JP2014136997A - 汚れ固着防止機能を有するファンモータおよびファンモータを有する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータの内部への粉塵等の固着を防止する。
【解決手段】ファンモータ１１０，１２０は、固定子１０と、固定子１０の周囲に配置された円筒部２２および円筒部２２の外周面から径方向に突設された周方向複数のブレード２３を有し、軸線Ｌ０を中心に回転して気体を送風する回転子２０と、固定子１０の側方に配置された円板部３１、ブレード２３の周囲に配置されたシュラウド部３２、および円板部３１の外周縁部から径方向に延在し、ブレード２３の側方において円板部３１とシュラウド部３２とを接続する周方向複数のステイ３３とを有するハウジング３０とを備える。ステイ３３は、ブレード２３よりも気体の送風方向の上流側に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械やロボット等に用いられる、汚れ固着防止機能を有するファンモータおよびファンモータを有する装置に関する。

一般に、工作機械やロボットは、粉塵、塵芥、切削液ミスト等が浮遊した環境下で使用される。このため、工作機械やロボットに用いられる電子部品等を冷却するためにファンモータ（冷却ファンともいう）を設ける場合、ファンモータの回転によって粉塵等の浮遊物がファンモータに集められ、ファンモータに付着する。このようにファンモータに浮遊物が付着すると、ファンモータの回転が阻害され、冷却性能が悪化する。このような冷却性能の悪化を防ぐため、従来、ファンモータの近傍にノズルを設け、ノズルから圧縮空気を噴射することにより、ファンモータに付着した浮遊物を除去するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第４７７５７７８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のようにノズルからの圧縮空気をファンモータに噴射する構成では、ファンモータの内部、例えばモータの固定子と回転子の隙間に強制的に浮遊物が送り込まれてモータ内部に浮遊物が固着し、ファンモータの回転をかえって阻害するおそれがある。

本発明の一態様であるファンモータは、巻線を有する固定子と、固定子の周囲に配置された円筒部と、円筒部の外周面から径方向に突設された周方向複数のブレードとを有し、軸線を中心に回転して、ブレードを介して軸線と平行に気体を送風する回転子と、固定子の側方に配置された円板部と、ブレードの周囲に配置されたシュラウド部と、円板部の外周縁部から径方向に延在し、ブレードの側方において円板部とシュラウド部とを接続する周方向複数のステイとを有するハウジングとを備え、ステイは、ブレードよりも気体の送風方向の上流側に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の他の態様であるファンモータを有する装置は、上記ファンモータと、ファンモータの駆動によって発生する冷却風が通過する通路を形成する通路形成部材と、通路を通過する冷却風によって冷却される被冷却部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ブレードよりも送風方向上流側にステイを配置するようにしたので、ステイに衝突した浮遊物がモータ内部に浸入することを防止でき、モータ内部の浮遊物の固着を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係るファンモータを有する装置の概略構成を正面図。 本発明の実施形態に係るファンモータを有する装置の概略構成を示す斜視図。 図１Ａ，図１Ｂのファンモータの全体構成を示す斜視図。 図２のIII-III線に沿った断面図。 図３の矢視IV図。 本発明の実施形態の比較例であるファンモータの構成を示す斜視図。 図５のVI-VI線に沿った断面図。 図３の変形例を示す図。 図３の他の変形例を示す図。 本発明の実施形態に係るファンモータの変形例を示す斜視図。 図１Ａの変形例を示す図。 図１Ｂの変形例を示す図。 図１Ａの他の変形例を示す図。 図１Ｂの他の変形例を示す図。

以下、図１Ａ〜図６を参照して本発明の一実施形態に係るファンモータについて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ本発明の実施形態に係るファンモータを有する装置１００の概略構成を示す正面図および斜視図である。この装置１００は、粉塵、塵芥、切削液ミスト等（これらをまとめて浮遊物と呼ぶこともある）が浮遊する環境下で使用されるロボットや工作機械等に設けられる各種部品を冷却するための装置である。

図１Ａ，１Ｂに示すように、装置１００は、互いに並設された放熱器１０１およびケース１０２と、放熱器１０１，ケース１０２にそれぞれ設けられた第１ファンモータ１１０および第２ファンモータ１２０と、ファンモータ１１０，１２０により冷却される電子部品１０３とを有する。電子部品１０３は、ロボットや工作機械の駆動用モータ（例えばサーボモータ）を制御するための制御回路を含む。放熱器１０１および第２ケース１０２は、それぞれ全体が略直方体形状を呈し、放熱器１０１にケース１０２が固定されている。

