JPH07222402A - 全閉外扇形回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却風量を増加させて冷却性能を高くし、ま
た、低騒音化用のサイレンサを取付けた場合にも十分な
冷却性能を得るようにする。 【構成】 本発明の全閉外扇形回転電機は、主板２３と
この主板２３の外側面に放射状に且つ等間隔に突設され
た複数の翼２４とから構成されたラジアルプレート式の
外扇２１を備えると共に、この外扇２１を覆う外扇カバ
ー２２を備えて成るものにおいて、複数の翼２４を主板
２３の外周縁部から回転軸８の外周部付近まで延びるよ
うに設け、そして、外扇２１の翼外径をＤ、外扇カバー
２２の吐出側内径をＤF 、主板２３外径をＤ0 と定義し
たとき、 Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF が成立すると共に、 Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄ が成立するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機本体を冷却す
るためのラジアルプレート式の外扇を備えた全閉外扇形
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の全閉外扇形回転電機の一例を、
図９及び図１０に示す。この図９において、回転電機本
体の固定子１は、固定子巻線２と、この固定子巻線２を
巻装した固定子鉄心３と、この固定子鉄心３を内周面に
固着した固定子枠４とから構成されている。上記固定子
枠４の外周面には、多数の冷却フィン４ａが軸方向に延
びるように突設されており、これら冷却フィン４ａ間の
通路が冷却風用通風路５となっている。

【０００３】また、固定子枠４の両端部には、軸受ブラ
ケット６、６が取付けられており、これら軸受ブラケッ
ト６、６に回転子７の回転軸８が軸受９、９を介して回
転可能に支承されている。上記回転軸８の一端部である
左端部には、ラジアルプレート式の外扇１０が取付けら
れている。そして、左側の軸受ブラケット６には、外扇
カバー１１が上記外扇を覆うように取付けられている。
この場合、外扇１０が回転されると、その送風作用によ
り、外扇カバー１１に形成された吸気口１１ａから吸引
した外気を前記冷却風用通風路５へ送風することによ
り、回転電機本体が冷却されるようになっている。

【０００４】尚、上記ラジアルプレート式の外扇１０
は、図９及び図１０に示すように、回転軸８の左端部に
直角に取付けられた主板１２と、この主板１２の外側面
である左側面に回転軸８を中心としてその回りに放射状
に且つ等間隔に突設された複数の翼１３とから構成され
ている。ここで、翼１３の枚数は、１０枚以上例えば１
２枚に設定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成におい
て、冷却性能を調べるために、冷却風用通風路５内を流
れる冷却風の風速を測定してみると、冷却風用通風路５
内の入口部の風速は、１０〜１５ｍ／ｓの範囲にあっ
た。そして、実験によれば、冷却風用通風路５内の入口
部の風速が１８ｍ／ｓぐらいまでは、風速が早くなるほ
ど、熱伝達率が増加して、冷却風の風量増加が冷却性能
の向上につながることがわかっている。このため、従来
より、冷却風の風速及び風量を増加させる試みが行われ
ている。

【０００６】具体的には、外扇を大形化すれば、それだ
け風量が増加するであろうと考えられることから、従来
構成の外扇１０の翼外径を大きくするようにしていた。
この場合、外扇カバー１１の外径を回転電機の脚よりも
下側に形成できないことと、固定子枠４の外周の冷却フ
ィン４ａの高さを高くするに際しては構造上の制約があ
ることとから、外扇カバー１１の外径はそれほど大きく
することができない。このため、外扇の翼外径を大きく
すればするほど、外扇の翼の外周側端部と外扇カバーの
内周面部との間の隙間が小さくなる。そして、この隙間
が小さくなるほど、冷却風が流れ難くなる。従って、従
来構成においては、外扇の翼外径を大きくした割りに
は、冷却風の風量が増加せず、冷却性能が高くならない
のに加えて、外扇の駆動動力及び騒音が増加するという
不具合があった。

