JP2006254530A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音の低減を図ることができ、かつ、それを安価に実現することができる電動機を提供することを目的としている。
【解決手段】 電磁鋼板を積層した円筒状のステータコア４の内周側にコイル５を装着したステータ２と、ステータコア４が挿入される円筒状のフレーム１と、ステータコア４内に配設されステータコア４の中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータ３とを備えた電動機において、ステータコア４の外周に、軸方向の両端において周方向に並ぶ、ステータコア４の外周の円形状から突出した３個の突起６が設けられ、ステータコア４がフレーム１に嵌着されてステータコア４とフレーム１との間に隙間９が形成され、隙間９に充填材８が充填されているものとする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電動機に関し、詳細には、ステータコアとフレームから構成される構造体における円周方向の固有振動数と電磁加振力による電磁振動数との共振で発生する騒音を低減することができ、この騒音低減を安価に実現できる電動機に関する。

電動機の基本構造は、主に、円筒形状部を有するフレームと、フレーム内に固定されたステータと、ステータの中心軸と同軸に回転するように支持されたロータから構成される。フレームは鋳造もしくは鋼板を成形し、溶接して構成される。ステータは、電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアとステータコア内周に装着した複数の固定子巻線を備え、この複数の固定子巻線により磁極が構成される。ロータは積層された穴を有する電磁鋼板と、穴に差し込まれたアルミ等の導体棒及び導体棒の両端を短絡する環状部材からなる複数の回転子巻線とを備え、この回転子巻線により磁極が構成される。

電動機には、ステータとロータの磁極数の組合せに起因する電磁加振力による加振振動が発生する。この加振振動数とステータコアとフレームから構成される構造体の円周方向の固有振動数が近接もしくは一致すると、共振を起こし、騒音が発生しやすいという問題がある。

この問題に対して、ステータコアの外周及びフレームの内周を精密加工して真円度をだし、さらにステータコアをフレームに中間嵌めもしくは焼き嵌めして構造体の剛性を向上させ、構造体の円周方向の固有振動数と加振振動数をずらし、共振を抑制して騒音の低減を図るという方法がある。

この方法は、ステータコア及びフレームの精密加工が必要なため、製造コストがかかるという問題がある。また、焼き嵌めした場合、生産性が低下するという問題もある。

一方、特許文献１には、円筒部外周にカット面を設けたステータコアをフレームに嵌着してカット面とフレームとの間に樹脂を封入することで、加振振動の周波数とステータコア及びフレームからなる固定子の固有振動の周波数を変えて騒音を防止する方法が示されている。

実開平１−１１６５５６号公報（第３−４頁、図１，２）

一般に、ステータコアは鉄損低減のため０．３〜０．５ｍｍの電磁鋼板を積層して溶接等で一体化するが、外周側面には凹凸ができるため、カット面以外のステータコアとフレームとが嵌着する面では樹脂が入らず、空隙が発生し、十分な密着を得ることができず、嵌着部分の剛性を向上させることが困難であるという問題がある。

この発明は、ステータコアとフレームから構成される構造体の剛性を全周で向上させ、構造体の円周方向の固有振動数と電磁加振力での加振振動数をずらし、共振を抑制して騒音の低減を図ることができ、かつ、それを安価に実現することができる電動機を提供することを目的としている。

この発明に係る電動機は、電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、軸方向の少なくとも２箇所において、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し周方向に並ぶ３個以上の突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
上記隙間に充填材が充填されているものである。

また、電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される挿入口と挿入された上記ステータコアが固定される底部とを有する円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
上記フレームの底部または上記ステータコアの挿入先端部に、上記ステータコアまたは上記フレームの円周に沿い、上記円周の円形状から突出した環状突起が設けられ、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、軸方向の少なくとも１箇所において、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し周方向に並ぶ３個以上の突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
上記隙間に充填材が充填されているものである。

また、電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し、軸方向の両端あるいは両端近傍まで延在し、周方向の少なくとも３箇所に突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
上記隙間に充填材が充填されているものである。

この発明に係る電動機によれば、充填材によるステータコアとフレームとの密着性が向上することにより、ステータコアとフレームから構成される構造体の剛性が向上して、この剛性向上により共振が抑制され騒音が低減された電動機が安価に得られる。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る電動機の実施の形態１を示す断面図であり、中心軸を通る断面を示している。図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
各図において、この発明に係る電動機は、円筒形状部を有するフレーム１と、フレーム１内に固定されたステータ２と、ステータの中心軸と同軸に回転するように支持されたロータ３から構成される。フレーム１は鋳造もしくは鋼板を成形し、溶接して構成される。ステータ２は、電磁鋼板を積層したステータコア４とステータコア４内周に設けた複数の固定子巻線５により磁極が構成される。ロータ３は穴（図示せず）を有する電磁鋼板を積層し、穴にアルミ等の導体棒を押し込み、両端を導体の環状部材で短絡した複数の回転子巻線による磁極で構成される。

