JP2009153236A - Rotor for rotating electrical machines and rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine, and more particularly to a rotor having an electrical steel sheet laminate in which a plurality of electrical steel sheets are stacked in the axial direction, and a rotating electrical machine including the rotor.
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2参照)。
Conventionally, the following are known as a rotor and a rotary electric machine of this kind of rotary electric machine (for example, refer to
例えば、特許文献1、特許文献2に記載の例では、円形鋼板における開口部の端縁であって遠心力が作用したことに伴って応力の集中する部分が塑性変形されることによって加工硬化されている。
しかしながら、特許文献1、特許文献2に記載の例では、円形鋼板における応力の集中する部分が加工硬化されることで、この部分の降伏点が向上するものの、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。
However, in the examples described in
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。 This invention is made | formed in view of the said subject, Comprising: It aims at providing the rotor of a rotary electric machine and rotary electric machine which can improve the tolerance with respect to a centrifugal force.
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を有する回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記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に、残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the rotor of the rotating electrical machine according to
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、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。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。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
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すると共に、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
The rotor of the rotating electrical machine according to
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、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。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。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
請求項3に記載の回転電機の回転子は、請求項2に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、外周部が径方向に拘束されると共に、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に拘束された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
The rotor of the rotating electrical machine according to
請求項3に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板の外周部を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を周方向に拘束した状態で、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
請求項4に記載の回転電機の回転子は、請求項2に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、複数積層された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
The rotor of the rotating electrical machine according to
請求項4に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板を複数積層させた状態で、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を周方向に塑性変形させるので、径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
また、この構成とすれば、電磁鋼板を形成する際に、複数の電磁鋼板を同時に加工することができるので、製造コストを低減できる。 Moreover, if it is set as this structure, when forming an electromagnetic steel plate, since a several electromagnetic steel plate can be processed simultaneously, manufacturing cost can be reduced.
請求項5に記載の回転電機の回転子は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記空隙と外周部との間に、周方向に延びる周方向ブリッジ部を有すると共に、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
The rotor of the rotating electrical machine according to
請求項5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と外周部との間に形成された周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、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。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。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
請求項6に記載の回転電機の回転子は、請求項5に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が径方向に拘束された状態で、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
The rotor of the rotating electrical machine according to
請求項6に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板の周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位を径方向に拘束された状態で、周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
According to the rotor of the rotating electrical machine according to
また、前記課題を解決するために、請求項7に記載の回転電機は、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備えた、ことを特徴とする。
Moreover, in order to solve the said subject, the rotary electric machine of
請求項7に記載の回転電機によれば、請求項1〜請求項6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。
According to the rotating electrical machine according to
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。 As described above in detail, according to the present invention, the tensile stress can be relieved at a portion where a tensile stress can occur due to the centrifugal force acting at the time of rotation including the edge portion forming the gap in the magnetic steel sheet. Thereby, the tolerance with respect to a centrifugal force can be improved.
