JP2019115227A - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】外扇ダクトの表面振動を抑制して発生する騒音を低減し、外扇ダクト内の外気を熱交換器に流入させる通風抵抗を低減する。【解決手段】回転軸10に固定された回転子1と、固定子2を支持する固定子フレーム8と、固定子2及び回転子1を格納するケーシング11と、回転軸10に固定された外扇13と、ケーシング11の上方に設置され、外扇13により外部から取り込まれた外気14aと固定子2及び回転子1を冷却した内気が熱交換されて除熱する熱交換器102と、ケーシング11の軸方向端部に設置されていると共に、内部に外扇13が設置され、外気14aを熱交換器102に送り込む通風路が形成されている外扇ダクト103とを備えた回転電機100Aであって、少なくとも外扇ダクト103の通風路を形成する板状部材の熱交換器102へ外気14aを導入する部分が、曲面状に形成されている。【選択図】図1

Description

本発明は回転電機に係り、例えば、ブロア用モータ、ポンプ用モータ、圧縮機用モータ等のように、ケーシングの軸方向端部に設置され、機内に外気を取り込む外扇が配置されている外扇ダクトを備えているものに好適な回転電機に関する。
一般に、回転電機では、回転電機を構成する固定子と回転子が格納されている密閉式のケーシングの軸方向端部に外扇ダクトが設置され、この外扇ダクト内に配置されている外扇によって外気を熱交換器に取り込み、ケーシング内を循環する空気と外気とを熱交換することで回転電機を冷却している。
このような外気を取り込む外扇が設置されている外扇ダクトを備えている回転電機としては、特許文献1に記載されたものがある。
この特許文献1の回転電機には、回転子と固定子を格納するケーシングの端部に隣接配置されて外気取り入れ口から取り入れた外気を熱交換器の伝熱管入口開口に導き、内部に外扇が配置された外扇ダクトを備え、この外扇ダクトは、外気取り入れ口が形成されて外扇が収容される外扇ダクト下部部材と、外扇ダクト下部部材の真上に接離可能に接続されて、ケーシングの第1の端部に接離可能に結合される外扇ダクト上部部材とを有することが記載されている。
特開2015−154583号公報
しかしながら、上述した特許文献1に記載された従来技術では、外扇の風量が増えるとケーシング表面にうずが発生したり風が当たるため外扇ダクトの表面振動が増大し、それに伴い騒音が発生する場合があった。また、この外扇は、回転電機の軸と同期して回転しているため、上記のように外扇の風量が増えることは、回転電機の回転数が大きくなること若しくは外扇径が大きくなることであり、この場合は、回転電機から外扇ダクトに伝わる振動も大きくなる。
更に、特許文献1に記載された従来技術では、外扇ダクトを構成する外扇ダクト下部部材と外扇ダクト上部部材、及び外扇ダクト内に配置されているガイド板が平板で形成されているため外気が流れづらく、特に、外気の流れ方向が変わる外扇ダクト下部部材と外扇ダクト上部部材の接続部分あるいはガイド板の屈曲部分では外気が停留してしまい、外扇ダクト内の外気を熱交換器に流入させる際の通風抵抗が大きい構造となっていた。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、外扇ダクトの表面振動を抑制して発生する騒音を低減することは勿論、外扇ダクト内の外気を熱交換器に流入させる際の通風抵抗を低減することができる回転電機を提供することにある。
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、固定子と、該固定子の内径側にエアギャップを介して配置され、回転軸に固定された回転子と、前記固定子を支持する固定子フレームと、前記固定子及び回転子を格納するケーシングと、前記回転軸に固定された外扇と、前記ケーシングの上方に設置され、前記外扇により外部から取り込まれた外気と前記固定子及び回転子を冷却した内気が熱交換されて除熱する熱交換器と、前記ケーシングの軸方向端部に設置されていると共に、内部に前記外扇が設置され、前記外気を前記熱交換器に送り込む通風路が形成されている外扇ダクトとを備えた回転電機であって、少なくとも前記外扇ダクトの前記通風路を形成する板状部材の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が、曲面状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、外扇ダクトの表面振動を抑制して発生する騒音を低減することは勿論、外扇ダクト内の外気を熱交換器に流入させる際の通風抵抗を低減することができる。
