JP2010104134A

JP2010104134A - 回転電機

Info

Publication number: JP2010104134A
Application number: JP2008272674A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Norizuki; 邦彦法月; Tsukasa Taniguchi; 谷口　　司; Ryoichi Naganuma; 良一長沼; Shigeo Tanigawa; 茂穂谷川; Hiromitsu Itabashi; 弘光板橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】本発明は、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子において簡単に回転アンバランスの修正が行える回転電機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、回転子鉄心１０の積層端から突出させた回転子巻線１１の巻線端部の外周側に環状カバー１４Ａ，１４Ｂを装着し、この環状カバー１４Ａ，１４Ｂの内周面に、回転子巻線１１に含浸する絶縁樹脂よりも比重の大きな比重１．５〜５．０のバランス修正材２２を取り付けたのである。
このように構成することで、少量のバランス修正材２２でバランスの修正が行える。しかも、バランス修正材２２が環状カバーで保持されるので、高速回転時においてもバランス修正材２２の飛散を防止でき、長期にわたって回転バランスを維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は電動機や発電機などの回転電機に係り、特に、高速回転する回転子の回転アンバランスを修正するのに好適な回転電機に関する。

近年、自動車、家電品、産業用に求められる回転電機、特に、電動機においては、地球環境保護の観点から高効率化が求められると共に、小型軽量化、低振動及び低騒音化等の従来の要求事項も満たさなければならない。

そして周速３５００ｍ／分以上の高速で回転する回転電機においては、回転アンバランスの修正は必須であり、従来においては、アンバランス検出センサの出力に対応したアンバランス量を回転子鉄心の外周部を切削して修正するダイナミックバランス修正法が広く行われていた。

しかしながら、回転子鉄心の外周部を切削した場合、固定子鉄心との間隙の拡大に伴って回転電機の出力が低下するので、ダイナミックバランス修正法に代わって、特許文献１に示すように、回転子鉄心から張り出した回転子巻線の巻線端部を覆うカバーを設け、このカバー内に回転子巻線へ注入した絶縁樹脂を滴下後、回転子を回転させながら硬化させることで回転バランスをとる方法が提案されている。

特開２００４−１７３４５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転バランスをとる方法は、絶縁樹脂の比重が１．２程度で軽いため、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子の回転軸と回転子巻線の偏心に起因するアンバランスを解消するには大量の絶縁樹脂が必要となる。しかしながら、実装密度の大きい回転電機において大量の絶縁樹脂を保持する場所を確保することは困難であり、結局特許文献１に記載の方法ではアンバランスの解消は不充分であった。

本発明の目的は、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子において簡単に回転アンバランスの修正が行える回転電機を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、回転子鉄心の積層端から突出させた回転子巻線の巻線端部の外周側に環状カバーを装着し、この環状カバーの内周面に、回転子巻線に含浸する絶縁樹脂よりも比重の大きな比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置したのである。

このように回転子巻線に含浸する絶縁樹脂よりも比重の大きなバランス修正材を、回転子巻線よりも外径側に位置する環状カバーの内周面に取り付けることで、少量のバランス修正材でバランスの修正が行え、しかも、バランス修正材が環状カバーの内周面に設置されるので、高速回転時においても安定して保持され、バランス修正材の飛散を防止でき、長期にわたって回転バランスを維持することができる。

以上説明したように本発明によれば、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子において簡単に回転アンバランスの修正が行える回転電機を得ることができる。

以下本発明による回転電機の第１の実施の形態を、図１〜図４に示すユニバーサルモータを用いた電動送風機１を一例に説明する。

電動送風機１は、大きく分けるとユニバーサルモータ２と、送風機３とから構成されている。

ユニバーサルモータ２は、回転軸４に固定した回転子（電機子）５と整流子６とで回転部を構成し、前記回転子５の外周部に隙間を介して配置した固定子７を有する。この固定子７はハウジング８に支持され、このハウジング８は軸受９Ａ，９Ｂを介して前記回転軸４を回転自在に支持している。

