JPH1098851A

JPH1098851A - 回転電機

Info

Publication number: JPH1098851A
Application number: JP8249814A
Authority: JP
Inventors: Susumu Amaike; 将天池; Masaharu Senoo; 正治妹尾; Yasuyuki Miyanaga; 靖亨宮永; Toshifumi Suzuki; 利文鈴木; Hiroaki Ando; 宏明安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】外部ファンの回転角速度を制御して、構造形
状が小型化され、冷却性向上、騒音低減、外部ファンの
強度問題を解決した回転電機を提供する。【解決手段】回転子の回転軸５を支持する軸受３と、
回転軸５を入力軸とする変速機９と、該変速機の出力軸
に取り付けられた外部ファン７とを有し、前記軸受３を
エンドブラケット６ａの内側に、前記変速機９を該エン
ドブラケットの外側に取り付けた回転電機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部ファンを備え
た回転電機において、形状構造を小型化すると共に、回
転電機の回転速度に合わせて外部ファンを効率よく回転
させることができる回転電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４の従来技術の誘導電動機を説明する
ための上半分を破断した全体図、および、図５の従来技
術の誘導電動機を説明するための外部ファンを破断した
全体図を用いて従来の回転電機における外部ファンの駆
動を説明する。図４において、誘導電動機は、固定子１
と、回転子２と、軸受３と、ハウジング４と、上記回転
子２の回転軸５と、上記軸受３を保持したエンドブラケ
ット６ａ，６ｂと、上記ハウジング４に設けられた放熱
フィンを冷却する外部ファン７と、エンドカバー８とか
ら構成されている。

【０００３】上記固定子１は、固定子鉄心と固定子巻線
から構成され、ほぼ円筒形をしたハウジング４の内側に
保持される。回転子２は、回転子鉄心と当該回転子鉄心
のスロット内に設けられたかご形巻線等からなり、固定
子１に対応してその内部に配置される。ハウジング４の
両端には、軸受３が設けられたエンドブラケット６ａ、
６ｂが嵌め込まれている。前記回転子２は、中央部に回
転軸５を挿入し、この回転軸５の両端近傍で、エンドブ
ラケット６ａ、６ｂにボールベアリングからなる軸受３
を介して支持される。上記回転軸５の一方の端部には、
冷却用の外部ファン７が取り付けてあり、さらに、この
外部ファン７を覆うようにしてエンドカバー８が設けら
れている。

【０００４】図４に示した回転電機において、外部ファ
ン７は、回転軸５に直接取り付け固定されているので、
回転軸５と同一の角速度で回転し、エンドブラケット６
ａに対し回転軸５を中心に均等に冷媒（空気）を供給す
る。ハウジング４は、鋳鉄など鉄系材料を鋳造すること
によって、ほぼ筒状に成形されて誘導電動機の外被を構
成している。ハウジング４の外周には、放熱フィンがそ
の軸方向に沿って、放射状に一体的に成形されている。
また、上記回転電機において、同じ仕様の下、同一の外
部ファンを利用して冷却能力を向上させる手法は、たと
えば、二次冷媒を用いたり、外部の駆動源により外部フ
ァン７を駆動させる他冷却方式をとるなどの手法があ
る。上記手法は、外部ファン７や回転電機の構造を複雑
なものにしていた。また、同じ仕様の下、同一の外部フ
ァン７を利用した回転電機は、外部ファン７の回転によ
り発生する騒音（風きり音）を低減させることが困難で
あった。

【０００５】図５において、回転電機は、取り付けるた
めの台座５１を備えている。また、回転電機の冷却に関
して、実開昭６１−１１７５７３号公報、あるいは実開
平２−１０７６５号公報に示される冷却方法がある。た
とえば、実開昭６１−１１７５７３号公報に示された回
転電機の冷却通風装置は、その回転速度に対応して、回
転電機の出力軸と外部ファンの軸とに大歯車または小歯
車を付けることによって速度を変えるようにしてた増速
装置または減速装置を設け、運転速度に対応した効率の
よい冷却を行っている。また、上記実開平２−１０７６
５号公報に記載されたエレベータ用巻上機は、回転軸の
外周面に、外部ファンが取り付けられた増速リングを接
触またはベルトを介して取り付けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４および図５に示す
従来の回転電機は、外部ファン７の回転角速度が回転軸
５の回転角速度と同じに構成されていることから、外部
ファン７が回転電機に供給する風量は、外部ファン７の
回転数に比例する。したがって、このような回転電機を
インバータ制御によって定常的に低速で運転する場合に
は、損失に基づく回転電機の発熱に対し必要な風量を供
給することができずに冷却能力が小さくなり、回転電機
の温度上昇が大きくなるといった問題が生じた。また、
このような回転電機をインバータ制御によって定常的に
高速で運転する場合には、必要以上に風量を発生させる
回転角速度で駆動させることとなり、外部ファン７は、
その回転により発生する騒音（風きり音）が問題とな
る。そのうえ、外部ファン７の強度は、必要以上に風量
を発生させる回転角速度に耐え得ることが要求され、高
価な外部ファンを使用しなければならない。

