特開 2023-42291 回転機のステータ固定構造、回転機のステータ固定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023042291

(43)【公開日】2023-03-27

(54)【発明の名称】回転機のステータ固定構造、回転機のステータ固定方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/18 20060101AFI20230317BHJP

【ＦＩ】

H02K1/18 A

H02K1/18 C

H02K1/18 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021149520

(22)【出願日】2021-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】東 義高

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA09

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601GA02

5H601GA40

5H601GB05

5H601GC02

5H601GC12

5H601GC32

5H601GD02

5H601GD12

5H601GD22

5H601JJ04

5H601KK18

5H601KK19

(57)【要約】      （修正有）

【課題】フレームレス構造の回転機においてブラケット並行精度を改善し、フレーム付きの場合と同様なワニス処理の実現を図る。
【解決手段】フレームレスモータ２１は、中間リング２３ａ，２３ｂ間に金属ロッド２６を備える。この中間リング２３ａ，２３ｂ間にステータコア５ａが挟まれている。中間リング２３ａにはボルト孔５ｂに連通する連通孔２４ｆが形成され、中間リング２３ｂにはボルト孔５ｂに対応する位置に雌ねじ穴２４ｄが形成されている。この連通孔２４ｆおよびボルト孔５ｂに挿通された通しボルト２５の軸部２５ｂを、雌ねじ穴２４ｄに締結してステータコア５ｄを固定する。このとき中間リング２３ａ，２３ｂ間が金属ロッド２６の長さに制限される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータの外周側に空隙を介して配置されたステータと、
前記ロータに固定されたシャフトの軸受を保持する一対のブラケットと、
前記ブラケットと前記ステータとの間に配置される中間リングと、
を備え、
前記中間リング間に前記ステータをフレームレスの状態で固定する回転機のステータ固定構造であって、
前記中間リング間にロッドを備える一方、
前記ステータは、複数の鋼板を積層したステータコアと、該ステータコアを軸方向に貫通する複数のボルト孔とを備え、
前記両中間リングは、前記ボルト孔に連通する孔部と雌ねじ部とがそれぞれ形成され、
前記孔部および前記ボルト孔に挿通されたボルトの軸部を前記雌ねじ部に締結する際に
前記中間リング間が前記ロッドの長さに制限されることを特徴とする回転機のステータ固定構造。

【請求項2】

前記孔部の径は、前記ボルトの頭部の径よりも小さく形成され、
前記頭部が前記孔部の内周縁を締め付けることで前記中間リング間に前記ステータコアが固定される
ことを特徴とする請求項１記載の回転機のステータ固定構造。

【請求項3】

ロータの外周側に空隙を介して配置されたステータと、
前記ロータに固定されたシャフトの軸受を保持する一対のブラケットと、
前記ブラケットと前記ステータとの間に配置される中間リングと、
を備え、
前記中間リング間に前記ステータをフレームレスの状態で固定する回転機のステータ固定構造であって、
前記中間リング間にロッドを備える一方、
前記ステータは、複数の鋼板を積層したステータコアと、該ステータコアを軸方向に貫通する複数のボルト孔とを備え、
前記両中間リングは、前記ボルト孔に連通する孔部と雌ねじ部とがそれぞれ形成され、
前記孔部を介して前記ボルト孔に挿通されたボルトの軸部を前記雌ねじ部に締結する際に
前記中間リング間が前記ロッドの長さに制限されることを特徴とする回転機のステータ固定構造。

【請求項4】

前記孔部の径は、前記ボルトの頭部の径よりも大きく形成され、
前記頭部が前記ボルト孔の内周縁を締め付けることで前記ステータコアが前記中間リングに固定される
ことを特徴とする請求項３記載の回転機のステータ固定構造。

【請求項5】

前記ステータコアは、周方向に複数の分割コアを備え、
前記分割コア毎に前記孔部および前記雌ねじ部が形成されている
ことを特徴とする請求項３または４記載の回転機のステータ固定構造。

【請求項6】

前記中間リングには、前記ロッドの端部を装着して保持する保持部が形成されている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか記載の回転機のステータ固定構造。

