JPS60501834A - 液体冷却高速度同期機 - 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】 液体冷却高速度同期機 技術分野 本発明は、液体冷却高速度同期機に関するものであり、一層詳細には、ブラシ無 し発電機のような回転電気機械に関するものである。

背景技術 関連の可能性のある従来技術は、以下の米国特許。

すなわち、第３．ｔ、ｏｑ、１Ｉ２ｏ　；　４ｔ、２２６ｘｑ　；　ａ、ｂＢｔ 、３ｓ　；、２７２７．ＯｇＢ及び各／、３５！７ｇ９号である。

高速度、高出力の回転電気機械は、長年来効率を増頭させるために、電気構成部 材の液体冷却を使用している。種々の冷却方法が使用されているが、一般的に。

二種類がある。すなわち、一つは、拘束冷却方式であり、他は非拘束冷却方式で ある。

拘束冷却方式は、典型的には、冷却剤を装置を貫いて導くために、フィン、導管 、管及び同様のものを使用している。この方式は、冷却を与える間に、冷却剤と 、熱源との間に直接接触を許すことが無く、従って。

望まれるよりも、より少ない有効な熱伝達の結果となるという欠点を有している 。更に、使用される構造は。

必然的に複雑な機械的な配置を生じさせる。

非拘束冷却方式は、冷却剤と熱源との直接接触を許すので、増強された熱伝達を 有している。しかしながら、この方式は、典型的には５機械の運動部分の間のエ アギャップに入る冷却剤から生ずる高い抵抗損失を有している。その上１巻線の 上における高速度の冷却油の衝突から生ずる巻線の絶縁劣化があり得る。

本発明は、上述の種類の非拘束冷却方式において従来見い出されている困難を克 服しようとするものである。

発明の開示 本発明の主な目的は、新規で且つ改良された回転電気機械を得ることにあるもの である。

本発明のｌ実施例は、前述の目的を、ハウジングと。

ハウジング内部にあると共に巻線を設けられた電機子を含んでいる固定子と０回 転子受取り開口吉、ハウジングの内部に軸承されると共に電機子から第一のエア ギャップだけ周辺方向に間隔を置かれている回転子とを含んでいる回転電気機械 において達成するものである。回転子は１巻線を支持すると共に内部空胴を有し ている。静止要素がハウジングに取付けられると共に軸方向に空胴の中まで延び ている。少なくきも１個の巻線を含むと共に電機子を協同されている回転子巻線 附勢手段が、空胴の内部において回転子によって支持されると共に静止要素の放 射方向外部に支持されている。共同作用をする磁石手段が１回転子巻線のために 電流を発生させるために空胴の内部において静止要素の上に取付けられている。

回転巻線附勢接極子及び磁石手段は、第二のエアギャップによって分離されてお り、また、固定子巻線と熱交換関係にある第一の冷却剤通路が１回転子巻線と熱 交換関係にある第二の冷却剤通路として備えられている。障壁手段が、第一エア ギャップの中に固定子に隣接して配置され、固定子とエアギャップとの間に流体 の流れの分離を与え、また。

液体冷却剤を、（ａ）固定子と第一通路へ、（ｂ）回転子空胴と第二通路並びに 回転子巻線附勢手段へ供給するための手段が含まれている。最後に１回転子の上 に１機械の運転の間に第二エアギャップに冷却剤が入ることを阻止するための手 段が置かれている。

本発明のｌ実施例においては、この阻止手段は１回転子空胴の中の少なくとも７ 個の冷却剤排出口から成立って右り、これは、空胴の周辺の放射方向内方及び第 二エアギャップの放射方向外方に置かれている。

推奨実施形態においては、流体流れ分離手段は、固定子の一側に隣接している／ ％ウジングへの入口を含んでいるが、これは、第一エアギャップから障壁手段及 び前述の側と反対側の固定子の側並びに回転子空胴へ開口しているハウジングの 中の導管によって分離されている。

