JPH07250454A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、回転電機内の温度管理を行うこと
により、振動、騒音が小さい状態で運転できる回転電機
を提供することにある。 【構成】 電動機内温度変化に伴い形状変化をおこなう
ファンガイド８を、防滴保護型誘導電動機１のエンドブ
ラケット３に接するように設置する。ファンガイドは
８、電動機１の機内温度が低い状態では、通風口９を塞
ぐ形状をとるが、機内温度がある一定値を超えると、通
風口９を開きファン６に冷却風を誘導する形状となる。 【効果】 本発明により、電動機始動後、機内温度は短
時間で上昇する。温度上昇にともない、コイルを固めて
いるワニスの減衰性能が向上、嵌合部の隙間も減少し、
始動時の振動、騒音が短時間で低減する。さらに、機内
温度上昇後は、冷却が行われ機内温度は一定に保たれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の振動、騒音
を低減する装置に係り、さらに詳しくは、発電機、モ−
タ等の回転機械の電磁振動、ファン騒音を低減すること
ができる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転電動機、発電機、同期機等の回転電
機の冷却構造、冷却制御は、回転電機の効率的駆動、熱
的破壊の防止と言った観点から非常に重要な技術であ
る。その冷却方法、フィン形状には関しては現在まで数
多の方式が提案されている（例えば、特開平２−１３６
０５０号公報）。

【０００３】特に、インバ−タ駆動よる誘導電動機の低
速時の冷却性能は、モ−タの回転数に依存して低下する
ため、モ−タ内部温度が異常に上昇し、熱的破壊が大き
な問題となっている。これらの解決方法として、特開平
１−２３１６３７号公報に記載されるように、ファン駆
動用に専用のモ−タを用い、主モ−タの温度状況によっ
てファン駆動用モ−タの回転数を制御し、冷却性能を維
持している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、モ
−タ内部の温度上昇を出来るかぎり抑える冷却構造、冷
却制御が行われている。特に、ファンとロ−タが直結さ
れた冷却機構をもつ回転電機では、回転電機内の温度が
低い始動時も、ある程度時間が経過し電動機内部の温度
が上昇した時点でも回転電機冷却のため冷却ファンから
発生する風量に変化がない構造になっている。

【０００５】そして、上記の従来技術においては、回転
電機が一定時間駆動され内部の温度がある程度上昇する
まで、振動、騒音が生じる。特に、回転電機の始動時に
は、その振動、騒音が大きく、環境上大きな問題になっ
ている。

【０００６】本発明の目的は、上記の事柄に基づいてな
されたもので、回転電機の始動時の振動、騒音を短時
間、もしくは始動時から低減することのできる振動騒音
低減装置を有する回転電機を提供するものである。。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、回転電
機内の温度変化によって形状を変化させエンドブラケッ
トの通風口を通る冷却風の流量を制限するファンガイド
によって実現される。また本発明によれば、回転電機内
の温度変化によって形状を変化させ固定子枠の通風口を
通る冷却風の流量を制限する開閉弁によって実現され
る。

【０００８】また本発明によれば、回転電機内の温度変
化に従って接続するクラッチ機構により冷却ファンとロ
ータシャフトを断続することによって実現される。

【０００９】

【作用】回転電機の内部温度が低い始動時は、回転電機
内のファンガイドがエンドブラケットの通風口を防ぐ形
状に変形している。このため冷却風が回転電機内に流入
しないため、機内の温度が短時間で上昇し、回転電機内
のコイルを固めているワニスの減衰性能が向上し、また
嵌合部のガタも熱膨張によって緩和される。このため、
回転電機の振動、騒音レベルも短時間で低下する。内部
温度があるレベルに達した場合は、ファンガイドが冷却
風を回転電機内部に送りこむ形状に変形するため、冷却
風が回転電機内部に流入し、過剰な温度上昇に伴う回転
電機の効率の低下や熱的破壊は防止できる。

