JP2019201521A - Rotary machine - Google Patents

Rotary machine Download PDF

Info

Publication number
JP2019201521A
JP2019201521A JP2018096247A JP2018096247A JP2019201521A JP 2019201521 A JP2019201521 A JP 2019201521A JP 2018096247 A JP2018096247 A JP 2018096247A JP 2018096247 A JP2018096247 A JP 2018096247A JP 2019201521 A JP2019201521 A JP 2019201521A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
stator
passage
passage portion
equivalent diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018096247A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
亜吐武 笹岡
Atomu Sasaoka
亜吐武 笹岡
和昭 栗原
Kazuaki Kurihara
和昭 栗原
雅祐 中島
Masasuke Nakajima
雅祐 中島
勘 飯田
Tsutomu Iida
勘 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2018096247A priority Critical patent/JP2019201521A/en
Publication of JP2019201521A publication Critical patent/JP2019201521A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a rotary machine that enables efficient cooling of a stator while suppressing pressure loss due to a cooling medium passing through a cooling passage.SOLUTION: A rotary machine 1 includes an electric motor 2 including a rotor 22 and a stator 23, a cooling jacket 3 disposed around the stator 23, and a cooling passage 11 that is formed in the cooling jacket 3 and through which a cooling medium passes. The cooling passage 11 includes a first passage portion 11a provided in a region facing the stator core 24 of the stator 23, and a second passage portion 11b that is provided in a region facing the coil end 25a of the stator 23 and has an equivalent diameter d2 smaller than that of the first passage portion 11a.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、回転機械に関する。   The present disclosure relates to rotating machinery.

特許文献1には、螺旋状の冷却通路が形成された冷却ジャケットを備えた回転機械が開示されている。冷却通路は、ステータコアの外周面に対向するように設けられている。また、この回転機械では、冷却通路のみならず、ステータ及びロータの端部に冷却液を噴射する構造を備えている。   Patent Document 1 discloses a rotary machine including a cooling jacket in which a spiral cooling passage is formed. The cooling passage is provided to face the outer peripheral surface of the stator core. Further, this rotating machine is provided with a structure for injecting a cooling liquid not only to the cooling passage but also to the end portions of the stator and the rotor.

特開平9−154257号公報JP-A-9-154257

冷却通路を通過する冷却媒体によってステータ全体を冷却しようとした場合、コイルエンドの冷却条件が最も厳しく、この条件設定が装置設計上のボトルネックとなり得る。この対策として、例えば、冷却流路を拡大し、冷却媒体の流量を増大させることが考えられるが、結果的に装置が大型化してしまう。また、冷却媒体とステータとの間の熱伝達率を上げる場合、冷却通路を通過する冷却媒体の圧力損失が大きくなって、ステータの効率的な冷却が困難になる可能性があった。   When trying to cool the entire stator by the cooling medium passing through the cooling passage, the cooling condition of the coil end is the strictest, and this condition setting can be a bottleneck in device design. As a countermeasure, for example, it is conceivable to enlarge the cooling flow path and increase the flow rate of the cooling medium, but as a result, the apparatus becomes larger. Further, when the heat transfer coefficient between the cooling medium and the stator is increased, the pressure loss of the cooling medium passing through the cooling passage is increased, which may make it difficult to efficiently cool the stator.

本開示は、冷却通路を通過する冷却媒体の流量を抑えつつ、さらに冷却媒体の圧力損失を抑えながら、ステータを効率的に冷却する回転機械を説明する。   The present disclosure describes a rotating machine that efficiently cools a stator while suppressing a flow rate of a cooling medium passing through a cooling passage and further suppressing a pressure loss of the cooling medium.

本開示の一態様に係る回転機械は、ロータ及びステータを備えたモータと、ステータの周囲に配置された冷却ジャケットと、冷却ジャケットに形成され、冷却媒体が通過する冷却通路と、を備え、冷却通路は、ステータのステータコアに対向する領域に設けられた第1の通路部と、ステータのコイルエンドに対向する領域に設けられると共に、相当直径が第1の通路部よりも小さい第2の通路部とを備えている。   A rotating machine according to an aspect of the present disclosure includes a motor including a rotor and a stator, a cooling jacket disposed around the stator, and a cooling passage formed in the cooling jacket and through which a cooling medium passes. The passage is provided in a region facing the stator core of the stator and a second passage portion provided in a region facing the coil end of the stator and having an equivalent diameter smaller than that of the first passage portion. And.

冷却通路の相当直径を小さくすることで熱伝達率は向上するが、冷却媒体の通過の際に生じる圧力損失は大きくなる。本開示では、冷却通路を第1の通路部と第2の通路部とに分け、コイルエンドに対向する側の第2の通路部の相当直径を第1の通路部よりも小さくしている。その結果として、冷却通路を通過する冷却媒体の流量を抑えつつ、全体での圧力損失の増加を抑えながら、ステータのコイルエンドの効率的な冷却を可能にする。   Although the heat transfer coefficient is improved by reducing the equivalent diameter of the cooling passage, the pressure loss generated when the cooling medium passes increases. In the present disclosure, the cooling passage is divided into a first passage portion and a second passage portion, and the equivalent diameter of the second passage portion on the side facing the coil end is made smaller than that of the first passage portion. As a result, it is possible to efficiently cool the coil end of the stator while suppressing an increase in the overall pressure loss while suppressing the flow rate of the cooling medium passing through the cooling passage.

