JP2017225292A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンが固着してしまった場合に、冷却ファンの清掃や交換を行うことなく、冷却ファンの固着を解消して、オーバーヒートを抑制する。【解決手段】ステータ２と、ステータ２に対し、所定の回転軸線回りに回転可能に設けられたロータ５と、ステータ２に固定されたファンモータ９によってインペラ８を回転させる冷却ファン６と、冷却ファン６のインペラ８とロータ５とを着脱可能に連結する連結部７とを備え、連結部７が、ファンモータ９の停止時に、ロータ５とインペラ８とを連結し、ファンモータ９の始動後にロータ５とインペラ８との連結を切断する電動機１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関するものである。

従来、内部のベアリング不良や汚れによる目詰まり等によって、冷却ファンを回転させるファンモータの動作不良が経時的に進行し、適切な冷却が行えなくなる不都合を回避するために、回転状態を検出し、動作不良か否かを判定し、動作不良である場合にファンモータを再起動させ、再起動できない場合にモータの交換を報知する等の処理を行う電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５−１４６７１５号公報

しかしながら、ファンモータにより回転させられる冷却ファンを備える電動機は、工場内など、空気中に塵埃や液体のミストが浮遊した環境に配置されることが多い。このため、電動機を冷却するために冷却ファンによって周囲の空気を吸い込むと、空気とともに塵埃やミストが吸い込まれて、それら塵埃やミストがファンモータのシャフトとステータとの間、あるいは冷却ファンのインペラと外部構造物との間に掛け渡すように付着、堆積してしまうことがある。

このような状態で冷却ファンが停止すると、堆積した塵埃等が固化してしまい、冷却ファンが再起動できない場合がある。
そして、このような場合には、冷却ファンの清掃や交換を行わなければ、電動機を十分に冷却できずにオーバーヒートさせてしまう不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、冷却ファンが固着してしまった場合に、冷却ファンの清掃や交換を行うことなく、冷却ファンの固着を解消して、オーバーヒートを抑制することができる電動機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ステータと、該ステータに対し、所定の回転軸線回りに回転可能に設けられたロータと、前記ステータに固定されたファンモータによってインペラを回転させる冷却ファンと、該冷却ファンの前記インペラと前記ロータとを着脱可能に連結する連結部とを備え、該連結部が、前記ファンモータの停止時に、前記ロータと前記インペラとを連結し、前記ファンモータの始動後に前記ロータと前記インペラとの連結を切断する電動機を提供する。

本態様によれば、ステータに対して所定の回転軸線回りにロータを回転させることにより、ロータに接続された負荷を回転させて仕事を行うことができる。ファンモータが作動させられてインペラが回転し、インペラによって外部から吸引する空気によってステータおよびロータの発熱を冷却することができる。

この場合において、冷却ファンの作動により外部から吸引される空気とともに塵埃やミストが吸引されると、これら塵埃やミストが堆積して冷却ファンが固着することがある。このような場合においても、ファンモータが停止している状態では連結部がロータとインペラとを連結しているので、ロータの回転力によってインペラを回転させ、冷却ファンの固着を解消することができる。

一方、ファンモータが始動したときには、連結部がロータとインペラとの連結を切り離すので、ファンモータの回転のためにロータの回転が阻害されることなく、インペラを回転させて十分な冷却を行うことができる。
すなわち、本態様によれば、冷却ファンが固着してしまった場合に、冷却ファンの清掃や交換を行うことなく、冷却ファンの固着を解消して、オーバーヒートを抑制することができる。

上記態様においては、前記ファンモータの回転を検出する回転検出部を備え、前記連結部が、前記回転検出部により前記ファンモータの回転が検出されたときに、電気的に制御されて、前記ロータと前記インペラとの連結を切断してもよい。
このようにすることで、ファンモータが回転していないときには、連結部がロータとインペラとを連結しており、回転検出部によりファンモータの回転が検出されたときには、連結部が電気的に制御されてロータとインペラとの連結が切り離される。これにより、より確実にロータとインペラとの着脱を切り替えることができる。

