JP5394116B2 - 貫通孔付き空冷式電動機 - Google Patents

Description

本発明は、クーラント又はミスト送給用の貫通孔を備えた軸を有する空冷式電動機に関する。

近年の工作機械では、主軸の高速化や加工効率改善のために主軸と電動機の軸を直結して、電動機の軸と主軸の内部とを連通してクーラントやミストを流し、主軸に取り付けた刃物の先端からクーラントやミストを射出する、いわゆるセンタースルー方式を採用する例が増えている。なお一般に、クーラントには水溶性切削液等が使用され、ミストにはオイルを噴霧化してエアと混合したもの等が使用される。このような工作機械に用いられる電動機として、貫通孔付き電動機が知られている。貫通孔付き電動機は、クーラント等の液体又はミスト等の気体を流すための孔を、該電動機の回転軸をその軸方向に貫くように設けた電動機であり、貫通孔に対して該クーラント又はミストを供給するために、電動機の後側の軸端に回転継ぎ手を用いたクーラント又はミスト供給部を有している。

これらの電動機本体の冷却には空冷方式が繁用されており、冷却ファンを電動機後方側に取り付けて冷却風の排気方向を電動機の軸方向と平行にする構成が一般的である。従って、電動機本体を冷却する冷却風は、回転継ぎ手を設けたクーラント又はミスト供給部の周辺を経て冷却ファンに至ることになるため、クーラント供給部の周辺で外気の吸引や冷却風の漏れが発生しないようにする必要がある。例えば特許文献１には、筒状部材で回転継ぎ手の周りを覆い、筒状部材の後端面に冷却ファンを取り付ける構造が開示されている。

特許文献１に記載の構造では、回転継ぎ手が筒状部材で覆われているために、外部から回転継ぎ手とその周辺を見ることができない。従って、仮に回転継ぎ手が破損しても発見が難しく、漏れたクーラントやミストが筒状部材内に溜まり、回転継ぎ手及び回転継ぎ手支持用ハウジングの構造によっては電動機の内部にクーラントやミストが浸入し、絶縁不良などの不具合が発生する場合があった。そこで特許文献２には、筒状部材に冷却風の通路部を複数設け、該複数の通路部を開放部（窓）を形成するように配置し、回転継ぎ手の監視と漏れた液体や気体の排出を容易にした空冷式電動機が開示されている。

一方、最近では、筒状部材によってモータ全長が長くなり固有振動数が低下することや、筒状部材の存在によって回転継ぎ手の取り付け、交換が容易にできないこと等の理由から、筒状部材の使用を排除する構成も提唱されている。例えば特許文献３には、冷却ファンの回転軸を中空構造にして、該回転軸の内部に回転継ぎ手を収納する構造を備えた空冷モータが開示されている。

特開平１０−１４６０２１号公報 特開２００４−８８８５０号公報 特開２００４−１０４９４４号公報

回転継ぎ手を筒状部材で覆ったり、ファンの回転軸内に収納したりする構造の場合、該回転継ぎ手が外部から見えなくなるので、該回転継ぎ手の不具合等が容易に発見できないという問題がある。また回転継ぎ手から液体が漏れた場合、該液体が冷却ファンの周辺や電動機の後部周辺に滞留し、該電動機の内部に進入する可能性がある。また回転継ぎ手を冷却ファンの回転軸の内部に収納する構造の場合は、ファンの回転軸の貫通孔径が相当に大きくなり、ファンの冷却能力が低下する虞もある。

そこで本発明は、上述の問題を解決する構造を備えた空冷式電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動機の軸にクーラント又はミスト送給用の貫通孔を有してなる貫通孔付き空冷式電動機において、電動機ハウジングを構成する周壁に電動機の軸方向に沿って貫通する通気孔が設けられ、前記電動機ハウジングの軸方向後端部に強制空冷用ファンを保持するケーシングが取り付けられ、前記ファンの回転軸及び前記ケーシングの後端部はそれぞれ挿通孔を有しており、前記電動機の軸は前記ファンの回転軸及び前記ケーシングの後端部それぞれの挿通孔を貫通するように延長され、前記電動機の軸の後端部にクーラント又はミスト供給部が連結され、前記ケーシングの後端部に、前記クーラント又はミスト供給部を支持する支持ハウジングが取付けられたことを特徴とする、貫通孔付き空冷式電動機を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貫通孔付き空冷式電動機において、前記ケーシングの後端部に設けたクーラント又はミスト供給部が取付けられる取付け面に、クーラント又はミスト供給部取り付け用のインロー構造が設けられたことを特徴とする、貫通孔付き空冷式電動機を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の貫通孔付き空冷式電動機において、前記電動機本体と前記ファンとの間の前記電動機の軸周りに、シール部材又はラビリンス構造が設けられたことを特徴とする、貫通孔付き空冷式電動機を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の貫通孔付き空冷式電動機において、前記ケーシングの後端部の位置で前記電動機の軸周りに、シール部材又はラビリンス構造が設けられたことを特徴とする、貫通孔付き空冷式電動機を提供する。

