(57)【要約】【課題】回転電機の冷却能力を高める。【解決手段】回転電機１は、フレーム２と、フレーム２の内側に固定された固定子３と、フレーム２と固定子３との間に配置され、第２冷媒流路４が形成された固定子ジャケット５と、固定子３と半径方向に空隙を介して対向配置された回転子６と、回転子６が固定され、軸受１３により回転自在に支持された中空状の回転シャフト７と、回転シャフト７の内側に挿入される固定シャフト８と、回転シャフト７と固定シャフト８との間に形成された第１冷媒流路９と、を有する。【選択図】図１
2015104214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子が固定され、軸受により回転自在に支持された中空状の回転シャフトと、
前記回転シャフトの内側に挿入される固定シャフトと、
前記回転シャフトと前記固定シャフトとの間に形成された第１冷媒流路と、を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
フレームと、
前記フレームの内側に固定され、前記回転子と半径方向に空隙を介して対向配置された固定子と、
前記フレームと前記固定子との間に配置され、第２冷媒流路が形成された固定子ジャケットと、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記フレームの軸方向一方側に配置され、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路を連通する連通流路を内部に備えたブラケットをさらに有する
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定シャフトは、
中空構造である
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記固定シャフトは、
内周面の前記軸方向他方側に前記第１冷媒流路に連通された第１冷媒出入口を有し、
前記フレームは、
外周面の前記軸方向他方側に前記第２冷媒流路に連通された第２冷媒出入口を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転シャフトは、
負荷対象物に直接固定される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記負荷対象物は、
前記第１冷媒流路と連通した第３冷媒流路を内部に備える
ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子は、
前記回転シャフトの外周面に設置された複数の永久磁石を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、固定子鉄心と、固定子鉄心の外側に設けたフレームと、固定子鉄心とフレームの間に冷媒を通すフレーム冷却ジャケットを備えるモータの冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５３８９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記モータの冷却装置は、回転子側に冷却構造を有していないので、更なる冷却能力の向上を図る余地があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却能力を高めることが可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転子が固定され、軸受により回転自在に支持された中空状の回転シャフトと、前記回転シャフトの内側に挿入される固定シャフトと、前記回転シャフトと前記固定シャフトとの間に形成された第１冷媒流路と、を有する回転電機が適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転電機の冷却能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る回転電機の全体構成を表す軸方向断面図である。
【図２】回転テーブルに冷媒流路を形成した変形例における回転電機の全体構成を表す軸方向断面図である。
【図３】第１冷媒流路を軸方向に沿って設ける変形例における回転電機の全体構成を表す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、回転電機等の構成の説明の便宜上、上下左右等の方向を適宜使用するが、回転電機等の各構成の位置関係を限定するものではない。
【００１０】
＜回転電機の構成＞
