JP2000245108A - 回転電気機械の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転電気機械の左右での温度差を無くして効
果的な冷却をする。 【解決手段】 電動機１０１の上面に搭載された空冷熱
交換器１０２はバッフル１２３ａ，１２３ｂにより３つ
の部屋１２４ａ〜１２４ｃに区画されている。空冷熱交
換器１０２の軸方向中央上面に設けた内気循環用送風機
１３１が駆動すると、電動機１０１の中央部空間の内気
（実線の矢印で示す）は、中央の部屋１２４ｂを介して
送風機１３１に吸い込まれ、送風機１３１により押し込
まれ、両側の部屋１２４ａ，１２４ｂに分流して、電動
機１０１の両端部空間に供給され、更に軸方向通風孔１
１２ａ，１１４ａ及び冷却通風ダクト１１２ｂ，１１４
ｂに流れる。このため、電動機１０１の両端部には、略
同じ温度に冷却された内気が送られ、電動機１０１の両
端部の温度が略等しくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転電気機械の冷却
構造に関し、回転電気機械の両端部での温度差を無くし
て効果的な冷却ができるように工夫したものである。特
に本発明は、回転電気機械（例えば三相誘導電動機，発
電機等）を全閉他力通風構造方式で冷却するために、空
冷熱交換器を回転電気機械の上面に載置（マウント）す
るタイプの冷却構造に工夫をして冷却効率を向上させる
ようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】全閉他力通風構造方式により回転電気機
械を空冷するには、現在では、冷却風の流れを簡素化す
るため、一方向に冷却風が流れる方式を採用している。
この具体例を図２を参照しつつ説明する。

【０００３】図２に示すように、電動機１の上面には、
空冷熱交換器２が載置（マウント）されており、空冷熱
交換器２には内気循環用送風機３１と外気通風用送風機
３２が連結されている。

【０００４】電動機１は、フレーム１１の内周面に固定
子１２が設置されており、シャフト１３には回転子１４
が設置されており、シャフト１３はベアリング１５を介
してブラケット１６に回転自在に支持されている。固定
子１２には軸方向通風孔１２ａが形成され、回転子１４
には軸方向通風孔１４ａが形成されている。フレーム１
１の上面のうち、左右両端部には開口部１１ａ，１１ｂ
が開口されており、この開口部１１ａ，１１ｂを介し
て、電動機１の内部空間と、空冷熱交換器２の内部空間
とが連通している。

【０００５】空冷熱交換器２では、箱状となっている熱
交換器フレーム２１の一端面２１ａと他端面２１ｂを貫
通する状態で、断面形状が楕円となっている多数本のパ
イプ２２が貫通して取り付けられている。熱交換器フレ
ーム２１内には、３枚のバッフル（じゃま板）２３ａ、
２３ｂ、２３ｃが配置されており、熱交換器フレーム２
１内空間は、４つの部屋２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄに区画されている。また熱交換器フレーム２１の上面
のうち、部屋２４ａ，２４ｂに対応する部分には、開口
部２５ａ，２５ｂが開口されている。

【０００６】外気通風用送風機３２は、外気（図中点線
の矢印で示す）を吸い込み、この外気を、通風用カバー
３３を介して各パイプ２２の左端面に供給する。このた
め、外気は、各パイプ２２のパイプ内空間を流通して、
各パイプ２２の右端面から排気される。このように、パ
イプ内空間に外気を流通させることにより、熱交換器フ
レーム２１の内部空間の空気（内気）を空気冷却するこ
とができる。

【０００７】内気循環用送風機３１はエアーダクト３４
に連通している。そして、エアーダクト３４は開口部２
５ａを介して部屋２４ａに連通しており、内気循環用送
風機３１は開口部２５ｂを介して部屋２４ｂに連通して
いる。このため、内気循環用送風機３１が駆動すると、
部屋２４ａ内の内気（図中実線の矢印で示す）はエアー
ダクト３４を介して内気循環用送風機３１に吸い込ま
れ、吸い込まれた内気は、内気循環用送風機３１から押
し出され、押し出された内気は部屋２４ｂ、部屋２４
ｃ，部屋２４ｄを順次流通して、電動機１の左側内部空
間に送られる。

