JP4375075B2

JP4375075B2 - モータの冷却装置

Info

Publication number: JP4375075B2
Application number: JP2004086818A
Authority: JP
Inventors: 歓治郎木下
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: US7615897B2; US20080018183A1; EP1737104A1; CN1926748A; JP2005278288A; KR20070029664A; KR100849014B1; WO2005091471A1; CN100508332C; EP1737104A4

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６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、ラジアルプレートタイプの羽根車２をファンカバー４で単に包設しただけの構造となっており、羽根車２から吹き出された空気流をモータ１の表面に向けるだけの作用しか期待できない。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。また、羽根車から吹き出される空気流のもつ動圧を有効に静圧に変換するような考慮が払われていないし、モータの冷却フィンの表面に集束した空気流を送るという工夫もされていない。従って、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に枢支されたプロペラファンタイプの羽根車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の内面における前記羽根車２の外周と略対向する部位に、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置Ｐが前記羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大して外側形状部材１０を構成する傾斜面を有する環状のファンガイド１２を設けるとともに、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、前記外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁を設けている。

上記のように構成したことにより、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。従って、運転音を増大させることなく、高速運転を行うことが可能となり、冷却性能の向上を図ることができる。しかも、ファンカバー４の内面におけるプロペラファンタイプの羽根車２の外周と略対向する部位に、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置Ｐが前記羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大して外側形状部材１０を構成する傾斜面を有する環状のファンガイド１２を設けるようにしているので、プロペラファンタイプの羽根車２における吸込領域と吹出領域を区画するファンガイド１２と外側形状部材１０とを兼用することとなる。

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１の手段によれば、モータ１の回転軸１ａに枢支されたプロペラファンタイプの羽根車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の内面における前記羽根車２の外周と略対向する部位に、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置Ｐが前記羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大して外側形状部材１０を構成する傾斜面を有する環状のファンガイド１２を設けるとともに、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、前記外側形状部材１０とで構成される縮流空間Ｓ₁を設けて、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、整流化されるようにしたので、運転音特性がより向上し、運転音を増大させることなく、高速運転を行うことが可能となり、冷却性能の向上を図ることができるという効果がある。しかも、ファンカバー４の内面におけるプロペラファンタイプの羽根車２の外周と略対向する部位に、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置Ｐが前記羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大して外側形状部材１０を構成する傾斜面を有する環状のファンガイド１２を設けるようにしているので、プロペラファンタイプの羽根車２における吸込領域と吹出領域を区画するファンガイド１２と外側形状部材１０とを兼用することとなるという効果もある。

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。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの参考例および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、以下に説明する参考例および実施の形態に限定されるものではない。

第１の参考例
図１には、本願発明の第１の参考例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。本参考例においては、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。

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４ｂと、該円錐部４ｂの下流端側から空気吹出口６に向かう略円筒部４ｃとからなっている。

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が設けられている。なお、前記モータ端面１ｂにおける前端１ｂ₁は、実線図示のように羽根車２のハブ２ａの外径より外側に位置していてもよく、鎖線図示のように羽根車２のハブ２ａの外径より内側に位置していてもよい。

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。なお、この拡大流路Ｓ₂の下流端を、前記モータ１の冷却フィン１１の端部と対向するようにしてもよい。

上記のように構成すると、羽根車２を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、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。

第２の参考例
図２には、本願発明の第２の参考例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。このようにすると、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、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。

なお、本参考例においては、拡大流路Ｓ₂の下流端は、モータ１の冷却フィン１１の端部と対向しているが、第１の参考例におけるように、拡大流路Ｓ₂の下流端が、モータ１の冷却フィン１１の端部を包設するようにしてもよい。

その他の構成および作用効果は、第１の参考例におけると同様なので説明を省略する。

第１の実施の形態
図３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。

この場合、羽根車２として、羽根前縁が空気流入方向に向いているプロペラファン羽根車が採用されている。また、ファンカバー４における円錐部４ｂが、前面４ａ側の第１円錐部４ｂ₁と該第１円錐部４ｂ₁より傾斜度の大きい第２円錐部４ｂ₂とからなっており、該第２円錐部４ｂ₂の内面が、縮流空間Ｓ₁の外側形状部材１０を構成することとなっている。なお、本実施の形態においては、拡大流路Ｓ₂の下流端は、モータ１の冷却フィン１１の端部を包設するようにしているが、第２の参考例におけるように、拡大流路Ｓ₂の下流端がモータ１の冷却フィン１１の端部と対向するようにしてもよい。このようにすると、プロペラファン羽根車２の羽根前縁は空気流入方向に向いているため、スムーズな流入が可能となり、運転音が低くなる。従って、高速運転を行うことが可能となり、冷却性能の向上を図ることができる。