本発明の回転電機の実施例1を示す断面図である。 本発明の回転電機の実施例1に採用される外扇ダクトを示す斜視図である。 本発明の回転電機の実施例1に採用される外扇ダクトを示す正面図である。 図3(a)の側面図である。 本発明の回転電機の実施例2を示す断面図である。 本発明の回転電機の実施例2に採用される外扇ダクトを示す斜視図である。 本発明の回転電機の実施例2に採用される外扇ダクトを示す正面図である。 図6(a)の側面図である。
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
図1に、本発明の回転電機の実施例1を示す。
該図に示すように、本実施例の回転電機100Aは、回転電機本体101と、この回転電機本体101内に流通する内気4を冷却する熱交換器102と、熱交換器102に外気を取り込むための外扇ダクト103とから概略構成されている。
上述した回転電機本体101は、固定子2と、この固定子2の内径側にエアギャップ3を介して対向配置された回転子1と、固定子2を支持する固定子フレーム8と、固定子2と回転子1を格納するケーシング11と、ケーシング11の上方に設置され、後述する外扇13により外部から取り込まれた外気14aと固定子2及び回転子1を冷却した内気4を熱交換して除熱する熱交換器102と、回転子1の回転軸10の両端に設置され、熱交換器102で除熱された内気4を機内(回転電機本体101内)に還流する内扇ファン7とを備えている。
また、固定子2は、固定子鉄心6と、この固定子鉄心6の内径側に形成された複数のスロット(図示せず)内に収納された固定子コイル9とから成り、この固定子コイル9は、固定子鉄心6の端部から軸方向に突出した固定子コイルエンド部9Aが形成されていると共に、この固定子コイルエンド部9Aを覆うようにファンガイド板5を有して構成されている。
そして、内扇ファン7で除熱された内気は、回転子1の内部へ向かう内気4a、エアギャップ3へ向かう内気4b、固定子コイルエンド部9Aへ向かう内気4cに分流する。
回転子1の内部へ向かう内気4aは、回転子1を冷却した後、エアギャップ3へ向かう内気4bと合流して固定子2を冷却し、固定子フレーム8内に流入する。固定子コイルエンド部9Aへ向かう内気4cは、固定子コイルエンド部9Aを冷却した後、固定子1を支持する固定子フレーム8の開口部(図示せず)を通って固定子フレーム8内に流入して他の内気4a及び4bと合流する。
固定子フレーム8の外周から流出した内気4は、熱交換器102に流入し除熱され、ケーシング11とファンガイド板5とで形成される機内通風路32を通り内扇ファン7へと戻る。
また、熱交換器102は、複数の管が平行に配置された管群12を備えており、その内部には、外扇13により二次冷媒である外気14aが流通されている。内気4は、熱交換器102の内部で管群12の間を通過する際に、管内の外気14aと管壁を介して熱交換される。
図2は、本実施例における2つの通風路を持つ外扇ダクト103を示すものである。
該図に示すように、本実施例の外扇ダクト103は、外気取り込み口15aと、外扇ダクト103の外形を構成する第1の外扇ダクト外板16a及び第2の外扇ダクト外板16bと、側板17と、上板18及び下板19と、外扇取り付け部蓋20により構成されている。第1の外扇ダクト外板16aには、円形の外扇取り付け穴21が開いており、外扇13を取り付けた後に、外扇取り付け部蓋20で外扇取り付け穴21を塞ぎ、ボルト(図示せず)で固定する構造になっている。
図3(a)に、上述した実施例1における外扇ダクト103の正面図を、図3(b)に、図3(a)の側面図を示す。
該図に示すように、2つの通風路を持つ外扇ダクト103は、熱交換器102から遠い側に位置する第1の通風路33と、第1の通風路33と連通し、熱交換器102に近い側に位置する第2の通風路34から構成されていると共に、第1の通風路33と第2の通風路34は、開口部のある中板22で仕切られており、本実施例では、第2の通風路34の熱交換器102へ外気14aを導入する部分が曲面状になっている。
