JP6729088B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータの構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

下記特許文献１には、回転電機のロータ（１０）が示されている。ロータ（１０）は、略円筒形状のロータコア（１１）と、これを貫通するシャフト（１３）と、ロータコア（１１）を挟む２枚のエンドプレート（１５）を有する。シャフト（１３）の周面にはシャフトの軸線方向に延びるキー溝（１３ａ）が設けられ、エンドプレート（１５）はキー溝（１３ａ）に係合するキー部（１６）を有する。キー部（１６）とキー溝（１３ａ）が係合することによりエンドプレート（１５）が回り止めされる。なお、（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１０−２３３２９１号公報

キー溝とこれに係合するキー突起の互いの側面の間には若干の隙間がある。このため、回転電機の運転や振動によってキー突起がキー溝内で動き、側面同士が擦れて摩耗する場合がある。

本発明は、回転電機のロータにおいて、シャフトのキー溝とエンドプレートのキー突起の摩耗を抑えることを目的とする。

本発明に係る回転電機のロータは、シャフト外周面を有するロータシャフトと、シャフト外周面を囲むようにロータシャフトに装着されるロータコアと、シャフト外周面を囲むようにロータシャフトに装着され、ロータコア両端面に当接し、ロータの回転軸線方向において、ロータシャフトに設けられたフランジとロータシャフトに形成されたかしめ部とによりロータコアと共に挟持されてロータシャフトに固定されるフランジ側およびかしめ部側のエンドプレートと、を有する。シャフト外周面は、ロータの回転軸線に関して対称の位置に、ロータの回転軸線に平行に延びる２本のキー溝が設けられた円筒面である。また、少なくともいずれか一方のエンドプレートは、シャフト外周面の２本のキー溝にそれぞれ係合する２個のキー突起をそれぞれ有する第１プレートと第２プレートが厚み方向で互いに接合して積層されて構成される。さらに、第１プレートと第２プレートの互いの接合面はそれぞれ傾斜面で形成され、両接合面は２個のキー突起を結ぶ方向とロータの回転軸線に沿う方向に対して直交する方向において、相補的に傾斜し、両プレートを重ねたときエンドプレート全体の厚さは均一となる。

第１プレートと第２プレートにロータの回転軸線方向に荷重がかかると、接合面の傾斜により互いに回転軸線に直交する方向にずれる。このため、第１プレートと第２プレートのそれぞれキー突起がキー溝の両側面間で突っ張り、キー溝に対するキー突起の動きが抑えられる。

第１プレートと第２プレートのそれぞれのキー突起がキー溝内で突っ張り、ロータシャフトに対するエンドプレートの動きが抑えられる。

ロータの概略構成を示す斜視図である。 ロータの要部断面図である。 シャフト本体の回転軸線に直交する断面図である。 かしめ側エンドプレートを示す図である。 キー溝とキー突起の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は回転電機のロータ１０の分解斜視図、図２はロータの回転軸線を含む要部断面図である。ロータ１０は、ロータシャフト１２と、ロータシャフト１２に装着されるロータコア１４と、ロータシャフト１２に装着され、ロータコア１４を挟むように配置されるエンドプレート１６，１８を有する。

ロータシャフト１２は、ロータコア１４が装着されるシャフト本体２０を有し、シャフト本体２０の一方の端にはフランジ２２が設けられている。ロータコア１４は、概略円環または円筒形状を有し、円筒の内側の空間にシャフト本体２０が挿入されて、シャフト本体２０に装着される。シャフト本体２０の、ロータコア１４の内周面に対向する円筒面をシャフト外周面２４と記す。シャフト外周面２４にはロータの回転軸線Ｌに平行に延びるキー溝２６が形成されている。キー溝２６は、回転軸線Ｌに関して対称の位置に２本形成されている。

ロータコア１４は、薄板の電磁鋼板を積層して形成され、永久磁石２８が埋め込まれている。ロータコア１４の内周面であるコア内周面３０には、シャフト外周面２４のキー溝２６に対応する位置にキー突条３２が設けられている。キー溝２６とキー突条３２が係合することにより、ロータシャフト１２に対するロータコア１４の回転が阻止されている。

回転軸線Ｌの方向において、ロータコア１４の両端にはエンドプレート１６，１８が配置されている。ロータコア１４とエンドプレート１６，１８を積層した状態で、シャフト本体２０のフランジ２２とは反対側の端をかしめて、ロータコア１４とエンドプレート１６，１８がロータシャフト１２に固定される。シャフト本体２０のかしめた部分をかしめ部３３と記す。フランジ２２側のエンドプレートをフランジ側エンドプレート１６、反対側のエンドプレートをかしめ側エンドプレート１８と記す。かしめ部３３は、かしめ側エンドプレート１８の内周を全周にわたってかしめてもよく、複数箇所をかしめるようにしてもよい。

フランジ２２は段付き構成であり、段付き部分のフランジ小径外周面３４には２本のキー溝（不図示）が設けられている。一方、フランジ側エンドプレート１６の内周には、２個のキー突起３５が設けられ、フランジ小径外周面３４のキー溝に係合し、フランジ側エンドプレート１６が回り止めされる。

かしめ側エンドプレート１８は、回転軸線Ｌに直交する断面においてロータコア１４と略同一の形状を有し、シャフト外周面２４に設けられたキー溝２６に対応する位置にキー突起３６が設けられている。図２に示すように、かしめ側エンドプレート１８は、２枚のプレート、つまり第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂから構成される。

