JP2021090254A

JP2021090254A - 電動機

Info

Publication number: JP2021090254A
Application number: JP2019218527A
Authority: JP
Inventors: 史湯川; Fumito Yukawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: JP7381314B2

Abstract

【課題】冷却風が流れる通風孔を備える電動機に係り、冷却効果のばらつきが低減された電動機を提供する。【解決手段】シャフト１２と、シャフト１２に取り付けられたロータ１４と、シャフト１２およびロータ１４の外周に設けられるステータ１６と、を備える電動機１０であって、ステータ１６には、シャフト１２の軸方向に沿って冷却風Ａをステータ１６内部に流すための第１の通風孔３４と、外周に設けられ、第１の通風孔３４と外気Ｂとを連通し、外気Ｂを第１の通風孔３４に流すための第２の通風孔４０と、が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に関する。特に、ステータに空冷式の冷却構造を備えた電動機に関する。

特許文献１には、軸方向に延在する通風孔が設けられたステータを備える電動機（モータ１０）が開示されている。

特開２０１４−０７２９６０号公報

上記の構成によると、冷却風は電動機から熱を奪いながら通風孔を流れる。したがって、冷却風は、通風孔内を通過するうちに次第に温まる。このため、通風孔の下流側においては、上流側と比較したときに冷却風による冷却の効果が低下しているおそれがある。

そこで、本発明は、冷却風が流れる通風孔を備える電動機に係り、冷却効果のばらつきが低減された電動機を提供することを目的とする。

発明の一つの態様は、シャフトと、前記シャフトに取り付けられたロータと、前記シャフトおよび前記ロータの外周に設けられるステータと、を備える電動機であって、前記ステータには、前記シャフトの軸方向に沿って冷却風を前記ステータ内部に流すための第１の通風孔と、外周に設けられ、前記第１の通風孔と外気とを連通し、前記外気を前記第１の通風孔に流すための第２の通風孔と、が設けられている。

本発明によれば、冷却風が流れる通風孔を備える電動機に係り、冷却効果のばらつきが低減された電動機が提供される。

実施の形態の電動機の構成を簡易的に示す斜視図である。実施の形態の電動機の構成を簡易的に示す断面図である。図３Ａは、図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線の断面図である。図３Ｂは、図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線の断面図である。変形例１の電動機の構成を簡易的に示す断面図である。

以下、本発明に係る電動機について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施の形態］
図１は、実施の形態の電動機１０の構成を簡易的に示す斜視図である。図２は、実施の形態の電動機１０の構成を簡易的に示す断面図である。以下に記載する前方向および後方向の各々は、図１および図２に示した矢印に従う。

本実施の形態の電動機１０は、シャフト１２と、ロータ１４と、ステータ１６と、センサ１８と、第１のハウジング２０と、第２のハウジング２２と、を備える。以下、これらについて説明する。

シャフト１２は軸方向（前後方向）に延在する部材であって、電動機１０の回転軸として供される。図１および図２の仮想の直線Ｌは、軸方向に沿ったシャフト１２の軸線である。

ロータ１４は、シャフト１２と同心の概環形状を有する部材であって、シャフト１２に取り付けられる。シャフト１２およびロータ１４の外周には、ステータ１６が設けられる。

ステータ１６について説明する前に、センサ１８、第１のハウジング２０および第２のハウジング２２について先に説明する。

センサ１８は、ステータ１６の軸方向に関して一方（本実施の形態では後方向）側に設けられ得る。センサ１８は、限定されないが、それは例えばシャフト１２の回転量（回転角）を検出するエンコーダであり、あるいは振動を検出する振動検出器である。センサ１８は電動機１０に複数設けられてもよく、例えば、上記のエンコーダおよび振動検出器の両方が電動機１０に設けられてもよい。

第１のハウジング２０は、センサ１８と同様に、ステータ１６の軸方向に関して一方（本実施の形態では後方向）側に設けられ得る。第１のハウジング２０は、該一方側においてシャフト１２、ロータ１４、ステータ１６およびセンサ１８を覆う。これにより、第１のハウジング２０により覆われる部分に関して、シャフト１２、ロータ１４、ステータ１６およびセンサ１８が保護され得る。

