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JP6503329B2 - Electric rotating machine and stator cooling structure - Google Patents
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JP6503329B2 - Electric rotating machine and stator cooling structure - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機および固定子冷却構造に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine and a stator cooling structure.

回転電機は、回転子、固定子を備えており、また、全閉形の回転電機では、通常はさらに冷却器も備えている。全閉形回転電機においては、フレームと冷却器カバーとで閉空間を形成している。冷却管はこの閉空間内を貫通しており、冷却管の外側は、閉空間の雰囲気である。通常は、空気などの冷却用気体がこの閉空間内を循環する。   The rotary electric machine includes a rotor and a stator, and the fully closed rotary electric machine generally further includes a cooler. In the fully closed type rotary electric machine, a closed space is formed by the frame and the cooler cover. The cooling pipe passes through the inside of the closed space, and the outside of the cooling pipe is an atmosphere of the closed space. Normally, a cooling gas such as air circulates in the closed space.

冷却用気体は、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却する。冷却用気体は、冷却器において冷却される。   The cooling gas cools the rotor core, the stator core, the stator windings and the like. The cooling gas is cooled in the cooler.

冷却器は、たとえば、冷却管内を冷却水が流れる方式の場合がある。あるいは、全閉外扇形の回転電機の場合は、回転子のロータシャフトの一端(反結合側)に外扇が設けられ、外扇により駆動された外気が、冷却器の軸方向に延びた冷却管のそれぞれの一方の開口から冷却管内に流入し、他方の開口から外部に流出する。   The cooler may be, for example, a system in which cooling water flows in a cooling pipe. Alternatively, in the case of a totally closed fan-shaped electric rotating machine, an outer fan is provided at one end (anti-coupling side) of the rotor shaft of the rotor, and the outside air driven by the outer fan extends in the axial direction of the cooler The cooling fluid flows into the cooling pipe from one opening of each and flows out from the other opening.

特開2013−66341号公報JP, 2013-66341, A

前述のように、冷却用気体は、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却するとともに、冷却器において冷却される。特に発熱量の大きな固定子については、通常、固定子鉄心の軸方向に互いに間隔をあけて複数のダクトを設け、ダクトにおいて冷却用気体を径方向外側に流すことにより冷却効率を上げている。   As described above, the cooling gas cools the rotor core, the stator core, the stator winding and the like, and is cooled in the cooler. In particular, in the case of a stator having a large amount of heat generation, a plurality of ducts are usually provided at intervals in the axial direction of the stator core, and cooling efficiency is raised by flowing cooling gas radially outward in the ducts.

すなわち、固定子鉄心は、通常は、たとえば、透磁率が比較的高く低価格であるケイ素鋼板などの電磁鋼板が軸方向に積層された積層構造であるので、軸方向に互いに間隔をあけた位置に、スペーサを設けて、互いに隣接する積層構造体の間に隙間を設けてダクトを形成し、固定子鉄心の径方向内側から径方向外側への流路を確保している。   That is, since the stator core usually has, for example, a laminated structure in which electromagnetic steel sheets such as silicon steel sheets having relatively high permeability and low cost are laminated in the axial direction, positions mutually spaced in the axial direction A spacer is provided to form a duct by providing a gap between the laminated structures adjacent to each other, thereby securing a flow path from the radially inner side to the radially outer side of the stator core.

固定子鉄心の内部では、固定子巻線からは、銅損すなわちジュール熱による発熱、積層構造体の内部では鉄損すなわち渦電流損あるいは磁気的なヒステリシス損による発熱がある。このため固定子内部では熱伝導によりその外表面に至る熱流束が生じる。したがって、冷却効率の上では、ダクトを多く設けることにより放熱のための表面積を増やすのが好ましいことになる。   Inside the stator core, the stator winding generates heat due to copper loss, that is, Joule heat, and inside the laminated structure, iron loss, that is, heat due to eddy current loss or magnetic hysteresis loss. For this reason, a heat flux to the outer surface is generated inside the stator by heat conduction. Therefore, in terms of cooling efficiency, it is preferable to increase the surface area for heat dissipation by providing a large number of ducts.

一方、強磁性体である電磁鋼板が存在しないダクトにおいては、磁気抵抗が大きいため、トルクの確保などの電磁気的性能上は、固定子鉄心においてダクトの占める割合は低いことが好ましい。   On the other hand, in the duct where the electromagnetic steel sheet which is a ferromagnetic material does not exist, since the magnetic resistance is large, it is preferable that the ratio occupied by the duct in the stator core is low in terms of electromagnetic performance such as securing torque.

このような課題を解決する方法として、固定子鉄心を軸方向に貫通する固定子鉄心締め付け用のボルトを孔あきボルトとして、この軸方向に貫通する孔を、冷却用気体の流路とすることにより、冷却能力を向上させる方法が知られている(特許文献1参照)。孔あきボルトの場合は、ある程度、径を太くする必要があるが、磁力線の通路に、磁気抵抗となる径の大きなものが存在することは、回転電機の効率上は好ましいことではない。   As a method for solving such a problem, a bolt for fastening the stator core in the axial direction of the stator core is used as a bolt for fastening the stator core, and a hole passing in the axial direction is used as a flow path for the cooling gas. There is known a method of improving the cooling capacity by the In the case of a perforated bolt, it is necessary to increase the diameter to some extent, but it is not preferable from the viewpoint of the efficiency of the rotating electrical machine that a large diameter magnetic resistance is present in the magnetic flux path.

