WO2017122289A1 - 回転電機および加振装置 - Google Patents

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WO2017122289A1
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rotor
electrical machine
rotating electrical
stator
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PCT/JP2016/050785
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Inventor
亮宏 佐久間
興起 仲
涼太 亀井
美樹 前田
英晴 小田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine and a vibration exciter including a stator and a rotor provided inside the stator.
  • Patent Document 1 discloses a rotating electrical machine that realizes low inertia and high torque.
  • the rotating electrical machine shown in Patent Document 1 includes a cylindrical frame, a plurality of brackets that close both ends of the frame, and a plurality of stator cores that are fixed to the inside of the frame and spaced apart from each other in the axial direction.
  • the rotating electrical machine shown in Patent Document 1 includes a rotating shaft provided inside a plurality of stator cores, a plurality of rotor cores fixed to the rotating shaft and provided apart in the axial direction, and a plurality of stator cores. And a bearing support portion extending from the inside of the frame toward the center of the frame.
  • the rotating electrical machine shown in Patent Document 1 is provided on the first end portion side of the rotating shaft and fixed to the bracket, and provided on the second end portion side of the rotating shaft and fixed to the bracket.
  • a second bearing, and a third bearing provided between the plurality of rotor cores and having an outer peripheral portion fixed to the bearing support portion.
  • the intermediate portion of the rotating shaft is rotatably supported by the third bearing.
  • Patent Document 1 requires a plurality of stator cores separated in the axial direction and a bearing support portion for supporting the third bearing. Therefore, compared with the rotary electric machine which does not have a bearing support part, the number of parts increased and there existed a subject that assembly property fell.
  • 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 that can improve assembly while reducing the inertia of the rotor.
  • a rotating electrical machine is a rotating electrical machine including a stator and a rotor provided inside the stator, and the stator has a cylindrical shape.
  • a stator core is provided.
  • the rotor includes a rotary shaft provided inside the stator core, a plurality of rotor cores provided on the outer peripheral surface of the rotary shaft apart from each other, a first bearing provided at one end of the rotary shaft, A second bearing provided at the other end of the shaft; and a third bearing provided on the rotating shaft at a portion where the plurality of rotor cores face each other and having an outer peripheral portion fixed to the stator core.
  • the rotating electrical machine according to the present invention has an effect that the assemblability can be improved while lowering the inertia of the rotor.
  • Sectional drawing of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention Sectional drawing of the stator of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention
  • Sectional drawing of the rotor of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention The figure which shows a state when attaching a 2nd bracket to a flame
  • the perspective view of the bush shown in FIG. Sectional drawing of the rotor with which the rotary electric machine which concerns on Embodiment 3 of this invention is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the stator of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
  • a rotating electrical machine 100 shown in FIG. 1 includes a stator 101 and a rotor 102 provided inside the stator 101.
  • the rotating electrical machine 100 of the first embodiment is a squirrel-cage induction motor, and the rotor 102 is a squirrel-cage rotor.
  • the stator 101 includes a cylindrical frame 10, a first bracket 11 fixed to the first end surface 10a of the frame 10, a second bracket 12 fixed to the second end surface 10b of the frame 10, And a cylindrical stator core 2 fixed to the inside of the frame 10.
  • Each of the first bracket 11 and the second bracket 12 is fixed to the frame 10 using a fastening member (not shown).
  • a through hole 13 is formed at the center of the first bracket 11.
  • a through hole 14 is formed at the center of the second bracket 12.
  • the stator core 2 is manufactured by laminating a plurality of annular thin plates punched from a magnetic steel sheet base material and fixing them by caulking or welding.
  • the stator core 2 is fixed inside the frame 10 by shrink fitting or cold fitting.
  • the stator core 2 is provided with a coil end 23 protruding from the first end surface 2 a of the stator core 2 and a coil end 24 protruding from the second end surface 2 b of the stator core 2.
  • the stator core 2 includes a first inner peripheral surface 21 provided on the first bracket 11 side, a second inner peripheral surface 22 provided on the second bracket 12 side, and a first inner surface.
  • a step 25 provided at the boundary between the peripheral surface 21 and the second inner peripheral surface 22 is provided.
  • the inner diameter ID1 of the first inner peripheral surface 21 is narrower than the inner diameter ID2 of the second inner peripheral surface 22.
  • the rotor 102 shown in FIG. 1 includes a rotating shaft 4 provided inside the stator core 2, a first rotor core 31 fixed to the rotating shaft 4 and provided on the first bracket 11 side, and the rotating shaft 4. And a second rotor core 32 which is fixed to the second bracket 12 and provided on the second bracket 12 side.
  • the rotor 102 includes an end ring 33 provided on one end side in the axial direction of the first rotor core 31 and an end ring 34 provided on the other end side in the axial direction of the first rotor core 31. .
  • the axial direction indicates the direction in which the rotation center line CL extends.
  • the rotor 102 includes an end ring 35 provided on one end side in the axial direction of the second rotor core 32 and an end ring 36 provided on the other end side in the axial direction of the second rotor core 32. .
  • Each of the first rotor core 31 and the second rotor core 32 is manufactured by laminating a plurality of annular thin plates punched from electromagnetic steel plates and fixing them by caulking or welding.
  • a through hole 3a for fitting the rotary shaft 4 is formed inside the first rotor core 31, and a through hole 3b for fitting the rotary shaft 4 is formed inside the second rotor core 32. Is done.
  • a plurality of slots are formed inside each of the first rotor core 31 and the second rotor core 32.
  • the plurality of slots are arranged in the circumferential direction of the rotor.
  • the plurality of slots are filled or inserted with a conductor formed of copper or aluminum.
  • the end rings 33, 34, 35, and 36 short-circuit both ends of the conductor. This forms a squirrel-cage winding.
