DE102013110662B4

DE102013110662B4 - Motor mit hocheffizientem Luftkühlungsaufbau

Info

Publication number: DE102013110662B4
Application number: DE102013110662.5A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Saitou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP5689448B2; CN103715787A; DE102013110662A1; CN103715787B; JP2014072960A; US20140091653A1; CN203554081U

Abstract

Motor (10, 40) umfassend einen Ständer (16), eine Anzahl Schlitze (14), die kreisförmig um die Mitte des Ständers angeordnet sind, und einen Gebläsemotor (18), der an einer Seite entgegengesetzt zu einer Abtriebswelle des Ständers angeordnet ist,wobei der Ständer einen Luftströmungskanal (20, 42, 44) aufweist, der sich in axialer Richtung erstreckt, und der Luftströmungskanal im Ständer nahe an den Außenrändern der Schlitze ausgebildet ist,der Ständer eine Ausstoßöffnung (26) nahe am Ende der Abtriebswellenseite des Ständers und ein Führungsteil (28) umfasst, das die Luft so führt, dass die von der Ausstoßöffnung abgegebene Luft zur Seite gegenüber der Abtriebswelle strömt,und die Luft vom Gebläsemotor über den Luftströmungskanal auf ein Ende an der Abtriebswellenseite gerichtet ist, und die Strömungsrichtung der Luft an dem Ende an der Abtriebswellenseite umgekehrt wird, damit die Luft hin zur Seite entgegengesetzt der Abtriebswelle gerichtet wird,wobei die Schlitze gemeinsam einen kreisförmigen Querschnitt bilden, der Ständer einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat, der den kreisförmigen Querschnitt umgibt, und der Luftströmungskanal nur teilweise über dem gesamten äußeren Umfangskreis ausgebildet ist, der durch die Schlitze definiert ist,und die Ausstoßöffnung (26) an der gleichen Winkelposition angeordnet ist wie ein Bereich (32) in dem der Luftströmungskanal hinsichtlich der Umfangsrichtung nicht ausgebildet ist, wobei die Ausstoßöffnung so ausgelegt ist, dass die Luft, die aus der Ausstoßöffnung abgegeben wird, eine Oberfläche des Bereichs (32) berührt, in dem der Luftströmungskanal hinsichtlich der Umfangsrichtung nicht ausgebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Motor, der eine Luftkühlungsanordnung aufweist. Sie betrifft insbesondere einen Motor, der eine Luftkühlungsanordnung aufweist und der dazu verwendet wird, die Spindel einer Werkzeugmaschine anzutreiben.
Beschreibung des Stands der Technik
Wird ein Motor, der für eine Spindel einer Werkzeugmaschine verwendet wird, durch einen Gebläsemotor mit Luft gekühlt, so verwendet man, um die Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit durch eine thermische Versetzung der Spindel zu vermeiden, die durch Luftabgabe auf einen Ständer der Werkzeugmaschine erzeugt wird, eine Anordnung zum Führen der Luft weg von der Spindel (in der Richtung entgegengesetzt zu einer Abtriebswelle). Beispielsweise ist in der JP H10 - 235 536 A eine Spindelkühlvorrichtung offenbart, die eine Spindel 11 und Kühlmäntel 19a bis 19c aufweist, die zumindest die rechte und die vordere Seite der Spindel abdecken. Dabei weist die Vorrichtung eine Anordnung zum Zuführen von Kühlluft von einer Werkzeugbefestigungsseite in die Kühlmäntel und zum Ausblasen der Kühlluft an der Seite des Spindelmotors auf.
In der JP 2007 - 336 721 A ist ein luftgekühlter Motor offenbart, bei dem ein Abstandshalter 18, der einen geschlossenen Hohlraum aufweist, der ein Verbindungsstück zwischen einem Durchgangsloch 11 einer Motorwelle 1 und einer Kühlmittelzufuhr 12 abdeckt, an einem Ende eines Arms 6 angeordnet ist, der an der lastabgewandten Seite eines äußeren Zylinders 4 eines Motors befestigt ist. Bezogen auf die Richtung der Kühlluft parallel zur Motorwelle 1 ist ein Kühlgebläse 16 an der Rückseite des Abstandshalters 18 angeordnet, und ein Luftloch 17 ist in dem Arm 6 auf der lastabgewandten Seite ausgebildet, das den Abstandshalter 18 und einen Raum zwischen dem äußeren Zylinder 4 und einer bedeckten Platte 14 verbindet.
