WO2015177836A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2015177836A1
WO2015177836A1 PCT/JP2014/063201 JP2014063201W WO2015177836A1 WO 2015177836 A1 WO2015177836 A1 WO 2015177836A1 JP 2014063201 W JP2014063201 W JP 2014063201W WO 2015177836 A1 WO2015177836 A1 WO 2015177836A1
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WO
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key
shaft
groove
electrical machine
rotating electrical
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/063201
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昌伸 杉山
雅哉 原川
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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Priority to JP2014553007A priority patent/JP5744347B1/ja
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine.
  • the rotor of a rotating electrical machine is composed of a shaft, core, bearings, etc., but until now the balance has been corrected by, for example, applying a weight as a balance weight to the end ring dowel part of the core after completion of the rotor. It was.
  • Patent Document 1 discloses that a part of the outer peripheral surface is planar to attach a fan.
  • a technique is disclosed in which, in a shaft that has been subjected to cutting, the cutting is performed in an axially symmetrical manner so as to have substantially the same mass as a portion that has been deleted by cutting.
  • Patent Document 2 discloses that the dimension of the key groove is set so that the sum of moments with respect to the center of the rotating shaft between the unmounted portion of the key and the fitting portion of the key becomes zero.
  • Patent Document 1 it is possible to adjust the balance with a single shaft, but for that purpose, additional machining is required, and there is a problem that the number of work steps increases greatly. Further, in Patent Document 2, although the balance adjustment is possible only by the key groove processing, the size of the part to which the key is attached widens, so that the key may move carelessly. It is done.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a rotating electrical machine having a shaft that is balance-adjusted alone and that does not cause the key to move carelessly.
  • the present invention includes one end portion having a first shaft diameter and the other end portion having a second shaft diameter larger than the first shaft diameter.
  • a rotating electrical machine in which a rotor is formed using a shaft provided with a first keyway at one end, wherein the first keyway is a key fitting with a first depth into which the key is fitted. It has a groove and a balance adjusting groove formed such that a part of the bottom surface of the key fitting groove is dug down to have a second depth deeper than the first depth.
  • the rotating electrical machine according to the present invention has the effect that the key can be prevented from moving inadvertently in addition to reducing the number of steps for correcting the balance of the entire rotor since the balance of the shaft has already been adjusted.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional shape of a first embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the rotor.
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of the shaft.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the end portion on the P side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the end portion on the P side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the end portion on the P side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of an end portion on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of an end portion on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged view of an end portion on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 11 is an enlarged view of an end portion on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 12 is an enlarged view of an end portion on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 13 is an enlarged view of an end portion on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 14 is a diagram showing a state where a key is actually put in a key groove on the P side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state where a key is actually put in a key groove on the P side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 16 is a diagram showing a state where a key is actually put in a key groove on the P side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 17 is a diagram showing a state in which a key is actually put in a key groove on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state where a key is actually put in a key groove on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 19 is a diagram showing a state where a key is actually put in a key groove on the O side of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • FIG. 20 is a diagram showing a state in which a key is actually put in the key groove on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing a state in which a key is actually put in the key groove on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing a state where a key is actually put in the key groove on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating another structure example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a state in which a key is inserted into the key groove on the O side of the shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 27 is a diagram showing a state in which a key is inserted into the key groove on the O side of the shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 28 is a diagram showing a state in which a key is inserted in the key groove on the O side of the shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • FIG. 29 is an enlarged view of the O-side end portion of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 30 is an enlarged view of the O-side end portion of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 31 is an enlarged view of the O-side end portion of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram showing a state in which a key is inserted in the key groove on the O side of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 33 is a diagram showing a state in which a key is inserted in the key groove on the O side of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 34 is a diagram showing a state in which a key is put in the key groove on the O side of the shaft according to the second embodiment of the rotating electrical machine of the present invention.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 36 is a diagram showing another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 37 is a diagram showing another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a state in which a key is inserted into a key groove on the O side of a shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 39 is a diagram illustrating a state in which a key is inserted into a key groove on the O side of a shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 40 is a diagram showing a state in which a key is put in the key groove on the O side of the shaft having another structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • the side that is connected to the shaft coupling or the mechanical device and transmits the rotational force is the P side taking the initials of “Power”, and is opposite to the P side that is connected to the external fan.
  • “Opposite side” is abbreviated as O side.
  • the present invention is directed to a case where a key groove or the like is processed on at least one of the P side and the O side.
  • balance adjustment is performed in advance for each of the components constituting the rotor.
  • a method for adjusting the balance of the shaft that is most likely to be unbalanced is described.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional shape of a first embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention.
  • the rotating electrical machine 1 includes a rotor 2 and a stator 3, and an external fan 4 is attached to one side of the rotor 2 in order to cool the heat generated by the rotating electrical machine 1.
