JPS63144739A - 冷却フアンを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷却ファンを備えた回転電機に係り、特に冷却
ファンの騒音低減に効果的な冷却ファン形状に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第８図に従来から提供されている冷却ファンを備えた回
転電機、＼例えば外扇形モードルの冷却構造を示す。こ
れを簡単に説明すると１は両端部ｌａ、ｌｂを塞ぎ円筒
状の筒状部１ｃを備える外枠、２は外枠１の内側に納め
た固定子、３は固定子２のさらに内側に納めた回転子、
４は回転子３に嵌合した回転軸であり、この回転軸４は
外枠１の両端部１ａ、ｌｂを貫通すると共に、軸受５に
より両端部１ａ、ｌｂに支持される。６は回転軸４の反
負荷側の軸端に固定した冷却ファン、７は冷却ファンを
覆うファンカバーであり、このファンカバー７は外枠］
の端部コａとの間に空間を置いて吸気孔８を開けたクリ
ル９と、外枠１の筒状部１Ｃの外面に向けて開放する吐
出口１０を持つ。すなわち、ファンカバー７はこれの外
径を外枠１の外径より大きく選ぶことにより生じる隙間
を吐出口１０としている。なお、１１は外枠１の筒状部
］Ｃに設けた冷却ファンである。

このようにして外扇形モードルの運転を行なうと、冷却
ファン６が回転し、グリル９の吸気孔８を介して外気が
ファンカバー７内に吸込まれ、これの吐出口１０より外
枠１の筒状部１ｃに沿って吐出される。

さて、このような冷却ファンの形状としては、例えば実
開昭５２−４９８０８号、実開昭５３−１５２１０６号
、実開昭５４−１６３７１３号、実開昭５４−１６４８
０４号などで各種のものが提供されており、これらの代
表例を示すと第９図〜第１２図のようになり、いずれの
冷却ファンも回転軸４の軸端に嵌合するポス１２と、こ
のボス１２を連結し外枠１の端部１ａに沿って伸びる支
持板１３と、この支持板１３よりファンカバー７の内壁
面に向けて伸びる羽根】４より構成されている。次に、
これらの各冷却ファンの形状の特徴を説明すると以下の
通りとなる、 （第９図のもの）羽根ユ４の外径側の端面１４ａの大部
分は回転軸４に平行であるが、一部の端面１４ｂを回転
軸４に対して傾斜させて支持板１３の外径を小さくシ、
端部１ａを冷却すると共に冷却風量を増加させることに
主眼を置いている。

（第１０図のもの）第９図と同様であるが、羽根１４の
端面１４ａ、１４ｂがファンカバー７側に向けて傾斜し
ている。

（第１１図のもの）羽根１４の外径側の端面１４ａを回
転軸４と平行、また、これに続く端部１ｂ側の端面１４
ｂは回転軸４と直角とし、さらに、ファンカバー７の内
壁面および羽根１４の側方の端面１４ｃを回転軸４に対
し傾斜させている。

（第１２図のもの）羽根１４の形状は第１１図のものと
同様であるが、ファンカバー７の内壁面と回転軸４は直
角である。

このような各種形状の冷却ファン６は、いずれの場合も
羽根１４の外径側の端面の形状が、ファンカバー７側で
、回転軸４と平行が、羽根１４のファンカバー７側の端
部が傾斜している部分と、端部１ａ側で回転軸４に対し
て急激な傾斜をもつ部分をもっていて、両者の接点付近
での羽根１４の外径の変化が大きいことを、この接点付
近が冷却空気の主流路部分になっていることが特長であ
り、かつファンカバー７側の最大径と端部１８側の支持
板１３の外径との間は大きいものでも１対３程度の値で
ある。さらにファンカバー７側の羽根１４の端面１４ｂ
が回転軸４に対して直角ではなく端部１ａ側に傾斜して
いて羽根１４の入口から出口まで流路中が比較的一様に
なっていることが特長である。

このような特長を持つ従来の冷却ファン６の羽根車形状
では、以下の騒音、冷却流量上の難点がある。

すなわち、第１３図に示すように羽根１４とこれの支持
板１３とから成る一般的な冷却ファン６では、ファンカ
バー７側の羽根１４の端面１４ｃからの空気の流入のた
め、羽根１４の巾方向Ｗに吐出し風の一様な速度分布が
実現せずに支持板１３側で極端に速度が早く、グリル９
側のファンカバー７側の羽根部分はほとんど流れない状
態となる。

さらに第１４図に示す形状のものは羽根１４の主流路部
分に羽根１４の外径が不連続に変化し、支持板１３側に
向うに従い羽根の外径が小さくなる部分があると、第１
３図で説明した吐出し風の速度分布が極端に助長される
傾向となり、羽根１４内部での流れも局部的に速度の速
い部分が存在することとなる。