【請求項7】

請求項３または４記載の前記ステータコアを前記中間リング間に固定する方法であって、
一方の前記中間リングを前記ステータコアの一端部側に配置する工程と、
前記ステータコアの他端部側から前記ボルトの軸部を前記ボルト孔に挿通する工程と、
前記軸部を一方の前記中間リングの各雌ねじ部に締結する工程と、
他方の前記中間リングを前記ステータコアの他端部側に配置する工程と、
前記両中間リング間に前記ロッドの端部を装着する工程と、
一方の前記中間リングの前記孔部を介して前記ボルトの軸部を、他方の前記中間リングの前記ボルト孔に挿通する工程と、
前記軸部を他方の前記中間リングの前記各雌ねじ部に締結する工程と、
を有することを特徴とする回転機のステータ固定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレームレス構造の回転機（電動機・発電機）にステータを固定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

図１（ａ）中の１は、フレーム付き構造の電動機（フレーム付きモータ）の一例を示している。ここではステータ５の外周にフレーム２が取り付けられ、軸受４の取り付けられたブラケット３ａ，３ｂでフレーム２を挟み込む構造が採用されている。

【0003】

ところが、トランジスタインバータなどで駆動される可変速モータなどは、ロータ６が高速から低速まで変化する範囲でステータ５を十分に冷却する必要がある。そのため、特許文献１に示すように、フレーム２を省略してステータ５が露呈したフレームレス構造が利用されている。

【0004】

図１（ｂ）中の１１は、フレームレス構造のモータ（フレームレスモータ）の一例を示している。ここではステータコア５ａにボルト孔５ｂが形成され、ステータコア５ａをブラケット１３ａ，１３ｂで挟み、ボルト孔５ａに通しボルト２５を挿通して固定する構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９－２１９９５０

【特許文献2】特開２００７－２９５７４０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述のフレームレス構造によれば、冷却性能だけでなく、モータ材料のコストを抑えることが可能である。

【0007】

しかしながら、フレームレス構造は機械加工で製作されるフレーム２の代わりに、ブラケット１３ａ，１３ｂにより電磁鋼板５ｄを積層したステータコア５ａを挟んでいることから、その軸方向が長くなると電磁鋼板５ｂの精度（バリの有無など）によってはステータ５が傾く場合がある。

【0008】

その結果、ブラケット１３ａ，１３ｂの平行度の精度が悪化し、軸受４の摩耗が進行して製品寿命が短くなるなどの問題が生じるおそれがある。この場合にステータ５が一体鉄心であれば転積する（１８０°回転させて交互に積む）など手法により並行度を改善することは可能なものの、それにより作業工程が煩雑化するおそれがある。

【0009】

特に特許文献２のように分割鉄心の場合には積む方向が決まっているため、転積ができない場合が多い。また、フレームレス構造の場合にはブラケット１３ａ，１３ｂを取り付ける前にステータコア５ａのワニス処理が必要なものの、前記分割鉄心の場合には分割コアの単位で内側からワニスを滴下含侵するなどの複雑な工程が必要となってしまう。

【0010】

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされ、フレームレス構造の回転機においてブラケットの並行精度を改善し、またフレーム付き構造と同様なワニス処理を可能とすることを解決課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）本発明の一態様は、
ロータの外周側に空隙を介して配置されたステータと、
前記ロータに固定されたシャフトの軸受を保持する一対のブラケットと、
前記ブラケットと前記ステータとの間に配置される中間リングと、
を備え、
前記中間リング間に前記ステータをフレームレスの状態で固定する回転機のステータ固定構造であって、
前記中間リング間にロッドを備える一方、
前記ステータは、複数の鋼板を積層したステータコアと、該ステータコアを軸方向に貫通する複数のボルト孔とを備え、
前記両中間リングは、前記ボルト孔に連通する孔部と雌ねじ部とがそれぞれ形成され、
前記孔部および前記ボルト孔に挿通されたボルトの軸部を前記雌ねじ部に締結する際に
前記中間リング間が前記ロッドの長さに制限されることを特徴としている。

