JP2022065735A

JP2022065735A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2022065735A
Application number: JP2020174390A
Authority: JP
Inventors: 智中田; Satoshi Nakata; 克毅桑原; Katsuki Kuwahara; 健久保田; Takeshi Kubota
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2040-10-16
Also published as: JP7012801B1

Abstract

【課題】本願は、二つの部材で構成される端板の離間を抑制することができる回転電機の回転子を提供するものである。【解決手段】回転軸１と、回転軸１の外周側に配置された回転子鉄心２と、回転子鉄心２に装着された永久磁石３と、回転子鉄心２の軸方向の両端に配置された端板４とを有する回転電機の回転子であって、前記端板４は内周部材５と外周部材６とで構成され、前記内周部材５は外周側に突出する複数の第１突出部１１が設けられ、前記外周部材６は複数の前記第１突出部１１間に突出する複数の第２突出部１２が設けられたものである。【選択図】図２

Description

本願は、回転電機の回転子に関するものである。

電気自動車の駆動源などとして使用される回転電機は、電磁鋼板が積層された回転子鉄心と、回転子鉄心に固定された永久磁石とで構成される回転子を有している。回転子鉄心には永久磁石を挿入するための磁石挿入穴が設けられおり、回転子は永久磁石を磁石挿入穴に挿入することで製造される。

回転電機の運転中の振動によって永久磁石が割れて、回転子鉄心から飛び出すおそれがあるため、回転子鉄心の軸方向の両端に端板を配置して永久磁石の飛び出しを抑制するといった構成が開示されている。

特許文献１に記載の回転電機の回転子は、回転軸の外周に電磁鋼板が装着され、電磁鋼板の軸方向の両端に端板が配置されている。電磁鋼板の外周側には永久磁石が円周方向に間隔を置いて複数配置されている。端板は、電磁鋼板の外周まで延在し、永久磁石と接触しない部分は磁性体で構成された第１の部材と、第１の部材の永久磁石と対向する外周部分に形成された凹部に配置され、永久磁石と接触する非磁性体で構成された第２の部材とで構成されている。

特開２００２－３４５１８６号公報

上述した従来の特許文献１に記載の回転電機の回転子は、端板が磁性体で構成された第１の部材と円周方向に複数の非磁性体で構成された第２の部材という異種材料が組み合わさって構成されているため、異種材料の線膨張係数の差から第１の部材と第２の部材とが離間するという問題点があった。

また、回転子が回転することで発生する遠心力によって、第１の部材と第２の部材とが離間するという問題点があった。これらの離間によるガタによって騒音が発生したり、フレッティングによる部材の摩耗が生じたりするという問題点があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、二つの部材で構成される端板の離間を抑制することができる回転電機の回転子を提供するものである。

本願に開示される回転電機の回転子は、回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記外周部材は複数の前記第１突出部間に突出する複数の第２突出部が設けられたものである。

また、本願に開示される回転電機の回転子は、回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記内周部材の前記第１突出部は前記内周部材の板厚よりも薄い板厚で構成され、前記外周部材は、複数の前記第１突出部間に配置された第２突出部が設けられ、前記第１突出部の前記回転子鉄心側の周方向および前記第１突出部の反回転子鉄心側の周方向を覆って配置された覆い部が設けられたものである。

本願に開示される回転電機の回転子によれば、端板は内周部材と外周部材とで構成され、内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、外周部材は複数の第１突出部間に突出する複数の第２突出部が設けられたことにより、二つの部材で構成される端板の離間を抑制することができる回転電機の回転子を得ることができる。

実施の形態１による回転電機の回転子を示す図２のＡ－Ａ線における断面図である。実施の形態１による回転電機の回転子を示す図１の左側面図である。実施の形態２による回転電機の回転子を示す図４のＢ－Ｂ線における断面図である。実施の形態２による回転電機の回転子を示す図３の左側面図である。実施の形態３による回転電機の回転子を示す断面図である。実施の形態４による回転電機の回転子を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１を図１および図２に基づいて説明する。図１は実施の形態１による回転電機の回転子を示す図２のＡ－Ａ線における断面図である。図２は実施の形態１による回転電機の回転子を示す図１の左側面図である。

