JP3306870B2

JP3306870B2 - モータケーシング及びその製造方法

Info

Publication number: JP3306870B2
Application number: JP52673397A
Authority: JP
Inventors: 一成山越; 良和小池; 邦彦高城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: US5952751A; CN1069791C; TW382848B; WO1997027662A1; CN1178037A; US6023838A

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野本発明は、モータの回転軸方向に分割された第１ケー
シング部材と第２ケーシング部材を備えて、これら第１
及び第２ケーシング部材を締結部材により結合するとと
もに、第１ケーシング部材及び第２ケーシング部材で前
記モータのステータを挟持してケーシング内に固定した
モータケーシングとその製造方法に関する。背景技術近年、電気スクータ、電気自動車等の内燃機関を用い
ない車両の開発が進んでいる。このような車両の駆動源
に用いられているモータは、金属製のケーシング内に収
納されて、該モータを保護するようにしている。このようなモータのケーシングとしては、図５に示す
構造のものが提案されている。この図に示すモータのケーシング100は、主に、ケー
ス101とカバー102とで構成され、ケース101の図中下端
部において、車両本体（図示せず）に取り付けるように
なっている。ケース101とカバー102とは、数箇所において鋼製のボ
ルト104の締め付けにより、シール材106を介して、一体
化されている。この場合、モータのステータ105は、そ
の外周部がケース101とカバー102とに挟持されることに
より固定されている。尚、図において、５はロータ、６
はステータ、９はリング状の回路基板、10はロータ位置
センサ、また、11は回路基板９を固定するビスである。また、このようなケーシング100に収納されたモータ
は、屋外で使用されることを考慮して、ケーシング内に
雨水や埃等が侵入しないように、ケーシングに防水機
能、防塵機能を持たせる必要がある。従って、前記構成のケーシング100では、ケース101と
カバー102との連結部103に、シール材104を介在させる
等の工夫が必要である。このシール材104としては、弾性材料よりなるＯリン
グを用いるものと、液状ガスケットを塗布するものが考
えられる。前者のＯリングを用いるものは、ケース101とカバー1
02との接合面の間の全周に渡って、Ｏリングを押圧変形
させながら介在させ、このＯリングにより、両者間の隙
間を埋めるものである。従って、ケース101とカバー102
との接合面の全周に、Ｏリングを挿入する溝部を形成す
る必要があるが、この溝部を寸法精度よく加工すること
が困難であり、コスト高を招くという問題がある。ま
た、この溝部の寸法誤差が原因で、Ｏリングによるシー
ル性が不完全となることもあり、更には、押圧固定され
ているＯリングが経年変化により劣化すると、シール性
が低下してしまう。また、後者の液状ガスケットを塗布するものは、ケー
ス101とカバー102との接合面に、所定量の液状のガスケ
ットを塗布し、固化させることにより、このガスケット
が組立後の両者間の隙間を埋めるものである。従って、
液状ガスケットを塗布する工程、塗布された液状ガスケ
ットを硬化させる工程等が必要であり、ケーシングの組
み立てが煩雑であり、作業性が悪いという問題がある。
更に、この場合、ケーシングの内側へ余剰の液状ガスケ
ットが流れて、ケーシング内のモータの構成部品に付着
する等の事態が生じるおそれがあり、そのために、液状
ガスケットの粘度や塗布量の管理を厳重に行わなければ
ならない。また、液状ガスケットを塗布後に、数箇所においてボ
ルト104の締結によりケース101とカバー102とを連結す
るが、各ボルトを均等な締め付け力で締結しないと、カ
バー102がケース101に対し斜めになり、液状ガスケット
に隙間が生じ、シールが不完全になることが多い。その
ため、ボルト４の締め付け作業には、細心の注意を必要
とし、その作業が煩雑であるという欠点がある。このようなことから、従来のケーシング100は、連結
部103が外表面に露出しているので、専用の防水・防塵
性を確保する部材等が必要となり、製造、組み立てに不
利であり、また、ユーザー等が容易に分解できてしまう
という問題がある。本発明は、ケーシングの防水性、防塵性を向上し、収
納されるモータの信頼性を高めることができるモータケ
ーシングを得ることを第１の目的とする。ところで、このようなケーシング100においては、カ
バー102に形成されたフランジ103をカバー102の上端に
接近させて形成し、この部分をボルト104で締結してい
るため、ボルト104は、必要以上に長いものを用いず、
その長さは、ステータ105のモータ回転軸51方向の長さ
の半分程度又はそれ以下であった。また、ボルト104と、ケース101及びカバー102とは、
その構成材料が相違しているので、これらの熱膨張係数
が異なっている。従って、モータの駆動による発熱等で温度変化が生じ
た場合、異種素材間の熱応力に起因して、ボルト104の
軸力が変化し、ボルト104に過大な引張力が作用した
り、緩みが生じたりするおそれがあった。すなわち、こ
の場合には、ボルト104の熱膨張量と、締め付け部材
（ボルト104とケース101）と被締め付け部材（ステータ
105とカバー102）の熱膨張量との差が増大し、両者間の
変化率が大きくなるので、ボルト104の軸力は初期状態