そこで、本発明は、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することを目的とする。   Then, an object of this invention is to ensure cooling efficiency, without exerting big influence on efficiency ensuring of a rotary electric machine.

上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、固定子冷却構造とそれぞれが複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を軸方向に結束する複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し軸方向の前記フレームの端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇と、を備える回転電機であって、前記固定子冷却構造は、互いに軸方向に隣接する前記積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように軸方向に貫通し、前記締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、前記複数のダクトの少なくとも一つに配されて、前記冷却用ボルトが貫通する熱伝導率の高い材料を用いた放熱スペーサと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rotor having an axially extending and rotatably supported rotor shaft, and a rotor core provided radially outward of the rotor shaft; A cylinder provided with a stator cooling structure, a plurality of laminated structures each having a plurality of electromagnetic steel plates, and a plurality of fastening bolts axially binding the plurality of laminated structures, provided on the radially outer side of the iron core A stator having a stator core in the form of a stator, and a stator winding axially penetrating the inside of the stator core, the rotor core and the stator being disposed radially outward of the stator A frame for housing, a coupled bearing and an uncoupled bearing for supporting the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in an axial direction sandwiching the rotor core, the coupled bearing and the uncoupled bearing, A rotary electric machine comprising: a coupling-side bearing bracket and an anti-coupling-side bearing bracket which are fixedly supported and connected to the end of the frame in the axial direction; and an internal fan attached to the rotor shaft to drive a cooling gas. The stator cooling structure includes a spacer which is interposed between the stacked structures axially adjacent to each other to form a plurality of ducts in which the cooling gas flows radially inward from radially inward, and the plurality of ducts. And a plurality of cooling bolts each made of a material having a thermal conductivity higher than that of the material of the tightening bolt and a plurality of screwing bolts respectively for the plurality of cooling bolts. It has a nut, the arranged plurality of at least one duct, and a heat dissipating spacer having a high thermal conductivity the cooling bolt penetrates the material And wherein the door.

また、本発明は、ロータシャフトおよび回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられそれぞれが複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を軸方向に結束する複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し軸方向の前記フレームの端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇とを備える回転電機の前記固定子鉄心を冷却する固定子冷却構造であって、互いに軸方向に隣接する前記積層構造体間に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れるように形成された複数のダクトと、周方向に互いに間隔をあけて、前記積層構造体のそれぞれと接するように軸方向に貫通し、前記締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、前記複数のダクトの少なくとも一つに配されて、前記冷却用ボルトが貫通する熱伝導率の高い材料を用いた放熱スペーサと、を有することを特徴とする。 The present invention also includes a rotor having a rotor shaft and a rotor core, a plurality of laminated structures provided on the radially outer side of the rotor core and each having a plurality of electromagnetic steel sheets, and the plurality of laminated structures. A stator having a cylindrical stator core comprising a plurality of clamping bolts axially bound and a stator winding axially passing through the stator core; the rotor core and the stator A coupling-side bearing and an anti-coupling-side bearing for supporting the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in an axial direction sandwiching the rotor core, the coupling-side bearing and the anti-coupling side bearing; A coupling bearing bracket and an anticoupling bearing bracket which are respectively fixedly supported and connected to the end of the frame in the axial direction, and are attached to the rotor shaft to drive a cooling gas. A stator cooling structure for cooling the stator core of a rotating electrical machine including an internal fan, the cooling gas being radially interposed from the inside in the radial direction between the stacked structures axially adjacent to each other A plurality of ducts formed to flow outward, and a plurality of ducts circumferentially spaced from each other, axially penetrating to contact each of the laminated structure, and a material having a thermal conductivity higher than that of the material of the tightening bolt A plurality of cooling bolts using the plurality of nuts and a plurality of nuts engaged with the plurality of cooling bolts, and at least one of the plurality of ducts, the thermal conductivity through which the cooling bolts pass And a heat dissipation spacer using a high material .

本発明によれば、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することができる。   According to the present invention, it is possible to secure the cooling efficiency without significantly affecting the efficiency of the rotating electrical machine.

第1の実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸に沿って切断した立断面図である。FIG. 2 is an elevation sectional view cut along a rotation axis showing a configuration of a rotary electric machine according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の構成を示す図3のII−II矢視2分の1縦断面図である。It is a half longitudinal cross-sectional view of the stator core of the rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment which shows the structure of the II-II arrow of FIG. 第1の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の軸方向外側からみた図2のIII−III矢視2分の1正面図である。It is a half front view in the III-III arrow line of Drawing 2 seen from the direction of an axis of the stator core of the rotation electrical machinery concerning the 1st embodiment to the direction outside. 第1の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造を示す図2のIV−IV矢視2分の1断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line IV-IV in FIG. 2, showing a stator cooling structure of the rotary electric machine according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造の作用を説明するための固定子冷却構造の回転軸に沿って切断した部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the stator cooling structure cut along the rotation axis for explaining the operation of the stator cooling structure of the rotating electrical machine according to the first embodiment; 第2の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の構成を示す図7のVI−VI矢視2分の1縦断面図である。It is a half longitudinal cross-sectional view of the VI-VI arrow of FIG. 7 which shows the structure of the stator core of the rotary electric machine which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造を示す固定子鉄心の軸方向外側からみた図6のVII−VII矢視2分の1断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6, viewed from the axial direction outer side of the stator core, showing the stator cooling structure of the rotary electric machine according to the second embodiment; 第2の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造の変形例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing a modification of stator cooling structure of rotation electrical machinery concerning a 2nd embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。   Hereinafter, with reference to the drawings, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described. Here, parts that are the same as or similar to each other are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸に沿って切断した立断面図である。回転電機200は、回転子10、固定子20、フレーム40、および固定子冷却構造100(図2参照)を有する。
First Embodiment
FIG. 1 is an elevation sectional view cut along a rotation axis showing a configuration of a rotary electric machine according to a first embodiment. The rotary electric machine 200 has a rotor 10, a stator 20, a frame 40, and a stator cooling structure 100 (see FIG. 2).

