JP5209561B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、サーボアンプやインバータで駆動される電動機に関し、特に、空冷構造を備えた大容量の電動機に関する。

サーボアンプやインバータ等で駆動される回転電機としてのモータは、例えば、プレス装置の金型駆動用モータや、射出成形機の樹脂射出用ポンプの駆動モータのように、各産業分野において広汎に用いられている。これらの装置は大型化すると、使用されるモータも大型モータとなるが、使用中に大きな電流が流れるモータ本体からはジュール熱として多量の熱が発生し、モータの特性に熱による影響が生じる場合もある。それゆえ、モータを利用する上でモータの冷却を考察することは非常に重要なことである。

従来、モータ本体から発生した熱の放熱対策の一つとして、モータ本体で発生した熱を端子箱に伝達することで熱放射表面積を拡大し、当該拡大された熱放射表面積から放熱させることで冷却効果を向上させた冷却構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷却構造においては、端子箱にフィンを取り付け、当該フィンをファンモータユニットのケーシング内に突出させており、ファンによる風をフィンに当てることにより、フィンから熱を奪って端子箱を更に冷却し、端子箱内に設置された電子部品が高温になるのを防止することができる。

また、電動機と一体型にされる制御装置に加わる振動を抑制し、かつ、制御装置の温度を許容値以下に維持することを図った車両用駆動装置が提案されている（特許文献２参照）。この車両用駆動装置は、電動機本体の密閉されたケース外方で回転軸の端部に冷却ファンを取り付け、ケースには冷却ファンを覆うファンカバーを取り付け、電動機本体に電力を供給する制御装置をケース外面又はファンカバーに防振部材を介して支持し、制御装置に対向してヒートシンクを設けて構成されており、制御装置と電動機とを一体型にした場合でも、制御装置に加わる振動を抑制し、且つ制御装置の温度を許容値以下に維持することを図っている。制御装置をファンカバーに直接密着している場合、制御装置で発生した熱が放熱面積の広いファンカバーに伝導し、さらに放熱効果を高めることができ、冷却性能を向上させることができる。

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、端子箱に設けたフィンにより端子箱の熱を逃がす構造であるため、フィン部分において構造が複雑となってしまう問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、制御装置とファンカバーとの間にファンから送風された冷却空気を流しているだけであるので、制御装置の十分な冷却効果が得られず、制御装置の内部までをも効率的に冷却することができない。

特開２００５−９４９４９号公報 特開２００９−２７８６３号公報

端子箱の内部には大きな電流が流れる導線とそれに接続される端子が収容されており、大容量のモータを使用する場合、端子箱内に配線されている動力線からジュール熱によって発生する熱量が多くなるのに対して、端子箱は密閉されているため、端子箱の温度が上昇してしまうという問題がある。
そこで、モータ本体に端子箱を備えた電動機において、端子箱の内部が、配線されている動力線から生じるジュール熱によって高温になるのをより簡単な構造で防止する点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、かかる問題を解消し、モータ冷却用のファンの風を利用して端子箱内の冷却が可能な電動機を提供することにある。

上記の問題を解決するために、本発明による電動機は、モータ本体と、前記モータ本体を覆うファンカバーと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置されたファンと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置された端子箱と、を備え、前記モータ本体と前記ファンカバーとの間の隙間を流れる前記ファンの風を利用して前記端子箱を冷却することを特徴としている。

この電動機によれば、モータ本体又はファンカバーに設置されたファンは、モータ本体とファンカバーとの間の隙間に冷却用の空気を送り込んで、モータ本体の表面を流れる空気によってモータ本体を冷却する。同時に、その空気の流れは、一部が端子箱に送り込まれることによって端子箱に流れ、端子箱を効果的に冷却することができる。

