JP2009095109A - 回転電機の回転子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心力に対する耐性を向上させる
【解決手段】回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙２２が設けられた電磁鋼板１４が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体１６と、空隙２２間に径方向に延びる径方向ブリッジ部２６に対する電磁鋼板１４の径方向外側の位置に配置されると共に、複数の電磁鋼板１４を軸方向に貫通し、且つ、軸方向両端部がボルト４２によって電磁鋼板１４の径方向内側へ押圧されて、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部のＲ部３２に、残留圧縮応力を付加させている補強部材３８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の回転子及び回転電機に係り、特に電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体を有する回転子及びこの回転子を備えた回転電機に関する。

従来、この種の回転電機の回転子及び回転電機としては、次のものが知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

例えば、特許文献１に記載の例では、ロータの外周部が円管状のカーボンリングで補強されている。また、特許文献２に記載の例では、回転子のコアに空洞部が設けられると共にこの空洞部に支持棒が挿通されている。さらに、特許文献３に記載の例では、ロータの磁石の外周部に非磁性の補強部材がねじによって固定されている。
特開２００５−３１２２５０号公報 特開２００４−２５４４６６号公報 特開２０００−２６１９９３号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に記載の例では、ロータの外周部における遠心力に対する強度を維持できるものの、遠心力に対する耐性を向上させるためには改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、遠心力に対する耐性を向上させることができる回転電機の回転子及び回転電機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の回転電機の回転子は、回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙が設けられた電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体と、前記電磁鋼板における前記空隙を形成している縁部を含み前記電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に、残留圧縮応力を付加させている応力付加部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において空隙を形成している縁部を含む部位に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、応力付加部材によって残留圧縮応力が付加されている。従って、この部位の引張応力を緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。

請求項２に記載の回転電機の回転子は、請求項１に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有し、前記応力付加部材は、前記径方向ブリッジ部に対する前記電磁鋼板の径方向外側の位置に配置されると共に、前記複数の電磁鋼板を軸方向に貫通し、且つ、少なくとも一部が押圧部材によって前記電磁鋼板の径方向内側へ押圧されている、ことを特徴とする。

請求項２に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において周方向に並んで配置された空隙間に形成された径方向ブリッジ部の径方向端部に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、応力付加部材によって残留圧縮応力を付加させることができる。従って、この部位の引張応力を緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。

請求項３に記載の回転電機の回転子は、請求項１に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有し、前記径方向ブリッジ部に対する前記電磁鋼板の径方向外側且つ周方向両側の位置には、前記応力付加部材がそれぞれ配置され、前記一対の応力付加部材は、前記複数の電磁鋼板を軸方向に貫通し、且つ、少なくとも一部が押圧部材によって前記径方向ブリッジ部に向けてそれぞれ押圧されている、ことを特徴とする。

請求項３に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において周方向に並んで配置された空隙間に形成された径方向ブリッジ部の径方向端部に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、応力付加部材によって残留圧縮応力を付加させることができるので、この部位の引張応力を緩和できる。

特に、径方向ブリッジ部の径方向端部にＲ部が形成された場合でも、一対の応力付加部材が径方向ブリッジ部に向けてそれぞれ押圧されることで、このＲ部の全体に残留圧縮応力を付加させることができる。従って、この部位の引張応力をより一層効果的に緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性をより向上させることができる。

また、前記課題を解決するために、請求項４に記載の回転電機は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の前記回転電機の回転子を備えた、ことを特徴とする。

請求項４に記載の回転電機によれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備えているので、遠心力に対する耐性を向上させることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、電磁鋼板において空隙を形成している縁部を含み回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位の引張応力を緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の回転電機の一実施形態について説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る回転電機１０の要部構成が示されている。回転電機１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動モータとして好適に使用されるものであり、回転磁界を形成する図示しない固定子と、この固定子の径方向内側に回転可能に配置された回転子１２と、を備えて構成されている。

回転子１２は、電磁鋼板１４が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体１６を有して構成されている。各電磁鋼板１４には、回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に、周方向に並ぶ一対の磁石挿入孔部１８が設けられている。一対の磁石挿入孔部１８は、Ｖ字状を成しており、各磁石挿入孔部１８には、永久磁石２０が挿入されている。

また、各電磁鋼板１４において、永久磁石２０の両側には、磁石挿入孔部１８の内壁部と永久磁石２０の両壁部とで空隙２２，２４がそれぞれ形成されている。そして、周方向に並んで配置された一対の空隙２２間は、径方向に延びる径方向ブリッジ部２６とされている。この径方向ブリッジ部２６の径方向両端部には、Ｒ部３２が形成されている。

なお、このＲ部３２が、本発明における、空隙２２を形成している縁部（内壁部）を含み電磁鋼板１４の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に相当する。

また、各電磁鋼板１４において、径方向ブリッジ部２６に対する径方向外側の位置には、孔部３６が軸方向（板厚方向）に沿って貫通されている。そして、この孔部３６には、丸棒状の応力付加部材としての補強部材３８が挿入されている。

ここで、図２には、図１に示される回転子１２が側面断面図にて示されている。この図に示されるように、補強部材３８は、電磁鋼板積層体１６の軸方向両側に設けられたエンドプレート４０を貫通しており、このエンドプレート４０に設けられた押圧部材としてのボルト４２によって、その軸方向両端部が電磁鋼板積層体１６の径方向内側へ押圧されている。

そして、図１に示されるように、各電磁鋼板１４は、補強部材３８によって径方向ブリッジ部２６に対する径方向外側の位置に径方向内側への押圧力Ｆが付加されることにより、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に遠心力の作用方向と同一方向に残留圧縮応力が付加された構成とされている。