  • the material of the end rings 33, 34, 35, 36 is aluminum or an aluminum alloy.
  • the rotating shaft 4 is fixed to the through holes 3a and 3b of the first rotor core 31 and the second rotor core 32 by shrink fitting, cold fitting, or press fitting.
  • the rotating shaft 4 transmits rotational energy to a load (not shown) connected to the rotating shaft 4 by rotating integrally with the first rotor core 31 and the second rotor core 32.
  • first bracket 11 side of the rotor 102 may be referred to as a load side
  • second bracket 12 side of the rotor 102 may be referred to as an anti-load side
  • the rotor 102 includes a first bearing 5 provided at one end of the rotating shaft 4 and a second bearing 6 provided at the other end of the rotating shaft 4.
  • the rotor 102 also includes a third bearing 7 provided on the rotating shaft 4 between the first rotor core 31 and the second rotor core 32.
  • Each type of the first bearing 5, the second bearing 6, and the third bearing 7 is a roller bearing or a ball bearing.
  • the first bearing 5 is fitted into the through hole 13 at the center of the first bracket 11, and the outer periphery thereof is fixed to the first bracket 11.
  • the second bearing 6 is fitted into the through hole 14 at the center of the second bracket 12, and the outer periphery thereof is fixed to the second bracket 12.
  • the inner periphery of the third bearing 7 is fixed to the rotating shaft 4 and the outer periphery thereof is fixed to the stator core 2.
  • a first washer 8 is provided between the inner ring of the third bearing 7 and the first rotor core 31.
  • the first washer 8 is provided to prevent contact between the outer ring of the third bearing 7 and the first rotor core 31.
  • a second washer 9 is provided between the inner ring of the third bearing 7 and the second rotor core 32.
  • the second washer 9 is provided to prevent contact between the outer ring of the third bearing 7 and the second rotor core 32.
  • the rotary shaft 4 includes a first bearing 5 fixed to the first bracket 11, a second bearing 6 fixed to the second bracket 12, and a third bearing 7 fixed to the stator core 2. Thus, it is rotatably supported inside the stator 101.
  • Each of the first rotor core 31 and the second rotor core 32 is provided inside the stator core 2 coaxially with the rotation center line CL of the rotation shaft 4.
  • a gap is secured between the outer peripheral surface of each of the first rotor core 31 and the second rotor core 32 of the rotor 102 and the inner peripheral surface of the stator core 2.
  • the first rotor core 31 is assembled on the load side of the rotating shaft 4.
  • the first washer 8 is assembled to the rotary shaft 4 on the non-load side of the first rotor core 31.
  • the third bearing 7 is assembled to the rotary shaft 4 on the opposite side of the first washer 8.
  • the second washer 9 is assembled to the rotary shaft 4 on the side opposite to the load of the third bearing 7.
  • the second rotor core 32 is assembled to the rotating shaft 4 on the side opposite to the load of the second washer 9.
  • the first bearing 5 is assembled to the load-side rotating shaft 4 of the first rotor core 31.
  • the second bearing 6 is assembled to the rotary shaft 4 on the side opposite to the load of the second rotor core 32.
  • FIG. 3 shows a first axial length L1 from the third bearing 7 to the first bearing 5, and a second axial length L2 from the third bearing 7 to the second bearing 6. It is. The relationship between the first axial length L1 and the second axial length L2 will be described later.
  • Dimension of OD3 shown in FIG. 3 is smaller than that of ID1 shown in FIG.
  • the dimension of OD4 shown in FIG. 3 is smaller than the dimension of ID2 shown in FIG.
  • the dimension of OD5 shown in FIG. 3 is equal to the dimension of ID2 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a state where the rotor is assembled inside the stator core shown in FIG. 1 and the second bracket is attached to the frame.
  • the rotor 102 is inserted into the frame 10 through the opening on the opposite side of the frame 10.
  • the rotor 102 is inserted such that each of the first rotor core 31 and the second rotor core 32 does not contact the inner peripheral surface of the stator core 2.
  • the third bearing 7 is disposed between the first rotor core 31 and the second rotor core 32, and the third bearing 7 is It is fixed to the stator core 2.
  • the third bearing 7 is fixed to the stator core 2, whereby the central portion of the rotor 102 is supported by the third bearing 7.
  • vibration of the rotor 102 can be suppressed without adding a bearing fixing member for fixing the third bearing 7.
  • the rotating electrical machine 100 of the first embodiment the number of parts constituting the stator 101 is reduced and the number of assembling steps can be reduced as compared with the rotating electrical machine using the bearing fixing member.
  • the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment does not require a bearing fixing member, the bearing fixing member can be prevented from being damaged and scattered in the rotating electrical machine 100, and reliability during operation of the rotating electrical machine 100 can be prevented. improves.
  • the rotary electric machine 100 of Embodiment 1 does not need to have a structure in which the stator core is divided in the axial direction. In the case of a structure in which the stator core is divided in the axial direction, it is necessary to provide a coil end at each axial end of the divided stator core. Specifically, when the stator core is divided into two, a total of four coil ends are required.
  • the rotating electrical machine 100 of the first embodiment uses one stator core 2, it is only necessary to provide two coil ends 23 and 24. Thereby, the assembly man-hour of the stator 101 can be reduced.
  • the torque is reduced by the gap between the plurality of stator cores.
  • it is necessary to lengthen the axial length of the stator core by the gap. Further, it is necessary to increase the axial length of the rotor core for the gap.
  • the axial length of the rotor core can be relatively shortened, and the inertia of the rotor 102 can be reduced accordingly.
  • the rotating electrical machine 100 of the first embodiment is not limited to a squirrel-cage induction motor, and may be a synchronous motor using a permanent magnet rotor.
