KR20180106922A

KR20180106922A - 회전 전기기기의 로터

Info

Publication number: KR20180106922A
Application number: KR1020180029813A
Authority: KR
Inventors: 게이이치 가네시게; 유마 이시카와
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2018-10-01
Also published as: JP2018157669A; JP6740940B2; US10666101B2; RU2685244C1; EP3376641B1; KR102006362B1; US20180269735A1; EP3376641A1; BR102018005069A2

Abstract

회전 전기기기의 로터(10)는: 상기 로터 코어(12) 중에서도 국소적으로 강성이 낮은 저강성부(24)를 적어도 1개 포함하는 로터 코어(12); 복수의 자석(14); 회전축(16); 상기 로터 코어(12)의 축방향의 적어도 일방의 단면에 밀착하는 와셔(18); 및 너트(20)를 포함한다. 상기 와셔(18)의 외주단이 상기 자석 구멍(22)보다 직경 방향 내측에 배치되며, 상기 와셔(18)는, 회전 중심으로부터 상기 외주단까지의 거리가, 주기적으로 변동하는 요철 형상인 외주 형상을 가지며, 상기 와셔(18)의 외주단으로부터 상기 저강성부(24)까지의 거리는, 상기 와셔(18)의 외주단으로부터 상기 자석 구멍(22)까지의 거리보다도 크다.

Description

회전 전기기기의 로터{ROTOR FOR ROTARY ELECTRIC MACHINE}

본 명세서는, 회전축에 나사 결합된 너트와 로터 코어의 사이에 와셔가 개재되는 회전 전기기기의 로터를 개시한다.

일반적으로, 로터 코어는, 복수의 자성 강판을 적층하여 구성된다. 이러한 로터 코어를, 회전축에 나사 결합된 너트로 조임으로써, 로터 코어에 축방향의 압축력을 부여하는 것이 종래부터 제안되어 있다. 또한, 이 너트와 로터 코어의 사이에, 대략 고리 형상의 와셔를 개재시키는 것도 제안되어 있다. 와셔를 개재시킴으로써, 너트의 조임력이, 당해 와셔를 개재하여, 로터 코어에 부가된다. 또한, 통상, 와셔는, 회전축에 삽통(揷通)되어 있으며, 그 외주단(外周端)은, 자기 단락을 방지하기 위하여, 자석보다도 직경 방향 내측에 위치하고 있다.

그런데, 통상, 로터 코어에는, 축방향으로 관통함과 함께 자석이 삽입되는 자석 구멍이 복수, 형성되어 있다. 또한, 자석 구멍에 더하여, 자속의 흐름을 조절하거나, 자기저항을 형성하거나 하기 위한 관통 구멍도 추가로 로터 코어에 형성되는 경우도 있다. 이러한 관통 구멍에 기인하여, 로터 코어에는, 국소적으로 강성이 저하된 저강성부가 존재한다. 예를 들면 두개의 자석을 V자 형상으로 배치할 경우, 로터 코어에는, 두개의 자석 구멍이 V자 형상으로 형성된다. 이 두개의 자석 구멍의 사이의 미소(微小) 간극, 이른바, 브리지부라고 불리는 개소는, 강성이 국소적으로 저하된 저강성부라고 할 수 있다. 또한, 일본국 공개특허 특개2015-56911에는, 이러한 브리지부를 가지는 로터가 개시되어 있다.

로터 코어의 축방향 단면을 와셔로 가압하였을 경우, 당해 가압력(축력(軸力))에 기인하여 로터 코어의 내부에는, 응력이 발생한다. 와셔로의 가압 개소와 저강성부가 가까울 경우에는, 당해 저강성부에 응력이 집중해버려, 저강성부의 열화나 파손을 초래한다. 그 때문에 종래는, 대략 고리 형상의 와셔는, 그 외주단이 저강성부에 지나치게 접근하지 않도록, 작은 직경으로 하는 것이 많았다. 그러나, 와셔를 작은 직경으로 하였을 경우, 와셔와 로터 코어의 접촉 면적이 작아져, 로터 코어 전체에 충분한 축력을 부여할 수 없다는 우려가 있었다.

여기서, 본 발명은, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있는 회전 전기기기의 로터이다.

