JP2014045630A

JP2014045630A - 回転電機

Info

Publication number: JP2014045630A
Application number: JP2012188176A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Nagahiro; 健太郎永廣; Jiro Kuroki; 次郎黒木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US9385567B2; US20140062252A1

Abstract

【課題】回転電機において、積層鋼板を互いに位置決めして束ねる固定手段近傍における応力の低減を図り、回転子の小型軽量化を図る。
【解決手段】回転電機１０を構成するロータ１４は、中心部にシャフト３８が圧入された第１円環部４４と、前記第１円環部４４の外周側に接続部４８を介して設けられ、永久磁石３０が装着された第２円環部４６とを有し、前記第２円環部４６には一対の永久磁石３０から磁極が構成される。異なる磁極の間にそれぞれスリット５２が設けられると共に、該スリット５２と磁極との間に、軸方向に積層された電磁鋼板４０同士を加締める加締め部４２が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子の巻線に通電することで回転する回転子を有し、電動機又は発電機として動作する回転電機に関する。

従来から、円環状に形成されたステータと、該ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータとを有し、前記ステータのスロットに巻回された複数のコイルによって回転磁界を発生させ、前記ロータを回転させる回転電機が知られている。このような回転電機を構成するロータは、例えば、複数の鋼板が厚さ方向に積層され加締めピン等によって互いに加締められると共に、周方向に沿って磁極を構成する複数対の磁石が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９４９５９号公報

上述した回転電機では、複数の鋼板同士を加締める際、加締めピンを該電磁鋼板に形成された孔部に圧入することで互いに連結しているが、その圧入時に孔部近傍に応力が発生すると共に、コイルで発生した回転磁界によってロータが回転する際、前記孔部近傍に遠心力による応力集中が生じることとなる。その結果、前記応力を考慮して予めロータの強度を設定しておく必要があり、前記ロータの大型化や重量増加を招くこととなる。また、応力の発生量を考慮してロータの回転数（回転速度）を抑制する必要も生じ、前記ロータの高回転化を阻害することとなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、鋼板を互いに固定する固定手段への応力低減を図り、回転子の小型軽量化を図ることが可能な回転電機を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、巻線を有した固定子と、積層された鋼板で構成される回転子鉄心、磁極を構成する複数の永久磁石を有し前記固定子の内部に回転自在に設けられる回転子とを備えた回転電機であって、
前記回転子鉄心には、周方向に隣接し、磁極の異なる永久磁石の間に複数の切欠部が形成され、前記鋼板同士を互いに固定する固定手段が、前記切欠部の内周側端部より外周側で、且つ、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間となる位置に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機を構成する回転子では、積層された鋼板からなる回転子鉄心において、周方向に隣接して磁極の異なる永久磁石の間に複数の切欠部が形成されると共に、前記鋼板同士を互いに固定する固定手段を備え、該固定手段を前記切欠部の内周側端部より外周側で、且つ、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間に配置している。

従って、回転子を構成する回転子鉄心に切欠部を設けることで遠心力に起因した応力低減を図りつつ、応力の発生が少なく、且つ、磁束密度の変化の少ない前記切欠部の内周側端部より外周側で、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間に固定手段を設けることで、前記固定手段への応力低減を図ることができる。その結果、回転子に過大な強度を設定する必要がなく、小型軽量化を図ることができると共に、従来の回転電機と比較して前記回転子の高回転化を図ることができる。

また、固定手段を、一つの磁極を構成する隣接した永久磁石間を通る中心線に対して対称となるように配置することにより、前記中心線に対して永久磁石、切欠部と同様に固定手段を対称となるように配置できるため、鋼板同士を前記永久磁石等に対して均等に束ねて固定することができると共に、回転子の回転時に発生する応力が各固定手段に対して均等に分散されるため、該固定手段における応力を低減することができる。

