JP2005204399A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル発熱時にフレームの軸方向への膨張を抑制し、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けの防止を可能にする。
【解決手段】 中央開口部を有するステータコア１２とおよびステータコア１２の外周に取り付けたフレーム５とから成るステータ２と、ステータコア１２の前記中央開口部に挿入されるロータ１と、ステータ２の軸方向端部に取り付けたブラケット３，４と、ブラケット３，４に取り付けられロータ１を回転可能に支持する軸受と、から構成される電動機において、ロータ１の材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品７をステータ２内に挿入し、ブラケット３，４を挿入部品７にネジ６で締結した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関するもので、特にそのステータコアの外周にフレームを取付けたステータと負荷側および反負荷側ブラケットとの間の取付に関するものである。

電動機のコイルから発生する熱を効率良く負荷側フランジ部に伝達するため、通常、電動機のステータはステータコアの外周にフレームを取付けている。そのため、このフレームは熱伝導率の高い材質、例えばアルミニウム材を使用している。
図８は従来の電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１は鉄系材料で構成するロータ、２はステータ、３は負荷側ブラケット、４は反負荷側ブラケット、５はフレーム、６はネジ、８は軸受外輪である。図に示すように、従来の電動機は、ステータコアに巻線が巻回されたステータ２にロータ１を挿入し、そのロータ１の両端がそれぞれ負荷側ブラケット３と反負荷側ブラケット４でボールベアリングを介して支持されている。ステータ２と負荷側ブラケット３、およびステータ２と反負荷側ブラケット４は、それぞれフレーム５の両端部にタップを設けてネジ６で締結されている。負荷側および反負荷側の両ブラケット３、４の軸側に軸受ハウジングが形成され、これの内側と軸受外輪８との間に僅かな隙間があると、ロータ１を高速で回転させたときに、軸受外輪８がロータ１の回転方向と逆方向に回転することが生じ、この状態で長期間使用していると軸受ハウジングの内径が徐々に大きくなっていくことがある（この現象を「クリープ 」と言う）。このクリープ が次第に大きくなると、振動や騒音が大きくなり、最終的にはボールベアリングの破損などの不具合が発生することがある。そこで、クリープ防止を目的として軸受外輪８は予圧をかけた状態で接着固定（定位置予圧）を行って、両軸受ハウジングの内側と軸受外輪８との間に隙間が生じないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１６１３２８号公報

ところが、従来の電動機のステータは、コイルの発熱時にロータとフレームの材質違いによる熱膨張差によって、フレームは軸方向に膨張する。その際に軸受外輪を接着または軸受を定位置予圧で行っている場合には、軸受への過大な予圧の印加や、又は予圧抜けが発生するなど軸受の信頼性に関わる問題があることに本出願人は気がついた。
そこで、本発明はこれらの課題を解決するもので、フレームの軸方向への膨張の抑制を行うことで、軸受への過大な予圧の印加や予圧抜けが発生しないようにして、軸受の信頼性を向上することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の電動機の発明は、中央開口部を有するステータコアとおよび該ステータコアの外周に取り付けたフレームとから成るステータと、前記ステータコアの前記中央開口部に挿入されるロータと、前記ステータの軸方向端部に取り付けたブラケットと、該ブラケットに取り付けられ前記ロータを回転可能に支持する軸受と、から構成される電動機において、前記ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品を前記ステータ内に挿入し、前記ブラケットを前記挿入部品にネジで締結したことを特徴とする。
請求項２記載の電動機の発明は、中央開口部を有するステータコアとおよび該ステータコアの外周に取り付けたフレームとから成るステータと、前記ステータコアの前記中央開口部に挿入されるロータと、前記ステータの軸方向端部に取り付けたブラケットと、該ブラケットに取り付けられ前記ロータを回転可能に支持する軸受と、から構成される電動機において、前記ロータの材質と同等の熱膨張率を有する長尺ネジで前記ブラケットを前記ステータに共締めしたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電動機において、前記挿入部品又は前記長尺ネジは前記フレームの軸方向長さと同寸法で形成することにより、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットとが前記挿入部品又は前記長尺ネジを介して接触することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機において、前記フレームおよび／又は前記ステータコアの内部に前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための貫通穴を形成したことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機において、
前記フレームの内周および／又は前記ステータコアの外周に前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための凹部穴を形成したことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機において、
前記フレームの内周および前記ステータコアの外周の互いに対応する部位にそれぞれ浅底凹部穴を形成し、該対応する２つの浅底凹部穴が対向することで前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための貫通穴が形成されることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の電動機において、
前記貫通穴又は前記凹部穴がロータ中心に点対称で複数箇所に設けられたことを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の電動機において、前記貫通穴および前記凹部穴を設けたことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の電動機において、前記軸受の予圧を定位置予圧で行うことを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項記載の電動機において、 前記軸受の外輪を前記ブラケットに接着固定したことを特徴とする。

