JP2011155720A - 全閉型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら冷却性能が高い全閉型電動機を提供する。
【解決手段】本発明に関わる全閉型電動機は、ハウジング５内に設けられハウジング５にその熱が伝達されるロータ１およびステータ２と、ロータ１に形成されハウジング５内の空気を攪拌する内部フィン６とを備え、ハウジング５外に設けられた外部ファン８による強制対流、または、ハウジング５外面近くの自然対流により冷却を行う全閉型電動機Ｚであって、ロータ１は、その回転軸３の延在方向の一方端部側と他方端部側とで異なる形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、全閉型電動機に係り、特にその冷却構造に関する。

図９は、従来の全閉型電動機１００の軸方向縦断面図である。
従来、全閉型電動機１００は、図９に示すように、電気エネルギから機械的回転力を発生させるロータ１０１およびステータ１０２と、ロータ１０１に一体に接続され発生した回転力を外部に伝える回転軸１０３の一部および回転軸１０３を軸支する軸受け１０４とを、フレーム１０５ｆやエンドブラケット１０５ｅからなるハウジング１０５の内部に開口部を設けることなく収容する構造となっている。
全閉型電動機１００は、開口部を設けないことから、外気の塵やほこりの侵入が防止され、かつ防音効果を有している。

全閉型電動機１００に発生する鉄損等の熱に対する冷却は、図１０に示す以下の機構にて行われる。図１０は、図９の全閉型電動機１００の熱の流れを示す図である。
ロータ１０１で発生した熱は、主に、ロータ１０１に一体に接続される回転軸１０３と回転軸１０３をハウジング１０５に軸支する軸受け１０４とを熱伝導により伝わり、ハウジング１０５へと伝達される。ステータ１０２で発生した熱は、ステータ１０２の外周部とハウジング１０５の内壁が接する箇所においては熱伝導により、また、ステータ１０２の外周部とハウジング１０５の内壁にクリアランス(隙間)がある場合においては輻射等の熱伝達により、それぞれハウジング１０５に運ばれる。

また、ロータ１０１やステータ１０２の表面から対流もしくは輻射によりハウジング１０５内部の空間に放出された熱は、ハウジング１０５の内部の空気を温める。このハウジング１０５の内部の温められた空気は、ロータ１０１に取り付けられた内部冷却フィン１０６（以下、内部フィン１０６と称す）がロータ１０１と一体に回転することにより攪拌され、該温められた空気の熱はハウジング１０５に伝達される。

ハウジング１０５外部の回転軸１０３の延在方向の一方端部側には、外部冷却ファン１０８（以下、外部ファン１０８と称す）が、通風入口および通風出口を有するエンドファンカバー１０７に覆われ、回転軸１０３に固定され設けられている。外部ファン１０８は、ロータ１０１の回転によってハウジング１０５の外周面に形成された放熱フィン(図示せず)表面を流れる冷却風を引き起こし、ハウジング１０５に伝達された熱を放熱フィンから冷却風によって外気に放出する。この際、エンドファンカバー１０７は、外部ファン１０８による冷却風がハウジング１０５上の放熱フィンに当り効率的に冷却するように、ハウジング１０５の軸方向外周上を部分的に覆い、冷却風を放熱フィンに向けて案内する構造となっている。一方、外部ファン１０８が無い場合においては、ハウジング１０５に伝達された熱はハウジング１０５表面からの自然対流により外気へ放出される。

ところで、ロータ１０１に設けられた内部フィン１０６は、成型の容易性の点や、正逆回転に対して同様の攪拌性能を有することから、ロータ１０１の回転軸１０３の延在方向の両端部側に垂直な面に形成された板状のフィン１０６ａが、回転軸１０３の延在方向に並行に、かつ、図９のロータ１０１のＤ方向矢視図の図１１に示すように、回転軸１０３から外方に向けて放射方向に設けられている。
しかし、本構造による内部フィン１０６の場合、内部フィン１０６の中心側から外側に向かって遠心力によって空気が吐き出され、ハウジング１０５の内部の空気を攪拌することにより冷却効果は得られるものの、内部フィン１０６のフィン１０６ａ中心側近傍では乱流が発生することから、内部フィン１０６の中心側から外側へ向かう一様な流れが乱流により乱され冷却の効率性に問題がある。

図１２は、図９の従来の全閉型電動機１００の内部フィン１０６付近の空気の流れを矢印で表す縦断面図である。
図１２の矢印に示すように、内部フィン１０６で攪拌された空気は内部フィン１０６の近傍の空間を循環するのみで、コイルエンド１０９周りとハウジング１０５との間の風速は極端に減少することが確認されており、ハウジング１０５内部の空間を均等に冷却していない。
また、ロータ１０１とステータ１０２の間の僅かな隙間においても、ロータ１０１およびステータ１０２の軸方向(図１２の紙面で左右方向)端部のモータ負荷が設置される側のハウジング１０５内の負荷側１１０と反負荷側１１１との両側を行き来する通風はほとんどないため、内部フィン１０６はハウジング１０５内の負荷側１１０および反負荷側１１１の空間をそれぞれ独立に攪拌しており、局所的な冷却効果しか得られず効率的な冷却がなされていない。

