JP6189699B2 - Rotor core, rotor, and rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転子鉄心、回転子、および、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor core, a rotor, and a rotating electrical machine.
回転電機の回転子は、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心と、回転子鉄心と締結されたシャフトによって主に構成されている。回転電機を高速化することで、小型・軽量化が図れる。ただし、高速回転で生じる遠心力によって、回転子鉄心はシャフトから離れる方向に変形するため、回転子鉄心シャフトとの締結部には、締結力が大きく、安定した締結方法を採用しなければならない。 A rotor of a rotating electrical machine is mainly configured by a rotor core in which electromagnetic steel plates are laminated in the axial direction and a shaft fastened to the rotor core. By increasing the speed of the rotating electrical machine, the size and weight can be reduced. However, since the rotor core is deformed in a direction away from the shaft due to the centrifugal force generated by the high-speed rotation, the fastening portion with the rotor core shaft has a large fastening force and a stable fastening method must be employed.
回転子鉄心とシャフトを焼き嵌めで締結する場合、回転子鉄心の中心に円孔を設け、その円孔に丸棒のシャフトを挿入することで、シャフトの外周面と回転子鉄心が全周にわたって当接した状態での締結が可能である。一方,回転子鉄心にシャフトを圧入して両者を締結する場合、回転子鉄心に形成された円孔の中心孔に、円柱状のシャフトを圧入するには大荷重が必要である。その結果、シャフトと回転子鉄心が全周にわたって当接した状態の締結を圧入で実現するには大規模なプレス装置が必要になる。これを解決するために、回転子鉄心の中心孔とシャフトが部分的に当接するような締結方法が開示されている。 When the rotor core and the shaft are fastened by shrink fitting, a circular hole is provided in the center of the rotor core, and the shaft of the round bar is inserted into the circular hole so that the outer peripheral surface of the shaft and the rotor core extend over the entire circumference. Fastening in the contacted state is possible. On the other hand, when the shaft is press-fitted into the rotor core and fastened together, a large load is required to press-fit the cylindrical shaft into the center hole of the circular hole formed in the rotor core. As a result, a large-scale press device is required to achieve the fastening with the shaft and the rotor iron core in contact with each other by press-fitting. In order to solve this problem, a fastening method is disclosed in which the center hole of the rotor core and the shaft partially abut.
特許文献1では、回転子鉄心の中心孔の周面の周方向に所定間隔で複数の突起(図6の圧入部31)が形成されている。特許文献2では、円柱状のシャフトを挿入する回転子鉄心の中心孔の断面形状を、正方形(図8の孔170)、正三角形(図19の孔170)等にしている。
In
シャフトを圧入し、シャフトと回転子鉄心を周方向に沿って部分的に当接させて両者を締結する方法では、シャフトと回転子鉄心の当接する部分(当接部)に圧力が発生するが、当接部の各領域で定義される圧力にばらつきが生じるという問題、すなわち、当接部において圧力分布が生じるという問題があった。 In the method in which the shaft is press-fitted and the shaft and the rotor core are partially brought into contact with each other along the circumferential direction to fasten the two, pressure is generated at the contact portion (contact portion) between the shaft and the rotor core. There is a problem that the pressure defined in each region of the contact part varies, that is, a pressure distribution occurs in the contact part.
