JP2006022685A

JP2006022685A - 外扇形動力装置

Info

Publication number: JP2006022685A
Application number: JP2004200139A
Authority: JP
Inventors: Masami Nishiyama; 正視西山
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】外部冷却ファンの回転作用による冷却気体が効率よく、かつスムースに流れるようにして効果的に動力装置本体を冷却する。
【解決手段】回転電機本体２１の端面から突出する回転軸５に外部冷却ファン１９を設けるとともにこの外部冷却ファン１９を覆う外扇カバー２０を設け、外部冷却ファン１９の回転作用により外扇カバー２０の吸気側開口部２０ａから吸引した冷却気体を、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂを介して回転電機本体２１外周部の冷却フィン８に向けて排出する。外扇ファン１９のボス部１９ａは外周面を冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させ、外扇カバー２０における軸方向中間部２０ｃの傾斜角度は冷却気体の流れに沿う方向に小さくし、回転電機本体２１の回転軸５を支持する軸受ブラケット１６の外表面には突起物を設けず、湾曲部１６ｂの曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きくし、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの径は冷却フィン８の径よりも小さくしてその端部を冷却フィン８の端部に近付けて配置することにより冷却気体の流れをスムースにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動機、発電機、エンジンなどの動力装置に係り、特に動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けた外扇形動力装置に関するものである。

電動機、発電機、エンジンなどの動力装置においては、動力装置本体内で発生する熱を外部に効率よく放出するために強制冷却するようにしている。例えば外扇形回転電機では、回転電機本体の端面から突出する回転軸の端部に外部冷却ファンを設けるとともに、この外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、この外扇カバーの軸方向外側に位置する端面の吸気側開口部から外部冷却ファンの回転作用で吸引した冷却気体（一般には空気）を吸引し、外扇カバー内を通して外扇カバーの排気側開口部から回転電機本体の外周部に設けられている、軸方向に長い多数の冷却フィンに向けて排出し、この多数の冷却フィンを介して回転電機本体を冷却するように構成している。

図３は従来の外扇形回転電機の主要部を示す断面図である。図３において、回転電機本体１は、固定子枠２、固定子３、回転子４、回転軸５、軸受ブラケット６および軸受７を備えている。円筒状の固定子枠２は、内周面に固定子３が設けられており、外周面には軸方向に長い多数の冷却フィン８が周方向に間隔をおいて設けられている。固定子３の内側に位置する回転子４には回転軸５が設けられており、この回転軸５は、固定子枠２の両側の端面に設けられた円盤状の軸受ブラケット６に軸受７を介して回転自在に支持されている。

回転電機本体１の端面である軸受ブラケット６から突出する回転軸５の端部には、外部冷却ファン９が設けられており、さらに底部に分散した多数の吸気側開口部１０ａを有するカップ状の外扇カバー１０が外部冷却ファン９を覆うように設けられている。外扇カバー１０は、排気側開口部１０ｂの端部が軸受ブラケット６の外周面に周方向に分散して設けられた複数個の支持金具１１を介して回転電機本体１に固定されている。

この構成により、回転電機本体１が駆動され、回転軸５を介して外部冷却ファン９が回転すると、その回転作用により外扇カバー１０の吸気側開口部１０ａから冷却気体を吸引し、外扇カバー１０の排気側開口部１０ｂを介して回転電機本体１外周部の冷却フィン８に向けて冷却気体を排出して回転電機本体１を冷却するようになっている。

ところで、上記のような構成の外扇形回転電機においては、外部冷却ファン９を回転軸５に固定しているボス部９ａが円筒形状であるため、吸気側開口部１０ａより吸引される冷却気体の流れ（矢印で示す）が阻害され、外部冷却ファン９の羽根９ｂの内径側近傍をファンとして有効に活用できていない問題があった。

