JP6441859B2 - 冷却ファン及び電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の回転軸の反負荷側の端部に取り付けられる、電動機を冷却するための冷却ファン、及び、この冷却ファンを備えた電動機に関する。

電動機は、内部の回転子及び固定子が発熱体であるため、電動機自身を冷却するための冷却ファンを備えることがある（例えば、特許文献１）。特許文献１の電動機の冷却ファンは、筒状のボス部と、ボス部から外周側へ延在するベース部と、ベース部の一方側の面に設けられた複数の羽根とを、備える。電動機の回転軸の端部のうち、出力軸側（負荷側）とは反対側（反負荷側）の端部は、電動機の反負荷側ブラケットから突出しており、冷却ファンは、その反負荷側ブラケットから突出した回転軸端部に、嵌合、圧入、又はボルト止め等により取り付けられる。

特開２０１３−２５２０３２号公報

ところで、上述のような電動機においては、電動機のメンテナンス時等で、作業員が冷却ファンを回転軸から取り外すことがある。その際、作業員の手によって容易に取り外すことができないほど冷却ファンがきつく回転軸に嵌合されている場合、作業員は、マイナスドライバを両手に１本ずつ持って、各マイナスドライバの先端を反負荷側ブラケットと冷却ファンの背面との間の隙間に差し込んで、その状態で冷却ファンを手前に押すことによって、冷却ファンを回転軸から引き抜くことが多い。しかしながら、マイナスドライバの先端から強い力が掛かることによって、特に冷却ファンが樹脂製である場合に冷却ファンに破損や変形等が生じるおそれがあり、あるいは、冷却ファンに隣接する電動機構成部品（例えば、反負荷側ブラケットの表面に設けられることがある放熱フィン、あるいは、冷却ファンと反負荷側ブラケットとの間に設けられることがあるシール部品など）に塗装剥がれや破損等が生じるおそれがあった。

本発明は、上記の課題を解決するためにされたものであり、冷却ファン又はこれに隣接する電動機構成部品に破損等を生じさせることなく、冷却ファンを電動機の回転軸から容易に取り外すことが可能にされた、冷却ファン及び電動機を、提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の要旨構成は、次の通りである。

本発明の冷却ファンは、
電動機を冷却するための冷却ファンであって、
前記電動機の回転軸の反負荷側の端部に取り付けられるように構成された、筒状のボス部と、
前記ボス部から外周側へ延在する、ベース部と、
前記ベース部の中心軸線方向一方側の面に設けられた、複数の羽根と、
を備え、
前記ボス部の外周面には、前記ベース部の前記中心軸線方向一方側の面よりも前記中心軸線方向一方側へ離間した位置に、前記中心軸線方向他方側を向く段差面が設けられている。
本発明の冷却ファンによれば、冷却ファン又はこれに隣接する電動機構成部品に破損等を生じさせることなく、冷却ファンを電動機の回転軸から容易に取り外すことができる。

本発明の冷却ファンにおいて、
前記ボス部の外周面には、前記ベース部の前記中心軸線方向一方側の面よりも前記中心軸線方向一方側へ離間した位置に、前記ボス部の外周側へ突出した突起部が設けられており、
前記突起部が、前記段差面を有するようにしてもよい。

本発明の冷却ファンにおいて、
前記ボス部の外周面には、前記ボス部の直径方向に互いに対向する位置に、一対の前記段差面が設けられると、好適である。
この構成によれば、冷却ファンの取り外し作業がより容易となる。

本発明の冷却ファンにおいて、
前記ボス部の外周面には、前記段差面が、前記ボス部の全周にわたって設けられていると、好適である。
この構成によれば、冷却ファンの取り外し作業がより容易となる。

本発明の電動機は、
回転軸と、
前記回転軸の反負荷側の端部に取り付けられる、上記の冷却ファンと、
を備えている。
本発明の電動機によれば、冷却ファン又はこれに隣接する電動機構成部品に破損等を生じさせることなく、冷却ファンを、電動機の回転軸から容易に取り外すことができる。

本発明によれば、電動機の回転軸から容易に取り外すことが可能にされた冷却ファン、及び、この冷却ファンを備えた電動機を、提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機を、一部断面により示す、部分断面側面図である。 図１の電動機を、一部分解した状態で示す、部分分解斜視図である。 図３（ａ）は図１の冷却ファンの斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の冷却ファンのＡ−Ａ線断面図である。 図１の電動機の回転軸から冷却ファンを取り外すときの様子を示す、斜視図である。 図５（ａ）は本発明の冷却ファンの第１変形例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の冷却ファンのＢ−Ｂ線断面図である。 図６（ａ）は本発明の冷却ファンの第２変形例を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の冷却ファンのＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

