JP5742566B2 - 回転電機回転子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機回転子に係り、特に、バランスウェイトを備える回転電機回転子に関する。

回転電機のロータと呼ばれる回転子は、回転中心に対して質量等の偏りがあると、回転が滑らかとならない。そこで、偏りを補正するために、ロータの一部を削り、あるいはロータの一部に付加質量を加えることが行われる。

例えば、特許文献１には、ロータのバランス構造として、ロータ本体の軸方向両端側に配置される端板に、複数のバランスウェイト装着穴を設け、その装着穴にバランスウェイトの嵌め込み部位を嵌め込むことが開示されている。

特許文献２には、ロータ製造方法として、フランジの一種のように、曲げ加工部を有する金属製エンドプレートを用いることが開示されている。ここでは、金属製エンドプレートとシャフトとを圧入固定し、内径が大径の鋼板部Ｂを金属製エンドプレートの曲げ加工部のところに配置し、内径が小径の鋼板部Ａをシャフトの外周に配置する。これらを金型内に配置し、射出成型によって、鋼板部Ａの軸方向端部側に端板状の樹脂製エンドプレートを形成し、金属製エンドプレートの曲げ加工部の外径側に環状の樹脂製エンドプレートを形成し、金属製エンドプレートと鋼板部Ａとの間に端板状のエンドプレートと接続する充填部を形成する。これによって、電磁鋼板のカシメを行うことなく、一体化されたロータコアの成形が可能になると述べられている。

特許文献３には、密閉型圧縮機に用いられる直流ブラシレスモータにおいて、バランスウェイトのための下部フランジを有するスリーブとシャフトが焼嵌めされ、下部フランジに下部側が支持されてスリーブの外周側に円環状フェライト磁石が配置され、円環状のフェライトの上部側にバランスウェイトのための上部フランジが配置され、これらがボルトで軸方向に固定される構成が開示されている。

特許文献４には、回転子として、外周にマグネットが配置され、中空部を有するマグネットロータと、マグネットロータの内側に設けられる円筒状のスペーサ部材とを有する構成が述べられている。ここでは、スペーサ部材の一端面に開口部が設けられ、その開口部から軸方向に沿って他端面に延びるバランス修正穴が設けられる。そして、開口部からバランス修正穴に向かってバランス修正材であるパテを挿入することが開示されている。

特開２００５−２１８２９３号公報 特開２００６−１１５６５９号公報 特開昭６１−２７７３４８号公報 特開２００４−１５８７１号公報

上記のように、ロータのアンバランス調整には、大別して、部品の一部を削り取る方法と、バランスウェイトを取り付ける方法とが用いられる。前者の一部削り取り方法では、削り取った部分の強度不足、あるいは逆に削らない部分の強度過剰が生じる。また削る手間がかかり、残渣となる切粉が発生する。後者のバランスウェイト取付方法では、バランスウェイトを標準化した場合に、アンバランスの程度によってバランスウェイトの取付数が一定とならないので組立工数に増減が生じる。また、バランスウェイトとしてパテ盛りをする場合には、アンバランスのばらつきへの対応は容易であるが、パテの硬化に時間がかかる。また、ロータ回転時に、取り付けたバランスウェイトが外れて飛散する可能性が生じ得る。

本発明の目的は、少ない工数でより確実にアンバランスを調整することが可能な回転電機回転子を提供することである。

本発明に係る回転電機回転子は、回転軸と、回転軸に対し、外径側に固定して配置されるロータコアと、回転軸よりも外径側であってロータコアよりも内径側の位置に設けられ、バランスウェイトを取り付けるための取付空間を有するバランスウェイト取付部と、バランスウェイト取付部に固定されるバランスウェイトであって、バランスウェイト取付部の取付空間の形状に対応した外形を有し、予め質量中心を偏らせた一体型バランスウェイトと、を備え、取付空間は１箇所のみ設けられ、取付空間には、１つのバランスウェイトのみが取付可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機回転子において、中心部に回転軸を取り付ける中心穴を有し、外周側にロータコアを保持するコア保持部を有するフランジ部を備え、バランスウェイト取付部は、フランジ部に設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機回転子において、バランスウェイト取付部は、フランジ部の中心部と保持部との間で環状にくぼんでいるハブ部分であり、バランスウェイトは、ハブ部分の環状くぼみに配置されて固定される環状部材であることが好ましい。

