WO2023276587A1 - 全閉外扇形電動機 - Google Patents

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WO2023276587A1
WO2023276587A1 PCT/JP2022/023035 JP2022023035W WO2023276587A1 WO 2023276587 A1 WO2023276587 A1 WO 2023276587A1 JP 2022023035 W JP2022023035 W JP 2022023035W WO 2023276587 A1 WO2023276587 A1 WO 2023276587A1
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fan
duct
enclosed
circumferential direction
fully
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PCT/JP2022/023035
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English (en)
French (fr)
Inventor
竜治 河野
靖 早坂
克彦 藤井
幹夫 遠藤
Original Assignee
株式会社日立インダストリアルプロダクツ
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the present invention relates to a totally-enclosed fan-cooled electric motor, and more particularly to a vehicle-use totally-enclosed fan-cooled motor that is suitable for use as a traction motor for railways.
  • a traction motor for railways (hereinafter referred to as a traction motor) is one form of rotating electric machine, and is operated at a high output in a limited space in a bogie of a railway vehicle. Therefore, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated during operation and cool it.
  • Traction motors include open-type traction motors that directly introduce and pass outside air into the machine for cooling, and fully-enclosed traction motors that cool the inside of the machine while effectively isolating it from the outside air.
  • a fully enclosed traction motor is substantially isolated from the outside air by minimizing the gap between the centrifugal fans provided at both ends of the rotating shaft (shaft) and the casing composed of the frame and bracket.
  • Enclosed type traction motors are increasingly being used in railway traction motors in recent years because they take in less dust and require less frequency of disassembly and cleaning, and can reduce noise leaking to the surrounding areas as a consideration for areas along railway lines.
  • Totally-enclosed traction motors are divided into fully-enclosed external-fan-type traction motors, in which the fan blades (vanes) are provided on the outside of the main plate, and fully-enclosed internal-fan-type traction motors, in which the fan blades are provided on the inside of the main plate.
  • a fully enclosed fan-cooled traction motor dissipates heat transmitted to the fan and casing to the outside by the wind of the fan.
  • the fully enclosed internal fan type traction motor dissipates the heat transferred to the casing through the fins provided on the casing.
  • a totally enclosed fan-cooled traction motor can be made smaller and lighter than a fully-enclosed fan-cooled traction motor, and has high heat dissipation.
  • the fully enclosed internal fan type traction motor has high sound insulation and can reduce noise to the surroundings.
  • Aerodynamic noise is generated when the rotation of the traction motor causes pressure fluctuations in the sound field.
  • the speed of railway vehicles is increasing, and the operating rotation speed of the traction motor that drives the railway vehicles tends to increase. Since aerodynamic noise is proportional to the sixth power of speed, the need for aerodynamic noise suppression is increasing.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000 proposes a totally enclosed fan-cooled electric motor for a vehicle in which an outside air fan provided on the non-driving side causes cooling air to flow through a first air passage formed in a stator iron core.
  • An inside air fan is provided in the drive side machine, a second ventilation passage is formed in the rotor core, and a third ventilation passage is formed in the stator core. is circulating. Ends of the plurality of adjacent first air passages are surrounded by an oval space provided in the bracket on the non-drive side. The wind from the outside air fan flows through the elliptical space region into the first ventilation passage, and is discharged to the outside air through the ventilation hole of the bracket on the driving side.
  • the first air passage extending adjacently in the axial direction is surrounded by an oblong space area formed in the bracket.
  • the air discharged radially outward from the outside air fan moves in the circumferential direction around the outer circumference of the outside air fan, reaches the oblong space region of the bracket, passes through the space region, and is introduced into the first ventilation passage. , is finally discharged to the atmosphere.
  • An object of the present invention is to provide a fully enclosed fan-cooled motor that is excellent in quietness.
  • a totally enclosed fan-cooled electric motor of the present invention is configured as described in the claims.
  • the fully-enclosed fan-cooled electric motor of the present invention includes, for example, a stator and a rotor housed in a fully-enclosed frame, and an outer fan fixed to the rotation shaft of the rotor allows external air to flow through the main plate of the outer fan.
  • the air taken into the fully enclosed frame on the outside air side and discharged from the outer fan passes through the arc-shaped first duct formed at the axial end of the fully enclosed frame and is formed on the outer peripheral part of the fully enclosed frame.
