JP2019022250A - 電動機ケース部品、電動機、換気扇および押出成形部品 - Google Patents

電動機ケース部品、電動機、換気扇および押出成形部品 Download PDF

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淳文 今井
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正視 三浦
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Abstract

【課題】電動機の内部の熱を効率良く電動機の外部に放熱可能な電動機ケース部品を得ること。【解決手段】電動機ケース部品は、円筒形状を有する本体部20と、本体部20の外周面から円筒形状の中心軸Cを中心として突出するとともに円筒形状の中心軸Cの軸方向に沿って平行に設けられて他の部品が取り付けられる取付部23と、本体部20の外周面1aから円筒形状の中心軸Cを中心として放射状に配列されて突出するとともに円筒形状の中心軸Cの軸方向に沿って平行に設けられた複数の放熱フィン22とを備える。円筒形状の円周方向において取付部23を挟んで隣り合う領域に設けられた複数の放熱フィン22の頂点と、取付部23の上面とは、同一平面上に位置している。【選択図】図4

Description

本発明は、押出成形部品からなる電動機ケース部品、電動機ケース部品を備えた電動機、電動機を備えた換気扇、および押出成形された押出成形部品に関する。
電動機を運転した場合には、電動機の内部において電気エネルギーが巻線の抵抗によって熱エネルギーにかわる損失、いわゆる銅損が発生して発熱が生じる。この発熱による電動機の内部の温度上昇値が高すぎる場合には、電動機の内部に配置された樹脂材料から成る部品の劣化または変形が生じるおそれがある。このため、発熱の抑制、または電動機の内部の熱の電動機の外部への放熱によって、電動機の内部の過度の温度上昇を抑制する必要がある。
電動機の内部の温度上昇を抑制する方法としては、固定子の巻線の設計を変更することによって銅損を低減させる方法、電動機の外郭の表面積を増大させる方法がある。電動機の外郭の表面積を増大させる方法には、電動機の外郭に放熱フィンを取り付ける方法、および外郭の外側形状に放熱フィンの形状を設ける方法、すなわち電動機の外郭そのものに放熱フィンの形状を設ける方法がある。
外側形状に放熱フィンの形状を設けた電動機の外郭には、金属材料の中でも相対的に熱伝導性の高いアルミニウム材料が押出成形されたアルミニウム押出成形部品である、中空部を有する外郭部品が広く用いられている。一般に、アルミニウム押出成形部品からなる外郭部品は、円筒形状を有し、外周壁に取付用脚および放熱フィン形状が設けられている。そして、外郭部品の中空部に固定子が焼嵌めされる。また、アルミニウム押出成形部品は、押出成形後の時点で安定して載置できるように外周部に下面受け部を設ける必要がある。
特許文献1には、アルミニウム押出成形部品からなりモータケースを構成するモータケース部品である、モータケース本体および端部部材が開示されている。モータケース本体および端部部材には、外周壁に、多数のフィン状突起と、フィン状突起よりも大幅に肉厚に設けられた取付用脚とが設けられている。そして、モータケース本体および端部部材では、押出成形後の中間材の時点での下面受け部の役割を取付用脚が担っている。
特開2000−102208号公報
しかしながら、上記特許文献1のモータケース部品では、取付用脚の厚みがフィン状突起の厚みに比べて大幅に肉厚とされている。また、特許文献1のモータケース部品では、外周面からの固定脚の高さがフィン状突起の高さに比べて大幅に高くなっている。このため、特許文献1のモータケース部品では、下面受け部を作るための取付用脚を設けたことによって、多数のフィン状突起を配置することによる外表面の面積の拡大が阻害され、電動機の内部の熱の放熱効率が低くなる、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機の内部の熱を効率良く電動機の外部に放熱可能な電動機ケース部品を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電動機ケース部品は、円筒形状を有する本体部と、本体部の外周面から円筒形状の中心軸を中心として突出するとともに円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられて他の部品が取り付けられる取付部と、本体部の外周面から円筒形状の中心軸を中心として放射状に配列されて突出するとともに円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられた複数の放熱フィンと、を備える。円筒形状の円周方向において取付部を挟んで隣り合う領域に設けられた複数のフィンの頂点と、取付部の上面とは、同一平面上に位置している。
