JP2011200081A - High-speed rotating motor and rotor used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、自動車用電動式過給器の電動機に適用されるのに好適な高速回転電動機および高速回転電動機に用いられる回転子に関するものである。 The present invention relates to a high-speed rotary electric motor suitable for being applied to, for example, an electric motor for an automobile electric supercharger and a rotor used for the high-speed rotary electric motor.
従来のスイッチドリラクタンスモータは、径方向内方に互いにそれぞれ対向するように突出し、かつ軸方向に延びる複数個の対の極部を有するステータと、該ステータ内に回転可能に配設されるとともに、径方向外方に突出して極部と所定の隙間を保ちながら対向可能で、かつ軸方向に延びる複数個の対の突極を有するロータと、ステータの各対の極部に巻回される複数個のコイルとを備え、各突極に、反回転方向側、かつ外側から回転方向側、かつ内側に延びるように穴が形成されている(例えば、特許文献1参照)。 A conventional switched reluctance motor includes a stator having a plurality of pairs of pole portions that project radially inward to face each other and extend in the axial direction, and is rotatably disposed in the stator. A rotor having a plurality of pairs of salient poles that protrudes radially outward and can be opposed to the pole portions while maintaining a predetermined gap, and is wound around each pair of pole portions of the stator A plurality of coils are provided, and a hole is formed in each salient pole so as to extend in the counter-rotation direction side and from the outside to the rotation direction side and to the inside (for example, see Patent Document 1).
自動車用電動式過給器においては、排気タービンは、通常数万rpmから最高20万rpm程度の高速で回転するので、排気タービンのシャフトに固着されている電動機のロータに作用する遠心力が極めて大きくなる。従来のスイッチドリラクタンスモータは、ロータが電磁鋼板を積層して作製され、堅牢であるので、自動車用電動式過給器の電動機に適用されるのに好適であるが、危険回転数の上昇が望まれる。 In an electric supercharger for automobiles, the exhaust turbine usually rotates at a high speed of about several tens of thousands rpm to a maximum of about 200,000 rpm, so that the centrifugal force acting on the motor rotor fixed to the shaft of the exhaust turbine is extremely high. growing. A conventional switched reluctance motor is suitable for being applied to an electric motor of an electric supercharger for automobiles because the rotor is manufactured by laminating electromagnetic steel plates and is robust. desired.
ここで、危険回転数を上げるには、ロータのシャフトの直径を大きくし、ロータの剛性を高めることが有効である。しかし、ロータが鉄材で作製されているので、ロータの外径を一定としてシャフトの直径を大きくすることは、ロータの鉄部が少なくなり、応力値を上げることにつながる。一方、シャフトの直径の増大に応じてロータの外径を大きくすると、ロータの鉄部の減少を抑えることができるが、イナーシャが大きくなってしまう。さらに、ロータの外径を大きくすることは、遠心力が大きくなり、応力値の増大をもたらす。そして、ロータの突極個数が少ないほど、突極の重量が重くなり、応力の影響が大きくなる。 Here, in order to increase the critical rotational speed, it is effective to increase the rotor shaft diameter and increase the rigidity of the rotor. However, since the rotor is made of an iron material, increasing the shaft diameter while keeping the outer diameter of the rotor constant leads to a decrease in the iron portion of the rotor and an increase in the stress value. On the other hand, when the outer diameter of the rotor is increased in accordance with the increase in the diameter of the shaft, a decrease in the iron portion of the rotor can be suppressed, but the inertia is increased. Furthermore, increasing the outer diameter of the rotor increases the centrifugal force and increases the stress value. The smaller the number of salient poles of the rotor, the heavier the salient poles, and the greater the influence of stress.
従来のスイッチドリラクタンスモータでは、穴が各突極に形成されているので、突極の重量がその分軽くなり、ロータに作用する遠心力が小さくなる。しかし、穴の形成は、所望のトルクを維持しつつ、通電切り換え時の磁気吸引力を下げるためになされたものであり、遠心力に起因してロータに作用する応力の影響を緩和することについては、何ら考慮されていない。つまり、穴は、突極の反回転方向側、かつ外側に形成されているので、遠心力に起因してロータに作用する応力の影響を緩和することはできない。 In the conventional switched reluctance motor, since the hole is formed in each salient pole, the weight of the salient pole is reduced correspondingly, and the centrifugal force acting on the rotor is reduced. However, the formation of the hole was made to reduce the magnetic attractive force at the time of switching the energization while maintaining the desired torque, and to alleviate the influence of the stress acting on the rotor due to the centrifugal force Is not considered at all. That is, since the hole is formed on the anti-rotation direction side and the outside of the salient pole, the influence of the stress acting on the rotor due to the centrifugal force cannot be reduced.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、応力緩和穴を、回転子コアの基部外周面と同一の円周上に、回転子の軸心を含んで突極の周方向中央位置を通る平面に対して対称な穴形状に形成し、遠心力に起因して回転子コアに作用する応力集中を分散し、危険回転数を上昇できる高速回転電動機およびそれに用いられる回転子を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and includes a stress relief hole including a rotor axial center on the same circumference as a base outer peripheral surface of the rotor core. A high-speed rotary motor that is formed in a symmetric hole shape with respect to a plane passing through the center position in the circumferential direction, disperses stress concentration acting on the rotor core due to centrifugal force, and can increase the critical rotational speed, and used in the motor The purpose is to obtain a rotor.