【０００８】電動機１の左側内部空間の内気は、軸方向
通風孔１２ａ，１４ａ等を介して軸方向右側に流通し、
電動機１の右側内部空間に達し再び部屋２４ａに流入す
る。このように、内気は、電動機１の内部空間と空冷熱
交換器２の内部空間との間で循環流通する。そして、電
動機１の内部空間にて加熱された内気は、空冷熱交換器
２の各部屋２４ａ〜２４ｄをジグザグに流通する間に、
パイプ２に触れて冷却される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２に示す
従来技術では、内気が一方向に流れる、即ち、部屋２４
ａ→内気循環用送風機３１→部屋２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄ→電動機１の左側内部空間→電動機１の右側内部空間
→部屋２４ａという一方向の循環経路に沿い流れてい
る。したがって、電動機１の左側内部空間での内気の温
度は低いが、電動機１の右側内部空間での内気の温度は
高くなっている。このため、電動機１の左側部分の温度
（例えば左側のコイル温度Ｃ１）に対して、電動機１の
右側部分の温度（例えば右側のコイル温度Ｃ２）が高く
なってしまう。つまり、電動機１の軸方向に関して、左
右で温度差（温度勾配）が生じてしまう。このため、冷
却が均一にできず、冷却効率が低くなっており、最高温
度がどうしても高くなってしまう傾向にあった。

【００１０】また、図２に示す従来技術では、内気が、
空冷熱交換器２の各部屋２４ａ〜２４ｄをジグザグに流
通するため、通風経路が長く通風抵抗が大きくなってし
まい、内気循環用送風機３１として大型の送風機が必要
であった。

【００１１】なお、回転電気機械の上面に載置した空冷
熱交換器の上部中央に、内気循環用送風機を備えて、熱
勾配を低減するよう工夫した技術（実開昭５３−８６３
０６号公報）もあるが、熱勾配を低減したり、冷却を効
率的にする点では、まだ不十分であった。

【００１２】本発明は、上記従来技術に鑑み、効果的に
冷却ができると共に送風機容量を小さくすることのでき
る回転電気機械の冷却構造を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、パイプ内空間に外気が流通する多数本のパ
イプを熱交換器フレームに貫通させて形成した空冷熱交
換器が、回転電気機械の上面に載置され、内気が前記回
転電気機械の内部空間と前記空冷熱交換器の内部空間と
の間で循環流通することにより冷却をする回転電気機械
の冷却構造において、前記回転電気機械の軸方向中央部
空間の内気を、前記空冷熱交換器の軸方向中央部空間を
経由して、半径方向外側に向かって吸い込み、吸い込ん
だ空気を加圧して、前記空冷熱交換器の軸方向両端部空
間を経由して、前記回転電気機械の軸方向両端部空間に
向かって半径方向内側に向かって押し込む内気循環用送
風機を、前記空冷熱交換器の上部に設置すると共に、前
記固定子と前記フレームとの間には軸方向に沿い軸方向
通風孔を形成し、前記固定子には半径方向に沿い冷却通
風ダクトを形成し、前記回転子には軸方向に沿い軸方向
通風孔を形成しかつ半径方向に沿い冷却通風ダクトを形
成したことを特徴とする。

【００１４】また本発明の構成は、前記内気循環用送風
機は遠心羽根を有しており、また、前記熱交換器フレー
ム内には、前記遠心羽根により加圧された内気を、前記
空冷熱交換器の軸方向両端部空間にガイドする整流板が
設けられていることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の実施の形態にかかる回転電
気機械の冷却構造を示す。本実施の形態の冷却構造は、
全閉他力通風構造方式により電動機を空冷するものであ
る。図１に示すように、電動機１０１の上面には、空冷
熱交換器１０２が載置（マウント）されており、空冷熱
交換器１０２には内気循環用送風機１３１と外気通風用
送風機１３２が連結されている。

【００１７】電動機１は、フレーム１１１の内周面に固
定子１１２が設置されており、シャフト１１３には回転
子１１４が設置されており、シャフト１１３はベアリン
グ１１５を介してブラケット１１６に回転自在に支持さ
れている。

【００１８】固定子１１２とフレーム１１１との間に
は、軸方向に沿い軸方向通風孔１１２ａが形成され、固
定子１１２には半径方向に沿い冷却通風ダクト１１２ｂ
が形成されている。また回転子１１４には、軸方向に沿
い軸方向通風孔１１４ａが形成され、半径方向に沿い冷
却通風ダクト１１４ｂが形成されており、更に回転子１
１４の両端部には、内気を固定子１１２側に送る羽根片
１１４ｃが設けられている。

