JP2002064956A - High speed-revolution motor and cooling method therefor - Google Patents
High speed-revolution motor and cooling method thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転電動機に
係り、特に高速回転時に高温に発熱する回転子と固定子
とを効果的に冷却することができる高速回転電動機とそ
の冷却方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed rotating electric motor, and more particularly to a high-speed rotating electric motor capable of effectively cooling a rotor and a stator that generate heat at high speed during high-speed rotation, and a method of cooling the same. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ターボ圧縮機は、レシプロ圧縮機やスク
リュウ圧縮機に比較して大容量化、小型化に適し、かつ
オイルフリー化が容易なものである。そのため、このタ
ーボ圧縮機は、工場の空気源、空気分離の原料空気、プ
ロセス関係の空気源等の汎用圧縮機として多用されてい
る。2. Description of the Related Art A turbo compressor is suitable for increasing the capacity and reducing the size of a turbo compressor or a screw compressor, and is easily oil-free. For this reason, the turbo compressor is widely used as a general-purpose compressor for a factory air source, a source air for air separation, a process-related air source, and the like.
【０００３】従来の二段ターボ圧縮機は、１軸二段歯車
駆動圧縮機であり、電動機、歯車増速機、同軸二段圧縮
機とからなるものである。この同軸二段圧縮機は、回転
軸の両端にそれぞれ一段インペラと二段インペラが同軸
に設けられ、この回転軸を歯車増速機により高速（例え
ば１０万ｍｉｎ-1以上）で回転駆動するようになってい
る。[0003] A conventional two-stage turbo compressor is a single-shaft, two-stage gear drive compressor, and includes an electric motor, a gear speed increaser, and a coaxial two-stage compressor. In this coaxial two-stage compressor, a single-stage impeller and a two-stage impeller are provided coaxially at both ends of a rotating shaft, and the rotating shaft is driven to rotate at a high speed (for example, 100,000 min -1 or more) by a gear intensifier. It has become.
【０００４】上述した従来の二段ターボ圧縮機は、空気
を圧縮する同軸二段圧縮機は小型にできるが、電動機及
び歯車増速機が大型であるため全体としてはかなり大型
となった。そのため、図５に示すように、歯車増速機を
省略した圧縮機、例えば１軸二段高速回転電動機が一部
で提案されている。この１軸二段高速回転電動機は、歯
車増速機がなく高速電動機のロータ軸１の両端に一段と
二段インペラ２，３を備えるため、装置全体が小型化に
なった。In the above-described conventional two-stage turbo compressor, the coaxial two-stage compressor for compressing air can be reduced in size, but the size of the electric motor and the gearbox is large, so that the overall size is considerably large. For this reason, as shown in FIG. 5, a compressor in which a gear speed increaser is omitted, for example, a single-shaft, two-stage high-speed rotary electric motor has been partially proposed. Since this single-shaft, two-stage high-speed rotary motor has no gear-increasing gear and includes one-stage and two-stage impellers 2 and 3 at both ends of a rotor shaft 1 of the high-speed motor, the entire device is downsized.
【０００５】上述した高速電動機は、高速回転するため
にその発熱が大きく、冷却装置の設置が必要となる。例
えば、このような冷却装置として、ロータ軸に直結した
ファンによる強制空冷、或いは外部からの冷却空気の供
給が従来から一般的に用いられていた。このように、ロ
ータ軸にファンを直結する場合には、ロータ軸の軸長が
長くなり、数万ｍｉｎ-1に達する高速ロータ軸の回転支
持が困難になった。また、外部からの別系統で冷却空気
を供給する場合には、別系統の動力源やファン駆動装置
等を必要とし、装置が複雑となっていた。[0005] The high-speed motor described above generates a large amount of heat due to high-speed rotation, and requires the installation of a cooling device. For example, as such a cooling device, forced air cooling by a fan directly connected to a rotor shaft or supply of cooling air from the outside has conventionally been generally used. As described above, when the fan is directly connected to the rotor shaft, the shaft length of the rotor shaft becomes longer, and it becomes difficult to support the rotation of the high-speed rotor shaft reaching tens of thousands of min -1 . Further, when cooling air is supplied by another system from the outside, a power source of another system, a fan driving device, and the like are required, and the device is complicated.
【０００６】この１軸二段高速回転電動機の場合には、
高速回転電動機の発熱部である回転子４と固定子５の隙
間（ギャップ）にアフタークーラー６からハウジング７
に設けた給気孔８を通して冷却空気を供給して回転子４
と固定子５を冷却していた。この冷却後の空気は、ハウ
ジング７に設けた排気孔９から大気は解放していた。あ
るいは、この冷却後の空気は高圧段に戻すこともあっ
た。なお、１０は軸受である。In the case of this one-axis two-stage high-speed rotating motor,
A gap between the rotor 4 and the stator 5, which is a heat generating portion of the high-speed rotating motor, is provided from the aftercooler 6 to the housing 7.
