JP6079253B2 - 電動機 - Google Patents

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Description

本発明は少なくともステータのコイルエンドが合成樹脂製の封止剤でモールドされる所謂樹脂モールド式の電動機に関するものである。
電動機は、図５に示すように電動機シャフト１を中心として回転するロータ２と、このロータ２の外周に配置されたステータ３が筒状のハウジング４に収容され、このハウジング４の軸方向の一端にエンドカバー５が装着されて構成される。
ここでは、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフト１が鉛直となる縦置き姿勢で設置される電動機を例にとっている。
以下、これを前提として、図５に示す従来技術、及び後述する本発明の各実施形態において、この電動機の軸方向を上下方向として説明する。また、図の上側、下側をそのまま電動機の「上部(または上側)」、「下部(または下側)」として表記する。
また、この明細書において「電動機」とは、電動機と同一原理の発電機及び発電電動機を含むものとする。
エンドカバー５は、ハウジング４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト１の上部がこのエンドカバー５に、下部がハウジング４の下部にそれぞれ軸受６，７を介して回転自在に支持される。
ステータ３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア８と、このステータコア８に上下方向(電動機シャフト１の軸方向。以下、電動機軸方向という場合がある)に巻装されたステータコイル９とによって構成される。
ステータコイル９は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド９ａがステータコア８の軸方向両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装される。
樹脂モールド式の電動機においては、このコイル巻装後、ステータ３がハウジング４内に挿入され、ハウジング４を受け型(下型)として、上型から封止剤(電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂材料)が注入・充填されて封止体１０が形成される。
これにより、少なくともコイルエンド９ａ(ステータ３全体またはコイルエンド９ａを含むステータ一部)が封止体１０で覆われ、ステータ３からハウジング４への伝熱性が高められる。
このような所謂樹脂モールド式電動機において、電動機温度を検出する温度計測装置(たとえばサーミスタ)や、過熱防止用の温度保護装置(温度ヒューズ)等の、熱に反応して作動する感温装置Ｓがハウジング４内に設置される場合がある。
この場合、一般には、図示のように感温装置Ｓをコイルエンド９ａ等とともに封止体１０中に埋め込む構成がとられている(以下、これを埋め込み方式という。特許文献１，２参照)。
また、特許文献３，４に示されているように封止体１０の表面に凹部を設け、この凹部に感温装置を収容してブラケットで固定する技術(以下、これを後付け方式という)も公知である。
特開平１１−１８７６０６号公報 特開２０１０-９３９６２号公報 特開平３-１８２４６号公報 特開平７-３１２８５０号公報
ところが、従来の埋め込み方式及び後付け方式によると次の欠点があった。
埋め込み方式
封止体１０中に感温装置Ｓを埋め込むため、組立性が良い反面、点検、及び故障時の修理、交換ができず、故障が発生すれば電動機全体を交換しなければならない。
また、モールド時の樹脂注入圧力によって感温装置(たとえば半田部分)に損傷、故障が発生するおそれがあった。
後付け方式
後付けするため、点検、修理、交換が容易でメンテナンス性が良い反面、感温装置を凹部内から外れないように固定するためのブラケットが必要となるため、組立性が悪くなる。
そこで本発明は、メンテナンス性が良くて樹脂注入圧力による感温装置の損傷等のおそれがないという後付け方式の長所を生かしながら、組立性を改善することができる電動機を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがハウジング内に収容され、上記ハウジング内に、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成る封止剤が少なくとも上記ステータのコイルエンドを覆う状態で注入されて封止体が形成されるとともに、温度に反応して作動する温度計測装置等の感温装置が上記ハウジング内に設置され、かつ、上記ハウジングの軸方向一端に、上記電動機シャフトが貫挿されるエンドカバーが装着されて構成される電動機において、上記封止体の表面に感温装置支持面を上記エンドカバーに対向して設け、上記感温装置を、上記エンドカバーとの間に弾性を備えた押え部材を介在させた状態でエンドカバーと上記感温装置支持面の間に挟み込んで取付けたものである。