  • the end rings 33, 34, 35, and 36 are not necessary, and the assembly man-hour for the rotor 102 can be reduced.
  • Embodiment 1 when the structure of Embodiment 1 is applied to a squirrel-cage induction motor, the rotational moment of the squirrel-cage rotor is smaller than that of the permanent magnet rotor. This is because the volume of the magnetic steel sheet and the permanent magnet constituting the rotor core is higher than the volume of the rotor core constituting the cage rotor.
  • the rotating electrical machine 100 of the first embodiment is a squirrel-cage induction motor, the effect that the assemblability can be improved while lowering the inertia of the rotor 102 is obtained.
  • the step portion 25 is provided on the inner peripheral surface of the stator core 2, but the outer peripheral surface of the third bearing 7 is not provided on the stator core 2 without the step portion 25. It is good also as a structure fixed to an internal peripheral surface.
  • step portion 25 Even if the step portion 25 is not provided, the deflection of the rotating shaft 4 can be suppressed. However, by providing the step portion 25, the movement of the rotor 102 in the axial direction can be restricted, and the vibration in the axial direction when the rotor 102 rotates at high speed. Can be effectively suppressed.
  • the first axial length L1 from the third bearing 7 to the first bearing 5 is the second axis from the third bearing 7 to the second bearing 6. You may comprise so that it may become smaller than direction length L2.
  • the first axial length L1 is configured to be smaller than the second axial length L2, the load on the bearing disposed on the load side is reduced, the life of the bearing is increased, and an even greater radial load. The effect that it can endure is obtained.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a third bearing 7-2 is used instead of the third bearing 7.
  • the diameter of the third bearing 7-2 is smaller than the diameter of the third bearing 7 of the first embodiment.
  • An annular bush 50 is provided between the third bearing 7-2 and the stator core 2.
  • FIG. 6 is a perspective view of the bush shown in FIG.
  • the bush 50 includes a first end surface 54 facing the step portion 25 shown in FIG. 5, a first inner peripheral surface 51 provided on the first end surface 54 side, and a first end surface opposite to the first end surface 54.
  • the inner diameter ID3 of the first inner peripheral surface 51 is narrower than the inner diameter of the second inner peripheral surface 22 of the stator core 2 shown in FIG. 5 and smaller than the outer diameter of the third bearing 7-2.
  • the inner diameter ID4 of the second inner peripheral surface 52 is equal to the outer diameter of the third bearing 7-2 shown in FIG.
  • the outer diameter OD6 of the bush 50 is equal to the inner diameter of the second inner peripheral surface 22 of the stator core 2 shown in FIG.
  • the material of the bush 50 is aluminum alloy, austenitic stainless alloy, copper alloy, cast iron, steel, or iron alloy.
  • A6063 used for extrusion applications or A5056 used for rods is used as the material of the bush 50.
  • SUS303 or SUS304 is used as the material of the bush 50 as an austenitic stainless alloy.
  • chromium copper or beryllium copper is used as the material of the bush 50.
  • gray cast iron typified by FC200 or spheroidal graphite cast iron typified by FCD400 is used as the material of the bush 50.
  • carbon steel represented by SC450 or carbon steel pipe material for mechanical structure represented by STKM is used as the material of the bush 50.
  • chromium molybdenum steel represented by SCM is used as the material of the bush 50.
  • the bush 50 has a first end surface 54 in contact with the step portion 25 shown in FIG. 5, an outer peripheral surface 56 in contact with the second inner peripheral surface 22 of the stator core 2, and a second inner peripheral surface 52 in the third end surface. It is attached so as to be in contact with the outer peripheral surface of the bearing 7-2.
  • the bush 50 according to the second embodiment has an outer diameter OD6 of the second inner circumference of the second rotor core 32 in accordance with the inner diameter dimensional tolerance of the second inner circumference 22 of the second rotor core 32.
  • the inner diameter of the surface 22 can be made equal.
  • the gap between the third bearing 7-2 and the second rotor core 32 is reduced.
  • the vibration of the rotor 102 can be suppressed, wear of the rolling elements in the third bearing 7-2 due to the vibration is suppressed, and the third bearing 7-2 can be used for a long period of time. 2 reliability is improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotor included in the rotating electrical machine according to the third embodiment.
  • a rotating shaft 4-3 is used instead of the rotating shaft 4.
  • the rotating shaft 4-3 is configured to be separable in the axial direction between the first rotor core 31 and the second rotor core 32.
  • the rotary shaft 4-3 has a first shaft 62 disposed on the load side and a second shaft 63 disposed on the anti-load side.
  • a hole 61 is formed at the end of the first shaft 62 on the side opposite to the load.
  • a protrusion 60 having a shape that fits into the hole 61 of the first shaft 62 is formed at the end of the second shaft 63 on the load side.
  • the protrusion 60 has a circular cross section in a direction orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 4-3.
  • the outer peripheral surface of the protrusion 60 is subjected to male screw processing, and the inner peripheral surface of the hole portion 61 is subjected to female screw processing.
  • male screw portion of the protrusion 60 is screwed into the female screw portion of the hole 61, the protrusion 60 fits into the hole 61 and the second shaft 63 is fixed to the first shaft 62.
  • the rotating shaft 4-3 of the third embodiment may be configured as follows.
  • the protrusion 60 is processed so that the outer diameter thereof tapers from the second shaft 63 toward the first shaft 62. (2) The outer diameter on the tip side of the protrusion 60 is smaller than the inner diameter of the hole 61. (3) The outer diameter on the root side of the protrusion 60 is not less than the inner diameter of the hole 61.
  • the frictional force between the outer peripheral surface of the tapered protrusion 60 and the inner peripheral surface of the hole 61 increases as the protrusion 60 is pushed deeper into the hole 61.
