JP2009273308A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転中の騒音や振動などを低減する回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】複数の鉄心材５を積層して形成される回転子鉄心２は、積層枚数が略等しいｎ個、例えば三個のブロック１０、２０、３０に分割される。ブロック１０、２０および３０は、略３６０／ｎ＝３６０／３度、すなわちブロックの分割数ｎに応じて周方向に互いにずれて順次積層される。さらに、各ブロック１０、２０および３０は、グループ１１と１２、グループ２１と２２、およびグループ３１と３２とに分割され、周方向に互いに略１８０度ずれて積層される。これにより、鉄心材５の板厚に偏差がある場合でも、回転子鉄心２は軸方向だけでなく周方向においても厚み寸法が均一になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の回転子に関する。

回転電機の回転子は、鉄心材を積層した回転子鉄心を一般的に備えている。回転子鉄心の鉄心材は、例えば帯状の電磁鋼板をプレスなどで打ち抜いて形成される。しかし、電磁鋼板は、圧延して製造されるため板厚に偏差が生じることがある。電磁鋼板の板厚に偏差があると、形成される鉄心材の板厚にも偏差が生じる。その結果、回転子鉄心の寸法や重量にばらつきが生じる。そこで、回転子鉄心を軸方向に二分割し、互いに周方向に１８０度ずらして積層した回転子鉄心などが提案されている（特許文献１参照）。
実公昭５１−１４４１号公報

しかしながら、帯状の電磁鋼板の場合、幅方向および長手方向のいずれにも板厚の偏差が生じることがある。その場合、特許文献１に開示されているように１８０度回転して積層したとしても、周方向において、回転子鉄心の厚み寸法にばらつきが生じるおそれがある。その結果、回転子鉄心の重量バランスが崩れ、回転中に騒音や振動などが生じるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転中の騒音や振動などを低減する回転電機の回転子を提供することにある。

本発明の回転電機の回転子は、複数の鉄心材を板厚方向に積層して形成される回転子鉄心を備え、前記回転子鉄心は、積層枚数が略等しいｎ個（ｎは３以上の整数）のブロックに分割され、前記ブロックは、周方向に互いにずれて順次積層されることを特徴とする。

本発明の回転電機の回転子によれば、回転子鉄心の積層方向すなわち軸方向の寸法が均一になる。そのため、回転子鉄心の軸方向における重量バランスが均一になるとともに、周方向においても重量バランスは均一になる。したがって、回転中の振動および騒音などを低減することができる。

以下、本発明の複数の実施形態による回転電機の回転子を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機の回転子を図１から図３に基づいて説明する。回転電機の回転子１は、図１に示すように回転子鉄心２、回転軸３およびキー４（いずれも図２参照）を備えている。回転子鉄心２は、複数の鉄心材５を板厚方向に積層して形成されている。回転子鉄心２は、外周部に複数の磁性体スロット６が等間隔に全周にわたって形成されている。各磁性体スロット６には、磁極としての平板状の永久磁石６１が挿入され、接着材や充填材などにより回転子鉄心２に固定されている。本実施形態では、磁性体スロット６は１２個設けられており、磁極としての永久磁石６１も１２個挿入されている。

回転子鉄心２には、軸孔７およびキー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６が形成されている。軸孔７は回転子鉄心２の内周側に設けられており、キー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６は回転子鉄心２の内周側において周方向に設けられている。回転軸３は、回転子鉄心２の軸孔７に挿入され、回転子鉄心２を鉄心材５の積層方向すなわち軸方向に貫いている。回転軸３は、外周側に一個のキー溝９が形成されており、後述するように、キー溝９が回転子鉄心２に設けられたキー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６と対向する状態で回転子鉄心２の軸孔７に相対的に挿入される。回転軸３のキー溝９と回転子鉄心２のキー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６とにより形成された空間には、キー４が圧入される。これにより、回転軸３は回転子鉄心２に固定される。

回転子鉄心２は、図３に示すように積層枚数が略等しいｎ個、例えば三個のブロック１０、２０および３０に分割されている。ブロック１０、２０および３０は、それぞれ周方向に互いに略１２０度、すなわち略３６０／ｎ＝３６０／３度ずれて順次積層されている。各ブロック１０、２０および３０は、それぞれ積層枚数が略等しい二つのグループにさらに分割されている。すなわち、ブロック１０はグループ１１およびグループ１２、ブロック２０はグループ２１およびグループ２２、そしてブロック３０はグループ３１およびグループ３２を有している。また、グループ１１および１２、２１および２２、３１および３２は、それぞれ互いに回転子鉄心２の周方向に略１８０度ずれて積層されている。