【００１０】前記回転電機内の温度変化により形状を変
化する開閉弁の場合、及び回転電機内の温度変化により
接続するクラッチ機構の場合も、前記ファンガイドにつ
いて説明したと同様に回転電機内の温度に応じて冷却風
量を調整して、過剰な温度上昇に伴う回転電機の効率の
低下や熱的破壊は防止できる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の装置の一実施例を備えた防
滴保護型誘導電動機の断面図を示すものである。この図
１において防滴保護型誘導電動機１は、固定子枠２、固
定子枠２の端部に取り付けられたエンドブラケット３、
固定子枠内に配置されたロ−タ４と、該ロータを支持す
るロ−タシャフト５、ロ−タ４に取り付けられた冷却フ
ァン６、固定子内面に設けられたステ−タ７、エンドブ
ラケット３の内面に設けられたファンガイド８、エンド
ブラケット３に設けた通風口９、固定子枠２に設けた通
風口１０、固定子枠を支える支持脚１１、ステ−タ７の
端部に出ているエンドコイル７Ａによって構成されてい
る。前述したファンガイド８は、前述した通風口９に位
置するように設けられており、形状記憶合金、バイモル
フ又はバイメタルの熱変形板（以下、バイモルフの語を
多用する）等の温度に依存した形状変化を行う材料によ
って製作されている。また、ファンガイド８の断面形状
は図２に示すような曲線形状をなし、ファンガイドの立
体形状は、該曲線をロータシャフトの軸線を中心に回転
して形成される略ラッパ形状をなし、図２〜図３のよう
な開閉運動を容易にするために、必要に応じ放射方向の
スリットが設けられる。

【００１２】図２に示すように、誘導電動機１の始動前
においては、ファンガイド８は、エンドブラケット３の
通風口９を塞ぐかエンドブラケットに近接して通風口９
を通る通風量を低減している。そのため、誘導電動機１
の内部には冷却風が流入しないか少量である。この状態
において、誘導電動機１を始動すると、冷却性能が低下
した状態のため、電動機内の温度が短時間で上昇する。
この温度上昇により、コイルを固めているワニスの減衰
性能が向上し、誘導電動機１におけるステータと固定子
枠、エンドブラケットと固定子枠、ロータシャフトとベ
アリング等の嵌合部の隙間が減少する。これにより、振
動、騒音が低減する。ある一定時間運転継続後、機内温
度が上昇することによって、図３に示されるように、フ
ァンガイド８は通風口９を十分に開口するように変形す
る。これによって、冷却風は、ファンガイド８とファン
６によって誘導電動機１内に導かれ、エンドコイル１２
を冷却して、固定子枠２に取り付けられている通風口１
０から外部に排出される。上述した本発明の実施例によ
れば、図４に示すように従来の時間−騒音特性曲線Ａに
対し特性曲線Ｂのように、始動時からの騒音、振動の収
束時間を大幅に低減させることができる。また、温度上
昇後、通常の冷却動作を行うので、誘導電動機１の効率
の低下や熱的破壊は防止できる。

【００１３】図５は、本発明の他の実施例を示すもので
ある。この図において、図１と同符号のものは、同一部
分である。この実施例は、図１における機内温度の変化
に伴い変形するファンガイド８の代わりに、固定子枠２
の通風口１０にバイモルフもしくは形状記憶合金等で出
来た温度変化によって変形する開閉弁１２を備えてい
る。該開閉弁１２は一端を固定子枠に支持され、矢印の
ように運動し、通風口１０を開閉する方向に回動する。
１３は、冷却風の流れ方向を示している。

【００１４】誘導電動機１の始動時は、開閉弁１２は通
風口１０を閉じるか固定子枠に近接して該通風口１０を
通る通風量を低減している。このため、誘導電動機１の
内部温度は急速に上昇し、前述の実施例同様、短時間で
誘導電動機１の減衰性能の向上、嵌合部隙間の減少が達
成され、振動、騒音が低減される。機内温度上昇に伴い
開閉弁１２は、通風口１０を開度を増し、前述の実施例
と同様冷却風によって誘導電動機１内部の冷却が行われ
る。