を維持できなくなる。従来においては、ボルトの軸力の変化に対応し得るよ
うに、高強度の（許容応力の高い）ボルトを使用し、且
つその締め付けトルクを大きくしたり、また、多数のボ
ルトを用いて、ボルト締結箇所を増したりしていた。そのため、従来のケース固定構造は、部品コストの上
昇を招くという欠点があった。また、高強度のボルト
は、水素脆化のためボルト表面にメッキ処理（防食メッ
キ）を施すことができず、ボルトの耐食性が低いという
問題があった。更に、ボルトの締め付けトルクが大きい
ので、この締め付け作業が困難になり、ケーシングの組
み付けに手間がかかり、作業性が悪いという問題もあ
る。本発明の第２の目的は、温度変化により影響を受ける
締結部材を選定するにあたり、必要とされる締結部材の
強度区分を、ケーシング及び締結部材の寸法により決定
される一定範囲の数値から判別できるようにして、容易
に締結部材を選定して組み立てることの可能なモータケ
ーシングの製造方法を提供することにある。発明の開示本発明は、モータ回転軸方向に分割された第１ケーシ
ング部材と第２ケーシング部材を備え、これら第１及び
第２ケーシング部材を締結部材により結合するととも
に、第１ケーシング部材及び第２ケーシング部材で前記
モータのステータを挟持してケーシング内に固定したモ
ータケーシングにおいて、前記第１のケーシング部材と
前記第２のケーシング部材との接合部が、前記第１のケ
ーシング部材の内側で且つ奥側に配置されている構成の
モータケーシングである。また、本発明は、モータの回転軸方向に分割された第
１ケーシング部材と第２ケーシング部材を備え、これら
第１及び第２ケーシング部材を締結部材により結合する
とともに、第１ケーシング部材及び第２ケーシング部材
で前記モータのステータを挟持してケーシング内に固定
したモータケーシングの製造方法において、前記ステー
タの挟持される長さをL1、前記締結部材の、前記第１の
ケーシング部材との係合箇所から前記第２のケーシング
部材との係合箇所部までの長さをL2としたときに、必要
とされる締結部材の強度区分を、前記L1とL2の比率に置
き換えて予め設定しておく構成のモータケーシングの製
造方法である。図面の簡単な説明

【図１】本発明のモータケーシングを電気スクータ用モータに
適用した場合の具体例を示す断面側面図である。

【図２】図１に示すモータケーシングの横断面図である。

【図３】モータケーシングの締結部付近を拡大して示す断面図
である。

【図４】本発明のモータケーシングを電気スクータ用モータに
適用した場合の他の具体例を示す断面側面図である。

【図５】比較例のモータケーシングを示す断面側面図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明のモータケーシングを添付図面に示す実
施例に基づいて説明する。図１及び図２において、本発明のモータのケーシング
１は、主に、第１ケーシング部材２と、第２ケーシング
部材３とから構成され、このケーシング１内に、モータ
を構成するロータ５とステータ（電機子）６を収納して
いる。尚、本例におけるモータは、ブラシレスDCモータ
である。このロータ５は、所望の形状に打ち抜かれた透磁性材
料の珪素鋼板を積層して回転体形状に形成されたヨーク
52と、このヨーク52の磁極54に対応する位置に設置され
た（好ましくは埋め込まれた）平板状の永久磁石53と、
ヨーク52の中心部に圧入された長棒状の回転軸51とから
構成されている。この永久磁石53としては、磁気特性に優れたものが用
いられ、例えば、希土類元素と遷移金属とボロンとを基
本成分とする希土類磁石が使用されている。また、この回転軸51は、剛性強度が高い素材を用い
て、所定直径及び長さの長棒状に形成され、後述するよ
うに第１ケーシング部材２の軸受支持部26内に圧入され
た軸受け７と、第２ケーシング部材３の内筒32内に圧入
された軸受け８とにより、回転可能に支持されている。
また、この回転軸51の他端は、ケーシング１（第２ケー
シング部材３）を貫通して、外部に突出して設けられ、
モータの回転力を外部の機器に入力できるようにしてい
る。更に、ロータ５の外周面は、所定の間隙（ギャッ
プ）を介して、ステータ６の内周面に対面している。このようなケーシング１をスクータ本体に取り付けた
状態においては、回転軸51の下端は、例えば電気スクー
タの無段変速機を備えた動力伝達機構（図示せず）の入
力軸に接続される。これにより、モータが生成した回転
駆動力は、動力伝達機構を介して電気スクータの駆動輪
に伝達され、電気スクータの走行が可能となる。また、ステータ６は、ケーシング１に対し固定的に設
置されており、所望の形状に打ち抜かれた透磁性材料の
珪素鋼板を積層したコア61と、該コア61に巻線を施して
形成したコイル（３相コイル）62とから構成されてい
る。このコア61は、前記ロータ５の外径よりも僅かに大き
な内径を有し、所定の外径及び長手方向の長さを備えた
略中空円筒形状に形成されている。また、このコア61の上下の外周部は、後述するように
第１ケーシング部材２に形成された第１段差部24と、第
２ケーシング部材３の外筒31の上端との間に挟持され、
これらの第1,第２ケーシング部材2,3を結合する各ボル
ト４により、コア61を挟持する締め付け力が供給されて
いる。これにより、ステータ６が、ケーシング１に対し
て、強固に固定できるようにしている。また、本例においては、ステータ６のケーシング１に
対する固定は、第１ケーシング部材２と第２ケーシング
部材３とを連結、固定する操作、すなわち、ボルト４を
締め付ける操作と同時に行われるので、組み立ての作業
性が優れている。このステータ６のコイル62には、外部から導線63を介