また、上記態様においては、前記連結部が、前記ファンモータの回転による遠心力によって移動する可動部を備え、該可動部の移動によって、前記ロータと前記インペラとの連結または切断を切り替えてもよい。
このようにすることで、ファンモータが回転していないときには、連結部の可動部が所定の位置にあって、連結部がロータとインペラとを連結しており、ファンモータが回転して、回転による遠心力が増大すると、ロータとインペラとの連結を切り離す方向に可動部が移動させられる。これにより、特別な動力を用いることなくロータとインペラとの着脱を切り替えることができる。

また、上記態様においては、前記連結部が、前記冷却ファンの風力によって移動する可動部を備え、該可動部の移動によって、前記ロータと前記インペラとの連結または切断を切り替えてもよい。
このようにすることで、ファンモータが回転していないときには、連結部の可動部が所定の位置にあって、連結部がロータとインペラとを連結しており、ファンモータが回転して、インペラが回転させられることによる風力が増大すると、ロータとインペラとの連結を切り離す方向に可動部が移動させられる。これにより、特別な動力を用いることなくロータとインペラとの着脱を切り替えることができる。

また、上記態様においては、前記可動部を前記ロータと前記インペラとが連結する方向に付勢する付勢部材を備えていてもよい。
このようにすることで、付勢部材の付勢力により、連結部の可動部を、ロータとインペラとが連結される所定の位置に配置されるように付勢しておくことができる。

本発明によれば、冷却ファンが固着してしまった場合に、冷却ファンの清掃や交換を行うことなく、冷却ファンの固着を解消して、オーバーヒートを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る電動機を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る電動機を示す模式図である。 図２の電動機の連結部における連結状態を示す図である。 図２の電動機の連結部における連結が解除された状態を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電動機を示す模式図である。 図５の電動機の連結部における連結状態を示す図である。 図５の電動機の連結部における連結が解除された状態を示す図である。

本発明の第１実施形態に係る電動機１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る電動機１は、図１に示されるように、ステータ２と、該ステータ２内に軸受３によって回転軸線Ｏ回りに回転可能に支持されたシャフト４を有するロータ５と、該ロータ５の回転軸線Ｏ方向の一端側に配置された冷却ファン６と、該冷却ファン６とロータ５のシャフト４とを切り離し可能に連結する連結部７とを備えている。

冷却ファン６は、回転軸線Ｏと同軸の軸線回りに回転可能に支持されたインペラ８と、該インペラ８を回転させるファンモータ９と、ファンモータ９の回転を検出する回転センサ（回転検出部）１０とを備えている。
連結部７は、電圧信号の供給によって、冷却ファン６のファンモータ９とロータ５のシャフト４とを、連結状態と切り離し状態との間で切り替えることができる電磁クラッチである。連結部７には、回転センサ１０の出力が入力されるようになっている。これにより、回転センサ１０によってファンモータ９の回転が検出された場合には、その検出信号によって、電磁クラッチからなる連結部７が電気的に制御されて、ファンモータ９とロータ５のシャフト４との連結状態を切り離すようになっている。

このように構成された本実施形態に係る電動機１の制御について以下に説明する。
本実施形態に係る電動機１によれば、ステータ２に対して回転軸線Ｏ回りにロータ５を回転させることにより、ロータ５に接続された負荷を回転させて仕事を行うことができる。
ロータ５の回転に際してファンモータ９が作動させられてインペラ８が回転し、インペラ８によって外部から吸引する空気によってステータ２およびロータ５の発熱を冷却することができる。

この場合において、冷却ファン６の作動により外部から吸引される空気とともに塵埃やミストが吸引されると、これら塵埃やミストが堆積して冷却ファン６が停止状態の間に固着してしまうことがある。

本実施形態によれば、回転センサ１０によってファンモータ９の回転が検出されていない状態では、連結部７を構成している電磁クラッチが、ロータ５とインペラ８とを連結しているので、固着状態を断ち切ってインペラ８を回転させることができる。すなわち、冷却ファン６のファンモータ９はインペラ８を回転させるだけの低いトルクしか発生しないが、ロータ５により発生する高いトルクを利用してインペラ８を回転させることで、冷却ファン６の固着状態を容易に断ち切ることができる。

