JPWO2012017528A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

固定子１３と、固定子１３内に配置された回転子４と、固定子１３と回転子４とを内包するフレーム１０と、回転軸１の駆動側１ａおよび反駆動側１ｂを支持する一対の軸受７ａ、７ｂと、回転軸１に装架されたファン５０ａと、を備え、ファン５０ａには、回転子４の半径方向に延設され回転子４の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根５３ａが形成され、各羽根５３ａは、回転子４に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面がファン５０ａ側に向かうにつれて末広がりとなる。

Description

本発明は、鉄道車両に適用される回転電機に関して、特に、回転子軸に設置されるファンの羽根構造に関するものである。

鉄道車両に適用される従来の回転電機は、鉄道車両の進む方向が前後とも同頻度であることから、同頻度で正転・逆転が使用される。そのため、当該回転電機に使用される内扇ファンまたは外扇ファンには、平板状の羽根もしくは直線と円弧とを組み合わせた羽根が用いられていた（例えば、下記特許文献１）。

他方、鉄道車両に適用される従来の回転電機には、その小型化を達成しつつ、ファンの風量を増大させて冷却効率を一層高めるという要求が課されるわけであるが、冷却効率（すなわち風量）に比例してファンから発生する騒音も大きくなるため、規定の騒音値を満足できなくなってしまう場合がある。そこで、従来の回転電機には、ファンの発生する風量を抑え、冷却効率を下げながら騒音値が規定内に入るようにファンを選定するという手法が採られていた。

だたし、このような手法で設計をした場合には、冷却効率が低いファンを選定することになるため、回転電機から発生する熱量を下げる必要がある。この熱量を下げるには、例えば、回転子に配設されるローターバーの銅量を増やして抵抗値を下げるなどの措置が一般的であるが、必然的に回転電機は大型化することになる。このように、ファンから発生する騒音値が高い場合には風量を下げなければならず、風量を下げれば冷却効率が低くなるため回転電機の発熱量自体を下げる必要があり、結果として、回転電機を大型化しなければならないという問題があった。従って、ファンの更なる改良が切望されていた。

特開２００３−８８０４５号公報（図２、図４）

上記特許文献１に示される回転電機は、その羽根の断面形状が直線と円弧とを組み合わせたものであるので、羽根付近を通過する冷却風が羽根の後方部分、すなわち羽根の直線部分から剥離する頻度が多く、渦や乱流が発生して騒音の原因になる場合があるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、風量を低下させることなくファンから発生する騒音を抑制可能な回転電機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子と、前記固定子内に配置された回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包するフレームと、回転軸の駆動側および反駆動側を支持する一対の軸受と、機内に設置され前記回転軸に装架されて機内の空気を撹拌するファンと、を備え、前記ファンには、前記回転子の半径方向に延設され前記回転子の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成され、前記各羽根は、前記回転子に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面が前記ファン側に向かうにつれて末広がりであることを特徴とする。

この発明によれば、回転子に直交する方向の羽根の断面を、半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、ファン側に向かうにつれて末広がりとなるようにしたので、風量を低下させることなく騒音を抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる回転電機の断面図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる羽根の斜視図である。 図３は、リングを取り外した状態におけるファンの斜視図である。 図４は、図２に示されるファンの要部を示す正面図である。 図５は、図２に示されるファンのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図６は、図５に示されるファンのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図７は、直線と円弧とを組み合わせた従来の羽根の断面図である。 図８は、図７に示される羽根を通過する冷却風の流れを説明するための図である。 図９は、本実施の形態にかかる羽根を通過する冷却風の流れを説明するための図である。 図１０は、従来の羽根によって発生する騒音量と本実施の形態にかかる羽根によって発生する騒音量とを比較した図である。 図１１は、本発明の実施の形態にかかる羽根構造を、反駆動側に装架された外扇ファンに適用した回転電機の断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態にかかる羽根構造を、反駆動側に装架された内扇外扇一体ファンに適用した回転電機の断面図である。

