JP6032998B2 - モータ締結構造およびこれを備えたモータ - Google Patents

Description

本発明は、一般的な汎用モータに用いられて好適なモータ締結構造およびこれを備えたモータに関するものである。

一般的なモータの固定子鉄心には電磁鋼板が利用されている。この固定子鉄心を構成する電磁鋼板を多数積層した積層構造を維持するため、また、フレームとの接合強度を高めるための手段として、焼き嵌めによる結合が行われている。

しかし、ハウジングに固定子鉄心を焼き嵌めする時に発生する圧縮応力が、鉄損を増加させることが知られている。鉄損は磁性材料の鉄心にコイルを巻き、交流で磁化した時に失われる電気エネルギーである。また、鉄損の大きさは鋼板の鉄損特性に依存し、鋼板の鉄損特性は焼き嵌めなどで応力がかかることで劣化するという問題があった。

これらの焼き嵌めの応力によって鉄損を増加させる問題の対策について開示された文献として、下記特許文献１がある。

特許文献１には、固定子を圧縮機の密閉容器に焼き嵌めした場合に、固定子の周方向に一定間隔で配置される密閉容器の内周面と接触する接触領域と、接触領域の間に形成される非接触領域が設けられている。焼き嵌め時に発生する圧縮応力を応力分布の対称性を保ちながら磁路に影響しにくい固定子外周部のシェルとの接触端部に集中させることができ、電磁鋼板の磁気特性劣化を緩和し、鉄損を低減することが示されている。

特開２００８−１９３７７８号公報

本発明者等が鋭意検討したところ、磁束密度は、隣接した磁極ティースの中間位置付近に集中しているため、焼き嵌め時に発生する圧縮応力が磁束密度の集中する位置付近にかかると鉄損が大きくなるということを見出した。

また、固定子と容器本体との焼き嵌め代を大きくとると容器本体にかかる圧縮応力も大きくなる。これにより、鉄損が大きくなるという問題があった。

引用文献１では、固定子が圧縮機の密閉容器に焼き嵌めによって嵌合されている。焼き嵌め時に発生する圧縮応力を磁束の通りやすい箇所から外すために、非接触領域を設けているが、他の磁束密度が集中する付近に接触部が設けられているため、電磁鋼板の磁気特性の緩和が十分ではない状態であり、鉄損を大きく低減させることができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ハウジングと固定子との焼嵌め等の嵌合時に発生する圧縮応力によって、鉄損の増加を緩和させるモータ締結構造およびこれを備えたモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータ締結構造およびこれを備えたモータは以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様にかかるモータ締結構造は、円筒形状を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、前記ハウジングの内周面には、周方向に配置されて半径方向外側に凹む複数の吸入経路が形成され、前記嵌合位置は、隣接する前記吸入経路の間とされていることを特徴とする。

ハウジングと固定子を焼嵌め等によって固定する嵌合位置は、隣接するスロットの間に形成されたコイルが巻装される磁極ティースの根元部のみとされている。磁極ティースの根元部には、磁束密度が集中しないため、焼き嵌めの残留応力の影響による鉄損の増加を可及的に防ぐことができる。また、隣り合う根元部を接続する接続部は、磁束密度が集中するため、嵌合位置を磁極ティースの根元部のみとすることで、この接続部を嵌合位置としないこととした。これにより、モータ効率を向上させて消費動力を下げることができる。

さらに、本発明の第２の態様にかかるモータ締結構造では、円筒形状を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、前記ハウジングと、前記固定子との前記嵌合位置は、軸方向の一端にのみ設けられていることを特徴とする。

ハウジングと固定子を軸方向の一端でのみ嵌合させることにより、焼き嵌め代を小さくすることができる。焼き嵌め代を小さくすることで応力のかかる範囲を狭めて限定的とすることができる。これにより、残留応力の影響による鉄損が増加するのを防ぐことができる。

さらに、本発明の第３の態様にかかるモータ締結構造では、円筒形状を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、前記固定子は、ロータに対して軸方向に延長され、前記ハウジングとの嵌合位置は、前記固定子の延長箇所のみとされていることを特徴とする。

ロータに対して固定子を軸方向に延長させてハウジングと嵌合させることにより、磁束密度が集中する箇所を避けた上で焼き嵌め代を小さくすることができる。焼き嵌め代を小さくすることで応力のかかる範囲を狭めることができる。これにより、残留応力の影響による鉄損が増加するのを防ぐことができる。

