JPH0646203Y2 - 全閉外扇形回転電機 - Google Patents

全閉外扇形回転電機

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JPH0646203Y2
JPH0646203Y2 JP7943484U JP7943484U JPH0646203Y2 JP H0646203 Y2 JPH0646203 Y2 JP H0646203Y2 JP 7943484 U JP7943484 U JP 7943484U JP 7943484 U JP7943484 U JP 7943484U JP H0646203 Y2 JPH0646203 Y2 JP H0646203Y2
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fan
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electric machine
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cooling device
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敬文 中濱
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Toshiba Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 [考案の技術分野] 本考案はファンケースの形状を改良した通風冷却装置を
積載した全閉外扇形回転電機に関する。
[考案の技術的背景とその問題点] 第4図は従来の中・大形の箱形の通風冷却装置を積載し
た全閉外扇形電動機の上部縦断正面図で、固定子枠1の
内側には巻線を収納した固定子鉄心2が挿入されてい
る。前記固定子枠1の両端近傍上部には吸気口3と排気
口4が穿設され、両端には軸受ブラケット5が配設され
ている。又、固定子鉄心2の内側には空隙を介して回転
子鉄心6を有し、この回転子鉄心6は内径に回転軸7を
圧入し、回転軸7の両端に嵌着した軸受8を介して回転
自在に支承されている。尚、回転軸7の負荷側機内には
内扇9が配設されている。
次に、固定子枠1の上部外側には箱形の通風冷却装置10
が積載されている。この通風冷却装置10は、前記吸気口
3及び排気口4と連通し白黒羽根の矢印11で示す内気が
循環する内気室12と、白い羽根の矢印13で示す外気がパ
イプ14の内部を通過する通風パイプ群15で形成される。
そして、電動機の反負荷側には正面下部に吸気口16を有
し、第5図に示すように正面形状が逆釣鐘状のファンケ
ース17を取付ける。このファンケース17の内部の冷却気
導入部隔室18は、通風冷却装置10の通風パイプ群15と連
通する。尚、反負荷側から見た通風冷却装置10の幅は固
定子鉄心2外径の略1.2倍で、ファンケース17の幅は通
風冷却装置10の幅と略等しくする。そして、回転軸7の
反負荷側のファンケース17内に外扇19を配設する。
このような構成に於いて、回転軸7と共に回転する内扇
9によって発生する内気は白黒羽根の矢印11で示すよう
に、固定子鉄心2や回転子鉄心6に設けたダクト或いは
巻線の表面に沿って流れ夫々を冷却して熱を奪う。この
熱を奪った温い内気は通風冷却装置10の内気室12に送り
込まれる。
一方、回転軸7に取付けた外扇19で冷えた外気を吸込
み、ファンケース17の冷却気導入部隔室18から通風冷却
装置10の通風パイプ群15のパイプ14内部へ、白い羽根の
矢印13で示すように送り込まれる。そして、通風冷却装
10に入った温い内気はパイプ14の外周を流れ、また冷
えた外気はパイプ14の内部を流れるので、パイプ14の内
外壁間で温度差により熱交換される。すると、温い内気
は再冷され吸気口3から電動機内へ、一方外気は温めら
れてパイプ14外へ放出される。
この時、通風冷却装置10の幅は固定子鉄心2外径の略1.
