(57)【要約】【課題】回転子の軸ずれ量の計測を簡易に行うことができる回転電機を得ること。【解決手段】回転電機１０は、筒状に形成され第１軸心ＡＸ１を有する固定子１１、固定子１１の内周側又は外周側に空隙を介して配置され第２軸心ＡＸ２の軸周り方向に回転する回転子１２、回転子１２を回転可能に支持する２個の軸受、第１軸心ＡＸ１に対して点対称に配置された１２個のティース１１ｔ、固定子１１の固定子鉄心が固定される第１外郭、及び２個の前記軸受のうちの少なくとも１個を保持する軸受保持部を有すると共に第１軸心と交差する方向へ移動可能に構成された第２外郭を有する。回転電機１０は、ティース１１ｔ１に巻回された巻線１１ｃに発生する誘起電力を計測可能な電圧計測用端子Ｔ１、及びティース１１ｔ２に巻回された巻線１１ｃに発生する誘起電力を計測可能な電圧計測用端子Ｔ２を有する。を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され第１軸心を有する固定子と、前記固定子の内周側又は外周側に空隙を介して配置され第２軸心の軸周り方向に回転する回転子と、前記固定子を覆う外郭と、前記回転子を回転可能に支持する２個の軸受と、前記第１軸心に対して点対称に配置された３個以上のティースを前記固定子に有する回転電機において、
３個以上の前記ティースのうちの２個以上のティースに巻回された巻線に発生する誘起電力を計測可能な電圧計測用端子を有し、
前記外郭は、
前記固定子の固定子鉄心が固定される第１外郭と、
２個の前記軸受のうちの少なくとも１個を保持する軸受保持部を有すると共に前記第１軸心と交差する方向に相対的に移動可能に構成された第２外郭と、
を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記電圧計測用端子は、第１計測端子及び第２計測端子を有し、前記第１計測端子及び前記第２計測端子は同一相に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記電圧計測用端子は、第１計測端子及び第２計測端子を有し、前記第１計測端子及び前記第２計測端子は互いに異なる相に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１計測端子によって計測される巻線が巻回されているティースと、前記第２計測端子によって計測される巻線が巻回されているティースとが前記第１の軸心を中心として軸周りに９０°ずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記電圧計測用端子は、第１計測端子、第２計測端子及び第３計測端子を有し、前記第１計測端子は第１の相に設けられ、前記第２計測端子及び前記第３計測端子は異なる相に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第１計測端子は、１つの前記ティースに巻回された巻線の誘起電力を計測する端子であり、前記第２計測端子及び前記第３計測端子は、２つ以上の前記ティースに跨って巻回された巻線の直列接続された両端に発生する誘起電力を計測する端子である
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第１外郭及び前記第２外郭のうちの何れか一方には、外部からの測定器を、前記誘起電力を計測する端子へ接続するための窓穴が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記固定子鉄心は、前記第１外郭から突出していないことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
筒状に形成され第１軸心を有する固定子と、前記固定子の内周側又は外周側に空隙を介して配置され第２軸心の軸周り方向に回転する回転子と、前記回転子を回転可能に支持する２個の軸受と、前記固定子の固定子鉄心が固定される第１外郭と、２個の前記軸受のうちの少なくとも１個を保持する軸受保持部を有すると共に前記第１軸心と交差する方向に相対的に移動可能に構成された第２外郭と、前記第１軸心に対して点対称に配置された３個以上のティースを前記固定子に有する回転電機の製造方法であって、
前記回転子を外力で回転させる第１ステップと、
前記回転子の回転により３個以上の前記ティースのうちの２個以上のティースに巻回された巻線に発生する誘起電力を計測する第２ステップと、
前記第１軸心と前記第２軸心との間の軸ずれ量を小さくするための誘起電力の目標値となる位置まで前記第２外郭を前記第１軸心と交差する方向へ移動する第３ステップと、
前記第１外郭と前記第２外郭とを固定する第４ステップと、
を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項１０】
前記誘起電力の目標値は、全部の相の相間電圧、又は２つの相の相間電圧、又は１つの相の相電圧を計測した電圧値から求めることを特徴とする請求項９に記載の回転電機の製造方法。
【請求項１１】
