CN109149845A - 全封闭式旋转电机以及噪声降低构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全封闭式旋转电机及噪声降低构造，抑制全封闭式旋转电机的冷却器中的卡门涡所引起的噪声的产生。全封闭式旋转电机(100)具备：转子(10)，具有转子轴(11)和转子铁芯(12)；定子，具有定子铁芯(21)和定子绕组；框架(40)，收纳转子铁芯和定子；2个轴承；以及冷却器(60)。冷却器具有：冷却器罩(63)，与框架共同形成供冷却用气体循环的闭空间(67)；多个冷却管(61)，以与冷却器罩(63)内的冷却用气体的流动方向正交的方式延伸，被收纳于冷却器罩内；以及噪声降低构造(70)，安装于多个冷却管。噪声降低构造设置为将流经多个冷却管的冷却用气体的流动隔为相互并列的流动。

Description

全封闭式旋转电机以及噪声降低构造

技术领域

本发明涉及全封闭式旋转电机以及噪声降低构造。

背景技术

全封闭式旋转电机具备转子及定子，转子铁芯以及定子收纳于框架内。全封闭式旋转电机通常还具备冷却器。冷却器的冷却器罩与框架协同形成闭空间，在闭空间内循环有例如空气等冷却用气体。

冷却器通常具有多个冷却管。冷却管贯通该闭空间内，用于对冷却用气体进行冷却的冷媒(也称作冷却介质)在冷却管中穿过。作为冷媒，例如使用冷却水或外部空气。穿过冷却管内的冷媒将冷却管的外侧的冷却用气体冷却。冷却用气体将转子铁芯、定子铁芯以及定子绕组等冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平6－174390号公报

从在冷却管的内外相互热交换上的效率的观点出发，多数情况下构成为在冷却管内流动的冷媒的流动方向与冷却管外的冷却用气体的流动方向相互正交。

以与管群的长边方向正交的方式在管群的外侧流动的流体，在管群的后方产生卡门涡。这里，存在当卡门涡的脱落频率与冷却器罩内的风道的共振频率一致时产生较大的噪声的问题。该现象特别是在双极电机或四极电机等高速机中产生。

关于由在热交换器的导热管的尾流产生的卡门涡引起的气柱共振声的产生防止，例如已知有在管群之间以横截管外流体的流动的方式配置金属丝筛网的技术(参照专利文献1)。然而，在该方法中存在管群的流动方向的整体尺寸增大的问题，需要对整体尺寸无影响的对策。

发明内容

本发明的目的在于抑制全封闭式旋转电机的冷却器中的卡门涡所引起的噪声。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明的全封闭式旋转电机的特征在于，具备：转子，具有沿轴向延伸的转子轴、以及安装于所述转子轴的径向外侧的转子铁芯；定子，具有设置于所述转子铁芯的径向外侧的圆筒状的定子铁芯、以及沿轴向贯通所述定子铁芯内的定子绕组；框架，配置于所述定子的径向的外侧，收纳所述转子铁芯和所述定子；2个轴承，隔着所述转子铁芯在轴向的所述转子轴的两侧分别将所述转子轴支承为能够旋转；以及冷却器，具有：冷却器罩，与所述框架共同形成供冷却用气体循环的闭空间；多个冷却管，以与所述冷却器罩内的所述冷却用气体的流动方向正交的方式相互平行地延伸，被收纳于所述冷却器罩内；以及噪声降低构造，以将从所述多个冷却管的外侧经过的所述冷却用气体的流动隔成相互并列的流动的方式设置。

另外，本发明为一种噪声降低构造，降低冷却器的噪声，该冷却器具备：冷却器罩，形成供冷却用气体循环的闭空间；以及多个冷却管，以与所述冷却器罩内的所述冷却用气体的流动方向正交的方式延伸，被收纳于所述冷却器罩内，其特征在于，所述噪声降低构造以将从所述多个冷却管的外侧经过的所述冷却用气体的流动隔成相互并列的流动的方式设置。

发明效果

根据本发明，能够抑制全封闭式旋转电机的冷却器中的卡门涡所引起的噪声。

附图说明

图1为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的构成的图，为沿轴向的剖视图。

图2为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的构成的图，为图1的II－II线向视横剖视图。

图3为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造的构成的图，为表示图2的A部的详细的横剖视图。

图4为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造的构成的变形例的局部横剖视图。

图5为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

图6为说明未在冷却管的外侧设置噪声降低构造时的冷却用气体的流动的例子的概念性的横剖视图。

图7为表示第2实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

图8为表示第3实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

图9为表示第4实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

图10为表示第5实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造的配置的横剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的全封闭式旋转电机以及噪声降低构造进行说明。这里，对于彼此相同或者类似的部分赋予共用的附图标记并省略重复说明。

