JPH0279749A - ヒートパイプおよび立軸回転電機の固定子冷却装置 - 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〕 との発明は、ヒートパイプに係り、特に軸方向を水平に
設置して熱輸送を行うことができるヒートパイプの構成
並びにこのヒートパイプを応用した立軸回転電機の固定
子冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ヒートパイプは、第４図に示すような構成を有
する。すなわち、第４図に示すヒートパイプは、蒸発が
可能な作動液Ｒを封入するパイプ状容器１０と、この容
器１０の内面全体に装着した毛細管作用を有する物質も
しくは構造体からなるウィック１２とから構成される。

このように構成されたヒートバイブは、加熱部１４にお
いて外部より熱Ｈが加わると、作動液Ｒは気化して蒸気
■となり、断熱部１６を経由して冷却部１８へ移動し、
ここでＷｌ熱ＬＨを放出して液化する。このようにして
、冷却部１８にＮＭされる作Ｅｌｓ液Ｒは、ウィック１
２の毛細管作用によって加熱部１４へ還流する。従って
、ヒートパイプは、前述した加熱・冷却のサイクルが繰
り返し行われて、高温部（加熱部１４）から低温部（冷
却部１８）へ連続的に熱輸送が行われる。また、この種
のヒートパイプの構成として、第４図に示すものにおい
て、ウィツク１２を省略した構成からなるものも採用さ
れており、この場合作動液Ｒの還流は加熱部１４と冷却
部１８の液面の高低差によって生じるよう構成配置され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、前述した構成からなる従来のヒートパイプに
つき、軸方向を水平に設置して使用した場合、ヒートバ
イブ内の作動液Ｒの液面はその軸直角断面において第５
図および第６図に示すようになる。すなわち、第５図に
示すウィック１２を省略した構成では、ヒートパイプの
全周に加わる熱Ｈの伝熱抵抗は、作動液Ｒに接する面と
接し７ない面とで大きく異なる。例えば、作動液Ｒと接
する面では、容ａ１０の半径方向の厚み分の熱伝導を介
するだけで熱Ｈが作動液Ｒに伝達されるのに対し、作動
液Ｒに接しない面では、容器１０の周方向に沿っての熱
伝導を経て熱Ｈが作動液Ｒに伝達されるため、熱伝導に
よる伝熱抵抗が極端に大きくなるという欠点がある。こ
のような問題点を改善するため、作動液Ｒの封入量を多
くして液面を上昇させれば、容器１０の熱伝導距離が短
縮されると共に作動液Ｒと接する面積も増加することか
ら、沸騰における伝熱抵抗を低減することが可能である
が、反面蒸気■の通路面積が減少するため熱輸送量が制
限され、効率が低下する難点がある。

また、第６図に示すウィック１２を全面的に装着した構
成では、容器１０の全周面に作動液Ｒが接するため、前
述したような熱伝導による伝熱抵抗の不均一は生じない
が、ウィック１２の伝熱抵抗が加わるため、ヒートパイ
プの下部における作動液Ｒの液溜り部分では第５図に示
す構成のものより伝熱抵抗が大きくなる欠点がある。

そこで、本発明の目的は、軸方向を水平にして設置し使
用することができるヒートパイプにおいて、ヒートパイ
プの周方向での伝熱抵抗が不均一となるのを改善し、受
熱部全体での伝熱抵抗を小さくすることができるヒート
パイプを得ると共に、このヒートパイプを応用してより
効率的かつ経済的な運転を行うことができる立軸回転電
機の固定子冷却装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るヒートパイプは、軸方向を水平にして設置
し使用するよう構成したヒートパイプにおいて、作動液
を封入した容器の作動液の液溜りとなる内面を除き、前
記容器の作動液の液面より上部内面に対しウィックを部
分的に設けてこれを装着し、前記ウィックの両端部を作
動液の液面に浸漬させることを特徴とする。

前記のヒートパイプにおいて、容器の上下面を対称的に
扁平形状とすることにより、」二下面が平行な平面を有
する発熱体に対するヒートパイプの通用を可能とするこ
とができる。

また、固定子鉄心に設けたスリットに固定子巻線を収納
すると共に固定子鉄心に半径方向に延在する通風ダクト
を設け、固定子枠に設けた別置電動ファンにより冷却風
を前記固定子巻線の巻線端に接触させた後界磁極の両端
から進入させて各通風ダクトを経て循環させるよう構成
した立軸回転電機の固定子冷却装置において、固定子鉄
心のダクト内に半径方向に指向させて前述した扁平形状
からなるヒートパイプを挿着し、該ヒートパイプの加熱
部を固定子鉄心の内径側に位置させると共に冷却部を固
定子鉄心外径より突出させて放熱させるよう構成するこ
とにより、有効な固定子冷却装置を実現することができ
る。