(1)請求項1の発明による回転子鉄心は、円柱状のシャフトが圧入される中心孔と、中心孔に周方向に複数形成された嵌合部と、を備え、嵌合部は、シャフトが中心孔に圧入される際にシャフトと当接し、嵌合部の先端形状は、円弧であり、円弧の半径は、シャフトが中心孔に圧入される際にシャフトと当接する位置を含む周方向範囲において、シャフトの半径から圧入の締め代を引いた値よりも大きいことを特徴とする。
(2)請求項5の発明による回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の中心孔に圧入されて一体化されているシャフトとを有し、固定子の内周側に回転可能に設けられて回転電機を構成し、回転子鉄心の中心孔にはシャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成され、回転子鉄心は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転子鉄心であることを特徴とする。
(3)請求項6の発明による回転電機は、スロットとティースを有し、ティースに巻線が巻回されてなる固定子と、固定子の内周側に回転可能に設けられ、回転子鉄心の中心孔にシャフトが圧入されてなる回転子とを有し、回転子鉄心の中心孔にはシャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成され、回転子は、請求項5に記載の回転子であることを特徴とする。
(1) A rotor core according to the invention of
(2) A rotor according to a fifth aspect of the present invention includes a rotor core and a shaft that is press-fitted into a central hole of the rotor core and integrated with the rotor core, and is provided rotatably on the inner peripheral side of the stator. A plurality of fitting portions that are fitted to the peripheral surface of the shaft are formed in the center hole of the rotor core, and the rotor core is defined in any one of
(3) A rotating electrical machine according to the invention of
本発明による回転子鉄心を用いることにより、高速化と強度信頼性を両立する回転子鉄心、回転子、および、回転電機を提供できる。 By using the rotor core according to the present invention, it is possible to provide a rotor core, a rotor, and a rotating electrical machine that achieve both high speed and strength reliability.
本発明における回転電機の一例として、8極12スロット集中巻の永久磁石同期モータでの適用例を示す。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式のモータでも適用できる。また、本発明は、発電機などでも適用できる。 As an example of the rotating electric machine according to the present invention, an application example in an 8-pole 12-slot concentrated winding permanent magnet synchronous motor will be described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other types of motors. The present invention can also be applied to a generator or the like.
――第1実施形態――
図1は、第1実施形態における回転電機100を示す径方向断面図である。回転電機100は、回転子20と、回転子20の外周側に配置された固定子30とを備えている。符号1は回転電機100の回転中心、すなわち、回転軸心を示している。
-First embodiment-
FIG. 1 is a radial cross-sectional view showing a rotating
回転子20は、回転子鉄心2と、回転子鉄心2の中心孔6に圧入される円柱状のシャフト5と、回転子鉄心2の外周側周方向に形成された磁石挿入孔3に挿入される永久磁石21とを備えている。回転子鉄心2の中心孔6の嵌合部8は、図3〜図5によく示されているように、中心孔6に周方向に等間隔に形成されており、内周側に突出した形状を有する。シャフト5が嵌合部8の先端9に当接し、回転子鉄心2とシャフト5が締結されている。回転子鉄心2の中心孔6にシャフト5が圧入されたとき、シャフト5と嵌合部8は互いに当接しともに弾性変形するが、嵌合部8のほうがシャフト5よりも弾性変形の度合いが大きい。回転子20を軽量化するため、回転子鉄心2の磁束の影響が及ばない領域に肉抜き孔4が周方向に等間隔に形成されている。永久磁石21は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石などが主に用いられるが、これら以外であってもよい。
The
固定子30は、内周側周方向に形成されたティース31と、一対のティース31間に形成されるスロット32と、スロット32に挿入されティース31に巻回される巻線33とを備えている。巻線33は、電力変換装置(不図示)に接続される。回転電機100の回転子20は、電力変換装置(不図示)から3相交流電流が固定子30の巻線33に通電され、回転駆動される。なお、固定子30は、本発明が適用される種々の形態の回転電機において同様である。よって、以降では、固定子30を省略して説明する。
The
