JP2001268850A - 回転電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水力機械で昇圧された流体を有効に利用して
回転子を効率的に冷却できるようにした回転電機の冷却
装置を提供する。 【解決手段】 軸体１４と一体に回転する回転子２２と
該回転子２２の周囲を囲繞する固定子２０とを有し、軸
体１４に一体に連結された水力機械のインペラ３４を駆
動する回転電機の冷却装置であって、軸体１４として、
水力機械側の一端で開口し他端を閉塞させた中空軸を使
用するとともに、この中空軸の内部に、水力機械で昇圧
された流体が該中空軸の長さ方向に沿って流れた後に軸
体１４の開口部から水力機械の低圧側に戻る冷却液通路
５２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ、水車、ス
ラスター等の水力機械に一体に連結されて該水力機械の
インペラの回転駆動に使用される回転電機の冷却装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ポンプと該ポンプの駆動に使用
される回転電機を一体化した縦型モータポンプの従来の
一般的な構成を図７に示す。これは、縦方向に延びる円
筒状のフレーム１０と、このフレーム１０内に収容され
たモータ１２と、このモータ１２の内部を縦方向に延び
る主軸（軸体）１４とを有し、フレーム１０の上端は塞
板１６で閉塞され、下端にはブラケット１８が連結され
ている。そして、フレーム１０の内部にはモータ１２の
固定子２０が、主軸１４の該固定子２０に対向する位置
には同じく回転子２２がそれぞれ固着されている。

【０００３】ここで、主軸１４として中実円柱状のもの
使用され、この主軸１４は、塞板１６及びブラケット１
８に装着した軸受２４，２６を介して回転自在に支承さ
れている。

【０００４】一方、ブラケット１８の下部開口端には中
間ケーシング２８が連結され、この中間ケーシング２８
に、吸込口３０ａと吐出口３０ｂを有するポンプケーシ
ング３０が連結されている。主軸１４は、中間ケーシン
グ２８に装着された軸封装置３２の内部を下方に延びて
ポンプケーシング３０の内部に達し、この下端にポンプ
ケーシング３０の内部に配置されたインペラ３４が固着
されている。

【０００５】これにより、モータ１２の駆動に伴って、
主軸１４とインペラ３４とが一体となって回転し、この
インペラ３４の回転に伴って、流体（ポンプ取扱液）が
ポンプケーシング３０の吸込口３０ａからこの内部に吸
込まれ、昇圧されて吐出口３０ｂから吐出されるように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の回転電機にあっては、その構造上、外側にあってフレ
ームに固定されている固定子の鉄心及び巻線で発生した
熱は比較的逃がしやすいものの、回転体である回転子
は、軸受によってフレーム内の熱伝導性の悪い空気の中
に支持されていため、回転子で発生する熱が外部に逃げ
にくく、予想以上に回転子が発熱し固定子巻線や軸受の
損傷に至る場合があるという問題があった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、水力機械で昇圧された流体を冷却液として有効に利
用して回転子を効率的に冷却できるようにした回転電機
の冷却装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、軸体と一体に回転する回転子と該回転子の周囲を囲
繞する固定子とを有し、前記軸体に一体に連結された水
力機械のインペラを回転駆動する回転電機の冷却装置で
あって、前記軸体として、前記水力機械側の一端で開口
し他端を閉塞させた中空軸を使用するとともに、この中
空軸の内部に、前記水力機械で昇圧された流体が該中空
軸の長さ方向に沿って流れた後に前記軸体の開口部から
低圧側に戻る冷却液通路を設けたことを特徴とする回転
電機の冷却装置である。

【０００９】これにより、水力機械で昇圧された流体
（取扱液）は、インペラの回転に伴って生じる水力機械
の内部の差圧によって、中空軸の長さ方向に沿って流れ
た後に水力機械の低圧側に戻り、この過程で回転子及び
軸受で発生した熱を奪うことで、発熱による固定子巻線
及び軸受の損傷を防止することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記冷却液通路
は、前記軸体の中空部に挿着したパイプの外周面と該軸
体の内周面との間に区画形成され前記水力機械側の開口
端を閉塞させた往き通路と、前記パイプ内部の戻り通路
から構成されていることを特徴とする請求項１記載の回
転電機の冷却装置である。これにより、中空軸の内部に
パイプを配置するといった比較的簡単な構成で、回転子
の熱を確実に奪うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１乃至図３は、本発明の第１の
実施の形態の縦型モータポンプに適用した回転電機の冷
却装置を示すもので、図７に示す従来例と同一部材には
同一符号を付してその説明を一部省略する。なお、この
ことは、以下の各実施の形態においても同様である。

