JP2014525731A

JP2014525731A - 電気機械を冷却するための装置及び方法

Info

Publication number: JP2014525731A
Application number: JP2014527709A
Authority: JP
Inventors: カンニネン、ペッカ
Original assignee: エイビービーテクノロジーアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-09-29
Also published as: FI123727B; KR20140056377A; WO2013030444A3; BR112014004877A2; CN103999336A; WO2013030444A2; EP2751911A2; FI20115858A0; US20140183990A1; FI20115858A

Abstract

電気機械１０と、電気機械に冷却物質を吹き込むため又は電気機械から冷却物質を吸い込むための、電気機械の軸１１に接続された少なくとも１つのブロワ２０とを含み、前述の少なくとも１つのブロワ２０がサイド・チャネル・ブロワである、電気機械を冷却するための方法及び装置。

Description

本発明は、電気機械を冷却するための装置及び方法に関する。

モータ又は発電機などの電気機械は、電気機械内に冷却物質を吹き込むか又は電気機械から冷却材を吸い込む１つ又は複数のブロワによって冷却されうる。このことにより、電気機械の周辺及び／又は電気機械を通した冷却物質の循環を達成することが可能になる。冷却物質は、例えば空気とされうる。

冷却ブロワは、ブロワを駆動するためのブロワ自体のモータを含むように独立したブロワとして実装されうる。通常、そのような独立したブロワは、電気的に駆動され、したがってブロワ自体の電源を必要ともする。独立したブロワを使用することに関する問題は、独立したブロワへの電力供給が中断されると、たとえ電気機械自体が必ずしも停止しなくとも、電気機械の冷却もまた中断されることである。このことにより、電気機械が過熱する可能性がある。さらに、独立したブロワ及びそれに関連した使用可能な制御ユニットは、比較的大きなスペースを必要とする可能性がある。

電気機械用の冷却ブロワを実装するための別の代替形態は、電気機械の軸に接続された冷却ブロワを使用することである。そのような場合、回転している間は、電気機械は軸に接続された冷却ブロワをも同時に駆動する。このことは、電気機械が回転するときは常に冷却が行われることを意味する。典型的には、電気機械の軸に接続された冷却ブロワは、独立したブロワよりも必要とするスペースは少ない。さらに、軸に接続された冷却ブロワは、例えば、必ずしも独立した軸受を必要としない。

一般に使用される電気機械の軸に接続された冷却ブロワの一実例は軸流ブロワであり、軸流ブロワは、プロペラ型のブレードを有して、周囲をブロワのブレードが回転する軸に平行な方向に冷却物質を移動させる。特開２００７−０８９２５５号公報は、電気機械の軸に接続された冷却ブロワの別の実例を開示しており、この場合の冷却ブロワは、遠心ブロワである。遠心ブロワは、遠心力を利用して、ブロワのブレード・ホイールの回転軸に対して径方向に冷却物質を移動させる。

上記の軸に接続された冷却ブロワに関する問題は、それらのブロワが、特に回転速度が低いときに必ずしも冷却物質の十分な圧力及び／又は流れを達成させられないことである。

特開２００７−０８９２５５号公報

本発明の一目的は、上述の問題を解決するか又は少なくとも緩和することを可能とするための装置を提供することである。本発明の目的は、独立請求項１及び１０に開示されることを特徴とする装置及び方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で開示される。

本発明の基本的な概念は、電気機械の軸に接続される冷却ブロワがサイド・チャネル・ブロワであることである。

本発明による解決法の一利点は、この解決法によれば比較的低い回転速度でもすぐに冷却物質の良好な圧力生成及び／又は流れを達成することが可能になることである。さらに、サイド・チャネル・ブロワは、構造をコンパクトにすることができる。

次に、好ましい実施形態に関連して、また、添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

電気機械を冷却するための装置の一実例を示す図である。電気機械を冷却するための装置の一実例を示す図である。電気機械を冷却するための装置の一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの回転子の一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの固定子の一部分の一実例を示す図である。サイド・チャネル・ブロワの一実例を示す図である。

図１は、一実施例による装置の一実例を示している。図１は、装置の半分を軸１１に対して垂直に示している断面図である。この図面が本発明の理解に関係する要素のみを示していることに留意すべきである。図１の装置は、例えばモータ又は発電機とすることができる電気機械１０を含む。さらに、電気機械１０は、同期機であっても非同期機であってもよい。電気機械１０は、軸１１とそれに固定された回転子１２とを含む。軸１１の両端には、軸１１及び回転子１２の回転を可能にする軸受１５が設けられることが好ましい。電気モータ１０はさらに、好ましくは固定子フレーム１４に固定される固定子１３を含む。図１の装置はさらに、サイド・チャネル・ブロワ２０を含む。サイド・チャネル・ブロワ２０は、好ましくは電気機械１０の固定子フレーム１４に固定される固定子２３と、電気機械１０の軸１１に接続されしたがって電気機械１０の軸１１とともに回転する回転子２４とを含む。サイド・チャネル・ブロワ２０はさらに、少なくとも１つの冷却物質入口開口２１、及び少なくとも１つの冷却物質出口開口２２を含む。サイド・チャネル・ブロワ２０は、２つ以上の冷却物質入口開口２１、及び２つ以上の冷却物質出口開口２２を含んでいてもよい。入口開口２１及び出口開口２２の数は、例えば２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、又はそれ以上とすることができる。入口開口２１及び出口開口２２の双方の数は、同一であることが好ましい。サイド・チャネル・ブロワ２０の入口開口２１及び出口開口２２の数を増やすことにより、サイド・チャネル・ブロワ２０の冷却物質の生成を高めることができるが、相応に、冷却物質の圧力生成が低下する。入口開口２１及び出口開口２２の数は、電気機械１０の冷却を最適化することができるように、冷却される電気機械１０の特性と、動作条件とに応じて、その都度選択されることが好ましい。同様に、入口開口２１及び出口開口２２のサイズ及び設計は、本発明の基本的な概念に何ら影響することなく変更することができる。

