JPH1032961A

JPH1032961A - 回転電機

Info

Publication number: JPH1032961A
Application number: JP18642996A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Hiroshi Asabuki; 弘朝吹; 芳廣 ▲高▼田; Yoshihiro Takada; Akiji Yamada; 旭司山田; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Tsugio Sekine; 次雄関根; Izumi Shimizu; 泉清水; Matsutoshi Ihara; 松利井原; Toshifumi Suzuki; 利文鈴木; Yukiro Endo; 幸郎遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却扇による冷却効率を確実に高め、充分に
小型化軽量化を図ることができるようにした回転電機を
提供すること。【解決手段】ハウジング１の外表面を冷却扇９により
通風して冷却する方式の電動機において、冷却扇９の各
羽根ブレード９Ｂ間にシュラウド９Ａを設けて羽根ブレ
ード９Ｂ間の空間をほぼ径方向に分割し、これにより矢
印Ａ、Ｂに示すように分割された複数の空気流を作り、
ファンガイド１１により、これら複数の空気流をほぼ独
立した状態でハウジング１の外表面に導くようにしたも
の。【効果】冷却扇９による送風効率が増すと共に、ハウ
ジング１の外表面が複数の空気流により包まれた状態で
冷却されるので、確実に冷却効果が上げられ、その結
果、回転電機の小型化軽量化が充分に図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却扇を備えた自
己通風冷却方式の回転電機に係り、特に比較的小容量の
汎用誘導電動機に好適な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機として
は、従来からかご形誘導電動機が広く使用されている。
そこで、このような誘導電動機の従来例について、図７
により説明すると、図において、１はハウジングで、鋳
鉄など鉄系材料やアルミニウムなどの軽金属材料の鋳造
によりほぼ筒状に形成され、電動機の外被を構成してい
る。１ａは放熱フィンで、軸方向に沿って並んだ複数の
条片として、ハウジング１の外周に放射状に配列され、
ハウジング１と一体的に形成されている。２Ａ、２Ｂは
エンドブラケットで、ハウジング１の両側の開口部にそ
れぞれインロー嵌合して取付けられている。

【０００３】３は固定子で、ケイ素鋼板などの電磁鋼板
を複数枚積層して形成された固定子鉄心３Ａと、この固
定子鉄心３Ａの内周部に複数形成されているスロットに
巻回された固定子コイル３Ｂとで構成され、ハウジング
１内に挿入した上で、その内周部に嵌合し、固定されて
いる。

【０００４】５は回転子で、回転軸６を備え、その両端
面に配置されているエンドリング７と、図示してない導
体バーとからなるかご形巻線を有している。そして、こ
のエンドリング７と、図示してない導体バーとからなる
かご形巻線はアルミニウムのダイキャスト鋳造などによ
り形成され、さらに、このエンドリング７には内部冷却
用の内ファン(羽根ブレード)８が一体的に形成されてい
る。

【０００５】回転軸６は、エンドブラケット２Ａ、２Ｂ
に対して、軸受４Ａ、４Ｂにより回転自在に保持されて
いる。そして、この回転軸６の一方の端部(図では右端
部)はエンドブラケット２Ｂを挿通して外部に突出し、
出力軸を形成しており、他端部(図では左端部)のエンド
ブラケット２Ａを挿通して外部に突出した部分には、外
部冷却用の冷却扇(外ファン)９が装着されている。

【０００６】１０は冷却扇９を覆うエンドカバーで、一
方が開放された皿状の短い円筒形に形成され、その底面
に相当する部分には冷却用の外気を取り込むための吸気
口１０ａが設けられ、開放端は、このエンドカバー１０
がエンドブラケット２Ａに組み付けられたとき、エンド
ブラケット２Ａ及びハウジング１の外径部との間に径方
向の隙間部１０ｂが形成されるように、形成されてい
る。

【０００７】この誘導電動機は、予め固定子３をハウジ
ング１の内周壁に嵌合して固定しておき、その後、この
固定子３内に回転軸６を有する回転子５を挿入し、かつ
回転軸６にエンドブラケット２Ａ、２Ｂ内の軸受４Ａ、
４Ｂが嵌合するよう、エンドブラケット４Ａ、４Ｂをハ
ウジング１の両端にそれぞれインロー嵌合させ、これら
を複数本のボルト(図示せず)により取付けることにより
組立られている。

【０００８】そして、回転子５により冷却扇９が回転す
ると、エンドカバー１０の吸気口１０ａから、矢印イで
示すように外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙
間部１０ｂからエンドカバー１０の他端側の外部に吹き
出され、エンドブラケット２Ａ、ハウジング１の放熱フ
ィン１ａ、エンドブラケット２Ｂの表面を通風すること
により、冷却作用が得られるようになっている。