この内部フィン１０６の構造に対して、冷却性能向上を目的に、特許文献１では、ロータ２０１の軸方向断面図の図１３に示すようにエンドリング２１２を備えたかご形電動機のロータ２０１において、エンドリング２１２より外側に位置するとともにロータ２０１内部を回転軸２０３方向に貫通するように挿入された導体２１３を、図１３のロータ２０１のＥ方向矢視図の図１４に示すように、回転方向２１４と反対方向に傾斜させる方法を提案している。その結果、エンドリング２１２より外側に位置する導体２１３が回転することによって、電動機内部の空間の攪拌力を増加させる方法を開示している。

また、特許文献２の全閉型電動機３００では、その軸方向縦断面図の図１５に示すように、ロータ３０１およびステータ３０２にそれぞれ通風穴３５１、３５２を設け、さらに全閉型電動機３００の内部に回転軸３０３に接続して設けられた内部冷却ファン３１６（以下内部ファン３１６と称す）によってハウジング３０５内部の空気を強制的に循環させる方法を開示している。

特開昭５８−２０７８４９号公報(第１図等) 実開昭６１−４３７６５号公報(第１図等)

ところで、近年、省エネルギ化および省資源化の観点から電動機への小型・軽量化も望まれており、全閉型電動機に対する要求も高まっている。
電動機を小型化した場合、巻線密度の増加に起因する発熱密度の増大からこれまで以上の温度上昇となることから、冷却性能の向上は必須となっている。ロータおよびステータの小型化は、放熱面積の減少に伴う巻線抵抗の増加や、磁束の飽和に起因する銅損の増加から、必然的に電気損失が増大する。そのため、ロータおよびステータ自体の発熱量が大きくなるという欠点があり、一方、ハウジングやその他の構造部材における小型化に対しては、構造部材表面の放熱面積の縮小等が問題となる。
そのため、既存の冷却性能を上回る冷却構造および冷却方法の実現が、全閉型電動機の小型化における大きな課題となっている。

特許文献１では、図１３に示すロータ２０１を回転軸２０３方向に貫通する導体２１３の設置構造の変更、すなわち図１４に示す導体２１３の反回転方向への傾斜構造により、冷却性能の向上方法を提案している。しかしながら、この変更は、エンドリング２１２およびロータ２０１を貫通する導体２１３を別々に加工・成型し組み立てる必要があることから、製造コストおよび部品コストの増加のおそれがある。また、ロータ２０１が正逆回転する場合、回転する導体２１３の空気に対する形状が異なるために異なる冷却効果となる。さらに、既存の全閉型電動機の冷却構造と同様に、回転軸２０３の延在方向の一方側である負荷側２１０および他方側である反負荷側２１１を別々に冷却していることから、高効率な冷却構造とは言い難い。

また、特許文献２においても、図１５に示すように、内部ファン３１６を設けることにより通風穴３５１、３５２を通る循環空気流(図１５の矢印参照)を引き起こしているが、内部ファン３１６の設置により、全閉型電動機３００の回転軸３０３方向の延在方向の長さが増加し、体積増・コスト増となることから、小型・軽量化に対しては問題が残る。

本発明は上記実状に鑑み、全閉型のハウジング内部の空気が攪拌されることにより冷却効果を得る冷却構造により、小型でありながら冷却性能が高い全閉型電動機の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に関わる全閉型電動機は、ハウジング内に設けられ前記ハウジングにその熱が伝達されるロータおよびステータと、前記ロータに形成され前記ハウジング内の空気を攪拌する内部フィンとを備え、前記ハウジング外に設けられた外部ファンによる強制対流、または、前記ハウジング外面近くの自然対流により冷却を行う全閉型電動機であって、前記ロータは、その回転軸の延在方向の一方端部側と他方端部側とで異なる形状を有している。

本発明によれば、小型でありながら冷却性能が高い全閉型電動機を実現できる。

(ａ)は、本発明に係る第１実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面であり、(ｂ)は、(ａ)の全閉型電動機のロータのＡ方向矢視図である。 第１実施形態のロータの回転方向と内部フィン廻りの風向きを表す図１(ａ)のロータのＡ方向矢視図である。 第２実施形態のロータの図１(ａ)のＡ方向矢視図である。 (ａ)は、第３実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面図であり、(ｂ)は、(ａ)のロータのＢ方向矢視図である。 第４実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面図である。 第５実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面図である。 (ａ)は、第６実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面図であり、(ｂ)は、(ａ)のロータのＣ方向矢視図である。 第７実施形態の全閉型電動機の軸方向縦断面図である。 従来の全閉型電動機の軸方向縦断面図である。 図９の従来の全閉型電動機の熱の流れを示す図である。 図９の従来のロータのＤ方向矢視図である。 図９の従来の全閉型電動機の内部フィン付近の空気の流れを矢印で表す縦断面図である。 特許文献１のロータの軸方向断面図である。 図１３の特許文献１のロータのＥ方向矢視図である。 特許文献２の全閉型電動機の軸方向縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１(ａ)は、本発明に係る第１実施形態の全閉型電動機Ｚの軸方向縦断面であり、図１(ｂ)は、図１(ａ)の全閉型電動機Ｚのロータ１のＡ方向矢視図である。
＜第１実施形態の全閉型電動機Ｚの概要＞
第１実施形態の全閉型電動機Ｚは、ロータ１、ステータ２を閉塞するハウジング５の内部の空気がロータ１の回転により攪拌され冷却される冷却構造に係る構造を示すものであり、ハウジング５の体格を変更させることなく、ハウジング５内の内部空気の攪拌力を向上させるとともにハウジング５内の空間を循環する空気流を発生させ、冷却性能の高い冷却構造を提供する。

