JP2007531480A

JP2007531480A - 電動機

Info

Publication number: JP2007531480A
Application number: JP2007504390A
Authority: JP
Inventors: ハイニング、ハンス−ディーター
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20090039741A1; WO2005096473A1; DE102004013919A1

Abstract

本発明は、電動機の回転子（４）と結合されて回転する中空軸（１）を含む電動機に関する。電動機に電気エネルギーを供給するため、コンバータ（１１）と付属の電子制御系（１３）とは少なくとも部分的に中空軸（１）内部の中空空間（２）内に組み込まれている。コンバータ（１１）と電子制御系（１３）とは固定されて静止している。従って本発明によれば、コンバータ（１１）から給電され、所要空間の少ない電動機が提供される。

Description

本発明は、電動機の回転子と結合されて回転する中空軸を含む電動機に関する。

評価技術においては、今日、コンバータを用いて電動機に電気エネルギーを供給し制御するのが通常である。このためコンバータと電動機の固定子とは、適当な態様で互いに電気的に接続されている。この場合コンバータは中間回路コンバータの形態、例えばマトリックスコンバータのような中間回路のないコンバータの形態で設けられ、或いはインバータの形態でも設けられている。インバータの場合、付属の直流電流は位置的に離れた整流子で発生される。各コンバータは、実質的にコンバータ弁により与えられる純粋なコンバータ要素以外に、付属の電子制御系をも必要とする。電子制御系は最も簡単な構成では前記弁をオンオフする上で必要な駆動段から構成されるが、補助的に、例えばコンバータを保護する電子保護系および／又はコンバータを調整する電子調整系を含んでもよい。

今日市販のコンバータと、固有のハウジング内に収納された付属の電子制御系とは別個に電動機に組み付けられ、又は電動機の近傍に固定される。かかる空間的配置に伴い比較的大きな空間が必要である。最近の用途、特に自動化技術の分野では、可能な限り所要空間の少ない機械を構築すべく、構成要素のより高い集積密度が益々要求される。

米国特許第５４２４５９３号明細書から、中空軸として形成した駆動軸を備える発電機が公知である。この場合、中空軸の内部に該中空軸とともに回転する整流子が配置されている。整流子は発電機の励起を制御するために用いる。

欧州特許第０１９４４３３号明細書から、本発明とは異なり、コンバータを電動機の軸の回りにリング状に配置して釣鐘状のロータハブにより取り囲むようにした電動機が公知である。この構成は大型の電動機に適している。と言うのは、大型の電動機の場合、軸とロータハブとの間に十分な空間があるからである。

本発明の課題は、コンバータから給電され、所要空間の少ない電動機を提供することである。

この課題は、電動機の回転子と結合されて回転する中空軸を含む電動機において、電動機に電気エネルギーを供給すべく、コンバータと付属の電子制御系とが少なくとも部分的に中空軸内部の中空空間内に組み込まれ、コンバータと電子制御系とが固定されて静止していることにより解決される。

本発明の第１の有利な構成は、コンバータと付属の電子制御系とが完全に中空軸内部の中空空間内に組み込まれたことを特徴とする。これにより、コンバータおよび電子制御系を含めた電動機の特に省空間の構成が達成される。

また、コンバータを電動機の端部遮蔽体に固定すると有利なことが判明した。コンバータの、電動機の端部遮蔽体への直接固定は特に簡単に実現できる。

更に、中空軸内部の中空空間内に検出器を組み込むと有利であることが判明した。付加的に検出器も中空空間内に組み込めば、従来軸の外面に設けていた検出器は不要となり、その結果所要空間が更に減少する。この場合検出器は、例えば整流、電流制御、回転数制御、位置制御、位置決め、監視又は表示目的に使用できる。

更に、検出器の少なくとも１つの信号路を中空軸の内面に配置するとよいことが判明した。中空軸は検出器の信号路を支持すると共に、同時に遠心力による機械的応力から信号路を保護する。また、中空軸の軸径が一層大きいため、信号路を形成する信号増分をより多く中空軸の内面にもたらすことができ、検出器の分解能を向上させ得る。