The cooling air is supplied through an air supply hole 8 provided in the rotor 4.
And the stator 5 was cooled. The air after the cooling was released from the air through an exhaust hole 9 provided in the housing 7. Alternatively, the cooled air may be returned to the high pressure stage. Reference numeral 10 denotes a bearing.
【０００７】また、図６に示すように、１軸単段高速回
転電動機２１も提案されている。この１軸単段高速回転
電動機２１は、高速電動機のロータ軸１の片端に一段イ
ンペラ２のみを備えるため、更に装置全体を小型にした
ものである。この１軸単段高速回転電動機１１の場合に
も、回転子４と固定子５の隙間（ギャップ）にアフター
クーラー６から冷却空気を供給して回転子４と固定子５
を冷却していた。As shown in FIG. 6, a single-axis single-stage high-speed rotary electric motor 21 has also been proposed. The single-axis single-stage high-speed rotary motor 21 has only one-stage impeller 2 at one end of the rotor shaft 1 of the high-speed motor, so that the entire apparatus is further reduced in size. Also in the case of the single-shaft single-stage high-speed rotating motor 11, cooling air is supplied from the aftercooler 6 to the gap between the rotor 4 and the stator 5 to supply the rotor 4 and the stator 5.
Had cooled.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に、冷却後の空気をハウジング７に設けた排気孔９から
大気へ解放することで、圧縮エネルギーの一部を消失す
ることになり、エネルギーロスが大きいという問題を有
していた。However, as described above, by releasing the cooled air to the atmosphere through the exhaust hole 9 provided in the housing 7, a part of the compression energy is lost, and There was a problem that the loss was large.
【０００９】また、冷却後の空気を高圧段入口に戻す場
合には、オリフィスを設けたり、圧力損失をつける等の
ために各種装置が複雑化し、かつその効率低下を招くと
いう問題を有していた。Further, when returning the cooled air to the high pressure stage inlet, there is a problem that various devices become complicated due to the provision of an orifice or a pressure loss, and the efficiency is reduced. Was.
【００１０】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高速
回転時における冷却後の空気をアフタークーラ又はイン
タークーラ側の上流側に戻すことで、圧縮エネルギーの
一部を回収して、トータル効率の向上を図ると共に、ラ
ビリンスシールからの圧縮空気漏れを完全に防止するこ
とができる高速回転電動機とその冷却方法を提供するこ
とにある。The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to return the cooled air at the time of high-speed rotation to the upstream side of the aftercooler or the intercooler side, thereby recovering a part of the compression energy, improving the total efficiency, and improving the labyrinth. An object of the present invention is to provide a high-speed rotating electric motor capable of completely preventing compressed air from leaking from a seal and a method for cooling the same.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の高速回転電動機
によれば、ハウジング（７）内において両端に貫通した
ロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の端部に取付けら
れたインペラと、を備えた電動機（１１）であって、該
インペラで圧縮した空気を冷却するクーラーからの出口
空気を冷却用空気として前記電動機（１１）内部に流
し、前記ロータ軸（１）と前記ハウジング（７）の貫通
孔との間に設けたラビリンスシール（１３）から、前記
インペラ（２，３）の背面を経由して圧縮機内部に戻す
ように構成した、ことを特徴とする高速回転電動機が提
供される。According to the high-speed rotary electric motor of the present invention, a rotor shaft (1) penetrating at both ends in a housing (7), and an impeller attached to an end of the rotor shaft (1). An outlet air from a cooler that cools the air compressed by the impeller, flows as cooling air into the motor (11), and the rotor shaft (1) and the housing (7) a high-speed rotary electric motor, wherein the labyrinth seal (13) provided between the through-hole and the impeller (2, 3) is returned to the inside of the compressor via the back surface of the impeller (2, 3). Is provided.
【００１２】また、ハウジング（７）内において両端に
貫通したロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の端部に
取付けられたインペラと、を備えた電動機（１１）であ
って、前記複数の電動機（１１）の各インペラで圧縮し
た空気を冷却する、共通のアフタークーラー（６）から
の出口空気を冷却用空気として前記各電動機（１１）内
部に流し、前記各ロータ軸（１）と前記ハウジング
（７）の貫通孔との間に設けたラビリンスシール（１
３）から、前記インペラ（２，３）の背面を経由して圧
縮機内部に戻すように構成したものである。An electric motor (11) comprising: a rotor shaft (1) penetrating at both ends in a housing (7); and an impeller attached to an end of the rotor shaft (1). An outlet air from a common aftercooler (6) for cooling the air compressed by each impeller of the plurality of electric motors (11) flows as cooling air into each of the electric motors (11), and the respective rotor shafts (1). And a labyrinth seal (1) provided between the housing and the through hole of the housing (7).
