JP2008178185A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の目的は、冷却構造を備えた電動機において、大型化させないとともに冷却風の流量を低下させず、冷却効率を向上させることにある。
【解決手段】電動機は、有底円筒状のブラケット１０、１１及び円筒状のステータ１７が嵌合されて円筒状をなすフレームが構成されている。ステータ１７の円筒状の内周面には、ステータ端面１７ａより突出するコイルエンド１８を形成するコイルが保持されている。コイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１１の内周面１１ｄとの間の空間Ｄには遮蔽部材としての遮風リング２１が設けられており、ステータ１７の貫通孔１７ｂに対するファン１５の影響をなくし、ステータ１７を通り抜ける冷却風の流量を低下させることがない。
【選択図】図１

Description

本願発明は、冷却構造を備えた電動機に関するものである。

従来から電動機では駆動時の温度上昇を抑えるために、電動機の冷却が行われてきた。冷却構造を有した電動機としては、特許文献１又は特許文献２のようなものが採用されていた。特許文献１には、図示しないファンからの冷却風を冷却風供給路１８を通しフレーム内に導き、回転子通風ダクト８、ギャップ２２及び通風路１６に分流し回転子４及び固定子９を表面から冷却するとともに、冷却風を前側フレーム１４で合流させ、冷却風排出路１９より排出する冷却構造の電動機が開示されている。また、特許文献２では、フレーム７に回転軸方向及び外周方向の夫々に開口した入排気口１１が設けられており、ファン５により一方の入排気口１１より冷却風を吸気し、固定子１及び回転子２、さらに軸受部３を冷却した後、他方の入排気口１１より冷却風を排出する冷却構造の電動機が開示されている。
特開２００４−２８９８８８号公報 特開２００３−２３７５３号公報

ところで、特許文献１の冷却構造では、固定子通風ダクト８、ギャップ２２及び通風路１６の各流路に冷却風が分流されるため、流量を確保しなければならなかった。そこで、冷却風供給路１８及び冷却風排出路１９を回転軸方向に長いスリット状に変更して広げることが考えられる。しかし、冷却風供給路１８及び冷却風排気口１９を回転軸方向に広げると、電動機が回転軸方向に大きくなるという問題がある。

また、冷却風を前側フレーム１４で合流させて冷却風排気口１９よりスムーズに排出させるために前側フレーム１４内に配置された排気用ファン（特許文献１において番号付与なし）を回転軸に固設しているが、冷却風排気口１９の拡大に伴い、排気用ファンを拡大すると、回転軸に余計な重量が加わり出力低下を招いたり、電動機が大型化してしまう。一方、従来の排気用ファンを使用すると、排気用ファンの軸方向幅より冷却風排気口１９の幅が長くなり、冷却風排気口１９より冷却風が逆流したり、排気用ファンからコイルエンド側に回り込む流れが発生することがあった。これにより、前側フレーム１４と通風路１６と繋がる部分付近において正圧領域が発生してしまい、冷却風供給路１８より吸入された冷却風が正圧領域により流れにくくなり、流量の低下を招いていた。

特許文献２では、ファン５の外周端付近より回転軸に垂直方向に円盤状の板がフレーム７に設置されており、冷却風の逆流や回り込みが起こることはない。しかし、ファン５に近接した円盤状の板を設けるためのスペースが必要となり、電動機が回転軸方向に長い大きなものとならざるを得ない。また、一方の入排気口１１がフレーム７の回転軸方向に開口するように設けられており、電動機が大きくなるとともに、回転軸方向に給排気用のスペースがない場合には採用することができなかった。
本願発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、電動機を大型化させないとともに、電動機の冷却風の流量を低下させず、冷却効率を向上させることである。

