特許 7365998 接合装置

(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】

(24)【登録日】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】接合装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/22 20060101AFI20231013BHJP

【ＦＩ】

H02K5/22

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020212968

(22)【出願日】2020-12-22

(65)【公開番号】P2022099161

(43)【公開日】2022-07-04

【審査請求日】2023-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山崎 聡士

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５６－０９９８８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１３０２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４１３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０１５９５８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アースされた電動機のケースに導電性の外部装置を接合する接合装置であって、
頭部と、ネジ溝が形成された円柱状のネジ部と、前記頭部と前記ネジ部との間に介在され前記ネジ部に向けて先細りとなる略円錐状のテーパ部とを備えた導電性のボルトと、
中央に前記ボルトが挿入される孔が形成された平面状の外周部と、前記外周部から屈曲し前記孔に沿って形成された円筒状の立設部と、を備え、前記立設部に外周方向に突出する少なくとも一つの突起部を有する導電性のワッシャと、
を備え、
前記ワッシャを介して前記ボルトを前記外部装置に形成された切欠部に挿入し前記ボルトを前記ケースにネジ止めして前記ケースと前記外部装置を接合した際に、前記テーパ部が前記立設部に当接して前記立設部が外周方向に変形して前記突起部が前記切欠部の切欠面に当接し、前記ケースと前記外部装置が前記ボルトと前記ワッシャを介して電気的に導通させること、
を特徴とする接合装置。

【請求項2】

前記切欠部は塗装された塗装面を有しており、前記突起部は前記塗装面を噛みこんで前記切欠面と当接する、
請求項１に記載の接合装置。

【請求項3】

前記立設部の前記孔側は前記テーパ部に沿ったテーパ状である、
請求項１または２に記載の接合装置。

【請求項4】

前記外部装置は、前記電動機の内部に設けられた、前記電動機を監視するためのセンサを接続する端子箱である、
請求項１乃至３のいずれか一に記載の接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機は、電磁力により回転力するロータを備える。そして、電動機には、電動機内の種々の状態を管理（例えば電動機内の温度の管理）するためのセンサ類が取り付けられている。このようなセンサは、電動機の外枠に取り付けられた端子箱を介して外部と接続されている。

【0003】

電動機は可燃性ガス雰囲気で使用されることがあること、また、センサ類は高電圧が印加されることがあるため、端子箱に漏れた電流が蓄積・放電され発火源となることがある。これを防止するために、端子箱と電動機とがアース線で接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１２７１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そのため、電動機の組み立てる際に電動機と端子箱をアース線で接続する作業が必要となり、電動機を組み立てる作業者の負担となっていた。また、設計者も設計検討が必要であった。

【0006】

本発明が解決する課題の一例は、電動機と外部装置とをアース接続する作業と設計検討を軽減した接合装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一つの実施形態に係る接合装置は、アースされた電動機のケースに導電性の外部装置を接合する接合装置であって、頭部と、ネジ溝が形成された円柱状のネジ部と、前記頭部と前記ネジ部との間に介在され前記ネジ部に向けて先細りとなる略円錐状のテーパ部とを備えた導電性のボルトと、中央に前記ボルトが挿入される孔が形成された平面状の外周部と、前記外周部から屈曲し前記孔に沿って形成された円筒状の立設部と、を備え、前記立設部に外周方向に突出する少なくとも一つの突起部を有する導電性のワッシャと、を備え、前記ワッシャを介して前記ボルトを前記外部装置に形成された切欠部に挿入し前記ボルトを前記ケースにネジ止めして前記ケースと前記外部装置を接合した際に、前記テーパ部が前記立設部に当接して前記立設部が外周方向に変形して前記突起部が前記切欠部の切欠面に当接し、前記ケースと前記外部装置が前記ボルトと前記ワッシャを介して電気的に導通させること、を特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る電動機および端子箱を概略的に示す図である。

【図2】図２は、端子箱の中の構成を説明するための図である。

【図3】図３は、接合装置を説明するための斜視図である。

【図4】図４は、接合装置を用いて電動機と端子箱を接合する図である。

【図5】図５は、接合装置を用いて電動機と端子箱を接合した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、図面を参照して一つの実施形態について説明する。なお、この実施形態の説明によって本発明が限定されない。

