JP2017169343A - 回転電機、巻上機、およびエレベータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の回転電機は、シャフトと、巻線と、固定子鉄心と、回転子鉄心とを持つ。前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、それぞれ環状に形成されるとともに前記シャフトの軸方向で互いに重ねられた第1部材と第2部材とを有する。前記第1部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第1絶縁部を有する。前記第2部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第2絶縁部を有する。前記第1部材および前記第2部材は、前記第1絶縁部および前記第2絶縁部が前記シャフトの回転方向で互いに異なる位置に配置された状態で一体に連結されている。
【選択図】図3A
Description
また説明の便宜上、シャフト12の軸方向Z、径方向R、および回転方向θについて先に定義する。シャフト12の軸方向Zは、回転電機1の回転中心軸(軸線)Cと略平行な方向である。シャフト12の径方向Rは、軸方向Zとは略直交する方向であり、回転中心軸Cから放射状に離れる方向およびその反対方向(回転中心軸Cに近付く方向)である。シャフト12の回転方向θは、軸方向Zおよび径方向Rとは略直交する方向であり、回転中心軸Cから一定の距離を保ちながら、回転中心軸Cの周りを回転する方向である。
また本願で言う「絶縁」とは、電気的な絶縁を意味する。
まず、図1Aから図8を参照して、第1の実施形態の回転電機1について説明する。
図1Aは、本実施形態の回転電機1の全体を示す斜視図である。図1Bは、図1Aに示された回転電機1を一部分解して示す分解斜視図である。本実施形態の回転電機1は、シャフト12の軸方向Zに沿って磁路が形成されるトランスバーサル・フラックス・モータ(横方向磁束型モータ)である。
図1Bに示すように、ロータ2は、軸方向Zに並べて配置された複数(例えば3つ)の回転子11と、複数の回転子11が取り付けられたシャフト12とを有する。複数の回転子11は、互いに異なる基本ユニット4に対応して配置されている。シャフト12は、軸方向Zに沿う円柱状に形成されており、複数の回転子11に挿嵌されている。シャフト12は、ステータ3の軸受53a,53bによって回転可能に支持されている。
図2に示すように、ロータ2の各回転子11は、第1回転子鉄心R1、第2回転子鉄心R2、および第3回転子鉄心R3を有する。第1回転子鉄心R1は、「第1鉄心(第1鉄心部材)」の一例である。第2回転子鉄心R2は、「第2鉄心(第2鉄心部材)」の一例である。第3回転子鉄心R3は、「第3鉄心(第3鉄心部材)」の一例である。第1回転子鉄心R1、第2回転子鉄心R2、および第3回転子鉄心R3は、互いに連結されて一体化されることで、別の観点における1つの回転子鉄心(回転子鉄心ユニット)RUを形成している。
図3Aに示すように、第1部材21および第2部材22の各々は、それぞれ軸方向Zに開口した第1取付孔31、第2取付孔32、および第3取付孔33を有する。第1取付孔31、第2取付孔32、および第3取付孔33は、回転方向θに並んで配置されている。
第1部材21の第1取付孔31と、第2部材22の第1取付孔31とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。同様に、第1部材21の第2取付孔32と、第2部材22の第2取付孔32とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。第1部材21の第3取付孔33と、第2部材22の第3取付孔33とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。
なお本実施形態では、上記のような構成の取付孔31,32,33および固定部材41,42,43を含む連結構造を「連結構造46」と称する。
図4Aは、回転子11の組立後の状態を示す斜視図である。図4Bは、図4Aに示された回転子11のF4B−F4B線に沿う断面図である。図4Cは、図4Aに示された回転子11のF4C−F4C線に沿う断面図である。図4Dは、図4Cに示された回転子11のF4線に囲まれた領域を拡大して示す断面図である。
