特許 6709813 電気機械用ケーシングユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6709813

(24)【登録日】2020年5月27日

(45)【発行日】2020年6月17日

(54)【発明の名称】電気機械用ケーシングユニット

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/02 20060101AFI20200608BHJP

   H02K 5/173 20060101ALI20200608BHJP

   H02K 15/14 20060101ALI20200608BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20200608BHJP

   H02K 1/18 20060101ALI20200608BHJP

【ＦＩ】

   H02K5/02

   H02K5/173 A

   H02K15/14 Z

   H02K5/20

   H02K1/18 D

   H02K1/18 Z

【請求項の数】13

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-36370(P2018-36370)

(22)【出願日】2018年3月1日

(65)【公開番号】特開2018-153084(P2018-153084A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2018年4月16日

(31)【優先権主張番号】17160139.6

(32)【優先日】2017年3月9日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(72)【発明者】

【氏名】エリック フーター

(72)【発明者】

【氏名】ライナー ゾイフェルト

(72)【発明者】

【氏名】ロルフ フォルマー

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３６９１１８３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００７３２０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０５１５６８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ５／０２

Ｈ０２Ｋ １／１８

Ｈ０２Ｋ ５／１７３

Ｈ０２Ｋ ５／２０

Ｈ０２Ｋ １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械（１）用のケーシングユニット（５）であって、第１の軸受ブラケット（１０）、中間フランジ（１２）、及び、第１の固定子積層鉄心（３）を有し、前記第１の軸受ブラケット（１０）に対向する第２の軸受ブラケット（１１）と連結されるケーシングユニットにおいて、
前記の第１の軸受ブラケット（１０）、前記第１の固定子積層鉄心（３）、及び、前記中間フランジ（１２）が、付加製造法で作られた第１のステンレススティール被覆（１６）を有し、前記ケーシングユニット（５）が前記の第１の軸受ブラケット（１０）、前記第１の固定子積層鉄心（３）、前記中間フランジ（１２）、及び、前記第１のステンレススティール被覆（１６）で形成され、
前記第１のステンレススティール被覆（１６）は、複数のステンレススティール粒子が前記の第１の軸受ブラケット（１０）の外側表面と、前記中間フランジ（１２）の外側表面と、及び前記第１の固定子積層鉄心（３）の外側表面と、金属材料結合されることにより形成され、
前記第１のステンレススティール被覆（１６）により、前記第１の軸受ブラケット（１０）と、前記中間フランジ（１２）と、前記第１の固定子積層鉄心（３）とが結合され、
前記第１の固定子積層鉄心（３）と前記中間フランジ（１２）とは、前記第１の軸受ブラケット（１０）と前記第２の軸受ブラケット（１１）とが対向する方向に並んで配置され、
前記ケーシングユニット（５）は、前記第１の固定子積層鉄心（３）及び前記中間フランジ（１２）を介して前記ケーシングユニット（５）の前記第１の軸受ブラケット（１０）と対向して第２の軸受ブラケット（１１）と連結される、
ことを特徴とするケーシングユニット。

【請求項2】

前記ケーシングユニット（５）が、複数の磁石（７）及び複数の軸受（６）を備える回転子積層鉄心（９）を受容するように形成されており、前記回転子積層鉄心（９）はローターシャフト（８）と一緒に作動するように形成されている、請求項１に記載のケーシングユニット。

【請求項3】

前記ケーシングユニット（５）が回転子ユニット（１５）を受容するように形成されており、前記回転子ユニットはステンレススティール製のローターシャフト（８）、複数の磁石（７）を備えた積層鉄心（９）、及び、複数の軸受け（６）を備えている、請求項１に記載のケーシングユニット。

【請求項4】

前記ケーシングユニット（５）が、第２のステンレススティール被覆（１７）でコーティングされた前記第２の軸受ブラケット（１１）と連結すべく設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のケーシングユニット。

【請求項5】

前記ケーシングユニットが前記第１のステンレススティール被覆（１６）、又は、前記第２のステンレススティール被覆部（１７）において、放熱性をさらに改善するための複数の冷却チャネルを有し、前記複数の冷却チャネルが付加製造法で作られる、請求項４に記載のケーシングユニット。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載のケーシングユニット（５）を備えた電気機械。

【請求項7】

前記電気機械（１）が回転子ユニット（１５）を有し、この回転子ユニットがシャフト（８）、回転子積層鉄心（９）、複数の磁石（７）、及び、複数の軸受（６）で構成されている、請求項６に記載の電気機械。

【請求項8】

前記電気機械（１）が、請求項１による前記ケーシングユニット（５）と前記第２の軸受ブラケット（１１）とで構成されたステンレススティールケーシングを有する、請求項６又は７に記載の電気機械。