この発明に係る高速回転電動機は、突極が円筒状の基部の外周面に周方向に等角ピッチで配設されてなる同一形状に作製された第1回転子コアおよび第2回転子コアを、それぞれ上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして配設され、該基部に挿通された回転軸に同軸に固着された回転子と、上記固定子に配設され、上記第1回転子コアの突極と上記第2回転子コアの突極とが異なる極性となるように界磁磁束を発生する界磁手段と、上記第1固定子コアのコアバック外周面と上記第2固定子コアのコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、を備えている。そして、応力緩和穴が、上記突極のそれぞれに対し、上記基部と上記突極との境界を含み、かつ上記回転軸の軸心と上記突極の周方向中央とを通る平面に対して対称な形状に、上記第1回転子コアおよび上記第2回転子コアを軸方向に貫通するように形成されている。 The high-speed rotary electric motor according to the present invention includes a first rotor core and a second rotor core that are manufactured in the same shape in which salient poles are arranged on the outer peripheral surface of a cylindrical base portion at an equiangular pitch in the circumferential direction. Are arranged on the inner peripheral side of the first stator core and the second stator core, respectively, and are arranged with a half salient pole pitch shifted in the circumferential direction, and are coaxially fixed to the rotating shaft inserted through the base portion. And a field means that is disposed on the stator and generates a field magnetic flux so that the salient poles of the first rotor core and the salient poles of the second rotor core have different polarities. And an axial magnetic path forming member extending in the axial direction so as to connect the core back outer peripheral surface of the first stator core and the core back outer peripheral surface of the second stator core. . The stress relaxation hole is symmetric with respect to a plane that includes the boundary between the base and the salient pole and passes through the axis of the rotation shaft and the circumferential center of the salient pole with respect to each of the salient poles. In such a shape, the first rotor core and the second rotor core are penetrated in the axial direction.
この発明によれば、応力緩和穴が、基部と突極との境界を含み、かつ回転軸の軸心と突極の周方向中央とを通る平面に対して対称な形状に形成されている。
そこで、突極の重量が軽くなり、高速回転時に回転子に作用する遠心力が小さくなる。また、突極の応力緩和穴の周方向両側の鉄重量部分が応力緩和穴を挟んで周方向に離間しており、高速回転時、遠心力が回転軸の軸心から当該鉄重量部分の重心を通る方向に作用する。これにより、回転軸の軸心と突極の周方向中央とを結ぶ線分に対して直交する遠心力成分が増大し、基部の内周円を円に近い楕円形に変形させるような応力が第1および第2回転子コアに作用する。そして、遠心力に起因して第1および第2回転子コアに作用する応力集中が緩和される。その結果、回転子の外径を大きくすることなく、回転軸の直径を大きくして回転子の剛性を高めることができ、危険回転数を高めることができるとともに、イナーシャの増大を抑えることができる。
According to the present invention, the stress relaxation hole is formed in a symmetrical shape with respect to a plane including the boundary between the base and the salient pole and passing through the axis of the rotating shaft and the circumferential center of the salient pole.
Therefore, the weight of the salient pole is reduced, and the centrifugal force acting on the rotor during high speed rotation is reduced. In addition, the iron weight parts on both sides in the circumferential direction of the stress relief hole of the salient pole are separated in the circumferential direction across the stress relief hole, and at high speed rotation, the centrifugal force is centered on the iron weight part from the axis of the rotating shaft. Acts in the direction passing through. As a result, the centrifugal force component perpendicular to the line segment connecting the axis of the rotating shaft and the center of the salient pole in the circumferential direction increases, and stress that deforms the inner circumference of the base into an ellipse close to a circle is generated. Acts on the first and second rotor cores. Then, stress concentration acting on the first and second rotor cores due to the centrifugal force is alleviated. As a result, without increasing the outer diameter of the rotor, the diameter of the rotating shaft can be increased to increase the rigidity of the rotor, the number of dangerous rotations can be increased, and the increase in inertia can be suppressed. .
