示しない連通孔によって常温ダンパ１６と連通している。
常温ダンパ１６は、回転子１の外殻を成している。常温ダンパ１６は、シャフト１０に電気的に接続されている。常温ダンパ１６は、例えばシャフト１０と同電位である。第１シャフト１０Ａ及び第２シャフト１０Ｂの各々は、常温ダンパと同電位である。

【0019】

回転子１は、冷却媒体を回転子巻線１２に供給するための構造及び回転子巻線１２に供給された冷却媒体を回転子１の外部に放出するための構造を有している。当該構造の詳細については、後述する。

【0020】

固定子２は、ハウジング３に固定されている。固定子２は、上記径方向において回転子巻線１２よりも外側に配置されている。固定子２は、上記周方向において回転子巻線１２の全周を囲んでいる。固定子２は、固定子鉄心２１と、固定子巻線２２とを有する。

【0021】

固定子鉄心２１は、ハウジング３に電気的に接続されている。固定子鉄心２１は、上記径方向において回転子コア１１の外周面１３と対向する内周面２３を有する。固定子鉄心２１の内周面２３と回転子コア１１の外周面１３との間には、空隙（エアギャップ）が設けられている。

【0022】

固定子鉄心２１には、固定子巻線２２の一部を収容する複数のスロット２４が設けられている。複数のスロット２４は、上記周方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数のスロット２４の各々は、例えば内周面２３に開口する開口部２４Ａ（図２参照）を有している。

【0023】

固定子巻線２２は、固定子鉄心２１に巻き回されている。固定子巻線２２は、固定子鉄心２１の複数のスロット２４の各々に収容されている複数の第１部分２２Ａと、軸線ＣＡの延在方向において固定子鉄心２１よりも外側に突出している複数の第２部分２２Ｂとを有している。複数の第２部分２２Ｂの各々は、上記周方向において隣り合う２つのスロット２４の各々に収容されている２つの第１部分２２Ａ間を接続する部分、いわゆるコイルエンド、である。固定子巻線２２の全体は、固定子鉄心２１の内周面２３よりも外側に配置されている。固定子巻線２２は、例えば常電導巻線である。なお、固定子巻線２２は、超電導巻線であってもよい。

【0024】

ハウジング３は、回転子１及び固定子２を収容している。ハウジング３は、軸線ＣＡの延在方向において互いに対向する第１壁部３Ａ及び第２壁部３Ｂと、第１壁部３Ａと第２壁部３Ｂとの間を接続する第３壁部３Ｃとを有している。第１シャフト１０Ａは、第１壁部３Ａよりも外側に配置されている部分を有している。第２シャフト１０Ｂは、第２壁部３Ｂよりも外側に配置されている部分を有している。固定子２は、磁気シールド６を介して第３壁部３Ｃに固定されている。固定子鉄心２１は、第３壁部３Ｃに電気的に接続されている。第１壁部３Ａ及び第２壁部３Ｂは、例えば固定子鉄心２１と同電位である。

【0025】

ハウジング３は、冷却媒体を外部に排出するための構造を有している。当該構造の詳細については、後述する。

【0026】

１対の軸受４は、第１シャフト１０Ａを回転可能に支持する第１軸受４Ａと、第２シャフト１０Ｂを回転可能に支持する第２軸受４Ｂとを有する。第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂは、例えば転がり軸受である。第１軸受４Ａは、第１シャフト１０Ａに接続されている内輪と、ハウジング３の第１壁部３Ａに接続されている外輪と、転動体とを有する。第２軸受４Ｂは、第２シャフト１０Ｂに接続されている内輪と、ハウジング３の第２壁部３Ｂに接続されている外輪と、転動体とを有する。第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂにおいて、内輪及び外輪の各々と転動体との間には、潤滑油が供給されている。

