JPH081616U - 電動機の空冷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力軸を介してロータを効率良く冷却するこ
とのできる電動機の空冷装置を提供する。 【解決手段】 ロータ１０は中空の出力軸１２に固定さ
れる。出力軸１２は、その反負荷側端部１２ａのみにて
開口し、かつ少なくとも負荷側端部１２ｂに面したロー
タ１０の端面の近傍まで、内部で軸方向へ延びる空洞部
１３を備える。空洞部１３には、空洞部１３の内径より
も小さな外径を有した中空管２６が、空洞部１３の略全
長に亙って収容され、空洞部１３の壁面との間に隙間を
介して保持される。中空管２６は、少なくともその先端
近傍に、中空管２６の内部と空洞部１３とを連通すべく
貫通形成された吹出し孔２８を備える。さらに中空管２
６は、その基端側で出力軸１２の反負荷側端部１２ａか
ら電動機外部に延長されて、冷却用の加圧気体供給源に
接続される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は電動機の空冷装置に関し、特に、ロータを取付けた中空の出力軸と、 出力軸の内部に冷却気体を貫流させる冷却気体供給手段とを具備して、主として ロータを効率良く冷却する空冷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、工作機械において主軸の高速化、高出力化が進んでおり、これに伴いス ピンドルモータのステータ及びロータの発熱量も増加してきている。これに対し 、モータの冷却は一般に、ステータの外周を冷却液流路を有したジャケットで覆 う方式により行っているが、この方式ではロータはほとんど冷却され得ない。

【０００３】 そこでロータの表面に空気を吹き付けてロータを直接に冷却する方式が採用さ れつつある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、ロータに直接、冷却用空気を吹き付ける方式では、その冷却効 果は低速回転時においてしか期待できない。回転中のロータの外周面上には、ロ ータと共に回転する空気の薄い層が形成されており、高速回転中は外部から吹き 付けられた空気が遮断され、冷却が充分に行われ得ないからである。

【０００５】 したがって本考案の目的は、ロータを効率良く冷却することのできる電動機の 空冷装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、ロータを取付けた中空の出力軸と、出 力軸の内部に冷却気体を貫流させる冷却気体供給手段とを具備した電動機の空冷 装置において、出力軸の内部には、出力軸の反負荷側端部のみにて開口し、かつ 少なくとも出力軸の負荷側端部に面したロータの端面の近傍まで軸方向へ延びる 空洞部が設けられ、冷却気体供給手段は、出力軸の空洞部の内径よりも小さな外 径を有して空洞部の略全長に亙り空洞部に収容される中空管を具備し、中空管が 、少なくともその先端近傍に中空管の内部と空洞部とを連通する貫通孔を備える とともに、その基端で出力軸の反負荷側端部から電動機外部に延長されて冷却用 の加圧気体供給源に接続され、以て出力軸内に、中空管を通って空洞部に放出さ れ、空洞部の略全長に亙って流れた後に反負荷側端部から排出される冷却気体の 流路が形成されることを特徴とする電動機の空冷装置を提供する。

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下、本考案を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。図１ に示す実施形態は、例として誘導電動機に適用された空冷装置に関するものであ る。この電動機では、ロータ１０はスリーブ２４を介して中空の出力軸１２に固 定される。出力軸１２は、ハウジング１６の前部材及び後部材により軸受１４を 介して回転可能に軸承される。ハウジング１６を構成する中央ハウジング１８の 内周には、ステータ２０が取り付けられる。中央ハウジング１８は冷却ジャケッ トの構造を有し、内部に冷却液流路１９が設けられている。従ってステータ２０ に生じる熱は、冷却液流路１９を流動する冷却液により吸収され、それによりス テータ２０が冷却される。

【０００８】 誘導電動機の出力を高くすると、ロータ１０に生じる誘導電流に起因して、ロ ータ１０の発熱が増加する。この熱は出力軸１２に伝導し、軸受１４に焼付きを 生じさせると共に、温度上昇のため出力にも限界を生ずる危惧がある。そこで、 出力軸１２の内部の空洞部１３に冷却気体を貫流させ、出力軸１２を介してロー タ１０を冷却する空冷装置が採用される。

【０００９】 図示実施形態では、空洞部１３は、出力軸１２の反負荷側端部１２ａのみにて 開口し、かつ少なくとも出力軸１２の負荷側端部１２ｂに面したロータ１０の端 面の近傍まで、出力軸１２内で軸方向へ延びる。空洞部１３には、冷却気体供給 手段として、空洞部１３の内径よりも小さな外径を有した中空管２６が、空洞部 １３の略全長に亙って収容され、空洞部１３の壁面との間に隙間を介して保持さ れる。中空管２６は、少なくともその先端近傍に、中空管２６の内部と空洞部１ ３とを連通すべく貫通形成された吹出し孔２８を備える（図１には複数の吹出し 孔２８が明示される）。さらに中空管２６は、その基端側で出力軸１２の反負荷 側端部１２ａから電動機外部に延長されて、冷却用の加圧気体供給源（図示せず ）に接続される。

【００１０】 電動機外部の加圧気体供給源から中空管２６に導入された冷却用の加圧気体は 、出力軸１２との間に隙間を介して配置される中空管２６内で、ロータ１０及び 出力軸１２と熱交換を行うことなく空洞部１３の内側に導入され、吹出し孔２８ を介して空洞部１３に放出される。空洞部１３に放出された冷却気体は、出力軸 １２と中空管２６との間に画成される空間を通って空洞部１３の略全長に亙って 流れ、ロータ１０及び出力軸１２を冷却する。このとき、後方の軸受１４も冷却 される。このようにして熱交換を行った冷却気体は、出力軸１２の反負荷側端部 １２ａに戻り、反負荷側端部１２ａから電動機外部に排出される。

