JPH06335200A - ロータ冷却手段を備えた電動機 - Google Patents

ロータ冷却手段を備えた電動機

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JPH06335200A
JPH06335200A JP11694993A JP11694993A JPH06335200A JP H06335200 A JPH06335200 A JP H06335200A JP 11694993 A JP11694993 A JP 11694993A JP 11694993 A JP11694993 A JP 11694993A JP H06335200 A JPH06335200 A JP H06335200A
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rotor
passage
cooling medium
housing
cooling
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JP11694993A
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Atsuo Nakamura
厚生 中村
Masami Kimijima
正巳 君島
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
    • H02K9/12Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing wherein the cooling medium circulates freely within the casing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータを積極的に冷却して電動機の温度上昇
を効果的に抑制できる単純構造のロータ冷却手段を備え
た電動機を提供する。 【構成】 電動機10は、軸12を有するロータ14、
ロータ14を囲繞するステータ18、及び軸12を回転
可能に支持する端部ハウジング32,34を備える。ロ
ータ14の軸方向一端面に対向して端部ハウジング32
に固定される環状部材44は、端部ハウジング32の通
路58に連通する貫通孔50と、環状キャビティ46
と、ロータ14に向けて開口する複数の貫通孔54とを
備える。端部ハウジング32の通路58に外部から加圧
送給された冷却媒体は、環状部材44を介して電動機内
部に分配噴出される。同様に端部ハウジング34には環
状部材60が固定され、ロータ14の熱を吸収した冷却
媒体が、環状部材60を介して収集され、端部ハウジン
グ34の通路74から電動機外部に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロータ冷却手段を備え
た電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】電動機のステータ及びロータにおける鉄
損や銅損に起因する発熱を吸収し、温度上昇を許容範囲
に抑制するために、従来、様々な冷却方式が提案され、
使用されている。例えばステータを効果的に冷却するた
めに、ステータを支持するハウジングやステータコアに
冷却媒体の通路を設けたものが知られている。また、ロ
ータを冷却するためには、ロータや軸に取付けたファン
によって電動機内部に空気を送給する方法が一般的であ
る。
【0003】近年、工作機械の分野では、回転主軸のさ
らなる高速化及び高出力化が要求されている。主軸を回
転駆動するためには一般に誘導電動機が使用されるが、
高速化に伴う径寸法の縮小と高出力化に伴う電流増とに
よって温度上昇が著しく増加する問題が生じる。そこで
この種の誘導電動機(いわゆるスピンドルモータ)で
は、高出力を得るためにさらに効果的な冷却方式を備え
る必要がある。特に、主軸に直結されるビルトイン形式
のスピンドルモータにおいては、ロータの発熱が主軸に
直接に伝達されるのでロータを効果的に冷却する必要が
あり、そのため前述の冷却方式の他に、外部装置によっ
て圧縮空気をロータに吹付ける方法や、軸内に軸方向へ
