(57)【要約】【課題】エア流量を最適に制御するエアパージシステムを提供する。【解決手段】ハウジング３の端部に設けられ、出力軸２１の外周面の周囲空間に空気を供給するエアパージ装置４を有する電動機１０１と、電動機１０１の動作情報を取得する情報取得部１５と、取得された動作情報に応じて、エアパージ装置４から供給される空気量を制御する空気制御部６，４５と、を備え、空気制御部６，４５は、情報取得部１５が電動機１０１の減速動作情報を取得すると、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させる。【選択図】図１
2016010204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングの内部に回転可能に支持された出力軸と、前記ハウジングの端部に設けられ、前記出力軸の外周面の周囲空間に空気を供給するエアパージ装置とを有する電動機と、
前記電動機の動作情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部により取得された動作情報に応じて、前記エアパージ装置から供給される空気量を制御する空気制御部と、を備え、
前記空気制御部は、前記情報取得部により前記電動機の減速動作に対応した減速情報が取得されると、前記エアパージ装置から供給される空気量を増大させることを特徴とするエアパージシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエアパージシステムにおいて、
前記情報取得部は、前記電動機の回転数を検出する検出部を有し、
前記空気制御部は、前記検出部により前記電動機の減速動作が検出されると、前記エアパージ装置から供給される空気量を増大させることを特徴とするエアパージシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のエアパージシステムにおいて、
前記情報取得部は、前記電動機の動作を指令する指令部を有し、
前記空気制御部は、前記指令部により前記電動機の減速動作が指令されると、前記エアパージ装置から供給される空気量を増大させることを特徴とするエアパージシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のエアパージシステムにおいて、
前記情報取得部は、予め定められた前記電動機の動作を制御するための運転プログラムを参照して前記電動機の減速開始時点を予測する減速予測部を有し、
前記空気制御部は、前記減速予測部により予測された前記減速開始時点よりも所定時間前に、前記エアパージ装置から供給される空気量を増大させることを特徴とするエアパージシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアパージシステムにおいて、
前記情報取得部は、前記電動機の停止動作、加速動作および一定回転動作にそれぞれ対応した停止情報、加速情報および一定回転情報をさらに取得し、
前記空気制御部は、前記情報取得部により前記減速情報が取得されると、前記停止情報、前記加速情報および前記一定回転情報が取得されたときよりも、前記エアパージ装置から供給される空気量を増大させることを特徴とするエアパージシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の出力軸の近傍に供給されるエア流量を制御可能なエアパージシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機の出力軸の近傍に圧縮エアを供給することで、電動機ハウジングの内部への異物の侵入を防止するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、ハウジングの端面にエアパージ装置が取り付けられ、エアパージ装置の外部から供給された圧縮エアを、エアパージ装置内の流路を介して電動機の出力軸の外周面に向けて吹き出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
