JP5457966B2

JP5457966B2 - 電動機のロータ

Info

Publication number: JP5457966B2
Application number: JP2010165702A
Authority: JP
Inventors: 庸市川井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: JP2012029460A

Description

本発明は、電動機のロータの構造に関する。

電動機は、様々な産業機械に利用されているが、例えば工作機械の主軸では、低振動であることが要求されるため、ロータのアンバランスを極力減らす必要がある。通常、ロータのバランス取りは、ロータを構成する積層電磁鋼板の軸方向の両端にバランスリングを設け、バランスリングの外周をドリルで削ったり、バランスリングの外周に複数のタップ穴を設けて、ネジを取付けたりすることにより、アンバランスを無くす方法で行う。

一方、工作機械の主軸では、加工時間の短縮や消費電力を削減するために、主軸の加減速時間を短くしたいという要求がある。加減速時間を短くするためには、ロータのイナーシャを小さくする必要があり、イナーシャを小さくするためには、ロータを軽くすることが効果的である。このため、バランスリングは密度の小さいアルミニウムを使用することが多い。

積層電磁鋼板や、バランスリングは、接着や焼きバメにより、軸に直接取り付けてもよいが、工作機械の主軸では、例えば軸が破損し、ロータを外して新しい軸に取り替えることができるように、ロータスリーブに積層電磁鋼板とバランスリングを固定し、一体のロータとして構成した後に、軸に取り付ける構造にしている。ロータスリーブは、何度か着脱してもキズがつかないように硬度が高い鋼製の材料を用いる。ロータスリーブに積層電磁鋼板とバランスリングを固定する方法としては、一般的に接着か焼きバメが用いられる。

図６に示すように、従来の電動機のロータ１は、ロータスリーブ３の外周に積層電磁鋼板２とバランスリング４，５を接着もしくは焼きバメによって嵌装して組み立てられる。こうして組み立てられたロータ１は、バランシングマシン等によりアンバランス量とアンバランスの回転方向位置を求め、それに基づいて、例えば、ドリルでバランスリング５の外周に穴７を空けたり、バランスリング４，５の外周に複数個のタップ８を設け、アンバランスのある位置にネジ９を挿入したりすることでバランス取りを行う（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３１１３７５号公報

従来の電動機のロータにおいて、バランスリング４，５を、接着剤でロータスリーブ３に接着固定する場合、接着剤の塗布量が不足していると、接着力が不足し、ロータ回転中に、振動によりバランスリング４，５がロータスリーブ３から外れ、空回りしたり、脱落したりしてしまうことがある。また、バランスリング４，５がアルミニウム製で、ロータスリーブ３が鋼製の場合、電動機のステータの巻線温度上昇や、軸を回転可能に支持する軸受の温度上昇がロータに伝わりロータの温度が上昇すると、アルミニウム製のバランスリング４，５の方が、鋼製のロータスリーブ３より線膨張係数が大きいため、両者の接着隙間が広がってしまう。そうすると、接着剤の接着面が剥がれ、バランスリング４，５がロータスリーブ３から外れ、空回りしたり、脱落してしまったりすることがある。

同様に、バランスリング４，５を焼きバメにより、ロータスリーブ３に固定する場合も、ロータの温度が上昇すると、アルミニウム製のバランスリング４，５の方が、鋼製のロータスリーブ３より線膨張係数が大きいため、両者の焼きバメ代が減少し、振動等によりバランスリング４，５がロータスリーブから外れてしまうことがある。そして、バランスリング４，５が外れた場合、バランス取りを行ったバランスリング４，５が、ロータから外れてしまうため、バランスが崩れ電動機の振動が大きくなる。

