(57)【要約】【課題】空気の利用効率を向上したエアパージ機能を有する電動機を提供する。【解決手段】電動機は、出力軸側に位置する第１の端部に設けられる第１の軸受、及び第１の端部とは反対の第２の端部に設けられる第２の軸受によって回転可能に支持される回転子と、巻線を備えていて回転子を包囲する固定子と、第１の軸受を支持するとともに巻線を収容する巻線収容空間を形成する前方ハウジング部品と、第２の軸受を支持する後方ハウジング部品と、加圧された空気が供給される空気供給口と、空気供給口から第１の軸受の周囲の空間まで直線状に延在するとともに巻線収容空間に連通する空気流路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸側に位置する第１の端部に設けられる第１の軸受、及び前記第１の端部とは反対の第２の端部に設けられる第２の軸受によって回転可能に支持される回転子と、
巻線を備えていて前記回転子を包囲する固定子と、
前記第１の軸受を支持するとともに前記巻線を収容する巻線収容空間を形成する前方ハウジング部品と、
前記第２の軸受を支持する後方ハウジング部品と、
加圧された空気が供給される空気供給口と、
前記空気供給口から前記第１の軸受の周囲の空間まで直線状に延在するとともに前記巻線収容空間に連通する空気流路と、
を備える、電動機。
【請求項２】
前記空気流路が、前記回転子の回転軸線に対して直交する方向に延在する、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記巻線収容空間が前記第２の軸受の周囲の空間に連通する、請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記空気供給口とは別個の追加の空気供給口を前記第２の端部にさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項５】
前記第１の端部側における前記巻線収容空間の終端部が、前記第１の軸受を越えた位置に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機内部への異物の混入を防止するエアパージ機能を有する電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械を駆動する電動機は、洗浄液又は切削液などが飛散する環境で使用されることがある。洗浄液又は切削液などの異物が電動機内部に侵入するのを防止するため、ハウジングを構成する部材間の接合部分にシール部材を設けたり、ハウジングと回転軸との間にオイルシールを設けたりすることが公知である。しかしながら、例えば毎分８０００回転を超えるような高速回転する電動機の場合、オイルシールが摩耗して、所期の封止作用を提供できないことがある。
【０００３】
オイルシールを使用することなく電動機内部への異物の混入を防止するエアパージ機能を有する電動機が公知である。例えば、入力軸側に取付けられたチューブを介して圧縮空気を電動機内部に導入するとともに、圧縮空気をステータコアとロータとの間の空隙に通して反対側の出力軸側から電動機外部に排出するようにした工作機械の主軸装置が公知である（特許文献１参照）。
【０００４】
また、出力軸側の端面に取付可能であるとともに、半径方向内側に向かって直線状に延在する空気流路を有するエアパージ装置を備えた電動機が公知である（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０５８５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反対側の入力軸側から出力軸側まで圧縮空気を供給する場合、圧縮空気の流路が長くなるので、圧力損失が大きくなる。また、ステータコアとロータとの間の空隙は概して小さいので、圧力損失はさらに大きくなる。そのため、空気の利用効率が低い傾向にあり、エアパージ機能を提供するのには多量の空気を供給する必要がある。また、曲折した空気流路を形成する必要があるので、構造が複雑化し、製造コストが増大する。
【０００７】
特許文献２に開示されるように出力軸側に空気供給口を設けるとともに直線状の流路に通して圧縮空気を供給する場合、電動機の加速時又は定常動作時には空気の供給量が過剰になり、効率が低下する。また、空気の供給が不安定になって一時的に空気の供給が不足したとき、出力軸付近への異物の侵入を防止できない虞がある。
【０００８】
したがって、空気の利用効率を向上したエアパージ機能を有する電動機が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の１番目の態様によれば、出力軸側に位置する第１の端部に設けられる第１の軸受、及び前記第１の端部とは反対の第２の端部に設けられる第２の軸受によって回転可能に支持される回転子と、巻線を備えていて前記回転子を包囲する固定子と、前記第１の軸受を支持するとともに前記巻線を収容する巻線収容空間を形成する前方ハウジング部品と、前記第２の軸受を支持する後方ハウジング部品と、加圧された空気が供給される空気供給口と、前記空気供給口から前記第１の軸受の周囲の空間まで直線状に延在するとともに前記巻線収容空間に連通する空気流路と、を備える、電動機が提供される。