一方、回転センサ１０によってファンモータ９の回転が検出された場合には、その検出信号が連結部７に入力されることにより、電磁クラッチからなる連結部７が電気的に制御されてロータ５とインペラ８との連結状態が切り離される。これにより、ファンモータ９による冷却ファン６のインペラ８の回転によって、ロータ５が阻害されることが防止され、ロータ５を十分に回転させて、なおかつロータ５およびステータ２の発熱を十分に冷却することができるという利点がある。
冷却ファン６の固着状態は一旦断ち切られれば、インペラ８の回転中には固着状態に陥ることはないので、冷却ファン６によるロータ５およびステータ２の冷却を継続することができる。

また、電気的に制御される電磁クラッチによれば、回転センサ１０から出力される検出信号の有無によって、ロータ５とインペラ８との連結、切り離しをより確実に切り替えることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る電動機１１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１実施形態に係る電動機１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る電動機１１は、連結部１２の構造において第１実施形態に係る電動機１と相違している。
連結部１２は、図２に示されるように、同軸に配置されているロータ５およびインペラ８の回転軸線Ｏに沿って移動可能に設けられた可動体（可動部）１３と、ロータ５の端部に固定され、移動してきた可動体１３に密着させられることにより、摩擦によってロータ５のトルクを可動体１３に伝達する摩擦接触部１４と、可動体１３を摩擦接触部１４に押し付ける方向に付勢力を加えるコイルスプリング（付勢部材）１５と、可動体１３をコイルスプリング１５の付勢力に抗して摩擦接触部１４から離れる方向に移動させる切り離し機構１６とを備えている。

切り離し機構１６は、図３に示されるように、可動体１３およびインペラ８にそれぞれ一端が揺動可能に接続され、他端どうしが相互に揺動可能に連結された２個一対のリンク部材１７を備える２対のリンク機構１８と、２つのリンク部材１７の連結部分近傍に配置された重り１９とを備えている。２対のリンク機構１８は、可動体１３が摩擦接触部１４から離れる方向に移動すると、２つのリンク部材１７の連結部分を径方向外方に移動させるように揺動するように、回転軸線Ｏを挟んで反対側に配置されている。

これにより、インペラ８が回転すると、図４に示されるように、切り離し機構１６がインペラ８と一体的に回転するので、２つの重り１９には、それぞれ径方向外方に向かう遠心力が作用し、２つのリンク部材１７の連結部分を径方向外方に移動させるように２つのリンク部材１７が揺動させられる結果、可動体１３が、コイルスプリング１５の付勢力に抗して摩擦接触部１４から離れる方向に移動させられるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る電動機１１によれば、冷却ファン６のファンモータ９が停止しており、かつ、ロータ５が停止あるいは低速で回転している図３の状態では、重り１９に十分な遠心力が作用しないので、可動体１３はコイルスプリング１５の付勢力によって摩擦接触部１４に密着させられた状態に維持される。したがって、ロータ５とインペラ８とが連結部１２によって連結されており、インペラ８が固着していたとしても、ロータ５の高いトルクによる回転によって、固着状態が断ち切られてインペラ８が回転させられる。

一方、ファンモータ９が作動させられてインペラ８が高速度で回転させられたときには、図４に示されるように、重り１９に発生する遠心力によって重り１９が径方向外方に移動することにより、２対のリンク機構１８が湾曲して可動体１３を摩擦接触部１４から離れる方向に移動させる。これにより、ロータ５とインペラ８との連結状態が切り離され、ファンモータ９は、ロータ５によって拘束されることなくインペラ８を回転させて、ロータ５はインペラ８の回転に阻害されることなく、ロータ５およびステータ２の発熱を十分に冷却することができる。

すなわち、本実施形態によれば、ロータ５とインペラ８との連結および切り離しを、特別な動力を利用することなく行うことができるという利点がある。
なお、本実施形態においてはリンク機構１８を２対設けたが、回転軸線Ｏ回りに均等に配置されさえすれば、３対以上のリンク機構１８を備えていてもよい。