【００１５】上記の作用によってエンドブラケット２の
通風口９をファンガイド８によって開閉する前記装置と
同様な効果が得られる。

【００１６】全閉型誘導電動機に対する実施例を図６に
示す。全閉型誘導電動機１４は、ステ−タ７、ロ−タ
４、エンドブラケット３の基本構成は、図１に示した防
滴保護型誘導電動機１と同様である。大きく異なる点と
しては、電動機１４内部には、外気を直接取り込むこと
が出来ないため、ロ−タシャフト５に接続された外部フ
ァン６と、ファンによって発生された冷却風を固定子枠
１７の外側に誘導するファンガイド１５を有する。ま
た、固定子枠１７には、冷却フィン１７Ａが付いてい
る。冷却ファン６とロ−タシャフト５の間には、両者の
接続を機内の温度上昇によって行うクラッチ機構１６
（具体例は後述する）が設けられている。１８は、ロ−
タ４より発生する熱の流れ方向を示している。

【００１７】次に、上述した本発明の装置の一実施例の
動作を説明する。誘導電動機１４の始動直後は、機内温
度が上昇しないためクラッチ機構１６は、ロ−タシャフ
ト５と冷却ファン６を接続しない。このため、機内温度
は急速に上昇し、ワニスの減衰特性の向上と、嵌合部隙
間の減少によって、振動、騒音が短時間で低下する。機
内温度が上昇すると、１８に示す方向に、ロ−タ４の熱
が伝わりクラッチ機構１６が作動して、ロ−タシャフト
５と冷却ファン６を接続する。冷却ファン６の回転に伴
い冷却風が発生し、フィンの付いた固定子枠１７の表面
を冷却する。これによって機内温度の上昇が抑制され
る。

【００１８】上述した本発明の効果を、図７を用いて説
明する。Ｅは電磁騒音の時間変化、Ｇは冷却風による流
体音の時間変化、Ｆはト−タルの騒音レベルの時間変化
を示す曲線である。電磁振動レベルＥは、機内温度の急
速な上昇に伴うワニスの減衰特性の向上、嵌合部隙間の
減少によって急速に収束する。また、電磁音の大きい始
動時には、ファンは駆動していないため冷却風による流
体音Ｇはない。このためト−タルの騒音レベルＦは、電
磁振動レベルＥと同様である。機内温度の上昇に伴いク
ラッチ機構１６が接続しファン６を駆動することによっ
て流体音Ｇが発生する。ところが、クラッチ機構１６が
接続した時点では、電磁振動Ｅのレベルが十分低下して
いるため問題となる振動騒音レベルとはならない。

【００１９】図８、９に前記実施例の中で示したロ−タ
からの熱流入に伴ってロ−タシャフト５と冷却ファン６
を接続するクラッチ１６の２つの実施例を示す。図８の
一実施例は、ロ−タシャフト５と、ある一定温度以上に
なった場合変形するバイモルフの板状部材１９、該板状
部材に接着されたゴム等の摩擦部材２０によって構成さ
れており、該ゴム２０に代えて一般のクラッチに使用さ
れる耐摩耗性の摩擦部材を用いることができる。図９の
実施例では、バイモルフの代わりに熱変化によって変形
する形状記憶合金で出来たバネ２１が用いられている。
これらの実施例において、電動機内の熱１８は、ロ−タ
シャフト５を伝わって、ロ−タ端部を加熱する。そうす
るとバイモルフ１９は外周部が冷却ファン６に近接する
方向に湾曲し、また形状記憶合金等で出来たバネ２１
は、温度上昇に伴って伸び、ゴム２０を介して冷却ファ
ン６に接続する。これによってロ−タシャフト５の動力
が冷却ファンに伝達され、冷却風が発生される。

【００２０】上記機構を用いることによって、図６にて
示した実施例が実現可能となると共に、クラッチ機構に
温度感知機能とアクチュエ−タの機能を兼ね備えている
ため、温度センサを用いて電動機内の温度を計測し、そ
の情報を制御装置で判断し、電磁クラッチを動作させロ
−タシャフト５の動力をファン６に伝えるといった複雑
なシステム構成を取るよりも、部品点数が少なく機構が
単純となる利点がある。

【００２１】さらに次の実施例として、図１０に、冷却
風の流量制御装置を備えた誘導電動機のインバ−タ駆動
システムに対する本発明の一実施例を示す。本実施例
は、誘導電動機２２、その内部の温度を計測するための
温度センサ２３、温度センサの信号を処理ならびにイン
バ−タ２５に指令を与える制御装置２４、誘導電動機２
２やファン駆動用電動機２６に電流電圧を供給するイン
バ−タ２５、冷却ファン６より構成される。

