WO2013011939A1 - 電動モータ及びターボ圧縮機 - Google Patents

電動モータ及びターボ圧縮機 Download PDF

Info

Publication number
WO2013011939A1
WO2013011939A1 PCT/JP2012/067914 JP2012067914W WO2013011939A1 WO 2013011939 A1 WO2013011939 A1 WO 2013011939A1 JP 2012067914 W JP2012067914 W JP 2012067914W WO 2013011939 A1 WO2013011939 A1 WO 2013011939A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric motor
refrigerant
injection nozzle
space
rotor
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/067914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
兼太郎 小田
信義 佐久間
誠一郎 吉永
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Priority to EP12815158.6A priority Critical patent/EP2736152B1/en
Priority to JP2013525665A priority patent/JP5648819B2/ja
Priority to CN201280035177.4A priority patent/CN103650301B/zh
Publication of WO2013011939A1 publication Critical patent/WO2013011939A1/ja
Priority to US14/155,984 priority patent/US20140127050A1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor including a rotor and a stator provided around the rotor, and cooling the stator with a liquid coolant, and a turbo compressor using the electric motor.
  • Patent Document 1 discloses an electric motor that supplies liquid refrigerant into a rotating bottomed cylindrical rotor. In this electric motor, the rotor is cooled by the heat of vaporization of the liquid refrigerant.
  • Patent Document 2 discloses an electric motor in which the refrigerant supply amount is controlled. In this electric motor, by controlling the refrigerant supply amount, poor cooling due to supercooling or mixing of liquid refrigerant into the lubricating oil is prevented.
  • the rotor is cooled, but the stator is not sufficiently cooled.
  • the liquid refrigerant that has not been vaporized by the rotor falls on the stator in the middle of falling into the drain, and the stator is only cooled by this liquid refrigerant.
  • the coil end on the bottom side of the rotor is cooled only by heat conduction, and thus is not sufficiently cooled. For this reason, the possibility of burning of the electric motor could not be resolved.
  • An object of the present invention is to provide an electric motor capable of sufficiently cooling a coil end of a stator coil.
  • a first feature of the present invention is an electric motor, which is provided around a motor case, a rotor housed in the motor case and rotatable about a rotation shaft, and the rotor in the motor case.
  • a stator that is formed by winding a stator coil around a stator core, and a first injection nozzle that is provided in the motor case and that injects a liquid coolant toward the inner peripheral surface of the motor case.
  • the stator coil has a first coil end projecting from the stator core in the direction of the rotation axis, and the first injection nozzle repels the coolant on the inner peripheral surface to form a mist
  • an electric motor characterized in that the electric motor is configured to be diffused in a shape and fall on the first coil end.
  • the coolant is sprayed from the first injection nozzle toward the inner peripheral surface of the motor case, and the coolant is bounced off the inner peripheral surface and diffuses in a mist form.
  • the diffused mist-like coolant falls on the first coil end and cools the coil end with the heat of vaporization. For this reason, rather than cooling the coil end by heat conduction, the first coil end can be sufficiently cooled, and the possibility of burning due to a temperature rise of the electric motor can be eliminated. As a result, the reliability of the electric motor is improved. Further, since the generated mist-like coolant falls on the first coil end at a low speed, damage to the insulating coating film of the stator coil can be prevented.
  • a second feature of the present invention is a turbo compressor that drives an impeller by the electric motor of the first feature described above, wherein the interior of the motor case is located on one side of the rotor and the stator.
  • the space is divided into a second space located on the other side of the rotor and the stator, the first coil end projects into the first space, and the first injection nozzle is the first injection nozzle.
  • the electric motor Provided in the space, injecting the coolant into the first space, the electric motor further comprising a gas injection nozzle for injecting a high-pressure gas into the second space, the high-pressure gas,
  • a turbo compressor characterized in that it is the gaseous refrigerant compressed by an impeller.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a top view of the injection nozzle of the said electric motor.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
  • the electric motor 1 is provided as a drive source for the turbo compressor 20 in the refrigeration cycle of the turbo chiller 2.
  • the turbo refrigerator 2 is an apparatus for generating cooling water for air conditioning (coolant for air conditioning).
  • the turbo refrigerator 2 includes a compressor 20, an evaporator 21, a condenser 22, and an economizer 26. These devices are connected by refrigerant pipes 25a to 25e for circulating a refrigerant (refrigerant: chlorofluorocarbon).
  • the condenser 22 is connected to the compressor 20 via a flow path 25a, and is connected to an economizer 26 via a flow path 25b in which an expansion valve (pressure reducer [pressure reducer]) 23 is disposed.
  • the condenser 22 is supplied with the gas refrigerant (refrigerant gas) compressed by the compressor 20 via the flow path 25a.
  • the condenser 22 condenses the compressed gas refrigerant into a liquid refrigerant (a part remains as a gas refrigerant).
  • the liquid refrigerant condensed in the condenser 22 (or refrigerant in a gas-liquid mixed state) is decompressed by the expansion valve 23 via the flow path 25b and then supplied to the economizer 26.
  • the economizer 26 is connected to the evaporator 21 via a flow path 25c in which an expansion valve (decompressor) 27 is disposed, and is connected to the compressor 20 via a flow path 25d.
  • the economizer 26 temporarily stores liquid refrigerant (partially gas refrigerant) decompressed by the expansion valve (pressure reducing valve) 23 on the flow path 25c.
  • the gas-phase component [gas-phase component] (gas-refrigerant) of the refrigerant (gas-liquid mixed state) stored in the economizer 26 is supplied to the second compression stage [second compression stage] (first 2 impeller) 20b.
  • liquid-phase component (liquid refrigerant) of the refrigerant (gas-liquid mixed state) stored in the economizer 26 is supplied to the evaporator 21 after being decompressed by the expansion valve 27 on the flow path 25c.
  • the evaporator 21 is connected to a first compression stage (first impeller) 20a of the compressor 20 through a flow path 25e.
  • the evaporator 21 evaporates the liquid refrigerant decompressed by the expansion valve 27 on the flow path 25c into a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant evaporated in the evaporator 21 is supplied to the first compression stage 20a of the compressor 20 through the flow path 21e.
  • the compressor 20 is connected to the condenser 22 through a flow path 25a, and includes the first compression stage 20a and the second compression stage 20b described above.
  • the compressor 20 compresses the gas refrigerant supplied through the flow path 25e by the first compression stage 20a and discharges it to the flow path 25d, and also supplies the gas refrigerant (first compression stage) through the flow path 25d.
  • the gas refrigerant (including the gas refrigerant discharged from 20a) is compressed by the second compression stage 20b and discharged to the flow path 25a as a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant compressed by the compressor 20 is supplied to the condenser 22 via the flow path 25a.
  • the cooling water for air conditioning is cooled by heat exchange with the refrigerant in the evaporator 21.
  • the turbo chiller 2 of the present embodiment also includes a cooling system for the electric motor 1 using a refrigerant of the refrigeration cycle in addition to the above-described refrigeration cycle.
  • the liquid refrigerant condensed in the condenser 22 (or the gas-liquid mixed state refrigerant) is supplied to the electric motor 1 through the flow path 25f.
  • the supply amount of the liquid refrigerant to the electric motor 1 is controlled by a controller [regulator] 24 (flow control valve, orifice, etc.) on the flow path 25f.
  • the liquid refrigerant supplied to the electric motor 1 cools the electric motor 1 and then returns to the evaporator 21 (refrigeration cycle).
  • a part of the liquid refrigerant circulates around the stator 5 (see FIG. 4), and the remaining part is injected into the electric motor 1 from a first injection nozzle 7a described later.
  • the electric motor 1 will be described in detail. As shown in FIGS. 2 to 4, the electric motor 1 includes a cast motor case 3, a rotor 4 that can rotate around a rotating shaft 40, and a stator 5 provided around the rotor 4. .
  • the motor case 3 includes a cylindrical peripheral wall 31, an end wall 32 that closes both ends of the peripheral wall 31, and a through-wall 33.