본 발명의 예시적인 양태는 회전 전기기기의 로터이다. 상기 회전 전기기기의 로터는 중심에 축구멍을 가지는 대략 고리 형상이며, 둘레 방향에 늘어서서 배치되는, 복수의 자석 구멍을 가지고, 상기 로터 코어 중에서도 국소적으로 강성이 낮은 저강성부를 적어도 1개 포함하는 로터 코어; 상기 자석 구멍 내에 각각 배치되는 복수의 자석; 상기 로터 코어의 축구멍에 고착(固着)된 회전축; 상기 로터 코어의 축방향의 적어도 일방의 단면에 밀착하는 와셔;와 상기 와셔가 상기 로터 코어에 가압되도록 상기 회전축에 나사 결합되는 너트를 포함한다. 상기 와셔의 외주단이 상기 자석 구멍보다 직경 방향 내측에 배치되며, 상기 와셔는, 회전 중심으로부터 상기 외주단까지의 거리가, 주기적으로 변동하는 요철 형상인 외주 형상을 가지고, 상기 와셔의 외주단으로부터 상기 저강성부까지의 거리는, 상기 와셔의 외주단으로부터 상기 자석 구멍까지의 거리보다도 크다.

와셔의 외주 형상을, 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 주기적으로 변동하는 요철 형상으로 함과 함께, 와셔의 외주단으로부터 저강성부까지의 거리를, 와셔의 외주단으로부터 자석 구멍까지의 거리보다도 크게 함으로써, 저강성부에의 응력 집중을 완화하면서, 로터 코어의 광범위에 축력을 부가할 수 있다. 그 결과, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다.

상기 로터 코어는, 둘레 방향으로, 한 쌍의 자석 구멍을 복수 쌍 포함하고 있어도 되며, 각 한 쌍의 자석 구멍은 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치되어 있어도 된다. 미소 간극인 브리지는 상기 각 한 쌍의 자석 구멍의 사이에 배치되어 있어도 된다. 상기 저강성부는, 상기 브리지여도 된다.

이러한 구성으로 함으로써, 자석이 V자 형상 배치된 로터에 있어서도, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다.

상기 로터 코어에는, 둘레 방향으로 긴 상기 자석 구멍을 포함하고 있어도 되며, 상기 저강성부는, 둘레 방향으로 인접하는 상기 자석 구멍의 사이의 간극여도 된다.

이러한 구성으로 함으로써, 자석이 I자 형상으로 배치된 로터에 있어서도, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다.

상기 와셔는, 상기 저강성부와 동일 위상(位相)에 있어서, 상기 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 최소가 되도록 배치되어 있어도 된다.

이에 의해, 와셔의 외주단으로부터 저강성부까지의 거리가 커지기 쉬워져, 저강성부에의 응력의 집중을 보다 확실하게 완화할 수 있다.

상기 로터 코어는, 둘레 방향으로 인접함과 함께 직경 방향 외측을 향하여 확대되는 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 자석 구멍과, 상기 한 쌍의 자석 구멍의 사이에 배치된 중간 구멍을 포함하는 관통 구멍의 세트를 둘레 방향으로 복수 세트를 가지고 있어도 되며, 상기 저강성부는, 상기 자석 구멍과 상기 중간 구멍의 사이의 미소 간극인 브리지여도 된다.

이러한 구성으로 함으로써, 중간 구멍이 형성된 로터에 있어서도, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다.

상기 와셔는, 상기 중간 구멍과 동일 위상에 있어서, 상기 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 최소가 되도록 배치되어 있어도 된다.

이에 의해, 와셔의 외주단으로부터 저강성부까지의 거리가 커지기 쉬워져, 저강성부에의 응력의 집중을 더욱 확실하게 완화할 수 있다.

상기 와셔의 외주 형상은, 모서리부가 둥글게 된 기어 형상이어도 된다.

와셔의 외주 형상이, 뾰족한 모서리부를 가지지 않는 것에 의해, 응력의 일극집중을 방지할 수 있다.

상기 와셔의 내주면 및 상기 회전축의 외주면의 일방에는, 타방을 향하여 돌출하는 키 돌기를 포함하고 있어도 되며, 상기 와셔의 내주면 및 상기 회전축의 외주면의 상기 타방에는, 상기 키 돌기를 받아들이는 키 홈을 가지고 있어도 된다.

이러한 구성으로 함으로써, 와셔의 로터 코어에 대한 위상이 확실하게 규제된다.

상기 구성에 의해, 와셔의 외주 형상을, 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 주기적으로 변동하는 요철 형상으로 함과 함께, 와셔의 외주단으로부터 저강성부까지의 거리를, 와셔의 외주단으로부터 자석 구멍까지의 거리보다도 크게 하고 있다. 저강성부에의 응력 집중을 완화하면서, 로터 코어의 광범위에 축력을 부가할 수 있다. 그리고, 그 결과, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 로터의 개략 종단면도이다.
도 2는 로터의 Ｙ방향에서 본 도이다.
도 3은 도 2의 A부 확대도이다.
도 4는 브리지부의 다른 구성을 나타내는 도이다.
도 5는 다른 로터의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 도 5의 B부 확대도이다.
도 7은 다른 로터의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 다른 로터의 일례를 나타내는 도이다.
도 9는 종래의 로터의 일례를 나타내는 도이다.

