JP2786860B2 - 立軸回転電機の冷却装置 - Google Patents

立軸回転電機の冷却装置

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JP2786860B2 JP63228426A JP22842688A JP2786860B2 JP 2786860 B2 JP2786860 B2 JP 2786860B2 JP 63228426 A JP63228426 A JP 63228426A JP 22842688 A JP22842688 A JP 22842688A JP 2786860 B2 JP2786860 B2 JP 2786860B2
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隆 金箱
泉 東
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昭二 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、立軸回転電機の冷却装置に係り、特に立
軸回転電機の固定子冷却用ヒートパイプの構成に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第8図は、従来技術による立軸回転電機の冷却装置を
示す縦断面図であり、参照符号10は上部別置電動ファ
ン、12は下部別置電動ファン、14は上部固定子巻線端、
16は下部固定子巻線端、18は界磁巻線、20は固定子鉄
心、22は通風ダクト、24は空気冷却器をそれぞれ示す。
しかるに、ポンプ水車に直結して運転される発電電動
機は、高速回転の場合が多く、かつ水車運転、ポンプ運
転の両回転であることから、自己ファンによる通風は効
率が悪いため、通風ファンとして固定子枠に固定された
別置電動ファンが使用されている。すなわち、上部別置
電動ファン10および下部別置電動ファン12により加圧さ
れた風は、まず上部固定子巻線端14および下部固定子巻
線端16の表面部分を冷却後、上下より回転子の極間へ入
って界磁巻線18を冷却する。
この界磁巻線18を冷却した後、風は流れの方向を変え
て固定子鉄心20に設けられた通風ダクト22へ入って固定
子鉄心20および固定子巻線を冷却し、空気冷却器24に至
る。この空気冷却器24により冷却された風は、再び上部
別置電動ファン10および下部別置電動ファン12へ戻って
循環する。
〔発明が解決しようとする課題〕
この従来技術による通風方式によれば、上下の極間よ
り流入した風は、回転子の上下から軸方向に流れた後、
90゜向きを変え固定子鉄心20に設けられた通風ダクト22
へ流入するが、この部分の風の流れは非常に乱れたもの
となり、圧力損失が大きく、かつ風損も大きい。
このため、所要の風量を流すためには、風圧を高める
必要があり、上下別置電動ファンを大型化すると同時
に、ファンの駆動動力も大きくしなければならない。こ
の場合、風損の増大により発電電動機の効率も低下す
る。
そこで、本出願人は、固定子鉄心の通風ダクトに複数
の中空セグメント状容器からなるヒートパイプを挿入
し、その一端側が発熱源に対応する固定子鉄心の内径側
に位置し、他端側が固定子鉄心の外径側から突出し、そ
の突出部の外周に冷却水パイプを備え、入熱源から発生
する熱をヒートパイプを介して冷却水パイプの冷却水に
放熱する立軸回転電機の冷却装置を開発して、特開昭62
−262633号公報として特許出願した。この装置において
は、ヒートパイプの外部に冷却水パイプを溶接手段等で
設ける構成となっているため、接合部の熱抵抗が大とな
る難点がある。
このため、本出願人は、さらに固定子鉄心および固定
子巻線を冷却するため、固定子鉄心の冷却ダクトに扁平
クシ歯状容器からなる冷却用ヒートパイプを挿着すると
共に、このヒートパイプ容器の一端部に冷却水パイプを
内蔵させることにより、冷却効果を著しく増大させ、こ
れにより別置電動ファンを小型化し、かつ別置電動ファ
ンの所要動力および風損の低減を図ると共に、均一冷却
効果を得ることも提案した。
しかしながら、この場合も、扁平部の厚さを一様にす
ることが困難であったり、ヒートパイプ容器の内部に鉄
心支持用ピースを多数配置する必要や、ピースの洗浄を
必要とし、また溶接部分が多くなることから、信頼性を
低下させると共に製造コストが嵩む等の問題を依然とし
て残すことが判明した。
そこで、本発明の目的は、軸方向断面が楕円状の複数