【0027】

第１軸受４Ａの外輪は、第１壁部３Ａ及び第３壁部３Ｃを介して固定子鉄心２１に電気的に接続されている。第１軸受４Ａの内輪は、第１シャフト１０Ａに電気的に接続されている。第２軸受４Ｂの外輪は、第２壁部３Ｂ及び第３壁部３Ｃを介して固定子鉄心２１に電気的に接続されている。第２軸受４Ｂの内輪は、第２シャフト１０Ｂに電気的に接続されている。第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々において、内輪と外輪との間の電位差は、回転子１の常温ダンパと固定子鉄心２１との間の電位差と等しい。

【0028】

静電シールド５は、上記径方向において回転子１と固定子２との間に配置されている部分を有する。静電シールド５の上記部分は、常温ダンパ１６の外周面１３と固定子鉄心２１の内周面２３との間の上記空隙内に配置されている。静電シールド５は、上記径方向において常温ダンパ１６の外周面１３及び固定子鉄心２１の内周面２３の各々と間隔を空けて配置されている。静電シールド５は、上記径方向において固定子巻線２２の上記複数の第１部分及び上記複数の第２部分の各々と間隔を空けて配置されている。

【0029】

静電シールド５は、ハウジング３に電気的に接続されている。静電シールド５は、ハウジング３に固定されている。静電シールド５は、第１壁部３Ａと第２壁部３Ｂとの間に渡されている。静電シールド５は、第１壁部３Ａに電気的に接続されている一端と、第２壁部３Ｂに電気的に接続されている他端とを有している。静電シールド５の上記一端は、第１壁部３Ａに固定されている。静電シールド５の上記他端は、第２壁部３Ｂに固定されている。静電シールド５は、第１壁部３Ａ及び第２壁部３Ｂと同電位である。

【0030】

以下では、ハウジング３の内部空間であって、上記径方向において静電シールド５よりも回転子１側に位置する空間を、第１空間Ｓ１と記載する。ハウジング３の内部空間であって、上記径方向において静電シールド５に対して回転子１とは反対側に位置する空間を、第２空間Ｓ２と記載する。静電シールド５には、上記第１空間Ｓ１と上記第２空間Ｓ２とを連通させる複数の連通孔５０が設けられている。複数の連通孔５０は、軸線ＣＡの延在方向及び上記周方向の各々において互いに間隔を空けて配置されている。複数の連通孔５０の各々は、例えば静電シールド５を上記径方向に貫通する貫通孔である。複数の連通孔５０の各々は、上記径方向において常温ダンパ１６の外周面１３及び固定子鉄心２１の内周面２３の各々と間隔を空けて配置されている。なお、複数の連通孔５０の数は、任意の数であればよい。

【0031】

静電シールド５を構成する材料は、導電性を有する非磁性材料を含む。静電シールド５を構成する材料は、例えばＣｕ及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを含む。静電シールド５は、樹脂からなる本体部と、本体部の表面を覆う導電膜とを有していてもよい。この場合、導電膜が導電性を有する非磁性材料により構成されていればよい。導電膜の形成方法は特に制限されない。導電膜は、めっき膜であってもよい。なお、静電シールド５は、導電性を有する非磁性材料からなる単一の部材であってもよい。静電シールド５は、例えば環状部材である。

【0032】

磁気シールド６は、ハウジング３において固定子２よりも上記径方向の外側に配置されている。磁気シールド６は、上記径方向において固定子２とハウジング３の第３壁部３Ｃとの間に配置されている。磁気シールド６は、回転電機１０１の内部から外部へ漏洩する磁束を減少させる。

【0033】

図２は、軸線ＣＡに直交する断面での、回転電機１０１の回転子１、固定子２、及び静電シールド５を示す部分拡大断面図である。なお、図２では、回転子１の内部の図示が図１よりも簡略化されている。図２に示されるように、固定子鉄心２１は、バックヨーク２５と、複数のティース２６と、複数の鍔２７とを有する。