前記回転子５は、回転子鉄心１０と、この回転子鉄心１０に形成した巻線溝（スロット）１０Ｓに直巻された回転子巻線１１と、前記巻線溝１０Ｓを塞いで回転子巻線１１を固定するウエッジ（楔）１２Ａ，１２Ｂと、これらウエッジ１２Ａ，１２Ｂの端部に形成した段差部１３に係合して一体に取り付けた筒状をなす環状カバー１４Ａ，１４Ｂとを備えている。巻線溝１０Ｓ内に巻回された回転子巻線１１には、例えば真空含浸等により比重１．２程度の絶縁樹脂が含浸される。また、環状カバー１４Ａ，１４Ｂは、非磁性材料で、１５０℃以上の耐熱材料で、高放熱性があり、しかも高強度であることが望ましく、さらに生産性を考慮すると、例えば、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などで形成することが望ましい。

尚、前記ウエッジ１２Ａ，１２Ｂは、回転子鉄心１０の軸方向両側から、図２に示すように、巻線溝１０Ｓ内に挿入し、挿入端を突き合わせることで巻線溝１０Ｓの全領域を塞ぐようにしている。

また、前記環状カバー１４Ａ，１４Ｂの外周面は、ウエッジ１２Ａ，１２Ｂに形成した段差部１３に係合することで、前記ウエッジ１２Ａ，１２Ｂの表面と面一にしており、云い代えれば回転子鉄心１０の外径と同じか、それ以下にしている。そして、前記環状カバー１４Ａ，１４Ｂは、内周面が前記巻線溝１０Ｓの溝底よりも外径側に位置している。

前記固定子７は、ハウジング８に支持された界磁鉄心（固定子鉄心）１５と、この界磁鉄心１５に巻装された界磁巻線（固定子巻線）１６とを備えている。

一方、前記ハウジング８の前記整流子６の外周面に対向する位置にはブラシホルダ１７が設けられ、このブラシホルダ１７内には、前記整流子６の外周面を摺動するカーボンブラシ１８が挿入案内されていると共に、このカーボンブラシ１８を前記整流子６の外周面に適当な押圧力で押圧するばね１９が位置している。

そして、前記送風機３は、前記回転軸４の一端側に固定された送風翼２０と、その周囲に設けられ前記ハウジング８と一体化した送風カバー２１とを有する。

また、前記環状カバー１４Ａ，１４Ｂの一方あるいは両方の内周面にバランス修正材２２を設置するのである。このバランス修正材２２は、前記回転子巻線１１に含浸される比重１．２程度の絶縁樹脂に比べて比重１．５〜５．０とした。それは、比重１．２程度の絶縁樹脂では、バランス修正するに際し大量の絶縁樹脂が必要となり、また、比重が５．０を超えると樹脂重量に対して固着面積が減少して接着力が確保できなくなる問題が判明したので、本発明で使用するバランス修正材２２の比重は１．５〜５．０とした。尚、バランス修正材２２としては、例えば、紫外線硬化性樹脂、エポキシ樹脂に、無機物、金属、金属酸化物などをフィラーとして混入して接着力と比重を選択することが望ましい。

このように構成したユニバーサルモータ２の回転子５を、バランス修正材２２を設置する前に、整流子６を付属させたままバランス検出器によってアンバランス量とアンバランス位置を検出する。そして、検出されたアンバランス量に見合ったバランス修正材２２をアンバランス位置に相当する環状カバー１４Ａ，１４Ｂの内周面側に、図３に示すように、設置した。バランス修正材２２は、回転子５の生産バラツキによって、環状カバー１４Ａ，１４Ｂのいずれか一方側のみに取り付けられる場合があるのは勿論である。

そして、バランス修正材２２を、図３に示すように、環状カバー１４Ｂの内周面側で回転子巻線１１との隙間を埋めるように設置することで、設置量を少量とし、高速回転時の遠心力作用により環状カバー１４Ｂとの密着性を向上させることができると共に、バランス修正材２２の設置による風損を抑制することができる。

このように本実施の形態によれば、環状カバー１４Ａ，１４Ｂの内周面に比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置することで、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子においてダイナミックバランス修正法を用いずに簡単に回転アンバランスの修正を行うことができた。

因みに、本実施の形態においては、板厚０．０２５ｍｍのアモルファス電磁鋼板を、接着材を介して２０ｍｍ積層し、直径が４０ｍｍで重量が２００ｇの回転子５を製作し、この回転子５のアンバランス修正を行った。

ところで、一般に、回転子鉄心１０として、板厚が０．３〜０．７ｍｍで硬度がＨｖ１００〜２００程度の電磁鋼板を積層して構成しているが、近年、更なる高効率化の要求がある。そのために、高シリコン添加電磁鋼板や、板厚が０．２ｍｍ以下にした薄板電磁鋼板、さらには板厚が０．１ｍｍ以下のアモルファス電磁鋼板を固定子鉄心１０として採用されることが検討されている。

