JP4567212B2 - Cooling structure of rotating electric machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンなどでロータを回転させる回転電機の冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ガスタービンエンジンでロータを回転させる回転電機としては、例えば、図7の断面図に示された発電機101がある。そこで、ここでは、図7の発電機101について説明する。図7に示すように、発電機101では、ケーシング102の中に円筒状のステータ107が収納された状態で取り付けられており、かかるステータ107の中空部には、ロータ108が挿入されている。
【0003】
この点、ステータ107は、図8にも示すように、重ね合わせた積層珪素鋼板103(「積層板」に相当するもの)の歯104の間にコイル105の導線を巻回させて固定したものである。尚、かかる固定は、熱伝導率が1.43(W/m・K)程度のエポキシ配合の樹脂106により、真空状態で行われるので、ステータ107の内部の熱伝導性は良好にある。
【0004】
一方、ロータ108は、シャフトの周面に設置させた永久磁石を金属環で覆って固定したものであり、前側ベアリング123Fと後側ベアリング123Rとで軸支されている。すなわち、図7に示すように、前側ベアリング123Fを保持した前側リテーナ122Fが前側フランジ121Fに固定され、さらに、かかる前側フランジ121Fがケーシング102の前端面にボルト固定されることにより、ロータ108の前端が回動可能に支持されている。
【0005】
また、後側ベアリング123Rを保持した後側リテーナ122Rが後側フランジ121Rに固定され、さらに、かかる後側フランジ121Rがケーシング102の後端面にボルト固定されることにより、ロータ108の後端が回動可能に支持されている。尚、後側ベアリング123Rに対しては、後側ベアリング123Rに当接させた予圧部材128と、後側フランジ121Rにボルト固定された蓋130との間に、コイルバネ129を介装させることにより、ロータ108のスラスト方向に外力を予め作用させている。
【0006】
そして、ロータ108の前端をガスタービンエンジンの出力軸に連結することにより、ロータ108をガスタービンエンジンで高速回転させることができる。
但し、このとき、ロータ108の高速回転による風圧で有効に潤滑油を送り込むことができなくなるおそれがあるので、前側ジェットノズル124Fで前側ベアリング123Fの軸受部に潤滑油を噴射するとともに、後側ジェットノズル124Rで後側ベアリング123Rの軸受部に潤滑油を噴射することにより、強制的な潤滑を行っている。
【0007】
そのため、前側ジェットノズル124Fと後側ジェットノズル124Rとから噴射された潤滑油で霧状となったものが、ケーシング102の内部に充満することになる。しかし、前側フランジ121Fの内壁の上方で凝縮し液化した潤滑油は、前側フランジ121Fの内壁に設けられた溝126Fに集められ後に、ケーシング102の底面部に流下して、ケーシング102の底面部に設けられた潤滑油排出口131から排出される。また、後側フランジ121Rの内壁の上方で凝縮し液化した潤滑油も、同様であり、後側フランジ121Rの内壁に設けられた溝126Rに集められた後に、ケーシング102の底面部に流下して、ケーシング102の底面部に設けられた潤滑油排出口131から排出される。よって、霧状から液化した潤滑油が、高速回転するロータ108に付着することはない。
【0008】
さらに、前側ジェットノズル124Fから噴射されて前側ベアリング123Fの軸受部を通過した液状の潤滑油は、ロータ108に取り付けられた前側オイルスローワ125Fに衝突して、前側フランジ121Fに設けられた前側潤滑油噴出口127Fから噴出した後に、ケーシング102の底面部に流下して、ケーシング102の底面部に設けられた潤滑油排出口131から排出される。また、後側ジェットノズル124Rから噴射されて後側ベアリング123Rの軸受部を通過した液状の潤滑油も、同様であり、ロータ108に取り付けられた後側オイルスローワ125Rに衝突して、後側フランジ121Rに設けられた後側潤滑油噴出口127Rから噴出した後に、ケーシング102の底面部に流下して、ケーシング102の底面部に設けられた潤滑油排出口131から排出される。よって、液状の潤滑油が、高速回転するロータ108に付着することはない。
【0009】
従って、図7の発電機101では、高速回転するロータ108に液体状の潤滑油が付着しないので、撹拌損失の発生を防止することができる。もっとも、図7の発電機101においては、上述した撹拌損失だけでなく、鉄損、銅損などの熱損失も考えられるので、ステータ107やロータ108などの温度の上昇を抑える必要がある。
【0010】
そこで、図7の発電機101では、Oリング132を介して、ステータ107のハウジング109の両縁端部110をケーシング102の内壁に密着させることにより、ステータ107のハウジング109とケーシング102の内壁との間にジャケット空間111を形成しており、かかるジャケット空間111に対して、ステータ107のハウジング109の円筒外周面に設けられた複数の放熱フィン112を存在させ、さらに、ケーシング102に設けられた冷媒供給口113から油などの冷媒を送り込む冷却構造によって、ステータ107やロータ108などの温度の上昇を抑えている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図7の発電機101において、例えば、ロータ108の回転数を60000rpm以上にして50kWの運転をする場合には、ステータ107やロータ108などの熱損失に加え、ロータ108の永久磁石を覆う金属環の0.2%の高温クリープ耐力特性から、ロータ108の表面温度を180℃以下に抑えたいとの要請があるが、この場合において、ステータ107やロータ108の温度を図8の温度測定点A、B、C、Dで計測すると、図9の表に示す結果となり、ロータ108の表面温度は約208℃にまで上昇する。従って、図7の発電機101の冷却構造では、ロータ108の表面温度を180℃以下に抑えることができないことから、ステータ107やロータ108などの温度上昇が、発電出力の向上を制限する要因の一つとなっていた。
【0012】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、コイルが樹脂で固定されたステータの内部温度や、かかるステータの中空部に介挿されたロータの表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる回転電機の冷却構造を提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
また、上述した課題を解決するために成された請求項1に係る発明は、ケーシングと、前記ケーシングに収装されるとともに積層板の歯の間に介在するコイルを樹脂で固定したステータと、前記ステータの中空部に介挿されたロータと、前記ステータのハウジングの両縁端部を前記ケーシングの内壁に密着させることにより前記ステータのハウジングと前記ケーシングの内壁の間に形成されたジャケット空間と、前記ジャケット空間に介在するとともに前記ステータのハウジングに周設された複数の放熱フィンと、前記ケーシングに設けられるとともに前記ジャケット空間に連通した冷媒供給口と、を有する回転電機の冷却構造において、前記ステータは、前記コイルの曲折部を前記樹脂で固めることにより、前記ハウジングの両縁端部から張り出して形成された樹脂フランジ部と、前記樹脂フランジ部に周設された突縁部と、前記ハウジングの両縁端部と前記樹脂フランジ部の突縁部により、前記樹脂フランジ部の周面に形成される溝と、前記ハウジングの両縁端部に設けられることにより、前記ジャケット空間と前記樹脂フランジ部の周面とを連通させた冷媒通過口と、を備える一方、前記ケーシングは、前記ステータの樹脂フランジ部の周面から流下する冷媒を外部に排出させる冷媒排出口を備えること、を特徴としている。