  • Brackets 5 a and 5 b and a frame 6 are attached to the outside of the stator 3, and a fan cover 7 is attached to the outside of the outer fan fan 4.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of the rotor.
  • the rotor 2 has a structure in which a shaft 21 passes through the center of the core 22 and is held by bearings 23a and 23b.
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of the shaft.
  • a key groove 30 for engraving a key for coupling with a coupling or a mechanical device is carved.
  • a keyway 34 for engraving a key for connecting to the outer fan 4 is also carved on the O side of the shaft 21.
  • the P-side key groove 30 and the O-side key groove 34 are provided on the opposite sides as viewed from the center of the shaft.
  • the P-side key groove 30 and the O-side key groove 34 may not be disposed at positions opposite to each other when viewed from the center of the shaft. It may be provided at a position where it can be taken, and may be deviated from a position on the opposite side as seen from the center of the shaft.
  • the O-side shaft diameter of the shaft 21 is smaller than the P-side shaft diameter. Therefore, in the present embodiment, the O-side shaft diameter is the first shaft diameter, and the P-side shaft diameter is the second shaft diameter that is larger than the first shaft diameter.
  • the first key groove provided at the end portion with the smaller diameter of the shaft is the key groove 34
  • the second key groove provided at the end portion with the larger diameter is the key groove 30.
  • FIG. 4 is a top view
  • FIG. 5 is a front view
  • FIG. 6 is a side view. is there. Since the key groove 30 is formed by milling, the end portion of the groove has an R shape.
  • FIG. 7 is a top view
  • FIG. 8 is a front view
  • FIG. 9 is a side view.
  • the key groove 34 has a second depth deeper than the first depth by digging down a partial region of the bottom surface of the first shallow groove 341 that becomes the key fitting groove.
  • the shape is such that a deep groove 342 is added as a groove.
  • the depth of the key groove 34 is arbitrary, but the width W1 of the shallow groove 341 and the width W2 of the deep groove 342 are assumed to be W1> W2.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a shaft of a general rotating electrical machine.
  • a key groove 30 and a key groove 31 are processed on the same side as viewed from the center of the shaft 21 '.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are enlarged views of an end portion on the O side of a shaft of a general rotating electric machine, FIG. 11 is a top view, FIG. 12 is a front view, and FIG. 13 is a side view.
  • a single-stage keyway 31 is provided on the O side of the shaft 21 ′ in the same manner as the P side.
  • FIG. 14 is a top view
  • FIG. 15 is a front view
  • FIG. 16 is a side view.
  • FIG. 17 is a top view
  • FIG. 18 is a front view
  • FIG. 19 is a side view.
  • the tip shapes of the keys 32, 33 may be sharpened or R-shaped. In general, however, the processing effort increases. As shown in FIG. 19, rectangular parallelepiped keys 32 and 33 are often used. As a result, the spaces 30a and 31a that are not filled with the rectangular parallelepiped keys 32 and 33 become an unbalance factor of the shaft 21 '.
  • the rotation axis of the spaces 30a and 31a that are not filled with the keys 32 and 33 is the same. Since the moments of inertia are balanced, it is possible to achieve a balance simply by disposing the key grooves 30 and 31 so that the P side and the O side are positioned opposite to the center of the shaft. Further, even when the diameter of the shaft 21 'and the sizes of the keys 32 and 33 are slightly different, the space 31a so that the moment of inertia with respect to the rotation axis of the spaces 30a and 31a not filled with the keys 32 and 33 is the same. If this part is finely adjusted, it is possible to achieve the same balance.
  • the diameter of the shaft 21 ' is different between the P side and the O side, and the sizes of the keys 32 and 33 used are also different.
  • the shaft diameter is smaller on the O side and the key is smaller, and the size of the space 31a not filled with the key 33 shown in FIGS. 17, 18 and 19 is finely adjusted. It is difficult to achieve a balance with the P-side space 30a.
  • the O-side key groove 34 is changed to a shape that increases the space for balancing while maintaining the connecting function of the key 33.
  • FIG. 20 is a top view
  • FIG. 21 is a front view
  • FIG. 22 and FIG. 22 are side views.
  • the spaces 34 a and 34 b that are not filled with the key 33 become an unbalance factor of the shaft 21.
  • the space 34a is the same as the space 31a in FIGS. 17, 18 and 19, and by providing the deep groove 342 as a balance adjusting groove, the space for balancing can be increased by the space 34b. It becomes possible to make the moment of inertia with respect to the rotation axes on the P side and the O side the same. 7, 8, and 9 are processed in the depth direction, and are effective means when the O-side shaft diameter is relatively large.
