JP5565365B2 - 回転電機のロータおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
なお、回転体とは、インナーロータ型の場合はロータコアの軸方向に貫通するシャフトであり、アウターロータ型の場合は、例えば、ロータコアの外周に嵌合するドラムである。
そして、各鋼板は、例えば、複数の電磁鋼板を積層して形成される積層電磁鋼板である。
例えば、図9に示すように、鋼板101は、円環状の鋼板101の内周面から径方向に突出してシャフト102に嵌合可能なキー103を位置決め部として有している。
そして、キー103がシャフト102に形成された溝105に嵌合することで、位置決めがなされる。
そこで、ロータコア内での磁気的不均衡を低減するため、複数の鋼板101の一部を所定角度回転させて積層(回転積層)することによって、軸方向からみて一部の鋼板101と他の鋼板101との圧延方向が交差するようにする技術がある。
この技術は、1種類の鋼板の積層によって圧延方向による磁気的不均衡を低減できるが、以下のような課題を生じる。
そこで、ロータコア内において鋼板101同士のキー103の周方向における位置を異ならせることなく、1種類の鋼板の積層によって圧延方向による磁気的不均衡を低減することが求められている。
請求項1に記載の回転電機のロータは、円環状の複数の鋼板を積層して形成され、複数の磁極を有するロータコアと、ロータコアとともに回転する回転体とを備える。
回転体とは、インナーロータ型の場合はロータコアの軸方向に貫通するシャフトであり、アウターロータ型の場合は、例えば、ロータコアの外周に嵌合するドラムである。
そして、位置決め部と回転中心とを結ぶ線を線Xとし、鋼板の面方向において線Xに垂直な線を線Yとすると、鋼板の圧延方向は、線Xおよび線Yの両方に対して、周方向に所定角度ずれた方向に延びている。
そして、位置決め部は、鋼板を線X周りに表裏反転させても回転体に対する周方向位置が同一であり、複数の鋼板の内、少なくとも1つは、他の鋼板に対して表裏反転して積層されている。
また、鋼板は、プレス加工によって形成されており、表裏反転によって周方向に位置のずれる軸方向に貫通する穴が形成されている。
そして、鋼板は、位置決め部と回転中心とを結ぶ線Xと、この線Xに垂直な線Yとの両方に対して、周方向に所定角度ずれた方向に圧延されているので、複数の鋼板の少なくとも1つを表裏反転して積層すると、軸方向からみて、表裏反転させていない順方向鋼板と表裏反転させた逆方向鋼板との圧延方向が交差することになる。
これにより、磁気的不均衡を低減できる。
また、永久磁石を挿入する穴や、フラックスバリアを形成する穴などが形成されている場合、プレス加工での形成では、この穴の周囲にバリが生じる。
しかし、表裏反転することでこれらの穴の位置がずれる場合には、バリの重なりを避けることができ、ロータコアの積層方向の高さを低減することができる。
すなわち、バリの除去加工をしなくてもロータコアの積層方向の高さを低減することができるとともに、積層方向の密着性を向上することによりロータコアの剛性を高めることによって、作動時の騒音を低減できる。
請求項2に記載の回転電機のロータによれば、線Xと圧延方向とがなす角と線Yと圧延方向とがなす角とが等しく、ともに45°である。
これによれば、軸方向からみて、順方向鋼板と逆方向鋼板との圧延方向が90°に交差することになる。
これによって、磁気的不均衡の低減効果がさらに向上する。
請求項3に記載の回転電機のロータによれば、位置決め部は、周方向に1箇所である。
請求項4に記載の回転電機のロータによれば、位置決め部は、径方向への凹凸嵌合によって回転体と嵌合しており、位置決め部と回転体との嵌合によってロータコアと回転体との回り止めがされている。
これによれば、位置決め部と回転体との嵌合が回り止めを兼ねるため、回り止め部材を別に設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。
請求項5に記載の回転電機のロータによれば、磁極の中心と回転中心とを結ぶ線Aは、線X及び線Yの両方に対して周方向にずれており、磁極は、線Xに対して非対称に配されている。
これによれば、複数の鋼板の少なくとも1つを表裏反転して積層すると、軸方向からみて、順方向鋼板と逆方向鋼板との磁極の位置が周方向にずれることになる。従って、スキューを形成することができる。
請求項6に記載の回転電機のロータによれば、磁極は、ロータコアに固定された永久磁石により形成されている。そして、表裏反転された鋼板を逆方向鋼板とし、表裏反転されていない鋼板を順方向鋼板とすると、永久磁石は、逆方向鋼板と順方向鋼板との軸方向の境界で軸方向に分断されており、逆方向鋼板の永久磁石と順方向鋼板の永久磁石とは、周方向における位置が異なる。
請求項7に記載の回転電機の製造方法では、圧延鋼板を、圧延方向に対して、位置決め部と回転中心とを結ぶ線Xとこの線Xに垂直な線Yとが周方向に所定角度ずれるように打ち抜いて、鋼板を複数形成し、複数の鋼板の内、少なくとも1つを、他の鋼板に対して表裏反転して積層している。これにより、磁気的不均衡を低減できる。
