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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, der mit einem Labyrinthaufbau versehen ist.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Bei Elektromotoren (sich drehenden elektrischen Maschinen), die mit einem Stator und einem Rotor versehen sind, gibt es Ausführungen, die einen Aufbau zur Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit oder Fremdkörpern in einen Reinraum oder in das Innere aufweisen. Als Technik, die damit in Zusammenhang steht, ist zum Beispiel in der
JP 2015-223 022 A ein Elektromotor mit einer Luftspülungsfunktion offenbart und noch konkreter beschrieben, dass dieser Elektromotor mit einer Luftversorgungsöffnung zur Lieferung von Druckluft und einem Luftfließweg, der geradlinig von der Luftversorgungsöffnung bis zu einem Raum um Lager verläuft und mit einem Spulenaufnahmeraum verbunden ist, versehen ist.
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In der
JP H09-322 465 A ist eine Luftleit- und - ausstoßvorrichtung beschrieben, bei der in einer festen Welle eine waagerechte Öffnung und eine senkrechte Öffnung ausgebildet sind und durch eine Zufuhr von Luft durch die waagerechte Öffnung und ihre Abfuhr durch die senkrechte Öffnung dafür gesorgt wird, dass sich Schmierölpartikel oder Fremdkörper nicht in dem Reinraum zerstreuen.
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Ferner ist in der
JP 2005-192 363 A ein Motor vom Außenrotortyp beschrieben, bei dem in einem Innenumfang eines Gehäuses eine Ventilationsöffnung ausgebildet ist, und durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotors entsteht, und die Staudruckwirkung durch Vertiefungen des Gehäuses darauf abgezielt wird, Fremdkörper zu dem äußeren Umfang hin zu blasen.
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In der
JP 2010-022 115 A ist ein Elektromotor beschrieben, bei dem durch einen gewundenen Labyrinthbereich darauf abgezielt wird, das Eindringen von Wasser in das Innere zu verhindern.
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Wenn ein Luftspülungsaufbau wie in der
JP 2015-223 022 A eingesetzt wird, werden eine Vorrichtung und eine Triebkraft dafür erforderlich, was mit einem Kostenanstieg des Systems, das den Elektromotor enthält, als Ganzes verbunden ist. Außerdem ist die Dichtungswirkung herkömmlicher Labyrinthe unzureichend.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung hat nun die Aufgabe, einen Elektromotor bereitzustellen, der mit einen Labyrinth versehen ist, das die Fähigkeit aufweist, das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Elektromotors im Vergleich zu dem Stand der Technik sicherer zu verhindern.
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Zur Erfüllung der obigen Aufgabe stellt die Erfindung der vorliegenden Anmeldung einen Elektromotor, der einen Stator, einen Rotor mit einer Drehwelle, die in Bezug auf den Stator um eine Achsenlinie drehbar ist, ein vorderes Lager und ein hinteres Lager, die die Drehwelle drehbar halten, und ein Labyrinthelement, das an einem oder beiden aus einem Bereich der Drehwelle, der sich in Bezug auf die Achsenlinie vor dem vorderen Lager befindet, und einem Bereich der Drehwelle, der sich in Bezug auf die Achsenlinie hinter dem hinteren Lager befindet, angebracht ist, umfasst, bereit, wobei das Labyrinthelement wenigstens einen ersten Öffnungsbereich, der in einer Endfläche ausgebildet ist, die in der Achsenrichtung zu der zum Inneren des Elektromotors gewandten Seite entgegengesetzt ist, und wenigstens einen zweiten Öffnungsbereich, der im Inneren des Labyrinthelements fluidisch mit dem ersten Öffnungsbereich verbunden ist und in der Außenfläche des Labyrinthelements ausgebildet ist, aufweist.
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Bei einer idealen Ausführungsform sind mehrere erste Öffnungsbereiche in der Umfangsrichtung um die Achsenlinie in gleichen Abständen ausgebildet, und sind mehrere zweite Öffnungsbereiche in der Umfangsrichtung um die Achsenlinie in gleichen Abständen ausgebildet.
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Bei einer idealen Ausführungsform ist die Anzahl der ersten Öffnungsbereiche die gleiche Anzahl wie die Anzahl der zweiten Öffnungsbereiche, und sind die zweiten Öffnungsbereiche an den gleichen Winkelpositionen in der Umfangsrichtung wie die ersten Öffnungsbereiche ausgebildet.
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Bei einer idealen Ausführungsform sind die ersten Öffnungsbereiche Gewindebohrungen und die zweiten Öffnungsbereiche Bohrlöcher.
