回転電機
【課題】フィンの高さとフィン間のピッチの比（＝冷却フィンの高さ／冷却フィン間のピッチ）が大きいモータにおいて、冷却フィンに効率よく冷却風を流す冷却構造を提供する。
【解決手段】ステータコア表面に軸方向に設けた多数の冷却フィン１０２１と、冷却フィンの根元でステータコアを固着させるための溶接部１４１と溶接部を生むための溶接空間１０３２をもち、冷却ファン１７からの冷却風ＣＡを前記冷却フィンを覆う案内カバーにより冷却フィン１０２１に導いてモータを冷却する全閉式サーボモータにおいて、前記溶接空間１０３２に風量調整部材１８１、１８２、１８３、１８５を設ける。
【解決手段】ステータコア表面に軸方向に設けた多数の冷却フィン１０２１と、冷却フィンの根元でステータコアを固着させるための溶接部１４１と溶接部を生むための溶接空間１０３２をもち、冷却ファン１７からの冷却風ＣＡを前記冷却フィンを覆う案内カバーにより冷却フィン１０２１に導いてモータを冷却する全閉式サーボモータにおいて、前記溶接空間１０３２に風量調整部材１８１、１８２、１８３、１８５を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機の冷却に係り、特に、冷却フィンを用いた高トルクサーボモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータフレーム外周部に冷却フィンを有し、冷却ファンによって冷却フィンに風をあてることによって、モータを冷却する全閉モータが知られている。このとき、フィン外側に案内カバーを設け、風が効率よくフィンにあたるようにしている（特許文献１）。また、ステータ自体にフィンを設け、これに風をあてて冷却する方式もある（特許文献２）。さらに、ステータ自体のフィンと案内カバーを一体化して、フィンと案内カバーの間に冷風を流すコアも知られている（特許文献３）。一方、ステータ自体にフィンを設け、これに風をあてて冷却する方式で、フィンの突起部間の谷部分に沿って溶接してステータコアを固着する方法も知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−３３３６１号公報
【特許文献２】特開平１１−４５５４号公報
【特許文献３】特開平７−１７７６８９号公報
【特許文献４】実開昭５４−１８４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、各先行技術に示されるフィンの外表面を流れる冷風にはむらがあり、フィンでの放熱量が十分ではない。すなわち、先行技術に示される構造は、一般的なモータ冷却方式としては十分であるが、高トルクのサーボモータ等の回転電機では、大きな放熱量を必要とし、ステータコアの外部に設ける冷却フィンの放熱面積を大きくする必要がある。放熱面積を大きくするには、冷却フィンの高さとフィン間のピッチの比（以下、ピッチ比という、ピッチ比＝冷却フィン高さ／フィン間ピッチ）の大きいフィン構造が考えられる。
【０００５】
一方、高トルクの回転電機では、ロータの高回転トルクの反作用としてステータに大きなトルクが作用するため、積層体で構成されるステータの強度を確保する上で積層体同士を溶接で強固に固着する必要がある。しかしながら、上記したように、冷却フィンのピッチの比を大きくすることによりフィンの間隔が狭くなるので、フィン根元部に溶接トーチが入らない問題が生じる。フィン頭部で溶接をすれば解決はするものの、この部位での溶接はフィン高さが高いためにステータコアの固着強度が十分に確保できない。
【０００６】
この問題解決ため、ピッチ比の大きな冷却フィンの一部を犠牲にして、溶接固着する箇所に冷却フィンを設けずに、溶接空間を確保して溶接を行うことが考えられる。これによって、フィン根元に近い箇所を溶接してステータコアを強固に固着させる。なお、溶接固着する箇所は冷却フィン高さをかなり小さくする構造でもよい。
【０００７】
しかしこの構造では、冷却ファンにより送られる冷却風が、より通風抵抗の少ない溶接空間を流れるため、冷却フィン近傍の通風量が減少して、フィンから効率的にモータの熱が除去されず、モータが有効に冷却できないという課題がある。
【０００８】
本発明は前記課題に対してなされたもので、その目的とするところは、フィンの高さとフィン間のピッチの比（ピッチ比）が大きい回転電機において、ステータの強度を保ち、放熱効率の良いフィン構造を備えた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、発明は、電磁鋼板の積層体からなり外周に回転軸方向の冷却フィンを多数備えたステータコアと、このステータコアの内側に配置されたロータと、前記冷却フィンに冷却風を案内するように冷却フィンを覆う案内カバーと、前記冷却フィンに冷却風を供給する冷却ファンを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、前記冷却フィンの根元に前記積層体同士を固着するための溶接空間が形成され、固着後の溶接空間に冷却風の流量を調整する風量調整部材が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却フィンのピッチと高さの比（冷却フィンの高さ／冷却フィン間のピッチ）が１以上であることを特徴とする。相対的にフィンのピッチが狭い冷却フィンでも効率よく冷却でき、大きな放熱が可能になる。
【００１１】
また、上記に記載の回転電機において、前記溶接空間の底部に溶接用の短フィンを設けることを特徴とする。溶接空間にも通風することで冷却でき、冷却性能が向上する。
【００１２】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却フィンと風量調整部材との隙間、および／または、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間は、冷却フィン間ピッチ以下に設定されたことを特徴とする。効果的にモータを冷却することができる。
【００１３】
また、上記に記載の回転電機において、前記風量調整部材は、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間を調整する部材であることを特徴とする。案内カバーと冷却フィン先端部との隙間が確実に確保できるので、効果的にモータを冷却することができる。
【００１４】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却ファンから出された冷却風が冷却フィンに入るまでに、前記冷却風の圧力を一定化させるチャンバーを設けたことを特徴とする。一つひとつの冷却フィンに流れる風量をほぼ均等にでき、冷却フィンから均一に放熱することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ステータを構成する積層体を堅固に固着すると共に、冷却フィンからの放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１のサーボモータのステータコア図である。
【図２Ａ】実施例１のサーボモータの側面図である。
【図２Ｂ】実施例１のサーボモータの断面図である。
【図３】実施例１の他の構造のサーボモータの断面図である。
【図４Ａ】実施例２のサーボモータの側面図である。
【図４Ｂ】実施例２のサーボモータの断面図である。
【図５Ａ】実施例３のサーボモータの側面図である。
【図５Ｂ】実施例３のサーボモータの断面図である。
【図６Ａ】実施例４のサーボモータの側面図である。
【図６Ｂ】実施例４のサーボモータの断面図である。
【図７】実施例５のサーボモータの側面図である。
【図８】実施例５の効果を説明する風量調整部材付近の拡大図である。
【図９】実施例５における特性図である。
【図１０】実施例６のサーボモータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明が適用される回転電機（モータ）のステータコア断面、図２Ａはサーボモータの側面図、図２Ｂはサーボモータの断面図を示す。ここで、図２Ｂに示す断面図は、図２ＡのＡＢ線に沿う断面で、１０はステータコア１０１の内周側に配置されたロータで、１５はロータのシャフト（回転軸）である。ロータ１０は、例えば永久磁石をロータの外周部に配置した構造で、永久磁石式のサーボモータを構成する。
【００１９】
