TWI744669B - 密封電動機及密封電動機之製造方法 - Google Patents
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Abstract
密封電動機（10）包括：轉子（14）；圓筒狀之轉子箱（42），其收納上述轉子（14）；端板（40），其覆蓋上述轉子箱（42）之軸方向開口，並且與該轉子箱（42）接合；旋轉軸（16），其貫通上述轉子（14）及上述端板（40）；環狀壁（46），其係包圍上述旋轉軸（16）之外周圍者，與上述端板（40）接合或一體化，並且於其軸方向前端與上述旋轉軸（16）之全周接合；上述端板（40）之厚度大於上述環狀壁（46）之厚度。
Description
本說明書揭示一種將轉子及定子分別密封於箱內之密封電動機（canned motor）及密封電動機之製造方法。
以往已知將轉子及定子密封於箱內之密封電動機。該密封電動機例如併入泵或攪拌器等對流體進行操作之機器中。此處，一般而言，密封電動機之轉子之轉子鐵心收納於圓筒形之轉子箱內，該轉子箱之軸方向兩端之開口係由配置於轉子鐵心之軸方向端面上之端板所堵塞。而且，於轉子鐵心及端板之中心，旋轉軸貫通。該旋轉軸之外表面與端板之內周緣係藉由焊接而接合。
此處，一般而言，若將密封電動機運轉，則存在來自負荷之反作用力或由旋轉不平衡引起之力作用於旋轉軸之情況。於該情形時，應力集中於旋轉軸與端蓋之焊接部，存在於焊接部產生裂紋之情況。為避免該焊接部之裂紋，習知，將端板與旋轉軸進行填角焊接，延長其腳長度。藉此，焊接部之強度提高，可防止焊接部之裂紋。然而，若延長焊接腳長，則相應地，於製造過程中，對旋轉軸輸入之熱量增加，存在旋轉軸於製造過程中彎曲之情況。此種旋轉軸之彎曲必須藉由鎚打、或再次加熱等步驟而校正，使製造步驟繁雜化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-119888號公報
[專利文獻2]日本專利實全昭55-69855號公報
[專利文獻3]日本專利實全昭58-108750號公報
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1～3中，提出使用可彈性變形之薄的端板。於薄壁之端板之情形、反作用力等作用於旋轉軸之情形時，亦可藉由彈性變形而釋放應力。因此，即便不延長焊接部之腳長，亦可防止裂紋等。但是，於薄壁之端板之情形時，導致受到外壓而端板其本身容易塑性變形或破損之其他問題。又，通常，藉由切割加工等而去除端板之一部分，來調整轉子之旋轉平衡，但於使用薄壁之端板之情形時，所需去除之部位消失。結果，為調整轉子之旋轉平衡，必須與端板分開而另外設置平衡環等構件，導致成本之增加或製造步驟之繁雜化之問題。
亦即，習知，不存在防止端蓋之塑性變形或破損，且可簡易地製造之密封電動機。因此，本說明書中，揭示一種能防止端蓋之塑性變形或破損，且可簡易地製造之密封電動機及密封電動機之製造方法。
[解決問題之技術手段]
本說明書中所揭示之密封電動機之特徵在於包括：轉子；圓筒狀之轉子箱，其收納上述轉子；端板，其覆蓋上述轉子箱之軸方向開口，並且與該轉子箱接合；旋轉軸，其貫通上述轉子及上述端板；環狀壁，其係包圍上述旋轉軸之外周圍者，與上述端板接合或一體化，並且於其軸方向前端，與上述旋轉軸之全周接合；上述端板之厚度大於上述環狀壁之厚度。
