JP5924706B2

JP5924706B2 - 回転電機の回転子構造

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Publication number: JP5924706B2
Application number: JP2014513319A
Authority: JP
Inventors: 龍一下村; 井上　正哉; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: CN104272560A; US9729019B2; JPWO2013164880A1; WO2013164880A1; US20150084462A1

Description

本発明は、回転電機の回転子構造に関するものである。

従来、回転電機において、鉄心の軸方向の固定は、ボス部品の外周面に鉄心を挿入もしくは圧入した後、ボス部品の端面を径方向外側にかしめることで行われている（例えば参考文献１参照）。

特開２０１１−２５４６６３号公報

市場から要求されるモータのラインナップとしては、多機種展開を見据えなければならない。多機種展開には、モータ外形やモータ全長、鉄心軸長、出力など、様々な項目に関するものが考えられるが、ここでは、特に、鉄心軸長やモータ全長の変更に着目する。

鉄心軸長を長くしようとした場合、鉄心を固定している部品を、鉄心軸長を長くできるように対応させることを考える。しかしながら、従来のボス部品の構造は、一体構造であり、内径がえぐられた構造となっている。そのため、従来のボス部品は、鉄心軸長の変化に対応させようとすると、その都度、ボス部品そのものを作り変えなければならない。すなわち、従来のボス部品は、鉄心軸長やモータ全長を長くするには適さない。また、逆に、鉄心軸長やモータ全長を短くしようとすると、軸受やレゾルバなどが突出してしまう問題も生じてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、多機種対応がしやすい回転電機の回転子構造を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の回転電機の回転子構造は、回転子シャフトと、第１回転子鉄心部及び第２回転子鉄心部を含む回転子鉄心と、ボス部と、加圧部とを少なくとも備え、前記第２回転子鉄心部及び前記ボス部は、前記回転子シャフトの外周に配置され、前記第１回転子鉄心部は、前記ボス部の外周に配置され、前記加圧部は、前記回転子鉄心の軸方向外側に位置しており、前記第２回転子鉄心部は、前記ボス部の当て面で加圧され、さらに、前記ボス部上の前記第１回転子鉄心部は、前記加圧部により加圧される。

本発明の回転電機の回転子構造によれば、多機種対応がしやすい回転電機の回転子構造を提供することができる。

本発明の実施の形態１の回転子構造に関し、回転軸に平行かつ回転軸を通る平面上の模式的な断面図である。実施の形態１の回転子構造に関する組立態様を示す図である。実施の形態１の回転子構造に関し、鉄心軸長を延長した態様を説明する図である。比較のため従来よく使われているダボかしめの状態を模式的に示した図である。本実施の形態１における第１回転子鉄心部及び第２回転子鉄心部の間のかしめ連結部を模式的に示した図である。本実施の形態２に係る回転子構造のボス近傍を示す図である。本実施の形態３に関し、回転子全体をスキューさせた態様を示す図である。本実施の形態３に関し、内径の異なる鉄心部分の継目からスキューさせた状態を示す図である。

以下、本発明に係る回転電機の回転子構造の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の回転子構造に関し、回転軸に平行かつ回転軸を通る平面上の模式的な断面図である。図２は、実施の形態１の回転子構造に関する組立態様を示す図である。

回転子構造１における回転子シャフト３は、軸受５，７によって回転自在に支持されている。ボス（ボス部）９は、円筒形の部材であって、内径部はえぐられるようにして中空になっている。これにより、軸受５は、ボス９の内側に収容されており、モータ全長を短くすることができる。ボス９は、回転子シャフト３の外周に設けられており、回転子シャフト３の外周に直接圧入されている。

また、リング１１は、回転子構造１の一端側において、ボス９の外周に設けられている。本発明の回転子構造における加圧部は、後述する回転子鉄心の軸方向外側に位置し、固定子鉄心を、回転子シャフト３の軸線方向（以下、単に「軸方向」とも称する）の外側から鉄心中央に向けて加圧するものであるが、リング１１は、かかる加圧部の一例である。また、リング１１及びボス９は、磁性体から構成されており、一例として、ボス９は、ステンレス材により構成することができる。これにより、軸受への漏れ磁束を低減することができる。