このように本発明によると、ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品を負荷側、反負荷側ブラケット間に介在することで、コイル発熱時にロータとの熱膨張率差によるフレームの軸方向への膨張を抑制することができる。その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けを防ぐことが可能になり、軸受の信頼性を向上することができるようになる。
また、ステータと負荷側ブラケット、ステータと反負荷側ブラケットをロータと同等の熱膨張率を有する長尺ネジで共締めすることによって、コイル発熱時にロータとの熱膨張率差によるフレームの軸方向への膨張を同等の熱膨張率を有する長尺ネジが抑制する働きをするため、その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けを防ぐことが可能になり、軸受の信頼性を向上することができるようになる。
さらに、前記挿入部品又は前記長尺ネジを前記フレームの軸方向長さと同寸法で形成することで、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットとが挿入部品又は長尺ネジを介して接触することとなり、同じ長さの熱膨張となるため熱膨張率差がなくなる。
また、ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品又は長尺ネジを挿入するための穴をステータコアに形成することによって、ステータコアの回転方向の周り止めが構成できるという効果がある。

また、フレームの内周やステータコアに凹部穴を形成することで、穴の加工が簡単になり、生産性が向上する。
また、穴形状をステータコアに形成し、又はフレームとステータコアとで形成し、フレームの軸方向の膨張を抑制する挿入部品等を挿入することによって、ステータコアの回転方向の周り止めが構成できるという効果がある。
また、貫通穴又は凹部穴をロータ中心に点対称で複数箇所に設けることによって、ブラケットとステータの固定が確実となり、クリープが発生にくくなる。
さらに、貫通穴と凹部穴を同時に設けることで、ブラケットとステータの固定が確実となり、クリープが発生にくくなる。
さらに、軸受の予圧を定位置予圧で行うことで正確な軸受の設置ができるので、両軸受ハウジングの内側と軸受外輪との間に隙間が生じにくくなり、クリープが発生しなくなる。
また、軸受の外輪をブラケットに接着固定することにより、両軸受ハウジングの内側と軸受外輪との間にさらに隙間が生じにくくなり、クリープが発生しなくなる。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１は鉄系材料で構成するロータ、２はステータ、３は負荷側ブラケット、４は反負荷側ブラケット、５はフレーム、６はネジ、８は軸受外輪、９はコイル、１２はステータコアである。そして、７は本発明によって設けられた挿入部品である。
図に示すように、本発明の第１の実施例に係る挿入部品７はロータ１の材質と同等の熱膨張率を有するもので長尺状に形成されており、これをステータ２の内に挿入してこの挿入部品７に両ブラケット３、４をネジ６で締結している。また、挿入部品７は、負荷側・反負荷側ブラケット３，４と接触するよう、軸方向長さをフレーム５と同寸法で形成している。
そこで、ロータ１をステータ２に挿入し、負荷側、反負荷側ブラケット３，４で支持し、そして両端にタップを設けたステータ２と負荷側、反負荷側ブラケット３，４を両側からネジ６で締結し、予圧をかけた状態で反負荷側軸受外輪８の接着固定を行ってクリープを防止している。
このような構造によって、ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品７を負荷側、反負荷側ブラケット間に介在させることで、コイル９発熱時にロータ１との熱膨張率差によるフレーム５の軸方向への膨張を抑制することができ、その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けが防止できることから、軸受の信頼性を向上することができる。
また、挿入部品７はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けることで、安定な固定が行われることとなる。

