JP3690920B2 - 密閉型電動機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等のスピンドルモータとして用いられる電動機に係り、特にモータフレームにロータ及びステータが密閉された構造の密閉型電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、スピンドルモータとして密閉構造をとる密閉型電動機の構成の一例を示す。主軸１１には、二次導体１３ａを備えたロータ鉄芯１３が取付部１２を介して固定されている。ステータ１５は、ステータ鉄芯１６と一次巻線１７とから構成され、巻線１７に流れる三相交流電流が鉄芯１６の内周面に回転磁界を形成する。鉄芯１６の内周面は、ロータ鉄芯１３の外周面と微小な空隙を介して対面するように配置されていて、ステータ１５により形成される回転磁界によりロータ１３が回転駆動される。ステータ鉄芯１６はモータフレーム１８の内周面に固着されており、同様にモータフレーム１８に設けられた軸受２０，２１により主軸１１が回転自在に支持されている。主軸１１のモータフレーム１８の外側に突出した部分１１ａは、例えば工作機械のターンテーブルに接続され、これを回転駆動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の密閉型電動機は、モータフレームがステータ及びロータを密閉する構造故に、ロータ及びステータの発生する熱の放熱が困難であり、ステータ巻線の温度上昇、或いはロータの温度上昇を著しく増大するという問題がある。ステータ鉄芯１６はモータフレーム１８に固着されているため、この発生熱は比較的モータフレーム１８から放散が容易である。しかしながら、ロータ鉄芯１３は内側に位置するため、この熱放散は容易ではなく、特に、このロータ鉄芯１３の温度上昇は、主軸１１の温度を全体的に上昇させる結果となり、軸受２０，２１にも異常な温度上昇を引き起こし、軸受寿命の低下や軸受の焼損等の事故を引き起こす原因となる場合もあった。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みて為されたもので、特にロータ及び主軸の周辺で生じる発熱を効率よくモータフレームへ伝熱させ、主軸の温度上昇を抑制することが可能な密閉型電動機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型電動機は、主軸に固定されるロータと、該ロータを回転駆動するステータと、前記主軸を回転自在に支持する軸受とが、モータフレームに密閉された構造の密閉型電動機であって、ロータ鉄芯を主軸に固定する前記ロータ鉄芯の取付部の内周面に送風のための隙間溝を設け、前記主軸の回転に伴い該主軸に沿って軸方向に送風可能とし、前記ステータと該ステータが固定されるモータフレームとの接合部に、前記モータフレームの内周面に通風路となる隙間溝が円周方向に沿って多数形成され、該隙間溝は軸方向に沿って直線状に配置され、前記モータフレームには冷却水路が配置され、冷却水が循環することで、前記モータフレームが冷却され、前記主軸の回転に伴い該主軸に沿って軸方向に送風される空気が前記モータフレームの内周面の前記通風路を通る間に冷却され、この空気が循環風としてロータおよび主軸部分を冷却するようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
上述した本発明によれば、ロータの取付部に送風可能な溝を設け、ステータが固定されるモータフレームとの接合部に通風可能な隙間溝とを備えることにより、密閉型電動機のモータフレーム内部で主軸付近に生じる熱を伝熱させるための循環風を形成することができる。即ち、ロータが回転することで主軸付近の空気が溝により送風され、循環風を形成し、これにより主軸付近に発生する熱を運搬し、モータフレームに伝熱させることができる。従って、特にロータの発熱により生じた熱をモータフレームに逃がすことができ、これにより、主軸及び軸受の温度上昇を低く抑制することができる。
【０００７】
また、本発明の密閉型電動機では、前記ロータを主軸に固定する取付部の構造は、主軸に固定する円筒部と、該円筒部にリブを立設し該リブ間の空間を軸方向に沿って円周方向に回転させて、軸方向に送風可能な溝としてもよい。これにより、リブ間の空間を軸方向に送風可能な溝としていることから、ロータの回転に伴い容易に循環風を形成することができる。そしてこの循環風により主軸付近に伝熱する熱をモータフレームに伝熱させて放散することができる。
【０００８】