  • FIGS. 23, 24, and 25 are diagrams showing another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the first embodiment, FIG. 23 is a top view, FIG. 24 is a front view, and FIG. 25 is a side view.
  • FIG. The structure shown in FIGS. 23, 24, and 25 is different from the example shown in FIGS. 7, 8, and 9 in the shape of the key groove.
  • the key groove 35 is a shape obtained by adding a narrow groove 352 as a balance adjustment groove in which the key does not enter at a position behind the front groove 351 as a key fitting groove located on the front side when viewed from the shaft end. It has become.
  • the length of the key groove 35 is arbitrary, but the width W2 of the first groove W1 which is the width of the groove 351 on the near side when viewed from the shaft end and the width W2 of the second groove which is the width of the groove 352 on the back is W1> It is assumed that W2.
  • W1 the width of the groove 351 on the near side when viewed from the shaft end
  • D1 D2
  • the inner groove 352 may be shallower (D1> D2).
  • FIG. 26 is a top view
  • FIG. A front view and FIG. 28 are side views.
  • the spaces 35 a and 35 b that are not filled with the key 33 become an unbalance factor of the shaft 21.
  • the space 35a is the same as the space 31a in the shaft 21 ′ of a general rotating electrical machine, and by providing the back groove 352 as a balance adjusting groove, the space for balancing can be increased by the space 35b. It is possible to make the moments of inertia about the rotation axes on the P side and the O side the same.
  • the key groove shape shown in FIG. 23, FIG. 24 and FIG. 25 is an effective means when the O-side shaft is relatively long because it is processed in the axial direction.
  • the first embodiment has been described.
  • the shaft key groove processing step by providing a groove having a narrower width than the key groove for attaching the key, the balance can be adjusted by the shaft alone. Moreover, since the size of the portion to which the key is attached is not increased in the processing, the key does not move carelessly.
  • the balance of the shaft is adjusted by changing the size of the space that is not filled with the key in the key slot on the O side, so the amount of balance weight used can be reduced. Therefore, it is difficult for the rotating electric machine to be troubled due to the falling off of the balance weight, and the life of the rotating electric machine can be extended.
  • Embodiment 2 FIG.
  • two key grooves having different widths must be formed in the shaft key groove processing step. For this purpose, it is necessary to prepare tools of different sizes when milling the keyway, which increases the labor of the work.
  • a method for realizing the groove having the same width will be described.
  • FIG. 29 is a top view
  • FIG. 30 is a front view
  • FIG. It is a side view.
  • the key groove 36 has the same width as the shallow groove 361 and a deep groove serving as the balance adjusting groove at the second depth deeper than the first depth. 362 is provided.
  • the depth of the key groove 36 is arbitrary, but when the length of the shallow groove 361 is L1 and the length of the deep groove 362 is L2, L1> L2. In the first embodiment, there is no restriction on the length of the key groove 36.
  • the widths of the two grooves 361 and 362 are the same, the length of the key groove 36 is restricted. Yes. Further, in order to fix the key 33, the deep groove 362 cannot be extended to the end. That is, there is a portion where the deep groove 362 is not formed at the end of the shaft 21, and the depth of the key groove 36 is set to the first depth at the end of the shaft 21.
  • FIG. 32, 33 and 34 are views showing a state in which a key is put in the key groove on the O side of the shaft of the second embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention
  • FIG. 32 is a top view
  • FIG. A front view and FIG. 34 are side views.
  • the spaces 36 a and 36 b not filled with the key 33 become an unbalance factor of the shaft 21.
  • the space 36a is the same as the space 31a in the shaft 21 ′ of a general rotating electrical machine, and by providing the deep groove 362 as a balance adjusting groove, the space for balancing can be increased by the amount of the space 36b. It becomes possible to make the moment of inertia with respect to the rotation axes on the P side and the O side the same.
  • the shape of the key groove 36 shown in FIGS. 29, 30 and 31 is an effective means when the shaft diameter on the O side is large because it is processed in the depth direction.
  • FIG. 35, 36 and 37 are diagrams showing another structural example on the O side of the shaft of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
  • FIG. 35 is a top view
  • FIG. 36 is a front view
  • the key groove 37 has a groove 371 in the back as a balance adjustment groove in which the key does not enter at a position behind the groove 371 in the front as a key fitting groove located on the front side when viewed from the shaft end. It is a shape added with the same width. That is, the first width, which is the width of the front groove 371, and the second width, which is the width of the rear groove 372, are the same.
  • the length of the key groove 37 is arbitrary, but when the depth of the front groove 371 is D1 and the depth of the back groove 372 is D2, it is assumed that D1> D2.
  • the width of the front groove 371 and the width of the rear groove 372 are the same. There is a restriction on this.