回転電機の回転子は、回転軸１と、回転軸１の外周側に配置された回転子鉄心２と、回転子鉄心２の外周側に円周方向に間隔を隔てて挿入された複数の永久磁石３と、回転子鉄心２の軸方向の両端に配置された端板４で構成されており、端板４はそれぞれ異なる材質である内周部材５とその内周部材５の外周側に配置された外周部材６とで構成されており、内周部材５は外周側に突出する複数の第１突出部１１が設けられ、外周部材６は内周部材５の複数の第１突出部１１間に隣接して突出する複数の第２突出部１２が設けられている。

また、第１突出部１１の内周側の幅Ｈ１と外周側の幅Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係である。すなわち、第１突出部１１の内周側の幅Ｈ１が外周側の幅Ｈ２よりも幅が狭くなっている。

なお、図１に示す軸方向右側の端板４は回転軸１の受け部１ａで受け止められ、図１に示す軸方向左側の端板４、回転子鉄心２は固定部材７によって回転軸１の受け部１ａに押圧された状態で固定されている。

上記構成によれば、外周部材６の第２突出部１２の内周側縁部が内周部材５の第１突出部１１の幅の狭い内周側縁部と当接し、外周部材６の第２突出部１２の外周側縁部が内周部材５の第１突出部１１の幅の広い外周側縁部と当接しているので、外周部材６の径方向および周方向の移動が規制されるため、内周部材５と外周部材６とが離間することを抑制することができる。

一般的に回転軸１の材料には鋼材が用いられており、回転軸１に固定される端板４も鋼材を用いて回転軸１と線膨張係数を略同等にすることで、温度の上昇下降によって回転軸１と端板４との間に過度な隙間が生じたり、回転軸１と端板４との間に過度な応力が発生したりすることを抑制することができる。

一方で端板４によって永久磁石３が飛び出すのを抑制するため、端板４を永久磁石３の軸方向に配置するが、端板４が磁性体である鋼材であると永久磁石３から発生する磁束が軸方向に漏れて、回転電機の効率が低下する。そのため、端板４において回転軸１に固定される内周部材５を磁性体として、永久磁石３の軸方向に配置される外周部材６を非磁性体とすることで効率を低下させずに信頼性の高い回転電機を構成できる。

回転電機の回転子を構成する回転子鉄心２の製造ばらつきあるいは永久磁石３の重量ばらつきによって回転子にはアンバランスが生じる。アンバランスは騒音あるいは振動の原因となるため調整をする必要があるが、端板４の外周部を削設することで追加部材を必要とせずに回転子のアンバランスを調整することができる。端板４の厚みを小さくすることができるため、回転電機を小型化させることができる。

外周部材６に樹脂と比較して比重の大きい非磁性の金属を用いることで削る量を少なくすることができるため、端板４の厚みを小さくすることができ、回転電機を小型化させることができる。非磁性の金属としてアルミニウムあるいは銅があげられるが、外周部材６をアルミダイキャストで構成すること、内周部材５の第１突出部１１に隣接する外周部材６の形状を容易に形成することができるため、回転電機の生産性を向上させることができる。

内周部材５に鋼材を用いて外周部材６にアルミダイキャストを用いる場合、材料単価はアルミニウムよりも鋼材のほうが安いため、回転電機の効率を低下させずに端板４における内周部材５の占める割合を大きくすることができるため、端板４の材料費を安くすることができる。

一方で磁石から発生する永久磁石３が軸方向に漏れると回転電機の効率が低下するため、永久磁石３から発生する磁束が軸方向に漏れないように内周部材５を配置する必要がある。すなわち、回転子を各極に分割した場合、内周部材５は各極において同等の形状となる。したがって、内周部材５の第１突出部１１の数は回転子の極数と同数になる。これにより内周部材５によって回転電機の効率を低下させずに端板４の材料費を安くすることができる。

内周部材５に鋼材を用いて外周部材６にアルミダイキャストを用いる場合、線膨張係数はアルミニウムよりも鋼材のほうが小さいため、回転子が低温になったときに外周部材６であるアルミニウムが収縮する。

