(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コイルを備えた積層鉄心からなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の外周面に設けた第１フレームと、前記第１フレームの外周面に接触して設けられた第２フレームと、前記第１フレームと前記第２フレームの何れか一方の他方に接触する面に周方向に伸びるように微小な環状の隙間を形成した冷媒液溝と、
を備え、冷媒液を前記冷媒液溝に流すことにより固定子の冷却を行う電動機の冷却装置において、
前記冷媒液溝は少なくとも冷媒液の流入口近傍にテーパ部を設けてあることを特徴とする電動機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば工作機械主軸の駆動などに用いられる電動機の冷却装置に関し、特に固定子を冷媒液により冷却するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械主軸の駆動などに用いられると共に、固定子を冷媒液により冷却する電動機の冷却装置は、図５のようになっている。図５は従来技術を示す電動機の側断面図である。
図において、２１は回転軸、２２は回転子、２３は固定子鉄心、２４はフレーム、２５はモールド樹脂、２６は固定子コイル、２７は流入口、２８は流出口、２９は冷媒液溝、３０は回り止めネジである。
回転軸２１に固定された回転子２２の外周に対向して、積層鉄心からなる固定子鉄心２３が設けられている。固定子鉄心２３は固定子コイル２６を備え、固定子鉄心２３の外周に樹脂皮膜を介してフレーム２４が嵌合される。また、フレーム２４の内周の固定子鉄心２３の外周に接触する面には、螺旋状をした多条の冷媒液溝２９が設けられ、冷媒液溝２９の両端に冷媒液の流入口２７および流出口２８が設けられて、フレーム２４の外周に開口している。さらに、フレーム２４の内周と、固定子鉄心２３の端面と、固定子コイル２６のコイルエンドとの間にはモールド樹脂２５を充填し、固定子コイル２６の発生熱をフレーム２４に伝達し易くしてある。それから、固定子鉄心２３とフレーム２４の間は、回り止めネジ３０がフレーム２４から固定子鉄心２３に向かってねじ込まれており、固定子鉄心２３とフレーム２４の間に掛かるトルクを伝達するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公平７―４７９７３号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術のようにフレーム２４内に設けた冷媒液溝２９に冷媒液を流して固定子を冷却する手段では、更に冷却効率を高めるために、一般に冷却ユニット（不図示）のポンプの能力を上げて冷媒液の流量を増加させたり、螺旋状の冷媒液溝２９の数を増やして冷媒が固定子部に接触する時間、熱伝達に寄与する冷媒との接触面積を増加させるなどの方法を用いている。
しかしながら、前者の冷却ユニットのポンプの能力を上げる手段は、ポンプ用電動機の容量増加などの影響を受けて冷却ユニット自体でコスト上昇となることや、運転時の消費電力の増加となるという問題があった。
一方、後者の螺旋状の冷媒液溝２９の数を増やす手段は、冷媒液溝２９を形成するための部材の機械加工工数が多くなるため、コスト上昇の要因となり、近年のコスト低減、省エネの要求への対応が困難になるという問題があった。
【０００５】
また、従来技術は、フレーム２４の外周から固定子鉄心２３に向かって回りとめネジ３０をラジアル方向に締め付けなければならないため、回り止めネジ３０のラジアル方向の締結力が強くなりすぎると、フレーム２４の真円度を悪くすると共に、フレーム２４の負荷側および反負荷側に設けられるブラケット３１、３２との嵌合面に歪みを生じ、その歪みがブラケット３１、３２を介して軸受３３、３４の倒れとなり、電動機の振動の原因になるという問題があった。