図5は、ステータ3を一部分解して示す分解斜視図である。
図5に示すように、ステータ3は、軸方向Zに並べて配置された複数(例えば3つ)の電機子51と、複数のスペーサ52と、一対の軸受53a,53bと、一対の軸受ホルダ54a,54bとを有する。複数の電機子51は、互いに異なる基本ユニット4に対応して配置されている。各電機子51は、ロータ2の回転子11に対して径方向Rに所定の空隙を持って対向配置されている。複数のスペーサ52は、複数の電機子51の間に配置されている。一方の軸受ホルダ54aは、回転電機1の一方の端部に位置するとともに、軸受53aを保持している。他方の軸受ホルダ54bは、回転電機1の他方の端部に位置するとともに、軸受53bを保持している。
図6Aに示すように、第1部材71および第2部材72の各々は、それぞれ軸方向Zに開口した第1取付孔31、第2取付孔32、第3取付孔33、および第4取付孔34を有する。第1取付孔31、第2取付孔32、第3取付孔33、および第4取付孔34は、回転方向θに並んで配置されている。
第1部材71の第1取付孔31と、第2部材72の第1取付孔31とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。同様に、第1部材71の第2取付孔32と、第2部材72の第2取付孔32とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。第1部材71の第3取付孔33と、第2部材72の第3取付孔33とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。第1部材71の第4取付孔34と、第2部材72の第4取付孔34とは、回転方向θで互いに対応する位置(互いに略同じ位置)に配置され、軸方向Zで互いに連通している。
なお本実施形態では、上記のような構成の取付孔31,32,33,34および固定部材41,42,43,44を含む連結構造を「連結構造47」と称する。
図7は、電機子51を示す断面図である。
図5および図7に示すように、第3固定子鉄心S3は、巻線61、第1固定子鉄心S1、および第2固定子鉄心S2を外側から囲む矩形枠状に形成されて、巻線61、第1固定子鉄心S1、および第2固定子鉄心S2に対して外嵌されている。第3固定子鉄心S3は、径方向Rで第1固定子鉄心S1および第2固定子鉄心S2に面して第1固定子鉄心S1と第2固定子鉄心S2とを磁気的に連結している。これにより、例えば、第1固定子鉄心S1から第3固定子鉄心S3を介して第2固定子鉄心S2に向かう磁路(磁束流路)が形成される。
図1Bに示すように、複数のスペーサ52は、複数の基本ユニット4の間に配置され、複数の基本ユニット4を互いに離している。本実施形態では、回転電機1は、複数の基本ユニット4とスペーサ52との境界部に設けられた第4固定子絶縁層78(絶縁性シート、または絶縁処理による絶縁層など)を有する。第4固定子絶縁層78は、「第4絶縁層」の一例である。第4固定子絶縁層78は、軸方向Zで基本ユニット4とスペーサ52との間に位置して、基本ユニット4とスペーサ52との間を電気的に絶縁している。
回転電機1の駆動時には、回転中心軸C回りに周回する循環電流(誘導電流、周回渦電流)が発生しようとする。ただし、本実施形態では、第1回転子鉄心R1および第2回転子鉄心R2の第1部材21は、第1絶縁スリットSL1rを有することで、回転方向θの電気流路が遮断されている。このため、第1部材21内での循環電流の発生を抑制することができる。同様に、第1回転子鉄心R1および第2回転子鉄心R2の第2部材22は、第2絶縁スリットSL2rを有することで、回転方向θの電気流路が遮断されている。このため、第2部材22内での循環電流の発生を抑制することができる。
次に、図9から図12Cを参照して、第2の実施形態の回転電機1について説明する。本実施形態は、第3回転子鉄心R3が複数の部材によって形成された点で第1の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
同様に、第3絶縁スリットSL3の第2部分SL3bは、軸方向Zで第2部材92を貫通している。第3絶縁スリットSL3の第3部分SL3cは、軸方向Zで第3部材93を貫通している。なお、第3絶縁スリットSL3の第2部分SL3bおよび第3部分SL3cの詳細は、第3絶縁スリットSL3の第1部分SL3aと略同じである。すなわち、第3絶縁スリットSL3の第2部分SL3bおよび第3部分SL3cの詳細については、第3絶縁スリットSL3の第1部分SL3aに関する上記説明において、「第1部分SL3a」を「第2部分SL3b」または「第3部分SL3c」、「第1部材91」を「第2部材92」または「第3部材93」と読み替えればよい。