以下に、本発明にかかる回転電機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる回転電機の断面図である。図１において、回転軸１の駆動側１ａは、例えば鉄道車両用の場合、継手（図示せず）および減速歯車（図示せず）を介して鉄道車の車軸（図示せず）に連結され、車軸に取り付けられた車輪（図示せず）を駆動して車両を走行させるように構成されている。

回転軸１に一体化された回転子鉄心２には、回転軸１の軸方向に貫通した複数個の通風路２ａが形成されている。また、回転子鉄心２の外周には回転子導体３が配置されている。回転子４は、回転子鉄心２と回転子導体３とで構成されている。

図１に示される外扇ファン５０ａは、回転軸１の駆動側１ａに装架され、各通風路２ａを通過した冷却風を機外に排出可能に設置されている。

回転軸１の駆動側１ａは、駆動側ブラケット８ａに配置された軸受７ａによって回転自在に支持されている。この軸受７ａはストッパ２３およびストッパ２４で位置決めされている。また、回転軸１の反駆動側１ｂは、反駆動側ブラケット８ｂに配置された軸受７ｂで回転自在に支持されている。この軸受７ｂはストッパ２１およびストッパ２２で位置決めされている。

フレーム１０の機内側には、固定子鉄心１１が回転子鉄心２と対向するように配置され、この固定子鉄心１１には、固定子巻線１２が配置されている。なお、固定子１３は、固定子鉄心１１と固定子巻線１２とで構成されている。

反駆動側１ｂのフレーム１０の一部には吸気孔１４が形成され、駆動側ブラケット８ａにはフレーム１０の外周方向に開口する排気孔１５が形成されている。

回転電機の動作を説明する。吸気孔１４より機内（フレーム１０、駆動側ブラケット８ａ、および駆動側ブラケット８ａに取り囲まれる空間内）に取り込まれた冷却風は、通風路２ａを通過する際に回転子４の熱を吸収する。通風路２ａを通過した冷却風は、リング５２ａの内周側から、羽根５３ａとリング５２ａと主板５１ａとによって囲繞される空間に取り込まれ、外扇ファン５０ａの外周方向に放出され、排気孔１５を介して機外に排出される。

次に、本実施の形態にかかる羽根５３の構造を詳述する。ここで説明をする羽根５３は、図１に示される羽根５３ａに適用可能とされるものである。説明の流れとしては、最初に図２〜６を用いて羽根５３の形状に関して説明し、その後に、図７〜９を用いて従来の羽根と本実施の形態にかかる羽根５３とを比較して説明する。

図２は、本発明の実施の形態にかかる羽根５３の斜視図であり、図３は、リング５２を取り外した状態におけるファン５０の斜視図であり、図４は、図２に示されるファン５０の要部を示す正面図であり、図５は、図２に示されるファン５０のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図６は、図５に示されるファンのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

図２および図３において、ファン５０は、主たる構成として、円盤状を成し回転軸１が挿入される貫通穴が形成された主板５１と、主板５１の半径方向に延設され回転方向に概略等間隔に配置された複数の羽根５３と、羽根５３の他端を回転軸１方向から保持するリング５２と、を有して構成されている。

このリング５２は、羽根５３の他端を保持して各羽根５３の揺動を抑制すると共に、冷却風を羽根前縁部５６から羽根後縁部５７の方向へ効果的に導くためのものである。

図３および図５に示されるように、リング５２と円錐状の主板５１との間に設置された羽根５３は、リング５２から主板５１に向かって末広がりの形状を成す。この形状によって、主板５１と羽根５３との接触面積が充分に確保され、羽根後縁部５７の揺動を抑制することが可能である。

また、羽根５３は、相対的に、主板５１からリング５２に向かって先細りの形状を成す。この形状によって、羽根５３とリング５２と主板５１とに囲繞される空間へ取り込まれる冷却風の流速が損なわれることもない。

なお、図３および図５に示される羽根５３は、ファン５０の回転方向および半径方向に向かって末広がりの形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、ファン５０の回転方向に向かってのみ末広がりの形状に形成してもよいし、ファン５０の半径方向に向かってのみ末広がりの形状に形成してもよい。

