JPWO2020145033A1

JPWO2020145033A1 - 回転電機の回転子

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Publication number: JPWO2020145033A1
Application number: JP2020565651A
Authority: JP
Inventors: 拓弥宮城; 俊起高橋; 勇人藤田; 馬場　雄一郎; 雄一郎馬場; 中山　賢治; 賢治中山
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: EP3859945A1; US11837916B2; EP3859945A4; US20220037940A1; CN112997381A; JP7163417B2; WO2020145033A1

Abstract

本発明の課題は、シャフトの圧入による応力を回転子の外縁部側で低減することである。シャフトと、回転子鉄心と、を有し、前記シャフトが前記回転子鉄心に結合される回転電機の回転子であって、前記回転子鉄心は、磁石を収容する外縁部と、前記シャフトと結合する内縁部と、前記外縁部と内縁部の間で肉抜き部を内部に形成したリブ部と、を有し、前記リブ部は、前記外縁部と接続されて、かつ内部に貫通孔を有する貫通孔形成部と、前記貫通孔形成部と前記内縁部を接続する架橋部と、を有し、前記架橋部は、前記貫通孔形成部に接続されて外部へ向けて突出した第２架橋部と、一端を前記内縁部に接続されて、他端を前記第２架橋部に接続された第１架橋部と、を有し、前記第１架橋部と前記第２架橋部を接続する位置には屈曲部を有する。

Description

本発明は、回転電機の回転子に関する。

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結合される回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の回転子は、回転子鉄心と、シャフトから構成され、回転子鉄心は複数の電磁鋼板を積層して構成される。回転子鉄心の内縁部にはシャフト圧入孔が設けられ、シャフトが圧入される。回転子鉄心の外縁部は、磁石を収容する。内縁部と外縁部を接続するリブ部を設け、内縁部側のリブ部を分散配置することでシャフト圧入孔へのシャフトの圧入による内縁部側への応力の集中を低減する。

国際公開第２０１６／０４７３１１号

回転電機には、軽量化の要求がある。軽量化のため回転子鉄心の肉抜き穴を拡大していくと回転子鉄心の内周における応力が増大する。上記シャフトの圧入による応力は、内縁部側から外縁部側にも伝達され、磁石を収納する外縁部側に応力が集中する。磁石を収容する外縁部側に応力が集中すると、回転電機の磁気的特性に影響を与える場合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、シャフトの圧入による応力を回転子の外縁部側で低減することを目的とする。

本発明は、シャフトと、回転子鉄心と、を有し、前記シャフトが前記回転子鉄心に結合される回転電機の回転子であって、前記回転子鉄心は、磁石を収容する外縁部と、前記シャフトと結合する内縁部と、前記外縁部と内縁部の間で肉抜き部を内部に形成したリブ部と、を有し、前記リブ部は、前記外縁部と接続されて、かつ内部に貫通孔を有する貫通孔形成部と、前記貫通孔形成部と前記内縁部を接続する架橋部と、を有し、前記架橋部は、前記貫通孔形成部に接続されて外部へ向けて突出した第２架橋部と、一端を前記内縁部に接続されて、他端を前記第２架橋部に接続された第１架橋部と、を有し、前記第１架橋部と前記第２架橋部を接続する位置には屈曲部を有する。

したがって、本発明は、シャフトの圧入によって内縁部に加えられた応力は、内縁部と外縁部を接続するリブ部を圧縮し、リブ部が軸方向へ変形するのを抑制し、回転電機の磁気的特性への影響を減少させ、外縁部における応力を低減することが可能となる。

本明細書において開示される主題の、少なくとも一つの実施の詳細は、添付されている図面と以下の記述の中で述べられる。開示される主題のその他の特徴、態様、効果は、以下の開示、図面、請求項により明らかにされる。

