JP6208652B2

JP6208652B2 - ファンを有する電動機の冷却機構

Info

Publication number: JP6208652B2
Application number: JP2014248718A
Authority: JP
Inventors: 真弘室田; 稔文村松
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: CN105703538B; US20160164376A1; DE102015015650A1; CN105703538A; US10468946B2; JP2016111859A

Description

本発明は、ファンを有する電動機の冷却機構に関する。

電動機では性能向上のため、一般に冷却構造を備える。冷却構造として、電動機を構成する回転子にファンを固定し回転子が回転する際に共に回転するファンにより発生する空気の流れを利用し回転電機を冷却する構造、電動機を構成する部品に冷却冷媒が通る流路を用意しその流路に冷却冷媒を流すことで電動機を冷却する構造、電動機に外部ファンを取り付け外部ファンにより発生する空気の流れにより電動機を冷却する構造が提案されている。

電動機を冷却する冷却構造の従来技術として、特許文献１には、回転子にファンを取り付け、電動機が回転することで同時に電動機を冷却する流体の流れが発生し、電動機を冷却する構造が示されている。また、特許文献２には、コイルエンドとコイルエンドカバーの間に流路を設け、流路を流れた流体により、冷却を行う構造が提案されている。更に、特許文献３には、外部ファンにより電動機を冷却すると共に、電動機内部にも内部ファンを設けることにより、冷却効率の低下を防止する電動機が示されている。

特開２０１１−０３６００６号公報特許第５２４０１３１号公報特開平０２−１８８１４３号公報

しかしながら、従来技術には以下に示す問題があった。
ファンを利用した冷却では、ファンが発生した流体の流れを導くため、流路を構成するダクトが設置される。一方で、ダクトの形状によっては、流体に対する抵抗が大きくなる場合があり、この場合には、ファンが発生する流体の圧力、流量を最大限利用できず、期待した冷却性能を得られない。

従来、期待した冷却性能が得られない場合には、ダクトの形状を変更するか、ファンの能力増強や増設を行うことで、冷却性能を向上させ対処していた。しかし、機械の構造による制約によりダクトの形状が変更できない場合があり、そのような場合においてファンの能力増強や増設によりコストアップを招くという問題点があった。

そこで本発明の目的は、ファンを利用した冷却構造において、ファンが発生する流体の流れを導くダクトの形状を大きく変更することなく、さらにファンの能力増強や増設を行うことなく、冷却能力を上げることが可能な冷却機構を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、電動機を冷却するための流体の流れを発生させるファンと、前記電動機の外周に設けられ、前記ファンにより発生した流体の流れを導く流路を形成したダクトを備えた電動機の冷却機構において、前記ダクトに１つ以上の穴を設け、該穴の少なくとも１つは、ダクトを流れる流体が略直線状に流れている部分の、該流体が流れる方向に対して側方に設けられている、ことを特徴とする電動機の冷却機構である。

本願の請求項２に係る発明は、前記ダクトは、前記ファンに接続された第１の流路と、第１の流路に接続された第２の流路から構成され、前記第１の流路に前記穴を１つ以上設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却機構である。

本願の請求項３に係る発明は、前記ファンの回転軸線が前記電動機の回転軸線に対して平行でない角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の冷却機構である。

本願の請求項４に係る発明は、前記ファンの回転軸線が前記電動機の回転軸線に対して平行な角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の冷却機構である。

本発明により、ファンを利用した冷却構造において、ファンが発生する流体の流れを導くダクトの形状を大きく変更することなく、さらにファンの能力増強や増設を行うことなく、冷却能力を上げることが可能になる。これにより、冷却構造を低コストで実現することができる。

従来技術による外部ファンを有する冷却機構である。従来技術による外部ファンを有する冷却機構を矢視Ａから見た図である。本発明による外部ファンを有する冷却機構の実施例１である。本発明による外部ファンを有する冷却機構の実施例１を矢視Ｂから見た図である。本発明による外部ファンを有する冷却機構の実施例２である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、従来技術と同一または類似する構成は同じ符号を用いて説明する。
図１は、従来技術によるファンを有する電動機の冷却機構の一例である。電動機１は、冷却構造として、外部ファン２と外部ファン２が回転することで発生する流体の流れ３を導くダクト４を有している。ダクト４は、外部ファン２に接続された第１の流路５と第１の流路と接続された第２の流路６から構成されている。

ここで外部ファン２は特に回転数の制御ができるタイプではなく、一定の電圧を入力すると一定の回転数で回転するタイプであると仮定する。外部ファン２が回転することにより発生した流体の流れ３は、ダクト４に導かれ、電動機１の周囲を流れる。流体の流れ３は、電動機１から発生する熱を奪いながら、ダクト４の外部へ排出される。このとき、外部ファン２の正面には、電動機１があるため、流体の流れ３に対する抵抗が大きい。また、ダクト４によって構成される流路は断面形状が狭く、流体の流れ３に対する抵抗が大きい。