さらに、固定手段は、断面円形状で、軸方向に凸状に形成され隣接した鋼板に係合されることで相互に連結するカシメとするとよい。これにより、固定手段における応力を断面円形状のカシメの外周面に対して略均等に発生させることができるため、応力集中を緩和することが可能となる。また、カシメにおいては、互いに積層された鋼板同士が導通してしまうため、磁束密度の変化（交流磁束）によって前記カシメ以外の部位に比べて渦電流が流れやすくなってしまうが、前記カシメを磁束密度の変化が少ない部位に配置することで、渦電流の増加を抑制して回転子の鉄損を抑制することが可能となり、前記回転子をより高効率に回転させることが可能となる。

さらにまた、切欠部は、回転子鉄心の外周面から内周側に向かって延在する直線部と、前記直線部の内周側端部に形成され、前記回転子鉄心の周方向に延在し、且つ、前記直線部を中心として対称形状に形成された長円部と、を備え、前記内周側端部を、前記長円部の内周側に設けるとよい。これにより、直線部及び長円部からなる切欠部を回転子鉄心に設けることで遠心力が付与された際の応力を低減させ、前記長円部の内周側より外周側に固定手段を配置することで、前記応力を低減させている部位で該固定手段にかかる応力を低減可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、積層された鋼板で構成される回転子鉄心を有した回転子において、周方向に隣接して磁極の異なる永久磁石の間に複数の切欠部を形成すると共に、前記鋼板同士を互いに固定する固定手段を備え、該固定手段を、前記切欠部の内周側端部より外周側で、且つ、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間に配置している。これにより、切欠部を設けることで遠心力に起因した応力低減を図りつつ、応力発生が少なく、且つ、磁束密度の変化の少ない前記切欠部の内周側端部より外周側で、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間に固定手段を設けることで、前記固定手段への応力低減を図ることができる。その結果、回転子に過大な強度を設定する必要がなく、小型軽量化を図ることができると共に、従来の回転電機と比較して前記回転子の高回転化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機の全体正面図である。図１の回転電機のロータを示す正面図である。図２のロータにおける外縁部近傍を示す拡大正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

本発明に係る回転電機について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る回転電機を示す。

この回転電機１０は、例えば、３相交流ブラシレス式モータであり、図１に示されるように円環状のステータ（固定子）１２と、前記ステータ１２の中心部に挿通されるロータ（回転子）１４を含む。なお、この回転電機１０は、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２のそれぞれを介して図示しない電力源から供給される電力に基づきロータ１４が回転駆動する。

ステータ１２は、例えば、複数の鋼板が軸方向に積層されたステータコア２４を有し、該ステータコア２４は、その外周部に設けられた穴部にボルトを締結することによりモータケース（図示せず）に保持される。このステータコア２４に設けられた複数のスロット（図示せず）には、コイル２６がそれぞれ巻回され、該コイル２６の端部が、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に対して接続される。

ロータ１４は、図１及び図２に示されるように、例えば、円盤状のロータ本体（回転子鉄心）２８と、前記ロータ本体２８の内部に配置された複数の永久磁石３０とを備え、前記ロータ本体２８には、周方向に離間してセンターリブ５０が形成されると共に、前記ロータ本体２８の外周面に向かって略Ｖ字状に広がるように形成された一対の第１及び第２装着孔（磁石孔）３２、３４が周方向に沿って複数形成される。そして、ロータ本体２８の中央部に形成された貫通孔３６にシャフト３８が圧入されることで一体的に固定される。

ロータ本体２８は、例えば、複数の電磁鋼板（鋼板）４０を軸方向（厚さ方向）に積層することによって構成され、該電磁鋼板４０に形成された複数対の加締め部４２（後述する）が互いに係合されることにより、前記電磁鋼板４０が軸方向及び径方向に互いに位置決めされた状態で固定される。このロータ本体２８の中心部には、シャフト３８の挿通される貫通孔３６を有した第１円環部４４と、該第１円環部４４の外周側に形成され、永久磁石３０の装着される複数の第１及び第２装着孔３２、３４を有した第２円環部４６と、前記第１円環部４４と第２円環部４６との間に設けられ、該第１及び第２円環部４４、４６を互いに接続する複数の接続部４８とを含む。この接続部４８は、ロータ本体２８の半径方向に対して所定角度傾斜して形成される。

