JP6599663B2 - キャンドモータ - Google Patents

Description

本発明は、キャンドモータに関する。

従来、ポンプ又はファン等の回転機器を駆動するために、キャンドモータが使用される場合がある。キャンドモータは、例えば、取り扱う流体（液体または気体）が外部へ漏れることが好ましくない用途に用いられる。また、キャンドモータは、水中モータポンプまたは真空ポンプのように外部の液体がポンプ又はモータの内部に侵入することが好ましくない用途に用いられる。

キャンドモータでは、モータロータとモータステータとがキャンによって離隔される。キャンは、通常、円筒形状を有し、モータロータの外周面との間にギャップが生じる状態で、ステータコア等に固定される。また、一般的に、モータステータ（ステータコア及びステータコイル）等が収容される空間は、モータフレーム、フレーム側板、及び、キャンによってステータ室として密閉される。

キャンドモータでは、モータ特性の向上の観点から、モータステータと、モータロータとの離隔距離を小さくすることが望ましい。すなわち、キャンの厚みを極力小さくすることが望ましい。一方で、キャンの厚みが小さいと、キャンの機械的強度が低下し、圧力変動等に耐えられないおそれがある。これらの課題を解決するために、従来、キャンの円筒外周部をステータコアの内周部に接着することが行われている。

特開２０１４−５７５０６号公報

キャンの円筒外周部とステータコアの接着に際しては、キャンの円筒外周部、又は、ステータコアの内周部に接着剤を塗布し、ステータコアの内側にキャンが挿入される。しかし、接着剤はある程度の粘性を有し、また、ステータコアの内側にキャンを挿入するときに、キャンの縁部またはステータコアのスロットの縁部で接着剤が掻き出されてしまう。このため、接着剤の塗布状態には、ムラが生じる場合がある。接着剤の塗布にムラが生じると、接着面積が小さくなって十分な接着効果が得られなくなってしまう。接着剤を一様に塗布するためにステータコアの内側にキャンをゆっくりと挿入することも考えられるが、この場合には、接着剤が硬化してしまうおそれがある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、キャンとステータとをより確実に固定することができるキャンドモータを提供することを目的とする。

本発明のキャンドモータは、ステータと、ロータと、キャンと、を備える。ステータは、ステータコア、及び、ステータコアに巻回されるステータコイルを有する。ロータは、ステータコアの内側に配置される。キャンは、円筒形状を有し、ステータコアとロータとの間に配置されてステータとロータとを離隔する。そして、キャンは、接着剤によってステータコアの内周面に接着され、キャンの接着剤が塗布される円筒外周部には、接着剤が
入り込む溝が形成されている。

かかる構成により、本発明のキャンドモータでは、キャンがステータコアの内側に挿入される際に、キャンの円筒外周部に形成された溝に接着剤が入り込む。溝に入り込んだ接着剤は、その粘性により、キャンのステータコアの内側への挿入に伴って引き出され、キャンとステータコアとの間に均一に塗布される。したがって、かかる構成により、キャンとステータとをより確実に固定することができる。

また、キャンの円筒外周部の溝は、円筒外周部の周方向に沿って形成されてもよい。さらに、キャンの円筒外周部の溝は、ロータの回転軸方向に沿って形成されてもよい。また、キャンの円筒外周部の溝は、円筒外周部に螺旋状に形成されてもよい。さらに、溝の断面形状は、Ｕ字状またはＶ字状であってもよい。

また、キャンの円筒外周部の溝は、円筒外周部に所定距離ごとに複数形成されていてもよい。
こうすれば、接着剤が入り込む溝が所定距離ごとに形成されているので、キャンとステータコアとの間に接着剤をより均一に塗布することができる。したがって、かかる構成により、キャンとステータとをより確実に固定することができる。