【0017】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載する回転電機の冷却構造であって、前記ステータは、前記ハウジングの各放熱フィンの間隙を列設させた冷媒通路を備え、前記冷媒通路が前記冷媒通過口を結んだ直線上に列置したこと、を特徴としている。
また、請求項3に係る発明は、請求項2に記載する回転電機の冷却構造であって、前記ステータの冷媒通路を前記ステータのハウジングの最頂部に設ける一方、前記ケーシングの冷媒供給口を前記ケーシングの底面部に設けたこと、を特徴としている。
【0018】
また、請求項4に係る発明は、 請求項1乃至請求項3のいずれか一つに記載する回転電機の冷却構造であって、前記ケーシングの冷媒供給口に取り付けたオリフィスを備えたこと、を特徴としている。
【0019】
このような特徴を有する本発明の回転電機の冷却構造においては、ケーシングの冷媒供給口からジャケット空間に冷媒が送り込まれると、ジャケット空間に介在する多数の放熱フィン、及び、かかる放熱フィンが周設されたステータのハウジングから、ジャケット空間の冷媒に放熱がなされる。そのため、ステータの内部では、熱伝導などにより、コイル、樹脂、積層板からハウジングに熱が移動し、同時に、ステータとロータとの間でも、熱伝達などにより、ロータの表面からステータに熱が移動する。
【0020】
そして、本発明の回転電機の冷却構造では、ジャケット空間の冷媒は、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を介して、ステータの樹脂フランジ部の周面に送り込まれる。そのため、ステータの樹脂フランジ部の周面から冷媒に放熱がなされるので、ステータの樹脂フランジ部の内部では、熱伝導などにより、コイルから周面に熱が移動する。この点、ステータの樹脂フランジ部の内部には、コイルの曲折部が存在して、コイルの導線が密集しており、さらに、コイルの導線(例えば、銅線など)の熱伝導率が一般的に高いことから、コイルを介して、ステータの内部の多量の熱が周面に移動する。従って、これに伴い、ステータとロータとの間でも、熱伝達などにより、ロータの表面からステータに多量の熱が移動する。
【0021】
尚、ステータの樹脂フランジ部の周面上の冷媒は、周面から熱を奪いながら、周面の突縁部に沿って周面を流下するとともに、ケーシングの底面部へ流れ落ちて、ケーシングの冷媒排出口から外部に排出される。
【0022】
すなわち、本発明の回転電機の冷却構造においては、ケーシングの冷媒供給口を介して、ジャケット空間に送り込まれた冷媒に対し、ジャケット空間に介在する多数の放熱フィン、及び、かかる放熱フィンが周設されたステータのハウジングから放熱がなされるが、それに加えて、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を介して、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面に送り込まれた冷媒に対し、ステータの樹脂フランジ部の周面から放熱がなされており、この点、ステータの樹脂フランジ部の内部では、コイルを介して、ステータの内部の多量の熱が周面に移動し、これに伴い、ステータとロータとの間でも、ロータの表面からステータに多量の熱が移動するので、コイルが樹脂で固定されたステータの内部温度や、かかるステータの中空部に介挿されたロータの表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる。
【0023】
また、本発明の回転電機の冷却構造において、ステータのハウジングの各放熱フィンの間隙を列設させた冷媒通路を備えて、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を結んだ直線上に、かかる冷媒通路を列置させれば、ジャケット空間に送り込まれた冷媒に対し、冷媒通路に沿って冷媒通過口に向かう流れを形成させることができるので、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面に冷媒をスムーズに送り込ませることが可能となる。
【0024】
さらに、このとき、ステータの冷媒通路をステータのハウジングの最頂部に設ける一方、ケーシングの冷媒供給口をケーシングの底面部に設ければ、ケーシングの冷媒供給口を介して、ジャケット空間に送り込まれた冷媒は、先ず、ジャケット空間の最低部から最頂部に流動した後に、ステータのハウジングの最頂部に設けられた冷媒通路に沿って流れ、次に、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を介して、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面の最頂部に送り込まれた後に、ステータの樹脂フランジ部の周面を流れ落ちていくので、ステータのハウジングと樹脂フランジ部の周面に対して、流動する冷媒を有効に行き渡らせることができる。
【0025】
また、本発明の回転電機の冷却構造において、ケーシングの冷媒供給口に取り付けたオリフィスを備えれば、ジャケット空間、ひいては、ステータの樹脂フランジ部の周面に送り込まれる冷媒の流量を調整することが可能となるので、オリフィスを介して、ステータの樹脂フランジ部の周面の突縁部から冷媒が溢れ出ることを確実に防止できる。
【0026】
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載する回転電機の冷却構造であって、前記ロータがガスタービンエンジンで回転されること、を特徴としている。
【0027】
すなわち、本発明の回転電機の冷却構造において、ロータがガスタービンエンジンで回転されるものであると、ロータの高速回転などにより、ステータの内部温度やロータの表面温度が著しく高くなる傾向にあるので、上述した効果を大きく発揮することができる。
【0028】
尚、本発明の回転電機の冷却構造を具備する回転電機には、発電機、電動機などがある。
【0029】
【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にして説明する。本実施の形態の回転電機の冷却構造は、従来技術の欄で説明した図7の発電機101の冷却構造において、主に、ステータ107を改造したものである。従って、本実施の形態の回転電機の冷却構造を具備する発電機の概要は、従来技術の欄で説明した図7の発電機101と同じであるので、その詳細な説明は省略する。また、従来技術の欄で使用した図7〜図8の符号は、本欄の説明においても使用するものとする。
【0030】
図1に示すように、本実施の形態の回転電機の冷却構造を具備する発電機1では、ステータ107において、ハウジング109の両縁端部110から張り出したコイル105の曲折部11を樹脂106により真空状態で固めることによって、樹脂フランジ部12が形成されており、さらに、樹脂フランジ部12の周端には、突縁部13が周設されている。従って、樹脂フランジ部12の周面17は、ハウジング109の両縁端部110と樹脂フランジ部12の突縁部13により、溝状になっている。
【0031】
また、ステータ107のハウジング109の円筒外周面には、複数の放熱フィン112の各々が所謂「C」字状に形成されているが、ここでは、図2の平面図に示すように、ステータ107のハウジング109の円筒外周面の最頂部において、各放熱フィン112の間隙を列設させた冷媒通路15を設けている。さらに、ステータ107のハウジング109の両縁端部110には、かかる冷媒通路15の延長線上において、冷媒通過口14が設けられており、そのため、Oリング132は、かかる冷媒通過口14の上を架け渡された状態となり、また、ジャケット空間111と樹脂フランジ部12の周面17は連通状態となる(図1参照)。
尚、ステータ107のハウジング109の円筒外周面の中央に形成された放熱フィン112において、その幅が大きいのは、ステータ107のハウジング109の剛性を大きくするためである。
【0032】
一方、図1に示すように、ケーシング102の底面部には冷媒供給口113が設けられているが、ここでは、オリフィス16を嵌装することにより、ジャケット空間111に送り込む冷媒の流量を調整している。