回転子10は、回転軸方向に水平に延びたロータシャフト11、およびロータシャフト11の径方向外側に設けられた回転子鉄心12を有する。ロータシャフト11には、回転子鉄心12の軸方向の両側にそれぞれ内扇51aおよび51bが取り付けられている。   The rotor 10 has a rotor shaft 11 extending horizontally in the rotation axis direction, and a rotor core 12 provided radially outward of the rotor shaft 11. In the rotor shaft 11, inner fans 51a and 51b are attached to both sides in the axial direction of the rotor core 12, respectively.

固定子20は、回転子鉄心12の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心21、および固定子鉄心21の径方向内側表面近傍を回転軸方向に貫通する固定子巻線22を有する。   The stator 20 has a cylindrical stator core 21 provided radially outward of the rotor core 12, and a stator winding 22 penetrating in the vicinity of the radially inner surface of the stator core 21 in the rotational axis direction. .

フレーム40は、固定子20および回転子鉄心12を収納するように、これらの径方向外側を囲んでいる。フレーム40の回転軸方向の両側には、反結合側軸受ブラケット45aおよび結合側軸受ブラケット45bが設けられており、それぞれ反結合側軸受30aおよび結合側軸受30bを固定支持している。フレーム40の上部には、冷却器60が設けられている。なお、以下、回転軸に平行な2つの方向のうち、回転子鉄心12から反結合側軸受30aに向かう方向(図1の右方向)を反結合側方向、回転子鉄心12から結合側軸受30bに向かう方向(図1の左方向)を結合側方向と呼ぶこととする。   The frame 40 surrounds the radially outer sides of the stator 20 and the rotor core 12 so as to accommodate them. Anti-coupling side bearing brackets 45a and coupling side bearing brackets 45b are provided on both sides in the rotational axis direction of the frame 40, and fixedly support the non-coupling side bearings 30a and the coupling side bearings 30b, respectively. At the top of the frame 40, a cooler 60 is provided. Hereinafter, of the two directions parallel to the rotation axis, the direction (right direction in FIG. 1) from the rotor core 12 toward the non-coupling bearing 30a is the non-coupling direction, and from the rotor core 12 to the coupling bearing 30b The direction toward the direction (left direction in FIG. 1) is referred to as the coupling side direction.

ロータシャフト11の一方(反結合側方向)には、当該回転電機200を自ら冷却するために、外扇55が設けられている。また、ロータシャフト11の他方(結合側方向)には、電動機の場合は駆動対象と、また発電機の場合は原動機と結合するためのカップリング部11aが設けられている。フレーム40および端板62aには、外扇55を覆うように外扇カバー56が取り付けられている。外扇カバー56には、外気の取り入れ口である流入口56aが形成されている。   An outer fan 55 is provided on one side (anti-coupling side direction) of the rotor shaft 11 in order to cool the rotary electric machine 200 by itself. Further, on the other side (coupling side direction) of the rotor shaft 11, there is provided a coupling portion 11a for coupling with a driving object in the case of an electric motor or a motor in the case of a generator. An outer fan cover 56 is attached to the frame 40 and the end plate 62 a so as to cover the outer fan 55. The outer fan cover 56 is formed with an inflow port 56a which is an intake port of the outside air.

冷却器60は、複数の冷却管61、これらの冷却管61を収納する冷却器カバー63、端板62a、62bおよびガイド板66a、66bを有する。端板62a、62bは冷却器カバー63の回転軸方向の両側に設けられている。   The cooler 60 has a plurality of cooling pipes 61, a cooler cover 63 for housing the cooling pipes 61, end plates 62a and 62b, and guide plates 66a and 66b. The end plates 62 a and 62 b are provided on both sides in the rotational axis direction of the cooler cover 63.

複数の冷却管61は、互いに並列に配され回転軸方向に延びている。それぞれの冷却管61は、両端が端板62a、62bを貫通し、端板62a、62bにより固定支持されている。それぞれの冷却管61の両端は開口している。   The plurality of cooling pipes 61 are arranged in parallel to one another and extend in the rotational axis direction. Each of the cooling pipes 61 passes through the end plates 62a and 62b at both ends, and is fixed and supported by the end plates 62a and 62b. Both ends of each cooling pipe 61 are open.