また、本発明による電動機はファンからの風を端子箱側面に吹き付けることができる
また、本発明による電動機は、端子箱の下面にファンから送られる風の進入口と排気口を設け、ファンからの風を進入口を通して端子箱内に取り入れ、端子箱内の空気を排気口を通して排気することができる。
また、端子箱内を冷却する電動機において、ファンカバー及び端子箱のどちらか一方又は双方に遮蔽板を設けて、遮蔽板によって空気を端子箱内に誘導することができる。
更に、本発明による電動機は、ファンカバー、端子箱及びファンの少なくとも一つにフィルタを設けて、端子箱内へ粉塵・油等の異物の侵入を防止することができる。

本発明の電動機によれば、端子箱にフィンを設けなくても、モータ本体又はファンカバーに設置されたファンから送られる風を端子箱の表面に流して端子箱自体を冷却することができる。また、端子箱下面に端子箱内への風の進入口と排気口を設けることで、ファンから送られる風を端子箱内部に流すこともできる。また、ファンカバー及び端子箱のどちらか一方、又は双方に遮蔽板を設けることで、風を端子箱又は端子箱内部へ導くことができ、更にファンカバー、端子箱及びファンの少なくとも一つにフィルタを設けることで、粉塵・油当の端子箱内部への侵入を防ぐことができる。これらより、端子箱内部の冷却が可能となる電動機を提供することができる。

図１は本発明による電動機の一実施例を示す斜視図である。 図２は図１のＸ−Ｙ断面図である。 図３は本発明による電動機の別の実施例を示す斜視図である。 図４は図２のＸ−Ｙ断面図である。 図５は図３に示す電動機の端子箱を含む要部の拡大斜視図である。 図６は図２に示す電動機の端子箱を含む要部における流体解析図である。 図７は本発明による電動機の別の実施例におけるファンの部分を示す斜視図である。

図１及び図２は、本発明による電動機の一実施形態を示す図であり、図１は本発明による電動機の斜視図、図２は図１に示す電動機の縦断面図である。図１に示す実施形態は、端子箱５の側面とファンカバー３との間に隙間を設け、ファン４より送り込まれた風をモータ本体２に表面とファンカバー３の間に形成されている隙間に通し、この風を端子箱５とファンカバー３との間に形成される開口１０から放出させることで、端子箱５の側面を冷却する冷却構造を備えている。

詳述すると、図１に示す電動機は、出力軸としてのシャフト１がモータ本体２から突出する態様で設けられており、ファンカバー３がモータ本体２の大部分を覆うように配設されている。ファンカバー３には、外気を吸い込むことができるファン４が取り付けられている。ファン４はモータ本体２の図示した側面のファンの他に、モータ本体２の反対側の側面にも設けられている。Ｆａは、ファン４によって矢印の向きに示すように内向きに吸い込まれる風を示している。なお、ファン４については、ファンカバー３に配設した例を示したが、ファンカバー３に代えてモータ本体２に配設することもできる。

ファンカバー３は、モータ本体２に対してモータ本体２の表面との間に隙間を確保して取り付けられており、ファン４の風向を図示Ｆａのように内向きに吸い込む流れとすることで、モータ本体２とファンカバー３の間の隙間には、図中で破線で示すように万遍なく風が流れる。ファン４で吸い込まれた外気は、モータ本体２の側面では、ファンカバー３との間のＸ−Ｙ面に平行に広がる隙間に沿って流れ、一部はＸ軸方向前後の隙間端部の隙間開口から流出し、残る部分はモータ本体２の天面と底面とにおいてファンカバー３との間のＸ−Ｚ面に平行に広がる隙間に沿って流れる。反対側の側面に配設されているファンからの風が対称的に流れるので、モータ本体２の天面と底面とにおいては、それらの中央領域で両側（Ｚ軸方向）からの風がＸ軸上で衝突し、Ｘ軸と平行な向きに流れが変わり、シャフト１方向と平行な方向（Ｘ軸方向）に流れてＸ軸方向に延びる隙間開口から流出する。

モータ本体２の頂面の一部には、端子箱５が取り付けられている。ファンカバー３は、端子箱５が取り付けられている領域では凹部３ａに切り欠かれており、端子箱５の周囲において冷却風が吹き出すことができる若干の隙間開口１０（後述するように、１０ｘ，１０ｚとから成る）が形成されている。端子箱５の側面５ｚについては、ファンカバー３との間に形成されている隙間開口１０ｚから冷却風が吹き出し、吹き出した冷却風は当該側面５ｚに沿って流れて当該側面５ｚを冷却する。

