JPH08251857A

JPH08251857A - 回転電機

Info

Publication number: JPH08251857A
Application number: JP4570195A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Ikuo Mori; 郁夫森; Yoshiaki Noda; 嘉明野田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ハウジングと固定子鉄心との間での良好な熱
的結合が常に確実に得られ、冷却性能の向上による小形
軽量化が充分に得られるようにした回転電機を提供する
こと。【構成】内部にほぼ円筒状の固定子鉄心３ａを締代嵌
合させたほぼ円筒状のハウジング１と、このハウジング
１の両端に組付けたエンドブラケット２Ａ、２Ｂとを備
えた回転電機において、固定子鉄心３ａの外周面を覆う
アルミニウム製円筒部材１１を設け、ハウジング１に対
する固定子鉄心３ａの締代嵌合が、この円筒部材１１を
介して行なわれるようにしたもの。【効果】アルミニウム製の円筒部材１１は焼嵌嵌合時
の応力により厚み変形して固定子鉄心３ａとハウジング
１の間での隙間の発生を抑え、熱抵抗の少ない熱伝導経
路を形成する。従って、ハウジング１と固定子鉄心３ａ
との間での良好な熱的結合が常に確実に得られ、冷却性
能の向上による小形軽量化が充分に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機などの回転
電機に係り、特に比較的小容量の汎用誘導電動機に好適
な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機などの回
転電機としては、図６に示すような構造のものが、従来
から一般的に使用されている。この図６において、１は
ハウジングで、枠体、或いはフレームとも呼ばれるもの
で、例えば、鋳鉄など鉄系材料の鋳造によりほぼ筒状に
作られ、回転電機の外被を構成するようになっている。
１ａは放熱フィンで、ハウジング１と一体鋳造され、そ
の外周に放射状に形成されている。

【０００３】２Ａ、２Ｂはエンドブラケットで、軸受ブ
ラケットとも呼ばれ、ハウジング１の両端に、それぞれ
インロー嵌合して取付けられるようになっている。３は
固定子(電機子)で、けい素鋼板の積層体でつくられた固
定子鉄心３ａと、この固定子鉄心３ａの内周部に多数個
設けられているスロット部に巻回された固定子コイル３
ｂとで構成されている。５は回転子で、回転軸６を有
し、エンドブラケット２Ａ、２Ｂの軸受４Ａ、４Ｂによ
り、その回転軸６が回転自在に保持され、これにより固
定子３内に位置した回転子５が回転するように構成され
ている。

【０００４】そして、このような回転電機では、予め固
定子３をハウジング１の内側に挿入し、その内周壁に取
付けておき、その後、この固定子３内に回転子５を挿入
し、回転軸６に軸受４Ａ、４Ｂが嵌合するようにして、
ハウジング１の両端にそれぞれエンドブラケット２Ａ、
２Ｂをインロー嵌合させ、図示してない複数本のボルト
により、ハウジング１に固着して取付けるようになって
いる。

【０００５】回転軸６は、その一端側(図では右側)がエ
ンドブラケット２Ａの軸受４Ｂを挿通して外部に突出
し、出力軸を形成しているが、他端側(左側)はエンドブ
ラケット２Ａの軸受４Ａから突出した部分に外ファン
(外部冷却扇)９が取付けられている。

【０００６】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
カバーを形成しており、その一方の端部には、外気を外
ファン９で取り込むための通風入口となる開孔１０ａが
設けられている。そして、このエンドカバー１０の開孔
１０ａが設けられている端部とは反対側の端部は、開放
した円筒形若しくは異形の円筒形に形成され、これによ
りエンドブラケット２Ａ及びハウジング１の外径部との
間に径方向の隙間部１０ｂからなる通風出口が形成され
るようになっている。

【０００７】従って、回転子５により外ファン９が回転
されると、エンドカバー１０の開孔１０ａから外気が吸
い込まれ、隙間部１０ｂから吹き出されるようになり、
これによりエンドブラケット２Ａと、ハウジング１及び
エンドブラケット２Ｂの外部表面に外気を通風し、冷却
作用が得られるようになっている。