して、通電がなされ、これにより、コア61が励磁され、
ロータ５にトルクが発生する。すなわち、コア61により
回転磁界が生成され、この回転磁界により、ロータ５が
回転駆動される。この回転磁界は、コイル62（３相コイ
ルの各コイル）への通電を、後述するロータ位置センサ
10による検出信号に基づいて、インバータを備えたモー
タ駆動制御手段（図示せず）が切換え制御することによ
り、生成している。また、第２ケーシング部材３の内筒32の上端には、ロ
ータ５の回転位置を判別する回路基板９が、ビス11によ
り固定されている。この回路基板９上のロータ５の永久
磁石53の回転周面に対向する位置に、ロータ位置センサ
10が設置され、このロータ位置センサ10は、例えばホー
ル素子が用いられ、ロータ５の永久磁石が、対面箇所を
通過することに同期して、検出信号を出力する。また、この回路基板９は、第１ケーシング部材２と第
２ケーシング部材３とを連結、一体化する前に、予め第
２ケーシング部材３に対しビス11により取り付けられて
いる。本例では、後述するように、第２ケーシング部材
３の外筒31と内筒32との各長手方向の長さを、ほぼ等し
く設けているので、内筒32に設けるビス11用のネジ孔加
工や、ビス11による回路基板９の取り付け作業を容易に
行うことができる。次に、本発明の主要部であるケーシング１について説
明する。前述したモータの構成部品を収納したケーシング１
は、第１ケーシング部材２と第２ケーシング部材３の２
部材から構成され、これらの第1,第２ケーシング部材2,
3の、それぞれ、外部に露出した箇所には、内部に連通
した開口や貫通孔が設けられておらず、更に、シール材
を不要にして、数箇所のボルト４締め付けにより、単一
のケーシング１に一体化連結され、ケーシング１として
十分な防塵性及び防水性を確保できるようにている。すなわち、第１ケーシング部材２は、一端（図１中の
下端）が開口された略筒状に形成され、所定の内外径を
備えた筒状の胴部21と、この胴部21の他端（図１中の上
端）を閉じる頂部22とから構成され、これらの胴部21と
頂部22は、一体に形成されている。また、第１ケーシング部材２の下端部は、開口されて
おり、その下端部の外周部には、幅広リング状のフラン
ジ23が形成され、このフランジ23を、スクータ本体にモ
ータを収納したケーシング１を強固に取り付ける取付部
としている。更に、胴部21外周面及び頂部22上面の所定箇所には、
薄肉フィン状の放熱フィン27が、複数、突出形成されて
いる。そして、モータの作動により生じた作動熱は、主
に、第１ケーシング部材２に伝達され、各放熱フィン27
を介して大気中に放散するようにしている。従って、こ
のような複数の放熱フィン27を設けることにより、外表
面積を増大でき、これに伴い放熱性を向上できるので、
モータ及びケーシング１を効率良く冷却することができ
る。特に、本例のモータ（ケーシング１）を電動スクー
タに用いる場合は、このスクータの走行に際しては、第
１ケーシング部材２の外表面及び放熱フィン27の表面
に、空気流が当たり、それらが空冷される。また、第１ケーシング部材２の胴部21の内周面には、
図１中の上方から下方へ向けて、順次、内径を増大した
第１内径部、第２内径部、第３内径部が形成され、第１
内径部と第２内径部との間には、所定幅のリング形状の
第１段差部24が、第２内径部と第３内径部との間には、
所定幅のリング形状の第２段差部25が、それぞれ設けら
れている。すなわち、この第１内径部は、その内径が、前述した
ステータ６のコア61の外径よりも、所定寸法だけ小さく
設定されている。また、第２内径部は、その内径が、前述したステータ
６のコア61の外径と等しく設定されるとともに、その長
手方向の長さが、同コア61の長手方向の長さよりも、所
定寸法だけ長く設定されている。従って、この第２内径部に、コア61を安定して収納保
持でき、また、第１内径部と第２内径部との間に形成さ
れた第１段差部24に、コア61の上部外周部を係合するこ
とができる。更に、この第３内径部は、その内径が、コア61の外径
よりも、大きく設定されるとともに、その長手方向の長
さが、第２ケーシング部材３の長手方向の長さよりも、
僅かに長く設定されている。すなわち、この第３内径部の内径寸法及び長さは、そ
の第３内径部内に、後述する第２ケーシング部材３を埋
め込むように収納しつつ、第１ケーシング部材２に第２
ケーシング部材３を結合できるように設定されている。また、第２内径部と第３内径部との間に形成された第
２段差部25の所定箇所には、長手方向に沿った所定長さ
及び所定径のボルト用ネジ孔251が、複数、設けられて
いる。すなわち、これらのボルト用ネジ孔は、後述する
第２ケーシング部材３のフランジ33に設けられたボルト
挿通孔に対応した箇所に、設けられている。更に、頂部22内側の中央部には、所定径及び所定深さ
の凹形状に形成された軸受支持部26が設けられている。
この軸受支持部26内には、前述したロータ５の回転軸51
の軸受け７を圧入して、強固に固定保持できるようにし
ている。そして、この軸受け７によって、ロータ５の回
転軸51の一端を第１ケーシング部材２に回転可能に軸支
する。このように構成された第１ケーシング部材２に、埋め
込むようにして、第２ケーシング部材３が、ボルト４を
用いて連結されている。この第２ケーシング部材３は、所定径及び所定長さの
一端が開口された略筒状の外筒31と、その中央に配置さ
れた中空状の内筒32とから構成されており、外筒31外周
の所定箇所には、幅広リング状のフランジ33が形成され
ている。この外筒31は、その外径が、第１ケーシング部
材２における第２内径部の内径と、ほぼ同一に形成され
ている。尚、外筒31の外径は、少なくとも、その第１ケーシン
