JP5050538B2 - モータの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータの冷却構造に関する。

誘導電動機、永久磁石形電動機等のモータにおいては、運転に伴ってモータ内部で発生した熱を通風によって冷却することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

図５は従来のモータの冷却構造の一例を示す概略図である。図５に示すように、電動機部１のエンコーダ２側（以下、負荷側という）に冷却ファン３が設けられた構成となっている。

電動機部１は、収納体としてのほぼ円筒状に形成されたフレーム４及びフレーム４の両端の開口部にそれぞれ装着される負荷側ブラケット５、反負荷側ブラケット６と、フレーム４を貫通し、負荷側ブラケット５、反負荷側ブラケット６に設けられた軸受け７，８を介してフレーム４内に回転可能に支持されるシャフト９と、シャフト９に嵌着され、シャフト９とともに回転するロータ１０と、フレーム４の内側にロータ１０と空隙を介して配されるステータ１１とから構成されている。

負荷側ブラケット５には、フレーム４内外を連通可能に穿設された複数の冷却風吸入口１３が周方向に間欠的に設けられている。冷却風吸入口１３は、ステータ１１の負荷側に位置するコイルエンド１２に対向する位置に配設されている。また、反負荷側ブラケット６には、ステータ１１の反負荷側に位置するコイルエンド１４に対向する部分にフレーム４内外を連通可能に穿設された複数の冷却風排出口１５が周方向に間欠的に設けられている。

更に、ロータ１０には、外周面から所定の距離をおいた位置に、軸方向に沿って貫通するロータ風穴１６が穿設されている。ロータ風穴１６は、周方向に間欠的に設けられている。また、フレーム４の内周壁には軸方向に沿って凹設され、負荷側と反負荷側の空間を連通可能に形成された通風溝１７が周方向に間欠的に設けられている。なお、エンコーダ２はシャフト９の図中左側（負荷側）の端部に固定されている。

冷却ファン３は、エンコーダ２を挟んで電動機部１の反対側に配置されている。冷却ファン３の回転軸はシャフト９と同軸上にあり、冷却ファン３は電動機部８側へ向かって送風を行うようになっている。

図５に示すモータの冷却構造において、冷却ファン３によって送風される冷却風は、冷却風吸入口１３からフレーム４内部へ入り、ロータ風穴１６または通風溝１７を通って冷却風排出口１５から排出されることでモータ内部、具体的には、熱源となるコイルエンド１２，１４の冷却を行う。

一方、図６は従来のモータの冷却構造の他の例を示す概略図である。図６に示すように、冷却ファン３はフレーム４の外周壁に固定され、冷却風がフレーム４内部へ向かって送風されるように構成されている。

フレーム４の冷却ファン３に対向する部分には冷却風吸入口１３が形成され、更に、反負荷側ブラケット６のコイルエンド１４に対向する部分には冷却風排出口１５が形成されている。その他の構成は図５に示し上述したものと概ね同様であり、同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示すモータの冷却構造においては、冷却ファン３によって送風される冷却風は冷却風吸入口１３からフレーム４内部へ入り、ロータ風穴１６を通って冷却風排出口１５から排出される。これにより、モータ内部、特に熱源となるコイルエンド１２，１４の冷却を行う。このような構成は、特許文献２にも記載されている。

また、特許文献３には、モータにより駆動される鋼車を備えたエレベータ用巻上機において、モータのフレームの外径と鋼車の外径の寸法差によって形成された空間に複数の冷却ファンを設ける構成が記載されている。

特開平９−３２２４７９号公報 特開昭４８−９９６０６号公報 特開２００１−３２２７８０号公報

しかしながら、図５，７に示す特許文献１，２等のようなモータの冷却構造においては、冷却ファン３をフレーム４の端面外側に固定する、または、冷却ファン３をフレーム４の外周壁に固定する構成であるために、モータの軸方向或いは半径方向の幅が拡大し、モータの大型化に繋がるという問題があった。

また、特許文献３に記載された構成は、モータに連結される負荷と、フレームの外径との間に冷却ファンを収納できる程度の空間を保持できる場合には有用であるものの、負荷とフレームの外径との間に形成される空間が冷却ファンに比較して小さい場合にはモータの軸方向及び半径方向の幅が拡大し、モータが大型化する虞があった。

