JP3132273B2 - 回転電機 - Google Patents

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、特にハウジングに軽合金や樹脂を用いた比
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９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。

【０００３】この図９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、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してい
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。

【０００４】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。

【０００５】３は固定子で、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３b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。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の内側に挿入して、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、複数本のボルト（図示してない）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。

【０００６】回転軸６は、その一端側（図では右側）が
エンドブラケット２B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部冷却扇
９（以下、外ファンと称す）が取付けられている。

【０００７】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
カバーを形成している。そして、このエンドカバー１０
には、外気を外ファン９で取り込むための開孔１０a
（以下、通風入口と称す）が設けられている。また、こ
の開孔１０aの反対側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。

【０００８】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の通風入口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。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と一体に内部冷却扇８（以下、
内ファンと称す）が形成されている。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、電動機内部での通風を図
り、冷却作用が得られるようにしている。

【０００９】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、その回転によ
り、外気がエンドカバー１０の通風入口１０aから矢印
イの如く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の外部表面に外気を通風
し、冷却が得られる。また、電動機の内部では、内ファ
ン８により起こされた空気の流れが、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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ハウ
ジングの軽金属化や非金属化についての配慮がされてい
るとは言えず、以下の問題があった。

【００１１】回転電機の小形軽量化が強く要求された場
合、ハウジングの材料として、軽く熱伝導率のよいアル
ミニウムやアルミニウム合金材（比重は鋼の約１／３、
ヤング率は約１／３、非熱は約２倍、熱伝導率は約３
倍）などの軽金属を用い、回転電機の内部で発生する熱
をハウジングによく伝えて冷却を改善し、これにより回
転電機の小形軽量化が得られるようにする方法がある。

【００１２】一方、軽量化を図るため上記ハウジングの
材料としてフェノールやエポキシ（単体のヤング率は鋼
の約１／１００）などの合成樹脂を用いる方法もある。

【００１３】しかしながら、いずれの材料を用いてもヤ
ング率が鉄系材料に比べおよそ１／３以下と小さく、強
度が低下するという問題があった。また、圧入または焼
嵌により固定子鉄心をハウジングに装着すると、装着後
固定子鉄心の内部に変位が発生しこれにより磁気的な騒
音が発生するという問題があった。この発明は、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
ングの剛性を確保し、アルミニウム合金やフェノールや
エポキシなどの合成樹脂による軽合金化や非金属化が容
易で、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、またハウジングに固定子鉄心を装着した後
の固定子鉄心の内部変位を小さくし磁気的な騒音を抑制
した回転電機の提供を目的とする。

【００１４】誘導電動機に代表される本発明に係る回転
電機は、一般にベルト掛けにより負荷に動力を伝達す
る。ベルト掛けを行うと回転電機の回転軸に横引き荷重
が付加される。この横引き荷重は回転軸に装着した軸受
を支点として回転電機を構成するエンドブラケットやハ
ウジングに作用する。その様子を有限要素法などで解析
すると、横引き荷重によりハウジング筒部先端と回転電
機の据え付けに使用する足のハウジング付け根部におい
て最も大きい応力が作用する。このときハウジングの材
料としてアルミニウム合金や樹脂を用いると機械的強度
（ヤング率など）が鉄系の材料に比べて低い。一方横引
き荷重は伝達トルクにより決まるから各部に作用する応
力値はハウジングの材質が変わっても一定である。従っ
てハウジングの材質をアルミニウム合金やフェノールや
エポキシなどの合成樹脂に変更するとヤング率が小さい
ため変位が増加する。変位が増加すると正常に回転電機
が使用できなくなる虞がある。

【００１５】そこで、本発明によるハウジングは、応力
が最も高くなり該変位が発生する部位のヤング率を他の
部位に対してできるだけ高くして、該変位を許容できる
範囲まで小さくすることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転電機の
ハウジングは、固定子鉄心が装着されてるハウジングの
筒部のヤング率を固定子鉄心のヤング率に対して小さく
し、且つ、少なくとも横引き加重による変位を所定の範
囲まで小さくするように、固定子鉄心が装着されていな
いハウジングの筒部先端及び足のハウジング付け根部の
ヤング率を前記固定子鉄心が装着されてるハウジングの
筒部のヤング率より大きくなるように構成したことにあ
る。