【0034】

バックヨーク２５は、円筒状である。バックヨーク２５は、磁気シールド６に接続されている。

【0035】

複数のティース２６は、バックヨーク２５から回転子１側に突出する。複数のティース２６は、上記周方向において互いに間隔を空けて配置されている。複数のスロット２４は、上記周方向において複数のティース２６間に形成されている。固定子巻線２２は、複数のティース２６の各々の周囲に巻き回されている。

【0036】

複数の鍔２７は、複数のティース２６の各々の上記径方向の内周端から上記周方向に突出する。上記周方向において互いに隣り合う２つのティース２６の各内周端から突出する１対の鍔２７は、上記周方向において互いに間隔を空けて配置されている。複数のスロット２４の各々の上記開口部２４Ａは、上記１対の鍔２７間に形成されている。

【0037】

静電シールド５は、上記径方向において複数のスロット２４の各々の開口部２４Ａと重なるように配置されている。なお、連通孔５０が、上記径方向において複数のスロット２４の各々の開口部２４Ａと重なるように配置されていてもよい。

【0038】

次に、図１を参照して、冷却媒体を回転子巻線１２に供給するための回転子１の構造例について説明する。

【0039】

回転子１には、冷却媒体がハウジング３の外部から回転子巻線１２を経て第１空間に流出するための第１流路Ｆ１が設けられている。第１流路Ｆ１は、冷却媒体が流入する流入口Ｉ１と、冷却媒体が流出する複数の流出口Ｏ１とを有する。流入口Ｉ１は、ハウジング３の外部において後述する供給部１１１に接続される。複数の流出口Ｏ１の各々は、常温ダンパ１６の外周面１３上に開口する。

【0040】

第１流路Ｆ１は、例えば、第３流路Ｆ３と、複数の第４流路Ｆ４と、複数のスロット１４と、複数の第５流路Ｆ５とを有している。第３流路Ｆ３、複数の第４流路Ｆ４、複数のスロット１４、及び複数の第５流路Ｆ５は、互いに直列に接続されている。第３流路Ｆ３は、流入口Ｉ１を有している。複数の第５流路Ｆ５の各々は、流出口Ｏ１を有している。

【0041】

第３流路Ｆ３は、軸線ＣＡに沿って延びている。第３流路Ｆ３は、第１シャフト１０Ａ及び回転子コア１１の内部に設けられている。第３流路Ｆ３は、回転子コア１１の内部において、回転子巻線１２よりも内側に配置されている。

【0042】

複数の第４流路Ｆ４の各々は、上記径方向に沿って延びている。複数の第４流路Ｆ４の各々は、回転子コア１１の内部において、回転子巻線１２よりも上記径方向の内側に設けられている。複数の第４流路Ｆ４の各々は、第３流路Ｆ３と連なっている。複数の第４流路Ｆ４の各々は、第３流路Ｆ３と複数のスロット１４の各々との間を連通する。複数の第４流路Ｆ４の各々は、上記周方向及び軸線ＣＡの延在方向において互いに間隔を空けて配置されている。

【0043】

複数の第５流路Ｆ５の各々は、上記径方向に沿って延びている。複数の第５流路Ｆ５の各々は、回転子コア１１の内部において、回転子巻線１２よりも上記径方向の外側に設けられている。複数の第５流路Ｆ５の各々は、複数のスロット１４を介して、複数の第４流路Ｆ４の少なくとも１つと連なっている。複数の第５流路Ｆ５の各々は、複数のスロット１４の各々と、常温ダンパ１６の外周面１３との間を連通する。複数の第５流路Ｆ５の各々は、上記周方向及び軸線ＣＡの延在方向において互いに間隔を空けて配置されている。

【0044】

第３流路Ｆ３は、第１シャフト１０Ａに挿通されている管と、回転子コア１１の内部に設けられており冷却媒体を貯留可能な容器とによって構成されてもよい。複数の第４流路Ｆ４及び複数の第５流路Ｆ５の各々は、例えば回転子コア１１の内部に設けられている管によって構成されてもよい。