【００１１】 なお、この実施形態でも、空洞部１３を貫流する冷却気体が出力軸１２の内周 面から熱伝達により吸熱するに際し、出力軸１２の内周面には出力軸１２の回転 に伴って回転する空気の薄い層が形成される。この空気層のため吸熱作用は幾分 低下するが、ロータ１０に直接冷却気体を吹き付ける場合と比較すると、出力軸 １２の空洞部１３の径寸法はロータ１０の外径寸法よりも相当に小さいのでその 周方向速度が小さく、従って吸熱作用に対する抵抗は相当に小さく、充分な冷却 が可能である。

【００１２】 中空の出力軸の内部に冷却気体を貫流させ、出力軸を介してロータを冷却する 空冷装置としては、本考案の他に、以下の形式のものが考えられる。 図２に示す空冷装置は、出力軸３０を軸方向へ貫通する空洞部３２を備え、空 洞部３２に冷却気体を貫流させるべく、出力軸３０の反負荷側端部に、他の電動 機（図示せず）によって駆動されるファン装置３４が取り付けられる。これによ り、出力軸３０を介してロータ３６を冷却すると共に、前後の軸受３８をも冷却 することができる。

【００１３】 図３に示す空冷装置は、図２に示すファン装置３４の代わりに、出力軸３０の 反負荷側端部に一体形成されたファン４０を備える。このような構成によれば、 出力軸３０の回転と共にファン４０が回転するので、電動機作動時の回転数が高 くなる程、空洞部３２に多くの冷却空気が流れる。したがってこの空冷装置は、 高速回転時に発熱量の大きい構造の電動機に、特に効果的に適用される。

【００１４】 図４に示す空冷装置は、出力軸４２の反負荷側端部で開口し、かつ少なくとも 出力軸４２の負荷側端部に面したロータ４４の端面４４ａの近傍まで出力軸４２ 内で軸方向へ延びる空洞部４６を備える。空洞部４６は、ロータ４４の端面４４ ａの近傍で出力軸４２に略径方向へ穿設された貫通孔４８を介して、電動機の内 部空間に連通される。出力軸４２の反負荷側端部には、空洞部４６に冷却気体を 給送するファン装置５０が設置される。空洞部４６に給送された冷却気体は、出 力軸４２、後部軸受５２及びロータ４４を冷却した後、貫通孔４８を介して電動 機の内部に流入し、さらにステータ５４の巻線５６をも冷却した後に、中央ハウ ジング５８に設けた径方向貫通孔６０を通って電動機外部へ排出される。中央ハ ウジング５８の貫通孔６０の外側には、追加のファン装置６２を設置することも できる。

【００１５】 本考案に係る空冷装置は、これらの技術とは異なり、電動機の設置構造等に基 づく制約により出力軸の負荷側端部に空洞部を開口させることができず、しかも 電動機の内部空間に冷却空気を導入しない条件のもとで、出力軸の反負荷側端部 のみから冷却気体の供給及び排出を行うことができるので、特に有利に使用され るものである。

【００１６】

【考案の効果】 以上の説明から明らかな様に本考案によれば、中空出力軸の空洞部に供給され た冷却気体により出力軸を冷却する構成としたので、出力軸の膨張、収縮が低減 され、さらに出力軸を介してロータ及び軸受が効果的に冷却される。その結果、 ロータの温度上昇が低く抑えられ、ロータのインピーダンスの上昇が低減されて 出力トルクの低下が防止される。また、軸受の内外輪の温度差の上昇を低減でき 、焼き付きが防止される。さらに、冷却気体の冷却能力を損なうことなく、電動 機の反負荷側だけで、出力軸内への冷却気体の導入及び出力軸内からの冷却気体 の排出を行なうことができるので、出力軸の負荷側に冷却気体導入又は排出用の 開口を設けられない場合にも、ロータ及び出力軸を効果的に冷却することが可能 となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る電動機の空冷装置の実施形態を示
す断面図である。

【図２】電動機の空冷装置の一例を示す断面図である。

【図３】電動機の空冷装置の他の例を示す断面図であ
る。

【図４】電動機の空冷装置のさらに他の例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０…ロータ １２…出力軸 １３…空洞部 １４…軸受 ２６…中空管 ２８…吹出し孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 沼居 一久 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社商品開発研究所内 (72)考案者 君島 正巳 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社商品開発研究所内 (72)考案者 岡 秀樹 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社商品開発研究所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータを取付けた中空の出力軸と、該出
   力軸の内部に冷却気体を貫流させる冷却気体供給手段と
   を具備した電動機の空冷装置において、 前記出力軸の内部には、該出力軸の反負荷側端部のみに
   て開口し、かつ少なくとも該出力軸の負荷側端部に面し
   た前記ロータの端面の近傍まで軸方向へ延びる空洞部が
   設けられ、 前記冷却気体供給手段は、前記出力軸の前記空洞部の内
   径よりも小さな外径を有して該空洞部の略全長に亙り該
   空洞部に収容される中空管を具備し、該中空管が、少な
   くともその先端近傍に該中空管の内部と前記空洞部とを
   連通する貫通孔を備えるとともに、その基端で前記出力
   軸の前記反負荷側端部から電動機外部に延長されて冷却
   用の加圧気体供給源に接続され、 以て前記出力軸内に、前記中空管を通って前記空洞部に
   放出され、該空洞部の略全長に亙って流れた後に前記反
   負荷側端部から排出される冷却気体の流路が形成される
   こと、を特徴とする電動機の空冷装置。