(57)【要約】  回転電機のエンドプレート（２）は、回転軸と直交する面内において、隣接する２つのネジ穴（２３）の中心点Ａとエンドプレート（２）の重心Ｐを通る線をｒ１、ｒ１と内周（２１）の交点（２１ａ）から重心Ｐまでの距離をＲ１、ネジ穴（２３）の中心Ｂとエンドプレート（２）の重心Ｐを通る線をｒ２、ｒ２と内周（２１）の交点（２１ｂ）から重心Ｐまでの距離をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２を満たしている。これにより、エンドプレート（２）の内周側周縁部（２２）の隣接する２つのネジ穴（２３）の間、すなわちネジ穴のない部分に、回転時の応力を集中させることができ、ネジ穴（２３）にかかる応力を低減することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転可能に設けられたシャフト、前記シャフトに固定されたロータ、前記ロータの軸方向の端面に設けられた環状のエンドプレート、前記エンドプレートの内周側周縁部に所定間隔で設けられた複数のネジ穴、及び前記ネジ穴にボルトにより固定されたバッフルを備え、
前記エンドプレートは、前記回転軸と直交する面内において、隣接する２つの前記ネジ穴の中心点と前記エンドプレートの重心を通る線をｒ１、ｒ１と内周の交点から重心までの距離をＲ１、前記ネジ穴の中心と前記エンドプレートの重心を通る線をｒ２、ｒ２と内周の交点から重心までの距離をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２を満たすことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記複数のネジ穴は、前記バッフルが固定された複数のネジ穴を含む第１ネジ穴群と、複数の空ネジ穴を含む第２ネジ穴群とを含み、前記第１ネジ穴群は、前記エンドプレートの前記内周側周縁部の対向する２箇所に設けられたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記エンドプレートは、前記第１ネジ穴群及び前記第２ネジ穴群から任意に選ばれた隣接する２つの前記ネジ穴、または隣接する２つの前記空ネジ穴、または隣接する前記ネジ穴と前記空ネジ穴において、Ｒ１＞Ｒ２を満たすことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記エンドプレートは、前記第２ネジ穴群から任意に選ばれた隣接する２つの前記空ネジ穴において、Ｒ１＞Ｒ２を満たすことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
前記エンドプレートは、内周の少なくとも一部が、波型の曲面であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記エンドプレートは、隣接する２つの前記ネジ穴の間に位置する内周の一部が外周側に窪んだ凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記凹部は、前記回転軸と直交する面における断面形状が半円形、三角形、または矩形であることを特徴とする請求項６記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特にロータの端面に配置されるエンドプレートの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のロータの軸方向に形成された開口には、コイルが埋め込まれている。ロータの軸方向の端面には、コイルの飛び出しを防止する環状のエンドプレートが配置されている。特許文献１に示されるように、エンドプレートには、冷却ガス通風路を形成するためのロータバッフルが設置され、コイルへの冷却ガスの流れを作っている。２極機の場合、ロータバッフルは、エンドプレートの内周側周縁部の対向する２箇所に設置される。【０００３】
従来、回転電機の製造過程において、ロータの回転数を通常運転時の１２０％程度に上げて回転させ、ロータの機械的な健全性を確認する過速度試験が行われている。この試験の際には、ロータ内へのゴミ及び塵等の混入を防ぐため、エンドプレートの内周側周縁部のロータバッフルが設置されていない箇所に、試験用バッフルが設置される。試験用バッフルは、通常運転時には使用されないため、試験後に取り外される。【０００４】
ロータバッフル及び試験用バッフルは、それぞれ複数本のボルトによりエンドプレートに固定される。すなわち、エンドプレートの内周側周縁部には、ロータバッフルを締結するための複数のネジ穴と、試験用バッフルを締結するための複数のネジ穴が設けられている。【０００５】
また、従来の別のエンドプレート構造として、特許文献２には、内周面から斜め方向に延びる複数のスリットを有するエンドプレートが提示されている。このような構造とすることにより、エンドプレートの内周側にかかる応力が分散され、エンドプレートに遠心力膨張や熱膨張が発生した場合でも、エンドプレートとシャフトとの固定状態を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８９７５８７号
【特許文献２】特開２００７−２５９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来のエンドプレートは、内周側周縁部に複数のネジ穴を有しており、回転時に発生する周方向の応力がネジ穴に集中するという問題があった。特に２極機の場合、ロータバッフルの遠心力によりエンドプレートが楕円に変形し、ロータバッフルが設置されていない短軸側のネジ穴に大きな引張力が働き、亀裂が発生することがあった（図７参照）。【０００８】