이하, 회전 전기기기의 로터(10)의 구성에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 로터(10)의 개략 종단면도이다. 도 2는, 로터(10)의 Ｙ방향에서 본 도이다. 또한, 도 2에서는, 너트(20)에 대해서는, 그 외형만을 2점 쇄선으로 도시하고 있다. 또한, 도 3은, 도 2의 A부 확대도이다.

이 로터(10)는, 회전 전기기기, 예를 들면 구동원의 하나로서 전동 차량에 탑재되는 삼상 동기형 회전 전기기기 등에 이용된다. 로터(10)는, 로터 코어(12)와 당해 로터 코어(12)에 매립되는 영구 자석(14)과, 로터(10)에 고착되는 회전축(16)과, 로터 코어(12)에 축력을 부여하는 와셔(18) 및 너트(20)를 구비하고 있다.

로터 코어(12)는, 그 중앙에 축구멍이 형성된 대략 고리 형상체이다. 로터 코어(12)는, 복수의 전자(電磁) 강판(예를 들면 규소 강판 등)을 축방향으로 적층하여 이루어진다. 로터 코어(12)의 외주단 근방에는, 복수의 자석 구멍(22)이, 둘레 방향으로 간격을 두고 늘어서 있다. 각 자석 구멍(22)은, 축방향으로 관통되어 있으며, 그 내부에는, 로터(10)의 자극을 구성하는 영구 자석(14)이 배치된다.

본 예에 있어서, 영구 자석(14)은, V자 형상 배치로 되어 있다. 즉, 하나의 자극(15)은, 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 영구 자석(14)으로 구성된다. 도 2의 예에서는, 로터(10)는, 8개의 자극(15)을 구성하는 16개의 영구 자석(14)을 가지고 있다. 각 영구 자석(14)은, 그 단면 형상이 편평한 대략 직사각형상이며, 그 짧은 축방향(대략 로터 직경 방향)으로 자화(磁化)되어 있다. 영구 자석(14) 중, S자극을 구성하는 영구 자석(14)은, S극이, 직경 방향 외측이 되도록 배치되고, N자극을 구성하는 영구 자석(14)은, N극이, 직경 방향 외측이 되도록 배치되어 있다.

V자 형상 배치의 영구 자석(14)을 받아들이기 위하여, 자석 구멍(22)도, V자 형상 배치로 되어 있다. 즉, 로터 코어(12)에는, 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치되는 한 쌍의 자석 구멍(22)이, 복수 쌍(도시예에서는 8쌍), 둘레 방향으로 균등 배치되어 있다. 이 자석 구멍(22)은, 영구 자석(14)보다도 긴 축 치수가 큰 대략 직사각형상으로 되어 있다. 따라서, 영구 자석(14)을 자석 구멍(22)에 삽입하였을 때, 당해 영구 자석(14)의 긴 축방향 양측에는, 공극이 형성된다. 이 공극은, 일반적으로, 플럭스 배리어라고 불리며, 자기적 저항부로서 기능함으로써 로터 코어의 자기적 특성을 조정한다.

또한, 동일 자극에 속하는 두개의 자석 구멍(22)은, 둘레 방향에 근접하고 있으며, 양 자석 구멍(22)의 사이에는, 미소 간극부인 브리지부(24)가 형성된다. 이 브리지부(24)는, 로터 코어(12) 중에서도 국소적으로 강성이 저하된 저강성부라고 할 수 있다. 이러한 브리지부(24)(저강성부)에서는, 응력이 집중되기 쉬워, 열화나 파손이 생기기 쉽다. 그래서, 브리지부(24)에의 응력 집중을 완화하기 위하여, 와셔(18)를 특수형상으로 하고 있지만, 이에 대해서는, 후술한다.

또한, 본 예에서는, 브리지부(24)를, 로터 코어(12)의 일부로 하고 있지만, 당해 브리지부(24)는, 로터 코어(12)를 구성하는 적층 강판과는, 별도의 부재로 구성되어도 된다. 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 1개로 연결된 대략 V자의 관통 구멍(23)을 형성함과 함께, 당해 V자의 골 부분에, 도 4에 있어서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같은 브리지 부재(25)를 삽입하도록 하여도 된다. 이 경우, 브리지 부재(25)의 재질은, 특별히 한정되지 않지만, 비(非)자성체인 것이 바람직하다.