2倍で、且ファンケース17幅は通風冷却装置10の幅と略
等しい。すると、外扇19から排出され冷却気導入部隔室
18に入る外気は、無限空間におかれた状態に比べ排出面
積の減少により絞られる。これはファンケース17の中央
部17aに比べ下部の円弧部分になるほど排出面積が減少
するので強くなり(ファンケース17下部は外扇19外径と
ファンケース17内径との間隔が狭い為に内圧が高い)、
中央部17aの内圧が下部の円弧部分の内圧より低くなっ
ている。今、第5図に於いて外扇19を時計方向に回転さ
せると吸込まれた外気は、ファンケース17下部の円弧形
状内周に沿って流れるがファンケース17の中央部17aに
達すると、内圧が低くなることからこの中央部17aで一
気に排出される。この結果、第6図に示すように偏った
流速分布となり、反負荷側から見た電動機の左半分は風
速が強く且風量も多くなる。これに対し電動機の右半分
は風速が弱く且風量も少ない。
即ち、通風パイプ群15の左半分領域のパイプ21a乃至21c
内部には外気が充分流入し熱交換が良い。一方の右半分
領域のパイプ21d乃至21fには外気の流入が少なく、特に
パイプ21fには外気の流入する可能性が少なくなる。こ
のように通風パイプ群15の中でパイプ領域により熱交換
効率に不平衡が発生し、通風冷却装置10全体の冷却効率
が悪くなる。この冷却効率を上げたり或いは通風冷却装
10の冷却容量を更に大きくするには、パイプ本数増に
よる伝熱面積増や外扇19の大形による風量増加がある。
しかし、前者は通風冷却装置10や電動機の大形化とな
り、後者は騒音大となり資源・エネルギー・環境からみ
ても不経済である。
又、特公昭53-10641号公報には、逆釣鐘状のファンケー
スで下部の円弧状部が回転軸線上から上部に向って末廣
形に拡大され、この広がりは回転軸の垂直線に対し角度
で約10度である。しかし、ファンケース内径と外扇外径
との間隔が回転軸線上まで略同じで狭いのと、上記の拡
がりが回転軸線上から始まり且つ約10度と狭く形成され
ているので、従来技術と同様な現象が発生し冷却効果は
良くならない。
[考案の目的] 本考案は上記欠点を改良したもので、通風冷却装置に流
入する冷却風を偏流のない流速分布とし、冷却効率を高
くした全閉外扇形回転電機を提供することを目的とす
る。
[考案の概要] 本考案は排気口と吸気口を有する回転電機の固定子枠
と、回転軸に配設した内扇と、軸端の一方に外扇が配設
されこの外扇を覆い回転電機の一方に配設した正面形状
の上部が形状でこれと繋がる下部が円弧形状であり正
面の中央下部に吸気口を有するファンケースと、前記フ
ァンケースの上部と連通する通風パイプ群を内部に有し
前記外扇による外気をこのパイプ内に通過させると共に
前記内扇による循環風を固定子枠の排気口と吸気口を介
して前記通風パイプ群外周に循環させ熱交換する通風冷
却装置を固定子枠に載置して構成された全閉外扇形回転
電機に於いて、前記ファンケースの正面の上部幅は固定
子鉄心外径の略1.6倍で、且つ上部の形状の下端と下
部の円弧形状の上端を斜辺で結び略ホーム・ベース形状
とし、前記斜辺と形状の側辺とで形成される拡がり角
θを略30度として構成されるファンケースを有する全閉
外扇形回転電機である。この結果、通風パイプ群には偏
流のない外気が流入し、通風冷却装置の熱交換率を高め
通風冷却装置が小形軽量となる。
[考案の実施例] 以下本考案の実施例を図面を参照しながら説明する。但
し、従来と同一部品には同一符号を使用し詳細な説明は
省略する。第1図は本考案の一実施例を示す通風冷却装
置を積載した回転電機の側面図(ファンケースから見れ
ば正面図)で、固定子枠1の両端近傍上部には排気口4
と吸気口3を穿設する。一方、回転軸7の負荷側機内に
は内扇9を配設し、回転軸7の反負荷側機外には外扇19
を配設する。次に、正面形状の上部が形状で下部が円
弧形状であり、前記上部の形状の側辺20下端と下部の
円弧形状の上端を上部に向けて後述の拡がり角θで末広
形に延びる斜辺25で結び野球の略ホーム・ベース形状と
し、正面の中央下部には吸気口16を有するファンケース
