JPH09275656A

JPH09275656A - キャンドモータ

Info

Publication number: JPH09275656A
Application number: JP10855396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokota; 洋横田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】キャンの板厚が薄くでき、渦電流損を低減させ
ることができると共に、キャン材が磁性を有するために
薄くした分ギャップが狭められるだけでなく、材料自体
が磁気ギャップを狭める作用を有し、励磁電流の低減に
よるモータ効率の向上と力率の改善が図られるキャンド
モータを提供すること。【解決手段】固定子巻線２を巻装した固定子鉄心１を
有する固定子と該固定子の内側に回転自在に配置された
回転子７を具備し、該固定子を固定子鉄心１が挿入固定
されたフレーム３と回転子７に面し且つ固定子鉄心１の
内側に嵌着された薄肉円筒のキャン６等で完全密封した
構造のキャンドモータにおいて、キャン６を板厚が０．
０５乃至０．５ｍｍ、比透磁率（μ）が１０乃至５００
の高強度磁性ステンレス鋼で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポンプを駆
動するキャンドモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のキャンドモータは図１に
示すように、固定子巻線２が巻装された固定子鉄心１を
フレーム３、側板４、側板５及び固定子鉄心１の内側に
嵌着された薄肉円筒のキャン６で密封した構造である。
このように固定子鉄心１を密封することにより、モータ
内外の水や封入液から遮断し、固定子部分の電気的絶縁
を保証している。

【０００３】上記構造のキャンドモータにおいて、キャ
ン６は内外水及び封入液に対して長期的に安定した耐食
性、シール性、耐熱性、圧力に耐える強度が要求される
ため、通常は非磁性のステンレス鋼の薄肉材料で肉厚
０．２５乃至１．０ｍｍ程度のもので構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにキャン６
は固定子鉄心１と回転子７の間の空隙に配置され、高磁
束密度の回転交番磁束が透過するが、キャン６の厚みだ
け空隙が大きくなり、それだけ回転交番磁束の透過が低
下する。この磁束の低下を補うために、励磁電流を増加
させるがその増加分だけ更に固定子巻線２の銅損も増加
する。

【０００５】また、ステンレス鋼等の金属材料は導電性
がよく、キャン６を通る交番磁束によって、大きな渦電
流が流れるため、これも磁束の透過を妨げ、励磁電流の
増加をもたらすと共に、渦電流とキャン６の素材の電気
抵抗によって渦電流損が発生して、キャンドモータの効
率を低下させるという大きな欠点があった。

【０００６】このため、金属製のキャンにかわって、例
えば特開平６−１５３４４１号公報に開示するように、
樹脂や繊維強化樹脂等をキャンに用いることも試みられ
ているが、やはり金属と比べて、剛性が劣るために肉厚
を１．０ｍｍ以上に厚くする必要があり、固定子鉄心と
回転子間のギャップが広がるため、磁気抵抗が大きくな
って、モータの性能低下を引き起こしてしまう。また、
樹脂では経年変化が避けられず、長期寿命に問題がある
など、実用化には大きな問題を残していた。

【０００７】空隙を狭め、渦電流損を低下させるには、
キャン材はできるだけ薄く、電気低効率が大きいほうが
良いが、耐圧、大変形性から薄さにも限度があり、また
金属では電気抵抗を大きくすることも限りがある。

【０００８】また、キャンに磁性材料を用いて空隙の磁
気ギャップを狭め、磁束を透過し易くすることも試みら
れているが、固定子鉄心歯間の歯漏れ磁束が増加してし
まい、透過磁束を高める効果は小さかった。