로터 코어(12)의 축구멍에는, 회전축(16)이 삽통되어, 고착되어 있다. 회전축(16)은, 도면에 나타나 있지 않은 베어링을 개재하여 회동 가능하게 축 지지되어 있으며, 로터 코어(12)와 일체적으로 회전한다. 이 회전축(16)의 도중에는, 직경 방향 외측으로 돌출한 플랜지(26)가 형성되어 있다. 회전축(16)에 삽입된 로터 코어(12)는, 이 플랜지(26)에 눌러 끼워져 있다.

또한, 회전축(16) 중, 로터 코어(12)를 사이에 두고, 플랜지(26)의 반대측 부근의 외주면에는, 수나사가 형성되어 있다. 도 1에 있어서의 굵은 선은, 수나사의 형성 개소를 나타내고 있다. 이 수나사에는, 후술하는 바와 같이, 너트(20)가 나사 결합된다. 또한, 도면에서는, 회전축(16)을, 중공의 원통 형상으로 하여 도시하고 있지만, 회전축(16)은, 로터 코어(12)와 동심(同心)에 배치되며, 단면 원형상의 외주면을 가지는 것이라면, 그 구성은, 특별히 한정되지 않다. 따라서, 회전축(16)은, 중실(中實)의 둥근 봉형상이어도 되고, 내부에 냉매 유로가 형성되어도 된다.

와셔(18) 및 너트(20)는, 플랜지(26)와 협동하여, 로터 코어(12)의 축방향의 움직임을 규제함과 함께, 로터 코어(12)에 축방향의 압축력을 부여한다. 와셔(18)는, 플랜지(26)와 반대측의 단부로부터, 회전축(16)에 삽입되어, 로터 코어(12)의 축방향 단면에 맞닿는다. 너트(20)는, 마찬가지로, 플랜지(26)의 반대측의 단부로부터 회전축(16)에 삽입되어, 회전축(16)에 형성된 수나사에 나사 결합된다. 그리고, 이 너트(20)로 조임으로써, 로터 코어(12)가, 와셔(18)와 플랜지(26)로 협지되어, 축방향의 움직임이 규제됨과 함께, 축방향의 압축력(축력)을 받는다.

여기에서, 본 명세서에서 개시하는 로터(10)에서는, 이 로터 코어(12)에 부여하는 축력을 충분하게 확보하면서도, 로터 코어(12)의 국소적인 열화 등을 방지하기 위하여, 와셔(18)를 특수한 형상으로 하고 있다. 이에 대하여, 종래 기술과 비교하여 설명한다. 도 9는, 종래의 로터(10)의 일례를 나타내는 도이다.

로터 코어(12)에 부여되는 축력이 저하되면, 당연하지만, 로터 코어(12)의 고정력의 저하를 초래한다. 또한, 축력이 저하되면, 로터 코어(12)를 구성하는 전자 강판간의 간극이 커져, 당해 간극으로부터의 냉매액의 누출 등도 초래된다. 그 때문에 로터 코어(12)에는, 충분한 축력이 부여되는 것이 요망된다.

로터 코어(12)에 부여하는 축력을 향상하기 위해서는, 당연하지만, 너트(20)의 조임력을 증가시키면 된다. 그러나, 종래의 구성에서는, 와셔(18)를 너트(20)와 대략 동일한 직경의 원고리 형상으로 하고 있어, 와셔(18)는, 로터 코어(12)의 직경 방향 내측 1/3정도의 면적에서밖에 접촉하고 있지 않았다. 그 때문에 너트(20)의 조임력을 증가시켰을 경우, 당해 직경 방향 내측 1/3정도의 면적부분에만, 큰 조임력(축력)이 걸리는 것이 되어, 로터 코어(12) 전체에 충분한 축력을 부여하는 것은 어려웠다.

여기서, 당연하지만, 와셔(18)의 면적을 증대시키는 것도 생각된다. 다만, 자기 단락 방지나, 영구 자석(14)의 방열 등의 관점에서, 와셔(18)는, 영구 자석(14)을 덮지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 예를 들면 원고리 형상의 와셔(18)의 외경을, 도 9에 있어서 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 자석 구멍(22)의 내주단 근방까지 확대시키는 것도 생각된다. 이러한 구성으로 하면, 너트(20)의 조임력을, 넓은 면적으로 분산하여 전달할 수 있기 때문에, 로터 코어(12) 전체에, 충분한 축력을 부여하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 원고리 형상의 와셔(18)의 외경을 단순하게 확대하였을 경우, 국소적으로 강성이 저하한 브리지부(24)의 근방에, 힘이 부가되게 된다. 이 경우, 조임력의 부여에 의해 로터 코어(12) 내에 생기는 응력이, 이 강성이 저하된 브리지부(24)에 집중되기 쉬워진다. 그 결과, 브리지부(24)의 열화나, 파손이라고 하는 별도의 문제를 초래한다.