[第1实施方式]

图1为表示实施方式的全封闭式旋转电机的构成的图，为沿轴向的剖视图。另外，图2为图1的II－II线向视横剖视图。

全封闭式旋转电机100具有转子10、定子20、框架40、以及冷却器60。

转子10具有沿旋转轴方向(以下称为轴向)水平地延伸并被支承为能够旋转的转子轴11、以及安装于转子轴11的径向外侧的转子铁芯12。

在转子轴11的一个端部形成有用于与驱动对象或原动机等结合对象机进行械式结合的例如凸缘等结合部11a。此外，以下，将轴向中的从转子铁芯12朝向结合部11a的方向(图1的左方向)称作结合侧方向，将其相反方向称作结合相反侧方向。

转子轴11通过在转子铁芯12的轴向的两外侧设置的结合相反侧轴承30a以及结合侧轴承30b被支承为能够旋转。另外，在转子轴11的位于转子铁芯12与结合相反侧轴承30a之间的部分、以及转子轴11的位于转子铁芯12与结合侧轴承30b之间的部分安装有内扇15b。

定子20具有圆筒状的定子铁芯21和定子绕组22，圆筒状的定子铁芯21隔着转子铁芯12的径向外侧的环状的空间即空隙18而设置，定子绕组22贯通定子槽(未图示)内，该定子槽在定子铁芯21的径向内侧表面附近以在轴向上贯通且在周向上彼此隔开间隔地配置的方式形成。

框架40包围定子20以及转子铁芯12的径向外侧以收纳该定子20以及转子铁芯12。在框架40的轴向的两侧设置有结合相反侧轴承托架45a以及结合侧轴承托架45b，分别对结合相反侧轴承30a以及结合侧轴承30b进行固定支承。

在框架40的上方设置有冷却器60。冷却器60具有多个冷却管61、收纳这些冷却管61的冷却器罩63、端板62a、62b、引导板66a、66b、以及噪声降低构造70。端板62a、62b在冷却器罩63内在轴向上相互隔开间隔地设置。关于噪声降低构造70，在后引用图3来说明。

多个冷却管61相互并列地配设并沿旋转轴方向延伸。各个冷却管61的两端贯通端板62a、62b，并通过端板62a、62b被固定支承。各个冷却管61的两端开口。

在转子轴11的位于结合相反侧轴承30a的轴向外侧的端部附近设置有外扇55，以对该全封闭式旋转电机100进行自冷却。在框架40以及端板62a以覆盖外扇55的方式安装有外扇罩56。在外扇罩56形成有作为外部空气的取入口的流入口56a。外扇罩56内的空间与各个冷却管61的内部连通。外部空气被外扇55从流入口56a取入，在各个冷却管61的内部流动后向端板62b的外侧流出。

框架40、结合相反侧轴承托架45a、结合侧轴承托架45b、冷却器罩63、以及端板62a、62b相互协同来形成闭空间67。另外，在冷却器60中，冷却管61也为形成闭空间67的要素，冷却管61的外侧成为闭空间67侧。构成闭空间67的框架40内的空间与冷却器罩63内的空间通过冷却器入口开口64以及冷却器出口开口65a、65b而连通。

闭空间67内例如被空气等冷却用气体充满。冷却用气体被内扇15a、15b驱动而在闭空间67内循环。被内扇15a、15b驱动的冷却用气体从轴向的两侧流入转子铁芯12以及定子20。

一边从转子铁芯12及定子20穿过一边对其进行了冷却的冷却用气体向定子铁芯21的径向外侧流出，经由冷却器入口开口64流入冷却器60。流入冷却器60的冷却用气体在冷却器罩63内，在引导板66a与引导板66b之间以与多个冷却管61的长边方向正交的方式在冷却管61的外侧上升。被冷却用气体在冷却管61的外表面进行了冷却后到达冷却器罩63内的上部连通空间63a，转换方向而向2个方向分离。