この構成によれば、後付け方式本来の効果として、点検、修理、交換が容易でメンテナンスが良いとともに、樹脂注入圧力による感温装置の損傷等のおそれがない。
しかも、感温装置を、封止体の感温装置支持面とエンドカバーとの間に挟み込むこと、及び感温装置とエンドカバーの間に弾性を備えた押え部材を介在させることの二点により、感温装置を弾性挟圧状態で簡単に、かつ、安定良く取付けることができる。
本発明において、上記封止体における上記コイルエンドの内径側を覆う面に凹部を、同凹部による段面が上記エンドカバーに対向する上記感温装置支持面となる状態で設けるのが望ましい(請求項２，３)。
この構成によれば、感温装置が温度計測装置である場合に、これを封止体の内径側に設けることによって、計測したいロータ寄りの高温部の温度計測が可能となる。
この場合、上記凹部を上記封止体の円周方向の一部のみに設けるのが望ましい(請求項３)。
こうすれば、封止体に凹部を設けることによる封止体の歪みや損傷を抑えることができる。
また、本発明において、上記エンドカバーの内面に突起を、エンドカバーが上記ハウジングの上側に位置する方向性での下向きに、かつ、上記凹部に対し電動機直径方向に隙間を置いて対向する状態で設け、上記押え部材を、上記隙間を埋める状態で感温装置とエンドカバーの間に挟み込んで取付けるのが望ましい(請求項４)。
この構成によれば、感温装置を電動機軸方向と直径方向の双方の弾性押圧力によって一層強固に固定することができる。
一方、本発明において、上記押え部材を、上記感温装置とエンドカバーの間の熱伝導を上記封止体と感温装置の間の熱伝導よりも小さく抑える材料によって形成するのが望ましい(請求項５)。
この構成によれば、感温装置が温度計測装置である場合に、外部温度の影響を抑えて電動機温度をより正確に計測することができる。
さらに本発明において、上記押え部材と上記感温装置とを接着して一体化するのが望ましい（請求項６）。
こうすれば、押え部材と感温装置を一つの部品として取り扱うことができるため、とくに組立性の点で一層有利となる。
また、本発明において、上記コイルエンドとハウジングの間に、封止剤が注入されない空間部を形成し、上記感温装置の引き出し線を上記空間部に配置するのが望ましい(請求項７)。
こうすれば、感温装置からの引き出し線と外部配線との接続が容易となり、組立性を一層向上させることができる。
本発明によると、メンテナンス性が良くて樹脂注入圧力による感温装置の損傷等のおそれがないという後付け方式の長所を生かしながら、組立性を改善することができる。
本発明の第１実施形態に係る電動機の断面図である。 図１の丸囲い部分の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る電動機の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電動機の断面図である。 従来の電動機の断面図である。
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
実施形態は、背景技術の説明に合わせて、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフトが鉛直となる縦置き姿勢で設置される樹脂モールド式の電動機を適用対象としている。
実施形態に係る電動機において、次の点は図５に示す従来技術と同じである。
(ｉ) 電動機シャフト１１を中心として回転するロータ１２と、このロータ１２の外周に配置されたステータ１３がハウジング１４に収容され、このハウジング１４の軸方向の一端(上端)にエンドカバー１５が装着される点。
(ｉｉ) エンドカバー１５は、ハウジング１４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト１１の上部がこのエンドカバー１５に、下部がハウジング１４の下部にそれぞれ軸受１６，１７を介して回転自在に支持される点。
(ｉｉｉ) ステータ１３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア１８と、このステータコア１８に上下方向に巻装されたステータコイル１９とによって構成される点。
(ｉｖ) ステータコイル１９は、上下両側の折り返し部分であるコイルエンド１９ａがステータコア１８の軸方向両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装される点。
(ｖ) 少なくとも両側コイルエンド１９ａ、すなわち、ステータ全体または両側コイルエンド１９ａを含むステータ一部が、電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂からなる封止剤で覆われて封止体２０が形成される点。