図2は、回転子20示す斜視図である。図3は、回転子20の径方向断面図である。図4は、回転子鉄心2の径方向断面図である。回転子鉄心2の嵌合部8は、中心孔6に周方向に等間隔に形成されており、内周側に突出した形状を有する(図3、図4)。そして、円柱状のシャフト5が嵌合部8の先端9に当接し、回転子鉄心2とシャフト5が締結されている(図3)。さらに、磁石挿入孔3に永久磁石21が挿入されて、回転子20が構成される(図2、図3)。
FIG. 2 is a perspective view showing the
図5〜7を用いて、嵌合部8の先端9の曲率半径によって圧力分布が変化することについて述べる。ここで、「圧力」とは、単位面積当たりの径方向の力のことを指す。また、「圧力分布」とは、先端9にかかる圧力の周方向依存性のことを指す。以下においても同様である。以下では、特に断らない限り、嵌合部8の先端9の曲率半径やシャフトの半径を圧入前の形状で表現する。これは、嵌合部8の先端9の曲率半径とシャフトの半径の議論をする際に、都合がよいからである。圧入後の形状では、嵌合部8とシャフトがともに弾性変形しており、上記の議論が難しくなる。
The change in pressure distribution depending on the radius of curvature of the
図5は、図4に示す破線で囲われた領域11、すなわち、回転子鉄心2の周方向45°分を拡大した図である。嵌合部8の先端9の3つのポイントについて、図示左端をA点,図示右端をB点、それらの中点をC点とする。以下でも同様の定義とする。第1実施形態では、シャフト5の圧入前の嵌合部8の先端9の形状は、曲率半径rcの円弧となっている。ここで、圧入前のシャフトの半径をRs,圧入による締め代をΔRとすると、圧入前の状態において、円弧の中点であるC点から回転軸心1までの距離はRs−ΔRである。Rs−ΔRというように、シャフト5だけが弾性変形するような表記となっているが、上述のように、シャフト5と嵌合部8はともに弾性変形する。さらに、嵌合部8のほうがシャフト5よりも弾性変形の度合いが大きい。
FIG. 5 is an enlarged view of a
図6は、嵌合部8付近を拡大した図である。嵌合部8は、回転子鉄心2の中心孔6に形成され、内周側に突出した形状となっており、内周側に形成された先端9と、周方向に対抗する側面15を有する。先端9によってシャフト5と当接する。半径Rs−ΔRの円弧10を破線で示した。この円弧10は、回転軸心1を中心として形成されている。図示されている通り、第1実施形態の回転子鉄心2の嵌合部8の先端9の曲率半径rcは,Rs−ΔRよりも大きい。すなわち、rc>Rs−ΔRである。
FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the
図7は、嵌合部8の先端9の曲率半径rcと圧入前の先端9のC点から回転軸1までの距離Rs−ΔRとの大小関係によって、嵌合部8の先端9にかかる圧力分布が変化する様子を示している。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部8の先端9の位置を示す。なお、上述のように、第1実施形態の回転子鉄心2は、rc>Rs−ΔRとなっている。
FIG. 7 shows the pressure applied to the
先端9の曲率半径rcが距離Rs−ΔRと等しい場合、すなわち、rc=Rs−ΔRである場合、嵌合部8の先端9における圧力分布は、C点と比較してA点とB点で圧力が高い。これでは、圧入によって高い圧力となるA点、B点付近では、遠心力やトルクの繰返しが原因で材料に劣化が生じるため,長期間安定した締結力を実現できない。
When the radius of curvature rc of the
一方、第1実施形態の回転子鉄心2では、先端9の曲率半径rcをRs−ΔRよりも大きく、かつ、適切な値にする(rc>Rs−ΔR)ことで、先端9のA点およびB点で生じる圧力が低くなり、先端9のA点,B点,C点で圧力を概ね一様にすることができる。
On the other hand, in the
ただし、曲率半径rcを極めて大きくし、たとえば先端9の形状を直線にした場合(rc≫Rs−ΔR)、圧力は中点であるC点付近で高くなる。また、この場合、周方向端部のA点やB点ではシャフト5と当接しにくくなり、圧力が0に近づく。したがって、先端9を直線で形成することは好ましくない。
However, when the radius of curvature rc is extremely large, for example, when the shape of the
第1実施形態の回転子20のように rc>Rs−ΔR とすることにより、嵌合部8の先端9の圧力分布が一様になれば、高圧力による材料劣化が生じる領域を低減できる。そのため、長期間安定した締結力を有する回転子鉄心2とシャフト5の圧入締結構造が実現できる。
By setting rc> Rs−ΔR as in the
回転電機100の高速化を図るためには、回転子20の許容回転速度を上げる必要がある。ロータの許容回転速度を上げるためには、回転子鉄心2とシャフト5の締め代ΔRを大きくするなどして、圧入による回転子鉄心2とシャフト5の当接圧力を高くする必要がある。その際、先端9の曲率半径rcとRs−ΔRが等しいと、先端9の周方向端部A点とB点に生じる圧力が回転子鉄心2に使用される材料の降伏応力を超える可能性があり、容易に圧入時の締め代を大きくできない。これに対し、先端9の曲率半径rcを半径(Rs−ΔR)より大きくして当接による圧力分布を一様にすれば、締め代の増加に伴い、A点、B点、C点の圧力が一様に高くなるため、回転電機100の高速化を目指した締め代ΔRの増加を容易に行える。
In order to increase the speed of the rotating
以上の内容を数式で示すと、以下の式(1)〜(3)となる。
T = f r ・・・(1)
f < N μ p L1 L2 ・・・(2)
p<σy ・・・(3)
ここで、
Tは、トルク、
fは、回転子鉄心2のすべての嵌合部8にかかる摩擦力、
rは、回転子鉄心2に圧入されているときのシャフトの半径、
Nは、嵌合部8の数(第1実施形態の回転子鉄心2では、8個)、
μは、静止摩擦係数、
pは、シャフト5から受ける径方向圧力、
L1は、シャフト5からの圧力により弾性変形した際の、1個当たりの嵌合部8の先端9の周方向長さ、
L2は、回転子鉄心2の積厚、
σyは、回転子鉄心2を構成する材料の降伏応力、
である。
When the above contents are expressed by mathematical formulas, the following formulas (1) to (3) are obtained.
