(57)【要約】【課題】伝熱性と低騒音性とを両立させることができる。【解決手段】回転電機は、固定子と、固定子に対して空隙を介して配置された回転子と、固定子および回転子を収容するハウジングと、ハウジングの外周面に配され、音響エネルギを蓄積する１または複数の音響蓄積部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に対して空隙を介して配置された回転子と、
前記固定子および前記回転子を収容するハウジングと、
前記ハウジングの外周面に配され、音響エネルギを蓄積する１または複数の音響蓄積部とを備える回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記音響蓄積部は、
前記ハウジングの外周面に備えられ、音響エネルギを呼込むための呼込孔と、
前記呼込孔に連通し前記ハウジングの内部に備えられ、音響エネルギを蓄積するための領域である蓄積領域と、を備える回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記呼込孔の断面積は、前記蓄積領域の底面の断面積と同等以下である回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、
前記呼込孔の断面積から、前記蓄積領域の底面までの長さで規定される連通長さが、前記固定子の円環ｎ次（ｎは０以上の整数）振動に起因する音波の波長に対して、０．２と同等以上である回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記呼込孔における長手方向の呼込孔長さと、前記蓄積領域の底面における長手方向の蓄積底面長さと、前記連通長さとが、前記固定子の円環ｎ次の振動に起因する音波の波長に対して、０．５と同等以下である回転電機。
【請求項６】
請求項２に記載の回転電機において、
前記ハウジングは、冷却水を流通可能な冷却流路を内部に備える回転電機。
【請求項７】
請求項３に記載の回転電機において、
前記ハウジングは、冷却水を流通可能な冷却流路を内部に備える回転電機。
【請求項８】
請求項４に記載の回転電機において、
前記ハウジングは、冷却水を流通可能な冷却流路を内部に備える回転電機。
【請求項９】
請求項５に記載の回転電機において、
前記ハウジングは、冷却水を流通可能な冷却流路を内部に備える回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子と、固定子と空隙を介して配置された回転子と、固定子および回転子を収容するハウジングとを備えた回転電機では、電動機としての駆動力の発生時、または、発電機としての発電時に、空隙に生じる電磁加振力により、固定子の半径方向の円環振動が発生し、耳障りな騒音がハウジングから放射されることが知られている。たとえば特許文献１には、円環状のステータと、前記ステータを収容するモータケースと、を有し、前記ステータの半径方向外側の外周面と前記モータケースの内周面との間に所定の半径方向間隙を設けて前記ステータの軸方向一端を前記モータケースに支持し、前記半径方向間隙に、前記ステータおよび前記モータケースと熱的に接触する熱伝導部材を嵌挿したことを特徴とする回転電機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１３６５０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている発明では、固定子で発生した熱を効率よくハウジングに伝達して外部に放熱させるために、固定子の外周面とハウジングの内周面とを熱伝導部材により熱的に接触させる必要がある。また特許文献１に記載されている発明では、固定子で発生した円環振動をハウジングに伝達させずに低騒音化するために、固定子とハウジングとの接触は極力抑える必要がある。すなわち特許文献１に記載されている発明では、伝熱性と低騒音性とを両立させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様による回転電機は、固定子と、前記固定子に対して空隙を介して配置された回転子と、前記固定子および前記回転子を収容するハウジングと、前記ハウジングの外周面に配され、音響エネルギを蓄積する１または複数の音響蓄積部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、伝熱性と低騒音性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機１００Ａの外観斜視図
【図２】回転電機１００Ａの断面図
【図３】図３（ａ）は円環０次振動を示す図、図３（ｂ）は円環１次振動を示す図、図３（ｃ）は円環２次振動を示す図、図１３（ｄ）は円環３次振動を示す図。