【００１２】本発明のモータポンプの主軸１４は、下方
のポンプ側で開口し上方の塞板１６側を閉塞した中空円
筒状の中空軸が使用され、この主軸１４の外周面にモー
タ１２の回転子２２が固着され、モータ１２の固定子２
０はフレーム１０に固着されて前記回転子２２の周囲を
囲繞するように配置されている。

【００１３】主軸１４の中空部には、この内径より小さ
な外径を有するパイプ４０が、主軸１４の中空部のほぼ
全長に亘って延びるように配置され、このパイプ４０の
外周面の長さ方向に沿った所定の位置に十字状に固着さ
れた複数のリブ４２を介して主軸１４の中空部内周面に
固定されている。

【００１４】パイプ４０の下端には、外方に拡がるフラ
ンジ４４が一体に連結され、このフランジ４４の外周縁
部を主軸１４の下端面に密着させることで、パイプ４０
と主軸１４との間の開口部が該フランジ４４によって閉
塞されている。一方、インペラ３４のボス部３４ａと主
軸１４には、直径方向に十字状に延びて主軸１４の中空
部で開口する貫通孔４６が設けられている。これによっ
て、主軸１４の中空部内周面とパイプ４０の外周面との
間に区画形成された往き通路４８と、パイプ４０の内周
面で区画形成された戻り通路５０とからなる冷却液通路
５２が構成されている。

【００１５】つまり、モータ１２の駆動によって、主軸
１４とインペラ３４とが一体に回転し、このインペラ３
４の回転に伴って、このボス部３４ａの外周面とパイプ
４０の下端開口部との間に差圧が生じると、この差圧に
よって、ボス部３４ａの外周面に達した取扱液の一部が
貫通孔４６から主軸１４の中空部内に流入し、主軸１４
とパイプとの間の下端開口部はフランジ４４によって閉
塞されているため、主軸１４の中空部内周面とパイプ４
０の外周面との間の往き通路４８に沿って上方に向かっ
て流れ、パイプ４０の上端で折り返した後、パイプ４０
の内周面の戻り通路５０に沿って下方に向かって流れパ
イプ４０の下端開口部から吐出されるようになってい
る。

【００１６】この実施の形態によれば、主軸１４の中空
部内周面とパイプ４０の外周面との間の往き通路４８に
沿って上方に向かって流れ、パイプ４０の上端で折り返
した後、パイプ４０の内周面の戻り通路５０に沿って下
方に向かって流れる取扱液で、回転子２２及び軸受２
４，２６で発生した熱を奪うことで、発熱による固定子
２０の巻線及び軸受２４，２６の損傷を防止することが
できる。

【００１７】図４は、本発明の第２の実施の形態の横型
モータポンプに適用した回転電機の冷却装置を示すもの
で、これは、フレーム１０からポンプケーシング３０に
かけてベース５４を設けて、横置きに設置するようにし
たものであり、その他の構成は、図１乃至図３に示すも
のと基本的に同じである。

【００１８】この実施の形態においても、主軸１４の中
空部内周面とパイプ４０の外周面との間の往き通路４８
に沿って塞板１６に向かって流れ、パイプ４０の端部で
折り返した後、パイプ４０の内周面の戻り通路５０に沿
ってインペラ３４の方向に向かって流れてパイプ４０の
開口端部から吐出される取扱液で、回転子２２及び軸受
２４，２６で発生した熱を奪って、固定子２０の巻線及
び軸受２４，２６の損傷を防止することができる。

