JP7391002B2

JP7391002B2 - 電動機

Info

Publication number: JP7391002B2
Application number: JP2020177582A
Authority: JP
Inventors: 洋佑二ノ宮; 貴矢礒道
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: JP2022068740A

Description

本開示は、回転電機にファンカバーが取り付けられた電動機に関する。

特許文献１に開示されているような、回転電機の回転軸に冷却ファンを取り付けた電動機が知られている。このような電動機では、回転軸とともに回転した冷却ファンによって発生された冷却風によって回転電機自身を冷却することができる。また、このような電動機では、ファンの周囲を覆うファンカバーが設けられる。ファンカバーには、空気を通過させるための複数のスリットが形成される。

特開昭５９－１１７４４１号公報

電動機では、振動および騒音の低減が課題となっている。電動機の振動は、電動機を取り付けた様々な機器の動作に影響を及ぼす。例えば、電動機を取り付けた工作機械では加工精度が低下したり騒音が増大したりする。電動機を取り付けたロボットでは位置決め速度および位置決め精度の低下を招く。そのため、電動機への振動低減の要求は近年ますます大きくなっている。ファンカバーでは、冷却ファンから伝達された振動と共振することで、振動および騒音が増大してしまう場合がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ファンカバーが原因となる振動および騒音を抑えることができる電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、回転軸を回転させる回転電機と、回転軸に取り付けられたファンと、回転電機に固定されてファンを覆うファンカバーと、を備える。ファンカバーのうちファンと対向する対向面には、複数の同心円状の吸気口としての開口を有するスリットが形成されたスリット領域が設けられており、各々のスリットの開口は、回転軸の回転中心である中心軸線に垂直な方向に延びるように形成され、各々の開口は、中心軸線に近づくほど回転電機に近づく、または回転電機から離れる。

本開示によれば、ファンカバーが原因となる振動および騒音を抑えることができる電動機を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機の概略構成を示す側面図図１に示す矢印ＩＩに沿って電動機を見た図図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図比較例にかかるファンカバーのスリット領域を拡大した部分拡大断面図実施の形態１の変形例１にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態１の変形例２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態１の変形例３にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態１の変形例４にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態１の変形例５にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態２におけるファンカバーを拡大した部分拡大断面図実施の形態２の変形例１にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図図１２に示した電動機が備えるファンカバーの部分拡大断面図実施の形態２の変形例２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図実施の形態２の変形例３にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図

以下に、実施の形態にかかる電動機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電動機の概略構成を示す側面図である。電動機１は、回転電機１５と、冷却ファン５と、ファンカバー２と、を備える。回転電機１５は、ケーシング３を有する。ケーシング３の内部には筒状の固定子１６と、固定子１６の内側に設けられた回転子１７と、を有する。回転子１７には、中心軸線１００に沿って延びる回転軸４が連結されている。中心軸線１００は、筒状の固定子１６の中心軸と一致する。回転子１７と回転軸４は、中心軸線１００を中心に回転する。以下の説明において、回転電機１５に対して図１の紙面右側を負荷側と称し、紙面左側を反負荷側と称する。

反負荷側となる回転軸４の端部には、冷却ファン５が取り付けられている。回転軸４が回転すると、冷却ファン５も回転することで、空気流が発生する。ファンカバー２は、回転電機１５の反負荷側に設けられて、冷却ファン５を覆う。ファンカバー２は、回転電機１５に固定されている。ファンカバー２は、例えば鋼板製である。

図２は、図１に示す矢印ＩＩに沿って電動機を見た図である。図３は、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。ファンカバー２のうち冷却ファン５と対向する面には、ファンカバー２の内部と外部とを連通させる複数のスリット９が形成されたスリット領域１８が設けられている。

ファンカバー２と回転電機１５との間であって、冷却ファン５よりも負荷側となる部分には開口１０が形成されている。

回転軸４とともに冷却ファン５が回転することで、ファンカバー２の外部から、スリット９を経て冷却ファン５へ向かう空気流６が生じる。スリット９は、ファンカバー２の外部から内部へ向かう空気流６を通過させる吸気口となる。冷却ファン５へ向かった空気流６は、冷却ファン５からファンカバー２の外周部１２へ向かう空気流７へ変化する。さらに、その空気流７は、ファンカバー２の外周部１２に当たることで、ファンカバー２の内部から開口１０を経てファンカバー２の外部へ向かう空気流８へ変化する。開口１０は、ファンカバー２の内部から外部へ向かう空気流８を通過させる吹出口となる。このように、冷却ファン５の回転で発生した空気流６，７，８が回転電機１５の反負荷側端部や側面の周囲を通過することによって、回転電機１５が冷却される。

スリット領域１８には、中心軸線１００に近づくほど回転電機１５から離れる離間領域１９が設けられている。離間領域１９では、中心軸線１００に近づくほど階段状に回転電機１５から離れていく。これにより、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