そこで、全閉型電動機Ｚは、ロータ１の回転軸３に並行に、かつ、回転軸３(ロータ１)の回転中心を中心とする放射方向に設けられた内部フィン６を有し、図１(ｂ)に示すように、内部フィン６を構成するフィン６１をロータ１の回転軸３の延在方向端部の両側で回転軸３の回転中心を中心とする放射方向から異なる向きに傾けている。さらに、全閉型電動機Ｚは、モータ負荷(図示せず)が設置される側のハウジング５内の負荷側１０と反負荷側１１とを貫通する通風穴１５ａ、１５ｂを設け、ハウジング５内の空気流の循環を実現している。

＜全閉型電動機Ｚの全体構成＞
図１(ａ)に示す全閉型電動機Ｚは、磁石、回転軸３等が固定されるロータ１と、積層鉄心および該積層鉄心に巻線され電流が流されるコイル９を有するステータ２と、回転軸３を回転自在に支持する軸受け４が設けられ外部空間に対してロータ１、ステータ２を覆うハウジング５と、ハウジング５の外側で回転軸３に固定されハウジング５に伝達された熱を冷却するための外部ファン８と、外部ファン８とハウジング５の一部を覆い外部ファン８による風をハウジング５に向け案内するエンドファンカバー７とを備えている。なお、ハウジング５に伝達された熱は、ハウジング５の外表面から空気の自然対流によっても外気へ放熱される。

全閉型電動機Ｚは、外気の塵、埃等の内部への侵入を避けるため、ロータ１およびステータ２をハウジング５の内部に収容している。
なお、図１(ａ)において、全閉型電動機Ｚにおける回転軸３にモータ負荷(図示せず)が固定される側のハウジング５の内部を負荷側１０と称し、モータ負荷が固定されない側のハウジング５の内部を反負荷側１１と称する。
ロータ１には、ハウジング５内の負荷側１０と反負荷側１１とに空気が通流するたように、負荷側１０と反負荷側１１とに貫通する通風孔１５ａが穿設されている。
同様に、ステータ２には、ハウジング５内の負荷側１０と反負荷側１１とに空気が通流するたように、負荷側１０と反負荷側１１とに貫通する通風孔１５ｂが穿設されている。

＜ロータ１の内部フィン６(６ａ、６ｂ)＞
全閉型電動機Ｚは、ロータ１、ステータ２等の熱を冷却するため、ロータ１の回転軸３の延在方向の一方端もしくは両端に、回転軸３の延在方向に並行に、かつ、回転軸３(ロータ１)の回転中心を中心とする放射方向に内部フィン６(６ａ、６ｂ)が設けられている。
なお、内部フィン６のうちの負荷側１０のものを内部フィン６ａと称し、反負荷側１１のものを内部フィン６ｂと称する。
図１(ｂ)に示すように、負荷側１０の内部フィン６ａは、複数のフィン６１ａを有しており、少なくとも一つ以上のフィン６１ａを回転軸３の回転中心を中心とする放射方向から傾けて形成している。同様に、ハウジング５内の反負荷側１１のロータ１には、複数のフィン６１ｂを有する内部フィン６ｂが設けられている。

ここで、負荷側１０もしくは反負荷側１１における内部フィン６の全てのフィン６１を、内部フィン６によるハウジング５内の空気の効率的な流れを発生させその攪拌力を増加させるため、図１(ｂ)に示すように、回転軸３の回転中心を中心とする放射方向から同一の角度(例えば、角度α１)、かつ同一の向きに傾けることが望ましい。
何故なら、公知のオイラーのポンプの式によれば、回転軸３の回転中心を中心とする放射方向からフィン６１を傾けた場合、傾けない場合に比べて電動機の回転により内部フィン６から吐き出される空気の流れに与えられる角運動量が大きくなるため、風量および風速が増加し、内部フィン６の中心側と外側における空気流の圧力差が拡大するからである。

図２は、第１実施形態のロータ１の回転方向１４と内部フィン６ａの廻りの風向きを表す図１(ａ)のロータ１のＡ方向矢視図である。なお、図２においては、ロータ１の回転方向１４(白抜き矢印)と内部フィン６による空気流の向き(矢印)を示している。
内部フィン６は、従来の図９、図１１に示す回転軸１０３を中心とする放射方向に形成された内部フィン１０６の全てのフィン１０６ａ、すなわち図２では、内部フィン６ａの全てのフィン６１ａを、回転軸３の回転中心を中心とする放射方向(図２中、破線で示す)に対して回転方向１４とは逆向きに傾けた構造としている。
ここで、図２に示す内部フィン６ａが従来の図９、図１１に示す内部フィン１０６と大きく異なる点は、前記したように、遠心力により内部フィン６の中心側から外側に吐き出される空気の内部フィン６中心側と外側との圧力差が大きくなり、風量および風速が増加することである。

