CN114450869A - 旋转机的端板的结构 - Google Patents

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Abstract

以简单的结构抑制在旋转机的端板产生涡电流，实现损失的减少。旋转机(1)的一对端板(8)配置在转子轴(6)的轴向两端部，夹入芯部(7)。该端板(8)的内周部(8c)形成为厚壁状，另一方面，外周部(8b)形成为薄壁状。具体而言，外周部(8b)的壁厚(T)形成为由导体材料和电流的角频率确定的趋肤深度的两倍以下。

Description

旋转机的端板的结构
技术领域
本发明涉及防止埋入旋转机的转子的磁铁飞散的端板的结构。
背景技术
电动机等旋转机具备：固定在壳体内的定子(stator)和在定子的内径侧隔开规定的空隙而相向配置并固定于转子轴的转子(rotor)。
若基于图6对概略结构进行说明，则转子5具备：在周向的多个部位设置有永磁铁的芯部7；以及以夹入芯部7的方式固定于上述转子轴的外周面的端板21。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-232535
发明内容
发明要解决的课题
在转子5的轴向的端部，如图7中的箭头F所示，转子5与定子3之间的磁通B沿轴向泄漏，并通过端板21。该漏磁通F根据定子3的槽形状的影响、与流过线圈4的电流重叠的高次谐波电流而变动，因此，在端板21的外周部21a流过涡电流，有可能产生涡电流损耗。
因此，如专利文献1那样，提出了如下技术：在端板21中靠近与芯部11a相向的相向面的外周形成环形凹部，进而将环形凹部的内侧作为空间部来规定尺寸，从而抑制涡电流，但由于结构复杂，因此，制造工序增加，有可能无法实现成本的抑制。
本发明是为了解决这样的以往的问题而完成的，其解决课题在于以简单的结构抑制旋转机的端板的外周部处的涡电流。
用于解决课题的方案
(1)本发明涉及的端板的结构配置在旋转机的转子轴的轴向两端部，是将在所述转子轴的轴向中间部的外周设置的转子的芯部夹入的一对端板的结构，其中，
各所述端板的内周部形成为厚壁状，另一方面，外周部形成为薄壁状。
(2)在本发明的一方式中，
所述芯部在多个部位沿周向配置有磁铁，另一方面，
所述外周部形成于从所述端板的外周缘起到与最外周的所述磁铁对应的位置为止的范围。
(3)在本发明的另一方式中，
所述芯部具备：形成于周向的多个部位的磁铁收容孔；设置于该磁铁收容孔的永磁铁；以及与所述磁铁收容孔连续的作为磁空隙的磁通屏障，另一方面，
所述外周部形成于从所述端板的外周缘起到与所述磁通屏障的外周部分对应的位置的内周侧为止的范围。
(4)在本发明的又一方式中，所述外周部的壁厚形成为由导体材料和电流的角频率确定的趋肤深度的两倍以下。
(5)在本发明的又一方式中，所述外周部的壁厚设定在1mm～2mm的范围内。
发明效果
根据本发明，能够以简单的结构抑制旋转机的端板的外周部处的涡电流。
附图说明
图1是应用了本发明的实施方式的端板的旋转机的纵剖视图。
图2是该端板的外周部的放大图。
图3(a)是表示该端板的外周部的切去部的放大图，(b)是该端板的圆周方向的局部图，(c)是(b)的Q部放大图。
图4(a)是表示导体的壁厚较厚的情况下的涡电流的图，(b)是表示导体的壁厚较薄的情况下的涡电流的图。
图5是表示损失削减率的图表。
图6是以往的端板的外周部的放大图。
图7是表示该漏磁通的放大图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。在此，虽然能够通过减小流动的路径来抑制涡电流，但是以往的端板的外周部厚，无法抑制损失(涡电流损耗)。
因此，在本实施方式中，通过使轴向的漏磁通多的端板的外周部的壁厚变薄来抑制涡电流，另一方面，将在转子的平衡修正等中使用的内周部的壁厚设为厚的形状。
首先，基于图1对应用了本实施方式的上述端板的旋转机进行说明。该旋转机1搭载于车辆等而作为电动机、发电机使用，具备固定在壳体2内的定子3和与定子3隔开规定的空隙而在内径侧相向配置的转子5，转子5固定于转子轴6，能够相对于定子3旋转。
转子5具备：在转子轴6的轴向中间部的外周设置的筒状的芯部7；以及以夹入芯部7的两端部的方式固定于转子轴6的外周面的一对上述端板8。该芯部7具备：层叠磁性钢板而构成的转子铁芯9；配置在形成于转子铁芯9的周向的多个部位的磁铁收容孔10(参照图3)内的永磁铁11；以及从磁铁收容孔10的两端部连续形成的作为磁空隙的磁通屏障12。
需要说明的是，磁通屏障12具有与磁铁收容孔10连续的矩形的空隙主体12a和从空隙主体12a沿周向延伸设置的外周部分12b，在与转子外周之间设置有桥宽P。
《端板8的结构》