  • FIGS. 35, 36 and 37 are views showing a state in which a key is inserted in the key groove on the O side of the shaft of another structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment
  • FIG. 38 is a top view
  • FIG. A front view and FIG. 40 are side views.
  • the spaces 37 a and 37 b not filled with the key 33 become an unbalance factor of the shaft 21.
  • the space 37a is the same as the space 31a in a general rotating electrical machine, and by providing the back groove 372 as a balance adjusting groove, the space for balancing can be increased by the space 37b, and the P side It is possible to make the moment of inertia with respect to the rotation axis on the O side the same.
  • the shape of the key groove 37 shown in FIGS. 35, 36 and 37 is an effective means when the shaft on the O side is relatively long because it is processed in the axial direction.
  • the balance adjustment groove is provided on the bottom surface or the back end of the groove into which the key is fitted, but the balance adjustment groove may be provided on both the bottom surface and the back end of the key fitting groove. good. That is, the balance of the shaft is adjusted by changing the size of the space between the first balance adjusting groove provided on the bottom surface of the key fitting groove and the second balance adjusting groove provided on the back end of the key fitting groove. You may make it do.
  • the shaft tip may be D-cut and screwed.
  • D cut unlike the key connection, all the cut portions become the unbalance factor of the shaft.
  • the method described in the first and second embodiments is applied to the key processing so as to balance the D cut portion. Is also possible.
  • the rotating electrical machine according to the present invention is useful in that it includes a shaft that is balance-adjusted alone and that does not cause the key to move carelessly.

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Abstract

　第１の軸径を有する一端部と、前記第１の軸径よりも大きい第２の軸径を有する他端部とを備え、一端部にキー溝（３４）が設けられたシャフト（２１）を用いて回転子が形成された回転電機であって、キー溝（３４）は、キーが嵌合する第１の深さのキー嵌合溝としての浅い溝（３４１）と、浅い溝（３４１）の底面の一部領域が掘り下げられて第１の深さよりも深い第２の深さを有するように形成されたバランス調整溝としての深い溝（３４２）とを有する。シャフト（２１）単体でバランス調整済みであるため回転子全体でのバランス修正の工数を少なくできることに加え、キーが不用意に動いてしまうことを防止できる。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機に関する。
　回転電機において、回転子の重心が回転軸からずれていると、振動などの原因となるため、精度の良いバランス修正が必要である。回転電機の回転子は、シャフトやコア、ベアリングなどから構成されているが、これまでバランス修正は、回転子完成後にコアのエンドリングダボ部分にバランスウェイトとしてのおもりをかしめる方法などで行っていた。
　しかし、シャフトやコアなどの個別部品のアンバランスをまとめて修正するために、回転子全体での修正量が増え、作業工数が多くなるという課題がある。また、バランスウェイト量の増加や、それに伴うかしめしろの不足により、バランスウェイトが脱落するなどの問題も発生する。
　回転子のバランス調整作業を軽減するために、回転子を構成する部品それぞれで、予めバランス修正を行う方法があり、例えば特許文献１には、ファンを取り付けるために外周面の一部を平面状に切削加工したシャフトにおいて、切削加工によって削除された部分と略同質量となるように軸対称に切削加工を施す技術が開示されている。
　また、特許文献２には、キーの未装着部分とキーの嵌合部分との回転軸中心に対するモーメントの総和が零になるようにキー溝の寸法を設定することが開示されている。
