JP3514953B2 - 冷却ファン付き電動機の冷却ファン駆動制御装置 - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のステータ
の温度が許容上限温度を超えないようにステータを冷却
する冷却ファンを備えた冷却ファン付き電動機の冷却フ
ァンの駆動を制御する方法及び装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】特開平７−７９５９２号には、冷却ファ
ンを備えた電動機の一例が示されている。この公報に示
された冷却ファンの駆動制御方法及び装置では、電動機
の温度を温度検出センサで検出し、検出温度が予め定め
た規定値を超えるか否かを判定する。そして検出温度が
予め定めた規定値を超えまでは、冷却ファンの電源を切
っておき、冷却ファンを停止させておき、検出温度が予
め定めた規定値を超える冷却ファンの電源を入れて冷却
ファンを駆動する。駆動されている冷却ファンの回転速
度は、特に制御されておらず、冷却ファンは一定の回転
速度で回転する。この回転速度は、一般的に定格速度で
あり、発生する騒音は最も大きくなる。そこで従来の技
術では、電動機の温度に応じて冷却ファンを駆動した
り、停止させたりすることにより、冷却ファンが駆動さ
れて発生する騒音の発生期間を短縮している。 【０００３】図１２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、この従
来技術による冷却ファンの稼働状態を説明する。図１２
（Ａ）は、出力が小さいとき、すなわち電動機の発熱量
が少ない場合の温度特性である。冷却ファンの駆動、停
止にはヒステリシス幅を設けて、駆動及び停止を制御す
る。電動機の温度が上昇して、温度検出センサで検出す
る検出温度がＸ°よりΔＸ°だけ温度が高くなると（電
動機の温度が規定値を超えると）、冷却ファンが駆動さ
れて冷却ファンは回転を始める。そして電動機の温度が
下がり始め、検出温度がＸ°よりΔＸ°だけ小さくなる
と、冷却ファンの駆動が停止されて冷却ファンは回転を
停止する。再度温度が上昇すると、前述の動作が繰り返
される。図１２（Ｂ）は、電動機の出力が大きい場合で
あり、この場合には電動機の発熱量が大きいため、冷却
ファンが停止している間に温度は急速に上昇し、冷却フ
ァンを駆動して冷却を開始しても、温度の低下は緩やか
である。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来の技術において、
ヒステリシス幅（２×ΔＸ°）を小さくすると、冷却フ
ァンの回転と停止が比較的短い周期で繰り返されるた
め、騒音の発生と停止の周期が短くなって、実際に冷却
ファンが回転している期間が短縮されても、騒音が低減
したと感じることは少ない。そこでヒステリシス幅（２
×ΔＸ°）を大きくすると、電動機の温度の変化幅が大
きくなって、電動機の制御に大きな影響を与える諸定数
（ステータ巻線のオーミック抵抗値、電動機として誘導
電動機を用いた場合にはロータの２次抵抗［ロータに埋
め込んだ導体のオーミック抵抗］、電動機としてブラシ
レスＤＣ電動機を用いた場合のマグネットの磁力等）が
影響を受ける。そしてこれらの諸定数が影響を受ける
と、電動機の出力及び制御等が影響を受けることにな
る。 【０００５】特に近年使われるようになったソフトウエ
ア制御では、諸定数を数値演算に使って電動機を制御す
るので、その制御性能は定数の変化の影響を大きく受け
る。このため精密工作機械、ロボット等に使用される電
動機では、電動機の性能を高めるために、温度管理を従
来よりも高い精度で行うことが必要になってきている。 【０００６】本発明の目的は、騒音の発生量を下げると
ともに、電動機の温度管理を従来よりも高い精度で行う
ことができる冷却ファン付き電動機の冷却ファン駆動制
御方法及び装置を提供することにある。 【０００７】本発明の他の目的は、上記目的に加えて電
動機の予熱運転時間を短縮できる冷却ファン付き電動機
の冷却ファン駆動制御方法及び装置を提供することにあ
る。 【０００８】本発明の他の目的は、冷却ファンの駆動制
御部の構成が簡単な冷却ファン付き電動機の冷却ファン
駆動制御装置を提供することにある。 【０００９】本発明の更に他の目的は、温度の検出精度
が高く、しかも温度調整が容易な冷却ファン付き電動機
の冷却ファン駆動制御装置を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明が改良の対象とす
る冷却ファン付き電動機の冷却ファン制御装置は、電動
機と電動機のステータを冷却する可変速型の冷却ファン
とを具備する冷却ファン付き電動機の冷却ファンの駆動
を制御する。本発明では、ステータの温度を検出する温
度検出センサと、駆動制御中は冷却ファンを停止させる
ことなく、前述の温度検出センサで検出されたステータ
の温度に応じてステータの温度が許容上限温度を超えな
いように冷却ファンの回転速度を変えるように冷却ファ
ンを駆動する駆動制御部とを具備している。そして、電
動機のステータには複数の冷却用貫通孔を形成し、冷却
ファンは複数の冷却用貫通孔を通して冷却用空気を流す
ことによりステータを冷却するように配置する。また、
冷却ファンの駆動用電動機としてブラシレスＤＣ斜流フ
ァンを用いる。本発明によれば、駆動後は冷却ファンを
