JPWO2016047311A1

JPWO2016047311A1 - 回転電機の回転子、およびこれを備えた回転電機

Info

Publication number: JPWO2016047311A1
Application number: JP2016550030A
Authority: JP
Inventors: 学押田; 恵山村; 良司小林; 馬場　雄一郎; 雄一郎馬場; 祐二斉藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-08-17
Also published as: JP6251816B2; WO2016047311A1; US20170302116A1; US10305338B2

Abstract

締代と肉抜き穴を確保しつつ、低コストで実現可能な回転電機の回転子、およびこれを備えた回転電機を提供する。シャフト５００と、回転子鉄心４００と、を備え、シャフトは回転子鉄心に圧入されて構成され、回転子鉄心は、シャフト圧入孔４１０と、外縁部４４０と、シャフトが圧入される内縁部４２０と、外縁部と内縁部とを接続する複数のリブ部４３０と、で構成され、１つのリブ部は外縁部側に位置する複数の外縁部側リブ付根４４１と、外縁部側に位置する複数の外縁部側リブ４４２と、内縁部側に位置する複数の内縁部側リブ付根４２１と、内縁部側に位置する複数の内縁部側リブ４２２と、で構成され、外縁部側リブと内縁部側リブとが接続され、外縁部側リブ付根の総数より内縁部リブ付根の総数が多くなるように回転電機の回転子３００を構成する。

Description

本発明は、回転電機の回転子、およびこれを備えた回転電機に関する。

回転電機の回転子において、回転子鉄心にシャフト圧入孔が設けられ、シャフトが圧入されることにより、シャフトが回転子鉄心に固定される回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１に、従来の回転子の一例の断面図を示す。回転電機は図示しない固定子と、回転子３００から構成され、回転子３００は回転子鉄心４００、シャフト５００から構成され、前記回転子鉄心４００は複数の電磁鋼板を積層して構成される。

回転子鉄心４００の中心にはシャフト圧入孔４１０が設けられ、前記シャフト５００が圧入される。回転子鉄心４００には、慣性モーメント低減のため、複数の肉抜き穴４５０が設けられる。回転子鉄心４００はシャフト圧入孔４１０を覆う内縁部４２０と、前記内縁部４２０を覆う複数の肉抜き穴４５０と、複数の肉抜き穴４５０を覆う外縁部４４０と、前記内縁部４２０と前記外縁部４４０とを接続する複数のリブ部４３０とから構成される。

特開２００９−１１０１１号公報

回転電機には、高回転化への対応、並びに、慣性モーメント低減の要求がある。

高回転化に対応するには締代を増やす必要があるが、締代を増やすと、回転子鉄心内周における応力が増大するという問題がある。また、慣性モーメント低減のため、肉抜き穴を内径側に大きくすると、やはり、回転子鉄心内周における応力が増大するという問題がある。高強度の材料に変更すればこれらの問題を解決できるものの、コストが増大するという問題がある。

そこで本発明は、シャフトと回転子鉄心とを備え、シャフトが回転子鉄心に圧入によって固定され、回転子鉄心は肉抜き穴を有して構成される回転電機の回転子において、締代と肉抜き穴を確保しつつ、低コストで実現可能な回転電機の回転子、およびこれを備えた回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、シャフトと、回転子鉄心と、を備え、前記シャフトは前記回転子鉄心に圧入されて構成される回転電機の回転子において、前記回転子鉄心は、シャフト圧入孔と、外縁部と、前記シャフトが圧入される内縁部と、前記外縁部と前記内縁部とを接続する複数のリブ部と、で構成され、１つの前記リブ部は前記外縁部側に位置する複数の外縁部側リブ付根と、前記外縁部側に位置する複数の外縁部側リブと、前記内縁部側に位置する複数の内縁部側リブ付根と、前記内縁部側に位置する複数の内縁部側リブと、で構成され、前記外縁部側リブと前記内縁部側リブとが接続され、前記外縁部側リブ付根の総数より前記内縁部リブ付根の総数が多いことを特徴とする。

本発明によれば、締代を大きくして高回転化へ対応し、肉抜き穴を大きくして慣性モーメント低減しつつ、低コストで実現可能な回転電機の回転子、およびこれを備えた回転電機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

