JP6450714B2 - バランス構造を有する端子箱付き電動機及び該電動機を備える工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、バランス構造を有する端子箱付き電動機及び該電動機を備える工作機械に関する。

近年、工作機械の主軸の高速回転化が進んでおり、それに合わせて、主軸に結合される電動機においても高速回転化が進んでいる。高速回転する電動機では、高速回転中に振動が過大にならないように、回転子を高精度にバランス修正する必要がある。そのため、種々のバランス構造を有する電動機が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許第２７１６２３７号公報 特許第４７８７３５１号公報

ところで、回転子のバランス修正は、通常、電動機の組立前に行われる。加えて、電動機の組立後や主軸との結合後においても、回転子をバランス修正すること（フィールドバランス）が重要である。さらには、長期的に稼働する電動機では、振動が徐々に悪化してきた場合などにバランスの再修正をすることが重要である。

これに対して特許文献１の電動機では、電動機の前部にバランス修正用タップ付きのラビリンス構造が設けられており、該ラビリンス構造は電動機の外部に露出しているため、外部からタップに芋ネジなどを取り付けることによりバランス修正が可能となっている。しかしながら、電動機を工作機械の主軸などに結合してしまうと、ラビリンス構造は主軸頭内に配置されることになるため、結合後においては上記バランス修正用タップ付きのラビリンス構造によるバランス修正はできなかった。

また、特許文献２の電動機では、電動機の後部に設けられた放熱円盤にバランス修正用タップが設けられており、芋ネジなどを取り付けることによりバランス修正が可能となっている。しかしながら、電動機の後部には冷却ファンなどが取り付けられており、放熱円盤に設けられたバランス修正用タップが電動機の外部に露出していない。そのため、冷却ファンなどを取り外して分解しなければバランス修正できなかった。

これに対して最近では、電動機のハウジングに設けた開口部からバランス修正用部品を外部に露出させることにより、電動機を分解することなくバランス修正が可能な構造も提案されている。しかしながら、このような構造では、初期的なバランス修正は問題無いものの、使用しているうちに開口部に切削液やコンタミなどの異物が入り込んで溜まることで、バランス修正用部品によるバランス修正が困難になる場合があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期に亘る稼働後においても容易且つ高精度にバランス修正が可能な電動機及び該電動機を備える工作機械を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、筒状の固定子（例えば、後述のステータ２）と、前記固定子の内部に挿入される回転軸部（例えば、後述の回転軸部３１）を有する回転子（例えば、後述のロータ３）と、前記固定子の軸方向両端に取り付けられるハウジング（例えば、後述のハウジング４，前ハウジング４１，後ハウジング４２）と、前記ハウジングに取り付けられて端子台（例えば、後述の端子台５０）を収容する端子箱（例えば、後述の端子箱５）と、を備える電動機（例えば、後述の電動機１）であって、前記ハウジングを経由して前記端子箱内に開口するように設けられ、前記固定子に形成された通気路（例えば、後述の通気路９）とは隔離して配置される開口部（例えば、後述の開口部５ａ）と、前記回転軸部に取り付けられ、前記回転子のバランスを修正するバランス修正用部品（例えば、後述のバランス修正用部品６としての第１バランス修正用部品６１，第２バランス修正用部品６２）と、を備え、前記バランス修正用部品は、前記開口部から前記端子箱内に露出している電動機を提供する。

前記バランス修正用部品は、その外周側面（例えば、後述の外周側面６１ｂ，６２ｂ）に前記回転子のバランス修正が可能なバランス修正部（例えば、後述の第２タップ６１２，６２２）を備えていてよい。

前記バランス修正用部品は、その軸方向端面（例えば、後述の軸方向端面６１ａ，６２ａ）に前記回転子のバランス修正が可能なバランス修正部（例えば、後述の第１タップ６１１，６２１）を備えていてよい。

