JP5202724B2 - 冷却ファン付モータ - Google Patents

Description

本発明は、主として工作機械の主軸モータとして用いられる冷却ファン付モータに関する。

従来、モータの後端部に取付けて前記モータの冷却を行なう軸流ファンを収容保持するファンハウジングであって、危険防止用の格子間隔の小さいフィンガーガード部と、ファンの保持部と、前記軸流ファンの外周部との間の間隙が狭く設定され、冷却用空気流路を形成する外周ハウジング部と、をエンジニアリングプラスチック材料によって一体成形したモータ冷却用ファンハウジングが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、導風ダクトを介し電動ファンによって導入された冷却風により全閉形モータの外被が冷却される強制冷却式全閉形モータであって、上記モータの回転軸を支持する軸受と、この軸受の取付け部を囲み導入された上記冷却風を上記モータの放熱フィンが配置されたフレーム外壁に沿う方向に送出する送風口を有する導風ケーシングと、フレーム外壁に沿う方向に送出された冷却風を導風ケーシングの取付け側と反対の軸受の取付け部外壁に沿う方向に誘導するために冷却フィンの外側を覆う導風カバーと、を備えた強制冷却式全閉形モータが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６３−３１０３４３号公報 特開２００１−１７８０７９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術によれば、軸流ファンによりファンハウジング外へ排出された空気がファンハウジング内へ逆流するのを防ぐために、軸流ファンの外周部と外周ハウジング部との間の間隙が狭く設定されているので、このモータを工作機械等に用いると、周囲を浮遊する油が吸込まれて軸流ファンに付着し、終には、軸流ファンの外周部と外側ハウジング部との間に固着し、軸流ファンを回転不能にしてしまう、という問題があった。

また、上記特許文献２に記載された技術によれば、冷却風を誘導するために、フレーム外壁に配置された冷却フィンの外側を覆う、フレームとは別体の導風カバーを設けたので、フレームと導風カバーとの間の伝熱効率が悪く、導風カバーが冷却されてもフレームの冷却に直接的に寄与しない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ファンハウジングと冷却ファンとが、空気とともに吸込んだ油で固着することがなく、冷却風の圧力損失が小さく、フレームの冷却効率が高い冷却ファン付モータを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ロータと、該ロータの回転軸の前側及び後側を夫々支持する前ブラケット及び後ブラケットと、ステータを内部に保持し前記前ブラケットと後ブラケットとを接続する筒状のフレームと、前記後ブラケットの後側に取付けられた箱形のファンハウジングと、該ファンハウジング内に配置された冷却ファンと、を備える冷却ファン付モータであって、前記ファンハウジングの後壁部は、中央閉塞部と周辺吹出し部とを有し、前記冷却ファンは、空気を径方向内側から外側へ吹出す遠心ファン又は斜流ファンであり、前記後壁部の中央閉塞部に取付けられ、外周部と前記ファンハウジングの周壁部との間に所定の間隙の吹出し風路を有することを特徴とする。

本発明にかかる冷却ファン付モータは、ファンハウジングと冷却ファンとが、空気とともに吸込んだ油で固着することがない、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる冷却ファン付モータの実施の形態を示す縦断面図である。 図２は、実施の形態の冷却ファン付モータのフレームの横断面図である。 図３は、実施の形態のフレームの通風路の拡大断面図である。 図４は、実施の形態のファンハウジングの後面図である。 図５は、実施の形態のファンハウジングの前面図である。 図６は、実施の形態の遠心ファンの斜視図である。 図７は、実施の形態の斜流ファンの斜視図である。 図８は、実施の形態のベルマウスの斜視図である。 図９は、実施の形態のエンコーダカバーの斜視図である。 図１０は、実施の形態の冷却ファン付モータ内を冷却風が通る様子を示す縦断面図である。 図１１は、実施の形態の冷却ファン付モータ内を冷却風が通る様子を示す透視図である。 図１２は、実施の形態のファンハウジングの後壁部を模式的に示す図である。 図１３は、周辺吹出し部の開口率と風量比との関係を示す図である。