【０００７】これに対して、本出願人は、上記不具合を
解消する全閉外扇形回転電機として、特願平５−２１１
１４１号を先に出願している。この出願の全閉外扇形回
転電機は、高風量低圧力形の特性を有しており、通常の
使用条件では十分に冷却性能を高くすることができ、好
ましいものである。しかしながら、近年、回転電機の低
騒音化が強く要求されていることから、サイレンサを外
扇カバーの内周面部に取付けなければならなくなってい
る。このような構成の場合、サイレンサにより冷却風の
通風抵抗が大幅に増大することと、外扇が低圧力形の特
性を有していることとから、冷却風量が減少することが
あり、いまだ改善の余地があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、冷却風量を増加
させて冷却性能を高くすることができ、また、低騒音化
用のサイレンサを取付けた場合にも十分な冷却性能を得
ることができる全閉外扇形回転電機を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の全閉外扇形回転
電機は、回転軸の一端に直角に取付けられた主板と、こ
の主板の外側面に前記回転軸を中心としてその回りに放
射状に且つ等間隔に突設された複数の翼とから構成され
たラジアルプレート式の外扇を備えると共に、この外扇
を覆う外扇カバーを備えて成る全閉外扇形回転電機にお
いて、前記複数の翼を前記主板の外周縁部から前記回転
軸の外周部付近まで延びるように設け、そして、前記外
扇の翼外径をＤ、前記外扇カバーの吐出側内径をＤF 、
前記外扇の主板外径をＤ0 と定義したとき、 Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF が成立すると共に、 Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄ が成立するように構成したところに特徴を有する。

【００１０】この構成の場合、前記外扇の吸気側の翼外
径をＤ1 、前記外扇の主板側の翼外径をＤ2 と定義した
とき、 Ｄ1 ≧Ｄ2 が成立すると共に、Ｄ1 ＋Ｄ2 が２Ｄにほぼ等しくなる
ように構成することも好ましい。

【００１１】また、前記外扇の翼の吸気側の端部角部を
丸みを帯びた形状に形成する場合に、前記端部角部の曲
率半径をＳと定義したとき、 Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２０ が成立するように構成することもより一層好ましい構成
である。

【００１２】

【作用】本発明者は、外扇の形状（具体的には、翼外径
や主板外径）並びに外扇カバーの吐出側内径を種々変え
て、それらが外扇の送風性能（冷却性能）に与える影響
を実験してみた。そして、これらの実験結果に基づい
て、本発明者は外扇の送風性能が最も高くなる構成が上
記した手段の構成であることを発明した。

【００１３】即ち、上記した手段（本発明）の構成を有
する全閉外扇形回転電機は、図４において実線Ａにて示
すような全圧−風量特性（以下Ｐ−Ｑ特性と称す）を有
しており、従来構成の外扇に比べて低圧力高風量特性と
なることがわかった。そして、固定子枠の外周部に軸方
向に延びる複数の冷却フィンを有するタイプの全閉外扇
形回転電機では、冷却風の通風抵抗が比較的小さくなる
ので、本発明の外扇は、従来構成の外扇に比べて、高風
量領域で動作するようになり（図４において動作点ａに
て示す）、冷却性能が高くなる。また、本発明の外扇
は、特願平５−２１１１４１号の外扇に対しては、高圧
力特性となるから、低騒音化するためにサイレンサを取
付けた場合、冷却風の通風抵抗が増加して動作点がｂ
（図４参照）となったとしても、本発明の外扇は、特願
平５−２１１１４１号の外扇に比べて、高風量領域で動
作するようになり、やはり冷却性能が高くなる。

【００１４】更に、本発明の外扇の吸気側の翼外径をＤ
1 、外扇の主板側の翼外径をＤ2 と定義したとき、 Ｄ1 ≧Ｄ2 が成立すると共に、Ｄ1 ＋Ｄ2 が２Ｄにほぼ等しくなる
ように構成したので、外扇の外周部と外扇カバーの内周
部との間の隙間が小さくなり、それだけ外扇の外周部付
近で循環流が流れ難くなり、風量を増加させることが可
能になる。

【００１５】また、外扇の翼の吸気側の端部角部を丸み
を帯びた形状に形成する場合に、前記端部角部の曲率半
径をＳと定義したとき、 Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２０ が成立するように構成すれば、風量を増加させることが
できると共に、騒音を低減させることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１な
いし図４を参照しながら説明する。尚、従来構成（図９
及び図１０参照）と同一部分には、同一符号を付してい
る。即ち、全閉外扇形回転電機の全体構成を示す図２に
おいて、回転電機本体の固定子１は、固定子巻線２、固
定子鉄心３及び固定子枠４から構成されている。上記固
定子枠４の外周面部には、多数の冷却フィン４ａが軸方
向に延びるように突設され、これら冷却フィン４ａ間の
通路が冷却風用通風路５となっている。また、固定子枠
４の両端部に取付けられた軸受ブラケット６、６に、回
転子７の回転軸８が軸受９、９を介して回転可能に支承
されている。

