JP7489284B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機と回転子に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine and a rotor.
従来より、回転子鉄心に複数の磁石挿入孔を設けて複数の永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ回転子を備える埋込磁石型の回転電機(例えば、特許文献1)が知られている。 Conventionally, embedded magnet type rotating electric machines have been known that have a rotor in which multiple magnet insertion holes are provided in the rotor core and multiple permanent magnets are embedded in the rotor core (e.g., Patent Document 1).
埋込磁石型の回転電機では、回転子鉄心に複数の永久磁石を回転子鉄心の周方向に均等に埋め込むため、複数の磁石挿入孔の各々は、回転子の周方向に均等に設けられ、回転子鉄心を軸方向に貫通する。そのため、複数の磁石挿入孔の回転子鉄心の周方向に隣合う2つの磁石挿入孔の間のブリッジ部に応力が集中して機械強度が低下する可能性がある。 In embedded magnet type rotating electric machines, multiple permanent magnets are embedded evenly in the rotor core in the circumferential direction of the rotor core, so each of the multiple magnet insertion holes is evenly spaced in the circumferential direction of the rotor and penetrates the rotor core in the axial direction. As a result, stress may concentrate in the bridge portion between two adjacent magnet insertion holes in the circumferential direction of the rotor core, reducing the mechanical strength.
本発明の目的は、ブリッジ部の応力集中を緩和させ、回転子鉄心の機械強度の低下を抑制できる回転電機を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a rotating electric machine that can reduce stress concentration in the bridge section and prevent a decrease in the mechanical strength of the rotor core.
上記目的を達成するために、本発明は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の軸方向に前記回転子鉄心を貫通するシャフト挿入孔と、前記回転子鉄心の軸方向に対して直交する前記回転子鉄心の断面において、前記回転子鉄心の外周に沿って配列され、前記回転子鉄心の軸方向に沿って前記回転子鉄心に設けられた複数の磁石挿入孔と、前記複数の磁石挿入孔のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの磁石挿入孔の間に1つずつ位置するように前記回転子鉄心に設けられた複数の第1ブリッジ部と、前記複数の第1ブリッジ部のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し、前記回転子鉄心の軸方向に沿って前記回転子鉄心に設けられ、前記回転子鉄心の周方向における幅が前記複数の第1ブリッジ部より広い複数の第1緩衝孔と、前記複数の磁石挿入孔のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し前記回転子鉄心の横断面における形状が前記回転子鉄心の周方向に沿った環状扇形の長孔である複数の第2緩衝孔とを備え、前記複数の第1ブリッジ部のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの第1ブリッジ部の間には、前記複数の磁石挿入孔のうち1つの磁石挿入孔が配置されており、他のブリッジ部は存在せず、前記複数の第1緩衝孔と前記複数の第2緩衝孔とは、前記回転子鉄心を中心とする同一円の周上に第1緩衝孔と第2緩衝孔が交互に表れるように配列されていることとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a rotor core, comprising: a shaft insertion hole penetrating the rotor core in an axial direction of the rotor core; a plurality of magnet insertion holes arranged along an outer periphery of the rotor core in a cross section of the rotor core perpendicular to the axial direction of the rotor core and provided in the rotor core along the axial direction of the rotor core; a plurality of first bridge sections provided on the rotor core so that each of the plurality of magnet insertion holes is located between two adjacent magnet insertion holes in the circumferential direction of the rotor core; The rotor core is provided with a plurality of first buffer holes whose width in the circumferential direction of the rotor core is wider than the plurality of first bridge portions, and a plurality of second buffer holes located between each of the plurality of magnet insertion holes and the shaft insertion hole, and whose cross-sectional shape of the rotor core is a ring-shaped, long hole along the circumferential direction of the rotor core, wherein one of the plurality of magnet insertion holes is arranged between two adjacent first bridge portions of the plurality of first bridge portions in the circumferential direction of the rotor core, and no other bridge portions are present, and the plurality of first buffer holes and the plurality of second buffer holes are arranged so that the first buffer holes and the second buffer holes appear alternately on the circumference of the same circle centered on the rotor core.
本発明によれば、ブリッジ部の応力集中を緩和させ、回転子の機械強度の低下を抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to reduce stress concentration in the bridge portion and prevent a decrease in the mechanical strength of the rotor. Problems, configurations, and effects other than those described above will become clear from the description of the following embodiment.
以下、図面を用いて、本発明の第1~第7の実施形態による永久磁石回転電機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。 The configuration and operation of the permanent magnet rotating electric machine according to the first to seventh embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same reference numerals in each drawing indicate the same parts.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による永久磁石回転電機の片側断面図である。本発明の第1の実施形態による永久磁石回転電機10は、磁石埋込構造(IPM:Interior Permanent Magnet)を有する永久磁石回転電機である。
First Embodiment
1 is a half-sectional view of a permanent magnet rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention. The permanent magnet rotating electric machine 10 according to the first embodiment of the present invention is a permanent magnet rotating electric machine having an interior permanent magnet (IPM) structure.
図1に示すように、永久磁石回転電機10は、固定子1と、回転子2と、シャフト3と、軸受4と、負荷側エンドブラケット5aと、反負荷側エンドブラケット5bと、ファン6と、エンドカバー7と、ハウジング8とを備える。 As shown in FIG. 1, the permanent magnet rotating electric machine 10 includes a stator 1, a rotor 2, a shaft 3, a bearing 4, a load side end bracket 5a, a non-load side end bracket 5b, a fan 6, an end cover 7, and a housing 8.