藉由設為上述構成，即便於反作用力等作用於旋轉軸之情形時，亦可藉由環狀壁彈性變形而釋放應力。於該情形時，即便環狀壁與旋轉軸之焊接部之腳長較短，亦可防止焊接部之裂紋等，因此可將焊接部之腳長抑制為短。結果，於製造過程中，可減少對旋轉軸輸入之熱量，可防止由熱引起之旋轉軸之彎曲。而且，藉此，不需要旋轉軸之彎曲校正，因此可使製造步驟簡易化。又，另一方面，由於端板可具有充分之厚度，故而可防止端板之塑性變形或破損，又，可為了調整平衡而去除端板之一部分。
於該情形時，上述環狀壁與上述端板為不同體，其一部分為與端板接合之接合環之一部分，上述接合環亦可至少包含：重疊於上述端板之軸方向外側端面上之基座部、以及從上述基座部之內周緣向軸方向延伸之上述環狀壁。
藉由環狀壁設為與端板不同體之接合環之一部分，可延長從接合環與旋轉軸之接合部位至接合環與端板之接合部位為止之沿面距離。結果，包含環狀壁之接合環容易彈性變形，可更確實地釋放應力。
於該情形時，亦可為：上述接合環係包含上述基座部、上述環狀壁、以及從上述基座部之外周緣向軸方向外側延伸之外周壁的剖面大致ㄈ字狀，於上述端板之軸方向外側端面，形成有以從其內周緣起，與上述基座部之寬度響應地變薄之方式切出之切口部，且上述接合環配置於上述切口部，並且於上述外周壁之軸方向前端與上述端板接合。
藉由設為上述構成，可充分延長從接合環與旋轉軸之接合部位至接合環與端板之接合部位為止之沿面距離。結果，包含環狀壁之接合環容易更確實地彈性變形，可更確實地釋放應力。
又，亦可於上述端板之軸方向外側端面形成與上述旋轉軸同心之環狀槽，上述環狀槽之內周壁作為上述環狀壁而發揮功能。
若設為上述構成，則不需要作為與端板不同之構件的接合環，因此可防止零件件數之增加，而且製造步驟簡易化，又，可防止端板之塑性變形或破損。
本說明書中所揭示之密封電動機之製造方法之特徵在於：將與配置於轉子之軸方向端面上之端板接合或一體化之環狀壁，配置於貫通轉子鐵心及上述端板之旋轉軸之外周圍，將上述環狀壁之軸方向前端焊接於上述旋轉軸之全周。
藉由設為上述構成，即便於反作用力等作用於旋轉軸之情形時，亦可藉由環狀壁彈性變形而釋放應力。於該情形時，即便環狀壁與旋轉軸之焊接部之腳長較短，亦可防止焊接部之裂紋等，因此可將焊接部之腳長抑制為短。結果，於製造過程中，可減少對旋轉軸輸入之熱量，可防止由熱引起之旋轉軸之彎曲。而且，藉此，不需要旋轉軸之彎曲校正，因此可使製造步驟簡易化。又，另一方面，由於端板可具有充分之厚度，因此可防止端板之塑性變形或破損，又，可為了調整平衡而去除端板之一部分。
又，亦可藉由去除上述端板之一部分，而調整上述轉子鐵心之旋轉平衡。
藉由設為上述構成，則不需要為了調整旋轉平衡而設置其他構件（例如平衡環等），因此可防止成本之增加。
[發明之效果]
依據本說明書中所揭示之密封電動機及密封電動機之製造方法，可防止端蓋之塑性變形或破損，且可簡易地製造密封電動機。
以下，參照圖式，對密封電動機10之構成進行說明。圖1係表示併入有密封電動機10之密封電動機泵100之構成的剖面圖。又，圖2為圖1之放大圖，圖3為端板40及接合環44之分解立體圖。此外，以下之說明中，只要無特別說明，則「軸方向」、「直徑方向」、「圓周方向」意指轉子14之軸方向、直徑方向、圓周方向。
密封電動機泵100包括：具有離心泵之構成之泵部110、以及驅動離心泵之電動機部102。泵部110包含：葉輪112、以及形成收納葉輪112之泵室116的套管114。葉輪112結合於後述電動機之旋轉軸16之端。
電動機部102包括：密封電動機10、以及收納該密封電動機10之電動機殼體18。進而，密封電動機10包含：與旋轉軸16一併旋轉之轉子14、以及包圍轉子14之外周的定子12。