本実施形態の真空ポンプの概略断面を示す図である。 本実施形態のキャンドモータの概略構成を示す図である。 第１実施形態のキャンの概略構成を模式的に示す図である。 第１実施形態のキャンの概略構成を模式的に示す図である。 キャンとステータコアとの接着を説明するための模式図である。 第２実施形態のキャンの概略構成を模式的に示す図である。 第３実施形態のキャンの概略構成を模式的に示す図である。 変形例のキャンの概略構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るキャンドモータを図面に基づいて説明する。なお、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態では、キャンドモータを真空ポンプに適用した場合について説明するが、キャンドモータは、例えば水中ポンプを駆動するために利用するなど、他の回転機器を駆動するために用いてもよい。

図１は、本実施形態の真空ポンプの概略断面を示す図である。図１では、真空ポンプ２０が有する回転中心軸線ＡＲを含む断面を示している。図示するように、真空ポンプ２０は、一対のロータ３０（図１では、一方のロータのみを示す）を備えている。本実施形態では、ロータ３０は、第１段ロータ３１、第２段ロータ３２および第３段ロータ３３と、ポンプ主軸３４とを備えている。かかるロータ３０は、その両端部の近傍で、軸受部材５０，６０に設けられた軸受５１，６１によって支承されている。このロータ３０は、ケーシング４０に収容されている。ケーシング４０の上方には、吸気口（図示省略）が形成され、下方には、排気口（図示省略）が形成される。

かかるロータ３０は、真空ポンプ２０の回転中心軸線ＡＲの一端側に設けられたモータ１００によって駆動される。一対のロータ３０の一端側の軸端には、互いに噛み合う一対のタイミングギア７０（図１では一方のギヤのみ示す）が固定されている。ロータ３０の他端側の軸端は、モータ１００に連結されている。本実施形態では、モータ１００は、ブラシレス直流モータである。なお、図１では、モータ１００の構成を簡略化して示してい
る。

モータ１００を駆動すると、一対のロータ３０は、ケーシング４０の内面およびロータ３０同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に回転する。一対のロータ３０の回転につれて、吸込側のガスは、ロータ３０とケーシング４０との間に閉じこめられて、吐出側に移送される。吸気口（図示省略）から導入されたガスは、３段のロータ３０により圧縮移送されて、排気口（図示省略）から排出される。

図２は、ロータ３０を回転駆動するモータ１００の概略構成を示す。以下の説明では、モータ１００について、回転中心軸線ＡＲ方向のうちの、真空ポンプ２０（より具体的には、ロータ３０）に連結される側を連結側Ｓ２とも呼び、連結側Ｓ２と反対側を外方側Ｓ１とも呼ぶ。外方側Ｓ１は、請求項の第１の側に該当し、連結側Ｓ２は、請求項の第２の側に該当する。図２に示すように、モータ１００は、ステータ１１０とロータ１２０とキャン１３０とステータフレーム１４０とを備える。

ステータフレーム１４０は、フレーム本体１４１と側板１４２とを備える。フレーム本体１４１は、回転中心軸線ＡＲに沿って内部空間が形成された、円筒形状を有している。フレーム本体１４１は、突出部１４６を備えている。突出部１４６は、フレーム本体１４１の内面から、内側に突出した部位であり、フレーム本体１４１の連結側Ｓ２の端部付近に、回転中心軸線ＡＲを中心として環状に形成されている。突出部１４６の突出長さは、開口部１３３が胴部１３１（詳細は後述）から突出する突出長さと略等しく形成されている。側板１４２は、円板形状を有しており、フレーム本体１４１の外方側Ｓ１の開口を閉じる。フレーム本体１４１の外方側Ｓ１の端面には、凹部１４５が形成され、この凹部１４５にＯリング１５３が配置されている。Ｏリング１５３は、フレーム本体１４１と側板１４２との間で、回転中心軸線ＡＲ方向に圧縮され、ステータフレーム１４０の内部と外部との間をシールする。なお、側板１４２は、ボルト（図示省略）によって、フレーム本体１４１に取り付けられている。かかるステータフレーム１４０は、例えば、鉄やアルミで形成できる。ステータ１１０、ロータ１２０およびキャン１３０は、このステータフレーム１４０の内部空間に収容されている。