本発明の一実施形態の冷却ファン及び電動機について、図１〜図４を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態の電動機１を示している。この電動機１は、本実施形態の冷却ファン２０を備えている。冷却ファン２０は、電動機１を冷却するために設けられている。
なお、本発明の冷却ファンは、本例の電動機１とは異なる任意の構成の電動機に設けられてよい。また、本発明の電動機は、本例のものに限られず、本発明の冷却ファンを備える限り、任意の構成からなるものでよい。

図１及び図２において、本実施形態の電動機１は、フレーム１１０と、負荷側ブラケット１２０と、反負荷側ブラケット１３０と、回転軸１４０と、軸受１９１、１９２と、回転子１５０と、固定子１６０と、端子箱１７０と、冷却ファン２０と、冷却ファンカバー１８０とを、備えている。

フレーム１１０は、本例では金属製であり、ほぼ筒状に形成構成されている。端子箱１７０はフレーム１１０に固定されている。フレーム１１０の外周面には、複数の放熱フィン１１１が設けられている。各放熱フィン１１１は、それぞれ、フレーム１１０の中心軸線方向に沿って延在している。
フレーム１１０の両側の開放端面は、負荷側ブラケット１２０及び反負荷側ブラケット１３０によって塞がれている。本例の電動機１は、フレーム１１０、負荷側ブラケット１２０及び反負荷側ブラケット１３０によって、内部にほぼ密閉の空間が区画されている。そして、この密閉空間内には、発熱体となる回転子１５０と固定子１６０が収容されている。

回転軸１４０は、負荷側ブラケット１２０及び反負荷側ブラケット１３０を挿通して、フレーム１１０の中心軸線上を延在している。回転軸１４０は、負荷側ブラケット１２０及び反負荷側ブラケット１３０のそれぞれによって、軸受１９１、１９２を介して回転自在に保持されている。図１の例では、反負荷側ブラケット１３０の内周側端部と回転軸１４０との間にシール部材１９３が配置されている。フレーム１１０の内周側において、回転軸１４０の周りには回転子１５０が固定されており、回転子１５０の外周側では、固定子１６０がフレーム１１０の内周面に固定されている。

回転軸１４０の出力軸を構成する負荷側の端部１４０ａは、負荷側ブラケット１２０から外部に突き出ている。回転軸１４０の負荷側とは反対側（反負荷側）の端部１４０ｂは、反負荷側ブラケット１３０から外部に突き出ている。この回転軸１４０の反負荷側の端部１４０ｂには、外扇ファンである本実施形態の冷却ファン２０が取り付けられている。冷却ファン２０は、回転軸１４０の回転に連動して回転されるように、回転軸１４０に装着されている。

図２及び図３に示すように、本実施形態の冷却ファン２０は、筒状のボス部２１０と、ボス部２１０から外周側へ延在する円環状のベース部２２０と、ベース部２２０の中心軸線方向一方側の面ＦＳに放射状に設けられた複数の羽根２３０とを、備えている。
本明細書では、ベース部２２０の、羽根２３０が設けられたほうの面（中心軸線方向一方側の面）ＦＳを、「ベース部２２０の正面ＦＳ」ともいう。ベース部２２０の正面ＦＳは、反負荷側ブラケット１３０とは反対側を向いている。一方、ベース部２２０の正面ＦＳとは反対側の背面は、反負荷側ブラケット１３０と対向している。
冷却ファン２０が回転軸１４０に装着された状態では、冷却ファン２０の中心軸線（ひいては、ベース部２２０やボス部２１０の中心軸線）Ｏが、電動機１の回転軸１４０の中心軸線と一致する。
本明細書において、「中心軸線方向」とは、中心軸線に平行な方向を指す。また、電動機１において、「中心軸線方向一方側」、「中心軸線方向他方側」とは、それぞれ冷却ファン２０及び回転軸１４０の中心軸線方向における反負荷側（図１の左側）、負荷側（図１の右側）をいうものとする。また、冷却ファン２０において、「中心軸線方向一方側」、「中心軸線方向他方側」とは、冷却ファン２０の電動機１への装着姿勢での、冷却ファン２０の中心軸線方向における反負荷側（図３（ａ）の左手前側）、負荷側（図３（ａ）の右奥側）をいうものとする。