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。 Hereinafter, an embodiment of a rotating electrical machine of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 shows a main configuration of a rotating
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。
The
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とされており、空隙24と外周部28との間は、周方向に延びる周方向ブリッジ部30とされている。この径方向ブリッジ部26の径方向両端部と、周方向ブリッジ部30の周方向両端部には、R部32,34がそれぞれ形成されている。
In each
なお、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、R部34が、本発明における、空隙24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。
Note that the
ここで、図2には、上述の電磁鋼板14を形成するための加工装置36が示されている、また、図3には、この加工装置36により加工される際の電磁鋼板14における拘束位置と塑性変形位置が示されている。
Here, FIG. 2 shows a
図2に示されるように、加工装置36は、パンチ38とダイ40により構成されている。パンチ38は、磁石挿入孔部18を打抜くための打抜き用パンチ部42と、径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位(図3における斜線部位)を塑性変形させるための塑性変形用パンチ部44と、を有し、ダイ40に対し電磁鋼板14の母材である被加工材46の板厚方向に移動可能とされている。
As shown in FIG. 2, the
また、パンチ38は、打抜き用パンチ部42によって磁石挿入孔部18を打抜くと同時に、図3に示されるように、電磁鋼板14における外周部28を電磁鋼板14の径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位(斜線部位)を電磁鋼板14の周方向に拘束した状態で(図3の一点鎖線部分が拘束部)、塑性変形用パンチ部44によって径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位(斜線部位)を電磁鋼板14の軸方向(板厚方向)に塑性変形させる構成とされている。
In addition, the
なお、パンチ38が、電磁鋼板14における外周部28を電磁鋼板14の径方向に拘束することに加え、電磁鋼板14における内周部を電磁鋼板14の径方向に拘束する構成とされていると、電磁鋼板14を径方向により拘束することができ好適である。
The
図4には、上述の加工装置36により加工された電磁鋼板14が示されている。この図に示されるように、電磁鋼板14は、上述の如く加工装置36によって加工されることで、径方向ブリッジ部26に径方向に変形力Fが作用され、径方向ブリッジ部26の径方向両端部(一点鎖線の楕円で囲まれた部分)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。
FIG. 4 shows the
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。
And according to the rotary
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を形成する際に、電磁鋼板14の外周部28を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位(図3における斜線部位)を周方向に拘束した状態で、この径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、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を付加することができる。
That is, according to the rotating
従って、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、この部位の引張応力を緩和できる。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。
Accordingly, the tensile stress is generated in response to the centrifugal force acting on the both ends in the radial direction of the
ここで、図5には、電磁鋼板14についてのFEMによる解析結果であって、電磁鋼板14における塑性加工時の加工圧力と、回転子12の回転時における径方向ブリッジ部26の径方向両端部の最大応力との関係が示されている。
Here, FIG. 5 shows an analysis result by FEM for the
この図から明らかなように、塑性加工時の加工圧力が大きくなるほど径方向ブリッジ部26の径方向両端部に付加された圧縮残留応力が増加するため、回転子12の回転時における径方向ブリッジ部26の径方向両端部の最大応力が低減される。この解析では、塑性加工をしない場合に比して最大応力が約30%以上低減されている。
As is clear from this figure, the compressive residual stress applied to both ends in the radial direction of the
また、図6には、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に形成されたR部32の応力解析における節点位置1〜7が示されており、図7(A)には、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された場合のR部32の各節点1〜7についての応力計算結果であって、R部32の各節点1〜7に作用する応力が回転子12の回転時と停止時について示されている。
Further, FIG. 6 shows the
なお、図7(B)には、参考として、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加されていない場合のR部32の各節点1〜7についての応力計算結果であって、R部32の各節点1〜7に作用する応力が回転子12の回転時と停止時について示されている。
FIG. 7B shows stress calculation results for the
図7(B)に示されるように、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加されていない場合、回転子12の停止時では、応力がゼロとなるが、回転子12の回転に伴い、応力が増加する。
As shown in FIG. 7B, when no residual compressive stress is applied to both ends in the radial direction of the
これに対し、図7(A)に示されるように、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された場合、回転子12の停止時では、マイナスの応力(残留圧縮応力)が作用しているため、回転子12の回転時には、このマイナスの応力(残留圧縮応力)の分だけ応力が緩和される。
On the other hand, as shown in FIG. 7A, when residual compressive stress is applied to both ends in the radial direction of the
このように、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における径方向ブリッジ部26のうち応力集中部とされる径方向両端部の引張応力を緩和できる。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。
Thus, according to the rotary
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。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited above, Of course, it can change and implement variously within the range which does not deviate from the main point. .
