JP4731792B2 - 電磁結合手段を備えた通風機装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、通風機羽根車を備え、この通風機羽根車がこれを軸上に取付けるためのハブを備えた通風機装置に関する。さらに本発明は、そのような通風機装置を備えた電機機械およびその製造方法に関する。
【０００２】
通風機装置は通常、周囲媒体による自然冷却では不十分である大容量の電動機において使用される。電動機の通風を積極的に行うことは、通風機羽根車を備え電動機に付加的に取付けられた通風機モータによって電動機を冷却することである。電動機を固有の通風によって冷却することは、電動機の軸上に通風機羽根車を強固に取付け、または結合手段に結合して取付けることである。
【０００３】
鉄道用三相電動機のような、レール結合車両および軌道車両のための電動機は、電動機トルクおよび電動機重量、さらには構造形態を小さく保つために、ますます高速回転で駆動されるようになってきている。西独特許出願公告第２５１４２６５号明細書によれば、電動機冷却のために、電動機軸に固定配置された通風機羽根車が備えられる。通風機羽根車はその都度の電動機回転速度で駆動され、周囲空気が電動機または特殊な外部冷却通路を通して吸引されまたは送風される。電動機軸上に上記のようにして固定的に取付けられる通風機羽根車の欠点は、一つには冷却風量が常に電動機回転速度に比例し、二つには高速回転時に通風機羽根車が極めて大きな騒音を発することである。
【０００４】
欧州特許第０８２６２６６号明細書においては、上記欠点を回避するために、電動機軸上に自由に回動し得るように支持された通風機羽根車が電動機冷却のために設けられている。電動機軸と通風機羽根車との間に、冷却風発生量を必要な冷却風量に制限する電磁式回転速度制限装置および調整装置が形成されている。摩擦結合手段として構成された電磁式回転速度制限装置の結合作用が、電動機軸の回転速度の上昇と共にその結合作用がほぼなくなるまで低下することによって、通風機羽根車の回転速度は予め定められた電動機回転速度からは電動機回転速度に比べて減少させられる。電動機回転速度が低下すると、結合作用が次第に回復するようになり、再び全能力まで増大する。このようにして、冷却風量は電動機の低速回転領域では十分に利用され、他方高速回転領域では、発生すべき風量はもはや電動機回転速度に比例して増大しない。さらに、通風機のエネルギー消費量および騒音発生量が特に高速回転領域において明らかに減少する。そこで用いられる通風機羽根車は、通風機羽根車のハブ内に短絡巻線が設けられるように構成される。このような電磁式摩擦結合手段の製造には比較的高い費用がかかる。
【０００５】
欧州特許出願公開第１０２４２９５号明細書により、通風機羽根車または通風機羽根車ハブを非磁性材料、例えばアルミニウムから製造できることが知られている。アルミニウムは非磁性であるので、アルミニウム製通風機羽根車と永久磁石を有する電動機軸との間の結合作用は比較的わずかである。この文献から、通風機羽根車を軸受ブラケットまたはハウジングの中に支持することができ、それにより電磁式摩擦結合が実現可能であることも明らかである。
【０００６】
上述の欠点を考慮し、本発明の課題は、一方では容易に製造することができ、他方では軸に電磁的に良好に結合し得る通風機装置を提供することである。
【０００７】
この課題は本発明により、磁化可能な構成部品、特に薄鉄板スタックが、ハブ内に、そのハブの金属部分が制動巻線の機能を果たすように設けられている請求項１に記載の通風機装置によって解決される。できるだけ予め製造し得る薄鉄板スタックをアルミニウム通風機内に埋設することによって、通風機装置を例えば電動機軸へ磁気的に結合することの有効性が明らかに改善される。電気鉄板スタックは、それを取巻く金属部分が制動巻線として作用し、制動巻線として独自の構成部品を設けなくて済むように通風機のハブの中に埋設される。
【０００８】
好ましい実施態様においては、通風機羽根車がアルミニウムによりハブと一体に鋳造され、磁化可能な構成部品がハブ内に鋳込まれる。そうすることによって、電気鉄板スタックはアルミニウム通風機の鋳造時にハブ内に組込まれ、その上、電気鉄板スタックの固定のために他の取付け手段を必要としないという製造技術上の利点を奏することができる。
【０００９】
本発明による通風機装置の好ましい実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１０】
電機機械、特に電動駆動装置は本発明による通風機装置を用いて構成することができる。その場合、電機機械の軸と通風機羽根車との間に、軸上に取付けられた永久磁石と通風機の電気鉄板スタックとの相互作用が生ずるようにすることによって、磁気的摩擦結合手段が実現される。
【００１１】
通風機装置を製造するために、請求項８に記載の本発明による方法が提案される。この方法によれば、通風機羽根車に対して鋳型が用意され、磁化可能な構成部品、特に電気鉄板スタックが鋳型のハブ領域内に挿入され、鋳型にアルミニウムが注入される。
【００１２】
アルミニウムの硬化後、通風機装置は別の実施態様に従い、場合によっては残留アルミニウムを除去するためにハブの内面を面仕上げされ、それにより磁化可能な構成部品がハブ内部でむき出しになり、磁気的摩擦結合のために必要な空隙が設定される。
【００１３】
本発明による方法の他の実施態様は各従属請求項に記載されている。
【００１４】