前記誘起電力の目標値は、全部の相の口出し部へインピーダンス素子の回路網を接続して相間電圧を等分に分圧した分圧電圧から求めることを特徴とする請求項９に記載の回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子に永久磁石を有する回転電機、及び当該回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、固定子の軸心に対して回転子の軸心がずれた状態で組み立てされる場合がある。以下、固定子の軸心に対する回転子の軸心がずれることを「軸ずれ」と呼び、軸ずれの大きさを「軸ずれ量」と呼ぶ。軸ずれが生じている状態で、回転子が回転すると、回転子に不平衡電磁加振力が生じ、振動及び騒音の原因となる。このため、回転電機を組み立てる場合には、回転子の軸ずれを検出して調整することが行われている。下記特許文献１には、回転子を外部動力により回転させ、固定子の巻線に生じる誘起電力を測定して積分値を算出し、算出した積分値に基づいて回転子の軸心の偏心量を検出する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０１７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の検出方法では、固定子の巻線に生じる誘起電力を全ての巻線に対して測定する必要があり、測定が煩雑となり、測定装置の構造及び測定を行うための回転電機の構造も複雑となり、回転子の軸ずれ量の計測及び回転子の軸ずれの調整を簡易に行うことができないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子の軸ずれ量の計測を簡易に行うことができる回転電機を得ることを目的とする。また、回転子の軸ずれの調整を簡易に行うことができる回転電機の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状に形成され第１軸心を有する固定子と、固定子の内周側又は外周側に空隙を介して配置され第２軸心の軸周り方向に回転する回転子と、固定子を覆う外郭と、回転子を回転可能に支持する２個の軸受と、第１軸心に対して点対称に配置された３個以上のティースを固定子に有する回転電機において、３個以上のティースのうちの２個以上のティースに巻回された巻線に発生する誘起電力を計測可能な電圧計測用端子を有し、外郭は、固定子の固定子鉄心が固定される第１外郭と、２個の前記軸受のうちの少なくとも１個を保持する軸受保持部を有すると共に第１軸心と交差する方向へ移動可能に構成された第２外郭と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固定子の軸心に対する回転子の軸ずれ量の計測と、軸ずれの調整とを簡易に行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る回転電機を示す断面図
【図２】図１に示す回転電機をII−II平面で切断した場合の固定子及び回転子の横断面図
【図３】実施の形態１に係る回転電機における巻線の結線図
【図４】図２に示す各巻線に発生する誘起電力を示すベクトル図
【図５】第１軸心と第２軸心とがずれた状態を示す回転電機の断面図
【図６】図５に示す回転電機をVI−VI平面で切断した場合の固定子及び回転子の横断面図
【図７】軸ずれによる空隙長の変化に対する巻線に発生する誘起電力の関係図
【図８】軸ずれを計測する実施の形態１に係る手法の説明に供する結線図
【図９】軸ずれを最小に調整した後の実施の形態１に係る回転電機の断面図
【図１０】軸ずれ量の計測及び軸ずれ量に基づいて行う軸ずれ調整の処理の流れを示すフローチャート
【図１１】インピーダンス素子の回路網を用いて軸ずれを計測する場合の結線図
【図１２】実施の形態２に係る固定子及び回転子の横断面図
【図１３】実施の形態３に係る固定子及び回転子の横断面図
【図１４】実施の形態３に係る電圧計測用端子の位置を示す結線図
【図１５】実施の形態３における各巻線に発生する誘起電力を示したベクトル図
【図１６】実施の形態４に係る回転電機の横断面図
【図１７】図１６に示す各巻線に発生する誘起電力のベクトル図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態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、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機１０を示す断面図である。図２は、図１に示す回転電機１０をII−II平面で切断した場合の固定子１１及び回転子１２の横断面図である。図３は、実施の形態１に係る回転電機１０における巻線１１ｃの結線図である。なお、図２では、煩雑さを避ける観点から、巻線１１ｃに関する切断面の図示は行っていない。
【００１１】
回転電機１０は、内周が円筒状に形成された固定子１１と、固定子１１の内側に空隙１２ａを介して配置された円筒状の回転子１２と、回転子１２と一体に設けられた回転軸１３と、回転軸１３を回転可能に支持する第１軸受１４及び第２軸受１５と、固定子１１を覆う第１外郭１６及び第２外郭１７とを備えている。
【００１２】
固定子１１は、第１軸心ＡＸ１を有する。固定子１１は、継鉄１１ｙ及びティース１１ｔから成る固定子鉄心１１ａと、巻線１１ｃとを有する。固定子鉄心１１ａは、磁性材料で形成される。磁性材料としては、電磁鋼板、アモルファス、又は圧粉鉄心が例示される。
【００１３】
ティース１１ｔは、継鉄１１ｙから固定子１１の第１軸心ＡＸ１に向けて突出している。ティース１１ｔは、第１軸心ＡＸ１の軸回り方向に点対称に１２個、すなわち３０°おきに設けられている。
【００１４】