いくつかの態様において、冷却ジャケットは鋳物である。機械加工によって冷却通路を形成する場合に比べ、冷却通路を構成する壁面は鋳肌のために粗度が粗くなる。その結果、相当直径が小さくなり、抜熱効率の向上に有利になる。   In some embodiments, the cooling jacket is a casting. Compared with the case where the cooling passage is formed by machining, the wall surface constituting the cooling passage becomes rough due to the casting surface. As a result, the equivalent diameter is reduced, which is advantageous for improving the heat removal efficiency.

いくつかの態様において、冷却通路は、ステータの周囲に沿って螺旋状に設けられており、第2の通路部のピッチは、第1の通路部のピッチよりも小さい。第2の通路部のピッチを第1の通路部よりも小さくすることで、コイルエンドでの抜熱効率の向上に有利になる。   In some embodiments, the cooling passage is provided in a spiral shape around the periphery of the stator, and the pitch of the second passage portion is smaller than the pitch of the first passage portion. By making the pitch of the second passage portion smaller than that of the first passage portion, it is advantageous for improving the heat removal efficiency at the coil end.

いくつかの態様において、冷却ジャケットはステータに当接するステータ対向面を備え、第2の通路部からステータ対向面までの距離は、第1の通路部からステータ対向面までの距離よりも小さい。その結果、第2の通路部からコイルエンドまでの伝熱距離が短くなり、コイルエンドでの抜熱効率の向上に有利になる。   In some embodiments, the cooling jacket includes a stator facing surface that abuts the stator, and a distance from the second passage portion to the stator facing surface is smaller than a distance from the first passage portion to the stator facing surface. As a result, the heat transfer distance from the second passage portion to the coil end is shortened, which is advantageous for improving the heat removal efficiency at the coil end.

本開示のいくつかの態様によれば、冷却通路を通過する冷却媒体の圧力損失を抑えながら、ステータの効率的な冷却を可能にする。   According to some aspects of the present disclosure, efficient cooling of the stator is possible while suppressing pressure loss of the cooling medium passing through the cooling passage.

本開示の一実施形態に係る回転機械を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rotary machine which concerns on one Embodiment of this indication. 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. インナー部の外周を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the outer periphery of an inner part. 第1の通路部と第2の通路部との拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the 1st passage part and the 2nd passage part. 変形例に係る第1の通路部と第2の通路部との断面形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cross-sectional shape of the 1st channel | path part which concerns on a modification, and a 2nd channel | path part.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

図1に示される回転機械1は、例えば、モータを備える回転機械である。具体的には、回転機械1は、例えば、コンプレッサ8を備える遠心圧縮機である。回転機械1は、回転軸21と、電動モータ2と、冷却ジャケット3と、モータケーシング5と、磁気軸受6と、一対の補助軸受7と、コンプレッサ8と、を備えている。コンプレッサ8は、回転軸21の両方の端にそれぞれ設けられている。回転機械1は、例えば二段圧縮機である。   A rotating machine 1 shown in FIG. 1 is a rotating machine including a motor, for example. Specifically, the rotary machine 1 is a centrifugal compressor including a compressor 8, for example. The rotating machine 1 includes a rotating shaft 21, an electric motor 2, a cooling jacket 3, a motor casing 5, a magnetic bearing 6, a pair of auxiliary bearings 7, and a compressor 8. The compressor 8 is provided at each of both ends of the rotating shaft 21. The rotary machine 1 is a two-stage compressor, for example.

回転軸21は、円柱状を呈しており、その軸線Laを中心に回転可能である。電動モータ2は、ロータ22と、ステータ23と、を有している。ロータ22は、回転軸21に取り付けられている。ロータ22は、回転軸21の軸方向(以下、単に「軸方向」と称する)Daの略中央に固定されている。   The rotating shaft 21 has a cylindrical shape and can rotate around its axis La. The electric motor 2 has a rotor 22 and a stator 23. The rotor 22 is attached to the rotating shaft 21. The rotor 22 is fixed to the approximate center of the axial direction (hereinafter simply referred to as “axial direction”) Da of the rotary shaft 21.

ステータ23は、回転軸21の周方向に沿ってロータ22を包囲している。ステータ23は、ロータ22を包囲するように配置された円筒状のステータコア24と、ステータコア24に巻回されてなるステータコイル25と、を含む。ステータコイル25は、ステータコイル25に対して軸方向Daの外方にはみ出したコイルエンド25aを備えている。ステータ23のステータコイル25に交流電流が流されると、ロータ22及びステータ23の相互作用によって、回転軸21が回転する。   The stator 23 surrounds the rotor 22 along the circumferential direction of the rotating shaft 21. The stator 23 includes a cylindrical stator core 24 disposed so as to surround the rotor 22, and a stator coil 25 wound around the stator core 24. The stator coil 25 includes a coil end 25 a that protrudes outward in the axial direction Da with respect to the stator coil 25. When an alternating current is passed through the stator coil 25 of the stator 23, the rotating shaft 21 rotates due to the interaction between the rotor 22 and the stator 23.