T = f r (1)
f <N μ p L 1 L 2 ··· (2)
p <σ y (3)
here,
T is the torque,
f is a frictional force applied to all the
r is the radius of the shaft when pressed into the
N is the number of fitting portions 8 (eight in the
μ is the coefficient of static friction,
p is the radial pressure received from the
L 1 is the circumferential length of the
L 2 is the thickness of the
σ y is the yield stress of the material constituting the
It is.
なお、図8は、シャフト5(不図示)が回転子鉄心2に圧入された時の、回転子鉄心2の嵌合部8の先端9がシャフト5から受ける力を示す図である。上記パラメータのうち、f、r、μ、p、L1、σyが示されている。
FIG. 8 is a diagram showing the force that the
上記の式(1)に示されるトルクTは、回転子鉄心2のシャフト5に当接する嵌合部8のすべての領域において、摩擦力fが上記の式(2)の範囲内であれば、回転電機100の最大トルク以上となり、シャフト5が回転子鉄心2に対してすべることはない。さらに、シャフト5から受ける径方向圧力pが、嵌合部8の先端9の当接面の各点において、式(3)に示す降伏応力の範囲内であれば、回転子鉄心2が塑性変形しない。すなわち、シャフト5が嵌合部8に当接による圧力分布を一様にするということは、嵌合部8の先端9の当接面の各点で定義される圧力pの最大値を下げることであり、圧力pの最大値が下がって降伏応力σyから遠ざかるということは塑性変形しにくくなるということである。よって、その分だけ締め代ΔRを容易に増加させることができる。
If the frictional force f is within the range of the above equation (2) in the entire region of the
<嵌合部8と肉抜き孔4に関する検討>
第1実施形態の回転子20の回転子鉄心2では、図4などに示す通り、嵌合部8は肉抜き孔4の径方向内側に位置しており、かつ、嵌合部8と肉抜き孔4の数は等しい。ここで、「嵌合部8が肉抜き孔4の径方向内側に位置する」ことの意味について、図4に示す回転子鉄心2の肉抜き孔4のひとつである肉抜き孔4aと、嵌合部8のひとつである嵌合部8aを例に取り、説明する。「嵌合部8aが肉抜き孔4aの径方向内側に位置する」とは、回転軸心1を通り肉抜き孔4aと接する線分41と線分42で挟まれる角度θ1で示される領域でかつ肉抜き孔4aより内周側の領域に、嵌合部8aが位置することを意味する。以下においても同様である。なお、図4に示した第1実施形態の回転子鉄心2と同様に、後述の図9に示した回転子鉄心2Aにおいても、嵌合部8が肉抜き孔4の径方向内側に位置する。
<Examination on
In the
以下では、「嵌合部8の肉抜き孔4に対する周方向位置」および「嵌合部8の肉抜き孔4に対する数」がどのような影響を及ぼすかについて述べる。第1実施形態の回転子鉄心2は、先端9の曲率半径rcがRs−ΔRよりも大きいが、以下では、第1実施形態の回転子鉄心2の代わりに、嵌合部8の先端9の曲率半径rcとRs−ΔRが等しい回転子鉄心である、回転子鉄心2A(図9)を基準として用いる。回転子鉄心2Aと第1実施形態の回転子鉄心2との相違点は、先端9の曲率半径rcとRs−ΔRが等しいかどうかだけであり、その他の構成は、同様であるとする。回転子鉄心2Aの比較対象として、後述する回転子鉄心2B(図10),回転子鉄心2C(図12)を導入する。回転子鉄心2A、回転子鉄心2B、回転子鉄心2Cでは、回転子鉄心2と同様に、嵌合部8が周方向に等間隔に形成される。また、肉抜き孔4も、嵌合部8と同様に、周方向に等間隔に形成される。なお、回転子鉄心2A、回転子鉄心2B、回転子鉄心2Cにおいて、嵌合部8の先端9におけるA点、B点、C点の定義については、第1実施形態の回転子鉄心2と同様とする(図5、図9、図10、図12を参照)。
