(57)【要約】【課題】簡単な構成で通風特性を損うことなく騒音の低減された回転機およびその運転方法を提供する。【解決手段】回転機本体１の軸端に取り付けられた冷却ファン１１と冷却ファン１１を覆うファンカバー１２を備えファンカバー１２の吸気口１６から空気を吸い込み吐出口１７から回転機本体１の外周部に空気を吐き出すようにした回転機において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数とファンカバー１２内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが一致または近似しないようにした構成とする。【選択図】図１
2006211770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機本体の軸端に取り付けられた冷却ファンと前記冷却ファンを覆うファンカバーを備え前記ファンカバーの吸気口から空気を吸い込み吐出口から回転機本体の外周部に空気を吐き出すようにした回転機において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数と前記ファンカバー内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが一致または近似しないようにしたことを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記ファンカバーの吸気口の形状は略丸形状または略四角形状であることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項３】
前記ファンカバーの吸気口は少なくとも１つ以上備えられていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項４】
前記ファンカバーの吸気口に弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項５】
前記ファンカバーの吸気口の径方向内側に防音部材を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項６】
前記防音部材の前記ファンカバー内側に吸音部材を備えていることを特徴とする請求項５記載の回転機。
【請求項７】
回転機本体の軸端に取り付けられた冷却ファンと前記冷却ファンを覆うファンカバーを備え前記ファンカバーの吸気口から空気を吸い込み吐出口から回転機本体の外周部に空気を吐き出すようにした回転機の運転方法において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数と前記ファンカバー内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが一致または近似しないようにすることを特徴とする回転機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体機外に冷却ファンを備えた誘導電動機等の回転機およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本体機外に冷却ファンを備えた誘導電動機等の従来の回転機について、図１１を参照して説明する。回転機本体１は、円筒状の固定子枠２および円板状の軸受ブラケット３を備えており、固定子枠２の内周面には固定子鉄心４が固着され、固定子鉄心４には固定子巻線５が巻装されている。固定子鉄心４の内側には、所定の間隔をもって回転子６が配設されており、この回転子６の回転軸７は、軸受８を介して軸受ブラケット３に支持されている。回転軸７の両端部は回転機本体１よりも外方に突出するように構成されている。また、固定子枠２の外周面には、回転軸７に沿った方向に複数の冷却フィン９が形成されており、これらの冷却フィン９間に通風路が形成されている。
【０００３】
回転軸７の両端部のうち負荷側端部とは反対側である図示左端部には、例えば羽根枚数８枚の冷却ファン１１が取り付けられ、回転軸７と一体に回転するように構成されている。そして、冷却ファン１１を覆うように、左側の軸受ブラッケト３にはファンカバー１２が、例えばネジ止めされて取り付けられている。ファンカバー１２の冷却ファン１１と対向する左端面には、吸気口１６が形成されている。
【０００４】
このように構成された回転機において、回転子６が回転駆動されて冷却ファン１１が回転すると、その送風作用により空気が矢印Ｂで示すように吸気口１６から吸引される。この吸引された空気は、冷却ファン１１によって吐出口１７から冷却フィン９間に送風されることによって、回転機本体１が冷却される。
【０００５】
このような構成の回転機の運転時（例えば、回転周波数Ｆは、４２００ｒｐｍ（回転／分）＝７０Ｈｚ）における騒音を調査した。図１２は騒音計にて得た騒音の波形をＦＦＴにて周波数分析した結果を示したものである。この結果から、回転周波数をＦ、羽根枚数をＺとすると、卓越周波数ｆＺ（＝Ｆ・Ｚ＝７０×８＝５６０Ｈｚ）の騒音が大きく発生していることがわかる。このｆＺ成分は一般的に羽根回転音と称している。
【０００６】
さらに、全周波数域において、細かいギザギザのスペクトルが見られる。これは、羽根の回転によって発生する渦、はく離、または流れの乱れから発生する騒音であり、一般的にランダム騒音と称している。
【０００７】
図１３に冷却ファン騒音の要因をまとめた系統図を示す。冷却ファン騒音は、大きく２つに分類でき、一つは騒音発生源からの騒音、もう一つは、騒音の伝播経路からの騒音である。前者については、１．羽根が回転することによって発生する騒音、２．羽根によって発生する渦やはく離による騒音、３．流れの乱れによる騒音がある。後者については、ファンカバー内の空間の共鳴騒音がある。したがって、ファンカバーから漏れ出る騒音を低減する手法として、騒音発生源自体を抑制する方法と、騒音の伝播経路で騒音を抑制する方法の２種類がある。
【０００８】
従来技術において、騒音発生源自体を抑制する方法として、１．羽根の間隔を不等配にする、２．羽根形状を流線形にする等が開示されている。従来技術において、冷却ファン騒音の伝播経路を抑制する方法として、消音装置で騒音を低減する方法があり、例えば、下記特許文献１に開示されている。