図１の例示的装置の動作は、電気機械１０から排出されて電気機械に戻される冷却物質を搬送するための少なくとも１つのチャネルが装置に含まれる、閉じた冷却物質の循環に基づく。図１の実例では、そのようなチャネルは、電気機械の外側カバー１７の内部に形成される。電気機械１０が、したがってサイド・チャネル・ブロワ２０が動作すると、サイド・チャネル・ブロワ２０は、電気機械１０から冷却物質を１つ又は複数の入口開口２１に吸い込んで、さらにその冷却物質を１つ又は複数の出口開口２２から吹き出す。冷却物質の循環は、図では矢印によって示されている。図１の実例では、装置はまた、少なくとも１つの熱交換器１８を含んで、冷却物質がこの熱交換器１８を通って循環するときにそれを冷却する。図１の実例では、冷却物質は、例えば、電気機械１０の回転子１２と固定子１３との間の空気開口、及び／又は回転子空気路１６を通過する。冷却物質は、例えば空気などの気体冷却物質、又は他のタイプの冷却物質とすることができる。しかしながら、冷却物質のタイプは本発明の基本的な概念には関係がない。

図２は、一実施例による装置の一実例を示している。図２の装置は、図１に示された実例に実質的に対応しているが、図２の装置は、開いた冷却物質の循環に基づくものである。図２の例示的な装置では、電気機械１０を通して循環される冷却物質は、サイド・チャネル・ブロワ２０の１つ又は複数の出口開口２２を介して、電気機械１０の周囲の空間に吹き出される。同様に、冷却物質は、周囲の空間から電気機械１０に吸い込まれる。

図１及び図２の例示的な装置においては、冷却物質の循環方向は逆にすることもでき、その場合、サイド・チャネル・ブロワ２０は冷却物質を電気機械１０から吸い込むのではなく、冷却物質を電気機械１０に吹き込むということに留意すべきである。また、２つ以上のサイド・チャネル・ブロワ２０を設けることができる。

図３は、一実施例による装置の一実例を示している。図３に示された例示的な装置は２つのサイド・チャネル・ブロワ２０を含み、また、サイド・チャネル・ブロワ２０の入口開口２１及び出口開口２２の設計は図１及び図２の実例と異なるが、図３の装置は、その他の点では図２に示された実例に対応している。さらに、図３の実例では、サイド・チャネル・ブロワ２０は、電気機械１０の両端から対称的に、矢印によって示された形で冷却物質を電気機械１０に吹き込む。図３の例示的な装置においては、冷却物質の循環方向は逆にすることもできることに留意すべきである。また、電気機械１０の端部のどちらか一方には、１つだけのサイド・チャネル・ブロワ２０を設けることができる。

図４及び図５は、異なる方向から見たサイド・チャネル・ブロワ２０の一実例を示している。図４及び図５の実例のサイド・チャネル・ブロワ２０の冷却物質入口開口２１及び冷却物質出口開口２２の設計は、図１及び図２に示された実例に実質的に対応している。図４及び図５の実例では、入口開口２１及び出口開口２２の数は４つであるが、各開口の数は４つより多くすることも少なくすることもできる。図４に示されたサイド・チャネル・ブロワ２０の回転子２４の中央部分は、冷却すべき電気機械の軸１１（この図には図示せず）に固定される。

図６は、図４及び図５に示されたものと同様のサイド・チャネル・ブロワ２０の部分断面図であり、回転子２４の構造を示すために、固定子２３の４分の１が省略されている。サイド・チャネル・ブロワの固定子２３は、サイド・チャネル・ブロワに特有の環状のサイド・チャネルが内部に形成された、実質的に中空の環状ケーシングであり、サイド・チャネルは、回転子２４の側部に沿って延在し、且つ回転子２４に向かって開いている。言い換えれば、サイド・チャネル・ブロワ２０では、サイド・チャネルが、実質的に回転子２４にすぐ近接して、側方向に（回転子２４の回転軸の方向に）延在する。サイド・チャネル・ブロワ２０の各冷却物質入口開口２１及び各冷却物質出口開口２２は、このサイド・チャネル内に開いている。図６の実例では、入口開口２１及び出口開口２２の数は４つであるが、サイド・チャネルはそれに応じて、各サイド・チャネル区画に１つの入口開口２１と１つの出口開口２２とが設けられるように、各区画間の壁部２５によって４つの区画に分割される。したがって、サイド・チャネルは、互いに隔てられた２つ以上の区画を含むことができ、その場合、少なくとも１つの冷却物質入口開口と少なくとも１つの冷却物質出口開口とが各サイド・チャネル区画に開いていることが好ましい。サイド・チャネルはまた、１つの入口開口２１と１つの出口開口２２とが設けられたただ１つの区画で構成されていてもよい。そのような場合、サイド・チャネルが入口開口２１から出口開口２２までほぼ３６０°の円を描いて移行し、サイド・チャネルを区切るために入口開口２１と出口開口２２との間に分離壁部２５が設けられていることが好ましい。