【００２２】図１１のフロ−チャ−トを用いて、図１０
のシステムの制御方法の一実施例を示す。制御装置２４
に誘導電動機２２の始動命令が与えられる。このとき、
制御装置２４からの信号に基づきインバ−タ２５から、
誘導電動機２２へ駆動のための電流電圧が供給される
（ステップ１１０）。電動機内部の温度情報を絶えず温
度センサ２３にてモニタし、内部温度と制御装置２４内
の記憶装置に事前に入力されている設定温度Ｔ０とを比
較し、次の動作を決定する（ステップ１１１）。機内温
度Ｔが、設定温度以上であれば、ファン６を制御するル
−プに入る（ステップ１１２）。設定温度以下の場合、
電動機の冷却用ファン６を停止しておく（ステップ１１
３）。設定温度Ｔ０以上に内部温度が達した場合、設定
温度と内部温度の関係から冷却用ファン６の回転数を制
御装置２４にて決定する（ステップ１１４）。制御装置
２４の命令に従い冷却ファン用電動機２６をインバ−タ
２５で駆動してやる（ステップ１１５）。上記の動作を
繰り返す。

【００２３】上記の制御方法によって電動機内の温度
を、ワニスの振動減衰性がよく、かつ嵌合部のがたが少
ないため振動、騒音が低い状態まで、速やかに上昇出来
る。また、温度上昇に伴いファン６が駆動し、冷却風を
発生するため、その後の温度管理も可能となる。またフ
ァン６は、誘導電動機２２とシャフト５で接続していな
いため、電動機内部温度Ｔが設定値Ｔ０より低い時点で
は、ファン６を停止しておくことが可能である。このた
め、始動時、内部温度低く、電磁加振力による振動騒音
レベルが高い時点では、ファン駆動による流体音が発生
せず静粛な電動機の駆動が可能となる。

【００２４】次に、図１０のシステムに他の制御方法を
適用した一実施例を示す。図１０のシステム構成におけ
る誘導電動機２２は、インバ−タ２５より発生される１
２０度位相のずれた三相交流電圧、もしくは、パルス波
形電圧によって駆動されている。制御装置２４から発生
する命令を変更すればインバ−タ２５から発生する３相
Ｕ，Ｖ，Ｗ相３相のの位相を変えることができる。

【００２５】図１２に、フロ−チャ−トを用いた実施例
の動作を示す。図１０の制御装置２４に運転開始命令が
与えられる（ステップ１２０）。制御装置２４の記憶領
域に事前に入力されている設定温度Ｔ０１より、機内温
度Ｔが高いか、低いかを、温度センサ２３の情報をもと
に制御装置２４で判断し、次の動作を決定する（ステッ
プ１２１）。機内温度が設定値Ｔ０１より低い場合，図
１３に示すようにインバ−タ２５から、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の
３相のすべてが同相の駆動電圧電流を誘導電動機２２に
与える（ステップ１２２）。この状態では、誘導電動機
２２のステ−タに進行磁界は発生しない。このため電動
機２２は回転せず、電動機内部の温度が上昇するだけで
ある。機内温度Ｔが、電磁加振力による振動騒音が発生
しにくい設定温度Ｔ０１以上になった場合、図１３に示
されるように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相３相１２０度ずつ位相のず
れた電圧電流をインバ−タ２５から誘導電動機２２に与
えてやる（ステップ１２３）。この時、誘導電動機２２
のステ−タに進行磁界が発生するためロ−タが回転す
る。その後の制御方法は、図１１に示したものと同様で
ある（ステップ１２４から１２８）。

【００２６】上記制御方法によって誘導電動機２２は、
ロ−タが回転する前に加熱されることにより、コイルの
ワニスの減衰特性が向上し、また嵌合部の隙間が減少し
た状態での静粛な始動が可能となる。また、始動後は、
図１１と同様の制御を行うため、図１１の実施例と同様
な効果が期待できる。

【００２７】以上、本発明の各実施例を誘導電動機の例
につき説明したが、本発明は、これに限定されることな
く、誘導電動機以外の電動機、同期機、発電機等におい
て実施し得ることは勿論であるが、その実施例の説明は
前記と同様になるので省略する。