前記バランス修正用部品は、前記回転子の回転数を検出する検出用回転要素と一体化して構成されていてよい。

前記開口部は、前記固定子の内部空間（例えば、後述の内部空間Ｓ）とは隔離して配置されていてよい。

また本発明は、上述の各電動機を備える工作機械（例えば、後述の工作機械１０）を提供する。

本発明によれば、長期に亘る稼働後においても容易且つ高精度にバランス修正が可能な電動機及び該電動機を備える工作機械を提供できる。

本実施形態に係る電動機の側面図である。 本実施形態に係る電動機を軸方向前方から見た図である。 本実施形態に係る電動機を軸方向後方から見た図である。 本実施形態に係る電動機の平面図である。 図１の部分断面図である。 図２の部分断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図７の蓋部材を取り外した状態を示す図である。 本実施形態の変形例に係る電動機の平面図である。 本実施形態の変形例に係る電動機の部分断面側面図である。 本実施形態に係る電動機を工作機械の主軸に結合したときの部分断面側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、本実施形態に係る電動機１の側面図である。図２は、本実施形態に係る電動機１を軸方向前方から見た図である。図３は、本実施形態に係る電動機１を軸方向後方から見た図である。図４は、本実施形態に係る電動機１の平面図である。図５は、図１の部分断面図であり、図６は、図２の部分断面図であり、図７は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図８は、図７の蓋部材４４を取り外した状態を示す図である。また、図９は、本実施形態の変形例に係る電動機１Ａの平面図である。図１０は、本実施形態の変形例に係る電動機１Ａの部分断面側面図である。図１１は、本実施形態に係る電動機１を工作機械１０の主軸１１に結合したときの部分断面側面図である。

ここで、軸方向とは、後述するロータ３の回転軸部３１の軸線Ｘ方向を意味する。軸方向前方とは、工作機械１０の主軸１１に取り付けられる主軸取付面４１１側を意味し、例えば図１では左側を意味する。また、軸方向後方とは、ファンカバー８側を意味し、例えば図１では右側を意味する。

本実施形態に係る電動機１は、例えば誘導式電動機であり、後述するステータ２に図示しない巻線を有し、ロータ３に図示しない短絡された裸の導体を有し、巻線から導体への電磁誘導作用によって動作する。この誘導式電動機は、構造が簡単で保守も容易であることから、幅広く利用されている。

図１〜図８に示すように、本実施形態に係る電動機１は、ステータ２と、ロータ３と、ハウジング４と、端子箱５と、を備える。

ステータ２は、筒状を有し、その内部（内側）に後述するロータ３が回転可能に配置される。ステータ２は、軸方向に積層された複数の磁性鋼板により構成される。ステータ２の周壁部２１には、円周方向に等間隔で配置された図示しない複数のスロットが形成される。各スロットは、ステータ２の軸方向に延びて設けられ、図示しない巻線が収容されている。

ロータ３は、図示しないロータ本体と、回転軸部３１と、を備える。
ロータ本体は、円柱状を有し、回転軸部３１に対して同軸に設けられて該回転軸部３１に固定されている。ロータ本体には、図示しない短絡された裸の導体が配置される。
回転軸部３１は、ステータ２に対して回転可能に設けられ、ロータ本体と一体的に回転する。回転軸部３１は、軸方向後方部分を構成する第１軸部３１ａと、軸方向前方部分を構成する第２軸部３１ｂとにより構成される。第１軸部３１ａは、後述する後ハウジング４２に回転可能に支持され、第２軸部３１ｂは、工作機械１０の主軸１１に接続される（図１１参照）。

電動機１の軸方向後方部には、ロータ３の回転数を検出する回転検出部３０が設けられている（図５参照）。この回転検出部３０は、第１軸部３１ａに取り付けられた歯車状の検出用回転要素３０ａと、この検出用回転要素３０ａの回転数を検出する回転検出器３０ｂと、により構成される。

ハウジング４は、ステータ２の軸方向両端に取り付けられ、ステータ２を支持する。ハウジング４は、ステータ２の軸方向前方に取り付けられる前ハウジング４１と、ステータ２の軸方向後方に取り付けられる後ハウジング４２と、を有する。

