(57)【要約】【課題】回転電機用回転子の、アームと補強リブを接続する溶接部に発生する応力集中を緩和する。【解決手段】この回転電機用回転子は、回転軸１と、回転軸１に固着されてその軸方向に沿って延設されるとともに径方向に立設された複数条のアーム２と、複数条のアーム２の外周側に設けられる円環状の回転子鉄心３と、アーム２の先端部２ｂと回転子鉄心３相互の対向面に軸方向に沿って設けられたキー溝２ｃ、３ｃと、キー溝２ｃ、３ｃ内に挿入されるトルクキー４と、周方向で隣り合うアーム２同士の間に設けられるとともに軸方向の複数個所に離隔して配置された複数枚の補強リブ５とを備え、補強リブ５がアーム２と回転軸１に対して溶接によって接続され、各アーム２の先端部２ｂが、周方向で隣接する補強リブ５によって周方向両側から挟持されている。【選択図】図３
2015023632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に固着されてその軸方向に沿って延設されるとともに径方向に立設された複数条のアームと、該複数条のアームの外周側に設けられる円環状の回転子鉄心と、前記アームの先端部と前記回転子鉄心相互の対向面に軸方向に沿って設けられたキー溝と、該キー溝内に挿入されるトルクキーとを備える回転電機用回転子であって、
周方向で隣り合うアーム同士の間に設けられるとともに前記軸方向の複数個所に離隔して配置された複数枚の補強リブを備え、
前記補強リブが前記アームと前記回転軸に対して溶接によって接続されており、
各アームは、自身基端部が溶接によって前記回転軸の外周面に接続される柱部と、該柱部の外径方向の先端側に設けられて柱部よりも左右に張り出す先端部とを有し、
各アームの前記先端部が、周方向で隣接する前記補強リブによって周方向両側から挟持されていることを特徴とする回転電機用回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に用いられる回転子の構造に係り、特に、回転軸に固着された複数のアームと、これら複数のアームの外周側に設けられた回転子鉄心とを備える回転電機用回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の構造をもつ回転子として、例えば特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１には、回転軸に固着された複数のアーム（ロータスポーク部材）と、これら複数のアームの外周側に設けられた円環状の回転子鉄心（回転子リム）とを備えている。そして、アームと回転子鉄心相互の対向面にキー溝（スロット）をそれぞれ形成し、このキー溝の内側にトルクキーを挿入するとともに、トルクキーと回転子鉄心側のキー溝間に弾性部材を介装している。これにより、同文献記載の技術によれば、回転電機を運転する際に、トルクキー、回転子鉄心及びアームが周方向に互いに密着し、回転子鉄心の動き及び楕円変形を拘束するとともに、弾性部材によってトルクキーに加わる径方向への引張力を緩和可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５３１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の回転子が組み込まれた回転電機は、例えば鉄鋼製造工場で鉄板を圧延する際に、正転と逆転を繰り返す条件下で使用されるものがある。その際、回転電機が回転する際に発生するトルクは、アームの先端が直接受けもつので、各アームにはトルクが生じる周方向の剛性が要求される。しかしながら、特許文献１記載の技術は、アームに加わる径方向への引張力を緩和することを前提条件としたものであり、トルクが生じる周方向の剛性の向上を図る上では不十分である。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、回転電機を運転する際のトルクの発生方向に対する剛性を高める上で有効な構造をもつ回転電機用回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る回転電機用回転子は、回転軸と、該回転軸に固着されてその軸方向に沿って延設されるとともに径方向に立設された複数条のアームと、該複数条のアームの外周側に設けられる円環状の回転子鉄心と、前記アームの先端部と前記回転子鉄心相互の対向面に軸方向に沿って設けられたキー溝と、該キー溝内に挿入されるトルクキーとを備える回転電機用回転子であって、周方向で隣り合うアーム同士の間に設けられるとともに前記軸方向の複数個所に離隔して配置された複数枚の補強リブとを備え、前記補強リブが前記アームと前記回転軸に対して溶接によって接続されており、各アームは、自身基端部が溶接によって前記回転軸の外周面に接続される柱部と、該柱部の外径方向の先端側に設けられて柱部よりも左右に張り出す先端部とを有し、各アームの前記先端部が、周方向で隣接する前記補強リブによって周方向両側から挟持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様に係る回転電機用回転子によれば、周方向で隣り合うアーム同士の間に、軸方向の複数個所に離隔して複数枚の補強リブが配置されているので、トルクが生じる周方向の剛性を向上させることができる。