  • the second shaft 63 is fixed to the first shaft 62 by this frictional force.
  • the third bearing 7 can be replaced by separating the first shaft 62 and the second shaft 63 during maintenance of the rotor 102-3. Therefore, the maintainability of the third bearing 7 is improved as compared with the first embodiment.
  • the third bearing 7-2 and the bush 50 of the second embodiment can be combined with the rotor 102-3 of the third embodiment. With this configuration, in addition to the effect of the second embodiment, an effect that the maintainability of the third bearing 7-2 is improved can be obtained.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the vibration exciter according to the fourth embodiment.
  • the vibration generator 200 illustrated in FIG. 8 includes a vibration generating unit 201 for transmitting vibration to the vibration table 70.
  • the rotary electric machine 100 according to the first embodiment is built in the vibration generating unit 201, and the vibration generating unit 201 is connected to the vibration table 70 via the rod 202.
  • the mounting table 71 is fixed to the vibration table 70, and the vibration target 72 is fixed to the mounting table 71.
  • An example of the vibration object 72 is an electronic control device.
  • the rotating electrical machine 100 is rotated by starting the vibration device 200, and vibration is transmitted to the vibration table 70, and this vibration acts on the vibration target 72 on the mounting table 71.
  • the vibration device 200 of the fourth embodiment as compared with the case where the rotating electrical machine having the bearing fixing member is used, the maintainability is improved and the reliability is improved by the amount of parts constituting the rotating electrical machine 100 is reduced. To do.
  • a relatively high rotational torque is obtained when the axial length of the rotor is equal, as compared with a rotating electrical machine having a structure in which the stator core is divided in the axial direction. can get. Therefore, the application range is widened, and it becomes possible to perform tests on various vibration objects 72.
  • the axial length of the rotating electrical machine 100 can be shortened as compared with the rotating electrical machine having a structure in which the stator core is divided in the axial direction. Therefore, the size of the vibration device 200 can be reduced.
  • the rotary electric machine 100-2 of the second embodiment may be used for the vibration device 200 of the fourth embodiment.
  • a rotating electrical machine in which the stator 101 of the first embodiment is combined with the rotor 102-3 of the third embodiment is used instead of the rotating electrical machine 100 of the first embodiment. It may be used.