(57)【要約】【課題】電動機内部への異物の進入を防止する構造を備えた電動機、及び該電動機を備えた工作機械を提供する。【解決手段】端子箱４０の内部と前フランジ２６の外面とを流体的に接続する中空の管路５０が設けられ、該外面から前方空間４６に至る貫通孔５２が形成される。このように端子箱４０の内部と前方空間４６は、工作機械等の機械８の内部空間５４と流体的に遮断された流路によって互いに連通しており、回転子２０の回転に伴って端子箱４０内の空気が該流路を通って自動的に前方空間４６内に流入する。また端子箱４０は、機械８の外部に設けられたアンプ５６に対して、通気管路５８を介して流体的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機であって、
固定子と、
前記固定子に対して軸線について回転可能な回転軸を有する回転子と、
前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記軸受を支持するとともに、前記軸線方向の外側について前記軸受に隣接する空間を画定するハウジングと、
前記電動機に接続される動力線用の端子箱と、を備え、
前記端子箱の内部と前記空間は、前記固定子より外側に設けられた流路によって互いに連通し、前記回転子の回転に伴って前記端子箱内の空気が前記流路を通って自動的に前記空間内に流入するようにした、電動機。
【請求項２】
前記軸受より前記軸線方向の外側にある前記回転軸の部分に取り付けられ、前記空間の一部を画定するラビリンス部材を有する、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記端子箱に、前記動力線用の配線管と共用される通気管路が接続される、請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記端子箱は、前記ハウジングに形成された貫通孔に、前記固定子の外側を延びる中空の管路を介して接続される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機を含む工作機械であって、
前記電動機が前記工作機械の内部に配置され、前記端子箱は前記工作機械の外部と流体的に連通している、工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子箱を備えた電動機、及び該電動機を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定子及び回転子を備えた電動機（回転電機）には、電動機内部への水分や異物の進入を防止するための構造を有するものがある。これに関連し、エアパージ構造（エア供給装置）を用いて電動機内部の内圧を上げたり、異物が進入しないように強制的に空気の流れを生成したりする技術が知られている（例えば特許文献１−３参照）。
【０００３】
一方、回転子の回転によって発生する流動空気を利用して、電動機内部への水分等の進入を防止することを企図した技術も知られている（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３６４７３号公報
【特許文献２】特許第５７６５４８６号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２３０２２号公報
【特許文献４】特開２００６−３５３０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エアパージ構造を使用する場合、エア供給装置等を別途設ける必要があり、電動機を含む機械全体のコストアップにつながる。一方、エア供給装置を使用しない場合、電動機内部への異物の進入を確実に防止できる流路構造を構築することが難しい。またそのような流路構造は複雑となる場合があり、結果として電動機のコストアップにつながる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、電動機であって、固定子と、前記固定子に対して軸線について回転可能な回転軸を有する回転子と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記軸受を支持するとともに、前記軸線方向の外側について前記軸受に隣接する空間を画定するハウジングと、前記電動機に接続される動力線用の端子箱と、を備え、前記端子箱の内部と前記空間は、前記固定子より外側に設けられた流路によって互いに連通し、前記回転子の回転に伴って前記端子箱内の空気が前記流路を通って自動的に前記空間内に流入するようにした、電動機である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、回転子の回転に伴って、端子箱内部の清浄な空気が電動機内部に自動的に流入するので、エアパージのための装置等を使用せずとも、電動機内部に汚染された空気や異物が進入することを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】好適な実施形態に係る電動機の概略構成を示す図である。