図１に示すステータコア１０１は、外形が八角形状で外周部に多数の冷却フィン１０２１が設けられた電磁鋼板の積層体を、回転軸方向に多数枚積層される。積層して構成されたステータコアの冷却フィン１０２１は、ピッチ比（冷却フィン高さ／フィン間ピッチ）が１以上で、フィンの間の各通風孔１０３１に冷却風を通してステータコアの熱を効率よく奪うように構成される。例えば、フィン高さが５０ｍｍでフィン間ピッチが１０ｍｍのときピッチ比は５となる。ピッチ比を大きくし過ぎると、フィンの機械的強度が低下するので、３〜１０付近が望ましい。冷却フィンのピッチ比は、図１では場所に関係なく同一としているが、温度の分布によって放熱量を変えるように、フィンのピッチ比を変えても良い。例えば、できるだけ冷却性能が向上かつ均一化するように、磁気回路を構成するバックコア部に近い上下左右面ピッチ比を小さくし、周囲の斜め部でピッチ比が大きくなるように変更して放熱量を増加させるようにしても良い。
【００２０】
ステータコア１０１の内周面には多数のティース１０１１が半径方向に設けられており、ティース間のスロット溝には巻き線が巻回されている。ステータからの熱、すなわち、巻き線から発生する銅損と、ステータコア自体から発生する鉄損による発熱が、ステータコアの冷却フィン１０２１に冷却ファン１７の冷却風が当たることにより、直接冷却されるので効果的な冷却が行える。モータの内部には冷却風を流さない、全閉式の構造である。
【００２１】
冷却フィン１０２１の所定の箇所には、フィンを設けずに溶接空間１０３２を設ける。この溶接空間は溶接トーチが入る程度の大きさとする。溶接空間１０３２に溶接トーチを差し込んでその底部１０３３で溶接を行い、ステータコアの積層体同士を固着させる。溶接個所（溶接空間１０３２）は、ステータコア外周の適当な箇所に適切な数だけ設けられ、図１では１２箇所設けられている。溶接空間１０３２の底部は、ステータコア１０１を固着するために溶接１４１がされている。また、ステータコア１０１にはコアとフランジ（後述）とを強固に結びつけるボルト孔１０３４を磁気回路に影響しない部位に複数箇所に設ける。
【００２２】
図に示すサーボモータ１１で、ステータコア１０１は電磁鋼板を多数枚数積層してステータフレーム部１２を構成する。サーボモータ１１の前側フランジ１３は、ステータフレーム部１２に取り付けられる負荷側のフランジで、その中心には軸受（図示せず）が設けられ、シャフト１５が回転可能に取り付けられる。反負荷側の後側フランジ１４は、その中心には軸受（図示せず）が設けられ、シャフト（図示せず）が回転可能に取り付けられる。シャフト端にはエンコーダ１６が取り付けられ、モータシャフト１５の回転位置を検出する。サーボモータ１１は、前側フランジ１３の面が取付け面で、シャフト１５が相手機械（負荷）に連結される。
【００２３】
エンコーダ１６の外側には冷却ファン１７が取り付けられている。冷却ファン１７としては例えば、他励式の軸流ファン１７が利用される。また、冷却フィン１０２１の外側には、冷却フィン１０２１を囲む（覆う）形で案内カバー１8が巻回されている。案内カバー１８は軸流ファン１７からの冷却風ＣＡを、冷却フィン１０２１の間の通風孔１０３１に効率よく導くように設置される。案内カバー１８の反負荷側端は、冷却風ＣＡが入るように適度に穴があいている。または、防護網構造になっている。
【００２４】
案内カバー１８は、図示のように冷却フィン１０２１の頂部と僅かな隙間をもって設置される。この隙間は、冷却フィン１０２１の配置ピッチ以下に設定される。この設定によれば、冷却風を冷却フィン１０２１同士の間に優先的に流すことができるので、冷却フィン１０２１を効果的に冷却することができる。また、隙間確保のため、案内カバー１８は、後述のようにモータに取り付けられる。この構造とすると、冷却フィン１０２１先端部の冷却のみならず、フィン以外の図２に示すステータ外周部１０３４からも冷却が行えるため、冷却効率が向上する。
【００２５】
一方、案内カバー１８は、冷却フィン１０２１の先端部と隙間なく配置してもよい。板金で案内カバーを製造するとき、カバーの製作誤差があるが、案内カバーと冷却フィン先端部の隙間をなくすように設計して設置すれば、製作誤差を許容しやすく、設置が容易である。また、この案内カバー１８は、軸流ファン１７からの冷却風を通風孔１０３１に導くためのものであるから、適切に分割して設置してよい。例えば、図２で上下２分割、あるいは、左右２分割することができ、軸方向に分割してもよい。
【００２６】
次に、軸流ファン１７からの冷却風ＣＡが、案内カバー１８、冷却フィン１０２１に囲まれた通風孔１０３１を効率よく通るよう次の構造をもつ。
【００２７】
図２Ｂに示すように、溶接空間１０３２のファン１７側から見た断面は、冷却フィン１０２１同志の間隔より大きいので、溶接空間１０３２を埋める風量調整部材を挿入する。風量調整部材を設けない場合、通風孔１０３１の通風抵抗は溶接空間の抵抗より大きいために、冷却ファンからの冷却風は溶接空間を抜けるようになり、通風孔１０３１の風量は大きく減少して冷却効果が低減する。風量調整部材により溶接空間１０３２の通風抵抗を調整して、フィン間の通風孔１０３１に流れる冷却風が適切になるようにする。
【００２８】
溶接空間１０３２に設ける風量調整部材の具体例について説明する。この溶接空間には、冷却風の上流側端に風量調整部材１８１が設けられる。このように設置すれば、溶接空間１０３２の冷却風の入り口で風量を調整することができる。図２では風量調整部材１８１が一部のみ（図２Ｂの左半分の４カ所）示してあるが、実際は全周同じ構造の風量調整部材の構成とする。風量調整部材は、適切な板材を板金加工して、案内カバー１８側に取り付けられる。
【００２９】
図示のように、冷却フィン１０２１と風量調整部材１８１との間、あるいは、溶接空間１０３２の底部と風量調整部材１８１との間は、冷却フィン１０２１の設置ピッチ程度の間隙が設けられ、この隙間部分から冷却風が通る形状としている。こうすることにより、冷却ファンからの冷却風が無駄なく、ほぼ均一に冷却フィン全体に流れ、効率よく冷却ができる。風量調整部材の形状は上述の所謂板形状でなくても、上記目的を達する形状であればよい。例えば、立方体形状の金属や樹脂であってもよい。
【００３０】
風量調整部材１８２は立方体形状を有する変形例で、後側フランジ１４にボルト１８３で取り付けられている。後側フランジ１４に直接取り付けるので、風量調整部材をより確実な取付ができる他、案内カバー１８と冷却フィン１０２１との隙間を調整する役割をももつ。また、風量調整部材は金属あるいは樹脂で製作できる。
【００３１】
風量調整部材１８１に代えて、風量調整部材１８４（図２Ｂの右半分４カ所）を設けても良い。風量調整部材１８４はゴム材でできていて、その弾性作用で冷却フィンの間に挟まれるように設置している。風量調整部材１８４は弾性作用で風量調整部材１８１のように冷却フィンとの間の隙間がないために、ここの部分の冷却能力が低減するが、それは僅かである。弾性作用を利用するので、風量調整部材の取付が容易である。また、風量調整部材１８４は適切な形状、材質のものであれば、ゴム以外でも良いのは言うまでもない。例えば、金属や樹脂にゴム状材質を貼り付けたものでもよい。
【００３２】
案内カバー１８は、シャフト方向に延びる取付バー１８５によって、サーボモータ１１に固定される。取付バー１８５は前側フランジ１３から後側フランジ１４に貫いて設けられ、取付バー１８５の両端は、前側フランジ１３と後側フランジ１４に固定されている。案内カバー１８は、取付バー１８５にネジ（図示せず）によって固定される。このとき、ゴム材で作られる隙間調整材１８６を設けると、案内カバー１８と冷却フィン先端部との間の隙間を確保するのが容易となる。すなわち、隙間調整材１８６により前側フランジ１３付近の案内カバー１８と冷却フィン１０２１の先端部との間の隙間を、また、風量調整部材１８２により後側フランジ付近の案内カバー１８と冷却フィン１０２１の先端部との間の隙間を確実に確保する。このようにして、案内カバー１８はサーボモータ１１に固定される。
【００３３】
取付バー１８５は、溶接空間１０３２を利用して設けられるので、取付バー１８５と冷却フィン１０２１との間は、上記の風量調整部材１８１と同様な風量調整作用で適切な間隙が設けられ、それに隣接する冷却フィンに冷却風を当てている。この構造は、ステータ全長にわたって連続して風量調整部材を配置したのと等価である。すなわち、この構造の取付バー１８５は風量調整部材の一種と見ることができる。