巻線１１ｃは、ティース１１ｔに巻回されている。９０°ずれた位置の４つのティース１１ｔに巻かれた４つの巻線１１ｃは、直列に接続されている。直列に接続される４つの巻線１１ｃは、同相となる。実施の形態１では、同相の巻線１１ｃの組が３組形成される。以下、これらの３つの組をＵ相、Ｖ相及びＷ相と表記する。また、Ｕ相を構成する４つの巻線１１ｃを巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４と表記し、Ｖ相を構成する４つの巻線１１ｃを巻線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と表記し、Ｗ相を構成する４つの巻線１１ｃを巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４と表記する。なお、いずれの巻線同士を直列結線して同相とするのかは相数、回転子１２の極数及び固定子１１のティース１１ｔの数、並びに集中巻きか分布巻かによって決まり、さらに、分布巻の場合は、巻線１１ｃが跨いでいるティース１１ｔの数にも依存して決まる。
【００１５】
図３の結線図に示すように、Ｕ相の巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４は直列に接続され、巻線Ｕ１と巻線Ｕ２との中継点は、第１計測端子である電圧計測用端子Ｔ１に接続され、巻線Ｕ２と巻線Ｕ３との中継点は、第２計測端子である電圧計測用端子Ｔ２に接続されている。巻線Ｕ１は、口出し部ＴＵに接続される。巻線Ｕ４は、他相との接続点Ｎに接続される。また、Ｖ相の巻線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、直列に接続されている。巻線Ｖ１は、口出し部ＴＶに接続される。巻線Ｖ４は、他相との接続点Ｎに接続される。また、Ｗ相の巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は、直列に接続されている。巻線Ｗ１は、口出し部ＴＷに接続される。巻線Ｗ４は、他相との接続点Ｎに接続される。電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２及び口出し部ＴＵ，ＴＶ，ＴＷは、第２外郭１７に開けられた窓穴１７ｄを通じて回転電機１０の外部から電圧計測ができる構造となっている。窓穴１７ｄは、第１外郭１６に設けられていてもよい。なお、電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２及び口出し部ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに電気的に接続される導線を外部に引き出すことができる構造であれば、窓穴１７ｄを設けなくてもよい。
【００１６】
続いて、図１及び図２に示すように、回転子１２は、第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に回転する。なお、図１及び図２では、回転子１２の第２軸心ＡＸ２が固定子１１の第１軸心ＡＸ１に一致している場合を示している。回転子１２は、回転軸１３の外周に回転子継鉄１２ｙを介して永久磁石１２ｍを有する。図２に示すように、回転子１２の永久磁石１２ｍは、円筒状に形成され、Ｎ極とＳ極の組合せが第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に９０°おきに４組配置された８極の仕様である。なお、Ｎ極とＳ極の１つの組合せは「１極対」と称され、図２の例は、４極対の永久磁石を有する仕様である。
【００１７】
回転軸１３は、円柱状に形成されている。回転軸１３は、回転子１２との間で軸心を共有する。つまり、回転軸１３の軸心は、第２軸心ＡＸ２に一致する。したがって、回転軸１３は、回転子１２の回転と一体で第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に回転する。回転軸１３は、第２軸心ＡＸ２の軸線方向に、回転子１２の両端から突出した状態で設けられている。回転軸１３は、負荷側軸端部１３ａ及び反負荷側軸端部１３ｂを有する。負荷側軸端部１３ａは、第２軸心ＡＸ２の軸線方向に回転子１２の一端から突出した端部である。また、反負荷側軸端部１３ｂは、第２軸心ＡＸ２の軸線方向における回転子１２の両端のうち負荷側軸端部１３ａとは異なる方から突出した端部である。
【００１８】
第１軸受１４及び第２軸受１５は、第２軸心ＡＸ２の軸線方向に回転子１２を挟む位置に配置されている。第１軸受１４は、回転軸１３の負荷側軸端部１３ａを支持する。第２軸受１５は、回転軸１３の反負荷側軸端部１３ｂを支持する。
【００１９】
第１外郭１６は、円筒状に形成され、回転電機１０の負荷側に配置される。第１外郭１６は、枠部１６ａ、フランジ部１６ｂ及び軸受保持部１６ｃを有している。枠部１６ａは、椀状に曲げられて形成されている。枠部１６ａの側部はフランジ部１６ｂと連結し、若しくは一体的に形成され、回転電機１０の反負荷側に向けられる。フランジ部１６ｂは、第１軸心ＡＸ１の径方向に広がった状態で形成される。軸受保持部１６ｃは、第１軸受１４を保持する。軸受保持部１６ｃは、第１軸心ＡＸ１の軸線方向に回転軸１３を貫通させる貫通孔１６ｄを有している。貫通孔１６ｄは、回転軸１３の負荷側軸端部１３ａの径よりも大きい径を有している。第１外郭１６は、固定子１１を収容保持するために、枠部１６ａの内周面は、固定子１１の外周面に当接される。この実施例では、特に固定子鉄心１１ａから枠部１６ａへの熱伝導を良くするために、固定子鉄心１１ａが枠部１６ａに埋め込まれていて、第１外郭１６の端部を成すフランジ部１６ｂから突出していない例を示している。