本実施形態では、三個に分割されたブロック１０、２０および３０は、周方向に略１２０度互いにずれて順次積層されている。そのため、回転子鉄心２には、図１に示すようにキー溝８１、８２および８３が、それぞれ略１２０度間隔で設けられている。また、ブロック１０、２０および３０において二個に分割されたグループ１１と１２、グループ２１と２２、およびグループ３１と３２とは、周方向に互いに略１８０度ずれて積層されている。そのため、回転子鉄心２には、キー溝８４、８５および８６がさらに設けられている。すなわち、回転子鉄心２の内周側には、キー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６が略６０度、すなわち略３６０／（ｎ×２）＝３６０／（３×２）度間隔で設けられている。この場合、キー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６において基準となるキー溝８１には、他のキー溝８２、８３、８４、８５および８６と区別できるように円弧孔８１ａが形成されている。

回転子鉄心２は、ブロック１０、２０および３０を略３６０／ｎ度ずらし、さらにグループ１１と１２、２１と２２、３１と３２とを周方向に互いに略１８０度ずらして順次積層して形成される。具体的には、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、回転子鉄心２において、グループ１１ではキー溝８１が、グループ１２ではキー溝８４が、グループ２１ではキー溝８２が、グループ２２ではキー溝８５が、グループ３１ではキー溝８３が、およびグループ３２ではキー溝８６が回転軸３のキー溝９とそれぞれ対向するように積層され、キー溝９と対向するキー溝８１、８２、８３、８４、８５および８６との間にキー４が圧入される。

以上説明した第１実施形態では、次のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、ブロック１０、２０および３０は、回転子鉄心２の周方向に互いにずれて順次積層される。これにより、積層する鉄心材５の板厚に偏差がある場合でも、回転子鉄心２の軸方向だけでなく周方向の寸法も均一になる。したがって、回転子鉄心の重量バランスが均一となり、回転中の騒音や振動などを低減することができる。

また、第１実施形態では、ブロック１０、２０および３０は、略３６０／３度、すなわちブロックの分割数ｎに応じて周方向に互いにずれて順次積層される。したがって、回転子鉄心２の周方向における重量バランスを容易に均一にすることができる。

さらに、第１実施形態では、グループ１１と１２、グループ２１と２２、およびグループ３１と３２とは、周方向に互いに略１８０度ずれて積層される。したがって、ブロック１０、２０および３０における重量バランスを容易に均一にすることができるとともに、軸方向の重量バランスをより細かく調節することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転電機の回転子について図４から図６に基づいて説明する。第２実施形態では、分割された回転子鉄心のブロック間に段階的スキューが与えられている点において第１実施形態の回転電機の回転子１と異なっている。

回転子１０１の回転子鉄心１０２は、図６に示すように、ｎ個、例えば三個のブロック１１０、１２０および１３０に分割され、ブロック１１０、１２０および１３０はそれぞれ二つのグループ１１１と１１２、グループ１２１と１２２、およびグループ１３１と１３２とにさらに分割されている。図４および図５に示すように、ブロック１１０、１２０および１３０のキー溝１８１、１８２および１８３は、互いに略６０−θ度、すなわち略３６０／（ｎ×２）−θ＝３６０／（３×２）−θ（ｎ＝３の場合）度ずれて設けられている。ここで、θは、段階的スキュー角である。

また、グループ１１１と１１２、グループ１２１と１２２、およびグループ１３１と１３２とは、第１実施形態と同様に周方向に略１８０度互いにずれて積層されている。そのため、回転子鉄心１０２を構成する鉄心材１０５には、キー溝１８１、１８２および１８３からそれぞれ周方向に１８０度ずれた位置にキー溝１８４、１８５および１８６がさらに設けられている。この場合、キー溝１８１、１８２、１８３、１８４、１８５および１８６において基準となるキー溝１８１には、他のキー溝１８２、１８３、１８４、１８５および１８６と区別できるように円弧孔１８１ａが形成されている。

