特開 2022-20507 回転機、およびその空冷構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022020507

(43)【公開日】2022-02-01

(54)【発明の名称】回転機、およびその空冷構造

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20220125BHJP

【ＦＩ】

H02K9/06 G

H02K9/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020124044

(22)【出願日】2020-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119264

【弁理士】

【氏名又は名称】富沢 知成

(72)【発明者】

【氏名】寺島 和希

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB01

5H609BB18

5H609PP02

5H609PP16

5H609QQ02

5H609RR03

5H609SS22

5H609SS23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回転機内における発熱を効果的に放出できるとともに、急激な動作切り替え時における軸に対する負荷を低減することのできる、回転機の空冷技術を提供する。
【解決手段】回転機の空冷構造５は、回転機１０の軸８に磁力を用いた取付手段２によりファン３が取付けられてなる構成とする。回転機１０としては、モータ、回転型のセンサ、センサ付きモータ、発電機のいずれもが該当する。また、ファン３が取り付けられる軸８上の位置は、発熱により温度が高くなる箇所、温度を下げたい箇所に対する空冷を効果的に行える位置である限り、特に限定されない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機の軸に磁力を用いた取付手段によりファンが取付けられてなることを特徴とする、回転機の空冷構造。

【請求項2】

前記取付手段は前記軸または前記ファンの少なくともいずれかに設けられた磁石であることを特徴とする、請求項１に記載の回転機の空冷構造。

【請求項3】

前記取付手段は前記軸および前記ファンの双方設けられた永久磁石であることを特徴とする、請求項１に記載の回転機の空冷構造。

【請求項4】

前記ファンの動作空間に吸排気口が設けられていることを特徴とする、請求項１、２、３のいずれかに記載の回転機の空冷構造。

【請求項5】

請求項１、２、３、４のいずれかに記載の空冷構造を備えていることを特徴とする、回転機。

【請求項6】

センサ付きモータであり、前記空冷構造が該センサ設置空間に設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の回転機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転機、およびその空冷構造に係り、特に、モータのセンサカバー内の熱放出など回転機における空冷技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

モータなど回転機の軸にファン（回転翼）を取付けて固定し、ファンの回転によって空気を送る空冷機構については従来特許出芽等もなされている。たとえば後掲特許文献１には、回路基板上の発熱素子の放熱性を高められるモータとして、ケースに取り付けた駆動回路に対向して金属部材を設け、駆動回路に装着されるスイッチング素子を金属部材に固定し、出力側とは反対側のモータ軸端部にファンを取り付けた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２３４１５８号公報「電動モータ」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記文献開示技術のような回路基板上の発熱部品による発熱の放出、センサ付きモータにおけるセンサが搭載されたセンサカバー内の熱の放出など、モータ等回転機における放熱の必要性は高い。軸にファンを取り付けることにより、軸の回転に連動してファンが回転し、これにより気流が発生して空冷による放熱効果が期待できる。しかしながら、回転機の急激な逆転や停止など急激な動作切り替えの際にはファンは軸に対する負荷となり、動作の応答性などの性能や、回転機自体の耐久性に影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、回転機内における発熱を効果的に放出できるとともに、急激な動作切り替え時における軸に対する負荷を低減することのできる、回転機の空冷技術を提供することである。たとえばセンサ付きモータにおいては、モータ部から伝わってくる熱がセンサカバー内にこもり、それによりセンサの温度が上昇することを有効に防止でき、かつ軸への負荷を低減することのできる空冷技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願発明者は上記課題について検討した。その結果、回転機軸へのファン取り付けには磁力を用いることに想到した。そしてかかる方法によれば、急激な動作切り替え時にはファンが軸との間の磁力による吸引に勝って慣性で空転して回転機軸への負荷が低減できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

【0007】

〔１〕 回転機の軸に磁力を用いた取付手段によりファンが取付けられてなることを特徴とする、回転機の空冷構造。
〔２〕 前記取付手段は前記軸または前記ファンの少なくともいずれかに設けられた磁石であることを特徴とする、〔１〕に記載の回転機の空冷構造。
〔３〕 前記取付手段は前記軸および前記ファンの双方設けられた永久磁石であることを特徴とする、〔１〕に記載の回転機の空冷構造。

