JP5388930B2

JP5388930B2 - 電動機

Info

Publication number: JP5388930B2
Application number: JP2010087127A
Authority: JP
Inventors: 夏樹本池; 孟池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-04-05
Also published as: JP2011223660A

Description

本発明は、冷却ファンを備える電動機に関する。

工作機械の主軸などの駆動用に、冷却ファン付きの電動機が用いられている。このような電動機として、電動機本体の反負荷側に冷却ファンを設け、冷却ファンによって発生された冷却用空気によって、電動機本体のステータで発生した熱を放熱させるものが、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許第３４９１９４４号公報特開２００５−２６９７８７号公報

冷却ファンとしては、軸流ファンや遠心ファンが用いられる。また、冷却ファンによって発生させる冷却用空気の向きも、負荷側から反負荷側に向ける場合と、反負荷側から負荷側に向ける場合とがあり、電動機の使用環境によってその向きが選択される。一般的に、冷却ファンは、ファンケースで覆われており、ファンケースには冷却用空気を通過させるための通風口が形成されている。

ここで、冷却ファンの種類や、冷却用空気の向きによって、冷却用空気が通過する領域が異なるため、ファンケースにおける通風口の位置を異ならせる必要があった。そのため、冷却ファンの種類や、冷却用空気の向きによって、ファンケースを個別に製作する必要があり、個別に金型を用意する必要などから、電動機の製造コストを抑制することが困難であるという問題があった。

また、冷却ファンの種類や、冷却用空気の向きによって異なる通風特性により、冷却用空気の滞留などを招き、電動機の冷却効率を向上させることが困難である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、冷却ファンの種類や冷却用空気の向きに対して、ファンケースを共通化することで、製造コストの抑制に寄与するとともに、冷却効率の向上にも寄与することのできる電動機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、冷却用空気が通る風路が形成された電動機本体と、風路に冷却用空気を流通させる冷却ファンと、冷却ファンを内部空間に収容し、内部空間が風路と連結されるファンケースと、を備え、ファンケースには、内部空間と外部空間とを連通させる通気口を形成可能な複数の通気口形成部が設けられ、通気口形成部には、両端を連結させずにファンケース上の第１の領域を囲む第１切込線と、両端を連結させずに第１の領域を含む第２の領域を囲む第２切込線と、が形成され、第１切込線および第２切込線は、第１切込線の両端を結ぶ第１折り曲げ線と第２切込線の両端の間を結ぶ第２折り曲げ線とが異なる角度となるように形成され、第１切込線に沿って第１の領域を切り離すとともに第１折り曲げ線に沿って折り曲げるか、または、第２切込線に沿って第２の領域を切り離すとともに第２折り曲げ線に沿って折り曲げることで、通気口が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、冷却ファンの種類や冷却用空気の向きに対して、ファンケースを共通化することで、製造コストの抑制に寄与するとともに、冷却効率の向上にも寄与することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の概略構成を示す斜視展開図である。図２は、図１に示す電動機の側断面図である。図３−１は、通気口形成部を拡大した部分拡大図である。図３−２は、通気口形成部を拡大した部分拡大図であって、第２通気口形成線を用いて通気口を形成した状態を示す図である。図３−３は、通気口形成部を拡大した部分拡大図であって、第１通気口形成線を用いて通気口を形成した状態を示す図である。図４は、ファンケースの端面の正面図である。図５は、図２に示すＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図である。図６は、本発明の実施の形態２に係る電動機の通気口形成部の部分拡大図である。図７−１は、冷却ファンとして軸流ファンを用い、負荷側から反負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−２は、冷却ファンとして軸流ファンを用い、反負荷側から負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−３は、冷却ファンとして遠心ファンを用い、負荷側から反負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−４は、冷却ファンとして遠心ファンを用い、反負荷側から負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図８は、図７−１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図９は、図７−３に示すＣ部分を拡大した部分拡大図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機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１．
＜電動機１００の構成について＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の概略構成を示す斜視展開図である。電動機１００は、電動機本体１０１、冷却ファン２０、ファンケース３０を備える。図２は、図１に示す電動機１００の側断面図である。電動機本体１０１には、ステータ１の外周に設けたフレーム５および反負荷側ブラケット７に、冷却用空気が通る風路１０が形成されている。風路１０の負荷側は開口部１１となっている。本実施の形態では、冷却ファン２０として、軸流ファンを用いる例を挙げて説明する。また、冷却ファン２０は、負荷側から反負荷側の方向に冷却用空気５０が流れるようにファンケース３０に取り付けられている。

