JP6089100B2

JP6089100B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6089100B2
Application number: JP2015513361A
Authority: JP
Inventors: 良二長谷
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: JPWO2014174552A1; KR101819312B1; WO2014174552A1; CN105191084B; CN105191084A; KR20150133821A

Description

本発明は、回転子に永久磁石を用いた回転電機に係り、回転子の挿入組立作業の作業性を改善できる回転電機に関する。

インナロータを備えた電動機などの回転電機では、固定子とその内側に配置される回転子が狭いギャップをはさんで対向する構造となっている（特許文献１参照）。このような回転電機を製造工場内で製造する際に、固定子の内側へ回転部分を挿入するに当たっては、専用の治具を用いることができる。

一方、かかる回転電機の保守などのために、回転電機の製造工場の外で、専用の治具を用いずに、固定子の内側から回転部分を取り出して再度固定子の内側へ挿入することが必要な場合がある。

特開２００３−４７１８８号公報

インナロータの回転子に永久磁石が用いられている回転電機において、回転子を固定子の内側へ挿入するときに、永久磁石の磁力によって回転子が固定子鉄心に引き寄せられることがある。その場合に、回転子と固定子鉄心とが衝突して、固定子鉄心の内面に傷が付く恐れがあり、作業性が悪い。また、回転子と固定子鉄心とが衝突したさいに生ずる金属粉が回転電機の性能劣化の原因になることもありうる。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、インナロータの回転子に永久磁石が用いられている回転電機において、回転子を固定子の内側へ挿入するときの作業性を改善し、また、回転子と固定子鉄心とが衝突することによって生ずる金属粉の発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機の一つの態様は、水平方向に延びて回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられた回転子と、前記回転子を回転可能に支持する複数の軸受と、前記回転子の半径方向外側との間に間隙を形成して前記回転子の半径方向外側を囲むほぼ円形の開口が形成されて軸に垂直な方向に広がった鋼板が軸方向に積層された固定子鉄心を備えた固定子と、前記軸受および前記固定子を支持するフレームと、を有し、前記シャフトに取り付けられた前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入することにより組み立て可能な回転電機であって、前記回転子は、軸に垂直な方向に広がった複数の鋼板が軸方向に積層された回転子鉄心と、前記回転子鉄心内に挿入された複数の永久磁石と、前記回転子鉄心を軸方向にはさんで配置されてそれぞれが軸に垂直な方向に広がった平円板状の２枚のクランパと、前記２枚のクランパが互いに近づく方向に引っ張り力がかけられるように配置された複数の締め付けボルトと、前記２枚のクランパのうちで前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端クランパに配置されて、前記先端クランパおよび前記回転子鉄心よりも半径方向外側に突出し、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料からなり、ねじによって前記先端クランパに着脱可能に取り付けられた摺動部と、を有すること、を特徴とする。
本発明に係る回転電機の他の一つの態様は、水平方向に延びて回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられた回転子と、前記回転子を回転可能に支持する複数の軸受と、前記回転子の半径方向外側との間に間隙を形成して前記回転子の半径方向外側を囲むほぼ円形の開口が形成されて軸に垂直な方向に広がった鋼板が軸方向に積層された固定子鉄心を備えた固定子と、前記軸受および前記固定子を支持するフレームと、を有し、前記シャフトに取り付けられた前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入することにより組み立て可能な回転電機であって、前記回転子は、軸に垂直な方向に広がった複数の鋼板が軸方向に積層された回転子鉄心と、前記回転子鉄心内に挿入された複数の永久磁石と、前記回転子鉄心を軸方向にはさんで配置されてそれぞれが軸に垂直な方向に広がった平円板状の２枚のクランパと、前記２枚のクランパが互いに近づく方向に引っ張り力がかけられるように配置された複数の締め付けボルトと、前記２枚のクランパのうちで前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端クランパに配置されて、前記先端クランパおよび前記回転子鉄心よりも半径方向外側に突出し、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料からなる摺動部と、前記先端クランパの前記回転子鉄心と反対側の面に取り付けられて、前記摺動部よりも半径方向内側に配置された内部ファンと、を有し、前記内部ファンの軸方向先端の外周部に緩衝部が配置されていること、を特徴とする。

この発明によれば、インナロータの回転子に永久磁石が用いられている回転電機において、回転子を固定子の内側へ挿入するときの作業性を改善し、また、回転子と固定子鉄心とが衝突することによって生ずる金属粉の発生を抑制することができる。