固定子1は電機子で、固定子鉄心11を備える。固定子鉄心11は電磁鋼板を積層した円筒状の鉄心で、内周には複数のティース(図示せず)が設けられ、この複数のティースにコイル12が巻回されている。固定子鉄心11の外周は、円筒状のハウジング8に覆われ、固定子1はハウジング8に固定されている。 The stator 1 is an armature and includes a stator core 11. The stator core 11 is a cylindrical core made of laminated electromagnetic steel sheets, with multiple teeth (not shown) on its inner circumference, and coils 12 wound around the multiple teeth. The outer circumference of the stator core 11 is covered by a cylindrical housing 8, and the stator 1 is fixed to the housing 8.
回転子2は界磁で、固定子1の内部空間内に挿入され、固定子1に対して所定の隙間を介して回転自在に取り付けられる。回転子2は回転子鉄心21を備えている。回転子鉄心21は、鋼板を積層した円筒状の鉄心である。回転子鉄心21には、回転子鉄心21の軸方向に沿って複数の磁石挿入孔21aが回転子鉄心21の周方向に設けられている。複数の磁石挿入孔21aの各々には、永久磁石22が挿入されている。
The rotor 2 is a field magnet that is inserted into the internal space of the stator 1 and is rotatably attached to the stator 1 with a specified gap between them. The rotor 2 has a
回転子鉄心21の両端には、永久磁石22を回転子鉄心21の内部に保持する保持部材23が取り付けられ、締結孔21bに挿入された締結部材24により固定される。そのため、永久磁石22は保持部材23により挟まれ、回転子鉄心21の内部に保持される。なお、永久磁石22は接着剤等により磁石挿入孔21aに固定してもよい。
Retaining members 23 that hold the permanent magnets 22 inside the
回転子鉄心21の中心軸に設けられた貫通孔であるシャフト孔21cにはシャフト3が挿入され、圧入や焼嵌め等のしまりばめにより回転子鉄心21はシャフト3に結合されている。シャフト3は、2つの軸受4により回転可能に支持され、回転子鉄心21とともに回転する。
The shaft 3 is inserted into the
シャフト3は、永久磁石回転電機10を電動機として使用する場合には出力軸となり、永久磁石回転電機10を発電機として使用する場合には入力軸となる。 The shaft 3 serves as the output shaft when the permanent magnet rotating electric machine 10 is used as an electric motor, and serves as the input shaft when the permanent magnet rotating electric machine 10 is used as a generator.
2つの軸受4は負荷側エンドブラケット5aと反負荷側エンドブラケット5bの各々に固定されている。本実施形態では軸受4として玉軸受を用いているが、ころ軸受でも構わない。負荷側エンドブラケット5aと反負荷側エンドブラケット5bは円盤状の部品で、ハウジング8の端部に取り付けられ、ハウジング8の開口を塞いでいる。 The two bearings 4 are fixed to the load side end bracket 5a and the anti-load side end bracket 5b. In this embodiment, ball bearings are used as the bearings 4, but roller bearings may also be used. The load side end bracket 5a and the anti-load side end bracket 5b are disk-shaped parts that are attached to the ends of the housing 8 and close the opening of the housing 8.
ファン6は、永久磁石回転電機10を冷却するための部品で、シャフト3の反負荷側の端部に取り付けられ、エンドカバー7により覆われている。 The fan 6 is a component for cooling the permanent magnet rotating electric machine 10, and is attached to the end of the shaft 3 on the non-load side and covered by the end cover 7.
このように構成された永久磁石回転電機10は、固定子1に電力を供給することによりシャフト3からトルクを出力する電動機となり、シャフト3に回転動力を入力することにより固定子1から電力を出力する発電機となる。 The permanent magnet rotating electric machine 10 configured in this manner becomes an electric motor that outputs torque from the shaft 3 by supplying power to the stator 1, and becomes a generator that outputs power from the stator 1 by inputting rotational power to the shaft 3.