フレーム40、反結合側軸受ブラケット45a、結合側軸受ブラケット45b、冷却器カバー63、および端板62a、62bは、互いに相俟って密閉空間40aを形成する。また、冷却器60においては、冷却管61も密閉空間40aを形成する要素であり、冷却管61の外側が密閉空間40aの一部となっている。密閉空間40aを構成するフレーム40内の空間と冷却器カバー63内の空間とは、冷却器入口開口64および冷却器出口開口65a、65bで連通している。   The frame 40, the non-coupling bearing bracket 45a, the coupling bearing bracket 45b, the cooler cover 63, and the end plates 62a and 62b together form a closed space 40a. Further, in the cooler 60, the cooling pipe 61 is also an element forming the sealed space 40a, and the outside of the cooling pipe 61 is a part of the sealed space 40a. The space in the frame 40 constituting the enclosed space 40a and the space in the cooler cover 63 communicate with each other at the cooler inlet opening 64 and the cooler outlet openings 65a and 65b.

密閉空間40a内は、たとえば空気などの冷却用気体が満たされている。冷却用気体は、内扇51a、51bに駆動されて、密閉空間40a内を循環する。内扇51a、51bにより駆動された冷却用気体は、軸方向の両側から回転子鉄心12および固定子20に流入する。   The inside of the enclosed space 40a is filled with a cooling gas such as air, for example. The cooling gas is driven by the inner fans 51a and 51b to circulate in the closed space 40a. The cooling gas driven by the inner fans 51a and 51b flows into the rotor core 12 and the stator 20 from both sides in the axial direction.

回転子鉄心12および固定子20を通過してこれらを冷却した冷却用気体は、固定子鉄心径方向外側空間41に流出し、冷却器入口開口64を経由して、冷却器60に流入する。冷却器60に流入した冷却用気体は、ガイド板66aと端板62aとの間を、複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過する。その後、上部連通空間67で方向を転換して、2方向に分離する。   The cooling gas passing through and cooling the rotor core 12 and the stator 20 flows out to the stator core radial outer space 41 and flows into the cooler 60 via the cooler inlet opening 64. The cooling gas that has flowed into the cooler 60 passes between the guide plate 66 a and the end plate 62 a while passing through the outside of the cooling pipe 61 while being cooled by the outer surfaces of the plurality of cooling pipes 61. Thereafter, the direction is changed in the upper communication space 67 to separate into two directions.

反結合側方向に方向転換した冷却用気体は、さらに下方に方向転換し、ガイド板66aと端板62aの間の複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過し、その後、冷却器出口開口65aを経由して冷却器60から流出する。冷却器60から流出した冷却用気体は、フレーム40内に流入し、内扇51aに流入する。   The cooling gas, which has been turned in the anti-coupling side direction, is turned downward further and passes through the outside of the cooling pipe 61 while being cooled by the outer surfaces of the plurality of cooling pipes 61 between the guide plate 66a and the end plate 62a. And then exit the cooler 60 via the cooler outlet opening 65a. The cooling gas that has flowed out of the cooler 60 flows into the frame 40 and flows into the internal fan 51a.

結合側方向に方向転換した冷却用気体は、さらに下方に方向転換し、ガイド板66bと端板62bの間の複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過し、その後、冷却器出口開口65bを経由して冷却器60から流出する。冷却器60から流出した冷却用気体は、フレーム40内に流入し、内扇51bに流入する。   The cooling gas, which has been turned in the coupling side direction, is turned downward further and passes through the outside of the cooling pipe 61 while being cooled by the outer surfaces of the plurality of cooling pipes 61 between the guide plate 66b and the end plate 62b. , And then flow out of the cooler 60 via the cooler outlet opening 65b. The cooling gas flowing out of the cooler 60 flows into the frame 40 and flows into the internal fan 51b.

図2は、第1の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の構成を示す図3のII−II矢視2分の1縦断面図である。また、図3は、固定子鉄心の軸方向外側からみた図2のIII−III矢視2分の1正面図である。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG. 3 showing the configuration of the stator core of the rotary electric machine according to the first embodiment. Moreover, FIG. 3 is a half front view of III-III arrow of FIG. 2 seen from the axial direction outer side of a stator core.

固定子鉄心21は、複数の強磁性体であるたとえばケイ素鋼板などの電磁鋼板が軸方向に積層されて1つのグループを構成する複数の積層構造体23、軸方向に積層された複数の積層構造体23を軸方向の両側から挟む2枚の端部締め付け板25、端部締め付け板25を締め付ける複数の締め付けボルト27およびナット27a、ならびに固定子冷却構造100を有する。   The stator core 21 has a plurality of laminated structures 23 in which a plurality of ferromagnetic members, for example, electromagnetic steel plates such as silicon steel plates, are laminated in the axial direction to form one group, and a plurality of laminated structures laminated in the axial direction It has two end clamping plates 25 clamping the body 23 from both sides in the axial direction, a plurality of clamping bolts 27 and nuts 27 a clamping the end clamping plates 25, and a stator cooling structure 100.

固定子冷却構造100は、複数の冷却用ボルト28およびナット28a、および積層構造体23間に複数のダクト24aのそれぞれを形成する複数のスペーサ24(図4)を有する。冷却用ボルト28の材質は、たとえばアルミニウムあるいは銅などの熱的に良導体、すなわち熱伝導率の高い材料である。   The stator cooling structure 100 has a plurality of cooling bolts 28 and nuts 28 a, and a plurality of spacers 24 (FIG. 4) that form a plurality of ducts 24 a between the laminated structures 23. The material of the cooling bolt 28 is, for example, a thermally good conductor such as aluminum or copper, that is, a material having a high thermal conductivity.