【０００９】一方、電動機の内部では、回転子５が回転
すると、それに伴い内ファン８が回転して内部の空気に
流れを発生させ、発生した空気流が回転子５、エンドリ
ング７、固定子コイル３Ｂ及び固定子鉄心３Ａを冷却し
ながら通過した後、ハウジング１に比べ、比較的温度上
昇の低いエンドブラケット２Ａ、２Ｂの内側を通過する
ことにより冷却されるようにしている。

【００１０】なお、この種の公知例としては、例えば特
開昭６１ー２５１４４０号公報などを挙げることができ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、冷却
効率の向上についての配慮が充分にされているとは言え
ず、回転電機の小型化と軽量化を図る上で問題があっ
た。すなわち、一般的な回転電機においては、小形化軽
量化は常に大きな命題であり、そのための方途の一つと
して冷却効率の向上があるが、従来技術では、冷却扇を
設けてはあるが、特に、それによる通風効率の向上が図
られているとは言えないので、回転電機の小型化軽量化
が図れないという問題があったのである。

【００１２】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、冷却扇による冷却効率を
確実に高め、充分に小型化軽量化を図ることができるよ
うにした回転電機を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ハウジング
の外表面を冷却扇により通風して冷却する方式の回転電
機において、前記冷却扇の各羽根ブレード間の空間をほ
ぼ径方向に分割して、複数の空気流を形成させるシュラ
ウドと、該シュラウドにより分割された複数の空気流を
ほぼ独立した状態でハウジングの外表面に導くファンガ
イドとを設けることにより達成される。

【００１４】本発明では、上述の如く、各羽根ブレード
間にシュラウドが架装されることにより、該シュラウド
によって、羽根ブレード間がほぼ径方向に分割された二
つの空間部をなし、このとき、シュラウドの形状を、吸
い込まれた外気がハウジング側に導くように反った形状
をなするようにすることにより、一方の空間ではシュラ
ウドの背面側としての根元側から回転電機側に至るにつ
れ、風速が次第に大きくなるとともに、他方の空間部で
も羽根ブレードの先端からシュラウド側に至るにつれ、
風速が次第に大きくなり、しかも空気がシュラウドに沿
って流れるようにすることができる。

【００１５】このため、羽根ブレード間の各空間部にお
ける最大風速は、分割されていないときに比して小さい
ものの、全体を平均した風速は、分割されていないとき
の平均風速より大きくなる。そして、羽根ブレード間の
風量は、平均風速×通風面積で表されるから、通風面積
を一定とすると、平均風速が高いほど風量が多いことと
なり、従って、シュラウドを設けることによって各空間
部を通過する平均風速を上げ、風量を増加させることが
できる。

【００１６】さらに、本発明では、上述のように増加さ
せた風量を効果的にハウジングへ導く作用が、ファンガ
イドにより得られる。本発明による冷却扇は、シュラウ
ドにより径方向に分割された二つの空間部を有するか
ら、各々の空間部によって導かれる外気は、ファンガイ
ドを設けることによりファンガイドの外周側と内周側の
二つの通風路を通過するようにされる。そして、一方の
通風路はファンガイドとエンドブラケットに挟まれた空
間部で形成され、他方の通風路は、ファンガイドとエン
ドカバーとで挟まれた空間部で形成される。

【００１７】ファンガイドは、冷却扇が導入した外気を
ハウジング側に導くように前記シュラウドとは逆に反っ
た形状を成しているので、ファンガイドの外周側と内周
側の二つの外気は互いに混合することなく、ハウジング
の外周面へと導かれる。

【００１８】ファンガイドとエンドブラケットの装着に
ついては、ファンガイド内周とエンドブラケット外周と
の間に前記通風路断面積とほぼ等しい空間を有するよう
にして装着することにより、二つの通風路を保ったまま
ハウジングへと導かれる。

【００１９】回転電機の発熱部は主として固定子で、こ
れがハウジング内周にあるため、外気はハウジングの表
面近くを通風する方がよく冷える。本発明によると、フ
ァンガイドにより導かれた外気には、ハウジング表面近
くを通風する作用とその外気の上部を通風する作用があ
り、しかもハウジング表面近くを通風した外気は発熱に
より暖まり、上昇しようとするが、この外気の上部を通
風しているもうひとつの外気は冷たいので重く、前記外
気の上昇を妨げ、この効果でよく冷却することができ
る。

