JPH02294248A - 回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転電気機械に関するものであり、更に詳し
くいえば、回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機械に
関するものである。

本発明は高トルク直流電動機と、変速かご形誘導電動機
と、同相巻線電動機（Ｉｎ　ｐｈａｓｅ−ｗｏｕｎｄＩ
Ｉｏｔｏｒ　）と、高滑り電動機と、起動一停止を頻雑
に行う電動機とに使用できる。

（従来の技術） 閉じられて、液状伝熱媒体が部分的に充されている伝熱
管として機能する中空軸に回転子が取付けられている電
気機械が知られている（ＤＥ，Ａ，１，９２８，３５８
）。回転子が取付けられている軸の一部が伝熱媒体の蒸
発領域である。回転子の両側に配置されている軸部分が
伝熱蒸気の移動領域および凝縮領域である。軸の全ての
部分の内面が円筒形状に製作され、軸の全長にわたって
等しい半径を有する。電気機械は運転中に回転子が加熱
される。その熱の作用で液状伝熱媒体を蒸発し、軸の端
部と蒸発領域の両側に設けられている凝縮領域へ移動す
る。その凝縮領域において蒸気は凝縮させられ、放出さ
れた熱は外部へ捨てられる。したがって、回転子の回転
中に発生された遠心力の作用で、軸の内部空間内に伝熱
媒体の閉回路の流れが生じて、遠心伝熱管の原理を基に
して熱を捨てる。

公知の構造においては、伝熱管の伝熱媒体凝縮領域、す
なわち、凝縮領域における軸の内面と、外部へ熱を捨て
る領域、すなわち、凝縮領域内の袖の外面との面積が狭
く、その外に凝縮領域内の軸の壁が十分に厚い。このよ
うな従来の電気機械のそれらの欠点のために従来の電気
機械の伝熱管の熱伝導性が制約される。

また、フレームを備え、そのフレームはそれの中心線に
沿って配置された回転子を内部に受ける固定子を有する
、回転子冷却用の遠心伝熱管を有する電気機械も知られ
ている（ＳＵ，Ａ，６７８．５９９）。伝熱管の態禄で
製作されて、軸受によりフレーム中に固定された中空軸
に回転子が取付けられる。軸のうち、回転子の近くに配
置されている部分が、伝熱管を部分的に充している伝熱
媒体の蒸発領域および伝熱媒体の蒸気の移動領域として
機能する。軸のその部分の内面は円筒形状に製作され、
それの半径は軸の全長に４つたって等しい。軸のうち、
回転子の外側に配置されている別の部分は伝熱媒体の蒸
気の凝縮領域として機能し、かつ円錐台形状に製作され
る。その円錐台形の長い方の底面が回転子に面し、外面
にひれが設けられる。それらのひれは短い底面から長い
底面へ向って高さが低くなる可変高さの長手方向のひだ
の態様で製作される。それらのひれには、円錐台形の短
い底面においてひだの外面を囲む案内環が設けられる。

この公知の電気機械においては、伝熱媒体蒸気の凝縮領
域の凝縮と外部との熱交換が行われる表面の面積が小さ
く、その結果として回転子の冷却性能が低い。したがっ
て、遠心伝熱管により冷却される電気機械の電力定格範
囲が制限される。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、伝熱媒体蒸気が凝縮する表面の面積と放熱す
る外面の面積を大幅に増大するように伝熱管を設計する
ことにより、電気機械の冷却効率が高く、より大きな電
力定格の電気機械を冷却できる、回転子冷却用遠心伝熱
管を有する電気機械を得ることを目的とするものである
。

（課題を解決するための手段および作用）この目的は、
固定子を内部に装若するフレームを備え、このフレーム
は、軸受を介してフレームの壁内に固定されている中空
軸に取付けられている回転子を固定子の中心線に沿って
、間隙をおいて受け、中空軸は伝熱管の態様で製作され
、中空軸のうち、回転子の近くに配置され、内面が円筒
形状に製作されている１つの部分が、伝熱管を部分的に
充している伝熱媒体の蒸発領域として機能し、かつ伝熱
蒸気の移動領域として機能し、中空軸のうち、回転子の
外側に配置されている別の部分が伝熱蒸気の凝縮領域と
して機能する、回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機
械において、伝熱蒸気の凝縮領域として機能する中空軸
の部分は複数の管で構成され、それらの管の端部のうち
、中空軸に組合わされている円板の貫通穴の中に固定さ
れている一方の側の端部が開かれて、伝熱蒸気の移動領
域に面し、管の他方の端部は閉じられていて、フレーム
の外側に配置される、回転子冷却用遠心伝熱管を有する
電気機械により達成される。