積層構造体23を構成する電磁鋼板は、中央に回転子が貫通する円形の開口が形成された孔明き円板である。互いに隣接する積層構造体23は、軸方向に間隙を有する空間であるダクト24aを形成する。それぞれのダクト24aは、スペーサ24(図4)により間隙寸法が維持されている。ダクト24aは、固定子鉄心21の軸方向に互いに間隔をもって形成されている。ダクト24aは、ギャップ18(図1参照)に流入した冷却用気体、あるいは回転子鉄心12から径方向に流出した冷却用気体が、径方向内側から径方向外側に流れる流路となる。   The electromagnetic steel plate constituting the laminated structure 23 is a perforated disc in which a circular opening through which the rotor penetrates is formed at the center. The stacked structure 23 adjacent to each other forms a duct 24 a which is a space having a gap in the axial direction. Each duct 24a is maintained in gap size by the spacer 24 (FIG. 4). The ducts 24 a are formed to be spaced apart from each other in the axial direction of the stator core 21. The duct 24a is a flow path in which the cooling gas flowing into the gap 18 (see FIG. 1) or the cooling gas flowing radially out of the rotor core 12 flows radially inward from the radially inner side.

2枚の端部締め付け板25は、中央に円形の開口が形成された孔明き円板である。端部締め付け板25には、円周方向に互いに間隔をあけて、締め付けボルト27および冷却用ボルト28が交互に貫通している。複数の締め付けボルト27およびそれぞれに対応するナット27aは、端部締め付け板25を介して、固定子鉄心21を軸方向の両側から締め付けるので、本数は、それぞれの締め付けボルト27の強度と、固定子鉄心21からの反力とを考慮して決められる。   The two end clamping plates 25 are perforated discs having a circular opening at the center. Clamping bolts 27 and cooling bolts 28 alternately pass through the end clamping plates 25 circumferentially spaced from one another. Since the plurality of tightening bolts 27 and the corresponding nuts 27 a fasten the stator core 21 from both sides in the axial direction via the end tightening plates 25, the number is the strength of each tightening bolt 27 and the stator It is determined in consideration of the reaction force from the iron core 21.

図3に示すように、締め付けボルト27および冷却用ボルト28は交互に配されている。ただし、これに限定されない。端部締め付け板25の強度が問題なく、また、寸法的に成立するならば、互いに隣接する締め付けボルト27どうしの間に、2本またはそれ以上の冷却用ボルトを配することでもよい。   As shown in FIG. 3, the clamping bolts 27 and the cooling bolts 28 are alternately arranged. However, it is not limited to this. If the strength of the end clamping plate 25 is satisfactory and dimensionally satisfied, two or more cooling bolts may be disposed between the clamping bolts 27 adjacent to each other.

図3に示すように、締め付けボルト27および冷却用ボルト28の貫通位置は、それぞれの中心位置が、積層構造体23の径方向外周面とほぼ同じ位置となっている。これは、固定子鉄心21において、磁力線が通過する領域に、磁気的な抵抗となる締め付けボルト27および冷却用ボルト28ができるだけ存在しないようにするためである。ただし、磁気的な性能上、問題が無ければ、冷却用ボルト28は、より温度の高い領域である固定子鉄心21の径方向内側に配されることが、冷却性能上は好ましい。   As shown in FIG. 3, the central positions of the penetration positions of the tightening bolt 27 and the cooling bolt 28 are substantially the same as the radial outer peripheral surface of the laminated structure 23. This is to minimize the presence of the clamping bolts 27 and the cooling bolts 28 as magnetic resistance in the stator core 21 in the region through which the magnetic lines of force pass. However, if there is no problem in the magnetic performance, it is preferable in terms of cooling performance that the cooling bolts 28 be disposed radially inside the stator core 21 which is a higher temperature region.

積層構造体23の径方向内側には、軸方向に延びた複数のスロット21bが、周方向に互いに間隔をあけて形成されている。また、この結果、複数のティース21aが形成されている。それぞれのスロット21bには、固定子巻線22の導体が配されている。   A plurality of axially extending slots 21 b are formed on the inner side in the radial direction of the laminated structure 23 at intervals in the circumferential direction. Further, as a result, a plurality of teeth 21a are formed. The conductor of the stator winding 22 is disposed in each of the slots 21b.

積層構造体23のうち軸方向に最も外側のものと、端部締め付け板25との間には、孔明き円板状の端部押さえ26が配されている。端部押さえ26は径方向内側に複数の突起を有し、それぞれが、ティース21aの端部を軸方向に押すようになっている。   Between the outermost one in the axial direction in the laminated structure 23 and the end clamping plate 25, a perforated disk-shaped end retainer 26 is disposed. The end presser 26 has a plurality of radially inward projections, each pressing the end of the tooth 21 a in the axial direction.

図4は、固定子冷却構造を示す図2のIV−IV矢視2分の1断面図である。軸方向に垂直な断面でダクト24aの位置で切断した断面を示している。積層構造体23を構成する電磁鋼板には、径方向に延びて放射状に配列された複数のスペーサ24が取り付けられている。各スペーサの周方向の角度位置は、締め付けボルト27が設けられている角度位置であり、これらに挟まれたそれぞれの角度領域を、径方向内側から外側に冷却用気体が流れる。   FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2 and showing a stator cooling structure. The cross section perpendicular | vertical to an axial direction shows the cross section cut | disconnected in the position of the duct 24a. A plurality of spacers 24 extending in the radial direction and arranged radially are attached to the electromagnetic steel plates constituting the laminated structure 23. The angular position in the circumferential direction of each spacer is the angular position at which the clamping bolt 27 is provided, and the cooling gas flows from the radially inner side to the outer side in the respective angular regions sandwiched therebetween.