Zudem ist in der JP 2005 - 124 266 A eine Kühlanordnung eines Elektromotors offenbart, die so konfiguriert ist, dass der Außenrand eines Ständers 6 bedeckt ist, und die ein Lüftungsloch 8 aufweist, das mit einer Lastseite eines Lüftungslochs 9 verbunden ist. Die Kühlanordnung besitzt eine Führung 4, deren eines Ende an einem lastseitigen Arm 3 befestigt ist, und deren anderes Ende eine Öffnung 4B zum Ansaugen von Kühlluft von der lastabgewandten Seite aufweist.
Von einem Motor, bei dem der Gebläsemotor für die Luftkühlung an der entgegengesetzten Seite der Abtriebswelle angebracht ist, weiß man anhand von Untersuchungen, dass bei einer Ausblasrichtung weg von der Abtriebswelle die Kühlwirkung geringer ist als in dem Fall, in dem die Ausblasrichtung die Richtung hin zur Abtriebswelle ist. Hinsichtlich der Kühlung ist es daher nachteilig, wenn die Abluft in der Richtung entgegengesetzt zur Abtriebswelle ausgestoßen wird, damit die Abluft nicht auf den Ständer der Werkzeugmaschine trifft.
Die Anordnung, bei der Kühlluft in der Richtung entgegengesetzt zur Abtriebswelle mit Hilfe der angebrachten Kühlmäntel zugeführt wird, siehe die Beschreibung in der JP H10 - 235 536 A und der JP 2007 - 336 721 A , ist die Kühlung wie beschrieben weniger wirksam und bringt die Schwierigkeit mit sich, dass der Motor aufgrund der angebrachten Kühlmäntel größer wird.
Dagegen offenbart die JP 2005 - 124 266 A eine Anordnung zum Umkehren der Strömungsrichtung der Kühlluft mit Hilfe einer Führung 4 nahe eines lastseitigen Arms 3. Auch bei dieser Anordnung entspricht jedoch die Strömungsrichtung der Kühlluft beim Kühlen des Motors der Richtung entgegengesetzt zur Abtriebswelle (oder der Richtung der lastabgewandten Seite), und es tritt ebenfalls die Schwierigkeit auf, dass die gesamte Anordnung wegen der Führung 4 groß ausfällt.
Die US 6 522 036 B1 zeigt einen Motor mit einem geschlossenen inneren Kühlkreislauf in einem Statorkern und einer äußeren Kühlung über ein Gebläse, welches Luft um den Statorkern herum bläst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Motor mit einer Luftkühlungsanordnung bereitzustellen, die eine hohe Kühlwirkung hat und bei der die Abmessungen des Motors nicht zunehmen.
Die Erfindung stellt einen Motor mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Figurenliste
Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
Es zeigt:

1 eine perspektivische Aufbauskizze eines Motors einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen radialen Querschnitt des Motors in 1;
3 eine skizzierte Ansicht einer Struktur, die ein Gehäuse eines Ständers im Motor in 1 umgibt;
4 einen radialen Querschnitt eines Motors einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
5 eine skizzierte Ansicht einer Struktur, die ein Gehäuse eines Ständers im Motor in 4 umgibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine perspektivische Aufbauskizze eines Motors 10 einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil davon zur besseren Verständlichkeit entfernt ist. Der Motor 10 ist ein Motor, der eine Spindel einer Werkzeugmaschine rotierend antreibt. Der Motor 10 umfasst eine Abtriebswelle 12, die mit der Spindel verbunden ist, einen Ständer 16, in dem sich zahlreiche Schlitze 14 befinden (siehe 2), einen Läufer (nicht dargestellt), der koaxial zum Ständer 16 angeordnet und mit der Abtriebswelle 12 verbunden ist, und einen Gebläsemotor 18. Der Gebläsemotor 18 ist an der Stirnfläche des Ständers 16 gegenüber der Abtriebswelle 12 angebracht (bzw. auf der spindelabgewandten Seite) und dafür ausgelegt, Luft durch den Ständer 16 in dessen axialer Richtung zur Abtriebswelle 12 zu blasen.