本発明に係る回転電機の第１の実施形態における組立完了状態を示す全体立面図であって、上半を断面図で、下半を外形図で示す図である。本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業開始前の状況を示す全体立断面図である。本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業の終期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子挿入作業の終期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。本発明に係る回転電機の第３の実施形態における内部ファンの先端上部を示す要部拡大立断面図である。本発明に係る回転電機の第４の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明に係る回転電機の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態における組立完了状態を示す全体立面図であって、上半を断面図で、下半を外形図で示す図である。図２は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業開始前の状況を示す全体立断面図である。図３は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。図４は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子挿入作業の終期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。

本発明に係る第１の実施形態の回転電機である電動機１０では、図１および図２に示すように、フレーム１１内に固定子１２が取り付けられ、２個の軸受１３がフレーム１１に支持されている。水平方向に延びたシャフト１４が、軸受１３に回転支持されている。シャフト１４の外側に回転子１５が取り付けられている。

固定子１２は、固定子鉄心１６と、固定子コイル１７とを有する。固定子鉄心１６は、回転軸に垂直に広がる多数枚の鋼板を回転軸方向に積層して構成されている。固定子鉄心１６には、軸方向に延びる複数のスロット（図示せず）が形成され、これらのスロット内に固定子コイル１７（図２参照）が配置されている。固定子コイル１７の軸方向端部はコイルエンド１９で互いに接続される。固定子鉄心１６の半径方向中心部にはほぼ円形の開口２０が形成され、この開口２０内に、回転子１５が半径方向のギャップを介して配置されている。

回転子１５は、回転軸に垂直に広がる多数枚の鋼板を回転軸方向に積層して構成された回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１内に挿入された複数個の永久磁石２２とを有する。回転子鉄心２１の軸方向の両端に先端クランパ２３と後端クランパ２４が配置されている。先端クランパ２３と後端クランパ２４は中央に開口を有して回転軸に垂直に広がる円板状であって、回転子鉄心２１を構成する各鋼板よりも板厚が厚い。

先端クランパ２３と後端クランパ２４は、それらを貫通する複数本の締め付けボルト２５とこれらに螺合するナット２６とによって、互いに近づく方向に締め付けられていて、その締め付け力により、回転子鉄心２１を構成する多数枚の鋼板が互いに締め付けられている。

この開口２０内に軸方向から、回転子１５が、シャフト１４および軸受１３とともに挿入されて組み立てられる。このとき、フレーム１１の負荷側端部から回転子１５等が挿入され、反負荷側のクランパである先端クランパ２３が奥側になる。

先端クランパ２３の外周に沿って摺動部３０が取り付けられている。摺動部３０は環状であって、先端クランパ２３および回転子鉄心２１の外周よりも半径方向外側に突出している。摺動部３０は、固定子鉄心１６の開口２０やコイルエンド１９に接する部分に当接しても固定子鉄心１６やコイルエンド１９を損傷しないように、固定子鉄心１６やコイルエンド１９よりも軟らかい材料とし、ある程度の機械的強度、耐摩耗性、耐熱性を持つものである。たとえばエンジニアリングプラスチックなどの樹脂製であって、より具体的には、テフロン（商品名）、ＭＣナイロン（商品名）などが好適である。

図３および図４に示すように、摺動部３０は、固定子鉄心１６と反対側の軸方向（すなわち反負荷側）に突出し、またその先端部には面取り部３１が形成されている。すなわち、面取り部３１では、軸方向先端に向かってしだいに細くなっている。また、この摺動部３０は、先端クランパ２３にねじ３２によって着脱可能に取り付けられている。

図１に示すように、シャフト１４の反負荷側先端付近には外部ファン６０が取り付けられ、外部ファン６０の外側はファンカバー６１で覆われている。

この実施形態の回転電機を設置した後に、保守などの目的で、回転子１５などをフレーム１１外に取り出し、再びフレーム１１内に戻す場合がある。そのような再組み立ての場合に、はじめに、図２に示すように、シャフト１４に回転子１５および軸受１３を取り付けた状態で、固定部分と回転部分の軸を合わせ、回転部分を軸方向に水平に移動する。なお、このとき、ファンカバー６１はフレーム１１から外されており、外部ファン６０はシャフト１４から外されている。

一般に、固定子１２の開口２０と回転子鉄心２１との間の半径方向ギャップは小さく、しかも回転子鉄心２１に永久磁石２２が挿入されていることから、回転子鉄心２１または先端クランパ２３が固定子１２の開口２０の表面に衝突することが懸念される。しかし、この実施形態では、摺動部３０が先端クランパ２３の半径方向外側および軸方向先端に突出しているため、固定子１２の開口２０の表面やコイルエンド１９に衝突するのは、摺動部３０になる。摺動部３０は固定子鉄心１６やコイルエンド１９よりも軟らかい材料であることから、この衝突があっても固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷を抑制することができる。また、固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷による金属粉の発生を抑制することができ、金属粉の発生による回転電機の性能劣化を抑制することができる。

