JP3428859B2 - 冷却ファン付き電動機及び冷却ファン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却ファン付き電
動機及び冷却ファンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気エネルギを回転動力に変換する電動
機（モータ）では、電気エネルギを回転動力に変換する
際の変換損失として熱が発生する。この熱は、電動機を
構成する各部品を熱膨脹させるため、回転速度や電動機
の寿命等に影響を与える。特にＮＣ旋盤等に用いる電動
機では、回転速度の精度が旋盤の加工精度を大きく左右
する。そこで前述の熱によって電動機の各部の温度が上
昇するのを抑制するために放熱用の冷却ファンを付けた
電動機が広く用いられている。図８は、従来の冷却ファ
ン付き電動機の断面の上側半部だけを示している。な
お、本図は冷却ファン付き電動機を通常の設置状態に置
いて斜めに切断した断面図である。即ち、電動機本体２
０１の固定子鉄心２０４が矩形の輪郭形状を有してお
り、この固定子鉄心２０４を対角線上に切断した断面図
の上側半部を示したものである。この従来の冷却ファン
付き電動機は、電動機本体２０１と冷却ファン２０２と
がダクト２０３により連結された構造を有している。電
動機本体２０１の固定子鉄心２０４には、固定子鉄心２
０４を冷却する冷却用気体が通る複数の冷却用貫通孔２
０５…が固定子鉄心２０４の４つの角部に周方向に間隔
をあけて形成されている。冷却ファン２０２は、複数枚
の羽根２０６と、複数枚の羽根２０６が外周部に固定さ
れた羽根固定部材２０７と、羽根固定部材２０７を回転
させる駆動用電動機２０８とを有している。冷却ファン
２０２の羽根２０６が回転すると、矢印Ｆに示すように
冷却用貫通孔２０５…内を固定子鉄心２０４側から冷却
ファン２０２側に向う方向に冷却用気体が流れて固定子
鉄心２０４が冷却される。この電動機では、駆動用電動
機２０８のシャフトの軸線方向に冷却用気体を流す軸流
ファンにより冷却ファン２０２が構成されている。ま
た、本図に示すタイプとは別に駆動用電動機２０８のシ
ャフトの軸線と直交する径方向に冷却用気体を流すいわ
ゆる遠心ファンを冷却ファンとして取り付けた冷却ファ
ン付き電動機も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図８の従来の電動機で
用いられている軸流ファンは風量は多くなるが風圧が小
さいという特性を有している。また前述の遠心ファン
は、風圧は大きいが風量が少ないという特性を有してい
る。このような特性を有する冷却ファンを用いて電動機
本体２０１の固定子鉄心２０４に形成した冷却用貫通孔
２０５に冷却用気体を通して固定子鉄心２０４を冷却す
る従来の冷却ファン付き電動機では、騒音を下げること
に限界があった。これは所望の風量と風圧を得るため
に、送風ファンとして小型のものに比べて騒音が大きく
なる大型の（送風能力の高い）冷却ファンを用いる必要
があったためである。また大型の冷却ファンを用いる
と、冷却ファンが大型化した分、特に電動機の軸線方向
の寸法が大きくならざるを得なかった。

【０００４】また、従来の冷却ファン付き電動機では、
電動機本体２０１の矩形の輪郭形状を有する固定子鉄心
２０４の角部にのみ、冷却用貫通孔２０５…が形成され
ていた。これは４つの角部の間の中間領域に貫通孔を形
成すると固定子鉄心のヨーク部分すなわち磁気通路部分
に貫通孔を開ける結果となってしまうため、これを避け
るためであった。しかし４つの角部の領域にだけ冷却用
貫通孔２０５…を形成した場合には、２つの角部の間に
位置する中間領域の温度が高くなり、この温度が特にシ
ャフト側のエンドブラケット２０９に伝わり電動機が取
り付けられる側の機器の温度を上昇させる原因となって
いた。

【０００５】本発明の目的は、冷却ファンの小形化を図
って、しかも冷却ファンの騒音を下げることができる冷
却ファン付き電動機及び冷却ファンを提供することにあ
る。

【０００６】本発明の他の目的は、冷却ファン付き電動
機の軸線方向の寸法を短くできる冷却ファン付き電動機
及び冷却ファンを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、電動機本体の固定子
鉄心の温度上昇を抑制して、電動機が取り付けられる側
の機器の温度上昇を抑制できる冷却ファン付き電動機及
び冷却ファンを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が改良の対象とす
る冷却ファン付き電動機は、固定子鉄心に冷却用気体が
通る複数の冷却用貫通孔が形成された電動機本体と、電
動機本体の出力軸が突出する端部とは反対側の端部側に
設けられて複数の冷却用貫通孔を通る冷却用気体に圧力
を付与する冷却ファンと、複数の冷却用貫通孔と冷却フ
ァンの通風路とを連結する気体流通路を構成するダクト
とを具備している。そして、冷却ファンは、複数枚の羽
根と、複数枚の羽根が外周部に固定される羽根固定部材
と、羽根固定部材を回転させる駆動用電動機と、複数枚
の羽根の周囲を囲み内部に通風路を形成するケーシング
と、駆動用電動機とケーシングとを結合する複数本のウ
エブとを備えている。

