JP2024013083A - リラクタンス回転電機 - Google Patents
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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
【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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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- 2023-03-13 CN CN202310238053.6A patent/CN117424367A/zh active Pending
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CN117424367A (zh) | 2024-01-19 |
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