JPH1132455A - 複合電動機シャフト - Google Patents

複合電動機シャフト

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JPH1132455A
JPH1132455A JP10088513A JP8851398A JPH1132455A JP H1132455 A JPH1132455 A JP H1132455A JP 10088513 A JP10088513 A JP 10088513A JP 8851398 A JP8851398 A JP 8851398A JP H1132455 A JPH1132455 A JP H1132455A
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motor shaft
composite material
metal
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sleeve
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JP10088513A
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Dine Piet Van
ヴァン ダイン ピート
Vladimir Odessky
オデスキー ヴラッディマー
Brian E Spencer
イー スペンサー ブライアン
James S Smith
エス スミス ジェイムズ
William R Harring
アール ハーリング ウィリアム
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Electric Boat Corp
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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • H02K7/16—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans for operation above the critical speed of vibration of the rotating parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機シャフトの重量および回転慣性を軽減
し、かつ振動を吸収または減衰させ、さらに臨界速度お
よび耐腐食性の向上を図る。 【解決手段】 金属製セクション３と、複合材料で形成
された非金属製セクション７とを含んで一体に結合され
た軸線方向に区分された複数のセクションによって電動
機シャフト１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一体の金属製セク
ションと非金属製セクションとを備えた複合多セクショ
ン電動機シャフトに関するものである。多セクション電
動機シャフトは、重量軽減および慣性軽減に役立ち、機
械的ダンピング特性の改善と、臨界速度の向上と、耐腐
食性の改善と、電動機性能の向上とをもたらす。本発明
はまた、取外し可能なロータを備えた電動機シャフトに
関するものである。シャフトから分離可能なロータを作
成することによって、ロータの修理および交換が容易に
なる。
【０００２】
【従来の技術】従来の典型的な電動機シャフトは、金属
から作成され、かつ一体に形成されたロータを備えてい
る。あるいは、ロータは別個に形成されて、電動機シャ
フトと一体でないものもある。これらロータは、電動機
の回転する電磁部分を構成する積層体、導体、永久磁石
等からなる。電動機シャフトに用いられる材料は一般に
鋼または耐腐食性合金である。
【０００３】電動機シャフトの振動減衰特性、重量およ
びその他の特性はシャフト構造に用いられる材料によっ
て決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、軽減された重量および回転慣性を有する電動機
シャフトを提供することにある。
【０００５】本発明の他の目的は、振動を吸収または減
衰させる電動機シャフトを提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、より高い臨界速度
と、優れた耐腐食性と、優れたローター性能とを有する
電動機シャフトを提供することにある。
【０００７】本発明のさらなる目的は、ロータの交換と
修理を容易にする分離可能なロータを備えた電動機シャ
フトを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらおよびそ
の他の目的は、軸線方向に区分された複数のセクション
を備え、かつ少なくとも１つの金属製セクションと少な
くとも１つの非金属製セクションとを備えた電動機シャ
フトを提供することによって達成される。上記非金属製
セクションは複合材料で形成される。
【０００９】本発明のさらなる目的および利点は、以下
の詳細な記載を添付図面を参照しながら読み取ることに
よって完全に理解されるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による電動機シャフト１
は、金属製セクションと非金属製セクションとの双方を
備えている。図１に示す代表的な実施の形態において
は、電動機シャフト１は、複合材料製の管状本体７に対
し連結部５において固定された端部金具３を備えてい
る。この電動機シャフト１は、管状本体７の中心を通っ
て挿入される複合材料製螺桿に適切に保持された端部金
具３を管状本体７の一端に対し押接することによって組
み立てられる。あるいは、上記管状本体は、長繊維巻付
け機のキャビティ内にこの複合材料製本体を挿入するこ
とによって保持される。
【００１１】上記複合材料製管状本体７は、端部金具３
に保持された複合材料製スリーブ上に、ガラス繊維、グ
ラファイト繊維、カーボン繊維、ボロン繊維、石英繊維
およびアラミド繊維のような高強度、高引っ張り強度を
有する繊維がモールドされて形成されている。この複合
材料製管状本体はＳガラス繊維またはカーボン繊維から
形成されるのが好ましい。次に、複合材料製管状本体７
と、端部金具３と管状本体７との間の連結部５は、レジ
ンが予めしみ込まされた繊維あるいはレジン槽に通され
た繊維で包被される。この繊維包被により、端部金具と
管状本体との間の連結部５を形成する橋架テーパー部が
生じる。この繊維で包被された複合材料製本体は次に硬
化され、所定の形状に機械加工される。この包被に用い
られる繊維材料は、複合材料製管状本体に用いられた繊
維材料と同じにカーボン繊維およびＳガラス繊維を含む
ことが好ましい。
【００１２】当業者であれば理解されるように、使用環
境に応じて種々の適当な接着性レジンをも使用可能であ
る。例えばエポキシレジンは安価で可撓性を有するが、
水に溶けないビニールエステルレジンが水分を含む環境
では好ましい。同様に、可燃性の環境では、高い難燃性
を有するレジンを用いればよい。
【００１３】図２に示されているように、ロータを支持
