DE112011102611T5

DE112011102611T5 - Rotorkern für eine drehende Elektromaschine

Info

Publication number: DE112011102611T5
Application number: DE112011102611T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yamaguchi; Hiroaki Sanji
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-08
Also published as: US8456056B2; WO2012067043A1; CN103081302B; JP5510285B2; JP2012110161A; CN103081302A; US20120126658A1

Abstract

Ein Rotorkern für eine drehende Elektromaschine mit einer hohen Drehfestigkeit wird bereitgestellt. Der Rotorkern für eine drehende Elektromaschine ist konfiguriert durch Laminieren einer Mehrzahl von Kernplatten, und jede Kernplatte ist gebildet durch Verbinden von bogenförmigen Kernplattensegmenten in einer Ringform. Jedes Kernplattensegment ist bereitgestellt mit einem Befestigungsbereich (10), der die laminierten Kernplattensegmente in einer Laminierungsrichtung verbindet. Der Befestigungsbereich (10) enthält einen Vorsprungbereich (11), der von einer Fläche des Kernplattensegments vorsteht, und einen Ausnehmungsbereich (12), der auf der anderen Fläche des Kernplattensegments gebildet ist und mit dem der Vorsprungbereich (11) montiert ist. Eine Breite (Wr2) des Vorsprungbereichs (11) in einer radialen Richtung (R) der Kernplatten ist größer eingestellt als eine Breite (Wr1) des Ausnehmungsbereichs (12) (Wr2 > Wr1), und eine Breite (Wc2) des Vorsprungbereichs (11) in einer Umfangsrichtung (C) der Kernplatten ist kleiner eingestellt als eine Breite (Wc1) des Ausnehmungsbereichs (12) (Wc1 > Wc2). Folglich erfolgt in dem Befestigungsbereich (10) das Montieren in der radialen Richtung (R) durch Formschlusspassung, und das Montieren in der Umfangsrichtung (C) erfolgt durch Spielpassung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorkern für eine drehende Elektromaschine, bei dem eine Mehrzahl von Kernplatten miteinander laminiert bzw. geschichtet ist, und betrifft spezieller deren Befestigungsstruktur.
Technischer Hintergrund
Ein allgemein bekannter Rotorkern für eine drehende Elektromaschine ist durch Schichten von Kernplatten gebildet, die jeweils aufeinander gebildet werden durch Ausstanzen einer elektromagnetischen Stahlplatte, um das Auftreten eines Wirbelstroms zu reduzieren. Gemäß der zugehörigen Technik werden in einem Rotorkern (Rotoreisenkern 8), in dem eine derartige Mehrzahl von Kernplatten (ausgestanzte Eisenkernplatten 9) miteinander laminiert bzw. geschichtet sind, kreisförmige Befestigungsbereiche 16 in den Kernplatten 9 durch Stanzen gebildet, und die geschichteten Kernplatten sind durch Stiftbefestigung bzw. Steckverbindung miteinander befestigt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Offenbarung der Erfindung
Das Bilden eines Rotorkerns durch Laminieren bzw. Schichten von Kernplatten, wie in dem Patentdokument 1 beschrieben, erfordert eine Mehrzahl von Kernplatten. Wenn die Form jeder Kernplatte eine Ringform ist, wird jede Kernplatte aus dem Basismaterial in eine Ringform ausgestanzt, und folglich kann ein Zentrumsbereich der Ringform nicht verwendet werden, was eine geringe Ausbeute zur Folge hat. Aus diesem Grund wird jede Kernplatte in eine Mehrzahl von Kernplattensegmente unterteilt. Die Kernplattensegmente werden miteinander verbunden, um eine Kernplatte zu bilden, und derartige Kernplatten werden aufeinander geschichtet, so dass Abschnitte bzw. Phasen (Umfangspositionen) von Fugen zwischen Kernplattensegmenten voneinander versetzt sind (in einer sogenannten „bricklaying” Art und Weise), um den Rotorkern zu bilden (siehe Patentdokument 2).
Das Bilden des Rotorkerns durch Laminieren bzw. Schichten der Kernplattensegmente aufeinander in der Art und Weise einer Maurerarbeit („Bricklaying”), wie oben beschrieben, und das Befestigen der Kernplatten miteinander durch eine Steck- bzw. Zapfenbefestigung, kann eine hohe Ausbeute erzielen, und erlaubt das Beibehalten eines einzelnen Körpers für den Aufbau des Rotorkerns.
Zitierter Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP-A-2010-142114
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP-A-2002-262496

Offenbarung der Erfindung
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Wenn die obigen Kernplatten jedoch gebildet werden durch Verbinden der Kernplattensegmente, wird eine starke Spannung in den Befestigungsbereichen entlang einer Umfangsrichtung der Kernplatten erzeugt, basierend auf Zentrifugalkräften, die auf jeweilige Kernplattensegmente jeder Schicht wirken, wenn der Rotorkern dreht.
Darüber hinaus wird eine Restzugspannung über den gesamten Umfang der kreisförmigen Befestigungsbereiche erzeugt, aufgrund ihrer Befestigung miteinander. Folglich wirken die Restzugspannung und die Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert, auf einen Abschnitt jedes Befestigungsbereichs, der der Spannung unterworfen wird, die basierend auf Zentrifugalkräften erzeugt wird.