代表的な回転電機の回転子の断面図（９０度のみ）実施例１の回転子の断面図（９０度のみ）図１の形状の回転子鉄心の圧入応力分布図（２２．５度のみ）図２の形状の回転子鉄心の圧入応力分布図（２２．５度のみ）実施例２の回転子の断面図（９０度のみ）実施例３の回転子の断面図（９０度のみ）実施例４の回転子の断面図（９０度のみ）本発明の回転子を備えた回転電機の断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図２，図８を用いて、本発明の一実施例を説明する。図２は、本実施例の回転子の断面図（９０度のみ）、図８は本実施例の回転子を備えた回転電機の断面図である。

図８に示すように、回転電機１０は固定子２０と、回転子３００とから構成され、回転子３００は回転子鉄心４００とシャフト５００から構成され、回転子鉄心４００は複数の電磁鋼板を積層したものである。

図２に示すように、回転子鉄心４００の中心にはシャフト圧入孔４１０が設けられ、シャフト４００が圧入される。回転子鉄心４００はシャフト圧入孔４１０を覆う内縁部４２０と、内縁部４２０を覆う複数の肉抜き穴４５０と、複数の肉抜き穴４５０を覆う外縁部４４０と、内縁部４２０と外縁部４４０とを接続する複数のリブ部４３０で構成される。

１つのリブ部４３０は、外縁部側に位置する外縁部側リブ付根４４１と、外縁部側に位置する外縁部側リブ４４２と、内縁部側に位置する内縁部側リブ付根４２１と、内縁部側に位置する内縁部側リブ４２２とで構成される。外縁部側リブ４４２と内縁部側リブ４２２とが接続され、外縁部側リブ付根４４１の総数よりも、内縁部側リブ付根４２１の総数の方が多い。

上記構成のように、外縁部側リブ付根の総数よりも、内縁部側リブ付根の総数を多くしたことで、最大応力を低減するのに必要な本数に内縁部側リブを分散配置することが可能となるため、最大応力が低減出来る。

最大応力の低減について、図３，４を用いて説明する。図３に、図１に示す従来技術による形状の回転子鉄心を、ある締代で圧入した場合の応力分布図を示す。最大応力は２３４（ＭＰａ）である。図４に、図２の回転子鉄心を同じ締代で圧入した場合の応力分布図を示す。最大応力は２２４（ＭＰａ）である。図３の最大応力に対して、図４の最大応力は９６％である。最大応力を４％低減出来たので、その分だけ締代を増やすことができ、高回転化に対応することが可能となる。また、肉抜き穴を内縁部側に大きくすることもできるため、慣性モーメントを低減することが可能となる。これにより、高強度な材料への変更を必要とせず、コストが変わらずに対策が可能である。

図５を用いて、本発明の別の実施例を説明する。

実施例１（図２）の形状に対して、外縁部側リブ４４２は外縁部４４０から内縁部４２０に向かって延伸して、径方向に対して略平行な部分を有し、複数の内縁部側リブ４２２は内縁部４２０から外縁側４４０に向かって延伸して、径方向に対して周方向に傾斜させると、更に慣性モーメントを低減できる。この変更を行った形状を図５に示す。

図５のように、複数の内縁部側リブ４２２は内縁部４２０から外縁部４４０に向かって延伸して、径方向に対して周方向に傾斜させたことにより、実施例１（図２）の形状よりも慣性モーメントが低くなる。なお、内縁部側リブ４２２の形状が図２から変更されているが、この形状変更による回転子鉄心内周の最大応力への影響は殆ど影響なく、実施例１（図２）の形状に対して最大応力が低減できることに変わりはない。

図６を用いて、本発明の別の実施例を説明する。

実施例２（図５）の形状に対して、外縁部側リブ４４２は径方向に対して略平行な直線状部分４４３を有し、複数の内縁部側リブ４２２は略直線状であって、複数の内縁部側リブ４２２の幅の合計よりも外縁部側リブ４３２の直線状部分の幅を狭くすると、更に慣性モーメントを低減できる。この変更を行った形状を図６に示す。

図６のように、複数の内縁部側リブ４２２の幅の合計よりも外縁部側リブ４３２の直線状部分の幅を狭くしたことにより、実施例２（図５）の形状よりも慣性モーメントが低くなる。なお、外縁部側リブ４４２の形状が図５から変更されているが、この変更による回転子鉄心内周の最大応力への影響は殆どないため、図１の形状に対して最大応力が低減できることに変わりはない。