また、第１のハウジング２０は、シャフト１２、ロータ１４およびセンサ１８から隔たれた空間により形成される流路２４と、後方向側の端部に設けられ、流路２４に連通する排気口２６と、ファン２８と、を備える。ファン２８は、例えば流路２４内または排気口２６を臨む第１のハウジング２０の外側に設けられ、前方向側から後方向側に空気を吸引することで冷却風Ａを発生させる。

第２のハウジング２２は、ステータ１６の軸方向に関して他方（本実施の形態では前方向）側に設けられる。第２のハウジング２２は、該他方側においてシャフト１２、ロータ１４、ステータ１６を覆うことにより、これらを自己が覆う範囲に関して保護し得る。

また、本実施の形態では、第２のハウジング２２に連通孔３０を設ける。この連通孔３０は、後述するステータ１６の第１の通風孔３４と外気Ｂとを連通させるものである。第２のハウジング２２がステータ１６の第１の通風孔３４を覆わない場合は、この連通孔３０は設けなくてもよい。

図３Ａは、図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線の断面図である。図３Ｂは、図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線の断面図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは主にステータ１６に着目しており、シャフト１２およびロータ１４については図示を省略している。

以下、本実施の形態のステータ１６について説明する。ステータ１６は、概筒形状を有する部材であって、既に説明した通りシャフト１２およびロータ１４の外周に設けられるものである。

ステータ１６には、ロータ１４を臨むようにコイル３２が設けられる。また、ステータ１６には、シャフト１２の軸方向に沿って延在する第１の通風孔３４が設けられる。第１の通風孔３４は、冷却風Ａをステータ１６内部に流すために形成されるものであって、ステータ１６を軸方向に沿って貫通する１つまたは複数の貫通孔３６から構成される。複数の貫通孔３６の各々の開口（第１の開口）３８は、図２のように、ステータ１６の前方向側に設けられる。複数の貫通孔３６の各々は、ステータ１６の後方向側では第１のハウジング２０の流路２４に連通しており、シャフト１２およびロータ１４には連通しない。

複数の貫通孔３６の各々は、その形状は本実施の形態では概角孔である。ただし、貫通孔３６の形状はこれに限定されず、例えば丸孔であってもよい。また、貫通孔３６の具体的な数も特に限定されず、必要に応じた数を設け得る。

さらに、本実施の形態のステータ１６には、該ステータ１６の外周に設けられて第１の通風孔３４と外気Ｂとを連通する第２の通風孔４０が設けられる。第２の通風孔４０は、ステータ１６の外周に設けられた外気Ｂ側の開口（第２の開口）４２を介して外気Ｂを第１の通風孔３４に導入する。これにより、第１の通風孔３４には、ステータ１６の前方向側に設けられた第１の開口３８から冷却風Ａが導入されるほか、同ステータ１６の外周に第２の開口４２が設けられた第２の通風孔４０から外気Ｂが導入されるようになる。

第２の通風孔４０は、複数設けられ得る。本実施の形態では、第２の通風孔４０の数は貫通孔３６の数と同一であり、複数の貫通孔３６の各々は、１つの第２の通風孔４０を介して外気Ｂと連通する。

第２の通風孔４０の形状は、本実施の形態では丸孔である。ただし、第２の通風孔４０の形状はこれに限定されず、例えば角孔であってもよい。第２の通風孔４０は、第１の通風孔３４と同様に、シャフト１２およびロータ１４には連通しない。

第２の通風孔４０の大きさは、形状と同様に特に限定されるものではないが、第１の開口３８から導入する冷却風Ａの風量と第２の通風孔４０から導入する外気Ｂの風量とのバランスに影響を与える要素である。すなわち、第２の通風孔４０を大きくするほど第１の通風孔３４に導入される外気Ｂの風量は多くなるが、そのぶんだけ第１の開口３８から導入される冷却風Ａの風量は少なくなる。このことから、第２の通風孔４０の大きさは、第１の開口３８から導入する冷却風Ａの風量と第２の通風孔４０から導入する外気Ｂの風量とのバランスを考慮して適宜決定されることが好ましい。