【請求項9】

請求項６から８のいずれか１項に記載の電気機械の製造方法であって、第１の軸受ブラケット（１０）、前記第１の固定子積層鉄心（３）、及び、中間フランジ（１２）が組立てられ、前記の第１の軸受ブラケット（１０）、前記第１の固定子積層鉄心（３）、及び、前記中間フランジ（１２）に前記第１のステンレススティール被覆（１６）がコーティングされ、この場合、前記の第１の軸受ブラケット（１０）、前記第１の固定子積層鉄心（３）、及び、前記中間フランジ（１２）が付加製造法を用いてステンレススティール粒子により互いに結合されて、ケーシングユニット（５）が作られる製造方法。

【請求項10】

巻線が巻かれた第２の固定子積層鉄心（４）が前記ケーシングユニット（５）内に嵌め込まれ、固定子ユニット（１３）が作られる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

ローターシャフト（８）と複数の軸受（６）と回転子積層鉄心（９）と複数の磁石（７）とで構成された回転子ユニット（１５）が固定子ユニット（１３）内に嵌め込まれる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

第２の軸受ブラケット（１１）が前記固定子ユニット（１３）に固定される、請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ケーシングユニット（５）の、前記第１のステンレススティール被覆（１６）、又は、前記第２のステンレススティール被覆（１７）に、放熱性をさらに改善するための複数の冷却チャネルが付加製造法で作られる、請求項４を引用する請求項６から８のいずれか１項を引用する請求項９を引用する請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械用の、特にＰＭサーボモーター（PM Servomotor）用の、第１の軸受ブラケット、中間フランジ、及び、第１の固定子積層鉄心を有するケーシングユニットに関する。本発明はさらに、この種のケーシングユニットを備えた電気機械、及び、この種のケーシングユニットの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種のケーシングユニットは例えばＰＭサーボモーターに使用される。特別な用途の場合には、電気機械のケーシングをステンレススティールで構成することが必要となる。この種のステンレススティールのケーシングは次のマイナスの特性を有する。すなわち、放熱性が悪いので、電気機械、大概はモーター、の許容出力を相応に低減しなければならず、あるいは、そのモーターをステンレススティールケーシングを有していない同等のモーターに比べてより大きく作らなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の課題は、電気機械用の薄肉のステンレススティールケーシングを低コストで簡単な方法で製造することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

冒頭に述べた種類のケーシングユニットに関する課題は、第１の軸受ブラケット、固定子積層鉄心、及び、中間フランジが、付加製造法により作られる共通のステンレススティール被覆を有することによって解決され、この場合、このケーシングユニットは、第１の軸受ブラケット、固定子積層鉄心、中間フランジ、及び、共通のステンレススティール被覆で形成される。

【0005】

本発明の課題は、さらに、この種のケーシングユニットを有する請求項７による電気機械により解決される。

【0006】

本発明の課題は、電気機械用のケーシングないしケーシングユニットの全体をステンレススティールで作るのではなく、ケーシングの外側被覆部のみをステンレススティールでコーティングする、ことある。このステンレススティールコーティングは付加製造法（generatives Fertigungsverfahren）により、例えばＭＰＡ技術（Metal Powder Application Technic、金属粉末利用技術）を用いて行われる。このために、ステンレススティール粒子が金属材料結合の形で、すなわち、実際には溶接されて、ケーシングユニットと結合される。この場合、ケーシング用の最小ユニットとして、第１の軸受ブラケット、固定子積層鉄心、及び、中間フランジに共通のステンレススティール被覆がコーティングされる。こうして、通常はアルミニウムないし鉄系金属の基材で構成された駆動側軸受ブラケット（AS-Lagerschild）である第１の軸受ブラケットにも、中間フランジにも、ステンレススティール被覆がコーティングされる。しばしばヨーク鉄心とも呼ばれる固定子積層鉄心は、製造の第１ステップで、第１の軸受ブラケット及び中間フランジと組立てられ、次にステンレススティール被覆で薄く、例えば約１から３ｍｍ、コーティングされる。これにより、薄肉のステンレススティール被覆を有する金属的な材料結合が生じる。しかし、この薄肉のステンレススティール被覆は完全なステンレススティールケーシング部と同等のメリットを有し、同時に著しく改善された放熱が保証される。このステンレススティール被覆により、シールコンポーネント、及び、素材組立て用のねじを節約することができ、同様に、薄肉のステンレススティール被覆により、比較的高価なステンレススティール材料が相応に節約して使用され、その結果、コストが下がる。

【0007】

付加製造法によるコーティングによって、最大結合力を有する金属的な材料結合が保証される。さらに、この付加製造法により、ケーシングユニットないし電気機械の全長及び直径に関する非常に高い自由度が与えられる。