それから、上記の締結方法では、電動機の姿勢を変えながらフレーム２４の全周におけるラジアル方向から締結する方法のため、大型の電動機になればなるほどクレーンを用いた大掛かりな作業になるため、組立工数が増え、コストが増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、冷媒液の流量を増加させることなく冷却効率を高め、かつ、冷媒液溝を形成する部材の機械加工工数を低減することができ、しかもフレームの真円度の影響がなく組立工数の少ない、安価な電動機の冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明は、固定子コイルを備えた積層鉄心からなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の外周面に設けた第１フレームと、前記第１フレームの外周面に接触して設けられた第２フレームと、前記第１フレームと前記第２フレームの何れか一方の他方に接触する面に周方向に伸びるように微小な環状の隙間を形成した冷媒液溝と、を備え、冷媒液を前記冷媒液溝に流すことにより固定子の冷却を行う電動機の冷却装置において、前記冷媒液溝は少なくとも冷媒液の流入口近傍にテーパ部を設けてあることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す電動機の側断面図、図２はフレーム、冷媒液溝および流入口の構成を示したものであって、（ａ）は図１のＸ―Ｘ線に沿うその正断面図、（ｂ）は（ａ）の流入口をＹ方向から見た断面図である。
図において、１は回転軸、２は回転子、３は固定子鉄心、４は固定子コイル、５は冷媒液溝、６は流入口、７は供給用配管、８は流出口、９は回収用配管、１０は第１フレーム、１０Ａは雌ねじ部、１１は第２フレーム、１１Ａは通し穴、１１Ｂは段付部、１２は冷却ユニット、１３は締結ネジ、１４、１５はブラケット、１６、１７は軸受である。なお、回転軸１に固定された回転子２の外周に、固定子コイル４を備えた固定子鉄心３が設けられた構成は、従来技術と同じである。
【０００９】
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、従来技術のフレームに相当する構成要素として、固定子鉄心３の外周面に設けられた第１フレーム１０と、この第１フレーム１０の外周面に接触して設けられた第２フレーム１１とから成るものを用いた点である。第１フレーム１０の第２フレーム１１に接触する面には、周方向に伸びるように微小な環状の隙間を形成した冷媒液溝５を設けており、平滑な同心円筒状に加工されている。
また、冷媒液溝５の両端に冷媒液の流入口６および流出口８が設けられて、第２フレーム１１の外周に開口している。当該冷媒液溝５の両端における第１フレーム１０並びに第２フレーム１１との間には図示しないＯリングを設け、冷媒液が漏れないようにシールを施している。
さらに、図２に示すように冷媒液溝５の入口部となる流入口６の流入方向から見た断面積をＡ、冷媒液溝５の軸方向から見た断面積をＢとしたときに、Ａ≧Ｂの関係を有するものである。
そして、図１に示すように第１フレーム１０の端部に雌ねじ部１０Ａを設け、第２フレーム１１の軸方向の一方端に通し穴１１Ａを有する段付部１１Ｂを形成すると共に、第１フレーム１０の端部の雌ネジ部１０Ａに対して第２フレーム１１の段付部１１Ｂを、通し穴１１Ａを介し締結ネジ１３によりスラスト方向に向かってねじ込み固定してある。当該第１フレーム１０と第２フレーム１１は、固定子コイル４が収納される空間Ｓ内で締結してある。
【００１０】
このような構成において、電動機を運転させたときに固定子コイル４、固定子鉄心３で発生する銅損あるいは鉄損などの損失による熱が、第１のフレーム１０から第２のフレーム１１に熱伝導するが、冷却ユニット１２よりら供給用配管７を経て供給される冷媒液は、第１のフレーム１０と第２のフレーム１１間に設けた冷媒液溝５を通過するときに固定子コイル４、固定子鉄心３で発生した熱を奪い、冷媒液溝５から回収用配管９を経て冷却ユニット１２に回収され、以上の動作を繰り返しながら熱交換される。
【００１１】
また、図３は本発明と従来技術の冷却効果の比較を表した図である。
すなわち、電機子コイル温度上昇に対する電動機損失の比を百分率で比較したものであり、これによると、本発明は冷却効果を従来より約２０％高めることが可能となる。
【００１２】