グ部材２の第２内径部に掛合する箇所が、同一径に設定
されていればよく、他の部分は、ボルト結合構造を設け
るスペースが確保できれば、内部の収納スペース等の必
要に応じて、異形状に形成することもできる。また、この外筒31の所定箇所には、所定幅の厚肉リン
グ状にフランジ33が、一体に形成されている。すなわち、このフランジ33は、外筒31の開口から、外
筒31長手方向の所定距離の箇所に、外筒31の全周に渡っ
て、外方に突出するように設けられている。この所定距
離は、ボルト４による締め付け距離に応じて、適切に設
定されている。また、このフランジ33の外径は、第１ケ
ーシング部材２の第３内径部の内径よりも僅かに小さく
設定され、ボルト結合構造を配設できる幅が確保されて
いる。つまり、このフランジ33における周上には、所定
間隔を設けて複数のボルト４用のボルト挿通孔331が貫
設されている。更に、このフランジ33は、第２ケーシン
グ部材３の肉厚よりも厚い厚肉状に形成され、ボルト４
による締め付け力によって変形せずに、同締め付け力を
確実に第２ケーシング部材３に伝達できるようにしてい
る。更に、両第1,第２ケーシング部材2,3をボルト４結合
すると同時に、ステータ６のコア61が第1,第２ケーシン
グ部材2,3に挟持されてケーシング１に固定できるの
で、ステータ固定用の特別な部材が不要となり、構造の
簡素化が図れるとともに、組立て作業性を向上すること
ができる。また、内筒32は、その長手方向の長さが、外筒31より
も僅かに小さく設定されるとともに、所定径及び所定深
さの中空状に形成され、また、第２ケーシング部材３の
肉厚よりも厚い厚肉状に形成されている。従って、内筒
32の内部に、ベアリングを用いたリング状の軸受け８
を、圧入して強固に固定保持できる。そして、この軸受
け８によって、ロータ５の回転軸51の他端側を第２ケー
シング部材３に回転可能に軸支するようにしている。更に、第２ケーシング部材３の適宜箇所には、所定径
の挿通孔34が、貫設され、この挿通孔34により、外部か
らモータに電力を供給する導線63を挿通するようにして
いる。尚、これらの第１ケーシング部材２及び第２ケーシン
グ部材３の構成材料としては、例えば、各種金属材料、
各種硬質樹脂、各種セラミックス等が挙げられるが、モ
ータ用の回転磁界を乱さないものならば、伝熱性に優
れ、強度が高いことから、金属材料が好ましい。本例においては、第１ケーシング部材２及び第２ケー
シング部材３の構成材料としては、それぞれ、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金が用いられている。この場
合、放熱フィン27は、第１ケーシング部材２等に対し別
部材を固着することもできるが、製作コスト等の面か
ら、第１ケーシング部材２等に一体的に形成されている
のが好ましい。また、第１ケーシング部材２及び第２ケーシング部材
３の構成材料は、同一でも異なる組成のものでもよい。更に、構成材料が異なり、熱膨張（熱収縮）率も異な
る素材を用いる場合において、高温環境で使用されるこ
とが予想されるときには、内側に位置する部材に膨張率
が高い素材を用い、低温環境で使用されることが予想さ
れるときには、内側に位置する部材に膨張率が低い素材
を用いることにより、部材間の密着度を維持するように
構成してもよい。そして、このようなケーシング１は、スクータ本体に
対し、フランジ23において、例えば、ネジ止め、ボルト
止めにより取り付けられる。この場合、フランジ23とス
クータ本体との間には、例えばシール部材（図示せず）
が介在され、このシール部材の液密性により、防水機
能、防塵機能を発揮する。また、このシール部材として
は、ゴムのような弾性材料よりなるリング状の部材、前
述した液状ガスケット、その他接着剤等を固化したもの
が挙げられる。尚、本例のモータのケーシングは、２部材により構成
されているが、これに限らず、３つ以上のケーシング部
材で構成されていてもよい。すなわち、例えば、図１に
示す第２ケーシング部材を、更に２つのケーシング部材
に分割し、そのうち一方のケーシング部材が、軸受け８
を支持し、他方のケーシング部材が、第１ケーシング部
材と連結されるとともに第１ケーシング部材との間でス
テータ６を挟持、固定するような構成であってもよい。
このような場合、各ケーシング部材の連結部は、その大
半が、特にその全てが第１ケーシング部材２の内側に位
置するのが好ましい。以上説明したように、本例のケーシングによれば、第
１ケーシング部材と第２ケーシング部材との連結部を、
第１ケーシング部材の内側且つ第１ケーシング部材の奥
側に配置したことにより、連結部がケーシング外表面に
直接的に露出せずに、第１ケーシング部材に保護される
ので、連結部に防塵・防水用のシール材等を設置するこ
とが不要となり、シール材を設置する加工や設置工程が
削除できる。これらの結果、ケーシングの製造、組み立
てが容易となる。また、シール材等の設置によるシール部材の箇所が減
少するため、ケーシング全体としての防水性、防塵性が
向上し、収納されるモータの信頼性が高まる。更に、同様にボルト連結部を、第１ケーシング部材の
内側且つ奥側に位置させたことにより、ユーザーがボル
トを外して第１ケーシング部材と第２ケーシング部材と
を分解し難くでき、モータの不法改造や未熟な修理が防
止され、安全性を向上することができる。また更に、連結部における第１ケーシング部材と第２
ケーシング部材との境界線（接合部位）や、ボルトの頭
部等が、ケーシングの外部に直接的に露出していないの
で、当該箇所を損傷する機会を可及的に減少できるとと
もに、外観上も優れている。また、本例では、第２ケーシング部材が第１ケーシン
