JP6382913B2

JP6382913B2 - ラビリンスを備えた電動機

Info

Publication number: JP6382913B2
Application number: JP2016223016A
Authority: JP
Inventors: 康仁向井
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: DE102017126202A1; DE102017126202B4; US20180138774A1; JP2018082551A; CN108075593A; CN207625367U; US10284049B2

Description

本発明は、ラビリンス構造を備えた電動機に関する。

固定子及び回転子を備えた電動機（回転電機）には、清浄空間や内部への水分や異物の進入を防止するための構造を有するものがある。これに関連する従来技術として、例えば特許文献１には、エアパージ機能を有する電動機が開示されており、より具体的には、当該電動機が、加圧空気を供給するための空気供給口と、該空気供給口から軸受の周囲の空間まで直線的に延在して巻線収容空間に連通する空気流路とを備える旨が記載されている。

また特許文献２には、固定軸に水平孔と垂直孔を設け、該水平孔から流入した空気を垂直孔から流出させることにより、潤滑油の粒子や異物が清浄空間に拡散しないようにした空気誘導排出装置が記載されている。

さらに特許文献３には、ハウジングの内周に通風孔を設け、ロータの回転により生じる遠心力とハウジングの溝の動圧作用とによって、異物を外周に吹き飛ばすことを企図したアウターロータ型モータが記載されている。

一方、特許文献４には、蛇行したラビリンス部によって水の内部への進入を防止することを企図した電動モータが記載されている。

特開２０１５−２２３０２２号公報特開平０９−３２２４６５号公報特開２００５−１９２３６３号公報特開２０１０−０２２１１５号公報

特許文献１のようなエアパージ構造を採用する場合、そのための装置や動力が必要となり、電動機を含むシステム全体としてコストアップにつながる。また従来のラビリンスは、封止作用が不十分である。

そこで本発明は、従来技術と比較して、電動機内部への異物の進入をより確実に防止する機能を有するラビリンスを備えた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、本願第１の発明は、固定子と、前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるラビリンス部材と、を備える電動機であって、前記ラビリンス部材は、前記電動機の内部に面する側とは軸方向反対側の端面に設けられた複数の第１の開口部と、前記ラビリンス部材の内部で前記第１の開口部に流体的に連通するとともに、前記ラビリンス部材の外側面に設けられた複数の第２の開口部とを有し、前記第１の開口部はタップ穴である、電動機を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の開口部は、前記軸線回りの周方向について等間隔で複数設けられ、前記第２の開口部は、前記軸線回りの周方向について等間隔で複数設けられる、電動機を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記第１の開口部の個数と前記第２の開口部の個数は同数であり、前記第２の開口部は、前記第１の開口部と同じ周方向角度位置に設けられる、電動機を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記第２の開口部はキリ穴である、電動機を提供する。

本発明によれば、回転子の回転に伴い、第１の開口部からラビリンス部材の内部を通って第２の開口部から半径方向外側に流出する空気の流れが生じるので、電動機に向かう異物は、電動機の内部に進入せずに電動機の外部に向けて偏向される。従ってエアパージのための装置等を使用せずとも、電動機内部への異物の進入を効果的に抑制することができる。

本願発明の好適な実施形態に係る電動機の概略構成を示す図である。図１の電動機の出力軸近傍の部分拡大図である。図１の電動機が有するラビリンス部材の一構成例を示す図である。

図１は、本発明の好適な実施形態に係る電動機（回転電機）１０の概略構造を示す軸方向断面図であり、図２は電動機１０の前方部分（出力軸近傍）の部分拡大図である。電動機１０は、第１の軸受（前方軸受）１２及び第２の軸受（後方軸受）１４によって軸線Ｘ回りに回転可能に支持される回転軸（シャフト）１８と、回転軸１８の外周面に嵌合して回転軸１８と一体的に回転する回転子（ロータ）２０と、回転子２０を囲繞するように軸線１６に沿って延在する概ね円筒形状の固定子２２と、を有する。

