JP5843795B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents
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Description
この場合、アルミ材のフレームの線膨張係数と、電磁鋼板を積層して形成する固定子鉄心の線膨張係数との値が大きく異なっているため、使用温度条件が高くなると、アルミ材のフレームと固定子鉄心に隙間が発生し、固定子鉄心とフレームとの固着力を維持することが困難となる。
そこで、固定子鉄心をフレームに固定させる方法として、固定子鉄心とフレームとの間に、フレームの径方向に向かってばね性の凸状部を有する筒部材を介装する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
この技術によれば、高温時にフレームが膨張した場合であっても、凸状部の復元力によって生じる摩擦抵抗により固定子鉄心とフレームの固着力の低下を補うことができる。
この場合、筒部材を介してフレームと固定子鉄心とが接触する面積が大きいので、固定子鉄心とフレームとの固着力を維持することができる。
しかし、円筒状のフレームに嵌合されている固定子鉄心のフレームの軸方向に対し垂直な断面が四角形状である場合、筒部材を介して固定子鉄心とフレームとが接触する面積は小さくなる。
そうすると、フレームと固定子鉄心との固着力を維持するのに必要な摩擦力を確保することが困難になるという課題があった。
円筒状のフレームと、
前記フレームの軸方向に対し垂直な断面が四角形状で形成され、前記フレームの内周面に前記四角形状の角部が当接した状態で嵌合された固定子鉄心と、
前記フレームの内周面と前記固定子鉄心の外周平面部とで形成される空間の一箇所のみに、前記固定子鉄心を径方向内側に押圧する第1弾性部材とを備えたものである。
円筒状のフレームと、
前記フレームの軸方向に対し垂直な断面が四角形状で形成され、前記フレームの内周面に前記四角形状の角部が当接した状態で嵌合された固定子鉄心と、
前記フレームの内周面と前記固定子鉄心の外周平面部とで形成される空間の一箇所のみに、前記固定子鉄心を径方向内側に押圧する第1弾性部材とを有するものなので、
第1弾性部材により押圧されている固定子鉄心の外周平面部と反対側の当該固定子鉄心の二つの角部がフレームの内周面に、常に一定方向へ押し当てられるため、使用時に回転電機の温度が高温になる環境下でも、固定子鉄心とフレームとの間に摩擦抵抗が生じ、固定子鉄心とフレームとの固着力を維持することができる。
以下、本願発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を図に基づいて説明する。
まず、電気掃除機用モータ20の概略について説明する。
図1は、回転電機の固定子3を利用した電気掃除機用モータ20の内部構造を示す図である。
図2は、電気掃除機用モータ20の組立工程を示すフローチャートである。
電気掃除機用モータ20は、回転子2と、この回転子2の外周側に配置される固定子3と、回転子2の軸方向に延びるシャフト10の片側端部に配置されるファン1とを備えている。
固定子3の界磁巻線32に電流が流れて磁束が発生すると、この磁束が固定子鉄心31を磁路として透過し、回転子2が回転する。
回転子2の回転によりファン1が回転し、回転子2のシャフト10の方向に気流が発生する。
まず、固定子鉄心31の焼嵌め工程について説明する(S001)。
次に、固定子鉄心31の外周がフレーム4の内周よりも大きいため、フレーム4を加熱することによりフレーム4の内周を広げ、固定子鉄心31に界磁巻線32を施された固定子3を、フレーム4に嵌合する。
次に、固定子3が、フレーム4の内周面41の所定位置から軸方向へずれることを防止するため、フレーム4の外周面からパンチを打ってフレーム4を塑性変形させることにより、固定子3をフレーム4の内周面41にカシメ固定する(S002)。
次に、フレーム4の内周面41と固定子鉄心31の一の外周平面部との間に第1弾性部材33を装着する(S003)。
詳細については、後述する。
次に、回転子2のベアリング7の外周面とブラケット6の内周面とを接着し、回転子2をブラケット6に取り付ける(S004)。