図2は本発明の第1の実施形態による回転子鉄心21の軸方向に対して直交する回転子鉄心21の断面図で、図3は図2のA-O-B線断面図である。回転子鉄心21は、複数(本実施形態では6個)の磁石挿入孔21aと複数(本実施形態では6個)の締結孔21bと1つのシャフト孔21cと複数(本実施形態では6個)の第1緩衝孔21dを備える。
Figure 2 is a cross-sectional view of the
複数の磁石挿入孔21aは、回転子鉄心21の軸方向に対して直交する回転子鉄心21の断面(以下、「回転子鉄心21の横断面」という。)において回転子鉄心21の外周に沿って配列され、回転子鉄心21の軸方向に沿って回転子鉄心21に設けられている。また、回転子鉄心21の横断面における複数の磁石挿入孔21aの各々の形状は、回転子鉄心21の径方向が短い長方形となっている。
The multiple
なお、複数の磁石挿入孔21aの各々は貫通孔であること好ましい。なぜならば、回転子鉄心21は通常、打抜かれた鋼板を積層することにより製造される。そのため、複数の磁石挿入孔21aの各々は、鋼板を積層した後に加工することは難しく、積層される前の鋼板に打抜き加工される。したがって、複数の磁石挿入孔21aの各々を貫通孔とすれば、複数の磁石挿入孔21aの各々を打抜き加工した鋼板を積層すればよく、製造コストを抑制することできる。
It is preferable that each of the multiple
回転子鉄心21の横断面において、磁石挿入孔21aは、径方向の幅W1より周方向の幅W2が広い。また、複数の磁石挿入孔21aの各々は、多角形H(本実施形態では正六角形)の各辺上に位置する。
In the cross section of the
そして、複数の磁石挿入孔21aの回転子鉄心21の周方向において隣合う2つの磁石挿入孔21aの間には第1ブリッジ部21eが設けられている。即ち、回転子鉄心21には複数の第1ブリッジ部21eが設けられている。回転子鉄心21の周方向に配列された複数の磁石挿入孔21aにより分けられる回転子鉄心21の内径部211と外径部212は、第1ブリッジ部21eにより結合されている。また、第1ブリッジ部21eの回転子鉄心21の周方向における幅W3は、磁石挿入孔21aの回転子鉄心21の周方向における幅W2と相関関係にある。
A
締結孔21bは、第1ブリッジ部21eと第1緩衝孔21dの間に設けられた貫通孔である。締結孔21bには、保持部材23を固定する締結部材24が挿入される。なお、保持部材23と締結部材24に代えて接着剤等により、永久磁石22を磁石挿入孔21aに固定することもできる。この場合、締結孔21bを回転子鉄心21に設ける必要はない(図4、5参照)。
The
シャフト孔21cは、上記のとおり、回転子鉄心21の中心軸に設けられた貫通孔である。しまりばめにより回転子鉄心21をシャフト3に結合させるため、シャフト孔21cの内径は、シャフト3の外径より小さくなっている。そのため、シャフト孔21cの内周面には、シャフト3の外径とシャフト孔21cの内径の寸法差(締め代)に応じた圧力がシャフト3の外周面からかかっている。したがって、回転子鉄心21の内部には、回転子鉄心21の径方向に締め代に応じた圧力による応力(以下、締め代応力という。)が発生している。
As described above, the
第1緩衝孔21dは、複数の第1ブリッジ部21eのいずれか1つと、シャフト孔21cとの間に位置し、回転子鉄心21の軸方向に沿って回転子鉄心21に設けられている。
The
また、複数の第1緩衝孔21dの各々の横断面における形状は、回転子鉄心21の周方向に沿った環状扇形(annular sector)となっている。
The cross-sectional shape of each of the
また、第1緩衝孔21dは貫通孔であることが好ましい。その理由は、磁石挿入孔21aと同様に製造コスト抑制できるだけでなく、回転子2の冷却に効果があるためである。
Furthermore, it is preferable that the
第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における幅W4は、第1ブリッジ部21eの回転子鉄心21の周方向における幅W3より広くなっている。また、第1緩衝孔21dは、回転子鉄心21の径方向における幅W5より回転子鉄心の周方向における幅W4が広くなっている。
The width W4 of the
第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における端部の内側面21g,21hは平面により構成されている。また、第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の径方向に対向する内側面21i,21jは、回転子鉄心21の周方向に沿う曲面により構成されている。
The
第1緩衝孔21dは、回転子鉄心21の周方向に複数配列されている。即ち、回転子鉄心21には複数の第1緩衝孔21dが設けられている。また、複数の第1緩衝孔21dの隣合う2つの第1緩衝孔21dの間の各々には第2ブリッジ部21fが設けられている。
The
第2ブリッジ部21fは、回転子鉄心21の複数の第1緩衝孔21dにおける内側部分と外側部分を繋ぐ部分である。第2ブリッジ部21fの回転子鉄心21の外径側には、磁石挿入孔21aが位置している。また、第2ブリッジ部21fの回転子鉄心21の周方向おける幅W6は、第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の径方向における幅W4と相関関係にある。
The
本発明において回転子鉄心21に第1緩衝孔21dを設ける理由を以下に示す。永久磁石回転電機の特性は、永久磁石の大きさと配置により変化する。そのため、永久磁石回転電機を設計するうえで、回転子鉄心に設ける磁石挿入孔の形状や配置は重要な要素となっている。一方で磁石挿入孔の形状や配置による回転子鉄心の強度に対する影響についても考慮する必要がある。
The reason for providing the
回転子鉄心の強度に対する影響要因としては、回転子鉄心に作用する外力と、回転子鉄心を形成する積層鋼板の各々を打ち抜いた時に鋼板に残留する応力等がある。回転子鉄心に作用する外力には、シャフト3の外周面からの圧力や回転子の回転時に回転子鉄心に発生する遠心力等がある。これらの外力により回転子鉄心の内部には応力が発生する。 Factors that affect the strength of the rotor core include external forces acting on the rotor core and stresses that remain in the steel plates when each of the laminated steel plates that form the rotor core is punched. External forces acting on the rotor core include pressure from the outer periphery of the shaft 3 and centrifugal forces that occur in the rotor core when the rotor rotates. These external forces generate stress inside the rotor core.