【００２０】
第２外郭１７は、円筒状に形成され、回転電機１０の反負荷側に配置される。第２外郭１７は、枠部１７ａ、フランジ部１７ｂ及び軸受保持部１７ｃを有している。
【００２１】
枠部１７ａは、椀状に曲げられて形成されている。枠部１７ａの側部はフランジ部１７ｂと連結し、若しくは一体的に形成され、回転電機１０の負荷側に向けられる。フランジ部１７ｂは、第１軸心ＡＸ１の径方向に広がった状態で形成される。フランジ部１７ｂは、第１外郭１６のフランジ部１６ｂに当接する。軸受保持部１７ｃは、第２軸受１５を保持する。
【００２２】
第２外郭１７は、固定子１１に対して第１軸心ＡＸ１に交差する方向に相対的に移動できる構造となっている。なお、この実施例では、固定子鉄心１１ａが第１外郭１６から突出していないために、固定子鉄心１１ａの外周を用いて嵌合位置合わせすることができず、第２外郭の固定子１１に対する径方向の相対的位置が決めにくい構造となっている。
【００２３】
次に、上記の回転電機１０の製造方法を説明する。なお、ここでは、固定子鉄心１１ａが電磁鋼板製である場合を一例とする。
【００２４】
まず、帯状の電磁鋼板の素材から所望の形状に打ち抜いた鉄心板を複数枚用意し、層間をかしめ、溶接、又は接着によって固定積層して固定子鉄心１１ａを形成する。そして、継鉄１１ｙ及びティース１１ｔに、図示を省略した電気絶縁材を施した上部に巻線１１ｃを配置して固定子１１を形成する。次に、第１外郭１６へ圧入又は焼嵌めにより、固定子１１を装着固定する。一方、回転子１２には回転軸１３を装着し、回転軸１３に第１軸受１４及び第２軸受１５を装着した後、回転子１２を固定子１１の内部に配置させる。そして、固定子１１及び回転子１２を内包するように第２外郭１７を被せる。
【００２５】
このように組まれた回転電機１０において、回転軸１３の負荷側軸端部１３ａに外力を加えて回転子１２を回転させる。すると、巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４に永久磁石１２ｍから発せられる磁束が鎖交し、鎖交磁束の交番により誘起電力ＥＵ１〜ＥＵ４，ＥＶ１〜ＥＶ４，ＥＷ１〜ＥＷ４が各巻線の両端間に発生する。それらを電圧ベクトル図で表すと図４のようになる。図４は、図２に示す各巻線１１ｃに発生する誘起電力を示すベクトル図である。
【００２６】
各巻線に発生する誘起電力は、回転子１２の回転速度の極対数倍すなわち４倍の速度で交番する。各巻線が巻回されているティース１１ｔの内周面の周長、面積、間隔、及び固定子１１の第１軸心ＡＸ１からの距離が等しく、且つ、各巻線の巻回数が等しく、回転子の磁石の各磁極の強さ及び間隔が等しく、さらに、図２のように固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とが一致して、空隙１２ａにおける磁束密度の振幅Ｂｇが全周において等しい場合には、各巻線に発生する誘起電力Ｅは等しくなる。また、この場合、各相内の巻線の誘起電力の位相も等しくなり、図４に示すように、Ｕ相の誘起電力に対して、Ｖ相及びＷ相とは、±１２０°位相がずれた誘起電力となる。このときの空隙における磁束密度の振幅をＢｇａ、誘起電力をＥａとする。
【００２７】
次に、回転電機１０の軸ずれ量を計測する必要性について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とがずれた状態を示す回転電機１０の断面図であり、図６は、図５に示す回転電機１０をVI−VI平面で切断した場合の固定子１１及び回転子１２の横断面図である。
【００２８】
図５及び図６に示すように、回転電機１０は、製造過程における組立精度、又は構成部品の寸法ばらつきにより、第１軸心ＡＸ１と第２軸心ＡＸ２とがずれてしまうことがある。第１軸心ＡＸ１と第２軸心ＡＸ２とがずれると、固定子１１の内周と回転子１２の外周との間の空隙１２ａの距離が不均一になってしまう。この状態は、固定子１１の磁気中心軸と回転子１２の磁気中心軸とがずれた状態であり、機械的なずれと共に、電磁気的にもずれた状態となる。このような状態で、回転子１２が回転すると、不平衡電磁加振力が生じ、振動及び騒音の原因となる。このため、第１軸心ＡＸ１と第２軸心ＡＸ２との間のずれ量を計測して、ずれ量が小さくなるように調整する必要がある。
【００２９】
次に、回転電機１０の軸心の調整方法について説明する。
【００３０】
まず、ずれ量計測の原理について説明する。いま、永久磁石１２ｍが径方向に着磁されていて、図６に示されるように、永久磁石１２ｍの内径側に回転子継鉄１２ｙを有する構造の場合を考える。このとき、空隙１２ａにおける磁束密度の振幅をＢｇ、空隙１２ａの距離をＬｇ、永久磁石１２ｍの厚みをＬｍ、永久磁石１２ｍのリコイル比透磁率をμr、永久磁石１１ｍの残留磁束密度をＢｒとすると、次の近似式が成り立つ。
【００３１】
Ｂｇ＝Ｂｒ／（１＋μｒ・Ｌｇ／Ｌｍ）  …（式１）
【００３２】
ここで、固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とが一致したときの磁束密度の振幅Ｂｇ及び空隙１２ａの距離ＬｇをそれぞれＢｇａ、Ｌｇａとする。このとき、回転子１２の第２軸心ＡＸ２が、巻線Ｕ１が巻回されているティース１１ｔの方向へΔＬｇずれているとすると、これらＬｇ，Ｌｇａ，ΔＬｇの間には、次式で示す関係がある。