図12Aは、回転子11の組立後の状態を示す斜視図である。図12Bは、図12Aに示された回転子11のF12B−F12B線に沿う断面図である。図12Cは、図12Aに示された回転子11のF12C−F12C線に沿う断面図である。
また本実施形態では、第3絶縁スリットSL3は、第1絶縁スリットSL1rに対して回転方向θで略同じ位置に設けられた第1部分SL3aと、第2絶縁スリットSL2rに対して回転方向θで略同じ位置に設けられた第2部分SL3bとを有する。このような構成によれば、第3固定子鉄心S3と第1部材21との境界部および第3固定子鉄心S3と第2部材22との境界部の両方で絶縁層26を省略することができる。これにより、絶縁性シートや絶縁処理をさらに減らすことができるため、製造コストの削減をさらに図ることができる。
次に、図13から図18Bを参照して、第3の実施形態の回転電機1について説明する。本実施形態は、固定子鉄心SUが円環状に形成された点で第2の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第2の実施形態と同様である。
図17Aは、本実施形態のスペーサ52と第1固定子鉄心S1とを分解して示す分解斜視図である。図17Bは、スペーサ52と第1固定子鉄心S1とを連結した状態を示す斜視図である。
図18Aおよび図18Bに示すように、軸方向Zに順に並んで配置されるU相の第1部材71、U相の第2部材72、スペーサ52、V相の第1部材71、およびV相の第2部材72は、第1絶縁スリットSL1s、第2絶縁スリットSL2s、および第4絶縁スリットSL4を交互に回転方向θで180度ずつ異ならせて配置されている。すなわち、U相の第1部材71の第1絶縁スリットSL1s、U相の第2部材72の第2絶縁スリットSL2s、スペーサ52の第4絶縁スリットSL4、V相の第1部材71の第1絶縁スリットSL1s、およびV相の第2部材72の第2絶縁スリットSL2sは、U相の第2固定子鉄心S2からV相の第1固定子鉄心S1に向かう方向に進むに従い、例えば、左、右、左、右、左の順番で配置されている。
また本実施形態では、スペーサ52および第1固定子鉄心S1は、第4絶縁スリットSL4および第1絶縁スリットSL1sが回転方向θで互いに異なる位置に配置された状態で、一体に連結されている。このような構成によれば、回転電機1の剛性が第1絶縁スリットSL1sの周囲で低下することをさらに抑制し、全体としてさらに高い剛性を維持することができる。
図19に示すように、本変形例で、スペーサ52および第1固定子鉄心S1は、第4絶縁スリットSL4および第1絶縁スリットSL1sが回転方向θで互いに対応する位置に配置された状態で、一体に連結されている。
すなわち、スペーサ52は、第4絶縁スリットSL4が第1絶縁スリットSL1sおよび第2絶縁スリットSL2sの少なくとも一方に対して回転方向θで対応する位置(略同じ位置)に配置された状態で、第1部材71および第2部材72と一体に連結されてもよい。このような構成によれば、スペーサ52と第1固定子鉄心S1との境界部またはスペーサ52と第2固定子鉄心S2との境界部に設けられる絶縁層78を省略することができる。これにより、絶縁性シートや絶縁処理を減らすことができ、製造コストの削減を図ることができる。
図20は、第4の実施形態の電動車両100を概略的に示す図である。
図20に示すように、電動車両100は、例えば電気自動車である。電動車両100は、車体101、2つの前輪102、2つ後輪103、駆動シャフト104,105、ディファレンシャルギア106、バッテリ107、回転電機1、および制御装置108を備える。前輪102は、駆動シャフト104,105およびディファレンシャルギア106を介して回転電機1のシャフト12に接続されている。バッテリ107は、回転電機1に電源を供給する。回転電機1は、電動車両100を走行させる走行駆動力を出力する。
図21に示すように、回転電機1の電機子51の巻線61には、制御装置108のU、V、およびWの動力線が接続されている。回転電機1の電機子51の巻線61には、互いに120度の位相差を持った三相電流が制御装置108から供給される。
