JP6042244B2 - モータのシリーズおよびその作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータのシリーズに関する。

近年、一定の速度で回転するモータについて、効率の算定方法を規定するＩＥＣ（国際電気標準会議）６００３４−２−１が２００７年に発行され、その算定方法を用いて効率クラスを規定するＩＥＣ６００３４−３０が２００８年１０月に発行された。ここで効率クラスとは、効率基準値をクラスで分類したもので、最も高い効率からＩＥ４（スーパープレミアム効率）、ＩＥ３（プレミアム効率）、ＩＥ２（高効率）、及びＩＥ１（標準効率）が規定されている。

省エネの流れにより、各国とも標準効率のモータ（ＩＥ１）は、使用が規制されていくスケジュールが示されている。しかしながら、従来のＩＥ１型のモータも、規制が実際に実行されるまでは販売が可能であり、安価であるが故にユーザのニーズもある。また、規制の対象から除外される機種や用途があり、これらの機種や用途においては、規制後もＩＥ１型のモータの使用を継続できるという事情もある。このため、メーカは当面の間、同じ容量でありながら効率の異なる複数種類のモータを製造および販売する必要がある。

特許文献１には、許容トルクまたは容量に依存して設定される枠番が異なる複数種のギヤと、発生トルクまたは容量に依存して設定される枠番が異なる複数種のモータと、を有し、その中から選択された特定の枠番のギヤとモータとを連結してギヤモータを構成するギヤモータのシリーズにおいて、第１基本シリーズの特定の枠番のギヤと連結されるモータが、第１基本シリーズよりもモータの効率が高い第２基本シリーズの特定の枠番よりも小さい枠番のギヤと連結されることが記載されている。これによると、効率の異なる各基本シリーズのモータを共用化することによって、全シリーズにおけるギヤモータの種類を抑制することができる。

特開２０１２−２４４７７５号公報

メーカの製造負担や在庫負担をさらに軽減するためには、効率の異なる複数のシリーズのモータ間で、モータを構成する部品をできるだけ共通化することが望ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１シリーズと、第１シリーズよりも効率の高い第２シリーズとを有するモータのシリーズにおいて、第１シリーズのモータと第２シリーズのモータとで部品を共通化する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、複数種類の容量のモータが含まれる第１シリーズと、該第１シリーズよりも効率の高い第２シリーズと、を有するモータのシリーズである。第２シリーズの特定容量のモータのモータケーシングおよび反負荷側カバーが、特定容量よりも大きい容量の第１シリーズのモータと共通化される。第１シリーズのモータおよび第２シリーズのモータの反負荷側カバーの内周側に内径の異なるブッシュをそれぞれ装着し、第１シリーズのモータでは、第２シリーズのモータよりも外径の大きい軸受でモータ軸を支持する。

この態様によると、反負荷側カバーの軸受装着部に嵌め込むブッシュを変更するだけで、第１シリーズにおいて、反負荷側の軸受として第２シリーズのモータよりも外径が大きい軸受を使用することができる。したがって、第１シリーズのモータと第２シリーズのモータとで、少なくともモータケーシングおよび反負荷側カバーを共通化することができる。

以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、第１シリーズと、第１シリーズよりも効率の高い第２シリーズとを有するモータのシリーズにおいて、第１および第２シリーズでの部品の共通化を図ることができる。

（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１シリーズのモータと第２シリーズのモータとをモータの中心軸を含む鉛直面で切断したときの縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１シリーズのモータと第２シリーズのモータとをファン側から観察したときの端面図である。

図１および２は、本発明の一実施形態に係るモータのシリーズの第１シリーズのモータ１００と、第２シリーズのモータ２００とを比較する図である。第１シリーズおよび第２シリーズには、それぞれ複数種類の容量のモータが含まれる。第１シリーズは例えばＩＥ１のモータからなり、第２シリーズは、第１シリーズよりも効率の高い例えばＩＥ３のモータからなる。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００をモータの中心軸を含む鉛直面で切断したときの縦断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００をファン側から観察したときの端面図である。

モータ１００、２００は、例えばかご形誘導電動機である。第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで共通する（または共通化可能な）部品には、同一の参照符号が付されている。

ステータコア１３４は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状（例えば、厚さ０．５ｍｍ）の電磁鋼板を積層して形成される。ステータコア１３４は、モータケーシング１３０の内周に、例えば焼き嵌めによって嵌合される。ステータコア１３４に形成された複数のスロット（図示せず）には銅線のコイル１３８が所定回数だけ巻回されている。

ロータコア１３６も、ステータと同様に同一の円形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータコア１３６には、中央にモータ軸１１２を挿通するための円形穴が形成されるとともに、その外周側には、径方向に延びる複数の同一形状のスロット（図示せず）が等間隔に形成されている。ロータコア１３６の円形穴は、モータ軸１１２に締まり嵌めによって固定される。