  • a totally enclosed fan-cooled electric motor in which a plurality of second ducts are circulated and discharged to the outside, wherein the air discharged from the fan and flowing in the circumferential direction is dispersed in the arc-shaped first duct and flows in the circumferential direction.
  • a guide is provided to take in the air flowing in the circumferential direction into the first duct.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vehicle totally-enclosed fan-cooled electric motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a perspective view of the A section in FIG. It is a partial cross-sectional perspective view consisting of two planes including the B section and the rotation axis in FIG. 1 and excluding a part of the configuration for the sake of simplicity. It is a top view of the A section in FIG.
  • the electric motor 1 of this embodiment is an induction motor.
  • the electric motor 1 includes a stator 2 having a substantially cylindrical space at the center of the shaft, and a substantially cylindrical rotor 3 disposed on the inner diameter side of the stator 2 so as to face the stator 2 with a predetermined gap.
  • the stator 2 comprises a stator core 20 and a plurality of stator coils 22 .
  • the stator coil 22 is wound around a plurality of stator slots (not shown) that are formed around the stator core 20 and extend in the rotation axis direction.
  • the stator core 20 is in contact with a portion of the inner wall of the frame 4, which is a cylindrical member extending in the direction of the rotation axis, and is thereby fixed relative to the frame 4. As shown in FIG. In FIG. 1, the lower side is in contact with the inner wall of the frame 4, and is in contact with the inner wall of the frame 4 at a plurality of points in the circumferential direction.
  • End brackets 41a and 41b are attached to both ends of the frame 4.
  • the frame 4 and the end brackets 41a, 41b constitute a fully closed frame.
  • Bearings 37a and 37b are provided at the central portions of both ends of the fully closed frame, respectively.
  • the fully closed frame is also provided with an inlet 81, which is a through hole for taking in air, and an outlet 82 for discharging the taken in air.
  • the fully closed frame is provided with a first duct 91 on the outer periphery of the end bracket 41 a and a second duct 92 on the outer periphery of the frame 4 at a position communicating with the first duct 91 .
  • the first duct 91 and the second duct 92 constitute an exhaust duct 90 .
  • the rotor 3 includes a rotor core 30 and a plurality of rotor bars 32.
  • a plurality of through holes 301 through which air can flow are provided in the rotor core 30 in the circumferential direction.
  • Each rotor bar 32 is supported from both ends by end rings 33 . End rings 33 at both ends are held by retaining rings 34 .
  • Each rotor bar 32 is mechanically integrated by an end ring 33 and a retaining ring 34 to form a squirrel cage conductor.
  • a shaft 36 is fitted to the central portion of the rotating shaft of the rotor core 30 .
  • the shaft 36 is fitted with an inner fan 51 and an outer fan 52 which are centrifugal fans. Both ends of the shaft are fitted to inner rings of bearings 37a and 37b.
  • the shaft 36, together with the rotor 3, the inner fan 51 and the outer fan 52 is held rotatably relative to the fully closed frame.
  • AC power is applied to the electric motor 1 to generate a rotating magnetic field with loss (heat generation) in each part.
  • a flow is generated and becomes a circulating flow.
  • the air 71 in the machine transfers the heat of the main heat-generating parts such as the stator 2 and the rotor 3 to the frame 4, the main plate 52a of the outer fan 52, and the like.
  • air exital air 72
  • the outside air 72 passes through the external fan 52 and is discharged in the circumferential direction, passes through the first duct 91, passes through the second duct 92, and is discharged from the outlet 82 to the outside air.
  • the outside air 72 exchanges heat with the surfaces of the frame 4, the main plate 52a of the outer fan 52, etc., and suppresses the temperature rise of the outside air 72 while increasing its own temperature. Further, as shown in FIG. 1, part of the outer circumference of the stator core 20 is directly cooled. Due to a series of actions, the temperature of the electric motor 1 is maintained within an appropriate range even when the motor 1 rotates at high speed.
  • the air discharged from the external fan 52 passes through a first duct 91 formed in the end bracket 41a that constitutes the fully enclosed frame, and passes through a second duct 92 formed in the outer peripheral portion of the fully enclosed frame. , so that the air discharged from the outer fan 52 and flowing in the circumferential direction does not concentrate in a partial area in the circumferential direction of the first duct 91, that is, the air is dispersed in the circumferential direction and flows in A guide is provided to take the discharged air into the first duct 91 so as to do so.
