JP2016116272A - 回転電機及びファンカバー - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、液体や塵芥等の吸込み防止や設置場所や姿勢の柔軟性を確保する。【解決手段】回転軸、回転子及び固定子をハウジング内に有し、該ハウジング外部の回転軸の反出力軸側方向に配置して冷却風を生成するファンと、該ファンを覆うと共にファンが生成した冷却風を、ハウジング外周の一方端部側から他方端部側に案内するファンカバーとを備える回転電機であって、ファンカバーが、ハウジング外径よりも大となる所定長さの径を有する開口部を出力軸側方向に有する概略筒形状からなり、ファンカバーの周面に、ファンに流れる空気を取り込む開口部を有し、開口部の前記ハウジング側縁付近から、ファンカバーの内周面に沿ってファンよりも回転軸方向外側の軸心方向に向かってファンと非接触で延伸する延伸部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機及びファンカバーに係り、ハウジング外部にファンを有する回転電機及び当該ファンのファンカバーに関する。

回転電機は、回転子や固定子の損失による発熱があるため、冷却を必要とする。特許文献1には、全閉型の回転電機が開示され、電動機のエンドブラケット側の回転軸にラジアルファンを備え、このラジアルファンによってハウジングの外周部分に冷却風の送風を行う構成を開示する。特に、特許文献１は、ファンカバーの外周側面を斜めに構成すると共にラジアルファンの形状も当該ファンカバーの内周側面の斜面に沿うように羽根端部を成形し、ファンカバーの軸方向に直交する面に設けられた吸込口から電動機ハウジングの外周側に至る流路の途中に、衝突、曲がり及び渦等の損失原因を低減させることで冷却風の送風効率を向上させる構成を開示する。

また、特許文献２は、回転電機用冷却装置であって、出力軸の反出力軸端部に回転子軸と共回りする冷却用ファンと、冷却用ファンからの送風をモータハウジング側に案内するべく当該冷却用ファンを覆う用に配置されたダクトとを備え、ダクトの反出力軸側の延長線上外側に、吸気圧損と消音を図るための吸気カバーを備える構成を開示する。一方、端部が開口した筒形状を有する吸気カバーは、外周面に空気吸入口を備えると共に冷却用ファン側の軸心を頂点とし、反出力軸側を底面とする錐形状の通風路内面と、通風路内面の径方向外側で当該内面に並行となる通風路外面とを内筒側に備える。空気吸入口から吸気された空気は、吸気方向に対して斜面となる通風路内面及び外面の間を流通することで、圧力損失が低減されるようになっている。

冷却ファンが大気を吸い込む場合、吸気抵抗となる要因を排除するのが効率的である。このため回転電機では、特許文献１のように、ファンカバーの軸方向に直交する面即ち回転軸方向延長上に吸気口を設けるのが一般的である。

特開平１１−２８９７１６号公報 特開２０００-２９９９６６号公報

しかしながら、特許文献１のような吸気の効率化を図る構成であれば、その分、吸気口から異物や液体（例えば、水。）を吸い込み易く又回転電機自体に異物や液体を積極的に送り込む虞も高くなる。これら異物等の侵入は、外扇ファン、回転軸貫通部及び回転電機内部の汚れや破損を招来するものである。

特に、回転電機は、これを動力として利用する装置の筺体に設置される場合も多いが、装置内部には塵や機械油が溜まり易い空間となる傾向が高く、異物や液体を吸い込む可能性もその分高いと言える。

また、後方に吸気口があると、装置内に回転電機を設置する場合には、装置内部のレイアウトの都合上、十分に吸気ができない又は装置レイアウトに制約となる虞もある。例えば、吸気口の直ぐ前に装置の壁や他の部品があれば吸気抵抗となるし、これを回避するためにクリアランスを確保すれば、装置がその分大型化せざるを得ない虞もある。

この点、特許文献２のように、外周面に空気口を設ける構成であれば、吸気抵抗を比較的抑えつつ装置の小型化を図ることが可能とも言える。
しかしながら、特許文献２のように吸気口を外周側に設けたとしても、異物や液体の吸込みの課題は残る。特に、特許文献２は、錐形状の通風路内面や外面が、外周側に開口した空気吸入口から冷却用ファンに異物や液体を積極的に案内する構成であると言える。
異物や液体等の吸い込みを防止や設置の柔軟性を確保できる構成が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転軸、回転子及び固定子をハウジング内に有し、該ハウジング外部の前記回転軸の反出力軸側方向に配置して冷却風を生成するファンと、該ファンを覆うと共に前記ファンが生成した冷却風を、前記ハウジング外周の一方端部側から他方端部側に案内するファンカバーとを備える回転電機であって、前記ファンカバーが、前記ハウジング外径よりも大となる所定長さの径を有する開口部を出力軸側方向に有する概略筒形状からなり、前記ファンカバーの周面に、前記ファンに流れる空気を取り込む開口部を有し、前記開口部の前記ハウジング側縁付近から、前記ファンカバーの内周面に沿って前記ファンよりも回転軸方向外側の軸心方向に向かって前記ファンと非接触で延伸する延伸部を有する構成である。