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Figurenliste
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Erklärung einer idealen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen noch klarer werden.
- 1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau eines Elektromotors nach einer idealen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der Nähe der Ausgangswelle des Elektromotors von 1.
- 3 ist eine Ansicht, die ein Aufbaubeispiel für das Labyrinthelement, das der Elektromotor von 1 aufweist, zeigt.
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Ausführliche Erklärung
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1 ist eine in der Achsenrichtung geschnittene Ansicht, die den schematischen Aufbau eines Elektromotors (einer sich drehenden elektrischen Maschine) 10 nach einer idealen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Teilansicht des Abschnitts in der Nähe des vorderen Bereichs (in der Nähe der Ausgangswelle) des Elektromotors 10. Der Elektromotor 10 weist eine Drehwelle (Welle) 18, die durch ein erstes Lager (ein vorderes Lager) 12 und ein zweites Lager (ein hinteres Lager) 14 um eine Achsenlinie 16 drehbar gehalten wird, einen Rotor (Rotor) 20, der auf den Außenumfang der Drehwelle 18 gesetzt ist und sich einstückig mit der Drehwelle 18 dreht, und einen im Allgemeinen zylinderförmigen Stator 22, der sich so entlang der Achsenlinie 16 erstreckt, dass er den Rotor 20 umgibt, auf.
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Das vordere Lager 12 ist in der Nähe des vorderen Endes 18a der Drehwelle 18 angeordnet und wird durch ein vorderes Gehäuse 26, das durch eine Schraubenbefestigung oder dergleichen an einer vorderen Endfläche 24a eines Statorkerns 24 fixiert ist, gehalten. Das vordere Gehäuse 26 erstreckt sich von der vorderen Endfläche 24a des Statorkerns 24 zu dem vorderen Ende 18a der Drehwelle 18 hin und hält einen Teil der Drehwelle 18 und das vordere Lager 12 (dessen Außenring). Außerdem ist an dem vorderen Gehäuse 26 eine im Allgemeinen kreisringförmige vordere Abdeckung 28 angebracht. Das vordere Ende 18a der Drehwelle 18 springt von dem vorderen Gehäuse 26 und der vorderen Abdeckung 28 vor, und die Drehwelle 18 wirkt als Ausgangswelle, die direkt oder indirekt mit der Hauptachse einer Werkzeugmaschine wie zum Beispiel einer Drehbank oder einer Bearbeitungsmaschine oder dergleichen gekoppelt wird. In der vorliegenden Beschreibung wird der Bequemlichkeit halber die Ausgangswellenseite (die linke Seite in 1) als „vorne“ bezeichnet und die dazu entgegengesetzte Seite (die rechte Seite in 1) als „hinten“ bezeichnet.
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Das hintere Lager 14 ist in der Nähe des hinteren Endes 18b der Drehwelle 18, das an der zu dem vorderen Ende 18a der Drehwelle 18 entgegengesetzten Seite positioniert ist, angeordnet. Ein hinteres Gehäuse 30 ist durch eine Schraubenbefestigung oder dergleichen an einer hinteren Endfläche 24b des Statorkerns 24 fixiert, ein Haltering 32 ist durch eine Schraubenbefestigung oder dergleichen an dem hinteren Gehäuse 30 fixiert, und der Haltering 32 hält das hintere Lager 14 (dessen Außenring) . Das von dem hinteren Gehäuse 30 ragende hintere Ende 18b der Drehwelle 18 ist von einer an dem hinteren Gehäuse 30 angebrachten Abdeckung 34 umgeben. Außerdem ist an dem hinteren Ende 18b der Drehwelle 18 ein Codierer 36 zur Detektion der Drehposition und des Drehwinkels oder dergleichen der Drehwelle 18 angebracht.
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Der Stator 22 umfasst den aus mehreren gestapelten Magnetstahlplatten gebildeten Statorkern 24 und Spulen 38, die um an der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 24 gebildete Vorsprünge (nicht dargestellt) gewickelt sind. Die Spulen 38 sind durch Harz oder dergleichen an dem Statorkern 24 fixiert. Die Spulen 38 verlaufen so entlang der Drehachsenlinie 16, dass sie von dem vorderen Ende des Statorkerns 24 vorspringen, und sind an Leitungsdrähte (nicht dargestellt), die von einem Klemmenkasten 40 ausgehen, angeschlossen. Die Spulen 38 erzeugen durch Strom, der über die Leitungsdrähte geliefert wird, ein rotierendes Magnetfeld, und der Rotor 20 dreht sich durch dieses erzeugte rotierende Magnetfeld einstückig mit der Drehwelle 18.
