JP5171310B2 - 気密型電動機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、極低温冷凍機等に用いられる気密型電動機に関するものである。

気密型電動機としては、特開２００１−２８０５０１号公報等に示されるものが用いられている。この種の電動機は、シャフトを有するロータと、シャフトの径方向外側に配置されてステータコアと複数の巻線部とを備えるステータとを有している。そして、ステータの径方向外側には、ステータを覆う筒状のハウジングが配置されている。また、シャフトは、一対のベアリングを介して一対のエンドブラケットに回転自在に支持されている。特に気密型電動機では、ハウジングは、耐圧性及び気密性を確保する役割を果たしている。このハウジングは、嵌合手段等によって一対のエンドブラケットにそれぞれ接続されており、ハウジングの内周面には、ステータコアの外周面が接着剤により固定されている。
特開２００１−２８０５０１号公報

この種の気密型電動機では、回転により生じる振動を低減することが求められている。しかしながら、このような気密型電動機では、電動機の低振動化を図るのに限界があった。

また、従来の気密型電動機では、ステータコアをハウジングに固定する際にステータコアをハウジング内に圧入または接着しなければならない。そのため、ステータコアをハウジングに固定した後に巻線部を形成していた。巻線部の形成は、インシュレータに電線を巻回したものをステータコアに取り付ける場合と、ステータコアにインシュレータを取り付けた後にインシュレータを介してステータコアに電線を巻回する場合とがある。しかしながら、いずれの場合においても、電線の巻回後に行う電線端部の結線作業は、ハウジングの存在により手作業で行わなければならなかった。

本発明の目的は、電動機の低振動化を図ることができる気密型電動機を提供することにある。

本発明の他の目的は、電線端部の結線作業を機械の自動化により行える気密型電動機を提供することにある。

本発明の他の目的は、ハウジングとステータコアとの間からアウトガスが発生するのを防止できる気密型電動機を提供することにある。

本発明の気密型電動機は、ロータ部材及び該ロータ部材が固定されたシャフトを有するロータと、ステータと、一対のベアリングと、一対のエンドブラケットと、筒状のハウジングと、一対の気密連結構造とを具備している。ステータは、シャフトの径方向外側に配置されたステータコア及び該ステータコアに設けられた複数の巻線部とを備えている。一対のベアリングは、シャフトを回転自在に支持している。一対のエンドブラケットは、一対のベアリングがそれぞれ固定され且つステータコアのシャフトの軸線方向両側に位置するコア端部に嵌合構造を介して固定されている。筒状のハウジングは、ステータの径方向外側に配置されてステータを覆っている。一対の気密連結構造は、ハウジングの軸線方向両側のハウジング端部と一対のエンドブラケットとをそれぞれ気密に連結している。そして、ハウジングとステータコアとは、連結されていない。

本願発明者は、研究の結果、従来の気密型電動機では、ステータコアがハウジングに固定されているため、ステータコアがハウジングの加工精度に影響を受けて、ロータとステータとの同心度を高めるのに限界があることを見いだした。そのため、回転により生じる振動を十分に低減できないことを見いだした。そこで、本発明では、一対のエンドブラケットをステータコアの軸線方向両側のコア端部に嵌合構造を介して固定した。このような構造を採用することにより、一対のエンドブラケットをステータコアにしっかりと支持させることができ、ハウジングとステータコアとを連結させずに配置することができる。そのため、ステータコアはハウジングに影響されることなく、一対のエンドブラケットの中心との同心度を高めることができる。その結果、ロータとステータとの同心度を高めることでき、電動機の低振動化を図ることができる。

また、本発明のように、ハウジングとステータコアとを連結させずに配置することができると、従来のようにステータコアをハウジング内に圧入または接着する工程がないため、ハウジングと連結されていないステータコアに巻線部を形成することができる。そのため、電線端部の結線作業をハウジングの存在に邪魔されることなく行えるため、このような結線作業を機械の自動化により行うことができる。

また、本発明によれば、ハウジングの内周面にステータコアの外周面を接着剤を用いて固定しないため、従来のようにハウジングとステータコアとの間の接着剤からアウトガスが発生するのを防止できる。