【００１７】上記回転軸８の左端部には、ラジアルプレ
ート式の外扇２１が取付けられている。そして、左側の
軸受ブラケット６には、外扇カバー２２が上記外扇２１
を覆うように例えばねじ止めされて取付けられている。
上記ラジアルプレート式の外扇２１は、図１にも示すよ
うに、回転軸８の左端部に直角に取付けられた主板２３
と、この主板２３の外側面である左側面に回転軸８を中
心としてその回りに放射状に且つ等間隔に突設された複
数の翼２４とから構成されている。ここで、翼２４の枚
数は、１０枚以上例えば１２枚に設定されている。そし
て、各翼２４は、主板２３の外周縁部から回転軸８の外
周部付近、即ち、外扇２１のボス部２５まで延びるよう
に設けられている。

【００１８】また、外扇カバー２２は、左端部が閉鎖板
部２６により閉鎖された径小な円筒部２７と、この円筒
部２７の右端部に連続し且つ順次拡開するテーパ部２８
と、このテーパ部２８の右端部に連続する径大な円筒部
２９とから構成されており、該径大な円筒部２９を軸受
ブラケット６の取付凸部６ａにねじ止めすることにより
該軸受ブラケット６に取付けられている。そして、上記
径小な円筒部２７の閉鎖板部２６には、多数の貫通孔か
らなる吸気口３０が設けられている。この構成の場合、
回転子７が回転駆動されて外扇２１が回転されると、そ
の送風作用により、外扇カバー２２の吸気口３０から吸
引した外気を冷却風用通風路５へ送風することにより、
回転電機本体を冷却する構成となっている。

【００１９】ここで、上記外扇２１及び外扇カバー２２
の各形状は、次の通り設定されている。今、図１に示す
ように、外扇２１の翼外径をＤ、外扇カバー２２の吐出
側内径をＤF 、外扇２１の主板外径をＤ0 と定義したと
き、 Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF が成立すると共に、 Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄ が成立するように構成されている。

【００２０】上記した二つの式は、以下に述べるような
実験を行うことにより求めることができたものである。
即ち、外扇カバー２２の吐出側内径ＤF は、回転電機本
体の固定子枠４の大きさ（フレームサイズ）でほぼ決定
されるため、まず、上記寸法ＤF を固定する。次に、外
扇２１の風量が最大となる条件で、即ち、外扇２１の翼
外径Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF の範囲内で、外扇の主
板外径Ｄ0 の大きさを変化させたモデル実験を行う。こ
の実験結果を、図３に示す。

【００２１】この図３から、Ｄ0 ＜０．９Ｄでは、外扇
２１のセルフサーキュレーションが生じて風量が減少す
ることがわかる。そして、Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄで
は、風量が最大（具体的には、Ｄ0 ／Ｄ＝１のときの風
量を１００％とした場合、風量が１０５〜１１０％に増
加する）となり、外扇の主板外径Ｄ0 が最適な値となっ
ていることがわかる。また、Ｄ0 ＞０．９５Ｄでは、吐
出口が外扇２１の主板２３により塞がれるようになるこ
とから、冷却風の通風抵抗が増加し、風量が減少するよ
うになることがわかる。

【００２２】さて、本実施例の外扇２１のＰ−Ｑ特性
（全圧−風量特性）を、図４において実線Ａにて示す。
また、従来構成（図９及び図１０参照）の外扇１０のＰ
−Ｑ特性を、図４において破線Ｂにて示す。更に、特願
平５−２１１１４１号の外扇のＰ−Ｑ特性を、図４にお
いて一点鎖線Ｃにて示す。