【0012】

（２）本発明の他の態様は、
ロータの外周側に空隙を介して配置されたステータと、
前記ロータに固定されたシャフトの軸受を保持する一対のブラケットと、
前記ブラケットと前記ステータとの間に配置される中間リングと、
を備え、
前記中間リング間に前記ステータをフレームレスの状態で固定する回転機のステータ固定構造であって、
前記中間リング間にロッドを備える一方、
前記ステータは、複数の鋼板を積層したステータコアと、該ステータコアを軸方向に貫通する複数のボルト孔とを備え、
前記両中間リングは、前記ボルト孔に連通する孔部と雌ねじ部とがそれぞれ形成され、
前記孔部を介して前記ボルト孔に挿通されたボルトの軸部を前記雌ねじ部に締結する際に
前記中間リング間が前記ロッドの長さに制限されることを特徴としている。

【0013】

（３）本発明のさらに他の態様は、前記他の態様の前記ステータコアを前記中間リング間に固定する方法であって、
一方の前記中間リングを前記ステータコアの一端部側に配置する工程と、
前記ステータコアの他端部側から前記ボルトの軸部を前記ボルト孔に挿通する工程と、
前記軸部を一方の前記中間リングの各雌ねじ部に締結する工程と、
他方の前記中間リングを前記ステータコアの他端部側に配置する工程と、
前記両中間リング間に前記ロッドの端部を装着する工程と、
一方の前記中間リングの前記孔部を介して前記ボルトの軸部を、他方の前記中間リングの前記ボルト孔に挿通する工程と、
前記軸部を他方の前記中間リングの前記各雌ねじ部に締結する工程と、を有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、フレームレス構造の回転機においてブラケットの並行精度が改善され、またフレーム付き構造と同様なステータコアのワニス処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）は従来のフレーム付きモータの縦断面図、（ｂ）は同フレームレスモータの縦断面図。

【図2】（ａ）は実施例１のステータ固定構造を採用したフレームレスモータの縦断面図、（ｂ）は同ステータに中間リングを取り付ける状態の斜視図。

【図3】同 ステータコア（分割鉄心）の斜視図。

【図4】（ａ）は実施例２のステータ固定構造を採用したフレームレスモータの縦断面図、（ｂ）は中間リングの正面図。

【図5】（ａ）は図４（ａ)のステータ固定方法の第１工程図、（ｂ）は同第２工程図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態に係る回転機のステータ固定構造（固定方法）を説明する。このステータ固定構造は、図１（ｂ）と同様なフレームレス構造の回転機に適用される。

【実施例0017】

図２および図３に基づき前記ステータ固定構造の実施例１を説明する。ここでは図１（ａ）（ｂ）と同一の構成は、同じ符号を用いて説明する。

【0018】

図２（ａ）中の２１は、本実施例の前記ステータ固定構造を採用したフレームレスモータを示している。このフレームレスモータ２１は、ロータ６の外周側に空隙を介して配置されたステータ５と、ロータ６に固定されたシャフト７と、シャフト７の軸受４を保持するブラケット２３ａ，２３ｂと、ブラケット２３ａ，２３ｂとステータ５との間に配置される中間リング２４ａ，２４ｂと、中間リング２４ａ，２４ｂ間の金属ロッド２６とを備えている。

【0019】

ステータ５は、電磁鋼板５ｄを積層したステータコア５ａと、ステーコア５ａを軸方向に貫通する複数のボルト孔５ｂとを備えている。このステータコア５ａは、図３に示すように、周方向に１２個の分割コア（分割鉄心）５ｃを備え、分割コア５ｃ毎にボルト孔５ｂが形成されている。なお、分割コア５ｄは、所定形状の分割ピースに打ち抜かれた電磁鋼板５ｄが積層され、かしめ・溶接などの手段により一体化されて製造されている。

【0020】

中間リング２４ａ，２４ｂは、図２（ｂ）に示すように円環状に形成され、ステータコア５ａの両端部に配置されている。この中間リング２４ａは周方向に沿って等間隔に孔部２４ｃが形成されている一方、中間リング２４ｂは周方向沿って等間隔に雌ねじ穴（タップ穴）２４ｄが形成されている。この両者２４ｃ，２４ｄは、図２（ａ）に示すように、それぞれ対応した位置に形成され、ボルト孔５ｂに連通している。