【０００９】
特許文献１に記載のものは図１４に示すように、回転機本体１の左端に取り付けられた冷却ファン１１を覆うようにファンカバー１２を配置し、このファンカバー１２の内面に、多孔質プラスチック、グラスウール、フェルトロックウール等からなる吸音部材１４が取着されている。しかしながら、吸音部材を取着した吸音装置では、吸音部材が経年劣化し、吸音部材をその都度交換しなければならない。回転機は１０年間メンテナンスフリーとする仕様もあり、吸音部材が使用できない場合もある。
【００１０】
また、吸音部材に頼らない消音装置として、特許文献２に開示されている二重構造のファンカバーが知られている。これは図１５に示すように、内部に回転子６と固定子鉄心４を有する回転機本体１の左端に冷却ファン１１を取り付け、この冷却ファン１１を取り囲むように二重構造のファンカバー１２ａ，１２ｂが配置されている。しかしながら、このように二重構造のファンカバーにすると、遮音性能は向上するが、通風特性が損われる場合がある。また、回転機の軸方向の寸法が大きくなるため、回転機を取り付けるためのスペースを広くしなければならない。さらに、コストアップになるなどの問題もある。
【特許文献１】特開昭６２−２１７８３３号公報
【特許文献２】特開平７−２９８５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたもので、簡単な構成で通風特性を損うことなく騒音の低減された回転機およびその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、回転機本体の軸端に取り付けられた冷却ファンと前記冷却ファンを覆うファンカバーを備え前記ファンカバーの吸気口から空気を吸い込み吐出口から回転機本体の外周部に空気を吐き出すようにした回転機において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数と前記ファンカバー内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが一致または近似しないようにした構成とする。
【００１３】
請求項７の発明は、回転機本体の軸端に取り付けられた冷却ファンと前記冷却ファンを覆うファンカバーを備え前記ファンカバーの吸気口から空気を吸い込み吐出口から回転機本体の外周部に空気を吐き出すようにした回転機の運転方法において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数と前記ファンカバー内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数ｆとが一致または近似しないようにする方法とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単な構成で通風特性を損うことなく騒音の低減された回転機およびその運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１ないし第６の実施の形態の回転機について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態の回転機は、図１に示すように、回転機本体１の軸端に取り付けられた冷却ファン１１と冷却ファン１１を覆うファンカバー１２を備えファンカバー１２の吸気口１６から空気を吸い込み吐出口１７から回転機本体１の外周部に空気を吐き出すようにした回転機において、羽根回転音の周波数ｆＺおよびｆＺの整数倍の周波数とファンカバー１２内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが一致または近似しないようにした構成とする。
【００１６】
ここで、ファンの羽根枚数をＺとし、回転機の回転周波数をＦとするとき、ｆＺ＝Ｆ×Ｚである。また、ヘルムホルツの共鳴周波数ｆは下記式（１）によって計算される。
【数１】
2006211770.tif 000003
ここで、ｃは音速、Ｌはファンカバーの板厚さ、ｄはファンカバーの入口直径、Ｓはファンカバーの入口断面積であり、
【数２】
2006211770.tif 000004
である。
【００１７】
入口直径ｄ＝０．４９ｍのファンカバー１２の共鳴特性を図２に示す。ファンカバー１２の共鳴周波数は、ファンカバー１２内部にスピーカーを置いてホワイトノイズを発生させ、測定した。図２の波形から５８０Ｈｚに共振周波数があることがわかる。
【００１８】
つまり、５８０Ｈｚは、図１に示したファンカバー１２内部のヘルムホルツの共鳴周波数である。上記（１）式によって計算されるヘルムホルツの共鳴周波数ｆも５８０Ｈｚである。
【００１９】
羽根枚数Ｚ＝８、回転周波数Ｆ＝６０Ｈｚにしたときの騒音を騒音計で測定し、ＦＦＴ分析した結果を図３に示す。通常、羽根回転音周波数ｆＺ＝４８０Ｈｚが卓越して現れてくるが、この図３から羽根回転音周波数が卓越して発生していないことがわかる。
【００２０】
このように本実施の形態の回転機は、ファンカバー１２の空洞の体積Ｖ、ファンカバー１２の板厚さＬ、ファンカバー１２の吸気口の断面積Ｓをパラメータにして、羽根回転音ｆＺ（回転周波数Ｆ×ファンの羽根枚数ＺとしたときｆＺ＝Ｆ×Ｚ）の周波数と前記ファンカバー内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが近似しないようなファンカバー１２形状にすることによって、羽根回転音を低減させることができ、騒音が効果的に低減することができる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４，図５に示す。  
本実施の形態の回転機は、前記（１）式においてファンカバー１２の入口断面積Ｓが容易に算出できるように、吸気口１６の形状をファンカバー１２の加工に適した略円形状（図４）あるいは略四角形状（図５）にする。この構成であると、ヘルムホルツの共鳴周波数を正確に計算することができ、羽根回転音を低減させることができるため、騒音が効果的に低減できる。  