【0033】
従って、発電機1が具備する本実施の形態の回転電機の冷却構造(以下、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」という)においては、図1に示すように、ケーシング102の冷媒供給口113からジャケット空間111に冷媒が送り込まれると、ジャケット空間111に介在する多数の放熱フィン112、及び、かかる放熱フィン112が周設されたステータ107のハウジング109から、ジャケット空間111の冷媒に放熱がなされる。そのため、ステータ107の内部では、熱伝導などにより、コイル105、樹脂106(図3参照)、積層珪素鋼板103からハウジング109に熱が移動し、同時に、ステータ107とロータ108との間でも、熱伝達などにより、ロータ108の表面からステータ107に熱が移動する。
【0034】
そして、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」では、図1に示すように、ジャケット空間111の冷媒は、ステータ107のハウジング109の両端縁部110の冷媒通過口14を介して(図2参照)、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17に送り込まれる。そのため、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から冷媒に放熱がなされるので、ステータ107の樹脂フランジ部12の内部では、熱伝導などにより、コイル105から周面17に熱が移動する。この点、ステータ107の樹脂フランジ部12の内部には、コイル105の曲折部11が存在して、コイル105の導線が密集しており、さらに、コイル105の導線(例えば、銅線など)の熱伝導率が一般的に高いことから、コイル105を介して、ステータ107の内部の多量の熱が周面17に移動する。従って、これに伴い、ステータ107とロータ108との間でも、熱伝達などにより、ロータ108の表面からステータ107に多量の熱が移動する。
【0035】
従って、発電機1において、例えば、ロータ108の回転数を60000rpm以上にして50kWの運転をする場合に、ステータ107やロータ108の温度を図3の温度測定点A、B、C、Dで計測すると(従来技術の欄で説明した図8と同じ)、図4の表に示す結果となり、従来技術の欄で説明した図7の発電機101の冷却構造と比べ、ステータ107の内部における樹脂106の温度やロータ108の表面温度は低くなる。特に、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」では(図1参照)、ロータ108の表面温度の上昇は約180℃で止まることになり、ロータ108の回転数を60000rpm以上にして50kWの運転をする場合の要請(指標の一例として、ロータ108の表面温度を約180℃以下にすること)を満たすことができる。
【0036】
尚、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17の上の冷媒は、周面17から熱を奪いながら、周面17の突縁部13に沿って周面17を流下するとともに、ケーシング102の底面部へ流れ落ちて、ケーシングの潤滑油排出口131(本実施の形態では、「冷媒排出口」に相当するもの)から外部に排出される。
【0037】
すなわち、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」においては、図1に示すように、ケーシング102の冷媒供給口113を介して、ジャケット空間111に送り込まれた冷媒に対し、ジャケット空間111に介在する多数の放熱フィン112、及び、かかる放熱フィン112が周設されたステータ107のハウジング109から放熱がなされるが、それに加えて、ステータ107のハウジング109の両端縁部110の冷媒通過口14を介して(図2参照)、ジャケット空間111からステータ107の樹脂フランジ部12の周面17に送り込まれた冷媒に対し、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から放熱がなされており、この点、ステータ107の樹脂フランジ部12の内部では、コイル105を介して、ステータ107の内部の多量の熱が周面17に移動し、これに伴い、ステータ107とロータ108との間でも、ロータ108の表面からステータ107に多量の熱が移動するので、従来技術の欄で説明した図7の発電機101の冷却構造と比べ、コイル105が樹脂106(図3参照)で固定されたステータ107の内部温度や、かかるステータ107の中空部に介挿されたロータ108の表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる(図4参照)。
【0038】
また、「本実施の形態の発電機1」の冷却構造では、図2に示すように、ステータ107のハウジング109の各放熱フィン112の間隙を列設させた冷媒通路15を備えるとともに、ステータ107のハウジング109の両端縁部110の冷媒通過口14を結んだ直線上に、かかる冷媒通路15を列置させており、ジャケット空間111(図1参照)に送り込まれた冷媒に対し、冷媒通路15に沿って冷媒通過口14に向かう流れを形成させることができるので、ジャケット空間111(図1参照)からステータ107の樹脂フランジ部12の周面17に冷媒をスムーズに送り込ませることが可能となる。
【0039】
さらに、ここでは、図2の平面図で示すように、ステータ107の冷媒通路15をステータ107のハウジング109の最頂部に設ける一方、図1に示すように、ケーシング102の冷媒供給口113をケーシング102の底面部に設けており、ケーシング102の冷媒供給口113を介して、ジャケット空間111に送り込まれた冷媒は、先ず、ジャケット空間111の最低部から最頂部に流動した後に、ステータ107のハウジング109の最頂部に設けられた冷媒通路15(図2参照)に沿って流れ、次に、ステータ107のハウジング109の両端縁部110の冷媒通過口14(図2参照)を介して、ジャケット空間111からステータ107の樹脂フランジ部12の周面17の最頂部に送り込まれた後に、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17を流れ落ちていくので、ステータ107のハウジング109と樹脂フランジ部12の周面17に対して、流動する冷媒を有効に行き渡らせることができる。
【0040】
また、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」では、図1に示すように、ケーシング102の冷媒供給口113に嵌装させたオリフィス16を備えており、ジャケット空間111、ひいては、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17に送り込まれる冷媒の流量を調整することが可能となるので、オリフィス16を介して、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17の突縁部13から冷媒が溢れ出ることを確実に防止できる。
【0041】
また、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」においては、ロータ108がガスタービンエンジンで回転されるものであり、ロータ108の高速回転などにより、ステータ107の内部温度やロータ108の表面温度が著しく高くなる傾向にあるので、上述した効果を大きく発揮することができる。
【0042】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」では、図5に示すように、ステータ107のハウジング109の異なる放熱フィン112の間は溝状であるが、条件によっては、図6に示すように、ステータ107のハウジング109の異なる放熱フィン112の間を大きく設ければ、運転時のステータ107の内部温度やロータ108の表面温度の上昇をより抑える効果を、さらに大きく発揮できることがある。
【0043】