여기서, 본 명세서에서 개시하는 로터(10)에서는, 와셔(18)를 특수한 형상으로 하고 있다. 즉, 본 예의 와셔(18)의 외주 형상은, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 자석 구멍(22)보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께, 회전 중심(O)으로부터 외주단까지의 거리가, 둘레 방향으로, 주기적으로 변동하는 요철 형상으로 되어 있다. 또한, 와셔(18)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 당해 와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리(D1)가, 당해 와셔(18)의 외주단으로부터 자석 구멍(22)까지의 거리(D2) 이상이 되는 것 같은 형상으로 되어 있다. 또한, 여기에서, 거리(D1), 거리(D2)는, 모두, 최단 거리를 의미한다. 예를 들면 「와셔(18)의 외주단으로부터 자석 구멍(22)까지의 거리(D2)」는, 와셔(18)의 외주단과 자석 구멍(22)의 사이의 간극의 폭이 가장 작게 된 개소에 있어서의 당해 간극의 폭을 의미한다. 마찬가지로, 「와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리(D1)」는, 와셔(18)의 외주단과, 브리지부(24)의 사이의 간극의 폭이 가장 작게 된 개소에 있어서의 당해 간극의 폭을 의미한다.

와셔(18)의 형상에 대하여, 보다 구체적으로 설명하면, 와셔(18)의 외주 형상은, 대략 꽃 형상, 혹은, 모서리부가 둥글게 된 대략 기어와 같은 형상으로 되어 있다. 상기 대략 꽃 형상 및 대략 기어와 같은 형상은 직경 방향 외측으로 볼록한 원호 형상인 볼록부(18a)와, 직경 방향 내측으로 오목한 원호 형상인 오목부(18b)가, 둘레 방향으로 번갈아 늘어서는 것 같은 것을 포함하고 있다. 이 와셔(18)의 외주 형상의 요철의 변동 주기는, 자극(15)의 배설(配設) 피치, 또는, 저강성부인 브리지부(24)의 배설 피치와 같다. 본 예에서는, 자극(15) 및 브리지부(24)는, 8개 있으며, 그 배설 피치는, 360/8=45도이기 때문에, 와셔(18)의 외주 형상의 요철은, 45도의 주기로 변동되어 있다.

또한, 와셔(18)는, 회전 중심으로부터 와셔(18)의 외주단까지의 거리가 최소가 되는 오목부(18b)의 중심점(이하 「오목점(19)」이라고 한다)이, 브리지부(24)와 동일 위상이 되도록, 배치되어 있다. 환언하면, 와셔(18)는, 오목점(19)과, 브리지부(24)가, 직경 방향으로 일직선에 늘어서도록 배치되어 있다.

따라서, 와셔(18)의 외주 형상은, 대략 V자 형상으로 배치된 자석 구멍(22)의 내주단을 직경 방향 내측에 오프셋한 선을 연결시킨 형상에 유사하고 있다. 다만, 와셔(18)는, V자에 상당하는 개소의 개방 각도(α1)가, 자석 구멍(22)의 당해 개소에 있어서의 개방 각도(α2)보다도 작으며, 자석 구멍(22)보다도 직경 방향 내측으로 깊은 V자를 형성하고 있다. 그 결과, 와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리(D1)가, 와셔(18)의 외주단으로부터 자석 구멍(22)까지의 거리(D2) 이상이 된다.

이와 같이, 와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리가 커짐으로써, 국소적으로 강성이 저하되어 있는 브리지부(24) 근방에 힘이 부여되기 어려워져, 브리지부(24)에의 응력의 집중을 완화할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 브리지부(24)의 열화나 손상을 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 와셔(18) 중, 브리지부(24)와 위상이 어긋난 개소에 대해서는, 종래의 로터(10)보다도 직경 방향 외측으로 연장되어 있기 때문에, 로터 코어(12)의 광범위에 축력을 부여할 수 있다. 결과적으로, 본 예의 와셔(18)에 의하면, 로터 코어(12)에 부여하는 축력을 충분하게 확보하면서도, 로터 코어(12)의 국소적인 열화 등을 방지할 수 있다.