停止させることなく、電動機のステータの温度に応じて
ステータの温度が許容上限温度を超えないように冷却フ
ァンの回転速度を変えるため、負荷が軽くまた周囲温度
が低く状態で電動機のステータの温度が低いときには、
冷却ファンの回転速度が低くなって騒音を低減できる。
また負荷が重くなって周囲温度が高いにときにだけ、回
転速度が最高速度に近い値になるだけであるため、総合
的に見ると、騒音の発生量を低減することができる利点
がある。特に本発明では、電動機のステータに複数の冷
却用貫通孔を形成し、複数の冷却用貫通孔を通して冷却
用空気を流すことによりステータを冷却するように冷却
ファンを配置するので、電動機のステータの熱変化の時
定数が小さくなり、温度調整が容易になる。しかも斜流
ファンを用いるので、使用する冷却ファンの容量を小さ
くすることができて、騒音をより小さくすることができ
る。本発明の前提となる発明は、電動機のステータの温
度が許容上限温度を超えないようにステータを冷却する
冷却ファンを備えた冷却ファン付き電動機の冷却ファン
の駆動を制御する方法を改良の対象とする。電動機は、
誘導電動機、ブラシレスＤＣ電動機等任意である。許容
上限温度は、対象となる電動機に応じて定められるもの
であり、一般的にはこの温度以上になると電動機の各定
数が大きく変化して高い精度での制御が難しくなる温度
である。小型の誘導電動機であれば、この許容上限温度
は１０５℃〜１１５℃の範囲にある。また冷却ファンに
よるステータの冷却方法も任意である。例えば、ステー
タの外側を冷却してもよいし、ステータの内部に複数の
冷却用貫通孔を形成し、この複数の冷却用貫通孔を通し
て冷却用空気を流すことにより、ステータを冷却しても
よい。 【００１１】当該発明では、冷却ファンとして回転速度
の変更が可能な可変速型の冷却ファンを用いる。このよ
うな冷却ファンとしては、例えば駆動用電動機としてス
テータ巻線に印加する電圧を可変すると回転速度が変わ
るブラシレスＤＣ電動機等を用いることができる。冷却
ファンは、ステータの冷却態様に応じて適宜のものを選
択すればよく、例えば軸線方向の一方から吸い込んだ空
気を軸線方向の他方に吐出する一般的な軸流ファンや、
軸線方向の一方から吸い込んだ空気を軸線方向の他方と
径方向との間の斜め方向に吐出する斜流ファン等を用い
ることができる。 【００１２】そして当該発明では、ステータの温度を検
出し、駆動制御中は冷却ファンを停止させることなく、
ステータの温度に応じてステータの温度が許容上限温度
を超えないように冷却ファンの回転速度を変える。すな
わち当該発明では、従来のように冷却ファンを繰り返し
回転させたり停止させたりすることなく、常時冷却ファ
ンを回転させおき、冷却ファンの回転速度を変えること
により、電動機のステータの温度を制御する。 【００１３】ステータの温度が許容上限温度を超えない
ように冷却ファンの回転速度をステータの温度に応じて
変える方法としては、種々の方法が考えられる。例え
ば、ステータの温度と冷却ファンの回転速度との関係が
正比例の関係になるように冷却ファンの駆動を制御して
もよい。この場合には、ステータの温度の上昇に応じ
て、冷却ファンの回転速度を連続的に上げ、ステータの
温度が低下に応じて冷却ファンの回転速度を連続的に下
げる。但し、正比例の関係は、一次関数的関係でもよ
く、また二次関数的関係でもよく、電動機の熱容量及び
冷却ファンの性能に応じて任意に定めればよい。 【００１４】冷却ファンの回転速度を連続的に変化させ
る場合だけでなく、段階的に変化させる場合も当該発明
には含まれる。この場合には、複数の温度領域を予め設
定し、複数の温度領域に対応した冷却ファンの回転速度
を予め定めておく。そしてステータの温度が複数の温度
領域のいずれの領域にあるかを判定し、判定した温度領
域に対応する予め定めた回転速度で冷却ファンを回転さ
せればよい。 【００１５】電動機の予熱運転が必要な場合には、電動
機の起動時にステータの温度を所定の温度（冷却開始温
度）まで上昇させる予熱運転を行っている期間は、冷却
ファンを停止させておき、予熱運転が終了した後から冷
却ファンの駆動制御を開始すればよい。このようにすれ
ば予熱運転時間を短縮できる。 【００１６】また当該発明は、電動機と電動機のステー
タを冷却する可変速型の冷却ファンとを具備する冷却フ
ァン付き電動機の冷却ファンの駆動を制御する冷却ファ
ン付き電動機の冷却ファン制御装置を改良の対象とす
る。この装置は、ステータの温度を検出する温度検出セ
ンサと、冷却ファンの駆動制御部とを具備する。駆動制
御部は、駆動制御中は冷却ファンを停止させることな
く、ステータの温度に応じてステータの温度が許容上限
温度を超えないように冷却ファンの回転速度を変えよう
に冷却ファンを駆動するように構成されている。なお温
度検出センサを、ステータの巻線部の温度を検出するよ
うにステータの巻線部に隣接して配置すれば、温度の検
出精度が上がる。 【００１７】また冷却ファンの駆動用電動機として、ブ
ラシレスＤＣ電動機のようにステータ巻線に印加される
電圧を変えるとロータの回転速度が変わるタイプの電動
機を用いる場合には、温度検出センサとして温度の変化
に応じて抵抗値が変化する感温抵抗素子（具体的には、
例えばサーミスタ）を用いる。そして駆動制御部には、
感温抵抗素子の抵抗値の変化を利用して、ステータの温
度と冷却ファンの回転速度との関係が正比例の関係にな