【0008】

〔４〕 前記ファンの動作空間に吸排気口が設けられていることを特徴とする、〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載の回転機の空冷構造。
〔５〕 〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕のいずれかに記載の空冷構造を備えていることを特徴とする、回転機。
〔６〕 センサ付きモータであり、前記空冷構造が該センサ設置空間に設けられていることを特徴とする、〔５〕に記載の回転機。

【発明の効果】

【0009】

本発明の回転機、およびその空冷構造は上述のように構成されるため、これらによれば、回転機内における発熱を効果的に放出できるとともに、急激な動作切り替え時における軸に対する負荷を低減することができる。それにより、ファンが軸に設けられている構成の回転機でありながら、応答性など回転機の性能保持や耐久性に及ぼす好ましくない影響を低減ないしは無くすことができる。

【0010】

たとえばセンサ付きモータにおいては、モータ部から伝わってくる熱がセンサカバー内にこもり、それによってセンサの温度が上昇することを有効に防止することができるとともに、軸への負荷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明回転機の空冷構造の基本構成を概念的に示す断面視の説明図である。

【図1-2】本発明回転機の空冷構造による作用を模式的に示すグラフである。

【図1-3】本発明空冷構造に係るファンの構成例を概念的に示す平面視の説明図である。

【図2】本発明空冷構造に係る取付手段の構成例を概念的に示す断面視の説明図である（その１）。

【図2-2】本発明空冷構造に係る取付手段の構成例を概念的に示す断面視の説明図である（その２）。

【図3】本発明空冷構造に係る取付手段の構成例を概念的に示す断面視の説明図である（その３）。

【図4】本発明回転機の構成例を概念的に示す断面視の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明回転機の空冷構造の基本構成を概念的に示す断面視の説明図である。図示するように本回転機の空冷構造５は、回転機１０の軸８に磁力を用いた取付手段２によりファン３が取付けられてなることを主たる構成とする。本発明空冷構造５の適用対象である回転機１０としては、モータ、回転型のセンサ、センサ付きモータ、発電機のいずれもが該当する。また、ファン３が取り付けられる軸８上の位置は、発熱により温度が高くなる箇所、温度を下げたい箇所に対する空冷を効果的に行える位置である限り、特に限定されない。

【0013】

取付手段２は磁力によってファン３を軸８に取り付ける。軸８－ファン３の取り付け・固定方法が磁力であるため、その磁力（吸引力）を超える力が軸８またはファン３に作用した場合には、両者の間の結合は解除され、それぞれの運動状態は独立する。すなわち、軸８が停止して静止してもファン３は連動して停止せずに回転運動を続け、逆にファン３が停止しても軸８はそれと連動せずに回転運動を続ける。

【0014】

すなわち本発明の空冷構造５に係るファン３－軸８の結合は、接着や圧入等の機械的な方法によって固定されている状態なのではなく、また一体成形等によって両者が一体となっていて不可分な状態なのではなく、両者を結合せしめている磁力よりも大きな力が作用することにより、ファン３、軸８のいずれをも破損することなく可逆的に分離できる結合である。つまり本発明空冷構造５では、ファン３と軸８は正常時（静止時、通常の回転運動時）には両者が結合して一体化している状態で連動し、急激な逆転や停止といった異常時には両者が一旦分離して独立した運動状態になる。これにより、回転機軸８に掛かる負荷が低減される。

【0015】

図１－２は、本発明回転機の空冷構造による作用を模式的に示すグラフである。図示するように、軸８が静止状態や徐々に回転数を増やしていく状態、一定の回転数を維持する状態においては、軸８に磁力によって結合されているファン３はこれらの静止・運動状態に連動して回転する。しかし、軸８が急停止したり急激に逆転したりすると、ファン３と軸８との間の磁力による結合は一旦解除されて両者は分離し、したがって軸８の動作に関わらずファン３はそれまでの運動を続ける。

【0016】

しかしながら、このように急激な動作切り替え時に一旦分離したファン３と軸８も、分離したままの状態でその後も経過するのではなく、ファン３は両者間の磁力によって軸８の運動に徐々に追いついて連動するようになり、いずれ完全な連動状態に戻る。つまり、急激に大きなトルクがかかるような場合に、ファン３が軸８から分離されるモードに切り替わるのである。

