JP5685506B2 - 回転電機の回転子、回転電機および回転子の端面部材 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の回転子、回転電機および回転子の端面部材に関する。

従来、電動機や発電機などの回転電機に用いられる回転子が知られている。かかる回転子は、薄板状の磁性鋼材を積層して円筒状に形成された回転子コアと、かかる回転子コアを貫通して固定された回転軸とを有している。

また、回転子コアの端面には、環状のエンドリングが取り付けられる（たとえば、特許文献１参照）。かかるエンドリング（以下、「端面部材」と記載する場合もある）は、回転子コアの剛性を確保する役割等を果たす。

なお、端面部材は、ネジやテーパーピンを介して回転子コアへ固定されることが一般的である。

特開平２−３０７３４０号公報

しかしながら、従来の回転子を組み立てる場合、上述のように端面部材の取り付けにネジやテーパーピンを用いるため、作業効率が悪いという問題があった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、効率よく組み立てることができる回転電機の回転子、回転電機および回転子の端面部材を提供することを目的とする。

本願の開示する回転電機の回転子は、一つの態様において、板材を積層して形成され、端面を有する回転子コアと、前記回転子コアを貫いて設けられる回転軸と、前記回転軸に対して所定の傾きを有し前記回転軸が圧入される圧入部と、前記端面へ接する側へ向いた曲げを有する外周部と、前記圧入部と前記外周部との間であって前記端面から離れる方向に勾配を設けた中央部とを有し、前記端面へ前記圧入部を介して取り付けられる端面部材とを備えることを特徴とする。

本願の開示する回転電機の回転子の一つの態様によれば、効率よく組み立てることができる。

図１は、実施例に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。 図２Ａは、実施例に係るエンドリングの外観図である。 図２Ｂは、実施例に係るエンドリングの正面図である。 図２Ｃは、実施例に係るエンドリングの側面図である。 図２Ｄは、図２Ｃに示すＭ１部の拡大図である。 図３は、回転子コアの断面図である。 図４Ａは、回転子コアの端面へエンドリングを取り付けた場合の正面図である。 図４Ｂは、エンドリングの取り付け前後の様子を示す側面図である。 図５Ａは、第１の変形例に係るエンドリングの側面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すＭ２部の拡大図である。 図６は、第２の変形例に係るエンドリングの正面図である。 図７Ａは、第３の変形例に係るエンドリングの正面図である。 図７Ｂは、第３の変形例に係るエンドリングの側面図である。 図８は、第４の変形例に係るエンドリングとシャフトとの嵌合を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の回転子、回転電機および回転子の端面部材の実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例における例示で本発明が限定されるものではない。

まず、実施例に係る回転電機の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施例に係る回転電機１の構成を示す縦断面図である。なお、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明において用いる他の図面でも示す場合がある。

また、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの１個の部材にのみ符号を付し、その他の各部材については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、各部材の構成は同様であるものとする。

図１に示すように、実施例に係る回転電機１は、フレーム２と、ブラケット３と、軸受４と、固定子５と、回転子６と、検出器７と、カバー８とを備える。

フレーム２は、筒状に形成されており、その内周面に固定子５の外周が固着される。ブラケット３は、略円盤状に形成されており、外周部においてフレーム２の開口端に取り付けられ、内周部において軸受４を保持する。

固定子５は、固定子コア５１と、コイル５２と、ボビン５３とを備える。固定子コア５１は、薄板状の電磁鋼材（電磁鋼板）を複数枚積層して形成される。なお、以下では、電磁鋼板を「板材」と記載する場合がある。

かかる固定子コア５１は、コイル５２が巻回されたボビン５３が装着された状態で、フレーム２の内周面に焼き嵌めなどによって固定される。また、固定子コア５１、コイル５２およびボビン５３は、モールド樹脂５ａによってモールドされる。

また、固定子５の内周側には、所定の空隙を介して回転子６が対向配置される。回転子６は、回転子コア６１と、シャフト６２と、エンドリング６３とを備える。

回転子コア６１は、薄板状の磁性鋼材（電磁鋼板）などを複数枚積層して筒状に形成される。なお、かかる積層において、磁性鋼材同士はカシメなどによって接合される。また、回転子コア６１には、界磁用の永久磁石（図示せず）が、一例として埋め込まれて配置される。かかる点については、図３を用いて後述する。

