JP5527314B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

従来、工作機械の主軸モータとして用いられる回転電機が知られている。かかる回転電機は、たとえば、切削加工において霧状の切削液を多量に含む雰囲気下に置かれる場合など、高い防水性を求められることが多い。

そこで、かかる回転電機の隙間の生じやすい部位、たとえば、導線の接続部などには、弾性素材の弾性を利用して隙間を埋める防水コネクタ（特許文献１参照）のようなブッシング部材が用いられる。

特開２０００−２００６５０号公報

しかしながら、従来の回転電機には、優れた防水性を発揮するうえでさらなる改善の余地がある。たとえば、前述の霧状の切削液は、回転電機における上面のブラケットの形状によってはひとところに溜まり、ひいては回転電機の側面を伝って流れ落ちる場合がある。

この場合、前述の接続部が回転電機の側面に設けられていれば、接続部は集中的に切削液にさらされて、ブッシング部材の腐食や劣化を招く可能性が高い。すなわち、防水性を低下させるおそれがある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、優れた防水性を発揮することができる回転電機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る回転電機は、フレームと、ブラケットと、外周壁と、フィンとを備える。前記フレームは、側壁に開口部を有した略筒状に形成され、回転子および固定子を収容する。前記ブラケットは、前記フレームへ取り付けられて前記回転子の回転軸を軸支する。前記外周壁は、前記回転軸方向からみた前記ブラケットの前記開口部の配設方向に立設される。前記フィンは、前記配設方向を避けつつ、前記フレームの側壁および前記ブラケットの周方向に沿って放射状に立設される。

実施形態の一態様によれば、優れた防水性を発揮することができる。

図１は、実施形態に係る回転電機の斜視図である。 図２は、実施形態に係る回転電機の正面図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 図４Ａは、切削液の流れを示す図である。 図４Ｂは、切削液の溜まりを示す図である。 図５Ａは、ブッシュの斜視図である。 図５Ｂは、ブッシュの正面図である。 図５Ｃは、図５Ｂに示すＢ−Ｂ線断面図である。 図５Ｄは、図５Ｂに示すＣ−Ｃ線断面図である。 図５Ｅは、ブッシュが開いた状態を示す模式図である。 図６Ａは、装着部材の斜視図である。 図６Ｂは、装着部材の正面図である。 図６Ｃは、装着部材へブッシュが取り付けられる前の状態を示す図である。 図６Ｄは、装着部材へブッシュが取り付けられた状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、霧状の切削液を多量に含む雰囲気下で切削加工を行う工作機械の主軸モータとして用いられる回転電機を例に挙げて説明を行う。

まず、実施形態に係る回転電機の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る回転電機１０の斜視図である。

なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向き（すなわち、「鉛直方向」）を負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明に用いる他の図面においても示す場合がある。

また、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの１個にのみ符号を付し、その他については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、符号を付した１個とその他とは同様の構成であるものとする。

図１に示すように、回転電機１０は、フレーム１１と、反負荷側ブラケット１２と、負荷側ブラケット１３とを備える。フレーム１１は、側壁に開口部１４を有した略筒状に形成されており、後述する回転子および固定子を収容する。開口部１４の詳細については後述する。

反負荷側ブラケット１２は、フレーム１１の反負荷側の端部に、負荷側ブラケット１３は、フレーム１１の負荷側の端部にそれぞれ取り付けられ、回転子の回転軸２２を軸支する。

なお、図１に示すように、本実施形態では、フレーム１１は、回転軸２２がＺ軸と略平行に、かつ、鉛直方向側が回転軸２２の負荷側となるように回転子を収容するものとする。したがって、反負荷側ブラケット１２は、回転電機１０の上面に、負荷側ブラケット１３は、回転電機１０の下面に、それぞれ相当する。

また、フレーム１１、反負荷側ブラケット１２、負荷側ブラケット１３などは、鋳造成形されることが好ましいが、成形手法を限定するものではない。

以下、実施形態に係る回転電機１０の構成例について具体的に説明する。図２は、実施形態に係る回転電機１０の正面図である。図２に示すように、回転電機１０は、フレーム１１の側壁に開口部１４を備える。