上記構成により、回転電機回転子は、回転軸よりも外径側であってロータコアよりも内径側の位置にバランスウェイト取付部が設けられ、そのバランスウェイト取付部の取付空間の形状に対応した外形を有し、予め質量中心を偏らせた一体型バランスウェイトが用いられる。これにより、取付空間に一体型バランスウェイトを配置するという簡単な方法で、確実にバランス調整を行うことができる。

また、回転電機回転子において、中心部に回転軸を取り付ける中心穴を有し、外周側にロータコアを保持するコア保持部を有するフランジ部を用い、バランスウェイト取付部は、フランジ部に設けられる。これにより、フランジ部を有効に用いてバランス調整を行うことができる。

また、回転電機回転子において、バランスウェイト取付部は、フランジ部の中心部と保持部との間で環状にくぼんでいるハブ部分であり、バランスウェイトは、ハブ部分の環状くぼみに配置されて固定される環状部材である。環状くぼみに環状部材を固定してバランス調整を行うので、回転子が回転しても、バランスウェイトである環状部材が取付空間である環状くぼみから外れにくい。

本発明に係る実施の形態において、回転電機回転子に一体型バランスウェイトが取り付けられる様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機回転子の断面図である。 本発明に係る実施の形態において、他の一体型バランスウェイトを示す図である。 従来技術において、ロータコアに穴あけすることでバランス調整を行う例を示す図である。 従来技術において、ロータコアにバランスウェイトを付加してバランス調整を行う例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機の回転子として、回転軸とフランジ部とロータコアとを有する構成を述べるが、これは説明のための例示の構成であって、回転軸よりも外形側にロータコアが配置される構成であればよく、フランジ部を回転軸と一体化した構成、フランジ部をロータと一体化した構成、回転軸とロータコアとを一体化した構成、フランジ部以外に他の要素を付加した構成等であってもよい。

以下では、回転電機回転子がロータコアに永久磁石が埋め込まれる構成を有するものを述べるが、これは説明のための例示であって、永久磁石がロータコアの外周面に配置される構成であってもよく、永久磁石を用いずにロータコアの周方向に沿って周期的に磁気抵抗を変化させるリラクタンス型のロータコアとする構成であってもよい。また、ロータコアとして電磁鋼板を積層したものを述べるが、これは説明のための例示であって、焼結磁粉等を用いる一体化ロータコアであっても構わない。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１、図２は、回転電機回転子１０を示す図で、図１は、バランスウェイト４０，４４が取り付けられるときの様子を示す斜視図で、図２は、バランスウェイト４０が取り付けられた回転電機回転子１０の断面図である。

回転電機回転子１０は、回転電機を構成する部材の１つで、回転電機のケースに固定して取り付けられる円環状の回転電機固定子の内周側の穴の中に配置され、回転軸がケースによって回転自在に支持される。回転電機固定子には、コイルが巻回され、回転電機回転子１０には、図示されていないが磁石が設けられる。回転電機固定子のコイルに通電することで発生する磁界と、回転電機回転子の磁石との協働で、回転電機回転子１０が回転電機固定子に対し回転する。

回転電機回転子１０は、回転軸１２と、図示されていないが永久磁石が埋め込まれて配置されるロータコア１４と、回転軸１２とロータコア１４とを接続する部材であるフランジ部２０と、バランスウェイト４０を含んで構成される。

回転軸１２は、回転電機として構成されたときに回転電機の出力軸となる軸部材である。ロータコア１４は、電磁鋼板を複数枚積層した円環状のコア本体１６と、コア本体１６の軸方向に沿った両端側に設けられ、やはり円環状のエンドプレート１８，１９を含んで構成される。エンドプレート１８，１９は、回転電機として構成されて回転電機回転子１０が回転したときに、積層された複数の電磁鋼板が遠心力等で分離しないように、コア本体１６を軸方向に挟み込む機能を有する。

図１、図２では図示を省略してあるが、コア本体１６には、周方向に沿って複数の永久磁石挿入孔が配置される。それぞれの永久磁石挿入孔は、軸方向に沿って延びて開けられ、その永久磁石挿入孔に永久磁石が挿入される。