また、摺動部３０はねじ３２によって着脱可能に取り付けられているので、摺動部３０の損傷が進んだ場合は摺動部３０を新品と取り替えることもできる。

また、摺動部３０の先端に面取り部３１が形成されていることにより、摺動部３０の先端が固定子鉄心１６に衝突しにくく、また、衝突した場合にも、固定子鉄心１６や摺動部３０の先端の損傷が少なくてすむ。また、回転部の挿入作業が円滑になる。

上記説明では、摺動部３０は先端クランパ２３にねじ３２によって着脱可能に取り付けられているものとしたが、必ずしも着脱可能でなくてもよく、たとえば、接着剤で取り付けても、また、コーティングしてもよい。これにより、固定子鉄心１６の損傷と、金属粉の発生を抑制できる。

なお、上記説明では、摺動部３０は固定子鉄心１６およびコイルエンド１９よりも軟らかい材料であるとしたが、回転子１５などを固定子１２内に挿入する際にコイルエンド１９との干渉が問題にならないような場合は、摺動部３０は固定子鉄心１６よりも軟らかい材料であればよい。

［第２の実施形態］
図５は、本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。図６は、本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子挿入作業の終期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。

この実施形態の回転電機の先端クランパ２３の回転子鉄心２１の反対側すなわち反負荷側には内部ファン４０が取り付けられている。内部ファン４０は、回転子鉄心２１の反対側に軸方向に突出して設けられている。しかし、内部ファン４０は、摺動部３０よりも半径方向外側に突出せず、しかも軸方向先端に向かって半径方向に小さくなるように構成されている。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

内部ファン４０は、回転子１５とともに回転してフレーム１１内の空気を循環させて冷却することができる。

この実施形態によれば、内部ファン４０を備えた回転電機においても、第１の実施形態と同様に、回転子１５などを固定子１２内に挿入するに当たり、固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷と、金属粉の発生を抑制することができる。特に、内部ファン４０の先端を先細りにしたため、内部ファン４０の先端が固定子鉄心１６やコイルエンド１９に衝突するのを抑制できる。

［第３の実施形態］
図７は、本発明に係る回転電機の第３の実施形態における内部ファンの先端上部を示す要部拡大立断面図である。

この実施形態は第２の実施形態の変形であって、内部ファン４０の外側先端に面取り部４１が形成されている。そして、その面取り部４１周辺に緩衝部４２が形成されている。緩衝部４２は、固定子鉄心１６やコイルエンド１９よりも軟らかい材料とし、ある程度の機械的強度、耐摩耗性、耐熱性を持つものである。たとえばエンジニアリングプラスチックなどの樹脂製であって、より具体的には、テフロン（商品名）、ＭＣナイロン（商品名）などが好適である。緩衝部４２は、内部ファン４０の表面に、ねじ止めや接着によって取り付けるか、コーティングによって付着させてもよい。

この実施形態によれば、回転子１５などを固定子１２内に挿入するに当たり、第２の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷と、金属粉の発生をさらに抑制することができる。

［第４の実施形態］
図８は、本発明に係る回転電機の第４の実施形態における回転子挿入作業の初期の回転子先端上部とその周辺を示す要部立断面図である。

この実施形態は第１の実施形態の変形であって、先端クランパ２３の回転子鉄心２１の反対側に軸方向に突出して案内部５０が取り付けられている。案内部５０は、外周直径が摺動部３０の外周直径よりも小さいほぼ円筒形であって、先端に向かって細くなっている。案内部５０は、ねじ３２により、摺動部３０とともに先端クランパ２３に取り付けられている。

案内部５０は、固定子鉄心１６の開口２０内に挿入される際に、固定子鉄心１６やコイルエンド１９に当接しても固定子鉄心１６やコイルエンド１９を損傷しないように、固定子鉄心１６やコイルエンド１９よりも軟らかい材料とし、ある程度の機械的強度、耐摩耗性、耐熱性を持つものである。たとえばエンジニアリングプラスチックなどの樹脂製であって、より具体的には、テフロン（商品名）、ＭＣナイロン（商品名）などが好適である。

上記以外の構成は第１の実施形態と同様である。

この実施形態では、案内部５０が軸方向先端に突出しているため、回転子１５などを固定子１２内に挿入するときに、固定子１２の開口２０の表面やコイルエンド１９に初めに衝突するのは、案内部５０になる。案内部５０は先端に向かって細くなっているので固定子鉄心１６やコイルエンド１９に衝突するのを抑制でき、回転部の挿入作業が円滑になる。また、かりに接触しても、案内部５０が固定子鉄心１６やコイルエンド１９よりも軟らかい材料であることから、この衝突があっても固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷を抑制することができる。また、固定子鉄心１６やコイルエンド１９の損傷による金属粉の発生を抑制することができ、金属粉の発生による回転電機の性能劣化を抑制することができる。