以下、本発明の磁気誘導子型回転機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a magnetic inductor type rotating machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る高速回転電動機の主要構成を示す一部破断斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係る高速回転電動機の回転子における回転子コアを示す正面図である。
1 is a partially broken perspective view showing a main configuration of a high-speed rotary electric motor according to
図1において、高速回転電動機1は、磁気誘導子型同期回転機であり、鉄などの塊状磁性体で作製された回転軸2に同軸に固着された回転子3と、回転子3を囲繞するように配設された固定子コア8にトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル11を巻装してなる固定子7と、界磁手段としての界磁コイル12と、回転子3、固定子7および界磁コイル12を収納するハウジング13と、を備えている。
In FIG. 1, a high-speed rotating
回転子3は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第1および第2回転子コア4,5と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔(図示せず)が穿設された円盤状の隔壁6と、を備える。第1および第2回転子コア4,5は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔19が穿設された円筒状の基部4a,5aと、基部4a,5aの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで2つ設けられた突極4b,5bと、から構成されている。さらに、応力緩和穴20が、基部4a,5aと突極4b,5bとの境界部に軸方向に貫通するように形成されている。第1および第2回転子コア4,5は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁6を介して相対して互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔19に挿通された回転軸2に固着されて構成されている。そして、回転子3は、回転軸2の両端を軸受(図示せず)に支持されてハウジング13内に回転自在に配設されている。
The
固定子コア8は、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第1および第2固定子コア9,10を備える。第1固定子コア9は、円筒状のコアバック9aと、コアバック9aの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで6つ設けられたティース9bと、を備える。内周側に開口するスロット9cが、コアバック9aと隣り合うティース9bとにより画成されている。第2固定子コア10は、第1固定子コア9と同一形状に作製され、円筒状のコアバック10aと、コアバック10aの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで6つ設けられたティース10bと、を備える。内周側に開口するスロット10cが、コアバック10aと隣り合うティース10bとにより画成されている。第1および第2固定子コア9,10は、ティース9b,10bの周方向位置を一致させて、かつ隔壁6の軸方向厚み分離間して、それぞれ第1および第2回転子コア4,5を囲繞するように、ハウジング13内に配設されている。
The stator core 8 includes first and
固定子コイル11は、導体線をスロット9c,10cを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース9b,10bに巻回した、いわゆる集中巻き方式に巻回された3相の相コイルを有する。つまり、固定子コイル11は、軸方向に相対する6対のティース9b、10bに対して順次U,V,Wの3相を2回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。そして、各相の相コイルのコイルエンドは、互いに、周方向に関して交差した重なりを持っていない。
The stator coil 11 is a three-phase coil wound in a so-called concentrated winding method in which conductor wires are wound around
界磁コイル12は、導体線を円筒状に巻回した円筒状コイルであり、第1および第2固定子コア9,10のコアバック9a,10a間に介装されている。
ハウジング13は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第1固定子コア9のコアバック9aの外周面と第2固定子コア10のコアバック外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。なお、ハウジング13が非磁性材料で作製される場合には、鉄などの磁性材料で作製された部材を第1固定子コア9のコアバック9aの外周面と第2固定子コア10のコアバック外周面とに接するように配設すればよい。
The
The
つぎに、第1および第2回転子コア4,5における応力緩和穴20の形状および形成位置について図2を参照しつつ説明する。