【０００９】本発明では、冷却ファンとして、吸引した
気体を駆動用電動機の出力軸の軸線方向と径方向の間の
斜め方向に積極的に吐出するように構成された斜流ファ
ンを用いる。より具体的には、複数枚の羽根と、回転子
に固定されて複数枚の羽根が環状の外周部に固定される
羽根固定部材と、回転子を回転させる駆動用電動機と、
複数枚の羽根の周囲を囲み内部に通風路を形成する筒状
のケーシングと、駆動用電動機とケーシングとを結合す
る複数本のウエブとを備え、羽根固定部材の外周部（ま
たは外周面）が吸引側から吐出側に向かって径寸法が大
きくなるように傾斜した形状を有し、吸引した気体を駆
動用電動機の出力軸の軸線方向と径方向の間の斜め方向
に積極的に吐出するように複数枚の羽根を外周部に固定
したものである。

【００１０】従来の冷却ファンとして用いていた軸流フ
ァン及び遠心ファンで所望の風量と風圧を得るために
は、冷却ファンとして騒音の大きい大型の（冷却能力の
高い）ものを用いる必要があった。所望の風量と風圧を
小形の冷却ファンにより得ることができれば、冷却ファ
ン自体から発生する騒音は低減できる。また冷却ファン
を小形化できれば、その分だけ電動機の軸方向寸法も小
さくできる。そこで発明者は、従来の常識にこだわら
ず、電動機の冷却用としては従来用いられていない他の
冷却ファンを用いて騒音を低減できないか研究した。そ
の結果発見したのが、斜流ファンである。斜流ファン
は、軸流ファンと遠心ファンの中間の特性を有するもの
である。そして、従来用いている軸流ファンや遠心ファ
ンよりも小形の斜流ファンで、所望の風量及び風圧を得
ることができる。その結果、斜流ファンを冷却ファンと
して用いると従来よりも騒音を低下させることができる
のである。

【００１１】電動機の冷却に用いる斜流ファンとして、
どのような斜流ファンを用いればよいかを発明者が鋭意
研究した結果、少なくとも次の２点の要件を満たす斜流
ファンを用いることがよいことが分かった。

【００１２】（１）駆動用電動機の出力軸の軸線との間
の傾斜角度が、３０°〜４５°の角度になるように羽根
固定部材の外周部の外周面が傾斜していること。

【００１３】（２）ケーシングの内壁部が、羽根固定部
材の外周部が傾斜する方向と同じ方向に傾斜し且つ軸線
との間の傾斜角度が軸線と羽根固定部材の外周部の外周
面との傾斜角度よりも小さくなるように傾斜しているこ
と。

【００１４】固定部材の外周部の傾斜角度が３０°を下
回ると前述の軸流ファンに特性が近くなり、またこの傾
斜角度が４５°を上回ると遠心ファンに特性が近くなっ
て、小形の斜流ファンで、所望の風量及び風圧を得るこ
とが難しくなるのである。

【００１５】前述の角度範囲において、更に好ましい角
度を探求した結果、羽根固定部材の外周部の外周面と駆
動用電動機の出力軸の軸線との間の傾斜角度が３５°±
３．５°の角度になるように、羽根固定部材の外周部の
外周面を傾斜させるのが好ましいことが分かった。この
角度範囲内であれば、斜流ファンをあまり大型化せずに
所望の風量と風圧を得ることができる。なおこれより好
ましい角度範囲を外れて、前述の広い角度範囲内に入る
斜流ファンでも、軸流ファンや遠心ファンを用いる場合
よりも、騒音を低減することができて、寸法を小さくで
きるが、前述のより好ましい角度範囲を有する斜流ファ
ンと比べると、冷却能力及び騒音特性は低下する。

【００１６】複数枚の羽根の羽根固定部材への取付角度
は、羽根の形状に応じて任意に定めることができる。し
かしながら、複数枚の羽根が７枚の場合は、この角度を
次のように定めると、より好ましい冷却能力及び騒音特
性を得ることができる。すなわち複数枚の羽根を、それ
ぞれ、羽根固定部材に取り付けられる取付辺部の吸引側
に位置する一方の端部と吐出側に位置する他方の端部と
を結ぶ仮想連結線と、駆動用電動機の出力軸の軸線及び
取付辺部の一方の端部を面内に含む仮想面が羽根固定部
材の外周面と交わって外周面に形成される仮想交線との
間の角度が５０°±２．５°になるように羽根固定部材
に取付けるのである。このようにすると、風量を最大に
近い値にして騒音を最小に近い値にできる。

【００１７】なおダクトの内部には複数枚の静翼を配置
するのが好ましい。冷却ファンの吸引側または吐出側に
複数枚の静翼を設けると、冷却ファンの吸引側または冷
却側で渦流が発生するのを抑制して騒音が低下する。こ
のような静翼は従来冷却ファンに設けられているのが一
般的である。本発明では、この静翼をダクトの内部に配
置したので、冷却ファンに静翼を設けた場合と比べて、
冷却ファンの軸線方向の寸法を短くできる。その結果冷
却ファン付き電動機の軸線方向の寸法を短くできる利点
がある。

【００１８】冷却ファン付き電動機が、出力軸を支持す
るベアリングが固定された一対のエンドブラケットが固
定子鉄心の両端に固定され、固定子鉄心に冷却用気体が
通る複数の冷却用貫通孔が形成され、且つ出力軸が突出
する一方のエンドブラケットと反対側に位置する他方の
エンドブラケットの外側に出力軸の回転を検出する回転
検出器が配置されている電動機本体と、電動機本体の回
転検出器の外側に設けられて複数の冷却用貫通孔を通し
て冷却用気体を吸引する冷却ファンと、他方のエンドブ
ラケット及び回転検出器の外面との間に複数の冷却用貫
通孔と冷却ファンの通風路とを連結する気体流通路を構
成するダクトとを具備している場合であれば、複数枚の
静翼は、他方のエンドブラケット及び回転検出器の外面
との間に僅かな間隙を開けるようにしてダクトの内壁部
に固定するのが好ましい。