冷却ジャケット3は、ステータ23の周囲、つまり、周方向に沿って包囲するように配置されている。冷却ジャケット3には、冷却媒体が通過する冷却通路11が形成されている。冷却媒体は、例えば水である。冷却通路11は、回転軸21の軸線Laを中心として旋回するように一続きに形成されている。冷却通路11は、ステータ23の周囲に沿って螺旋状に形成されている螺旋領域を含む。冷却通路11の一方の端部は、モータケーシング5及びアウター部10に形成された流路5bに連通されている。冷却通路11の他方の端部は、モータケーシング5及びアウター部10に形成された流路5cに連通されている。冷却媒体は、流路5cを介して冷却通路11に流入し、流路5bを介して冷却通路11から流出する。   The cooling jacket 3 is arranged so as to surround the stator 23, that is, along the circumferential direction. A cooling passage 11 through which the cooling medium passes is formed in the cooling jacket 3. The cooling medium is, for example, water. The cooling passage 11 is continuously formed so as to turn around the axis La of the rotating shaft 21. The cooling passage 11 includes a spiral region formed in a spiral shape along the periphery of the stator 23. One end of the cooling passage 11 is communicated with a flow path 5 b formed in the motor casing 5 and the outer portion 10. The other end of the cooling passage 11 is in communication with a flow path 5 c formed in the motor casing 5 and the outer portion 10. The cooling medium flows into the cooling passage 11 via the flow path 5c and flows out of the cooling passage 11 via the flow path 5b.

モータケーシング5は、電動モータ2及び冷却ジャケット3を収容している。モータケーシング5は、例えば円筒状を呈している。ステータ23及び冷却ジャケット3は、一体化されてモータケーシング5の内周面に固定されており、回転軸21及びロータ22を包囲している。モータケーシング5の材質は、例えば鋳鉄(FCD)等である。モータケーシング5の内周側であって軸方向Daの両端部には、一対の軸受ケーシング63が設けられている。   The motor casing 5 accommodates the electric motor 2 and the cooling jacket 3. The motor casing 5 has a cylindrical shape, for example. The stator 23 and the cooling jacket 3 are integrated and fixed to the inner peripheral surface of the motor casing 5, and surround the rotating shaft 21 and the rotor 22. The material of the motor casing 5 is, for example, cast iron (FCD). A pair of bearing casings 63 are provided on both inner ends of the motor casing 5 in the axial direction Da.

次に、冷却ジャケット3について詳細に説明する。図2、図3及び図4に示されるように、冷却ジャケット3は、ステータ23を包囲する筒状のインナー部9と、インナー部9に外装される筒状のアウター部10とを備えている。インナー部9は、例えば円筒状を呈している。インナー部9は、冷却通路11を通過する冷却媒体により、ステータ23に対して交換可能に接続されている。インナー部9は例えば鋳物であり、材質の例としては、アルミニウム(Al)や鋳鉄等である。   Next, the cooling jacket 3 will be described in detail. As shown in FIGS. 2, 3, and 4, the cooling jacket 3 includes a cylindrical inner portion 9 that surrounds the stator 23, and a cylindrical outer portion 10 that is sheathed by the inner portion 9. . The inner part 9 has a cylindrical shape, for example. The inner portion 9 is connected to the stator 23 in a replaceable manner by a cooling medium that passes through the cooling passage 11. The inner part 9 is a casting, for example, and examples of the material include aluminum (Al) and cast iron.

アウター部10は、インナー部9を包囲しており、例えば、円筒状を呈している。アウター部10の熱伝達率は、インナー部9の熱伝達率よりも小さい。アウター部10の熱伝達率は、モータケーシング5の熱伝達率よりも小さい。アウター部10は鋳物であり、例えば、鋳鉄等である。   The outer portion 10 surrounds the inner portion 9 and has, for example, a cylindrical shape. The heat transfer coefficient of the outer part 10 is smaller than the heat transfer coefficient of the inner part 9. The heat transfer coefficient of the outer portion 10 is smaller than the heat transfer coefficient of the motor casing 5. The outer part 10 is a casting, for example, cast iron.

インナー部9はステータ23に対向する内周面9aを備えている。この内周面9aのうち、軸方向Daにおいて中央寄りの部分は、ステータコア24の外周面24bに接触している。また、インナー部9の内周面9aのうち、上記の中央寄りの部分よりも外側の部分、つまり軸方向Daにおいて端寄りの部分は、コイルエンド25aに対して隙間を空けて対向している。   The inner portion 9 includes an inner peripheral surface 9 a that faces the stator 23. Of the inner peripheral surface 9 a, the portion closer to the center in the axial direction Da is in contact with the outer peripheral surface 24 b of the stator core 24. Further, of the inner peripheral surface 9a of the inner portion 9, a portion outside the above-mentioned center portion, that is, a portion near the end in the axial direction Da is opposed to the coil end 25a with a gap. .

インナー部9は、仮想的に上記の中央寄りの部分を含む第1の領域9Aと、上記の端寄りの部分を含む第2の領域9Bとに分けて把握することができる。第1の領域9Aと第2の通路部との境界面Bfは、基本的に回転軸21に直交する仮想の断面で定義される。なお、内周面9aとステータコア24の接触領域の両端形状が軸方向Daで入り組んでいる場合等には、第1の領域9Aと第2の領域9Bとの仮想の境界面Bfを一義的に定義することが困難な場合もある。このような場合、最も外寄り、つまり回転軸21の端寄りとなる仮想の断面が、第1の領域9Aと第2の通路部との境界面Bfになる。   The inner portion 9 can be grasped by dividing it into a first region 9A that virtually includes the portion near the center and a second region 9B that includes the portion near the end. The boundary surface Bf between the first region 9A and the second passage portion is basically defined by a virtual cross section orthogonal to the rotation axis 21. When the both end shapes of the contact area between the inner peripheral surface 9a and the stator core 24 are complicated in the axial direction Da, etc., the virtual boundary surface Bf between the first area 9A and the second area 9B is uniquely defined. Sometimes it is difficult to define. In such a case, the imaginary cross section that is most outward, that is, near the end of the rotation shaft 21, becomes the boundary surface Bf between the first region 9A and the second passage portion.

