JP5663451B2

JP5663451B2 - 固定子および回転電機

Info

Publication number: JP5663451B2
Application number: JP2011230001A
Authority: JP
Inventors: 猛貴井上; 健二船越; 和哉湯川
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: US20130099606A1; US9203271B2; CN103066715A; JP2013090488A

Description

開示の実施形態は、固定子および回転電機に関する。

従来、略円筒状のフレームの周壁内面に当接して設けられており、固定子コイルが巻回されたコア本体と、固定子コイルのコイルエンドを樹脂によりモールドしたモールド部とを備える固定子が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、発熱する固定子コイルを冷却するために、例えば、上記特許文献１の固定子では、フレームの内周に螺旋状の冷却液溝を設けていた。

実開平３−７００５６号公報

しかしながら、特許文献１に係る固定子は、固定子コイルで発生する熱がフレーム側に伝達され易い構成となっていた。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、固定子コイルからの熱をフレーム側に伝え難くした固定子および回転電機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る固定子は、回転電機のハウジングの内側に配設されたフレームと、当該フレームの略円筒状の周壁内面に密着状態に当接して設けられており、固定子コイルが巻回されたコア本体と、前記固定子コイルのコイルエンドを樹脂によりモールドしたモールド部とを備えている。そして、前記周壁内面と前記モールド部との間には、当該モールド部の一部であり前記コア本体側に形成された、前記フレームと周方向に接合するブリッジ部を残して、空気層を形成する空隙部が形成されている。

実施形態の一態様によれば、固定子コイルからの熱がフレーム側に伝達され難くなるため、熱が伝達されることにより生じる問題を未然に防止することができる。例えば、固定子を所定の機械中にビルトインした場合、回転電機の熱が他の機械要素に伝達され、熱膨張などにより様々な問題が生じることを未然に防止することが可能となる。

図１は、実施形態に係る回転電機の縦断面視による説明図である。図２は、図１の部分拡大説明図である。図３は、空隙部を形成するための治具装着状態を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、固定子と回転子とを所定の装置に組み付けるビルトインモータを回転電機として説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る回転電機の縦断面視による説明図であり、図２は、同図１の一部を拡大した部分拡大説明図である。

回転電機の一例であるビルトインモータ１０は、図示するように、工作機械の一構成要素であって、被工作物を保持するテーブル２０を回転駆動させるために用いられている。

すなわち、本実施形態に係るビルトインモータ１０は、略円筒状のフレーム３に取り付けられた固定子１と、先端をテーブル２０に連結した回転軸３０に取付けられる回転子２とから構成される。なお、当然ではあるが、ビルトインモータ１０は、テーブル２０の回転軸３０に限らず、工作機械の工具を取付ける主軸等に取付けるものであってもよい。

固定子１は、略円筒状に形成されたフレーム３に焼き嵌めされた積層コアからなるコア本体１１と、このコア本体１１に巻回された固定子コイル（図示せず）のコイルエンドを樹脂によりモールドしたモールド部１２とを備えている。すなわち、固定子１は、フレーム３の略円筒状の周壁内面３１に当接状態に設けられている。

固定子１が設けられたフレーム３は、そのテーブル側の肉厚を厚く形成することにより、フレーム３における周壁内面３１のテーブル側に段差を形成している。そして、図２に示すように、この段差部分に形成されたコア受部３２に、コア本体１１の端面を当接させることによってコア本体１１、すなわち固定子１の位置決めがなされている。

一方、回転子２は、円筒形に形成された回転子コア２１と、回転子コア２１の外周面に設けられたマグネット２２とを備え、固定子１との間に僅かな間隙を設けて対向するように回転軸３０に同心的に取付けられている。具体的には、回転子２は、例えば焼き嵌めなどによって、図示しないスリーブを介して回転軸３０に嵌着される。なお、回転子コア２１は、積層コアによって形成してもよいし、鉄などの削り出し部品によって形成してもよい。

かかる構成により、固定子コイルへ通電すると、磁極変位によって回転子２に回転力が生じ、それに伴って回転軸３０が回転することになる。

回転軸３０は、所定間隔をあけて設けられた第１ブラケット４１と第２ブラケット４２とに、第１軸受５１と第２軸受５２とを介して支承されている。なお、回転軸３０には、図１に示すように、回転子コア２１の端面と当接可能な回転子受部３３が形成されており、回転子コア２１の端面を回転子受部３３に当接させることによって回転子２の位置決めがなされている。こうして、それぞれ位置決めされた固定子１と回転子２とは、既定の位置関係で互いに対向することになる。

また、第１ブラケット４１と、テーブル２０側に位置する第２ブラケット４２との間には、円筒状のハウジング４と、内周面に固定子１が焼き嵌めにより嵌着されたフレーム３とが設けられている。フレーム３は、フレーム取付ボルト６により第１ブラケット４１に接合されている。

