JP3134166B2 - キャンドモータ用キャンの構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャンドモーター用キ
ャンの構造に係り、特に、好適な電磁気特性を有しなが
ら、しかも機械的強度に対する高信頼化を図ったキャン
ドモーター用キャンの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、キャンドモーターは固定子鉄
心と回転子との間の空隙に前記固定子鉄心の内周に円筒
状キャンを嵌合し、回転子を外気と遮断した密封構造で
あるために、前記キャンドモーターの負荷となる被駆動
機の軸受部分から、気体もしくは液体の機内外に対する
漏洩または侵入を皆無とする気体圧縮機あるいはポンプ
等に利用されてきた。この場合、前記モ−ターは固定子
鉄心、固定子線輪からの高密度の交番磁束を回転子に透
過させるが、空隙は回転子の回転に支障を及ぼさない限
り狭い値に設計することが必要で、その空隙間に挿入さ
れる円筒状キャンの厚みは薄肉であるとともに耐圧力性
を有しなければならない。

【０００３】即ち、電磁気的にはキャンを通して高密度
の交番磁束が透過する高透磁特性を有すること、高密度
の交番磁束で渦電流が流れ渦流損の発生しないこと、機
械的には外気に対する密封構造でキャンの内外圧力に対
する耐圧強度、耐変形性を有すること、化学的には負荷
側で対象となる気体、液体に対しての耐触性材質である
こと等キャンは電磁気的、機械的、化学的に極めて厳し
い条件に曝されている。例えば前記キャンを薄肉円筒状
の金属製キャンを用いた場合には、交番磁束が透過する
ので、大きな渦流損が発生し、このために特殊な冷却を
必要とする。又キャン挿入による固定子内径と回転子外
径との間の空隙増加が励磁電流を増加させ銅損を発生さ
せる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この為従来より密封さ
れたキャンドモータのキャンによる励磁電流の増加に伴
う銅損とキャンに交番磁束透過による渦電流の発生を防
止する為に、前者の問題に対しては薄肉軟磁性金属素材
とし、後者の問題に対してはこれを高抵抗素材として高
効率化が図っているが、かかる構成でも渦流損が著しく
尚充分なる解決策とは言い難い。

【０００５】そこで前記キャンを電気絶縁性のある特殊
強化材と樹脂で構成させ、励磁電流の増加と渦電流の減
少を計る開発が行なわれている。しかしながらかかるキ
ャンは電気的特性は優れているものの、大容量、多機種
に対する対応性とその製作、鉄心内周への装着技術に困
難を伴い、その結果として、対気密性、対圧力性などの
機械的構造上の点で新たに問題点が生じている。しかし
薄肉樹脂製キャンにおいては耐気密性、耐圧力性などの
機械的、構造上に難点がある。

【０００６】また、キャンとしての機械的強度を有し、
漏洩に対する密封性にも富み、且つキャンの薄肉化を計
るために、高透磁性金属線で円筒状コイルを構成したキ
ャン骨材に引張り強度に方向性のある強力繊維織布を、
前記キャン骨材の軸心に対して前記織布の高強度方向を
平行になるように巻き上げ、樹脂により接着、一体化し
た構造のものが本出願人より提案している。（特願平２
ー１１７７５７号）しかしながら、これは小型のキャン
の場合はよいが大型のものではキャンの加工及び挿入の
点で製造上の難点がある。

