(57)【要約】【課題】スピンドルモータの出力の限界を決定づけるステータコイルの温度上昇を最小限に抑える冷却構造を形成することにより単位体積当たりの出力を最大限大きくし、できる限り小形軽量化されたスピンドルモータを提供する。【解決手段】継手２６から供給された圧縮空気は、ギャップｇ１，ｇ２，ｇ３およびｇ４を通ってステータコイル４の外周面のギャップｇ５に達する。ギャップｇ５はステータコイル４の全長に渡ってステータスタック２の間に形成されており、圧縮空気はステータコイル４が発するＩ2 Ｒによるジュール熱を奪い、ステータコイル４を直接冷却する。ｇ５を通った圧縮空気はフロントフランジ７に設けられているギャップｇ６を介して外部に放出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ組立内にロータ組立を組み込んで構成されるスピンドルモータにおいて、
前記ステータ組立は、ハウジング・スタック組立およびコイル・ハブ組立からなり、
前記ハウジング・スタック組立は円筒形のハウジング内周にステータスタックを形成し、
前記コイル・ハブ組立は、前記ステータスタックの内径より所定寸法だけ小さい外径を有するコアレスタイプのステータコイルの一端を、該ステータコイルを電気配線するためのハブに取り付けて形成し、
前記ハウジング・スタック組立に前記コイル・ハブ組立を挿通したとき、前記ステータコイルの全周，全長に前記所定の寸法による空隙を形成し、この空隙に外部から圧縮空気を流すように構成したことを特徴とする高速スピンドルモータ。
【請求項２】
前記コイル・ハブ組立のハブ外周面と前記ハウジング・スタック組立のハウジング内周面の間に前記空隙に連通される隙間を形成し、該隙間に圧縮空気を供給し、
前記コイル・ハブ組立のコイル先端外周面と前記ハウジング・スタック組立のハウジング内周面の間に形成される隙間に前記ステータコイルの全周，全長を流通した圧縮空気を排出することを特徴とする請求項１記載の高速スピンドルモータ。
【請求項３】
前記ハウジング・スタック組立に、圧縮空気排出のための複数の貫通孔を有するフロントフランジを取り付け、
前記コイル・ハブ組立のステータコイル先端にＯリング押さえカラーを取り付け、
前記フロントフランジの後端と前記Ｏリング押さえカラーの間にＯリングを挟むことにより、前記フロントフランジの内周に取り付けられるボールベアリング内への圧縮空気の進入を防止したことを特徴とする請求項２記載の高速スピンドルモータ。
【請求項４】
前記所定寸法により形成される空隙は０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１，２または３記載の高速スピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械において、工具を高速駆動させるためのスピンドルモータのステータコイルの空気冷却を効率良く行うことにより小形高出力を得るスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などに使用されるスピンドルモータは極めて高い回転数で回転させる必要があり、そのために発生する熱を放熱する冷却構造が要求される。
特許文献１はスピンドルモータのハウジング内の温度の上昇を抑え、熱による悪影響を低減できるものを提案する従来例である。
これは、ステータとロータの間に通路を設けるとともにベアリングとシャフトの間にも空気通路を設け、空気供給通路より空気を供給することにより、特にシャフトを支持するベアリングにおいて発生する摩擦熱やモータ本体にかかる大きな回転負荷により発生する熱を取り除くものである。
【特許文献１】特開２００２−３０１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スピンドルモータの出力限界まで回転数を上げるためにはステータコイルに大きな電流を流さなければならず、そのためにはステータコイルの温度上昇を抑える必要がある。
上記従来のスピンドルモータの冷却構造では、ステータコイルが発生する熱を効率良く放出することはできず、結果的に小形出力のスピンドルモータを実現することができない。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するもので、その目的はスピンドルモータの出力の限界を決定づけるステータコイルの温度上昇を最小限に抑える冷却構造を形成することにより単位体積当たりの出力を最大限大きくし、できる限り小形軽量化されたスピンドルモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、ステータ組立内にロータ組立を組み込んで構成されるスピンドルモータにおいて、前記ステータ組立は、ハウジング・スタック組立およびコイル・ハブ組立からなり、前記ハウジング・スタック組立は円筒形のハウジング内周にステータスタックを形成し、前記コイル・ハブ組立は、前記ステータスタックの内径より所定寸法だけ小さい外径を有するコアレスタイプのステータコイルの一端を、該ステータコイルを電気配線するためのハブに取り付けて形成し、前記ハウジング・スタック組立に前記コイル・ハブ組立を挿通したとき、前記ステータコイルの全周，全長に前記所定の寸法による空隙を形成し、この空隙に外部から圧縮空気を流すように構成したことを特徴とする。
