JP2021052445A - Coil end cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油冷式の回転機のコイルエンド冷却構造に関する。 The present invention relates to a coil end cooling structure for an oil-cooled rotary machine.
図4に示された油冷式の回転機のコイルエンド冷却構造としては、例えば、冷却油を固定子の軸方向の中間部位から導入して固定子とフレームとの間に流通させてから固定子の端部からコイルエンドに流出させる方式が知られている(特許文献1〜3)。 As the coil end cooling structure of the oil-cooled rotary machine shown in FIG. 4, for example, cooling oil is introduced from an intermediate portion in the axial direction of the stator, circulated between the stator and the frame, and then fixed. A method of flowing out from the end of the child to the coil end is known (Patent Documents 1 to 3).
図4に例示された従来のコイルエンドカバー4の冷却構造は、固定子3の軸方向の中間部位から導入された冷却油が固定子3とフレーム7との間に介在する油冷ダクト10cに供される。油冷ダクト10cは固定子3の外周部に複数配置形成されている。この油冷ダクト10cを介して固定子3の端部に達した冷却油は、固定子3(回転子5,シャフト6)の軸方向に直交する同一平面に在る複数の油冷ダクト10cからコイルエンドカバー4の本体部40の外周面に流れ出る。ここで、図5の冷却油の流れの解析結果によると、隣接する油冷ダクト10cから流出された冷却油が干渉するので、冷却油の流速が低下する傾向にある。このことから、コイルエンドカバー4の冷却効率を高めるには、この干渉を可能な限り少なくすることが必要となる。
In the conventional cooling structure of the
本発明は、以上の事情を鑑み、油冷式の回転機の固定子とフレームとの間から供される冷却油によりコイルエンドを効率よく冷却することを課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to efficiently cool the coil end with the cooling oil provided between the stator of the oil-cooled rotary machine and the frame.
そこで、本発明の一態様は、油冷式の回転機のコイルエンド冷却構造であって、前記回転機の固定子とフレームとの間から冷却油をコイルエンドカバーの本体部に供する複数の油冷ダクトを有し、前記複数の油冷ダクトのうち、いくつかの油冷ダクトは、前記固定子と前記フレームとの間から前記本体部側に張り出して設けられ、前記いくつかの油冷ダクトのうち、一方のいくつかの油冷ダクトは、他方のいくつかの油冷ダクトとは張り出し長さが異なる。 Therefore, one aspect of the present invention is a coil end cooling structure of an oil-cooled rotary machine, and a plurality of oils that supply cooling oil to the main body of the coil end cover from between the stator and the frame of the rotary machine. It has a cooling duct, and among the plurality of oil cooling ducts, some oil cooling ducts are provided so as to project from between the stator and the frame toward the main body portion, and some of the oil cooling ducts are provided. Of these, some oil-cooled ducts on one side have different overhang lengths from some oil-cooled ducts on the other side.
本発明の一態様は、前記コイルエンド冷却構造において、前記複数の油冷ダクトは、前記固定子の軸方向及び重力方向に沿う断面を対称に配置される。 In one aspect of the present invention, in the coil end cooling structure, the plurality of oil cooling ducts are arranged symmetrically in cross sections along the axial direction and the gravity direction of the stator.
本発明の一態様は、前記コイルエンド冷却構造において、前記一方のいくつかの油冷ダクトは、前記他方のいくつかの油冷ダクトよりも前記断面に近い位置において前記対称に配置される。 In one aspect of the present invention, in the coil end cooling structure, the one oil-cooled duct is arranged symmetrically at a position closer to the cross section than the other oil-cooled duct.
本発明の一態様は、前記コイルエンド冷却構造において、前記一方のいくつかの油冷ダクトは、その張り出し長さが前記コイルエンドカバーの軸方向長さの半分未満である。 In one aspect of the present invention, in the coil end cooling structure, the overhang length of some of the oil cooling ducts is less than half of the axial length of the coil end cover.
本発明の一態様は、前記コイルエンド冷却構造において、前記冷却油は、前記コイルエンドカバーの外周面に達した冷却油が当該コイルエンドカバーの端部からはみ出ない程度の流速で供される。 In one aspect of the present invention, in the coil end cooling structure, the cooling oil is provided at a flow velocity such that the cooling oil that has reached the outer peripheral surface of the coil end cover does not protrude from the end portion of the coil end cover.