【0017】

なお、かかる作用を十分に得るために、磁力による取付手段２の結合は、軸８とファン３との間に空間（隙間）が形成されるような結合であることとすることができる。それにより、急激な動作切り替え時における両者の分離がより良好になされるからである。空間を設けるように形成する場合、空間は両者が常に接しない程度であって、かつ可能な限り接近している距離とすることが望ましい。軸８－ファン３両者間の磁力をできる限り強くするためである。

【0018】

一方、かかる空間（隙間）が軸８とファン３との間に設けられず、両者が接触している構成であっても、本発明の範囲内である。軸８への過大な負荷を避けるべく軸８とファン３とを分離するべき事態、すなわち急激な動作切り替えの事態がさほど頻繁ではない場合は、ファン３固定の確実性の上でかかる構成は有意義である。もっともこの構成では、軸８－ファン３両者の接触面の摩擦が可能な限り小さいことが望ましい。両者分離の際の摩耗等を防ぐためである。

【0019】

なお、取付手段２の具体的な構造は後述するが、これが軸８に設けられている場合、ファン３に設けられている場合、両者に設けられている場合、いずれの場合であっても、設置される取付手段２のかさ高さを含めての軸８、ファン３であり、空間はかかるファン３－軸８の間に形成されるものである。

【0020】

軸８の回転によってこれに取り付けられているファン３が連動して回転する。ファン３の回転により気流すなわち送風が生じる。それにより送風先の対象や空間に空気が送られると、対象における熱がより低温である送風空気により冷却され、また空間における熱はより低温である送風空気と置換される。ファン３用の特別の動力を要することなく、回転機１０の回転と同時に空冷作用が生じる。空冷効果を高めるための羽根（フィン）の形状や枚数等の仕様は適宜に設計可能である。

【0021】

取付手段２は磁力を用いるものであるから、ファン３、軸８のいずれもが、かかる磁力による吸引力発生に与る。すなわちファン３、軸８はいずれも、磁性体（強磁性体）、固体状態の磁性体である磁石（永久磁石）、電磁石、磁化された磁性体のいずれかであって、かつ両者間に磁力（吸引力）を生じさせることのできる組み合わせである。その意味では、磁力による取付手段はファン３と軸８の双方に常に備えられていなくてはならないと言えるが、以下図１－３～図３を用いた説明では、取付手段を特に永久磁石のことと限定する。なおまた、取付手段としての電磁石の使用は本発明から除外されないが、通電による発熱は本発明の課題解決上望ましくない。したがって以下の説明では永久磁石のみに限定する。

【0022】

図１－３は、本発明空冷構造に係るファンの構成例を概念的に示す平面視の説明図である。あくまでも概念的に示した図であり、ここでの羽根（フィン）の形状や枚数等の仕様に本発明が限定されるものではない。図中の（ａ）に示すように本空冷構造に係るファン３は、軸に嵌め込むための中央開口部である軸嵌装部３ｈを有する基部３ｃに、羽根（フィン）３ｆが複数設けられてなる構成である。軸嵌装部３ｈを軸に填め込むことで取り付けられる。

【0023】

なお、図中の（ａ）は取付手段たる磁石を自身には持たないファン３の例であり、一方（ｂ）は取付手段２ｂを基部３ｃの内周面に有するファン３ｂである。前者（ａ）では、軸に設けられる取付手段（磁石）との間で磁力による結合を形成するため、少なくとも基部３ｃの内周面が磁性体であることを要する。また、磁石である取付手段２ｂを有する（ｂ）の例とは別に、少なくとも基部全体が磁石である構成も、本発明の範囲内である。

【0024】

図２、２－２は、本発明空冷構造に係る取付手段の構成例を概念的に示す断面視の説明図である（それぞれ、その１、その２）。いずれの図も、図中（ａ）はファン取り付け前、（ｂ）はファン取り付け後を示す。これらに示すように、また既に言及したように取付手段１２等は、軸またはファンの少なくともいずれかに設けられた磁石とすることができる。また、いずれの図でもファン取り付け状態となっている（ｂ）では、ファンと軸との間には両者を接触せしめない空間があるようにする構造とすることができる。