ステータ１１０は、ステータコア１１１にコイルが装着された構成を有する。ステータ１１０の回転中心軸線ＡＲ方向の両端では、ステータコア１１１の外方に向けてコイル部１１２，１１３が突出している。このコイル部１１２，１１３の周辺には、樹脂１７１が充填されている。ステータ１１０は、ステータフレーム１４０のフレーム本体１４１の内部にステータコア１１１が嵌め込まれることによって、回転中心軸線ＡＲと同心にステータフレーム１４０に固定される。ステータコア１１１は、例えば、珪素鋼板を積層して形成できる。ロータ１２０は、ステータ１１０の内部に、回転中心軸線ＡＲと同心に配置され、真空ポンプ２０のロータ３０のポンプ主軸３４に直結されている。

かかるステータ１１０とロータ１２０との間には、キャン１３０が設けられている。キャン１３０は、ステータ１１０とロータ１２０とを離隔する。このキャン１３０は、一例として、胴部１３１と、閉塞部１３２と、開口部１３３とを備えている。

胴部１３１は、略円筒形状を有し、回転中心軸線ＡＲと同心に配置されている。この胴部１３１は、回転中心軸線ＡＲ方向におけるステータ１１０の設置範囲の全体に延びて形成されている。閉塞部１３２は、キャン１３０の外方側Ｓ１の端面であり、胴部１３１の内部空間を、胴部１３１の外方側Ｓ１の端部で閉じる。開口部１３３は、キャン１３０の連結側Ｓ２の端部であり、キャン１３０の連結側Ｓ２の開口を形成する。開口部１３３は、本実施形態では、その外径が胴部１３１の外径よりも大きく形成されたフランジ形状を有している。

かかるキャン１３０は、非導電性の樹脂によって形成されており、胴部１３１、閉塞部１３２および開口部１３３は、一体的に形成されている。キャン１３０の材料は、樹脂に限らず、セラミックスであってもよいし、樹脂とセラミックスとの複合材であってもよい。本実施形態では、キャン１３０の材質は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂である。胴部１３１および開口部１３３の厚みは、薄肉に、具体的には、例えば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。閉塞部１３２の厚みは、胴部１３１の厚みよりも大きく形成されており、例えば、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。胴部１３１の厚みは、モータ特性の向上の観点から、極力小さいことが望ましい。また、開口部１３３（フランジ形状）の、回転中心軸線ＡＲ方向の幅は、軸受５１と、モータ１００の外方側Ｓ１の端部との距離であるオーバハングを短くする観点から、極力小さいことが望ましい。

かかるキャン１３０は、ステータコア１１１と、胴部１３１とが周方向に当接するように、取り付けられる。さらに、ステータコア１１１と胴部１３１とは、当該当接箇所で接着剤によって、接着される。このように、ステータコア１１１と胴部１３１とが接着剤によって接着されることにより、ステータコア１１１と胴部１３１とが一体的に形成された状態となる。このため、ステータコア１１１に対応する位置の胴部１３１の機械的強度をステータコア１１１が補強することができる。これによって、ステータコア１１１に対応する位置において、上述の胴部１３１の薄肉化が可能となる。なお、接着剤には、真空ポンプ２０の稼働時における耐熱性を考慮して、シリコン系やエポキシ系などを使用可能である。

なお、モータ１００は、ステータコア１１１の外方側Ｓ１及び連結側Ｓ２に、キャン１３０の胴部１３１の外径と等しい内径の管状形状を有する補強部材１５０、１６０を備えてもよい。補強部材１５０，１６０を備えてキャン１３０と補強部材１５０，１６０とを接着剤で固定することにより、モータ１００の機械的強度を向上することができる。