  • a plurality of second ducts 92 are formed in the frame 4 in the circumferential direction. Adjacent second ducts 92 form groups, and a plurality of groups 92G of second ducts are formed around the entire circumference of the frame 4 .
  • An arcuate first duct 91 is provided for each second duct group 92G at a position of the end bracket 41a corresponding to the second duct group 92G.
  • the first ducts 91 are not formed at circumferential positions where the second duct group 92G is not formed.
  • the plurality of first ducts 91 are divided by the portion of the end bracket 41a protruding in the inner circumferential direction.
  • Guides 911 , 912 , 913 , 914 , 915 , and 916 are formed in the first duct 91 on the outer side of the first duct 91 in the circumferential direction.
  • guides 911, 912, 913, 914, 915, and 916 are formed at portions of the end bracket 41a that protrude in the inner circumferential direction and face the first duct 91 in the circumferential direction.
  • the space of the first duct 91 is widened.
  • the first duct 91 is formed inside the end bracket 41a, and the guides 911, 912, 913, 914, 915, and 916 are formed on the wall facing the outer fan 52, that is, the side of the end bracket 41a that does not contact the outside air.
  • the end brackets are made up of walls.
  • the first duct 91 formed within the end bracket 41a includes, as shown in FIG. It has both of the portions 918 extending in the direction. Moreover, both of them are connected by the curved surface R1 and the curved surface R2.
  • a radially extending portion 917 of the outer fan 52 and an axially extending portion 918 of the frame 4 form an arcuate spatial region of the first duct 91 .
  • the guides 911, 912, 913, 914, 915, 916 allow the air to flow evenly into the region of the axially extending portion 918 of the frame 4 of the first duct 91, resulting in a group of second ducts 92G. It is a guide that allows the air to flow evenly into the plurality of second ducts 92 that are connected to each other.
  • Two guides are formed so as to face each other in the circumferential direction across the region where the second duct group 92G is formed, that is, the region where the first duct 91 is formed.
  • a guide 911 and a guide 912 are formed on both circumferential sides of the first duct 91 so as to face each other in the circumferential direction.
  • the interval length L between the guides 911 and 912 is configured to increase as the outer fan 52 is approached. That is, the width of the first duct (the frontage of the first duct) in the circumferential direction increases toward the axis of the outer fan 52 .
  • the interval length L between the guides is the length in the direction of a line perpendicular to a line extending radially from the center of the rotation axis and passing through the middle of the guides.
  • the gap lengths between the guides 913 and 914 and between the guides 915 and 916 are the same.
  • the guide 911 serves as a guide for air flow to the first duct 91 when the outer fan 52 rotates counterclockwise on the drawing of FIG. serves as a guide for air flow to the first duct 91 when is rotated.
  • the guide 911 and the guide 916 are arranged such that when there is a region C in which the number of the second ducts 92 is less than a certain amount in the circumferential direction (that is, in the region C, the number of the first ducts is less than a certain amount in the circumferential direction). Air guidance to the first duct 91 corresponding to the group 92G of second ducts adjacent to the region C of interest.
  • the guides 911 and 912 are configured to approach the outer fan 52 as they move away from the second duct group 92G in the circumferential direction. It is That is, the guide 912 is configured to approach the outer fan 52 as it becomes farther in the circumferential direction from the second duct 92 at the left end of the group 92G of second ducts on the right side of the guide 912 in the drawing of FIG. 2, the guide 913 is configured to move away from the outer fan 52 as it approaches the second duct 92 at the right end of the group 92G of second ducts on the left side of the guide 913 in the circumferential direction. Further, as shown in FIG. 4, in this embodiment, the guide 911 is composed of an inclined surface S1 and an inclined surface S2.
  • the inclined surface S1 is a gentler inclined surface than the inclined surface S2.
  • Other guides 912, 913, 914, 915, 916 are similarly constructed.
  • the guides 911, 912, 913, 914, 915, and 916 may be composed of one inclined surface, or may be formed stepwise. Also, the inclined surface may be formed as a curved surface instead of a flat surface.
  • the outside air 72 is first taken in from the inlet 81 shown in FIG. 1 in the direction of the flow 72a. After that, the direction is changed like the flow 72b, and it is discharged to the outer peripheral side via the inner peripheral side of the outer fan 52.