【００３４】
なお、案内カバー１８は、取付バー１８５の部分で上下２分割構造にすると、組み立てし易い。このために、取付バー１８５を案内カバーの反負荷側端部まで延長してもよい。また、案内カバー１８は、上述した構造の取付バーではなく、適切な治具で前側フランジや後側フランジに固定することもできる。
【００３５】
以上のように、風量調整部材により溶接空間１０３２に流れる風量を調整することにより、軸流ファン１７からの冷却風ＣＡが溶接空間へ流れる冷却風量は適切になり、大部分が通風孔１０３１を通って前側フランジ１３方向に排気される。
【００３６】
なお、図示の構造ではエンコーダ１６も冷却でき、エンコーダの温度上昇を抑えることができるので、信頼性が向上する。
【００３７】
ここで、風量調整部材は図示の１８１、１８２、１８４のように、溶接空間１０３２の冷却風の入り口側に適切な長さを持たせて設置すれば、上記目的は達成される。この配置だけでなく、モータの構造やフィン形状により、溶接空間１０３２の軸方向の適切な位置に設置してもよく、あるいは、取付バー１８５のように溶接空間１０３２全体を埋めるように配置してもよい。
【００３８】
また、案内カバー１８はステータ部１２の全体を覆うように配置されているが、冷却フィンに冷却風を導くように設置されればステータ部１２の一部だけを覆うようにしてもよい。
【００３９】
図３は、溶接空間におけるステータコアの溶接構造の異なる例を示す。溶接空間の底部に、冷却フィン１０２１より高さの低い溶接用の短フィン１０４１を設け、この頭部を溶接（溶接個所１４２）する。この場合、溶接箇所が明確にでき、フィン高さが低いので、この構造でもコア同士は強固に固着される。図示の例でも、フィン間の溶接空間を埋める風量調整部材１８７を入れる。風量調整部材１８７は短フィン１０４１両脇の空間を塞がないように設置することが望ましい。
【００４０】
このような構造でも、冷却フィンに均等に冷却風を流すことができる。この構造では、溶接空間の底部に高さの低い短フィン１０４１が形成されるので、ここに冷却風を流すことができる。すなわち、短フィン１０４１と風量調整部材１８７により、通風孔を形成するため、溶接空間の冷却性能が向上する。
【００４１】
上記、２つの例から、冷却フィン間の溶接空間に風量調整部材を設けることにより、冷却フィン部に効果的に冷却風が通るようにでき、冷却効果が向上する。また、上記実施例ではステータコアの断面形状は八角形の例を示したが、ステータコア周囲に多数の冷却フィンが設けられる構造であれば、円形、四角形など他の形状でもよい。
【実施例２】
【００４２】
図４Ａ、図４Ｂに示す本実施例は、実施例１の変形例で、同一番号は同一部品を表す。図１の形状に対して、前側フランジ２３と後側フランジ２４の径方向サイズがフィン高さまで延長され、フランジ脚が設けられ、サーボモータ２１のステータフレーム部１２の構造は実施例１と同一である。図４Ｂに示す断面図は、図４ＡのＣ−Ｄに沿った断面である。
【００４３】
前側フランジ２３は、径方向サイズがフィン１０２１高さのところまで延長され、脚部２３１をもつ。後側フランジ２４も、径方向サイズがステータコアのフィン１０２１高さのところまで延長され、脚部２４１をもつ。どの脚部にもモータを固定するボルトを通す孔（破線部）が空いている。前側フランジ２３と後側フランジ２４に設けた脚２３１と２４１とでモータ質量を支え、機械に取り付けられるので、モータ設置のフレキシビリティが増す。
【００４４】
後側フランジ２４には、冷却フィン１０２１を配置している部分にフランジ通風穴２４５が開けられている。すなわち、各フランジ通風孔２４５は、多数の冷却フィン１０２１と通風穴１０３１で形成される全体断面に近い形状である。図示の例では、上下左右面に各３個、斜め面に各２個のフランジ通風穴を設けている。フランジ通風穴２４５の間の破線で示す部分２４６は、溶接空間１０３２を埋める風量調整部材の役割をしている。このような後側フランジを利用した風量調整部材の形状でも、冷却フィンの間の通風孔１０３１に適切な冷却風を流すことができる。なお、孔２４７はシャフトおよび軸受用である。
【００４５】
また、フランジ通風孔は図示のような大きな孔ではなく、通風孔１０３１と近い断面形状で、この各通風孔１０３１に連通するように多数のフランジ通風孔構造としてもよい。
【００４６】
案内カバーは、ステータフレーム部カバー２８１と、後側カバー２８２で構成される。フレーム部カバー２８１は、通風孔１０３１に入った冷却風ＣＡを冷却フィン１０２１にあて、排出部２８５（破線部）から外部に排出させる役割をもつ。フレーム部カバー２８１は、冷却風ＣＡの排出時に前フランジ２３との干渉を避けるために、前側フランジ２３に近い部分は設けられていない。後側カバー２８２は、冷却ファン２７の冷却風ＣＡをフランジ通風孔２４５を通してフィンの通風孔１０３１に導く役割をもつ。
【００４７】
脚をもつ構造のモータでは、このような構造にして、後側フランジ２４に風量調整部材の役割を持たせれば、冷却フィン１０２１に均等に冷却風を当てられる。
【００４８】
なお、後側カバー２８２は、後側フランジの脚部を避けて、フレーム部カバー２８１と一体的に製造してもよい。また、前側フランジ２３は脚部だけを設け、フィン高さまで延長しなくてもよい。このときは、フレーム部カバー２８１は先の実施例と同じように前側フランジ２３の面まで伸ばしてもよい。
【実施例３】
【００４９】
図５Ａ、図５Ｂに示す本実施例は、実施例１の別の変形例で、同一番号は同一部品を表す。実施例３は図１の形状に対して、前側フランジと後側フランジの径方向サイズが、フィン高さまで延長されており、案内カバーが後述するようにカバー拡大部をもつのが特徴である。サーボモータ３１のステータフレーム部１２の構造は、実施例１と同一である。図５Ｂに示す断面図は、図５ＡのＥＦ線に沿った断面である。
【００５０】
前側フランジ３３と後側フランジ３４は、実施例２と同じく、フランジの径方向サイズがフィン高さまで延長され、脚部３３１と３４１をもつ。冷却ファン３７からの冷却風ＣＡが、後側フランジ３４を乗り越えて冷却フィン１０２１に送るように、案内カバー３８は後側フランジ３４の近くで径方向に拡大したカバー拡大部３８５をもつ。案内カバー３８は、後側フランジ３４の脚部３４１を避けて風を通す構造をしている。溶接空間１０３２には、カバー拡大部３８５が絞られた位置に、風量調整部材３８１を設置する。風量調整部材３８１の材料、形状および設置隙間は、実施例１と同じである。
【００５１】
このようなカバー拡大部３８５を持つ案内カバー３８と、風量調整部材３８１とにより、冷却フィン１０２１には、図示の冷却風ＣＡのように効果的な冷却が行える。
【００５２】
なお、先の実施例２と同様、前側フランジ３３は脚部だけを設け、フィン高さまで延長しなくてもよい。このときは、案内カバー３８は先の実施例と同じように前側フランジ３３の面まで伸ばしてもよい。
【実施例４】
【００５３】
図６Ａ、図６Ｂに示す本実施例は、実施例１のさらに別の変形例で、同一番号は同一部品を表す。本実施例は、サーボモータ４１の冷却以外の構造、すなわち、ステータフレーム部１２や前後フランジ１３、１４は実施例１と同じである。冷却ファンを案内カバーの周囲に多数個配置して、軸方向のモータ長を短くしたのが特徴である。図６Ｂに示す断面図は、図６Ａの側面図のＧＨ断面であり、図６Ａの側面図は案内カバー４８に取り付けた冷却ファンを示している。
【００５４】
冷却ファンは、薄型の軸流ファン４７で、案内カバー４８の上下左右面に４個の軸流ファン４７ａ、斜め部に４個の軸流ファン４７ｂを取り付ける。軸流ファン４７の下部の案内カバー４８にはファンからの冷却風の流入を妨げないように適切な通気穴を設ける。軸流ファン４７から流入した冷却風は、通風孔１０３１を通り前フランジ１３方向と、後フランジ１４方向に流れる。通風孔１０３１に効果的に冷却風を流すため、溶接空間１０３２に風量調整部材４８１を配置する。ここでは、風量調整部材４８１を前後のフランジ１３と１４側の冷却風の出口付近に配置している。風量調整部材４８１の材料や形状や設置隙間は、実施例１と同じである。なお、この風量調整部材４８１の回転軸方向位置は、溶接空間１０３２の適切な位置に配置することができる。
【００５５】
このように、冷却ファンの配置の場合も、溶接空間に適切に風量調整部材を配置することにより、冷却フィン間の通風孔に有効に冷却風を流すことができる。