エンドブラケットは、ブラケット本体と、内側リブと、環状の外側リブとを有しているように構成できる。内側リブは、ブラケット本体と一体に形成され、ステータコアの内部に挿入されてステータコアのコア端部と嵌合される。環状の外側リブは、ブラケット本体と一体に形成され、内側リブよりも径方向外側に位置してハウジング端部の内部に挿入され、ステータコアのコア端部の端面と当接し且つ気密連結構造を介してハウジングのハウジング端部と気密に連結される。そして、内側リブ内にベアリングが嵌合されている。このようにすれば、内側リブ及び外側リブにより、一対のエンドブラケットをステータコアの軸線方向両側のコア端部に単純な構造でしっかりと固定することができる。

気密連結構造は、外側リブとハウジング端部の内周面との間に配置された第１のＯリングと、ハウジング端部の端面とエンドブラケットのブラケット本体との間に配置された第２のＯリングとからなる構成することができる。このようにすれば、少ない数のＯリングで効率よく、ハウジングの軸線方向両側のハウジング端部と一対のエンドブラケットとをそれぞれ気密に連結できる。

外側リブには径方向外側に向かって開口する環状の溝を形成し、該環状の溝に第１のＯリングを嵌合することができる。このようにすれば、第１のＯリングを環状の溝内に配置するだけで、外側リブとハウジングとの間を気密性を維持することができる。

エンドブラケットのブラケット本体の内面と外側リブの外周面との間には、第２のＯリングが配置される環状のＯリング位置決め用角部を形成するのが好ましい。このようにすれば、エンドブラケットの環状のＯリング位置決め用角部に第２のＯリングを配置するだけで、ブラケット本体とハウジングとの間を気密性を維持することができる。

一対のエンドブラケットの一方のエンドブラケットのブラケット本体には、複数の締め付け用ネジ部材がそれぞれ挿入される複数の組立用貫通孔を形成し、一対のエンドブラケットの他方のエンドブラケットのブラケット本体には、複数の複数の締め付け用ネジ部材の先端部に形成されたネジ部が螺合される複数のネジ孔を形成することができる。この場合、次のように各部材を取り付けるのが好ましい。まず、一対のエンドブラケットの一対のベアリングにロータのシャフトが支持され、且つ一対のエンドブラケット間にステータ及びハウジングが配置され、さらにハウジングの軸線方向両側のハウジング端部と一対のエンドブラケットとの間に一対の気密連結構造が配置されて構成された組合せ状態で、一方のエンドブラケットのブラケット本体に形成された複数の組立用貫通孔に、複数の締め付け用ネジ部材を挿入する。そして、複数の締め付け用ネジ部材のネジ部を他方のエンドブラケットのブラケット本体に形成された複数のネジ孔に螺合する。これにより、エンドブラケットの外側リブをステータコアの端面に押し付け且つエンドブラケットを第２のＯリングを介してハウジングに向かって押し付ける。このようにすれば、複数の締め付け用ネジ部材のネジ部を他方のエンドブラケットのブラケット本体の複数のネジ孔に螺合するだけで、エンドブラケットの外側リブがステータコアのコア端部の端面に押し付けられ、第２のＯリングがエンドブラケットとハウジングとにより圧縮される。このため、複数の締め付け用ネジ部材を締め付け度を調整することにより、一対のブラケットとハウジングとの間を気密性を適宜に維持することができる。

本発明によれば、一対のエンドブラケットをステータコアの軸線方向両側のコア端部に嵌合構造を介して固定したので、一対のエンドブラケットをステータコアにしっかりと支持させることができ、ハウジングとステータコアとを連結させずに配置することができる。そのため、ステータコアはハウジングに影響されることなく、一対のエンドブラケットの中心との同心度を高めることができる。その結果、ロータとステータとの同心度を高めることでき、電動機の低振動化を図ることができる。

また、ハウジングとステータコアとを連結させずに配置したので、従来のようにステータコアをハウジング内に圧入または接着する工程がないため、ハウジングと連結されていないステータコアに巻線部を形成することができる。そのため、電線端部の結線作業をハウジングの存在に邪魔されることなく行えるため、このような結線作業を機械の自動化により行うことができる。