特開２００６－２７１１０７号公報 特開２００２－１４２３９５号公報
　特許文献１においては、シャフト単体でバランス調整が可能になるが、そのために切削加工などが追加で必要であり、作業工数が大きく増加するという問題がある。また、特許文献２においては、キー溝加工だけでバランス調整が可能であるものの、キーが取り付けられる部分の大きさが広がってしまうため、キーが不用意に動いてしまうといったことがありうると考えられる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単体でバランス調整済みでキーが不用意に動いてしまうことのないシャフトを備えた回転電機を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の軸径を有する一端部と、第１の軸径よりも大きい第２の軸径を有する他端部とを備え、一端部に第１のキー溝が設けられたシャフトを用いて回転子が形成された回転電機であって、第１のキー溝は、キーが嵌合する第１の深さのキー嵌合溝と、キー嵌合溝の底面の一部領域が掘り下げられて第１の深さよりも深い第２の深さを有するように形成されたバランス調整溝とを有することを特徴とする。
　本発明に係る回転電機は、シャフト単体でバランス調整済みであるため回転子全体でのバランス修正の工数を少なくできることに加え、キーが不用意に動いてしまうことを防止できるという効果を奏する。
図１は、本発明に係る回転電機の実施の形態１の断面形状を示す図である。 図２は、回転子の構造を示す図である。 図３は、シャフトの構造を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＰ側の端部の拡大図である。 図５は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＰ側の端部の拡大図である。 図６は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＰ側の端部の拡大図である。 図７は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図８は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図９は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図１０は、一般的な回転電機のシャフトの構成を示す図である。 図１１は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図１２は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図１３は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図１４は、一般的な回転電機のシャフトのＰ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図１５は、一般的な回転電機のシャフトのＰ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図１６は、一般的な回転電機のシャフトのＰ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図１７は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図１８は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図１９は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図２０は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図２１は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図２２は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図である。 図２３は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図２４は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図２５は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図２６は、実施の形態１に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図２７は、実施の形態１に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図２８は、実施の形態１に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図２９は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図３０は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図３１は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側の端部の拡大図である。 図３２は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図３３は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図３４は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図３５は、実施の形態２に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図３６は、実施の形態２に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図３７は、実施の形態２に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図である。 図３８は、実施の形態２に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図３９は、実施の形態２に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。 図４０は、実施の形態２に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図である。
