JP2024013083A - リラクタンス回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ磁束を抑制することができる新規な構成のリラクタンス回転電機を得る。
【解決手段】リラクタンス回転電機１０の回転子１２は、シャフト１４と、回転子鉄心５０と、固定部６０と、を有する。回転子鉄心５０は、複数の板５１を有する。固定部６０は、第１の挟み部１２ｍと第２の挟み部６１とを有する。第１の挟み部１２ｍは、シャフト１４に設けられ筒状体３１に対して軸方向の一方側に位置している。第２の挟み部６１は、シャフト１４に固定され筒状体３１に対して軸方向の他方側に位置している。固定部６０は、第１の挟み部１２ｍと第２の挟み部６１とで筒状体３１を挟むことにより複数の板５１を互いに固定している。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、リラクタンス回転電機に関する。

従来、回転中心軸まわりの環状の複数の板が軸方向に重ねられた回転子鉄心を備えるリラクタンス回転電機がある。

特開２０２２－１０３１０３号公報

この種のリラクタンス回転電機では、例えば、漏れ磁束の発生を抑制することができれば有益である。

本発明が解決する課題の一例は、漏れ磁束を抑制することができる新規な構成のリラクタンス回転電機を得ることである。

本発明の一つの実施形態に係るリラクタンス回転電機は、固定子と、回転子と、を備える。前記回転子は、一部が前記固定子の内側に位置し、回転中心軸まわりに回転可能である。前記回転子は、シャフトと、回転子鉄心と、固定部と、を有する。前記シャフトは、前記回転中心軸の軸方向に延びている。前記回転子鉄心は、前記回転中心軸まわりの環状であり互いに前記軸方向に重ねられた複数の板、を有する。前記固定部は、第１の挟み部と、第２の挟み部と、を有する。前記第１の挟み部は、前記シャフトに設けられ前記回転子鉄心に対して前記軸方向の一方側に位置している。前記第２の挟み部は、前記シャフトに固定され前記回転子鉄心に対して前記軸方向の他方側に位置し、前記回転子鉄心の内側に位置した前記シャフトを介して前記第１の挟み部と接続されている。前記固定部は、前記第１の挟み部と前記第２の挟み部とで前記回転子鉄心を挟むことにより前記複数の板を互いに固定している。

本発明によれば、漏れ磁束を抑制することができる新規な構成のリラクタンス回転電機を得ることができる。

図１は、実施形態のリラクタンス回転電機を概略的に示す断面図である。 図２は、実施形態のリラクタンス回転電機の固定子および回転子を概略的に示す正面図である。 図３は、実施形態のリラクタンス回転電機の回転子の一部を概略的に示す断面図である。 図４は、実施形態のリラクタンス回転電機の回転子を概略的に示す正面図である。 図５は、比較例のリラクタンス回転電機の回転子の一部を概略的に示す断面図である。 図６は、比較例のリラクタンス回転電機の回転子を概略的に示す正面図である。 図７は、実施形態の変形例のリラクタンス回転電機の回転子を概略的に示す正面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書では、序数は、部品や、部材、部位、位置、方向等を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。

図１は、実施形態に係るリラクタンス回転電機１０を概略的に示す断面図である。リラクタンス回転電機１０は、例えば、リラクタンスモータ（電動機）である。なお、リラクタンス回転電機１０は、発電機であってもよい。

リラクタンス回転電機１０は、固定子１１と、回転子１２と、筐体１３と、二つの軸受１５とを備える。

本明細書において、便宜上、軸方向、径方向、および周方向が定義される。軸方向は、回転中心軸Ａｘに沿う方向である。径方向は、回転中心軸Ａｘと直交する方向である。周方向は、回転中心軸Ａｘまわりに回転する方向である。

回転中心軸Ａｘは、リラクタンス回転電機１０における回転子１２の回転の中心であり、例えば回転子１２のシャフト１４の中心を通る仮想的な直線である。

筐体１３は、フレーム４１と、二つの軸受ブラケット４２とを有する。フレーム４１は、回転中心軸Ａｘを囲む略円筒状に形成されている。固定子１１と、回転子１２の一部とは、フレーム４１の内側に配置されている。

二つの軸受ブラケット４２は、軸方向におけるフレーム４１の両端部に接続されている。軸受ブラケット４２は、フレーム４１の内部の空間を塞ぐ。軸受ブラケット４２のそれぞれは、対応する軸受１５を支持している。軸受ブラケット４２は、壁とも称される。