Next, the shapes and positions of the stress relaxation holes 20 in the first and
第1および第2回転子コア4,5は、2つの突極4b,5bが基部4a,5aの外周面から径方向外方に突設され、軸心Oに対して対称な形状となっている。そして、突極4b,5bの外周面の周方向幅θ1は70°、突極4b,5bの基部4a,5aからの立ち上がり部間の周方向幅θ2は90°である。
応力緩和穴20は、外周側が長軸を周方向とする楕円曲線の一部で構成された径方向外方に凸状の断面形状に形成されている。そして、応力緩和穴20は、第1および第2回転子コア4,5の軸心Oを含み、かつ突極4b,5bの周方向中央を通る平面に対して対称に形成されている。また、応力緩和穴20は、基部4a,5aと突極4b,5bとの境界を含む領域に形成されており、その周方向幅θ3は40°である。これにより、突極4b、5bはアーチ形状に構成される。
The first and
The
ここで、第1および第2回転子コア4,5における突極4b、5bの周方向幅θ1,θ2をそれぞれ70°、90°としているが、周方向幅θ1,θ2はこれに限定されるものではない。周方向幅θ1,θ2は、例えば、第1および第2固定子コア9,10のスロット開口幅との関係で適宜設定される。また、応力緩和穴20の周方向幅θ3を40°としているが、周方向幅θ3はこれに限定されるものではない。周方向幅θ3は、突極4b、5bの応力緩和穴20の周方向両側、即ちアーチ形状の両端側における磁気飽和の回避、および後述する遠心力F1,F2を発生させるための重量成分の確保の観点から適宜設定され、突極4b、5bの周方向幅θ2が90°の場合、応力緩和穴20の周方向幅θ3は45°を超えないようにすることが好ましい。
Here, the circumferential widths θ1 and θ2 of the
つぎに、このように構成された高速回転電動機1の動作について説明する。
界磁コイル12に通電されると、図1に矢印で示されるように、磁束が、第1固定子コア9のティース9bから第1回転子コア4の突極4bに入り、突極4bの応力緩和穴20の周方向両側を通って基部4aに入る。基部4a内に入った磁束の一部が、基部4a及び隔壁6内を軸方向に流れ、磁束の残部が基部4a内を径方向内方に流れて回転軸2に至り、回転軸2内を軸方向に流れ、第2回転子コア5に入る。そして、第2回転子コア5に入った磁束は、基部5a内を径方向外方に流れ、突極5bの応力緩和穴20の周方向両側を通って突極5bの外周面側に流れ、第2固定子コア10のティース10bに入る。第2固定子コア10のティース10bに入った磁束は、ティース10bおよびコアバック10a内を径方向外方に流れ、ハウジング13内に入る。ハウジング13内に入った磁束は、ハウジング13内を軸方向に流れ、第1固定子コア9のコアバック9aに戻る。
Next, the operation of the high-speed rotating
When the
この時、第1および第2回転子コア4,5の突極4b,5bが周方向に半突極ピッチずれているので、磁束は、軸方向から見ると、N極とS極とが周方向に交互に配置されたように作用する。これにより、高速回転電動機1は、軸方向に連設した2極のN極と2極のS極とからなる4極の回転子3に対して6スロットの集中巻き方式の固定子コイル11を有する磁気誘導子型同期回転機として動作する。
At this time, since the
つぎに、応力緩和穴20による応力緩和効果について図3乃至図6を参照しつつ説明する。回転子を高速回転させた条件で応力解析した結果を図3乃至図6に示す。図3は応力緩和穴が省略された比較例の回転子を高速回転させた際に回転子コアに発生する変位ベクトルを示す図、図4は図3の要部拡大図である。図5は本発明の回転子を高速回転させた際に第1回転子コアに発生する変位ベクトルを示す図、図6は図5の要部拡大図である。なお、図3乃至図6において、実線は高速回転前の回転子コア形状を示し、点線は高速回転時の回転子コア形状を示し、矢印は変位ベクトルを示す。
Next, the stress relaxation effect by the
比較例の回転子コア30では、高速回転することによる遠心力Fが、図3および図4に示されるように、突極32の周方向中央を通って径方向外方に向うように回転子コア30に作用する。そして、図3に示されるように、突極32での変位ベクトルは、左右方向にほぼ揃っている。回転子コア30のA部における変位ベクトルも、図4中左右方向に向いている。これにより、回転子コア30は図3中左右方向に伸び、基部31の円形の回転軸挿入孔33が楕円形に変形される。そして、応力が突極32の周方向中央部から概略90°ずれた基部31の内周側に集中する。
In the
第1回転子コア4では、応力緩和穴20が基部4aと突極4bとの境界を含むように形成されているので、突極4bの応力緩和穴20の周方向一側領域の鉄重量部分と、突極4bの応力緩和穴20の周方向他側領域の鉄重量部分とが、見かけ上、応力緩和穴20を挟んで周方向に離間して存在していることになる。そこで、第1回転子コア4が高速回転すると、図5に示されるように、突極4bの応力緩和穴20の周方向一側領域の鉄重量部分による遠心力F1と、突極4bの応力緩和穴20の周方向他側領域の鉄重量部分による遠心力F2とが第1回転子コア4に作用する。遠心力F1は、第1回転子コア4の軸心から突極4bの応力緩和穴20の周方向一側領域の鉄重量部分の重心を通って径方向外方に作用し、遠心力F2は、第1回転子コア4の軸心から突極4bの応力緩和穴20の周方向他側領域の鉄重量部分の重心を通って径方向外方に作用する。
In the
