JP7309302B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機に設けられた遠心ファンの機械損を減少させ、効率を向上させる。【解決手段】遠心ファンは、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された複数の切り欠きを有する主板と、前記主板の外周部分における切り欠きと切り欠きとの間に１つずつ設けられた複数の羽根とを有し、前記羽根は、前記主板の中心に近い側の端に位置する流入部を含む第１の部分と、前記主板の中心から遠い側の端に位置する流出部を含む第２の部分とを繋げた構成であり、前記流入部が前記主板の回転方向に対して前側、前記流出部が前記主板の回転方向に対して後側となり、前記流入部における流入角が、前記流出部における流出角よりも小さく且つ前記主板が前記回転方向に回転したときの前記流入部における相対流速の周方向成分が前記流入部における周方向流速を打ち消す大きさとなるように前記第１の部分と前記第２の部分が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は発電機などの回転電機に係り、特に回転子に遠心ファンを設けたものに関する。

直流機、同期機、誘導機などの回転電機は、構造面では固定子と回転子によって構成され、機能面では電磁誘導の原理を利用して電機エネルギーと機械エネルギー（回転エネルギー）の相互変換を行うものである。この回転電機は、銅損、鉄損により固定子、回転子には発熱が伴うことから、正常な運転を行うためには冷却が必要となる。このため、従来の回転電機では、例えば、回転軸に遠心ファンを取り付け、回転子の回転により遠心ファンから生じる風で冷却するようになっていた。

従来の回転電機の構成例を、図７及び図８を参照して説明する。図７は、従来の回転電機の構成を示す断面図であり、図８は、従来の回転電機に設けられた遠心ファン８の断面図である。図７に示すように、回転電機は、主に固定子１と、回転子２と、回転子２を支える軸受け５から構成される。

固定子１は、ドーナツ状（環状）の電磁鋼板を軸方向（図７の左右方向）に積層した固定子鉄心１ａと、固定子鉄心１ａ内径側のスロットに収められた固定子巻線１ｂから構成される。回転子２は、固定子１の内径面から半径方向に隙間をあけて配置されていて、固定子１に対して回転可能となっている。この回転子２は、回転軸３と磁極４から構成され、軸受け５によって回転可能に支持されている。磁極４は、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心４ａに回転子巻き線４ｂを巻装した構成となっている。回転軸３の一端側となるカップリング６側には、遠心ファン８が取り付けられている。カップリング６は、図示しない相手側（原動機もしくは負荷）のカップリングとボルト７で締結されるようになっている。

遠心ファン８は、主板９と、副板１０と、主板９と副板１０との間に設けられた羽根１１から構成される。主板９は、回転軸３に固定された略円板状の部材であり、副板１０は主板９と同程度の外径を有するリング状の部材であり、主板９の外周側と副板１０との間に挟まれるようにして羽根１１が設けられている。

また図８に示すように、主板９の外周部分には、周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数の切り欠き１２が形成されている。尚、図８は、略円板状の主板９の一部分（半円部分）と、当該主板９の一部分に設けられた羽根１１の断面を示している。主板９の外周部分に設けられた切り欠き１２は、カップリング６と相手側のカップリングとをボルト７で締結するときに遠心ファン８側からアクセスする為のものであり、組み立てやメンテナンス上、必要なものである。

羽根１１は、パイプを圧し潰して断面直線状となるように成型したものであり、主板９の外周部分に周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数設けられている。別の言い方をすると、複数の羽根１１は、それぞれ主板９の外周部分に形成された切り欠き１２と切り欠き１２の間に１つずつ設けられている。

羽根１１は、主板９の中心に近い側である一端側を風の流入部１１ｉ、主板９の中心から遠い側である他端側を風の流出部１１ｏとして、流入部１１ｉが遠心ファン８の回転方向Ａｒ１に対して前側（つまり回転方向下流側）、流出部１１ｏが回転方向Ａｒ１に対して後側（つまり回転方向上流側）に位置し、流入角θｉ及び流出角θｏが共に７５度となる向きで溶接により取り付けられている。尚、流入角θｉは、羽根１１の流入部１１ｉ側の端における、羽根１１の厚さ方向の中心線Ｌ０と遠心ファン８の回転方向Ａｒ１とは逆向きのベクトルとのなす角度である。一方、流出角θｏは、羽根１１の流出部１１ｏ側の端における、羽根１１の厚さ方向の中心線Ｌ０と遠心ファン８の回転方向Ａｒ１とは真逆のベクトルとのなす角度である。