Um die Drehfestigkeit des Rotorkerns bei einer erforderlichen Festigkeit zu halten, müssen die oben beschriebenen Befestigungsbereiche eine bessere Festigkeit haben, verglichen mit dem Fall eines Rotorkerns, der durch nicht unterteilte Kernplatten gebildet ist. Um die Festigkeit der Befestigungsbereiche zu verbessern, können Bereiche, die der Spannung, die auf den oben beschriebenen Zentrifugalkräften basieren, und der Restspannung unterworfen werden, vergrößert werden, um so diese Spannungen in einer verteilten Art und Weise aufzunehmen. Wenn ein Durchmesser der kreisförmigen Befestigungsbereiche jedoch vergrößert wird, muss auch eine Breite des Rotorkerns in einer radialen Richtung vergrößert werden. Dies vergrößert den Motorkern, und verschlechtert als Konsequenz auch die Ausbeute.
Wenn dagegen die Bereiche, die der Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert, und der Restspannung unterworfen werden, vergrößert werden, indem die Dicke des Rotorkerns vergrößert wird, wird auch ein Wirbelstrom erzeugt, und dies verschlechtert die Effizienz der drehenden Elektromaschine.
Unter Berücksichtigung des Vorangegangenen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotorkern zu schaffen, der die oben beschriebenen Probleme löst, indem in jedem Befestigungsbereich ein Abschnitt separiert wird, der die Spannung, die auf Zentrifugalkräften basiert, aufnimmt von einem Abschnitt, in dem Restspannung erzeugt wird.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Rotorkern (1) für eine drehende Elektromaschine, wobei der Rotorkern (1) gebildet ist, indem eine Mehrzahl von ringförmigen Kernplatten (2) laminiert bzw. geschichtet werden, eine Schicht von jeder der Kernplatten (2) durch Verbinden von bogenförmigen Kernplattensegmenten (3) gebildet wird, die durch gleichmäßiges Unterteilen der Kernplatte (2) gebildet werden, und eine Position einer Fuge (D₁, D₂) zwischen den Kernplattensegmenten (3) in einer Umfangsrichtung in einer Schichtungsrichtung der Kernplatten für jede Schicht von mindestens einer der Kernplatten (2) verschieden ist. Der Rotorkern (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kernplattensegmente (3) jeweils einen Vorsprungbereich (11) enthalten, der auf einer Fläche von jedem der Kernplattensegmente gebildet ist und einen Endbereich in der Umfangsrichtung (C) aufweist, der bogenförmig ist, und einen Ausnehmungsbereich (12), der auf der anderen Fläche gebildet ist und einen Endbereich in der Umfangsrichtung (C) aufweist, der bogenförmig ist, und mit dem der Vorsprungbereich (11) des Kernplattensegments (3) einer anderen Schicht befestigt ist, wenn die Kernplatten (2) laminiert bzw. geschichtet werden. Ferner ist eine Breite (W_r2) des Vorsprungbereichs (11) in einer radialen Richtung (R) der Kernplatten (2) größer als eine Breite (W_r1) des Ausnehmungsbereichs (12) in der radialen Richtung (R) der Kernplatten (2), um den Vorsprungbereich (11) in den Ausnehmungsbereich (12) einzupassen durch Interferenzpassung bzw. Formschlusspassung in radialer Richtung (R), und eine Breite (W_c2) des Vorsprungbereichs (11) in der Umfangsrichtung (C) der Kernplatten (2) ist kleiner als eine Breite (W_c1) des Ausnehmungsbereichs (12) in der Umfangsrichtung (C) der Kernplatten (2), um den Vorsprungbereich (11) in den Ausnehmungsbereich (12) in der Umfangsrichtung (C) durch Spielpassung einzupassen, mit einer Lücke (d₂), die beseitigt wird, wenn der Vorsprungbereich und der Ausnehmungsbereich in Kontakt miteinander gebracht werden, wenn der Rotorkern (1) dreht.
Es sei erwähnt, dass die Bezugszeichen in Klammern, die oben beschrieben sind, den Bezugszeichen in den Zeichnungen entsprechen. Die Konfigurationen, die in den Ansprüchen beschrieben sind, werden jedoch durch diese Bezugszeichen in keiner Weise beeinträchtigt.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 werden der Vorsprungbereich und der Ausnehmungsbereich jedes Kernplattensegments durch Passung ohne Spiel bzw. Formschlusspassung in der radialen Richtung der Kernplatten eingepasst bzw. montiert, und dies ermöglicht eine Befestigung der Kernplatten miteinander an den Abschnitten, die der Passung ohne Spiel unterworfen sind. Der Vorsprungbereich und der Ausnehmungsbereich, die oben beschrieben sind, werden durch Spielpassung miteinander an den Bereichen montiert, an denen eine große Spannung wirkt als Ergebnis des Versuchs der Kernplattensegmente, sich in eine Trennrichtung voneinander weg zu bewegen aufgrund der Zentrifugalkräfte, wenn der Rotorkern dreht, und diese Befestigung kann das Auftreten einer Restzuspannung verhindern. Wenn der Rotorkern dreht, wird ferner eine Lücke zwischen den Abschnitten mit Spielpassung beseitigt, und Endbereiche des bogenförmigen Vorsprungbereichs und des Ausnehmungsbereichs in der Umfangsrichtung werden in Kontakt miteinander gebracht. Folglich kann die Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert, in Abschnitten des Vorsprungbereichs und des Ausnehmungsbereichs, in denen die Restspannung nicht erzeugt wird, aufgenommen werden, ohne eine Konzentration der Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert. Dies verbessert die Festigkeit der Befestigungsbereiche, und ermöglicht das Erreichen einer erforderlichen Drehfestigkeit mit einem Aufbau, der in der radialen Richtung kompakt ist, selbst in dem Rotorkern mit unterteilten Kernplatten. Da die Dicke jeder Kernplatte dünner gebildet werden kann, kann ein Wirbelstrom, der in dem Rotorkern erzeugt wird, klein gehalten werden. Entsprechend ist es möglich, eine drehende Elektromaschine mit hoher Ausbeute und guter Effizienz unter Verwendung des oben beschriebenen Rotorkerns zu bilden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen Rotorkern gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Kernplattensegment gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 zeigt schematisch Diagramme zum Erklären des Aufbaus eines Befestigungsbereichs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine Draufsicht des Befestigungsbereichs ist, 3B eine Querschnittsansicht des Befestigungsbereichs entlang einer Schnittlinie A-A ist, und 3C eine Querschnittsansicht des Befestigungsbereichs entlang einer Schnittlinie B-B ist.