【０００７】また、実開昭６１−１１７５７３号公報に
示された回転電機の冷却通風装置は、回転角速度にした
がって、外部ファンの速度を変えることができるが、歯
車の大きさによって回転角速度を変えているので、回転
電機の出力軸と外部ファンの軸が同軸上に設けられない
ので、機器全体の大きさを増大させないためには、外部
ファンが小さくなるといった問題がある。同様に、実開
平２−１０７６５号公報に記載されている冷却装置は、
上記公報と同様に増速リングに接触またはベルトを介し
て取り付けられているので、回転電機の出力軸と外部フ
ァンの軸を同軸上に設けることができず、機器全体の大
きさを増大させないためには、外部ファンが小さくなる
といった問題がある。また、これらの冷却装置は、外部
ファンを取り付けたり、あるいは変速機を取り付けるた
めの部品や装置が必要であった。

【０００８】次に、図５に示す回転電機は、図４に示し
た回転電機となんら違いはないが、脚取り付け構造とし
た回転電機である。図５において、回転軸５と外部ファ
ン７の回転中心が一致しているので均等な冷却のみ可能
であり、脚取り付け構造であることから、外部ファン７
は、ファンの外径を制約する式である次式を満足する必
要がある。０＜Ｄ／２＜Ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・(１) ここで、Ｄ：外部ファン７の外径であり、Ｃ：回転電機
据え付け位置から回転軸５の軸心までの高さである。す
なわち、この場合は、外部ファンの半径を回転軸の高さ
より小さくしなければならなかった。

【０００９】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、外部ファンを備えた回転電機において、外
部ファンの回転角速度を制御すると共に、外部ファンと
回転電機の回転軸を同軸上に設けることによって、構造
形状が小型化され、冷却性向上や騒音低減または外部フ
ァンの強度問題を解決した回転電機を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（第１発明）前記目的を達成するために、本発明は、ハ
ウジング４と、回転軸５に保持された回転子と、該回転
軸を保持する軸受３を保持するエンドブラケット６ａ
と、前記回転軸５により駆動される外部ファン７とを備
えた回転電機において、前記回転軸５の回転角速度を増
速させる増速機９を前記回転軸と同軸上に備え、前記外
部ファン７は、増速機９と同軸上に設けられ、前記エン
ドブラケット６ａの外側に前記増速機９が、前記エンド
ブラケット６ａの内側に前記回転軸の軸受６が一体的に
取り付けられたことを特徴とする。

【００１１】（第２発明）本発明は、ハウジング４と、
回転軸５に保持された回転子と、該回転軸を保持する軸
受３を保持するエンドブラケット６ａと、前記回転軸に
より駆動される外部ファン７とを備えた回転電機におい
て、前記回転軸５の回転角速度を減速させる減速機９を
前記回転軸と同軸上に備え、前記外部ファン７を、減速
機９と同軸上に設け、前記エンドブラケット６ａの外側
に前記減速機９が、前記エンドブラケット６ａの内側に
前記回転軸の軸受３が一体的に取り付けられていること
を特徴とする。

【００１２】（第３発明）本発明は、ハウジング４と、
回転軸５に保持された回転子と、該回転軸を保持する軸
受３を保持するエンドブラケット６ａと、前記回転軸に
より駆動される外部ファン７とを備えた回転電機におい
て、前記回転軸５の回転角速度を変速させる変速機９を
前記回転軸と同軸上に備え、前記外部ファン７を、変速
機９に同軸上に設け、前記エンドブラケット６ａの外側
に前記変速機９が、前記エンドブラケット６ａの内側に
前記回転軸の軸受３が一体的に取り付けられていること
を特徴とする。