In the following, it will be described how “the circumferential position of the
〜嵌合部8の肉抜き孔4に対する周方向位置について〜
ここでは、肉抜き孔4と嵌合部8の数が等しいときに、嵌合部8の肉抜き孔4に対する位置が、遠心力による嵌合部8の圧力変動に及ぼす効果について述べる。嵌合部8とシャフト5が当接する際の圧力は、遠心力によって回転子鉄心2が外径側に力を受けることで変動する。この圧力変動に対しても、嵌合部8とシャフト5が当接している部分(当接部)が安定して締結力を発揮するためには、当接部の圧力分布が概ね一様であることが望ましい。
-About the circumferential position of the
Here, the effect of the position of the
図9に、回転子鉄心2Aを示す。また、図10に回転子鉄心2Bを示す。回転子鉄心2A、回転子鉄心2Bにおいて、肉抜き孔4と嵌合部8の数は等しく、それぞれ8個である。当然ながら、この8個という具体的な数は、肉抜き孔4と嵌合部8の数が等しいという例のひとつであることは言うまでもない。以下でも同様である。
FIG. 9 shows the
図9に示す回転子鉄心2Aでは、肉抜き孔4の周方向中心12と嵌合部の周方向中心13が概ね一致するように配置されている。一方、図10に示す回転子鉄心2Bでは、嵌合部8が肉抜き孔4の間に位置している。ここで、「嵌合部8が肉抜き孔4の間に位置する」ことの意味ついて、図10に示す回転子鉄心2の互いに隣り合う肉抜き孔4である肉抜き孔4b、4cと、嵌合部8のひとつである嵌合部8bを例に取り、説明する。まず、「肉抜き孔4の間」とは、互いに隣り合う肉抜き孔4の間(ここでは、肉抜き孔4bと4cの間)のことを意味する。そのうえで、「嵌合部8bが肉抜き孔4の間に位置する」とは、回転軸心1を通り肉抜き孔4bと接する線分43と肉抜き孔4cと接する線分44で挟まれる角度θ2で示される領域でかつ肉抜き孔4bおよび4cよりも内周側の領域に、嵌合部8bが位置することを意味する。以下においても同様である。
In the
当然ながら、上述の嵌合部8が肉抜き孔4の間に位置する位置関係では、肉抜き孔4の周方向中心12と嵌合部の周方向中心13が一致しない。また、嵌合部8の配置の影響だけを調べるため、回転子鉄心2A同様、回転子鉄心2Bにおいても、嵌合部8の先端9の曲率半径rcとRs−ΔRは等しく設定している。
Naturally, in the positional relationship in which the above-described
図11は、回転子鉄心2Aを用いた回転電機100と回転子鉄心2Bを用いた回転電機100のそれぞれにおける、遠心力による嵌合部8の圧力変動の周方向依存性を示した図である。縦軸は遠心力による圧力変動を示し、横軸は嵌合部8の先端9の位置を示す。図には、2つの折れ線が描かれており、回転子鉄心2A(白丸を結んだ線)と回転子鉄心2B(白四角を結んだ線)の嵌合部8の先端9における圧力分布を示している。先端9のほとんどすべての領域において、回転子鉄心2Bの圧力分布を示す折れ線のほうが、回転子鉄心2Aのそれよりも遠心力による圧力変動が高くなっている。このことから、肉抜き孔4の径方向内側に嵌合部8を形成することにより、遠心力による嵌合部8の圧力変動が小さくなることがわかる。なお、先端9の曲率半径rcをRs−ΔRよりも大きくした第1実施形態の回転子鉄心2においても、上述した比較をした場合、同様の結果が得られている。
FIG. 11 is a diagram illustrating the circumferential dependence of pressure fluctuations of the
〜嵌合部8の肉抜き孔4に対する数について〜
