电动机壳体及其制造方法

专利名称：电动机壳体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件和第2壳体构件、借助连接构件将该第1和第2壳体构件相结合、并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子将其固定在壳体内的电动机壳体及其制造方法。
背景技术：
近年来，对电动小型摩托车及电动汽车等不使用内燃机的车辆的开发大有进展。使用于这样的车辆驱动源的电动机是装入在金属制的壳体内，以保护该电动机。
作为这种电动机的壳体，有人提出了如图5所示的结构。
在该图中，电动机的壳体100主要由壳体101和罩盖102构成，壳体101的图中下端部安装在车辆本体(未图示)上。
壳体101和罩盖102利用钢制螺钉104在数处进行紧固，并借助密封件106而结合为一体。此时，电动机的定子105由壳体101和罩盖102夹持其外周部而被固定。又，在图中，5是转子，6是定子，9是环状的电路基板，10是转子位置传感器，11是固定电路基板9的螺丝。
此外，装入在如上所述的壳体100内的电动机，考虑到要在屋外使用，必须使其具有防水功能和防尘功能，以使雨水及尘埃等不进入壳体之内。
因此，对于上述结构的壳体100，有必要设法在壳体101和罩盖102之间的连接部103处夹入密封件106。
作为该密封件106，可以使用弹性材料构成的O型圈，以及涂上液态衬垫。
使用前者即O型圈时，是在壳体101和罩盖102的所有接合面之间，边使O型圈受压变形边夹入，用该O型圈填没两者之间的间隙。因此，必须在壳体101和罩盖102的所有接合面上形成插入O型圈用的槽，但存在很难高精度地加工该槽，导致成本提高的问题。另外，由于该槽的尺寸误差，也会引起O型圈的密封不严，并且，被挤压固定的O型圈经使用而发生老化，密封性会下降。
而后一种即涂上液态衬垫的，是在壳体101和罩盖102的接合面上涂上规定量的液态的衬垫后使其固化，从而由该衬垫填没装配后的两者之间的间隙。因此，必须有涂敷液态衬垫的工序、使涂敷后的液态衬垫硬化的工序等，存在壳体的装配繁杂，作业性差的问题。还有，此时还可能发生多余的液态衬垫流入壳体内侧并附着在壳体内的电动机构成部件上之类的事态，因此，必须对液态衬垫的粘度及涂敷量进行严格管理。
另外，涂敷液态衬垫之后，是在数处用螺栓将壳体101和罩盖102连接的，但是，若紧固各螺栓的力不均等，罩盖102即会相对壳体101倾斜，液态衬垫往往会产生间隙，致使密封不严。因此，进行螺栓4的紧固作业必须十分小心，其作业十分麻烦。
由于上述情况，传统的壳体100其连接部103露出于外表面，故必需专用的保证防水、防尘的构件，对制造及装配不利，并且存在用户可以方便地将其分解的问题。
本发明的第1目的在于，提供一种壳体的防水性及防尘性得到提高、可提高内装的电动机可靠性的电动机壳体。
但如上所述的壳体100，因为形成在罩盖102上的凸缘103靠近罩盖102上端地形成，并在该部分用螺栓104紧固，所以，螺栓104不使用超过必要长度的螺栓，该长度约为定子105的沿电动机转轴51方向长度的一半或一半以下。
又因为螺栓104和壳体101及罩盖102的构成材料不相同，故它们的热膨胀系数也不同。
因此，当因电动机驱动引起发热等原因而使温度发生变化时，不同材料间的热应力导致螺栓104的轴向力发生变化，有可能使螺栓104受到过大的拉力或发生松驰。具体是，此时，螺栓104的热膨胀量与紧固构件(螺栓104和壳体101)及被紧固构件(定子105和罩盖102)的热膨胀量之差增大，两者之间的变化率增大，所以螺栓104的轴向力不能维持初期状态。
为了能适应螺栓轴向力的变化，传统做法是，使用高强度的(允许应力高的)螺栓，并加大其紧固扭矩，或使用多个螺栓，增加螺栓紧固部位。
因此，传统的壳体固定结构存在导致部件成本上升的缺点。此外，高强度螺栓因为氢脆故不能在螺栓表面进行电镀处理(防腐蚀电镀)，存在螺栓的耐蚀性差的问题。另外，因为螺栓的紧固扭矩大，故存在该紧固作业困难，壳体装配费时费力，作业性差的问题。
本发明的第2目的在于，提供如下一种电动机壳体的制造方法，使用该方法，在选择因温度变化而受到影响的连接构件时，能够根据由壳体及连接构件的尺寸决定的一定范围的数值，来判别所必需的连接构件的强度分区，可容易地选定连接构件进行装配。
发明的公开本发明提供的一种具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件和第2壳体构件、借助连接构件将该第1和第2壳体构件相结合、并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子将其固定在壳体内的电动机壳体，其所述第1壳体构件与所述第2壳体构件的结合部配置在所述第1壳体构件的内侧的里侧。