また、ハウジングの内周面にステータコアの外周面を接着剤を用いて固定しないため、従来のようにハウジングとステータコアとの間の接着剤からアウトガスが発生するのを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施の形態の冷凍機に用いる気密型電動機の半部を破断状態にして示した図であり、図２は、図１のＭ部の拡大図である。図１に示すように、本例の気密型電動機は、ロータ１とステータ３とハウジング５と一対のエンドブラケット７，９と一対のボールベアリング１１，１３とを有している。ロータ１は、シャフト１５と、シャフト１５の外周に固定されたロータ部材１７とを有している。ロータ部材１７は、磁性鋼板が積層されて形成されシャフト１５に嵌合する基体部１７ａと、シャフト１５及び基体部１７ａに嵌合する複数の永久磁石１７ｂとを備えている。

ステータ３は、磁性鋼板が積層されて形成されており、ステータコア１９と複数の巻線部２１とを有している。ステータコア１９は、シャフトの径方向外側に配置されており、筒形状のヨーク２３とヨーク２３からシャフト１５側に突出してロータ部材１７と対向する複数の磁極２５とを有している。複数の巻線部２１は、インシュレータ２７を介して複数の磁極２５にそれぞれ巻回された状態でステータコア１９に設けられている。

ハウジング５は、鉄鋼からなる筒状を有しており、ステータ３の径方向外側に配置されてステータ３を覆っている。ハウジング５は、後述するように、一対のエンドブラケット７，９に接続されている。ハウジング５は、冷凍機用の気密型電動機としての耐圧性及び気密性を確保する役割を果たしている。

一対のエンドブラケット７，９は、径方向に延びるブラケット本体２９と、ブラケット本体２９と一体に形成されて該ブラケット本体２９から軸線方向に突出する環状の内側リブ３１と、ブラケット本体２９と一体に形成されて内側リブ３１よりも径方向外側に位置する環状の外側リブ３３とをそれぞれ有している。ブラケット本体２９は、矩形のフランジ形状を有している。一対のエンドブラケット７，９の一方のエンドブラケット７のブラケット本体２９（２９Ａ）の四隅には、組立用貫通孔２９ａがそれぞれ形成されている。また、一対のエンドブラケット７，９の他方のエンドブラケット９のブラケット本体２９（２９Ｂ）の四隅には、ネジ孔２９ｂが形成されている。組立用貫通孔２９ａに、締め付け用ネジ部材３０がそれぞれ挿入され、締め付け用ネジ部材３０の先端部に形成されたネジ部３０ａがネジ孔２９ｂにそれぞれ螺合されている。また、他方のエンドブラケット９のブラケット本体２９（２９Ｂ）の中央部には、シャフト１５が貫通する孔３５が形成されている。一対のエンドブラケット７，９は、各々の内側リブ３１が相互に向かい合う方向に突出し、各々の外側リブ３３が相互に向かい合う方向に突出するように配置されている。

一対のエンドブラケット７，９の各内側リブ３１の内周面３１ａには、一対のボールベアリング１１，１３がそれぞれ嵌合されている。一対のボールベアリング１１，１３により、シャフト１５は一対のエンドブラケット７，９にそれぞれ回転自在に支持されている。各内側リブ３１はステータコア１９の内部に挿入されており、各内側リブ３１の外周面３１ｂは、複数の磁極２５の軸線方向の両端（ステータコア１９の軸線方向両側のコア端部）１９ａにそれぞれ嵌合されている。言い換えるならば、一対のエンドブラケット７，９は、ステータコア１９の軸線方向両側のコア端部１９ａに嵌合構造を介して固定されている。

