JP2001238404A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

回転電機の冷却構造

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JP2001238404A
JP2001238404A JP2000050667A JP2000050667A JP2001238404A JP 2001238404 A JP2001238404 A JP 2001238404A JP 2000050667 A JP2000050667 A JP 2000050667A JP 2000050667 A JP2000050667 A JP 2000050667A JP 2001238404 A JP2001238404 A JP 2001238404A
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JP
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cooling
fan
cooling air
electric machine
cooling fan
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Tomohide Iwanaga
智秀 岩永
Osamu Yokozawa
修 横澤
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ファン吸い込み側での旋回流(渦)の発
生を抑えて冷却ファン効率の向上を図ることができる回
転電機の冷却構造を提供する。 【解決手段】 冷却ファン22の吸い込み側に生起する
冷却風の渦経路を断ち切る円筒状の冷却風ガイド27
を、冷却ファンの羽根片23の外周部に設ける。冷却風
ガイドの後端部と冷却ファンの羽根片の前端部とを軸方
向において重なり合わせ、その重なり幅d1 は冷却ファ
ンの羽根片幅d1 の約30%とする。また、冷却風ガイ
ドの後端に、内径が前端から後端に向かって徐々に広が
っている円筒状の出口冷却風ガイドを設けることによ
り、冷却ファン吐出側の冷却風路が徐々に拡大するよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は回転電機の冷却構造
に関し、具体的には回転軸の端部に冷却ファンを備えた
回転電機の冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は回転電機の冷却ファンの斜視図で
ある。同図に示す冷却ファン1は斜流ファンであり、複
数枚(図示例では8枚)の羽根片2を主板3のみで支え
た片持ち式のシュラウドレス構造のものである。また、
羽根片2は回転電機の回転方向に影響されない垂直羽根
(スキューレス)となっている。
【0003】そして、この冷却ファン1を回転電機の回
転軸の端部に固定して、図7(a)に示すように矢印A
方向又は逆の矢印B方向に回転させると、冷却風は、矢
印Cのように冷却ファン1の吸い込み側(図7中左側)
から吸い込まれ、主板3に沿って外周側へと斜めに流れ
た後、冷却ファン1の吐出側(図7中右側)へと流れて
固定子や回転子などを冷却する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、シュラウド
レス構造の冷却ファン1の場合、羽根片2の回転により
全圧の上昇した冷却風の一部が吸い込み側へ漏れること
や、羽根片2の回転方向(進行方向)の裏側に負圧部分
が生じることから、例えば図7(b)に示すように矢印
A方向に回転するときには吸い込み側に矢印Dのような
旋回流(渦)が発生する。
【0005】この入口旋回流(渦)は冷却ファン吸い込
み側の羽根片内部にある冷却風をかき混ぜているだけで
あるため、回転電機に不要な動力を消費させることにな
る。また、風量性能の面でも、前記旋回流によって冷却
ファン吸い込み側の実面積が縮小されることになるた
め、流入抵抗の増加による冷却風量の減少を招くことに
なる。
【0006】しかし、現在の技術では、冷却ファンの構
造としては、簡素化や軽量化と両方向回転への対応のた
めに上記のような構造を採らざるを得ない。
【0007】従って、本発明は上記の問題点に鑑み、冷
却ファン吸い込み側での旋回流(渦)の発生を抑えて冷
却ファン効率の向上を図ることができる回転電機の冷却
構造を提供することを課題とする。
【0008】なお、実開昭50−156703号公報に