フランジ部２０は、中心部に回転軸１２を取り付ける中心穴２２を有する軸保持部２４を有し、外周側にロータコア１４を保持するコア保持部２６を有する円環状の部材である。軸保持部２４は、回転軸１２を保持するため、軸方向に沿って所定の保持長さを有する。同様に、コア保持部２６は、円環状のロータコア１４の内周側をしっかり保持するため、ロータコア１４の軸方向に沿った厚さよりも長い所定の保持長さを有する。

フランジ部２０において、軸保持部２４とコア保持部２６の間のハブ部分２８は、適当な厚さを有する円板部分である。軸保持部２４は軸方向に沿って所定の保持長さを有し、コア保持部２６も軸方向に沿って所定の保持長さを有しているが、ハブ部分２８は強度的に必要な厚さを有すればよい。したがって、フランジ部２０の全体でみるとき、ハブ部分２８は、フランジ部２０の中心部の軸保持部２４と外周側のコア保持部２６との間で、円環状のくぼみ３２となる。

くぼみ３２は、バランスウェイト４０，４４が嵌め込まれて固定される取付空間として機能する。すなわち、くぼみ３２は、バランスウェイト４０，４４を取り付けるためのバランスウェイト取付部として利用される。図１、図２に示されるバランス穴３０は、回転電機回転子１０のバランス調整をしやすくするために予め開けられる穴である。

ここで、バランス調整とは、回転電機として構成されて回転電機回転子１０が回転したときに、回転軸１２の中心軸回りに質量の偏り等に起因して不均一な回転となるときに、その不均一な回転を均一な回転となるように、バランスウェイト４０，４４を取り付けて調整することである。バランス穴３０は、バランスウェイト４０，４４を取り付ける前に、回転電機回転子１０が回転軸１２の中心軸回りに完全に対称形とできない設計等のときに、その質量の偏りを予め補償するために設けられる。このバランス穴３０は、くぼみ３２に対応するハブ部分２８に、中心軸の位置から偏心した位置に、長円形の穴として設けられる。バランス穴３０は、くぼみ３２にバランスウェイト４０，４４を嵌め込むときの質量偏り部分の位置決めの目印としても用いられる。場合によっては、バランス穴３０を省略することができる。

バランスウェイト４０，４４は、バランスウェイト取付部の取付空間であるくぼみ３２の形状に対応した外形を有し、予め質量中心を偏らせた一体型部材である。一体型とは、複数の部材で1つのバランスウェイトを構成するのでなく、単一の部材でバランスウェイトを構成することを指す。

くぼみ３２は円環状の形状を有しているので、バランスウェイト４０，４４は、円環状の外形を有する板材である。くぼみ３２が円環状でない環状形状を有するときは、バランスウェイト４０，４４も、その環状形状に対応する外形形状を有する。例えば、くぼみ３２が、多角形の外周形状で内周が円形の環状形状の場合は、バランスウェイト４０，４４も、そのくぼみ３２に嵌め込むことができる外形形状を有する。

嵌め込みについては、押し込むことでくぼみ３２に配置できる程度に、バランスウェイト４０，４４の外形は、くぼみ３２の形状より大きめに設定される。これによって、くぼみ３２に嵌め込まれたバランスウェイトの位置がずれたり、外れたりすることが防止できる。

バランスウェイト４０，４４は、質量中心の偏り量が異なる複数の部材である。質量中心の偏り量とは、バランスウェイト４０，４４の中心軸に対する質量中心の偏り量である。質量中心の偏り量を異ならせるため、図1で示されるバランスウェイト４０，４４は、円環板材に穴４２，４６を設けて、質量中心を中心軸の位置から偏らせている。そして、穴４２，４６の大きさ、つまり、質量の削除量を異ならせている。

図1では、質量中心の偏り量の異なる２種類のバランスウェイト４０，４４が示されているが、勿論、質量中心の偏り量が相互に異なるさらに多くの種類を揃えるものとできる。バランス調整は、複数のバランスウェイトの中の1つを用いて行われる。図２の例では、バランスウェイト４０が選ばれて、くぼみ３２に嵌め込まれてバランス調整が行われている。場合によっては複数種類のバランスウェイトを用い、あるいは同じ種類のバランスウェイトを複数枚用いて、バランス調整を行うものとしてもよい。