かかるビルトインモータ１０において、本実施形態では、固定子１の構成に特徴がある。すなわち、本実施形態に係る固定子１は、フレーム３の略円筒状の周壁内面３１とモールド部１２との間に空隙部７を形成している。

通常、フレーム３に対し、固定子１は密着状態にあるため、固定子コイルからの熱はフレーム３側に直接熱伝導されていた。そこで、本実施形態に係るビルトインモータ１０では、フレーム３の周壁内面３１とモールド部１２との間に空気層が形成される空隙部７を設けたため、この空隙部７の存在により、固定子１の固定子コイルからの熱がフレーム３側に伝達され難くなった。

したがって、本実施形態に係るビルトインモータ１０を用いる場合、固定子１の熱が伝達されることによって、例えば熱膨張などの影響によって何らかの問題が生じる虞があったとしても、かかる問題の発生を未然に防止することができる。

例えば、固定子１がビルトインされた工作機械側に、僅かでも熱を嫌う機械要素や被切削物があった場合でも、回転電機の熱がそれらに伝達されることにより様々な問題が生じることを未然に防止することができるのである。

図３に、空隙部７を形成する際に用いる治具の装着状態を示す説明図を示す。図示するように、空隙部７を形成する場合、固定子コイルのモールド時には、所望する空隙厚みに相当する厚さに形成された空隙形成部７１を有する略Ｌ字状のモールド用治具７０を用いるとよい。

かかるモールド用治具７０を装着した状態で、所定の型（図示せず）を用いて樹脂を封入することにより、フレーム３の周壁内面３１とモールド部１２との間に所望する厚みの空隙部７を形成することができる。

なお、図３中、符号６１はフレーム取付ボルト６に対応する雌螺子が形成されたボルト孔を示している。すなわち、本実施形態に係るビルトインモータ１０では、図１および図２に示すように、第１ブラケット４１をフレーム取付ボルト６によりフレーム３の端面に連結している。

空隙部７は、フレーム３の周壁内面３１とモールド部１２との間全体にわたって形成されるのではない。モールド部１２のコア本体１１側には、フレーム３と接合するブリッジ部１２ａが形成される（図１および図２を参照）。

すなわち、モールド用治具７０は、その先端がコア本体１１と当接することがない長さに設定されているため（図３参照）、モールド時にはモールド用治具７０の先端とコア本体１１との間にブリッジ部１２ａが形成される。

かかるブリッジ部１２ａは、ビルトインモータ１０が、本実施形態のように、工作機械に組み付けられる場合には有用となる。すなわち、工作機械が切削機械などの場合、切削液を被工作物に供給しながら切削する。その際に、切削液がハウジング４やブラケット４１，４２内に浸入しても、ブリッジ部１２ａが存在するため、切削液がフレーム３の周壁内面３１を伝ってコア本体１１を経由して固定子コイルへ至ってしまう虞がなくなる。

ところで、本実施形態では、空隙部７を、コア本体１１を挟む両側に形成している。しかし、一方に形成してもよく、その場合、空隙部７はテーブル２０の側に形成することが望ましい。

すなわち、本実施形態においては、僅かの熱であってもそれを嫌う機械要素や被切削物は、テーブル２０側に存在する可能性が高いため、断熱を企図する空隙部７は、少なくともテーブル２０の側に形成することが望ましいのである。

しかも、本実施形態では、コア本体１１の端面と当接可能なコア受部３２を、フレーム３に段差部を設けて形成している。すなわち、フレーム３におけるテーブル２０に近接する側を肉厚に形成し、フレーム３の大部分を占める薄肉部分との間に段差部を設け、この段差部を利用してコア受部３２を形成している。

したがって、フレーム３においては、テーブル２０側が熱をより伝導し難い肉厚部分となるため、フレーム３と接合するブリッジ部１２ａが形成されていても、モールド部１２からのテーブル２０の側への熱伝導を抑制することができる。

また、本実施形態に係る固定子１では、フレーム３の周壁には、コア本体１１を冷却するための冷却液路８が形成されている。本実施形態における冷却液路８は、フレーム３の周壁において、コア本体１１と対向する所定領域内に螺旋状に設けられている。

すなわち、冷却液路８は、固定子１を構成するコア本体１１とモールド部１２のうち、モールド部１２のような空隙部７を有さず、周壁内面３１と密着しているコア本体１１の軸方向における全長に亘る範囲に規定された所定領域内に設けられている。

そして、冷却液路８の始端に図示しない冷却液供給装置を接続して、ビルトインモータ１０が作動すると、冷却液供給装置から冷却液を供給し、固定子１をその外周側から冷却するのである。なお、冷却液は、冷却液路８の他端から排出するようにしておくとよい。

かかる構成により、コア本体１１からの熱については、冷却液路８を流れる冷却液によって冷却されることになる。なお、冷却液としては専用冷却液でもよいし、冷却油、あるいは冷却水であってもよい。

