JP2023046137A

JP2023046137A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2023046137A
Application number: JP2021154878A
Authority: JP
Inventors: 夢生朝倉; Muu Asakura; 博青木; Hiroshi Aoki
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-04-03

Abstract

【課題】応力集中の緩和と軽量化とを両立させた回転電機の回転子を提供する。【解決手段】回転電機の回転子は、第１辺と、前記第１辺と径方向外側で対向しかつ前記第１辺より短い第２辺と、前記第１辺と前記第２辺とを接続する２つの第３辺とから構成され、前記第１辺と前記第２辺とはそれぞれｄ軸と交差する第１孔と、隣接する前記第１孔同士を接続しｑ軸上に位置するブリッジ部と、前記ｑ軸上に、前記ブリッジ部より径方向外側に位置するカシメ部と、前記カシメ部よりも径方向外側に位置する第４辺と、前記第４辺と径方向外側で対向する頂部と、前記第４辺と前記頂部とを接続する２つの第５辺と、から構成され、前記第４辺と前記頂部とがそれぞれ前記ｑ軸と交差する第２孔と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の回転子に関する。

本願発明の背景技術として、電磁鋼板積層時の周方向に対する位置規定用の孔（位置決め孔）の周囲に発生する応力集中を緩和するために、特許文献１では、位置規定用の孔を肉盗み孔によって形成されるブリッジ部に収まるように配置する構成が開示されている。

特許第６１６５６２２号公報

特許文献１を踏まえて、顧客要請に応じて回転子の信頼性をさらに向上させるために、本発明は、応力集中の緩和と軽量化とを両立させた回転電機の回転子を提供することが目的である。

回転電機の回転子は、第１辺と、前記第１辺と径方向外側で対向しかつ前記第１辺より短い第２辺と、前記第１辺と前記第２辺とを接続する２つの第３辺とから構成され、前記第１辺と前記第２辺とはそれぞれｄ軸と交差する第１孔と、隣接する前記第１孔同士を接続しｑ軸上に位置するブリッジ部と、前記ｑ軸上に、前記ブリッジ部より径方向外側に位置するカシメ部と、前記カシメ部よりも径方向外側に位置する第４辺と、前記第４辺と径方向外側で対向する頂部と、前記第４辺と前記頂部とを接続する２つの第５辺と、から構成され、前記第４辺と前記頂部とがそれぞれ前記ｑ軸と交差する第２孔と、を備える。

本発明によれば、応力集中の緩和と軽量化とを両立させた回転電機の回転子を提供できる。

ハイブリッド型電気自動車両の全体図図１の回転電機の断面図本発明の一実施形態に係る、回転電機の回転子の部分断面図図３の部分拡大図図３の第２孔の拡大図図３の磁石孔の拡大図

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

（一実施形態）
図１は、ハイブリッド型電気自動車両の全体図である。

車両１００には、エンジン１２０と第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とバッテリ１８０とが搭載されている。バッテリ１８０は、回転電機２００，２０２による駆動力が必要な場合には電力変換装置６００を介して回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２から直流電力を受ける。バッテリ１８０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。

また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御される。バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４、電力変換装置６００および統合制御装置１７０は、通信回線１７４によって接続されている。

統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の各状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。

高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。

統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置１７０は、主に、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。

電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。電力変換装置６００には、回転電機２００，２０２を運転するためのインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。

図２は、図１の回転電機の断面図である。なお、以降では回転電機２００を例として説明するが、回転電機２０２も同様の構造を有している。

回転電機２００は、ハウジング１の内部に、固定子３と回転子４を備えている。固定子３はコイル２が巻回された固定子鉄心を有し、回転子４は所定の枚数の電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心（回転子コア）１０とシャフト６とあて板とを有する。ハウジング１はベアリング７を介してシャフト６を固定している。