シャフト６２は、回転子６の回転軸であり、回転子コア６１を図中のＸ方向へ貫いて設けられる。かかるシャフト６２の外周面は、焼き嵌めなどによって回転子コア６１の内周面に固着される。

なお、外径が回転子コア６１の内径よりも小さいシャフト６２を回転子コア６１に挿入し、接着剤によって、シャフト６２を回転子コア６１に固着してもよい。この場合、シャフト６２の外周面と回転子コア６１の内周面との間には隙間が形成され、かかる隙間に接着剤が存在することになる。また、この場合、後述するエンドリング６３によって回転子コア６１の位置決めが可能となる。

また、外径が回転子コア６１の内径よりも小さいシャフト６２を回転子コア６１に挿入し、エンドリング６３のみによって、シャフト６２と回転子コア６１とを固定してもよい。この場合、シャフト６２の外周面と回転子コア６１の内周面との間には隙間が形成されるが、エンドリング６３が、回転子コア６１の位置決めになり、かつ、シャフト６２と回転子コア６１との固定を行う部材となる。

エンドリング６３は、回転子コア６１の端面へ取り付けられる端面部材である。ここで、エンドリング６３は、シャフト６２を圧入する圧入部６３ａを有しており、かかる圧入部６３ａを介して回転子コア６１の端面へ取り付けられ、シャフト６２に対して固定される。

すなわち、エンドリング６３は、ネジやテーパーピンなどを用いることなく取り付けることができるので、回転子コア６１に対してネジやテーパーピンの貫入孔を設けるといった加工を施す必要がない。したがって、組み立て作業の低コスト化および高効率化を図ることができる。かかるエンドリング６３の詳細については、図２Ａ以降を用いて後述する。

なお、シャフト６２は、その軸心がフレーム２の中心軸ＡＸ上に位置付くように軸受４を介して支持される。すなわち、かかるシャフト６２を含む回転子６は、中心軸ＡＸまわりに回転可能に支持される。

また、シャフト６２の負荷側となる一端には、たとえば、外部装置（図示せず）などの負荷が連結される。一方、反負荷側となる他端には、検出器７が接続される。

検出器７は、シャフト６２の回転位置を検出する機器であり、ロータリーエンコーダやレゾルバなどが用いられる。かかる検出器７の検出結果は、所定の制御装置（図示せず）などに出力される。また、検出器７は、カバー８によって被覆される。

なお、実施例に係る回転電機１は、電動機や発電機として用いることができる。たとえば、回転電機１を電動機とする場合、固定子５のコイル５２へ電流を流すことにより固定子５の内側に回転磁界が発生する。

そして、かかる回転磁界と回転子６の永久磁石が発生する磁界との相互作用によって回転子６が回転し、かかる回転子６の回転にともなってシャフト６２が回転することとなる。

また、回転電機１を発電機とする場合、電動機の場合とは逆の動作をする。すなわち、シャフト６２の回転にともなって回転子６が回転し、固定子５のコイル５２へ電流を発生させることとなる。

なお、図１のＡ−Ａ’線断面は、後述する図３を用いた説明において示すこととする。

以下、図１を用いて説明した実施例に係るエンドリング６３について主に説明してゆく。まず、図２Ａ〜図２Ｄを用いて、実施例に係るエンドリング６３の構成について具体的に説明する。

図２Ａは、実施例に係るエンドリング６３の外観図であり、図２Ｂは、実施例に係るエンドリング６３の正面図であり、図２Ｃおよび図２Ｄは、実施例に係るエンドリング６３の側面図である。なお、図２Ｄは、図２Ｃに示すＭ１部の拡大図に対応する。

また、以下では、図１に示した反負荷側（すなわち、検出器７側）のエンドリング６３を例に挙げて説明するが、負荷側のエンドリング６３についても同様に適用することができる。ただし、負荷側のエンドリング６３について適用する場合、以下に示すＸ軸の正負方向は逆にみなすこととなる。

図２Ａに示すように、エンドリング６３は、環状の部材であり、圧入部６３ａと、中央部６３ｂと、外縁部６３ｃとを有する。ここで、圧入部６３ａは中央部６３ｂと、中央部６３ｂは外縁部６３ｃと、それぞれ連接している。すなわち、エンドリング６３は、一枚板をプレスすることによって成形することができる。なお、エンドリング６３の中央に穿設された孔については、以下、「圧入孔」と記載する。