＜第１実施形態＞
次に、本実施形態のキャン１３０について詳細に説明する。図３及び図４は、第１実施形態のキャンの概略構成を模式的に示す図である。図３に示すように、キャン１３０の胴部１３１の外周面には、複数の溝１３４が形成されている。本実施形態では、複数の溝１３４は、胴部１３１の全周にわたって周方向に形成されている。ただし、この例に限定されず、複数の溝１３４は、胴部１３１の一部分（例えば９０度、１８０度、２７０度など）だけにわたって周方向に形成されてもよい。また、図３に示す例では、３つの溝１３４が、回転中心軸線ＡＲ方向に所定距離Ｌｅ毎に形成されている。しかし、溝１３４は、１つ、２つ、又は、４つ以上が形成されてもよく、溝１３４同士の距離Ｌｅについても、一定でなくても構わない。そして、本実施形態では、図４に示すように、複数の溝１３４は、その断面形状がＵ字状に形成されている。なお、溝１３４の形状および寸法については、キャン１３０の剛性を考慮すると共に、後述するように溝１３４に接着剤が入り込んでキャン１３０とステータコア１１１との間に接着剤が均一に塗布されるように、実験等により決定されればよい。

図５は、キャンとステータコアとの接着を説明するための模式図である。キャン１３０とステータコア１１１とを接着剤で固定する際には、まず、胴部１３１の外周面とステータコア１１１の内周面との少なくとも一方に接着剤を塗布し、ステータコア１１１の内部にキャン１３０を挿入する。このときには、キャン１３０の胴部１３１と閉塞部１３２との縁部、及び、胴部１３１の外周面によって接着剤が掻き出されてしまう。これに対して、本実施形態では、胴部１３１に複数の溝１３４が形成されている。このため、図５に示すように、ステータコア１１１の内部にキャン１３０が挿入される際には、複数の溝１３
４に接着剤Ａｄが入り込む。そして、接着剤Ａｄは、溝１３４に貯留した状態で、キャン１３０の移動とともにステータコア１１１の内周面に沿って移動する。このときには、溝１３４に貯留した接着剤Ａｄは、ステータコア１１１の内周面に付着し、その粘性によってキャン１３０とステータコア１１１との間に引き出される。これにより、接着剤Ａｄが比較的多い領域では接着剤Ａｄが溝１３４に貯留され、接着剤Ａｄが比較的少ない領域では溝１３４から接着剤Ａｄが引き出されて、ステータコア１１１とキャン１３０との間に接着剤が塗布される。したがって、本実施形態のモータ１００では、ステータコア１１１の内部にキャン１３０を挿入することによって、ステータコア１１１とキャン１３０との間に接着剤を均一に塗布することができる。しかも、本実施形態では、複数の溝１３４は、所定距離Ｌｅ毎に形成されているので、ステータコア１１１とキャン１３０との間に接着剤をより均一に塗布することができる。これにより、ステータコア１１１とキャン１３０との固定をより確実にしてキャン１３０の機械的強度を確保することができ、キャン１３０の厚みを低減してモータ１００の性能の向上を図ることができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態のキャンの構成概略を模式的に示す図である。第２実施形態のキャン１３０Ａは、第１実施形態のキャン１３０と複数の溝１３４の形状が異なり、その他の構成は同一である。第２実施形態のキャン１３０Ａでは、複数の溝１３４Ａは、回転中心軸線ＡＲに沿って形成されている。図６に示す例では、６つの溝１３４Ａが、胴部１３１の全体にわたって周方向に所定距離Ｌｅ毎（所定角度毎）に形成されている。

