JP4423271B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
電動機の冷却方式として、冷却風を外部から取り入れて電動機内の各部を冷却する開放形と、電動機内に冷却風を導入しない全閉形がある。全閉形では、一般的に、開放形に比べ冷却能力は劣るので、特に、軸受部の冷却性能を向上が要求される。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、軸受部の冷却性能を向上させると共に、その冷却構造部からの騒音の発生を抑えた電動機を得ることを目的とする。
また、放熱体で機外側の空気を機内側に導入するとき、放熱体の回転により風切音が発生するが、音源となる溝部が機体側となっているので、騒音が外部に発散されるのを抑制することができ、低騒音化を図ることができる。
更に、遮蔽壁を設けたことで、放熱体から効率よく外気を入気口側に取り入れることができると共に、放熱体の回転時に騒音源となる溝部が遮蔽壁によって隠されるので、騒音が外部に漏れるのを抑制でき、低騒音化を図ることができる。
図1はこの発明の実施の形態1である電動機の断面図であり、図2は図1の要部の部分断面図である。図では回転軸から上半分側のみを示し、下半分側は省略している。なお、電動機として、例えば、車両用の主電動機として使用されるような全閉形駆動電動機を例にあげて説明する。
なお、以下の説明で、シャフト3の中心の回転軸7に平行な左右の方向を指し示すとき、駆動側3aに向かう(又は面する)側を「駆動側」、反駆動側3bに向かう(又は面する)側を「反駆動側」と称することにする。
回転子4は、外周に多数の溝が形成された回転子鉄心10と、その溝に配設された回転子導体11と、回転子導体11の端部同士を連結するエンドリング12とを備えている。また、回転子鉄心10には、回転軸7の軸方向に貫通した複数個の通風路10aが円周方向に形成されている。
そして、回転子4の駆動側には内扇13が配置され、シャフト3と一体に回転するように構成されている。また、フレーム1の外周には駆動側と反駆動側を結ぶ循環ダクト1aが設けられている。
なお、入気口と排気口は、それぞれの円上に厳密に配置されなくても、例えば円に沿って多少千鳥状に配置されていてもよい。要は、内側に入気口列を構成し、その外側に排気後列を構成すればよい。
図4(a)は図1において駆動側から見た放熱体17を示す正面図、(b)は側面断面図、(c)は背面図(反駆動側)である。放熱体17は、(a)に示すように、円盤状の板材からなり、中心部にはシャフト3に貫通させて嵌め合わされる軸穴17aが設けられ、外周側には円周方向にほぼ等間隔に複数個(図では12個)の貫通穴17bが形成されている。反駆動側の面(駆動側ブラケット14と対向する面)は、(c)に示すように、貫通穴17bの直径より大きい幅のU字状の溝部17cが、貫通穴17bから外周面まで放射状に形成されている。貫通穴17bと溝部17cは、(b)の断面図に示すように連通している。なお、貫通穴17bは必ずしも等間隔でなくてもよい。
なお、放熱体の形状は一例を示すものであり、ここでは円盤状としたが、外周の大きさとブラケットに設けた入気口,排気口の関係が上記のような関係にあり、且つ、ブラケットに接触しなければ、例えば多角形状等でもよい。
また、反駆動側の放熱体18にも、同様に、貫通穴18b,溝部18cが設けられている。
このように構成された全閉形電動機において両ブラケット14,15及びフレーム1で密閉された機内の空気は、図1中に白抜きの矢印で示すような通風経路で循環される。すなわち、内扇13の回転によって吸引された空気が、フレーム1に設けた循環ダクト1aを循環中に冷却され、反対側から内部へ戻り、再び通風路10a及び固定子2と回転子4の隙間へ導入される。この通流過程で熱交換が行われ、機体が冷却される。
このように、溝部17cが、放熱体17が回転する際に軸受け側の面と機外側の面との間で圧力差を発生させる圧力発生機構として動作する。圧力発生機構としては、溝部ではなく、突起などでもよい。放熱体が回転すると圧力差を発生できるような形状を、軸受側又は反軸受側の少なくとも1面に設ければよい。
また、機内側にあって空気室19を形成する空気室壁20は、薄板で構成されているので、回転子4側で発生する熱により温度上昇した機内空気が空気室壁20によって熱交換され、温度を下げる効果も期待できる。
更に、固定子2で発生した熱が、フレーム1,駆動側ブラケット14を介して駆動側軸受5に伝わるが、途中にある空気室19でブラケットが冷却されるので、駆動側軸受5への伝熱が抑制される。
また、通気口のうち、軸心側を入気口、その外周側を排気口としたが、放熱体の回転によって圧力差を発生させる向きを逆にし、軸心側を排気口、その外周側を入気口として流通路が逆方向となるようにしてもよい。
また、電動機は全閉形電動機とし説明したが、必ずしも全閉形電動機に限定するものではない。全閉形電動機は、一般的に、機内に冷却風を導入する開放形に比べて冷却性能が劣るので、本発明の冷却構造を適用すればより効果を発揮するが、全閉形に限らず電動機全般に適用して、軸受部の温度上昇を抑制する効果を期待できる。