さらに、回転子シャフト３の外周には、円筒形部材１３が設けられている。円筒形部材１３は、回転子シャフト３の外周に直接圧入されている。円筒形部材１３は、軸方向にボス９と離隔するように配置されているが、ボス９とは異なり、内径部はえぐられていない。また、円筒形部材１３は、例えばステンレス材により構成することができる。

円筒形部材１３とリング１１との間には、回転子鉄心を構成する第１回転子鉄心部１５及び第２回転子鉄心部１７が配置されている。これら第１回転子鉄心部１５及び第２回転子鉄心部１７はそれぞれ、複数の薄い電磁鋼板を積層することで構成されている。複数の電磁鋼板は、ダボかしめにより連結されている。

第１回転子鉄心部１５と第２回転子鉄心部１７とは、内径が異なっており、内径が相対的に小さいほうである第２回転子鉄心部１７は、回転子シャフト３の外周に固定されている。一方、内径が相対的に大きいほうである第１回転子鉄心部１５は、ボス９の外周に固定されている。

図２に基づいて、第１回転子鉄心部１５及び第２回転子鉄心部１７の軸方向の固定について説明する。まず、図２の（ａ）に示されるように、回転子シャフト３の外周に配置された第２回転子鉄心部１７に対して、ボス９の外周に配置された第１回転子鉄心部１５を近づけるように、ボス９及び第１回転子鉄心部１５を回転子シャフト３に取り付ける。なお、第２回転子鉄心部１７は、円筒形部材１３に当接されることで、第１回転子鉄心部１５との反対側への移動が規制されている。

図２の（ｂ）に示されるように、ボス９の当て面１９と、第１回転子鉄心部１５とを第２回転子鉄心部１７に当接させた後、軸受５を図１に示したように配置する。なお、リング１１をボス９に配置するタイミングは、ボス９を回転子シャフト３に配置した後でもよいし、ボス９を回転子シャフト３に配置する前にボス９に取り付けておいてもよい。第１回転子鉄心部１５及び第２回転子鉄心部１７の軸方向の固定は、ボス９の当て面１９と、リング１１とによって行われる。この構造とすることで、鉄心全体を支える従来の一体型のボス部品では対応が困難であった多機種展開を可能とすることができる。

さらに、図１の構成に対しモータ全長（鉄心の軸方向長さ）を長くする場合の構成について、図３に基づいて説明する。まず、回転子シャフト３の段付部に、第２のボス１０を圧入する。そのとき、第２のボス１０の当て面２０を、回転子シャフト３の肩部３ａに押し当てることで、組立基準面ＲＰとして機能させる。第２のボス１０は、回転子シャフト３の外周に直接圧入されている。また、第２のボス１０は、磁性体、例えばステンレス材により構成することができる。

第２のボス１０の外周には、積層状態の第３回転子鉄心部１６、及び、加圧部としての第２のリング１２が配置され、第２のボス１０の内側には、軸受７が配置される。次に、第２回転子鉄心部１７を回転子シャフト３の外周に配置し、さらに、ボス９、第１回転子鉄心部１５、リング１１及び軸受５を配置する。なお、回転子シャフト３、軸受５，７、ボス９、第２のボス１０、リング１１、第２のリング１２、円筒形部材１３、第１回転子鉄心部１５、第３回転子鉄心部１６、第２回転子鉄心部１７の相互間は、圧入態様による組立であってもよい。また、第２のボス１０及び第３回転子鉄心部１６や、ボス９及び第１回転子鉄心部１５は、予めサブ組立体としておき、それらサブ組立体を回転子シャフト３に組付けるようにすると、組立工程においてハンドリングしやすい。

第１回転子鉄心部１５、第２回転子鉄心部１７及び第３回転子鉄心部１６の軸方向の固定は、リング１１、ボス９の当て面１９、第２のボス１０の当て面２０、第２のリング１２によって行われ、これら第１回転子鉄心部１５、第２回転子鉄心部１７及び第３回転子鉄心部１６は隙間なく相互に当接され、リング１１、ボス９の当て面１９、第２のボス１０の当て面２０、第２のリング１２によって挟み込まれることで、回転子として好適な強度が確保される。

なお、図３の構成は、図１の構成の鉄心の軸方向長さを長くしたものとして説明したが、これは、説明の便宜上の一解釈であり、図１の構成を、図３の構成の軸方向長さを短縮したものと解釈することもできる。さらに、図１の構成と図３の構成とは、相互に部品追加関係や部品削除関係のない個別の構成として解することもでき、すなわち、図１の構成は、固定子鉄心の片側のボス部品だけを分割構成とした形態の例、図３の構成は、両側のボス部品を分割構成とした形態の例という位置づけでもある。

