CN103166347A - 永久磁铁式旋转体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永久磁铁式旋转体，其在确保端面板的强度的同时确保对磁铁保持板的保持力。该永久磁铁式旋转体具备：固定在轴上且在外周部设有多个磁铁收容孔的转子铁心；插入到各磁铁收容孔中的永久磁铁；堵塞磁铁收容孔来防止永久磁铁的脱落的磁铁保持板；配置在转子铁心的轴向的端部的端面板(6)，其中，端面板具有嵌合轴的毂部(31)、与磁铁保持板的外表面抵接而将磁铁保持板向轴向内侧按压的按压部(32)、连接毂部和按压部的盘部(33)，在盘部上设有多个减轻重量孔(40)，在减轻重量孔中，比最短幅部靠径向内侧且最接近最短幅部的第三内周面(43)的半径大于比最短幅部靠径向外侧且最接近最短幅部的第四内周面(44)的半径。

Description

永久磁铁式旋转体

技术领域

本发明涉及在转子铁心上安装永久磁铁而成的永久磁铁式旋转体。

背景技术

作为电动机及发电机等旋转电机中使用的旋转体，已知有在转子铁心中埋入永久磁铁而成的永久磁铁式旋转体。

例如，在专利文献1所记载的永久磁铁式旋转体中，在转子铁心上设有沿轴向贯通的磁铁收容孔，在该磁铁收容孔中收容永久磁铁，在磁铁收容孔的两端部的外侧配置环状的端板(磁铁保持板)来堵塞磁铁收容孔，为了固定该端板，在转子铁心的轴向两端部配置端面板并通过端面板的外周部按压端板的外表面。在此，端面板将端板沿轴向按压的力(以下，称为轴向力)通过使端面板中与轴嵌合的轴嵌合部比与端板抵接的按压部更向轴向内侧压入而使端面板挠曲时的反作用力来产生。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2010-4618号公报

在所述端面板上为了轻量化等而形成有减轻重量孔。图6是现有的端面板的俯视图。如该图所示，以往，在端面板100中的连接轴嵌合部101和按压部102的盘部103上设有多个正圆形的减轻重量孔104，减轻重量孔104的内径为与轴嵌合部101的外周和按压部102的内周内切的大小。

此外，如前所述，端面板100按压端板的轴向力是通过使端面板100挠曲而产生的，因此为了牢固地按压所述端板需要加大端面板100的挠曲量来增大所述轴向力。然而，在加大端面板100的挠曲量时，存在端面板100的盘部103中由相邻的减轻重量孔104、104和轴嵌合部101包围的区域、即盘部103的基部区域105整体上应力集中而使端面板100的机械强度降低的问题。

另一方面，为了降低盘部103的基部区域105的应力，只要减小端面板100的挠曲量即可，但在减小挠曲量时，按压端板的轴向力降低，从而无法牢固地按压端板，故不优选。

这样，端面板100的强度和按压端板的轴向力处于相互制约(trade-off)的关系，兼顾二者成为课题。

发明内容

因此，本发明提供一种能够在确保端面板的强度的同时牢固地保持磁铁保持板的永久磁铁式旋转体。

在本发明的永久磁铁式旋转体中，为了解决上述课题而采用了以下的手段。

技术方案1的发明是一种永久磁铁式旋转体(例如，后述的实施例中的永久磁铁式旋转体1)，其具备：转子铁心(例如，后述的实施例中的转子铁心3)，其在中央设有轴贯通孔(例如，后述的实施例中的轴贯通孔9)且在外周部设有多个磁铁收容孔(例如，后述的实施例中的磁铁收容孔14)；轴(例如，后述的实施例中的轴2)，其与所述转子铁心的所述轴贯通孔嵌合；永久磁铁(例如，后述的实施例中的永久磁铁4)，其插入到所述转子铁心的所述各磁铁收容孔中；磁铁保持板(例如，后述的实施例中的端板5)，其与所述转子铁心的轴向端面的外周部抵接而配置，且堵塞所述磁铁收容孔来防止所述永久磁铁的脱落；端面板(例如，后述的实施例中的端面板6)，其配置在所述转子铁心的轴向的端部，在中央设有嵌合所述轴的轴嵌合部(例如，后述的实施例中的毂部31)，在外周部设有与所述磁铁保持板的外表面抵接而将该磁铁保持板向轴向内侧按压的按压部(例如，后述的实施例中的按压部32)，所述轴嵌合部和所述按压部通过薄板状的盘部(例如，后述的实施例中的盘部33)连接，在所述盘部设有多个减轻重量孔(例如，后述的实施例中的减轻重量孔40)，所述永久磁铁式旋转体的特征在于，所述端面板的所述减轻重量孔中，比相邻的所述减轻重量孔之间的隔离尺寸最短的最短幅部(例如，后述的实施例中的最短幅部45)靠径向内侧且最接近该最短幅部的内周面(例如，后述的实施例中的第三内周面43)的曲率半径大于比所述最短幅部靠径向外侧且最接近该最短幅部的内周面(例如，后述的实施例中的第四内周面44)的曲率半径。