の扁平ヒートパイプ容器を使用することにより、受熱部
と放熱部における伝熱面積を増大させて、それぞれ受熱
部と放熱部での熱抵抗の低減並びに回転電機の冷却効率
を向上することができる立軸回転電機の冷却装置を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係る立軸回転電機
の冷却装置は、冷却ダクトを設けた固定子鉄心と、固定
子鉄心に収納された固定子巻線と、回転子の界磁巻線と
を、固定子枠に固定した別置電動ファンにより通風冷却
するよう構成した立軸回転電機の冷却装置において、 軸方向断面が楕円状の扁平ヒートパイプ容器の円弧の
大きい扁平側部分を、前記ヒートパイプ容器の一端側の
受熱部においては固定子鉄心間のダクト部にそれぞれ水
平にして放射状に複数挿入設置し、他端側の固定子鉄心
より突出した前記ヒートパイプ容器の放熱部においては
固定子鉄心の外周に共通ヘッダー管として配設された冷
却水パイプの平面部に接触配置してこれらを所要の締付
手段によりそれぞれ個別に結合固定し、 前記ヒートパイプ容器は、楕円状の扁平な受熱部の先
端を圧着成形すると共に、楕円状の扁平な放熱部には作
動媒体封入用の小径パイプを設けて残部を圧着しその先
端を気密に溶接し、さらに前記ヒートパイプ容器の内部
に受熱部となる部分のほぼ全域に亘って延在する作動媒
体の蒸発−凝縮循環を円滑に行うためのほぼ筒状のウィ
ックを接触配置すると共に作動媒体を封入してなること
を特徴とする。
〔作用〕
本発明に係る立軸回転電機の冷却装置によれば、固定
子鉄心のヨーク部および外周面に、その軸方向に沿って
軸方向断面が楕円状の複数の扁平ヒートパイプ容器を延
設することにより、固定子鉄心の軸方向中央部で発生す
る各種損失熱を、その両端に有効に分散して、固定子鉄
心全体の均温冷却を迅速に達成することができる。従っ
て、固定子鉄心および固定子巻線の冷却のために、通風
ダクトに送風する必要がなく、固定子巻線端および界磁
巻線を、別置電動ファンのみによって簡便に通風冷却す
ることができる。
〔実施例〕
次に、本発明に係る立軸回転電機の冷却装置の実施例
につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
なお、説明の便宜上、第8図に示す従来の構造と同一の
構成部分については、同一の参照符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
第1図は、本発明の実施例による立軸回転電機の冷却
装置の縦断面図である。第1図において、上部別置電動
ファン10によって加圧された風は、2方に分れ、一方の
風は上部固定子巻線端14を冷却し、固定子枠26を通って
空気冷却器24に至る。他方の風は、回転子の極間に入っ
て界磁巻線18を冷却し、さらに下部固定子巻線端16を冷
却し、空気冷却器24に至る。そして、この両方の冷却風
は、空気冷却器24の内径側で合流し、空気冷却器24で冷
却された後、再び上部別置電動ファン10に戻って循環す
る。
本実施例においては、従来の固定子鉄心20の通風ダク
ト22に、軸方向断面が楕円状の薄肉からなる扁平ヒート
パイプ30の容器を、第3図に示すように、扁平ヒートパ
イプ30の容器の円弧の大きい部分を上向きにしてそれぞ
れ水平に複数本挿入し、固定子鉄心20から突出した部分
を冷却部(凝縮部)とし、この扁平ヒートパイプ30の容
器を放射状に配設してある(第2図参照)。なお、第2
図および第3図において、参照符号42は固定子巻線を示
す。
一方、冷却水パイプ32を、その下面が各通風ダクト22
の上面とほぼ同じ高さになるように設けると共に、この
冷却水パイプ32は、その下面を平面状として、固定子鉄
心20の外周に共通ヘッダー管として設けてある。なお、
第2図において、参照符号48は冷却水入口ヘッダーを示
すと共に、参照符号50は冷却水出口ヘッダーを示す。そ
して、この共通ヘッダー管32の側面の下部には、ねじ孔
を設けた金具56が溶接等により接合されている(第3図
および第7図参照)。
さらに、扁平ヒートパイプ30の容器と冷却水パイプ32
とは、第3図に示すように、扁平ヒートパイプ30の容器
の円弧の大きい部分を上向きにして、その冷却部上面と
冷却水パイプ32の下面平面部とが接触するように水平に
配置し、所要の締付手段により結合固定する。この締付
手段による結合固定に際しては、例えば扁平ヒートパイ
プ30の容器の下側よりコ字状の締結金具52を介し、締付