次に、回転子2を取り付したブラケット6をフレーム4に、ネジを用いて取り付ける(S005)。
次に、カーボンブラシ8をフレーム4の側面に取り付ける(S006)。
次に、コントロールガイド9をブラケット6の端面にネジを用いて取り付ける(S007)。
次に、ファン1をシャフト10の片側端部にナットを用いて固定する(S008)。
次に、ファンガイド11をフレーム4のフランジ部に圧入する(S009)。
以上の工程により、電気掃除機用モータ20が完成する。
図3は、固定子鉄心31がフレーム4に嵌合され、フレーム4に固定された状態を示す斜視図である。
本来は、固定子鉄心31に界磁巻線32が施されているが、図3では、界磁巻線32を省略している。
図4は、図3の断面図である。
固定子鉄心31のフレーム4の軸方向に対し垂直な断面の形状は、四角形状である。
固定子鉄心31は、固定子鉄心31の外周の角部31d、31e、31f、31gがフレーム4の内周面41に当接した状態で、フレーム4の内周面41に嵌合している。
固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41で囲まれた空間をそれぞれ空間a1、a2、a3、a4とする。
固定子鉄心31の外周平面部31aと外周平面部31bとの間に、固定子鉄心の軸方向に延びる凹部31cが形成されている。
フレーム4の形状は円筒状であり、フレーム4の材質は、アルミ材とする。
また、固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41との間の空間a1に、第1弾性部材33が挟持されている。
図5は、固定子鉄心31とフレーム4との間の空間a1近傍の拡大図である。
図6は、第1弾性部材33の斜視図である。
第1弾性部材33は、ばね性を有し、固定子鉄心31を図5の矢印Xの方向に押圧し、これをフレーム4に固定させる部材である。
第1弾性部材33は、第1押圧部33a、33bと、第2押圧部33cと、曲面部33d、33e(特許請求の範囲では、第1曲面部という)と、第1撓み部33f、第2撓み部33g、固定部33h、33iを有し、固定部33i、第1押圧部33a、曲面部33d、第1撓み部33f、第2押圧部33c、第2撓み部33g、曲面部33e、第1押圧部33b、固定部33hの順番で一体構成されている。
第1押圧部33aは、固定子鉄心31の外周平面部31aを図5の矢印Xの方向に押圧し、同様に第1押圧部33bは、固定子鉄心31の外周平面部31bを押圧する。
同様に第2押圧部33cは、固定子鉄心31の凹部31cの底面を図5の矢印Xの方向に押圧する。
第1撓み部33f、第2撓み部33gは、フレーム4の周方向に突出した形状をしており、ばね性を有する。
固定部33h、33iは、第1押圧部33a、33bの端部に、固定子鉄心の軸方向に対して垂直に突出している。
固定部33h、33iは、固定子鉄心31の軸方向の位置決めと第1弾性部材33の落下防止の役割をなしている。
まず、第1弾性部材33を図示しない治具によって把持し、第1弾性部材33の第1撓み部33f、第2撓み部33gを圧縮する。
次に、治具が第1弾性部材33を把持した状態で、固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41との間の空間a1に挿入し、次に、治具が第1弾性部材33を解放する。
そうすると、第1弾性部材33の第1撓み部33f、第2撓み部33gは、曲面部33d、33eが支点となり、フレーム4の径方向にそれぞれ広がる。
第1弾性部材の第1撓み部33f、第2撓み部33gがフレーム4の径方向に広がると、第1弾性部材33の第1押圧部33a、33bが固定子鉄心31の外周平面部31a、31bを押圧し、第2押圧部33cが固定子鉄心31の凹部31cの底面を押圧する。
従って、第1弾性部材33は、固定子鉄心31の三カ所を押圧する。
よって、固定子鉄心31は、第1弾性部材33が押圧している固定子鉄心31の外周平面部と反対側の角部31d、31eとこれらにそれぞれ対向するフレーム4の内周面41に押し付けられ、固定される。
また、本実施の形態では、固定子鉄心31の外周平面部に凹部31cを設けているが、凹部31cを設けなくてもよい。