また、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」においては、ロータ108がガスタービンエンジンで回転されるものであったが、コイル105が樹脂106で固定されたステータ107の内部温度や、かかるステータ107の中空部に介挿されたロータ108の表面温度について、運転時の温度上昇をより抑える観点からするならば、ロータ108の駆動源をガスタービンエンジンに限る必要はない。
【0044】
また、発電機1が具備する本実施の形態の回転電機の冷却構造は、発電機だけでなく、電動機などにも具備させることは可能であり、この場合でも、同様な効果を得ることができる。
【0045】
また、「本実施の形態の発電機1の冷却構造」においては、図1に示すように、ステータ107のハウジング109の両端縁部110の冷媒通過口14を介して(図2参照)、ジャケット空間111からステータ107の樹脂フランジ部12の周面17に送り込まれた冷媒に対し、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から放熱がなされたものであったが、例えば、ジャケット空間111とは無関係に、冷媒がステータ107の樹脂フランジ部12の周面17へ直接に送り込まれることにより、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から放熱がなされるものであってもよい。
【0046】
このような発電機1の冷却構造でも、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17の冷却により、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から放熱がなされるので、ステータ107の樹脂フランジ部12の内部では、熱伝導などにより、コイル105から周面17に熱が移動する。この点、上述したように、ステータ107の樹脂フランジ部12の内部には、コイル105の曲折部11が存在して、コイル105の導線が密集しており、さらに、コイル105の導線(例えば、銅線など)の熱伝導率が一般的に高いことから、コイル105を介して、ステータ107の内部の多量の熱が周面に移動する。従って、これに伴い、ステータ107とロータ108との間でも、熱伝達などにより、ロータ108の表面からステータに多量の熱が移動する。
【0047】
従って、このような発電機1の冷却構造においても、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17の冷却により、ステータ107の樹脂フランジ部12の周面17から放熱がなされており、この点、上述したように、ステータ107の樹脂フランジ部13の内部では、コイル105を介して、ステータ107の内部の多量の熱が周面17に移動し、これに伴い、ステータ107とロータ108との間でも、ロータ108の表面からステータ107に多量の熱が移動するので、コイル105が樹脂106で固定されたステータ107の内部温度や、かかるステータ107の中空部に介挿されたロータ108の表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる。
【0048】
【発明の効果】
本発明の回転電機の冷却構造においては、ステータの樹脂フランジ部の周面の冷却により、ステータの樹脂フランジ部の周面から放熱がなされており、この点、ステータの樹脂フランジ部の内部では、コイルを介して、ステータの内部の多量の熱が周面に移動し、これに伴い、ステータとロータとの間でも、ロータの表面からステータに多量の熱が移動するので、コイルが樹脂で固定されたステータの内部温度や、かかるステータの中空部に介挿されたロータの表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる。
【0049】
また、本発明の回転電機の冷却構造においては、ケーシングの冷媒供給口を介して、ジャケット空間に送り込まれた冷媒に対し、ジャケット空間に介在する多数の放熱フィン、及び、かかる放熱フィンが周設されたステータのハウジングから放熱がなされるが、それに加えて、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を介して、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面に送り込まれた冷媒に対し、ステータの樹脂フランジ部の周面から放熱がなされており、この点、ステータの樹脂フランジ部の内部では、コイルを介して、ステータの内部の多量の熱が周面に移動し、これに伴い、ステータとロータとの間でも、ロータの表面からステータに多量の熱が移動するので、コイルが樹脂で固定されたステータの内部温度や、かかるステータの中空部に介挿されたロータの表面温度について、運転時の温度上昇をより抑えることができる。
【0050】
また、本発明の回転電機の冷却構造において、ステータのハウジングの各放熱フィンの間隙を列設させた冷媒通路を備えて、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を結んだ直線上に、かかる冷媒通路を列置させれば、ジャケット空間に送り込まれた冷媒に対し、冷媒通路に沿って冷媒通過口に向かう流れを形成させることができるので、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面に冷媒をスムーズに送り込ませることが可能となる。
【0051】
さらに、このとき、ステータの冷媒通路をステータのハウジングの最頂部に設ける一方、ケーシングの冷媒供給口をケーシングの底面部に設ければ、ケーシングの冷媒供給口を介して、ジャケット空間に送り込まれた冷媒は、先ず、ジャケット空間の最低部から最頂部に流動した後に、ステータのハウジングの最頂部に設けられた冷媒通路に沿って流れ、次に、ステータのハウジングの両端縁部の冷媒通過口を介して、ジャケット空間からステータの樹脂フランジ部の周面の最頂部に送り込まれた後に、ステータの樹脂フランジ部の周面を流れ落ちていくので、ステータのハウジングと樹脂フランジ部の周面に対して、流動する冷媒を有効に行き渡らせることができる。
【0052】
また、本発明の回転電機の冷却構造において、ケーシングの冷媒供給口に取り付けたオリフィスを備えれば、ジャケット空間、ひいては、ステータの樹脂フランジ部の周面に送り込まれる冷媒の流量を調整することが可能となるので、オリフィスを介して、ステータの樹脂フランジ部の周面の突縁部から冷媒が溢れ出ることを確実に防止できる。
【0053】
また、本発明の回転電機の冷却構造において、ロータがガスタービンエンジンで回転されるものであると、ロータの高速回転などにより、ステータの内部温度やロータの表面温度が著しく高くなる傾向にあるので、上述した効果を大きく発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機の断面図である。
【図2】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機のステータの平面図である。
【図3】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機のステータの断面図であって、温度測定点を示した図である。
【図4】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機において、運転時の温度測定の結果を示した表である。
【図5】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機において、ステータのハウジングの放熱フィンを示した断面図である。
【図6】本発明の回転電機の冷却構造を具備する発電機において、ステータのハウジングの放熱フィンのその他の一例を示した断面図である。
【図7】従来技術の回転電機の冷却構造を具備する発電機の断面図である。
【図8】従来技術の回転電機の冷却構造を具備する発電機のステータの断面図であって、温度測定点を示した図である。
【図9】従来技術の回転電機の冷却構造を具備する発電機において、運転時の温度測定の結果を示した表である。
【符号の説明】
1 発電機
