JP4787351B2 - ロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機 - Google Patents

Description

本発明は誘導式電動機に関し、特に、放熱円盤を備えた誘導式電動機に関する。

誘導電動機は構造が簡単であり、保守も容易であり、産業界で最も幅広く用いられている。誘導電動機はステータおよびロータにそれぞれ独立した巻き線を有し、一方の巻き線から他方の巻き線への電磁誘導作用によって動作するモータである。

図６は、従来の誘導電動機１００の外観を説明する図である。図７は、図６に示す従来の誘導電動機の断面図である。誘導電動機１００は、ステータ１とロータ２を備え、ステータ１の両端にエンドブラケット３１，３２が取り付けられている。ロータ２は回転軸２２の回りに回転する第１のシャフト３に固設された円柱形状をなし、ステータ１の内周側に挿入されている。ロータ２が固設された第１のシャフト３は、エンドブラケット３１，３２に取り付けられた軸受２３，２５により回転自在に軸受されている。第１のシャフト３の反負荷側の端部には、回転検出器４を構成するコード板が回転軸２２に同軸に第１のシャフト３に固定されている。

ステータ１の内壁は、回転軸２２の長手方向に沿って複数のスロットが形成され、このスロット内に固定子巻線が収納されている。そして、この固定子巻線の一部がコイルエンド２４，２６としてステータ１の両端面を超えて突出している。
誘導式電動機１００では、動作の原理上、発生したトルクに比例してロータ２が発熱する。つまり、ロータ２の表面では、極性の変化により損失が生じ、高温になる。誘導電動機１００に回転検出器４を取り付ける場合、ロータ２で発生した熱により回転検出器４の破損や検出精度の低下などの悪影響が懸念される。

そこで、図７に示されるように、第１のファンハウジング５に設けられた冷却ファン６が、回転検出器４が内部に取り付けられているエンドブラケット３２に対向して配置されている。冷却ファン６は、エンドブラケット３１，３２およびステータ１に設けられた通気孔７を介して外気を冷却風流入口２７から吸い込み、冷却風流出口２８から排気させ、蓋３０を介して間接的に回転検出器４が取り付けられた第１のシャフト３を冷却していた。この結果、冷却風の流れ８がロータ２や第１のシャフト３に当たらないため、ロータ２が高温となり、シャフトに取り付けられている回転検出器４が熱によって損傷したり、検出精度が低下したりする。

従来、ロータ２に放熱用フィンを設置し、ロータで発生した熱を外部に放熱する技術がある。特許文献１には、ロータに放熱用フィンを設ける技術が開示されている。また、特許文献２には、ロータに継軸を取付け、継軸を反負荷側に延長し、回転検出器とロータ間に放熱フィンを設ける技術が開示されている。

特開２００８−４３１４９号公報 特開２０００−３２７１０号公報

従来技術で説明した特許文献１に開示される技術では、モータ内部に外気を取り込む構造であるため、粉塵や霧状の液体が充満する環境では、モータの軸受や巻き線が損傷する可能性が高く、問題である。
また、特許文献２に開示される技術では、回転検出器が軸受から離れた所に取付けられる構造であるため、継軸の固有振動数が低下し、回転速度の制限や検出精度が低下する問題がある。
また、特許文献１と特許文献２に開示される技術は、最も冷却能力が必要とされるモータの低速での大トルク運転の際には、冷却能力を十分に発揮できないという共通の問題がある。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ステータと該ステータの内周側に挿入されるシャフトに固定されたロータとを有する誘導式電動機であって、前記ステータはその外周の複数個所に冷却風が通る前記誘導式電動機の軸方向に沿って貫通する通気孔を有し、前記誘導式電動機の前記シャフトの反負荷側に設けられた該誘導式電動機の回転を検出する回転検出器と、前記シャフトの反負荷側の端部に取り付けられた前記ロータで発生した熱を放熱するための放熱円盤と、前記放熱円盤を強制的に外気で冷却するための前記冷却風を生成する冷却ファンと、前記冷却風が前記放熱円盤の円盤面に向かうようにするための中心に貫通孔を有する仕切り板と、を備え、前記冷却ファンを、前記放熱円盤が前記回転検出器と前記冷却用ファンとの間に挟まれるように配置したことを特徴とするロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機である。

請求項２に係る発明は、前記放熱円盤は、前記誘導電動機の内部と外気の通路とをラビリンス構造によって連通させることを特徴とする請求項１に記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機である。
請求項３に係る発明は、前記放熱円盤を取り付けるための空間を確保するため、前記ステータと前記冷却ファンの間に中空のスペーサを配置したことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機である。

請求項４に係る発明は、前記放熱円盤は放熱する面積を拡大するために円盤面部の表面に凹凸形状を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機である。
請求項５に係る発明は、前記放熱円盤に前記ロータのバランスを修正するバランス修正手段を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機である。