本発明によれば、クーラント又はミスト供給部を冷却ファンの後方に取り付ける構造とすることで筒状部材の使用を排除し、さらに電動機の貫通孔付きの軸を後方に延長して、冷却ファンの回転軸及びケーシング内を挿通させた上で、冷却ファンの後部で回転継ぎ手を取り付ける構造とすることにより、クーラント又はミスト供給部の取り付けや交換が容易になるとともに、クーラント又はミスト供給部から漏れたクーラントやミストの排出が容易になり、さらにファンの性能低下を防止することができる。

クーラント又はミスト供給部が取付けられるケーシングの取付け面にインロー構造を用いることにより、高い位置決め精度でクーラント又はミスト供給部を取付けることができる。

電動機本体とファンとの間、さらにはケーシングの後端部において電動機の軸周りにシール部材又はラビリンス構造を設けることにより、漏れたクーラントやミストが電動機内部に進入することが防止される。

本発明に係る空冷式電動機の一実施形態を示す図である。 図１の電動機の前部周辺の構造を示す図である。 図１の電動機の後部周辺の構造を示す図である。

図１は、本発明に係る空冷式電動機の好適な実施形態を示す軸方向断面図である。図１に示す電動機１０は、電動機の出力軸１２にクーラント又はミスト送給用の貫通孔１４を形成してなる貫通孔付き空冷式電動機であり、その前部側（図１では左側）に取付け面１６を有し、図示しない工作機械の主軸等に取付け可能となっている。電動機１０は、電動機本体１７を囲繞する周壁状の電動機ハウジング１８と、強制空冷ファン（以降、単にファンと称する）２０とを有し、電動機ハウジング１８の周壁はファン２０により生じる気流が通る少なくとも１つの通気孔２２を画定する。

通気孔２２は、電動機の出力軸１２の軸方向に略平行に延び、図２に示すように電動機ハウジング１８の径方向断面における外周部に設けられ、電動機１０を冷却すべく該電動機の前部側から電動機の後部側（図１では右側）にファン２０による気流を図１の矢印の方向に通すことができるようになっている。なお図２には、通気孔２２が電動機ハウジング１８の外周の一部分２４（図示例では略方形の径方向断面を有するハウジング１８の一角部）に形成されているように図示されているが、電動機周方向についての冷却性能均一化の観点から、該角部２４と出力軸１２について９０度の回転対称である他の３つの角部２６、２８及び３０にも通気孔２２と同様の貫通孔（図示せず）が設けられることが好ましい。或いは、ハウジング１８の周方向全周にわたって貫通孔を設けてもよい。

ファン２０は、ファン保持ケーシング３２によって電動機１０の後部側に保持され、ケーシング３２は電動機ハウジング１８の後端部に取り付けられる。ファン２０の回転軸３４及びケーシング３２の後端中央部には、電動機の出力軸１２を挿通可能な挿通孔３６及び３８がそれぞれ形成されており、出力軸１２は電動機の後部から延びて挿通孔３６及び３８を貫通し、ケーシング３２から突出している。なおファン保持ケーシング３２の後部は、図３に示すような格子状構造４０又は他の開口部を有しており、ファン２０による気流がケーシング３２の後部を通過できるようになっている。なお図３では、後述する回転継ぎ手及び回転継ぎ手支持ハウジングは図示していない。

ファン保持ケーシング３２から突出する電動機の出力軸１２の後端部１３には、軸１２の貫通孔１４内にクーラント又はミストを供給するための回転継ぎ手４２が連結される。回転継ぎ手４２は、クーラント又はミスト送給管４４が連結されてクーラント又はミスト供給部を構成しており、図示しないクーラント又はミスト供給源からクーラント又はミスト送給管４４及び回転継ぎ手４２を介して電動機の出力軸１２の貫通孔１４内にクーラント又はミストが供給できるようになっている。回転継ぎ手４２は、回転継ぎ手支持ハウジング４６に支持されており、支持ハウジング４６は電動機後部側（図示例では後端部）に高精度に取付けられる。図示例では、ファン保持ケーシング３２が支持ハウジング４６を取付けるための取付け面４８をその後端部中央付近に有し、支持ハウジング４６とケーシング３２とが協働して構成するインロー構造５０によって支持ハウジング４６（すなわち回転継ぎ手４２も）は電動機に高精度に位置決めされ取付けられる。インロー構造の代わりに、タップ等の他の位置決め手段を用いてもよい。或いは回転継ぎ手支持ハウジング４６は、取付け面４８と一体的に形成されてもよい。なお回転継ぎ手支持ハウジング４６には、クーラント又はミスト用ドレイン管５６を接続し、支持ハウジング４６内のクーラント又はミストを外部に排出することができる。