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 2 Stator core 2a 1st end face, 2b 2nd end face, 3a, 3b through hole, 4,4-3 rotary shaft, 5 1st bearing, 6 2nd bearing, 7, 7-2 3rd Bearing, 8 first washer, 9 second washer, 10 frame, 10a first end face, 10b second end face, 11 first bracket, 12 second bracket, 13, 14 through hole, 21, 51, 1st inner peripheral surface, 22, 52, 2nd inner peripheral surface, 23, 24 coil end, 25, 53 step part, 31 1st rotor core, 32 2nd rotor core, 33, 34, 35, 36 end ring, 50 bush, 54 first end surface, 55 second end surface, 56 outer peripheral surface, 60 protrusions, 61 holes, 62 first shaft, 63 second shaft, 70 vibration table, 71 mounting table, 72 excitation pair Things, 100,100-2 rotating electric machine, 101 stator, 102,102-3 rotor 200 vibrator, 201 vibration generating unit, 202 rods.

Landscapes

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Abstract

固定子１０１と固定子１０１の内側に設けられる回転子１０２とを備えた回転電機１００であって、固定子１０１は、筒状の固定子鉄心２を備え、回転子１０２は、固定子鉄心２の内側に設けられる回転軸４と、回転軸４の外周面上に設けられる第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２と、回転軸４の一端部に設けられる第１の軸受５と、回転軸４の他端部に設けられる第２の軸受６と、第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２が対向する部分において回転軸４に設けられ、外周部が固定子鉄心２に固定される第３の軸受７とを備える。

Description

回転電機および加振装置
　本発明は、固定子と固定子の内側に設けられる回転子とを備えた回転電機および加振装置に関する。
　加振装置に搭載される回転電機には低慣性かつ高トルクが要求される。特許文献１には低慣性かつ高トルクを実現する回転電機が開示される。
　特許文献１に示す回転電機は、筒状のフレームと、フレームの両端部を閉塞する複数のブラケットと、フレームの内側に固定され軸方向に互いに離れて設けられる複数の固定子鉄心とを備える。
　また特許文献１に示す回転電機は、複数の固定子鉄心の内側に設けられる回転軸と、回転軸に固定され軸方向に離れて設けられる複数の回転子鉄心と、複数の固定子鉄心の間に設けられフレームの内側からフレームの中心に向けて伸びる軸受支持部とを備える。
　また特許文献１に示す回転電機は、回転軸の第１の端部側に設けられブラケットに固定される第１の軸受と、回転軸の第２の端部側に設けられブラケットに固定される第２の軸受と、複数の回転子鉄心の間に設けられ外周部が軸受支持部に固定される第３の軸受とを備える。
　特許文献１に示す回転電機によれば、第３の軸受により回転軸の中間部が回転自在に支持される。これにより、回転子の慣性を低減するために回転子を細長い形状にしても回転子の曲げ剛性が確保され、低慣性かつ高トルクの回転電機を得ることができる。
特開２０１１－１６０５６４号公報
　特許文献１に開示された回転電機では、軸方向に離れた複数の固定子鉄心が必要であると共に、第３の軸受を支持するための軸受支持部が必要である。そのため軸受支持部を備えない回転電機に比べて、部品点数が増加し、組立性が低下するといった課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子の慣性を低下させながら組立性を向上できる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、本発明の回転電機は、固定子と固定子の内側に設けられる回転子とを備えた回転電機であって、固定子は、筒状の固定子鉄心を備える。回転子は、固定子鉄心の内側に設けられる回転軸と、互いに離れて回転軸の外周面上に設けられる複数の回転子鉄心と、回転軸の一端部に設けられる第１の軸受と、回転軸の他端部に設けられる第２の軸受と、複数の回転子鉄心が対向する部分において回転軸に設けられ、外周部が固定子鉄心に固定される第３の軸受とを備える。
　本発明に係る回転電機は、回転子の慣性を低下させながら組立性を向上できるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の断面図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の断面図 図１に示す固定子鉄心の内側に回転子を組み付けると共にフレームに第２のブラケットを取付けるときの状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る回転電機の断面図 図５に示すブッシュの斜視図 本発明の実施の形態３に係る回転電機が備える回転子の断面図 本発明の実施の形態４に係る加振装置の構成図
　以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機および加振装置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。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図２は本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の断面図である。図３は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の断面図である。
　図１から図３を参照して実施の形態１に係る回転電機１００の構成を説明する。
　図１に示す回転電機１００は、固定子１０１と、固定子１０１の内側に設けられる回転子１０２とを備える。実施の形態１の回転電機１００は、かご形誘導電動機であり、回転子１０２はかご形回転子である。
　固定子１０１は、筒状のフレーム１０と、フレーム１０の第１の端面１０ａに固定される第１のブラケット１１と、フレーム１０の第２の端面１０ｂに固定される第２のブラケット１２と、フレーム１０の内側に固定される筒状の固定子鉄心２とを備える。
　第１のブラケット１１および第２のブラケット１２のそれぞれは、図示しない締結部材を用いてフレーム１０に固定される。
　図２に示すように、第１のブラケット１１の中央部には貫通穴１３が形成されている。第２のブラケット１２の中央部には貫通穴１４が形成されている。
　固定子鉄心２は、電磁鋼板母材から打ち抜かれた環状の薄板を複数枚積層して、カシメまたは溶接により固定して製作される。