本発明により、ロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機を提供できる。

本発明の第１の実施形態を説明する図である。 本発明の第２の実施形態を説明する図である。 図２のラビリンス構造を拡大して説明する図である。 本発明の第３の実施形態を説明する図である。 本発明の第４の実施形態を説明する図である。 従来の誘導電動機の外観を説明する図である。 図６に示す従来の誘導電動機の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来の誘導電動機と同一または類似する構成については同一の符号を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を説明する図である。第１の実施形態は、ロータ２に発生する熱を第１の放熱円盤９を用いて放熱させる構成を備える。誘導電動機１００は、ステータ１とロータ２を備え、ステータ１の両端にエンドブラケット３１，３２が取り付けられている。ロータ２は第１のシャフト３に固設された円柱形状をなし、ステータ１の内周側に挿入されている。

ロータ２が固設された第１のシャフト３は、エンドブラケット３１，３２に取り付けられた軸受２３，２５により回転自在に軸受されている。第１のシャフト３の反負荷側の端部には第１のシャフト３が取り付けられ、第１のシャフト３には、回転検出器４を構成するコード板が回転軸２２に同軸に固定されている。
ステータ１の内壁は、回転軸２２の長手方向に沿って複数のスロットが形成され、このスロット内に固定子巻線が収納されている。そして、この固定子巻線の一部がコイルエンド２４，２６としてステータ１の両端面を超えて突出している。

従来技術で説明したように、誘導式電動機１００では、動作の原理上、発生したトルクに比例してロータ２が発熱する。つまり、ロータ２の表面では、極性の変化により損失が生じ、高温になる。
そこで、第１の実施形態では、第１の放熱円盤９を用いる。第１の放熱円盤９は、第１のシャフト３の一端部に回転軸２２に同軸に固定するための固定部９１と、放熱のための円盤面部９２とを有する。第１の放熱円盤９は伝熱性のよりアルミ材などを用いて作られる。
回転検出器４を覆う蓋３０には第１の放熱円盤９の固定部９１を貫通させる孔が設けられ、固定部９１と第１のシャフト３とは溶接、カシメなどの手法により強固に固定されている。

第１の実施形態では、回転検出器４が取り付けられているエンドブラケット３２に、スペーサ１０を介して冷却ファン６が配置されている。冷却ファン６は第１のファンハウジング５内に固定されている。第１のファンハウジング５は、冷却ファン６を備える冷却ファンモータ２９が固定されている側の端部がスペーサ１０の一端部に取付けられる。

スペーサ１０は第１の放熱円盤９を収納する空間を形成するためのものであって、両端部が開口した筒状形状をなし、一端部をエンドブラケット３２に取付け、他端部には第１のファンハウジング５が取付けられる。

スペーサ１０のエンドブラケット３２への取付けは、着脱自在の構成としてもよいし、第１のファンハウジング５とスペーサ１０とを着脱自在の構成としてもよい。スペーサ１０を用いることによって、第１の放熱円盤９を用いる場合も、従来から用いられている冷却ファン６を収納する第１のファンハウジング５をそのまま用いることができる。
なお、図１に示される第１のファンハウジング５には、仕切り板１１が設けられている。仕切り板１１は冷却用の外気が第１の放熱円盤９の円盤面部９２に向かうようにするための中心に貫通孔を有する円環状の部材であり、その外周部が第１のファンファンハウジング５に取り付けられている。

第１のファンハウジング５に取り付けられた冷却ファン６は冷却ファンモータ２９によって回転駆動され、外気を冷却風流入口２７から吸い込み、エンドブラケット３１，３２およびステータ１に設けられた通気孔７を介して冷却風流出口２８から排気させる。図１では、冷却風の流れ８として、外気は誘導電動機１００の負荷側から反負荷側に外気が流れるように図示されている。冷却ファンモータ２９の回転方向によって、外気の流れを図示と逆方向にしてもよい。冷却風の流れをどちらの方向とするかは、誘導電動機１００の設置環境に応じて、選択可能である。

ロータ２で発生し、第１のシャフト３を経由した熱は、第１の放熱円盤９により放熱される。これによって、回転検出器４がロータ２で発生する熱によって、破損されることや、回転検出精度の低下させられることを防止できる。また、冷却風の流れ８によって、ステータ１およびエンドブラケット３１，３２は、従来技術と同様に冷却される。

次に図２から図５を用いて、本発明の第２の実施形態から第４の実施形態を説明する。それぞれの構成において、本発明の第１の実施形態と同一あるいは類似する構成については第１の実施形態を参照することとし、以下、第２の実施形態から第４の実施形態で特徴とする構成をそれぞれ説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。第２の実施形態は、ロータ２で発生する熱を放熱する第２の放熱円盤１３にラビリンス機能を持たせた構成を備える。第２の放熱円盤１３は伝熱性のよりアルミ材などを用いて作られる。第２の放熱円盤１３は、図１に示される第１の放熱円盤９と同様に、第１のシャフト３の一端部に回転軸２２に同軸に固定する固定部１３１と、放熱のための円盤面部１３２とを有する。そして、さらに第２の実施形態では、第２の放熱円盤１３はラビリンス構造１２を有する。