【００１７】次に、ヤング率を高める範囲を限定する理
由を述べる。

【００１８】固定子鉄心が装着されるハウジングの筒部
は、固定子鉄心（けい素鋼板の積層体）と同程度以上の
機械的強度を有していると、固定子鉄心は圧入または焼
嵌によりハウジングに装着することから装着後固定子鉄
心の内径部に変位が発生する。この変位が発生すると磁
気的な騒音の要因となる。

【００１９】ところが該筒部の強度が固定子鉄心より低
ければ、ハウジングの外周に変位が発生して固定子鉄心
の内径部に変位は発生しなくなる。

【００２０】また足部のヤング率を高める理由はいうま
でもなく、該足部の強度向上が目的である。

【００２１】

【作用】本発明によるハウジングは、応力が最も高くな
り該変位が発生する部位のヤング率を他の部位に対して
できるだけ高くしたので、該変位は許容できる範囲まで
小さくなる。

【００２２】

【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。

【００２３】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はメタルラス
で、その他は図９で説明した従来例と同じである。

【００２４】この実施例では、ハウジング１が、熱伝導
性の良いアルミニウム合金材料を用い、生産性のよいダ
イカスト鋳造により作成されており、このときメタルラ
ス１１が同時に一体形成されている。

【００２５】次に、この実施例におけるメタルラス１１
を有するハウジング１について図２〜図４により、さら
に詳細に説明する。

【００２６】まず、このメタルラス１１は、図４で示す
形状で、図２に示すようにハウジング１におけるほぼ中
央付近の固定子鉄心が装着されている筒部を除き固定子
鉄心端から先端までの固定子鉄心が装着されていない筒
部に挿入する。そして生産性のよいダイカスト鋳造によ
りハウジング１と一体に形成する。従ってメタルラス１
１のない筒部言い替えると固定子鉄心の装着された筒部
は、アルミニウム合金材のみで構成されている。

【００２７】図３は、本発明によるハウジングを正面か
らみた外観図で、メタルラス１１は、図で示すようにハ
ウジング１１の外径と内径の間に挿入される。

【００２８】次に、ハウジングの主材料に樹脂を用いた
場合の本発明の一実施例を図５により説明する。

【００２９】図において強化繊維１２は、三次元的に強
化した強化繊維材でたとえば炭素繊維などを用いる。そ
の他は図９で説明した従来例と同じである。

【００３０】この実施例では、ハウジング１を構成する
主材料に軽量な合成樹脂たとえばフェノールやエポキシ
樹脂と石英や砂などの硬化材からなる複合材を用い、生
産性のよい射出成形により作成されており、このとき強
化繊維１２が同時に一体形成されている。

【００３１】次に、この実施例における強化繊維１２を
有するハウジング１について図６〜図８により、さらに
詳細に説明する。

【００３２】まず、この強化繊維１２は、図８で示す形
状で縦、横及び長さ方向の三次元にわたり強化したたと
えば炭素繊維などを用いる。この強化繊維１２を図６に
示すようにハウジング１におけるほぼ中央付近の固定子
鉄心が装着されている筒部を除き固定子鉄心端から先端
までの固定子鉄心が装着されていない筒部に挿入する。
そして射出成形によりハウジング１と一体に形成する。
従って強化繊維１２のない筒部は、樹脂材のみで構成さ
れている。

【００３３】次に、この実施例による作用効果について
説明する。

【００３４】誘導電動機に代表される本発明に係る回転
電機は、一般にベルト掛けにより負荷に動力を伝達す
る。ベルト掛けを行うと回転電機の回転軸に横引き荷重
がを付加される。この横引き荷重は回転軸に装着した軸
受を支点として回転電機を構成するエンドブラケットや
ハウジングに作用する。その様子を有限要素法などで解
析すると、横引き荷重によりハウジング筒部先端と回転
電機の据え付けに使用する足のハウジング付け根部にお
いて最も大きい応力が作用する。このときハウジングの
材料としてアルミニウム合金やフェノールやエポキシな
どの合成樹脂を用いると機械的強度（ヤング率など）が
鉄系の材料たとえば鋳鉄などに比べて低い。一方横引き
荷重は伝達トルクにより決まるから各部に作用する応力
値はハウジングの材質が変わっても一定である。従って
ハウジングの材質をアルミニウム合金や樹脂に変更する
とヤング率が小さいため変位が増加する。変位が増加す
ると固定子と回転子が接触するなど正常に回転電機が運
転できなくなる虞がある。