22を形成する。そして、このファンケース22で前記外扇
19を覆い電動機の反負荷側機外に配設する。一方、前記
ファンケース22の上部と連通する通風パイプ群15を内部
に有する通風冷却装置10を固定子枠1に載置する。この
通風冷却装置10は前記固定子枠1の排気口4及び吸気口
3とを連通しており、前記内扇による循環風をこの通風
パイプ群15外周に循環させ且前記外扇19による外気をこ
のパイプ21a乃至21f内に通過させることにより熱交換す
る。前記斜辺25は下部の円弧形状の上端から斜め上方に
延びるこの円弧形状の上端での接線で形成され、この斜
辺25上端と形状の側辺20下端との交点26で形成される
拡がり角θは、巻線温度上昇値が最小となる外気風量を
調査しながら最適角度を決める。即ち、ファンケース22
下部の円弧形状を形成する円弧線の末端の位置を円弧線
上で移動させ、この末端から延びる斜辺25と側辺20との
交点26(斜辺25が側辺20上を上下移動する)で形成され
る拡がり角θの最適角度を調査する。実験結果では拡が
り角θは略30度が最適であることが判明し、第1図に示
す様に回転軸7の軸芯から斜め下部の円弧から形成を開
始している。尚、固定子鉄心2外径に対するファンケー
ス22の正面上部幅寸法は、実験の結果、従来の略1.2倍
では問題点を解決することが出来ず、略2倍にすると通
風パイプ群15に於けるパイプ間流速が落ち温度上昇が大
きくなったので略1.6倍を選定した。このように構成さ
れた全閉外扇形回転電機に於いては、ファンケース22が
外扇19の上部になるほど末広形状となる拡がり角θで大
きくなる。この為、ファンケース22の中央部22aでは外
扇19とファンケース22の間隔が徐々に拡がり、従来の下
部の円弧部分と中央部17aとの圧力差が急激に小となっ
たのに比べ圧力差が徐々に小さくなると共に圧力差その
ものも小さくなる。この圧力差が徐々に小さくなること
は、下部の円弧内周に沿って流れた外気が従来のように
中央部17aで一気に集中放出されずに徐々に放出されて
行く。この為、通風パイプ群15へ供給される外気は局部
的に偏らず、第2図に示すようにファンケース22の冷却
気導入部隔室18での流速分布は偏流が改良され一様に近
くなる。この結果、通風パイプ群15のパイプ(例えば24
a乃至24i)へ略一様な流速分布で外気が送り込まれる。
すると従来のような熱交換率の不平衡がなく、平均した
熱交換が通風パイプ群15内の全パイプで行われ効率が向
上する。
上記拡がり角θの角度を変化した時の、巻線平均温度上
昇値A,(Vmax-Vmin/Vmean)C,外気風量Bの変化を調査
した。試験機は、ファンケース22の正面の上部幅を固定
子鉄心外径の略1.6倍とした条件で定格負荷運転し、温
度は抵抗法による巻線温度を測定。風量はファンケース
22の吸気口16に円筒風胴を設置して、風胴円筒断面を十
字状に上下方向各10点の測定点を設け合計20点での風速
を測定し、これを平均して風胴円筒断面積を掛け算し
た。この実測結果は第3図に示すように、ファンケース
22の正面の上部幅を固定子鉄心外径の略1.6倍とした条
件では、拡がり角θが大きくなると共に外気風量は増加
して巻線温度は低下する等特性は良い傾向になる。しか
し、拡がり角θが30度近くになると飽和現象が出てくる
が、巻線温度は最も低い。この拡がり角θを30度として
採用すると、ファンケース22や通風冷却装置10等の製品
寸法が最適のものとなり、電動機全体が小形化され安価
な製品となる。
尚、第3図に於いて、Vmax,Vmin,Vmeanの解釈は次のと
おりである。
Vmax ;外扇による外気がファンケースの冷却気導入 部隔室を通過する時の外気の最大速度。
Vmin ;同じくその最少速度。
Vmean ;同じくその平均速度。
で(Vmax-Vmin)/Vmeanの値が次第に小さくなって行く
ことは、偏流が次第に解消されることを示す。
一方、一般に通風冷却装置内での内気から外気への熱交
換率Kは下記の式で表される。
K=Σkj(t,l,vi vo…) ……(1) ここで kは通風パイプ群の中の各パイプの熱伝達率, jは通風冷却装置内に配設した通風パイプ群の呼び番