放熱器１０１は、放熱器１０４を内部に有する。放熱器１０４は、側面１０１ａから反対側の側面１０１ｂにかけて延在し、かつ、上下方向に延在する略矩形状の複数の薄板状のフィン１０４ａを互いに離間して構成され（図１０Ｂ参照）、隣り合うフィン１０４ａの間に上下方向に空気通路ＡＰが形成されている。放熱器１０１の上面および下面はそれぞれ開放され、下面に吸気口１０５が、上面に排気口１０６がそれぞれ形成されている。放熱器１０１の上面には、排気口１０６に面して第１ファンモー１１０が配置され、ファンモータ１１０の回転により、図１Ａの矢印に示すように、放熱器１０１およびファンモータ１１０を通過して下方から上方へと冷却風が流れる。

ケース１０２は、上面に排気口１０７を有し、排気口１０７の下方に、排気口１０７に面して第２ファンモータ１２０が配置されている。ファンモータ１２０の下方には複数の電子部品１０３が配置されている。ファンモータ１２０が回転すると、図示しない吸気口から第２ケース１０２内に空気が吸い込まれ、排気口１０７から排出される。これにより電子部品１０３の表面に沿って空気が流れ、電子部品１０３が冷却される。

電子部品１０３は、放熱器１０１に接触して支持されている。このため、第１ファンモータ１１０の回転により放熱器１０４内の通路ＡＰを冷却風が流れると、電子部品１０３で発生した熱が放熱器１０４を介して放熱される。このように本実施形態では一対のファンモータ１１０，１２０を装置１００に設けるので、放熱器１０１を流れる空気およびケース１０２内を流れる空気によりケース１０２内の電子部品１０３を効率的に冷却することができる。

次に、本発明の実施形態に係るファンモータ１１０，１２０の構成について説明する。図２は、ファンモータ１１０，１２０の全体構成を示す斜視図（斜め上方から見た図）であり、図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。なお、図３では、ファンモータ１１０，１２０の中心軸（上下方向に延在する軸線Ｌ０）を境にして片側のみを示している。図２，３に示すように、ファンモータ１１０，１２０は、軸線Ｌ０を中心として配置された固定子１０と、軸線Ｌ０を中心に回転する回転子２０と、回転子２０の周囲に配置されたハウジング３０とを有する。

固定子１０は、複数の突極部を有する円筒状の鉄心１１と、これら突極部に巻装されて複数の固定子磁極を構成する巻線１２とを有する。回転子２０は、鉄心１１の内部に配置された軸線Ｌ０に沿って延在する回転軸２１と、軸線Ｌ０を中心として固定子１０の周囲に配置された円筒部２２と、円筒部２２の外周面から径方向に突設された周方向複数のブレード２３と、固定子の上方において、回転軸２１の上端部と円筒部２２の上端部とを接続する円板部２４とを有する。円筒部２２の内周面には、複数の回転子磁極を構成する周方向複数の永久磁石２５が装着されている。

図４は、図３の矢視IV（下方から見た図）である。なお、図４では、固定子１０と回転子２０の図示を省略している。図３，４に示すように、ハウジング３０は、固定子１０の下方に配置された円板部３１と、軸線Ｌ０を中心としてブレード２３の周囲に配置されたシュラウド部３２と、円板部３１の外周縁部から径方向に延在し、ブレード２３の下方において円板部３１とシュラウド部３２とを接続する周方向複数（図では４本）のステイ３３とを有する。円板部３１の外周面３１ｂは、円筒部２２の外周面を下方に延長した延長線上にほぼ位置する。

図３に示すように、ステイ３３は、ブレード２３に対向する上面３３１とその反対側の下面３３２とを有する。円板部３１の上面３１１には凹部３１ａが形成され、凹部３１ａに、円板部３１から支持されたプリント板３４が収納されている。すなわち、凹部３１ａはプリント板３４の収納部として機能する。円板部３１の内周縁部には、上方に向けて円筒部３５が突設され、円筒部３５の内周面に、上下一対の軸受３６が支持されている。軸受３６の内側には、回転軸２１が回転可能に支持されている。

次に、本実施形態に係るファンモータを有する装置１００の動作を説明する。以下では、切削液ミストが浮遊している環境下で装置１００を用いた場合について説明する。プリント板３４を介して固定子１０の巻線１２に駆動電流が供給されると、ファンモータ１１０，１２０が回転する。これによりファンモータ１１０，１２０の下方から空気が吸い込まれ、図２の矢印に示すように上方に吹き出される。このとき、空気の流れに伴い切削液ミストもファンモータ１１０，１２０に向かって流れる。