另外，本发明提供的一种具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件和第2壳体构件、借助紧固构件将该第1和第2壳体构件相结合、并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子将其固定在壳体内的电动机壳体的制造方法，当所述定子的被夹持长度为L1、所述连接构件的、从其与所述第1壳体构件的结合处至其与所述第2壳体构件的结合处的长度为L2时，将所必需的连接构件的强度分区置换成所述L1与L2之比预先进行设定。
附图简介

图1是将本发明的电动机壳体应用于电动小型摩托车时的具体例子的剖面侧视图。
图2是图1所示电动机壳体的横剖剖视图。
图3是电动机壳体的紧固部附近放大的剖视图。
图4是将本发明的电动机壳体应用于电动小型摩托车时的其他具体例子的剖面侧视图。
图5是示出比较例中的电动机壳体的剖面侧视图。
实施发明的最佳形态以下根据附图所示实施例来说明本发明的电动机壳体。
在图1和图2中，本发明的电动机壳体1主要由第1壳体构件2和第2壳体构件3构成，该壳体1内收容有构成电动机的转子5和定子(电枢)6。又，本例中的电动机是无刷直流电动机。
该转子5包括将冲切成所需形态的导磁性材料的硅钢片层叠成回转体形状的轭铁52，设置(最好是埋设)在与该轭铁52的磁极54对应位置上的平板状永久磁铁53，以及压入在轭铁52的中心部分的长棒状的转轴51。
该永久磁铁53使用磁性良好的材料，例如使用以稀土类元素和过渡性金属及硼为基本成分的稀土类磁铁。
此外，该转轴51使用刚性强度高的材料，做成规定直径和长度的长棒形，由压入在后面将叙述的第1壳体构件2的轴承支承部26内的轴承7和压入在第2壳体构件3的内筒32内的轴承8可转动地支承。又，该转轴51的另一端穿过壳体1(第2壳体构件3)而伸出到外部，以便可将电动机的转动力输出到外部机器。另外，转子5的外周面隔着规定间隙与定子6的内周面相对。
如上所述的壳体1安装在小型摩托车本体上时，转轴51的下端例如与电动小型摩托车的具有无级变速器的动力传递机构(未图示)的输入轴连接。因此，电动机产生的转动驱动力通过动力传递机构可传递给电动小型摩托车的驱动轮，使电动小型摩托车可行驶。
此外，定子6固定设置于壳体，由冲裁成所需形状的导磁性材料即硅钢片层叠而成的铁心61和在该铁心61上绕上绕组形成的线圈(3相线圈)62所构成。
上述铁心61做成具有比上述转子5的外径稍大的内径并具有规定外径和长度方向的长度的大致中空圆筒形状。
此外，该铁心61的上下外周部如后面所述，被夹持在设于第1壳体构件2上的第1肩部24与第2壳体构件3的外筒31的上端之间，由使这第1、第2壳体构件2、3结合的各螺栓4提供夹持铁心61的紧固力。因此，定子6可以被牢固地固定在壳体1上。
另外在本例中，因为定子6相对壳体1的固定是与连接并固定第1壳体构件2和第2壳体构件3的操作即紧固螺栓4的操作同时进行的，故装配作业性良好。
该定子6的线圈62通过导线63从外部供电，因此铁心61被励磁，转子5产生转矩。即，由铁心61生成转动磁场，由于该转动磁场，转子5被驱动而作转动。用后面将叙述的转子位置传感器10检测对线圈62(3相线圈的各线圈)的通电，并由设有变换器的电动机驱动控制装置(未图示)根据该检测信号进行切换控制，从而生成上述转动磁场。
另外，在第2壳体构件3的内筒32的上端，用螺丝11固定有判别转子5的转动位置的电路基板9。在该电路基板9上的与转子5的永久磁铁53的转动周面相对的位置，设有转子位置传感器10，该转子位置传感器10例如采用霍尔元件，并与转子5的永久磁铁通过相对部位同步地输出检测信号。
另外，该电路基板9是在将第1壳体构件2与第2壳体构件3相连而成为一体之前，预先利用螺钉11安装在第2壳体构件3上的。在本例中，因为如后所述，将第2壳体构件3的外筒31与内筒32的各长度方向的长度设置为几乎相等，所以，设于内筒32的螺钉11用的螺孔的加工及利用螺钉11安装电路基板9的作业就容易进行。
接着说明本发明的主要部分即壳体1。
上述收容电动机构成部件的壳体1由第1壳体构件2和第2壳体构件3这两样构件构成，这些第1、第2壳体构件2、3的、分别露出于外部的部位上未设有与内部相通的开口或通孔，并且不需要密封件，通过数处螺栓4的紧固成为一体连接成单一的壳体1，因而作为壳体1可确保有充分的防尘性及防水性。