  • An inner space [inner ⁇ chamber] 34 is formed inside the motor case 3 (the peripheral wall 31, the end wall 32, and the through wall 33).
  • the stator 5 is fixed to the inner surface of the peripheral wall 31. From the center of the end wall 32, a support cylinder part [support cylinder] 32 a protrudes toward the internal space 34.
  • a ball bearing [ball bearing] 60 ⁇ / b> A and a labyrinth seal 61 ⁇ / b> A are provided at the end of the bearing tube portion 32 a.
  • a cylindrical hole 33a is provided in the center of the through wall 33.
  • the cylindrical hole 33a is provided with a roller bearing [Bearing] 60B and a labyrinth seal 61B.
  • the ball bearing 60A and the roller bearing 60B support the rotating shaft 40 so as to be rotatable.
  • the internal space 34 is divided into a first space [first5chamber] 34A located on one side (left side in FIG. 4) by the rotor 4 and the stator 5, and a second space located on the other side (right side in FIG. 4). It is partitioned into a space [second chamber] 34B.
  • the motor case 3 is provided with a first injection nozzle 7 a that injects the liquid refrigerant 8 toward the inner peripheral surface 30 in the first space 34 ⁇ / b> A.
  • the first injection nozzle 7a is disposed along the radial direction of the motor case 3 toward the first coil end 51 protruding into the first space 34A.
  • the first injection nozzle 7a will be described in detail later. In FIG. 4, since the first injection nozzle 7a is in front of the cross section, it is indicated by a dotted line.
  • the stator 5 includes a cylindrical stator core 53 in which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated, and a stator coil 50 wound around the teeth of the stator core 53.
  • An insulating coating film such as varnish is formed on the surface of the stator coil 50.
  • the stator coil 50 includes a first coil end protruding into the first space 34A along the axial direction of the rotating shaft 40 and a second coil protruding into the second space 34B along the axial direction of the rotating shaft 40. It has an end 52.
  • the rotor 4 includes a rotating shaft 40, a cylindrical rotor core 41 in which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated, and a rotor coil wound around the rotor core 41.
  • the rotating shaft 40 passes through the rotor core 41 and is fixed to the rotor core 41.
  • the rotor 4 is disposed inside the stator 5 and is rotatably supported by the end wall 32 and the through wall 33 via the rotary shaft 40 and the bearings 60A and 60B. That is, the stator 5 is provided around the rotor 4 in the motor case 3.
  • the electric motor 1 is provided with a refrigerant flow path 35.
  • the refrigerant flow path 35 circulates the liquid refrigerant 8 supplied from the outside inside the electric motor 1.
  • the refrigerant flow path 35 is configured by a spiral groove formed on the inner peripheral surface 30 of the peripheral wall 31 so as to face the stator coil 53.
  • the stator coil 53 is cooled by the liquid refrigerant 8 while the liquid refrigerant 8 flows through the refrigerant flow path 35.
  • the first injection nozzle 7 a has a supply passage 70 extending in the axial direction inside thereof, and a discharge port 71 formed as a slit at the tip thereof. Yes.
  • the supply path 70 supplies the liquid refrigerant 8 supplied from the outside of the motor case 3 to the discharge port 71.
  • the supplied liquid refrigerant 8 is jetted from the discharge port 71 toward the inner peripheral surface 30 of the motor case 3.
  • the opening direction of the discharge port 71 is set to a predetermined inclination angle A1 with respect to the axial direction of the first injection nozzle 7a.
  • the liquid refrigerant 8 is injected toward the inner peripheral surface 30 of the motor case 3 at the inclination angle A1.
  • the injected liquid refrigerant 8 maintains the inclination angle A1, and the thickness of the injection range is substantially constant.
  • the discharge port 71 of the first injection nozzle 7 a is formed as a slit extending in the axial direction of the rotating shaft 40. Therefore, as shown in FIG. 5, the injected liquid refrigerant 8 diffuses in a fan shape along a plane parallel to the axial direction of the rotating shaft 40 [spread like a fan] (the fan-shaped central angle is a predetermined value). Diffusion angle A2).
  • the mounting position of the first injection nozzle 7 a to the motor case 3, the inclination angle A 1, and the diffusion angle A 2 are mist-like (droplet-like) that has diffused the liquid refrigerant 8 in a wider range and bounced off the inner peripheral surface 30.
  • the refrigerant 8 [refrigerant mists (refrigerant droplets) 8 splashed by the internal circumferential surface 30] is set according to the size of the electric motor 1 and the injection pressure of the liquid refrigerant 8 so that it falls on the entire first coil end 51. .
  • the cooling operation will be described. First, cooling by the refrigerant passage 35 will be described with reference to FIG.
  • the liquid refrigerant 8 supplied to the refrigerant passage 35 from the outside of the motor case 3 is vaporized by the heat of the stator coil 53 while flowing through the refrigerant passage 35, and the stator coil 53 is cooled by the heat of vaporization.
  • the gas-liquid mixed refrigerant 8 that has passed through the refrigerant passage 35 is discharged into the second space 34B.
  • the liquid refrigerant 8 discharged to the second space 34B falls on the second coil end 52, vaporizes with the heat of the second coil end 52, and cools the second coil end 52 with the heat of vaporization.
  • the pressure in the second space 34B is increased by the gas refrigerant 8 generated by the vaporization of the liquid refrigerant 8, and the gas refrigerant 8 passes through the gap between the stator coil 53 and the rotor coil 41, and the first space has a low pressure.
  • 34A Note that the liquid refrigerant (mist refrigerant) 8 discharged from the refrigerant passage 35 to the second space 34B and a part of the liquid refrigerant 8 stored in the lower portion of the second space 34B are also the stator coil 53 and the rotor coil. It moves to the first space 34 ⁇ / b> A through the gap with the space 41.
  • the rotor 4 (and the stator 5) is cooled by the refrigerant 8 as the refrigerant 8 moves from the second space 34B to the first space 34A.
  • the first injection nozzle 7a is provided to cool the first coil end 51 in the first space 34 ⁇ / b> A with the liquid refrigerant 8.
  • the liquid refrigerant 8 is ejected from the discharge port 71 of the first injection nozzle 7a toward the inner peripheral surface 30 of the first space 34A, the liquid refrigerant 8 is bounced back on the inner peripheral surface 30 to form a mist (droplet shape). It becomes refrigerant 8 and diffuses over a wide area.
  • the surface pattern of the mold of the casting motor case 3 is transferred onto the inner peripheral surface 30, and the inner peripheral surface 30 has fine asperities. For this reason, the inner peripheral surface 30 preferably rebounds the liquid refrigerant 8 as a mist (droplet-like) refrigerant 8.
  • the diffused mist refrigerant 8 falls by gravity and falls onto the first coil end 51, vaporizes with the heat of the first coil end 51, and cools the first coil end 51 with the heat of vaporization.
  • the first injection nozzle 7 a discharge port 71
  • the liquid refrigerant 8 is injected from the first injection nozzle 7a (discharge port 71) in the rotation direction of the rotor 4 (counterclockwise in FIG. 2).
  • a rotating flow that flows in the rotation direction is formed in the motor case 3 by the rotation of the rotor 4.
  • the mist refrigerant 8 bounced off the inner peripheral surface 30 is carried to the entire first coil end 51 by the rotational flow, and the entire first coil end 51 (and the first coil end 51).
  • the other part in one space 34A) can be cooled. Therefore, the cooling effect of the first coil end 51 is further improved.
  • the liquid refrigerant 8 that has been ejected from the first injection nozzle 7a and has not been vaporized flows down through the groove 36 provided in the lower portion of the peripheral wall 31 together with the gas refrigerant 8 from the outlet [drain] 37 to the flow path 25g. (Refer to FIG. 1) and returned to the evaporator 21 (refrigeration cycle).
  • the liquid refrigerant 8 is injected from the first injection nozzle 7 a toward the inner peripheral surface 30 to generate the mist refrigerant 8, and the first coil end 51 is moved by the mist refrigerant 8. Cool directly. For this reason, the 1st coil end 51 can fully be cooled rather than cooling a coil end mainly by heat conduction like the past. As a result, it is possible to prevent burnout and seizure due to the temperature rise of the electric motor 1.
  • the mist refrigerant 8 reaches the first coil end 51 at a low speed. Therefore, damage to the insulating coating film of the first coil end 51 can be prevented. Furthermore, the mist refrigerant 8 can be diffused in a wide range by causing the liquid refrigerant 8 to rebound by the inner peripheral surface 30, and the entire first coil end 51 can be cooled by the mist refrigerant 8. Further, since the liquid refrigerant 8 is diffused and ejected in a fan shape from the discharge port 71 formed as a slit, the mist refrigerant 8 can be diffused over a wide range along the protruding direction of the first coil end 51. The coil end 51 can be effectively cooled.