【００１３】（第４発明）本発明は、ハウジング４と、
回転軸５に保持された回転子と、該回転軸を保持する軸
受３を保持するエンドブラケット６ａと、前記回転軸に
より駆動される外部ファン７とを備えた回転電機におい
て、前記回転軸５の回転角速度を変速させるとともに、
前記回転軸の軸受として働く変速機１４を前記回転軸と
同軸上に備え、前記外部ファン７を、該変速機１４に同
軸上に設け、軸受としての機能を有する前記変速機１４
が、前記エンドブラケット６ａの内側に一体的に取り付
けられていることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１発明）ハウジングの内部には、固定子が、たとえ
ば、焼き嵌め等によって保持される。回転子の回転軸
は、エンドブラケットに設けた軸受によって保持されて
いる。外部ファンは、回転軸の回転角速度を増加させる
増速機を増速機の同軸上に備えていると共に、エンドブ
ラケットの外側に前記増速機を、またエンドブラケット
の内側に回転軸の軸受がそれぞれ一体的に取り付けられ
ている。本発明の回転電機は、上記のように外部ファン
の増速機と回転軸が同軸上に取り付けられているので、
構造が簡単で小型化できる。また、本発明の回転電機
は、増速機と回転軸の軸受がエンドブラケットの外側お
よび内側に一体的に取り付けられているので、構造が簡
単であると共に、取り付け作業も簡単迅速に行うことが
できる。さらに、本発明の回転電機は、その回転速度が
遅くても、前記増速機によって外部ファンの回転数を上
げることができるので、定常的に低速度で運転する場合
にも充分な冷却が可能である。

【００１５】（第２発明）本発明の回転電機における外
部ファンは、回転軸の回転角速度を減速させる減速機と
同軸上に備えている。前記減速機は、エンドブラケット
の外側に、また、軸受はエンドブラケットの内側にそれ
ぞれ一体的に取り付けられている。そして、本発明の回
転電機は、その回転速度が速い場合、前記減速機によっ
て外部ファンの回転数を下げることができる。したがっ
て、外部ファンは、定常的に高速で運転する場合でも必
要以上に高速回転しないので、騒音が少なく、また、安
価なものでも、強度的に耐えることができる。

【００１６】（第３発明）本発明の回転電機における外
部ファンは、回転軸の回転角速度を変速させる変速機と
同軸上に備えている。前記変速機は、エンドブラケット
の外側に、また、軸受はエンドブラケットの内側にそれ
ぞれ一体的に取り付けられている。そして、本発明の回
転電機は、その回転速度に合うように前記変速機によっ
て、外部ファンの回転数を変速することができる。した
がって、外部ファンは、回転電機の回転数に応じた回転
数に制御することができるので、騒音が少なく、また、
安価なものでも、強度的に耐えることができる。

【００１７】（第４発明）本発明の回転電機における外
部ファンは、回転軸の回転角速度を変速させるとともに
回転軸を支持する軸受の機能を有する変速機と同軸上に
備えられている。また、前記変速機は、エンドブラケッ
トの内側に一体的に取り付けられている。すなわち、本
発明のエンドブラケットは、その内側に変速機と軸受が
共に一体的に取り付けられているので、構造が小型化で
きると共に、部品点数も減少し、組立てが簡単になる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第一実施例で、回転電機の軸
受と変速機とを説明するための断面図である。図１にお
いて、エンドブラケット６ａは、外側に遊星歯車変速機
９を取り付けるボス６ｃと、内側に回転軸５を支持する
軸受３を取り付けるボス６ｄと、ハウジング４に嵌合す
る突部とから構成されている。そして、ボス６ｃには、
遊星歯車変速機９が嵌合された後、キーを圧入して固定
する。ボス６ｄには、回転軸５を支持する軸受３を取り
付ける。回転軸５が遊星歯車変速機９の入力軸とされ、
外部ファン７が、前記遊星歯車変速機９の出力軸１０に
取り付けられている。

【００１９】図１に示す回転電機は、図示されていない
が、固定子鉄心と固定子巻線から構成された固定子１
と、回転子鉄心と当該回転子鉄心のスロット内に設けら
れたかご形巻線等からなる回転子２と、ほぼ円筒形をし
たハウジング４とから構成される。そして、ハウジング
４の内部には、固定子１が嵌め込まれると共に、当該固
定子１に対応した位置に回転子２を挿入して、回転子２
の回転軸５をボールベアリングからなる前記軸受３によ
って回動自在に保持される。

