JP2015116113A

JP2015116113A - ターボブロア駆動用電動機

Info

Publication number: JP2015116113A
Application number: JP2013258988A
Authority: JP
Inventors: 崇志和田; Takashi Wada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-22
Also published as: CN104716759A; US20150171689A1; CN204290526U; DE102014118179A1

Abstract

【課題】樹脂モールド部を有する電動機の冷却効率を向上する。【解決手段】電動機１０は、回転中心である軸線Ｌ０の方向に延在する固定子コア２１と、固定子コア２１に巻線２３を巻回してなる固定子コイル２２と、固定子コイル２２の軸線Ｌ０の方向における端部２４を覆う、軸線Ｌ０を中心とした略円筒状の樹脂モールド部５０とを有し、樹脂モールド部５０の表面に冷却剤を供給するように構成される。さらに電動機１０は、軸線Ｌ０が略鉛直方向を向くように配置され、樹脂モールド部５０の内周面および外周面の少なくともいずれかに、軸線Ｌ０を中心とした螺旋状の溝部５１，５２が形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、ターボブロア等を駆動する電動機、電動機の製造方法およびターボブロア装置に関する。

従来、固定子鉄心の周囲に樹脂モールド部を形成してなる電動機（モールドモータ）が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の電動機では、樹脂モール部の外周に複数の凹溝を形成し、電動機の放熱効率を向上させるようにしている。凹溝は、電動機の回転軸線方向に平行に、あるいは電動機の回転軸線を中心として環状に形成される。

特開平８−９８４４１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の電動機を、例えば回転軸線が鉛直方向を向くように配置し、さらに、その電動機の表面に冷却用のオイルを流すように構成すると、オイルが周方向に不均一に流れ、あるいはオイルが凹溝の途中で滞留するおそれがある。このため、電動機の十分な冷却効果が得られない。

本発明の一態様は、回転中心である軸線の方向に延在する固定子コアと、固定子コアに巻線を巻回してなる固定子コイルと、固定子コイルの軸線の方向における端部を覆う、軸線を中心とした略円筒状の樹脂モールド部とを有し、樹脂モールド部の表面に冷却剤を供給するように構成された電動機であって、電動機は、軸線が略鉛直方向を向くように配置され、樹脂モールド部の内周面および外周面の少なくともいずれかに、軸線を中心とした螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記電動機を備えるターボブロア装置である。

本発明のさらに他の態様は、電動機の製造方法であって、回転中心である軸線の方向に延在する固定子コアに、巻線を巻回して固定子コイルを形成し、固定子コイルの軸線方向における端部の周囲に、軸線を中心とした螺旋状の突起部を有する略円筒形状の成形型を配置し、固定子コイルの端部と成形型との間に樹脂を充填し、樹脂の硬化後に、成形型を螺旋状の突起部に沿って捻じりながら取り外すことを特徴とする。

本発明によれば、軸線が略鉛直方向を向くように電動機を配置し、樹脂モールド部の内周面および外周面の少なくともいずれかに、軸線を中心とした螺旋状の溝部を形成し、樹脂モールド部の表面にオイルを供給するので、樹脂モールド部の表面をオイルが重力によってフィン溝に沿って周方向に流れ、電動機を効率よく冷却することができる。

本発明の実施形態に係るターボブロア装置の構成を示す断面図。図１の固定子の外観形状を示す斜視図。図１の固定子の要部構成を示す断面図。螺旋状の流路の構成を説明する図。樹脂モールド部の製造方法を説明する図。図３の変形例を示す図。

以下、図１〜図６を参照して本発明の一実施形態に係る電動機について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動機を有するターボブロア装置１００の構成を示す断面図である。このターボブロア装置１００は、例えばレーザガスなどのレーザ媒質を、冷却器を介してレーザ発振器に供給するために用いられる。すなわち、ターボブロア装置１００は、炭酸ガスレーザ装置等におけるレーザガスの循環流路に配置されるレーザ用ターボブロアである。

図１に示すように、ターボブロア装置１００は、レーザガスが循環する管路内１０１に配置され、軸線Ｌ０を中心に回転する羽根車１と、羽根車１を回転駆動する電動機１０とを有する。電動機１０の回転中心は軸線Ｌ０上にあり、羽根車１の下方に電動機１０が配置されている。すなわち、羽根車１と電動機１０は、回転中心（軸線Ｌ０）が鉛直方向（重力方向）を向くように配置されている。羽根車１は、図１の矢印に示すように軸方向からレーザガスを吸い込み、径方向に吹き出す遠心式羽根車であり、数万ＲＰＭの回転数で回転する。