本発明の第１の実施例は上記構成にしたので、冷媒液溝５は平滑な同心円筒状に加工されていることから、従来のように複雑な多条の螺旋溝に加工したものに比べ、加工が容易で冷媒液の流路を形成する部材の機械加工工数を低減することができ、コスト低減を可能にした電動機の冷却装置を提供することができる。
【００１３】
また、冷媒液溝５は第１フレーム１０および第２フレーム１１間に形成された微小な環状の隙間を有することから、冷却ユニットのポンプの能力を上げて冷媒液の流量を増加させることなく、冷媒液の流速を上げることができるとともに、第１フレーム１０、冷媒液溝５および第２フレーム１１間の熱伝達を向上させ、冷却効率を高めることができる。
【００１４】
さらに、冷媒液溝の流入口６の流入方向から見た断面積Ａを、冷媒液溝５の軸方向から見た断面積Ｂに対して大きくしたので、機械加工工数を削減し、コストを低減することができる。
【００１５】
そして、本実施例は冷却ユニット自体でコスト上昇となることや、運転時の消費電力の増加となるという問題を解消できる。
【００１６】
それから、本実施例は第２フレーム１１の軸方向の一方端に段付部１１Ｂを形成し、第１フレーム１０の端部と第２フレーム１１の段付部１１Ｂをスラスト方向に向かって締結ネジ１３により固定するようにしたので、締結ネジ１３の締結力が主にスラスト方向に掛かることで、第１フレーム１０および第２フレーム１１の真円度に与える影響を小さくすることができる。その結果、負荷側、反負荷側ブラケット１４、１５と第２フレーム１１の嵌め合いがスムーズになり、組み立て易くなると共に、軸受１６、１７の倒れによる振動も発生しなくなる。また、本実施例による締結方法では、第２フレーム１１から第１フレーム１０のスラスト方向に向かって締結ネジ１３により締結しているので、電動機を置いたまま姿勢を変えることなく作業を行うことができ、組立工数を削減し、コストを抑えることができる。
またさらに、第１フレーム１０と第２フレーム１１を、固定子コイル４が収納される空間Ｓ内で締結するようにしたので、締結ネジ１３を介して外部から電動機内部に水などが侵入するといった問題を防ぎ、耐環境性を向上させることができる。
【００１７】
図４は本発明の第２の実施例を示すフレーム部の拡大側断面図である。
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、冷媒液溝５は冷媒液の流入口６近傍および冷媒液の流出口８近傍に冷媒液の流速を絞るためのテーパ部６Ａ、８Ａを設けた点である。
【００１８】
このような構成において、流入口６から流入した冷媒液はまずテーパ部６Ａを通過する前に流入口６の軸方向位置にある冷媒液溝５の全周に流れた後、テーパ部６Ａを通る。そして、冷媒液は冷媒液溝５から流出口８側の軸方向に向かってその全周に渡り均等に流入するため、固定子鉄心３と固定子コイル４の円周方向のうち所定の方向に偏ることなくこれらを均等に冷却することができる。
【００１９】
本発明の第２の実施例は上記構成にしたので、テーパ部６Ａ、８Ａを設けることで冷媒液溝５内の流速が増加し、第１の実施例に比べて冷媒液溝５内の熱伝達性能を向上させることができる。また、固定子鉄心３内の固定子コイル４の外周に位置する冷媒液溝５内では、その全周に冷媒液が均等に流入するため、固定子鉄心３と固定子コイル４などの温度上昇が円周方向で等しくなり冷却効率を向上させることができ、不均等な熱膨張による熱変形も防ぐことができる。例えば本発明による電動機が工作機械主軸内蔵型（ビルトイン型電動機）の駆動用として用いられるとき、不均等な熱膨張による変形が主軸部材の寸法変化や精度に及ぼす悪影響を防止ことができる。
また、工作機械への取り付け側を冷媒液の流入口とすることで、工作機械への取り付け側がより冷却され、電動機から工作機械への熱の伝達を防止すると同時に、熱膨張による部材の寸法変化あるいは加工精度に悪影響を与えるというような問題を生じることがなくなる。
なお、本実施例では、第１フレーム１０の第２フレーム１１に接触する面に周方向に伸びるように微小な環状の隙間を形成した冷媒液溝５を設けたが、逆に、冷媒液溝５は、第２フレーム１１の第１フレーム１０に接触する面に設けるようにしても構わない。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果がある。