  • FIG. Next, as indicated by the arrow of the flow 72c, it flows through the first duct 91 and into any of the second ducts 92 while moving in the circumferential direction through the gap between the outer fan 52 and the fully closed frame. It flows through the second duct in the direction of 72d and is discharged.
  • the flow 72c is discharged from the outer fan 52 and Outside air 72 circulating in the tangential direction of 52 is guided through first duct 91 to any of second ducts 92 without difficulty (without the need for a sudden turn). Therefore, it is possible to avoid the phenomenon that the air flow rate of the second duct 92 downstream in the rotation direction of the outer fan 52 becomes relatively large. That is, the air that is discharged from the outer fan 52 and circulates around the outer periphery at high speed can be easily introduced into the first duct 91 smoothly.
  • the air flow rate to the duct 92 is substantially equalized.
  • the aerodynamic noise observed in the surroundings of a totally enclosed fan-cooled motor is propagated by the acoustic output generated as a result of repeated collisions and separations of the outside air 72 on the surface of the component parts, and increases as the air velocity increases. Become. According to this embodiment, it is possible to prevent a phenomenon in which the air flow rate in a specific second duct 92 becomes relatively large (that is, the air velocity becomes relatively high). As a result, the maximum value of the acoustic output can be kept small, so that the noise observed outside can be kept small.

Abstract

本発明の静音性に優れる全閉外扇形電動機は、固定子と回転子を全閉フレーム内に収容し、回転子の回転軸に固定された外扇により、外気を外扇の主板の外気側の全閉フレーム内に取り込み、外扇から吐出された空気を、全閉フレームの軸方向端部に形成された円弧状の第１ダクトを経由して全閉フレームの外周部に形成された複数の第２ダクトを流通させて外部に排出するようにした全閉外扇形電動機であって、外扇から吐出され周方向に流れる空気が円弧状の第１ダクトに周方向に分散して流入するように、周方向に流れる空気を第１ダクトに取り込むガイドを設けたものである。

Description

全閉外扇形電動機
　本発明は、全閉外扇形電動機にかかり、特に鉄道用主電動機等に好適な車両用全閉外扇形電動機に関する。
　鉄道用主電動機（以下、主電動機と記す）は回転電機の一形態であって、鉄道車両の台車内の限られたスペースに収められた状態で、大出力で運用される。このため稼働時の発熱を効率的に放散し冷却する必要がある。　
　主電動機としては、機内に外気を直接導入し通過させて冷却を行う開放形主電動機と、機内を外気と実質隔絶しながら冷却を行う全閉形主電動機がある。　