【００１９】ダクトに設ける複数の静翼は、できるだけ
ダクト内に形成される気体流通路を周方向に複数分割す
るように設けるのが好ましい。そのためには、ダクトの
内壁部とエンドブラケット及び回転検出器の外面とに静
翼の両端が固定または接触しているいるのが理想的であ
る。しかしながらダクト、エンドブラケット、回転検出
器のカバーの加工精度を高めておかなければ、静翼が邪
魔になって、組み立てがうまくいかない。そこで本発明
では、エンドブラケットと回転検出器のカバーの両方と
対向するダクトの内壁部に静翼を固定するとともに、静
翼とエンドブラケット及び回転検出器の外面との間に僅
かな間隙を開けるようにした。このようにすると静翼を
できるだけ大きくした場合でも、静翼が組み立ての障害
になることがなくなり、その結果各部の加工精度も高い
ものとする必要がなくなる。

【００２０】従来の固定子鉄心では、それぞれ４つの角
部に冷却用貫通孔を構成する複数の貫通孔が形成される
貫通孔形成領域を有する鋼板を複数枚積層されて構成し
ている。しかしこの鋼板には２つの貫通孔形成領域の間
に位置する中間領域に更に冷却用貫通孔を構成する複数
の貫通孔が形成するのが好ましい。このようにすれば、
中間領域の温度上昇を抑制することができ、電動機が取
り付けられる側の機器の温度上昇を大幅に抑制できる。

【００２１】本発明の冷却ファン付き電動機に用いる冷
却ファンは、固定子鉄心に冷却用気体が通る複数の冷却
用貫通孔が形成された電動機本体の出力軸が突出する端
部とは反対側の端部側に設けられて複数の冷却用貫通孔
を通る冷却用気体に圧力を付与する冷却ファンであり、
複数枚の羽根と、複数枚の羽根が外周部に固定される羽
根固定部材と、羽根固定部材を回転させる駆動用電動機
と、複数枚の羽根の周囲を囲み内部に通風路を形成する
ケーシングと、駆動用電動機と前記ケーシングとを結合
する複数本のウエブとを備えている。そして羽根固定部
材の外周部の外周面は吸引側から吐出側に向かって径寸
法が大きくなるように傾斜した形状を有しており、吸引
した気体を駆動用電動機の出力軸の軸線方向と径方向の
間の斜め方向に積極的に吐出するように複数枚の羽根が
外周部に固定されている。そして好ましくは、羽根固定
部材の外周部は、駆動用電動機の出力軸の軸線との間の
傾斜角度が３５°±３．５°の角度になるように傾斜し
ており、ケーシングの内壁部は羽根固定部材の外周部の
外周面が傾斜する方向と同じ方向に傾斜し且つ軸線との
間の傾斜角度が前記外周面の傾斜角度よりも小さくなる
ように傾斜しているものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は冷却ファン付きの誘
導電動機に本発明を適用した場合の実施の形態の一例の
半部断面図である。図１は、図８の従来例と同様にして
断面にした電動機の上側半部断面図である。この電動機
は、電動機本体１と、ダクト３と、ダクト３により電動
機本体１と連結される冷却ファン５とを有している。

【００２３】電動機本体１は、出力軸を構成するシャフ
ト７と、シャフト７に固定されるロータ９と、ステータ
１１と、一対のエンドブラケット１３，１５と、回転検
出器１７とを有している。シャフト７は、径寸法が異な
る４つのシャフト部分７ａ〜７ｄにより構成されてお
り、シャフト部分７ａが出力部を構成する。そしてシャ
フト部分７ｂ及び７ｄにそれぞれ取り付けられたベアリ
ング１９，２１により、シャフト７は、一対のエンドブ
ラケット１３，１５に回転自在に支持されている。シャ
フト部分７ｂ，７ｄの間に位置する径寸法の最も大きい
シャフト部分７ｃの外周にはロータ９が固定されてい
る。このロータ９はカゴ形ロータである。

【００２４】ステータ１１は、固定子鉄心１１ａに巻線
１１ｂが巻装されて構成されている。固定子鉄心１１ａ
は、図１のII−II線からみた固定子鉄心１１ａを示す断
面図である図２に示すように、円形の内部孔１１ｋを有
する輪郭形状が８角形の筒形を有しており、その両端に
はシャフト７の軸線方向両端を支持するベアリング１
９，２１が固定された一対のエンドブラケット１３，１
５が固定されている。図２は、固定子鉄心１１ａを示す
断面図であると共に固定子鉄心１１ａを形成する複数枚
の珪素鋼板の形状を示している。この固定子鉄心１１ａ
は、複数枚の珪素鋼板がシャフト７の軸線方向に積層さ
れて構成されている。

