JPH10504958A - モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明の課題は、冷却が損失熱の除去を保証し、不均等な熱配分をも許さない電機回転機械、特に高速回転モータの製造にある。モータはステータ（２）中の積層板（３）とケーシング（４）との間に冷却管路（５）を有する。ケーシング（４）内には冷却剤供給用接続部（６）と冷却剤排出用接続部（７）とを設けてある。ケーシングカバーの冷却には二相混合物の冷却剤が導入される。積層板（３）が熱をあらゆる方向に放散すると、全周縁部で連続的に気化が起こる。更にその上高速回転モータは第二冷却剤流を有する。接続部（８）からロータ冷却用のガス状の冷却剤が入る。積層板（３）の冷却管路（９）からこのガス状の冷却剤がロータ（１）と積層板（３）の間の空隙（１０）内へ案内される。このモータは出力が約２３０キロワットのとき回転数が分速１８０００回になる高速回転圧縮機である。モータ冷却剤としてはこの圧縮機のそれと同じ冷却剤、特にフレオンを使用すべきである。

Description

【発明の詳細な説明】 モータの冷却装置 この発明は電気回転機械、特に、積層板とケーシングとの間に冷却管路を融資 、ケーシング内に冷却剤供給・排出用接続部を有する三相非同期高速回転ギヤな しモータ用の冷却装置に関する。 モータでいう特別領域とは毎分１万回以上の回転数で回転する高速回転モータ である。このような高速回転の場合の技術上の問題は非常に大きく、回転数及び ／或いは出力が指数関数的に大きくなる。 回転数が毎分１８０００回転までで出力が１００キロワット以下のこの種の高 速回転機械の技術水準のものは直流工学である。しかしこれは長期にわたる運転 中にブラシがひどく消耗して高い費用がかかる。 臨界曲げ速度の達成は高速度回転モータの開発の際の解決課題の一つである。 モータ軸上の軸受間隔が短い程、臨界曲げ速度の達成は容易である。モータ軸を 可能な限り短くしたいという要請は他の全ての構造上の要請より下位になければ ならない。しかし軸受間隔を短くするとモータは緊密になり、それによって冷却 の問題はとてつもなく大きくなる。 実際に構造の長さは臨界曲げ速度の算定に基づいてきめられて、特別の対策に よって損失熱を補償しようとするのが通常である。その場合、構造部分の温度が 上昇するのはどうしても避けられず、使用される製作材料の使用限界に近づく。 この発明の課題は、高速回転モータの冷却によって損失熱の除去を保証し、不 均等な熱配分も起こさない電機回転機械、特に高速回転モータの製造にある。 この発明の電機回転機械の特徴は、冷却剤として二相混合物、特に液体とガス の凝集状態の有機冷却剤、特にフレオン（フロン）を使用し、ケーシング内に冷 却剤の供給・排出のための接続部を介して第二の冷却剤流をくつり、その冷却剤 はガス状の凝集状態の有機冷却剤、特にフレオンであり、ロータ冷却用の積層板 中の半径方向冷却管路からとり込むことができることにある。 この発明にして始めて、冷却設備用の高速回転圧縮機をギアなしで駆動するこ とが可能である。その場合電気駆動機械に追加の冷媒を使用する必要はない。 周知のように、冷却装置の運転にはクロロ・フルオロ・炭化水素含有量のために フレオン２２のような冷却剤、現在では一部がハロゲン化したフレオン134aであ る冷却剤が使用されるのは周知の通りである。 無論圧縮機の冷却にもこの冷却剤が使用される。 しかし、この冷却剤を電気機械の冷却に使用することは全く不明である。フレ オンは比熱量が水の僅か約五分の一しかないことを考えると軸冷却は事実上排熱 に寄与しない。 軸冷却を省略すると、低い軸受温度や、軸を介する均等な熱配分のような軸冷 却による利点も疑わしくなる。 しかしこの発明の冷却剤案内と冷却の幾何学的構成によってこの発明の課題は 解決される。 