外周部材６が収縮すると内周部材５にフープ応力がかかるため内周部材５の内径と回転軸１の外径との間に隙間を設ける。内周部材５は回転軸１に直接固定されるのではなく、回転軸１に固定された固定部材７によって軸方向から押さえられることによって固定される。これにより内周部材５にかかるフープ応力を緩和することができる。

回転子の温度の上昇下降によって回転軸１と端板４との間の隙間あるいは応力の変化を抑制することができ、かつ、回転電機の効率の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２による回転電機の回転子を示す図４のＢ－Ｂ線における断面図である。図４は実施の形態２による回転電機の回転子を示す図３の左側面図である。

端板４はそれぞれ異なる材質である内周部材５とその内周部材５の外周側に配置された外周部材６とで構成されており、内周部材５は外周側に突出するとともに内周部材５の最内周部の板厚よりも薄い板厚で形成された複数の第１突出部１１ａが設けられ、外周部材６は内周部材５の第１突出部１１ａと第１突出部１１ａとの間に隣接して突出する複数の第２突出部１２が設けられ、外周部材６は内周部材５の第１突出部１１ａに隣接され、内周部材５の第１突出部１１ａと同形状を成す第３突出部１３が設けられている。

内周部材５の第１突出部１１ａは反回転子鉄心側が薄く構成され、第１突出部１１ａと回転子鉄心２の端面との間には空隙が設けられ、この空隙を埋めるように回転子鉄心２の端面と内周部材５の第１突出部１１ａとの間に外周部材６の第３突出部１３が配置され、内周部材５の第１突出部１１ａに外周部材６の第３突出部１３が隣接して配置される。

また、第１突出部１１ａの内周側の幅Ｈ１と外周側の幅Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係である。すなわち、第１突出部１１ａの内周側の幅Ｈ１が外周側の幅Ｈ２よりも幅が狭くなっている。

上記構成によれば、外周部材６の第２突出部１２の内周側縁部が内周部材５の第１突出部１１ａの幅の狭い内周側縁部と当接するとともに外周部材６の第３突出部１３の内周側縁部が内周部材５の第１突出部１１ａの幅の狭い内周側縁部と当接し、外周部材６の第２突出部１２の外周側縁部が内周部材５の第１突出部１１ａの幅の広い外周側縁部と当接するとともに外周部材６の第３突出部１３の外周側縁部が内周部材５の第１突出部１１ａの幅の広い外周側縁部と当接しているので、外周部材６の径方向および周方向の移動が規制されるため、内周部材５と外周部材６とが離間することを抑制することができる。

実施の形態３．
図５は実施の形態３による回転電機の回転子を示す断面図である。

端板４はそれぞれ異なる材質である内周部材５ａとその内周部材５ａの外周側に配置された外周部材６とで構成されており、内周部材５ａは外周側に突出する複数の第１突出部１１ｂが設けられ、外周部材６は内周部材５ａの第１突出部１１ｂと第１突出部１１ｂとの間に隣接して突出する複数の第２突出部１２が設けられている。

内周部材５ａの第１突出部１１ｂは外周部材６よりも軸方向において反回転子鉄心側に突出している場合を示している。また、内周部材５ａも外周部材６よりも軸方向において反回転子鉄心側に突出している場合を示している。

上記構成によれば、内周部材５ａの第１突出部１１ｂは外周部材６よりも軸方向において反回転子鉄心側に突出しているので、回転子が回転したときに内周部材５ａの第１突出部１１ｂによって対流を起こすことができるため、回転子を冷却することができ、冷却特性の向上を図ることができる。