さらに、内部フィン６ａを構成するフィン６１ａ近傍における乱流が、フィン６１の回転軸３の回転中心を中心とする放射方向からの傾きにより、低減されることから、効率的に空気流が流出されることである。これは、公知のオイラーのポンプの式により説明される。
すなわち、内部フィン６の中心付近における流れの前記放射方向からの角度が、内部フィン６から外部へ流出する流れの前記放射方向からの角度と異なるために、内部フィン６から排出される空気流に与えられる角運動量が増加し、内部フィン６中心側と外側との圧力差が大きくなる。

さらに、内部フィン６を構成するフィン６１中心側近傍における乱流発生の低減により、内部フィン６から効率的に空気流が吐き出される。
すなわち、フィン６１を、回転軸３の回転中心を中心とする放射方向から傾けた場合、傾けない場合に比べて、フィン６１が空気流の方向に沿うことから内部フィン６のフィン６１近傍における乱流が低減され、空気流が内部フィン６から効率的に排出され、ハウジング５の内部空間の空気の攪拌力を向上させることができる。
本効果は、フィン６１の放射方向からの傾きの方向が左右いずれの場合においても、また傾き角によらずに得られるが、効果の大小は、ロータ１の回転速度に応じて変化するために、適宜、傾き角を調節することが望ましい。

その結果、本内部フィン６によれば、内部フィン６中心側と外側との圧力損失が従来よりも大きくなり、さらに遠心力により吐き出される空気流の風量および風速が増加することから、内部フィン６のロータ１の回転による攪拌力が増加し、冷却性能を向上させることができる。
また、本全閉型電動機Ｚにおいては、ロータ１の回転軸３の延在方向の一方端部側もしくは両端部側に設けられた内部フィン６(６ａ、６ｂ)の回転軸３の回転中心を中心とする放射方向に対する傾き方向および傾き角α１は、ハウジング５内の負荷側１０の空間およびハウジング５内の反負荷側１１の空間における空気の圧力分布が、それぞれ異なるように傾けたことを特徴としている。異なる空気の圧力分布とは、負荷側１０および反負荷側１１それぞれにおける空気の攪拌力が、回転軸３を中心軸として非対称となることを意味する。

上記機構は、例えば内部フィン６が負荷側１０および反負荷側１１のそれぞれに設けられている場合、負荷側１０おける内部フィン６ａのフィン６１ａと、反負荷側１１おける内部フィン６ｂのフィン６１ｂとを、負荷側１０と反負荷側１１とでそれぞれ異なる向きに異なる角度だけ傾けることにより、負荷側１０と反負荷側１１とで圧力差が生じ、異なる空気の圧力分布が実現される。

具体的には、負荷側１０の内部フィン６ａのフィン６１ａの回転軸３の回転中心を中心とする放射方向からの角度α１またはその向きと、反負荷側１１の内部フィン６ｂのフィン６１ｂの回転軸３の回転中心を中心とする放射方向からの角度またはその向きとが、異なるように負荷側１０の内部フィン６ａと反負荷側１１の内部フィン６ｂとが設けられている。
この構成により、ロータ１の回転によって、ハウジング５内の負荷側１０と反負荷側１１とで圧力差が生じ、ロータ１の通風孔１５ａとステータ２の通風孔１５ｂとを通って、ハウジング５内の負荷側１０の空気が反負荷側１１に通流するとともにハウジング５内の反負荷側１１の空気が負荷側１０に通流することで循環し、効果的な冷却が可能になっている。

全閉型電動機Ｚは、負荷側１０および反負荷側１１のそれぞれにおける内部フィン６(６ａ、６ｂ)の少なくとも一つ以上のフィン６１(６１ａ、６１ｂ)の形状および／または設置位置を、ハウジング５内の負荷側１０の空間および反負荷側１１の空間における空気の圧力分布がそれぞれ異なるように設けることにより、通風孔１５ａ、１５ｂを介してのハウジング５の内部の空気の循環を促進させることができる。
或いは、全閉型電動機Ｚにおいて、負荷側１０および反負荷側１１のそれぞれにおける内部フィン６を構成するフィン６１(６１ａ、６１ｂ)の数を、負荷側１０および反負荷側１１の空間における空気の圧力分布がそれぞれ異なるように設けることもできる。

そして、内部フィン６は、成型の容易性を保持するために、型から引き抜く際に引っ掛かりができない形状を有することが望ましい。
引っ掛かりができない形状とは、ロータ１に接続された内部フィン６の成型には、金型等を用いた成型によるものが中心であることから、成型時に型から容易に取り出せる形状である必要がある。すなわち、３次元的形状のフィン６１により効率的な攪拌性能を有する内部フィン６が形成可能であるが、成型によるコストの低減を目的とした場合、内部フィン６の形状は引っ掛かりができない形状が望ましい。