第１円環部４４は、略一定径でリング状に形成され、その中心部の貫通孔３６にシャフト３８が圧入されることでロータ１４を構成するロータ本体２８とシャフト３８とが一体的に回転する。

第２円環部４６は、略一定径で、且つ、第１円環部４４より大径でリング状に
形成され、その外周面近傍には一対の第１及び第２装着孔３２、３４が設けられる。この一対の第１及び第２装着孔３２、３４は、第２円環部４６の周方向に沿って互いに等間隔離間して複数（例えば、１２個）設けられ、その内部には、それぞれ永久磁石３０が装着される。この一対の第１及び第２装着孔３２、３４が、１つの磁極として機能する。

また、第１装着孔３２及び第２装着孔３４は、互いに隣接する一端部（内周側端部）が内周側に配置され、互いに離間した他端部（外周側端部）が外周側となるように、それぞれ所定角度傾斜して形成される。

そして、第１装着孔３２と第２装着孔３４との間には、径方向に一直線状に延在するセンターリブ５０が形成され、前記センターリブ５０を中心として前記第１装着孔３２と第２装着孔３４とが対称形状となるように形成される。換言すれば、センターリブ５０は、第１装着孔３２の内周側端部と第２装着孔３４の内周側端部との間を通り、且つ、ロータ本体２８の中心まで径方向に延在する仮想線Ａ（図２参照）上となるように形成される。

また、第２円環部４６には、周方向に隣接する磁極の間にそれぞれスリット（切欠部）５２が形成され、各スリット５２は、前記第２円環部４６の外縁部から内周側に向かって一直線上に延在する直線部５４と、該直線部５４における内周側端部に形成される長円部５６とからなる。直線部５４と長円部５６とは互いに連通するように切り欠かれ、該長円部５６は第２円環部４６の周方向に長尺となるように形成されると共に、前記直線部５４を中心として略対称形状となるように形成される。このスリット５２は、各磁極の間に設けられているため、該磁極と同数設けられる。そして、第２円環部４６に各スリット５２を設けることで、ロータ１４が回転した際に該第２円環部４６に発生する応力が緩和される。

さらに、第２円環部４６には、図２及び図３に示されるように、スリット５２における長円部５６と磁極（永久磁石３０）との間で、且つ、前記長円部５６の内周側端部を通る仮想円Ｂ（図３参照）より外周側となる位置に加締め部４２が形成される。この加締め部４２は、例えば、断面円形状に形成され、電磁鋼板４０をプレス成形する際に軸方向に所定深さだけ窪むように凹状に形成されると共に、第１装着孔３２の内周側端部と第２装着孔３４の内周側端部との間を通り、且つ、ロータ本体２８の中心まで径方向に延在する仮想線Ａを中心として略対称となる位置に対として配置される。

そして、複数の電磁鋼板４０を軸方向（厚さ方向）積層させ、各加締め部４２を、隣接する電磁鋼板４０の加締め部４２に挿入させることで相互に周方向に位置決めされた状態で連結される。

すなわち、加締め部４２は、ロータ１４が回転した際に発生する応力の低い部位、且つ、磁束密度の変化が低い部位である、仮想円Ｂより外周側で、スリット５２と磁極との間となる位置に配置される。換言すれば、ロータ１４が回転した際に高い応力の発生する第２円環部４６の内周側（仮想円Ｂの内周側）や、磁束密度の高い磁極の外周側となる範囲に加締め部４２を設けることはない。

なお、加締め部４２は、第２円環部４６における径方向に沿った幅寸法の略中央部近傍に設けると、該第２円環部４６を含むロータ本体２８を束ねて互いに固定するのに最適である。

本発明の実施の形態に係る回転電機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図示しない電力源からＵ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に対して電力が供給されることで、コイル２６が通電され、それに伴って、前記コイル２６が励磁することで回転磁界が生じ、磁極となる永久磁石３０の装着されたロータ１４が回転駆動する。この際、スリット５２における長円部５６の内周側端部より外周側で、前記スリット５２と永久磁石３０（磁極）との間となる位置に加締め部４２が設けられているため、該加締め部４２に対する応力集中が緩和される。