図5は、固定子冷却構造の作用を説明するための固定子冷却構造の回転軸に沿って切断した部分断面図である。互いに隣接する積層構造体23間にはダクト24aが形成されている。ダクト24aの軸方向の幅を確保するスペーサの図示は省略している。実線は冷却用気体の流れを示す。   FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the stator cooling structure taken along the rotation axis for explaining the operation of the stator cooling structure. A duct 24 a is formed between the laminated structures 23 adjacent to each other. Illustration of a spacer for securing the axial width of the duct 24a is omitted. The solid line shows the flow of the cooling gas.

図5の破線矢印は、固定子鉄心21中に発生する熱の移動を示す。積層構造体23は、複数の電磁鋼板がたとえば絶縁膜などを介して軸方向に積層されており、基本的に熱の流れは、図5のH1で示すように、それぞれの電磁鋼板の内部での熱移動が主体である。また、ジュール熱が発生する固定子巻線22用の導体が径方向内側に配されていることから、固定子鉄心21内の温度分布は、基本的に径方向外側になるほど低くなるので、径方向内側から外側へ向かう熱移動が主となる。   The broken arrows in FIG. 5 indicate the transfer of heat generated in the stator core 21. In the laminated structure 23, a plurality of electromagnetic steel plates are axially stacked, for example, through an insulating film, and the flow of heat is basically as shown by H1 in FIG. Heat transfer is the main factor. Further, since the conductor for the stator winding 22 generating Joule heat is disposed radially inward, the temperature distribution in the stator core 21 basically becomes lower toward the radially outer side, so the diameter The heat transfer from the inside to the outside is the main direction.

径方向外側に配された冷却用ボルト28は、軸方向に、積層構造体23に接する高温の領域とダクト24a内に開放された低温の領域とを、交互に有する。積層構造体23内を移動してきた熱は、冷却用ボルト28に到達すると、破線矢印H2およびH3のように、冷却用ボルト28内を、ダクト24a内に開放された低温側に移動する。   The radially outer cooling bolts 28 alternately have high temperature areas in contact with the laminated structure 23 and low temperature areas open in the duct 24 a in the axial direction. When the heat transferred in the laminated structure 23 reaches the cooling bolt 28, it moves in the cooling bolt 28 to the low temperature side opened in the duct 24a as indicated by the broken arrows H2 and H3.

冷却用ボルト28内を破線矢印H2およびH3のように低温側に移動した熱はそれぞれ、ダクト24a内を流れる冷却用気体により冷却され、破線矢印H4およびH5のように、固定子鉄心径方向外側空間41内に放散される。   The heat transferred to the low temperature side in the cooling bolt 28 as indicated by the broken arrows H2 and H3 is respectively cooled by the cooling gas flowing in the duct 24a, and as indicated by the broken arrows H4 and H5, the stator core radially outward It is dissipated into the space 41.

以上のように、本実施形態における固定子冷却構造100は、固定子20において発生した熱の除去を増進することができる。この結果、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することができる。   As described above, the stator cooling structure 100 in the present embodiment can enhance the removal of heat generated in the stator 20. As a result, the cooling efficiency can be ensured without significantly affecting the efficiency of the rotary electric machine.

[第2の実施形態]
図6は、第2の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の構成を示す図7のVI−VI矢視2分の1縦断面図である。また、図7は、固定子冷却構造を示す固定子鉄心の軸方向外側からみた図6のVII−VII矢視2分の1断面図である。
Second Embodiment
FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of the stator core of the rotary electric machine according to the second embodiment taken along the line VI-VI in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6, viewed from the axial direction outer side of the stator core, showing the stator cooling structure.

本第2の実施形態は、第1の実施形態の変形である。本実施形態における固定子冷却構造100は、さらに、複数の放熱スペーサ29を有する。放熱スペーサ29は、ダクト24aを形成するためのスペーサの役割も有する。スペーサとしては、放熱スペーサ29以外にスペーサを設けてもよいし、放熱スペーサ29のみの場合であってもよい。   The second embodiment is a modification of the first embodiment. The stator cooling structure 100 in the present embodiment further includes a plurality of heat dissipation spacers 29. The heat dissipating spacer 29 also has a role of a spacer for forming the duct 24 a. As the spacer, a spacer may be provided in addition to the heat dissipating spacer 29, or the heat dissipating spacer 29 alone may be provided.

それぞれの放熱スペーサ29は、取り付け状態では、径方向に延びており、その中央部分を冷却用ボルト28が貫通している。放熱スペーサ29は、径方向内側の部分は径方向内側に向かって細くなっており、径方向外側部分は、前記積層構造体よりも径方向外側に突出している。放熱スペーサ29は、アルミニウムあるいは銅などの熱的に良導体、すなわち熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。   Each of the heat radiation spacers 29 radially extends in the mounted state, and a cooling bolt 28 passes through the central portion thereof. The radially inner portion of the heat dissipating spacer 29 is narrowed toward the radially inner side, and the radially outer portion protrudes radially outward of the laminated structure. The heat dissipating spacer 29 is preferably made of a thermally good conductor such as aluminum or copper, that is, a material having a high thermal conductivity.