【0021】

具体的には孔部２４ｃは、中間リング２４ａの外面（ブラケット２３ａの対向面）側に形成された凹溝２４ｅと、凹溝２４ｅの溝底２４ｊに形成されてボルト孔５ｂに連通する連通孔２４ｆとを有する二段孔に形成されている。

【0022】

一方、雌ねじ穴２４ｄは、中間リング２４ｂの内面（ステータコア５ａの対向面）側に形成されている。ここでは通しボルト２５の軸部２５ｂが、凹溝２４ｃを介して連通孔２４ｆおよびボルト孔５ｂに挿通され、雌ねじ穴２４ｄに締結されている。

【0023】

また、中間リング２４ａ，２４ｂの外周には凸状に形成されたボス部２４ｇが形成されている。この各ボス部２４ｇ同士の対向面には、金属ロッド２６の端部が装着される凹部２４ｈが形成されている。この両凹部２４ｈにより金属ロッド２６の端部が保持され、両中間リング２４ａ，２４ｂ間に金属ロッド２６が設置される。

【0024】

このような前記ステータ固定構造によれば、ステータ５の固定作業は次の工程にて行われる。まず、中間リング２４ａ，２４ｂ間にステータ５を配置し、凹部２４ｈに金属ロッド２６を装着する。つぎに凹溝２４ｃを介して連通孔２４ｆおよびボルト孔５ｂに前記ボルト２５の軸部２５ｂを挿通し、軸部２５ｂの先端を雌ねじ穴２４ｄに締結すればよい。

【0025】

すなわち、雌ねじ穴２４ｄに軸部２５ｂが螺入するにしたがって通しボルト２５の頭部２５ａが凹溝２４ｅの溝底２４ｊ（連通孔２４ｆの内周縁）を押圧するため、各分割コア５ｃが中間リング２４ａ，２４ｂ間に挟まれて固定される。

【0026】

このときステータコア５ａが中間リング２４ａ，２４ｂ間で締め付けられるが、金属ロッド２６が突っ張るため、中間リング２４ａ，２４ｂ間の距離が金属ロッド２６の軸方向の長さに制限される。したがって、中間リング２４ａ，２４ｂ間の距離は、ステータコア５ａの長さ（鉄心長）ではなく、機械加工された金属ロッド２６の精度による。

【0027】

その結果、電磁鋼板５ｂの精度（バリの有無など）によって鉄心長が多少の偏差があっても金属ロッド２６の長さまで締め付ければ、中間リング２４ａ，２４ｂの傾きを防止することができる。これにより中間リング２４ａ，２４ｂについて精度の良い並行度を保つことが可能となる。

【0028】

そして、中間リング２４ａ，２４ｂを取り付けた後、該中間リング２４ａ，２４ｂのインロー（入れ子構造）の後加工を施すことにより、さらに精度良い並行度・同芯度を実現することができる。したがって、ブラケット２３ａ，２３ｂの並行度の精度が改善され、この点で軸受４の摩耗進行などの製品寿命の問題が解消される。

【0029】

また、中間リング２４ａ，２４ｂを取り付けた状態のままステータコア５ａのワニス含浸を行えるため、フレーム付きモータ１と同様にブラケット２３ａ，２３ｂを取り付ける前のワニス含浸が可能となる。これにより従来のように分割コア５ｃ単位で内側からワニスを滴下含侵するなどの複雑工程を行う必要が無く、ワニス処理の簡素化を図ることができる。

【実施例0030】

図４および図５に基づき前記ステータ固定構造の実施例１を説明する。図４（ａ）中の３１は、本実施例の前記ステー固定構造を採用したフレームレスモータを示している。

【0031】

フレームレスモータ３１は、中間リング２４ａ，２４ｂに代わって中間リング３４ａ，３４ｂが設けられている。この中間リング３４ａ，３４ｂは、周方向に沿って大径の孔部（バカ孔）３４ｃと雌ねじ穴２４ｄとが交互に等間隔に形成されている。

【0032】

この孔部３４ｃと雌ねじ穴２４ｄとは、中間リング２４ａ，２４ｂのそれぞれを対応した位置に形成されている。図４（ｂ）は中間リング３４ａの孔部３４ｃ・雌ねじ穴２４ｄの形成位置を示している。これに対して中間リング３４ｂは、中間リング３４ａの孔部３４ｃに対応した位置に雌ねじ穴２４ｄが形成され、中間リング３４ａの雌ねじ穴２４ｄに対応した位置に孔部３４ｃが形成されている。