このようなことから本発明は、モータの小型化および冷却性能の向上を可能とするモータの冷却構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係るモータの冷却構造は、円筒状のフレーム及び前記フレームの端部に装着されるブラケットからなる収納体と、前記収納体に軸受けを介して回転可能に支持される回転軸に嵌着される回転子と、前記回転子の外側に設けられる固定子とを備える電動機部を、冷却ファンの送風により冷却するモータの冷却構造において、前記冷却ファンが、前記回転軸の径方向に対し、固定子鉄心の端部から突出するコイルエンドと、前記回転軸との間、且つ、前記回転軸の軸方向に対し、前記フレームの端部と前記回転子との間に配置され、前記ブラケットに固定されて前記収納体の内部へ冷却風を吐出する複数の他励ファンであることを特徴とする。

第２の発明に係るモータの冷却構造は、第１の発明に係るモータの冷却構造において、前記冷却ファンが、前記ブラケットに形成され、回転軸方向に沿って前記電動機部内部へ向かうに従って縮径する傾斜部に固定され、前記回転軸の軸心側から前記回転軸の径方向とは傾斜を有する方向であって前記回転軸から離間する方向、且つ、前記収納体の内部へ冷却風を吐出することを特徴とする。

第３の発明に係るモータの冷却構造は、第１又は第２の発明に係るモータの冷却構造において、前記ブラケットに、モータ内外を連通可能に穿設された冷却風排出口を設けたことを特徴とする。

第４の発明に係るモータの冷却構造は、第１乃至第３のいずれかの発明に係るモータの冷却構造において、前記電動機部が、前記収納体が一つの前記軸受けを介して前記回転軸を支持する構造を有するとともに、前記冷却ファンが、前記回転子に対して前記一つの軸受けとは反対側に位置する前記コイルエンドと、前記回転軸との間に形成された空間に配置されたことを特徴とする。

上述した本発明に係るモータの冷却構造によれば、冷却ファンをコイルエンドと回転軸との間に配置可能な構成としたことにより、モータの軸方向又は半径方向の寸法を大型化することなく冷却ファンを配設し、且つ、効率よくモータの冷却を行うことが可能となる。更に、冷却ファンをブラケットの傾斜部に配置し、回転軸の軸心側から回転軸の径方向とは傾斜を有する方向であって回転軸から離間する方向、且つ、収納体の内部方向へ向かって冷却風を吐出する構成とすれば、より装置の小型化及び冷却性能の高効率化が可能となる。

更に、収納体を構成するブラケットに、モータ内外を連通可能に穿設された冷却風排出口を設ければ、冷却風を効率よく流動させることが可能となり、好適である。更に加えて、一つの軸受けで回転軸を支持するモータの、軸受けとは反対側に位置するコイルエンドと回転軸との間の空間に冷却ファンを配置するようにすれば、コイルエンドと回転軸との間の空間をより有効に利用することが可能となるため、モータをより小型化することができる。

本発明の実施形態に係るモータの冷却構造を以下に示す実施例において詳細に説明する。

図１及び図２に基づいて、本発明の第１の実施例に係るモータの冷却構造の詳細を説明する。図１は本実施例に係るモータの冷却構造を示す概略図、図２は図１のフレーム内部を示す正面図である。なお、本実施例に係るモータの冷却構造は誘導モータ、永久磁石型回転機等のモータに適用される。

図１に示すように、本実施例は、図５または図６に示し上述した従来の構成に対して、負荷側ブラケット５の形状及び冷却ファン３の配置を変更したものである。なお、本実施例において冷却ファン３は軸流ファン等の気体が羽根車を軸方向に通り抜けるものを用いるものとする。

冷却ファン３は負荷側ブラケット５に形成された傾斜部５ａに固定されている。傾斜部５ａは、負荷側ブラケット５のコイルエンド１２より軸心側に位置する部分を、シャフト９の軸方向に沿って反負荷側へ向かうに従って縮径するようにしたものである。これにより、傾斜部５ａはコイルエンド１２の軸心側の空間にせり出した状態となっている。そして、傾斜部５ａには複数の冷却ファン３が固定されている。

冷却ファン３は、傾斜部５ａに固定されることによって回転軸の軸方向がシャフト９の軸方向とは異なるように配設されている。これにより、冷却ファン３はシャフト９及びコイルエンド１２とは所定距離だけ離れた状態で配置されると共に、傾斜部５ａに直交する方向であってフレーム４の内部、即ち、コイルエンド１２の軸心側から反負荷側且つ径方向外側へ向かって冷却風を吐出する構成となっている。

そして、傾斜部５ａには、フレーム４の内外を連通可能に設けられた複数の冷却風吸入口１３が形成されている。冷却風吸入口１３は、周方向に間欠的に設けられている。また、負荷側ブラケット５及び反負荷側ブラケット６のコイルエンド１２，１４に対向する部分には、それぞれ複数の冷却風排出口１５ａ，１５ｂが周方向に間欠的に形成されている。