一対のエンドブラケット７，９の外側リブ３３の突出寸法（高さ寸法）は、各内側リブ３１の突出寸法（高さ寸法）より小さくなっている。図２に示すように、外側リブ３３は、ブラケット本体２９側に位置する大径部３３ａと、大径部３３ａに連続する小径部３３ｂとを有しており、ハウジング５の軸線方向両側のハウジング端部５ａの内部に挿入されている。なお、図２は他方のエンドブラケット９のブラケット本体２９（２９Ｂ）とハウジング５及びステータコア１９との接合部分の拡大図であるが、一方のエンドブラケット７のブラケット本体２９（２９Ａ）とハウジング５及びステータコア１９との接合部分も同様の構造を有している。大径部３３ａの外周面３３ｅは、小径部３３ｂの外周面３３ｆより径方向外側に位置している。小径部３３ｂの端面３３ｃは、ステータコア１９のヨーク２３の軸線方向の両端面（ステータコア１９のコア端部１９ａの端面）１９ｂにそれぞれ当接している。これにより、複数の巻線部２１は、ブラケット本体２９と内側リブ３１と外側リブ３３とに囲まれた空隙内に配置されることになる。また、小径部３３ｂの大径部３３ａに隣接する部分には、径方向外側に向かって開口する環状の溝３３ｄが形成されている。溝３３ｄ内には第１のＯリング３７が嵌合されている。この第１のＯリング３７は、外側リブ３３とハウジング端部５ａの内周面との間に配置されている。また、ハウジング端部５ａの端面５ｂとブラケット本体２９との間には、第２のＯリング３９が配置されている。そして、一対のエンドブラケット７，９のブラケット本体２９の内面と外側リブ３３の外周面との間には、第２のＯリング３９が配置される環状のＯリング位置決め用角部９ａが形成されている。本例では、第１のＯリング３７及び第２のＯリング３９により、ハウジング端部５ａと一対のエンドブラケット７，９とをそれぞれ気密に連結する一対の気密連結構造が構成されている。そのため、外側リブ３３は、気密連結構造（３７，３９）を介してハウジング端部５ａと気密に連結されることになる。また、本例では、ステータコア１９の外周面１９ａと小径部３３ｂの外周面３３ｆとは面一になっている。そのため、第１のＯリング３７の外周面３７ａ及び大径部３３ａの外周面３３ｅは、ステータコア１９の外周面１９ａの径方向外側に位置することになる。このため、ハウジング５とステータコア１９との間にはギャップＧが形成され、ハウジング５とステータコア１９とが連結されていないことになる。

本例の気密型電動機は、以下のようにして製造した。まず、インシュレータ２７に電線を巻回したものをステータコア１９の複数の磁極２５に取り付けて巻線部２１を形成してステータ３を作った。なお、ステータコア１９にインシュレータ２７を取り付けた後にインシュレータ２７を介してステータコア１９の複数の磁極２５に電線を巻回して巻線部２１を形成しても構わない。次に、巻線部２１を形成する電線の結線作業を機械の自動化により行った。そして、一対のエンドブラケット７，９の一対のボールベアリング１１，１３にロータ１のシャフト１５が支持され、一対のエンドブラケット７，９間にステータ３及びハウジング５が配置され、さらにハウジング端部５ａと一対のエンドブラケット７，９との間に前述した一対の気密連結構造（３７，３９）が配置されて構成された組合せ状態で、一方のエンドブラケット７のブラケット本体２９Ａに形成された４つの組立用貫通孔２９ａに、４つの締め付け用ネジ部材３０を挿入した。そして、４つの締め付け用ネジ部材３０のネジ部３０ａを他方のエンドブラケット９のブラケット本体２９Ｂに形成された４つのネジ孔２９ｂに螺合した。これにより、一対のエンドブラケット７，９の外側リブ３３をステータコア１９の端面に押し付けると共に一対のエンドブラケット７，９を第２のＯリング３９を介してハウジング５に向かって押し付けて気密型電動機を完成した。

本例の気密型電動機によれば、一対のエンドブラケット７，９をステータコア１９の軸線方向両側のコア端部１９ａに嵌合構造を介して固定したので、一対のエンドブラケット７，９をステータコア１９にしっかりと支持させることができ、ハウジング５とステータコア１９とを連結させずに配置することができる。そのため、ステータコア１９はハウジングに影響されることなく、一対のエンドブラケット７，９の中心Ｃとの同心度を高めることができる。その結果、ロータ１とステータ３との同心度を高めることでき、電動機の低振動化を図ることができる。また、気密型電動機の製造においては、ハウジング５と連結されていないステータコア１９に巻線部２１を形成するため、巻線部２１を形成する電線の端部の結線作業をハウジング５の存在に邪魔されることなく行える。そのため、結線作業を機械の自動化により行うことができ、気密型電動機の量産化を促進できる。