号, tはチューブ厚さ, lはチューブ長さ viは内気流速, voは外気流速 (1)式に於いてチューブの材質や形状及び寸法と内気
流速viが一定であれば、kjは外気流速voの指数乗の関数
で表される。このvoは通風パイプ群15の各パイプ内へ流
入する外気を集計したものであるから、 vo=(v1+v2+v3+v4+v5+v6+……+vn) ……(2) となる。この時、外気の高速領域(例えばv1乃至v3)で
はkjは大きくなり、低速領域(例えばv4乃至v6)ではkj
は小さくなり、流速の高低領域によってkjに差が生じ
る。
又、一本のパイプに於ける伝熱面積をaとし、n本のパ
イプが配設されていると理論的には全伝熱面積Athは Ath=n・a で表わすことができる。
ここで、外気の低速領域と高速領域の熱通過率の差によ
る有効伝熱面積Aefを表わすと Aef=αAth (α<1) ……(3) となる。ここでαは であり、通風パイプ群15の全パイプ内に外気が一様に流
入すれば、全パイプ内に於いて有効に熱交換することが
できる。このことから、従来低速領域にある熱交換の悪
いパイプは不要となり、パイプの本数を減少することが
でき、通風冷却装置が小形軽量になると共に電動機全体
の高さも低くなり小形軽量で安価になる。
[考案の効果] 以上本考案によれば、通風パイプ群には偏流のない外気
が流入し通風冷却装置の熱交換率を高め、通風冷却装置
が小形軽量になると共に電動機全体の高さも低くなり小
形軽量で安価になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例を示すファンケース付の通風
冷却装置を積載した全閉外扇形回転電機の側面図、第2
図は本考案のファンケース内の風速分布図、第3図は各
特性と拡がり角との関係曲線図、第4図は通風冷却装置
を積載した全閉外扇形回転電機の上部縦断正面図、第5
図は従来の第1図相当図、第6図は従来の第2図相当図
である。 1……固定子枠,2……固定子鉄心, 3,16……吸気口,4……排気口, 7……回転軸,9……内扇,10 ……通風冷却装置,15……通風パイプ群, 14……パイプ,17,22……ファンケース, 19……外扇,20……上部形状の側辺, 25……斜辺,θ……拡がり角。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気口と吸気口を有する回転電機の固定子
    枠と、回転軸に配設した内扇と、軸端の一方に外扇が配
    設されこの外扇を覆い回転電機の一方に配設した正面形
    状の上部が形状でこれと繋がる下部が円弧形状であり
    正面の中央下部に吸気口を有するファンケースと、前記
    ファンケースの上部と連通する通風パイプ群を内部に有
    し前記外扇による外気をこのパイプ内に通過させると共
    に前記内扇による循環風を固定子枠の排気口と吸気口を
    介して前記通風パイプ群外周に循環させ熱交換する通風
    冷却装置を固定子枠に載置して構成された全閉外扇形回
    転電機に於いて、前記ファンケースの正面の上部幅は固
    定子鉄心外径の略1.6倍で、且つ上部の形状の下端と
    下部の円弧形状の上端を斜辺で結び略ホーム・ベース形
    状とし、前記斜辺と形状の側辺とで形成される拡がり
    角θを略30度として構成されるファンケースを有するこ
    とを特徴とする全閉外扇形回転電機。
JP7943484U 1984-05-31 1984-05-31 全閉外扇形回転電機 Expired - Lifetime JPH0646203Y2 (ja)

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Publication Number Publication Date
JPS60192659U JPS60192659U (ja) 1985-12-21
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