11 ステータのコイルの曲折部
12 ステータの樹脂フランジ部
13 ステータの樹脂フランジ部の突縁部
14 ステータのハウジングの両縁端部の冷媒通過口
15 ステータのハウジングの冷媒通路
16 オリフィス
17 ステータの樹脂フランジ部の周面
102 ケーシング
103 ステータの積層珪素鋼板
104 ステータの積層珪素鋼板の歯
105 ステータのコイル
106 ステータの樹脂
107 ステータ
108 ロータ
109 ステータのハウジング
110 ステータのハウジングの両縁端部
111 ジャケット空間
112 ステータのハウジングの放熱フィン
113 ケーシングの冷媒供給口
131 ケーシングの冷媒排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling structure for a rotating electrical machine that rotates a rotor in a gas turbine engine or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a rotating electric machine that rotates a rotor with a gas turbine engine, for example, there is a
[0003]
In this respect, as shown in FIG. 8, the
[0004]
On the other hand, the
[0005]
Further, the
[0006]
Then, by connecting the front end of the
However, at this time, since there is a possibility that the lubricating oil cannot be effectively fed by the wind pressure due to the high speed rotation of the
[0007]
Therefore, the mist of the lubricant injected from the
[0008]
Further, the liquid lubricating oil injected from the
[0009]
Therefore, in the
[0010]
Therefore, in the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0012]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the internal temperature of the stator in which the coil is fixed with resin, and the surface temperature of the rotor inserted in the hollow portion of the stator, It aims at providing the cooling structure of the rotary electric machine which can suppress the temperature rise at the time of a driving | operation more.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
Moreover, the claim made | formed in order to solve the subject mentioned above 1 The invention according to the present invention includes a casing, a stator that is accommodated in the casing and interposed between the teeth of the laminated plate and fixed with resin, a rotor that is inserted in a hollow portion of the stator, A jacket space formed between the housing of the stator and the inner wall of the casing, and an outer periphery of the stator housing are provided by bringing both end portions of the housing into close contact with the inner wall of the casing. In the cooling structure of the rotating electrical machine having a plurality of heat radiation fins and a coolant supply port provided in the casing and communicating with the jacket space, the stator is formed by solidifying the bent portion of the coil with the resin. A resin flange formed to protrude from both edge ends of the housing; Shaped portion A groove formed on the peripheral surface of the resin flange portion by the projecting edge portion provided on the peripheral edge of the housing, the both end portions of the housing and the projecting edge portion of the resin flange portion, The casing includes a coolant passage port that is provided at both edge ends of the housing to allow the jacket space and the peripheral surface of the resin flange portion to communicate with each other. On the other hand, the casing has a periphery of the resin flange portion of the stator. It is characterized by having a refrigerant discharge port for discharging the refrigerant flowing down from the surface to the outside.
[0017]
Claims 2 The invention according to
Claims 3 The invention according to claim 2 A cooling structure for a rotating electric machine according to
[0018]
Claims 4 The invention according to
[0019]