この成型により、内部フィン６の成型時における仕様を変更するのみで本発明を実現できるため、生産コストの大幅な低減を図ることが可能できる。なお、放熱性能の向上が、生産コストよりも優先される場合はこの限りではない。
或いは、ロータ１の回転によって、ロータ１に接続された内部フィン６以外の電動機構成要素がハウジング５内部の空間を攪拌する場合、それによって生ずる負荷側１０および反負荷側１１の空間における空気の圧力分布が異なるように、電動機構成要素の形状、体積、設置位置、設置角度の何れか、若しくは、それらの幾つかをロータ１軸方向端部の両側の負荷側１０と反負荷側１１とで異なるように設けることが可能である。

＜通風穴１５ａ、１５ｂ＞
前記したように、全閉型電動機Ｚにおいては、負荷側１０および反負荷側１１の各々の空間で攪拌される内部空気が、ハウジング５内部の密閉空間全体を循環するように、ロータ１とステータ２間の隙間とは別に、ロータ１、ステータ２、回転軸３もしくはハウジング５を形成する材料の内部に、循環空気が通風する軸方向の通風穴１５ａ、１５ｂ、若しくはそれに準ずる通風穴を二つ以上有している。

通風穴１５ａ、１５ｂは、回転軸３を中心とする電動機横断面の上下に分割した際の上半分もしくは下半分に、回転軸３(ロータ１)の回転中心を中心とする径方向長さの異なる位置に、二つ以上設けることが望ましい。その結果、内部フィン６の回転によって生じる空気の圧力分布は径方向の圧力差が支配的となるため、例えば、二つの通風穴１５ａ、１５ｂの一方から内部空気が流入し、他方から通風が流出する流れが作られ易い。

＜作用効果＞
第１実施形態の全閉型電動機Ｚによれば、ロータ１の回転による内部フィン６のハウジング５の内部空気の攪拌力が増すことから冷却性能が向上する。また、負荷側１０の空間と反負荷側１１の空間とで異なる空気の圧力分布となり、負荷側１０と反負荷側１１の空間の圧力差に勾配ができることから、ハウジング５内の負荷側１０の空間と反負荷側１１の空間との間で二つ以上の通風穴１５(１５ａ、１５ｂ)を設けることで、負荷側１０と反負荷側１１を行き来する空気流を発生させることができる。
従って、内部フィン６の攪拌性能を向上させ、また全閉型電動機Ｚの軸方向長さを変化させることなく、ハウジング５内部空気を効率的に、負荷側１０の空間と反負荷側１１の空間とで循環させることが可能となり、全閉型電動機Ｚの局所的な発熱を電動機全体で均一化させ、それにより冷却性能を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態のロータ２１の図１(ａ)のＡ方向矢視図である。
第２実施形態のロータ２１の内部フィン２６は、図２に示した第１実施形態の内部フィン６ａのフィン６１ａの傾き方向を、回転方向２４に向け傾けた構造としている。この内部フィン２６においても、第１実施形態の図２に示した内部フィン６ａと同様に、遠心力により内部フィン２６の中心側から外側に吐き出される空気の内部フィン２６中心側と外側との圧力差が大きく、風量および風速が増加する。さらに、内部フィン２６の中心側近傍における乱流発生の低減により、内部フィン２６から効率的に空気流が吐き出される。

その結果、第２実施形態の内部フィン２６によれば、内部フィン２６の中心側と外側との圧力損失が、従来よりも大きくなり、さらに、遠心力により吐き出される空気流の風量および風速が増加することから、内部フィン２６のロータ２１の回転によるハウジング内の空気の攪拌力が増加し、冷却性能を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図４(ａ)は、第３実施形態の全閉型電動機３Ｚの軸方向縦断面図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)のロータ３１のＢ方向矢視図である。
第３実施形態の全閉型電動機３Ｚは、ロータ３１の軸方向端部の両端に設けられた負荷側１０の内部フィン３６ａ(３６)および反負荷側１１の内部フィン３６ｂ(３６)の各々のフィン３６１ａ、３６１ｂを、図４(ｂ)に示すように、回転軸３３(ロータ３１)の回転中心を中心とする放射方向からそれぞれ逆向きに同一の角度だけ傾けている。負荷側１０の内部フィン３６ａの放射方向からの傾き角を＋θとした場合に、反負荷側１１の内部フィン３６ｂの放射方向からの傾き角を−θとしている。

さらに、ロータ３１の回転軸３３に近い部分に、回転軸３３の延在方向に通風穴３５ａを設け、また、ステータ３２のハウジング３５内壁に近い部分に、回転軸３３の延在方向に通風穴３５ｂを設けた構造としている。
その結果、第３実施形態の全閉型電動機３Ｚにおいては、負荷側１０、反負荷側１１のそれぞれにおける内部フィン３６(３６ａ、３６ｂ)の中心側と外側との圧力差が大きくなり、遠心力により内部フィン３６から吐き出される空気流の風量および風速が、図９に示す従来の内部フィン１０６を用いた場合よりも増加するために、ハウジング３５内の負荷側１０の空間および反負荷側１１の空間の内部フィン３６(３６ａ、３６ｂ)近傍における攪拌力が増加し、冷却性能が向上する。