以上の本発明によれば、油冷式の回転機の固定子とフレームとの間から供される冷却油によりコイルエンドを効率よく冷却できる。 According to the above invention, the coil end can be efficiently cooled by the cooling oil provided between the stator of the oil-cooled rotary machine and the frame.
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示された本発明の一態様であるコイルエンド冷却構造1は、例えば、図4に示された油冷式の回転機2に適用される。すなわち、コイルエンド冷却構造1は、同図の回転機2において、固定子3とフレーム7との間から冷却油をコイルエンドカバー4の本体部40に供する油冷ダクト10a,10b,10cを有する。
The coil end cooling structure 1 which is one aspect of the present invention shown in FIG. 1 is applied to, for example, the oil-cooled
油冷ダクト10a,10b,10cは、固定子3の外周部14において固定子3(コイルエンドカバー4、回転子5、シャフト6)の軸方向に沿って形成されている。特に、油冷ダクト10a,10bは、図4の固定子3とフレーム7との間から、固定子3の軸方向に沿ってコイルエンドカバー4の本体部40側に張り出して設けられている。
The
また、油冷ダクト10aは、油冷ダクト10bとは張り出し長さが異なる。例えば、油冷ダクト10aの張り出し長さLaは、油冷ダクト10bの張り出し長さLbよりも長く且つコイルエンドカバー4の軸方向長さLcの半分未満に設定される。
Further, the
以上の油冷ダクト10a,10b,10cは、固定子3の軸方向及び重力方向に沿う断面を対称に配置される。特に、図示の態様において、油冷ダクト10aは、油冷ダクト10bよりも前記断面に近い位置において前記対称に配置形成されている。また、油冷ダクト10cは、油冷ダクト10a,10a間、油冷ダクト10a,10b間に配置形成されている。さらに、油冷ダクト10a,10b,10cの設置数及び油冷ダクト10a,10bの張り出し長さLa,Lbは、コイルエンドカバー4の寸法に応じて適宜に設定される。
The
以下、図1,2を参照してコイルエンド冷却構造1の作用とその効果について説明する。 Hereinafter, the operation of the coil end cooling structure 1 and its effect will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
固定子3の軸方向の中間部位から導入された冷却油は、油冷ダクト10a,10b,10cから放物線状にコイルエンドカバー4の本体部40側に流下する。前記冷却油は、例えば、コイルエンドカバー4の本体部40の外周面に達した当該冷却油がコイルエンドカバー4の本体部40の端部からはみ出ない程度の流速で供される。
The cooling oil introduced from the axially intermediate portion of the
本態様のコイルエンドカバー4における冷却油の流れの解析した結果を図2に示した。
The result of the analysis of the flow of the cooling oil in the
本解析に供したコイルエンドカバー4は、内径280mmのフレーム7に対し、コイルエンドカバー4の外径は220mm、固定子3の端部からのコイルエンドカバー4の張り出し長さは150mmとした。油冷ダクト10aは口径が1mm×15mm及び張り出し長さLaが25mm、油冷ダクト10bは口径が1mm×15mm及び張り出し長さLbが20mm、油冷ダクト10cは口径が1mm×15mmである。冷却油は通常の工業油を用いた。冷却油の流速は0.56[m/s]に設定された。本解析においては、コイルエンドカバー4の上方から片側5つの油冷ダクト(上流側から油冷ダクト10c,10a,10c,10b,10c)からの流れを解析した。同図の結果から明らかなように、油冷ダクト10a,10b,10cから各々流れ出た冷却油は互いに干渉しないことがわかる。特に、冷却油が上流側から流れと大きく干渉していないことがわかる。さらに、冷却油のかかる領域がコイルエンドカバー4の端部まで及んでおり、図5に示された油冷ダクト10cのみが形成された従来の冷却構造における冷却油のかかる領域よりも拡大することがわかる(尚、同図の解析条件は、コイルエンドカバー4に油冷ダクト10a,10bが設けられていないこと以外は、図2の解析条件と同じである)。
In the
また、上述の冷却油の流れの解析結果から得られたコイルエンドの表面の熱伝達率をマッピングした結果を図3に示した。同図(a)は、従来技術のコイルエンドカバー4のマッピング結果を示す。同図(b)は、本態様のコイルエンドカバー4のマッピング結果を示す。両者の結果において、局所的な熱伝達率熱に大きな違いは見られないが、本態様のコイルエンドカバー4のように、油冷ダクト10a,10bを有することで、熱伝達率がゼロ以上の範囲が広くなっていることがわかる。
Further, FIG. 3 shows the result of mapping the heat transfer coefficient on the surface of the coil end obtained from the above-mentioned analysis result of the cooling oil flow. FIG. (A) shows the mapping result of the
