-
{Bezeichnung der Erfindung}
-
ROTORSTRUKTUR EINER ROTIERENDEN ELEKTRISCHEN MASCHINE UND ROTIERENDE ELEKTRISCHE MASCHINE
-
{QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN}
-
{Bereich der Technik}
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine und eine rotierende elektrische Maschine.
-
{Allgemeiner Stand der Technik}
-
Vom Stand der Technik her ist eine Rotorstruktur bekannt, bei der Magnete auf die Oberfläche des Rotorkerns eines Rotors aufgeklebt sind (siehe zum Beispiel PTL 1).
-
In dieser Rotorstruktur werden die Magnete unter Verwendung eines Klebstoffs auf den Rotorkern aufgeklebt, und der Klebstoff wird dann durch Erhitzen ausgehärtet.
-
{Verzeichnis der Zitate}
-
{Patentliteratur}
-
- {PTL 1} Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2002-78257
-
{Kurzdarstellung der Erfindung}
-
{Technische Aufgabe}
-
Wenn die Rotorstruktur, die in PTL1 offenbart wurde, zum Aushärten des Klebstoffs erhitzt wird, wird der Klebstoff aber in einem Zustand ausgehärtet, in dem sich der Rotorkern und die Magnete thermisch ausgedehnt haben. Wenn die Rotorstruktur wieder die Normaltemperatur annimmt, wirkt somit infolge des Unterschieds im Betrag der thermischen Ausdehnung zwischen den Magneten und dem Rotorkern eine Spannung auf den Klebstoff ein, und die Magnete können sich infolge einer Verringerung der Haftkraft ablösen.
-
Die vorliegende Erfindung wurde unter Beachtung der oben beschriebenen Umstände ausgeführt, und eine Aufgabe derselben ist es, eine Rotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine und eine rotierende elektrische Maschine zu schaffen, bei der ein Ablösen von Magneten vom Rotorkern infolge eines Unterschieds im Betrag der thermischen Ausdehnung zwischen den Magneten und dem Rotorkern unterbunden werden kann. {Lösung der Aufgabe}
-
Um die oben beschriebene Zielstellung zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
-
In einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Rotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine geschaffen, die aufweist: einen zylindrischen Rotorkern und mehrere Permanentmagnete, die mit einem Klebstoff auf einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns aufgeklebt sind, wobei eine Haftfläche des Rotorkerns, auf der die Permanentmagnete aufgeklebt sind, mit mehreren Ausbuchtungen versehen ist, die so angeordnet sind, dass sie entlang einer Fläche des Rotorkerns einen Abstand voneinander aufweisen, sich in eine Richtung radial nach außen erstrecken und in der Lage sind, sich in einer Abstandsrichtung zu verformen.
-
Gemäß dieser Ausbildung wird ein Rotor, in dem mehrere Permanentmagnete an einer Außenumfangsfläche eines Rotorkerns angeklebt sind, durch Ankleben der Permanentmagnete an eine Haftfläche ausgebildet, die an einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns derart vorgesehen ist, dass die Permanentmagnete mehrere Ausbuchtungen überspannen, die auf der Haftfläche vorgesehen sind, und durch anschließendes Aushärten des Klebstoffs mittels Erhitzen. Der Rotorkern und die Magnete werden aneinander geklebt, indem der Klebstoff durch Ausführen eines Erhitzens in einem Zustand ausgehärtet wird, in welchem der Rotorkern und die Magnete sich wegen ihrer jeweiligen linearen Ausdehnungskoeffizienten thermisch um unterschiedliche Beträge ausgedehnt haben.
-
Obwohl eine Spannung, die vom Unterschied im Betrag der thermischen Ausdehnung abhängt, auf den Klebstoff einwirkt, wenn die am Rotor aufgetretene thermische Ausdehnung durch die Rückkehr zur Normaltemperatur beseitigt ist, kann in diesem Fall die Restspannung, die auf den Klebstoff einwirkt, dadurch unterdrückt werden, dass sich die auf der Haftfläche vorgesehenen Ausbuchtungen in der Abstandsrichtung verformen, um die Spannung zu verringern. Im Ergebnis kann das Ablösen der Magnete vom Rotor infolge des Unterschieds im Betrag der thermischen Ausdehnung zwischen den Magneten und dem Rotorkern vermieden werden.