回転子鉄心１０２は、ブロック１１０、１２０および１３０を互いに略６０−θ度ずらし、さらにグループ１１１と１１２、グループ１２１と１２２、グループ１３１と１３２とを周方向に互いに略１８０度ずらして順次積層して形成される。具体的には、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、回転子鉄心１０２において、グループ１１１ではキー溝１８１が、グループ１１２ではキー溝１８４が、グループ１２１ではキー溝１８２が、グループ１２２ではキー溝１８５が、グループ１３１ではキー溝１８３が、およびグループ１３２ではキー溝１８６が回転軸３のキー溝９とそれぞれ対向するように積層され、キー溝９とおよびキー溝９に対向しているキー溝１８１、１８２、１８３、１８４、１８５および１８６の間にキー４が圧入される。

キー溝１８１、１８２および１８３を互いに略６０−θ度ずらして設けることにより、回転子鉄心１０２には、図６に示すようにブロック１１０と１２０、およびブロック１２０と１３０との間で磁極の中心位置のずれ、すなわち段階的スキューが与えられる。なお、図６では、説明の簡略化のために、周方向に複数配置されている永久磁石６１のうち一つの位置関係を斜線で示している。

従って、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第２実施形態では、キー溝１８１、１８２および１８３が互いに６０−θ度ずれて順次積層されることにより、ブロック１１０と１２０、およびブロック１２０と１３０との間で磁極に段階的スキューが与えられている。したがって、始動時や運転中の回転子の特性を向上させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による回転電機の回転子について図７から図９に基づいて説明する。第３実施形態では、分割されたグループ間で磁極に段階的スキューが与えられている点において第２実施形態の回転電機の回転子１０１と異なっている。

回転子２０１の回転子鉄心２０２は、図９に示すように、ｎ個、例えば三個のブロック２１０、２２０および２３０に分割され、ブロック２１０、２２０および２３０はそれぞれ二つのグループ２１１と２１２、グループ２２１と２２２、およびグループ２３１と２３２とにさらに分割されている。回転子鉄心２０２に設けられているキー溝２８１、２８２および２８３は、図７に示すように周方向に互いに略６０−２×θ度、すなわち略３６０／（ｎ×２）−２×θ＝３６０／（３×２）−２×θ度ずれて設けられている。ここで、θは、段階的スキュー角である。また、グループ２１１と２１２、グループ２２１と２２２、およびグループ２３１と２３２とは、それぞれ周方向に略１８０−θ度ずれて積層される。そのため、回転子鉄心２０２を構成する鉄心材２０５には、キー溝２８４がキー溝２８１より１８０−θ度ずらして形成され、同じくキー溝２８５がキー溝２８２より１８０−θ度ずらして形成され、キー溝２８６はキー溝２８３に対して１８０−θ度ずらして形成されている。この場合、キー溝２８１、２８２、２８３、２８４、２８５および２８６において基準となるキー溝２８１には、他のキー溝２８２、２８３、２８４、２８５および２８６と区別できるように円弧孔２８１ａが形成されている。

回転子鉄心２０２は、ブロック２１０、２２０および２３０を周方向に互いに略６０−２×θ度ずらし、さらにグループ２１１と２１２、グループ２２１と２２２、グループ２３１と２３２とを周方向に互いに略１８０−θ度ずらして順次積層して形成される。具体的には、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、回転子鉄心２０２において、グループ２１１ではキー溝２８１が、グループ２１２ではキー溝２８４が、グループ２２１ではキー溝２８２が、グループ２２２ではキー溝２８５が、グループ２３１ではキー溝２８３が、およびグループ２３２ではキー溝２８６が回転軸３のキー溝９とそれぞれ対向するように積層され、キー溝９およびキー溝９に対向しているキー溝２８１、２８２、２８３、２８４、２８５および２８６の間にキー４が圧入される。

キー溝２８１、２８２および２８３を周方向に互いに略６０−２×θ度ずらして設け、キー溝２８４、２８５および２８６をそれぞれキー溝２８１、２８２および２８３から周方向に互いに略１８０−θ度ずらして設けることにより、回転子２０１には図９に示すようにグループ２１１と２１２、グループ２２１と２２２、グループ２３１と２３２との間で磁極に段階的スキューが与えられる。なお、図９では、説明の簡略化のために、周方向に複数配置されている永久磁石６１のうち一つの位置関係を斜線で示している。

従って、第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第３実施形態では、ブロック２１０内のグループ２１１と２１２、ブロック２２０内のグループ２２１と２２２、およびブロック２３０内のグループ２３１と２３２との間で磁極に段階的スキューが与えられている。これにより、回転子２０１に与えられる段階的スキューは周方向に細かく分割される。したがって、始動時や運転中の回転子の特性を向上させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による回転電機の回転子について図１０から図１２に基づいて説明する。第４実施形態では、分割されたブロックを積層する基準位置を磁極の数により求めている点において上述の各実施形態と異なっている。

