JP7159054B2 - 回転子の動的バランシングのための空洞を有する回転子を具備する電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械に関し、詳細には電気機械の回転子の動的バランシングのための空洞を備えた電気機械の回転子に関する。

さらに詳細には、本発明は可変リラクタンス同期機に関する。

一般的に電気機械は、互いに同軸に配設された固定部（固定子）および回転部（回転子）を含んでいる。

このような機械の回転子は、製造公差、機械設計、材料分布などによって生じるアンバランスによって損害を受ける。

この回転子が高速で回転するとき、これらのアンバランスは、機械の不具合、または回転子もしくは機械に劣化をもたらし得る、振動を発生させる。

さらにこれらの振動は、機械の使用を不快にすることがある騒音源である。

したがって、これらの振動現象を防止するために、回転子のアンバランスを大きく低減させること、または除去することが必要である。

この目的のため、各機械のために確立された仕様（騒音レベル、振動周波数など）に応じて、回転子の動的バランシングの規定がある。

特にフランス特許第１３４１２０４号により、材料を取り除くことによって回転子をバランスさせることが知られている。より正確には、回転子のアンバランスに対処するために、回転子本体が、穿孔または切削で加工される。

このような、材料を取り除くことによるバランシングは、少なからず難点を有する。

実際、取り除く材料の量によっては、回転子の機械的特性を大きく損ねる危険がある。

さらに、加工によって生じる金属粒子が、機械の動作を妨げることがある。これらの粒子は、回転子および／または固定子の磁気部に引き寄せられ、動作に障害を生じさせ、さらには２つの部品を互いに対して動かなくする。

回転子をバランスさせるために、回転子本体に材料を加えることも知られている。

不均衡を補正するために使用される材料は、回転子に塗布する際に機能し、塗布後に硬化して回転子に機械的に接着し得るペースト状であってもよい。。

しかし、バランシングペーストを加えることによるバランシングは、実行が困難である。なぜなら、回転子に塗布した後に、気温、湿度などの外部パラメータに依存するペーストの乾燥時間が必要だからである。

したがって、大きく変動する時間の間、回転子を保管する必要がある。

これは複雑な物流に関わり、すでに高い製造コストを増加させる。

使用される材料は、回転子をバランスさせるように調整された、クリップ、ねじなどの金属ウエイトであってもよい。

例として、フランス特許出願第２４２１４９８号により詳しく記載されているように、これらの金属ウエイトは、クランプまたは接着剤で回転子上の軸方向ピンに固定される穴あきシートが考えられる。

材料を追加することによるバランシングにおいて、回転子が非常に高い角加速度または角減速度を受ける場合や機械の老朽化によって、ペーストまたは調整したウエイトが回転子から外れ、その後回転子のバランスが失われる場合がある。したがってこのバランスの損失は、機械の動作および使用者の快適さに有害である振動を誘発する。

さらに、外れたペーストまたは調整したウエイトは、回転子の回転を妨げて機械に深刻な不具合を生じさせることがある。

これらの難点は、可変リラクタンス電気機械の場合に、さらに重要である。

このような機械は、回転子に設けられたフラックスバリアの近傍に収容されている永久磁石を保持する、回転子を含んでいる。

回転子を形成する少量の材料、およびバランシングを実現するためにこの材料を取り除くことを本来の空間であるフラックスバリア内で実行されなければならないという事実によって、この構成は材料を取り除くことによるバランシングをさらに困難にしている。

特に材料の追加が、１つまたは複数のフラックスバリアに変化をもたらす場合、同様に磁石の磁気フラックスの伝播を妨げる危険がある。

本発明は、材料の追加で電気機械の正確な動作を妨げやすくすることなく、材料を追加して回転子をバランスさせることによって、上記で挙げた難点を改善することを目的とする。

この目的のため、本発明は、固定子および回転子を備えた電気機械に関し、この回転子は、回転子シャフトに配置された複数の薄板の積層体を具備する回転子本体で形成されている。この回転子は、少なくとも１つのアームを備えた少なくとも１つの空洞を有し、少なくとも１つの空洞は、回転子の動的バランスをとる少なくとも１つのバランスウエイトを保持することを特徴とする。

複数のアームは、空洞の一方から空洞の中心に向かって延びてもよい。

複数のアームは、周方向に互いに１２０°ずらしてもよい。

複数のアームは、空洞の中心からある距離だけ離れた端部を有し得る。

複数のアームの端部は、凹状に湾曲した表面を含んでもよい。

バランスウエイトは、複数のアームの端部の間に内接する横断面を有し得る。

空洞は、閉じた断面、好ましくは五角形の閉じた断面など、多角形の閉じた断面を有し得る。

空洞は、積層体の打ち抜きで形成することができる。

空洞は、回転子の長手方向軸に沿って、かつ実質的に長手方向軸に平行に配設することができる。

空洞は、回転子のシャフトを受け入れる穴の近傍に位置させることができる。

本発明の他の特徴および利点は、単に非限定例として与えられる以下の説明を読むことで、ならびに添付の図面によって明らかになろう。
図２の１－１ラインに沿った、本発明の回転子の軸方向断面の概略図である。 図１の２－２ラインに沿った、本発明の回転子の径方向断面の概略図である。 図２のＡ部の詳細を拡大した図である。