　図１に示すように固定子鉄心２は、焼き嵌めまたは冷やし嵌めによりフレーム１０の内側に固定される。固定子鉄心２には、固定子鉄心２の第１の端面２ａから突出するコイルエンド２３と、固定子鉄心２の第２の端面２ｂから突出するコイルエンド２４とが設けられる。
　固定子鉄心２は、その内側に、第１のブラケット１１側に設けられる第１の内周面２１と、第２のブラケット１２側に設けられる第２の内周面２２と、第１の内周面２１と第２の内周面２２との境界部に設けられる段差部２５とを備える。
　図２に示すように第１の内周面２１の内径ＩＤ１は、第２の内周面２２の内径ＩＤ２よりも狭い。
　図１に示す回転子１０２は、固定子鉄心２の内側に設けられる回転軸４と、回転軸４に固定され第１のブラケット１１側に設けられる第１の回転子鉄心３１と、回転軸４に固定され第２のブラケット１２側に設けられる第２の回転子鉄心３２とを備える。
　また回転子１０２は、第１の回転子鉄心３１の軸方向の一端側に設けられるエンドリング３３と、第１の回転子鉄心３１の軸方向の他端側に設けられるエンドリング３４とを備える。軸方向は回転中心線ＣＬが伸びる方向を示す。
　また回転子１０２は、第２の回転子鉄心３２の軸方向の一端側に設けられるエンドリング３５と、第２の回転子鉄心３２の軸方向の他端側に設けられるエンドリング３６とを備える。
　第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれは、電磁鋼板から打ち抜かれた複数の環状の薄板を積層して、カシメまたは溶接により固定して製作される。
　第１の回転子鉄心３１の内部には回転軸４を嵌め込むための貫通穴３ａが形成され、第２の回転子鉄心３２の内部には回転軸４を嵌め込むための貫通穴３ｂが形成される。
　また第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれの内部には、図示しない複数のスロットが形成される。
　当該複数のスロットは回転子の周方向に配列される。当該複数のスロットには、銅またはアルミニウムで形成される導体が充填または挿入される。
　エンドリング３３，３４，３５，３６は、当該導体の両端を短絡する。これによりかご形巻線が形成される。
　エンドリング３３，３４，３５，３６の材質はアルミニウムまたはアルミニウム合金である。
　回転軸４は、第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれの貫通穴３ａ，３ｂに、焼き嵌め、冷やし嵌め、または圧入により固定される。
　回転軸４は、第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２と一体に回転することにより、回転軸４に接続される図示しない負荷へ回転エネルギーを伝達する。
　なお以下では、回転子１０２の第１のブラケット１１側を負荷側と称し、回転子１０２の第２のブラケット１２側を反負荷側と称する場合がある。
　回転子１０２は、回転軸４の一端部に設けられる第１の軸受５と、回転軸４の他端部に設けられる第２の軸受６とを備える。
　また回転子１０２は、第１の回転子鉄心３１と第２の回転子鉄心３２との間の回転軸４に設けられる第３の軸受７を備える。
　第１の軸受５、第２の軸受６、および第３の軸受７のそれぞれの種類は、ころ軸受、または玉軸受である。
　第１の軸受５は、第１のブラケット１１の中央部の貫通穴１３に嵌め込まれ、その外周部が第１のブラケット１１に固定される。
　第２の軸受６は、第２のブラケット１２の中央部の貫通穴１４に嵌め込まれ、その外周部が第２のブラケット１２に固定される。
　第３の軸受７は、その内周部が回転軸４に固定され、その外周部が固定子鉄心２に固定される。
　第３の軸受７の内輪と第１の回転子鉄心３１との間には第１のワッシャ８が設けられる。第１のワッシャ８は、第３の軸受７の外輪と第１の回転子鉄心３１との接触を防ぐために設けられる。
　第３の軸受７の内輪と第２の回転子鉄心３２との間には第２のワッシャ９が設けられる。第２のワッシャ９は、第３の軸受７の外輪と第２の回転子鉄心３２との接触を防ぐために設けられる。
　回転軸４は、第１のブラケット１１に固定された第１の軸受５と、第２のブラケット１２に固定された第２の軸受６と、固定子鉄心２に固定された第３の軸受７とにより、固定子１０１の内部で回転自在に支持される。
　第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれは、回転軸４の回転中心線ＣＬと同軸に固定子鉄心２の内側に設けられる。
　回転子１０２の第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれの外周面と固定子鉄心２の内周面との間には、隙間が確保されている。
　図３に示す回転子１０２の組立手順を説明する。
　（１）回転軸４の負荷側に第１の回転子鉄心３１が組み付けられる。
　（２）第１の回転子鉄心３１の反負荷側の回転軸４に第１のワッシャ８が組み付けられる。
　（３）第１のワッシャ８の反負荷側の回転軸４に第３の軸受７が組み付けられる。
　（４）第３の軸受７の反負荷側の回転軸４に第２のワッシャ９が組み付けられる。
　（５）第２のワッシャ９の反負荷側の回転軸４に第２の回転子鉄心３２が組み付けられる。
　（６）第１の回転子鉄心３１の負荷側の回転軸４に第１の軸受５が組み付けられる。
　（７）第２の回転子鉄心３２の反負荷側の回転軸４に第２の軸受６が組み付けられる。
　図３には、第３の軸受７から第１の軸受５までの第１の軸方向長Ｌ１と、第３の軸受７から第２の軸受６までの第２の軸方向長Ｌ２とが示される。第１の軸方向長Ｌ１と第２の軸方向長Ｌ２との関係性に関しては後述する。
　図３には、第１の軸受５の直径ＯＤ１と、第２の軸受６の直径ＯＤ２と、第１の回転子鉄心３１の直径ＯＤ３と、第２の回転子鉄心３２の直径ＯＤ４と、第３の軸受７の直径ＯＤ５との関係が示される。
　ＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３、ＯＤ４、およびＯＤ５は、ＯＤ１＝ＯＤ２＜ＯＤ３＜ＯＤ４＜ＯＤ５の関係性を有する。
　図３に示すＯＤ３の寸法は図２に示すＩＤ１の寸法より小さい。図３に示すＯＤ４の寸法は図２に示すＩＤ２の寸法より小さい。図３に示すＯＤ５の寸法は図２に示すＩＤ２の寸法と等しい。
　図４は図１に示す固定子鉄心の内側に回転子を組み付けると共にフレームに第２のブラケットを取付けるときの状態を示す図である。
　回転子１０２はフレーム１０の反負荷側の開口部からフレーム１０内に挿入される。
　このとき回転子１０２は、第１の回転子鉄心３１および第２の回転子鉄心３２のそれぞれが固定子鉄心２の内周面と接触しないように挿入される。
　そして第３の軸受７が段差部２５に接することにより、回転子１０２の負荷側への位置決めがなされる。
　その後、フレーム１０の反負荷側に第２のブラケット１２が固定される。これにより図１に示す回転電機１００が得られる。