このとき、応力緩和穴20は、第1回転子コア4の軸心を含み、かつ突極4bの周方向中央を通る平面に対して対称な穴形状に形成されているので、遠心力F1,F2の大きさは同じである。そして、第1回転子コア4の軸心と突極4bの周方向中央とを結ぶ線分と平行な遠心力成分が小さくなり、該線分と直交する遠心力成分が大きくなる。
At this time, since the
これにより、図5中、突極4bの上部領域での変位ベクトルは、斜め上方に向いており、突極4bの下部領域での変位ベクトルは、斜め下方に向いている。そして、第1回転子コア4のA部における変位ベクトルも、図6中斜め上方に向いている。そこで、第1回転子コア4は図5中左右方向および上下方向に伸び、基部4aの円形の回転軸挿入孔19が、比較例の回転子コア30の回転軸挿入孔33における楕円形に比べ2つの焦点の距離の短い楕円形に変形される。そして、応力が基部4aの内周側の突極4b間の領域にほぼ均一に分散され、第1回転子コア4に作用する応力が緩和される。
Thereby, in FIG. 5, the displacement vector in the upper region of the
ここで、回転子を高速回転させた条件で応力解析した結果を図7および図8に示す。図7は比較例の回転子を高速回転させた際に回転子コアに発生する直交変位成分のコンター図、図8は本発明の回転子を高速回転させた際に第1回転子コアに発生する直交変位成分のコンター図である。なお、直交変位成分とは、回転子コアの軸心と突極の周方向中央とを結ぶ線分と直交する変位成分である。また、図7および図8のコンター図において、濃度が濃くなるほど、直交変位成分が大きい。 Here, FIG. 7 and FIG. 8 show the results of the stress analysis under the condition where the rotor is rotated at a high speed. FIG. 7 is a contour diagram of orthogonal displacement components generated in the rotor core when the rotor of the comparative example is rotated at high speed, and FIG. 8 is generated in the first rotor core when the rotor of the present invention is rotated at high speed. It is a contour figure of the orthogonal displacement component to do. The orthogonal displacement component is a displacement component orthogonal to a line segment connecting the axis of the rotor core and the center of the salient pole in the circumferential direction. In the contour diagrams of FIG. 7 and FIG. 8, the orthogonal displacement component increases as the density increases.
図7から、回転子コア30のA部における直交変位成分が小さいことが分かる。言い換えれば、遠心力により回転子コア30に発生する変位は、回転子コア30の軸心と突極32の周方向中央とを結ぶ線分と平行な成分が支配的となる。そこで、回転軸挿入孔33は2つの焦点間が長い楕円形に変形し、応力が基部31の内周側の突極32間の中央部に集中する。
From FIG. 7, it can be seen that the orthogonal displacement component in the portion A of the
図8から、第1回転子コア4のA部における直交変位成分が、比較例の回転子コア30に比べ、著しく大きいことが分かる。言い換えれば、遠心力により第1回転子コア4に発生する変位は、第1回転子コア4の軸心と突極4bの周方向中央とを結ぶ線分が減り、該線分と直交する成分が著しく大きくなる。そこで、回転軸挿入孔19は、比較例の回転軸挿入孔33に比べ、2つの焦点間が短い楕円形となり、より円形に近づく。これにより、応力は、基部4aの内周側の突極4b間の部位にほぼ均一に分散され、応力集中が緩和される。
From FIG. 8, it can be seen that the orthogonal displacement component in part A of the
つぎに、応力緩和穴20の径方向位置と最大応力値との関係を示す。図9は本発明の回転子を高速回転させた際に第1回転子コアに発生する直交変位成分のコンター図であり、図9の(a)は応力緩和穴が基部領域内に形成されている場合を示し、図9の(b)は応力緩和穴の穴中心が突極と基部との境界に位置している場合を示し、図9の(c)は応力緩和穴が突極領域内に形成されている場合を示している。なお、図9において、細線は第1回転子コアの変形前の状態を示す。図10は高速回転時に第1回転子コアに発生する最大応力値と応力緩和穴の径方向位置との関係を示す図である。なお、図10において、縦軸は第1回転子コアに発生する最大応力値を示し、横軸は応力緩和穴の穴中心の径方向位置を示す。
Next, the relationship between the radial position of the