2 zeigt einen radialen Querschnitt (bzw. einen Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung der Abtriebswelle 12) des Motors 10 in 1. Im Ständer 16 sind Schlitze 14 kreisförmig um die Mitte des Ständers 16 herum (in der Umfangsrichtung) angeordnet. Jeder Schlitz 14 hat eine längliche Form, die sich in 2 im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt (bzw. im radialen Querschnitt), und einen Wicklungsdraht (nicht dargestellt), der in jeden Schlitz gewickelt ist. Der Ständer 16 besitzt einen Luftströmungskanal 20, der in axialer Richtung verläuft, wobei der Luftströmungskanal im Ständer nahe an oder benachbart zu den Außenrändern der Schlitze 14 ausgebildet ist. Vom Gebläsemotor 18 geförderte Luft prallt an einem Ende auf der Abtriebswellenseite (Gehäuse 22 in der Zeichnung) des Ständers 16 an eine innere Wand und kühlt die Schlitze 14 über den Luftströmungskanal 20.
Die Strömungsrichtung der Luft, die an das Gehäuse 22 prallt, siehe 3, wird durch das Umlenkteil 24 umgekehrt, das sich am oder nahe am Gehäuse 22 befindet. Genauer gesagt wird das Umlenkteil 24 von dem Gehäuse 22, einer Ausstoßöffnung 26, die sich nahe am Gehäuse des Ständers 16 befindet, und einem Führungsteil 28 gebildet, das die aus der Ausstoßöffnung austretende Luft so führt, dass sie zur spindelabgewandten Seite strömt. Das Führungsteil 28 weist eine Öffnung 30 auf, die sich hin zur spindelabgewandten Seite öffnet. Durch diese Anordnung wird die Strömungsrichtung der Luft, die der Gebläsemotor 18 durch den Luftströmungskanal 20 fördert, durch das Umlenkteil 24 umgekehrt, siehe den Pfeil in 3, und die Luft wird zur Seite des Gebläsemotors 18 zurückgeführt und kühlt dabei die Außenseite des Ständers 16.
Wie dargestellt ist die erste Ausführungsform dann besonders vorteilhaft, wenn Schlitze 14, die zusammen den im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt bilden, im Ständer 16 mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind (beispielsweise einen Ständer, der im Wesentlichen quaderförmig mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt ist). Bei dieser Anordnung kann man die Größe des Ständers 16 so klein wie möglich halten, damit der gesamte Motor kleiner und leichter wird. Daher muss der Luftströmungskanal 20 nicht unbedingt über dem Gesamtumfang der Schlitze 14 ausgebildet sein. Ist der Luftströmungskanal 20 nur teilweise über dem Gesamtumfang der Schlitze 14 ausgebildet, so kann es sein, dass ein Abschnitt (in 2 mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet), in dem sich in Umfangsrichtung kein Luftströmungskanal 20 befindet, nicht ausreichend gekühlt wird. Bildet man jedoch die Ausstoßöffnung und das Führungsteil so aus, dass die aus der Öffnung 30 austretende Luft die Oberfläche des Abschnitts 32 berührt (d. h., dass der Abschnitt durch den Wärmeübergang auf die Luft gekühlt wird), so kann der Abschnitt 32 geeignet gekühlt werden. Zudem kann der Ständer 16 dadurch gefertigt sein, dass eine Anzahl dünner Magnetblechplatten in axialer Richtung geschichtet werden, wobei die Schlitze 14 und der Luftströmungskanal 20 in jeder Platte ausgebildet sind, siehe 2.
