JP6290013B2

JP6290013B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6290013B2
Application number: JP2014128691A
Authority: JP
Inventors: 昌弘東原
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016010208A

Description

本発明は、回転電機に係り、端子箱との関係を考慮した冷却構成を有する回転電機に関する。

一般に、回転電機の一例である電動機を冷却する手段として、電動機表面に沿って冷却風を流すことにより、電動機表面と外気で熱を交換する方法が採用されている。本方法にて電動機の冷却を実施する場合、電動機表面に沿って冷却風が滞りなく流れることにより冷却効果が最大限に発揮される。一方、電動機表面には、電動機に電源を供給する外部電源ケーブルと電動機を接続するための端子箱を設けることが要求される。このとき端子箱が、電動機表面に沿って流れる冷却風を妨げてしまい、効果的な冷却が行えない問題があった。
本技術分野の背景技術として、実開昭６０−１６６２５２号公報（特許文献１）がある。特許文献１は、「固定子枠である波形鋼板フレームに端子箱取付け用の座を設けるため平面部分が必要となるので、固定子枠を突条を有する第１の枠体と平面部分を有する第２の枠体とに分けて製作する必要が生じる」という課題に対して、「上記フレームの突条部フィンの先端にリード線挿通孔を設け、その部分に、端子箱座を嵌着できるようにした端子座を溶接したことを特徴とする回転電機の波形鋼板フレームの端子座」が記載されている。

実開昭６０−１６６２５２号公報

前記特許文献１によれば、波形鋼板フレームの突条部フィンの先端にリード線挿通孔を設け、その部分に、端子座を溶接したものである。よって、結果的に、第２の枠体が不要になることで、フィンの数が増し冷却効率が向上する。しかし、突条部フィンの幅がリード線挿通孔の大きさで制限されるために、突条部フィンの間を通る風の量が制限されてしまい、より大きな冷却効果が望めないという問題がある。

回転電機のハウジング外周面側に端子箱を配置する際、ハウジング外周の冷却を効率的に行うことが望まれる。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、筒形状のハウジングと、回転軸を回転可能に支持し、前記ハウジングの両端部と接合する出力軸側及び反出力軸側のブラケットと、該反出力軸側のブラケットを挟んで、前記回転軸と対向する側に設けられた冷却ファンと、該冷却ファンの回転によって生成される冷却風を、前記ハウジング外表面の反出力軸側から出力軸側に向かって偏向するファンカバーと、前記ハウジング外周から径方向概略外側に向かって所定の高さを有し、前記反出力軸側から出力軸側に向かって配置される少なくとも１つの第１の板状部材と、前記第１の板状部材と所定の間隔をもって配設された第２の板状部材とを備え、前記第１の板状部材の頭頂部は、端子箱の底面部と固定されて前記端子箱を支持し、前記第２の板状部材は、頭頂部が前記端子箱の底部と対向する位置に配置されると共に電動機の引き出し線を前記ハウジングの外部に引き出すための貫通穴を少なくとも１つ有し、該第２の板状部材の該貫通穴が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、前記貫通穴を中心として反出力軸側から出力軸側に向かって延伸する流線形の形状を有する回転電機である。

更に、他の例は、筒形状のハウジングと、回転軸を回転可能に支持し、前記ハウジングの両端部と接合する出力軸側及び反出力軸側のブラケットと、該反出力軸側のブラケットを貫通する回転軸端部側に設けられ、該回転軸と共回りする外扇ファンと、該外扇ファンの回転によって生成される冷却風を、反出力軸側から出力軸側に向かって偏向するファンカバーと、前記ハウジング外周から径方向概略外側に向かって所定の高さを有し、前記回転軸の回転方向に所定間隔をもって反出力軸側から出力軸側に向かって配置される少なくとも２つの第１の板状部材と、前記第１の板状部材の間に所定の間隔をもって配設された第２の板状部材とを備え、前記第１の板状部材は、その頭頂部に端子箱を載置して固定し端子箱を支持する支持部材として機能し、前記第２の板状部材は、電動機の引き出し線を引き出すために、ハウジング内側から前記端子箱に設けられた引き込み穴に向かって延伸する貫通穴が少なくとも１つ設けられており、該第２の板状部材の該貫通穴が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、前記貫通穴を中心として反出力軸側から出力軸側に向かって延伸する流線形の形状を有する回転電機である。