また、本発明の密閉型電動機では、前記ロータを主軸に固定する取付部の構造は、ロータを主軸に固定する取付部の内周面に送風可能な隙間溝を設けてもよい。また、本発明の密閉型電動機では、前記ロータを主軸に固定する取付部の構ｓ造は、ロータを主軸に固定する主軸の外周面に送風可能な隙間溝を設けてもよい。これにより、ロータの回転に伴い、循環風を形成することが可能で、特に主軸の近傍に送風可能な隙間溝が設けられていることから、主軸の冷却に好適であり、軸受部の異常な温度上昇を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の密閉型電動機では、更に前記モータフレームの内周面にフィンを設けてもよい。これにより、ステータとモータフレームとの接合部に設けられた隙間溝を流通する循環風に対して、更にフィンを設けることによりモータフレームへの伝熱を強化することができる。従って、循環風の冷却の効率を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の密閉型電動機では、前記モータフレームに冷却水路を設けることで、循環風により運ばれる熱をモータフレームに伝熱させ、モータフレームを水冷構造とすることにより効率的に伝熱した熱を除去することができる。従って、ロータ、ステータ、軸受部分の冷却効率を全体として高めることができ、特に主軸付近の温度上昇を効率よく抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１２】
図１は、本発明に関連する密閉型電動機の構造を示す。図示するように、主軸１１に取付部２３を介して固着されたロータ鉄芯１３、及びこれを回転駆動するステータ鉄芯１６がモータフレーム１８内に密閉されている構造は、図１１に示す従来の構造と同様である。又、ロータ鉄芯１３が二次導体及びエンドリング１３ａを備えた誘導型回転子構造であること、及びステータ鉄芯１６が一次巻線１７を備えロータ鉄芯１３を回転駆動する回転磁界を生成する構造も、図１１に示す従来の構造と同様である。
【００１３】
この密閉型電動機は、ロータ鉄芯１３を主軸１１に固定する取付部２３に軸方向の送風のための溝（空間）２４を設けている。そして主軸１１の回転に伴い、この溝２４からモータフレーム１８内に循環する循環風を発生させる。一方で、モータフレーム１８とステータ１６との接合部に通風路となる隙間溝２５を設けている。
【００１４】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ロータの取付部２３の詳細を示す図である。取付部２３は、主軸１１に嵌着する円筒状部材２３ａと、これに半径方向に立設するリブ２３ｂと、このリブ２３ｂが接続する円筒状部材２３ｃとから構成され、第２の円筒状部材２３ｃがロータ鉄芯１３に固着され、これを支持している。ここでリブ２３ｂは、半径方向に全体として直線的に伸びると共に、軸方向に対しては、（ｃ）の展開図に示すように回転軸に対して円周方向に傾斜（回転）している。そして、リブ２３ｂとリブ２３ｂとの間の空間２４が送風のための溝となっている。
【００１５】
従って、主軸１１の回転に伴い取付部２３が回転することにより、リブ２３ｂが羽根車の羽根に相当することから、これにより軸方向に送風する。又、このリブの形状は図３に示すように送風ファンの羽根車と同様に曲面状に形成しても勿論よい。このリブの形状を曲面状に形成することにより、加工は複雑とならざるを得ないが、送風の効率を高めることができる。
【００１６】
図４は、モータフレームとステータ鉄芯の接合部に通風溝を設けた例を示す。この場合には、モータフレーム１８の内周面に循環風が通風する隙間溝２５を設けている。図示するように、モータフレーム１８を構成する例えばアルミ材の内周面に円周方向に等間隔に多数の溝２５が配置され、これらの溝２５は軸方向に沿って直線状に配置されている。
【００１７】
図５は、モータフレームとステータ鉄芯の接合部のステータ鉄芯側に通風溝を設けた例を示す。図示するようにステータ鉄芯１６の外周面に円周方向に等間隔に多数の通風溝が配置され、これらの溝は軸方向に沿って直線状に配置されている。
【００１８】
図６は、循環風の循環経路を示す図である。主軸１１の回転に伴い取付部２３が回転すると、図中矢印で示すように循環風３０ａが発生する。即ち、取付部２３においてはモータフレーム１８内の室２８の空気が回転する送風溝２４に吸い込まれ、これを図中矢印３０ｂで示し、取付部２３の他方から循環風３０ａとして室２９に送風される。室２９の循環風３０ｃは、ステータ鉄芯１６とモータフレーム１８との接合部に設けられた通風溝２５に入り、通風溝２５に沿って流れ、循環風３０ｄとしてモータフレーム１８で囲まれた室２８内に循環する。そして、送風溝２４を通過する際に、ロータ鉄芯１３で生じる熱を吸収し、モータフレーム１８とステータ鉄芯１６との間の通風溝２５を通過する際に熱をモータフレーム１８に伝熱する。モータフレーム１８に伝熱された熱はモータフレーム１８の外表面から外部の空気に放熱される。
【００１９】
図７は、本発明の実施の形態の密閉型電動機の構造を示すものであり、モータフレームによる放熱を促進するためにフィン及び水冷パイプを設けた例を示す。図示するようにモータフレーム１８の内周面側に吸熱のためのフィン３０を設けている。このフィン３０は、ステータ鉄芯１６とモータフレーム１８との接合部に設けられた通風溝２５を流通する循環風の流れる位置に配置され、ロータ１３の主軸１１近傍で発生する熱を運搬する循環風の冷却のための補助的な役割を果たしている。
【００２０】
又、モータフレーム１８には冷却水パイプ３１が配置され、このパイプ３１内に冷却水が循環する。この冷却水パイプ３１は例えばステンレス鋼のパイプであり、例えばアルミからなるモータフレーム１８内に鋳込まれている。冷却水パイプ３１に冷却水を流すことにより、モータフレーム１８が効率的に冷却され、その結果としてこの冷却された空気が循環風により主軸近傍に運搬され、ロータ及び主軸部分を冷却し、これにより特に主軸部分の温度上昇が抑制される。