【００２５】固定子鉄心１１ａを構成する複数枚の珪素
鋼板は、図２に示すように、８角形の輪郭形状を形成す
る８つの辺部を外周部に有している。具体的には、４つ
の長辺部１１ｃ…と、隣り合う長辺部１１ｃ，１１ｃの
間に位置する４つの短辺部１１ｄ…を有している。別の
言い方をすると、短辺部１１ｄ…が４つの長辺部１１ｃ
…を連結する角部を形成している。複数枚の珪素鋼板
は、それぞれ４つの角部（短辺部１１ｄ…に対応する部
分）に隣接して、貫通孔形成領域１２ａ…をそれぞれ有
しており、またこれらの貫通孔形成領域の間（長辺部１
１ｃ…に対応する部分）に中間領域１２ｂ…をそれぞれ
有している。そして、貫通孔形成領域１２ａ…及び中間
領域１２ｂ…の径方向内側に環状のヨーク部分を有して
いる。そして、ヨーク部分の内側には、固定子巻線１１
ｂを構成する巻線導体が挿入される複数のスロット１１
ｇが周方向に間隔をあけて形成されている。なお、図２
では、複数のスロット１１ｇの一部が描かれており、他
のスロット１１ｇは省略されている。

【００２６】貫通孔形成領域１２ａ…には、固定子鉄心
１１ａに冷却用気体を通す冷却用貫通孔を構成する５つ
の角部貫通孔１１ｅ１ 〜１１ｅ５ が短辺部１１ｄ…に
沿うように並んでそれぞれ形成されている。両端部に位
置する角部貫通孔１１ｅ１，１１ｅ５ は、角部に丸み
を帯びた三角形の形状を有している。そして角部貫通孔
１１ｅ１ ，１１ｅ５ に挟まれて配置された角部貫通孔
１１ｅ２ 〜１１ｅ４ は、径方向に長手方向を有し且つ
角部に丸みを帯びた長方形の形状を有している。２つの
貫通孔形成領域１２ａの間の中間領域１２ｂ…にも固定
子鉄心１１ａに冷却用気体を通す冷却用貫通孔を構成す
る４つの中間部貫通孔１１ｆ１ 〜１１ｆ４ が長辺部１
１ｃ…に沿うように並んでそれぞれ形成されている。両
端部に位置する中間部貫通孔１１ｆ１ ，１１ｆ４ は、
角部に丸みを帯びた矩形の形状を有している。両側の中
間部貫通孔１１ｆ１ ，１１ｆ４ に挟まれて配置された
中間部貫通孔１１ｆ２ ，１１ｆ３ は、角部に丸みを帯
びた三角形の形状を有している。角部貫通孔１１ｅ１
〜１１ｅ５ 及び中間部貫通孔１１ｆ１ 〜１１ｆ４
は、ヨーク部分の磁気抵抗を小さくしないようにその形
状及び寸法が設定されている。

【００２７】複数枚の珪素鋼板が積層されることによ
り、各鋼板に形成した角部貫通孔１１ｅ１ 〜１１ｅ５
により固定子鉄心１１ａの各角部にそれぞれ複数の冷却
用貫通孔１１ｉ…が形成され、また各後半の中間部貫通
孔１１ｆ１ 〜１１ｆ４ によって、従来の固定子鉄心で
はなかった中間部の複数の冷却用貫通孔１１ｊ…が形成
される。なお図１には、角部に位置する冷却用貫通孔１
１ｉのみが示されている。

【００２８】冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用貫通孔１
１ｊ…には、冷却ファン５の羽根３７が回転することに
より、固定子鉄心１１ａを冷却する冷却用気体が矢印Ａ
に示す方向に流れる。冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用
貫通孔１１ｊ…のシャフト７が突出する側（モータの出
力を取り出すシャフト部分７ａ側）には、冷却用気体を
吸引口（１１ｉ１ ）が形成されている（図１には、冷
却用貫通孔１１ｉの吸引口１１ｉ１ のみを示す）。本
実施例の電動機によれば、固定子鉄心１１ａの角部間に
位置する冷却用貫通孔１１ｊ…を設けることにより、こ
のような冷却用貫通孔を設けない同タイプの従来の電動
機に比べてエンドブラケット１３の温度を５度程度下げ
られることが確認できた。

【００２９】シャフト７が突出する側（モータの出力を
取り出すシャフト部分７ａ側）に位置する一方のエンド
ブラケット１３とは反対側に位置する他方のエンドブラ
ケット１５の外側には、シャフト７の回転を検出する回
転検出器１７が配置されている。回転検出器１７は、例
えば光学式のエンコーダにより構成されている。回転検
出器１７は、シャフト７と連結される検出器本体１７ａ
と検出器本体１７ａを保護するカバー部材１７ｂとを有
している。カバー部材１７ｂは、いわゆるカップ形状を
有しており、ダクト３と対向する筒状の傾斜部１７ｃを
有している。傾斜部１７ｃの端部は、エンドブラケット
１５の端部に連結されている。エンドブラケット１５及
びカバー部材１７ｂの傾斜部１７ｃのダクト３と対向す
る面は、固定子鉄心１１ａ側から冷却ファン５側に向っ
てシャフト７の軸線に近付くようになだらかに傾斜する
面を形成している。

【００３０】ダクト３は、エンドブラケット１５及び回
転検出器１７のカバー部材１７ｂとの間に気体流通路２
３を形成する筒形形状を有している。気体流通路２３
は、冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用貫通孔１１ｊ…と
後述する冷却ファン５の通風路５９とを連通する。ダク
ト３は、断面形状の輪郭が角型になった角形状筒部３ａ
と、角形状筒部３ａに連続して端部に向かうにしたがっ
て径寸法が小さくなった縮径筒部３ｂとから構成されて
いる。角形状筒部３ａは、端部が固定子鉄心１１ａに溶
接またはねじ止めによって連結されている。また縮径筒
部３ｂは、カバー部材１７ｂと対向し、固定子鉄心１１
ａ側から冷却ファン５側に向って径寸法が小さくなるよ
うに外面が傾斜している。この縮径筒部３ｂの端部は、
冷却ファン５のケーシング２９に連結されている。