本発明の他の有利な構成では、検出器を磁気的検出器、誘導性検出器、光学的検出器又は容量性検出器の形態で形成する。磁気的検出器、誘導性検出器、光学的検出器又は容量性検出器はこの技術の分野で広く普及している。

更に、検出器の電子評価系を部分的に又は完全に中空軸内部の中空空間内に組み込むと有利であることが判明した。これにより、所要空間の更なる減少が達成される。

また、電動機の中空軸の内面にファン翼を固定するとよいことも判明した。ファン翼を中空軸の内面に取り付けることで、コンバータ、電子制御系および電子評価系の冷却を改善できる。

更に、コンバータとして、中間回路コンデンサを持たないコンバータ、特にマトリックスコンバータを設けるとよいことが判明した。マトリックスコンバータの特徴は、慣用の中間回路コンバータに比べ感温性の中間回路コンデンサを必要としない点である。

更に、工作機械又は生産機械を本発明による電動機で駆動するとよい。と言うのは、特に工作機械又は生産機械の技術分野では、駆動系は所要空間さえ小さければよいことが多いからである。しかし、勿論本発明による電動機は他の技術分野でも使用可能である。

本発明の範囲内で工作機械なる概念は、例えば単軸又は複軸の回転機械、フライス機械、穿孔機械或いは研削機械等を意味する。また、本発明の範囲内で、工作機械にはリニア型、回転型のトランスファーマシン、レーザ機械、圧延機又は歯車製造機等の加工センターも含まれる。これら全てに共通するのは、材料が加工され、その際この加工を多軸で実施できる点である。本発明の範囲内で、生産機械は、例えば繊維機械、抄紙機、プラスチック加工機、木材加工機、ガラス加工機、セラミックス加工機又は石材加工機等を含む。同様に成形技術、梱包技術、印刷技術、移送技術、昇降技術、ポンプ技術、運搬技術、ファン技術および風車、昇降工具、クレーン、ロボット、生産製造ライン等も本発明では生産機械に属するものとする。

本発明の実施形態を図面に示す。以下これを詳細に説明する。

図１は、１実施形態として、本発明による電動機の断面図を図示する。なお、図１において電動機の右側をＡで、電動機の左側をＢで示した。電動機は、実質的に、回転子４と固定結合されている中空軸１と、本実施形態では電動機ハウジングの構成要素でもある固定子３と、電子制御系１３を含むコンバータ１１とからなっている。これと代替的に、固定子３を補助ハウジングに組み込んでもよい。本発明によれば、コンバータ１１と該コンバータ１１を制御するための電子制御系１３とを電動機の中空軸１内に組み込んでいる。なお、図１に図示した実施形態とは異なり、コンバータ１１と電子制御系１３とは必ずしも完全に中空軸１内部の中空空間２内に組み込む必要はなく、電子制御系１３の部品および／又はコンバータ１１の部品が中空空間２のＢ側部分から突出していてもよい。コンバータ１１と電子制御系１３とはＢ側の端部遮蔽体６に固定されて静止しており、中空軸１と一緒に回転しない。電子制御系１３は、最も簡単な態様では、コンバータ１１のコンバータ弁をオンオフするためのドライバを内包している。しかし複雑な実施態様では、例えばコンバータを調整するための調整回路とコンバータを保護するための電子保護系とをも含んでもよい。中空軸１はＢ側で軸受７、Ａ側で軸受１４で支持されている。電動機は、Ｂ側で端部遮蔽体６、Ａ側で端部遮蔽体５により密閉されている。

コンバータ１１はインバータ、中間回路コンバータ又はマトリックスコンバータの形態であってよい。コンバータ１１および特に電子制御系１３は、感応性のある複雑な構成要素を含んでいるので、前記米国特許第５４２４５９３号明細書に記載の簡単な整流子のように中空軸１と一緒に回転してはならない。前記米国特許第５４２４５９３号明細書の解決手段とは異なり、コンバータ１１と前記米国特許第５４２４５９３号明細書では中空軸内に組み込まれていない電子制御系１３とは中空軸１の内部に固定されて静止し、コンバータおよび／又は電子制御系の破壊或いは早期の磨耗を回避せねばならない。

