JPS6138165A - 回転機械 - Google Patents
回転機械Info
- Publication number
- JPS6138165A JPS6138165A JP16001784A JP16001784A JPS6138165A JP S6138165 A JPS6138165 A JP S6138165A JP 16001784 A JP16001784 A JP 16001784A JP 16001784 A JP16001784 A JP 16001784A JP S6138165 A JPS6138165 A JP S6138165A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- shaft
- rotating shaft
- heat pipe
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は発熱源を有する回転機、械に係シ、発熱源の熱
を回転軸内に配設したヒートパイプで放熱するようにし
た回転機械に関するものである。
を回転軸内に配設したヒートパイプで放熱するようにし
た回転機械に関するものである。
軸受なとの発熱源を有する回転機械では、その放熱手段
が必要であシ、回転軸にヒートパイプを配設した構造簡
潔な放熱手段を備えた回転機械(特公昭56−3742
9)が提案されている。
が必要であシ、回転軸にヒートパイプを配設した構造簡
潔な放熱手段を備えた回転機械(特公昭56−3742
9)が提案されている。
この従来の回転機械は、第6図に示されるように、ラン
ナ1を直結する回転軸2に中空部を形成し、この中空部
にヒートパイプ3を挿入し、このヒートパイプ3はその
一端側の蒸発部3Bを発熱源でおる軸受4に対応する部
分に位置させると共に、他端側の凝縮部3bを流路ケー
シング内を流れる流体中に露出する部分5に位置させ、
ヒートパイプ3内に封入されている作動液を媒体として
軸受4で発生した熱を流路ケーシング内の流体中に放熱
するようになっている。
ナ1を直結する回転軸2に中空部を形成し、この中空部
にヒートパイプ3を挿入し、このヒートパイプ3はその
一端側の蒸発部3Bを発熱源でおる軸受4に対応する部
分に位置させると共に、他端側の凝縮部3bを流路ケー
シング内を流れる流体中に露出する部分5に位置させ、
ヒートパイプ3内に封入されている作動液を媒体として
軸受4で発生した熱を流路ケーシング内の流体中に放熱
するようになっている。
ところが、この従来の放熱手段では、回転−が高いと放
熱効果が低下するという問題がある。
熱効果が低下するという問題がある。
第7図は横軸に回転軸の回転数、縦軸にヒートパイプの
受熱面と放熱面との温度差をとってヒ−ドパイブ3の熱
輸送特性を示している。この図、から判るように、一定
の熱量を加えたときヒートパイプはある回転数範囲では
回転数の値にかかわらず安定した熱輸送特性を示す。し
かし回転数がある値を超えると、熱輸送性能が急激に悪
化する。
受熱面と放熱面との温度差をとってヒ−ドパイブ3の熱
輸送特性を示している。この図、から判るように、一定
の熱量を加えたときヒートパイプはある回転数範囲では
回転数の値にかかわらず安定した熱輸送特性を示す。し
かし回転数がある値を超えると、熱輸送性能が急激に悪
化する。
この第7図に示す熱輸送特性では、回転数を序々に増加
させた場合には約900 rpm以上となると受熱面と
放熱面との温度差が急激に上昇し、その後回転数を序々
に減少させても約50 Orpmまではその温度差が高
く熱輸送性能が悪い。この現象はヒートパイプ内に封入
されている作動液の流動形態に起因するものである。即
ち、低速回転時にはパイプ内に封入した作動液は第8図
(a)に示されるように重力の影響下にあシ、パイプ3
の底部を流動する。そしてこの範囲では熱輸送は良好に
行なわれる。ところが回転数が上昇しである値を超える
と、作動液は遠心力の影響を受け、第8図(b)に示さ
れるようにパイプ3の内面に張付いてパイプ3と一体と
なって回転するに至る。このような状態になると、特に
放熱部3bでは1作動媒体からの熱は、作動液層を伝導
によって通過することとなり、熱抵抗が極めて太きくな
る。その結果、熱輸送特性が急激に悪化するのである。
させた場合には約900 rpm以上となると受熱面と
放熱面との温度差が急激に上昇し、その後回転数を序々
に減少させても約50 Orpmまではその温度差が高
く熱輸送性能が悪い。この現象はヒートパイプ内に封入
されている作動液の流動形態に起因するものである。即
ち、低速回転時にはパイプ内に封入した作動液は第8図
