JP2007329986A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】端板が積層方向外側に開くのを防止し、端板の折損、脱落を防止する。
【解決手段】回転電機の回転子１は、電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層鉄心３の積層方向の両端を２枚の端板５で挟み込むように構成される。２枚の端板５の各厚さは、電磁鋼板の各厚さよりも厚く、端板５の外径寸法が積層鉄心３の外径寸法よりも小さい。端板５は非磁性体である。端板５は、外周縁部に向かって半径方向に延びる複数のスロットによって挟まれた複数のティース部が形成され、これらのティース部は、積層鉄心３の積層方向外側に広がる力に対抗する剛性が高くなるように曲げられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁鋼板を積層した積層鉄心の両側を挟み込むように構成した回転電機の回転子に関するものである。

回転電機の回転子は、例えば特許文献１に記載されているように、一般的に所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層し、この積層鉄心の積層方向の両端に端板を配設し、この端板により積層鉄心を積層方向両側から挟み込む構造が採用されている。この端板は、積層鉄心を構成する電磁鋼板１枚より厚みのある鋼板または数枚の鋼板を溶接等で一体化して電磁鋼板１枚より厚みのある鋼板としたものである。また、端板は、積層鉄心の電磁鋼板における回転子導体を挿入するためのスロットに合わせて開口されたティース部を外周縁部に有し、外径寸法は、積層鉄心の電磁鋼板と同じ寸法に構成されている。
特開平９−１２１５１７号公報

ところで、上記のような構造を有する回転電機の回転子においては、回転電機の製作時または修理時に、固定子に挿入したり、固定子より引き抜いたりする作業を行う際に、固定子や床面で摺ることなどによって端板のティース部を引っ掛けることがある。引っ掛けた後の端板ティース部は、積層鉄心の端面から積層方向外側に開いた状態となる。この開いた状態のままで製作された回転電機を運転した際には、回転子鉄心の端板ティース部にスロットリップルによる磁束密度の漏れ磁束の影響で電磁加振力が生じ、積層方向もしくは円周方向に振動するおそれがある。さらにこの電磁加振力と端板ティース部の固有振動数が一致し、共振現象に至った場合には、大きな繰り返しの応力が作用し、最終的には端板ティース部の曲げ応力の疲労限界を超えるおそれもある。

また、始動時の大電流による回転子導体の温度上昇により、熱伝達率および熱膨張係数の大きい回転子導体が積層方向外側に延びると、それに伴ない、積層鉄心および端板も積層方向外側に移動するが。その後冷却されて温度が低下し積層方向内側に縮む際、回転子導体と鉄心は一体化しているが、端板は一体化していないことにより、端板が積層方向外側の延びた位置におかれたままとなる。その結果、上記と同様に、端板が積層鉄心端面から積層方向外側に開く状態になるおそれがある。この場合、端板の外径寸法が大きいほど、始動時の大電流による回転子導体の温度上昇による変位が大きくなる。

このように従来の回転電機の回転子においては、端板が積層方向外側に開くおそれがあり、端板が積層方向外側に開いた場合には、回転電機の特性を損なうばかりか、ひいては端板の折損、脱落に至るおそれがあった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、端板が積層方向外側に開くのを防止・抑制し、ひいては端板の折損、脱落を防止・抑制できる回転電機の回転子を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る回転電機の回転子は、電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層鉄心の積層方向の両端を２枚の端板で挟み込むように構成した回転電機の回転子において、前記２枚の端板の各厚さは、前記電磁鋼板の各厚さよりも厚く、前記端板の外径寸法が前記積層鉄心の外径寸法よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、回転電機の回転子端板の外周縁部が固定子や床に引っ掛からないので、外周縁部が積層方向外側に開くのを防止または抑制でき、これにより回転電機の特性を損なうこと、ひいては端板の折損、脱落を、防止または抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る回転電機の回転子の上半分を示す正断面図である。図２は図１のII−II線に沿って切断し矢印に方向に見た断面図である。図１および図２において、回転電機は、かご型誘導電動機を例にとり図示している。

回転電機の回転子１は、打ち抜き形成された電磁鋼板を多数枚積層した積層鉄心３を有している。積層鉄心３の外周縁部には、回転子導体２が挿入される多数のスロット３ａが形成され、また積層鉄心３の中央部には、シャフト４が挿入される孔が形成されている。

この積層鉄心３の積層方向（回転軸方向）の両端それぞれには、端板５が配設されている。各端板５は、積層鉄心３を構成する電磁鋼板１枚より厚みのあるステンレス鋼などの非磁性体の板、または数枚のステンレス鋼板を溶接等で一体化して１枚の電磁鋼板より厚みをもたせた非磁性体の板により構成されている。また、端板５の外周部には、積層鉄心３のスロット３ａに対応して多数の開放型スロット５ａが放射状に形成されており、これにより、外周縁部に周方向に沿って歯型状の複数のティース部５ｂが構成されている。各ティース部５ｂは隣接する２個のスロット５ａに挟まれている。端板５のティース部５ｂにおけるそれぞれのスロット５ａは、積層鉄心３のスロット３ａよりも幅寸法および深さ寸法が大きく形成されており、回転子導体２と接触しないようになっている。