定子12包含：大致圓筒形之定子鐵心20、以及由捲繞於該定子鐵心20之齒上之卷線所構成之線圈22。線圈22之導線之端引出至電動機殼體18之外側，與電源（未圖示）電性連接。
於定子鐵心20之內側、且轉子14之外側配置有圓筒形狀之定子箱26。即，定子箱26位於轉子14與定子12之間。定子箱26係與定子鐵心20之內周面、即齒之前端面接觸，另一方面，在與轉子14之外周面之間，隔開一定之間隔而配置。
於定子鐵心20之外側，設置有圓筒形狀之定子帶24。定子箱26與定子帶24配置為同心，軸線方向X之長度亦大致相等。於定子箱26與定子帶24之兩端，配置圓環板形狀之端箍28,29，將定子箱26與定子帶24之間之圓筒形之空間之端堵塞。
泵部110側之端箍28係藉由螺栓而與套管114結合。又，在與泵部110相反之側之端箍29上，藉由螺栓而結合有將定子箱26之內側之空間之端堵塞之圓板端部板30。藉由定子帶24、2個端箍28,29、以及圓板端部板30，而構成收納電動機之電動機殼體18。定子12收納於由定子帶24、2個端箍28,29及定子箱26所包圍、或者形成之空間內。
與轉子14一體之旋轉軸16係由軸承32來支持其兩端。該旋轉軸16包含非磁性材料，例如不鏽鋼等。
轉子14包括：圓筒形之轉子鐵心34、埋入該轉子鐵心34中之複數個二次導體36（圖1中未圖示）、以及使該複數個二次導體36短路之短路環38。轉子鐵心34例如係將電磁鋼板積層而構成。於轉子鐵心34之中心，形成有於軸方向上貫通之軸孔，旋轉軸16於該軸孔中插通而固定。其結果為，旋轉軸16可與轉子鐵心34一併旋轉。
又，於轉子鐵心34中，於圓周方向上隔開間隔而插入有複數個二次導體36。二次導體36包含銅或鋁等，於軸方向上貫通轉子鐵心34。短路環38係包含與二次導體36相同之材料的大致環狀構件。該短路環38配置於轉子鐵心34之軸方向兩端，將複數個二次導體36連接而使其短路。此外，此處，將密封電動機10設為籠形三相感應電動機而說明，但密封電動機10亦可為其他形式之電動機，例如永久磁鐵電動機等。於永久磁鐵電動機之情形時，不需要短路環38，而且於轉子鐵心34中，代替二次導體36而埋入作為磁極來發揮功能之永久磁鐵。
此種轉子14收納於圓筒形之轉子箱42中。轉子箱42係由包含非磁性材料、例如不鏽鋼等之薄板所構成。該轉子箱42之軸方向兩端之開口係由端板40所封閉。
端板40係配置於轉子14之軸方向端面的板材，由非磁性材料，例如不鏽鋼等構成。端板40係於其中央形成有旋轉軸16可通過之軸孔的圓板狀。該端板40如後文所詳細說明，為了即便受到外力，亦不塑性變形，而具有充分之厚度。
此處，端板40為了調整平衡而於電動機製造之過程中去除一部分。具體而言，於端板40之側面、或者端面，形成用於調整平衡之切割孔（未圖示）。
於端板40之外周面上，焊接接合轉子箱42。又，於端板40之軸方向外側端面，形成有以從其內周緣起，於一定範圍內變薄之方式切出之切口部40a。於該切口部40a與旋轉軸16之外表面之間，如圖2所示，形成向軸方向外側開口之大致矩形之凹部。於該凹部（切口部40a）內配置接合環44。
如圖2、圖3所示，接合環44係於其中央可插通旋轉軸16之環狀構件。接合環44為非磁性材料，由與旋轉軸16及端板40同種之材料，例如不鏽鋼等構成。該接合環44成為剖面大致ㄈ字狀，其具有：重疊於端板40之軸方向外側端面上之基座部48、從該基座部48之內周緣向軸方向外側延伸之環狀壁46、以及從基座部48之外周緣向軸方向外側延伸之外周壁50。基座部48之寬度係與切口部40a之寬度大致相同。因此，若於切口部40a內配置接合環44，則外周壁50接近切口部40a之外周面。同樣，若於切口部40a內配置接合環44，則環狀壁46係以包圍旋轉軸16之外周圍之方式，接近該環狀壁46旋轉軸16之外周面。