即，第1壳体构件2做成一端(图1中的下端)开口的大致筒状，包括具有一定外径的筒状胴体部21和关闭该胴体部21的另一端(图1中的上端)的顶部22，该胴体部21与顶部22是做成一体的。
又，第1壳体构件2的下端部是敞开的，在其下端部的外周部形成有宽幅环状的凸缘23，该凸缘23是将内装有电动机的壳体1牢固地安装在小型摩托车本体上的安装部。
还有，在胴体部21外周面和顶部22上侧面的规定部位，伸出形成有多个薄壁翅片状的散热片27。这样，电动机运转产生的热量便可以主要被传导给第1壳体构件2，并通过各散热片27发散到大气中。因此，通过设置这样的多个散热片27，可增大外表面积，并随之改善散热性能，因此可有效地冷却电动机和壳体1。尤其是在将本例的电动机(壳体1)使用于电动小型摩托车时，当该小型摩托车行驶时，第1壳体构件2的外表面及散热片27的表面会碰到空气流，它们即被空气冷却。
另外，在第1壳体构件2的胴体部21的内周面上，从图1的上方至下方，形成有内径依次增大的第1内径部、第2内径部及第3内径部，在第1内径部和第2内径部之间设有规定宽度的环状的第1肩部24，在第2内径部和第3内径部之间设有规定宽度的环状的第2肩部25。
即，该第1内径部的内径设定为比上述定子6的铁心61的外径小的规定尺寸。
另外，第2内径部的内径设定为与上述定子6的铁心61的外径相等，并且其长度方向的长度设定为比该铁心61的长度方向的长度还长的规定尺寸。
因此，可以将铁心61稳定地收容保持在该第2内径部，并且能使铁心61的上部外周部与形成于第1内径部和第2内径部之间的第1肩部24配合。
此外，该第3内径部的内径设定为比铁心61的外径还大，并且其长度方向的长度设定为比第2壳体构件3的长度方向的长度稍长。
即，该第3内径部的内径尺寸及长度的设定，必须能将后面将叙述的第2壳体构件3以埋入状态收容在该第3内径部内，并能将第2壳体构件3结合在第1壳体构件2上。
此外，在形成于第2内径部和第3内径部之间的第2肩部25的规定部位，设有多个沿长度方向的一定长度和一定直径的螺栓用螺孔251。具体是，这些螺栓用螺孔设置在与设于后面将叙述的第2壳体构件3的凸缘33上的螺栓穿插孔相对应的部位。
还有，在顶端22内侧的中央部，设有形成为一定直径和一定深度的凸状的轴承支承部26。在该轴承支承部内压入上述转子5的转轴51的轴承7，以便牢固地固定保持该轴承。并借助该轴承7，将转子5的转轴51的一端可转动地枢支在第1壳体构件2上。
在如上所述结构的第1壳体构件2上，用螺栓4以埋入状态连接第2壳体构件3。
该第2壳体构件3由一端敞开的直径和长度一定的大致筒状的外筒31和配置在其中央的中空状的内筒32所构成，在外筒31外周的一定部位形成有宽幅环状的凸缘33。该外筒31的外径形成为与第1壳体构件2上的第2内径部的内径大致相同。
又，外筒31的外径，只要至少其与第1壳体构件2的第2内径部配合的部位设定为相同直径即可，其他部分只要能保证有设置螺栓结合结构的空间，可以根据内部收容空间的需要，做成其他的形状。
另外，在该外筒31的规定部位，成一体地形成有一定宽度的厚壁环状的凸缘33。
具体是，在离开外筒31的开口沿外筒31长度方向有一定距离的部位且在外筒31的整个周面上，向外突出地设有该凸缘33。该一定距离是根据用螺栓4紧固的距离适当设定的。另外，该凸缘33的外径设定为比第1壳体构件2的第3内径部的内径稍小，保证了可配置螺栓结合结构的宽度。即，在该凸缘33的圆周上，相隔一定间隔地贯穿设有多个螺栓4用的螺栓穿插孔331。并且，该凸缘33做成比第2壳体构件3的壁还厚的厚壁形状，以使其不会因螺栓4的紧固力而发生变形，能可靠地将该紧固力传递给第2壳体构件3。
再有，因为在将两第1、第2壳体构件2、3用螺栓4相结合的同时，定子6的铁心61能被第1和第2壳体构件2、3夹持而固定于壳体1，所以，不需要固定定子用的专用构件，可简化结构并提高装配作业性能。
此外，内筒32做成一定直径和一定深度的中空形状，且其长度方向的长度设定为比外筒31稍短，并做成比第2壳体构件3的壁更厚的厚壁形状。因此，可以将使用支座的环状轴承8压入并牢固地固定支承在内筒32的内部。这样便通过该轴承8将转子5的转轴51的另一端可转动地枢支于第2壳体构件3。
还有，在第2壳体构件3的适当部位贯穿设有一定直径的通孔34，以便让将电力从外部供给电动机的导线63通过该通孔34穿入。
另外，这些第1壳体构件2和第2壳体构件3的构成材料，例如有各种金属材料、各种硬质树脂及各种陶瓷等，如果是不会扰乱电动机用的转动磁场的材料，从导热性及强度考虑，以金属材料为宜。