また、他の構成としては、底面部と、該底面部の外周に沿って、該底面部から概略鉛直方向に延伸する側面部と、該側面部の延伸方向であって前記底面部と対向する側が開口された概略筒形状を有するファンカバーであって、前記側面部が、該側面部の外周面側から内周面側に流れる空気を取り込む為の少なくとも１つの吸気口と、前記側面部の内周面における前記吸気口の前記開口寄りの縁付近を付け根として、前記内周面に沿って、前記底面の中心から鉛直方向の延長線方向に向かって所定幅延伸する延伸部とを備え、前記延伸部の前記開口側の面が、回転電機ハウジング外部の反出力軸方向側に設置されたファンと対向するものであり、前記側面部の前記開口側の端部付近が、前記回転電機ハウジングの外径よりも大であり、前記延伸部の開口側の面及び該開口側の面よりも該開口側寄りの内周面が、前記吸気口を介して吸気し、前記ファンによって生成された冷却風を前記ハウジングの外周に案内するものである構成である。

本発明によれば、ファン吸気口からの雨滴等の液体や塵芥といった異物が、ファン及びその先のハウジング側に侵入するのを防止できる。また、回転電機を設置する際のレイアウトの柔軟性を高めることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかになる。

本発明を適用した一実施例であるモータの第１実施形態による構成を示す部分断面である。 第１実施形態によるファンカバーの正面及び側面の構成を示す図である。 第２実施形態によるモータの構成を示す部分断面図である。 第３実施形態によるモータの構成を示す部分断面図である。 第４実施形態によるモータの構成を示す部分断面図である。

以下、発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
〔第１実施形態〕
本発明を適用した第１実施形態によるモータ１を説明する。モータ１は、外扇ファンの吸気口が、ファンカバー１０Ａの外周方向側面に配置され、当該吸気口から外扇ファン寄りの内周面から、軸心方向に所定距離延伸する延伸部を有することを特徴の一つとする。

図１に、本発明を適用した第１実施形態によるモータ１の要部側断面図を示す。同図は、モータ１の反出力軸側の様を示す。モータ１は、回転軸２、固定子３、回転子４、軸受５、ブラケット６、ハウジング７、外扇ファン８及びファンカバー１０Ａを備える。回転子４が固定された回転軸１の出力側及び反出力側両端部には、軸受５を介して、ブラケット６と回転可能に設置され、ブラケット６の外周側端部が、ハウジング７の回転軸方向端部側面とボルト等によって固定されるようになっている。回転軸２の反出力軸側端部は、ブラケット６を貫通し、貫通した端部に金属や樹脂からなる外扇ファン８が、共回りするように設置される。

外扇ファン８は、概略円形状のファン基部８ｂと、ファン基部８ｂの外周付近から回転軸方向に延伸する複数の羽根８ａとからなり、回転による遠心力によって、ファンカバー１０Ａ側から吸気した気流をハウジング７の外周側に送りこむようになっている。なお、ファン８の構成はこれに限るものではなく、概略軸心側付近から吸気し、概略外周方向に掃気するものであればよい。

ファンカバー１０Ａは、ハウジング７の外径よりも大となる開口を回転軸方向に有する概略筒形状からなる。具体的には、回転軸２の反出力軸端部方向で対向する円形の底面部と、底面部の外周に沿って、回転軸２の出力軸方向に向かって延伸する側面部とを有する。ファンカバー１０は、外扇ファン８を覆うように配置され、側面部の開口側端部付近等を、ハウジング７の外周端部付近とボルト等で固定するようになっている。なお、ハウジング７の外周には放熱用のフィン（不図示）が回転軸方向に複数設けられており、ファンカバー１０Ａの開口径は、これらフィンの径方向頂点と概略一致する径である。そして、ファンカバー１０Ａの内周面には、該内周面に沿って、軸心方向に所定幅延伸する延伸部１１Ａが設けられる。なお、本実施形態において、ファンカバー１０の底面部中心は、回転軸２の延長線上にあるものとして説明する。