【００２３】上記図４の各Ｐ−Ｑ特性から、本実施例の
外扇２１は、従来構成の外扇に比べて低圧力高風量特性
となることがわかる。そして、固定子枠４の外周面部に
軸方向に延びる複数の冷却フィン４ａを突設するタイプ
の全閉外扇形回転電機では、冷却風の通風抵抗が比較的
小さく、その通風抵抗曲線（以下、Ｒ−Ｑ曲線（１）と
称す）を図４において２点鎖線Ｈ１にて示す。このＲ−
Ｑ曲線（１）と各ＰーＱ特性の曲線との交点が、各外扇
の動作点となる。即ち、本実施例の動作点は、点ａとな
り、従来構成及び特願平５−２１１１４１号の外扇の各
動作点よりもそれぞれ高風量側に位置していることがわ
かる。従って、本実施例の外扇２１は、従来構成及び特
願平５−２１１１４１号の外扇に比べて、高風量領域で
動作するようになるから、冷却性能を高くすることがで
きる。尚、この場合、本実施例と特願平５−２１１１４
１号との差はほとんどなく、特願平５−２１１１４１号
のものでも十分な冷却性能を得ることが可能であること
がわかる。

【００２４】次に、図５は本発明の第２の実施例を示す
ものであり、第１の実施例と同一部分には同一符号を付
すようにしている。この第２の実施例は、第１の実施例
の構成に低騒音化のためのサイレンサを取付けるように
構成したものである。具体的には、図５に示すように、
外扇カバー２２に代わる外扇カバー３１は、径大な円筒
部３２と、テーパ部３３と、径小な円筒部３４と、段部
３５と、上記径小な円筒部３４よりも更に径小な円筒部
３６とから構成されており、上記径小な円筒部３６の左
端部を閉塞する閉鎖板部３７には、多数の貫通孔からな
る吸気口３８が設けられている。そして、上記外扇カバ
ー３１の内周面部には、サイレンサとして例えば吸音材
３９、４０が取付けられている。この場合、吸音材３９
は外扇カバー３１の円筒部３６及び段部３５の内周面部
に張り付けられており、吸音材４０は外扇カバー３１の
テーパ部３３及び円筒部３２の内周面部に張り付けられ
ている。上記した以外の構成は、第１の実施例の構成と
同じ構成である。

【００２５】しかして、上記第２の実施例においては、
低騒音化するための吸音材３９、４０のより冷却風の通
風抵抗が増加して、その通風抵抗曲線（以下、Ｒ−Ｑ曲
線（２）と称す）が図４において２点鎖線Ｈ２にて示す
ようになった場合にも、このＲ−Ｑ曲線（２）とＰーＱ
特性の曲線Ａとの交点、即ち、動作点がｂであるから、
上記第２の実施例の外扇は、特願平５−２１１１４１号
の外扇及び従来構成の外扇に比べて、高風量領域で動作
するようになり、冷却性能が高くなるものである。

【００２６】尚、図４に示すグラフから、本実施例（第
１及び第２の実施例）の外扇２１は、従来構成の外扇に
比べて、締め切り圧には大差はないが、低圧力範囲にお
いて風量が多いことがわかる。更に、本実施例の外扇２
１は、特願平５−２１１１４１号の外扇に比べて、締め
切り圧が高くなっている。従って、本実施例の外扇２１
は、幅広い用途に対して有効に動作して冷却性能が高い
構成であることがわかる。

【００２７】図６は本発明の第３の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と同一部分には同一符号を付すよう
にしている。この第３の実施例では、外扇２１に代わる
外扇４１の吸気側の翼外径をＤ1 、外扇４１の主板４２
側の翼外径をＤ2 と定義したとき、 Ｄ1 ≧Ｄ2 が成立すると共に、Ｄ1 ＋Ｄ2 が２Ｄにほぼ等しくなる
ように構成した。これによって、第３の実施例では、外
扇４１の外周部と外扇カバー２２の内周部との間の隙間
が小さくなり、それだけ外扇４１の外周部付近で循環流
が流れ難くなり、風量を増加させることが可能になる。
ここで、循環流とは、外扇４１の翼４３の外形部より吐
出された冷却風の一部が外扇カバー２２の吸気口部に戻
る流れのことである。

【００２８】この場合、循環流の量を低減することは、
実際には冷却風の通風抵抗を低減することではないが、
外扇のＰ−Ｑ特性を固定して考えると、通風抵抗低減に
よる風量増加と同じ効果となること、即ち、冷却性能が
向上することがわかる。

【００２９】図７及び図８は本発明の第４の実施例を示
すものであり、第１の実施例と同一部分には同一符号を
付している。この第４の実施例では、外扇２１に代わる
外扇４４は、その翼４５の吸気側の端部角部を丸みを帯
びた形状に形成する場合に、上記端部角部の曲率半径を
Ｓと定義したとき、 Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２０ が成立するように構成したものである。このように構成
することにより、風量を増加させることができると共
に、騒音を低減させることができる。