本発明によれば、電動機の内部の熱を効率良く電動機の外部に放熱可能な電動機ケース部品が得られる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態1にかかる電動機の外観を示す正面図 本発明の実施の形態1にかかる電動機の外観を示す斜視図 本発明の実施の形態1にかかる電動機の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の外観を示す正面図 本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の外観を示す側面図 本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の正面側の一部を拡大して示す要部拡大図 本発明の実施の形態2にかかる換気扇の正面図 本発明の実施の形態2にかかる換気扇の側面図
以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機ケース部品、電動機、換気扇および押出成形部品を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の外観を示す正面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の外観を示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の構成を示す分解斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の外観を示す正面図である。図5は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の外観を示す側面図である。図6は、本発明の実施の形態1にかかる電動機の電動機ケース本体の正面側の一部を拡大して示す要部拡大図である。
本実施の形態1にかかる電動機100は、回転子12が固定子11の中で回る内回転式の電動機である。電動機100は、円筒形状を有する電動機ケース本体1と、2つの蓋部である第1蓋部2および第2蓋部3とによって構成される電動機ケースの内部に、円筒形状を呈する固定子11と、円筒形状を呈して固定子11の内側に配置される回転子12と、回転子12に連結されて回転子12の中心軸に沿って延びる回転軸13と、を備える。電動機ケースは、電動機100の外郭を成す。第1蓋部2および第2蓋部3は、ネジ4によって電動機ケース本体1に締結されて、電動機ケース本体1の円筒形状の両端部の開口を塞ぐ。電動機ケース本体1と固定子11と回転子12と回転軸13とは、同軸状に配設されている。
回転軸の一端13a側は、外郭の外部に突出している。外郭の外部に突出した回転軸の一端13a側には、図示しない負荷が接続される。以下では、回転軸13の軸方向に沿った方向において、回転軸13が外郭の外部に突出した一方向側を負荷側と呼び、回転軸13の軸方向に沿った方向において回転軸13が外郭の外部に突出した方向と反対方向側を反負荷側とする。負荷側は、図1および図3においては右側である。反負荷側は、図1および図3においては左側である。
固定子11は、円筒形状を呈し、図示しない固定子鉄心と複数の巻枠と複数のコイルとを有する。固定子11は、電動機100の外殻となる電動機ケース本体1の内周面である後述する固定子保持部21に焼嵌めによって固定されて、回転子12の周囲に配設されている。
回転軸13は、回転軸13の軸方向において回転子12を挟んだ位置に配置された2つの軸受け14によって、回転可能に支持されている。すなわち、回転子12は、反負荷側の軸受け14である第1の軸受け141および負荷側の軸受け14である第2の軸受け142によって、回転可能に支持されている。
反負荷側の第1の軸受け141は、外殻を構成する第1蓋部2の中央部に形成された凹部からなる第1軸受保持部2aに外輪が嵌め込まれて固定され、内輪が回転軸13に嵌め込まれて固定されている。負荷側の第2の軸受け142は、外殻を構成する第2蓋部3の中央部に形成された凹部からなる第2軸受保持部3aに外輪が嵌め込まれて固定され、内輪が回転軸13に嵌め込まれて固定されている。