4 zeigt einen radialen Querschnitt (bzw. einen Querschnitt senkrecht zur Achsenrichtung der Abtriebswelle 12) eines Motors 40 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Ausstoßöffnung und das Führungsteil nicht vorhanden sind und dass der Luftströmungskanal bezüglich der radialen Richtung in einen Innenbereich und einen Außenbereich unterteilt ist. Da sich die weiteren Komponenten der zweiten Ausführungsform nicht von der ersten Ausführungsform unterscheiden, sind entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht mehr ausführlich beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform weist der Ständer 16 einen inneren Luftströmungskanal 42 auf, der an oder nahe an den Außenrändern der Schlitze 14 angeordnet ist und sich in axialer Richtung erstreckt, und einen äußeren Luftströmungskanal 44, der an oder nahe an den Außenrändern des inneren Luftströmungskanals 42 angeordnet ist und sich in axialer Richtung erstreckt. Die Luft vom Gebläsemotor 18 prallt am spindelseitigen Ende (Gehäuse 22 in der Zeichnung) des Ständers 16 an und kühlt die Schlitze 14 über den Luftströmungskanal 42. Die Strömungsrichtung der Luft, die an das Gehäuse 22 prallt, siehe 5, wird am Gehäuse 22 umgekehrt, und die Luft strömt in den äußeren Luftströmungskanal 44 und breitet sich im äußeren Luftströmungskanal 44 in der Richtung weg von der Spindel aus. Anders ausgedrückt verlaufen in der zweiten Ausführungsform der innere Luftströmungskanal 42 und der äußere Luftströmungskanal 44 parallel zueinander, und sie stehen nur in der Nähe des Gehäuses 22 miteinander in Fluidverbindung. Dadurch wirkt der Abschnitt des Gehäuses 22, an den die im inneren Luftströmungskanal 42 fließende Luft stößt, als Umlenkteil.
Die durch den äußeren Luftströmungskanal 44 fließende Luft kann aus einer Öffnung abgegeben werden, die an einer geeigneten Position des Ständers 16 ausgebildet ist. Damit man eine stärkere Kühlwirkung erzielt, bevorzugt man in dieser Hinsicht, dass eine Öffnung (nicht dargestellt), die mit dem äußeren Luftströmungskanal 44 verbunden ist, in der Nachbarschaft des Gebläsemotors ausgebildet ist (die Öffnung kann beispielsweise in einem Verbindungsteil oder einem abgesetzten Teil 46 zwischen dem Ständer 16 und dem Gebläsemotor 18 in 1 ausgebildet sein), damit die Luft aus dieser Öffnung ausströmt. Zudem kann der Ständer 16 dadurch gefertigt sein, dass eine Anzahl dünner Magnetblechplatten in axialer Richtung geschichtet werden, wobei der innere Luftströmungskanal 42 und der äußere Luftströmungskanal 44 in jeder Platte ausgebildet sind, siehe 4.
In jeder der genannten Ausführungsformen fließt die Kühlluft vom Gebläsemotor 18 hin zur Abtriebswelle 12, wodurch gegenüber dem Stand der Technik eine stärkere Kühlwirkung erzielt werden kann. Da die Strömungsrichtung der Kühlluft am abtriebswellenseitigen Ende (bzw. am Gehäuse 22) umgekehrt wird, erreicht die Luft Strukturen wie den Ständer der Werkzeugmaschine, die sich auf Seite der Abtriebswelle befinden, nicht. Somit werden diese Strukturen durch die Luft nicht beeinträchtigt.
Man kann die beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen auch kombinieren. Eine der Ausstoßöffnung 26 in 1 äquivalente Ausstoßöffnung kann in der Anordnung nach 4 angebracht werden, so dass die am Gehäuse umgelenkte Luft sowohl durch den äußeren Luftströmungskanal 44 als auch die Ausstoßöffnung fließt.