しかし、これらの電磁鋼板は硬度がＨｖ２５０以上あるので機械加工性が悪く、固定子鉄心１０を切削して行うダイナミックバランス修正法は実現が困難である。しかしながら、本実施の形態によれば、ダイナミックバランス修正法を用いずに簡単にバランス修正が行えるので、これら特殊な電磁鋼板で固定子鉄心１０を構成した高効率のモータを採用することができる。

次に、本発明による第２に実施の形態を、図５及び図６に基づいて説明する。図１〜図４と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態と異なる構成は、ウエッジ１２が巻線溝１０Ｓの全長よりも長い寸法を有する点と、環状カバー１４Ａ，１４Ｂに防風カバー２３Ａ，２３Ｂが一体に設けられた点である。そして、防風カバー２３Ａ，２３Ｂを有する環状カバー１４Ａ，１４Ｂは、ウエッジ１２が巻線溝１０Ｓの両側から張り出した位置に形成した段差部１３に夫々両側から嵌め込んで周知の固定手段で固定したのである。また、防風カバー２３Ａ，２３Ｂは、筒状の環状カバー１４Ａ，１４Ｂの前記回転子鉄心１０から離れた端部に、内径側に向って延在され、回転軸４に接するように構成した。

上記構成において、回転アンバランスの修正は、環状カバー１４Ａ，１４Ｂを装着する前に、まず、バランス検出器によってアンバランス量とアンバランス位置を検出し、必要個所にバランス修正材２２を取り付けた後、環状カバー１４Ａ，１４Ｂを装着するのである。

このように構成することで、第１の実施の形態と同じ効果を奏する外、回転子鉄心１０から張り出した回転子巻線１１が防風カバー２３Ａ，２３Ｂで覆われるので、第１の実施の形態に比べてより風損を抑制することができる。また、一つの巻線溝１０Ｓに対し二つのウエッジを挿入していた第１の実施の形態に比べ、ウエッジ１２の部品数を低減することができる。

尚、前記防風カバー２３Ａ，２３Ｂの代わりに、少量のバランス修正材２２を環状カバー１４Ａ，１４Ｂの内周側に保持できる程度、内径側に延在した周縁を形成してもよい。このように構成することで、風損を抑制する効果は多少低下するが、環状カバー１４Ａ，１４Ｂを全て設置した後に、バランス検出器によってアンバランス量とアンバランス位置を検出してバランス修正材２２を内径側に僅かに延在させた周縁を超えて所定の位置に設置できるので、バランス修正作業が確実になると共に、容易になる。

図７及び図８は、本発明による第３の実施の形態を示すもので、図１〜図６と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第２の実施の形態と異なる構成は、ウエッジ１２の整流子６側には環状カバー１４Ａを一体的に取り付け、反整流子６側には高熱伝導樹脂製の防風カバー２３Ｂと環状カバー１４Ｂとを一体化したものを取り付けた点である。

上記構成において、ウエッジ１２と環状カバー１４Ａとを予め一体化したものを、整流子６側より回転子鉄心１０の装着し、この状態でアンバランス量とアンバランス位置を検出してバランス修正材２２を所定箇所に取り付け、その後、防風カバー２３Ｂを有する環状カバー１４Ｂをウエッジ１２に取り付けるのである。

上記構成によれば、第１の実施の形態と同等の効果を奏するほか、第２の実施の形態と同じように、反整流子６側の風損を抑制することができる。さらに、高熱伝導樹脂製の防風カバー２３Ｂと環状カバー１４Ｂとにより、空冷効果を向上させて回転子巻線１１の発熱量を低減でき、その結果、発熱に伴う回転子巻線１１の電気抵抗の上昇を抑え、これが動損の低減につながり、電動機効率を低減することができる。

以上説明したように本発明の各実施の形態によれば、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子において簡単に回転アンバランスの修正が行える回転電機を得ることができる。

ところで各実施の形態においては、回転電機としてユニバーサルモータを用いた電動送風機を一例に説明したが、周速３５００ｍ／分以上で高速回転する回転子を有する回転電機であれば、ユニバーサルモータに限定されるものではなく、また電動送風機に限定されるものではない。