【図４】比較例である比較例回転電機１００Ｚの外観斜視図
【図５】比較例回転電機１００Ｚの断面図
【図６】第２の実施形態に係る回転電機１００Ｂの外観斜視図
【図７】図６の断面図
【図８】第３の実施形態に係る回転電機１００Ｃの構造を示す透過斜視断面図
【図９】第３の実施の形態の変形例２における音響蓄積部６Ｃの拡大図
【図１０】第４の実施形態に係る回転電機１００Ｄの音響蓄積部６Ｄの断面図
【図１１】連通長さＬを変化させた際の音響パワーの放射効率のシミュレーション結果を示す図
【図１２】第４の実施の形態の変形例を示す図
【図１３】第５の実施形態に係る回転電機１００Ｅの構造を示す透過斜視断面図
【図１４】第６の実施の形態に係る回転電機１００Ｆの断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
―第１の実施の形態―
以下、図１〜図５を参照して、本発明に係る回転電気の第１の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機１００Ａの外観斜視図であり、図２は回転電機１００Ａの断面図である。回転電機１００Ａは、図２に示すように、固定子１と、固定子１に空隙２を介して配置された回転子３と、回転軸４と、固定子１および回転子３を収容する円筒形のハウジング５とを備える。回転子３は、負荷側と接続される回転軸４と接続される。回転電機１００Ａは、回転軸４を通じて電動機としての駆動力を負荷側に伝達する。ただし回転電機１００Ａは、回転軸４を通じて負荷側の運動エネルギを受けて発電してもよい。図２に示すように、固定子１とハウジング５の内周面とは密着しており、固定子１の発熱がハウジング５に効率よく伝達される。
【００１０】
回転電機１００Ａは、図１に示すように、ハウジング５の外周面１１に、音響蓄積部６Ａを有する。音響蓄積部６Ａは、多孔質の吸音材であり、ハウジング５から放射される音響パワーを蓄積して熱エネルギに変換する。ただし音響パワーとは、空気を介して伝達される振動のエネルギであり、以下では空気の振動そのものも音響パワーと呼ぶことがある。音響蓄積部６Ａは、図１に示すように円筒形であるハウジング５の湾曲した側面、およびハウジング５の上面や底面に配される。ハウジング５の側面に配される音響蓄積部６Ａはたとえば矩形形状を有し、円周方向および軸方向に並んで配される。
【００１１】
ハウジング５の上面および底面に配される音響蓄積部６Ａは、回転軸４を囲むようにドーナツ状の形状を有する。ただし図１に示す音響蓄積部６Ａの形状および配置は一例であり、ハウジング５の外周面１１に少なくとも１つの音響蓄積部６Ａが配されていればよく、音響蓄積部６Ａの形状は任意である。なお、回転電機１００Ａの音響パワーは主に放射状に広がるので、音響蓄積部６Ａはハウジング５の上面および底面よりも、ハウジング５の側面に配されるほうがよい。
【００１２】
（円環ｎ次振動）
図３は、円環振動を説明する図である。図３（ａ）は円環０次振動を示す図であり、図３（ｂ）は円環１次振動を示す図であり、図３（ｃ）は円環２次振動を示す図であり、図３（ｄ）は円環３次振動を示す図である。回転電機１００Ａは、電動機としての駆動力の発生時、または、発電機としての発電時に、空隙２に生じる電磁加振力により、図３に示すような、固定子１の半径方向の円環振動を生じさせる。ただしこの円環振動は回転電機１００Ａに特有の現象ではなく、一般的な回転電機に共通の現象である。
【００１３】
たとえば、円環０次振動の場合、変形する前の固定子形状１８に対して、変形した後の固定子形状１９は、半径方向に膨張するため、結果として固定子１を収容するハウジング５が振動し、耳障りな騒音がハウジング５から放射される。なお回転電機１００Ａでは、円環０次振動のエネルギが支配的であり、１次以上の円環ｎ次振動のエネルギは比較的小さい。そのため円環０次振動に起因する音響パワーを低減することが重要である。
【００１４】
回転電機１００Ａは、ハウジング５の外周面１１に音響蓄積部６Ａを備えるので、ハウジング５から放射される音響パワーを音響蓄積部６により蓄積し、周囲に放射される騒音を低減することができる。
【００１５】
（比較例）
図４は比較例である比較例回転電機１００Ｚの外観斜視図であり、図５は比較例回転電機１００Ｚの断面図である。比較例回転電機１００Ｚと回転電機１００Ａとの相違点は、ハウジング５の外周面１１における音響蓄積部６Ａの有無である。すなわち比較例回転電機１００Ｚは、音響蓄積部６Ａを一切備えない。そのため比較例回転電機１００Ｚは、音響パワーが低減されず、騒音が大きい。
【００１６】