【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、キャンの板厚が薄くでき、渦電流損を低減させるこ
とができると共に、キャン材が磁性を有するために薄く
した分ギャップが狭められるだけでなく、材料自体が磁
気ギャップを狭める作用を有し、励磁電流の低減による
モータ効率の向上と力率の改善が図れるキャンドモータ
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、固定子巻線を巻装した固定子
鉄心を有する固定子と、該固定子の内側に回転自在に配
置された回転子を具備し、固定子を該固定子鉄心が挿入
固定されたフレームと回転子に面し且つ該固定子鉄心の
内側に嵌着された薄肉円筒のキャン等で完全密封した構
造のキャンドモータにおいて、薄肉円筒のキャンを高強
度磁性ステンレス鋼で構成したことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、キャンを
構成する高強度磁性ステンレス鋼の板厚が０．０５乃至
０．５ｍｍであることを特徴とする。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、キャンを
構成する高強度磁性ステンレス鋼の比透磁率（μ）が１
０乃至５００であることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。本発明に係るキャンドモータの
構造は図１に示す従来構造と同一で、固定子巻線２が巻
装された固定子鉄心１をフレーム３、側板４、側板５及
び固定子鉄心１の内側に嵌着された薄肉円筒のキャン６
で密封した構造である。主軸８には回転子（回転子鉄
心）が固定され、該主軸８の一端はブラケット１０に固
定された軸受１３に回転自在に支持され、他端はブラケ
ット９に固定された軸受１４に回転自在に支持されてい
る。また、該主軸８の他端にはポンプの主軸（図示せ
ず）が直接又は間接的に連結されている。１６はポンプ
側の液がモータ側に浸入するのを防止する軸封装置、１
１、１２はそれぞれＯリングである。

【００１４】上記構造のキャンドモータにおいて、本実
施の形態ではキャン６の材料として高強度磁性ステンレ
ス鋼を用いた。表１に高強度磁性ステンレス鋼とＳＵＳ
３０４の代表的な機械的、物理的性質を示す。

【表１】

【００１５】固定子鉄心１と回転子７の間に挿入される
キャン６は、空隙を広げるため、大幅に磁気抵抗を大き
くして、モータ効率を低下させる。また、ステンレス鋼
等の金属材料は導電性がよく、キャン６を通る交番磁束
によって、大きな渦電流が流れるため、渦電流とキャン
６の素材の電気抵抗によって渦電流損が発生して、キャ
ンドモータの効率を低下させる。

【００１６】この渦電流損は、キャン６の材料の電気抵
抗率に反比例し、厚みに比例する。また、固定子鉄心１
の軸方向の長さに比例、また交番磁束の２乗及び光量磁
束周波数の２乗に比例する。渦電流損を減らすために
は、電気抵抗率を高め、肉厚を小さくすることが材料面
からなされる手段となる。

【００１７】通常の金属では、合金化により結晶をひず
ませて、不規則格子を導入することにより高抵抗化が図
られるが、これには限界がある。また、高抵抗材料とし
て知られているニクロムやハステロイでも１００〜１４
０μΩ−ｃｍ程度である。

【００１８】表１に示すように、この高強度磁性ステン
レス鋼とＳＵＳ３０４を比べると、引張強度で２倍、耐
力で４倍と強度が優れ、単純に引張強度から考えれば、
厚みを半分にしても、ＳＵＳ３０４と同等の内圧力に耐
え得ることになる。この時の渦電流損を比較すると、高
強度磁性ステンレス鋼ではＳＵＳ３０４の０．５×７２
／８３＝０．４３４と半分以下に低減できる。

【００１９】また、キャン６の板厚を薄くできることに
より、それだけ固定子と回転子の間の空隙を狭めること
ができるため、磁気抵抗を減らすことができ、励磁電流
と銅損の低減が図られる。また、熱膨張係数もＳＵＳ３
０４の約６割と小さく、熱応力が小さく抑えられ、熱変
形を起こしにくい。

【００２０】また、弾性係数もより大きく、硬度も２．
５倍ほどあり、耐力が高いため、外圧に対しても歪みや
変形を起こしにくい。溶接性も良く、耐食性もＳＵＳ３
０４と同等である。