特に、本発明の一態様に係る回転電機用回転子によれば、補強リブがアームと回転軸に対して溶接によって接続され、各アームは、自身基端部が溶接によって回転軸の外周面に接続される柱部と、柱部の外径方向の先端側に設けられて柱部よりも左右に張り出す先端部とを有し、各アームの先端部が、周方向で隣接する補強リブによって周方向両側から挟持されているので、回転電機を運転する際のトルクの発生方向に対するアーム剛性をより高めることができる。そのため、アームと補強リブを接続する溶接部に発生する応力集中を緩和する上でより好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一態様に係る回転電機用回転子の参考例を説明する図であり、同図（ａ）は軸方向から見た正面図を示し、（ｂ）は（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。
【図２】図１の要部拡大図（ａ）、（ｂ）である。
【図３】本発明の一態様に係る回転電機用回転子の一実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸方向から見た正面図を示し、（ｂ）は（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、本発明の特徴の理解を容易にするために、本発明の参考例について、図１、２を適宜参照しつつ説明する。
図１、２に示すように、この回転電機用回転子は、回転軸１、複数のアーム２および円環状の回転子鉄心３を備えている。アーム２は、回転軸１の周方向に離隔して複数条（この例では８条）設けられ、複数のアーム２全体は、回転軸１の径方向に放射状に張り出している。
各アーム２は、回転軸１の径方向に沿って立設されて回転軸１の軸方向に沿って延びる矩形板状の柱部２ａと、この柱部２ａの外径方向の先端側に設けられて柱部２よりも左右に張り出す先端部２ｂとを有する。各アーム２は、柱部２ａと先端部２ｂとにより、正面視が略Ｔ字状をなしている。各柱部２ａの基端部は、溶接によって回転軸１の外周面に接続されている。
【０００９】
円環状の回転子鉄心３は、複数条のアーム２の先端部２ｂの外周側を囲繞するように配置されている。アーム２の先端部２ｂと回転子鉄心３相互の対向面には、凹状の角溝からなるキー溝２ｃ、３ｃが軸方向に沿ってそれぞれに設けられている。そして、複数条のアーム２の先端部２ｂは、外周側に設けられた円環状の回転子鉄心３に内嵌されるとともに、各キー溝２ｃ、３ｃにトルク伝達を目的とする矩形断面のトルクキー４が挿入されることで相互が連結されている。
【００１０】
ここで、この回転電機用回転子は、回転電機が回転する際、トルクの発生する方向に対する剛性を向上させるために、周方向で隣り合うアーム２同士の間に平板状の補強リブ５が軸方向に離隔して複数枚備えられている。図１（ｂ）に示す例では軸方向に等間隔に離隔して４枚の補強リブ５が備えられている。各補強リブ５は、回転軸１の外周面１ｇとアーム２の柱部２ａの側面２ｓとに対向する範囲に且つアーム２の先端部２ｂの回転軸１側を向く面（裏面）２ｒよりも回転軸１側の範囲に配置され、正面視が略扇状をなしている。なお、この例では、各補強リブ５の外周側を向く端面は、中央部に向かって凹部とされ略Ｖ字状となっている。そして、各補強リブ５は、図２（ｂ）に示すように、回転軸１の外周面１ｇとの溶接部７ａ、およびアーム２の先端部２ｂの裏面２ｒとの溶接部７ｂにて溶接されている。なお、アーム２の柱部２ａの上下には、凹状に切り欠かれた逃げ部２ｋが、溶接部７ａおよび溶接部７ｂの左右に位置する箇所に形成されており、溶接による熱影響が緩和されるようになっている。
【００１１】
次に、上記回転電機用回転子の作用効果について説明する。
上記回転電機用回転子が組み込まれた回転電機は、例えば鉄鋼製造工場で鉄板を圧延する際に、正転と逆転を繰り返す条件下で使用される。ここで、回転電機が回転する際に発生するトルクは、アーム２の先端部２ｂが直接受けもつ構造なので、各アーム２の柱部２には、トルクが生じる周方向の剛性が要求される。これに対し、上記回転電機用回転子によれば、周方向で隣り合うアーム２同士の間に、軸方向に離隔して配置された複数枚の補強リブ５を備えるので、トルクが生じる周方向の剛性を向上させることができる。
【００１２】
次に、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