【００３０】ここで、上記Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０
２０とすることは、次に述べる実験を行うことにより求
めたものである。即ち、Ｄを一定として、Ｓの値を変化
させる比較実験を行った。この実験結果を図８に示す。
この図８において、実線の曲線Ｆ１が風量の変化を示
し、破線の曲線Ｆ２が騒音の変化を示している。上記図
８のグラフから、Ｓ／Ｄが０．０１２〜０．０２０の範
囲で、風量が最大になると共に、騒音が低くなっている
ことがわかる。従って、Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２
０とすれば、風量の増加並びに騒音の低減を図り得るこ
とがわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、外扇の翼外径をＤ、外扇カバーの吐出側内径をＤF
、外扇の主板外径をＤ0 と定義したとき、 Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF が成立すると共に、 Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄ が成立するように構成したので、冷却風量を増加させて
冷却性能を高くすることができ、また、低騒音化用のサ
イレンサを取付けた場合にも十分な冷却性能を得ること
ができるという優れた効果を奏する。

【００３２】また、上記構成の場合、外扇の吸気側の翼
外径をＤ1 、外扇の主板側の翼外径をＤ2 と定義したと
き、 Ｄ1 ≧Ｄ2 が成立すると共に、Ｄ1 ＋Ｄ2 が２Ｄにほぼ等しくなる
ように構成したので、外扇の外周部と外扇カバーの内周
部との間の隙間が小さくなり、それだけ外扇の外周部付
近で循環流が流れ難くなり、風量を増加させることが可
能になる。

【００３３】更に、外扇の翼の吸気側の端部角部を丸み
を帯びた形状に形成する場合に、上記端部角部の曲率半
径をＳと定義したとき、 Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２０ が成立するように構成したので、風量を増加させること
ができると共に、騒音を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す外扇及び外扇カバ
ーの部分縦断側面図

【図２】上半部を縦断して示す全閉外扇形回転電機の側
面図

【図３】風量と、Ｄ0 ／Ｄとの関係を示すグラフ及び外
扇の部分縦断側面図

【図４】Ｐ−Ｑ特性を示すグラフ

【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【図６】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図７】本発明の第４の実施例を示す図１相当図

【図８】風量及び騒音と、Ｓ／Ｄとの関係を示すグラフ

【図９】従来構成を示す図２相当図

【図１０】外扇の正面図

【符号の説明】

１は固定子、４は固定子枠、４ａは冷却フィン、５は冷
却風用通風路、６は軸受ブラケット、７は回転子、８は
回転軸、２１は外扇、２２は外扇カバー、２３は主板、
２４は翼、２５はボス部、３１は外扇カバー、３９、４
０は吸音材、４１は外扇、４２は主板、４３は翼、４４
は外扇、４５は翼を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の一端に直角に取付けられた主板
   と、この主板の外側面に前記回転軸を中心としてその回
   りに放射状に且つ等間隔に突設された複数の翼とから構
   成されたラジアルプレート式の外扇を備えると共に、こ
   の外扇を覆う外扇カバーを備えて成る全閉外扇形回転電
   機において、 前記複数の翼を前記主板の外周縁部から前記回転軸の外
   周部付近まで延びるように設け、 前記外扇の翼外径をＤ、前記外扇カバーの吐出側内径を
   ＤF 、前記主板外径をＤ0 と定義したとき、 Ｄ＝０．７３〜０．７６ＤF が成立すると共に、 Ｄ0 ＝０．９〜０．９５Ｄ が成立するように構成したことを特徴とする全閉外扇形
   回転電機。
2. 【請求項２】 前記外扇の吸気側の翼外径をＤ1 、前記
   外扇の主板側の翼外径をＤ2 と定義したとき、 Ｄ1 ≧Ｄ2 が成立すると共に、 Ｄ1 ＋Ｄ2 が２Ｄにほぼ等しくなるように構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の全閉外扇形回転電機。
3. 【請求項３】 前記外扇の翼の吸気側の端部角部を丸み
   を帯びた形状に形成する場合に、前記端部角部の曲率半
   径をＳと定義したとき、 Ｓ／Ｄ＝０．０１２〜０．０２０ が成立するように構成したことを特徴とする請求項１又
   は２記載の全閉外扇形回転電機。