本願の２番目の態様によれば、１番目の態様に係る電動機において、前記空気流路が、前記回転子の回転軸線に対して直交する方向に延在する。
本願の３番目の態様によれば、１番目又は２番目の態様に係る電動機において、前記巻線収容空間が前記第２の軸受の周囲の空間に連通する。
本願の４番目の態様によれば、１番目から３番目のいずれかの態様に係る電動機において、前記空気供給口とは別個の追加の空気供給口を前記第２の端部にさらに備える。
本願の５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係る電動機において、前記第１の端部側における前記巻線収容空間の終端部が、前記第１の軸受を越えた位置に設けられる。
【００１０】
これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を備える電動機によれば、空気流路が巻線収容空間に連通しているので、電動機の加速時ないし定常動作時に高圧の空気が巻線収容空間に蓄積される。それにより、エアパージ機能のために必要な空気が一時的に不足する場合であっても、巻線収容空間に蓄積された空気が空気流路に供給され、不足分の空気を補えるようになる。それにより、空気の利用効率が向上し、空気の供給量を低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る電動機を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図１の電動機の出力軸付近を拡大して示す部分拡大図である。
【図３】第２の実施形態に係る電動機を概略的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が複数の実施形態にわたって使用される。
【００１４】
図１及び図２を参照して第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態に係る電動機１０を概略的に示す縦断面図である。図２は、図１の電動機１０の出力軸付近を拡大して示す部分拡大図である。電動機１０は、第１の軸受１１及び第２の軸受１２によって回転軸線Ｘ回りに回転可能に支持される回転軸１３と、回転軸１３の外周面に嵌合していて回転軸１３と一体的に回転する回転子２０と、回転子２０を包囲するように回転軸線Ｘに沿って延在する概ね円筒形状の固定子３０と、を備えている。
【００１５】
第１の軸受１１は回転軸１３の前方端１３ａの近傍に配置されている。第１の軸受１１は、例えば固定子コア３１の前端面３１ａにネジ留めされた前方ハウジング部品４１によって支持されている。前方ハウジング部品４１は、固定子コア３１の前端面３１ａから回転軸１３の前方端１３ａに向かって延在していて、回転軸１３の一部及び第１の軸受１１を包囲している。また、前方ハウジング部品４１には、概ね円環形状を有する前方カバー４５が取付けられている。回転軸１３の前方端１３ａは、前方ハウジング部品４１及び前方カバ−４５から突出しており、回転軸１３は、例えば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。なお、本明細書においては、便宜上、出力軸側を「前方」と称し、反対側の非出力軸側を「後方」と称する。
【００１６】
第２の軸受１２は、前方端１３ａとは反対側に位置する回転軸１３の後方端１３ｂの近傍に配置されている。第２の軸受１２は、固定子コア３１の後端面３１ｂにネジ留めされた後方ハウジング部品４２及び後方ハウジング部品４２にネジ留めされた支持環４３よって包囲されている。第２の軸受１２は、支持環４３によって支持されている。後方ハウジング部品４２から突出する回転軸１３の後方端１３ｂは、後方ハウジング部品４２に取付けられた後方カバー４４によって包囲されている。回転軸１３の後方端１３ｂには、回転軸１３の回転位置及び回転速度などを検出するエンコーダ１４が取付けられている。
【００１７】
固定子３０は、積層された多数の電磁鋼板からなる固定子コア３１と、固定子コア３１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３２を備えている。巻線３２は、樹脂などによって固定子コア３１に固定されている。巻線３２は、固定子コア３１の両端から突出するように回転軸線Ｘに沿って延在している。巻線３２には、端子箱１５から延出されたリード線（図示せず）が接続されている。巻線３２は、リード線を介して供給される電流によって回転磁界を発生する。回転子２０は、固定子３０によって発生される回転磁界に従って、回転軸１３と一体的に回転するようになっている。