図４および図５において、羽根５３は、リング５２と主板５１に挟まれる形で配設されているため、反駆動側１ｂからファン５０の正面方向を見たときに、羽根後縁部５７と羽根側面部５５の一部がリング５２によって隠れる形となる。冷却風は、リング５２の内周側から、羽根５３とリング５２と主板５１とによって囲繞される空間に取り込まれ、ファン５０の外周方向に放出される。

次に、図６を用いて羽根５３の形状に関して詳述する。図６に示される羽根５３の形状は、回転子４に直交する方向の断面を示すものであり、図１に示される回転子４からファン５０の正面方向を見たときのものである。

羽根５３は、主板５１の中心方向に形成され羽根５３の先端を成す羽根前縁部５６と、主板５１の外周方向に形成され羽根５３の後端を成す羽根後縁部５７と、回転子４の回転方向に形成され羽根前縁部５６と羽根後縁部５７との間に介在する羽根側面部５５とを有して構成されている。

羽根前縁部５６は、図６の下側（すなわち主板５１の中心方向）に向かうにつれて細くなるテーパー状に形成され、羽根後縁部５７は、図６の上側（すなわち主板５１の外周方向）に向かうにつれて細くなるテーパー状に形成されている。

ここで、羽根５３の形状をより具体的に説明するため、以下のように定義する。回転子４の回転方向における羽根５３の頂部（第１の頂部）をａ、同図のファン５０の半径方向における羽根５３の頂部をｂ、ａ−ａを通る軸線とｂ−ｂを通る軸線との交点をｃ、と定義する。

図６では、交点ｃから羽根後縁部５７の頂部ｂまでの距離Ｒ１と、ｃ−ｂ間の距離Ｒ２とが異なる値に設定されていることがわかる。

さらに、羽根５３は、羽根前縁部５６側の曲率半径が同図の下側に向かうにつれて大となり、かつ、羽根後縁部５７側の曲率半径が同図の上側に向かうにつれて大となるように形成されている。すなわち、交点ｃからの曲率半径が羽根前縁部５６の頂部（第２の頂部）ｂに向かうにつれて大きくなり、また、交点ｃからの曲率半径が羽根後縁部５７の頂部（第３の頂部）ｂに向かうにつれて大きくなる。

ａ−ａを通る軸線よりも下側の曲面（すなわち羽根前縁部５６）は、ａ−ａ間の距離Ｒ３よりも大きい曲率半径で形成されている。なお、Ｒ２は、曲率半径が最大のときの距離を示しており、Ｒ２はＲ３より大（Ｒ２＞Ｒ３）となる。

同様に、ａ−ａを通る軸線よりも上側の曲面（すなわち羽根後縁部５７）は、Ｒ３よりも大きい曲率半径で形成されている。なお、Ｒ１は、曲率半径が最大のときの距離を示しており、Ｒ１はＲ３より大（Ｒ１＞Ｒ３）となる。

なお、図６では、一例として、Ｒ１はＲ２より大、かつ、Ｒ２はＲ３より大（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）となるように設定されているが、これに限定されるものではなく、Ｒ２がＲ１より大、かつ、Ｒ１はＲ３より大（Ｒ２＞Ｒ１＞Ｒ３）でもよい。

このように、本実施の形態にかかる羽根５３は、ｂ−ｂを通る軸線を中心に対称翼形状となっている。図１において吸気孔１４から取り込まれた冷却風は、回転子１の通風路２ａ内をとおり、外扇ファン５０ａに取り込まれて回転電機の外に排出される。従来のファンを採用した場合、ファンの回転量を上げることで騒音が増大するために、回転子に配設されるローターバーの銅量を増やして抵抗値を下げるなどの措置が必要であった。本実施の形態では、図１に示される外扇ファン５０ａに、図６に示される対称翼形状の羽根５３を用いている。そのため、外扇ファン５０ａから生じる騒音は、従来型の羽根を採用した外扇ファンに比して大幅に軽減される。