一層推奨すべき実施形態においては、静止要素の中に導管があり、また１回転子 と一諸に回転可能である移送管が９回転子と導管とを相互に連結している。噴霧 手段が、移送管の中に配置されており、冷却剤を回転子巻線附勢巻線及び協同さ れる一ｔ　ａ子へ向けるようにしている。

典型的には６回転子は、ハウジングの中に軸受によって１回転子の向き合ってい る端部において軸支されている。推奨実施形態においては、導管の一つは１．軸 受に隣接して少なくとも１個の開口を含んでおり、これにより、導管内の冷却剤 が、軸受を潤滑する。ため、に開口から出るようにする。

本発明の他の目的及び利点は、添附図面に基づく以下の説明から、明らかになる ものと信じられる。

図面の簡単な説明 第１図は１本発明によって作られた回転電気機械。

特に、ブラシ無し発電機の断面図； 第２図は、冷却剤を固定子巻線へ供給するための一つの手段を示している拡大部 与断面図；第３図は、潤滑剤を回転子によって支持された巻線へ供給するための 一つの手段を示す拡大部分断面図；第１図は、冷却剤を回転子巻線へ供給するた めの手段の変形を示す第３図と同様の図； 第Ｓ図は、冷却剤が軸受を潤滑し、しかも、エアギャップの中に入ることが防止 される手段を示す拡大図；図には１本発明によって作られたブラシ無し発電機の 形状の回転電気機械の７実施例が図示されているが。

第１図から、この機械は、一般的に７０の符号を付けられているハウジングを含 んでいることが分かる。ハウジング１０は、一端部に、中心開口／ｌを設けられ ている端部キャップ／２を含んでいるが、この開口／亭の中には、軸受／６が配 置されている。

ハウジング１０の反対端部において、ハウジングｉｏは、軸受２０を受け取るた めの内部くぼみ７ｇを含んでいる。一般的に２２の符号を付けられた回転子が、 その向き合っている端部を、ハウジング１０の内部の軸受／６及び２０の中に軸 支されている。

ハウジング１０の内部には、一般的に２ダの符号を付けられた固定子があるが、 これは１巻線λｇを設けられた電機子コロを含んでおり、この巻線−ｇは、電機 子２乙の向き合っている側から延びている堝部会線３０を有している。電機子コ ロは、また、中心開口３コを有しており、それを貫いて回転子２２が延びている が、しかしながら、小さな周辺方向のエアギャップ３ダだけ開口３コから間隔を 置かれている。

ハウジングｉｏの内部には、端部キャップ１２の反対側に、放射方向内方に向け られたウェブ３６があり。

このウェブ３Ａは、その放射方向内方の端部３ｇに。

放射方向の内方に開口している溝ｑｏを設けられている。０リングシール７．２ が、溝ダ０の内部に配置されている。

（７） 端部キャップ／２は、同様なＱ　ＩＪングシールタ乙を受け入れている放射方向 外方に開口している溝タフを含んでいる。円筒形の液体の不浸透性の障ｍｙｇが 。

電機子コロの中の開口３．２の内部に、電機子２乙に接するようにはめられてお り、これにより１回転子２．２の周辺から間隔が置かれるようにする。障壁＋！ Ｓは。

十分な軸方向の長さを有しており、その両端部がシールｆ、２及びダ６によって シールされて係合されるようにする。図から分かるように、障壁ｌＩｇは、エア ギャップ３４１を液体冷却剤から分離するのに役立っている。

機械の磁場の破壊を避けるために、障壁＋ｇは、非磁性材料から作られる。

回転子、２２は、その外周辺を境界する一般的に円筒形の缶Ｓθを含んでいる。

この缶ＳＯは、一端部において、軸受、２０の中に軸支されている径減少部分Ｓ λを有している。向き合っている径減少部分ｓｌＩは、軸受／６の中に軸支され ており、任意の駆動源（図示されていない）により駆動されるようになっている 。