本例の冷却ファン２０は、樹脂製であり、射出成形等によって一体に（一部品として）構成される。
冷却ファン２０のベース部２２０は、本例のように開口２２０ａを有してもよいし、開口を有しなくてもよい。
ただし、冷却ファン２０は、金属製でもよい。
本例では、ボス部２１０の板厚は、ベース部２２０や羽根２３０の板厚よりも厚くされている。

本例では、ボス部２１０が回転軸１４０に嵌合によって取り付けられることにより、冷却ファン２０が回転軸１４０の回転に伴って回転するように構成されている。より具体的には、ボス部２１０の取り付け孔２１０ａの内周面には、回転軸１４０の外周面の嵌合溝（キー溝）１４０ｃ（図２）と嵌合可能に構成された、嵌合突起（キー）２１０ｂが設けられている。
なお、ボス部２１０を回転軸１４０に取り付けるための機構は、本例の機構以外でもよく、例えば、ボス部２１０の取り付け孔２１０ａの内周面に嵌合溝を設け、回転軸１４０の外周面に嵌合突起を設けて、両者を嵌合させるようにしてもよい。あるいは、ボス部２１０をボルト止めにより回転軸１４０に取り付けてもよい。

図１及び図２に示すように、冷却ファンカバー１８０は、冷却ファン２０の正面ＦＳと反負荷側ブラケット１３０の外周側とを覆うように、反負荷側ブラケット１３０及び／又はフレーム１１０に取り付けられる。冷却ファンカバー１８０における、冷却ファン２０と中心軸線方向に対向する壁面には、多数の吸込口１８０ａが形成されている。また、冷却ファンカバー１８０が装着された状態において、冷却ファンカバー１８０の中心軸線方向他方側（図１の右側）の開放端と、それより内周側にある反負荷側ブラケット１３０及び／又はフレーム１１０の外周面との間には、環状の吐出口１８０ｂが形成される。

このように構成された電動機１において、回転軸１４０の回転に伴って冷却ファン２０が回転すると、冷却ファン２０の回転によって、空気が吸込口１８０ａから冷却ファンカバー１８０内へ取り込まれ、その後、中心軸線方向他方側（図１の右側）かつ反負荷側ブラケット１３０の外周側へと流れ、吐出口１８０ｂから吹き出る。吐出口１８０ｂから吹き出た空気は、放熱フィン１１１どうしの間を中心軸線方向他方側へ流れる。これにより、電動機１は冷却される。

図３に示すように、本例において、冷却ファン２０のボス部２１０の外周面には、ベース部２２０の中心軸線方向一方側（図３（ａ）の左手前側）の面（正面ＦＳ）よりも中心軸線方向一方側（図３（ａ）の左手前側）へ離間した位置に、ボス部２１０の外周側へ突出した突起部２１１が一体に設けられている。そして、突起部２１１の中心軸線方向他方側（図３（ａ）の右奥側）の端面は、中心軸線方向他方側を向く段差面ＳＳをなしている。後述するように、段差面ＳＳは、冷却ファン２０を回転軸１４０から取り外す際に用いられる取り外し治具（例えば、プーリー抜き工具Ｐ）の爪部を係合させるために、設けられている。段差面ＳＳは、ベース部２２０の正面ＦＳよりも中心軸線方向一方側へ離間されており、これにより、段差面ＳＳとベース部２２０との間に、中心軸線方向の間隙が形成されている。
なお、図３の例では、一対の突起部２１１が、ボス部２１０の直径方向に互いに対向する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、中心軸線方向他方側を向く一対の段差面ＳＳが、ボス部２１０の直径方向に互いに対向する位置にそれぞれ設けられている、ともいえる。
なお、段差面ＳＳについて、「中心軸線方向他方側を向く」とは、図３（ｂ）のような冷却ファン１０の中心軸線Ｏに沿う断面において、本例のように段差面ＳＳの向く方向（段差面ＳＳの法線の延在方向）が中心軸線方向と平行である場合に限られず、段差面ＳＳの向く方向（段差面ＳＳの法線の延在方向）が中心軸線方向と鋭角をなす場合も、含まれる。