図３は、他の種類のバランスウェイト５０，５４の例を示す図である。このバランスウェイト５０，５４は、円環状板材の外周の一部を切り欠いて、質量中心の偏りを生じさせるものである。切欠形状５２，５４の大きさを異ならせることで、異なった質量中心の偏り量とできる。

図４、図５は、従来技術におけるバランス調整の仕方を示す図である。図４は、ロータコア１４に、バランス調整手段６２として、適当な数の削り穴６４，６６，６８を開けるものである。この方法では、ロータコア１４の強度不足が生じ得る。これを防ぐために、バランス調整手段６２が設けられる可能性のある部分について予め肉厚に設計し、あるいは、全体を予め肉厚に設計すると、その肉厚部分について強度が過剰になる。また、ロータコア１４を削るため、精密加工できる設備が必要になる。また、個々の回転電機回転子１０においてアンバランス量が異なるので、削り穴６４，６６，６８の数、あるいは穴径が異なることがあり、バランス調整のための加工時間が一定とならない。さらに、削り穴６４，６６，６８を開ける際に発生する切粉が残渣となるため、吸い取る装置が必要になる。

図５は、ロータコア１４にバランス調整手段７２として、付加質量７４，７６，７８を設けてバランス調整を行う例を示す図である。付加質量７４，７６，７８としては、適当なパテ材料を盛ることで形成できる。この方法では、個々の回転電機回転子１０においてアンバランス量が異なるので、付加質量７４，７６，７８の大きさや数量が一定とならない。また、パテ材料を盛る場合には、パテ材料が硬化する時間が必要となる。また、回転電機として構成された回転電機回転子１０が回転するときに、遠心力で付加質量７４，７６，７８がロータコア１４から離脱し、飛散する可能性がある。

これに対し、図１から図３で説明した構成によれば、ロータコア１４を削る設備と工数が不要となる。また、切粉の発生がない。ロータコア１４の強度が不足し、あるいは過剰になることがない。質量の偏り量の異なるバランスウェイトを複数揃えておくことで、個々の回転電機回転子１０のアンバランス量が異なるときでも、一定個数のバランスウェイトでバランス調整を済ますことができ、工数が一定となる。また、くぼみ３２にバランスウェイトをしっかり嵌め込むことでバランス調整を行うので、回転電機として構成された回転電機回転子１０が回転するときに、遠心力でバランスウェイトがくぼみ３２から離脱することがなく、したがって飛散することもない。

本発明に係る回転電機回転子は、車両搭載用の回転電機等に利用できる。

１０ 回転電機回転子、１２ 回転軸、１４ ロータコア、１６ コア本体、１８，１９ エンドプレート、２０ フランジ部、２２ 中心穴、２４ 軸保持部、２６ コア保持部、２８ ハブ部分、３０ バランス穴、４０，４４，５０，５４ バランスウェイト、４２，４６ 穴、５２，５４ 切欠形状、６２，７２ バランス調整手段、６４，６６，６８ 削り穴、７４，７６，７８ 付加質量。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   回転軸に対し、外径側に固定して配置されるロータコアと、
   回転軸よりも外径側であってロータコアよりも内径側の位置に設けられ、バランスウェイトを取り付けるための取付空間を有するバランスウェイト取付部と、
   バランスウェイト取付部に固定されるバランスウェイトであって、バランスウェイト取付部の取付空間の形状に対応した外形を有し、予め質量中心を偏らせた一体型バランスウェイトと、
   を備え、
   取付空間は１箇所のみ設けられ、
   取付空間には、１つのバランスウェイトのみが取付可能であることを特徴とする回転電機回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機回転子において、
   中心部に回転軸を取り付ける中心穴を有し、外周側にロータコアを保持するコア保持部を有するフランジ部を備え、
   バランスウェイト取付部は、フランジ部に設けられることを特徴とする回転電機回転子。
3. 請求項２に記載の回転電機回転子において、
   バランスウェイト取付部は、フランジ部の中心部と保持部との間で環状にくぼんでいるハブ部分であり、
   バランスウェイトは、ハブ部分の環状くぼみに配置されて固定される環状部材であることを特徴とする回転電機回転子。

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