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Es kann sein, dass der Elektromotor 10 etwa mit der Hauptachse einer Werkzeugmaschine gekoppelt in einer Umgebung verwendet wird, in der Festkörper wie Staub oder Flüssigkeiten wie eine Reinigungsflüssigkeit oder eine Schneidflüssigkeit oder dergleichen (nachstehend einfach als „Fremdkörper“ bezeichnet) streuen. Wenn diese Fremdkörper in das Innere des Elektromotors eindringen, besteht die Gefahr, dass es zu einem Isolierungsfehler kommt oder die Haltewirkung der Lager beeinträchtigt wird, und ist es daher erwünscht, das Eindringen von Fremdkörpern noch sicherer zu verhindern.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird in der Nähe wenigstens eines aus dem vorderen Lager 12 und dem hinteren Lager (14 (bei dem gezeigten Beispiel dem vorderen Lager 12) ein Labyrinthaufbau ausgebildet und das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Elektromotors verhindert. Konkret wird in dem Bereich (an der äußeren Umfangsfläche) der Drehwelle 18, der sich in Bezug auf die Achsenlinie 16 vor dem vorderen Lager 12 befindet, ein wie in 3 gezeigt ungefähr ringförmiges Labyrinthelement 42 durch eine Presspassung oder dergleichen fixiert, wobei das Labyrinthelement 42 so ausgeführt ist, dass es sich einstückig mit der Drehwelle 18 dreht.
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Wie in 2 und 3 gezeigt weist das Labyrinthelement 42 an seiner Vorderfläche (der vorderen Endfläche) 44 wenigstens einen ersten Öffnungsbereich 46 und an seiner Außenfläche (seiner äußeren Umfangsfläche) 48 wenigstens einen zweiten Öffnungsbereich 50 auf und stehen der erste Öffnungsbereich 46 und der zweite Öffnungsbereich 50 im Inneren des Labyrinthelements 42 fluidisch miteinander in Verbindung.
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Wenn sich bei der vorliegenden Ausführungsform das Labyrinthelement 42 zusammen mit der Drehwelle 18 dreht, entsteht durch die Zentrifugalkraft ein wie durch den Pfeil 52 gezeigter Luftstrom, der von dem ersten Öffnungsbereich 46 durch das Innere des Labyrinthelements 42 und von dem zweiten Öffnungsbereich 50 radial nach außen strömt, und wird ein sogenannter Luftvorhang gebildet. Durch diesen Luftvorhang werden zu dem Elektromotor 10 gerichtete Fremdkörper wie beispielhaft durch den Pfeil 54 gezeigt nach außerhalb (zu der Außenseite in der Umfangsrichtung) des Elektromotors 10 abgelenkt und dringen sie nicht in das Innere des Elektromotors 10 ein. Folglich kann das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Elektromotors bei der vorliegenden Ausführungsform auch ohne Verwendung einer Vorrichtung für eine Luftspülung oder dergleichen faktisch nur durch eine Bohrbearbeitung an dem Labyrinthelement 42 effektiv unterdrückt werden.
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Bei dem gezeigten Beispiel sind in der Vorderfläche 44 des Labyrinthelements 42 zwölf erste Öffnungsbereiche 46 in der Umfangsrichtung um die Drehachse in gleichen Abständen von 30 ° gebildet und ebenso in der Außenseite 48 des Labyrinthelements 42 zwölf (das heißt, gleich viel wie erste Öffnungsbereiche 46) zweite Öffnungsbereichen 50 in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen von 30 ° gebildet, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können in der Vorderfläche 44 und in der äußeren Umfangsfläche 48 des Labyrinths 42 auch jeweils vier Öffnungsbereiche in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen von 90 ° gebildet werden, jeweils sechs Öffnungsbereiche in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen von 60 ° gebildet werden, oder jeweils acht Öffnungsbereiche in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen von 45 ° gebildet werden. Die Abstände der mehreren Öffnungsbereiche brauchen zwar keine gleichen Abstände zu sein, doch wenn das Gleichgewicht oder die Exzentrizität in Verbindung mit der Drehung der Hauptachse bedacht wird, ist eine Bildung von Öffnungsbereichen mit der gleichen Größe in gleichen Abständen bevorzugt. Außerdem ist es wie in 3 gezeigt günstig, wenn die ersten Öffnungsbereiche 46 und die zweiten Öffnungsbereiche 50 untereinander in der Umfangsrichtung an den gleichen Winkelpositionen gebildet werden und überdies die zweiten Öffnungsbereiche 50 einzeln mit ersten Öffnungsbereichen 46 verbunden sind.
