JP7049935B2 - 回転子端板、回転子及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転子端板、回転子及び回転電機に関する。

永久磁石同期電動機のバランス調整方法として増量法が用いられることがある。増量法では、バランス調整用ウェイトを、回転子端板に設けられた突起部にカシメ固定することによりバランス調整が行われる。ここで、回転子端板は、鋼材で構成される回転子の回転軸に嵌め合い固定するため、アルミニウムで構成された円板部の中心部に鋼材で構成されたリング状の埋め金が設けられている（特許文献１）。

特開２０１２－１６５５３４号公報

しかし、上記構成では、円板部と埋め金との間で、回転子の回転中心軸に平行な方向及び回転子の回転方向における剥がれが生じ、これによって回転子を挟持する回転子端板が崩壊するおそれがある。

そこで、円板部と埋め金との間の剥がれが抑制された回転子端板、回転子及び回転電機を提供する。

実施形態に係る回転子端板は、円板部と、埋め金とを備え、前記埋め金は平面部と側面部を備え、中心部に貫通穴を有する円板形状であり、前記平面部には軸方向に窪んだ凹部が設けられ、前記側面部には弦を構成するように径方向に窪んだ溝部が設けられ、前記凹部と前記溝部には、円板部を構成する金属が埋設されている。

実施形態に係る回転電機の概略構成を示す一部破断斜視図 回転子及び回転軸の概略構成を示す縦断面図 回転子端板の概略構成を示す斜視図 回転子端板の概略構成を示す平面図 回転子端板の概略構成を示す縦断面図 凹部及び溝部の概略構成を示す拡大縦断面図

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明において、回転子の回転中心軸Ｏに対して平行な方向を軸方向と称する。また、回転中心軸Ｏの周りを回転中心軸Ｏに対して同軸に周回する方向を周方向と称する。また、回転中心軸Ｏに対して直行する方向を径方向と称する。

図１は実施形態に係る回転電機の概略構成を示す一部破断斜視図である。図２は、回転子及び回転軸の概略構成を示す縦断面図である。図３は回転子端板の概略構成を示す斜視図、図４は平面図であり図５の矢印方向から見た図、図５は図４におけるＡ－Ｂ－Ｃ－Ｏ－Ｄ線に沿った部分の縦断面図である。図６は凹部１６ａ及び溝部１６ｂの概略構成を示す拡大縦断面図である。

図１に示すように、回転電機１は、ハウジング２、固定子３、及び回転子４を備える。ハウジング２は、フレーム５、及び軸受ブラケット６、７を備える。フレーム５は両側に開口部５ａ、５ｂを有する略円筒形状を呈しており、開口部５ａ、５ｂは円板形状の軸受ブラケット６、７により閉塞されている。

各軸受ブラケット６、７は中央部に貫通孔６ａ、７ａを備えており、貫通孔６ａ、７ａの周りには、貫通孔６ａ、７ａの一部を形成するようにベアリング部６ｂ、７ｂが設けられている。後述する回転子４の回転軸９は貫通孔６ａ、７ａを貫通するようにして、ベアリング部６ｂ、７ｂにより回転自在に固定されている。固定子３は固定子鉄心３ａ及び巻線８を備えており、ハウジング２内に固定されている。

図２に示すように、回転子４は、回転子鉄心４ａを備えている。回転子鉄心４ａは、例えば、円板形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。また、軟磁性粉を加圧成型して形成してもよい。回転子鉄心４ａには、磁石孔４ｂが設けられており、磁石孔４ｂに永久磁石４ｃが埋設配置されている。回転子鉄心４ａの軸方向の両端は端板１０により挟持固定されており、これにより円柱形状の回転子４を構成している。

端板１０は円板部１４と埋め金１６を備えて構成されており、円板部１４と埋め金１６は回転中心軸Ｏを共通にして同軸に接合配置されて一体に構成されている。端板１０の中心部には貫通穴１２が設けられており、貫通穴１２まわりには、埋め金１６が設けられている。埋め金１６の外周及び軸方向の一方の表面には円板部１４が密着して一体的に設けられており、全体として中心に貫通穴１２を備える円板形状の端板１０を構成している。