【００３３】
Ｌｇ＝Ｌｇａ−ΔＬｇ      …（式１−１）
【００３４】
よって、固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とがずれているときの磁束密度の振幅Ｂｇu１は、上記（式１）に上記（式１−１）を代入することにより、次式ように表すことができる。
【００３５】
Ｂｇｕ１＝Ｂｒ／｛１＋μｒ・（Ｌｇａ−ΔＬｇ）／Ｌｍ｝    …（式２）
【００３６】
さらに、上記（式２）は、次式のように展開することができる。
【００３７】
Ｂｇｕ１＝｛Ｂｒ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）｝
／｛１−μｒ・ΔＬｇ／Ｌｍ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）｝…（式３）
【００３８】
ここで、リコイル比透磁率μrの典型的な値は１．０５〜３．６である。また、ΔＬｇはＬｇａ及びＬｍに対して十分小さく設計できるので、上記（式３）の分母の第２項は第１項の１に対して十分小さく、上記（式３）は次式の近似式で表すことができる。
【００３９】
Ｂｇｕ１≒｛Ｂｒ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）｝・
｛１＋μｒ・ΔＬｇ／Ｌｍ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）｝…（式４）
＝Ｂｇａ＋ΔＢｇ        
【００４０】
上記（式４）の最後の式に記載したように、（式４）の第１項をＢｇａとし、第２項をΔＢｇとすれば、これらＢｇａ及びΔＢｇは、次式で表すことができる。
【００４１】
Ｂｇａ＝Ｂｒ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）    …（式５）
【００４２】
ΔＢｇ＝Ｂｇａ・μｒ・ΔＬｇ／Ｌｍ／（１＋μｒ・Ｌｇａ／Ｌｍ）…（式６）
【００４３】
上記（式６）から理解できるように、磁束密度の振幅Ｂｇの増加量ΔＢｇは、空隙１２ａの距離Ｌｇの減少量ΔＬｇに比例することになる。
【００４４】
ここで、巻線１１ｃの誘起電力Ｅは、磁束密度の振幅Ｂｇに比例するため、空隙１２ａの距離Ｌｇと巻線１１ｃの誘起電力ＥＵ１との関係を把握する必要がある。図７は、軸ずれによる空隙長の変化に対する巻線に発生する誘起電力の関係を示す図である。図７において、横軸には空隙１２ａの距離Ｌｇをとり、縦軸には誘起電力ＥＵ１を示している。図７に示す関係図が得られている場合、ずれ方向のティース１１ｔに巻回された巻線１１ｃの両端に発生する誘起電力のずれていないときの電圧ＥＵ１aからの変位ΔＥＵ１を計測することにより、空隙１２ａの距離Ｌｇの減少量ΔＬｇを把握することができる。
【００４５】
この場合、ティース１１ｔの内周面全体へ鎖交する磁束による誘起電力を計測することになるため、固定子１１の第１軸心ＡＸ１の軸線方向における空隙１２ａの距離Ｌｇが異なる場合、すなわち固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とが平行でない場合にはティース１１ｔの内周面と回転子外周との平均的な距離を計測することになる。
【００４６】
なお、上記では、回転子継鉄１２ｙを有し、永久磁石１２ｍが径方向に着磁されている構造の場合を一例とし、式展開によって、空隙１２ａの距離Ｌｇに対する空隙１２ａの磁束密度の振幅Ｂｇ及び誘起電力Ｅとの関係を説明したが、本例に限定されるものではない。回転子継鉄１２ｙを有せず磁極間で配勾をかけた極異方性磁石の場合、又は鉄心内に磁石を埋め込んだＩＰＭ構造の場合にも、図７に示す関係は観測される。
【００４７】
次に、前述の構造で上記原理を用いて軸ずれ量を計測し、結果に基づいて軸心を調整する方法について、図５から図９の図面を適宜参照して説明する。図８は、軸ずれを計測する手法の説明に供する結線図である。図９は、軸ずれを最小に調整した後の回転電機１０の断面図である。
【００４８】
まず、図５に示すように、回転軸１３の負荷側軸端部１３ａに外部動力源である回転駆動部１８を取り付ける。次に、回転駆動部１８により、回転軸１３を第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に回転させる。すると、回転軸１３の回転により、当該回転軸１３と一体で回転子１２が第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に回転する。
【００４９】
固定子１１の口出し部ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ及び電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２には、ＴＵ−ＴＶ間、ＴＶ−ＴＷ間、ＴＷ−ＴＵ間、ＴＵ−Ｔ１間及びＴ１−Ｔ２間には、図８に示す結線で電圧測定器１９を接続しておく。
【００５０】
回転駆動部１８により回転子１２を第２軸心ＡＸ２の軸回り方向に回転し、電圧測定器１９で計測したＴＵ−ＴＶ間、ＴＶ−ＴＷ間、ＴＷ−ＴＵ間、ＴＵ−Ｔ１間、Ｔ１−Ｔ２間の各電圧値を、Ｖuv，Ｖvw，Ｖwu，ＥＵ１及びＥＵ２とする。
【００５１】