　全閉形主電動機は、回転軸（シャフト）の機内両端に設けた遠心ファンと、フレームおよびブラケットで構成されるケーシングとの隙間が極小化されて、内部が外気と実質隔絶されている。このため取り込む粉塵が少なく、また漏れ騒音が小さい。内部で発した熱は遠心ファンやケーシングの肉厚方向外側に移動し、最終的に外気に放散される。全閉形主電動機は、取り込む粉塵が少なく分解清掃の頻度を少なくでき、また鉄道沿線への配慮として周辺への漏れ騒音を小さくできることから、近年、鉄道用主電動機への適用が進んでいる。
　全閉形主電動機には、ファンの翼（ベーン）を、主板の機外側に設けた全閉外扇形主電動機と、主板の機内側に設けた全閉内扇形主電動機とがある。全閉外扇形主電動機はファンやケーシングに伝わった熱を外扇の風により外部へ放散する。全閉内扇形主電動機はケーシングに伝わった熱をケーシングに設けたフィンを通じ放散する。一般的に全閉外扇形主電動機は全閉内扇形主電動機よりも体躯を小さく軽量にでき、放熱性が高い。反面、全閉内扇形主電動機は遮音性が高く周囲への騒音を小さくできる。
　主電動機の回転によって音場の圧力変動が生じると、空力騒音が発生する。鉄道車両は高速化が進んでおり、鉄道車両を駆動する主電動機の稼働回転速度は高まる傾向にある。
空力騒音は速度の６乗に比例する性質を持つことから、空力騒音抑制の必要性が高まっている。
　特許文献１には、反駆動側に設けられた外気ファンにより、ステータ鉄心に形成した第１の通風路に冷却風を通流させるようにした車両用全閉外扇形電動機が提案されている。
駆動側機内に内気ファンを設けるとともに、ロータ鉄心に第２の通風路を、ステータ鉄心に第３の通風路をそれぞれ形成し、内気ファンにより、第２の通風路および第３の通風路を通して内気を循環させている。隣接する複数の第１の通風路の端部が、反駆動側のブラケットに設けられた長円状の空間領域に囲まれている。外気ファンからの風は長円状の空間領域を経て第１の通風路に流入し、駆動側のブラケットの排風穴から外気に排出される。
特開２００３－１４３８０９号公報
　特許文献１では、隣接して軸方向に延伸する第１の通風路が、ブラケットに形成された長円状の空間領域に囲まれている。外気ファンから径方向外側に向け吐出された空気は、外気ファン外周を周方向に移動してブラケットの長円状の空間領域に到達し、空間領域を通過して第１の通風路に導入され、最終的に外気に排出される。
　空気が長円状の空間領域を通過するには、空気の進行方向を外気ファンの周方向から径方向外側に向きを変更する必要がある。高速で回転する外気ファンから吐出され外周を周回する空気は高速であり、急に向きを変えることができない。このため空気は長円状の空間領域の外気ファン回転方向下流側に集中する。また、この現象によって複数の第１の通風路のうち同下流側のものを通過する空気の流量が多くなる。この結果、空気流量の大きな第１の通風路では壁面に多くの空気が衝突して音波の変動が大きくなり、大きな音響出力を発し、周囲における空力騒音が大きくなることが考えられる。
　本発明の目的は、静音性に優れる全閉外扇形電動機を提供することにある。
　上記課題を達成するために、本発明の全閉外扇形電動機は、特許請求の範囲に記載のように構成したものである。なお、特許請求の範囲において、引用形式の請求項における他の請求項の引用は、引用形式の請求項の記載を分かり易くするために単項引用としているが、本発明は、引用形式の請求項において、複数の請求項を引用する形態（多項引用項）、及び、複数の多項引用項を引用する形態を含む。　
　具体的には、本発明の全閉外扇形電動機は、例えば、固定子と回転子を全閉フレーム内に収容し、回転子の回転軸に固定された外扇により、外気を外扇の主板の外気側の全閉フレーム内に取り込み、外扇から吐出された空気を、全閉フレームの軸方向端部に形成された円弧状の第１ダクトを経由して全閉フレームの外周部に形成された複数の第２ダクトを流通させて外部に排出するようにした全閉外扇形電動機であって、外扇から吐出され周方向に流れる空気が円弧状の第１ダクトに周方向に分散して流入するように、周方向に流れる空気を第１ダクトに取り込むガイドを設けたものである。
　本発明によれば、静音性に優れる全閉外扇形電動機を得ることができる。 
  上記以外の構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例の車両用全閉外扇形電動機の断面図である。 図１におけるＡ断面の斜視図である。 図１におけるＢ断面および回転軸を含む２平面の断面からなり、簡単のため一部の構成を除外した部分断面斜視図である。 図１におけるＡ断面の平面図である。
　以下、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。以下の説明は本発明の一つの具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示されている技術的思想の範囲において当業者による様々な変更および修正が可能である。