　以下に、本発明に係る回転電機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の説明においては、シャフトのカップリングや機械装置と連結されて回転力を伝達する側を“Power”の頭文字を取ってＰ側、外扇ファンと連結されるＰ側とは反対側を“Opposite　side”の頭文字を取ってＯ側と表記する。本発明は、Ｐ側及びＯ側の少なくとも一方にキー溝等の加工が施されるものを対象としている。
　本発明では、回転子を構成する部品それぞれで、予めバランス調整を行う。特に、最もアンバランスになりやすいシャフトに対して、バランス調整する方法について説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明に係る回転電機の実施の形態１の断面形状を示す図である。回転電機１は、回転子２と固定子３とから構成され、回転子２の片側には回転電機１の発熱を冷却するために外扇ファン４が取り付けられている。固定子３の外側には、ブラケット５ａ，５ｂ及びフレーム６が取り付けられ、外扇ファン４の外側にはファンカバー７が取り付けられている。
　図２は、回転子の構造を示す図である。回転子２は、コア２２の中心にシャフト２１が通っており、それらをベアリング２３ａ，２３ｂで保持する構造となっている。図３は、シャフトの構造を示す図である。シャフト２１のＰ側には、カップリングや機械装置と連結するためのキーを入れるキー溝３０が彫られている。また、シャフト２１のＯ側にも、外扇ファン４と連結するためのキーを入れるキー溝３４が彫られている。
　本実施の形態では、Ｐ側のキー溝３０とＯ側のキー溝３４とを、軸の中心から見て反対側に設けている。なお、シャフトの長さや加工形状によっては、Ｐ側のキー溝３０とＯ側のキー溝３４とが、軸の中心から見て反対側となる位置に配置されない可能性もあるが、最もバランスが取れる位置に設ければ良く、軸の中心から見て反対側となる位置からずれていても良い。本実施の形態においては、シャフト２１のＯ側の軸径は、Ｐ側の軸径よりも小さくなっている。したがって、本実施の形態においては、Ｏ側の軸径が第１の軸径であり、Ｐ側の軸径が第１の軸径よりも大きい第２の軸径である。また、シャフトの径が小さい方の端部に設けられる第１のキー溝はキー溝３４であり、径が大きい方の端部に設けられる第２のキー溝はキー溝３０である。
　図４、図５及び図６は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＰ側の端部の拡大図であり、図４は上面図、図５は正面図、図６は側面図である。キー溝３０はフライス加工によって形成するため、溝の端の部分がＲ形状になっている。
　図７、図８及び図９は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図であり、図７は上面図、図８は正面図、図９は側面図である。キー溝３４は、キー嵌合溝となる第１の深さの浅い溝３４１の底面の一部領域を掘り下げることによって第１の深さよりも深い第２の深さとして、キーが侵入しないバランス調整溝として深い溝３４２を追加した形状となっている。キー溝３４の深さは任意であるが、浅い溝３４１の幅Ｗ１と深い溝３４２の幅Ｗ２は、Ｗ１＞Ｗ２であるとする。なお、図７、図８及び図９では、浅い溝３４１の長さをＬ１、深い溝３４２の長さをＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２のように図示しているが、同じ長さ（Ｌ１＝Ｌ２）としても、浅い溝３４１の方を長く（Ｌ１＜Ｌ２）してもよい。また、図７、図８及び図９では、深い溝３４２をシャフト２１の軸端から加工しているが、必ずしもそのようにする必要はなく、シャフト２１の途中部分から深い溝３４２を設け、シャフト２１の端部に深い溝３４２が非形成の部分が存在するようにしてもよい。
　次に、本実施の形態に係る回転電機の特徴を説明するための背景技術として、一般的な回転電機のシャフトについて説明する。
　図１０は、一般的な回転電機のシャフトの構成を示す図である。一般的な回転電機のシャフトは、キー溝３０及びキー溝３１が、シャフト２１’の中心から見て同じ側に加工されている。
　シャフトのＰ側の構造に関しては、実施の形態１に係る回転電機のシャフト２１と一般的な回転電機のシャフト２１’とで特別な相違はない。すなわち、一般的な回転電機のシャフト２１’のＰ側には、図４～図６に示した構造と同様のキー溝３０が設けられている。
　図１１、図１２及び図１３は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側の端部の拡大図であり、図１１は上面図、図１２は正面図、図１３は側面図である。シャフト２１’のＯ側にはＰ側と同じく単一段のキー溝３１が施されている。
　図１４、図１５及び図１６は、一般的な回転電機のシャフトのＰ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図であり、図１４は上面図、図１５は正面図、図１６は側面図である。キー３２をキー溝３０に入れた状態において、キー３２で埋められない空間３０ａが形成される。
　図１７、図１８及び図１９は、一般的な回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図であり、図１７は上面図、図１８は正面図、図１９は側面図である。キー３３をキー溝３１に入れた状態において、キー３３で埋められない空間３１ａが形成される。
　キー溝３０，３１のＲ形状部分を塞ぐために、キー３２，３３の先端形状を尖らせたりＲ形状を付けたりする場合もあるが、一般的には加工の手間が増えるため、図１４～図１９に示すように直方体形状のキー３２，３３を使うことが多い。結果として、直方体形状のキー３２，３３で埋められない空間３０ａ，３１ａが、シャフト２１’のアンバランス要因となる。