延びる冷却媒体通路を設ける方法が実施されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、電動機の
固定要素であるステータに対しては、ハウジングやステ
ータコアに冷却媒体通路を設ける等の方法によって比較
的容易かつ効果的に温度上昇を抑制することができる。
他方、可動要素であるロータに対しては、強度維持等の
観点からロータコアに直接に冷却媒体通路を設けること
が困難であり、したがって冷却作用は一般にロータ及び
軸の外周面と空気との間の熱交換に依存する。特に、ビ
ルトイン式スピンドルモータ等の、効果的なロータ冷却
を要求される電動機では、前述のようなさらに積極的な
熱交換方式を実施することが望ましい。しかしながら、
従来のビルトイン式スピンドルモータの場合、外部装置
によりロータに圧縮空気を吹付ける冷却方法では、ロー
タとステータとの間の空隙に空気を充分に流入させるこ
とが困難であり、ロータの外周面から効率良く熱を吸収
することができない課題がある。また、軸内に軸方向へ
延びる冷却媒体通路を設ける方法では、回転する軸に冷
却媒体を供給するためのジョイント装置が必要となり、
構造が複雑になるとともに製造コストが増大する課題が
ある。
【0005】本発明の目的は、ロータを積極的に冷却し
て電動機の温度上昇を効果的に抑制できる単純構造のロ
ータ冷却手段を備え、高速化及び高出力化が可能な電動
機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、本発明は、軸に固定されるロータと、空隙を介在さ
せてロータを囲繞するステータと、ステータを固定支持
するとともに軸を介してロータを回転可能に支持するハ
ウジング手段と、ロータの熱を吸収する冷却媒体をロー
タの周囲に供給するロータ冷却手段とを備えた電動機に
おいて、ロータ冷却手段は、ロータの軸方向一端面に向
けて開口する第1の孔群、及び第1の孔群とハウジング
手段の外部とを連通する第1の通路を備えて、ハウジン
グ手段に設けられ、ハウジング手段の外部から第1の通
路に加圧送給された冷却媒体を第1の孔群から放出する
冷却媒体分配路手段と、ロータの軸方向他端面に向けて
開口する第2の孔群、及び第2の孔群とハウジング手段
の外部とを連通する第2の通路を備えて、ハウジング手
段に設けられ、第2の通路がハウジング手段の外部から
減圧されることにより、冷却媒体分配路手段の第1の孔
群から放出され空隙を通過させられた冷却媒体を、第2
の孔群を通して収集し、第2の通路からハウジング手段
の外部へ排出する冷却媒体収集路手段とを具備すること
を特徴とするロータ冷却手段を備えた電動機を提供す
る。
【0007】
【作用】冷却媒体分配路手段は、ハウジング手段の外部
から第1の通路に加圧送給された冷却媒体を、第1の孔
群からロータの軸方向一端面に向けて適宜分配して噴出
する。それにより冷却媒体は、ロータとステータとの間
の空隙に全周に亙って略均等に進入する。このとき、冷
却媒体収集路手段の第2の通路を減圧することにより、
冷却媒体はロータの高速回転時にも狭窄な空隙を容易に
通過して、ロータの軸方向他端面に到達する。このよう
にして、ロータの外周面との間で熱交換を行った冷却媒
体は、冷却媒体収集路手段の第2の孔群及び第2の通路
を介して電動機の外部に積極的に排出される。なお、空
隙を通過する冷却媒体は、ステータの熱をも吸収するこ
とができる。
【0008】
【実施例】以下、添付図面に示した好適な実施例に基づ
き、本発明をさらに詳細に説明する。図1は、本発明の
実施例によるロータ冷却手段を備えた電動機10を示
す。電動機10は、軸12と、軸12に固定されるロー
タ14と、空隙16を介在させてロータ14を囲繞する
ステータ18と、ステータ18を固定支持するとともに
軸12を介してロータ14を回転可能に支持するハウジ
ング手段20とを備える。電動機10は、例えば工作機
械のスピンドルモータに使用される誘導電動機として構
成することができる。この場合、ロータ14は、図示の
ように多数の電磁鋼板の積層体からなるロータコア22
と、ロータコア22にダイカスト等によって組込まれる
導体部分(端絡環24のみ図示)とを備える。同様にス
テータ18は、多数の電磁鋼板の積層体からなるステー