缶ＳＯの内部において１回転子ココは、固定子ｊＺの電機子、２６と整列された 領域内に、符号ｓ６によって示された主回転子磁石を含んでいる。その一つの側 に向かって１回転子ＳＯは、内部空洞♂ｇを含んでいる。

回転子２コの回転軸心と同軸に且つハウジング１０の内部には静止要素６θがあ り、空胴ｓｇの中に延びｔ　ｇ　） ている。この静止要素１０は、導管を境界している中空内部６２を有している。

この静止要素６ｏは、ハウジング／θの内部に、任意の適当な手段によって固着 されることができ、また、ハウジング１０それ自体は。

第１図で見られて４回転子２グの左手側への一端部の上において、６６において 開口している導管６ダを含んでいる。導管６ダは、その反対端部において、静止 要素６０の中の導管６２〜７ｏにおいて開口している。

開口６６と反対側の固定子Ｊ＋の側の上において。

ハウシングＩＯは、入ロア２を設けられており、この人口７コを経て、潤滑剤と 冷却剤との混合体であることが好ましい冷却剤が導入されることができる。冷却 剤は、以下に説明される電機子ツ乙の中の通路を経て。

矢印７４１によって示される径路に従い、尋官６ケに入るように導かれ、終局的 には静止要素６０の内部に向けられる。この冷却剤は、エアギャップ３ダの中に 入ることを、障壁ｑｇによって阻止される。

導管６ダは、ハウジング１０の内部に、軸受ユθまで延びている分岐、又は、開 口アロを含んでいる。従って、ハウジングＩＯの内部へ入ロア２を経て導入され た冷却剤のある量は、固定子Ｊ＋を冷却した後、潤′滑のために軸受２０へ供給 されることができる。

月並みな構造のものであっても良い移送管７ｇが。

一端部ｇｏを静止要素ＡＯの中の導管６．２の内部に配置されると共にその他端 部８２を、主回転子磁石Ｓ６の中において、後に説明される通路と流体連通され ている。移送管７ざは、必須ではないが、好適には１回転子と一諸に回転可能で あり、導管６２内の冷却剤を回転子の主要部分の冷却のために、前に説明された 通路へ導くように作動可能であることが望ましい。

空胴ｓｇの内部には、一般的に９０の符号を付けられた永久磁石発電機及び一般 的に９２の符号を付けられた励磁機がある。永久磁石発電機９ｏは１缶Ｓθの内 部に取付けられた７組の永久磁石を含んでおり、このようにして、永久磁石発電 機ｑｏの回転子を形成している。永久磁石発電機りθのための巻線９ｇを有して いる固定子？乙が、空胴ｓｇの中に、永久磁石９４７と軸方向に整列されて置か れていると共に静止要素６０に適当な手段によって固着されている。固定子ワ６ は、磁石９ｑから、小さなエアギャップ１００だけ離されている。

励磁機？コは、空胴ｓｇの内部の静止要素６ｏに固着された巻線ＩＯ’ｌを含ん でいる固定子／θコを含んでいる。その上、励磁機９コは、固定子１０２の放射 方向外方に回転子１０Ａを含んでいるが、この回転子１０４は缶ＳＯの内部正こ よって支持されている。励磁機９２の回転子ｉｏｔは、同様に、ｉｏｇによって 示されるように巻線を有している。励磁機？コの固定子１０．１及び回転子１０ ６は、小さなエアギャップ／１０だけ放射方向に分離されている。

公知のように、永久磁石発電機９０は、励磁機？コの中に磁界を生成するように 十分な誘導電流を与える。

このことは、今度は、励磁器巻線ｌθｇの中に１通常は、交流としての電流を発 生させ、この電流は、それから１図示されていない手段により整流され、主回転 子巻線を附勢し、これは、今度は、希望されるとおり使用されている固定子内部 に電流を誘導させる。

移送管７ｇは、一般的に、放射方向に向けられた内孔ｌ／コを含んでいるが、こ れは、冷却剤が回転子２．２の内部において、一般的に放射方向に排出すること を許す噴霧手段、又は、ノズルとして役立っている。

