JP3625303B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【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、アルミニウム製のハウジングを有する比較的小容量の汎用誘導電動機として使用するの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からなる回転電機の一構成例を図５に示す。同図において、１はハウジングで、鋳鉄などの鉄系材料を鋳造することによりほぼ筒状に形成され、電動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の外周に軸方向に沿った長さをなして放射状に一体的に形成されている。２Ａ，２Ｂはエンドブラケットで、ハウジング１の両側の開口部に夫々インロー嵌合して取付けられている。
３は固定子で、ケイ素鋼板を複数枚積層して形成された固定子鉄心３ａと、この固定子鉄心３ａの内周部に複数形成されたスロット部に巻回された固定子コイル３ｂとで構成され、ハウジング１の内周部に嵌合しかつ固定されている。
５は回転子で、６は回転子５を取付けた回転軸である。回転子５は回転軸６の外周部において固定子２と対向位置に取付けられ、その両端面には図示しない二次導体バーと、エンドリング７とを有し、さらにエンドリング７と一体的に形成された内部冷却扇（以下、内ファンと称す）８を有している。回転軸６は、エンドブラケット２Ａ，２Ｂに対し軸受４Ａ，４Ｂを介し回転自在に保持されている。また、回転軸６の一端部（図において右側）はエンドブラケット２Ｂを挿通して外部に突出し、出力軸をなしており、その他端部（図において左側）はエンドブラケット２Ａを挿通して外部冷却扇９（以下、外ファンと称す）を装着している。
１０は外ファン９を覆うエンドカバーで、その一側面に外気を取り込むための開孔１０ａを有している。また、エンドカバー１０の開孔１０ａと反対側の他端は、開放された円筒形に形成され、エンドカバー１０をエンドブラケット２Ａに組み付けたとき、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を形成する。
【０００３】
この回転電機は、予め固定子３をハウジング１の内周壁に嵌合して固定しておき、その後、この固定子３内に回転軸６を有する回転子５を挿入し、かつ回転軸６にエンドブラケット４Ａ，４Ｂ内の軸受４Ａ，４Ｂが嵌合するよう、エンドブラケット４Ａ，４Ｂをハウジング１の両端にそれぞれインロー嵌合させ、これに複数本のボルト（図示せず）により取付ける。
そして、回転軸６の駆動により外ファン９が回転すると、その回転力によりエンドカバー１０の開孔１０ａから矢印イの如く外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙間部１０ｂからエンドカバー１０の他端側の外部に吹き出され、エンドブラケット２Ａ，ハウジング１，エンドブラケット２Ｂの表面を通風することにより、冷却作用が得られるようにしている。一方、回転電機の内部においては、回転子５が回転すると、それに伴い内ファン８が回転することにより内部空気の流通を発生させ、発生した流通空気は、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を冷却しながら通過した後、ハウジング１に比べ、比較的温度上昇の低いエンドブラケット２Ａ，２Ｂの内側を通過することにより冷却されるようにしている。
なお、この種に関連する公知例として、特開昭６１−２５１４４０号公報等が挙げられる。
【０００４】
ところで、今日では、回転電機の小形軽量化が強く要求されている。そのような場合、ハウジング１の材料として、軽量で熱電導率のよいアルミニウムやアルミニウム合金材（鋼に比べ、比重は約１／３、ヤング率は約１／３、非熱は約２倍、熱電導率は約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良好に伝達することにより冷却を改善すると共に、小形軽量化を得ることが容易に考えられる。その際、ハウジングは生産性のよいダイカスト金型によって製作するが、ダイカスト金型からハウジング１を如何に上手く抜くことが重要となる。従来技術では、ハウジング１の内側からダイカスト金型を容易に抜けるようにするため、ハウジング１の内径部に抜き勾配をつけ、従って、ハウジング１の内径は、その軸方向の一端側が大径部をなすと共に、その他端側が小径部をなし、一端側から他端側に次第に小さくなる形状をなしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、ハウジング１の内周壁に固定子３を取付けたときに発生する問題について配慮されていない。