向结合相反侧方向进行了方向转换的冷却用气体进一步向下方进行方向转换，以与引导板66a与端板62a之间的多个冷却管61的长边方向正交的方式在冷却管61的外侧而下降。被冷却管61的外表面冷却的冷却用气体经由冷却器出口开口65a从冷却器60流出。从冷却器60流出的冷却用气体流入框架40内，流入内扇15a。

另一方面，在到达上部连通空间63a后向结合侧方向进行了方向转换的冷却用气体进一步向下方进行方向转换，以与引导板66b与端板62b之间的多个冷却管61的长边方向正交的方式在冷却管61的外侧下降。被冷却管61的外表面冷却的冷却用气体经由冷却器出口开口65b从冷却器60流出。从冷却器60流出的冷却用气体流入框架40内，流入内扇15b。

图3为表示第1实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造的构成的图，为图2的A部的详细的横剖视图。冷却管61彼此配置为方形排列。冷却用气体从下方上升。

噪声降低构造70具有多个第1隔板71以及多个第2隔板72。

从铅垂上方向下方观察多个冷却管61时，将在平面上重叠的多个冷却管61的各个组设为第1组61a、第2组61b、第3组61c、第4组61d。在各个组中，在彼此上下邻接的2个冷却管61之间设置有第1隔板71。另外，在各个组中的最尾流的冷却管61、即图3的情况下的最上方的冷却管61设置有第2隔板72。第1隔板71以及第2隔板72沿冷却管61延伸并在与冷却管61的长边方向垂直的方向上伸展(日文原文“拡がる”，也可译文延展、扩展或铺开。)。

图4为表示噪声降低构造的构成的变形例的局部横剖视图。冷却管61彼此配置为交错排列或三角排列。冷却用气体从下方上升。在该情况下，若将在平面上重叠的多个冷却管61的各个组设为第1组61a、第2组61b、第3组61c、第4组61d，则与图3示出的情况相同地在各个组中设置有第1隔板71以及第2隔板72。

以上，在图3以及图4中示出了冷却管61的管群为4列的情况，但不限于此。既可以是3列以下，也可以是5列以上的情况。另外，图示出在铅垂方向冷却管有6根的情况，但只要为2根以上则为相同的构成。另外，在铅垂方向上冷却管61仅有1根时仅设置第2隔板72即可。

图3或图4示出了向上的流动的情况，但针对向下的流动、即在上部连通空间63a进行了方向转换后的流动，第2隔板72设置于最下游的即位于最低高度位置的冷却管61的下侧。但是，在该全封闭式旋转电机100中的冷却器罩63内的流动的情况下，特别是上部连通空间63a中的卡门涡所引起的噪声成为问题，因此针对向下的流动，根据需要设置第2隔板72即可。

第1隔板71以及第2隔板72例如能够使用铝、铜等金属或者碳化硅等陶瓷。此外，优选第1隔板71以及第2隔板72分别是与冷却器罩63或端板62a、62b等的构造材料相比热传导率较高的材料。

图5为表示噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。第1隔板71在接合部71a利用焊接而与冷却管61接合。此外，只要确保接合强度，也可以在冷却管61的长边方向上间歇地焊接。例如也可以点焊。在点焊的情况下，第1隔板71的两侧部以与冷却管61紧贴的方式设置。另外，接合方法不限于焊接，也可以是钎焊。并且，若温度条件不存在问题，也可以是使用粘合剂的接合。

第2隔板72的安装方法未进行图示，能够使用相同的接合方法。

图6为说明未在冷却管的外侧设置噪声降低构造时的冷却用气体的流动的例子的概念性的横剖视图。

处于冷却用气体的流动中的冷却管61的周围的冷却用气体的雷诺数Re由下式(1)给出。

Re＝Ud/ν···(1)

这里，U为冷却用气体的流动的速度，d为冷却管61的直径，ν为冷却用气体的运动粘度系数。在Re数为10²至10⁵程度的区域内，形成由于从冷却管61的两侧的侧部(在图6中为冷却管61的左右)流过而引起的、交替地产生旋涡的所谓的卡门涡列。

当前，在该区域的Re数中，卡门涡列非常规则并具有特定的频率。如下式(2)所示，在通过冷却管61的直径d与冷却用气体的速度U将频率f无量纲化后的斯特鲁哈尔数St的形式中，与该特定的频率对应的斯特鲁哈尔数St为0.2～0.4。

St＝fd/U···(2)

在该情况下，卡门涡的频率f根据式(2)而由下式(3)给出。

f＝St·U/d(St＝0.2～0.4)···(3)