内孔／／１は、エアギャップ１００及び／１０から軸方向に間隔を置かれている と共に巻線ＩＯ’ｌ及び１０ｇの部分と整列されていることが分かる。従って、 放射方向に流れる冷却剤は、これらの巻線に衝突し、冷却作用を与える。回転子 ココの回転の間に、遠心力が。

冷却剤を、いったん内孔／／２を去ると、冷却剤が空胴ｊ＆の内部に正確に一致 するようにし、このようにして、冷却剤は、永久磁石回転子？ダ及び励磁機回転 子１０６と接触するようになる。

回転子ココは、左手側において、１個、又は、多数の排出孔／／’Ｉを含んでお り、これらは、エアギャップｉｏｏ及び／１０から放射方向外方に置かれている が、しかしながら、空胴ｓｇの周辺の放射方向の内方に置かれている。従って、 装置の運転の間、空胴ｓｇの周辺１／Ａに正確に一致して空胴ｓｇの内部には。

冷却剤の中空の円筒体がある。追加の冷却剤が内孔／／２から出るにつれ、この 冷却剤の円筒体の放射方向の内表面は、それが排出口／／’Ｉの位置に到達する 時までに、放射方向内方を動く。冷却剤は、それから。

回転子２２の内部空胴ｓｔｒを出て、ハウジングＩＯの内部の収集空間ｉｉｔ、 の中に流れる。収集空間／／ｌ。

から、冷却剤は、任意の適当な且つ月並みな手段により、入口７コまで戻るよう に再循環されても良い・。

このように、排出口／／’ｌの位置は、冷却剤の十分な量の存在を確保し１発電 機９０及び励磁機９コの永久磁石発電機９０に対して冷却作用を与え、しかも２ 機械の運転の間に、この冷却剤がエアギャップｉｏ。

及び／１０の中□に入ることを阻止することが分かる。

移送管７Ｓの端部Ｉｌｌを去る冷却剤は１回転子２コの主要部分ｓｇの中の通路 を経て、一般的に前に説明され且つ矢印／２０によって示されるように流れる。

径縮小部分ｓ４ｔに詔いては、冷却剤の流れは収れんし。

回転子を、径縮小部分ｓｑの中空中心／２２を経て出る。このことが起こる前に 、冷却剤のいくらかは、径縮小部分３ダの中の放射方向に向けられた。軸受／乙 に密接している内孔ｌコダの中に入る。この内孔／２’１から出て来る冷却剤は 、内孔／２’ｌの一側に対して十分に間隔を置かれている放射方向内方に向けら れたフランジｉ２ｇを有している環状の障壁の存在ｌこよって＋ｉｔ＋ 軸受ｌ＆を潤滑するようにするが、フランジ／２ｇは。

内孔／２Ｑから出て来るすべての油、又は、冷却剤を。

冷却剤が、エアギャップ３２に向かって放射方向外方に流れることができる前に 、第Ｓ図に最も良く見られるようＩこ、遮る。

さて第２図に戻るが１図には、電機子２６を通る油。

又は、冷却剤の流れ通路を与える一つの手段が図示されている。公知であるよう に、電機子２６は、固定子巻線１３コを受入れるスロワ）　／３０を設けられて いる。適当な絶縁体ｉ３ｑが巻線／３コを包囲しており。

また、最下方の巻線／３２は、スロット／３０の底部から、冷却剤が通って流れ ることができる溝／、？Ａを境界するように間隔を置かれている。溝／ＪＡは、 電機子−基から、その向き合っている端部において開放している。

冷却剤は、スロット／３θの開放している上端部７．７＆を通って流れることも できる。このようにして。

冷却剤の巻線との直接的な接触が確保され、冷却能力を増強させる。

回転子の場合に、それを通る通路を与える二つの方法が、第３及びダ図に示され ている。図示されている機械の場合においては１回転子は、２極形式であり。

相互に／ｇθ０の間隔を置かれた放射方向に開口しているスロットｌクコを有し ている１組の積層体１ｔｉｏを設けられている。第３図に示されるように１回転 子の（ココ） 巻線は、公知のように、長方形の銅／４’４’から形成されることができる。長 方形の銅片／４１！は、ギャップ／４１４によって相互から間隔を置かれており 、これらのギャップ／４’４は１回転子の長さζこ沿って軸方向に冷却剤の通路 のための冷却溝として役立つものである。