此種接合環44係藉由焊接而與旋轉軸16及端板40接合。具體而言，環狀壁46之軸方向前端與旋轉軸16係遍及全周而焊接，外周壁50之軸方向前端與端板40係遍及全周而焊接。圖2中之塗黑之橢圓表示焊接部位。而且，藉由該焊接，端板40經由接合環44而與旋轉軸16連結。又，環狀壁46及外周壁50係遍及全周，藉由焊接而與旋轉軸16及端板40接合，藉此防止液體向轉子箱42內之侵入。
此處，如圖2所明示，接合環44雖僅將環狀壁46及外周壁50之前端焊接，但其他部位成為不與旋轉軸16及端板40中之任一者焊接之自由狀態。關於設為上述構成之原因，與習知技術加以比較而說明。
圖9係表示習知的端板40周邊之構成的圖。習知，如圖9所示，不經由接合環44，而將端板40之內周緣直接與旋轉軸16焊接接合。於該情形時，存在製造步驟繁雜化之問題。即，一般而言，若將密封電動機10運轉，則對於旋轉軸16，來自負荷之反作用力或由旋轉不平衡所引起之力發揮作用。藉由此種力，應力集中於旋轉軸16與端蓋之焊接部，存在於焊接部產生裂紋之情況。為避免上述焊接部之裂紋，習知，將端板40與旋轉軸16進行填角焊接，延長焊接部之腳長。圖9中之塗黑之部位表示填角焊接之部位。藉由焊接部之腳長延長，則焊接部之強度提高，可防止焊接部之裂紋。然而，若延長焊接部之腳長，則相應地，於製造過程中，對旋轉軸16之輸入熱量增加，存在旋轉軸16於製造過程中彎曲之情況。此種旋轉軸16之彎曲必須藉由鎚打、或再次加熱等步驟而校正，使製造步驟繁雜。
因此，如圖10所示，提出於一部分中使端板40薄化。於薄壁之端板40之情形時，當反作用力或旋轉不平衡力作用於旋轉軸16時，亦可藉由端板40自身彈性變形而釋放應力。因此，即便不延長焊接部之腳長，亦可防止裂紋。結果，可減少製造過程中之對旋轉軸16之輸入熱量，可有效防止由熱引起之旋轉軸16之彎曲等。
但是，於薄壁之端板40之情形時，存在受到外力而容易塑性變形、或破損之問題。例如，於密封電動機泵100之泵管線壓力（吸入壓力）升高之情形時，存在端板40整體大幅度變形而塑性變形或破損之顧慮。尤其，短路環38之內徑充分大於旋轉軸16之外徑。於從該短路環38之內周緣至旋轉軸16為止之區域，薄壁之端板40不存在從厚度方向支撐者，故而容易變形。
又，通常，為取得轉子14之平衡，而將端板40部分性地去除，例如進行切割加工。但是，於將端板40設為薄壁之情形時，上述可為了調整平衡而去除之部位消失。其結果為，於將端板40整體設為薄壁之情形時，需要另行設置平衡調整用途之環等，導致成本增加或製造步驟之繁雜化。
本說明書中所揭示之密封電動機10中，如上所述，將具有充分厚度之端板40經由薄壁之接合環44而與旋轉軸16連結。該接合環44僅將環狀壁46之前端及外周壁50之前端焊接於旋轉軸16及端板40上。其結果為，該焊接部位以外之部分可比較容易地彈性變形。其結果為，即便隨著密封電動機10之運轉，反作用力或不平衡力作用於旋轉軸16，亦可藉由接合環44變形而釋放應力。因此，不需要延長環狀壁46與旋轉軸16之焊接部之腳長。本例中，藉由可將輸入熱量抑制為小的共焊接，將環狀壁46與旋轉軸16、以及外周壁50與端板40接合。結果，於製造過程中，可有效防止由熱引起之旋轉軸16之彎曲，可省略用於校正旋轉軸16之彎曲之步驟，可使密封電動機10之製造過程簡易化。此外，本例中，雖設為共焊接，但只要對旋轉軸16之輸入熱少（腳長短），則亦可為其他焊接方法，例如填角焊接等。
