(57)【要約】【課題】冷却能力を向上させた全閉形電動機を得る。【解決手段】電動機内部に、電動機内部と隔絶された冷却通路を設け、冷却通路の隔壁が電動機の内気と接触すると共に、冷却通路が固定子鉄心を電動機軸方向に貫通する構造とし、電動機内気へ放散される熱と、軸受へ至る伝熱経路の熱を、冷却通路内を流れる電動機外気で、冷却通路の隔壁を介して奪うと共に、発熱源の１つである固定子鉄心に電動機外気を直接流して熱を奪うことで冷却能力を向上させた。【選択図】        図１
2004194407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸、回転子鉄心、固定子鉄心が設けられている電動機内部の内壁の一部を共有する壁によって電動機内部と隔絶されるとともに、
電動機軸方向に貫通する通路からなる冷却通路を備えたことを特徴とする全閉形電動機。
【請求項２】
冷却通路は、固定子鉄心を電動機軸方向に貫通する通路からなることを特徴とする請求項１記載の全閉形電動機。
【請求項３】
電動機内部の内壁の外周部分に複数の冷却通路を設けたことを特徴とする請求項１、または２記載の全閉形電動機。
【請求項４】
冷却通路を構成する壁に、電動機内の内気を導くためのファンを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【請求項５】
固定子鉄心の電動機内部側に位置する部分に、電動機内部の内気を循環させるための  固定子側循環風通路を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【請求項６】
固定子鉄心の電動機内部側よりも外側に位置する部分に、電動機内の内気を循環させるための  固定子側循環風通路設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【請求項７】
電動機を冷却するための外気を供給する送風機を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【請求項８】
固定子鉄心を  電動機軸方向に貫通する冷却通路の形状は、多角形、あるいは凹凸形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【請求項９】
冷却通路の形状は、多角形、あるいは凹凸形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の全閉形電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、全閉形電動機の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、たとえば特許文献１の特開平６−１６９５５４号公報に記載されている全閉形電動機の一例を示す縦断面図である。図において、電動機本体５１は、固定子枠５２とブラケト５３から構成されており、固定子枠５２の内部には固定子鉄心５４が固着され、その固定子鉄心５４には固定子巻線５５が巻装されている。ブラケット５３には軸受５６を介して、回転子軸５７が支承されており、この回転子軸５７には、回転子導体５８が固着された回転子鉄心５９が装着されている。固定子枠５２の外面には、回転子軸５７に沿った方向に、冷却フィン６０が形成されている。回転子軸５７の右端部はブラケット５３から突出するように設けられており、その右端部には冷却用のファン６１が固定され、回転子軸５７と一体に回転するようになっている。ファンカバ−６２はファン６１を覆うように、電動機本体５１に取付けられている。このファンカバ−６２は、吸気口６２ａを有し、ファン６１の吸気経路６３を形成すると共に、排気経路６４を形成している。
【０００３】
次に動作について説明する。電動機の運転時、回転子軸５７の回転に伴って、ファン６１が回転すると、電動機外気は矢印で示すように、ファンカバ−６２の吸気口６２ａから吸引されたあと、固定子枠５２の表面に沿って送風され、ファンカバ−６２の排気口６４から排出される。電動機が運転中には、固定子巻線５５と回転子導体５８の銅損、及び、固定子鉄心５４と回転子鉄心５９の鉄損、さらに軸受５６の摩擦損が発生し、これらの損失が熱となる。これらの熱は、様々な伝熱経路を経て冷却フィン６０に至り、冷却フィン６０を介して、固定子枠５２の表面に沿って送風された空気に熱を奪われ外部に放熱される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１６９５５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の全閉形電動機は、以上のように構成されているので、ファンにより排気経路側に送り出される空気は、その遠心力により冷却フィンよりも外側に向けて流れようとするので、冷却フィンの全長にわたって通過することなく、途中で冷却フィンの外側に逃げてしまうので、熱交換が不十分となり冷却効果が少なかった。