あるいは、第ダ図に示されるように１巻線が１円形横断面の、典型的には銅製の 導体／４１１から形成されている場合には、導体の間にＩＳＯによって示される ような自然に生ずる空所は、冷却剤の流れのための長手方向の冷却剤通路を形成 している。この場合にも。

冷却剤の導体との直接接触が、冷却効率を最大にするために与えられる。

前述のことから１本発明によって作られた回転電気機械は、冷却剤のエアギャッ プの中への進入から生ずる抵抗°損失による非効率を、障壁４Ｉｇ及び独特の排 出口／ｌダの位置により避けることが分かる。同時に。

最大の熱伝達が、冷却剤と巻線との間における直接接触のために与えられること も分かる。部材の上への高速度の液体の衝突は、実際に完全に阻止され、この作 用から生ずる絶縁劣化を最少にする。従って、非拘束冷却方式の拘束冷却方式に 対する利点が、欠点を回避の下に維持されることとなる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　回転電気機械において ハウジングと 前記ハウジングの内部にあると共に巻線を設けられた電機子及び回転子を受入れ る開口を含んでいる固定子と 前記ハウジングの内部に軸承されると共に前記開口の内部に置かれ且つ前記電機 子から第一のエアギャップによって周辺方向に間隔を置かれ、巻線を有し且つ内 部空胴を有している回転子と 前記ハウジングに固着されると共に前記空胴の中に軸方向に延びている静止要素 と 少なくとも１個の巻線と、前記空胴の内部に且つ前記静止要素の放射方向外方に おいて回転子によって支持されている協同される電機子と、前記空胴の内部にお いて前記静止要素の上に電流を発生するために取付けられている協同する磁石装 置とを含み且つ第二のエアギャップによって分離されている電機子及び前記磁石 を附勢する回転子巻線附勢装置と 前記回転子と熱交換関係にある第二冷却剤通路と前記固定子と前記エアギャップ との間に流体の流れによる隔離を与えるために前記固定子に隣接して前記第一の エアギャップの中の障壁手段と 液体冷却剤を（ａ）前記第一通路を含んでいる前記固定子及びΦ）前記第二通路 と前記巻線附勢手段とを含んでいる前記回転子の空胴へ与えるための手段と前記 機械の運転の間に冷却剤が前記第二のエアギャップに入ることを阻止するための 前記回転子の上の手段と から成立っていることを特徴とする回転電気機械。 ユ　冷却剤阻止手段が、前記回転子の中の前記空胴のために、空胴の周辺の放射 方向内方に且つ前記第二のエアギャップの放射方向外方に置かれた少なくとも１ 個の冷却剤排出口から成立っている請求の範囲第１項記載の回転電気機械。 ３　前記冷却剤を空胴へ与えるための手段が、前記静止要素の中に導管を含んで いる請求の範囲第１項記載の回転電気機械。 ダ　前記冷却剤を空胴へ与えるための手段が、前記固定子の一側に隣接している と共に前記第一のエアギャップから前記障壁手段によって分離されている前記ハ ウジングへの入口と、前記固定子の前記−側と反対側の側及び前記回転子の空胴 へ開口している前記ハウジングの中の導管とを含んでいる請求の範囲第１項記載 の回転電気機械。 よ　前記冷却剤を空胴へ与えるための手段が、前記静止要素の中の導管と、前記 回転子と前記導管とを相互に連結している前記回転子と共に回転可能である移送 管と、前記回転子巻線附勢巻線及び協同される電機子に冷却剤を向けるための前 記移送管の中の噴霧手段とを含んでいる請求の範囲第１項記載の回転電気機械。 