冷却ファン７の冷却流量は、この羽根１４の出口の吐出
し風の速度を積分したものであり、このような局部的に
しか流れないものでは、冷却流量が羽根１４の大きさに
比べ少なくなってしまう。

さらに、このようなジェット状の流れが羽根１４内に存
在することは騒音発生の原因ともなる。

このようなことから、従来の羽根形状では１羽根１４の
外径を大きくせざるを得す、したがってこれでは騒音が
大きくなる要因を持つこととなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の冷却ファンの形状において、羽根の出口部分の吐
出し風の速度分布を調査した結果１次のような問題のあ
ることが解った。すなわち、従来の形状の冷却ファンで
羽根に側板を設けないと、ファンカバー７側では流体が
羽根］４の圧力面から負圧面に漏れるため羽根１４の出
口側では冷却空気が平均して吐出されなく、冷却空気は
支持板ユ３側に片寄って流れ、その速度分布は羽根１４
の出口で一様ではなく非常に狭い幅のジェット状の流れ
となる。したがって、このような速度分布を積分して得
られる冷却風量が少ないとき、これを所定の風量に増加
しようとすれば、冷却ファン６の外径を大きくしなけれ
ばならず、しかしこれではジェット状の流れがさらに助
長されてしまう。

この結果、必要な風量を得ようとすれば冷却ファン６の
外径が大きくなるばかりでなく、このようなジェット状
の流れは羽＋［！１４の内部でも当然起きていることか
ら羽根表面での空気流の乱れが強く騒音が大きくなって
しまう問題がある。

そこで本発明は冷却風量を確保するのは勿論であるが、
騒音の発生が少なく、特に高速運転を行なっても問題の
ない冷却ファンを備えた回転電機を提供するものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は羽根とこれの支持板とから成る冷却ファンにお
いて、従来から問題となっていたジェット状の流れを解
消し、騒音の発生源をなくすと共に、速度分布を一様化
し、羽根の出口の有効活用をはかり冷却流量の増加、あ
るいは小形低騒音化を目指すものであり、本発明は端部
を塞いだ筒状の外枠と、この外枠の端部を覆いこの端部
との間に空間を置いて吸気孔を開けたグリルを持ち外枠
の筒状外面に向けて開放する吐出口を持つファンカバー
との間に、外枠の端部側よりファンカバーのグリル側に
伸びる回転軸を有する冷却ファンを配置するものにおい
て、冷却ファンは、外枠の端部に沿って伸びる支持板と
、この支持板よりファンカバーの内壁面に向けて伸びる
羽根を持１と共に、羽根の羽根出口の端面を支持板より
こわの外径側に離れるにしたがい外枠の端面の延長面上
よりしだいに離れるように形成したことを特徴とする冷
却ファンを備えた回転電機を提供するものである。

〔作用〕

本発明の回転電機の冷却ファンの羽根形状、特に羽根の
羽根出口の端面を支持板よりこれの外径側に離れるにし
たがい外枠の端部の延長面上よりしだいに離れるよう形
成したことにより、羽根の出口での吐出し流の速度分布
が一様となり、この羽根の出口の有効活用をはかること
ができる。また同時に従来のジェット流の発生を防止す
ることができることから、騒音の発生も抑えてゆくこと
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の基本的な実施例を第１図により説明する
。同図において冷却ファン６以外の構成は先に説明した
ものと同様であるので説明を省略する。また、図中に破
線で従来の冷却ファンの例を参考までに示す。すなわち
、１２は回転軸４の軸端に嵌合するボス、１３はこのボ
ス」２の外枠１の端部１ａ側より端部１ａに沿って伸ば
した略円板状の支持板、１４は支持板１３の表面よりフ
ァンカバー７の内壁面に向けて伸ばした羽根であり。

この羽根］４は支持板１３上に回転軸４より伸びる放射
線上に沿って多数枚配置されると共に、これの出口側の
端面１４’ｅは支持板１３よりこれの外径側に離れるに
したがい外枠１の端部１ａの延長面ノ上よりしだいに離
れるよう形成している。

またこの羽根１４は１羽根比口の主流路部で羽根１４の
外径が支持板１３より離れるに従い、不連続、あるいは
急激に変化しないよう単調増加させて形成するものであ
る。なお、羽根１４の側方の端面１４ｃはファンカバー
７の内壁面と一様な隙間、すなわち回転軸４と直角に交
わる平面（図示せず）に達するようファンカバー７の内
壁面に向けて伸ばされている。