請求項１に記載の本願発明は、フレーム内の回転軸に固定されたロータとコイルを巻き付けられたステータとを備える電動機において、前記ステータの一端側に吸気口を設け、前記ステータの他端側には回転軸の半径方向に開口する排気口及び排気口側に送風するファンを設け、前記コイルのコイルエンド部と前記ステータの端面との間に形成される空間及び前記コイルエンド部の外周面と前記フレーム内周面との間に形成される空間に接続する前記吸気口側から前記排気口側に至る通気孔を開通し、前記コイルエンド部の外周面と前記フレーム内周面との間に形成される空間を遮蔽部材によって遮蔽し、前記通気孔を前記コイルエンド部と前記ステータの端面との間の空間を介して排気口に連通したことを特徴とする。

請求項１記載の本願発明によれば、コイルエンド部の外周面とフレーム内周面に形成される空間を遮蔽部材により遮蔽することにより、吸気口からの空気を、通気孔からコイルエンド部とステータ端面との間の空間に流すことができ、排気口付近の正圧の影響を受けることがない。さらに、ファンに対面する通路を遮蔽するだけの構成を採用しているので、電動機を回転軸方向に大型化させることがない。

請求項２に記載の本願発明は、前記通気孔は前記ステータに設けた貫通孔であるため、前記ステータを内部より冷却することができ、冷却効率がよい。

請求項３に記載の本願発明は、前記通気孔は電動機のフレーム周面に設けたダクトであるため、冷却風の流量を大きくできる。

請求項４に記載の本願発明は、前記遮蔽部材は弾性部材で構成するため、前記コイル及び前記フレームを傷つけることがない。

本願発明では、電動機を大型化させないとともに、電動機の冷却風の流量を低下させず、冷却効率を向上させることができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態を図１に基づき説明する。
図１は、誘導電動機（以下電動機）であり、例えばフォークリフトの走行に用いられる電動機である。なお、図１は対称である電動機の半分のみを示している。

電動機は有底円筒状のブラケット１０、１１を備えており、ブラケット１０、１１は、開口部を所定間隔を設けて互いに向き合うように配置されている。ブラケット１０の円筒部１０ａには、半径方向に開口する吸気口１０ｂが設けられ、ブラケット１１の円筒部１１ａには半径方向に開口する排気口１１ｂが設けられている。ブラケット１０、１１の強度を保ちつつ、通気流量を確保するために、吸気口１０ｂ及び排気口１１ｂは円筒軸心方向に長い矩形形状で円筒部１０ａ、１１ａの外周面にスリット状に複数並べて配置されている。

ブラケット１０、１１の底部１０ｃ、１１ｃの円心には電動機の出力として回転運動を行う回転軸１２が軸受１３、１４を介して支持されている。回転軸１２のブラケット１１側の端部付近には円心部が隆起した円盤状のファン１５が固設されており、ファン１５は外周端付近がブラケット１１に近接するように配置されている。円盤状のファン１５の外周端付近に取り付けられている羽根部１５ａは、ブラケット１１側の排気口１１ｂに近接して対向するように設けられている。また、ファン１５は回転軸１２とともに一体回転可能となっている。

回転軸１２の長手方向の中央部には、円筒状のロータ１６が嵌合されており、ロータ１６は回転軸１２と一体に回転可能となっている。円筒状のロータ１６には、通気用の複数の貫通孔１６ａが回転軸方向に貫通して設けられている。ステータ１７はその外周面の両端がブラケット１０、１１の円筒部１０ａ、１１ａと夫々嵌合されている。本実施形態では、フレームはブラケット１０、１１により構成されており、ブラケット１０とブラケット１１が別体とされているが、一体として、ブラケットの内周面にステータ１７を固定しても良い。

ステータ１７は内周面がロータ１６の外周面に対向するようにロータ１６の外周側に設けられており、ロータ１６の外周面とステータ１７の内周面の間には通気可能なギャップ空間Ａが形成されている。ステータ１７には通気孔としての複数の貫通孔１７ｂが回転軸１２の長手方向に貫通して設けられるとともに、内周面にはコイルを納めるための複数のスロットが設けられている。各スロットに納められるコイルはステータ端面１７ａよりも両側に突出したコイルエンド１８を形成しており、コイルエンド１８とステータ端面１７ａの間に通気可能な空間Ｂが設けられている。

コイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１０の内周面１０ｄとの間には空間Ｃが形成されており、空間Ｃには遮蔽部材としての環状の遮風リング２０がブラケット１０の内周面１０ｄとコイルエンド１８の外周面１８ａに当接し空間Ｃを遮風するように設けられている。コイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１１の内周面１１ｄとの間には空間Ｄが形成されており、空間Ｄには遮蔽部材としての環状の遮風リング２１がブラケット１１の内周面１１ｄとコイルエンド１８の外周面１８ａに当接し空間Ｄを遮風するように設けられている。遮風リング２０、２１はコイルエンド１８と接触するため、適度な弾性を有したものが良く、さらに耐熱性を備えるものが望ましい。本実施例では遮風リング２０、２１として絶縁性を有した樹脂リングを用いている。

貫通孔１７ｂは、空間Ｃ及び空間Ｄを各遮風リング２０、２１により遮蔽したため、吸気口１０ｂから空間Ｃを通り貫通孔１７ｂへ、そして貫通孔１７ｂから空間Ｄを介して排気口１１ｂへと接続されることはない。ステータ１７の貫通孔１７ｂは、空間Ｂを介し、吸気口１０ｂ及び排気口１１ｂに連通されている。

次に、以上のように構成された第１の実施形態の作用を以下に説明する。
コイルの通電により回転軸１２及びロータ１６が回転されるとともに、ファン１５も回転されて、電動機内部の冷却空気はファン１５の羽根部１５ａによって排気口１１ｂを通り電動機外部に排出される。排気口１１ｂからの冷却空気の流出により電動機内部は負圧状態となり、吸気口１０ｂから電動機外部の冷却空気が吸入される。

吸入された冷却空気は、コイルエンド１８の端面１８ｂとブラケット１０の間を回転軸１２に向かい流れていく。一方、空間Ｃには遮風リング２０が設けられているため、吸気口１０ｂから吸入された冷却空気は空間Ｃを通過して流れることはない。吸気口１０ｂからの冷却空気はコイルエンド１８を冷却した後、ロータ１６の貫通孔１６ａとギャップ空間Ａと空間Ｂを通してステータ１７の貫通孔１７ｂとに分流され、ロータ１６及びステータ１７をその表面と内部から冷却する。

ステータ１７の貫通孔１７ｂを流れた冷却空気は、排気口１１ｂ側のステータ端１７ａまで流れた後、空間Ｂを回転軸１２に向かい流れていく。空間Ｄには、遮風リング２１が配置されているため、ステータ１７の貫通孔１７ｂから排気口１１ｂに空気が直接流れていくことはない。排気口１１ｂ側の空間Ｂを流れた冷却空気は、ギャップＡの冷却空気とロータ１６の貫通孔１６ａを流れた冷却空気とともに集流された後、ファン１５により排気口１１ｂから電動機の外部へ排出される。また、コイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１１の内周面１１ｄの間の空間Ｄに遮蔽リング２１が設けられているため、ファン１５から外部へ排出される冷却空気の一部が、空間Ｄを通過してステータ１７方向へ流れ込むことはない。さらに外気が、電動機の外部から排気口１１ｂを通り空間Ｄを経てステータ１７方向へ流れ込むこともない。従って、吸気口１０ｂから流入した冷却空気はロータ１６及びステータ１７の一端側から他端側に流れる間にファン１５の影響を受けること無く、所定の位置を流れ、ロータ１６及びステータ１７に対する冷却効率を高めることができる。

第１の実施形態は、以下の作用効果が得られる。
（１）遮蔽部材である遮風リング２１を排気口１１ｂ側のコイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１１の内周面１１ｄの間の空間Ｄに設けることで、排気口１１ｂ側からの冷却空気及び外気の回り込みを防ぐことができ、これにより排気口１１ｂ側のコイルエンド１８付近において正圧領域を発生することはなく、吸気口１０ｂからの冷却空気の流量減少を招くことがない。従って、電動機の冷却効率を改善することができる。また、電動機の出力を向上させることができる。
（２）遮風リング２０、２１を設けるだけで良く、簡単に既存の電動機に適用できる。