4 zeigt schematisch Diagramme zum Erklären einer Restspannung, die in den Befestigungsbereichen der Kernplattensegmente erzeugt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 4A ein Diagramm ist, das einen Zustand zeigt vor dem Laminieren bzw. Schichten der Kernplattensegmente, 4B ein Diagramm ist, das einen Zustand nach dem Laminieren bzw. Schichten der Kernplattensegmente zeigt, und 4D eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereichs von 4B ist.
5 zeigt schematisch Diagramme zum Erklären einer Spannung, die auf Zentrifugalkräften basiert, die auf die Befestigungsbereiche der Kernplattensegmente wirken, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 5A ein schematisches Diagramm ist zum Erklären der Zentrifugalkräfte, die auf die Kernplattensegmente der verschiedenen Schichten wirken, und 5B eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereichs von 5A ist.
6A ist ein schematisches Diagramm zum Erklären der Konfiguration eines Befestigungsbereichs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 6B zeigt ein Modifikationsbeispiel von 6A.
7A zeigt ein schematisches Diagramm zum Erklären der Konfiguration eines Befestigungsbereichs gemäß einem dritten Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung, und 7B zeigt ein Modifikationsbeispiel von 7A.
Beste Ausführungsformen der Erfindung
Ein Rotorkern für eine drehende Elektromaschine gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei erwähnt, dass in der nachfolgenden Beschreibung eine Formschlusspassung bzw. Passung ohne Spiel als eine Passung bezeichnet wird zwischen einem Vorsprungbereich und einem Ausnehmungsbereich mit einer Breite des Vorsprungbereichs, die etwas größer ist als eine Breite des Ausnehmungsbereichs, und eine Spielpassung als eine Passung bezeichnet wird zwischen einem Vorsprungbereich und einem Ausnehmungsbereich mit einer vorbestimmten dazwischen liegenden Lücke.
Erstes Ausführungsbeispiel
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist ein Rotorkern 1 für einen IPM-Motor (drehende Elektromaschine) gebildet durch Schichten bzw. Laminieren einer Mehrzahl von ringförmigen Kernplatten 2. Jede der Kernplatten 2 ist ein plattenförmiges Bauteil, das aus einem Basismaterial einer elektromagnetischen Stahlplatte ausgestanzt ist. Um die Ausbeute zu verbessern, sind die Kernplatten 2 jeweils gebildet, indem bogenförmige Kernplattensegmente 3 verbunden werden, die gebildet sind durch gleichmäßiges Unterteilen der Kernplatte 2 (in diesem Ausführungsbeispiel durch Unterteilen der Kernplatte 2 in fünf Kernplattensegmente 3).
Spezieller ist ein Endbereich jedes Kernplattensegments 3 mit einem Vorsprungbereich 5a gebildet. Der andere Endbereich jedes Kernplattensegments 3 ist mit einem Ausnehmungsbereich 5b gebildet. Der Vorsprungbereich 5a des Kernplattensegments 3 wird an den Ausnehmungsbereich 5b eines anderen Kernplattensegments 3 benachbart in einer Umfangsrichtung montiert bzw. eingepasst, so dass das Kernplattensegment 3 mit dem umfangsseitig benachbarten Kernplattensegment 3 verbunden wird. Fugen bzw. Spalten D₁, D₂, an denen die Kernplattensegmente 3 verbunden sind, also Verbindungen zwischen den Vorsprungbereichen 5a und den Passbereichen 5b, sind derart gebildet, dass die Anzahl der Verbindungen gleich ist wie die Anzahl von Kernplattensegmenten 3 in einer Kernplatte 2.
Die Kernplatte 2 jeder Schicht ist in einer Ringform gebildet, indem die Kernplattensegmente 3 verbunden werden, die alle die gleiche Form haben. Die Kernplatten 2 sind in einer Art und Weise geschichtet wie ein Mauerwerk, wobei die Positionen (Phasen) der Fugen D₁, D₂ zwischen den Kernplattensegmenten 3 in einer Umfangsrichtung C voneinander versetzt sind bezüglich der benachbarten Kernplatte 2 in einer Laminierungsrichtung bzw. Richtung, in der geschichtet wird. Die Positionen der Fugen D₁, D₂ zwischen den Kernplattensegmenten 3 in der Umfangsrichtung C unterscheiden sich zwischen den Kernplatten, die in der Laminierungsrichtung benachbart zueinander sind. Beispielsweise sind der Einfachheit halber in 1 die Kernplatten 2 unterteilt in Kernplatten 2 einer ungeradzahligen Schicht und Kernplatten 2 einer geradzahligen Schicht, indem die geschichteten Kernplatten 2 von dem Boden des Rotorkerns 1 aus gezählt werden. In diesem Fall sind die Kernplatten 3 _E in den geradzahligen Schichten angeordnet, so dass die Positionen der Fugen D₁ in der Umfangsrichtung C um einen vorbestimmten Winkel von den Fugen D₂ zwischen Kernplattensegmenten 3 _O in den ungeradzahligen Schichten versetzt sind.