各図において、Ａ−Ａ断面側をフレーム１の軸方向の上端部と称し、ステータコア４をフレーム１に挿入する挿入口を示し、Ｂ−Ｂ断面側をフレーム１の軸方向の下端部と称し、ステータコア４をフレーム１に固定する底部を示す。また、同様に、ステータコア４の軸方向のＡ−Ａ断面側をステータコア４の上端部と称し、ステータコア４の軸方向のＢ−Ｂ断面側をステータコア４のフレーム１の軸方向の下端部（ステータコア４をフレーム１に挿入するときの挿入先端部）と称する。ステータコア４の軸方向の上端部及び下端部の外周のそれぞれに、ステータコア４の周面の円形状より外側に突出し、周方向に並んだ３個の円弧状の突起６が設けられている。隣り合う突起６の間の角度θは、１８０゜未満とし、好ましくは等角度の１２０゜とする。これらの突起６によってステータコア４とフレーム１から構成される構造体の隙間９が一意に決まる。この隙間９に樹脂、例えば２液混合タイプの変性アクリル接着剤等の第二世代アクリル系接着剤（ＳＧＡ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ａｃｒｙｌｉｃ Ａｄｈｅｓｉｖｅ））が充填材８として介在する。

隙間９に充填する樹脂としては、２液混合タイプの変性アクリル接着剤、ＳＧＡの他、一液性熱硬化型エポキシ樹脂等の種々の樹脂を用いることができるが、ＳＧＡは耐熱性、耐衝撃性、接着強度がよいので好ましい材料である。

図１ないし図３に示した電動機の製作においては、プレスで円環状に打ち抜いた０．３〜０．５ｍｍの電磁鋼板を積層して溶接等で一体化したステータコア４を製作する。その際、ステータコア４の両端の複数枚の電磁鋼板は、円周の外に突出した円弧状の突起部を３箇所形成したものとする。この円弧状の突起部を重ね合わせることにより、図２及び図３に示した突起６が形成される。

この突起６が形成されたステータコア４を、別途製作されたフレーム１の軸方向の上端部（挿入口）から挿入し、ステータコア４はフレーム１の軸方向の下端部（底部）で固定される。フレーム１は、内周径が軸方向の上端部より下端部の方が小さいテーパ状に形成されている。挿入されたステータコア４の突起６の円弧状先端は、フレーム１の内周面と軸方向に線接触で嵌着し、ステータコア４とフレーム１との間に隙間が形成される。

ステータコア４をフレーム１に挿入した後、ステータコア４とフレーム１との間の隙間に２液混合タイプの変性アクリル接着剤を注入し、硬化させる。接着剤をステータコア４表面に塗布し、接着剤を塗布したステータコア４をフレーム１内に挿入してもよい。

この実施の形態１によれば、フレーム１とステータコア４とを嵌着したときの突起６における嵌着面が軸方向の線接触点となり、充填材８がステータコア４のほぼ全外周面に入るので、充填材によってステータコア４とフレーム１とが強固に結合され、ステータコア４とフレーム１から構成される構造体の剛性が向上する。これにより、構造体の円周方向の固有振動数と電磁加振力での電磁振動数をずらし共振を抑制して、騒音が低減された電動機を安価に得ることができる。

また、フレーム１の内周径がフレーム１の軸方向の上端部より下端部の方が小さいため、製造時に充填材８を隙間９に充填する際に、充填材８が流路抵抗を受け、下端部からの洩れ出しが抑制される。

なお、上記実施の形態１では、ステータコア４の軸方向の両端に突起６を設ける例を示したが、ステータコア４の軸方向の両端と中間部のように３箇所以上に突起６を設けてもよいし、あるいは軸方向の両端に限らず軸方向の複数箇所に設けてもよい。

さらに、ステータコア４の外周またはフレーム１の内周に軸方向の両端または両端近傍まで延在した直線状の突起を設けることにより、軸方向の複数箇所に分けて設ける必要がなくなる。

また、上記実施の形態１では、突起６をステータコア４の外周面に設ける例を示したが、フレーム１内周に、内周円形状よりも突出した突起６を設けてもよい。

また、突起６はステータコア４との一体成形物あるいはフレーム１との一体成形物でもよく、ステータコア４の外周面あるいはフレーム１の内周面にシムなどを接着した分離成形物としてもよい。

また、突起６としては、図４に示す楕円形状、図５に示す台形形状であってもよいが、円弧形状あるいは楕円形状のように凸曲面を有する形状にして軸方向の線接触とすることが、フレーム１とステータコア４との嵌着時の突起６における嵌着面積を減少させる上で好ましい。

実施の形態２．
図６は、この発明に係る電動機の実施の形態２を示す断面図であり、中心軸を通る断面を示している。図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す断面図、図８は、図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。ステータコア４の軸方向の上端部の外周には周方向に並ぶ３個の三角形状の突起６がある。また、フレーム１の軸方向の下端部（底部）には環状突起７がある。環状突起７は充填剤を注入するときの障害物とならないようにするため、底部にのみ設けることができる。