なお、図１に示した外扇ファン５０ａの構成要素と、図２〜５に示したファン５０の構成要素と、の対応関係は以下の通りである。図１に示される主板５１ａは図２〜５に示される主板５１に相当し、以下同様に、羽根５３ａは羽根５３、羽根前縁部５６ａは羽根前縁部５６、羽根後縁部５７ａは羽根後縁部５７、リング５２ａはリング５２にそれぞれ相当する。図２〜５に示した羽根５３を、図１に示した羽根５３ａに適用した場合、ファン５０ａからの騒音が軽減される分だけ外扇ファン５０ａの回転量を上げて風量を増やすことができるため、回転電機の大型化を回避することが可能となる。

次に、図７〜９を用いて従来の羽根と本実施の形態にかかる羽根とを比較して説明する。

図７は、直線と円弧とを組み合わせた従来の羽根６３の断面図であり、図８は、図７に示される羽根６３を通過する冷却風の流れを説明するための図である。

図７に示される従来の羽根６３の断面形状は、この羽根６３を、図２に示されるファン５０に適用した場合における回転子４に直交する方向の断面であり、図１に示される回転子４からファン５０の正面方向を見たときのものである。

ここで、本実施の形態にかかる羽根５３と従来の羽根６３との相違点を説明するため、以下のように定義する。回転子４の円周方向における羽根６３の頂部をａ’、同図のファン５０の半径方向における羽根６３の頂部をｂ’、ａ’−ａ’を通る軸線とｂ’−ｂ’を通る軸線との交点をｃ’と定義する。

さらに、羽根後縁部６３ｃ側においては、直線状を成す羽根側面部６３ｂの端部をｄ、ｄ−ｄを通る軸線とｂ’−ｂ’を通る軸線との交点をｅと定義する。

この従来型の羽根６３では、交点ｃからの曲率半径が羽根前縁部６３ａの頂部ｂ’に向かって小となり、かつ、交点ｅからの曲率半径が羽根後縁部６３ｃの頂部ｂ’に向かって兆となることがわかる。また、従来型の羽根６３では、頂部ａ’から端部ｄに至る羽根側面部６３ｂが直線状に形成されている。

図８には、図２に示したファン５０が同図に示される回転方向に回転したときに、羽根前縁部６３ａから羽根後縁部６３ｃに通流する冷却風の流れを示している。この場合、羽根前縁部６３ａの頂部と羽根後縁部６３ｃの頂部とを結ぶ軸線の斜め方向から冷却風が浸入する。この冷却風は、図上側と図下側に別れた後に、羽根側面部６３ｂに沿って各々通流し、再び羽根後縁部６３ｃにて合流する。

ただし、図上側の羽根側面部６３ｂに沿って通流する冷却風は、羽根側面部６３ｂから羽根後縁部６３ｃに至る付近にて剥離する頻度が多く、その結果、渦や乱流が発生して、これが騒音となって現れる場合がある。

図９は、本実施の形態にかかる羽根５３を通過する冷却風の流れを説明するための図である。図９には、図２に示したファン５０が同図に示される回転方向に回転したときに、羽根前縁部５６から羽根後縁部５７に通流する冷却風の流れを示している。この場合、羽根前縁部５６の頂部と羽根後縁部５７の頂部とを結ぶ軸線の斜め方向から冷却風が浸入する。この冷却風は、図上側と図下側に別れた後に、羽根側面部５５に沿って各々通流し、再び羽根後縁部５７にて合流する。

図９に示される羽根５３では、図上側の羽根側面部５５に沿って通流する冷却風が、羽根後縁部５７に至る付近で剥離することなく通流する。従って、図８に示したような渦や乱流の発生が抑制される。

図１０は、従来の羽根６３によって発生する騒音量と本実施の形態にかかる羽根５３によって発生する騒音量とを比較した図である。実線は従来の羽根６３を用いた回転電機にて観測された騒音値（ｄＢＡ）と風量との関係を示すデータである。一方、点線は本実施の形態にかかる羽根５３を用いた回転電機にて観測された騒音測定値と風量との関係を示すデータである。