ロータコア１３６に形成されたスロット内には、アルミニウムまたは銅などの導体がダイキャスト鋳造により鋳込まれている。ロータコア１３６の両端面には、スロット内の導体と一体構造となる短絡環１３７が形成される。

モータケーシング１３０は、例えばアルミダイキャスト製、鋳鉄製または鋼板製であり、ロータおよびステータの重量を支持するとともに、ロータおよびステータ等で発生する熱をモータ外部に放熱する役割を有する。

モータ軸１１２の負荷側の先端１１２ａには、キー溝１１２ｂを利用するなどして、歯車装置（減速機）を初めとする、モータによる駆動対象である任意の機械が連結される。

モータ軸１１２の負荷側は、軸受１１６を介してステータコア１３４に対して回転自在に支持されている。軸受１１６は、モータケーシング１３０の外周から内径側に延び出す負荷側カバー１１４の内周に形成された軸受装着部１１４ａに嵌合される。負荷側カバー１１４とモータ軸１１２の間は、回転シール１１３により密封される。

モータ軸１１２の反負荷側は、軸受１１７を介してステータコア１３４に対して回転自在に支持されている。軸受１１７、２１７は、モータケーシング１３０の外周から内径側に延び出す反負荷側カバー１１５の内周に形成された軸受装着部１１５ａに、それぞれブッシュ１４０、２４０を介して嵌合される。

なお、負荷側カバー１１４と反負荷側カバー１１５は、軽量化のために例えばアルミニウム製であることが好ましい。この場合、アルミニウムよりも熱膨張率が小さく強度の高い、例えば鉄でブッシュ１４０、２４０を作成することで、モータ発熱時の軸受のクリープ、軸受装着部１１５ａの摩耗や変形を防止することができる。

負荷側カバー１１４、反負荷側カバー１１５およびモータケーシング１３０は、モータ軸方向に延びる通しボルト１３５によって互いに締結される。なお、負荷側カバー、反負荷側カバーおよびモータケーシングが一体的に形成されてもよい。

モータ１００および２００のモータ軸１１２の後端側には、ファン１１８、２１８がそれぞれ配置される。ファンのさらに外側にはファンカバー１３２が配置される。ファンカバー１３２はボルト１２１によって反負荷側カバー１１５に固定される。

続いて、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００との相違点について説明する。

第２シリーズのモータ２００は、第１シリーズのモータ１００よりも高効率であるが、モータケーシング１３０、ステータコア１３４、ロータコア１３６等は、モータ１００および２００で共通している。各モータの効率の違いは、ステータコア１３４に巻回する銅線コイルの巻数、銅線の直径、結線、コイルに流す電流を変えることなどによって実現している。

ここで、第２シリーズの特定容量のモータ２００を、特定容量よりも大きい容量の第１シリーズのモータ１００としてそのまま使用することを考える。例えば、本実施形態においては、モータ１００は、第１シリーズにおける１．５ｋＷのモータとして使用され、モータ２００は、第２シリーズにおける０．７５ｋＷのモータとして使用される。この場合、モータ軸１１２の反負荷側を支持する軸受の負荷が大きくなるため、この軸受の寿命が短くなりモータの稼働時間が短くなるという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで、モータケーシング１３０や反負荷側カバー１１５等は共通のものを使用しつつ、反負荷側カバー１１５の軸受装着部１１５ａに、外径は同一であるが内径の異なるブッシュ１４０、２４０をそれぞれ装着するようにした。そして、モータケーシング等を第１シリーズのモータ１００として使用する場合には、第２シリーズのモータ２００で使用している反負荷側の軸受２１７（外径Ｄ２）よりも外径の大きな（Ｄ１＞Ｄ２）軸受１１７（外径Ｄ１）をブッシュ１４０に嵌合する。こうすることで、第１シリーズのモータ１００での軸受の耐久性が向上するため、第１シリーズのモータの稼働時間を長期化することができる。

ブッシュ１４０、２４０は、最初から異なるサイズのものを準備しておき、モータ１００、２００の製造時に反負荷側カバー１１５の軸受装着部１１５ａに装着してもよい。あるいは、反負荷側カバー１１５の成形時に、内径がＤ２よりも小さい鉄製のブッシュを軸受装着部１１５ａに鋳込んでおき、ブッシュの内周側の削り代を、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで変えるようにしてもよい。具体的には、第１シリーズのモータ１００の場合、ブッシュの内周を内径Ｄ１まで削り、第２シリーズのモータ２００の場合、ブッシュの内周を内径Ｄ２まで削る。こうすることで、ブッシュ１４０、２４０という別部品を準備する必要がなくなり、ブッシュが鋳込まれた１種類の反負荷側カバー１１５を準備しておけばよい。