さらに、ロータ３１の回転軸３３に近い部分、および、ステータ３２のハウジング３５内壁に近い部分の回転軸３３の延在方向に、それぞれ通風穴３５ａ、３５ｂを設けることにより、例えば、負荷側１０の内部フィン３６ａの中心側と外周側との圧力差が反負荷側１１のそれよりも大きい場合、例えば、負荷側１０の内部フィン３６ａ中心側と反負荷側１１の内部フィン３６ｂ中心側の間に、反負荷側１１が圧力が高い圧力勾配ができると、ロータ３１の回転軸３３に近い部分に設けられた通風穴３５ａを通じて、反負荷側１１の内部フィン３６ｂ中心側における空気流の一部が負荷側１０の内部フィン３６ａ中心側へ通風する。そして、負荷側１０の内部フィン３６ａに流入する空気量が増加するために、負荷側１０の内部フィン３６ａから吐き出される空気量が増加し、負荷側１０の空間における空気圧が高くなることから、負荷側１０の内部フィン３６ａから吐き出された空気流の一部は、ステータ３２のハウジング３５の内壁に近い部分の通風穴３５ｂを通じて、反負荷側１１へと通風する。

そのため、ハウジング３５の内部の負荷側１０と反負荷側１１を循環する空気流ができることから、従来以上の冷却効果を得ることができる。また、コイルエンド３９ｅ周りとハウジング３５の間の空間にも循環流が流れることから局所的な発熱の低減効果が得られる。
加えて、第３実施形態の全閉型電動機３Ｚでは、負荷側１０の内部フィン３６ａおよび反負荷側１１の内部フィン３６ｂを、逆方向に同一の角度(＋θ、−θ)(図４(ｂ)参照)で傾けている。そのため、正逆回転に対して内部フィン６の近傍を循環する空気の流量は、負荷側１０および反負荷側１１でそれぞれ異なるものの、ハウジング５の内部を、負荷側１０と反負荷側１１との間で通風孔１５ａ、１５ｂを介して循環する空気流があるので、その流量は左右の回転(正逆回転)に対して等しく、もって同一の冷却性能を得ることができる。
従って、全閉型電動機３Ｚの左右の回転(正逆回転)に対しても、ハウジング３５の内部を循環する空気の流量は一定であり、回転方向に拘わらず同一の冷却性能を得ることができる。

＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態の全閉型電動機４Ｚの軸方向の縦断面図である。
全閉型電動機４Ｚにおいては、反負荷側１１におけるロータ４１に接続された内部フィン４６ｂの軸方向長さを、負荷側１０における内部フィン４６ａの軸方向長さよりも短くした場合の構造であり、その他の構成は、第３実施形態の図４に示した構成と同様である。

第４実施形態の全閉型電動機４Ｚによれば、反負荷側１１における内部フィン４６ｂの近傍を循環する空気流が減少するものの、負荷側１０と反負荷側１１の各空間の内部空気に圧力差を生じることから、ロータ４１に形成される通風穴４５ａとステータ４２に形成される通風穴４５ｂを通じてハウジング４５の内部の空気が循環し、冷却性能を向上させることができる。
さらに、反負荷側１１の内部フィン４６ｂの軸方向長さを短くしていることから、内部フィン４６ｂの材料使用量が減少し、コスト低減が可能である。
なお、負荷側１０の内部フィン４６ａの軸方向長さを反負荷側１１の内部フィン４６ｂの軸方向長さより短くした場合においても、同様の冷却効果、コスト低減効果が得られる。

＜第５実施形態＞
図６は、第５実施形態の全閉型電動機５Ｚの軸方向の縦断面図である。
第５実施形態の全閉型電動機５Ｚにおいては、反負荷側１１におけるロータ５１に接続する内部フィンのフィン数を０とした場合の構造であり、その他の構成は、図４に示す第３実施形態の構成と同様である。

第５実施形態の全閉型電動機５Ｚによれば、反負荷側１１における内部フィンを設ける箇所近傍に流れる空気流が減少するものの、負荷側１０の内部フィン５６ａにより空気流が生じるので、ハウジング５５内の負荷側１０と反負荷側１１の内部空気に圧力差を生じ、ロータ５１の通風穴５５ａとステータ５２の通風穴５５ｂを通じて、ハウジング５５の内部を内部空気が循環し、冷却性能を向上させることができる。さらに、内部フィン５６ａを負荷側１０のみとしていることから、内部フィンを製造するための材料使用量が減少し、コスト低減が可能である。

なお、図６の場合に換えて、負荷側１０の内部フィン５６ａのフィン５６１ａの数を０とし、反負荷側１１に内部フィンのフィンを設けた場合においても、同様の冷却効果、コスト低減効果が得られる。

＜第６実施形態＞
図７(ａ)は、第６実施形態の全閉型電動機６Ｚの軸方向縦断面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)のロータ６１のＣ方向矢視図である。
第６実施形態の全閉型電動機６Ｚは、全閉型電動機６Ｚを構成する構成要素、例えば、ロータ６１のエンドリング６１ｅ、導体６１ｄ等の形状を、ハウジング６５内の負荷側１０と反負荷側１１とで異ならせたものである。
その他の構成は、前記実施形態と同様である。