図２は本発明の第２の実施例に係る電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１は鉄系材料で構成するロータ、２はステータ、３は負荷側ブラケット、４は反負荷側ブラケット、５はフレーム、８は軸受外輪、９はコイル、１２はステータコアである。そして、１０は第２の実施例によって設けられた貫通穴、６’は第２の実施例によって用いられる長尺ネジである。長尺ネジ６’の長さはフレーム５の軸方向長さと同寸法で形成している。
このように第２の実施例によれば、ステータ２に貫通穴１０を設け、ステータ２と負荷側、反負荷側ブラケット３，４をロータの材質と同等の熱膨張率を有する長尺ネジ６’で共締めすることによって、コイル発熱時にロータとの熱膨張率差によるフレーム５の軸方向への膨張を同等の熱膨張率を有する長尺ネジ６’が抑制する働きをするため、その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けを防ぐことが可能になり、軸受の信頼性を向上することができるようになる。
また、長尺ネジ６’はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けることで、安定な固定が行われることとなる。

図３は本発明の第３の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。第３の実施例は、第１の実施例に係る挿入部品又は第２の実施例に係る長尺ネジを挿入するための穴の形状と設ける部材に関するものである。
図において、１はロータ、２はステータ、５はフレーム、９はコイル、１２はステータコア、１０は第３の実施例によってフレーム５に形成された貫通穴である。貫通穴１０はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けている。この貫通穴１０に第１の実施例に係る挿入部品７又は第２の実施例に係る長尺ネジ６’が挿入されることで、挿入部品７又は長尺ネジ６’が確実にフレーム５内に固定されることとなる。

図４は本発明の第３の実施例の変形例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１はロータ、２はステータ、５はフレーム、９はコイル、１２はステータコア、１１は本変形例によってフレーム５に形成された凹部穴である。凹部穴１１はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けている。
このように挿入部品７又は長尺ネジ６’を挿入するための穴の形状をフレーム５の内周部に凹部穴１１で形成することにより、貫通穴と比べて穴の加工が簡単になり、生産性が向上する。

図５は本発明の第４の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１はロータ、２はステータ、５はフレーム、９はコイル、１２はステータコアである。そして、１３は第４の実施例によってステータコア１２に形成された貫通穴である。貫通穴１３はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けている。この貫通穴１３に第１の実施例に係る挿入部品７又は第２の実施例に係る長尺ネジ６’が挿入されることで、挿入部品７又は長尺ネジ６’が確実にステータコア１２内に固定されることとなる。

図６は本発明の第４の実施例の変形例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１はロータ、２はステータ、５はフレーム、９はコイル、１２はステータコアである。そして、１４は本変形例によってステータコア１２に形成された凹部穴である。凹部穴１４はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けている。このように挿入部品７又は長尺ネジ６’を挿入するための穴の形状をステータコア１２の外周部に凹部穴１４で形成することにより、貫通穴と比べて穴の加工が簡単になり、生産性が向上する。

図７は本発明の第５の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。
図において、１はロータ、２はステータ、５はフレーム、９はコイル、１２はステータコアである。そして、１１’は第５の実施例によってフレーム５に形成された浅底凹部穴、１４’は同じく第５の実施例によってステータコア１２に形成された浅底凹部穴である。第５の実施例によれば、フレーム５に形成された浅底凹部穴１１’とこれに対向する部位に形成されたステータコア１２の浅底凹部穴１４’とが合体することで、挿入部品７又は長尺ネジ６’を挿入するために必要な大きさの穴が形成されることとなる。このように合体により形成される穴（１１’＋１４’）はロータ１を中心にして点対称にて複数箇所に設けられる。
このような構造にすることで、凹部穴１１’、１４’はそれぞれ浅く形成すればよいので、穴の加工が簡単になり、生産性が向上する。

このように本発明によると、ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品を負荷側、反負荷側ブラケット間に介在することで、コイル発熱時にロータとの熱膨張率差によるフレームの軸方向への膨張を抑制することができる。その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けを防ぐことが可能になり、軸受の信頼性を向上することができるようになる。
また、ステータと負荷側ブラケット、ステータと反負荷側ブラケットをロータと同等の熱膨張率を有する長尺ネジで共締めすることによって、コイル発熱時にロータとの熱膨張率差によるフレームの軸方向への膨張を同等の熱膨張率を有する長尺ネジが抑制する働きをするため、その結果、軸受への過大な予圧の印加、予圧抜けを防ぐことが可能になり、軸受の信頼性を向上することができるようになる。
さらに、前記挿入部品又は前記長尺ネジを前記フレームの軸方向長さと同寸法で形成することで、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットとが挿入部品又は長尺ネジを介して接触することとなり、同じ長さの熱膨張となるため熱膨張率差がなくなる。
また、ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品又は長尺ネジを挿入するための穴をステータコアに形成することによって、ステータコアの回転方向の周り止めが構成できるという効果がある。