さらに、本発明の第１から第３の態様にかかるモータ締結構造では、前記ハウジングは、アルミニウム合金とされていることを特徴とする。

アルミニウム合金などの加工性に優れた材質が用いられているので、ハウジングの形状を容易に加工することができる。これにより、吸入経路と嵌合位置との位置調整をハウジングの加工によって調整することができる。また、アルミニウムとモータの材料で使用される鉄とでは線膨張係数に差がある。そのため、温度差によるモータ抜けを防止するために、焼き嵌め代や圧入代あるいは、焼き嵌め力や圧入力を大きくすることが多く、圧入によるモータの応力が、鉄ハウジングよりも大きくなる。そのためアルミハウジングに対して効果的である。

さらに、本発明にかかるモータでは、上記に記載されたモータ締結構造を備えていることを特徴とする。

モータは、焼き嵌めの残留応力の影響による鉄損が増加するのを防ぐことができるモータ締結構造が備えられている。これにより、モータ効率を向上させて消費電力を下げることができる。

本発明によれば、固定子とハウジングとの嵌合位置は、磁束が通りにくい磁極ティースの根元部のみとされている。これにより、焼き嵌め時に発生する圧縮応力が磁束に影響することを低減させることができる。したがって、モータの鉄損が増加するのを防ぐことができる。鉄損の増加を防ぐことができるので、モータ効率を向上させて消費電力を下げることができる。

本発明に係るモータ締結構造が適用されるモータを示した横断面図である。 本発明に係るモータ締結構造の第１実施形態を示した側断面図である。 本発明に係るモータ締結構造の第２実施形態を示した横断面図である。 本発明に係るモータ締結構造の第３実施形態を示した側断面図である。 本発明に係るモータ締結構造の焼き嵌め位置を示した詳細図である。

以下に、本発明に係るモータ締結構造およびこれを備えたモータの実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１及び図２には、本発明に係るモータ締結構造が適用される第１実施形態に係るモータを示した横断面図が示されている。
図１に示されるように、モータ１０は、ロータ２と、固定子６と、これらを収容するハウジング１とを有する。ハウジング１の内周面に固定子６が配置され、この固定子６の内周側にロータ２が回転可能に配置される。

ロータ２は、回転軸８と同心の円筒状の磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。ロータ２には、永久磁石（図示せず）が周方向に複数配置される。なお、永久磁石の数はモータ１０の仕様により配置数が変わる。また、回転軸８は、ハウジング１が有する軸受（図示せず）により回転可能に支持される。

固定子６は、ロータ２の外周囲に僅かな隙間を空けて配置される。固定子鉄心を有する固定子６は磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。

固定子鉄心には、これの半径方向内周側に放射状突出し、円周方向に所定の間隔をおいて配置された磁極ティース３が形成されている。磁極ティース３の間に形成された溝状の空間であるスロット９には、導線が巻回される。この導線が、スロット９を通過しつつ、磁極ティース３に巻きつけられることでコイル４を形成する。

ハウジング１と固定子６とは焼き嵌めによって嵌合されている。焼き嵌めによって嵌合される位置は、磁極ティース３の半径方向外周側に位置する根元部分のみとされている。すなわち、ハウジング１と固定子６との嵌合位置７は、磁極ティース３の根元部分のみとされている。

図１に示されているハウジング１と固定子６とのモータ締結構造が適用されるモータ１０は、開放型および半密閉型のモータ１０とされている。ハウジング１と、固定子６とが接触しない非接触部は、冷媒の吸入経路５として用いられる。また、開放型および半密閉型のモータ１０に用いられるハウジング１の材質は、例えばアルミニウムが用いられている。

次に、上記構成のモータ締結構造およびこれを備えたモータ１０の動作について説明する。
図１に示されているように、ハウジング１は、例えばアルミニウムを用いた鋳物であって、円筒形状を有し、内周面が円形に加工されている。また、固定子６は、全体が両端開放の円筒形を有している。固定子鉄心は、巻線処理を磁極ティース３に施して固定子６を形成し、その固定子６をハウジング１内の嵌合位置７の箇所で焼き嵌めされている。

さらに、図２に示されているように、固定子６と、ハウジング１との焼き嵌めを行う位置は、磁極ティース３の根元部のみとされ、嵌合位置７とされている。

このように構成されるモータ１０においては、コイル４の通電より、固定子６に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が永久磁石を有するロータ２に発生して、ロータ２が回転する。これにより、モータ１０は、所定のトルクを回転軸８から出力する。

