JP2024038800A - 回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトにコアを圧入する際の圧入距離を容易に制御でき、コアからの切削片の発生を抑制でき、かつ、鋼板の積層体であるコアの部位毎の機械特性や磁気特性の変動を抑制することができる、回転電機の回転子を提供する。【解決手段】 回転電機の回転子であって、前記回転電機の軸受に回転自在に保持されるシャフトと、電磁鋼板の積層体であり、前記シャフトに圧入されるコアと、該コアの端部に配置したエンドプレートと、該エンドプレートを前記シャフトに固定するリングと、を備えており、前記シャフトは、前記コアを圧入する際に前記コアが通過する第１筒部と、前記コアの圧入後に前記コアを固定する第２筒部と、前記第１筒部と前記第２筒部の境界に設けたテーパー部と、を有する回転電機の回転子。【選択図】 図４

Description

本発明は、シャフトにコアを圧入して製造した回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機に関する。

回転電機（電動機、発電機）に内蔵される回転子には、シャフト（軸）にコア（回転子鉄心）を圧入して製造した形態のものがある。例えば、特許文献１の電動機では、同文献の第２図などに示されるように、鋼板１１を積層した鉄心８を軸６のテーパー７側から圧入することで回転子３を組み立て、鉄心８の長さに対して１／２～１／４程度の長さの隙間９をテーパー７と対向するように設けている。

このようなテーパーと隙間の設置効果として、同文献の第５ページ第５行目から第１１行目には、「この様にテーパー７が先に圧入されることにより、テーパー７が圧入のガイドになり、圧入が円滑に行われると共に鉄心８の積層量Ｌ対して隙間９を形成する部分ｌが１／２～１／４程度あるため、圧入に要する力が少なくて済むこと、および先端がテーパー７に形成されているため軸６が曲がらないで圧入できるといった効果が得られる。」と記載されている。

実開昭６１－６５８３９号公報

しかしながら、特許文献１の軸には、鉄心の圧入距離を規制するストッパーや、鉄心の圧入距離を把握する際の目安となる構造が存在しないため、設計仕様上の圧入距離となるように鉄心の圧入量を制御するには、軸構造に依存することなく設計仕様上の圧入距離まで鉄心を挿入できるような、煩雑な圧入方法を利用する必要があった。

また、鉄心圧入時の挿入角が適切でなければ、相対的に柔らかい鉄心の内周面が相対的に硬い軸の外周面によって削られて切削片が発生することがある。そのような場合、上記の隙間を設けた特許文献１では、切削片が隙間に残留した状態で電動機が組み立てられる可能性もあり、電動機の実使用時に隙間から飛び出した切削片が電動機の駆動に悪影響を与えることが考えられる。

さらに、特許文献１では、軸に鉄心を圧入する際や、圧入後の鉄心の位置を微調整する際に、軸の外周面が鉄心の内周面に摩擦力を与えるが、摩擦力の作用範囲は鉄心と軸の接触部に限定され、鉄心とテーパーの対向部には及ばない。従って、軸との接触部では鉄心に摩擦力が作用して鋼板同士の距離が変動（拡大または縮小）する可能性があるが、テーパーとの対向部では鉄心に摩擦力が作用しないため鋼板同士の距離が変化することはない。このように、鉄心の部位毎に鋼板同士の距離が相違すると、鉄心の部位毎に機械特性や磁気特性が相違して、回転電機としての特性が設計仕様上のものから変化する可能性もあった。

そこで、本発明では、シャフトにコアを圧入する際の圧入距離を容易に制御でき、コアからの切削片の発生を抑制でき、かつ、鋼板の積層体であるコアの部位毎の機械特性や磁気特性の変動を抑制することができる、回転電機の回転子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回転電機の回転子は、前記回転電機の軸受に回転自在に保持されるシャフトと、電磁鋼板の積層体であり、前記シャフトに圧入されるコアと、該コアの端部に配置したエンドプレートと、該エンドプレートを前記シャフトに固定するリングと、を備えており、前記シャフトは、前記コアを圧入する際に前記コアが通過する第１筒部と、前記コアの圧入後に前記コアを固定する第２筒部と、前記第１筒部と前記第２筒部の境界に設けたテーパー部と、を有するものとした。

本発明の回転電機の回転子によれば、シャフトにコアを圧入する際の圧入距離を容易に制御でき、コアからの切削片の発生を抑制でき、かつ、鋼板の積層体であるコアの部位毎の機械特性や磁気特性の変動を抑制することができる。