Jedes der Kernplattensegmente 3 ist ferner mit einer Mehrzahl von Magneteinführungslöchern 6 gebildet, in die Seltenerd-Dauermagnete wie beispielsweise Neodymmagnete eingesetzt sind, und mit einer Mehrzahl von Befestigungsbereichen 10, durch die die Mehrzahl von Kernplatten 2, die miteinander laminiert bzw. geschichtet sind, befestigt werden. Die Magneteinführungslöcher 6 und die Befestigungsbereiche 10 sind in der Umfangsrichtung des Kernplattensegments 3 gebildet. Die Befestigungsbereiche 10 sind jeweils auf inneren Umfangsseiten von beiden Endbereichen jedes Magneteinführungslochs 6 bereitgestellt. Die Befestigungsbereiche 10 werden befestigt nach einer vorübergehenden Montage der Kernplatten 2, so dass der gesamte Aufbau der Kernplatten 2 in dem Rotorkern 1 gehalten werden kann, ohne auseinander zu fallen.
Als nächstes werden die oben beschriebenen Befestigungsbereiche 10 im Einzelnen beschrieben. Wie in den 2 und 3 gezeigt enthält jeder Befestigungsbereich 10 einen Vorsprungbereich („Dowel”) 11, der gebildet ist, indem eine Fläche des Kernplattensegments durch Pressen vorsteht, und ein Ausnehmungsbereich 12, der gebildet ist, indem der Vorsprungbereich 11 gebildet wird. Der Ausnehmungsbereich 12 ist auf der Fläche (andere Fläche) des Kernplattensegments 3 gebildet, die der Fläche gegenüberliegt, von der der Vorsprungbereich 11 vorsteht. Die Befestigungsbereiche 10 werden durch Einpassen des Vorsprungbereichs 11 in den Ausnehmungsbereich 12 des anderen Kernplattensegments 3 steckverbunden.
Zwei Typen von Spannungen, also eine Restspannung, die erzeugt wird, wenn das Befestigen erfolgt, und eine Spannung, die auf Zentrifugalkräften basiert, die wirken, wenn der Rotorkern 1 dreht, wirken auf die Befestigungsbereiche 10, die jeweils aus dem Vorsprungbereich 11 und dem Ausnehmungsbereich 12 gebildet sind.
Die Restspannung ist eine Spannung, die erzeugt wird durch das Befestigen des Befestigungsbereichs 10 durch eine Formschlusspassung. Kernplattensegmente 3 _A, 3 _B, 3 _C in einer A-Schicht L_A, einer B-Schicht L_B und einer C-Schicht L_C, die miteinander laminiert bzw. geschichtet sind, wie in 4 gezeigt, werden hier als ein Beispiel verwendet. Die Befestigungsbereiche 10 sind jeweils derart gebildet, dass in einem Abschnitt 10a, der einer Formschlusspassung unterworfen wird, eine Breite W_r2 des Vorsprungbereichs 11 um eine Interferenz d₁ größer ist, als eine Breite W_r1 des Ausnehmungsbereichs 12 (siehe 4A).
Wie in 4B gezeigt werden die Kernplattensegmente 3 _A, 3 _B, 3 _C in deren Schichtungsrichtung durch Formschlusspassung verbunden, bei der die Vorsprungbereiche 11 in die Ausnehmungsbereiche 12 presseingepasst werden, die eine Breite aufweisen, die um die Interferenz d₁ kleiner ist, als die der Vorsprungbereiche 11. Ähnlich nimmt das Kernplattensegment 3 _B, wie in 4C gezeigt, wenn der Vorsprungbereich 11 in den Ausnehmungsbereich 12 des Kernplattensegments 3 _C der anderen Schicht (die C-Schicht L_C) pressgepasst wird, der pressgepasste Vorsprungbereich 11 eine Spannung Tc in einer Kompressionsrichtung von einem Wandbereich 12a des Ausnehmungsbereichs 12 der C-Schicht L_C auf (also in Richtung des Vorsprungbereichs 11 der B-Schicht L_B von dem Ausnehmungsbereich der C-Schicht L_C).
Wenn der Vorsprungbereich einer noch anderen Schicht (die A-Schicht L_A) indes in den Ausnehmungsbereich 12 pressgepasst wird, nimmt dieser Ausnehmungsbereich 12 eine Spannung Tt in einer Erstreckungsrichtung auf von einem Wandbereich 11a des Vorsprungbereichs 11 der A-Schicht L_A (also in Richtung des Ausnehmungsbereichs 12 der B-Schicht L_B von dem Vorsprungbereich 11 der A-Schicht L_A). Die Spannungen Tc, Tt, die in entgegengesetzten Richtungen zueinander wirken, wirken auf einen Verbindungsbereich I in der B-Schicht L_B, wo der Vorsprungbereich 11 und der Ausnehmungsbereich 12 verbunden sind, und die Spannung Tc von der Ausnehmungsbereichsseite und die Spannung Tt von der Vorsprungbereichsseite werden ausgeglichen, wodurch die oben beschriebene Restzugspannung in dem Verbindungsbereich I erzeugt wird.