From 3), it is configured to return to the inside of the compressor via the back surface of the impeller (2, 3).
【００１３】更に、ハウジング（７）内において両端に
貫通したロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の両端に
それぞれ取付けられた一段インペラ（２）及び二段イン
ペラ（３）とを備え、該一段インペラ（２）で圧縮した
空気を中間冷却して二段インペラ（３）に導くように構
成した密閉型の高速電動機（１１）であって、前記二段
インペラ（３）で圧縮した空気を、更に冷却するアフタ
ークーラー（６）からの出口空気を冷却用空気として前
記電動機（１１）内部に流し、前記ロータ軸（１）と前
記ハウジング（７）の貫通孔との間に設けたラビリンス
シール（１３）から、前記インペラ（２，３）の背面を
経由して圧縮機内部に戻すように構成するこが可能であ
る。前記インペラ（２，３）の背面には、前記ロータ軸
（１）を中心として放射状又は渦巻き状に溝（１４）を
設けることが望ましい。Further, a rotor shaft (1) penetrating both ends in the housing (7), and a single-stage impeller (2) and a two-stage impeller (3) attached to both ends of the rotor shaft (1), respectively. A hermetic high-speed motor (11) configured to intermediately cool air compressed by the single-stage impeller (2) and to guide the air to the two-stage impeller (3), wherein the air is compressed by the two-stage impeller (3). Outlet air from an aftercooler (6) for further cooling is flown into the electric motor (11) as cooling air, and is provided between the rotor shaft (1) and a through hole of the housing (7). The labyrinth seal (13) can be configured to return to the inside of the compressor via the back surface of the impeller (2, 3). It is preferable that a groove (14) is provided on the back surface of the impeller (2, 3) in a radial or spiral shape around the rotor shaft (1).
【００１４】上記本発明の構成では、インタークーラー
又はアフタークーラー（６）等のクーラーで冷却した圧
縮空気をハウジング（７）内に供給し、その冷却圧縮空
気を電動機の回転子（４）と固定子（５）の隙間に噴射
してロータ軸（１）、回転子（４）及び固定子（５）を
冷却することができる。冷却後の空気は、ラビリンスシ
ール（１３）を通して各インペラ（２，３等）の背面を
経由して圧縮機内部に戻すことができる。そこで、冷却
後の空気を回収する、即ち圧縮エネルギーの一部を回収
することができるので、トータル効率の向上を図ること
ができる。In the configuration of the present invention, compressed air cooled by a cooler such as an intercooler or an aftercooler (6) is supplied into the housing (7), and the cooled compressed air is supplied to the rotor (4) of the electric motor and the stator. The rotor shaft (1), the rotor (4), and the stator (5) can be cooled by spraying into the gap (5). The cooled air can be returned to the inside of the compressor through the labyrinth seal (13), through the back surface of each impeller (2, 3 etc.). Therefore, since the air after cooling can be recovered, that is, a part of the compression energy can be recovered, the total efficiency can be improved.
【００１５】前記インペラ（２，３）の背面に放射状又
は渦巻き状に溝（１４）を設けることにより、溝（１
４）に空気を通しやすいので、ラビリンスシール（１
３）部より各インペラ（２，３）の背面に冷却後の空気
を効率的に戻すことができる。By providing grooves (14) radially or spirally on the back surface of the impellers (2, 3), the grooves (1) are formed.
4) The labyrinth seal (1)
The cooled air can be efficiently returned from the portion 3) to the back of each impeller (2, 3).
【００１６】本発明の冷却方法によれば、インペラで圧
縮した空気を冷却して高圧縮比を得る高速回転電動機
（１１）の冷却方法であって、該圧縮空気をアフターク
ーラー（６）において冷却した後、該圧縮空気を前記ハ
ウジング（７）に設けた入口から前記電動機（１１）内
部に流して電動機の回転子（４）と固定子（５）の隙間
に流通させてロータ軸（１）、回転子（４）及び固定子
（５）を冷却し、次に、この冷却後に用いた空気を、ラ
ビリンスシール（１３）を通して前記インペラの背面か
らクーラーの上流側に戻す、ことを特徴とする高速回転
電動機の冷却方法が提供される。According to the cooling method of the present invention, there is provided a method for cooling a high-speed rotary motor (11) for obtaining a high compression ratio by cooling air compressed by an impeller, wherein the compressed air is cooled in an aftercooler (6). After that, the compressed air flows from the inlet provided in the housing (7) to the inside of the electric motor (11) to flow through the gap between the rotor (4) and the stator (5) of the electric motor, and the rotor shaft (1) Cooling the rotor (4) and the stator (5), and then returning the air used after the cooling from the back of the impeller to the upstream side of the cooler through the labyrinth seal (13). A method for cooling a high speed rotating electric motor is provided.