図5はこの発明の実施の形態2による電動機の要部を示す部分断面図である。実施の形態1の図2に対応する部分を示すものであり、同等部分は同一符号を付して説明は省略する。以下の説明では図2と異なる部分を中心に説明する。また、図5に示す以外の電動機全体構成は、実施の形態1の図1と同等なので説明は省略する。
放熱体17は回転により自身が冷却されるので、機内の回転子4で発生した熱がシャフト3を通じ伝達されて放熱体17から放熱される。と同時に、実施の形態1で説明したように、放熱体17の貫通穴17bと溝部17cの作用により、外気が駆動側から貫通穴17bを通過し反駆動側へ引き込まれ、入気口14a−空気室19−排気口14bの流通路を流れる空気流が発生する。空気流により駆動側ブラケット14が冷却され、それに保持された駆動側軸受5及び潤滑グリースが冷却される。これらの冷却メカニズムは実施の形態1と同様であるが、遮蔽壁21を設けたことにより貫通穴17bから吸い込まれた空気が外部にほとんど漏れることなく効率よく入気口14aに導入される。また、排気が駆動側ブラケット14と放熱体17の隙間から内側に入り込むのを遮蔽する。更に、放熱体17が回転するとき溝部17cで空気を攪拌するときに風切音が発生するが、騒音源が内部に完全に隠れているので、風切音による騒音が外部に漏れるのを効果的に抑制することができる。
なお、遮蔽壁は必ずしも円環状でなくても多角形でもよい。回転する放熱体と接触することがないように放熱体との間に所定の間隔を持って配置され、入気口に入る空気と排気口から出る空気を遮断できるものであれば、遮蔽壁はどのようなものでもよい。
また、図では遮蔽壁21を駆動側ブラケット14と一体に形成した場合を示したが別体に製作して、組み合わせてもよい。
更に、遮蔽壁の内周面を曲面にしたことにより、放熱体によって取り込んだ外気をなめらかに入気口に導くことができるので、流体抵抗が小さくなり、冷却効果と騒音抑制効果をより高めることができる。
図6はこの発明の実施の形態3における電動機の要部を示す部分断面図である。実施の形態2の図5に対応する部分であり、同等部分は同一符号を付して説明は省略し、相違点を中心に説明する。なお、図6に示す以外の電動機全体構成は、実施の形態1の図1と同等なので説明は省略する。
放熱体17が回転するときの空気の流通路は図中に矢印で示したようになる。機外から吸い込んだ空気が空気室19で熱交換されて温度上昇し、高温となって排出される。還流防止リング22は、高温の排気をできるだけ放熱体17の貫通穴17bから遠ざける役目をし、排気が再び放熱体17の貫通穴17bへ還流するのを防止するものである。
なお、入気口と排気口を図とは逆にし、遮蔽壁の外側に入気口を設ける場合も、同様な還流防止リングを設けることにより、排気口及び放熱体の貫通穴を通って機外に排出された空気が入気口に還流するのを防止できる。還流防止リングは遮蔽壁と一体に形成してもよい。
2 固定子 3 シャフト
3a 駆動側 3b 反駆動側
4 回転子 5 駆動側軸受
6 反駆動側軸受 7 回転軸
8 固定子鉄心 9 固定子巻線
10 回転子鉄心 10a 通風路
11 回転子導体 12 エンドリング
13 内扇 14 駆動側ブラケット
14a,15a 入気口 14b,15b 排気口
15 反駆動側ブラケット 16 軸フタ
17,18 放熱体 17a 軸穴
17b,18b 貫通穴 17c,18c 溝部
19 空気室 20 空気室壁
21 遮蔽壁 21a 曲面
22 還流防止リング。
Claims (3)
- 筒状のフレームと、
該フレームの長手方向中央部に設けられた固定子と、
中心部にシャフトを有し上記固定子の内側に配置された回転子と、
上記フレームの両側の開口を塞ぐ2個のブラケットと、
上記シャフトを軸支し上記ブラケットに1個ずつが保持される2個の軸受と、
少なくとも1個の軸受の機外側の近傍で上記シャフトに固定された円盤状の放熱体とを有し、
上記放熱体には、外周近傍の周方向に形成された複数個の貫通穴と、上記放熱体の上記ブラケットに面する側に上記貫通穴から外周まで放射状に形成された溝部とからなる圧力発生機構が備えられており、
上記放熱体に対向する上記ブラケットの面には、回転軸を中心とする周方向に複数個の貫通穴で構成された入気口と、上記入気口の外側に同心円状に複数の貫通穴で構成された排気口とが形成され、上記ブラケットの機内側には、上記入気口と上記排気口を連通すると共に機内空気と遮断する空気室が設けられており、
上記ブラケットの機外側の上記入気口と上記排気口との間には、上記入気口を取り囲み且つ上記放熱体の外周とは微少間隙を空けて、円環状の遮蔽壁が設けられており、
上記放熱体が回転する際に上記圧力発生機構により上記軸受側の面と反対側の面との間で圧力差を発生させて、外気を上記入気口から上記空気室に導入し、上記排気口から排出するように構成したことを特徴とする電動機。 - 請求項1記載の電動機において、上記遮蔽壁の内周側が曲面に形成されていることを特徴とする電動機。
- 請求項1記載の電動機において、上記遮蔽壁の外側に設けられた上記排気口と上記放熱体に設けられた上記貫通穴との間で空気が流れることを妨げるように、上記遮蔽壁の機外側に還流防止リングを備えたことを特徴とする電動機。
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