【００２８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
回転電機の機内温度が低い状態で発生する振動、騒音を
短時間、もしくは、始動時から低減することが出来る。

【００２９】また、冷却ファンの停止機能を有した実施
例では、消費電力の節約、流体音の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を備えた防滴保護型誘導電動
機を一部断面図にて示す側面図である。

【図２】図１に示したファンガイドの始動時の状態を示
す側面図である。

【図３】図１に示したファンガイドの定常時の状態を示
す側面図である。

【図４】図１の実施例の騒音低減効果を示す図である。

【図５】図１に示した装置の固定子枠通風口に冷却風の
流量制御弁を取り付けた実施例を一部断面図にて示す正
面図である。

【図６】本発明の一実施例を備えた全閉型誘導電動機を
一部断面図にて示す側面図である。

【図７】図６の実施例の騒音低減効果を示す図である。

【図８】図６に示したクラッチにバイモルフを利用した
１実施例を示した側面図である。

【図９】図６に示したクラッチに形状記憶合金製のばね
を利用した１実施例を示した側面図である。

【図１０】本発明の一実施例を適用するインバ−タによ
る誘導電動機駆動システム構成図である。

【図１１】図１０に示す誘導電動機駆動システム構成の
制御方法の一実施例を示す図である。

【図１２】図１０に示す誘導電動機駆動システム構成の
制御方法の別の一実施例を示す図である。

【図１３】図１２の制御方法によるインバ−タから発生
する電圧パタ−ンを示した図である。

【符号の説明】

１：防滴保護型誘導電動機、２：固定子枠、３：エンド
ブラケット ４：ロ−タ、５：ロ−タシャフト、６：ファン、７：ス
テ−タ ８：ファンガイド（防滴保護型誘導電動機用）９：通風
口（エンドブラケット）１０：通風口（固定子枠）、１
１：固定子支持脚、１２：風量調節弁 １３：冷却風の流線、１４：全閉型誘導電動機 １５：ファンガイド（全閉型誘導電動機用）、１６：ク
ラッチ １７：フィン付き固定子枠、１８：ロ−タからの熱の流
れ、１９：バイモルフ ２０：摩擦部材、２１：形状記憶合金製ばね、２２：イ
ンバ−タ駆動用誘導電動機、２３：温度センサ、２４：
制御装置、２５：インバ−タ ２６：冷却ファン駆動用電動機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 基八郎 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 與那嶺 操 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンドブラケットに内部冷却用の通風口
   を備えた回転電機において、機内温度によって形状変化
   する材質で製作し、機内温度状態に伴い前記通風口を開
   閉するファンガイドを設けたことを特徴とする回転電
   機。
2. 【請求項２】 固定子枠に通風口を備えた回転電機にお
   いて、前記通風口に温度変化によって開閉する弁を設け
   たことを特徴とする回転電機。
3. 【請求項３】 冷却ファンとロ−タシャフトとを有する
   回転電機において、前記冷却ファンとロ−タシャフトと
   の間に機内温度に従って接続するクラッチ機構を設けた
   ことを特徴とする回転電機。
4. 【請求項４】 前記クラッチ機構は、バイモルフ又は形
   状記憶合金等の温度上昇にともなう形状変化によってク
   ラッチ動作を実現する請求項３記載の回転電機。
5. 【請求項５】 制御装置の命令に従ってインバ−タ電源
   から駆動電流電圧を発生し回転電機を駆動し、さらに回
   転電機内の温度情報を回転電機内の温度センサによって
   検出し、前記制御装置もしくは別の制御装置によって処
   理、その結果から前記回転電機とは異なる駆動源によっ
   て冷却ファンを駆動する回転電機において、前記制御装
   置内の記憶装置に特定の温度情報を入力しておき、前記
   情報に基づいて冷却動作をおこなうよう冷却ファンを駆
   動することを特徴とする回転電機。
6. 【請求項６】 回転電機において前記回転電機の駆動前
   に、特定の設定温度まで機内温度を上昇させてから回転
   電機を始動させる手段を設けたことを特徴とする請求項
   ５記載の回転電機。