【００１７】また、一段インペラ（２）で圧縮した空気
を冷却して二段インペラ（３）に導き、ここで再圧縮し
て高圧縮比を得る高速回転電動機（１１）の冷却方法で
あって、該圧縮空気をアフタークーラー（６）において
冷却した後、該圧縮空気を前記ハウジング（７）に設け
た入口から前記電動機（１１）内部に流して電動機の回
転子（４）と固定子（５）の隙間に流通させてロータ軸
（１）、回転子（４）及び固定子（５）を冷却し、次
に、この冷却後に用いた空気を、ラビリンスシール（１
３）を通して前記インペラ（２，３）の背面からクーラ
ーの上流側に戻す、方法である。[0017] A method for cooling a high-speed rotary electric motor (11), in which air compressed by a single-stage impeller (2) is cooled and guided to a two-stage impeller (3), where it is recompressed to obtain a high compression ratio. After the compressed air is cooled in the aftercooler (6), the compressed air flows into the motor (11) from an inlet provided in the housing (7), and the rotor (4) and the stator (5) of the motor are driven. ) To cool the rotor shaft (1), the rotor (4), and the stator (5), and then use the air used after the cooling to remove the labyrinth seal (1).
3) returning the impeller (2, 3) from the back to the upstream side of the cooler through 3).
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１は本発明の高速回転電
動機を示す全体構成図である。この図に示すように、本
発明の高速回転電動機１１は、１軸二段高速回転電動
機、好ましくは多相誘導電動機であり、ハウジング７内
において両端に貫通した軸心を中心に回転する回転子４
とそのまわりを囲む固定子５とからなるものである。こ
の回転子４の中心軸（ロータ軸１）は、電動機の両側
（この図で左右）に貫通して延び、２つのラジアル軸受
１０で回転可能に支持されたものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a high-speed rotating electric motor according to the present invention. As shown in this figure, a high-speed rotary motor 11 of the present invention is a single-shaft, two-stage high-speed rotary motor, preferably a polyphase induction motor, and a rotor that rotates about an axis passing through both ends in a housing 7. 4
And a stator 5 surrounding it. The center shaft (rotor shaft 1) of the rotor 4 extends through both sides (left and right in this figure) of the electric motor and is rotatably supported by two radial bearings 10.
【００１９】固定子５は、例えば図示しない固定子枠内
に収められた固定子鉄心と固定子巻線からなる。固定子
鉄心には、例えば鉄損を軽減するために薄板を軸方向に
積層したものを用いる。また、固定子５の巻線は、鉄心
内の溝に納められ、多相電源と接続して回転磁界を作る
ようになっている。The stator 5 includes, for example, a stator core and a stator winding housed in a stator frame (not shown). As the stator core, for example, a thin plate laminated in the axial direction is used to reduce iron loss. The winding of the stator 5 is accommodated in a groove in the iron core, and is connected to a polyphase power supply to generate a rotating magnetic field.
【００２０】回転子４は、例えば図示しない積層鉄心
（ロータコア）と回転子巻線からなる。回転子巻線は鉄
心の溝内に納められる。回転子４は、好ましくはかご形
回転子であるが、巻線形回転子であってもよい。かご形
回転子の場合、回転子溝（ｓｌｏｔ）におのおの１本ず
つの銅棒を納め、その両端を短絡環（ｅｎｄ ｒｉｎ
ｇ）で接続する。The rotor 4 includes, for example, a laminated core (rotor core) and a rotor winding (not shown). The rotor winding is housed in a groove in the iron core. The rotor 4 is preferably a cage rotor, but may be a wound rotor. In the case of a cage rotor, one copper rod is placed in each rotor slot, and both ends of the copper rod are shorted with an end ring.
g) Connect.
【００２１】上述した構成により、固定子５は、多相電
源より交流電力を受けて回転磁界を作り、空隙を介して
誘導作用によって回転子４の二次巻線に誘導電流を発生
させ、その電流と回転磁界の磁束により回転力（フレミ
ングの左手法則）を生じさせ、回転磁界と同一方向に回
転子４を回転させることができる。この場合、高周波電
源を用いて回転磁界の回転速度を高速にすることによ
り、回転子４即ちロータ軸１を高速（例えば５万ｍｉｎ
-1以上）で回転駆動することができる。With the above-described configuration, the stator 5 receives the AC power from the polyphase power supply to generate a rotating magnetic field, and generates an induced current in the secondary winding of the rotor 4 through an air gap by an induction action. A rotating force (Fleming's left-hand rule) is generated by the current and the magnetic flux of the rotating magnetic field, and the rotor 4 can be rotated in the same direction as the rotating magnetic field. In this case, the rotation speed of the rotating magnetic field is increased by using a high-frequency power source, so that the rotor 4, that is, the rotor shaft 1 is rotated at a high speed (for example, 50,000 min.