即ち、固定子３は図６に示すように外径が一様の寸法をなしており、ハウジング１に焼嵌によって取付けると、固定子３の内周に軸方向の変位が生じる。これは、固定子３の外径がハウジング１の内径より僅かに大きい締代嵌合により取付けるためであるが、ハウジング１の内径が前述の如く、一端の大内径部１ｂから他端の小内径部１ｃに至るに従い次第に小さくなっているので、固定子３とハウジング１両者の締代を軸方向で観察すると、ハウジング１の大内径部１ｂ近辺が小内径部１ｃ近辺に比べ、緩い締代となる。
そして、これら両者１ｂ，１ｃ間における締代の違いは固定子３外圧の違いとなる。その結果、固定子内周に生じる変位を軸方向で検討すれば、当然のことながら、締代の緩い部位は変位が小さく、締代のきつい部位は変位が大きくなり、また小さい方から大きい方に次第に変化することとなる。そのため、回転子５は、固定子３と同様に一様の外径寸法をなしているので、固定子３との間の寸法、即ちエアギャップが軸方向に不平衡となる。
例えば出力が３．７ＫＷ−４Ｐ程度の汎用誘導電動機においては、有限要素法を用いて解析した結果、固定子３の内径部の変位は、図７に示すように、その一端から他端に向かう軸方向に増加し、最大で約２０μｍｍもある。この数値は、エアギャップの７％にも相当するほど大きい。
このように、固定子３と回転子５間のエアギャップが軸方向に不平衡となると、回転電機の駆動時、振動及び騒音の増大を招く問題が発生し、しかも固定子３に対し回転子５が吸引される如くずれてしまい、回転軸６が変位することによって軸受４Ａ，４Ｂに負荷として作用するので、軸受寿命が短くなる等の問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、簡単かつ確実に低振動化及び低騒音化を実現し得る回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ダイカストにより形成され、かつ内周壁の軸方向の一端が大内径部をなすと共に、その一端から他端に至るに従い内径寸法を次第に狭めて形成されたハウジングを有する回転電機において、前記ハウジングの内周壁を形成する肉厚を、該内周壁の一端の大内径部から他端に至るに従い次第に薄く形成したことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
ハウジング内に固定子を焼嵌めして取付けると、ハウジング内周壁の軸方向の一端が大内径部をなすと共に他端が小内径部をなし、しかもその大内径部から小内径部にかけて次第に小さい径をなしているので、ハウジングと固定子との締代（焼嵌め代）は、ハウジングの内径の大きさが次第に小さくなるに従い、即ち大内径部側から小内径部側に至るに従って次第に増加する。
その際、ハウジングによって受けた固定子の外圧が、そのまま反力となってハウジングに作用するが、ハウジングの肉厚が前述の如く、一端である大内径部側から他端である小内径部側に至るに従い次第に小さくなる形状に形成されているので、肉厚が次第に小さくなっているのに伴いハウジングの外周が変位する一方、固定子の軸方向の変位を吸収することができる。この場合、ハウジング肉厚の軸方向の厚みの差を適切に選定すれば、固定子と回転子間のエアギャップ寸法が不平衡となるのを防ぐことができ、軸方向の均一なエアギャップにできるので、振動及び騒音が増大するのを確実に防止できる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図４により説明する。図１は本発明による回転電機を汎用の誘導電動機に適用した一実施例を示す上半分を断面した全体図、図２はハウジングの正面図、図３はハウジングの要部を示す説明図、図４は固定子の積厚方向とハウジング内径の軸方向の変位との関係を示す説明図で、これらの図において図５乃至図７に示す従来技術と同一符号のものは夫々同じものもしくは相当するものを表している。
実施例の回転電機は、図１に示すように、ハウジング１，エンドブラケット２Ａ・２Ｂ，固定子３，軸受４Ａ・４Ｂ，回転子５，回転軸６，外ファン９，エンドカバー１０を有して構成されている。そして、前記ハウジング１はアルミニウム或いはアルミニウム合金材をダイカスト成形することによって適宜の肉厚１ｄを有する筒状に形成され、その内周壁の軸方向の一端が大内径部１ｂをなすと共に、その他端が大内径部１ｂより小さい小内径部１ｃをなし、しかも大内径部１ｂから小内径部１ｃに至るに従い次第に径を狭めてテーパ状に形成され、このテーパ形状がダイカスト成形したときの抜き勾配となるようにしている。この点は従来技術と同様である。