このように、本実施の形態１では、第２回転子鉄心部１７は、ボス９の当て面１９で加圧され、さらに、ボス９上の第１回転子鉄心部１５は、リング１１により加圧される。これにより、従来の一体型のボス部品であれば、鉄心軸長の違うモータを製造する場合、ボス部品を作り直す必要があり、多機種対応しにくいという問題があったのに対し、本実施の形態ならば、積層鋼板の積層枚数のみの対応で済むという効果を奏することができる。

さらに、先行技術の一体型のボス部品とは異なり、２部品に分けることで、ボスや円筒形部材のシャフト外径部への圧入荷重や回転子鉄心のボスの外径部への圧入荷重を減らせる効果が期待できる。さらに、一体型のボス部品と比べてモータ重量を低減できる効果が期待できる。さらに、軸受をボスのえぐられている内径部にもぐりこませることで、軸長方向の短縮効果も期待できる。また、一体型のボス部品であると、鉄心軸長の変化に応じて、部品全体が大きくなり、材料費や加工費の増加の問題があるが、２部品化することで、部品全体が大型化することを避けることができ、結果的に、材料費や加工費の低減効果も期待できる。

図４は、比較のため従来よく使われているダボかしめの状態を模式的に示した図であり、図５は、本実施の形態１における第１回転子鉄心部及び第２回転子鉄心部の間のかしめ連結部を模式的に示した図である。図５及び図２の（ｂ）における参照符号３５は、回転子シャフト３に挿入されている第２回転子鉄心部１７と、ボス９に挿入されている第１回転子鉄心部１５とのかしめ連結部３５を示している。

図４に示されるように、積層鋼板３１の境界では、ダボかしめ３３が断続的につながっている。これに対し、本実施の形態１では、第１回転子鉄心部１５がボス９に圧入され、それら第１回転子鉄心部１５及びボス９が回転子シャフト３に圧入される。すなわち、第１回転子鉄心部１５については、圧入が２回行われている。一方、第２回転子鉄心部１７については、圧入が１回行われている。圧入回数が２回あれば、圧入時に歪が発生し、どこかで吸収しなくてはならない。

その吸収方法としては、まず、相互に接している部分のみの積層鋼板のダボかしめ部分の公差をゆるくしておけば、それにより歪を吸収することができる。しかし、より好適な態様としては、第１回転子鉄心部１５と第２回転子鉄心部１７とが接しているところは、図５に示されるように、ダボかしめが連結しないように、鉄心をひっくり返して（ダボかしめの向きを相互に反対に向けて）鉄心を使用する態様もある。かかる態様であれば、２重圧入（２回圧入）による歪を吸収する必要がなくなり、２種類の鉄心間の組立を容易に行える効果を奏する。なお、かかるかしめの反転関係は、図１の構成であれば、第１回転子鉄心部１５と第２回転子鉄心部１７との間に適用され、図３の構成であれば、第１回転子鉄心部１５と第２回転子鉄心部１７との間、及び／又は、第２回転子鉄心部１７と第３回転子鉄心部１６との間に適用される。

実施の形態２．
次に、図６に基づいて、本発明の実施の形態２に係る回転子構造について説明する。図６は、実施の形態２に係る回転子構造のボス近傍を示す図であって、回転軸に平行かつ回転軸を通る平面上の模式的な断面図である。

本実施の形態２では、ボス部及び加圧部は、共通部材で構成されており、当該共通部材であるボス１０９は、第１回転子鉄心部１５を支持すると共に、ボス１０９の軸方向端部が径方向外側にかしめられることで第１回転子鉄心部を加圧する。本実施の形態２におけるボス１０９は、概ね上記実施の形態１のボス９と同様な形態・材質を有しており、第２回転子鉄心部１７及びボス１０９を、回転子シャフト３の外周に配置し、第１回転子鉄心部１５を、ボス１０９の外周に配置する。なお、ボス９及び第１回転子鉄心部１５は、予めサブ組立体としておくと組立工程においてハンドリングしやすいことは同様である。