固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とが一致しているときの巻線１１ｃに発生する誘起電力Ｅａは、各相に発生する誘起電力を４等分した電圧となり、次式で表すことができる。
【００５２】
Ｅａ＝｛（Ｖuv＋Ｖvw＋Ｖwu）／３／√３｝／４      …（式７）
【００５３】
なお、軸心の調整前に第１軸心ＡＸ１と第２軸心ＡＸ２とがずれていても、誘起電力が増加する巻線１１ｃの誘起電力と、誘起電力が減少する巻線１１ｃの誘起電力とを合成するので、（式７）で求めた値は、ほとんど変わらない。また、第２軸心ＡＸ２を調整しながら誘起電力Ｅａを求めることができるので、誘起電力Ｅａの変化は問題とならない。
【００５４】
誘起電力ＥＵ１及び誘起電力ＥＵ２は、図６に示すように、固定子１１の第１軸心ＡＸ１を中心として軸周りに９０°ずれた位置にあるティース１１ｔ１及びティース１１ｔ２の鎖交磁束による誘起電力が計測される。これら２つの誘起電力ＥＵ１，ＥＵ２のそれぞれと、軸心が一致したときの（式７）から求まる誘起電力Ｅａとによって、軸ずれ量が求められる。具体的に説明すると、誘起電力ＥＵ１と電圧ＥＵ１ａとの差分を図７に適用することで、ティース１１ｔ１の方向の軸ずれ量ΔＬｇが求められ、また、誘起電力ＥＵ２と電圧ＥＵ１ａとの差分を図７に適用することで、ティース１１ｔ２の方向の軸ずれ量ΔＬｇが求められる。そして、求められた２つの方向の軸ずれ量ΔＬｇに基づいて、図９に示すように第２外郭１７を第１軸心ＡＸ１と交差する方向に移動させると共に、第２軸受１５を移動して回転子１２の第２軸心ＡＸ２の傾きを変える。このような調整作業を行いつつ、誘起電力ＥＵ１及び誘起電力ＥＵ２を、（式７）で求められる誘起電力Ｅａに一致させたところで調整を終了し、結合手段２０により第１外郭１６と第２外郭１７とを結合する。結合手段２０としては、溶接あるいは接着といった手法が例示できるが、どのような手段又は手法を用いてもよい。
【００５５】
なお、図８では、電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２をＵ相に設ける構成を例示したが、電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２をＶ相又はＷ相に設けてもよい。
【００５６】
図１０は、上述した軸ずれ量の計測及び軸ずれ量に基づいて行う軸ずれ調整の処理の流れを示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１０１では、回転軸の負荷側軸端部へ外部動力により外力を加えて回転子を回転させる。ステップＳ１０２では、回転子の回転駆動により巻線に発生する誘起電力を計測器により計測する。ステップＳ１０３では、軸ずれ量が最小となる誘起電力の目標値となる位置まで第２外郭を固定子の軸心である第１軸心と交差する方向へ移動する。ステップＳ１０４では、第１外郭と第２外郭とを固定する。
【００５８】
なお、上記ステップＳ１０３では、軸ずれ量が最小となる誘起電力の目標値を設定しているが、軸ずれ量が厳密な意味で最小とならなくてもよく、径方向の不平衡電磁加振力の抑制値又は振動騒音の抑制値が要求仕様を満足する場合には、当該要求仕様を満足する軸ずれ量未満に設定することができる目標値であればよい。
【００５９】
こうして得られた回転電機１０において、機械的には第１軸心ＡＸ１に対し第２軸心ＡＸ２が傾く場合もある。第１軸心ＡＸ１に対し第２軸心ＡＸ２が機械的に傾いている場合、軸線方向に不平衡電磁加振力が発生する。しかしながら、第１軸心ＡＸ１と第２軸心ＡＸ２とは、電磁気的には一致しているため、径方向の不平衡電磁加振力が抑制されて、振動騒音の少ない回転電機となる。また、固定子鉄心１１ａの軸線方向の長さに対する両軸心に直交する平面のティース１１ｔ内周面の位置ずれ量の割合が平均空隙長に対する軸ずれ量の割合に対してわずかな場合は、軸線方向の不平衡磁気加振力の影響もわずかとなる。
【００６０】
なお、（式７）ではＶuv、Ｖvw、Ｖwuの３つの相間電圧を測定して平均値を求めることで、１２個のティース１１ｔの内径における第１軸心ＡＸ１からの距離のばらつきが補正されるようにしたが、構成部品の精度がよければ１つの相の相電圧だけを測定して求めてもよい。なお、相間電圧として、ＴＵ−ＴＶ間の電圧値Ｖuvを用いる場合、次式で求めることができる。
【００６１】
Ｅａ＝（Ｖuv／√３）／４      …（式８）
【００６２】
また、平均化したＥａを求める方法として、図１１に示すように、インピーダンスがＺのインピーダンス素子の回路網２１を使って、相間電圧を等分に分圧して分圧電圧を計測することにより求めてもよい。図１１は、インピーダンス素子の回路網２１を用いて軸ずれを計測する場合の結線図である。実施の形態１に係る回転電機１０では、各相における巻線１１ｃの数は４であるため、図１１では、各相毎に４つのインピーダンス素子を直列に接続し、それぞれの直列回路をＹ結線し、且つ、Ｙ結線されない側の端部のそれぞれを口出し部ＴＵ、口出し部ＴＶ又は口出し部ＴＷの何れかに接続している。
【００６３】
インピーダンス素子としては、抵抗、インダクタンス若しくはキャパシタの特性を有する単品の素子、又は、これらの複合体を用いることができる。
【００６４】
なお、インピーダンス素子として抵抗を用いた場合は、誘起電力が抵抗で消費され抵抗が発熱して抵抗の温度係数により各抵抗の抵抗値が変化する。このため、温度上昇が大きくならないように高抵抗の抵抗を用いるか、若しくは温度上昇しても各抵抗の抵抗値がばらつかないような工夫が必要である。
