JP2018068084A - エアパージの機能を有する電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の侵入を抑制する電動機を提供する。
【解決手段】電動機の前側ハウジング５１は、回転シャフト１３に向かって空気を流出する空気流出部材２７を含む。前側ハウジング５１は、空気流出部材２７に形成された環状の第１の空気室４１と、第１の空気室４１の外側に形成された環状の第２の空気室４２とを含む。前側ハウジング５１は、第２の空気室４２に圧縮空気を供給する空気供給路４５と、第１の空気室４１および第２の空気室４２を連通する接続流路４６とを含む。接続流路４６は、前側ハウジング５１の周方向において、空気供給路４５の位置を避けて形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機の内部への異物の侵入を抑制するエアパージ機能を有する電動機に関する。

電動機は、異物が飛散する環境にて使用される場合がある。たとえば、工作機械の主軸ヘッドは、ワークを加工する加工室に配置される。主軸ヘッドは、切削した時に生じる切粉および切削液などの異物が飛散する環境で使用される。主軸ヘッドは、主軸を回転する電動機を含む。異物が電動機の内部に侵入すると、巻線に絶縁不良が生じたり、又は軸受けの機能が損なわれたりする虞がある。このために、電動機は、異物が電動機の内部に侵入することを抑制する機構を備えることが好ましい。例えば、電動機には、ハウジングと回転軸との間にシール部材を設けることが知られている。また、ハウジングと回転軸との間に空気を供給する電動機が知られている。

特開２００７−１０５８５０号公報には、ハウジングの内部に供給された圧縮空気がステータコアとロータとの間を通り、フロントハウジングに供給される電動機が開示されている。この電動機では、圧縮空気が、ベアリングを迂回するように形成されたエアー排出路を経由して回転軸の表面に向かって噴出される。

特開２０１３−２３６４７３号公報には、ハウジングの端面に取り付けられたエアパージ装置を備える電動機が開示されている。このエアパージ装置は、エアパージ装置の内周面と出力軸の外周面との間の隙間に空気を供給することが開示されている。

特開２００７−１０５８５０号公報 特開２０１３−２３６４７３号公報

回転数が低速の電動機の場合には、ハウジングと回転軸との間にオイルシールなどのシール部材を設けることができる。しかしながら、例えば毎分８０００回転を超えるような高速にて回転する電動機の場合には、オイルシールが摩耗する。このために、所望の封止の機能を実現できない場合がある。

上記の特開２００７−１０５８５０号公報および特開２０１３−２３６４７３号公報に記載されている電動機では、回転軸の表面に向かって１箇所から空気を噴出する。このために、例えば、空気が回転軸に衝突する部分と反対側の部分から異物が進入しやすいという問題がある。

本発明の電動機は、回転シャフトを含むロータと、回転シャフトを支持し、回転シャフトが他の部材に連結される側に配置されたハウジングとを備える。ハウジングは、回転シャフトを取り囲み、回転シャフトに向かって空気を流出する空気流出部材を含む。空気流出部材は、回転シャフトと対向し、空気流出部材と回転シャフトとの隙間から外側に向かって空気が流出するように形成されている。ハウジングは、空気流出部材に形成された環状の第１の空気室と、第１の空気室の外側に形成された環状の第２の空気室とを含む。ハウジングは、第２の空気室に圧縮空気を供給するように径方向に延びる空気供給路と、第１の空気室および第２の空気室を連通するように径方向に延びる接続流路とを含む。接続流路は、ハウジングの周方向において、空気供給路の位置を避けて形成されている。

上記発明においては、接続流路は、第１の空気室の延びる方向に垂直な面で切断した断面積および第２の空気室の延びる方向に垂直な面で切断した断面積よりも小さい断面積を有する部分を含むことができる。