本発明によれば、ハウジング外周側に端子箱を設置しても、回転電機表面の冷却を効率的に行うことができる。
本発明の他の課題・効果・構成は、以下の記載から明らかになる。

本発明を適用した実施例１での電動機の一部断面を示した側面図である。実施例１での電動機の部分断面図及び部分上面図である。本発明を適用した実施例２での電動機の部分断面図及び部分上面図である。本発明を適用した実施例３での電動機の部分断面図及び部分上面図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明を適用した一実施例である電動機の一部断面を示した側面図である。電動機は、固定子を内筒に支持する略筒形状のハウジング１と、回転子に固定された回転軸７の両端を、軸受を介して支持するブラケット２及び３とを備え、ハウジング１の両端部がブラケット２及び３と組み合わされてなるラジアルギャップ型モータである。

回転軸７の反出力軸側は、ブラケット２から外部に貫通し、その端部には、回転軸７と共回りすることでハウジング１の表面を外被冷却するための冷却風を発生する外扇ファン５を備える。外扇ファン５を覆うファンカバー６は、ハウジング１の外周端部またはブラケット２とネジ等によって部分的に固定されている。ファンカバー６の出力軸側開口の径は、ハウジング１の径より大であり、ハウジング１またはブラケット２に部分固定された際に、外扇ファン５が生成する冷却風がハウジング１の表面を反出力軸側から出力軸側に偏向するようになっている。

そして、ハウジング１の外表面には、回転軸と平行に所定の高さをもって延伸する端子箱支持部１３と、複数の放熱フィン４を備える。

図２に、本実施例における電動機の部分断面図及び部分上面図を示す。図２（Ａ）は、電動機を反出力軸側から観察した図１のＢ-Ｂ‘における部分断面図、図２（Ｂ）は、図の上方を出力軸側とする電動機の図１のＢ-Ｂ‘近傍の部分上面図である。

端子箱支持部１３は、回転軸と平行にハウジング１の外周を延伸する少なくとも２つの板状部材１３ａ及び１３ｂからなる。板状部材１３ａ及び１３ｂは、延伸方向と水平の方向に所定の間隔をもって設けられ、外扇ファン５からの冷却風Ａが通流する流路１４を形成する。そして、板状部材１３ａ及び１３ｂが、放熱フィンとしての機能も発揮するようになっている。

端子箱９は、端子箱底面部１５の両端部近傍が、端子箱支持部１３の夫々の頭頂部と接触して載置されるようになっており、頭頂部と端子箱底面部１５とをネジ等の固定部材によって固定するようになっている。このように板状部材の厚さは、端子箱を固定するのに十分な幅を確保することが好ましく更に、放熱フィンとしての機能も有することから強度の許容範囲において可能な限り薄くする（放熱フィン４と同等程度等）ことが好ましい。

端子箱支持部１３の板状部材の間には、固定子等の引き出し線１８をハウジング１の外部に引き出すための貫通穴１７が設けられる。本実施例において、貫通穴１７は、後述する板状部材１３ｃを、ハウジング１内部から外部に向かって貫く概略円筒形状の構成を有する。また、引き出し線１８は、軟性樹脂やゴムからなる案内筒部によって収束されており、貫通穴１７を介して、ハウジング１内部から端子箱底面部１５に設けられた引き込み穴１２に向かって案内されるようになっている。

板状部材１３ｃは、図２（Ｂ）に示すように、１３ａ及び１３ｂと同様に、ハウジング１の端部間に渡って延伸するようになっており、その頭頂部も端子箱底面部１５と対向するように配置される。板状部材１３ｃの任意の位置に、引き出し線１８を引き出す為の貫通穴１７が配設（形成）される。板状部材１３ｃにおいて貫通穴１７の配設部分は、貫通穴１７の径に応じて側面幅が広くなっており、更に、貫通穴１７が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、貫通穴１７を中心として反出力軸方向から出力軸方向に延伸する流線形の形状を有する。流線形状にする理由は、貫通穴１７によって幅広になった部分が、流路１４を通流する冷却風Ａの乱流の発生を防止するためである。例えば、引き出し線１８や案内筒部１０が大径であり、その要請から貫通穴１７も大型化しなければならない場合等、貫通穴１７が冷却風の阻害要因となる虞がある場合に特に有効となる。

