JP6677326B1 - 回転電機のロータ - Google Patents

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Abstract

【課題】端板の径方向への移動に伴う揺れや異音等の発生を防止できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】フランジ部１１ａを形成された鉄系金属からなる回転軸１１と、軸方向に沿って貫通するスロット１２ａを形成された磁性材料からなる円筒状のロータコア１２と、ロータコア１２のスロット１２ａに装入された永久磁石１３と、ロータコア１２のスロット１２ａの開口を閉塞すると共に回転軸１１に焼き嵌め又は圧入される非磁性材料からなる環状の第一の端板１４と、ロータコア１２のスロット１２ａよりも径方向内側へ位置すると共に回転軸１１に焼き嵌め又は圧入される鉄系金属からなる環状の固定板１５と、固定板１５を内装する凹部１６ｃを軸方向一端面に形成されてロータコア１２のスロット１２ａの開口を閉塞する非磁性材料からなる環状の第二の端板１６と、第二の端板１６と固定板１５とを連結固定する取付ボルト１７とを備えたロータ１０とした。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機や電動機等の回転電機のロータに関する。
発電機や電動機等の回転電機のロータとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載されているロータは、一端側にフランジ部を形成された鋳鉄等の鉄系金属からなる回転軸と、鉄系金属等の磁性金属からなる環状板を複数積層されると共に軸方向に沿って貫通するスロットを周方向に沿って複数形成されて回転軸に同軸をなして差し込まれるロータコアと、ロータコアの各スロット内にそれぞれ装入された永久磁石と、ロータコアを軸方向両端側で挟むように回転軸に同軸をなして差し込まれてロータコアの各スロットの開口を塞ぐアルミニウム系金属等の非磁性金属からなる一対の環状の端板と、他方の端板の端面に当接するように回転軸に焼き嵌めされる鉄系金属からなる環状のカラーとを備えている。
このような特許文献１に記載されている回転電機のロータにおいては、非磁性材料（アルミニウム系金属等）からなる端板が、鋳鉄等の鉄系金属からなる回転軸よりも大きい線膨張率となるため、運転に伴う発熱による熱膨張に対応できるように、回転軸との間に隙間を設けると共に、回転軸と略等しい線膨張率の鉄系金属からなるカラーを回転軸に焼き嵌めすることにより、当該カラーと回転軸のフランジ部とでロータコア及び端板を軸方向に締付固定するようにしている。
特開２００５−３１８７８５号公報 特開２０１５−２２６３６８号公報 特開２０１７−１５８４０８号公報 特開２０１８−０８８７４８号公報
前記特許文献１に記載されている回転電機のロータでは、前述したように回転軸と端板との間に隙間を設けていることから、運転時の温度や回転数等の条件によっては端板が径方向に動いてしまい、揺れや異音等を発生してしまうおそれがあった。
このようなことから、本発明は、端板の径方向への移動に伴う揺れや異音等の発生を防止することができる回転電機のロータを提供することを目的とする。
前述した課題を解決するための、本発明に係る回転電機のロータは、一端寄りにフランジ部を形成された鉄系金属からなる回転軸と、前記回転軸の前記フランジ部よりも軸方向他端側に位置するように当該回転軸に設けられ、軸方向に沿って貫通するスロットを形成された磁性材料からなる円筒状のロータコアと、前記ロータコアの前記スロットに装入された永久磁石と、前記回転軸の前記フランジ部の軸方向他端面と前記ロータコアの軸方向一端面との間でこれらの面に当接するように当該回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する非磁性材料からなる環状の第一の端板と、前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように前記回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットよりも径方向内側へ位置する外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する鉄系金属からなる環状の固定板と、前記固定板を内装する凹部を軸方向一端面に形成されて前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように当該回転軸に設けられ、前記ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有する非磁性材料からなる環状の第二の端板と、前記第二の端板と前記固定板とを連結固定する固定具とを備えていることを特徴とする。