本発明の実施例１を示し、回転電機の軸方向の断面図である。本発明の実施例１を示し、図１のＡ−Ａ矢示断面図で、回転子の断面図である。本発明の実施例１を示し、図２のＢ矢示図である。本発明の実施例２を示し、図２のＢ矢示図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１を示し、回転電機の軸方向の断面図である。回転電機１は、ハウジング１０の内周に配置された固定子２０と、回転子から構成される。回転子は、ハウジング１０に軸支されたシャフト２と、シャフト２の外周と結合する回転子鉄心３から構成される。回転子鉄心３は、複数の電磁鋼板を積層して構成される。

図２は、図１のＡ−Ａ矢示断面図である。回転子鉄心３の中心にはシャフト圧入孔４が形成されて、シャフト２が圧入される。回転子鉄心３はシャフト圧入孔４を覆う内縁部５と、内縁部５を覆うリブ部７と、リブ部７を覆う外縁部６が形成され、内縁部５と外縁部６がリブ部７で接続される。

リブ部７は、回転子鉄心３の半径方向に沿って配置される。リブ部７の内縁部５側には架橋部（第１架橋部）７３が形成される。架橋部７３と外縁部６との間には、屈曲部７５を介して架橋部（第２架橋部）７４と、貫通孔形成部７１が形成される。貫通孔形成部７１の内部には、貫通孔７２が形成される。

架橋部７３、７４は、貫通孔形成部７１の下部外周から一対の壁部として内縁部５へ向けて形成され、左右の架橋部７３、７３及び架橋部７４、７４と貫通孔形成部７１及び内縁部５で画成される空間が肉抜き部７６となる。

外縁部６の外周側には、磁石８を収容する貫通孔として磁石収納部６１が形成され、磁石８が収容される。

図３は、リブ部７の詳細を示す図２のＢ矢示図である。内縁部５と外縁部６を接続するリブ部７は、内縁部５側から貫通孔形成部７１へ立ち上がる架橋部（第１架橋部）７３が形成され、貫通孔形成部７１から外部へ向けて突出した架橋部（第２架橋部）７４を有する。図示の例では、架橋部７４の肉抜き部７６側が、高さｈで貫通孔形成部７１の外側へ突出した例を示す。

そして、架橋部７３と架橋部７４が接続する位置には、内部の肉抜き部７６から外側に向かう方向へ突出した屈曲部７５が形成される。すなわち、架橋部７３の中心線Ｃ１と、架橋部７４の中心線Ｃ２は、異なる角度に設定されて、屈曲部７５の内部で交差する。

ここで、架橋部７３の中心線Ｃ１及び延長線は、内縁部５側から外縁部６へ向かい、中心線Ｃ１の延長線は貫通孔７２の外側に配置される。一方、架橋部７４の中心線Ｃ２の延長線は、貫通孔７２の内側に設定される。

架橋部７３の中心線Ｃ１と回転子鉄心３の半径Ｒがなす角度αと、架橋部７４の中心線Ｃ２と回転子鉄心３の半径Ｒがなす角度βの関係は、α＜βで表される。

シャフト２がシャフト圧入孔４へ圧入されると、内縁部５には内周から外周へ向かう応力が加わる。この応力は、架橋部７３から架橋部７４、貫通孔形成部７１を介して外縁部６に伝達される。

シャフト２とシャフト圧入孔４の勘合による応力により内縁部５には変位が発生し、リブ部７を圧縮する。内縁部５の外周から立ち上がる架橋部７３の中心線Ｃ１と、貫通孔形成部７１から突出した架橋部７４の中心線Ｃ２は、リブ部７には屈曲部７５で交差し、圧縮されたリブ部７は屈曲部７５を含む架橋部７３、７４の全体で変形する。

この変形によって、内縁部５に発生した応力をリブ部７と外縁部６に分散することができるため、外縁部６では、図２のＤ部における応力を低減できる。

また、リブ部７は圧縮によってシャフト２の軸方向へ変形するが、屈曲部７５や架橋部７３、７４の変形により軸方向への変形は抑制される。これにより、回転電機の磁気的特性への影響を低減させることができる。