固定子３と回転子４の間には空隙５が設けられ、回転子４は回転可能に保持されている。回転子のコア１０とシャフト６は圧入されている。

図３は、本発明の一実施形態に係る、回転電機の回転子の部分断面図である。図４は図３の部分拡大図、図５は図３の第２孔の拡大図、図６は図３の磁石孔の拡大図である。

回転子コア１０には、磁石孔１０ａ、第１孔１１、第２孔１２、カシメ部１４、がそれぞれ形成されている。磁石孔１０ａの内部に不図示の磁石がそれぞれ挿入されることで、ｄ軸１５は、径方向に磁石孔１０ａの端部同士が内側に向いている間を通る軸として定義される。ｑ軸１６は、磁石孔１０ａを間に挟んで径方向にｄ軸１５と対向する位置を通る軸として定義される。磁石孔１０ａは、長手方向端部のうちｄ軸１５に近い端部は径方向内側に向けられて、ｄ軸１５から遠い端部は径方向外側に向けられて、形成されている。

第１孔１１は、略台形形状を有しており、第１辺１１ａと、第１辺１１ａと径方向外側で対向しかつ第１辺１１ａより短い第２辺１１ｂと、第１辺１１ａと第２辺１１ｂとを接続する２つの第３辺１１ｃとから構成されている。第１辺１１ａと第２辺１１ｂとはそれぞれｄ軸１５と交差する。また、第１辺１１ａは、径方向外側に向かって湾曲している。

第２孔１２は、略三角形形状を有しており、隣接する第１孔１１同士を接続しｑ軸１６上に位置するブリッジ部１３と、ｑ軸１６上に、ブリッジ部１３より径方向外側に位置するカシメ部１４と、カシメ部１４よりも径方向外側に位置する第４辺１２ａと、第４辺１２ａと径方向外側で対向する頂部１２ｃと、第４辺１２ａと頂部１２ｃとを接続する２つの第５辺１２ｂと、から構成されている。第４辺１２ａと頂部１２ｃとはそれぞれｑ軸１６とで交差する。第４辺１２ａは、径方向内側に向かって湾曲している。

なお、第１孔１１は、シャフト６に回転子コア１０を圧入するときに起こる径方向外側への引張応力によって回転子のコア１０が変形することを防いでいる肉盗み孔であり、その空隙部分によって応力集中を緩和している。本実施形態では、第１孔１１は台形の形状ではあるが、台形の大きい辺（第１辺１１ａ）と小さい辺（第２辺１１ｂ）のうち、小さい辺が径方向外側になる形状である。

また、第２孔１２は、周方向に合わせて積層される回転子コア層を位置決めする位置決め孔であり、かつ応力集中の緩和の役割を持つ。また、第１孔１１と第２孔１２はそれぞれ径方向外側に向かって突形状を有し、かつ径方向内側に湾曲する形状を有している。

また、カシメ部１４は、少なくとも回転子４の電磁剛板が積層されている最も外側の両面２枚分に形成されていればよく、すべての電磁剛板にカシメ部１４が設けられる必要はない。カシメ部１４は、第１孔１１よりも（第２辺１１ｂよりも）外径側かつｑ軸１６上であり、第２孔１２よりも内径側の位置に形成されていることで、応力集中の緩和に貢献している。

このように、変形・破損しないことを前提に、回転子コア１０にそれぞれ役割を持った貫通孔を設け、さらにそれぞれの貫通孔の位置関係が３６０°にわたる応力波に対応した位置であることで、回転子コア１０にシャフト６を圧入する際に磁石孔１０ａに到達する応力波を弱めることができ回転子コア１０の磁石孔１０ａに発生する応力集中を緩和できる。また、回転子コア１０への応力集中を緩和する貫通孔の配置関係について、本発明の実施形態に示したような配置関係することで、回転子１０のコアの剛性が確保されるため、形成されているそれぞれの孔を拡大することが可能となり、回転子コア１０を含む回転子４の軽量化が実現する。また、この軽量化により、モータの高回転化も可能になる。