この発明の特別の構成によって冷却剤の二相混合物は６０〜７０％の水分相を 有する。 特にケーシング被覆部の冷却に使用される冷却剤の二相混合物にはいくつもの 長所がある。接続部より深いところにあるケーシング部分は液体相で満たされる 。積層板は熱をあらゆる方向に均等に発散するという前提の下に全周縁で連続的 気化が行われる。しかし、たとえば積層板から熱が供給される場合には冷却剤の 温度は全く変化しないで、気化効果があることも知られている。即ち二相混合物 のガス状の部分は常に上昇して且つ排熱するということである。 この発明の第二の冷却剤流はロータの領域からの排熱を確実にする。その場合 ガス状の冷却剤のみが使用される。 この発明の更に別の構成によれば、冷却剤の供給・排出のための接続部をケー シングの周縁に相互にずらして設ける。冷却管路の長さが長くなればなる程排熱 量は多くなることが判る。しかし機械の構造には脚部があるので、接続部を直径 上に向かい合わせに配置するのは極めて困難である。 この発明の特別な構成によれば、冷却剤を排出するための接続部をケーシング の頂点に設ける。その場合、冷却剤排出用接続部全部を一平面上に設けるのが有 利である。その上さらにガス状の冷却剤を電気機械の最高所から排出するのが好 都合であることはいうまでもない。 この発明の更に別の構成によれば、二相混合物を供給するための接続部を前記 の排出用接続部に対して約１２０度ずらして配置する。このような幾何学的配置 による冷却は積層板からの排熱が確実に保証されることが判明した。既述の通り これらの接続部より深い所にある領域は混合物の液体相で満たされる。 この発明の特別な構成によれば、ガス状の冷却剤を供給するための接続部を特 にモータの水平面においては排出用接続部に対して９０度ずらして設ける。この ような構成によって第二の冷却剤流の温度配分はケーシング冷却剤流の温度配分 に対して対称になる。 この発明を図示の一実施例について更に詳説する。 図１は一部を断面で示した機械であり、図２は周縁部に配設した接続部の構造 を示すものである。 図１にロータ１とステータ２を有する最高速回転三相非同期モータを示してあ る。このモータは冷却設備用高速回転圧縮機を直接、即ちギアなしで駆動するも のであり、約２３０キロワット出力時には分速１８０００回転に達する。モータ の冷却剤としては圧縮機の冷却剤と同じものが使用される。 冷却剤としてはフレオンを使用する。周知のように市販ではフリゲン（Frigen ）と称されていて、５６度版レンプ（Roempp）化学百科辞典１７４４頁以下に記 載されている安全冷却剤である。しかし水と比較して熱量の少ない多くの有機冷 却剤の使用が原理的に可能である。 構造荷重下で目標効率が９２％の場合２３０キロワットを出力する高速回転モ ータを考えた場合約１８キロワットの出力損失を補償しなければならない。 臨界曲げ速度に基づくモータの大きさはケーシングの直径が約４００ミリメー タであり、ケーシングの長さは約５４０ミリメータである。この極度に緊密なモ ータでは出力損失は前記の１８キロワットになる。これは対応する確実さで補償 されるのみではなく、個々の構造部分にわたる過熱点による不均等な熱配分を生 じさせてはならない。無論材料の許容温度を越えてはならない。 モータはステータ２の中の、積層板３とケーシング４の間に冷却管路５を有 する。ケーシング４には冷却剤供給用接続部６と冷却剤排出用接続部７を設けて ある。ケーシング被覆部を冷却するために二相混合物冷却剤を約２、７バールの 圧力で供給する。 図２では接続部６より低いモータ領域に冷却剤の液体相を充填する。 積層板３が熱をあらゆる方向へ均等に放散すると、全周縁で気化が連続して起 こる。そうするとガス状の冷却剤は接続部７から吸出される。