Da gemäß der Erfindung die Kühlluft vom Gebläsemotor zur Abtriebswelle des Motors fließt, kann eine wirksamere Kühlung als beim Stand der Technik erfolgen. Da die Strömungsrichtung der Kühlluft am abtriebswellenseitigen Ende am Gehäuse umgekehrt wird, wird die Struktur auf der Seite der Abtriebswelle durch die Kühlluft nicht nachteilig beeinflusst.
Da die Ausstoßöffnung und das Führungsteil, das sich nahe am Ende der Abtriebswellenseite befindet, als Mittel zum Umkehren der Strömungsrichtung der Kühlluft verwendet werden, kann man eine Zunahme der Abmessungen des gesamten Motors vermeiden. Auch dann, wenn der Luftströmungskanal im Ständer nicht über dem gesamten äußeren Umfang der Schlitze ausgebildet ist, kann der Bereich, in dem kein Luftströmungskanal vorhanden ist (d. h. der Bereich, der schwierig zu kühlen ist) geeignet gekühlt werden, und zwar durch die Anordnung, die die Ausstoßöffnung und das Führungsteil umfasst.
Eine Vergrößerung des gesamten Motors kann man auch dadurch vermeiden, dass der innere Luftströmungskanal und der äußere Luftströmungskanal in axialer Richtung verlaufen, wobei der innere Luftströmungskanal im Ständer nahe am Außenrand der Schlitze ausgebildet ist und der äußere Luftströmungskanal im Ständer nahe am radial äußeren Bereich des inneren Luftströmungskanals ausgebildet ist und am abtriebswellenseitigen Ende in Fluidverbindung mit dem inneren Luftströmungskanal steht.

Claims

Motor (10, 40) umfassend einen Ständer (16), eine Anzahl Schlitze (14), die kreisförmig um die Mitte des Ständers angeordnet sind, und einen Gebläsemotor (18), der an einer Seite entgegengesetzt zu einer Abtriebswelle des Ständers angeordnet ist, wobei der Ständer einen Luftströmungskanal (20, 42, 44) aufweist, der sich in axialer Richtung erstreckt, und der Luftströmungskanal im Ständer nahe an den Außenrändern der Schlitze ausgebildet ist, der Ständer eine Ausstoßöffnung (26) nahe am Ende der Abtriebswellenseite des Ständers und ein Führungsteil (28) umfasst, das die Luft so führt, dass die von der Ausstoßöffnung abgegebene Luft zur Seite gegenüber der Abtriebswelle strömt, und die Luft vom Gebläsemotor über den Luftströmungskanal auf ein Ende an der Abtriebswellenseite gerichtet ist, und die Strömungsrichtung der Luft an dem Ende an der Abtriebswellenseite umgekehrt wird, damit die Luft hin zur Seite entgegengesetzt der Abtriebswelle gerichtet wird, wobei die Schlitze gemeinsam einen kreisförmigen Querschnitt bilden, der Ständer einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat, der den kreisförmigen Querschnitt umgibt, und der Luftströmungskanal nur teilweise über dem gesamten äußeren Umfangskreis ausgebildet ist, der durch die Schlitze definiert ist, und die Ausstoßöffnung (26) an der gleichen Winkelposition angeordnet ist wie ein Bereich (32) in dem der Luftströmungskanal hinsichtlich der Umfangsrichtung nicht ausgebildet ist, wobei die Ausstoßöffnung so ausgelegt ist, dass die Luft, die aus der Ausstoßöffnung abgegeben wird, eine Oberfläche des Bereichs (32) berührt, in dem der Luftströmungskanal hinsichtlich der Umfangsrichtung nicht ausgebildet ist.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer innere und äußere Luftströmungskanäle (42, 44) aufweist, die in axialer Richtung verlaufen, wobei der innere Luftströmungskanal (42) im Ständer nahe an den äußeren Rändern der Schlitze ausgebildet ist, und der äußere Luftströmungskanal (44) im Ständer nahe am radial äußeren Abschnitt des inneren Luftströmungskanals ausgebildet ist und in Fluidverbindung mit dem inneren Luftströmungskanal steht, und zwar an dem Ende auf der Seite der Abtriebswelle.