【0045】

回転子巻線１２において互いに隣り合う線材間には、冷却媒体が流通可能な微小な隙間が存在する。複数の第４流路Ｆ４の各々から複数のスロット１４の各々に流入した冷却媒体は、回転子巻線１２において互いに隣り合う線材間に存在する上記隙間を通り、複数の第５流路Ｆ５の各々に流出する。

【0046】

第１流路Ｆ１を流れる冷却媒体は、回転子巻線１２を冷却した後、第１空間Ｓ１に流出する。第１空間Ｓ１に流出した冷却媒体は、静電シールド５に設けられている複数の連通孔５０を経て、第２空間Ｓ２に流入する。

【0047】

次に、図１を参照して、冷却媒体を回転電機１０１の外部に排出するためのハウジング３の構造例について説明する。

【0048】

ハウジング３には、冷却媒体が第２空間Ｓ２からハウジングの外部に流出するための第２流路Ｆ２が設けられている。第２流路Ｆ２は、冷却媒体が流入する流入口Ｉ２と、冷却媒体が流出する流出口Ｏ２とを有する。流入口Ｉ２は、ハウジング３の第２空間Ｓ２に開口する。流入口Ｉ２は、例えば、固定子２よりも上記径方向の外側であり、かつ固定子２よりも軸線ＣＡの延在方向の外側に配置されている。流入口Ｉ２は、ハウジング３において重力方向における最も下側に配置されていてもよい。このような第２流路Ｆ２により、液化状態の冷却媒体を効率的に回収できる。流入口Ｉ２は、ハウジング３において重力方向における最も上側に配置されていてもよい。このような第２流路Ｆ２により、気化状態の冷却媒体を効率的に回収できる。流入口Ｉ２は、例えば第２空間Ｓ２中の上方に位置する空間部分に開口する。流出口Ｏ２は、ハウジング３の外部において後述する回収部１２１に接続される。

【0049】

第２流路Ｆ２は、例えば軸線ＣＡの延在方向において固定子２に対して負荷とは反対側に配置されている。

【0050】

＜回転電機システムの構成＞
図１に示されるように、実施の形態１に係る回転電機システム２０１は、実施の形態１に係る回転電機１０１と、供給部１１１と、回収部１２１とを主に備える。回転電機システム２０１において、回転電機１０１と、供給部１１１と、回収部１２１とは、例えば、冷却媒体の少なくとも一部が循環する回路に含まれている。

【0051】

供給部１１１は、冷却媒体を回転電機１０１に供給する。供給部１１１は、第１流路Ｆ１の流入口Ｉ１に接続されている。好ましくは、供給部１１１は、液相の冷却媒体を回転電機１０１に供給する。供給部１１１は、例えば冷却媒体を送りこむためのポンプを有する。

【0052】

回収部１２１は、回転電機１０１から冷却媒体を回収する。回収部１２１は、例えば回転電機１０１から気相の冷却媒体を回収する。回収部１２１は、例えばポンプを有する。

【0053】

回転電機システム２０１は、例えば、冷却部１３１と、貯蔵部１４１とを備える。回転電機システム２０１において、冷却部１３１及び貯蔵部１４１は、上記回路に含まれている。

【0054】

冷却部１３１は、回収部１２１によって回転電機１０１から回収された冷却媒体を冷却する。冷却部１３１は、例えば、気相の冷却媒体を液相の冷却媒体に凝縮する凝縮部である。冷却部１３１は、例えば熱交換器である。貯蔵部１４１は、冷却媒体を貯蔵する。貯蔵部１４１は、例えば冷却部１３１によって凝縮された液相の冷却媒体を貯蔵する。

【0055】

冷却媒体は、回転子巻線１２を適切に冷却できる限りにおいて、特に制限されない。回転子巻線１２が低温超電導巻線である場合、冷却媒体は例えば液体ヘリウムである。回転子巻線１２が高温超電導巻線である場合、冷却媒体は例えば液体窒素である。回転子巻線１２に供給される冷却媒体の温度は、超電導巻線の転位温度以下である。冷却媒体の蒸発温度は、超電導巻線の転位温度よりも高い。