また外扇カバー１０の形状において、特に軸方向中間部１０ｃが外部冷却ファン９の冷却気体排出部付近で急激に広がっており、冷却気体が排気側開口部１０ｂに向けてスムースに流れていないという問題があった。

さらに軸受ブラケット６の外表面には冷却フィン６ａなどの突起物があり、また軸受ブラケット６が排気側開口部１０ｂに対して急激に曲がっている湾曲部６ｂを有しており、これらが障害となって冷却気体が排気側開口部１０ｂに向けてスムースに流れていないという問題があった。

一方、外扇カバー１０の排気側開口部１０ｂの径は、回転電機本体１外周部の冷却フィン８の外径と同等もしくはそれ以上となっており、排気側開口部１０ｂの開口面積が広いので、冷却気体の風速が遅くなり、冷却フィン８に向けて冷却気体が有効に排出されていないという問題もあった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、外部冷却ファンの回転作用による冷却気体が効率よく、かつスムースに流れるようにして効果的に動力装置本体を冷却することのできる外扇形動力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明による外扇形動力装置は、動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、外扇ファンを回転軸に固定するボス部の外周面を冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させて構成したことを特徴とする。

また本発明による本発明による外扇形動力装置は、動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、外扇カバーにおける軸方向中間部の傾斜角度を冷却気体の流れに沿う方向に小さく構成したことを特徴とする。

さらに本発明による外扇形動力装置は、動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、動力装置本体の回転軸を支持する軸受ブラケットの外表面に突起物を設けず、かつ外扇カバー側に位置する湾曲部の曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きく構成したことを特徴とする。

また本発明による外扇形動力装置は、動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、外扇カバーの排気側開口部の径を動力装置本体外周部の冷却フィンの径よりも小さく構成し、かつ外扇カバーの排気側開口部の端部を冷却フィンの端部に近付けて配置したことを特徴とする。

さらに本発明による外扇形動力装置は、動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、外扇ファンを回転軸に固定するボス部の外周面を冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させる第１の構成、外扇カバーにおける軸方向中間部の傾斜角度を冷却気体の流れに沿う方向に小さくする第２の構成、動力装置本体の回転軸を支持する軸受ブラケットの外表面に突起物を設けず、かつ外扇カバー側に位置する湾曲部の曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きくする第３の構成、外扇カバーの排気側開口部の径を動力装置本体外周部の冷却フィンの径よりも小さく構成し、かつ外扇カバーの排気側開口部の端部を冷却フィンの端部に近付けて配置する第４の構成のうち、少なくとも２以上の構成を組み合わせて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、外部冷却ファンの回転作用により外扇カバーの吸気側開口部から吸引され、外扇カバーの排気側開口部を介して動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出される冷却気体が効率よく、かつスムースに流れるようになるので、動力装置本体を効果的に冷却することができる。

図１は本発明による第１の実施の形態に係る外扇形回転電機の主要部を示す断面図である。図１において、回転電機本体２１は、固定子枠２、固定子３、回転子４、回転軸５、軸受ブラケット１６および軸受７を備えており、円筒状の固定子枠２の内周面に固定子３が設けられ、外周面に軸方向に長い多数の冷却フィン８が周方向に間隔をおいて設けられ、さらに固定子３の内側に位置する回転子４には回転軸５が設けられて固定子枠２の両側の端面に設けられた円盤状の軸受ブラケット１６に軸受７を介して回転自在に支持されているところは従来と同様である。

また回転電機本体２１の端面である軸受ブラケット１６から突出する回転軸５の端部に外部冷却ファン１９が設けられ、さらに底部に分散した多数の吸気側開口部２０ａを有するカップ状の外扇カバー２０が外部冷却ファン１９を覆うように設けられ、外扇カバー２０における排気側開口部２０ｂの端部が軸受ブラケット１６の外周面に周方向に分散して設けられた複数個の支持金具１１を介して回転電機本体２１に固定されているところも従来と同様である。