Die Spannung, die auf Zentrifugalkräften basiert, ist eine Spannung, die in den Befestigungsbereichen 10 erzeugt wird, wenn der Rotorkern 1 dreht. Wenn der Rotorkern 1 dreht, wie in 5A gezeigt, wirken jeweils Zentrifugalkräfte F_E, F_O auf die gestapelten Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O.
Die Zentrifugalkräfte F_E, F_O, die auf die gestapelten Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O wirken, werden unterteilt in Komponenten F_EX, F_OX in der Umfangsrichtung der Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O und in die Komponenten F_EY, F_OY in der radialen Richtung der Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O, wie in 5B gezeigt. Die radialen Komponenten F_EY, F_OY wirken beide in eine Richtung von einem Zentrum der Kernplatten 2 in Richtung einer äußeren Durchmesserseite, und folglich kann keine Gegenkraft zwischen gestapelten Kernplattensegmenten 3 _E, 3 _O gegenseitig aufgenommen werden. Entsprechend wirkt fast keine Kraft auf die Verbindungsbereiche 10, die die Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O der unterschiedlichen Schichten verbinden.
Dagegen wirken die Umfangskomponenten F_EX, F_OX der Zentrifugalkräfte F_E, F_O in unterschiedliche Richtungen zwischen den gestapelten Kernplattensegmenten 3 _E, 3 _O. Folglich kann eine Reaktionskraft bzw. Gegenkraft an den Befestigungsbereichen 10, die die Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O verbinden, gegenseitig aufgenommen werden. Bei einer Konzentration auf den Befestigungsbereich 10 _P, der an einem Endbereich des Kernplattensegments 3 _E gebildet ist, versuchen also die gestapelten Kernplatten sich in voneinander entgegen gesetzten Richtungen entlang der Umfangsrichtung zu bewegen, und dies verursacht die Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert, die erzeugt werden in dem Befestigungsbereich 10 _P in der Umfangsrichtung der Kernplatte 2. Es sei erwähnt, dass eine Kraft der radialen Komponenten F_EY, F_OY der Zentrifugalkräfte F_E, F_O durch die Befestigungsbereiche der gesamten Kernplatte 2 in einer verteilten Art und Weise aufgenommen wird. Jedoch wirkt insbesondere eine große Kraft auf die Befestigungsbereiche in der Umgebung der Fugen D₁, D₂ der Kernplattensegmente 3.
Der Befestigungsbereich 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, wie oben beschrieben, ist derart konfiguriert, dass die Spannung, die auf Zentrifugalkräften basiert, und die Restzugspannung nicht an der gleichen Stelle erzeugt werden. Der Abschnitt 10a, der einer Formschlusspassung unterworfen wird, in dem die Restspannung, die oben beschrieben wurde, erzeugt wird, wird separat von einem Abschnitt 10b ausgebildet, indem die Spannung erzeugt wird, die auf den Zentrifugalkräften basiert.
Speziell enthält der Befestigungsbereich 10 lineare Bereiche bzw. gerade Bereiche 10a und gebogene Bereiche 10b. In jedem der geraden Bereiche 10a sind der Wandbereich 11a des Vorsprungbereichs 11 und der Wandbereich 12a des Ausnehmungsbereichs 12 in der Umfangsrichtung C der Kernplatte 2 (eine tangentiale Richtung des Kernplattensegments 3) gerade ausgebildet. In jedem der Bogenbereiche 10b sind ein Wandbereich 11b des Vorsprungbereichs 11 und ein Wandbereich 12b des Ausnehmungsbereichs 12 in einer radialen Richtung R der Kernplatte 2 mit einer vorbestimmten Krümmung gekrümmt ausgebildet. Der Befestigungsbereich 10 hat eine ovale Form, die gebildet wird, indem die Bogenbereiche 10b verwendet werden, um die geraden Bereiche 11a zu verbinden, und die geraden Bereiche 10a dienen als Abschnitte des Befestigungsbereichs 10, die einer Formschlusspassung unterworfen werden.
In dem Befestigungsbereich 10 ist also die Breite W_r2 des Vorsprungbereichs 11 in der radialen Richtung R der Kernplatte 2, die die Breite ist zwischen den geraden Wandbereichen 11a, 11a, größer eingestellt als die Breite W_r1 des Ausnehmungsbereichs 12 in der radialen Richtung R der Kernplatte 2, die die Breite ist zwischen den geraden Wandbereichen 12a, 12a (W_r2 > W_r1), und der Vorsprungbereich 11 und der Ausnehmungsbereich 12 werden durch Formschlusspassung miteinander in der radialen Richtung R montiert.
Die Spannung, die auf den Zentrifugalkräften F_E, F_O basiert, wirkt ferner auf den Befestigungsbereich 10 in dessen Umfangsrichtung, und folglich werden die Bogenbereiche 10b, die als Umfangsendbereiche des Vorsprungbereichs 11 und des Ausnehmungsbereichs 12 dienen, einer Spielpassung unterworfen, mit einer vorbestimmten Lücke d₂, die zwischen den bogenförmigen Wandbereichen 11b, 12b gebildet ist. Die Bogenbereiche 10 bilden also Abschnitte des Befestigungsbereichs 10, die einer Spielpassung unterworfen werden. Eine Breite W_c2 des Vorsprungbereichs 11 in der Umfangsrichtung C der Kernplatte 2, die der Breite entspricht zwischen den bogenförmigen Wandbereichen 11b, 11b, ist kleiner eingestellt als eine Breite W_c1 des Ausnehmungsbereichs 12 in der Umfangsrichtung der Kernplatte 2, die der Breite entspricht zwischen den bogenförmigen Wandbereichen 12b, 12b (W_c1 > W_c2).