タコア26と、ステータコア26に巻設される複数の巻
線28とを備える。
【0009】ハウジング手段20は、ステータコア26
の外周面に固定される中央ハウジング30と、中央ハウ
ジング30の軸方向各端部にそれぞれ連結される端部ハ
ウジング32及び34とを備える。端部ハウジング3
2,34は、それぞれ軸受36を介して軸12を回転可
能に支持する。ステータ18の巻線28の各線端部38
は、ステータコア26の軸方向各端面に隣接して環状に
モールド成形された樹脂部材40によって被覆すること
ができる。各樹脂部材40は、好ましくは端部ハウジン
グ32,34に接触配置される。さらに、巻線28の線
端部38以外の部分と、その部分を収容するステータコ
ア26のスロット(図示せず)との間にも、樹脂材料を
充填することができる。ハウジング手段20及び樹脂部
材40を介してステータコア26及び巻線28の熱を吸
収するための冷却媒体の流路42が、中央ハウジング3
0及び端部ハウジング32,34に連続して形成され
る。
【0010】電動機10のロータ冷却手段の冷却媒体分
配路手段は、軸12を囲繞しかつロータ14の軸方向一
端面(図で左側)に対向して端部ハウジング32に固定
される中空の環状部材44を備える。環状部材44は、
図1及び図2に示すように、内部に環状キャビティ46
を、環状部材44の軸方向一端面を形成する環状壁48
に環状キャビティ46に連通する1つの貫通孔50を、
かつ環状部材44の軸方向他端面を形成する環状壁52
に環状キャビティ46に連通する複数の貫通孔54をそ
れぞれ備える。環状部材44の環状壁48は、端部ハウ
ジング32の内周部に形成された環状の肩部56に当接
され、他方、環状壁52はロータ14の軸方向一端面に
対向配置される。したがって環状壁52に形成された複
数の貫通孔54は、ロータ14の軸方向一端面に向けて
開口する第1の孔群を構成する。端部ハウジング32に
は、その外周面と肩部56表面とを連通する通路58が
穿設される。環状部材44の環状壁48に形成された1
つの貫通孔50は、肩部56にて通路58に連通する。
したがって通路58、貫通孔50、及び環状キャビティ
46は、第1の孔群とハウジング手段の外部とを連通す
る第1の通路を構成する。
【0011】電動機10のロータ冷却手段の冷却媒体収
集路手段は、軸12を囲繞しかつロータ14の軸方向他
端面(図で右側)に対向して端部ハウジング34に固定
される中空の環状部材60を備える。環状部材60は、
後述するように環状部材44と同一の構造を有するが、
各構成部分には説明のため環状部材44と異なる参照符
号を付す。環状部材60は、内部の環状キャビティ62
に連通する1つの貫通孔64を備えた環状壁66を、端
部ハウジング34の内周部に形成された環状の肩部68
に当接し、かつ、環状キャビティ62に連通する複数の
貫通孔70を備えた環状壁72をロータ14の軸方向他
端面に対向配置して、端部ハウジング34に固定支持さ
れる。したがって環状壁72の複数の貫通孔70は、ロ
ータ14の軸方向他端面に向けて開口する第2の孔群を
構成する。端部ハウジング34には、その外周面と肩部
68表面とを連通する通路74が穿設される。環状部材
60の環状壁66に形成された1つの貫通孔64は、肩
部68にて通路74に連通する。したがって通路74、
貫通孔64、及び環状キャビティ62は、第2の孔群と
ハウジング手段の外部とを連通する第2の通路を構成す
る。
【0012】図2に示すように、環状部材44及び60
は分割線76によってそれぞれ、環状壁48及び66を
有する半体部78と、環状壁52及び72を有する半体
部80とに2分割される。したがって環状部材44,6
0は、各半体部78,80をそれぞれ鋳造、機械加工等
によって成形した後、両者を組合せることによって形成
される。
【0013】図1に示すように、端部ハウジング32に
設けた通路58は、電動機10の外部に設置された冷却
媒体送給装置82に接続される。冷却媒体送給装置82
は、コンプレッサー等の、端部ハウジング32の通路5
8に冷却媒体を加圧送給することができる周知の装置か
らなる。通路58に送給された冷却媒体は、環状部材4
4の貫通孔50及び環状キャビティ46を通って、複数
の貫通孔54からロータ14の軸方向一端面に向けて適