本実施形態では、電子制御系１３とコンバータ１１とを共通のハウジング１５を介してねじ止め部１６により端部遮蔽体６に固定している。勿論、電子制御系１３および／又はコンバータ１１を電動機の他の静止要素に固定してもよい。これとは別に、例えば電子制御系１３とコンバータ１１とを適当な構成体又はフレームを介して端部遮蔽体６に固定して静止させてもよい。

特に省空間の構成を達成すべき場合には、検出器（例えば位置検出器の形態を持ち、通常は電動機の軸に固定される）をも、電動機の中空軸１内に組み込むとよい。この場合、検出器の検出器信号路９は図１のように中空軸の内面に配置するのが有利である。これには、前記信号路が遠心力による機械的応力に対し保護されると共に、中空軸がＡ側の軸径に比べて大きな径を持っているので、より多くの信号増分を前記信号路にもたらすことができ、これによって検出器の分解能が向上するという利点がある。回転する前記信号路９は静止しているセンサ１０によって検知され、電子評価系１２により評価される。電子評価系１２は、その一部或いは本実施形態に図示したようにその全体が中空軸１内部の中空空間２内に組み込まれており、固定されて静止している。検出器の情報（例えば中空軸の位置）は、その後、例えば電子制御系１３や、電動機の内部又は外部にある上位の制御部又は調整部（詳細に図示せず）に提供される。

本実施形態では、電子制御系１３とコンバータ１１と電子評価系１２とを、Ｂ側の端部遮蔽体６と螺合する共通のハウジング１５内に収納している。勿論電子制御系１３とコンバータ１１と電子評価系１２とを別個の複数のハウジングに組み込んでも、ハウジングなしで中空軸１に組み込んでもよい。

電子制御系１３とコンバータ１１と電子評価系１２との冷却のため、電動機のＢ側にして電動機の中空軸１の内面にファン翼８を固定している。中空軸１が回転すると、この簡潔な構成により電子制御系１３とコンバータ１１と電子評価系１２との確実な強制冷却が達成される。

本発明の範囲内で、端部遮蔽体なる概念は端部遮蔽体カバーをも意味する。

特に工作機械又は生産機械の分野では、該機械に個々の構成要素を高密度で組み込んだコンパクトな省空間の構成が要求されるので、このような電動機を駆動系の内部で使用することは特に有利である。

本発明による電動機の断面図である。

符号の説明

１中空軸、２中空空間、３固定子、４回転子、５、６端部遮蔽体、７軸受、８ファン翼、９検出器信号路、１０センサ、１１コンバータ、１２電子評価系、１３電子制御系

Claims

電動機の回転子（４）と結合される回転する中空軸（１）を含む電動機において、
電動機に電気エネルギーを供給すべく、コンバータ（１１）と付属の電子制御系（１３）とが少なくとも部分的に中空軸（１）内部の中空空間（２）内に組み込まれ、コンバータ（１１）と電子制御系（１３）とが固定されて静止していることを特徴とする電動機。
コンバータ（１１）と付属の電子制御系（１３）とが、完全に中空軸（１）内部の中空空間（２）内に組み込まれたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
コンバータ（１１）が電動機の端部遮蔽体（６）に固定されたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動機。
中空軸（１）内部の中空空間（２）内に検出器が組み込まれたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の電動機。
検出器の少なくとも１つの信号路（９）が中空軸（１）の内面に配置されたことを特徴とする請求項４記載の電動機。
検出器が磁気的検出器、誘導性検出器、光学的検出器又は容量性検出器の形態で形成されたことを特徴とする請求項４又は５記載の電動機。
検出器の電子評価系（１２）が部分的に又は完全に中空軸（１）内部の中空空間（２）内に組み込まれたことを特徴とする請求項４から６の１つに記載の電動機。
電動機の中空軸（１）の内面にファン翼（８）が固定されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の電動機。
コンバータとして、中間回路コンデンサを有しないコンバータが設けられたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の電動機。
請求項１から９の１つに記載の電動機を備えた工作機械又は生産機械。