JP2009050095A - 回転電機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機を小型化でき、安価で、設置の際の配線作業性の良い回転電機装置を提供する。
【解決手段】ロータ及びステータを有する回転電機１と、この回転電機に対して別置され、該回転電機に電力を供給する電源ユニット２と、この電源ユニット及び上記回転電機を接続するように設けられ上記回転電機から発生した熱を上記電源ユニットに移送する冷媒流路１３と、上記電源ユニットに設けられ上記回転電機から移送された熱を上記電源ユニット内部の空気と共に該電源ユニットの外部に排出させる冷却ファン１１とを備えるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機を電動機として用いるときに該回転電機に電力を供給する電源ユニットを備えた例えばサーボモータなどとして好ましく用いることのできる回転電機装置に関する。

従来の回転電機装置として、電動機内部に設けられた冷媒流路に外部からエア供給用パイプを用いて強制空冷用の冷却風を供給し、電動機を冷却した冷却風を電動機の外部に排気するようにしたもの（例えば特許文献１参照）や、回転電機の内部に冷媒循環流路を設け、冷媒循環用のポンプにより冷媒を循環させて回転電機を冷却するもの（例えば特許文献２参照）などが知られている。

特開２００３−９４５５号公報（第１頁、図１） 特開２００６−１８７１０５号公報（第１頁、図１）

上記特許文献１に示されるような先行技術では、冷却風の供給源が必要となり、その費用も必要となる問題点があった。また回転電機を設置する際に冷却風の供給源における配線作業も発生するため作業数が多いといった問題点もあった。
また、特許文献２に示されるような先行技術では、冷媒循環流路に冷媒を循環させるためのポンプが必要となり、該ポンプの費用も必要となる問題点があった。また、設置の際にポンプに係る配線作業も発生するため作業数が多いといった問題点もあった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、費用の発生が少なく従って安価で、配線作業も少なく構成が簡素な回転電機装置を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機装置は、ロータ及びステータを有する回転電機と、この回転電機に対して別置され、該回転電機に電力を供給する電源ユニットと、この電源ユニット及び上記回転電機を接続するように設けられ上記回転電機から発生した熱を上記電源ユニットに移送する冷媒流路と、上記電源ユニットに設けられ上記回転電機から移送された熱を上記電源ユニット内部の空気と共に該電源ユニットの外部に排出させる冷却ファンとを備えたものである。

この発明によれば、回転電機から発生した熱を冷媒流路によって電源ユニットに移送し、電源ユニットに設けられた冷却ファンを、電源ユニット内の放熱と回転電機の冷却に共用するようにしたので、回転電機側に冷却専用ファンが不要となる。また、回転電機側における冷却ファンの取り付け、配線作業も必要がなくなる。このため、回転電機を簡素で小型化でき、配線作業性も良く、安価な回転電機装置が得られる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機装置の要部を模式的に示す断面図である。図において、回転電機装置は回転電機としての電動機１と、この電動機１に対して別置された制御用の電力を供給する電源ユニット２と、後述する冷却手段から構成されている。電動機１はロータ３とこのロータ３を隙間を介して囲繞するように配置され、ハウジング４に固定されたステータ５と、ロータ３の負荷側（図の左側）に配置され、ロータ軸３ａを回転自在に支持すると共にハウジング４の一側に固定された負荷側支持部材６と、反負荷側（図の右側）に配置されロータ軸３ａを回転自在に支持すると共にハウジング４の他側に固定され、あるいはハウジング４と一体に形成された反負荷側支持部材７により構成されている。上記ステータ５にはロータ軸３ａ方向にステータ５を貫通する複数の冷媒通路８が、反負荷側支持部材７には冷却風吸入口９が、ハウジング４の一側には通風口１０がそれぞれ設けられている。なお、この実施の形態１は電動機１がサーボモータの場合を例示しているが、ロータ３の回転位置を検出するセンサ類、配線等は図示省略している。

上記電動機１を駆動制御するための電源ユニット２内には、図示省略している制御回路等の回路部品と、その回路部品から発生する熱を電源ユニット２の外部に排出するための冷却ファン１１と、この冷却ファン１１を駆動する例えばＤＣモータなどの駆動源１２などが具備されている。そして、上記電動機１と電源ユニット２との間には電動機１から発生した熱を電源ユニット２に移送する冷媒流路としての通風パイプ１３が相互を結ぶように配設されている。該通風パイプ１３の一端部は電動機１の通風口１０に接続され、他端部は、電源ユニット２の筐体内部に導入され冷却ファン１１の負圧側の吸入流路近傍に通風パイプ開口端１３ａを向けて配置され、通風パイプ１３からなる冷媒流路は、通風口１０、冷媒通路８を介して冷却風吸入口９に連通されている。なお、通風口１０はハウジング４または負荷側支持部材６または反負荷側支持部材７の少なくとも１つ以上に少なくとも１ヶ所以上設けられる。