冷凍機に用いる本発明の一実施の形態の気密型電動機の半部を破断状態にして示した図である。 図１のＭ部の拡大図である。

符号の説明

１ ロータ
３ ステータ
５ ハウジング
７，９ 一対のエンドブラケット
１１，１３ 一対のボールベアリング
１５ シャフト
１９ ステータコア
２１ 巻線部
２３ ヨーク
２５ 磁極
２７ インシュレータ
３１ 内側リブ
３３ 外側リブ
３７ 第１のＯリング
３９ 第２のＯリング

Claims (4)

1. ロータ部材及び該ロータ部材が固定されたシャフトを有するロータと、
   前記シャフトの径方向外側に配置されたステータコア及び該ステータコアに設けられた複数の巻線部とを備えたステータと、
   前記シャフトを回転自在に支持する一対のベアリングと、
   前記一対のベアリングがそれぞれ固定され且つ前記ステータコアの前記シャフトの軸線方向両側に位置するコア端部に嵌合構造を介して固定された一対のエンドブラケットと、
   前記ステータの前記径方向外側に配置されて前記ステータを覆う筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの前記軸線方向両側のハウジング端部と前記一対のエンドブラケットとをそれぞれ気密に連結する一対の気密連結構造とを具備し、
   前記ハウジングと前記ステータコアとが直接連結されておらず、
   前記エンドブラケットは、
   ブラケット本体と、
   前記ブラケット本体と一体に形成され、前記ステータコアの内部に挿入されて前記ステータコアの前記コア端部と嵌合される内側リブと、
   前記ブラケット本体と一体に形成され、前記内側リブよりも前記径方向外側に位置して前記ハウジング端部の内部に挿入され、前記ステータコアの前記コア端部の端面と当接し且つ前記気密連結構造を介して前記ハウジングの前記ハウジング端部と気密に連結される環状の外側リブとを有しており、
   前記内側リブ内に前記ベアリングが嵌合されており、
   前記気密連結構造は、前記外側リブと前記ハウジング端部の内周面との間に配置された第１のＯリングと、前記ハウジング端部の端面と前記エンドブラケットの前記ブラケット本体との間に配置された第２のＯリングとからなることを特徴とする気密型電動機。
2. 前記外側リブには径方向外側に向かって開口する環状の溝が形成されており、前記環状の溝に前記第１のＯリングが嵌合されている請求項１に記載の気密型電動機。
3. 前記エンドブラケットの前記ブラケット本体の内面と前記外側リブの外周面との間には、前記第２のＯリングが配置される環状のＯリング位置決め用角部が形成されている請求項２に記載の気密型電動機。
4. 前記一対のエンドブラケットの一方の前記エンドブラケットの前記ブラケット本体には、複数の締め付け用ネジ部材がそれぞれ挿入される複数の組立用貫通孔が形成されており、
   前記一対のエンドブラケットの他方の前記エンドブラケットの前記ブラケット本体には、前記複数の複数の締め付け用ネジ部材の先端部に形成されたネジ部が螺合される複数のネジ孔が形成されており、
   前記一対のエンドブラケットの前記一対のベアリングに前記ロータの前記シャフトが支持され、且つ前記一対のエンドブラケット間に前記ステータ及び前記ハウジングが配置され、さらに前記ハウジングの前記軸線方向両側の前記ハウジング端部と前記一対のエンドブラケットとの間に前記一対の気密連結構造が配置されて構成された組合せ状態で、前記一方のエンドブラケットの前記ブラケット本体に形成された複数の組立用貫通孔に、前記複数の締め付け用ネジ部材が挿入され、前記複数の締め付け用ネジ部材のネジ部が前記他方のエンドブラケットの前記ブラケット本体に形成された複数のネジ孔に螺合されることにより、前記エンドブラケットの前記外側リブが前記ステータコアの前記コア端部の前記端面に押し付けられ且つ前記エンドブラケットが前記第２のＯリングを介して前記ハウジングに向かって押し付けられていることを特徴とする請求項１または３に記載の気密型電動機。

Images