本発明は、電動機のロータにおいてバランスリングがロータスリーブから外れたりロータスリーブに対して回転したりすることを抑制することを目的とする。

本発明の電動機のロータは、ロータスリーブと、前記ロータスリーブの外周に嵌合される積層電磁鋼板と、穴あき円板形状で、前記積層電磁鋼板の積層方向の両端面に対向し、前記ロータスリーブの外周に焼きバメもしくは接着により嵌合される２つのバランスリングと、を備える電動機のロータであって、前記各バランスリングは、前記積層電磁鋼板の積層方向端面に対向する対向面側に設けられる凹部と、前記対向面の反対側の外面と前記凹部とを連通する連通孔と、を含み、前記積層電磁鋼板は、軸方向に延び、前記各バランスリングの前記凹部を連通する貫通孔を含み、前記凹部と前記連通孔と前記貫通孔の内部には樹脂が充填され、前記凹部に充填された樹脂は、その一部が軸方向かつ積層電磁鋼板より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がるように形成されていること、を特徴とする。

本発明の電動機のロータにおいて、前記凹部は、その一部が軸方向かつ積層電磁鋼板より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がるように形成されていること、としても好適であるし、前記各バランスリングは、前記凹部の底面に設けられ、前記対向面側の外径が凹部の底面側の外径よりも大きい突起と、を含むこと、としても好適である。また、前記凹部は、軸方向視で円環状であることも好適である。

本発明は、電動機のロータにおいてバランスリングがロータスリーブから外れたりロータスリーブに対して回転したりすることを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電動機のロータの概略構成を示す断面図である。本発明の実施形態における電動機のロータの概略構成を示す側面図である。本発明の他の実施形態における電動機のロータのバランスリングに設けられる孔近傍の構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態における電動機のロータの概略構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態における電動機のロータの概略構成を示す側面図である。従来の電動機のロータを示す断面図である。

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示す様に、本実施形態の電動機のロータ１は、ロータスリーブ３と、ロータスリーブ３の外周に嵌合される積層電磁鋼板２と、穴あき円板形状で、積層電磁鋼板２の積層方向の両端面２ａに対向し、ロータスリーブ３の外周に焼きバメもしくは接着により嵌合されるバランスリング１１，１２とを備えている。各バランスリング１１，１２は、積層電磁鋼板２の積層方向端面２ａに対向する対向面１１ａ，１２ａに設けられる円環状の溝１３，１４と、対向面１１ａ，１２ａの反対側の外面１１ｂ，１２ｂと溝１３，１４とを連通し、その内径が外面１１ｂ，１２ｂに向かって大きくなっているテーパ孔１９，２０と、を含んでいる。テーパ孔１９，２０は、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となる。また、積層電磁鋼板２は、軸方向に延び、各バランスリング１１，１２の各溝１３，１４を連通する貫通孔１５を含み、溝１３，１４とテーパ孔１９，２０と貫通孔１５の内部には樹脂１６，１７，１８，１５ａが充填されている。なお、本実施形態のテーパ孔１９，２０は請求項に記載の連通孔であり、溝１３，１４は請求項に記載の凹部である。また、バランスリング１１，１２は積層方向の両端面２ａに密着するよう取り付けられていてもよい。

樹脂１５ａ，１６，１７，１８は、粘性のある液体もしくは半固形の状態で、例えば、一方のテーパ孔１９から溝１３を通して貫通孔１５に注入し、貫通孔１５から溝１４に充填、他方のテーパ孔２０から内部の空気及び余剰の樹脂を外部に抜くことによって溝１３，１４とテーパ孔１９，２０と貫通孔１５の内部に充填する。その後、加熱したり、硬化剤と混合したりすることにより樹脂１５ａ，１６，１７，１８を硬化させる。樹脂１５ａ，１６，１７，１８はエポキシ樹脂等が好適である。本実施形態では、テーパ孔１９，２０は、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となっているので、テーパ孔１９，２０に充填された樹脂１７，１８も軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となる。

図２に示すように、貫通孔１５、テーパ孔１９，２０は円周状に複数個設けても良い。また、貫通孔１５は、円環上の溝１３，１４の外径と内径との間に設けられており、その内径は、溝１３，１４の外径と内径の間の幅よりも小さくなっている。このため、樹脂を充填する際に樹脂が充填部分以外に漏れることを抑制することができる。

