(57)【要約】【課題】  冷却に供した排気が内部に逆流する循環流の発生を効果的に防止する。【解決手段】  筐体１内に配置される回転軸に設けられた回転子と、回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、回転軸に軸支され、回転子と連動して回転する送風機１４と、送風機と回転子との間に設けられ、筐体の取付面に取り付けられたリング円板状の防風板２２とを備え、吸気口から外気を筐体内部に導入して機内を冷却した後、暖まった外気を排気口から排気すると共に、排気口から排気される空気が回転子側に逆流するのを防風板によって防止するよう構成された回転電機において、防風板２２に、平面部と凸面部とからなる段差部２１を設け、平面部を介して筐体１の取付面に防風板２２を取り付けるとともに、凸面部により送風機１４と防風板２２との隙間を所定間隔に保持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、この送風機と回転子との間に設けられる筐体の取付面に取り付けられるリング円板状の防風板とを備え、前記吸気口から外気を筐体内部に導入して機内を冷却した後、暖まった空気を前記排気口から排気すると共に、排気口から排気される空気が回転子側に逆流するのを前記防風板によって防止するよう構成された回転電機において、
前記防風板は、平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記防風板は、前記凸面部の裏面が前記凸面部へ向けてドーム状の中空部を形成し、
前記隙間の大きさに応じて前記凸面部を送風機側に向けて取り付けるか、又は回転子側に向けて取り付けるかを変更できることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記筐体の前記防風板の取付面に切欠き段差が設けられ、前記防風板はこの段差に高さ調整用の調整部材を介して取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記防風板は、複数個の扇形分割片で形成され、前記取付面には、隣り合う扇形分割片の間を仕切る保持部材が設けられ、この保持部材と保持部材との間に扇形分割片が取り付けられることによりリング円板状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、を備えた回転電機における、前記送風機と回転子との間に取り付けられるリング円板状の防風板であって、
平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴とする防風板。
【請求項６】
前記凸面部の裏面は、前記凸面部へ向けてドーム状の中空部を形成し、
前記凸面部を送風機側に向けて取り付けるか、又は回転子側に向けて取り付けるかを変更できることを特徴とする請求項５に記載の防風板。
【請求項７】
複数個の扇形分割片を前記筐体の取付面に取り付けることによりリング円板状に形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の防風板。
【請求項８】
筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、を備えた回転電機において、前記送風機と回転子との間に設けられる筐体の取付面に取り付けられるリングリング円板状の防風板の取付方法であって、
前記防風板は、平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴とする回転電機における防風板の取り付け方法。
【請求項９】
前記防風板は、前記凸面部の裏面に前記凸面部へ向けてドーム状の中空部を形成し、
前記隙間の大きさに応じて前記凸面部を送風機側に向けて取り付けられるか、又は回転子側に向けて取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の回転電機における防風板の取り付け方法。
【請求項１０】
前記筐体の前記取付面には、切欠き段差が設けられ、
前記防風板は、前記切欠き段差に高さ調整用の調整部材を介して取り付けられることを特徴とする請求項８又は９に記載の回転電機における防風板の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却に供した排気が内部に逆流する循環流の発生を効果的に防止する回転電機、防風板および回転電機における防風板の取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流機、及び同期機や誘導機に代表される交流機などの回転電機は、構造的には固定子と固定子の回りを回転する回転子によって構成される。機能的には電磁誘導の原理を利用して電気エネルギーと機械エネルギーに変換する電動機と、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とに分類される。
【０００３】
また、回転電機には、運転時において、鉄損や銅損、機械損、摩擦損、風損などの損失が発生する。これらの損失の大部分は熱エネルギーに変換されて機器の温度上昇をきたす。実際の回転電機の内部では、巻線や鉄心が発熱して温度が上昇することとなる。温度上昇に応じて絶縁物の劣化も早まり、焼損や短絡事故の発生の可能性も高まる。各種絶縁材料は、使用温度が８〜１０℃上昇する毎に、その寿命が半減すると言われている。このため、回転電機においては、内部に冷却媒体を送風して回転子や固定子を冷却する冷却構造が採用されるのが一般的である。