本実施形態では、ステイ３３をブレード２３の下方、すなわち冷却風の流れの上流側に配置している。このため、ファンモータ１１０，１２０に向かって流れた切削液ミストが、ステイ３３に衝突して回転子２０（円筒部２２）と固定子１０との間に混入することを防止できる。この点を、本実施形態の比較例であるファンモータ１３０の構成を示す図５および図５のVI-VI線に沿った断面図である図６を用いて説明する。なお、図５，６と図２，３とが異なるのはステイ３３の配置であり、図５，６において図２，３と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図５、６においては、ブレード２３の上方、すなわち冷却風の下流側にステイ３３が配置されている。この構成では、ファンモータ１３０に流入した切削液ミストがステイ３３の下面に衝突し、図６の矢印Ａに示すように、回転子２０と固定子１０との間に切削液ミストが浸入するおそれがある。モータ内部に切削液ミストが浸入して切削液ミストがモータ内部に固着すると、ファンモータ１３０の回転が阻害される。その結果、ファンモータ１３０の耐久性が低下し、電子部品１０３を長期間にわたって安定的に冷却することが困難となる。また、図５，６の構成では、ステイ３３の上面に溜まった切削液ミストが、図６の矢印Ｂに示すように、円筒部３５と回転軸２１の隙間に浸入し、軸受３６の寿命が低下するおそれがある。

この点、本実施形態では、図３に示すように冷却風の上流側にステイ３３が配置されるため、ステイ３３に衝突した切削液ミストがモータ内部に浸入することを防止でき、切削液ミストが浮遊する環境下においてファンモータ１１０，１２０を良好に回転させることができる。その結果、ファンモータ１３０の耐久性が高まり、装置１００の安定した冷却性能が得られる。また、ステイ３３はファンモータ１１０，１２０の下部に配置されているため、円筒部３５と回転軸２１の隙間に切削液ミストが浸入することも防止でき、軸受３６の寿命低下を防ぐことができる。

図７は、図３の変形例を示す図である。図７では、固定子１０とプリント板３４の周囲が非導電性の樹脂材１５によって覆われている。これにより固定子１０やプリント板３４への切削液ミストなどの付着を防止できる。この場合、回転子磁極２５と固定子１０の隙間１６ａが小さくなるため、隙間１６ａに切削液ミストが浸入すると、切削液ミストが固着しやすい。したがって、隙間１６ａへの切削液ミストの浸入を確実に防ぐ必要があり、この点で図示のようにステイ３３を冷却風の上流側に配置することが効果的である。

図８は、図３の他の変形例を示す図である。図８では、円板部３１の上面３１１およびステイ３３の上面３３１が径方向外側にかけて下方に、すなわち冷却風の送風方向の反対側に傾斜し、それぞれ傾斜部３１１ａ，３３１ａが形成されている。なお、図８では、固定子１０の周囲に樹脂材１５が設けられているが、樹脂材１５を省略してもよい。このように円板部３１とステイ３３の上面３１１，３３１にそれぞれ傾斜部３１１ａ，３３１ａを設けることで、回転子２０（円筒部２２，永久磁石２５）と円板部３１の隙間１６ｂに切削液ミストが浸入した場合に、その切削液ミストが傾斜部３１１ａ，３３１ａに沿って径方向外側に排出され、切削液ミストが隙間１６ｂに固着することを防止できる。

ブレード２３よりも冷却風の送風方向の上流側に配置されるステイ３３の構成には、上述した以外にも種々のものが考えられる。図９は、その一例を示すファンモータ１１０，１２０の斜視図（斜め下方から見た図）である。なお、図９では、ハウジング３０の図示を一部省略している。図９に示すように、ステイ３３の下面３３２は径方向全長にわたって上下方向（短手方向）に傾斜し、ステイ３３は断面三角形状を呈する。これによりステイ３３の下面３３２における空気の流れがスムーズになり、ファンモータ１１０，１２０の風量特性を向上できる。

なお、上記実施形態（図１Ａ，図１Ｂ）では、第１ファンモータ１１０を放熱器１０１の上部に配置したが、装置１００の構成はこれに限らない。図１０Ａ，１０Ｂは、図１Ａ，１Ｂの変形例を示す図である。図１０Ａ，１０Ｂでは、放熱器１０４の下部に、吸気口１０５に面して第１ファンモータ１１０が配置されている。この構成によれば、第１ファンモータ１１０により吸い込まれた空気が放熱器１０１を通過し、排気口１０６から排出される。図１Ａ，１Ｂおよび図１０Ａ，１０Ｂいずれの構成においても、軸線Ｌ０を鉛直方向に向け、かつ、ブレード２３よりもステイ３３が下方に配置されているので、切削液ミストが重力によって軸受３６に浸入することを防止できる。

図１１Ａ，１１Ｂは、図１Ａ，１Ｂの他の変形例を示す図である。図１１Ａ，１１Ｂでは、放熱器１０１の側面に吸気口１０５が、上下面に排気口１０６がそれぞれ設けられ、第１ファンモータ１１０は、吸気口１０５に面して放熱器１０１の側部に配置されている。すなわち、ファンモータ１１０の軸線Ｌ０は水平方向に延在している。この構成によれば、第１ファンモータ１１０により吸い込まれた空気が放熱器１０４内を上方および下方に流れ、上下の排気口１０６からそれぞれ排出される。図１１Ａ，１１Ｂに示すように、ファンモータ１１０を放熱器１０４の側面に設ける場合、床面からのごみの吸い込みや上方からファンモータ１１０へのごみの落下を抑制することができる。なお、軸線Ｌ０を鉛直方向と水平方向以外、すなわち斜め方向に向けてファンモータ１１０を配置してもよい。