【０００７】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、好
適な電磁気特性を有しながら、しかも機械的強度に対す
る高信頼化を図ったキャンドモーター用キャンの構造を
提供する事を目的とする。本発明の他の目的は、前記機
能を維持しつつキャンの製作容易化と固定鉄心の固着容
易化を図ったキャンドモーター用キャンの構造を提供す
る事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明はかかる技術的課題
を達成するために、固定子鉄心内周面とほぼ同一の内径
を有する一対の補強筒を前記固定子鉄心の軸方向両側に
配設固定し、該鉄心と補強筒の内周の全面に亙り強化素
材と樹脂により内張り積層して、前記樹脂の固着作用に
より固定子鉄心とその両側に位置する一対の補強筒とを
積層体に一体的に固着させてキャンを構成したものであ
る。即ちより具体的には補強筒と固定子鉄心内周の軸方
向全長とほぼ同一幅を有する例えばガラス繊維織布など
の強化素材と樹脂を積層しながら内張りして前記樹脂の
固着作用により固定子鉄心と一対の補強筒とを積層体に
一体的に固化させてキャンを構成したものである。この
様な内張り積層する手段として前記所定幅を有する強化
素材を円径状に巻き置き、これを固定子鉄心内部で巻き
戻しながら液状化した樹脂若しくはフィルム状樹脂によ
り内張り積層した後、前記樹脂の固着作用により固定子
鉄心と一対の補強筒とを積層体に一体的に固化させてキ
ャンを構成すればよい。

【０００９】尚、強化素材と樹脂を積層する手段として
は、例えば前記織布に液状樹脂を浸漬けした状態若しく
は液状樹脂を塗布しながら巻戻しさせてもよく、又前記
織布にフィルム状樹脂を貼着したものを巻戻しさせても
よい。この場合前記巻戻しはキャンを薄く又織布の継ぎ
目の無視できる程度にし、且つその厚さを一定にするこ
とが重要で、このために、全巾に亙って薄層の織布を使
用するのがよい。そして、前記強化素材と樹脂からなる
積層体は、補強筒と一体的に固定子鉄心を回転させ、遠
心力を作用させる事により前記積層体を固定子内周（歯
端）及び補強筒内周に確実に固着させ、キャンの耐気密
性、耐圧力性としての機械的特性を向上させるものであ
る。

【００１０】又前記の様な遠心力を用いる事なく、キャ
ンの内径より小さな形状の拡径可能な中子を用い、該中
子を前記巻戻し後の積層体内に挿入後これを拡径して、
その内圧をキャンに加えながら樹脂を固化させて後、こ
れを抜き取るよう構成する事により、前記の様に補強筒
と一体化された固定子鉄心を回転させることなく、キャ
ンを補強固化させる事も可能である。尚、前記強化素材
として強化繊維状そのもの、あるいはこれを切断した短
繊維と樹脂からなる積層体を用いたものは作業性は良好
であるが厚みの一様性、強度の点で劣るもので、大きな
耐圧力強度を必要としない場合に使用される。又強化素
材を強化織布または強化繊維と、軟磁性金属粉末を混入
した樹脂とにより内張り積層して積層体を形成したもの
は、前記耐圧力強度も高く、而も前記金属粉末が混入さ
れているために交番磁束の透過を容易にし、且つキャン
のために生ずる空隙の増加による銅損の増加を阻止す
る。

【００１１】又軟磁性金属粉末は樹脂により被覆され、
閉回路部分が無く渦流損の発生は無視することができキ
ャンドモータ効率の向上に寄与することとなる。尚前記
金属粉末は強化繊維側に混入させても樹脂との間でサン
ドイッチ構造にしてもよい。

【００１２】更に強化素材を強化繊維とし、軟磁性金属
細線とを縦または横系に分け交織布とし、該交織布と樹
脂とにより前記積層体を構成してもよい。この場合軟磁
性金属細線は樹脂により絶縁され、該細線が夫々を分離
して交織されるので電気的閉回路を構成することがない
ので渦流損の発生の恐れがなく、而もキャン部分を透過
する交番磁束に対して見掛け上空隙を縮少された結果と
なり、励磁電流を制限し銅損を減少させることになる。
而も強化繊維と軟磁性金属細線とにより交織布を構成し
たために、キャンの耐気密性、耐圧力性も増強され、高
効率特性のキャンドモータとなる。更に、電気的絶縁性
強化繊維と導電性炭素繊維をと夫々分離して織り上げた
交織布と樹脂とにより積層体を構成してもよく、この結
果導電性炭素繊維を使用してもキャン内で電気的閉回路
を構成する部分がなく、渦流損の発生することがない。
而も炭素繊維自体引張り強度が高いために、耐圧力強度
を特に必要とするキャンドモータの場合に使用するのが
よい。