　以上に説明したように実施の形態１の回転電機１００では、第１の回転子鉄心３１と第２の回転子鉄心３２との間に第３の軸受７が配置され、第３の軸受７が固定子鉄心２に固定される。
　第３の軸受７が固定子鉄心２に固定されることにより、回転子１０２の中央部が第３の軸受７に支えられる。
　そのため、回転子１０２の慣性を低下させながらトルクを向上させるために、回転子１０２の軸方向における寸法を長くした場合でも、回転子１０２の曲げ剛性が確保される。これにより回転子１０２のたわみを抑制できる。
　従って、第３の軸受７を固定するための軸受固定部材を追加することなく、回転子１０２の振動を抑制できる。
　その結果、実施の形態１の回転電機１００によれば、軸受固定部材を用いた回転電機に比べて、固定子１０１を構成する部品数が減り、組立工数を低減できる。
　また実施の形態１の回転電機１００は、軸受固定部材が不要であるため、軸受固定部材が破損して回転電機１００内に飛散するといったことも防止でき、回転電機１００の運転時における信頼性が向上する。
　実施の形態１の回転電機１００は固定子鉄心を軸方向に分割した構造にする必要がない。固定子鉄心を軸方向に分割した構造の場合、分割された固定子鉄心のそれぞれの軸方向端部に、コイルエンドを設ける必要がある。具体的には、固定子鉄心が２つに分割されている場合、合計で４つのコイルエンドが必要となる。
　実施の形態１の回転電機１００は、１つの固定子鉄心２を用いるため、２つのコイルエンド２３，２４を設ければよい。これにより固定子１０１の組立工数を低減できる。
　また固定子鉄心を軸方向に分割した構造とした場合、複数の固定子鉄心の間の隙間分だけトルクが減少する。減少したトルクを賄うためには固定子鉄心の軸方向長を当該隙間分だけ長くする必要がある。また当該隙間分の回転子鉄心の軸方向長も長くする必要がある。
　実施の形態１の回転電機１００では、１つの固定子鉄心２を用いるため、回転子鉄心の軸方向長を相対的に短くでき、その分の回転子１０２の慣性を低減できるという効果も得られる。
　なお実施の形態１の回転電機１００は、かご形誘導電動機に限定されず、永久磁石形回転子を用いた同期電動機でもよい。同期電動機の場合、エンドリング３３，３４，３５，３６が不要となり、回転子１０２の組立工数を低減できる。
　一方、実施の形態１の構造をかご形誘導電動機に適用した場合、かご形回転子の回転モーメントは、永久磁石形回転子の回転モーメントより小さくなる。回転子鉄心を構成する電磁鋼板および永久磁石の容積は、かご形回転子を構成する回転子鉄心の容積に比べて高いためである。
　従って実施の形態１の回転電機１００がかご形誘導電動機である場合、回転子１０２の慣性を低下させながら組立性を向上できるという効果が得られる。
　なお実施の形態１の回転電機１００では固定子鉄心２の内周面に段差部２５を設けているが、段差部２５を設けずに、第３の軸受７の外周面が固定子鉄心２の内周面に固定される構造としてもよい。
　段差部２５を設けない場合でも回転軸４のたわみを抑制できるが、段差部２５を設けることにより回転子１０２の軸方向における移動を制限でき、回転子１０２が高速回転する際における軸方向における振動を効果的に抑制できる。
　また実施の形態１の回転子１０２は、第３の軸受７から第１の軸受５までの第１の軸方向長Ｌ１が、第３の軸受７から第２の軸受６までの第２の軸方向長Ｌ２よりも小さくなるように構成してもよい。
　第１の軸方向長Ｌ１が第２の軸方向長Ｌ２よりも小さくなるように構成すれば、負荷側に配置された軸受の荷重が軽減されて軸受寿命が長くなり、またより一層大きなラジアル荷重に耐えられるという効果を得ることができる。
実施の形態２．
　図５は本発明の実施の形態２に係る回転電機の断面図である。
　実施の形態１の回転電機１００と実施の形態２の回転電機１００－２との相違点は以下の通りである。
　（１）第３の軸受７の代わりに第３の軸受７－２が用いられていること。
　（２）第３の軸受７－２の直径は、実施の形態１の第３の軸受７の直径よりも小さいこと。
　（３）第３の軸受７－２と固定子鉄心２との間に環状のブッシュ５０が設けられていること。
　図６は図５に示すブッシュの斜視図である。
　ブッシュ５０は、図５に示す段差部２５と対向する第１の端面５４と、第１の端面５４側に設けられた第１の内周面５１と、第１の端面５４の反対側の第２の端面５５と、第２の端面５５側に設けられた第２の内周面５２と、第１の内周面５１と第２の内周面５２との境界部に設けられる段差部５３とを有する。
　第１の内周面５１の内径ＩＤ３は、図５に示す固定子鉄心２の第２の内周面２２の内径よりも狭く、かつ、第３の軸受７－２の外径よりも狭い。
　第２の内周面５２の内径ＩＤ４は、図５に示す第３の軸受７－２の外径と等しい。
　ブッシュ５０の外径ＯＤ６は、図５に示す固定子鉄心２の第２の内周面２２の内径と等しい。
　ブッシュ５０の材料は、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、または鉄合金である。
　アルミニウム合金としては、押出用途に使用されるＡ６０６３、または棒材に使用されるＡ５０５６がブッシュ５０の材料として用いられる。
　オーステナイト系ステンレス合金としては、ＳＵＳ３０３、またはＳＵＳ３０４がブッシュ５０の材料として用いられる。
　銅合金としては、クロム銅またはベリリウム銅がブッシュ５０の材料として用いられる。
　鋳鉄としては、ＦＣ２００に代表されるねずみ鋳鉄、またはＦＣＤ４００に代表される球状黒鉛鋳鉄がブッシュ５０の材料として用いられる。
　鋼としては、ＳＣ４５０に代表される炭素鋼、またはＳＴＫＭに代表される機械構造用炭素鋼管材がブッシュ５０の材料として用いられる。
　鉄合金としては、ＳＣＭに代表されるクロムモリブデン鋼がブッシュ５０の材料として用いられる。
　ブッシュ５０は、第１の端面５４が図５に示す段差部２５に接し、外周面５６が固定子鉄心２の第２の内周面２２に接し、第２の内周面５２が第３の軸受７－２の外周面に接するように取付けられる。
　実施の形態１では、第２の回転子鉄心３２の内径に寸法公差があると、第３の軸受７と第２の回転子鉄心３２との間に隙間が生じて、回転子１０２の振動を効果的に抑制できなくなる恐れがある。
　実施の形態２のブッシュ５０は、第２の回転子鉄心３２の第２の内周面２２の内径寸法公差に合わせて、その外径ＯＤ６が第２の回転子鉄心３２の第２の内周面２２の内径寸法と等しくなるように製作できる。
　すなわち第２の回転子鉄心３２の内径寸法に合わせてブッシュ５０の外径寸法を調整することにより、第３の軸受７－２と第２の回転子鉄心３２との間の隙間が小さくなる。
　従って、回転子１０２の組み付け精度が向上し、回転子１０２の振動を効果的に抑制できる。
　また回転子１０２の振動を抑制できるため、振動に起因する第３の軸受７－２内の転動体の摩耗が抑制され、第３の軸受７－２の長期使用が可能となり、回転電機１００－２の信頼性が向上する。
実施の形態３．
　図７は実施の形態３に係る回転電機が備える回転子の断面図である。
　実施の形態１の回転子１０２と実施の形態３の回転子１０２－３との相違点は以下の通りである。
