JP2020145834A - 電動機のフレーム構造及び電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の電動機の問題点であった、通風口に空気を流しても、互いに隣り合う放熱フィンの間の隙間に十分に空気が流れないため、放熱フィンに溜まった熱を効果的に取り除くことができず、電動機の冷却効率が低いという点を解消し、回転ファンにより強制空冷されることで電動機フレームの軸方向に沿って形成されている放熱フィンから効率良く冷却を行い、冷却効率の改善可能な電動機を得ること。【解決手段】軸方向に沿って外周部に放熱フィン１５が形成され、内部に電動機１００を格納する空間を有する円筒状の電動機フレーム１０と、全ての放熱フィン１５を覆い放熱フィン１５と接することで電動機フレーム１０との間の空間で複数の通風口２０が形成されるフレームカバー５０と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電動機のフレーム構造及びフレーム構造を備える電動機に関する。

電動機は、磁性体とコイルを有するステータと、磁性体と永久磁石を有しステータとギャップを介して対向配置されるロータと、から構成される。電動機は、ステータに巻回されたコイルに電流を流し、ステータを電磁石とすることにより、ステータとロータの間に引力と斥力を発生させ、電動機に供給する電力を推力に変換する電気機器である。電動機が発生する推力は、例えば、ステータを構成するコイルに流す電流値を増加させることで増加する。

従来の電動機は円筒状の電動機フレームに電動機本体を挿入して使用し、電動機本体から発生する熱を、電動機フレームを介して放熱する。電動機フレームは、円筒状であり、軸方向に長さを有するフレーム本体と、フレーム本体と略同一の長さを有するフレームカバーと、から構成される。フレーム本体の外周部四隅の角部には放熱フィンが形成されている。フレームカバーは外周部四隅の角部にある放熱フィンを覆うようにフレーム本体にそれぞれ取付けられ、フレーム本体との間の空間には通風口が形成されている。

電動機フレームの軸方向の反負荷側には回転ファンが設置される。回転ファンから放熱フィンに送られた空気流は、通風口を通る間に放熱フィンと接しながら、電動機フレームの軸方向の他端から排出される。電動機本体で発生した熱は電動機フレームに形成されている放熱フィンに伝達され、空気流が放熱フィンに接することで空気流と熱交換が行われ、電動機本体の冷却が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２９９１７４号公報（第３頁、第１図）

しかし、従来の電動機では、フレーム本体の外周部四隅の角部に位置する放熱フィンはフレームカバーとは接しておらず、各々の放熱フィンの先端部とフレームカバーとの間には１つの開口が存在している。このような従来の放熱フィン構成では、各々の放熱フィンを冷却する目的で通風口に空気を流しても、通風口の大半を占めるこの開口の方に空気が流れやすく、互いに隣り合う放熱フィンの間の隙間には、十分に空気が流れない。その結果、放熱フィンに溜まった熱を効果的に取り除くことができず、電動機の冷却効率が低いという問題があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、回転ファンにより強制空冷されることで電動機フレームの軸方向に沿って形成されている放熱フィンから効率良く冷却を行い、冷却効率の改善可能な電動機を得ることを目的とする。

この発明に係る電動機のフレーム構造においては、軸方向に沿って外周部に放熱フィンが形成され、内部に電動機を格納する空間を有する円筒状の電動機フレームと、全ての放熱フィンを覆い放熱フィンと接することで電動機フレームとの間の空間で複数の通風口が形成されるフレームカバーと、を備える。

この発明は、電動機のフレーム構造において、軸方向に沿って外周部に放熱フィンが形成され、内部に電動機を格納する空間を有する円筒状の電動機フレームと、全ての放熱フィンを覆い放熱フィンと接することで電動機フレームとの間の空間で複数の通風口が形成されるフレームカバーと、を備える。その結果、回転ファンにより強制空冷されることで電動機フレームの軸方向に沿って形成されている放熱フィンから効率良く冷却を行うことができ、冷却効率の改善可能な電動機を提供することが可能となる。