【００１８】
固定子コア３１から突出する巻線３２は、前方ハウジング部品４１及び後方ハウジング部品４２によって包囲されている。本明細書では、巻線３２を包囲する電動機１０のハウジング（前方ハウジング部品４１又は後方ハウジング部品４２）によって形成される内部空間を「巻線収容空間」と称する。図示された実施形態では、巻線収容空間４６，４７が、前方ハウジング部品４１及び後方ハウジング部品４２によってそれぞれ巻線３２の周囲に形成される。
【００１９】
ところで、工作機械の主軸に連結されて使用される電動機では、洗浄液又は切削液など（以下、単に「異物」と称する。）が飛散する環境で使用される。それら異物が電動機の内部に侵入すると、巻線が絶縁不良に至ったり、又は軸受の支持作用が損なわれたりする虞があるので、異物の侵入を防止する必要がある。ラビリンス又はオイルシールなどを採用した構成が公知であるものの、ラビリンスでは封止作用が不十分であり、オイルシールでは高速回転に対応できない。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る電動機１０は、空気供給部５０を回転軸１３の前方端１３ａの近傍に備えている。空気供給部５０は、加圧された空気を図示されない空気室から第１の軸受１１の周囲の空間まで供給する。そして、空気を回転軸１３の前方端１３ａから電動機１０の外部に連続的に排出することによって、異物が電動機１０の内部に侵入するのを防止できる。
【００２１】
図示されるように、空気供給部５０は、空気室に接続されるチューブ５１が取付けられた空気供給口５２と、前方ハウジング部品４１の内部を通って延在する空気流路５３と、空気排出路５４と、を備えている。空気流路５３は、例えば切削加工によって前方ハウジング部品４１に形成される。
【００２２】
空気流路５３は、前方ハウジング部品４１を半径方向に貫通する貫通穴によって形成される。空気流路５３は、空気供給口５２から半径方向内側に向かって直線状に延在している。一実施形態において、空気流路５３は、回転子２０の回転軸線Ｘに対して直交する方向に延在している。
【００２３】
空気排出路５４は、前方カバー４５によって輪郭形成されていて、空気流路５３の末端位置している。前方カバー４５は、図示されるように回転軸１３に向かって半径方向内側に突出していて、回転軸１３の外周面との間に間隙５５を形成している。それにより、空気供給部５０から供給される空気は、空気排出路５４及び間隙５５を通って電動機１０の外部に排出されるようになっている。
【００２４】
また、本実施形態によれば、空気流路５３は、固定子３０の巻線３２を収容する巻線収容空間４６に連通している。図２に示されるように、空気流路５３と巻線収容空間４６とは、巻線収容空間４６の前方の終端部４６ａにおいて互いに連通している。一実施形態において、巻線収容空間４６の前方の終端部４６ａは、第１の軸受１１を越えた位置に設けられている。換言すると、巻線収容空間４６の終端部４６ａは、空気流路５３の延長線上に位置している。
【００２５】
巻線収容空間４６は、固定子コア３１と回転子２０との間の間隙によって形成される連通部５６を介して、後方ハウジング部品４２によって形成される後方側の巻線収容空間４７に連通している。また、後方側の巻線収容空間４７は、後方ハウジング部品４２及び後方カバー４４によって包囲される内部空間５７に連通している。後方側の内部空間５７は、連通部５８を通って端子箱１５の内部にも連通している。
【００２６】
続いて、本実施形態に係る電動機１０のエアパージ機能について説明する。毎分８０００回転、特に毎分２００００回転を超えるような高速回転する電動機では、比較的大きい遠心力が作用するので、回転軸付近の異物又は空気が電動機の外部に排出されるようになる。それに伴って回転軸付近には負圧が発生するものの、遠心力に起因する排出作用によって、電動機が高速回転している間は、少量の空気でも異物が電動機の内部に侵入するのを防止できる。また、電動機が停止しているとき、出力軸付近は大気圧に概ね等しく、電動機内外において圧力差は生じない。そのため、出力軸付近において異物を吸引する作用は働かないので、同様に少量の空気でも異物の侵入を防止できる。
【００２７】
それに対し、電動機の減速時には遠心力が低下するので、高速回転時に出力軸付近において発生した負圧の影響で異物を吸引する作用が働く。そのため、電動機の減速時において異物の侵入を防止するのには、停止時及び定常動作時に比べて多量の空気を供給する必要がある。
【００２８】
本実施形態に係る電動機１０において、空気供給口５２から供給された空気は、図２において矢印Ａ１によって示されるように、直線状に形成された空気流路５３に導入される。空気流路５３を通って流れる空気は、矢印Ａ２によって示されるように空気排出路５４及び間隙５５を通って電動機１０の外部に排出される。
【００２９】