固定子１１は、固定子鉄心２１と、固定子巻線２２とを有する。固定子鉄心２１は、フレーム４１に固定されている。

図２は、実施形態のリラクタンス回転電機１０の固定子１１および回転子１２を概略的に示す正面図である。

図１および図２に示されるように、固定子鉄心２１は、回転中心軸Ａｘを囲む略円筒状に形成されている。固定子鉄心２１は、互いに軸方向に重ねられた複数の固定子鋼板を有する。固定子鋼板は、例えば、電磁鋼板であり、磁性材料によって構成されている。

図２に示されるように、固定子鉄心２１の内周面には、複数のティース２１ａが周方向に間隔をあけて設けられている。周方向で隣り合うティース２１ａの間には、スロット２１ｂが形成されている。固定子巻線２２は、スロット２１ｂに入れられた状態で、ティース２１ａに巻回されている。なお、図２では、固定子巻線２２の図示が省略されている。

図１および図２に示されるように、回転子１２は、シャフト１４と、筒状体３１とを有する。回転子１２は、一部が固定子１１の内側に位置し、回転中心軸Ａｘまわりに回転可能である。

図１に示されるように、シャフト１４は、回転中心軸Ａｘに沿って延びる略円柱状に形成される。シャフト１４は、軸受ブラケット４２を貫通して、筐体１３の内部と外部とに亘って延びている。シャフト１４は、軸受１５によって回転中心軸Ａｘまわりに回転可能に支持されている。

シャフト１４は、固定子１１および筒状体３１の内側を通って軸方向に延びている。シャフト１４は、筒状体３１と結合されている。

筒状体３１は、固定子鉄心２１の内側に配置されている。筒状体３１は、回転中心軸Ａｘを囲む略円筒状に形成されている。すなわち、筒状体３１には、筒状体３１を軸方向に貫通した孔３１ａが設けられている。孔３１ａには、シャフト１４が入れられている。

筒状体３１は、回転子鉄心５０と、二つの押さえ板５２とを有する。なお、図２では、押さえ板５２の図示が省略されている。押さえ板５２は、端板とも称される。

回転子鉄心５０は、回転中心軸Ａｘまわりの円筒状に形成されている。回転子鉄心５０には、回転子鉄心５０を軸方向に貫通した孔５０ａが設けられている。

回転子鉄心５０は、複数の回転子鋼板５１を有する。回転子鋼板５１は、電磁鋼板であり、磁性材料によって構成されている。回転子鋼板５１は、回転中心軸Ａｘ回りの環状である。具体的には、回転子鋼板５１は、円板状である。回転子鋼板５１の厚さ方向は、軸方向に沿う。複数の回転子鋼板５１は、軸方向に重ねられている。複数の回転子鋼板５１は、固定部６０によって互いに固定されて一体化されている。複数の回転子鋼板５１の内側にシャフト１４が入れられている。回転子鋼板５１は、板の一例である。回転子鋼板５１は、抜き板とも称される。

図３は、実施形態のリラクタンス回転電機１０の回転子１２の一部を概略的に示す断面図である。図１および図３に示されるように、二つの押さえ板５２は、押さえ板５２Ａと押さえ板５２Ｂとである。押さえ板５２Ａは、回転子鉄心５０に対して軸方向の一方側（図１および図３における右方側）に位置して、複数の回転子鋼板５１のうち軸方向の一方側の端に位置する回転子鋼板５１に重ねられている。押さえ板５２Ｂは、回転子鉄心５０に対して軸方向の他方側（図１および図３における左方側）に位置して、複数の回転子鋼板５１のうち軸方向の他方側の端に位置する回転子鋼板５１に重ねられている。

押さえ板５２は、回転中心軸Ａｘまわりの環状である。具体的には、押さえ板５２は、円板状である。押さえ板５２の内側にシャフト１４が入れられている。

二つの軸受１５は、筒状体３１に対して軸方向の一方側と他方側とに位置している。すなわち、二つの軸受１５の間に筒状体３１が位置している。

次に、シャフト１４および筒状体３１について詳細に説明する。図４は、実施形態のリラクタンス回転電機１０の回転子１２を概略的に示す正面図である。

図３および図４に示されるように、シャフト１４は、回転中心軸Ａｘ回りの円筒状の外周面１４ａを有する。また、図３に示されるように、シャフト１４は、回転中心軸Ａｘまわりの円柱状の複数の領域１４ｂ～１４ｅを有する。