　シャフト２１’の径の大きさがＰ側とＯ側とで同じで、使用するキー３２，３３の大きさも同じような場合は、キー３２，３３で埋められない空間３０ａ，３１ａの回転軸に対する慣性モーメントが釣り合うため、Ｐ側とＯ側とで軸の中心に対して反対に位置するようにキー溝３０，３１を配置するだけでバランスを取ることが可能である。また、シャフト２１’の径やキー３２，３３の大きさが多少違っている場合でも、キー３２，３３で埋められない空間３０ａ，３１ａの回転軸に対する慣性モーメントが同一となるように、空間３１ａの部分を微調整すれば、同じようにバランスを取ることが可能である。
　しかし一般には、回転電機においては、Ｐ側とＯ側とでシャフト２１’の径が異なり、使用するキー３２，３３の大きさも異なる。ほとんどの場合は、シャフト径はＯ側の方が小さく、キーも小さいものを使用しており、図１７、図１８及び図１９に示したキー３３で埋められない空間３１ａの大きさを微調整するくらいでは、Ｐ側の空間３０ａとのバランスを取ることは困難である。
　このため、本実施の形態では、Ｏ側のキー溝３４をキー３３による連結機能を持たせたまま、バランスを取るための空間を増やすような形状に変更している。
　図２０、図２１及び図２２は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側のキー溝に実際にキーを入れた状態を示す図であり、図２０は上面図、図２１は正面図、図２２は側面図である。キー３３で埋められない空間３４ａ，３４ｂが、シャフト２１のアンバランス要因となる。空間３４ａは、図１７、図１８及び図１９における空間３１ａと同じであり、バランス調整溝としての深い溝３４２を設けることで、空間３４ｂの分だけバランスを取るための空間を増やすことができ、Ｐ側とＯ側の回転軸に対する慣性モーメントを同一にすることが可能となる。なお、図７、図８及び図９のキー溝形状は、深さ方向に加工を行うものであるため、Ｏ側のシャフト径が比較的太い場合に有効な手段である。
　図２３、図２４及び図２５は、実施の形態１に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図であり、図２３は上面図、図２４は正面図、図２５は側面図である。図２３、図２４及び図２５に示す構造は、キー溝の形状が、図７、図８及び図９に示した例とは異なっている。キー溝３５は、軸端から見て手前側に位置するキー嵌合溝としての手前の溝３５１の奥の位置に、キーが侵入しないバランス調整溝とし奥の溝３５２を幅細で追加した形状となっている。キー溝３５の長さは任意であるが、軸端から見て手前の溝３５１の幅である第１の幅Ｗ１と奥の溝３５２の幅である第２の溝の幅Ｗ２は、Ｗ１＞Ｗ２であるとする。なお、図２３、図２４及び図２５では、軸端から見て手前の溝３５１の深さをＤ１、奥の溝３５２の深さをＤ２としたとき、Ｄ１＝Ｄ２のように図示しているが、奥の溝３５２の方を浅く（Ｄ１＞Ｄ２）しても構わない。
　図２６、図２７及び図２８は、実施の形態１に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図であり、図２６は上面図、図２７は正面図、図２８は側面図である。キー３３で埋められない空間３５ａ，３５ｂが、シャフト２１のアンバランス要因となる。空間３５ａは、一般的な回転電機のシャフト２１’における空間３１ａと同じであり、バランス調整溝として奥の溝３５２を設けることで、空間３５ｂの分だけバランスを取るための空間を増やすことができ、Ｐ側とＯ側の回転軸に対する慣性モーメントを同一にすることが可能となる。なお、図２３、図２４及び図２５に示したキー溝形状は、軸方向に加工を行うものであるため、Ｏ側のシャフトが比較的長い場合に有効な手段である。
　以上、実施の形態１について説明したが、シャフトのキー溝加工の工程において、キーを取り付けるためのキー溝よりも細い幅の溝を設けることで、シャフト単体でのバランス調整が可能となる。また、その加工において、キーが取り付けられる部分の大きさを広げているわけではないため、キーが不用意に動くようなことはない。
　Ｏ側のキー溝のキーによって埋められない空間の大きさを変えてシャフトのバランスを調整するため、バランスウェイトの使用量を低減できる。したがって、バランスウェイトの脱落に起因する回転電機の不具合が発生しにくくなり、回転電機の長寿命化を図ることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、シャフトのキー溝加工の工程において、幅が異なる２本のキー溝を作らなくてはならない。そのためには、キー溝のフライス加工時にサイズの異なる工具を用意する必要があり、作業の手間が増大する。実施の形態２では、同じ幅の溝で実現する方法について説明する。
　図２９、図３０及び図３１は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側の端部の拡大図であり、図２９は上面図、図３０は正面図、図３１は側面図である。キー溝３６は、キー嵌合溝としての第１の深さの浅い溝３６１に加え、浅い溝３６１と同じ幅で、第１の深さよりも深い第２の深さでバランス調整溝として深い溝３６２を設けた形状となっている。キー溝３６の深さは任意であるが、浅い溝３６１の長さをＬ１、深い溝３６２の長さをＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２であるとする。実施の形態１では、キー溝３６の長さには制約が無かったが、実施の形態２では、二つの溝３６１，３６２の幅を同じとしたため、キー溝３６の長さに制約が生じている。また、キー３３を固定させるために、深い溝３６２を端部まで伸ばすことはできなくなっている。すなわち、シャフト２１の端部に深い溝３６２が非形成の部分が存在し、シャフト２１の端部ではキー溝３６の深さが第１の深さとなるようにしている。
　図３２、図３３及び図３４は、本発明に係る回転電機の実施の形態２のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図であり、図３２は上面図、図３３は正面図、図３４は側面図である。キー３３で埋められていない空間３６ａ，３６ｂが、シャフト２１のアンバランス要因となる。空間３６ａは、一般的な回転電機のシャフト２１’における空間３１ａと同じであり、バランス調整溝として深い溝３６２を設けることで、空間３６ｂの分だけバランスを取るための空間を増やすことができ、Ｐ側とＯ側の回転軸に対する慣性モーメントを同一にすることが可能となる。なお、図２９、図３０及び図３１に示したキー溝３６の形状は、深さ方向に加工を行うものであるため、Ｏ側のシャフト径が大きい場合に有効な手段である。