圧入部６３ａは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、エンドリング６３の内周部を複数個の切り欠き６３ａａによって複数個に分割された部材であり、Ｘ軸の正方向側へ所定の傾きを有している。かかる傾きは、シャフト６２（図１参照）の挿入方向を決定する。すなわち、シャフト６２は、圧入孔に対し、Ｘ軸の負方向から正方向へ向けて挿入される。

また、図２Ｂに示すように、かかる傾きは、圧入部６３ａの先端部が形成する、中心軸ＡＸを中心とする円の径２ｒが、シャフト６２の径よりも小となるように設けられている。したがって、シャフト６２は、圧入孔に対して挿入される際に「圧入」されることとなる。

すなわち、かかるシャフト６２の圧入によって加わる荷重に対して、圧入部６３ａは、弾性変形し、かかる弾性変形に対する復元力によってエンドリング６３をシャフト６２へ固定する。この点は、後述する図４Ｂを用いた説明においても触れる。

なお、このとき、複数個に分割された部材である圧入部６３ａは、中心軸ＡＸへ向けて多方向から復元力を加えることとなるので、エンドリング６３とシャフト６２との固定を、剛性の高い安定したものにすることができる。

なお、図２Ｂには、圧入部６３ａが７個設けられている例を示しているが、圧入部６３ａの個数を特に限定するものではない。

また、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、エンドリング６３の内周部には、さらにキー６３ａｂが設けられている。キー６３ａｂは、シャフト６２に対して軸方向に沿って設けられる軸方向溝であるキー溝（図示せず）と嵌合する嵌合爪である。

かかるキー６３ａｂとキー溝とを、シャフト６２を圧入孔に対して圧入する際に嵌合させることによって、シャフト６２とエンドリング６３とが回転方向についてずれることを防ぐことができる。

中央部６３ｂは、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、所定の勾配ｉを有しており、径方向について、回転子コア６１（図１参照）の端面と接する向きとは逆向きの凹みを形成している。

これにより、エンドリング６３が回転子コア６１の端面へ取り付けられた場合に、かかる端面との間に空間Ｓを形成することができるので、端面上のカシメ突起などを、かかる空間Ｓへ逃がすことができる。

外縁部６３ｃは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、エンドリング６３の外周部を複数個の切り欠き６３ｃａによって分割された複数個の部材である。かかる外縁部６３ｃは、エンドリング６３が回転子コア６１の端面へ取り付けられた場合に、端面と接し、かかる端面を押圧する。

また、外縁部６３ｃは、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、特に、回転子コア６１の端面へ接する側へ向いた曲げＢを有している。これにより、エンドリング６３が回転子コア６１の端面へ取り付けられた場合に、積層形成されたことで「めくれ」や「たおれ」の生じやすい回転子コア６１の端面の周縁を特に押圧することができ、かかる「めくれ」や「たおれ」を防いで回転子コア６１の剛性を確保することができる。

また、このとき、複数個の部材である外縁部６３ｃは、図２Ｂに示すように、中心軸ＡＸから放射状にのびる多方向でそれぞれ回転子コア６１の端面の周縁を押圧するので、前述の「めくれ」や「たおれ」が一様でない場合であっても、かかる「めくれ」や「たおれ」を個別に防いで回転子コア６１の剛性を確保することができる。

なお、図２Ｂには、外縁部６３ｃが８個設けられている例を示しているが、外縁部６３ｃの個数を特に限定するものではない。

また、上述した切り欠き６３ａａおよび切り欠き６３ｃａは、回転子６全体のバランス調整を行う際に、かかるバランス調整用のバランスパテを充填するスペースとして利用することができる。

ここで、回転子コア６１の構成について説明しておく。図３は、回転子コア６１の横断面図である。なお、図３は、図１のＡ−Ａ’線断面図に対応する。

図３に示すように、Ｘ軸の正方向からみた場合、回転子コア６１は、環状に成形されており、その内周部にはキー６１ａｂを有している。キー６１ａｂは、上述したエンドリング６３のキー６３ａｂ（図２Ｂ参照）と同様に、シャフト６２に対して軸方向に沿って設けられる軸方向溝であるキー溝（図示せず）と嵌合する嵌合爪である。

また、図３に示すように、回転子コア６１は、周方向に沿って複数個の永久磁石６１ａを配設している。ここで、１個の永久磁石６１ａは、回転子コア６１の積層方向であるＸ方向に沿って連接している。すなわち、永久磁石６１ａは、積層形成された回転子コア６１の積層方向に沿って埋め込まれている。