In the cooling structure for a rotating electrical machine of the present invention having such a feature, when the refrigerant is fed into the jacket space from the refrigerant supply port of the casing, a large number of radiating fins interposed in the jacket space and the radiating fins are provided around the jacket space. Heat is dissipated from the stator housing thus formed to the refrigerant in the jacket space. Therefore, inside the stator, heat is transferred from the coil, resin, and laminated board to the housing due to heat conduction, and at the same time, heat is transferred from the rotor surface to the stator due to heat transfer between the stator and the rotor. To do.
[0020]
In the cooling structure for a rotating electric machine according to the present invention, the refrigerant in the jacket space is sent to the peripheral surface of the resin flange portion of the stator through the refrigerant passage ports at both ends of the stator housing. Therefore, heat is radiated to the refrigerant from the peripheral surface of the resin flange portion of the stator, and heat moves from the coil to the peripheral surface by heat conduction or the like inside the resin flange portion of the stator. In this respect, the bent portion of the coil exists inside the resin flange portion of the stator, the coil conductors are densely packed, and the thermal conductivity of the coil conductor (for example, copper wire) is general. Therefore, a large amount of heat inside the stator moves to the peripheral surface via the coil. Accordingly, along with this, a large amount of heat is transferred from the rotor surface to the stator between the stator and the rotor by heat transfer or the like.
[0021]
The refrigerant on the peripheral surface of the resin flange portion of the stator flows down the peripheral surface along the protruding edge portion of the peripheral surface while taking heat away from the peripheral surface, and then flows down to the bottom surface portion of the casing. It is discharged to the outside through the discharge port.
[0022]
That is, in the cooling structure for a rotating electric machine according to the present invention, a large number of radiating fins interposed in the jacket space, and such radiating fins are provided around the refrigerant sent into the jacket space via the refrigerant supply port of the casing. In addition to that, heat is released from the stator housing, and in addition to the refrigerant sent from the jacket space to the peripheral surface of the resin flange portion of the stator through the refrigerant passage ports at both ends of the stator housing, Heat is dissipated from the peripheral surface of the resin flange portion of the stator.In this respect, inside the resin flange portion of the stator, a large amount of heat inside the stator moves to the peripheral surface via the coil. Even between the stator and the rotor, a large amount of heat moves from the rotor surface to the stator. The surface temperature of the rotor interposed in the hollow portion of such stators, can be suppressed more the temperature rise during operation.
[0023]
Further, in the rotating electrical machine cooling structure of the present invention, comprising a refrigerant passage in which the gaps of the respective radiating fins of the stator housing are arranged in a row, on a straight line connecting the refrigerant passage ports at both ends of the stator housing, By arranging the refrigerant passages in a row, a flow toward the refrigerant passage port along the refrigerant passage can be formed for the refrigerant sent into the jacket space, so that the peripheral surface of the resin flange portion of the stator from the jacket space It is possible to smoothly feed the refrigerant into the tank.