けボルト54で冷却水パイプの金具56に対してそれぞれ個
別に固定する。また、前記締結金具52は、扁平ヒートパ
イプ30の容器の冷却部が常に一定厚さとなるようにし、
しかも固定時は、扁平ヒートパイプ30の容器の冷却部の
両側面に、同一高さの脚が配設してある。
また、第4図ないし第6図に示すように、扁平ヒート
パイプ30の容器は、その一端側の受熱部30aおよび他端
側の放熱部30bと共に、楕円形に成形し、受熱部30aの先
端部を圧着し、その先端部分を気密に溶接する。さら
に、放熱部30bの先端には、真空引きや作動媒体36を封
入するための小径パイプを適宜設け、残部を圧着し、そ
の先端部分を気密に溶接する。そして、この扁平ヒート
パイプ30の容器の内部には、受熱部30aとなる部分のほ
ぼ全域に亘って延在し、作動媒体の蒸発−凝縮循環を円
滑に行うために扁平な上下面を被覆するようにほぼ筒状
に形成したウィック30cを接触配置し、そして液36aと蒸
気36bとからなる作動媒体36を封入する。
固定子鉄心間のダクト部には、ダクトの高さより僅か
に高い扁平ヒートパイプ30の容器を外径側より挿入設置
し、ステンレス製薄肉容器のバネ特性と作動媒体36の飽
和蒸気圧特性を利用して密着させている。
一方、放熱部30bは、扁平ヒートパイプ30の容器の厚
さ寸法より、脚の寸法がやや小さい締結金具52で固定す
ることにより、容器のバネ特性が利用できること、作動
媒体36の温度上昇による圧力上昇特性を利用して、接合
部の接触熱抵抗の低減を図るように設定されている。
固定子巻線42(14、16)、界磁巻線18および固定子鉄
心20の各部に発生した熱は、放射状に設けた複数の扁平
ヒートパイプ30で固定子鉄心20の外径側に導かれ、外周
に設けた冷却水パイプ32に通水する冷却水34で冷却され
る。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神
を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能であ
る。
〔発明の効果〕
前述したように、本発明に係る立軸回転電機の冷却装
置によれば、冷却ダクトを設けた固定子鉄心と、固定子
鉄心に収納された固定子巻線と、回転子の界磁巻線と
を、固定子枠に固定した別置電動ファンにより通風冷却
するよう構成した立軸回転電機の冷却装置において、軸
方向断面が楕円状の扁平ヒートパイプ容器の円弧の大き
い扁平側部分を、前記ヒートパイプ容器の一端側の受熱
部においては固定子鉄心間のダクト部にそれぞれ水平に
して放射状に複数挿入設置し、他端側の固定子鉄心より
突出した前記ヒートパイプ容器の放熱部においては固定
子鉄心の外周に共通ヘッダー管として配設された冷却水
パイプの平面部に接触配置してこれらを所要の締付手段
によりそれぞれ個別に結合固定し、前記ヒートパイプ容
器は、楕円状の扁平な受熱部の先端を圧着成形すると共
に、楕円状の扁平な放熱部には作動媒体封入用の小径パ
イプを設けて残部を圧着しその先端を気密に溶接し、さ
らに前記ヒートパイプ容器の内部に受熱部となる部分の
ほぼ全域に亘って延在する作動媒体の蒸発−凝縮循環を
円滑に行うためのほぼ筒状のウィックを接触配置すると
共に作動媒体を封入した構成とすることにより、伝熱面
積を増大し、しかも楕円状の扁平ヒートパイプの容器は
弾性を有するため、そのバネ特性を利用し、接触熱抵抗
を低減することができ、これにより受熱部および放熱部
は、共に熱抵抗が低減し、回転電機の冷却効率を向上す
ることができる。
従って、本発明の冷却装置によれば、風量の低減と共
にファンを小形化して動力を低減することができ、空気
冷却器の小形化を容易に達成することができる。
さらに、本発明においては、扁平容器からなる単独の
ヒートパイプ容器を使用する構成とし、特に楕円状の扁
平な受熱部の先端を圧着成形すると共に、楕円状の扁平
な放熱部には、作動媒体封入用の小径パイプを設けて残
部を圧着しその先端を気密に溶接し、さらに前記ヒート
パイプ容器の内部に受熱部となる部分のほぼ全域に亘っ
て延在する作動媒体の蒸発−凝縮循環を円滑に行うため
のウィックを接触配置すると共に作動媒体を封入したこ
とにより、次のような優れた作用および効果が得られ
る。
溶接部の両端部の僅かな距離の接合となると共に、
溶接性が良好となり、非凝縮性ガスの混入や作動媒体の
排出する可能性が低減され、信頼性を高めることができ
る。
溶接部が減少することと、取扱いが容易となること