ところで、遠心ファン８が回転方向Ａｒ１に回転したとき、羽根１１の流入部１１ｉでは、図９に示すように、回転による周方向流速２０が発生して風の流入を遮ってしまうことで、機械損が増加し、低効率な遠心ファンとなってしまう。羽根１１の流入部１１ｉにおける損失を小さくする為には、流入部１１ｉの相対流速（流入部１１ｉから見た風の流れ）２１の周方向成分２２が大きくなるように羽根１１を寝かせて（つまり流入角θｉを小さくして）取り付け、周方向流速２０を当該周方向流速２０とは逆向きの周方向成分２２により打ち消して０にする必要がある。

しかしながら、実際には羽根１１を寝かせると、羽根１１が主板９の切り欠き１２に干渉してしまう為、実現できない。また羽根１１を寝かせると、流出角θｏが小さくなり、流出部１１ｏでの圧力が小さくなってしまう為、風量が小さくなるというデメリットもある。

従来の回転電機の遠心ファンに関する技術としては、例えば特許文献１に示すものがある。

特開昭６３－１５６５２号公報

特許文献１に記載された遠心ファンは、羽根を円弧状に形成することで、低回転時の冷却性と、高回転時の静粛性を向上させたものである。しかしながら、単に羽根を円弧状にしただけでは、直線状の羽根と同様、羽根の流入部において、回転による周方向流速を打ち消すことはできず、機械損が増加し、低効率な遠心ファンとなってしまう。

このように、従来の回転電機に設けられた遠心ファンにおいては、主板に形成された切り欠きにより羽根の配置に制約があり、羽根の流入部において、回転による周方向流速が発生して機械損が増加し、低効率になってしまうという問題を有していた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、回転電機に設けられた遠心ファンの機械損を減少させ、効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明による回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して回転可能な回転子と、前記回転子の回転軸の一端に取り付けられたカップリングと、前記回転軸の前記カップリング側に取り付けられた遠心ファンとを備え、前記遠心ファンは、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された、前記カップリングと相手側のカップリングとを締結する際にアクセスする為の複数の切り欠きを有する主板と、前記主板の外周部分における切り欠きと切り欠きとの間の切欠間部分における、前記切り欠きの縁から離れた位置に１つずつ設けられた複数の羽根とを有し、前記羽根は、前記主板の中心に近い側の端に位置する流入部を含む第１の部分と、前記主板の中心から遠い側の端に位置する流出部を含む第２の部分とを繋げた構成であり、前記流入部が前記主板の回転方向に対して前側である回転方向前側、前記流出部が前記主板の回転方向に対して後側である回転方向後側となり、前記流入部における流入角が、前記流出部における流出角よりも小さく且つ前記主板が前記回転方向に回転したときの前記流入部における相対流速の周方向成分が前記流入部における周方向流速を打ち消す大きさとなるように前記第１の部分と前記第２の部分が設けられ、さらに前記主板の前記切欠間部分は前記回転軸の軸方向から見て略四角形状であり、前記羽根は、前記切欠間部分における前記主板の外周の前記回転方向後側に位置する角部側から、当該切欠間部分の前記回転方向前側に隣接する前記切り欠きと前記主板の中心との間の部分へと延びている。

本発明によれば、流入角が流入部における相対流速の周方向成分が前記流入部における周方向流速を打ち消す大きさとなるように羽根の第１の部分を設けることで、遠心ファンの機械損を減少させ、効率を向上させることができる。また第２の部分により流出角を流入角よりも大きくできる為、遠心ファンの風量を維持しつつ、効率を向上させることができる。

第１の実施の形態に係る回転電機の断面図である。 第１の実施の形態に係る遠心ファンの断面図である。 第１の実施の形態に係る遠心ファンの流入部における相対流速と周方向流速との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る遠心ファンの断面図である。 第３の実施の形態に係る遠心ファンの断面図である。 第４の実施の形態に係る遠心ファンの断面図である。 従来の回転電機の断面図である。 従来の遠心ファンの断面図である。 従来の遠心ファンの流入部における相対流速と周方向流速との関係を示す図である。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