本実施の形態における第１の特徴は、外扇ファン１９を回転軸５に固定するボス部１９ａの外周面を、端面から羽根１９ｂの取付部に近づくに従って径が徐々に大きくなるようにして冷却気体の流れ（矢印で示す）に沿う方向に傾斜させて構成したところにある。

また本実施の形態における第２の特徴は、外扇カバー２０における軸方向中間部２０ｃの傾斜角度を冷却気体の流れに沿う方向に小さくし、緩やかな傾斜となるように構成したことにある。

さらに本実施の形態における第３の特徴は、回転電機本体２１の回転軸５を支持する軸受ブラケット１６の外表面に冷却フィンなどの突起物を設けずに、しかも外扇カバー２０側に位置する湾曲部１６ｂの曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きくしたところにある。

また本実施の形態における第４の特徴は、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの径を回転電機本体２１外周部の冷却フィン８の径よりも小さく構成し、しかも外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの端部を冷却フィン８の端部に可能な限り近付けて配置し、その間から冷却気体が大きく漏れないように構成したところにある。

この構成により、回転電機本体２１が駆動され、回転軸５を介して外部冷却ファン１９が回転すると、その回転作用により外扇カバー２０の吸気側開口部２０ａから冷却気体を吸引し、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂを介して回転電機本体２１外周部の冷却フィン８に向けて冷却気体を排出して回転電機本体２１を冷却することができる。そして本実施の形態においては、外部冷却ファン１９を回転軸５に固定しているボス部１９ａの外周面が冷却気体の流れに沿うように傾斜しているため、外部冷却ファン１９の内径側近傍の羽根１９ｂをファンとして有効に活用できるようになり、しかも吸気側開口部２０ａより吸引される冷却気体の流れがスムースになって効率よく冷却気体を送り出すことができる。

また外扇カバー２０においては、特に軸方向中間部２０ｃが外部冷却ファン１９の冷却気体排出部付近から排気側開口部２０ｂ側に向けて緩やかな傾斜になっているために冷却気体が排気側開口部２０ｂに向けてスムースに流れていくようになる。

さらに軸受ブラケット１６の外表面には冷却フィンなどの突起物がなく、また軸受ブラケット１６の湾曲部１６ｂが排気側開口部２０ｂに向けて緩やかに湾曲していることから、冷却気体が排気側開口部２０ｂに向けてスムースに流れていくことになる。

一方、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの端部は、冷却フィン８の端部と突き合わさるように配置されており、外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂから排出される冷却気体がその間からほとんど漏れないようになっているので、排気側開口部２０ｂの開口面積が狭くなることにより冷却気体の風速が速くなることと相俟って冷却フィン８に向けて冷却気体が効率よく排出されることになる。しかも外扇カバー２０のサイズが小さくなるので軽量化を図ることもできる。

これらの構成により外部冷却ファン１９の回転作用による冷却気体が外扇カバー２０内を効率よく、かつスムースに流れるようになって効果的に回転電機本体２１を冷却することができる。

図２は本発明による第２の実施の形態に係る外扇形回転電機の主要部を示す断面図である。図２において、本実施の形態が図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、回転軸１５が外扇カバー２０を貫通して相手側機器と連結できるように構成されているところにある。このような構成であっても、外扇ファン１９を回転軸１５に固定するボス部１９ａの外周面を冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させる第１の構成、外扇カバー２０における軸方向中間部２０ｃの傾斜角度を冷却気体の流れに沿う方向に小さくする第２の構成、回転電機本体２１の回転軸１５を支持する軸受ブラケット１６の外表面に突起物を設けず、かつ外扇カバー２０側に位置する湾曲部１６ｂの曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きくする第３の構成、および外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの径を回転電機本体２１外周部の冷却フィン８の径よりも小さく構成し、かつ外扇カバー２０の排気側開口部２０ｂの端部を冷却フィン８の端部に近付けて配置する第４の構成を採用することができる。