前述したように、空気流路５３は巻線収容空間４６に連通している。したがって、空気流路５３を通る空気の流れの一部は矢印Ａ３で示されるように巻線収容空間４６内に流入する。空気は、巻線収容空間４６内で蓄積されるとともに、その一部は、矢印Ａ４で示されるように、連通部５６を通って後方側の内部空間５７に向かって流れるようになる。
【００３０】
本実施形態によれば、巻線収容空間４６に蓄積された空気は、回転軸１３及び第１の軸受１１の周囲の空間に供給される空気量が一時的に不足する場合に、不足分の空気量を補うために使用される。また、一実施形態において、空気流路５３と巻線収容空間４６との間の連通部は、空気供給口５２よりも空気排出路５４に近い位置、好ましくは空気排出路５４の近傍に設けられる。巻線収容空間４６と空気排出路５４とを互いに近接した位置に設けることによって、不足分を補う空気が巻線収容空間４６から効率的に供給されるようになる。
【００３１】
本実施形態に係る電動機１０によれば、次の利点を有する。
（１）空気流路５３が巻線収容空間４６に連通しているので、電動機１０が定常動作する際に高圧の空気が巻線収容空間４６に蓄積される。そのため、電動機１０が減速するときに、多量の空気が一時的に要求される場合であっても、不足分の空気を巻線収容空間４６から補充できる。すなわち、電動機１０の減速時に備えて必要以上に多量の空気を供給する必要がなくなり、空気の供給量を低下させられる。
【００３２】
（２）空気供給部５０からの空気の供給量が不安定であり、空気の供給量が一時的に必要量を下回った場合であっても、不足分の空気を巻線収容空間４６に蓄積された空気で補充できるようになる。結果的に、安定的なエアパージ機能を提供できるようになる。
【００３３】
（３）空気供給部５０が前方端１３ａ付近（出力軸側）に設けられる。それにより、特に異物の侵入が起こりやすい回転軸の前方端に優先的に空気を供給できる。それに加えて、巻線収容空間４６を介して後方端（非出力軸側）にも空気が供給されるので、電動機１０の全体に対するエアパージ機能を実現できる。
【００３４】
（４）空気流路５３が直線状の形状を有するので、例えば比較的単純な切削加工によって空気流路５３を前方ハウジング部品４１に形成できるようになり、製造コストを削減できる。
【００３５】
（５）巻線収容空間４６の前方側の終端部が、第１の軸受１１を越えた位置に形成される。それにより、空気流路５３と巻線収容空間４６とを互いに容易に連通させられるようになる。すなわち、空気流路５３を形成するときに、巻線収容空間４６の終端部４６ａが空気流路５３の延長線上に位置するので、追加の工程を必要とすることなく、空気流路５３と巻線収容空間４６とを互いに連通させられる。
【００３６】
図２は、第２の実施形態に係る電動機１０を概略的に示す縦断面図である。本実施形態に係る電動機１０は、前方端１３ａ側に設けられた空気供給部５０に加えて、反対側の後方端１３ｂ側にも追加の空気供給部（以下、「第２の空気供給部６０」と称する。）が設けられる点において第１の実施形態と相違する。
【００３７】
図２に示されるように、第２の空気供給部６０は、空気室（図示されない）と第２の空気供給部６０との間を接続するチューブ６１と、端子箱１５の上面に形成される空気供給口６２と、を備えている。第２の空気供給口６２を通じて供給される空気は、端子箱１５の内部、並びに後方ハウジング部品４２及び後方カバー４４によって包囲される内部空間５７を通って流れる。このように、第２の空気供給部６０によって供給される空気によって、電動機１０の後方側に対して独立したエアパージ機能を提供できるようになる。
【００３８】
本実施形態に係る電動機１０によれば、前方側から空気を供給する場合に比べて、圧力損失を低減できる。したがって、第１の実施形態に関連して説明した利点に加えて、比較的低い空気圧であっても十分なエアパージ機能を提供できる利点を有する。
【００３９】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    電動機
１１    第１の軸受
１２    第２の軸受
１３    回転軸
１３ａ    前方端
１３ｂ    後方端
１４    エンコーダ
１５    端子箱
２０    回転子
３０    固定子
３１    固定子コア
３２    巻線
４１    前方ハウジング部品
４２    後方ハウジング部品
４３    支持環
４４    後方カバー
４５    前方カバー
４６    巻線収容空間
４６ａ    （巻線収容空間の）終端部
４７    巻線収容空間
５０    空気供給部
５１    チューブ
５２    空気供給口
５３    空気流路
５４    空気排出路
５５    間隙
５６    連通部
５７    内部空間
６０    第２の空気供給部
６１    チューブ
６２    空気供給口
【図１】
2015223022.tif 000003
【図２】
2015223022.tif 000004
【図３】
2015223022.tif 000005