上記発明においては、ハウジングは、複数の接続流路を含むことができる。複数の接続流路は、周方向において等間隔に形成されることができる。

上記発明においては、回転シャフトは、周方向に形成されたリング部を含むことができる。ハウジングは、筒状部材と、筒状部材に固定され、軸受けの外輪を固定するベアリング支持部材を含むことができる。空気流出部材は、ベアリング支持部材に固定され、リング部と対向するように形成されることができる。第１の空気室は、空気流出部材に形成され、周方向に延びる凹部により形成されることができる。第２の空気室は、ベアリング支持部材の外周面に形成された凹部により形成されることができる。空気供給路は、筒状部材に形成された径方向に延びる穴部により形成されることができる。接続流路は、ベアリング支持部材に形成された径方向に延びる穴部および空気流出部材に形成された径方向に延びる穴部により形成されることができる。

本発明によれば、異物の侵入を抑制する電動機を提供することができる。

実施の形態における電動機の部分断面図である。 実施の形態における電動機の前側ハウジングの破断斜視図である。 実施の形態における電動機の前側ハウジングの第１の拡大部分断面図である。 実施の形態における電動機の前側ハウジングの第２の拡大部分断面図である。

図１から図４を参照して、実施の形態における電動機について説明する。本実施の形態の電動機は、異物が飛散する環境にて使用される。本実施の形態の電動機は、工作機械において、工具が取り付けられる主軸を回転させる。本実施の形態の電動機は、工作機械の主軸ヘッドの内部に配置される。

主軸ヘッドは、工作機械の加工室に配置される。主軸ヘッドの周りには、ワークを切削した時に生じる切粉および加工室に噴射される切削液の液滴などの異物が存在する。本実施の形態の電動機は、これらの異物が内部に侵入することを抑制する構造を有する。

図１は、本実施の形態の電動機の断面図である。電動機１０は、ロータ１１と、ステータ１２とを備える。ステータ１２は、例えば、軸方向に積層された複数の磁性鋼板にて形成されている。ステータ１２には、コイル１６が巻回されている。ロータ１１は、棒状の回転シャフト１３と、回転シャフト１３の外側に固定され、複数の磁石を有するロータコア１７とを有する。回転シャフト１３は、回転力を伝達する主軸などの他の部材に連結される。

回転シャフト１３は、回転軸ＲＡの周りに回転する。本実施の形態の軸方向とは、回転シャフト１３の回転軸ＲＡが延びる方向を示す。本実施の形態の径方向とは、回転軸ＲＡを中心とする円の半径方向を示す。本実施の形態の周方向とは、回転軸ＲＡを中心とする円の円周の方向を示す。また、電動機１０において、回転シャフト１３が他の部材に連結される側を前側と称する。また、前側と反対側を後側と称する。図１に示す例では、矢印８１が電動機１０の前側を示し、矢印８２が電動機１０の後側を示す。

電動機１０は、ハウジングとして、前側ハウジング５１および後側ハウジング５２を含む。ハウジングには、ステータ１２が固定されている。また、ハウジングは、ベアリングを介してロータ１１を回転可能に支持する。

後側ハウジング５２は、筒状に形成され、後側ハウジング５２の本体部として機能する筒状部材２２と、後側ベアリング１５を支持するベアリング支持部材２６とを含む。ベアリング支持部材２６は、ボルト３８により筒状部材２２に固定されている。ベアリング支持部材２６は、後側ベアリング１５の外輪を支持している。後側ベアリング１５の内輪は、回転シャフト１３を支持している。

回転シャフト１３の後側の端部には、回転シャフト１３の回転位置または回転数を検出するためのエンコーダ１９が配置されている。筒状部材２２の後側の端部には、筒状部材２２の内部の空間を閉止するリヤカバー２３が固定されている。

前側ハウジング５１は、筒状に形成され、前側ハウジングの本体部として機能する筒状部材２１を含む。ステータ１２は、前側ハウジング５１の筒状部材２１および後側ハウジング５２の筒状部材２２に固定されている。ロータ１１の回転シャフト１３は、筒状部材２１に支持された軸受けとしての前側ベアリング１４と、筒状部材２２に支持された軸受けとしての後側ベアリング１５とにより支持されている。

図２に、本実施の形態における前側ハウジングを切断したときの破断斜視図を示す。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿って切断したときの斜視図である。図３に、本実施の形態における前側ハウジングの拡大断面図を示す。図３は、図２におけるＢ−Ｂ線に沿って切断したときの断面図である。図４に、本実施の形態における前側ハウジングの他の拡大断面図を示す。図４は、図２におけるＣ−Ｃ線に沿って切断したときの断面図である。