ネジ穴にかかる応力を低減するためには、エンドプレートの内径を小さくし、ネジ穴の肉厚を大きくすることが有効である。しかし、エンドプレートの内周側の空間は、冷却ガスの通風路となっているため、エンドプレートの内径を小さくすることにより通風路が狭くなり、コイルの冷却性能が低下するという問題が生じる。【０００９】
また、別の方法として、ネジ穴をエンドプレートの外周側に移動させることも有効である。ただし、ネジ穴を外周側に移動させた場合、ネジ穴からバッフルの重心までの距離が長くなり、バッフルを締結するボルトにかかるモーメントが大きくなるため、ボルトの大型化または本数の増加が必要となる。【００１０】
なお、特許文献２では、エンドプレートに内周面から斜め方向に延びる複数のスリットを形成し、エンドプレートの内周側にかかる応力を分散しているが、エンドプレートにロータバッフルを設けることは記載されておらず、ネジ穴にかかる応力については言及されていない。【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、コイルの冷却性能の低下を招くことなく、且つ部品点数の増加または部品の大型化を伴わずに、エンドプレートの内周側周縁部に設けられたネジ穴にかかる応力を低減することが可能なエンドプレート構造を有する回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る回転電機は、回転軸を中心に回転可能に設けられたシャフト、シャフトに固定されたロータ、ロータの軸方向の端面に設けられた環状のエンドプレート、エンドプレートの内周側周縁部に所定間隔で設けられた複数のネジ穴、及びネジ穴にボルトにより固定されたバッフルを備え、エンドプレートは、回転軸と直交する面内において、隣接する２つのネジ穴の中心点とエンドプレートの重心を通る線をｒ１、ｒ１と内周の交点から重心までの距離をＲ１、ネジ穴の中心とエンドプレートの重心を通る線をｒ２、ｒ２と内周の交点から重心までの距離をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２を満たすものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機によれば、エンドプレートの内周側周縁部の隣接する２つのネジ穴の間、すなわちネジ穴のない部分に回転時の応力を集中させることができるため、コイルの冷却性能を低下させることなく、また、部品点数の増加及び部品の大型化を伴わずに、ネジ穴付近にかかる応力を低減することが可能である。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機の一部を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る回転電機の一部を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回転電機のコイルエンド部を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るエンドプレートの一部を示す拡大図である。
【図６】従来の回転電機の一部を示す平面図である。
【図７】従来のエンドプレートの問題点を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る回転電機の一部を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る別のエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る回転電機の一部を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る別のエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る回転電機の一部を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係るエンドプレートの一部を示す平面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係る別のエンドプレートの一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る回転電機について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施の形態１に係る回転電機の一部を示す斜視図及び平面図、図３は、本実施の形態１に係る回転電機のコイルエンド部を示す部分断面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
【００１６】
本実施の形態１に係る回転電機は、ケースの内側に固定されたステータと、ステータの内側に対向配置されたロータを備えている。ロータは、回転軸を中心に回転可能に設けられたシャフト１に固定され、軸方向に積層された多数のコアと、複数の磁石とを備えている。ロータの軸方向の端面には、環状のエンドプレート２が設けられ、磁石の磁力によってコアが軸方向に膨らむことを防止すると共に、磁石の飛び出しを防止している。
【００１７】
エンドプレート２の内周側周縁部２２には、複数のネジ穴２３が所定間隔で設けられている。これらのネジ穴２３の一部に、ボルト４によりロータバッフル３が固定される。エンドプレート２の内周２１側の空間は冷却ガスの通風路であり、ロータバッフル３は、コイルエンド６への冷却ガスの流れを作っている。コイルエンド６の遠心力を受けるリテーニングリング５はシャフト１に固定され、エンドプレート２はリテーニングリング５に固定されている。
【００１８】