【0056】

回転電機システム２０１において、シャフト１０は、第２シャフト１０Ｂ側において、図示しない負荷に接続される。タービンは、シャフト１０とともに軸線ＣＡ周りに回転するように設けられる。なお、回転電機システム２０１の負荷の一例として、ギア（歯車）及び動力機構等が挙げられる。

【0057】

＜作用＞
回転電機１０１は、上記径方向において回転子１と固定子巻線２２との間に配置されている部分を有し、ハウジング３に電気的に接続されている静電シールド５を備える。静電シールド５は、静電シールド５を備えない回転電機との対比において、回転子１と固定子巻線２２との間の浮遊容量を小さくし、第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の内輪と外輪との間の電位差を小さくする。その結果、回転電機１０１における第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の損傷リスクは、従来の回転電機における軸受の損傷リスクと比べて、低減され得る。

【0058】

回転電機１０１の静電シールド５には、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通させる複数の連通孔５０が設けられている。複数の連通孔５０は、回転子１にて生じた熱が第１空間Ｓ１に蓄えられること、及び固定子２に生じた熱が第２空間Ｓ２に蓄えられることを抑制できる。冷却媒体が上述のようにハウジング３内に供給される場合には、複数の連通孔５０は、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の各々における冷却媒体の滞留を抑制できる。上述のように冷却媒体が第１空間Ｓ１に供給される場合には、冷却媒体は、第１空間Ｓ１から複数の連通孔５０のを経て第２空間Ｓ２に流入し得る。その結果、回転電機１０１によれば、静電シールド５によって第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の損傷リスクを低減しながらも、回転子１及び固定子２の各々を効率的に冷却できる。

【0059】

回転電機１０１では、回転子１が回転子巻線１２を有するため、回転子巻線１２に流れる電流量に応じて回転子１の磁束量を調整可能である。回転電機１０１では、回転子巻線１２として超電導巻線が採用されている。そのため、回転子巻線１２に供給される冷却媒体の温度が超電導転位温度以下とされれば、回転子巻線１２は超電導状態に効率的に保持され得る。固定子２は、回転子巻線１２の冷却に用いられた冷却媒体によって、冷却され得る。回転電機１０１によれば、静電シールド５によって第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の損傷リスクを低減しながらも、回転子１に対する冷却性能を超電導回転電機の回転子に求められる冷却性能以上とすることができる。

【0060】

回転電機１０１では、静電シールド５が、固定子鉄心２１及びハウジング３のうち、ハウジング３の第１壁部３Ａ及び第２壁部３Ｂの各々に電気的に接続されている。静電シールド５は、上記径方向において固定子鉄心２１の内周面２３の各々と間隔を空けて配置されている。複数の連通孔５０は、固定子鉄心２１の内周面２３によって塞がれていない。このような回転電機１０１では、静電シールド５が固定子鉄心２１の内周面２３と接続されている場合と比べて、固定子２に対する冷却効率が高い。回転電機１０１では、固定子２に対する冷却効率が高いため、固定子巻線２２を超電導巻線とすることも可能である。

【0061】

回転電機１０１において、静電シールド５は、第１壁部３Ａと第２壁部３Ｂとの間に渡されている。このような静電シールド５は、上記径方向において回転子１と固定子巻線２２の全体との間に配置されるため、後述する回転電機１０２等と比べて、回転子１と固定子巻線２２との間の浮遊容量をより小さくすることができ、第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の内輪と外輪との間の電位差をより小さくすることができる。