在本例中，第1壳体构件2和第2壳体构件3的构成材料分别使用铝或铝合金。此时，散热片27也可以是固定在第1壳体构件2等上的另外的构件，但从制造成本等方向考虑，最好是成一体地形成在第1壳体构件2等上的。
另外，第1壳体构件2和第2壳体构件3的构成材料可以是相同的，也可以是不同的。
还有，在使用构成材料不同、热膨胀(热收缩)率也异的材料的情况下，也可以通过在预计要在高温环境下使用时位于内侧的构件使用膨胀率高的材料，在预计要在低温环境下使用时位于内侧的构件使用膨胀率低的材料，以做成保持构件间的密合度的结构。
如上所述的壳体1在凸缘23处例如用螺钉或螺栓安装在小型摩托车本体上。在此情况下，在凸缘23和小型摩托车本体之间例如夹入密封部件(未图示)，借助该密封部件的液密性来发挥防水功能和防尘功能。此外，作为该密封部件，例如有橡胶之类弹性材料构成的环状构件、上述的液状衬垫及将其他粘结剂等固化后的材料。
另外，本例中的电动机壳体是由两构件构成的，但本发明不受此限，也可以用3个以上的壳体构件构成。即，例如也可以做成如下结构将图1所示的第2壳体构件再分成两个壳体构件，其中的一个壳体构件支承轴承8，另一个壳体构件与第1壳体构件连接并在与第1壳体构件之间夹持固定定子6。在此情况下，各壳体构件连接部的大半部分、最好其全部位于第1壳体构件2的内侧。
如上所述，若采用本例的壳体，通过将第1壳体构件与第2壳体构件的连接部配置在第1壳体构件的内侧且第1壳体构件的里面，连接部不直接露出于壳体外表面地受到第1壳体构件的保护，所以，连接部不必设置防尘和防水用的密封件等，可省去设置密封件的加工及设置工序。其结果，壳体的制造装配变方便。
又因为减少了设置密封件等的密封部分的部位，故提高了壳体整体的防水性和防尘性，其内收容的电动机的可靠性提高。
还有，同样地通过使螺栓连接部位于第1壳体构件的内侧且在里面，用户即难于卸下螺栓来分解第1壳体构件与第2壳体构件，防止了对电动机的违法改造及不熟练的修理，可提高安全性。
此外还有，因为连接部处的第1壳体构件和第2壳体构件的分界线(接合部位)及螺栓的头部不直接露出于壳体外部，故可尽可能地减少损伤该部位，并且外观上也漂亮。
另外，在本例中，因为第2壳体构件插入在第1壳体构件的内侧，所以在壳体安装在小型摩托车本体(未图示)上的状态下，第1壳体构件覆盖整个电动机，仅第1壳体构件的外表面露出。因此，在热的传导路途上无密封件之类的绝热性物质，因此，电动机产生的热量的热传导性能良好，且可更多地设置散热翅片，所以可提高电动机的冷却效率。
以下说明本申请的其他发明。
本例的壳体1，通过与构成电动机的铁心61的长度方向的长度相对应地适当设定在相同的长度方向推压该铁心61以将其固定于壳体1的螺栓4的长度，可以放宽螺栓4所需的强度条件，另外相反，根据它们的长度比，可以选择按各标准规定的螺栓强度分区的螺栓。
即，由于紧固构件与被紧固构件的材质、各构件相对紧固方向长度之差的不同，温度变化导致的热膨胀(热收缩)量也不同，紧固力会变动。对于此种情况，通过适当设定各构件的长度比，来减少热膨胀(热收缩)量之差，抑制紧固力的变动，以降低必需的初期紧固力、提高装配性能，同时放宽连接构件即螺栓所必需的强度条件，以降低成本及提高耐久性。
即，用两个壳体构件(铝材料)夹持构成电动机的铁心61(铁材料)，用螺栓4(铁材料)紧固，并由该螺栓4提供夹持铁心61的推压力。因此，因使用材质不同的构件，故这些构件的热膨胀系数也异。
此外，在此情况下，即使铁心与螺栓的材质相同，若该铁心与螺栓的长度不同，则当温度发生变化时，铁心与螺栓的热膨胀(热收缩)量也不同。还有，同样地，两个壳体构件的各自的长度相异，它们的热膨胀(热收缩)量也异。
因此，即使在装配时用适当的紧固力紧固螺栓，当装配后发生温度变化时，因紧固构件与被紧固构件的热膨胀(热收缩)量不同，与其差相应地产生的热应力也会引起作用于各构件的轴向力发生变化。
这些紧固构件与被紧固构件的热膨胀(热收缩)量之差也可以用“铁心与螺栓的热膨胀(热收缩)量之差、以及两个壳体构件的热膨胀(热收缩)量之差的和”这样的形式来表示。
另外，因为铁心与螺栓的长度之差与两个壳体构件的长度之差相等，所以，两个壳体构件的热膨胀(热收缩)量之差可以用铁心与螺栓的长度来表示。
因此，紧固构件与被紧固构件的热膨胀(热收缩)量之差，可以如后面的式(4)所示，仅用各构件的热膨胀系数、铁心与螺栓的长度及温度变化量来表示。
从式(4)可知，各构件的热膨胀系数越大、铁心和螺栓的长度之差越大、以及温度变化量越大，由热膨胀(热收缩)量之差越大。