【００６５】
一方、インダクタンス又はキャパシタの場合は、内部の等価直列抵抗などの抵抗成分での発熱が若干はあるが、抵抗成分の小さいものを用いれば温度上昇が抑えられるので、インピーダンス素子として好適である。特に、回転電機１０の巻線１１ｃに大きい電流を流すことができれば、巻線１１ｃによる電機子反作用の影響も加味した電磁気的な軸心合わせが可能となる。この意味でも、インダクタンス又はキャパシタはインピーダンス素子に適している。
【００６６】
実施の形態２．
実施の形態１では、同一相内で９０°ずれたティース１１ｔ１に巻回された巻線Ｕ１及びティース１１ｔ２に巻回された巻線Ｕ２の誘起電力を計測する構造であったが、９０°ずれた巻線Ｕ１，Ｕ２の誘起電力を計測しなくても、軸ずれ方向及び軸ずれ量の計測は可能である。一例として、互いに異なる相のティース１１ｔに巻回された巻線１１ｃの誘起電力を計測して、第２軸心ＡＸ２を調整する構造とすることもできる。
【００６７】
図１２は、実施の形態２に係る固定子１１及び回転子１２の横断面図である。図１２では、Ｕ相のティース１１ｔ１に巻回された巻線Ｕ１及びＷ相のティース１１ｔ３に巻回された巻線Ｗ１の誘起電力を計測する場合の電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２の接続箇所を示している。
【００６８】
図１２に示すように、実施の形態２では、互いに６０°ずれた位置のティース１１ｔ１，１１ｔ３に巻回された巻線Ｕ１の誘起電力ＥＵ１及び巻線Ｗ１の誘起電力ＥＷ１を計測する。これら２つの誘起電力ＥＵ１，ＥＷ１のそれぞれと、軸心が一致したときの（式７）から求まる誘起電力Ｅａとによって、ティース１１ｔ１及びティース１１ｔ３におけるそれぞれの方向の軸ずれ量ΔＬｇが求められる。以降は、実施の形態１で説明した手法を用いて回転子１２の第２軸心ＡＸ２を調整し、調整が終了した後には、結合手段２０によって第１外郭１６と第２外郭１７とを結合することで、径方向の不平衡電磁加振力が抑制された、振動騒音の少ない回転電機１０が得られる。
【００６９】
実施の形態３．
実施の形態１では、ティース１１ｔ１に巻回された巻線Ｕ１及びティース１１ｔ２に巻回された巻線Ｕ２の誘起電力を計測し、実施の形態２では、ティース１１ｔ１に巻回された巻線Ｕ１及びティース１１ｔ３に巻回された巻線Ｗ１の誘起電力を計測していた。すなわち、実施の形態１及び実施の形態２では、１つのティース１１ｔのみに巻回された巻線１１ｃの誘起電力を計測して、当該ティース方向の軸ずれ量を計測したが、２つ以上のティース１１ｔに跨って巻回された巻線１１ｃの直列接続された両端に発生する誘起電力を計測することでも、軸ずれ量及び軸ずれの方向を計測し、調整する構造とすることも可能である。
【００７０】
図１３は、実施の形態３に係る固定子１１及び回転子１２の横断面図である。図１３では、２つのティースのうちの一方は、Ｕ相のティース１１ｔ１に巻回された巻線Ｕ１及びＷ相のティース１１ｔ３に巻回された巻線Ｗ１の誘起電力を計測する場合の電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２の接続箇所を示している。また、図１４は、実施の形態３に係る電圧計測用端子の位置を示す結線図である。図１５は、実施の形態３における各巻線に発生する誘起電力を示したベクトル図である。
【００７１】
実施の形態３では、図１４の結線図に示すように、巻線Ｖ１と巻線Ｖ２との中継点は、電圧計測用端子Ｔ１に接続され、巻線Ｕ３と巻線Ｕ４との中継点は、電圧計測用端子Ｔ２に接続され、巻線Ｗ３と巻線Ｗ４との中継点は、第３計測端子である電圧計測用端子Ｔ３に接続されている。
【００７２】
Ｔ２−Ｔ３間にて計測された合成誘起電力の電圧を√３で割った電圧の大きさは、図１５から分かるように、巻線Ｖ４に発生する誘起電力ＥＶ４の大きさと等しい。また、Ｔ１−ＴＶ間にて計測された誘起電力は、図１４から分かるように、巻線Ｖ１の誘起電力である。したがって、図７の関係を用いることで、巻線Ｖ１が巻回されているティース１１ｔ４及び巻線Ｖ４が巻回されているティース１１ｔ５におけるそれぞれの方向の軸ずれ量ΔＬｇが求められる。以降は、実施の形態１及び実施の形態２で説明した手法を用いて回転子１２の第２軸心ＡＸ２を調整し、調整が終了した後には、結合手段２０によって第１外郭１６と第２外郭１７とを結合することで、径方向の不平衡電磁加振力が抑制された、振動騒音の少ない回転電機１０が得られる。
【００７３】
実施の形態４．
実施の形態１から３に係る回転電機１０では、各相を構成する各ティース１１ｔに巻回された巻線１１ｃに発生する誘起電力の位相は全てが同一位相であったが、相数、ティース１１ｔの数及び永久磁石の極数の組合せによっては、各相を構成する各巻線１１ｃに発生する誘起電力の位相が異なる位相となる場合がある。しかしながら、このような場合でも、計測した誘起電力から該当するティース１１ｔの方向の軸ずれ量を求めることができる。
【００７４】