また、案内部５０は摺動部３０と同様にねじ３２によって着脱可能に取り付けられているので、案内部５０の損傷が進んだ場合は案内部５０を新品と取り替えることもできる。

［他の実施形態］
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同様に、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ものである。

１０電動機
１１フレーム
１２固定子
１３軸受
１４シャフト
１５回転子
１６固定子鉄心
１７固定子コイル
１９コイルエンド
２０開口
２１回転子鉄心
２２永久磁石
２３先端クランパ
２４後端クランパ
２５締め付けボルト
２６ナット
３０摺動部
３１面取り部
３２ねじ
４０内部ファン
４１面取り部
４２緩衝部
５０案内部
６０外部ファン
６１ファンカバー

Claims

水平方向に延びて回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトに取り付けられた回転子と、
前記回転子を回転可能に支持する複数の軸受と、
前記回転子の半径方向外側との間に間隙を形成して前記回転子の半径方向外側を囲むほぼ円形の開口が形成されて軸に垂直な方向に広がった鋼板が軸方向に積層された固定子鉄心を備えた固定子と、
前記軸受および前記固定子を支持するフレームと、
を有し、前記シャフトに取り付けられた前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入することにより組み立て可能な回転電機であって、
前記回転子は、
軸に垂直な方向に広がった複数の鋼板が軸方向に積層された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心内に挿入された複数の永久磁石と、
前記回転子鉄心を軸方向にはさんで配置されてそれぞれが軸に垂直な方向に広がった平円板状の２枚のクランパと、
前記２枚のクランパが互いに近づく方向に引っ張り力がかけられるように配置された複数の締め付けボルトと、
前記２枚のクランパのうちで前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端クランパに配置されて、前記先端クランパおよび前記回転子鉄心よりも半径方向外側に突出し、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料からなり、ねじによって前記先端クランパに着脱可能に取り付けられた摺動部と、
を有すること、を特徴とする回転電機。
前記先端クランパの前記回転子鉄心と反対側の面に取り付けられて、前記摺動部よりも半径方向内側に配置された内部ファンをさらに有すること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
水平方向に延びて回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトに取り付けられた回転子と、
前記回転子を回転可能に支持する複数の軸受と、
前記回転子の半径方向外側との間に間隙を形成して前記回転子の半径方向外側を囲むほぼ円形の開口が形成されて軸に垂直な方向に広がった鋼板が軸方向に積層された固定子鉄心を備えた固定子と、
前記軸受および前記固定子を支持するフレームと、
を有し、前記シャフトに取り付けられた前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入することにより組み立て可能な回転電機であって、
前記回転子は、
軸に垂直な方向に広がった複数の鋼板が軸方向に積層された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心内に挿入された複数の永久磁石と、
前記回転子鉄心を軸方向にはさんで配置されてそれぞれが軸に垂直な方向に広がった平円板状の２枚のクランパと、
前記２枚のクランパが互いに近づく方向に引っ張り力がかけられるように配置された複数の締め付けボルトと、
前記２枚のクランパのうちで前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端クランパに配置されて、前記先端クランパおよび前記回転子鉄心よりも半径方向外側に突出し、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料からなる摺動部と、
前記先端クランパの前記回転子鉄心と反対側の面に取り付けられて、前記摺動部よりも半径方向内側に配置された内部ファンと、
を有し、
前記内部ファンの軸方向先端の外周部に緩衝部が配置されていること、を特徴とする回転電機。
前記摺動部は、前記先端クランパに前記固定子鉄心よりも軟らかい材料をコーティングして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。
前記内部ファンは、軸方向先端に向かって先細りであること、を特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記摺動部は樹脂製であること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記摺動部は、前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端に向かって細くなるような面取りが形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の回転電機。
前記先端クランパに取り付けられて前記回転子鉄心と反対側の軸方向に向かって突出し、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料からなる案内部をさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
前記案内部は、前記先端クランパに着脱可能に取り付けられていること、を特徴とする請求項８に記載の回転電機。
前記案内部は、前記固定子鉄心よりも軟らかい材料をコーティングして形成されていること、を特徴とする請求項８に記載の回転電機。
前記案内部は樹脂製であること、を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
前記案内部は、前記回転子を前記固定子鉄心の前記開口に軸方向に挿入する際に先に挿入される側の先端に向かって細くなるような面取りが形成されていること、を特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の回転電機。