また、上述した各実施の形態と同様に、外周部材６の径方向および周方向の移動が規制されるため、内周部材５ａと外周部材６とが離間することを抑制することができる。

実施の形態４．
図６は実施の形態４による回転電機の回転子を示す断面図である。

端板４はそれぞれ異なる材質である内周部材５と外周部材６ａとで構成されており、内周部材５は外周側に突出するとともに内周部材５の最内周部の板厚よりも薄い板厚で形成された複数の第１突出部１１ａが設けられ、外周部材６は内周部材５の第１突出部１１ａと第１突出部１１ａとの間に隣接して突出する複数の第２突出部１２が設けられ、外周部材６ａは内周部材５の第１突出部１１ａの回転子鉄心２側に配置された第３突出部１３ａと、内周部材５の第１突出部１１ａの反回転子鉄心側の周方向を覆って配置された覆い部１４が設けられている。

内周部材５の第１突出部１１ａは反回転子鉄心側が薄く構成され、外周部材６ａの第３突出部１３ａが回転子鉄心２の端面と内周部材５の第１突出部１１ａとの間に配置され、外周部材６ａの覆い部１４が内周部材５の第１突出部１１ａの反回転子鉄心側の周方向を覆って配置される。

なお、この実施の形態４においては、内周部材５の周りに外周部材６ａをアルミダイキャストあるいは樹脂で成形される。

外周部材６ａは覆い部１４を設けたことにより、外周部材６ａは内周部材５の第１突出部１１ａよりも軸方向において反回転子鉄心側に突出している場合を示している。

すなわち、内周部材５の第１突出部１１ａを外周部材６ａの第３突出部１３ａと外周部材６ａの覆い部１４とで挟み込んだ状態としたものである。

上記構成によれば、上述した各実施の形態と同様に、外周部材６ａの径方向および周方向の移動が規制されるため、内周部材５と外周部材６ａとが離間することを抑制することができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、二つの部材で構成される端板の離間を抑制することができる回転電機の回転子の実現に好適である。

１回転軸、２回転子鉄心、３永久磁石、４端板、５内周部材、５ａ内周部材、６外周部材、６ａ外周部材、１１第１突出部、１１ａ第１突出部、１１ｂ第１突出部、１２第２突出部、１３第３突出部、１３ａ第３突出部、１４覆い部

本願に開示される回転電機の回転子は、回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記外周部材は複数の前記第１突出部間に突出する複数の第２突出部が設けられ、前記第１突出部は内周側の幅Ｈ１と外周側の幅Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係となるものである。

また、本願に開示される回転電機の回転子は、回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記内周部材の前記第１突出部は前記内周部材の板厚よりも薄い板厚で構成され、前記外周部材は、複数の前記第１突出部間に配置された第２突出部が設けられ、前記第１突出部の前記回転子鉄心側の周方向および前記第１突出部の反回転子鉄心側の周方向を覆って配置された覆い部が設けられ、前記第１突出部は内周側の幅Ｈ１と外周側の幅Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係となるものである。

Claims

回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記外周部材は複数の前記第１突出部間に突出する複数の第２突出部が設けられたことを特徴とする回転電機の回転子。
前記第１突出部は内周側の幅と外周側の幅がＨ１＜Ｈ２の関係であ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。
前記第１突出部は前記内周部材の板厚よりも薄い板厚で構成され、前記外周部材は前記第１突出部に隣接され前記第１突出部と同形状をなす第３突出部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
前記第１突出部は前記外周部材よりも軸方向において反回転子鉄心側に突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
回転軸と、前記回転軸の外周側に配置された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に装着された永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向の両端に配置された端板とを有する回転電機の回転子であって、前記端板は内周部材と外周部材とで構成され、前記内周部材は外周側に突出する複数の第１突出部が設けられ、前記内周部材の前記第１突出部は前記内周部材の板厚よりも薄い板厚で構成され、前記外周部材は、複数の前記第１突出部間に配置された第２突出部と、前記第１突出部の前記回転子鉄心側に配置された第３突出部と、および前記第１突出部の反回転子鉄心側の周方向を覆って配置された覆い部とが設けられたことを特徴とする回転電機の回転子。
前記内周部材は前記回転軸と同等の線膨張係数である材料で構成し、前記外周部材は非磁性の材料で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記内周部材の前記第１突出部は前記回転子の極数と同数配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記内周部材は前記回転軸に固定された固定部材によって固定されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記外周部材は非磁性の金属で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記外周部材はアルミダイキャストで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。