【0033】

ここでは中間リング３４ａ，３４ｂは、孔部３４ｃ・雌ねじ穴２４ｄをそれぞれ６個ずつ形成されている。この孔部３４ｃの径はボルト５の頭部５ａおよびボルト孔５ｂの径よりも大きく形成され、孔部３４ｃ・雌ねじ穴２４ｄはボルト孔５ｂに対応した位置に連通形成されている。このボルト孔５ｂは分割コア５ｃ毎に形成されているため、中間リング３４ａ，３４ｂは分割コア５ｃ毎に孔部３４ｃ／雌ねじ穴２５ｄが形成されている。

【0034】

そして、前記ボルト２５の軸部２５ｂを中間リング３４ａ，３４ｂの孔部３４ｃを介してボルト孔５ｂに挿通に挿通し、それぞれの雌ねじ穴２４ｄに締結することで各分割コア５ｃが中間リング３４ａ．３４ｂ間に挟まれて固定されている。

【0035】

≪ステータ固定方法≫
図５に基づき本実施例によるステータ固定方法の工程を説明する。図５（ａ）（ｂ）中の矢印Ｐはステータコア５ａの一端部側を指し、同矢印Ｑはステータコア５ｂの他端部側を指している。

【0036】

第１工程：図５（ａ）に示すように、中間リング３４ｂをステータコア５ａの矢印Ｐ側に配置する。この状態のまま矢印Ｑ側から６本の通しボルト２５の軸部２５ｂを中間リング３４ｂのボルト孔５ｂに挿通する。ここで挿通された前記軸部２５ｂの先端を中間リング３４ｂの雌ねじ穴２５ｄに締結することでステータコア５ａが中間リング３４ｂに固定される。

【0037】

第２工程：図５（ｂ）に示すように、図５（ａ)の状態を１８０°回転させてステータコア５ａの矢印Ｑ側に中間リング３４ａを配置し、両中間リング３４ａ，３４ｂの凹部２４ｈに金属ロッド２６の両端部を装着する。この状態のまま矢印Ｐ側から６本の前記ボルト２５の軸部２５ｂを、中間リング３４ｂの孔部３４ｃを介して中間リング３４ｂのボルト孔５ｂに挿通する。ここで挿通された前記軸部２５ｂの先端を中間リング３４ａの雌ねじ穴２５ｄに締結する。

【0038】

これにより中間リング３４ａ，３４ｂ間にステータコア５ａの各分割コア５ｃが挟まれて固定される。このとき金属ロッド２６の長さまで締め付ければ中間リング３４ａ，３４ｂの傾きを防止でき、この点で実施例１と同様な効果を得ることができる。

【0039】

ここで実施例１の固定構造は、中間リング２４ａ，２４ｂ間で各分割コア５ｃを締め付けるため、分割コア５ｃ毎の軸方向の長さの相違によりステータコア５ａの締め付けが緩むおそれがある。

【0040】

これに対して本実施例は、前記ボルト２５の頭部２５ａが各分割コア２５ｃのボルト孔２５ｂの内周縁を直接締め付けるため、前記モータ３１の音・振動などによる電磁鋼板５ｄの緩みを抑えることができる。これにより前記モータ３１の低騒音・低振動を実現でき、特に分割鉄心の場合に優れた効果が得られる。

【0041】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば本発明のステータコア５ａは分割鉄心の場合に限らず、一体鉄心による構成でもよいものとする。

【0042】

ただし、実施例２の固定構造は、前記ボルト２５の頭部２５ａがボルト孔５ｂの内周縁を直接締め付けるため、一体鉄心の場合に積層電磁鋼板（ステータコア５ａ）が波打つおそれがある。この場合には前記各ボルト２５の締付量を調整することで対処して均一化を図ることが好ましい。

【0043】

また、実施例１の孔部２４ｃは、必ずしも二段孔に形成する必要はなく、連通孔２４ｆを中間リング２４ａに貫通形成してもよい。