JP2000023415A - 密閉型電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特にロータ及び主軸の周辺で生じる発熱を効
率よくモータフレームへ伝熱させ、主軸の温度上昇を抑
制することが可能な密閉型電動機を提供する。 【解決手段】 主軸１１に固定されるロータ１３と、該
ロータを回転駆動するステータ１６と、主軸を回転自在
に支持する軸受２０，２１とが、モータフレーム１８に
密閉された構造の密閉型電動機において、ロータ１３と
該ロータが固定される主軸１１との取付部２３に送風可
能な溝２４と、ステータ１６と該ステータが固定される
モータフレーム１８との接合部に通風可能な溝２５とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等のスピ
ンドルモータとして用いられる電動機に係り、特にモー
タフレームにロータ及びステータが密閉された構造の密
閉型電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、スピンドルモータとして密閉
構造をとる密閉型電動機の構成の一例を示す。主軸１１
には、二次導体１３ａを備えたロータ鉄芯１３が取付部
１２を介して固定されている。ステータ１５は、ステー
タ鉄芯１６と一次巻線１７とから構成され、巻線１７に
流れる三相交流電流が鉄芯１６の内周面に回転磁界を形
成する。鉄芯１６の内周面は、ロータ鉄芯１３の外周面
と微小な空隙を介して対面するように配置されていて、
ステータ１５により形成される回転磁界によりロータ１
３が回転駆動される。ステータ鉄芯１６はモータフレー
ム１８の内周面に固着されており、同様にモータフレー
ム１８に設けられた軸受２０，２１により主軸１１が回
転自在に支持されている。主軸１１のモータフレーム１
８の外側に突出した部分１１ａは、例えば工作機械のタ
ーンテーブルに接続され、これを回転駆動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
密閉型電動機は、モータフレームがステータ及びロータ
を密閉する構造故に、ロータ及びステータの発生する熱
の放熱が困難であり、ステータ巻線の温度上昇、或いは
ロータの温度上昇を著しく増大するという問題がある。
ステータ鉄芯１６はモータフレーム１８に固着されてい
るため、この発生熱は比較的モータフレーム１８から放
散が容易である。しかしながら、ロータ鉄芯１３は内側
に位置するため、この熱放散は容易ではなく、特に、こ
のロータ鉄芯１３の温度上昇は、主軸１１の温度を全体
的に上昇させる結果となり、軸受２０，２１にも異常な
温度上昇を引き起こし、軸受寿命の低下や軸受の焼損等
の事故を引き起こす原因となる場合もあった。

【０００４】本発明は、上述の事情に鑑みて為されたも
ので、特にロータ及び主軸の周辺で生じる発熱を効率よ
くモータフレームへ伝熱させ、主軸の温度上昇を抑制す
ることが可能な密閉型電動機を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、主軸に固定されるロータと、該ロータを回転駆動す
るステータと、前記主軸を回転自在に支持する軸受と
が、モータフレームに密閉された構造の密閉型電動機に
おいて、前記ロータと該ロータが固定される主軸との取
付部に送風可能な溝と、前記ステータと該ステータが固
定されるモータフレームとの接合部に通風可能な溝とを
備えたことを特徴とするものである。

