JP5689448B2 - 高効率の空冷構造を有するモータ - Google Patents

Description

本発明は、空冷構造を有するモータに関し、特には、空冷構造を備えた工作機械の主軸駆動用モータに関する。

一般に、工作機械に使用される主軸駆動用のモータにファンモータを設けて該モータを空冷式に冷却する場合は、工作機械のコラム（カラム）に排気が当たり、主軸に熱変位が生じて加工精度が落ちることを避けるために、主軸から遠ざかる方向（反出力軸方向）へ空気を流す構造が採用される。例えば特許文献１には、主軸１１の少なくとも左、右側方及び前方を覆う冷却ジャケット１９ａ〜１９ｃを形成し、該冷却ジャケット内に工具装着側から冷却空気を供給して主軸モータ１５側から排出する構造を備えた、主軸冷却装置が記載されている。

また特許文献２には、モータの外筒４の反負荷側に固定されたブラケット６の端部に、モータ軸１の貫通孔１１とクーラント供給管１２との接続部を覆うとともに密閉した空洞を有するスペーサ１８を設け、モータ軸１と平行に冷却風を送る方向となる該スペーサ１８の後方位置に、冷却ファン１６を配置し、反負荷側のブラケット６に外筒４と被覆板１４間における空間とスペーサ１８を連通する風穴１７を設けた、空冷モータが記載されている。

さらに特許文献３には、ステータ６の外周を覆うように設けられ、かつ、通風孔９の負荷側と連通する通風路８を有すると共に、一方端が負荷側ブラケット３に取付けられ、他方端が反負荷側から冷却風を吸入するための開口部４Ｂを有するガイド４を設けた、電動機の冷却構造が記載されている。

特開平１０−２３５５３６号公報 特開２００７−３３６７２１号公報 特開２００５−１２４２６６号公報

反出力軸側にファンモータ等を取り付けて空冷するモータにおいては、排気方向が反出力軸方向であると、出力軸方向である場合に比べて冷却効率が悪いことが経験的に知られている。従って、工作機械のコラムに排気が当たらないように反出力軸方向へ排気をすることは、冷却に関しては不利であるという問題がある。

特許文献１及び２のような、冷却ジャケットを装着し冷却風を反出力軸方向に導くようにする構造では、上述のように冷却効率が悪いことに加え、冷却ジャケットを追加することで、モータの外形寸法が大きくなるという問題がある。

さらに特許文献３は、ガイド４によって冷却風の流れ方向を負荷側ブラケット３の近傍で反転させる構造を記載しているが、やはり電動機を冷却する際の冷却風の流れ方向は反出力軸方向（反負荷方向）であり、またガイド４によって全体が大型化するという問題も同様に存在する。

そこで本発明は、モータの冷却効率に優れ、かつモータの大型化も回避できる空冷構造を備えたモータ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、本願第１の発明は、ステータと、前記ステータ内部に、前記ステータの中心回りに円状に形成された複数のスロット部と、前記ステータの反出力軸側に設けられたファンモータと、を有するモータにおいて、前記ステータはその内部に、前記スロット部の外周に近接して軸方向に延びる通気路を有し、前記ファンモータが送り出した空気は、前記通気路を通って前記ステータの出力軸側端部に向かい、前記出力軸側端部において流れ方向が反転して反出力軸側に向かうようにしたことを特徴とする、モータを提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ステータは、前記ステータの前記出力軸側端部近傍に形成した排出口と、前記排出口から排出された空気が反出力軸側に向けて流れるように空気を案内するガイド部材とを有する、モータを提供する。

第３の発明は、第２の発明において、前記複数のスロット部は協働して円形断面を構成し、前記ステータは前記円形断面を囲繞する非円形断面を有し、前記通気路は前記複数のスロット部が画定する外周円の全周に対して部分的に形成されており、前記排出口は、前記通気路が周方向に関して形成されていない部位の表面と接触するように設けられる、モータを提供する。

第４の発明は、第１の発明において、前記ステータはその内部に、前記スロット部の外周に近接又は隣接して軸方向に延びる内側通気路と、前記内側通気路の径方向外側に近接して軸方向に延びるとともに、前記出力軸側端部において前記内側通気路と流体的に連通する外側通気路とを有する、モータを提供する。