インナー部9の外周面9bには、冷却媒体を循環させるための溝9cが形成されている。溝9cは、矩形の断面を有しており、回転軸21の軸線Laを中心として旋回するように一続きに形成されている。アウター部10の内周面10aは、インナー部9の外周面9bに密接している。アウター部10の内周面10aとインナー部9の溝9cとにより、冷却媒体が流れる冷却通路11が形成される。   A groove 9c for circulating the cooling medium is formed on the outer peripheral surface 9b of the inner portion 9. The groove 9c has a rectangular cross section, and is continuously formed so as to turn around the axis line La of the rotating shaft 21. The inner peripheral surface 10 a of the outer portion 10 is in close contact with the outer peripheral surface 9 b of the inner portion 9. A cooling passage 11 through which a cooling medium flows is formed by the inner peripheral surface 10 a of the outer portion 10 and the groove 9 c of the inner portion 9.

インナー部9の外周面9bには、パッキン31用の溝9dが形成されている。溝9dは、冷却通路11となる溝9cよりも、軸方向Daの外側、つまり回転軸21の両端寄りの位置に形成されている。溝9d内にOリング等のパッキン31が配置されている。パッキン31は、冷却通路11を流れる冷却媒体の漏れを防止する。また、インナー部9とアウター部10とは、インナー部9に設けられたフランジ部9fを介してボルトにより固定されている。   A groove 9 d for the packing 31 is formed on the outer peripheral surface 9 b of the inner portion 9. The groove 9 d is formed on the outer side in the axial direction Da, that is, closer to both ends of the rotating shaft 21 than the groove 9 c serving as the cooling passage 11. A packing 31 such as an O-ring is disposed in the groove 9d. The packing 31 prevents leakage of the cooling medium flowing through the cooling passage 11. Moreover, the inner part 9 and the outer part 10 are being fixed with the volt | bolt via the flange part 9f provided in the inner part 9. FIG.

冷却通路11について更に詳述する。冷却通路11の螺旋領域は、インナー部9の第1の領域9A及び第2の領域9Bに亘って設けられている。本実施形態に係る冷却通路11は、回転軸21の軸線Laを含む仮想の平面で切断した場合の断面視において略矩形である。ステータコア24に対向する第1の領域9Aに形成された冷却通路11(以下、「第1の通路部」と称する)11aの断面形状と、コイルエンド25aに対向する第2の領域9Bに形成された冷却通路(以下、「第2の通路部」と称する)11bの断面形状とは異なる。   The cooling passage 11 will be further described in detail. The spiral region of the cooling passage 11 is provided over the first region 9A and the second region 9B of the inner portion 9. The cooling passage 11 according to the present embodiment is substantially rectangular in cross-sectional view when cut along a virtual plane including the axis La of the rotation shaft 21. The cross-sectional shape of the cooling passage 11 (hereinafter referred to as “first passage portion”) 11a formed in the first region 9A facing the stator core 24 and the second region 9B facing the coil end 25a are formed. This is different from the cross-sectional shape of the cooling passage (hereinafter referred to as “second passage portion”) 11b.

なお、第1の通路部11a及び第2の通路部11bは、螺旋状に連続する溝9cによって形成されている。溝9cのうち、第1の通路部11aを形成する領域の形状と第2の通路部11bを形成する領域の形状とは異なるが、双方の接続箇所は滑らかに繋がっている。   In addition, the 1st channel | path part 11a and the 2nd channel | path part 11b are formed of the groove | channel 9c which continues spirally. Although the shape of the area | region which forms the 1st channel | path part 11a differs from the shape of the area | region which forms the 2nd channel | path part 11b among the groove | channels 9c, both connection locations are connected smoothly.

第1の通路部11aの断面形状は、軸方向Daに長い矩形状であり、第2の通路部11bの断面形状は、軸方向Daに直交する方向(径方向)に長い矩形状である。また、第1の通路部11aの断面形状の相当直径は、第2の通路部11bの断面形状の相当直径よりも大きくなっている。冷却通路11では、断面形状の相当直径が小さい方が抜熱効率の向上に有利である。以下、冷却通路11の断面形状の相当直径について説明する。   The cross-sectional shape of the 1st channel | path part 11a is a rectangular shape long in the axial direction Da, The cross-sectional shape of the 2nd channel | path part 11b is a rectangular shape long in the direction (radial direction) orthogonal to the axial direction Da. The equivalent diameter of the cross-sectional shape of the first passage portion 11a is larger than the equivalent diameter of the cross-sectional shape of the second passage portion 11b. In the cooling passage 11, a smaller cross-sectional equivalent diameter is advantageous in improving heat extraction efficiency. Hereinafter, the equivalent diameter of the cross-sectional shape of the cooling passage 11 will be described.