なお上記各実施の形態においては、第１から第４の構成のすべてを備えた場合について説明したが、１つの構成のみを採用したり、あるいは２または３個の構成（特徴）を組み合わせても、冷却気体が外扇カバー２０内を効率よく、かつスムースに流れるようになって効果的に回転電機本体２１を冷却することができる。

また上記実施の形態においては、回転電機を例にとり説明したが、本発明は、エンジンなどの機器本体を冷却するために回転軸に外部冷却ファンを取り付けた動力装置においても同様に適用できるものである。

本発明による第１の実施の形態に係る外扇形回転電機の主要部の上半を示す縦断面図である。本発明による第２の実施の形態に係る外扇形回転電機の主要部の上半を示す縦断面図である。従来の外扇形回転電機の主要部の上半を示す縦断面図である。

符号の説明

１，２１…回転電機本体（動力装置本体）
２…固定子枠
３…固定子
４…回転子
５，１５…回転軸
６，１６…軸受ブラケット
６ａ…突起物
６ｂ，１６ｂ…湾曲部
７…軸受
８…冷却フィン
９，１９…外部冷却ファン
９ａ，１９ａ…ボス部
９ｂ，１９ｂ…羽根
１０，２０…外扇カバー
１０ａ，２０ａ…吸気側開口部
１０ｂ，２０ｂ…排気側開口部
１０ｃ，２０ｃ…軸方向中間部
１１…支持金具

Claims

動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、前記外部冷却ファンの回転作用により前記外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、前記外扇カバーの排気側開口部を介して前記動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、前記外扇ファンを前記回転軸に固定するボス部の外周面を前記冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させて構成したことを特徴とする外扇形動力装置。
動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、前記外部冷却ファンの回転作用により前記外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、前記外扇カバーの排気側開口部を介して前記動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、前記外扇カバーにおける軸方向中間部の傾斜角度を前記冷却気体の流れに沿う方向に小さく構成したことを特徴とする外扇形動力装置。
動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、前記外部冷却ファンの回転作用により前記外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、前記外扇カバーの排気側開口部を介して前記装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、前記動力装置の回転軸を支持する軸受ブラケットの外表面に突起物を設けず、かつ前記外扇カバー側に位置する湾曲部の曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きく構成したことを特徴とする外扇形動力装置。
動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、前記外部冷却ファンの回転作用により前記外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、前記外扇カバーの排気側開口部を介して前記動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、前記外扇カバーの排気側開口部の径を前記動力装置本体外周部の冷却フィンの径よりも小さく構成し、かつ前記外扇カバーの排気側開口部の端部を前記冷却フィンの端部に近付けて配置したことを特徴とする外扇形動力装置。
動力装置本体の端面から突出する回転軸に外部冷却ファンを設けるとともにこの外部冷却ファンを覆う外扇カバーを設け、前記外部冷却ファンの回転作用により前記外扇カバーの吸気側開口部から吸引した冷却気体を、前記外扇カバーの排気側開口部を介して前記動力装置本体の外周部の冷却フィンに向けて排出する外扇形動力装置において、前記外扇ファンを前記回転軸に固定するボス部の外周面を前記冷却気体の流れに沿う方向に傾斜させる第１の構成、前記外扇カバーにおける軸方向中間部の傾斜角度を冷却気体の流れに沿う方向に小さくする第２の構成、前記動力装置本体の回転軸を支持する軸受ブラケットの外表面に突起物を設けず、かつ前記外扇カバー側に位置する湾曲部の曲率を冷却気体の流れに沿う方向に大きくする第３の構成、前記外扇カバーの排気側開口部の径を前記動力装置本体外周部の冷却フィンの径よりも小さく構成し、かつ前記外扇カバーの排気側開口部の端部を前記冷却フィンの端部に近付けて配置する第４の構成のうち、少なくとも２以上の構成を組み合わせて構成したことを特徴とする外扇形動力装置。