【００５６】
なお、この例で、軸流ファンは軸長方向の中央部に配置したが、前フランジ側、あるいは、後フランジ側に配置してもよい。また、図の軸流ファン４７ａに代わり、小型の軸流ファンを複数も受けてもよい。
【実施例５】
【００５７】
図７に示す本実施例は、実施例１の他の変形例で、同一番号は同一部品を表す。ステータフレーム部１２は実施例１と同じで、実施例１とは冷却ファンとそこで取り入れた冷却風を通風孔に導く経路が異なる。
【００５８】
サーボモータ５１のステータフレーム部１２は、前側フランジ５３と後側フランジ５４に取り付けられる。後側フランジ５４にはブレーキ５９が取り付けられ、サーボモータ５１を停止、制止保持させる。さらに、ブレーキ５９の外側にエンコーダ５６が取り付けられ、モータシャフト１５の回転位置を検出する。ブレーキ５９やエンコーダ５６は主要部ではないので詳述は省略する。
【００５９】
冷却フィン１０２１の外側には、この冷却フィン１０２１を囲む形で案内カバー５８が巻回されている。案内カバー５８の上部には、冷却ファンとしてシロッコファン５７が取り付けられる。シロッコファン５７は、モータ部５７１とファン部５７２から構成される。シロッコファン５７から送り出された冷却風ＣＡは、案内カバー５８に設けられた通気穴を通り、後部空間５８５に導かれる。後部空間５８５は後述のように圧力チャンバーの役割をもつ。
【００６０】
後部空間５８５は、閉空間とするためステータ後方周囲に配設した案内カバー５８に加え、後部カバー５８６も含めて全体がカバーで覆われている。このような後部空間５８５は、シロッコファン５７から吸い込まれた冷却風ＣＡが冷却フィンの通風孔１０３１に入るまでの圧力をほぼ一定にする効果があり、圧力チャンバーの役割をもつ。この結果として、多数の通風孔１０３１にバランスよく冷却風を通す効果がある。このために、ほぼ均一に冷却フィン１０２１から熱を奪うように構成されるので、実施例１〜４の構造より冷却性能が高い。溶接空間１０３２への風量調整部材５８１の配置は、実施例１と同様に配置される。風量調整部材５８１の材料や形状、設置隙間は実施例１と同じである。
【００６１】
図８、図９は、図７の構造のモータの風量調整部材の効果を説明するための説明図である。図８に示す風量調整部材付近の拡大図では、ステータ２００１には多数の冷却フィン２０１１が設けられる。また、溶接空間２０５１には、短いフィン２０２２がその底部に設けられている。溶接用の短フィン２０２２はその頭部で溶接を行うためのフィンであり、短フィンの高さは、ステータコアの溶接強度と溶接トーチの作業性を考慮して決められる。溶接用の短フィン２０２２の両側には、さらに別の短フィン２０２１を設けて溶接空間２０５１に溶接トーチが入り易いようにしている。短フィン２０２１の数や高さは、溶接作業性を考慮して決められる。溶接空間を確保するため、溶接用の短フィン２０２２だけでなく、その両側に短フィン２０２１を設けるのが特徴である。これらのフィンは冷却フィン２０１１より冷却効果は小さいが、溶接用の短フィン２０２２と短フィン２０２１でも冷却を行わせることができるので、冷却性能が向上する。
【００６２】
溶接空間２０５１には、風量調整部材２２００が設けられる。また、冷却フィン２０１１の外周部には案内カバー２１００が設置される。短フィン２０２１、２０２２と、２２００風量調整部材とに囲まれた空間は図示のように隙間をあけ、通風孔を形成する。
【００６３】
風量調整部材２２００のすぐ脇の冷却フィン２０１２と風量調整部材２２００との隙間をＧｗとし、冷却フィン２０１１間の幅をＷとするとき、Ｇｗを変更したときの冷却性能の特性を図９に示す。ここで、横軸Ｇｗは隙間比（＝Ｇｗ／Ｗ）として表示し、また、案内カバー２１００と冷却フィン２０１１の頭部の距離Ｇｃは、冷却フィン間の幅Ｗ程度の距離を開けて配置されている。
【００６４】
図９から分かるように隙間Ｇｗはゼロでもよいが、適切な値（W程度）にすると能力が高く、Ｗよりも隙間Gｗを大きくすると能力が低下することを示す。隙間Gｗが大きい、すなわち、風量調整部材を設置しないことと等価だと、溶接空間を冷却風がバイパスしてしまい、冷却効果が小さくなることを示している。この図から、風量調整部材を適切に配置すると冷却効果が向上することが分かる。
【００６５】
また、案内カバーと冷却フィン頭部の距離Ｇｃを変更したときも、図９とほぼ同様な特性が得られ、Ｇｃにも適切な値（Ｗ程度）がある。
【実施例６】
【００６６】
図１０に示す本実施例は実施例５の変形例で、冷却ファンの冷却風ＣＡをモータの軸方向中央部から送ることを特徴とする。部品番号の同じものは同一物を表し、冷却関連部以外は実施例５と同じ構造である。
【００６７】
シロッコファン６７はサーボモータ６１の中央部に設けられる。案内カバー６８は軸方向中央部が膨らんだ環状の中央空間６８５をもつ形になっている。中央空間６８５は先の例と同じ圧力チャンバーを形成する。溶接隙間１０３２にはこの隙間に流れる冷却風量を調整するための風量調整部材６８１を図示のように中央空間６８５の両側に配設する。
【００６８】
このような構造により、シロッコファン６７からの冷却風ＣＡは、中央部から前側フランジ４３方向と後側フランジ４４方向へと図示のように流れる。中央空間６８５の圧力チャンバーの作用により、冷却フィン１０２１の通風孔１０３１全体に均一に冷却風が流れ、効果的な冷却が行なえる。冷却フィンの温度は、冷却風の入口から出口に向かって高くなるが、この実施例は冷却風の出口が２方向にあるので全体の温度分布が均一化できる。
【００６９】
以上のように、上記の実施例で冷却ファンは、軸流ファンとシロッコファンとしたが、他の型式のものでもよく、また、必要風量を得るために複数台用いてもよい。また、案内カバーは製作上の都合から、径方向に適切に分割してもよい。さらに、実施例で他の実施例が利用できるものは入れ替えて実施できるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１０… ロータ
１１、２１、３１、４１、５１、６１… サーボモータ
１２… ステータフレーム部
１３、２３、３３、５３… 前側フランジ
１４、２４、３４、５４… 後側フランジ
１５… シャフト（回転軸）
１６、５６… エンコーダ
１７、２７、３７、４７… 軸流ファン（冷却ファン）
５７、６７… シロッコファン（冷却ファン）
１８、２８１、２８２、３８、４８、５８、６８… 案内カバー
１０１… ステータコア
１８１、１８２、１８３… 風量調整部材
１８５… 取付バー
３８１、４８１、５８１、６８１、２２００… 風量調整部材
５８５、６８５… 後部空間
１０２１、２０１１… 冷却フィン
１０３１… 通風孔
１０３２、２０５１… 溶接空間
１０４１、２０２１、２０２２… 短フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機の冷却に係り、特に、冷却フィンを用いた高トルクサーボモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータフレーム外周部に冷却フィンを有し、冷却ファンによって冷却フィンに風をあてることによって、モータを冷却する全閉モータが知られている。このとき、フィン外側に案内カバーを設け、風が効率よくフィンにあたるようにしている（特許文献１）。また、ステータ自体にフィンを設け、これに風をあてて冷却する方式もある（特許文献２）。さらに、ステータ自体のフィンと案内カバーを一体化して、フィンと案内カバーの間に冷風を流すコアも知られている（特許文献３）。一方、ステータ自体にフィンを設け、これに風をあてて冷却する方式で、フィンの突起部間の谷部分に沿って溶接してステータコアを固着する方法も知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−３３３６１号公報
【特許文献２】特開平１１−４５５４号公報
【特許文献３】特開平７−１７７６８９号公報
【特許文献４】実開昭５４−１８４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、各先行技術に示されるフィンの外表面を流れる冷風にはむらがあり、フィンでの放熱量が十分ではない。すなわち、先行技術に示される構造は、一般的なモータ冷却方式としては十分であるが、高トルクのサーボモータ等の回転電機では、大きな放熱量を必要とし、ステータコアの外部に設ける冷却フィンの放熱面積を大きくする必要がある。放熱面積を大きくするには、冷却フィンの高さとフィン間のピッチの比（以下、ピッチ比という、ピッチ比＝冷却フィン高さ／フィン間ピッチ）の大きいフィン構造が考えられる。