一実施例の回転電機の回転軸を含む平面での断面図。 一実施例の回転電機の回転軸に垂直な平面での断面図。 シャフトへの、コア、エンドプレート、リングの装着を示す断面図。 図３のＸ部の拡大外観図。

以下、図面を用いて、本発明の一実施例に係る回転電機を説明する。なお、以下では、本実施例の回転電機が、三相電動機であるものとして説明するが、本実施例の回転電機は、他種の回転電機（例えば、三相発電機）であっても良い。

＜回転電機１００の概略構成＞
まず、図１と図２を用いて、本実施例の回転電機１００の概略構成を説明する。図１は、回転電機１００の回転軸Ｊを含む平面での断面図であり、図２は、回転電機１００の回転軸Ｊに垂直な平面での断面図である。なお、図２は、図１のＡ－Ａ平面での断面図であり、簡略化のため、図１に図示した構成の一部を省略している。

両図に示すように、本実施例の回転電機１００は、回転電機１００の外殻をなす略円柱状のハウジング１０と、ハウジング１０の内部に固定された略円筒状の固定子２０と、固定子２０の内側に所定の空隙を隔てて回転自在に設置された回転子３０を備えている。

ハウジング１０は、固定子２０の外周を囲む略円筒状のハウジング本体と、このハウジング本体の両端を塞ぐ一対の略円板状のエンドブラケット１１と、各エンドブラケットの中央に配置した軸受１２を備えている。

固定子２０は、電磁鋼板の積層体である固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻き回した固定子コイル２２を備えている。なお、図２に示すように、固定子鉄心２１の内側には、スロット２１ｂが放射状に配置されており、このスロット２１ｂに三相分の固定子コイル２２（図２では省略）が巻き回される。

回転子３０は、ハウジング１０に設けた一対の軸受１２によって回転自在に保持されるシャフト３１と、シャフト３１の一端から圧入して固定したコア３２と、コア３２の端部に配置した非磁性体のエンドプレート３３と、エンドプレート３３をシャフト３１に固定するリング３４と、回転子３０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ３５と、を備えている。

また、回転子３０のコア３２は、図２に示すように、電磁鋼板の積層体である回転子鉄心３２ａと、回転軸Ｊと平行な貫通孔である複数の磁石挿入孔３２ｂと、各磁石挿入孔に挿入され接着剤などで固定された略直方体形状の永久磁石３２ｃを備えている。図２から明らかなように、回転子鉄心３２ａを構成する各々の電磁鋼板は、シャフト３１の外径と略等しい内径の貫通孔を中央に有している。また、磁石挿入孔３２ｂは、回転子鉄心３２ａの外周部近傍において周方向に等間隔で配置されている。永久磁石３２ｃは、回転子鉄心３２ａの外周部近傍において周方向に等間隔で埋め込まれている。

ここで、永久磁石３２ｃの磁化方向は径方向を向いており、界磁極ごとに磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石３２ｃの固定子側の面がＮ極、シャフト側の面がＳ極であったならば、隣の磁極を形成する永久磁石３２ｃの固定子側の面はＳ極、シャフト側の面はＮ極となっている。本実施例では、８個の永久磁石３２ｃが円周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されているため、回転子３０は８極を形成している。

＜シャフト３１の端部形状＞
次に、図３と図４を用いて、本実施例のシャフト３１の詳細を説明する。

図３は、シャフト３１の反コア側からコア側に向けてコア３２を圧入した後、シャフト３１にリング３４を装着した状態を示す断面図である。ここに示すように、Ｘ部は、リング３４の設計仕様上の装着位置よりも反コア側にある部位である。

図４は、図３のＸ部の拡大外観図である。ここに示すように、シャフト３１のＸ部の外周面には、第１筒部３１ａと、テーパー部３１ｂと、第２筒部３１ｃが同軸に形成されている。

第１筒部３１ａは、主に、シャフト３１に、コア３２、エンドプレート３３、リング３４（以下、「コア３２等」と称する）を装着する際に、コア３２等を第２筒部３１ｃまでガイドするための部位であり、コア３２等の内径より十分に細い外径の筒部である。従って、コア３２等は、第１筒部３１ａの外周面に阻害されることなく第１筒部３１ａを通過するが、その際、コア３２等の挿入角が適切な角度に規制されるため、相対的に硬いシャフト３１の外周面によって相対的に柔らかいコア３２等の内周面が削られるのを防止することができる。