図１０に示すように、同じ風量において発生する騒音を比較した場合、本実施の形態にかかる羽根５３を用いた回転電機は、従来の羽根６３を用いた回転電機に比して、騒音値が約１（ｄＢＡ）以上小さくなることがわかる。

なお、上記説明では、フレーム１０と駆動側ブラケット８ａと反駆動側ブラケット８ｂとが別々の構成となっているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１に示されるフレーム１０、駆動側ブラケット８ａ、反駆動側ブラケット８ｂが一体構成されたフレームに置き換えてもよい。

次に、図２〜５に示されるファン５０を、他の態様のファンに適用した実施例を説明する。

図１１は、本発明の実施の形態にかかる羽根構造を反駆動側に装架された外扇ファン５０ｂに適用した回転電機の断面図である。以下、図１に示した回転電機と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

反駆動側ブラケット８ｂの機外側に設置されたファンカバー９の中央部には、外気を導入可能に開口部が形成され、この開口部には、機外からフレーム１０内に導入される冷却風内の塵埃を捕捉するためのフィルタ２０が設置されている。

外扇ファン５０ｂは、回転軸１の反駆動側１ｂの端部に嵌設され、反駆動側１ｂから回転軸１に螺入される所定のボルトで固定され、ファンカバー９は、フレーム１０の内部に形成された通風路２ｂと連通している。従って、回転軸１が回転することにより、外扇ファン５０ｂを介して導入された冷却風がファンカバー９および通風路２ｂを通流して排気孔１５から排出される。このように、冷却風が通流することによって回転電機が効率的に冷却される。

外扇ファン５０ｂは、主たる構成として、円盤状を成し回転軸１に設置される主板５１ｂと、主板５１ｂの半径方向に延設され回転方向に概略等間隔に配置され外部からの冷却風を機内に導入可能に形成された複数の羽根５３ｂと、羽根５３ｂの他端を反駆動側１ｂから保持するリング５２ｂと、を有して構成されている。

羽根５３ｂは、図２〜６に示される羽根５３と同形状であるので、外扇ファン５０ｂから生じる騒音は、従来型の羽根を採用した外扇ファンに比べて大幅に軽減される。

図１１に示される外扇ファン５０ｂを使用する回転電機によれば、騒音が軽減される分だけ外扇ファン５０ｂの回転量を上げて風量を増やすことができるため、回転電機の大型化を回避することが可能となる。その結果、回転電機の小型化を図ることができ、かつ、回転電機のコストを低減することが可能となる。

なお、図１１では、外扇ファン５０ｂが回転軸１の端部に嵌設されているが、これに限定されるものではなく、例えば、外扇ファン５０ｂに回転軸１を貫通させて固定してもよい。また、フレーム１０とファンカバー９と反駆動側ブラケット８ｂと駆動側ブラケット８ａとが別々の構成となっているが、これに限定されるものではなく、例えば、これらの要素を一体に形成されたフレームを用いて回転電機を構成することも可能である。

なお、図１１に示した外扇ファン５０ｂの構成要素と、図２〜５に示したファン５０の構成要素と、の対応関係は以下の通りである。図１１に示される主板５１ｂは図２〜５に示される主板５１に相当し、以下同様に、羽根５３ｂは羽根５３、羽根前縁部５６ｂは羽根前縁部５６、羽根後縁部５７ｂは羽根後縁部５７、リング５２ｂはリング５２にそれぞれ相当する。図２〜５に示した羽根５３を、図１１に示した羽根５３ｂに適用した場合、外扇ファン５０ｂからの騒音が軽減される分だけ外扇ファン５０ｂの回転量を上げて風量を増やすことができるため、回転電機の大型化を回避することが可能となる。

図１２は、本発明の実施の形態にかかる羽根構造を反駆動側に装架された内扇外扇一体ファン５０ｃに適用した回転電機の断面図である。以下、図１および図１１に示した回転電機と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