この発明の実施の形態１を示す電動機の構造概要図である。 この発明の実施の形態１を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図である。 この発明の実施の形態１を示す電動機フレームの軸方向に垂直な部分拡大図である。 この発明の実施の形態２を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図である。 この発明の実施の形態２を示す電動機の部分的な構造概要図である。 この発明の実施の形態３を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す電動機の構造概要図、図２はこの発明の実施の形態１を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図である。図１と図２において、電動機１００は、複数のコイルが巻回された円筒状のステータ３０と、ステータ３０の内側に設けられたロータ９０と、を備える。電動機１００は、円筒口１１を持つ電動機フレーム１０の内部に格納されている。

電動機１００は、電動機フレーム１０の軸方向両端部に、電動機１００を固定するためのブラケット８０とブラケット１１０を備えている。電動機１００の反負荷側に位置するブラケット８０には、電動機フレーム１０の外周に設けられた放熱フィン１５に空気を導くための開口である空気流入口８１が設けられ、電動機１００の負荷側にあるブラケット１１０には、放熱フィン１５との熱交換を実施後の空気を排出するための開口である空気排出口１１３が設けられている。また、ブラケット８０には、空気流入口８１に空気を送るための回転ファン６０と、回転ファン６０を覆うファンカバー７０が固定されている。ファンカバー７０の一端には開口である空気取入口７１が開いており、回転ファン６０の動作により空気取入口７１から流入した空気は、ブラケット８０に設けられた空気流入口８１へと導かれる。

電動機フレーム１０は４つの電動機フレーム部品で構成され、それぞれの電動機フレーム部品の外周部には、大気側に向い軸方向に沿って複数の放熱フィン１５が形成されている。また、電動機フレーム部品の外周部の軸方向に沿った両端部には、軸方向に沿ってフレームカバー５０を固定するための凸状のボス１２がそれぞれ形成されている。ボス１２には、全ての放熱フィン１５を覆うと共に通風口２０を形成するためのフレームカバー５０と接する嵌合突起１３が軸方向に沿って設けられている。フレームカバー５０は軸方向に沿って電動機フレーム１０と略同一の長さを有しており、ボス１２に対して軸方向に沿って挿入することで嵌め合わされ固定される。

電動機フレーム１０とフレームカバー５０の材料としては、アルミニウム合金、鉄合金、銅合金または鋼材が挙げられる。この発明の実施の形態１では、４つのフレームカバー５０ａ〜５０ｄを用いて、全ての放熱フィン１５を覆うことで電動機フレーム１０とフレームカバー５０ａ〜５０ｄとの間に通風口２０を形成し、フレームカバー５０ａ〜５０ｄの軸方向に沿って通風口２０が確保できるようにしている。４つのフレームカバー５０ａ〜５０ｄは、フレームカバー５０ａ〜５０ｄが電動機１００を覆ったときの軸方向に垂直な断面が略角型となるように成型されている。

全ての放熱フィン１５は、フレームカバー５０と接するように配置されており、電動機１００を平面に配置または据付けする場合は、平面または据付面と対向する電動機フレーム１０と接する面に配置される放熱フィン１５で電動機１００の自重を支える構造とする。このため、フレームカバー５０を介して電動機１００が据付けられる平面または据付面と対向する全ての放熱フィン１５は、平面または据付面に対して垂直になるように形成されている。また、フレームカバー５０ａ〜５０ｄの軸方向に沿った両端部には、電動機フレーム１０に設けられた嵌合突起１３と嵌め合うＬ型の嵌合部５１がそれぞれ形成されている。