ここでは、嵌合部8の肉抜き孔4に対する数が、シャフト5と当接する嵌合部8の先端9における圧力分布に及ぼす効果について述べる。回転子鉄心2Aでは、肉抜き孔4と嵌合部8の数が等しく、両者ともに8個である(図4を参考のこと)。後述する図13(a)の説明のため、図9に示す回転子鉄心2Aが有する8個の等価な嵌合部8のうちの2個に嵌合部8a、嵌合部8bと符号を付し直した。
-About the number with respect to the lightening
Here, the effect of the number of the
図12に示す回転子鉄心2Cでは、嵌合部8と肉抜き孔4の数が異なるものになっている。具体的には、嵌合部8が10個、肉抜き孔4が8個形成されている。なお、後述する図13(b)の説明のため、図12に示す回転子鉄心2Cが有する10個の嵌合部8のうちの3個に嵌合部8c、嵌合部8d、嵌合部8eと符号を付し直した。嵌合部8cは、全体が肉抜き孔4の径方向内側に位置している。嵌合部8dは、A点側の約半分が肉抜き孔4の径方向内側に位置しており、B点側の約半分が肉抜き孔4の間に位置している。嵌合部8eは、全体が肉抜き孔4の間に位置している。以上のような嵌合部8c〜8eの非等価性が、シャフト5と当接する嵌合部8の先端9における圧力分布に影響する。詳細は図13(b)を用いて後述する。
In the
図13(a)は、図9に示す回転子鉄心2Aを用いた回転電機100において、シャフト5と当接する、回転子鉄心2の嵌合部8の先端9における圧力分布、およびその圧力分布の嵌合部依存性を示した図である。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部8の先端9の位置を示す。図13(a)には、2本の折れ線が示されている。これは、図9に示す回転子鉄心2Aの嵌合部8である嵌合部8a(白丸を結んだ線)と嵌合部8b(黒丸を結んだ線)の先端9における圧力分布を示している。嵌合部8a、嵌合部8bのそれぞれの先端9における圧力分布を示す上述の2本の折れ線はほぼ重なり、同様の圧力分布を示すことが分かる。これは、回転子鉄心2Aの嵌合部8が、肉抜き孔4と数が等しく、かつ、周方向に等間隔に形成されているため、嵌合部8aと嵌合部8bが肉抜き孔4の位置に対して等価となっているからである。
FIG. 13A shows the pressure distribution at the
図13(b)は、図12に示す回転子鉄心2Cを用いた回転電機100において、シャフト5と当接する、回転子鉄心2の嵌合部8である嵌合部8c、嵌合部8d、嵌合部8eのそれぞれの先端9における圧力分布、およびその圧力分布の嵌合部依存性を示した図である。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部8の先端9の位置を示す。図13(b)には、3本の折れ線が示されている。これは、図12に示す回転子鉄心2Cの嵌合部8である嵌合部8c(白丸を結んだ線)、嵌合部8d(黒丸を結んだ線)、嵌合部8e(白四角を結んだ線)の先端9における圧力分布を示している。嵌合部8c〜8eのそれぞれの先端9における圧力分布を示す上述の3本の折れ線が重なっていないことから、嵌合部8c〜8eで圧力分布が等しくないことがわかる。これは、回転子鉄心2Cの嵌合部8が、肉抜き孔4と数が異なり、かつ、周方向に等間隔に形成されているためである。
FIG. 13B shows a
このように、回転子鉄心2Aでは嵌合部8のそれぞれの間で圧力に差がなく、長期的に信頼性の高い回転子鉄心2とシャフト5の締結が実現される。なお、先端9の曲率半径rcをRs−ΔRよりも大きくした回転子鉄心である、第1実施形態の回転子鉄心2において、上述した比較をした場合でも、同様の結果が得られている。
As described above, in the
上述した「嵌合部8の肉抜き孔4に対する周方向位置が、嵌合部8における圧力変動に及ぼす効果」や、「嵌合部8の肉抜き孔4に対する数が、シャフト5と当接する回転子鉄心2の嵌合部8の先端9における圧力分布に及ぼす効果」は、以下に示す第2実施形態や第3実施形態においても同様に奏することができる。