Es sei erwähnt, dass, wenn die Befestigungsbereiche 10 befestigt werden, in jedem der Bogenbereiche 10b die Lücke d₂ bereitgestellt ist zwischen dem bogenförmigen Wandbereich 11b des Vorsprungbereichs und dem bogenförmigen Wandbereich 12b des Ausnehmungsbereichs 12. Folglich können Gegenkräfte gegen die Umfangskomponenten F_EX, F_OX der Zentrifugalkräfte F_E, F_O nicht aufgenommen werden zwischen den Wandbereichen 11b, 12b. Die Lücke d₂ wird jedoch gesetzt, um dem bogenförmigen Wandbereich 11b des Vorsprungbereichs 11 und dem bogenförmigen Wandbereich 12b des Ausnehmungsbereichs 12 zu erlauben, in Kontakt miteinander gebracht zu werden aufgrund einer minimalen Versetzung zwischen ihnen, und einer elastischen Verformung der Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O, wenn der Rotorkern 1 dreht, und die gestapelten Kernplattensegmente 3 _E, 3 _O versuchen sich in der Umfangsrichtung zu bewegen, um voneinander getrennt zu werden. Mit anderen Worten, die Lücke d₂ ist derart festgelegt, dass der Vorsprungbereich 11 und der Ausnehmungsbereich 12 in Kontakt miteinander gebracht werden, wenn der Rotorkern 1 dreht.
Als Nächstes wird der Betrieb des Rotorkerns 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt, um den Rotorkern 1 herzustellen, baut der Benutzer jede der Kernplatten 2 zusammen, indem die Kernplattensegmente 3 in eine Halterung (nicht gezeigt) in einer Ringform gesetzt werden, und laminiert bzw. schichtet oder stapelt die Mehrzahl von Kernplatten aufeinander. Während dieses Prozesses, da die Halterung um einen vorbestimmten Winkel für jede Kernplattenschicht gedreht wird, werden die Kernplatten 2 derart geschichtet, dass die Positionen der Fugen D₁, D₂ der Kernplattensegmente 3 in der Umfangsrichtung C versetzt sind zwischen den Kernplatten 2 benachbart in der Schichtungsrichtung. Darüber hinaus werden vor dem Laminieren bzw. Stapeln der nächsten Schicht der Kernplatte 2 die geschichteten Kernplatten 2 durch Pressen steckverbunden, wodurch die geschichteten Kernplatten 2 in der Schichtungsrichtung verbunden werden. Dann wird eine vorbestimmte Anzahl von befestigten Kernplatten 2 weiter geschichtet, um den Rotorkern 1 zu bilden.
Wenn die vorübergehend zusammen gebauten Kernplatten 2 gepresst werden, werden also die geraden Bereiche 10a der Befestigungsbereiche 10 durch eine Formschlusspassung miteinander montiert, und die Kernplattensegmente 3 werden in der Laminierungsrichtung bzw. Schichtungsrichtung verbunden. Ein Rotorkern 1 wird durch eine derartige Mehrzahl von Kernplatten 2, die miteinander laminiert sind, gebildet. Der Benutzer führt dann jeweilige Neodymmagnete in die Magneteinführungslöcher 6 des Rotorkerns 1 ein, damit der Rotorkern 1 als ein Rotor arbeiten kann, und eine drehende Elektromaschine wird durch Integrieren eines derartigen Rotors gebildet.
Wenn Elektrizität an die drehende Elektromaschine geliefert wird, und der Rotor dreht, wirken Zentrifugalkräfte gemäß einer Drehzahl des Rotors auf jedes der Kernplattensegmente 3 des Rotorkerns 1. Wenn derartige Zentrifugalkräfte wirken, wie in 5 gezeigt, versuchen die Kernplattensegmente 3, sich in die Richtung zu bewegen, in der die gestapelten Kernplattensegmente 3 _O, 3 _E sich voneinander in der Umfangsrichtung C der Kernplatte 2 trennen (beispielsweise in eine Richtung M, die in der Zeichnung in dem Fall des Kernplattensegments 3 _E gezeigt ist). In jedem der Befestigungsbereiche 10, wo die gestapelten Kernplatten 3 _O, 3 _E verbunden sind, wird dann die Lücke d₂ zwischen den Wandbereichen 11b, 12b des Bogenbereichs 10b, der einer Spielpassung unterzogen worden ist, beseitigt durch eine Umfangsversetzung oder eine elastische Verformung der Kernplattensegmente 3 _O, 3 _E der Kernplattensegmente 3 _O, 3 _E. Die Kraft der Umfangskomponenten der Zentrifugalkräfte, die auf den Befestigungsbereich 10 wirken, wird von den bogenförmigen Wandbereichen 11b, 12b, die in Kontakt miteinander gebracht werden, aufgenommen.
Wie oben beschrieben werden die Zentrifugalkräfte, die auf den Befestigungsbereich 10 wirken, durch die bogenförmigen Wandbereiche 11b, 12b, die in Kontakt miteinander gebracht sind, aufgenommen, und folglich kann der Befestigungsbereich 10 eine große Spannung (Zentrifugalkraft) aushalten, da die Spannung nicht auf diesen Bereich konzentriert wird. Ferner werden die Befestigungsbereiche 10 durch Formschlusspassung in der radialen Richtung montiert, und die Bogenbereiche 10b, die die Spannung aufnehmen, die erzeugt wird basierend auf den Zentrifugalkräften, werden einer Spielpassung unterzogen. Mit diesem Aufbau wird die Restzuspannung aufgrund der Formschlusspassung nicht in den Bogenbereichen 10b erzeugt, wodurch es möglich ist, dass die Befestigungsbereiche 10 eine noch größere Zentrifugalkraft standhalten.