は図8に示すような冷却構造、即ち、電動機の回転軸1
2の端部に冷却ファン11を固定し、この冷却ファン1
1の周りに多数の通風案内リブ13を所定の間隔で配置
した冷却構造が開示されている。しかし、これらの通風
案内リブ13では冷却風の渦経路を断ち切ることはでき
ない。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
発明の回転電機の冷却構造は、回転軸の端部に冷却ファ
ンを固定してなる回転電機の冷却構造において、前記冷
却ファンの吸い込み側に生起する冷却風の渦経路を断ち
切る円筒状の冷却風ガイドを、前記冷却ファンの羽根片
の外周部に設けたことを特徴とする。
【0010】また、第2発明の回転電機の冷却構造は、
第1発明の回転電機の冷却構造において、前記冷却風ガ
イドの後端部と前記冷却ファンの羽根片の前端部とが軸
方向において重なり合っていることを特徴とする。
【0011】また、第3発明の回転電機の冷却構造は、
第2発明の回転電機の冷却構造において、前記冷却風ガ
イドの後端部と前記冷却ファンの前端部との重なり幅
は、前記冷却ファンの羽根片幅の30〜50%であるこ
とを特徴とする。
【0012】また、第4発明の回転電機の冷却構造は、
第1,第2又は第3発明の回転電機の冷却構造におい
て、前記冷却風ガイドの後端に、内径が前端から後端に
向かって徐々に広がっている円筒状の出口冷却風ガイド
を設けることにより、冷却ファン吐出側の冷却風路が徐
々に拡大するように構成したことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【0014】<実施の形態1>図1は本発明の実施の形
態1に係る回転電機の冷却構造を示す縦断面図、図2は
図1のF−F線矢視図である。
【0015】これらの図に示すように、回転電機の回転
軸21の端部には冷却ファン22が固定されている。冷
却ファン22はフレーム25の端部に固定されたファン
カバー26によって覆われている。ファンカバー26の
端面26aには多数の孔が開けられており、ここから外
気の出入りが可能となっている。
【0016】冷却ファン22は図6に示す冷却ファン1
と同様の構造のものである。即ち、冷却ファン22は斜
流ファンであり、複数枚(図示例では8枚)の羽根片2
3を主板24のみで支えた片持ち式のシュラウドレス構
造のものである。また、羽根片23は回転電機の回転方
向に影響されない垂直羽根(スキューレス)となってい
る。
【0017】この冷却ファン22を回転軸21とともに
図1中の矢印G方向又は逆の矢印H方向に回転すると、
冷却風は、図1中に矢印Iで示すように冷却ファン21
の吸い込み側(図1中左側)から吸い込まれ、主板24
に沿って外周側へと斜めに流れた後、冷却ファン22の
吐出側(図1中右側)へと流れて固定子や回転子などを
冷却する。
【0018】そして、冷却ファン22の外周部には円筒
状の冷却風ガイド27が設けられており、この冷却風ガ
イド27によって、冷却ファン22の吸い込み側に生起
する冷却風の渦経路を断ち切るようになっている。
【0019】冷却風ガイド27はファンカバー26に取
り付けられている。即ち、冷却風ガイド27の前端には
入口冷却風ガイド28が一体的に設けられており、この
入口冷却風ガイド28の前端部がファンカバー26の端
面に固定されている。入口冷却風ガイド28は内径が前
端から後端に向かって徐々に狭まっている円筒状のもの
である。この入口冷却風ガイド28によって冷却ファン
吸い込み側の冷却風路が徐々に冷却ファン22の外径近
くまで狭まるようになっている。
【0020】また、冷却風ガイド27の後端部と冷却フ
ァン22の羽根片23の前端部は、軸方向において重な
り合っている。この重なり幅d1 は冷却ファン22の羽
根片23の軸方向の幅d2 の約30%となっている。冷
却風ガイドの後端部と冷却ファンの羽根片の前端部との
重なり幅は、羽根片の形状によっても多少異なるが、冷
却ファンの羽根片の幅の約30%が目安となる。例え
ば、冷却ファン22の羽根幅d2 が170mmの場合に
は冷却風ガイドの重なり幅d1 を51.8mmとし、冷
却ファン22の羽根幅d2 が150mmの場合には冷却
風ガイドの重なり幅d1 を46.8mmとしている。
【0021】以上のように、本実施の形態1に係る回転
電機の冷却構造によれば、冷却ファン22の吸い込み側
に生起する冷却風の渦経路を断ち切る円筒状の冷却風ガ
イドを、冷却ファン22の羽根片23の外周部に設けた
ことにより、冷却ファン22の吸い込み側での旋回流
(渦)の発生を抑えて、羽根片23の周囲と内部を循環