また、本発明に係る回転電機のロータは、上述した回転電機のロータにおいて、前記第一の端板が、軸方向一端面の同軸上に径方向内側ほど薄い厚さとなる窪部を有していることを特徴とする。
また、本発明に係る回転電機のロータは、上述した回転電機のロータにおいて、前記第二の端板が、軸方向他端面の同軸上に径方向内側ほど薄い厚さとなる窪部を有していることを特徴とする。
本発明に係る回転電機のロータは、上述した回転電機のロータにおいて、前記固定具が、前記第二の端板の前記窪部を貫通して前記固定板に螺合する取付ボルトであることを特徴とする。
本発明において、回転電機の運転に伴って温度が上昇すると、第一の端板は、回転軸の線膨張率よりも大きい線膨張率であるものの、回転軸に焼き嵌め又は圧入されていることから、回転軸に対する締付力が低下するものの、回転軸との間に隙間を生じることなく、回転軸のフランジ部に対してロータコア及び固定板で押し付けられて挟持されるので、回転軸に対して十分な保持力で固定され、軸方向だけでなく径方向への移動も防止される。また、第二の端板は、回転軸の線膨張率よりも大きい線膨張率であるものの、固定板に取付ボルトで連結固定されているので、軸方向及び径方向への移動が防止される。したがって、本発明に係る回転電機のロータによれば、第一，二の端板の径方向への移動に伴う揺れや異音等の発生を防止することができる。
本発明に係る回転電機のロータの主な実施形態の外観図である。 図１の断面図である。 図１の分解斜視図である。
本発明に係る回転電機のロータの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
〈主な実施形態〉
本発明に係る回転電機のロータの主な実施形態を図１〜３に基づいて説明する。
図１〜３において、１１は回転軸、１２はロータコア、１３は永久磁石、１４は第一の端板、１５は固定板、１６は第二の端板、１７は取付ボルトである。
回転軸１１は、鋳鉄等の鉄系金属からなり、一端寄り（図２中、左端寄り）にフランジ部１１ａが形成されたものである。
ロータコア１２は、鉄系金属等の磁性材料からなる環状板を同軸上に複数積層して円筒状に構成したものであり、軸方向に沿って貫通するスロット１２ａが径方向外側寄りで周方向に沿って複数形成されて、回転軸１１のフランジ部１１ａよりも軸方向他端側（図２中、右端側）に位置するように当該回転軸１１に同軸をなして焼き嵌め又は圧入される。
永久磁石１３は、ロータコア１２の各スロット１２ａにそれぞれ装入されている。
第一の端板１４は、アルミニウム系金属等の非磁性材料からなる環状板であり、ロータコア１２のスロット１２ａの開口を閉塞するように当該ロータコア１２の外径と略等しい大きさの外径を有すると共に回転軸１１に焼き嵌め又は圧入される内径を有して、回転軸１１のフランジ部１１ａの軸方向他端面（図２中、右端面）とロータコア１２の軸方向一端面（図２中、左端面）との間でこれらの面に当接するように回転軸１１に同軸をなして設けられている。
また、第一の端板１４の軸方向一端面、すなわち、ロータコア１２の前記環状板の積層方向外側の端面（図２中、左端面）の径方向内側寄りには、径方向内側ほど薄い厚さとなるようにすり鉢状をなす窪部１４ａが同軸上に形成されている。
固定板１５は、鋳鉄等の鉄系金属からなる回転軸１１と略等しい線膨張率を有する鉄系金属からなる環状板であり、ロータコア１２のスロット１２ａよりも径方向内側へ位置する外径を有すると共に回転軸１１に焼き嵌め又は圧入される内径を有して、取付ボルト１７と螺合するねじ穴１５ｂが周方向に沿って複数形成され、ロータコア１２の軸方向他端面（図２中、右端面）に当接するように回転軸１１に同軸をなして設けられている。