開口部１４は、フレーム１１の側壁を貫通して設けられる導線の引き込み口である。なお、かかる導線の引き込みは、開口部１４に対して装着部材１４１を介して装着されるブッシュ１４２を用いて行われる。ブッシュ１４２の詳細については図５Ａ〜図５Ｅを用いて、装着部材１４１の詳細については図６Ａ〜図６Ｄを用いて、それぞれ後述する。

また、図２に示すように、回転電機１０は、フレーム１１の側壁に、回転軸２２方向に沿って立設されるフィン１１１を備える。なお、図２では、１個のフィン１１１のみに符号を付しているが、フィン１１１は、フレーム１１の側壁の周方向に沿い、放射状に複数個配設されている。

フィン１１１は、反負荷側ブラケット１２の表面などに溜まり、回転電機１０の側面にあたるフレーム１１を伝って流れ落ちる切削液の流れを誘導する役割を果たす。したがって、本実施形態のフィン１１１は、切削液を回転軸２２方向に沿って負荷側ブラケット１３側へ導くことができる。

なお、図２に示すように、フィン１１１は、開口部１４の配設方向にあたるフレーム１１の側壁には設けられない。すなわち、フィン１１１は、開口部１４の配設位置を避けて切削液を誘導するので、少なくとも開口部１４が切削液の流れにさらされることを防ぐことができる。これにより、開口部１４に装着されるブッシュ１４２の腐食や劣化を防ぐことができる。

次に、図２に示したＡ−Ａ線断面図である図３を用いて、実施形態に係る回転電機１０の内部構造を含めた構成例について説明する。

図１および図２を用いた説明と重複するが、図３に示すように、回転電機１０は、フレーム１１と、反負荷側ブラケット１２と、負荷側ブラケット１３と、開口部１４と、回転軸２２とを備える。

また、図３に示すように、回転電機１０は、回転子２１と、固定子３１とを備える。回転子２１は、略筒状に形成される。そして、かかる回転子２１を図中のＺ軸方向へ貫いて回転軸２２が設けられる。なお、回転軸２２の外周面は、回転子２１の内周面に固着される。

また、回転子２１の外周側には、所定の空隙を介して固定子３１が対向配置される。固定子３１は、環状の電磁鋼板を複数枚積層して略筒状に形成されており、その外周面はフレーム１１の内周面に固着される。また、固定子３１のティースには、固定子巻線３２が巻回される。

また、固定子巻線３２には、開口部１４に装着部材１４１を介して装着されたブッシュ１４２によって挿通および支持された導線Ｌが接続される。なお、かかる接続については、図示を省略している。

反負荷側ブラケット１２は、第１のテーパ面１２１と、第２のテーパ面１２２と、外周壁１２３と、内側壁１２４と、反負荷側軸受１２６とを備える。

第１のテーパ面１２１および第２のテーパ面１２２は、径方向外側に向けて下り勾配をなす外周面である。なお、以下では、第１のテーパ面１２１および第２のテーパ面１２２をまとめて「テーパ面」と記載する場合がある。

外周壁１２３は、回転軸２２方向からみて開口部１４の配設方向にあたる外周の一部に沿って立設される側壁である。また、内側壁１２４は、外周壁１２３内側のテーパ面に、かかる外周壁１２３と対向して立設される側壁である。

負荷側ブラケット１３は、ドレイン１３１と、負荷側軸受１３２とを備える。ドレイン１３１は、負荷側ブラケット１３の側壁を貫通して設けられ、たとえば、導線Ｌを伝うなどして回転電機１０の内部へ侵入した切削液を排水する排水口である。

なお、負荷側ブラケット１３については、かかるドレイン１３１へ向けて下り勾配をなすテーパ面を設け、排水の効率を高めることとしてもよい。

また、図３に示すように、開口部１４は、フレーム１１の負荷側の端部近傍（すなわち、負荷側ブラケット１３の近傍）であり、かつ、固定子巻線３２よりも負荷側の位置に配設されることが好ましい。

