JP7298415B2

JP7298415B2 - コイルエンド冷却構造

Info

Publication number: JP7298415B2
Application number: JP2019172025A
Authority: JP
Inventors: 潤一佐藤
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: JP2021052445A

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。

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）。

特開２０１６－５２３００９号公報特開２０１５－２１１５４３号公報特開２０１９－４１４８７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（ａ）は本発明のコイルエンド冷却構造の態様例を示した斜視図、（ｂ）は当該態様例の平面図。図１の態様例における冷却油の流れを示す解析結果。（ａ）は従来のコイルエンド冷却構造の態様例における熱伝達率の分布の解析結果、（ｂ）は図１の態様例における熱伝達率の分布を示す解析結果。（ａ）は従来のコイルエンド冷却構造の態様例を示した正面図、（ｂ）は当該態様例の油冷ダクトを示した拡大正面図、（ｃ）は当該態様例の斜視図、（ｄ）は当該態様例の正面図。図４の態様例における冷却油の流れを示す解析結果。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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の端面上部側における前記固定子とフレームとの間から冷却油を流下させて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当該固定子の軸方向に沿って前記コイルエンドカバーの本体部側に当該固定子の端面から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。
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ことを特徴とする請求項１に記載のコイルエンド冷却構造。
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ことを特徴とする請求項２に記載のコイルエンド冷却構造。
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ことを特徴とする請求項３に記載のコイルエンド冷却構造。
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当該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ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコイルエンド冷却構造。