JP7235767B2 - 同期電気機械用の巻線タイプ回転子 - Google Patents

Description

本発明は、巻線型回転子式同期電気機械の分野に関する。本発明は、より詳細には、巻線型回転子タイプの同期電気機械用の回転子であって、回転子の軸周りに回転するように装着されるようになされた回転子シャフトと、回転子シャフトに同軸に装着された積層板アセンブリであり、複数の半径方向に突出したポールおよび少なくとも１つの軸方向開口を備える積層板アセンブリと、各ポールに巻き付けられるようになされた導電性ワイヤの巻線と、各ポール周りに導電性ワイヤを案内するために、積層板アセンブリの軸方向両側に配置された案内ヘッドであり、シャフトを通す中央孔が各案内ヘッドに設けられている、案内ヘッドとを備える回転子に関する。

本発明の使用の分野は、電気またはハイブリッド自動車両に使用される電気機械の分野である。

特許文書ＦＲ２９８４０３４は、特に電気駆動自動車両用の電気機械に使用される、積層板を積み重ねて製造したポールの周りに巻線ワイヤを固定するための案内装置を組み込んだ巻線型回転子を記載する。

高速な回転子は、難しい作動条件および、特に、半径方向の高応力に晒される。特に、回転子の巻線は、回転子の作動中大きな遠心力に晒され、堅固に保持する必要がある。また、巻線ワイヤを案内する２つのヘッド（「端部コイル案内」とも呼ばれる）も、回転子の回転中、遠心力によって著しい応力が掛かり、したがって、そのような条件下で作動するように適応させる必要がある。それゆえ、各案内ヘッドは、従来、案内ヘッドを半径方向に保持する手段を形成するために案内ヘッドの外周に配置された、回転子本体から独立した部品であるリングに強固に連結されている。より詳細には、リングは、案内ヘッドの外周を廻る環状構成を有し、その形状は、軸方向に向き案内ヘッドの外周に当接する翼部と、半径方向に軸の方に向き案内ヘッドの各ポールの半径方向端面に当接する翼部とを備えるＬ字形を有する。リングを案内ヘッドに固定することを可能にするために、リングは、半径方向翼部に孔を備え、その孔は、ステーを通すことが可能になされている。案内ヘッドのポールの半径方向端面と積層板アセンブリとは、対応する孔を備えることによって、ステーが、リング、案内ヘッド、および積層板アセンブリを、回転子の反対側まで軸方向に貫通することができ、そこでロッキングナットが、反対側のリングから出てくる各ステーの自由端にねじ込まれる。ナットが、通常、ステーの塑性限界まで、十分なトルクで締め付けられると、回転子が強い遠心力に晒されたときに、全体が、組立状態を保つように、堅固に保持される。

しかしながら、案内ヘッドを半径方向に保持するためのリングのこの構成は、多数の部品、すなわちリング自体、ステー、およびナットを必要とし、最終的に重量の増加を生じる。さらに、この構成は、多数の組立工程（ステーを貫通させること、ナットをねじ込む工程）を必要とし、これを低減させようと試みることが望ましい。

任意選択で、回転子をバランスさせるために、バランス修正ループをリングの半径方向翼部の外側に固定することができ、このループには、ループを廻って円周方向に分布させた空洞が設けられている。回転子をバランス修正する工程は、円周方向に分布させた空洞の一部にバランス修正質量を挿入し、またはループに穴を開けることによってループから材料を取り除くことにある。しかし、このバランス修正装置は、バランス修正質量がバランス修正ループに取り付けるという欠点を有する。その結果、これは、重量を犠牲にするループの存在を必要とし、このバランス修正ループをリングに固定する工程を必要とする。