回転子鉄心の内部には複数の磁石挿入孔が回転子鉄心の周方向に設けられている。このように構成された回転子鉄心では、複数の磁石挿入孔の回転子鉄心の周方向において隣合う2つの磁石挿入孔の間に位置する第1ブリッジ部で局所的に応力が増大し、応力集中を生ずる。 A number of magnet insertion holes are provided inside the rotor core in the circumferential direction of the rotor core. In a rotor core configured in this manner, stress increases locally in the first bridge portion located between two adjacent magnet insertion holes in the circumferential direction of the rotor core, resulting in stress concentration.
応力集中が発生した第1ブリッジ部では、疲労強度が低下し、回転子の寿命が短くなる可能性がある。したがって、第1ブリッジ部21eの応力集中を緩和させ、疲労強度の低下を抑制することが課題となる。
In the first bridge section where stress concentration occurs, fatigue strength may decrease, potentially shortening the rotor's lifespan. Therefore, the challenge is to mitigate stress concentration in the
この課題を解決するため、本実施形態による永久磁石回転電機10と回転子鉄心21は、シャフト孔21cと第1ブリッジ部21eの間に位置し、回転子鉄心21の周方向における幅W4が第1ブリッジ部21eの幅W3より広い第1緩衝孔21dを備えることとした。
To solve this problem, the permanent magnet rotating electric machine 10 and
第1緩衝孔21dを設けたことにより応力集中部である第1ブリッジ部21eには、応力度分布が変化する現象(干渉効果)が作用し、第1ブリッジ部21eの最大応力が小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を緩和でき、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。
By providing the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、第1緩衝孔21dを設けた回転子鉄心21のモデルにおける第1ブリッジ部21eの最大応力は、第1緩衝孔を設けない回転子鉄心のモデルにおける第1ブリッジ部の最大応力に対して約1割小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心21において第1緩衝孔21dを設けた効果が確認された。
To confirm the above effect, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress of the
特に、回転子鉄心21は、磁石挿入孔21aの回転子鉄心の周方向における両端に空隙を設けることにより、漏れ磁束や永久磁石の減磁を抑制できる。しかし、第1ブリッジ部の幅W3がさらに狭くなる。このことにより、第1ブリッジ部では応力集中がさらに増加する。そのため、第1ブリッジ部の疲労強度はさらに低下し、回転子の寿命をさらに短くする可能性がある。
In particular, the
しかし、第1緩衝孔21dを設けることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果が作用し、第1ブリッジ部21eの最大応力が小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を緩和でき、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。よって、磁石挿入孔21aの回転子鉄心の周方向における両端に空隙を設けることによる第1ブリッジ部21eの応力集中を緩和でき、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。
However, by providing the
また、第1緩衝孔21dは、回転子鉄心21の径方向における幅W5より回転子鉄心の周方向における幅W4が広い。このような構成とすることにより、回転子鉄心21の複数の磁石挿入孔21aの内径側の磁路を確保することができる。
The
また、第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における両端部の内側面21g,21hが、平面により構成されている。このような構成とすることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果が第1実施形態より広く作用し、第1ブリッジ部21eの最大応力がさらに小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中をさらに緩和でき、回転子2の機械強度の低下をさらに抑制できる。
In addition, the
この効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、内側面21g,21hを平面にした回転子鉄心21のモデルにおける第1ブリッジ部21eの最大応力は、内側面21g,21hを曲面にした回転子鉄心のモデルにおける第1ブリッジ部の最大応力によりも小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心21の第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における両端部の内側面21g,21hを平面により構成する効果が確認された。
To confirm this effect, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress of the
なお、複数の第1緩衝孔21dの各々の横断面における形状は、図6に示すように長方形(四角)としても良い。
The cross-sectional shape of each of the
また、第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における幅W4は任意に選択できる。例えば、図7に示すように、回転子鉄心21に備わる第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の周方向における幅W4を図4に示す実施形態より狭くし、第2ブリッジ部21fの回転子鉄心21の周方向における幅W6を図4に示す実施形態より広くして、第2ブリッジ部21fの強度を強化することもできる。
The width W4 of the
このような構成とすることにより、第1ブリッジ部21eとともに第2ブリッジ部21fの最大応力を下げることができる。そのため、本実施形態による回転子鉄心21は、第1ブリッジ部21eと第2ブリッジ部21fに発生する応力集中を緩和でき、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。
By adopting such a configuration, the maximum stress of the
(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態による回転子鉄心221の軸方向に対して直交する回転子鉄心221の断面図である。
Second Embodiment
FIG. 8 is a cross-sectional view of a
本実施形態による回転子鉄心221は第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。即ち、本実施形態による回転子鉄心221の内径部2211に備わる第1緩衝孔221dと第2ブリッジ部221fの回転子鉄心221の径方向における位置は、第1実施形態による回転子鉄心21の内径部211に備わる第1緩衝孔21dと第2ブリッジ部21fの回転子鉄心21の径方向における位置に比べて、シャフト孔21cよりも第1ブリッジ部21eに近くなっている。
The