(a)に示されるように重力の影響下にあシ、パイプ3
の底部を流動する。そしてこの範囲では熱輸送は良好に
行なわれる。ところが回転数が上昇しである値を超える
と、作動液は遠心力の影響を受け、第8図(b)に示さ
れるようにパイプ3の内面に張付いてパイプ3と一体と
なって回転するに至る。このような状態になると、特に
放熱部3bでは1作動媒体からの熱は、作動液層を伝導
によって通過することとなり、熱抵抗が極めて太きくな
る。その結果、熱輸送特性が急激に悪化するのである。
このような状態、即ち、作動液がパイプ内面に張付くこ
ととなるに至る回転数はパイプの内径によっても異なる
。第9図は内径が28箇と90協のヒートパイプについ
て張付状態に至る遷移点を示した図で、この図から判る
ようにヒートパイプの内径が大きいほど小さい回転数で
張付状態に至る。従って、従来の回転軸内にヒート・イ
ブを配設した回転機械では、その冷却効果は小形機種で
は有効でおるが、軸径の大きな大形機種には適用しにく
いという問題点もあった。
ととなるに至る回転数はパイプの内径によっても異なる
。第9図は内径が28箇と90協のヒートパイプについ
て張付状態に至る遷移点を示した図で、この図から判る
ようにヒートパイプの内径が大きいほど小さい回転数で
張付状態に至る。従って、従来の回転軸内にヒート・イ
ブを配設した回転機械では、その冷却効果は小形機種で
は有効でおるが、軸径の大きな大形機種には適用しにく
いという問題点もあった。
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、回転軸内にヒートパイプを配設した回転機
械であって1回転軸の軸径の大小および回転軸の回転数
の大小によって冷却性能が影響を受けることのない回転
機械を提供することにある。
その目的は、回転軸内にヒートパイプを配設した回転機
械であって1回転軸の軸径の大小および回転軸の回転数
の大小によって冷却性能が影響を受けることのない回転
機械を提供することにある。
本発明に係る回転機械は、その回転軸に中空部を形成し
、この中空部に、蒸発部を発熱源に臨ませると共に凝縮
部を冷却源に臨ませて複数本のヒートパイプを挿入した
ことを特徴とするものである。
、この中空部に、蒸発部を発熱源に臨ませると共に凝縮
部を冷却源に臨ませて複数本のヒートパイプを挿入した
ことを特徴とするものである。
本発明によれば、ヒートパイプの少なくとも1本は回転
軸の回転中心から偏心されて配置されているので1回転
軸の回転数を高めても、あるいはまた軸径の大きな回転
軸でおっても、そのパイプ内に封入されている作動流体
がパイプ内周壁に張付くことがなく、熱伝達効率の低下
を防止することができ、これによって前記目的が達成さ
れるのである。
軸の回転中心から偏心されて配置されているので1回転
軸の回転数を高めても、あるいはまた軸径の大きな回転
軸でおっても、そのパイプ内に封入されている作動流体
がパイプ内周壁に張付くことがなく、熱伝達効率の低下
を防止することができ、これによって前記目的が達成さ
れるのである。
また、ヒートパイプを挿入させ九因転軸の重心をその回
転中心に一致するようにヒートパイプを配設すれば、円
滑かつ振動のない回転軸の回転が得られる。
転中心に一致するようにヒートパイプを配設すれば、円
滑かつ振動のない回転軸の回転が得られる。
矢に1、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係る回転機械を横軸形水車に適用した
第1の実施例を示すものである。
第1の実施例を示すものである。
この図において、横軸形水車は、ケーシング外部に設け
られた軸受12 (12a、12b)Kよシ回転軸14
が水平に支承され、この軸14に直結されたランナ15
が水の力を受けて回転軸14が回転やる構造となってい
る。
られた軸受12 (12a、12b)Kよシ回転軸14
が水平に支承され、この軸14に直結されたランナ15
が水の力を受けて回転軸14が回転やる構造となってい
る。
回転軸14には、第2図(a)に示されるように、回転
軸14内の外周等分4箇所位置に相当する箇所に中空部
が設けられ、この中空部に内接してヒートパイプ16が
挿入されている。このヒートパイプ16の一端側の蒸発
部16aは回転軸140発熱部である軸受12の部分に
位置し、他端側の凝縮部16bd回転軸14の流路ケー
シング内の水路18に露出している部分に位置している
。
軸14内の外周等分4箇所位置に相当する箇所に中空部
が設けられ、この中空部に内接してヒートパイプ16が
挿入されている。このヒートパイプ16の一端側の蒸発
部16aは回転軸140発熱部である軸受12の部分に