-
In der oben beschriebenen Ausbildung können die mehreren Ausbuchtungen so angeordnet sein, dass sie in der Axialrichtung des Rotorkerns einen Abstand voneinander aufweisen.
-
Obwohl die Spannung, die von dem Unterschied im Betrag der thermischen Ausdehnung abhängt, auf den Klebstoff in der Axialrichtung des Rotors einwirkt, wenn die am Rotor aufgetretene thermische Ausdehnung durch die Rückkehr zur Normaltemperatur beseitigt ist, kann mit diesem Aufbau die Restspannung, die auf den Klebstoff einwirkt, dadurch unterdrückt werden, dass sich die auf der Haftfläche vorgesehenen Ausbuchtungen in der Axialrichtung des Rotors, die die Abstandsrichtung ist, verformen, um die Spannung zu verringern.
-
In der oben beschriebenen Ausbildung kann der Rotorkern ausgebildet werden, indem mehrere Platten aus elektromagnetischem Stahl, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, in einer Dickenrichtung gestapelt werden.
-
Mit diesem Aufbau können die Ausbuchtungen problemlos durch Platten aus elektromagnetischem Stahl mit einem großen Außendurchmesser ausgebildet werden, die abwechselnd zwischen Platten aus elektromagnetischem Stahl mit einem kleinen Außendurchmesser gestapelt werden.
-
In der oben beschriebenen Ausbildung können die mehreren Ausbuchtungen so angeordnet werden, dass sie in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns einen Abstand voneinander aufweisen.
-
Obwohl die Spannung, die von dem Unterschied im Betrag der thermischen Ausdehnung abhängt, auf den Klebstoff in der Umfangsrichtung des Rotors einwirkt, wenn die thermische Ausdehnung, die am Rotor aufgetreten ist, durch die Rückkehr zur Normaltemperatur beseitigt ist, kann mit diesen Aufbau die Restspannung, die auf den Klebstoff einwirkt, dadurch unterdrückt werden, dass sich die auf der Haftfläche vorgesehenen Ausbuchtungen in der Umfangsrichtung des Rotors, die die Abstandsrichtung ist, verformen, um die Spannung zu verringern.
-
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine geschaffen, die den Rotor mit einer der oben beschriebenen Rotorstrukturen aufweist.
-
Gemäß dieser Ausbildung wird die Restspannung, die auf den Klebstoff einwirkt, mit dem die Permanentmagnete und der Rotorkern aneinander geklebt sind, verringert, und somit kann die Nutzungsdauer der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden, indem ein Ablösen der Permanentmagnete vom Rotorkern verhindert wird.
-
{Vorteilhafte Ergebnisse der Erfindung}
-
Die vorliegende Erfindung hat zum Ergebnis, dass es möglich ist, das Ablösen von Magneten vom Rotorkern, das durch einen Unterschied im Betrag der thermischen Ausdehnung zwischen den Magneten und dem Rotorkern bedingt ist, zu verhindern.
-
{Kurzbeschreibung der Zeichnungen}
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Rotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
2 ist eine Draufsicht, die die Rotorstruktur in 1 darstellt.
-
3 ist eine Vertikalschnittansicht, die die Rotorstruktur in 1 darstellt.
-
4A ist eine grafische Darstellung zum Erläutern eines Zustands zu einem Zeitpunkt einer hohen Temperatur, die durch die Wärmebehandlung der Rotorstruktur in 1 verursacht wird.
-
4B ist eine grafische Darstellung zum Erläutern eines Zustands zu einem Zeitpunkt einer normalen Temperatur nach der Wärmebehandlung der Rotorstruktur in 1.
-
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung der Rotorstruktur in 1 darstellt.
-
6A stellt einen Zustand zu einem Zeitpunkt einer hohen Temperatur dar, die durch die Wärmebehandlung eines Bezugsbeispiels verursacht wird, um die Funktion der Rotorstruktur in 1 zu erläutern.
-
6B stellt einen Zustand zu einem Zeitpunkt einer normalen Temperatur nach der Wärmebehandlung des Bezugsbeispiels dar, um die Funktion der Rotorstruktur in 1 zu erläutern.