［１．第１の実施の形態］
まず本発明による第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明による第１の実施の形態に係る回転電機の構成例を示す断面図である。尚、図１は、図７に対応する図であり、図１に示す第１の実施の形態に係る回転電機の構成部品のうち、図７に示す従来の回転電機の構成部品と同一又は類似の構成部品については、同一符号を付すとともに詳しい説明は適宜省略する。

第１の実施の形態に係る回転電機は、主に固定子１と、回転子２と、回転子２を支える軸受け５から構成される。固定子１は、ドーナツ状（環状）の電磁鋼板を軸方向（図１の左右方向）に積層した固定子鉄心１ａと、固定子鉄心１ａ内径側のスロットに収められた固定子巻線１ｂから構成される。回転子２は、固定子１の内径面から半径方向に隙間をあけて配置されていて、固定子１に対して回転可能となっている。この回転子２は、回転軸３と磁極４から構成され、軸受け５によって回転可能に支持されている。磁極４は、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心４ａに回転子巻き線４ｂを巻装した構成となっている。回転軸３の一端側となるカップリング６側には、遠心ファン５０が取り付けられている。カップリング６は、図示しない相手側（原動機もしくは負荷）のカップリングとボルト７で締結されるようになっている。

遠心ファン５０は、主板９と、副板１０と、主板９と副板１０との間に設けられた羽根６０から構成される。主板９は、回転軸３に固定された略円板状の部材であり、副板１０は主板９と同程度の外径を有するリング状の部材であり、主板９の外周側と副板１０との間に挟まれるようにして羽根６０が設けられている。

また図２に示すように、主板９の外周部分には、周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数の切り欠き１２が形成されている。尚、図２は、図９に対応する図であり、略円板状の主板９の一部分（半円部分）と、当該主板９の一部分に設けられた羽根６０の断面（軸方向に直交する断面）を示している。主板９の外周部分に設けられた切り欠き１２は、カップリング６と相手側のカップリングとをボルト７で締結するときに遠心ファン５０側からアクセスする為のものであり、組み立てやメンテナンス上、必要なものである。尚、この切り欠き１２は、主板９側だけでなく副板１０側にも形成されていてもよい。

羽根６０は、パイプを圧し潰して断面円弧状となるように成型したものであり、主板９の外周部分に周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数設けられている。別の言い方をすると、複数の羽根６０は、それぞれ主板９の外周部分に形成された切り欠き１２と切り欠き１２の間に１つずつ設けられている。

羽根６０は、主板９の中心に近い側である一端側を風の流入部６０ｉ、主板９の中心から遠い側である他端側を風の流出部６０ｏとして、流入部６０ｉを含む第１の部分６１と、流出部６０ｏを含む第２の部分６２とを繋げた構成となっている。第１の部分６１と第２の部分６２は、それぞれ断面円弧状となっている。より具体的には、第１の部分６１の厚さ方向の中心線Ｌ１と、第２の部分６２の厚さ方向の中心線Ｌ２とが、それぞれ曲率が同じで中心が羽根６０から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧となっていて、羽根６０全体として回転方向Ａｒ１の後側（つまり回転方向Ａｒ１とは逆方向）に膨らむ断面円弧状となっている。

この羽根６０は、流入部６０ｉが回転方向Ａｒ１に対して前側（つまり回転方向下流側）、流出部６０ｏが回転方向Ａｒ１に対して後側（つまり回転方向上流側）となるように設けられている。さらにこの羽根６０は、流出角θｏが、図８に示した従来の遠心ファン８と同様、十分な風量が得られる７５度になっている。一方で、流入角θｉについては、図３に示すように、主板９が回転方向Ａｒ１に回転したときの流入部６０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部６０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさ（つまり周方向流速２０とは逆向きの周方向成分２２ａが周方向流速２０と同じ大きさ）となっている。

つまり羽根６０は、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部６０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部６０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されたものとなっている。