〔作用〕

本発明に係るヒートパイプによれば、作動液を封入した
容器の内面に対し、作動液の液溜りより上部にウィック
を設け、このウィックの両端部を前記作動液の液面に浸
漬させ、前記液溜りと接する容器内面にはウィックを設
けない構成とすることにより、容器全体に対し伝熱抵抗
を略均−化すると共に伝熱抵抗を極めて小さくすること
ができる。

また、前記構成からなるヒートパイプにおいて、容器の
上下面を対称的に扁平形状とすることによって、互いに
平行する平面からなる発熱間隙に対して挿着する場合に
、伝熱効率を向上することができる。

従って、このような扁平形状からなるヒートパイプを使
用して、これを立軸回転電機の固定子冷却装置として構
成することにより、固定子に発生する各種損失熱を有効
に分散して固定子全体の均温冷却を迅速に達成すること
ができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係るヒートパイプの実施例につき、添付
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係るヒートパイプの一実施例を示す要
部断面図である。なお、説明の便宜上第１図に示す従来
のものと同一の構成部分には同一の参照符号を付して説
明する。

第１図に示す実施例において、容器１０は従来のヒート
パイプと同様に構成される。しかるに、本実施例におい
ては、容器１０の内面に装着するウィック１２を、上部
に限定して設け、このウィック１２の両端部１２ａ、１
２ｂが容器１０内に封入した液溜りを形成している作動
液Ｒに接するよう構成配置したことを特徴とするもので
ある。

このように構成したヒートパイプは、高温部において容
器１０の下部に加わった熱Ｈは、容器１０の熱伝導を介
して作動液Ｒに伝達される。

これにより、作動液Ｒは、容器１０の内壁面で沸騰して
蒸気Ｖとなり、低温部へ移動し、低温部で凝縮して液化
した後液面の高低差により高温部へ還流する。また、高
温部において容器１０の上部に加わった熱Ｈは、容器１
０の熱伝導を介してウィック１２内に浸潤した作動液Ｒ
に伝達される。これにより、ウィック１２内の作動液Ｒ
は、沸騰して蒸気Ｖとなって、前記と同様に低温部へ移
動する。この場合、ウィック１２内には、下部の液溜り
から常に作動液Ｒが毛細管作用により供給されるため、
ウィック１２を装着した部分においても、前述したよう
に作動液Ｒの沸騰、蒸気移動、凝縮、還流が繰り返し行
われる。従って、本発明のヒートパイプによれば、容器
の下部において熱伝導距離を短縮し作動液の液溜り部分
での伝熱抵抗を増加させることな（作動液の沸騰および
凝縮を行うことができると共に、容器の上部においてウ
ィックによる作動液の沸騰面積の増大を図ることができ
る。

第２図および第３図は、本発明に係るヒートパイプの別
の実施例とその応用に関するものである。すなわち、本
実施例は、立軸回転電機の固定子冷却装置として応用し
た場合の構成を示す。第２図および第３図において、参
照符号２゜はヒートパイプ、２２は固定子鉄心、２４は
固定子巻線をそれぞれ示す。一般に、固定子鉄心２２に
は、冷却ダクトが設けられると共に固定子巻線２４が収
納されており、同一平面からなる前記冷却ダクト内に複
数のヒートパイプ２゜を挿着し、その一端部を発熱源に
対応する固定子鉄心２２の内径側に位置させ、他端部を
固定子鉄心２２の外径より突出させて放熱を行うよう構
成する。なお、立軸回転電機においては、−数的に、固
定子鉄心に設けたスリットに固定子巻線を収納すると共
に、固定子鉄心に半径方向に延在する通風ダクトを設け
、前記固定子鉄心の外周部に空気冷却器を設け、さらに
固定子枠に別置電動ファンを設けることによって、前記
電動ファンによって起生ずる冷却風を前記固定子巻線の
巻線端に接触させた後界磁極の両端から進入させて各通
風ダクトを経て空気冷却器に至るよう循環させる固定子
の冷却方式が採用される。従って、このように構成され
る立軸回転電機の固定子に前述したヒートバイブ２０を
設けることにより、固定子鉄心および固定子巻線の均温
化が容易となることから、別置電動ファンによる冷却風
の風量も最少限に設定することができ、別置電動ファン
の小形化およびその所要電力の低減化を実現することが
できる。