このため、外部ファン２はある回転数で回転しているが、流量については、一部逆流を起こし、トータルの流量としては、本来外部ファンが発生できる流量よりも下がってしまう。結果、外部ファン２が発生できる流体の流量を最大限発揮できず、冷却の対象としている電動機１を充分に冷却できない。
また、外部ファン２から発生した流体の流れ３の中には、ダクト４外部へ排出される途中で、一部の流れが流路の途中で滞留することがある。滞留する流れは、冷却対象としている電動機１の冷却を妨げる。

図２は、図１を矢視Ａから見た図である。流体の流れ３は、ダクト４に導かれ、外部ファン２が取り付けられている反対側の面に向かって流れていく。

図３は、本発明におけるファンを有する冷却機構のダクト構造の実施例を示した図である。図１と同じ構成要素については、同じ番号で示している。図１に示した、従来技術による外部ファンを有する冷却機構のダクト構造との違いは、ダクト４に、流体の流れ３が逃げるための、穴７、穴８を設けている点である。

ダクト４に穴７、穴８を設けることで、ダクト４の流体の流れ３に対する抵抗が下がる。抵抗が下がることにより、外部ファン２が回転することにより発生する流体の流れ３の流量のうち、従来技術では、逆流してトータルの流量を下げてしまっていた部分が、穴７、穴８から流れ出ることで、電動機１を冷却するために機能する。これにより、外部ファン２が本来発生できる流量を全て冷却対象の冷却に使用することができるようになり、冷却対象である電動機１の冷却が充分に行われる。

ダクト４に穴を設ける位置については、外部ファン２に接続された第１の流路５に穴を設けることでより効果を発揮する。実施例では、穴８が、外部ファン２に接続された第１の流路５に設けられた穴に相当する。
また、あらかじめ実験やシミュレーションなどによりダクト４内に滞留する流れが発生しやすい位置を確認し、当該位置の近傍、望ましくは流体の流れ３における手前の位置に穴７、穴８を設けることで、より効果的に流体の流れ３に対する抵抗を下げることができる。

図４は、図３を矢視Ｂから見た図である。流体の流れ３は、ダクト４に導かれ、外部ファン２が取り付けられている反対側の面に向かって流れると共に、ダクト４に設けられた複数の穴７、穴８からダクト４の外部へと流れる。

図５は、本発明におけるファンを有する冷却機構のダクト構造の別の実施例を示した図である。図３と同じ構成要素については、同じ番号で示している。図３は、外部ファン２が電動機１の軸線と外部ファン２の軸線とが平行でない角度で取り付けられているのに対して、図５は、外部ファンが電動機の軸線と外部ファンの軸線が平行になる角度で取り付けられている場合を示している。

この場合でも、ダクト４に穴７、穴８を設けることで、ダクト４の流体の流れ３に対する抵抗が下がり、外部ファン２が発生する流体の流れ３が発生する流体の流量のうち、従来技術では、逆流してトータルの流量を下げてしまっていた部分が、穴から流れ出ることで、外部ファン２が本来発生できる流量を全て冷却対象の冷却に使用することができるようになる。

本発明により、ファンを有する電動機の冷却機構において、ダクトの形状を大きく変更することなく、または、外部ファンの能力増強や増設を行うことなく、冷却を充分に行うことができるようになる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。
例えば、上述した本発明の実施の形態では、ファンが回転数の制御ができないタイプと仮定したが、使用するファンは回転数が制御できるタイプでも良い。なお、ダクトに設ける穴の形状については、図３において示しているように、穴の形状は円形に限定されない。

１電動機
２外部ファン
３外部ファンによる流体の流れ
４ダクト
５第１の流路
６第２の流路
７穴
８穴

Claims

電動機を冷却するための流体の流れを発生させるファンと、
前記電動機の外周に設けられ、前記ファンにより発生した流体の流れを導く流路を形成したダクトを備えた電動機の冷却機構において、
前記ダクトに１つ以上の穴を設け、
該穴の少なくとも１つは、ダクトを流れる流体が略直線状に流れている部分の、該流体が流れる方向に対して側方に設けられている、
ことを特徴とする電動機の冷却機構。
前記ダクトは、前記ファンに接続された第１の流路と、第１の流路に接続された第２の流路から構成され、前記第１の流路に前記穴を１つ以上設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却機構。
前記ファンの回転軸線が前記電動機の回転軸線に対して平行でない角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の冷却機構。
前記ファンの回転軸線が前記電動機の回転軸線に対して平行な角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の冷却機構。