このため、十分な冷却効果を得るために、冷却フィンの間を通って流れる空気量を増加させるためファンを大型化したり、冷却フィンを増やしたりする必要があり、これらのことは電動機の効率低下や騒音の増大、あるいは全体寸法・質量が増加するなどの不具合を招いていた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、冷却能力を向上させた全閉形電動機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る全閉形電動機は、
回転子軸、回転子鉄心、固定子鉄心が設けられている電動機内部の内壁の一部を共有する壁によって電動機内部と隔絶されるとともに、
電動機軸方向に貫通する通路からなる冷却通路を備えたものである。
【０００７】
第２の発明に係る全閉形電動機において、
冷却通路は、固定子鉄心を電動機軸方向に貫通する通路からなることを特徴とする。
第３の発明に係る全閉形電動機において、
電動機内部の内壁の外周部分に複数の冷却通路を設けたことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明に係る全閉形電動機は、
冷却通路を構成する壁に、電動機内の内気を導くためのファンを備えたものである。
第５の発明に係る全閉形電動機は、
固定子鉄心の電動機内部側に位置する部分に、電動機内部の内気を循環させるための  固定子側循環風通路を設けたものである。
【０００９】
第６の発明に係る全閉形電動機は、
固定子鉄心の電動機内部側よりも外側に位置する部分に、電動機内の内気を循環させるための  固定子側循環風通路設けたものである。
第７の発明に係る全閉形電動機は、
電動機を冷却するための外気を供給する送風機を備えたものである。
【００１０】
第８の発明に係る全閉形電動機において、
固定子鉄心を  電動機軸方向に貫通する冷却通路の形状は、多角形、あるいは凹凸形状であることを特徴とする。
第９の発明に係る全閉形電動機において、
冷却通路の形状は、多角形、あるいは凹凸形状であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態である全閉形電動機の縦断面図である。図において、電動機本体１は、固定子枠２とブラケット３から構成される。固定子枠２の内部には固定子鉄心４が固着され、その固定子鉄心４には、固定子巻線５が巻装されている。ブラケット３には、それぞれ、軸受６を介して回転子軸７が支承されており、この回転子軸７には回転子導体８を備えた回転子鉄心９が設けられている。固定子鉄心４には、電動機軸方向に貫通する冷却風穴１０が電動機の円周方向に複数設けられている。ブラケット３には、熱伝導率の高い素材をパイプ状にした冷却路１１が、冷却風穴１０と同心位置で、ブラケット３を電動機軸方向に貫通し、ブラケット３および固定子鉄心４に密着して設けられている。
【００１２】
回転子軸７の右端部はブラケット３から突出させ、その突出部には冷却用のファン１２が固定され、回転子軸７と一体に回転する。ファンカバ−１３は、ファン１２を覆い、冷却路１１より外径側の位置で、ブラケット３に密着して固定されている。このファンカバ−１３は吸気口１３ａを有しており、さらにファン１２の外周側を覆い、冷却路１１より外径側の位置でブラケット３に密着していることで、冷却路１１および冷却風穴１０とあわせて、冷却通路１４を形成する
１５は固定子鉄心４や回転子鉄心９が設けられている電動機内部の内気を示す。
冷却通路は、電動機内部の内壁の一部を共有する壁により隔絶される空間であって、電動機の回転子軸方向に貫通する通路である。また、冷却通路は電動機内部の外周部に複数設けられている。
【００１３】
次に動作について説明する。
図１において、電動機が運転されると回転子軸７が回転し、回転子軸７の回転に伴い、ファン１２も回転する。ファン１２が回転することによって、ファンカバー１３の吸気口１３ａから空気が吸入される。電動機の外部から吸入された空気は、ファン１２を介して冷却通路１４に送り出される。つまり、電動機外気が、冷却路１１と冷却風穴１０で構成されている、電動機内部と隔絶され電動機軸方向（回転子軸方向）に電動機内部を貫通する冷却通路１４を通り抜ける。
【００１４】
一方、電動機の運転中は、固定子鉄心４の鉄損と固定子巻線５の銅損により熱が発生し、電動機本体１を高温にしようとする。しかし、冷却用ファン１２より電動機の外部から吸入された空気（電動機外気）が、冷却通路１４を通過することにより熱を奪う。具体的には、冷却通路１４を構成する冷却風穴１０が固定子鉄心４に設けられているので、電動機外気が冷却風穴１０を通過する際に、発熱源である固定子鉄心４から熱を奪い、温度上昇を大幅に抑制すると共に、電動機軸方向にブラケット３を貫通して冷却路１１が構成されているので、冷却路１１を電動機外気が通過することで、ブラケット３を伝熱経路として軸受６に伝導される熱も奪うことができ、軸受６の温度上昇も抑制することができる。
【００１５】
さらに、固定子鉄心４と固定子巻線５で発生した熱に加えて、回転子導体８の銅損と回転子鉄心９の鉄損、および軸受６の摩擦損により発生した熱は、内気１５に放散されて電動機内部の空気である内気１５を高温にしようとするが、電動機内部の対流作用により内気１５が冷却路１１の隔壁へ接触し、内部を通過する電動機外気に熱を奪われるため、電動機内気１５の温度上昇を大幅に抑制することができる。この隔壁とは、冷却通路を構成する壁で、その一部を電動機内部の内壁と共有している。
【００１６】