直　回転電気機械に詔いて ハウジングと 前記ハウジングの内部にあると共に巻線を設けられた電機子及び回転子を受入れ る開口を含んでいる固定子と 前記ハウジングの内部に軸承されると共に前記開口の内部に且つ前記電機子から 第一のエアギャップによって周辺方向に間隔を置かれてあり、巻線を支持してい ると共に内部空胴を有している回転子と前記ハウジングに固着されると共に前記 空胴の中まで軸方向に延びている導管を境界している静止要素と少なくとも１個 の巻線と、前記空胴の内部において前記回転子によって支持されている協同され る電機子と、電流を発生するために前記空胴の内部において前記静止要素の上に 取付けられた協同する磁石手段とを含み、前記磁石手段と第二のエアギャップに よって分離されている回転子巻線附勢手段と 前記回転子と前記第一のエアギャップとの間に流体の流れによる隔離を与えるた めに前記固定子に隣接して前記第一のエアギャップの中の障壁手段と前記導管と 、前記回転子及び前記導管を相互に連結すると共に前記回転子附勢手段に向かっ て開口している一般的に放射方向に向けられた通路を有している移符表昭ＧＯ− ５０１８３４（２） 与えるための手段と から成立っていることを特徴とする回転電気機械。 ２　前記通路が、冷却剤を一般的に放射方向に、前記第二のエアギャップから軸 方向に間隔を置かれている箇所に向け、また、機械の運転の間に前記第二のエア ギャップの中に冷却剤が入ることを阻止するための手段が、前記第二のエアギャ ップの放射方向外方に置かれた前記空胴のための冷却剤排出口を含んでいる請求 の範囲第６項記載の回転電気機械。 ＆　前記排出口が、追加して、前記空胴の一般的に周辺の放射方向内方に置かれ ている請求の範囲第７項記載の回転電気機械。 ９　回転電気機械において ハウジングと 前記ハウジング内部にあると共に巻線を設けられたと 前記ハウジングの内部に軸承されると共に前記開口の内部に置かれ且つ前記接極 子から第一のエアギャップによって周辺方向に間隔を置かれ、巻線を支持すると 共に内部空胴を有している回転子と 前記ハウジングに固着されると共に前記空胴の中にまで軸方向に延びている導管 を有している静止要素と少なくとも１個の巻線と、前記空胴の内部に詔いて且つ 前記静止要素の放射方向外部において前記回転子によって支持されている協同さ れる接極子と、前記空胴の内部において電流を発生するために前記静止要素の上 に取付けられている協同する磁石手段とを含んでおり且つ前記磁石手段とは第二 のエアギャップによって分離されている回転子巻線附勢手段と前記固定子巻線と 熱交換関係にある第一の冷却剤通路と 前記回転子巻線と熱交換関係にある第二の冷却剤通路と 前記第一のエアギャップの中に前記固定子に隣接して、前記固定子と前記エアギ ャップとの間に流体の流れによる隔離を与えるための障壁手段と液体冷却剤を、 （ａ）前記第一通路を含む前記固定子と、（ｂ）前記第二通路及び前記巻線附勢 手段を含み且つ前記固定子の一側に隣接する前記ハウジングと共に前記第一のエ アギャップから前記障壁手段によって分離されている入口、前記固定子の前記− 側と反対側の側まで一端部の上において開口し且つ前記静止要素導管と流体連通 している導管と、前記静止要素と前記回転子とを相互に連結している移送管を含 んでいる前記回転子の空胴へ供給するための手段と かう成立っていることを特徴とする回転電気機械。 １０　前記回転子が、前記ハウジングの中に前記回転子の向き合っている端部に おいて軸受によって軸承されており、前記導管の一つが、前記軸受に隣接して少 な（ｉｔ　１ くとも７個の開口を有し、この場合、前記一つの導管内の冷却剤が、この導管を 前記軸受を潤滑するために出ることができるようになっている請求の範囲第９項 記載の回転電気機械。