反駆動側ブラケット８ｂには、所定の位置に外気を導入可能に複数の吸気孔が形成され、この吸気孔を覆うようにフィルタ２０が設置されている。吸気孔は、例えば、軸受７ｂの周囲に配設されている。

内扇外扇一体型ファン５０ｃは、回転子４の反駆動側１ｂに設置されており、主たる構成として、円盤状の主板５１ｃと、主板５１ｃの半径方向に延設され回転方向に概略等間隔に配置され外部からの冷却風を機内に導入可能に形成された複数の羽根５３ｃと、羽根５３ｃの他端を反駆動側１ｂから保持するリング５２ｃと、主板５１ｃと回転子４との間に配置され固定子１３および回転子４の周囲の空気を撹拌可能に形成された複数の羽根５３ｄと、を有して構成されている。

羽根５３ｃによって導入された冷却風は、矢印ｂで示される経路にて排気孔１５から排出される。すなわち、冷却風は、反駆動側ブラケット８ｂとフレーム１０が連通して形成された通風路２ａを通流し、排気孔１５およびフィルタ２０ｂを介して機外に排出される。なお、図１２では、一例として排気口１５側にフィルタ２０ｂが設置されているが、これに限定されるものではなく、フィルタ２０ｂを設置しない態様であってもよい。

この羽根５３ｃは、図２〜６に示される羽根５３と同形状であるので、内扇外扇一体型ファン５０ｃから生じる騒音は、従来型の羽根を採用した外扇ファンに比べて大幅に軽減される。

他方、羽根５３ｄによって撹拌された空気は、例えば、矢印ａで示される経路にて循環する。なお、図１２に示される回転電機は、内扇外扇一体型ファン５０ｃと回転子４とが一体となって回転するため、反駆動側ブラケット８ｂと内扇外扇一体型ファン５０ｃとの間には、必然的に若干の隙間が設けられている。従って、羽根５３ｄによって撹拌される空気は、主板５１ｃと反駆動側ブラケット８ｂとの隙間部分から回転子４の周囲に浸入する空気も含まれる。

図１２に示した内扇外扇一体型ファン５０ｃの構成要素と、図２〜５に示したファン５０の構成要素と、の対応関係は以下の通りである。図１２に示される主板５１ｃは図２〜５に示される主板５１に相当し、以下同様に、羽根５３ｃは羽根５３、羽根前縁部５６ｃは羽根前縁部５６、羽根後縁部５７ｃは羽根後縁部５７、リング５２ｃはリング５２にそれぞれ相当する。

このように、図２〜５に示した羽根５３を図１２に示した羽根５３ｃに適用した場合、騒音が軽減される分だけ風量を増やすことができるため、回転電機の大型化を回避することが可能となる。その結果、回転電機の小型化を図ることができ、かつ、回転電機のコストを低減することが可能となる。

また、図１２に示される回転電機は、外扇ファンのみまたは内扇ファンのみを搭載した回転電機に比べて、回転子４および固定子１３を効果的に冷却することが可能である。

なお、図１２に示される回転電機は、羽根５３ｃのみに図２〜６に示される羽根５３を用いているが、これに限定されるものではなく、羽根５３ｄにも図２〜６に示される羽根５３を使用してもよい。

なお、本実施の形態では、図１に示される外扇ファン５０ａ、図１１に示される外扇ファン５０ｂ、および図１２に示される内扇外扇一体型ファン５０ｃに、図６に示される羽根５３を適用した場合に関して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、全閉外扇型回転電機に設置される内扇ファンにも、本実施の形態にかかる羽根５３を適用可能である。この内扇ファンは、例えば、機内に配置され回転軸１に装架され、機内の空気を循環させて固定子１３および回転子４に送風可能に形成された公知のものであるので、以下説明を割愛する。