そして、第２回転子鉄心部１７は、ボス１０９の当て面１９で加圧され、さらに、ボス１０９上の第１回転子鉄心部１５は、ボス１０９を構成する部材の軸方向端部１１１を径方向外側にかしめることで加圧される。かかる構成によれば、上記実施の形態１と同様な作用効果が得られることに加え、さらに、実施の形態１のリングに相当する部品を省略することができ、部品点数の削減効果が得られ、さらにリングが不要となることで、ボスの軸方向の短縮の効果が期待できる。なお、この特徴は、上記図３に示した構成の第２のボス１０と第２のリング１２との関係において適用することもできる。また、本実施の形態２においても、図５に示したダボかしめの向きを反転させることを適用してもよいだろう。

実施の形態３．
次に、図７及び８に基づいて、本発明の実施の形態３に係る回転子構造について説明する。図７は、回転子全体をスキューさせた態様を示す図であり、図８は、内径の異なる鉄心部分の継目からスキューさせた状態を示す図である。

磁石を固定している回転子鉄心は、積層鋼板を複数枚積層するごとに、回転方向をずらしながら軸方向に積まれていく構造となっている。まず、図７においては、回転子鉄心全体が、全スキュー部２０４として構成されている。この構造を採用することで、コギングトルクの低減効果を奏する。

また、図８のように部分的に回転方向を変えながら軸方向に積まれていく構造も可能である。図８においては、回転子鉄心は、スキュー部２０５と、未スキュー部２０７とを備えるように構成されている。この場合、内径が大きい方の鉄心は、外段取りすることができるため、内径の異なる鉄心の継ぎ目からスキュー構造とすることが可能となる。さらに、異なる内径の鉄心部分で、着磁を分けることも可能である。Ｌｃが長い場合、着磁がしにくく２回に分けて着磁を行うことがあるが、本構成ならば、内径が異なる回転子鉄心のサブ組立体状態において、別々に着磁をすることが可能となり、設備構成が楽になる利点がある。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１回転子構造、３回転子シャフト、５，７軸受、９ボス（ボス部）、１０第２のボス、１１リング（加圧部）、１２第２のリング（加圧部）、１５第１回転子鉄心、１６第３回転子鉄心、１７第２回転子鉄心、１９，２０当て面、１０９ボス（ボス部，加圧部）。

Claims

回転子シャフトと、第１回転子鉄心部及び第２回転子鉄心部を含む回転子鉄心と、ボス部と、加圧部とを少なくとも備え、
前記第２回転子鉄心部及び前記ボス部は、前記回転子シャフトの外周に配置され、
前記第１回転子鉄心部は、前記ボス部の外周に配置され、
前記加圧部は、前記回転子鉄心の軸方向外側に位置しており、
前記第２回転子鉄心部には、前記ボス部の当て面が加圧状態で当接されており、
前記ボス部上の前記第１回転子鉄心部には、前記加圧部が加圧状態で当接されている、
回転電機の回転子構造。
前記加圧部は、前記ボス部の外周に配置されたリングである、
請求項１の回転電機の回転子構造。
さらに、第２のボス部と、第２のリングとを備え、
前記回転子鉄心には、第３回転子鉄心部が含まれており、
前記加圧部には、前記第２のリングがさらに含まれており、
前記第２のボス部は、前記回転子シャフトの外周に配置され、
前記第３回転子鉄心部及び前記第２のリングは、前記第２のボス部の外周に配置され、
前記第３回転子鉄心部には、前記第２のリングが加圧状態で当接されている、
請求項２の回転電機の回転子構造。
前記第１回転子鉄心部と前記第２回転子鉄心部とでは、ダボかしめの向きが相互に反対向きとなっている、
請求項１乃至３の何れか一項の回転電機の回転子構造。
前記ボス部及び前記加圧部は、共通部材で構成されており、
当該共通部材は、前記第１回転子鉄心を支持しており、
前記第１回転子鉄心には、前記共通部材が加圧状態で当接されている、
請求項１の回転電機の回転子構造。
前記回転子鉄心は、該回転子鉄心全体が、若しくは、前記第１回転子鉄心部だけがスキューしている、
請求項１乃至５の何れか一項の回転電機の回転子構造。
前記ボス部の内径部はえぐられるようにして中空になっており、該ボス部の内側には、前記回転子シャフトに対する軸受が配設されている、
請求項１乃至６の何れか一項の回転電機の回転子構造。
前記ボス部は、磁性体により構成されている、
請求項１乃至７の何れか一項の回転電機の回転子構造。