なお、冷却通路１４を流れる電動機外気は、ファン１２側の冷却路１１と冷却風穴１０を通過する際に、熱を奪うので温度が上昇しているが、電動機内気１５はそれよりも高温なので、前述の冷却効果を十分得ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図２（ａ）と図２（ｂ）は、冷却通路の隔壁へ積極的に内気を接触させるための電動機内気攪拌用ファンを設けた実施の形態を示したものである。図２（ａ）において、１６は、回転子軸７に固定された、電動機内気１５攪拌用のファンであり、その他の部分は図１と同一である。
電動機運転に伴って、回転子軸７と一緒に回転するファン１６により、電動機内気１５は電動機内部で攪拌され冷却路１１の隔壁に積極的に接触する。つまり、冷却路１１の隔壁に接触する、電動機内気１５の風量が増えるため、冷却路１１の内部を流れる電動機外気に奪われる熱量が増大して、電動機の冷却効率が向上する。
【００１８】
なお、図２（ａ）では、電動機内気１５攪拌用のファン１６を、回転子軸７に取り付けたが、図２（ｂ）の１６ａに示すように、回転子導体８、あるいは図示しない回転子を構成する部品へ、一体的に取り付けても同様の効果が得られる。また、図示しないが１方向回転する電動機の場合、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すファン１６と１６ａを軸流ファンにすれば、電動機内気１５を攪拌する風量が増えて効果がさらにあがる。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、本発明の他の実施の形態を示すものである。図において、１７は電動機内気１５を電動機内で循環させるファンである。１８は回転子鉄心９の回転子軸７周辺位置で、電動機軸方向に回転子鉄心９を貫通する、回転子側循環風通路である。この回転子側循環風通路１８は、電動機の円周方向に並ぶよう回転子鉄心に複数設けてある。１９は冷却風穴１０を流用した、固定子側循環風通路であり、電動機の円周方向に複数設けてある。その他の部分は図１、図２と同様である。
【００２０】
動作が実施の形態１、実施の形態２と異なるのはファン１７と固定子側循環風通路１９および、回転子側循環風通路１８によって循環通路が形成されるので、電動機が運転され、回転子軸７と一緒にファン１７が回転することにより、電動機内気１５が図３の矢印で示す経路で循環できることである。つまり、電動機内気１５の圧損が小さくなるので、冷却路１１の隔壁に接触する電動機内気１５の風量が増え、冷却路１１内部を流れる電動機外気に奪われる熱量が増大する。あわせて、電動機内気１５が固定子側循環風通路１９を通過する際、固定子鉄心４を介して、隣接する冷却風穴１０を流れる電動機外気に熱を奪われるので、冷却効果がさらにに高まる。これは、固定子鉄心４には、冷却通路１１を構成する冷却風穴１０と、電動機内気を循環させるための固定子鉄心側循環風通路１９とが電動機の同一円周上に隣接する形で並んでいるからである。
冷却通路（冷却風穴）と固定子鉄心循環風通路の配列関係は、たとえば、同一円周上で、冷却通路（冷却風穴）と固定子鉄心循環風通路を交互に配列することが考えられ、冷却効率も良い。さらに、冷却通路（冷却風穴）と冷却通路（冷却風穴）の間に、固定子鉄心循環風通路を２つ、あるいは３つなど複数個並べるような配置も考えられる。この場合、たとえば、冷却通路が所定数（複数個）並び、そのあと、固定子鉄心循環風通路が複数個ならび、再び、冷却通路が所定数並び、そのあとに固定子鉄心循環風通路が並ぶといった繰り返しの配列となる。
上記した配列の例では、冷却通路（冷却風穴）と固定子鉄心循環通路は同一円周上に並ぶ配置を示したが、同一円周上をずれて配列するようにしても構わない。
【００２１】
なお、実施の形態２での説明と同様、ファン１７を回転子軸７に取り付けたが、図示はしないが、回転子導体８、あるいは、回転子を構成する部品に一体的に取付けても同様の効果が得られ、さらに、両方向回転する電動機の事例として、図３に記載のファン１７はラジアルファンとしているが、１方向回転する電動機の場合、軸流ファンにすれば、電動機内気１５の循環風量が増えて、冷却効果がますます上がる。
【００２２】
実施の形態４．
図４、図５（ａ），（ｂ）は、電動機内気が循環する内気循環通路の一部を成す固定子側循環風通路を、電動機外部に構成した実施の形態を示す。図において、２０は固定子枠２へ、固定子鉄心４の両側位置で、電動機の円周方向に複数設けたバイパス穴である。バイパス穴２０を連通するように、バイパス風導２１を固定子枠２に一体的に取り付けて固定子側循環風通路２２を構成しているので、ファン１７と固定子側循環風通路２２および、回転子側循環風通路１８によって、循環通路が形成される。その他の部分は、図３と同様である。
【００２３】
動作が実施例３と異なるのは、電動機内気１５が、固定子側循環風通路２２を通過する際、バイパス風導２１の隔壁を介して、電動機外気に熱を放散することができ、それによって温度上昇が抑制できることである。
なお、バイパス風導２０へ図５（ａ）に示すように、電動機軸と平行方向、あるいは、図５（ｂ）に示すように、電動機軸と直角方向に冷却フィン２３を取り付けることにより、放熱面積が拡大し、冷却効果を高めることができる。