上記通風パイプ開口端１３ａの流路断面積は、通風パイプ１３の中央部の流路断面積に比べて末広がりに大きくなるように構成されている。なお、通風パイプ１３には弾性を有するパイプ材が用いられ、その流路断面積は電動機１の温度を設定された所定の上限値以下に保持するのに必要な空気流量を確保し得る寸法に選ばれている。また、通風パイプ１３と、電源ユニット２から電動機１に駆動電力を供給する電力供給ケーブル１４と、通風パイプ１３と電力供給ケーブル１４以外に電源ユニット２と電動機１とを結ぶ図示しない配線類、配管のすべては、チューブ１５により１つに結束されている。この実施の形態１においては、冷却手段は上記冷却ファン１１、駆動源１２、通風パイプ１３、冷媒通路８、冷却風吸入口９、及び通風口１０などによって構成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。電源ユニット２の図示省略している電源がＯＮ（オン）され稼動状態にあるとき、冷却ファン１１は駆動源１２により回転され、電源ユニット２内の空気を電源ユニット２の外部に排出すると共に、通風パイプ開口端１３ａ部分に負圧を生じさせる。これにより、電動機１に設けた冷却風吸入口９から冷却用の冷媒である外気が電動機１内に流入し、矢印で示すように冷媒通路８又はロータ３とステータ５との隙間を通ってステータ５を冷却し、通風口１０から通風パイプ１３に入って通風パイプ開口端１３ａから冷却ファン１１により吸い出され、電源ユニット２外部に電源ユニット２内の空気と共に図中の矢印で示すように排出される。

上記のように実施の形態１によれば、電源ユニット２内の１台の冷却ファン１１で、電源ユニット２と電動機１の両方を冷却でき、電動機１には冷却用ファンが不要となるため回転電機装置を安価に構成でき、かつ電動機１を小型化できる。また、１台の冷却ファンを共用するようにしたため、電動機１、電源ユニット２各々が冷却ファンを有する場合に比べて冷却ファンに関する配線数が半分で済むため、作業性が向上する。また、電源ユニット２内部に設けられた通風パイプ開口端１３ａを、冷却ファン１１の背面側の負圧を生じている吸入流路近傍に配置したので電動機１内への空気の吸入が確実に行なわれ、しかも上記通風パイプ開口端１３ａの断面積を、通風パイプ１３の中央部の断面積に比べて大きくしたため、大きくしない場合に比べて電動機１内部から通風パイプ１３を通して冷却ファン１１により吸入される空気の吸入効率が向上するため、電動機１の冷却効率が向上する。

さらに、通風パイプ１３として、弾性を有するパイプ材を用いたので、配管の自由度が向上し配管の作業性が良い。また、電源ユニット２と電動機１とを結ぶ全ての配線、配管をチューブ１５により１つに束ねたため、電動機１及び電源ユニット２を設置する際の作業性が良く見映えも良くできる。また、複数の冷媒通路８をステータ５を軸方向に貫通するように設けたことにより、ステータ５又はハウジング４の内部からも冷却ができるため、冷却効率が向上する。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図である。この実施の形態２は、上記実施の形態１の通風パイプ１３からなる冷媒流路中に送風ポンプ１６を介装したものである。該送風ポンプ１６は電源ユニット２の内部における通風パイプ１３の管路中に介装され、冷却ファン１１用の駆動源１２の回転軸１２ａに設けられたプーリとベルトとから構成される動力伝達手段１７によって駆動されるように接続されており、駆動源は冷却ファン１１用の駆動源１２と共用されている。なお、上記送風ポンプ１６は、通風パイプ１３を通して電動機１内の空気を吸入する向きに動作する。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２によれば、通風パイプ１３の途中に送風ポンプ１６を設けたため、電動機１内からの冷却用冷媒である空気（外気）の吸入効率が向上し、電動機１の冷却効果が更に向上する。また、送風ポンプ１６の駆動源を冷却ファン１１の駆動源１２と共用するようにしたので、送風ポンプ１６用の専用駆動源を設ける必要なく送風ポンプ１６を駆動でき、送風ポンプ１６専用に駆動源を設ける場合に比べて安価に構成できる。なお、冷却ファン１１が、送風ポンプ１６用の駆動源（図示せず）から動力伝達手段１７を介して駆動される構成としても良い。さらに、上記動力伝達手段１７はプーリとベルトの組み合わせに限定されるものではなく、例えば歯車、チェーンとスプロケット、又は回転軸１２ａとポンプとを直結したもの（何れも図示せず）などとしても良い。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図である。図において、回転電機としての電動機１Ａと電源ユニット２Ａとの間には、冷媒が循環される冷媒流路（循環流路）１８が設けられ、この冷媒流路１８における電源ユニット２Ａの筐体内部部分に上記冷媒を矢印で示すように循環するための循環ポンプ１９が介装されている。上記冷媒流路１８は、電源ユニット２Ａ内部に配設された放熱部を構成する第１流路部１８ａと、この第１流路部１８ａの一端部（吐出側）及び上記電動機１Ａの負荷側に設けられた冷媒供給口２１を接続する第２流路部１８ｂと、上記冷媒供給口２１及び電動機１Ａの反負荷側に設けられた冷媒排出口２２を連通する、ステータ５を軸方向に貫通して設けられた複数の冷媒通路２０と、上記冷媒排出口２２及び上記電源ユニット２Ａの第１流路部１８ａの他端部を接続する第３流路部１８ｃからなっている。

