JP7185073B1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
回転子のアンバランスおよび回転電機全体の振動を抑制することが可能な回転電機を提供する。本発明の回転電機は、回転軸と、回転軸の外周に固定されたロータと、ロータの外周に配置されたステータと、を備え、ロータは、コアクランプで固定された複数の積層鉄心で構成されるロータコアと、ロータコアに設けられたロータスロットと、ロータスロットに配置されたロータバーと、を有し、ロータバーの端部に配置され、一部がロータバーにろう付けされており、他の一部がコアクランプに固定されている金属環を有することを特徴とする。
Description
本発明は、回転電機に関する。
従来の回転電機において、回転子を構成する回転子バー（ローターバー）をエンドリングで固定する方法が知られている。例えば、特許文献１（明細書段落００１０）には、「…各々の回転子鉄心１２には周方向に所定の間隔で配置された複数の回転子スロット１３が設けられており、それらを貫通する回転子バー１４の両端を環状のエンドリング１６で固定することで、複数の回転子バー１４がシャフト１７と平行に配置されるように固定している。」と記載されている。
また、特許文献２に記載されているように、回転子バーとエンドリングとをろう付けして固定する方法が知られている。
上述した特許文献２のように、回転子バーとエンドリングとを突き合わせろう付けする際に、ろう付け前の加熱時の両部品の熱膨張の方向が異なることにより、ろう付け後の冷却時に、両部品が内側に引っ張られ、変形し、偏心が生じる。その結果、回転子のアンバランスおよび回転電機全体の振動増大の可能性がある。
本発明の目的は、上記事情に鑑み、回転子のアンバランスおよび回転電機全体の振動を抑制することが可能な回転電機を提供することである。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、回転軸と、回転軸の外周に固定されたロータと、ロータの外周に配置されたステータと、を備え、ロータは、コアクランプで固定された複数の積層鉄心で構成されるロータコアと、ロータコアに設けられたロータスロットと、ロータスロットに配置されたロータバーと、を有し、ロータバーの端部に配置され、一部がロータバーにろう付けされており、他の一部がコアクランプに固定されている金属環を有し、コアクランプは回転電機の外径側が環状であり、金属環の他の一部が環状の突起部を有し、この環状の突起部がコアクランプの外側に対して隙間嵌めされていることを特徴とする回転電機である。
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
本発明によれば、回転子のアンバランスおよび回転電機全体の振動を抑制することが可能な回転電機を提供すること。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
図１は実施例１の回転電機の軸方向断面図である。図１は回転電機として、誘導電動機の例を示している。図１に示すように、回転電機１００は、回転軸となるシャフト（軸）１７と、シャフト１７の外周に固定されたロータ１、と、ロータ１の外周を囲むように配置されたステータ２とを備える。シャフト１７を回転軸としてロータ１が回転することで、回転電機（誘導電動機）１００が機能する。
ロータ１を構成するロータコア１２は、複数の電磁鋼板が積層されたものであり、その両端を環状のロータコアクランプ１８で抑えて一体化されている。ロータコア１２には、シャフト１７の周方向（円周方向）に所定の間隔で配置された複数のロータスロット（貫通孔）１３が設けられており、複数のロータスロット（貫通孔）１３のそれぞれにロータバー１４が圧入固定されている。このロータバー（かご形導体とも称される。）１４の各両端が、環状の金属環１５（「内環」、「短絡環」とも称する。）と環状の保持環１６（「外環」とも称する。）が銀等でろう付け固定されることで、かご形ロータが構成される。
ステータ２は、ロータ１の外側に隙間を介してフレームに固定された環状のステータコア２２を有している。ステータコア２２は、複数の電磁鋼板が積層されたものであり、その両端を環状のステータコアクランプ２６で抑えて一体化されている。ステータコア２２は周方向に所定の間隔で複数の貫通孔が配置されたステータスロット２３を有している。このステータスロット２３にはステータ巻線２４が挿入されている。
図２は図１の破線部分Ｘを拡大する図である。図２に示すように、ロータコアクランプ１８は、ロータコア１２の両端で、ロータスロット１３の内側に配置されている。そして、本実施例のロータコアクランプ１８は、外周側に環状の凹部（薄肉部）１９を有している。