【０００５】
一方、高トルクの回転電機では、ロータの高回転トルクの反作用としてステータに大きなトルクが作用するため、積層体で構成されるステータの強度を確保する上で積層体同士を溶接で強固に固着する必要がある。しかしながら、上記したように、冷却フィンのピッチの比を大きくすることによりフィンの間隔が狭くなるので、フィン根元部に溶接トーチが入らない問題が生じる。フィン頭部で溶接をすれば解決はするものの、この部位での溶接はフィン高さが高いためにステータコアの固着強度が十分に確保できない。
【０００６】
この問題解決ため、ピッチ比の大きな冷却フィンの一部を犠牲にして、溶接固着する箇所に冷却フィンを設けずに、溶接空間を確保して溶接を行うことが考えられる。これによって、フィン根元に近い箇所を溶接してステータコアを強固に固着させる。なお、溶接固着する箇所は冷却フィン高さをかなり小さくする構造でもよい。
【０００７】
しかしこの構造では、冷却ファンにより送られる冷却風が、より通風抵抗の少ない溶接空間を流れるため、冷却フィン近傍の通風量が減少して、フィンから効率的にモータの熱が除去されず、モータが有効に冷却できないという課題がある。
【０００８】
本発明は前記課題に対してなされたもので、その目的とするところは、フィンの高さとフィン間のピッチの比（ピッチ比）が大きい回転電機において、ステータの強度を保ち、放熱効率の良いフィン構造を備えた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、発明は、電磁鋼板の積層体からなり外周に回転軸方向の冷却フィンを多数備えたステータコアと、このステータコアの内側に配置されたロータと、前記冷却フィンに冷却風を案内するように冷却フィンを覆う案内カバーと、前記冷却フィンに冷却風を供給する冷却ファンを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、前記冷却フィンの根元に前記積層体同士を固着するための溶接空間が形成され、固着後の溶接空間に冷却風の流量を調整する風量調整部材が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却フィンのピッチと高さの比（冷却フィンの高さ／冷却フィン間のピッチ）が１以上であることを特徴とする。相対的にフィンのピッチが狭い冷却フィンでも効率よく冷却でき、大きな放熱が可能になる。
【００１１】
また、上記に記載の回転電機において、前記溶接空間の底部に溶接用の短フィンを設けることを特徴とする。溶接空間にも通風することで冷却でき、冷却性能が向上する。
【００１２】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却フィンと風量調整部材との隙間、および／または、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間は、冷却フィン間ピッチ以下に設定されたことを特徴とする。効果的にモータを冷却することができる。
【００１３】
また、上記に記載の回転電機において、前記風量調整部材は、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間を調整する部材であることを特徴とする。案内カバーと冷却フィン先端部との隙間が確実に確保できるので、効果的にモータを冷却することができる。
【００１４】
また、上記に記載の回転電機において、前記冷却ファンから出された冷却風が冷却フィンに入るまでに、前記冷却風の圧力を一定化させるチャンバーを設けたことを特徴とする。一つひとつの冷却フィンに流れる風量をほぼ均等にでき、冷却フィンから均一に放熱することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ステータを構成する積層体を堅固に固着すると共に、冷却フィンからの放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１のサーボモータのステータコア図である。
【図２Ａ】実施例１のサーボモータの側面図である。
【図２Ｂ】実施例１のサーボモータの断面図である。
【図３】実施例１の他の構造のサーボモータの断面図である。
【図４Ａ】実施例２のサーボモータの側面図である。
【図４Ｂ】実施例２のサーボモータの断面図である。
【図５Ａ】実施例３のサーボモータの側面図である。
【図５Ｂ】実施例３のサーボモータの断面図である。
【図６Ａ】実施例４のサーボモータの側面図である。
【図６Ｂ】実施例４のサーボモータの断面図である。
【図７】実施例５のサーボモータの側面図である。
【図８】実施例５の効果を説明する風量調整部材付近の拡大図である。
【図９】実施例５における特性図である。
【図１０】実施例６のサーボモータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明が適用される回転電機（モータ）のステータコア断面、図２Ａはサーボモータの側面図、図２Ｂはサーボモータの断面図を示す。ここで、図２Ｂに示す断面図は、図２ＡのＡＢ線に沿う断面で、１０はステータコア１０１の内周側に配置されたロータで、１５はロータのシャフト（回転軸）である。ロータ１０は、例えば永久磁石をロータの外周部に配置した構造で、永久磁石式のサーボモータを構成する。
【００１９】
図１に示すステータコア１０１は、外形が八角形状で外周部に多数の冷却フィン１０２１が設けられた電磁鋼板の積層体を、回転軸方向に多数枚積層される。積層して構成されたステータコアの冷却フィン１０２１は、ピッチ比（冷却フィン高さ／フィン間ピッチ）が１以上で、フィンの間の各通風孔１０３１に冷却風を通してステータコアの熱を効率よく奪うように構成される。例えば、フィン高さが５０ｍｍでフィン間ピッチが１０ｍｍのときピッチ比は５となる。ピッチ比を大きくし過ぎると、フィンの機械的強度が低下するので、３〜１０付近が望ましい。冷却フィンのピッチ比は、図１では場所に関係なく同一としているが、温度の分布によって放熱量を変えるように、フィンのピッチ比を変えても良い。例えば、できるだけ冷却性能が向上かつ均一化するように、磁気回路を構成するバックコア部に近い上下左右面ピッチ比を小さくし、周囲の斜め部でピッチ比が大きくなるように変更して放熱量を増加させるようにしても良い。
【００２０】
ステータコア１０１の内周面には多数のティース１０１１が半径方向に設けられており、ティース間のスロット溝には巻き線が巻回されている。ステータからの熱、すなわち、巻き線から発生する銅損と、ステータコア自体から発生する鉄損による発熱が、ステータコアの冷却フィン１０２１に冷却ファン１７の冷却風が当たることにより、直接冷却されるので効果的な冷却が行える。モータの内部には冷却風を流さない、全閉式の構造である。
【００２１】
冷却フィン１０２１の所定の箇所には、フィンを設けずに溶接空間１０３２を設ける。この溶接空間は溶接トーチが入る程度の大きさとする。溶接空間１０３２に溶接トーチを差し込んでその底部１０３３で溶接を行い、ステータコアの積層体同士を固着させる。溶接個所（溶接空間１０３２）は、ステータコア外周の適当な箇所に適切な数だけ設けられ、図１では１２箇所設けられている。溶接空間１０３２の底部は、ステータコア１０１を固着するために溶接１４１がされている。また、ステータコア１０１にはコアとフランジ（後述）とを強固に結びつけるボルト孔１０３４を磁気回路に影響しない部位に複数箇所に設ける。
【００２２】
図に示すサーボモータ１１で、ステータコア１０１は電磁鋼板を多数枚数積層してステータフレーム部１２を構成する。サーボモータ１１の前側フランジ１３は、ステータフレーム部１２に取り付けられる負荷側のフランジで、その中心には軸受（図示せず）が設けられ、シャフト１５が回転可能に取り付けられる。反負荷側の後側フランジ１４は、その中心には軸受（図示せず）が設けられ、シャフト（図示せず）が回転可能に取り付けられる。シャフト端にはエンコーダ１６が取り付けられ、モータシャフト１５の回転位置を検出する。サーボモータ１１は、前側フランジ１３の面が取付け面で、シャフト１５が相手機械（負荷）に連結される。
【００２３】