符号の説明

１０ ロータ
１２ 回転軸
１４ 軸受
１６ 前ブラケット
１８ 後ブラケット
２０ ステータ
２２ フレーム
２２ａ 通風路
２２ｂ 溝
２２ｃ 円形孔
２４ エンコーダ
２６ エンコーダカバー（風路板）
２６ａ 凸部
２７ 通風路
２８ ファンハウジング
２８ａ 台座部
２８ｂ 中央閉塞部
２８ｃ 吹出し口
２８ｄ 周辺吹出し部
２８ｅ 周壁部
２９ 吹出し風路
３０ 遠心ファン
３０ａ 吸込口
３２ ベルマウス
３４ 斜流ファン
３４ａ 吸込口
４０ 配線ボックス
９０ 冷却ファン付モータ

以下に、本発明にかかる冷却ファン付モータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明にかかる冷却ファン付モータの実施の形態を示す縦断面図である。図１に示すように、実施の形態の冷却ファン付モータ９０は、ロータ１０と、ロータ１０の回転軸１２の前側及び後側を夫々軸受１４を介して支持する前ブラケット１６及び後ブラケット１８と、ステータ２０を内部に保持し前ブラケット１６と後ブラケット１８とを接続する筒状のフレーム２２と、後ブラケット１８の後側に取付けられた箱形のファンハウジング２８と、ファンハウジング２８内に配置された冷却ファンとしての遠心ファン３０と、を備えている。なお、後ブラケット１８上には、配線ボックス４０が設置されている。

ファンハウジング２８の後壁部は、図４及び図５に示すように、中央閉塞部２８ｂと周辺吹出し部２８ｄとを有し、冷却ファンは、空気を径方向内側から外側へ吹出す遠心ファン３０であり、ファンモータ胴体部が後壁部の中央閉塞部２８ｂに取付けられ、ファンの外周部とファンハウジング２８の周壁部２８ｅとの間に、所定の間隙の吹出し風路２９を有している。

後ブラケット１８の後方には、後ブラケット１８の後述の通風路から吸出された冷却風を遠心ファン３０の羽根の内側の吸込口３０ａ（図６参照）に導くとともに、遠心ファン３０の径方向外側の吹出し風路２９へ吹出された冷却風がモータ内部へ逆流するのを防ぐベルマウス３２が配置されている。ベルマウス３２は、ファンハウジング２８の周壁部２８ｅに保持されている。

ベルマウス３２の前方には、ベルマウス３２との間に、後ブラケット１８の後述の通風路から吸出された冷却風を遠心ファン３０の羽根の内側の吸込口３０ａに導く通風路２７を形成する風路板としてのエンコーダカバー２６が配置されている。エンコーダカバー２６は、後ブラケット１８の外周部に取付けられ、同じく後ブラケット１８の後面に設置されて回転軸１２の回転量を検出するエンコーダ２４を覆っている。

エンコーダカバー２６は、中央部に、後方へ突出する凸部２６ａを有し、凸部２６ａにより、エンコーダカバー２６とベルマウス３２との間の通風路２７を径方向内側に向かう冷却風を、遠心ファン３０の羽根の内側の吸込口３０ａに向ける。

図２は、実施の形態の冷却ファン付モータのフレームの横断面図であり、図３は、実施の形態のフレームの通風路の拡大断面図である。図２に示すように、フレーム２２は、ステータ２０を内嵌する円形孔２２ｃと、角部が面取りされた略正四角形（□２０４ｍｍ）の周壁部外形を有する筒状に形成されている。四隅部には、夫々５本のフレーム２２全長に亘る軸方向の通風路２２ａが形成されている。

前ブラケット１６のフレーム２２との接続部は円形に形成されており、フレーム２２の四隅部の通風路２２ａの前端は開放され、通風路２２ａは前端から吸気することができる。また、フレーム２２を略正四角形に形成し四隅部に通風路２２ａを形成すると、フレーム２２を円筒形に形成し周壁部に周方向に等間隔に複数の通風路２２ａを形成した場合に比べ、フレーム２２の縦横寸法を小さくすることができる。また、従来の技術のように、フレームとは別体の導風カバーを設けていないので、フレーム２２と冷却風との間の伝熱効率が高く、フレームの冷却効率が高い。