相当直径とは、或る断面形状の流路が、直径いくらの円管と等価であるかを示す代表長さを意味する。例えば相当直径をd、流路断面積をA、縁長さをLとすると以下の式(1)によって相当直径dを求めることができる。ここで、縁長さとは、断面上の壁面の長さを意味し、例えば壁面が粗面の場合、鏡面に比べて凹凸が大きくなり、縁長さLも大きくなる。   The equivalent diameter means a representative length indicating how much the diameter of a flow path having a certain cross-sectional shape is equivalent to a circular pipe. For example, when the equivalent diameter is d, the channel cross-sectional area is A, and the edge length is L, the equivalent diameter d can be obtained by the following equation (1). Here, the edge length means the length of the wall surface on the cross section. For example, when the wall surface is a rough surface, the unevenness is larger than the mirror surface, and the edge length L is also larger.

Figure 2019201521
Figure 2019201521

本実施形態において、第1の通路部11aの断面形状は矩形であるため、長辺はx1、短辺をy1とすると、縁長さL1=2(x1+x1)となる。また、第1の通路部11aの断面積A1は、x1×y1となる。従って、第1の通路部11aの相当直径d1は、以下の式(2)となる。   In the present embodiment, since the cross-sectional shape of the first passage portion 11a is rectangular, when the long side is x1 and the short side is y1, the edge length L1 = 2 (x1 + x1). The cross-sectional area A1 of the first passage portion 11a is x1 × y1. Accordingly, the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a is expressed by the following formula (2).

Figure 2019201521
Figure 2019201521

また、第2の通路部11bの断面形状は矩形であるため、長辺をx2、短辺をy2とすると、相当直径d2は、以下の式(3)となる。   Further, since the cross-sectional shape of the second passage portion 11b is rectangular, when the long side is x2 and the short side is y2, the equivalent diameter d2 is expressed by the following formula (3).

Figure 2019201521
Figure 2019201521

ここで、x1はx2よりも大きく、y1はy2よりも大きいので、第1の通路部11aの相当直径d1は第2の通路部11bの相当直径d2よりも大きくなる。そして、相当直径が小さい方が、レイノルズ数(Re数)は大きくなる。具体的には、流量をQ(m/s)、動粘性係数をν(m/s)、相当直径をd(m)とすると、Re数は以下の式(4)によって表すことができる。 Here, since x1 is larger than x2 and y1 is larger than y2, the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a is larger than the equivalent diameter d2 of the second passage portion 11b. The smaller the equivalent diameter, the greater the Reynolds number (Re number). Specifically, when the flow rate is Q (m 3 / s), the kinematic viscosity coefficient is ν (m 2 / s), and the equivalent diameter is d (m), the Re number can be expressed by the following equation (4). it can.

Figure 2019201521
Figure 2019201521

そして、Re数を大きくすることで、熱伝達率が向上し、その結果として抜熱効率が向上する。つまり、第1の通路部11aの相当直径に比べ、第2の通路部11bの相当直径の方が小さいので、第1の通路部11aに比べ、第2の通路部11bの方が抜熱効率は高い。   And by increasing the Re number, the heat transfer rate is improved, and as a result, the heat removal efficiency is improved. That is, since the equivalent diameter of the second passage portion 11b is smaller than the equivalent diameter of the first passage portion 11a, the heat extraction efficiency of the second passage portion 11b is higher than that of the first passage portion 11a. high.

なお、相当直径を小さくすればする程、通常、圧力損失は大きくなる。しかしながら、本実施形態の場合、ステータコア24に対向する第1の通路部11aの相当直径d1は、圧力損失を考慮して大きく設定している。一方で、コイルエンド25aに対向する第2の通路部11bの相当直径d2は、第1の通路部11aの相当直径d1に比べて小さく設定している。その結果として、冷却通路11の全体での圧力損失の増加を抑えながら、コイルエンド25aの効率的な冷却を実現している。   In general, the pressure loss increases as the equivalent diameter decreases. However, in the case of the present embodiment, the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a facing the stator core 24 is set large in consideration of pressure loss. On the other hand, the equivalent diameter d2 of the second passage portion 11b facing the coil end 25a is set smaller than the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a. As a result, the coil end 25a can be efficiently cooled while suppressing an increase in pressure loss in the entire cooling passage 11.

なお、上記の実施形態では、第1の通路部11aの相当直径d1と第2の通路部11bの相当直径d2とを、矩形断面の場合を例に比較した。しかしながら、その他の形状であっても、第1の通路部11aの相当直径d1と第2の通路部11bの相当直径d2とを比較して大小関係を把握することは可能である。例えば、第1の通路部11a及び第2の通路部11bの断面形状の少なくとも一方が三角形に近似できる場合について説明する。   In the above embodiment, the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a and the equivalent diameter d2 of the second passage portion 11b are compared by taking a rectangular cross section as an example. However, even in other shapes, it is possible to grasp the magnitude relationship by comparing the equivalent diameter d1 of the first passage portion 11a and the equivalent diameter d2 of the second passage portion 11b. For example, a case will be described in which at least one of the cross-sectional shapes of the first passage portion 11a and the second passage portion 11b can approximate a triangle.

三角形の三辺の長さがa、b、cの場合、ヘロンの公式を用いて流路断面積Aは以下の式(5)によって求められる。なおSは三角形の周の長さの半分(S=(a+b+c)/2)である。   When the lengths of the three sides of the triangle are a, b, and c, the channel cross-sectional area A is obtained by the following formula (5) using the Heron formula. S is half the circumference of the triangle (S = (a + b + c) / 2).

Figure 2019201521
Figure 2019201521

その結果、相当直径dは、以下の式(6)によって求められる。なお、Lは三角形の周長(縁長さ)である。   As a result, the equivalent diameter d is obtained by the following equation (6). Note that L is a circumferential length (edge length) of the triangle.