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において前記コイル・ハブ組立のハブ外周面と前記ハウジング・スタック組立のハウジング内周面の間に前記空隙に連通される隙間を形成し、該隙間に圧縮空気を供給し、前記コイル・ハブ組立のコイル先端外周面と前記ハウジング・スタック組立のハウジング内周面の間に形成される隙間に前記ステータコイルの全周，全長を流通した圧縮空気を排出することを特徴とする。
本発明の請求項３は請求項２記載の発明において前記ハウジング・スタック組立に、圧縮空気排出のための複数の貫通孔を有するフロントフランジを取り付け、前記コイル・ハブ組立のステータコイル先端にＯリング押さえカラーを取り付け、前記フロントフランジの後端と前記Ｏリング押さえカラーの間にＯリングを挟むことにより、前記フロントフランジの内周に取り付けられるボールベアリング内への圧縮空気の進入を防止したことを特徴とする。
本発明の請求項４は請求項１，２または３記載の発明において前記所定寸法により形成される空隙は０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
すなわち、本発明は具体的には以下のような構成となる。
両面が電気的に絶縁された０．２ｔ，０．３５ｔの薄い珪素鋼板をプレスで打ち抜いたステータ・ラミネーションを多数積層して形成されたステータスタックをステータハウジング内に接着等により固定する（ハウジング・スタック組立）。
一方、コアレスタイプで円筒状に作られたコイルの内外周をガラス繊維で補強しこれにワニスを含浸させ強固に固められたステータコイルをハブに接着し（コイル・ハブ組立）、このハブを前述のハウジングに接着することによりステータ組立を完成させる。
ステータ組立では、ステータコイルの外周と、ステータスタックの内周とに０．２〜０．５ｍｍ程度の空隙をコイルの全周，全長にわたって設けるように配置し、この空隙に強制的に圧縮空気を流すことによって直接的にステータコイルを冷却する構造にする。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、ステータコイルを直接空冷することにより、ステータコイルに流れる電流の発熱量Ｉ2 Ｒによる温度上昇を極めて効率良く抑えることができ、スピンドルモータの高出力化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明による高速スピンドルモータの実施の形態を示す断面図である。
図２は、本発明にかかるハウジング・スタック組立の断面図および側面図、図３は、本発明にかかるコイル・ハブ組立の断面図および側面図、図５は本発明にかかるステータ組立の断面図および側面図である。
本発明による高速スピンドルモータはステータ組立，ロータ組立，ボールベアリング部分を支持固定するフランジ部分およびコイル配線を取り出すコネクタ取付台部分より構成される。
まず、ステータ組立より説明する。
ステータ組立３０はハウジング・スタック組立１０，コイル・ハブ組立２０，フロントフランジ７およびエンドフランジ８よりなる。
【０００８】
ハウジング・スタック組立１０は０．２ｔ，０．３５ｔの両面を電気的に絶縁された珪素鋼板をプレスで打ち抜き、これを多数積層してできたステータスタック２をハウジング３に接着して構成される。ハウジング３は円筒形であり、珪素鋼板を多層積層したステータスタック２を円筒形の略中央の内周面に取り付ける。
コイル・ハブ組立２０は、円筒状に成形されたコアレスタイプのステータコイル４の内外周をガラス繊維で補強した後、これにワニスを含浸させて強固に固められたものをギャップｇ３を有するハブ５に接着して構成される。
【０００９】
ステータコイル４は図４に示すような構造であり、ステータコイル４の端面から各コイルの端末が引き出され、各コイルの端末は円環状のターミナル基板２８の各ランドに接続されている。ハブ５は段差２９を有する円筒形で、段差２９にターミナル基板２８が取り付けられている。ターミナル基板２８は配線のためのランド４ａ，４ｂ，４ｃを有しており、３本のリード線６の端末がランド４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ半田付けされている。  ハブ５の外周面の一部は平らに加工されており、この部分が圧縮空気を通すための通路であるギャップｇ３となる。
【００１０】
こうして作られたコイル・ハブ組立２０をハウジング・スタック組立１０に内挿し、ステータコイル４をステータスタック２の中に配置して接着固定する。
ステータコイル４の外径はステータスタック２の内径より０．２〜０．５ｍｍ程度小さく作ってあり、ステータスタック２にステータコイル４を挿通したときステータスタック２とステータコイル４の間の周面にわたって圧縮空気の通路であるギャップｇ５が形成される。
【００１１】
つぎにエンドフランジ８をハウジング３に取り付ける。エンドフランジ８は図６に示すように２つの段差８ａ，８ｂを持つ円筒形状であり、外周面の軸に沿った方向に圧縮空気を通す長溝形状のギャップｇ２を有している。ギャップｇ２の反対側の外周面にはリード線６を外部に導き出すためのリード案内溝８ｃが形成されている。
エンドフランジ８の取付けの際にはエンドフランジ８のギャップｇ２とハブ５のギャップｇ３の位置を合わせた状態でエンドフランジ８をハウジング３内に接着固定する。リード線６はリード案内溝８ｃに収容されエンドフランジ８の後方に導き出される。
【００１２】
