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公開番号2021005965
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019119271
出願日20190627
発明の名称回転電機
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人ぱるも特許事務所,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 9/06 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転電機の冷却ファンは、回転数増加に伴い風騒音が増大する課題があった。
【解決手段】ケーシングの内部に収容され、回転軸と同期して回転する回転子に環状に固定された冷却ファンにより、ケーシング外からケーシング内に通風させて冷却する回転電機であって、冷却ファンは、回転軸方向に伸びるファンブレードと、ファンブレードの回転軸方向端部を折り曲げて形成された突部とを有する。これにより、ファンブレードの回転方向と反回転方向との圧力差を緩和し、風騒音の抑制を実現する。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項1】
ケーシングの内部に収容され、回転軸と同期して回転する回転子に環状に固定された冷却ファンにより、前記ケーシング外から前記ケーシング内に通風させて冷却する回転電機において、前記冷却ファンは、回転軸方向に伸びるファンブレードと、前記ファンブレードの回転軸方向端部を回転方向、もしくは反回転方向、もしくは回転方向と反回転方向に折り曲げて形成された突部と、を有する回転電機。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記ファンブレードと前記突部のなす角度は、直角であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記ファンブレードと前記突部のなす角度は、前記回転軸に垂直な面から前記突部の高さ方向を正とすると、0度から90度の間であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
【請求項4】
前記ファンブレードと前記突部のなす角度は、前記回転軸に垂直な面から前記突部の高さ方向を正とすると、0度から−90度の間であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
【請求項5】
前記突部の折り曲げ方向と前記ファンブレードのブレード弦長方向のなす面は、四角形状、三角形状、楕円形状、二分楕円形状または四分楕円形状であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項6】
前記ファンブレードは内周から外周方向に伸びており、内周側が、面取りされた形状または円形状であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項7】
前記ファンブレードは内周から外周方向に伸びており、外周側が、面取りされた形状または円形状であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項8】
前記突部は、複数のファンブレードのうちの選択されたファンブレードに形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項9】
前記突部は、内周から外周方向に伸びる前記ファンブレードの前記回転軸に近い側に形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項10】
前記突部は、内周から外周方向に伸びる前記ファンブレードの前記回転軸から遠い外周側に形成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項11】
前記冷却ファンは、フロント側およびリア側に配設され、前記突部は、フロント側およびリア側の冷却ファンのいずれか一方、または両方の冷却ファンに形成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項12】
前記突部は、前記ケーシングに形成された通風口よりも外側に配置されており、前記冷却ファンと前記ケーシングとの回転軸方向の間隙のうち、前記突部と前記ケーシングとの間隙が最小であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項13】
前記回転軸から前記ケーシングに形成された通風口の外径までの距離は、前記回転軸から前記突部の内径までの距離以下であることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項14】
前記突部の回転方向長さは、前記ファンブレードの高さ以下であることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項15】
前記突部の周方向長さをh、前記突部と前記ケーシングとの間隙をtとするとき、
h/t≧1/4であることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、回転電機に関するものである。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
車両用交流発電機は、限られたエンジンルーム内に配置されるため小型化の要求がある。また、車載機器の電動化などにより車両の電気負荷増大により、車両用交流発電機は高出力化の要求もある。したがって、車両用交流発電機の単位体積当たりの出力電流は増加傾向にあり、必要な冷却能力は一段と高くなっている。
【0003】
例えば、特許文献1には、車両用交流発電装置の冷却効率を向上させるため、冷却ファンの回転方向前進側の羽根とは間隙を有する状態で、羽根の外径先端縁部を回転方向前進側に向けて折り曲げ、流入口から流入した冷却風を補足して冷却風流路に案内する冷却ファン構造が提案されている。