本発明の電気機械には、フレームの外側に配置されてい
る管の端部を囲み、フレームに固定される穴あき外囲器
を設けることが望ましい。

この電気機械の一実施例においては、各管の横断面は環
状とすることができる。

この電気機械の別の実施例においては、各管の横断面は
長円形とすることが好ましい。

熱伝導率を高くするために、各管は高熱伝導率の材料で
製作すると有利である。

放熱する外面を広くするためには、管には複数の板を設
け、それらの板を管の長さ全体にわたって、管の中心線
に垂直な平面内に互いに順次向き合って配置し、各板に
は穴を設け、それらの穴を管が貫通して、それらの穴の
中に管を固定することが望ましい。

管の内面における伝熱媒体蒸気を流す諸条件を改善する
ために、中空軸の部分に円板を固定し、中空軸の内面を
円筒形状に製作し、その内面を伝熱蒸気の移動領域とし
て機能させることが好ましい。

電気機械の全体の寸法を小さくし、回転子の熱損失が軸
受に及ぼす影響を最小にするために、中空軸の一部の内
側に円仮を固定し、その軸の内面を円筒形状に製作し、
それを伝熱媒体蒸気の移動領域として機能させると有利
である。

液相の伝熱媒体が蒸発領域から管の内面へ洩れることを
無くすためには、円板に設けられている穴を同心円に沿
って配置し、周辺の円の穴の中に固定されている管を中
空軸の内面からある距離の所に取付けると有利である。

管内に凝縮する伝熱媒体の量を減少し、管から蒸発領域
への放出を容易にするためには、各管の長手軸と中空軸
の長手軸が鋭角を成すように管を円板に取付け、フレー
ムの外側に配置されている管の端部を中空軸の長手軸に
対して傾斜させると便利である。

各管の端部を個々に閉じられると有利である。

永久ガスが熱伝導に及ぼす影響を小さくするためには、
管の端部をそれに取付けられているヘッダにより閉じ、
それの壁の１つに管を通すための穴を設け、前記ヘッダ
の内部空間を管の内部空間に通じさせると最も有利であ
る。

本発明により熱交換表面を３倍にし、熱伝導効率を２倍
にすることが可能となる。それにより回転子と固定子の
温度を大幅に低くできると同時に、電気機械の効率を高
くできる。本発明により１１０〜１３２ｋＷの電力定格
の電気機械の回転子と固定子を冷却できる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

回転子冷却用の遠心伝熱管を有する本発明の電気機械は
、フレーム２の内部に設けられた固定子１（第１図）を
有する。その固定子１の内部に回転子３が固定子の中心
線に沿って、ある間隙をおいて受けられる。回転子３は
、伝熱管の態様で製作された中空軸４に取付けられる。

その中空軸４はフレーム２の壁中に軸受５，６により固
定される。中空軸４のうち、回転子３の近くに設けられ
ている部分７が、伝熱管を部分的に充している伝熱媒体
の蒸気の蒸発領域である。その部分７の内面は円筒形で
ある。中空軸４のうち、伝熱媒体蒸気の凝縮領域１１と
して機能する部分１０は複数の管１２で構成される。そ
れらの管は、中空軸４の部分７の端部に配置されている
円板３の穴の中に同軸状に設けられる。円板１３に固定
されている管１２の端部は開かれ、伝熱媒体蒸気の移動
領域９に面する。管１２のフレーム２外部に出ている端
部は個々に閉じられる。この電気機械には穴が設けられ
ている外囲器１４が設けられる。その外囲器１４はフレ
ーム２１に固定され、管１２のうちフレーム２の外部に
出ている部分を囲む。管１２には複数の板１５が設けら
れる。それらの板は、管１２の中心線に垂直な平面内で
、管１２の長さ全体にわたって、隣接する板の主面が互
いに向き合う状態で配置される。

円板１３に設けられる穴の配置は異ならせることができ
る。第１図と第２図は、直径がそれぞれｄ　ｔ　．ｄ　
２である穴の配置を示す。直径がｄ２である同心円の穴
の中に固定されている管１２は、中空軸４の内面からあ
る距離の所に配置される。