なお、冷却液路８はフレーム３に形成された溝渠状のものであればよく、本実施形態のビルトインモータ１０のように、フレーム３の外周面に開渠状に形成されたものであってもよいし、フレーム３の周壁内に暗渠状に形成されたものであってもよい。

このように、本実施形態に係るビルトインモータ１０では、冷却液路８を設けたことにより、空隙部７による熱伝導抑制効果と相俟って、固定子１がビルトインされた工作機械側に、フレーム３を介して熱が伝導されることを抑制することができる。

また、フレーム３に冷却液路８を設けると、フレーム３と固定子１との間の温度勾配が著しく大きくなる。すなわち、フレーム３は冷えて収縮しようとする一方、固定子１は発熱して膨張しようとするため、通常であれば、モールド部１２へ大きな圧縮応力が加わる。しかし、本実施形態に係るビルトインモータ１０では、モールド部１２とフレーム３の周壁内面３１との間に空隙部７が形成されているため、モールド部１２へ多大な応力が加わることを防止できる。

また、図３に示すように、コア本体１１と対向するフレーム３の所定領域の外側領域にシール材装着溝３４が形成されている。そして、このシール材装着溝３４内にＯリング９を装着し、冷却液路８が形成されたフレーム３とハウジング４とを水密状に密着させて連接している。

本実施形態に係るビルトインモータ１０では、コア本体１１の軸方向長さに対応する所定領域内にのみ冷却液路８が形成され、この所定領域に可及的に近接させてシール材装着溝３４を形成している。したがって、ビルトインモータ１０としての軸方向への長さを短縮することができる。それにより、図１に示すように短尺なモータ構造を実現することができる。

なお、固定子１からフレーム３への熱伝導の抑制を図ろうとする場合、冷却液路８の形成領域を拡張することも考えられる。しかし、フレーム３の端面近傍にはフレーム取付ボルト６を螺合するボルト孔６１も形成されているため、フレーム３の端面部近傍の領域には、冷却液路８を形成する余剰な領域は残されていない。

したがって、本実施形態に係るビルトインモータ１０のように、空隙部７を設けた構成が極めて有用となる。また、上述したように、短尺なモータ構造を実現する場合に、さらに有用となる。

また、本実施形態に係る冷却液路８は、モールド部近傍の溝深さを他の部分よりも深くしてある。

すなわち、図２に示すように、螺旋状に形成された冷却液路８の始端近傍および終端近傍にあたる箇所においては、大部分の溝深さとなる通常溝部８１と、モールド部１２の近傍については通常溝部８１よりも所定寸法ｄだけ深くした深溝部８２とを形成している。換言すれば、深溝部８２の部分については、フレーム３の肉厚が通常溝部８１の部分よりも薄くなっており、固定子１に対する冷却効果がより高まることになる。

そして、本実施形態における冷却液路８では、深溝部８２を、当該深溝部８２の幅の範囲内にモールド部１２のブリッジ部１２ａが位置するように形成している。すなわち、ブリッジ部１２ａの部分については熱がフレーム３に伝わり易くなっているものの、その点に関し、深溝部８２を形成することによって、冷却効果が損なわれないようにしている。

このように、本実施形態に係る固定子１および当該固定子１を具備する回転電機としてのビルトインモータ１０によれば、固定子１による熱が、工作機械の他の機械要素や被工作物に伝達され難くなる。そのため、他の機械要素や被工作物に対して、熱膨張などによる様々な問題から保護することが可能となる。

なお、上述した例では、フレーム３の周壁に冷却液路８を設けた構成としたが、冷却液路８は廃止して、フレーム３の周壁内面３１と固定子１のモールド部１２との間に空隙部７のみを形成した構成であってもよい。

また、冷却液路８を形成した場合、必ずしもモールド部近傍の溝深さを他の部分よりも深くしなくても構わない。

上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１固定子
２回転子
３フレーム
７空隙部
８冷却液路
１１コア本体
１２モールド部
３１周壁内面
３４シール材装着溝

Claims

回転電機のハウジングの内側に配設されたフレームと、
当該フレームの略円筒状の周壁内面に密着状態に当接して設けられており、固定子コイルが巻回されたコア本体と、
前記固定子コイルのコイルエンドを樹脂によりモールドしたモールド部と、
を備え、
前記周壁内面と前記モールド部との間には、当該モールド部の前記コア本体側に形成された、前記フレームと周方向に接合するブリッジ部を残して、空気層を形成する空隙部が形成されている
ことを特徴とする固定子。
前記フレームの周壁には、前記コア本体と対向する所定領域内に冷却液路が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固定子。
前記冷却液路は、
前記モールド部近傍の溝深さを他の部分よりも深くしてある
ことを特徴とする請求項２に記載の固定子。
前記フレームにおける前記所定領域の外側領域には、シール材装着溝が形成されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の固定子。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の固定子と、
前記固定子と対向するように回転軸に取付けられる回転子と、
を備える
ことを特徴とする回転電機。