以上のように、本実施の形態では、回転電機１０を構成するロータ１４において、磁極の異なる永久磁石３０の間にスリット５２を設けることで遠心力に起因した応力低減を図りつつ、応力の発生が少なく、且つ、磁束密度の変化の少ない前記スリット５２と前記磁極との間で、該スリット５２の長円部５６の内周側端部より外周側に加締め部４２を設け、前記ロータ１４を構成する複数の電磁鋼板４０を互いに位置決めして連結している。これにより、加締め部４２における応力の低減を図ることができるため、ロータ１４に過大な強度を設定する必要がなく、それに伴って、前記ロータ１４の小型軽量化を図ることができる。また、加締め部４２における応力の低減を図ることができるため、従来の回転電機と比較し、ロータ１４の回転数を増加させることができ、高回転化を図ることが可能となる。

さらに、加締め部４２は、電磁鋼板４０をプレス成形する際に同時に形成することができるため、加締めピン等によって各電磁鋼板４０を積層した状態で連結する場合と比較し、前記加締めピンを不要とすることができるため部品点数の削減を図ることができ、しかも、互いに積層させて加締め部４２同士を係合させるだけで互いに連結することができるため、組付工数の削減を図ることも可能となる。

さらにまた、加締め部４２においては、互いに積層された電磁鋼板４０同士が導通してしまうため、磁束密度の変化（交流磁束）によって前記加締め部４２以外の部位に比べて渦電流が流れやすくなってしまうが、前記加締め部４２をロータ本体２８において磁束密度の変化が少ない部位に配置することで、渦電流の増加を抑制してロータ１４の鉄損を抑制することが可能となり、前記ロータ１４をより高効率で回転させることが可能となる。

またさらに、加締め部４２は、第１装着孔３２の内周側端部と第２装着孔３４の内周側端部との間を通り、且つ、ロータ本体２８の中心まで径方向に延在する仮想線Ａを中心として略対称となる位置に配置されるため、例えば、電磁鋼板４０同士を前記永久磁石３０等に対して均等に束ねて固定することができると共に、回転子の回転時に発生する応力が各加締め部４２に対して均等に分散されるため、該加締め部４２における応力を低減することができる。

なお、本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…回転電機１２…ステータ
１４…ロータ２６…コイル
２８…ロータ本体３０…永久磁石
３２…第１装着孔３４…第２装着孔
３６…貫通孔３８…シャフト
４０…電磁鋼板４２…加締め部
４４…第１円環部４６…第２円環部
５０…センターリブ５２…スリット
５４…直線部５６…長円部

Claims

巻線を有した固定子と、積層された鋼板で構成される回転子鉄心、磁極を構成する複数の永久磁石を有し前記固定子の内部に回転自在に設けられる回転子とを備えた回転電機であって、
前記回転子鉄心には、周方向に隣接し、磁極の異なる永久磁石の間に複数の切欠部が形成され、前記鋼板同士を互いに固定する固定手段が、前記切欠部の内周側端部より外周側で、且つ、前記永久磁石の挿入される磁石孔と前記切欠部との間となる位置に配置されることを特徴とする回転電機。
請求項１記載の回転電機において、
前記固定手段は、一つの磁極を構成する隣接した永久磁石間を通る中心線に対して対称となるように配置されることを特徴とする回転電機。
請求項１又は２記載の回転電機において、
前記固定手段は、断面円形状で、軸方向に凸状に形成され隣接した鋼板に係合されることで相互に連結されるカシメであることを特徴とする回転電機。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記切欠部は、前記回転子鉄心の外周面から内周側に向かって延在する直線部と、
前記直線部の内周側端部に形成され、前記回転子鉄心の周方向に延在し、且つ、前記直線部を中心として対称形状に形成された長円部と、
を備え、
前記内周側端部は、前記長円部の内周側に設けられることを特徴とする回転電機。