また、第2の通風路34内の熱交換器102に近い位置には、導入された外気14aを案内する外気導入ガイド板23が設置され、この外気導入ガイド板23の一部が、第2の通風路34と同様に曲面状に形成されている。
上述した第1の通風路33は、第1の外扇ダクト外板16a及び中板22と、第1の外扇ダクト外板16aと中板22の間の側面に配置された側板17と、これらの上部に配置された上板18及び下部に配置された下板19とから成り、また、第2の通風路34は、第2の外扇ダクト外板16b及び中板22と、第2の外扇ダクト外板16b及び中板22の間の側面に配置された側板17と、これらの上部に配置された上板18及び下部に配置された下板19とから成り、中板22及び第2の外扇ダクト外板16bの熱交換器102へ外気14aを導入する部分が、曲面状に形成されており、第1の外扇ダクト外板16aには、外気14aを取り込む外気取り込み口15aが形成されている。
即ち、第1の通風路33は、第1の外扇ダクト外板16a、中板22、上板18、下板19及び側板17によって構成され、第1の外扇ダクト外板16aの上方には、外気取り込み口15aを有し外気14aを導入する。第2の通風路34は、第1の通風路33に対して中板22を介して熱交換器102側に設けられ、第2の外扇ダクト外板16b、中板22、上板18、下板19及び側板17によって構成される。
第2の通風路34は、中板22の一部に設けられた開口部を介して第1の通風路33に連通し、第2の通風路34から熱交換器102に外気14aを導く。
そして、中板22と第2の外扇ダクト外板16b及び外気導入ガイド板23の熱交換器102へ外気14aを導入する部分が、曲面状に形成されている。
また、第1の通風路33には、第1の外扇ダクト外板16a及び中板22、上板18及び側板17によって形成される空間に板状梁27が設置されていると共に、この板状梁27には通風穴28が形成され、この通風穴28を介して外気14aが第1の通風路33内を流れる。
また、回転軸10は、ケーシング11の外扇ダクト103側の端部壁及び外扇ダクト103の第2の外扇ダクト外板16bを貫通して伸びており、回転軸10の先端に外扇13が接続され、この外扇13が第2の通風路34内に配置されている。
このように、外扇ダクト103内、即ち、第2の通風路34内に外扇13が収納される構造となり、第1の通風路33及び第2の通風路34を設けることで、外扇13のファン音が直接外部に漏れづらくなるので、外扇13による騒音低減が可能である。
更に、本実施例では、中板22及び第2の外扇ダクト外板16bのうち、熱交換器102に外気を導入する導入部分の断面が曲面状になっていると共に、中板22及び第2の外扇ダクト外板16bの外気導入部分の断面が曲面状になるのに伴い、外気導入ガイド板23の断面も曲面状になっているので、外気14aの導入部分の断面が直線で構成された従来の中板と比較して剛性が向上し、外扇13の通風による中板22の振動が軽減される。
また、第1の外扇ダクト外板16aと中板22とを板状梁27でつなぐことで、剛性を高くしている。この板状梁27には通風穴28が開いており、外気14aが板状梁27により仕切られることなく、空間的に均一に流れる構造になっている。
このような本実施例の構造によって、熱交換器102への外気14aの導入部分の断面が直線で構成された従来の中板に比べ剛性が高く、外扇13の通風による中板22の振動が軽減される。また、外気14aの熱交換器102の管群12への導入部分における通風抵抗が小さくなり、外気14aをよりスムーズに管群12へと誘導することができる。
更に、本実施例では、第1の外扇ダクト外板16a、第2の外扇ダクト16bと中板22との間に位置する側板17には、梁24が設けられている。この梁24は、板状梁27の下端付近の高さから下に向かって等間隔に複数個設けられており、板状梁27の配置されていない外扇ダクト103下部の剛性を高める役割を持っている。
これにより、外扇ダクト103全体の剛性を高め、外扇ダクト103の表面の振動を軽減することができる。