本発明によれば、ファンモータからの冷却風がモータの出力軸に向けて流れるので、従来よりも効率的な冷却が可能となることに加え、当該冷却風の流れ方向がハウジングの出力軸側端部において反転するので、出力軸側に設けられる構造物は熱的な悪影響を受けない。

冷却風の流れ方向を反転させる手段として、ステータの出力軸側端部近傍に設けた排出口及びガイド部材を利用することにより、モータ全体の大型化を回避することができる。またステータ内の通気路がスロット部の外周の全周にわたって形成されていない場合でも、排出口及びガイド部材の構成により、通気路が存在しない（冷却されにくい）部位も適切に冷却することができる。

ステータの内部に、スロット部の外周に近接又は隣接して軸方向に延びる内側通気路と、内側通気路の径方向外側に近接して軸方向に延びるとともに、出力軸側端部において内側通気路と流体的に連通する外側通気路とを設けることによっても、モータ全体の大型化を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係るモータの概略構成を示す斜視図である。 図１のモータの径方向断面を示す図である。 図１のモータにおけるステータのハウジング近傍の構造を模式的に説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るモータの径方向断面を示す斜視図である。 図４のモータにおけるステータのハウジング近傍の構造を模式的に説明する図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ１０の概略構成を示す斜視図であり、明瞭化のためにその一部が切除されている。モータ１０は、例えば、図示省略した工作機械の主軸を回転駆動するための主軸駆動用モータである。モータ１０は、当該主軸に連結される出力軸１２と、複数のスロット部１４を内部に備えたステータ１６（図２参照）と、ステータ１６内に同心配置されて出力軸１２に連結されたロータ（図示省略）と、ファンモータ１８とを有する。ファンモータ１８は、出力軸１２とは反対側（反主軸側）のステータ１６の端面に取り付けられ、ステータ１６内を通して出力軸１２に向けてその軸方向に空気を流すことができるように構成されている。

図２は、図１のモータ１０の径方向断面（出力軸１２の軸方向に垂直な断面）を示す図である。複数のスロット部１４は、ステータ１６内部に、ステータ１６の中心回りに円状（周方向）に配置されている。またスロット部１４の各々は、図２（径方向断面）において概ね径方向に延びる細長い形状を有し、各スロット部には巻線（図示せず）が巻着される。またステータ１６はその内部に、スロット部１４の外周に近接又は隣接して軸方向に延びる通気路２０を有し、ファンモータ１８が送り出した空気は、通気路２０を通ってスロット部１４を冷却しつつ、ステータ１６の出力軸側端部（図示例ではハウジング２２）の内壁面に衝突する。ハウジング２２に衝突した空気は、図３に示すように、ハウジング２２又はその近傍に設けた変向部２４によって進行方向を変えられる。具体的には、変向部２４は、ハウジング２２と、ステータ１６のハウジング近傍に形成した排出口２６と、排出口から排出された空気が反主軸側に向けて流れるように該空気を案内するガイド部材２８とから構成され、ガイド部材２８は反主軸側に開口した開口部３０を有する。このような構成により、ファンモータ１８から通気路２０を通って送られた空気は、図３に矢印で示すように、変向部２４によって流れ方向が反転し、ステータ１６の外側を冷却しつつファンモータ１８側に戻る。