例えば、上記実施形態では、電磁鋼板14を形成する際に、電磁鋼板14の外周部28を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位(図3における斜線部位)を周方向に拘束した状態で、この径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させていたが、次のようにしても良い。
For example, in the above embodiment, when the
すなわち、図8に示されるように、電磁鋼板14を形成する際に、電磁鋼板14を複数積層させることで電磁鋼板14の全体を軸方向に拘束した状態で(図8の一点鎖線部分が拘束部)、径方向ブリッジ部26における径方向中央側の部位を周方向に塑性変形させても良い。
That is, as shown in FIG. 8, when the
このようにしても、電磁鋼板14を、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された構成とすることができる。
Even in this case, the
また、この構成とすれば、電磁鋼板14を形成する際に、複数の電磁鋼板14を同時に加工することができるので、製造コストを低減できる。
Moreover, if it is set as this structure, since the several
また、上記実施形態において、電磁鋼板14は、径方向ブリッジ部26の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された構成とされていたが、次のように構成されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
すなわち、電磁鋼板14は、電磁鋼板14における外周部28が電磁鋼板14の径方向に拘束されると共に、空隙24の内壁部が拘束されることで(図9の一点鎖線部分が拘束部)、周方向ブリッジ部30における周方向中央側の部位(図9における斜線部位)が径方向に拘束され、この状態で、この周方向ブリッジ部30における周方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、周方向ブリッジ部30の周方向両端部のR部34に残留圧縮応力が付加された構成とされていても良い。このようにしても、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
That is, the
また、電磁鋼板14は、径方向ブリッジ部26の径方向両端部と、周方向ブリッジ部30の周方向端部とに残留圧縮応力がそれぞれ付加された構成とされていても良い。このようにすると、遠心力に対する耐性をより向上させることができる。
Further, the
また、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。
Moreover, in the said embodiment, although the rotary
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。
In the above embodiment, the rotating
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
28 外周部
30 周方向ブリッジ部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電磁鋼板は、前記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に、残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする回転電機の回転子。 In a rotor of a rotating electrical machine having an electrical steel sheet laminate in which a plurality of electrical steel sheets provided with gaps in the radial direction with respect to the rotation center portion are laminated in the axial direction,
The electromagnetic steel sheet is configured such that residual compressive stress is added to a portion where tensile stress can occur due to centrifugal force acting at the time of rotation including an edge portion forming the gap.
A rotor of a rotating electrical machine characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の回転子。 The electromagnetic steel sheet has a radial bridge portion extending in the radial direction between the gaps arranged side by side in the circumferential direction, and a configuration in which residual compressive stress is added to a radial end portion of the radial bridge portion; Being
The rotor for a rotating electrical machine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の回転電機の回転子。 The electromagnetic steel sheet has a radially central portion in the radial bridge portion in a state in which a peripheral portion is constrained in the radial direction and a radially central portion in the radial bridge portion is constrained in the circumferential direction. It is configured such that residual compressive stress is applied to the radial end portion of the radial bridge portion by being plastically deformed in the axial direction.
The rotor for a rotating electrical machine according to claim 2.
ことを特徴とする請求項2に記載の回転電機の回転子。 In a state where a plurality of the electromagnetic steel sheets are stacked, a residual compressive stress is generated at a radial end portion of the radial bridge portion by plastically deforming a radial central portion of the radial bridge portion in the circumferential direction. It is supposed to be added configuration,
The rotor for a rotating electrical machine according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。 The electromagnetic steel sheet has a circumferential bridge portion extending in the circumferential direction between the gap and the outer peripheral portion, and a residual compressive stress is applied to a circumferential end portion of the circumferential bridge portion. ,
The rotor for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotor is a rotating electrical machine.
ことを特徴とする請求項5に記載の回転電機の回転子。 The electromagnetic steel sheet is plastically deformed in the axial direction at the circumferential central portion of the circumferential bridge portion in a state where the circumferential central portion of the circumferential bridge portion is constrained in the radial direction. Residual compressive stress is added to the circumferential end of the circumferential bridge portion.
The rotor for a rotating electrical machine according to claim 5.
ことを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine rotor according to any one of claims 1 to 6,
Rotating electric machine characterized by that.
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- 2007-12-18 JP JP2007326322A patent/JP2009153236A/en active Pending
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