図３に示すように、通風路２２ａの内面には、軸方向に平行に多数の溝２２ｂが形成されている。溝２２ｂを形成することにより、通風路２２ａと冷却風との伝熱面積を１５％程度増大させることができる。通風路２２ａを有するフレーム２２は、アルミニウムの押出し成形により製作することができる。

後ブラケット１８は、フレーム２２と同様に略正四角形の外形に形成され、フレーム２２の通風路２２ａに対向する四隅部に、通風路２２ａに連通する前述の通風路（図示せず）が形成されている。

図４は、実施の形態のファンハウジングの後面図であり、図５は、実施の形態のファンハウジングの前面図であり、図６は、実施の形態の遠心ファンの斜視図であり、図７は、実施の形態の斜流ファンの斜視図である。図１、図４及び図５に示すように、ファンハウジング２８は、略四角形の箱形に形成され、開口側の四隅部が後ブラケット１８にねじ止めされる。

略正方形の後壁部中央には、図６に示す遠心ファン３０のファンモータの胴体部を取付ける長方形の台座部２８ａが設けられ、台座部２８ａを含む、冷却風を通さない長方形の中央閉塞部２８ｂが形成され、中央閉塞部２８ｂの周囲には、多数の長方形の冷却風の吹出し口２８ｃが設けられた周辺吹出し部２８ｄが形成されている。

図１に示すように、遠心ファン３０のファンモータの胴体部は、ねじにより、ファンハウジング２８の内側の台座部２８ａすなわち中央閉塞部２８ｂに取付けられる。遠心ファン３０の外周部とファンハウジング２８の周壁部２８ｅとの間には、軸流ファンの場合の間隙に対して約６倍の広い間隙の吹出し風路２９が設けられていて、遠心ファン３０の外周部とファンハウジング２８の周壁部２８ｅとが、吸込まれて羽根に付着した油で固着することはない。なお、図６に示す遠心ファン３０に換えて、図７に示す、吸込口３４ａを有する斜流ファン３４を用いてもよい。斜流ファン３４は、遠心ファン３０と同様に、空気を径方向内側から外側（斜め後方）へ吹出す。

図８は、実施の形態のベルマウスの斜視図であり、図９は、実施の形態のエンコーダカバーの斜視図である。図１、図８及び図９に示すように、ベルマウス３２の外周部は、ファンハウジング２８の開口部からファンモータ軸長分後方の周壁部２８ｅに固定され、ベルマウス３２の内周部は、遠心ファン３０（斜流ファン３４）の羽根の内側の吸込口３０ａ（３４ａ）に位置している。

風路板としてのエンコーダカバー２６は、通風路２７を挟んでベルマウス３２の前方に配置され、外周部が後ブラケット１８の後端部に固定されている。エンコーダカバー２６の中央には、後方へ突出する円形の凸部２６ａが型成形され、凸部２６ａは、ベルマウス３２とエンコーダカバー２６との間の通風路２７を径方向内側に向かって流れる冷却風を、後方へ向け、遠心ファン３０（斜流ファン３４）の吸込口３０ａ（３４ａ）へ向かわせる。

図１０は、実施の形態の冷却ファン付モータ内を冷却風が通る様子を示す断面図であり、図１１は、実施の形態の冷却ファン付モータ内を冷却風が通る様子を示す透視図である。図１０及び図１１に示すように、冷却ファン付モータ９０の遠心ファン３０（斜流ファン３４）を回転させると、冷却ファン付モータ９０は、フレーム２２前端の四隅部の通風路２２ａ（図２参照）開口から空気を吸込み、通風路２２ａ→後ブラケット１８の通風路→ベルマウス３２とエンコーダカバー２６との間の通風路２７→遠心ファン３０（斜流ファン３４）内→吹出し風路２９→ファンハウジング２８の周辺吹出し部２８ｄ、の経路を通って外部へ吹出される。

上記の通風経路の遠心ファン３０（斜流ファン３４）の上流側には、遠心ファン３０（斜流ファン３４）を支持するリブ等の障害物がないので、上流側で冷却風の渦が発生することはなく、通風経路の圧力損失が小さく、通風量が低下するのを防いでいる。