図２に、ファンカバー１０Ａの正面及び側面の構成を示す。同図において、右側が出力軸方向から反出力軸方向に観察した正面を示し、左側が径方向からの側面を示す。ファンカバー１０Ａは、周方向側面に複数の開口部が形成され、吸気口１２として機能する。そして、ファンカバー１０Ａの内周面において、吸気口１２のブラケット６側の縁付近から、軸心方向に延伸部１１が延伸するようになっている。

延伸部１１は、羽根８ａの回転軸方向先端から径方向への延長線Ｙとファンカバー１０Ａ内周の交点部分を付け根とし、羽根８ａの外周方向先端から回転軸方向への延長線Ｘと、延長線Ｙとの交点付近まで、概略鉛直に延伸する。なお、延伸部１１は、延長線Ｙよりも吸気口１２寄りを付け根とした位置から鉛直に延伸するように構成してもよい。

次いで、第１実施形態による冷却風の流れ及び延伸部１１Ａの作用を説明する。
回転軸２の回転に伴って外扇ファン８が回転すると、羽根８ａが遠心力によって外周側への気流を発生させる。当該気流によって負圧となる外扇ファン８の軸心側には、ファンカバー１０Ａの外周面に形成された吸気口１２から外気が流入し、以降、吸気口１２からハウジング外周に至る冷却風の流れとなる。

吸気口１２からは、吸込みによって雨滴等の液体や粉塵が内部に侵入する虞があるが、例えば、ファンカバー１０Ａの上方側に形成された吸気口１２であれば、延伸部１１Ａの吸気口１２側の面が壁となり、当該壁面を下方に向かって伝い、やがて延伸部１１Ａの軸心側先端から下方に落下する。落下した液体や粉塵等は、ファンカバー１０Ａの下方側吸気口１２から外部に排出される。

このように、第１実施形態によれば、吸気口１２から吸い込んだ液体や塵芥が羽根８ａ側に侵入するのを防止することができる。
また、モータ１は延伸部１１Ａをファンカバー１０Ａの内周面に沿って環状に備えるため、上方の吸気口１２はもとより、側方及び下方に位置する吸気口１２から吸い込まれた液体や粉塵が羽根８ａ側に侵入するのも防止することができる。
また、モータ１は、吸気口１２をファンカバー１０Ａの外周面に備える為、ファンカバー１０Ａの回転軸方向の面近傍に、吸気用のクリアランスを考慮する必要がなく、装置に組み込む際のレイアウトに柔軟性を与えることができる。

また、複数の吸気口１２を外周側に設けることから、ファンカバー１０Ａの反出力側端面に吸気口がなくても、外扇ファン８の掃気性能に適う十分な容量の外気を取り込むことができる。
更に、延伸部１１Ａの出力軸側の面は、外扇ファン８の風切音等の伝播に対する防音壁としても機能するため、騒音の低減効果も期待できる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、延伸部１１Ａが、羽根８ａの回転軸方向先端の径方向延長線Ｙと、羽根８ａの外周側先端の回転軸方向延長線Ｘとに概略沿って軸心方向に鉛直に延伸するようになっている。第２実施形態では、ファンカバー１０Ｂの吸気口１２から軸心方向に向かう気流に対して、延伸部１１Ｂが、傾斜して配置されることを特徴の１つとする。

図３に、第２実施形態によるモータ１の反出力側の要部側断面図を示す。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
吸気口１２は、出力軸側開口縁が延長線Ｙよりもハウジング７側に形成される。本実施形態では、ファンカバー１０Ｂ外周面の羽根８ａの回転軸方向幅と径方向で一致する範囲に吸気口１２の出力軸側開口縁が位置する構成を例とする。

延伸部１１Ｂは、当該開口縁を付け根として羽根８ａの回転軸方向反ハウジング側の先端側とは非接触となるように、傾斜した状態で延伸するようになっている。更に、延伸部１１Ｂは、羽根８ａの回転軸方向先端の径方向延長線を超え（延長線Ｙを超え）ると共に外径の回転軸方向延長線を超え（延長線Ｘを超え）た位置まで延伸するように構成される。即ちファンカバー１０Ｂ側から回転軸方向に観察した場合、延伸部１１Ｂの延伸方向先端部分が、羽根８ａの外周方向先端を部分的に覆う配置となる。