【００２０】本発明では、以上のように構成することに
より、冷却扇の風量を増加させ、効果的に発熱部を通風
するので、回転電機の冷却効率を確実に上げることがで
き、それだけ回転電機の小形化を図れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による回転電機につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。図１は、本
発明による回転電機を誘導電動機に適用した場合の一実
施例で、この図１に示した誘導電動機は、その回転軸６
に装着した冷却扇９の回転により、エンドカバー１０の
吸気口１０ａから外気を導入し、導入した外気がハウジ
ング１の外部表面を通風して冷却作用が得られるように
した、いわゆる自己通風冷却方式の回転電機であり、こ
の点では、図７に示した従来技術と同様である。

【００２２】そして、この図１において、９Ａはシュラ
ウド、９Ｂは羽根ブレード、１１はファンガイドであ
り、その他は図７に示した従来例と同じである。従っ
て、図７の従来例と同一、若しくは同等の部分には同一
の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

【００２３】まず、シュラウド９Ａは、全体としては、
つば広帽子のつば部分だけリング状に切り取ったような
形状をなしていて、羽根ブレード９Ｂに取付けられた状
態に作られており、このとき、特に図２の拡大図及び図
３の正面図に明瞭に表わされているように、冷却扇９の
中心から放射状に延びている複数枚の羽根ブレード９Ｂ
の間に跨るようにして、円周方向に沿って配置され、さ
らに、このときのシュラウド９Ａの各羽根ブレード９Ｂ
に対する取付位置は、特に図２から明らかなように、羽
根ブレード９Ｂの面を、斜め外周方向に並ぶ二つの部分
に分割し、羽根ブレード９Ｂ間に二つの空間部Ｃ、Ｄを
形成するような位置にしてある。

【００２４】そして、これにより、エンドカバー１０の
吸気口１０ａから吸い込まれた外気の流れが、冷却扇９
の羽根ブレード９Ｂを通過する際、羽根ブレード９Ｂ間
の空間部Ｃ、Ｄによって径方向に分割され、この分割さ
れたことにより、これら空間部Ｃ、Ｄを通過する気流の
速度の増加が得られるようにしている。

【００２５】また、シュラウド９Ａは、その円周方向で
の断面形状が、図１及び図２に示すように、羽根ブレー
ド９Ｂの先端側(吸気口１０ａ側)から基部側(エンドブ
ラケット２Ａ側)に向うにつれ、外側に次第に彎曲する
ように反った形状、いわゆるベルマウス形状に作られて
いる。ここで、ベルマウスとは、裾が広がった西洋の釣
鐘の口のことである。

【００２６】そして、これにより、羽根ブレード９Ｂの
空間部を通過した外気が、シュラウド９Ａの形状に沿っ
て流れることにより、ハウジング１側へ向かうよう方向
性が付与されるようにしている。なお、このシュラウド
９Ａは、冷却扇９を鋳物や樹脂によって成形する際、羽
根ブレード９Ｂも含めて、全体を一体成形することがで
きる。

【００２７】次に、ファンガイド１１は、全体として
は、平らな碗の底を抜いて円形の開口とし、外周部だけ
としたような形状に作られており、図示のように、エン
ドカバー１０の内側で、冷却扇９とエンドブラケット２
Ａの間に位置するようにして、支持部材１１ａによりエ
ンドブラケット２Ａに取付られている。なお、この支持
部材１１ａは、エンドカバー１０の支持具も兼ねてい
る。

【００２８】そして、このときのファンガイド１１の取
付位置は、図１及び特に図２に明瞭に示されているよう
に、その底の部分に相当する開口の端部がシュラウド９
Ａの外周端部に向かい合い、両者が軸方向に接触しない
範囲で、僅かに離れて位置するようにすると共に、その
反対側の開口端部は、エンドカバー１０の端部とエンド
ブラケット２Ａ及びハウジング１の外径部との間に形成
してある隙間部１０ｂに達して、この隙間部１０ｂの内
側を区画し、別の隙間部１０ｃが形成されるように定め
てある。

【００２９】また、このファンガイド１１は、ハウジン
グ１側から冷却扇９に向かってせり出して、前記冷却扇
９が導入した外気をハウジング１側に導くように、シュ
ラウド９Ａとは逆方向に反った形状をなしている。

【００３０】そして、これにより、ハウジング１側へ向
かうように方向性が付与された外気は、上述のように、
シュラウド９Ａにより軸方向に分割された二つの空間部
を有するから、各々の空間部によって導かれる外気は、
ファンガイド１１の外周側と内周側の二つの通風路を通
過するようにされる。

【００３１】一方の通風路は、ファンガイド１１とエン
ドブラケット２Ａに挟まれた空間部であり、他方の通風
路は、ファンガイド１１とエンドカバー１０とで挟まれ
た空間部である。