尚、本実施の形態では、流出角θｏについては７５度としたが、これは十分な風量を得る為には流出角θｏを９０度に近い大きな角度にすることが望ましい為である。よって流出角θｏについては必ずしも７５度でなくてもよく、７０度～９０度程度の大きさであればよい。一方、流入角θｉについては、流出角θｏよりも小さいというだけで具体的な角度を示していないが、これは遠心ファン５０に必要な風量、遠心ファン５０のサイズ（羽根６０の大きさ、切り欠き１２の大きさなど）などによって、相対流速２１の周方向成分２２が周方向流速２０を打ち消す大きさとなる流入角θｉの角度がかわってくる為である。

ここまで説明したように、第１の実施の形態に係る回転電機は、環状の固定子１と、固定子１の内側に設けられ、固定子１に対して回転可能な回転子２と、回転子２の回転軸３に取り付けられた遠心ファン５０とを備えている。さらに遠心ファン５０は、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された複数の切り欠き１２を有する主板９と、主板９の外周部分における切り欠き１２と切り欠き１２との間に１つずつ設けられた複数の羽根６０とを有する。

そのうえで、羽根６０は、主板９の中心に近い側の端に位置する流入部６０ｉを含み断面円弧状の第１の部分６１と、主板９の中心から遠い側の端に位置する流出部６０ｏを含み第１の部分６１と曲率が同じ断面円弧状の第２の部分６２とを繋げた断面円弧状であり、流入部６０ｉが主板９の回転方向Ａｒ１に対して前側、流出部６０ｏが主板９の回転方向Ａｒ１に対して後側となり、流入部６０ｉにおける流入角θｉが、流出部６０ｏにおける流出角θｏよりも小さく且つ主板９が回転方向Ａｒ１に回転したときの流入部６０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部６０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように第１の部分６１と第２の部分６２が設けられているとした。

このように第１の実施の形態に係る回転電機では、流入角θｉが流入部６０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部６０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように羽根６０の第１の部分６１を設けることで、遠心ファン５０の機械損を減少させ、効率を向上させることができる。また流出角θｏが流入角θｉよりも大きくなるように（９０度に近い大きな角度となるように）第２の部分６２を設けることで、遠心ファン５０の風量を維持しつつ、効率を向上させることができる。かくして、第１の実施の形態によれば、回転電機に設けられた遠心ファン５０の機械損を減少させ、効率を向上させることができる。

［２．第２の実施の形態］
次に本発明による第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、遠心ファンに設けられた羽根の形状が第１の実施の形態とは異なる実施の形態である。よってここでは主に遠心ファンに設けられた羽根の形状について説明する。図２に対応する図４に示すように、第２の実施の形態において、遠心ファン７０に設けられた羽根８０は、パイプを圧し潰して断面略円弧状となるように成型したものであり、主板９の外周部分に周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数設けられている。別の言い方をすると、複数の羽根８０は、それぞれ主板９の外周部分に形成された切り欠き１２と切り欠き１２の間に１つずつ設けられている。

羽根８０は、主板９の中心に近い側である一端側を風の流入部８０ｉ、主板９の中心から遠い側である他端側を風の流出部８０ｏとして、流入部８０ｉを含む第１の部分８１と、流出部８０ｏを含む第２の部分８２とを繋げた構成となっている。第１の部分８１は、断面円弧状となっていて、一方、第２の部分８２は、断面直線状となっている。より具体的には、第１の部分８１の厚さ方向の中心線Ｌ２１は中心が羽根８０から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧であり、一方、第２の部分８２の厚さ方向の中心線Ｌ２２は直線であり、羽根８０全体として回転方向Ａｒ１の後側に膨らむ断面略円弧状となっている。

この羽根８０は、流入部８０ｉが回転方向Ａｒ１に対して前側（つまり回転方向下流側）、流出部８０ｏが回転方向Ａｒ１に対して後側（つまり回転方向上流側）となるように設けられている。さらにこの羽根８０は、流出角θｏが、第１の実施の形態と同様、十分な風量が得られる７５度になっている。一方で、流入角θｉについても、第１の実施の形態と同様、図３に示すように、流入部８０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部８０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさ（つまり周方向流速２０とは逆向きの周方向成分２２ａが周方向流速２０と同じ大きさ）となっている。