以上説明した本実施形態の電動機のロータ１は、ロータスリーブ３の外周に嵌合される積層電磁鋼板２に設けた貫通孔１５と、バランスリング１１，１２に設けられた溝１３，１４と、テーパ孔１９，２０の中に樹脂１５ａ，１６，１７，１８が充填され、一体に硬化しているので、硬化した樹脂１５ａ，１６，１７，１８は一体の構造物として機能する。そして、溝１３，１４に充填された樹脂１６と貫通孔１５に充填された樹脂１５ａとは一体となって積層電磁鋼板２に対して回転しないよう固定される。積層電磁鋼板２はロータスリーブ３に焼きバメで固定されているが、どちらも鋼製でその熱膨張率は略等しいため、積層電磁鋼板２のロータスリーブ３に対する嵌合が緩んでくることはない。従って、積層電磁鋼板２に固定される樹脂１５ａ，１６，１７，１８を含む樹脂構造物は積層電磁鋼板２を介してロータスリーブ３に固定されていることとなる。

そして、テーパ孔１９，２０とテーパ孔１９，２０に充填された樹脂１７，１８とは、軸方向に嵌合している。テーパ孔１９，２０に充填された樹脂１７，１８は、溝１３，１４に充填された樹脂１６と貫通孔１５に充填された樹脂１５ａと一体となっていることから、樹脂１７，１８とテーパ孔１９，２０とが係合するとテーパ孔１９，２０の設けられているバランスリング１１，１２は一体となった樹脂１５ａ，１６，１７，１８を介して積層電磁鋼板２に固定されることとなる。従って、温度上昇によりアルミニウム製のバランスリング１１，１２とロータスリーブ３との焼きバメがゆるくなった場合でも、バランスリング１１，１２は樹脂１５ａ，１６，１７，１８と積層電磁鋼板２を介してロータスリーブ３に対する固定状態を保つことができ、バランスリング１１，１２がロータスリーブ３に対して回転してしまうことを抑制することができる。また、テーパ孔１９，２０はバランスリング１１，１２の各溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａから各外面１１ｂ，１２ｂに向かって内径が大きくなっているので、バランスリング１１，１２とロータスリーブ３との嵌合がゆるくなった場合でも、テーパ孔１９，２０の内面が樹脂１７，１８の外面に係合し、バランスリング１１，１２が各外面１１ｂ，１２ｂ側に向かって外れてしまうことを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の電動機のロータ１は、バランスリング１１，１２がロータスリーブ３から外れたりロータスリーブ３に対して回転したりすることを効果的に抑制することができる。

尚、バランス取りについては、従来の電動機のロータと同様、バランシングマシン等によりアンバランス量とアンバランスの回転方向位置を求め、それに基づいて、例えば、ドリルでバランスリング１２の外周に穴７を空けたり、バランスリング１１の外周に複数個のタップ８を設け、アンバランスのある位置にネジ９を挿入したりすることで行う。

以上説明した、本実施形態では、溝１３，１４は円環状として説明したが、円環状でなく、四角断面で円周方向に沿って複数のブロックに分割され、分割した各ブロックにそれぞれテーパ孔１９，２０を設けるように構成してもよい。また、複数のブロックに分割した溝１３，１４に代わって、例えば、対向面１１ａ，１２ａの面に設けられた円形断面の凹部としてもよい。

さらに、この凹部の断面積が軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がるように、例えば、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かってその直径が広がるテーパ形状としてもよい。また、凹部のロータスリーブ３側の内面を軸方向に延びるストレートな形状とし、外周側の内面を軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって広がるテーパ形状としてもよい。この場合、凹部に充填された樹脂は、その一部が軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となる。