図１に示すように、本発明に係る空冷式電動機では、電動機の出力軸１２がファン回転軸３４に形成された挿通孔３６を貫通しているので、ファン回転軸３４に形成する挿通孔３６の内径は、電動機の出力軸１２の外径と略同等にすることができる。従って回転継ぎ手をファン回転軸の内部に収容するような形態に比べ、ファン回転軸に形成する挿通孔の内径を（電動機の出力軸の外径を下限として）小さくすることができ、冷却ファンとしての性能の低下を抑制することができる。

電動機の出力軸１２について、電動機の後部とファン２０との間には、電動機側へのクーラント又はミストの不都合な進入を防止するための保護構造５２が設けられており、回転継ぎ手用取付け面４８にも保護構造５４が設けられている。図示例では、保護構造５２は電動機の出力軸１２周りに固定されたラビリンス構造であり、一方保護構造５４は出力軸１２周りであって出力軸１２とケーシング３２との間に配置されたオイルシール等のシール部材である。しかし、例えば保護構造５２にシール部材を用いて保護構造５４にラビリンス構造を用いてもよいし、保護構造５２、５４の双方をラビリンス構造又はシール部材としてもよい。また保護構造はラビリンス構造やシール部材に限定されるものではなく、クーラント又はミストが電動機本体１７の内部に進入することを防止できる他の構造を使用してもよい。

以上のような構成により、冷却風は、電動機１０の熱を奪いながら電動機ハウジング１８に設けられた通気孔２２を通り、強制空冷用ファン２０によって外部に排出される。回転継ぎ手４２はファン保持用ケーシング３２の後端部に取付けられているため、外部からの視認性に優れ、また回転継ぎ手４２の取り付けや交換が容易である。回転継ぎ手４２の周囲を囲繞する筒状部材等の部材を使用する必要はないので、漏れたクーラント又はミストは迅速に電動機外に排出される。また、回転継ぎ手４２と電動機本体１７との間に強制空冷用ファン２が配置されているため、回転継ぎ手４２が電動機本体１７から離れた位置にあることに加えて、二重の保護構造５２、５４があるので、漏れたクーラント又はミストが電動機本体の内部に浸入することはない。

１０ 電動機
１２ 出力軸
１４ 貫通孔
１８ 電動機ハウジング
２０ ファン
２２ 通気孔
３２ ファン保持ケーシング
３６、３８ 挿通孔
４２ 回転継ぎ手
４６ 回転継ぎ手支持ハウジング
４８ 取付け面
５０ インロー構造
５２ ラビリンス
５４ オイルシール

Claims (4)

1. 電動機の軸にクーラント又はミスト送給用の貫通孔を有してなる貫通孔付き空冷式電動機において、
   電動機ハウジングを構成する周壁に電動機の軸方向に沿って貫通する通気孔が設けられ、
   前記電動機ハウジングの軸方向後端部に強制空冷用ファンを保持するケーシングが取り付けられ、
   前記ファンの回転軸及び前記ケーシングの後端部はそれぞれ挿通孔を有しており、
   前記電動機の軸は前記ファンの回転軸及び前記ケーシングの後端部それぞれの挿通孔を貫通するように延長され、
   前記電動機の軸の後端部にクーラント又はミスト供給部が連結され、前記ケーシングの後端部に、前記クーラント又はミスト供給部を支持する支持ハウジングが取付けられたことを特徴とする、貫通孔付き空冷式電動機。
2. 前記ケーシングの後端部に設けたクーラント又はミスト供給部が取付けられる取付け面に、クーラント又はミスト供給部取り付け用のインロー構造が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の貫通孔付き空冷式電動機。
3. 前記電動機本体と前記ファンとの間の前記電動機の軸周りに、シール部材又はラビリンス構造が設けられたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の貫通孔付き空冷式電動機。
4. 前記ケーシングの後端部の位置で前記電動機の軸周りに、シール部材又はラビリンス構造が設けられたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の貫通孔付き空冷式電動機。

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