第６実施形態の全閉型電動機６Ｚによれば、ハウジング６５内の負荷側１０と反負荷側１１とで、エンドリング６１ｅ、導体６１ｄ等の全閉型電動機６Ｚの構成要素の形状が異なるので、ロータ６１が回転した場合、ハウジング６５内の負荷側１０の空間と反負荷側１１の空間とで圧力勾配が生じる。そのため、ロータ６１の通風穴６５ａとステータ６２の通風穴６５ｂを通じて、ハウジング６５の内部を内部空気が循環し、冷却性能を向上させることができる。
また、反負荷側１１のロータ６１の構成要素の形状が、負荷側１０のロータ６１の構成要素の形状より小さいため、ロータ６１の材量使用量が減少し、コストの低減が可能である。

なお、第６実施形態においては、全閉型電動機６Ｚを構成する構成要素として、エンドリング６１ｅ、導体６１ｄを例示しているが、エンドリング６１ｅ、導体６１ｄ以外の全閉型電動機６Ｚを構成する構成要素を、ロータ６１の回転軸６３の延在方向端部の両側で、互いに、異なる形状および体積、異なる設置位置、異なる設置角度の何れか、若しくは、これらの幾つかを異ならせてもよい。
例えば、エンドリング６１ｅ、導体６１ｄ以外のロータ６１の構成要素、ステータ６２の形状、ハウジング６５の内部形状等のその他の構成要素を、ハウジング６５内の負荷側１０と反負荷側１１とで異ならせてもよい。例えば、負荷側１０と反負荷側１１との体積(容積)が変わるようにハウジング６５の内部形状を形成し、負荷側１０と反負荷側１１との圧力勾配を大きくしてもよい。

＜第７実施形態＞
図８は、第７実施形態の全閉型電動機７Ｚの軸方向の縦断面図である。
第７実施形態の全閉型電動機７Ｚにおいては、略円柱状のロータ７１の外周表面に螺旋状などの回転軸７３(ロータ７１の回転中心)の延在方向に対して傾斜した溝、若しくは、それに準ずる通風穴７５ａを設けている。なお、図８においては、ハウジング７５の内部の空気の流れを矢印で示している。

ロータ７１の通風穴７５ａは、ロータ７１の回転により通風穴７５ａに、内部空気が流入するロータ７１の軸方向の一方端部側の内部フィン７６中心側と外側との圧力差が、内部空気が流出する側のロータ７１の軸方向の他方端部側の内部フィン７６中心側と外側との圧力差よりも大きくなるように設けられている。その他の構成は、図４に示す第３実施形態の全閉型電動機３Ｚの構成と同様である。
本実施形態による効果が、図４の第３実施形態、図５の第４実施形態、図６の第５実施形態による効果と異なる点は、ロータ７１の回転により負荷側１０と反負荷側１１を通風する軸方向への流れが、通風穴７５ａにより、自動的に生じる。そして、ロータ７１の軸方向の一方端側の外側から通風穴７５ａに空気が流入し、他方端側のロータ７１の軸方向の外側へ通風が流出し、ステータ７２の通風穴７５ｂを通って、還流することである。

第７実施形態の全閉型電動機７Ｚによれば、図４、図５、図６に示した第３・４・５実施形態による負荷側１０および反負荷側１１の圧力勾配のみによる循環空気の空気量よりも、ハウジング７５の内部全体を循環する空気流の風量が増すことから、より高い冷却効果を得ることができる。
さらに、ロータ７１の左右の回転(正逆回転)に対しても、ロータ７１に設けられた通風穴７５ａに流入する側の内部フィン７６ａによる圧力差は、流出する側の内部フィン７６ｂによる圧力差よりも大きくなるために、ハウジング７５の内部を循環する空気流の流量は一定であり、全閉型電動機７Ｚ全体で同一の冷却性能を得ることができる。

なお、第７実施形態においては、通風穴７５ａをロータ７１の外表面に回転軸７３に対して傾斜した螺旋状の溝、若しくは、それに準ずる通風穴とした場合を例示したが、ロータ７１の内部に回転軸７３の延在方向に対して傾斜した螺旋状等の穴等、若しくは、それに準ずる通風穴として形成してもよい。

＜作用効果＞
上記実施形態によれば、内部フィンによるハウジング内部空気の攪拌力を向上させ、さらにロータおよびステータ軸方向端部の両側を通風・循環する空気流を、全閉型電動機の軸方向長さを増加させることなく実現できる。
そのため、ロータの回転によるハウジング内部の空間の攪拌力が増加し、またハウジング内部を循環する空気流が発生することから、全閉型電動機の冷却性能が向上する。
従って、全閉型電動機の発熱密度の増加、放熱面積の減少による冷却性能の低下に対しても過度な温度上昇を低減した小型・軽量化を達成した全閉型電動機を提供することが可能である。