回転子３０１の回転子鉄心３０２は、図１２に示すように、ｎ個、例えば三個のブロック３１０、３２０および３３０に分割され、ブロック３１０、３２０および３３０はそれぞれ二つのグループ３１１と３１２、グループ３２１と３２２、およびグループ３３１と３３２とにさらに分割されている。しかし、回転子鉄心３０２は、図１０に示すように周方向に１６個の磁性体スロット６および永久磁石６１を有している。そのため、磁極である永久磁石６１の数がブロックの分割数ｎ＝３で割り切れないことから、ブロックの分割数ｎに基づいてキー溝を配置すると、ブロック３１０と３２０およびブロック３２０と３３０との間で磁極の段階的スキューにばらつきが生じる。そこで、第４実施形態では、ブロックの分割数ｎではなく、永久磁石６１の数すなわち磁極の数を基準にしてキー溝の位置関係を求めている。

回転子鉄心３０２に設けられている磁極の数は１６個である。すなわち、各永久磁石６１は、３６０／１６＝２２．５度間隔で設けられている。そのため、回転子鉄心３０２を構成する鉄心材３０５において、キー溝３８２および３８３は、キー溝３８１を基準にして、２２．５度を基本単位として設けられている。本実施形態では、キー溝３８２は、キー溝３８１から略９０−２×θ度＝２２．５×４−２×θ度ずれて設けられている。また、キー溝３８３は、キー溝３８２からさらに略４５−２×θ度＝２２．５×２−２×θ度ずれて設けられている。ここで、θは、段階的スキュー角である。また、キー溝３８４、３８５および３８６は、それぞれキー溝３８１、３８２および３８３から略１８０−θ度の間隔で設けられている。この場合、キー溝３８１、３８２、３８３、３８４、３８５および３８６において基準となるキー溝３８１には、他のキー溝３８２、３８３、３８４、３８５および３８６と区別できるように円弧孔３８１ａが形成されている。

回転子鉄心３０２は、ブロック３１０と３２０とを略９０−２×θ度、ブロック３２０と３３０とを略４５−２×θ度ずらし、さらにグループ３１１と３１２、グループ３２１と３２２、グループ３３１と３３２とを周方向に互いに略１８０−θ度ずらして順次積層して形成される。具体的には、図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、回転子鉄心３０２において、グループ３１１ではキー溝３８１が、グループ３１２ではキー溝３８４が、グループ３２１ではキー溝３８２が、グループ３２２ではキー溝３８５が、グループ３３１ではキー溝３８３が、およびグループ３３２ではキー溝３８６が回転軸３のキー溝９とそれぞれ対向するように積層され、キー溝９およびキー溝９に対向するキー溝３８１、３８２、３８３、３８４、３８５および３８６の間にキー４が圧入される。

このように、キー溝３８１、３８２および３８３を永久磁石６１の数により配置の基準となる角度を求め、キー溝３８４、３８５および３８６をそれぞれキー溝３８１、３８２および３８３から略１８０−θ度周方向に互いにずらして積層することにより、回転子３０１には、図１２に示すようにグループ３１１、３１２、３２１、３２２、３３１および３３２の間に段階的スキューが均一に与えられる。なお、図１２では、説明の簡略化のために、周方向に複数配置されている永久磁石６１のうち一つの位置関係を斜線で示している。

従って、第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第４実施形態では、キー溝３８１、３８２、３８３、３８４、３８５および３８６の位置関係を磁性体スロット６の数に基づいて設定することにより、回転子鉄心３０２の軸方向に段階的スキューが均一に与えられる。したがって、磁極の数がブロックの分割数ｎで割りきれない回転子の場合でも、始動時や運転中の回転子の特性を向上させることができる。

（その他の実施形態）
第１実施形態から第４実施形態では、永久磁石を用いた回転子を例に説明した。しかし、本発明は、いわゆるかご型回転子にも適用することができる。図１３に示すように、本発明を適用したかご型回転子４０１の回転子鉄心４０２は、複数の鉄心材４０５を積層することにより形成され、第１実施形態と同様にｎ個、例えば三個のブロックに分割され、各ブロックはさらに二つのグループに分割されている。