本実施の形態１におけるエンドプレート構造について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。図５は、図４中、丸で囲まれた部分の拡大図である。エンドプレート２の内周側周縁部２２には、複数のネジ穴２３が所定間隔Ｌ１で設けられている。図４において、エンドプレート２の重心Ｐは、回転軸と一致している。
【００１９】
エンドプレート２は、回転軸と直交する面内において、隣接する２つのネジ穴２３の中心点Ａとエンドプレート２の重心Ｐを通る線をｒ１、ｒ１と内周２１の交点２１ａから重心Ｐまでの距離をＲ１、ネジ穴２３の中心Ｂとエンドプレート２の重心Ｐを通る線をｒ２、ｒ２と内周２１の交点２１ｂから重心Ｐまでの距離をＲ２とするとき、Ｒ１＞Ｒ２を満たしている。
【００２０】
エンドプレート２の内周２１の少なくとも一部、本実施の形態１では全周は、波型の曲面である。この波型の曲面を軸方向から見たとき、ネジ穴２３のある部分は重心Ｐ側に広がる凸部であり、隣接する２つのネジ穴２３の間は外周側に窪んだ凹部となっている。すなわち、エンドプレート２は、その内周側周縁部２２に凹凸部を有することにより、Ｒ１＞Ｒ２を満たすものである。
【００２１】
本実施の形態１におけるエンドプレート構造による効果について、図６に示す従来の回転電機のエンドプレートと比較して説明する。従来の一般的なエンドプレート２０は、回転時、遠心力により外径側に変形し、周方向の応力が発生する。この周方向の応力は内周２１において最大となり、ネジ穴２３に応力が集中する。
【００２２】
特に２極機の場合、図７に示すように、ロータバッフル３の遠心力により、エンドプレート２は、ロータバッフル３がある方向を長軸とする楕円に変形する。これにより、ロータバッフル３がない短軸側のネジ穴２３に大きな引張力が働き、亀裂が発生することがある。これに対し、本実施の形態１におけるエンドプレート２は、内周側周縁部２２の隣接する２つのネジ穴２３の間、すなわちネジ穴２３のない部分が凹部となっているため、回転時の応力が凹部に集中し、ネジ穴２３付近にかかる応力が低減される。
【００２３】
なお、本実施の形態１におけるエンドプレート２の内径の平均値は、従来のエンドプレート２０の内径より小さくならないように設定される。これにより、冷却ガスの通風路を従来と同様に確保することができる。また、エンドプレート２のネジ穴２３の位置は従来のエンドプレート２０と変わらないため、ロータバッフル３を締結するボルト４の大型化または本数の増加は必要ない。
【００２４】
本実施の形態１に係る回転電機のエンドプレート構造によれば、コイルの冷却性能の低下を招くことなく、且つ部品点数の増加または部品の大型化を伴わずに、エンドプレート２の内周側周縁部２２に設けられたネジ穴２３にかかる応力を低減することが可能である。
【００２５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る回転電機のエンドプレートの一部を示す平面図である。上記実施の形態１では、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に亘って凹凸部を設けたが、本実施の形態２では、エンドプレート２の内周側周縁部２２に部分的に凹凸部２２ａを設けたものである。なお、それ以外の構成については、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２６】
前述のように、２極機の場合、ロータバッフル３は、エンドプレート２の内周側周縁部２２の対向する２箇所に設置される。また、回転電機の製造過程において、ロータの機械的な健全性を確認する過速度試験が行われる。この試験の際には、ロータ内へのゴミ及び塵等の混入を防ぐため、エンドプレート２の内周側周縁部２２のロータバッフル３が設置されていない箇所に、試験用バッフル（図示省略）が設置される。
【００２７】
ロータバッフル３及び試験用バッフルは、それぞれ複数本のボルト４によりエンドプレート２に固定される。試験用バッフルは、試験後に取り外されるため、試験用バッフルを固定するためのネジ穴は、通常運転時には何も固定されていない空の状態である。すなわち、エンドプレート２の内周側周縁部２２には、ロータバッフル３が固定された複数のネジ穴２３ａを含む第１ネジ穴群２４ａと、複数の空ネジ穴２３ｂを含む第２ネジ穴群２４ｂが設けられている（以下、ネジ穴２３ａと空ネジ穴２３ｂを総称してネジ穴２３という）。
【００２８】
２極機の場合、第１ネジ穴群２４ａは、エンドプレート２の内周側周縁部２２の対向する２箇所に設けられ、第２ネジ穴群２４ｂは、第１ネジ穴群２４ａから９０度離れた、対向する２箇所に設けられる。第１ネジ穴群２４ａのネジ穴２３ａと、第２ネジ穴群２４ｂの空ネジ穴２３ｂは、基本的には同じサイズ、構造、及び間隔で設けられる。
【００２９】
上記実施の形態１のように、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に亘って凹凸部が設けられている場合、第１ネジ穴群２４ａ及び第２ネジ穴群２４ｂから任意に選ばれた隣接する２つのネジ穴２３ａ、または隣接する２つの空ネジ穴２３ｂ、または隣接するネジ穴２３ａと空ネジ穴２３ｂにおいて、Ｒ１＞Ｒ２を満たす。
【００３０】
これに対し、本実施の形態２におけるエンドプレート２は、内周側周縁部２２の第２ネジ穴群２４ｂ付近にのみ凹凸部２２ａを設けている。このため、第２ネジ穴群２４ｂから任意に選ばれた隣接する２つの空ネジ穴２３ｂにおいてはＲ１＞Ｒ２を満たすが、第１ネジ穴群２４ａから選ばれた隣接する２つのネジ穴２３ａにおいては、Ｒ１＝Ｒ２である。
【００３１】
エンドプレート２は、回転時、ロータバッフル３がある方向を長軸とする楕円に変形するため、ロータバッフル３がない短軸側、すなわち第２ネジ穴群２４ｂ付近に最大応力が発生する。このため、第２ネジ穴群２４ｂ付近の内周側周縁部２２に凹凸部２２ａを設け、空ネジ穴２３ｂにかかる応力を低減する必要がある。一方、長軸側にかかる応力は短軸側に比べて小さいため、第１ネジ穴群２４ａ付近の内周側周縁部２２には、凹凸部２２ａを設ける必要性は小さい。