  • the first space in which the first injection nozzle 7 a for generating the mist refrigerant 8 falling on the first coil end 51 is provided is the output side of the driving force of the electric motor 1 (the rotation shaft 40 is It was a space 34A on the side protruding from the motor case 3 (left side in FIG. 4).
  • the first injection nozzle 7a may be provided in the space 34B opposite to the output side of the electric motor 1 (that is, the space 34B is the first space).
  • the 1st injection nozzle for producing the mist-like refrigerant which falls to the 1st coil end 51 may be provided in both spaces.
  • the liquid refrigerant 8 from the refrigerant flow path 35 is discharged into the space (second space 34B) opposite to the output side of the electric motor 1.
  • the refrigerant flow path 35 may be formed so that the liquid refrigerant 8 is discharged into the space 34 ⁇ / b> A on the output side of the electric motor 1.
  • a mist refrigerant falling on the coil end 52 is generated in the opposite space 34B.
  • a first injection nozzle is provided for the purpose (that is, the space 34B is the first space).
  • the present embodiment has a configuration in which the cooling performance is further improved as compared with the first embodiment described above.
  • a second injection nozzle 7b and a gas injection nozzle 9 are added to the configuration of the first embodiment in order to improve the cooling performance. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same or equivalent configuration is denoted by the same reference numeral, and redundant description thereof is omitted.
  • the flow of the refrigerant 8 (gas refrigerant and mist refrigerant) from the second space 34B to the first space 34A is generated in the motor case 3, and the rotor 4 (and the stator 5) is caused by this flow.
  • high pressure gas is injected into the second space 34B.
  • FIG. 9 which is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8, the gas injection nozzle 9 for injecting high-pressure gas into the second space 34B is provided in the motor case 3.
  • the gas injection nozzle 9 since the gas injection nozzle 9 is behind the support cylinder portion 32a, it is indicated by a dotted line.
  • the gas injection nozzle 9 is supplied with the high-pressure gas refrigerant 8 from the downstream side of the second compression stage (second impeller) 20b of the compressor 20.
  • the pressure of the gas refrigerant 8 on the downstream side of the second compression stage (second impeller) 20b is high, which is suitable as a high-pressure gas.
  • the high-pressure gas injected into the second space 34B is preferably the same refrigerant (high-pressure gas refrigerant) 8. Note that the high-pressure gas refrigerant 8 injected into the second space 34B has a high temperature, but the injection amount is small, and there is a decrease in temperature due to volume expansion in the second space 34B after injection. Does not affect the cooling performance.
  • the pressure in the second space 34B increases, and the flow of the refrigerant 8 (gas refrigerant and mist refrigerant) from the second space 34B to the first space 34A is promoted. Is done.
  • the amount of heat exchange between the refrigerant 8 and the rotor 4 (and the stator 5) is increased, and the cooling performance is improved.
  • the configuration of the gas injection nozzle 9 is basically the same as that of the first injection nozzle 7a described above, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first injection nozzle 7a injects liquid refrigerant
  • the gas injection nozzle 9 injects high-pressure gas (high-pressure gas refrigerant).
  • the cross-sectional area of the internal flow path of the gas injection nozzle 9 and the shape of the discharge port are optimized for the high-pressure gas.
  • the discharge port 71 of the first injection nozzle 7a is formed as a slit in order to diffuse and inject the liquid refrigerant.
  • the discharge port of the gas injection nozzle 9 is not a slit but a round hole. It may be formed.
  • the first embodiment of the first embodiment in order to further improve the cooling performance, in order to increase the amount of mist refrigerant 8 included in the flow of the refrigerant 8 from the second space 34B to the first space 34A, the first embodiment of the first embodiment.
  • a second injection nozzle 7b having the same configuration as the one injection nozzle 7a is provided.
  • the second injection nozzle 7b is provided on the opposite side of the gas injection nozzle 9 with respect to the rotation shaft 40 (the same side as the first injection nozzle 7a).
  • the second injection nozzle 7b has the same configuration as the first injection nozzle 7a (see FIGS. 5 and 6), and injects the liquid refrigerant 8 toward the inner peripheral surface 30 of the second space 34B.
  • the injected liquid refrigerant 8 bounces off the inner peripheral surface 30 to become a mist-like (droplet-like) refrigerant 8, and diffuses into the second space 34B.
  • the diffused mist refrigerant 8 is moved from the second space 34B to the first space 34A by the flow of the refrigerant 8 promoted by the gas refrigerant 8 (high pressure gas) injected from the gas injection nozzle 9, and the rotor 4 (and Heat exchange with the stator 5) improves the cooling performance.
  • the second injection nozzle 7b also injects the liquid refrigerant 8 in the rotation direction of the rotor 4 (counterclockwise in FIG. 9).
  • the liquid refrigerant 8 is injected in the rotation direction of the rotor 4
  • the generated mist refrigerant 8 is rotated. Therefore, it is stirred and easily included in the flow of the refrigerant 8 from the second space 34B to the first space 34A.
  • the gas injection nozzle 9 also injects the gas refrigerant 8 (high pressure gas) in the rotation direction of the rotor 4.
  • the rotational flow is promoted and the generated mist refrigerant 8 is further agitated.
  • the mist refrigerant 8 is more easily contained by the flow of the refrigerant 8 from the second space 34B to the first space 34A.
  • the mist-like refrigerant 8 is more uniformly diffused, the entire rotor 4 can be cooled.
  • the refrigerant 8 discharged from the refrigerant flow path 35 is also diffused by the promotion of the rotational flow by the gas injection nozzle 9, and the entire second coil end 52 can be cooled more effectively.
  • the gas injection nozzle 9 is outside the end edge of the second coil end 52 (projecting outside: It is preferable that the gas refrigerant 8 (high pressure gas) is injected into the right side in FIG.
  • the gas injection nozzle 9 is configured to inject the gas refrigerant 8 (high-pressure gas) outside the edge of the second coil end 52, whereby the gas refrigerant 8 (injected from the gas injection nozzle 9) ( It is possible to prevent the insulating coating film of the second coil end 52 from being damaged by the high pressure gas.
  • the gas injection nozzle 9 itself is disposed outside the end edge of the second coil end 52 (in the IX-IX cross section in FIG. 8).
  • the first injection nozzle 7 a is arranged at substantially the center position of the protruding length of the first coil end 51 in order to efficiently sprinkle the generated mist refrigerant 8 on the first coil end 51.
  • the second injection nozzle 7b diffuses the generated mist refrigerant 8 into the second space 34B in order to be included in the flow of the refrigerant 8 from the second space 34B to the first space 34A.
  • the second injection nozzle 7b is provided at the same position as the gas injection nozzle 9 along the axial direction of the rotating shaft 40 (position on the IX-IX cross section in FIG. 8).
  • mist refrigerant 8 generated by the second injection nozzle 7 b is rebounded by the inner peripheral surface 30 and sufficiently diffused into the second space 34 ⁇ / b> B, so that it is inside the edge of the second coil end 52. May be provided.
  • the second coil end 52 may be cooled by sprinkling a part of the mist refrigerant 8 generated by the second injection nozzle 7 b on the second coil end 52.
  • the gas refrigerant 8 as the high-pressure gas injected from the gas injection nozzle 9 is acquired from the downstream side of the second compression stage (second impeller) 20b of the compressor 20.
  • the pressure may be acquired from the downstream side of the first compression stage (first impeller) 20a (that is, the upstream side of the second compression stage 20b).
  • this embodiment is provided with all the structures of 1st Embodiment, and all the effects implement
  • the piping for the gas injection nozzle 9 and the 2nd injection nozzle 7b increases, cooling performance (especially cooling of the rotor 5) can further be improved.
  • the necessity of installing the injection nozzle 9 and the second injection nozzle 7 b may be examined.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