또한, 브리지부(24)에의 응력 집중을 완화하기 위해서는, 와셔(18)의 오목점(19)과 브리지부(24)의 위상을 맞출 필요가 있다. 그 때문에 본 명세서에서 개시하는 로터(10)에서는, 와셔(18)와 로터 코어(12)의 위상을 맞추기 위하여, 와셔(18)와 회전축(16)이 키 계합(係合)되어 있다. 즉, 와셔(18)의 내주면에, 직경 방향 내측으로 돌출하는 키 돌기(30)를 마련함과 함께, 회전축(16)의 외주면에, 당해 키 돌기(30)를 받아들이는 키 홈(32)을 마련하고 있다. 그리고, 키 돌기(30)를, 키 홈(32)에 끼우도록 와셔(18)를 회전축(16)에 장착함으로써 와셔(18)의 로터 코어(12)에 대한 위상이 양호하게 규제된다.

또한, 본 예에서는, 와셔(18)에 키 돌기(30)를, 회전축(16)에 키 홈(32)을 마련하고 있지만, 이들의 조합은 반대여도 된다. 즉, 회전축(16)에 키 돌기를, 와셔(18)에 키 홈을 마련해도 된다. 또한, 키 홈(32), 키 돌기(30)의 개수는, 적절히, 변경되어도 된다.

다음으로, 로터(10)의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 5는, 다른 로터(10)의 일례를 나타내는 도이다. 또한, 도 6은, 도 5의 B부 확대도이다. 이 로터(10)는, 하나의 자극(15)이, 역삼각형 형상으로 배치된 세개의 영구 자석(14a,14b)(이하, 두 종류의 영구 자석(14a,14b)을 구별하지 않을 때는, 첨자를 생략한다. 후술의 자석 구멍에 관해서도 동일하다)으로 구성되어 있다. 즉, 하나의 자극(15)은, 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 영구 자석(14a)과, 당해 한 쌍의 영구 자석(14a)의 외주단의 사이에 배치되는 하나의 영구 자석(14b)으로 구성된다.

로터 코어(12)에는, 이 영구 자석(14)을 받아들이기 위한 자석 구멍(22)이 형성되어 있다. 한 쌍의 자석 구멍(22a)은, 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치되어 있다. 다만, 이 두개의 자석 구멍(22a)은, 둘레 방향에 근접하고 있지 않고, 두개의 자석 구멍(22a) 각각의 내주측 단부의 사이에는, 중간 구멍(28)이 형성되어 있다. 중간 구멍(28)은, 로터 코어(12)를 축방향으로 관통하는 관통 구멍이다. 이 중간 구멍(28)은, 자기 저항부로서 기능하고 있으며, 당해 중간 구멍(28)을 마련함으로써, 자속의 흐름이 조절된다. 여기에서, 도 6으로부터 명확한 바와 같이, 중간 구멍(28)과 자석 구멍(22a)의 사이에는, 국소적으로 강성이 저하된 미소 간극부인 브리지부(24)가 형성되어 있다.

또한, 두개의 자석 구멍(22a) 각각의 외주단의 사이에는, 둘레 방향으로 연장되는 자석 구멍(22b)이 형성되어 있다. 이 자석 구멍(22b)의 둘레 방향 양측에는, 한 쌍의 공극 구멍(29)이 형성되어 있다. 공극 구멍(29)은, 중간 구멍(28)과 마찬가지로, 로터 코어(12)를 축방향으로 관통하는 관통 구멍이며, 자기 저항부로서 기능하는 관통 구멍이다. 이 공극 구멍(29)도, 자속의 흐름을 조절하기 위하여 마련되어 있다.

도 5, 도 6에 나타내는 예에 있어서도, 로터 코어(12)의 축방향 단면에는, 와셔(18)가 배치되며, 당해 와셔(18)는, 너트(20)(도 5, 도 6에서는 도시 생략)의 조임력에 의해, 로터 코어(12)에 눌러 끼워져 있다. 이 와셔(18)는, 도 2에 나타낸 예와 마찬가지로, 자석 구멍(22)보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께, 회전 중심(O)으로부터 외주단까지의 거리가, 둘레 방향으로, 주기적으로 변동하는 요철 형상으로 되어 있다. 또한, 와셔(18)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 당해 와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리(D1)가, 당해 와셔(18)의 외주단으로부터 자석 구멍(22)까지의 거리(D2) 이상이 되는 것 같은 형상으로 되어 있다.