次に図３を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。先に図１、図２を参照して説明した部分には同様の符号を付してその説明は省略する。図３は、図１、図２を参照して説明した実施形態のバランスリング１１，１２に設けられたテーパ孔１９，２０を段付孔としたものである。段付孔は溝１３に連通している小径部１９ａと外面１１ｂ側に設けられている大径部１９ｂとから構成されている。このように段付孔の構成とすることにより、段付孔の段部１９ｃが樹脂１７と係合して、バランスリング１１が軸方向外側に向かって外れることを抑制することができる。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。本実施形態では、段付孔は軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状を含んでおり、その中に充填される樹脂も同様に、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状を含んでいる。

次に図４を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。図１から図３を参照して説明した部分には同様の符号を付してその説明は省略する。図４に示すように、本実施形態の電動機のロータ１は、バランスリング１１，１２に設けられた溝１３，１４とバランスリング１１，１２の外面１１ｂ，１２ｂとを連通する孔がストレート孔２３，２４となっており、溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａにバランスリング１１，１２の対向面１１ａ，１２ａの側外径が溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａ側の外径よりも大きい突起と、を含むようにしたものである。本実施形態では、突起は、バランスリング１１，１２の溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａとバランスリング１１，１２の外面１１ｂ，１２ｂとの間に設けた雌ねじ２５に、溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａ側からねじ込まれた皿頭ねじ２１の頭部２１ａである。この頭部２１ａは溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａから対向面１１ａ，１２ａに向かってその外径が大きくなっているものである。従って、皿頭ねじ２１の頭部２１ａと溝１３，１４との間の空間は、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となる。なお、本実施形態のストレート孔２３，２４は請求項に記載の連通孔であり、溝１３，１４は請求項に記載の凹部である。

本実施形態の組み立ては、まず、バランスリング１１，１２の対向面１１ａ，１２ａ側から皿頭ねじ２１を各雌ねじ２５にねじ込んだ後、バランスリング１１，１２をロータスリーブ３に嵌合させ、その後、一方のストレート孔２３から粘性のある液体もしくは半固形の状態の樹脂をストレート孔２３、溝１３、貫通孔１５に充填し、貫通孔１５から溝１４に充填した後、内部の空気と余剰の樹脂をストレート孔２４から抜くことによってストレート孔２３，２４，溝１３，１４，貫通孔１５に樹脂１７，１８，１６，１５ａを充填する。そして、その後、加熱したり、硬化剤と混合したりすることにより樹脂１５ａ，１６，１７，１８を硬化させる。皿頭ねじ２１の頭部２１ａと溝１３，１４との間の空間は、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となっているので、溝１３，１４に充填された樹脂１６のこの空間に対応する部分は、軸方向かつ積層電磁鋼板２より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がる形状となる。

樹脂が硬化すると、先に説明した実施形態と同様、溝１３，１４に充填された樹脂１６と貫通孔１５に充填された樹脂１５ａとストレート孔２３，２４に充填された樹脂１７，１８とは一体となって積層電磁鋼板２に対して回転しないように固定され、樹脂１５ａ，１６，１７，１８を含む樹脂構造物は積層電磁鋼板２を介してロータスリーブ３に固定される。

そして、ストレート２３，２４に充填された樹脂１７，１８は、溝１３，１４に充填された樹脂１６と貫通孔１５に充填された樹脂１５ａと一体となっていることから、樹脂１７，１８とストレート孔２３，２４とが嵌合するとストレート孔２３，２４の設けられているバランスリング１１，１２は一体となった樹脂１５ａ，１６，１７，１８を介して積層電磁鋼板２に固定されることとなる。従って、温度上昇によりアルミニウム製のバランスリング１１，１２とロータスリーブ３との焼きバメがゆるくなった場合でも、バランスリング１１，１２は樹脂１５ａ，１６，１７，１８と積層電磁鋼板２を介してロータスリーブ３に対する固定状態を保つことができ、バランスリング１１，１２がロータスリーブ３に対して回転してしまうことを抑制することができる。