卡门涡的频率f若在人的可听音的范围则产生风声，如上述那样成为噪声的原因。

卡门涡由于从冷却管61的两侧的侧部分别流过的流动相互干扰而产生。在本实施方式中，沿流动的方向在冷却管61的中央设置第1隔板71以及第2隔板72。由此，阻止从冷却管61的两侧的侧部分别流过的流动相互干扰。其结果，防止了卡门涡的产生，也抑制了噪声的产生。

如以上所述，根据本实施方式，能够不对全封闭式旋转电机100的冷却器60的流动方向的整体尺寸带来较大影响地抑制冷却器60中的卡门涡的产生。结果，能够抑制卡门涡所引起的噪声。另外，在对第1隔板71以及第2隔板72使用热传导率较高的材料的情况下，由于这些隔板也发挥散热板的功能，因此也能够实现散热功能的提高。

[第2实施方式]

图7为表示第2实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。该第2实施方式为第1实施方式的变形。该第2实施方式中的噪声降低构造70除了第1隔板71向冷却管61安装的安装部分以外，与第1实施方式相同。

在该第2实施方式中，在第1隔板71安装2个保持部件71b而形成一体物75。各个保持部件71b是具有沿冷却管61的外表面弯曲的局部圆筒状凹曲面即圆弧状剖面的板材，且沿第1隔板71的长边方向延伸。2个保持部件71b以夹着第1隔板71且彼此将凸部作为内侧而对置的方式安装于第1隔板71的两侧的侧部。

第1隔板71与2个保持部件71b的每一个通过例如焊接或钎焊而结合。优选第1隔板71与2个保持部件71b都是相比于冷却器罩63或端板62a、62b等的构造材料为热传导率较高的材料。

此外，在保持部件71b的内侧的面的曲率半径小于冷却管61的外表面的曲率半径、即冷却管61的外径的一半时，变得保持部件71b不与冷却管61紧贴。在该情况下，夹着第1隔板71彼此上下邻接的冷却管61各自的轴中心间的间隔变得大于不夹着第1隔板71时的彼此上下邻接的冷却管61各自的轴中心间的间隔，在冷却器60的组装方面产生问题。因此，需要考虑到如下等情况：形成为保持部件71b的内侧的面的曲率半径与冷却管61的外表面的曲率半径、即冷却管61的外径的一半相等或者比其稍大。

在如以上那样构成的该第2实施方式中，由于冷却管61不受焊接或钎焊产生的热的影响，因此在冷却管61的可靠性维持方面较为有利。

[第3实施方式]

图8为表示第3实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

该第3实施方式为第1实施方式的变形，本实施方式中的噪声降低构造70仅第1隔板71向冷却管61安装的安装部分不同，在其他点上与第1实施方式相同。

在该第3实施方式中，在冷却管61的与第1隔板71连接的部分，沿长边方向形成有槽61g。槽61g的剖面例如为向冷却管61的轴侧突出的圆弧状。但是，形状也可以是矩形等。

在第1隔板71的两侧的侧部形成有与槽61g嵌合那样的突起部71c。

在如以上那样构成的该第3实施方式中，由于冷却管61不受由焊接或钎焊产生的热影响，因此在冷却管61的可靠性维持方面较为有利。

[第4实施方式]

图9为表示第4实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造中的第1隔板向冷却管安装的安装部分的横剖视图。

该第4实施方式为第1实施方式的变形，本实施方式中的噪声降低构造70仅第1隔板71向冷却管61安装的安装部分不同，其他点与第1实施方式相同。

关于本实施方式的噪声降低构造70中的第1隔板71向冷却管61安装的安装部分，在冷却管61的长边方向上彼此隔开间隔地在冷却管61的周围安装环状的接合环73。

接合环73也可以是能够相互结合的半环构造。第1隔板71在设置有该接合环73的部分，通过焊接、钎焊、或粘合剂等与接合环73相互接合。

在以上那样构成的该第4实施方式中，由于冷却管61不受由焊接或钎焊产生的热影响，因此在冷却管61的可靠性维持方面较为有利。

另外，通过设为能够拆下接合环73，也能够一并拆下与接合环73接合的第1隔板71，能够提高冷却管61的外观检查或修补等的作业性。

[第5实施方式]