本発明の第１の実施例は上記構成にしたため、冷媒液溝は平滑な同心円筒状に加工されていることから、従来のように複雑な多条の螺旋溝に加工したものに比べ、加工が容易で冷媒液の流路を形成する部材の機械加工工数を低減することができ、コスト低減を可能にした電動機の冷却装置を提供することができる。
【００２１】
また、冷媒液溝は第１フレームおよび第２フレーム間に形成された微小な環状の隙間を有することから、冷却ユニットのポンプの能力を上げて冷媒液の流量を増加させることなく、冷媒液の流速を上げることができるとともに、第１フレーム、冷媒液溝および第２フレーム間の熱伝達を向上させ、冷却効率を高めことができる。さらに、冷媒液溝の流入口の流入方向から見た断面積を、冷媒液溝の軸方向から見た断面積に対して大きくしたため、機械加工工数を削減し、コストを低減することができる。それから、冷却ユニット自体でコスト上昇となることや、運転時の消費電力の増加となるという問題を解消できる。
【００２２】
そして、本実施例では、第２フレームの軸方向の一方端に段付部を形成し、第１フレームの端部と第２フレームの段付部をスラスト方向に向かって締結ネジにより固定するようにしたため、締結ネジの締結力が主にスラスト方向に掛かることで、第１フレームおよび第２フレームの真円度に与える影響を小さくすることができる。その結果、負荷側、反負荷側ブラケットとフレームの嵌め合いがスムーズになり、組み立て易くなると共に、軸受の倒れによる振動も発生しなくなる。また、本実施例による締結方法では、第２フレームから第１フレームのスラスト方向に向かって締結ネジにより締結しているため、電動機を置いたまま姿勢を変えることなく作業を行うことができ、組立工数を削減し、コストを抑えることができる。
【００２３】
またさらに、第１フレームと第２フレームを、固定子コイルが収納される空間内で締結するようにしたため、締結ネジを介して外部から電動機内部に水などが侵入するといった問題を防ぎ、耐環境性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の第２の実施例は上記構成にしたため、テーパ部を設けることで冷媒液溝内の流速が増加し、第１の実施例に比べて冷媒液溝内の熱伝達性能を向上させることができる。また、固定子鉄心内の固定子コイルの外周に位置する冷媒液溝内では、その全周に冷媒液が均等に流入するため、固定子鉄心と固定子コイルなどの温度上昇が円周方向で等しくなり冷却効率を向上させることができ、不均等な熱膨張による熱変形も防ぐことができる。例えば本発明による電動機が工作機械主軸内蔵型の駆動用として用いられるとき、不均等な熱膨張による変形が主軸部材の寸法変化や精度に及ぼす悪影響を防止ことができる。
【００２５】
また、工作機械への取り付け側を冷媒液の流入口とすることで、工作機械への取り付け側がより冷却され、電動機から工作機械への熱の伝達を防止すると同時に、熱膨張による部材の寸法変化あるいは加工精度に悪影響を与えるというような問題を生じることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電動機の側断面図である。
【図２】フレーム、冷媒液溝および流入口の構成を示したものであって、（ａ）は図１のＸ―Ｘ線に沿うその正断面図、（ｂ）は（ａ）の流入口をＹ方向から見た断面図である。
【図３】本発明と従来技術の冷却効果の比較を表した図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すフレーム部の拡大側断面図である。
【図５】従来技術を示す電動機の側断面図である。
【符号の説明】
１  回転軸
２  回転子
３  固定子鉄心
４  固定子コイル
５  冷媒液溝
６  流入口
６Ａ  テーパ部
７  供給用配管
８  流出口
８Ａ  テーパ部
９  回収用配管
１０  第１フレーム
１０Ａ  雌ねじ部
１１  第２フレーム
１１Ａ  通し穴
１１Ｂ  段付部、
１２  冷却ユニット
１３  締結ネジ
１４、１５  ブラケット
１６、１７  軸受
【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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