【0010】

図１は、実施形態に係る電動機および端子箱を概略的に示す図である。図１のモータフレーム１は両端面のそれぞれが開口するものであり、フレームに相当する。モータフレーム１は導電性のアルミニウムもしくは鉄の製缶品で成形されたものであり、複数の冷却フィン２を有している。モータフレーム１には脚が固定されている。これら脚のそれぞれは導電性を有するものであり、モータフレーム１の外周面から下へ突出している。これら脚のそれぞれにはネジが挿入されており、モータフレーム１はネジを設置面に螺合することで固定される。

【0011】

モータフレーム１内にはモータ本体が収納されている。モータ本体は固定子および回転子を有している。回転子は回転子鉄心に水平な回転軸を固定してなるものであり、固定子は固定子鉄心に三相の固定子巻線を巻装してなるものである。これらの固定子巻線のそれぞれには、図１に示すように、口出し線６の一端部が接続されており、口出し線６のそれぞれの他端部には圧着端子７が接続されている。

【0012】

固定子鉄心はモータフレーム１の内周面に固定されたものであり、この固定子鉄心は焼き嵌めおよび鋲によってモータフレーム１内に固定されたものであり、回転子鉄心は固定子鉄心内に収納されている。

【0013】

モータフレーム１には、図１に示すように、２つのブラケット８が固定されている。一方のブラケット８はモータフレーム１の一端面を軸方向から覆い、他方のブラケット８はモータフレーム１の他端面を軸方向から覆っている。これらのブラケット８のそれぞれには軸受が装着されており、一方の軸受は回転軸の一端部を回転可能に支持し、他方の軸受は回転軸の他端部を回転可能に支持している。

【0014】

モータフレーム１には、図１に示すように、電動機のケースの一部である台座（図示せず）が固定されている。台座はアルミニウム等の導電性の金属を材料とするものであり、モータフレーム１の外周面にある。モータフレーム１には開口部１０が形成されている。開口部１０は台座をモータフレーム１内に接続するものであり、口出し線６はモータフレーム１内から開口部１０を通して台座内に引き込まれている。なお、少なくともモータフレーム１が電動機のケースに相当し、モータフレーム１と台座は電気的にアースされている。また、モータフレーム１は接地面にアースされている。

【0015】

また、図１に示すように、フレーム側ケース１５がモータフレーム１のタップ穴に螺合されている。フレーム側ケース１５は、端子台１２間を取り付ける部材であり、後述する接合装置Ｓによってフレーム１に固定されている。フレーム側ケース１５は導電性の金属を材料とするものであり、モータフレーム１とは反対側の一面が開口している。フレーム側ケース１５には開口部１６が形成されており、口出し線６はモータフレーム１内から開口部１６を通してフレーム側ケース１５内に挿入されている。

【0016】

フレーム側ケース１５には、図１に示すように、端子台１２が固定されている。端子台１２は絶縁性および難燃性の合成樹脂を材料に成形されたものである。

【0017】

モータフレーム１およびフレーム側ケース１５間には、図１に示すように、パッキン１７が介在されている。パッキン１７は絶縁性のゴムを材料とするものであり、四角環状をなしている。パッキン１７は接合装置Ｓの締結力で弾性的に圧潰されたものであり、モータフレーム１およびフレーム側ケース１５のそれぞれに弾性復元力で密着している。

【0018】

端子台１２には、図２に示すように、三相の端子板１８が装着されている。これら三相の端子板１８のそれぞれにはタップ孔が形成されており、三相の口出し線６のそれぞれはネジ１９をモータフレーム１とは反対側から圧着端子７を通して端子板１８のタップ孔に螺合することに応じて端子板１８に接続されている。これら三相の端子板１８のそれぞれはネジ２０が螺合されたものであり、三相の外部電源線のそれぞれはネジ２０を介して端子板１８に接続される。これら三相の端子板１８のそれぞれは端子に相当する。

【0019】

フレーム側ケース１５には、図１に示すように、端子箱カバー２１が固定されている。この端子箱カバー２１は導電性の金属を材料とするものであり、複数のネジによって端子箱カバー２１を通してフレーム側ケース１５に螺合することでフレーム側ケース１５に接合されている。フレーム側ケース１５および端子箱カバー２１は中空状の端子箱２３（外部装置の一例）を構成するものであり、端子台１２は端子箱２３内に収納され、複数の口出し線６のそれぞれの他端部は端子箱２３内で端子台１２の端子板１８に接続されている。端子箱２３は、例えば、モータフレーム１の内部に取り付けられた、電動機を監視するためのセンサ（図示せず、例えば、モータフレーム１の内部や電動機の内部の温度を監視するためのセンサ）を接続するための端子箱である。