第二の端板１６は、アルミニウム系金属等の非磁性材料からなる環状板であり、ロータコア１２のスロット１２ａの開口を閉塞するように当該ロータコア１２の外径と略等しい大きさの外径を有すると共に当該回転軸１１よりもわずかに大きい内径を有し、固定板１５を内装する凹部１６ｃが軸方向一端面（図２中、左端面）の径方向内側寄りに形成され、ロータコア１２の軸方向他端面（図２中、右端面）に当接するように回転軸１１に同軸をなして設けられている。
また、第二の端板１６の軸方向他端面、すなわち、ロータコア１２の前記環状板の積層方向外側の端面（図２中、右端面）の径方向内側寄りには、径方向内側ほど薄い厚さとなるようにすり鉢状をなす窪部１６ａが同軸上に形成されている。この第二の端板１６の窪部１６ａには、固定板１５の前記ねじ穴１５ｂと連通する貫通穴１６ｂが形成されている。
固定具である取付ボルト１７は、頭部の高さが低い低頭型であり、第二の端板１６の貫通穴１６ｂに差し込まれて固定板１５のねじ穴１５ｂに螺合することにより、第二の端板１６を固定板１５に取り付けて連結固定することができるようになっている。
このような本実施形態に係るロータ１０においては、回転軸１１の軸方向一端側（図２中、左端側）のフランジ部１１ａに第一の端板１４の窪部１４ａを当接させる位置に当該第一の端板１４を焼き嵌め又は圧入するように回転軸１１の軸方向他端側（図２中、右端側）から当該第一の端板１４を挿入固定し、第一の端板１４にロータコア１２の軸方向一端面（図２中、左端面）を当接させる位置に当該ロータコア１２を焼き嵌め又は圧入するように回転軸１１の軸方向他端側（図２中、右端側）から当該ロータコア１２を挿入固定し、ロータコア１２の軸方向他端面（図２中、右端面）に固定板１５を当接させる位置に当該固定板１５を焼き嵌め又は圧入するように回転軸１１の軸方向他端側（図２中、右端側）から当該固定板１５を挿入固定する。
そして、ロータコア１２の各スロット１２ａ内に永久磁石１３を装入し、ロータコア１２の軸方向他端面（図２中、右端面）に第二の端板１６を当接させて当該第二の端板１６の凹部１６ｃ内に固定板１５を位置させるように回転軸１１の軸方向他端側（図２中、右端側）から当該第二の端板１６を挿入し、当該第二の端板１６の貫通穴１６ｂに取付ボルト１７を差し込んで固定板１５のねじ穴１５ｂに螺合させることにより、ロータ１０が構成される。
このようにして構成された本実施形態に係るロータ１０において、回転電機の運転に伴って温度が上昇すると、ロータコア１２及び固定板１５は、回転軸１１の線熱膨張率と略等しい線熱膨張率であるので、回転軸１１に対する締付力を略等しく維持することができる。
また、第一の端板１４は、回転軸１１の線膨張率よりも大きい線膨張率であるものの、回転軸１１に焼き嵌め又は圧入されていることから、回転軸１１に対する締付力が低下するものの、回転軸１１との間に隙間を生じることなく、回転軸１１のフランジ部１１ａに対してロータコア１２及び固定板１５で押し付けられて挟持されるので、回転軸１１に対して十分な保持力で固定され、軸方向だけでなく径方向への移動も防止される。
また、第二の端板１６は、回転軸１１の線膨張率よりも大きい線膨張率であるものの、固定板１５に取付ボルト１７で連結固定されているので、軸方向及び径方向への移動が防止される。
このため、本実施形態に係るロータ１０では、回転軸１１の線膨張率よりも大きい線膨張率の前記端板１４，１６が軸方向及び径方向へ移動してしまうことを防止できる。
したがって、本実施形態に係るロータ１０によれば、前記端板１４，１６の径方向への移動に伴う揺れや異音等の発生を防止することができる。
また、第一の端板１４の軸方向一端面に窪部１４ａを形成したことから、回転軸１１のフランジ部１１ａを当該窪部１４ａの内側に位置させることができるので、ロータ１０の全長を短縮することができ、小型化を図ることができる。
また、第二の端板１６の軸方向他端面に窪部１６ａを形成したことから、取付ボルト１７の頭部を当該窪部１６ａの内側に位置させることができるので、ロータ１０の全長を短縮することができ、小型化を図ることができる。
本発明に係る回転電機のロータは、第一，二の端板の径方向への移動に伴う揺れや異音等の発生を防止することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