技术方案2的发明在技术方案1的发明的基础上，其特征在于，所述减轻重量孔的径向的中央配置成与所述轴嵌合部相比更接近所述按压部侧。

【发明效果】

根据技术方案1的发明，能够确保大的端面板上的减轻重量孔的面积，可实现端面板的轻量化。另外，能够在确保大的端面板对磁铁保持板进行保持的力的同时，缓和在盘部的接近轴嵌合部的部分上产生的应力。也就是说，能够兼顾端面板的机械强度的确保和保持磁铁保持板的保持力(轴向力)的确保。

根据技术方案2的发明，由于能够将减轻重量孔在盘部上偏向径向外侧配置，因此与偏向径向内侧配置的情况相比，能够在盘部的接近轴嵌合部的部分上确保大的面积，从而能够更加缓和应力。

附图说明

图1是本发明的永久磁铁式旋转体的实施例的分解立体图。

图2是实施例的永久磁铁式旋转体的主要部分剖视图。

图3是实施例的永久磁铁式旋转体中使用的端面板的俯视图。

图4是将所述端面板的主要部分放大表示的俯视图。

图5是示意性表示所述端面板的应力分布的图。

图6是现有的端面板的俯视图。

【符号说明】

1永久磁铁式旋转体

2轴

3转子铁心

4永久磁铁

5端板(磁铁保持板)

6端面板

9轴贯通孔

14磁铁收容孔

31毂部(轴嵌合部)

32按压部

33盘部

40减轻重量孔

43第三内周面

44第四内周面

45最短幅部

具体实施方式

以下，参照图1～图5，对本发明的永久磁铁式旋转体的实施例进行说明。需要说明的是，该实施例中的永久磁铁式旋转体是作为旋转电机的车辆驱动用电动机的旋转体的方式。

图1是车辆驱动用电动机的旋转体(永久磁铁式旋转体)1的分解立体图，图2是旋转体1的主要部分的剖视图。

旋转体1包括轴2、嵌合固定于轴的转子铁心3、安装在转子铁心3上的多个永久磁铁4、防止永久磁铁4的脱落的一对端板(磁铁保持板)5、为了将端板5保持成不能移动而固定在轴2上的一对端面板6。

轴2由中空轴构成，在一端部设有与减速器螺合的齿轮7，在大致中间部设有转子安装部8，在该转子安装部8上固定转子铁心3及端面板6。

转子铁心3通过将磁性钢板多片层叠而构成，呈大致圆筒状，在中央设有具有轴贯通孔9的毂部10，在外周部设有环状的转子芯部11，毂部10和转子芯部11通过周向上均等地配置的多个肋12连结。另外，在相邻的肋12之间形成有沿轴向贯通的减轻重量孔13。

在转子芯部11的外周部沿周向等间隔地设有多个(该实施例中为8个)用于收容永久磁铁4的磁铁收容孔14。磁铁收容孔14沿转子铁心3的轴向贯通，向转子铁心3的外周面开口，外周面上的周向的开口宽度比磁铁收容孔14的底部上的周向宽度小，截面形状为梯形。

毂部10的轴贯通孔9的内径比轴2的转子安装部8的外径略小，转子铁心3通过将轴2的转子安装部8压入毂部10的轴贯通孔9而固定在轴2上。

在转子铁心3的各磁铁收容孔14中收容有永久磁铁4。永久磁铁4的截面形状呈与磁铁收容孔14的截面形状相似形状的梯形，永久磁铁4具有能够大致无间隙地插入磁铁收容孔14的大小。其结果，当将永久磁铁4插入到磁铁收容孔14中时，永久磁铁4虽能够在轴向上移动，但在径向上无法移动。永久磁铁4的轴向长度与转子铁心3的轴向长度形成为相同尺寸。永久磁铁4被沿着转子铁心3的径向磁化，周向上相邻的永久磁铁4被交替反向磁化。

为了避免收容在磁铁收容孔14中的永久磁铁4从磁铁收容孔14脱出，磁铁收容孔14的轴向的两端开口被端板5堵塞。以下，参照图2，对将磁铁收容孔14的一端侧的开口堵塞的端板5进行说明，但将磁铁收容孔14的另一端侧的开口堵塞的端板5也一样。