このような状況において、本発明の目的は、前述の制約に影響されない回転子を提供することである。

このために、本発明の回転子、さらには上記のプリアンブルによって示される回転子の一般的な定義による回転子が、前記積層板アセンブリと各案内ヘッドとの間に挿入される案内ヘッド支持具を備えることによって、前記支持具の内部半径方向面が、前記積層板アセンブリの軸方向端部の外側半径方向面に当接し、支持具の内部半径方向面から軸方向外方へ突出する前記支持具の周縁面が、案内ヘッドの半径方向外方へ向いた前記案内ヘッドの接触面と接触することによって、前記案内ヘッドが、前記支持具の前記周縁面に半径方向に当接することを本質的に特徴とする。

有利には、前記案内ヘッド支持具は、回転子シャフトに締り嵌めされる。

好ましくは、前記案内ヘッドは、前記案内ヘッド支持具に締り嵌めされる。

その代わりにまたはそれに加えて、前記案内ヘッドは、回転子シャフトに締り嵌めされる。

有利には、前記案内ヘッド支持具の前記周縁面が、前記案内ヘッドの前記接触面の外縁部を越えて軸方向に突出するように適合された外縁部を有することによって、回転子をバランスさせるために、前記案内ヘッドの前記接触面のそれぞれの外縁部と前記案内ヘッド支持具の前記周縁面のそれぞれの外縁部との間に位置する領域にバランス修正質量を付加（たとえば点溶接によって）することが可能になる。

好ましくは、各案内ヘッドが、前記案内ヘッドに関して前記案内ヘッド支持具とは反対側の案内ヘッドの外面に、円周方向に分布し、前記案内ヘッドの外部に向けて軸方向に開口する空洞を設けられ、前記空洞が、回転子をバランスさせるためにバランス修正質量を受容するように適合される（たとえば、高密度プラスチック材を注入するなど、高密度物質を注入することによって）。

有利には、前記案内ヘッドのそれぞれが、前記中央孔が設けられた中央円筒形コアから半径方向に延出する複数の分枝を備えるので、前記空洞のそれぞれが、前記案内ヘッドの２つの分枝間に円周方向に延在する。

有利には、前記案内ヘッド支持具は、アルミニウムまたは鉄合金製の一体部品として製造される。前記支持具は、優先的には、打抜加工、機械加工、または鋳造によって得られる。

本発明は、また、上記の回転子を装着する方法に関し、前記方法は、
前記積層板アセンブリを前記回転子シャフトに締り嵌めすると同時に、それぞれの前記案内ヘッド支持具を、前記積層板アセンブリの両側で回転子シャフトに締り嵌めするステップと、
前記案内ヘッドを、前記積層板アセンブリの両側に組み付けられているそれぞれの前記案内ヘッド支持具に装着するステップと、
導電性ワイヤを、前記案内ヘッドを介して各ポールの周りに巻き付けるステップと
を含む。

そのような装着方法は、実施するのに著しく簡単である。

有利には、本方法は、また、案内ヘッドに設けられた空洞内、および／または前記案内ヘッドの前記接触面のそれぞれの外縁部と前記案内ヘッド支持具の前記周縁面のそれぞれの外縁部との間に設けられた領域に物質を付加することによって回転子をバランス修正するステップであって、前記案内ヘッド支持具の前記周縁面の前記外縁部が、前記案内ヘッドの前記接触面の前記外縁部を越えて軸方向に突出している、ステップを含み得る。

本発明の他の特徴および利点が、本発明の特定の実施形態の以下の説明を読むことによって明らかになり、その実施形態は、添付図面を参照して、それに限定することなく例示として示される。

本発明による、電気モータの回転子の概略透視図である。 案内ヘッドが案内ヘッドの支持具内に配置される前の、ヘッドと支持具とを分離して示す、図１の回転子の詳細な組立分解透視図である。