-
{Beschreibung der Ausführungsform}
-
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen werden eine Rotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine und eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform weist einen Rotor 1, der in den 1 und 2 dargestellt ist, und einen (nicht dargestellten) Stator auf, der in einer radialen Richtung außerhalb des Rotors 1 angeordnet ist.
-
Der Rotor 1 weist eine zylindrische Welle 2, einen Rotorkern 3, der an der Welle 2 befestigt ist, und mehrere Permanentmagnete 4 auf, die an einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns 3 angeklebt sind.
-
Der Rotorkern 3 wird in einer zylindrischen Form ausgebildet, indem Platten aus elektromagnetischem Stahl in einer Dickenrichtung übereinander gestapelt werden.
-
Als Platten 5 aus elektromagnetischem Stahl, die den Rotorkern ausbilden, werden Stahlplatten mit zwei unterschiedlichen Außendurchmessern verwendet. Der Rotorkern 3 wird ausgebildet, indem abwechselnd oder periodisch Platten aus elektromagnetischem Stahl, die einen großen Außendurchmesser aufweisen, und Platten aus elektromagnetischem Stahl, die einen kleinen Außendurchmesser aufweisen, gestapelt werden. Somit weist der Rotorkern 3, wie in den 1 und 3 dargestellt ist, mehrere Ausbuchtungen 6 auf, die in einer Achsenrichtung einen Abstand voneinander haben und in eine Richtung radial nach außen vorstehen.
-
Die Permanentmagnete 4 weisen jeweils die Form von Kreisbogenplatten auf, die derart ausgebildet ist, dass die Permanentmagnete 4 eng an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 3 anliegen können, und in der Umfangsrichtung sind mehrere von den Permanentmagneten 4 angeordnet; so wurden in dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, zum Beispiel acht Permanentmagnete 4 in der Umfangsrichtung angeordnet und an die Außenumfangsfläche des Rotorkerns 3 angeklebt.
-
Wie in 3 dargestellt ist, wurden die Permanentmagnete 4 in diesem Fall mit einem Klebstoff 7 so an die Außenumfangsfläche des Rotorkerns 3 angeklebt, dass sie die mehreren Ausbuchtungen 6, die in der Axialrichtung in einem Abstand angeordnet sind, überdecken.
-
Nachfolgend wird die Funktion der so eingerichteten Rotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
-
In der Rotorstruktur gemäß dieser Ausführungsform wird der Klebstoff 7 auf eine Haftfläche des Rotorkerns 3 aufgetragen, wenn die Permanentmagnete 4 an den Rotorkern 3 geklebt werden, auf dem die Ausbuchtungen 6 auf der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 3 vorgesehen sind, um so die Aussparungen 8 zwischen den Ausbuchtungen 6 auszufüllen, und der Klebstoff 7 wird durch Erhitzen ausgehärtet, wobei die Permanentmagnete 4 in einem Anbindungszustand sind.
-
Mit anderen Worten, in einem Zustand, in dem der Klebstoff 7 ausgehärtet wird, indem der Rotorkern 3, die Permanentmagnete 4 und der Klebstoff 7 auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, ist der Rotorkern 3, der einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, in einem hohem Maße thermisch verformt, wohingegen die Permanentmagnete 4, die einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, weniger thermisch verformt sind als der Rotorkern 3, wie in 4A dargestellt ist.
-
Sobald die Wärmebehandlung in diesem Zustand abgeschlossen ist und sich die Struktur auf die Normaltemperatur abkühlt, schrumpft der Rotorkern 3, der einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, in einem großen Umfang, wohingegen die Permanentmagnete 4, die einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, in einem geringeren Umfang schrumpfen als der Rotorkern 3, wie in 4B dargestellt ist.
-
Da die Permanentmagnete 4 und der Rotorkern 3 unterschiedlich stark schrumpfen, wirkt in der Axialrichtung des Rotorkerns 3 eine vom Unterschied in dem Betrag der Schrumpfung abhängige Spannung auf den Klebstoff 7 ein, der zwischen den Permanentmagneten 4 und dem Rotorkern 3 aufgetragen wurde, um die Permanentmagnete 4 an dem Rotorkern 3 zu fixieren.