【００３２】
凹凸部２２ａを全周に設けた場合は、第１ネジ穴群２４ａと第２ネジ穴群２４ｂを特に区別する必要がなく、ロータバッフル３を固定するネジ穴２３ａが限定されない。一方、凹凸部２２ａを部分的に設けた場合、ロータバッフル３を固定するネジ穴２３ａが限定される。また、エンドプレート２を成型後に凹凸部２２ａを加工する場合、部分的に設ける方が容易であり加工に要する時間が短縮される。
【００３３】
従って、凹凸部２２ａをエンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に設けるか、あるいは部分的に設けるかは、エンドプレート２の加工の手間とコスト、及び回転電機の組み立て性等を考慮して決定すれば良い。
【００３４】
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、回転時に最大応力が発生する第２ネジ穴群２４ｂ付近の内周側周縁部２２に凹凸部２２ａを設けるようにしたので、加工が容易でありコストの上昇を抑えられる。
【００３５】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る回転電機の一部を示す平面図である。本実施の形態３におけるエンドプレート２は、隣接する２つのネジ穴２３の間に位置する内周２１の一部が外周側に窪んだ凹部２５を有することにより、Ｒ１＞Ｒ２を満たすものである。本実施の形態３では、凹部２５は、回転軸と直交する面における断面形状が半円形である。なお、それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態３では、断面形状が半円形の凹部２５をネジ穴２３のない部分に連続的に設けることにより、ネジ穴２３のある部分が凸部となり、凹凸部２２ａが形成される。凹凸部２２ａは、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に設けても良いし、部分的に設けても良い。図１０は、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に亘って凹凸部２２ａを設けた場合を示している。また、図１１は、内周側周縁部２２の第２ネジ穴群２４ｂ付近に凹凸部２２ａを設けた場合を示している。
【００３７】
本実施の形態３によれば、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果に加え、半円形の凹部２５はボール盤等の穴開け作業のみで形成することができるため、加工が簡易である。
【００３８】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る回転電機の一部を示す平面図である。本実施の形態４におけるエンドプレート２は、隣接する２つのネジ穴２３の間に位置する内周２１の一部が外周側に窪んだ凹部２６を有することにより、Ｒ１＞Ｒ２を満たすものである。本実施の形態４では、凹部２６は、回転軸と直交する面における断面形状が三角形（くさび形）である。なお、それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態４では、断面形状が三角形の凹部２６をネジ穴２３のない部分に連続的に設けることにより、ネジ穴２３のある部分が凸部となり、凹凸部２２ａが形成される。凹凸部２２ａは、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に設けても良いし、部分的に設けても良い。図１３は、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に亘って凹凸部２２ａを設けた場合を示している。また、図１４は、内周側周縁部２２の第２ネジ穴群２４ｂ付近に凹凸部２２ａを設けた場合を示している。
【００４０】
本実施の形態４によれば、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果に加え、くさび型の凹部２６は内周２１面から削るだけで形成でき、半円形の凹部２５を設ける場合よりも位置合わせ等の煩雑さが少なく、加工が容易である。
【００４１】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５に係る回転電機の一部を示す平面図である。本実施の形態５におけるエンドプレート２は、隣接する２つのネジ穴２３の間に位置する内周２１の一部が外周側に窪んだ凹部２７を有することにより、Ｒ１＞Ｒ２を満たすものである。本実施の形態５では、凹部２７は、回転軸と直交する面における断面形状が矩形である。なお、それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態５では、断面形状が矩形の凹部２７をネジ穴２３のない部分に連続的に設けることにより、ネジ穴２３のある部分が凸部となり、凹凸部２２ａが形成される。凹凸部２２ａは、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に設けても良いし、部分的に設けても良い。図１６は、エンドプレート２の内周側周縁部２２の全周に亘って凹凸部２２ａを設けた場合を示している。また、図１７は、内周側周縁部２２の第２ネジ穴群２４ｂ付近に凹凸部２２ａを設けた場合を示している。
【００４３】
本実施の形態５においても、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2017149717.tif 000021
2017149717.tif 000022
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