JP2013116010A

JP2013116010A - 回転電機のロータコア

Info

Publication number: JP2013116010A
Application number: JP2011262770A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Mitsuharu; 広明三治
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】材料の歩留まりを向上した回転電機のロータコアを提供する。
【解決手段】ピンを嵌挿する固定孔１９の周囲に、ピンから作用する応力に基づいて強度的に必要な応力円ｒを算出し、コアプレート片１３の周方向両端部の内径側ｃを、応力円ｒにかからないように切除する。コアプレート片１３に永久磁石を埋設し、該永久磁石の磁力線を強めるために磁気回路的に必要な半径線Ｂを算出して、該半径線Ｂとコアプレート片１３の端面ｆで交差Ｐする応力円ｒの接線ｓにおいて、コアプレート片１３の周方向両端部の内径側ｃを切除する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のコアプレートが積層されて構成される回転電機のロータコアに係り、詳しくは、それらコアプレートを構成するコアプレート片の構造に関する。

一般に、電磁鋼板等の薄板状の積層材料をプレスによって打ち抜いて、円環状に構成したコアプレートを積層して形成される回転電機のロータコアが知られている。このような円環状のコアプレートを打ち抜くやり方では積層材料の歩留まりが低いため、円環状のコアプレートを周方向に分割し、該分割したコアプレート片を積層材料から複数打ち抜いて、これらコアプレート片を周方向に連結すると共に軸方向に積層し、複数の上記コアプレート片を軸方向に貫通するピン等によって固定してロータコアを形成するものが案出されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１５１８７７号公報

上記特許文献１記載のものは、各コアプレート片にピンを貫通させるための孔を設ける必要があり、その分径方向にコアプレート片の幅が大きくなってしまう。そのため、積層材料からコアプレート片を打ち抜く際の歩留まりが低くなると共に、ロータコアが大型化、重量化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、コアプレート片の径方向の幅を短くして、もって上述の課題を解決した回転電機のロータコアを提供することを目的とするものである。

本発明は、同一円周上に複数の固定孔（１９）を有し、薄板円弧状からなるコアプレート片（１３）を、周方向に円環状に連結してコアプレート（１１）を形成し、前記コアプレート片（１３）の前記固定孔（１９）を軸方向に揃え、これら固定孔（１９）を貫通した固定部材により前記コアプレート（１１）を複数枚積層して固定してなる回転電機のロータコア（１０）において、
前記コアプレート片（１３）の周方向両端部の内径側（ｃ）を、該両端部側に位置する前記固定孔（１９）に作用する応力に基づいて算出される、強度的に必要な応力円（ｒ）にかからないように、直線的もしくは曲線的に切除してなる。

例えば図２を参照して、前記コアプレート片（１３）が、前記応力円（ｒ）の接線（ｓ）と、前記コアプレート片（１３）の内周面（Ａ）の延長線と、該コアプレート片の端面（ｆ）の延長線と、で囲まれた部分を切除してなる。

好ましくは、前記コアプレート片（１３）が、複数の貫通孔（１７）を有し、軸方向に揃えられた前記コアプレート片（１３）の前記貫通孔（１７）に、永久磁石が貫通するように埋設され、
前記接線（ｓ）が、前記永久磁石の磁力線を強めるために磁気回路的に必要な半径線（Ｂ）と、前記コアプレート片（１３）の端面（ｆ）で交差（Ｐ）してなる。

更に好ましくは、前記接線（ｓ）が、前記コアプレート片（１３）を周方向に２等分する中心線（ｌ−ｌ）に対して垂直な線に平行な線（ｍ−ｍ）からなる。

例えば図２を参照して、前記応力円（ｒ）が、前記コアプレート片（１３）の内周面（Ａ）と接してなる。

なお、上述カッコ内の符号は、図面と対照するものであるが、何ら本発明の構成を限定するものではない。

請求項１に係る本発明によると、機械強度的に必要な部分である応力円にかからないように、前記コアプレート片の両端部の内径側を切除したので、コアプレートの機械強度を保証し得るものでありながら、積層材料から打ち抜き加工する際の材料の歩留まりを向上することができると共に、コアプレート片を切除した分だけ軽量化することができ、ロータコアの性能を向上できる。