第２の実施の形態
図４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、羽根車２として、羽根前縁が空気流入方向に向いているプロペラファン羽根車が採用されている。また、ファンカバー４における略円筒部４ｃの内面において、前記プロペラファン羽根車２の外周と略対向する部位には、環状のファンガイド１２が設けられている。該ファンガイド１２は、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置Ｐがプロペラファン羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大する傾斜面とされており、該傾斜面が、縮流空間Ｓ₁の外側形状部材１０を構成することとなっている。このようにすると、プロペラファン羽根車２における吸込領域と吹出領域を区画するファンガイド１２と外側形状部材１０とを兼用することとなる。なお、前記ファンガイド１２の最小断面位置Ｐは、羽根３の前縁外周位置Ｐ₁から羽根後縁外周位置Ｐ₂までの高さをＨとしたとき、羽根３の前縁外周位置Ｐ₁から０．５Ｈ〜Ｈの範囲になるようにするのが望ましい。また、本実施の形態においては、拡大流路Ｓ₂の下流端は、モータ１の冷却フィン１１の端部を包設するようにしているが、第２の参考例におけるように、拡大流路Ｓ₂の下流端がモータ１の冷却フィン１１の端部と対向するようにしてもよい。

その他の構成および作用効果は、第１の参考例および第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５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が示されている。

この場合、羽根車２として、羽根前縁が空気流入方向に向いているプロペラファン羽根車が採用されている。また、ファンカバー４における略円筒部４ｃの内面において、前記プロペラファン羽根車２の外周と略対向する部位には、環状のファンガイド１２が設けられている。該ファンガイド１２は、その吸込側において流れ方向に徐々に減少して、その最小断面位置Ｐがプロペラファン羽根車２の羽根３の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大する傾斜面とされており、該傾斜面が、縮流空間Ｓ₁の外側形状部材１０を構成することとなっている。このようにすると、プロペラファン羽根車２における吸込領域と吹出領域を区画するファンガイド１２と外側形状部材１０とを兼用することとなる。なお、前記ファンガイド１２の最小断面位置Ｐは、羽根３の前縁外周位置Ｐ₁から羽根後縁外周位置Ｐ₂までの高さをＨとしたとき、羽根３の前縁外周位置Ｐ₁から０．５Ｈ〜Ｈの範囲になるようにするのが望ましい。また、本実施の形態においては、拡大流路Ｓ₂の下流端は、モータ１の冷却フィン１１の端部を包設するようにしているが、第２の参考例におけるように、拡大流路Ｓ₂の下流端がモータ１の冷却フィン１１の端部と対向するようにしてもよい。また、モータ端面１ｂにおける前端１ｂ₁は、実線図示のようにプロペラファン羽根車２のハブ２ａの外径より外側に位置していてもよく、鎖線図示のようにプロペラファン羽根車２のハブ２ａの外径より内側に位置していてもよい。

本願発明の第１の参考例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２の参考例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１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。

１はモータ
１ａは回転軸
１ｂは端面
２は羽根車
３は羽根
３ａは前面先端部
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
１０は外側形状部材
１１は冷却フィン
１２はファンガイド
φ₁は仕切板７の内周径
φ₂は羽根３の前面先端部３ａの内周径
Ｓ₁は縮流空間
Ｓ₂は拡大空間

Claims

モータ（１）の回転軸（１ａ）に枢支されたプロペラファンタイプの羽根車（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）の内面における前記羽根車（２）の外周と略対向する部位には、その吸込側において流れ方向に急激に減少して、その最小断面位置（Ｐ）が前記羽根車（２）の羽根（３）の外周端の範囲内に位置するように構成され且つその吹出側の内面は徐々に拡大して外側形状部材（１０）を構成する傾斜面を有する環状のファンガイド（１２）を設けるとともに、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モータの冷却装置。
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１記載のモータの冷却装置。
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２記載のモータの冷却装置。