JP2011517927A - 電気機械のフレームの製造方法、電気機械及び電気機械のフレーム - Google Patents

Abstract

電気機械（１）のフレーム（９）の製造方法であって、固定子（８）が形成される。さらに、シート状金属からなる第一シース（９１）が固定子（８）の周囲に形成される。前記シースは、レーザー溶接によって固定子に溶接される。さらに、冷却素子（９３）が形成され、該素子はレーザー溶接により第一シースに溶接される。電気機械（１）は、フレーム（９）と、前記フレームに取り付けられた固定子（８）と、軸部（６）と、該軸部に取り付けられたロータ（７）と、前方フランジ（３）と、を少なくとも有し、前記前方フランジには、前記軸部を支持するための軸受（１０）と嵌合する軸受ケース（１１）が嵌合される。軸受（１０）がフレーム（９）の内側から軸受ケース内へと配置されるよう、軸受ケース（１１）が前方フランジ（３）内に取り付けられる。本発明はさらに電気機械のフレームに関する。

Description

本発明は電気機械のフレームの製造方法に関する。さらに本発明は、電気機械及び電気機械のフレームに関する。

電気機械のフレームは典型的には鋳造金属部品から形成される。鋳造鋳型及び鋳造金属の製造工場は、鋳造部品を製造することが求められる。鋳造自体は安価であるものの、鋳型、格納庫、及び物流コストが原因で総合的なコストが増大する。開始費用が多少高いことから、大量生産することにより鋳造部品を安価にすることができる。目的は、鋳造部品を使用することなくより少ない生産量で製造するためのより安価な解決法を見出すことである。電気機械のフレームを製造する方法の一つは、溶接により適切な金属部品を形成することである。しかしながら、今日用いられている溶接方法は、一般的に要求が多く且つ製品に計測誤差や張力を容易に生じさせることから、製造中に別途機械加工を施すことが必要とされる。

電気機械の単一のフレームを製造するためのより良い解決法を見出す必要がある。

電気機械のフレームを少ない生産量で製造する費用効率の良い方法を可能にするための解が見出された。

上記の目的を達成するために、本発明に係る方法は独立項形式の請求項１に記載される特徴を主に有する。電気機械は独立項形式の請求項５に記載される特徴を主に有する。電気機械のフレームは独立項形式の請求項１１に記載される特徴を主に有する。その他にも、本発明のいくつかの好ましい実施形態が従属項に記載される。

製造方法の基本的な考え方によると、切断され部分的に曲げられた部品を固定子の周囲に溶接し、そして最終的に必要に応じてガイド及び固定穴を機械加工する。この方法を用いることにより、適切なコストで少ない量を製造することができるとともに鋳造部品の使用を回避することができる。

本発明の基本的な考え方に基づく方法においては、シート状金属から作成される第一シースを固定子の周囲に形成して該シースをレーザー溶接により前記固定子に溶接し、さらに、冷却素子を形成して該冷却素子をレーザー溶接により前記第一シースに溶接する。

一実施形態においては、シート状金属の第二シースをレーザー溶接により冷却素子に溶接する。

一実施形態においては、シート状金属を波形形状に形成する(by corrugating)ことにより冷却素子を形成する。

一実施形態においては、フレームの中に前方フランジを形成し、かつ、軸受ケースを前方フランジと連結するよう形成し、該軸受ケースには前記フレームの内側から軸受が嵌合されている。

一実施形態において、電気機械は、少なくともフレームと、該フレームに取り付けられた固定子と、軸部と、該軸部に取り付けられたロータと、前方フランジと、を有し、前記前方フランジには前記軸部を支持するための軸受と嵌合する軸受ケースが嵌合される。前記軸受が前記フレームの内側から軸受ケース内に配置されるよう、前記軸受ケースが前記前方フランジ内に取り付けられている。

一実施形態において、フレームは、シート状金属から形成され、レーザー溶接により固定子に溶接された第一フランジと、シート状金属から形成され、レーザー溶接により第一シースに溶接された冷却素子と、を有する。