るように、駆動電動機のステータ巻線に印加する電圧を
変えるように構成された電圧印加回路を含める。このよ
うにすると、簡単な構成で、電動機のステータの温度の
変化を冷却ファンの駆動電動機のステータ巻線に印加さ
れる電圧の変化としてすばやく現わすことができる。 【００１８】また駆動制御部を、電動機の電源が投入さ
れた後に温度検出センサにより検出するステータの温度
が所定の温度まで上昇するまでは、冷却ファンを停止さ
せておくように構成すれば、予熱時間を短縮することが
できる。 【００１９】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の好
ましい実施の形態の一例を説明する。図１は、本発明の
方法を実施する冷却ファン付き電動機の冷却ファン駆動
制御装置の概略構成を示す図である。なお冷却ファン付
き電動機の具体例については後に詳しく説明する。図１
においてＭは誘導電動機等の電動機である。図１におい
ては、交流電源ＡＣＰに誘導電動機Ｍが直接接続されて
いるように記載されているが、交流電源ＡＣＰと誘導電
動機Ｍとの間には図示しない制御装置が配置されてい
る。この制御装置は、本発明とは無関係であるため図示
を省略した。誘導電動機Ｍに対しては、誘導電動機のス
テータを冷却するための冷却ファンＦＭが設けられてお
り、この誘導電動機Ｍと冷却ファンＦＭとの組み合わせ
により、冷却ファン付き電動機が構成されている。なお
この例では、冷却ファンＦＭは、ブラシレスＤＣ電動機
からなる駆動用電動機を備えている。Ｔｈは、誘導導電
機Ｍのステータの巻線に隣接して配置され、またはステ
ータ鉄心に対して固定されてステータの温度を検出する
温度検出センサである。このような温度検出センサとし
ては、例えば正の温度係数を有するサーミスタを用いる
ことができる。 【００２０】温度検出センサＴｈは、検出温度の相対的
な変化を抵抗値の相対的な変化または電圧の相対的な変
化として出力する。この例では温度の変化に正比例の関
係で変化する電圧信号Ｖｓが温度検出センサＴｈから出
力される。このステータの温度を示す電圧信号Ｖｓは、
冷却ファン駆動制御装置１０１の駆動制御部１０２の回
転速度指令回路１０３に入力される。駆動制御部１０２
は、冷却ファンＦＭの駆動制御中は冷却ファンＦＭを停
止させることなく、電動機Ｍのステータの温度（電圧信
号Ｖｓ）に応じて電動機Ｍのステータの温度が許容上限
温度を超えないように冷却ファンの回転速度を変えるよ
うに冷却ファンＦＭを駆動する。この例では回転速度指
令回路１０３から出力された速度指令に基づいて、駆動
用電圧制御回路１０４が冷却ファンＦＭの駆動用電動機
のステータ巻線に印加する印加電圧Ｖｆを変化させる。 【００２１】回転速度指令回路１０３は、例えばマイク
ロコンピュータを利用して構成することができ、そのＲ
ＯＭには図２に示すような関係を有するマップが予め記
憶されている。このマップには、温度検出センサＴｈの
出力Ｖｓ（ステータの温度）と冷却ファンＦＭの駆動用
電動機のステータ巻線に印加する電圧Ｖｆとの関係が設
定されている。図２のマップでは、温度検出センサＴｈ
の出力Ｖｓがある値Ｖｓｏ（冷却開始温度に相当する電
圧）になるまでは、冷却ファンＦＭの駆動用電動機のス
テータ巻線に印加する電圧Ｖｆは０であり、温度検出セ
ンサＴｈの出力Ｖｓがある値Ｖｓｏに達すると、以後冷
却ファンＦＭの駆動用電動機のステータ巻線に印加する
電圧Ｖｆは、温度検出センサＴｈの出力Ｖｓの変化に一
次関数的な正比例の関係で変化するように設定されてい
る。温度検出センサＴｈの出力が０であることは、温度
検出センサＴｈが動作していないことを意味しており、
この例では、電動機Ｍの電源及び駆動制御装置１０１の
電源として、商用電源ＡＣを用いているため、電動機Ｍ
を起動させるのと同時に、温度検出センサＴｈも検出動
作を開始する。Ｖｓｏの値は、電動機Ｍの予熱運転（電
動機を搭載した機器を実際に稼働させる前に電動機及び
電動機を搭載した機器の温度を予め定めた温度以上にす
ること）を考慮して設定されており、温度検出センサＴ
ｈの出力がＶｓｏに達したことは、電動機Ｍの予熱運転
が完了したことを意味する。したがってこの例では、電
動機Ｍの予熱運転が完了した後から、駆動制御装置１０
１が冷却ファンを連続運転する動作が開始されることに
なる。予熱運転が終了した後に、駆動制御装置１０１に
よる冷却ファンＦＭの実際の駆動制御が開始される。 【００２２】回転速度指令回路１０３が、図２に示すマ
ップに従って速度指令を出力と、駆動用電圧制御回路１
０４はその速度指令に応じた回転速度で冷却ファンＦＭ
を回転させるように、冷却ファンＦＭの駆動用電動機の
ステータ巻線に印加する電圧を可変する。駆動用電圧制
御回路１０４は、トランジスタのような半導体スイッチ
素子を制御素子として含んで構成されたチョッパ回路等
からなるＤＣ／ＤＣコンバータである。動用電圧制御回
路１０４の電源は、商用電源ＡＣを直流に整流する整流
回路１０５であり、駆動用電圧制御回路１０４は、整流
回路１０５から出力される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバ
ータにより所定の電圧に変化させて、冷却ファンＦＭの
ステータ巻線に印加する。実際には、回転速度指令回路
１０３から出力される速度指令によって、駆動用電圧制