구체적으로 설명하면, 와셔(18)의 외주 형상은, 대략 꽃 형상, 혹은, 모서리부가 둥글게 된 대략 기어와 같은 형상으로 되어 있다. 상기 대략 꽃 형상 및 대략 기어와 같은 형상은 각각 직경 방향 외측으로 볼록한 원호 형상인 볼록부(18a)와, 직경 방향 내측으로 오목한 원호 형상인 오목부(18b)가, 둘레 방향으로 번갈아 늘어서는 것 같은 것을 포함하고 있다. 이 와셔(18)의 외주 형상의 요철의 변동 주기는, 자극(15)의 배설 피치와 같다.

또한, 와셔(18)는, 회전 중심으로부터 와셔(18)의 외주단까지의 거리가 최소가 되는 오목점(19)이, 중간 구멍(28)의 둘레 방향 중심과 동일 위상이 되도록, 배치되어 있다. 환언하면, 와셔(18)는, 오목점(19)과, 중간 구멍(28)의 둘레 방향 중심이, 직경 방향으로 일직선에 늘어서도록 배치되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 브리지부(24)에의 응력의 집중을 완화할 수 있는 한편, 로터 코어(12)의 광범위에 축력을 부여할 수 있다.

또한, 도 5, 도 6의 예에서는, 오목부(18b)를, 직경 방향 내측으로 오목한 대략 원호 형상으로 하고 있지만, 당해 오목부(18b)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 대략 둘레 방향으로 연장되는 직선 형상으로 하여도 된다. 이러한 구성으로 하면, 도 5, 도 6의 경우에 비하여, 와셔(18)의 외주단으로부터 브리지부(24)까지의 거리(D1)를 크게 할 수 있으며, 나아가서는, 브리지부(24)에의 응력 집중을 보다 완화할 수 있다.

다음으로, 로터(10)의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 8은, 다른 로터(10)의 일례를 나타내는 도이다. 이 로터(10)는, 하나의 자극(15)이, 대략 둘레 방향으로 긴, 하나의 영구 자석(14)으로 구성되어 있다. 도 8의 예에서는, 로터(10)는, 16개의 자극(15), 16개의 영구 자석(14)을 가지고 있다.

로터 코어(12)에는, 이 영구 자석(14)을 받아들이기 위한 자석 구멍(22)이 형성되어 있다. 자석 구멍(22)은, 대략 둘레 방향으로 길면서 또한, 편평한 대략 직사각형상이며, 그 긴 축 치수는, 영구 자석(14)의 긴 축 치수보다도 크게 되어 있다. 그리고, 둘레 방향으로 인접하는 두개의 자석 구멍(22)의 사이에는, 폭이 좁은 간극부(36)가 형성되어 있다. 이 간극부(36)는, 상술한 브리지부(24)와 마찬가지로, 국소적으로 강성이 저하된 저강성부라고 할 수 있다.

이러한 로터 코어(12)에 밀착하는 와셔(18)는, 도 2에 나타내는 와셔(18)와 마찬가지로, 자석 구멍(22)보다 직경 방향 내측에 위치함과 함께, 회전 중심(O)으로부터 외주단까지의 거리가, 둘레 방향으로, 주기적으로 변동하는 요철 형상으로 되어 있다. 또한, 와셔(18)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 그 외주단으로부터 간극부(36)까지의 거리(D1)가, 그 외주단으로부터 자석 구멍(22)까지의 거리(D2) 이상이 되는 것 같은 형상으로 되어 있다.

구체적으로 설명하면 와셔(18)의 외주 형상은, 대략 꽃 형상, 혹은, 모서리부가 둥글게 된 별 형상과 같은 형상으로 되어 있다. 상기 대략 꽃 형상과 별 형상과 같은 형상은 각각 직경 방향 외측으로 볼록한 원호 형상인 볼록부(18a)와, 직경 방향 내측으로 오목한 원호 형상인 오목부(18b)가, 둘레 방향으로 번갈아 늘어서는 것 같은 것을 포함하고 있다. 이 와셔(18)의 외주 형상의 요철의 변동 주기는, 자극(15)의 배설 피치와 같다.