また、回転電機の起動時に固定子鉄心31は、回転子2の強い回転反力を受け、回転しようとするが、固定子鉄心31とフレーム4との強い摩擦抵抗により、固定子鉄心31とフレーム4のずれも防止することができる。
また、第1弾性部材33に第1撓み部33f、第2撓み部33gを備えているので、これらがフレーム4の径方向に広がることにより、固定子鉄心31とフレーム4との固着力をさらに高めることができる。
以下、この発明の実施の形態2に係る回転電機の固定子を、図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態1と本実施の形態とは、第1弾性部材の形状が異なるものであり、その他の構成は実施の形態1と同様である。
第1弾性部材233は、第1押圧部233a、233bと、曲面部233d、233e(特許請求の範囲では、第1曲面部という)と、第1撓み部233f、第2撓み部233gと、曲面撓み部233hを有し、第1押圧部233a、第1撓み部233f、曲面部233d、曲面撓み部233h、曲面部233e、第2撓み部233g、第1押圧部233bの順番で一体構成されている。
曲面部233d、233eは、これらにそれぞれ対向するフレーム4の内周面41をフレーム4の径方向外側に押圧する。
第1撓み部233f、第2撓み部233g、フレーム4の周方向に突出した形状をしており、曲面撓み部233hは、フレーム4の径方向に突出した形状をしており、これらは、ばね性を有している。
まず、第1弾性部材233の第1撓み部233f、第2撓み部233gと曲面撓み部233hの三カ所を同時に図示しない治具で把持し、第1弾性部材233の第1撓み部233f、第2撓み部233gと曲面撓み部233hを圧縮する。
治具が第1弾性部材233を把持した状態で、固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41との間の空間a1に第1弾性部材233を挿入し、次に、治具が第1弾性部材233を解放する。
そうすると、第1弾性部材233の第1撓み部233f、第2撓み部233gは、曲面部233d、233eが支点となりフレーム4の径方向にそれぞれ広がり、曲面撓み部233hはフレーム4の周方向に広がる。
第1弾性部材233の第1撓み部233f、第2撓み部233gがフレーム4の径方向にそれぞれ広がると、第1弾性部材233の第1押圧部233a、233bが固定子鉄心31の外周平面部31a、31bを押圧する。
従って、第1弾性部材333は、固定子鉄心31の外周平面部の二カ所を押圧する。
そして、第1撓み部233f、第2撓み部233gがさらにフレーム4の径方向に広がることによって、第1弾性部材233の第1押圧部233a、233bが固定子鉄心31の外周平面部31a、31bの二カ所をさらに押圧する。
そうすると、固定子鉄心31は、第1弾性部材233が押圧している固定子鉄心の外周平面部と反対側の角部31d、31eとこれらにそれぞれ対向するフレーム4の内周面41に押し付けられ、固定される。
また、第1弾性部材233に、固定子鉄心31の軸方向の位置決めと第1弾性部材233の落下防止のために、実施の形態1の固定部33h、33iのような固定部を設けてもよい。
また、回転電機の起動時の強い回転反力による固定子鉄心31とフレーム4のずれもさらに防止することもできる。
以下、この発明の実施の形態3に係る回転電機の固定子を、図を用いて上記各実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
上記各実施の形態と本実施の形態とは、第1弾性部材の形状が異なるものであり、その他の構成は上記各実施の形態と同様である。
図8は、固定子鉄心31とフレーム4との間の空間a1近傍の拡大図である。
図9は、第1弾性部材333の斜視図である。
図10は、第1弾性部材333の平面図である。
第1弾性部材333は、第1押圧部333a、333bと、曲面部333d(特許請求の範囲では、第1曲面部という)と、第1撓み部333f、第2撓み部333gと、固定部333h、333iを有し、固定部333i、第1押圧部333a、第1撓み部333f、曲面部333d、第2撓み部333g、第1押圧部333b、固定部333hの順番で一体構成されている。
