JP2005278287A - モータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性能の向上と運転音の低減とを両立できる簡単な構造の冷却装置を提案する。
【解決手段】 モータ１の回転軸１ａに枢支された羽根車２と、該羽根車２の前方部位および外周部位を被包し且つ前面に空気吸込口５を、後方に空気吹出口６を有するファンカバー４とを備えたモータの冷却装置において、前記ファンカバー４に、前記空気吸込口５の外周部位から前記羽根車２に向かって延びる仕切板７を設けるとともに、該仕切板７の外周側と前記ファンカバー４の内面との間に、空洞部８を形成して、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８において生ずる渦のキャビティ効果による負圧で羽根車２を通る空気主流が羽根車２における羽根３の先端側に引き寄せられるようにし、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、モータの冷却装置に関し、さらに詳しくは、モータの固定子外周を効率よく冷却し得るように構成されたモータの冷却装置に関するものである。

モータの冷却装置として従来からよく知られているものは、図７に示すように、モータ１の回転軸１ａに枢支されたラジアルプレートタイプの羽根車２と、該羽根車２を被包する板金製のファンカバー４とからなっている。符号３は羽根、５は空気吸込口、６は空気吹出口である。このような構成の冷却装置の場合、羽根車２における外周面Ａ、前面Ｂおよび後面Ｃにおける流れ状態が、図８に示すように、前面Ｂでは逆流し、後面Ｃからはほとんど吹き出されていない。符号Ｍは回転方向である。つまり、空気吸込口５から吸い込まれた空気流Ｗは、ファンカバー４内においては点線ｆ′で示すようになる。従って、小型高出力モータに適用したときには、ファンの性能面からくる冷却不足が問題となるし、高速回転化モータに適用したときには、ファンの運転音が大きくなるという問題が生ずる。

上記のような不具合を解消するために、従来から種々の解決策が講じられてきている。

例えば、電動機用冷却ファンのエアの流路を回転軸に対して斜め方向とし、しかも、羽根の外径を電動機のハウジングの外径よりも大きく構成したものが提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２８９７１６号公報。

上記特許文献１に開示されている技術では、送風性能は高くなるものの、運転音が大きくなってしまうという問題は依然として解消されない。つまり、冷却性能向上と運転音低減とを両立した簡単な構造のものは未だ提案されていないのが現状である。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、冷却性能の向上と運転音の低減とを両立できる簡単な構造の冷却装置を提案することを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、モータ１の回転軸１ａに枢支された羽根車２と、該羽根車２の前方部位および外周部位を被包し且つ前面に空気吸込口５を、後方に空気吹出口６を有するファンカバー４とを備えたモータの冷却装置において、前記ファンカバー４に、前記空気吸込口５の外周部位から前記羽根車２に向かって延びる仕切板７を設けるとともに、該仕切板７の外周側と前記ファンカバー４の内面との間に、空洞部８を形成している。