【０００６】上述した本発明によれば、ロータの取付部
に送風可能な溝を設け、ステータが固定されるモータフ
レームとの接合部に通風可能な隙間溝とを備えることに
より、密閉型電動機のモータフレーム内部で主軸付近に
生じる熱を伝熱させるための循環風を形成することがで
きる。即ち、ロータが回転することで主軸付近の空気が
溝により送風され、循環風を形成し、これにより主軸付
近に発生する熱を運搬し、モータフレームに伝熱させる
ことができる。従って、特にロータの発熱により生じた
熱をモータフレームに逃がすことができ、これにより、
主軸及び軸受の温度上昇を低く抑制することができる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、前記ロータを主
軸に固定する取付部の構造は、主軸に固定する円筒部
と、該円筒部にリブを立設し該リブ間の空間を軸方向に
沿って円周方向に回転させて、軸方向に送風可能な溝と
したことを特徴とするものである。これにより、リブ間
の空間を軸方向に送風可能な溝としていることから、ロ
ータの回転に伴い容易に循環風を形成することができ
る。そしてこの循環風により主軸付近に伝熱する熱をモ
ータフレームに伝熱させて放散することができる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、前記ロータを主
軸に固定する取付部の構造は、ロータを主軸に固定する
取付部の内周面に送風可能な隙間溝を設けたことを特徴
とするものである。又、請求項４に記載の発明は、前記
ロータを主軸に固定する取付部の構造は、ロータを主軸
に固定する主軸の外周面に送風可能な隙間溝を設けたこ
とを特徴とするものである。これにより、ロータの回転
に伴い、循環風を形成することが可能で、特に主軸の近
傍に送風可能な隙間溝が設けられていることから、主軸
の冷却に好適であり、軸受部の異常な温度上昇を防ぐこ
とができる。

【０００９】請求項５に記載の発明は、更に前記モータ
フレームの内周面にフィンを設けたことを特徴とするも
のである。これにより、ステータとモータフレームとの
接合部に設けられた隙間溝を流通する循環風に対して、
更にフィンを設けることによりモータフレームへの伝熱
を強化することができる。従って、循環風の冷却の効率
を高めることができる。

【００１０】請求項６に記載の発明は、前記モータフレ
ームに冷却水路を設けたことを特徴とするものである。
これにより、循環風により運ばれる熱をモータフレーム
に伝熱させ、モータフレームを水冷構造とすることによ
り効率的に伝熱した熱を除去することができる。従っ
て、ロータ、ステータ、軸受部分の冷却効率を全体とし
て高めることができ、特に主軸付近の温度上昇を効率よ
く抑制することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中、同
一符号は同一又は相当部分を示す。

【００１２】図１は、本発明の実施の形態の密閉型電動
機の構造を示す。図示するように、主軸１１に取付部２
３を介して固着されたロータ鉄芯１３、及びこれを回転
駆動するステータ鉄芯１６がモータフレーム１８内に密
閉されている構造は、図１１に示す従来の構造と同様で
ある。又、ロータ鉄芯１３が二次導体及びエンドリング
１３ａを備えた誘導型回転子構造であること、及びステ
ータ鉄芯１６が一次巻線１７を備えロータ鉄芯１３を回
転駆動する回転磁界を生成する構造も、図１１に示す従
来の構造と同様である。

【００１３】この密閉型電動機は、導体１３ａをロータ
鉄芯１３を主軸１１に固定する取付部２３に軸方向の送
風のための溝（空間）２４を設けている。そして主軸１
１の回転に伴い、この溝２４からモータフレーム１８内
に循環する循環風を発生させる。一方で、モータフレー
ム１８とステータ１６との接合部に通風路となる隙間溝
２５を設けている。

【００１４】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ロータの
取付部２３の詳細を示す図である。取付部２３は、主軸
１１に嵌着する円筒状部材２３ａと、これに半径方向に
立設するリブ２３ｂと、このリブ２３ｂが接続する円筒
状部材２３ｃとから構成され、第２の円筒状部材２３ｃ
がロータ鉄芯１３に固着され、これを支持している。こ
こでリブ２３ｂは、半径方向に全体として直線的に伸び
ると共に、軸方向に対しては、（ｃ）の展開図に示すよ
うに回転軸に対して円周方向に傾斜（回転）している。
そして、リブ２３ｂとリブ２３ｂとの間の空間２４が送
風のための溝となっている。