【０００８】また、回転子５は、回転軸６の、ハウジン
グ１内で固定子２と対向する位置に取付けられており、
この回転子５には、図示してない二次導体バーと、エン
ドリング７が設けられており、さらに、このエンドリン
グ７には、それと一体に内ファン(内部冷却扇)８が形成
してある。

【０００９】この内ファン８は、エンドリング７の両端
面から軸方向に突設された複数の羽根ブレードからな
り、電動機内部での空気の循環を図り、冷却作用が得ら
れるようにしている。

【００１０】すなわち、回転子５が回転すると、それに
伴い内ファン８及び外ファン９も回転し、この外ファン
９回転により、外気がエンドカバー１０の開孔１０ａか
ら矢印イに示すように吸い込まれ、それぞれのエンドブ
ラケット２Ａ、ハウジング１及びエンドブラケット２Ｂ
の外部表面に外気が通風され、冷却が得られる。

【００１１】また、電動機の内部では、内ファン８によ
り空気の流れが起こされ、これが回転子５、エンドリン
グ７、固定子コイル３ｂ及び固定子鉄心３ａの両端面を
冷却しながら通過した後、ハウジング１と比べ、比較的
温度上昇の低いエンドブラケット２Ａ、２Ｂの部分を通
過するときに冷却されることになっている。なお、この
ような回転電機の従来例としては、特開昭６１ー２５１
４４０号公報がある。

【００１２】ところで、回転電機の軽量化は常に大きな
命題であり、このため、アルミニウム合金製のハウジン
グを用いた回転電機が従来から知られている。すなわ
ち、回転電機のハウジングの材料として、軽く熱伝導率
のよいアルミニウム合金材を用いるようにすると、その
比重は鋼の約１／３と小さいので軽量化され、他方、熱
伝導率は約３倍にもなるので、回転電機の内部で発生し
た熱はハウジングによく伝えられるようになって冷却作
用が高まり、この結果、ハウジング自体の軽量化と共
に、回転電機全体としての小形軽量化が得られるのであ
る。なお、アルミニウム合金材のヤング率は鋼の約１／
３、比熱は約２倍である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、固定
子で発生した熱を効果的にハウジングに伝えるという点
で充分な配慮がされているとは言えず、以下に説明する
ように、温度上昇を抑えるのが困難になって、小型軽量
化の促進の点で問題があった。上記したように、回転電
機の軽量化のためアルミニウム合金製のハウジングを用
いた場合には、通常、生産性のよいダイカスト鋳造が採
用されている。

【００１４】ところで、ダイカスト鋳造では、周知によ
うに、鋳造したハウジング成型体が金型から抜取り易く
するため、金型には軸方向に抜き勾配が付けられてい
る。このため、ダイカスト成型されたハウジングの内径
部では、その一方の端面から他方の端面に向かって軸方
向に内径寸法が減少して行くテーパー状になっている。

【００１５】一方、固定子鉄心は、例えばプレスなどで
打ち抜かれた真円に近い内外径を有する電磁鋼板を積層
したものであるから、その外形はほぼ円筒状になってい
る。そして、このほぼ円筒状をした固定子鉄心がハウジ
ング内に装着されるのであるが、このとき、運転時での
回転子のトルクによる反作用で、固定子鉄心がハウジン
グに対して空転しないようにするため、ハウジングの内
径寸法を、固定子の外形寸法よりも所定値だけ小さく選
定しておき、焼嵌め嵌合により固定子鉄心がハウジング
内に装着されるようになっている。