図１のＸ−Ｙ断面図である図２に示すように、Ｙ−Ｚ軸に平行な端子箱５の前面５ｘの冷却に関しても冷却が可能となる。モータ本体２の天面とファンカバー３との間に流れる風は、一部が端子箱５との間の隙間開口１０ｘから空気流れＦａで示すように端子箱５の前面５ｘに沿って流れ、当該前面５ｘを冷却する。なお、図２には、モータ本体２の底面とファンカバー３との間に流れてモータ本体２の底面を冷却する空気流れＦａも示している。図１及び図２に示したように、ファンカバー３、又は端子箱５の形状を改良することにより、ファン４によって送り込まれるモータ空冷用の風を利用して、端子箱５を冷却することができる。

また、モータ本体２の天面に位置する端子箱５は、モータ本体２の両側面に設けられるファン４よりもＸ軸方向において位置をずらして配置されている。本実施例では、モータ本体２の側面のほぼ中央部にファン４が配置され、端子箱５はモータ本体２の天面において、シャフト１から遠い位置に配置されている。すなわち、ファン４の対向位置と端子箱５はＸ軸方向位置が異なる配置となっている。
この配置により、モータ本体２の天面において、Ｚ軸方向の中央部分で両側のファン４から送られる冷却風が合流し、Ｘ軸方向に流れを変えることができる。このため、端子箱５の冷却のために開口１０から冷却風が流出する前に、モータ本体２の冷却を十分に行うことができる。したがって、モータ本体２とファンカバー３との隙間に十分に冷却風が流れた後に、端子箱５の冷却が可能となり、モータの冷却と端子箱５の冷却を効果的に行うことができる。

図３〜図５は、本発明による電動機の別の実施形態を示す図であり、図３は本発明による電動機の斜視図、図４は図３に示す電動機のＸ−Ｙ断面図、図５は図３に示す電動機の端子箱のところで切断した要部の拡大斜視図である。図３〜図５に示す実施形態は、端子箱５をファンカバー３に取り付け、モータ４から送り込まれた風をモータ本体２の表面とファンカバー３の間に形成されている隙間に通し、この風を端子箱５の内部に誘導することで端子箱５の内部を冷却する冷却構造を備えている。その他の構造は図１に示す電動機と同様であるので、共通する構造については再度の説明を省略する。

図３に示す実施態様では、図１及び図２に示す態様で採用したような端子箱５とファンカバー３との間に隙間開口は設けられていない。図４及び図５に示すように、端子箱５はその外壁がファンカバー３に連続的に接続されている。端子箱５の下部には、ファンカバー３内側の端子箱５との接続領域において、Ｘ軸方向の両端位置にそれぞれ進入口６及び排気口７が形成されている。

モータ本体２の天面において、それらの中央領域でＺ軸方向両側からの風がＸ軸上で衝突し、Ｘ軸と平行な向きに流れが変わり、シャフト１方向と平行な方向（Ｘ軸方向）に流れた風は、Ｘ軸の前方向に形成されている進入口６より端子箱５内に取り込まれ、Ｘ軸の後方向に形成されている排気口７より放出される。このように、風の進入口６と排気口７とを設け、Ｘ軸と平行な向きに流れる冷却風を端子箱５内に取り入れ、冷却風が端子箱５内を流れることで、端子箱５の内部が冷却される。

図４及び図５中の符号８は、風の進入口６において端子箱５側に設けられた遮蔽板を示す。遮蔽板８を設けることで、進入口６から風を端子箱５内により多く取り込むことが可能となり、端子箱５内の冷却効果の向上が図れる。遮蔽板８については、端子箱５側ではなく、ファンカバー３側において端子箱５内に風を導くように設けることもできる。

