JP2008301646A - モータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却液用の流路の確保が容易なモータ冷却装置を提供する。
【解決手段】 ハウジングの側面外側に前記回転軸の軸方向に沿って螺旋状に成形した流路形成部材を巻き付け固定し、流路形成部材を間に介在させて、ハウジングの側面を外側から覆う冷却ジャケットを設け、冷却ジャケットと流路形成部材およびハウジング間に螺旋状の冷却液用の流路を形成するとともに、螺旋状の流路の一端に冷却液流入口を設け、当該流路の他端に冷却液排出口を設けて構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの冷却構造に係り、詳しくは、冷却液体の流路を確保することが容易なモータの冷却装置に関するものである。

工作機械の主軸用モータは、高速回転および高出力を要求されるため非常に加熱しやすく、これを冷却する機構が必要となる。従来から、このような高速回転かつ高出力を要求されるモータの冷却構造としては、外部冷却式（ジャケット式）が知られている（特許文献１参照）。
特公平８−１０９７８号公報

前記特許文献１記載のジャケット式冷却構造は、固定子鉄心を固定的に収容、支持すると共に回転子鉄心を回転可能に収容、支持するハウジングを備え、このハウジングの外周面はジャケットにより覆われ、ジャケットの内周面には、ハウジングを冷却するための冷却液を流す螺旋溝が形成されている。

前記螺旋溝の一端には冷却液の供給口が設けられ、また、他端には冷却液の排出口が設けられ、冷却液をこの供給口から螺旋溝内を通流させて排出口へ循環供給することにより、モータをハウジング外部から冷却するものである。

しかしながら、前述の冷却構造は、ハウジング外周面に取り付けるジャケットの内周面に螺旋溝を形成しなければならない。当該溝加工は通常、バイト等の切削工具により電動加工されるが、円筒状をなすジャケットの内周面に螺旋状に溝加工を施すことは、内周面を加工する特別な装置を用意するか、若しくは、単純にバイトを利用して電動加工する場合は、バイトをジャケットの内側に進入させた状態で、ジャケットの内周面にバイトの刃先が向くように所定角度で起立させて配置しなければならず、加工が非常に困難であるとともに、ジャケットの内径が小径である場合は、溝加工が不可能になる問題点もあった。

上記問題点を解消するため、ジャケットの内周面に螺旋状の溝加工を形成することに代えて、ハウジングの外周面に螺旋溝を施す方法もある。この方法によれば、ハウジングの外径に関係なくバイト等の切削工具を利用して、溝加工を確実に行うことができる。

然るに、ハウジングの外周面に溝加工を行う場合であっても、溝を螺旋状に形成することは、切削スピードを適切に設定して切削加工しなければ、バイト等の切削工具が損傷する可能性があり、問題であった。

そこで、本発明は、斯かる問題点を解決するべく、螺旋溝の切削加工が不要で、かつ、冷却液の流路を容易に確保することのできるモータの冷却装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、回転可能に支承された回転子軸と、該回転子軸に取り付けられた回転子鉄心、該回転子鉄心を囲繞する固定子鉄心を内部に収容し、略円筒状に形成したハウジングを備えて構成される電動機において、前記ハウジングの側面外側に前記回転子軸の軸方向に沿って螺旋状に成形した流路形成部材を巻き付け固定するとともに、当該流路形成部材を間に介在させて、前記ハウジングの側面を外側から覆う冷却ジャケットを設け、当該冷却ジャケットと流路形成部材およびハウジング間に螺旋状の冷却液用の流路を形成するとともに、当該螺旋状の流路の一端に冷却液流入口を設け、当該流路の他端に冷却液排出口を設けて構成した。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記流路形成部材は、モータの磁気的特性に悪影響を与えることのない非磁性体によって構成した。

請求項１記載の発明によれば、モータの固定子鉄心の外周に取り付けられる円筒状のハウジングの外周側面に、螺旋状に成形した流路形成部材を嵌合し、当該流路形成部材を外部から覆うように、冷却ジャケットを取り付けることにより、当該冷却ジャケットと前記ハウジングとの間において、螺旋状の流路形成部材が介在することにより螺旋状の冷却液流路を確保する構成であるので、従来の如く、モータのハウジングの外周面に螺旋溝を形成したり、冷却ジャケットの内側に螺旋溝を形成する必要は無く、冷却液の流路形成するための加工が不要となり、非常に有効である。