【００３１】ダクト３，エンドブラケット１５及びカバ
ー部材１７ｂは、気体流通路２３が固定子鉄心１１ａ側
から冷却ファン５側に向ってシャフト７の軸線に近付く
と共にその断面積が大きくなるように寸法及び形状が定
められている。ダクト３の縮径筒部３ｂの内部には気体
流通路２３を周方向に複数分割する複数枚（２０枚）の
静翼２５…が配置されている。静翼２５は、矩形に近い
形状を有しており、エンドブラケット１５及びカバー部
材１７ｂの外面との間に僅かな間隙を開けるようにして
ダクト３の内壁部に固定されている。

【００３２】冷却ファン５は、図３〜図５に詳細に示す
ように、ファン本体２７とケーシング２９とが複数本の
ウエブ３１…により結合された構造を有している。な
お、図３は、図１に示す冷却ファン５の拡大断面であ
り、図４は、図１のダクト３側から見たファン本体２７
の羽根３７…を取り付けた羽根固定部材３５の平面図で
あり、図５は、図１に向って右側（吐出口５５側）から
見た冷却ファン５の平面図である。ここで、図４及び図
５は、いずれも上側半部だけでなく、上下全体を描いて
いる。また図５は、上側半部が枠体５３に取り付けられ
たフィンガード５７を取り除いて見た冷却ファン５の平
面図であり、下側半部が枠体５３に取り付けられたフィ
ンガード５７を含む平面図である。

【００３３】図３に示すようにファン本体２７は、駆動
用電動機３３と、羽根固定部材３５と、羽根固定部材３
５に固定された複数枚の羽根３７…とを有している。駆
動用電動機３３は、公知の誘導電動機により構成されて
おり、シャフト（出力軸）３９と、シャフト３９に固定
された環状のフライホイール４３と、フライホイール４
３に固定されたロータ４１と、モータブラケット４５
と、モータブラケット４５に固定されたステータ４７と
を有している。シャフト３９は、電動機本体１のシャフ
ト７と軸線を共有するように配置されており、ベアリン
グ４９，５１によってモータブラケット４５に回転自在
に支持されている。

【００３４】ロータ４１は、電動機本体１のロータと同
様にカゴ形ロータである。なお、本実施の形態では駆動
用電動機３３として誘導電動機を用いたが、永久磁石を
用いるタイプ等のブラシレス直流電動機を駆動用電動機
３３として用いても構わない。モータブラケット４５
は、内側筒状壁部４５ａ，中間筒状壁部４５ｂ及び外側
筒状壁部４５ｃとが連結壁部４５ｄにより連結された構
造を有している。内側筒状壁部４５ａはベアリングホル
ダを構成しており、内部にシャフト３９を回転自在に支
持するベアリング４９，５１が取り付けられている。中
間筒状壁部４５ｂの端部には、フライホイール４３の羽
根固定部材取付部４３ｂの筒状の端部４３ｂ１ と間隔
をあけて該端部４３ｂ１ を内部に収容する断面がコの
字状の環状凹部４５ｂ１ が形成されている。筒状の端
部４３ｂ１ と環状の凹部４５ｂ１ との遊嵌によりラビ
リンス構造が形成されている。外側筒状壁部４５ｃは、
その端部が羽根固定部材３５の筒状端部３５ｃに沿って
該筒状端部３５ｃとの間に僅かな間隔を形成するように
配置されている。外側筒状壁部４５ｃの外周部には複数
本（この例では４本）のウエブ３１…がモータブラケッ
ト４５と一体に成形されている。またこれらのウエブ３
１…は、図５に詳細に示すようにケーシング２９と連結
される環状の枠体５３と一体に成形されている。これに
より、モータブラケット４５は、ウエブ３１…を介して
枠体５３に支持される。枠体５３とモータブラケット４
５との間の開口部は、固定子鉄心１１ａを冷却する冷却
用気体が吐出する吐出口５５を構成している。そして、
枠体５３には、吐出口５５の外側に配置されるフィンガ
ード５７が取り付けられている。モータブラケット４５
の内側筒状壁部４５ａと中間筒状壁部４５ｂと連結筒状
壁部４５ｄとに囲まれた空間には、ステータ４７が配置
されている。ステータ４７は、固定子鉄心４７ａに巻線
４７ｂが巻装されて構成されている。

【００３５】シャフト３９のベアリング４９の外側端部
（電動機本体１側の端部）には、環状のフライホイール
４３が固定されている。フライホイール４３は、シャフ
ト３９が取り付けられる基部４３ａと羽根固定部材取付
部４３ｂとが連結部４３ｃにより連結された構造を有し
ている。羽根固定部材取付部４３ｂは、ステータ４７側
に向かって開口する環状の凹部を有している。そしてこ
の環状の凹部の内部には、ステータ４７の巻線４７ｂの
一方の巻線部分が、羽根固定部材取付部４３ｂの内壁面
との間に所定の間隔をあけるように配置されている。羽
根固定部材取付部４３ｂの径方向外側端部には、羽根固
定部材３５の取付用円板部３５ａが固定されている。

