JP2024038800A - 回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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
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
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31b テーパー部
31c 第2筒部
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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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022143091A JP2024038800A (ja) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022143091A JP2024038800A (ja) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024038800A true JP2024038800A (ja) | 2024-03-21 |
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ID=90308896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022143091A Pending JP2024038800A (ja) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 回転電機の回転子、および、それを用いた回転電機 |
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Country | Link |
---|---|
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-
2022
- 2022-09-08 JP JP2022143091A patent/JP2024038800A/ja active Pending
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