グ部材の内側に挿入されているので、ケーシングをスク
ータ本体（図示せず）に取り付けた状態では、第１ケー
シング部材がモータ全体を覆うような状態となり、第１
ケーシング部材の外表面のみが露出する。従って、熱の
伝達経路にシール材等の断熱性物質がないことにより、
モータ作動により生じた熱の熱伝導性がよく、また、放
熱フィンをより多く設置することができるので、モータ
の冷却効率が向上する。次に、本願の他の発明を説明する。本例のケーシング１は、モータを構成するコア61の長
手方向の長さに対応して、このコア61を同長手方向に押
圧してケーシング１に固定するボルト４の長さを、適切
に設定することにより、ボルト４に要求される強度条件
を緩和し、また、逆に、これらの長さ比率から、各規格
で規定されているボルト強度区分のボルトを選択できる
ようにしたものである。すなわち、締付け部材と被締付け部材の材質と、各部
材の締め付け方向に対する長さとの差によって、温度変
化による熱膨張（熱収縮）量が異なり、締付け力が変動
することを、各部材の長さ比率を適切に設定することに
より、熱膨張（熱収縮）量の格差を減少して、締付け力
の変動を抑制し、必要な初期締付け力を低下させて組立
て性を向上するとともに、締付け部材であるボルトに必
要な強度条件を緩和して、コストダウンや耐久性の向上
を図れるようにしている。つまり、モータを構成するコア61（鉄素材）を、２つ
のケーシング部材（アルミニウム素材）で挟持し、ボル
ト４（鉄素材）で締結し、このボルト４によって、コア
61を挟持する押圧力を供給している。従って、材質が異
なる部材を用いているので、これらの部材の熱膨張係数
も異なってくる。また、この場合には、コアとボルトの材質が等しくて
も、これらのコアとボルトの長さが異なると、温度変化
が生じた場合、コアとボルトの熱膨張（熱収縮）量も異
なることになる。更に、同様に、２つのケーシング部材
の各々の長さも異なり、これらの熱膨張（熱収縮）量も
異なる。従って、組立て時に適切な締付け力でボルトを締結し
ても、組立て後に温度変化が生じた場合、締付け部材と
被締付け部材の熱膨張（熱収縮）量が異なり、その差に
応じて生ずる熱応力に起因して、各部材に作用している
軸力に変化が生じる。これらの締付け部材と披締付け部材の熱膨張（熱収
縮）量の差は、「コアとボルトの熱膨張（熱収縮）量の
差と、２つのケーシング部材の熱膨張（熱収縮）量の差
の和」という形式でも表される。また、コアとボルトの長さの差と、２つのケーシング
部材の長さの差は等しいので、２つのケーシング部材の
熱膨張（熱収縮）量の差は、コアとボルトの長さを用い
て表すことができる。従って、締付け部材と被締付け部材の熱膨張（熱収
縮）量の差は、後述する式（４）によって示すように、
各部材の熱膨張係数、コアとボルトの長さ、温度変化量
のみで表すことができる。そして、（４）式から解るように、各部材の熱膨張係
数の差が大きい程、またコアとボルトの長さの差が大き
い程、また温度変化量が大きい程、熱膨張（熱収縮）量
の差は大きくなる。そこで、本例は、コアとボルトの長さの差に注目し、
この差を小さくすること、すなわち両者の長さの比率を
１に近づけて設定することにより、各部材の熱膨張係数
の差が大きく、また、温度変化量が大きくても、熱膨張
（熱収縮）量の差を小さく抑えられるようにしている。また、コアとボルトの長さの比率に応じて、必要とさ
れるボルトの強度区分を決めることを可能としている。以下、前述したコアとボルトの長さの比率関係につい
て、図３を参照して説明する。図３に示すように、本例においては、コア61における
回転軸51長手方向の長さ（挟持される部分の長さ）をL
1、ボルト４の第１のケーシング部材２への係合部と第
２のケーシング部材３への係合部との間の長さ（ボルト
４の全長から頭部41と雌ネジ251に埋入した部分とを除
いた部分の長さ）をL2としたとき、これらのL1とL2との
長さの比率関係は、必要とされる締結部材の強度区分
（ここでは、日本国の規格:JIS規格）に基づき、下記式
（１）の条件を満足するように設定されている。また、この比率関係は、下記式（２）の条件を満足す
るのが好ましく、下記式（３）の条件を満足するのがよ
り好ましい。 0.55≦L1/L2≦1.5 ・・・（１） 0.76≦L1/L2≦1.2 ・・・（２） 0.96≦L1/L2≦1.02 ・・・（３）すなわち、まず、締め付け部材の熱膨張量Δ（L2＋L
4）と被締め付け部材の熱膨張量Δ（L1＋L3）の差｜Δ
（L2＋L4）−Δ（L1＋L3）｜をΔλとしたとき、このΔ
λは、次式（４）で示される。 Δλ＝（α_A1−α_St）|L2−L1|Δｔ・・・（４）以下に、この（４）式の成立過程を、説明する。すなわち、締め付け部材（ボルト４と第１のケーシン
グ部材２）の長さは、L2＋L4で表され、被締め付け部材
（コア61と第２のケーシング部材３）の長さは、L1＋L3
で表される。一般に、ある部材の熱膨張量は、次式により表され
る。熱膨張量＝（熱膨張係数）×（長さ）×（温度差）従って、締め付け部材及び被締め付け部材の熱膨張量
は、以下の式で、それぞれ表される。締め付け部材の熱膨張量＝△（L2＋L4）＝α_StL2△ｔ＋α_AlL4△ｔ被締め付け部材の熱膨張量＝△（L1＋L3）＝α_StL1△ｔ＋α_AlL3△ｔ尚、上記各式中の各記号は、以下に示す。 α_Al:アルミニウムの熱膨張係数 α_St:鋼の熱膨張係数 Δt:温度差従って、締め付け部材の熱膨張量と、被締め付け部材
の熱膨張量の差△入は、 △λ＝｜△（L2＋L4）−△（L1＋L3）｜＝｜（α_StL2△ｔ＋αAlL4△ｔ）−（α_StL1△ｔ＋α_AlL3△ｔ）｜＝｜α_St（L2−L1）△ｔ＋αAl（L4−L3）△t| ここで、図３から明らかなように、以下の関係が成立