또한, 와셔(18)는, 회전 중심(O)로부터 와셔(18)의 외주단까지의 거리가 최소가 되는 오목부(18b)의 둘레 방향 중심점(이하 「오목점(19)」이라고 한다)이, 간극부(36)와 동일 위상이 되도록, 배치되어 있다. 환언하면, 와셔(18)는, 오목점(19)과, 간극부(36)가, 직경 방향으로 일직선에 늘어서도록 배치되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 간극부(36)에의 응력의 집중을 완화할 수 있는 한편, 로터 코어(12)의 광범위에 축력을 부여할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 명세서에서 개시하는 로터(10)에 의하면, 충분한 축력을 확보하면서, 저강성부에 걸리는 응력을 경감할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시한 구성은, 일례이며, 와셔의 외주단으로부터 저강성부까지의 거리가, 와셔의 외주단으로부터 자석 구멍까지의 거리 이상이면, 그 외의 구성은, 적절히, 변경되어도 된다. 예를 들면 상술의 설명에서는, 와셔(18)는, 모두, 모서리부가 둥글게 된 대략 기어 형상으로 되어 있지만, 모서리부가 뾰족한 대략 기어 형상으로 하여도 된다. 다만, 응력의 일극집중을 피하기 위해서는, 와셔(18)의 외주 형상은, 최대한, 뾰족한 각의 없는 형상인 것이 바람직하다.

Claims

중심에 축구멍을 가지는 대략 고리 형상이며, 둘레 방향에 늘어서서 배치되는, 복수의 자석 구멍(22)을 가지는 로터 코어(12)-상기 로터 코어(12)는 상기 로터 코어(12) 중에서도 국소적으로 강성이 낮은 저강성부(24;36)를 적어도 1개 포함함-;
상기 자석 구멍(22) 내에 각각 배치되는, 복수의 자석(14);
상기 로터 코어(12)의 축구멍에 고착된 회전축(16);
상기 로터 코어(12)의 축방향의 적어도 일방의 단면에 밀착하는 와셔(18); 및
상기 와셔(18)가 상기 로터 코어(12)에 가압되도록 상기 회전축(16)에 나사 결합되는 너트(20)를 포함하고,
상기 와셔(18)의 외주단이 상기 자석 구멍(22)보다 직경 방향 내측에 배치되며, 상기 와셔(18)는, 회전 중심으로부터 상기 외주단까지의 거리가, 주기적으로 변동하는 요철 형상인 외주 형상을 가지고, 상기 와셔(18)의 외주단으로부터 상기 저강성부(24;36)까지의 거리는, 상기 와셔(18)의 외주단으로부터 상기 자석 구멍(22)까지의 거리보다도 큰 회전 전기기기의 로터(10).
제 1 항에 있어서,
상기 로터 코어(12)는, 둘레 방향으로, 한 쌍의 자석 구멍(22a)을 복수 쌍 포함하며, 각 한 쌍의 자석 구멍(22a)은 직경 방향 외측을 향하여 넓어지는 V자 형상으로 배치되고,
미소 간극인 브리지(24)는 상기 각 한 쌍의 자석 구멍(22a)의 사이에 배치되며,
상기 저강성부는, 상기 브리지(24)인 회전 전기기기의 로터(10).
제 1 항에 있어서,
상기 로터 코어(12)는, 상기 둘레 방향으로 긴 상기 자석 구멍(22)을 포함하며, 상기 저강성부(24;36)는, 상기 둘레 방향으로 인접하는 상기 자석 구멍(22)의 사이의 간극(36)인 회전 전기기기의 로터(10).
제 2 항 또는 3 항에 있어서,
상기 와셔(18)는, 상기 저강성부(24;36)와 동일 위상에 있어서, 상기 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 최소가 되도록 배치되어 있는 회전 전기기기의 로터(10).
제 1 항에 있어서,
상기 로터 코어(12)는, 둘레 방향으로 인접함과 함께 직경 방향 외측을 향하여 확대되는 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 자석 구멍(22a)과, 상기 한 쌍의 자석 구멍(22a)의 사이에 배치된 중간 구멍(28)을 포함하는 관통 구멍의 세트를, 둘레 방향으로 복수 세트를 가지며,
상기 저강성부는, 상기 자석 구멍(22a)과 상기 중간 구멍(28)의 사이의 미소 간극인 브리지(24)인 회전 전기기기의 로터(10).
제 5 항에 있어서,
상기 와셔(18)는, 상기 중간 구멍(28)과 동일 위상에 있어서, 상기 회전 중심으로부터 외주단까지의 거리가, 최소가 되도록 배치되어 있는 회전 전기기기의 로터(10).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와셔(18)의 외주 형상은, 모서리부가 둥글게 된 기어 형상인 회전 전기기기의 로터(10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와셔(18)의 내주면 및 상기 회전축(16)의 외주면의 일방에는, 타방을 향하여 돌출하는 키 돌기(30)를 포함하며, 상기 와셔(18)의 내주면 및 상기 회전축(16)의 외주면의 상기 타방에는, 상기 키 돌기(30)를 받아들이는 키 홈(32)을 가지는 회전 전기기기의 로터(10).