JP2005033878A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】風損を低減するための補助材を強固に保持し、高効率で信頼性の高い電動機の回転子を提供する。
【解決手段】電動機の回転子４を形成するにあたり、２種類の円盤すなわち高透磁率材からなり、外周部に複数の凸部を有する第１種の円盤１と、第１種の円盤１の対向する２つの凸部先端間の距離と同じ直径をもつ第２種の円盤２とを複数枚用い、少なくとも１枚の第２種の円盤２の表面と裏面には第１種の円盤１がそれぞれ接するように積層し、第１種の円盤１の凸部の位置を合わせて突極構造５を形成した電動機の回転子であって、回転子４を円筒形に形成すべく、回転子の外周面にある突極構造５間の凹部の、第２種の円盤２によって仕切られたそれぞれの空隙６に、第１種の円盤１および第２種の円盤２に固着する低透磁率の補助材を装填する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高透磁率材を突極構造にした電動機の回転子において、突極部と突極部との間に補助材を充填して回転子の横断面を円形にし、風損を低減するようにした電動機の回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０３７１７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電動機の回転子では、突極部に支持突起を形成して補助材を保持する構造になっているので、回転子の回転にともなって補助材にかかる遠心力が支持突起の保持力より小さい回転速度範囲で使用しなければならず、電動機の性能が十分に発揮されないという問題がある。
【０００５】
本発明は、風損を低減するための補助材を強固に保持し、高効率で信頼性の高い電動機の回転子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中心に軸貫通用孔をもつ２種類の円盤すなわち、高透磁率材からなり、外周部に複数の凸部を有する第１種円盤と、第１種円盤の対向する２つの凸部先端間の距離と同じ直径をもつ第２種円盤とを複数枚用い、少なくとも１枚の第２種円盤の表面と裏面には第１種円盤がそれぞれ接するようにしながら、第１種円盤の凸部の位置を合わせて突極構造の磁極を形成し、軸貫通用孔に回転子軸を通して積層した電動機の回転子であって、回転子を円筒形に形成すべく、回転子の外周面にある突極構造間凹部の、第２種円盤によって仕切られたそれぞれの空隙に、第１種円盤および第２種円盤に固着する低透磁率の補助材を装填するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、補助材の総体積の割に補助材が第１種円盤および第２種円盤と固着する面が広くなるので、遠心力に抗して補助材を保持する力が強固になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
《第１の実施の形態》
図１は、第１の実施の形態の電動機回転子の製造途中の様子を示す斜視図である。第１の実施の形態では２種類の円盤、すなわち中心に軸貫通用孔と外周部に６個の凸部１ａを有する第１種類の円盤（以下、第１種円盤という）１と、中心に軸貫通用孔を有し、第１種円盤１の対向する凸部１ａどうしの距離と同じ直径の第２種類の円盤（以下、第２種円盤という）２とを多数枚用い、少なくとも１枚の第２種円盤の表面と裏面には第１種円盤がそれぞれ接するように２種類の円盤を適宜積層しながら、第１種円盤１の凸部１ａの位置を合わせて従来の突極構造と類似した磁極を構成し、軸貫通用孔に回転子軸３を通して積層して電動機回転子４を形成する。
【０００９】
図１において、最前列の円形の第２種円盤２上に示した破線は、すぐ裏面にある６個の凸部１ａを有する第１種円盤１の形状である。この第１種円盤１の凸部１ａから成る回転子４の外周部の６個の突極部５は、電動機回転子４の突極構造の磁極を構成する。
【００１０】