【００３２】ここで、ファンガイド１１は、冷却扇９が
導入した外気をいずれもハウジング１側に導くように、
シュラウド９Ａとは逆に反った形状をしているので、フ
ァンガイド１１の外周側と内周側の二つの外気は互いに
混合することなくハウジング１側へと導かれる。

【００３３】このとき、ファンガイド１１とエンドブラ
ケット２Ａは、上記したように支持部材１１ａで装着さ
れるが、ここで、ファンガイド１１の内周とエンドブラ
ケット２の外周との間に、通風路断面積がほぼ等しい隙
間部１０ｂ、１０ｃが形成されるようにして装着するこ
とにより、外気の通風路を二重に保ったままハウジング
１側へと導くことができる。

【００３４】ところで、このような誘導電動機での主要
な発熱部は固定子３であるが、この固定子３はハウジン
グ１の内周にあるため、可能な限りハウジング１の外周
表面近くに外気を流通させるようにした方がよく冷え
る。

【００３５】ところで、この実施例によれば、シュラウ
ド９Ａとファンガイド１１により方向性を付与された結
果、吸気口１０ａから取り込まれた外気は、矢印Ｂで示
すハウジング表面近くを通風する内側の空気流と、矢印
Ａで示す外側の空気流とに分けられた二重の冷却風構成
となっている。

【００３６】そして、ハウジング１の表面近くを通風し
た内側の空気流は、固定子３の発熱により温度が上って
比重が減り、ハウジング１の表面から離れようとする。
しかし、この内側の空気流は、外側の空気流に覆われて
おり、しかも、この外側の空気流は、温度が低いままな
ので比重が大きく、内側の空気流の広がりを抑えるよう
に働き、この結果、上記実施例によれば、充分な冷却作
用を得ることができるのである。

【００３７】次に、上記実施例の動作と、それに関連し
た空気の流通作用について、従来技術との比較により、
さらに詳しく説明する。電動機に電力が供給され、回転
子５が回転すると、それに伴い冷却扇９も回転し、これ
により、図１及び図２に示すように、エンドカバー１０
の吸気口１０ａから外気が吸い込まれ、吸い込まれた空
気はシュラウド９Ａファンガイド１１により、矢印Ａ、
及び矢印Ｂで示すように、ハウジング１側に導かれる。

【００３８】このときの羽根ブレード９Ｂ間での空気の
通過時、従来技術では、図８に示すように、羽根ブレー
ド９には何も存在していないので、羽根ブレード９間の
空間部Ｅにおける風速分布について見ると、特性曲線Ｖ
で示すように、羽根ブレード９の空気流入側、つまり吸
気口１０ａ側では低い風速が低く、そこからハウジング
１側に向かって次第に風速が高くなり、ハウジング１側
で最大風速Ｖｂとなっており、この結果、空間部Ｅでの
平均風速は、一点鎖線で示す値となる。

【００３９】これに対して、図１の実施例では、上述の
如く、各羽根ブレード９Ｂの間はシュラウド９Ａにより
二つの空間部Ｃ、Ｄに分割され、しかもシュラウド９Ａ
は、その円周方向に見た断面形状が、羽根ブレード９Ｂ
の空気流入端側からその基部であるエンドブラケット２
Ａ寄りの位置に向かって広がるように、外側に彎曲した
形状に作られている。

【００４０】そこで、矢印Ａ及び矢印Ｂに示すように、
シュラウド９Ａに沿って流れる空気は、空間部Ｄでは、
シュラウド９Ａの根元側からエンドブラケット２Ａ側に
至るにつれ、風速が次第に大きくなると共に、空間部Ｃ
でも羽根ブレード９Ｂの空気流入端側からシュラウド９
Ａの外周側に至るにつれ、風速が次第に大きくなる。

【００４１】この結果、図４に示すように、各空間部
Ｃ、Ｄでは、それぞれ特性曲線Ｖ’と特性曲線Ｖ”で示
すような風速分布となり、これらの特性曲線Ｖ’、Ｖ”
の平均値を加算したのが、一点鎖線で示す平均風速と
なる。

【００４２】そして、これらの図からすれば、上記実施
例での最大風速Ｖａは、従来技術での最大風速Ｖｂより
小さくなっているが、しかし、その平均風速の値は、
シュラウド９Ａの無い従来技術の平均風速の値よりも
り大きくなっていることが判る。

【００４３】ところで、このような遠心ファンにおける
羽根ブレード９Ｂ間での風量は、平均風速×通風面積で
表される。そこで、通風面積(ここでは羽根ブレードの
軸方向の全長に相当)を一定とすると、平均風速が高い
ほど風量が多く得られることになり、従って、上記実施
例での風量のほうが、従来技術の風量よりも多く得られ
ることが判る。