　図３５、図３６及び図３７は、実施の形態２に係る回転電機のシャフトのＯ側の別の構造例を示す図であり、図３５は上面図、図３６は正面図、図３７は側面図である。キー溝３７は、軸端から見て手前側に位置するキー嵌合溝としての手前の溝３７１の奥の位置に、キーが侵入しないバランス調整溝としての奥の溝３７２を手前の溝３７１と同じ幅で追加した形状となっている。すなわち、手前の溝３７１の幅である第１の幅と、奥の溝３７２の幅である第２の幅とを同じ幅にしている。キー溝３７の長さは任意であるが、手前の溝３７１の深さをＤ１、奥の溝３７２の深さをＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２であるとする。実施の形態１では、キー溝３７の深さには制約が無かったが、実施の形態２では、手前の溝３７１の幅と奥の溝３７２の幅とを同じとしたため、キー溝３７の深さに制約が生じている。
　図３８、図３９及び図４０は、実施の形態２に係る回転電機の別構造のシャフトのＯ側のキー溝にキーを入れた状態を示す図であり、図３８は上面図、図３９は正面図、図４０は側面図である。キー３３で埋められていない空間３７ａ，３７ｂが、シャフト２１のアンバランス要因となる。空間３７ａは、一般的な回転電機における空間３１ａと同じであり、バランス調整溝として奥の溝３７２を設けることで、空間３７ｂの分だけバランスを取るための空間を増やすことができ、Ｐ側とＯ側の回転軸に対する慣性モーメントを同一にすることが可能となる。なお、図３５、図３６及び図３７に示したキー溝３７の形状は、軸方向に加工を行うものであるため、Ｏ側のシャフトが比較的長い場合に有効な手段である。
　このように、シャフトのキー溝加工の工程において、キーを取り付けるためのキー溝と同じ幅の溝を設けることで、シャフト単体でのバランス調整が可能となる。また、その加工において、キーが取り付けられる部分の大きさを広げているわけではないため、キーが不用意に動くようなことはない。さらに、二つの溝の幅が同一であるため、溝のフライス加工時に同じサイズの工具で加工可能であり、作業工数を少なくすることができる。
　なお、上記の説明では、キーが嵌合する溝の底面又は奥端にバランス調整溝を設けた構造を示したが、キー嵌合溝の底面及び奥端の両方にバランス調整溝を設けても良い。すなわち、キー嵌合溝の底面に設ける第１のバランス調整溝と、キー嵌合溝の奥端に設ける第２のバランス調整溝との合わせた空間の大きさを変えることでシャフトのバランスを調整するようにしても良い。
　また、上記の説明においては、Ｏ側の方がシャフト径が小さく、キーも小さいものを使用しているとして、Ｏ側にキー溝にバランスを取るための空間を増やすような形状に変更する方法について述べた。しかし、Ｐ側の方がシャフト径が小さく、キーも小さいものを使用している場合などは、同様の手法をＰ側のシャフトに適用し、Ｐ側のキー溝にバランスを取るための空間を増やすような形状に変更してもよい。
　また、シャフトに機械装置や外扇ファンを連結するときに、シャフト先端部をＤカットして、ねじ止めする場合もある。Ｄカットの場合はキー連結と違い、カットした部分が全てシャフトのアンバランス要因となる。Ｏ側及びＰ側の一方がＤカットで他方がキー連結の場合、キー加工の方に上記実施の形態１，２で説明した手法を適用し、Ｄカットした部分とバランスを取るようにすることも可能である。
　以上のように、本発明に係る回転電機は、単体でバランス調整済みでキーが不用意に動いてしまうことのないシャフトを備えている点で有用である。
　１　回転電機、２　回転子、３　固定子、４　外扇ファン、５ａ，５ｂ　ブラケット、６　フレーム、７　ファンカバー、２１，２１’　シャフト、２２　コア、２３ａ，２３ｂ　ベアリング、３０，３１，３４，３５，３６，３７　キー溝、３０ａ，３１ａ，３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ　空間、３２，３３　キー、３４１，３６１　浅い溝、３４２，３６２　深い溝、３５１，３７１　手前の溝、３５２，３７２　奥の溝。

Claims (6)

  1. 　第１の軸径を有する一端部と、前記第１の軸径よりも大きい第２の軸径を有する他端部とを備え、前記一端部に第１のキー溝が設けられたシャフトを用いて回転子が形成された回転電機であって、
    　前記第１のキー溝は、キーが嵌合する第１の深さのキー嵌合溝と、該キー嵌合溝の底面の一部領域が掘り下げられて前記第１の深さよりも深い第２の深さを有するように形成されたバランス調整溝とを有することを特徴とする回転電機。
  2. 　前記バランス調整溝は、前記キー嵌合溝と同じ幅であり、前記シャフトの一端での前記キー溝の深さは第１の深さであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　第１の軸径を有する一端部と、前記第１の軸径よりも大きい第２の軸径を有する他端部とを備え、前記一端部に第１のキー溝が設けられたシャフトを用いて回転子が形成された回転電機であって、
    　前記第１のキー溝は、キーが嵌合する第１の幅のキー嵌合溝と、該キー嵌合溝の奥端から前記シャフトの軸方向に沿って前記第１の幅以下の第２の幅で前記他端部側に延在するバランス調整溝とを有することを特徴とする回転電機。
  4. 　前記第２の幅が、前記第１の幅と同じ幅であり、前記キー嵌合溝よりも浅く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
  5. 　第１の軸径を有する一端部と、前記第１の軸径よりも大きい第２の軸径を有する他端部とを備え、前記一端部に第１のキー溝が設けられたシャフトを用いて回転子が形成された回転電機であって、
    　前記第１のキー溝は、キーが嵌合する第１の深さのキー嵌合溝と、該キー嵌合溝の底面の一部領域が掘り下げられて前記第１の深さよりも深い第２の深さを有するように形成された第１のバランス調整溝と、前記キー嵌合溝の奥端から前記シャフトの軸方向に沿って前記第１の幅以下の第２の幅で前記他端部側に延在する第２のバランス調整溝とを有することを特徴とする回転電機。
  6. 　前記シャフトは、前記他端部に第２のキー溝を有し、
    　前記第１のキー溝と前記第２のキー溝とは、前記シャフトの中心に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
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