宜分配して噴出される。
【0014】さらに、端部ハウジング34に設けた通路
74は、電動機10の外部に設置された冷却媒体吸入装
置84に接続される。冷却媒体吸入装置84は、バキュ
ーム装置等の、端部ハウジング34の通路74から冷却
媒体を減圧吸入することができる周知の装置からなる。
環状部材44の複数の貫通孔54から噴出した冷却媒体
は、冷却媒体吸入装置84の作動により、狭窄な空隙1
6を容易に通過してロータ14の軸方向他端面に到達
し、その流動の間にロータ14の熱を効果的に吸収す
る。このようにして熱交換を行った冷却媒体は、環状部
材60の貫通孔70を介して収集され、さらに環状キャ
ビティ62及び貫通孔64を通って、通路74から電動
機10の外部に強制的に排出される。
【0015】本発明に係る電動機では、冷却媒体は電動
機の内部を流動するので一般に空気等の気体が使用され
るが、図示実施例の電動機10のように、ステータ18
の巻線28が樹脂によって被覆される構造においては、
霧状の冷却媒体の使用も可能となる。また、本発明に係
る電動機は、誘導電動機の他に、同期電動機や直流電動
機へ適用することもできる。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ロータの軸方向一端面に対向配置される冷却
媒体分配路手段を介して冷却媒体を外部から加圧送給
し、かつロータの軸方向他端面に対向配置される冷却媒
体収集路手段を介して冷却媒体を外部から減圧吸入する
ことにより、冷却媒体を積極的にロータの周囲に供給し
かつ電動機外部に排出することが可能となる。その結
果、冷却媒体による熱交換能力が向上し、ロータを積極
的に冷却して電動機の温度上昇を効果的に抑制すること
が可能となり、電動機の軸受寿命が向上するとともに高
速化及び高出力化が容易になる。しかも、軸への孔加工
やジョイント装置等の特別な装置を必要としないので、
単純構造でかつコスト上昇を抑制可能な冷却手段を備え
た電動機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による電動機の断面図である。
【図2】図1の電動機における環状部材の、(a)一端
面図、(b)他端面図、(c)線II−IIに沿った断面
図、である。
【符号の説明】
12…軸 14…ロータ 16…空隙 18…ステータ 20…ハウジング手段 22…ロータコア 26…ステータコア 28…巻線 30…中央ハウジング 32,34…端部ハウジング 40…樹脂部材 42…流路 44,60…環状部材 46,62…環状キャビティ 50,54,64,70…貫通孔 58,74…通路 82…冷却媒体送給装置 84…冷却媒体吸入装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸に固定されるロータと、空隙を介在さ
    せて該ロータを囲繞するステータと、該ステータを固定
    支持するとともに該軸を介して該ロータを回転可能に支
    持するハウジング手段と、該ロータの熱を吸収する冷却
    媒体を該ロータの周囲に供給するロータ冷却手段とを備
    えた電動機において、 前記ロータ冷却手段は、 前記ロータの軸方向一端面に向けて開口する第1の孔
    群、及び該第1の孔群と前記ハウジング手段の外部とを
    連通する第1の通路を備えて、該ハウジング手段に設け
    られ、該ハウジング手段の外部から該第1の通路に加圧
    送給された冷却媒体を該第1の孔群から放出する冷却媒
    体分配路手段と、 前記ロータの軸方向他端面に向けて開口する第2の孔
    群、及び該第2の孔群と前記ハウジング手段の外部とを
    連通する第2の通路を備えて、該ハウジング手段に設け
    られ、該第2の通路が該ハウジング手段の外部から減圧
    されることにより、前記冷却媒体分配路手段の前記第1
    の孔群から放出され前記空隙を通過させられた冷却媒体
    を、該第2の孔群を通して収集し、該第2の通路から該
    ハウジング手段の外部へ排出する冷却媒体収集路手段、 とを具備することを特徴とするロータ冷却手段を備えた
    電動機。
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