図３は、シャフト本体２０の回転軸線Ｌに直交する断面を示す図である。シャフト外周面２４には回転軸線Ｌに関して対称となる位置に２個のキー溝２６が設けられている。

図４は、かしめ側エンドプレート１８を示す図であり、回転軸線Ｌに直交する面における形状が（ａ）に示されている。第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂは、回転軸線Ｌの直交面における形状は同一である。第１プレート１８Ａおよび第２プレート１８Ｂは、略円環板形状であり、円環板形状内周の、回転軸線Ｌに関して対称となる位置に、２個のキー突起３６が設けられている。第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂのキー突起３６を区別する必要があるときには、第１プレート１８Ａのキー突起を符号３６Ａで表し、第２プレート１８Ｂのキー突起を符号３６Ｂで表す。２個のキー突起３６を結ぶ直線Ｖ−Ｖに直交する直線Ｈ−Ｈによる断面が（ｂ）に示されている。第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂが積層されるときに互いに接合する第１プレート接合面３８Ａと第２プレート接合面３８Ｂは、直線Ｈ−Ｈに沿う方向において、相補的に傾斜している。第１プレート１８Ａの厚みは図４において左端で厚く、右端で薄くなり、逆に、第２プレート１８Ｂは左端で薄く、右端で厚くなるように、接合面３８Ａ，３８Ｂが傾斜している。第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂは、厚い側と薄い側が組み合わされ、相互に補いあい、第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂを重ねたとき、かしめ側エンドプレート１８全体の厚さは均一となる。このように接合面３８Ａ，３８Ｂの相補的な傾斜により、かしめ側エンドプレート１８の厚さは全体として均一となっている。

ロータコア１４および２つのエンドプレート１６，１８をロータシャフト１２に組み付ける際、これらとフランジ２２を回転軸線Ｌの方向において挟持し密着させた後、かしめを行う。密着時およびかしめによる挟持力により、かしめ側エンドプレートの第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂは、接合面３８Ａ，３８Ｂの傾斜の作用により、図４の（ｃ）に示すように、直線Ｈ−Ｈの方向に互いにずれる。このため、キー突起３６Ａとキー突起３６Ｂも互いにずれる。第１プレート１８Ａおよび第２プレート１８Ｂの内径と、シャフト外周面２４の間には、上記のずれを許容する程度のクリアランスが設けられている。

図５は、ずれた状態のキー突起３６Ａ，３６Ｂとキー溝２６の関係を示す図である。（ａ）はキー溝２６の延びる方向に直交する断面を示し、（ｂ）はキー溝２６の延びる方向を含み、深さ方向に直交する断面（Ｓ−Ｓ線断面）を示す。第１プレート１８Ａのキー突起３６Ａが実線で示され、第２プレート１８Ｂのキー突起３６Ｂが破線で示されている。第１プレート１８Ａと第２プレート１８Ｂを挟持する力のために、第１プレートのキー突起３６Ａは左にずれてキー溝２６の図において左側の側面４０に、第２プレートのキー突起３６Ｂは右にずれ右側の側面４２に当接している。挟持力によって２個のキー突起３６Ａ，３６Ｂは、キー溝２６の中で、その側面４０，４２に対して突っ張るように力を作用させている。２個のキー突起３６Ａ，３６Ｂが突っ張り力を作用された状態となった後、かしめ側エンドプレートのかしめが行われる。キー突起３６Ａ，３６Ｂの突っ張り作用により、キー溝２６内でのキー突起３６Ａ，３６Ｂの動きが抑えられ、キー突起３６Ａ，３６Ｂの摩耗が抑制される。

上述の実施形態では、ロータコア１４およびエンドプレート１６，１８をかしめによりロータシャフト１２に固定したが、ボルトやナットなどのねじ締結部材を利用して固定するようにしてもよい。また、上述のかしめ側エンドプレート１８と同様、フランジ側エンドプレートを２枚のプレートから構成するようにしてもよい。

１０ ロータ、１２ ロータシャフト、１４ ロータコア、１６ エンドプレート（フランジ側エンドプレート）、１８ エンドプレート（かしめ側エンドプレート）、１８Ａ 第１プレート、１８Ｂ 第２プレート、２０ シャフト本体、２２ フランジ、２４ シャフト外周面、２６ キー溝、２８ 永久磁石、３０ コア内周面、３２ キー突条、３３ かしめ部、３４ フランジ小径外周面、３５ キー突起、３６，３６Ａ，３８Ｂ キー突起、３８Ａ 接合面、３８Ｂ 接合面、４０ キー溝の側面、４２ キー溝の側面。

Claims (1)

1. 回転電機のロータであって、
   シャフト外周面を有するロータシャフトと、
   シャフト外周面を囲むようにロータシャフトに装着されるロータコアと、
   シャフト外周面を囲むようにロータシャフトに装着され、ロータコア両端面に当接し、ロータの回転軸線方向において、ロータシャフトに設けられたフランジとロータシャフトに形成されたかしめ部とによりロータコアと共に挟持されてロータシャフトに固定されるフランジ側およびかしめ部側のエンドプレートと、
   を有し、
   シャフト外周面は、ロータの回転軸線に関して対称の位置に、ロータの回転軸線に平行に延びる２本のキー溝が設けられた円筒面であり、
   少なくともいずれか一方のエンドプレートは、シャフト外周面の２本のキー溝にそれぞれ係合する２個のキー突起をそれぞれ有する第１プレートと第２プレートが厚み方向で互いに接合して積層されて構成され、
   第１プレートと第２プレートの互いの接合面はそれぞれ傾斜面で形成され、両接合面は２個のキー突起を結ぶ方向とロータの回転軸線に沿う方向に対して直交する方向において、相補的に傾斜し、両プレートを重ねたときエンドプレート全体の厚さは均一となる、
   回転電機のロータ。

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