JP5584669B2

JP5584669B2 - 回転電機の回転子

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Publication number: JP5584669B2
Application number: JP2011226304A
Authority: JP
Inventors: 博久横田; 慎介茅野; 佳明橘田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: US20130093279A1; CN103051087B; US8723384B2; CN103051087A; JP2013090368A

Description

この発明は、回転電機の回転子に関するものである。

従来、永久磁石埋め込み型の回転子として、積層コアに埋設された磁石から端板への漏れ磁束の低減を図るため、磁性を有する部材に非磁性の部材を嵌合して、非磁性の部材で磁石の端部を保持する構成が提案されている。（例えば特許文献１及び２）

特開２０１０４６３０号公報特許第４６６７６４０号公報

特許文献１に記載の回転子においては、環状板（非磁性材料）を固定するために、端板（磁性材料）で環状板を積層コアに押圧している。環状板に樹脂やアルミニウムなどの柔らかい非磁性材料を用いると、端板の押圧によって環状板が変形するという課題があった。
また、特許文献２に記載の回転子においては、非磁性材料で構成する部材と磁性材料で構成する部材が周方向に交互に配置され、それぞれがカシメ固定されている。
このように非磁性部材と磁性部材が全周に渡って密着固定されている場合、非磁性部材と磁性部材では熱膨張係数が大きく異なるため、モータ運転時に鉄損等により回転子の温度が上昇すると、それぞれの部材の間に過大な締め代が発生する。
従って、第１部材に樹脂やアルミニウムなどの柔らかい非磁性材料を用いると、第１部材が変形するという課題があった。

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、熱膨張によって変形しない積層コア端部保持部材を備えた回転電機の回転子の提供を目的とする。

この発明に係る回転電機の回転子は、
回転軸であるシャフトと、
前記シャフトに圧入固定され、永久磁石が埋設された積層コアと、
前記シャフトに前記積層コアを保持するように圧入された磁性を有する第１部材と、
前記積層コア端部と前記第１部材の間に配設され、前記永久磁石の軸方向端部を保持する非磁性の第２部材とを有する回転電機の回転子において、
前記第１部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置され、軸方向かつ前記積層コア側に突出する複数の第３の凸部を有し、
前記第２部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置された複数の第２の穴を有し、
前記第３の凸部は、前記第２の穴を貫通して前記積層コアを押圧し、
前記第２部材と前記積層コアの間に存在する第２隙間を有するものである。

この発明に係る回転電機の回転子の前記第１部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置され、軸方向かつ前記積層コア側に突出する複数の第３の凸部を有し、
前記第２部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置された複数の第２の穴を有し、
前記第３の凸部は、前記第２の穴を貫通して前記積層コアを押圧し、
前記第２部材と前記積層コアの間に存在する第２隙間を有するものなので、積層コアの積層鋼板を十分に固定できる。また、第１部材と積層コアの間の隙間が、全周に渡って均一となり、回転子の回転バラスを良好に維持できる。
また、永久磁石から第２部材への漏れ磁束を低減でき、出力の低下や鉄損を緩和できる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の断面図である。本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の要部拡大断面図である。本発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の要部拡大断面図である。本発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子の断面図である。本発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子の要部拡大断面図である。本発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の分解斜視図である。本発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の断面模式図である。本発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の要部拡大断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明に係る回転電機の回転子を、図を用いて説明する。
図１は、回転電機の回転子１００の分解斜視図である。
図２は、回転子１００を軸方向に切断した断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２の丸印Ａ，Ｂの部分を拡大した図である。
図に示すように、回転子１００は、回転軸であるシャフト１に永久磁石２１を埋設した積層コア２を圧入固定し、シャフト１の両端から、非磁性部材である第２部材３と、磁性部材である第１部材４を装着して構成されている。

第２部材３は１枚の非磁性の板で成型された円盤状の部材であり、第１部材４側にフランジ状に突出する第１凸部３１を備えている。
また、第２部材３は、積層コア２の端部に開口する穴２２に、バーリング加工を施した円筒状の突起３３を圧入して固定されている。この第２部材３は、永久磁石２１の端部が積層コア２の端部からずれないように保持している。

第１部材４は、磁性体からなる円盤状の部材であり、シャフト１に圧入されている。
第１部材４の積層コア側の表面であって、シャフト１が圧入されている周囲に相当する部分は、環状にシャフト１の軸方向に突出していて第２凸部４１を形成している。
第１部材４がシャフト１に圧入されると、この第２凸部４１が積層コア２を押圧する。
第１部材４は、シャフト１に圧入され、シャフト１と広範囲に接触するので、シャフト１の材料と比べて熱膨張係数が同じか、或いは近い磁性部材を用いて製造する。
第１部材４とシャフト１の熱膨張係数が大きく異なると、第１部材４とシャフト１の間に過大な締め代が発生して第１部材４に変形を生じたり、反対に圧入部に緩みが生じたりするからである。
なお、第２部材３は非磁性部材なので、この場合、第１部材４とシャフト１との熱膨張係数の差は、第２部材３とシャフト１との熱膨張係数の差より小さくなる。