さて、このように構成された冷却ファン６の運転によれ
ば、第３図に示すように、グリル９を介して吸込ま才し
た外気ｉファンカバー７の吐出口ｌＯより外枠１の筒状
部１ｃに沿って吐出される、またこのときの羽根１４の
主流路部より吐出される吐出し流の速度分布は図中に記
入した通り、羽根１４の端面１４ｅのほぼ全域に渡り一
様となる。

これは、羽根１４の内径側に向い、これの風速が遅くな
るに従い、羽根幅を大きくしたことから、速度分布がほ
ぼ一様になったものと考えられる。

次に、第２図を加え本発明の冷却ファン６について、さ
らに考察を続ける。今、同一流量、同一圧力を満足する
冷却ファンの騒音を比較するのに比騒音レベルを考える
。

比騒音しベル＝騒音レベル−］０→Ｏｓ、〃ただし　Ｑ
、；風量 ＆；全全 圧た、冷却ファン６の羽根１４の外枠１の端部ｌａ側で
羽根１４の端部１４ｅの始まる径を端部側外径Ｄ２Ｈ１
羽根１４のファンカバー７のグリル９側の最大径をグリ
ル側外径Ｄ２Ｓとし、これの羽根外径比をり、Ｓ　／　
Ｄ、Ｈとする。これらの関係を横軸に羽根外径比＜　Ｄ
、Ｓ　／　Ｄ、Ｈ）、縦軸に吸込流量ｑ。

比騒音レベルをそれぞれとって第２図に示すと、得られ
る冷却風量および比騒音レベルの変化は図中に０点およ
び口点を結んで示すようになる。さらに説明するなら、
第２図に示すものは、羽根１４の端部側外径り、Ｈを固
定し、グリル側外径ＤＳを変化させて実験を行ない、各
種データを測定したものである。なお、実験において、
冷却ファン６の回転数は１２０００　（ｒｐｍ）の超高
速に選定している。すなわち、この実験において、羽根
外径比を１．０〜２．２まで変えると冷却風量は単調増
加する。また、比騒音レベルは羽根外径比１．５程度ま
では変化がないが、羽根外径比１゜５〜２．１の間で大
きく低下し、この比騒音レベルを最小値に選ぶためには
羽根外径比に最適値のあることが判る。すなわち、実験
例によれば従来構造の冷却ファンと同一の風量、風圧を
確保した上で、冷却ファンの羽根外径比を１．９程度に
選んだとき、比騒音レベルが最低となり、この点で従来
のものに比ベアｄＢ程度の騒音低減が得られる。

なお第３図において、グリル９の径をＤＳ、ファンカバ
ー７の吐出口１０の内径をＬ）Ｃでそれぞれ示す。すな
わち、グリル９の径ＤＳはグｊｌル９の開孔率、あるい
は冷却ファン６の吸込側と吐出側の圧力匂配が適切とな
るよう選択され、また、ファンカバー７の内径１）Ｃは
冷却ファン６よりの排気が効率良く行なわれるよう適切
な値が選ばれる。

さらに説明すれば、第３図に示す形状の冷却ファン６を
組み合せた外扇形モードルの諸性能を第６図、第７図に
よって説明する。第７図は外扇形モードルの騒音測定位
置を示すものであり、冷却ファンの回転軸上で、これの
吸込口より１ｍ離れた位置に測定器をセットした。同時
に、冷却ファンの有効風量を２．０ｍ’／ｍｉｎ得ると
きの騒音、および冷却ファンの最大径部分の寸法比（従
来の冷却ファンの最大径部の寸法を１００とする）を第
６図に示す。なお、外扇形モードルの回転数は］２００
０ｒｐｒｎである。すなわち、これの測定結果によれば
、従来９５ｄＢであった騒音を７６゜５ｄＢに低減する
ことに成功し、また、このときの冷却ファンの最大径部
分の寸法は従来品に比ベア８％まで小形化することがで
きた。

次に第４図に示す実施例を説明する。この実施例におい
ては、羽根１４の端面１４ｅの形状を若干湾曲させ、冷
却ファンの外径部分で外枠１の端部１ａの延長ｌより離
れる割合を小さくなるよう構成したものである。このよ
うな構成を取っても先に説明した実施例と同様の結果を
得られる。