上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）回転電機１００Ａは、固定子１と、固定子１に対して空隙２を介して配置された回転子３と、固定子１および回転子３を収容するハウジング５と、ハウジング５の外周面１１に配され、音響エネルギを蓄積する１または複数の音響蓄積部６Ａとを備える。そのため回転電機１００Ａは、ハウジング５から放射された音響パワーを音響蓄積部６で蓄積し、周囲に放射しないため、騒音を低減することができる。伝熱性に影響がある固定子１とハウジング５の内周面との接触を阻むものがないので、伝熱性が損なわれない。すなわち回転電機１００Ａは、伝熱性と低騒音性とを両立させることができる。
【００１７】
―第２の実施の形態―
図６〜図７を参照して、本発明に係る回転電気の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、多孔質の吸音材である音響蓄積部６Ａの代わりに奥行きを有する孔である後述する音響蓄積部６Ｂを備える点で、第１の実施の形態と異なる。
【００１８】
図６は本発明の第２の実施形態に係る回転電機１００Ｂの外観斜視図であり、図７は図６に示す回転電機１００Ｂを回転軸４を通る平面である面ＶＩＩで切断した断面図である。回転電機１００Ｂは、ハウジング５の外周面１１に複数の音響蓄積部６Ｂを備える。図６および図７に示すように、回転電機１００Ｂはハウジング５の側面だけでなく上面および底面にも音響蓄積部６Ｂを備えるが、回転電機１００Ｂはハウジング５の側面、上面、および底面のいずれかに少なくとも１つの音響蓄積部６Ｂを備えればよい。
【００１９】
図７に示すように、それぞれの音響蓄積部６Ｂは、音響エネルギを呼込むための、ハウジング５の外周面１１に備えられた呼込孔７と、音響エネルギを蓄積するための、呼込孔７に連通し、ハウジング５の内部に備えられた蓄積領域８と、を備える。換言すると音響蓄積部６Ｂは奥行きを有する孔であり、呼込孔７が孔の入り口の淵に相当し、蓄積領域８が孔の奥行きに相当する。本実施の形態において、呼込孔７および蓄積領域８の寸法は任意である。
【００２０】
音響蓄積部６Ｂは、ハウジング５から放射された音響パワーを呼込孔７を通じて呼込み、蓄積領域８に蓄積する。音響パワーは蓄積領域８において反射を繰り返しながら減衰する。なお本実施の形態において蓄積領域８は外部と連通する中空の空間であるが、蓄積領域８の内部に多孔質の吸音材が配されてもよい。
【００２１】
上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（２）音響蓄積部６Ｂは、ハウジング５の外周面に備えられ、音響エネルギを呼込むための呼込孔７と、呼込孔７に連通しハウジング５の内部に備えられ、音響エネルギを蓄積するための領域である蓄積領域８と、を備える。そのため、音響エネルギを呼込孔７から呼び込んで蓄積領域８に蓄積し、蓄積領域８において減衰させることができる。
【００２２】
―第３の実施の形態―
図８を参照して、本発明に係る回転電気の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、音響蓄積部の形状が限定される点で、第２の実施の形態と異なる。
【００２３】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る回転電機１００Ｃの構造を示す透過斜視断面図である。図８では、回転軸４が水平方向に伸びていることからわかるように、図１などと比較すると９０度回転させて図示している。回転電機１００Ｃが備える音響蓄積部６Ｃは、第２の実施の形態と同様に呼込孔７および蓄積領域８から構成される。ただし本実施の形態では、呼込孔７の中空部分を開口部９と呼ぶ。なお、呼込孔７の面積とは、呼込孔７の内側の面積であり、開口部９の面積と等しい。呼込孔７の開口部９の面積は蓄積領域の底面１０の面積よりも小さい。また音響蓄積部６Ｃは、開口部９から奥行き方向に進むと連続的に断面積が増加する。なお図８に示す図では開口部９および底面１０はいずれも四角形であるが、形状は四角形に限定されずたとえば円や四角以外の多角形でもよい。また、図８では開口部９から奥行き方向に進むと常に断面積が増加するが、奥行き方向に進んでも断面積が増加しない区間を含んでもよい。
【００２４】
上述した第３の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（３）呼込孔７の開口部９の面積は、蓄積領域８の底面１０の面積より小さい。そのため、ハウジング５から放射され呼込孔７から呼込まれた音響パワーが、開口部９から外部に放出されにくい。すなわち音響パワーを蓄積領域８に留まらせる効果が第２の実施の形態よりも強く、騒音をより低減できる。
【００２５】
（第３の実施の形態の変形例１）
音響蓄積部６Ｃにおける開口部９の面積と、底面１０の面積は等しくてもよい。この場合であっても、呼込孔７の開口部９の面積に比べてハウジング５の外周面１１に接する空気の面積は十分大きいため、音響蓄積部６Ｃの内部から外部へ移動する際には音響インピーダンスが急激に増加するので、音響パワーは蓄積領域８に閉じ込められる。