また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの場合は説明を省略する場合がある。
　図１を参照しながら本発明が適用される車両用全閉外扇形電動機（以下、電動機と称する）１の構成例を説明する。本実施例の電動機１は誘導電動機である。電動機１は、軸中心部に略円柱形の空間を有する固定子２と、固定子２の内径側に固定子２と所定の間隔を保持して対向配置された略円柱形の回転子３を備える。　
　固定子２は固定子コア２０と複数の固定子コイル２２を備える。固定子コイル２２は、固定子コア２０の周囲に形成されて回転軸方向に延伸する複数の固定子スロット（図示省略）に巻き回されている。固定子コア２０は回転軸方向に延伸する筒状部材であるフレーム４の内壁の一部と接しており、これによりフレーム４と相対的に固定されている。図１では下側においてフレーム４の内壁と接しており、周方向において複数個所でフレーム４の内壁と接している。
　フレーム４の両端にはエンドブラケット４１ａ、４１ｂが取り付けられている。フレーム４およびエンドブラケット４１ａ、４１ｂは全閉フレームを構成している。全閉フレームの両端中央部にはそれぞれ軸受３７ａ、３７ｂが設けられている。また全閉フレームには空気を取り込む貫通孔であるインレット８１、および取り込んだ空気を輩出するアウトレット８２が設けられている。また全閉フレームにはエンドブラケット４１ａの外周部に第１ダクト９１、フレーム４の外周部で第１ダクト９１と連通する位置に第２ダクト９２が設けられている。第１ダクト９１および第２ダクト９２は排気ダクト９０を構成する。
　回転子３は回転子コア３０と複数の回転子バー３２を備える。回転子コア３０には空気が流通可能な貫通孔３０１が周方向に複数設けられている。各回転子バー３２はエンドリング３３によって両端から支持されている。両端それぞれのエンドリング３３はリテイニングリング３４で保持されている。各回転子バー３２はエンドリング３３とリテイニングリング３４により機械的に一体化されて、かご形導体を構成している。回転子コア３０の回転軸中央部にはシャフト３６が嵌合されている。シャフト３６には遠心ファンである内扇５１および外扇５２が嵌合されている。シャフトの両端は軸受３７ａ、３７ｂの内輪に嵌合されている。これによりシャフト３６は回転子３、内扇５１および外扇５２と共に全閉フレームに対して相対的に回転可能に保持されている。
　電動機１に交流電力を与えて各部損失（発熱）を伴いながら回転磁界を生成し、シャフト３６が回転すると、共に回転する内扇５１により機内空気７１が各部で矢印（破線の矢印）の方向に流れを生じて循環流となる。機内空気７１はこの循環により固定子２、回転子３など主要な発熱部の熱をフレーム４、外扇５２の主板５２ａなどに伝達させる。またシャフト３６が回転すると、共に回転する外扇５２によりインレット８１を介して空気（機外空気７２）が取り込まれる。機外空気７２は外扇５２を通過して周方向に吐出され、第１ダクト９１を通過し、さらに第２ダクト９２を通過してアウトレット８２より外気に排出される。機外空気７２はこの間に、フレーム４、外扇５２の主板５２ａなどの表面で熱交換を行って、自身の温度上昇を伴いながらそれらの温度上昇を抑制する。また図１に示すように、固定子コア２０の外周の一部を直接冷却するようにしている。これらの一連の作用により、電動機１は高速で回転してもその温度が適正範囲に保たれる。
　次に図２～図４を参照しながら、本実施例の排気ダクト９０を構成する第１ダクト９１および第２ダクト９２を詳述する。　
　本実施例では、外扇５２から吐出された空気を、全閉フレームを構成するエンドブラケット４１ａに形成された第１ダクト９１を経由して全閉フレームの外周部に形成された第２ダクト９２を流通させるようにした構成において、外扇５２から吐出され周方向に流れる空気が第１ダクト９１の周方向の一部領域に集中して流入しないように、すなわち、周方向に分散して流入するように、吐出空気を第１ダクト９１に取り込むガイドを設けたものである。
　フレーム４には周方向に複数の第２ダクト９２が形成されている。隣接する第２ダクト９２同士は群を形成し、フレーム４の全周には第２ダクトの群９２Ｇが複数形成されている。
　エンドブラケット４１ａの、第２ダクトの群９２Ｇに対応する位置には、第２ダクトの群９２Ｇごとに円弧状の第１ダクト９１が設けられている。第２ダクトの群９２Ｇが形成されていない周方向位置には第１ダクト９１が形成されていない。言い換えれば、エンドブラケット４１ａの内周方向に突出する部分によって複数の第１ダクト９１が分割されている。第１ダクト９１には、第１ダクト９１の周方向外側にガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６が形成されている。すなわち、上述のエンドブラケット４１ａの内周方向に突出する部分の第１ダクト９１と周方向において面する箇所にガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６が形成されている。ガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６が形成された領域の空間も第１ダクト９１の一部を構成すると捉えた場合、第１ダクト９１の空間が広くなるようになっている。本実施例において、第１ダクト９１はエンドブラケット４１ａ内に形成され、ガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６は外扇５２に対向する壁面、すなわち、エンドブラケット４１ａの外気と接しない側のエンドブラケットの壁面で構成されている。エンドブラケット４１ａ内に形成された第１ダクト９１は、図３に示すように、外扇５２（あるいはフレーム４）の径方向に延伸する部分９１７と、第２ダクト９２と同様にフレーム４の軸方向に延伸する部分９１８の双方を有する。またその双方は曲面Ｒ１ならびに曲面Ｒ２で繋がれている。外扇５２の径方向に延伸する部分９１７と、フレーム４の軸方向に延伸する部分９１８が第１ダクト９１の円弧状の空間領域を形成する。ガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６は、第１ダクト９１のフレーム４の軸方向に延伸する部分９１８の領域に空気を均等に流入させ、結果的に第２ダクトの群９２Gを構成する複数の第２ダクト９２に空気を均等に流入させるガイドである。
　第２ダクトの群９２Gが形成されている領域、すなわち、第１ダクト９１が形成されている領域を挟んで周方向において対向するように二つのガイドが形成されている。例えば、第１ダクト９１の周方向の両側にガイド９１１とガイド９１２が周方向において対向するように形成されている。このひとつの第１ダクト９１に連続するガイド９１１とガイド９１２について見た場合、ガイド９１１とガイド９１２の間隔長Ｌは、外扇５２に近づくほど長くなるように構成されている。すなわち、外扇５２の軸に向かって第１ダクトの周方向の幅（第１ダクトの間口）が広くなるよう構成されている。ここでガイドの間隔長Ｌは、回転軸中心から径方向に延びガイド間の中間を通る線と直交する線の方向の長さである。なお、ガイド９１３とガイド９１４、ガイド９１５とガイド９１６の間隔長の構成も同様である。
　ガイド９１１は、図２の図面上、反時計方向に外扇５２が回転した場合の第１ダクト９１への空気の流れのガイドとなり、ガイド９１２は図２の図面上、時計方向に外扇５２が回転した場合の第１ダクト９１への空気の流れのガイドとなる。なお、ガイド９１１やガイド９１６は、図４に示すように、第２ダクト９２が周方向に一定以上ない領域Cがある場合（すなわち、領域Cでは第１ダクトも周方向に一定以上ない）、当該領域Cに隣接する第２ダクトの群９２Gに対応する第１ダクト９１への空気のガイドである。
　また、ガイドの間隔長Ｌが外扇５２に近づくほど長くなるように構成することを換言すれば、ガイド９１１、９１２は第２ダクトの群９２Gから周方向に遠ざかるに従って外扇５２に近づくよう構成されている。すなわち、ガイド９１２について見れば、図２の図面上、ガイド９１２の右側の第２ダクトの群９２Gの左端の第２ダクト９２から周方向に遠ざかるに従って外扇５２に近づくよう構成されている。また、ガイド９１３について見れば、図２の図面上、ガイド９１３の左側の第２ダクトの群９２Gの右端の第２ダクト９２に周方向に近づくに従って外扇５２から遠ざかるよう構成されている。　
　また、図４に示すように、本実施例では、ガイド９１１は傾斜面S1と傾斜面S2から構成されている。傾斜面S1は傾斜面S2よりも緩やかな傾斜面としている。その他のガイド９１２、９１３、９１４、９１５、９１６も同様に構成されている。ガイド９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６は一つの傾斜面で構成しても良いし、階段状に形成しても良い。また、傾斜面は平面ではなく曲面に形成しても良い。
　次に、機外空気７２の流れと効果について図３を参照しながら説明する。
  シャフト３６の回転に伴い外扇５２が回転すると、機外空気７２は、先ず、図１に示すインレット８１から流れ７２ａの向きに取り込まれる。その後流れ７２ｂのように向きを変えて、外扇５２の内周側を経由して外周側へ吐出される。次に流れ７２ｃの矢印で示したように、外扇５２と全閉フレームの間の空隙を周方向に移動しながら第１ダクト９１を経由していずれかの第２ダクト９２に流入し、流れ７２ｄの向きに第２ダクトを流通して排出される。
　上述の流れのうち流れ７２ｃは、ガイド（図３ではガイド９１５）が図面左側の第２ダクトの群９２Gに近づくほど外扇５２から遠ざかる構成としていることから、外扇５２から吐出されて外扇５２の接線方向に周回する機外空気７２が無理なく（急に向きを変えることを必要とせず）第１ダクト９１を経由していずれかの第２ダクト９２へと誘導される。そのため外扇５２の回転方向下流の第２ダクト９２の空気流量が相対的に大きくなる現象を回避することができる。すなわち、外扇５２から吐出され高速で外周を周回する空気が第１ダクト９１にスムーズに導入されやすくなるので、第１ダクト９１に対応する領域の第２ダクトの群９２G内の複数の第２ダクト９２への空気流量が略均等化する。