図9の(a)〜(c)から、応力緩和穴20の穴中心が径方向内方に移動するにつれ、直交変位成分が大きくなることが分かる。特に、応力緩和穴20の穴中心が径方向内方に移動するにつれ、基部4aの突極4b間の領域における直交変位成分が大きくなることが分かる。これにより、応力緩和穴20の穴中心が径方向内方に移動するにつれ、第1回転子コア4の回転軸挿入孔19の変形後の楕円形状が、円形に近づく。これは、応力緩和穴20の径方向内方に移動するにつれ、応力緩和穴20の周方向両側の領域の鉄重量が多くなり、第1回転子コア4の軸心と突極4bの周方向中央とを結ぶ線分と直交する遠心力成分が大きくなったことに起因すると推考される。
From (a) to (c) of FIG. 9, it can be seen that the orthogonal displacement component increases as the center of the
図10から、応力緩和穴20の穴中心が基部4aと突極4bとの境界から径方向外方に移動すると、第1回転子コア4に発生する最大応力値が徐々に大きくなり、応力緩和穴20が突極4b内に位置すると急激に上昇することが分かる。また、応力緩和穴20の穴中心が基部4aと突極4bとの境界から径方向内方に移動すると、第1回転子コア4に発生する最大応力値が徐々に小さくなり、応力緩和穴20が基部4a内に位置すると急激に上昇することが分かる。このことから、応力緩和穴20は、その穴中心が基部4a内に位置し、基部4aと突極4bとの境界を含むように形成することが好ましい。
From FIG. 10, when the hole center of the
ここで、応力緩和穴20が突極4b内に位置すると、応力緩和穴20の径方向外方領域における突極4bの径方向幅が狭くなり、応力が突極4bの当該領域に集中し、最大応力値が急激に上昇したものと推考される。また、応力緩和穴20が基部4a内に位置すると、応力緩和穴20の径方向内方領域における基部4aの径方向幅が狭くなり、応力が基部4aの当該領域に集中し、最大応力値が急激に上昇したものと推考される。
Here, when the
この実施の形態1によれば、応力緩和穴20が、突極4b、5bのそれぞれに対し、基部4a,5aと突極4b、4bとの境界を含むように形成されているので、突極4b、5bの鉄重量部分が減り、高速回転時に第1および第2回転子コア4,5に作用する遠心力が小さくなる。
According to the first embodiment, the
また、応力緩和穴20が、基部4a,5aと突極4b、4bとの境界を含み、かつ回転軸2の軸心と突極4b,5bの周方向中央とを通る平面に対して対称に形成されているので、突極4b、5bの応力緩和穴20の周方向両側の鉄重量部分が応力緩和穴20を挟んで周方向に離間している。そこで、高速回転時、遠心力が回転軸2の軸心から当該鉄重量部分の重心を通る方向に作用する。これにより、回転軸2の軸心と突極4b、5bの周方向中央とを結ぶ線分に対して直交する遠心力成分が増大し、基部4a,5aの内周円を円に近い楕円形に変形させるような応力が第1および第2回転子コア4,5に作用する。そこで、応力は基部4a,5aの突極4b、5b間の部位に均一に分散し、応力集中が緩和される。
Further, the
これらにより、第1および第2回転子コア4,5の外径を大きくすることなく、回転軸2の直径を大きくして回転子3の剛性を高めることができるので、危険回転数を高めることができる。さらに、第1および第2回転子コア4,5の外径を大きくしないので、イナーシャを小さくできる。
したがって、高速回転電動機1は小型、かつ耐遠心力性に優れ、20万rpm程度の高速回転が要求される自動車用電動式過給器の電動機に適用できる。
Thus, the rigidity of the
Therefore, the high-speed
なお、上記実施の形態1では、応力緩和穴20は、外周側が長軸を周方向とする楕円曲線の一部で構成された径方向外方に凸状の断面形状に形成されているものとしているが、応力緩和穴20の断面形状は、これに限定されない。つまり、応力緩和穴20は、径方向外方に凸状の非円形の断面形状で、第1および第2回転子コア4,5の軸心Oを含み、かつ突極4b,5bの周方向中央を通る平面に対して対称な穴形状に形成されていればよく、例えば角部が丸められた略三角形でもよい。
In the first embodiment, it is assumed that the
実施の形態2.
図11はこの発明の実施の形態2に係る高速回転電動機の回転子における回転子コアを示す正面図である。
FIG. 11 is a front view showing a rotor core in a rotor of a high-speed rotary electric motor according to
図11において、第1および第2回転子コア4A,5Aは、2つの円形の応力緩和穴21が、周方向に離間して、基部4a,5aと突極4b,5bとの境界を含む領域に形成されており、その周方向幅θ3は45°である。さらに、2つの応力緩和穴20は、軸心Oを含み、かつ突極4b,5bの周方向中央を通る平面に対して対称に形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
In FIG. 11, the first and
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
したがって、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
実施の形態2によれば、2つの応力緩和穴21が周方向に離間して基部4a,5aと突極4b,5bとの境界を含む領域に形成されているので、磁路が応力緩和穴20間に確保され、高速回転電動機の出力を高めることができる。
また、応力緩和穴21の穴形状が円形であるので、穴加工が容易となる。
Therefore, the second embodiment also has the same effect as the first embodiment.