図２から図４を参照して、前側ハウジング５１は、筒状部材２１に固定されたベアリング支持部材２５を含む。ベアリング支持部材２５は、前側ベアリング１４を支持している。ベアリング支持部材２５は、締結部材としてのボルト３６により筒状部材２１に固定されている。ベアリング支持部材２５は、筒状部材２１の前側の端面に固定されている。ベアリング支持部材２５と筒状部材２１との間には、筒状部材２１の内部の空間を密閉する為の密閉部材３７が配置されている。

前側ベアリング１４は、回転シャフト１３の前側の端部を回転可能に支持している。前側ベアリング１４は、外輪３１、内輪３２、および外輪３１と内輪３２との間に配置された玉３３を含む。内輪３２は、回転シャフト１３と共に回転する。ベアリング支持部材２５は、前側ベアリング１４の外輪３１を固定している。ベアリング支持部材２５は、円環状に形成され、前側ベアリング１４を周方向に覆うように形成されている。

本実施の形態の電動機１０は、エアパージの機能を有する。前側ハウジング５１は、回転シャフト１３に向かって空気を流出する空気流出部材２７を含む。空気流出部材２７は、回転シャフト１３を取り囲むように形成されている。空気流出部材２７は、ボルト３５によりベアリング支持部材２５に固定されている。空気流出部材２７は、ベアリング支持部材２５の前側の端面に固定されている。空気流出部材２７は、円環状に形成されている。

本実施の形態における回転シャフト１３は、表面から突出するリング部として機能するリング部材２８を含む。リング部材２８は、円環状に形成されている。リング部材２８は、空気流出部材２７に対向している。リング部材２８と空気流出部材２７との間には、空気が外側に流出するように隙間が形成されている。リング部材２８と空気流出部材２７との間の小さな隙間は、ラビリンス流路を構成する。

空気流出部材２７は、前側ベアリング１４よりも外側に配置されている。リング部材２８は、前側ベアリング１４よりも外側に配置されている。空気流出部材２７は、空気流出部材２７と回転シャフト１３との隙間から外側に向かって空気が流出するように形成されている。

空気流出部材２７の内部には、圧縮された空気が充填される第１の空気室４１が形成されている。第１の空気室４１は、空気流出部材２７の内面に形成された凹部２７ａにより構成されている。凹部２７ａは、円環状に形成され、周方向に延びている。すなわち、第１の空気室４１は、円環状に形成されている。第１の空気室４１は、空気が流れる流路として機能する。

前側ハウジング５１は、第１の空気室４１の外側に環状に形成された第２の空気室４２を含む。第２の空気室４２は、ベアリング支持部材２５の外周面に形成された凹部２５ａにより構成されている。すなわち、第２の空気室４２は、ベアリング支持部材２５の周方向に形成された凹部２５ａと、筒状部材２１の内周面によって囲まれる空間により構成されている。第２の空気室４２は、円環状に形成されている。本実施の形態の第２の空気室４２は、第１の空気室４１と同心円状に形成されている。

筒状部材２１には、第２の空気室４２に圧縮空気を供給する空気供給路４５が形成されている。空気供給路４５は、筒状部材２１に形成された径方向に延びる穴部２１ａにより形成されている。空気供給路４５は、第２の空気室４２に連通している。空気供給路４５には、空気ポンプ３９が空気供給管を介して接続されている。空気供給路４５には、圧縮された空気が供給される。

前側ハウジング５１は、第１の空気室４１と第２の空気室４２とを連通するように、径方向に延びる接続流路４６を含む。本実施の形態における接続流路４６は、ベアリング支持部材２５に形成された径方向に延びる穴部２５ｂ、および空気流出部材２７に形成された径方向に延びる穴部２７ｂにより構成されている。

本実施の形態の前側ハウジング５１は、複数の接続流路４６を含む。接続流路４６は、周方向において等間隔に配置されている。本実施の形態では、４個の接続流路４６が形成されている。接続流路の数は、この形態に限られず、任意の個数の接続流路４６を形成することができる。例えば、１個の接続流路が形成されていても構わない。