　電動モータは、モータケースと、モータケース内に収容された、回転軸を中心に回転可能なロータと、モータケース内のロータの周囲に設けられた、ステータコアにステータコイルが巻かれて構成されたステータと、モータケース内に設けられ、モータケースの内周面に向けて液状の冷却剤を噴射する第１噴射ノズルとを備えている。ステータコイルは、ステータコアから回転軸の方向に突出された第１コイルエンドを有している。第１噴射ノズルは、冷却剤を内周面で跳ね返らせて霧状に拡散させて第１コイルエンドに降り掛けるよう構成されている。第１コイルエンドは、降り掛かった霧状冷媒の気化熱によって十分に冷却される。

Description

電動モータ及びターボ圧縮機
　本発明は、ロータと該ロータの周囲に設けられたステータとを備え、前記ステータを液状の冷却剤で冷却する電動モータと、この電動モータを用いたターボ圧縮機とに関する。
　電動モータの長時間運転時のステータやロータの温度上昇によるコイルや絶縁材の焼損やロータの熱変形を防止するために、液状冷却剤（冷媒）を用いて内部を冷却する電動モータが従来から知られている。下記特許文献１は、回転する有底円筒状のロータの内部に液冷媒を供給する電動モータを開示している。この電動モータでは、液冷媒の気化熱によってロータが冷却される。また、下記特許文献２は、冷媒供給量が制御される電動モータを開示している。この電動モータでは、冷媒供給量を制御することで、過冷却や、潤滑油への液冷媒の混入による潤滑不良が防止される。
日本国特開２００９－１１８６９３号公報 日本国特開２００９－３００００８号公報
　上述した電動モータでは、ロータは冷却されるが、ステータは十分に冷却されない。ロータで気化しなかった液冷媒がドレンへと落下する途中でステータに降りかかり、ステータはこの液冷媒で冷却されるだけである。特に、特許文献１に開示された電動モータでは、ロータの底側のコイルエンドは熱伝導によってのみ冷却されるので、十分に冷却されない。このため、電動モータの焼損の可能性を解消できなかった。
　本発明の目的は、ステータコイルのコイルエンドを十分に冷却することができる電動モータを提供することにある。
　本発明の第１の特徴は、電動モータであって、モータケースと、前記モータケース内に収容された、回転軸を中心に回転可能なロータと、前記モータケース内の前記ロータの周囲に設けられた、ステータコアにステータコイルが巻かれて構成されたステータと、前記モータケース内に設けられ、前記モータケースの内周面に向けて液状の冷却剤を噴射する第１噴射ノズルとを備えており、前記ステータコイルが、前記ステータコアから前記回転軸の方向に突出された第１コイルエンドを有しており、前記第１噴射ノズルが、前記冷却剤を前記内周面で跳ね返らせて霧状に拡散させて前記第１コイルエンドに降り掛けるよう構成されている、ことを特徴とする電動モータを提供する。
　上記第１の特徴では、第１噴射ノズルからモータケースの内周面に向けて冷却剤が噴射され、冷却剤は内周面にて跳ね返らされて霧状に拡散する。拡散した霧状の冷却剤は、第１コイルエンドに降り掛かり、その気化熱でコイルエンドを冷却する。このため、熱伝導によってコイルエンドを冷却するよりも、第１コイルエンドを十分に冷却でき、電動モータの温度上昇による焼損の可能性を解消できる。この結果、電動モータの信頼性が向上する。また、生成された霧状の冷却剤は低速で第１コイルエンドに降り掛かるので、ステータコイルの絶縁被覆膜の損傷を防止できる。
　本発明の第２の特徴は、上述した第１の特徴の電動モータによってインペラを駆動するターボ圧縮機であって、前記モータケースの内部が、前記ロータ及び前記ステータの一側に位置する第１空間と、前記ロータ及び前記ステータの他側に位置する第２空間とに区画されており、前記第１コイルエンドが、前記第１空間内に突出され、前記第１噴射ノズルが、前記第１空間内に設けられて、前記第１空間内に前記冷却剤を噴射し、前記電動モータが、前記第２空間に高圧ガスを噴射するガス噴射ノズルをさらに備えており、前記高圧ガスが、前記インペラで圧縮されたガス状の前記冷却剤である、ことを特徴とするターボ圧縮機を提供する。
電動モータ（ターボ圧縮機）の第１実施形態を備えた冷凍サイクルのブロック図である。 上記電動モータの側面図である。 図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿った縦断面図である。 上記電動モータの噴射ノズルの平面図である。 図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 電動モータ（ターボ圧縮機）の第２実施形態を備えた冷凍サイクルのブロック図である。 上記電動モータの縦断面図である。 図８中のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。
　以下、実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず、第１実施形態の電動モータ１（ターボ圧縮機２０）について、図１～図６を参照しつつ説明する。
　図１に示されるように、電動モータ１は、ターボ冷凍機２の冷凍サイクルにおけるターボ圧縮機２０の駆動源として設けられている。ターボ冷凍機２は、空調用冷却水[coolant for air conditioning]を生成するための装置である。ターボ冷凍機２は、圧縮機２０と、蒸発器[evaporator]２１と、凝縮器[condenser]２２と、エコノマイザ[economizer]２６と、を備えている。これらの機器は、冷媒[refrigerant]（冷却剤[cooling fluid]：フロン[chlorofluorocarbon]）を循環させる冷媒パイプ２５ａ～２５ｅで接続されている。
　凝縮器２２は、流路２５ａを介して圧縮機２０と接続されると共に、膨張弁（減圧器[pressure reducer]）２３が配置された流路２５ｂを介してエコノマイザ２６と接続されている。凝縮器２２には、圧縮機２０で圧縮された気冷媒[refrigerant gas]が流路２５ａを介して供給される。凝縮器２２は、圧縮された気冷媒を液冷媒[refrigerant liquid]に凝縮する（気冷媒として一部残る）。凝縮器２２で凝縮された液冷媒（又は、気液混合状態の冷媒）は、流路２５ｂを介して、膨張弁２３によって減圧された後、エコノマイザ２６に供給される。
　エコノマイザ２６は、膨張弁（減圧器）２７が配置された流路２５ｃを介して蒸発器２１と接続されると共に、流路２５ｄを介して圧縮機２０と接続されている。エコノマイザ２６は、流路２５ｃ上で膨張弁（減圧弁）２３によって減圧された液冷媒（一部は気冷媒）を一時的に貯留する。エコノマイザ２６に貯留された冷媒（気液混合状態）の気相成分[gas-phase component]（気冷媒）は、流路２５ｄを介して圧縮機２０の第２圧縮段[second compression stage]（第２インペラ）２０ｂに供給される。一方、エコノマイザ２６に貯留された冷媒（気液混合状態）の液相成分[liquid-phase component]（液冷媒）は、流路２５ｃ上で膨張弁２７によって減圧された後に蒸発器２１に供給される。
　蒸発器２１は、流路２５ｅを介して圧縮機２０の第１圧縮段[first compression stage]（第１インペラ）２０ａと接続されている。蒸発器２１は、流路２５ｃ上で膨張弁２７によって減圧された液冷媒を気冷媒へと蒸発させる。蒸発器２１で蒸発された気冷媒は、流路２１ｅを介して圧縮機２０の第１圧縮段２０ａに供給される。
　圧縮機２０は、流路２５ａを介して凝縮器２２と接続されており、上述した第１圧縮段２０ａ及び第２圧縮段２０ｂを有している。圧縮機２０は、流路２５ｅを介して供給された気冷媒を第１圧縮段２０ａによって圧縮して流路２５ｄに排出すると共に、流路２５ｄを介して供給された気冷媒（第１圧縮段２０ａから排出された気冷媒を含む）を第２圧縮段２０ｂによって圧縮して気冷媒として流路２５ａに排出する。圧縮機２０で圧縮された気冷媒は、流路２５ａを介して凝縮器２２に供給される。空調用冷却水は、蒸発器２１での冷媒との熱交換によって冷却される。
　本実施形態のターボ冷凍機２は、上述した冷凍サイクルに加えて、冷凍サイクルの冷媒を用いた、電動モータ１の冷却系統も備えている。凝縮器２２で凝縮された液冷媒（又は、気液混合状態の冷媒）は、流路２５ｆを介して電動モータ１に供給される。液冷媒は、流路２５ｆ上において、制御器[regulator]２４（流量制御弁やオリフィスなど）によって電動モータ１への供給量が制御される。電動モータ１に供給された液冷媒は、電動モータ１を冷却した後、蒸発器２１（冷凍サイクル）へと戻される。電動モータ１では、液冷媒の一部はステータ５（図４参照）の周囲を循環し、残りの一部は後述する第１噴射ノズル７ａから電動モータ１の内部に噴射される。