これにより、回転電機１０の内部へ侵入した切削液が固定子巻線３２へ付着するのを防ぐなど、回転電機１０内部の各部材を保護することができる。

次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、反負荷側ブラケット１２の外周面における切削液の流れについて説明する。以下、切削液には「ＬＱ」の符号を付すこととする。図４Ａは、切削液ＬＱの流れを示す図であり、図４Ｂは、切削液ＬＱの溜まりを示す図である。

なお、図４Ｂには、開口部１４（図３参照）の配設方向にあたる外周壁１２３および内側壁１２４が設けられた部位を、Ｙ軸の正方向から模式的に示している。

図４Ａに示すように、反負荷側ブラケット１２が第１のテーパ面１２１および第２のテーパ面１２２を備えることにより、切削液ＬＱを重力作用で反負荷側ブラケット１２の外周縁へ向けて流すことができる（図４Ａの斜線塗りされたすべての矢印の向き参照）。

また、図４Ｂに示すように、開口部１４の配設方向に関しては、第１のテーパ面１２１の下り勾配により、外周壁１２３の内側の領域Ｍ１に切削液ＬＱを溜めることができる。同様に、第２のテーパ面１２２の下り勾配により、内側壁１２４の内側の領域Ｍ２に切削液ＬＱを溜めることができる。

そして、図４Ａの矢印２０１に示すように、領域Ｍ１に溜めた切削液ＬＱについては、外周壁１２３により開口部１４の配設方向を避けて分流させることができる。また、図４Ａの矢印２０２および矢印２０３に示すように、領域Ｍ２に溜めた切削液ＬＱについては、内側壁１２４により開口部１４の配設方向を避けて分流させることができる。

なお、図４Ａに示すように、反負荷側ブラケット１２はさらに、フレーム１１（図３参照）への取り付け時のボルト受けであるボス１２４ａを複数個備える。なお、図４Ａでは、開口部１４の配設方向で近接する２個のボス１２４ａにのみ符号を付している。

かかる近接するボス１２４ａ同士は、相互にリブ１２４ｂで連接される。そして、図４Ａに示すように、かかるリブ１２４ｂで相互に連接したボス１２４ａ同士を内側壁１２４とすることができる。

また、図４Ａに示すように、反負荷側ブラケット１２はさらに、周方向に沿って放射状に立設される複数個のフィン１２５を備える。かかるフィン１２５は、上述したフレーム１１のフィン１１１（図２参照）と同様に、フレーム１１を伝って流れ落ちる切削液ＬＱの流れを誘導する役割を果たす。したがって、フィン１２５は、フィン１１１と向きを揃えて配設されることが好ましい。

また、前述のボス１２４ａは、反負荷側ブラケット１２の外周縁へ向けて連接されてゆくことで、かかるフィン１２５と同様の役割を担うことができる。さらに、反負荷側ブラケット１２を鋳造成形するに際して、溶湯を流す過程で「す」を出来にくくすることができる。

次に、開口部１４に装着されるブッシュ１４２の構成例について、図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。図５Ａは、ブッシュ１４２の斜視図である。図５Ｂは、ブッシュ１４２の正面図である。図５Ｃは、図５Ｂに示すＢ−Ｂ線断面図であり、図５Ｄは、図５Ｂに示すＣ−Ｃ線断面図である。また、図５Ｅは、ブッシュ１４２が開いた状態を示す図である。

図５Ａに示すように、ブッシュ１４２は、Ｚ軸の正方向からみた場合、略Ｔ字状の形状に成形された部材である。また、ブッシュ１４２には、Ｘ軸の正方向に向けてやや下り勾配をなすテーパがつけられている。なお、ここにいうＸ軸の正方向側は、開口部１４におけるフレーム１１の外部側であり、以下、同様とする。