（３）ファン１５の羽根部１５ａを回転半径が大きいファン１５の外周端付近に設けることで、空気の流量を多くすることができ、電動機内部を流れる冷却風の流量を確保できる。
（４）吸気口１０ｂ及び排気口１１ｂをブラケット１０、１１の円筒部１０ａ、１１ａに回転軸１２の半径方向に開口するように設けているため、回転軸１２の長手方向に吸気スペース並びに排気スペースを設ける必要ががない。これにより、電動機は回転軸１２方向に大きくならない。
（５）遮風リング２０を吸気口１０ｂ側のコイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１０の内周面１０ｄの間の空間Ｃに設けることで、吸気口１０ｂより吸入された冷却空気は回転軸１２付近まで確実に流れ込むので、ロータ１６の回転数が非常に高く貫通孔１６ａの冷却空気の流量が低下しても、ロータ１６を端面から十分に冷却することができる。

以下に説明する他の実施形態においては第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図２に示す第２の実施形態は、第１の実施形態における遮蔽部材の構成を変更したものである。ブラケット１０は回転軸１２の半径方向に開口する吸気口１０ｂが設けられており、内周面１０ｄにはコイルエンド１８の外周面１８ａに向かい突出する遮蔽部材としての突起部２３が形成されている。突起部２３の先端は、コイルエンド１８の外周面１８ａとわずかな隙間を残して接近しており、ラビリンス効果によりコイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１０の内周面１０ｄの間の空間Ｃを遮蔽している。

ブラケット１１は回転軸１２の半径方向に開口する排気口１１ｂが設けられており、内周面１１ｄにはコイルエンド１８の外周面１８ａに向かい突出する遮蔽部材としての突起部２４が形成されている。突起部２４の先端は、コイルエンド１８の外周面１８ａとわずかな隙間を残して接近しており、ラビリンス効果によりコイルエンド１８の外周面１８ａとブラケット１１の内周面１１ｄの間の空間Ｄを遮蔽している。

次に、第２の実施形態における作用について説明する。
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回転軸１２が回転することにより、ファン１５が回転し、電動機内の冷却空気を排気口１１ｂより排出する。ここで、吸気口１０ｂから吸入された冷却空気は、突起部２３により空間Ｃが遮蔽されているため、全てコイルエンド１８の端面１８ｂ側を通ることになり、コイルエンド１８を効率良く冷却した後、ロータ１６の貫通孔１６ａ、ギャップ空間Ａ、空間Ｂを通る流れに分流される。

ステータ１７の貫通孔１７ｂを流れた冷却空気は、排気口１１ｂ側のステータ端１７ａまで流れた後、空間Ｄが突起部２４によって遮蔽されているため、空間Ｂを通り回転軸１２に向かい流れていく。空間Ｂを流れた冷却空気は、ロータ１６の貫通孔１６ａを流れた冷却空気とギャップ空間Ａを流れた冷却空気とともに集流され、ファン１５により排気口１１ｂを通し電動機の外部へ排出される。また、ファン１５から外部へ排出される冷却空気の一部が空間Ｄに向かう流れはブラケット１１の突起部２４により妨げられるので、ステータ１７の貫通孔１７ｂを流れる冷却空気に影響を及ぼすことが無い。

第２の実施形態は、第１の実施形態の効果に加え、以下の作用効果が得られる。
（５）遮蔽部材をブラケット１０、１１に設けた突起部２３、２４によって構成したので、部品点数の増加を抑えることができ、組付け作業の工程の増加を抑えることができる。