回転子鉄心４０２を構成する鉄心材４０５には、回転軸３のキー溝９（いずれも図２参照）に対向するキー溝４８１、４８２、４８３、４８４、４８５および４８６が、略６０度、すなわち略３６０／（ｎ×２）＝３６０／（３×２）度間隔で設けられている。回転子鉄心４０２は、各グループを、回転軸３のキー溝９とキー溝４８１、キー溝９とキー溝４８４、キー溝９とキー溝４８２、キー溝９とキー溝４８５、キー溝９とキー溝４８３およびキー溝９とキー溝４８６とが対向するように順次積層することにより形成される。

回転子鉄心４０２は、周方向に複数の導体スロット４０６をさらに有している。導体スロット４０６は回転子鉄心４０２を軸方向に貫いている。導体スロット４０６には、例えばアルミダイカストにより導体が収納される。このとき、導体スロット４０６に収納された導体を短絡するエンドリングが回転子鉄心４０２の軸方向の両端に形成される。回転子鉄心４０２、回転軸３およびエンドリングは一体に固定されている。なお、エンドリングは冷却フィンなどと一体に形成してもよい。

このように、回転子鉄心４０２をｎ個、例えば三個のブロックに分割し、それぞれのブロックを二つのグループにさらに分割し、各グループを互いに周方向にずらして積層することにより、回転子鉄心４０２の軸方向および周方向の重量バランスが均一になる。したがって、かご型回転子の場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、以上説明した各実施形態では、各ブロックは、互いに略１８０度、あるいは略１８０−θ度ずれて積層される二つのグループに分割されている。ここで、各ブロックにおける鉄心材の積層方法は、図１４（Ａ）に示すように同一グループをまとめてもよく、図１４（Ｂ）に示すように分散させてもよく、さらに図１４（Ｃ）に示すように一枚ずつ交互に積層してもよい。

本発明の第１実施形態による回転子鉄心概略を示す断面図 各グループと回転軸との位置関係を示す断面図 回転子鉄心の概略を示す模式図 本発明の第２実施形態による回転子鉄心の概略を示す断面図 各グループと回転軸との位置関係を示す断面図 回転子鉄心の概略を示す模式図 本発明の第３実施形態による回転子鉄心の概略を示す断面図 各グループと回転軸との位置関係を示す断面図 回転子鉄心の概略を示す模式図 本発明の第４実施形態による回転子鉄心の概略を示す断面図 各グループと回転軸との位置関係を示す断面図 回転子鉄心の概略を示す模式図 本発明を適用したかご型回転子の回転子鉄心の概略を示す断面図 本発明による鉄心材の積層順序を示す概略図

符号の説明

図面中、１、１０１、２０１、３０１、４０１は回転子、２、１０２、２０２、３０２、４０２は回転子鉄心、５、１０５、２０５、３０５、４０５は鉄心材、１０、２０、３０、１１０、１２０、１３０、２１０、２２０、２３０、３１０、３２０、３３０はブロック、１１、１２、２１、２２、３１、３２、１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２、２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２、３１１、３１２、３２１、３２２、３３１、３３２はグループを示す。

Claims (6)

1. 複数の鉄心材を板厚方向に積層して形成される回転子鉄心を備え、
   前記回転子鉄心は、積層枚数が略等しいｎ個（ｎは３以上の整数）のブロックに分割され、
   前記ブロックは、周方向に互いにずれて順次積層されることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記ブロックは、周方向に互いに略３６０／ｎ度ずれて順次積層されることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
3. 前記ブロックは、積層枚数が略等しい二つのグループにさらに分割され、前記グループは、周方向に互いに略１８０度ずれて順次積層されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機の回転子。
4. 前記ブロックは、周方向に互いに略３６０／（ｎ×２）−θ（θは段階的スキュー角）度ずれて順次積層され、
   前記ブロックは積層枚数が略等しい二つのグループにさらに分割され、前記グループは周方向に互いに略１８０度ずれて順次積層されることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
5. 前記ブロックは、周方向に互いに略３６０／（ｎ×２）−２×θ（θは段階的スキュー角）度ずれて順次積層され、
   前記ブロックは積層枚数が略等しい二つのグループにさらに分割され、前記グループは周方向に互いに略１８０−θ度ずれて順次積層されることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
6. 前記ブロックは、積層枚数が略等しい二つのグループにさらに分割され、前記グループは、周方向に互いに略１８０−θ（θは段階的スキュー角）度ずれて順次積層されることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。

Images