端板5由非磁性材料构成且呈环状，其外径与转子铁心3的外径形成为相同尺寸，内径比转子铁心3的转子芯部11的内径大，且以端板5的内周面5a位于转子芯部11的径向的大致中央的方式设定。由于这样设定端板5的尺寸，因此能够通过端板5将磁铁收容孔14的轴向端部的开口完全堵塞。端板5的轴向内侧的端面5b与转子芯部11的轴向的一端侧的端面11a抵接，并且与永久磁铁4的轴向的一端侧的端面4a抵接。

端板5被嵌合固定在轴2的转子安装部8上的端面板6固定成相对于转子铁心3不能移动。以下，参照图2～图4，对配置在转子铁心3的一端侧的端面板6进行说明，但配置在转子铁心3的另一端侧的端面板6也一样。

端面板6由铬钼钢等构成且呈大致圆板状，在中央具有具备轴贯通孔30的圆筒状的毂部(轴嵌合部)31，在外周部具有环状的按压部32，毂部31和按压部32通过薄板状的盘部33连接。

毂部31的轴贯通孔30的内径比轴2的转子安装部8的外径略小，端面板6通过将轴2的转子安装部8压入毂部31的轴贯通孔30而固定在轴2上，毂部31的轴向内侧的端面31a与转子铁心3的毂部10的轴向外侧的端面10a抵接。

按压部32的外径比端板5的内径大，但形成为按压部32的外周缘不与永久磁铁4重叠的大小。在按压部32的轴向内侧端部的外周部整周地形成有向径向内侧凹入的L字形的卡合凹部34。在卡合凹部34处卡合端板5的轴向外侧且径向内侧的角部。在该卡合状态下，在卡合凹部34处沿轴向扩展的圆筒面35与端板5的内周面5a抵接，阻止端板5相对于转子铁心3向径向的移动。另外，在所述卡合状态下，在卡合凹部34处沿径向扩展的平坦面36与端板5的轴向外侧的端面5c抵接，对端面5c进行按压。

连接毂部31和按压部32的盘部33以比毂部31的轴向的壁厚及按压部32的轴向的壁厚薄的壁厚形成，配置在不比毂部31及按压部32向径向内侧及径向外侧突出的位置。

毂部31的轴向内侧的端面31a比按压部32的轴向内侧的端面32a向轴向内侧突出。

在图2所示的旋转体1的组装状态下，端面板6以按压部32相对于毂部31相对地向径向外侧弹性地偏移并挠曲的状态安装，在该状态下，毂部31的轴向内侧的端面31a与转子铁心3的毂部10的轴向外侧的端面10a抵接，按压部32的卡合凹部34的平坦面36与端板5的轴向外侧的端面5c抵接，在按压部32的轴向内侧的端面32a与转子芯部11的轴向一端侧的端面11a之间形成少许的间隙C。

也就是说，将安装了永久磁铁4的转子铁心3嵌合固定到轴2的转子安装部8上，并将端板5与转子芯部11的轴向一端侧的端面11a密接地配置后，在将端面板6安装到轴2上之际，若将端面板6插入轴2的转子安装部8，则在端面板6的毂部31的端面31a与转子铁心3的毂部10的端面10a接触之前，端面板6的按压部32的平坦面36与端板5的端面5c抵接，随后当进一步边使端面板6的盘部33挠曲，边将端面板6的毂部31相对于轴2向轴向内侧推入时，端面板6的毂部31的端面31a与转子铁心3的毂部10的端面10a抵接。

而且，在基于盘部33的所述挠曲的反作用力的作用下，按压部32的卡合凹部34的平坦面36将端板5的轴向外侧的端面5c沿着轴向以朝向内侧的力(以下，称该力为轴向力)F进行按压。在此，由于轴向力F与端面板6的挠曲量相关，因此以获取组装旋转体1时预先设定的大小的轴向力F的方式设定挠曲量，并以达到该挠曲量的方式设定端面板6的各部分尺寸。

如图3所示，在端面板6的盘部33上为了轻量化等目的而形成有多个(该实施例中为8个)减轻重量孔40，所述多个减轻重量孔40在周向上等间隔地配置。减轻重量孔40的内周面的整周以向外侧鼓出的曲线形成，所有的减轻重量孔40均形成为同一形状、同一尺寸。另外，所有的减轻重量孔40与按压部32的内周缘相接，并且从毂部31的外周缘隔开规定尺寸(X1)来配置。也就是说，减轻重量孔40的径向的中央P配置成与毂部31相比更接近按压部32侧。