ファンケース３０は、アルミニウム板で成形された箱状の構造物である。ファンケース３０は、内部空間に冷却ファン２０を収容し、その内部空間が風路１０と連通される。ファンケース３０のうち反負荷側の端面３１には、複数の通気口形成部３３が設けられている。通気口形成部３３は、冷却ファン２０の回転軸３を中心に同心円周上に略均等となるように配設されている。

図３−１は、通気口形成部３３を拡大した部分拡大図である。図３−１に示すように、通気口形成部３３には、第１開口片（第１領域）３６を囲むように第１通気口形成線（第１切込線）３４ａが形成されている。なお、第１通気口形成線３４ａは、両端が連結されないように形成されている。また、通気口形成部３３には、第１開口片３６を含む第２開口片（第２領域）３７を囲むように第２通気口形成線（第２切込線）３４ｂが形成されている。なお、第２通気口形成線３４ｂは、両端が連結されないように形成されている。また、第１通気口形成線３４ａおよび第２通気口形成線３４ｂはミシン目状に形成されている。なお、第１通気口形成線３４ａおよび第２通気口形成線３４ｂは溝状に形成されていてもよい。すなわち、第１開口片３６や第２開口片３７を指などで押し込むことで、第１通気口形成線３４ａや第２通気口形成線３４ｂに沿って、第１開口片３６や第２開口片３７を切り離すことができるように加工されていればよい。

第１通気口形成線３４ａの両端を結ぶ折り曲げ線３８は、冷却ファン２０の回転軸３に対する径方向（矢印Ｐで示す）と略垂直となっている。また、第２通気口形成線３４ｂの両端を結ぶ折り曲げ線３９は、冷却ファン２０の回転軸３に対する周方向（矢印Ｑで示す）と略垂直となっている。なお、折り曲げ線３８が周方向と略垂直とされ、折り曲げ線３９が径方向と略垂直とされても構わない。

図３−２は、通気口形成部３３を拡大した部分拡大図であって、第２通気口形成線３４ｂを用いて通気口３２を形成した状態を示す図である。図３−３は、通気口形成部３３を拡大した部分拡大図であって、第１通気口形成線３４ａを用いて通気口３２を形成した状態を示す図である。図３−２に示すように、第２開口片３７を指などで押し込み、折り曲げ線３９で折り曲げることで、第２開口片３７が第１通気口形成線３４ａに沿って切り離され、通気口３２が形成される。通気口３２が形成された状態において、第２開口片３７は、ファンケース３０の内側に突出する。

また、第１開口片３６を指などで押し込み、折り曲げ線３８で折り曲げた場合にも、第１開口片３６が第１通気口形成線３４ａに沿って切り離され、通気口３２が形成される。通気口３２が形成された状態において、第１開口片３６は、ファンケース３０の内側に突出する。図４は、ファンケース３０の端面３１の正面図である。図４では、第２開口片３７を押し込んで通気口３２を形成した状態を示している。

＜冷却ファン２０の種類や、冷却用空気の向きによる通風特性について＞
次に、冷却ファン２０の種類や、冷却用空気の向きによる通風特性および従来の問題点について説明する。図７−１は、冷却ファン２０として軸流ファン２１を用い、負荷側から反負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−２は、冷却ファン２０として軸流ファン２１を用い、反負荷側から負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−３は、冷却ファン２０として遠心ファン２２を用い、負荷側から反負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。図７−４は、冷却ファン２０として遠心ファン２２を用い、反負荷側から負荷側に向けて冷却用空気を通過させた場合の、冷却用空気の通風特性を説明するための側断面図である。なお、ファンケースの端面３１に設けられる通気口は図７−１〜図７−４では図示していない。