なお、以上説明した実施形態は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動するハイブリッド型の電気自動車にも適用可能である。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）回転電機の回転子１０は、第１辺１１ａと、第１辺１１ａと径方向外側で対向しかつ第１辺１１ａより短い第２辺１１ｂと、第１辺１１ａと第２辺１１ｂとを接続する２つの第３辺１１ｃとから構成される。回転子１０は、第１辺１１ａと第２辺１１ｂとはそれぞれｄ軸１５と交差する第１孔１１ａと、隣接する第１孔１１同士を接続しｑ軸１６上に位置するブリッジ部１３と、ｑ軸１６上に、ブリッジ部１３より径方向外側に位置するカシメ部１４と、カシメ部１４よりも径方向外側に位置する第４辺１２ａと、第４辺１２ａと径方向外側で対向する頂部１２ｃと、第４辺１２ａと頂部１２ｃとを接続する２つの第５辺１２ｂと、から構成され、第４辺１２ａと頂部１２ｃとがそれぞれｑ軸１６と交差する第２孔１１ｂと、を備える。このようにしたことで、応力集中の緩和と軽量化とを両立させた回転電機の回転子１０を提供できる。

（２）回転子１０の第１辺１１ａは、径方向外側に向かって湾曲している。このようにしたことで、剛性を確保しつつ応力集中を緩和できる。

（３）回転子１０のカシメ部１４は、第２辺１１ｂよりも径方向外側に位置している。このようにしたことで、剛性を確保できる。

（４）回転子１０の第４辺１２ａは、径方向内側に向かって湾曲している。このようにしたことで、剛性を確保しつつ応力集中を緩和できる。

（５）回転子１０は、磁石が挿入される磁石孔１０ａを備え、磁石孔１０ａは、長手方向端部のうちｄ軸１５に近い端部は径方向内側に向けられて、ｄ軸１５に遠い端部は径方向外側に向けられて、形成されている。このようにしたことで、剛性を確保しつつ応力集中を緩和できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１０…回転子（コア）
１０ａ…磁石孔
１１…第１孔
１１ａ…第１辺
１１ｂ…第２辺
１１ｃ…第３辺
１２…第２孔
１２ａ…第４辺
１２ｂ…第５辺
１２ｃ…頂部
１３…ブリッジ部
１４…カシメ部
１５…ｄ軸
１６…ｑ軸

Claims

第１辺と、前記第１辺と径方向外側で対向しかつ前記第１辺より短い第２辺と、前記第１辺と前記第２辺とを接続する２つの第３辺とから構成され、前記第１辺と前記第２辺とはそれぞれｄ軸と交差する第１孔と、
隣接する前記第１孔同士を接続しｑ軸上に位置するブリッジ部と、前記ｑ軸上に、前記ブリッジ部より径方向外側に位置するカシメ部と、前記カシメ部よりも径方向外側に位置する第４辺と、前記第４辺と径方向外側で対向する頂部と、前記第４辺と前記頂部とを接続する２つの第５辺と、から構成され、前記第４辺と前記頂部とがそれぞれ前記ｑ軸と交差する第２孔と、を備える
回転電機の回転子。
請求項１に記載の回転電機の回転子において、
前記第１辺は、径方向外側に向かって湾曲している
回転電機の回転子。
請求項１に記載の回転電機の回転子において、
前記カシメ部は、前記第２辺よりも径方向外側に位置している
回転電機の回転子。
請求項１に記載の回転電機の回転子において、
前記第４辺は、径方向内側に向かって湾曲している
回転電機の回転子。
請求項１に記載の回転電機の回転子において、
磁石が挿入される磁石孔を備え、
前記磁石孔は、長手方向端部のうち前記ｄ軸に近い端部は径方向内側に向けられて、前記ｄ軸に遠い端部は径方向外側に向けられて、形成されている
回転電機の回転子。