ところで、上記参考例に示した回転電機用回転子のように、補強リブ５を周方向で隣り合うアーム２同士の間に設けた場合であっても、回転電機が回転する際に生じるトルクによって、補強リブ５とアーム２の先端部２ｂを接続するための溶接部７ｂには応力集中が発生する。特に、上記参考例のような回転子構造をもつ回転電機は、例えば鉄鋼製造工場で鉄板を圧延する際に、正転と逆転を繰り返す条件下で使用されることから、回転電機が回転する際に発生するトルクは、アーム２の先端部２ｂが直接受けもつため、補強リブ５とアーム２の先端部２ｂとの溶接部７ｂに最も大きな応力が発生し、上記補強リブ５を設けた場合であっても、溶接部７ｂの破断がなお懸念される。そこで、本実施形態の回転電機用回転子は、アーム２と補強リブ５を接続する溶接部７ｂに発生する応力集中を緩和する上でより好適なものである。なお、上述した参考例の回転電機用回転子と同様の構成については同一の符号を付しその説明を適宜省略する。
【００１３】
図３に示すように、本実施形態の回転電機用回転子は、参考例同様の、回転軸１、複数のアーム２および円環状の回転子鉄心３を備えている。アーム２は、回転軸１の周方向に離隔して軸方向に沿って複数条設けられ、各アーム２は、柱部２ａと、柱部２ａの外径方向の先端側に設けられて柱部２ａよりも左右に張り出す先端部２ｂとを有し、柱部２ａの基端部が溶接によって回転軸１の外周面に接続されている。円環状の回転子鉄心３は、アーム２の外周側に設けられる。アーム２の先端部２ｂと回転子鉄心３相互の対向面に軸方向に沿ってキー溝２ｃ、３ｃが設けられ、複数条のアーム２の先端部２ｂは、外周側に設けられた回転子鉄心３に内嵌されるとともに、キー溝２ｃ、３ｃにトルクキー４が挿入されることで相互が連結されている。
【００１４】
更に、本実施形態の回転電機用回転子においても、回転電機が回転する際、トルクの発生する方向に対する剛性を向上させるために、周方向で隣り合うアーム２同士の間に複数枚の補強リブ５が備えられている。各補強リブ５は、回転軸１の外周面１ｇとアーム２の柱部２の側面２ｓとに対向する範囲に配置されている。補強リブ５は、上記参考例同様に、回転軸１の外周面１ｇとの溶接部７ａ、およびアーム２の先端部２ｂとの溶接部７ｂにて溶接されている。
【００１５】
ここで、本実施形態の各補強リブ５は、外周側の両端部に、外周方向に突設された耳部（延設部）５ｍが形成されている点が、上記参考例と異なっている。各補強リブ５の耳部５ｍは、アーム２の先端部２ｂの回転軸１側を向く面（裏面）２ｒよりも回転軸１とは反対側まで延設されている。この例では、各補強リブ５の耳部５ｍは、各アーム２の先端部２ｂの両側面２ｔに対して、径方向の途中部分までかかる位置まで延設されている。そして、各アーム２の先端部２ｂの両側面２ｔが、周方向で隣接する左右の補強リブ５の耳部５ｍによって周方向両側から挟持されている。なお、本実施形態では、各補強リブ５は、外周側を向く端面が、両側の耳部５ｍから中央部に向かって凹の円弧状となっている。
【００１６】
次に、本実施形態の回転電機用回転子の作用効果について説明する。
本実施形態の回転電機用回転子は、上記参考例の回転電機用回転子の作用効果に加え、アームの先端部２ｂを補強リブ５で周方向両側から挟み、補強リブ５とアームの先端部２ｂを溶接で接続する構造なので、上述の参考例での補強リブ５によるアームの先端部２ｂの溶接構造に比べ、アーム２の先端部２ｂを補強リブ５で挟むことで、各アーム２の柱部２ａの剛性がより高くなる。そのため、回転電機が回転する際に生じるトルクよるアーム２の変形を補強リブ５で抑制し、補強リブ５とアーム２の先端部２ｂを接続する溶接部７ｂに発生する応力を緩和することができる。
【００１７】
特に、本実施形態の回転電機用回転子であれば、正逆回転を繰り返す条件下で運転する回転電機において、補強リブ５とアーム２の先端部２ｂを接続する溶接部７ｂの応力集中によって生じる溶接部７ｂの破断を防止または抑制する上で好適である。また、本実施形態の回転電機用回転子によれば、アーム２の先端部２ｂを補強リブ５の耳部５ｍによって周方向両側から挟む構造にすることで、比較的に少ない本数のアーム２によって大きなトルクを受けもつように構成することができる。
【００１８】
なお、本発明に係る回転電機用回転子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態の回転電機用回転子は、トルクが生じる周方向の剛性の向上を図る構造を示したものであり、周方向で隣接する複数枚の補強リブの枚数や配置は適宜変更することができる。
また、上記実施形態においては、回転子構造の溶接部７ｂでの応力を緩和するための有効な手段として、アーム２の先端部２ｂを補強リブ５の耳部５ｍによって挟む構造を示したものであるが、補強リブ５とアーム２の先端部２ｂの接続位置や溶接方法に関しては特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１    回転軸
２    アーム
２ａ    アームの柱部
２ｂ    アームの先端部
２ｃ    （アーム側の）キー溝
３    回転子鉄心
３ｃ    （回転子鉄心側の）キー溝
４    トルクキー
５    補強リブ
５ｍ    （補強リブの）耳部
７ａ    （補強リブと回転軸の）溶接部
７ｂ    （補強リブとアームの）溶接部
【図１】
2015023632.tif 000003
【図２】
2015023632.tif 000004
【図３】
2015023632.tif 000005