【0008】

好適な実施形態は従属請求項に含まれている。
このケーシングユニットのステンレススティール コーティングのための適切な方法は付加製造法、例えば、いわゆるＭＰＡ技術である。この場合、ケーシングユニットのステンレススティール被覆は、ステンレススティール粒子が第１の軸受ブラケット、中間フランジ、及び、第１の固定子積層鉄心と金属材料結合の形で結合されることにより、容易に得られる。

【0009】

電気機械を完成するためのケーシングユニットの簡単な組立てが、このケーシングユニットが複数の磁石及び複数の軸受を有している回転子積層鉄心を受容すべく形成されることによって保証され、この場合、前記回転子積層鉄心は、特にステンレススティール製のローターシャフトと一緒に作動すべく形成されている。

【0010】

ステンレススティール被覆付き電気機械のケーシングの完成は、そのケーシングユニットが、第２のステンレススティール被覆でコーティングされた第２の軸受ブラケットと連結すべく設けられることにより、容易に行うことができる。

【0011】

第１の、及び／又は、第２のステンレススティール被覆が放熱性をさらに改善するために複数の冷却チャネルを有することにより、付加製造法を用いてこのケーシングユニットは目的に合わせて特に薄肉で細かく入り組んだ複数の冷却チャネルを備えることができる。この場合、これらの冷却チャネルは付加製造法で作られる。

【0012】

ローターシャフト、回転子積層鉄心、複数の磁石、及び、複数の軸受で構成された回転子ユニットをこの電気機械が有することにより、この電気機械を容易に完成することができる。

【0013】

電気機械用の完成されたステンレススティールケーシングは、この電気機械が、ケーシングユニットと第２の軸受ブラケットとで形成されたステンレススティールケーシングを有することにより、保証される。

【0014】

方法に関する課題は請求項１０による電気機械の製造方法により解決される。電気機械を製造するための本発明による方法では、第１製造ステップにおいて、第１の軸受ブラケット、外側の積層鉄心、及び、中間フランジが組立てられ、第２製造ステップにおいて、前記の第１の軸受ブラケット、外側の積層鉄心、及び、中間フランジにステンレススティール被覆がコーティングされる。この場合、前記の第１の軸受ブラケット、外側の積層鉄心、及び、中間フランジは、付加製造法を用いてステンレススティール粒子により相互に結合されて、ケーシングユニットが形成される。

【0015】

電気機械のこの製造プロセスでは、さらに第３製造ステップにおいて、巻線が巻かれた固定子積層鉄心が、第２製造ステップで作られたケーシングユニット内に嵌め込まれる。

【0016】

第４製造ステップにおいて、ローターシャフト、複数の軸受、回転子積層鉄心、及び、複数の磁石で構成された回転子ユニットが、第３製造ステップで作られた固定子ユニット内に嵌め込まれる。

【0017】

電気機械の製造の最後に、第５製造ステップで、第２の軸受ブラケットが前記固定子ユニットに固定される。

【0018】

このケーシングユニット、及び／又は、固定子ユニットを切削加工、及び／又は、電解研磨により平滑にすることによって、完成した電気機械が最適化される。

【0019】

以下において図面に示された実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】ステンレススティール被覆付きケーシングを有する電気機械の断面図

【図2】電気機械のコーティングされるケーシングユニットのための準備としての、軸受ブラケット、中間フランジ、及び、固定子積層鉄心で構成された基本コンポーネントの断面図

【図3】ステンレススティール被覆付きケーシング、及び、巻線が巻かれた星形鉄心（Sternpaket）の断面図

【図4】固定子ユニットとして組立てられたケーシングユニット、及び、それに対応する回転子ユニットを示す図

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１はステンレススティール被覆１６、１７付きケーシングを有する電気機械１の断面図である。この電気機械１は基本的に２つのケーシングユニットで構成されている。主ケーシングユニットは基本的に、第１の軸受ブラケット１０、固定子積層鉄心３、及び、中間フランジ１２で構成されている。この主ケーシングユニットの製造方法については図２から４に基づき詳細に説明する。すなわち、このケーシングユニットは、第１のステンレススティール被覆１６の形態の共通のステンレススティール被覆を有する固定子ユニットを形成している。第２のケーシングユニットは基本的に第２の軸受ブラケット１１で構成され、この第２のケーシングユニットは同様に第２のステンレススティール被覆１７を有する。図１に示されたケーシングないし電気機械１の特殊性は、全ケーシングが、付加製造法で作られたステンレススティール被覆１６、１７を有していることにある。このステンレススティール被覆１６、１７は薄く、例えば１から３ｍｍの厚さで、コーティングすることができる。このステンレススティール被覆とその下のアルミニウム金属もしくは鉄系金属、ないし、固定子積層鉄心３の電磁鋼板との金属的な材料結合により、完全にステンレススティールで作られたケーシングと比べて、ケーシング及び電気機械１の放熱が著しく改善される。さらに、薄肉の被覆によりステンレススティール材料を節約することができる。付加製造法によるコーティングにより、最大の結合力を有する金属的な材料結合が保証される。