図１６は、実施の形態４に係る回転電機１０の横断面図である。図１６では、固定子１１に１２個のティース１１ｔを有し、回転子１２にＮ極とＳ極の組合せが５組ある１０極の永久磁石を有した回転電機１０の固定子１１及び回転子１２を示している。また、図１６では、軸心を調整するための電圧計測用端子Ｔ１，Ｔ２の接続箇所を示している。実施の形態４に係る回転電機１０では、各相を構成する巻線１１ｃの配置に特徴がある。具体的に説明すると、図１６に示すように、Ｖ相以外のＵ相及びＷ相では、反時計回りに巻線Ｕ１，Ｕ２及び巻線Ｗ１，Ｗ２の順序で配置しているのに対し、Ｖ相では反時計回りに巻線Ｖ２，Ｖ１の順序で配置している。このような工夫は、電圧測定用端子の数を増やすことなく、誘起電力を計測する２つのティースが互いに９０°ずれた位置となるようにして、ずれ方向及びずれ量の計測分解能が悪くならないようにするとの配慮からである。すなわち、反時計回りに、巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｖ１の順序で配置することにより、電圧計測用端子Ｔ１が接続されるティース１１ｔ６と、電圧計測用端子Ｔ２が接続されるティース１１ｔ７とが９０°ずれた位置となるように配置することが可能となる。
【００７５】
図１７は、図１６に示す各巻線に発生する誘起電力のベクトル図である。図１７に示すように、各相の合成された誘起電力の位相に対し、各相を構成する４つの巻線各々に発生する誘起電力は位相が±１５°ずれている。
【００７６】
図１７に示すような相全体の誘起電力に対し、各相を構成する巻線１１ｃに発生する誘起電力の位相がずれている場合は、固定子１１の第１軸心ＡＸ１と回転子１２の第２軸心ＡＸ２とが一致したときの各巻線１１ｃの誘起電力は、相電圧のうち各巻線１１ｃが寄与している電圧成分をずれた位相角の余弦値で除することで求まる。具体的には、次式で表すことができる。
【００７７】
Ｅａ＝｛（Ｖuv＋Ｖvw＋Ｖwu）／３／√３｝／４／ｃｏｓ１５°      …（式９）
【００７８】
図１６に示すように、実施の形態４では、互いに９０°ずれた位置のティース１１ｔ６，１１ｔ７に巻回された巻線Ｕ１の誘起電力ＥＵ１及び巻線Ｖ１の誘起電力ＥＶ１を計測する。これら２つの誘起電力ＥＵ１，ＥＶ１のそれぞれと、（式９）から求まる軸心が一致したときの誘起電力Ｅａとから、図７の関係を用いて、ティース１１ｔ６及びティース１１ｔ７におけるそれぞれの方向の軸ずれ量ΔＬｇが求められる。そして、求められた２つの方向の軸ずれ量ΔＬｇに基づいて、図９に示すように第２外郭１７を第１軸心ＡＸ１と交差する方向に移動させると共に、第２軸受１５を移動して回転子１２の第２軸心ＡＸ２の傾きを変える。このような調整作業を行いつつ、誘起電力ＥＵ１及び誘起電力ＥＵ２を、（式９）で求められる誘起電力Ｅａに一致させたところで調整を終了し、結合手段２０により第１外郭１６と第２外郭１７とを結合する。このようにして、径方向の不平衡電磁加振力が抑制された、振動騒音の少ない回転電機１０が得られる。
【００７９】
以上の実施の形態１から４に係る回転電機で示した構成は、１２個のティースを有し、１つのティースに対し１つの巻線を施した３相集中巻きの固定子の例を示したが、ティースの数が３個以上あれば、第１軸心に直交する平面上での第２軸心の位置を計測できるので、第１軸心に対する第２軸心の軸ずれ量を計測することができる。なお、この計測のとき、相数は問われない。
【００８０】
例えば、３ティースで２極３相の構成、４ティースで２極２相若しくは４極単相の構成、ティースの数、巻線の接続順序、電圧測定用端子の接続点、集中巻き若しくは分布巻といった巻線方式、Ｙ結線若しくは△結線といった結線方式、相数及び極数、内転型であるか外転型であるかといった固定子に対する回転子の配置、並びに、ラジアル配勾、等方性、極方向配勾及び鉄心埋め込み型であるといった回転子磁石の着磁及び配勾を限定するものではない。また、本発明は、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。
【符号の説明】
【００８１】
１０  回転電機、１１  固定子、１１ａ  固定子鉄心、１１ｃ，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４  巻線、１１ｔ，１１ｔ１，１１ｔ２，１１ｔ３，１１ｔ４，１１ｔ５，１１ｔ６，１１ｔ７  ティース、１１ｙ  継鉄、１２  回転子、１２ａ  空隙、１２ｍ  永久磁石、１２ｙ  回転子継鉄、１３  回転軸、１３ａ  負荷側軸端部、１３ｂ  反負荷側軸端部、１４  第１軸受、１５  第２軸受、１６  第１外郭、１６ａ  枠部、１６ｂ  フランジ部、１６ｃ  軸受保持部、１６ｄ  貫通孔、１７  第２外郭、１７ｂ  フランジ部、１７ｃ  軸受保持部、１７ｄ  窓穴、１８  回転駆動部、１９  電圧測定器、２０  結合手段、２１  インピーダンス素子の回路網、ＡＸ１  第１軸心、ＡＸ２  第２軸心、ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ  口出し部、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  電圧計測用端子。
【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】
2018074635.tif 000014
【図１３】
2018074635.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2018074635.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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