第１の実施形態は、図示例のように、協働して略円形断面を構成する複数のスロット部１４を、非円形断面の外形内に有するような構成（例えば略矩形断面を有する略直方体形状）のステータ１６に適用する際に特に有利である。すなわち、このような構成では全体を小型化・軽量化するためにステータ１６を極力小さくし、その影響からスロット部１４の全周にわたって通気路２０を設けることができないことがある。このように通気路２０がスロット部１４の全周に対して部分的に形成されている場合、通気路２０が周方向に関して形成されていない部位（図２において参照符号３２で図示）は冷却が不十分となる虞があるが、開口部３０から排出された空気が当該部位の表面と接触（熱交換）するように排出口及びガイド部材を構成することにより、部位３２も好適に冷却することができる。またステータ１６は例えば、図２に示すようにスロット部１４及び通気路２０等が形成された実質一体の薄板状の電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して作製することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るモータ４０の径方向断面（出力軸１２の軸方向に垂直な断面）を示す斜視図である。第２の実施形態は、排出口やガイド部材は有さず、通気路が径方向について内側と外側に分離されている点で第１の実施形態と異なる。第２の実施形態の他の構成要素は第１の実施形態と同等でよいので、対応する構成要素には第１の実施形態と同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第２の実施形態において、ステータ１６は、スロット部１４の外周に近接又は隣接して軸方向に延びる内側通気路４２を有し、さらに内側通気路４２の径方向外側に近接して軸方向に延びる外側通気路４４を有する。ファンモータからの空気は、内側通気路４２を通ってスロット部１４を冷却しつつ、ステータ１６の主軸側端部（図示例ではハウジング２２）に衝突する。ハウジング２２に衝突した空気は、図５に示すように、ハウジング２２において進行方向が反転し、外側通気路４４内に流入して、外側通気路４４内を反主軸方向に進む。つまり第２の実施形態では、内側通気路４２と外側通気路４４とは互いに平行に延びかつ、ハウジング２２の近傍のみにおいて流体的に連通しており、内側通気路４２を通った空気が衝突するハウジング２２の部位が変向部として作用する。

なお外側通気路４４を通った空気は、ステータ１６の適当な位置に開口部を設けて該開口部から外部に排出することができるが、より高い冷却効果を得るために、ファンモータの直前（例えば図１におけるステータ１６とファンモータ１８との接続部（段差部）４６）に外側通気路４４と連通する開口部（図示せず）を形成し、該開口部から外部に排出することが好ましい。またステータ１６は例えば、図４に示すようにスロット部１４、内側通気路４２及び外側通気路４４等が形成された実質一体の薄板状の電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して作製することができる。

上述のいずれの実施形態でも、ファンモータ１８からの冷却風は出力軸１２に向けて流れるので、従来よりも高い冷却効果が得られる。また当該冷却風の流れ方向はステータ１６の出力軸側端部（ハウジング２２）で反転するので、出力軸側にある工作機械のコラム等の構造物には到達せず、悪影響を及ぼすことがない。

なお、上述の第１実施形態と第２の実施形態は組み合わせることも可能である。すなわち、図４に示す構成にさらに図１に示した排出口２６と同等の排出口を設け、ハウジングで反転した空気が外側通気路４４と排出口との双方を流れるようにすることもできる。

１０、４０ モータ
１２ 出力軸
１４ スロット部
１６ ステータ
１８ ファンモータ
２０ 通気路
２２ ハウジング
２４ 変向部
２６ 排出口
２８ ガイド部材
４２ 内側通気路
４４ 外側通気路

Claims (2)

1. ステータと、前記ステータ内部に、前記ステータの中心回りに円状に配置された複数のスロット部と、前記ステータの反出力軸側に設けられたファンモータと、を有するモータにおいて、
   前記ステータはその内部に、前記スロット部の外周に近接して軸方向に延びる通気路を有し、
   前記ステータは、前記ファンモータが送り出した空気が、前記通気路を通って前記ステータの出力軸側端部に向かい、前記出力軸側端部において流れ方向が反転して反出力軸側に向かうように、前記ステータの前記出力軸側端部近傍に形成した排出口と、前記排出口から排出された空気が反出力軸側に向けて流れるように空気を案内するガイド部材とを有し、
   前記複数のスロット部は協働して円形断面を構成し、前記ステータは前記円形断面を囲繞する非円形断面を有し、前記通気路は前記複数のスロット部が画定する外周円の全周に対して部分的に形成されており、
   前記排出口及び前記ガイド部材は、前記排出口から排出された空気が、前記通気路が周方向に関して形成されていない前記ステータの部位の表面と接触するように、該表面と周方向について同じ角度位置に設けられることを特徴とする、モータ。
2. 前記ステータはその内部に、前記スロット部の外周に近接又は隣接して軸方向に延びる内側通気路と、前記内側通気路の径方向外側に近接して軸方向に延びるとともに、前記出力軸側端部において前記内側通気路と流体的に連通する外側通気路とを有する、請求項１に記載のモータ。

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