つまり羽根８０は、第１の実施の形態と同様、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部８０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部８０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分８１と第２の部分８２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されたものとなっている。

このように第２の実施の形態では、羽根８０を、断面円弧状の第１の部分８１と断面直線状の第２の部分８２とを繋げた構成とすることで、共に断面円弧状の第１の部分６１と第２の部分６２とを繋げた構成の羽根６０と同様の流入角θｉ及び流出角θｏを実現している。

ここまで説明したように、第２の実施の形態に係る回転電機は、遠心ファン７０を備え、遠心ファン７０は、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された複数の切り欠き１２を有する主板９と、主板９の外周部分における切り欠き１２と切り欠き１２との間に１つずつ設けられた複数の羽根８０とを有する。

そのうえで、羽根８０は、流入部８０ｉを含み断面円弧状の第１の部分８１と、流出部８０ｏを含み断面直線状の第２の部分８２とを繋げた断面略円弧状であり、流入部８０ｉが主板９の回転方向Ａｒ１に対して前側、流出部８０ｏが主板９の回転方向Ａｒ１に対して後側となり、流入部８０ｉにおける流入角θｉが、流出部８０ｏにおける流出角θｏよりも小さく且つ主板９が回転方向Ａｒ１に回転したときの流入部８０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部８０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように第１の部分８１と第２の部分８２が設けられているとした。

こうすることで、第２の実施の形態に係る回転電機では、羽根８０において、第１の実施の形態と同様の流入角θｉと流出角θｏを実現することができ、第１の実施の形態と同様、遠心ファン７０の風量を維持しつつ、機械損を減少させ、効率を向上させることができる。

［３．第３の実施の形態］
次に本発明による第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、遠心ファンに設けられた羽根の形状が第１及び第２の実施の形態とは異なる実施の形態である。よってここでは主に遠心ファンに設けられた羽根の形状について説明する。図２に対応する図５に示すように、第３の実施の形態において、遠心ファン９０に設けられた羽根１００は、パイプを圧し潰して断面略円弧状となるように成型したものであり、主板９の外周部分に周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数設けられている。別の言い方をすると、複数の羽根１００は、それぞれ主板９の外周部分に形成された切り欠き１２と切り欠き１２の間に１つずつ設けられている。

羽根１００は、主板９の中心に近い側である一端側を風の流入部１００ｉ、主板９の中心から遠い側である他端側を風の流出部１００ｏとして、流入部１００ｉを含む第１の部分１０１と、流出部１００ｏを含む第２の部分１０２とを繋げた構成となっている。第１の部分１０１は、断面円弧状となっていて、一方、第２の部分１０２は、第１の部分１０１とは曲率が異なる断面円弧状となっている。より具体的には、第１の部分１０１の厚さ方向の中心線Ｌ３１は、中心が羽根１００から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧であり、一方、第２の部分１０２の厚さ方向の中心線Ｌ３２は、中心が羽根８０から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧であり且つ第１の部分１０１よりも曲率が小さい（つまり曲がりが緩やかな）円弧であり、羽根１００全体として回転方向Ａｒ１の後側に膨らむ断面略円弧状となっている。

この羽根１００は、流入部１００ｉが回転方向Ａｒ１に対して前側（つまり回転方向下流側）、流出部１００ｏが回転方向Ａｒ１に対して後側（つまり回転方向上流側）となるように設けられている。さらにこの羽根１００は、流出角θｏが、第１の実施の形態と同様、十分な風量が得られる７５度になっている。一方で、流入角θｉについても、第１の実施の形態と同様、図３に示すように、流入部１００ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１００ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさ（つまり周方向流速２０とは逆向きの周方向成分２２ａが周方向流速２０と同じ大きさ）となっている。

つまり羽根１００は、第１の実施の形態と同様、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部１００ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１００ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分１０１と第２の部分１０２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されたものとなっている。

このように第３の実施の形態では、羽根１００を、断面円弧状の第１の部分１０１と第１の部分１０１とは曲率が異なる断面円弧状の第２の部分１０２とを繋げた構成とすることで、断面円弧状の第１の部分６１と第１の部分６１と曲率が同じ断面円弧状の第２の部分６２とを繋げた構成の羽根６０と同様の流入角θｉ及び流出角θｏを実現している。