電動機１０は、略円筒形状の固定子２０と、固定子２０の内側に軸線Ｌ０を中心に回転可能に支持された回転子３０とを有する。電動機１０は、羽根車１の下方に設けられたハウジング２の内部に配置されている。固定子２０は、略円筒形状の固定子コア２１と、固定子コア２１に装着された固定子コイル２２とを有する。固定子コア２１は、複数の電磁鋼板を積層して形成され、ハウジング２内に固定されている。固定子コイル２２は、固定子コア２１のスロットに巻線２３を巻回して形成され、固定子コイル２２の軸方向端部２４（コイルエンド部と呼ぶ）は、固定子コア２１から突出している。なお、コイルエンド部２４の周囲には樹脂モールド部が設けられるが、図１ではその図示を省略する。

回転子３０は、シャフト３１の外周面に焼嵌め等によって固定され、シャフト３１を介して羽根車１と回転子３０とが連結されている。シャフト３１は、上下一対の転がり軸受３２，３３により回転可能に支持されている。シャフト３１の下端部には、オイル吸い上げヘッド３４がシャフト３１と一体に設けられている。シャフト３１およびオイル吸い上げヘッド３４の内部には、軸線Ｌ０方向に沿ってオイル通路３５が設けられている。オイル吸い上げヘッド３４の下端部には、オイル通路３５に連通したオイル入口３６が設けられ、上側の転がり軸受３２と回転子３０の間のシャフト３１にオイル出口３７が設けられている。

ハウジング２の内側下端部には、オイル溜り３８が形成され、オイル溜り３８に潤滑用および冷却用のオイルが貯留される。オイル吸い上げヘッド３４の周囲には、円筒状のシャフト支持部３９がオイル溜り３８と一体に設けられ、シャフト支持部３９の内側にオイル吸い上げヘッド３４の下端部が位置する。オイル溜り３８のオイルは、オイル溜り３８に設けられたオイル通路４０およびシャフト支持部３９に設けられた貫通口４１を介して、シャフト支持部３９の内側空間およびシャフト３１（オイル吸い上げヘッド３４）のオイル通路３５に流入する。シャフト３１の静止時には、オイル溜り３８内のオイルとシャフト支持部３９内のオイルとオイル通路３５内のオイルとは、互いに同一の液面高さとなる。

固定子コア２１の外周面とハウジング２の内周面との間には、固定子２０の長手方向、すなわち軸線Ｌ０方向に沿って周方向複数のオイル戻り通路４２が形成されている。オイル戻り通路４２の外側のハウジング２には、オイル戻り通路４２に沿って冷却用水路４３が形成されている。

以上のターボブロア装置１００において、シャフト３１が回転すると、オイル吸い上げヘッド３４のオイル通路３５内のオイルは、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって、オイル通路３５の内壁面に押し当てられる。このとき、オイルには、その内壁面に沿ってオイルを押し上げようとする方向の分力が作用する。その結果、オイルは急速に吸い上げられ、シャフト内部のオイル通路３５を通過してオイル出口３７から放出される。放出されたオイルは、オイル戻り通路４２を通ってオイル溜り３８に戻る。その際、オイルは冷却用水路４３の冷却水により冷却される。その後、オイルはオイル通路４０および貫通口４１を経由してシャフト支持部３９の内側に流入する。このようなオイルの循環により電動機１０が冷却されるとともに、オイルは転がり軸受３２，３３にも潤滑油として供給される。

図２は、固定子２０の外観形状を示す斜視図であり、図３は、固定子２０の要部構成を示す断面図である。図２，３に示すように、コイルエンド部２４の周囲は、樹脂を構成材とする成形体である樹脂モールド部５０により覆われている。樹脂モールド部５０は軸線Ｌ０を中心とした略円筒形状を呈し、その内周面および外周面には、それぞれ軸線Ｌ０を中心として上方から下方にかけて単一または複数の螺旋状の溝部（フィン溝）５１，５２が形成されている。