ファン４の位置を端子箱５の進入口６よりも負荷側（−Ｘ方向）に配置し、尚且つモータ本体２とファンカバー３の負荷側の隙間を埋めることができる。そうした場合には、負荷側（−Ｘ方向）へ流れようとする風量が制限され、その分更に多くの風が＋Ｘ方向へ移動し、端子箱５内部への風の進入量が増加し、冷却能力を向上する。また、ファン４の出口部分、ファンカバー３及び端子箱５のいずれか又はその組み合わせにおいて、端子箱５の内部に取り入れられる風に対するフィルタを設けることができる。かかるフィルタにより、端子箱５内へ粉塵・油等の異物の侵入を防止することができる。

図６に、例として図２の形状で流体解析を行った結果を示す。図６において、ベクトルは風向・風速を表しており、ファン４からの風が進入口６から端子箱５内へ入り、排気口７から放出しているのが分かる。この結果より、端子箱５内の冷却が可能であると言及できる。
この実施例においても、モータの冷却と端子箱５の冷却の両立を図るため、モータ本体２の天面に位置する端子箱５は、モータ本体２の両側面に設けられるファン４よりもＸ軸方向において位置をずらして配置されることが望ましい。

図７は、この発明による電動機の更に別の実施例を示す斜視図である。この実施例は、冷却用ファン４がモータ本体２に設置された電動機を示している。ファン４は、ファンカバー３を切り欠いた切欠き部３ａにおいてモータ本体２に直接に設置されている。ファン４が引き込んだ風Ｆａは、ファンケーシング４ａに形成した切欠き４ｂを通して、ファン４の周囲においてモータ本体２の表面に沿って広がり、モータ本体２の表面とファンカバー３の内面との間に形成されている隙間に流れ込む。端子箱５への風Ｆａの送り込み等、この実施例におけるその余の構造は、図１に示す実施例の構造と同等であるので、これらに関する再度の詳細な説明を省略する。

本発明による電動機は、空冷を必要とする小形から大容量までのすべての電動機、あるいは回転電機に適用可能である。

１ シャフト ２ モータ本体
３ ファンカバー ３ａ 切欠き部
４ ファン ５ 端子箱
５ａ 前面 ５ｚ 側面
６ 進入口 ７ 排気口
８ 遮蔽板
１０ｘ，１０ｚ 隙間開口
Ｆａ ファンからの風

Claims (4)

1. モータ本体と、前記モータ本体を覆うファンカバーと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置されたファンと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置された端子箱と、を備え、
   前記ファンは、前記モータ本体の両側に対向するように複数設けられ、
   前記端子箱の位置は、複数の前記ファンが取り付けられる面と異なる面に配置され、かつ、前記モータ本体から突出するシャフト延伸方向において複数の前記ファンが対向する位置と異なり、
   前記モータ本体と前記ファンカバーとの間に形成されている隙間を流れる前記ファンの風を、前記端子箱の周面と前記ファンカバーの端部との間に形成された隙間開口を通して前記端子箱の前記周面に沿わせて流すことを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、
   前記端子箱の下面に進入口と排気口を設け、前記ファンから送られた前記風を前記進入口から前記端子箱の内部に進入させて前記排気口から排気することで前記端子箱を内部から冷却することを特徴とする電動機。
3. モータ本体と、前記モータ本体を覆うファンカバーと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置されたファンと、前記モータ本体又は前記ファンカバーに設置された端子箱と、を備え、
   前記端子箱の下面に進入口と排気口を設け、前記モータ本体と前記ファンカバーとの間に形成されている隙間を流れる前記ファンの風を前記進入口から前記端子箱の内部に進入させて前記排気口から排気することで前記端子箱を内部から冷却し、
   前記ファンカバー又は前記端子箱の少なくとも一方に、前記進入口に繋がって前記ファンからの風を前記端子箱の内部に向かって誘導する遮蔽板を設けたことを特徴とする電動機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の電動機において、
   前記ファンカバー、前記端子箱及び前記ファンの少なくとも一つに前記端子箱の内部に流れる風のためのフィルタを設けたことを特徴とする電動機。

Images