【００１３】尚固定子鉄心両側でキャンを介して一体化
される補強筒は固定子鉄心の歯端軸端よりモ−タフレー
ムの内壁に向け斜めに傾斜拡径して漏斗状の補強筒とし
てもよく、これにより固定鉄心と補強筒の内壁面が連続
して直線状になると共に強度も向上する。従って本発明
によれば従来技術の様に、補強筒の形状は固定子鉄心の
内径と等しい内径の円筒状に制約されるものであった
が、この制約がなくなり、自由な形状設計が可能とな
る。即ち予めキャンを製作して固定子鉄心内に嵌め込ま
れる従来構成のキャンドモータではこの様な構造は採り
得なかったが、本発明では円筒状補強筒の代りにフレー
ム側で支持する補強筒支持環を兼ねた漏斗状補強筒とす
る事が出来、これにより強度性が一層向上する。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載さ
れている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置な
どは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲
をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過
ぎない。

【００１５】図１（Ａ）は負荷に直結されたキャンドモ
ータの断面図、（Ｂ）は（Ａ）図Ｙ１ーＹ１面の断面図
である。図において１はキャンドモーター２で駆動され
る気体圧縮機あるいは液体圧送ポンプなどの被駆動機、
３は線輪４の巻かれた固定子鉄心、５は固定子鉄心３の
歯端６の内周面に設けられたキャンで、７は固定子線輪
部分においてキャンの外周を補強する一対の補強筒で、
固定子鉄心３の軸方向両側に対称位置に配設されてい
る。該補強筒７は、固定子鉄心３内周面（歯端）とほぼ
同一の内径を有するリング状に形成すると共にその１の
補強筒７の軸端側をＬ字状に拡径し、該拡径部１２を軸
受けを介して回転子１６を軸支する電動機軸受け板１９
の内壁面に当接固定する補強筒支持フランジとして機能
させる。尚、１３は固定鉄心３が固設された円筒状の電
動機フレームである。又前記軸受け板１９の軸受け支持
部１９ａの外周はキャン内周面とリング状スリット空隙
１８を介して中心側に向け円筒状に突設させ該突設部外
周にＯリング１７を介装させてキャン５との間で気密封
止を図る。

【００１６】そして前記キャン５は図２に示すように、
前記両補強筒７軸端間の距離（Ｌ）と同一の幅長を有す
る液状樹脂含有織布若しくは熱可塑性樹脂フィルムを貼
着した織布を円柱状に巻回しておき、これを矢印１１の
公転方向に回転させながら熱エネルギーを加える事によ
り、数層の織布８が重ね合わせた状態で樹脂を介して固
定鉄心３歯端と補強筒７内周面に密着固化され、これに
より積層体８からなるキャン５が構成される。

【００１７】この場合図３に示すように前記積層体８を
密着、固化させる過程で、電動フレームを回転装置１１
により回転させ、遠心力で加圧させ固化させる事によ
り、前記積層体８が固定子鉄心３及び補強筒７内周に確
実に接着し、強固なキャンが構成されることになる。

【００１８】更に図４に示すように前記積層体８を固定
子鉄心３の歯端６と補強筒７の内周に密着固化させる過
程において、前記キャンの内径、言換えれば補強体内径
より小さな外径を有し且つ例えばネジ若しくはスプリン
グ、空気圧力若しくは液圧等を利用して拡径可能な中子
２１を用い、該中子２１を前記巻戻し後の積層体８内に
挿入後これを拡径して、その内圧をキャンに加えながら
樹脂を密着固化させる事も出来、そして前記固化後に、
中子２１を縮径させて抜き取る様に構成する事も出来
る。