As described above, “the effect of the circumferential position of the
――第2実施形態――
図14は、第2実施形態の回転電機100の回転子20の回転子鉄心2の嵌合部8付近の径方向断面図である。第2実施形態においても嵌合部8の先端9は円弧であるが、第1実施形態とは異なり、円弧の曲率半径rcは、半径Rs−ΔR(図5、図6を参考のこと)と等しい。すなわち、rc=Rs−ΔRである。そして、嵌合部8の周方向側面15に切欠き14が形成されている。上述のように、先端9の曲率半径rcをRs−ΔRと等しくした場合、シャフト5と当接する先端9の端部A点とB点における圧入による圧力が中点のC点より高くなる。そこで、第2実施形態では、先端9の曲率半径rcと半径Rs−ΔRを上述のように等しくしたうえで、さらに、切欠き14を側面15に設けた。これにより、端部A点とB点付近における嵌合部8の剛性が低減されるため、シャフト5の圧入時における端部A点、B点での圧力上昇が低減される。このように、第2実施形態でも第1実施形態と同様に、シャフト5と当接する回転子鉄心2の嵌合部8の先端9における圧力分布を一様化する効果があり、長期にわたって安定した締結を実現できる。
-Second embodiment-
FIG. 14 is a radial cross-sectional view of the vicinity of the
――第3実施形態――
図15は、第3実施形態の回転電機100の回転子20の嵌合部8付近の径方向断面図である。第3実施形態では、嵌合部8の先端9の形状は円弧ではなく、以下のような条件を満たすスプライン曲線となっている。例えば、図15のように、先端9を周方向に等間隔に分割する点16を考え、圧入によって先端9に生じる圧力分布が一様となるように点16を径方向に移動させる。このようにして配置した点16を滑らかにつなぐスプライン曲線によって、先端9が形成される。これによって、第3実施形態でも第1実施形態や第2実施形態と同様に、シャフト5と当接する回転子鉄心2の嵌合部8の先端9における圧力分布を一様化する効果を奏し、長期にわたって安定した締結を実現できる。
-Third embodiment-
FIG. 15 is a radial cross-sectional view of the vicinity of the
以上の実施形態においては、回転子鉄心2の嵌合部8や、肉抜き孔4を周方向に等間隔に配置したが、本発明の趣旨に反しない範囲で等間隔でない配置にすることも可能である。
In the above embodiment, the
以上の実施形態における回転電機としてモータの例を示したが、本発明は発電機などにおいても適用できる。 Although an example of a motor is shown as the rotating electrical machine in the above embodiment, the present invention can also be applied to a generator or the like.
以上の説明はあくまで一例であり、発明は、以上の実施形態に何ら限定されるものではない。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above embodiment.
1…回転軸、 2…回転子鉄心、 3…永久磁石の挿入孔、 4…肉抜き孔、
5…シャフト、 6…回転子鉄心の中心孔、
8…回転子鉄心とシャフトの嵌合部、 9…嵌合部の先端、
10…半径Rs−ΔRの円弧、 11…回転子鉄心の周方向45゜分の領域、
12…肉抜き孔の周方向中心、 13…嵌合部の周方向中心、
14…嵌合部側面の切欠き、 15…嵌合部の側面、 16…嵌合部先端の分割点、
20…回転子(ロータ)、 21…永久磁石、 30…固定子(ステータ)、
31…ティース、 32…スロット、 33…巻線、 100…回転電機、
T…トルク、 f…摩擦力、 r…圧入時のシャフトの半径、
N…嵌合部8の数、 μ…静止摩擦係数、 p…圧力、
L1…嵌合部先端の周方向長さ、 L2…積厚、 σy…降伏応力
DESCRIPTION OF
5 ...