参照图4，对减轻重量孔40的内周面的形状进行详细叙述。减轻重量孔40的内周面中形成径向最外侧的第一内周面41与按压部32的内周面相共有。也就是说，第一内周面41通过以按压部32的内径的1/2为半径R1的圆弧面形成。

另外，减轻重量孔40的内周面中形成径向最内侧的第二内周面42通过比第一内周面41的半径R1小的半径R2的圆弧面形成(R1＞R2)。

在此，在将相邻的减轻重量孔40、40之间的隔离尺寸X2最短的部位作为减轻重量孔40的内周面的最短幅部45时，最短幅部45和第二内周面42通过由比第二内周面42的半径R2小的半径R3的圆弧面构成的第三内周面43连接(R2＞R3)。并且，最短幅部45和第一内周面41通过由比第三内周面43的半径R3小的半径R4的圆弧面构成的第四内周面44连接(R3＞R4)。

也就是说，比最短幅部45靠径向内侧且最接近最短幅部45的第三内周面43的曲率半径R3设定成大于比最短幅部45靠径向外侧且最接近最短幅部45的第四内周面44的曲率半径R4的尺寸。

通过这样配置减轻重量孔40且设定减轻重量孔40的内周面形状，能够尽量确保大的减轻重量孔40的面积而实现端面板6的轻量化，且同时使减轻重量孔40在盘部33中偏向径向外侧，从而能够扩大相邻的两个减轻重量孔40、40与毂部31之间形成的基部区域37的面积。

并且，在扩大基部区域37的面积的基础上，还能够使减轻重量孔40的偏向径向内侧的内周面即第二内周面42及第三内周面43以比较大的曲率半径的圆弧面来形成，由此如前所述在为了保持端板5而产生轴向力F时，能够缓和在基部区域37产生的应力。

另外，由于将减轻重量孔40在盘部33中偏向径向外侧配置，因此与偏向径向内侧配置的情况相比，能够确保大的盘部33的基部区域37的面积，从而能够耐受更大的应力。

图5表示通过试验求出通过该端面板6以规定的轴向力F保持端板5时在盘部33上产生的应力分布的结果。在图5中，符号S1表示应力大的区域，S3表示应力小的区域，S2表示应力比区域S1小且比区域S3大的区域。

根据该旋转体1，能够实现端面板6的轻量化，还能够将保持端板5的轴向力F确保为规定的大小，同时能够缓和端面板6的应力而充分确保机械强度。即，能够兼顾处于相互制约的关系的轴向力F的确保和应力缓和。

其结果是，能够实现旋转体1的轻量化，并且旋转体1的可靠性提高。

〔其他实施例〕

需要说明的是，本发明不限于上述的实施例。

例如，在端面板6上形成的减轻重量孔40的数目不限于8个，可以比8个多，也可以比8个少。

另外，上述各尺寸只是一个例子，可以根据端面板6的大小等选择最佳的尺寸。

另外，在上述的实施例中，端面板6上的减轻重量孔40的内周面的整周以向外侧鼓出的曲线形成，但也可以在第三内周面43与第四内周面44之间存在直线的面，或者也可以将第二内周面42由凹曲面来形成。

Claims (2)

1.一种永久磁铁式旋转体，其具备：

转子铁心，其在中央设有轴贯通孔且在外周部设有多个磁铁收容孔；

轴，其与所述转子铁心的所述轴贯通孔嵌合；

永久磁铁，其插入到所述转子铁心的所述各磁铁收容孔中；

磁铁保持板，其与所述转子铁心的轴向端面的外周部抵接而配置，且堵塞所述磁铁收容孔来防止所述永久磁铁的脱落；

端面板，其配置在所述转子铁心的轴向的端部，在中央设有嵌合所述轴的轴嵌合部，在外周部设有与所述磁铁保持板的外表面抵接而将该磁铁保持板向轴向内侧按压的按压部，所述轴嵌合部和所述按压部通过薄板状的盘部连接，在所述盘部设有多个减轻重量孔，

所述永久磁铁式旋转体的特征在于，

所述端面板的所述减轻重量孔中，比相邻的所述减轻重量孔之间的隔离尺寸最短的最短幅部靠径向内侧且最接近该最短幅部的内周面的曲率半径大于比所述最短幅部靠径向外侧且最接近该最短幅部的内周面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁式旋转体，其特征在于，

所述减轻重量孔的径向的中央配置成与所述轴嵌合部相比更接近所述按压部侧。

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