図１を用いて、本実施形態に係る回転電機の全体構成を説明する。図１に示すように、回転電機１は、フレーム２と、固定子３と、固定子ジャケット５と、回転子６と、中空状の回転シャフト７と、中空状の固定シャフト８と、第１冷媒流路９と、を有する。回転シャフト７の軸方向他方端（図１中上端）には、図示しないワークを載置する回転テーブル２０が取り付けられている。この例では、回転電機１は、回転シャフト７により負荷対象物である回転テーブル２０を直接回転駆動するダイレクトドライブ型のモータとして構成されている。
【００１１】
フレーム２は筒状に形成される。このフレーム２の軸方向一方側（図１中下側）及び軸方向他方側には、それぞれの開口を塞ぐ反負荷側ブラケット１１及び負荷側ブラケット１２が取り付けられている。固定子３は、フレーム２の内側に固定され、固定子ジャケット５は、フレーム２と固定子３との間に配置されている。
【００１２】
回転子６は、複数の永久磁石６ａを有する。複数の永久磁石６ａは、回転シャフト７の外周面に、その長手方向が軸方向に沿うように固定されている。回転子６は、固定子３と半径方向に空隙を介して対向配置されている。回転シャフト７は、その外周面の軸方向他方側に設けられた軸受１３を介して負荷側ブラケット１２に回転自在に支持されている。軸受１３としては、例えばクロスローラ軸受等が使用される。上述のように、回転シャフト７は中空状であり、その内側には固定シャフト８が挿入される。回転シャフト７と固定シャフト８とは、回転方向に摺動可能に構成される。固定シャフト８の軸方向一方端（図１中下端）は、反負荷側ブラケット１１に固定されている。
【００１３】
回転シャフト７と固定シャフト８との間には、回転接触シール１４が軸方向両側に設けられる。この回転接触シール１４により、第１冷媒流路９を流れる冷媒を密封することができる。本実施形態では、軸方向一方側（図１中下側）の回転接触シール１４は回転シャフト７側に、軸方向他方側（図１中上側）の回転接触シール１４は固定シャフト８側に設けられる。なお、回転接触シール１４の設置位置はこれに限定されるものではなく、両方共に回転シャフト７側あるいは固定シャフト８側に設けられてもよいし、上記と反対に軸方向一方側（図１中下側）の回転接触シール１４を固定シャフト８側に、軸方向他方側（図１中上側）の回転接触シール１４を回転シャフト７側に設けてもよい。
【００１４】
固定子ジャケット５には、第２冷媒流路４が形成される。第２冷媒流路４は、固定子ジャケット５のフレーム２と接触する外周面に開口する凹状の溝部４ａとして形成される。なお、第２冷媒流路４の形態は溝状に限定されるものではなく、例えば固定子ジャケット５の内部に形成された流通孔としてもよい。第２冷媒流路４は、固定子ジャケット５の外周面に螺旋状に設けられている。溝部４ａは、この例では矩形断面を有しているが、円形状や楕円形状等、その他の断面形状としてもよい。フレーム２の外周面の軸方向他方側（図１中上側）には、第２冷媒流路４に連通された第２冷媒出入口１８が設けられている。
【００１５】
第１冷媒流路９は、回転シャフト７と固定シャフト８との間に形成されている。本実施形態では、第１冷媒流路９は、回転シャフト７の内周面に開口する凹状の溝部９ａとして形成される。なお、第１冷媒流路９は、固定シャフト８の外周面に開口する凹状の溝部として形成してもよいし、回転シャフト７の内部に形成された流通孔としてもよい。第１冷媒流路９は、回転シャフト７の内周面に螺旋状に設けられている。溝部９ａは、この例では矩形断面を有しているが、円形状や楕円形状等、その他の断面形状としてもよい。固定シャフト８の内周面８ａの軸方向他方側（図１中上側）には、第１冷媒流路９に連通された第１冷媒出入口１６が設けられている。
【００１６】
反負荷側ブラケット１１は、連通流路１７を内部に備えている。連通流路１７は、反負荷側ブラケット１１から固定シャフト８内に延設されるとともにフレーム２内に延設され、第１冷媒流路９と第２冷媒流路４とを連通している。
【００１７】
固定シャフト８の第１冷媒出入口１６には、図示しない冷媒供給源に接続された図示しないチューブ等の冷媒供給路が固定シャフト８の内部を通って連結されており、冷媒供給源からの冷媒が第１冷媒出入口１６から第１冷媒流路９に供給される。第１冷媒流路９に供給された冷媒は、第１冷媒流路９に沿って軸方向他方側から軸方向一方側に向けて螺旋状に流れて、回転シャフト７に固定された回転子６を冷却する。回転子６を冷却した冷媒は、第１冷媒流路９の軸方向一方側から反負荷側ブラケット１１内の連通流路１７に流入し、連通流路１７から第２冷媒流路４に流入する。第２冷媒流路４に流入した冷媒は、第２冷媒流路４に沿って軸方向一方側から軸方向他方側に向けて螺旋状に流れて、固定子３を冷却する。固定子３を冷却した冷媒は、第２冷媒流路４の軸方向他方側からフレーム２内の第２冷媒出入口１８に流入し、第２冷媒出入口１８から回転電機１の外部に排出される。
【００１８】