【００２６】
（第３の実施の形態の変形例２）
図９は、第３の実施の形態の変形例２における音響蓄積部６Ｃの拡大図である。図９の左に示すように、音響蓄積部６Ｃは開口部９から奥行き方向に進むと不連続に断面積が変化してもよい。また図９の右に示すように、音響蓄積部６Ｃの蓄積領域８Ａが屈曲し、たとえば９０度曲がってもよい。この場合は図示右端の壁が底面１０に相当する。
【００２７】
―第４の実施の形態―
図１０〜図１１を参照して、本発明に係る回転電気の第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、呼込孔７の開口部９から、蓄積領域８の底面１０までの長さが規定されている点で、第２の実施の形態と異なる。
【００２８】
図１０は、第４の実施形態に係る回転電機１００Ｄの音響蓄積部６Ｄの断面図である。なお、回転電機１００Ｄの外観は図６に示す第２の実施の形態と同様であり、図１０では音響蓄積部６Ｄは１つのみ記載されているが、実際には複数存在してもよい。ただし本実施の形態では、音響蓄積部６Ｄが複数存在する場合に複数の音響蓄積部６Ｄの形状はすべて同一とする。
【００２９】
本実施形態の回転電機１００Ｄは、音響エネルギを呼込む呼込孔７の開口部９から、音響エネルギを蓄積する蓄積領域８の底面１０までの長さである、連通長さＬが次の条件を満たす。すなわち連通長さＬは、固定子１の半径方向の円環ｎ次振動により発生する音波の波長λに対して、０．２と同等、または、０．２以上である。この関係を数式で表したものが下記の式１である。本実施の形態では、支配的なエネルギを有する円環０次を対象として連通長さＬを決定した。
Ｌ≧０．２λ  ・・・（式１）
この式１の根拠を次のシミュレーション結果を使って説明する。
【００３０】
図１１は、連通長さＬを変化させた際の音響パワーの放射効率のシミュレーション結果を示す図である。ただしこのシミュレーションでは、呼込孔７の開口部９の面積は１ｃｍ２に固定した。また円環０次の波長が５ｃｍとなるように、円環０次の加振力を約６７５０Ｈｚで与えたとして数値計算を行った。
【００３１】
図１１の横軸は、連通長さＬの円環０次の波長に対する比を示している。たとえば連通長さＬを１ｃｍとした場合は、図１１の横軸の値は０．２である。図１１の縦軸は、音響パワーの放射効率を所定の基準値に対する比率をデシベル表示したものである。また図１１では回転電機１００Ｄのシミュレーション結果を実線で示し、比較例回転電機１００Ｚのシミュレーション結果を破線で示している。
【００３２】
図１１に実線で示すように、連通長さＬの円環０次の波長に対する比が０．２を超えると音響パワーの放射効率が急減し、最も低いと、換言すると最も騒音の低減が効果的な状態では約−１０ｄＢとなる。すなわち、連通長さＬの円環０次の波長に対する比が０．２以上では本発明の課題の解決に有効なので、０．２以上の区間を「有効区間」と呼ぶ。上述した式１において係数が０．２である理由は、この有効区間に対応させたためである。なお図１１の右端に示す０．２５以上の区間では、縦軸の値はゼロに近づく。そのため０．２〜０．３を有効区間とすることが好ましい。
【００３３】
上述した第４の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（４）呼込孔７の開口部９から、蓄積領域８の底面１０までの長さで規定される連通長さＬが、固定子の円環ｎ次（ｎは０以上の整数）振動に起因する音波の波長に対して、０．２と同等以上である。そのため、図１１のシミュレーション結果に示されているように、騒音を低減できる。
【００３４】
（第４の実施の形態の変形例）
図１２は、第４の実施の形態の変形例を示す図である。第４の実施の形態では、複数存在する呼込孔７および蓄積領域８の形状はすべて同一であった。しかし本変形例では、図１２に示すように連通長さＬが一定でなくてもよい。ただしすべての連通長さＬは、式１に示す関係を満たす。また、それぞれの連通長さＬは、異なる次数の円環ｎ次振動に対応するように設定してもよい。たとえばある呼込孔７および蓄積領域８の連通長さＬは円環０次振動に対応させ、別の連通長さＬは円環１次振動に対応させる。たとえば、ある連通長さＬは円環０次振動の波長の０．２倍とし、別の連通長さＬは円環１次振動の波長の０．２倍とし、さらに別の連通長さＬは円環２次振動の波長の０．２倍としてもよい。
【００３５】
本変形例によれば、複数の成分を有する騒音を発生する回転電機であっても、周囲に放射される騒音を低減することができる。
【００３６】
―第５の実施の形態―
図１３を参照して、本発明に係る回転電気の第５の実施の形態を説明する。以下の説明では、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、音響蓄積部６Ｅの寸法が規定されている点で、第２の実施の形態と異なる。