　全閉外扇形電動機において周囲において観測される空力騒音は、機外空気７２の流れが構成部品の表面で衝突やはく離を繰り返した結果発せられた音響出力が伝播するもので、空気速度が大きいほど大きくなる。本実施例によれば、特定の第２ダクト９２の空気流量が相対的に大きくなる（すなわち相対的に空気速度が高まる）現象を抑止することができる。その結果、音響出力の最大値も小さく抑えることができるので、外部で観測される騒音を小さく抑えることができる。
１：回転電機、２：固定子、３：回転子、４：フレーム、２０：固定子コア、２１：固定子スロット、２２：固定子コイル、３０：回転子コア、３２：回転子バー、３３：エンドリング、３４：リテイニングリング、３６：シャフト、３７ａ、３７ｂ：軸受、４１ａ、４１ｂ：エンドブラケット、５１：内扇、５２：外扇、５２ａ：主板、７１：機内空気、７２：機外空気、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ：流れ、８１：インレット、８２：アウトレット、９０：排気ダクト、９１：第１ダクト、９２：第２ダクト、９２Ｇ：第２ダクトの群、３０１：貫通孔、９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６：ガイド、９１７：フレームの径方向に延伸する部分、９１８：フレームの軸方向に延伸する部分、Ｌ：ガイドの間隔長、Ｒ１、Ｒ２：曲面。

Claims (6)

  1. 　固定子と回転子を全閉フレーム内に収容し、
    　前記回転子の回転軸に固定された外扇により、外気を前記外扇の主板の外気側の前記全閉フレーム内に取り込み、前記外扇から吐出された空気を、前記全閉フレームの軸方向端部に形成された円弧状の第１ダクトを経由して前記全閉フレームの外周部に形成された複数の第２ダクトを流通させて外部に排出するようにした全閉外扇形電動機であって、
    　前記外扇から吐出され周方向に流れる空気が前記円弧状の第１ダクトに周方向に分散して流入するように、前記周方向に流れる空気を前記第１ダクトに取り込むガイドを設けたことを特徴とする全閉外扇形電動機。
  2. 　請求項１に記載の全閉外扇形電動機において、
    　前記ガイドは、前記外扇に対向する壁面で構成されている全閉外扇形電動機。
  3. 　請求項２に記載の全閉外扇形電動機において、
    　前記第１ダクトは前記全閉フレームを構成するエンドブラケット内に形成され、前記ガイドは外気と接しない側の前記エンドブラケットの壁面で構成されている全閉外扇形電動機。
  4. 　請求項３に記載の全閉外扇形電動機において、
    　前記第１ダクトは、前記外扇の径方向に延伸する部分と前記全閉フレームの軸方向に延伸する部分を備え、前記第１ダクトの前記全閉フレームの軸方向に延伸する部分が前記複数の第２ダクトに連通している全閉外扇形電動機。
  5. 　請求項４に記載の全閉外扇形電動機において、
    　前記エンドブラケットは、前記複数の第２ダクトが形成されていない領域に対応する箇所が内周方向に突出するように形成され、
    　前記エンドブラケットの内周方向に突出する部分の周方向の面が前記第１ダクトに面しており、
    　前記ガイドは前記エンドブラケットの内周方向に突出する部分の前記第１ダクトと周方向において面する箇所に形成され、
    　前記ガイドは前記第１ダクトの空間領域を拡大するように形成されている全閉外扇形電動機。
  6. 　請求項５に記載の全閉外扇形電動機において、
    　前記ガイドは、前記第２ダクトが形成されている領域に対応する前記第１ダクトの両側に周方向において対向するように形成されており、
    　前記ガイドは、前記周方向において対向するように形成されたガイドの周方向の間隔が、前記回転軸に向かって広くなるように形成されている全閉外扇形電動機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002199658A (ja) * 2001-12-14 2002-07-12 Toshiba Corp 車両用全閉形主電動機
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CN112260485A (zh) * 2020-11-30 2021-01-22 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司 一种双抽交互式高功率密度电机

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