ところで、電動機の出力軸の周囲における遠心力や圧力は、電動機の回転状態に応じて変化し、これによりハウジング内への異物の侵入のしやすさが変化する。しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、電動機の回転状態に拘わらず圧縮エアを供給するため、圧縮エアの供給量が過剰または不足するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるエアパージシステムは、ハウジングと、ハウジングの内部に回転可能に支持された出力軸と、ハウジングの端部に設けられ、出力軸の外周面の周囲空間に空気を供給するエアパージ装置とを有する電動機と、電動機の動作情報を取得する情報取得部と、情報取得部により取得された動作情報に応じて、エアパージ装置から供給される空気量を制御する空気制御部とを備える。そして、空気制御部は、情報取得部により電動機の減速動作に対応した減速情報が取得されると、エアパージ装置から供給される空気量を増大させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電動機の減速時に、エアパージ装置から供給される空気量を増大させるので、出力軸の近傍に圧縮エアを過不足なく供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るエアパージシステムの全体構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るエアパージシステムによる動作の一例を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係るエアパージシステムによる動作の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１〜図３を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエアパージシステム１００の概略構成を示す図である。このエアパージシステム１００は電動機１０１を含む。電動機１０１は、例えば工作機械の主軸駆動用に用いられる三相誘導電動機である。
【０００９】
図１に示すように、電動機１０１は、ロータ１と、ステータ２と、ハウジング３と、エアパージ装置４とを有する。なお、以下では、図示のように電動機１０１の回転軸線Ｌ０に沿った方向を便宜上、前後方向と定義する。
【００１０】
ロータ１は、軸線Ｌ０を中心に回転するロータコア１１と、ロータコア１１と一体に設けられ、ロータコア１１の前端面および後端面からそれぞれ軸線Ｌ０に沿って前方および後方に延在する出力軸１２，１３とを有する。出力軸１２の前端部には、フリンジャー１４が設けられ、出力軸１３の後端部にはエンコーダ１５が設けられている。なお、図示は省略するが、出力軸１２の前端部には、減速機を介さずに工作機械の主軸が取り付けられる。
【００１１】
ステータ２は、複数枚の電磁鋼板を積層してなる筒状のステータコア２１と、ステータコア２１の内周面に巻回された巻線２２とを有する。ステータコア２１はロータコア１１の外周面との間に隙間を空けて配置され、ロータコア１１は、巻線２２への供給電流によって発生した回転磁界により、出力軸１２，１３と一体に回転する。
【００１２】
ハウジング３は、スタータコア２１の前端部に設けられたフロントハウジング３１と、ステータコア２１の後端部に設けられたリアハウジング３２とを有する。リアハウジング３２の外周面には端子箱３３が設けられている。フロントハウジング３１の内周面と出力軸１２の外周面との間およびリアハウジング３２の内周面と出力軸１３の外周面との間にはそれぞれベアリング３４，３５が設けられ、出力軸１２，１３は、ベアリング３４，３５を介してハウジング３から回転可能に支持されている。
【００１３】
エアパージ装置４は、電動機１０１内への異物の侵入を防止ためのものである。すなわち、工作機械の電動機１０１は、洗浄水や切削油などが飛散する状況で使用されるため、洗浄水や切削油などの異物が出力軸１２とハウジング３（フロントハウジング３１）との間の隙間を介して電動機１０１内へ侵入するおそれがある。とくに、減速機を介さずに電動機１０１の出力軸１２に主軸を直結すると、電動機１０１が加工エリアに接近し、電動機１０１内へ異物が侵入しやすい。これを防ぐために、例えば出力軸１２とハウジング３との間にオイルシール等のシール材を設けると、ロータ１の高速回転によりシール材が摩耗するおそれがある。
【００１４】
そこで、本実施形態では、フロントハウジング３１の前端部にエアパージ装置４を設け、フロントハウジング３１と出力軸１２との間の隙間１０、すなわち出力軸１２の外周面の周囲空間に、エアパージ装置４からエアを供給することで、電動機１０１内への異物の混入を防ぐ。なお、電動機１０１の後端部はカバー３６で覆われているため、リアハウジング３２側からの異物の混入はない。したがって、本実施形態の電動機１０１は、フロントハウジング３１の前端部のみにエアパージ装置４を有する。
【００１５】