する風量を減少させることができる。このため、冷却フ
ァン効率を向上させることができる。
【0022】しかも、冷却風ガイド27の後端部と冷却
ファン22の羽根片23の前端部とが軸方向において重
なり合っているため、両者が重なり合わない場合に比べ
て、より確実に冷却風の渦経路を断ち切ることができ、
冷却ファン効率をより向上させることができる。
【0023】更には、冷却風ガイド27の後端部と冷却
ファン22の羽根片23の前端部との重なり幅d1 を、
冷却ファン22の羽根片23の幅d2 の約30%とした
ことにより、冷却風ガイド27を設けない場合に比べ
て、冷却風量の変化はないものの、冷却ファン効率につ
いては約10%もの大幅な向上が確認された。なお、実
測したデータの点では風量の変化がすくないが(仮想の
通風路抵抗Z=4.0 ×10 -3位の所)、Z=2.0 ×10-3
の低抵抗の所では風量にも差がでる。また、冷却風ガイ
ドの後端部と冷却ファンの羽根片の前端部との重なり幅
が30〜50%位までは風量や効率がほとんど変化しな
いため、実際の運用は30〜50%位の範囲で行ってい
る。冷却風ガイド位置の比較試験結果については後述す
る。
【0024】<実施の形態2>図3は本発明の実施の形
態2に係る回転電機の冷却構造を示す縦断面図、図4は
図3のJ−J線矢視図である。
【0025】これらの図に示すように、本実施の形態2
に係る回転電機の冷却構造では、冷却風ガイドの後端に
出口冷却風ガイド30が一体的に設けられている。出口
冷却風ガイド30は内径が前端から後端に向かって徐々
に広がっている円筒状のものである。この出口冷却風ガ
イド30によって冷却ファン吐出側の冷却風路が冷却フ
ァン22の外径近くから徐々に拡大するようなってい
る。
【0026】その他の構成については上記実施の形態1
と同様であるため、同一の符号を付し、ここでの具体的
な説明は省略する。
【0027】従って、本実施の形態2に係る回転電機の
冷却構造によれば、上記実施の形態1と同様の作用効果
が得られ、更には、冷却風ガイド27の後端に、内径が
前端から後端に向かって徐々に広がっている円筒状の出
口冷却風ガイド30を設けたことにより、冷却ファン吐
出側の冷却風路が徐々に拡大するように構成したため、
冷却風路の急拡大による損失の低減を図ることができ
る。かかる構成は特に高速機用として有効である。
【0028】ここで、冷却風ガイド位置の比較試験結果
を、図5及び図6に基づいて説明する。
【0029】図5は冷却風ガイドと冷却ファンの羽根片
との重なり幅を変えた4つのケースを示す説明図であ
る。同図に示すように、測定時の羽根幅140mmに対
し、ケース1は冷却風ガイド27の後端部と冷却ファン
22の羽根片23の前端部との重なり幅d1 が40mm
(28.6%) の場合であり、ケース2は前記重なり幅d1
が15mm(10.7 %) の場合である。ケース3は前記重
なり幅d1 が−2mm(−1.4 %) の場合、即ち、冷却
風ガイド27を冷却ファン22の外周部に設けてはいる
が、両者が軸方向に重なっていない場合である。また、
ケース4は前記重なり幅d1 が−15mm(−10.7%)
の場合、即ち、冷却風ガイド27を設けてはいるが、冷
却風ガイド27と冷却ファン22の羽根片23とが軸方
向に重なっておらず、且つ、比較的離れている場合であ
る。
【0030】図6は上記4ケースの比較試験結果を示す
グラフである。なお、図6(d)に記載されいる1800rp
m は試験を行った際の冷却ファン(回転電機) の回転
数、SH-03 ,逆O140は試験時の冷却ファンの呼び名とそ
の補助である。図6に示すように、ケース4が最も効率
が低く、これに比べてケース1,2,3は何れも効率が
向上している。そして、ケース1が最も効率が高く、こ
のケース1では約10%の効率向上が確認された。
【0031】
【発明の効果】以上発明の実施の形態とともに具体的に
説明したように、第1発明の回転電機の冷却構造によれ
ば、冷却ファンの吸い込み側に生起する冷却風の渦経路
を断ち切る円筒状の冷却風ガイドを、冷却ファンの羽根
片の外周部に設けたことにより、冷却ファン吸い込み側
での旋回流(渦)の発生を抑えて、羽根片の周囲と内部
を循環する風量を減少させることができる。このため、
冷却ファン効率を向上させることができる。
【0032】また、第2発明の回転電機の冷却構造によ
れば、冷却風ガイドの後端部と冷却ファンの羽根片の前
端部とが軸方向において重なり合っているため、両者が
重なり合わない場合に比べて、より確実に冷却風の渦経
路を断ち切ることができ、冷却ファン効率をより向上さ