放熱スペーサ29は、図7では、先端が尖っている例を示したが、冷却用気体の径方向への流れの抵抗が小さくできれば、丸みを帯びていてもよい。あるいは、先端の角度が大きくてもよい。放熱スペーサ29が冷却用ボルト28を中心に回転しないように、放熱スペーサ29あるいは冷却用ボルト28の一方に回転防止用の突起等(図示せず)を設け嵌め合い構造(図示せず)としている。   The heat dissipating spacer 29 has an example in which the tip is pointed in FIG. 7, but the heat dissipating spacer 29 may be rounded as long as the flow resistance in the radial direction of the cooling gas can be reduced. Alternatively, the angle of the tip may be large. In order to prevent the heat dissipating spacer 29 from rotating about the cooling bolt 28, a protrusion or the like (not shown) for preventing rotation is provided on one of the heat dissipating spacer 29 or the cooling bolt 28 to form a fitting structure (not shown). .

図6では、全てのダクト24aに放熱スペーサ29を設けている場合を示しているが、必ずしも、放熱スペーサ29を全てのダクト24aに設けなくともよい。たとえば、ギャップ18内の冷却用気体の軸方向の流量分布の上で、ダクト24aのうち部分的に放熱スペーサ29を設けることでもよい。   Although FIG. 6 shows the case where the heat dissipating spacer 29 is provided in all the ducts 24a, the heat dissipating spacer 29 may not necessarily be provided in all the ducts 24a. For example, the heat dissipating spacer 29 may be partially provided in the duct 24 a on the axial flow rate distribution of the cooling gas in the gap 18.

また、図7では、全ての冷却用ボルト28について放熱スペーサ29を設ける場合を示しているが、一部の冷却用ボルト28についてのみ放熱スペーサ29を設けることでもよい。   Although FIG. 7 shows the case where the heat dissipating spacers 29 are provided for all the cooling bolts 28, the heat dissipating spacers 29 may be provided for only a part of the cooling bolts 28.

放熱スペーサ29を設けない場合は、冷却用ボルト28のうち、ダクト24aで放熱できる面積は、ダクト24aの軸方向の間隙に相当する長さの表面積のみである。一方、放熱スペーサ29を設けることにより、ダクト24aでの放熱面積が大きくなり、冷却性能が向上する。   When the heat dissipating spacer 29 is not provided, the area of the cooling bolt 28 that can dissipate heat by the duct 24 a is only the surface area of a length corresponding to the axial gap of the duct 24 a. On the other hand, by providing the heat dissipating spacer 29, the heat dissipating area in the duct 24a is increased, and the cooling performance is improved.

図8は、第2の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造の変形例を示す部分断面図である。この変形例においては、冷却用ボルト28の断面は四角形であり、冷却用ボルト28が貫通する放熱スペーサ29が、冷却用ボルト28を中心に回転することを防止する。このような形状とすることで、回転防止のための嵌め合い構造等の加工負担を軽減することができる。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a modification of the stator cooling structure of the rotary electric machine according to the second embodiment. In this modification, the cross section of the cooling bolt 28 is a square, and the heat dissipating spacer 29 through which the cooling bolt 28 passes is prevented from rotating about the cooling bolt 28. By setting it as such a shape, processing burdens, such as a fitting structure for rotation prevention, can be reduced.

[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、回転電機が横型の場合を示したが、これに限定されず、立形の場合であってもよい。また、実施形態では、回転電機が、全閉外扇形の場合を示したが、これに限定されず、開放型の場合であってもよい。
Other Embodiments
While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. For example, in the embodiment, the case where the rotating electrical machine is a horizontal type is shown, but the present invention is not limited thereto, and may be a vertical case. Further, in the embodiment, the case where the rotating electrical machine is the totally closed outer fan type is shown, but the invention is not limited thereto, and may be an open type.

さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Furthermore, the embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. The embodiments and the modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.

10…回転子、11…ロータシャフト、11a…カップリング部、12…回転子鉄心、18…ギャップ、20…固定子、21…固定子鉄心、21a…ティース、21b…スロット、22…固定子巻線,23…積層構造体、24…スペーサ、24a…ダクト、25…端部締め付け板、26…端部押さえ、27…締め付けボルト、27a…ナット、28…冷却用ボルト、28a…ナット、29…放熱スペーサ、30a…反結合側軸受、30b…結合側軸受、40…フレーム、40a…密閉空間、41…固定子鉄心径方向外側空間、45a…反結合側軸受ブラケット、45b…結合側軸受ブラケット、51a、51b…内扇、55…外扇、56…外扇カバー、56a…流入口、60…冷却器、61…冷却管、62a、62b…端板、62c…冷却管貫通孔、63…冷却器カバー、64…冷却器入口開口、65a、65b…冷却器出口開口、66a、66b…ガイド板、67…上部連通空間、100…固定子冷却構造、200…全閉外扇形回転電機   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotor 11, 11 ... Rotor shaft, 11a ... Coupling part, 12 ... Rotor core, 18 ... Gap, 20 ... Stator, 21 ... Stator core, 21a ... Tees, 21b ... Slot, 22 ... Stator winding Wire, 23: laminated structure, 24: spacer, 24a: duct, 25: end clamping plate, 26: end pressing, 27: clamping bolt, 27a: nut, 28: cooling bolt, 28a: nut, 29 ... Heat dissipation spacer, 30a: anti-coupling side bearing, 30b: coupling side bearing, 40: frame, 40a: sealed space, 41: stator core radial direction outer space, 45a: anticoupling side bearing bracket, 45b: coupling side bearing bracket, 51a, 51b ... inner fan, 55 ... outer fan, 56 ... outer fan cover, 56a ... inlet, 60 ... cooler, 61 ... cooling pipe, 62a, 62b ... end plate, 62c ... cooling pipe Through hole, 63: cooler cover, 64: cooler inlet opening, 65a, 65b: cooler outlet opening, 66a, 66b: guide plate, 67: upper communication space, 100: stator cooling structure, 200: totally closed outer sector Electric rotating machine