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Die Form der einzelnen Öffnungsbereiche braucht zwar nicht wie in dem dargestellten Beispiel rund zu sein, doch ist sie vorzugsweise eine leicht auszuarbeitende Form wie etwa eine Gewindebohrung (ein Schraubenloch) oder ein Bohrloch. Beispielsweise sind bei dem Beispiel von 3 in der Vorderfläche 44 des Labyrinthelements 42 zwölf in der Achsenrichtung verlaufende Gewindebohrungen als erste Öffnungsbereiche 46 gebildet und in der äußeren Umfangsfläche 48 an den gleichen Winkelpositionen in der Umfangsrichtung wie jenen der einzelnen Gewindebohrungen zwölf Bohrlöcher, die radial einwärts verlaufen und mit den jeweiligen Gewindebohrungen verbunden sind, als zweite Öffnungsbereiche 50 gebildet. Auf diese Weise wird es nur durch eine Bildung von einfachen geradlinigen Löchern an zwei Stellen möglich, einen Fließweg von der Vorderfläche des Labyrinths zu seiner Außenfläche zu bilden.
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In der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung bedeutet die „Außenseite in der radialen Richtung“ jene Richtung, die sich in einem Querschnitt von der Drehachsenlinie 16 entfernt, und bedeutet die „Innenseite in der radialen Richtung“ jene Richtung, die sich in einem Querschnitt der Drehachsenlinie 16 nähert. Die „Achsenlinienrichtung“ oder die „Achsenrichtung“ ist die zu der Drehachsenlinie 16 parallele Richtung.
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Wenn ein Labyrinth in der Nähe des hinteren Lagers 14 ausgebildet wird, wird ein wie in 3 gezeigtes ungefähr ringförmiges Labyrinthelement 42 in dem Bereich (an der äußeren Umfangsfläche) der Drehwelle 18, der sich in Bezug auf die Achsenlinie 16 hinter dem hinteren Lager 14 befindet, ausgebildet, doch sind in diesem Fall die ersten Öffnungsbereiche 46 in der Rückfläche (der hinteren Endfläche) des Labyrinthelements 42 ausgebildet. Mit anderen Worten wird das Labyrinthelement 42 bei der Anordnung in der Nähe jedes beliebigen aus dem vorderen Lager 12 und dem hinteren Lager 14 so an der Drehwelle 18 angebracht, dass die ersten Öffnungsbereiche 46 in jener Endfläche positioniert sind, die in der Achsenrichtung zu der zum Inneren des Elektromotors 10 gewandten Seite (der Seite, an der sich die Spulen, die Lager, der Rotor usw. befinden) entgegengesetzt ist.
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Wie oben beschrieben ist der Elektromotor (die sich drehende elektrische Maschine) nach der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu der Fähigkeit eines herkömmlichen Labyrinths, das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern, mit der Fähigkeit, durch die Zentrifugalkraft infolge der Drehung automatisch einen sogenannten Luftvorhang zu erzeugen, versehen und kann das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Elektromotors wirksam verhindert werden. Da es nicht nötig ist, bei dem Elektromotor einen Fließweg oder eine Zufuhrvorrichtung für Luft oder dergleichen auszubilden, können die Herstellungskosten des Elektromotors gedrückt werden. Wenn ein derartiger Elektromotor bei einer Werkzeugmaschine, deren Hauptachse sich im Allgemeinen mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, wie etwa einer NC-Drehbank oder einer Bearbeitungsmaschine eingesetzt wird, wird eine kostengünstige Werkzeugmaschine mit einer hohen Sicherheit erhalten.
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Da nach der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit der Drehung des Rotors ein Luftstrom entsteht, der von dem ersten Öffnungsbereich durch das Innere des Labyrinthelements und von dem zweiten Öffnungsbereich radial nach außen strömt, werden zu dem Elektromotor gerichtete Fremdkörper nach außerhalb des Elektromotors abgelenkt und dringen sie nicht in das Innere des Elektromotors ein. Folglich kann das Eindringen von Fremdkörpern in das Innere des Elektromotors auch ohne Verwendung einer Vorrichtung für eine Luftspülung oder dergleichen effektiv unterdrückt werden.