以下において添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図は本発明による通風機装置を電機機械に組込んだ場合の通風機装置部分の縦断面を示す。
【００１５】
図は本発明の優れた実施例を示す。ここに示されている通風機羽根車１はアルミニウムから鋳造されている。通風機羽根車１のハブ内に薄鉄板スタック２が鋳込まれている。薄鉄板スタック２の内面は通風機羽根車１のハブの内面と同一平面をなしている。重要なことは、電気鉄板からなる薄鉄板スタック２が通風機羽根車ハブの内面の一部を形成し、それによって軸３上に取付けられた永久磁石４に対して可能な限り強い磁気結合を達成し得ることである。軸と通風機羽根車との間の磁気結合が良好であればある程、通風機羽根車１の高速回転特性が良好になる。特に軸３の急速な高速回転時に、通常、通風機羽根車の同様の急速な高速回転は望ましいことである。通風機羽根車の急速な高速回転は少ない自重によっても助勢される。これに関して、アルミニウムは従来適用されてきた球状黒鉛鋳鉄に比べて利点を持つ。
【００１６】
通風機ハブに装着された薄鉄板スタック２は通常、例えばリベット止めされたり、溶接されたり、クランプ止めされたりする。さらに薄鉄板スタック２は通風機ハブ内の熱伝導を良好にするために複数の部分薄鉄板スタックリングから構成することもできる。
【００１７】
薄鉄板スタック２はハブ内側に好ましくはほぼ軸線方向に延びる図示していない溝を備え、この溝内に巻線導体が収納されている。この巻線導体は短絡巻線の一部をなしている。短絡巻線は短絡環として役立つハブ部分５，６によって補われる。ハブ部分５，６はアルミニウムまたは同様の材料特性を有する金属からなる通風機羽根車１の一部として作られる。薄鉄板スタック２を通風機羽根車１のアルミニウムハブ内に埋設することによって特に好ましい制動巻線が構成される。
【００１８】
軸３は、その表面上に直接にまたは鋼鉄リング７の中間接合部材を介して、永久磁石４を支持する。鋼鉄リング７の中間接合部材は、永久磁石４を軸３上へ取付ける前に予め製作することができるという利点を持つ。そのため、個々の永久磁石を鋼鉄リングに貼着し、続いてその外周に遠心力に抗して耐え得る、バンデージ８によって図示されているようなバンデージを巻き付ける。最後に、鋼鉄リング７に貼着されバンデージを巻き付けられた永久磁石４は腐食から保護するように通常のように鋳造されまたは含浸される。永久磁石４を備えこのようにして予め製作された鋼鉄リング７は例えば軸３上に焼き嵌めされる。
【００１９】
軸３上での通風機羽根車１の支承は、図示の場合、２つの軸受９によって行われている。この支承は２列軸受または他の通常の軸受によって行うことができる。さらにこの支承手段には、図示していない公知の軸線方向固定手段が付設されている。通風機羽根車１は、軸３上に支承する代わりに、軸受ブラケットまたは電機のハウジング内に支承することもできる。
【００２０】
アルミニウムは玉軸受用として通常用いられる鋼鉄よりも大きな熱膨張係数を持っているので、通風機羽根車１を軸受９上に支持する第２の鋼鉄リング１０が設けられている。第２の鋼鉄リング１０はフランジ部１１によって通風機羽根車１に付加的に固定される。
【００２１】
第２の鋼鉄リング１０は多機能を持っている。先ず、第２の鋼鉄リング１０は、軸受９を、アルミニウムハブが鋼鉄軸受９に比べて異なる熱膨張係数に基づいて加えられる過大圧力から保護する。次に、第２の鋼鉄リング１０はそのフランジ部１１によって、アルミニウムが鋼鉄に比べて大きく膨張する場合でもアルミニウム製通風機羽根車１を保持する。最後に、第２の鋼鉄リング１０は、鋼鉄がアルミニウムより小さい熱伝導率しか持っていないという利点を持っていることである。それによって、例えば薄鉄板スタック２の短絡導体から軸受９への直接的な熱伝導が減少する。それによって、軸受潤滑剤が早期に劣化するという事態を回避することができる。
【００２２】
かご形短絡導体の代わりにまたはそれに付加して、通風機羽根車ハブにリラクタンス増加用スリットを設けることにより、摩擦結合がリラクタンス電機の原理に基づいて動作する。リラクタンス原理は広範囲においてすべりなし回転つまり同期作動を保証することができる。リラクタンス結合の引離しモーメントは要求された通風機の運転能力に応じて選定される。
【００２３】
図示されている通風機羽根車の製造は、巻線を備えていない例えば一つまたは複数の予め製作された薄鉄板スタックが通風機ハブの中に鋳込まれることによって実施することができる。薄鉄板スタック装置を取囲むアルミニウム鋳造材料が、従来必要とした巻線によって置き換えられる。磁気回路の設計は、安価な標準薄鉄板スタックを用いることができるように行われる。
【００２４】
例えばクランプ溝を用いて保持される薄鉄板スタック２のぎざぎざした外形輪郭がアルミニウム鋳造への良好な結合を保証する。短絡かごの溝開口は比較的広く設計され、それによってアルミニウムを、ダイカスト法を用いることなく溝の中に半径方向に押込むことができる。薄鉄板スタック２がさらに複数の部分薄鉄板スタックに分割される場合、アルミニウムを各溝内に容易に押込むことができる。というのは、これらの溝が相応に短縮され、アルミニウムの多方面への流入が可能にされるからである。
【００２５】
通風機羽根車の完成仕上げの段階で、残留アルミニウムを除去し、必要な空隙を設定するために、薄鉄板スタックの内径部が面仕上げされる。
【００２６】