曲面部333dは、これと対向するフレーム4の内周面41をフレーム4の径方向外側に押圧する。
また、曲面部333dは、これと対向するフレーム4の内周面41との摩擦を増やして第1弾性部材333を動きにくくするため、曲面部333dとフレーム4との接触面積を増加させた曲面構造としても良い。
固定部333h、333iは、第1押圧部333a、333bの端部に、固定子鉄心31の軸方向に対して垂直に突出している。
固定部333h、333iは、固定子鉄心31の軸方向の位置決めと第1弾性部材333の落下防止の役割をなしている。
曲面部333dの固定子鉄心31の軸方向の長さを、幅L2とする。
図10に示すように、幅L1は幅L2によりも短い。
第1弾性部材333の形状は、曲面部333dから第1撓み部333f、第1押圧部333aに向かって固定子鉄心31の軸方向の長さが次第に短くなっている。
同様に、曲面部333dから第2撓み部333g、第1押圧部333bに向かって固定子鉄心31の軸方向の長さが次第に短くなっている。
一方、弾性部材の板厚を薄くすれば、ばね定数は小さくなり、弾性部材の撓み代を大きくすることができるが、弾性部材の板厚が薄い分、素材の降伏応力を超えてしまい、所定の荷重を維持できないという問題が生じてしまう。
第1弾性部材333を圧縮した際の変位量が大きく、応力の集中する箇所の幅L2を応力が集中しない箇所の幅L1より大きく設定することにより、第1弾性部材を撓ませるために必要な力を調節することができる。
まず、第1弾性部材333を図示しない治具によって把持し、第1弾性部材333の第1撓み部333f、333gを圧縮する。
次に、治具が第1弾性部材333を把持した状態で、固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41との間の空間a1に挿入し、次に、治具が、第1弾性部材333を解放する。
そうすると、第1弾性部材333の第1撓み部333f、第2撓み部333gは、曲面部333dが支点となり、フレーム4の径方向にそれぞれ広がる。
第1弾性部材333の第1撓み部333f、第2撓み部333gがフレーム4の径方向にそれぞれ広がると、第1弾性部材333の第1押圧部333a、333bが固定子鉄心31の外周平面部31a、31bを押圧する。
従って、第1弾性部材333は、固定子鉄心31の外周平面部の二カ所を押圧する。
固定子鉄心31は、第1弾性部材333が押圧している固定子鉄心31の外周平面部と反対側の角部31d、31eとこれらにそれぞれ対向するフレーム4の内周面41に押し付けられ、固定される。
また、回転電機の起動時の強い回転反力による固定子鉄心31とフレーム4のずれもさらに防止することができる。
また、第1弾性部材333の幅L2を幅L1よりも大きく設定することで、第1弾性部材333を撓ませるために必要な力を調節することができる。
以下、この発明の実施の形態4に係る回転電機の固定子を、図を用いて上記各実施の形態と異なる部分を中心に説明する。
上記各実施の形態と本実施の形態とは、第1弾性部材の形状が異なるものであり、その他の構成は上記各実施の形態と同様である。
図11は、固定子鉄心31とフレーム4との間の空間a1近傍の拡大図である。
第1弾性部材433は、押圧部433cと、曲面部433dと、撓み部433fを有する。
曲面部433dは、これと対向するフレーム4の内周面41をフレーム4の径方向外側に押圧する。
撓み部433fは、押圧部433cと曲面部433dとの間をコイル状で形成しており、ばね性を有する。
また、撓み部433fに使用するコイル状の弾性部材は、汎用品のものでもよい。
まず、第1弾性部材433を図示しない治具によって把持し、第1弾性部材433の撓み部433fを圧縮する。
次に、治具が第1弾性部材433を把持した状態で、固定子鉄心31の外周平面部とフレーム4の内周面41との間の空間a1に挿入し、次に、治具が第1弾性部材433を解放する。
そうすると、第1弾性部材433の撓み部433fは、曲面部433dが支点となり、フレーム4の径方向に広がる。
第1弾性部材433の撓み部433fがフレーム4の径方向に広がると、第1弾性部材433の押圧部433cが固定子鉄心31の凹部31cを押圧する。