上記のように構成したことにより、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８において生ずる渦のキャビティ効果による負圧で羽根車２を通る空気主流が羽根車２における羽根３の先端側に引き寄せられることとなる。その結果、羽根車２における羽根面が有効に作用することとなり、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性が向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の先端部を、前記羽根車２における羽根３の前面先端部３ａと対向させることもでき、そのように構成した場合、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８によるキャビティ効果がより顕著となる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第２の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の内周径φ₁を、前記羽根３の前面先端部３ａの内径φ₂より大きくすることもでき、そのように構成した場合、剥離域が減少し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第２又は第３の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の外周径φ₃を、前記羽根車２の外径φ₄より小さくすることもでき、そのように構成した場合、空洞部８におけるキャビティ効果に循環流形成効果が付加されることとなり、羽根面がより有効に作用し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第１、第２、第３又は第４の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２の出口側に、該羽根車２における羽根３の背面側近傍に入口を有し、半径方向斜め後外方に拡大する周面をもつモータ端面１ｂと、前記ファンカバー４の内面に形成される外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁を設けることもでき、そのように構成した場合、羽根車２の出口側における回転方向流れが縮流空間Ｓ₁において軸方向流れに移行、整流化されることとなり、運転音特性がより向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第６の手段として、上記第５の手段を備えたモータの冷却装置において、前記縮流空間Ｓ₁の下流側に、前記空気吹出口６にかけて拡大する拡大流路Ｓ₂を設けることもでき、そのように構成した場合、拡大流路Ｓ₂におけるディフューザ効果により、吹出流れのもつ動圧が有効に静圧に変換されることとなり、空力性能（換言すれば、冷却性能）がより向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第７の手段として、上記第５の手段を備えたモータの冷却装置において、前記拡大流路Ｓ₂の下流端を、前記モータ１の冷却フィン１１の端部を包設しあるいは冷却フィン１１の端部に対向させることもでき、そのように構成した場合、冷却フィンに向かう集束流れを形成することができ、冷却性能が向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第８の手段として、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２としてラジアルプレート羽根車を採用することもでき、そのように構成した場合、ラジアルプレート羽根車は回転方向が変わっても性能に変化がないところから、可逆回転が可能となるし、羽根出口角が９０°となっているため、羽根車２で得られる静圧が前向き羽根や後ろ向羽根に比べて大きくなり、高性能化が可能となる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第９の手段として、上記第８の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２における羽根３の前縁部３ｂに、セレーション９を付設することもでき、そのように構成した場合、羽根３の前縁における空気流の乱れが羽根２の後縁と干渉して生ずる干渉音が減少することとなり、運転音特性がより向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第１０の手段として、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８又は第９の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７を、前記ファンカバー４に対して着脱自在とすることもでき、そのように構成した場合、数種類の仕切板７を用意しておけば、羽根３の外径や幅の異なる羽根車２に対して、ファンカバー４の形状を変更することなく、仕切板７の変更のみで対応できることとなり、仕様変更が容易となる。

本願発明の第１の手段によれば、モータ１の回転軸１ａに枢支された羽根車２と、該羽根車２の前方部位および外周部位を被包し且つ前面に空気吸込口５を、後方に空気吹出口６を有するファンカバー４とを備えたモータの冷却装置において、前記ファンカバー４に、前記空気吸込口５の外周部位から前記羽根車２に向かって延びる仕切板７を設けるとともに、該仕切板７の外周側と前記ファンカバー４の内面との間に、空洞部８を形成して、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８において生ずる渦のキャビティ効果による負圧で羽根車２を通る空気主流が羽根車２における羽根３の先端側に引き寄せられるようにしたので、羽根車２における羽根面が有効に作用することとなり、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性が向上するという効果がある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の先端部を、前記羽根車２における羽根３の前面先端部３ａと対向させることもでき、そのように構成した場合、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８によるキャビティ効果がより顕著となる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第２の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の内周径φ₁を、前記羽根３の前面先端部３ａの内径φ₂より大きくすることもでき、そのように構成した場合、剥離域が減少し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

本願発明の第４の手段におけるように、上記第２又は第３の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７の外周径φ₃を、前記羽根車２の外径φ₄より小さくすることもでき、そのように構成した場合、空洞部８におけるキャビティ効果に循環流形成効果が付加されることとなり、羽根面がより有効に作用し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

本願発明の第５の手段におけるように、上記第１、第２、第３又は第４の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２の出口側に、該羽根車２における羽根３の背面側近傍に入口を有し、半径方向斜め後外方に拡大する周面をもつモータ端面１ｂと、前記ファンカバー４の内面に形成される外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁を設けることもでき、そのように構成した場合、羽根車２の出口側における回転方向流れが縮流空間Ｓ₁において軸方向流れに移行、整流化されることとなり、運転音特性がより向上する。

本願発明の第６の手段におけるように、上記第５の手段を備えたモータの冷却装置において、前記縮流空間Ｓ₁の下流側に、前記空気吹出口６にかけて拡大する拡大流路Ｓ₂を設けることもでき、そのように構成した場合、拡大流路Ｓ₂におけるディフューザ効果により、吹出流れのもつ動圧が有効に静圧に変換されることとなり、空力性能（換言すれば、冷却性能）がより向上する。

本願発明の第７の手段におけるように、上記第５の手段を備えたモータの冷却装置において、前記拡大流路Ｓ₂の下流端を、前記モータ１の冷却フィン１１の端部を包設しあるいは冷却フィン１１の端部に対向させることもでき、そのように構成した場合、冷却フィンに向かう集束流れを形成することができ、冷却性能が向上する。

