JP5621553B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機に関し、特に回転電機を構成する回転子の構造に関するものである。

回転電機は、固定子と回転子などから構成されている。特許文献１に開示されている回転電機は、回転子シャフトを中空とし、回転子シャフトと回転子鉄心には半径方向の冷却パスが設けられている。この回転電機では、永久磁石の磁束は文献に図示されているように流れる（図１７と段落番号０００７を参照）。特許文献２に開示されている回転電機では、半径方向の冷却パスがこの磁束の流れを分断するように設けられている。

このような回転電機では、回転子シャフトを中空にする加工と冷却パスを設ける加工が必要となる。また、シャフトと回転子鉄心に設けた冷却パスを、回転軸方向、回転周方向の位置を合わせて、精度よく組み立てる必要がある。冷却パスは永久磁石が発生する磁束の流れを分断するように設けられており、トルクの低下が懸念される。

特許第３７４６６６４号（図１等） 特許第３７４９０９８号（図１９等）

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。回転電機の加工、組立を容易にすることでコストを低減し、トルク低下の抑制と冷却性能の向上を可能にする回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、中空状の筐体と、筐体の内側に固定されている固定子と、一対の軸受けで支持されたシャフトと、固定子と対向する面に永久磁石が固定されている回転子鉄心と、回転子鉄心とシャフトを連結する支持部と、を備えている。回転子鉄心は支持部のシャフトへの取り付け部から斜め方向に配置され、永久磁石は、回転子鉄心の外周側に、軸方向および円周方向に分割配置され、円周方向には間隔をあけて分割配置されており、回転子鉄心は、円周方向に隣り合う永久磁石の間で、かつ永久磁石の軸方向分割位置に、貫通穴を有するものである。

本発明に係る回転電機によれば、回転子の駆動力発生部とシャフトの支持部がずれて構成されている。シャフトを中空に加工し貫通穴を設ける必要がないため製造コストを抑制できる。回転子に貫通穴を設けるだけで、冷却パスを構成することができるので、シャフトの生産性を低下させずに冷却性能が向上する。また、貫通穴によるトルク低下を抑えることができる。

本発明の実施の形態による回転電機の構成を示す断面図である。 図１に示した回転電機の線分Ａ−Ａ’に沿う断面図である。 図１に示した回転電機の要部構成を示す断面図である。 図１の回転子を示す部分詳細図である。 図４に示した回転子鉄心をＣ方向から見た図である。 本発明の実施の形態２による永久磁石の並べ方を説明するための図である。 永久磁石の別の並べ方を説明するための図である。 本発明の実施の形態３を説明するための図である。 本発明の実施の形態４を説明するための図である。 図９に示した回転子鉄心の線分Ｄ−Ｄ’に沿う断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態に関わる回転電機の断面構成を示す。回転電機１は、固定子２、回転子３、筐体２５から構成されている。筐体２５は中空状で、内部に固定子２と回転子３を収容し、ハウジング２３、架台２４、前カバー６１、後カバー６２などから構成されている。固定子２はハウジング２３に焼き嵌め等により固定されている。回転子３は固定子２と同軸に配置され、前軸受５１と後軸受５２により回転自在に支持されている。前軸受５１はハウジング２３に取り付けられている。後軸受５２は架台２４に取り付けられている。

ハウジング２３には空気の流れを良くするための空気取り入れ口２３１が設けられている。前カバー６１と後カバー６２はハウジング２３に設けられている。ブロワー７は前カバー６１に取り付けられていて、強制空冷を行っている。複数の突起（冷却フィン）２３２はハウジング２３の周方向に設けられている。ブロワー７から取り入れられた空気は、後カバー６２で流れの向きを変えられて、突起２３２を経由して外部に排出される。

図２は図１の線分Ａ−Ａ’に沿う回転電機の断面図である。永久磁石３１は回転子鉄心（コア）３２の外周側の面に貼り付けられている。固定子２と回転子鉄心３２はハウジング２３の内周側に円筒状に配設されている。ハウジング２３の風路出口部に突起２３２を設けたので、突起部周辺の風速が増し、表面積も増加することで、冷却性能が向上する。

図３は図１から要部を取り出したもので、固定子と回転子の全体構成を示している。固定子２は電機子コイル２１と固定子鉄心（コア）２２から構成されている。電機子コイル２１は固定子鉄心２２に巻回されている。回転子３は、シャフト４と永久磁石３１と回転子鉄心３２と支持部４１から構成されている。シャフト４は固定子２の中心部に設けられていて、前軸受５１と後軸受５２により回転自在に支持されている。シャフト４と回転子鉄心３２は支持部４１で連結されている。

支持部４１は、シャフト４に固定されている。支持部４１のシャフト４に対する取り付け部４１ａは前軸受５１と後軸受５２の間に設けられている。回転子鉄心３２は支持部４１によりシャフト４の周囲に同心円状に固定されている。回転子鉄心３２と支持部４１のシャフト４への取り付け位置は軸方向にずらして配置されている。すなわち、回転子鉄心３２は支持部４のシャフト４への取り付け部４１ａから斜め方向に配置されている。

固定子２と回転子鉄心３２は空間を隔てて対向配置されている。回転子鉄心３２には半径方向を向く複数の貫通穴３２２が設けられている。回転子鉄心３２の内径側には空間３３が設けられている。ブロワー７により発生する風は矢印Ｂに示すような風路（前カバー６１→空気取り入れ口２３１→空間３３→貫通孔３２２→後カバー６２→突起２３２）を辿り、外部に排出される。ブロワー７は、回転電機１に風を吹きつける向きで説明をしたが、吸い込む向きに取り付けてもよい。