一実施形態においてロータは永久磁化されている。

一応用において溶接は溶接ロボットを使用して行われる。

上記の実施形態にアレンジを加えた別々の及び様々な組み合わせの異なる実施形態によって多くの利益がもたらされる。なかでも大きな利点は鋳型が不要となる点であり、これにより、異なる機械に合わせて製造を調整することが容易となるとともに、少ない生産量で製造することが可能となる。

応用における利益は、電気機械の製造に必要となる機械加工作業が従来技術のものと比べて減少することである。最良の場合、機械加工を完全に回避することができる。

上記の利点により、従来の方法では必要とされた、一つの作業段階から別の作業段階へと運ばれる鋳型又は製品の中間的な格納が、不要となる。

電気機械の応用における利点は、電気機械の軸受をフレームの内側、即ち機械の後方端の側から取り換えることができる点である。したがって、機械を他の構造に取り付ける際に該機械の前方フランジの側で取り付けることができる。したがって、メンテナンスや修理を容易且つ迅速に行うことが可能となる。

電気モータの実施形態を示す図である。 図１の実施形態の断面図である。 図２の実施形態の斜視図である。 電気モータの別の実施形態の断面斜視図である。 電気モータの第三実施形態の断面斜視図である。 一実施形態による電気モータの斜視図である。 図６の実施形態の軸線に対して垂直な面に沿った断面図である。 図７の拡大図の詳細を示す。 図６の実施形態の軸線に平行な断面図である。

以下に、図面を参照して本発明を説明する。

明確化のために、図面には本発明の理解に必要な詳細のみが示されている。本発明の理解には不要であるが当業者に明らかとなる構造及び詳細は、本発明の特徴を強調する目的で図中では省略されている。

図１〜３には電気機械の一実施形態が示されている。実施例において、電気モータ１がポンプ２に同軸上で連結されている。この連結は、電気モータ１の前方フランジ３の端部、即ち電気モータの前方端部においてなされている。図２及び図３には、ポンプ２のケース４及び羽根車５が示されている。実施例においては、羽根車５は電気モータ１と共に共通軸部６に連結され、最も好ましくは、羽根車５は該軸部の端部に連結されている。

電気モータ１は、軸部６と、ロータ７と、固定子８と、フレーム９と、を有する。軸部６及びロータ７は互いに連結しており、これらの組み合わせは、前記軸部の軸線Ｘ（回転軸）の周りで回転するよう嵌合されている。例えば、ロータ７は永久磁化されている。ロータ７は様々な方法で軸部６に取り付けられている。実施例においては、様々な連結方法を用いて取り付けられて、連結の接続点が軸部６及びロータ７の間に配置されている。連結することによる有利点は、軸部６とロータ７とを互いに切り離すことで、両方の部品を取り除くことなく何れか一方の部品を取り除くことが可能となる点である。例えば、軸部６のメンテナンス中にロータ７をその場所に残したまま機械から軸部のみを取り除くことができる。

軸部６は軸受１０により電気モータのフレーム９に支持され、軸受１０は電気モータ１の前方フランジ３の近くにある軸受ケース１１内に配置されている。軸受ケース１１は、実施例による機械の中で、軸部６及び軸受１０がモータの後方端方向１２から軸受ケース内へと嵌合されるように、形成されている。好ましくは、電気モータ１の前方フランジ３を取り除くことなく、軸受１０が交換される。本発明においては、機械の後方端１２で軸部６が軸受により支持される必要はない。さらに、記載される有利な実施形態においては、モータ１とポンプ２とが軸受アセンブリを共有する。電気モータ１のフレーム９は、ポンプ２及び／又は軸受ケース１１の後方端を支持することが有利である。ポンプ２とモータ１とが軸受を共有することにより、軸受の損失が減少するとともに構造が簡素化される。