本願発明の第８の手段におけるように、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２としてラジアルプレート羽根車を採用することもでき、そのように構成した場合、ラジアルプレート羽根車は回転方向が変わっても性能に変化がないところから、可逆回転が可能となるし、羽根出口角が９０°となっているため、羽根車２で得られる静圧が前向き羽根や後ろ向羽根に比べて大きくなり、高性能化が可能となる。

本願発明の第９の手段におけるように、上記第８の手段を備えたモータの冷却装置において、前記羽根車２における羽根３の前縁部３ｂに、セレーション９を付設することもでき、そのように構成した場合、羽根３の前縁における空気流の乱れが羽根２の後縁と干渉して生ずる干渉音が減少することとなり、運転音特性がより向上する。

本願発明の第１０の手段におけるように、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８又は第９の手段を備えたモータの冷却装置において、前記仕切板７を、前記ファンカバー４に対して着脱自在とすることもでき、そのように構成した場合、数種類の仕切板７を用意しておけば、羽根３の外径や幅の異なる羽根車２に対して、ファンカバー４の形状を変更することなく、仕切板７の変更のみで対応できることとなり、仕様変更が容易となる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について説明する。なお、本願発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

第１の実施の形態
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかるモータの冷却装置が示されている。

このモータの冷却装置は、モータ１の回転軸１ａに枢支された羽根車２と、該羽根車２の前方部位および外周部位を被包し且つ前面に空気吸込口５を、後方に空気吹出口６を有するファンカバー４とを備えて構成されている。本実施の形態においては、羽根車２として、羽根３の出口角が９０°となっているラジアルプレート羽根車が採用されている。このようすると、ラジアルプレート羽根車は回転方向が変わっても性能に変化がないところから、可逆回転が可能となるし、羽根出口角が９０°となっているため、羽根車２で得られる静圧が前向き羽根や後ろ向羽根に比べて大きくなり、高性能化が可能となる。

そして、前記ファンカバー４には、前記空気吸込口５の外周部位（即ち、ファンカバー４の前面４ａの外周部位）から前記羽根車２における羽根３の前面３ａに向かって延びる環状の仕切板７が設けられており、該仕切板７の外周側と前記ファンカバー４の内面との間には、環状の空洞部８が形成されている。

前記ファンカバー４は、空気吸込口５が形成されている前面４ａと、該前面４ａの外周部位から下流側に向かって傾斜する円錐部４ａと、該円錐部４ａの下流端側から空気吹出口６に向かう略円筒部４ｃとからなっており、空気吹出口６は、モータ１の冷却フィン１１と対向されている。

上記のように構成したことにより、仕切板７の外周側とファンカバー４の内面との間に形成された空洞部８において生ずる渦Ｅのキャビティ効果による負圧で羽根車２を通る空気主流ｆが従来の空気主流ｆ′に比べて羽根車２における羽根３の先端側に引き寄せられることとなる。その結果、羽根車２における羽根面が有効に作用することとなり、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性が向上する。

ところで、前記仕切板７は、円筒形状とされており、その先端部には、前記羽根車２における羽根３の前面３ａと平行な斜面を有する断面台形形状の内向き鍔部１２が一体に形成されている。このようにすると、仕切板７における内向き鍔部１２を羽根前面３ａに近接させることができることとなり、空洞部８によるキャビティ効果がより顕著となる。

また、前記仕切板７の内周径φ₁は、前記羽根３の前面先端部３ａの内径φ₂より大きくされている。そのように構成した場合、剥離域が減少し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

また、前記仕切板７の外周径φ₃は、前記羽根車２の外径φ₄より小さくされている。そのように構成した場合、空洞部８におけるキャビティ効果に循環流Ｅ′の形成効果が付加されることとなり、羽根面がより有効に作用し、羽根車２の空力性能（換言すれば、冷却性能）・運転音特性がより一層向上する。