【0062】

回転電機システム２０１は、回転電機１０１と、供給部１１１と、回収部１２１と、冷却部１３１とを備える。そのため、回転電機１０１と、供給部１１１と、回収部１２１と、冷却部１３１とを含む回路を構成することにより、回転電機１０１の回転子１及び固定子２は、当該回路を循環する冷却媒体によって効率的に冷却され得る。好ましくは、回転電機システム２０１は、貯蔵部１４１をさらに備える。貯蔵部１４１を備える回転電機システム２０１によれば、上記回路を循環する冷却媒体の流量を適切に制御することができ、回転電機システム２０１のさらなる高効率が実現され得る。

【0063】

＜変形例＞
回転子巻線１２は、常電導巻線であってもよい。この場合にも、静電シールド５によって第１軸受４Ａ及び第２軸受４Ｂの各々の損傷リスクを低減しながらも、回転子巻線１２及び固定子巻線２２の各々の発熱に伴う不具合の発生を抑制可能である。なお、回転子１は低温ダンパ１５及び常温ダンパ１６の一方あるいは両方を有していなくてもよい。外周面１３は、上記径方向において回転子１の外殻を成す任意の部材の外周面であればよい。

【0064】

冷却媒体を回転子巻線１２に供給するための回転子１の構造は、図１に示される構造例に制限されない。

【0065】

回転電機１０１及び回転電機システム２０１に含まれる上述した各要素の数は、任意の数であればよい。

【0066】

実施の形態２．
実施の形態２に係る回転電機は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、動作原理、および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

【0067】

図３に示されるように、実施の形態２に係る回転電機１０２は、第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂを備える。

【0068】

第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂは、軸線ＣＡの延在方向において互いに間隔を空けて配置されている。第１静電シールド５Ａは、第１壁部３Ａに電気的に接続されている。第２静電シールド５Ｂは、第２壁部３Ｂに電気的に接続されている。

【0069】

例えば、第１静電シールド５Ａの軸線ＣＡの延在方向の一方端が、第１壁部３Ａに電気的に接続されている。第１静電シールド５Ａの軸線ＣＡの延在方向の他方端は、軸線ＣＡの延在方向において固定子鉄心２１と間隔を空けて配置されている。

【0070】

例えば、第２静電シールド５Ｂの軸線ＣＡの延在方向の一方端が、第２壁部３Ｂに電気的に接続されている。第２静電シールド５Ｂの軸線ＣＡの延在方向の他方端は、軸線ＣＡの延在方向において固定子鉄心２１と間隔を空けて配置されている。

【0071】

第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂの各々は、軸線ＣＡの延在方向において固定子鉄心２１と間隔を空けて配置されている。第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂの各々は、上記径方向において固定子巻線２２の複数の第２部分２２Ｂの一部と間隔を空けて配置されている。

【0072】

異なる観点から言えば、静電シールド５には、上記径方向において固定子鉄心２１と重なる領域に開口する開口部が設けられている。静電シールド５は、上記径方向において固定子巻線２２の複数の第２部分２２Ｂの各一部と重なるように配置されている。

【0073】

回転電機１０２では、静電シールド５が上記径方向において固定子鉄心２１と重ならないため、冷却媒体は固定子鉄心２１の複数のスロット２４内に流入しやすい。その結果、回転電機１０２では、回転電機１０１と比べて、固定子２に対する冷却効率が高い。

【0074】

実施の形態２に係る回転電機システム２０２は、回転電機１０２を備える点を除き、回転電機システム２０１と同様の構成を有している。

【0075】

＜変形例＞
回転電機１０２は、回転電機１０１と同様に変形され得る。

【0076】

実施の形態３．
実施の形態３に係る回転電機は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１又は実施の形態２と同一の構成、動作原理、および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１又は実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

【0077】

図４及び図５に示されるように、実施の形態３に係る回転電機１０３は、複数の第１静電シールド５Ａと、複数の第２静電シールド５Ｂとを備える。

【0078】

複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々は、固定子鉄心２１を介して、ハウジング３に電気的に接続されている。複数の第１静電シールド５Ａの各々は、上記周方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数の第２静電シールド５Ｂの各々は、上記周方向に互いに間隔を空けて配置されている。

