JP2018085899A - 冷却構造を備える電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の付着に起因して冷却効率が低下するのを防止する。
【解決手段】電動機１０は、ステータ１４と、ステータ１４に取り付けられるハウジング１６と、ステータ１４およびハウジング１６を冷却する冷却構造２４と、ステータ１４、ハウジング１６、または冷却構造２４の表面を振動させる振動モジュールとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却構造を備える電動機に関する。

冷却用の気体を流動させるための通気路のような冷却構造を備える電動機が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１５８８３９号公報

冷却構造の表面に、塵埃または切削液等の異物が付着すると、該冷却構造の冷却効率が低下する。従来、このような冷却効率の低下を防止する技術が求められている。

電動機は、ステータと、ステータに取り付けられるハウジングと、ステータおよびハウジングを冷却する冷却構造と、ステータ、ハウジング、または冷却構造の表面を振動させる振動モジュールとを備える。

冷却構造は、ステータまたはハウジングに形成され、気体が流動可能な通気路を有してもよい。振動モジュールは、通気路を画定する、ステータもしくはハウジングの表面に取り付けられてもよい。または、振動モジュールは、通気路を画定する、ステータもしくはハウジングの表面に隣接してステータもしくはハウジングに埋設されてもよい。

冷却構造は、ステータまたはハウジングにおいて気流を生じさせるファンを有してもよい。ファンは、各々が表面を具備する複数の羽根を有する回転体と、回転体を回転可能に支持する回転体ホルダとを有してもよい。振動モジュールは、回転体ホルダに設けられてもよい。

冷却構造は、ステータまたはハウジングの外面に設けられ、表面を具備する放熱フィンを有してもよい。振動モジュールは、放熱フィンの表面に取り付けられてもよい。または、振動モジュールは、放熱フィンの表面に隣接して放熱フィンに埋設されてもよい。

一実施形態に係る電動機の断面図である。 図１中の領域ＩＩを拡大した拡大図である。 図１中の領域ＩＩＩを拡大した拡大図である。 図１中の領域ＩＶを拡大した拡大図である。 図１中の領域Ｖを拡大した拡大図である。 図１中の領域ＶＩを拡大した拡大図である。 他の実施形態に係る電動機の断面図である。 一実施形態に係る放熱構造の図である。 図８に示す放熱構造を軸方向から見た拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１を参照して、一実施形態に係る電動機１０について説明する。なお、以下の説明における軸方向とは、ロータ１２の回転軸線Ｏに沿う方向を示し、径方向とは、軸線Ｏを中心とする円の半径方向を示し、周方向とは、軸線Ｏを中心とする円の円周方向を示す。また、便宜上、図１の紙面左方を、軸方向前方として説明する。

電動機１０は、ロータ１２、ステータ１４、ハウジング１６、ベアリング１８および２０、ファンカバー２２、ならびに冷却構造２４を備える。

ロータ１２は、円柱状の回転シャフト２６と、該回転シャフト２６の径方向外側に固定された円筒状のロータコア２８とを有する。ロータコア２８には、複数の磁石（図示せず）が内蔵されている。ロータコア２８は、ステータ１４から軸方向内方に僅かに離隔して配置されている。

ステータ１４は、ステータコア３０と、該ステータコア３０に巻回されたコイル３２とを有する。ステータコア３０は、円筒状であって、例えば、軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成される。

ハウジング１６は、前ハウジング３４および後ハウジング３６を有する。前ハウジング３４は、円筒状であって、ステータコア３０の軸方向前側に固定されている。前ハウジング３４は、その径方向内側の端部に、円筒状のベアリング支持面３８を有する。

後ハウジング３６は、円筒状であって、ステータコア３０の軸方向後側に固定されている。後ハウジング３６は、その径方向内側の端部に、円筒状のベアリング支持面４０を有する。

ベアリング１８は、前ハウジング３４に形成されたベアリング支持面３８と、回転シャフト２６の外周面との間に嵌入され、回転シャフト２６を回転可能に支持する。一方、ベアリング２０は、後ハウジング３６に形成されたベアリング支持面４０と、回転シャフト２６の外周面との間に嵌入され、回転シャフト２６を回転可能に支持する。

ファンカバー２２は、後ハウジング３６の軸方向後側に固定され、内部空間Ｓを画定する。ファンカバー２２の後壁２２ａには、複数の開口部２２ｂが形成されている。

冷却構造２４は、電動機１０の稼働中に加熱されるステータ１４およびハウジング１６を冷却するためのものであって、通気路４２、ファン４４、および放熱フィン７０を有する。