Figure 2019201521
Figure 2019201521

つまり、第1の通路部11aや第2の通路部11bの断面形状を三角形として近似できる場合には、上記の式(6)を用いることで、相当直径を求めることができ、相当直径の大小を比較することができる。   That is, when the cross-sectional shape of the first passage portion 11a and the second passage portion 11b can be approximated as a triangle, the equivalent diameter can be obtained by using the above equation (6), and the equivalent diameter Can be compared.

次に、螺旋状に形成された冷却通路11のピッチPa、Pbについて説明する。本実施形態では、基本的に第1の通路部11aのピッチPaは一定であり、第2の通路部11bのピッチPbは一定である。そして、第2の通路部11bのピッチPbは、第1の通路部11aのピッチPaよりも小さくなっている。軸方向Daにおける所定範囲を基準に考えた場合、冷却通路11のピッチPa、Pbが小さい方が所定範囲内で冷却媒体が周回する回数が増え、抜熱効率の向上に有利になる。つまり、本実施形態では、冷却通路11のピッチPa、Pbという観点からも、第2の通路部11bの方が第1の通路部11aに比べて抜熱効率が高くなっている。   Next, the pitches Pa and Pb of the cooling passage 11 formed in a spiral shape will be described. In the present embodiment, the pitch Pa of the first passage portion 11a is basically constant, and the pitch Pb of the second passage portion 11b is constant. And the pitch Pb of the 2nd channel | path part 11b is smaller than the pitch Pa of the 1st channel | path part 11a. Considering the predetermined range in the axial direction Da as a reference, the smaller the pitches Pa and Pb of the cooling passages 11 increase the number of times the cooling medium circulates within the predetermined range, which is advantageous for improving the heat removal efficiency. That is, in this embodiment, the heat removal efficiency of the second passage portion 11b is higher than that of the first passage portion 11a also from the viewpoint of the pitches Pa and Pb of the cooling passages 11.

なお、第1の通路部11a及び第2の通路部11bの少なくとも一方のピッチPa、Pbが不揃いである場合には、不揃いであるピッチPa、Pbの平均値を求め、その平均値によって大小関係を判断することができる。   In addition, when the pitches Pa and Pb of at least one of the first passage portion 11a and the second passage portion 11b are uneven, the average values of the uneven pitches Pa and Pb are obtained, and the magnitude relationship is determined by the average value. Can be judged.

次に、冷却通路11からステータ23までの距離について説明する。この距離について、ステータコア24に当接するインナー部9の内周面9a(ステータ対向面)を基準に考える。本実施形態において、第2の通路部11bから内周面9aまでの距離Dyは、第1の通路部11aから内周面9aまでの距離Dxよりも小さい。つまり、回転軸21の軸線Laを含む仮想の平面で切断した場合の断面視において、第1の通路部11aと内周面9aとの間で最も近くなる距離Dxと、第2の通路部11bと内周面9aとの間で最も近くなる距離Dyとを比較した場合に、距離Dyの方が、距離Dxよりも小さくなっている。   Next, the distance from the cooling passage 11 to the stator 23 will be described. This distance is considered based on the inner peripheral surface 9a (stator facing surface) of the inner portion 9 that contacts the stator core 24. In the present embodiment, the distance Dy from the second passage portion 11b to the inner peripheral surface 9a is smaller than the distance Dx from the first passage portion 11a to the inner peripheral surface 9a. That is, the distance Dx that is closest between the first passage portion 11a and the inner peripheral surface 9a and the second passage portion 11b in a cross-sectional view when cut along an imaginary plane including the axis line La of the rotation shaft 21 When the distance Dy that is closest to the inner peripheral surface 9a is compared, the distance Dy is smaller than the distance Dx.

次に、冷却通路11の変形例として第1の通路部11aの断面形状が円形(図5の(b)図参照)であり、第2の通路部11bの断面形状が星形(図5の(a)図参照)である場合を例に説明する。この変形例において、第1の通路部11aの断面積と第2の通路部11bの断面積とは同じである。しかしながら、第2の通路部11bの断面形状の縁長さは、第1の通路部11aの断面積の縁長さよりも長くなっている。その結果、第2の通路部11bの方が相当直径は小さくなっており、第2の通路部11bの方が抜熱効率は高くなっている。   Next, as a modification of the cooling passage 11, the first passage portion 11a has a circular cross section (see FIG. 5B), and the second passage portion 11b has a star shape (see FIG. 5). The case of (a) see FIG.) Will be described as an example. In this modification, the cross-sectional area of the first passage portion 11a and the cross-sectional area of the second passage portion 11b are the same. However, the edge length of the cross-sectional shape of the second passage portion 11b is longer than the edge length of the cross-sectional area of the first passage portion 11a. As a result, the second passage portion 11b has a smaller equivalent diameter, and the second passage portion 11b has higher heat removal efficiency.

次に、本実施形態に係る冷却ジャケット3を備えた回転機械1の作用効果について説明する。通常、コイルエンドは冷却ジャケットに直接、接触していないので、コイルエンドの冷却条件が最も厳しく、この条件設定が装置設計上のボトルネックとなり得る。この対策として、例えば、冷却流路を拡大し、冷却媒体の流量を増大させることが考えられる。   Next, the effect of the rotary machine 1 provided with the cooling jacket 3 according to the present embodiment will be described. Usually, since the coil end is not in direct contact with the cooling jacket, the cooling condition of the coil end is the strictest, and this condition setting can be a bottleneck in device design. As a countermeasure, for example, it is conceivable to enlarge the cooling flow path and increase the flow rate of the cooling medium.