せることができる。
【0033】また、第3発明の回転電機の冷却構造によ
れば、冷却風ガイドの後端部と前記冷却ファンの前端部
との重なり幅を、冷却ファンの羽根片幅の30〜50%
としたことにより、約10%もの大幅な冷却ファン効率
の向上を図ることができる。
【0034】また、第4発明の回転電機の冷却構造は、
冷却風ガイドの後端に、内径が前端から後端に向かって
徐々に広がっている円筒状の出口冷却風ガイドを設ける
ことにより、冷却ファン吐出側の冷却風路が徐々に拡大
するように構成したため、冷却風路の急拡大による損失
の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る回転電機の冷却構
造を示す縦断面図である。
【図2】図1のF−F線矢視図である。
【図3】本発明の実施の形態2に係る回転電機の冷却構
造を示す縦断面図である。
【図4】図3のJ−J線矢視図である。
【図5】冷却風ガイドの後端部と冷却ファンの羽根片の
前端部との重なり幅を変えた4つのケースを示す説明図
である。
【図6】前記4ケースの比較試験結果を示すグラフであ
る。
【図7】回転電機の冷却ファンの斜視図である。
【図8】(a)は従来の電動機の冷却構造を示す縦断面
図、(b)は(a)のK−K線矢視図である。
【符号の説明】
21 回転電機の回転軸 22 冷却ファン 23 羽根片 24 主板 25 フレーム 26 ファンカバー 27 冷却風ガイド 28 入口冷却風ガイド 30 出口冷却風ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H609 BB18 BB19 PP01 PP02 PP05 PP06 PP07 QQ02 QQ12 QQ23 RR03 RR07 RR10 RR18 RR24 RR27 RR35 RR36 RR42 RR63 RR67 RR73

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の端部に冷却ファンを固定してな
    る回転電機の冷却構造において、 前記冷却ファンの吸い込み側に生起する冷却風の渦経路
    を断ち切る円筒状の冷却風ガイドを、前記冷却ファンの
    羽根片の外周部に設けたことを特徴とする回転電機の冷
    却構造。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載する回転電機の冷却構造
    において、 前記冷却風ガイドの後端部と前記冷却ファンの羽根片の
    前端部とが軸方向において重なり合っていることを特徴
    とする回転電機の冷却構造。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載する回転電機の冷却構造
    において、 前記冷却風ガイドの後端部と前記冷却ファンの前端部と
    の重なり幅は、前記冷却ファンの羽根片幅の30〜50
    %であることを特徴とする回転電機の冷却構造。
  4. 【請求項4】 請求項1,2又は3に記載の回転電機の
    冷却構造において、 前記冷却風ガイドの後端に、内径が前端から後端に向か
    って徐々に広がっている円筒状の出口冷却風ガイドを設
    けることにより、冷却ファン吐出側の冷却風路が徐々に
    拡大するように構成したことを特徴とする回転電機の冷
    却構造。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008115790A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 回転機械
CN107017715A (zh) * 2017-05-27 2017-08-04 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 鼠笼转子和电机
US10221935B2 (en) 2015-03-31 2019-03-05 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Speed reduction apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008115790A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 回転機械
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