図１は、電気機械の回転子１を示す。回転子１は、回転子を軸方向に貫通して延在するシャフト（図示せず）を備える。

積層板アセンブリ２が、回転子のシャフトに同軸に取り付けられている。この積層板アセンブリ２は、回転子シャフトの軸に垂直な半径方向面内に延在する積層板を軸方向に積み重ねることによって形成される。この半径方向面内で、積層板アセンブリの積層板は、全て、同一の外形を有する。この積層板アセンブリは、円周方向に規則正しく分布し、シャフトから回転子の外周に向かって突出する突出ポール２０を備える。図を参照して説明する実施形態では、積層板アセンブリは、８つの突出ポール２０を備える。ただし、本発明は、このタイプの構成に限定されず、複数の突出ポール、優先的には少なくとも３つのポールを備える積層板アセンブリに使用される。

積層板アセンブリ２は、回転子のシャフトの円筒形外面に締り嵌めされる。すなわち、積層板アセンブリ２は、回転子のシャフトの円筒形外面に縮着させられる。

各ポール２０は、回転子の外周に向かって半径方向に延出するアーム２１から構成される。ポール２０の自由端２２は、アーム２１の両側の円周方向の戻し突起で終わる。各ポール２０の戻し突起２２の機能は、各ポール２０の半径方向アーム２１の周りに巻き付けられた導電性励磁巻線を、回転子の回転中に励磁巻線が受ける遠心力に対抗して半径方向に保持することである。

すなわち、各ポール２０は励磁巻線を備える。案内ヘッド３は、積層板アセンブリ２の両側に、回転子のシャフトと同軸に装着されることによって、各ポール２０周りに励磁巻線を形成する導線を案内する。積層板アセンブリ２の両側に配置される各案内ヘッド３は、全体として、回転子のシャフトの軸に垂直な半径方向面内に延在するディスクの形状を有する。案内ヘッド３は、一体部品であり、優先的には高機械強度を有するプラスチックから製造され、たとえば熱硬化性プラスチックをたとえば成型することによって得られる。

すなわち、図に示された例では、各案内ヘッド３は、シャフトに同軸に装着するための中央孔３２を備える中央円筒形コア３１から半径方向に延出する８つの分枝３０を備え、案内ヘッド３の各半径方向分枝３０は、巻線を可能にするように、回転子１のそれぞれのポール２０に対向して配置されるようになされている。より正確には、各分枝３０は、一組の導線を受容するようになされた主要部分３０ａを備え、その主要部分３０ａは、回転子１の積層板アセンブリ２の各ポール２０の半径方向アーム２１に対向して配置され、中央円筒形コア３１とは反対側の端部において、各ポールのアーム２１の両側の円周方向の戻し突起２２に対向して配置された２つの肩部３０ｂ、３０ｃによって画定される。したがって、各ポールの励磁巻線の導線は、対応する案内ヘッドの分枝の主要部分３０ａを廻って、２つの肩部３０ｂ、３０ｃの間に肩部３０ｂ、３０ｃに平行な方向に巻かれる。

図に示されるように、導電性ワイヤをポールの周りに案内するための案内ヘッド３は、積層板アセンブリ２の軸方向両側に配置されるが、積層板アセンブリ２と直接には接触しない。すなわち、本発明によれば、案内ヘッド支持具４が、積層板アセンブリ２と各案内ヘッド３との間に挿入される。案内ヘッド支持具４は、回転子のシャフトの軸に垂直な半径方向面内に延在し、シャフトに同軸に装着するための中央孔４３が設けられた内部半径方向面４１を備え、その面が、積層板アセンブリ２の軸方向端部の外側半径方向面に当接するようになされ、内部半径方向面４１から軸方向外方へ突出する周縁面４２が、案内ヘッドが支持具内に配置されたとき、案内ヘッドの半径方向外側へ向いた案内ヘッド３の接触面３３と接触するようになされることによって、案内ヘッド３が、支持具の周縁面４２に半径方向に当接する。案内ヘッド３のこの接触面３３は、案内ヘッド３の分枝３０の２つの肩部３０ｂ、３０ｃに沿って円周方向に延在する周縁外面によって構成される。このように、積層板アセンブリ２の軸方向端部の外側半径方向面にそれら支持具４の内部半径方向面４１が当接するように、積層板アセンブリ２の両側に軸方向に配置された案内ヘッド支持具４は、内部半径方向面４１から軸方向外方へ突出する周縁面４２によって外側を画定された、回転子１の案内ヘッド３用のそれぞれの環状受容ハウジングを画定する。したがって、案内ヘッド３は、積層板アセンブリ２と接触している支持具４の内部半径方向面４１から軸方向外方へ延出する、支持具４の周縁面４２の内面に半径方向外向きに当接するようになされる。