なお、図３には、永久磁石６１ａが、中心軸ＡＸを中心として放射状に配置されている例を示しているが、配置方向を限定するものではない。また、図３では、永久磁石６１ａが、回転子コア６１へ埋め込まれて配置されている例を示しているが、配置位置を限定するものではない。

また、図３では、永久磁石６１ａが、Ｘ軸の正方向からみた場合に矩形である例を示しているが、永久磁石６１ａの形状を限定するものではない。

次に、回転子コア６１の端面へエンドリング６３を取り付けた場合について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、回転子コア６１の端面へエンドリング６３を取り付けた場合の正面図であり、図４Ｂは、エンドリング６３の取り付け前後の様子を示す側面図である。

図４Ａに示すように、回転子コア６１の端面およびエンドリング６３の大きさは、略同一である。したがって、図４Ａに示すように、回転子コア６１の端面へエンドリング６３を取り付けた場合、回転子コア６１の端面は、エンドリング６３によって被覆されることとなる。

これにより、回転時の遠心力などによって、永久磁石６１ａが、回転子コア６１の端面から突出するのを防止することができる。この点は、図４Ａに示すように、永久磁石６１ａが、分割された外縁部６３ｃと１対１に対応付くように配置されることで、より効果を上げることができる。

また、図４Ｂに示すように、回転子コア６１の端面へエンドリング６３を取り付けた場合、圧入部６３ａは、取り付け前と比較して、さらに反るように弾性変形する。

そして、圧入部６３ａは、かかる弾性変形に対する復元力をもって、シャフト６２へエンドリング６３を固定する。

なお、図４Ｂに示すように、エンドリング６３は、Ｘ軸方向に沿って、外縁部６３ｃの曲げが回転子コア６１の端面の周縁に押し返されて反るほどの力で押圧可能な位置に固定されることが好ましい。

すなわち、かかる押圧力で負荷側および反負荷側の双方から回転子コア６１を挟み付けることによって、前述の「めくれ」や「たおれ」を防止するだけでなく、回転子コア６１全体の形状を整えることができるからである。

ところで、これまでは、実施例に係るエンドリング６３の外縁部６３ｃが所定の曲げを有する場合について説明したが、これに限られるものではない。そこで、この点に関する変形例を第１の変形例として、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。

図５Ａおよび図５Ｂは、第１の変形例に係るエンドリング６３Ａの側面図である。なお、図５Ｂは、図５Ａに示すＭ２部の拡大図に対応する。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、エンドリング６３Ａの外縁部６３ｃは、曲げを有することなく平らとすることができる。かかる場合であっても、回転子コア６１（図１参照）の端面の周縁を含め、外縁部６３ｃが接する部分すべてを一様に押圧することができるので、前述の「めくれ」や「たおれ」を防止することができる。

また、外縁部６３ｃに曲げを形成する必要がないので、エンドリング６３Ａは、容易に成形することができる。

また、これまでは、実施例に係るエンドリング６３の外縁部６３ｃが複数個に分割されている場合について説明したが、これに限られるものではない。そこで、この点に関する変形例を第２の変形例として、図６を用いて説明する。

図６は、第２の変形例に係るエンドリング６３Ｂの側面図である。図６に示すように、エンドリング６３Ｂの外縁部６３ｃは、分割されることなくひと繋がりとすることができる。

かかる場合であっても、外縁部６３ｃが接する部分すべてをＸ軸方向に沿って一様に押圧することができるので、回転子コア６１の端面の周縁が一様にめくれやすい場合などに効果的となる。

また、外縁部６３ｃに切り欠き６３ｃａ（図２Ｂ参照）を形成する必要がないので、エンドリング６３Ｂは、容易に成形することができる。

また、これまでは、実施例に係るエンドリング６３の外縁部６３ｃが所定の曲げを有する場合について説明したが、かかる曲げとは逆向きの折り返しを設けてもよい。そこで、この点に関する変形例を第３の変形例として、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。

図７Ａは、第３の変形例に係るエンドリング６３Ｃの正面図であり、図７Ｂは、第３の変形例に係るエンドリング６３Ｃの側面図である。

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、エンドリング６３Ｃの外縁部６３ｃは、回転子コア６１の端面へ接する側とは逆向きの折り返しを有することができる。