According to the second embodiment, since the two stress relaxation holes 21 are formed in a region including the boundary between the
Moreover, since the hole shape of the
ここで、上記実施の形態2では、応力緩和穴21の断面形状が円形であるが、応力緩和穴の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば突極の周方向外側に向って凸状の半円形や角部が丸められた略三角形でもよい。
また、上記実施の形態2では、応力緩和穴21が突極4b、5bのそれぞれに対し、2つ形成されているが、応力緩和穴21の個数は2つに限定されるものではなく、3個以上でもよい。この場合、応力緩和穴21は、周方向に互いに離間して、基部4a,5aと突極4b,5bとの境界を含み、軸心Oと突極4b,5bの周方向中央とを通る平面に対して対称に形成されていればよい。
Here, in the second embodiment, the cross-sectional shape of the
In the second embodiment, two stress relaxation holes 21 are formed for each of the
なお、上記各実施の形態では、界磁極数とスロット数との比が4:6、すなわち極スロット比が2:3であるが、極スロット比は2:3に限定されるものではなく、例えば4:3でもよい。
また、上記各実施の形態では、1つ又は2つの応力緩和穴が各突極に形成されているものとしているが、3個以上の応力緩和穴を各突極に形成してもよい。この場合、応力緩和穴は、それぞれ、基部と突極との境界を含み、軸心と突極の周方向中央とを通る平面に対して対称となるように各突極に形成すればよい。
In each of the above embodiments, the ratio between the number of field poles and the number of slots is 4: 6, that is, the pole slot ratio is 2: 3. However, the pole slot ratio is not limited to 2: 3. For example, 4: 3 may be used.
In each of the above embodiments, one or two stress relaxation holes are formed in each salient pole. However, three or more stress relaxation holes may be formed in each salient pole. In this case, each stress relaxation hole may be formed in each salient pole so as to be symmetrical with respect to a plane including the boundary between the base and the salient pole and passing through the axial center and the circumferential center of the salient pole.
また、上記各実施の形態では、固定子コイルが集中巻き方式で第1および第2固定子コアに巻回されているものとしているが、固定子コイルは分布巻き方式で第1および第2固定子コアに巻回されていてもよい。
また、上記各実施の形態では、隔壁の外径が第1および第2回転子コアの外径に一致しているものとしているが、隔壁の外径は必ずしも第1および第2回転子コアの外径に一致する必要はない。さらに、第1および第2回転子コアが回転軸に十分に固定されていれば、隔壁を省略してもよい。
In each of the above embodiments, the stator coil is wound around the first and second stator cores by the concentrated winding method, but the stator coil is distributed by the first and second fixed winding methods. It may be wound around the child core.
In each of the above embodiments, the outer diameter of the partition is the same as the outer diameter of the first and second rotor cores. However, the outer diameter of the partition is not necessarily the same as that of the first and second rotor cores. It is not necessary to match the outer diameter. Furthermore, the partition may be omitted if the first and second rotor cores are sufficiently fixed to the rotation shaft.
また、上記各実施の形態では、第1および第2固定子コア、および第1および第2回転子コアが磁性薄板として磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、磁性薄板は磁性鋼板に限定されるものではなく、例えば電磁鋼板を用いてもよい。また、第1および第2固定子コア、および第1および第2回転子コアは塊状の磁性体で作製されてもよく、例えばパーマロイ粉末を絶縁した後、加圧成形し、熱処理して作製された圧粉鉄心を用いることができる。 In each of the above embodiments, the first and second stator cores and the first and second rotor cores are made by laminating magnetic steel plates as magnetic thin plates, but the magnetic thin plates are magnetic. For example, an electromagnetic steel plate may be used. In addition, the first and second stator cores and the first and second rotor cores may be made of a bulk magnetic material, for example, made by insulating permalloy powder, pressing and heat-treating it. A compacted iron core can be used.
また、上記各実施の形態では、回転子が、同一形状に形成された2つの回転子コアを、周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成されているものとしているが、本発明は、1つの回転子コアを回転軸に同軸に固着して構成された回転子に適用しても、同様の効果を奏する。1つの回転子コアを回転軸に同軸に固着して構成された回転子は、例えばスイッチドリラクタンスモータの回転子に適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the rotor is configured by fixing two rotor cores formed in the same shape to the rotating shaft coaxially with a half salient pole pitch shifted in the circumferential direction. However, even if the present invention is applied to a rotor configured by fixing one rotor core coaxially to the rotation shaft, the same effect can be obtained. A rotor formed by coaxially fixing one rotor core to a rotation shaft can be applied to a rotor of a switched reluctance motor, for example.