更に、図２に示すように、ロータ１０には外周面から所定の距離をおいた位置に、軸方向に沿って貫通するロータ風穴１６が穿設されている。ロータ風穴１６は、周方向に間欠的に設けられている。また、フレーム４の内周壁には軸方向に沿って凹設され、負荷側と反負荷側の空間を連通可能に形成された通風溝１７が周方向に間欠的に設けられている。

その他の構成は図５または図６に示したものと概ね同様であり、同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

冷却ファン３から吐出された冷却風は、図１に矢印で示すように、冷却風吸入口１３からフレーム４の内部へ流動し、コイルエンド１２の冷却を行った後冷却風排出口１５ａからフレーム４外部へ排出される、又はコイルエンド１２を冷却した後通風溝１７を通って冷却風排出口１５ｂからフレーム４外部へ排出される、又はロータ風穴１６を通ってコイルエンド１４を冷却した後、冷却風排出口１５ｂからフレーム４外部へ排出される等、複数の流路に分岐しつつコイルエンド１２，１４の冷却を行う。

本実施例に係るモータの冷却構造によれば、冷却ファン３をコイルエンド１２の軸心側、つまり、コイルエンド１２の内側の空間に配置すると共に、冷却ファン３の回転軸をシャフト９とは異なる方向に傾斜させる構成としたことにより、従来と比較してモータの軸心方向または径方向の寸法を小型化することができ、且つ、冷却ファン３から吐出される冷却風が図１中矢印で示すように熱源であるコイルエンド１２側へ直接送風されるため、より冷却効率を向上させることができる。

なお、本実施例では冷却ファン３を負荷側ブラケット５に形成した傾斜部５ａに固定する例を示したが、冷却ファン３はコイルエンド１２とシャフト９との間の空間に、コイルエンド１２等へ送風を行うように配置すれば良く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

図３及び図４に基づいて本発明の第２の実施例に係るモータの冷却構造を詳細に説明する。図３は本実施例に係るモータの冷却構造を一部破断して示す概略図、図４は図３の正面図である。

図３，４に示すモータは、ロータの内部に磁極として永久磁石を備えるモータ、例えばビルトインモータの一例であって、冷却ファン３側には受けを有さず、一つの軸受けによって回転軸を支持する、所謂片持ち支持モータである。

図３及び図４に示すように、本実施例においては、電動機部１０１の反負荷側（図３中、左側）に冷却ファン３が設けられている。なお、冷却ファン３は上述した実施例１において説明したものと概ね同様の構成を備えるものとし、詳細な説明は省略する。

電動機部１０１は、収納体としてのほぼ円筒状に形成されたフレーム１０４及びフレーム１０４の両端の開口部にそれぞれ装着される負荷側ブラケット１０５、反負荷側ブラケット１０６と、フレーム１０４内に、負荷側ブラケット１０５に固定された軸受け（図示省略）を介してフレーム１０４内に回転可能に支持されるシャフト１０９と、シャフト１０９に嵌着され、シャフト１０９とともに回転し、永久磁石１１８を備えるロータ１１０と、ロータ１１０の外側にロータ１１０と空隙を介して固定され、コイルを備えるステータ１１１とから構成されている。

本実施例においては、冷却ファン３が配置される電動機部１の反負荷側に軸受けはなく、また、ロータ１１０のシャフト１０９側の部分は永久磁石１１８を備える外周側に比較して軸方向の幅が狭くなっている。このため、コイルエンド１１２とシャフト１０９との間には、上述した実施例１に比較して広い空間が形成されている。そして、ロータ１１０には外周面から所定の距離をおいた位置に、軸方向に沿って貫通するロータ風穴１１６が穿設されている。ロータ風穴１１６は、周方向に間欠的に設けられている。

また、負荷側ブラケット１０５には、図１に示し上述した冷却風排出口１５ａと同様にフレーム１０４内外を連通可能に穿設された図示しない複数の冷却風排出口が周方向に間欠的に設けられている。また、反負荷側ブラケット１０６のコイルエンド１１２に対向する部分には、フレーム１０４内外を連通可能に穿設された複数の冷却風排出口１１５ｂが周方向に間欠的に設けられている。

更に、反負荷側ブラケット１０６には、傾斜部１０６ａが形成されている。傾斜部１０６ａは、反負荷側ブラケット１０６のコイルエンド１１２より軸心側に位置する部分を、シャフト１０９の軸方向に沿って反負荷側へ向かうに従って縮径するようにしたものである。これにより、傾斜部１０６ａはコイルエンド１１２の軸心側の空間にせり出した状態となっている。そして、傾斜部１０６ａには複数の冷却ファン３が固定されるとともに、フレーム１０４内外を連通可能に穿設された複数の冷却風吸入口１１３が設けられている。