ハウジング４、つまり前ハウジング４１及び後ハウジング４２はいずれも、略四角筒状を有し、４つの主たる外周側面を有する。即ち、これらハウジングは、２つの側面（例えば図１において紙面に平行な面）と、上面（例えば図１において上側の面）と、底面（例えば図１において下側の面）と、を有する。また、これらハウジングは、四隅の角部が面取りされている。

前ハウジング４１は、ステータ２の軸方向前方部に固定される。前ハウジング４１の軸方向前方側の主軸取付面４１１には、後述する工作機械１０の主軸頭１２が接続される（図１１参照）。
前ハウジング４１の主軸取付面４１１側には、ラビリンス構造のラビリンス部材６０が設けられている。このラビリンス部材６０は、環境雰囲気中の油などが電動機１内に侵入するのを防止する。また、このラビリンス部材６０は、円環状を有し、周方向に等間隔で形成され軸方向に延びる複数のバランス修正用のタップ６０ｂを有する。図示しないがタップ６０ｂに取り付ける芋ネジの重量、数及び配置を調整することで、電動機１のバランス修正が可能となっている。

後ハウジング４２は、ステータ２の軸方向後方部に固定される。後ハウジング４２の軸方向後方側の端面４２１には、後述する開口部５ａの軸方向後方側を覆うように蓋部材４４が取り付け固定されており（図７参照）、この蓋部材４４を介して後述する冷却ファン７を収容するファンカバー８が取り付けられる。

端子箱５は、後ハウジング４２及び後述するファンカバー８の上面に取り付けられる。端子箱５は、その内部に端子台５０を収容する。端子箱５は、箱部５１と、蓋部５２と、を備える。

箱部５１は、平面視で矩形状の箱体であり、その上面が開口している。蓋部５２は、平面視で矩形状の板材であり、箱部５１の開口を塞ぐように配置される。この蓋部５２は、その四隅が箱部５１の四方の側面部の上端面にネジ５２ａによって固定される。これにより、端子台５０に対する防水性及び防塵性が確保される。

端子箱５内には、ステータ２に配置された巻線の各相の図示しない口出し線が導かれる。各口出し線の先端には、図示しない圧接端子が取付けられ、ネジ５０ｃによって、導電板５０ｄに電気的に接続される。また、導電板５０ｄには、図示しない電源ケーブルもネジ５０ｃによって共締めにて接続される。

また、図４に示すように端子箱５の下面には、例えば矩形状の開口部５ａが形成されている。なお図４では、蓋部５２の一部を部分断面図で示している。この開口部５ａは、後ハウジング４２を経由して端子箱５の内部に開口するように設けられている。即ち、図８に示すように開口部５ａは、後ハウジング４２に設けられた開口部５１ａに連通するように設けられている。

開口部５ａから端子箱５の内部に露出する位置に、バランス修正用部品６としての第１バランス修正用部品６１が配置されている。即ち、第１バランス修正用部品６１は、開口部５１ａを通じて開口部５ａから端子箱５内に露出している。これら開口部５ａ，５１ａ及び第１バランス修正用部品６１については、後段でさらに詳述する。

ところで、本実施形態の電動機１のような誘導式電動機では、動作の原理上、ステータ２やロータ３が発熱する。そこで、性能を維持するため電動機１は、冷却構造として、冷却ファン７と、ファンカバー８と、通気路９と、を備える。

冷却ファン７は、電動機１の軸方向後方側に配置され、後ハウジング４２に取り付けられる（図５参照）。冷却ファン７は、例えば遠心型ファンであり、図示しないファンモータの駆動により回転することで、軸方向に気流を発生させる。

ファンカバー８は、後ハウジング４２に取り付けられ、内部に冷却ファン７を収容している。ファンカバー８には、その内部への外気の流入と内部からの気体の流出を可能とする複数のファン孔８１が設けられている。より詳しくは、ファン孔８１は、ファンカバー８の軸方向後端面８２において、中心に位置する円状の中心部８３と、該中心部８３の外周から放射状に延びる複数の放射リブ８４と、径の異なる複数の円環状の円環リブ８５と、により区画されて形成される。