位置し、他端側の凝縮部16bd回転軸14の流路ケー
シング内の水路18に露出している部分に位置している
。
水車の運転中、軸受12aで発生した熱は、回転軸14
を経てヒートパイプ16の蒸発部16aに伝えられる。
を経てヒートパイプ16の蒸発部16aに伝えられる。
そしてその熱によりヒートパイプ16内に封入されてい
る作動液20が蒸発し、蒸発部iaaの部分の圧力が高
められるので、蒸気となった作動液20はヒートパイプ
16内を移動し、回転軸14が水路18に露出している
部分に位置する凝縮部16bにくると熱が回転軸14を
通して水中に奪われ凝縮する。そして凝縮した作動液2
0は重力または遠心力の作用により蒸発部16aに還流
する。
る作動液20が蒸発し、蒸発部iaaの部分の圧力が高
められるので、蒸気となった作動液20はヒートパイプ
16内を移動し、回転軸14が水路18に露出している
部分に位置する凝縮部16bにくると熱が回転軸14を
通して水中に奪われ凝縮する。そして凝縮した作動液2
0は重力または遠心力の作用により蒸発部16aに還流
する。
次に、回転軸14の回転数を上昇させていった場合のヒ
ートパイプ16内に封入されている作動液20の動きを
説明する。
ートパイプ16内に封入されている作動液20の動きを
説明する。
低速回転の場合は、第2図(a)に示されるように、作
動液20は重力の支配下にsb、バイブ16内下部に位
置している。一方、高速回転の場合は重力よシも慣性力
が支配的となって、第2図(b)に示されるように、作
動液20はバイブ16内周壁の回転軸16半径方向外方
側に位置する。このように如何なる回転速度下において
も、バイブ16内周壁全域への作動液の張付きが発生す
ることがなく、バイブ16内周壁の一部は常に液膜に覆
われることなく露呈した状態となっている。その結果、
熱輸送が良好に行なえることとなる。また、本実施例の
ようなヒートパイプ16の配置構造とすれば、軸径の大
きな回転軸であってもヒートパイプ内周壁全域への作動
液の張付きはなくなる。
動液20は重力の支配下にsb、バイブ16内下部に位
置している。一方、高速回転の場合は重力よシも慣性力
が支配的となって、第2図(b)に示されるように、作
動液20はバイブ16内周壁の回転軸16半径方向外方
側に位置する。このように如何なる回転速度下において
も、バイブ16内周壁全域への作動液の張付きが発生す
ることがなく、バイブ16内周壁の一部は常に液膜に覆
われることなく露呈した状態となっている。その結果、
熱輸送が良好に行なえることとなる。また、本実施例の
ようなヒートパイプ16の配置構造とすれば、軸径の大
きな回転軸であってもヒートパイプ内周壁全域への作動
液の張付きはなくなる。
従って、本実施例に係る横軸形水車では、軸受12aで
発生した熱は回転軸14の軸径の大小あるいは回転数の
大小にかかわらず、回転軸14に配設された複数のヒー
トパイプ16を介して流路ケーシング内の水路18に効
率よく放散されることによシ、軸受12aを有効に冷却
することができる。
発生した熱は回転軸14の軸径の大小あるいは回転数の
大小にかかわらず、回転軸14に配設された複数のヒー
トパイプ16を介して流路ケーシング内の水路18に効
率よく放散されることによシ、軸受12aを有効に冷却
することができる。
第3図は本発明の第2の実施例のヒートパイプの配置構
造を示すものである。
造を示すものである。
前記第1の実施例では、ヒートパイプ16を回転軸外周
等分4箇所に相当する位置、即ち90度間隔で配置した
ものを示したが、この実施例では外周等分3箇所に相当
する位置、即ち120度間隔にヒートパイプを配置した
ものである。
等分4箇所に相当する位置、即ち90度間隔で配置した
ものを示したが、この実施例では外周等分3箇所に相当
する位置、即ち120度間隔にヒートパイプを配置した
ものである。
第4図は更に本発明の第3の実施例のヒートパイプの配
置構造を示すものである。
置構造を示すものである。
前記第1及び第2の実施例ではいずれも全ヒートパイプ
16を回転軸14に対する一つの同心円上に配置してい
るが、本実施例では全てのヒートパイプ16を1つの同
心円上に配置したものではない。即ち各ヒートパイプ1
6の回転軸回転中心14aからの距離はそれぞれ異なっ
ている。ただし、回転軸の円滑な回転を得るためには、
ヒートパイプを配設してなる回転軸14全体の重心が回
転軸回転中心14aに一致するようにヒートパイプ16
の配置構造を決定することが望ましい。また、各ヒート
パイプは同一形状とする必要はなく、それぞれ異なった
内径のヒートパイプを配設するようにしてもよい。