また、図示はしないが、フレーム１０４の内周壁に、実施例１と同様に軸方向に沿って凹設され、負荷側と反負荷側の空間を連通可能に形成された通風溝を周方向に間欠的に設けてもよい。

本実施例においては、モータが、冷却ファン３を設ける反負荷側に軸受けを有さず、ロータ１１０のシャフト１０９側の空間が広くなっているために、傾斜部１０６ａをロータ１１０のシャフト１０９側に形成された空間に入り込むように形成し、冷却ファン３を収納する空間を実施例１に比較してより広く設定することができる。

これにより、冷却ファン３は、コイルエンド１１２の軸心側であって反負荷側ブラケット１０６の傾斜部１０６ａに、フレーム１０４の内部であって傾斜部１０６ａに対して直交する方向に冷却風を吐出するように固定されるとともに、一部がロータ１１０の内側の空間に収容された状態となっている。

冷却ファン３から吐出された冷却風は、冷却風吸入口１１３からフレーム１０４の内部へ流動し冷却風排出口１１５ｂからフレーム１０４外部へ排出される、又は冷却風吸入口１１３からフレーム１０４の内部へ流動し図示しない通風溝を通って負荷側ブラケット１０５に形成された冷却風排出口からフレーム１０４外部へ排出される、又は冷却風吸入口１１３からフレーム１０４の内部へ流動しロータ風穴１１６を通って負荷側ブラケットの冷却風排出口ｂからフレーム１０４外部へ排出される等、複数の流路に分岐されつつコイルエンド１１２等の冷却を行う。

本実施例に係るモータの冷却構造によれば、電動機部１０１が冷却ファン３側に軸受けを有しないため、冷却ファン３側に軸受け７を備える実施例１に比較して、コイルエンド１１２のシャフト１０９側の空間をより有効に利用でき、モータを更に小型化することができる。また、冷却ファン３が収容される空間が拡充されることにより、例えば実施例１に比較して、モータの外径寸法を維持しつつ、より大型の冷却ファン３を設置することが可能となり、冷却性能をより向上させることができる。

本発明は、モータ内部を冷却ファンによって冷却するモータの冷却構造に適用可能である。

本発明の実施例１に係るモータの冷却構造を示す概略断面図である。 本発明の実施例２に係るモータの冷却構造を示す概略断面図である。 本発明の他の実施例に係るモータの冷却構造を示す概略断面図である。 図３の正面図である。 従来のモータの冷却構造を示す概略断面図である。 従来の他のモータの冷却構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１，１０１ 電動機部
２ エンコーダ
３ 冷却ファン
４，１０４ フレーム
５，１０５ 負荷側ブラケット
５ａ，１０５ａ 傾斜部
６，１０６ 反負荷側ブラケット
７，８ 軸受け
９，１０９ シャフト
１０，１１０ ロータ
１１，１１１ ステータ
１２，１４，１１２ コイルエンド
１３，１１３ 冷却風吸入口
１５，１５ａ，１５ｂ，１１５ｂ 冷却風排出口
１６，１１６ ロータ風穴
１７ 通風溝
１１８ 永久磁石

Claims (4)

1. 円筒状のフレーム及び前記フレームの端部に装着されるブラケットからなる収納体と、前記収納体に軸受けを介して回転可能に支持される回転軸に嵌着される回転子と、前記回転子の外側に設けられる固定子とを備える電動機部を、冷却ファンの送風により冷却するモータの冷却構造において、
   前記冷却ファンが、前記回転軸の径方向に対し、固定子鉄心の端部から突出するコイルエンドと、前記回転軸との間、且つ、前記回転軸の軸方向に対し、前記フレームの端部と前記回転子との間に配置され、前記ブラケットに固定されて前記収納体の内部へ冷却風を吐出する複数の他励ファンであることを特徴とするモータの冷却構造。
2. 前記冷却ファンが、前記ブラケットに形成され、回転軸方向に沿って前記電動機部内部へ向かうに従って縮径する傾斜部に固定され、
   前記回転軸の軸心側から前記回転軸の径方向とは傾斜を有する方向であって前記回転軸から離間する方向、且つ、前記収納体の内部へ冷却風を吐出することを特徴とする請求項１記載のモータの冷却構造。
3. 前記ブラケットに、モータ内外を連通可能に穿設された冷却風排出口を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータの冷却構造。
4. 前記電動機部が、前記収納体が一つの前記軸受けを介して前記回転軸を支持する構造を有するとともに、
   前記冷却ファンが、前記回転子に対して前記一つの軸受けとは反対側に位置する前記コイルエンドと、前記回転軸との間に形成された空間に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータの冷却構造。

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