因此在本例中，着眼于铁心和螺栓的长度之差，通过减小该差，即，将两者长度之比设定为接近1，即使各构件的热膨胀系数之差很大，或温度变化量很大，也能将热膨胀(热收缩)量之差抑制为较小。
此外，根据铁心与螺栓的长度之比，可以决定所必需的螺栓的强度分区。
以下参照附图3，说明上述铁心与螺栓的长度之比率关系。
如图3所示，在本例中，当设铁心61的转轴51长度方向的长度(被夹持部分的长度)为L1、螺栓4的与第1壳体构件2结合部及与第2壳体构件3的结合部之间的长度(从螺栓4的全长中除去头部41及埋入阴螺纹251中的部分后的长度)为L2时，该L1与L2的长度的比率关系根据所必需的连接构件的强度分区(在此是日本JIS标准)，设定为要满足下式(1)的条件。
此外，该比率关系满足下式(2)的条件为好，满足下式(3)的条件更好。
0.55≤L1/L2≤1.5 …… (1)0.76≤L1/L2≤1.2 …… (2)0.96≤L1/L2≤1.02…… (3)即，首先，设紧固构件的热膨胀量Δ(L2+L4)与被紧固构件的热膨胀量Δ(L1+L3)之差|Δ(L2+L4)-Δ(L1+L3)|为Δλ，则该Δλ可用下式(4)来表示。
Δλ＝(αA1-αSt)|L2-L1|Δt …… (4)以下说明该式(4)的成立过程。
即，紧固构件(螺栓4和第1壳体构件2)的长度用L2+L4来表示，被紧固构件(铁心61和第2壳体构件3)的长度用L1+L3来表示。
一般情况下，某种构件的热膨胀量用下式表示热膨胀量＝(热膨胀系数)×(长度)×(温度差)因此，紧固构件及被紧固构件的热膨胀量以如下所示的式子分别表示紧固构件的热膨胀量＝Δ(L2+L4)＝αStL2Δt+αA1L4Δt被紧固构件的热膨胀量＝Δ(L1+L3)＝αStL1Δt+αA1L3Δt又，上述各式中的各符号表示如下αA1铝的热膨胀系数αSt钢的热膨胀系数Δt温度差因此，紧固构件的热膨胀量与被紧固构件的热膨胀量之差ΔλΔλ＝|Δ(L2+L4)-Δ(L1+L3)|＝|(αStL2Δt+αA1L4Δt)-(αStL1Δt+αA1L3Δt)|＝|αSt(L2-L1)Δt+αA1(L4-L3)Δt|在此，如图3可知，存在以下的关系L2+L4＝L1+L3因此，若设L2+L4＝L1+L3＝L则L3＝L-L1L4＝L-L2L3借助L用L1表示，同样地，L4借助L用L2表示。
使用该关系，则上述Δλ成为如下式子Δλ＝|αSt(L2-L1)Δt+αA1(L1-L2)Δt|＝(αA1-αSt)|L2-L1|Δt…… (4)在式中，L相抵消，仅用L1和L2表示，获得式(4)。
此外从该式(4)可知，要获得Δλ，，只要有L1和L2的信息即可。
再有，上述热膨胀量的差Δλ相对螺栓4的热膨胀量λ(＝ΔL2)的比例Δλ/λ可用下式(5)来表示Δλ/λ＝(αA1/αSt-1)|1-L1/L2|…… (5)以下说明该式(5)的成立过程。
即，螺栓4的热膨胀量λ可用以下式子表示λ＝ΔL2＝αStL2Δt接着，若考虑对于λ的Δλ的比例，则获得式(5)Δλλ=(αA1-αSt)|L2-L1|Δt(αStL2Δt)=(αA1/αSt-1)|1-L1/L2|......(5)]]>因此从该式(5)可以理解，当L1/L2＝1时，Δλ/λ是最小为0％。此外，同样地也可理解，随着L1/L2远离1，Δλ/λ增大。
另外，该式(5)也可用下式表示Δλ/λ＝|(αStL2Δt+αA1L4Δt)-(αStL1Δt+αA1L3Δt)|/(αStL2Δt)＝|1-(αStL1Δt+αA1L3Δt-αA1L4Δt)/(αStL2Δt)|该式的意义如下所述。
当限制螺栓4的周围构件的热膨胀即(被紧固构件的热膨胀量)-(紧固构件的热膨胀量)为零(作为特殊的例子，限制螺栓4的周围构件的热膨胀量全部为零)时，Δλ/λ＝100％。
另一方面，当限制螺栓4的周围构件的热膨胀量，即，(被紧固构件的热膨胀量)-(紧固构件的热膨胀量)与螺栓4的热膨胀量相等时(其一例是当L1＝L2时)，Δλ/λ＝0％。
另外，如后面所述，作用于螺栓4的轴向力的变化与Δλ成正比。
因此，从这些结果可知，Δλ/λ是显示热膨胀给予螺栓4的轴向力变化程度的值。
还有，作用于螺栓4的轴向力的最大值Fmax可用下式(6)来表示Fmax＝F+Z(αA1-αSt)|L2-L1|ΔT…… (6)上述式(6)中的符号表示如下F初期紧固轴向力Z比例常数ΔT温度差在此对上述式(4)至(6)进行补充说明。
热膨胀系数αA1、αSt分别为αA1＝24×10-6(1/℃)αSt＝12.2×10-6(1/℃)此外，温度差Δt引起热应力必须考虑温度向低温方向变化时和向高温方向变化时的两个方面。