また、板状部材１３ｃが、貫通穴１７を中心として反出力軸方向から出力軸方向に延びる流線形状を有し、更に、軸方向両端部が放熱フィン４と同様に延伸され、放熱フィンとしての機能も有するようにした。

以上のように、本実施例によれば、ハウジング１に設けられた端子箱支持部１３に端子箱９が載置されることで、流路１４が設けられ、これを冷却風Ａが通流することにより冷却性能が向上する。また端子箱９の端子箱底面部１５により、冷却風Ａが電動機の外周方向に拡散することを防止することが出来るため、従来の電動機に比べ、より高い冷却及び整流効果を得ることが出来る。更に本実施例によれば、端子箱９は冷却風Ａと干渉しないため、端子箱９の形状は自由に決めることが出来る。

また、引き出し線１８や案内筒部１０を通す貫通穴１７を包含する板状部材１３ｃが、流線形状を有するため、流路１４を通流する冷却風Ａの乱流の発生を防止することができる。また、板状部材１３ｃが、軸方向両端部が放熱フィン４と同様に延伸され、放熱フィンとしての機能も有し、冷却風の整流効果及び電動機の冷却性能を向上させることができる。

なお、板状部材１３ｃの流線形状は、冷却風の入口側のみとして出口側は必ずしも流線形としなくてもよい。すなわち、貫通穴１７が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、反出力軸側から貫通穴１７の回転方向径が最大となる部分の側面に向かってのみ流線形の形状とし、それ以降は同じ幅で出力軸方向に延伸する側面形状を有する構成とする（流線形形状が図２（Ｂ）のＢ-Ｂ‘線の下半分のみでそれ以降は同幅。）。この構成によれば、冷却風の整流効果を向上するとともに、強度を確保することが可能となる。また、上述した貫通穴１７の回転方向径が最大となる部分の側面以降を、冷却風の入口側の幅より厚く且つ当該径が最大となる側面部分の幅よりも薄くする構成でもよい。

また、板状部材１３ｃに代えて別体の流線形状を有する中空パイプを設け構成でも良い。すなわち、中空パイプの一方端部をハウジング１と溶接、螺合又は嵌合し、他方端部を端子箱９の底面部１５と螺合、当接又は嵌合する構成であってもよい。又は端子箱９の少なくとも底面部１５と一体構成で、貫通穴１７と嵌合又は螺合する構成等種々の構成を適用することができる。なお、中空パイプとしては、金属、樹脂、ゴム等、必要に応じて種々の材質を適用することができる。

また、板状部材１３ｃの回転軸方向両端部をハウジング１の両端部まで延伸させずに、板状部材１３ａ及び１３ｂより短く構成し、貫通穴１７を配設する部分のみ回転軸方向に延伸する流線形状として構成してもよい。或いは、回転軸方向に延伸する側面が流線形状の案内筒部１０として構成してもよい。

また、本実施例の案内筒部１０及び両延伸部を、端子箱支持部１３ａや１３ｂと同様に端子箱の支持に利用することも可能である。

このように本実施例は、電動機表面と端子箱の間に冷却風が効率的に流れる空間を設ける構成とした。これにより、電動機表面に沿って流れる冷却風が、端子箱と干渉することなく、冷却効果が向上する電動機を提供することができる。

本実施例では、端子箱支持部１３を構成する２つの板状部材１３ａ及び１３ｂの夫々が、引き出し線１８を引き出すための貫通穴１７を備えると共に、夫々の板状部材１３の頭頂部に端子箱９を載置した際に、貫通穴１７の位置に一致する穴を端子箱９の底面に備える構成を特徴の一つとする。導通する引き出し線１８を分散させることで、夫々の貫通穴１７の径を小径にすることができ、これによって端子箱支持部１３を構成する各板状部材の貫通穴１７付近の幅を薄くすることができ、冷却風の整流効果を維持することができる。

図３に、本実施例における電動機の部分断面図及び部分上面図を示す。図３（Ａ）は、電動機を反出力軸側から観察した図１のＢ-Ｂ‘における部分断面図、図３（Ｂ）は、図の上方を出力軸側とする電動機の図１のＢ-Ｂ‘近傍の部分上面図である。