【００３７】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る回転電機１００Ｅの構造を示す透過斜視断面図である。なお図１３では音響蓄積部６Ｅを１つのみ記載しているが、回転電機１００Ｅは複数の音響蓄積部６Ｅを備えてもよい。
【００３８】
音響蓄積部６Ｅは、呼込孔７の開口部９における長手方向の呼込孔長さ１６と、蓄積領域８の底面１０の長手方法の蓄積底面長さ１７と、連通長さ１２とが、固定子１の円環ｎ次の振動に起因する音波の波長に対して、半分以下である。これは、いわゆる開口端反射を生じさせる意図である。たとえば円環０次の振動が６７５０Ｈｚの場合に、円環０次振動に起因する音波の波長は約５ｃｍである。そのため、長手方向の呼込孔長さ１６、長手方向の蓄積底面長さ１７、および連通長さ１２のすべてを２．５ｃｍ以下とする。したがって、呼込孔７を通じて呼込まれた音響パワーは、蓄積領域８で平面的な波として振る舞うため、音響パワーを蓄積領域８の内部に効果的に蓄積することができる。すなわち回転電機１００Ｅは、周囲に放射される騒音を低減することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、呼込孔７の開口部９や、蓄積領域８の底面１０を楕円状に示したが、矩形や他の形状であっても寸法の規定は同様である。
【００４０】
上述した第５の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（５）呼込孔７における長手方向の呼込孔長さと、蓄積領域８の底面１０における長手方向の蓄積底面長さと、連通長さとが、固定子の円環ｎ次の振動に起因する音波の波長に対して、０．５と同等以下である。そのため音響パワーを蓄積領域８の内部に効果的に蓄積することができ、周囲に放射される騒音を低減することができる。
【００４１】
―第６の実施の形態―
図１４を参照して、本発明に係る回転電気の第６の実施の形態を説明する。以下の説明では、第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、冷却水路を有する点で、第２の実施の形態と異なる。
【００４２】
図１４は、第６の実施の形態に係る回転電機１００Ｆの断面図である。回転電機１００Ｆのハウジング５は、固定子１からハウジングへと伝熱した熱を冷却する冷却水２０を流通可能な冷却水路２１が内部に設けられる。音響蓄積部６Ｆは、冷却水路２１を流通させるために肉厚となったハウジング５の外周面に設けられるので、蓄積領域８を十分に確保することができる。したがって、本実施形態に係る回転電機は、伝熱性と低騒音性を兼ね備えることができる。
【００４３】
上述した第６の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（６）ハウジング５は、冷却水２０を流通可能な冷却流路２１を内部に備える。そのため冷却流路２１と蓄積領域８の双方で空間を有効に利用できる。換言すると、冷却流路２１の作成のためにハウジング５の厚みを増やさざるを得ないが、その厚みを利用して蓄積領域８を作成することができる。
【００４４】
上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。特に第６の実施の形態に示した冷却水路２１を第３〜第５の実施の形態の構成と組み合わせると効果的である。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…固定子
２…空隙
３…回転子
４…回転軸
５…ハウジング
６Ａ〜６Ｆ…音響蓄積部
７…呼込孔
８…蓄積領域
９…開口部
１０…底面
１１…外周面
２０…冷却水
２１…冷却水路
１００Ａ〜１００Ｆ…回転電機
１００Ｚ…比較例回転電機
【図１】
2019208311.tif 000003
【図２】
2019208311.tif 000004
【図３】
2019208311.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019208311.tif 000007
【図６】
2019208311.tif 000008
【図７】
2019208311.tif 000009
【図８】
2019208311.tif 000010
【図９】
2019208311.tif 000011
【図１０】
2019208311.tif 000012
【図１１】
2019208311.tif 000013
【図１２】
2019208311.tif 000014
【図１３】
2019208311.tif 000015
【図１４】
2019208311.tif 000016