【００１９】尚図４においては中子２１は円筒状をなし
軸方向にスリット割２１ａを入れてＣ形状とし、このス
リット割２１ａをネジ２２を利用して拡径してキャン５
の内周に一様な内圧を加える方法を取っているが、これ
のみに限定されず例えば軸心方向で複数個に分割された
円柱中子をキャン内に挿入し、分割部に楔などを打ち込
みキャンの内周に一様な内圧を加えながら樹脂を固化さ
せた後にこれを抜き取る方法、更には流体圧やスプリン
グを利用して拡径させる方法を取る事が可能である。尚
前記実施例に用いる織布の素材は電気絶縁性の高いガラ
ス繊維を用いるのが好ましく、又高強度の炭素繊維織布
や高透磁性、高強度のアモルファス細線からなる織布を
用いてもよいが、この場合は積層すべき樹脂は絶縁性の
ものを用いるのがよい。

【００２０】又図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように前記織
布の代りに強化素材として強化繊維１２と軟磁性金属細
線１３とを縦または横系に分離して交織布を織り上げ、
前述の様な作業工程でキャン５を構成する事も出来る。
この場合軟磁性細線に代り炭素繊維１３’とすることで
一層強固なキャン５を構成する事が可能である。尚、前
記強化素材として強化繊維状そのもの、あるいはこれを
切断した短繊維と樹脂からなる積層体８を用いてもよ
く、更に強化素材を強化織布または強化繊維と、軟磁性
金属粉末を混入した樹脂とにより内張り積層して積層体
８を形成してもよく、更に又前記金属粉末を強化繊維側
に混入させてもよく又樹脂との間でサンドイッチ構造に
してもよい

【００２１】次に図１における補強筒７は補強筒支持環
で支持され固定子線輪４の部分のキャン５を外周で補強
させるものであるが、例えば尚固定子鉄心３両側でキャ
ンを介して一体化される補強筒７は固定子鉄心３の歯端
軸端よりモ−タフレームの内壁に向け斜めに傾斜拡径し
て漏斗状の補強筒７としてもよく、これにより固定鉄心
３と補強筒７の内壁面が連続して直線状になると共に強
度も向上する。

【００２２】

【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば予め円筒
状に形成したキャンを固定子鉄心内周側に嵌挿させるの
ではなく、固定鉄心配設後、内部で積層体を内張りして
密着固定する構造を取るために、大型のキャンでも容易
に加工でき、而も機械的強度を有し、漏洩に対する密封
性にも富み、且つキャンの薄肉化を図る事も出来る。又
前記積層体は絶縁性若しくは閉回路を形成する事がない
ために、、キャンを透過する交番磁束による渦流損の生
ずることはなく、而も積層体であるために耐気密性、耐
圧力性を持たせ、特に大容量のキャンドモータの設計、
製作を容易に出来る。

【００２３】更に軟磁性金属繊維又は金属細線との交織
布を積層して樹脂製キャンを構成した場合には、キャン
の存在のための空隙増による励磁電流の増加、これによ
る銅損の増加を阻止し、両者があいまって電磁気的損失
を減少させ、汎用機の電気的特性に近い高効率が得られ
ることになる。

【００２４】従って本発明によれば小容量のキャンドモ
ータにおける樹脂製キャンの挿入によるキャンドモータ
の製作はようやく実用化の段階に達しているものの大容
量多品種の場合には薄肉、大口径で長さの異なる多数の
巻心型を必要とし、円筒状キャンの挿入には鉄心、保護
筒間の隙間の点などで、耐気密性、耐圧力性などの構造
的の面で問題が生じ易いが本発明によってこれらの点が
解消されキャンドモータの大容量化、高効率化が可能に
なり、その実用的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はキャンドモータの断面図、（Ｂ）はＹ
１ーＹ１面における断面図