御回路１０４のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる半導
体スイッチ素子の導通角が制御されて、冷却ファンＦＭ
の回転速度が電動機Ｍのステータの温度の変化に応じて
変化するようになっている。 【００２３】ここで冷却ファンとして軸線方向の一方か
ら吸い込んだ空気を軸線方向の他方と径方向との間の斜
め方向に吐出する斜流ファンを用いた場合の、冷却ファ
ンの駆動用電動機のステータ巻線に印加する電圧と冷却
ファンの回転速度Ｎと風量Ｑとの一般的な関係を示すと
図３に示すようになる。すなわち回転速度に比例して風
量が増加する関係になる。従来は、冷却ファンを駆動す
るときには、定格速度で定速回転させていたため、かな
り大きな騒音が発生する。これに対して本発明のよう
に、電動機Ｍのステータの温度に応じて冷却ファンＦＭ
の速度を可変にする構成を採用すると、電動機Ｍのステ
ータの温度が低ければ、冷却ファンＦＭの回転速度も低
くなり、騒音は低下する。そして本発明では、駆動後は
冷却ファンを停止させることなく連続的に動作させるた
め、冷却ファンが停止しているときの静けさと冷却ファ
ンが回転しているときの騒音とが繰り返し現れる従来の
方法と比べると、総合的に判断して騒音が小さいと感じ
られる。また電動機の負荷が大きくなって、電動機Ｍの
ステータの温度が上昇したときには、その温度上昇に応
じた分だけ冷却ファンの回転速度が上がるため、電動機
Ｍの温度が許容上限温度に近い値まで達するようなこと
は実質的になく、電動機Ｍの諸定数が制御不能なほどに
影響を受けるおそれはない。 【００２４】なお予熱運転が多少長くなってもよけれ
ば、電動機Ｍの起動と同時に冷却ファンＦＭが回転する
ように図２のマップを構成してもよい。また電動機Ｍが
起動と同時に計数を開始するタイマを設けておき、この
タイマの時限を予熱運転に必要な時間に設定し、タイマ
の時限の計数が終了した後から冷却ファンを駆動するよ
うにしてもよい。 【００２５】また図２の示すマップに代えて、図４に示
すようなマップを用いてもよい。このマップでは、段階
的に冷却ファンＦＭの回転速度を変化させる。すなわち
複数の温度領域（Ｖｓｏ−Ｖｓ1 ，Ｖｓ1 −Ｖｓ2 ，Ｖ
ｓ2 −Ｖｓ3 ）を予め設定しておき、この複数の温度領
域に対応した冷却ファンの回転速度（印加電圧Ｖｆ）を
予め定めてＲＯＭに記憶しておく。そしてこの場合に
は、回転速度指令回路１０３を温度検出センサＴｈの出
力Ｖｓに基づいて電動機Ｍのステータの温度が複数の温
度領域のいずれの領域にあるかを判定し、判定した温度
領域に対応する予め定めた回転速度で冷却ファンを回転
させる速度指令を出力するように構成する。 【００２６】上記例では、温度検出センサＴｈの出力に
基づいて速度指令を発生する構成を採用しているが、整
流回路１０５と冷却ファンＦＭのステータ巻線との間
に、サーミスタからなる温度検出センサＴｈと抵抗体と
の分圧回路を設け、この分圧回路の分圧点の電圧を冷却
ファンＦＭのステータ巻線に印加するような簡単な回路
構成の駆動制御部を用いて、冷却ファンＦＭの回転速度
を電動機Ｍのステータの温度に応じて変化させるように
してもよい。 【００２７】上記例では、冷却ファンとして斜流ファン
を用いているが、一般的な軸流ファンを用いても、本発
明の効果が得られるのは勿論である。図５は、最大回速
度５，０００min_−１の軸流ファンの特性例を示す。最
大風量が５ｍ_３／min で、このときに騒音は最大値とな
り約７０ｄＢとなる。例えば、電動機Ｍの平均的な稼働
状態で冷却に要する風量を３ｍ_３／min とすると、冷却
ファンＦＭの回転速度は３，０００min_−１であり、発
生する騒音の大きさは約６０ｄＢまで下がる。電動機Ｍ
の始動時や昼休みのように負荷が軽くなるときには、発
熱量が少ないため、冷却ファンの回転速度は１，０００
min_−１以下でもよく、そのときの騒音は４０ｄＢ以下
の低騒音となる。夏場で室温が高く、かつ重負荷で稼働
している場合には、定格回転速度まで冷却ファンＦＭの
回転速度をあげて冷却効果を高めることになるために騒
音が大きくなるが、このような期間は１日を通じて見る
と短く、ましては年間を通してみると非常に僅かであ
る。したがってこのような場合でも、本発明を用いれ
ば、従来よりも大幅に騒音を低下し、作業環境を大幅に
改善できる。 【００２８】以下、本発明の冷却ファン駆動制御装置に
より制御する冷却ファン付き電動機の一例について説明
する。図６は、冷却ファンとして斜流ファンを用いた例
の冷却ファン付き電動機の上側半部断面図である。この
電動機は、電動機本体１と、ダクト３と、ダクト３によ
り電動機本体１と連結される冷却ファン５とを有してい
る。 【００２９】電動機本体１は、出力軸を構成するシャフ
ト７と、シャフト７に固定されるロータ９と、ステータ
１１と、一対のエンドブラケット１３，１５と、回転検
出器１７とを有している。シャフト７は、径寸法が異な
る４つのシャフト部分７ａ〜７ｄにより構成されてお
り、シャフト部分７ａが出力部を構成する。そしてシャ
フト部分７ｂ及び７ｄにそれぞれ取り付けられたベアリ
ング１９，２１により、シャフト７は、一対のエンドブ
ラケット１３，１５に回転自在に支持されている。シャ
フト部分７ｂ，７ｄの間に位置する径寸法の最も大きい
シャフト部分７ｃの外周にはロータ９が固定されてい