(-1 or more).
【００２２】なお、本発明は、多相誘導電動機に限定さ
れず、多相誘導電動機以外の高速電動機、例えば直流電
動機を用いてもよい。The present invention is not limited to a polyphase induction motor, but may use a high-speed motor other than the polyphase induction motor, for example, a DC motor.
【００２３】本発明における一段インペラ２及び二段イ
ンペラ３は、高速回転電動機１１のロータ軸１の両端に
それぞれ取付けられている。また、一段インペラ２及び
二段インペラ３の周囲には、ディフューザ、スクロール
ケーシングが設けられている。The one-stage impeller 2 and the two-stage impeller 3 according to the present invention are respectively mounted on both ends of the rotor shaft 1 of the high-speed rotating motor 11. A diffuser and a scroll casing are provided around the first-stage impeller 2 and the second-stage impeller 3.
【００２４】本発明の高速回転電動機１１は、一段イン
ペラ２で圧縮した空気を、インタークーラ（図示してい
ない）で中間冷却して二段インペラ３に導くように構成
した密閉型の電動機である。更に、二段インペラ３で圧
縮した空気をアフタークーラー６において冷却し、この
冷却した空気を冷却用空気として高速回転電動機１１内
部に流すようになっている。図示例では、回転子４及び
固定子５を均一に冷却するために、固定子５の略中間に
開けた供給孔１２から冷却用空気を供給するようになっ
ている。しかし、高速回転電動機１１内部に冷却用空気
を供給するものであれば、このような構成に限定され
ず、従来例の図５に示すように、ハウジング７のロータ
軸１側から供給するような構成であってもよい。The high-speed rotary motor 11 of the present invention is a hermetic motor configured so that air compressed by the single-stage impeller 2 is intercooled by an intercooler (not shown) and guided to the two-stage impeller 3. . Further, the air compressed by the two-stage impeller 3 is cooled in the aftercooler 6, and the cooled air flows as cooling air into the high-speed rotary motor 11. In the illustrated example, in order to uniformly cool the rotor 4 and the stator 5, cooling air is supplied from a supply hole 12 opened substantially in the middle of the stator 5. However, the configuration is not limited to such a configuration as long as it supplies cooling air to the inside of the high-speed rotating motor 11. As shown in FIG. It may be a configuration.
【００２５】このように、アフタークーラー６で冷却し
た圧縮空気を高速回転電動機１１内に供給し、その冷却
圧縮空気を電動機の回転子４と固定子５の隙間に噴射し
てこれらを冷却し、次にロータ軸１を冷却することがで
きる。As described above, the compressed air cooled by the aftercooler 6 is supplied into the high-speed rotating motor 11, and the cooled compressed air is injected into the gap between the rotor 4 and the stator 5 of the motor to cool them. Next, the rotor shaft 1 can be cooled.
【００２６】本発明では、ロータ軸１を冷却した空気を
そのまま外部へ排出するのではなく、ロータ軸１とハウ
ジング７の貫通孔との間に設けたラビリンスシール１３
から、インペラ２，３の背面に冷却後の空気を戻すよう
になっている。即ち、冷却後の空気は二段インペラ３の
背面からアフタークーラー６に戻し、また同様に冷却後
の空気は一段インペラ２の背面からインタークーラー
（図示していない）の上流側に戻す。そこで、冷却後の
空気を回収することができるので、トータル効率の向上
を図ることができる。このような構成により、密閉型の
高速回転電動機１１内を高圧（０．６〜０．７ＭＰａ
Ｇ）の雰囲気に保つことができる。According to the present invention, the air having cooled the rotor shaft 1 is not discharged to the outside as it is, but the labyrinth seal 13 provided between the rotor shaft 1 and the through hole of the housing 7 is provided.
Then, the cooled air is returned to the back surfaces of the impellers 2 and 3. That is, the cooled air is returned to the aftercooler 6 from the back of the two-stage impeller 3, and similarly, the cooled air is returned to the upstream side of the intercooler (not shown) from the back of the one-stage impeller 2. Then, since the air after cooling can be recovered, the total efficiency can be improved. With such a configuration, the inside of the sealed high-speed rotating motor 11 is set to a high pressure (0.6 to 0.7 MPa).
The atmosphere of G) can be maintained.