【００１５】従って、主軸１１の回転に伴い取付部２３
が回転することにより、リブ２３ｂが羽根車の羽根に相
当することから、これにより軸方向に送風する。又、こ
のリブの形状は図３に示すように送風ファンの羽根車と
同様に曲面状に形成しても勿論よい。このリブの形状を
曲面状に形成することにより、加工は複雑とならざるを
得ないが、送風の効率を高めることができる。

【００１６】図４は、モータフレームとステータ鉄芯の
接合部に通風溝を設けた例を示す。この場合には、モー
タフレーム１８の内周面に循環風が通風する隙間溝２５
を設けている。図示するように、モータフレーム１８を
構成する例えばアルミ材の内周面に円周方向に等間隔に
多数の溝２５が配置され、これらの溝２５は軸方向に沿
って直線状に配置されている。

【００１７】図５は、モータフレームとステータ鉄芯の
接合部のステータ鉄芯側に通風溝を設けた例を示す。図
示するようにステータ鉄芯１６の外周面に円周方向に等
間隔に多数の通風溝が配置され、これらの溝は軸方向に
沿って直線状に配置されている。

【００１８】図６は、循環風の循環経路を示す図であ
る。主軸１１の回転に伴い取付部２３が回転すると、図
中矢印で示すように循環風３０ａが発生する。即ち、取
付部２３においてはモータフレーム１８内の室２８の空
気が回転する送風溝２４に吸い込まれ、これを図中矢印
３０ｂで示し、取付部２３の他方から循環風３０ａとし
て室２９に送風される。室２９の循環風３０ｃは、ステ
ータ鉄芯１６とモータフレーム１８との接合部に設けら
れた通風溝２５に入り、通風溝２５に沿って流れ、循環
風３０ｄとしてモータフレーム１８で囲まれた室２８内
に循環する。そして、送風溝２４を通過する際に、ロー
タ鉄芯１３で生じる熱を吸収し、モータフレーム１８と
ステータ鉄芯１６との間の通風溝２５を通過する際に熱
をモータフレーム１８に伝熱する。モータフレーム１８
に伝熱された熱はモータフレーム１８の外表面から外部
の空気に放熱される。

【００１９】図７は、モータフレームによる放熱を促進
するためにフィン及び水冷パイプを設けた例を示す。図
示するようにモータフレーム１８の内周面側に吸熱のた
めのフィン３０を設けている。このフィン３０は、ステ
ータ鉄芯１６とモータフレーム１８との接合部に設けら
れた通風溝２５を流通する循環風の流れる位置に配置さ
れ、ロータ１３の主軸１１近傍で発生する熱を運搬する
循環風の冷却のための補助的な役割を果たしている。

【００２０】又、モータフレーム１８には冷却水パイプ
３１が配置され、このパイプ３１内に冷却水が循環す
る。この冷却水パイプ３１は例えばステンレス鋼のパイ
プであり、例えばアルミからなるモータフレーム１８内
に鋳込まれている。冷却水パイプ３１に冷却水を流すこ
とにより、モータフレーム１８が効率的に冷却され、そ
の結果としてこの冷却された空気が循環風により主軸近
傍に運搬され、ロータ及び主軸部分を冷却し、これによ
り特に主軸部分の温度上昇が抑制される。

【００２１】図８は、モータフレームに冷却フィン３０
と共に水冷ジャケット３２を配置した例を示す。水冷ジ
ャケット３２においても、図７に示す水冷パイプ３１と
同様に効率的にモータフレーム１８を冷却し、これによ
り特に主軸近傍の温度の上昇を抑制する。

【００２２】図９及び図１０は、ロータを主軸に取り付
ける取付部に設けられた送風溝の変形例を示す。これら
の例においてはロータ鉄芯１３が主軸１１に固着され、
図９においてはロータ鉄芯側に送風溝３４が設けられ、
図１０においては主軸１１側に送風溝３５が設けられて
いる。これらの送風溝３４，３５は、回転軸方向に連通
し、且つ円周方向に回転するように設けられている。こ
のため、電動機の運転により主軸が回転すると、この送
風溝がファンと同様に働き、循環風を生成する。