するためのリブ９のアレイを、適当なエポキシ接着剤ま
たは他の接着剤を用いてシャフトに接合することができ
る。これらリブは、本体の材料と同じ複合材料で作成す
ることができる。
【００１４】端部金具３の側面図が図３に示されてい
る。この端部金具は、一般に外径の異なる複数のセグメ
ントを有するステム部１０と端部１１とを備えており、
この端部は、ステム部の軸線に対して約３０°の角度で
テーパーをなしており、かつ本体の連結部５と係合する
複数の平坦な切子面１２を備えている。
【００１５】図４は、複合材料製スリーブ１３と一体の
金属で形成されたリブ９を備えた他の実施の形態を示
し、上記複合材料製スリーブ１３は、金属製保持ナット
１５によって本体７上に取り外し可能に保持されてい
る。
【００１６】スリーブ１３は金属製であってもよい。図
５（ａ）〜図５（ｃ）は本体上に取り付けられる金属製
スリーブを示す。図５（ｂ）および図５（ｃ）から明ら
かなように、金属製スリーブの各端部は、繊維で包被さ
れかつ機械仕上げされる平坦な表面を備えている。
【００１７】図６は本発明の他の実施の形態を示し、こ
の多セクション電動機シャフトは、複合材料で形成され
た２つの非金属製シャフトセクション１７と１つの金属
製中間本体セクション１９とを備えている。これら非金
属製シャフトセクション１７は、上下の電動機軸受けを
被駆動部品から隔離するのを容易にする。図６には、２
つの非金属製シャフトセクション１７と１つの金属製中
間本体セクション１９とを備えたシャフトが示されてい
るが、軸線方向に区分された金属製および非金属製セク
ションのいかなる配置も実現可能なことは当業者であれ
ば自明である。
【００１８】図７は、図６に示された形式の典型的な金
属製中間本体セクションを示し、円柱状部分２１と、テ
ーパー状の端部２３，２５を備えている。
【００１９】本発明による複合電動機シャフトの数個の
セクションは、繊維包被が施されるのに先だって組み立
てられるのが好ましい。繊維包被および仕上げ加工が施
される以前の典型的な電動機シャフトが図８に示されて
いる。図８のＡ−Ａ線から上の部分は、複合材料製本体
２９の両端に当接する態様で配置された端部金具２７
と、複合材料製本体２９上に取り付けられるロータを支
承するための金属製スリーブ３１とを備えている。これ
らの金属製部品と複合材料製本体部品とが組み立てられ
た後、シャフト全体が上述の態様で繊維で包被され、か
つ仕上げ機械加工がなされる。Ａ−Ａ線から下の部分
は、繊維包被および仕上げ機械加工がなされた後の電動
機シャフトを表す。シャフトのクロスハッチングが施さ
れた部分３３は、繊維包被が施された部分を示す。端部
金具３５およびスリーブ３７には適当な形状に仕上げ機
械加工が施されている。
【００２０】本発明による組み立てられたロータ付き電
動機シャフトが図９に示されている。取り外し可能な金
属製ロータ３９は、リブを備えた金属製スリーブ４１上
に取り付けられ、この金属製スリーブは複合材料製スリ
ーブ４３上に差し込まれる。テーパー状の金属製端部ス
リーブ４５が補足的に金属製スリーブ４１を締着しかつ
支持する。
【００２１】
【発明の効果】ここに記載されたロータ付き電動機シャ
フトは、非金属製セクションを備えていることにより、
全体が金属で構成されたシャフトに比較して、重量およ
び回転慣性の軽減が達成される。また非金属製セクショ
ンによりダンピング性能が向上し、これによって、シャ
フト支持振動全体に対するダンピング性能が向上する。
ダンピング性能の向上は、電動機によって被駆動部品に
伝達される有害な力のみならず、被駆動部品によって電
動機の軸受に伝達される有害な力を最小にすることから
極めて望ましいことである。複合材料の使用は、シャフ
トの慣性とスティフネスを変え、大幅な振動吸収をもた
らす。複合材料の機械的特性に起因して、電動機の臨界
速度の向上が達成される。この観点から、起動および運
転の振動数範囲が増大するように電動機の臨界速度を向
上させることは、電動機および被駆動部品の固有振動発
生に起因する電動機および被駆動部品に対する衝撃を軽
減する結果となる。
【００２２】本発明による電動機シャフトはまた、非金
属製セクションが環境に対して不活性なために、種々の
鋼、ニッケルまたはその他の金属で形成された金属製シ
ャフトがある種の環境では腐食を受けるのに対して、優
れた耐腐食性を示す。
【００２３】さらに、多セクション電動機シャフトは複
雑な形状の電動機シャフトの製作を容易にし、かつシャ
フトの長さに沿ったダンピング特性の変更により振動エ
ネルギのさらなる減衰が可能になる。複合材料製本体の
厚さおよび繊維巻き部の形状の変更によって、所望のシ
ャフト強度、スティフネスおよびダンピング特性が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動機シャフトにおいて、複合材
料製本体を断面で示すことによって金属製セクションと
非金属製セクションとの配置を表す部分断面側面図
【図２】複合リブを備えた本発明による電動機シャフト
の図１に対応する部分断面側面図
【図３】本発明による電動機シャフトの金属製端部セク
ションの側面図
【図４】リブを有する取外し可能なスリーブを備えた本
発明による電動機シャフトの図１に対応する部分断面側
面図
【図５】本発明による電動機シャフトの支持スリーブの
縦断面図および左右側面図
【図６】本発明による多セクションシャフトの部分断面
側面図
【図７】図６に示された多セクションシャフトの金属製
中間本体の側面図
【図８】ファイバ包被および仕上げ加工を示す本発明に
よる電動機シャフトの部分断面側面図
【図９】分離可能なロータを備えた本発明による電動機
シャフトの縦断面図
【符号の説明】
１ 電動機シャフト ３ 端部金具 ５ 連結部 ７ 複合材料製管状本体 １０ 端部金具のステム部 １１ 端部金具の端部 １２ 切子面 １３，４３ 複合材料製スリーブ １５ 保持ナット １７ 非金属製シャフトセクション １９ 金属製中間本体セクション ２１ 円柱状部分 ２３，２５ テーパー状端部部分係合凹部 ２７，３５ 金属製端部部材 ２９ 複合材料製本体 ３１，３７，４１ 金属製スリーブ ３９ ロータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年４月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図７】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴラッディマー オデスキー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08902 ノース ブランズウィック シカ モア レーン 656 (72)発明者 ブライアン イー スペンサー アメリカ合衆国 ネブラスカ州 68504 リンカーン ピーオー ボックス 4377 (72)発明者 ジェイムズ エス スミス アメリカ合衆国 コネティカット州 06371 オールド ライム マイル クリ ーク ロード 264 (72)発明者 ウィリアム アール ハーリング アメリカ合衆国 コネティカット州 06370 オークデイル フロリダ ドライ ヴ 11