前方軸受１２は、回転軸１８の前方端１８ａの近傍に配置され、固定子コア２４の前端面２４ａにネジ留め等によって固定された前方ハウジング２６によって支持されている。前方ハウジング２６は、固定子コア２４の前端面２４ａから回転軸１８の前方端１８ａに向かって延在し、回転軸１８の一部及び前方軸受１２（の外輪）を支持している。また、前方ハウジング２６には、概ね円環形状を有する前方カバー２８が取付けられている。回転軸１８の前方端１８ａは、前方ハウジング２６及び前方カバー２８から突出しており、回転軸１８は、例えば旋盤やマシニングセンタ等の工作機械の主軸に直接的又は間接的に連結される出力軸として作用する。なお、本明細書においては、便宜上、出力軸側（図１では左方）を「前方」と称し、その反対側（図１では右方）を「後方」と称する。

後方軸受１４は、回転軸１８の前方端１８ａとは反対側に位置する回転軸１８の後方端１８ｂの近傍に配置されている。固定子コア２４の後端面２４ｂには、ネジ留め等によって後方ハウジング３０が固定され、後方ハウジング３０には、ネジ留め等によって支持環３２が固定され、支持環３２は後方軸受１４（の外輪）を支持している。後方ハウジング３０から突出する回転軸１８の後方端１８ｂは、後方ハウジング３０に取付けられた後方カバー３４によって囲繞されている。また回転軸１８の後方端１８ｂには、回転軸１８の回転位置及び回転速度等を検出するエンコーダ３６が取付けられている。

固定子２２は、積層された複数の電磁鋼板からなる固定子コア２４と、固定子コア２４の内周面に形成される突出部（図示せず）に巻回された巻線３８を備えている。巻線３８は、樹脂等によって固定子コア２４に固定されている。巻線３８は、固定子コア２４の両端から突出するように回転軸線１６に沿って延在し、端子箱４０から引き出されたリード線（図示せず）に接続されている。巻線３８は、リード線を介して供給される電流によって回転磁界を発生し、回転子２０は、発生した回転磁界によって、回転軸１８と一体的に回転するようになっている。

ここで電動機１０は、工作機械の主軸に連結されて使用される等、粉塵等の固体や洗浄液又は切削液等の液体（以下、単に「異物」と称する）が飛散する環境で使用されることがある。それら異物が電動機の内部に進入すると、巻線が絶縁不良に至ったり、軸受の支持作用が損なわれたりする虞があるので、異物の進入をより確実に防止することが望まれる。

そこで本実施形態では、前方軸受１２及び後方軸受１４の少なくとも一方（図示例では前方軸受１２）の近傍にラビリンス構造を設け、電動機内部への異物の進入を防止する。具体的には、前方軸受１２より軸線１６について前方側にある回転軸１８の部分（外周面）に、図３に示すような略リング状のラビリンス部材４２が締り嵌め等によって固定され、ラビリンス部材４２は回転軸１８とともに一体的に回転するように構成されている。

図２及び図３に示すように、ラビリンス部材４２は、その前面（前方側端面）４４に少なくとも１つの第１の開口部４６と、その外側面（外周面）４８に少なくとも１つの第２の開口部５０とを有し、第１の開口部４６と第２の開口部５０とは、ラビリンス部材４２の内部で互いに流体的に連通している。

本実施形態では、ラビリンス部材４２が回転軸１８とともに回転すると、遠心力によって、矢印５２で示すような、第１の開口部４６からラビリンス部材４２の内部を通って第２の開口部５０から半径方向外側に流出する空気の流れが生じ、いわゆるエアカーテンが形成される。このエアカーテンにより、電動機１０に向かう異物は、矢印５４で例示するように、電動機１０の内部に進入せずに電動機１０の外部（周方向外側）に向けて偏向される。従って本実施形態では、エアパージのための装置等を使用せずとも、実質的にはラビリンス部材４２に穴明け加工を施すだけで、電動機内部への異物の進入を効果的に抑制することができる。