上述した実施形態および変形例は、さらに種々の形態に変形することができる。例えば図７では、固定子１０とプリント板３４の周囲を樹脂材１５で覆うようにしたが、いずれか一方のみを樹脂材１５で覆うようにしてもよい。図８では、ハウジング３０の円板部３１とステイ３３の両方に、冷却風の送風方向の反対側へ傾斜した傾斜部３１１ａ，３３１ａを設けるようにしたが、いずれか一方のみに傾斜部を設けるようにしてもよい。図９では、冷却数の送風方向上流側におけるステイ３３の面３３２を軸線Ｌ０の方向に対し傾斜して設け、ステイ３３を断面三角形状としたが、断面台形形状としてもよい。ハウジング３０の円板部３１に、プリント板３４を収納する収納部３１ａ（図３）を設けたが、これを省略することもできる。

上記実施形態では、第１ファンモータ１１０と第２ファンモータ１２０を同一に構成したが、互いに異なる構成としてもよい。第１ファンモータ１１０と第２ファンモータ１２０のいずれか一方（例えば第２ファンモータ１２０）を省略して装置１００を構成してもよい。放熱器１０１により、第１ファンモータ１１０の駆動によって発生する冷却風が通過する通路ＡＰを形成したが、通路形成部はこれに限らない。ロボットまたは工作機械の駆動用モータを制御する電子部品１０３を、放熱器１０１を流れる冷却風により冷却される電子部品１０３に含めるようにしたが、被冷却部材はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、ファンモータ１１０，１２０を、ロボットや工作機械に設けられる電子部品１０３を冷却する装置１００に用いたが、本発明のファンモータおよびファンモータを有する装置は他の機械にも同様に適用することができる。ファンモータに冷却風以外を送風するようにしてもよく、ブレード２３を介して軸線Ｌ０と平行に送風される気体は冷却風とは限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１０ 固定子
１２ 巻線
１５ 樹脂材
２０ 回転子
３０ ハウジング
３１ 円板部
３１ａ 凹部
３２ シュラウド部
３３ ステイ
３４ プリント板
１００ 装置
１０３ 電子部品
１１０，１２０ ファンモータ
３１１ａ，３３１ａ 傾斜部
３３２ 下面
ＡＰ 通路
Ｌ０ 軸線

Claims (8)

1. 巻線を有する固定子と、
   前記固定子の周囲に配置された円筒部と、該円筒部の外周面から径方向に突設された周方向複数のブレードとを有し、軸線を中心に回転して、前記ブレードを介して前記軸線と平行に気体を送風する回転子と、
   前記固定子の側方に配置された円板部と、前記ブレードの周囲に配置されたシュラウド部と、前記円板部の外周縁部から径方向に延在し、前記ブレードの側方において前記円板部と前記シュラウド部とを接続する周方向複数のステイとを有するハウジングとを備え、
   前記ステイは、前記ブレードよりも気体の送風方向の上流側に配置されていることを特徴とするファンモータ。
2. 請求項１に記載のファンモータにおいて、
   前記巻線に供給される電流を制御する電子部品が実装されたプリント板をさらに備え、
   前記円板部は、前記プリント板を収納する収納部を有することを特徴とするファンモータ。
3. 請求項２に記載のファンモータにおいて、
   前記固定子または前記プリント板の少なくとも一方の周囲が、樹脂材によって覆われていることを特徴とするファンモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のファンモータにおいて、
   前記円板部および前記ステイの少なくとも一方は、径方向外側にかけて気体の送風方向の反対側へ傾斜した傾斜部を有することを特徴とするファンモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のファンモータにおいて、
   前記ステイの上流側における面が、前記軸線の方向に対し傾斜していることを特徴とするファンモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のファンモータと、
   前記ファンモータの駆動によって発生する冷却風が通過する通路を形成する通路形成部材と、
   前記通路を通過する冷却風によって冷却される被冷却部材とを有することを特徴とするファンモータを有する装置。
7. 請求項６に記載のファンモータを有する装置において、
   前記被冷却部材は、ロボットまたは工作機械の駆動用モータを制御する電子部品であることを特徴とするファンモータを有する装置。
8. 請求項６または７に記載のファンモータを有する装置において、
   前記ファンモータは、前記軸線を鉛直方向に向け、かつ、前記ステイを下側にして配置されていることを特徴とするファンモータを有する装置。

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