【0025】

すなわち図２は、取付手段１２が軸１８に設けられており、ファン１３の少なくとも取り付け対応箇所である基部内周面が磁性体である構成である。また図２－２は、取付手段２２がファン２３に設けられており、軸２３の少なくとも取り付け対応箇所である基部内周面が磁性体である構成である。これらの構成は本発明の範囲内であるが、より望ましい構成を次に示す。

【0026】

図３は、本発明空冷構造に係る取付手段の構成例を概念的に示す断面視の説明図である（その３）。図示するように本発明空冷構造は、永久磁石である取付手段が、軸３８に設けられた取付手段３２ａ、およびファン３３に設けられた取付手段３２ｂ、双方に設けられた構成とすることができる。かかる構成により、より強固な取り付け状態を得ることができる。

【0027】

なお、図２、３において取付手段１２、３２ａは軸１８、３８から突出して設けられているように示した。しかしながらこれら取付手段は、軸１８、３８内に埋め込まれていて面一となるように形成してもよい。また、軸１８、３８に埋め込まれていて面一よりも陥没した位置に取付手段が設けられている構成であっても、本発明の範囲内である。

【0028】

本発明回転機の空冷構造では、ファンの動作空間に吸排気口が設けられている構成とすることが望ましい。吸排気口により外気と回転機内の空気との交換を良好に行うことができ、ファンの送風による空冷作用、放熱作用を高めることができる。吸排気口の設置数は適宜の数とすることができる。また、吸排気口にはフィルターを取付けることが望ましい。これにより、塵埃等が回転機内に進入するのを防止することができる。

【0029】

以上説明したいずれかの空冷構造を備えている回転機自体もまた本発明の範囲内である。
図４は、本発明回転機の構成例を概念的に示す断面視の説明図である。図示する例の回転機４１０はセンサ付きモータであり、ステータ４６、ロータ４７を有するモータ空間４Ｍと、断熱板４０を介して軸４８上に設けられたセンサ４９を有するセンサ設置空間４Ｓとからなり、センサ部分にファン４３が取付手段４２により取り付けられ、すなわち空冷構造４５がセンサ設置空間４Ｓに設けられている構成である。空冷構造４５が設けられたセンサ設置空間４Ｓには吸排気口４４が適宜数設けられている。また筐体のうちセンサ設置空間４Ｓ側は、センサカバー４１Ｓである。

【0030】

本回転機４１０では、モータ空間４Ｍにおいて発生した熱が、断熱板４０があるとは言えセンサ設置空間４Ｓ側のセンサカバー４１Ｓにも伝わってくる。これはセンサ４９には好ましくない。しかし、センサ４９と断熱板４０との間に設けられたファン４３により、軸４８回転とともファン４３が回転することで気流が生じて空冷作用が発生し、熱は吸排気口４４を通して排出される。また、取付手段４２は圧入や接着等ではなく磁力によって、分離が可能なようファン４３を軸４８に取り付けている。したがって急激な動作の際には両者が分離されるため、軸４８に対する負荷は良好に低減される。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本発明の回転機、およびその空冷構造によれば、回転機内における発熱を効果的に放出できるとともに、急激な動作切り替え時における軸に対する負荷を低減することができる。したがって、ＡＣサーボモータを初めとするモータや回転型のセンサなどの回転機製造、使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。

【符号の説明】

【0032】

１…筐体
２、２ｂ、１２、２２、３２ａ、３２ｂ、４２…取付手段
３、３ｂ、１３、２３、３３、４３…ファン
３ｃ…ファンの基部
３ｆ…ファンの羽根（フィン）
３ｈ、３ｂｈ、１３ｈ、２３ｈ、３３ｈ…ファンの軸嵌装部
５、４５…回転機の空冷構造
６、４６…ステータ
７、４７…ロータ
８、１８、２８、３８、４８…軸
１０、４１０…回転機
４０…断熱板
４１Ｍ…筐体（モータ側）
４１Ｓ…筐体（センサカバー）
４４…吸排気口
４９…センサ
４Ｍ…モータ空間
４Ｓ…センサ設置空間

【図1】

【図1-2】

【図1-3】

【図2】

【図2-2】

【図3】

【図4】