電動機ケース本体1は、金属材料が押出成形された押出成形部品であり、金属材料の中でも相対的に熱伝導性の高いアルミニウム材料が押出成形されたアルミニウム押出成形部品であり、電動機ケースを構成する電動機ケース部品である。電動機ケース本体1は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向における両端が開放された円筒形状を有する。電動機ケース本体1は、円筒形状を有する本体部20と、他の部品が取り付けられる複数の取付部23と、固定子11で発熱して電動機ケース本体1に伝熱した熱を放熱させるための複数の放熱フィン22とを備える。取付部23と放熱フィン22とは、本体部20に一体に設けられている。本体部20の外周面は、電動機ケース本体1の外周面1aと同意である。
放熱フィン22は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cを中心として、電動機ケース本体1の半径方向において電動機ケース本体1の外周面1aから放射状に突出して設けられている。また、放熱フィン22は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向に沿って平行に設けられている。すなわち、放熱フィン22は、電動機ケース本体1の外周面1aから電動機ケース本体1の円筒形状の半径方向に放射状に突出し、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向に渡って延在している。また、複数の放熱フィン22においては、電動機ケース本体1の外周面1aの円周方向における位置によって、電動機ケース本体1の外周面1aからの放熱フィン22の高さが異なるものが存在する。
また、電動機ケース本体1は、電動機100に取り付けられる製品にネジで締結させるための4本の取付部23を外周に有する。取付部23は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cを中心として、電動機ケース本体1の円筒形状の半径方向において電動機ケース本体1の外周面1aから突出するとともに電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向に沿って平行に設けられている。すなわち、取付部23は、電動機ケース本体1の外周面1aから電動機ケース本体1の半径方向に突出し、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向に渡って延在している。取付部23は、電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向、すなわち外周面1aの円周方向において、等しい間隔で4箇所に設けられている。
取付部23の上面、すなわち電動機ケース本体1の径方向における面は、電動機100が取り付けられる製品における取付部に取り付けられる製品取付面23aであり、平坦面とされている。製品取付面23aには、製品における取付部に電動機100をネジ締結するための製品取付穴23bが設けられている。電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向において、取付部23の幅は、製品取付穴23bを設けるための幅を確保するために、放熱フィン22の幅よりも大きくされている。また、取付部23の高さ、すなわち電動機ケース本体1の外周面1aからの製品取付面23aの高さは、4本の取付部23において同じ高さとされている。
電動機ケース本体1においては、取付部23の上面である製品取付面23aと、電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向において取付部23の周辺に配置されている高さの異なる複数の放熱フィン22の頂点22aとにより下面受け部が構成されている。放熱フィン22の頂点22aは、電動機ケース本体1の半径方向における放熱フィン22の先端部である。以下、電動機ケース本体1における放熱フィン22と取付部23との構成について詳細に説明する。
複数の放熱フィン22において、電動機ケース本体1の外周面1aからの放熱フィン22の高さは、電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向において、図4に示すように取付部23から離れるにつれて徐々に高くなる。なお、1本の放熱フィン22の高さは、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cの方向において同じである。
