JP2016149898A

JP2016149898A - 冷却流体用流路を有する回転子及び該回転子を備える電動機

Info

Publication number: JP2016149898A
Application number: JP2015026546A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　孝太郎; Kotaro Suzuki; 孝太郎鈴木
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: CN105896778A; DE102016102019A1; JP6145120B2; DE102016102019B4; US20160241113A1; CN205509696U; CN105896778B

Abstract

【課題】十分な冷却作用を提供できるとともに、キャビテーションの発生を防止できる回転子を提供する。【解決手段】回転子１０には、冷却流体を供給する流路３０が形成される。流路３０は、回転子１０の内部を通って延在する供給路３２と、供給路３２から分岐する複数の分岐路３６ａ、３６ｂと、各々の分岐路３６ａ、３６ｂから供給路３２の基端側に向かって延在する帰還路３４ａ、３４ｂとを有している。分岐路３６ａ、３６ｂは、回転子１０の回転軸線Ｏに対して平行な方向において互いに離間した位置に設けられる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、回転子及び回転子を備える電動機に関する。

電動機の回転子において、冷却流体を回転子内部に供給する冷却構造が公知である。例えば、冷却流体を主軸の内部に形成される流路に通して循環させることによって、回転子の内側から回転子を冷却するようにした主軸装置が公知である（特許文献１及び特許文献２参照）。

回転子全体を均等に冷却するためには、流路を分岐させるのが好ましい。図３は、関連技術に係る電動機の回転子１００を示す縦断面図である。回転子１００は、回転軸線１０２の回りに回転可能な回転軸１０４と、回転軸１０４を回転させる動力を発生するロータ１０６と、を備えている。回転軸１０４の内部には、冷却流体が循環する流路１１０が形成されている。流路１１０は、回転軸線１０２に対して平行に延在する供給路１１２と、供給路１１２から分岐する分岐路１１４と、分岐路１１４から延在する帰還路１１６と、を有している。

図４Ａ及び図４Ｂは、図３の線４Ａ−４Ａ及び４Ｂ−４Ｂに沿ってそれぞれ見た横断面図である。流路１１０の分岐路１１４は、供給路１１２から、回転軸線１０２の周りに９０度ごとに放射状に形成されている。帰還路１１６は、各々の分岐路１１４からそれぞれ延在している。このように、流路１１０が回転軸線１０２の周りに所定の角度ごとに形成される複数の流路に分岐する構成によれば、回転軸１０４の内部を均等に冷却できる。

特開平１−０９２０４８号公報特開平４−１６４５４８号公報

しかしながら、分岐路１１４が形成される流路１１０の分岐箇所において、流路１１０の断面積が急激に増大するので、冷却流体の圧力は急激に低下することになる。圧力の急激な低下は、キャビテーションの発生原因になり得る。キャビテーションは、微小な気泡が多数発生する現象であり、騒音、振動又は部品の壊食などをひき起こす。特に、１つの供給路１１２を複数の帰還路１１６に分岐させる場合、急激な圧力低下が生じやすい。

したがって、十分な冷却作用を提供できるとともに、キャビテーションの発生を防止できる回転子が求められている。

本願の１番目の発明によれば、冷却流体を供給する流路が形成された電動機の回転子であって、前記流路は、当該回転子の内部において複数の分岐路を介して分岐しており、前記複数の分岐路は、当該回転子の回転軸線に対して平行な方向において互いに離間した位置に設けられる、回転子が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係る回転子において、前記複数の分岐路は、前記回転軸線の周りの異なる角度位置からそれぞれ延在する。
本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明に係る回転子を備える電動機が提供される。

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明に係る回転子及び電動機によれば、冷却流体の流路の分岐箇所が、回転子の回転軸線に対して平行な方向において互いに離間した位置に設けられる。それにより、流路の断面積が段階的に増大されるようになり、流路の分岐に起因して生じる流体の圧力低下を低減できる。