なお、冷媒は、上記と反対に、第２冷媒出入口１８から供給されて第２冷媒流路４から第１冷媒流路９に流通され、第１冷媒出入口１６から排出されてもよい。また、本実施形態で用いられる冷媒は、例えば冷却水や冷却油等の液体でもよいし、空気等の気体でもよい。
【００１９】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の回転電機１は、回転シャフト７と固定シャフト８との間に形成された第１冷媒流路９を有する。この第１冷媒流路９に冷媒を流通させることにより、回転シャフト７に固定された回転子６を冷却することができる。このように、本実施形態の回転電機１は回転子６について冷却構造を有するので、冷却能力を高めることができる。
【００２０】
また、本実施形態では特に、回転電機１は、フレーム２と固定子３との間に配置され、第２冷媒流路４が形成された固定子ジャケット５を有する。この第２冷媒流路４に冷媒を流通させることにより、固定子３を冷却することができる。このように、本実施形態の回転電機１は固定子３と回転子６の両方について冷却構造を有するので、冷却能力をさらに高めることができる。
【００２１】
また、本実施形態では特に、回転電機１は、フレーム２の軸方向一方側に配置された反負荷側ブラケット１１を有する。この反負荷側ブラケット１１は、第１冷媒流路９と第２冷媒流路４とを連通する連通流路１７を内部に備える。これにより、第１冷媒流路９と第２冷媒流路４のそれぞれに個別に冷媒の出入口を設ける必要がなくなるので、構成を簡易化できる。また、反負荷側ブラケット１１の連通流路１７に冷媒を流通させることで、反負荷側ブラケット１１についても冷却可能となるので、回転電機１の冷却能力をさらに高めることができる。
【００２２】
また、本実施形態では特に、固定シャフト８が中空構造である。これにより、固定シャフト８内に第１冷媒流路９に冷媒を供給又は排出するためのチューブや、その他の電気配線等を配設することが可能となるので、回転電機１をコンパクト化することができる。
【００２３】
また、本実施形態では特に、フレーム２は、外周面の軸方向他方側に第２冷媒流路４に連通された第２冷媒出入口１８を有し、固定シャフト８は、内周面の軸方向他方側に第１冷媒流路９に連通された第１冷媒出入口１６を有する。第１冷媒出入口１６及び第２冷媒出入口１８の両方が固定シャフト８及びフレーム２の軸方向他方側に配置されるので、冷媒を回転シャフト７及びフレーム２のほぼ全域に流通させることが可能となる。したがって、冷却性能を十分に発揮することができる。
【００２４】
本実施形態の回転電機１は、前述のようにいわゆるダイレクトドライブ型のモータとして構成される。この回転電機１では、回転シャフト７が回転テーブル２０に直接固定されるので、固定子３及び回転子６の熱が回転テーブル２０に伝導し易い。このため、回転電機の冷却能力が低いと回転テーブル２０に熱による影響（例えば回転テーブル２０に載置されたワークの加工精度の低下等）を及ぼすおそれがある。したがって、本実施形態のようにダイレクトドライブ型の回転電機に上記実施形態に係る構成を適用することで、負荷対象物への熱による影響を低減することができる。つまり、ダイレクトドライブ型の回転電機１は、上記実施形態に係る構成の適用対象として特に好適である。
【００２５】
また、本実施形態では特に、回転子６は、回転シャフト７の外周面に複数の永久磁石が設置された、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型の回転子である。これにより、永久磁石の空冷効果を高め、回転子６の発熱を抑制できる。
【００２６】
＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
【００２７】
（１）回転テーブルに冷媒流路を形成した場合
上記実施形態では、回転テーブル２０に冷媒流路を形成していないが、回転テーブル２０内にも冷媒流路を形成してもよい。本変形例の一例を図２に示す。図２において、図１と同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【００２８】
図２に示すように、本変形例では、回転テーブル２０が第３冷媒流路２１を内部に備える。この第３冷媒流路２１は、回転テーブル２０の周方向に沿って環状に設けられている。なお、第３冷媒流路２１の形態は環状に限定されるものではなく、例えば放射状や螺旋状等でもよい。また、第３冷媒流路２１の穴部２１ａは、この例では矩形断面を有しているが、円形状や楕円形状等、その他の断面形状としてもよい。回転シャフト８の一方側（図２中左側）には、第３冷媒流路２１と第１冷媒出入口１６とを連通する入口側連通流路２２が軸方向に設けられている。また、回転シャフト８の他方側（図２中右側）には、第３冷媒流路２１と第１冷媒流路９とを連通する出口側連通流路２３が設けられている。なお、本変形例では、第１冷媒出入口１６は、第３冷媒流路２１を介して第１冷媒流路９と連通しており、第１冷媒流路９と直接は連通していない。