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの金属製セクションと、
    複合材料で形成された少なくとも１つの非金属製セクシ
    ョンとを含んで一体に結合された、軸線方向に区分され
    た複数のセクションを備えてなることを特徴とする電動
    機シャフト。
  2. 【請求項２】 複合材料で形成されたシャフト本体セク
    ションと、該シャフト本体セクションの一端に固定され
    た金属製シャフト端部セクションとを備えてなることを
    特徴とする請求項１記載の電動機シャフト。
  3. 【請求項３】 前記複合材料で形成された本体セクショ
    ンの外面に固定された長手方向に延びるリブを備え、該
    リブが複合材料で形成されてなることを特徴とする請求
    項２記載の電動機シャフト。
  4. 【請求項４】 前記複合材料で形成された本体セクショ
    ンの表面に取り外し可能に取り付けられた１つのスリー
    ブを備え、該スリーブに長手方向に延びるリブが取り付
    けられてなることを特徴とする請求項２記載の電動機シ
    ャフト。
  5. 【請求項５】 前記スリーブが複合材料で形成され、前
    記リブが金属で形成されてなることを特徴とする請求項
    ４記載の電動機シャフト。
  6. 【請求項６】 前記シャフトの軸線方向に交互に配列さ
    れた少なくとも２つの金属製セクションと少なくとも少
    なくとも２つの非金属製セクションとを備えてなること
    を特徴とする請求項１記載の電動機シャフト。
  7. 【請求項７】 前記複合材料が、長繊維巻きにされたカ
    ーボン繊維およびガラス繊維からなる群から選ばれた材
    料からなることを特徴とする請求項１記載の電動機シャ
    フト。
  8. 【請求項８】 複合材料からなる本体セクションと、該
    本体セクションの両端部に固定された金属製端部セクシ
    ョンと、前記本体セクションの外面上の複合材料で形成
    された１つのスリーブと、該スリーブ上に取り付けられ
    た長手方向に延びる金属製リブとを含んで一体に結合さ
    れた軸線方向に区分された複数のセクションを備えた電
    動機シャフトと、 該金属製リブ上に取り外し可能に取り付けられたロータ
    と、からなることを特徴とするロータ付き電動機シャフ
    ト組立体。
JP10088513A 1997-04-03 1998-04-01 複合電動機シャフト Withdrawn JPH1132455A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/832,306 US6072252A (en) 1997-04-03 1997-04-03 Composite electric motor shaft
US832306 1997-04-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1132455A true JPH1132455A (ja) 1999-02-02

Family

ID=25261291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10088513A Withdrawn JPH1132455A (ja) 1997-04-03 1998-04-01 複合電動機シャフト

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US (1) US6072252A (ja)
EP (1) EP0869600B1 (ja)
JP (1) JPH1132455A (ja)
DE (1) DE69815198T2 (ja)

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