このような構成とすることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果がさらに作用し、第1ブリッジ部21eの最大応力が第1実施形態より小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を第1実施形態より緩和でき、回転子2の機械強度の低下を第1実施形態より抑制できる。
By adopting such a configuration, the interference effect is further exerted on the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態による回転子鉄心221のモデルにおける第1ブリッジ部21eの最大応力は、第1実施形態による回転子鉄心21のモデルにおける第1ブリッジ部の最大応力に対して約5%小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心221の特徴による効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress of the
一方、第1緩衝孔221dと第2ブリッジ部221fの回転子鉄心221の内径部2211の径方向における位置を、第1実施形態による回転子鉄心21の内径部211に備わる第1緩衝孔21dと第2ブリッジ部21fの回転子鉄心21の径方向における位置に比べて、シャフト孔21cよりも第1ブリッジ部21eに近くすると、磁石挿入孔21aに第1緩衝孔221dと第2ブリッジ部221fが近づく。
On the other hand, if the radial positions of the
この場合、永久磁石22の近くに空隙である第1緩衝孔221dが形成されるため、回転子鉄心21は磁気抵抗が増大し、磁束が流れにくくなる。
In this case, a
そのため、第1緩衝孔221dと第2ブリッジ部221fの回転子鉄心221の内径部2211の径方向における位置は、永久磁石回転電機の特性と回転子鉄心の強度を加味し、任意に選択することが好ましい。
Therefore, it is preferable to select the radial positions of the
(第3の実施形態)
図9は、本発明の第3の実施形態による回転子鉄心321の軸方向に対して直交する回転子鉄心321の断面図である。
Third Embodiment
FIG. 9 is a cross-sectional view of a
本実施形態による回転子鉄心321は第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。即ち、本実施形態による回転子鉄心321に設けられた磁石挿入孔321aには、間仕切り部321kが設けられている。間仕切り部321kは、磁石挿入孔321aの長手方向において磁石挿入孔321aを分割するために、回転子鉄心321の内径部3211と外径部3212とを結合する部分である。
The
このような構成とすることにより、磁石挿入孔321aの周囲の回転子鉄心321を補強することができる。そのため、第1ブリッジ部21eに生ずる応力集中を第1実施形態より緩和することができる。したがって、本実施形態は第1実施形態より、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。
This configuration makes it possible to reinforce the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態による回転子鉄心321のモデルの第1ブリッジ部21eにおける最大応力は、第1実施形態による回転子鉄心21のモデルの第1ブリッジ部における最大応力に対して約3割小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心321の特徴による効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress in the
なお、本実施形態による回転子鉄心321では、磁石挿入孔321aに1つの間仕切り部321kを設ける実施形態を示した。しかし、これは例示であり。磁石挿入孔321aに複数の間仕切り部321kを設けて、複数の磁石挿入孔321aにより分けられる回転子鉄心321の内径部3211と外径部3212を複数の間仕切り部321kにより結合してもよい。
In the
(第4の実施形態)
図10は、本発明の第4の実施形態による回転子鉄心421の軸方向に対して直交する回転子鉄心421の断面図である。本実施形態による回転子鉄心421は第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。
Fourth Embodiment
10 is a cross-sectional view of a
即ち、第1実施形態による回転子鉄心21では、シャフト孔21cと第1ブリッジ部21eの間に位置する第1緩衝孔21dが、回転子鉄心21の径方向に1つだけ設けられている。それに対し、本実施形態による回転子鉄心421では、シャフト孔21cと第1ブリッジ部21eの間に位置する第1緩衝孔が、回転子鉄心21の径方向に複数(図10においては第1緩衝孔21d,221dの2つ)設けられている。そのため、本実施形態による回転子鉄心421には、複数の第1緩衝孔の回転子鉄心21の周方向に隣合う2つの第1緩衝孔の間の各々に設けられた第2ブリッジ部が、回転子鉄心21の径方向に複数(図10においては第2ブリッジ部21f,221fの2つ)設けられている。
That is, in the
このような構成とすることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果が第1実施形態より広く作用し、応力集中係数がさらに第1実施形態より低減させることができる。そのため、第1ブリッジ部21eの最大応力が第1実施形態より小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を第1実施形態より緩和でき、回転子2の機械強度の低下を第1実施形態より抑制できる。
By adopting such a configuration, the interference effect acts more widely on the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態による回転子鉄心421のモデルの第1ブリッジ部21eにおける最大応力は、第1実施形態による回転子鉄心21のモデルの第1ブリッジ部における最大応力に対して約3%小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心421の特徴による効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress in the
(第5の実施形態)
図11は、本発明の第5の実施形態による回転子鉄心521の軸方向に対して直交する回転子鉄心521の断面図である。本実施形態による回転子鉄心521は第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。
Fifth Embodiment
11 is a cross-sectional view of a
即ち、本実施形態による回転子鉄心521には第2緩衝孔521lが設けられている。第2緩衝孔521lは、第1実施形態による第1緩衝孔21dと同様に、回転子鉄心21の軸方向に回転子鉄心21を貫通し、横断面における形状が環状扇形の長孔である。一方、第2緩衝孔521lは、第1実施形態による第1緩衝孔21dと異なり、複数の磁石挿入孔21aのいずれか1つとシャフト孔21cとの間に設けられている。
That is, the
また、本実施形態による回転子鉄心521では、第1緩衝孔521dの回転子鉄心521の径方向における幅W54が、第1実施形態の第1緩衝孔21dの回転子鉄心21の径方向における幅W4より狭くなっている。
In addition, in the
そして、第2緩衝孔521lは、本実施形態の複数(本実施形態では6つ)の第1緩衝孔521dの隣合う2つの第1緩衝孔521dの間の各々に設けられている。即ち、回転子鉄心521には複数(本実施形態では6つ)の第2緩衝孔521lが設けられている。さらに、複数の第1緩衝孔521dと複数の第2緩衝孔521lの各々は、回転子鉄心521の同一周上に交互に配列されている。
The second buffer hole 521l is provided between each pair of adjacent