Darüber hinaus ist der Abschnitt, der einer Formschlusspassung unterzogen wird, aufgebaut durch den geraden Bereich 10a, der sich geradlinig in der Tangentialrichtung des Kernplattensegments 3 erstreckt. Dadurch wird es für den so konfigurierten geraden Bereich möglich, gleichmäßig die Restspannung aufzunehmen, aufgrund der Formschlusspassung, und ebenso ist es einfacher, die gestapelten Kernplattensegmente 3 _O, 3 _E in der Umfangsrichtung zu versetzen. Darüber hinaus wird der Abschnitt, der die Spannung, die auf den Zentrifugalkräften basiert, aufnimmt, von dem Abschnitt getrennt, in dem die Restspannung erzeugt wird. Die Befestigungsbereiche können folglich eine größere Zentrifugalkraft aushalten, wodurch die Drehfestigkeit des Rotorkerns 1 verbessert wird.
Dadurch wird es in dem Rotorkern 1 mit den unterteilten Kernplatten 2 möglich, eine erforderliche Drehfestigkeit mit einer Konfiguration zu erreichen, die in der radialen Richtung kompakt ist. Da ferner die Dicke jeder Kernplatte 2 dünner gebildet werden kann, kann ein Wirbelstrom, der in dem Rotorkern 1 erzeugt wird, klein gehalten werden, wodurch eine drehende Elektromaschine mit hoher Ausbeute und guter Effizienz gebildet werden kann, indem der oben beschriebene Rotorkern 1 verwendet wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei erwähnt, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Aufbau der Befestigungsbereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert ist. Folglich werden die Beschreibungen der Konfigurationen, die gleich sind zu den beiden ersten und zweiten Ausführungsbeispielen, weggelassen, und die Teile, die die gleiche Funktion und Wirkung haben, wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel, werden mit den gleichen Namen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurden, gekennzeichnet.
Wie in 6A gezeigt, sind in jedem Befestigungsbereich 10 ₂₁ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel Bogenbereiche 10b ₂₁ gebildet durch Bögen mit zwei Krümmungen r₁, r₂, so dass die Krümmung r₁ des Bogens in einem Bereich, der einen geraden Bereich 10a ₂₁ verbindet, konfiguriert ist, um größer zu sein als die Krümmung r₂ des Bogens in einem Zentrumsbereich, der hauptsächlich die Spannung aufnimmt, die auf den Zentrifugalkräften basiert (r₁ > r₂).
Wie oben beschrieben kann durch Reduzieren der Krümmung r₂ des Bogens in dem Zentrumsbereich, der hauptsächlich die Spannung aufnimmt, die auf den Zentrifugalkräften basiert, die Spannungskonzentration auf den Bogenbereich 10b ₂₁ reduziert werden. Wenn die Krümmung r₁ des Bogens in dem Verbindungsbereich ferner größer ist als die Krümmung r₂ des Bogens in dem Zentrumsbereich, kann der gerade Bereich 10a ₂₁ verlängert werden, und folglich kann der verlängerte gerade Bereich 10a ₂₁ die Restspannung, aufgrund der Formschlusspassung, in einer verteilten Art und Weise aufnehmen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Aufbau des Befestigungsbereichs von dem in dem ersten Ausführungsbeispiel. Beschreibungen der Konfigurationen, die dem ersten Ausführungsbeispiel und dem dritten Ausführungsbeispiel gemeinsam sind, werden weggelassen, und die Teile, die die gleichen Funktionen und die gleiche Wirkung, haben wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel, werden mit den gleichen Namen bezeichnet, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurden.
Wie in 7A gezeigt sind in jedem Befestigungsbereich 10 ₃₁ gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel Bogenbereiche 10b ₃₁ konfiguriert durch einen einzelnen großen Bogen mit einer kleinen Krümmung. Die Bogenbereiche 10b ₃₁ sind jeweils konfiguriert, um sich nicht in der tangentialen Richtung des Kernplattensegments 3 zu erstrecken, und die geraden Bereiche 10a ₃₁ sind folglich verlängert ausgebildet.
Wie oben beschrieben nimmt der Bogen mit der kleinen Krümmung die Spannung auf, die auf den Zentrifugalkräften basiert, und dies macht es möglich, die Spannungskonzentrationen auf die Bogenbereiche 10b ₃₁ zu reduzieren. Das verlängerte Ausbilden der geraden Bereiche 10a ₃₁ ermöglicht es, dass die Restspannung, die auf der Formschlusspassung basiert, von den verlängerten geraden Bereichen 10a ₃₁ in einer verteilten Art und Weise aufgenommen wird.
Es sei erwähnt, dass in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel eine Umfangslänge des Befestigungsbereichs 10 konfiguriert ist, um länger zu sein als eine radiale Länge. Wie in den 6B und 7B gezeigt kann jedoch die radiale Länge langer ausgebildet sein als die Umfangslänge.