固定子鉄心31は、第1弾性部材433が押圧している固定子鉄心31の外周平面部と反対側の角部31d、31eとこれらにそれぞれ対向するフレーム4の内周面41に押し付けられ、固定される。
本実施の形態において、固定子鉄心31の固定子鉄心31の外周平面部に、凹部31cを設けているが、設けなくてもよい。
また、回転電機の起動時の強い回転反力による固定子鉄心31とフレームのずれも防止することができる。
また、第1弾性部材433の撓み部433fは、汎用性が高いので、生産コストを抑えることができる。
以下、この発明の実施の形態5に係る回転電機の固定子を、図を用いて説明する。
本実施の形態は、上記各実施の形態に第2弾性部材が付加されたものである。
図12は、固定子鉄心31とフレーム4との間の空間a3近傍の拡大図である。
図13は、固定子鉄心31の角部31dを拡大した図である。
第2弾性部材34は、弾性を有し、固定子鉄心31をフレーム4に固定させる薄板状の部材である。
第2弾性部材34は、固定子鉄心31の二つの角部31d、31eとこれらに対向するフレーム4の内周面41との間に介装されている。
第2弾性部材34は、固定子鉄心31の角部31d、31eを図13の矢印Yの方向に押圧する。
第2弾性部材34は、固定子鉄心31の角部31d、31eとこれらに対向するフレーム4の内周面41の間にのみ介装されていてもよい。
この電気掃除機用モータ20の振動の影響で、アルミ材であるフレーム4と固定子鉄心31との間に隙間が生じると、固定子鉄心31とフレーム4との間の接触面積が小さいため、電気掃除機用モータ20の振動の影響で固定子鉄心31の角部でフレーム4の内周面41を大きく削ってしまうという問題が生じる。
フレーム4の内周面41が固定子鉄心31に削られると、固定子鉄心31とフレーム4の間に隙間がさらに広がり、電気掃除機用モータ20の振動がさらに増し、電気掃除機用モータ20の故障の要因となる。
そこで、本実施の形態では、固定子鉄心31は、第2弾性部材34を介してアルミ材のフレーム4と接触しているため、電気掃除機用モータ20の振動を第2弾性部材34が吸収し、固定子鉄心31とフレーム4との間に隙間が生じることを防止する。
また、第1弾性部材33と第2弾性部材34を併用することにより、固定子鉄心31とフレーム4との間にさらに強い摩擦抵抗を生じさせ、固定子鉄心31とフレーム4との固着力を高めることができる。
7 ベアリング、8 カーボンブラシ、9 コントロールガイド、10 シャフト、
11 ファンガイド、20 電気掃除機用モータ、31 固定子鉄心、
31a,31b 外周平面部、31c 凹部、31d,31e,31f,31g 角部、32 界磁巻線、33,233,333,433 第1弾性部材、
33a,33b,233a,233b,333a,333b 第1押圧部、
33c 第2押圧部、433c 押圧部、
33d,33e,233d,233e,333d,433d 曲面部、
33f,233f,333f 第1撓み部、33g,233g,333g 第2撓み部、433f 撓み部、33h,33i,333h,333i 固定部、
34 第2弾性部材、233h 曲面撓み部、41 内周面、L1,L2 幅、
a1,a2,a3,a4 空間、X,Y 矢印。
Claims (13)
- 円筒状のフレームと、
前記フレームの軸方向に対し垂直な断面が四角形状で形成され、前記フレームの内周面に前記四角形状の角部が当接した状態で嵌合された固定子鉄心と、
前記フレームの内周面と前記固定子鉄心の外周平面部とで形成される空間の一箇所のみに、前記固定子鉄心を径方向内側に押圧する第1弾性部材とを備えた回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材は、
前記固定子鉄心の外周平面部を押圧する押圧部と、
前記固定子鉄心の外周平面部と対向する前記フレームの内周面を押圧する曲面部とを備えた請求項1に記載の回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材は、