１０ ロータ
１１ 回転軸
１１ａ フランジ部
１２ ロータコア
１２ａ スロット
１３ 永久磁石
１４ 第一の端板
１４ａ 窪部
１５ 固定板
１５ｂ ねじ穴
１６ 第二の端板
１６ａ 窪部
１６ｂ 貫通穴
１６ｃ 凹部
１７ 取付ボルト

Claims (2)

  1. 一端寄りにフランジ部を形成された鉄系金属からなる回転軸と、
    前記回転軸の前記フランジ部よりも軸方向他端側に位置するように当該回転軸に設けられ、軸方向に沿って貫通するスロットを形成された磁性材料からなる円筒状のロータコアと、
    前記ロータコアの前記スロットに装入された永久磁石と、
    前記回転軸の前記フランジ部の軸方向他端面と前記ロータコアの軸方向一端面との間でこれらの面に当接するように当該回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する非磁性材料からなり、前記回転軸の線膨張率より大きい線膨張率の環状の第一の端板と、
    前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように前記回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットよりも径方向内側へ位置する外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する鉄系金属からなり、前記回転軸の線膨張率と略等しい線膨張率の環状の固定板と、
    前記固定板を内装する凹部を軸方向一端面に形成されて前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように当該回転軸に設けられ、前記ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有する非磁性材料からなり、前記回転軸の線膨張率より大きい線膨張率の環状の第二の端板と、
    前記第二の端板と前記固定板とを連結固定する固定具と
    を備え、
    前記第一の端板が、軸方向一端面の同軸上に径方向内側ほど薄い厚さとなる窪部を有し、
    前記回転軸の前記フランジを前記窪部の内側に位置させることを特徴とする回転電機のロータ。
  2. 一端寄りにフランジ部を形成された鉄系金属からなる回転軸と、
    前記回転軸の前記フランジ部よりも軸方向他端側に位置するように当該回転軸に設けられ、軸方向に沿って貫通するスロットを形成された磁性材料からなる円筒状のロータコアと、
    前記ロータコアの前記スロットに装入された永久磁石と、
    前記回転軸の前記フランジ部の軸方向他端面と前記ロータコアの軸方向一端面との間でこれらの面に当接するように当該回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する非磁性材料からなり、前記回転軸の線膨張率より大きい線膨張率の環状の第一の端板と、
    前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように前記回転軸に設けられ、当該ロータコアの前記スロットよりも径方向内側へ位置する外径を有すると共に当該回転軸に焼き嵌め又は圧入される内径を有する鉄系金属からなり、前記回転軸の線膨張率と略等しい線膨張率の環状の固定板と、
    前記固定板を内装する凹部を軸方向一端面に形成されて前記ロータコアの軸方向他端面に当接するように当該回転軸に設けられ、前記ロータコアの前記スロットの開口を閉塞する大きさの外径を有する非磁性材料からなり、前記回転軸の線膨張率より大きい線膨張率の環状の第二の端板と、
    前記第二の端板と前記固定板とを連結固定する取付ボルトと
    を備え、
    前記第二の端板が、軸方向他端面の同軸上に径方向内側ほど薄い厚さとなる窪部を有し、
    前記取付ボルトは前記第二の端板の前記窪部を貫通して前記固定板に螺合し、前記取付ボルトの頭部を前記窪部の内側に位置させることを特徴とする回転電機のロータ。
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