【００２７】図２はインペラの背面に設けた放射状の溝
を示す正面図である。図３はインペラの背面に設けた渦
巻き状の溝を示す正面図である。図４はインペラの背面
に設けた渦巻き状の溝を示す正面図である。各一段及び
二段インペラ２，３の背面は、単純な平面形状ではな
く、冷却空気が通り易いように、溝１４を設けることが
望ましい。この溝１４の形状は、インペラ２，３の背面
に、ロータ軸１を中心として放射状に設けることができ
る（図２）。または渦巻き状に設けることができる（図
３）。このように溝１４を設けることにより、ラビリン
スシール１３より各インペラ２，３の背面に冷却後の空
気を効率的にアフタークーラー（６）の上流側に戻すこ
とができる。FIG. 2 is a front view showing a radial groove provided on the back surface of the impeller. FIG. 3 is a front view showing a spiral groove provided on the back surface of the impeller. FIG. 4 is a front view showing a spiral groove provided on the back surface of the impeller. The back surface of each of the single-stage and two-stage impellers 2 and 3 is desirably provided with a groove 14 so as not to have a simple planar shape but to allow cooling air to easily pass through. The shape of the groove 14 can be provided radially around the rotor shaft 1 on the back surface of the impellers 2 and 3 (FIG. 2). Alternatively, it can be provided in a spiral shape (FIG. 3). By providing the groove 14 in this manner, the cooled air can be efficiently returned to the upstream side of the after cooler (6) from the labyrinth seal 13 to the back surface of each impeller 2, 3.
【００２８】図５は一軸二段式高速回転電動機を示す全
体構成図である。上述したように、冷却装置をロータ軸
１に第一、第二インペラ２，３に取り付けた一軸二段式
圧縮機に構成した実施の形態を示した。しかし、この一
軸二段式圧縮機に代えて、図６に示すような、ハウジン
グ７内において両端に貫通したロータ軸１と、ロータ軸
１の一端部に取付けられたインペラとを備えた一軸一段
式圧縮機に構成することができる。FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a single-shaft, two-stage high-speed rotary motor. As described above, the embodiment in which the cooling device is configured in the single-shaft, two-stage compressor in which the first and second impellers 2 and 3 are attached to the rotor shaft 1 has been described. However, instead of this single-shaft, two-stage compressor, a single-shaft, single-stage compressor having a rotor shaft 1 penetrating at both ends in a housing 7 and an impeller attached to one end of the rotor shaft 1 as shown in FIG. It can be configured as a type compressor.
【００２９】また、ハウジング７内において両端に貫通
したロータ軸１と、ロータ軸１の端部に取付けられたイ
ンペラとを備えた一軸単段式圧縮機を２機以上並べて、
各インペラで圧縮した空気を冷却する共通のアフターク
ーラー６からの出口空気を冷却用空気として利用するよ
うに構成することも可能である。In the housing 7, two or more single-shaft single-stage compressors each having a rotor shaft 1 penetrating at both ends thereof and an impeller attached to an end of the rotor shaft 1 are arranged side by side.
It is also possible to use a common outlet air from the aftercooler 6 for cooling the air compressed by each impeller as cooling air.
【００３０】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、例えば、効率よく冷却空気を通すことができる
のであれば、インペラ２，３の背面に設けた溝１４の形
状も放射状又は渦巻き状に限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, if cooling air can be efficiently passed, the shape of the groove 14 provided on the back surface of the impellers 2 and 3 may be radial or spiral. It is needless to say that the present invention is not limited to the shape, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
【００３１】[0031]
【発明の効果】上述したように、本発明の高速回転電動
機は、アフタークーラーで冷却した圧縮空気を密閉され
た電動機に供給することにより、回転子、固定子及びロ
ータ軸を効率よく冷却することができる。特に、冷却後
の空気は各インペラの背面からアフタークーラー又はイ
ンタークーラーの上流側に戻すことができるので、冷却
後の空気を回収して圧縮エネルギーの一部を回収するこ
とができる。As described above, the high-speed rotary motor of the present invention efficiently cools the rotor, the stator and the rotor shaft by supplying compressed air cooled by the aftercooler to the sealed motor. Can be. In particular, the air after cooling can be returned from the back surface of each impeller to the upstream side of the aftercooler or the intercooler, so that the air after cooling can be recovered and a part of the compression energy can be recovered.
【００３２】また、インペラの背面に溝を設けることに
より、この溝に空気を通しやすくして、ラビリンスシー
ルより冷却後の空気を効率的にアフタークーラー又はイ
ンタークーラーの上流側に戻すことができる。更に、ラ
ビリンスシールからの圧縮空気漏れを完全に防止するこ
とができるので、リーク分の圧縮エネルギーを消費する
必要がない、等の優れた効果を有する。Further, by providing a groove on the back surface of the impeller, air can be easily passed through this groove, and the cooled air can be efficiently returned from the labyrinth seal to the upstream side of the aftercooler or the intercooler. Further, since the compressed air leakage from the labyrinth seal can be completely prevented, there is an excellent effect that there is no need to consume the compression energy for the leakage.