図３（Ｂ）に示すように、端子箱支持部１３を構成する２つの板状部材１３ａ及び１３ｂそれぞれは、端子箱底面部１５に設けられた引き込み穴１２に対応した貫通穴１７を備えると共に、端子箱底面部１５と頭頂部をネジ等の固定部材によって固定する構造となっている。そして、板状部材１３ａ及び１３ｂそれぞれの一部側面は、貫通穴１７の径に応じて幅が広くなっている。また、貫通穴１７が設けられた板状部材の側面は、貫通穴１７を中心として反出力軸方向から出力軸方向に延伸する流線形状となっている。なお、端子箱底面部の固定用ネジ部分も含めた全体を流線形状としてもよい。また、冷却風の入口側のみを流線形状として出口側は必ずしも流線形としなくてもよい。すなわち、貫通穴１７が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、反出力軸側から貫通穴１７部分に向かって流線形の形状を有する構成とする。

また、貫通穴１７の夫々は、回転軸方向と水平方向に並列した位置に設けられる。なお、各貫通穴１７の位置はこれに限るものではなく一方が出力軸側寄り、他方が反出力軸側に位置してもよい。

このように、本実施例によれば、貫通穴１７を複数とすることで、それぞれの径を小径とでき、端子箱支持部１３の各板状部材の側面幅をその分狭くでき、冷却風の整流をより維持することができると共に電動機の冷却効率を向上させることができる。

本実施例では、端子箱支持部１３に載置された端子箱底面部１５の面積が、端子箱蓋部１１の面積よりも広いものであり、この端子箱底面部１５がハウジング１を広範囲に覆う構成を特徴の一つとする。

図４に、本実施例における電動機の部分断面図及び部分上面図を示す。図４（Ａ）は、電動機を反出力軸側から観察した図１のＢ-Ｂ‘における部分断面図、図４（Ｂ）は、図の上方を出力軸側とする電動機の図１のＢ-Ｂ‘近傍の部分上面図である。

図４（Ａ）に示すように、端子箱底面部１５は端子箱蓋部１１より面積が広く構成され、ハウジング１を覆っている。なお、端子箱支持部１３と並列に配設された放熱フィンが存在する場合、これも含めて覆ってもよい。端子箱底面部１５は、端子箱側面部とは別部材として構成されており、例えば溶接、螺合又は嵌合等により接合されている。この為、端子箱側面部は端子箱底面部１５の範囲内において自在な位置に配設することが可能である。

なお、実施例１と同様に、端子箱支持部１３である板状部材１３ａ及び１３ｂと、その間に配置された、固定子等の引き出し線１８をハウジング１の外部に引き出すための貫通穴１７に対応した位置に端子箱底面部１５に設けられた引き込み穴１２に向かって延伸する案内筒部１０を包含する板状部材１３ｃが設けられており、当該案内筒部１０の内部を通して引き出し線が端子箱９内部に案内されるようになっている。そして、板状部材１３ｃにおいて、貫通穴１７の配設部分は貫通穴１７の径に応じて側面幅が広くなっており、更に側面形状が、貫通穴１７を中心として反出力軸方向から出力軸方向に延伸する流線形の形状を有している。なお、冷却風の入口側のみを流線形状として出口側は必ずしも流線形としなくてもよい。即ち貫通穴１７が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、反出力軸側から貫通穴１７部分に向かって流線形の形状を有する構成としても良い。

よって、端子箱側面部の配設位置に合わせ、貫通穴１７及び端子箱底面部１５の引き込み穴１２を設けることで、実施例１と同様に端子箱内部と電動機内部の接続を構成できるとともに、電動機表面を流れる冷却風Ａを効率的に流通させることができる。

このように、本実施例によれば、端子箱底面部１５により冷却風が電動機外周方向に拡散することを広範囲に防ぐため、より高い冷却効果を得ることができるだけでなく、端子箱位置を端子箱底面部１５の範囲内において自在に配置することが可能となる。また、温度むらの改善がはかれる。