最後にフロントフランジ７をハウジング３に挿通し接着固定することによりステータ組立３０が構成される。フロントフランジ７は図７に示すように円筒形状であり、円筒形の最外周付近の円周線に沿って圧縮空気を通すための８個の貫通孔（ギャップ）ｇ６が形成されている。フロントフランジ７をハウジング３に挿通したとき、ステータスタック２より突出しているステータコイル４の先端に取り付けられたＯリング押さえカラー２３がフロントフランジ７の後端に付けられたＯリング２４に突き当たり、これを押しつぶすためにギャップｇ５に連通する円周溝３１より圧縮空気がベアリング２２に流れる流通経路が遮断されベアリング２２のグリスが圧縮空気により飛び出すことを防止し、円周溝３１より８個の貫通孔であるギャップｇ６よりなる圧縮空気の流通経路が形成される。なお、前述のＯリング２４はシリコンゴム等で作られた薄いリング状の環を溝なしでも溝付でも良いが、フロントフランジ７の端面とＯリング押さえカラー２３との間に押しつぶされた状態で挿入しても良い。
以上のように組立構成されることによりギャップｇ２，ｇ３，ｇ４，ｇ５，円周溝３１およびギャップｇ６よりなる圧縮空気の流通経路が形成される。
【００１３】
図１においてフロントフランジ７にカラー１８を挿入し、さらにボールベアリング２２を挿入してベアリングビス２１によってボールベアリング２２のアウターレースを固定することにより、フロントフランジ７にボールベアリング２２を固定する。
【００１４】
図８は本発明にかかるロータ組立の部分断面図である。
ロータ組立４０はシャフト９に円筒状のマグネット１１が固定され、マグネット１１の前後にバランスカラー１２，１３が取り付けられて構成される。マグネット１１の外周部は補強ケース１４で被され補強される。
ロータ組立４０をステータ組立３０の後面から挿入し、シャフト９をボールベアリング２２の内周に挿入して、ベアリングカラー１９でインナーレースを固定する。
ついでロータ組立４０の反出力軸側の軸をボールベアリング１７の内周に、ボールベアリング１７の外周をエンドフランジ８の内周に挿入し、コイルバネ１５を押し当てカラー１６を取り付ける。
【００１５】
図９は本発明にかかるコネクタ取付台の断面図および側面図である。
コネクタ取付台２５は複数の段差を有する円筒形で、その端部の隅に圧縮空気の通路であるギャップｇ１に繋がる圧縮空気のホースを接続するための継手結合部２５ａを有し、さらに端部の略中央にコネクタ取付孔２５ｂが設けられている。継手結合部２５ａに継手２６が、コネクタ取付孔２５ｂにコネクタ２７がそれぞれ取り付けられたコネクタ取付台２５のコネクタ２７の端部にモータのリード線６を接続する。そしてコネクタ取付台２５のギャップｇ１をエンドフランジ８のギャップｇ２と位置合わせして４個のネジをネジ孔２５ｃに螺合することによりコネクタ取付台２５をハウジング３に固定する。
【００１６】
以上の組立によりギャップｇ１がギャップｇ２に接続され、圧縮空気供給源に接続される継手２６から供給される圧縮空気はギャップｇ１〜ｇ５，円周溝３１およびギャップｇ６を介しステータコイル４の全長の周囲を通ってステータコイル４が発する熱を奪い、熱を奪った圧縮空気はフロントフランジ７のギャップｇ６からモータ外部に排気される。
圧縮空気は例えば４ｋｇ／ｃｍ2 の圧力のかかった圧縮空気であり、上述の構成の通路を通ることによりステータコイルの全周，全長にわたってステータコイルを直接冷却しＩ2 Ｒにより発熱するジュール熱を極めて効率良く外部へ放出し、小形，高出力の高速スピンドルモータを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
工作機械において、工具を高速駆動させるためのスピンドルモータである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による高速スピンドルモータの実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明にかかるハウジング・スタック組立の断面図および側面図である。
【図３】本発明にかかるコイル・ハブ組立の断面図および側面図である。
【図４】コイルの接続構成を説明するための図である。
【図５】本発明にかかるステータ組立の断面図および側面図である。
【図６】本発明にかかるエンドフランジの正面図，左右側面図および断面図である。
【図７】本発明にかかるフロントフランジの断面図および左右側面図である。
【図８】本発明にかかるロータ組立の部分断面図である。
【図９】本発明にかかるコネクタ取付台の断面図および側面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  高速スピンドルモータ
２  ステータスタック
３  ハウジング
４  ステータコイル
５  ハブ
６  リード線
７  フロントフランジ
８  エンドフランジ
９  シャフト
１０  ハウジング・スタック組立
１１  マグネット
１２，１３  バランスカラー
１４  補強ケース
１５  コイルバネ
１６，１８  カラー
１７，２２  ボールベアリング
１９  ベアリングカラー  
２０  コイル・ハブ組立
２１  ベアリングビス
２３  Ｏリング押さえカラー
２４  Ｏリング
２５  コネクタ取付台
２６  継手
２７  コネクタ
２８  ターミナル基板
３０  ステータ組立
４０  ロータ組立
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010016993.tif 000010
【図９】
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