図７を用いて、本発明の別の実施例を説明する。

実施例３（図６）の形状に対して、外縁部側リブ４４２における１つの略直線状部分４４３と、２つの内縁部側リブ４２２が接続され、２つの内縁部側リブ４２２と、内縁部４２０と、で構成される孔を備え、孔の形状は略三角形とすると、更に慣性モーメントを低減できる。この変更を行った形状を図７に示す。

図７のように、２つの内縁部側リブ４２２と内縁部４２０とで構成される孔を略三角形としたことにより、実施例３よりも慣性モーメントが低くなる。なお、内縁部側リブの形状が図６から変更されているが、この変更による回転子鉄心内周の最大応力への影響は殆どないため、図１の形状に対して最大応力が低減できることに変わりはない。

以上のいずれの実施例においても、１つのリブ部における外縁部側リブの本数を特に規定しなかったが、外縁部側リブ付根の総数よりも、内縁部側リブ付根の総数の方が多い形状であれば、１つのリブ部における外縁部側リブの本数は、１本でも、２本でも、３本以上でもよい。

以上のいずれの実施例においても、１つのリブ部における内縁部側リブの本数を特に規定しなかったが、外縁部側リブ付根の総数よりも、内縁部側リブ付根の総数の方が多い形状でれば、１つのリブ部における内縁部側リブの本数は、２本でも、３本でも、４本以上でもよい。

以上のいずれの実施例においても、組み立てのための位置決め穴に特に言及しなかった。一般に、外縁部側リブの付根付近に位置決め穴が配置される場合があるが、この位置決め穴は、あくまで組み立て上に必要なだけであり、また、シャフトを圧入した時の回転子鉄心内周応力には影響を及ぼさないので、本発明においては位置決め穴を外縁部側リブ付根の構成要素とは見なさない。即ち、位置決め穴があってもなくても外縁部側リブ付根の数は変わらないものとする。

以上のいずれの実施例においても、回転電機の種類を特定していないが、永久磁石型回転電機でも、誘導電動機でも、その他の種類の回転電機でもよい。

以上の実施例の説明では、回転電機の回転子の一例として、電動車両駆動用の回転電機の回転子を用いた。電動車両駆動用の回転電機は、高回転化への対応、並びに、慣性モーメント低減の要求が特に強いものである。本発明の適用対象は電動車両駆動用の回転電機に限られず、他の用途の回転電機に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。

３００回転子
４００回転子鉄心
４１０シャフト圧入孔
４２０内縁部
４２１内縁部側リブ付根
４２２内縁部側リブ
４３０リブ部
４４０外縁部
４４１外縁部側リブ付根
４４２外縁部側リブ
４４３径方向に対して略平行な直線状部分
４５０肉抜き穴
５００シャフト

Claims

シャフトと、回転子鉄心と、を備え、
前記シャフトは前記回転子鉄心に圧入されて構成される回転電機の回転子において、
前記回転子鉄心は、
シャフト圧入孔と、
外縁部と、
前記シャフトが圧入される内縁部と、
前記外縁部と前記内縁部とを接続する複数のリブ部と、で構成され、
１つの前記リブ部は
前記外縁部側に位置する複数の外縁部側リブ付根と、
前記外縁部側に位置する複数の外縁部側リブと、
前記内縁部側に位置する複数の内縁部側リブ付根と、
前記内縁部側に位置する複数の内縁部側リブと、で構成され、
前記外縁部側リブと前記内縁部側リブとが接続され、
前記外縁部側リブ付根の総数より前記内縁部リブ付根の総数が多い、回転電機の回転子。
請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記外縁部側リブは前記外縁部から前記内縁部に向かって延伸して、
径方向に対して略平行な部分を有し、
複数の前記内縁部側リブは前記内縁部から前記外縁側に向かって延伸して、
径方向に対して周方向に傾斜している、回転電機の回転子。
請求項２に記載の回転電機の回転子であって、
前記外縁部側リブの径方向に対して略平行な部分は略直線状であって、
前記複数の内縁部側リブは略直線状であって、
複数の前記内縁部側リブの幅の合計よりも前記外縁部側リブの直線状部分の幅が狭い、回転電機の回転子。
請求項３に記載の回転電機の回転子であって、
前記外縁部側リブにおける１つの前記略直線状部分と２つの前記内縁部側リブが接続され、
前記内縁部側リブと、内縁部と、で構成される孔を備え、
前記孔の形状は略三角形である、回転電機の回転子。
請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機の回転子と、
固定子とを備えた回転電機。