【００３６】羽根固定部材３５は、フライホイール４３
の軸線方向の一方の端部にネジまたは溶接により固定さ
れる環状の取付用円板部３５ａと、外周部または外周面
に７枚の羽根３７…が固定される筒状の羽根固定部３５
ｂと、モータブラケット４５の外側壁部４５ｃと僅かな
間隔を隔てて対向する筒状端部３５ｃとを備えて一体に
成形されている。取付用円板部３５ａは、駆動用電動機
３３のシャフト３９の径方向に延びており、筒状端部３
５ｃは、駆動用電動機３３のシャフト３９の軸線方向に
延びている。羽根固定部３５ｂの外周部は、冷却用気体
の吸引側（吸引口１１ｉ１ 側）から吐出側（吐出口５
５側）に向かって径寸法が大きくなるように傾斜した筒
状またはラッパ状の形状を有している。具体的には、羽
根固定部３５ｂの外周面は、駆動用電動機３３のシャフ
ト３９の軸線と外周面との間の傾斜角度θ1 が、３５°
±２°の角度範囲に入るように傾斜している。なお、駆
動用電動機３３のシャフト３９と電動機本体１のシャフ
ト７とは軸線を共有するので、羽根固定部３５ｂの外周
面は、電動機本体１のシャフト７の軸線に対しても３５
°±２°の角度で傾斜していることになる。

【００３７】羽根固定部３５ｂの外周面と、シャフト３
９の軸線との間の傾斜角度θ1は、３０°〜４５°の範
囲内に設定するのが好ましい。この傾斜角度にすると、
冷却ファン５は電動機の固定子鉄心１１ａを冷却するの
に好適な特性を有する斜流ファンとなる。羽根３７の回
転により固定子鉄心１１ａに形成した複数の冷却用貫通
孔の吸引口１１ｉ１ から吸引した冷却用気体は、冷却
ファンの吐出口５５に向かって駆動用電動機３３のシャ
フト３９の軸線方向と径方向の間の斜め方向に積極的に
吐出される。７枚の羽根３７は、図４に示すように、そ
れぞれ帯状の金属板を羽根固定部３５ｂの外周面に添わ
せ、その基部（取付辺部）が羽根固定部３５ｂの外周面
に溶接されて、羽根固定部３５ｂの外周部に固定されて
いる。なお、本実施の形態では、羽根３７を羽根固定部
材３５に溶接したが、他の手段で羽根３７と羽根固定部
材３５とを固定してもよい。また、羽根３７を合成樹脂
等により形成し、羽根固定部材３５と一体に成形しても
構わない。そして各羽根３７は、羽根３７の羽根固定部
３５への取付辺部３７ａの反対側の辺部３７ｂがケーシ
ング２９の内壁とほぼ平行になるような形状を有してい
る。

【００３８】各羽根３７の取付状態について説明する。
各羽根３７の取付辺部３７ａは、冷却ファン３の吸引側
に位置する一方の端部３７ｃと、冷却ファン３の吐出側
に位置する他方の端部３７ｄとを有している。この２つ
の端部３７ｃ及び端部３７ｄを結ぶ仮想連結線をＬ１と
して図４に示す。そして駆動用電動機３３のシャフト３
９の軸線と羽根３７の取付辺部３７ａの一方の端部３７
ｃとを面内に含む仮想面と羽根固定部３５ｂの外周面と
が交わってこの外周面上に形成される仮想交線（冷却用
気体が流れる方向に延びる線）Ｌ２と前述の仮想連結線
Ｌ１との間の角度θ3 が、５０°±２．５°の範囲にな
るように各羽根３７は、羽根固定部３５に取付けられて
いる。この例では、角度θ3 は、ほぼ５０°である。こ
のような取付構造を採用すると、角度θ3 が５０°±
２．５°の範囲において、風量は最大に近い値となり、
また騒音は最小に近い値となる。この範囲を外れると、
風量は少なくなり、また騒音は増大する。なお、図４は
立体を平面に直した図であるため、図面上で表すθ3 の
角度は実際の角度とは異なっている。

【００３９】ケーシング２９は、枠体側取付部（フラン
ジ部）２９ａと、通風路形成部２９ｂと、ダクト側取付
部（フランジ部）２９ｃとを備えて構成されている。枠
体側取付部２９ａ及びダクト側取付部２９ｃは、いずれ
も環状の円板形状を有していて、駆動用電動機２９のシ
ャフト３９の径方向に延びており、それぞれ枠体５３及
びダクト３にネジ止めされる。したがってこれらの部材
には、ネジが貫通する複数の貫通孔が周方向に間隔をあ
けて形成されている。通風路形成部２９ｂは、羽根固定
部材３５の羽根固定部３５ｂとの間に環状の通風路５９
を形成する筒状の形状を有している。通風路形成部２９
ｂの内壁部は、羽根固定部３５ｂの外周部が傾斜する方
向と同じ方向に傾斜している。すなわち通風路形成部２
９ｂは、ダクト側取付部２９ｃから枠体側取付部２９ａ
に向かうに従って径が大きくなるように拡径している。
通風路形成部２９ｂの内壁部と駆動用電動機３３のシャ
フト３９の軸線との間の傾斜角度θ2 は、羽根固定部３
５ｂの外周部の傾斜角度θ1 よりも小さくなるように傾
斜している。本例では、この角度θ2 は２５°になって
いる。

【００４０】図６は、本実施の形態の冷却ファンとして
用いた斜流ファンとこの斜流ファンとほぼ同じ形状寸法
の軸流ファン及び遠心ファンの風量と風圧との関係を概
略的に示す図である。本図において、Ａ〜Ｃは負荷曲線
を示している。本図より、軸流ファンは風量は多くなる
が風圧が小さいのが分る。また遠心ファンは、風圧は大
きいが風量は少ないのが分る。これに対して斜流ファン
は、軸流ファンと遠心ファンの中間の特性を有している
のが分る。その結果、負荷曲線Ａ〜Ｃのいずれの交点に
おいても、斜流ファンは、軸流ファン及び遠心ファンに
比べて風量及び風圧が大きいのが分る。