ロータ７は様々な異なる方法を用いて形成することができ、このことは電気機械１の軸方向の長さに影響を及ぼす。図１〜３に示される解においては、電気機械の寸法を可能な限り短くすることが目標とされる。図４及び図５においては、その他の有利な応用が二つ示され、ロータ７が、図１〜３に示される解のものとは異なる形状に形成されている。ロータ７を軸受ケース１１からさらに遠くに移動させることにより、より多くの空間、例えば軸受１０の潤滑システムのための空間が作られる。ロータ７はいくつかの応用において異なってもよく、例えば、ロータ７はソリッド構造を有していてもよく、又はかご巻き線(cage windings)もしくは溝を有していてもよい。

図１〜５に示される解においては、例えばメンテナンスや修理のために、電気機械１を後方端１２から開けることが可能である。ファンカバー１３及び後方蓋１４を取り去った後に、電気機械１の後方端１２における開口を介してロータ７に到達することができる。ロータ７の構造に依って、ロータ７全体を取り除くこと又はロータと軸部６との連結を切り離すことが可能となる。この後、軸部６、軸受１０、及び／又はシーリングを、電気機械の後方端１２を介して取り去ることができる。これにより、電気機械１の所謂摩耗部品のメンテナンス及び／又は交換を、例えば電気機械及びポンプ２間の連結を切り離すことなく行うことが可能となる。したがって、メンテナンス開始時にしばしば連結を切り離さなければならない従来の電気機械と比べて、メンテナンスを容易に且つ迅速に行うことが可能となる。同様に、メンテナンス後に軸線Ｘを再配列する必要がある。例として、電気機械１がポンプ２に連結されている装置が用いられる。電気機械１は、送風機、輸送装置、作業装置などのその他の装置に連結されてもよい。基本的な考え方によると、軸部６を電気機械１の端部に連結し、有利には、さらに前方フランジ３を別の装置に連結する。有利な実施形態においては、軸受アセンブリ１０が、モータ１と該モータに連結された例えばポンプ２などのデバイスとにより共有される。上記の構造により、電気機械１とその他のデバイス２との間の連結を、例えば軸受のメンテナンス又は修理のために切り離す必要がなくなる。

上記の電気モータ１は、様々な異なる方法で形成される。例えば、フレーム構造９として鋳造金属部品が用いられてもよい。以下に、電気モータ用フレーム９を形成する有利な方法の一つを記載する。

この方法は、機械の寸法及び使用基準に依存して異なる厚みを有する金属シートを使用する。金属シートの結合部にレーザー溶接を用いることが有利であり、これにより溶接線の形成を制御することができるとともに溶接部を目立たなくすることができる。さらに、レーザー溶接を用いて、第一材料と第二材料とを材料層のうちの何れか一方に溶接を施すことにより結合させることができる。したがって、シート内の開口を溶接する必要がなくなる。該方法において、溶接ロボットを使用してもよい。プログラムや道具の設定を変えることで同じロボットを使用して異なる機械を製造してもよく、このような製造ラインによって、異なる機械の製造が容易となる。

前記方法において、シート状金属リング９１を固定子８のシート状パッケージの上部に設置する。シート状金属リング９１は、一以上のピースとして設置されてもよく、これにより、パイプ、即ち第一シース９１が作成される。第一シース９１は、レーザー溶接により固定子８の後部に取り付けられる。好ましくは、第一シース９１の表面全体に溶接が施されて、第一シース９１と固定子８との間に溶接継ぎ目が形成される。好ましくは、軸線Ｘの周りを回る一以上の輪状円として、溶接が実施される。

フランジ９２は、有利には、第一フランジ９１の端部に溶接される。フランジ９２は構造を支持するとともに強化する。フランジ９２は異なる方法で形成することができ、例えば、シート状金属をレーザー切断して適切な片を作成することにより形成される。さらにここで、溶接方法はレーザー溶接であることが有利であり、パイプ９１の壁を介してフランジ９２に対して溶接を施すことができ、同時に、溶接線の形成が制御可能である。