[0024]
Further, at this time, if the refrigerant passage of the stator is provided at the topmost portion of the housing of the stator, and the refrigerant supply port of the casing is provided at the bottom surface portion of the casing, it is fed into the jacket space via the refrigerant supply port of the casing. The refrigerant first flows from the lowest part of the jacket space to the highest part, and then flows along a refrigerant passage provided at the highest part of the stator housing. Next, the refrigerant passes through the refrigerant passage ports at both end edges of the stator housing. Through the outer space of the resin flange portion of the stator from the jacket space, and then flows down the peripheral surface of the resin flange portion of the stator. The flowing refrigerant can be distributed effectively.
[0025]
Further, in the rotating electrical machine cooling structure according to the present invention, if an orifice attached to the refrigerant supply port of the casing is provided, the flow rate of the refrigerant fed into the jacket space and consequently the peripheral surface of the resin flange portion of the stator can be adjusted. Therefore, it is possible to reliably prevent the refrigerant from overflowing from the projecting edge portion of the peripheral surface of the resin flange portion of the stator via the orifice.
[0026]
Claims 5 The invention according to
[0027]
That is, in the cooling structure for a rotating electrical machine according to the present invention, if the rotor is rotated by a gas turbine engine, the internal temperature of the stator and the surface temperature of the rotor tend to be remarkably increased due to high-speed rotation of the rotor. The effect mentioned above can be exhibited greatly.
[0028]
The rotating electrical machine having the rotating electrical machine cooling structure of the present invention includes a generator, an electric motor, and the like.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The cooling structure of the rotating electrical machine according to the present embodiment is mainly a modification of the
[0030]
As shown in FIG. 1, in the
[0031]
Further, each of the plurality of radiating
The reason why the width of the
[0032]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the bottom surface of the
[0033]
Therefore, in the cooling structure of the rotating electrical machine of the present embodiment provided in the generator 1 (hereinafter referred to as “the cooling structure of the
[0034]
In the “cooling structure of the
[0035]
Therefore, when the
[0036]
The refrigerant on the
[0037]
That is, in the “cooling structure of the
[0038]
Further, in the cooling structure of “the
[0039]
Further, here, as shown in the plan view of FIG. 2, the
[0040]
Further, in the “cooling structure of the
[0041]
In the “cooling structure of the
[0042]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the “cooling structure of the
[0043]
Further, in the “cooling structure of the
[0044]
In addition, the cooling structure of the rotating electrical machine of the present embodiment provided in the
[0045]
Further, in the “cooling structure of the
[0046]
Even in such a cooling structure of the
[0047]
Therefore, even in such a cooling structure of the
[0048]
【The invention's effect】
In the cooling structure of the rotating electric machine of the present invention, heat is dissipated from the peripheral surface of the resin flange portion of the stator by cooling the peripheral surface of the resin flange portion of the stator. A large amount of heat inside the stator moves to the peripheral surface via the coil. Along with this, a large amount of heat also moves between the stator and the rotor from the rotor surface to the stator, so the coil is fixed with resin. With respect to the internal temperature of the stator and the surface temperature of the rotor inserted in the hollow portion of the stator, a temperature increase during operation can be further suppressed.
[0049]
In the rotating electrical machine cooling structure of the present invention, a large number of radiating fins interposed in the jacket space and the radiating fins are provided around the refrigerant sent to the jacket space via the refrigerant supply port of the casing. In addition to that, heat is released from the stator housing, and in addition to the refrigerant sent from the jacket space to the peripheral surface of the resin flange portion of the stator through the refrigerant passage ports at both ends of the stator housing, Heat is dissipated from the peripheral surface of the resin flange portion of the stator.In this respect, inside the resin flange portion of the stator, a large amount of heat inside the stator moves to the peripheral surface via the coil. Even between the stator and the rotor, a large amount of heat is transferred from the rotor surface to the stator. That the surface temperature of the rotor interposed in the hollow portion of the stator can be suppressed more the rise in temperature during operation.
[0050]
Further, in the rotating electrical machine cooling structure of the present invention, comprising a refrigerant passage in which the gaps of the respective radiating fins of the stator housing are arranged in a row, on a straight line connecting the refrigerant passage ports at both ends of the stator housing, By arranging the refrigerant passages in a row, a flow toward the refrigerant passage port along the refrigerant passage can be formed for the refrigerant sent into the jacket space, so that the peripheral surface of the resin flange portion of the stator from the jacket space It is possible to smoothly feed the refrigerant into the tank.
[0051]
Further, at this time, if the refrigerant passage of the stator is provided at the topmost portion of the housing of the stator, and the refrigerant supply port of the casing is provided at the bottom surface portion of the casing, it is fed into the jacket space via the refrigerant supply port of the casing. The refrigerant first flows from the lowest part of the jacket space to the highest part, and then flows along a refrigerant passage provided at the highest part of the stator housing. Next, the refrigerant passes through the refrigerant passage ports at both end edges of the stator housing. Through the outer space of the resin flange portion of the stator from the jacket space, and then flows down the peripheral surface of the resin flange portion of the stator. The flowing refrigerant can be distributed effectively.