図6に示すように、電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向において、取付部23によって区画される2つの領域、すなわち取付部23によって分割される2つの領域では、高さの異なる複数の放熱フィン22が、取付部23に対して対称な位置および形状で配置されている。換言すると、外周面1aの円周方向における取付部23の両側の領域では、高さの異なる複数の放熱フィン22が、取付部23に対してシンメトリックに配置されている。
上述した下面受け部を構成する、高さの異なる放熱フィン22の頂点22aと、製品取付面23aである取付部23の上面とによって、図6に示すように第1仮想平面31が構成される。すなわち、取付部23の上面である製品取付面23aと、電動機ケース本体1の円筒形状の円周方向において取付部23を挟んで隣り合う2つの領域に設けられた複数の放熱フィン22の頂点22aとは、同一平面上に位置している。
図6においては、取付部23を中心位置と見た場合に、外周面1aの円周方向において取付部23の右側の領域の外周面1aと、外周面1aの円周方向において取付部23の左側の領域の外周面1aとにおいて、取付部23から数えて2本目までの放熱フィン22の頂点22aと、取付部23の製品取付面23aとは、第1仮想平面31上に位置する。すなわち、外周面1aの円周方向において取付部23から数えて2本目までの高さの異なる放熱フィン22の頂点22aと、取付部23の上面とは、同一平面上に位置する。
ここで、第1仮想平面31は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cを通って中心軸Cに沿った仮想面を第2仮想平面32とした場合に、電動機ケース本体1の半径方向における電動機ケース本体1の外周面1aよりも外側において第2仮想平面32に垂直に交差する仮想平面である。
高さの異なる放熱フィン22の頂点22aと製品取付面23aとによって成される第1仮想平面31は、図4に示すように電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cを軸に、電動機ケース本体1の外周面1aの円周方向において90度毎に配置されている。したがって、第1仮想平面31は、電動機ケース本体1の外周面1aの円周方向において90度毎に4面が構成されている。そして、高さの異なる放熱フィン22および取付部23は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cに垂直な面において、中心軸Cに対して、シンメトリックに設けられている。
取付部23の製品取付面23aと同一平面上に頂点22aが位置する放熱フィン22の本数は、特に限定されず、電動機ケース本体1または電動機ケース本体1の中間材が押出成形によって押出されて載置された際の安定性、またはその他の製造条件によって適宜設定されればよい。
以上のように構成された電動機100を運転した場合には、固定子11において電気エネルギーが巻き線の抵抗によって熱エネルギーにかわる損失、いわゆる銅損が発生して発熱が生じる。固定子11で発生した熱は、固定子11の外周から電動機ケース本体1に伝わる。電動機ケース本体1に伝わった熱の一部は、電動機ケース本体1の外周面1aの表面から電動機100の外部に放熱される。また、電動機ケース本体1に伝わった熱の一部は、放熱フィン22の表面から電動機100の外部に放熱される。また、電動機ケース本体1に伝わった熱の一部は、取付部23の表面から電動機100の外部に放熱される。
つぎに、電動機100の製造工程について説明する。まず、電動機ケース本体1の製造方法について説明する。電動機ケース本体1は、電動機ケース本体1の外周面に対応した金型を用いて、アルミニウムビレットを押出成形することによって製造される。このとき、ビレットを押出成形することによって1本の長尺の成形品が押し出される。長尺の成形品の外周面には、上述した放射状に延びた高さの異なる複数の放熱フィン22、および高さの等しい4本の取付部23が形成されている。
つぎに、長尺の成形品が固定子11のサイズに合わせて必要なサイズに切断され、固定子11を保持するための固定子保持部21が切削加工によって形成される。これにより、中空形状を有する電動機ケース本体1が得られる。
つぎに、電動機ケース本体1が焼嵌め炉に投入されて加熱される。そして、加熱された電動機ケース本体1の内部の固定子保持部21に固定子11が焼嵌めされ、固定される。このとき、電動機ケース本体1の外周面形状が対称的な形状となっているため、固定子11の焼嵌め角度を1箇所に限定せずに、電動機ケース本体1と固定子11とを組み立てることができ、電動機ケース本体1と固定子11との組み立て作業が容易になる。