案内ヘッド支持具４は、有利には、積層板アセンブリ２を回転子シャフトに縮着すると同時に、回転子シャフトに締り嵌めする。

案内ヘッド支持具４は、一体部品として設計され、たとえば成型もしくは鋳造、またはたとえば板金打抜加工によって得られる。案内ヘッド支持具は、優先的には、アルミニウムまたは鉄合金から製作される。上記支持具のそのような実施形態は、回転子のシャフトへの支持具の縮着を容易にすることを可能にする。

案内ヘッド支持具４がシャフトに固定されると、回転子のポールの周りにワイヤを巻く工程の前に、案内ヘッド３が、案内ヘッドの支持具４内に配置される。

案内ヘッド３は、案内ヘッド支持具４に締り嵌めすることができる。言い換えれば、２つの同軸面、すなわち、表面が外側に位置する、支持具４の周縁面４２と表面が内側に位置する、案内ヘッド３の周縁面３３とが、それぞれ、縮着によって結合される。その代わりにまたはそれに加えて、案内ヘッド３が、回転子シャフトに締り嵌めされる。組み立てられると、案内ヘッド支持具４は、回転子の作動中に回転子のコイルに加わるかなりの半径方向作用力に対抗して、案内ヘッド３の補強構造を形成する。言い換えれば、案内ヘッド支持具４は、有利には、このために現在使用されているリングに取って代わり、その結果、そのようなリングを固定するためにこれまで使用されていたステーおよびナットを取り除くこと、延いては関連するねじ止め工程を取り除くことが可能になる。

さらに、回転子１をバランス修正する工程を、有利には、バランス修正ループを必要とせずに実行することができる。実際に、有利には、案内ヘッド支持具４の周縁面４２が、支持具４内に案内ヘッドが配置されたとき、案内ヘッド３の接触面３３の外縁部３３ａから軸方向に突出する外縁部４２ａを有することによって、バランス修正工程を、案内ヘッド３の接触面３３のそれぞれの外縁部と、軸方向に突出する、案内ヘッド支持具４の周縁面４２のそれぞれの外縁部との間に位置する領域に、たとえば高密度プラスチック材を注入することによって物質を付加し、または面４２ａに点溶接質量を付加することによって、バランス修正質量を付加することにより行うことができることが考えられる。さらに、各案内ヘッド３には、案内ヘッド３に関して支持具４とは反対側の案内ヘッドの外面に、円周方向に分布する空洞３４を設けることができ、その空洞は、案内ヘッドの外部に向けて軸方向に開口している。優先的には、各空洞３４は、案内ヘッド３の２つの分枝３０間に円周方向に延在する。それによって、上記の代わりにまたはそれに加えて、回転子１をバランス修正する工程は、案内ヘッド３の分枝３０間に円周方向に分布する、案内ヘッド３の空洞３４の幾つかにバランス修正質量を挿入し、または、たとえば高密度プラスチック材などの高密度物質を注入することになる。

Claims (9)