しかるに、本実施例において、ヒートパイプ２０は、冷
却ダクト内に形成される固定子鉄心２２．２２とダクト
ピース２６．２６によって囲まれた長方形断面の空間内
に挿通配置することから、その形状は扁平な断面長円形
に構成する（第３図参照）。そこで、このように扁平な
形状とした場合のヒートパイプの構成は、基本的に前述
した第１図に示す実施例の構成と同一である。すなわち
、ヒートパイプ２０の容器１０の下部における固定子鉄
心２２との当接部分を除き、容器１０の内面にウィック
１２を装着し、このウィック１２の両端部１２ａ、１２
ｂが容器１０内に封入した液溜りを形成している作動液
Ｒに浸漬されるよう構成する。

このように構成した本実施例のヒートパイプは、固定子
鉄心２２と固定子巻線２４の発熱が、扁平構造の上下面
に加わり、上面においてはウィック１２内の作動液Ｒを
、また下部においては液溜りの作動液Ｒをそれぞれ小さ
な伝熱抵抗で沸騰させることができ、冷却部への熱輸送
を効率よく達成することができるため、極めて冷却効率
の高い立軸回転電機の固定子冷却装置を構成することが
できる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
ヒートパイプを構成する容器の内面において、封入され
た作動液の液溜りとなる部分にはウィックを装着するこ
となく、作動液の液面より上部にウィックを装着するこ
とにより、作動液の液溜りに対する伝熱抵抗を増加させ
ることなく作動液を沸騰させることができると共に、ウ
ィックを装着した部分についての作動液の沸騰面積の増
加によって、ヒートバイブ全体としての伝熱抵抗を大幅
に低減することができ、この種ヒートパイプの性能の向
上に資する効果は極めて大きい。

また、本発明に係るヒートパイプを使用して立軸回転電
機の固定子冷却装置を構成することにより、固定子鉄心
および固定子巻線の軸方向に対する均温化を効率的に達
成することができ、これにより固定子巻線に発生する銅
損および漂遊負荷損、固定子鉄心に発生する鉄損等の固
定子鉄心部分に生じる各種損失熱を有効かつ低コストに
冷却することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明はこの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種々の設計変更をなし得るこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートパイプの一実施例を示す縦
断面図、第２図および第３図は本発明に係るヒートパイ
プの別の実施例であって立軸回転電機の固定子冷却装置
への応用を示し、第２図はヒートパイプの取付状態説明
図、第３図は第２図の■−■線断面図、第４図は従来の
ヒートパイプの側断面図、第５図は従来のヒートパイプ
の変形例を示す縦断面図、第６図は第４図に示すヒート
パイプの縦断面図である。 １０、　、　、容器　　　　　　１２．、、ウィック１
４、　、　、加熱部　　　　　１６．、、断熱部１８、
、、冷却部　　　　　２０．、、ヒートパイプ２２、、
、固定子鉄心　　　２４．、、固定子巻線２６、、、ダ
クトピース　　Ｒ０１６作動液Ｈ１０，熱　　　　　　
　ν５２．蒸気Ｌ）１．、、潜熱

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸方向を水平にして設置し使用するよう構成した
   ヒートパイプにおいて、作動液を封入した容器の作動液
   の液溜りとなる内面を除き、前記容器の作動液の液面よ
   り上部内面に対しウィックを部分的に設けてこれを装着
   し、前記ウィックの両端部を作動液の液面に浸漬させる
   ことを特徴とするヒートパイプ。
2. （２）容器の上下面を対称的に扁平形状としてなる請求
   項１記載のヒートパイプ。
3. （３）固定子鉄心に設けたスリットに固定子巻線を収納
   すると共に固定子鉄心に半径方向に延在する通風ダクト
   を設け、固定子枠に設けた別置電動ファンにより冷却風
   を前記固定子巻線の巻線端に接触させた後界磁極の両端
   から進入させて各通風ダクトを経て循環させるよう構成
   した立軸回転電機の固定子冷却装置において、固定子鉄
   心のダクト内に半径方向に指向させて請求項２記載のヒ
   ートパイプを挿着し、該ヒートパイプの加熱部を固定子
   鉄心の内径側に位置させると共に冷却部を固定子鉄心外
   径より突出させて放熱させるよう構成することを特徴と
   する立軸回転電機の固定子冷却装置。