熱移動量は周縁部 で一定している。 更にその上この高速回転モータは第二の冷却剤流を有する。接続部８からロー タ冷却用のガス状の冷却剤が約２、７バールで取り込まれる。鉄板３の冷却管路 ９を通ってこのガス状の冷却剤はロータ１と積層板３の間の空隙１０の内部へ案 内される。この冷却剤は接続部１１から排出される。 温度センサー１２によって冷却剤温度が感知される。その温度に基づいて機械 温度をよく知ることができる。 機械の頂点の接続部７と１１の配設と冷却剤供給のための約１２０度〜９０度 の接続部６、８の配設により良好な幾何学的冷却構造も算出される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １．積層板（３）とケーシング（４）の間に冷却管路（５）とケーシング（４） 内に冷却剤供給・排出用接続部（６：７）とを有する三相非同期高連回転ギヤな しモータ用の冷却装置であって、冷却剤として二相混合物としての液体とガスの 凝集状態のフレオンを使用する冷却装置において、ケーシング（４）内に更に別 に設けた冷却剤の供給・排出のための接続部（８、１１）から第二の冷却剤流を つくり、その冷却剤はガス状の凝集状態のフレオンであり、ロータ冷却用の積層 板（３）中の自体公知の半径方向冷却管路（９）から取り入れ可能にしたことを 特徴とする冷却装置。 ２．請求項１の冷却装置において、冷却剤の二相混合物は６０〜７０％の液体相 を有することを特徴とする冷却装置。 ３．請求項１または２の冷却装置において、冷却剤の供給・排出用の接続部（６ 、８、７、１１）をケーシング（４）の周縁部にずらして配設したことを特徴と する冷却装置。 ４．請求項１〜３のいずれか一の冷却装置において、冷却剤排出用接続部（７、 １１）をケーシングの頂点に設けたことを特徴とする冷却装置。 ５．請求項１〜４のいずれか一の冷却装置において、二相混合物供給用接続部（ ６）を排出用接続部（７）に対して約１２０度の角度だけずらして配設すること を特徴とする冷却装置。 ６．請求項１〜５のいずれか一の冷却装置において、ガス状冷却剤供給用接続部 （８）を特にモータの水平面上で排出用接続部（１１）に対して９０度だけずら して設けたことを特徴とする冷却装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気回転機械、特に、積層板とケーシングの間の冷却管路とケーシング内に 冷却剤供給・排出用接続部とを有する三相非同期高速回転ギヤなしモータ用の冷 却装置において、冷却剤として二相混合物、特に液体とガスの凝集状態の有機冷 却剤、特にフレオンを使用し、ケーシング（４）内に更に別に設けた冷却剤供給 ・排出用接続部（８、１１）を介して第二の冷却剤流をつくり、その冷却剤がガ ス状の凝集状態の有機冷却剤、特にフレオンであり、ロータ冷却用の積層板（３ ）中の半径方向冷却管路（９）から取り入れ可能であることを特徴とする冷却装 置。 ２．請求項１の冷却装置において、冷却剤の二相混合物は６０〜７０％の液体相 を有することを特徴とする冷却装置。 ３．請求項１または２の冷却装置において、冷却剤の供給・排出用の接続部（６ 、８、７、１１）をケーシング（４）の周縁部にずらして配設したことを特徴と する冷却装置。 ４．請求項１〜３のいずれか一の冷却装置において、冷却剤排出用接続部（７、 １１）をケーシングの頂点に設けたことを特徴とする冷却装置。 ５．請求項１〜４のいずれか一の冷却装置において、二相混合物供給用接続部（ ６）を排出用接続部（７）に対して約１２０度の角度だけずらして配設したこと を特徴とする冷却装置。 ６．請求項１〜５のいずれか一の冷却装置において、ガス状冷却剤供給用接続部 （８）を特にモータの水平面上で排出用接続部（１１）に対して９０度だけずら して設けたことを特徴とする冷却装置。