【００４４】従って、この実施例によれば、シュラウド
９Ａを設けたことにより、各空間部Ｃ、Ｄでの空気流の
平均風速が高められ、この結果、冷却風量が増加して冷
却効果を確実に上げることができ、上記した二重冷却風
構成による冷却効率の向上と相俟って、回転電機の小形
化、軽量化を充分に図ることができる。

【００４５】次に、図５は、本発明の他の実施例で、こ
の実施例は、図示のように、図１の実施例におけるシュ
ラウド９Ａの外周部を広げ、図６に拡大して示してある
ように、シュラウド９Ａをファンガイド１１と一体にし
てファンガイド兼用シュラウド９Ｃとしたものである。

【００４６】このファンガイド兼用シュラウド９Ｃは、
その名の通り、ファンガイドとしての機能とシュラウド
としての機能とを兼ねたもので、具体的には、各羽根ブ
レード９Ｂ間を二つの空間部Ｃ、Ｄに分割し、冷却扇９
が導入した外気を、矢印Ｂで示す内側の空気流と、矢印
Ａで示す外側の空気流とに分けるシュラウドとしての働
きと、これらの空気流を互いに混合することなくハウジ
ング１側に導くファンガイドとしての働きとをするもの
である。

【００４７】従って、この図５及び図６に示す実施例に
よっても、風量の増加による冷却効率の向上と、二重の
冷却風構造による冷却効率の向上とが確実に得られ、回
転電機の小形化、軽量化を充分に図ることができる上、
この実施例によれば、さらに部品点数の低減によるコス
トダウンをも確実に得ることができる。

【００４８】なお、上記の実施例では、各羽根ブレード
９Ｂ間に配置されるシュラウド９Ａを、空間部ＣとＤと
がほぼ同程度の容積となるようにして、羽根ブレード９
Ｂの軸方向の中間位置に一個設けた場合の例を示した
が、羽根ブレード９Ｂの軸方向の長さによっては複数個
のシュラウドを設け、それら複数枚のシュラウドにより
羽根ブレード間の空間部を軸方向に複数形成することに
よって平均風速を高め、より風量の増大を図るようにす
れば、冷却効率のより一層の向上を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、冷却扇の各羽根ブレー
ド間に、軸方向の途中位置に配置されたシュラウドを設
け、該シュラウドによって各羽根ブレード間平均風速を
大きくし、ハウジング外周に至る空気量を増大させ、し
かもファンガイドにより方向性を付与された外気がハウ
ジング外周を二重に通風するようにして発熱部の効果的
な冷却が得られるようにしたので、回転電機の温度上昇
を確実に低減させることができ、小形化、軽量化を充分
に達成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を誘導電動機に適用した場合の一実施例
を示す一部断面による側面図である。

【図２】本発明の一実施例の一部拡大断面図である。

【図３】本発明の一実施例による冷却扇を示す正面図で
ある。

【図４】本発明の一実施例における冷却扇の羽根ブレー
ド間での風速分布を示す説明図である。

【図５】本発明による回転電機の他の一実施例を示す一
部断面による側面図である。

【図６】本発明の他の一実施例の一部拡大断面図であ
る。

【図７】従来技術による回転電機の一例を示す一部断面
による側面図である。

【図８】従来技術における冷却扇の羽根ブレード間での
風速分布を示す説明図である。

【符号の説明】

１ハウジング１ａ放熱フィン２Ａ、２Ｂエンドブラケット３固定子３Ａ固定子鉄心３Ｂ固定子コイル３Ｃ空隙４Ａ、４Ｂ軸受５回転子６回転軸７エンドリング８内ファン９冷却扇９Ａシュラウド９Ｂ羽根ブレード９Ｃファンガイド兼シュラウド１０エンドカバー１０ａ吸気口１０ｂ、１０ｃ通風出口１１ファンガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼田芳廣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者山田旭司千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者富久裕光千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者関根次雄東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者清水泉東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者井原松利東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者鈴木利文千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者遠藤幸郎東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者小川薫千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングの外表面を冷却扇により通風
して冷却する方式の回転電機において、前記冷却扇の各羽根ブレード間の空間をほぼ径方向に分
割して、複数の空気流を形成させるシュラウドと、該シュラウドにより分割された複数の空気流をほぼ独立
した状態でハウジングの外表面に導くファンガイドとが
設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１の発明において、前記シュラウドと、前記ファンガイドとが一体に構成さ
れていることを特徴とする回転電機。