また、第1実施形態による回転子鉄心21には、複数の第1緩衝孔21dの隣合う2つの第1緩衝孔21dの間に第2ブリッジ部21fが設けられている。それに対し、本実施形態による回転子鉄心521には、複数の第1緩衝孔521dと複数の第2緩衝孔521lのうち、回転子鉄心521の周方向に隣合う第1緩衝孔521dと第2緩衝孔521lの間の各々に2ブリッジ部521fが設けられている。このことにより、本実施形態の第2ブリッジ部521fの数は、第1実施形態の第2ブリッジ部21fの数(6つ)に対して2倍(12個)となっている。
In addition, in the
このような構成とすることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果が働き、応力集中係数が低減される。そのため、第1ブリッジ部21eの最大応力が小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を緩和でき、回転子2の機械強度の低下を抑制できる。
By adopting such a configuration, an interference effect occurs in the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、第1緩衝孔521dと第2緩衝孔521lとを設けた回転子鉄心521のモデルにおける第1ブリッジ部21eの最大応力は、第1緩衝孔521dと第2緩衝孔521lとを設けない回転子鉄心のモデルにおける第1ブリッジ部の最大応力に対して約2%小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心521において、第1緩衝孔521dと第2緩衝孔521lとを設けた効果が確認された。
To confirm the above effect, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress of the
また、上記のような構成とすることにより、シャフト孔21cの内周面の応力集中部には干渉効果が第1実施形態より広く作用し、シャフト孔21cの応力集中部の最大応力が第1実施形態より小さくなる。したがって、シャフト孔21cの内周面に発生する応力集中を第1実施形態より緩和でき、回転子2の機械強度の低下を第1実施形態より抑制できる。
In addition, by adopting the above-mentioned configuration, the interference effect acts more widely on the stress concentration portion on the inner circumferential surface of the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態の回転子鉄心521のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力は、第1実施形態の回転子鉄心21のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力に対して約15%小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心521において、第1緩衝孔521dと第2ブリッジ部521fとを設けた効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress on the inner circumferential surface of the
(第6の実施形態)
図12は、本発明の第6の実施形態による回転子鉄心621の軸方向に対して直交する回転子鉄心621の断面図である。
Sixth Embodiment
FIG. 12 is a cross-sectional view of a
本実施形態による回転子鉄心621は、第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。即ち、第6実施形態による回転子鉄心621では、複数の磁石挿入孔21aのいずれか1つとシャフト孔21cとの間に、第2緩衝孔621lが設けられている。そして、第2緩衝孔621lは、回転子鉄心621の周方向に配列された複数の第1緩衝孔21dのうち隣合う2つの第1緩衝孔21dの間に設けられた第2ブリッジ部21fと、第2ブリッジ部21fの回転子鉄心621の外径側に位置する磁石挿入孔21aとの間に設けられている。そして、複数の第2緩衝孔621lの隣合う2つの第2緩衝孔621lの間の各々には第3ブリッジ部621mが設けられている。
The
このような構成とすることにより、応力集中部である第1ブリッジ部21eには干渉効果が第1実施形態より広く作用し、第1ブリッジ部21eの最大応力が第1実施形態より小さくなる。したがって、第1ブリッジ部21eに発生する応力集中を第1実施形態より緩和でき、回転子2の機械強度の低下を第1実施形態より抑制できる。
By adopting such a configuration, the interference effect acts more widely on the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態による回転子鉄心621のモデルの第1ブリッジ部21eにおける最大応力は、第1実施形態による回転子鉄心21のモデルの第1ブリッジ部21eにおける最大応力に対して約1割小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心621の特徴による効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress in the
また、本実施形態による回転子鉄心621では、第2ブリッジ部21fの回転子鉄心621の外径側に第2緩衝孔621lが設けられている。このような構成とすることにより、シャフト孔21cの内周面の応力集中部には干渉効果が第1実施形態より広く作用し、シャフト孔21cの応力集中部の最大応力が第1実施形態より小さくなる。したがって、シャフト孔21cの内周面に発生する応力集中を第1実施形態より緩和でき、回転子2の機械強度の低下を第1実施形態より抑制できる。
In addition, in the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、第6実施形態による回転子鉄心621のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力は、第1実施形態の回転子鉄心21のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力に対して約6%小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心621において、第2緩衝孔621lと第3ブリッジ部621mとを設けた効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress on the inner peripheral surface of the
(第7の実施形態)
図13は、本発明の第7の実施形態による回転子鉄心721の軸方向に対して直交する回転子鉄心721の断面図である。
Seventh Embodiment
FIG. 13 is a cross-sectional view of a
本実施形態による回転子鉄心721は、第1実施形態による回転子鉄心21と以下の点で異なる。即ち、本実施形態による回転子鉄心721には、第3の実施形態と同様に間仕切り部321kの設けられた磁石挿入孔321aが設けられている。そのため、本実施形態による回転子鉄心721は、第3実施形態の回転子鉄心321と同様の効果を奏する。
The
また、本実施形態による回転子鉄心721には、第5実施形態と同様に複数の第1緩衝孔521dと複数の第2緩衝孔521lの各々が、回転子鉄心521の同一周上に交互に配列されている。そのため、本実施形態による回転子鉄心721は、第5実施形態の回転子鉄心521と同様の効果も奏する。
In addition, in the
上記の効果を確認するため、回転子鉄心の応力分布の数値解析を所定の条件の下に行った。そうしたところ、本実施形態による回転子鉄心721のモデルの第1ブリッジ部21eにおける最大応力は、第1実施形態による回転子鉄心21のモデルの第1ブリッジ部における最大応力に対して約2割小さくなった。また、本実施形態の回転子鉄心721のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力は、第1実施形態の回転子鉄心21のモデルにおけるシャフト孔21cの内周面の最大応力に対して約2割小さくなった。したがって、本実施形態による回転子鉄心721の特徴による効果が確認された。