請求項２記載の発明によれば、モータの固定子鉄心外周に具備するハウジングの外周面に取り付ける流路形成部材に非磁性体を採用することにより、モータの駆動に悪影響を及ぼす磁気的共振を阻止することができ、モータの駆動特性に悪化させることなく、モータを確実に冷却することができ、非常に効果的である。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５により説明する。図１は例えば、工作機械の主軸用等の用途に利用されるサーボモータ（以下、単にモータという）Ａの一形態を示す縦断面図であり、図１において、１は固定子鉄心、２は固定子鉄心１に巻装されて回転磁界を形成する固定子巻線（図示せず）が、前記固定子鉄心１の両端部から外部へ突出したコイルエンドを示している。

３は固定子鉄心１と図示しない固定子巻線からなる固定子４が圧入・固定されるモータ枠体としてのハウジングであり、５は該ハウジング１の両端開口部にボルト等の固定部材５ａ，５ｂによって螺着・固定される略円盤状のエンドブラケットである。

６ａ，６ｂは前記エンドブラケット５の中央部に、前記ハウジング１の内側へ向けて突出させて形成した軸受保持部であり、７ａ，７ｂは当該軸受保持部６ａ，６ｂ内に圧入・固定することにより嵌合・保持される軸受を示している。

８は前記固定子４の中空部に配置される回転子であり、当該回転子８は回転子軸９の所定位置に焼嵌等により回転不能に固着した回転子鉄心１０と、該回転子鉄心１０の外周面の中央部を周方向に穿設することにより形成した磁石保持部１１に、その周方向端面同士が当接する状態で複数配設した回転子磁石１２によって概略構成されている。

なお、前記エンドブラケット５の中央部には、前記軸受保持部６ａ，６ｂの内側に、前記回転子軸９が貫通する貫通孔１３が形成されており、回転子軸９は当該貫通孔１３に挿通した状態で、一対の軸受７ａ，７ｂによって回転自在に枢支されている。

１４は前記回転子軸９の中央部において前記固定子鉄心１０との間に嵌合・固着されて、回転子軸９がハウジング１内から抜落することを防止する鍔部１５を備えた略円筒形状の脱落防止部材である。

また、図１に示すＡはハウジング１の外周面に取り付けられる本発明に斯かるモータ冷却装置の主要素としてのモータ冷却機構（以下、単に冷却機構という）を示している。以下に、前記冷却機構Ａの構造について詳細に説明する。

前記冷却機構Ａは、ハウジング１の外周面上に取り付けられるスパイラル形状（螺旋形状）の部材（以下、螺旋部材という）１６と、該螺旋部材１６の外側に嵌合されるジャケット部材（以下、冷却ジャケットという）１７から概ね構成されている。

前記螺旋部材１６は、例えば、鋼や非鉄金属等によって形成することが一般的である。当該螺旋部材１６に上記金属部材を採用することによって、当該部材は比較的容易にスパイラル形状に成形することが可能となる。換言すれば、スパイラル形状に成形加工することが容易であれば、採用する金属材料は、例えば、炭素鋼や合金鋼、銅合金やニッケル合金、その他であっても良い。

一方、前記冷却ジャケット１７は、ハウジング３同様、両端開口部を備えた略円筒形状に形成されており、ハウジング３にエンドブラケット５を固定部材５ａ，５ｂによって固定することにより、当該エンドブラケット６に両端開口部を保持されて、ハウジング３からその軸線方向に抜脱することのないように固定されている。

１８は、前記冷却ジャケット１７の一方の開口部（図１の右側）の近傍に形成されて、当該冷却ジャケット１７の外部と、冷却ジャケット１７およびハウジング３間に前記螺旋部材１６が介在することによって形成される隙間とを連通する冷却液流入口であり、１９は前記冷却ジャケット１７の他方の開口部（図１の左側）の近傍に形成され、冷却ジャケット１７の外部と、冷却ジャケット１７およびハウジング３間に螺旋部材１６が介在することによって形成される隙間とを連通する冷却液排出口を示している。

２０は前記ハウジング３の両端開口部近傍にある外周面の一部を穿設することにより形成した嵌合溝２１に嵌合されるＯリングであり、冷却ジャケット１７をハウジング３の外側に嵌合した状態で、当該ハウジング３の外周面に穿設した嵌合溝２１と冷却ジャケット１７の内周面間を水密に密封している。

次に、本発明のモータ冷却装置Ｂを組立てる場合について説明する。はじめに、固定子巻線（図示せず）を巻装した固定子鉄心１をハウジング３の開口部からその内部に圧入・固定する。つづいて、前記固定子鉄心１の回転子挿入孔１ａに前記回転子８を回転自在に挿入する。