　電動モータ１について詳しく説明する。図２～図４に示されるように、電動モータ１は、鋳造モータケース３と、回転軸４０を中心に回転可能なロータ４と、ロータ４の周囲に設けられたステータ５とを備えている。
　モータケース３は、円筒状の周壁[circumferential wall]３１と、周壁３１の両端を塞ぐ端壁[end wall]３２及び貫通壁[pass-through wall]３３とで構成されている。モータケース３（周壁３１、端壁３２及び貫通壁３３）の内部には、内部空間[inner chamber]３４が形成されている。周壁３１の内面にステータ５が固定されている。端壁３２の中心からは、内部空間３４に向けて支承筒部[support cylinder]３２ａが突設されている。支承筒部３２ａの端部には、玉軸受[ball bearing]６０Ａとラビリンスシール６１Ａとが設けられている。一方、貫通壁３３の中心には、筒孔[cylindrical hole]３３ａが設けられている。筒孔３３ａには、コロ軸受[roller bearing]６０Ｂとラビリンスシール６１Ｂとが設けられている。玉軸受６０Ａ及びコロ軸受６０Ｂは、回転軸４０を回転可能に支持している。
　内部空間３４は、ロータ４及びステータ５によって、ロータ４及びステータ５の一側（図４左側）に位置する第１空間[first chamber]３４Ａと、他側（図４右側）に位置する第２空間[second chamber]３４Ｂとに区画されている。図３及び図４に示されるように、モータケース３には、第１空間３４Ａ内の内周面３０に向けて液冷媒８を噴射する第１噴射ノズル７ａが設けられている。第１噴射ノズル７ａは、第１空間３４Ａ内に突出された第１コイルエンド５１へ向けてモータケース３の径方向に沿って配置されている。第１噴射ノズル７ａについては、追って詳しく説明する。なお、図４において、第１噴射ノズル７ａは断面の手前にあるので、点線で示されている。
　ステータ５は、複数の電磁鋼板が積層された筒状のステータコア５３と、ステータコア５３のティースに巻かれたステータコイル５０とを備えている。ステータコイル５０の表面にはワニス[varnish]などの絶縁被覆膜が形成されている。また、ステータコイル５０は、回転軸４０の軸方向に沿って第１空間３４Ａに突出された第１コイルエンドと、回転軸４０の軸方向に沿って第２空間３４Ｂに突出された第２コイルエンド５２を有している。
　ロータ４は、回転軸４０と、複数の電磁鋼板が積層された筒状のロータコア４１と、ロータコア４１に巻かれたロータコイルとを備えている。回転軸４０は、ロータコア４１を貫通し、ロータコア４１に固定されている。また、ロータ４はステータ５の内部に配されており、回転軸４０及び軸受６０Ａ，６０Ｂを介して、端壁３２及び貫通壁３３に回転可能に支持されている。つまり、ステータ５は、モータケース３内で、ロータ４の周囲に設けられている。
　また、電動モータ１には、冷媒流路３５が設けられている。冷媒流路３５は、外部から供給された液冷媒８を電動モータ１の内部に循環させる。冷媒流路３５は、周壁３１の内周面３０上に、ステータコイル５３に面して形成された螺旋状の溝によって構成されている。液冷媒８が冷媒流路３５を流れる間に、ステータコイル５３は液冷媒８によって冷却される。
　図５及び図６に示されるように、第１噴射ノズル７ａは、その内部に軸方向に延びる供給路７０を有していると共に、その先端にスリットとして形成された吐出口７１を有している。供給路７０は、モータケース３の外部から供給された液冷媒８を吐出口７１へと供給する。供給された液冷媒８は、吐出口７１からモータケース３の内周面３０に向けて噴射される。
　吐出口７１の開口方向は、図６に示されるように、第１噴射ノズル７ａの軸方向に対して所定の傾斜角度Ａ１に設定されている。液冷媒８は、この傾斜角度Ａ１によって、モータケース３の内周面３０に向けて噴射される。この際、噴射された液冷媒８は、傾斜角度Ａ１を保ち、噴射範囲の厚さはほぼ一定である。また、第１噴射ノズル７ａの吐出口７１は、回転軸４０の軸方向に延びるスリットとして形成されている。このため、図５に示されるように、噴射された液冷媒８は、回転軸４０の軸方向に平行な面に沿って扇状に拡散する[spread like a fan]（扇状の中心角は所定の拡散角度Ａ２）。
　モータケース３への第１噴射ノズル７ａの取付位置、傾斜角度Ａ１、及び、拡散角度Ａ２は、液冷媒８をより広範囲に拡散させて、内周面３０で跳ね返った霧状（液滴状）冷媒８[refrigerant mists (refrigerant droplets) 8 splashed by the internal circumferential surface 30]が第１コイルエンド５１全体に降りかかるように、電動モータ１のサイズや液冷媒８の噴射圧などに応じて、設定される。
　冷却動作について説明する。まず、冷媒通路３５による冷却について、図４を参照しつつ説明する。モータケース３の外部から冷媒通路３５に供給された液冷媒８は、冷媒流路３５を流れる間にステータコイル５３の熱で気化し、その気化熱によってステータコイル５３を冷却する。冷媒通路３５を通過した気液混合状態の冷媒８は、第２空間３４Ｂに排出される。第２空間３４Ｂに排出された液冷媒８は、第２コイルエンド５２に降りかかり、第２コイルエンド５２の熱で気化し、その気化熱によって第２コイルエンド５２を冷却する。
　液冷媒８の気化によって発生する気冷媒８によって第２空間３４Ｂ内の圧力が上昇し、気冷媒８は、ステータコイル５３とロータコイル４１との間の隙間を通って、圧力が低い第１空間３４Ａへと移動する。なお、冷媒通路３５から第２空間３４Ｂへと排出された液冷媒（霧状冷媒）８や、第２空間３４Ｂの下部に貯留されている液冷媒８の一部も、ステータコイル５３とロータコイル４１との間の隙間を通って第１空間３４Ａへと移動する。上述した冷媒８の第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの移動に伴って、ロータ４（及びステータ５）が冷媒８によって冷却される。
　次に、第１噴射ノズル７ａによる冷却について説明する。上述したように、第２空間３４Ｂ内の第２コイルエンド５２（及びステータ５）は、冷媒通路３５を通る冷媒８によって冷却される。一方、第１噴射ノズル７ａは、第１空間３４Ａ内の第１コイルエンド５１を液冷媒８で冷却するために設けられている。第１噴射ノズル７ａの吐出口７１から第１空間３４Ａの内周面３０に向けて液冷媒８が噴射されると、液冷媒８は内周面３０で跳ね返されて霧状（液滴状）冷媒８となって広範囲に拡散する。
　鋳造モータケース３の鋳型の表面模様[surface pattern of a casting mold]が内周面３０に転写されており、内周面３０は、細かい凹凸[fine asperity]を有している。このため、内周面３０は、好適に液冷媒８を霧状（液滴状）冷媒８として跳ね返す。拡散された霧状冷媒８は、重力によって落下して第１コイルエンド５１へ降りかかり、第１コイルエンド５１の熱で気化し、その気化熱によって第１コイルエンド５１を冷却する。なお、霧状冷媒８を第１コイルエンド５１に効率よく振り掛けるために、第１噴射ノズル７ａ（吐出口７１）は、第１コイルエンド５１の突出長さのほぼ中央位置に配されるのが好ましい。
　また、液冷媒８は、第１噴射ノズル７ａ（吐出口７１）からロータ４の回転方向（図２中の反時計方向）に噴射される。モータケース３内にはロータ４の回転によって回転方向に流れる回転流が形成される。このため、液冷媒８をロータ４の回転方向に噴射すると、内周面３０で跳ね返った霧状冷媒８が回転流よって第１コイルエンド５１全体に運ばれ、第１コイルエンド５１全体（及び第１空間３４Ａ内の他の部位）が冷却され得る。従って、第１コイルエンド５１の冷却効果がさらに向上する。なお、第１噴射ノズル７ａから噴射されて気化しなかった液冷媒８は、流下して周壁３１下部に設けられた溝３６を介して、気冷媒８と共に排出口[drain]３７から流路２５ｇ（図１参照）に排出されて蒸発機２１（冷凍サイクル）に戻される。
　本実施形態の電動モータ１によれば、第１噴射ノズル７ａから内周面３０に向けて液冷媒８を噴射して霧状冷媒８を生成させ、霧状冷媒８で第１コイルエンド５１を直接冷却する。このため、従来のように主として熱伝導によってコイルエンドを冷却するよりも、第１コイルエンド５１を十分に冷却できる。この結果、電動モータ１の温度上昇による焼損や焼付きを防止できる。
　また、霧状冷媒８は、低速で第１コイルエンド５１に達する。従って、第１コイルエンド５１の絶縁被覆膜の損傷を防止できる。さらに、液冷媒８を内周面３０によって跳ね返らせることで霧状冷媒８を広範囲に拡散させることができ、霧状冷媒８によって第１コイルエンド５１全体を冷却できる。さらに、液冷媒８をスリットとして形成された吐出口７１から扇状に拡散させて噴射するので、霧状冷媒８を第１コイルエンド５１の突出方向に沿って広範囲に拡散させることができ、第１コイルエンド５１を効果的に冷却できる。