【0020】

ここからは、接合装置Ｓについて説明する。図３は、接合装置Ｓを説明するための斜視図である。接合装置Ｓは、端子箱２３をモータフレーム１に接合して固定する。図３に示すように、接合装置Ｓは、ボルトＢとワッシャＷとを有する。接合装置Ｓは、例えば鉄やアルミニウム等の導電性材料で形成されている。

【0021】

ボルトＢは、頭部Ｂ１、テーパ部Ｂ２、ネジ部Ｂ３が一体的に構成され、頭部Ｂ１とネジ部Ｂ３の間にテーパ部Ｂ２を介在させた形状である。

【0022】

頭部Ｂ１は、例えばドライバー等を差し込んでボルトＢを回転させるための回転穴（図示せず、プラス形状、またはマイナス形状、６角ボルト、６角穴付ボルト）が形成されている。

【0023】

ネジ部Ｂ３は、円柱状の形状であり、外周部にボルトＢをねじ込ませるためのらせん状のネジ溝Ｂ３１（図４、図５を参照）が形成されている。

【0024】

テーパ部Ｂ２は、頭部Ｂ１側からネジ部Ｂ３側に向けて直径が小さくなる先細りとなる傾斜面Ｂ２１を有する略円錐形状を有する。すなわち、テーパ部Ｂ２は、頭部Ｂ１と接する側の直径が、ネジ部Ｂ３と接する側の直径より大きい。

【0025】

ワッシャＷは、平面から見ると円形形状である。ワッシャＷは、外周部Ｗ１と立設部Ｗ２とを有する。外周部Ｗ１は、円形状の平面板であり、中央部に円形の孔Ｗ４を有する。孔Ｗ４には、ボルトＢのネジ部Ｂ３とテーパ部Ｂ２が挿入される。立設部Ｗ２は円筒状の形状であり、その外周面Ｗ２２には、少なくとも一つ（実施形態では４個）の突起部Ｗ３が形成されている。突起部Ｗ３は、外周面Ｗ２２から外側（外周方向）に向けて突出する形状に形成されている。

【0026】

詳細は図４で後述するが、ボルトＢがねじ込まれると、テーパ部Ｂ２がワッシャＷに当接し、さらにボルトＢがねじ込まれると、テーパ部Ｂ２の外周方向への広がりによってワッシャＷは外周方向に広がるように塑性変形する。すると、突起部Ｗ３は外周方向に移動する。

【0027】

ここからは、接合装置Ｓを用いて電動機のケースと端子箱２３の接合について説明する。図４は、接合装置Ｓを用いて電動機と端子箱２３を接合する図である。なお、図４は、ボルトＢを端子箱２３の内部側からモータフレーム１側に差し込んで、端子箱２３をモータフレーム１に接合する状態を示す。図４は、接合装置Ｓをフレーム側ケース１５にセットした状態であり、まだボルトＢをモータフレーム１に完全にネジ止めしていない状態である。

【0028】

ここで、ワッシャＷについてさらに詳細に説明する。ワッシャＷの立設部Ｗ２は、外周部Ｗ１からボルトＢの挿入方向に延出した略円筒状の中空形状であり、孔Ｗ４に面した内周面Ｗ２１と反対側の外周面Ｗ２２とを有する。内周面Ｗ２１は、孔Ｗ４を形成するとともに、外周部Ｗ１に近い側から外周部Ｗ１に遠い側に向けて、孔Ｗ４の直径が徐々に小さくなるような傾斜面である。この内周面Ｗ２１の傾斜角度は、テーパ部Ｂ２の傾斜角度と略一致している。そのため、ボルトＢがネジ止めされる過程において、テーパ部Ｂ２と内周面Ｗ２１は面接触状態となる。また、外周面Ｗ２２は、略円柱形状の面である。なお、内周面Ｗ２１における内周面Ｗ２１に連通する傾斜面が、外周部Ｗ１に形成された孔Ｗ４の内面に形成されている。

【0029】

図４において、フレーム側ケース１５のモータフレーム１に対向する位置に孔である切欠部１５ｂが形成されている。フレーム側ケース１５の、切欠部１５ｂを空けた断面が切欠面１５ｃである。すなわち切欠面１５ｃは、切欠部１５ｂの側面に形成されている。また、フレーム側ケース１５の表面は、切欠面１５ｃを含めて、非導電性物質で塗装された塗装面１５ａが形成（被膜）されている。そのため、フレーム側ケース１５は通電されない。

