JPH0613370U - 高速回転電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 非接触軸受により支持されたシヤフト３１に
固定されたロータ３と、シャフト３１の一方の端面３２
に開口し軸方向に伸びる同心状の冷却孔３３と、冷却孔
３３の中に挿入された冷媒供給管８と、冷媒供給管８の
先端部付近で径方向に放射状に貫通する複数の小径の噴
出孔８１を設けた高速回転電機の冷却装置である。 【効果】 冷媒供給管とシャフトの間での摩擦による発
熱や摩耗が極めて小さくなり、振動の発生も防止でき、
安定した冷却作用をもたらす高速回転電機の冷却装置を
提供できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ターボファン等の高速回転機械を駆動する高速回転電機の冷却装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、高速回転電機は高速回転時の軸受における摩擦を低減するため、ロータ を支持しているシャフトをロータの両側で磁気軸受によって非接触状態で支持し ている。そのため、ロータから発生する損失熱はロータおよびシャフトの表面か ら空気を介して冷却されることになり、冷却効率が悪いので、ロータの周囲に冷 却液を通した冷却管を配置したり、冷却空気を強制的にロータに吹きつけたりし て、ロータを冷却しているものがある。 また、ロータを支持しているシャフトの中心に軸方向に冷却孔を設け、その中 に冷却水管を装入し、軸受等の支持部材によって冷却水管を冷却孔の中に支持し 、外部から冷却水管を通して冷却水を冷却水管の先端から冷却孔の中に排出し、 ロータ部分を直接冷却して、熱を吸収した冷却水を冷却水管の外側を通してシャ フトの外に排出するものが開示されている（例えば、実公昭４４−１２４８１号 、特公昭４９−２５５６１号）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、前者の構成では、ロータと冷却空気との熱伝達係数が小さく、冷却 能力に限界が生じて回転電機の出力密度を大きく上げることができなかった。 また、後者の構成では、冷却水管がシャフトの冷却孔の中に支持部材を介して 支持されているため、シャフトが高速回転すると、支持部材における摩擦による 発熱が大きくなり、支持部材が摩耗したり、シャフトの間で焼き付きを起こした り、振動が発生したりするという欠点があった。 本考案は、冷却管とシャフトを非接触で支持して、安定した冷却作用をもたら す高速回転電機の冷却装置を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、非接触軸受により支持されたシヤフトに固定されたロータと、前記 シャフトの一方端面に開口し軸方向に伸びる同心状の冷却孔と、前記冷却孔の中 に挿入された冷媒供給管と、前記冷媒供給管に接続された冷媒供給装置とを備え た高速回転電機の冷却装置において、前記冷媒供給管の先端をノズル状に形成し 、かつ先端部付近で径方向に放射状に貫通する複数の小径の噴出孔を設けたもの である。

【０００５】

【作用】

先端部付近に径方向に放射状に貫通する複数の噴出孔を設けた冷媒供給管をシ ャフトに設けた冷却孔に挿入してあるので、冷媒供給装置から冷媒を冷媒供給管 に供給すると、冷媒供給管に設けた噴出孔から冷媒が径方向に噴出して冷却孔の 内面に当たり、冷媒供給管が冷媒の噴出圧力によって流体軸受と同様に支持され 、冷媒供給管と冷却孔との間の間隙が維持される。一方、冷媒供給管の先端のノ ズル部からは、軸方向に主冷媒が冷却孔に噴出する。 したがって、冷媒供給管と冷却孔の内壁とが直接接触することなく、シャフト が高速回転でき、摩擦による発熱や摩耗がなく、振動の発生も生じることなくロ ータを効果的に冷却することができる。

【０００６】

【実施例】

本考案を図に示す実施例について説明する。 図１はターボファンを駆動する高速モータに本考案を適用した場合の実施例を 示す側断面図で、中空円筒状のフレーム１の内側にステータ２を設け、ステータ ２の内側に空隙を介してロータ３を設けてある。ステータ２の軸方向の両側でフ レーム１の内側にラジアル磁気軸受４、４’およびスラスト磁気軸受５を固定し 、ロータ３を固定したシャフト３１を非接触で支持してある。フレーム１の両端 面にはブラケット１１、１２を設け、補助軸受１３を介して停止時のシャフト３ １を支持するようにしてある。シャフト３１には一方の端面３２に開口し、ロー タ３の固定部にまで軸方向に伸びる同心状の冷却孔３３を設けてある。また、シ ャフト３１の両端にはインペラ６、６’を固定し、インペラ６、６’を囲むケー シング７、７’をそれぞれブラケット１１、１２に固定してある。 冷却孔３３の中には冷却孔３３の内周との間に隙間ができる冷媒供給管８を挿 入し、冷媒供給管８の先端をノズル８２状に形成すると共に、ロータ３の固定部 付近まで挿入される冷媒供給管８の一方の先端部付近には複数の径方向に放射状 に貫通する複数の、直径が０．５〜１ｍｍ程度の径の小さい噴出孔８１を設けて ある。冷媒供給管８の他方端はほぼ９０度曲げられてケーシング７に固定され、 図示しない冷媒供給装置に接続してある。インペラ６の端面には冷却孔３３の外 周を囲む排出管９を設け、ケーシング７に固定して図示しない冷媒タンクに接続 してある。排出管９の端面はインペラの端面に設けたリング状の溝６１の中に挿 入されて、メカニカルシールを形成している。 高速モータを運転する時は、冷媒供給装置から冷却水、冷却空気やフロン等の 冷媒を所定の圧力をもって冷媒供給管８に供給し、冷媒供給管８の先端孔８２か ら冷媒の主流が排出されると共に、先端部付近に設けた噴出孔８１から冷媒の副 流を噴出させる。そうすると、冷媒は冷却孔３３の内壁に吹きつけられ、冷媒供 給管８を冷媒の噴出圧力によって支持して冷媒供給管８と冷却孔３３との間の間 隙を維持すると共に、高温のロータから熱を奪って気化し、冷却孔３３に沿って 軸端に向かい、排出管９を通って排出される。

【０００７】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、冷媒の冷媒供給管は、シャフトと非接触 に保持されており、冷媒供給管の先端部付近に設けた噴出孔から噴出する冷媒を 冷却孔内面に当てて冷却するので、冷媒供給管とシャフトの間での摩擦による発 熱や摩耗がなく、振動も発生することなく、安定した冷却作用をもたらす高速回 転電機の冷却装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１ フレーム ２ ステータ ３ ロータ ３１ シャフト ３２ 端面 ３３ 冷却孔 ４、４’ラジアル磁気軸受 ５ スラスト磁気軸受 ６、６’ インペラ ７、７’ ケーシング ８ 冷媒供給管 ８１ 噴出孔 ８２ ノズル ９ 排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 太田 雅治 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触軸受により支持されたシヤフトに
   固定されたロータと、前記シャフトの一方端面に開口し
   軸方向に伸びる同心状の冷却孔と、前記冷却孔の中に挿
   入された冷媒供給管と、前記冷媒供給管に接続された冷
   媒供給装置とを備えた高速回転電機の冷却装置におい
   て、前記冷媒供給管の先端をノズル状に形成し、かつ先
   端部付近で径方向に放射状に貫通する複数の小径の噴出
   孔を設けたことを特徴とする高速回転電機の冷却装置。