例えばクリープを防止でき、軸受装着部１１５ａの摩耗や変形が生じない場合には、反負荷側カバー１１５の軸受装着部１１５ａの内径を、第１シリーズのモータ１００用の軸受１１７がちょうど嵌合されるサイズに作成しておいてもよい。こうすると、第１シリーズのモータ１００では、反負荷側カバー１１５にブッシュを装着する必要がなくなり、第２シリーズのモータ２００を製造する場合にのみ、反負荷側カバー１１５の軸受装着部１１５ａにブッシュ２４０を装着すればよい。こうすることで、ブッシュ１４０を準備する必要がなくなる。つまり、本発明において、「内径の異なるブッシュを装着する」とは、第１シリーズにおいてブッシュを装着しない場合（この場合、ブッシュの内径は反負荷側カバーの内径に等しいと捉える）も含む。

また、例えば鋳鉄製の反負荷側カバーを採用する場合には、軸受装着部１１５ａの内径を、第１シリーズのモータ１００用の軸受１１７の外径に適合させた反負荷側カバーと、第２シリーズのモータ２００用の軸受２１７の外径に適合させた反負荷側カバーとを、別の部品として構成してもよい。この場合、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで共通する反負荷側カバーの中間体を先に作成してもよい。この中間体は、軸受装着部１１５ａの内径が、第２シリーズのモータ２００用の軸受２１７の外径Ｄ２よりも小さくされている。そして、軸受装着部１１５ａの内周側の削り代を、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで変えるようにしてもよい。こうすることで、反負荷側カバーとは別の部品としてブッシュを準備しておく必要がなくなる。

第１シリーズのモータ１００および第２シリーズのモータ２００でそれぞれ使用される反負荷側の軸受１１７、２１７は、外径が異なるが内径は同一のものとするのがよい。これにより、軸受１１７、２１７で回転支持するモータ軸１１２をも共通化することができる。

第１シリーズのモータ１００は、第２シリーズのモータ２００よりも高負荷になるため、発熱も増大する。そのため、第１シリーズのモータ１００では、第２シリーズのモータ２００で使用するファン２１８（外径Ｆ２）よりも外径の大きな（Ｆ１＞Ｆ２）ファン１１８（外径Ｆ１）をモータ軸１１２の後端側に取り付けることが好ましい。これにより、第１シリーズのモータ１００の発熱にも対処することができる。

反負荷側に配置される軸受のサイズは、主にモータの容量によって決定されるのに対し、負荷側に配置される軸受のサイズは、モータ軸に連結される装置によって決定される。例えばモータ軸に歯車装置を連結する場合には、そのギア比によって負荷側の軸受サイズが定まる。したがって、第１シリーズのモータ１００と第２シリーズのモータ２００とで同じ装置がモータ軸に連結される場合には、負荷側カバー１１４と、これに嵌合される負荷側の軸受１１６とを共通化することができる。これにより、第１および第２シリーズのモータでの共通部品数をさらに増やすことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１シリーズのモータと、第１シリーズよりも高効率の第２シリーズのモータとで、反負荷側カバー、負荷側カバー、負荷側の軸受、モータ軸、モータケーシング、ステータコアおよびロータコア等の部品を共通化することができる。第１シリーズのモータでは、反負荷側カバーの軸受装着部に装着するブッシュを変更するだけで、第１シリーズのモータにおいて、第２シリーズのモータで用いる軸受よりも外径が大きく耐久性の高い軸受を使用することが可能である。

このように、それぞれ複数種類の容量のモータを含むが効率の異なるモータのシリーズ間で、モータを構成する部品を共通化することにより、モータ製造の低コスト化、納期短縮、部品の在庫圧縮を図ることができる。

なお、上記の共通化可能な部品の一部について、第１シリーズのモータと第２シリーズのモータとで異なる部品を使用することを妨げるものではない。

以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、第１シリーズのモータ１００と、高効率の第２シリーズのモータ２００とで、ステータコア１３４とロータコア１３６とが共通することを述べた。しかしながら、ステータコアの外径が同一であれば、ステータコアとロータコアとが第１および第２シリーズで共通でない場合も、本発明の範囲に含まれる。例えば、ステータコアまたはロータコアを構成する電磁鋼板の種類が違ったり、スロット形状が異なったりしていてもよい。