【００２９】
本変形例においては、冷媒供給源からの冷媒が第１冷媒出入口１６から回転シャフト７の入口側連通流路２２を経て第３冷媒流路２１に供給される。第３冷媒流路２１に供給された冷媒は、第３冷媒流路２１にしたがって回転テーブル２０内を周方向に流れ、回転テーブル２０を冷却する。回転テーブル２０を冷却した冷媒は、回転シャフト７の出口側連通流路２３を経て第１冷媒流路９に流入し、第１冷媒流路９に供給される。その後は、上記実施形態と同様、冷媒が第１冷媒流路９を流れて回転子６を冷却し、その後反負荷側ブラケット１１の連通流路１７を経て第２冷媒流路４に供給され、第２冷媒流路４を流れて固定子３を冷却する。
【００３０】
以上のように、本変形例では、負荷対象物である回転テーブル２０が第１冷媒流路９と連通した第３冷媒流路２１を内部に備える。これにより、第３冷媒流路２１に冷媒を流通させることで、回転テーブル２０についても冷却することが可能となり、回転テーブル２０への熱による影響をさらに低減することができる。
【００３１】
（２）冷媒流路を軸方向に沿って設ける場合
上記実施形態では、回転シャフト７と固定シャフト８との間に、第１冷媒流路９を螺旋状に形成する場合を一例として説明したが、例えば第１冷媒流路を軸方向に沿って形成してもよい。本変形例の一例を図３に示す。図３において、図１と同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【００３２】
図３に示すように、本変形例では、回転シャフト７と固定シャフト８との間に、軸方向に沿った第１冷媒流路２５が周方向複数箇所（この例では８箇所）に設けられている。第１冷媒流路２５は、回転シャフト７の内周面に開口する凹状の溝部として形成される。なお、第１冷媒流路２５は、固定シャフト８の外周面に開口する凹状の溝部として形成してもよいし、回転シャフト７の内部に形成された流通孔としてもよい。固定シャフト８の軸方向他方側（図３中上側）には、複数の第１冷媒流路２５の各々と連通する複数の第１冷媒出入口２６が設けられ、固定シャフト８の軸方向一方側（図３中下側）には、複数の第１冷媒流路２５と連通する環状の１つの出口側連通流路２７が設けられている。出口側連通流路２７は、反負荷側ブラケット１１内の連通流路１７と連通している。
【００３３】
本変形例においては、冷媒供給源からの冷媒が、各第１冷媒出入口２６から各第１冷媒流路２５に供給される。各第１冷媒流路２５に供給された冷媒は、各第１冷媒流路２５にしたがって軸方向他方側から軸方向一方側に向けて流れ、回転子６を冷却する。回転子６を冷却した冷媒は、各第１冷媒流路２５の軸方向一方側で出口側連通流路２７に流入し、当該出口側連通流路２７で合流して反負荷側ブラケット１１内の連通流路１７に流入する。その後は、上記実施形態と同様、冷媒が連通流路１７を経て第２冷媒流路４に供給され、第２冷媒流路４を流れて固定子３を冷却する。
【００３４】
本変形例でも上記実施形態と同様の効果を得る。なお、上記では第２冷媒流路４については螺旋状としたが、これに限定されるものではなく、第２冷媒流路４についても第１冷媒流路２５と同様に軸方向に沿って設けてもよい。
【００３５】
（３）その他
以上では、固定シャフト８を中空構造としたが、これに限定されるものではなく、中実構造としてもよい。
【００３６】
また以上では、回転電機１がモータである場合を一例として説明したが、本実施形態は、回転電機１が発電機である場合にも適用することができる。
【００３７】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００３８】
その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１            回転電機
２            フレーム
３            固定子
４            第２冷媒流路
５            固定子ジャケット
６            回転子
６ａ          永久磁石
７            回転シャフト
８            固定シャフト
９            第１冷媒流路
１１          反負荷側ブラケット（ブラケット）
１３          軸受
１６          第１冷媒出入口
１７          連通流路
１８          第２冷媒出入口
２０          回転テーブル（負荷対象物）
２１          第３冷媒流路
２５          第１冷媒流路
２６          第１冷媒出入口
【図１】
2015104214.tif 000003
【図２】
2015104214.tif 000004
【図３】
2015104214.tif 000005