エアパージ装置４は、フロントハウジング３１の前端部を径方向に貫通する貫通孔によって構成されたエア流路４１を有する。フロントハウジング３１の外周面におけるエア流路４１の一端部には、エア流入口４２が設けられ、フロントハウジング３１の内周面におけるエア流路４１の他端部には、エア流出口４３が設けられている。エア流出口４３は、ベアリング３４の前方かつフリンジャー１４の後方に位置し、出力軸１２の外周面に面している。
【００１６】
エア流入口４２には、管路４４を介してバルブ４５が接続され、さらにバルブ４５には、管路４６を介してエアタンク４７が接続されている。エアタンク４７には、図示しないポンプの駆動によりエアが供給され、タンク４７内に高圧の圧縮エアが蓄えられる。バルブ４５は、電気信号により弁開度を変更可能な可変バルブであり、バルブ４５の開度を調整することで、エア流出口４３から吹き出される圧縮エアの供給量（図２，３）を増減できる。
【００１７】
電動機１０１の駆動は、電動機制御部５により制御され、バルブ４５の開度は、エア供給制御部６により制御される。電動機制御部５は、予め定められた電動機運転プログラムＰＲに従い電動機１０１の駆動を制御する。電動機制御部５は、エンコーダ１５からの信号により、電動機１０１の速度情報（電動機回転数）を取得するとともに、電動機回転数を時間微分することで、電動機１０１の加速度情報を取得する。
【００１８】
エア供給制御部６は、電動機制御部５から出力された電動機１０１の速度情報および加速度情報に基づき、バルブ４５の開度を制御する。図２は、エンコーダ１５からの信号により取得した電動機１０１の速度情報（電動機回転数Ｎ）および加速度情報（電動機加速度Ａ）と、エア流出口４３から吹き出されるエア供給量Ｇとの関係を示す図である。
【００１９】
電動機１０１は、電動機制御部５により図２に示すように回転が制御される。すなわち、電動機１０１は、時点ｔ０〜ｔ１で回転を停止し（Ｎ＝Ｎ０）、時点ｔ１〜ｔ２で正の所定加速度Ａ１で加速し、時点ｔ２〜ｔ３で一定回転数Ｎ１で回転し、時点ｔ３〜ｔ４で負の所定加速度Ａ２（＝−Ａ１）で減速し、時点ｔ４以降、再び回転を停止する（Ｎ＝Ｎ０）。
【００２０】
このとき、エア供給制御部６は、回転停止時（時点ｔ０〜ｔ１）において、エア供給量が予め定めた基準値Ｇ０となるようにバルブ４５の開度を制御する。回転停止時は、出力軸１２の近傍（隙間１０等）は大気圧に保たれ、ハウジング３内に異物を吸い込む作用がない。この点を考慮して、予め基準値Ｇ０が決定される。
【００２１】
一方、電動機１０１の加速時（時点ｔ１〜ｔ２）においては、電動機回転数が高くなるほど、出力軸１２の周面に作用する遠心力が増大する。このため、出力軸１２の近傍は負圧になるが、出力軸１２の周囲の異物は遠心力により外部（径方向外側）へ排出されるため、加速時は停止時よりもハウジング３内に異物が侵入しにくい。また、ハウジング３内への異物の侵入は、遠心力が大きいほど抑制される。この点を考慮して、エア供給制御部６は、加速時において、エア供給量を基準値Ｇ０よりも減少させるとともに、電動機回転数の増加に伴いエア供給量を徐々に低減させるようにバルブ４５の開度を制御する。
【００２２】
電動機１０１の一定回転時（時点ｔ２〜ｔ３）においては、エア供給制御部６は、加速終了時のエア供給量Ｇ１を維持するようにバルブ４５を制御する。したがって、一定回転時における電動機回転数が高いほど、エア供給量が低減される。このように電動機１０１の加速時（時点ｔ１〜ｔ２）および一定回転時（時点ｔ２〜ｔ３）におけるエア供給量を基準値Ｇ０よりも低減させることで、圧縮エアの無駄な消費を抑えることができる。
【００２３】
電動機１０１の減速時（時点ｔ３〜ｔ４）においては、出力軸１２の周面に作用する遠心力が減少する。このとき、電動機１０１の高回転後は出力軸１２の近傍が負圧であるため、ハウジング３内に異物が吸い込まれるおそれがある。これを防止するため、減速時においては、エア供給量が基準値Ｇ０よりも大きな値（最大値Ｇ２）となるようにエア供給制御部６がバルブ４５の開度を制御する。これによりハウジング３内への異物の侵入を確実に防止することができる。
【００２４】
このように本実施形態では、電動機１０１の回転に応じて出力軸１２の外周面に作用する遠心力や出力軸１２の周囲の圧力が変化することによりハウジング３内への異物の侵入のしやすさが変化する点を考慮し、電動機１０１の回転に応じてエア流出口４３からのエア供給量を制御するようにした。すなわち、エア供給制御部６は、エンコーダ１５からの信号により電動機１０１の減速動作が検出されると、バルブ４５の開度を大きくし、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させる。これによりハウジング３内への異物の侵入を阻止するためのエアを、エアパージ装置４から出力軸１２の周囲空間に過不足なく供給することができ、エアパージ装置４からエア供給を効率的に行うことができる。