図１および図２に示す実施形態によると、回転電気機械は、固定子（図示せず）および回転子１０を含んでいる。

図１に示すように、この回転子は、知られているように、好ましくは強磁性で複数の磁気フラックス発生装置１６を保持する複数の同一の薄板１４の積層体が配置された、シャフト１２を含んでいる。

また図２を参照すると、円形の複数の薄板１４の積層体は、回転子シャフト１２が貫通している中心穴１８と、この積層体を完全に貫通している複数の軸方向開口部とを備えている。

知られているように、積層体は、穴と開口部とが合致するよう、例えば接着剤、プレスなど任意の知られている方法で互いに組み合わせられる。

このように組み合され、これらの積層体が、シャフト１２を保持する回転子１０の本体２０を形成する。

この構成は、以下でより詳細に説明するように、特に可変リラクタンス電気機械に適用される。

この構成において、本体は、磁気フラックス発生装置１６を収容する一組の第１の軸方向開口部と、磁気フラックスバリアを作り出す一組の別の軸方向開口部とを含んでいる。

一組の第１の開口部２２は、四辺形、ここでは矩形の形状である。この開口部２２は、磁気フラックス発生装置１６、ここでは本体と実質的に同じ長さを有する矩形ロッドの形状である永久磁石を受け入れる。これらの開口部を、以降では「ハウジング」と呼ぶ。

ここでは３つであるこれらハウジング２２は、穴１８の中心Ｏから互いにある距離だけ離されて、径方向に並べて配置されている。

この一組の３つのハウジングは、４５°ずらされた４つの軸ＡＡ’，ＢＢ’，ＣＣ’およびＤＤ’において、一組となって、Ｏ点の周りを周方向に繰り返され、Ｏ点の周りに規則的に連続して分布されている。

したがって、図２に示すように、各半軸（ＯＡ，ＯＡ’；ＯＢ，ＯＢ’；ＯＣ，ＯＣ’；ＯＤ，ＯＤ’）には３つの軸方向ハウジング２２がそれぞれ存在し、それらの最長面は半軸に対して垂直で、これらの面の寸法は中心Ｏから積層体の周辺に向かって減少している。

穴１８に最も近いハウジング２２は、穴との間に所定材料のブリッジ部２４が残り、ハウジング同士の間には所定材料のブリッジ部２６が存在する。

穴１８から最も遠いハウジング２２は、本体の周縁部から、ある距離だけ離されている。

他の一組の開口部は、打ち抜き穴２８で構成され、実質的に一定の厚さ「ｅ」で、径方向に傾斜して上記のハウジングから積層体縁部の近くまで延びている。

これらの打ち抜き穴は、ハウジング２２の側方縁部３０から始まり、ハウジングの最長面の１つを通過する面から角度αで立ちあがり、周辺に達している。

図２に示すように、これら傾斜した打ち抜き穴は、ハウジングに対して対称に配設されている。より正確には、一組の３つの傾斜した打ち抜き穴が、半軸の一方の側に存在し、同じ半軸の他方の側に、別の一組の３つの傾斜した打ち抜き穴が存在する。

したがって各々は、平らな底部を有する実質的にＶ型の外形で形成されており、平らな底部はハウジング２２によって形成され、Ｖ型の傾斜したアームは打ち抜き穴２８によって形成されている。そして各半軸には、互いにある距離だけ離され、高さおよび幅の寸法が、穴から本体を周辺に向かって減少する、３つの重なったＶ型が形成される。

したがって、所定材料のブリッジ部２４，２６以外に、各Ｖ型の傾斜した打ち抜き穴同士の間に固体部分３２が存在し、さらに、一組の３つのＶ型のうちで穴に最も近い打ち抜き穴と、隣接する別の一組のＶ型のうちで最も穴に近い打ち抜き穴との間に、別の固体部分３４が存在する。

その結果、打ち抜き穴によって形成されるフラックスバリアが作り出される。そして磁石からの磁気フラックスは、所定材料のブリッジ部および固体部分のみを通ることができる。

この本体は、シャフト１２を受け入れる穴１８の近傍で、所定材料のブリッジ部２４において少なくとも１つのバランスウエイト３８を受け入れる、少なくとも１つの空洞３６をさらに備えている。

図の例において、少なくとも１つの空洞が各半軸に設けられ、それによって等角度に８つの空洞が得られている。

この空洞は、シャフト１２と実質的に平行に、本体の一方の側面から他方の側面に延びていることが有利である。

この空洞は、各積層体を打ち抜き４０、それら積層体を互いに組み合わせることで得られる。

図では空洞３６は多角形、ここでは五角形の閉じた断面を有するが、円形断面など、他の任意の断面を想定してもよい。

図３でより良好に確認できるように、ここでは不規則な形状である五角形の形状は、半軸に直交して交差し、好ましくは穴の曲率に対応する曲率を有するベース部４２を備えている。不規則な形状である五角形の形状は、このベース部から、２つの傾斜した側面４４，４６が、半軸から分かれるよう傾斜して積層体の周縁部方向に向かい、屋根型を画定して五角形の形状に閉じる２つの傾斜した面４８，５０で終端している。