【００２１】
図８は、モータフレームに冷却フィン３０と共に水冷ジャケット３２を配置した例を示す。水冷ジャケット３２においても、図７に示す水冷パイプ３１と同様に効率的にモータフレーム１８を冷却し、これにより特に主軸近傍の温度の上昇を抑制する。
【００２２】
図９及び図１０は、ロータを主軸に取り付ける取付部に設けられた送風溝の変形例を示す。これらの例においてはロータ鉄芯１３が主軸１１に固着され、図９においてはロータ鉄芯側に送風溝３４が設けられ、図１０においては主軸１１側に送風溝３５が設けられている。これらの送風溝３４，３５は、回転軸方向に連通し、且つ円周方向に回転するように設けられている。このため、電動機の運転により主軸が回転すると、この送風溝がファンと同様に働き、循環風を生成する。
【００２３】
この実施例においても、モータフレームとステータ鉄芯との間に設けられた通風溝、モータフレーム内周面に設けられたフィン、冷却水路等の構成は上述の実施の形態と同様である。尚、この実施例においては主軸１１にロータ鉄芯１３を直接固着する例について説明したが、この間にスリーブ等を間挿するようにしても勿論よい。
【００２４】
上記実施の形態においては、電動機の例としてかご型回転子を用いた誘導電動機の例について説明したが、その他の形式の電動機においても本発明の趣旨を同様に適用できることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロータの回転と共に密閉されたモータフレーム内の空気が送風循環され、特にロータの主軸近傍を冷却する。これによりステータ巻線の温度上昇や、ロータの二次導体による発熱が主軸に伝熱されることを抑制でき、その結果主軸の温度上昇を低減することができる。この結果として軸受の温度上昇も低く抑えることが可能となり、軸受寿命の著しい低下や焼き付き等の事故を防止することができ、長寿命で安定した電動機の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関連する密閉型電動機の縦断面図である。
【図２】取付部の構造を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図であり、（ｃ）は円筒状部材に固定されたリブの展開図である。
【図３】図２におけるリブの変形例を示す図である。
【図４】モータフレームとステータ鉄芯との接合部に設けられた通風溝の一例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。
【図５】図４の変形例を示す相当図である。
【図６】図１における密閉型電動機内の循環風の経路を示す図である。
【図７】 本発明の一実施の形態の密閉型電動機の縦断面図、冷却フィン及び水冷パイプを設けたことを示す図である。
【図８】 図７の変形例を示す図であり、冷却フィン及び水冷ジャケットを設けたことを示す図である。
【図９】主軸近傍に設けられた送風溝の変形例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図１０】主軸近傍に設けられた送風溝の他の変形例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図１１】従来の密閉型電動機の縦断面図である。
【符号の説明】
１１ 主軸
１３ ロータ鉄芯
１６ ステータ鉄芯
１８ モータフレーム
２３ 取付部
２４，３４，３５ 送風溝
２５ 通風溝

Claims (5)

1. 主軸に固定されるロータと、該ロータを回転駆動するステータと、前記主軸を回転自在に支持する軸受とが、モータフレームに密閉された構造の密閉型電動機であって、
   ロータ鉄芯を主軸に固定する前記ロータ鉄芯の取付部の内周面に送風のための隙間溝を設け、前記主軸の回転に伴い該主軸に沿って軸方向に送風可能とし、
   前記ステータと該ステータが固定されるモータフレームとの接合部に、前記モータフレームの内周面に通風路となる隙間溝が円周方向に沿って多数形成され、該隙間溝は軸方向に沿って直線状に配置され、
   前記モータフレームには冷却水路が配置され、冷却水が循環することで、前記モータフレームが冷却され、前記主軸の回転に伴い該主軸に沿って軸方向に送風される空気が前記モータフレームの内周面の前記通風路を通る間に冷却され、この空気が循環風として前記ロータおよび主軸部分を冷却するようにしたことを特徴とする密閉型電動機。
2. 前記モータフレームは、アルミからなることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動機。
3. 前記冷却水路は、水冷パイプであり、該水冷パイプは、前記モータフレーム内部に鋳込まれていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動機。
4. 前記冷却水路は、水冷ジャケットであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動機。
5. 前記モータフレームの内周面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動機。

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