管１２は高熱伝導率の材料で製作され、それの横断面は
環状または長円形とすることができる。

この電気機械を小型にし、軸受６に対する回転子３の熱
損失の影響を最少限に抑えるために、円板１３（第３図
）は中空軸４の部分７の内側に設けられる。それの内面
は回転子３と軸受６の間で円筒形にされる。

管１２の内部に過大な量の伝熱媒体が凝縮しないように
し、かつ凝縮した伝熱媒体の管１２から伝熱媒体蒸発領
域８への除去を容易にするために、各管１２の中心線と
中空輔４の中心線が鋭角αを成すように管１２が設けら
れる（第４図）。管１２の閉じられている端部は中空軸
４の中心線に対して傾斜させられる。

熱伝達効率に対する永久ガスの影響を最小にするために
、管１２の端部が中空ヘッダ１６により閉じられる。そ
の中空ヘツダ１６の一方の壁には管１２を通す穴が設け
られる。それらの管の内部空間はヘッダ１６の内部空間
へ通じさせられる。

ヘツダ１６の反対側の壁に円錐形の軸線方向くぼみ１７
が設けられる。

次に本発明の電気機械の動作について説明する。

電気機械の運転中に回転子（第１図）が加熱され、その
熱は回転子から、伝熱管の蒸発領域８の中に含まれてい
る液状の伝熱媒体へ伝えられる。その熱を吸収した伝熱
媒体の一部は蒸発し、発生された蒸気は、管１２の内部
空間により形成されている凝縮領域内の圧力差のために
伝熱管に沿って動き、管１２の壁に凝縮してその壁に熱
を与える。

凝縮した伝熱媒体は、遠心力の作用によって、管１２の
内面のうち、中空軸４の中心線から最も離れている部分
に集められて、そこから中空軸４の円管而に沿って流れ
て蒸発領域８へ戻される。したがって、回転子３の内部
で熱損失が起ると、遠心伝熱管の内部に伝熱媒体の閉じ
た循環流が生ずる。

管１２の端部がヘツダ１６によりふさがれている場合に
は（第５図）、伝熱管内に形成された永久カスがヘツダ
１６の空間内に集められる。この場合には、管１２の全
面が伝熱に用いられる。

（発明の効果） 電気機械の冷却目的およびそれの出カ定格範囲の拡大目
的は、伝熱媒体蒸気が凝縮する内面と、放熱を行う外面
とを大幅に広《する小径の段数の管１２の伝熱媒体蒸気
の凝縮領域１１　（第１図）を設けたこと、およびそれ
らの表面がらの熱伝熱率を高くしたことにより達成され
る。