【0030】

また、図４において、フレーム側ケース１５より上側が端子箱２３の内部であり、ワッシャＷは、端子箱２３の内側からフレーム側ケース１５にセットされている。ワッシャＷの外周部Ｗ１は、フレーム側ケース１５の内面側に形成された塗装面１５ａに接触している。また、ワッシャＷの立設部Ｗ２は、切欠部１５ｂの内部に入り込んでいる。立設部Ｗ２の内周面Ｗ２１は、図４において、上側（外周部Ｗ１側）から下側（外周部Ｗ１から離れた側）に向かうに連れて孔Ｗ４の直径が徐々に小さくなるように傾斜している。また、立設部Ｗ２の外周面Ｗ２２は、切欠面１５ｃと略平行な面を有している。

【0031】

外周面Ｗ２２には、４個の突起部Ｗ３が形成されている。突起部Ｗ３は、例えば略円錐状のとがった形状であり、いずれの突起部Ｗ３も、当該突起部Ｗ３と対向する位置の切欠面１５ｃに向けて突出している。すなわち、突起部Ｗ３は、外周面Ｗ２２の外周方向に突出している。実施形態の場合、４個の突起部Ｗ３は外周面Ｗ２２から放射方向に突出している。

【0032】

また、図４において、ボルトＢはワッシャＷに挿入されている。この状態で、ボルトＢのネジ部Ｂ３は孔Ｗ４に挿入されているが、テーパ部Ｂ２はまだ孔Ｗ４に挿入されていない。そのため、図４の状態では、４個の突起部Ｗ３は、フレーム側ケース１５に接触していないか、接触している場合であっても、塗装面１５ａに接触している状態である。すなわち、この状態では突起部Ｗ３と切欠面１５ｃとは接触しておらず、突起部Ｗ３と切欠面１５ｃは導通状態ではない。

【0033】

ボルトＢのテーパ部Ｂ２における最大直径は、孔Ｗ４の最大直径より大きい。そのため、図４の状態からボルトＢを回転させ、ネジ部Ｂ３がモータフレーム１にねじ込まれると、ボルトＢは回転しながら矢印Ｙ１方向に移動する。すると、ボルトＢのテーパ部Ｂ２が孔Ｗ４に挿入して内周面Ｗ２１に当接する。さらにボルトＢを回転させると、テーパ部Ｂ２から内周面Ｗ２１に外周向きの力が加わり、内周面Ｗ２１を外周方向（矢印Ｙ２方向）に押し広げる。そのため、ワッシャＷは外周方向（矢印Ｙ２方向）に広がるように塑性変形する。

【0034】

ワッシャＷが外周方向に塑性変形すると、突起部Ｗ３は外周方向に移動する。移動した突起部Ｗ３は、塗装面１５ａに噛み込んで切欠面１５ｃと当接する。

【0035】

図５は、ボルトＢがモータフレーム１にしっかりねじ込まれ、突起部Ｗ３が塗装面１５ａに噛み込んで切欠面１５ｃと当接した状態を示す図である。すなわち、図５は、接合装置Ｓを用いて電動機と端子箱２３を接合した図である。図５に示すように、この状態において、突起部Ｗ３と切欠面１５ｃと当接しているため、ワッシャＷとフレーム側ケース１５は電気的に接続された導通状態となる。すると、フレーム側ケース１５とモータフレーム１は、ワッシャＷとボルトＢを介して導通状態となる。そのため、端子箱２３に蓄積された漏れ電流は、ワッシャＷとボルトＢを介してモータフレーム１へと流れ、モータフレーム１はアースされているため、端子箱２３に蓄積された漏れ電流は外部に放電される。

【0036】

電動機を組み立てる作業者は、電動機に端子箱２３を取り付ける作業をするだけで端子箱２３にアース線を取り付けたと同様の状態にすることができる。そのため、別途端子箱２３にアース線を取り付ける作業を行う必要がなく、電動機にアース線を接続する作業を軽減することができる。

【0037】

なお、ロータが回転することで電動機は振動を発生する。発生した振動によってボルトＢがネジ止め状態から緩むことがある。このような場合であっても、外周方向に塑性変形したワッシャＷはフレーム側ケース１５と導通した状態を維持するため、端子箱２３とモータフレーム１との導通状態を維持することができる。また、突起部Ｗ３は、切欠面１５ｃにおける塗装面１５ａに噛み込んで、切欠面１５ｃに当接している。そのため、ボルトＢが電動機の振動で緩んでも、ボルトＢとワッシャＷが接触状態であるならば、フレーム側ケース１５とモータフレーム１は、ワッシャＷとボルトＢを介して導通状態を維持することができる。