1. 巻線型回転子タイプの同期電気機械用の回転子（１）であって、前記回転子の軸周りに回転するように装着された回転子シャフトと、前記回転子シャフトに同軸に装着された積層板アセンブリ（２）であり、複数の半径方向に突出したポール（２０）および少なくとも１つの軸方向開口を備える積層板アセンブリ（２）と、各ポールに巻き付けられるようになされた導電性ワイヤの巻線と、各ポール周りに前記導電性ワイヤを案内するために、前記積層板アセンブリの軸方向両側に配置された案内ヘッド（３）であり、前記シャフトを通す中央孔（３２）が各案内ヘッド（３）に設けられている、案内ヘッド（３）とを備える回転子（１）において、前記積層板アセンブリ（２）と各案内ヘッド（３）との間に挿入される案内ヘッド支持具（４）を備えることによって、前記支持具（４）の内部半径方向面（４１）が、前記積層板アセンブリ（２）の軸方向端部の外側半径方向面に当接し、前記支持具の前記内部半径方向面から軸方向外方へ突出する前記支持具の周縁面（４２）が、前記案内ヘッドの半径方向外方へ向いた前記案内ヘッド（３）の接触面（３３）と接触することによって、前記案内ヘッドが、前記支持具（４）の前記周縁面（４２）に半径方向に当接すること、および前記案内ヘッド支持具（４）が、前記回転子シャフトに締り嵌めされることを特徴とする回転子。
2. 前記案内ヘッド（３）が、前記案内ヘッド支持具に締り嵌めされることを特徴とする、請求項１に記載の回転子。
3. 前記案内ヘッド（３）が、前記回転子シャフトに締り嵌めされることを特徴とする、請求項１または２に記載の回転子。
4. 前記案内ヘッド支持具（４）の前記周縁面（４２）が、前記案内ヘッド（３）の前記接触面（３３）の外縁部（３３ａ）を越えて軸方向に突出するように適合された外縁部（４２ａ）を有することによって、前記回転子をバランスさせるために、前記案内ヘッド（３）の前記接触面（３３）のそれぞれの前記外縁部と前記案内ヘッド支持具（４）の前記周縁面（４２）のそれぞれの前記外縁部との間に位置する領域にバランス修正質量を付加することが可能になることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転子。
5. 各案内ヘッド（３）が、前記案内ヘッド（３）に関して前記案内ヘッド支持具（４）とは反対側の前記案内ヘッドの外面に、円周方向に分布し、前記案内ヘッドの外部に向けて軸方向に開口する空洞（３４）を設けられ、前記空洞（３４）が、前記回転子をバランスさせるためにバランス修正質量を受容するように適合されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転子。
6. 各案内ヘッド（３）が、前記中央孔（３２）が設けられた中央円筒形コア（３１）から半径方向に延出する複数の分枝（３０）を備え、前記空洞（３４）のそれぞれが、前記案内ヘッド（３）の２つの分枝（３０）間に円周方向に延在することを特徴とする、請求項５に記載の回転子。
7. 前記案内ヘッド支持具（４）が、アルミニウム合金または鉄合金製の一体部品として製造されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転子。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の回転子を装着する方法であって、
   前記積層板アセンブリ（２）を前記回転子シャフトに締り嵌めすると同時に、それぞれの前記案内ヘッド支持具（４）を、前記積層板アセンブリ（２）の両側で前記回転子シャフトに締り嵌めするステップと、
   前記案内ヘッド（３）を、前記積層板アセンブリ（２）の両側に組み付けられているそれぞれの前記案内ヘッド支持具（４）に装着するステップと、
   導電性ワイヤを、前記案内ヘッド（３）を介して各ポール（２０）の周りに巻き付けるステップと
   を含む方法。
9. 前記案内ヘッド（３）に設けられた空洞（３４）内、および／または前記案内ヘッド（３）の前記接触面（３３）のそれぞれの外縁部と前記案内ヘッド支持具（４）の前記周縁面（４２）のそれぞれの外縁部との間に設けられた領域に物質を付加することによって前記回転子をバランス修正するステップであって、前記案内ヘッド支持具（４）の前記周縁面（４２）の前記外縁部（４２ａ）が、前記案内ヘッドの前記接触面（３３）の前記外縁部（３３ａ）を越えて軸方向に突出している、ステップを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
   

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