これらの突起６及び環状突起７によってステータコア４とフレーム１から構成される構造体の隙間９が一意に決まる。この隙間９に融点が４２３Ｋ〜７２３Ｋの低融点金属あるいは低融点合金、例えば、はんだが充填材８として介在する。低融点金属あるいは低融点合金の融点は、電動機の運転時における発熱を考慮して下限を発熱に耐える温度、４２３Ｋとし、充填における作業性を考慮して上限を７２３Ｋとする。

この実施の形態２によれば、環状突起７とすることにより、嵌着面が突起６の場合に比べて多少大きくなるけれども、円形状であるので加工が容易になり、かつ、充填材８によってステータコア４とフレーム１とが強固に結合され、ステータコア４とフレーム１とにより構成される構造体の剛性が向上する。これにより、構造体の円周方向の固有振動数と電磁加振力での電磁振動数をずらし、共振を抑制して騒音を低減した電動機を安価に得ることができる。

また、充填剤８として低融点金属を用いることにより、放熱性、耐クリープ特性、耐湿性が向上する。

また、フレーム１の軸方向の下端部（底部）を環状突起７とすることにより、ステータコア４の軸方向の下端部に突起６を設ける場合に比べて、軸方向の下端部における突起の形成が容易になる。

なお、上記実施の形態２では、ステータコア４の軸方向の上端に突起６を設け、軸方向の下端に環状突起７を設ける例を示したが、突起６をステータコア４の軸方向の両端の中間部にも設けてもよいし、あるいは軸方向の上端に限らず軸方向の任意の箇所に設けてもよい。さらに、突起６に代えて軸方向の両端または両端近傍まで延在する直線状の突起を用いてもよい。

また、環状突起７はフレーム１に設け、周方向に並んだ突起６はステータコア４に設けてもよいし、逆に環状突起７はステータコア４に設け、周方向に並んだ突起６はフレーム１に設けてもよい

また、突起６はステータコア４との一体成形物あるいはフレーム１との一体成形物でもよく、ステータコア４の外周面あるいはフレーム１の内周面にシムなどを接着した分離成形物としてもよい。

また、フレーム１の軸方向の下端部に環状突起７を設ける例を示したが、ステータコア４の軸方向の下端部（挿入先端部）に環状突起７を設けてもよい。

この発明に係る電動機は、旋盤等、工作機械の主軸駆動用等に有効に利用することができる。

この発明に係る電動機の実施の形態１を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 突起の形状の例を示す平面図である。 突起の形状の例を示す平面図である。 この発明に係る電動機の実施の形態２を示す断面図である。 図６のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

符号の説明

１ フレーム、２ ステータ、３ ロータ、４ ステータコア、６ 突起、
７ 環状突起、８ 充填材、９ 隙間。

Claims (9)

1. 電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
   上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、軸方向の少なくとも２箇所において、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し周方向に並ぶ３個以上の突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
   上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
   上記隙間に充填材が充填されていることを特徴とする電動機。
2. 電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される挿入口と挿入された上記ステータコアが固定される底部とを有する円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
   上記フレームの底部または上記ステータコアの挿入先端部に、上記ステータコアまたは上記フレームの円周に沿い、上記円周の円形状から突出した環状突起が設けられ、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、軸方向の少なくとも１箇所において、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し周方向に並ぶ３個以上の突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
   上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
   上記隙間に充填材が充填されていることを特徴とする電動機。
3. 電磁鋼板を積層した円筒状のステータコアの内周側にコイルを装着したステータと、上記ステータコアが挿入される円筒状のフレームと、上記ステータコア内に配設され上記ステータコアの中心軸と同軸に回転できるように支持されたロータとを備えた電動機において、
   上記ステータコアの外周または上記フレームの内周に、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周の円形状から突出し、軸方向の両端あるいは両端近傍まで延在し、周方向の少なくとも３箇所に突起が設けられ、周方向に隣り合う上記突起同士の成す角度が１８０゜未満であり、
   上記ステータコアが上記フレームに嵌着されて上記ステータコアと上記フレームとの間に上記突起による隙間が形成され、
   上記隙間に充填材が充填されていることを特徴とする電動機。
4. 上記充填材が、樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
5. 上記樹脂が、第二世代アクリル系接着剤（ＳＧＡ）であることを特徴とする請求項４記載の電動機。
6. 上記充填材が、低融点金属あるいは低融点合金であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
   電動機。
7. 上記低融点金属あるいは低融点合金の融点が、４２３Ｋ〜７２３Ｋであることを特徴とする請求項６記載の電動機。
8. 上記フレームの内周は、上記ステータコアが挿入される挿入口の径が上記ステータコアの挿入底部の径よりも大きなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
9. 上記突起の表面が、上記ステータコアの外周または上記フレームの内周と線接触することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
   

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