また、溝１３，１４の内部には、底面１３ａ，１４ａから皿頭ねじ２１の頭部２１ａが突出しており、この皿頭ねじ２１の頭部２１ａの周囲にも樹脂１６が充填されている。皿頭ねじ２１の頭部２１ａはバランスリング１１，１２の対向面１１ａ，１２ａに向かってその直径が大きくなっているので、頭部２１ａのテーパになっている面と硬化した樹脂１６とが係合し、バランスリング１１，１２が軸方向外側に向かって外れることを抑制することができる。本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。

本実施形態では、溝１３，１４の中に設けられる突起として皿頭ねじ２１の頭部２１ａを用いることとして説明したが、突起はこれに限られず、溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａに設けられ、対向面１１ａ，１２ａ側の外径が溝１３，１４の底面１３ａ，１４ａ側の外径よりも大きいテーパ形のピン等としてもよい。更に、本実施形態ではバランスリング１１，１２にストレート孔２３，２４を設けることとして説明したが、先に説明した実施形態のように、テーパ孔１９，２０を設けるようにしてもよい。

図５を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。電動機のロータ１の積層電磁鋼板２には図５に示すように円周方向の磁極から隣接する磁極位置に向かって複数のスリット３１，３２，３３が設けられているものがある。このような電動機のロータ１に本発明を適用する場合は、図５に示すように、スリットを図１に示す貫通孔１５として兼用することができる。図５にその一例を示す。なお、本実施形態の説明では、図１から図４を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付してその説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態では、３本のスリット３１，３２，３３に樹脂３５を充填する。充填された樹脂３５は図１に示す樹脂１５ａと同様、溝１３，１４に充填された樹脂１６と一体となる。本実施形態は先に説明した各実施形態と同様の効果を奏する。

１電動機のロータ、２積層電磁鋼板、２ａ積層方向端面、３ロータスリーブ、４，５，１１，１２バランスリング、７穴、８タップ、９ネジ、１１ａ，１２ａ対向面、１１ｂ，１２ｂ外面、１３，１４溝、１３ａ，１４ａ底面、１５貫通孔、１５ａ，１６、１７，１８樹脂、１９，２０テーパ孔、１９ａ小径部、１９ｂ大径部、１９ｃ段部、２１皿頭ねじ、２１ａ頭部、２３，２４ストレート孔、２５雌ねじ、３１〜３３スリット、３５樹脂。

Claims

ロータスリーブと、
前記ロータスリーブの外周に嵌合される積層電磁鋼板と、
穴あき円板形状で、前記積層電磁鋼板の積層方向の両端面に対向し、前記ロータスリーブの外周に焼きバメもしくは接着により嵌合される２つのバランスリングと、を備える電動機のロータであって、
前記各バランスリングは、前記積層電磁鋼板の積層方向端面に対向する対向面側に設けられる凹部と、前記対向面の反対側の外面と前記凹部とを連通する連通孔と、を含み、
前記積層電磁鋼板は、軸方向に延び、前記各バランスリングの前記凹部を連通する貫通孔を含み、
前記凹部と前記連通孔と前記貫通孔の内部には樹脂が充填され、前記凹部に充填された樹脂は、その一部が軸方向かつ積層電磁鋼板より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がるように形成されていること、
を特徴とする電動機のロータ。
請求項１に記載の電動機のロータであって、
前記凹部は、その一部が軸方向かつ積層電磁鋼板より離れる方向に向かって軸方向と直角方向の断面積が広がるように形成されていること、
特徴とする電動機のロータ。
請求項1または２に記載の電動機のロータであって、
前記各バランスリングは、前記凹部の底面に設けられ、前記対向面側の外径が凹部の底面側の外径よりも大きい突起と、を含むこと、
を特徴とする電動機のロータ。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機のロータであって、
前記凹部は、軸方向視で円環状である、ことを特徴とする電動機のロータ。