通気路４２は、軸方向前側の第１の開口４６から軸方向後側の第２の開口４８まで、軸方向に延在する孔である。より具体的には、通気路４２は、第１の孔部４２ａ、第２の孔部４２ｂ、および第３の孔部４２ｃを有する。第１の孔部４２ａは、第１の開口４６を有し、前ハウジング３４に形成されている。第１の開口４６は、前ハウジング３４の端面３４ａに形成されている。

第２の孔部４２ｂは、ステータコア３０を軸方向に貫通するように該ステータコア３０に形成されている。第３の孔部４２ｃは、第２の開口４８を有し、後ハウジング３６に形成されている。第２の開口４８は、後ハウジング３６の端面３６ａに形成されている。第１の孔部４２ａ、第２の孔部４２ｂ、および第３の孔部４２ｃは、互いに連通する。

ファン４４は、通気路４２に気流を生じさせる。図２に示すように、ファン４４は、回転体５０、ファンモータ５２、および回転体ホルダ５４を有する。回転体５０は、中心部５０ａと、中心部５０ａから径方向外側へ延出する複数の羽根５０ｂとを有する。複数の羽根５０ｂは、周方向に略等間隔で整列するように配置されている。

ファンモータ５２は、ファンカバー２２の後壁２２ａの内面に固定され、回転体５０を回転させる。ファンモータ５２は、軸方向に延びる回転シャフト５２ａを有し、該回転シャフト５２ａの軸方向前端は、回転体５０の中心部５０ａに固定されている。

回転体ホルダ５４は、ファン４４の回転体５０を回転可能に支持する。具体的には、回転体ホルダ５４は、ベアリング５６および支持部５８を有する。ベアリング５６は、ファンモータ５２の回転シャフト５２ａを回転可能に支持する。本実施形態においては、ベアリング５６は、玉軸受であって、内輪６０、外輪６２、および、内輪６０と外輪６２との間に配置された複数の玉６４を有する。

内輪６０は、円環状であり、内周面６０ａと、該内周面６０ａとは反対側の外周面６０ｂとを有する。内輪６０の内周面６０ａは、ベアリング５６の内周面を画定している。ファンモータ５２の回転シャフト５２ａは、該内周面６０ａと当接するように、内輪６０に嵌め込まれる。

その結果、回転シャフト５２ａに固定された回転体５０は、ベアリング５６によって回転可能に支持される。内輪６０の外周面６０ｂは、軌道面として機能し、該外周面６０ｂ上を、玉６４が転動する。

外輪６２は、内輪６０よりも大径の円環状の部材であり、内周面６２ａと、該内周面６２ａとは反対側の外周面６２ｂとを有する。外輪６２の内周面６２ａは、軌道面として機能し、該内周面６２ａ上を、玉６４が転動する。外輪６２の外周面６２ｂは、ベアリング５６の外周面を画定している。

支持部５８は、円筒状であって、ファンカバー２２の後壁２２ａに固設されている。支持部５８は、内周面５８ａと、該内周面５８ａとは反対側の外周面５８ｂとを有する。内周面５８ａは、外輪６２の外周面６２ｂと当接し、ベアリング５６を支持している。

ファンモータ５２が回転体５０を一方へ回転させると、回転する羽根５０ｂによって、ファンカバー２２に形成された開口部２２ｂから内部空間Ｓに流入する気流が生じる。この気流は、通気路４２の第２の開口４８から通気路４２に流入し、通気路４２を軸方向前方へ向かって流れて、第１の開口４６から外部へ流出する。

一方、ファンモータ５２が回転体５０を他方へ回転させると、通気路４２の第１の開口４６から通気路４２に流入する気流が生じる。この気流は、通気路４２を軸方向後方へ流れ、第２の開口４８から内部空間へ流入し、ファンカバー２２の開口部２２ｂから外部へ流出する。以上のように通気路４２を流動する気流によって、ハウジング１６およびステータ１４は、冷却される。

放熱フィン７０の各々は、周方向に延びる薄板であって、軸方向に整列するようにステータコア３０の外周面３０ａに固定されている。放熱フィン７０は、ステータコア３０から放熱し、これにより、ステータ１４を冷却する。

ファンモータ５２を稼働させるにつれて、通気路４２またはファンモータ５２の回転体５０に、塵埃または切削液等の異物が付着する。このように異物が付着すると、通気路４２内の気流が減少し、以って、冷却効率が低下してしまう虞がある。また、放熱フィン７０の表面７０ａに異物が付着し、これにより放熱フィン７０の放熱効率が低下してしまう虞もある。