8: The fitting portion of the rotor core and the shaft, 9 ... The tip of the fitting portion,
10: Arc of radius Rs-ΔR, 11: Area of 45 ° in the circumferential direction of the rotor core,
12 ... Center in the circumferential direction of the hole, 13 ... Center in the circumferential direction of the fitting portion,
14 ... Notch on the side surface of the fitting part, 15 ... Side surface of the fitting part, 16 ... Division point at the tip of the fitting part,
20 ... Rotor (rotor), 21 ... Permanent magnet, 30 ... Stator (stator),
31 ... Teeth, 32 ... Slot, 33 ... Winding, 100 ... Rotating electric machine,
T: Torque, f: Friction force, r ... Shaft radius when press-fitted,
N: number of
L 1 ... circumferential length at the tip of the fitting part, L 2 ... thickness, σ y ... yield stress
Claims (6)
前記中心孔に周方向に複数形成された嵌合部と、を備え、
前記嵌合部は、前記シャフトが前記中心孔に圧入される際に前記シャフトと当接する回転子鉄心において、
前記嵌合部の先端形状は、円弧であり、
前記円弧の半径は、前記シャフトが前記中心孔に圧入される際に前記シャフトと当接する位置を含む周方向範囲において、前記シャフトの半径から前記圧入の締め代を引いた値よりも大きい回転子鉄心。 A central hole into which a cylindrical shaft is press-fitted, and
A plurality of fitting portions formed in the circumferential direction in the center hole,
In the rotor core that contacts the shaft when the shaft is press-fitted into the center hole,
The tip shape of the fitting portion is an arc,
The radius of the circular arc is larger than a value obtained by subtracting the press-fit interference from the radius of the shaft in a circumferential range including a position where the shaft comes into contact with the shaft when the shaft is press-fitted into the center hole. Iron core.
周方向に形成された複数の肉抜き孔をさらに備え、
前記嵌合部は、前記肉抜き孔の径方向内側に形成される回転子鉄心。 The rotor core according to claim 1 ,
It further comprises a plurality of lightening holes formed in the circumferential direction,
The fitting portion is a rotor core formed on the radially inner side of the lightening hole.
前記嵌合部および前記肉抜き孔は、前記肉抜き孔と前記嵌合部の周方向中心が概ね一致するように形成される回転子鉄心。 In the rotor core according to claim 2 ,
The fitting portion and the lightening hole are rotor cores formed so that a center in a circumferential direction of the lightening hole and the fitting portion substantially coincides with each other.
前記嵌合部と同数の前記肉抜き孔を備える回転子鉄心。 In the rotor core according to claim 2 or 3 ,
A rotor core provided with the same number of the hollow holes as the fitting portions .
前記回転子鉄心は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転子鉄心である回転子。 A rotor iron core and a shaft that is press-fitted into and integrated with a central hole of the rotor iron core, and is rotatably provided on the inner peripheral side of the stator to constitute a rotating electric machine; In the rotor in which a plurality of fitting portions that are fitted to the peripheral surface of the shaft are formed in the center hole of
The said rotor iron core is a rotor which is a rotor iron core as described in any one of Claims 1-4 .
前記固定子の内周側に回転可能に設けられ、回転子鉄心の中心孔にシャフトが圧入されてなる回転子とを有し、前記回転子鉄心の中心孔には前記シャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成されている回転電機において、
前記回転子は、請求項5に記載の回転子である回転電機。
A stator having slots and teeth, and windings wound around the teeth;
A rotor provided rotatably on the inner peripheral side of the stator and having a shaft press-fitted into a center hole of the rotor core, and fitted into a peripheral surface of the shaft in the center hole of the rotor core. In a rotating electrical machine in which a plurality of mating portions are formed,
The rotating electric machine according to claim 5 , wherein the rotor is a rotor according to claim 5 .
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