【0004】
また、冷却ファンの大型化または冷却ファンの羽根枚数の増加などにより、冷却風量を増加すると、ファン騒音も増加し、車内外騒音が大きくなる課題に対して、例えば特許文献2には、冷却ファンの翼ピッチを工夫することで、ファン騒音を低減する方策が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
実公平8−3169号公報
特許第6366851号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
車両用交流発電装置の冷却効率向上には一般に冷却ファンの大型化または冷却風流路へ誘導するファン形状を構成した反面、風騒音が大きくなる課題があった。冷却ファンによる風量を増やし、風騒音を大きくすることは車室内ユーザへの耳障りな聴感に繋がる。
【0007】
車両用交流発電装置はエンジンの回転に伴い、冷却ファンが取り付けられた回転子が回転する事によって発電する。エンジンが低回転から高回転に移行するに従い冷却ファンが回転数に比例して風量を増加させる為、風騒音が増大する。
【0008】
また、冷却ファンの翼ピッチを工夫しても、それぞれの翼に発生する騒音源となる渦の発生を根本的に抑制していないので、特定の次数成分を低減することは可能であるが、オーバーオールを大きく押し下げるほどの低騒音化は期待できない。
【0009】
本願は、上記の課題を解決するためになされたものであり、交流発電装置などの回転電機の静音性を大幅に向上し、風騒音を抑制する冷却ファンを備えた回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願に開示される回転電機は、ケーシング内部に収容され、回転軸と同期して回転する回転子に環状に固定された冷却ファンにより、ケーシング外からケーシング内に通風させて冷却するものであって、冷却ファンは、回転軸方向に伸びるファンブレードと、ファンブレードの回転軸方向端部を回転方向、もしくは反回転方向、もしくは回転方向と反回転方向に折り曲げて形成された突部と、を有する。
【発明の効果】
【0011】
本願に開示される回転電機によれば、反回転方向に形成された突部により、ファンブレードの回転方向と反回転方向の差圧が小さくなり、騒音レベルを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施の形態1に係る車両用回転電機の断面構造の一例を概略的に記載した模式図である。
冷却ファンに、騒音を抑制するプレートを配置した回転電機の斜視図である。
実施の形態1に係る冷却ファンの冷却風の圧力差の一例を概略的に記載した模式図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の一例を示す図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の他の一例を示す図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の折り曲げ角度を説明する図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の形状を説明する図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の形状を説明する別の図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の形状を説明する別の図である。
実施の形態1に係る冷却ファンに形成された突部の形状を説明する別の図である。
図1の円部Wで示された部分の拡大図である。
実施の形態1の冷却ファンに形成された突部の長さと冷却ファンとケーシングとのギャップとの割合と、騒音との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本願の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本願が限定されるものではない。また、以下に説明する図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。また、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。
【0014】
実施の形態1.
本実施の形態では、車両用回転電機を例にとり、説明する。図1は実施の形態1に係わる車両用回転電機の断面構造の一例を概略的に記載した模式図である。車両用回転電機1は、シャフト6に固定された回転子8と、回転子8と隙間をあけて回転子8の外周を囲む固定子9と、がケーシング4内に収められている。ケーシング4はシャフト6の軸方向の両側にそれぞれベアリング5を有している。このベアリング5によってシャフト6を支持する。両側のベアリング5の間にある回転子8はシャフト6と一体的に回転する。
【0015】
ケーシング4から突出したシャフト6の一方の端にベルトなどによって外部の駆動力が伝達されるプーリ7が固定される。また、その反対側となるシャフト6の他方の端に、回転子8のコイルの電流を流すための一対のスリップリング10が設けられている。以下では、プーリ7が固定された側をフロント側、スリップリング10が設けられた側をリア側として説明する。
【0016】
実施の形態1の車両用回転電機1はランデル型(クローポール型ともいう)の回転電機である。回転子8は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回され、励磁電流が流れて磁束を発生する界磁巻線81と、発生する磁束によって磁極が形成され、界磁巻線81を覆うように設けられている界磁鉄心82とからなる。界磁鉄心82は、フロント側とリア側とが異なる磁極となるように分かれ、それぞれが6個あるいは8個の爪を有している。フロント側とリア側との界磁鉄心82の爪同士がシャフト6の回転方向に間隔をあけて交互にずれるように配置される。例えば、フロント側とリア側とがそれぞれ6個の爪を有する場合には30度、8個の爪を有する場合には22.5度ずれ、フロント側の爪の先がリア側に伸び、リア側の爪の先がフロント側に伸びて、組み合った配置とされる。