本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す回転子の斜視図。図１に示す回転子の分解斜視図。図１に示す回転子の断面図。本発明による回転電機を適用した電動送風機の一部縦断側面図。本発明による回転電機の第２の実施の形態を示す回転子の斜視図。図５に示す回転子の分解斜視図。本発明による回転電機の第３の実施の形態を示す回転子の斜視図。図７に示す回転子の分解斜視図。

符号の説明

１…電動送風機、２…ユニバーサルモータ、３…送風機、４…回転軸、５…回転子（電機子）、６…整流子、７…固定子、８…ハウジング、９Ａ，９Ｂ…軸受９Ａ，９Ｂ、１０…回転子鉄心、１０Ｓ…巻線溝（スロット）、１１…回転子巻線、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ウエッジ（楔）、１３…段差部、１４Ａ，１４Ｂ…環状カバー、１５…界磁鉄心（固定子鉄心）、１６…界磁巻線（固定子巻線）、１７…ブラシホルダ、１８…カーボンブラシ、１９…押圧するばね、２０…送風翼、２１…送風カバー、２２…バランス修正材、２３Ａ，２３Ｂ…防風カバー。

Claims

電磁鋼板を積層して構成した回転子鉄心と、この回転子鉄心に形成した巻線溝に巻装した回転子巻線と、この回転子巻線に含浸させた絶縁樹脂とを備えた回転子を有し、周速３５００ｍ／分以上で回転する回転電機において、前記回転子鉄心の積層端から突出させた回転子巻線の巻線端部の外周側に内周面を有する環状カバーを装着し、この環状カバーの内側に比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置したことを特徴とする回転電機。
電磁鋼板を積層して構成した回転子鉄心と、この回転子鉄心に形成した巻線溝に巻装した回転子巻線と、この回転子巻線に含浸させた絶縁樹脂とを備えた回転子を有し、周速３５００ｍ／分以上で回転する回転電機において、前記電磁鋼板の板厚を０．２ｍｍ以下とすると共に、前記回転子鉄心の積層端から突出させた回転子巻線の巻線端部の外周側に内周面を有する環状カバーを装着し、この環状カバーの内側に比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置したことを特徴とする回転電機。
電磁鋼板を積層して構成した回転子鉄心と、この回転子鉄心に形成した巻線溝に巻装した回転子巻線と、この回転子巻線に含浸させた絶縁樹脂とを備えた回転子を有し、周速３５００ｍ／分以上で回転する回転電機において、前記電磁鋼板の硬度をＨｖ２５０以上とすると共に、前記回転子鉄心の積層端から突出させた回転子巻線の巻線端部の外周側に内周面を有する環状カバーを装着し、この環状カバーの内側に比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置したことを特徴とする回転電機。
電磁鋼板を積層して構成した回転子鉄心と、この回転子鉄心に形成した巻線溝に巻装した回転子巻線と、この回転子巻線に含浸させた絶縁樹脂とを備えた回転子を有し、周速３５００ｍ／分以上で回転する回転電機において、前記電磁鋼板の硬度をＨｖ２５０以上とすると共に、前記電磁鋼板の板厚を０．２ｍｍ以下とし、前記回転子鉄心の積層端から突出させた回転子巻線の巻線端部の外周側に内周面を有する環状カバーを装着し、この環状カバーの内側に比重１．５〜５．０のバランス修正材を設置したことを特徴とする回転電機。
前記環状カバーは、筒状に形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の回転電機。
前記環状カバーは、筒状に形成され、回転子鉄心から離れた端部に内径側に延在された周縁が形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の回転電機。
前記環状カバーは、筒状に形成され、回転子鉄心から離れた端部に内径側に延在された防風カバーが形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の回転電機。
前記環状カバーは、前記巻線溝を利用して固定されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の回転電機。
前記環状カバーは、前記巻線溝に装着されるウエッジに固定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機。
前記環状カバーは、前記巻線溝に装着されるウエッジと一体に固定されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
前記環状カバーは、前記回転子鉄心の外径以下に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回転電機。
前記環状カバーは、内周面が前記巻線溝の溝底よりも外径側に位置していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の回転電機。
前記電磁鋼板は、アモルファス金属であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の回転電機。
前記回転子巻線は、前記巻線溝内に直巻されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の回転電機。
前記回転子は、整流子を備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の回転電機。