なお、図１では構造を解りやすくするために第１種および第２種円盤１，２を厚く描いているが、板の厚さは任意であり、第１種円盤１の厚さは一般の電動機に使われる電磁鋼板の厚さ、例えば数十〜数百μｍである。また、図１では、対向する第２種円盤２の間に１２枚の第１種円盤１を積層した構成を５単位もつが、第２種円盤２の間に積層する第１種円盤１の枚数と、第２種円盤２の間に複数の第１種円盤１を積層した積層体の重ね合わせ組数はこの第１の実施の形態の枚数と組数に限定されない。
【００１１】
ここで、第１種円盤１には高透磁率材を用いる必要があるが、第２種円盤２の材質は任意である。もちろん、第２種円盤２に高透磁率材を用いてもよい。
【００１２】
また、第２種円盤２に高透磁率材を用いる場合には、第１種円盤１と接しない部分は突極部５への磁束集中を妨げるように働くが、体積が小さいので磁束密度が最大となる条件では磁気飽和し、実質上は回転子４の磁気特性にあまり影響しない。
【００１３】
なお、引っ張り強度を優先させるために第２種円盤２に鋼や合金を用いてもよい。
【００１４】
この回転子は一例として６個の突極部５を有する第１種円盤１を１２枚、各突部１ａの位置を合わせて積層しているので、この回転子４の外周面（側面）には第１種円盤１の外周凹部による空隙６が形成される。この回転子４の空隙６には、はじめは流動性を有し、温度条件などが変わると固化して第１種円盤１および第２種円盤２の表面と強固に固着する物質、例えばプラスチックや、透磁率が比較的低く且つ融点も低い例えばアルミニウムなどの金属を補助材として充填し、充填した補助材が固化した後に適宜、回転子４の側面が滑らかな円筒形になるように整形する。これにより、突極構造の磁極を有しながら力学的には円筒形の回転子４を形成でき、風損を低減できる。
【００１５】
第２種円盤２による補助材の保持力を増すために、第２種円盤２の補助材と接する面に、プレス加工により凹凸やシワを形成してもよい。あるいは、第２種円盤２の材質を強度の高いグラスファイバー、カーボンファイバー、ポリイミド、ケブラーなどを用いた布または不織布とすれば、それらの十分に粗い表面や無数の穴に補助材が入り込むため、保持力が大きくなる。
【００１６】
また、図２に示すように、第２種円盤２の補助材と接する面に孔１０を穿ってもよい。なお、図２に示すように１個の大きな孔１０を穿ってもよいし、図３に示すように小さな孔１１を複数個穿ってもよい。補助材がこれらの孔１０，１１に流し込まれて固化することによって、隣接する凹部空隙６の補助材どうしを一体に形成することができ、たとえ補助材と回転子４との間の固着強度が低くても、回転子４の回転にともなう遠心力に抗する力が大きくなる。
【００１７】
なお、上述した従来の電動機の回転子（特許文献１参照）では、突極部に支持突起を形成して補助材を保持する構造になっているので、補助材の保持力を大きくしようとすると、どうしても回転子の磁気特性を劣化させることになる。図２および図３に示すような補助材の保持方法を採用することによって、補助材の単位体積当たりの保持力を高くすることができる。
【００１８】
また、図４に示すように、第２種円盤２の、第１種円盤１の凸部１ａと対向する位置に、第１種円盤１の凸部１ａよりも高さの低い凸部２ａを形成し、第２種円盤２の材質を高透磁率材とすれば、回転子４の外周面の高磁性体領域が集中するので、回転子４の磁気特性が向上する。図５は、図４に示す回転子に補助材１２を充填した後の様子を示す。
【００１９】
さらに、図６に示すように、回転子外周面に充填した補助材１２の表面に、回転子４の一方の軸端から他方の軸端に斜めにまっすぐな細くて浅い溝１３を形成する。このような溝１３を設けることによって、回転子４が回転すると回転子４と電機子（固定子、不図示）との間隙に、回転子４の軸方向に空気の流れが生じ、電動機の冷却に効果がある。
【００２０】
なお、図６に示すように、まっすぐな溝１３を形成すると、回転子４が空気から軸方向に反力を受ける。これを避けるために、図７に示すように溝１３をＶ字型に形成することによって、回転子４が空気から受ける軸方向の反力を相殺させることができる。図７に示す回転子４を備えた電動機を運転すると、回転子４と電機子（固定子）との間の空隙の空気は軸方向に流れ込むか、または流れ出ることになり、電機子極歯（不図示）に巻かれた巻線どうしの空隙が流路になる。
【００２１】
《第２の実施の形態》