る。このロータ９はカゴ形ロータである。 【００３０】ステータ１１は、ステータ鉄心（固定子鉄
心）１１ａに巻線１１ｂが巻装されて構成されている。
固定子鉄心１１ａは、図６のII−II線からみた固定子鉄
心１１ａを示す断面図である図７に示すように、円形の
内部孔１１ｂを有する輪郭形状が８角形の筒形を有して
おり、その両端にはシャフト７の軸線方向両端を支持す
るベアリング１９，２１が固定された一対のエンドブラ
ケット１３，１５が固定されている。また、固定子鉄心
１１ａの巻線１１ｂに隣接する位置には、温度検出セン
サＴｈが固定されている。この例では、温度検出センサ
Ｔｈとして温度の変化に応じて抵抗値が変化する感温抵
抗素子を用いている。図７は、固定子鉄心１１ａを示す
断面図であると共に固定子鉄心１１ａを形成する複数枚
の珪素鋼板の形状を示している。この固定子鉄心１１ａ
は、複数枚の珪素鋼板がシャフト７の軸線方向に積層さ
れて構成されている。 【００３１】固定子鉄心１１ａを構成する複数枚の珪素
鋼板は、図７に示すように、８角形の輪郭形状を形成す
る８つの辺部を外周部に有している。具体的には、４つ
の長辺部１１ｃ…と、隣り合う長辺部１１ｃ，１１ｃの
間に位置する４つの短辺部１１ｄ…を有している。別の
言い方をすると、短辺部１１ｄ…が４つの長辺部１１ｃ
…を連結する角部を形成している。複数枚の珪素鋼板
は、それぞれ４つの角部（短辺部１１ｄ…に対応する部
分）に隣接して、貫通孔形成領域１２ａ…をそれぞれ有
しており、またこれらの貫通孔形成領域の間（長辺部１
１ｃ…に対応する部分）に中間領域１２ｂ…をそれぞれ
有している。そして、貫通孔形成領域１２ａ…及び中間
領域１２ｂ…の径方向内側に環状のヨーク部分を有して
いる。そして、ヨーク部分の内側には、固定子巻線１１
ｂを構成する巻線導体が挿入される複数のスロット１１
ｇが周方向に間隔をあけて形成されている。なお、図７
では、複数のスロット１１ｇの一部が描かれており、他
のスロット１１ｇは省略されている。 【００３２】貫通孔形成領域１２ａ…には、固定子鉄心
１１ａに冷却用気体を通す冷却用貫通孔を構成する５つ
の角部貫通孔１１ｅ1 〜１１ｅ5 が短辺部１１ｄ…に沿
うように並んでそれぞれ形成されている。２つの貫通孔
形成領域１２ａの間の中間領域１２ｂ…にも固定子鉄心
１１ａに冷却用気体を通す冷却用貫通孔を構成する４つ
の中間部貫通孔１１ｆ1 〜１１ｆ4 が長辺部１１ｃ…に
沿うように並んでそれぞれ形成されている。角部貫通孔
１１ｅ1 〜１１ｅ5 及び中間部貫通孔１１ｆ1 〜１１ｆ
4 は、ヨーク部分の磁気抵抗を小さくしないようにその
形状及び寸法が設定されている。 【００３３】複数枚の珪素鋼板が積層されることによ
り、各鋼板に形成した角部貫通孔１１ｅ1 〜１１ｅ5 に
より固定子鉄心１１ａの各角部にそれぞれ複数の冷却用
貫通孔１１ｉ…が形成され、また各後半の中間部貫通孔
１１ｆ1 〜１１ｆ4 によって、従来の固定子鉄心ではな
かった中間部の複数の冷却用貫通孔１１ｊ…が形成され
る。なお図６には、角部に位置する冷却用貫通孔１１ｉ
のみが示されている。 【００３４】冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用貫通孔１
１ｊ…には、冷却ファン５の羽根３７が回転することに
より、固定子鉄心１１ａを冷却する冷却用気体が矢印Ａ
に示す方向に流れる。冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用
貫通孔１１ｊ…のシャフト７が突出する側（モータの出
力を取り出すシャフト部分７ａ側）には、冷却用気体を
気体取入口（１１ｉ1 ）が形成されている（図６には、
冷却用貫通孔１１ｉの気体取入口１１ｉ1 のみを示
す）。 【００３５】シャフト７が突出する側（モータの出力を
取り出すシャフト部分７ａ側）に位置する一方のエンド
ブラケット１３とは反対側に位置する他方のエンドブラ
ケット１５の外側には、シャフト７の回転を検出する回
転検出器１７が配置されている。回転検出器１７は、例
えば光学式のエンコーダにより構成されている。回転検
出器１７は、シャフト７と連結される検出器本体１７ａ
と検出器本体１７ａを保護するカバー部材１７ｂとを有
している。カバー部材１７ｂは、いわゆるカップ形状を
有しており、ダクト３と対向する筒状の傾斜部１７ｃを
有している。傾斜部１７ｃの端部は、エンドブラケット
１５の端部に連結されている。エンドブラケット１５及
びカバー部材１７ｂの傾斜部１７ｃのダクト３と対向す
る面は、固定子鉄心１１ａ側から冷却ファン５側に向っ
てシャフト７の軸線に近付くようになだらかに傾斜する
面を形成している。 【００３６】ダクト３は、エンドブラケット１５及び回
転検出器１７のカバー部材１７ｂとの間に気体流通路２
３を形成する筒形形状を有している。気体流通路２３
は、冷却用貫通孔１１ｉ…及び冷却用貫通孔１１ｊ…と
後述する冷却ファン５の通風路５９とを連通する。ダク
ト３は、断面形状の輪郭が角型になった角形状筒部３ａ
と、角形状筒部３ａに連続して端部に向かうにしたがっ
て径寸法が小さくなった縮径筒部３ｂとから構成されて
いる。角形状筒部３ａは、端部が固定子鉄心１１ａに溶
接またはねじ止めによって連結されている。また縮径筒
部３ｂは、カバー部材１７ｂと対向し、固定子鉄心１１
ａ側から冷却ファン５側に向って径寸法が小さくなるよ