【0079】

複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々は、複数のスロット２４の各々の内部に配置されている第３部分５１を有する。複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々の第３部分５１は、固定子鉄心２１に電気的に接続されている。第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂの各々の上記第３部分５１は、例えば、複数のスロット２４の上記開口の一部を塞ぐように設けられている。

【0080】

複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々は、例えば上記径方向において回転子１と固定子巻線２２の複数の第２部分２２Ｂとの間に配置されている第４部分５２をさらに有する。複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々の第４部分５２は、ハウジング３と間隔を空けて配置されている。複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々の第４部分５２は、固定子巻線２２と間隔を空けて配置されている。

【0081】

図５に示されるように、複数の第１静電シールド５Ａ及び複数の第２静電シールド５Ｂの各々の上記第３部分５１は、上記径方向において固定子巻線２２の複数の第１部分２２Ａの各々と上記１対の鍔２７との間に配置されている。各第３部分５１は、例えば、上記１対の鍔２７の各々に電気的に接続されている。各第３部分５１は、例えば、上記１対の鍔２７の各々と、上記１対の鍔２７の各々に連なる複数のティース２６の各々の先端部分と、接触している。

【0082】

回転電機１０３においても、回転電機１０２と同様に、静電シールド５が上記径方向において固定子鉄心２１と重ならないため、冷却媒体は第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間を流れやすい。その結果、回転電機１０３では、回転電機１０１と比べて、固定子２に対する冷却効率が高い。

【0083】

また、回転電機１０１，１０２では、固定子２及び静電シールド５を個別にハウジング３に固定する必要があるため、固定子２、ハウジング３、及び静電シールド５について組み立て交差及び製造公差等を管理する必要がある。これに対し、回転電機１０３では、静電シールド５は固定子２と一体としてハウジング３に固定され得る。そのため、回転電機１０３によれば、固定子２及び静電シールド５とハウジング３との組み立て交差及び製造公差等の管理を緩和できる。

【0084】

実施の形態３に係る回転電機システム２０３は、回転電機１０３を備える点を除き、回転電機システム２０１と同様の構成を有している。

【0085】

＜変形例＞
第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂの各々は、固定子鉄心２１の軸線ＣＡの延在方向の端面に固定されていてもよい。

【0086】

回転電機１０３は、静電シールドとして、第１静電シールド５Ａ及び第２静電シールド５Ｂのいずれかのみを備えていてもよい。例えば、第２軸受４Ｂの加わる機械的ストレスが第１軸受４Ａに加わる機械的ストレスよりも大きい場合、第２軸受４Ｂの加わる電気的ストレスが第１軸受４Ａに加わる電気的ストレスよりも小さくなるように、回転電機１０３は静電シールドとして第２静電シールド５Ｂのみを備えていてもよい。

【0087】

回転電機１０３は、回転電機１０１，１０２と同様に変形され得る。
実施の形態４．
実施の形態４に係る回転電機は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１～実施の形態３のいずれかと同一の構成、動作原理、および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１～実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

【0088】

図６に示されるように、実施の形態４に係る回転電機１０４は、複数の静電シールド５を備える。複数の静電シールド５の各々は、固定子鉄心２１を介して、ハウジング３に電気的に接続されている。複数の静電シールド５の各々は、例えば複数のスロット２４の各々の内部にのみ配置されている。複数の静電シールド５の各々は、例えば上記径方向において回転子１と固定子巻線２２の複数の第１部分２２Ａとの間にのみ配置されている。複数の静電シールド５の各々は、例えば上記径方向において回転子１と固定子巻線２２の複数の第２部分２２Ｂとの間に配置されていない。異なる観点から言えば、複数の静電シールド５の各々は、例えば第３部分５１のみからなる。