　（１）回転軸４の代わりに回転軸４－３が用いられていること。
　（２）回転軸４－３は、第１の回転子鉄心３１と第２の回転子鉄心３２との間において、軸方向に分離可能に構成されていること。
　回転軸４－３は、負荷側に配置される第１の軸６２と、反負荷側に配置される第２の軸６３とを有する。
　第１の軸６２の反負荷側の端部には、穴部６１が形成されている。
　第２の軸６３の負荷側の端部には、第１の軸６２の穴部６１に嵌る形状の突部６０が形成されている。
　突部６０は、回転軸４－３の軸方向と直交する方向における断面が円形である。
　突部６０の外周面には雄ねじ加工が施され、穴部６１の内周面には雌ねじ加工が施される。突部６０の雄ねじ部が穴部６１の雌ねじ部にねじ込まれることで、突部６０が穴部６１に嵌り、第２の軸６３が第１の軸６２に固定される。
　実施の形態３では突部６０の雄ねじ部が穴部６１の雌ねじ部にねじ込まれる構成例を説明したが、実施の形態３の回転軸４－３は以下のように構成してもよい。
　（１）突部６０は、その外径が第２の軸６３から第１の軸６２に向かって先細りとなるように加工される。
　（２）突部６０の先端側の外径は、穴部６１の内径より小さい寸法である。
　（３）突部６０の根本側の外径は、穴部６１の内径以上の寸法である。
　このように構成した回転軸４－３では、突部６０が穴部６１に深く押し込まれるほど、先細りの突部６０の外周面と穴部６１の内周面との間の摩擦力が高まる。この摩擦力により第２の軸６３が第１の軸６２に固定される。
　実施の形態３の回転電機１００によれば、回転子１０２－３のメンテナンス時において、第１の軸６２と第２の軸６３とを分離して第３の軸受７を交換できる。従って実施の形態１よりも第３の軸受７のメンテナンス性が向上する。
　なお実施の形態３の回転子１０２－３には、実施の形態２の第３の軸受７－２およびブッシュ５０を組み合わせることも可能である。この構成により実施の形態２の効果に加えて、第３の軸受７－２のメンテナンス性が向上するという効果を得ることができる。
実施の形態４．
　図８は実施の形態４に係る加振装置の構成図である。
　図８に示す加振装置２００は、加振テーブル７０に振動を伝えるための振動発生部２０１を備える。
　振動発生部２０１には実施の形態１の回転電機１００が内蔵され、振動発生部２０１は、ロッド２０２を介して加振テーブル７０が接続される。
　加振テーブル７０には載置台７１が固定され、載置台７１には加振対象物７２が固定される。加振対象物７２の一例としては、電子制御機器である。
　加振装置２００が起動することにより回転電機１００が回転し、加振テーブル７０には振動が伝わり、この振動が載置台７１上の加振対象物７２に作用する。
　実施の形態４の加振装置２００によれば、軸受固定部材を有する回転電機を用いた場合に比べて、回転電機１００を構成する部品点数が減る分だけメンテナンス性が向上すると共に信頼性が向上する。
　また実施の形態４の加振装置２００によれば、固定子鉄心を軸方向に分割した構造の回転電機と比較して、回転子の軸方向長が等しい場合には相対的に高い回転トルクが得られる。そのため、適用範囲が広がり様々な加振対象物７２の試験を行うことが可能となる。
　また実施の形態４の加振装置２００によれば、固定子鉄心を軸方向に分割した構造の回転電機と比較して、回転電機１００の軸方向長を短くできる。そのため加振装置２００の小型化を図ることができる。
　なお実施の形態４の加振装置２００には、実施の形態１の回転電機１００に代えて、実施の形態２の回転電機１００－２を用いてもよい。
　また実施の形態４の加振装置２００には、実施の形態１の固定子１０１に実施の形態３の回転子１０２－３を組み合わせた回転電機を、実施の形態１の回転電機１００の代わりに用いてもよい。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　２　固定子鉄心、２ａ　第１の端面、２ｂ　第２の端面、３ａ，３ｂ　貫通穴、４，４－３　回転軸、５　第１の軸受、６　第２の軸受、７，７－２　第３の軸受、８　第１のワッシャ、９　第２のワッシャ、１０　フレーム、１０ａ　第１の端面、１０ｂ　第２の端面、１１　第１のブラケット、１２　第２のブラケット、１３，１４　貫通穴、２１，５１　第１の内周面、２２，５２　第２の内周面、２３，２４　コイルエンド、２５，５３　段差部、３１　第１の回転子鉄心、３２　第２の回転子鉄心、３３，３４，３５，３６　エンドリング、５０　ブッシュ、５４　第１の端面、５５　第２の端面、５６　外周面、６０　突部、６１　穴部、６２　第１の軸、６３　第２の軸、７０　加振テーブル、７１　載置台、７２　加振対象物、１００，１００－２　回転電機、１０１　固定子、１０２，１０２－３　回転子、２００　加振装置、２０１　振動発生部、２０２　ロッド。

Claims (8)

  1. 　固定子と前記固定子の内側に設けられる回転子とを備えた回転電機であって、
    　前記固定子は、筒状の固定子鉄心を備え、
    　前記回転子は、
    　前記固定子鉄心の内側に設けられる回転軸と、
    　互いに離れて前記回転軸の外周面上に設けられる複数の回転子鉄心と、
    　前記回転軸の一端部に設けられる第１の軸受と、
    　前記回転軸の他端部に設けられる第２の軸受と、
    　前記複数の回転子鉄心が対向する部分において前記回転軸に設けられ、外周部が前記固定子鉄心に固定される第３の軸受と、
    　を備えることを特徴とする回転電機。
  2. 　前記第１の軸受および第２の軸受のそれぞれの外径は、前記第３の軸受の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記第１の軸受は、前記回転電機の負荷側に配置され、
    　前記第２の軸受は、前記回転電機の負荷の反対側に配置され、
    　前記第３の軸受から前記第１の軸受までの第１の軸方向長は、前記第３の軸受から前記第２の軸受までの第２の軸方向長よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記第３の軸受と前記固定子鉄心の内周面との間に配置される環状のブッシュを備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
  5. 　前記回転子は永久磁石形回転子であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
  6. 　前記回転子はかご形回転子であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
  7. 　前記回転軸は、前記複数の回転子鉄心の間において軸方向に分離可能な構造であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の回転電機。
  8. 　請求項１から請求項７の何れか一項に記載の回転電機を用いたことを特徴とする加振装置。
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