なお、本実施例では、実施例１の構成を用いて説明したが、実施例２による端子箱支持部１３に引き出し線１８を引き出すための貫通穴１７を備える構成としても良い。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、本実施例ではハウジング１の外周に放熱フィン４を複数有する電動機を例としたが、比較的定格値の小さい小型の電動機において、このような放熱フィン４を備えずに外扇ファンの冷却風で外被冷却を行うタイプに本実施形態の構成を適用することも可能である。かかるタイプであっても端子箱は、冷却風通流の阻害となるからである。この場合には、板状部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ等をハウジング１の反出力軸側から出力軸側まで延伸させずに、それよりも短い長さ且つ側面を流線形として構成してもよい。
また、本実施例では複数の板状部材をハウジング１の上方且つ一部に設ける例を説明したが、上方のみならずハウジング１の上下左右に、複数設ける構成も可能である。即ち電動機を特定の機器に搭載する場合、配設する向きが上下左右様々となることもある。この時、当該機器の他の部品やその他の要因によって、端子箱の位置が問題となることも少なくない。そのため、放熱フィン且つ支持部材としての板状部材１３ａ、１３ｂ及び１３ｃをハウジング１の上側面及び左右側面に予め設けておくことで、端子箱の配置場所を容易に選択でき、更には、電動機の生産性にも大きく寄与することができる。

また、本実施例ではラジアルギャップ型の電動機を例に説明したが、本発明は、アキシャルギャップ型電動機等、ハウジングの外被冷却を利用する電動機にも適用できる。また、発電機に適用することも可能である。

１：ハウジング、２：ブラケット、３：ブラケット、４：放熱フィン、５：外扇ファン、
６：ファンカバー、７：回転軸、９：端子箱、１０：案内筒部、１１：端子箱蓋部、１２：引き込み穴、１３：端子箱支持部、１３ａ：板状部材、１３ｂ：板状部材、１３ｃ：板状部材、１４：流路、１５：端子箱底面部、１７：貫通穴、１８：引き出し線

Claims

筒形状のハウジングと、
回転軸を回転可能に支持し、前記ハウジングの両端部と接合する出力軸側及び反出力軸側のブラケットと、
該反出力軸側のブラケットを貫通する回転軸端部側に設けられ、該回転軸と共回りする外扇ファンと、
該外扇ファンの回転によって生成される冷却風を、反出力軸側から出力軸側に向かって偏向するファンカバーと、
前記ハウジング外周から径方向概略外側に向かって所定の高さを有し、前記回転軸の回転方向に所定間隔をもって反出力軸側から出力軸側に向かって配置される少なくとも２つの板状部材とを備え、
前記板状部材は、その頭頂部に端子箱を載置して固定し端子箱を支持する支持部材として機能し、かつ、前記板状部材には、電機子の引き出し線を前記ハウジングの外部に引き出すためのハウジング貫通穴から端子箱に設けられた引き込み穴に向かって延伸する貫通穴が少なくとも１つ設けられており、前記板状部材の該貫通穴が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、前記貫通穴を中心として反出力軸側から出力軸側に向かって延伸する流線形の形状を有することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記支持部材の頭頂部に端子箱底面部が接触して端子箱が固定されており、
前記端子箱底面部の面積が、端子箱蓋部の面積より広く、且つ前記ハウジング外周の形状に概略並行して延伸する形状を有するものであることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機であって、
前記ハウジングは、前記支持部材に並列に配設された複数の放熱フィンを有し、
前記端子箱底面部は、前記複数の放熱フィンの少なくとも1つの頭頂部の一部を覆う形状であることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機であって、
前記端子箱は底面部と側面部を別部材として構成したものであって、前記側面部は前記底面部の範囲内において自在な位置で前記底面部と固定されるものであることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記板状部材の回転軸方向両端部が、前記ハウジングの回転軸方向一方端部近傍から他方端部近傍まで延伸していることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記板状部材の貫通穴が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、反出力軸側から貫通穴部分に向かって流線形の形状を有することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記板状部材の端子箱を固定する部分と貫通穴が設けられた部分の回転軸回転方向側面が、前記貫通穴を中心として反出力軸側から出力軸側に向かって延伸する流線形の形状を有することを特徴とする回転電機。
請求項１から７のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記板状部材の少なくとも１つが、放熱フィンであることを特徴とする回転電機。