なお、単一のフィン溝５１，５２を形成する場合、図４に示すように、フィン溝５１，５２の中心線Ｌ１と水平線Ｌ２とのなす角θを小さくし、流路を長くすることが好ましい。一方、複数のフィン溝５１，５２を形成する場合、中心線Ｌ１と水平線Ｌ２とのなす角θを単一のフィン溝５１，５２を形成する場合よりも大きくするとともに、複数のフィン溝５１，５２が互いに交差しないように位相をずらして形成すればよい。フィン溝５１，５２は樹脂モールド部５０の内周面と外周面のいずれか一方に設けるようにしてもよい。樹脂モールド部５０を構成する樹脂材は特に限定されないが、固定子コイル２２の放熱性を高めるために、熱伝導性に優れたものを用いることが好ましい。図３には、コイルエンド部２４に接続されたリード線５が示されている。コイルエンド部２４にコネクタを取り付け、コイルエンド部２４からリード線５を延在させないように構成することもできる。

このようにコイルエンド部２４を樹脂モールド部５０で覆うとともに、樹脂モールド部５０の外周面および内周面に螺旋状のフィン溝５１，５２を設けることで、シャフト２２のオイル出口３７から放出されたオイルがフィン溝５１，５２に沿って下方に流れ、さらにオイル戻り通路４２および下側のフィン溝５１，５２を経由してオイル溜り３８に戻る。

したがって、コイルエンド部２４の熱がオイルにより吸収され、コイルエンド部２４を冷却することができる。フィン溝５１，５２は螺旋状であるため、オイルの流路が長くなり、オイルは樹脂モールド部５０の周面に広範囲で接触する。また、オイルは途中で滞留することがなく、フィン溝５１，５２に沿って重力により周方向均一に流れる。このため、固定子コイル２２を効率的に冷却することができる。

これに対し、例えば樹脂モールド部５０にフィン溝を設けない場合、オイル出口３７から放出されたオイルは放射状に広がり、樹脂モールド部５０の上面および円筒面（内周面または外周面）を通り、下方に流れる。この場合には、オイルの流れが周方向不均一となり、固定子コイル２３の温度に周方向のばらつきが生じるおそれがある。

一方、例えば樹脂モールド部５０の上面に放射状のフィン溝を設け、さらに周面に軸線Ｌ０方向に沿ったフィン溝を設ける場合も、オイルの流れが周方向不均一となるおそれがある。また、樹脂モールド部５０の周面に、軸線Ｌ０を中心とした環状のフィン溝を設けると、フィン溝にオイルが滞留するおそれがある。このため、固定子コイル２２を効率よく冷却することが困難である。

図５は、樹脂モールド部５０の製造方法を説明する図である。なお、図５では、樹脂モールド部５０の外周面のみにフィン溝５１を設ける場合を示している。樹脂モールド部５０を製造する場合、予め固定子コア２１に巻線２３を巻回して固定子コイル２２を形成する。次いで、図５に示すように、コイルエンド部２４の周囲に、成形型６０を配置する。

成形型６０は円筒形状の周壁６１を有し、その内周面に、フィン溝５１に対応した螺旋状の突起部６２が設けられている。次いで、コイルエンド部２４と成形型６０との間に樹脂を充填し、樹脂の硬化後に、図５の矢印Ａに示すように成形型６０をフィン溝５１に沿って捻じりながら取り外す。これにより樹脂モールド部５０の外周面に螺旋状のフィン溝５１が形成される。このように成形型６０の内周面に螺旋状の突起部６２を設けると、切削加工等によりフィン溝５１を加工する必要がないため、フィン溝５１を容易に形成できる。

なお、樹脂モールド部５０の内周面および外周面を、初めにフィン溝５１を有しない円筒面として形成し、その後、切削加工によりフィン溝５１を形成してもよい。あるいは、成形型６０を周方向に二分割し、成形型６０とコイルエンド部２４との間に樹脂モールド部５０を形成してもよい。この場合には、樹脂の硬化後の成形型６０の取り外しが容易である。