本実施の形態においては、前記ファンカバー４および仕切板７は、合成樹脂による一体成形品とされているが、仕切板７をファンカバー４に対して着脱自在とすることもできる。仕切板７をファンカバー４に対して着脱自在とした場合、例えば、図２に示すモータの冷却装置におけるように、羽根３の外径や幅の小さい羽根車２を用いる際には、例えば、ファンカバー４の前面４ａに取り付けられる大径円筒部７ａと小径円筒部７ｂとからなる仕切板７を採用すればよい。つまり、数種類の仕切板７を用意しておけば、ファンカバー４の形状を変更することなく、仕切板７の変更のみで対応できることとなり、仕様変更が容易となるのである。

第２の実施の形態
図３には、本願発明の第２の実施の形態にかかるモータの冷却装置が示されている。

この場合、ファンカバー４における円錐部４ｂが、円筒部４ｂ₂を挟んで前部円錐部４ｂ₁と後部円錐部４ｂ₃とに分かれている。そして、ファンカバー円錐部４ｂにおける円筒部４ｂ₂は、仕切板７の先端部外方を覆うように形成されている。このようにすると、仕切板７とファンカバー４との間に形成される空洞部８の外径側が閉塞されることとなるため、空洞部８におけるキャビティ効果を強調できる。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

第３の実施の形態
図４には、本願発明の第３の実施の形態にかかるモータの冷却装置に用いられる羽根車の要部が示されている。

この場合、羽根車２における羽根３の前縁部３ｂに、セレーション９が付設されている。このようにすると、羽根３の前縁における空気流の乱れが羽根２の後縁と干渉して生ずる干渉音が減少することとなり、運転音特性がより向上する。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

第４の実施の形態
図５には、本願発明の第４の実施の形態にかかるモータの冷却装置が示されている。

この場合、羽根車２の出口側には、該羽根車２における羽根３の背面側近傍に入口を有し、半径方向斜め後外方に拡大する周面をもつモータ端面１ｂと、前記ファンカバー４の内面に形成される外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁が設けられている。本実施の形態においては、前記外側形状部材１０は、ファンカバー４における円錐部４ｂの内面とされているが、ファンカバー円錐部４ｂの内面に外側形状部材１０を構成する部材を取り付けるようにしてもよい。前記縮流空間Ｓ₁を構成するモータ端面１ｂの拡大角θ₁より前記外側形状部材１０の拡大角θ₂が小さくなるように設定されている。また、前記縮流空間Ｓ₁の下流側には、空気吹出口６にかけて拡大する拡大流路Ｓ₂が設けられている。該拡大流路Ｓ₂は、実線図示のようにファンカバー４における円筒部４ｃの下流端部を屈曲拡大して形成してもよく、点線図示のように滑らかに拡大して形成してもよい。さらに、前記拡大流路Ｓ₂の下流端は、前記モータ１の冷却フィン１１の端部を包設することとなっている。このようにすると、羽根車２の出口側における回転方向流れが縮流空間Ｓ₁において軸方向流れに移行、整流化されることとなり、運転音特性がより向上するし、拡大流路Ｓ₂におけるディフューザ効果により、吹出流れのもつ動圧が有効に静圧に変換されることとなり、空力性能（換言すれば、冷却性能）がより向上するし、冷却フィン１１に向かう集束流れを形成することができ、冷却性能が向上する。なお、この拡大流路Ｓ₂の下流端の軸方向位置は周方向に変化させてもよい。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

第５の実施の形態
図６には、本願発明の第５の実施の形態にかかるモータの冷却装置が示されている。

この場合、羽根車２の出口側には、該羽根車２における羽根３の背面側近傍に入口を有し、半径方向斜め後外方に拡大する周面をもつモータ端面１ｂと、前記ファンカバー４の内面に形成される外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁が設けられている。本実施の形態においては、前記外側形状部材１０は、ファンカバー４における円錐部４ｂの内面とされているが、ファンカバー円錐部４ｂの内面に外側形状部材１０を構成する部材を取り付けるようにしてもよい。前記縮流空間Ｓ₁を構成するモータ端面１ｂの拡大角θ₁より前記外側形状部材１０の拡大角θ₂が小さくなるように設定されている。また、前記縮流空間Ｓ₁の下流側には、空気吹出口６にかけて拡大する拡大流路Ｓ₂が設けられている。該拡大流路Ｓ₂は、実線図示のようにファンカバー４における円筒部４ｃの下流端部を屈曲拡大して形成してもよく、点線図示のように滑らかに拡大して形成してもよい。さらに、前記拡大流路Ｓ₂の下流端は、前記モータ１の冷却フィン１１の端部に対向されている。このようにすると、羽根車２の出口側における回転方向流れが縮流空間Ｓ₁において軸方向流れに移行、整流化されることとなり、運転音特性がより向上するし、拡大流路Ｓ₂におけるディフューザ効果により、吹出流れのもつ動圧が有効に静圧に変換されることとなり、空力性能（換言すれば、冷却性能）がより向上するし、冷却フィン１１に向かう集束流れを形成することができ、冷却性能が向上する。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