しかしながら、冷却流路を拡大し、冷却媒体の流量を増大させると、結果的に装置が大型化してしまう。また、冷却媒体とステータとの間の熱伝達率を上げる場合、冷却通路を通過する冷却媒体の圧力損失が大きくなって、ステータの効率的な冷却が困難になる可能性があった。そのため、例えば、冷却条件を満たすために高性能(流量が大きい、揚程が高い)のポンプが必要になる。   However, when the cooling flow path is enlarged and the flow rate of the cooling medium is increased, the apparatus becomes larger as a result. Further, when the heat transfer coefficient between the cooling medium and the stator is increased, the pressure loss of the cooling medium passing through the cooling passage is increased, which may make it difficult to efficiently cool the stator. Therefore, for example, a high performance pump (a large flow rate and a high head) is required to satisfy the cooling condition.

これに対し、本実施形態では、冷却通路11を第1の通路部11aと第2の通路部11bとに分け、コイルエンド25aに対向する側の第2の通路部11bの相当直径を第1の通路部11aよりも小さくしている。その結果として、冷却通路11を通過する冷却媒体の流量を抑えつつ、全体での圧力損失を抑えながら、コイルエンド25aに対する効率的な冷却が可能になり、ポンプの揚程も低く抑えることが可能になる。つまり、本実施形態によれば、ステータ23のコイルエンド25aの効率的な冷却を可能にする。   In contrast, in this embodiment, the cooling passage 11 is divided into a first passage portion 11a and a second passage portion 11b, and the equivalent diameter of the second passage portion 11b on the side facing the coil end 25a is set to the first diameter. It is made smaller than the passage part 11a. As a result, the coil end 25a can be efficiently cooled while the flow rate of the cooling medium passing through the cooling passage 11 is suppressed and the overall pressure loss is suppressed, and the pump head can be kept low. Become. That is, according to the present embodiment, the coil end 25a of the stator 23 can be efficiently cooled.

また、上記の実施形態に係る冷却ジャケット3は鋳物である。その結果、機械加工によって冷却通路11を形成する場合に比べ、冷却通路11を構成する壁面は鋳肌のために粗度が粗くなる。その結果、相当直径dが小さくなり、抜熱効率の向上に有利になる。   The cooling jacket 3 according to the above embodiment is a casting. As a result, compared with the case where the cooling passage 11 is formed by machining, the wall surface constituting the cooling passage 11 is rough due to the casting surface. As a result, the equivalent diameter d is reduced, which is advantageous for improving the heat removal efficiency.

また、上記の実施形態に係る冷却ジャケット3の冷却通路11では、第2の通路部11bのピッチPbは、第1の通路部11aのピッチPaよりも小さくなっており、コイルエンド25aでの抜熱効率の向上に有利になる。   Further, in the cooling passage 11 of the cooling jacket 3 according to the above embodiment, the pitch Pb of the second passage portion 11b is smaller than the pitch Pa of the first passage portion 11a, and the coil end 25a is pulled out. This is advantageous for improving thermal efficiency.

また、上記の実施形態に係る冷却ジャケット3の冷却通路11では、第2の通路部11bからインナー部9の内周面9aまでの距離は、第1の通路部11aからインナー部9の内周面9aまでの距離よりも小さい。その結果、その結果、第2の通路部11bからコイルエンド25aまでの伝熱距離が短くなり、コイルエンド25aでの抜熱効率の向上に有利になる。   In the cooling passage 11 of the cooling jacket 3 according to the above embodiment, the distance from the second passage portion 11b to the inner peripheral surface 9a of the inner portion 9 is the inner periphery of the inner portion 9 from the first passage portion 11a. It is smaller than the distance to the surface 9a. As a result, the heat transfer distance from the second passage portion 11b to the coil end 25a is shortened, which is advantageous for improving the heat removal efficiency at the coil end 25a.

また、上記の実施形態では、冷却ジャケット3として、成形型を用いて成形される鋳物を例に説明した。しかしながら、冷却ジャケット3は3Dプリンタ技術を用いて製造することも可能である。3Dプリンタ技術を用いて製造することにより、冷却ジャケット3の冷却通路11の断面形状として、より複雑な形状を採用することができる。例えば、鋳造では型抜きが困難な形態や、複雑な形状の中子を要するような形態であったとしても、3Dプリンタ技術によって容易に成形でき、更に、壁面の凹凸形状で適宜に調整した形状にすることも可能である。その結果、例えば、第1の通路部11aと第2の通路部11bとの断面積が同じ凹凸形状(例えば星形)でありながら、縁長さが異なる断面形状にすることで、第2の通路部11bの相当直径を第1の通路部11aの相当直径よりも小さくすることもできる。   Further, in the above-described embodiment, the cooling jacket 3 has been described as an example of a casting formed using a forming die. However, the cooling jacket 3 can also be manufactured using 3D printer technology. By manufacturing using 3D printer technology, a more complicated shape can be adopted as the cross-sectional shape of the cooling passage 11 of the cooling jacket 3. For example, even if it is a form that is difficult to die by casting or a form that requires a complicated shape core, it can be easily molded by 3D printer technology, and the shape adjusted appropriately by the uneven shape of the wall surface It is also possible to make it. As a result, for example, the first passage portion 11a and the second passage portion 11b have the same concavo-convex shape (for example, a star shape) but the cross-sectional shapes have different edge lengths, thereby providing the second The equivalent diameter of the passage portion 11b can be made smaller than the equivalent diameter of the first passage portion 11a.