請求項２に係る本発明によると、前記応力円の接線で前記コアプレート片を切除したので、更に積層材料から打ち抜き加工する際の材料の歩留まりを向上することができる。

請求項３に係る本発明によると、前記接線が、前記コアプレート片が磁気回路的に必要な半径線と前記コアプレート片の端面で交差し、該接線においてコアプレート片を切除したので、機械強度的、磁気回路的な要請を充たしつつ、効率的に積層材料から打ち抜き加工する際の材料の歩留まりを向上することができる。

請求項４に係る本発明によると、前記接線が、前記前記コアプレート片を周方向に２等分する中心線に対して垂直な線に平行な線からなるので、コアプレート片の前記中心線方向の幅を効率的に削減し、積層材料から打ち抜き加工する際の材料の歩留まりを向上することができる。

請求項５に係る本発明によると、前記応力円に前記コアプレート片の内周面が接するように設定されるので、機械強度を損なうことなくコアプレート片の径方向幅を短くして、積層材料から打ち抜き加工する際の材料の歩留まりを向上することができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機のロータコアを示す平面図。そのコアプレート片の周方向両端部の内径側を直線的に切除したことを示す平面図。（ａ）はそのコアプレート片の周方向両端部の内径側を曲線的に切除したことを示す平面図、（ｂ）は別様に曲線的に切除したことを示す平面図。コアプレート片の縦抜き加工を示す平面図。コアプレート片の横抜き加工を示す平面図。従来形状のコアプレート片の縦抜き加工を示す平面図。従来形状のコアプレート片の横抜き加工を示す平面図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。ＩＰＭ（埋込磁石内蔵型同期）モータ（回転電機）用のロータコア１０は、図１、図２に示すように、円環形状のコアプレート１１を軸方向に複数枚積層してなり、上記コアプレート１１は、周方向に均等に分割した複数（本実施の形態では５枚）のコアプレート片１３からなる。

上記コアプレート片１３は、薄板円弧状からなり、周方向一端部には、隣接するコアプレート片１３と連結するための突起部１５が形成されており、他端部には、上記コアプレート片１３の突起部１５が嵌め込まれる嵌め込み部１６が形成されている。上記コアプレート１１には、これらコアプレート片同士の継ぎ目Ｃ_１（Ｃ_２）、即ち突起部１５と嵌め込み部１６との接合箇所がコアプレート片１３の数と同数形成されている。

上記コアプレート１１は、どの一層のコアプレート１１も同じ形状のコアプレート片１３を複数枚（本実施の形態では５枚）結合して円環状に形成されており、軸方向に重なる（隣接する）コアプレート１１に対してコアプレート片の継ぎ目Ｃ_１（Ｃ_２）の円周方向の位置を一層毎に交互にずらすレンガ積みによって積層されている。例えば図１において、便宜的にロータコア１０の底部から数えて積層されたコアプレートを奇数層と偶数層とに分けると、奇数層（奇数番目のコアプレート１１）と偶数層（偶数番目のコアプレート１１）では、平面視（軸方向からみて）隣接するコアプレート片１３の継目位置が異なる。奇数層目のコアプレートの継目Ｃ１と偶数層目のコアプレートの継目Ｃ２とでは、上記コアプレート片１３の周方向半分だけ（３６°）ずれるように積層されて（レンガ積みという）、強度の向上が図られている。