第２筒部３１ｃは、主に、コア３２等を圧入固定するための部位であり、第１筒部３１ａより外径が太く、かつ、コア３２等の内径と略等しい外径の筒部である。この第２筒部３１ｃは、コア３２等をシャフト３１の設計仕様上の位置まで圧入したときに、大部分がコア３２等によって覆われるが一部が露出するような形態である。従って、コア３２等の装着後の第２筒部３１ｃの露出量を観測することで、コア３２等の圧入距離が設計仕様上の圧入量となっているかを容易に判定することができる。例えば、コア３２等の装着後に第２筒部３１ｃの露出が無ければ、コア３２等の圧入量が不足していることを意味しているため、第２筒部３１ｃが露出する位置までコア３２等を圧入することで、コア３２等の位置を設計仕様上の位置に容易に調整することができる。

また、本実施例の回転子３０では、図３に示すように、シャフト３１とコア３２の間に、特許文献１の如き隙間を設けないため、仮にコア３２の一部がシャフト３１によって削られ切削片が発生しても切削片が隙間に残留することはなく、回転電機１００の実使用時に隙間から飛び出した切削片が回転電機１００の駆動に悪影響を与えることもない。

さらに、本実施例では、圧入中または圧入後のコア３２の内周面は第２筒部３１ｃの外周面と略一様に接するため、第２筒部３１ｃの外周面がコア３２の内周面に与える摩擦力も略一様となる。従って、コア３２を構成する電磁鋼板同士の距離が摩擦力の偏在によってばらつくことがなく、コア３２の部位毎に機械特性や磁気特性が相違する事態も発生しない。

テーパー部３１ｂは、第１筒部３１ａと第２筒部３１ｃの境界に設けた接続部であり、コア３２等の圧入時に第１筒部３１ａと第２筒部３１ｃの境界でコア３２等が削られて切削片が発生するのを防止するための部位である。このテーパー部３１ｂは、シャフト３１の外径等に応じて適切な形状が変化するが、シャフト３１の外径が４０～５０ｍｍの場合であれば、テーパー部３１ｂの好適な一例は、図４のように、テーパー部３１ｂの長さＬを２ｍｍ、回転軸Ｊとなす角度である傾斜θを５°、反コア側の角部の面取りＲを０．５ｍｍとした形状である。

なお、シャフト３１の外径によらず、好適な傾斜θが約５°であることは出願人の実験により確認された。表１は、テーパー部３１ｂの傾斜を変化させた場合の、切削片の発生状況の実験結果を示したものである。ここに示すように、シャフト３１の外径等によらず、傾斜θが５±１．５°の範囲（３．５～６．５°）では、切削片が発生しないことを確認したが、傾斜θをより大きくした場合、具体的には、傾斜θを１５°または４５°とした場合には、テーパー部３１ｂでの切削片の発生を確認した。従って、本実施例では、テーパー部３１ｂの傾斜θを、３．５～６．５°の範囲内で設定することとした。

以上で説明したように、本実施例の回転電機の回転子によれば、シャフトにコアを圧入する際の圧入距離を容易に制御でき、コアからの切削片の発生を抑制でき、かつ、鋼板の積層体であるコアの部位毎の機械特性や磁気特性の変動を抑制することができる。

１００ 回転電機
１０ ハウジング
１１ エンドブラケット
２０ 固定子
２１ 固定子鉄心
２１ａ スロット
２２ 固定子コイル
３０ 回転子
３１ シャフト
３１ａ 第１筒部
３１ｂ テーパー部
３１ｃ 第２筒部
３２ コア
３２ａ 回転子鉄心
３２ｂ 磁石挿入孔
３２ｃ 永久磁石
３３ エンドプレート
３４ リング
３５ レゾルバ

Claims (4)

1. 回転電機の回転子であって、
   前記回転電機の軸受に回転自在に保持されるシャフトと、
   電磁鋼板の積層体であり、前記シャフトに圧入されるコアと、
   該コアの端部に配置したエンドプレートと、
   該エンドプレートを前記シャフトに固定するリングと、を備えており、
   前記シャフトは、
   前記コアを圧入する際に前記コアが通過する第１筒部と、
   前記コアの圧入後に前記コアを固定する第２筒部と、
   前記第１筒部と前記第２筒部の境界に設けたテーパー部と、
   を有することを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   前記テーパー部の傾斜が回転軸となす角度は、３．５°～６．５°であることを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   前記リングを装着したとき、前記第２筒部の反コア側が露出していることを特徴とする回転電機の回転子。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転子と、
   該回転子を囲む固定子と、
   該固定子を固定するハウジングと、を備えたことを特徴とする回転電機。

Images