【図２】図１の電動機の出力軸近傍の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、好適な実施形態に係る電動機（回転電機）１０の概略構造を示す軸方向断面図であり、図２は電動機１０の前方部分（出力軸近傍）の部分拡大図である。電動機１０は、概略図示した工作機械等の機械８の内部に配置され、第１の軸受（前方軸受）１２及び第２の軸受（後方軸受）１４によって軸線１６回りに回転可能に支持される回転軸（シャフト）１８と、回転軸１８の外周面に嵌合して回転軸１８と一体的に回転する回転子（ロータ）２０と、回転子２０を囲繞するように軸線１６に沿って延在する概ね円筒形状の固定子２２とを有する。なお機械８の内部とは、工作機械の加工室等、機械の外部よりも空気環境が悪い（汚染度が高い）空間を意味し、具体的には切削液等がミスト状に飛散していて電動機内部に進入させることが好ましくない空気を含む空間である。逆に機械８の外部とは、機械８の内部よりも空気の清浄度が高い空間を意味し、機械８の外部の空気が電動機内部に進入しても電動機の不具合等の問題は生じない。
【００１０】
前方軸受１２は、回転軸１８の前方端１８ａの近傍に配置され、固定子２２のコア（固定子コア）２４の前端面２４ａにネジ留め等によって固定された前フランジ２６によって支持されている。前フランジ２６は、固定子コア２４の前端面２４ａから回転軸１８の前方端１８ａに向かって延在し、回転軸１８の一部及び前方軸受１２（の外輪）を支持している。また、前フランジ２６には、概ね円環形状を有する前方カバー２８が取付けられている。回転軸１８の前方端１８ａは、前フランジ２６及び前方カバー２８から突出しており、回転軸１８は、例えば旋盤やマシニングセンタ等の工作機械の主軸に直接的又は間接的に連結される出力軸として作用する。
【００１１】
なお、本明細書においては、便宜上、出力軸側（図１では左方）を「前方」と称し、その反対側（図１では右方）を「後方」と称する。また、「軸線方向」又は「軸方向」とは、回転軸線１６に対して平行な方向を表すものとする。
【００１２】
後方軸受１４は、回転軸１８の前方端１８ａとは反対側に位置する回転軸１８の後方端１８ｂの近傍に配置されている。固定子コア２４の後端面２４ｂには、ネジ留め等によって後フランジ３０が固定され、後フランジ３０には、ネジ留め等によって支持環３２が固定され、支持環３２は後方軸受１４（の外輪）を支持している。後フランジ３０から突出する回転軸１８の後方端１８ｂは、後フランジ３０に取付けられた後方カバー３４によって囲繞されている。また回転軸１８の後方端１８ｂには、回転軸１８の回転位置及び回転速度等を検出するエンコーダ３６が取付けられている。
【００１３】
固定子２２は、積層された複数の電磁鋼板からなる固定子コア２４と、固定子コア２４の内周面に形成される突出部（図示せず）に巻回された巻線３８を備えている。巻線３８は、樹脂等によって固定子コア２４に固定されている。巻線３８は、固定子コア２４の両端から突出するように回転軸線１６に沿って延在し、端子箱４０から引き出された動力線（リード線）（図示せず）に接続されている。巻線３８は、動力線を介して供給される電流によって回転磁界を発生し、回転子２０は、発生した回転磁界によって、回転軸１８と一体的に回転するようになっている。
【００１４】
ここで電動機１０は、工作機械の主軸に連結されて使用される等、粉塵等の固体や洗浄液又は切削液等の液体（以下、単に「異物」と称する）が飛散する環境（例えば工作機械の加工室内）で使用されることがある。それら異物が電動機の内部に進入すると、巻線が絶縁不良に至ったり、軸受の支持作用が損なわれたりする虞があるので、異物の進入をより確実に防止することが望まれる。
【００１５】
異物の進入を防止する手段として、前方軸受１２及び後方軸受１４の少なくとも一方（図示例では前方軸受１２）の近傍にラビリンス構造を設けることが知られている。具体的には、前方軸受１２より軸線１６の方向について前方側（電動機の外側）にある回転軸１８の部分（外周面）に、略リング状のラビリンス部材４２が締り嵌め等によって固定され、ラビリンス部材４２は回転軸１８とともに一体的に回転するように構成されている。また前方カバー２８とラビリンス部材４２との間には、両者が互いに当接しないように隙間４４が形成されている。従って本実施形態では、前フランジ２６及び前方カバー２８によって構成される前方ハウジングと、前方軸受１２と、ラビリンス４２とにより、前方軸受１２よりも軸方向について外側（前方側）に、前方軸受１２に隣接しかつ電動機外部に連通する隙間（流路）４４を有する前方空間４６が画定される。なお電動機１０がラビリンス構造を有さない場合、前方ハウジングと前方軸受１２とにより、流路（前方カバー２８と回転軸１８との隙間）を備えた前方空間が画定される。
【００１６】
同様に、後方軸受１４の近傍にラビリンス構造を設ける場合は、後方軸受１４より軸線１６について後方側にある回転軸１８の部分（外周面）に、略リング状のラビリンス部材４２を設けることになる。また後方軸受１４についても、前方空間４６と同様に、後方軸受１４よりも軸方向について外側（後方側）に、後方軸受１４に隣接しかつ電動機外部に連通する隙間（流路）を備えた後方空間４８を画定することができる。
【００１７】
ここで、上述のラビリンス構造だけでは、異物の進入を確実に防止するには不十分となる場合がある。例えば、ラビリンス４２が回転軸１８とともに回転すると、ラビリンス４２の周囲が負圧となり、電動機内部の空気が外部に吸い出される現象が生じる（ベルヌーイの定理より）。より具体的には、前方空間４６から、ラビリンス４２と前方カバー２８との間の隙間４４を通って外部に流出する空気の流れが生じ、電動機内部の方が外部より圧力が低い（負圧）状態となる。
【００１８】
回転軸１８（ラビリンス４２）が定速回転している間は、電動機内部の負圧状態は維持されるが、ラビリンスの回転が停止すると、該負圧状態を解消すべく、隙間４４から空気が前方空間４６内に流れ込む気流が生じる。このとき、ラビリンス４２の近傍は異物を多く含む空気で満たされているので、電動機内部に異物が進入してしまうことになる。