【００１６】このハウジングの内径寸法と固定子の外形
寸法との寸法差は、周知のように締代(しめしろ)と呼ば
れており、この締代により所定の嵌合力を得るようにし
た装着方法を、以下、締代嵌合と呼ぶことにするが、こ
のとき、上記したように、ハウジングの内径部に抜き勾
配によるテーパーが付いていると、固定子鉄心の軸方向
で締代の値が異なってくる。つまり抜き勾配が大きい部
分では締代寸法が小さな値になり、抜き勾配が小さな部
分では締代寸法が大きな値になって、均一な締代寸法に
ならない。

【００１７】この結果、締代寸法が小さな値になってい
る部分では、焼嵌めによる嵌合力が不足して両者間の接
触が充分に得られず、製造上の精度の影響もあって、場
合によっては隙間を生じてしまうこともあり、このた
め、従来技術では、固定子鉄心とハウジングの間での熱
的な結合が不充分になって熱伝達が悪くなり、冷却能力
が低下して温度上昇が抑えられなくなってしまうのであ
る。

【００１８】本発明の目的は、上記のような問題点を解
消するためになされたもので、ハウジングと固定子鉄心
との間での良好な熱的結合が常に確実に得られ、冷却性
能の向上による小形軽量化が充分に得られるようにした
回転電機を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、内部にほぼ
円筒状の固定子鉄心を締代嵌合させたほぼ円筒状のハウ
ジングと、このハウジングの両端に組付けたエンドブラ
ケットとを備えた回転電機において、固定子鉄心の外周
面を覆うアルミニウム製円筒部材を設け、ハウジングに
対する固定子鉄心の締代嵌合が、上記円筒部材を介して
行なわれるようにして達成される。

【００２０】

【作用】固定子鉄心の外周面を覆うアルミニウム製の円
筒部材は、固定子鉄心とハウジングの間での隙間の発生
を抑え、熱抵抗の少ない熱伝導経路を形成するように働
く。従って、ハウジングと固定子鉄心との間での良好な
熱的結合が常に確実に得られ、冷却性能の向上による小
形軽量化が充分に得られることになる。

【００２１】一般に、純アルミニウムの熱伝導率は２２
０(Ｗ／ｍ.Ｋ at２９３Ｋ)、熱膨張率は２３.６×１０~
⁶(１／Ｋ)、引張強さは８８〜１６７(ＭＰａ)である。
一方、通常、このようなハウジング材として用いられて
いるアルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ規格でＡＤＣ
１２と称されているものであるが、これの熱伝導率は１
００(Ｗ／ｍ.Ｋ)、熱膨張率は２１×１０~⁶(１／Ｋ)、
引張強さは２９６(ＭＰａ)である。

【００２２】つまり、純アルミニウムは、ＡＤＣ１２に
比して、熱伝導率は約２倍も良好なので、固定子鉄心を
アルミニウムに接触させた方が、固定子鉄心からの熱が
効率的に伝わる。しかも熱膨張率は、純アルミニウムの
方がＡＤＣ１２よりも約１０％ほど大きいから、アルミ
ニウム材からなる円筒部材を介して、固定子鉄心をハウ
ジング内周に締代嵌合で装着すると、該円筒部材の外周
部は、ハウジング内周部より多く伸びて常に締代以上の
寸法を保ってハウジングと常に接触した状態を保つよう
に働く。

【００２３】一方、引張強度は、純アルミニウムの方が
ＡＤＣ１２よりも約３０〜５０％低く、このためハウジ
ング材の方が強いため、熱膨張率差による熱応力を受け
た場合、強度的に軟らかい円筒部材の方が変形し、ハウ
ジングの内周面を押し広げることなく、それと固定子鉄
心の外周面の間に隙間無く充填されてゆく状態となっ
て、空隙の発生を抑えるように働く。

【００２４】従って、ハウジングの内周面と固定子鉄心
の外周面とは、円筒部材を介して常に確実に密着した状
態にされるので、熱伝導性が大きく改善されるようにな
り、固定子で発生した熱をハウジングに効率良く伝達さ
せることができる。そして、このことは、ハウジング内
径部に抜き勾配があっても同じであり、ハウジングと固
定子の間に隙間ができて接触状態が低下する虞れを確実
に無くすことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明による回転電機について、図示
の実施例により詳細に説明する。図１は本発明を汎用の
誘導電動機に適用した場合の一実施例で、図において、
１１は純アルミニウム製の円筒部材であり、その他は図
６で説明した従来例と同じである。