【００４１】図７は、本発明の他の実施の形態の冷却フ
ァン付き電動機の半部断面図を示している。本図におい
て、図１と同様の部分には、図１に用いた符号に１００
を加えた符号を付して、その説明を省略する。本図に示
す実施の形態では、図１に示す矢印Ａとは逆に固定子鉄
心１１１ａを冷却する冷却用気体が矢印Ｂに示すように
冷却ファン１０５側から固定子鉄心１１１ａ側に流れる
構造を有している。即ち、本図に示す実施の形態では、
図１に示す吸引口に相当する部分が吐出口１１１ｉ１
を構成し、図１に示す吐出口に相当する部分が吸引口１
５５を構成している。このように構成するには、フィン
ガード１５７を取り外した冷却ファン１０５を反転して
ダクト１０３に取り付け、ケーシング１２９及び羽根固
定部材１３５をダクト１０３の縮径筒部１０３ｂと同じ
方向に傾斜させればよい。そして、枠体１５３をダクト
１０３にネジ止めし、フィンガード取付部１２９ｃ（図
３のダクト側取付部２９ｃに相当する部分）にフィンガ
ード１５７を取り付ける。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、斜流ファンを用いるこ
とにより、従来用いていた軸流ファンや遠心ファンより
も小形の斜流ファンで、所望の風量及び風圧を得ること
ができる。その結果、冷却ファンの小形化を図って、冷
却ファン付き電動機の軸線方向の寸法を小さくすること
ができると共に騒音を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の冷却ファン付き電動機
の一例の半部断面図である。

【図２】 図１のII−II線からみた固定子鉄心１１ａの
断面図である。

【図３】 図１に示す冷却ファンの部分拡大断面図であ
る。

【図４】 図１のダクト側から見た羽根…を取り付けた
羽根固定部材の平面図である。

【図５】 図１に向って右側から見た冷却ファンの平面
図である。

【図６】 本実施の形態の冷却ファンとして用いた斜流
ファンと、従来用いられていた軸流ファン及び遠心ファ
ンの風量と風圧との関係を示す図である。

【図７】 本発明の他の実施の形態の冷却ファン付き電
動機の半部断面図である。

【図８】 従来の冷却ファン付き電動機の半部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 電動機本体 ３ ダクト ５ 冷却ファン ７ シャフト（出力軸） １１ａ 固定子鉄心 １１ｅ1 〜１１ｅ5 角部貫通孔 １１ｆ1 〜１１ｆ4 中間部貫通孔 １１ｉ… 冷却用貫通孔 １１ｊ… 冷却用貫通孔 １３，１５ エンドブラケット １７ 回転検出器 ２９ ケーシング ３１… ウエブ ３３ 駆動用電動機 ３５ 羽根固定部材 ３７… 羽根 ３９ シャフト（出力軸）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜読 英雄 東京都豊島区北大塚一丁目十五番一号 山洋電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−245913（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−154256（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−119685（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−160952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−51995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−310340（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−202154（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−11397（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−48365（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−78848（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 H02K 1/20 F04D 17/00 - 23/00 F04D 29/18 - 29/70