（第３の実施形態）
図３に示す第３の実施形態は、第１の実施形態における通気孔を変更したものである。
ブラケット１０は円筒部１０ａに回転軸１２の半径方向に開口する吸気口１０ｂを有しており、さらに吸気口１０ｂよりステータ１７側には通気孔としての開口部２５が設けられている。開口部２５は円筒部１０ａの円周にスリット状に複数設けられている。また、ブラケット１０の吸気口１０ｂと開口部２５の間の内周面１０ｄには遮蔽部材である遮風リング２０が配設されている。遮風リング２０はブラケット１０の内周面１０ｄに当接するとともにコイルエンド１８の外周面１８ａにも当接し、空間Ｃを遮蔽している。

ブラケット１１は円筒部１１ａに回転軸１２の半径方向に開口する排気口１１ｂを有しており、さらに排気口１１ｂよりステータ１７側には通気孔としての開口部２７が円筒部１１ａの円周面において複数のスリット状に設けられている。また、排気口１１ｂと開口部２７の間に位置するブラケット１１の内周面１１ｄとコイルエンド１８の外周面１８ａとの間には遮蔽部材である遮風リング２１が配設され、空間Ｄを遮蔽している。ブラケット１１の円筒部１１ａの外周面にはブラケット１０の円筒部１０ａに繋がる薄板２６が取り付けられている。薄板２６は、回転軸１２に平行な円筒部２６ａと、円筒部の両端からブラケット１０、１１に固定される底部２６ｂを有している。そして、ブラケット１０の開口部２５とブラケット１１の開口部２７は薄板２６に覆われており、薄板２６により通気孔としてのダクトＥを形成している。また、薄板２６はステータ１７の外周面を全て囲むようになっており、一枚の薄板２６により複数の開口部２５及び開口部２７の全てを覆っている。

次に第３の実施形態についての作用を説明する。
回転軸１２が回転することにより、ファン１５が回転し、電動機内部の冷却空気を排気口１１ｂより排出する。ここで、吸気口１０ｂから吸入された冷却空気は、遮風リング２０により空間Ｃが遮蔽されているため、全てコイルエンド１８の端面１８ｂ側を通ることになり、コイルエンド１８を効率良く冷却した後、ロータ１６の貫通孔１６ａ、ギャップ空間Ａ、空間Ｂを通る流れに分流される。空間Ｂを流れた冷却空気は、複数の開口部２５を通りダクトＥに流れ込む。

ダクトＥに流入した冷却空気は、複数の各開口部２７から排気口１１ｂ側の空間Ｂを通り回転軸１２に向かい流れていくとともに、ギャップ空間Ａ及びロータ１６の貫通孔１６ａを流れた冷却空気と集流されて、ファン１５により排気口１１ｂを通して電動機の外部へ排出される。また、ファン１５から外部へ排出される冷却空気の一部が空間Ｄに向かう流れは遮風リング２１により妨げられるので、ダクトＥを流れる冷却空気に影響を及ぼすことが無い。

本願発明の第３の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態の効果に加え、以下の作用効果が得られる。
（６）ブラケット１０、１１に開口部２５、２７を夫々設け、薄板２６によりステータ１７の外周全域にダクトＥを設けることにより、ステータ１７外周面からの冷却が行える。
（７）また、ダクトＥの大きさは適宜変更可能であり、電動機の出力に合わせて空気の流量を確保することが容易である。

本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
○遮蔽部材である遮風リング２０、２１は市販のＯ−リングを使用しても良い。汎用品を使用することで更にコストを低減させることができる。遮蔽部材は、絶縁性や耐熱性を有した素材が望ましい。

○吸気口１０ｂ側の遮蔽部材は無くても良い。吸気口１０ｂ側の遮蔽部材が無くても、吸入された空気はロータ１６の通気孔１６ａやロータ１６とステータ１７のギャップ部にも分流するため、冷却効率の低下は少なく、部品点数を抑制することができる。
○第２の実施形態において、ブラケット１０、１１の突起部２３、２４は複数の突起部を組合わせたラビリンス形状を採用しても良い。ラビリンス形状とすることで、より冷却風の遮蔽を確実にすることができ、冷却効率を低下させることがない。