領域１４ｂは、シャフト１４において筒状体３１の内側に位置する部分である。領域１４ｃは、領域１４ｂに対して軸方向の一方側に位置して領域１４ｂと接続されている。領域１４ｃの直径は、領域１４ｂの直径よりも大きい。これにより、領域１４ｃには、領域１４ｂに対して径方向の外側に突出する面１２ｍが形成されている。面１２ｍは、軸方向の他方側すなわち筒状体３１側を向いている。面１２ｍは、回転中心軸Ａｘまわりの環状である。

領域１４ｄは、領域１４ｂに対して軸方向の他方側に位置して領域１４ｂと接続されている。領域１４ｄの直径は、領域１４ｂの直径よりも小さい。

領域１４ｅは、領域１４ｄに対して軸方向の他方側に位置して領域１４ｄと接続されている。領域１４ｅの直径は、領域１４ｄの直径よりも大きい。

領域１４ｂと領域１４ｅとの間には、領域１４ｄの外周面を底面とする凹部１２ｎが設けられている。

図４に示されるように、筒状体３１の回転子鉄心５０には、複数のフラックスバリア群５３が設けられている。フラックスバリア群５３の数は、回転子鉄心５０の極数（一例として、４つ）と一致する。

複数のフラックスバリア群５３は、周方向に間隔をあけて設けられている。各フラックスバリア群５３は、複数のフラックスバリア５３ａを有する。各フラックスバリア５３ａは、回転子鉄心５０を軸方向に貫通した貫通孔（空洞部）である。換言すると、フラックスバリア５３ａは、回転子鉄心５０に設けられた開口部である。フラックスバリア５３ａは、固定子巻線２２に通電がされた場合に形成される磁束の流れに沿うように略円弧状に形成されている。これにより、回転子鉄心５０には、磁束の流れやすい部分（方向）と磁束の流れにくい部分（方向）が形成される。図２には、磁束の流れの一例が線Ｌ１で示されている。なお、フラックスバリア５３ａは、上記に限定されない。フラックスバリア５３ａは、切り欠きであってもよい。

リラクタンス回転電機１０では、フラックスバリア５３ａにより磁束の流路を制御することにより、回転力を発生させることができる。すなわち、リラクタンス回転電機１０は、回転子１２に永久磁石や巻線（導体）を設けることなく、筒状体３１の突極性を利用することにより回転子１２を回転させることができる。

また、図４に示されるように、各回転子鋼板５１の内周部５１ａ（内周面）には、凹部５１ｂが設けられている。凹部５１ｂは、回転子鋼板５１を軸方向に貫通しシャフト１４の径方向の内側に向けて開口している。

図３に示されるように、固定部６０は、シャフト１４の面１２ｍと、キー６１とを有する。面１２ｍは、第１の挟み部の一例であり、キー６１は、第２の挟み部の一例である。キー６１は、挟み部材とも称される。

面１２ｍは、筒状体３１（回転子鋼板５１）に対して軸方向の一方側に位置している。面１２ｍは、筒状体３１の一方の押さえ板５２Ａと軸方向に並び、当該押さえ板５２Ａと接触している。

図４に示されるように、キー６１は、複数設けられている。キー６１の数は、回転子鉄心５０の極数と同じであり、一例として４つである。複数のキー６１は、周方向に間隔あけて並べられている。図３および図４に示されるように、キー６１は、例えば直方体状に形成されている。キー６１は、シャフト１４の凹部１２ｎに入れられた状態でシャフト１４に溶接等によって固定されている。キー６１は、筒状体３１（回転子鉄心５０）に対して軸方向の他方側に位置している。キー６１は、筒状体３１の他方の押さえ板５２Ｂと軸方向に並び、当該押さえ板５２Ｂと接触している。キー６１は、軸方向から見た場合に、フラックスバリア群５３に対して径方向の内側に位置する。キー６１は、筒状体３１においてフラックスバリア群５３が設けられることにより比較的剛性（強度）が低い筒状体３１の部分の径方向の内側に位置し、筒状体３１を補強する。キー６１は、筒状体３１の内側に位置したシャフト１４、すなわち領域１４ｂを介して面１２ｍと接続されている。