接着，基于图1～图3对上述端板8的结构进行说明。具体而言，上述端板8例如由铝、铜等金属制的导电体(导体)构成，通过如上所述夹入芯部7来限制芯部7的轴向的位移，防止永磁铁11的飞散。另外，上述端板8形成为圆盘状，在中心部形成有供转子轴6插入的孔部8a，以将转子轴6插入孔部8a并夹入芯部7的方式外嵌。
流过上述端板8等导体的交流电流在导体的表面电流密度J高，若远离表面则电流密度J变低(趋肤效应)。该趋肤效应特别是频率越高则越显著，电流集中于表面。此时，导体的电流密度J相对于深度“σ”如式(1)所示减少。
[式1]
j＝j0e-δ/d…(1)
式(1)中的“d”表示趋肤深度，其表示电流成为表面电流的“1/e(约37％)”的深度，在导体内流动的电流的大部分在趋肤深度内流动。该趋肤深度“d”由构成上述端板8的导体的材质(材料)和电流的角频率确定，如式(2)那样计算。
[式2]
Figure BDA0003552752790000041
因此，如图2所示，通过将上述端板8的外周部8b的壁厚T形成为其趋肤深度“d”的两倍以下来抑制涡电流，实现损失的大幅减少。此时，外周部8b的壁厚T的下限值只要考虑外周部8b的刚性等各种情况来确定即可。
例如如果是铝制的上述端板8，则在载波频率为“5kHz”以上的情况下，优选将外周部8b的壁厚T形成在“1mm～2mm”的范围。需要说明的是，上述端板8的除外周部8b以外的部分(内周部8c)也可以形成为以往那样的厚壁状。
基于图3对外周部8b的具体位置进行说明。图3(a)中的C表示成为外周部8b的边界的切去部，从上述端板8的外周缘8d到切去部C的范围作为外周部8b形成为薄壁状。
如图3(c)中的箭头R所示，该切去部C形成在与磁通屏障12的外周部分12b对应的位置的内周侧(内径侧)。此时，由于磁通屏障12与磁铁收容孔10连续，因此，可以说外周部8b形成于从上述端板8的外周缘8d起到与最外周的永磁铁11对应的位置为止的范围。
《作用效果》
基于图4以及图5对上述端板8的作用效果进行说明。图4(a)中的箭头I1～I4表示导体的壁厚较厚的情况下(以往的端板21的外周部21a等)的涡电流，流过导体的涡电流I1～I4的大部分流过趋肤深度的部分。
因此，如上所述，将上述端板8的外周部8b的壁厚T形成为趋肤深度的两倍以下。根据该结构，如图4(b)所示，流过导体的上表面的电流I1与流过下表面的电流I3相互抵消，因此，能够抑制流过外周部8b的导体的涡电流I1～I4，能够大幅减少损失(涡电流损耗)。
其结果是，不需要如专利文献1那样采用复杂的结构，能够以简单(simple)的结构抑制端板8的外周部8b处的涡电流，在这一点上能够简化制造工序，另外还能够实现成本的抑制。
这样的上述端板8的作用效果也在图5的比较结果中示出。即，根据图5的比较结果，在将以往的端板21的损失比率设为“100％”的情况下，上述端板8的损失比率削减了“25％”。在这一点上确认了上述端板8的作用效果。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，能够在各权利要求所记载的范围内变形来实施。例如不限于将上述端板8的外周部8b的壁厚T形成为趋肤深度的两倍以下的情况，即便仅将轴向的漏磁通多的外周部8b的壁厚T形成为薄壁状，也能够得到由涡电流抑制带来的效果。
附图标记说明
1 旋转机
2 壳体
3 定子
4 线圈
5 转子
6 转子轴
7 芯部
8 端板
8a 中心孔
8b 外周部
8c 内周部
8d 外周缘
10 磁铁收容孔
11 永磁铁
12 磁通屏障
12a 空隙主体
12b 外周部分
13 芯部的外周缘

Claims (5)

1.一种端板的结构，配置在旋转机的转子轴的轴向两端部，是将在所述转子轴的轴向中间部的外周设置的转子的芯部夹入的一对端板的结构，其中，
各所述端板的内周部形成为厚壁状，另一方面，外周部形成为薄壁状。
2.如权利要求1所述的旋转机的端板的结构，其中，
所述芯部在多个部位沿周向配置有磁铁，另一方面，
所述外周部形成于从所述端板的外周缘起到与最外周的所述磁铁对应的位置为止的范围。
3.如权利要求2所述的旋转机的端板的结构，其中，
所述芯部具备：形成于周向的多个部位的磁铁收容孔；设置于该磁铁收容孔的永磁铁；以及与所述磁铁收容孔连续的作为磁空隙的磁通屏障，另一方面，
所述外周部形成于从所述端板的外周缘起到与所述磁通屏障的外周部分对应的位置的内周侧为止的范围。
4.如权利要求1～3中任一项所述的旋转机的端板的结构，其中，
所述外周部的壁厚形成为由导体材料和电流的角频率确定的趋肤深度的两倍以下。
5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转机的端板的结构，其中，
所述外周部的壁厚设定在1mm～2mm的范围内。
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