図６は、図３の変形例を示す図である。樹脂モールド部５０の上面５０ａが径方向外側に向かうにつれて下方に傾斜し、下面５０ｂが径方向内側に向かうにつれて下方に傾斜している。さらに、樹脂モールド部５０の上面５０ａに連なる外周面５０ｃが下方に向かうにつれて径方向外側に傾斜し、下面５０ｂに連なる外周面５０ｄが下方に向かうにつれて径方向内側に傾斜している。すなわち、樹脂モールド部５０の上面５０ａ，下面５０ｂ，外周面５０ｃ，５０ｄがそれぞれ径方向に傾斜し、これらはテーパ状に形成されている。これにより成形型の離形性を向上させることができるとともに、オイルの流動性を向上させることができる。なお、図６では、樹脂モールド部の上面５０ａ、下面５０ｂおよび外周面５０ｃ，５０ｄをテーパ状に構成したが、樹脂モールド部５０の上面、外周面および内周面の少なくともいずれかをテーパ状に構成するのでもよい。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）電動機１０は、回転中心である軸線Ｌ０の方向に延在する固定子コア２１と、固定子コア２１に巻線２３を巻回してなる固定子コイル２２と、固定子コイル２２の軸線Ｌ０の方向における端部（コイルエンド部２４）を覆う軸線Ｌ０を中心とした略円筒状の樹脂モールド部５０とを有し、樹脂モールド部５０の表面にオイルを供給するように構成される。さらに、電動機１０は、軸線Ｌ０が鉛直方向を向くように配置され、樹脂モールド部５０の内周面および外周面の少なくともいずれかに、軸線Ｌ０を中心とした螺旋状のフィン溝５１，５２が形成される。これにより樹脂モールド部５０の周面を、オイルが重力によってフィン溝５１，５２に沿って周方向に流れ、電動機１０を効率よく冷却することができる。

（２）樹脂モールド部５０の内周面および外周面の少なくともいずれかが、軸線Ｌ０を中心とした径方向に傾斜していると（図６）、成形型の離形性を向上させることができるとともに、オイルの流動性を向上させることができる。

（３）転がり軸受３２，３３の潤滑用のオイルをフィン溝５１，５２に流すようにしたので、フィン溝５１，５２に流す冷却剤を別途準備する必要がない。

（４）電動機１０をターボブロア装置１００に適用するので、軸線Ｌ０（回転中心）を鉛直方向に向けて配置された羽根車１の駆動用電動機として好適に用いることができる。

（５）電動機１０の製造方法として、軸線Ｌ０の方向に延在する固定子コア２１に、巻線２３を巻回して固定子コイル２２を形成し、固定子コイル２２の軸線Ｌ０方向における端部（コイルエンド部２４）の周囲に、軸線Ｌ０を中心とした螺旋状の突起部６２を有する円筒形状の成形型６０を配置し、固定子コイル２２の端部２４と成形型６０との間に樹脂を充填し、樹脂の硬化後に、成形型６０を螺旋状の突起部６２に沿って捻じりながら取り外すようにした（図５）。これにより樹脂モールド部５０の周面に螺旋状のフィン溝５１を容易に形成することができる。

なお、上記実施形態では、回転中心である軸線Ｌ０が鉛直方向を向くように電動機１０を配置したが、樹脂モールド部５０の周面に沿ってオイルが重力によって流れるのであれば、軸線Ｌ０がほぼ鉛直方向（略鉛直方向）となるように電動機１０を配置してもよい。上記実施形態では、樹脂モールド部５０の周面に冷却剤としてオイルを供給するようにしたが、他の冷却剤を供給するようにしてもよい。上記実施形態の電動機１０はターボブロア装置１００に適用したが、他の装置にも同様に適用することができる。

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電動機
２１固定子コア
２２固定子コイル
２３巻線
２４コイルエンド部
５０樹脂モールド部
５１，５２フィン溝
６０成形型
６２突起部

Claims

回転中心である軸線の方向に延在する固定子コアと、
該固定子コアに巻線を巻回してなる固定子コイルと、
該固定子コイルの前記軸線の方向における端部を覆う、前記軸線を中心とした略円筒状の樹脂モールド部とを有し、該樹脂モールド部の表面に冷却剤を供給するように構成された電動機であって、
前記電動機は、前記軸線が略鉛直方向を向くように配置され、
前記樹脂モールド部の内周面および外周面の少なくともいずれかに、前記軸線を中心とした螺旋状の溝部が形成されていることを特徴とする電動機。
請求項１に記載の電動機において、
前記樹脂モールド部の上面、前記内周面および前記外周面の少なくともいずれかが、前記軸線を中心とした径方向に傾斜していることを特徴とする電動機。
請求項１または２に記載の電動機において、
前記冷却剤がオイルであることを特徴とする電動機。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機を備えるターボブロア装置。
回転中心である軸線の方向に延在する固定子コアに、巻線を巻回して固定子コイルを形成し、
該固定子コイルの前記軸線方向における端部の周囲に、前記軸線を中心とした螺旋状の突起部を有する略円筒形状の成形型を配置し、
前記固定子コイルの前記端部と前記成形型との間に樹脂を充填し、
前記樹脂の硬化後に、前記成形型を前記螺旋状の突起部に沿って捻じりながら取り外すことを特徴とする電動機の製造方法。