風損を抑制する補助材として固形の小片を用いる第２の実施の形態を説明する。図２に示す第２種円盤２に孔１０を穿った回転子４の外周面に、図８に示す補助材小片３１を装填する。この補助材小片３１には回転子４の第２種円盤２の孔１０に対向する位置に孔３２が開けられており、この補助材小片３１を回転子４に装着すると回転子４の軸方向に前面から後面まで貫通する孔が空くことになる。
【００２２】
この貫通孔に棒状の補助材（不図示）を差し込んで各補助材小片３１を固定する。なお、貫通孔に差し込む棒状の補助材は、補助材小片３１と同じ材質としてもよいし、異なる材質としてもよい。また、この第２の実施の形態では第２種円盤２と補助材小片３１に円形の孔を穿つ例を示したが、孔の形状と個数は任意である。
【００２３】
この第２の実施の形態の回転子では、電動機を廃棄する際に容易に分解できる。また、補助材小片３１を接着剤で回転子４に接着しないので、第２種円盤２と補助材小片３１との間に適当な隙間を設けておけば、激しい温度履歴を経ても補助材小片３１の保持力に影響がでない。
【００２４】
《第３の実施の形態》
第３の実施の形態は図８で説明した補助材小片３１に関する変形例である。図８では補助材小片３１を固定する孔を設けて別途棒を挿入して回転子に固定したが、本実施例では補助材小片に突起を設け、第２種円盤２にある孔１０に嵌合せしめて固定する。図９は、第３の実施の形態の補助材小片３３を回転子４に装着した状態を示す回転子軸方向の部分断面図である。この補助材小片３３の第２種円盤２の孔１０に対向する位置に、第２種円盤２の孔１０の形状と断面形状が同様な突起３４を１個設け、補助材小片３３を回転子４に装着するときに補助材小片３３の突起３４を第２種円盤２の孔１０に勘合させる。この突起３４の高さは第２種円盤２の厚さ以下とする。なお、第３の実施の形態の補助材小片３３は、図８に示す第２の実施の形態の補助材小片３１の孔３２を突起３４に変えただけで、他の形状は同じである。
【００２５】
第３の実施の形態の補助材小片３３の突起３４の高さを第２種円盤２の厚さより高くするとともに、図１０に示すように、補助材小片３３の突起３４と反対側の面の第２種円盤２の孔１０に対向する位置に、突起３４と断面形状が同様な凹部３５を設け、補助材小片３３を回転子４に装着するときに補助材小片３３の突起３４を隣接する補助材小片３３の凹部３５に勘合させるようにしてもよい。これにより、補助材小片３３の保持力をさらに増すことができる。
【００２６】
《第４の実施の形態》
第２種円盤２と補助材小片３１を貫通する気管を設けた回転子４の第４の実施の形態を説明する。回転子４の突極間を埋める補助材を持たない回転子では、回転子が高速回転すると突極間の凹部の底の部分は遠心力によって気体の圧力が低くなり、逆に、回転子表面および電機子（固定子）側は気圧が高くなる。
【００２７】
そこで、図１１に示すように、第２種円盤２の回転子軸３に近い部分に、突極部５の間の凹部の底の部分に空気を導入するための孔３６を設ける。また、突極部５の間の空隙に装填する補助材小片３１は、装着した状態で孔３６に対応して空隙を生じ、気管を形成するように設計しておく。さらに、回転子４の円筒側面の中央部、各突極間の凹部に空気の排出口を形成する。例えば補助材小片３１を装着しない部分を設ける。これにより、回転子４の両軸端側の第２種円盤２の空気導入孔３６から、図８に示す補助材小片３１の孔３２を通り、上述した空気排出口まで気管が貫通する。
【００２８】
このような回転子４を備えた電動機を運転して回転子４を回転させると、空気導入孔３６から空気排出口へ向かう気流が生じ、回転子４の冷却性能を向上させることができる。
【００２９】
また、第４の実施の形態における補助材小片の回転子への固定方法は、第１の実施の形態〜３のいずれの固定方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の製造途中の回転子の斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の変形例の製造途中の回転子の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の他の変形例の製造途中の回転子の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の他の変形例の製造途中の回転子の斜視図である。