　なお、上記実施形態では、第１コイルエンド５１に降りかかる霧状冷媒８を生成するための第１噴射ノズル７ａが設けられる第１空間は、電動モータ１の駆動力の出力側（回転軸４０がモータケース３から突出されている側：図４の左側）の空間３４Ａであった。しかし、必要に応じて、電動モータ１の出力側とは反対側の空間３４Ｂに第１噴射ノズル７ａが設けられても良い（即ち、空間３４Ｂが第１空間）。あるいは、両方の空間に、第１コイルエンド５１に降りかかる霧状冷媒を生成するための第１噴射ノズルが設けられてもよい。
　また、上記実施形態では、電動モータ１の出力側とは反対側の空間（第２空間３４Ｂ）に冷媒流路３５からの液冷媒８が排出された。しかし、電動モータ１の出力側の空間３４Ａに液冷媒８が排出されるように冷媒流路３５が形成されても良い。この場合は、上記出力側の空間３４Ａ内のコイルエンド５１は、冷媒流路３５からの液冷媒８で冷却されるので、上記反対側の空間３４Ｂに、コイルエンド５２に降りかかる霧状冷媒を生成するための第１噴射ノズルが設けられることが好ましい（即ち、空間３４Ｂが第１空間）。
　次に、第２実施形態の電動モータ１（ターボ圧縮機２０）について、図７～図９を参照しつつ説明する。本実施形態は、上述した第１実施形態よりも冷却性能をさらに向上させた構成を有している。図７に示されるように、冷却性能向上のために、第２噴射ノズル７ｂ及びガス噴射ノズル９が第１実施形態の構成に追加されている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一又は同等の構成には同一符号を付して、それらの重複する説明は省略する。
　上述したように、モータケース３の内部には、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８（気冷媒及び霧状冷媒）の流れが生じ、この流れによってロータ４（及びステータ５）が冷却される。本実施形態では、この冷媒８の流量を増加させるために、第２空間３４Ｂに高圧ガスを噴射する。本実施形態では、図８中のＩＸ－ＩＸ線断面図である図９に示されるように、高圧ガスを第２空間３４Ｂに噴射するガス噴射ノズル９が、モータケース３に設けられている。なお、図８において、ガス噴射ノズル９は支承筒部３２ａの背後にあるので、点線で示されている。
　図７に示されるように、ガス噴射ノズル９には、圧縮機２０の第２圧縮段（第２インペラ）２０ｂ下流側から高圧の気冷媒８が供給される。ターボ冷凍機２の冷凍サイクルの中で、第２圧縮段（第２インペラ）２０ｂ下流側の気冷媒８の圧力は高く、高圧ガスとして好適である。また、モータケース３の内部には冷媒８で満たされているので、第２空間３４Ｂの内部に噴射する高圧ガスは同じ冷媒（高圧の気冷媒）８が好ましい。なお、第２空間３４Ｂに噴射される高圧の気冷媒８は高温度であるが、噴射量も少なく、かつ、噴射後に第２空間３４Ｂ内での体積膨張に伴う温度低下もあり、電動モータ１の冷却性能に影響を与えない。
　高圧の気冷媒８を第２空間３４Ｂに噴射することで、第２空間３４Ｂの圧力が高まり、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８（気冷媒及び霧状冷媒）の流れが促進される。冷媒８の流れが促進されることで、冷媒８とロータ４（及びステータ５）との熱交換量が増えて冷却性能が向上する。
　ガス噴射ノズル９の構成は、基本的には、上述した第１噴射ノズル７ａと同様の構成を有しているので、詳しい説明を省略する。ただし、第１噴射ノズル７ａは液冷媒を噴射するのに対して、ガス噴射ノズル９は高圧ガス（高圧の気冷媒）を噴射する。従って、ガス噴射ノズル９の内部流路の断面積や吐出口の形状などは、高圧ガスに最適化される。例えば、第１噴射ノズル７ａの吐出口７１は、液冷媒を拡散噴射するためにスリットとして形成された。これに対して、ガス噴射ノズル９からの高圧ガスの噴射ｈは第２空間３４Ｂ内の冷媒の流れを促進することが目的であるため、ガス噴射ノズル９の吐出口はスリットではなく丸孔として形成されても良い。
　また、本実施形態では、更なる冷却性能の向上のために、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８の流れに含まれる霧状冷媒８を増やすために、第１実施形態の第１噴射ノズル７ａと同じ構成の第２噴射ノズル７ｂが設けられている。冷媒８の流れに含まれる霧状冷媒８が増えると、気化熱が増加するため、冷媒８とロータ４（及びステータ５）との熱交換量がさらに増えて冷却性能がさらに向上する。
　図９に示されるように、回転軸４０に対してガス噴射ノズル９の反対側（第１噴射ノズル７ａと同じ側）に、第２噴射ノズル７ｂが設けられている。第２噴射ノズル７ｂは、第１噴射ノズル７ａと同一の構成を有しており（図５及び図６参照）、第２空間３４Ｂの内周面３０に向けて液冷媒８を噴射させる。噴射された液冷媒８は、内周面３０で跳ね返って霧状（液滴状）冷媒８となり、第２空間３４Ｂ内に拡散する。拡散した霧状冷媒８は、ガス噴射ノズル９から噴射された気冷媒８（高圧ガス）によって促進された冷媒８の流れによって、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａに移動し、ロータ４（及びステータ５）と熱交換して冷却性能を向上させる。
　ここで、第２噴射ノズル７ｂも、ロータ４の回転方向（図９中の反時計方向）に液冷媒８を噴射する。上述したように、モータケース３内にはロータ４の回転方向に沿って回転流が形成されるので、液冷媒８をロータ４の回転方向に噴射すると、生成された霧状冷媒８が回転流よって攪拌され、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８の流れに含まれやすくなる。
　さらに、ガス噴射ノズル９も、ロータ４の回転方向に気冷媒８（高圧ガス）を噴射する。この結果、回転流が促進され、生成された霧状冷媒８がより攪拌される。この結果、霧状冷媒８が、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８の流れにより一層含まれやすくなる。また、霧状冷媒８がより均一に拡散されるので、ロータ４全体を冷却することができる。なお、ガス噴射ノズル９による回転流の促進によって冷媒流路３５から排出される冷媒８も拡散され、第２コイルエンド５２全体もより効果的に冷却できる。
　ここで、ガス噴射ノズル９は、第２空間３４Ｂから第２コイルエンドの内部へ向かう冷媒８の流れを効果的に生成するために、第２コイルエンド５２の端縁よりも外側（突出外側：図８中の右側）に気冷媒８（高圧ガス）を噴射するように構成されることが好ましい。第２空間３４Ｂから第２コイルエンドの内部へ向かう冷媒８の流れを効果的に生成することで、第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８の流量を効果的に増やすことができる。
　また、ガス噴射ノズル９が、第２コイルエンド５２の端縁よりも外側に気冷媒８（高圧ガス）を噴射するように構成されることで、ガス噴射ノズル９から噴射された気冷媒８（高圧ガス）による第２コイルエンド５２の絶縁被覆膜の損傷を防止できる。なお、本実施形態では、ガス噴射ノズル９自体が、第２コイルエンド５２の端縁よりも外側（図８におけるＩＸ－ＩＸ断面の位置）に配設されている。
　上述したように、第１噴射ノズル７ａは、生成した霧状冷媒８を第１コイルエンド５１に効率よく振り掛けるために、第１コイルエンド５１の突出長さのほぼ中央位置に配されるのが好ましい。これに対して、第２噴射ノズル７ｂは、生成した霧状冷媒８を第２空間３４Ｂから第１空間３４Ａへの冷媒８の流れに含ませるために、第２空間３４Ｂ内に拡散させることが主目的である。このため、本実施形態では、第２噴射ノズル７ｂは、回転軸４０の軸方向に沿ってガス噴射ノズル９と同位置（図８におけるＩＸ－ＩＸ断面の位置）に設けられている。
　しかし、第２噴射ノズル７ｂによって生成された霧状冷媒８は、内周面３０によって跳ね返らされて第２空間３４Ｂ内に十分に拡散されるため、第２コイルエンド５２の端縁よりも内側に設けられても良い。また、第２噴射ノズル７ｂによって生成された霧状冷媒８の一部を第２コイルエンド５２に振り掛けて第２コイルエンド５２を冷却しても良い。
　なお、本実施形態では、ガス噴射ノズル９から噴射する高圧ガスとしての気冷媒８は、圧縮機２０の第２圧縮段（第２インペラ）２０ｂ下流側から取得された。しかし、圧力が十分であれば、第１圧縮段（第１インペラ）２０ａ下流側（即ち、第２圧縮段２０ｂ上流側）から取得されても良い。
　なお、本実施形態は第１実施形態の構成は全て備えており、第１実施形態によって実現される効果は全て本実施形態によって実現され得る。さらに、本実施形態によれば、ガス噴射ノズル９及び第２噴射ノズル７ｂのための配管は増えるものの、冷却性能（特に、ロータ５の冷却）をさらに向上させることができる。電動モータ１の発熱特性を考慮して、噴射ノズル９及び第２噴射ノズル７ｂの設置の要否が検討されれば良い。