【００２０】図４に示した従来例と異なる点は、回転軸
５が遊星歯車変速機９の入力軸となり、外部ファン７の
回転軸１０が遊星歯車変速機９の出力軸となっているこ
とである。また、エンドカバー８は、図４に示す場合に
較べ、遊星歯車変速機９の軸方向長だけ、長くなってい
る。なお、遊星歯車変速機９は、図１において、キー１
１によって止められているが、遊星歯車変速機９を外部
ファン７側のボス６ｃに圧入した後、ねじ止め等によっ
て取り付けてもよい。

【００２１】遊星歯車変速機９は、取り付ける向きが２
通りあり、太陽歯車側の軸と遊星歯車側の軸のいずれか
を出力軸とするかによって、減速機および増速機として
利用することができる。遊星歯車変速機９を、出力軸が
増速する向きに取り付け増速機と働かせると、回転軸５
の回転角速度が増加されて外部ファン７が固定された出
力軸１０に伝達され、外部ファン７は、回転軸５より大
きな回転角速度で回転する。したがって、外部ファン７
は、遊星歯車変速機９の変速比に従い、風量を増加して
回転電機を定常的に低速度で運転しても、十分な風量を
確保することができ、冷却能力を向上させることができ
る。

【００２２】逆に、遊星歯車変速機９を、出力軸が減速
する向きに取り付け減速機として働かせると、回転軸５
の回転角速度が減少されて外部ファン７が固定された出
力軸１０に伝達され、外部ファン７は、回転軸５より小
さな回転角速度で回転する。したがって、外部ファン７
は、遊星歯車変速機９の変速比に従い、回転数が減少
し、回転速度が低くなるので、回転電機を定常的に高速
度で運転しても、騒音（風きり音）を、低減させること
ができる。さらに、高速回転しないですむ外部ファン７
は、回転角速度の減少に合わせて必要以上の強度をもた
せる必要がなくなる。

【００２３】図２は本発明の第二の実施例で、回転電機
の軸受と変速機とを説明するための断面図である。第二
の実施例は、遊星歯車変速機９の代わりに、平行軸変速
機１２を取り付けた点で第一実施例と異なっている。平
行軸変速機１２は、回転軸５と外部ファン７用回転軸１
０の軸心をずらすことが可能となる。もちろん、遊星歯
車変速機９と同様、増速機および減速機として用いるこ
ともできる。この実施例は、一つのエンドブラケット６
ａの両側に、ボス６ｃおよび６ｄを設け、外側のボス６
ｃに平行軸変速機１２が取り付けられると共に、内側の
ボス６ｄに回転軸５の軸受３が取り付けられる。エンド
ブラケットは、上記のような構成としたため、一体成形
が容易であると共に、軸受３や平行軸変速機１２の組み
立てが簡単になる。

【００２４】上記のように回転電機の回転軸５と外部フ
ァン７の回転軸１０との軸心をずらすことは、回転電機
の冷却中心を任意に設定できるため、必要な部分に風を
供給可能とする。また、脚取り付け回転電機において、
図５における外部ファン７が満足すべき外径の制約が、
(１)式より緩和され、次式となる。０＜Ｄ＜Ｈ−α・・・・・・・(２) Ｃ＜Ｈ／２−α・・・・・・・(３) ここで、Ｈ：回転電機全高であり、α：補正値である。
実際、Ｄ／２がＨと等しくなることはなく、Ｈより小さ
なある値に近ずくため、αにより補正する。αは回転電
機の形状により固有の値をとる。なお、図２ではボルト
１３止めとなっているが、平行軸変速機１２を外部ファ
ン７側エンドブラケット６ａに取り付け可能な形状であ
ればよい。

【００２５】図３は本発明の第三の実施例で、回転電機
の軸受と変速機とを説明するための断面図である。第三
実施例は、エンドブラケット６ａの内側にボス６ｅが設
けられており、軸受機能を兼備えた変速機１４が圧入さ
れている。上記軸受機能を兼備えた変速機１４には、入
力軸として回転電機の回転軸５が、出力軸として外部フ
ァン７の回転軸１０が取り付けられている。上記軸受機
能を兼備えた変速機１４は、軸受用のスペースを省くこ
とができ、小型化を図ることが可能になると共に、部品
点数も削減できる。また、上記軸受機能を兼備えた変速
機１４は、エンドブラケット６ａの構造も簡単であると
共に、軸受３と変速機１４が一体であるから、組み立て
の手間も簡単になる。