通気路９は、ステータ２の周壁部２１において、軸方向に貫通する貫通孔により形成される（図５〜図８参照）。通気路９は、ステータ２の周壁部２１において周方向に並んで複数形成されている。通気路９の軸方向前方側には流入口９１が形成されており、軸方向後方側には流出口９２が形成されている。

図５中に矢印で示すように、ファンモータの駆動により冷却ファン７が回転すると、軸方向に気流が発生して流入口９１から外気が流入する。流入した外気は、通気路９内を軸方向後方に向かって流通して流出口９２から流出し、ファンカバー８の内部を通ってファン孔８１から排出される。これにより、電動機１の稼働により発熱するステータ２やステータ２を介してロータ３が冷却可能となっている。

次に、開口部５ａ，５１ａ及びバランス修正用部品６について、より詳しく説明する。
開口部５ａは、上述した通り端子箱５の下面に設けられており、後ハウジング４２の上面側に設けられた開口部５１ａに連通している。図８に示すように、開口部５ａの開口の大きさと開口部５１ａの開口の大きさは、いずれも後述する第１バランス修正用部品６１よりも大きく設定されている。即ち、第１バランス修正用部品６１は、開口部５１ａを通じて端子箱５内に露出しており、端子箱５の蓋部５２を開く（取り外す）ことにより、電動機１の上方から視認及びアクセス可能となっている。

また、開口部５１ａは、後ハウジング４２の軸方向後方側の端面４２１において、後述する第１バランス修正用部品６１を囲むように設けられた仕切り壁４２２と、矩形状の蓋部材４４と、により囲繞されて形成され且つ上面が開口する凹部で構成される（図７及び図８参照）。仕切り壁４２２は軸方向後方に所定長さ延びて形成され、かかる凹部内に後述する第１バランス修正用部品６１が収容されている。即ち、開口部５１ａとこの開口部５１ａに連通する開口部５ａは、ステータ２の内部空間Ｓと、ステータ２に形成された通気路９と、のいずれとも隔離されている。これにより、電動機１の防水性能や冷却性能への悪影響が回避されている。ただし、内部空間Ｓとの隔離は必須ではなく、開口部５ａ及び開口部５１ａはステータ２の内部空間Ｓに連通していてもよい。

バランス修正用部品６としての第１バランス修正用部品６１は、回転軸部３１の軸方向後方部分を構成する第１軸部３１ａに取り付けられる。第１バランス修正用部品６１は、円盤状を有し、回転軸部３１と同軸に配置されている。なお図１などでは、便宜上、第１バランス修正用部品６１は部分的に断面で示している。

第１バランス修正用部品６１の軸方向後方側の端面６１ａには、周方向に等間隔で軸方向に延びる複数の第１タップ６１１が設けられ、取り付ける図示しない芋ネジの重量、数及び配置を調整することで、ロータ３のバランスが修正される。

また、第１バランス修正用部品６１の外周側面６１ｂには、周方向に等間隔で径方向に延びる複数の第２タップ６１２が設けられ、取り付ける図示しない芋ネジの重量、数及び配置を調整することで、ロータ３のバランスが修正される。

以上の構成を備える電動機１は、例えば次のようにしてバランス修正される。
まず、電動機１の組み立て前において、第１バランス修正用部品６１の第１タップ６１１に取り付ける芋ネジの重量、数及び配置を調整し、ロータ３のバランスを修正する。
次いで、電動機１を組み立てた後、端子箱５の蓋部５２を取り外した状態で、開口部５１ａを通じて開口部５ａから第１バランス修正用部品６１にアクセスして、第２タップ６１２に取り付ける芋ネジの重量、数及び配置を調整し、ロータ３のバランスを修正する。また、電動機１を長時間稼働させた後においても、端子箱５の蓋部５２を取り外し、同様の操作によりバランス修正される。

以上の構成を備える電動機１は、図９及び図１０に示すように、バランス修正用部品の構成を変形できる。図９及び図１０に示す変形例に係る電動機１Ａでは、バランス修正用部品６として、上述の第１バランス修正用部品６１と、回転検出部３０を構成する検出用回転要素３０ａとが一体化されて構成された第２バランス修正用部品６２を備えている。