第一フランジ９１の上部には、シート状金属から作られた屈曲した冷却板９３が取り付けられている。実施例においては、冷却板９３の屈曲形状は実質的にＵ字状であるが、その他の形状に曲げられてもよい。例えば、屈曲形状はＶ字状に近くてもよく、さらに、同じ冷却板９３において異なる屈曲形状が組み合わされていてもよい。有利には、冷却板９３により形成される冷却リブは、実質的には電気機械の軸部の方向を向いている。冷却板９３は、レーザーにより第一シース９１に溶接される。好ましくは、冷却板９３の表面全体に溶接が施され、冷却板９３と第一フランジ９１との間に溶接継ぎ目が形成される。有利には、各クリンプの下部から実質的に軸線Ｘの方向に溶接が施される。完成された構造において、冷却板９３は、有利には、電気機械のフレーム９の一部として機能する。

一つの応用において、金属シート状の第二シース９４が冷却板９３の上部に嵌合される。好ましくは、金属シート状の第二フランジ９４はレーザー溶接により取り付けられる。好ましくは、第二フランジ９４の表面全体に溶接が施され、第二フランジ９４と冷却板９３との間に溶接継ぎ目が形成される。同時に、パイプ９１、冷却板９３、及びシース９４により、堅固で頑丈なセル構造が形成される。第二シース９４は、例えば電気機械１の保護用シースとして機能し、これにより冷却構造が汚れることが防止される。

完成した電気機械１の冷却板９３とフランジ９１、９４との間に配置された冷却セルの溝内に向かって媒体が流れるよう構成され、この冷却媒体により電気機械の温度が許容限度以下に保たれる。例えば、この媒体は空気又はその他の気体であってもよいが、構造が十分に水漏れしない堅固なものであれば、媒体は液体であってもよい。一つの応用においては、冷却のために空気が用いられ、電気機械１の端部に配置されたファン（図示せず）又は軸部６の端部に配置されたファンブレード（図示せず）によって空気の流れが生じるよう構成される。

上記の、電気機械１の製造方法は、実施例で示された電気機械とは異なる種類の電気機械の製造に応用することができる。例えば、電気機械１は電気モータ又はジェネレータであってもよい。電気機械の電力もまた様々であってもよいが、前記方法は、例えば１０〜１０００ｋＷの電力を有する機械の製造に有利となるよう設計されている。

上に記載された本発明の異なる実施形態に関連して記載されるモード及び構造を様々に組み合わせることにより、本発明の精神に基づく本発明の様々な実施形態とすることができる。したがって、上に記載された実施形態は本発明を制限することを意図してなく、本発明の実施形態は特許請求の範囲の記載に示される本発明の特徴の範囲内で、自由に変更してもよい。

フランジ９２は、有利には、第一シース９１の端部に溶接される。フランジ９２は構造を支持するとともに強化する。フランジ９２は異なる方法で形成することができ、例えば、シート状金属をレーザー切断して適切な片を作成することにより形成される。さらに、ここで、溶接方法は、レーザー溶接であることが有利であり、パイプ９１の壁を介してフランジ９２に対して溶接を施すことができ、同時に、溶接線の形成が制御可能である。

第一シース９１の上部には、シート状金属から作られた屈曲した冷却板９３が取り付けられている。実施例においては、冷却板９３の屈曲形状は実質的にＵ字状であるが、その他の形状に曲げられてもよい。例えば、屈曲形状はＶ字状に近くてもよく、さらに、同じ冷却板９３において異なる屈曲形状が組み合わされていてもよい。有利には、冷却板９３により形成される冷却リブは、実質的には電気機械の軸部の方向を向いている。冷却板９３は、レーザーにより第一シース９１に溶接される。好ましくは、冷却板９３の表面全体に溶接が施され、冷却板９３と第一シース９１との間に溶接継ぎ目が形成される。有利には、各クリンプの下部から実質的に軸線Ｘの方向に溶接が施される。完成された構造において、冷却板９３は、有利には、電気機械のフレーム９の一部として機能する。

一つの応用において、金属シート状の第二シース９４が、冷却板９３の上部に嵌合される。好ましくは、金属シート状の第二シース９４はレーザー溶接により取り付けられる。好ましくは、第二シース９４の表面全体に溶接が施され、第二シース９４と冷却板９３との間に溶接継ぎ目が形成される。同時に、パイプ９１、冷却板９３、及びシース９４により、堅固で頑丈なセル構造が形成される。第二シース９４は、例えば、電気機械１の保護用シースとして機能し、これにより、冷却構造が汚れることが防止される。