Claims (9)

  1. 　電動モータであって、
    　モータケースと、
    　前記モータケース内に収容された、回転軸を中心に回転可能なロータと、
    　前記モータケース内の前記ロータの周囲に設けられた、ステータコアにステータコイルが巻かれて構成されたステータと、
    　前記モータケース内に設けられ、前記モータケースの内周面に向けて液状の冷却剤を噴射する第１噴射ノズルとを備えており、
    　前記ステータコイルが、前記ステータコアから前記回転軸の方向に突出された第１コイルエンドを有しており、
    　前記第１噴射ノズルが、前記冷却剤を前記内周面で跳ね返らせて霧状に拡散させて前記第１コイルエンドに降り掛けるよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  2. 　請求項１に記載された電動モータであって、
    　前記第１噴射ノズルが、前記ロータの回転方向に前記冷却剤を噴射するよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  3. 　請求項１又は２に記載された電動モータであって、
    　前記モータケースの内部が、前記ロータ及び前記ステータの一側に位置する第１空間と、前記ロータ及び前記ステータの他側に位置する第２空間とに区画されており、
    　前記第１コイルエンドが、前記第１空間内に突出され、
    　前記第１噴射ノズルが、前記第１空間内に設けられて、前記第１空間内に前記冷却剤を噴射し、
    　前記電動モータが、前記第２空間に高圧ガスを噴射するガス噴射ノズルをさらに備えている、ことを特徴とする電動モータ。
  4. 　請求項３に記載された電動モータであって、
    　前記電動モータが、前記モータケースの内周面に向けて液状の前記冷却剤を噴射する第２噴射ノズルを前記第２空間内にさらに備えており、
    　前記第２噴射ノズルが、前記冷却剤を前記モータケースの内周面で跳ね返させることで前記第２空間内に霧状に拡散させるよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  5. 　請求項４に記載された電動モータであって、
    　前記第２噴射ノズルが、前記ロータの回転方向に前記冷却剤を噴射するよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  6. 　請求項５に記載された電動モータであって、
    　前記ガス噴射ノズルが、前記ロータの回転方向に前記高圧ガスを噴射するよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  7. 　請求項４～６の何れか一項に記載された電動モータであって、
    　前記ステータコイルが、前記ステータコアから前記第２空間に向けて、前記回転軸の方向に突出された第２コイルエンドを有しており、
    　前記ガス噴射ノズルが、前記第２空間内に突出された第２コイルエンドの端縁よりも外側に前記高圧ガスを噴射するよう構成されている、ことを特徴とする電動モータ。
  8. 　請求項３～７の何れか一項に記載された電動モータであって、
    　前記高圧ガスが、前記冷却剤が気化したものである、ことを特徴とする電動モータ。
  9. 　請求項８に記載された前記電動モータによってインペラを駆動するターボ圧縮機であって、
    　前記高圧ガスが、前記インペラで圧縮されたガス状の前記冷却剤である、ことを特徴とするターボ圧縮機。
PCT/JP2012/067914 2011-07-21 2012-07-13 電動モータ及びターボ圧縮機 WO2013011939A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12815158.6A EP2736152B1 (en) 2011-07-21 2012-07-13 Electric motor and turbo compressor
JP2013525665A JP5648819B2 (ja) 2011-07-21 2012-07-13 電動モータ及びターボ圧縮機
CN201280035177.4A CN103650301B (zh) 2011-07-21 2012-07-13 电动马达及涡轮压缩机
US14/155,984 US20140127050A1 (en) 2011-07-21 2014-01-15 Electrical motor and turbo compressor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011159641 2011-07-21
JP2011-159641 2011-07-21

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/155,984 Continuation US20140127050A1 (en) 2011-07-21 2014-01-15 Electrical motor and turbo compressor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013011939A1 true WO2013011939A1 (ja) 2013-01-24

Family

ID=47558117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/067914 WO2013011939A1 (ja) 2011-07-21 2012-07-13 電動モータ及びターボ圧縮機

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140127050A1 (ja)
EP (1) EP2736152B1 (ja)
JP (1) JP5648819B2 (ja)
CN (1) CN103650301B (ja)
WO (1) WO2013011939A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014159923A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd ターボ冷凍機
JP2014163624A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd ターボ冷凍機
US20150267709A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Motor-driven turbo compressor
EP2897259A3 (en) * 2014-01-20 2016-04-27 Hitachi, Ltd. Rotating electric machine
WO2016147585A1 (ja) * 2015-03-19 2016-09-22 三菱重工業株式会社 圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法
JP2018189079A (ja) * 2017-05-09 2018-11-29 株式会社神戸製鋼所 圧縮機
WO2019049202A1 (ja) * 2017-09-05 2019-03-14 株式会社Ihi 流体機械
JP2020112080A (ja) * 2019-01-10 2020-07-27 エドワーズ株式会社 真空ポンプ