制動巻線と通風機を鋳造部品内に一体に作ることによって、安価な製造方法を達成することができる。薄鉄板スタックの鋳込みは摩擦結合における通風機羽根車の極めて良好な電磁特性を保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施例を示す部分縦断面図。
【符号の説明】
１ 通風機羽根車
２ 薄鉄板スタック
３ 軸
４ 永久磁石
５ ハブ部分
６ ハブ部分
７ 第２の鋼鉄リング
８ バンデージ
９ 軸受
１０ 第１の鋼鉄リング
１１ フランジ
１２ ハウジング

Claims (11)

1. 通風機羽根車（１）を備え、該通風機羽根車（１）を軸（３）上に取付けるためのハブが前記通風機羽根車（１）に設けられ、少なくとも前記ハブの一部が金属からなっており、
   前記ハブに埋め込まれる磁化可能な薄鉄板のスタックを有する磁化可能な薄鉄板スタック（２）が設けられ、その結果、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）を取り巻く、前記ハブの金属部分が、制動巻線の機能を果たすように構成されており、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が、前記ハブの内面と同一平面をなす表面を有し、空隙を介して前記軸（３）上の永久磁石（４）から離れており、かつ前記軸（３）と磁気的に結合されていることを特徴とする、通風機装置。
2. 前記通風機羽根車（１）がアルミニウムにより前記ハブと一体に鋳造され、
   前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が前記ハブ内に鋳込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の通風機装置。
3. 前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が、かご形巻線導体用の溝を備えていることを特徴とする、請求項１又は２記載の通風機装置。
4. 前記ハブ内または前記ハブに、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）から軸線方向にずれて取付けられた鋼鉄リング（１０）と、
   前記通風機羽根車（１）の回転運動を可能にするように、前記鋼鉄リング（１０）に取付けられる軸受とをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の通風機装置。
5. 前記通風機羽根車（１）のハブがリラクタンス増加用スリットを有していることを特徴とする、請求項１乃至４の１つに記載の通風機装置。
6. 回転可能軸（３）と、
   前記軸（３）上に配置される永久磁石（４）と、
   空隙を介して前記軸（３）から離れているハブを有する通風機羽根車（１）を含む通風機装置であって、少なくとも前記ハブの一部が金属からなっており、かつ前記ハブに埋め込まれる磁化可能な薄鉄板のスタックを有する磁化可能な薄鉄板スタック（２）が設けられて、その結果、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）を取り巻く、前記ハブの金属部分が、制動巻線の機能を果たすように構成されており、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が、前記ハブの内面と同一平面をなす表面を有し、かつ前記通風機羽根車（１）と前記軸（３）との間に磁気的な結合をもたらすように前記永久磁石（４）と対向する関係に構成されている、通風気装置と
   を備えていることを特徴とする電機機械、特に電動駆動装置。
7. 前記軸（３）上に取付けられ、かつ外周を有するリング（７）をさらに備え、
   前記永久磁石（４）が、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）との最適な磁気的相互作用をもたらすように、前記通風機羽根車（１）のハブに対して、前記リングの外周に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の電機機械。
8. 前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が、鋳造工程にて、前記ハブに埋め込まれており、
   前記鋳造工程が、前記通風機羽根車（１）のための鋳型を準備し、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）を前記鋳型の前記ハブの領域に挿入し、かつ前記鋳型にアルミニウムを注入することを含んでいることを特徴とする、請求項６又は７に記載の電機機械。
9. 前記鋳造工程後に前記ハブの内面を面仕上げすることによって、前記磁化可能な薄鉄板スタック（２）が前記ハブの内側でむき出しになっていることを特徴とする、請求項８記載の電機機械。
10. 前記鋳造工程が前記磁化可能な薄鉄板スタックの溝を鋳造することを含んでいることを特徴とする、請求項８又は９記載の電機機械。
11. 前記永久磁石（４）が、前記リング（７）上に取付けられて遠心力および腐食に対して保護されており、
    前記リング（７）が前記軸（３）上に取付けられていることを特徴とする、請求項７記載の電機機械。

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