上記コアプレート片１３は、図２に示すように、外周近傍の同一円周上に、ネオジウム磁石などの希少土類永久磁石が嵌挿される複数（本実施の形態では４個）の貫通孔１７を有し、上記貫通孔１７より内周側に、上記コアプレート片１３を軸方向に複数枚積層して固定するための固定孔１９を同一円周上に複数（本実施の形態では４個）有する。上記各固定孔１９にはピン又はボルト等の固定部材が嵌通し、複数のコアプレート片１３を軸方向に固定するが、該ピンから上記固定孔１９に作用する応力に基づいて、上記固定孔１９を中心とする強度的に必要なプレート幅部分である応力円ｒが算出される。上記コアプレート片１３は、上記応力円ｒを保持するように所定のプレート幅が必要となり、上記応力円ｒに接するように上記コアプレート片１３の内周面Ａが円弧状に設定されている。

また、上記コアプレート片１３は、上記貫通孔１７に嵌挿される永久磁石を磁気解析することによって、該永久磁石の磁力線を強めるために磁気回路的に必要な半径線Ｂが算出されている。上記コアプレート片１３は、略円弧形状から、該コアプレート片１３の周方向両端部の内径側ｃ（図の斜線部分：応力円ｒの接線と、コアプレート片１３の内周面Ａの延長線と、該コアプレート片１３の端面ｆの延長線と、で囲まれた部分）が切除されており、該切除断面（ｓ）は、平面視で、上記半径線Ｂと上記コアプレート片１３の端面ｆで交差（Ｐ）する応力円ｒの接線ｓである。該接線ｓは、上記コアプレート片１３を周方向に２等分する中心線ｌ−ｌに対して垂直な線に平行な線ｍ−ｍであって、磁気回路的にも機械強度的にも性能上問題がない部分を切除している。これにより、上記中心線ｌ−ｌ方向のプレート幅を所定幅ｄ削減している。

なお、上記コアプレート片１３の切除断面は、平面視で、上述の応力円ｒの接線ｓのように直線的だけでなく、図３（ａ）（ｂ）に示すように曲線的に切断してもよく、上記直線的もしくは曲線的な切除断面は、上記応力円ｒに実質的にかからないように設定される。

上記コアプレート片１３は、電磁鋼板等の積層材料からプレスにより打ち抜いて形成されるが、図４に示すように、上記コアプレート片１３の横幅（周方向幅）より僅かに広い幅広の帯鋼板（電磁鋼コイル材）等の材料２０から、上記コアプレート片１３を縦方向に順送りして打ち抜く場合（縦抜き加工）には、図６に示す従来のコアプレート片３を縦に並べて打ち抜く場合に必要な材料長さＬと比較して、順送り方向の長さ（例えばコアプレート片５枚送りの所定長さｅ）だけ材料２０が短くて済み、材料の歩留まりを向上することができる。上記所定長さｅは、上記コアプレート片１３の周方向両端部の内径側ｃを切除したことによって削減した所定幅ｄに起因し、上記ロータコア１０を製造するにあたり上記コアプレート片１３は多数必要であるので、その分材料の歩留まりの向上効果は大きい。

また、図５に示すように、上記コアプレート片１３の縦幅（径方向幅）より僅かに広い幅狭の材料２０から、上記コアプレート片１３を横方向に順送りして打ち抜く場合（横抜き加工）には、打ち抜くのに必要な積層材料幅Ｗであった図７に示す従来のコアプレート片３と比較して、上記所定幅ｇの分だけ狭い材料を用いることができ、その分材料の歩留まりを向上することができる。上記所定幅ｇは、上記コアプレート片１３の周方向両端部の内径側ｃを切除したことによって削減した所定幅ｄと等しい（ｇ＝ｄ）が、横抜き加工の場合には、多数のコアプレート片１３を打ち抜くために材料の長さが特に長く必要となるので、所定幅ｇの分、必要な積層材料幅を短くできたことの歩留まりの向上効果は大きい。