図３は、図２のラビリンス構造を拡大して説明する図である。図１に示される第１の実施形態では、蓋３０と第１の放熱円盤９との間は隙間があり、誘導電動機１００内部と外部とが連通している。そして、前記隙間を介して塵などの異物が誘導電動機１００内部に侵入する場合がある。そこで、第２の実施形態では異物の誘導伝動機１００内部への侵入を防止するため、第２の放熱円盤１３にはラビリンス構造１２が用いられている。

図３に示されるように、異物２０は蓋３０に形成されているラビリンス構造１２を構成する突出部に衝突し、その突出部に沿って滑り落ち、スペーサ１０の下部に溜まるか、もしくは、冷却風の流れ８に乗って冷却ファン６によって外部に排出される。異物２１は第２の放熱円盤１３のラビリンスを構成する突出部に衝突する。第２の放熱円盤１３は第１のシャフト３に固定され回転していることから、異物２１は弾き飛ばされ、誘導電動機１００の内部に異物２１が侵入することを防止できる。

図４は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。第３の実施形態は、スペーサを使用せず、シャフトを後方に延長し、放熱円盤の表面に凹凸を付けた構造を備える。図４に示されるように、第３の放熱円盤１６は、反負荷側である後方に延長された第２のシャフト１４の端部にはめ込まれ、固定されている。第３の放熱円盤１６は、ラビリンス構造１２や凹凸形状１７を有する。凹凸形状１７は放熱円盤の表面積を増大させ放熱し易くしている。凹凸形状１７としては、例えば、複数個の柱状の独立した突起形状としてもよい。なお、放熱面積を増大するために凹凸形状１７は、図１や図２に示される第１の実施形態や第２の実施形態にも適用してもよい。

図４では、スペーサ１０を用いることなく、第２のファンハウジング１５を用いている。第２のファンハウジング１５は、第１のファンハウジング５の端部を延長することによって、第３の放熱円盤１６を収納する空間を確保している。
第３の実施形態では第２のシャフト１４が回転検出器４から蓋３０の外部に突出しており、突出した第２のシャフト１４の部位に第３の放熱円盤１６をはめ込むことができる。そして、第２のハウジング１５をエンドブラケット３２に取り付けることができる。

図５は、本発明の第４の実施形態を説明する図である。第４の実施形態で用いられる第４の放熱円盤１８はバランス修正用タップ１９を備えており、ロータ２のバランス修正を可能としている。

本発明では、誘導電動機内部に外気を通すことなくロータで発生した熱を外部に放熱することができる。また、誘導電動機の回転数に依存することなく、ロータを冷却することができる。
また、本発明では、ラビリンス構造を備えることによって、モータ内部への異物の侵入を防止できる。
また、本発明では、既存のモータに大規模な改造を加えることなく、放熱用の円盤を設置することができる。
また、本発明では、放熱円盤を使って、ロータのバランスを修正することができる。

１ ステータ
２ ロータ
３ 第１のシャフト
４ 回転検出器
５ 第１のファンハウジング
６ 冷却ファン
７ 通気孔
８ 冷却風の流れ
９ 第１の放熱円盤
９１ 固定部
９２ 円盤面部
１０ スペーサ
１１ 仕切り板
１２ ラビリンス構造
１３ 第２の放熱円盤
１３１ 固定部
１３２ 円盤面部
１４ 第２のシャフト
１５ 第２のファンハウジング
１６ 第３の放熱円盤
１７ 凹凸形状
１８ 第４の放熱円盤
１９ バランス修正用タップ
２０，２１ 異物
２２ 回転軸
２３，２５ 軸受
２４，２６ コイルエンド
２７ 冷却風流入口
２８ 冷却風流出口
２９ 冷却ファンモータ
３０ 蓋
３１，３２ エンドブラケット
１００ 誘導電動機

Claims (5)

1. ステータと該ステータの内周側に挿入されるシャフトに固定されたロータとを有する誘導式電動機であって、
   前記ステータはその外周の複数個所に冷却風が通る前記誘導式電動機の軸方向に沿って貫通する通気孔を有し、
   前記誘導式電動機の前記シャフトの反負荷側に設けられた該誘導式電動機の回転を検出する回転検出器と、
   前記シャフトの反負荷側の端部に取り付けられた前記ロータで発生した熱を放熱するための放熱円盤と、
   前記放熱円盤を強制的に外気で冷却するための前記冷却風を生成する冷却ファンと、
   前記冷却風が前記放熱円盤の円盤面に向かうようにするための中心に貫通孔を有する仕切り板と、
   を備え、
   前記冷却ファンを、前記放熱円盤が前記回転検出器と前記冷却用ファンとの間に挟まれるように配置したことを特徴とするロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機。
2. 前記放熱円盤は、前記誘導電動機の内部と外気の通路とをラビリンス構造によって連通させることを特徴とする請求項１に記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機。
3. 前記放熱円盤を取り付けるための空間を確保するため、前記ステータと前記冷却ファンの間に中空のスペーサを配置したことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機。
4. 前記放熱円盤は放熱する面積を拡大するために円盤面部の表面に凹凸形状を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機。
5. 前記放熱円盤に前記ロータのバランスを修正するバランス修正手段を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロータに発生する熱を放熱する放熱円盤を備えた誘導式電動機。

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