To confirm the above effects, a numerical analysis of the stress distribution of the rotor core was performed under specified conditions. As a result, the maximum stress in the
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
なお、本発明の実施形態は、極数が6極で、複数の磁石挿入孔21aの各々が、回転子鉄心21の横断面において、正六角形の各辺を基準として配置されている実施形態を示した。しかし、本発明はこれに限定されず、多極(極数n)で、複数の磁石挿入孔21aの各々が、回転子鉄心21の横断面において、正n角形の各辺を基準として配置される。
The embodiment of the present invention shows an embodiment in which the number of poles is six, and each of the multiple
1…固定子、2…回転子、21,221,321,421,521,621,721…回転子鉄心、21a,321a…磁石挿入孔、21c…シャフト孔、21d,221d,521d…第1緩衝孔、21e…第1ブリッジ部、21f,521f…第2ブリッジ部、521l,621l…第2緩衝孔、321k…間仕切り部、10…永久磁石回転電機、W3…第1ブリッジ部の回転子鉄心の周方向における幅、W4…第1緩衝孔の回転子鉄心の周方向における幅、W5…第1緩衝孔の回転子鉄心の径方向における幅、W6…第2ブリッジ部の回転子鉄心の周方向における幅 1... stator, 2... rotor, 21, 221, 321, 421, 521, 621, 721... rotor core, 21a, 321a... magnet insertion hole, 21c... shaft hole, 21d, 221d, 521d... first buffer hole, 21e... first bridge section, 21f, 521f... second bridge section, 521l, 621l... second buffer hole, 321k... partition section, 10... permanent magnet rotating electric machine, W3... width of first bridge section in circumferential direction of rotor core, W4... width of first buffer hole in circumferential direction of rotor core, W5... width of first buffer hole in radial direction of rotor core, W6... width of second bridge section in circumferential direction of rotor core
Claims (12)
前記回転子鉄心の軸方向に前記回転子鉄心を貫通するシャフト挿入孔と、
前記回転子鉄心の軸方向に対して直交する前記回転子鉄心の断面において、前記回転子鉄心の外周に沿って配列され、前記回転子鉄心の軸方向に沿って前記回転子鉄心に設けられた複数の磁石挿入孔と、
前記複数の磁石挿入孔のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの磁石挿入孔の間に1つずつ位置するように前記回転子鉄心に設けられた複数の第1ブリッジ部と、
前記複数の第1ブリッジ部のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し、前記回転子鉄心の軸方向に沿って前記回転子鉄心に設けられ、前記回転子鉄心の周方向における幅が前記複数の第1ブリッジ部より広い複数の第1緩衝孔と、
前記複数の磁石挿入孔のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し、前記回転子鉄心の横断面における形状が前記回転子鉄心の周方向に沿った環状扇形の長孔である複数の第2緩衝孔とを備え、
前記複数の第1ブリッジ部のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの第1ブリッジ部の間には、前記複数の磁石挿入孔のうち1つの磁石挿入孔が配置されており、他のブリッジ部は存在せず、
前記複数の第1緩衝孔と前記複数の第2緩衝孔とは、前記回転子鉄心を中心とする同一円の周上に第1緩衝孔と第2緩衝孔が交互に表れるように配列されていることを特徴とする回転電機。 A rotor core;
a shaft insertion hole that penetrates the rotor core in an axial direction of the rotor core;
a plurality of magnet insertion holes arranged along an outer periphery of the rotor core in a cross section of the rotor core perpendicular to the axial direction of the rotor core and provided in the rotor core along the axial direction of the rotor core;
a plurality of first bridge portions provided on the rotor core such that each bridge portion is located between two adjacent magnet insertion holes in a circumferential direction of the rotor core;
a plurality of first buffer holes that are located between each of the plurality of first bridge portions and the shaft insertion hole, that are provided in the rotor core along the axial direction of the rotor core, and that have a width in the circumferential direction of the rotor core that is wider than that of the plurality of first bridge portions;
a plurality of second buffer holes each located between the plurality of magnet insertion holes and the shaft insertion hole, the second buffer holes having a cross-sectional shape of an annular sector extending along a circumferential direction of the rotor core ,
one of the plurality of magnet insertion holes is disposed between two of the first bridge portions adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor core, and no other bridge portions are present;
A rotating electric machine characterized in that the multiple first buffer holes and the multiple second buffer holes are arranged so that the first buffer holes and the second buffer holes appear alternately on the circumference of the same circle centered on the rotor core.