一実施形態に係る電動機の回転子を示す縦断面図である。回転子を９０度回転させた図１Ａに対応する図である。図１Ａ及び図１Ｂの線２Ａ−２Ａに沿って見た横断面図である。図１Ａ及び図１Ｂの線２Ｂ−２Ｂに沿って見た横断面図である。図１Ａ及び図１Ｂの線２Ｃ−２Ｃに沿って見た横断面図である。図１Ａ及び図１Ｂの線２Ｄ−２Ｄに沿って見た横断面図である。図１Ａ及び図１Ｂの線２Ｅ−２Ｅに沿って見た横断面図である。関連技術に係る電動機を示す縦断面図である。図３の線４Ａ−４Ａに沿って見た横断面図である。図３の線４Ｂ−４Ｂに沿って見た横断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

図１Ａ及び図１Ｂは、一実施形態に係る電動機の回転子１０を示す縦断面図である。図１Ｂは、図１Ａの回転子１０を回転軸線Ｏの周りに９０度回転させた状態を示している。

回転子１０は、回転軸線Ｏの回りに回転可能な回転軸１２と、回転軸１２の外周面に嵌合されるロータ１４と、を備えている。電動機は、図示されないステータをロータ１４の外側にさらに備えている。ロータ１４は、ステータと協働して回転軸１２に回転動力を付与するように構成されている。種々のタイプの電動機が公知であり、任意のタイプの電動機が本発明を実施するのに使用可能である。電動機は、同期電動機であってもよいし、又は誘導電動機であってもよい。

ロータ１４は、例えば電磁鋼板を積層することによって形成される。ロータ１４は、回転軸１２の外周面に嵌合する軸穴が形成された概ね円筒状の部材である。ロータ１４は、回転軸１２の外周面に、例えば締り嵌めによって嵌合されており、それにより回転軸１２及びロータ１４は、電動機の動作時に互いに一体的に回転するように形成されている。

回転軸１２は概ね円柱状の金属製の部材である。回転軸１２は、図示されない軸受によって、回転軸線Ｏの回りに回転可能に支持されている。回転軸１２の内部には、冷却流体、例えば冷却油が供給される流路３０が形成されている。冷却流体は、図示されないポンプなどによって流路３０に供給され、回転軸１２の内部を通って回転子１０の外部に排出される。回転子１０から排出された冷却流体は、図示されない循環路を通って流路３０内に再度供給されるようになっている。このように、冷却流体を循環させることによって、安定した冷却作用を提供できる。

流路３０は、回転子１０の回転軸線Ｏに対して平行な方向（以下、「軸線方向」と称することがある。）に概ね延在する供給路３２と、供給路３２から半径方向外側に向かって分岐する分岐路３６ａ〜３６ｄと、供給路３２に対して概ね平行な方向において、分岐路３６ａ〜３６ｄから供給路３２の基端側（冷却流体の流れの上流）に向かって延在する帰還路３４ａ〜３４ｄと、を備えている。流路３０は、例えばドリルを用いて切削することによって形成される。

図２Ａ〜図２Ｅを併せて参照して、本実施形態に係る流路３０の構造についてより詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、図１Ａ及び図１Ｂの線２Ａ−２Ａ、２Ｂ−２Ｂ、２Ｃ−２Ｃ、２Ｄ−２Ｄ及び２Ｅ−２Ｅに沿ってそれぞれ見た横断面図である。

供給路３２は、基端側とは反対側の末端側（冷却流体の流れの下流）に向かって延在していて、第１の分岐路３６ａを介して第１の帰還路３４ａに連通している。第１の分岐路３６ａは、供給路３２に対して垂直な方向、すなわち半径方向外側に延在している。第１の帰還路３４ａは、第１の分岐路３６ａから供給路３２の基端側に向かって、供給路３２に対して概ね平行な方向に延在している。