する。 L2＋L4＝L1＋L3 従って、L2＋L4＝L1＋L3＝Ｌとおくと、 L3＝Ｌ−L1 L4＝Ｌ−L2 となり、L3は、Ｌを媒介してL1で表され、同様にL4は、
Ｌを媒介してL2で表される。これを用いると、上述した△λは、 △λ＝｜α_St（L2−L1）△ｔ＋α_Al（L1−L2）△t| ＝（α_Al−α_St）|L2−L1|△ｔ・・・（４）となり、Ｌも相殺されてL1とL2のみで表され、（４）式
が得られる。また、この（４）式から、△λを得るには、L1とL2の
長さの情報が有ればよいことが解る。更に、ボルト４の熱膨張量λ（＝ΔL2）に対する上記
熱膨張量の差Δλの割合Δλ／λは、次式（５）で示さ
れる。 Δλ／λ＝（α_Al/α_St−１）|1−L1/L2| ・・・（５）以下に、この（５）式の成立過程を説明する。すなわち、ボルト４の熱膨張量λは、以下の式により
表せる。 λ＝△L2 ＝α_StL2△ｔ次に、λに対する△λの割合を考えると、（５）式が
得られる。従って、この（５）式から、L1/L2＝１の時に、△λ
／λは、最小となり０％になることが理解できる。ま
た、同様に、L1/L2が１より離れるにつれ、△λ／λが
増大することも、理解できる。 △λ／λ＝｜（α_StL2△ｔ＋α_AlL4△ｔ） −（α_StL1△ｔ＋α_AlL3△ｔ）|/（α_StL2△ｔ）＝|1−（α_StL1△ｔ＋α_AlL3△ｔ−α_AlL4△ｔ）／（α_StL2△ｔ）｜この式の意味するところは、以下の通りである。ボルト４を拘束する周囲の部材の熱膨張、すなわち（被締付け部材の熱膨張量）−（締付け部材の熱膨張量）がゼロ（特殊な例として、ボルト４を拘束する周囲の部
材の熱膨張量が全てゼロ）のとき、△λ／λ＝100％と
なる。一方、ボルト４を拘束する周囲の部材の熱膨張量、す
なわち（被締付け部材の熱膨張量）−（締付け部材の熱膨張量）がボルト４の熱膨張量と等しいとき（この一例がL1＝L2
のとき）、△λ／λ＝０％である。また、後述するように、ボルト４に作用する軸力の変
化は、△λに比例する。従って、これらの結果、△λ／λは、熱膨張がボルト
４に与える軸力の変化の度合を示す値であることが、理
解できる。更に、ボルト４に作用する軸力の最大値Fmaxは、次式
（６）で示される。 Fmax＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|ΔＴ・・・（６）但し、上記（６）式における記号は、次の通りであ
る。Ｆ：初期締め付け軸力Ｚ：比例定数 ΔT:温度差ここで、上記式（４）〜（６）について、補足説明を
する。熱膨張係数α_Al、α_Stは、 α_Al＝24×10^-6［1/℃］ α_St＝12.2×10^-6［1/℃］である。また、温度差Δｔによる熱応力は、温度が低い方へ変
化したときと、高い方へ変化したときの両方を考慮する
必要がある。そこで、本例においては、温度がケーシング組立て時
より低い方へ変化したとき（40℃から−10℃）をΔt1、
温度がケーシング組立て時より高い方へ変化したとき
（20℃から100℃）Δt2として、考察を進めていくこと
にする。従って、 Δt1＝50℃ Δt2＝80℃ となる。温度差ΔＴは、下記式（７）、（８）で示される、温
度差Δt1、Δt2から換算した値である。・L1＞L2の場合 ΔＴ＝Δt2×1.3²＋Δt1＝185.2 ・・・（７）・L1≦L2の場合 ΔＴ＝Δt1×1.3²＋Δt2＝164.5 ・・・（８）初期締め付け軸力Ｆは、モータの発生トルクと、両ケ
ーシング部材２、３間に挟持されたステータ６が滑って
回らない条件から算出し、Ｆ＝285.1kgfとした。また、Ｚは、軸方向の変位によるボルト４の軸力の変
動を示す比例定数であり、下記式（９）で示される。 L1＞L2の場合周囲温度40℃で、ケーシングを含めたモータの組立て
を行い、このモータを−10℃で動作させた場合（△t1＝
50℃）、締め付け部材（ボルト４とケーシング２）の方
が、被締め付け部材（コア61とケーシング３）よりも余
計に収縮しようとするので、ボルトに作用する軸力は、
増加することになる。この変化した軸力の増加量（F⁺）は、次式により求め
られる。 F⁺＝Ｚ△μ ＝Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|Δt1 逆に、周囲温度20℃でモータの組立てを行い、100℃
で動作させた場合（△t2＝80℃）、締め付け部材（ボル
ト４とケーシング２）の方が、被締め付け部材（コア61
とケーシング３）よりも余計に膨張しようとするので、
ボルトに作用する軸力は、減少することになる。この変化した軸力の減少量（F^-）は、次式により求め
られる。 F^-＝Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t2 また、モータがトルクＴを発生している時、ステータ
が回転しないために必要な軸力F0は、次式により表され
る。 F0＝fT/μｒ（但し、f:安全率 μ：摩擦係数 r:半
径）従って、軸力が最も減少した場合でも、上記軸力を確
保するために必要な軸力F1は、次式により表される。 F1＝F0＋F^- トルク法でボルトを締め付ける時、ねじ面の摩擦によ
る軸力の変動は±30％であるから、必要な初期締付け軸
力F2は、次式により、求められる。 F2＝（F0＋F^-）×1.3 この初期締付け軸力F2が得られるように、トルク法で
ボルトを締付けた後（但し、ここでも、ねじ面の摩擦に
よる軸力の変動は±30％であることを考慮する）、温度
が低下すると、軸力は増加し、ボルトに作用する軸力の