【００２５】
換言すると、電動機１０１の停止時、加速時および一定回転時のエア供給量を、減速時のエア供給量Ｇ２よりも低減するので、電動機１０１の回転状態に拘わらずエアパージ装置４から所定量（例えば最大値Ｇ２）のエアを供給している場合に比べ、エア消費量を大幅に削減することができる。また、減速時のエア供給量を基準値Ｇ０よりも増大させるので、電動機１０１の回転状態に拘わらずエアパージ装置４から所定量（例えば基準値Ｇ０）のエアを供給している場合に比べ、減速時にハウジング３内への異物の侵入を確実に防止することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、エンコーダ１５からの信号により電動機１０１の減速動作を検出し、減速動作が検出されると、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させるようにしたが、電動機１０１の動作を指令する指令部により電動機１０１の減速動作が指令されると、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させるようにしてもよい。すなわち、電動機１０１の現在の動作情報を取得する情報取得部は、エンコーダ１５等の検出部だけでなく、電動機制御部５等の指令部であってもよい。電動機１０１の減速動作に対応した減速情報、停止動作に対応した停止情報、加速動作に対応した加速情報、および一定回転動作に対応した一定回転情報のうち、少なくとも減速情報を取得するのであれば、情報取得部の構成はいかなるものでもよい。速度検出値と加速度検出値の符号が互いに異なるとき、または速度指令と加速度指令の符号が互いに異なるときに、減速情報を取得してもよい。
【００２７】
電動機制御部５あるいはエア供給制御部６が、電動機運転プログラムＰＲを参照して電動機１０１の減速開始時点を予測する減速予測部を有し、この減速開始時点を用いて、エア供給制御部６がエアパージ装置４から供給される空気量を増大させるようにしてもよい。すなわち、情報取得部として減速予測部を用いてもよい。図３は、この場合の電動機回転数Ｎと電動機加速度Ａとエア供給量Ｇとの関係を示す図である。
【００２８】
図３では、電動機運転プログラムＰＲにより減速開始時点ｔ３を予測し、この減速開始時点ｔ３よりも所定時間Δｔ１前に、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させる。これにより、エアパージ装置４からのエア供給量を遅滞なく増大させることができ、減速時の異物の侵入を確実に防止することができる。
【００２９】
なお、図３では、さらに電動機運転プログラムＰＲにより加速開始時点ｔ１を予測し、この加速開始時点ｔ１よりも所定時間Δｔ２後に、エアパージ装置４から供給される空気量を増大させている。これにより、電動機１０１の加速動作が開始された後に、エア供給量が低減するため、加速時の異物の侵入も確実に防止することができる。
【００３０】
上記実施形態では、エア供給制御部６がバルブ４５の開度を制御することで、電動機１０１の減速時のエア供給量を、停止時、加速時および一定回転時におけるエア供給量よりも増大させるようにしたが、少なくとも減速時のエア供給量を一定回転時におけるエア供給量よりも増大させるのであれば、空気制御部の構成はいかなるものでもよい。例えば、停止時、加速時および一定回転時のエア供給量を、それぞれ所定値（例えばＧ０）に制御してもよい。バルブ４５を用いずに、ポンプの回転制御によりエア供給量を制御してもよい。
【００３１】
以上の実施形態のエアパージシステム１００は、工作機械に適用したが、本発明のエアパージシステム１００は、工作機械以外にも同様に適用することができる。したがって、切削液だけでなくダスト等、他の異物の侵入を防止するために用いることもできる。
【００３２】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
３    ハウジング
４    エアパージ装置
５    電動機制御部
６    エア供給制御部
１５    エンコーダ
２１    出力軸
１０１    エアパージシステム
１０１    電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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