【０００４】
図１０は従来の回転電機の一例としての発電機の外観構成を示し、図１１は内部構成の一部を示している。
【０００５】
各図に示すように、この回転電機は、円筒状に形成された筐体１と、この筐体１の中心軸上に設けられ、駆動機（図示せず）により回転駆動される回転軸２と、この回転軸２の周りに取り付けられた回転子３と、この回転子３に対して所定の間隙を有して筐体１内に設けられた固定子４とを備えている。回転子３は、回転子鉄心５及びこの回転子鉄心５に巻回された界磁巻線６を備える。固定子４は、固定子鉄心７及びこの固定子鉄心７に巻回された電機子巻線８とを備える。また、回転軸２は、筐体１の両端面側で軸受９ａ，９ｂで軸支されている。なお、以下において、この発電機は、軸受９ａ側を駆動側、軸受９ｂ側を反駆動側として説明する。
【０００６】
筐体１の底面側の両端には、筐体１内に冷却用の空気を採り入れるための吸気口１０と、冷却に供した空気を排出する排気口１１が設けられている。吸気口１０および排気口１１の各入口にはネット１２，１３が取り付けられ、筐体１内への空気以外の異物混入が防止されている。また、筐体１内の排気口１１側には、送風機１４が設けられている。
【０００７】
この送風機１４は複数枚の（図１２に示される）フィン１５を備えて回転軸２に軸支され、回転軸２と共に回転して吸気口１０から外気を筐体１内に導入し排気口１１から排出させる。送風機１４と回転子鉄心５および固定子鉄心７との間には、防風板１６が設けられており、吸気口１０から給気され、暖められた排気が再び回転子側（固定子側）へ逆流する“循環流”が防止されている。
【０００８】
図１２は、図１１中に円Ａで囲まれた部分を拡大して示している。防風板１６は、図１３に示すように、リング円板状に形成され、筐体１の内面側に設けられたフランジ部１７の取付面１８にボルト１９によって取り付けられている。また、図１４に示すように、この防風板１６と送風機１４とは１０ｍｍ程度の隙間Ｇを有して取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−７８３９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来の回転電機において、送風機１４の効率を良くするためには、防風板１６と送風機１４との間の隙間Ｇを可能な限り狭くする方が良い。すなわち、図１４に模式的に示すように、防風板１６と送風機１４との間の隙間Ｇが広いと、内部からの暖かい空気の一部が隙間Ｇから内部側へ逆流して循環流となってしまい、温度効率が極めて悪いものになってしまう。
【００１１】
通常、隙間Ｇは回転電機を構成する部品の製作公差および回転電機の組立公差、軸受９ａの軸方向移動量等を考慮して広めに設定されている。通常製造される回転電機であれば、隙間Ｇは、１０ｍｍ以上とって設計される。例えば、隙間Ｇを１０ｍｍとって設計された回転電機の場合を考えると、製造および組立公差が３ｍｍあり、かつ、軸受の軸方向移動量が２ｍｍあるとすれば、実際に製作された回転電機の防風板１６と送風機１４の隙間は最小で５ｍｍ、最大で１５ｍｍになる。一方、送風機１４の性能は、この隙間Ｇによって大きく左右され、上述の例では、風量で１０％以上の差になることもある。隙間Ｇが大きくなって風量が少なくなれば、固定子および回転子の温度が上昇し巻線や絶縁材料の寿命に影響を及ぼす。これを防ぐには、隙間Ｇが大きくなった場合に合わせて予め送風機１４の性能を設定しておく必要がある。そのため、送風機１４の寸法は、適切な隙間Ｇにおいて必要とされる寸法よりも大きくせざるを得ないという課題がある。
【００１２】
なお、特許文献１に記載の発明によれば、送風機と筐体との間にラビリンスシールを設けたり、防風板（仕切板）を設けたりしている。しかし、特許文献１に記載の発明にあっても、製作および組立上の公差や軸受の軸方向移動量を考慮した隙間を設ける必要があることには変わらない。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、防風板と送風機との隙間の最大値と最小値との差を極力小さく構成することができ、温度効率を向上されることが可能な回転電機、防風板および回転電機における防風板の取付方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために本発明の回転電機は、筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、この送風機と回転子との間に設けられ、筐体の取付面に取り付けられたリング円板状の防風板とを備え、前記吸気口から外気を筐体内部に導入して機内を冷却した後、暖まった外気を前記排気口から排気すると共に、排気口から排気される空気が回転子側に逆流するのを前記防風板によって防止するよう構成された回転電機において、前記防風板は、平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る防風板は、筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、を備えた回転電機における、前記送風機と回転子との間に取り付けられるリング円板状の防風板であって、平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴としている。
【００１６】
更に本発明の回転電機における防風板の取り付け方法は、筐体と、この筐体内に配置される回転軸に設けられた回転子と、この回転子とは所定の間隙を有して筐体内面側に設けられた固定子と、筐体の所定箇所に設けられた吸気口および排気口と、前記回転軸に軸支され、前記回転子と連動して回転する送風機と、を備えた回転電機において、前記送風機と回転子との間に設けられる筐体の取付面に取り付けられるリング円板状の防風板の取付方法であって、前記防風板は、平面部と凸面部とからなる段差部が設けられ、前記凸面部により前記送風機と防風板との隙間を所定間隔に保持する様に前記平面部を介して前記筐体の取付面に取り付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、送風機の回転により吸気口から外気を筐体内部に導入して機内を冷却した後、暖まった空気を排気口から排気する際、排気口から排気される空気が回転子側に逆流するのをより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る回転電機に適用される防風板の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の原理を示す説明図である。
【図４】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第１の実施形態における防風板の他の取付構造を示す説明図である。
【図５】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の原理を示す説明図である。
【図６】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第１の実施形態における防風板の他の取付構造を示す説明図である。
【図７】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第２の実施形態を示す説明図である。
【図８】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第３の実施形態を示す説明図である。
【図９】本発明に係る回転電機における防風板の取付構造の第３の実施形態を示す説明図である。
【図１０】回転電機の外観構成を示す斜視図である。
【図１１】回転電機の内部構成の一部を示す斜視図である。
【図１２】回転電機における防風板の取付構造の従来例を示す説明図である。
【図１３】従来の防風板の一例を示す斜視図である。
【図１４】回転電機における防風板の取付構造の従来例の問題点を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明に係る回転電機および防風板の取付構造の第１の実施形態を示す説明図、図２は第１の実施形態における防風板の外観構成を示す斜視図である。
【００２０】
図１は、図１１に示した円Ａに相当する部分を拡大して示すもので、図１１と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
図１、図２に示すように、第１の実施形態の防風板２２は、リング円板状で筐体１への取付面１８および送風機１４に相対する面に段差部２１が形成されている。すなわち、この防風板２２には、筐体１への取り付け面となる平面部２０ａとこの平面部２０ａから立ち上がった凸面部２０ｂとから段差部２１が形成されている。凸面部裏面２０ｃと取付面１８との間にドーム状の空隙である中空部２０ｄが出来るように、防風板２２は、ハット（帽子）形状を形成している。なお、以下の説明では、凸面部２０ｂ側が形成された面を表面とする。
【００２２】
このように構成された回転電機においては、回転電機を組み立てた後に、取付面１８と送風機１４の隙間Ｇを測定し、その距離に応じて防風板２２の表裏を選択して取付を行う。すなわち、図１に示すように、防風板２２の送風機１４に相対する凸面部２０ｂを駆動側に向けた側を表面と設定し、後述する図４に示すように、凸面部２０ｂを反駆動側に向けた側を裏面とし設定して取り付けている。
【００２３】
次に、防風板２２の表裏をどのように選択して取り付けるかについて説明する。
【００２４】
防風板２２における筐体１への取付面１８から送風機１４に相対する面の段差寸法は、移動する可能性のある距離の１／２とすれば、送風機１４と防風板２２が接触することなく、また、隙間を最小とすることができる。ここでは、例として、製造および組立公差が±３ｍｍ、軸受の軸方向移動量が±２ｍｍあり、従って、取付面１８と送風機１４の距離が±５ｍｍ移動する可能性がある場合について図３を参照して説明する。
【００２５】
図３においては、送風機１４において、駆動側へ動く方向をプラス側と設定し、公差が０ｍｍかつ軸受９ａの軸方向移動量が０ｍｍのときに移動距離は０ｍｍとする。この例では、±５ｍｍの移動距離を考えるので、防風板２２の段差寸法は２．５ｍｍとする。
【００２６】