因此，在本例中，设温度向比壳体装配时更低的方向变化时(从40℃变为-10℃)为Δt1、设温度向比壳体装配时更高的方向变化时(从20℃变为100℃)为Δt2，对此进行观察。
因此，Δt1＝50℃Δt2＝80℃温度差ΔT是可用下式(7)、(8)所示的、从温度差Δt1、Δt2换算来的值。
当L1＞L2时，ΔT＝Δt2×1.32+Δt1＝185.2 …… (7)当L1≤L2时，ΔT＝Δt1×1.32+Δt2＝164.5 …… (8)初期紧固轴向力F是根据电动机产生的扭矩和夹持在两壳体构件2、3间的定子滑动而不转动的条件来计算出的，F＝285.1kgf。
此外，Z是表示因轴向变位引起的螺栓4轴向力变动的比例常数，用下列的式(9)表示Zd=EA12.122β(0.321β+0.01β2)1+2.702EA1ESt(0.321β+0.01β2)(1.252+1β)....(9)]]>其中，β=Lfd]]>Lf紧固长度＝Lzd螺栓的公称直径＝5mmEA1铝的纵向弹性系数＝205.8GPaEst钢的纵向弹性系数＝67.6Gpa(1)当L1＞L2时，在周围温度为40℃时装配包括壳体在内的电动机，并在-10℃的温度下使该电动机运转(Δt1＝50℃)时，因为紧固构件(螺栓4和壳体2)方欲比被紧固构件(铁心61和壳体3)方更多地收缩，所以，作用于螺栓的轴向力增加。
这样变化后的轴向力的增加量(F+)用下式求得F+＝ZΔμ＝Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt1相反，在周围温度为20℃时装配电动机，并在100℃的温度下使该电动机运转(Δt2＝80℃)时，因为紧固构件(螺栓4和壳体2)方欲比被紧固构件(铁心61和壳体3)方更多地膨胀，所以，作用于螺栓的轴向力减少。
这样变化后的轴向力的减少量(F-)用下式求得F-＝Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt2此外，当电动机产生扭矩T时定子不转动所必需的轴向力F0用下式表示F0＝fT/μr(其中，f安全率，μ摩擦系数，r半径)因此，为了在轴向力减小到最小时也要保证上述轴向力而必需的轴向力F1用下式表示F1＝F0+F-因为用扭矩方法紧固螺栓时，因螺纹面的摩擦引起的轴向力的变动为±30％，所以，必须的初期紧固轴向力F2可用下式求得F2＝(F0+F-)×1.3如该初期紧固轴向力F2所获得的那样，用扭矩方法紧固螺栓后(在此，也考虑因螺纹面的摩擦引起的轴向力的变动为±30％)，若温度下降，轴向力增加，作用于螺栓的轴向力的最大值Fmax为Fmax＝F2×1.3+F+＝(F0+F-)×1.32+F+＝F0×1.32+F-×1.32+F+在此，若设F0×1.32＝F，则上述的Fmax为Fmax＝F+Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt2×1.32+Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt1＝F+Z(αA1-αst)|L2-L1|(Δt2×1.32+Δt1)＝F+Z(αA1-αst)|L2-L1|ΔT …… (6)其中，ΔT＝Δt2×1.32+Δt1＝185.2 …… (7)(2)当L1≤L2时，在周围温度为40℃时装配包括壳体在内的电动机，并在-10℃的温度下使该电动机运转(Δt1＝50℃)时，因为被紧固构件(铁心61和壳体3)方欲比紧固构件(螺栓4和壳体2)方更多地收缩，所以，作用于螺栓的轴向力减少。
这样变化后的轴向力的减少量(F-)用下式求得F-＝Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt1相反，在周围温度为20℃时装配电动机，并在100℃的温度下使该电动机运转(Δt2＝80℃)时，因为被紧固构件(铁心61和壳体3)方欲比紧固构件(螺栓4和壳体2)方更多地膨胀，所以，作用于螺栓的轴向力增加。