本実施の形態の接続流路４６は、前側ハウジング５１の周方向において、空気供給路４５の位置を避けて形成されている。すなわち、接続流路４６は、空気供給路４５と直線状に配置されないように、空気供給路４５の位置からずれる様に形成されている。

図１から図４を参照して、空気ポンプ３９により供給される圧縮空気は、矢印８３に示す様に、空気供給路４５を通って第２の空気室４２に供給される。圧縮空気は、円環状の第２の空気室４２に充填される。圧縮空気は、第２の空気室４２の内部を流れる。圧縮空気は、矢印８４に示すように、接続流路４６を通って第２の空気室４２から第１の空気室４１に流入する。第１の空気室４１には圧縮空気が充填される。圧縮空気は、第１の空気室４１から、矢印８５に示すように、空気流出部材２７とリング部材２８との間の隙間から外側に向かって流れる。このために、リング部材２８と空気流出部材２７との間の隙間から異物が電動機１０の内部に侵入することを抑制できる。

電動機１０が駆動している時には、回転シャフト１３のリング部材２８は、高速で回転する。このために、リング部材２８に衝突する異物は、遠心力により径方向の外側に向かって運ばれる。電動機１０の内部に異物が侵入することが抑制される。一方で、回転シャフト１３の回転数が低下したり、回転シャフト１３の回転が停止したりした場合においても、矢印８５に示すように、第１の空気室４１から圧縮空気が前側に向かって噴出されるために、電動機１０の内部の異物が侵入することを抑制できる。なお、電動機１０が高速で駆動している時にも、第１の空気室４１から圧縮空気を噴出しても構わない。

本実施の形態の圧縮空気は、矢印８３に示すように空気供給路４５から第２の空気室４２に供給される。接続流路４６は、空気供給路４５の位置を避けて形成されている。すなわち、接続流路４６と空気供給路４５とは一直線状にならないように形成されている。このために、空気供給路４５を流れる空気は、第２の空気室４２の表面に衝突する。この後に、圧縮空気は、第２の空気室４２に沿って流れる。このために、第２の空気室４２において、空気の圧力は周方向において、ほぼ均一になる。

次に、圧縮空気は、接続流路４６を通って矢印８４に示すように、第１の空気室４１に供給される。第１の空気室４１では、空気が充填され、周方向において、ほぼ均一の圧力になる。このために、リング部材２８の外周面の全体に、ほぼ同じ圧力の圧縮空気を供給することができる。リング部材２８と空気流出部材２７との間の隙間（ラビリンス流路）からは、周方向の全体に亘って均一に空気が流出する。このために、周方向の全体において、隙間からの異物の侵入を抑制できる。例えば、一部分から噴出される空気の流量が小さいために、この一部分から異物が侵入することを回避できる。

本実施の形態の電動機１０では、ラビリンス流路の全体に均等に空気の圧力が加わるように第１の空気室４１が形成されている。また、第１の空気室４１において、周方向において圧力が均一になるように、第２の空気室４２および接続流路４６が形成されている。

特に、本実施の形態における前側ハウジング５１では、周方向において複数の接続流路４６が等間隔に配置されている。このために、第１の空気室４１に複数の接続流路４６から空気が供給される。このために、第１の空気室４１の全体に均一の圧力の空気が充填される。第１の空気室４１の周方向において、圧力が不均一になることを抑制できる。すなわち、リング部材２８と空気流出部材２７との間の隙間から、周方向全体に亘って流量が均一の空気を吹き出すことができる。

また、本実施の形態の接続流路４６は、第１の空気室４１の延びる方向に垂直な面で切断した断面積および第２の空気室４２の延びる方向に垂直な面で切断した断面積よりも小さい断面積を有する部分を含む。本実施の形態においては、空気流出部材２７に形成された穴部２７ｂの流路断面積は、第１の空気室４１の流路断面積および第２の空気室４２の流路断面積よりも小さい。接続流路が空気の流路断面積が小さくなる部分を有する構成により、接続流路において流れる空気の流量を制限できる。接続流路に多量の圧縮空気が流れて、第２の空気室４２の周方向において圧力が不均一になることを抑制できる。この結果、圧力が一定の空気を第１の空気室４１の全体に供給することができる。第１の空気室４１の周方向において圧力が不均一になることを抑制できる。