前記押圧部と前記曲面部との間にばね性を有する撓み部を備えた請求項2に記載の回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材の前記押圧部は、
前記固定子鉄心の外周平面部の二カ所をそれぞれ押圧するように形成された請求項2又は請求項3に記載の回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材の前記押圧部は、
前記固定子鉄心の外周平面部の前記フレームの周方向に対応する両端部をそれぞれ押圧する二つの第1押圧部と、
前記固定子鉄心の外周平面部の前記両端部の間の中央部を押圧する第2押圧部とを有し、
前記第1弾性部材の前記曲面部は、
前記固定子鉄心の外周平面部と対向する前記フレームの内周面の二カ所をそれぞれ押圧する二つの第1曲面部を有し、
前記第1弾性部材の前記撓み部は、
前記第2押圧部の両端の一端と一の前記第1曲面部との間にばね性を有する第1撓み部と、
前記第2押圧部の両端の他端と他の前記第1曲面部との間にばね性を有する第2撓み部とを有し、
前記第1弾性部材は、
一の前記第1押圧部、前記一の第1曲面部、前記第1撓み部、前記第2押圧部、前記第2撓み部、前記他の第1曲面部、他の前記第1押圧部の順番に一体構成されている請求項3に記載の回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材の前記押圧部は、
前記固定子鉄心の外周平面部の二カ所をそれぞれ押圧する二つの第1押圧部を有し、
前記第1弾性部材の前記曲面部は、
前記固定子鉄心の外周平面部と対向する前記フレームの内周面の二カ所をそれぞれ押圧する二つの第1曲面部を有し、
前記第1弾性部材の前記撓み部は、
一の前記第1押圧部と一の前記第1曲面部との間にばね性を有する第1撓み部と、
他の前記第1押圧部と他の前記第1曲面部との間にばね性を有する第2撓み部とを有し、
前記第1弾性部材は、
前記一の第1曲面部と前記他の第1曲面部との間にばね性を有する曲面撓み部を有し、
前記第1弾性部材は、
前記一の第1押圧部、前記第1撓み部、前記一の第1曲面部、前記曲面撓み部、前記他の第1曲面部、前記第2撓み部、前記他の第1押圧部の順番に一体構成される請求項3に記載の回転電機の固定子。 - 前記第1弾性部材の前記押圧部は、
前記固定子鉄心の外周平面部の二カ所をそれぞれ押圧する二つの第1押圧部を有し、
前記第1弾性部材の前記曲面部は、
前記固定子鉄心の外周平面部と対向する前記フレームの内周面を一カ所で押圧する第1曲面部を有し、
前記第1弾性部材の前記撓み部は、
前記第1曲面部の両端の一端と一の前記第1押圧部との間にばね性を有する第1撓み部と、
前記第1曲面部の両端の他端と他の前記第1押圧部との間にばね性を有する第2撓み部とを有し、
前記第1弾性部材は、
前記一の第1押圧部、前記第1撓み部、前記第1曲面部、前記第2撓み部、前記他の第1押圧部の順番に一体構成される請求項3に記載の回転電機の固定子。 - 前記固定子鉄心の外周平面部の前記中央部は、前記固定子鉄心の軸方向に形成されている凹部の底面である請求項5に記載の回転電機の固定子。
- 前記第1弾性部材の前記第1押圧部の前記固定子鉄心の軸方向の長さは、前記第1曲面部の前記固定子鉄心の軸方向の長さよりも短く形成されている請求項7に記載の回転電機の固定子。
- 前記撓み部は、前記フレームの周方向に突出して形成されている請求項5又は請求項6又は請求項8に記載の回転電機の固定子。
- 前記第1弾性部材は、前記第1弾性部材の前記第1押圧部の端部に前記固定子鉄心の軸方向に対し垂直に突出し、前記固定子鉄心に前記第1弾性部材を固定する固定部を備えた請求項5から請求項10のいずれか1項に記載の回転電機の固定子。
- 前記固定子鉄心の外周角部と前記フレームの内周面との間に挟持されている第2弾性部材を備える請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の回転電機の固定子。
- 前記フレームは、アルミ製にて構成される請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の回転電機の固定子。
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