なお、補強部材３８が、軸方向両端部よりも軸方向中央部の方が径が太いクラウニング等の形状とされると、補強部材３８による径方向内側への押圧力を各電磁鋼板１４について均一化することができ好適である。

そして、上記構成からなる回転電機１０によれば、以下の特有な効果を奏する。

すなわち、本発明の一実施形態に係る回転電機１０によれば、電磁鋼板１４において周方向に並んで配置された空隙２２間に形成された径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に、電磁鋼板１４の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、補強部材３８によって残留圧縮応力を付加させることができる。従って、この部位の引張応力を緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

例えば、上記実施形態において、回転電機１０は、固定子の径方向内側に回転子１２を備えた、いわゆるインナロータモータとされていたが、固定子の径方向外側に回転子１２を備えた、いわゆるアウタロータモータとされていても良い。

また、上記実施形態において、回転電機１０は、回転子１２に永久磁石２０を備えた、いわゆる永久磁石モータとされていたが、回転子１２に永久磁石２０を備えない、いわゆるシンクロナスリランクタンスモータとされていても良い。

また、上記実施形態では、一対のボルト４２によって補強部材３８の軸方向両端部が電磁鋼板１４の径方向内側へ押圧されるよう構成されていたが、他の押圧部材によって補強部材３８の全体が電磁鋼板１４の径方向内側へ押圧されるよう構成されていても良い。また、例えば補強部材３８の軸方向両端部及び軸方向中央部を含む３箇所以上の部分にボルト４２を配置して、これらの部分がボルト４２によって径方向内側へ押圧されるよう構成されていても良い。

また、上記実施形態において、補強部材３８は、丸棒状とされていたが、図３の第一変形例に示されるように、角棒状とされていても良い。

また、上記実施形態において、補強部材３８は、各径方向ブリッジ部２６に一つずつ設けられていたが、図４の第二変形例に示されるように、各径方向ブリッジ部２６に一対ずつ設けられていても良い。また、この場合、補強部材３８は、径方向ブリッジ部２６に対する電磁鋼板１４の径方向外側且つ周方向両側の位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。

なお、この図４に示される第二変形例では、補強部材３８が図示しない押圧部材によって少なくとも一部を押圧されることで径方向ブリッジ部２６の延在方向（電磁鋼板１４の径方向）と平行な方向に沿って押圧力を付加している。

また、図４に示される第二変形例では、補強部材３８が径方向ブリッジ部２６の延在方向（電磁鋼板１４の径方向）と平行な方向に沿って押圧力を付加していたが、図５の第三変形例に示されるように、図示しない押圧部材によって少なくとも一部を押圧されることで径方向ブリッジ部２６に向けてＶ字状に押圧力を付加していても良い。

ここで、図６には、図４〜図５に示される第一〜第三変形例についてのＦＥＭによる解析結果であって、補強部材３８による押圧力（補強力）と、回転子１２の回転時における径方向ブリッジ部２６の径方向外側端部の最大応力との関係が示されている。また、図７には、第一変形例の補強部材３８を用いた場合の回転子１２の回転時における径方向ブリッジ部２６の径方向外側端部の最大応力分布が示されている。

図６に示されるように、第一〜第三変形例のいずれの補強部材３８を用いても、補強部材３８の押圧力を上昇させることで最大応力を低下させることができる。

ただし、最大応力は一定の値で飽和する。この理由としては、例えば第一変形例の補強部材３８を用いた場合、図７に示されるように、Ｒ部３２のうち径方向内側の部分３２Ａについては、応力を緩和できるが、Ｒ部３２のうち径方向外側の部分３２Ｂについては、補強部材３８の押圧力の方向が応力緩和に必要な方向と異なるため応力を緩和できないためである。

ここで、第三変形例の補強部材３８を用いた場合、一対の応力付加部材が径方向ブリッジ部２６に向けてそれぞれ押圧されることで、このＲ部３２の全体に残留圧縮応力を付加させることができる。従って、第三変形例の補強部材３８を用いた場合には、Ｒ部３２の引張応力をより一層効果的に緩和でき、これにより、遠心力に対する耐性をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の要部構成を示す図である。 図１に示される回転子の側面断面図である。 補強部材の第一変形例を示す図である。 補強部材の第二変形例を示す図である。 補強部材の第三変形例を示す図である。 補強部材の第一〜第三変形例についてのＦＥＭによる解析結果を示す図である。 第一変形例の補強部材を用いた場合の回転子の回転時における径方向ブリッジ部の径方向外側端部の最大応力分布を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機
１２ 回転子
１４ 電磁鋼板
１６ 電磁鋼板積層体
２２，２４ 空隙
２６ 径方向ブリッジ部
３８ 補強部材（応力付加部材）
４２ ボルト（押圧部材）

Claims (4)

1. 回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙が設けられた電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体と、
   前記電磁鋼板における前記空隙を形成している縁部を含み前記電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に、残留圧縮応力を付加させている応力付加部材と、
   を備えたことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有し、
   前記応力付加部材は、前記径方向ブリッジ部に対する前記電磁鋼板の径方向外側の位置に配置されると共に、前記複数の電磁鋼板を軸方向に貫通し、且つ、少なくとも一部が押圧部材によって前記電磁鋼板の径方向内側へ押圧されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有し、
   前記径方向ブリッジ部に対する前記電磁鋼板の径方向外側且つ周方向両側の位置には、前記応力付加部材がそれぞれ配置され、
   前記一対の応力付加部材は、前記複数の電磁鋼板を軸方向に貫通し、且つ、少なくとも一部が押圧部材によって前記径方向ブリッジ部に向けてそれぞれ押圧されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の前記回転電機の回転子を備えた、
   ことを特徴とする回転電機。