そして、この実施例において前記従来技術と異なるのは、ハウジング１に固定子３を取付けたとき、該固定子３に変位が発生し得ないようにハウジング１の形状を変更したものである。具体的に述べると、図２及び図３に示すように、ハウジング１の内周壁を形成する肉厚１ｄは、軸方向の一端である大内径部１ｂをそのままの大きさとし、その大内径部１ｂから他端の小内径部１ｃに至るに従い次第に薄い寸法に形成されている。従って、肉厚１ｄの外周面が一端の大内径部１ｂから他端の小内径部１ｃにかけて次第に細くなっている。
【００１０】
上記の如く形成されたハウジング１内に固定子鉄心３ａを焼嵌めして取付けると、ハウジング内周壁の軸方向の一端が大内径部１ｂをなすと共に他端が小内径部１ｃをなし、しかもその大内径部１ｂから小内径部１ｃにかけて次第に小さい径をなしているので、ハウジング１と固定子鉄心３ａとの締代（焼嵌め代）１ｅは、図３に示すように、ハウジング１の内径の大きさが次第に小さくなるに従い、即ち大内径部１ｂ側から小内径部１ｃ側に至るに従って次第に増加する。
その際、ハウジング１によって受けた固定子鉄心３ａの外圧が、そのまま反力となってハウジング１に作用するが、ハウジング１の肉厚１ｄが前述の如く、一端である大内径部１ｂ側から他端である小内径部１ｃ側に至るに従い次第に薄くなる形状に形成されているので、肉厚１ｄが次第に小さくなっているのに伴いハウジング１の外周が変位し、そのため図４に示すように、固定子鉄心３ａの軸方向の変位を吸収することができる。この場合、ハウジング肉厚１ｄの軸方向の厚みの差を適切に選定すれば、固定子鉄心３ａと回転子５間のエアギャップ寸法が不平衡となるのを防ぐことができ、軸方向の均一なエアギャップにできるので、振動及び騒音が増大するのを確実に防止できる。しかも、ハウジング１と固定子３間の嵌合部の応力が一定となり、ハウジング強度を安定化させることができるので、限界設計することが可能となる。
また図示実施例では、図１に示すように、ハウジング肉厚１ｄの小内径部１ｃ側をエンドブラケット２Ａ側に配置し、ハウジング肉厚１ｄを前述の如く形成したことにより、エンドカバー１０の隙間部１０ｂと連絡する放熱フィン１ａの一端側が、エンドブラケット２Ｂ側の他端より径方向に長くなる。そのため、隙間部１０ｂから放熱フィン１ｂに流れ込む空気量をそれだけ多くでき、しかもハウジング肉厚１ｄの外周が一端（小内径部１ｃ側）から他端（大内径部１ｂ側）にかけて次第に大きくしているので、空気がハウジング外周を軸方向全体に沿って流れ、ハウジングの冷却効果が良好となる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ハウジングの肉厚が、一端である大内径部側から他端である小内径部側に至るに従い次第に薄くなる形状に形成し、肉厚が次第に小さくなっているのに伴い固定子の軸方向の変位を吸収することができるように構成したので、固定子と回転子間のエアギャップ寸法が不平衡となるのを防ぎ、軸方向で均一なエアギャップにできる結果、振動及び騒音が増大するのを確実に防止でき、またハウジング強度の安定により限界設計ができることから、製作コストを低減でき、さらにダイカストでハウジングを成形することにより部品精度がよく、製作が容易となるばかりでなく、軸受寿命を延ばすことができると云う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機を汎用誘導電動機に適用した一実施例を示す一部破断の全体図。
【図２】ハウジングを示す一部破断の正面図。
【図３】ハウジングの要部を示す拡大説明図。
【図４】固定子の積厚方向とハウジング内径の軸方向の変位との関係を示す説明図。
【図５】一般的な汎用誘導電動機を示す一部破断の全体図。
【図６】従来技術のハウジングと固定子との関係を示す拡大の説明図。
【図７】図６に示す固定子の積厚方向とハウジング内径の軸方向との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…ハウジング、１ｂ…ハウジング内周壁の大内径部、１ｃ…ハウジング内周壁の小内径部、１ｄ…ハウジングの肉厚、３…固定子。

Claims (1)

1. ダイカストにより形成され、かつ内周壁の軸方向の一端が大内径部をなすと共に、その一端から他端に至るに従い内径寸法を次第に狭めて形成されたハウジングを有する回転電機において、前記ハウジングの内周壁を形成する肉厚を、該内周壁の一端の大内径部から他端に至るに従い次第に薄く形成したことを特徴とする回転電機。

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