Claims (5)

軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、固定子冷却構造とそれぞれが複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を軸方向に結束する複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、
前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、
前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し軸方向の前記フレームの端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、
前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇と、
を備える回転電機であって、
前記固定子冷却構造は、
互いに軸方向に隣接する前記積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、
前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように軸方向に貫通し、前記締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、
前記複数のダクトの少なくとも一つに配されて、前記冷却用ボルトが貫通する熱伝導率の高い材料を用いた放熱スペーサと、
を有することを特徴とする回転電機。
A rotor having an axially extending and rotatably supported rotor shaft, and a rotor core provided radially outward of the rotor shaft;
The stator core comprises a stator cooling structure, a plurality of laminated structures each having a plurality of electromagnetic steel plates, and a plurality of fastening bolts axially binding the plurality of laminated structures, provided on the radially outer side of the rotor core. A stator having a cylindrical stator core and a stator winding axially passing through the stator core;
A frame disposed radially outward of the stator and housing the rotor core and the stator;
A coupling side bearing and an anticoupling side bearing for supporting the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in the axial direction sandwiching the rotor core;
A coupled bearing bracket and a non-coupled bearing bracket for fixedly supporting the coupled bearing and the non-coupled bearing respectively and connecting them to the end of the frame in the axial direction;
An internal fan attached to the rotor shaft to drive a cooling gas;
A rotating electric machine equipped with
The stator cooling structure is
A spacer which is interposed between the laminated structures axially adjacent to each other to form each of a plurality of ducts in which the cooling gas flows radially inward from radially inward;
A plurality of cooling bolts and a plurality of cooling bolts each made of a material having a thermal conductivity higher than that of the material of the fastening bolt are axially penetrated so as to contact with each of the plurality of laminated structures. With multiple nuts to
A heat dissipating spacer using a material having high thermal conductivity, which is disposed in at least one of the plurality of ducts and through which the cooling bolt passes;
A rotary electric machine characterized by having:
前記放熱スペーサは、径方向に延びて、径方向内側の部分は径方向内側に向かって細くなっており、径方向外側部分は、前記積層構造体よりも径方向外側に突出していることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The heat dissipating spacer extends in the radial direction, and the radially inner portion is narrowed toward the inner side in the radial direction, and the radially outer portion protrudes radially outward more than the laminated structure. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein 前記冷却用ボルトは、周方向に前記締め付けボルトと間隔をもって配されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1 , wherein the cooling bolt is disposed in a circumferential direction at a distance from the tightening bolt . 前記冷却用気体を冷却する冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の回転電機。 The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cooler that cools the cooling gas . ロータシャフトおよび回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられそれぞれが複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を軸方向に結束する複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し軸方向の前記フレームの端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇とを備える回転電機の前記固定子鉄心を冷却する固定子冷却構造であって、  A plurality of rotors having a rotor shaft and a rotor core, and a plurality of lamination structures provided on the radially outer side of the rotor cores and having a plurality of electromagnetic steel plates and a plurality of lamination structures in the axial direction A stator having a cylindrical stator core provided with the following tightening bolts, and a stator winding axially passing through the stator core, a frame for housing the rotor core and the stator, A coupling side bearing and an anticoupling side bearing for supporting the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in an axial direction sandwiching the rotor core, and a coupling side bearing and an anticoupling side bearing are respectively fixed and supported in the axial direction And an anti-coupling bearing bracket connected to the end of the frame, and an inner fan attached to the rotor shaft and driving a cooling gas. The stator core of a rotating electric machine a stator cooling structure for cooling that,
互いに軸方向に隣接する前記積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れるように形成された複数のダクトと、  A plurality of ducts which are formed so as to flow the cooling gas radially outward from the radially inner side by being sandwiched between the laminated structures axially adjacent to each other;
周方向に互いに間隔をあけて、前記積層構造体のそれぞれと接するように軸方向に貫通し、前記締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、  A plurality of cooling bolts and a plurality of coolings, which are circumferentially spaced from each other and axially penetrated so as to contact each of the laminated structures, and using a material having a thermal conductivity higher than that of the material of the tightening bolt A plurality of nuts screwed to each of the bolt
前記複数のダクトの少なくとも一つに配されて、前記冷却用ボルトが貫通する熱伝導率の高い材料を用いた放熱スペーサと、  A heat dissipating spacer using a material having high thermal conductivity, which is disposed in at least one of the plurality of ducts and through which the cooling bolt passes;
を有することを特徴とする固定子冷却構造。  Stator cooling structure characterized by having.
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