次いで、第２実施形態による冷却風の流れ及び延伸部１１Ｂの作用を説明する。吸気口１２からハウジング７外周に至る気流は、第１実施形態と同様であるが、第２実施形態では、吸気口１１Ｂから軸心方向に向かう気流は、延伸部１１Ｂの吸気口１２の傾斜面に衝突し、やがて当該傾斜面によって延伸部１１Ｂの延伸方向先端に案内されて、羽根８ａ側に流れる。

例えば、ファンカバー１０Ｂの上方側に配置された吸気口１２であれば、外気と共に吸込んだ液体や塵芥は、延伸部１１Ｂの斜面によって延伸方向先端に導かれ、やがて先端から下方に落下する。その後、落下した液体や塵芥は、下方側に配置された吸気口１２を介して外部に排出される。

このように第２実施形態によれば、吸気口１２から吸い込んだ液体や塵芥が羽根８ａ側に侵入するのを更に防止することができる。特に、延伸部１１Ｂの先端が、羽根８ａの先端を覆うように配置されることから、このような効果が更に期待できる。

また、モータ１を、反出力軸側を上方にして設置する場合には、吸気口１２がファンカバー１０Ｂの外周に設けられているのに加え、吸気口１２を介して吸い込こむ液体や塵芥に対して、延伸部１１Ｂが重力と反対方向に案内する防壁となる。更には、モータ１を、反出力軸を下方にして設置する場合には、吸気口１２から吸い込む液体や塵芥に対し、延伸部１１ｂが重力方向に案内する防壁となる。このように、第２実施形態には、モータ１の取り付け姿勢に対する制限も緩和する効果を期待することができる。

〔第３実施形態〕
第３実施形態のモータ１は、第２実施形態による延伸部１１Ｂの軸心方向に延伸する先端が、更に軸心方向に延伸する構成を有する延伸部１１Ｃを備えることを特徴の１つとする。

図４に、第３実施形態によるモータ１の反出力軸側の要部側断面図を示す。なお、他の実施形態と同様の構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

延伸部１１Ｃは、第２実施形態の延伸部１１Ｂの軸心方向先端が、羽根８ａの軸心側端部の径方向位置から回転軸方向に延伸した延長線Ｘ´まで、鉛直に延長された形状を有する。換言すると、延伸部１１Ｃが、羽根８ａの反出力軸側端部と対向する部分において、軸心方向に鉛直に延伸するようになっている。即ちファンカバー１０Ｃ側から出力軸方向に観察した場合、羽根８ａの全部が延伸部１１Ｃに覆われるような配置となる。

第３実施形態によれば、吸気口１２から吸い込まれた液体や塵芥の羽根８ａ側への侵入防止、外扇ファン８の防音及びモータ１の取り付け姿勢の制約の低減等に対してより効果を期待することができる。

〔第４実施形態〕
第４実施形態は、延伸部の構成は第３実施形態の延伸部１１Ｃと同様であり、ファンカバー１０Ｄの外周側であって、吸気口１２付近に庇部１５を更に設置する構成を特徴の１つとする。

図５に、第４実施形態によるモータ１の反出力側の要部側断面図を示す。なお、他の実施形態と同様の構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
ファンカバー１０Ｄは、吸気口１２の反出力軸側の縁部を付け根として、ファンカバー１０Ｄの外周に沿って径方向に所定幅延伸する庇部１５を備える。庇部１５は、外周側に向かうにつれて出力軸側に傾斜して設置される。また、庇部１５は、その延長線が延伸部１１ｃの傾斜面と概略平行となる角度であるものとする。

第４実施形態によれば、出力軸方向に傾斜する庇部１５により、吸気口１２に液体や塵芥を吸い込むこと自体を防止することができる。特に、吸気口１２の反出力軸側からの吸込み防止効果は顕著となる。

また、庇部１５の傾斜が延伸部１１Ｃの傾斜面と平行となる角度となることで、吸気口１２付近からファンカバー１０Ｄ内に吸い込む外気に対する整流効果も期待できる。

また、庇部１５が吸気口１２の開口方向に対して部分的に防音壁として作用することから、外扇ファン８の防音効果を更に期待することができる。

また、反出力軸側を上方としてモータ１を装置に組み付ける際、庇部１５が上方からの液体や塵芥の侵入防止に更に効果的に機能する。

以上、本発明を実施するための形態を説明したが、本発明は上記種々の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱することがない範囲で、種々の変更や、特定の実施形態の一部を他の実施形態に部的に付加することができるのは言うまでもない。