なお、本実施の形態では、図１に示される外扇ファン５０ａ、図１１に示される外扇ファン５０ｂ、および図１２に示される内扇外扇一体型ファン５０ｃに、図２に示されるリング５２を用いた場合に関して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、リング５２を使わない場合でも、ファン５０の回転数が高い領域では羽根５３の揺動が発生する可能性があるものの、上述同様の効果を得ることは可能である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる回転電機は、固定子１３と、固定子１３内に配置された回転子４と、固定子１３と回転子４とを内包するフレーム１０と、回転軸１の駆動側１ａおよび反駆動側１ｂを支持する一対の軸受７ａ、７ｂと、機内に設置され回転軸１に装架されて機内の空気を撹拌する内扇ファンと、を備え、この内扇ファンには、回転子４の半径方向に延設され回転子４の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根５３が形成され、各羽根５３は、回転子４に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面がファン側に向かうにつれて末広がりとなるようにしたので、主板５１と羽根５３との接触面積が充分に確保され、羽根後縁部５７の揺動を抑制することが可能である。

また、本実施の形態にかかる回転電機は、固定子１３と、回転子４と、フレーム１０と、軸受７ａ、７ｂと、外扇ファン５０ａ、５０ｂと、を備え、この外扇ファン５０ａ、５０ｂには、回転子４の半径方向に延設され回転子４の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根５３が形成され、各羽根５３は、回転子４に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面がファン側に向かうにつれて末広がりとなるようにしたので、上述同様に、羽根後縁部５７の揺動を抑制することが可能である。

本実施の形態にかかる回転電機は、固定子１３と、回転子４と、フレーム１０と、軸受７ａ、７ｂと、回転子４の反駆動側１ｂに装架され機外からの冷却風を固定子１３に送風し、かつ、機内の空気を撹拌する内扇外扇一体型ファン５０ｃと、を備え、この内扇外扇一体型ファン５０ｃには、回転子４の半径方向に延設され回転子４の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根５３が形成され、各羽根５３は、回転子４に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面がファン側に向かうにつれて末広がりとなるようにしたので、上述同様に、羽根後縁部５７の揺動を抑制することが可能である。

また、本実施の形態にかかる羽根５３は、回転子４に直交する方向の断面の形状が直線部を持たない形状である。従って、ファン５０から生じる騒音が従来型の羽根６３を採用したものに比べて大幅に軽減される。騒音が軽減される分だけ外扇ファン５０ａの回転量を上げて風量を増やすことができるため、回転電機の小型化を図ることができ、かつ、回転電機のコストを低減することが可能となる。

なお、本実施の形態では、従来の羽根６３を、図６に示される羽根５３に全て置き換えた態様（図３を参照）を説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、羽根５３と図７に示される羽根６３とを、交互に配列する態様であってもよい。

また、他の例としては、羽根６３を複数連続して配列し、かつ、この配列に続けて羽根５３を１つ配置する態様でもよく、例えば、羽根６３を３つ配列した後に羽根５３を１つ配置して、再び羽根６３を３つ配列する。

また、他の例としては、羽根６３を複数連続して配列し、かつ、この配列に続けて羽根５３を複数連続して配列する態様でもよく、例えば、羽根６３を３つ配列した後に羽根５３を２つ配置して、再び羽根６３を３つ配列する。

また、他の例としては、羽根５３を複数連続して配列し、かつ、この配列に続けて羽根６３を１つ配置する態様でもよく、例えば、羽根５３を３つ配列した後に羽根５３を１つ配置して、再び羽根５３を３つ配列する。

このように羽根を配列した場合でも、従来の羽根６３のみで構成されたファンに比して、騒音を低減することが可能であり、羽根５３の割合が多いほど騒音低減効果が向上する。また、断面形状が単純は平板状の羽根と、本実施の形態にかかる羽根５３と、を組み合わせるようにすれば、ファン５０のコストを軽減することも可能である。

なお、本実施の形態では、図２から図６に示される羽根５３を、鉄道車両用の回転電機に適用しているが、これに限定されるものではなく、羽根５３をあらゆるファンにも適用可能である。