で、低コスト化を図ることができる。
ヒートパイプ容器の内部における所定位置にウィッ
クを接触配置して、このウィックに作動媒体を吸収させ
ることにより、扁平な上下面から受熱部においてこれに
近接させて均等に作動媒体を存在させることができ、作
動媒体への吸熱作用を増大させて、ヒートパイプ容器の
上下面における冷却を均等にかつ効率よく達成すること
ができる。
ヒートパイプ容器に何等かの原因で異常を生じて
も、単独のヒートパイプを放射状に配置し、固定子鉄心
部と固定子枠との間を利用できるため、これらヒートパ
イプは外径側より容易に交換が可能である。
冷却水パイプへのヒートパイプ容器の冷却部の固定
に対し、冷却部の高さが常に一定寸法で締結できるた
め、接触部の熱抵抗を小さくして、冷却部が圧接過大と
なることがなく、容易に安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る立軸回転電機の冷却装置の一実施
例を示す要部縦断面図、第2図は第1図のA−A線断面
図、第3図は第2図のB−B線断面図、第4図は本発明
装置に適用する扁平ヒートパイプの側面図、第5図は第
4図に示す扁平ヒートパイプの平面図、第6図は第5図
のC−C線断面図、第7図は第4図ないし第6図に示す
扁平ヒートパイプを冷却水パイプへ取付けた場合の外径
側から見た側面図、第8図は従来の立軸回転電機の冷却
装置の構成例を示す要部縦断面図である。 10……上部別置電動ファン、12……下部別置電動ファン 14……上部固定子巻線端、16……下部固定子巻線端 18……界磁巻線、20……固定子鉄心 22……通風ダクト、24……空気冷却器 26……固定子枠、30……扁平ヒートパイプ 30a……受熱部、30b……放熱部 30c……ウィック、32……冷却水パイプ(ヘッダー管) 36……作動媒体、36a……液(作動媒体) 36b……蒸気(作動媒体)、36c……固定子巻線 42……固定子巻線、48……冷却水入口ヘッダー 50……冷却水出口ヘッダー、52……締結金具 54……締付けボルト、56……冷却水パイプの金具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 泉 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 安達 昭夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 昭二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−262633(JP,A) 特開 昭56−105295(JP,A) 実開 昭63−67777(JP,U) 実開 昭60−16880(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却ダクトを設けた固定子鉄心と、固定子
    鉄心に収納された固定子巻線と、回転子の界磁巻線と
    を、固定子枠に固定した別置電動ファンにより通風冷却
    するよう構成した立軸回転電機の冷却装置において、 軸方向断面が楕円状の扁平ヒートパイプ容器の円弧の大
    きい扁平側部分を、前記ヒートパイプ容器の一端側の受
    熱部においては固定子鉄心間のダクト部にそれぞれ水平
    にして放射状に複数挿入設置し、他端側の固定子鉄心よ
    り突出した前記ヒートパイプ容器の放熱部においては固
    定子鉄心の外周に共通ヘッダー管として配設された冷却
    水パイプの平面部に接触配置してこれらを所要の締付手
    段によりそれぞれ個別に結合固定し、 前記ヒートパイプ容器は、楕円状の扁平な受熱部の先端
    を圧着成形すると共に、楕円状の扁平な放熱部には作動
    媒体封入用の小径パイプを設けて残部を圧着しその先端
    を気密に溶接し、さらに前記ヒートパイプ容器の内部に
    受熱部となる部分のほぼ全域に亘って延在する作動媒体
    の蒸発−凝縮循環を円滑に行うためのほぼ筒状のウィッ
    クを接触配置すると共に作動媒体を封入してなることを
    特徴とする立軸回転電機の冷却装置。
JP63228426A 1988-09-14 1988-09-14 立軸回転電機の冷却装置 Expired - Lifetime JP2786860B2 (ja)

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