回転ファン６０の動作によりファンカバー７０にある空気取入口７１から流入した空気は、空気取入口７１からブラケット８０に設けられた空気流入口８１を経て、電動機フレーム１０とフレームカバー５０との間に軸方向に沿って形成され、空気流入口８１と連通する通風口２０へと導かれる。回転ファン６０の動作によって発生した空気流は、通風口２０を通過する際に放熱フィン１５と熱交換を行い、ブラケット１１０に設けられた通風口２０と連通する空気排出口１１３から排出される。図１に示す矢印１と矢印２は回転ファン６０の動作によって発生した空気流の流れる向きを示す。電動機フレーム１０とフレームカバー５０の軸方向における長さは、この発明の実施の形態１では略等しく設計されているが、等しくしない設計であっても良い。

次に、フレームカバー５０をボス１２に固定する方法について説明する。図３は、この発明の実施の形態１を示す電動機フレームの軸方向に垂直な部分拡大図である。図３において、フレームカバー５０ａの軸方向に沿った両端部には、それぞれＬ型の嵌合部５１ａと５１ｂが形成されており、ボス１２ａと１２ｂの端部に、嵌合突起１３ａと１３ｂをＬ型の嵌合部５１ａと５２ｂと嵌合するようにそれぞれ設けることで、電動機フレーム１０にフレームカバー５０ａを軸方向に挿入して固定することができる。このとき、Ｌ型の嵌合部５１ａと５２ｂの間の距離を、嵌合突起１３ａと１３ｂの間の距離よりも若干大きい寸法で設計することで、圧入取付けとすることが可能となる。

このように、電動機１００は電動機フレーム１０の大気側に向い軸方向に沿って複数の放熱フィン１５が形成されており、放熱フィン１５はフレームカバー５０ａ〜５０ｄと接するように配置されることで、電動機フレーム１０とフレームカバー５０との間に軸方向に沿って形成された通風口２０が電動機１００の軸方向に沿って確保できる。その結果、回転ファン６０により強制空冷されることで、互いに隣り合う放熱フィン１５の間の隙間に強制的に空気流を発生させることが可能になり、電動機フレーム１０の軸方向に沿って形成されている放熱フィン１５から効率良く冷却を行うことができ、冷却効率が従来よりも改善可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、４つのフレームカバー５０ａ〜５０ｄが電動機１００を覆ったときの軸方向に垂直な断面が略角型である場合について説明したが、軸方向に垂直な断面が円弧状になるように複数のフレームカバーを成型して、フレームカバーが電動機を覆ったときの軸方向に垂直な断面が円形状であっても良い。図４はこの発明の実施の形態２を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図、図５はこの発明の実施の形態２を示す電動機の部分的な構造概要図である。図４において、電動機フレーム１０３は４つの電動機フレーム部品で構成され、それぞれの電動機フレーム部品の外周部には、大気側に向い軸方向に沿って複数の放熱フィン１５３が形成されている。

また、電動機フレーム部品の外周部の軸方向に沿った両端部には凸状のボス１２３がそれぞれ形成されている。ボス１２３には、全ての放熱フィン１５３を覆うと共に通風口２０３を形成させるための嵌合突起１３３が軸方向に沿って設けられている。フレームカバー５０３ａ〜５０３ｄの各々には、ボス１２３に設けられた嵌合突起１３３と接するＬ型の嵌合部５１３が形成されている。この発明の実施の形態２では、４つの軸方向に垂直な断面が円弧状のフレームカバー５０３ａ〜５０３ｄを用いて、電動機フレーム１０３とフレームカバー５０３ａ〜５０３ｄとの間に軸方向に沿って通風口２０３を形成し、フレームカバー５０３ａ〜５０３ｄの軸方向に沿って通風口２０３が確保できるようにしている。