【0022】

図１に示された電気機械１の他のコンポーネントは基本的に従来型のものである。例えば、電気機械１は巻線が巻かれた星形積層鉄心（Sternblechpaket）４を有している。さらに、ローターシャフト８、回転子積層鉄心、及び、複数の磁石７で構成された回転子ユニット１５を軸支するために複数の軸受６が設けられている。

【0023】

図２は図１に示された電気機械１の複数の基本コンポーネントの断面図である。これらの基本コンポーネントは、軸受ブラケット１０、中間フランジ１２、及び、固定子積層鉄心３で構成されている。これらは第１製造ステップ２０において、図２に示された方式に応じて組み立てられる。この場合、通常は第１の軸受ブラケット及び中間フランジ１２はアルミニウム又は鉄系金属で、他方、固定子積層鉄心は電磁鋼板で作られている。

【0024】

図３は、ステンレススティール被覆１６付きのケーシングユニット５、及び、星形積層鉄心４の断面図であり、この星形積層鉄心は第３製造ステップ２２においてケーシングユニット５内に嵌め込まれる。本発明による方法によれば、第１の軸受ブラケット、中間フランジ、及び、固定子積層鉄心（ヨーク鉄心）で構成され、第１製造ステップで組み立てられたこれらの基本コンポーネントに、第２製造ステップにおいて共通のステンレススティール被覆がコーティングされる。

【0025】

図４の左側には、第３製造ステップで作られた固定子ユニット１３が示されており、これはステンレススティール被覆１６も、巻線が巻かれた星形鉄心４も有している。図４の右側には、回転子ユニット１５が示されており、これは基本的に、複数の軸受６、シャフト８、磁石７、及び、回転子積層鉄心９で構成されている。

【0026】

図４にはさらに、第２の軸受ブラケット１１が示されており、これは、既に図１との関連で示されているように、ステンレススティール被覆１７を有している。

【0027】

図４から判るように、第４製造ステップ２３において、この回転子ユニットは固定子ユニット１３に嵌め込まれ、第２の軸受ブラケット１１を被せることによってモーター、すなわち、電気機械１が完成される。

【0028】

図１から４に示されたモーターの利点は、特に、さもなければシールを組み込む必要がある、軸方向の複数の結合箇所を避けることにある。このことにより、軸方向の熱伝達もさらに改善される。全体として、標準部品を使用することができ、これらにステンレススティールコーティングしさえすればよく、その結果、追加部品及び追加コストを避けることができる。ステンレススティールコーティングのための付加製造プロセスにより、強力な結合が作り出されるので、例えば付加的なねじ締め結合を不要とすることができる。さらに、付加製造法により、追加の工具コストを発生することなく、全長及び直径の自由度を持たせることが可能になる。こうして、異なるケーシング寸法のための在庫コストも不要になる。さらに、ステンレススティールコーティングにより、顧客要求および様々な環境条件に対して、ステンレススティールの変更によって、柔軟に対応することができる。

【0029】

要約すると、本発明は電気機械１用の、特にＰＭサーボモーター用のケーシングユニット５であって、第１の軸受ブラケット１０、中間フランジ１２、及び、第１の固定子積層鉄心３を有するケーシングユニットに関する。前記第１の軸受ブラケット１０、前記固定子積層鉄心３、及び、前記中間フランジ１２が、付加製造法で作られる共通のステンレススティール被覆１６を有し、前記ケーシングユニット５が前記第１の軸受ブラケット１０、前記固定子積層鉄心３、前記中間フランジ１２、及び、前記共通のステンレススティール被覆１６で形成されることによって、前記電気機械の薄肉ステンレススティールのケーシングを安価に且つ容易に作ることができる。

【符号の説明】

【0030】

１ 電気機械
３ 固定子積層鉄心
４ 星形積層鉄心
５ ケーシングユニット
６ 軸受
７ 磁石
８ シャフト
９ 回転子積層鉄心
１０ 第１の軸受ブラケット
１１ 第２の軸受ブラケット
１２ 中間フランジ
１３ 固定子ユニット
１６ 第１のステンレススティール被覆
１７ 第２のステンレススティール被覆
２０ 第１製造ステップ
２１ 第２製造ステップ
２２ 第３製造ステップ
２３ 第４製造ステップ
２４ 第５製造ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】