本開示は、上記の実施形態のみに限定されない。例えば、上記の実施形態では、二段圧縮機を例に回転機械を説明したが、一段圧縮機であってもよい。また、回転機械は、例えばブロワー又はチラー等に用いられてもよい。なお、この際、回転機械は、コンプレッサ8を備えていない。   The present disclosure is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the rotary machine has been described by taking a two-stage compressor as an example, but a single-stage compressor may be used. The rotating machine may be used for a blower or a chiller, for example. At this time, the rotating machine does not include the compressor 8.

また、上記の実施形態では、冷却通路として、螺旋状の通路を例に説明した。しかしながら、第2の通路部の断面形状の相当直径を、第1の通路部の断面形状の相当直径よりも小さくできるのであれば、螺旋状に限定されず、他の形態であってもよい。   In the above-described embodiment, a spiral passage has been described as an example of the cooling passage. However, as long as the equivalent diameter of the cross-sectional shape of the second passage portion can be made smaller than the equivalent diameter of the cross-sectional shape of the first passage portion, the present invention is not limited to the spiral shape, and may take other forms.

1 回転機械
2 電動モータ
3 冷却ジャケット
9a 内周面
11 冷却通路
11a 第1の通路部
11b 第2の通路部
22 ロータ
23 ステータ
25a コイルエンド
Pa 第1の通路部のピッチ
Pb 第2の通路部のピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating machine 2 Electric motor 3 Cooling jacket 9a Inner peripheral surface 11 Cooling passage 11a First passage portion 11b Second passage portion 22 Rotor 23 Stator 25a Coil end Pa Pitch of first passage portion Pb Pitch of second passage portion pitch

Claims (4)

ロータ及びステータを備えたモータと、
前記ステータの周囲に配置された冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットに形成され、冷却媒体が通過する冷却通路と、を備え、
前記冷却通路は、前記ステータのステータコアに対向する領域に設けられた第1の通路部と、前記ステータのコイルエンドに対向する領域に設けられると共に、相当直径が前記第1の通路部よりも小さい第2の通路部とを備えている回転機械。
A motor including a rotor and a stator;
A cooling jacket disposed around the stator;
A cooling passage formed in the cooling jacket and through which a cooling medium passes,
The cooling passage is provided in a region facing the stator core of the stator and a region facing the coil end of the stator, and has an equivalent diameter smaller than that of the first passage portion. A rotating machine comprising a second passage portion.
前記冷却ジャケットは鋳物である、請求項1記載の回転機械。   The rotating machine according to claim 1, wherein the cooling jacket is a casting. 前記冷却通路は、前記ステータの周囲に沿って螺旋状に設けられており、
前記第2の通路部のピッチは、前記第1の通路部のピッチよりも小さい、請求項1または2記載の回転機械。
The cooling passage is provided spirally along the periphery of the stator,
The rotating machine according to claim 1 or 2, wherein a pitch of the second passage portion is smaller than a pitch of the first passage portion.
前記冷却ジャケットは前記ステータに当接するステータ対向面を備え、
前記第2の通路部から前記ステータ対向面までの距離は、前記第1の通路部から前記ステータ対向面までの距離よりも小さい、請求項1〜3のいずれか一項記載の回転機械。
The cooling jacket includes a stator facing surface that contacts the stator,
The rotary machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance from the second passage portion to the stator facing surface is smaller than a distance from the first passage portion to the stator facing surface.
JP2018096247A 2018-05-18 2018-05-18 Rotary machine Pending JP2019201521A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018096247A JP2019201521A (en) 2018-05-18 2018-05-18 Rotary machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018096247A JP2019201521A (en) 2018-05-18 2018-05-18 Rotary machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019201521A true JP2019201521A (en) 2019-11-21

Family

ID=68612599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018096247A Pending JP2019201521A (en) 2018-05-18 2018-05-18 Rotary machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019201521A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4786702B2 (en) Cooling structure of rotating electric machine
US11387725B2 (en) Integrated heat dissipative structure for electric machine
EP2897259B1 (en) Rotating electric machine
BRPI0716803A2 (en) ELECTRIC MACHINE WITH AN INTERNALLY COOLED ROTOR
US20160141921A1 (en) Helical heat exchanger for electric motors
JP6376981B2 (en) Rotating device
US9413208B2 (en) Enhanced cooling of enclosed air cooled high power motors
US20160053769A1 (en) Dynamic pressure bearing pump
JP2008109817A (en) Motor having concentrated windings
JP2012100521A (en) Case for rotary electric machine
JP2015116113A (en) Motor for turbo blower
JP2019176648A (en) Stator frame, stator, and rotary electric machine
US20180183297A1 (en) Vehicular ac power generator
JP6425065B2 (en) Electric rotating machine
JP5691759B2 (en) Distributed winding type electric rotating machine
US9879691B2 (en) Dynamic pressure bearing pump
JP6089502B2 (en) Rotating machine
CN111819771B (en) Electric machine
JP2019201521A (en) Rotary machine
JP6984383B2 (en) Rotating machine
CN108370194B (en) Slip ring arrangement for an electric machine
CN105736419A (en) Fan
JP6962772B2 (en) Stator core cooling structure and rotary electric machine
JP5517714B2 (en) Rotating electric machine
JP2019154197A (en) Rotary electric machine