別の作用として、略四角形状（図５）における吸気口１６の入口断面積は、略円形状（図４）に比べ吸気口１６の入口断面積Ｓを大きくできる。
【００２２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の回転機は、図６に示すように、（１）式においてファンカバー１２の入口断面積Ｓが容易に算出できるように、ファンカバー１２に複数の吸気口１６，１６ａを設ける。これによって羽根回転音を低減させることができるため、騒音が効果的に低減できる。
【００２３】
別の作用として、ファンカバー１２内に流入する空気の流れを分散させることができ流速を低減することができるため、騒音が効果的に低減できる。さらに別の作用として、吸気口１６，１６ａの入口断面積を容易に変更することができるため、回転数を変更する場合などに容易に対応できる。
【００２４】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の回転機は、図７に示すように、羽根回転音ｆＺ（回転周波数Ｆ×ファンの羽根枚数Ｚ，ｆＺ＝Ｆ×Ｚ）の周波数とファンカバー１２内の空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが近似しないようなファンカバー１２の板厚さ、ファンカバー１２の吸気口１６の断面積を設定するために、ファンカバー１２の吸気口１６に弾性部材１８を取り付け、羽根回転音を考慮した吸気口１６の形状にする。このようにすることで、羽根回転音を低減させることができるため、騒音が効果的に低減できる。
【００２５】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の回転機は、図８ないし図９に示すように、吸気口１６の径方向の内側に防音部材１９を設けることで、放射される騒音を低減する。電動機を回転周波数４２００ｒｐｍ（回転／分）で運転時のＦＦＴ分析結果を先に図１２に示したが、この結果より、５６０Ｈｚ成分が卓越して発生していることがわかる。そこでどのような音圧分布が何処から発生しているか音響ホログラフィを用いて測定した。音響ホログラフィの結果より、騒音は、吸気口１６から放射されていることが分かった。本実施の形態によれば、図８ないし図９に示すように、吸気口１６の径方向の内側に防音部材１９を設けることで、放射される騒音を低減することができる。
【００２６】
（第６の実施の形態）
本実施の形態は、図１０に示すように、ファンカバー１２の防音部材１９の内面に吸音部材２０を取り付ける。これにより、羽根回転音を低減させることができるため、騒音が効果的に低減できる。
【００２７】
以上に説明した第１ないし第６の実施の形態は、回転電機に関するものであるが、ファンがついている例えば電動機、送風機、圧縮機、換気扇、空調機、ジェットファン、ファンを組込んだ盤、ファンを組込んだ筐体等においても適用できる。また、冷却ファン１１の形状については、ラジアルファン、斜流ファン等どのような形状であっても適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回転機の構成を示す軸方向断面図。
【図２】入口直径０．４９ｍのファンカバー内の共鳴周波数波形を示し、本発明の第１の実施の形態の回転機の作用を説明するグラフ。
【図３】羽根回転音が消滅していることを示す周波数分析結果を示し、本発明の第１の実施の形態の回転機の効果を説明するグラフ。
【図４】本発明の第２の実施の形態の回転機の第１の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の回転機の第２の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の回転機の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図７】本発明の第４の実施の形態の回転機の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態の回転機の第１の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態の回転機の第２の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態の回転機の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図１１】従来の回転機の構成を示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図１２】従来の回転機における周波数分析結果を示すグラフ。
【図１３】冷却ファン騒音の分類を示す系統図。
【図１４】ファンカバーの内周に吸音材を取着した従来の回転機の軸方向断面図。
【図１５】ファンカバーを二重構造にした従来の回転機の軸方向断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…回転機本体、２…固定子枠、３…軸受ブラケット、４…固定子鉄心、５…固定子巻線、６…回転子、７…回転軸、８…軸受、９…冷却フィン、１１…冷却ファン、１２，１２ａ，１２ｂ…ファンカバー、１４…吸音部材、１６，１６ａ…吸気口、１７…吐出口、１８…弾性部材、１９…防音部材、２０…吸音部材。
【図１】
2006211770.tif 000005
【図２】
2006211770.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006211770.tif 000009
【図６】
2006211770.tif 000010
【図７】
2006211770.tif 000011
【図８】
2006211770.tif 000012
【図９】
2006211770.tif 000013
【図１０】
2006211770.tif 000014
【図１１】
2006211770.tif 000015
【図１２】
2006211770.tif 000016
【図１３】
2006211770.tif 000017
【図１４】
2006211770.tif 000018
【図１５】
2006211770.tif 000019