また、実施例２での説明と同様、ファン１７を回転子軸７に取り付けたが、図示はしないが回転子導体８、あるいは回転子を構成する部品に一体的に取り付けても同様の効果が得られる。さらに、両方向回転する電動機の事例として、図４に示されているファン１７はラジアルファンとしているが、１方向回転する電動機の場合、軸流ファンにすれば、電動機内気１５の循環風量が増えて、冷却効果をますます上げることができる。
【００２４】
実施の形態５．
実施の形態４に示す電動機において、電動機を冷却するための電動機外気を、送風機から供給する構造を設けた実施の形態を図６に示す。図において、断面がコの字型のリング状で、コの字の開口部が、冷却路１１を覆う形状とした導風リング２４と、導風リング２４の外周部１ヵ所を切り欠き、開口フランジ２５を一体的に取り付けて構成した導風カバ−２６を、隙間なく密着するように導風リング２４のコの字型断面の開口側をブラケット３に固着し、さらに、開口フランジ２５へ、他端が別に設けた送風機に接続された導風ダクト２７を密着して固着している。その他の部分は図４と同様である。
【００２５】
送風機を運転すると、導風ダクト２７と導風カバ−２６に案内された電動機外気は、冷却路１１および冷却風穴１０で構成された冷却通路１４に導かれ、冷却通路１４を通りぬけていく。つまり、電動機が停止中であっても電動機内部へ電動機外気を流すことができるので、運転中に停止と回転を繰り返すような電動機が停止した場合でも電動機内部を冷却することが可能であり、電動機の温度上昇を抑制することができる。
【００２６】
実施の形態６．
固定子鉄心を電動機軸方向に貫通する、冷却通路の形状を四角形などの多角形、あるいは、凹凸形状とした実施の形態を図７（ａ）と図７（ｂ）に示す。冷却風穴１０の形状を、図７（ａ）に示すような四角形などの多角形、あるいは図７（ｂ）に示すような凸凹形状にすることで放熱面積が大きくなり、放熱効果を向上させることができるので、冷却能力も向上する。
【００２７】
実施の形態７．
電動機内気と接触する冷却路１１の断面形状を、四角形などの多角形、あるいは凹凸形状とした実施の形態を図８（ａ）と図８（ｂ）に示す。冷却路１１の形状を、図８（ａ）に示す様な四角形などの多角形、あるいは図８（ｂ）に示す様な凸凹形状にすることで、放熱面積が大きくなり、放熱効果が向上させることができるので、冷却能力も向上する。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、回転子軸、回転子鉄心、固定子鉄心が設けられている電動機内部の内壁の一部を共有する壁によって電動機内部と隔絶されるとともに、
電動機軸方向に貫通する通路からなる冷却通路を備えたことで、
電動機内部で発生した熱は、冷却通路を通過する電動機外気により冷却されるので、電動機内部の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態による構造を示す縦断面図である。
【図２】この発明の一実施の形態による構造を示す縦断面図である。
【図３】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図４】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図５】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図６】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図７】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態による構造を示す断面図である。
【図９】従来の全閉形電動機の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  電動機本体、    ２  固定子枠、    ３ブラケット、
４  固定子鉄心、    ５  固定子巻線、    ６  軸受、    ７  回転子軸、
８  回転子導体、    ９  回転子鉄心、    １０  冷却風穴、
１１  冷却路、    １２  ファン、    １３  ファンカバー、
１３ａ  吸気口、    １４  冷却通路、    １５  電動機内気、
１６  ファン、    １６ａ  ファン、    １７  ファン、
１８  回転子側循環風通路、    １９  固定子側循環風通路、
２０  バイパス穴、    ２１  バイパス風導、    ２２  固定子側循環風通路、２３  冷却フィン、    ２４  導風リング、    ２５  開口フランジ、
２６  導風カバ−、    ２７  導風ダクト。
【図１】
2004194407.tif 000003
【図２】
2004194407.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004194407.tif 000006
【図５】
2004194407.tif 000007
【図６】
2004194407.tif 000008
【図７】
2004194407.tif 000009
【図８】
2004194407.tif 000010
【図９】
2004194407.tif 000011