うに外面が傾斜している。この縮径筒部３ｂの端部は、
冷却ファン５のケーシング２９に連結されている。 【００３７】ダクト３，エンドブラケット１５及びカバ
ー部材１７ｂは、気体流通路２３が固定子鉄心１１ａ側
から冷却ファン５側に向ってシャフト７の軸線に近付く
と共にその断面積が大きくなるように寸法及び形状が定
められている。ダクト３の縮径筒部３ｂの内部には気体
流通路２３を周方向に複数分割する複数枚（２０枚）の
静翼２５…が配置されている。静翼２５は、矩形に近い
形状を有しており、エンドブラケット１５及びカバー部
材１７ｂの外面との間に僅かな間隙を開けるようにして
ダクト３の内壁部に固定されている。 【００３８】冷却ファン５は、図８〜図１０に詳細に示
すように、ファン本体２７とケーシング２９とが複数本
のウエブ３１…により結合された構造を有しており、電
動機本体１のシャフト７が突出する端部（シャフト部分
７ａ側）とは反対側の端部側に側に吸引口５ａが位置す
るように設けられている。なお、図８は、図６に示す冷
却ファン５の拡大断面であり、図８は、図６のダクト３
側から見たファン本体２７の羽根３７…を取り付けた羽
根固定部材３５の平面図であり、図９は、図６に向って
右側（吐出口５ｂ側）から見た冷却ファン５の平面図で
ある。ここで、図９及び図１０は、いずれも上側半部だ
けでなく、上下全体を描いている。また図１０は、上側
半部が枠体５３に取り付けられたフィンガード５７を取
り除いて見た冷却ファン５の平面図であり、下側半部が
フィンガード５７を含む実際に図６に向って右側から見
た平面図である。 【００３９】図８に示すようにファン本体２７は、駆動
用電動機３３と、羽根固定部材３５と、羽根固定部材３
５に固定された複数枚の羽根３７…とを有している。駆
動用電動機３３は、公知のブラシレス直流電動機により
構成されており、シャフト（出力軸）３９と、シャフト
３９に固定された環状のフライホイール４３と、フライ
ホイール４３に固定されたロータ４１と、モータブラケ
ット４５と、モータブラケット４５に固定されたステー
タ４７とを有している。シャフト３９は、電動機本体１
のシャフト７と軸線を共有するように配置されており、
ベアリング４９，５１によってモータブラケット４５に
回転自在に支持されている。 【００４０】ロータ４１は、複数枚の珪素鋼板と永久磁
石とを有するロータである。モータブラケット４５は、
筒状壁部４５ａと、該筒状壁部４５ａと直交する方向に
延びる環状壁部４５ｂとが一体に連結された構造を有し
ている。筒状壁部４５ａはベアリングホルダを構成して
おり、内部にシャフト３９を回転自在に支持するベアリ
ング４９，５１が取り付けられている。環状壁部４５ｂ
の径方向外側端部には、フライホイール４３のロータ取
付部４３ｃの端部４３ｃ1 と間隔をあけて該端部４３ｃ
1 を内部に収容する断面がコの字状の環状凹部４５ｃが
形成されている。筒状の端部４３ｃ1 と環状の凹部４５
ｃとの遊嵌によりラビリンス構造が形成されている。環
状凹部４５ｃは、その径方向外側片４５ｃ1 が羽根固定
部材３５の筒状端部３５ｃに沿って該筒状端部３５ｃと
の間に僅かな間隔を形成するように配置されている。径
方向外側片４５ｃ1 の外周部には複数本（この例では４
本）のウエブ３１…がモータブラケット４５と一体に成
形されている。またこれらのウエブ３１…は、図１０に
詳細に示すようにケーシング２９と連結される環状の枠
体５３と一体に成形されている。これにより、モータブ
ラケット４５は、ウエブ３１…を介して枠体５３に支持
される。枠体５３とモータブラケット４５との間の開口
部は、固定子鉄心１１ａを冷却する冷却用気体が吐出す
る吐出口５ｂを構成している。そして、枠体５３には、
吐出口５５の外側に配置されるフィンガード５７が取り
付けられている。筒状壁部４５ａのシャフト３９の径方
向外側に位置する部分には、ステータ４７が配置されて
いる。ステータ４７は、固定子鉄心４７ａに巻線４７ｂ
が巻装されて構成されている。駆動用電動機３３は、巻
線４７ｂに印加される電圧が変わると、ロータ４１の回
転速度が変わる構成を有している。 【００４１】環状壁部４５ｂのステータ４７側に位置す
る部分には、制御部５５が取付けられている。制御部５
５は、回路基板５５ａと、該回路基板５５ａを環状壁部
４５ｂに取付る取付部５５ｂ…とを有している。回路基
板５５ａの環状壁部４５ｂに向い合う面には、図１に示
す回転速度指令回路１０３、駆動用電圧制御回路１０４
及び整流回路１０５が形成されている。回転速度指令回
路１０３は温度検出センサＴｈに図示しない配線により
接続され、駆動用電圧制御回路１０４はステータ４７に
図示しない配線により接続され、整流回路１０５は電源
に図示しない配線により接続されている。これにより、
温度検出センサＴｈが検出した電動機本体１のステータ
１１の温度に応じてステータ１１の温度が許容上限温度
を超えないように冷却ファン５の回転速度が変化する。 【００４２】シャフト３９のベアリング４９の外側端部
（電動機本体１側の端部）には、カップ状のフライホイ
ール４３が固定されている。フライホイール４３は、シ
ャフト３９が取り付けられる基部４３ａと環状の羽根固
定部材取付部４３ｂと筒状のロータ取付部４３ｃとが一
体成形されて構成されている。羽根固定部材取付部４３
ｂは、取付段部４３ｂ1 を有している。そして、取付段