そこで、本実施形態に係る電動機１０は、異物の付着によって冷却構造２４の冷却効率が低下するのを防止すべく、図２〜図６に示すように複数の振動モジュール８０を備える。

振動モジュール８０の各々は、例えば、圧電素子または振動用モータを有する。圧電素子は、印加された電圧に応じて自らが振動する。振動用モータは、回転シャフトと、該回転シャフトの回転運動を往復運動に変換する運動変換構造とを有する。運動変換構造は、例えば、回転シャフトに固設された楕円形の部材から構成される。

一例として、振動モジュール８０は、コイル３２に電圧を印加する主電圧源とは別の副電圧源（図示せず）に接続され、該副電圧源から供給された電圧によって、振動（例えば、１ｋＨｚ以上の高周波振動）を生じさせる。振動モジュール８０は、例えば、電動機１０の動作時、または該電動機１０が設置される工作機械において切削液が使用されている時に、動作される。

図２に示すように、振動モジュール８０は、振動モジュール８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄを有する。振動モジュール８０ａは、ベアリング５６の外輪６２に埋設されている。振動モジュール８０ｂは、ベアリング５６の外輪６２の軸方向後方の端面６２ｃに固定されている。振動モジュール８０ｃは、支持部５８に埋設されている。振動モジュール８０ｄは、支持部５８の内周面５８ａに固定されている。

これら振動モジュール８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄは、羽根５０ｂの表面５０ｃを振動させて、該表面５０ｃに付着した異物を振り落す。

具体的には、振動モジュール８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄが発生させた振動は、玉６４、内輪６０、回転シャフト５２ａ、および中心部５０ａを経て、羽根５０ｂに伝達される。このようにして、振動モジュール８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄの各々は、羽根５０ｂの表面５０ｃを振動させる。

図３に示すように、振動モジュール８０は、振動モジュール８０ｅおよび８０ｆを有する。振動モジュール８０ｅは、前ハウジング３４に埋設されている。振動モジュール８０ｅは、通気路４２の第１の孔部４２ａを画定する、前ハウジング３４の表面に隣接して配置されている。

一方、振動モジュール８０ｆは、第１の孔部４２ａを画定する前ハウジング３４の表面に固定されている。これら振動モジュール８０ｅおよび８０ｆは、第１の孔部４２ａを画定する表面を振動させて、該表面に付着した異物を振り落す。

図４に示すように、振動モジュール８０は、振動モジュール８０ｇおよび８０ｈを有する。振動モジュール８０ｇの各々は、ステータコア３０に埋設されている。振動モジュール８０ｇは、通気路４２の第２の孔部４２ｂを画定する、ステータコア３０の表面に隣接し、該第２の孔部に沿って軸方向に並ぶように、配置されている。

一方、振動モジュール８０ｈは、第２の孔部４２ｂに沿って軸方向に並ぶように、該第２の孔部４２ｂを画定するステータコア３０の表面に固定されている。これら振動モジュール８０ｇおよび８０ｈは、第２の孔部４２ｂを画定する表面を振動させて、該表面に付着した異物を振り落す。

図５に示すように、振動モジュール８０は、振動モジュール８０ｉおよび８０ｊを有する。振動モジュール８０ｉの各々は、後ハウジング３６に埋設されている。振動モジュール８０ｉは、通気路４２の第３の孔部４２ｃを画定する、後ハウジング３６の表面に隣接し、該第３の孔部４２ｃに沿って軸方向に並ぶように、配置されている。

一方、振動モジュール８０ｊは、第３の孔部４２ｃに沿って軸方向に並ぶように、該第３の孔部４２ｃを画定する後ハウジング３６の表面に固定されている。これら振動モジュール８０ｉおよび８０ｊは、第３の孔部４２ｃを画定する表面を振動させて、該表面に付着した異物を振り落す。

図６に示すように、振動モジュール８０は、振動モジュール８０ｋおよび８０ｌを有する。振動モジュール８０ｋの各々は、放熱フィン７０に埋設されている。振動モジュール８０ｋの各々は、放熱フィン７０の表面７０ａに隣接し、径方向に並ぶように、配置されている。

一方、振動モジュール８０ｌは、径方向に並ぶように、放熱フィン７０の表面７０ａに固定されている。これら振動モジュール８０ｋおよび８０ｌは、放熱フィン７０の表面７０ａを振動させて、該表面７０ａに付着した異物を振り落す。

以上に述べたように、本実施形態によれば、振動モジュール８０によって、羽根５０ｂの表面５０ｃ、通気路４２を画定する表面、および放熱フィンの表面７０ａを振動させて、これら表面に付着した異物を振り落とすことができる。これにより、これら表面に付着した異物によって、冷却構造２４の冷却効率が低下するのを効果的に防止できる。

なお、複数の振動モジュール８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、または８０ｄが、周方向に並ぶように配設されてもよい。また、振動モジュール８０ｂは、外輪６２の軸方向前方の端面に固定されてもよい。また、振動モジュール８０ｄは、支持部５８の外周面５８ｂに固定されてもよい。