エンコーダ１６の外側には冷却ファン１７が取り付けられている。冷却ファン１７としては例えば、他励式の軸流ファン１７が利用される。また、冷却フィン１０２１の外側には、冷却フィン１０２１を囲む（覆う）形で案内カバー１8が巻回されている。案内カバー１８は軸流ファン１７からの冷却風ＣＡを、冷却フィン１０２１の間の通風孔１０３１に効率よく導くように設置される。案内カバー１８の反負荷側端は、冷却風ＣＡが入るように適度に穴があいている。または、防護網構造になっている。
【００２４】
案内カバー１８は、図示のように冷却フィン１０２１の頂部と僅かな隙間をもって設置される。この隙間は、冷却フィン１０２１の配置ピッチ以下に設定される。この設定によれば、冷却風を冷却フィン１０２１同士の間に優先的に流すことができるので、冷却フィン１０２１を効果的に冷却することができる。また、隙間確保のため、案内カバー１８は、後述のようにモータに取り付けられる。この構造とすると、冷却フィン１０２１先端部の冷却のみならず、フィン以外の図２に示すステータ外周部１０３４からも冷却が行えるため、冷却効率が向上する。
【００２５】
一方、案内カバー１８は、冷却フィン１０２１の先端部と隙間なく配置してもよい。板金で案内カバーを製造するとき、カバーの製作誤差があるが、案内カバーと冷却フィン先端部の隙間をなくすように設計して設置すれば、製作誤差を許容しやすく、設置が容易である。また、この案内カバー１８は、軸流ファン１７からの冷却風を通風孔１０３１に導くためのものであるから、適切に分割して設置してよい。例えば、図２で上下２分割、あるいは、左右２分割することができ、軸方向に分割してもよい。
【００２６】
次に、軸流ファン１７からの冷却風ＣＡが、案内カバー１８、冷却フィン１０２１に囲まれた通風孔１０３１を効率よく通るよう次の構造をもつ。
【００２７】
図２Ｂに示すように、溶接空間１０３２のファン１７側から見た断面は、冷却フィン１０２１同志の間隔より大きいので、溶接空間１０３２を埋める風量調整部材を挿入する。風量調整部材を設けない場合、通風孔１０３１の通風抵抗は溶接空間の抵抗より大きいために、冷却ファンからの冷却風は溶接空間を抜けるようになり、通風孔１０３１の風量は大きく減少して冷却効果が低減する。風量調整部材により溶接空間１０３２の通風抵抗を調整して、フィン間の通風孔１０３１に流れる冷却風が適切になるようにする。
【００２８】
溶接空間１０３２に設ける風量調整部材の具体例について説明する。この溶接空間には、冷却風の上流側端に風量調整部材１８１が設けられる。このように設置すれば、溶接空間１０３２の冷却風の入り口で風量を調整することができる。図２では風量調整部材１８１が一部のみ（図２Ｂの左半分の４カ所）示してあるが、実際は全周同じ構造の風量調整部材の構成とする。風量調整部材は、適切な板材を板金加工して、案内カバー１８側に取り付けられる。
【００２９】
図示のように、冷却フィン１０２１と風量調整部材１８１との間、あるいは、溶接空間１０３２の底部と風量調整部材１８１との間は、冷却フィン１０２１の設置ピッチ程度の間隙が設けられ、この隙間部分から冷却風が通る形状としている。こうすることにより、冷却ファンからの冷却風が無駄なく、ほぼ均一に冷却フィン全体に流れ、効率よく冷却ができる。風量調整部材の形状は上述の所謂板形状でなくても、上記目的を達する形状であればよい。例えば、立方体形状の金属や樹脂であってもよい。
【００３０】
風量調整部材１８２は立方体形状を有する変形例で、後側フランジ１４にボルト１８３で取り付けられている。後側フランジ１４に直接取り付けるので、風量調整部材をより確実な取付ができる他、案内カバー１８と冷却フィン１０２１との隙間を調整する役割をももつ。また、風量調整部材は金属あるいは樹脂で製作できる。
【００３１】
風量調整部材１８１に代えて、風量調整部材１８４（図２Ｂの右半分４カ所）を設けても良い。風量調整部材１８４はゴム材でできていて、その弾性作用で冷却フィンの間に挟まれるように設置している。風量調整部材１８４は弾性作用で風量調整部材１８１のように冷却フィンとの間の隙間がないために、ここの部分の冷却能力が低減するが、それは僅かである。弾性作用を利用するので、風量調整部材の取付が容易である。また、風量調整部材１８４は適切な形状、材質のものであれば、ゴム以外でも良いのは言うまでもない。例えば、金属や樹脂にゴム状材質を貼り付けたものでもよい。
【００３２】
案内カバー１８は、シャフト方向に延びる取付バー１８５によって、サーボモータ１１に固定される。取付バー１８５は前側フランジ１３から後側フランジ１４に貫いて設けられ、取付バー１８５の両端は、前側フランジ１３と後側フランジ１４に固定されている。案内カバー１８は、取付バー１８５にネジ（図示せず）によって固定される。このとき、ゴム材で作られる隙間調整材１８６を設けると、案内カバー１８と冷却フィン先端部との間の隙間を確保するのが容易となる。すなわち、隙間調整材１８６により前側フランジ１３付近の案内カバー１８と冷却フィン１０２１の先端部との間の隙間を、また、風量調整部材１８２により後側フランジ付近の案内カバー１８と冷却フィン１０２１の先端部との間の隙間を確実に確保する。このようにして、案内カバー１８はサーボモータ１１に固定される。
【００３３】
取付バー１８５は、溶接空間１０３２を利用して設けられるので、取付バー１８５と冷却フィン１０２１との間は、上記の風量調整部材１８１と同様な風量調整作用で適切な間隙が設けられ、それに隣接する冷却フィンに冷却風を当てている。この構造は、ステータ全長にわたって連続して風量調整部材を配置したのと等価である。すなわち、この構造の取付バー１８５は風量調整部材の一種と見ることができる。
【００３４】
なお、案内カバー１８は、取付バー１８５の部分で上下２分割構造にすると、組み立てし易い。このために、取付バー１８５を案内カバーの反負荷側端部まで延長してもよい。また、案内カバー１８は、上述した構造の取付バーではなく、適切な治具で前側フランジや後側フランジに固定することもできる。
【００３５】
以上のように、風量調整部材により溶接空間１０３２に流れる風量を調整することにより、軸流ファン１７からの冷却風ＣＡが溶接空間へ流れる冷却風量は適切になり、大部分が通風孔１０３１を通って前側フランジ１３方向に排気される。
【００３６】
なお、図示の構造ではエンコーダ１６も冷却でき、エンコーダの温度上昇を抑えることができるので、信頼性が向上する。
【００３７】
ここで、風量調整部材は図示の１８１、１８２、１８４のように、溶接空間１０３２の冷却風の入り口側に適切な長さを持たせて設置すれば、上記目的は達成される。この配置だけでなく、モータの構造やフィン形状により、溶接空間１０３２の軸方向の適切な位置に設置してもよく、あるいは、取付バー１８５のように溶接空間１０３２全体を埋めるように配置してもよい。
【００３８】
また、案内カバー１８はステータ部１２の全体を覆うように配置されているが、冷却フィンに冷却風を導くように設置されればステータ部１２の一部だけを覆うようにしてもよい。
【００３９】
図３は、溶接空間におけるステータコアの溶接構造の異なる例を示す。溶接空間の底部に、冷却フィン１０２１より高さの低い溶接用の短フィン１０４１を設け、この頭部を溶接（溶接個所１４２）する。この場合、溶接箇所が明確にでき、フィン高さが低いので、この構造でもコア同士は強固に固着される。図示の例でも、フィン間の溶接空間を埋める風量調整部材１８７を入れる。風量調整部材１８７は短フィン１０４１両脇の空間を塞がないように設置することが望ましい。
【００４０】
このような構造でも、冷却フィンに均等に冷却風を流すことができる。この構造では、溶接空間の底部に高さの低い短フィン１０４１が形成されるので、ここに冷却風を流すことができる。すなわち、短フィン１０４１と風量調整部材１８７により、通風孔を形成するため、溶接空間の冷却性能が向上する。
【００４１】
上記、２つの例から、冷却フィン間の溶接空間に風量調整部材を設けることにより、冷却フィン部に効果的に冷却風が通るようにでき、冷却効果が向上する。また、上記実施例ではステータコアの断面形状は八角形の例を示したが、ステータコア周囲に多数の冷却フィンが設けられる構造であれば、円形、四角形など他の形状でもよい。
【実施例２】
【００４２】