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心に冷却用気体が通る複数の冷
   却用貫通孔が形成された電動機本体と、前記電動機本体
   の出力軸が突出する端部とは反対側の端部側に設けられ
   て前記複数の冷却用貫通孔を通る前記冷却用気体に圧力
   を付与する冷却ファンと、前記複数の冷却用貫通孔と前
   記冷却ファンの通風路とを連結する気体流通路を構成す
   るダクトとを具備し、 前記冷却ファンが、複数枚の羽根と、前記複数枚の羽根
   が外周部に固定される羽根固定部材と、前記羽根固定部
   材を回転させる駆動用電動機と、前記複数枚の羽根の周
   囲を囲み内部に前記通風路を形成するケーシングと、前
   記駆動用電動機と前記ケーシングとを結合する複数本の
   ウエブとを備えている冷却ファン付き電動機であって、 前記冷却ファンとして、吸引した気体を前記駆動用電動
   機の出力軸の軸線方向と径方向の間の斜め方向に積極的
   に吐出するように構成された斜流ファンが用いられ、 前記羽根固定部材の前記外周部は、前記駆動用電動機の
   前記出力軸の軸線との間の傾斜角度が３０°〜４５°の
   角度になるように傾斜しており、 前記ケーシングの内壁部は前記外周部の外周面が傾斜す
   る方向と同じ方向に傾斜し且つ前記軸線との間の傾斜角
   度が前記外周面の前記傾斜角度よりも小さくなるように
   傾斜していることを特徴とする冷却ファン付き電動機。
2. 【請求項２】 出力軸を支持するベアリングが固定され
   た一対のエンドブラケットが固定子鉄心の両端に固定さ
   れ、前記固定子鉄心に冷却用気体が通る複数の冷却用貫
   通孔が形成され、且つ前記出力軸が突出する一方の前記
   エンドブラケットと反対側に位置する他方の前記エンド
   ブラケットの外側に前記出力軸の回転を検出する回転検
   出器が配置されている電動機本体と、 前記電動機本体の前記回転検出器の外側に設けられて前
   記複数の冷却用貫通孔を通して前記冷却用気体を吸引す
   る冷却ファンと、 前記他方のエンドブラケット及び前記回転検出器の外面
   との間に前記複数の冷 却用貫通孔と前記冷却ファンの通
   風路とを連結する気体流通路を構成するダクトとを具備
   し、 前記冷却ファンが、複数枚の羽根と、回転子に固定され
   て前記複数枚の羽根が環状の外周部に固定される羽根固
   定部材と、前記回転子を回転させる駆動用電動機と、前
   記複数枚の羽根の周囲を囲み内部に前記通風路を形成す
   る筒状のケーシングと、前記駆動用電動機と前記ケーシ
   ングとを結合する複数本のウエブとを備えている冷却フ
   ァン付き電動機であって、 前記冷却ファンとして、前記羽根固定部材の前記外周部
   の外周面は吸引側から吐出側に向かって径寸法が大きく
   なるように傾斜した形状を有し、吸引した気体を前記駆
   動用電動機の前記出力軸の軸線方向と径方向の間の斜め
   方向に積極的に吐出するように前記複数枚の羽根が前記
   外周部に固定されている斜流ファンが用いられており、 前記羽根固定部材の前記外周部の前記外周面は、前記駆
   動用電動機の前記出力軸の軸線との間の傾斜角度が３０
   °〜４５°の角度になるように傾斜しており、 前記ケーシングの内壁部は前記外周面が傾斜する方向と
   同じ方向に傾斜し且つ前記軸線との間の傾斜角度が前記
   外周面の前記傾斜角度よりも小さくなるように傾斜して
   いることを特徴とする冷却ファン付き電動機。
3. 【請求項３】 前記羽根固定部材の前記外周面は、前記
   駆動用電動機の前記出力軸の軸線との間の傾斜角度が３
   ５°±３．５°の角度になるように傾斜していることを
   特徴とする請求項１または２に記載の冷却ファン付き電
   動機。
4. 【請求項４】 前記複数枚の羽根は、それぞれ、前記羽
   根固定部材に取り付けられる取付辺部の前記吸引側に位
   置する一方の端部と前記吐出側に位置する他方の端部と
   を結ぶ仮想連結線と、前記駆動用電動機の前記出力軸の
   軸線及び前記取付辺部の前記一方の端部を面内に含む仮
   想面が前記羽根固定部材の外周面と交わって前記外周面
   に形成される仮想交線との間の角度が５０°±２．５°
   になるように前記羽固定部材に取付けられている７枚の
   羽根からなることを特徴とする請求項３に記載の冷却フ
   ァン付き電動機。
5. 【請求項５】 前記ダクトの内部には複数枚の静翼が配
   置されている請求項１または２に記載の冷却ファン付き
   電動機。
6. 【請求項６】 前記複数枚の静翼が、前記他方のエンド
   ブラケット及び前記回転検出器の前記外面との間に僅か
   な間隙を開けるようにして前記ダクトの内壁部に固定さ
   れている請求項５に記載の冷却ファン付き電動機。
7. 【請求項７】 前記固定子鉄心は、それぞれ４つの角部
   に前記冷却用貫通孔を構成する複数の貫通孔が形成され
   る貫通孔形成領域を有する鋼板が複数枚積層されて構成
   され、 前記鋼板には２つの前記貫通孔形成領域の間に位置する
   中間領域に更に前記冷却用貫通孔を構成する複数の貫通
   孔が形成されている請求項１または２に記載の冷却ファ
   ン付き電動機。
8. 【請求項８】 固定子鉄心に冷却用気体が通る複数の冷
   却用貫通孔が形成された電動機本体の出力軸が突出する
   端部とは反対側の端部側に設けられて前記複数の冷却用
   貫通孔を通して前記冷却用気体を吸引する冷却ファンで
   あって、 複数枚の羽根と、前記複数枚の羽根が外周部に固定され
   る羽根固定部材と、前記羽根固定部材を回転させる駆動
   用電動機と、前記複数枚の羽根の周囲を囲み内部に前記
   通風路を形成するケーシングと、前記駆動用電動機と前
   記ケーシングとを結合する複数本のウエブとを備え、 前記羽根固定部材の前記外周部の外周面は吸引側から吐
   出側に向かって径寸法が大きくなるように傾斜した形状
   を有し、 吸引した気体を前記駆動用電動機の前記出力軸の軸線方
   向と径方向の間の斜め方向に積極的に吐出するように前
   記複数枚の羽根が前記外周部に固定され、 前記羽根固
   定部材の前記外周部の前記外周面は、前記駆動用電動機
   の前記出力軸の軸線との間の傾斜角度が３５°±３．５
   °の角度になるように傾斜しており、 前記ケーシングの内壁部は前記羽根固定部材の前記外周
   面が傾斜する方向と同じ方向に傾斜し且つ前記軸線との
   間の傾斜角度が前記外周部の前記傾斜角度よりも小さく
   なるように傾斜していることを特徴とする記載の冷却フ
   ァン。
9. 【請求項９】 前記複数枚の羽根は、それぞれ、前記羽
   根固定部材に取り付けられる取付辺部の前記吸引側に位
   置する一方の端部と前記吐出側に位置する他方の端部と
   を結ぶ仮想連結線と、前記駆動用電動機の前記出力軸の
   軸線及び前記取付辺部の前記一方の端部を面内に含む仮
   想面が前記羽根固定部材の外周面と交わ って前記外周面
   に形成される仮想交線との間の角度が５０°±２．５°
   になるように前記羽固定部材に取付けられている７枚の
   羽根からなることを特徴とする請求項８に記載の冷却フ
   ァン。