【図１】本発明の高速回転電動機を示す全体構成図であ
る。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a high-speed rotation motor of the present invention.
【図２】本発明の高速回転電動機の二段インペラを示す
部分構成図である。FIG. 2 is a partial configuration diagram showing a two-stage impeller of the high-speed rotary electric motor of the present invention.
【図３】インペラの背面に設けた放射状の溝を示す正面
図である。FIG. 3 is a front view showing a radial groove provided on a rear surface of the impeller.
【図４】インペラの背面に設けた渦巻き状の溝を示す正
面図である。FIG. 4 is a front view showing a spiral groove provided on the back surface of the impeller.
【図５】従来の１軸二段式高速回転電動機を示す全体構
成図である。FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a conventional one-axis two-stage high-speed rotating electric motor.
【図６】従来の１軸単段式高速回転電動機を示す全体構
成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram showing a conventional one-axis single-stage high-speed rotating electric motor.
１ ロータ軸 ２ 一段インペラ ３ 二段インペラ ４ 回転子 ５ 固定子 ６ アフタークーラー ７ ハウジング １１ 高速電動圧縮機 １２ 供給孔 １３ ラビリンスシール １４ 溝 ２１ １軸単段高速回転電動機 Reference Signs List 1 rotor shaft 2 single-stage impeller 3 two-stage impeller 4 rotor 5 stator 6 aftercooler 7 housing 11 high-speed electric compressor 12 supply hole 13 labyrinth seal 14 groove 21 single-axis single-stage high-speed rotary electric motor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 9/06 Ｈ０２Ｋ 9/06 Ｅ (72)発明者 高橋 俊雄 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 桑田 厳 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 杉谷 宗寧 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Ｆターム(参考） 3H022 AA02 BA04 BA06 CA33 CA50 DA03 3H035 AA02 AA06 5H607 AA00 AA02 BB01 BB04 BB06 BB14 CC01 CC05 DD08 DD19 FF07 GG01 JJ10 5H609 BB02 BB06 BB14 BB19 PP02 PP06 PP07 PP08 PP09 PP10 QQ02 QQ10 QQ17 QQ18 RR03 RR27 RR31 RR43 RR55 RR68 SS07 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02K 9/06 H02K 9/06 E (72) Inventor Toshio Takahashi 3-2-16-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Tokyo Engineering Center (72) Inventor Tsutomu Kuwata 3-2-1-16 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Tokyo Engineering Center (72) Inventor Soune 3 Toyosu, Koto-ku, Tokyo No.2-16 Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center F-term (reference) 3H022 AA02 BA04 BA06 CA33 CA50 DA03 3H035 AA02 AA06 5H607 AA00 AA02 BB01 BB04 BB06 BB14 CC01 CC05 DD08 DD19 FF07 GG01 BB10 BB10 BB02 PP07 PP08 PP09 PP10 QQ02 QQ10 QQ17 QQ18 RR03 RR27 RR31 RR43 RR55 RR68 SS07
Claims (7)
したロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の端部に取付
けられたインペラと、を備えた電動機（１１）であっ
て、 該インペラで圧縮した空気を冷却するクーラーからの出
口空気を冷却用空気として前記電動機（１１）内部に流
し、 前記ロータ軸（１）と前記ハウジング（７）の貫通孔と
の間に設けたラビリンスシール（１３）から、前記イン
ペラ（２，３）の背面を経由して圧縮機内部に戻すよう
に構成した、ことを特徴とする高速回転電動機。1. An electric motor (11) comprising a rotor shaft (1) penetrating at both ends in a housing (7), and an impeller attached to an end of the rotor shaft (1). A labyrinth seal provided between the rotor shaft (1) and a through-hole of the housing (7), wherein outlet air from a cooler that cools the air compressed by the impeller flows as cooling air into the electric motor (11). (13) A high-speed rotary electric motor, wherein the motor is returned to the inside of the compressor via the back surface of the impeller (2, 3).
したロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の端部に取付
けられたインペラと、を備えた電動機（１１）であっ
て、 前記複数の電動機（１１）の各インペラで圧縮した空気
を冷却する、共通のアフタークーラー（６）からの出口
空気を冷却用空気として前記各電動機（１１）内部に流
し、 前記各ロータ軸（１）と前記ハウジング（７）の貫通孔
との間に設けたラビリンスシール（１３）から、前記イ
ンペラ（２，３）の背面を経由して圧縮機内部に戻すよ
うに構成した、ことを特徴とする高速回転電動機。2. An electric motor (11) comprising: a rotor shaft (1) penetrating at both ends in a housing (7); and an impeller attached to an end of the rotor shaft (1). An outlet air from a common aftercooler (6) for cooling air compressed by each impeller of the plurality of electric motors (11) flows as cooling air into each of the electric motors (11), and the respective rotor shafts (1). And a labyrinth seal (13) provided between the impeller (2, 3) and a through hole of the housing (7). High speed rotating electric motor.