また、ブッシュ１４２は、絶縁性および弾性を有するゴムなどの素材からなる。

また、図５Ｂに示すように、ブッシュ１４２は、導線Ｌの挿通孔１４２ａを複数個備えている。なお、図５Ｂでは、径の異なる２個の挿通孔１４２ａにのみ符号を付しているが、丸印であらわした構成要素はすべて挿通孔１４２ａを示している。なお、図５Ｂには、計８個の挿通孔１４２ａを示しているが、ブッシュ１４２における挿通孔１４２ａの個数を限定するものではない。

また、挿通孔１４２ａの径は挿通させる導線Ｌの径に応じたものであればよい。したがって、図５Ｂに示すような２種別の径に限定されなくともよい。

また、図５Ｃに示すように、ブッシュ１４２は、かかる挿通孔１４２ａについてさらに奥行きを付与するスカート１４２ｃを備える。かかるスカート１４２ｃは、ブッシュ１４２が開口部１４へ装着された際にフレーム１１の内部へ突出して、導線Ｌをフレーム１１の内壁から逸らす。これにより、導線Ｌの被覆を保護するなどのメリットを得ることができる。

また、図５Ｂに示すように、挿通孔１４２ａは、一方向（ここでは、Ｙ方向）に沿って配設される。そして、挿通孔１４２ａ同士は、かかる一方向に沿って設けられる切り込み１４２ｂによって相互に連接される。

かかる切り込み１４２ｂは、図５Ｄに示すように、少なくともブッシュ１４２の内周側に所定幅ｗの隙間ｉを有している。かかる隙間ｉのもたらす効果については、装着部材１４１に関する図６Ｄを用いた説明で後述する。

そして、このような構成とすることによって、図５Ｅに示すように、ブッシュ１４２は、２つの矢印方向から力を加えれば容易に開くことができる。これにより、作業者は、導線Ｌを容易にブッシュ１４２へ挿通させることができる。

次に、ブッシュ１４２を開口部１４へ装着させる装着部材１４１について、図６Ａ〜図６Ｄを用いて説明する。図６Ａは、装着部材１４１の斜視図である。図６Ｂは、装着部材１４１の正面図である。図６Ｃは、装着部材１４１へブッシュ１４２が取り付けられる前の状態を示す図である。また、図６Ｄは、装着部材１４１へブッシュ１４２が取り付けられた状態を示す図である。

なお、図６Ｃおよび図６Ｄに示す装着部材１４１は、図６Ｂに示すＤ−Ｄ線断面図によってあらわされている。

図６Ａに示すように、装着部材１４１は、ブッシュ１４２を露出させるために中央部を開口された、ブッシュ１４２の口金に相当する部材である。なお、図６Ｂに示すように、かかる開口部には、符号「１４１ｂ」を付与しておく。

また、図６Ｂに示すように、装着部材１４１は、複数個のボルト穴１４１ａを備える。装着部材１４１は、内周側へブッシュ１４２が取り付けられた状態でかかるボルト穴１４１ａへボルトを挿通されることによって、フレーム１１の側壁へ固定される。すなわち、ブッシュ１４２を開口部１４へ装着する。

なお、図６Ｃに示すように、装着部材１４１の内周側の高さを「ａ」とし、かかる装着部材１４１の内周側へ取り付けられる（図中の矢印参照）ブッシュ１４２の高さを「ｂ」とした場合、「ａ＜ｂ」の関係が成り立つように双方の部材は形成される。また、上述したように、ブッシュ１４２は、弾性を有する素材から形成されている。

すなわち、図６Ｄに示すように、ブッシュ１４２は、装着部材１４１の内周側へ押し込まれて取り付けられる。このとき、ブッシュ１４２は、外周を図中の矢印２０４に示す方向から締め込まれることによって、矢印２０５の向きに前述の隙間ｉを閉じることとなる。これにより、ブッシュ１４２が開口部１４へ装着された際には、導線Ｌを密（みつ）に挟持することができるので、優れた防水性を発揮することができる。

また、ブッシュ１４２が装着部材１４１へ十分に押し込まれる前は、隙間ｉが形成されていることによって、たとえば、作業者が導線Ｌの長さを調整する場合など、容易に作業を行わせることができる。