図４は、本実施形態の電動機１に装着された本実施形態の冷却ファン２０を、作業員が取り外す様子を示している。冷却ファン２０は、例えば、電動機１のメンテナンス作業として消耗部品（例えばシール部材１９３）を交換する際等に、電動機１から取り外され、メンテナンス作業完了後に、再び電動機１に取り付けられる。図４に示すように、冷却ファン２０は、上述の取り外し治具の一例としてのプーリー抜き工具（一般に、「プーリー抜き」あるいは「プーラー」とも呼ばれる。）Ｐを用いて、回転軸１４０から簡単に取り外しできるように、構成されたものである。
プーリー抜き工具Ｐは、通常、外周面にネジ部を有する棒状の軸部ＰＳと、軸部ＰＳの周りに装着されて、軸部ＰＳの中心軸線周りでの回転に伴って回転軸部ＰＳに対して軸部ＰＳの延在方向に沿って相対移動するように構成された移動部ＰＭとを、有する。移動部ＰＭは、複数（図４の例では２つ）のアームを有しており、各アームの先端には爪部ＰＣをそれぞれ有する。

冷却ファン２０を取り外すにあたって、まず、作業員は、プーリー抜き工具Ｐの軸部ＰＳの先端を電動機１の回転軸１４０の反負荷側の端面に当接させ、一対の爪部ＰＣの先端を、それぞれ冷却ファン２０の一対の突起部２１１とベース部２２０との間の間隙に差し込んで、それぞれ突起部２１１の段差面ＳＳに係合させる。その状態で、作業員は軸部ＰＳをその中心軸線周りに回転させることにより、移動部ＰＭを手前側（作業員に近い側）へ向かって移動させる。これに伴い、一対の爪部ＰＣが一対の段差面ＳＳ（ひいては突起部２１１）を手前側へ押しながら、冷却ファン２０が回転軸１４０から引き抜かれる。

このように、本実施形態によれば、作業員が冷却ファン２０の取り外し作業をする間、プーリー抜き工具Ｐからの力が冷却ファン２０のボス部２１０のみに掛かることとなる。よって、プーリー抜き工具Ｐからの力によって、冷却ファン２１０のベース部２２０及び羽根２３０や、電動機１の他の構成部品（例えば反負荷側ブラケット１３０）に、破損等が生じるのを防止できる。
また、ボス部２１０には十分な強度が確保されており、プーリー抜き工具Ｐから強い力が掛かっても、ボス部２１０には破損等が生じるおそれがない。
また、プーリー抜き工具Ｐによって安定的に十分なトルクをボス部２１０に掛けることができるので、作業者は強い力を掛けずに、容易に冷却ファン２０を取り外すことができる。
また、作業員は、手で直接冷却ファン２０を引っ張る必要がないので、羽根２３０の鋭利な部分などによって手を怪我するおそれもない。

なお、本発明の冷却ファン及び電動機は、上記の実施形態に限られず、様々な変形例が可能である。
例えば、図３の例において、冷却ファン２０のボス部２１０の外周面には、突起部２１１が３つ以上設けられてもよい。その場合も、各突起部２１１（ひいては段差面ＳＳ）は、ボス部２１０の周方向に沿って互いから等間隔の位置に配置されると、市販のプーリー抜き工具を使用し易いので、よい。
あるいは、図５の第１変形例のように、冷却ファン２０のボス部２１０の外周面には、ボス部２１０の全周にわたって延在するように、１つの環状の突起部２１１（ひいては段差面ＳＳ）が設けられてもよい。この場合も、市販のプーリー抜き工具を使用し易いのでよい。

あるいは、図６の第２変形例のように、冷却ファン２０のボス部２１０の外周面には、ボス部２１０の内周側へ窪んだ凹部２１２を設けて、この凹部２１２の内壁面のうち、中心軸線方向他方側（図６（ａ）の右奥側）を向く内壁面が、中心軸線方向他方側を向く段差面ＳＳをなすようにしてもよい。
図６の例では、一対の凹部２１２が、ボス部２１０の直径方向に互いに対向する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、中心軸線方向他方側を向く一対の段差面ＳＳが、ボス部２１０の直径方向に互いに対向する位置にそれぞれ設けられている、ともいえる。
ただし、冷却ファン２０のボス部２１０の外周面には、凹部２１２が３つ以上設けられてもよい。

なお、上述した各例において、プーリー抜き工具Ｐの爪部ＰＣの先端を段差面ＳＳとベース部２２０との間の間隙に差し込むことを可能にする観点から、段差面ＳＳとベース部２２０の正面ＦＳとの間の中心軸線方向の最小距離Ｌは、十分確保されているのが好ましい。例えば、ベース部２２０の外径が１６０ｍｍである場合、段差面ＳＳとベース部２２０の正面ＦＳとの間の中心軸線方向の最小距離Ｌの好適な値の一例としては、１３ｍｍ程度が挙げられる。
なお、図３の例のように、ベース部２２０に、段差面ＳＳと対向する位置に開口２２０ａが設けられている場合、段差面ＳＳとベース部２２０の正面ＦＳとの間の中心軸線方向の最小距離Ｌは、段差面ＳＳとベース部２２０の正面ＦＳから開口２２０ａ内へ延長させた仮想面との間の中心軸線方向の最小距離を指すものとする。