【００３５】そこで、本実施例によるハウジングは、該
変位が発生する部位のヤング率を他の部位に対してでき
るだけ高くして、強度を向上して該変位を許容できる範
囲まで小さくしてある。つまりハウジングを構成する材
料をアルミニウム合金やフェノールやエポキシなどの合
成樹脂など鉄系材料に比べて強度の弱い材料を使用する
場合の強度や剛性を改良する工夫を施してある。

【００３６】次に、ヤング率を高める範囲を限定する理
由を述べる。

【００３７】固定子鉄心が装着されるハウジングの筒部
は、固定子鉄心（けい素鋼板の積層体）と同程度以上の
機械的強度を有していると、固定子鉄心は圧入または焼
嵌により装着することから装着後両者の圧入代及び焼嵌
代により、固定子鉄心の内径部に変位が発生する。この
変位が発生すると固定子と回転子の間のギャップの不平
衡が増加しその結果軸受に付加される荷重が増えたり磁
気的な騒音の増加の要因となる。ところが該筒部の強度
が固定子鉄心より弱ければ、ハウジングの外周に変位が
発生して固定子鉄心の内径部に変位は発生しなくなる。

【００３８】以上の実施例で説明したように構成するこ
とにより、ハウジングに使用する材料の単なる強度上の
欠点を補うだけでなく、小形軽量で組立精度が良く振動
や騒音が低く信頼性の高い回転電機を提供できる。

【００３９】尚、ハウジングの足部に上記の方法を採用
すれば、足部を容易に補強することができることは明ら
かであるから、詳細な説明は省略する。

【００４０】本実施例によれば次の効果が得られる。

【００４１】１.アルミニウム合金や樹脂の弱いという
強度上の欠点を簡単な方法で補うことができ、その結果
ハウジングの剛性を向上することが可能となる。

【００４２】２.小形軽量の回転電機を提供できる。

【００４３】３.組立精度がよく振動や騒音の低い回転
電機を提供できる。

【００４４】４.その結果信頼性の高い回転電機が提供
できる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、回転電機のハウジング
を、固定子鉄心が装着されてるハウジングの筒部のヤン
グ率を固定子鉄心のヤング率に対して小さくし、且つ、
少なくとも横引き加重による変位を所定の範囲まで小さ
くするように、固定子鉄心が装着されていないハウジン
グの筒部先端及び足のハウジング付け根部のヤング率を
前記固定子鉄心が装着されてるハウジングの筒部のヤン
グ率より大きくなるように構成したので、アルミニウム
合金や樹脂の弱いという強度上の欠点を簡単な方法で補
うことができ、その結果ハウジングの剛性を向上するこ
とが可能となる上に、組立精度がよく振動や騒音の低い
回転電機を提供できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回転電機の外観部分断
面側面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す回転電機の外観部分断
面側面図の詳細図である。

【図３】本発明の一実施例を示すアルミニウム合金ハウ
ジングの外観正面図である。

【図４】本発明の一実施例を示すメタルラスの外観図で
ある。

【図５】本発明の他の実施例を示す合成樹脂製ハウジン
グ回転電機の外観部分断面側面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す合成樹脂製ハウジン
グ回転電機の外観部分断面側面図の詳細図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す合成樹脂製ハウジン
グの外観正面図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す強化繊維の外観図で
ある。

【図９】従来の回転電機の外観部分断面側面図である。

【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
…通風口、 １１…メタルラス、 １２…強化繊維、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市山 俊一 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社 日立製作所 産業機器事業 部内 (56)参考文献 特開 昭55−29263（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−275928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−26543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 5/02 H02K 5/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ円筒状のハウジングの両端にエンドブ
   ラケットを組付けて構成された回転電機において、固定
   子鉄心が装着されてるハウジングの筒部のヤング率を固
   定子鉄心のヤング率に対して小さくし、且つ、少なくと
   も横引き加重による変位を所定の範囲まで小さくするよ
   うに、固定子鉄心が装着されていないハウジングの筒部
   先端及び足のハウジング付け根部のヤング率を前記固定
   子鉄心が装着されてるハウジングの筒部のヤング率より
   大きくして前記ハウジングを構成したことを特徴とする
   回転電機。