[0052]
Further, in the rotating electrical machine cooling structure according to the present invention, if an orifice attached to the refrigerant supply port of the casing is provided, the flow rate of the refrigerant fed into the jacket space and consequently the peripheral surface of the resin flange portion of the stator can be adjusted. Therefore, it is possible to reliably prevent the refrigerant from overflowing from the projecting edge portion of the peripheral surface of the resin flange portion of the stator via the orifice.
[0053]
Further, in the rotating electrical machine cooling structure of the present invention, if the rotor is rotated by a gas turbine engine, the internal temperature of the stator and the surface temperature of the rotor tend to be remarkably increased due to high-speed rotation of the rotor. The effect mentioned above can be exhibited greatly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a generator having a cooling structure for a rotating electric machine according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a stator of a generator having a rotating electrical machine cooling structure according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a stator of a generator having a cooling structure for a rotating electric machine according to the present invention, showing temperature measurement points.
FIG. 4 is a table showing the results of temperature measurement during operation of a generator having a cooling structure for a rotating electrical machine according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing heat dissipating fins of a stator housing in a generator having a cooling structure for a rotating electrical machine according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the radiating fins of the stator housing in the generator having the cooling structure for the rotating electric machine according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a generator having a cooling structure for a rotating electrical machine according to the prior art.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a stator of a generator equipped with a cooling structure for a rotating electric machine according to the prior art and showing temperature measurement points.
FIG. 9 is a table showing a result of temperature measurement during operation in a generator having a cooling structure for a rotating electric machine according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 generator
11 Bent part of stator coil
12 Stator resin flange
13 Stud edge of resin flange of stator
14 Refrigerant passage port at both end portions of stator housing
15 Refrigerant passage of stator housing
16 Orifice
17 Peripheral surface of resin flange of stator
102 casing
103 Laminated silicon steel sheet for stator
104 Stator of laminated silicon steel sheet for stator
105 Stator coil
106 Stator resin
107 Stator
108 rotor
109 Stator housing
110 Ends of both edges of stator housing
111 Jacket space
112 Radiation fin of stator housing
113 Refrigerant supply port of casing
131 Casing refrigerant outlet
Claims (5)
前記ステータは、
前記コイルの曲折部を前記樹脂で固めることにより、前記ハウジングの両縁端部から張り出して形成された樹脂フランジ部と、
前記樹脂フランジ部に周設された突縁部と、
前記ハウジングの両縁端部と前記樹脂フランジ部の突縁部により、前記樹脂フランジ部の周面に形成される溝と、
前記ハウジングの両縁端部に設けられることにより、前記ジャケット空間と前記樹脂フランジ部の周面とを連通させた冷媒通過口と、を備える一方、
前記ケーシングは、
前記ステータの樹脂フランジ部の周面から流下する冷媒を外部に排出させる冷媒排出口を備えること、
を特徴とする回転電機の冷却構造。 A casing, a stator that is housed in the casing and that is interposed between the teeth of the laminated plate and fixed with resin, a rotor that is inserted in a hollow portion of the stator, and both edges of the stator housing A jacket space formed between the housing of the stator and the inner wall of the casing by close contact with the inner wall of the casing, and a plurality of radiating fins interposed in the jacket space and provided around the stator housing And a cooling structure for a rotating electric machine having a refrigerant supply port provided in the casing and communicated with the jacket space ,
The stator is
A resin flange portion formed by projecting from both edge ends of the housing by hardening the bent portion of the coil with the resin ;
A protruding edge portion provided around the resin flange portion ;
A groove formed on a peripheral surface of the resin flange portion by both edge ends of the housing and a protruding edge portion of the resin flange portion;
While being provided at both edge ends of the housing, the refrigerant passage port that communicates the jacket space and the peripheral surface of the resin flange portion,
The casing is
Comprising a refrigerant discharge port for discharging the refrigerant flowing down from the peripheral surface of the resin flange portion of the stator to the outside;
A cooling structure for a rotating electrical machine.
前記ステータは、
前記ハウジングの各放熱フィンの間隙を列設させた冷媒通路を備え、
前記冷媒通路が前記冷媒通過口を結んだ直線上に列置したこと、
を特徴とする回転電機の冷却構造。A cooling structure for a rotating electrical machine according to claim 1 ,
The stator is
A refrigerant passage in which gaps between the heat radiating fins of the housing are arranged in a row,
The refrigerant passages are arranged on a straight line connecting the refrigerant passage ports ;
A cooling structure for a rotating electrical machine.
前記ステータの冷媒通路を前記ステータのハウジングの最頂部に設ける一方、前記ケーシングの冷媒供給口を前記ケーシングの底面部に設けたこと、を特徴とする回転電機の冷却構造。A cooling structure for a rotating electrical machine according to claim 2,
A cooling structure for a rotating electric machine, wherein a cooling medium passage of the stator is provided at an uppermost part of a housing of the stator, and a cooling medium supply port of the casing is provided at a bottom part of the casing .
前記ケーシングの冷媒供給口に取り付けたオリフィスを備えたこと、を特徴とする回転電機の冷却構造。A cooling structure of a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3,
A cooling structure for a rotating electric machine, comprising an orifice attached to a refrigerant supply port of the casing .
前記ロータがガスタービンエンジンで回転されること、を特徴とする回転電機の冷却構造。A cooling structure of a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 4,
A cooling structure for a rotating electrical machine, wherein the rotor is rotated by a gas turbine engine .
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