また、従来構造では、第1の外扇ダクト外板16aの表面のうち外扇ダクト103の上部にある点25及び第2の外扇ダクト外板16bの表面においては剛性が小さく、外扇ダクト103の通風による振動が大きくなる。
この対策として、本実施例では、部分的に剛性の小さい第1の外扇ダクト外板16a表面上の点25を、剛性を高くした中板22と第1の外扇ダクト外板16aを中空構造のパイプ状梁26でつなぎ、更に、中板22と第2の外扇ダクト外板16bともパイプ状梁26でつなぐことで、第1の外扇ダクト外板16aの表面上の点25及び第2の外扇ダクト外板16bの表面の剛性を上げ、振動を抑制する構造になっている。なお、中空構造のパイプ状梁26に代えて円柱状の梁でもよい。
従って、本実施例によれば、外扇ダクト103の表面振動を抑制して発生する騒音を低減することは勿論、外扇ダクト103内の外気を熱交換器102に流入させる際の通風抵抗を低減することができる。
図4に、本発明の回転電機の実施例2を示す。
該図に示す本実施例の回転電機100Bは、回転電機本体101と熱交換器102の機構は実施例1に示したものと同様であるが、実施例1の通風路が2つの外扇ダクト103に代えて、外扇13による風量および回転電機の回転数が小さい回転電機に対応した通風路が1つの外扇ダクト104が取り付けられており、外気14bの流れのような流路にて熱交換器102に外気を取り込むものである。
図5は、本実施例における1つの通風路を持つ外扇ダクト104を示すものである。
該図に示すように、本実施例の1つの通風路を持つ外扇ダクト104は、外扇ダクト104の外形を構成する熱交換器102に遠い側に位置する第1の外扇ダクト外板16aと、熱交換器102に近い側に位置する第2の外扇ダクト外板16bと、第1の外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16bの間に配置された側板17と、これらの下部に配置された下板19と、第1の外扇ダクト外板16aに形成され、外扇13の取付け穴を兼用し外気14bを取り込む外気取り込み口29と、外気取り込み口29を覆い、ドーナツ形状の中央部が網状になっている外気取り込み口ネット30とにより構成されている(なお、第1の外扇ダクト外板16aの上部は、実施例1の上板18を兼ねている)。
そして、本実施例では、第1外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16b及び外気導入ガイド板23の熱交換器102へ外気14bを導入する部分が曲面状に形成されている。
また、第1の外扇ダクト外板16aには外気取り込み口29が形成されているが、この第1の外扇ダクト外板16aは外扇13の取り付け穴の役割も兼ねている。更に、外扇13を取り付け後に、外気取り込み口ネット30をボルト(図示せず)で固定する構造になっている。
図6(a)に、上述した実施例2における外扇ダクト104の正面図を、図6(b)に、図6(a)の側面図を示す。
該図に示すように、1つの通風路を持つ外扇ダクト104は、第1の外扇ダクト外板16a及び外気導入ガイド板23が、熱交換器102に外気を導入する役割をしており、上述した如く、共に断面は曲面状となっている。
このような本実施例における外扇ダクト104において、第1の外扇ダクト外板16a及び外気導入ガイド板23の断面を曲面状とすることで、外扇ダクト104の剛性を高くすると同時に、外気14bの熱交換器102の管群12への導入部分における通風抵抗を小さくし、外気14bをスムーズに管群12へと誘導することができる。
また、第1の外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16b及び側板17によって形成される空間(通風路)に板状梁27が設置され、この第1の外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16bを板状梁27でつなぐことで、剛性を高くしている。また、板状梁27には通風穴28が形成されており、この通風穴28を介して外気14bが通風路内を流れる。
更に、第1の外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16bとの間に位置する側板17には、梁24が設けられており、この梁24は、板状梁27の下端付近の高さから下に向かって側板17に沿うように等間隔に複数個設けられており、板状梁27が配置されていない外扇ダクト104の下部の剛性を高める役割を持っている。