かかる折り返しを設けた場合、たとえば、上述したバランス調整用のバランスパテが、回転時の遠心力などによって回転電機１のフレーム２（図１参照）内に飛散することを防止することができる。すなわち、バランスパテの飛散に基づく回転電機１の故障などを防ぐことができる。さらに、かかる折り返しによって、エンドリング６３Ｃの剛性も高めることができる。

また、これまでは、実施例に係るエンドリング６３が、内周部にキー６３ａｂ（図２Ｂ参照）を有し、シャフト６２に対して軸方向に沿って設けられるキー溝と嵌合する場合について説明したが、シャフト６２の周方向に沿った溝である周方向溝を、周方向に対するキーのキー溝として設けてもよい。

そこで、この点に関する変形例を第４の変形例として、図８を用いて説明する。図８は、第４の変形例に係るシャフト６２Ａとエンドリング６３との嵌合を示す図である。

図８に示すように、第４の変形例に係るシャフト６２Ａの外周面には、周方向に沿った周方向溝であるキー溝６２ａを設けることができる。そして、エンドリング６３は、回転子コア６１の端面に取り付けられる際に、圧入部６３ａの先端をキー溝６２ａへ嵌合させる。すなわち、このときの圧入部６３ａの先端は、キー溝６２ａと嵌合する嵌合爪となる。

このように、圧入部６３ａの先端をキー溝６２ａと嵌合させた場合、エンドリング６３とシャフト６２ＡとがＸ軸方向に沿ってずれるのを防ぐことができるので、エンドリング６３は、つねに所定の押圧力をもって回転子コア６１の端面を押圧することが可能となる。すなわち、回転子コア６１の剛性を安定して確保することができる。

上述したように、実施例に係る回転電機の回転子は、板材を積層して形成される回転子コアと、かかる回転子コアを貫いて設けられる回転軸であるところのシャフトと、かかるシャフトが圧入される圧入部を有し、かかるシャフトが突出する上記の回転子コアの端面へ上記の圧入部を介して取り付けられる端面部材であるところのエンドリングとを備える。

したがって、実施例に係る回転電機の回転子、かかる回転子を備える回転電機およびかかる回転子の端面部材によれば、効率よく組み立てることができる。

ところで、上述した実施例および各変形例では、回転子を構成する各構成要素がとりうる形状などについて説明したが、これらの形状を適宜組み合わせることとしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 回転電機
２ フレーム
３ ブラケット
４ 軸受
５ 固定子
５ａ モールド樹脂
６ 回転子
７ 検出器
８ カバー
５１ 固定子コア
５２ コイル
５３ ボビン
６１ 回転子コア
６１ａ 永久磁石
６１ａｂ キー
６２ シャフト
６３ エンドリング
６３ａ 圧入部
６３ａａ 切り欠き
６３ａｂ キー
６３ｂ 中央部
６３ｃ 外縁部
６３ｃａ 切り欠き

Claims (7)

1. 板材を積層して形成され、端面を有する回転子コアと、
   前記回転子コアを貫いて設けられる回転軸と、
   前記回転軸に対して所定の傾きを有し前記回転軸が圧入される圧入部と、前記端面へ接する側へ向いた曲げを有する外周部と、前記圧入部と前記外周部との間であって前記端面から離れる方向に勾配を設けた中央部とを有し、前記端面へ前記圧入部を介して取り付けられる端面部材と
   を備えることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記端面部材は、
   外周部が複数個に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記回転軸は、
   外周面に当該回転軸の軸方向に沿った溝である軸方向溝を有し、
   前記圧入部は、
   前記軸方向溝と嵌合する嵌合爪を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記回転軸は、
   外周面に当該回転軸の周方向に沿った溝である周方向溝を有し、
   前記圧入部は、
   前記周方向溝と嵌合する嵌合爪を有することを特徴とする請求項１、２または３に記載の回転電機の回転子。
5. 前記圧入部は、
   複数個に分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機の回転子。
6. 前記請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転電機の回転子
   を備えることを特徴とする回転電機。
7. 回転電機の回転子に用いられる端面部材であって、
   前記回転子は、板材を積層して形成され、端面を有する回転子コアと、前記回転子コアを貫いて設けられる回転軸と、を有し、
   前記端面部材は、前記回転軸に対して所定の傾きを有し前記回転軸が圧入される圧入部と、前記端面へ接する側へ向いた曲げを有する外周部と、前記圧入部と前記外周部との間であって前記端面から離れる方向に勾配を設けた中央部とを有し、前記端面へ前記圧入部を介して取り付けられることを特徴とする回転子の端面部材。
   

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