複数の第２の通風孔４０の各々の第２の開口４２は、軸方向に関して所定範囲内で互いに一致する位置に配置され、より好ましくは軸方向に関して互いに一致する位置に配置される。なお、所定範囲とはいわゆる許容可能な誤差範囲のことであって、設計段階で適宜決定され得る。また、本実施の形態では、複数の第２の通風孔４０のうちのいずれも、センサ１８に対して冷却風Ａの流れる方向（後方向）の上流側に設けられる。

上記の構成を備える電動機１０においては、コイル３２に電流を供給することでロータ１４に回転のトルクを発生させ、該トルクによってシャフト１２を回転させることができる。このとき、コイル３２は、電流が流れることに伴って発熱する。発生した熱はステータ１６にも伝わる。

ここで、ファン２８が冷却風Ａを発生させることにより、該冷却風Ａが第１の開口３８を介して第１の通風孔３４に導入される（図２）。導入された冷却風Ａは、第１の通風孔３４に沿って後方向に流れつつ、ステータ１６から熱を奪うことでステータ１６を冷却する。ステータ１６が冷却されるので、結果として、電動機１０のその他の構成（例えば、ロータ１４やシャフト１２）が温まることも抑制される。

冷却風Ａはステータ１６から熱を奪うことで次第に温まるが、第１の通風孔３４には、該冷却風Ａのほか、第１の通風孔３４と第２の通風孔４０とが連通する合流位置４４（図２）において第２の通風孔４０から冷たい外気Ｂが導入される。以下、第２の通風孔４０から第１の通風孔３４に導入された外気Ｂを冷却風Ｂとも称する。冷却風Ｂは、冷却風Ａとともに第１の通風孔３４内を後方向に流れる。これにより、合流位置４４よりも後方向側（下流）においては、冷却風Ｂによりステータ１６が冷却され得る。したがって、本実施の形態では、第１の通風孔３４の上流側のみならず下流側においてもステータ１６が好適に冷却され得る。

第１の通風孔３４を通過した冷却風Ａおよび冷却風Ｂは、第１のハウジング２０に備わった流路２４に到達する。そして、ファン２８に吸引されることで、排気口２６を介して流路２４から排気Ｃとして排される。

上記の通り、本実施の形態によれば、冷却風Ａが流れる第１の通風孔３４を備える電動機１０について、冷却効果のばらつきが低減される。

また、第２の通風孔４０は、本実施の形態ではセンサ１８より冷却風Ａの上流側に設けられている。この構成によれば、ステータ１６のうちのセンサ１８の周辺を、第１の通風孔３４を流れる冷却風Ｂにより好適に冷却し得る。したがって、本実施の形態では、コイル３２およびステータ１６の熱からセンサ１８が好適に保護され得る。

また、本実施の形態では、複数の第２の通風孔４０の各々の第２の開口４２が軸方向に関して所定範囲内で互いに一致する位置に配置され、より好ましくは軸方向に関して互いに一致する位置に配置される。これにより、冷却風Ｂによる冷却効果のばらつきが低減され得る。すなわち、冷却効果のばらつきがより一層低減され得る。

また、本実施の形態の第１の通風孔３４および第２の通風孔４０は、シャフト１２およびロータ１４に連通していない。この構成によれば、電動機１０の外部の液体（水や油）が第１の通風孔３４および第２の通風孔４０を介してシャフト１２およびロータ１４に到達することが防止される。したがって、本実施の形態の電動機１０は、防水性の観点において有利である。

［変形例］
以上、本発明の一例として実施の形態が説明されたが、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

（変形例１）
図４は、変形例１の電動機１０の構成を簡易的に示す断面図である。

第２の通風孔４０は、軸方向に沿って斜めに延在していてもよい。例えば、第２の通風孔４０は、図４のように、外気Ｂを第１の通風孔３４へと導くように、第１の通風孔３４内を冷却風Ａが流れる方向（後方向）に沿って斜めに延在してもよい。この場合は、第２の通風孔４０を介した第１の通風孔３４への外気Ｂの導入がより好適に行われ得る。