上述してきたように、実施形態に係る回転電機は、フレームと、ブラケットとを備える。フレームは、側壁に開口部を有した略筒状に形成され、回転子および固定子を収容する。ブラケットは、フレームへ取り付けられて回転子の回転軸を軸支する。また、ブラケットは、回転軸方向からみて開口部の配設方向に立設される外周壁を備える。

したがって、実施形態に係る回転電機によれば、優れた防水性を発揮することができる。

なお、上述した実施形態では、回転軸の内部構造について特に言及していないが、中空構造、中実構造のいずれであってもよい。たとえば、回転軸がいわゆる「軸貫通構造」といわれる中空構造であり、中を切削液が通る場合であってもよい。また、回転軸が中実構造であり、反負荷側にエンコーダなどの機器が取り付けられる場合であってもよい。

また、上述した実施形態では、回転軸が鉛直方向と略平行であり、かつ、鉛直方向側が回転軸の負荷側である場合について例示したが、かかる場合に限定されるものではない。すなわち、重力作用によって、切削液がフレームを回転軸方向に沿って流れ落ちるのであれば、回転軸が鉛直方向に対して傾いていてもよい。

また、上述した実施形態では、切削加工を行う工作機械の主軸モータとして用いられる回転電機を例に挙げたが、回転電機の用途を問うものではない。また、回転電機の内部に侵入する可能性があれば、切削液に限定されるものではなく、冷却液や水など、いわゆる液体であればよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０ 回転電機
１１ フレーム
１２ 反負荷側ブラケット
１３ 負荷側ブラケット
１４ 開口部
２１ 回転子
２２ 回転軸
３１ 固定子
３２ 固定子巻線
１１１ フィン
１２１ 第１のテーパ面
１２２ 第２のテーパ面
１２３ 外周壁
１２４ 内側壁
１２５ フィン
１２６ 反負荷側軸受
１３１ ドレイン
１３２ 負荷側軸受
１４１ 装着部材
１４１ａ ボルト穴
１４１ｂ 開口部
１４２ ブッシュ
１４２ａ 挿通孔
１４２ｂ 切り込み
１４２ｃ スカート

Claims (7)

1. 側壁に開口部を有した略筒状に形成され、回転子および固定子を収容するフレームと、
   前記フレームへ取り付けられて前記回転子の回転軸を軸支するブラケットと、
   前記回転軸方向からみた前記ブラケットの前記開口部の配設方向に立設される外周壁と、
   前記配設方向を避けつつ、前記フレームの側壁および前記ブラケットの周方向に沿って放射状に立設されるフィンと
   を備えることを特徴とする回転電機。
2. 前記ブラケットは、
   径方向外側へ向けて下り勾配をなすテーパ面を外周面に含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ブラケットは、
   前記外周壁と対向して立設される内側壁
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記ブラケットは、
   前記フレームへの取り付けに用いられる複数個のボス
   をさらに備え、
   近接する前記ボス同士は、相互にリブで連接されて前記内側壁とされることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記フレームは、
   前記回転軸が鉛直方向と略平行に、かつ、鉛直方向側が前記回転軸の負荷側となるように前記回転子を収容し、
   前記ブラケットは、
   前記フレームの反負荷側の端部に取り付けられ、
   前記開口部は、
   前記フレームの負荷側の端部近傍であり、かつ、前記固定子の巻線よりも負荷側の位置に配設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機。
6. 前記開口部に装着され、導線を挿通して支持するブッシュ
   をさらに備え、
   前記ブッシュは、
   絶縁性および弾性を有する素材からなり、
   複数個の挿通孔と、
   前記挿通孔同士を連接し、少なくとも当該ブッシュの内周側に所定幅の隙間を有する切り込みと
   を備え、
   前記切り込みは、
   前記ブッシュが前記開口部へ装着される際に外周を締め込まれることによって前記隙間を閉じられ、導線を挟持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転電機。
7. 前記ブッシュは、
   前記開口部に装着された際に前記フレームの内部に突出するスカート
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

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