Ferner ist eine Anzahl von Befestigungsbereichen 10 in den Kernplattensegmenten 3 entlang deren Umfangsrichtung gebildet. Die Befestigungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung muss jedoch nicht notwendigerweise auf alle Befestigungsbereiche wirken, und kann nur auf den Befestigungsbereich wirken, in dem die stärkste Spannung erzeugt wird (beispielsweise der Befestigungsbereich 10 _P an dem Endbereich des Kernplattensegments 3). Darüber hinaus kann die Mehrzahl der Befestigungsbereiche nicht notwendigerweise in jedem der Kernplattensegmente 3 gebildet sein, und mindestens ein Befestigungsbereich 10 kann in jedem der Kernplattensegmente 3 gebildet sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält also jedes von den Kernplattensegmenten 3 eine Mehrzahl von Vorsprungbereichen 11 auf einer Fläche davon, und die Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen 12 auf der anderen Fläche, so dass eine Anzahl von Befestigungsbereichen 10 gebildet wird. Das Kernplattensegment 3 kann jedoch mindestens einen Vorsprungbereich 11 auf seiner Fläche haben, und mindestens einen Ausnehmungsbereich 12 auf der anderen Fläche.
Ferner können in dem Rotorkern 1 Verbindungen in der Kernplatte 2 in der Umfangsrichtung C nur verstärkt sein, indem Kernplatten 2 von anderen Schichten in dem gesamten Rotorkern 1 verwendet werden. Folglich kann der Rotorkern 1 derart konfiguriert sein, dass die Positionen der Fugen D₁, D₂ zwischen den Kernplattensegmenten 3 in der Umfangsrichtung C in der Schichtungsrichtung der Kernplatten 2 für jede Schicht von mindestens einer der Kernplatten 2 voneinander abweichen. Beispielsweise kann der Rotorkern 1 derart konfiguriert sein, dass die Positionen der Fugen D₁, D₂ zwischen den Kernplattensegmenten 3 in der Umfangsrichtung C abwechselnd abweichen voneinander für jede Kernplatte. Alternativ können die Positionen der Fugen D₁, D₂ voneinander verschieden sein für jeden Satz von einer Mehrzahl von Kernplatten, beispielsweise für jede zweite Kernplatte oder für jede dritte Kernplatte.
Darüber hinaus kann die Mehrzahl von Kernplatten 2, wie oben beschrieben, auf einmal gepresst werden. Darüber hinaus können die oben beschriebenen Befestigungsstrukturen in irgendeiner Kombination verwendet werden. Die Befestigungsstrukturen sind auch nicht auf die Verwendung in einem IPM-Motor beschränkt, und können beispielsweise in einem Rotorkern für irgendeinen Typ von drehender Elektromaschine verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorkern für eine drehende Elektromaschine, in dem eine Mehrzahl von Kernplatten laminiert sind, und der für irgendeine drehende Elektromaschine verwendet werden kann, die in irgendeinem Typ von Produkt montiert ist, beispielsweise drehende Elektromaschinen, die als Antriebsquellen in Fahrzeugen montiert sind, wie in Passagierfahrzeugen, Bussen und LKW.
Bezugszeichenliste

1: Rotorkern
2: Kernplatte
3: Kernplattensegment
10b: Abschnitt, der einer Spielpassung unterzogen ist (Bogenbereich)
11: Vorsprungbereich
12: Ausnehmungsbereich
Wr₁: Ausnehmungsbereichsbreite in radialer Richtung der Kernplatte
Wr₂: Vorsprungbereichsbreite in radialer Richtung der Kernplatte
Wc₁: Ausnehmungsbereichsbreite in Umfangsrichtung der Kernplatte
Wc₂: Vorsprungbereichsbreite in Umfangsrichtung der Kernplatte
d₂: Lücke
D₁, D₂: Fuge
R: radiale Richtung
C: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-142114 A [0005]
JP 2002-262496 A [0005]

Claims

Ein Rotorkern für eine drehende Elektromaschine, wobei der Rotorkern durch Schichten einer Mehrzahl von ringförmigen Kernplatten gebildet ist, eine Schicht von jeder der Kernplatten durch Verbinden von bogenförmigen Kernplattensegmenten gebildet ist, die gebildet sind durch gleichmäßiges Teilen der Kernplatte, und eine Position einer Fuge zwischen den Kernplattensegmenten in der Umfangsrichtung in einer Schichtungsrichtung der Kernplatten für jede Schicht von mindestens einer der Kernplatten verschieden ist, wobei der Rotorkern dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kernplattensegmente jeweils einen Vorsprungbereich enthalten, der auf einer Fläche von jedem der Kernplattensegmente gebildet ist und einen Endbereich in der Umfangsrichtung aufweist, der bogenförmig ist, und einen Ausnehmungsbereich, der auf der anderen Fläche gebildet ist und einen Endbereich in der Umfangsrichtung aufweist, der bogenförmig ist, und mit dem der Vorsprungbereich des Kernplattensegments einer anderen Schicht montiert ist, wenn die Kernplatten geschichtet sind, eine Breite des Vorsprungbereichs in einer radialen Richtung der Kernplatten größer ist als eine Breite des Ausnehmungsbereichs in der radialen Richtung der Kernplatten, um den Vorsprungbereich in den Ausnehmungsbereich durch eine Formschlusspassung in der radialen Richtung zu montieren, und eine Breite des Vorsprungbereichs in der Umfangsrichtung der Kernplatten kleiner ist als eine Breite des Ausnehmungsbereichs in der Umfangsrichtung der Kernplatten, um den Vorsprungbereich in den Ausnehmungsbereich in der Umfangsrichtung durch Spielpassung zu montieren.