そして、前記回転子軸９の軸方向中央部に圧入・固定した軸受７ａ，７ｂを、該回転子軸９の先端をエンドブラケット５の中央部に形成した貫通孔１３から外方に突出させた状態で、軸受保持部６ａ，６ｂ内に圧入・固定した軸受７ａ，７ｂにて回転可能に枢支する。

一方、前記螺旋部材１６は、図示しない成形加工機を利用して、例えば、鋼や非鉄金属等の金属部材をスパイラル形状に成形加工する。このとき、螺旋部材１６をスパイラル形状となす場合の径寸法は前記ハウジング３の外径を考慮して、ハウジング３の外径と比較して若干大きな径寸法になるように成形加工する。

つづいて、スパイラル形状に成形加工した螺旋部材１６を、図２，図３に示すように、ハウジング３の外周面に取り付ける。前述したように、螺旋部材１６の径寸法はハウジング３の外径と比較して若干小さく形成されているので、前記螺旋部材１６をハウジング３の外周面に取り付ける場合は、当該螺旋部材１６をその螺旋状の巻回方向とは逆向きに捻って、一旦、螺旋部材１６の径寸法をハウジング３の径寸法より若干大きく変形させた状態で、当該螺旋部材１６をハウジング３の外周面にその長手方向から簡単に嵌合することにより取り付ける。

その後、螺旋部材１６の捻れ状態を解消することにより、当該螺旋部材１６は最初の径寸法、すなわち、ハウジング３の径寸法と比較して若干小さい径寸法に復帰することにより、当該螺旋部材１６はハウジング３の外周面に自身の締め付け力によって抜落することなく取り付けられる。

また、前記螺旋部材１６を嵌合するハウジング３上の位置は、当該ハウジング３の外周面に穿設した嵌合溝２１内に嵌合した一対のＯリング２０の中間位置とする（図３参照）。次に、図４に示すように、螺旋部材１６をハウジング３の外周面に嵌合した状態で、その外側に冷却ジャケット１７を取り付ける。

前記冷却ジャケット１７は中空円筒形状をなし、その内径は螺旋部材１６を外嵌したハウジング１の外径と略同一径で構成されている。したがって、前記冷却ジャケット１７を螺旋部材１６を取り付けたハウジング３に外嵌する場合は、ハウジング３の外周面で螺旋部材１６が滑動（スライド）することのないように固定した状態で、冷却ジャケット１７の内周面にて螺旋部材１６の外表面を摺接させつつスライドさせて外嵌することにより（図４，５参照）、ハウジング３の外周面に嵌合したＯリング２０と冷却ジャケット１７間が、図１に示すように水密に保持されるように取り付ける。

このようにして、ハウジング３の外側に冷却ジャケット１７を嵌合したら、図１に示す略円盤形状のエンドブラケット５を、ハウジング３および冷却ジャケット１７の両端開口部を閉塞するように当接させた状態で、エンドブラケット５に形成したボルト挿入孔２２内に固定部材５ａ，５ｂを螺合させる。

これにより、固定部材５ａ，５ｂの先端は、ハウジング３の螺合孔２３に螺合し、エンドブラケット５とハウジング３を別離不能に一体的に固定する。この結果、ハウジング３の外側に嵌合された冷却ジャケット１７は一対のエンドブラケット５の外周縁付近により挟持され、当該エンドブラケット５間に揺動不能に固定されて、図１に示すモータ冷却装置Ｂの組み立ては終了する。

次に、本発明のモータ冷却装置Ｂの動作について説明する。前記冷却ジャケット１７に形成した冷却液流入口１８から冷却油等（以下、単に冷却液という）が流入すると、冷却液はハウジング３と冷却ジャケット１７間に介在した螺旋部材１６によって形成されるスパイラル状の隙間（以下、流路という）を通り、ハウジング３の外周面を螺旋状に回転しながら、図１に示す右側から左側へ流れていく。

これにより、図１に示す電動機はハウジング３の外周面が冷却液の流路に沿って確実に冷却され、その後、当該流路を流通した冷却液は冷却ジャケット１７に形成した冷却液排出口１９から冷却ジャケット１７の外部へ排出された後、適宜回収される。

したがって、図１に示す電動機を、例えば、工作機械の主軸用モータとして高速回転および高出力を要求される用途に使用する場合で、当該電動機は、スパイラル状の流路を通る冷却液によってハウジング３を外部から確実に冷却することが可能となるので、高速回転／高出力によって加熱して、電動機に予期せぬ不具合を生じたり、故障するといった問題を確実に防止することができる。