第１実施形態(図１，２参照)
第１実施形態においては、封止体２０のうち、上側コイルエンド１９ａの内径側を覆う部分(内径側部分)の表面に凹部２１(詳しくは図２参照)が設けられている。
この凹部２１は、内径側部分の円周方向の一部について、封止剤が充填されないように型を設定しておくことによって、上側と内径側が開いた凹みとして形成され、感温装置(たとえばサーミスタ等の温度計測装置)Ｓがこの凹部２１に嵌め込まれた状態で設置されている。
詳述すると、樹脂モールド後、図２に示すように感温装置Ｓを、凹部２１の奥面である垂直な感温装置接触面２１ａに密着させた状態で、凹部２１の下側の水平面である感温装置支持面２１ｂに載置する。
その上で、エンドカバー１５を、感温装置Ｓとの間にゴム等の弾性を備えた押え部材２２を介在させた状態でハウジング１４にエンドカバー１５を取付ける。
押え部材２２は、感温装置Ｓの、感温装置接触面２１ａ及び感温装置支持面２１ｂに接触するニ面を除く各面を覆い包む形状とされ、予め、感温装置Ｓに接着・一体化されている。
これにより、感温装置Ｓが、エンドカバー１５の締め付け力と押え部材２２の弾力により、感温装置支持面２１ｂとエンドカバー１５の間に弾性的に挟み込まれて取付けられる。
ここで、エンドカバー１５の内面(下面)に短円筒状の突起２３が下向きに、かつ、凹部２１の感温装置接触面２１ａに対し電動機直径方向に隙間を置いて対向する状態で設けられ、押え部材２２が、上記隙間を埋める状態で感温装置Ｓと突起２３の間にも挟み込まれる。
なお、突起２３は上側の軸受１６の取付部分を兼ねている。
こうして、感温装置Ｓが、電動機軸方向(上下方向)だけでなく直径方向(左右方向)についても弾性的に挟圧固定されている。
なお、この直径方向の固定力を高めるために、図２に示すように押え部材２２及び突起２３の相接触する面２２ａ，２３ａが、突起２３にとって先すぼまりとなるテーパ状に形成されている。
また、押え部材２２は、弾性を有することに加えて、感温装置Ｓとエンドカバー１５(突起２３を含む)の間の熱伝導を、封止体２０と感温装置Ｓの間の熱伝導よりも小さく抑えることができる材料(熱伝導率の低い材料)によって形成されている。
具体的には、封止体２０、エンドカバー１５、押え部材２２の熱伝導率を上記の順でＡ，Ｂ，Ｃとすると、
Ａ＞Ｃ
であって、望ましくはさらに、
Ｂ＞Ｃ
となるように三者の熱伝導率が設定される。
こうすれば、封止体２０側の熱を外部に逃がさず、かつ、外部から感温装置Ｓへの熱の侵入を抑えることができる。
このように、感温装置Ｓを、後付け方式で、かつ、エンドカバー１５との間に弾性を備えた押え部材２２を介在させた状態でエンドカバー１５と感温装置支持面２１ｂの間に挟み込んで取付けた構成であるため、後付け方式本来の効果として、点検、修理、交換が容易でメンテナンスが良いとともに、樹脂注入圧力による感温装置の損傷等のおそれがない。
しかも、感温装置Ｓを、封止体２０の感温装置支持面２１ｂとエンドカバー１５との間に挟み込むこと、及び感温装置Ｓとエンドカバー１５の間に弾性を備えた押え部材２２を介在させることの二点により、感温装置Ｓを弾性挟圧状態で簡単に、かつ、安定良く取付けることができる。
すなわち、メンテナンス性が良くて樹脂注入圧力による感温装置の損傷等のおそれがないという後付け方式の長所を生かしながら、組立性を改善することができる。
また、第１実施形態によると、次の効果を得ることができる。
(Ｉ) 封止体２０におけるコイルエンド１９ａの内径側を覆う面に凹部２１を、同凹部２１による水平な段面が感温装置支持面２１ｂとなる状態で設けたから、感温装置Ｓが温度計測装置である場合に、これを封止体２０の内径側に設けたことにより、計測したいロータ寄りの高温部の温度計測が可能となる。
(ＩＩ) 凹部２１を封止体２０の円周方向の一部のみに設けているため、凹部２１を設けることによる封止体２０の歪みや損傷を抑えることができる。
(ＩＩＩ) エンドカバー１５の内面に突起２３を下向きに、かつ、凹部２１に対し電動機直径方向に隙間を置いて対向する状態で設け、押え部材２２を、上記隙間を埋める状態で感温装置Ｓとエンドカバー１５の間に挟み込んで取付けているため、感温装置Ｓを電動機軸方向と直径方向の双方の弾性押圧力によって一層強固に固定することができる。
(ＩＶ) 押え部材２２を、感温装置Ｓとエンドカバー１５の間の熱伝導を封止体２０と感温装置Ｓの間の熱伝導よりも小さく抑える材料によって形成しているため、感温装置Ｓが温度計測装置である場合に、外部温度の影響を抑えて電動機温度をより正確に計測することができる。
(Ｖ) 押え部材２２と感温装置Ｓとを接着・一体化しているため、この両者を一つの部品として取り扱うことができる。このため、とくに組立性の点で一層有利となる。
第２実施形態(図３参照)