16を回転軸14に対する一つの同心円上に配置してい
るが、本実施例では全てのヒートパイプ16を1つの同
心円上に配置したものではない。即ち各ヒートパイプ1
6の回転軸回転中心14aからの距離はそれぞれ異なっ
ている。ただし、回転軸の円滑な回転を得るためには、
ヒートパイプを配設してなる回転軸14全体の重心が回
転軸回転中心14aに一致するようにヒートパイプ16
の配置構造を決定することが望ましい。また、各ヒート
パイプは同一形状とする必要はなく、それぞれ異なった
内径のヒートパイプを配設するようにしてもよい。
第5図は本発明の第4の実施例のヒートパイプの配置構
造を示す図である。
造を示す図である。
この図において、回転軸14には1本の中空部15が形
成されておシ、この中空部内壁に3本のヒートパイプ1
6がそれぞれ接するように挿入されている。ヒートパイ
プ16の外周空隙にはハンダまたは熱伝導率の高いグリ
ス等の充填材17が充填されておシ、熱伝導率の低下を
防止している。
成されておシ、この中空部内壁に3本のヒートパイプ1
6がそれぞれ接するように挿入されている。ヒートパイ
プ16の外周空隙にはハンダまたは熱伝導率の高いグリ
ス等の充填材17が充填されておシ、熱伝導率の低下を
防止している。
前記第1の実施例では、高速回転となり、第2図(b)
に示されるように、作動液20がヒートパイプ16の回
転軸14半径方向外方側内壁に張付く状態となると、低
速回転時における第2図(b)に示されるような状態と
比べ、ヒートパイプの熱伝達効率は多少低下する。しか
し、本実施例では回転軸14の回転中心14a近傍に3
個のヒートパイプ16が配置されているので、かなシの
高速回転時まで作動流体20は重力の支配下にある。そ
のため第5図破線で示すような作動流体20のヒートパ
イプ16内壁への張付きが生じることなくかなりの高速
回転においても使用することが可能となる。ところが、
本実施例においては、回転軸14の回転中心14a近傍
にヒートパイプ16を配置したことから1回転軸14の
肉厚tは厚く々つてそれだけ熱伝導率を低下させること
になる。
に示されるように、作動液20がヒートパイプ16の回
転軸14半径方向外方側内壁に張付く状態となると、低
速回転時における第2図(b)に示されるような状態と
比べ、ヒートパイプの熱伝達効率は多少低下する。しか
し、本実施例では回転軸14の回転中心14a近傍に3
個のヒートパイプ16が配置されているので、かなシの
高速回転時まで作動流体20は重力の支配下にある。そ
のため第5図破線で示すような作動流体20のヒートパ
イプ16内壁への張付きが生じることなくかなりの高速
回転においても使用することが可能となる。ところが、
本実施例においては、回転軸14の回転中心14a近傍
にヒートパイプ16を配置したことから1回転軸14の
肉厚tは厚く々つてそれだけ熱伝導率を低下させること
になる。
そのため、これら両者(利点と欠点)を勘案した上でヒ
ートパイプ16の配置位置、及び回転軸の肉厚tを決定
することが望ましい。
ートパイプ16の配置位置、及び回転軸の肉厚tを決定
することが望ましい。
前記第1〜第4の実施例では、いずれの場合にも、回転
軸14内に複数のヒートパイプ16を配置してなるもの
でアシ、仮に1本のヒートパイプ16の性能が低下した
としても、他のヒートパイプ16により軸受16aの冷
却が可能で、水車全体が破損するというようなことはな
い。
軸14内に複数のヒートパイプ16を配置してなるもの
でアシ、仮に1本のヒートパイプ16の性能が低下した
としても、他のヒートパイプ16により軸受16aの冷
却が可能で、水車全体が破損するというようなことはな
い。
なお、前記実施例では横軸形水車に例をとって本発明を
説明したが、本発明は単に水車に限定されるものではな
く、例えば発電機、電動機等の各種回転機械にも広く適
用できることはいうまでもない。
説明したが、本発明は単に水車に限定されるものではな
く、例えば発電機、電動機等の各種回転機械にも広く適
用できることはいうまでもない。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば回転軸
の軸径の大小及び回転軸回転数の大小の変化によシ冷却
性能にタテとんど影響を受けることのないヒートパイプ
を用いた回転機械を得ることができる。
の軸径の大小及び回転軸回転数の大小の変化によシ冷却
性能にタテとんど影響を受けることのないヒートパイプ
を用いた回転機械を得ることができる。
第1図は本発明の第1の実施例を示す縦断面図、第2図
(a)はその回転軸の横断面図、第2図(b)は高速時
における作動流体の状態を示す断面図、第3図は本発明