又，接合環44係由厚壁之端板40所支持，故而即便受到外力，亦難以產生塑性變形或破損。進而，端板40由於為厚壁之狀態，故而可為了調整平衡而將端板40之一部分去除。
此外，接合環44、尤其是環狀壁46之厚度若為當隨著密封電動機10之運轉而受到來自旋轉軸16之各種力時，可容易地彈性變形之程度之厚度，則並無特別限定。又，端板40若為即便受到外力，亦不變形之程度之厚度，則並無特別限定。但，端板40之內周緣之厚度t1至少大於環狀壁46之厚度t2，較佳為2倍以上，更佳為5倍以上，更佳為10倍以上。
又，至此所說明之構成為一例，若具有包圍旋轉軸16之外周圍之環狀壁46，且該環狀壁46與端板40接合或一體化，並且於其軸方向前端與旋轉軸16之全周接合，則其他構成亦可適當變更。
例如，如圖4所示，接合環44亦可為僅包含環狀壁46、及基座部48之剖面大致L字狀。於該情形時，基座部48之外周緣全周只要與共焊接於端板40上即可。此外，接合環44之從與旋轉軸16之焊接部位至與端板40之焊接部位為止之沿面距離越大，越容易彈性變形，越容易釋放應力。因此，於將接合環44設為剖面L字之情形時，較佳為僅與外周壁50的量相應地，增大基座部48或環境壁之長度，來確保充分之沿面距離。
又，至此之說明中，於端板40之內周側設置有用以配置接合環44之切口部40a，但如圖5所示，亦可不存在切口部40a。即，端板40之軸方向外側端面亦可為無凹凸之平坦面。於設為上述構成之情形時，若將端板40與旋轉軸16經由薄壁之接合環44而連結，則亦可藉由接合環44彈性變形，而將隨著密封電動機10之運轉所產生之力釋放。結果，可藉由輸入熱量小之共焊接而將接合環44與旋轉軸16及端板40接合，因此可防止由熱引起之旋轉軸16之彎曲，可使密封電動機10之製造步驟簡易化。另一方面，由於端板自身具有充分之壁厚，故而可有效防止接合環之塑性變形或破損，又，可將端板之一部分去除而調整旋轉平衡。
又，至此之說明中，將環狀壁46作為與端板40不同體之構件（接合環44）之一部分而進行說明。但是，環狀壁46若以包圍旋轉軸16之外周圍之方式於軸方向上延伸，則亦可與端板40為一體。例如，如圖6、圖7所示，亦可以在與端板40之內周面之間形成薄壁之環狀壁46之方式，於端板40之軸方向外側端面形成與旋轉軸16同心之環狀槽40b。藉由設為上述構成，從端板40之軸方向外側端面起，薄壁且容易彈性變形之環狀壁46於軸方向上延伸。此外，此時，環狀壁46之厚度大致一定。藉由將該環狀壁46之軸方向前端，於旋轉軸16之外周面上遍及全周而焊接，則端板40與旋轉軸16連結。
而且，於設為上述構成之情形時，亦可藉由薄壁之環狀壁46彈性變形而釋放應力，因此可將焊接部之腳長抑制為短，而且，可將於製造過程中對旋轉軸16輸入之熱量抑制為小。結果，可防止由熱引起之旋轉軸16之彎曲，因此可使密封電動機10之製造步驟簡易化。另一方面，由於端板自身具有充分之壁厚，故而可有效防止接合環之塑性變形或破損，又，可將端板之一部分去除而調整旋轉平衡。
又，作為其他形態，如圖8所示，端板40之軸方向外側端面亦可大致平坦。亦可設為薄壁之環狀槽40b從該平坦之端板40之內周緣向軸方向外側突出之構成。於設為上述構成之情形時，亦可藉由薄壁之環狀壁46彈性變形而釋放應力，因此可將焊接部之腳長抑制為短，而且，可使密封電動機10之製造步驟簡易化。又，由於端板整體具有充分之厚度，故而可有效防止接合環之塑性變形或破損，又，可將端板之一部分去除而調整旋轉平衡。