また端板５の外径寸法は、積層鉄心３を構成する電磁鋼板の外径寸法よりもａ寸法（ａは数ｍｍ程度）だけ小さく構成されており、その外周縁が積層鉄心３の積層方向端部の外周縁よりも半径方向内側に位置するように配設されている。さらに端板５は、積層鉄心３の端面に接着剤または溶接等の固定手段により一体化されており、これら積層鉄心３および端板５は、端板５の積層方向外側に設けられた鉄心押え板６で挟まれた状態で焼き嵌め等の手段によりシャフト４に一体化して取り付けられている。

積層鉄心３および端板５のスロット３ａ，５ａには、それぞれ積層方向（軸方向）に沿って延びる回転子導体２が挿入されている。各回転子導体２の端部は、エンドリング７が溶接されて周方向に電気的に接続されている。積層鉄心３のスロット３ａ内の回転子導体２は、かしめ（コーキング）が行われており、積層鉄心３と一体になっている。

このように構成された回転電機の回転子１においては、端板５の外径寸法が積層鉄心３の外径寸法よりも小さく構成されていることにより、回転電機の製作時または修理時に、固定子に挿入したり、固定子より引き抜いたりする作業を行う際に、固定子や床面で摺ることなどによって端板５のティース部５ｂを引っ掛けることがなくなり、端板ティース部５ｂが積層鉄心３の端面から積層方向外側に開くようなことがなくなる。

また端板５が非磁性体で構成されていることにより、端板５へのスロットリップルによる磁束密度の漏れ磁束の影響を抑制でき、端板５における電磁加振力を小さくできる。しかも始動時の大電流による回転子導体２の温度上昇により、熱伝達率および熱膨張係数の大きい回転子導体２が積層方向外側に延び、その後冷却され温度が低下して積層方向内側に縮む際においても、積層鉄心３と端板５とが接着剤等で一体化されていることにより、回転子導体２と一体化している積層鉄心３とともに端板５も移動するので、端板５が積層鉄心３の端面から積層方向外側に開く状態になることを防止することができる。

また、本実施の形態においては、端板５が積層鉄心３から積層方向外側に開くことを防止することができるので、端板５が積層方向外側に開いた場合のように回転電機の特性を損なったり、端板５の折損、脱落に至るような現象を生じるようなことがなくなる。

図３は、本発明の第２実施の形態に係る回転電機の回転子の主要部を示す正断面図である。図３において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、端板１５のティース部１５ｂを半径方向に沿って積層鉄心３側に湾曲するように折り曲げることにより、ティース部１５ｂを補強するように構成したところにある。本実施の形態によれば、端板ティース部１５ｂの剛性が高くなり、端板１５における電磁加振力による振動を抑制することができる。

図４は、本発明の第３実施の形態に係る回転電機の回転子の主要部を示す側面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿って切断し矢印の方向に見た断面図である。図４および図５において、本実施の形態が第２実施の形態と異なる点は、端板２５のティース部２５ｂにおける補強を周方向に沿って積層鉄心３側に湾曲するように折り曲げることにより構成したところにある。本実施の形態においても、端板ティース部２５ｂの剛性が高くなり、端板２５における電磁加振力による振動を抑制することができる。

なお、上記各実施の形態において、端板５，１５，２５におけるスロットリップルによる磁束密度の漏れ磁束の影響による電磁加振力の加振周波数と、端板５，１５，２５の固有振動数とを離調できる設計寸法として共振現象を防止・抑制することができる。

本発明の第１実施の形態に係る回転電機の回転子の上半分を示す正断面図である。 図１のII−II線に沿って切断し矢印に方向に見た断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る回転電機の回転子の主要部を示す正断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る回転電機の回転子の主要部を示す側面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿って切断し矢印の方向に見た断面図である。

符号の説明

１…回転電機の回転子
２…回転子導体
３…積層鉄心
３ａ…スロット
４…シャフト
５，１５，２５…端板
５ａ…スロット
５ｂ，１５ｂ，２５ｂ…ティース部
６…鉄心押え板
７…エンドリング

Claims (7)

1. 電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層鉄心の積層方向の両端を２枚の端板で挟み込むように構成した回転電機の回転子において、
   前記２枚の端板の各厚さは、前記電磁鋼板の各厚さよりも厚く、前記端板の外径寸法が前記積層鉄心の外径寸法よりも小さいことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記端板は非磁性体であ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. 前記端板は、外周縁部に向かって半径方向に延びる複数のスロットによって挟まれた複数のティース部が形成され、これらのティース部は、前記積層鉄心の積層方向外側に広がる力に対抗する剛性が高くなるように曲げられていること、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. 前記ティース部が、半径方向外側で前記積層鉄心の積層方向内側に向かうように曲げられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機の回転子。
5. 前記ティース部が、各ティースの幅方向に湾曲していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転電機の回転子。
6. 前記端板が、前記積層鉄心の端面に固定されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
7. 前記端板が、外周縁部のティース部分に作用するスロットリップルによる磁束密度の漏れ磁束の影響による電磁加振力の加振周波数と前記端板の固有振動数とを離調できる設計寸法に構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機の回転子。

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