の第2の実施例の要部断面図、第4図は本発明の第3の
実施例の要部断面図、第5図は本発明の第4の実施例の
要部断面図、第6図は従来の回転機械の縦断面図、第7
図は従来の回転機械に用けられているヒートパイプの熱
輸送特性を示した図、第8図(a) 、 (b)はヒー
トパイプ中の作動流体の流動形態を示す断面図、第9図
は作動流体のヒートパイプ内壁への張付き遷−移点を示
した特性図である。 12a・・・発熱源である軸受、14・・・回転軸、1
4a・・・回転軸の回転中心、16・・・ヒートパイプ
、16a・・・受熱部、16b・・・放熱部、20・・
・作動流体。
(a)はその回転軸の横断面図、第2図(b)は高速時
における作動流体の状態を示す断面図、第3図は本発明
の第2の実施例の要部断面図、第4図は本発明の第3の
実施例の要部断面図、第5図は本発明の第4の実施例の
要部断面図、第6図は従来の回転機械の縦断面図、第7
図は従来の回転機械に用けられているヒートパイプの熱
輸送特性を示した図、第8図(a) 、 (b)はヒー
トパイプ中の作動流体の流動形態を示す断面図、第9図
は作動流体のヒートパイプ内壁への張付き遷−移点を示
した特性図である。 12a・・・発熱源である軸受、14・・・回転軸、1
4a・・・回転軸の回転中心、16・・・ヒートパイプ
、16a・・・受熱部、16b・・・放熱部、20・・
・作動流体。
Claims (3)
- (1)発熱源を有する回転機械の回転軸に中空部が形成
され、この中空部に、蒸発部を発熱源に臨ませると共に
凝縮部を冷却源に臨ませてヒートパイプが挿入されてな
る回転機械において、前記回転軸の中空部に複数のヒー
トパイプが挿入されてなることを特徴とする回転機械。 - (2)前記ヒートパイプは、回転軸の回転中心から偏心
されて配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の回転機械。 - (3)ヒートパイプを挿入させて成る前記回転軸の重心
がその回転中心に一致していることを特徴とする特許請
求の範囲第2項記載の回転機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16001784A JPS6138165A (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | 回転機械 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16001784A JPS6138165A (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | 回転機械 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6138165A true JPS6138165A (ja) | 1986-02-24 |
Family
ID=15706173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16001784A Pending JPS6138165A (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | 回転機械 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6138165A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6357876A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-12 | Fuji Electric Co Ltd | 横軸水車発電機の軸受冷却装置 |
-
1984
- 1984-07-30 JP JP16001784A patent/JPS6138165A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6357876A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-12 | Fuji Electric Co Ltd | 横軸水車発電機の軸受冷却装置 |
JPH0581755B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1993-11-16 | Fuji Electric Co Ltd |
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