また、上述した各例において、冷却ファン２０が樹脂製である場合、プーリー抜き工具Ｐからの力に対する十分な強度をボス部２１０に確保する観点から、ボス部２１０における段差面ＳＳから中心軸線方向一方側（例えば図３（ａ）の左手前側）の部分の、中心軸線方向での板厚Ｔは、十分確保されているのが好ましい。例えば、ベース部２２０の外径が１６０ｍｍである場合、ボス部２１０における段差面ＳＳから中心軸線方向一方側の部分の中心軸線方向での板厚Ｔの好適な値の一例としては、８ｍｍ程度が挙げられる。

また、プーリー抜き工具Ｐの爪部ＰＣからの力を効果的に段差面ＳＳに作用させる観点から、冷却ファン２０の中心軸線Ｏに沿う断面において、段差面ＳＳとこれに中心軸線方向他方側へ連続するボス部２１０の外周面との間の角度θが、９０°〜１００°であるのが好ましく、ほぼ９０°であるのがより好ましい。

なお、図３の例のように、ベース部２２０に、段差面ＳＳと対向する位置に開口２２０ａが設けられている場合、プーリー抜き工具Ｐの爪部ＰＣが開口２２０ａを通って反負荷側ブラケット１３０に干渉することを防止する観点から、開口２２０ａの平面視での開口面積が比較的小さいのが好ましい。例えば、ベース部２２０の外径が１６０ｍｍである場合、開口２２０ａの平面視での開口面積の好適な値の一例としては、１７３ｍｍ^２程度が挙げられる。同様の観点からは、ベース部２２０には開口２２０ａが設けられていないのが好ましい。

本発明の電動機は、電動機自身を冷却するための冷却ファンを備えた、あらゆる種類の電動機に適用できる。また、本発明の冷却ファンは、あらゆる種類の電動機に利用できる。

１ 電動機
２０ 冷却ファン
１１０ フレーム
１１１ 放熱フィン
１２０ 負荷側ブラケット
１３０ 反負荷側ブラケット
１４０ 回転軸
１４０ａ 回転軸の負荷側の端部
１４０ｂ 回転軸の反負荷側の端部
１４０ｃ 嵌合溝
１５０ 回転子
１６０ 固定子
１７０ 端子箱
１８０ 冷却ファンカバー
１８０ａ 吸込口
１８０ｂ 吐出口
１９１、１９２ 軸受
１９３ シール部材
２１０ ボス部
２１０ａ 取り付け孔
２１０ｂ 嵌合突起
２１１ 突起部
２１２ 凹部
２２０ ベース部
２２０ａ 開口
２３０ 羽根
ＦＳ ベース部の中心軸線方向一方側の面（正面）
Ｏ 中心軸線
Ｐ プーリー抜き工具
ＰＳ 軸部
ＰＭ 移動部
ＰＣ 爪部
ＳＳ 段差面

Claims (3)

1. 電動機を冷却するための冷却ファンであって、
   前記電動機の回転軸の反負荷側の端部に取り付けられるように構成された、筒状のボス部と、
   前記ボス部から外周側へ延在する、ベース部と、
   前記ベース部の中心軸線方向一方側の面に設けられた、複数の羽根と、
   を備え、
   前記ボス部の外周面には、前記ベース部の前記中心軸線方向一方側の面よりも前記中心軸線方向一方側へ離間した位置に、前記中心軸線方向他方側を向く段差面が設けられており、
   前記ボス部の外周面には、前記ベース部の前記中心軸線方向一方側の面よりも前記中心軸線方向一方側へ離間した位置に、前記ボス部の外周側へ突出した複数の突起部が設けられており、
   前記複数の突起部は、前記ボス部の周方向に沿って互いから間隔を空けて配置されており、
   前記複数の突起部のそれぞれが、前記段差面を有する、冷却ファン。
2. 前記ボス部の外周面には、前記ボス部の直径方向に互いに対向する位置に、一対の前記段差面が設けられている、請求項１に記載の冷却ファン。
3. 回転軸と、
   前記回転軸の反負荷側の端部に取り付けられる、請求項１又は２に記載の冷却ファンと、
   を備えた、電動機。

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