【図５】図４に示す回転子に補助材を装着した完成状態の回転子の斜視図である。
【図６】第１の実施の形態の他の変形例の完成状態の回転子の斜視図である。
【図７】第１の実施の形態の他の変形例の完成状態の回転子の斜視図である。
【図８】第２の実施の形態の補助材小片を示す斜視図である。
【図９】第３の実施の形態の回転子の断面図である。
【図１０】第３の実施の形態の変形例の回転子の断面図である。
【図１１】第４の実施の形態の完成状態の回転子の斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１種類の円盤（第１種円盤）
１ａ 凸部
２ 第２種類の円盤（第２種円盤）
２ａ 凸部
３ 回転子軸
４ 回転子
５ 突極部
６ 空隙
１０、１１ 孔
１２ 補助材
１３ 溝
３１ 補助材小片
３２ 孔
３３ 補助材小片
３４ 突起
３５ 凹部
３６ 空気導入孔

Claims (9)

1. 高透磁率材から形成した円盤であって、中心に軸貫通用孔と外周部に複数の凸部を有する第１種類の円盤（以下、第１種円盤という）と、
   中心に軸貫通用孔を有し、前記第１種円盤の対向する２つの前記凸部先端間の距離と同じ直径をもつ第２種類の円盤（以下、第２種円盤という）とをそれぞれ複数枚用い、
   少なくとも１枚の前記第２種円盤の表面と裏面には前記第１種円盤がそれぞれ接するようにしながら、前記第１種円盤の凸部の位置を合わせて積層して突極構造の磁極を形成し、前記軸貫通用孔に回転子軸を通した電動機の回転子であって、
   回転子を円筒形に形成すべく、前記回転子の外周面にある前記突極構造間凹部の、前記第２種円盤によって仕切られたそれぞれの空隙に、前記第１種円盤および前記第２種円盤に固着する低透磁率の補助材を装填したことを特徴とする電動機の回転子。
2. 請求項１に記載の電動機の回転子において、
   前記第２種円盤が高透磁率材からなることを特徴とする電動機の回転子。
3. 請求項２に記載の電動機の回転子において、
   前記第２種円盤にも前記第１種円盤の凸部より高さの低い、前記突極構造の一部を構成する凸部を有することを特徴とする電動機の回転子。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記第２種円盤の前記補助材と接する面に孔を有し、この孔を介して前記補助材どうしが一体化していることを特徴とする電動機の回転子。
5. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記第２種円盤の前記補助材と接する面に孔を有し、
   前記補助材の前記第２種円盤の孔に対向する位置に孔を有し、
   前記第２種円盤の孔と前記補助材の孔とを貫通する棒状部材を有することを特徴とする電動機の回転子。
6. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記第２種円盤の前記補助材と接する面に孔を有し、
   この孔に嵌合すべく前記補助材に凸部を有することを特徴とする電動機の回転子。
7. 請求項１〜６のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記突極構造間の前記凹部それぞれに前記回転子軸方向に貫通する孔を有し、
   前記回転子の中央部付近から前記貫通孔に連絡する第２の孔を有することを特徴とする電動機の回転子。
8. 請求項１〜６のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記回転子の中央部付近の少なくとも１箇所を除いて、前記各空隙に前記補助材が装填されていて、
   前記突極構造間の前記凹部それぞれに前記回転子軸方向に貫通する孔を有することを特徴とする電動機の回転子。
9. 請求項１〜７のいずれかの項に記載の電動機の回転子において、
   前記回転子の円筒側面にあって前記突極構造間の部分のそれぞれに、前記回転子の一端面から他端面へ至る、斜めもしくはＶ字形状の溝を設けたことを特徴とする電動機の回転子。

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