【００２１】磁性ステンレス鋼は、通常マルテンサイト
組織を有し、強度、硬度ともかなり高いため、冷間加工
等により薄板製造や円筒成形は困難であるが、セミオー
ステナイトステンレス鋼を使用すれば、固溶化熱処理状
態ではオーステナイト組織が主体であるため冷間加工等
の形成もしやすく、円筒製造後に、調整処理やサブゼロ
処理等によりマルテンサイトに変態させ、さらに必要に
より析出硬化処理を行えば、高強度の薄肉円筒が製造で
きる。０．３ｍｍ以下の薄板では、溶接時の入熱が大き
くなると、母材の溶解過剰や変形のために突き合わせ溶
接は困難となるので、入熱量が小さくても溶接可能な、
電子又はレーザビーム溶接等で溶接される。

【００２２】キャン６に該磁性ステンレス鋼を用いるこ
とにより、この磁性を利用することになり、更に固定子
（固定子鉄心１）と回転子７の磁気ギャップを狭めるこ
とができる。比透磁率を２００とした時の単位面積当た
りの磁気抵抗Ｒを単純に計算して、従来のＳＵＳ３０４
を用いた場合とＳＵＳ３０４で板厚半分とした場合とを
比較すると表２に示すようになる。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から明らかなように、本発明によると
従来例（キャン材ＳＵＳ３０４、キャン板厚ｔ＝０．４
ｍｍ、キャンと回転子と間の空隙δ＝０．４ｍｍ）に比
べて４割程度磁気抵抗Ｒが減少することがわかる。但
し、ここでは固定子歯間の磁束漏れを考慮に入れていな
い。

【００２５】キャンに磁性材を使用した時、板厚ｔ＝
０．３ｍｍでは、比透磁率が１００くらいまで磁束漏れ
はあまり大きくならないことが報告されており、板厚ｔ
をより薄くしたキャンでは磁束漏れが抑えられるため、
より大きな比透磁率まで利用することができ、磁気抵抗
の低減に対してもより効果的となる。これにより、励磁
電流が低減でき、その分銅損も低減できると共に力率の
向上も行える。

【００２６】以上のことから、キャンの板厚は薄い程良
いが、強度と変形防止のため、０．０５〜０．５ｍｍ厚
が実際上使用される。また、キャン材の比透磁率は、磁
気抵抗を減らすには大きいほどよいが、大きくなり過ぎ
ると歯間の磁束漏れが大きくなり、効果がなくなるた
め、板厚との関係から比透磁率１０〜５００が適してい
る。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば下
記のような優れた効果が得られる。（１）薄肉円筒のキャンを引張強度と剛性が大きい高
強度磁性ステンレス鋼で構成したので、板厚が薄くで
き、渦電流損を低減することができる。

【００２８】（２）また、高強度磁性ステンレス鋼は
磁性を有するため、キャン材の板厚を薄くした分固定子
と回転子の間のギャップを狭められるだけでなく、キャ
ン材自体により、磁気ギャップを狭める働きをするた
め、励磁電流の低減によるモータ効率の向上と力率の改
善が図れる。

【００２９】（３）また、磁束の歯漏れは、キャンの
板厚の薄肉化で抑制されるので、より大きな透磁率まで
利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】キャンドモータの構造を示す図である。

【符号の説明】

１固定子鉄心２固定子巻線３フレーム４側板５側板６キャン７回転子８主軸９ブラケット１０ブラケット１１Ｏリング１２Ｏリング１３軸受１４軸受１５スラスト円板１６軸封装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子巻線を巻装した固定子鉄心を有す
る固定子と、該固定子の内側に回転自在に配置された回
転子を具備し、前記固定子を該固定子鉄心が挿入固定さ
れたフレームと前記回転子に面し且つ該固定子鉄心の内
側に嵌着した薄肉円筒のキャン等で完全密封した構造の
キャンドモータにおいて、前記薄肉円筒のキャンを高強度磁性ステンレス鋼で構成
されたことを特徴とするキャンドモータ。
【請求項２】前記キャンを構成する高強度磁性ステン
レス鋼の板厚が０．０５乃至０．５ｍｍであることを特
徴とする請求項１に記載のキャンドモータ。
【請求項３】前記キャンを構成する高強度磁性ステン
レス鋼の比透磁率（μ）が１０乃至５００であることを
特徴とする請求項１又は２に記載のキャンドモータ。