なお、冷媒流路１８は外気から密閉されており、その内部には水などの冷媒が密封されている。該冷媒の種類は特に限定されるものではなく、例えば不凍液や防錆材などが混入された水溶液、アルコール類、冷却油、冷凍サイクルに使用される各種の冷媒類等、公知の液体冷媒などは何れも好ましく用いることができる。上記放熱部を構成する第１流路部１８ａは、上記電源ユニット２Ａの内部で、冷却ファン１１による空気の吸入流路（通流経路）内に配置されており、その外周面には必要に応じて放熱フィン（図示省略）などを設けても良い。

また、冷媒流路１８には弾性を有するパイプ材が好ましく用いられている。さらに、上記冷媒流路１８と、電源ユニット２Ａから電動機１Ａに駆動電力を供給する電力供給ケーブル１４、冷媒流路１８と電力供給ケーブル１４以外に電源ユニット２Ａ及び電動機１Ａを結ぶ図示しない配線、及び配管の全てとは、チューブ１５Ａにより１つに結束されている。なお、冷媒供給口２１と冷媒排出口２２は位置を逆にし、あるいは冷媒の循環方向を逆にしても良く、また、循環ポンプ１９は冷媒流路１８内であれば他の位置に設けても差し支えない。その他の符号は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態３においては、冷媒流路１８に封入された冷媒は、循環ポンプ１９により図中矢印で示すように循環流動される。具体的には、循環ポンプ１９によって付勢され第２流路部１８ｂに流入した冷媒は、ハウジング４に設けられた冷媒供給口２１から電動機１Ａ内部に流入し、ステータ５に軸方向に設けられた複数の冷媒通路２０を通るときにステータ５を冷却し、冷媒排出口２２から電動機１Ａ外部に出て第３流路部１８ｃを通流し、電源ユニット２Ａ内部で放熱部を構成する第１流路部１８ａを通流し、循環ポンプ１９に至る。そして、第１流路部１８ａを通流するときに冷却ファン１１によって冷却される。

上記のように実施の形態３によれば、電源ユニット２Ａ内に設けられた１台の冷却ファン１１で、電源ユニット２Ａと電動機１Ａの両方を冷却でき、電動機１Ａ側には冷却用ファンが不要となるため安価に構成でき、かつ電動機１Ａを簡素で小型化できる。また、１台の冷却ファン１１を共用するため、電動機１Ａ、電源ユニット２Ａ各々が冷却ファンを有する場合に比べて冷却ファンに関する配線数が半分で済むことになり、設置の際の作業数を少なくすることができる。また、冷媒流路１８を閉じた循環流路としたため、空気よりも冷却能力の高い液体冷媒を使用することができると共に、上記電動機１Ａに冷却風を吸入する開口部を設ける必要がないため、電動機１Ａ内部への塵埃の侵入を防止できる。

さらに、電源ユニット２Ａ内部で、冷媒流路１８を冷却ファン１１による冷却風の通流経路に配置したため、冷媒流路１８内の冷媒を効率良く冷却できるため、電動機１の冷却効果が向上する。さらに、冷媒流路１８には弾性を有するパイプ材を用いたので、配管の自由度が向上し配管の作業性が良い。また、電源ユニット２Ａと電動機１Ａとを結ぶ全ての配線、配管をチューブ１５Ａによって１つに束ねたため、電動機１Ａ及び電源ユニット２Ａを設置する際の作業性が良く、見映えも良くできる。なお、実施の形態３では電動機１Ａ部分における冷媒流路として、ステータ５を貫通して設けられた複数の冷媒通路２０を用いるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば負荷側支持部材６、反負荷側支持部材７に設ける形態とし、あるいはハウジング４の外周部に冷媒を通流させるパイプを巻き付けるようにしても良い（何れも図示省略）。