固定部６０は、面１２ｍとキー６１とで筒状体３１（回転子鉄心５０）を軸方向に挟むことにより複数の回転子鋼板５１および二つの押さえ板５２を互いに固定している。これにより、複数の回転子鋼板５１および二つの押さえ板５２が一体化されている。また、固定部６０により、シャフト１４に対して筒状体３１の軸方向の位置決めがされる。ここで、筒状体３１（回転子鉄心５０）にはシャフト１４が圧入されている。すなわち、筒状体３１（回転子鉄心５０）とシャフト１４とはしばりばめによって嵌め合わされている。

また、図３に示されるように、筒状体３１（回転子鉄心５０）において面１２ｍとキー６１との間の部分３１ｃは、中実である。すなわち、各回転子鋼板５１の部分において面１２ｍとキー６１との間の部分５１ｃと、各押さえ板５２において面１２ｍとキー６１との間の部分５２ｃは、中実である。換言すると、筒状体３１において面１２ｍとキー６１との間の部分３１ｃには、筒状体３１を貫通する孔が設けられていない。

次に、比較例について説明する。図５は、比較例のリラクタンス回転電機１１０の回転子１１２の一部を概略的に示す断面図である。図６は、比較例のリラクタンス回転電機１１０の回転子１１２を概略的に示す正面図である。

図５および図６に示されるように、比較例のリラクタンス回転電機１１０は、筒状体１３１および固定部１６０が実施形態の筒状体３１および固定部６０と主に異なる。

比較例の筒状体１３１には、筒状体１３１（回転子鉄心１５０および押さえ板１５２）を軸方向に貫通した固定用貫通孔１３１ａが設けられている。また、固定部１６０は、固定用貫通孔１３１ａに一部が入れられたスタッドボルト１６１と、スタッドボルト１６１の両端部に結合された二つのナット１６２と、を有する。固定部１６０は、スタッドボルト１６１によって接続された二つのナット１６２によって回転子鉄心１５０を挟むことで、複数の回転子鋼板１５１および二つの押さえ板１５２を互いに固定している。すなわち、固定部１６０は、シャフト１１４に設けられていない。なお、回転子鉄心１５０には、回転子鉄心５０と同様にフラックスバリア群１５３が設けられている。

上記構成の比較例のリラクタンス回転電機１１０では、回転子鉄心１５０に固定用貫通孔１３１ａが設けられているため、回転子鉄心１５０において漏れ磁束が発生する。これに対して、本実施形態のリラクタンス回転電機１０では、固定部６０は、面１２ｍとキー６１とで筒状体３１（回転子鉄心５０）を軸方向に挟むことにより複数の回転子鋼板５１および二つの押さえ板５２を互いに固定しており、筒状体３１において面１２ｍとキー６１との間の部分３１ｃには、回転子鉄心５０を貫通する孔が設けられていない。よって、実施形態のリラクタンス回転電機１０は、比較例のリラクタンス回転電機１１０と比べて、筒状体３１において漏れ磁束が発生するのが抑制される。

以上のように、本実施形態のリラクタンス回転電機１０は、固定子１１と、回転子１２と、を備える。回転子１２は、一部が固定子１１の内側に位置し、回転中心軸Ａｘまわりに回転可能である。回転子１２は、シャフト１４と、回転子鉄心５０と、固定部６０と、を有する。シャフト１４は、回転中心軸Ａｘの軸方向に延びている。回転子鉄心５０は、回転中心軸Ａｘ回りの環状であり互いに軸方向に重ねられた複数の回転子鋼板５１、を有する。固定部６０は、面１２ｍ（第１の挟み部）と、キー６１（第２の挟み部）と、を有する。面１２ｍは、シャフト１４に設けられ回転子鉄心５０に対して軸方向の一方側に位置している。キー６１は、シャフト１４に固定され回転子鉄心５０に対して軸方向の他方側に位置し、回転子鉄心５０の内側に位置したシャフト１４を介して面１２ｍと接続されている。固定部６０は、面１２ｍとキー６１とで筒状体３１を挟むことにより複数の回転子鋼板５１を互いに固定している。