実施例1の回転電機1を、図1〜図5を用いて説明する。
実施例1の回転電機1は、電動機又は発電機としての機能を有するモータジェネレータであって、回転磁界を発生可能なステータ2、ステータ2の内周側に配されて回転するロータ3とを備える。
なお、本実施例では、図1に示すように、円筒上のステータ2の内周にロータ3が配置されるインナーロータ型である。
図2、4に示すように、鋼板ブロック14は、シャフト11との周方向における位置決めをするキー15を有している。また、図2(a)に示すように、キー15は軸方向に沿って延びるとともに内径側に突出する凸部として形成されている。
また、図4に示すように、シャフト11には、キー15と噛み合う溝16が軸方向に沿って形成されている。
すなわち、径方向への凹凸嵌合によって鋼板ブロック14とシャフト11とが嵌合しており、位置決めとともに、回り止めがなされている。
そして、図2(a)及び図4に示すように、溝16もキー15に対応する1箇所のみに設けられている。
また、キー15は、所定の寸法公差以下で溝16と嵌合するものであり、ガタツキが生じないようなはめあい公差にて嵌めあわされている。
本実施例では、図2(a)に示すように、外径側に広がるV字状に並べられた2つの永久磁石9によって1つの磁極20が形成されている。複数の磁極20は、周方向に等間隔で形成されている。
本実施例では、複数の鋼板ブロック14の内の1つを線X周りに表裏反転させて積層する。
すなわち、図4に示すように、2つある鋼板ブロック14の内の1つを表側にして、キー15と溝16とを嵌合させるようにシャフト11に組み付けて、もう1つを裏側にして、キー15と溝16とを嵌合させるようにシャフト11に組み付けている。
図2(a)及び(b)に示すように、線X周りに表裏反転させると、表裏反転されていない状態の鋼板ブロック14と比較すると、キー15の周方向位置は変わらないが、圧延方向および磁極位置が代わる。
ここで、表状態の鋼板ブロック14を順方向鋼板ブロック14Aと呼び、裏状態の鋼板ブロック14を逆方向鋼板ブロック14Bと呼ぶ。
図2(c)から分かるように、順方向鋼板ブロック14Aと逆方向鋼板ブロック14Bとでは、キー15の周方向位置は同一であるが、圧延方向が機械角で90°異なっている。また、磁極20の周方向位置もずれている。
また、ステータの巻線は一般的な3相巻線であり、巻線が収納されるステータコアのスロット数は、本実施例ではロータの磁極数が図2に示すように12極であるので、36スロットの整数倍に設定されている。
本実施例の回転電機1によれば、鋼板ブロック14は、シャフト11との位置決めのためにキー15を有しており、キー15は周方向において1箇所のみに設けられており、キー15の周方向中心と回転中心とを結ぶ線Xとすると、鋼板ブロック14を線X周りに表裏反転してもキー15の周方向位置は変わらない。そして、鋼板ブロック14の圧延方向は、線Xと、この線Xに垂直な線Yとの両方に対して、周方向に機械角で45°ずれた方向となっている。
加えて、磁極20と回転中心とを結ぶ線Aが、線X及び線Yの両方に対して周方向にずれており、磁極20が線Xに対して非対称に配されるように鋼板ブロック14が形成されている。
このため、軸方向からみて、順方向鋼板ブロック14Aと逆方向鋼板ブロック14Bとの圧延方向が交差することになり、磁気的不均衡を低減できる。また、同時に、スキューを形成することができる。
すなわち、本実施例によれば、ロータコア8内におけるキー15の周方向位置を複数の鋼板ブロック14同士で異ならせることなく、1種類の鋼板の積層によって圧延方向による磁気的不均衡を低減することができるとともに、スキューを形成することができる。
すなわち、永久磁石9を用いたロータ3において、永久磁石9を軸方向に複数に分断して、スキューを実現している。なお、本実施例のロータ3は、永久磁石9はスロット18に挿入された埋込磁石型(IPM)であったが、永久磁石9をロータコア8の周面上に固定する表面磁石型(SPM)であってもよい。
これによれば、図2(c)に示すように、軸方向からみて、順方向鋼板と逆方向鋼板との圧延方向が機械角で90°に交差することになる。このため、磁気的不均衡の低減効果が向上する。
複数の鋼板ブロック14は、同じ加工により同じ形状に形成されているため、軸方向において同じ方向にプレスによるバリを生じている。
本実施例では、図2(c)、図5に示すように、表裏反転することこれらの穴の位置がずれるため、軸方向におけるバリ22の重なりを避けることができ、ロータコア8の積層方向の高さを低減することができる。すなわち、バリの除去加工をしなくてもロータコア8の積層方向の高さを低減することができる。
なお、スロット18が形成されていないものでも、例えば、表裏反転によって周方向に位置のずれる軸方向に貫通する穴が形成されているものであれば、バリ22の重なりを回避できるという作用効果を奏する。
実施例2の回転電機1を、実施例1とは異なる点を中心に図6を用いて説明する。
実施例1の回転電機1はインナーロータ型であったが、本実施例の回転電機1はアウターロータ型である。