図５に示されているように、モータ１０のコイル４の通電により、固定子６に回転磁界が発生すると、磁束が発生して点線で示されている円Ａの円内に磁束密度が集中する。円Ａの磁束密度が集中する円内で、固定子６とハウジング１との焼き嵌めを行い嵌合させると焼き嵌め時の残留応力によってモータ１０の鉄損が増加する。したがって、磁束密度が集中する円Ａの範囲から外された嵌合位置７で焼き嵌めによって嵌合されている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
固定子６と、ハウジング１とが焼き嵌められる嵌合位置７が磁極ティース３の根元部のみとされている。磁極ティース３の根元部には、磁束密度が集中しないため、焼き嵌めの残留応力の影響による鉄損の増加を可及的に防ぐことができる。また、隣り合う根元部を接続する接続部は、磁束密度が集中するため、この接続部を嵌合位置としないこととした。これにより、モータ効率を向上させて消費動力を下げることができる。

ハウジング１の材質には、アルミニウムなどの加工性に優れた材質が用いられているので、ハウジング１の形状を容易に加工することができる。これにより、吸入経路５と嵌合位置７との位置調整をハウジング１の加工によって調整することができる。アルミニウムとモータ１０の材料で使用される鉄とでは線膨張係数に差がある。そのため、温度差によるモータ１０抜けを防止するために、焼き嵌め代や圧入代あるいは、焼き嵌め力や圧入力を大きくすることが多く、圧入によるモータ１０の応力が、鉄ハウジングよりも大きくなる。そのため本発明はアルミハウジングに対して効果的である。また、鉄ハウジングに対しても効果がある。

嵌合位置７には、磁束が集中しないことから、応力を上げて焼き嵌めを行うことができる。これにより、ハウジング１と固定子６との嵌合位置７の箇所を減らすことができる。嵌合される箇所は、例えば、３ヶ所以上とされている。また、焼き嵌める応力を上げることができるので、異なる材質からなる固定子６とハウジング１とがモータ１０の運転による温度変化によって抜けることを防ぐことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態において、固定子６との嵌合位置７は、周方向については図１に示したように第１実施形態と同様であるが、軸方向における嵌合位置７が第１実施形態と異なる。すなわち、本実施形態の嵌合位置７は、図３に示されているように、軸方向の一端にのみ設けられるようになっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図３に示されているように、固定子６の一部のみを軸方向に延長した箇所と、ハウジング１とを焼き嵌めしている。

本実施形態によれば、ハウジング１と固定子６の一部分のみを軸方向に延長した箇所とを軸方向の一端でのみ嵌合させることにより、焼き嵌め代を小さくすることができる。焼き嵌め代を小さくすることで応力のかかる範囲を狭めて限定的とすることができる。これにより、残留応力の影響による鉄損が増加するのを防ぐことができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態において、固定子６との嵌合位置７は、周方向については図１に示したように第１実施形態と同様であるが、軸方向における嵌合位置７が第１実施形態と異なる。
本実施形態の固定子６は、ロータ２に対して軸方向に延長され、ハウジング１との嵌合位置７は、固定子６の延長箇所のみに設けられるようになっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図４に示されているように、固定子６は、ロータ２に対して軸方向に延長され、ハウジング１との嵌合位置７は、固定子６の延長箇所のみとされている。

本実施形態によれば、ロータ２に対して固定子６を軸方向に延長させてハウジング１と嵌合させることにより、焼き嵌め代を小さくすることができる。焼き嵌め代を小さくすることで応力のかかる範囲を狭めることができる。これにより、残留応力の影響による鉄損が増加するのを防ぐことができる。また、固定子６を軸方向に延長させる加工を行っているため、一部分のみを軸方向に延長させる加工に比べて容易に加工することができる。

１ ハウジング
２ ロータ
３ 磁極ティース
４ コイル
５ 吸入経路
６ 固定子
７ 嵌合位置
８ 回転軸
９ スロット
１０ モータ

Claims (5)

1. 円筒形状を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、
   前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、
   隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、
   前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、
   前記ハウジングの内周面には、周方向に配置されて半径方向外側に凹む複数の吸入経路が形成され、
   前記嵌合位置は、隣接する前記吸入経路の間とされていることを特徴とするモータ締結構造。
2. 円筒形状を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、
   前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、
   隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、
   前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、
   前記ハウジングと、前記固定子との前記嵌合位置は、軸方向の一端にのみ設けられていることを特徴とするモータ締結構造。
3. 円筒形状を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に嵌合される円筒形状の固定子鉄心を有する固定子と、
   前記固定子の周方向に配置される複数のスロットと、
   隣接する前記スロットの間に形成された前記固定子鉄心と一体とされた磁極ティースと、を備え、
   前記ハウジングと前記固定子とが嵌合される嵌合位置は、前記磁極ティースの根元部のみとされていて、
   前記固定子は、ロータに対して軸方向に延長され、前記ハウジングとの嵌合位置は、前記固定子の延長箇所のみとされていることを特徴とするモータ締結構造。
4. 前記ハウジングは、アルミニウム合金とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ締結構造。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のモータ締結構造を備えていることを特徴とするモータ。

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