その後、回転軸13、第1の軸受け141および第2の軸受け142が取り付けられた状態の回転子12が、固定子11の内部に配置される。そして、第1の軸受け141を第1蓋部2の第1軸受保持部2aに保持させた状態で、第1蓋部2がネジ4によって電動機ケース本体1に締結される。また、第2の軸受け142を第2蓋部3の第2軸受保持部3aに保持させた状態で、第2蓋部3がネジ4によって電動機ケース本体1に締結される。これにより、電動機100が形成される。
上述した本実施の形態1にかかる電動機ケース本体1は、電動機ケース本体1の外周面に形成された高さの異なる放熱フィン22を、押出成形によって電動機ケース本体1の中間材であるアルミニウムの押出成形品を安定して載置するための固定脚として使用することができる。また、電動機100は、取付部23を、押出成形によって電動機ケース本体1の中間材であるアルミニウムの押出成形品を安定して載置するための固定脚として使用することができる。すなわち、電動機ケース本体1は、製造の都合上必要となる固定脚の機能が、電動機ケース本体1の機能上必要な構成部である放熱フィン22および取付部23によって実現されている。これにより、電動機ケース本体1は、電動機ケース本体1の機能上必要な構成部のみによって固定脚の機能が実現されており、放熱フィン22よりも肉厚の突出部からなり固定脚の機能を担う構成部が設けられていないため、電動機ケース本体1および電動機100の軽量化およびコストの低減が実現されている。
また、電動機ケース本体1は、電動機ケース本体1の機能上必要な構成部である放熱フィン22と取付部23と以外の構成部が外周面に設けられていない。このため、電動機ケース本体1は、外周面1aの円周方向において、取付部23の配置領域以外の全周領域に放熱フィン22を配置することができ、電動機ケース本体1の外表面の表面積を広く確保することができる。これにより、電動機ケース本体1は、放熱効率を改善することが可能である。
また、複数の放熱フィン22のうち固定脚として使用されない放熱フィン22の高さは、電動機100が取り付けられる製品に取付可能な範囲で高さを高くすることが可能であり、電動機100が取り付けられる製品の仕様上許容される範囲で高くすることが可能である。これにより、電動機ケース本体1は、外表面の表面積をより広く確保することができ、より良好な放熱性能を実現可能である。
すなわち、電動機ケース本体1は、電動機100を運転した際の電動機100の内部で発生した熱を効率的に電動機100の外部に放熱して、電動機100の内部の温度上昇を抑制することが可能である。
また、電動機ケース本体1では、放熱フィン22および取付部23は、電動機ケース本体1の円筒形状の中心軸Cに垂直な面において、中心軸Cに対してシンメトリックに設けられている。このため、電動機100の周囲に風を流して電動機100の放熱を行う場合に、電動機100の周辺の空気の流れが均一となり、電動機100の周辺における空気の偏流の発生が抑制される。これより、電動機100の外郭での放熱特性が均一化され電動機100からの効率的な放熱が可能となる。
また、電動機ケース本体1が中心軸Cに対してシンメトリックな形状を有することにより、電動機ケース本体1は円筒形状の円周方向において配置の自由度を高くすることができ、固定子11およびその他の部品の組み立てが容易となり、組立性が向上する。また、電動機ケース本体1が中心軸Cに対してシンメトリックな形状を有することにより、電動機ケース本体1が他の製品に組み付けられた際の重量バランスが円筒形状の円周方向において均等となる。
したがって、電動機ケース本体1によれば、電動機100の内部の熱を効率良く電動機100の外部に放熱可能な電動機ケース部品が得られる。これにより、電動機100は、電動機100の内部の温度上昇に起因した、電動機100の内部の部品の劣化または変形の発生を抑制して、長期にわたって安定した運転が可能である。
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2にかかる換気扇200の正面図である。図8は、本発明の実施の形態2にかかる換気扇200の側面図である。換気扇200は、上記実施の形態1で説明した電動機100が取り付けられており、工場、倉庫、店舗あるいは住宅において、壁に形成された開口に取り付けられる。換気扇200は、室内から室外への排気あるいは室外から室内への給気により、室内の換気を行う。