これにより、外扇ダクト104全体の剛性を高め、外扇ダクト104の表面の振動を軽減することができる。
また、従来構造では、第1の外扇ダクト外板16aの表面のうち外扇ダクト104の上部にある点25においては剛性が小さく、外扇ダクト104の通風による振動が大きくなる。
この対策として、本実施例では、部分的に剛性の小さい第1の外扇ダクト外板16aの表面上の点25を、剛性を大きくした第1の外扇ダクト外板16aと第2の外扇ダクト外板16bを中空構造のパイプ状梁26でつなぐことで、第1の外扇ダクト外板16aの表面上の点25及び第2の外扇ダクト外板16bの表面の剛性を上げ、振動を抑制する構造になっている。なお、中空構造のパイプ状梁26に代えて円柱状の梁でもよい。
従って、本実施例によれば、実施例1と同様な効果を得ることができる。
このような実施例1及び2の構造により、外扇ダクト103及び104は、外扇ダクト103、104の振動と、それに伴う騒音の軽減及び外扇ダクト103、104内の通風抵抗の軽減という利点がある。
また、外扇13による風量及び回転電機の回転数の大小により、それに対応して実施例1又は実施例2を選択すれば、適用製品に応じた回転電機を使用することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1…回転子、2…固定子、3…エアギャップ、4、4a、4b、4c…内気、5…ファンガイド板、6…固定子鉄心、7…内扇ファン、8…固定子フレーム、9…固定子コイル、9A…固定子コイルエンド部、10…回転軸、11…ケーシング、12…管群、13…外扇、14、14a、14b…外気、15a…外気取り込み口、16a…第1の外扇ダクト外板、16b…第2の外扇ダクト外板、17…側板、18…上板、19…下板、20…外扇取り付け部蓋、21…外扇取り付け穴、22…中板、23…外気導入ガイド板、24…梁、26…パイプ状梁、27…板状梁、28…通風穴、29…外気取り込み口、30…外気取り込み口ネット、31…外板、32…機内通風路、33…第1の通風路、34…第2の通風路、100A、100B…回転電機、101…回転電機本体、102…熱交換器、103、104…外扇ダクト。

Claims (15)

  1. 固定子と、該固定子の内径側にエアギャップを介して配置され、回転軸に固定された回転子と、前記固定子を支持する固定子フレームと、前記固定子及び回転子を格納するケーシングと、前記回転軸に固定された外扇と、前記ケーシングの上方に設置され、前記外扇により外部から取り込まれた外気と前記固定子及び回転子を冷却した内気が熱交換されて除熱する熱交換器と、前記ケーシングの軸方向端部に設置されていると共に、内部に前記外扇が設置され、前記外気を前記熱交換器に送り込む通風路が形成されている外扇ダクトとを備えた回転電機であって、
    少なくとも前記外扇ダクトの前記通風路を形成する板状部材の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が、曲面状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  2. 請求項1に記載の回転電機において、
    前記通風路内の前記熱交換器に近い位置に、導入された前記外気を案内する外気導入ガイド板が設置され、前記外気導入ガイド板の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が曲面状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  3. 請求項2に記載の回転電機において、
    前記外扇ダクトの前記通風路は、前記熱交換器から遠い側に位置する第1の通風路と、前記第1の通風路と連通し、前記熱交換器に近い側に位置する第2の通風路とから成ると共に、前記第1の通風路と前記第2の通風路は、開口部のある中板で仕切られており、
    前記前記第2の通風路の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が、曲面状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  4. 請求項3に記載の回転電機において、