図７は、サイド・チャネル・ブロワ２０の回転子２４の一実例を示している。回転子２４は複数のブレードを含み、このブレードは、回転子２４が回転するにつれて、入口開口２１から出口開口２２内への冷却物質の流れを生じさせる。回転子２４のブレードの数及び設計は、本発明の基本概念に何ら影響することなく、図７の実例とは異なっていてもよいことに留意すべきである。

図８は、サイド・チャネル・ブロワ２０の固定子２３の一部分の一実例を示している。図８の実例は、図４から図８に示されたサイド・チャネル・ブロワ２０の固定子２３の４分の１に対応している。即ち、固定子２３全体は、図８に示された部品を４つ相互接続することによって形成される。図８は、固定子２３の中空構造とその中に形成されたサイド・チャネルとを示しており、冷却物質入口開口２１及び冷却物質出口開口２２がこのサイド・チャネルに開いている。したがって、図４から図６に示されたものと同様のサイド・チャネル・ブロワ２０のサイド・チャネルの全長の４分の１は、図８に示された固定子２３の部分内に形成される。

図９は、一実施例によるサイド・チャネル・ブロワ２０の一実例を示している。図９に示された実例は５つの入口開口２１及び出口開口２２を含み、また、各開口の設計は図４から図６の実例とは異なるが、図９のサイド・チャネル・ブロワ２０は、その他の点では図４から図６に示された実例に対応している。したがって、図９の実例は、図３の装置に含まれるサイド・チャネル・ブロワ２０に実質的に対応している。入口開口２１及び出口開口２２の数は、図に示されたものとは異なっていてもよい。

技術の進歩につれて、本発明の基本的な概念を多くの異なる方法で実装することができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明及びその実施例は、上記の実例に制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で変更することができる。

Claims

電気機械（１０）と、
前記電気機械に冷却物質を吹き込むため、又は前記電気機械から前記冷却物質を吸い込むための、前記電気機械の軸（１１）に接続された少なくとも１つのブロワ（２０）と
を有する、電気機械を冷却するための装置であって、
前記少なくとも１つのブロワ（２０）がサイド・チャネル・ブロワであることを特徴とする装置。
前記サイド・チャネル・ブロワ（２０）が、少なくとも１つの冷却物質入口開口（２１）及び少なくとも１つの冷却物質出口開口（２２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記サイド・チャネル・ブロワ（２０）が、少なくとも２つの冷却物質入口開口（２１）及び少なくとも２つの冷却物質出口開口（２２）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
前記サイド・チャネル・ブロワ（２０）が、回転子（２４）と、前記回転子の側部に沿って延びるサイド・チャネルを形成する環状ケーシング（２３）とを含み、前記少なくとも１つの冷却物質入口開口（２１）及び前記少なくとも１つの冷却物質出口開口（２２）が、前記サイド・チャネルに開いていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。
前記サイド・チャネルが、互いに隔てられた少なくとも２つの区画を含み、少なくとも１つの冷却物質入口開口（２１）及び少なくとも１つの冷却物質出口開口（２２）が、前記サイド・チャネルの各区画に開いていることを特徴とする、請求項３及び４に記載の装置。
前記冷却物質が、開いた循環を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
前記冷却物質が、閉じた循環を有し、前記装置が、前記電気機械から排出されて前記電気機械（１０）に戻される冷却物質を搬送するための少なくとも１つのチャネルを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
前記少なくとも１つのチャネルが、前記冷却物質を冷却するための少なくとも１つの熱交換器（１８）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
前記電気機械（１０）が、モータ又は発電機であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
電気機械を冷却する方法であって、
前記電気機械の軸（１１）に接続された少なくとも１つのブロワ（２０）により、前記電気機械（１０）に冷却物質を吹き込む、又は前記電気機械から前記冷却物質を吸い込むステップを含む方法において、
前記少なくとも１つのブロワ（２０）が、サイド・チャネル・ブロワであることを特徴とする方法。
前記冷却物質が、開いた循環を有することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
前記冷却物質が、閉じた循環を有し、前記方法が、前記電気機械（１０）から排出されて前記電気機械に戻される冷却物質を搬送するステップを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
前記冷却物質を前記電気機械に戻すのに先立って、前記電気機械（１０）から排出された前記冷却物質を少なくとも１つの熱交換器（１８）によって冷却することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。