图10为表示第5实施方式的全封闭式旋转电机的噪声降低构造的配置的横剖视图。本实施方式为第1实施方式的变形。

在第1实施方式中，噪声降低构造70设置于流动方向上相互邻接的冷却管61之间，与此相对，在该第5实施方式中，噪声降低构造70设置于冷却管61的第1组61a与第2组61b那样彼此邻接的组之间的流路中。此外，虽省略了图示，但噪声降低构造70由冷却器罩63或冷却管61支承，或者由两者支承。

利用这样设置的噪声降低构造70，在冷却管61的各个组中在冷却管61的外侧流动的冷却用气体的流动方向上看来，在冷却管61的流动方向的两侧交替产生的卡门涡的生长被抑制，能够获得噪声降低的效果。

[其他实施方式]

以上说明了本发明的实施方式，但实施方式作为例子进行提示，无意限定发明的范围。例如，在实施方式中，以横置型的旋转电机的情况为例示出，但也可以是纵置型的情况。

并且，实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，同样也包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。

附图标记说明

10…转子，11…转子轴，11a…结合部，12…转子铁芯，15a、15b…内扇，18…空隙，20…定子，21…定子铁芯，22…定子绕组，30a…结合相反侧轴承，30b…结合侧轴承，40…框架，45a…结合相反侧轴承托架，45b…结合侧轴承托架，55…外扇，56…外扇罩，56a…流入口，60…冷却器，61…冷却管，61a…第1组，61b…第2组，61c…第3组，61d…第4组，61g…槽，62a、62b…端板，63…冷却器罩，63a…上部连通空间，64…冷却器入口开口，65a、65b…冷却器出口开口，66a、66b…引导板，67…闭空间，70…噪声降低构造，71…第1隔板，71a…接合部，71b…保持部件，71c…突起部，72…第2隔板，73…接合环，75…一体物，100…全封闭式旋转电机。

Claims (8)

1.一种全封闭式旋转电机，其特征在于，具备：

转子，具有沿轴向延伸的转子轴、以及安装于所述转子轴的径向外侧的转子铁芯；

定子，具有设置于所述转子铁芯的径向外侧的圆筒状的定子铁芯、以及沿轴向贯通所述定子铁芯内的定子绕组；

框架，配置于所述定子的径向的外侧，收纳所述转子铁芯和所述定子；

2个轴承，隔着所述转子铁芯在轴向的所述转子轴的两侧分别将所述转子轴支承为能够旋转；以及

冷却器，具有：冷却器罩，与所述框架共同形成供冷却用气体循环的闭空间；多个冷却管，以与所述冷却器罩内的所述冷却用气体的流动方向正交的方式相互平行地延伸，被收纳于所述冷却器罩内；以及噪声降低构造，以将从所述多个冷却管的外侧经过的所述冷却用气体的流动隔成相互并列的流动的方式设置。

2.如权利要求1所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述噪声降低构造在所述多个冷却管的长边方向上延伸且在与所述多个冷却管的长边方向垂直的方向上伸展。

3.如权利要求1或2所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述噪声降低构造具有：

至少一个第1隔板，设置于所述多个冷却管中的彼此在流动方向上邻接的2个冷却管之间；以及

至少一个第2隔板，安装于最下游的冷却管。

4.如权利要求3所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述至少一个第1隔板设置成将所述多个冷却管中的在所述冷却用气体的流动方向上彼此邻接的冷却管之间连接。

5.如权利要求3或4所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述噪声降低构造还具有保持部件，该保持部件具有能够与所述多个冷却管各自的外表面的一部分嵌合的曲面，在轴向上延伸，安装于所述至少一个第1隔板的两侧的侧部。

6.如权利要求3或4所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述多个冷却管分别沿长边方向形成有1个或者2个槽，

所述至少一个第1隔板与所述多个冷却管中的彼此在流动方向上邻接的2个冷却管各自的所述槽相互嵌合。

7.如权利要求3或4所述的全封闭式旋转电机，其特征在于，

所述噪声降低构造还具有在所述冷却管的长边方向上彼此隔开间隔地安装的接合环，

所述至少一个第1隔板与所述接合环相互接合。

8.一种噪声降低构造，降低冷却器的噪声，该冷却器具备：冷却器罩，形成供冷却用气体循环的闭空间；以及多个冷却管，以与所述冷却器罩内的所述冷却用气体的流动方向正交的方式延伸，被收纳于所述冷却器罩内，其特征在于，

所述噪声降低构造以将从所述多个冷却管的外侧经过的所述冷却用气体的流动隔成相互并列的流动的方式设置。