第２実施形態のキャン１３０Ａとステータコア１１１とを接着剤により固定するときには、キャン１３０Ａをステータコア１１１に対して相対的に周方向に揺動させながら、キャン１３０Ａをステータコア１１１に挿入することが好ましい。これにより、第１実施形態と同様に、キャン１３０Ａをステータコア１１１に挿入するときに、キャン１３０Ａの複数の溝１３４Ａに接着剤が入り込む。そして、接着剤が少ない領域では、溝１３４Ａから接着剤が引き出される。このように、第２実施形態においても、キャン１３０Ａとステータコア１１１との間に接着剤を均一に塗布することができ、ステータコア１１１とキャン１３０Ａとの固定をより確実にすることができる。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態のキャンの構成概略を模式的に示す図である。第３実施形態のキャン１３０Ｂは、第１実施形態のキャン１３０と複数の溝１３４の形状が異なり、その他の構成は同一である。第３実施形態のキャン１３０Ｂでは、複数の溝１３４Ｂは、胴部１３１の外周面に螺旋状に形成されている。図７に示す例では、２条のネジ状の溝１３４Ｂが胴部１３１の全体にわたって、互いの距離が一定（所定距離Ｌｅ）になるように離れて形成されている。こうした第３実施形態のキャン１３０Ｂにおいても、複数の溝１３４Ｂによってキャン１３０Ｂとステータコア１１１との間に接着剤を均一に塗布することができ、ステータコア１１１とキャン１３０Ｂとの固定をより確実にすることができる。なお、第３実施形態のキャン１３０Ｂをステータコア１１１の内部に挿入するときには、第２実施形態と同様に、キャン１３０Ｂをステータコア１１１に対して相対的に周方向に揺動させてもよい。

＜変形例＞
上記の実施形態では、キャン１３０の胴部１３１に形成される複数の溝１３４は、その断面形状がＵ字状に形成されるものとした。しかし、この例に限定されず、複数の溝１３４は、例えば縁部が曲面状に形成されてもよいし、底部が矩形状に形成されてもよい。また、図８の変形例のキャン１３０Ｃに示すように、複数の溝１３４Ｃの断面形状がＶ字状に形成されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

２０…真空ポンプ
３０…ロータ
３１…第１段ロータ
３２…第２段ロータ
３３…第３段ロータ
３４…ポンプ主軸
４０…ケーシング
５０，６０…軸受部材
５１，６１…軸受
７０…タイミングギア
１００…モータ
１１０…ステータ
１１１…ステータコア
１１２，１１３…コイル部
１２０…ロータ
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ…キャン
１３１…胴部
１３２…閉塞部
１３３…開口部
１３４、１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ…溝
１４０…ステータフレーム
１４１…フレーム本体
１４２…側板
１４５，１４７…凹部
１４６…突出部
Ｓ１…外方側
Ｓ２…連結側
ＡＲ…回転中心軸線

Claims (6)

1. ステータコア、及び、前記ステータコアに巻回されるステータコイルを有するステータと、
   前記ステータコアの内側に配置されるロータと、
   円筒形状を有し、前記ステータコアと前記ロータとの間に配置されて前記ステータと前記ロータとを離隔するキャンと、
   を備え、
   前記キャンは、接着剤によって前記ステータコアの内周面に接着され、
   前記キャンの前記接着剤が塗布される胴部の外周面には、前記接着剤が入り込む溝が形成されている、
   キャンドモータ。
2. 請求項１に記載のキャンドモータであって、
   前記溝は、前記胴部の外周面の周方向に沿って形成されている、
   キャンドモータ。
3. 請求項１に記載のキャンドモータであって、
   前記溝は、前記ロータの回転軸方向に沿って形成されている、
   キャンドモータ。
4. 請求項１に記載のキャンドモータであって、
   前記溝は、前記胴部の外周面に螺旋状に形成されている、
   キャンドモータ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のキャンドモータであって、
   前記溝の断面形状は、Ｕ字状またはＶ字状である、
   キャンドモータ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のキャンドモータであって、
   前記溝は、前記胴部の外周面に所定距離ごとに複数形成されている、
   キャンドモータ。

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