本実施の形態においては、環状の２つの空気室が前側ハウジング５１に形成されているが、この形態に限られない。３個以上の空気室が前側ハウジングに形成されていても構わない。例えば、図２を参照して、第２の空気室４２の外側に、第３の空気室を形成しても構わない。この場合に、第３の空気室は、第２の空気室と同心円状に形成されることができる。第３の空気室には、空気供給路が接続される。そして第２の空気室と第３の空気室とは、径方向に延びる接続流路にて接続することができる。この接続流路は、空気供給路と直線状にならないように、空気供給路からずらして配置することが好ましい。

本実施の形態の第１の空気室は、空気流出部材に形成された凹部により構成されているが、この形態に限られず、環状に形成され、回転シャフトに向かって空気を供給する任意の構成を採用することができる。そして、空気流出部材は、回転シャフトの外周面との僅かな隙間から空気を流出するように形成することができる。

本実施の形態における第２の空気室は、ベアリング支持部材に形成された凹部により構成されているが、この形態に限られず、第１の空気室の外側に環状に形成された任意の空気室を採用することができる。例えば、第２の空気室は、筒状部材の内周面に形成された凹部により構成されていても構わない。

本実施の形態における電動機は、工作機械の主軸を回転させる電動機であるが、この形態に限られず、異物の侵入の虞がある環境に配置される任意の電動機に本発明を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１０ 電動機
１３ 回転シャフト
１４ 前側ベアリング
２１ 筒状部材
２１ａ 穴部
２５ ベアリング支持部材
２５ａ 凹部
２５ｂ 穴部
２７ 空気流出部材
２７ａ 凹部
２７ｂ 穴部
２８ リング部材
３９ 空気ポンプ
４１ 第１の空気室
４２ 第２の空気室
４５ 空気供給路
４６ 接続流路
５１ 前側ハウジング

Claims (4)

1. 回転シャフトを含むロータと、
   前記回転シャフトを支持し、前記回転シャフトが他の部材に連結される側に配置されたハウジングとを備え、
   前記ハウジングは、前記回転シャフトを取り囲み、前記回転シャフトに向かって空気を流出する空気流出部材を含み、
   空気流出部材は、前記回転シャフトと対向し、空気流出部材と前記回転シャフトとの隙間から外側に向かって空気が流出するように形成されており、
   前記ハウジングは、空気流出部材に形成された環状の第１の空気室と、第１の空気室の外側に形成された環状の第２の空気室と、第２の空気室に圧縮空気を供給するように径方向に延びる空気供給路と、第１の空気室および第２の空気室を連通するように径方向に延びる接続流路とを含み、
   前記接続流路は、前記ハウジングの周方向において、前記空気供給路の位置を避けて形成されている、電動機。
2. 前記接続流路は、第１の空気室の延びる方向に垂直な面で切断した断面積および第２の空気室の延びる方向に垂直な面で切断した断面積よりも小さい断面積を有する部分を含む、請求項１に記載の電動機。
3. 前記ハウジングは、複数の前記接続流路を含み、
   複数の前記接続流路は、周方向において等間隔に形成されている、請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記回転シャフトは、周方向に形成されたリング部を含み、
   前記ハウジングは、筒状部材と、筒状部材に固定され、軸受けの外輪を固定するベアリング支持部材を含み、
   空気流出部材は、ベアリング支持部材に固定され、リング部と対向するように形成されており、
   第１の空気室は、空気流出部材に形成され、周方向に延びる凹部により形成されており、第２の空気室は、ベアリング支持部材の外周面に形成された凹部により形成されており、
   前記空気供給路は、筒状部材に形成された径方向に延びる穴部により形成されており、
   前記接続流路は、ベアリング支持部材に形成された径方向に延びる穴部および空気流出部材に形成された径方向に延びる穴部により形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機。

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