図４Ａ、図４Ｂに示す本実施例は、実施例１の変形例で、同一番号は同一部品を表す。図１の形状に対して、前側フランジ２３と後側フランジ２４の径方向サイズがフィン高さまで延長され、フランジ脚が設けられ、サーボモータ２１のステータフレーム部１２の構造は実施例１と同一である。図４Ｂに示す断面図は、図４ＡのＣ−Ｄに沿った断面である。
【００４３】
前側フランジ２３は、径方向サイズがフィン１０２１高さのところまで延長され、脚部２３１をもつ。後側フランジ２４も、径方向サイズがステータコアのフィン１０２１高さのところまで延長され、脚部２４１をもつ。どの脚部にもモータを固定するボルトを通す孔（破線部）が空いている。前側フランジ２３と後側フランジ２４に設けた脚２３１と２４１とでモータ質量を支え、機械に取り付けられるので、モータ設置のフレキシビリティが増す。
【００４４】
後側フランジ２４には、冷却フィン１０２１を配置している部分にフランジ通風穴２４５が開けられている。すなわち、各フランジ通風孔２４５は、多数の冷却フィン１０２１と通風穴１０３１で形成される全体断面に近い形状である。図示の例では、上下左右面に各３個、斜め面に各２個のフランジ通風穴を設けている。フランジ通風穴２４５の間の破線で示す部分２４６は、溶接空間１０３２を埋める風量調整部材の役割をしている。このような後側フランジを利用した風量調整部材の形状でも、冷却フィンの間の通風孔１０３１に適切な冷却風を流すことができる。なお、孔２４７はシャフトおよび軸受用である。
【００４５】
また、フランジ通風孔は図示のような大きな孔ではなく、通風孔１０３１と近い断面形状で、この各通風孔１０３１に連通するように多数のフランジ通風孔構造としてもよい。
【００４６】
案内カバーは、ステータフレーム部カバー２８１と、後側カバー２８２で構成される。フレーム部カバー２８１は、通風孔１０３１に入った冷却風ＣＡを冷却フィン１０２１にあて、排出部２８５（破線部）から外部に排出させる役割をもつ。フレーム部カバー２８１は、冷却風ＣＡの排出時に前フランジ２３との干渉を避けるために、前側フランジ２３に近い部分は設けられていない。後側カバー２８２は、冷却ファン２７の冷却風ＣＡをフランジ通風孔２４５を通してフィンの通風孔１０３１に導く役割をもつ。
【００４７】
脚をもつ構造のモータでは、このような構造にして、後側フランジ２４に風量調整部材の役割を持たせれば、冷却フィン１０２１に均等に冷却風を当てられる。
【００４８】
なお、後側カバー２８２は、後側フランジの脚部を避けて、フレーム部カバー２８１と一体的に製造してもよい。また、前側フランジ２３は脚部だけを設け、フィン高さまで延長しなくてもよい。このときは、フレーム部カバー２８１は先の実施例と同じように前側フランジ２３の面まで伸ばしてもよい。
【実施例３】
【００４９】
図５Ａ、図５Ｂに示す本実施例は、実施例１の別の変形例で、同一番号は同一部品を表す。実施例３は図１の形状に対して、前側フランジと後側フランジの径方向サイズが、フィン高さまで延長されており、案内カバーが後述するようにカバー拡大部をもつのが特徴である。サーボモータ３１のステータフレーム部１２の構造は、実施例１と同一である。図５Ｂに示す断面図は、図５ＡのＥＦ線に沿った断面である。
【００５０】
前側フランジ３３と後側フランジ３４は、実施例２と同じく、フランジの径方向サイズがフィン高さまで延長され、脚部３３１と３４１をもつ。冷却ファン３７からの冷却風ＣＡが、後側フランジ３４を乗り越えて冷却フィン１０２１に送るように、案内カバー３８は後側フランジ３４の近くで径方向に拡大したカバー拡大部３８５をもつ。案内カバー３８は、後側フランジ３４の脚部３４１を避けて風を通す構造をしている。溶接空間１０３２には、カバー拡大部３８５が絞られた位置に、風量調整部材３８１を設置する。風量調整部材３８１の材料、形状および設置隙間は、実施例１と同じである。
【００５１】
このようなカバー拡大部３８５を持つ案内カバー３８と、風量調整部材３８１とにより、冷却フィン１０２１には、図示の冷却風ＣＡのように効果的な冷却が行える。
【００５２】
なお、先の実施例２と同様、前側フランジ３３は脚部だけを設け、フィン高さまで延長しなくてもよい。このときは、案内カバー３８は先の実施例と同じように前側フランジ３３の面まで伸ばしてもよい。
【実施例４】
【００５３】
図６Ａ、図６Ｂに示す本実施例は、実施例１のさらに別の変形例で、同一番号は同一部品を表す。本実施例は、サーボモータ４１の冷却以外の構造、すなわち、ステータフレーム部１２や前後フランジ１３、１４は実施例１と同じである。冷却ファンを案内カバーの周囲に多数個配置して、軸方向のモータ長を短くしたのが特徴である。図６Ｂに示す断面図は、図６Ａの側面図のＧＨ断面であり、図６Ａの側面図は案内カバー４８に取り付けた冷却ファンを示している。
【００５４】
冷却ファンは、薄型の軸流ファン４７で、案内カバー４８の上下左右面に４個の軸流ファン４７ａ、斜め部に４個の軸流ファン４７ｂを取り付ける。軸流ファン４７の下部の案内カバー４８にはファンからの冷却風の流入を妨げないように適切な通気穴を設ける。軸流ファン４７から流入した冷却風は、通風孔１０３１を通り前フランジ１３方向と、後フランジ１４方向に流れる。通風孔１０３１に効果的に冷却風を流すため、溶接空間１０３２に風量調整部材４８１を配置する。ここでは、風量調整部材４８１を前後のフランジ１３と１４側の冷却風の出口付近に配置している。風量調整部材４８１の材料や形状や設置隙間は、実施例１と同じである。なお、この風量調整部材４８１の回転軸方向位置は、溶接空間１０３２の適切な位置に配置することができる。
【００５５】
このように、冷却ファンの配置の場合も、溶接空間に適切に風量調整部材を配置することにより、冷却フィン間の通風孔に有効に冷却風を流すことができる。
【００５６】
なお、この例で、軸流ファンは軸長方向の中央部に配置したが、前フランジ側、あるいは、後フランジ側に配置してもよい。また、図の軸流ファン４７ａに代わり、小型の軸流ファンを複数も受けてもよい。
【実施例５】
【００５７】
図７に示す本実施例は、実施例１の他の変形例で、同一番号は同一部品を表す。ステータフレーム部１２は実施例１と同じで、実施例１とは冷却ファンとそこで取り入れた冷却風を通風孔に導く経路が異なる。
【００５８】
サーボモータ５１のステータフレーム部１２は、前側フランジ５３と後側フランジ５４に取り付けられる。後側フランジ５４にはブレーキ５９が取り付けられ、サーボモータ５１を停止、制止保持させる。さらに、ブレーキ５９の外側にエンコーダ５６が取り付けられ、モータシャフト１５の回転位置を検出する。ブレーキ５９やエンコーダ５６は主要部ではないので詳述は省略する。
【００５９】
冷却フィン１０２１の外側には、この冷却フィン１０２１を囲む形で案内カバー５８が巻回されている。案内カバー５８の上部には、冷却ファンとしてシロッコファン５７が取り付けられる。シロッコファン５７は、モータ部５７１とファン部５７２から構成される。シロッコファン５７から送り出された冷却風ＣＡは、案内カバー５８に設けられた通気穴を通り、後部空間５８５に導かれる。後部空間５８５は後述のように圧力チャンバーの役割をもつ。
【００６０】
後部空間５８５は、閉空間とするためステータ後方周囲に配設した案内カバー５８に加え、後部カバー５８６も含めて全体がカバーで覆われている。このような後部空間５８５は、シロッコファン５７から吸い込まれた冷却風ＣＡが冷却フィンの通風孔１０３１に入るまでの圧力をほぼ一定にする効果があり、圧力チャンバーの役割をもつ。この結果として、多数の通風孔１０３１にバランスよく冷却風を通す効果がある。このために、ほぼ均一に冷却フィン１０２１から熱を奪うように構成されるので、実施例１〜４の構造より冷却性能が高い。溶接空間１０３２への風量調整部材５８１の配置は、実施例１と同様に配置される。風量調整部材５８１の材料や形状、設置隙間は実施例１と同じである。
【００６１】
図８、図９は、図７の構造のモータの風量調整部材の効果を説明するための説明図である。図８に示す風量調整部材付近の拡大図では、ステータ２００１には多数の冷却フィン２０１１が設けられる。また、溶接空間２０５１には、短いフィン２０２２がその底部に設けられている。溶接用の短フィン２０２２はその頭部で溶接を行うためのフィンであり、短フィンの高さは、ステータコアの溶接強度と溶接トーチの作業性を考慮して決められる。溶接用の短フィン２０２２の両側には、さらに別の短フィン２０２１を設けて溶接空間２０５１に溶接トーチが入り易いようにしている。短フィン２０２１の数や高さは、溶接作業性を考慮して決められる。溶接空間を確保するため、溶接用の短フィン２０２２だけでなく、その両側に短フィン２０２１を設けるのが特徴である。これらのフィンは冷却フィン２０１１より冷却効果は小さいが、溶接用の短フィン２０２２と短フィン２０２１でも冷却を行わせることができるので、冷却性能が向上する。