回転子鉄心３２と永久磁石３１の配置構成を図４と図５に基づいて説明する。図４は回転子の回転子鉄心３２の断面を示す部分詳細図である。永久磁石３１は回転子鉄心３２の外周側の表面に配置される。回転子鉄心３２の周方向には永久磁石３１の間に磁石ずれ防止用の突起３２１が設けられている。貫通穴３２２は突起３２１の中央付近に設けられている。

図５は図４の矢視Ｃ方向から見た上面図である。永久磁石３１は軸方向に複数に分割され、貫通穴３２２は永久磁石３１の分割位置に設けられている。貫通穴３２２の数や形状をこれに限ったものではなく、例えば、説明では永久磁石間の全ての位置に穴を設けているが、空けない位置があってもよく、形状も長穴などにしてもよい。

このように構成したので、熱の発生する固定子２と回転子鉄心３２に冷却風路が集中し、冷却性能を向上できる。回転子鉄心３２と支持部４１のシャフト４への取り付け位置は軸方向をずらし、回転子鉄心３２の内径側に空間３３を設けたので、回転子鉄心３２に貫通穴３２２を設けるだけで、容易に冷却パスを形成することができる。回転子鉄心３２とシャフト４の組立は周方向かつ軸方向の位置精度を高めずに行なえる。

永久磁石３１を軸方向に複数に分割している。これにより軸長の長い回転電機を構成する場合でも、短い永久磁石を複数個並べて構成できるので、永久磁石が製造しやすい構造となっている。軸長違いの機種を製造する場合、例えば同じサイズの永久磁石を軸方向に２個配置したり、３個配置したりするだけで、対応することができ、永久磁石の共用化ができるのでコストを低減できる。ここで、永久磁石を軸方向に分割した場合、分割位置は磁力が小さいので、その位置に貫通穴を設けることで、貫通穴によるトルク低下を抑えることができる。

シャフトに冷却パスがないため、シャフトと回転子の冷却パスを合わせて組み立てる必要がないので組立性良く安価に回転電機を製造できる。また、永久磁石を軸方向に複数に分割し、元から永久磁石の発生する磁束が小さい分割位置に貫通穴を設けているので、トルク低下を抑えながら冷却性能を向上させることができる。また、永久磁石を軸方向に複数に分割した効果として、永久磁石が作りやすく、軸方向長さ違いの機種を製造する場合、永久磁石を共用化（小さい磁石を複数個軸方向に並べて軸長さ違いに対応）でき、コストを低減できる。

実施の形態２．
実施の形態２による回転子を図６に基づいて説明する。回転電機はそのトルク脈動を抑えるために、分割した永久磁石３１を周方向に所定の角度ずらして配置することがある。こういう場合に対応するため、実施の形態２では、貫通穴３２２をずらして配置した永久磁石３１の分割位置に設けている。

実施の形態２に関わる回転電機によれば、トルク脈動を抑えることができ、かつ磁力の弱い位置であるずらして配置した位置に貫通穴３２２を設けているので、トルク低下を抑えて冷却性能を向上できる。

なお、永久磁石のずらし方は図６に限ったものではなく、例えば図７のように軸方向に４個に分割し、２列目と３列目をずらしてもよい。その場合、特に磁力の弱いずらし位置の貫通穴３２２の穴径を他の穴径より大きくすれば、さらにこの効果は向上する。

実施の形態３．
実施の形態３による回転子を図８に基づいて説明する。本実施の形態では、回転子鉄心３２の貫通穴３２２をテーパ穴にし、固定子２に近い側の穴径を小さくしている。このように構成したので、磁束がよく通る固定子２側の妨げを小さくすることができ、トルク低下を抑えて、冷却性能を向上できる。

実施の形態４．
実施の形態４による回転子を図９と図１０に基づいて説明する。図９は回転子鉄心３２の断面を示す部分詳細図である。図１０は図９のＤ−Ｄ’に沿った断面図である。本実施の形態では、回転子鉄心３２の内径側の空間３３に誘導羽３２３を設けている。誘導羽３２３は貫通穴３２２の間に固定されている。

このように構成したので、誘導羽３２３に当たった風が貫通穴３２２に誘導され、貫通穴３２２を通る風量が増し冷却性能が向上する。

１ 回転電機、２ 固定子、３ 回転子、４ シャフト、２１ 電機子コイル、２５ 筐体、３１ 永久磁石、４１ 支持部

Claims (6)

1. 中空状の筐体と、前記筐体の内側に固定されている固定子と、一対の軸受けで支持されたシャフトと、前記固定子と対向する面に永久磁石が固定されている回転子鉄心と、前記回転子鉄心と前記シャフトを連結し前記回転子鉄心を前記シャフトへの取り付け部から斜め方向に配置する支持部と、を備えていて、
   前記永久磁石は、前記回転子鉄心の外周側に、軸方向および円周方向に分割配置され、円周方向には間隔をあけて分割配置されており、
   前記回転子鉄心は、円周方向に隣り合う前記永久磁石の間で、かつ前記永久磁石の軸方向分割位置に、貫通穴を有することを特徴とする回転電機。
2. 貫通穴の内径は、内周側から外周側に向かうほど小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 回転子鉄心の内周側でかつ、貫通穴と貫通穴の間に誘導羽を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 永久磁石は周方向に一定の方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 筐体の外周部に複数の冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
6. 筐体に空気取り入れ用のファンが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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