【００２６】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがな
ければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たと
えば、本発明は、実施例において、遊星歯車変速機、平
行軸変速機、および軸受機能を兼ね備えた変速機の機械
的な構造についての説明を省略したが、変速機として
は、公知または周知のものを使用できる。また、本発明
は、遊星歯車変速機、平行軸変速機、および軸受機能を
兼ね備えた変速機と、エンドブラケットとの取り付けの
詳細な説明を省略したが、圧入、キー止め、ボルト止め
等、公知または周知の固着手段を使用することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、回転電機において、回
転軸の回転角速度を外部ファンに伝達する際、変速機を
介し、外部ファンの回転角速度を制御することにより、
冷却性の向上、騒音低減、外部ファンの強度問題の解決
が可能となる。本発明によれば、外部ファンの回転角速
度を必要以上に高速にしなくても済むので、外部ファン
の強度を適度に設計することができ、安価になる。本発
明によれば、エンドブラケットが軸受と変速機とを一体
に取り付けられる構造とすることで、簡単な構造で安価
にすると共に、組み立てを容易にすることができた。本
発明によれば、前記変速機に平行軸減速機を採用した場
合、外部ファンによる冷却中心を、外部ファン側エンド
ブラケット上の任意の点に設定可能となる。本発明によ
れば、前記変速機に軸受機能を兼ね備えることにより回
転軸方向の小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例で、回転電機の軸受と変速
機とを説明する断面図。

【図２】本発明の第二実施例で、回転電機の軸受と変速
機とを説明する断面図。

【図３】本発明の第三実施例で、回転電機の軸受と変速
機とを説明する断面図。

【図４】従来技術の誘導電動機を説明するための上半分
を破断した全体図。

【図５】従来技術の誘導電動機を説明するための外部フ
ァンを破断した全体図。

【符号の説明】

１固定子２回転子３軸受４ハウジング５回転軸６ａ外部ファン側のエンドブラケット６ｃ，６ｄ，６ｅボス７外部ファン８エンドカバー９遊星歯車変速機１０外部ファン用回転軸１１キー１２平行軸変速機１３ボルト１４軸受機能を兼備えた変速機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木利文千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者安藤宏明千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、回転軸に保持された回転
子と、該回転軸を保持する軸受を保持するエンドブラケ
ットと、前記回転軸により駆動される外部ファンとを備
えた回転電機において、前記回転軸の回転角速度を増速
させる増速機を前記回転軸と同軸上に備え、前記外部フ
ァンは、増速機と同軸上に設けられ、前記エンドブラケ
ットの外側に前記増速機が、前記エンドブラケットの内
側に前記回転軸の軸受が一体的に取り付けられているこ
とを特徴とする回転電機。
【請求項２】ハウジングと、回転軸に保持された回転
子と、該回転軸を保持する軸受を保持するエンドブラケ
ットと、前記回転軸により駆動される外部ファンとを備
えた回転電機において、前記回転軸の回転角速度を減速
させる減速機を前記回転軸と同軸上に備え、前記外部フ
ァンは、減速機と同軸上に設けられ、前記エンドブラケ
ットの外側に前記減速機が、前記エンドブラケットの内
側に前記回転軸の軸受が一体的に取り付けられているこ
とを特徴とする回転電機。
【請求項３】ハウジングと、回転軸に保持された回転
子と、該回転軸を保持する軸受を保持するエンドブラケ
ットと、前記回転軸により駆動される外部ファンとを備
えた回転電機において、前記回転軸の回転角速度を変速
させる変速機を前記回転軸と同軸上に備え、前記外部フ
ァンは、変速機に同軸上に設けられ、前記エンドブラケ
ットの外側に前記変速機が、前記エンドブラケットの内
側に前記回転軸の軸受が一体的に取り付けられているこ
とを特徴とする回転電機。
【請求項４】ハウジングと、回転軸に保持された回転
子と、該回転軸を保持する軸受を保持するエンドブラケ
ットと、前記回転軸により駆動される外部ファンとを備
えた回転電機において、前記回転軸の回転角速度を変速
させるとともに、前記回転軸の軸受として働く変速機を
前記回転軸と同軸上に備え、前記外部ファンは、変速機
に同軸上に設けられ、軸受としての機能を有する前記変
速機が、前記エンドブラケットの内側に一体的に取り付
けられていることを特徴とする回転電機。