【００１９】
そこで本実施形態では、図１又は図２に示すように、端子箱４０の内部と前方空間４６を、固定子２２より外側に設けた流路によって互いに連通し、回転子２０の回転に伴って端子箱４０内の空気が該流路を通って自動的に前方空間４６内に流入するようにした。より具体的には、端子箱４０の内部と前フランジ２６の外面（ここでは外周面）とを流体的に接続する、可撓性のチューブ又は剛性の配管等の中空の管路５０が、固定子２２の径方向外側を延びるように設けられる。一方、前フランジ２６の外面から前方空間４６に至る貫通孔５２が形成され、中空の管路５０と貫通孔５２とによって固定子２２の外側に流路が構成される。このように、端子箱４０の内部と前方空間４６は、工作機械等の機械８の内部空間５４と流体的に遮断された流路によって互いに連通している。また電動機１０では、前方軸受１２の近傍から電動機内部（回転子２０や巻線３８が存在する空間）に至る連通孔は設けられない。
【００２０】
一方、端子箱４０の内部は、機械８の外部（清浄環境）と流体的に連通しており、図１の例では端子箱４０は、機械８の外部に設けられたアンプ５６に対して、可撓性のチューブ又は剛性の配管等の中空の通気管路５８を介して流体的に接続されており、通気管路５８はアンプ５６からの動力線６０を端子箱内に導入するための配線管と共用することができる。
【００２１】
端子箱４０自体は通常、密閉構造を有しており、機械８の内部空間５４に向けて開口する開口部等は具備していない。一方、アンプ５６は通常、密閉構造を具備せず、故にアンプ５６の内部は機械８の外部（清浄環境）と概ね同じ清浄度の空気で満たされている。従って回転軸１８が回転すると、隙間４４から流出した空気を補充すべく、アンプ５６内の清浄な空気が配管５８、端子箱４０、チューブ５０及び貫通孔５２を経由して前方空間４６内に自動的に流入する。故に本実施形態では、エアパージ装置等を使用せずとも、回転軸１８の回転によって生じる気流を利用して、清浄な空気を前方空間４６内に供給することができる。
【００２２】
上述のように回転軸１８の回転中は、端子箱４０から前方空間４６内に一定量の空気が流入しているので、前方空間４６内は電動機外部に対して負圧となっていない。従って、回転軸１８が停止した瞬間に隙間４４から前方空間４６内に汚染された空気は流入しないので、電動機内部への異物の進入が防止され、電動機内部は清浄な状態に保たれる。上述の後方空間についても、同様の構造を設けることが可能である。
【００２３】
このように、本実施形態に係る電動機（回転電機）１０は、ラビリンス４２が通常有する異物進入防止機能に加え、回転軸１８の回転に伴う気流を利用して前方空間４６内に空気を自動的に供給することができるが、ここで前方空間４６内に供給される空気は、端子箱４０内部の清浄な空気のみとすることができる。従ってエアパージ用の装置等を別途用意する必要がないので、電動機の製造コストを抑制することができる。またこのような電動機を、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の、高速回転可能な主軸を有する（すなわち加工室内部の空気の汚染度が比較的高い）工作機械に適用すれば、安全性の高い低コストの工作機械が得られる。
【００２４】
好適な変形例として、チューブや配管等の中空管路５０を用いず、端子箱４０を前フランジ２６（に形成された貫通孔５２）に直結するようにしてもよい。また図１では、端子箱４０と接続される（端子箱４０に清浄空気を供給する）、機械８の外部の構成要素としてアンプ５６を例示したが、他の構成要素を使用することも可能である。但しアンプは通常の電動機が具備する要素なので、アンプ５６からの通気管路５８（通常は配線管と共用）を利用すれば他の構成要素を使用する必要がない。
【００２５】
本開示では、エアパージ装置等を用いて積極的（強制的）に空気を電動機内部に供給せずとも、清浄な空気を自動的に電動機内部に流入させることができる。より具体的には、回転子の回転によって電動機の内部が瞬間的に負圧になっても、その負圧を解消するために端子箱内の清浄な空気が自動的に電動機内部に流入する。ここで端子箱内部は工作機械内部とは連通しておらず、工作機械外部（清浄環境）とのみ連通しているので、電動機内部には工作機械内部の汚染された空気は流入しない。またロータの回転時は常に一定量の（清浄な）空気が電動機内部に流入しているので、ロータの回転を停止したときも、従来のように負圧によってラビリンス近傍から（工作機械内部の）空気は進入しない。従って電動機内部の内圧を上げるようなエアパージ装置は不要であり、電動機及びこれを含む機械（例えば工作機械）の低コスト化が図れる。
【符号の説明】
【００２６】
８    機械
１０    電動機
１２    前方軸受
１４    後方軸受
１６    回転軸線
１８    回転軸
２０    回転子
２２    固定子
２４    固定子コア
２６    前フランジ
２８    前方カバー
３０    後フランジ
３２    支持環
３４    後方カバー
３６    エンコーダ
３８    巻線
４０    端子箱
４２    ラビリンス部材
４４    隙間
４６    前方空間
４８    後方空間
５０、５８    管路
５２    貫通孔
５４    機械の内部空間
５６    アンプ
６０    動力線
【図１】
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【図２】
2019097246.tif 000004