【0017】
固定子9は、微小な隙間をあけて回転子8を取り囲むよう配設され、円筒状の固定子鉄心91と、固定子鉄心91に巻装され、回転子8の回転に伴い、界磁巻線81からの磁束の変化によって交流が生じる固定子コイル92と、を備えている。
【0018】
ケーシング4はフロント側ハウジング2とリア側ハウジング3とからなり、それらは固定子9の外側でシャフト6の軸方向に、長手のボルトによって接続されている。固定子9は、固定子鉄心91をフロント側ハウジング2及びリア側ハウジング3の開口端に軸方向両端から挟持される。フロント側ハウジング2とリア側ハウジング3とは固定子9の外周の全体をカバーしておらず、固定子9の外周の一部が外部に露出するように開口部が設けられている。
【0019】
スリップリング10はリア側ハウジング3からリア側に突出したシャフト6の部分に設けられる。シャフト6のリア側に突出した部分は、保護カバー27によって覆われる。保護カバー27は外部からの風が流通できるように、多くの開口部が設けられており、例えば、格子状の部材からなっている。
【0020】
保護カバー27とリア側ハウジング3との間には、スリップリング10の表面に摺動するブラシ11、ブラシ11を収容するブラシホルダ17、ブラシ11に隣接されて固定子9で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器12、固定子9で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置13などが備えられる。
【0021】
固定子9の固定子コイル92とのリード線921はリア側ハウジング3から保護カバー27内まで引き出されて、サーキットボード19の端子に結線され、整流装置13と固定子コイル92とが電気的に接続される。保護カバー27の外周には電圧調整器12と外部装置(図示せず)との信号の入出力を行うコネクタ20が固定される。
【0022】
フロント側ハウジング2からフロント側に突出したシャフト6の部分にプーリ7が固定されている。フロント側ハウジング2にはフロントベアリング収納部21Aがあり、このフロントベアリング収納部21Aにベアリング5を組付け、ほぼベアリング外輪を覆うようなリテーナ15を配し、フロント側ハウジング2の外側からネジ16を締結している。
【0023】
上述した構造を有する車両用回転電機1は、ベルト等を介してプーリ7にエンジンからの回転が伝えられると回転子8が回転する。このとき、界磁巻線81に励磁電圧を印加することにより界磁鉄心82のそれぞれの爪部が励磁され、固定子コイル92に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置13の出力端子からは予め定められた直流電流が取り出される。
【0024】
フロント側とリア側の界磁鉄心82の6個あるいは8個の爪を有する面と反対の面に冷却ファン83、84を構成する。車両用回転電機1が回転するとシャフト6と同方向である回転軸方向から冷却風が流入し、冷却ファン83、84によって径方向に経路を変更され、固定子9およびフロント側ハウジング2もしくはリア側ハウジング3に向かって冷却風が放出される冷却風流路が形成される。また、冷却ファン83、84の回転に伴い、風騒音も発生する。
【0025】
風騒音の低下を図るために、図2のように、冷却ファン83、84の軸方向に、冷却ファン83、84と別体のプレート80を配置し、冷却風の風流路を区切ることにより、上述した風の乱流を抑制し風騒音を低下させることができる。しかし、冷却ファン83、84とは別にプレート80を配置、接合するために、コストもしくは工数を必要とする。
【0026】
ここで、風騒音の発生のメカニズムを説明する。以後、フロント側の冷却ファン83を例にとり、説明するが、リア側の冷却ファン84も同様な構成により、同様な効果を奏する。
【0027】
冷却ファン83が回転し、冷却風を風流路へ誘導する際、冷却ファン83のハウジング側、すなわち回転軸方向に切り起こされ、回転軸内周から外周に伸びるファンブレード83aには、図3Aに示すようにファンブレード83aの回転方向と反回転方向において冷却風の圧力差が発生する。図3Aは、シャフト6の回転軸に対して垂直の方向から冷却ファン83のファンブレード83aを見た図である。この冷却風の圧力差により、圧力の大きい側から小さい側に空気が回り込み(図3A中、矢印P参照)、空気の渦が発生する。この空気の渦により、風騒音が発生する。
【0028】
このため、冷却風の圧力差を軽減させるために、図3Bで示すように、ファンブレード83aの先端をファンの反回転方向に折り曲げて、突部85を形成した。これにより、反回転方向の負圧が小さくなり、ファンブレード83aの端部の差圧が小さくなる。これにより、発生する空気の渦を小さくすることができ、騒音レベルを抑制することができる。
また、空気の回り込みを抑制するために、図4のように、ファンブレード83aの先端をファンの回転方向に折り曲げて突部85を形成してもよい。さらに、図5のように、突部85はファンブレード83aの先端部に限るものではなく、空気の渦が発生するファンブレード83aの端部全体に形成してもよい。図5は回転方向に折り曲げた例を示したが、端部全体を反回転方向に折り曲げてもよい。
【0029】
ファンブレード83aの先端の折り曲げ角度は、シャフト6の回転軸に垂直な面と平行、すなわち、ファンブレード83aに対し、直角に折り曲げて形成してもよい。これは、板金を折り曲げて加工する冷却ファン83にとって加工しやすい形状であり、寸法精度を高くすることができる。
【0030】
また、図6に示すように、シャフト6の回転軸に垂直な面Rから突部85の高さ方向になす角をθとする(吸い込み側を正)。この場合、0°<θ<90°に設定してもよい。これにより、突部85による仕事が期待でき、風量を増やすことができる。
(【0031】以降は省略されています)

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