部４３ｂ1 と該取付段部４３ｂ1 から径方向外側に延び
る部分には、羽根固定部材３５の取付用円板部３５ａが
固定されている。筒状のロータ取付部４３ｃの径方向内
側にはステータ４７と間隔を隔ててロータ４１が取付け
られている。 【００４３】羽根固定部材３５は、フライホイール４３
の軸線方向の一方の端部にネジまたは溶接により固定さ
れる環状の取付用円板部３５ａと、外周部または外周面
に７枚の羽根３７…が固定される筒状の羽根固定部３５
ｂと、モータブラケット４５の外側壁部４５ｃと僅かな
間隔を隔てて対向する筒状端部３５ｃとを備えて一体に
成形されている。取付用円板部３５ａは、駆動用電動機
３３のシャフト３９の径方向に延びており、筒状端部３
５ｃは、駆動用電動機３３のシャフト３９の軸線方向に
延びている。羽根固定部３５ｂの外周部は、冷却用気体
の吸引側（吸引口５ａ側）から吐出側（吐出口５ｂ側）
に向かって径寸法が大きくなるように傾斜した筒状また
はラッパ状の形状を有している。具体的には、羽根固定
部３５ｂの外周面は、駆動用電動機３３のシャフト３９
の軸線と外周面との間の傾斜角度θ1 が、３５°±２°
の角度範囲に入るように傾斜している。なお、駆動用電
動機３３のシャフト３９と電動機本体１のシャフト７と
は軸線を共有するので、羽根固定部３５ｂの外周面は、
電動機本体１のシャフト７の軸線に対しても３５°±２
°の角度で傾斜していることになる。 【００４４】羽根固定部３５ｂの外周面と、シャフト３
９の軸線との間の傾斜角度は、３０°〜４５°の範囲内
に設定するのが好ましい。この傾斜角度にすると、冷却
ファン５は電動機の固定子鉄心１１ａを冷却するのに好
適な特性を有する斜流ファンとなる。羽根３７の回転に
より固定子鉄心１１ａに形成した複数の冷却用貫通孔の
気体取入口１１ｉ1 から吸引した冷却用気体は、吸入口
５ａから冷却ファンの吐出口５ｂに向かって駆動用電動
機３３のシャフト３９の軸線方向と径方向の間の斜め方
向に積極的に吐出される。７枚の羽根３７は、図９に示
すように、それぞれ帯状の金属板を羽根固定部３５ｂの
外周面に添わせ、その基部（取付辺部）が羽根固定部３
５ｂの外周面に溶接されて、羽根固定部３５ｂの外周部
に固定されている。なお、本実施の形態では、羽根３７
を羽根固定部材３５に溶接したが、他の手段で羽根３７
と羽根固定部材３５とを固定してもよい。また、羽根３
７を合成樹脂等により形成し、羽根固定部材３５と一体
に成形しても構わない。そして各羽根３７は、羽根３７
の羽根固定部３５への取付辺部３７ａの反対側の辺部３
７ｂがケーシング２９の内壁とほぼ平行になるような形
状を有している。 【００４５】各羽根３７の取付状態について説明する。
各羽根３７の取付辺部３７ａは、冷却ファン３の吸引側
に位置する一方の端部３７ｃと、冷却ファン３の吐出側
に位置する他方の端部３７ｄとを有している。この２つ
の端部３７ｃ及び端部３７ｄを結ぶ仮想連結線をＬＡ1
として図９に示す。そして駆動用電動機３３のシャフト
３９の軸線と羽根３７の取付辺部３７ａの一方の端部３
７ｃとを面内に含む仮想面と羽根固定部材３５の外周面
とが交わってこの外周面上に形成される仮想交線（冷却
用気体が流れる方向に延びる線）ＬＡ2 と前述の仮想連
結線ＬＡ1 との間の角度θ3 が、５０°±２．５°の範
囲になるように各羽根３７は、羽根固定部３５に取付け
られている。この例では、角度θ3 は、ほぼ５０°であ
る。このような取付構造を採用すると、角度θ3 が５０
°±２．５°の範囲において、風量は最大に近い値とな
り、また騒音は最小に近い値となる。この範囲を外れる
と、風量は少なくなり、また騒音は増大する。なお、図
９は立体を平面に直した図であるため、図面上で表すθ
3 の角度は実際の角度とは異なっている。 【００４６】ケーシング２９は、枠体側取付部（フラン
ジ部）２９ａと、通風路形成部２９ｂと、ダクト側取付
部（フランジ部）２９ｃとを備えて構成されている。枠
体側取付部２９ａ及びダクト側取付部２９ｃは、いずれ
も環状の円板形状を有していて、駆動用電動機２９のシ
ャフト３９の径方向に延びており、それぞれ枠体５３及
びダクト３にネジ止めされる。したがってこれらの部材
には、ネジが貫通する複数の貫通孔が周方向に間隔をあ
けて形成されている。通風路形成部２９ｂは、羽根固定
部材３５の羽根固定部３５ｂとの間に環状の通風路５９
を形成する筒状の形状を有している。通風路形成部２９
ｂの内壁部は、羽根固定部３５ｂの外周部が傾斜する方
向と同じ方向に傾斜している。すなわち通風路形成部２
９ｂは、ダクト側取付部２９ｃから枠体側取付部２９ａ
に向かうに従って径が大きくなるように拡径している。
通風路形成部２９ｂの内壁部と駆動用電動機３３のシャ
フト３９の軸線との間の傾斜角度θ2 は、羽根固定部３
５ｂの外周部の傾斜角度θ1 よりも小さくなるように傾
斜している。本例では、この角度θ2 は２５°になって
いる。 【００４７】図１１は、冷却ファンとして軸流ファンを
用いた冷却ファン付き電動機の例である。本図におい
て、図６と同様の部分には、図６に用いた符号に２００
を加えた符号を付して、その説明を省略する。本図に示
す実施の形態では、駆動用電動機２３３のシャフトの軸
線方向に冷却用気体を流す軸流ファンにより冷却ファン
２０５が構成されている。そして、羽根固定部材２３５
内に図１に示す回転速度指令回路１０３、駆動用電圧制