完成した電気機械１の冷却板９３とシース９１、９４との間に配置された冷却セルの溝内に向かって媒体が流れるよう構成され、この冷却媒体により、電気機械の温度が許容限度以下に保たれる。例えば、この媒体は空気又はその他の気体であってもよいが、構造が十分に水漏れしない堅固なものであれば、媒体は液体であってもよい。一つの応用においては、冷却のために空気が用いられ、電気機械１の端部に配置されたファン（図示せず）又は軸部６の端部に配置されたファンブレード（図示せず）によって空気の流れが生じるよう構成される。

Claims (12)

1. 固定子（８）を形成し、前記固定子（８）の周囲に第一シース（９１）を形成し、冷却素子（９３）をシート状金属から形成して前記第一シース（９１）に取り付ける、電気機械（９）のフレーム（１）の製造方法において、
   前記第一シース（９１）をシート状金属から形成して前記固定子（８）に取り付け、そして、
   第二シース（９４）をシート状金属から形成して前記冷却素子（９３）に取り付ける
   ことを特徴とする電気機械のフレームの製造方法。
2. 前記冷却素子（９３）を、シート状金属を波形形状に形成して作成することを特徴とする請求項１に記載の電気機械のフレームの製造方法。
3. 前記第一シース（９１）と前記第二フランジ（９４）とを、レーザー溶接により前記冷却素子（９３）に取り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機械のフレームの製造方法。
4. 前記フレーム（９）にさらに前方フランジ（３）を形成し、
   前記前方フランジに連結するよう該前方フランジに軸受ケース（１１）を形成し、
   前記軸受ケースに、前記前方フレームの内側から軸受（１０）を設ける
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電気機械のフレームの製造方法。
5. 少なくともフレーム（９）と、該フレームに取り付けられた固定子（８）と、軸部（６）と、該軸部に取り付けられるロータ（７）と、前記固定子（８）を覆う第一シース（９１）と、該第一シース（９１）に取り付けられた冷却素子（９３）と、を有する電気機械において、
   前記電気機械には、前記冷却素子（９３）に取り付けられた第二シース（９４）が設けられ、そして、
   前記第一シース（９１）と前記第二シース（９４）と前記冷却素子（９３）とが、シート状金属から形成されている
   ことを特徴とする電気機械。
6. 前記第一フランジ（９１）と前記第二フランジ（９４）とが、レーザー溶接により前記冷却素子（９３）に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の電気機械。
7. 前記電気機械は、前記軸部（６）を支持する軸受（１０）に嵌合するよう軸受ケース（１１）が配された、フレーム（９）の前方フランジ（３）を有し、
   前記軸受（１０）が前記フレーム（９）の内側から前記軸受ケース内に配置されるよう、前記軸受ケース（１１）が前記前方フランジ（３）に設けられている
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電気機械。
8. 前記ロータ（７）が永久磁化されていることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の電気機械。
9. 請求項５〜８の何れか一項に記載の電気機械（１）を有することを特徴とする装置。
10. 前記装置が、前記電気機械（１）の前記前方フランジ（３）と前記軸部（６）とに取り付けられたポンプ（２）を有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 少なくとも、固定子（８）と、該固定子（８）を覆う第一シース（９１）と、該第一シース（９１）に取り付けられた冷却素子（９３）と、を有する、電気機械のフレーム（９）において、
    前記フレームには、前記冷却素子（９３）に取り付けられた第二シース（９４）が設けられ、さらに、
    前記第一シース（９１）と前記第二シース（９４）と前記冷却素子（９３）とが、シート状の金属から形成されている
    ことを特徴とする電気機械のフレーム。
12. 前記第一シース（９１）と前記第二シース（９４）とが、レーザー溶接により前記冷却素子（９３）に取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記載の電気機械のフレーム。

Images