図７−１、図７−２に示すように、軸流ファン２１は回転軸３方向に空気を吸い込み、吐き出す特徴があるが、遠心力の影響もあり、冷却用空気５０は、ファン翼２４の内側よりもファン翼２４の外側にかけて通過する傾向がある。ここで、ファンケース３０の端面３１に対して冷却用空気の交差する領域を通風領域６０として示す。

また、図７−３、図７−４に示すように、遠心ファン２２の冷却用空気５０は、ファン翼２４よりも内側で回転軸３方向に吸い込まれ、回転軸３に対して遠心方向に吐き出されてから、ファンケース３０によって軸方向に流される。ここで、ファンケース３０の端面３１に対して冷却用空気の交差する領域を通風領域６０として示す。

このように、冷却ファン２０の種類や、冷却用空気の風向によって、通風領域６０の大きさや位置が異なる。ファンケース３０では、冷却用空気の逆流や内部への異物混入を防ぐために、通風領域６０以外には通気口を設けないのが一般的である。そのため、冷却ファン２０の種類や、冷却用空気の風向によって、個別にファンケース３０の製作がなされていた。

図８は、図７−１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図８に示すように、軸流ファン２１の吐出側の冷却用空気５０は、ファンの旋回の影響を受け、図８に示すように旋回流となる。このとき、通気口３２と通気口３２との間に衝突する冷却用空気は滞留流れ５１となり、通風上の抵抗となる。

図９は、図７−３に示すＣ部分を拡大した部分拡大図である。遠心ファン２２の吐出側の冷却用空気５０は、通気口３２を通過し排出されるが、一部はファンケース３０の壁面との衝突の反動で、偏流５２を生じ、通風上の抵抗となる。

＜通気口３２の選択的な形成について＞
例えば、図７−１のように、冷却ファン２０として軸流ファン２１を用い、負荷側から反負荷側へ冷却用空気５０を流す場合には、図７−１で示す通風領域６０内にある通気口形成部３３で通気口３２が設けられる（図４も参照）。この場合、図３−２に示すように、第２開口片３７を押し込んで、通気口３２を形成することが好ましい。

図５は、図２に示すＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図であって、第２開口片３７を押し込んで通気口３２を形成した状態を示す図である。図５に示すように、冷却ファン２０の回転軸３の周方向と略垂直となる折り曲げ線３９で折り曲げられて、ファンケース３０の内側に突出した第２開口片３７は、図９に示す滞留流れ５１を通気口３２へ導いて、円滑に外部に流出させる整流作用を発揮する。

また、図７−３のように、冷却ファン２０として遠心ファン２２を用い、負荷側から反負荷側へ冷却用空気５０を流す場合にも、図７−３で示す通風領域６０内にある通気口形成部３３で通気口３２が設けられる。この場合、図３−３に示すように、第１開口片３６を押し込んで通気口３２を形成することが好ましい。

冷却ファン２０の回転軸３の径方向と略垂直となる折り曲げ線３８で折り曲げられて、ファンケース３０の内側に突出した第１開口片３６は、図９に示す偏流５２を通気口３２へ導いて、円滑に外部に流出させる整流作用を有する。