以下の第２、第３両実施形態については第１実施形態との相違点のみを説明する。
第２実施形態においては、感温装置Ｓが、押え部材２２によって下面以外の各面が覆い包まれた状態で、封止体２０の上面(感温装置支持面)２０ａとエンドカバー１５の間に弾性的に挟み込まれて取付けられている。
なお、感温装置Ｓと押え部材２２は第１実施形態と同様に接着・一体化されている。
一方、第１実施形態と同様にエンドカバー１５の下面に突起２３が設けられているが、この突起２３は上側軸受１６の取付部分としての役割のみを有する。
この構成によれば、封止体２０に、第１実施形態の凹部２１のような特別な加工を加える必要がないため、封止体２０の注入・充填作業が容易で加工費が安くてすむとともに、封止体上面という上側が大きく開かれた部位に感温装置Ｓを置くだけでよいため、組立がさらに簡単となる。
第３実施形態(図４参照)
第３実施形態においては、第２実施形態の構成を前提として、上側コイルエンド１９ａとハウジング１４の側面との間に封止剤が注入されない空間部２４が形成され、感温装置Ｓの引き出し線２５がこの空間部２４に配置、すなわち、空間部２４を通って、ハウジング側壁に設けられた外部配線接続用のコネクタ２６に接続されている。
この構成によれば、感温装置Ｓからの引き出し線２５と外部配線との接続が容易となり、組立性を一層向上させることができる。
なお、この第３実施形態の構成は、第１実施形態の構成を前提としても採用することができる。
他の実施形態
(１) 感温装置Ｓと押え部材２２は、一体化する必要やメリットが無い場合には接着しなくてもよい。
(２) 本発明は、感温装置Ｓとして温度計測装置を設置する場合に限らず、加熱防止用の温度保護装置(温度ヒューズ)等、電動機の熱に反応して作動するものを設置する場合に広く適用することができる。
(３) 本発明は、縦置き配置される電動機に限らず、横置き配置される電動機にも、また前記のように同一原理の発電機及び発電電動機にも上記同様に適用することができる。
１１ 電動機シャフト
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ ハウジング
１５ エンドカバー
１８ ステータコア
１９ ステータコイル
１９ａ コイルエンド
２０ 封止体
Ｓ 感温装置
２１ 凹部
２１ｂ 感温装置支持面
２２ 押え部材
２３ エンドカバーの突起
２４ 空間部
２５ 引き出し線

Claims (7)

  1. 電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがハウジング内に収容され、上記ハウジング内に、伝熱性及び電気絶縁性を備えた合成樹脂材料から成る封止剤が少なくとも上記ステータのコイルエンドを覆う状態で注入されて封止体が形成されるとともに、温度に反応して作動する感温装置が上記ハウジング内に設置され、かつ、上記ハウジングの軸方向一端に、上記電動機シャフトが貫挿されるエンドカバーが装着されて構成される電動機において、上記封止体の表面に感温装置支持面を上記エンドカバーに対向して設け、上記感温装置を、上記エンドカバーとの間に弾性を備えた押え部材を介在させた状態でエンドカバーと上記感温装置支持面の間に挟み込んで取付けたことを特徴とする電動機。
  2. 上記封止体における上記コイルエンドの内径側を覆う面に凹部を、同凹部による段面が上記エンドカバーに対向する上記感温装置支持面となる状態で設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
  3. 上記凹部を上記封止体の円周方向の一部のみに設けたことを特徴とする請求項２記載の電動機。
  4. 上記エンドカバーの内面に突起を、エンドカバーが上記ハウジングの上側に位置する方向性での下向きに、かつ、上記凹部に対し電動機直径方向に隙間を置いて対向する状態で設け、上記押え部材を、上記隙間を埋める状態で感温装置とエンドカバーの間に挟み込んで取付けたことを特徴とする請求項２または３記載の電動機。
  5. 上記押え部材を、上記感温装置とエンドカバーの間の熱伝導を上記封止体と感温装置の間の熱伝導よりも小さく抑える材料によって形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。
  6. 上記押え部材と上記感温装置とを接着して一体化したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機。
  7. 上記コイルエンドとハウジングの間に、封止剤が注入されない空間部を形成し、上記感温装置の引き出し線を上記空間部に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。
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