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10443619B2 (en) * 2014-12-31 2019-10-15 Hamilton Sundstrand Corporation Motor housing assembly for a cabin air compressor
JP2017172444A (ja) * 2016-03-23 2017-09-28 株式会社豊田自動織機 電動圧縮機、及び、冷却システム
US20170279329A1 (en) * 2016-03-28 2017-09-28 Ford Global Technologies, Llc Electric machine thermal management
KR101888156B1 (ko) * 2016-11-14 2018-08-13 ㈜티앤이코리아 분리된 냉각 기로를 구비한 터보 압축기
CN107196462B (zh) * 2017-07-17 2024-01-19 珠海格力电器股份有限公司 离心式冷水机组、中央空调及防凝露方法
CN108494173A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 中国科学院电工研究所 一种立式电机的转子蒸发冷却装置
CN113107430B (zh) * 2021-04-22 2021-12-14 大庆山勃电器有限公司 一种抽油机最佳冲次智能变频控制装置及工艺
WO2022241092A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 Magna International Inc. Tangential jet cooling for electric motors
CN114251251A (zh) * 2021-11-22 2022-03-29 青岛海尔空调电子有限公司 用于压缩机的散热结构及压缩机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52123610U (ja) * 1976-03-18 1977-09-20
JPH0636363U (ja) * 1992-10-09 1994-05-13 神鋼電機株式会社 回転電機における冷却装置
JP2003324901A (ja) * 2002-04-26 2003-11-14 Nippon Soken Inc 電動機
JP2009017700A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Toyota Motor Corp 回転電機の冷却装置
JP2009118693A (ja) 2007-11-08 2009-05-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 回転機ロータ冷却装置および方法
JP2009300008A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 冷凍機

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2793506A (en) * 1955-03-28 1957-05-28 Trane Co Refrigerating apparatus with motor driven centrifugal compressor
US3158009A (en) * 1963-01-23 1964-11-24 Worthington Corp Refrigeration apparatus including compressor motor cooling means
US3217193A (en) * 1963-03-08 1965-11-09 Worthington Corp Liquid cooled motor arrangement
US3241331A (en) * 1963-04-17 1966-03-22 Carrier Corp Apparatus for and method of motor cooling
DE2145126A1 (de) * 1971-09-09 1973-03-22 Siemens Ag Elektrische maschine mit oelspruehkuehlung
US5519269A (en) * 1994-06-10 1996-05-21 Westinghouse Electric Corp. Electric induction motor and related method of cooling
JPH0819219A (ja) * 1994-06-29 1996-01-19 Fuji Electric Co Ltd 冷媒冷却式回転電機
US6355995B1 (en) * 1999-03-10 2002-03-12 J. W. I. Of Howell, Ltd Motor cooling system
CN1191668C (zh) * 2001-10-31 2005-03-02 中国科学院电工研究所 汽轮发电机定子全浸式蒸发冷却自循环回路
US6639334B2 (en) * 2001-11-30 2003-10-28 Ballard Power Systems Corporation Jet impingement cooling of electric motor end-windings
JP4441340B2 (ja) * 2004-06-23 2010-03-31 本田技研工業株式会社 モータ冷却システムおよびハイブリッド車
US7181928B2 (en) * 2004-06-29 2007-02-27 York International Corporation System and method for cooling a compressor motor
US7704056B2 (en) * 2007-02-21 2010-04-27 Honeywell International Inc. Two-stage vapor cycle compressor
DE102008001622A1 (de) * 2008-05-07 2009-11-12 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine mit Sprüh- und Sumpfkühlung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52123610U (ja) * 1976-03-18 1977-09-20
JPH0636363U (ja) * 1992-10-09 1994-05-13 神鋼電機株式会社 回転電機における冷却装置
JP2003324901A (ja) * 2002-04-26 2003-11-14 Nippon Soken Inc 電動機
JP2009017700A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Toyota Motor Corp 回転電機の冷却装置
JP2009118693A (ja) 2007-11-08 2009-05-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 回転機ロータ冷却装置および方法
JP2009300008A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 冷凍機

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2736152A4

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014159923A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd ターボ冷凍機
JP2014163624A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd ターボ冷凍機
EP2897259A3 (en) * 2014-01-20 2016-04-27 Hitachi, Ltd. Rotating electric machine
US9893593B2 (en) 2014-01-20 2018-02-13 Hitachi, Ltd. Rotating electric machine having a cooling frame with a plurality of coolants
US20150267709A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Motor-driven turbo compressor
JP2015178790A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社豊田自動織機 電動ターボ式圧縮機
JP2016176359A (ja) * 2015-03-19 2016-10-06 三菱重工業株式会社 圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法
CN107407269A (zh) * 2015-03-19 2017-11-28 三菱重工制冷空调系统株式会社 压缩机驱动用马达及其冷却方法
WO2016147585A1 (ja) * 2015-03-19 2016-09-22 三菱重工業株式会社 圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法
US20180073521A1 (en) * 2015-03-19 2018-03-15 Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems, Ltd. Compressor driving motor and cooling method for same
CN107407269B (zh) * 2015-03-19 2019-09-27 三菱重工制冷空调系统株式会社 压缩机驱动用马达及其冷却方法以及制冷剂回路
JP2018189079A (ja) * 2017-05-09 2018-11-29 株式会社神戸製鋼所 圧縮機
WO2019049202A1 (ja) * 2017-09-05 2019-03-14 株式会社Ihi 流体機械
US11261879B2 (en) 2017-09-05 2022-03-01 Ihi Corporation Fluid machine
JP2020112080A (ja) * 2019-01-10 2020-07-27 エドワーズ株式会社 真空ポンプ

Also Published As

Publication number Publication date
EP2736152B1 (en) 2020-10-14
JPWO2013011939A1 (ja) 2015-02-23
EP2736152A4 (en) 2016-10-26
CN103650301A (zh) 2014-03-19
CN103650301B (zh) 2016-10-12
JP5648819B2 (ja) 2015-01-07
US20140127050A1 (en) 2014-05-08
EP2736152A1 (en) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5648819B2 (ja) 電動モータ及びターボ圧縮機
US11085325B2 (en) Turbine engine cooling system with an open loop circuit
US8959950B2 (en) High capacity chiller compressor
EP2933498B1 (en) Turbomachine and refrigeration cycle apparatus
JP2019210929A (ja) 速度型圧縮機及び冷凍サイクル装置
JP2009019601A (ja) ターボ圧縮機およびターボ冷凍機
US9625191B2 (en) Condensing apparatus
US20180252233A1 (en) Turbo compressor and turbo chilling apparatus equipped with the turbo compressor
JP5234580B2 (ja) 回転機ロータ冷却装置および方法
JP6799792B2 (ja) 流体機械及び冷凍サイクル装置
CN106870373B (zh) 旋转压缩机及具有其的制冷循环装置
JP2014190616A (ja) ターボ冷凍機の圧縮機用電動機
JP2018066308A (ja) ターボ機械
JP2011163142A (ja) 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置
WO2023190259A1 (ja) 圧縮機、および冷凍装置
JP2004300928A (ja) 多段圧縮機、ヒートポンプ、並びに熱利用装置
CN110545011A (zh) 电机组件和制冷系统
JP2018123759A (ja) ターボ圧縮機
JP2011137402A (ja) 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置
JP2018048764A (ja) 冷凍サイクル装置
JP2020186705A (ja) 速度型圧縮機、冷凍サイクル装置及び速度型圧縮機の運転方法
JPH05118284A (ja) 回転式圧縮機
JP2019066130A (ja) 冷凍サイクル装置
JP2006115652A (ja) 回転電機の冷却装置
CN110247513A (zh) 冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12815158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013525665

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012815158

Country of ref document: EP