そして、ロータコア8の外周には円筒状のドラム25が設けられている。そして、鋼板ブロック14の外周面には内径側に凹む溝26が形成されており、ドラム25には内周面から内径側に突出するキー27が形成されている。これにより、ドラム25のキー27が鋼板ブロック14の溝26に嵌合することで、ドラム25と鋼板ブロック14との位置決めとともに、回り止めがなされている。
これにより、アウターロータ型でも実施例1と同様の作用効果を奏する構成を実現できる。
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例1、2では、回転電機1はモータジェネレータであったが、発電機もしくは電動機であってもよい。
また、図7(a)に示すように、ロータ3は、永久磁石型に限らず、例えば、永久磁石を用いず突極を有するリラクタンス型でもよい。また、図7(b)に示すように、シンクロナスリラクタンスモータに用いられる、フラックスバリア35により突極性が形成されたフラックスバリア型のロータであってもよい。
また、鋼板ブロック14は、複数の電磁鋼板の積層により形成された積層電磁鋼板により形成されていたが、積層によらず所定の厚さを有する電磁鋼板であってもよい。
また、実施例1、2では、線Xと圧延方向とがなす角θ1と線Yと圧延方向とがなす角θ2とが等しく、ともに45°とされていたが、θ1とθ2の合計が90°の条件下で、θ1とθ2とが異なっていてもよい。
2 ステータ
3 ロータ
8 ロータコア
9 永久磁石
11 シャフト(回転体)
14 鋼板ブロック
140 鋼板
14A 順方向鋼板ブロック
14B 逆方向鋼板ブロック
15 キー(位置決め部)
25 ドラム(回転体)
26 溝(位置決め部)
Claims (7)
- 円環状の複数の鋼板を積層して形成され、複数の磁極を有するロータコアと、
前記ロータコアとともに回転する回転体とを備える回転電機のロータにおいて、
前記鋼板は、前記回転体に対して周方向の位置決めを行う位置決め部を有し、
前記位置決め部と回転中心とを結ぶ線を線Xとし、前記鋼板の面方向において前記線Xに垂直な線を線Yとすると、前記鋼板の圧延方向は、線Xおよび線Yの両方に対して、周方向に所定角度ずれた方向に延びており、
前記位置決め部は、前記鋼板を前記線X周りに表裏反転させても前記回転体に対する周方向位置が同一であり、
前記複数の鋼板の内、少なくとも1つは、他の鋼板に対して表裏反転して積層されており、
前記鋼板は、プレス加工によって形成されており、表裏反転によって周方向に位置のずれる軸方向に貫通する穴が形成されていることを特徴とする回転電機のロータ。 - 請求項1に記載の回転電機のロータにおいて、
前記線Xと前記圧延方向とがなす角と前記線Yと前記圧延方向とがなす角とが等しく、ともに45°であることを特徴とする回転電機のロータ。 - 請求項1または2に記載の回転電機のロータにおいて、
前記位置決め部は、周方向に1箇所であることを特徴とする回転電機のロータ。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の回転電機のロータにおいて、
前記位置決め部は、径方向への凹凸嵌合によって前記回転体と嵌合しており、
前記位置決め部と前記回転体との嵌合によって、前記ロータコアと前記回転体との回り止めがされていることを特徴とする回転電機のロータ。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の回転電機のロータにおいて、
前記磁極の中心と前記回転中心とを結ぶ線Aは、前記線X及び前記線Yの両方に対して周方向にずれており、
前記磁極は、前記線Xに対して非対称に配されていることを特徴とする回転電機のロータ。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の回転電機のロータにおいて、
前記磁極は、前記ロータコアに固定された永久磁石により形成されており、
前記表裏反転された鋼板を逆方向鋼板とし、表裏反転されていない鋼板を順方向鋼板とすると、
前記永久磁石は、前記逆方向鋼板と前記順方向鋼板との軸方向の境界で軸方向に分断されており、
前記逆方向鋼板の前記永久磁石と前記順方向鋼板の前記永久磁石とは、周方向における位置が異なることを特徴とする回転電機のロータ。 - 円環状の複数の鋼板を積層して形成され、複数の磁極を有するロータコアと、
前記ロータコアとともに回転する回転体とを備え、
前記鋼板は、前記回転体に対して周方向の位置決めを行う位置決め部を有し、表裏反転によって周方向に位置のずれる軸方向に貫通する穴が形成されている回転電機のロータの製造方法であって、
圧延鋼板を、圧延方向に対して、前記位置決め部と回転中心とを結ぶ線Xとこの線Xに垂直な線Yとが周方向に所定角度ずれるように打ち抜いて、前記鋼板を複数形成し、
前記複数の鋼板の内、少なくとも1つを、他の鋼板に対して表裏反転して積層することを特徴とする回転電機のロータの製造方法。
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