一方、前記従来例のように、屈曲部７５等がリブ部７に無い場合、内縁部５に発生した応力のほとんどは外縁部６に伝わるため、外縁部６の上記Ｄ部に応力が集中する。

これに対して本実施例１のリブ部７では、架橋部７３と架橋部７４の間に、外縁部６の内側へ向けて突出する屈曲部７５を設け、架橋部７３の中心線Ｃ１の延長線を貫通孔７２の外側を通るように設定することで、図２のＤ部に加わる応力を低減することができる。

本実施例１のように、屈曲部７５を介して貫通孔形成部７１から突出した架橋部７４と、内縁部５から立ち上がる架橋部７３を接続することで、シャフト２の圧入によって図２のＤ部に加わる応力が約４％低減されることを、発明者らは確認した。

図４は、実施例２を示し、前記実施例１の架橋部（第２架橋部）７４に代わって、架橋部（第１架橋部）７３の貫通孔形成部７１側に肩部７４Ａと屈曲部７５を設けた回転子鉄心３の図である。その他の構成は、前記実施例１と同様である。

実施例２のリブ部７は、架橋部７３で内縁部５と貫通孔形成部７１を接続する。そして、貫通孔形成部７１側に接続される架橋部７３には外縁部６側へ向けて突出した屈曲部７５が形成される。さらに、屈曲部７５は肩部７４Ａを介して貫通孔形成部７１に接続される。肩部７４Ａの傾斜角度は、内縁部５側の架橋部７３の傾斜角度とは異なる角度に設定される。

架橋部７３の中心線Ｃ１の延長線は、前記実施例１と同様に、貫通孔７２よりも外周側となるように、架橋部７３が配置される。

シャフト２とシャフト圧入孔４の勘合により内縁部５には変位が発生すると、リブ部７が圧縮される。内縁部５から立ち上がる架橋部７３は、貫通孔形成部７１に接続される肩部７４Ａとの間に設けた屈曲部７５によって、架橋部７３と肩部７４Ａの全体で変形する。

上記架橋部７３がほぼ全体で変形することによって、内縁部５に発生した応力をリブ部７と外縁部６に分散することができるため、前記実施例１と同様に、図２のＤ部に示した外縁部６における応力を低減できる。

＜まとめ＞

以上のように、上記実施例１の回転電機の回転子は、シャフト（２）と、回転子鉄心（３）と、を有し、前記シャフトが前記回転子鉄心に圧入される回転電機の回転子であって、前記回転子鉄心（３）は、磁石（８）を収容する外縁部（６）と、前記シャフト（２）と結合する内縁部（５）と、前記外縁部（６）と内縁部（５）の間で肉抜き部（７６）を内部に形成したリブ部（７）と、を有し、前記リブ部（７）は、前記外縁部（６）と接続されて、かつ内部に貫通孔（７２）を有する貫通孔形成部（７１）と、前記貫通孔形成部（７１）と前記内縁部（５）を接続する架橋部（７３、７４）と、を有し、前記架橋部は、前記貫通孔形成部（７１）に接続されて前記記外縁部（６）へ向けて突出した第２架橋部（７４）と、一端を前記内縁部（５）に接続されて、他端を前記第２架橋部（７４）に接続された第１架橋部（７３）と、を有し、前記第１架橋部（７３）と前記第２架橋部（７４）を接続する位置には屈曲部（７５）を有する。

上記構成により、シャフト２をシャフト圧入孔４へ圧入されると、内縁部５には変位が発生し、リブ部７を圧縮する。内縁部５から立ち上がる架橋部７３の中心線Ｃ１と、貫通孔形成部７１から突出した架橋部７４の中心線Ｃ２は、リブ部７には屈曲部７５で交差するので、圧縮されたリブ部７は屈曲部７５を含む架橋部７３、７４の全体で変形する。