図１Ａを参照すれば、第２の分岐路３６ｂは、第１の分岐路３６ａから軸線方向において離間した位置において、半径方向外側に向かって延在している。第２の帰還路３４ｂは、第２の分岐路３６ｂから供給路３２の基端側に向かって供給路３２に対して概ね平行な方向に延在している。図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、第１の分岐路３６ａ及び第２の分岐路３６ｂは、互いに対して、回転軸線Ｏの周りに１８０度回転した角度位置に設けられる。

図１Ｂを参照すれば、第３の分岐路３６ｃは、第１の分岐路３６ａ及び第２の分岐路３６ｂから軸線方向において離間した位置において、半径方向外側に向かって延在している。第３の帰還路３４ｃは、第３の分岐路３６ｃから供給路３２の基端側に向かって供給路３２に対して概ね平行な方向に延在している。図２Ｃを併せて参照すれば、第３の分岐路３６ｃは、第１の分岐路３６ａ及び第２の分岐路３６ｂに対して、回転軸線Ｏの周りに＋９０度又は−９０度回転した角度位置に設けられる。

第４の分岐路３６ｄは、第１の分岐路３６ａ、第２の分岐路３６ｂ及び第３の分岐路３６ｃから軸線方向において離間した位置において、半径方向外側に向かって延在している。第４の帰還路３４ｄは、第４の分岐路３６ｄから供給路３２の基端側に向かって供給路３２に対して概ね平行な方向に延在している。図２Ｄを併せて参照すれば、第４の分岐路３６ｄは、第３の分岐路３６ｃ及び第４の分岐路３６ｄは、互いに対して、回転軸線Ｏの周りに１８０度回転した角度位置に設けられる。

本実施形態に係る回転子１０によれば、供給路３２を通って回転軸１２の内部に供給された冷却流体は、分岐路３６ａ〜３６ｄを通って、回転軸線Ｏの周りの異なる角度位置からそれぞれ延在する帰還路３４ａ〜３４ｄに流れる。それにより、回転軸１２と軸受との間に生じる摩擦熱及びロータ１４の発熱などに起因して回転軸１２の温度が上昇するのを防止できる。

また、本実施形態によれば、複数の分岐路３６ａ〜３６ｄが軸線方向において互いに離間した位置に設けられるので、流路３０の断面積が段階的に増大するようになり、特定の箇所で圧力が急激に低下するのを防止できる。したがって、流路３０内におけるキャビテーションの発生を防止できる。

図示される実施形態においては、帰還路３４ａ〜３４ｄが回転軸線Ｏの周りに９０度の角度位置ごとに４つ形成されているものの、別の実施形態において、より多数の、例えば６０度ごとの角度位置において６つの帰還路が形成されてもよい。或いは、より少数の、例えば１２０度ごとの角度位置において３つの帰還路が形成されてもよい。また別の実施形態において、分岐路３６ａ〜３６ｄは、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に対して傾斜するように設けられてもよい。

回転子１０を冷却する冷却流体のための流路は、回転軸１２の内部に形成される流路３０の代わりに、或いは流路３０に加えて、ロータ１４に形成されてもよい。この場合、ロータ１４を構成する電磁鋼板に貫通穴を形成することによって、ロータ１４の内部に流路を容易に形成できる。冷却流体をロータ１４の内部に通して供給すれば、ロータ１４から発せられる熱を直接冷却できる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０回転子
１２回転軸
１４ロータ
３０流路
３２供給路
３４ａ〜３４ｄ帰還路
３６ａ〜３６ｄ分岐路

Claims

冷却流体を供給する流路が形成された電動機の回転子であって、
前記流路は、当該回転子の内部において複数の分岐路を介して分岐しており、
前記複数の分岐路は、当該回転子の回転軸線に対して平行な方向において互いに離間した位置に設けられる、回転子。
前記複数の分岐路は、前記回転軸線の周りの異なる角度位置からそれぞれ延在する、請求項１に記載の回転子。
請求項１又は２に記載の回転子を備える電動機。