多数の小径管１２の内部空間により形成された凝縮領域
１１の全表面は、直径が管１２より大きい１本の円管の
横断面より｛＝］倍（２〜３倍）も広くできる。

そのような構造の伝熱管を電力定格５５ｋＷのかご形誘
導電動機に用いると、固定子巻線の温度　　　１２・・
・伝熱管、１３・・・円板、１４・・・外囲器、を３０
℃、かご形回転子の温度を９０℃だけ低く　　　１５・
・・円板、１６・・・ヘッダ、１７・・・ヘッダの壁の
できると同時に、効率を０．５％だけ高《できる。　　
１つに設けられたくぼみ。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転子冷却用の遠心伝熱管を有する本発明の電
気機械の全体図、第２図は管が固定されている円板を示
す断面図、第３図は、内面が円筒形状に製作され、伝熱
媒体蒸気の移動領域として機能する、中空軸の一部の内
部に円板が設けられた本発明の電気機械の一実施例の部
分断面図、第４図は、各伝熱管の中心線と中空軸の中心
線が鋭角を成すような、伝熱媒体蒸気の凝縮領域を有す
る伝熱管の部分断面図、第５図はヘッダを含む伝熱媒体
蒸気の凝縮領域を有する伝熱管の部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定子（１）を内部に装着するフレーム（２）を備
   え、このフレームは、軸受（５、６）を介してフレーム
   （２）の壁内に固定されている中空軸（４）に取付けら
   れている回転子（３）を固定子の中心線に沿って、間隙
   をおいて受け、中空軸（４）は伝熱管の態様で製作され
   、中空軸（４）のうち、回転子（３）の近くに配置され
   、内面が円筒形状に製作されている１つの部分（７）が
   、伝熱管を部分的に充している伝熱媒体の蒸発領域（８
   ）として機能し、かつ伝熱蒸気の移動領域（９）として
   機能し、中空軸（４）のうち、回転子（３）の外側に配
   置されている別の部分（１０）が伝熱蒸気の凝縮領域（
   １１）として機能する、回転子冷却用遠心伝熱管を有す
   る電気機械において、伝熱蒸気の凝集領域（１１）とし
   て機能する中空軸（４）の部分（１０）は複数の管（１
   ２）で構成され、それらの管の端部のうち、中空軸（４
   ）に組合わされている円板（１３）の貫通穴の中に固定
   されている一方の側の端部が開かれて、伝熱蒸気の移動
   領域（９）に面し、管の他方の端部は閉じられて、フレ
   ーム（２）の外側に配置されることを特徴とする回転子
   冷却用遠心伝熱管を有する電気機械。 ２、請求項１記載の回転子冷却用遠心伝熱管を有する電
   気機械において、フレーム（２）の外側に配置されてい
   る管（１２）の端部を囲み、フレーム（２）に固定され
   る穴あき外囲器（１４）が設けられることを特徴とする
   回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機械。 ３、請求項１記載の回転子冷却用遠心伝熱管を有する電
   気機械において、各管（１２）の横断面は環状であるこ
   とを特徴とする回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機
   械。 ４、請求項１記載の回転子冷却用遠心伝熱管を有する電
   気機械において、各管（１２）の横断面は長円形である
   ことを特徴する回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機
   械。 ５、請求項１記載の回転子冷却用の遠心伝熱管を有する
   電気機械において、各管（１２）は高熱伝導率の材料で
   製作されることを特徴とする回転子冷却用遠心伝熱管を
   有する電気機械。 ６、請求項１〜５のいずれかに記載の回転子冷却用遠心
   伝熱管を有する電気機械において、管（１２）には複数
   の板（１５）が設けられ、それらの板は管（１２）の長
   さ全体にわたって、管（１２）の中心線に垂直な平面内
   に互いに順次向き合って配置され、各板（１５）には穴
   が設けられ、それらの穴を管（１２）が貫通して、それ
   らの穴の中に管（１２）が固定されることを特徴とする
   回転子冷却用遠心伝熱管を有する電気機械。 ７、請求項１〜６のいずれかに記載の回転子冷却用遠心
   伝熱管を有する電気機械において、中空軸（４）の部分
   （７）の端部に円板（１３）が固定され、中空軸の内面
   は円筒形状に製作され、中空軸は伝熱蒸気の移動領域（
   ９）として機能することを特徴とする回転子冷却用遠心
   伝熱管を有する電気機械。 ８、請求項１〜７のいずれかに記載の回転子冷却用遠心
   伝熱管を有する電気機械において、中空軸（４）の部分
   （７）に円板（１３）が固定され、中空軸の内面は円筒
   形状に製作され、その内面は伝熱蒸気の移動領域（９）
   として機能することを特徴とする回転子冷却用遠心伝熱
   管を有する電気機械。 ９、請求項１〜８のいずれかに記載の回転子冷却用遠心
   伝熱管を有する電気機械において、円板（１３）に設け
   られている穴が同心円に沿って配置され、周辺の円の穴
   の中に固定されている管（１２）は中空軸（４）の内面
   からある距離の所に取付けられることを特徴とする回転
   子冷却用遠心伝熱管を有する電気機械。 １０、請求項１〜９のいずれかに記載の回転子冷却用遠
   心伝熱管を有する電気機械において、各管の長手軸と中
   空軸（４）の長手軸が鋭角を成すように管（１２）が円
   板（１３）に取付けられ、フレーム（２）の外側に配置
   されている管（１２）の端部が中空軸（４）の長手軸に
   対して傾斜させられることを特徴とする回転子冷却用遠
   心伝熱管を有する電気機械。 １１、請求項１〜１１のいずれかに記載の回転子冷却用
   遠心伝熱管を有する電気機械において、各管（１２）の
   端部は個々に閉じられることを特徴とする回転子冷却用
   遠心伝熱管を有する電気機械。 １２、請求項１〜１０のいずれかに記載の回転子冷却用
   遠心伝熱管を有する電気機械において、管（１２）の端
   部はそれに取付けられているヘッダ（１６）により閉じ
   られ、それの壁の１つに管（１２）を通すための穴が設
   けられ、前記ヘッダの内部空間が管（１２）の内部空軸
   に通じさせられることを特徴とする回転子冷却用遠心伝
   熱管を有する電気機械。