図１２は、実施の形態のファンハウジングの後壁部を模式的に示す図であり、図１３は、周辺吹出し部の開口率と風量比との関係を示す図である。図１２は、ファンハウジング２８の後壁部の、ファンモータの円形の胴体部の面積を除く全ての領域に、周辺吹出し部２８ｄを形成した状態を模式的に示している。

この状態を、周辺吹出し部２８ｄの開口率１００％とし、徐々に中央閉塞部２８ｂの面積を増大させ周辺吹出し部２８ｄの開口率を小さくしていったときの、遠心ファン３０の吹出し風量比の増減の実験結果を図１３に示している。この実験結果は、フレーム２２及びファンハウジング２８の外形寸法が□２０４ｍｍ、遠心ファン３０のファン外径がφ１６０ｍｍの冷却ファン付モータ９０のものである。

実験結果によれば、周辺吹出し部２８ｄの開口率が３０％以上５０％以下のとき、吹出し風量が、開口率１００％のときよりも大きくなり、開口率が略４０％のとき最大の風量比（１．１倍）となる。これは、図１０に示すように、中央閉塞部２８ｂの面積をある程度大きくした方が、周辺吹出し部２８ｄから外部へ吹出された冷却風の渦による逆流を防ぐためである。従って、ファンハウジング２８の後壁部の開口率は、３０％以上５０％以下とするのが良く、約４０％とするのが最善である。

以上のように、本発明にかかる冷却ファン付モータは、工作機械の主軸モータに適している。

Claims (8)

1. ロータと、該ロータの回転軸の前側及び後側を夫々支持する前ブラケット及び後ブラケットと、ステータを内部に保持し前記前ブラケットと後ブラケットとを接続する筒状のフレームと、前記後ブラケットの後側に取付けられた箱形のファンハウジングと、該ファンハウジング内に配置された冷却ファンと、を備える冷却ファン付モータであって、
   前記ファンハウジングの後壁部は、中央閉塞部と周辺吹出し部とを有し、
   前記冷却ファンは、空気を径方向内側から外側へ吹出す遠心ファン又は斜流ファンであり、前記後壁部の中央閉塞部に取付けられ、外周部と前記ファンハウジングの周壁部との間に所定の間隙の吹出し風路を有し、
   前記ファンハウジングの後壁部の全面積からファンモータの胴体面積を差引いた面積に対する前記周辺吹出し部の面積の割合が、３０％以上５０％以下であることを特徴とすることを特徴とする冷却ファン付モータ。
2. 前記ファンハウジングの後壁部の全面積からファンモータの胴体面積を差引いた面積に対する前記周辺吹出し部の面積の割合が、略４０％であることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン付モータ。
3. 前記ファンハウジング及びフレームの周壁部並びに前記後ブラケットの外形は、略正四角形に形成され、前記フレーム及び後ブラケットの四隅には、軸方向に通風路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン付モータ。
4. 前記フレームの通風路の内面には、軸方向に多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却ファン付モータ。
5. 前記後ブラケットの後方には、該後ブラケットの通風路から吸出された冷却風を、前記遠心ファン又は斜流ファンの羽根の内側の吸込口に導くとともに、前記遠心ファン又は斜流ファンの径方向外側の吹出し風路へ吹出された冷却風が、モータ内部へ逆流するのを防ぐベルマウスが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却ファン付モータ。
6. 前記ベルマウスの前方には、該ベルマウスとの間に、前記後ブラケットの通風路から吸出された冷却風を前記遠心ファン又は斜流ファンの羽根の内側の吸込口に導く通風路を形成する風路板が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の冷却ファン付モータ。
7. 前記風路板は、前記後ブラケットの後面に設置されて前記回転軸の回転量を検出するエンコーダを覆うエンコーダカバーであることを特徴とする請求項７に記載の冷却ファン付モータ。
8. 前記風路板は、中央部に、後方へ突出する凸部を有し、該凸部により、前記風路板とベルマウスとの間の通風路を径方向内側に向かう冷却風を、前記遠心ファン又は斜流ファンの羽根の内側の吸込口に向けることを特徴とする請求項７に記載の冷却ファン付モータ。

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