最大値は、 Fmax＝F2×1.3＋F⁺ ＝（F0＋F^-）×1.3²＋F⁺ ＝F0×1.3²＋F^-×1.3²＋F⁺ ここで、F0×1.3²＝Ｆとすると、上述したFmaxは、 Fmax＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t2×1.3² ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t1 ＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|（△t2×1.3²＋△t1）＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△Ｔ・・・（６）但し、△Ｔ＝△t2×1.3²＋△t1＝185.2 ・・・（７） L1≦L2の場合周囲温度40℃でモータの組立てを行い、−10℃で動作
させた場合（△t1＝50℃）、被締め付け部材（コア61と
ケーシング３）の方が、締め付け部材（ボルト４とケー
シング２）よりも余計に収縮しようとするので、ボルト
に作用する軸力は、減少することになる。この変化した軸力の減少量（F^-）は、次式により求め
られる。 F^-＝Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t1 逆に、周囲温度20℃でモータの組立てを行い、100℃
で動作させた場合（△t2＝80℃）、被締め付け部材（コ
ア61とケーシング３）の方が、締め付け部材（ボルト４
とケーシング２）よりも余計に膨張しようとするので、
ボルトに作用する軸力は、増加することになる。この変化した軸力の増加量（F⁺）は、次式により求め
られる。 F⁺＝Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t2 モータがトルクＴを発生している時、ステータが回転
しないために必要な軸力F0は、次式により表される。 F0＝fT/μｒ（但し、f:安全率 μ：摩擦係数 r:
半径）従って、軸力が最も減少した場合でも、上記軸力を確
保するために必要な軸力F1は、次式により表される。 F1＝F0＋F^- トルク法でボルトを締付ける時、ねじ面の摩擦による
軸力の変動は±30％であるから、必要な初期締付け軸力
F2は、次式により、求められる。 F2＝（F0＋F^-）×1.3 この初期締付け軸力が得られるように、トルク法でボ
ルトを締付けた後（但し、ここでも、ねじ面の摩擦によ
る軸力の変動は±30％であることを考慮する）、温度が
上昇すると軸力は増加し、ボルトに作用する軸力の最大
値は、 Fmax＝F2×1.3＋F⁺ ＝（F0＋F^-）×1.3²＋F⁺ ＝F0×1.3²＋F^-×1.3²＋F⁺ ここで、F0×1.3²＝Ｆとすると、上述したFmaxは、 Fmax＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t1×1.3² ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△t2 ＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|（△t1×1.3²＋△t2）＝Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△Ｔ・・・（６）但し、△Ｔ＝△t1×1.3²＋△t2＝164.5 ・・・（８）以上の結果から、、どちらの場合も、ボルト４に
作用する軸力の最大値Fmaxは、式（６）で表されること
になる。また、最大軸応力は、次式で表される。最大軸応力＝最大軸力／有効断面積そして、この最大軸応力が、ボルトの許容応力より小
さいことが必要となる。これは、逆に言うと、その最大
軸応力より大きな許容応力を有するボルトが必要となる
ことを意味している。また、これらの結果から、L1/L2の比率を１に近づけ
ると、温度上昇及び低下による温度変化に対するボルト
軸力の変化を減少することができ、ボルトに要求される
強度条件を緩和することができることが、予想できる。更に、これらの結果を実用的に用いて、実際に用いら
れているボルト規格の強度区分から、この強度区分に応
じたL1/L2の長さ比率を、求めてみる。すなわち、JIS Ｂ 1051（鋼製ボルト・小ねじの機
械的性質）に規定する強度区分と、降伏点、許容応力と
の関係を、下記表１に示す。尚、このJISB1051規格の本体は、国際規格ISO898−１
によっている。

【表１】この表１において、許容応力は、ボルトのネジの呼び
径と有効断面積の比、およびネジに加わる剪断応力を考
慮して、許容応力＝0.53×降伏点（耐力）で計算したも
のである（（日経メカニカル1993.11.1参照）。これまで述べてきた内容から、必要な条件式は、次式
により示される。［Ｆ＋Ｚ（α_Al−α_St）|L2−L1|△Ｔ］／有効断面積≦
0.53×降伏点（耐力）従って、各強度区分のボルトに対して、この条件式に
適合するL1とL2が導かれる。すなわち、L1、L2が上記式（１）を満足する場合、上
記式（５）より、ボルト４の熱膨張量に対する締め付け
部材と被締め付け部材の熱膨張量の差の割合Δλ／λ
は、50％以下になり、ボルト４に作用する熱応力による
軸力の変化を低減させることができ、上記式（６）〜
（９）より、ボルト４に作用する最大軸応力は、34.1kg
f/mm²となる。従って、JIS Ｂ 1051の強度区分が8.8
のボルトを使用することができる。また、L1、L2が上記式（２）を満足する場合、上記式
（５）より、Δλ／λは24％以下になり、上記式（６）
〜（９）より、ボルト４に作用する最大軸応力は、25.3
kgf/mm²となる。従って、JIS Ｂ 1051の強度区分が6.