また、前記冷却液流入口１８から流入された冷却液は、前記流路とは逆方向のハウジング３と冷却ジャケット１７間の隙間に若干量侵入することも危惧されるが、当該ハウジング３と冷却ジャケット１７間には、嵌合溝２１に嵌合したＯリング２０の存在により、ハウジング３と冷却ジャケット１７の隙間から外部へ冷却液が滲出することを確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明のモータ冷却装置は、ハウジング３と冷却ジャケット１７間の流路を、ハウジング３の外周面や冷却ジャケット１７の内周面をスパイラル形状に穿設することにより形成することなく、鋼等の金属部材をスパイラル形状に成形加工して螺旋部材１６を形成し、螺旋部材１６をハウジング３の外周面に取り付けて、当該螺旋部材１６を外部から覆うように冷却ジャケット１７を嵌合することによって、ハウジング３と冷却ジャケット１７間にスパイラル形状の流路を形成するので、流路の形成が従前と比べて容易になるといった優れた効果がある。

すなわち、従来は、冷却ジャケット１７の内周面に螺旋溝を形成する場合、特別な装置（切削機構）やバイト等の切削工具を利用して電動で溝加工していたが、前述の特別な装置を用意する迂遠さや、円筒形状をなすジャケット１７の内周側にバイトを進入させ、かつ、ジャケット１７の内周面にバイトの刃先が向くように所定角度起立しなければならないといった問題点を確実に解消することができ、また、ジャケット１７が小径である場合に、溝加工が不可能になることもなく、非常に利便である。

また、ハウジング３の外周面に溝加工する場合のように、バイトの切削スピードをハウジング３に採用される材質等を考慮して適切に設定する必要もなく、以って、バイト等の切削工具が切削スピードの不適合等に起因して損傷等することを確実に阻止することができる。

なお、本発明のモータ冷却装置は、前述したように、モータＢのハウジング３に外嵌する螺旋部材１６を鋼や非鉄金属等によって構成する場合に限定されることなく、例えば、合成樹脂等の非磁性体によって形成することにより、モータの磁気的特性に悪影響が及ぶことを回避するように構成しても良い。すなわち、モータの使用態様（用途）や螺旋部材１６をスパイラル形状に成形する際の製造上の便宜を考慮して、適宜適切な材料を選択して採用すれば良い。

鋼等の金属部材や、合成樹脂等の非磁性体をスパイラル形状に成形加工して、電動機のハウジングと冷却ジャケット間に介在させることにより、ハウジングと冷却ジャケット間にスパイラル状の流路を形成することができるので、従前のように、流路を切削機構を利用して溝加工する場合のように、切削機構に付属する切削工具が種々の要因により損傷等する問題を確実に解消することができる。

本発明のモータ冷却装置を示す縦断面図である。 前記モータ冷却装置のハウジングに螺旋部材を取り付ける場合を説明する斜視図である。 前記ハウジングに螺旋部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 前記螺旋部材を取り付けたハウジングに冷却ジャケットを取り付ける場合を説明する斜視図である。 前記螺旋部材を取り付けたハウジングに冷却ジャケットを取り付けた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ エンドコイル
３ ハウジング
４ 固定子
５ エンドブラケット
５ａ，５ｂ 固定部材（ボルト）
６ａ，６ｂ 軸受保持部
７ａ，７ｂ 軸受
８ 回転子
９ 回転子軸
１０ 回転子鉄心
１１ 磁石保持部１１
１２ 回転子磁石
１３ 貫通孔
１４ 脱落防止部材
１５ 鍔部
１６ 螺旋部材
１７ 冷却ジャケット
１８ 冷却液流入口
１９ 冷却液排出口
２０ Ｏリング
２１ 嵌合溝
２２ ボルト挿入孔
２３ 螺合孔

Claims (2)

1. 回転可能に支承された回転子軸と、該回転子軸に取り付けられた回転ロータ、該回転ロータを囲繞するステータを内部に収容し、略円筒状に形成したハウジングを備えて構成される電動機において、前記ハウジングの側面外側に前記回転子軸の軸方向に沿って螺旋状に成形した流路形成部材を巻き付け固定し、かつ、当該流路形成部材を間に介在させて、前記ハウジングの側面を外側から覆う冷却ジャケットを設け、当該冷却ジャケットと流路形成部材およびハウジング間に螺旋状の冷却液用の流路を形成するとともに、当該螺旋状の流路の一端に冷却液流入口を設け、当該流路の他端に冷却液排出口を設けて構成したことを特徴とするモータ冷却装置。
2. 前記流路形成部材は、非磁性体よりなることを特徴とする請求項１記載のモータ冷却装置。

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