次に、第５図に示す実施例を説明する。先に説明した実
施例は比較的冷却ファンの高速運転を行なう例であるが
、第５図のものはこれらのものより低速運転を行なう冷
却ファンの構造を示すものである。低速運転を行なう冷
却ファンにおいては、風量を確保するため羽根ユ４の外
径側を外側に大きく伸ばす必要がある。しかしこの場合
、冷却ファン６の最外径部は羽根１４の幅が極端に狭く
なり、これの先端部まで羽根１４を伸ばすのは得策でな
い。したがってこのような場合は１羽根１４の先端部１
４ｆを小さな径を持つ円弧に構成することができる。た
だし、この場合は、羽根１４の外径部側を羽根１４の端
面１４ｅに沿って仲はした仮想点ｇを含む径を羽根１４
のグリル側外径ＤＳと想定し、羽根外径比を先に説明し
た実施例と同様に選択するものである。

なお、すでに説明した実施例においては、冷却ファン６
の羽根１４のグリル側の端面１４ｃをクリル９の内面と
等間隔となるよう伸ばしたが、この羽根１４の端面１４
ｃはグリル９の内壁面に対し若干の斜面あるいは曲面に
沿って伸びるように構成することもできる。

以上説明した実施例によれば、冷却ファン６のファンカ
バー７のグリル９側の端面１４ｃを回転軸４とほぼ直角
に交わる面まで伸ばし１羽根１４の吸込面積を上げ、し
かも羽根１４の形状を三角形状に構成することにより、
羽根１４の出口幅（端面１４ｅ）を広げこれより吐出さ
れる風の流速分布をほぼ一様にすることができる７した
がって、これらの実施例によれば、従来の冷却ファンで
問題となっていたジェット状の吐出風の発生を防ぐこと
ができ、羽根１４の出口部分の有効活用をはかり、吐出
し風量を増加してゆくことができる。もちろん、これら
のことから低騒音で小形の冷却ファンを備えた回転電機
を構成してゆくことができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、端部を塞いだ筒状の外枠
と、この外枠の端部を覆いこの端部との間に空間を置い
て吸気孔を開けたグリルを持ち外枠の筒状外面に向けて
開放する吐出口を持つファンカバーとの間に、外枠の端
部側より前記ファンカバーのグリル側に伸びる回転軸を
有する冷却ファンを配置するものにおいて、冷却ファン
は、外枠の端部に沿って伸びる支持板と、この支持板よ
りファンカバーの内壁面に向けて伸びる羽根を持つと共
に、羽根の羽根出口の端面を支持板よりこれの外径側に
離れるにしたがい外枠の端面の延長面上よりしだいに離
れるように形成したことを特徴とする冷却ファンを備え
た回転電機を提供するものであり、本発明によれば低騒
音で小形の冷却ファンを備えた回転電機を得られるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構成を説明するための一
部断面図、第２図は実施例の冷却ファンの実験結果を説
明するための線図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ
本発明の他の実施例を説明するための一部断面図、第６
図は実施例の冷却ファンの諸性能を比較するための図、
第７図は冷却ファンの騒音の測定法を説明するための図
、第８図は従来の冷却ファンを備えた回転電機の構造を
説明するための一部断面図、第９図、第１０図、第１１
図、第１２図、第１３図、第１４図はそれぞれ。 従来の冷却ファンの形状を説明するための一部断面図で
ある。 １・・・外枠、１ａ・・・端部、４・・・回転軸、７・
・・ファンカバー、８・・・吸気孔、９・・・グリル、
１ｏ・・・吐出口、１３・・・支持板、１４・・・羽根
、１４ｅ・・・端面、λ・・・延長面。 第　　１　　図 第　２　　凹　　　　　　　　　淀 ヤ 第　３　図　　　　第　４　Ｍ ／ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　／ａ第
　　５　　図 阜　　６　　図 ＄　　７　　閏 ＄Ｉｌ　　　圀 第　７３　凹 第　　１２　　　図 第　７４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、端部を塞いだ筒状の外枠と、この外枠の端部を覆い
   この端部との間に空間を置いて吸気孔を開けたグリルを
   持ち前記外枠の筒状外面に向けて開放する吐出口を持つ
   ファンカバーとの間に、前記外枠の端部側より前記ファ
   ンカバーのグリル側に伸びる回転軸を有する冷却ファン
   を配置するものにおいて、前記冷却ファンは、前記外枠
   の端部に沿って伸びる支持板と、この支持板より前記フ
   ァンカバーの内壁面に向けて伸びる羽根を持つと共に、
   前記羽根の羽根出口の端面を前記支持板よりこれの外径
   側に離れるにしたがい前記外枠の端面の延長面上よりし
   だいに離れるように形成したことを特徴とする冷却ファ
   ンを備えた回転電機。 ２、前記特許請求の範囲第１項において、前記羽根の羽
   根出口の主流路部で該羽根の外径が前記支持板より離れ
   るに従い、不連続でしかも急激に変化しないよう形成し
   た前記冷却ファンを持つ冷却ファンを備えた回転電機。