また、複数の振動モジュール８０ｅまたは８０ｆが、第１の孔部４２ａに沿って軸方向に並ぶように配設されてもよい。また、複数の振動モジュール８０ｅまたは８０ｆが、第１の孔部４２ａを画定する壁面の周囲に並ぶように配設されてもよい。

また、複数の振動モジュール８０ｇまたは８０ｈが、第２の孔部４２ｂを画定する壁面の周囲に並ぶように配設されてもよい。また、複数の振動モジュール８０ｉまたは８０ｊが、第３の孔部４２ｃを画定する壁面の周囲に並ぶように配設されてもよい。

通気路４２を画定する表面の上、および該表面に隣接して設けられた振動モジュール８０ｅ、８０ｆ、８０ｇ、８０ｈ、８０ｉ、および８０ｊは、互いに同期して振動されてもよい。

また、通気路４２を画定する表面に生じる振動を増幅させるべく、振動モジュール８０ｅ、８０ｆ、８０ｇ、８０ｈ、８０ｉ、または８０ｊは、通気路４２を画定する表面に定在波の振動を発生するように、配置されてもよい。

例えば、振動波の波長をλとした場合に、振動モジュール８０ｅ、８０ｆ、８０ｇ、８０ｈ、８０ｉ、または８０ｊが、λ／２×ｎ（ｎは正の整数）の間隔で、通気路４２に沿って軸方向に並ぶように配置してもよい。

また、放熱フィン７０は、ハウジング３４、３６の外面に設けられてもよい。このような実施形態を図７に示す。図７に示す電動機１０’においては、放熱フィン７０が、前ハウジング３４および後ハウジング３６の外面にも設けられている。これら放熱フィン７０にも、図６に示すように、振動モジュール８０ｋおよび８０ｌが設置される。

また、放熱フィンは、軸方向に延びる薄板から構成されてもよい。このような実施形態を図８および図９に示す。図８および図９に示す放熱構造９０は、上述の放熱フィン７０の代わりにステータコア３０の外周面３０ａに固定され得るものであって、円筒部９２および複数の放熱フィン９４を有する。

円筒部９２は、ステータコア３０の外周面３０ａに接触して固定される。放熱フィン９４の各々は、円筒部９２の外周面９２ａから径方向外方へ突出し、軸方向へ延びる薄板である。放熱フィン９４は、周方向に略等間隔で整列する。

振動モジュール８０は、振動モジュール８０ｍおよび８０ｎを有する。振動モジュール８０ｍの各々は、放熱フィン９４に埋設されている。振動モジュール８０ｍの各々は、放熱フィン９４の表面９４ａに隣接し、径方向に並ぶように、配置されている。

一方、振動モジュール８０ｎは、径方向に並ぶように、放熱フィン９４の表面９４ａに固定されている。これら振動モジュール８０ｍおよび８０ｎは、放熱フィン９４の表面９４ａを振動させて、該表面９４ａに付着した異物を振り落す。なお、振動モジュール８０ｍまたは８０ｎは、軸方向に並ぶように配置されてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」、「次いで」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 電動機
１６ ハウジング
２４ 冷却構造
８０ 振動モジュール

Claims (4)

1. ステータと、
   前記ステータに取り付けられるハウジングと、
   前記ステータおよび前記ハウジングを冷却する冷却構造と、
   前記ステータ、前記ハウジング、または前記冷却構造の表面を振動させる振動モジュールと、を備える、電動機。
2. 前記冷却構造は、前記ステータまたは前記ハウジングに形成され、気体が流動可能な通気路を有し、
   前記振動モジュールは、
   前記通気路を画定する、前記ステータもしくは前記ハウジングの前記表面に取り付けられるか、または、
   前記通気路を画定する、前記ステータもしくは前記ハウジングの前記表面に隣接して前記ステータもしくは前記ハウジングに埋設される、請求項１に記載の電動機。
3. 前記冷却構造は、前記ステータまたは前記ハウジングにおいて気流を生じさせるファンを有し、
   前記ファンは、
   各々が前記表面を具備する複数の羽根を有する回転体と、
   前記回転体を回転可能に支持する回転体ホルダと、を有し、
   前記振動モジュールは、前記回転体ホルダに設けられる、請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記冷却構造は、前記ステータまたは前記ハウジングの外面に設けられ、前記表面を具備する放熱フィンを有し、
   前記振動モジュールは、
   前記放熱フィンの前記表面に取り付けられるか、または、
   前記放熱フィンの前記表面に隣接して前記放熱フィンに埋設される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。

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