【0038】

また、切欠面１５ｃにおいて突起部Ｗ３が塗装面１５ａに噛み込むことで塗装面１５ａを傷付けることになるが、切欠面１５ｃは人の目からは見難い位置であるため、端子箱２３をモータフレーム１から取り外した場合に、塗装面１５ａの傷が目立たない。

【0039】

以上説明したように、実施形態の接合装置Ｓは、アースされた電動機のモータフレーム１に導電性の端子箱２３を接合する接合装置Ｓであって、頭部Ｂ１と、ネジ溝Ｂ３１が形成された円柱状のネジ部Ｂ３と、頭部Ｂ１とネジ部Ｂ３との間に介在されネジ部Ｂ３に向けて先細りとなる略円錐状のテーパ部Ｂ２とを備えた導電性のボルトＢと、中央にボルトＢが挿入される孔Ｗ４が形成された平面状の外周部Ｗ１と、外周部Ｗ１から屈曲し孔Ｗ４に沿って形成された円筒状の立設部Ｗ２と、を備え、立設部Ｗ２に外周方向に突出する少なくとも一つの突起部Ｗ３を有する導電性のワッシャＷと、を備え、ワッシャＷを介してボルトＢを端子箱２３に形成された切欠部１５ｂに挿入しボルトＢをモータフレーム１にネジ止めしてモータフレーム１と端子箱２３を接合した際に、テーパ部Ｂ２が立設部Ｗ２に当接して立設部Ｗ２が外周方向に変形して突起部Ｗ３が切欠部１５ｂの切欠面１５ｃに当接し、モータフレーム１と端子箱２３がボルトＢとワッシャＷを介して電気的に導通させること、を特徴とする。

【0040】

このような特徴を備えた接合装置Ｓは、ボルトＢをモータフレーム１にネジ止めするだけで端子箱２３とモータフレーム１が電気的に導通状態になる。そのため、電動機を組み立てる際の電動機と端子箱２３とをアース接続する作業を軽減させることができる。

【0041】

上述の本発明の実施形態は、発明の範囲を限定するものではなく、発明の範囲に含まれる一例に過ぎない。本発明のある実施形態は、上述の実施形態に対して、例えば、具体的な用途、構造、形状、作用、及び効果の少なくとも一部について、発明の要旨を逸脱しない範囲において変更、省略、及び追加がされたものであってもよい。

【0042】

例えば、実施形態では、端子箱２３を外部装置の一例として説明した。しかしながらこれに限らず、例えば、電動機のモータフレーム１に設けられた電動機の内部を覗くための金属製の窓を外部装置としてもよい。窓は、モータフレーム１から外側に回動して開放可能に設けられる。この場合、接合装置Ｓによって窓はモータフレーム１と導電性を有する状態となる。窓は人が電動機の内部を覗くために触る。窓には比較的高電圧の計装品をつけることがあるため、また、窓の内側に防音目的のウール消音材を取り付けることがあるため、窓は帯電しやすい。そのため、感電を防止するために、接合装置Ｓによって窓に帯電した電流を外部に放出することができる。

【0043】

また、実施形態では、突起部Ｗ３を略円錐状の尖った形状とした。しかしながらこれに限らず、突起部Ｗ３は、例えば略三角錐や略四角推のような角錐形状であってもよい。

【0044】

また、実施形態では、４個の突起部Ｗ３を用いて説明した。しかしながらこれに限らず、突起部Ｗ３は、少なくとも１個であればよい。

【符号の説明】

【0045】

１ モータフレーム
６ 口出し線
１０ 開口部
１２ 端子台
１５ フレーム側ケース
１５ａ 塗装面
１５ｂ 切欠部
１５ｃ 切欠面
１６ 開口部
１８ 端子板
２１ 端子箱カバー
２３ 端子箱
Ｂ ボルト
Ｂ１ 頭部
Ｂ２ テーパ部
Ｂ２１ 傾斜面
Ｂ３ ネジ部
Ｂ３１ ネジ溝
Ｓ 接合装置
Ｗ ワッシャ
Ｗ１ 外周部
Ｗ２ 立設部
Ｗ３ 突起部
Ｗ４ 孔
Ｗ２１ 内周面
Ｗ２２ 外周面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】