また、径方向外方に重り１９を移動させる遠心力によって可動体１３を回転軸線Ｏに沿う方向に移動させる構造を例示したが、これに代えて、ロータ５のシャフト４を径方向に把持するチャックの爪のように、重り１９に係る遠心力によって径方向に移動する可動体１３によって、連結と切り離しとを切り替えることにしてもよい。

次に、本発明の第３実施形態に係る電動機２１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１実施形態に係る電動機１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る電動機２１も、連結部２２の構造において第１実施形態に係る電動機１と相違している。
本実施形態においては、図５から図７に示されるように、連結部２２は、冷却ファン６により発生する風力によって移動する可動体（可動部）２３を備え、可動体２３の移動によってロータ５とインペラ８との連結および切り離しを切り替えるようになっている。

具体的には、図６に示されるように、可動体２３に一体的に固定されたインペラ８がファンモータ９のシャフト２４に、長手方向に沿って移動可能に設けられており、連結部２２はインペラ（可動部）８の一部と、ロータ５に固定された摩擦接触部２５と、インペラ８を摩擦接触部２５に押し付ける方向に付勢力を加えるコイルスプリング（付勢部材）２６とを備えている。

冷却ファン６が作動させられて、インペラ８が回転させられると、冷却するための空気が図７に矢印で示されるようにロータ５およびステータ２に向かって流れるので、インペラ８は風力によって逆方向、すなわち、ロータ５およびステータ２から離れる方向に力を受け、インペラ８が摩擦接触部２５から離れるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る電動機２１によれば、冷却ファン６のファンモータ９が停止しており、かつ、ロータ５が停止あるいは低速で回転している図６の状態では、インペラ８はコイルスプリング２６の付勢力によって摩擦接触部２５に密着させられた状態に維持される。したがって、ロータ５とインペラ８とが連結部２２によって連結されており、インペラ８が固着していたとしても、ロータ５の高いトルクによる回転によって、固着状態が断ち切られてインペラ８が回転させられる。

一方、ファンモータ９が作動させられてインペラ８が高速度で回転させられたときには、図７に示されるように風力の反力がインペラ８に作用しインペラ８が摩擦接触部２５から離れる方向に移動させられる。これにより、ロータ５とインペラ８との連結状態が切り離され、ファンモータ９は、ロータ５によって拘束されることなくインペラ８を回転させて、ロータ５およびステータ２の発熱を十分に冷却することができる。
すなわち、本実施形態によっても、ロータ５とインペラ８との連結および切り離しを、特別な動力を利用することなく行うことができるという利点がある。

１，１１，２１ 電動機
２ ステータ
５ ロータ
６ 冷却ファン
７，１２，２２ 連結部
８ インペラ（可動部）
９ ファンモータ
１０ 回転センサ（回転検出部）
１３，２３ 可動体（可動部）
１５，２６ コイルスプリング（付勢部材）
Ｏ 回転軸線

Claims (5)

1. ステータと、
   該ステータに対し、所定の回転軸線回りに回転可能に設けられたロータと、
   前記ステータに固定されたファンモータによってインペラを回転させる冷却ファンと、
   該冷却ファンの前記インペラと前記ロータとを着脱可能に連結する連結部とを備え、
   該連結部が、前記ファンモータの停止時に、前記ロータと前記インペラとを連結し、前記ファンモータの始動後に前記ロータと前記インペラとの連結を切断する電動機。
2. 前記ファンモータの回転を検出する回転検出部を備え、
   前記連結部が、前記回転検出部により前記ファンモータの回転が検出されたときに、電気的に制御されて、前記ロータと前記インペラとの連結を切断する請求項１に記載の電動機。
3. 前記連結部が、前記ファンモータの回転による遠心力によって移動する可動部を備え、該可動部の移動によって、前記ロータと前記インペラとの連結または切断を切り替える請求項１に記載の電動機。
4. 前記連結部が、前記冷却ファンの風力によって移動する可動部を備え、該可動部の移動によって、前記ロータと前記インペラとの連結または切断を切り替える請求項１に記載の電動機。
5. 前記可動部を前記ロータと前記インペラとが連結する方向に付勢する付勢部材を備える請求項３または請求項４に記載の電動機。
   

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