なお、第１〜７実施形態においては、様々な構成をそれぞれ説明しているが、これらの構成を適宜、組み合わせてもよい。これにより、組み合わせた効果が得られる。

１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ ロータ(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
２、３２、４２、５２、６２、７２ ステータ(全閉型電動機の構成要素)
３、２３、３３、４３、５３、６３、７３ 回転軸(ロータの回転軸、ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
５、３５、４５、５５、６５、７５ ハウジング(全閉型電動機の構成要素)
６、６ａ、６ｂ、２６、３６、３６ａ、３６ｂ、４６ａ、４６ｂ、５６ａ、７６ａ、７６ｂ 内部フィン(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
８、３８、４８、５８、６８、７８ 外部ファン
９、２９、３９、４９、５９、６９、７９ コイル(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
１０ 負荷側(回転軸の延在方向の一方端部側または他方端部側)
１１ 反負荷側(回転軸の延在方向の他方端部側または一方端部側両端部側)
６１ｅ エンドリング(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
６１ｄ 導体(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
１５ａ、１５ａ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ、６５ａ、６５ｂ、７５ｂ 通風穴
７５ａ 通風穴(回転軸の延在方向に対して傾きをもった通風穴)
６１、６１ａ、６１ｂ、２６１、３６１ａ、３６１ｂ、４６１ａ、４６１ｂ、５６１ａ、７６１ａ、７６１ｂ フィン(ロータ構成要素、全閉型電動機の構成要素)
Ｚ、３Ｚ、４Ｚ、５Ｚ、６Ｚ、７Ｚ 全閉型電動機
α１、α１a、α１b 傾き角(回転軸(ロータ)の回転中心を中心とする放射方向に対しての傾き)

Claims (10)

1. ハウジング内に設けられ前記ハウジングにその熱が伝達されるロータおよびステータと、前記ロータに形成され前記ハウジング内の空気を攪拌する内部フィンとを備え、
   前記ハウジング外に設けられた外部ファンによる強制対流、または、前記ハウジング外面近くの自然対流により冷却を行う全閉型電動機であって、
   前記ロータは、その回転軸の延在方向の一方端部側と他方端部側とで異なる形状を有する
   ことを特徴とする全閉型電動機。
2. 請求項１に記載の全閉型電動機において、
   前記内部フィンは、
   前記ロータの回転軸の延在方向の一方端部側もしくは両端部側に形成され、かつ、前記回転軸の回転中心を中心とする放射方向に対して傾きをもつ少なくとも一つ以上のフィンを有する
   ことを特徴とする全閉型電動機。
3. 請求項２に記載の全閉型電動機において、
   前記内部フィンを構成する少なくとも一つ以上のフィンは、前記ロータの回転によって生じる前記ロータの回転軸の延在方向両端部側の両空間における空気の圧力分布が互いに異なるように、前記放射方向に対して傾きをもつ
   ことを特徴とする全閉型電動機。
4. 請求項３に記載の全閉型電動機において、
   前記ロータの回転軸の延在方向の一方端部側と他方端部側との各前記内部フィンの少なくとも一つ以上のフィンの前記放射方向に対する傾きは、互いに逆向きの同角度である
   ことを特徴とする全閉型電動機。
5. 請求項１または請求項２に記載の全閉型電動機において、
   前記ロータの回転によって生じる前記ロータの回転軸の延在方向両端部側の両空間における空気の圧力分布が互いに異なるように、前記ロータの回転軸の延在方向の一方端部側に形成される前記内部フィンを構成する少なくとも一つ以上のフィンの形状、設置位置、数の何れか、若しくは、その幾つかが、前記回転軸の延在方向の他方端部側に形成される前記内部フィンを構成する少なくとも一つ以上のフィンと異なる
   ことを特徴とする全閉型電動機。
6. 請求項１または請求項２に記載の全閉型電動機において、
   前記ロータの回転により前記ハウジング内部の空気が攪拌される場合、前記空気の攪拌により生じる前記ロータの回転軸の延在方向両端部側の両空間における空気の圧力分布が互いに異なるように、前記全閉型電動機を構成する構成要素が、前記ロータの回転軸の延在方向端部の両側で、互いに、異なる形状および体積、異なる設置位置、異なる設置角度の何れか、若しくは、これらの幾つかをもつ
   こと特徴とする全閉型電動機。
7. 請求項６に記載の全閉型電動機において、
   前記全閉型電動機を構成する構成要素は、前記ロータを構成するエンドリングまたは導体またはその他のロータ構成要素である
   こと特徴とする全閉型電動機。
8. 請求項１から請求項７の何れかに記載の全閉型電動機において、
   前記ロータ、前記ステータ、前記回転軸、前記ハウジングの何れかに、または、これらの幾つかに、前記ロータと前記ステータとの間の隙間とは別に、前記ロータの回転軸の延在方向両端部の外側に貫通する通風穴が少なくとも二つ以上設けられる
   ことを特徴とする全閉型電動機。
9. 請求項８に記載の全閉型電動機において、
   前記通風穴は、前記ロータの外表面または内部に、前記回転軸の延在方向に対して傾きをもって形成した
   ことを特徴とする全閉型電動機。
10. 請求項９に記載の全閉型電動機において、
    前記通風穴は、前記ロータの外表面に螺旋状の溝として形成した
    ことを特徴とする全閉型電動機。

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