例えば、ファンカバーの吸気口１２の形状は、必ずしも矩形（図４参照）で有る必要はなく、円や楕円であってもよいし、矩形とこれらの組み合わせであってもよい。更には、個々の吸気口１２に格子を施してもよいし、外周に渡って連続的に格子やメッシュを形成することで吸気口１２を構成してもよい。

また、吸気口１２をファンカバー外周の側方及び／又は下方にのみ設けてもよい。側方のみに設ける場合は、吸気口１２から侵入し、下方に落下した液体や塵芥を排出するための穴を下方に設けてもよい。

また、上記実施形態では、ファンカバー１０Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ、延伸部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び庇部１５を、樹脂成形による一体構成物を例としたが、金属性で、夫々の要素を接着剤やリベット等で組み立てる構成であってもよく、樹脂や金属部品の混成であってもよい。

また、上記実施形態では、ファンカバー１０Ａ等を、回転軸２と共回りする外扇ファン８を有するモータ１に適用する例であるが、ブラケット６側に他励ファンを設置し、該他励ファンをカバーする態様であってもよい。

また、本実施形態では、回転電機としてラジアルギャップ型モータを例に説明したが、アキシャルギャップ型モータでもよく又モータに限らず発電機であってもよい。

１…モータ、２…回転軸、３…固定子、４…回転子、５…軸受、６…ブラケット、７…ハウジング、８…外扇ファン、８ａ…羽根、８ｂ…ファン基部、１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ・１０Ｄ…ファンカバー、１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ…延伸部、１２…吸気口、１５…庇部

Claims (9)

1. 回転軸、回転子及び固定子をハウジング内に有し、該ハウジング外部の前記回転軸の反出力軸側方向に配置して冷却風を生成するファンと、該ファンを覆うと共に前記ファンが生成した冷却風を、前記ハウジング外周の一方端部側から他方端部側に案内するファンカバーとを備える回転電機であって、
   前記ファンカバーが、
   前記ハウジング外径よりも大となる所定長さの径を有する開口部を出力軸側方向に有する概略筒形状からなり、
   前記ファンカバーの周面に、前記ファンに流れる空気を取り込む開口部を有し、
   前記開口部の前記ハウジング側縁付近から、前記ファンカバーの内周面に沿って前記ファンよりも回転軸方向外側の軸心方向に向かって前記ファンと非接触で延伸する延伸部を有するものである回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記延伸部が、
   前記ファンの外径と径方向位置が概略同一となる位置まで先端が延伸するものである回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ファンの外径よりも径方向位置が軸心寄りまで先端が延伸するものである回転電機。
4. 請求項１~３の何れか一項に記載の回転電機であって、
   前記開口部の前記ハウジング側開口縁の前記ハウジング周面上の回転軸方向位置が、
   前記ファンカバー周面の前記ファンの回転軸方向幅と径方向延長線上で重複する範囲に含まれるものである回転電機。
5. 請求項１、３及び４の何れか一項に記載の回転電機であって、
   前記延伸部が、
   前記ファンの反出力軸側方向先端と回転軸方向に対向する位置から軸心方向に鉛直に延伸するものである回転電機。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機であって、
   前記ファンカバーが、
   前記開口部の反出力軸方向の開口縁付近から、前記ファンカバーの外周に沿って、径方向外側に所定長さ延伸する庇部を有するものである回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記庇部が、
   出力軸方向に傾斜して延伸するものである回転電機。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の回転電機であって、
   前記回転軸の反出力軸端部が前記ハウジング外部に貫通してなるものであり、
   前記ファンが、
   該反出力軸端部と接続されて共回りする外扇ファンである回転電機。
9. 底面部と、該底面部の外周に沿って、該底面部から概略鉛直方向に延伸する側面部と、該側面部の延伸方向であって前記底面部と対向する側が開口された概略筒形状を有するファンカバーであって、
   前記側面部が、
   当該側面部の外周面側から内周面側に流れる空気を取り込む為の少なくとも１つの吸気口と、
   前記側面部の内周面における前記吸気口の前記開口寄りの縁付近を付け根として、前記内周面に沿って、前記底面の中心から鉛直方向の延長線方向に向かって所定幅延伸する延伸部とを備え、
   前記延伸部の前記開口側の面が、回転電機ハウジングの反出力軸方向側に設置されたファンと対向するものであり、
   前記側面部の前記開口側の端部付近が、前記回転電機ハウジングの外径よりも大であり、
   前記延伸部の開口側の面及び該開口側の面よりも該開口側寄りの内周面が、前記吸気口を介して吸気し、前記ファンによって生成された冷却風を、前記ハウジングの外周に案内するものであるファンカバー。

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