8のボルトを使用することができる。更に、L1、L2が上記式（３）を満足する場合、上記式
（５）より、Δλ／λは４％以下（3.9％）になり、上
記式（６）〜（９）より、ボルト４に作用する最大軸応
力が18.1kgf/mm²となる。従って、JIS Ｂ 1051の強度
区分が4.8のボルトを使用することができる。このように、本具体例のケーシング１では、降伏点が
34〜66kgf/mm²程度のボルト４を用いることができる。従って、このような強度のボルトは、水素脆化のおそ
れがなく、ボルト表面にメッキ処理、特に防食メッキを
施すことが可能となり、ボルトの耐食性を向上させるこ
とができる。また、このような強度のボルトは、高強度（降伏点が
95.9kgf/mm²以上）のボルトに比べ、安価であるので、
製造コストの低減を図ることができる。特に、本例のよ
うなモータ・ケーシングにおいては、結合強度や安全面
から比較的に多数のボルトを用いるので、大きなコスト
削減効果を期待できる。更に、いずれの場合にも、ボル
ト４の締め付けトルクを小さくすることができる。次に、本発明のモータケーシングに係る他の例を図４
に基づいて説明する。図４は、本具体例のモータのケーシングを電気スクー
タ用モータに適用した場合の他の具体例を示す断面側面
図である。以下、図４に示すモータのケーシング1'につ
いて、主に前記ケーシング１と相違する点を説明する。ケーシング1'は、第１のケーシング部材12と第２のケ
ーシング部材13とを備えており、第１のケーシング部材
12の図４中上部外周部には、フランジ14が形成されてい
る。また、第２のケーシング部材13の外筒15には、図４中
の上方から下方へ向けて内径が減少するような第１の段
差部16と、同様の方向にさらに内径が減少するような第
２の段差部17とが形成されている。フランジ14と第１の段差部16とにより、第１のケーシ
ング部材12と第２のケーシング部材13との締結部（連結
部）が構成される。すなわち、ボルト４によりフランジ
14と第１の段差部16とを締め付けることにより、第１の
ケーシング部材12と第２のケーシング部材13とが連結、
一体化される。第２のケーシング部材13の下端外周部には、モータを
スクータ本体に取り付けるための取付部として、フラン
ジ18が形成されている。コア61の外周部は、各ボルト４を締め付けることによ
り、第１のケーシング部材12の下端19と、第２のケーシ
ング部材13に形成された第２の段差部17との間に挟持さ
れる。これにより、ステータ６がケーシング1'に対し固
定される。このケーシング1'においても、前記具体例と同様に、
コア61の挟持部分の回転軸51方向の長さL1と、ボルト４
の第１のケーシング部材２への係合部と第２のケーシン
グ部材３への係合部との間の長さ（ボルト４の全長から
頭部41と第１の段差部16に埋入した部分とを除いた部分
の長さ）L2とは、上記式（１）〜（３）を満たすよう
に、設定されている。これにより、本例のケーシング1'においても、前例と
同様な作用効果を奏することが可能となる。以上、本具体例のモータのケーシングを図示の具体例
に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではない。すなわち、本具体例のモータのケーシングは、２つの
ケーシング部材で構成したが、これに限らず、３つ以上
のケーシング部材で構成されていてもよい。例えば、図
１に示す第２のケーシング部材をさらに２つのケーシン
グ部材に分割し、そのうちの一方のケーシング部材で軸
受け８を支持し、他方のケーシング部材が第１のケーシ
ング部材と締結されるとともに第１のケーシング部材と
の間でステータ６を挟持、固定するような構成であって
もよい。このような場合、各ケーシング部材の連結部
は、その大半が、特にその全てが第１のケーシング部材
２の内側に位置するのが好ましい。また、ボルト４は、鋼製のものに限定されず、例え
ば、ステンレス鋼、チタン又はチタン合金等よりなるも
のであってもよい。更に、締結部材は、ボルトやその他の螺子部材が好ま
しいが、これに限定されるものではない。また、本発明のモータのケーシングは、上述した電気
スクータや電気自動車に用いられるものに限定されず、
その用途は、いかなるものでもよい。産業上の利用可能性本発明は、例えば電気スクータ、電気自動車等の電動
機を備える装置の駆動源として用いられるモータのモー
タケーシングに好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−112983（ＪＰ，Ａ) 特開平７−327332（ＪＰ，Ａ) 特開平８−111966（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−57654（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 5/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転軸方向に分割された第１ケー
シング部材と第２ケーシング部材を備え、これら第１及
び第２ケーシング部材を締結部材により結合するととも
に、第１ケーシング部材及び第２ケーシング部材で前記
モータのステータを挟持してケーシング内に固定したモ
ータケーシングにおいて、前記第１のケーシング部材は、その開口された端部にお
ける内径部よりも小径の内径部を当該第１のケーシング
部材の奥側に備え、前記第１のケーシング部材と前記第２のケーシング部材
との接合部が、前記第１のケーシング部材の内側で且つ
奥側にある前記小径の内径部に配置されていることを特
徴とするモータケーシング。
【請求項２】前記第１のケーシング部材は、その開口さ
れた端部に、ケーシングを他所へ取り付けるための取付
部を有する請求項１記載のモータケーシング。
【請求項３】前記第２のケーシング部材は、その頂部
が、前記第１のケーシング部材の取付部よりも内側に位
置していることを特徴とする請求項２記載のモータケー
シング。
【請求項４】前記第１のケーシング部材と前記第２のケ
ーシング部材とは、前記連結部においてボルトの締め付
けにより固定されていることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか記載のモータケーシング。
【請求項５】前記モータは、ロータとステータとを有
し、前記ロータの回転軸が前記第１のケーシング部材と
前記第２のケーシング部材とでそれぞれ回転可能に支持
されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
か記載のモータケーシング。
【請求項６】前記ステータは、前記第１のケーシング部
材と前記第２のケーシング部材とにより、モータ軸長手
方向の両側から挟持されて固定されていることを特徴と
する請求項５記載のモータケーシング。
【請求項７】前記第１のケーシング部材に、放熱フィン
が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６の
いずれか記載のモータケーシング。
【請求項８】前記ケーシングは、内部に収納されるモー
タに対する防水機能を有するものであることを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれか記載のモータケーシン
グ。
【請求項９】モータの回転軸方向に分割された第１ケー
シング部材と第２ケーシング部材を備え、これら第１及
び第２ケーシング部材を締結部材により結合するととも
に、第１ケーシング部材及び第２ケーシング部材で前記
モータのステータを挟持してケーシング内に固定したモ
ータケーシングの製造方法において、前記ステータの挟持される長さをL1、前記締結部材の、
前記第１のケーシング部材との係合箇所から前記第２の
ケーシング部材との係合箇所部までの長さをL2としたと
きに、必要とされる締結部材の強度の区分を、所定の数
式を基準にして、前記L1とL2の比率に置き換えて予め設
定しておくことを特徴とするモータケーシングの製造方
法。