また、図７−２や図７−４に示すように、冷却用空気５０を反負荷側から負荷側の方向に流す場合には、図７−２や図７−４で示す通風領域６０内にある通気口形成部３３で通気口３２を設ければよい。この場合、上述したような滞留流れ５１や偏流５２といった問題が生じにくいので、第１開口片３６を押し込んで通気口３２を形成してもよいし、第２開口片３７を押し込んで通気口３２を形成してもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る電動機１００では、冷却ファン２０の種類や、冷却用空気５０の風向に応じて、通気口３２の形成場所を変えることができるので、ファンケース３０の共通化を図ることができる。これにより、金型の製造コストなどを抑えて、電動機１００の製造コストの抑制に寄与することができる。また、冷却ファン２０の種類や、冷却用空気５０の風向によって異なる通風特性に応じて、開口片３６，３７の突出状態を選択することができる。開口片３６，３７の突出状態を選択することで、滞留流れ５１や偏流５２の問題を生じにくくして、冷却用空気５０の流れを円滑にして、電動機１００の冷却効率の向上に寄与することができる。

なお、通気口形成線３４ａ，３４ｂは、折り曲げ線３８，３９が冷却ファン２０の回転軸３の径方向や周方向に垂直となるように形成される場合に限られない。電動機１００の使用環境や仕様によって、上記説明とは異なる状態でファンケース３０の内部に開口片３６，３７を突出させたい場合には、折り曲げ線３８，３９が上記説明とは異なる角度となるように通気口形成線３４ａ，３４ｂが形成されてもよい。

また、ファンケース３０は、アルミニウム以外の材料で構成されていてもよく、例えば、他の金属材料であってもよい。すなわち、折り曲げ線３８，３９で開口片３６，３７を折り曲げることができる材料で構成されていれば、本発明の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る電動機の通気口形成部の部分拡大図である。本実施の形態２では、通気口形成線３４ａ，３４ｂは、コ字形状を呈しており、開口片３６，３７を押し込んで形成される通気口の形状は方形形状とされる。この構成によっても、通気口の形成位置の選択や、開口片３６，３７の突出状態の選択を行うことができ、電動機の製造コストの抑制や、冷却効率の向上に寄与することができる。すなわち、通気口形成線３４ａ，３４ｂの形状は、開口片３６，３７を押し込むことで通気口を形成することができる形状であれば、上記実施の形態１や本実施の形態２で説明した形状に限定されない。

以上のように、本発明にかかる電動機は、ステータなどで発生した熱の放熱に有用である。

１ステータ
３回転軸
５フレーム
７反負荷側ブラケット
１０風路
１１開口部
２０冷却ファン
２１軸流ファン
２２遠心ファン
２４ファン翼
３０ファンケース
３１端面
３２通気口
３３通気口形成部
３４ａ第１通気口形成線（第１切込線）
３４ｂ第２通気口形成線（第２切込線）
３６第１開口片（第１領域）
３７第２開口片（第２領域）
３８，３９折り曲げ線
５０冷却用空気
５２偏流
６０通風領域
１００電動機
１０１電動機本体
Ｐ，Ｑ矢印

Claims

冷却用空気が通る風路が形成された電動機本体と、
前記風路に冷却用空気を流通させる冷却ファンと、
前記冷却ファンを内部空間に収容し、前記内部空間が前記風路と連結されるファンケースと、を備え、
前記ファンケースには、前記内部空間と外部空間とを連通させる通気口を形成可能な複数の通気口形成部が設けられ、
前記通気口形成部には、両端を連結させずに前記ファンケース上の第１の領域を囲む第１切込線と、両端を連結させずに前記第１の領域を含む第２の領域を囲む第２切込線と、が形成され、
前記第１切込線および前記第２切込線は、前記第１切込線の両端を結ぶ第１折り曲げ線と前記第２切込線の両端の間を結ぶ第２折り曲げ線とが異なる角度となるように形成され、
前記第１切込線に沿って前記第１の領域を切り離すとともに前記第１折り曲げ線に沿って折り曲げるか、または、前記第２切込線に沿って前記第２の領域を切り離すとともに前記第２折り曲げ線に沿って折り曲げることで、前記通気口が形成されることを特徴とする電動機。
前記第１折り曲げ線および前記第２折り曲げ線のうちの一方の折り曲げ線は、前記冷却ファンの回転軸に対する周方向と略垂直であり、他方の折り曲げ線は前記冷却ファンの回転軸に対する径方向と略垂直であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。