本願発明の第１の実施の形態にかかるモータの冷却装置の１例を示す半断面図である。 本願発明の第１の実施の形態にかかるモータの冷却装置の他の例を示す半断面図である。 本願発明の第２の実施の形態にかかるモータの冷却装置を示す半断面図である。 本願発明の第３の実施の形態にかかるモータの冷却装置における羽根車の要部を示す半断面図である。 本願発明の第４の実施の形態にかかるモータの冷却装置を示す半断面図である。 本願発明の第５の実施の形態にかかるモータの冷却装置を示す半断面図である。 従来のモータの冷却装置を示す半断面図である。 従来のモータの冷却装置における羽根車の出口部分の流線方向を示す説明図である。

符号の説明

１はモータ
１ａは回転軸
１ｂは端面
２は羽根車
３は羽根
３ａは前面
４はファンカバー
５は空気吸込口
６は空気吹出口
７は仕切板
８は空洞部
９はセレーション
１０は外側形状部材（ファンカバー円錐部内面）
１１は冷却フィン

Claims (10)

1. モータ（１）の回転軸（１ａ）に枢支された羽根車（２）と、該羽根車（２）の前方部位および外周部位を被包し且つ前面に空気吸込口（５）を、後方に空気吹出口（６）を有するファンカバー（４）とを備えたモータの冷却装置であって、前記ファンカバー（４）には、前記空気吸込口（５）の外周部位から前記羽根車（２）に向かって延びる仕切板（７）を設けるとともに、該仕切板（７）の外周側と前記ファンカバー（４）の内面との間には、空洞部（８）を形成したことを特徴とするモータの冷却装置。
2. 前記仕切板（７）の先端部を、前記羽根車（２）における羽根（３）の前面先端部（３ａ）と対向させたことを特徴とする請求項１記載のモータの冷却装置。
3. 前記仕切板（７）の内周径（φ１）を、前記羽根（３）の前面先端部（３ａ）の内径（φ２）より大きくしたことを特徴とする請求項２記載のモータの冷却装置。
4. 前記仕切板（７）の外周径（φ３）を、前記羽根車（２）の外径（φ４）より小さくしたことを特徴とする請求項２および３のいずれか一項記載のモータの冷却装置。
5. 前記羽根車（２）の出口側には、該羽根車（２）における羽根（３）の背面側近傍に入口を有し、半径方向斜め後外方に拡大する周面をもつモータ端面（１ｂ）と、前記ファンカバー（４）の内面に形成される外側形状部材（１０）とで構成される縮流空間（Ｓ１）を設けたことを特徴とする請求項１、２、３および４のいずれか一項記載のモータの冷却装置。
6. 前記縮流空間（Ｓ１）の下流側には、前記空気吹出口（６）にかけて拡大する拡大流路（Ｓ２）を設けたことを特徴とする請求項５記載のモータの冷却装置。
7. 前記拡大流路（Ｓ２）の下流端を、前記モータ（１）の冷却フィン（１１）の端部を包設しあるいは冷却フィン（１１）の端部に対向させたことを特徴とする請求項６記載のモータの冷却装置。
8. 前記羽根車（２）としてラジアルプレート羽根車を採用したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載のモータの冷却装置。
9. 前記羽根車（２）における羽根（３）の前縁部（３ｂ）には、セレーション（９）を付設したことを特徴とする請求項８記載のモータの冷却装置。
10. 前記仕切板（７）を、前記ファンカバー（４）に対して着脱自在としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８および９のいずれか一項記載のモータの冷却装置。
    

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