又，端板40設置於密封電動機10之負荷側（圖1之紙面右側）之端部、前側（圖1之紙面左側）之端部之兩者上。本說明書中所揭示之環狀壁46可設置於該負荷側及前側之兩者上，亦可僅設置於任一者上。因此，例如，僅前側之端板40經由環狀壁46而與旋轉軸16接合，負荷側之端板40亦可不經由環狀壁，而直接與旋轉軸16接合。又，至此之說明中，雖列舉併入泵中之密封電動機為例進行說明，但若為併入其他機器、例如攪拌器等中之密封電動機，則本說明書中所揭示之技術亦可應用於其他種類之密封電動機。
10:密封電動機
12:定子
14:轉子
16:旋轉軸
18:電動機殼體
20:定子鐵心
22:線圈
24:定子帶
26:定子箱
28、29:端箍
30:圓板端部板
32:軸承
34:轉子鐵心
36:二次導體
38:短路環
40:端板
40a:切口部
40b:環狀槽
42:轉子箱
44:接合環
46:環狀壁
48:基座部
50:外周壁
100:密封電動機泵
102:電動機部
110:泵部
112:葉輪
114:套管
116:泵室
圖1係表示併入有密封電動機之密封電動機泵之構成的剖面圖。
圖2係圖1之A部放大圖。
圖3係端板及接合環之分解立體圖。
圖4係表示環狀環之另一例的圖。
圖5係表示環狀環之另一例的圖。
圖6係表示環狀環之另一例的圖。
圖7係圖6之端板之立體圖。
圖8係表示環狀環之另一例的圖。
圖9係習知的密封電動機中之端板周邊之放大圖。
圖10係習知的密封電動機中之端板周邊之放大圖。
16:旋轉軸
34:轉子鐵心
36:二次導體
38:短路環
40:端板
42:轉子箱
44:接合環
46:環狀壁
48:基座部
50:外周壁
t1、t2:厚度
Claims (9)
- 一種密封電動機，其特徵在於包括：轉子；圓筒狀之轉子箱，其收納上述轉子；端板，其覆蓋上述轉子箱之軸方向開口，並且與該轉子箱接合；旋轉軸，其貫通上述轉子及上述端板；以及環狀壁，其係包圍上述旋轉軸之外周圍者，與上述端板接合或一體化，並且於其軸方向前端，與上述旋轉軸之全周接合；上述端板之內周緣之厚度大於上述環狀壁之厚度。
- 如請求項1所述之密封電動機，其中，上述環狀壁係與上述端板不同體，其一部分係與端板接合之接合環之一部分；上述接合環至少包含：重疊於上述端板之軸方向外側端面上之基座部、以及從上述基座部之內周緣向軸方向延伸之上述環狀壁。
- 如請求項2所述之密封電動機，其中，上述接合環為剖面大致ㄈ字狀，其包含上述基座部、上述環狀壁、以及從上述基座部之外周緣向軸方向外側延伸之外周壁；於上述端板之軸方向外側端面，形成有以從其內周緣起，與上述基座部之寬度相應地變薄之方式切出之切口部；上述接合環配置於上述切口部，並且於上述外周壁之軸方向前端與上述端板接合。
- 如請求項1所述之密封電動機，其中，於上述端板之軸方向外側端面，形成有與上述旋轉軸同心之環狀槽；上述環狀槽之內周壁係作為上述環狀壁而發揮功能。
- 如請求項1至4中任一項所述之密封電動機，其中，上述端板之內周緣之厚度為上述環狀壁之厚度的10倍以上。
- 如請求項1至4中任一項所述之密封電動機，其中，上述環狀壁，係從上述端板之軸方向端面往軸方向外側延伸。
- 如請求項5所述之密封電動機，其中，上述環狀壁，係從上述端板之軸方向端面往軸方向外側延伸。
- 一種密封電動機之製造方法，其特徵在於：將與配置於轉子之軸方向端面上之端板接合或一體化之環狀壁，配置於貫通轉子鐵心及上述端板之旋轉軸之外周圍，將上述環狀壁之軸方向前端焊接於上述旋轉軸之全周；上述端板之內周緣之厚度大於上述環狀壁之厚度。
- 如請求項8所述之密封電動機之製造方法，其中，藉由將上述端板之一部分去除，而調整上述轉子鐵心之旋轉平衡。
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