［実施の形態から得られる発明］
上記実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

シャフト（１２）と、前記シャフト（１２）に取り付けられたロータ（１４）と、前記シャフト（１２）および前記ロータ（１４）の外周に設けられるステータ（１６）と、を備える電動機（１０）であって、前記ステータ（１６）には、前記シャフト（１２）の軸方向に沿って冷却風（Ａ）を前記ステータ（１６）内部に流すための第１の通風孔（３４）と、外周に設けられ、前記第１の通風孔（３４）と外気（Ｂ）とを連通し、前記外気（Ｂ）を前記第１の通風孔（３４）に流すための第２の通風孔（４０）と、が設けられている。

これにより、冷却風（Ａ）が流れる通風孔（３４）を備える電動機（１０）について、冷却効果のばらつきが低減される。

前記第２の通風孔（４０）は、複数設けられてもよい。これにより、冷却効果のばらつきがより低減され得る。

前記第１の通風孔（３４）は、前記ステータ（１６）を前記軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔（３６）から構成され、複数の前記貫通孔（３６）の各々は、１つの前記第２の通風孔（４０）を介して前記外気（Ｂ）と連通してもよい。これにより、冷却効果のばらつきがより低減され得る。

複数の前記第２の通風孔（４０）の外気（Ｂ）側の開口（４２）は、前記軸方向に関して所定範囲内で互いに一致する位置に配置されてもよい。これにより、冷却効果のばらつきがより低減され得る。

前記第２の通風孔（４０）は、前記外気（Ｂ）を前記第１の通風孔（３４）へと導くように、前記第１の通風孔（３４）内を前記冷却風（Ａ）が流れる方向に沿って斜めに延在してもよい。これにより、第２の通風孔（４０）を介した第１の通風孔（３４）への外気（Ｂ）の導入がより好適に行われ得る。

前記冷却風（Ａ）の下流側となる前記電動機（１０）の端部側に設けられたセンサ（１８）を備え、前記第２の通風孔（４０）は、前記センサ（１８）より前記冷却風（Ａ）の上流側に設けられてもよい。これにより、センサ（１８）が好適に保護され得る。

前記電動機（１０）の一方の端部に設けられ、空気を吸引するファン（２８）を備え、前記冷却風（Ａ）は前記ファン（２８）により発生してもよい。これにより、特定の方向に流れる冷却風（Ａ）を容易に発生させ得る。

１０…電動機１２…シャフト
１４…ロータ１６…ステータ
１８…センサ２８…ファン
３４…第１の通風孔３６…貫通孔
４０…第２の通風孔４２…第２の開口（外気側の開口）
Ａ…冷却風Ｂ…外気

Claims

シャフトと、前記シャフトに取り付けられたロータと、前記シャフトおよび前記ロータの外周に設けられるステータと、を備える電動機であって、
前記ステータには、
前記シャフトの軸方向に沿って冷却風を前記ステータ内部に流すための第１の通風孔と、外周に設けられ、前記第１の通風孔と外気とを連通し、前記外気を前記第１の通風孔に流すための第２の通風孔と、
が設けられている、電動機。
請求項１に記載の電動機であって、
前記第２の通風孔が複数設けられている、電動機。
請求項２に記載の電動機であって、
前記第１の通風孔は、前記ステータを前記軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔から構成され、
複数の前記貫通孔の各々は、１つの前記第２の通風孔を介して前記外気と連通している、電動機。
請求項２または３に記載の電動機であって、
複数の前記第２の通風孔の外気側の開口は、前記軸方向に関して所定範囲内で互いに一致する位置に配置されている、電動機。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機であって、
前記第２の通風孔は、前記外気を前記第１の通風孔へと導くように、前記第１の通風孔内を前記冷却風が流れる方向に沿って斜めに延在している、電動機。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機であって、
前記冷却風の下流側となる前記電動機の端部側に設けられたセンサを備え、
前記第２の通風孔は、前記センサより前記冷却風の上流側に設けられている、電動機。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機であって、
前記電動機の一方の端部に設けられ、空気を吸引するファンを備え、
前記冷却風は前記ファンにより発生する、電動機。