また、フレームの内周やステータコアに凹部穴を形成することで、穴の加工が簡単になり、生産性が向上する。
また、穴形状をステータコアに形成し、又はフレームとステータコアとで形成し、フレームの軸方向の膨張を抑制する挿入部品等を挿入することによって、ステータコアの回転方向の周り止めが構成できるという効果がある。
また、貫通穴又は凹部穴をロータ中心に点対称で複数箇所に設けることによって、ブラケットとステータの固定が確実となり、クリープが発生にくくなる。
さらに、以上の実施例では、貫通穴の場合は貫通穴だけ、凹部穴の場合は凹部穴だけとしていたが、これらを併用して貫通穴と凹部穴とから成るハイブリッド構成とすることも可能である。さらに、取り付け位置を以上の実施例では、フレームの場合はフレームだけ、ステータコアの場合はステータコアだけとしていたが、これらを併用してフレームおよびステータコアに貫通穴および（又は）凹部穴を設けるハイブリッド構成とすることも可能である。このようにすることで、ブラケットとステータの固定がより確実となり、クリープが発生にくくなる。
さらに、軸受の予圧を定位置予圧で行うことで正確な軸受の設置ができるので、両軸受ハウジングの内側と軸受外輪との間に隙間が生じにくくなり、クリープが発生しなくなる。
また、軸受の外輪をブラケットに接着固定することにより、両軸受ハウジングの内側と軸受外輪との間にさらに隙間が生じにくくなり、クリープが発生しなくなる。

本発明の第１の実施例に係る電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第２の実施例に係る電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第３の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第３の実施例の変形例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第４の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。 本発明の第５の実施例に係る電動機を示す図で、ロータ軸に直角な面で切った側面図である。 従来の電動機を示す図で、（ａ）は電動機のロータ軸を通る縦面で切った縦断正面図、（ｂ）はロータ軸に直角な面で切った側面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ ステータ
３ 負荷側ブラケット
４ 反負荷側ブラケット
５ フレーム
６ ネジ
６’長尺ネジ
７ 挿入部品
８ 軸受外輪
９ コイル
１０ フレームに形成の貫通穴
１１ フレームに形成の凹部穴
１１’フレームに形成の浅底凹部穴
１２ ステータコア
１３ ステータコアに形成の貫通穴
１４ ステータコアに形成の凹部穴
１４’ ステータコアに形成の浅底凹部穴

Claims (10)

1. 中央開口部を有するステータコアとおよび該ステータコアの外周に取り付けたフレームとから成るステータと、前記ステータコアの前記中央開口部に挿入されるロータと、前記ステータの軸方向端部に取り付けたブラケットと、該ブラケットに取り付けられ前記ロータを回転可能に支持する軸受と、から構成される電動機において、
   前記ロータの材質と同等の熱膨張率を有する挿入部品を前記ステータ内に挿入し、前記ブラケットを前記挿入部品にネジで締結したことを特徴とする電動機。
2. 中央開口部を有するステータコアとおよび該ステータコアの外周に取り付けたフレームとから成るステータと、前記ステータコアの前記中央開口部に挿入されるロータと、前記ステータの軸方向端部に取り付けたブラケットと、該ブラケットに取り付けられ前記ロータを回転可能に支持する軸受と、から構成される電動機において、
   前記ロータの材質と同等の熱膨張率を有する長尺ネジで前記ブラケットを前記ステータに共締めしたことを特徴とする電動機。
3. 前記挿入部品又は前記長尺ネジは前記フレームの軸方向長さと同寸法で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電動機。
4. 前記フレームおよび／又は前記ステータコアの内部に前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための貫通穴を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機。
5. 前記フレームの内周および／又は前記ステータコアの外周に前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための凹部穴を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機。
6. 前記フレームの内周および前記ステータコアの外周の互いに対応する部位にそれぞれ浅底凹部穴を形成し、該対応する２つの浅底凹部穴が対向することで前記挿入部品又は前記長尺ネジを挿入するための貫通穴が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機。
7. 前記貫通穴又は前記凹部穴がロータ中心に点対称で複数箇所に設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の電動機。
8. 前記貫通穴および前記凹部穴を設けたことを特徴とする請求項７記載の電動機。
9. 前記軸受の予圧を定位置予圧で行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の電動機。
10. 前記軸受の外輪を前記ブラケットに接着固定したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の電動機。

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