ここまで説明したように、第３の実施の形態に係る回転電機は、遠心ファン９０を備え、遠心ファン９０は、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された複数の切り欠き１２を有する主板９と、主板９の外周部分における切り欠き１２と切り欠き１２との間に１つずつ設けられた複数の羽根１００とを有する。

そのうえで、羽根１００は、流入部１００ｉを含み断面円弧状の第１の部分１０１と、流出部１００ｏを含み第１の部分１０１とは曲率が異なる断面円弧状の第２の部分１０２とを繋げた断面略円弧状であり、流入部１００ｉが主板９の回転方向Ａｒ１に対して前側、流出部１００ｏが主板９の回転方向Ａｒ１に対して後側となり、流入部１００ｉにおける流入角θｉが、流出部１００ｏにおける流出角θｏよりも小さく且つ主板９が回転方向Ａｒ１に回転したときの流入部１００ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１００ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように第１の部分１０１と第２の部分１０２が設けられているとした。

こうすることで、第３の実施の形態に係る回転電機では、羽根１００において、第１の実施の形態と同様の流入角θｉと流出角θｏを実現することができ、第１の実施の形態と同様、遠心ファン９０の風量を維持しつつ、機械損を減少させ、効率を向上させることができる。

［４．第４の実施の形態］
次に本発明による第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、遠心ファンに設けられた羽根の形状が第１乃至第３の実施の形態とは異なる実施の形態である。よってここでは主に遠心ファンに設けられた羽根の形状について説明する。図２に対応する図６に示すように、第４の実施の形態において、遠心ファン１１０に設けられた羽根１２０は、パイプを圧し潰して断面略円弧状となるように成型したものであり、主板９の外周部分に周方向に一定の間隔を空けて（つまり等間隔で）複数設けられている。別の言い方をすると、複数の羽根１２０は、それぞれ主板９の外周部分に形成された切り欠き１２と切り欠き１２の間に１つずつ設けられている。

羽根１２０は、主板９の中心に近い側である一端側を風の流入部１２０ｉ、主板９の中心から遠い側である他端側を風の流出部１２０ｏとして、流入部１２０ｉを含む第１の部分１２１と、流出部１２０ｏを含む第２の部分１２２とを繋げた構成となっている。第１の部分１２１は、断面円弧状となっていて、一方、第２の部分１２２は、第１の部分１２１とは逆向きに沿った断面円弧状となっている。より具体的には、第１の部分１２１の厚さ方向の中心線Ｌ４１は、中心が羽根１２０から見て回転方向Ａｒ１の後側に位置する円弧であり、一方、第２の部分１２２の厚さ方向の中心線Ｌ４２は、中心が羽根１２０から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧であり、羽根１２０全体として回転方向Ａｒ１の後側に膨らむ断面略円弧状となっている。

この羽根１２０は、流入部１２０ｉが回転方向Ａｒ１に対して前側（つまり回転方向下流側）、流出部１２０ｏが回転方向Ａｒ１に対して後側（つまり回転方向上流側）となるように設けられている。さらにこの羽根１２０は、流出角θｏが、第１の実施の形態と同様、十分な風量が得られる７５度になっている。一方で、流入角θｉについても、第１の実施の形態と同様、図３に示すように、流入部１２０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１２０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさ（つまり周方向流速２０とは逆向きの周方向成分２２ａが周方向流速２０と同じ大きさ）となっている。

つまり羽根１２０は、第１の実施の形態と同様、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部１２０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１２０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分１２１と第２の部分１２２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されたものとなっている。

このように第４の実施の形態では、羽根１２０を、断面円弧状の第１の部分１２１と第１の部分１２１とは逆向きに沿った断面円弧状の第２の部分１２２とを繋げた構成とすることで、断面円弧状の第１の部分６１と第１の部分６１と同じ向きに沿った断面円弧状の第２の部分６２とを繋げた構成の羽根６０と同様の流入角θｉ及び流出角θｏを実現している。