この変形によって、内縁部５に発生した応力をリブ部７と外縁部６に分散することができるため、外縁部６では図２に示すＤ部における応力を低減できる。

また、前記第１架橋部（７３）の中心線の延長上は、前記貫通孔（７２）よりも外側である。これにより、内縁部５から圧縮されるリブ部７は、屈曲部７５で接続された第１架橋部（７３）と第２架橋部（７４）の全体で変形することで、リブ部７に加わる応力を、外縁部６とリブ部７で分散することができる。

また、実施例２の回転子鉄心（３）は、磁石を収容する外縁部（６）と、前記シャフト（２）と結合する内縁部（５）と、前記外縁部（６）と内縁部（５）の間で肉抜き部を内部に形成したリブ部（７）と、を有し、前記リブ部（７）は、前記外縁部（６）と接続されて、かつ内部に貫通孔（７２）を有する貫通孔形成部（７１）と、前記貫通孔形成部（７１）と前記内縁部（５）を接続する架橋部（７３）と、を有し、前記架橋部（７３）は、前記貫通孔形成部（７１）側の端部に形成されて前記外縁部（６）へ向けて突出した肩部（７４Ａ）と、前記肩部（７４Ａ）と、内縁部（５）側の端部の間に形成された屈曲部（７５）と、を有する。

上記構成により、シャフト２をシャフト圧入孔４へ圧入されると、内縁部５には変位が発生し、リブ部７を圧縮する。内縁部５から立ち上がる架橋部７３と肩部（７４Ａ）は、屈曲部７５で接続され、圧縮されたリブ部７は屈曲部７５を含む架橋部７３の全体で変形する。この変形によって、内縁部５に発生した応力をリブ部７と外縁部６に分散することができるため、図２に示すＤ部を中心とする外縁部６において応力を低減できる。

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記載したものであり、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、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。

２シャフト
３回転子
４シャフト
５内縁部
６外縁部
７リブ部
８磁石
７１貫通孔形成部
７２貫通孔
７３架橋部
７４架橋部
７５屈曲部
７６肉抜き部

Claims

シャフトと、回転子鉄心と、を有し、前記シャフトが前記回転子鉄心に結合される回転電機の回転子であって、
前記回転子鉄心は、
磁石を収容する外縁部と、
前記シャフトと結合する内縁部と、
前記外縁部と内縁部の間で肉抜き部を内部に形成したリブ部と、を有し、
前記リブ部は、
前記外縁部と接続されて、かつ内部に貫通孔を有する貫通孔形成部と、
前記貫通孔形成部と前記内縁部を接続する架橋部と、を有し、
前記架橋部は、
前記貫通孔形成部から外部へ向けて突出した第２架橋部と、
一端を前記内縁部に接続されて、他端を前記第２架橋部に接続された第１架橋部と、を有し、
前記第１架橋部と前記第２架橋部を接続する位置には屈曲部を有することを特徴とす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であって、
前記架橋部の中心線の延長上は、前記貫通孔よりも外側であることを特徴とする回転電機の回転子。
シャフトと、回転子鉄心と、を有し、前記シャフトが前記回転子鉄心に結合される回転電機の回転子であって、
前記回転子鉄心は、
磁石を収容する外縁部と、
前記シャフトと結合する内縁部と、
前記外縁部と内縁部の間で肉抜き部を内部に形成したリブ部と、を有し、
前記リブ部は、
前記外縁部と接続されて、かつ内部に貫通孔を有する貫通孔形成部と、
前記貫通孔形成部と前記内縁部を接続する架橋部と、を有し、
前記架橋部は、
前記貫通孔形成部と接続される端部側に形成されて前記外縁部側へ向けて突出した屈曲部と、
前記屈曲部と前記貫通孔形成部を接続する肩部と、
を有することを特徴とする回転電機の回転子。
請求項３に記載の回転電機の回転子であって、
前記架橋部の中心線の延長上は、前記貫通孔よりも外側であることを特徴とする回転電機の回転子。