本実施の形態は、以上のような構成からなるので、作業者は、ロータコア１０を作製するのにあたり、図１に示すように、治具（不図示）にコアプレート片１３を環状に並べてコアプレート１１を形成すると共に、このコアプレート上に次のコアプレート片１３を積層していく。この時、治具はコアプレートの層が変わる度に所定角度（３６°）だけ回転させられるため、上記コアプレート１１は、積層方向に隣接するコアプレート１１とコアプレート片１３の継ぎ目Ｃ_１，Ｃ_２の位置が一層ずつ交互にずれるように積層（レンガ積み）される。そして、隣接する各コアプレート１１は、永久磁石が嵌挿される貫通孔１７及びピンが貫通する固定孔１９が軸方向に揃えられている。上記コアプレート片１３の両端部内径側ｃを切除したことにより形成された窪部２１は、上記レンガ積みによって、積層されたロータコアにおいては投影形状が円環となり、ハブ等との嵌め合いに対しても影響がない。

次に、作業者は、このロータコア１０の軸方向に揃えられた各貫通孔１７に、例えば接着剤等を表面に塗布した細長の永久磁石を嵌挿・埋設し、更に、上記各固定孔１９に軸方向に貫通するピンを嵌挿することで、積層された上記コアプレート１１が固定されてロータコア１０が形成される。そして、該ロータコア１０を組み込んでＩＰＭモータ（回転電機）が形成される。

なお、例えばピンとピンとの間近傍に、補強的にダボでかしめつつ、永久磁石及びピンによって積層されたコアプレートを固定しても良い。

また、本実施の形態においては、コアプレート片１３の継目Ｃ_１，Ｃ_２が一層ずつ交互に位置するようにレンガ状に積層したものを説明したが、これに限らず、複数層ずつで継目Ｃ_１，Ｃ_２が交互となるように積層しても構わず、つまり継目が所定層数（一層又は複数層）ごとに交互に異なるようにコアプレートを積層したものであれば本発明を適用し得る。

また、コアプレート片は、コアプレートを５分割したものでなくてもよく、複数枚に分割したものであれば、何分割したものでもよい。

また、ＩＰＭモータに限らず、例えば永久磁石を具備しないリラクタンスモータ等にも本発明を適用しても良く、どのような回転電機のロータコアに適用しても良い。

１０ロータコア
１１コアプレート
１３コアプレート片
１７貫通孔
１９固定孔
ｃ周方向両端部の内径側
ｆ端面
ｒ応力円
ｓ接線
Ａ内周面
Ｂ半径線
ｌ−ｌ中心線
ｍ−ｍ平行な線

Claims

同一円周上に複数の固定孔を有し、薄板円弧状からなるコアプレート片を、周方向に円環状に連結してコアプレートを形成し、前記コアプレート片の前記固定孔を軸方向に揃え、これら固定孔を貫通した固定部材により前記コアプレートを複数枚積層して固定してなる回転電機のロータコアにおいて、
前記コアプレート片の周方向両端部の内径側を、該両端部側に位置する前記固定孔に作用する応力に基づいて算出される、強度的に必要な応力円にかからないように、直線的もしくは曲線的に切除してなる、
ことを特徴とする回転電機のロータコア。
前記コアプレート片が、前記応力円の接線と、前記コアプレート片の内周面の延長線と、該コアプレート片の端面の延長線と、で囲まれた部分を切除してなる、
請求項１記載の回転電機のロータコア。
前記コアプレート片が、複数の貫通孔を有し、軸方向に揃えられた前記コアプレート片の前記貫通孔に、永久磁石が貫通するように埋設され、
前記接線が、前記永久磁石の磁力線を強めるために磁気回路的に必要な半径線と、前記コアプレート片の端面で交差してなる、
請求項２記載の回転電機のロータコア。
前記接線が、前記コアプレート片を周方向に２等分する中心線に対して垂直な線に平行な線からなる、
請求項２又は３記載の回転電機のロータコア。
前記応力円が、前記コアプレート片の内周面と接してなる、
請求項１ないし４のいずれか記載の回転電機のロータコア。