実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図である。図において、電源ユニット２Ａ内部の第１流路１８ａに介装された循環ポンプ１９は、回転軸１２ａとプーリ及びベルトから構成される動力伝達手段１７Ａを介して接続されており、駆動源１２Ａは、上記循環ポンプ１９の駆動源ともなっている。その他の構成は実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
上記のように構成された実施の形態４によれば、冷却ファン１１の駆動源１２Ａを循環ポンプ１９の駆動源と共用するようにしたので、循環ポンプ１９用の専用駆動源を設ける必要がないため、循環ポンプ専用の駆動源を設ける場合に比べて安価に構成できる。なお、冷却ファン１１が、循環ポンプ１９用の駆動源（図示せず）から動力伝達手段１７Ａを介して駆動される構成としても良い。さらに、上記動力伝達手段１７Ａは、歯車、チェーンとスプロケット、又は冷却ファン回転軸とポンプとを直結（いずれも図示せず）としても良い。

なお、上記実施の形態では、この発明をサーボモータに用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、サーボ機能をもたない電動機、発電機、発電電動機などの回転電機にも同様に用いることができることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態２による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態３による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態４による回転電機装置の要部を模式的に示す断面図。

符号の説明

１、１Ａ 電動機（回転電機）、 ２、２Ａ 電源ユニット、 ３ ロータ、 ３ａ ロータ軸、 ４ ハウジング、 ５ ステータ、 ６ 負荷側支持部材、 ７ 反負荷側支持部材、 ８ 冷媒通路、 ９ 冷却風吸入口、 １０ 通風口、 １１ 冷却ファン、 １２、１２Ａ 駆動源、 １２ａ 回転軸、 １３ 通風パイプ（冷媒流路）、 １３ａ 通風パイプ開口端、 １４ 電力供給ケーブル、 １５、１５Ａ チューブ、 １６ 送風ポンプ、 １７、１７Ａ 動力伝達手段、 １８ 冷媒流路、 １８ａ 第１流路部、 １８ｂ 第２流路部、 １８ｃ 第３流路部、 １９ 循環ポンプ、 ２０ 冷媒通路、 ２１ 冷媒供給口、 ２２ 冷媒排出口。

Claims (11)

1. ロータ及びステータを有する回転電機と、この回転電機に対して別置され、該回転電機に電力を供給する電源ユニットと、この電源ユニット及び上記回転電機を接続するように設けられ上記回転電機から発生した熱を上記電源ユニットに移送する冷媒流路と、上記電源ユニットに設けられ上記回転電機から移送された熱を上記電源ユニット内部の空気と共に該電源ユニットの外部に排出させる冷却ファンとを備えたことを特徴とする回転電機装置。
2. 上記回転電機は冷媒としての外気を吸い込む冷却風吸入口と、この冷却風吸入口を上記冷媒流路の一端部に連通する通風口を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機装置。
3. 上記冷媒流路の他端部は上記冷却ファンの負圧側に開口されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機装置。
4. 上記冷媒流路の他端部は、開口端に向けて断面積が大きくなるように末広がりに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の回転電機装置。
5. 上記冷媒流路に、冷媒を上記回転電機から上記電源ユニット方向に付勢するための送風ポンプが介装されていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の回転電機装置。
6. 上記送風ポンプの駆動源は上記冷却ファンの駆動源と共用されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機装置。
7. ロータ及びステータを有する回転電機と、この回転電機に対して別置され、該回転電機に電力を供給する電源ユニットと、この電源ユニット及び上記回転電機の間で冷媒を循環するように設けられた冷媒流路と、この冷媒流路に介装された冷媒を循環する循環ポンプと、上記電源ユニットに設けられ上記回転電機から移送された熱を上記電源ユニット内部の空気と共に該電源ユニットの外部に排出させる冷却ファンとを備えたことを特徴とする回転電機装置。
8. 上記冷却ファンの駆動源を、上記循環ポンプの駆動源と共用したことを特徴とする請求項７に記載の回転電機装置。
9. 上記ステータは、軸方向に貫通された冷媒通路を有していることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れかに記載の回転電機装置。
10. 上記冷媒流路として、弾性を有するパイプを用いたことを特徴とする請求項１から請求項９までの何れかに記載の回転電機装置。
11. 上記冷媒流路は、上記電源ユニット及び上記回転電機を接続する電気系統の配線と一体に束ねられていることを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れかに記載の回転電機装置。

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