回転電機１５は、回転軸４を回転させる動作時に、冷却ファン５に振動が発生し、発生した振動は回転電機１５を通じてファンカバー２に伝達する。冷却ファン５から伝達される振動の共振周波数の１～３次成分は、回転電機１５とファンカバー２とを固定する固定部より最も遠いスリット領域１８に集中する。

また、スリット９間に設けられる柱状部であるフィンガーガード２０では、空気流６が衝突することで発生する流体抵抗によっても振動が大きくなる。また、フィンガーガード２０の後流で発生する乱流６ｂによって冷却性能が低下する。

図４は、比較例にかかるファンカバーのスリット領域を拡大した部分拡大断面図である。比較例にかかるファンカバー１０２では、スリット領域１１８には離間領域は設けられておらず平面形状であり、中心軸線１００に沿った方向において対称な形状となる。そのため、本実施の形態１におけるファンカバー２のスリット領域１８よりも、スリット領域１１８の断面係数が小さくなる。したがって、比較例にかかるファンカバー１０２では、スリット領域１１８において冷却ファンから伝達された振動、空気流６によって発生する振動が大きくなりやすい。冷却ファンから伝達される振動のなかでも、ねじり方向の振動に対して振動が大きくなりやすい。

一方、本実施の形態１におけるファンカバー２では、スリット領域１８に離間領域１９が設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。また、特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。

図５は、実施の形態１の変形例１にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態１の変形例１にかかる電動機１では、ファンカバー２のスリット領域１８に、中心軸線１００に近づくほど回転電機１５に近づく近接領域２１が設けられている。近接領域２１では、中心軸線１００に近づくほど階段状に回転電機１５に近づいていく。これにより、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

このように、実施の形態１の変形例１におけるファンカバー２では、スリット領域１８に近接領域２１が設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。

図６は、実施の形態１の変形例２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態１の変形例２にかかる電動機１では、ファンカバー２のスリット領域１８に、中心軸線１００に近づくほど回転電機１５に近づく近接領域２１が設けられている。近接領域２１では、断面形状が直線形状になっている。この場合にも、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

このように、実施の形態１の変形例２におけるファンカバー２では、スリット領域１８に近接領域２１が設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。なお、図３に示した離間領域１９でも、断面形状を直線形状としてもよい。

図７は、実施の形態１の変形例３にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態１の変形例３にかかる電動機１では、ファンカバー２のスリット領域１８に、中心軸線１００に近づくほど回転電機１５に近づく近接領域２１が設けられている。近接領域２１では、断面形状が曲線形状になっている。この場合にも、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

このように、実施の形態１の変形例３におけるファンカバー２では、スリット領域１８に近接領域２１が設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。なお、図３に示した離間領域１９でも、断面形状を曲線形状としてもよい。

図８は、実施の形態１の変形例４にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態１の変形例４にかかる電動機１では、ファンカバー２のスリット領域１８に、中心軸線１００に向かって離間領域１９と近接領域２１とが交互に設けられている。この場合にも、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

このように、実施の形態１の変形例４におけるファンカバー２では、スリット領域１８に離間領域１９と近接領域２１とが交互に設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。

また、離間領域１９のみを設けた場合よりも電動機１を中心軸線方向に小型化できる。また、近接領域２１のみを設けた場合よりもファンカバー２の内部の空間を確保して、円滑に空気流６，７，８を通過させることができる。

図９は、実施の形態１の変形例５にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態１の変形例５にかかる電動機１では、ファンカバー２のスリット領域１８に、中心軸線１００に近づくほど回転電機１５に近づく近接領域２１が設けられている。近接領域２１では、断面形状が、冷却ファン５が回転した際に通過する領域の形状に沿った形状になっている。この場合にも、スリット領域１８の断面形状は、中心軸線１００に沿った方向において非対称となり、曲げモーメントに対する強さを表す断面係数が大きくなる。

このように、実施の形態１の変形例５におけるファンカバー２では、スリット領域１８に冷却ファン５が回転した際に通過する領域の形状に沿った形状の近接領域２１が設けられていることで、スリット領域１８の剛性および断面係数が大きくなる。これにより、スリット領域１８の共振周波数が向上する。したがって、冷却ファン５から伝達される振動および空気流６によって発生する振動に対し、共振を抑制して振動を抑えることができる。特に、冷却ファン５から伝わるねじり方向の振動に対する耐振動性が向上する。また、冷却ファン５が回転した際に通過する領域の形状に沿っていることから、ファンカバー２が冷却ファン５に対するシュラウドの役割をはたしており、空気流６が効率的に冷却ファン５に案内され、冷却性能が向上する。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態２にかかる電動機１０１では、ファンカバー２のフィンガーガード２０の断面形状が、冷却ファン５を向く面と反対側に凸となる曲線を有する。