【0089】

図７に示されるように、複数の静電シールド５の各々の上記第３部分５１は、上記径方向において固定子巻線２２の複数の第１部分２２Ａの各々と上記１対の鍔２７との間に配置されている。各第３部分５１は、例えば、上記１対の鍔２７の各々に電気的に接続されている。各第３部分５１は、例えば、上記１対の鍔２７の各々と、上記１対の鍔２７の各々に連なる複数のティース２６の各々の先端部分と、接触している。

【0090】

回転電機１０４では、静電シールド５が上記径方向において固定子巻線２２の第２部分２２Ｂと重ならないため、冷却媒体は第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間を流れやすい。その結果、回転電機１０４では、回転電機１０１と比べて、固定子２に対する冷却効率が高い。

【0091】

回転電機１０４では、回転電機１０３と同様に、静電シールド５は固定子２と一体としてハウジング３に固定され得る。そのため、回転電機１０４によれば、固定子２及び静電シールド５とハウジング３との組み立て交差及び製造公差等の管理を緩和できる。

【0092】

実施の形態４に係る回転電機システム２０４は、回転電機１０４を備える点を除き、回転電機システム２０１と同様の構成を有している。

【0093】

＜変形例＞
回転電機１０４は、回転電機１０１～１０３と同様に変形され得る。

【0094】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、図８に示される回転電機１０５は、回転電機１０１と回転電機１０４とを組み合わせた構造を有している。図８に示されるように、複数の静電シールド５は、第１壁部３Ａと第２壁部３Ｂとの間に渡されているとともに、複数のスロット２４の各々の内部に配置されている第３部分５１を有していてもよい。

【0095】

実施の形態５に係る回転電機システム２０５は、回転電機１０５を備える点を除き、回転電機システム２０１と同様の構成を有している。

【0096】

本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

【符号の説明】

【0097】

１ 回転子、１０ シャフト、１０Ａ 第１シャフト、１０Ｂ 第２シャフト、１１ 回転子コア、１２ 回転子巻線、１３ 外周面、１４ スロット、１５ 低温ダンパ、１６ 常温ダンパ、２ 固定子、２１ 固定子鉄心、２２ 固定子巻線、２２Ａ 第１部分、２２Ｂ 第２部分、２３ 内周面、２４ スロット、２４Ａ 開口部、２５ バックヨーク、２６ ティース、２７ 鍔、３ ハウジング、３Ａ 第１壁部、３Ｂ 第２壁部、３Ｃ 第３壁部、４ 軸受、４Ａ 第１軸受、４Ｂ 第２軸受、５ 静電シールド、５Ａ 第１静電シールド、５Ｂ 第２静電シールド、５０ 連通孔、５１ 第３部分、６ 磁気シールド、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ 回転電機、１１１ 供給部、１２１ 回収部、１３１ 冷却部、１４１ 貯蔵部、２０１，２０２，２０３，２０４ 回転電機システム、ＣＡ 軸線、Ｆ１ 第１流路、Ｆ２ 第２流路、Ｆ３ 第３流路、Ｆ４ 第４流路、Ｆ５ 第５流路、Ｉ１，Ｉ２ 流入口、Ｏ１，Ｏ２ 流出口、Ｓ１ 第１空間、Ｓ２ 第２空間。

【要約】

回転電機（１０１）は、軸線（ＣＡ）周りに回転可能である回転子（１）と、固定子（２）と、回転子及び固定子を収容するハウジング（３）と、ハウジングに対して回転子を回転可能に支持する複数の軸受（４Ａ，４Ｂ）とを備える。回転子は、シャフト（１０）と、シャフトに接続されている回転子コア（１１）と、回転子コアに巻き回されている回転子巻線（１２）とを有する。固定子は、ハウジングに接続されている固定子鉄心（２１）と、固定子巻線（２２）とを有する。回転電機は、軸線に対する径方向において回転子と固定子との間に配置されている部分を有する少なくとも１つの静電シールド（５）をさらに備える。少なくとも１つの静電シールドには、複数の連通孔（５０）が設けられている。少なくとも１つの静電シールドは、固定子鉄心及びハウジングのいずれかに電気的に接続されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】