    前記第2の通風路内に、前記外気導入ガイド板が設置されていることを特徴とする回転電機。
  5. 請求項4に記載の回転電機において、
    前記第1の通風路は、第1の外扇ダクト外板及び前記中板と、前記第1の外扇ダクト外板と前記中板の間の側面に配置された側板と、これらの上部に配置された上板及び下部に配置された下板とから成り、
    前記第2の通風路は、第2の外扇ダクト外板及び前記中板と、前記第2の外扇ダクト外板及び前記中板の間の側面に配置された側板と、これらの上部に配置された上板及び下部に配置された下板とから成り、
    前記中板及び前記第2の外扇ダクト外板の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が、曲面状に形成され、
    前記第1の外扇ダクト外板には、前記外気を取り込む外気取り込み口が形成されていることを特徴とする回転電機。
  6. 請求項5に記載の回転電機において、
    前記外気取り込み口は、前記第1の外扇ダクト外板の上方に形成され、かつ、前記第2の通風路は、前記中板の開口部を介して前記第1の通風路と連通されていると共に、前記第2の通風路から前記熱交換器に前記外気が導かれることを特徴とする回転電機。
  7. 請求項6に記載の回転電機において、
    前記第1の通風路には、前記第1の外扇ダクト外板、前記中板、前記上板及び側板によって形成される空間に板状梁が設置されていると共に、前記板状梁には通風穴が形成されており、前記通風穴を介して前記外気が前記第1の通風路内を流れることを特徴とする回転電機。
  8. 請求項7に記載の回転電機において、
    前記第1及び第2の外扇ダクト外板と前記中板との間に位置する前記側板には、梁が設置されていると共に、前記梁は、前記板状梁の下端付近の高さから下に向かって等間隔に複数個設置されていることを特徴とする回転電機。
  9. 請求項8に記載の回転電機において、
    前記第1の外扇ダクト外板と前記中板及び第2の外扇ダクト外板と前記中板は、パイプ状梁又は円柱状梁でつながれていることを特徴とする回転電機。
  10. 請求項9に記載の回転電機において、
    前記回転軸は、前記ケーシングの前記外扇ダクト側の端部壁及び前記外扇ダクトの前記第2の外扇ダクト外板を貫通して伸びており、前記回転軸の先端に前記外扇が接続され、その外扇が前記第2の通風路内に配置されていることを特徴とする回転電機。
  11. 請求項2に記載の回転電機において、
    前記通風路は、前記熱交換器に遠い側に位置する第1の外扇ダクト外板と、前記熱交換器に近い側に位置する第2の外扇ダクト外板と、前記第1の外扇ダクト外板と前記第2の外扇ダクト外板の間に配置された側板と、これらの下部に配置された下板とから成り、
    前記第1及び第2の外扇ダクト外板の前記熱交換器へ前記外気を導入する部分が、曲面状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  12. 請求項11に記載の回転電機において、
    前記第1の外扇ダクト外板には、前記外気を取り込む外気取り込み口が形成されていると共に、この外気取り込み口は外気取り込み口ネットで覆われていることを特徴とする回転電機。
  13. 請求項12に記載の回転電機において、
    前記通風路には、前記第1及び第2の外扇ダクト外板及び前記側板によって形成される空間に板状梁が設置されていると共に、前記板状梁には通風穴が形成されており、前記通風穴を介して前記外気が前記通風路内を流れることを特徴とする回転電機。
  14. 請求項13に記載の回転電機において、
    前記第1の外扇ダクト外板と前記第2の外扇ダクト外板との間に位置する前記側板には、梁が設置されていると共に、前記梁は、前記板状梁の下端付近の高さから下に向かって等間隔に複数個設置されていることを特徴とする回転電機。
  15. 請求項14に記載の回転電機において、
    前記第1の外扇ダクト外板と第2の外扇ダクト外板は、パイプ状梁又は円柱状梁でつながれていることを特徴とする回転電機。
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