【００２６】この実施例におけるハウジング１は、鉄系
鋳物や鋼板製ではなくて、これらより軽量で熱伝導性の
良いアルミニウム合金材料、例えば上記したＡＤＣ１２
を用い、生産性のよいダイカスト鋳造により作成されて
いる。

【００２７】円筒部材１１は、この実施例が特徴とする
もので、上記したように、純度の高いアルミニウム材で
作られた薄い円筒状をなし、図示のように、固定子鉄心
３ａの外周面を覆うようにして形成され、その両端部に
は、図２に示されているように、固定子鉄心３ａの両端
面の外周に近い部分を両側から挟むようにして、鍔状部
１１ａ及び１１ｂが形成されている。

【００２８】また、該円筒部材１１は、積層された複数
枚の固定子鉄板を積層状態に保持する役目を兼ねさせる
ため、ダイカスト鋳造により固定子鉄心３ａと一体に形
成するのが望ましい。そして、このときには、固定子鉄
板を積層したまま金型に予め装着した状態でダイカスト
鋳造するのが、より望ましい。何故なら、こうすること
により、円筒部材１１と固定子鉄心３ａとの密着性が良
くなるからである。

【００２９】なお、この円筒部材１１としては、アルミ
ニウムの押出成型材を用いても良いが、この場合には、
押出成型材からなる円筒部材１１は、固定子鉄心３ａに
対して締代嵌合されるようにするのが望ましい。次に、
円筒部材１１が装着された固定子鉄心３ａには、図３に
示すように、その内周部に多数個設けられている、図示
されていないスロット部に、固定子コイル(電機子コイ
ル)３ｂが巻回される。

【００３０】このとき、円筒部材１１の肉厚は、固定子
鉄心３ａの積層状態が充分に保持され、且つハウジング
１に焼嵌される際の応力に耐える程度の強度が得られる
厚さは必要であるが、回転電機を構成する主要枠部品ほ
どの強度は必要ない。従って、この円筒部材１１が装着
されていても、その肉厚は、それほどでもないので、固
定子コイル３ｂの巻回に際して支障になる虞れはない。

【００３１】こうして、円筒部材１１が装着され、固定
子コイル３ｂが巻回された固定子３は、次いで図４に示
すように、ハウジング１の内部に挿入され、所定の位置
に焼嵌装着される。このときの、円筒部材１１の機能に
ついて、以下、図５により説明する。

【００３２】この図５は、ハウジング１と固定子３を有
する薄円筒の両者を焼嵌した状態を示したものである
が、上記したように、ハウジング１の内径部には抜き勾
配がついているため、図５に一部破線で示してあるよう
に、図の左側から右側に向かって内径寸法が小さくなっ
ている。一方、円筒部材１１の外径は一様で、ハウジン
グ１の内径に対して締代を含めた分、大きな寸法になっ
ている。

【００３３】そこで、いま、ハウジング１を加熱するな
どして、このハウジング１の温度を固定子鉄心３ａより
も高くし、熱膨張させてから固定子鉄心３ａを挿入し、
所定の位置に装着したとする。そうすると、熱膨張率
は、アルミニウムの方がＡＤＣ１２よりも約１０％ほど
大きいから、まずアルミニウム材からなる円筒部材１１
の外周部は、ハウジング内周部より多く伸びて常に締代
以上の寸法を保ってハウジングと常に接触した状態を保
つ。