ここまで説明したように、第４の実施の形態に係る回転電機は、遠心ファン１１０を備え、遠心ファン１１０は、略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された複数の切り欠き１２を有する主板９と、主板９の外周部分における切り欠き１２と切り欠き１２との間に１つずつ設けられた複数の羽根１２０とを有する。

そのうえで、羽根１２０は、流入部１２０ｉを含み断面円弧状の第１の部分１２１と、流出部１２０ｏを含み第１の部分１２１とは逆向きに沿った断面円弧状の第２の部分１２２とを繋げた断面略円弧状であり、流入部１２０ｉが主板９の回転方向Ａｒ１に対して前側、流出部１２０ｏが主板９の回転方向Ａｒ１に対して後側となり、流入部１２０ｉにおける流入角θｉが、流出部１２０ｏにおける流出角θｏよりも小さく且つ主板９が回転方向Ａｒ１に回転したときの流入部１２０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１２０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように第１の部分１２１と第２の部分１２２が設けられているとした。

こうすることで、第４の実施の形態に係る回転電機では、羽根１２０において、第１の実施の形態と同様の流入角θｉと流出角θｏを実現することができ、第１の実施の形態と同様、遠心ファン１１０の風量を維持しつつ、機械損を減少させ、効率を向上させることができる。

また上述した第２の実施の形態では、羽根８０を、断面円弧状の第１の部分８１と断面直線状の第２の部分８２とを繋げた構成とし、第３の実施の形態では、羽根１００を、断面円弧状の第１の部分１０１と第１の部分１０１とは曲率が異なる断面円弧状の第２の部分１０２とを繋げた構成とし、第４の実施の形態では、羽根１２０を、断面円弧状の第１の部分１２１と第１の部分１２１とは逆向きに沿った断面円弧状の第２の部分１２２とを繋げた構成とした。このように、羽根８０、１００、１２０では、第１の部分（８１、１０１、１２１）と第２の部分（８２、１０２、１２２）を別形状としていることにより、同一形状としている第１の実施の形態の羽根６０と比較して、配置及びサイズの自由度が高い。この為、例えば、切り欠き１２と切り欠き１２の間のスペースが狭く当該スペースに羽根６０を配置できないような場合に、羽根８０、１００、１２０のうちの１つを採用することで配置できる場合がある。つまり、羽根６０、８０、１００、１２０のうち、適切な羽根を選択することで、様々な主板９に対応可能となる。

［５．他の実施の形態］
次に本発明による他の実施の形態（変形例）について説明する。上述した第２の実施の形態では、羽根８０を、断面円弧状の第１の部分８１と断面直線状の第２の部分８２とを繋げ、全体として断面略円弧状とした。これに限らず、第１の部分８１を断面直線状にし、第２の部分８２を断面円弧状にし、羽根８０を全体として断面略円弧状にしてもよい。この場合も、羽根８０が、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部８０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部８０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分８１と第２の部分８２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されていればよい。

またこれに限らず、例えば、第１の部分８１を断面直線状にし、第２の部分８２も断面直線状にし、羽根８０を全体として断面略円弧状にしてもよい。またこれに限らず、例えば、断面直線状の第１の部分８１と第２の部分８２の間に、断面直線状もしくは断面円弧状の部分を追加して、羽根８０を全体として断面略円弧状にするなどしてもよい。これらの場合も、羽根８０が、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部８０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部８０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分８１と第２の部分８２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されていればよい。

さらに上述した第４の実施の形態では、羽根１２０を、断面円弧状の第１の部分１２１と第１の部分１２１とは逆向きに沿った断面円弧状の第２の部分１２２とを繋げ、全体として断面略円弧状とした。これに限らず、第１の部分１２１と第２の部分１２２の反る方向をそれぞれ逆向きにしてもよい。つまり、第１の部分１２１の厚さ方向の中心線Ｌ４１を、中心が羽根１２０から見て回転方向Ａｒ１の前側に位置する円弧とし、第２の部分１２２の厚さ方向の中心線Ｌ４２を、中心が羽根１２０から見て回転方向Ａｒ１の後側に位置する円弧としてもよい。この場合も、羽根１２０が、切り欠き１２と切り欠き１２の間に収まり、流入角θｉが、流出角θｏよりも小さく且つ流入部１２０ｉにおける相対流速２１ａの周方向成分２２ａが流入部１２０ｉにおける周方向流速２０を打ち消す大きさとなるように、サイズ（第１の部分１２１と第２の部分１２２の長さなど）、向き、位置、円弧の曲率などが適切に選定されていればよい。