这样变化后的轴向力的增加量(F+)用下式求得F+＝Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt2当电动机产生扭矩T时定子不转动所必需的轴向力F0用下式表示F0＝fT/μr(其中，f安全率，μ摩擦系数，r半径)因此，为了在轴向力减小到最小时也要保证上述轴向力而必需的轴向力F1用下式表示F1＝F0+F-因为用扭矩方法紧固螺栓时，因螺纹面的摩擦引起的轴向力的变动为±30％，所以，必须的初期紧固轴向力F2可用下式求得F2＝(F0+F-)×1.3如该初期紧固轴向力F2所获得的那样，用扭矩方法紧固螺栓后(在此，也考虑因螺纹面的摩擦引起的轴向力的变动为±30％)，若温度上降，轴向力增加，作用于螺栓的轴向力的最大值Fmax为Fmax＝F2×1.3+F+＝(F0+F-)×1.32+F+＝F0×1.32+F-×1.32+F+在此，若设F0×1.32＝F，则上述的Fmax为Fmax＝F+Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt1×1.32+Z(αA1-αst)|L2-L1|Δt2＝F+Z(αA1-αst)|L2-L1|(Δt1×1.32+Δt2)＝F+Z(αA1-αst)L2-L1|ΔT …… (6)其中，ΔT＝Δt1×1.32+Δt2＝164.5 …… (8)以上结果表明，不论是(1)还是(2)，作用于螺栓4的轴向力的最大值Fmax都可以用式(6)表示。
另外，最大轴向应力可用下式表示最大轴向应力＝最大轴向力/有效截面积同时，该最大轴向应力必须小于螺栓的允许应力。若将此反过来说，即意味着必需具有大于该最大轴向应力的允许应力的螺栓。
另外，从该结果可以推想到，若使L1/L2的比率接近1，即可减少因温度上升及下降引起的螺栓轴向力相对温度变化的变化，并可放宽对螺栓所要求的强度条件。
再有，将上述结果应用于实际，根据实际所使用的螺栓标准的强度分区，试求得与该强度分区相应的L1/L2的长度比率。
即，将JIS B 1051(钢制螺栓及小螺钉的机械性能)所规定的强度分区与屈服点及允许应力的关系在下述表1示出。
又，该JIS B 1051标准本身依据的是国际标准ISO898-1。
表1

在该表1中，允许应力是考虑了螺栓的螺杆公称直径与有效截面积之比以及施加于螺杆的剪切应力，用允许应力＝0.53×屈服点(耐力)来计算出的(参见1993年11月1日的《日经机械》)。
根据到此为止所述的内容，必要的条件式如下所示[F+Z(αA1-αst)| L2-L1|ΔT]/有效截面积≤0.53×屈服点(耐力)因此，对于各强度分区的螺栓，可导出适合该条件式的L1和L2。
即，当L1、L2满足上述式(1)时，从上述式(5)，紧固构件与被紧固构件的热膨胀量之差相对于螺栓4的热膨胀量的比例Δλ/λ在50％以下，可使因作用于螺栓4的热应力引起的轴向力的变化降低，而从上述式(6)-(9)可获知，作用于螺栓4的最大轴向应力为34.1kgf/mm2。因此，可以使用JIS B 1051的强度分区为8.8的螺栓。
此外，当L1、L2满足上述式(2)时，从上述式(5)，Δλ/λ在24％以下，从上述式(6)-(9)可获知，作用于螺栓4的最大轴向应力为25.3kgf/mm2。因此，可以使用JIS B 1051的强度分区为6.8的螺栓。
还有，当L1、L2满足上述式(3)时，从上述式(5)获得Δλ/λ在4％以下(3.9％)，从上述式(6)-(9)可获知，作用于螺栓4的最大轴向应力为18.1kgf/mm2。因此，可以使用JIS B 1051的强度分区为4.8的螺栓。
如上所述，本具体例中的壳体1可以使用屈服点为34-66kgf/mm2左右的螺栓4。
因此，这样强度的螺栓不可能发生氢脆，可对螺栓表面进行电镀尤其是防腐蚀电镀，可使螺栓的耐腐蚀性提高。
另外，这样强度的螺栓因为比高强度(屈服点为95.9kgf/mm2以上)的螺栓价廉，所以可降低制造成本。尤其是，在本例这样的电动机壳体中，因为从结合强度及安全方面考虑，使用了较多的螺栓，所以可望收到大幅度降低成本的效果。而且，不论在何种情况下，都可以降低螺栓4的紧固扭矩。
以下根据图4说明本发明电动机壳体的其他例子。
图4是将本具体例中的电动机的壳体应用于小型电动摩托车时的其他具体例的侧面剖视图。以下就图4所示的电动机的壳体1’，主要说明其与上述壳体1的不同点。
壳体1’包括第1壳体构件12和第2壳体构件13，在第1壳体构件12的图4中的上部外周形成有凸缘14。
另外，在第2壳体构件13的外筒15上，形成有从图4中的上方向下方其内径减小的第1阶梯部16，以及在同样方向上内径进一步减小的第2阶梯部17。
由凸缘14和第1阶梯部16构成与第1壳体构件12和第2壳体构件13的连接部。即，利用螺栓4将凸缘14与第1阶梯部16拧固，第1壳体构件12与第2壳体构件13便相连接成为一体。
在第2壳体构件13的下端外周部形成有凸缘18，这是将电动机安装到小型摩托车本体上用的安装部。
通过拧紧各螺栓4，铁心61的外周部被夹持在第1壳体构件12的下端19与第2壳体构件13的第2阶梯部17之间。这样，定子6便被固定在壳体1’上。