第２バランス修正用部品６２は、円盤状を有し、回転検出部３０を構成する円盤状の検出用回転要素６３０ａと連結されて一体化されている。第２バランス修正用部品６２は、検出用回転要素６３０ａと一体化されている以外は第１バランス修正用部品６１と同様の構成である。これにより、部品点数を削減できるとともに、電動機１Ａの軸方向の寸法を小さくできる。

即ち電動機１Ａでは、先ずその組み立て前において、第２バランス修正用部品６２の第１タップ６２１に取り付ける芋ネジの重量、数及び配置を調整し、ロータ３のバランスを修正する。
次いで、電動機１Ａを組み立てた後、端子箱５の蓋部５２を取り外した状態で、開口部５１ａを通じて開口部５ａから第２バランス修正用部品６２にアクセスして、第２タップ６２２に取り付ける芋ネジの重量、数及び配置を調整し、ロータ３のバランスを修正する。また、電動機１Ａを長時間稼働させた後においても、端子箱５の蓋部５２を取り外し、同様の操作によりバランス修正が可能である。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、ステータ２に形成された通気路９とは隔離した位置に、ハウジング４を経由して端子箱５内に開口する開口部５ａを設けた。また、ロータ３の回転軸部３１に、ロータ３のバランスを修正する第１バランス修正用部品６１を取り付け、該第１バランス修正用部品６１を開口部５ａから端子箱５内に露出するように配置した。
これにより、電動機１（１Ａ）の組立後や長期に亘って稼働させた後においても、冷却ファン７やファンカバー８などを取り外すことなく、端子箱５の蓋部５２を取り外すだけで容易且つ高精度に電動機１（１Ａ）のバランスを修正できる。従って、長期的な稼働により振動が徐々に悪化してきた場合などにおいても、容易にバランスを再修正できる。また、開口部５ａは、端子箱５内に開口しており、ステータ２の通気路９と隔離されているため、電動機１（１Ａ）の防水性能や冷却性能の低下を回避できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上述の各実施形態では、ハウジングの形状を略四角筒状としたが、これに限定されない。円筒状でもよく、四角以外の角筒状でもよい。開口部は、バランス修正部品よりも大きくなくてもよく、バランス修正部品の側面に設けられた少なくとも１個のタップが視認、アクセス可能であればよい。

１，１Ａ 電動機
２ ステータ（固定子）
３ ロータ（回転子）
４ ハウジング
５ 端子箱
５ａ 開口部
６ バランス修正用部品
９ 通気路
１０ 工作機械
３０ａ，６３０ａ 検出用回転要素
３１ 回転軸部
４１ 前ハウジング（ハウジング）
４２ 後ハウジング（ハウジング）
６１ 第１バランス修正用部品（バランス修正用部品）
６２ 第２バランス修正用部品（バランス修正用部品）
６１１，６２１ 第１タップ（バランス修正部）
６１２，６２２ 第２タップ（バランス修正部）

Claims (6)

1. 筒状の固定子と、前記固定子の内部に挿入される回転軸部を有する回転子と、前記固定子の軸方向両端に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに取り付けられて端子台を収容する端子箱と、を備える電動機であって、
   前記ハウジングを経由して前記端子箱内に開口するように設けられ、前記固定子に形成された冷却用通気路とは隔離して配置される開口部と、
   前記回転軸部に取り付けられ、前記回転子のバランスを修正するバランス修正用部品と、を備え、
   前記バランス修正用部品は、前記開口部から前記端子箱内に露出している電動機。
2. 前記バランス修正用部品は、その外周側面に前記回転子のバランス修正が可能なバランス修正部を備える請求項１に記載の電動機。
3. 前記バランス修正用部品は、その軸方向端面に前記回転子のバランス修正が可能なバランス修正部を備える請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記バランス修正用部品は、前記回転子の回転数を検出する検出用回転要素と一体化して構成される請求項１から３いずれかに記載の電動機。
5. 前記開口部は、前記固定子の内部空間とは隔離して配置される請求項１から４いずれかに記載の電動機。
6. 請求項１から５いずれかに記載の電動機を備える工作機械。

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