前述のとおり、ロータバー１４には金属環１５の側面がろう付けされているが、本実施例の金属環１５は、環状の突起部２０を備え、この突起部２０がロータコアクランプ１８の環状の凹部１９に隙間嵌めされて、実質上両者の隙間が無いように固定されている。さらに、ロータバー１４および金属環１５を保持環１６で固定している。このようにロータコアクランプ１８と金属環１５の環状の凹部１９とを固定することで、両者に隙間が生じることなく、回転子のアンバランス低減と、回転電機全体の振動を抑制することができる。
本実施例の構成と従来技術の構成との相違を、より詳細に説明する。図４はロータバーと金属環のろう付けによる変形のメカニズム示す模式図である。図４（ａ）はろう付け前の常温でのロータバー１４、金属環１５およびコアクランプ１８の状態を示している。図４（ｂ）はロータバー１４と金属環１５のろう付け時の状態を示す図である。ロータバー１４と金属環１５の突き合わせろう付け時、ロータバー１４と金属環１５とを加熱すると、ロータバー１４は回転軸の軸方向（図中矢印４０）に伸び、金属環１５は回転軸の軸方向に垂直な径方向（図中矢印４１）に伸び、両者は常温時の位置からずれた状態で固定部分４５で固定される。この後、冷却すると、ロータバー１４の縮む方向（図中矢印４２）と金属環１５の縮む方向（図中矢印４３）の合成ベクトル方向（図中矢印４４）の力がロータバー１４、金属環１５およびコアクランプ１８に作用し、ロータバー１４および金属環１５が変形する。
上述したように、従来の構成では、ロータバー１４と金属環１５のろう付けの際の加熱冷却プロセスによって、ロータバー１４および金属環１５が変形するが、本実施例の構成では、金属環１５の突起部２０がロータコアクランプ１８の凹部に嵌合して両者の隙間を埋めているため、加熱冷却プロセスを経てロータバー１４および金属環１５が図４のように変形しようとしても、金属環１５とロータコアクランプ１８とが接触していることで変形を食い止めることができる。この結果、回転子のアンバランスおよび回転電機全体の振動を抑制することが可能な回転電機を実現できる。
本実施例では、ロータコアクランプ１８の環状の凹部１９に対して金属環１５の突起部２０を隙間嵌めをしているため、ロータコアクランプ１８による抑える力を損なうことなく、ロータ―バー１４の変形を防止することができる。
また、本実施例の金属環１５は、ローターバー１４より内側、かつ、ロータコア１２に対向する面（内側）にテーパを有するするとともに、ロータコア１２に対向する面の反対面（外側）にテーパを有している。このようにテーパを設けることにより、軽量化を実現できる。
図３は実施例２の回転電機のロータバー、金属環およびコアクランプを示す図である。実施例１の構成と異なる点は、保持環１６が金属環１５のみを固定している点である。このような構成でも、実施例１と同様に、ロータバー１４と金属環１５の変形を抑制することができる。
以上、説明した通り、本発明によれば、回転子のアンバランス低減と、回転電機全体の振動抑制を実現する回転電機を提供することができることが示された。
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…ロータ、２…ステータ、１２…ロータコア、１３…ロータスロット、１４…ロータバー（かご形導体）、１５…短絡環、１６…保持環、１７…シャフト（軸）、１８…ロータコアクランプ、２２…ステータコア、２４…ステータ巻線、２６…ステータコアクランプ、４０，４１，４２，４３，４４…変形方向、４５…ロータバー１４と金属環１５の固定部分。１００…回転電機。
Claims (4)
- 回転軸と、前記回転軸の外周に固定されたロータと、前記ロータの外周に配置されたステータと、を備え、
前記ロータは、コアクランプで固定された複数の積層鉄心で構成されるロータコアと、前記ロータコアに設けられたロータスロットと、前記ロータスロットに配置されたロータバーと、を有し、
前記ロータバーの端部に配置され、一部が前記ロータバーにろう付けされており、他の一部が前記コアクランプに固定されている金属環を有し、
前記コアクランプは回転電機の外径側が環状であり、前記金属環の前記他の一部が環状の突起部を有し、前記環状の突起部が前記コアクランプの外側に対して隙間嵌めされていることを特徴とする回転電機。 - 前記コアクランプは薄肉部を有し、
前記金属環の前記環状の突起部と前記コアクランプの前記薄肉部とが隙間嵌め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。 - 前記金属環は、前記ロータバーより内側、かつ、前記ロータコアに対向する面にテーパを有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
- 前記金属環は、前記ロータコアに対向する面の反対面にテーパを有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
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