对于该壳体1’，也与上述具体例一样，将铁心61夹持部分的沿转轴51方向的长度L1，以及螺栓4的与第1壳体构件2的结合部及与第2壳体构件3的结合部之间的长度(从螺栓4的全长中除去头部41和埋入第1阶梯部16内部分后的一部分螺栓的长度)L2设定为满足上述式(1)-(3)。
这样，本例的壳体1’也能收到与上述例子相同的作用效果。
以上根据图示的具体例子对本具体例中的电动机的壳体进行了说明，但本发明并不受此限。
即，本具体例中的电动机的壳体是由两个壳体构件构成的，但不限于此，也可以用三个以上的壳体构件来构成壳体。例如，也可以做成如下的结构将图1所示的第2壳体构件再分割成两个壳体构件，用其中的一个壳体构件支承轴承8，另一个壳体构件与第1壳体构件连接，同时在与第1壳体构件之间夹持并固定定子6。在这样的情况下，各壳体构件的连接部的大部分、最好是其全部以位于第1壳体构件2的内侧为宜。
另外，螺栓4不限于是钢制螺栓，例如也可以是不锈钢、钛或钛合金等制成的螺栓。
还有，连接构件以螺栓及其他的螺钉构件为宜，但并不受此限。
另外，本发明的电动机的壳体并不限于使用于上述的电动小型摩托车或电动汽车，其用途也可以是任何种的电动机。
产业上利用的可能性本发明适用于例如电动小型摩托车、电动汽车等具有电动机的装置中作为驱动源使用的电动机的电动机壳体。
权利要求
1.一种电动机壳体，具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件和第2壳体构件，借助连接构件将该第1和第2壳体构件相结合，并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子将其固定在壳体内，其特征在于，所述第1壳体构件与所述第2壳体构件的结合部配置在所述第1壳体构件的内侧的里面。
2.根据权利要求1所述的电动机壳体，其特征在于，所述第1壳体构件的一端部设有将壳体安装于他处用的安装部。
3.根据权利要求2所述的电动机壳体，其特征在于，所述第2壳体构件的顶部位于所述第1壳体构件安装部的内侧。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电动机壳体，其特征在于，所述第1壳体构件与所述第2壳体构件在所述结合部处通过螺栓的紧固而被固定。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电动机壳体，其特征在于，所述电动机具有转子和定子，所述转子的转轴分别由所述第1壳体构件和所述第2壳体构件可转动地支承。
6.根据权利要求5所述的电动机壳体，其特征在于，所述定子由所述第1壳体构件和所述第2壳体构件从电动机轴向长度方向的两侧进行夹持和固定。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动机壳体，其特征在于，在所述第1壳体构件上形成有散热片。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的电动机壳体，其特征在于，所述壳体具有对收容在内部的电动机的防水功能。
9.一种电动机壳体的制造方法，该电动机壳体具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件和第2壳体构件，借助连接构件将该第1和第2壳体构件相结合，并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子将其固定在壳体内，其特征在于，设所述定子的被夹持长度为L1，且所述连接构件的、从其与所述第1壳体构件的结合处至其与所述第2壳体构件的结合处为止的长度为L2时，将所需连接构件的强度分区置换成所述L1与L2之比预先进行设定。
全文摘要
本发明的一种电动机壳体,具有沿电动机的转轴方向分开的第1壳体构件2和第2壳体构件3,借助连接构件4将该第1和第2壳体构件相结合,并用第1壳体构件及第2壳体构件夹持所述电动机的定子61将其固定在壳体内,并且,所述第1壳体构件与所述第2壳体构件的结合部配置在所述第1壳体构件的内侧的里面。此外,本发明的一种电动机壳体的制造方法,设所述定子61的被夹持长度为L1,并且所述连接构件4的、从其与所述第1壳体构件的结合处至其与所述第2壳体构件的结合处为止的长度为L2时,将所需连接构件的强度分区置换成所述L1与L2之比预先进行设定。
文档编号H02K29/06GK1178037SQ97190029
公开日1998年4月1日 申请日期1997年1月22日 优先权日1996年1月23日
发明者山越一成, 小池良和, 高城邦彦 申请人:精工爱普生株式会社