【００１９】フレーム１１１は、その上面が開口されて
おり、この開口部を介して、電動機１０１の内部空間
と、空冷熱交換器１０２の内部空間とが連通している。

【００２０】空冷熱交換器１０２では、箱状となってい
る熱交換器フレーム１２１の一端面１２１ａと他端面１
２１ｂを貫通する状態で、断面形状が楕円となっている
多数本のパイプ１２２が貫通して取り付けられている。
熱交換器フレーム１２１内には、２枚のバッフル（じゃ
ま板）１２３ａ、１２３ｂが配置されており、熱交換器
フレーム１２１内空間は、３つの部屋１２４ａ，１２４
ｂ，１２４ｃに区画されている。

【００２１】外気通風用送風機１３２は、外気（図中点
線の矢印で示す）を吸い込み、この外気を、通風用カバ
ー１３３を介して各パイプ１２２の左端面に供給する。
このため、外気は、各パイプ１２２のパイプ内空間を流
通して、各パイプ１２２の右端面から排気カバー１３４
を介して外部に排気される。このように、パイプ内空間
に外気を流通させることにより、熱交換器フレーム１２
１の内部空間の内気（図中実線の矢印で示す）を空気冷
却することができる。

【００２２】内気循環用送風機１３１は、空冷熱交換器
１０２の熱交換器フレーム１２１の上部で、且つ、軸方
向中央部に配置されている。即ち、中央部の部屋１２４
ｂの真上に位置するように配置されている。この内気循
環用送風機１３１は、遠心羽根１３１ａを有しており、
駆動により遠心羽根１３１ａが回転することにより、部
屋１２４ｂの内気（空気）を半径方向外側に向かって吸
い込み、吸い込んだ内気を遠心羽根１３１ａにより加圧
して、軸方向両端に向かって押し込み、軸方向両側の部
屋１２４ａ，１２４ｃに送る。

【００２３】また、熱交換器フレーム１２１内には、遠
心羽根１３１ａにより加圧された内気を、軸方向両側の
部屋１２４ａ，１２４ｃにガイドしてスムーズに送る整
流板１３５が設けられている。

【００２４】前記内気循環用送風機１３１が駆動して遠
心羽根１３１ａが回転すると、電動機１０１の軸方向中
央部の空間にある内気は、空冷熱交換器１０２の軸方向
中央部の部屋１２４ｂを経由して、半径方向外側に向か
って（即ち遠心羽根１３１ａの回転中心に向かって）吸
い込まれる。吸い込まれた内気は、遠心羽根１３１ａに
より加圧され、軸方向両端に向かって押し込まれ、軸方
向両端部の部屋１２４ａ，１２４ｃを経由して、半径方
向内側に向かって押し込まれ、電動機１０１の軸方向両
端部の空間に送り込まれる。

【００２５】電動機１０１の軸方向両端部の空間に送り
込まれた内気は、軸方向通風孔１１２ａ，１１４ａを介
して電動機１０１の軸方向中央に流れると共に、冷却通
風ダクト１１４ａ，１１２ｂを介して電動機１０１の半
径方向に流れ、電動機１０１を冷却する。

【００２６】空冷熱交換器１０２の部屋１２４ｂや部屋
１２４ａ，１２４ｃを流通する内気は、パイプ２に触れ
て冷却される。

【００２７】上述したように、内気は軸方向中央部を半
径方向外側に向かって上昇した後、内気循環用送風機１
３１により圧送され、左右に分流し、分流した内気が、
軸方向両端部空間を経由して電動機１の両端部空間に供
給される。したがって、電動機１の両端部空間には、略
同じ温度に冷却された内気が供給されるため、電動機１
の両端での温度差がなくなる。このように電動機１の左
右での温度勾配が無くなるので、電動機の最高温度が低
減され、電動機１の信頼性が高くなる。

【００２８】また、電動機１０１の軸方向両端部の空間
に送り込まれた内気が、軸方向通風孔１１２ａ，１１４
ａを介して電動機１０１の軸方向中央に流れると共に、
冷却通風ダクト１１４ａ，１１２ｂを介して電動機１０
１の半径方向に流れ、電動機１０１の冷却が確実にでき
る。