なお、本実施の形態に示した回転電機は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、回転電機に適用可能であり、特に、風量を低下させることなくファンから発生する騒音を抑制可能な発明として有用である。

１ 回転軸
１ａ 駆動側
１ｂ 反駆動側
２ａ、２ｂ 通風路
２ 回転子鉄心
３ 回転子導体
４ 回転子
７ａ、７ｂ 軸受
８ａ 駆動側ブラケット
８ｂ 反駆動側ブラケット
９ ファンカバー
１０ フレーム
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線
１３ 固定子
１４ 吸気孔
１５ 排気孔
２０ フィルタ
２１、２２、２３、２４ ストッパ
５０ ファン
５０ａ、５０ｂ 外扇ファン
５０ｃ 内扇外扇一体型ファン
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 主板
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ リング
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、６３ 羽根
５５、６３ｂ 羽根側面部
５６、５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、６３ａ 羽根前縁部
５７、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、６３ｃ 羽根後縁部
ａ 第１の頂部
ｂ 第２の頂部、第３の頂部

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子と、前記固定子内に配置された回転子と、前記固定子と前記回転子とを内包するフレームと、回転軸の駆動側および反駆動側を支持する一対の軸受と、機内に設置され前記回転軸に装架されて機内の空気を撹拌するファンと、を備え、前記ファンには、前記回転子の半径方向に延設され前記回転子の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成され、前記各羽根は、円盤状を成し前記回転軸が挿入される貫通穴が形成された主板と、羽根の他端を保持するリングとの間に配設され、前記貫通穴から前記主板の外周方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記リングから前記主板に向かうにつれて末広がりであること、を特徴とする。

Claims (6)

1. 固定子と、
   前記固定子内に配置された回転子と、
   前記固定子と前記回転子とを内包するフレームと、
   回転軸の駆動側および反駆動側を支持する一対の軸受と、
   機内に設置され前記回転軸に装架されて機内の空気を撹拌するファンと、
   を備え、
   前記ファンには、前記回転子の半径方向に延設され前記回転子の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成され、
   前記各羽根は、前記回転子に直交する方向の断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面が前記ファン側に向かうにつれて末広がりであること、を特徴とする回転電機。
2. 固定子と、
   前記固定子内に配置された回転子と、
   前記固定子と前記回転子とを内包するフレームと、
   回転軸の駆動側および反駆動側を支持する一対の軸受と、
   機外に設置され前記回転軸に装架されて機外からの冷却風を前記固定子に送風するファンと、
   を備え、
   前記ファンには、前記回転子の半径方向に延設され前記回転子の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成され、
   前記各羽根は、前記ファンの半径方向に沿う断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面が前記ファン側に向かうにつれて末広がりであること、を特徴とする回転電機。
3. 固定子と、
   前記固定子内に配置された回転子と、
   前記固定子と前記回転子とを内包するフレームと、
   回転軸の駆動側および反駆動側を支持する一対の軸受と、
   前記回転子の反駆動側に装架され、機外からの冷却風を前記固定子に送風し、かつ、機内の空気を撹拌するファンと、
   を備え、
   前記ファンには、反駆動側に配置され、前記回転子の半径方向に延設され前記回転子の回転方向に概略等間隔に立設された複数の羽根が形成され、
   前記各羽根は、前記ファンの半径方向に沿う断面が前記半径方向に延在する楕円状を成し、かつ、前記断面が前記ファン側に向かうにつれて末広がりであること、を特徴とする回転電機。
4. 前記断面の形状は、直線部を持たず、かつ、曲率半径が前記回転方向における第１の頂部から前記ファンの中心方向における第２の頂部に向かって大きくなること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機。
5. 前記断面の形状は、直線部を持たず、かつ、曲率半径が前記回転方向における第１の頂部から前記ファンの外周方向における第３の頂部までの距離に向かって大きくなること、特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機。
6. 前記断面の形状は、前記第１の頂部から前記第２の頂部までの距離が、前記第１の頂部から第３の頂部までの距離よりも短いこと、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。

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