図22は、第5の実施形態の風力発電装置110を概略的に示す図である。
図22に示すように、風力発電装置110は、ブレード111、回転シャフト112,113、増速機114、軸継手115、回転電機1、変圧器116、系統保護装置117、および電力系統118を備える。ブレード111が風力によって回転すると、回転シャフト112を介して増速機114にトルクが伝達される。増速機114の出力トルクは、回転シャフト113および軸継手115を介して回転電機1に入力される。本実施形態の回転電機1は、発電機であり、軸継手115から入力されるトルクによって発電動作を行う。回転電機1によって発電された電力は、変圧器116および系統保護装置117を介して電力系統118に出力される。なお、回転電機1は、風力発電装置110に限らず、水力発電装置やその他の種々の発電機に広く利用可能である。
図23は、第6の実施形態のエレベータ120を概略的に示す図である。
図23に示すように、エレベータ120は、乗りかご121、つり合いおもり122、ロープ123、および巻上機124を備えている。
Claims (14)
- シャフトと、
前記シャフトの回転方向に沿う環状の巻線と、
前記巻線に沿って配置された複数の固定子磁極を有した固定子鉄心と、
前記複数の固定子磁極に面する複数の回転子磁極を有した回転子鉄心と、
を備え、
前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、それぞれ環状に形成されるとともに前記シャフトの軸方向で互いに重ねられた第1部材と第2部材とを有し、
前記第1部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第1絶縁部を有し、
前記第2部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第2絶縁部を有し、
前記第1部材および前記第2部材は、前記第1絶縁部および前記第2絶縁部が前記回転方向で互いに異なる位置に配置された状態で一体に連結されている、
回転電機。 - 前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、前記第1部材と前記第2部材との境界部に設けられて前記第1部材と前記第2部材との間を電気的に絶縁した第1絶縁層を有した、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、前記軸方向で互いに離れて配置された第1鉄心および第2鉄心と、前記シャフトの径方向で前記第1鉄心および前記第2鉄心に面して前記第1鉄心と前記第2鉄心とを磁気的に連結した第3鉄心とを有し、
前記第1鉄心および前記第2鉄心の少なくとも一方は、前記第1部材と前記第2部材とを有し、前記第3鉄心の少なくとも一部は、前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方から電気的に絶縁されている、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、前記第1部材と前記第3鉄心との境界部および前記第2部材と前記第3鉄心との境界部の少なくとも一方に設けられて、前記第1部材と前記第3鉄心との間および前記第2部材と前記第3鉄心との間の少なくとも一方を電気的に絶縁した第2絶縁層を有した、
請求項3に記載の回転電機。 - 前記第3鉄心は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第3絶縁部を有し、
前記第3鉄心は、前記第3絶縁部が前記第1絶縁部および前記第2絶縁部の少なくとも一方に対して前記回転方向で異なる位置に配置された状態で、前記第1部材および前記第2部材と一体に連結されている、
請求項4に記載の回転電機。 - 前記第3鉄心は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第3絶縁部を有し、
前記第3鉄心は、前記第3絶縁部が前記第1絶縁部および前記第2絶縁部の少なくとも一方に対して前記回転方向で略同じ位置に配置された状態で、前記第1部材および前記第2部材と一体に連結されている、
請求項3に記載の回転電機。 - 前記第3絶縁部は、前記第1絶縁部に対して前記回転方向で略同じ位置に設けられた第1部分と、前記第2絶縁部に対して前記回転方向で略同じ位置に設けられた第2部分とを有する、