なお図示例では、ラビリンス部材４２の前面４４に、軸線１６回りの周方向について３０°の等間隔で１２個の第１の開口部４６が形成されており、同様に、ラビリンス部材４２の外側４８に、周方向について３０°の等間隔で１２個（すなわち第１の開口部４６と同数）の第２の開口部５０が形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、ラビリンス４２の前面４４及び外側面４８の各々に、周方向について９０°の等間隔で４個の開口部を形成してもよいし、周方向について６０°の等間隔で６個の開口部を形成してもよいし、周方向について４５°の等間隔で８個の開口部を形成してもよい。なお複数の開口部の間隔は等間隔でなくともよいが、主軸の回転に伴うバランスや偏心を考慮すると、等間隔で同サイズの開口部が形成されることが好ましい。また図３に示すように、第１の開口部４６と第２の開口部５０は、互いに周方向について同角度位置に形成されることが好ましく、さらに１つの第１の開口部に対して１つの第２の開口部が連通していることが好ましい。

また各開口部の形状は図示例のような円形でなくともよいが、タップ穴（ネジ穴）や丸穴（キリ穴）のような加工しやすい形状であることが好ましい。例えば図３の例では、ラビリンス部材４２の前面４４には、第１の開口部４６として、軸方向に延びる１２個のタップ穴が形成され、外側面４８には、各タップ穴と同じ周方向角度位置に、第２の開口部５０として、半径方向内側に延びてそれぞれのタップ穴に連通する１２個のキリ穴が形成されている。このようにすれば、単純な直線状の穴を２箇所に形成するだけで、ラビリンスの前面から外側面に至る１つの流路を形成することができる。

なお本願明細書において、「半径方向外側」とは、横断面において回転軸線１６から離間する方向を表し、「半径方向内側」とは、横断面において回転軸線１６に接近する方向を表す。また「軸線方向」又は「軸方向」とは、回転軸線１６に対して平行な方向を表す。

また後方軸受１４の近傍にラビリンスを設ける場合は、後方軸受１４より軸線１６について後方側にある回転軸１８の部分（外周面）に、図３に示すような略リング状のラビリンス部材４２を設けることになるが、その場合、第１の開口部４６は、ラビリンス部材４２の後面（後方側端面）に設けられる。換言すれば、ラビリンス部材４２は、前方軸受１２又は後方軸受１４のいずれの近傍に配置される場合も、第１の開口部４６が電動機１０の内部（巻線、軸受、回転子等がある側）に面する側とは軸方向反対側の端面に位置するように回転軸１８に取り付けられる。

上述のように、本実施形態に係る電動機（回転電機）は、従来のラビリンスが有する異物進入防止機能に加え、回転による遠心力によっていわゆるエアカーテンを自動的に生成する機能を具備しており、電動機内部への異物の進入を効果的に防止することができる。また電動機に空気の流路や供給装置等を設ける必要がなく、電動機の製造コストを抑制することができる。またこのような電動機を、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の、一般に主軸が高速回転する工作機械に適用すれば、安全性の高い低コストの工作機械が得られる。

１０電動機
１２前方軸受
１４後方軸受
１６回転軸線
１８回転軸
２０回転子
２２固定子
２４固定子コア
２６前方ハウジング
２８前方カバー
３０後方ハウジング
３２支持環
３４後方カバー
３６エンコーダ
３８巻線
４０端子箱
４２ラビリンス部材
４４前面
４６第１の開口部
４８外側面
５０第２の開口部

Claims

固定子と、
前記固定子に対して軸線回りに回転可能な回転軸を有する回転子と、
前記回転軸を回転可能に支持する前方軸受及び後方軸受と、
前記前方軸受より前記軸線について前方側にある前記回転軸の部分、及び、前記後方軸受より前記軸線について後方側にある前記回転軸の部分の一方又は双方に取り付けられるラビリンス部材と、を備える電動機であって、
前記ラビリンス部材は、前記電動機の内部に面する側とは軸方向反対側の端面に設けられた複数の第１の開口部と、前記ラビリンス部材の内部で前記第１の開口部に流体的に連通するとともに、前記ラビリンス部材の外側面に設けられた複数の第２の開口部とを有し、前記第１の開口部はタップ穴である、電動機。
前記第１の開口部は、前記軸線回りの周方向について等間隔で複数設けられ、前記第２の開口部は、前記軸線回りの周方向について等間隔で複数設けられる、請求項１に記載の電動機。
前記第１の開口部の個数と前記第２の開口部の個数は同数であり、前記第２の開口部は、前記第１の開口部と同じ周方向角度位置に設けられる、請求項１又は２に記載の電動機。
前記第２の開口部はキリ穴である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。