したロータ軸（１）と、該ロータ軸（１）の両端にそれ
ぞれ取付けられた一段インペラ（２）及び二段インペラ
（３）とを備え、該一段インペラ（２）で圧縮した空気
を中間冷却して二段インペラ（３）に導くように構成し
た密閉型の高速電動機（１１）であって、 前記二段インペラ（３）で圧縮した空気を、更に冷却す
るアフタークーラー（６）からの出口空気を冷却用空気
として前記電動機（１１）内部に流し、 前記ロータ軸（１）と前記ハウジング（７）の貫通孔と
の間に設けたラビリンスシール（１３）から、前記イン
ペラ（２，３）の背面を経由して圧縮機内部に戻すよう
に構成した、ことを特徴とする高速回転電動機。3. A housing (7) comprising a rotor shaft (1) penetrating at both ends thereof, and a single-stage impeller (2) and a two-stage impeller (3) respectively attached to both ends of the rotor shaft (1). A hermetic high-speed motor (11) configured to intermediately cool the air compressed by the one-stage impeller (2) and to guide the air to the two-stage impeller (3), wherein the air is compressed by the two-stage impeller (3). Outlet air from an aftercooler (6) for further cooling is flown into the electric motor (11) as cooling air, and is provided between the rotor shaft (1) and a through hole of the housing (7). A high-speed rotary electric motor, wherein the labyrinth seal (13) is configured to return to the inside of the compressor via a back surface of the impeller (2, 3).
（１）を中心として放射状に溝（１４）を設けた、こと
を特徴とする請求項１、２又は３の高速回転電動機。4. The high-speed rotary electric motor according to claim 1, wherein a groove (14) is provided radially around the rotor shaft (1) on a back surface of the impeller.
（１）を中心として渦巻き状に溝（１４）を設けた、こ
とを特徴とする請求項１、２又は３の高速回転電動機。5. The high-speed rotary electric motor according to claim 1, wherein a groove (14) is provided in a spiral shape around the rotor shaft (1) on the back surface of the impeller.
縮比を得る高速回転電動機（１１）の冷却方法であっ
て、 該圧縮空気をアフタークーラー（６）において冷却した
後、該圧縮空気を前記ハウジング（７）に設けた入口か
ら前記電動機（１１）内部に流して電動機の回転子
（４）と固定子（５）の隙間に流通させてロータ軸
（１）、回転子（４）及び固定子（５）を冷却し、 次に、この冷却後に用いた空気を、ラビリンスシール
（１３）を通して前記インペラの背面から前記クーラー
の上流側に戻す、ことを特徴とする高速回転電動機の冷
却方法。6. A method for cooling a high-speed rotary motor (11) for obtaining a high compression ratio by cooling air compressed by an impeller, comprising: cooling the compressed air in an aftercooler (6); It flows from the inlet provided in the housing (7) to the inside of the electric motor (11) and flows through the gap between the rotor (4) and the stator (5) of the electric motor, and the rotor shaft (1), the rotor (4) and Cooling the stator (5), and then returning the air used after the cooling from the back of the impeller to the upstream side of the cooler through a labyrinth seal (13). .
却して二段インペラ（３）に導き、ここで再圧縮して高
圧縮比を得る高速回転電動機（１１）の冷却方法であっ
て、 該圧縮空気をアフタークーラー（６）において冷却した
後、該圧縮空気を前記ハウジング（７）に設けた入口か
ら前記電動機（１１）内部に流して電動機の回転子
（４）と固定子（５）の隙間に流通させてロータ軸
（１）、回転子（４）及び固定子（５）を冷却し、 次に、この冷却後に用いた空気を、ラビリンスシール
（１３）を通して前記インペラ（２，３）の背面から前
記クーラーの上流側に戻す、ことを特徴とする高速回転
電動機の冷却方法。7. A method for cooling a high-speed rotary electric motor (11) which cools air compressed by a single-stage impeller (2) and guides it to a two-stage impeller (3), where it is recompressed to obtain a high compression ratio. After cooling the compressed air in the aftercooler (6), the compressed air flows from the inlet provided in the housing (7) to the inside of the motor (11), and the rotor (4) and the stator (5) of the motor. ) To cool the rotor shaft (1), the rotor (4) and the stator (5). Then, the air used after the cooling is passed through the labyrinth seal (13) to the impeller (2). 3) A method for cooling a high-speed rotating electric motor, wherein the method is returned from the back surface to the upstream side of the cooler.
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