前記第1緩衝孔は、前記回転子鉄心の径方向における幅より前記回転子鉄心の周方向における幅が広いことを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
A rotating electric machine, wherein the first buffer hole has a width in a circumferential direction of the rotor core that is larger than a width in a radial direction of the rotor core.
前記第1緩衝孔の前記回転子鉄心の周方向における端部の内側面が、平面により構成されていることを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
a first buffer hole having a circumferential end portion in a circumferential direction of the rotor core, the first buffer hole having a flat inner surface, and a second buffer hole having a circumferential end portion in a circumferential direction of the rotor core.
前記第1緩衝孔の前記回転子鉄心の径方向における位置が、前記シャフト挿入孔より前記第1ブリッジ部に近いことを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
a first buffer hole disposed radially of the rotor core and arranged to be closer to the first bridge portion than the shaft insertion hole is to be arranged radially of the rotor core;
前記回転子鉄心の横断面における前記第1緩衝孔の形状は、長方形であることを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
A rotating electric machine, characterized in that the shape of the first buffer hole in a cross section of the rotor core is rectangular.
前記第1緩衝孔が、前記回転子鉄心の径方向に複数設けられていることを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
A rotating electric machine comprising: a rotor core having a plurality of first buffer holes provided in a radial direction of the rotor core.
前記回転子鉄心の軸方向に前記回転子鉄心を貫通するシャフト挿入孔と、
前記回転子鉄心の軸方向に対して直交する前記回転子鉄心の断面において、前記回転子鉄心の外周に沿って配列され、前記回転子鉄心の軸方向に沿って前記回転子鉄心に設けられた複数の磁石挿入孔と、
前記複数の磁石挿入孔のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの磁石挿入孔の間に1つずつ位置するように前記回転子鉄心に設けられた複数の第1ブリッジ部と、
前記複数の第1ブリッジ部のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し、前記回転子鉄心の周方向における幅が前記複数の第1ブリッジ部より広い複数の第1緩衝孔と、
前記複数の磁石挿入孔のそれぞれと前記シャフト挿入孔との間に位置し、前記回転子鉄心の横断面における形状が前記回転子鉄心の周方向に沿った環状扇形の長孔である複数の第2緩衝孔とを備え、
前記複数の第1ブリッジ部のうち、前記回転子鉄心の周方向において隣合う2つの第1ブリッジ部の間には、前記複数の磁石挿入孔のうち1つの磁石挿入孔が配置されており、他のブリッジ部は存在せず
前記複数の第1緩衝孔と前記複数の第2緩衝孔とは、前記回転子鉄心を中心とする同一円の周上に第1緩衝孔と第2緩衝孔が交互に表れるように配列されていることを特徴とする回転子。 A rotor core;
a shaft insertion hole that penetrates the rotor core in an axial direction of the rotor core;
a plurality of magnet insertion holes arranged along an outer periphery of the rotor core in a cross section of the rotor core perpendicular to the axial direction of the rotor core and provided in the rotor core along the axial direction of the rotor core;
a plurality of first bridge portions provided on the rotor core such that each bridge portion is located between two adjacent magnet insertion holes in a circumferential direction of the rotor core;
a plurality of first buffer holes each positioned between the plurality of first bridge portions and the shaft insertion hole, the width of each first buffer hole being wider than the width of each first bridge portion in the circumferential direction of the rotor core;
a plurality of second buffer holes each located between the plurality of magnet insertion holes and the shaft insertion hole, the second buffer holes having a cross-sectional shape of an annular sector extending along a circumferential direction of the rotor core ,
A rotor characterized in that, among the multiple first bridge portions, one of the multiple magnet insertion holes is arranged between two adjacent first bridge portions in the circumferential direction of the rotor core, and no other bridge portions are present, and the multiple first buffer holes and the multiple second buffer holes are arranged so that the first buffer holes and the second buffer holes appear alternately on the circumference of the same circle centered on the rotor core.
前記第1緩衝孔は、前記回転子鉄心の径方向における幅より前記回転子鉄心の周方向における幅が広いことを特徴とする回転子。 8. The rotor according to claim 7,
A rotor, wherein the first buffer hole has a width in a circumferential direction of the rotor core that is larger than a width in a radial direction of the rotor core.
前記第1緩衝孔の前記回転子鉄心の周方向における端部の内側面が、平面により構成されていることを特徴とする回転子。 8. The rotor according to claim 7,
A rotor, wherein an inner surface of the first buffer hole at an end portion in a circumferential direction of the rotor core is formed of a flat surface.
前記第1緩衝孔の前記回転子鉄心の径方向における位置が、前記シャフト挿入孔より前記第1ブリッジ部に近いことを特徴とする回転子。 8. The rotor according to claim 7,
A rotor, characterized in that the first buffer hole is located closer to the first bridge portion in the radial direction of the rotor core than the shaft insertion hole.
前記回転子鉄心の横断面における前記第1緩衝孔の形状は、長方形であることを特徴とする回転子。 8. The rotor according to claim 7,
A rotor, wherein the first buffer hole has a rectangular shape in a cross section of the rotor core.
前記第1緩衝孔が、前記回転子鉄心の径方向に複数設けられていることを特徴とする回転子。 8. The rotor according to claim 7,
A rotor, characterized in that a plurality of the first buffer holes are provided in a radial direction of the rotor core.
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