【００３４】次いで、温度が低下してハウジング１が収
縮し、固定子鉄心３ａを締め付け始めたとする。ここ
で、引張強度は、純アルミニウムの方がＡＤＣ１２より
も約３０〜５０％も低く、このためハウジング１の方が
強いので、これの収縮による応力を受けた場合、強度的
に軟らかい円筒部材１１の方が厚み変形し、抜き勾配を
有するハウジング１の内周面を押し広げることなく、極
端に言えば、それと固定子鉄心３ａの外周面の間に抜き
勾配に沿って伸ばされてゆく状態になる。

【００３５】この結果、常温に戻ったときには、厚み変
形した円筒部材１１が、ハウジング１の内周面と固定子
鉄心３ａの外周面の間に隙間無く充填され、完全に密着
した状態となる。

【００３６】そこで、ハウジング１の内周面と固定子鉄
心３ａの外周面とは、ハウジング１の内径部に抜き勾配
があっても、円筒部材１１を介して常に確実に密着した
状態にされるので、アルミニウム製の円筒部材１１自体
が良好な熱伝導率を有することと相俟って熱伝導性が大
きく改善され、固定子３で発生した熱はハウジング１に
効率良く伝達されるようになり、冷却効率を大きく改善
することができる。

【００３７】従って、この実施例によれば、固定子から
ハウジングへの熱伝達性能を充分に高めることができる
ので、アルミニウム合金化による利点を充分に活かし
て、回転電機のより一層の小型化、軽量化を得ることが
できる。

【００３８】また、上記実施例によれば、ハウジング１
の内径と固定子鉄心３ａの外径に多少の誤差があって
も、円筒部材１１の厚み変形により吸収され、締代嵌合
に影響が生じる虞れがないので、信頼性の高い回転電機
を容易に得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果を
得ることができる。

【００４０】１．ハウジングをアルミニウム合金化した
ことによる利点が充分に活かせるので、回転電機のより
一層の小形化、軽量化を得ることができる。

【００４１】２．ハウジングと固定子材料の熱伝導率や
熱膨張率の違いによる両者の密着性の低下という問題を
解消でき、効率的な熱伝導が得られることから、更に回
転電機の温度上昇を低減させ、この結果、信頼性の高い
回転電機を提供することができる。

【００４２】３．ハウジングが剛性の異なる材料からな
る複合構造となり、固定子で発生した電磁振動がハウジ
ングに伝わる際、比較的軟らかい円筒部材を介すること
から振動減衰の効果が得られ、この結果、回転電機を低
騒音化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の一実施例を示す部分断
面による側面図である。

【図２】本発明の一実施例における固定子鉄心の部分断
面による側面図である。

【図３】本発明の一実施例における固定子の部分断面に
よる側面図である。

【図４】本発明の一実施例におけるハウジングと固定子
の部分断面による側面図である。

【図５】本発明の一実施例におけるハウジングと固定子
の密着性を説明する部分断面による側面図である。

【図６】回転電機の従来例を示す部分断面による側面図
である。

【符号の説明】

１ハウジング１ａ放熱フィン２Ａ、２Ｂエンドブラケット３固定子３ａ固定子鉄心３ｂ固定子コイル４Ａ、４Ｂ軸受５回転子６回転軸７エンドリング８内ファン９外ファン１０エンドカバー１０ａ通風入口となる開孔１０ｂ通風出口となる隙間部１１アルミニウム製の円筒部材１１ａ、１１ｂ円筒部材の鍔状部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にほぼ円筒状の固定子鉄心を締代嵌
合させたほぼ円筒状のハウジングと、このハウジングの
両端に組付けたエンドブラケットとを備えた回転電機に
おいて、上記固定子鉄心の外周面を覆うアルミニウム製円筒部材
を設け、上記ハウジングに対する上記固定子鉄心の締代嵌合が、
上記円筒部材を介して行なわれていることを特徴とする
回転電機。
【請求項２】請求項１の発明において、上記円筒部材が、上記固定子鉄心の少なくとも外周面を
鋳型の一部としたダイカスト鋳造により形成されている
ことを特徴とする回転電機。