○ブラケット１０，１１の突起部２３、２４と遮風リング２０、２１を併用しても良い。突起部２３、２４と遮風リング２０、２１を併用することで確実に遮蔽することができ、冷却効率低下を防ぐことができる。また、ブラケット１０、１１の突起部２３、２４と遮蔽リング２０、２１を併用する場合、ブラケット１０、１１の突起部２３、２４に遮蔽リング２０、２１の幅の凹み部を設け、遮蔽リング２０、２１の位置を固定させるようにしても良い。
○ステータ１７の貫通孔１７ｂと、ステータ１７外周面側のダクトＥとの両通気孔を同一の電動機に採用しても良い。これによりステータ１７を内部の貫通孔１７ｂと外周面とから冷却することができ、冷却力を向上することができる。また冷却風の流量を大幅に増加させることもできる。

○第１から第３の実施形態では吸気口１０ｂはブラケット１０の回転軸１２の半径方向に開口しているが、回転軸方向に開口するように設けても良い。また、半径方向及び回転軸１２方向の両方に設けることも可能であり、通気流量を確保することができ冷却力を向上することができる。
○第３の実施形態では、一枚の薄板２６によりステータ１７の外周面全体を覆うようにしたが、複数の薄板２６によりダクトＥを分割しても良い。開口部２５と開口部２７の幾つかの組を各薄板２６で分割し繋ぐことにより、ダクトＥ内の冷却空気の流れを回転軸１２方向の向きに整えることができ、ダクトＥ内での流れの乱れによる損失を低減することができる。
○本願発明はフォークリフトの走行用電動機に限らず、他のさまざまな電動機に採用することができる。

第１の実施形態を示す電動機の部分断面図である。 第２の実施形態を示す電動機の部分断面図である。 第３の実施形態を示す電動機の部分断面図である。

符号の説明

１０，１１、ブラケット
１０ａ、１１ａ、ブラケット円筒部
１０ｂ、吸気口
１１ｂ、排気口
１０ｃ、１１ｃ、ブラケット底部
１０ｄ、１１ｄ、ブラケット内周面
１２、 回転軸
１３、１４、軸受
１５、 ファン
１５ａ、羽根部
１６、 ロータ
１７、 ステータ
１７ａ、ステータ端面
１６ａ、１７ｂ、貫通孔
１８、 コイルエンド
１８ａ、コイルエンドの外周面
１８ｂ、コイルエンドの端面
２０、２１、遮風リング
２３、２４、突起部
２５、２７、開口部
２６、 薄板
２６ａ、円筒部
２６ｂ、底部
Ａ、 ギャップ空間
Ｂ、 ステータ端面１７ａとコイルエンド１８の間の空間
Ｃ、 コイルエンド１８とブラケット１０の間の空間
Ｄ、 コイルエンド１８とブラケット１１の間の空間
Ｅ、 ダクト

Claims (4)

1. フレーム内の回転軸に固定されたロータとコイルを巻き付けられたステータとを備える電動機において、
   前記ステータの一端側に吸気口を設け、
   前記ステータの他端側には回転軸の半径方向に開口する排気口及び排気口側に送風するファンを設け、
   前記コイルのコイルエンド部と前記ステータの端面との間に形成される空間及び前記コイルエンド部の外周面と前記フレーム内周面との間に形成される空間に接続する前記吸気口側から前記排気口側に至る通気孔を開通し、
   前記コイルエンド部の外周面と前記フレーム内周面との間に形成される空間を遮蔽部材によって遮蔽し、前記通気孔を前記コイルエンド部と前記ステータの端面との間の空間を介して排気口に連通したことを特徴とする電動機。
2. 前記通気孔は前記ステータに設けた貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記通気孔は前記電動機のフレーム周面に設けたダクトであることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記遮蔽部材は弾性部材で構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電動機。

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