1 回転電動機、2 回転軸、3 回転子、4,4A 第1回転子コア、4a 基部、4b 突極、5,5A 第2回転子コア、5a 基部、5b 突極、7 固定子、8 固定子コア、9 第1固定子コア、9a コアバック、9b ティース、9c スロット、10 第2固定子コア、10a コアバック、10b ティース、10c スロット、11 固定子コイル、12 界磁コイル(界磁手段)、13 ハウジング(磁路形成部材)、20,21 応力緩和穴。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
回転軸に同軸に固定された円筒状の基部、および該基部の外周面に周方向に等角ピッチで配設されて軸方向に延在する複数の突極を有する回転子コアと、を備え、
応力緩和穴が、上記突極のそれぞれに対応し、上記基部と上記突極との境界を含み、かつ上記回転軸の軸心と該突極の周方向中央とを通る平面に対して対称な形状に、上記回転子コアを軸方向に貫通するように形成されていることを特徴とする高速回転電動機用回転子。 A rotation axis;
A cylindrical base fixed coaxially to the rotation shaft, and a rotor core having a plurality of salient poles disposed in the circumferential direction at an equiangular pitch and extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the base. ,
A stress relaxation hole corresponds to each of the salient poles, includes a boundary between the base and the salient poles, and is symmetric with respect to a plane passing through the axis of the rotating shaft and the circumferential center of the salient poles. A rotor for a high-speed rotary electric motor, wherein the rotor core is formed so as to penetrate the rotor core in the axial direction.
上記応力緩和穴は、上記突極のそれぞれに対し、1つずつ形成されていることを特徴とする請求項1記載の高速回転電動機用回転子。 The rotor core has two salient poles,
2. The rotor for a high-speed rotary electric motor according to claim 1, wherein one stress relaxation hole is formed for each of the salient poles.
上記応力緩和穴は、上記突極のそれぞれに対応し、周方向に離間して、2つずつ形成されていることを特徴とする請求項1記載の高速回転電動機用回転子。 The rotor core has two salient poles,
The rotor for a high-speed rotary motor according to claim 1, wherein the stress relaxation holes correspond to each of the salient poles and are formed two by two apart from each other in the circumferential direction.
突極が円筒状の基部の外周面に周方向に等角ピッチで配設されてなる同一形状に作製された第1回転子コアおよび第2回転子コアを、それぞれ上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして配設され、該基部に挿通された回転軸に同軸に固着された回転子と、
上記固定子に配設され、上記第1回転子コアの突極と上記第2回転子コアの突極とが異なる極性となるように界磁磁束を発生する界磁手段と、
上記第1固定子コアのコアバック外周面と上記第2固定子コアのコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、を備え、
応力緩和穴が、上記突極のそれぞれに対し、上記基部と上記突極との境界を含み、かつ上記回転軸の軸心と上記突極の周方向中央とを通る平面に対して対称な形状に、上記第1回転子コアおよび上記第2回転子コアを軸方向に貫通するように形成されていることを特徴とする高速回転電動機。 The teeth that define the slots that open to the inner peripheral side project radially inward from the inner peripheral surface of the cylindrical core back, and are formed in the same shape in which a plurality of teeth are arranged in the circumferential direction. The stator core and the second stator core are wound around the stator core and the stator core, which are configured to be separated from each other by a predetermined distance in the axial direction and coaxially arranged so that the circumferential positions of the teeth coincide with each other. A stator having a stator coil mounted thereon;
The first rotor core and the second rotor core manufactured in the same shape in which the salient poles are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical base portion at an equiangular pitch in the circumferential direction are respectively referred to as the first stator core and A rotor positioned on the inner peripheral side of the second stator core and arranged with a half salient pole pitch in the circumferential direction, and coaxially fixed to a rotation shaft inserted through the base;
Field means disposed on the stator and generating field magnetic flux so that the salient poles of the first rotor core and the salient poles of the second rotor core have different polarities;
An axial magnetic path forming member extending in the axial direction so as to connect the core back outer peripheral surface of the first stator core and the core back outer peripheral surface of the second stator core;
The stress relaxation hole has a symmetrical shape with respect to each of the salient poles, including a boundary between the base and the salient poles, and passing through the axis of the rotating shaft and the circumferential center of the salient poles. And a high-speed rotary electric motor formed so as to penetrate the first rotor core and the second rotor core in the axial direction.
上記応力緩和穴は、上記突極のそれぞれに対し、1つずつ形成されていることを特徴とする請求項4記載の高速回転電動機。 The first rotor core and the second rotor core each have two salient poles,
The high-speed rotary electric motor according to claim 4, wherein one stress relaxation hole is formed for each of the salient poles.
上記応力緩和穴は、上記突極のそれぞれに対応し、周方向に離間して、2つずつ形成されていることを特徴とする請求項4記載の高速回転電動機。 The first rotor core and the second rotor core each have two salient poles,
5. The high-speed rotary electric motor according to claim 4, wherein the stress relaxation holes correspond to each of the salient poles and are formed two by two apart in the circumferential direction.
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