換気扇200は、本体枠201と、本体枠201に取り付けられた4本の換気扇モータ取付脚203と、4本の換気扇モータ取付脚203により支持された電動機100と、電動機100の駆動により回転して空気流を発生させる羽根204とを備える。本体枠201の中央には、換気扇200の通風路である風洞部202が設けられている。電動機100は、風洞部202の中心位置に電動機100の回転軸が一致するように配置されている。また、電動機100は、電動機ケース本体1の外周面において4箇所に設けられた取付部23が、4本の換気扇モータ取付脚203にネジ205で締結される。羽根204は、電動機100の回転軸に連結されている。羽根204は、電動機100による回転軸の駆動に伴って風洞部202内で回転し、風洞部202を通る空気流を発生させる。なお、図7および図8では電動機100の回転軸の図示を省略している。
上述した本実施の形態2にかかる換気扇200は、電動機100を備えるため、換気扇200を運転した際の電動機100の内部で発生した熱を効率的に電動機100の外部に放熱して、電動機100の内部の温度上昇を抑制することが可能である。これにより、換気扇200は、電動機100の内部の温度上昇に起因した、電動機100の内部の部品の劣化または変形の発生を抑制して、長期にわたって安定した運転が可能である。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 電動機ケース本体、1a 外周面、2 第1蓋部、2a 第1軸受保持部、3 第2蓋部、3a 第2軸受保持部、4 ネジ、11 固定子、12 回転子、13 回転軸、13a 一端、14 軸受け、20 本体部、21 固定子保持部、22 放熱フィン、22a 頂点、23 取付部、23a 製品取付面、23b 製品取付穴、31 第1仮想平面、32 第2仮想平面、100 電動機、200 換気扇、201 本体枠、202 風洞部、203 換気扇モータ取付脚、204 羽根、205 ネジ、C 中心軸。

Claims (7)

  1. 円筒形状を有する本体部と、
    前記本体部の外周面から前記円筒形状の中心軸を中心として突出するとともに前記円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられて他の部品が取り付けられる取付部と、
    前記本体部の外周面から前記円筒形状の中心軸を中心として放射状に配列されて突出するとともに前記円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられた複数の放熱フィンと、
    を備え、
    前記円筒形状の円周方向において前記取付部を挟んで隣り合う領域に設けられた複数のフィンの頂点と、前記取付部の上面とが同一平面上に位置していること、
    を特徴とする電動機ケース部品。
  2. 前記同一平面である第1仮想平面と、前記円筒形状の中心軸を通って前記中心軸に沿った仮想面である第2仮想平面とが、前記円筒形状の半径方向における前記電動機ケース部品の外周面よりも外側において垂直に交差すること、
    を特徴とする請求項1に記載の電動機ケース部品。
  3. 前記円筒形状の円周方向において前記取付部を挟んで隣り合う領域に設けられた複数の放熱フィンは、前記取付部に対してシンメトリックに配置されていること、
    を特徴とする請求項2に記載の電動機ケース部品。
  4. 前記取付部が、前記円筒形状の円周方向において等しい間隔で4箇所に設けられていること、
    を特徴とする請求項3に記載の電動機ケース部品。
  5. 請求項1から4のいずれか1つに記載の電動機ケース部品と、
    前記電動機ケース部品の円筒形状の両端部の開口を塞ぐ2つの蓋部と、
    前記電動機ケース部品の内部に配置された円筒形状を呈する固定子と、
    前記固定子の内側に配置される回転子と、
    前記回転子に連結されて回転子の中心軸に沿って延びる回転軸と、
    を備えることを特徴とする電動機。
  6. 請求項5に記載の電動機と、
    前記電動機の回転軸に接続された羽根と、
    を備えることを特徴とする換気扇。
  7. 円筒形状を有する本体部と、
    前記本体部の外周面から前記円筒形状の中心軸を中心として突出するとともに前記円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられて他の部品が取り付けられる取付部と、
    前記本体部の外周面から前記円筒形状の中心軸を中心として放射状に配列されて突出するとともに前記円筒形状の中心軸の軸方向に沿って平行に設けられた複数の放熱フィンと、
    を備え、
    前記円筒形状の円周方向において前記取付部を挟んで隣り合う領域に設けられた複数のフィンの頂点と、前記取付部の上面とが同一平面上に位置していること、
    を特徴とする押出成形部品。
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