さらに、両者の定量的な比較のために、コイルエンドカバー4の表面における熱伝達率の平均値を同図に示した。同図(a)の従来のコイルエンドカバー4における平均熱伝達率は18.9[W/(m2・K)]であった。一方、同図(b)の本態様のコイルエンドカバー4における平均熱伝達率は23.2[W/(m2・K)]であった(尚、カッコ内の値は前記従来の平均熱伝達率との差である)。本態様のコイルエンドカバー4の平均熱伝達率は、従来のコイルエンドカバー4に比べて23%大きいことがわかる。したがって、油冷ダクト10a,10bを適切に延長することでコイルエンドカバー4の冷却効率を任意に上げられることがわかる。
Further, for a quantitative comparison between the two, the average value of the heat transfer coefficient on the surface of the
以上のように、本態様のコイルエンド冷却構造1によれば、固定子3とフレーム7との間から供される冷却油によりコイルエンドカバー4を効率よく冷却できる。
As described above, according to the coil end cooling structure 1 of this embodiment, the
特に、固定子3の軸方向に沿ってコイルエンドカバー4の本体部40側に張り出した複数の油冷ダクト10a,10bのうち、一方のいくつかの油冷ダクト10aは、他方のいくつかの油冷ダクト10bとは張り出し長さが異なる。したがって、コイルエンドカバー4の周方向に隣り合う油冷ダクト10a,10b,10cから供された冷却油が、互いに干渉しなくなると共に、コイルエンドカバー4の軸方向に拡充して供されるので、コイルエンドカバー4が効率的に冷却される。
In particular, among the plurality of
また、複数の油冷ダクト10a,10bは、固定子3の軸方向及び重力方向に沿う断面を対称に配置されることで、上記の効果に加えて、冷却油をコイルエンドカバー4の上半分側の外周部に均等に供給できる。
Further, the plurality of
さらに、複数の油冷ダクト10aが前記断面寄りの位置において前記対称に配置されることで、上記の効果に加えて、特に、コイルエンドカバー4の端部寄りの上半分側の外周部に均等に供給できる。
Further, by arranging the plurality of
そして、油冷ダクト10aは、その張り出し長さがコイルエンドカバー4の軸方向長さの半分未満に設定されることで、上記の効果に加えて、冷却油の供給制御により、油冷ダクト10aから放物線状に供される冷却油の流れを任意に調整できる。
Then, the overhang length of the
また、冷却油は、コイルエンドカバー4の外周面に達した冷却油がコイルエンドカバー4の端部からはみ出ない程度の流速で供されることで、上記の効果に加えて、コイルエンドカバー4に対して冷却油を無駄なく供給できる。
Further, the cooling oil is provided at a flow velocity such that the cooling oil that has reached the outer peripheral surface of the
1…冷却構造
2…回転機
3…固定子
4…コイルエンドカバー、40…本体部
5…回転子
6…シャフト
7…フレーム
10a,10b,10c…油冷ダクト
La…油冷ダクト10aの張り出し長さ
Lb…油冷ダクト10bの張り出し長さ
Lc…コイルエンドカバー4の軸方向長さ
1 ...
Claims (5)
前記回転機の固定子とフレームとの間から冷却油をコイルエンドカバーの本体部に供する複数の油冷ダクトを有し、
前記複数の油冷ダクトのうち、いくつかの油冷ダクトは、前記固定子と前記フレームと間から前記固定子の軸方向に沿って前記本体部側に張り出して設けられ、
前記いくつかの油冷ダクトのうち、一方のいくつかの油冷ダクトは、他方のいくつかの油冷ダクトとは張り出し長さが異なること
を特徴とするコイルエンド冷却構造。 It is a coil end cooling structure of an oil-cooled rotary machine.
It has a plurality of oil cooling ducts that supply cooling oil to the main body of the coil end cover from between the stator of the rotary machine and the frame.
Among the plurality of oil cooling ducts, some oil cooling ducts are provided so as to project from between the stator and the frame toward the main body along the axial direction of the stator.
A coil end cooling structure, wherein some of the several oil cooling ducts have a different overhang length from some of the other oil cooling ducts.
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