放熱フィン１５３は、フレームカバー５０３ａ〜５０３ｄと接するように配置され、電動機１０１を据付けする場合は、図５に示すように、電動機１０１の負荷側に設けられたブラケット１３０の外周部に、フレーム据付構造である据付フランジ１３１を設けて据付ける。このように、フレームカバー５０３ａ〜５０３ｄを軸方向に垂直な断面が円弧状になるように成型して、電動機１０１を覆うことで放熱フィン１５３の表面積をよりも大きく取ることが可能であり、熱交換の効率が向上する。その結果、電動機フレーム１０３の冷却効率が従来よりも改善可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１では、４つのフレームカバー５０ａ〜５０ｄが全ての放熱フィン１５を覆った構造について説明したが、フレームカバーをより細分化して全ての放熱フィンを覆っても良い。図６は、この発明の実施の形態３を示す電動機フレームの軸方向に垂直な断面図である。図６において、電動機フレーム１０４は４つの電動機フレーム部品で構成され、それぞれの電動機フレーム部品の外周部には、大気側に向い軸方向に沿って複数の放熱フィン１５４が形成されている。

また、電動機フレーム部品の外周部の軸方向に沿った両端部には凸状のボス１２４がそれぞれ形成されている。ボス１２４には、全ての放熱フィン１５４を覆うと共に通風口２０４を形成させるための嵌合突起１３４が軸方向に沿って設けられている。フレームカバーは６つの部品で構成され、フレームカバー５０４ａ〜５０４ｆの各々には、ボス１２４に設けられた嵌合突起１３４と接するＬ型の嵌合部５１４が形成されている。この発明の実施の形態３では、６つのフレームカバー５０４ａ〜５０４ｆを用いて、電動機フレーム１０４とフレームカバー５０４ａ〜５０４ｆとの間に軸方向に沿って通風口２０４を形成し、フレームカバー５０４ａ〜５０４ｆの軸方向に沿って通風口２０４が確保できるようにしている。このように、６つのフレームカバー５０４ａ〜５０４ｆに細分化して、電動機１０２を覆うことで、個々のフレームカバーの小型化が可能となり、フレームカバーを大量生産できるため、安価な製造コストでフレームカバーを成型できる。

１，２ 矢印、１０，１０３，１０４ 電動機フレーム、１１ 円筒口、１２，１２ａ，１２ｂ，１２３，１２４ ボス、１３，１３ａ，１３ｂ，１３３，１３４ 嵌合突起、１５，１５３，１５４ 放熱フィン、２０，２０３，２０４ 通風口、３０ ステータ、５０，５０ａ〜５０ｄ，５０３ａ〜５０３ｄ，５０４ａ〜５０４ｆ フレームカバー、５１，５１ａ，５１ｂ，５１３，５１４ 嵌合部、６０ 回転ファン、７０ ファンカバー、７１ 空気取入口、８０，１１０，１３０ ブラケット、８１ 空気流入口、９０ ロータ、１００，１０１，１０２ 電動機、１１３ 空気排出口、１３１ 据付フランジ。

Claims (8)

1. 軸方向に沿って外周部に放熱フィンが形成され、内部に電動機を格納する空間を有する円筒状の電動機フレームと、
   全ての前記放熱フィンを覆い前記放熱フィンと接することで前記電動機フレームとの間の空間で複数の通風口が形成されるフレームカバーと、
   を備えることを特徴とする電動機のフレーム構造。
2. 前記電動機フレームの外周部には凸状のボスが形成され、該ボスにより前記フレームカバーは固定されることを特徴とする請求項１に記載の電動機のフレーム構造。
3. 前記フレームカバーの両端部には前記ボスと嵌め合う嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機のフレーム構造。
4. 前記フレームカバーを介して前記電動機が据付けられる据付面と対向する全ての前記放熱フィンは前記据付面と垂直になるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動機のフレーム構造。
5. 前記電動機フレームの軸方向両端部には前記電動機を固定するブラケットが設けられ、少なくとも１つの前記ブラケットは前記電動機を据付けるフレーム据付構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項３のいずれかに記載の電動機のフレーム構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の電動機のフレーム構造と、固定子と、可動子と、で構成されることを特徴とする電動機。
7. 前記電動機の反負荷側に回転ファンを設け、該回転ファンにより発生する空気流が前記通風口を流れることを特徴とする請求項６に記載の電動機。
8. 前記ブラケットには前記通風口と連通する開口が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電動機。

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