このような構成によれば、固定部６０が、シャフト１４に設けられた面１２ｍ（第１の挟み部）と、シャフト１４に固定されたキー６１（第２の挟み部）とで回転子鉄心５０を挟むことにより複数の回転子鋼板５１を互いに固定しているので、複数の回転子鋼板５１を互いに固定するために筒状体３１に固定用貫通孔を設けなくて済む。よって、回転子鉄心５０において漏れ磁束が発生するのを抑制することができる。したがって、リラクタンス回転電機１０の力率等の特性を改善することができる。

また、第１の挟み部は、シャフト１４に形成され軸方向の他方を向く面１２ｍであり、第２の挟み部は、シャフト１４に固定されたキー６１である。

このような構成によれば、比較的容易に第１の挟み部と第２の挟み部とを設けることができる。

ここで、回転子鉄心５０は、極数が多い程すなわちフラックスバリア群５３が多い程、回転子鉄心５０の剛性が低くなり軸方向に広がりやすい。これに対して、本実施形態では、上記のようにキー６１が回転子鉄心５０の極数と同じ数だけ設けられている。よって、本実施形態によれば、キー６１の数が回転子鉄心５０の極数よりも少ない構成に比べて、筒状体３１の変形を抑制することができる。

また、各回転子鋼板５１の内周部５１ａには、回転子鋼板５１を軸方向に貫通しシャフト１４の径方向の内側に向けて開口した凹部５１ｂが設けられている。複数の回転子鋼板５１の凹部５１ｂが軸方向に並んでいる。

このような構成によれば、複数の回転子鋼板５１を軸方向に重ねる際に、各凹部５１ｂに、軸方向に延びる治具部材を入れることにより、周方向の複数の回転子鋼板５１の周方向の位置を容易に一致させることができる。また、凹部５１ｂが回転子鋼板５１の内周部５１ａに設けられているので、凹部５１ｂと磁束とを離間させることができる。よって、筒状体３１に漏れ磁束が発生するのを抑制することができる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。図７は、実施形態の変形例のリラクタンス回転電機１０の回転子１２を概略的に示す正面図である。

図７に示される変形例は、回転子鉄心５０の磁極および固定部６０のキー６１が、それぞれ６個である。すなわち、キー６１が回転子鉄心５０の極数と同じ数だけ設けられている。

なお、上記実施形態では、固定部６０の第１の挟み部がシャフト１４に形成された面１２ｍの例が示されたが、これに限定されない。例えば、第１の挟み部は、第２の挟み部（キー６１）と同様に、シャフト１４に固定されたキー等の部材であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…リラクタンス回転電機、１１…固定子、１２…回転子、１２ｍ…面（第１の挟み部）、１４…シャフト、５０…回転子鉄心、５１…回転子鋼板（板）、５１ａ…内周部、５１ｂ…凹部、６０…固定部、６１…キー（第２の挟み部）、Ａｘ…回転中心軸。

Claims (4)

1. 固定子と、
   一部が前記固定子の内側に位置し、回転中心軸まわりに回転可能な回転子と、
   を備え、
   前記回転子は、
   前記回転中心軸の軸方向に延びたシャフトと、
   前記回転中心軸まわりの環状であり互いに前記軸方向に重ねられた複数の板、を有した回転子鉄心と、
   前記シャフトに設けられ前記回転子鉄心に対して前記軸方向の一方側に位置した第１の挟み部と、前記シャフトに固定され前記回転子鉄心に対して前記軸方向の他方側に位置し、前記回転子鉄心の内側に位置した前記シャフトを介して前記第１の挟み部と接続された第２の挟み部と、を有し、前記第１の挟み部と前記第２の挟み部とで前記回転子鉄心を挟むことにより前記複数の板を互いに固定した固定部と、
   を有した、
   リラクタンス回転電機。
2. 前記第１の挟み部は、前記シャフトに形成され前記軸方向の他方を向く面であり、
   前記第２の挟み部は、前記シャフトに固定されたキーである、
   請求項１に記載のリラクタンス回転電機。
3. 前記第２の挟み部は、前記回転子鉄心の極数と同じ数だけ設けられた、
   請求項１に記載のリラクタンス回転電機。
4. 各前記板の内周部には、前記板を前記軸方向に貫通し前記シャフトの径方向の内側に向けて開口した凹部が設けられ、
   前記複数の前記板の前記凹部は、前記軸方向に並んだ、
   請求項１～３のうちいずれか一つに記載のリラクタンス回転電機。

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