まず、移動距離が０ｍｍであるときを考える。図３では、送風機１４を四角図形で表し、移動距離０ｍｍの場合における送風機１４の位置を示している。防風板２２を板厚３．２ｍｍの板で製作し、隙間Ｇ１の距離を１ｍｍとする場合には、取付面１８と送風機１４の設計上の距離、すなわち、移動距離０ｍｍのときの距離は、３．２＋１．０＋２．５＝６．７ｍｍと定めておく。この知見に基づいて防風板２２を取り付けた例が図１に示す状態である。
【００２７】
次に、送風機１４が反駆動側へ移動し、移動距離が０ｍｍ未満となった場合を説明する。この場合には、図３？に示す防風板２２の取付寸法では隙間Ｇ１の距離が１ｍｍ以下になり、さらには、送風機１４と防風板２２が接触してしまう。
【００２８】
このため、図４に示すように、防風板２２を裏返し、防風板２２の送風機１４に相対する凸面部２０ａを反駆動側（図中右側）に向けて設置する。この状態では、凸面部裏面２０ｃと送風機１４との隙間Ｇ２の距離は最大で６ｍｍとなる。すなわち、図５に示すように、送風機１４の位置を一点鎖線で示すと、隙間Ｇ２の距離は最大で６ｍｍになることが分かる。この状態で送風機１４が反駆動側へ移動すると、隙間Ｇ２は減少し、−５ｍｍ（右側へ５ｍｍ）移動すると、送風機１４は実線で示す位置となる。この状態を図６に示す。
【００２９】
一方、送風機１４が図１に示す移動距離が０ｍｍで隙間の距離が１ｍｍの状態から駆動側へ移動すると、移動につれて隙間が広がり、移動距離が＋５ｍｍのときに隙間距離は６ｍｍとなる。図３に一点鎖線で示す位置がこの状態を示している。
【００３０】
このように、図１６に示した従来の防風板を取り付けた場合には、隙間Ｇの距離を最小１ｍｍとすれば、その最大値は１１ｍｍとなってしまうのに対して、第１の実施形態の防風板２２を取り付けた場合には、隙間の距離を最小１ｍｍとした場合、最大６ｍｍとなる。よって、防風板２２と送風機１４との隙間の距離の最大値と最小値との差を少なくすることができる。したがって、送風機の回転により吸気口から外気を筐体内部に導入して機内を冷却した後、暖まった空気を排気口から排気する際、排気口から排気される空気が回転子側に逆流するのを効果的に防止することができる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図７は本発明に係る回転電機における防風板の取り付け構造の第２の実施形態を示す構成図である。同図においても図１１の円Ａに相当する部分を拡大して示している。
【００３２】
第２の実施形態では、筐体１の端面（図１の取付面１８に相当する部分）の円周方向に渡って切欠きを設けて段差部２４を形成し、この段差部２４に円板状の防風板２３をボルト１９を介して取り付けるようにしたことを特徴としている。防風板２３と、段差部２４との間には、円筒状の調整部材２５が介在されている。
【００３３】
このように構成された回転電機においては、回転電機を組み立てた後に、段差部２４における防風板２３の取付面と送風機１４との隙間を測定し、その隙間距離に応じて調整部材２５の高さを選び防風板２３を取り付ける。
【００３４】
これにより、回転電機を構成する部品の製作公差および回転電機の組立公差、軸受９ａの軸方向移動量等を調整部材２５によって吸収することができ、防風板２３を軸方向に移動しても防風板２３の機能を損なうことはなく、循環流の発生を防止することができる。
【００３５】
＜第３の実施形態＞
図８、図９は本発明に係る回転電機における防風板の取り付け構造の第３の実施形態を示す構成図である。図８は図１１に示した排気口１１付近を拡大して示している。
【００３６】
各図に示すように、第３の実施形態における防風板２６は、複数個の扇形分割片を組み合わせて形成されている。防風板２６の取付面１８には、隣り合う扇形分割片の間を仕切る突起状の保持部材２７が設けられ、この保持部材２７と保持部材２７との間に扇形分割片が取り付けられることによりリング円板状に形成される。
【００３７】
このように構成された回転電機においては、防風板２６の位置を調整するためにボルト１９を外した際にも保持部材２７によって扇形分割片が保持される。このため、防風板を取り外す際、あるいは取り付ける際に、誤って扇形分割片が回転電機の内部底面に落下するのを防止することができる。また、保持部材２７は防風板２６の板厚よりやや厚みのある突起片で構成されているので、防風板２６の取り外し時、または取付時の邪魔になることはない。
【００３８】
なお、防風板２６としては、図２に示した段差部２１が有るものに限られず、図１３に示したような段差部２１のないものであっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１…筐体
２…回転軸
３…回転子
４…固定子
５…回転子鉄心
６…界磁巻線
７…固定子鉄心
８…電機子巻線
９ａ，９ｂ…軸受
１０…吸気口
１１…排気口
１２，１３…ネット
１４…送風機
１５…フィン
１６…防風板
１７…フランジ部
１８…取付面
１９…ボルト
２０ａ…平面部
２０ｂ…凸面部
２０ｄ…中空部
２１…段差部
２２…防風板
２３…防風板
２４…段差部
２５…調整部材
２６…防風板
２６ａ…扇形分割片
２７…保持部材
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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