【００６２】
溶接空間２０５１には、風量調整部材２２００が設けられる。また、冷却フィン２０１１の外周部には案内カバー２１００が設置される。短フィン２０２１、２０２２と、２２００風量調整部材とに囲まれた空間は図示のように隙間をあけ、通風孔を形成する。
【００６３】
風量調整部材２２００のすぐ脇の冷却フィン２０１２と風量調整部材２２００との隙間をＧｗとし、冷却フィン２０１１間の幅をＷとするとき、Ｇｗを変更したときの冷却性能の特性を図９に示す。ここで、横軸Ｇｗは隙間比（＝Ｇｗ／Ｗ）として表示し、また、案内カバー２１００と冷却フィン２０１１の頭部の距離Ｇｃは、冷却フィン間の幅Ｗ程度の距離を開けて配置されている。
【００６４】
図９から分かるように隙間Ｇｗはゼロでもよいが、適切な値（W程度）にすると能力が高く、Ｗよりも隙間Gｗを大きくすると能力が低下することを示す。隙間Gｗが大きい、すなわち、風量調整部材を設置しないことと等価だと、溶接空間を冷却風がバイパスしてしまい、冷却効果が小さくなることを示している。この図から、風量調整部材を適切に配置すると冷却効果が向上することが分かる。
【００６５】
また、案内カバーと冷却フィン頭部の距離Ｇｃを変更したときも、図９とほぼ同様な特性が得られ、Ｇｃにも適切な値（Ｗ程度）がある。
【実施例６】
【００６６】
図１０に示す本実施例は実施例５の変形例で、冷却ファンの冷却風ＣＡをモータの軸方向中央部から送ることを特徴とする。部品番号の同じものは同一物を表し、冷却関連部以外は実施例５と同じ構造である。
【００６７】
シロッコファン６７はサーボモータ６１の中央部に設けられる。案内カバー６８は軸方向中央部が膨らんだ環状の中央空間６８５をもつ形になっている。中央空間６８５は先の例と同じ圧力チャンバーを形成する。溶接隙間１０３２にはこの隙間に流れる冷却風量を調整するための風量調整部材６８１を図示のように中央空間６８５の両側に配設する。
【００６８】
このような構造により、シロッコファン６７からの冷却風ＣＡは、中央部から前側フランジ４３方向と後側フランジ４４方向へと図示のように流れる。中央空間６８５の圧力チャンバーの作用により、冷却フィン１０２１の通風孔１０３１全体に均一に冷却風が流れ、効果的な冷却が行なえる。冷却フィンの温度は、冷却風の入口から出口に向かって高くなるが、この実施例は冷却風の出口が２方向にあるので全体の温度分布が均一化できる。
【００６９】
以上のように、上記の実施例で冷却ファンは、軸流ファンとシロッコファンとしたが、他の型式のものでもよく、また、必要風量を得るために複数台用いてもよい。また、案内カバーは製作上の都合から、径方向に適切に分割してもよい。さらに、実施例で他の実施例が利用できるものは入れ替えて実施できるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１０… ロータ
１１、２１、３１、４１、５１、６１… サーボモータ
１２… ステータフレーム部
１３、２３、３３、５３… 前側フランジ
１４、２４、３４、５４… 後側フランジ
１５… シャフト（回転軸）
１６、５６… エンコーダ
１７、２７、３７、４７… 軸流ファン（冷却ファン）
５７、６７… シロッコファン（冷却ファン）
１８、２８１、２８２、３８、４８、５８、６８… 案内カバー
１０１… ステータコア
１８１、１８２、１８３… 風量調整部材
１８５… 取付バー
３８１、４８１、５８１、６８１、２２００… 風量調整部材
５８５、６８５… 後部空間
１０２１、２０１１… 冷却フィン
１０３１… 通風孔
１０３２、２０５１… 溶接空間
１０４１、２０２１、２０２２… 短フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板の積層体からなり外周に回転軸方向の冷却フィンを多数備えたステータコアと、このステータコアの内側に配置されたロータと、前記冷却フィンに冷却風を案内するように冷却フィンを覆う案内カバーと、前記冷却フィンに冷却風を供給する冷却ファンを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、前記冷却フィンの根元に前記積層体同士を固着するための溶接空間が形成され、固着後の溶接空間に冷却風の流量を調整する風量調整部材が設けられたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷却フィンのピッチと高さの比（冷却フィンの高さ／冷却フィン間のピッチ）が１以上であることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記溶接空間の底部に溶接用の短フィンを設けることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機において、
前記冷却フィンと風量調整部材との隙間、および／または、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間は、冷却フィン間ピッチ以下に設定されたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記風量調整部材は、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間を調整する部材であることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機において、
前記冷却ファンから出された冷却風が冷却フィンに入るまでに、前記冷却風の圧力を一定化させるチャンバーを設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項１】
電磁鋼板の積層体からなり外周に回転軸方向の冷却フィンを多数備えたステータコアと、このステータコアの内側に配置されたロータと、前記冷却フィンに冷却風を案内するように冷却フィンを覆う案内カバーと、前記冷却フィンに冷却風を供給する冷却ファンを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、前記冷却フィンの根元に前記積層体同士を固着するための溶接空間が形成され、固着後の溶接空間に冷却風の流量を調整する風量調整部材が設けられたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷却フィンのピッチと高さの比（冷却フィンの高さ／冷却フィン間のピッチ）が１以上であることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記溶接空間の底部に溶接用の短フィンを設けることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機において、
前記冷却フィンと風量調整部材との隙間、および／または、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間は、冷却フィン間ピッチ以下に設定されたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記風量調整部材は、前記案内カバーと冷却フィン先端部との隙間を調整する部材であることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機において、
前記冷却ファンから出された冷却風が冷却フィンに入るまでに、前記冷却風の圧力を一定化させるチャンバーを設けたことを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６２８９８（Ｐ２０１３−６２８９８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７９３５（Ｐ２０１１−１９７９３５）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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