本発明における第１シリーズ、第２シリーズという用語は、シリーズが三つ以上存在する場合でも、特定の容量においてその中の任意の二つのシリーズに着目して適用されていればよい。例えば、ＩＥ２とＩＥ３のシリーズ間で適用されるものであってもよい。この場合は、ＩＥ２が第１シリーズ、ＩＥ３がより効率の高い第２シリーズということになる。すなわち、本発明は、必ずしも全てのシリーズにまたがって網羅的に適用されている必要はない。また、例えばＩＥ１とＩＥ２との間で本発明が適用される場合であっても、全ての容量において本発明の関係が成立していることは必ずしも要求されない。例えば、特定容量以外のモータにおいて、上記の共通化可能な部品の一部または全てで異なる部品が採用されることも、本発明の範囲内である。

１００ 第１シリーズのモータ、 １１２ モータ軸、 １１４ 負荷側カバー、 １１４ａ 軸受装着部、 １１５ 反負荷側カバー、 １１５ａ 軸受装着部、 １１７、２１７ 反負荷側の軸受、 １１８、２１８ ファン、 １３０ モータケーシング、 １３４ ステータコア、 １３６ ロータコア、 １３８ コイル、 １４０、２４０ ブッシュ、 ２００ 第２シリーズのモータ。

Claims (9)

1. 複数種類の容量のモータが含まれる第１シリーズと、該第１シリーズよりも効率の高い複数種類の容量のモータが含まれる第２シリーズと、を有し、
   前記第１シリーズおよび前記第２シリーズに含まれる各モータは、モータケーシングと、反負荷側カバーと、モータ軸と、前記モータ軸を前記反負荷側カバーに支持させる反負荷側軸受と、を有し、
   第２シリーズの特定容量の第２モータのモータケーシングおよび反負荷側カバーを、前記特定容量よりも大きい容量の第１シリーズの第１モータと共通化し、
   前記第２モータは、前記反負荷側カバーと前記反負荷側軸受の間にブッシュが装着され、
   前記第１モータは、前記反負荷側カバーと前記反負荷側軸受の間に、前記第２モータのブッシュより内径の大きいブッシュが装着される、またはブッシュが装着されず、
   前記第１モータの前記反負荷側軸受は、前記第２モータの前記反負荷側軸受より外径が大きいことを特徴とするモータのシリーズ。
2. 前記第１モータの前記反負荷側軸受と前記第２モータの前記反負荷側軸受は内径が同一であり、
   前記第１モータおよび前記第２モータで前記モータ軸を共通化することを特徴とする請求項１に記載のモータのシリーズ。
3. 前記第２モータには、前記第１モータで用いるファンよりも、外径の小さいファンが使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータのシリーズ。
4. 前記第１モータおよび前記第２モータのモータ軸にはそれぞれ歯車装置が連結され、負荷側カバーと該負荷側カバーの内周側に配置される負荷側軸受とが、前記第１モータおよび前記第２モータで共通化されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータのシリーズ。
5. 前記第１モータおよび前記第２モータで、ロータおよびステータが共通化されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータのシリーズ。
6. 前記第１モータでは、前記反負荷側カバーの内周側にブッシュを装着しないことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータのシリーズ。
7. 複数種類の容量のモータが含まれる第１シリーズと、該第１シリーズよりも効率の高い複数種類の容量のモータが含まれる第２シリーズと、を有し、
   前記第１シリーズおよび前記第２シリーズに含まれる各モータは、モータケーシングと、反負荷側カバーと、モータ軸と、前記モータ軸を前記反負荷側カバーに支持させる反負荷側軸受と、を有し、
   第２シリーズの特定容量の第２モータのモータケーシングを、前記特定容量よりも大きい容量の第１シリーズの第１モータと共通化し、
   前記第１モータの前記反負荷側カバーの軸受装着部の内径は、前記第２モータの前記反負荷側カバーの軸受装着部の内径よりも大きく、
   前記第１モータの前記反負荷側軸受は、前記第２モータの前記反負荷側軸受よりも外径が大きいことを特徴とするモータのシリーズ。
8. 請求項１に記載のモータのシリーズの作成方法であって、
   反負荷側カバーの成形時に、該反負荷側カバーの軸受装着部に前記第１モータと前記第２モータとで共通のブッシュを鋳込み、前記第１モータと前記第２モータとで前記ブッシュの内周側の削り代を変え、前記第１モータでは、前記第２モータで用いる反負荷側軸受よりも外径の大きい反負荷側軸受を装着することを特徴とするモータのシリーズの作成方法。
9. 請求項７に記載のモータのシリーズの作成方法であって、
   前記第１モータおよび前記第２モータで共通の反負荷側カバーの中間体を製造し、前記第１モータと前記第２モータとで前記中間体の軸受装着部の内周の削り代を変え、前記第１モータでは、前記第２モータで用いる反負荷側軸受よりも外径の大きい反負荷側軸受を装着することを特徴とするモータのシリーズの作成方法。

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