【００２３】この実施例においても、モータフレームと
ステータ鉄芯との間に設けられた通風溝、モータフレー
ム内周面に設けられたフィン、冷却水路等の構成は上述
の実施の形態と同様である。尚、この実施例においては
主軸１１にロータ鉄芯１３を直接固着する例について説
明したが、この間にスリーブ等を間挿するようにしても
勿論よい。

【００２４】上記実施の形態においては、電動機の例と
してかご型回転子を用いた誘導電動機の例について説明
したが、その他の形式の電動機においても本発明の趣旨
を同様に適用できることは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ータの回転と共に密閉されたモータフレーム内の空気が
送風循環され、特にロータの主軸近傍を冷却する。これ
によりステータ巻線の温度上昇や、ロータの二次導体に
よる発熱が主軸に伝熱されることを抑制でき、その結果
主軸の温度上昇を低減することができる。この結果とし
て軸受の温度上昇も低く抑えることが可能となり、軸受
寿命の著しい低下や焼き付き等の事故を防止することが
でき、長寿命で安定した電動機の運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の密閉型電動機の縦断面
図である。

【図２】取付部の構造を示す図であり、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図であり、（ｃ）は円筒状
部材に固定されたリブの展開図である。

【図３】図２におけるリブの変形例を示す図である。

【図４】モータフレームとステータ鉄芯との接合部に設
けられた通風溝の一例を示す図であり、（ａ）は断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。

【図５】図４の変形例を示す相当図である。

【図６】図１における密閉型電動機内の循環風の経路を
示す図である。

【図７】図１の変形例を示す図であり、冷却フィン及び
水冷パイプを設けたことを示す図である。

【図８】図１の変形例を示す図であり、冷却フィン及び
水冷ジャケットを設けたことを示す図である。

【図９】主軸近傍に設けられた送風溝の変形例を示す図
であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【図１０】主軸近傍に設けられた送風溝の他の変形例を
示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図で
ある。

【図１１】従来の密閉型電動機の縦断面図である。

【符号の説明】

１１ 主軸 １３ ロータ鉄芯 １６ ステータ鉄芯 １８ モータフレーム ２３ 取付部 ２４，３４，３５ 送風溝 ２５ 通風溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 眞武 幸三 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 (72)発明者 稲田 高典 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 (72)発明者 宮下 信人 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AB04 AB08 AD04 5H605 AA01 BB05 CC01 CC04 CC05 DD09 DD12 EB01 EB16 5H609 BB12 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 PP10 PP11 PP17 QQ02 RR35

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に固定されるロータと、該ロータを
   回転駆動するステータと、前記主軸を回転自在に支持す
   る軸受とが、モータフレームに密閉された構造の密閉型
   電動機において、 前記ロータと該ロータが固定される主軸との取付部に送
   風可能な溝と、前記ステータと該ステータが固定される
   モータフレームとの接合部に通風可能な溝とを備えたこ
   とを特徴とする密閉型電動機。
2. 【請求項２】 前記ロータを主軸に固定する取付部の構
   造は、主軸に固定する円筒部と、該円筒部にリブを立設
   し該リブ間の空間を軸方向に沿って円周方向に回転させ
   て、軸方向に送風可能な溝としたことを特徴とする請求
   項１に記載の密閉型電動機。
3. 【請求項３】 前記ロータを主軸に固定する取付部の構
   造は、ロータを主軸に固定する取付部の内周面に送風可
   能な隙間溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   密閉型電動機。
4. 【請求項４】 前記ロータを主軸に固定する取付部の構
   造は、ロータを主軸に固定する主軸の外周面に送風可能
   な隙間溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密
   閉型電動機。
5. 【請求項５】 更に、前記モータフレームの内周面にフ
   ィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型
   電動機。
6. 【請求項６】 前記モータフレームに冷却水路を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動機。