-
Bezugnehmend auf eine Rotorstruktur vom Stand der Technik, die als ein Bezugsbeispiel in den 6A und 6B dargestellt ist, schrumpft ein Rotorkern 12 beim Übergang auf die Normaltemperatur nach dem Aushärten eines Klebstoffs 11 durch eine Wärmebehandlung in einem stärkeren Maße als die Permanentmagnete 13, und folglich werden die Permanentmagnete 13 elastisch verformt, und im Klebstoff 11 bleibt ein großer Betrag einer Restspannung übrig. Die Restspannung führt zu einer Kraft, die an der Grenzfläche zwischen den Permanentmagneten 13 und dem Klebstoff 11 sowie an der Grenzfläche zwischen den Rotorkern 12 und dem Klebstoff 11 erzeugt wird, welche ein Ablösen des Klebstoffs 11 verursacht, und somit gibt es ein Risiko dahingehend, dass sich der Klebstoff 11 infolge einer Verringerung der Haftkraft ablöst.
-
In der Rotorstruktur gemäß dieser Ausführungsform weist der Rotorkern 3 die mehreren Ausbuchtungen 6 auf, die so eingerichtet sind, dass sie in der axialen Richtung einen Abstand voneinander haben und sich in eine Richtung radial nach außen erstrecken, und der Klebstoff 7 füllt die Räume zwischen den Ausbuchtungen 6 aus. Wirkt eine Spannung auf den Klebstoff 7 ein, wie in 4B dargestellt ist, dann kann somit die Restspannung, die auf den Klebstoff 7 einwirkt, durch Verbiegen der Ausbuchtungen 6 in der Abstandsrichtung verringert werden.
-
Somit ist die Rotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine dahingehend vorteilhaft, dass die Spannung verringert werden kann, indem ein Verbiegen der Ausbuchtungen 6 bewirkt wird, und deshalb das Ablösen des Klebstoffs 7 unterbunden werden kann.
-
Eine rotierende elektrische Maschine, die den Rotor 1 mit dieser Struktur aufweist, ist dahingehend vorteilhaft, dass die Nutzungsdauer der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden kann, weil das Ablösen der Permanentmagnete 4 vom Rotorkern 3 verhindert wird.
-
Die mehreren Ausbuchtungen 6, die in der Axialrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, werden in dieser Ausführungsform ausgebildet, indem zwei Typen von Platten aus elektromagnetischem Stahl 5 mit unterschiedlichen Außendurchmessern in einer abwechselnden oder periodischen Weise gestapelt werden, aber alternativ können mehrere Ausbuchtungen 9 so ausgebildet werden, dass sie in der Umfangsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, wie in 5 dargestellt ist.
-
In 5 hat der Rotorkern 3 im Wesentlichen die Form einer achtseitigen Säule, und die Ausbuchtungen 9, die sich in der Axialrichtung erstrecken und eine vorspringende streifenförmige Gestalt aufweisen, sind so angeordnet, dass sie auf jeder von den Außenflächen des Rotorkerns 3 in der Umfangsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen.
-
Beim Übergang auf die Normaltemperatur nach dem Aushärten des Klebstoffs 7 durch die Wärmebehandlung schrumpft der Rotorkern 3 in der Umfangsrichtung, und im Ergebnis kann die Restspannung dadurch vermindert werden, dass als Folge eines Unterschieds im Betrag der Schrumpfung zwischen dem Rotorkern 3 und den Permanentmagnete 4 ein Verbiegen der Ausbuchtungen 9 in der Umfangsrichtung bewirkt wird.
-
In dieser Ausführungsform sind mehrere Ausbuchtungen 6 oder 9 so vorgesehen, dass sie in einer axialen Richtung oder Umfangsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 einen Abstand voneinander aufweisen, die als eine Haftfläche dient, auf der die Permanentmagnete 4 angeklebt sind, alternativ können aber auch mehrere Ausbuchtungen 6 oder 9 so vorgesehen sein, dass sie sowohl in der axialen Richtung als auch in der Umfangsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rotor
- 3
- Rotorkern
- 4
- Permanentmagnet
- 5
- Platte aus elektromagnetischem Stahl
- 6, 9
- Ausbuchtung