【００２９】また、内気を２方向に分流するため、通風
経路が短くなり通風抵抗が低減する結果、内気循環用送
風機１３１として小型のものを採用することができる。

【００３０】さらに、整流板１３５を設けているため、
内気循環用送風機１３１から送り出された内気を、軸方
向両側の部屋１２４ａ，１２４ｃにスムーズに送ること
ができ、冷却効率が向上する。

【００３１】なお本発明は、電動機のみならず、発電機
にも適用することができることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明では、内気を回転電気機械の軸方向中央
部空間から吸い込み、空冷熱交換器で冷却して、回転電
気機械の軸方向両端部空間に送り込むようにしているた
め、回転電気機械の左右での温度差が無くなり、回転電
気機械の最高温度が低減され、回転電気機械の信頼性が
高くなる。

【００３３】また、空冷熱交換器に吸い込んだ内気を２
方向に分流するため、通風経路が短くなり通風抵抗が低
減する結果、内気循環用送風機として小型のものを採用
することができる。

【００３４】さらに、内気循環用送風機の遠心羽根から
送り出された内気を、整流板によりガイドして空冷熱交
換器の軸方向両端部空間にスムーズに送ることができ、
冷却効率が向上する。

【００３５】また、電動機の軸方向両端部の空間に送り
込まれた内気が、軸方向通風孔を介して電動機の軸方向
中央に流れると共に、冷却通風ダクトを介して電動機の
半径方向に流れ、電動機の冷却が確実にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる回転電気機械の冷
却構造を示す構成図。

【図２】従来の回転電気機械の冷却構造を示す構成図。

【符号の説明】

１ 電動機 １１ フレーム １１ａ，１１ｂ 開口部 １２ 固定子 １２ａ 軸方向通風孔 １３ シャフト １４ 回転子 １４ａ 軸方向通風孔 １５ ベアリング １６ ブラケット ２ 空冷熱交換器 ２１ 熱交換器フレーム ２１ａ 一端面 ２１ｂ 他端面 ２２ パイプ ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ バッフル ２４ａ〜２４ｄ 部屋 ２５ａ，２５ｂ 開口部 ３１ 内気循環用送風機 ３２ 外気通風用送風機 ３３ 通風用カバー ３４ エアーダクト １０１ 電動機 １１１ フレーム １１２ 固定子 １１２ａ 軸方向通風孔 １１２ｂ 冷却通風ダクト １１３ シャフト １１４ 回転子 １１４ａ 軸方向通風孔 １１４ｂ 冷却通風ダクト １１５ ベアリング １１６ ブラケット １０２ 空冷熱交換器 １２１ 熱交換器フレーム １２１ａ 一端面 １２１ｂ 他端面 １２２ パイプ １２３ａ，１２３ｂ バッフル １２４ａ〜１２４ｃ 部屋 １３１ 内気循環用送風機 １３１ａ 遠心羽根 １３２ 外気通風用送風機 １３３ 通風用カバー １３４ 排気カバー １３５ 整流板 Ｃ１，Ｃ２ コイル温度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイプ内空間に外気が流通する多数本の
   パイプを熱交換器フレームに貫通させて形成した空冷熱
   交換器が、回転電気機械の上面に載置され、内気が前記
   回転電気機械の内部空間と前記空冷熱交換器の内部空間
   との間で循環流通することにより冷却をする回転電気機
   械の冷却構造において、 前記回転電気機械の軸方向中央部空間の内気を、前記空
   冷熱交換器の軸方向中央部空間を経由して、半径方向外
   側に向かって吸い込み、吸い込んだ空気を加圧して、前
   記空冷熱交換器の軸方向両端部空間を経由して、前記回
   転電気機械の軸方向両端部空間に向かって半径方向内側
   に向かって押し込む内気循環用送風機を、前記空冷熱交
   換器の上部に設置すると共に、 前記固定子と前記フレームとの間には軸方向に沿い軸方
   向通風孔を形成し、前記固定子には半径方向に沿い冷却
   通風ダクトを形成し、前記回転子には軸方向に沿い軸方
   向通風孔を形成しかつ半径方向に沿い冷却通風ダクトを
   形成したことを特徴とする回転電気機械の冷却構造。
2. 【請求項２】 前記内気循環用送風機は遠心羽根を有し
   ており、また、前記熱交換器フレーム内には、前記遠心
   羽根により加圧された内気を、前記空冷熱交換器の軸方
   向両端部空間にガイドする整流板が設けられていること
   を特徴とする回転電気機械の冷却構造。