またこれに限らず、羽根を、断面直線状の部分、断面円弧状の部分、当該部分とは逆向きに沿った断面円弧状の部分を組み合わせて、断面略円弧状に形成するようにしてもよい。

さらに上述した第１乃至第４実施の形態では、同期機発電機の構成を有する回転電機に本発明を適用した。これに限らず、切り欠きを有する遠心ファンを備えた構成の回転電機であれば、上述した第１乃至第４の実施の形態の構成とは異なる構成の回転電機に本発明を適用してもよい。

さらに本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した第１乃至第４の実施の形態と他の実施の形態の一部または全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。

本発明は、遠心ファンを備えた同期機発電機等の回転電機で広く利用することができる。

１……固定子、２……回転子、３……回転軸、４……磁極、５……軸受け、６……カップリング、７……ボルト、８、５０、７０、９０、１１０……遠心ファン、９……主板、１０……副板、１１、６０、８０、１００、１２０……羽根、１１ｉ、６０ｉ、８０ｉ、１００ｉ、１２０ｉ……流入部、１１ｏ、６０ｏ、８０ｏ、１００ｏ、１２０ｏ……流出部、１２……切り欠き、２０……周方向流速、２１、２１ａ……相対流速、２２、２２ａ……周方向成分、Ａｒ１……回転方向、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１、Ｌ４２……中心線、θｉ……流入角、θｏ……流出角。

Claims (5)

1. 環状の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して回転可能な回転子と、
   前記回転子の回転軸の一端に取り付けられたカップリングと、
   前記回転軸の前記カップリング側に取り付けられた遠心ファンと
   を備え、
   前記遠心ファンは、
   略円板状に形成され、外周部分に周方向に等間隔で形成された、前記カップリングと相手側のカップリングとを締結する際にアクセスする為の複数の切り欠きを有する主板と、
   前記主板の外周部分における切り欠きと切り欠きとの間の切欠間部分における、前記切り欠きの縁から離れた位置に１つずつ設けられた複数の羽根と
   を有し、
   前記羽根は、
   前記主板の中心に近い側の端に位置する流入部を含む第１の部分と、前記主板の中心から遠い側の端に位置する流出部を含む第２の部分とを繋げた構成であり、前記流入部が前記主板の回転方向に対して前側である回転方向前側、前記流出部が前記主板の回転方向に対して後側である回転方向後側となり、前記流入部における流入角が、前記流出部における流出角よりも小さく且つ前記主板が前記回転方向に回転したときの前記流入部における相対流速の周方向成分が前記流入部における周方向流速を打ち消す大きさとなるように前記第１の部分と前記第２の部分が設けられ、
   さらに前記主板の前記切欠間部分は前記回転軸の軸方向から見て略四角形状であり、
   前記羽根は、
   前記切欠間部分における前記主板の外周の前記回転方向後側に位置する角部側から、当該切欠間部分の前記回転方向前側に隣接する前記切り欠きと前記主板の中心との間の部分へと延びている
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１の部分は、断面円弧状であり、
   前記第２の部分は、前記第１の部分と曲率が同じ断面円弧状であり、
   前記羽根は、全体として前記回転方向とは逆方向に膨らんだ断面円弧状となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１の部分は、断面円弧状であり、
   前記第２の部分は、断面直線状であり、
   前記羽根は、全体として前記回転方向とは逆方向に膨らんだ断面略円弧状となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 前記第１の部分は、断面円弧状であり、
   前記第２の部分は、前記第１の部分とは曲率が異なる断面円弧状であり、
   前記羽根は、全体として前記回転方向とは逆方向に膨らんだ断面略円弧状となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記第１の部分は、断面円弧状であり、
   前記第２の部分は、前記第１の部分とは逆方向に反った断面円弧状であり、
   前記羽根は、全体として前記回転方向とは逆方向に膨らんだ断面略円弧状となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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