【００１９】図５は、本発明の第３の実施の形態の水中
モータポンプに適用した回転電機の冷却装置を示すもの
で、これは、内部にモータ１２を収納したフレーム１０
の下端にブラケット１８を介して吸込ケーシング６０を
連結し、この吸込ケーシング６０の内部に軸封装置３２
を装着するとともに、この上部にフレーム１０の周囲を
囲繞する揚水管６２を連結したものである。そして、主
軸１４の下端にはインペラ３４が固着され、このインペ
ラ３４のボス部３４ａと主軸１４には、該主軸１４の中
空部で開口する貫通孔４６が設けられ、主軸１４の中空
部内に配置されたパイプ４０を介して往き通路４８と戻
り通路５０からなる冷却液通路５２が設けられているこ
とは、前記実施の形態と同様である。

【００２０】この実施の形態にあっても、インペラ３４
の回転に伴って、往き通路４８と戻り通路５０からなる
冷却液通路５２に沿って取扱液が流れることで、回転子
２２及び軸受２４，２６を有効に冷却することができ
る。

【００２１】図６は、本発明の第４の実施の形態のスラ
スターに適用した回転電機の冷却装置を示すもので、こ
れは、内部にモータ１２を収納したフレーム１０の開口
端に軸受２６及び軸封装置３２を有する中間ケーシング
２８を連結し、この軸封装置３２の内部を挿通させて外
部に露出させた主軸１４の先端にインペラ（スクリュ
ー）３４を固着したものである。このスラスターは、例
えば水中に埋没させて船舶の向きを変える時に使用され
るもので、インペラ３４の回転に伴って推進力が得ら
れ、このインペラ３４の回転に伴って、往き通路４８と
戻り通路５０からなる冷却液通路５２に沿って取扱液
（海水又は淡水）が流れることで、回転子２２及び軸受
２４，２６を有効に冷却することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水力機
械で昇圧させた流体を冷却液として主軸の内部を通過さ
せ、これによって、回転子及び軸受の発生熱を効率的に
奪うことができる。また、固定子側から見ても回転子及
び軸受からの熱を受けることが少なくなるため、固定子
巻線の温度を必然的に低下し、損傷の危険性も抑制でき
る。その結果、回転電機の小型化、低価格化を実現する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の縦型モータポンプ
に適用した回転電機の冷却装置を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の横型モータポンプ
に適用した回転電機の冷却装置を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の水中モータポンプ
に適用した回転電機の冷却装置を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態のスラスターに適用
した回転電機の冷却装置を示す断面図である。

【図７】従来の縦型モータポンプを示す断面図である。

【符号の説明】

１０ フレーム １２ モータ １４ 主軸（軸体） １８ ブラケット ２０ 固定子 ２２ 回転子 ２４，２６ 軸受 ２８ 中間ケーシング ３０ ポンプケーシング ３２ 軸封装置 ３４ インペラ ３４ａ ボス部 ４０ パイプ ４２ リブ ４４ フランジ ４６ 貫通孔 ４８ 往き通路 ５０ 戻り通路 ５２ 冷却液通路 ６０ 吸込ケーシング ６２ 揚水管

フロントページの続き (72)発明者 山田 良之 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA01 CA12 CA15 DA02 DA18 5H609 BB19 BB23 PP02 PP10 QQ04 QQ12 RR02 RR05 RR27 RR36 RR37 RR42 RR73

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸体と一体に回転する回転子と該回転子
   の周囲を囲繞する固定子とを有し、前記軸体に一体に連
   結された水力機械のインペラを回転駆動する回転電機の
   冷却装置であって、 前記軸体として、前記水力機械側の一端で開口し他端を
   閉塞させた中空軸を使用するとともに、この中空軸の内
   部に、前記水力機械で昇圧された流体が該中空軸の長さ
   方向に沿って流れた後に前記軸体の開口部から水力機械
   の低圧側に戻る冷却液通路を設けたことを特徴とする回
   転電機の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記冷却液通路は、前記軸体の中空部に
   挿着したパイプの外周面と該軸体の内周面との間に区画
   形成され前記水力機械側の開口端を閉塞させた往き通路
   と、前記パイプ内部の戻り通路から構成されていること
   を特徴とする請求項１記載の回転電機の冷却装置。