図１１は、実施の形態２におけるファンカバーを拡大した部分拡大断面図である。フィンガーガード２０の断面形状が冷却ファン５を向く面と反対側に凸となる曲線を有することで、空気流６がフィンガーガード２０に衝突する際の衝撃を抑えることができる。また、フィンガーガード２０の後流で発生する乱流６ｂの規模を抑えることができる。これにより、冷却ファン５の回転によって発生する空気流の影響による振動および騒音の発生を抑えることができる。また、図１１に示すように、板材を折り曲げた形状でフィンガーガード２０を形成してもよい。

図１２は、実施の形態２の変形例１にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。図１３は、図１２に示した電動機が備えるファンカバーの部分拡大断面図である。実施の形態２の変形例１にかかる電動機１０１では、フィンガーガード２０の断面形状が翼型形状となっている。また、翼型形状の前縁が冷却ファン５側を向く面と反対側を向いている。フィンガーガード２０を翼型形状とした場合にも、空気流６がフィンガーガード２０に衝突する際の衝撃を抑えることができる。また、フィンガーガード２０の後流で発生する乱流６ｂの規模を抑えることができる。これにより、冷却ファン５の回転によって発生する空気流の影響による振動および騒音の発生を抑えることができる。また、図１３に示すように、板材を折り曲げた形状でフィンガーガード２０を形成してもよい。

図１４は、実施の形態２の変形例２にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態２の変形例２にかかる電動機１０１では、図１０に示した例と同様に、ファンカバー２のフィンガーガード２０の断面形状が、冷却ファン５を向く面と反対側に凸となる曲線を有する。また、断面形状が有する曲線の頂点における法線方向が中心軸線１００側に傾くように、フィンガーガード２０が傾けて形成されている。これにより、スリット９を通過する空気流６の向きを開口１０側に向けて、スリット９から開口１０に向かって空気を円滑に通過させることができる。

図１５は、実施の形態２の変形例３にかかる電動機の断面図であって、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図に相当する図である。実施の形態２の変形例３にかかる電動機１０１では、図１２に示した例と同様に、ファンカバー２のフィンガーガード２０の断面形状が翼型形状となっている。また、翼型形状の前縁部における法線方向が中心軸線１００側に傾くように、フィンガーガード２０が傾けて形成されている。これにより、スリット９を通過する空気流６の向きを開口１０側に向けて、スリット９から開口１０に向かって空気を円滑に通過させることができる。

なお、実施の形態２にかかる電動機１０１におけるフィンガーガード２０の形状を、実施の形態１にかかる電動機１のフィンガーガード２０に適用してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１０１電動機、２，１０２ファンカバー、３ケーシング、４回転軸、５冷却ファン、６，７，８空気流、６ｂ乱流、９スリット、１０開口、１２外周部、１５回転電機、１６固定子、１７回転子、１８，１１８スリット領域、１９離間領域、２０フィンガーガード、２１近接領域、１００中心軸線。

Claims

回転軸を回転させる回転電機と、
前記回転軸に取り付けられたファンと、
前記回転電機に固定されて前記ファンを覆うファンカバーと、を備え、
前記ファンカバーのうち前記ファンと対向する対向面には、複数の同心円状の吸気口としての開口を有するスリットが形成されたスリット領域が設けられており、
各々の前記スリットの前記開口は、前記回転軸の回転中心である中心軸線に垂直な方向に延びるように形成され、各々の前記開口は、前記中心軸線に近づくほど前記回転電機に近づく、または前記回転電機から離れることを特徴とする電動機。
各々の前記開口は、階段状に前記回転電機に近づくまたは前記回転電機から離れることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
回転軸を回転させる回転電機と、
前記回転軸に取り付けられたファンと、
前記回転電機に固定されて前記ファンを覆うファンカバーと、を備え、
前記ファンカバーのうち前記ファンと対向する対向面には、複数の同心円状の吸気口としての開口を有するスリットが形成されたスリット領域が設けられており、
各々前記スリットの前記開口は、前記回転軸の回転中心である中心軸線に垂直な方向に延びるように形成され、
各々の前記スリットが前記中心軸線に近づくほど前記回転電機に近づく近接領域と、各々の前記スリットが前記中心軸線に近づくほど前記回転電機から離れる離間領域とが前記中心軸線に向かって交互に設けられていることを特徴とする電動機。
前記近接領域では、各々の前記開口は、階段状に前記回転電機に近づき、前記離間領域では、各々の前記開口は、階段状に前記回転電機から離れることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
前記スリット間に設けられた柱状部の断面形状は、前記ファンを向く面とは反対側に凸となる曲線を有する形状であることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の電動機。
前記柱状部の断面形状は、翼型形状であることを特徴とする請求項５に記載の電動機。
前記柱状部は、前記曲線の頂点における法線方向が前記回転軸の回転中心である中心軸線側に向くように傾けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の電動機。