請求項6に記載の回転電機。 - 前記第3鉄心は、前記回転方向で第3部材と第4部材とに分割されているとともに、前記第3部材と前記第4部材とが連結された連結部と、前記連結部に設けられて前記第3部材と前記第4部材とを電気的に絶縁した第3絶縁層とを有し、
前記第3鉄心は、前記連結部が前記第1絶縁部および前記第2絶縁部の少なくとも一方に対して前記回転方向で略同じ位置に配置された状態で、前記第1部材および前記第2部材と一体に連結されている、
請求項3に記載の回転電機。 - 前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、それぞれ前記第1部材と前記第2部材とを固定するとともに、前記回転方向に並べられた第1固定部材と第2固定部材とを有し、
前記第1絶縁部は、前記回転方向で前記第1固定部材と前記第2固定部材との間に設けられた、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記第2絶縁部は、前記回転方向で前記第1固定部材と前記第2固定部材との間を外れた領域に設けられた、
請求項9に記載の回転電機。 - 前記巻線、前記固定子鉄心、および前記回転子鉄心をそれぞれ有するとともに、前記軸方向に並べられた複数の基本ユニットと、
前記複数の基本ユニットの間に配置されたスペーサと、
をさらに備え、
前記複数の基本ユニットに含まれる1つの基本ユニットと前記スペーサとの境界部に設けられて、前記基本ユニットと前記スペーサとの間を電気的に絶縁した第4絶縁層をさらに備えた、
請求項1に記載の回転電機。 - 前記巻線、前記固定子鉄心、および前記回転子鉄心をそれぞれ有するとともに、前記軸方向に並べられた複数の基本ユニットと、
前記複数の基本ユニットの間に配置されたスペーサと、
をさらに備え、
前記スペーサは、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第4絶縁部を有し、
前記スペーサは、前記第4絶縁部が前記第1絶縁部および前記第2絶縁部の少なくとも一方に対して前記回転方向で略同じ位置に配置された状態で、前記第1部材および前記第2部材と一体に連結されている、
請求項1に記載の回転電機。 - シーブと、
前記シーブを駆動する回転電機と、
を備え、
前記回転電機は、シャフトと、前記シャフトの回転方向に沿う環状の巻線と、前記巻線に沿って配置された複数の固定子磁極を有した固定子鉄心と、前記複数の固定子磁極に面する複数の回転子磁極を有した回転子鉄心とを備え、
前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、それぞれ環状に形成されるとともに前記シャフトの軸方向で互いに重ねられた第1部材と第2部材とを有し、
前記第1部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第1絶縁部を有し、
前記第2部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第2絶縁部を有し、
前記第1部材および前記第2部材は、前記第1絶縁部および前記第2絶縁部が前記回転方向で互いに異なる位置に配置された状態で一体に連結されている、
巻上機。 - 乗りかごと、
前記乗りかごに連結されたロープと、
前記ロープが巻き掛けられたシーブと、
前記シーブを駆動する回転電機と、
を備え、
前記回転電機は、シャフトと、前記シャフトの回転方向に沿う環状の巻線と、前記巻線に沿って配置された複数の固定子磁極を有した固定子鉄心と、前記複数の固定子磁極に面する複数の回転子磁極を有した回転子鉄心とを備え、
前記固定子鉄心および前記回転子鉄心の少なくとも一方は、それぞれ環状に形成されるとともに前記シャフトの軸方向で互いに重ねられた第1部材と第2部材とを有し、
前記第1部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第1絶縁部を有し、
前記第2部材は、前記軸方向に沿って設けられたスリット状の第2絶縁部を有し、
前記第1部材および前記第2部材は、前記第1絶縁部および前記第2絶縁部が前記回転方向で互いに異なる位置に配置された状態で一体に連結されている、
エレベータ。
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