【図２】強化織布を使用する場合の製作工程図

【図３】遠心力を利用する加工装置を示す慨略図

【図４】キャンの内側に挿入するための中子と挿入方法
を示す製作工程図

【図５】強化織布の構成を示す図で（Ａ）は平面図、
（Ｂ）はその断面図

【符号の説明】

１ 流体機器などの負荷 ２ キャンドモータ ３ 固定子鉄心 ４ 固定子線輪 ５ 樹脂製キャン ７ 補強筒 ８ 強化織布 ９ 織布柱 １３ モ−タフレーム

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心内周面とほぼ同一の内径を有
   する一対の補強筒を前記固定子鉄心の軸方向両側に配設
   固定し、該鉄心と補強筒の内周の全面に亙り強化素材と
   樹脂により内張り積層して、前記樹脂の固着作用により
   固定子鉄心とその両側に位置する一対の補強筒とを積層
   体に一体的に固着させてキャンを構成した事を特徴とす
   るキャンドモータ用キャンの構造
2. 【請求項２】 前記一の補強筒の軸端側をＬ字状に拡径
   し、該拡径部を軸受けを介して回転子を軸支する電動機
   軸受け板の内壁面に当接固定する補強筒支持フランジと
   して機能させた事を特徴とするキャンドモータ用キャン
   の構造
3. 【請求項３】 前記積層体を介した固定子鉄心と一対の
   補強筒の固着手段が、前記鉄心と補強筒の内周の全面に
   亙り所定幅を有する強化素材を円径状に巻き置き、これ
   を固定子鉄心内部で巻き戻しながら液状化した樹脂若し
   くはフィルム状樹脂により内張り積層した後、前記樹脂
   の固着作用により固定子鉄心と一対の補強筒とを積層体
   に一体的に固化させてキャンを構成したものである請求
   項１記載のキャンドモータ用キャンの構造
4. 【請求項４】 前記積層体の固着手段が、補強筒と固定
   子鉄心を一体的に回転させ、遠心力を作用させる事によ
   り、前記樹脂の固着作用により固定子鉄心と一対の補強
   筒とを積層体に一体的に固化させてキャンを構成したも
   のである請求項１記載のキャンドモータ用キャンの構造
5. 【請求項５】 前記積層体の固着手段が、キャンの内径
   より小さな形状の拡径可能な中子を用い、該中子を前記
   巻戻し後の積層体内に挿入後これを拡径して、その内圧
   をキャンに加えながら樹脂を固化させて固定子鉄心と一
   対の補強筒とを積層体に一体的に固化させてキャンを構
   成したものである請求項１記載のキャンドモータ用キャ
   ンの構造
6. 【請求項６】 前記積層体が、強化織布又は強化繊維か
   らなる強化素材と、軟磁性金属粉末を混入した樹脂とに
   より形成された積層体である請求項１記載のキャンドモ
   ータ用キャンの構造
7. 【請求項７】 前記積層体が金属粉末を混入させた強化
   繊維と樹脂とにより形成された積層体である請求項１記
   載のキャンドモータ用キャンの構造
8. 【請求項８】 前記積層体が、軟磁性金属粉末を強化繊
   維と樹脂との間でサンドイッチ構造にした積層体である
   請求項１記載のキャンドモータ用キャンの構造
9. 【請求項９】 前記積層体が、強化繊維と、軟磁性金属
   細線とを縦または横系に分け交織布とし、該交織布と樹
   脂とにより形成された積層体である請求項１記載のキャ
   ンドモータ用キャンの構造
10. 【請求項１０】 前記積層体が、ガラス繊維その他の強
    化繊維と、炭素繊維とを縦または横系に分け交織布と
    し、該交織布と樹脂とにより形成された積層体である請
    求項１記載のキャンドモータ用キャンの構造