御回路１０４及び整流回路１０５が形成されている回路
基板が配置されている。これにより、図６に示す電動機
と同様に電動機本体２０１のステータ２１１の温度に応
じてステータ２１１の温度が許容上限温度を超えないよ
うに冷却ファン２０５の回転速度が変化する。 【００４８】 【発明の効果】本発明によれば、駆動後は冷却ファンを
停止させることなく、電動機のステータの温度に応じて
ステータの温度が許容上限温度を超えないように冷却フ
ァンの回転速度を変えるため、負荷が軽くまた周囲温度
が低く状態で電動機のステータの温度が低いときには、
冷却ファンの回転速度が低くなって騒音を低減できる。
また負荷が重くなって周囲温度が高いにときにだけ、回
転速度が最高速度に近い値になるだけであるため、総合
的に見ると、騒音の発生量を低減することができる利点
がある。 【００４９】特に本発明のように、電動機のステータに
複数の冷却用貫通孔が形成し、複数の冷却用貫通孔を通
して冷却用空気を流すことによりステータを冷却するよ
うに冷却ファンを配置し、冷却ファンの駆動用電動機と
してブラシレスＤＣ斜流ファンを用いると、電動機のス
テータの熱変化の時定数が小さくなるために、温度調整
が容易になり、しかも斜流ファンを用いると使用する冷
却ファンの容量を小さくすることができて、騒音をより
小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の方法を実施する冷却ファン付き電動
機の冷却ファン駆動制御装置の概略構成を示す図であ
る。 【図２】 図１の例で用いる電動機のステータの温度を
現す電圧信号と冷却ファンの駆動用電動機のステータ巻
線に印加する電圧との関係を示すマップである。 【図３】 冷却ファンの駆動用電動機のステータ巻線に
印加する電圧と冷却ファンの回転速度Ｎと風量Ｑとの一
般的な関係を示す図である。 【図４】 図１の例で用いることができる電動機のステ
ータの温度を現す電圧信号と冷却ファンの駆動用電動機
のステータ巻線に印加する電圧との関係の他の例を示す
マップである。 【図５】 最大回速度５，０００min_−１の軸流ファン
の回転速度と騒音及び風量の関係を示す図である。 【図６】 冷却ファンとして斜流ファンを用いた例の冷
却ファン付き電動機の上側半部断面図である。 【図７】 図６のII−II線からみた固定子鉄心１１ａの
断面図である。 【図８】 図６に示す冷却ファンの部分拡大断面図であ
る。 【図９】 図６のダクト側から見た羽根…を取り付けた
羽根固定部材の平面図である。 【図１０】 図６に向って右側から見た冷却ファンの平
面図である。 【図１１】 冷却ファンとして軸流ファンを用いた例の
冷却ファン付き電動機の上側半部断面図である。 【図１２】 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来の方法及び装置
により冷却ファンを駆動した場合の電動機のステータの
温度の変化を軽負荷の場合と重負荷の場合にそれぞれ分
けて示した図である。 【符号の説明】 ＡＣ 商用電源（交流） ＦＭ 冷却ファン Ｍ 電動機 Ｔｈ 温度検出センサ １０１ 駆動制御装置 １０２ 駆動制御部 １０３ 回転速度指令回路 １０４ 駆動電圧制御回路 １０５ 整流回路 １ 電動機本体 １１ ステータ １１ｉ，１１ｊ 冷却用貫通孔 ５ 冷却ファン ３３ 駆動用電動機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 正則 東京都豊島区北大塚一丁目十五番一号 山洋電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−200068（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−118001（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−79592（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238979（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 7/00 F04D 29/58

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 電動機と前記電動機のステータを冷却す
   る可変速型の冷却ファンとを具備する冷却ファン付き電
   動機の前記冷却ファンの駆動を制御する冷却ファン付き
   電動機の冷却ファン制御装置であって、 前記ステータの温度を検出する温度検出センサと、 駆動制御中は前記冷却ファンを停止させることなく、前
   記温度検出センサで検出された前記ステータの温度に応
   じて前記ステータの温度が許容上限温度を超えないよう
   に前記冷却ファンの回転速度を変えるように前記冷却フ
   ァンを駆動する駆動制御部とを具備し、 前記電動機の前記ステータには複数の冷却用貫通孔が形
   成され、前記冷却ファンは前記複数の冷却用貫通孔を通
   して冷却用空気を流すことにより前記ステータを冷却す
   るように配置され、 前記冷却ファンの駆動用電動機としてブラシレスＤＣ斜
   流ファンが用いられている ことを特徴とする冷却ファン
   付き電動機の冷却ファン駆動制御装置。