この空洞は、少なくとも１つのアーム５２、ここでは３つの同型のアームを備えており、これらのアームによって、空洞内で固定される少なくとも１つのバランスウエイト３８を保持する。

これらのアームは互いに対して１２０°で配設され、空洞の内部、好ましくは中心Ｍに向かう方向に延びる。

図３に示すように、アームのうちの１つは、空洞のベース部４２の中央部分において、その中央部分の面に直交し、２つの傾斜面４８，５０が交差する点に向かって、このアームの自由端部５４が空洞の中心Ｍから距離Ｅになるまで垂直に延びている。

２つの傾斜した面４８，５０の各々も、中心Ｍに向かってこの中心から距離Ｅの位置まで延びるアーム５２を保持している。

したがって、これら３つのアームの概略方向は、空洞の中心Ｍで合致する。

バランスウエイト３８は、自由アームの自由端の間で圧力嵌めされる、任意の断面を有し得る。

例として、バランスウエイトは、距離Ｅよりもわずかに大きな半径を有する球体、または円形断面のロッドであってよく、それによってこの球体またはロッドは、アームの端部同士の間で内接する横断面を有し、摩擦によってこの端部５４同士の間に保持される。

球体または円形断面のロッドを伴うこの構成において、アーム５２の端部５４は、距離Ｅに対応する半径の、凹状に湾曲した表面５６を有する。

別の例において、バランスウエイトは、３つのアームの端部同士の間に嵌められる三角形または六角形など、３つのアームの端部同士の間の空間内に含まれる異なる断面であってもよい。

回転子１０をバランスさせるためには、まずバランスさせるべきアンバランスを明確にして、位置を突き止めることが必要である。

この操作は、当業者によく知られている適切な機械で実行できる。これによって、一般的に計算によって、かつアンバランス補正規定に従って、回転子をバランスさせるために追加するバランスウエイトの量および位置を決定することが可能になる。

したがって本発明による方法は、ここでは球の形状である１つまたは複数のバランスウエイトを、１つまたは複数の空洞３６の中に加えることである。

これによって、ブリッジおよび／または固体部分の磁気フラックスの伝播を妨げることなく、回転子のバランシングを実現することができる。

さらにアームは、空洞内で球体を確実に保持する一方で、球体の製造公差を吸収することを可能にする、ある程度の弾力性を径方向および軸方向に有する。

さらにこれらの空洞は、回転子の重量を軽減することを可能にして、それによってこの回転子の動的性能のみを改善し得る。

Claims (10)

1. 固定子および回転子（１０）を備え、前記回転子が、回転子シャフト（１２）に配置された複数の薄板（１４）の積層体を具備する回転子本体（２０）で形成されている電気機械であって、
   前記回転子は、少なくとも１つのアーム（５２）を備えた少なくとも１つの空洞（３６）を有し、前記少なくとも１つの空洞（３６）は、前記回転子の動的バランスをとる少なくとも１つのバランスウエイト（３８）を保持し、
   前記電気機械は、複数のハウジング群を有し、
   前記ハウジング群のそれぞれは、前記回転子本体の各半軸（ＯＡ，ＯＡ’；ＯＢ，ＯＢ’；ＯＣ，ＯＣ’；ＯＤ，ＯＤ’）に３つの軸方向ハウジング２２を有し、それらの最長面は前記半軸に対して垂直で、これらの面の寸法は前記回転子本体の中心Ｏから前記積層体の周辺に向かって減少し、
   複数の前記アーム（５２）は、前記空洞の中心（Ｍ）から距離Ｅだけ離れた端部（３４）を有し、
   複数の前記アーム（５２）の端部は、凹状に湾曲した表面（５６）を含むことを特徴とする、電気機械。
2. 複数の前記アームは、前記空洞の縁部（４２；４４，４６；４８，５０）から前記空洞の中心（Ｍ）に向かって延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電気機械。
3. 複数の前記アーム（５２）は、周方向に互いに１２０°ずらされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気機械。
4. 前記バランスウエイト（３８）は、複数の前記アーム（５２）の端部（５４）の間に内接する横断面を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気機械。
5. 前記空洞（３８）は閉じた断面を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気機械。
6. 前記空洞（３８）は多角形の閉じた断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の電気機械。
7. 前記空洞（３８）は五角形の閉じた断面を有することを特徴とする、請求項５または６に記載の電気機械。
8. 前記空洞（３８）は、前記積層体の打ち抜き（４０）によって形成されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の電気機械。
9. 前記空洞（３８）は、前記回転子の長手方向軸に沿って、かつ実質的に前記長手方向軸に平行に配設されていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の電気機械。
10. 前記空洞（３８）は、前記回転子の前記シャフト（１２）を受け入れる穴（１８）の近傍に位置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載の電気機械。

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