図３から図５にも示すように、回転子４の中心部には貫通穴４ｄが設けられており、端板１０の中心部に設けられた貫通穴１２に連通している。回転軸９は、貫通穴４ｄ及び１２を貫通しており、貫通穴１２において埋め金１６及び回転子鉄心４ａと焼き嵌めや圧入等により強固に嵌め合わされることにより、軸方向及び回転方向にずれて移動しないように端板１０及び回転子鉄心４ａと固定されている。端板１０の軸方向の表面である平面部１６ｆには、増量法により回転子４のバランス調整を行うための突起部１０ａが設けられている。

図４及び図５に、端板１０の詳細な構成が示されている。端板１０は中心部に貫通穴１２を備え、全体として円板形状を呈しており、貫通穴１２に面して埋め金１６が設けられている。端板１０は、埋め金１６を例えば金属で鋳ぐるみすなわちダイキャスト形成することにより構成されている。端板１０のうち埋め金１６以外の部分は円板形状の金属部により構成されている。

以下、端板１０のうち埋め金１６以外の部分の円板形状の金属部を、円板部１４と称し、当該金属を第１金属と称する。第１金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金である。また、埋め金１６は第１金属とは異なる金属（以下、第２金属と称する）により構成されており、第２金属は例えば鉄すなわち鋼材により構成されている。

埋め金１６には、凹部１６ａ及び溝部１６ｂが設けられている。凹部１６ａは、埋め金１６の軸方向の平面部１６ｆに設けられており、実施形態においてはこの平面状に、周方向に配列された６個の凹部１６ａが設けられた例を示している。凹部１６ａは軸方向から見ると曲率を有したＵ字型形状であり、断面Ｕ字型の凹部は軸方向に延伸している。凹部１６ａの内部は、曲率を有して丸くラウンドしており、少なくとも鋭角の角部が形成されないように構成されている。凹部１６ａの内部は円板部１４を構成する金属により埋設されている。

溝部１６ｂは、埋め金１６の軸方向に対して垂直方向の面、すなわち側面部１６ｃに設けられており、実施形態においては周方向に３個の溝部１６ｂが設けられた例を示している。溝部１６ｂは、円板形状を呈する埋め金１６の側面部１６ｃに、弦を描くように溝部を設けることにより構成されている。溝部１６ｂの断面は、Ｕ字型に曲率を有した凹部を構成している。溝部１６ｂの内部は、曲率を有して丸くラウンドしており、少なくとも鋭角の角部がないように構成されている。溝部１６ｂの内部は円板部１４を構成する金属により埋設されている。

実施形態に係る端板１０、回転子４、回転電機１により以下の効果を奏する。
回転子４の回転子鉄心４ａを挟持固定する端板１０は、埋め金１６と円板部１４により構成されており、全体として円板形状を呈している。埋め金１６は端板１０の中心部に設けられており、回転軸９と接して固定されている。

埋め金１６は、軸方向の平面部１６ｆに設けられた凹部１６ａと、径方向の側面部１６ｃに設けられた溝部１６ｂとを備えている。凹部１６ａは軸方向に延伸しており、その内部は曲率を有して丸くラウンドした凹部となっている。凹部１６ａ内部には円板部１４を構成する金属が入り込んでいる。これにより、埋め金１６と円板部１４がはがれて隙間ができたり、周方向にずれたりすることが抑制される。

溝部１６ｂは埋め金１６の軸方向に対して垂直方向すなわち径方向の側部に設けられている。溝部１６ｂは径方向に延伸しており、その内部は曲率を備えて丸くラウンドした溝部となっている。溝部１６ｂの内部には円板部１４を構成する金属が埋設されている。これにより、埋め金１６と円板部１４がはがれて隙間ができたり、軸方向にずれたりすることが抑制される。

以上より、埋め金１６と円板部１４がはがれて、隙間ができたり、軸方向及び軸方向に対して垂直方向にずれたりすることが抑制されるため、軸方向における抜けが抑制され、回転方向における滑りが抑制される。

また、凹部１６ａ及び溝部１６ｂの内部は曲率を備えて丸くラウンドしており、鋭角の角部が存在しないように構成されている。これにより、凹部１６ａ及び溝部１６ｂの内部に埋設される円板部１４を構成する金属と、凹部１６ａ及び溝部１６ｂ内壁との間に隙間を生じることが抑制される。従って、隙間に存在する空気層による腐食の発生を抑制することができる。

（変形例）
凹部１６ａ及び溝部１６ｂは、図６に示すように、入口部１６ｄ及び窪み内部１６ｅを備えている。凹部１６ａ又は溝部１６ｂを構成する窪みは、凹部１６ａ又は溝部１６ｂを構成する窪みが入口部１６ｄから延伸する方向、すなわち、凹部１６ａの場合は軸方向、溝部１６ｂ場合は径方向に向かうに従って広くなるように構成することができる。すなわち、凹部１６ａでは入口部１６ｄから軸方向に窪み内部１６ｅの径が大きいテーパ形状とすることができる。

溝部１６ｂでは、入口部１６ｄから径方向に向かって、窪み内部１６ｅの寸法が大きいテーパ形状とすることができる。このように構成すると、窪み内部１６ｅの径よりも入口部１６ｄの径の方が小さいため、凹部１６ａ内部に埋設された円板部１４を構成する金属が軸方向に抜けることが抑制される。

また溝部１６ｂは、円板部１４の側面部１６ｃに設けられた入口部１６ｄから径方向に向かって儲けられているため、この窪み内部１６ｅに埋設された円板部１４を構成する金属が凹部１６ａ及び溝部１６ｂの形状に嵌合し、円板部１４を構成する金属の、凹部１６ａ又は溝部１６ｂから抜けることが抑制される。また、溝部１６ｂは端板１０の弦を構成するように構成されているため、周方向すなわち回転方向における滑りが抑制される。

ここで、凹部１６ａの軸方向から見た形状は、丸形状だけでなく、三角、四角等の多角形、又はその他の形状としてもよい。
実施形態では埋め金１６に６個の凹部１６ａが設けられた例を例示したが、これに限定する意図はなく、任意の数とすることができる。また、実施形態では３個の溝部１６ｂが設けられた例を例示したが、これに限定する意図はなく、任意の数とすることができる。

以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転電機、３…固定子、３ａ…固定子鉄心、４…回転子、４ａ…回転子鉄心、９…回転軸、１０…端板、１４…円板部（第１金属部）、１６…埋め金（第２金属部）、１６ａ…凹部、１６ｂ…溝部、１６ｃ…側面部、１６ｄ…入口部、１６ｅ…窪み内部、１６ｆ…平面部

Claims (8)

1. 円板部と、埋め金とを備えた回転子端板において、
   前記埋め金は平面部と側面部を備え、中心部に貫通穴を有する円板形状であり、
   前記平面部には軸方向に窪んだ凹部が設けられ、前記側面部には弦を構成するように径方向に窪んだ溝部が設けられ、
   前記凹部と前記溝部には、円板部を構成する金属が埋設されている回転子端板。
2. 前記凹部を構成する窪み内部には鋭角の角部がない請求項１に記載の回転子端板。
3. 前記溝部を構成する窪み内部には鋭角の角部がない請求項１又は２に記載の回転子端板。
4. 前記凹部は、入口部と窪み内部を備えており、前記入口部の径よりも、前記窪み内部の径の方が大きい請求項１から３の何れか一項に記載の回転子端板。
5. 前記円板部を構成する金属と、前記埋め金を構成する金属は異なる請求項１から４の何れか一項に記載の回転子端板。
6. 前記円板部はアルミニウムにより構成され、埋め金は鉄により構成される請求項５に記載の回転子端板。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の回転子端板を備えて構成される回転子。
8. 請求項７に記載の回転子を備えて構成される回転電機。

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