第２部材３に形成された第１凸部３１の先端は、第１部材４に当接していているが、第１部材４に固定はされていない。
また、第１凸部３１の先端以外の部分の第２部材３と第１部材４の間には、シャフト１の軸方向に対して垂直方向に第１隙間５が存在する。
したがって、第１部材４が熱膨張しても、第２部材３の第１凸部３１との当接部分がずれるだけで熱応力によって、第２部材３に変形が生じることはない。

また、第２部材３の第１凸部３１と積層コア２端部との間（第１凸部３１の裏側）には、第２隙間６が存在する。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子によれば、非磁性の第２部材３が、積層コア２の磁石収容部を覆っているので、永久磁石２１から第１部材４への漏れ磁束を低減でき、出力の低下や鉄損を緩和できる。

また、第２部材３の積層コア２側にはシャフト１の軸方向へ突出する第１凸部３１が周方向に配置されているので、永久磁石２１と第１部材４との間に所定の間隔が存在し、漏れ磁束をさらに低減できる。
また、第２部材３は、環状の第１凸部３１を設けることにより強度を確保できるので、板厚を薄く設計できる。
また、第１部材４とシャフト１に熱膨張係数の近い材料を使用することで、たとえ回転電機の運転により積層コア２内に鉄損が生じ、ロータ温度が上昇した場合でも、シャフト１と第１部材４との嵌合状態を適度に保持できる。
また、第１部材４と第２部材３が互いに固定されていないので、第１部材に樹脂やアルミニウムなどの柔らかい非磁性材料を用いた場合でも、第２部材が熱の影響により変形することがない。

なお、本実施の形態では、第２部材３を１枚の板材から成型した例を示したため、第１凸部３１の裏側は必然的に第２隙間６となったが、この部分が第２部材３と一体となって詰まっている構成であっても良い。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について、実施の形態１と異なる部分を中心に、図を用いて説明する。
図４(a)、（ｂ）は、回転電機の回転子の要部拡大断面図であり、実施の形態１の説明で使用した図３（ａ）、（ｂ）に対応する図である。
本実施の形態では、第２部材２０３に設けた第１凸部２３１は、第１部材４に接触しておらず、第１凸部２３１の先端と、第１部材４の盤面との間に、径方向外側の第１隙間５と径方向内側の第１隙間５に連通する隙間５１（特許請求の範囲に記載する第１隙間に含まれる）を、第２部材２０３の全周に渡って残している。
この隙間５１の間を空気が流動することにより、第２部材２０３の表面の空気が換気され、第２部材２０３を冷却することができる。

図４においては、第１凸部２３１の突出量を実施の形態１の第１凸部３１より小さく設定して隙間５１を確保しているが、第１部材４の第２凸部４１の突出量を大きくしても良い。

第１部材４と第２部材２０３との間の隙間５１を、回転子外周面と図示しない固定子の内周面の間のエアギャップ長未満にすると、積層コア２内部に製造工程で異物が残っていた状態で回転電機を運転した場合でも、エアギャップ間に詰まるような大きさの異物がエアギャップ部に侵入しないという利点がある。
また、第１部材４と第２部材２０３の隙間を、上述のエアギャップ長以上にすると、隙間５１にクリーナーなどを挿入し、異物の除去が可能となる。
隙間５１の大きさの設定は、回転電機の大きさや用途、要求される冷却効率に合わせて設定すれば良い。

この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子によれば、実施の形態１で述べた効果に加えて、冷却効率の良い、回転電機の回転子を提供できる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について、実施の形態１と異なる部分を中心に、図を用いて説明する。
図５は、本発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子３００の断面図である。
図６(a)、（ｂ）は、それぞれ図５の丸印Ｃ，Ｄの部分を拡大した図である。
図に示すように本実施の形態では、第２部材３を第１部材３０４に設けた穴４２に取り付けている点で実施の形態１と異なる。
第１部材３０４と第２部材３との間の隙間が第１隙間３０５であり、第２部材３と積層コア２との間の隙間が第２隙間３０６である。

穴４２を貫通させることで、第２隙間３０６に存在する空気を換気し、積層コア２及び第２部材３の温度を下げることができる。
第１部材３０４と第２部材３との固定は、実施の形態１と同様に、第１部材３０４の盤面に等間隔に開けた穴４２に、バーリング加工した突起３３を圧入して固定するだけで良く、第１部材３０４と第２部材３を全周に渡って嵌合する必要はない。
従って、第１部材の熱によって第２部材が受ける影響を低減できる。

この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子３００によれば、実施の形態１で述べた効果と同様の効果を奏する。
更に、第２部材３を取り付ける第１部材３０４の穴４２を貫通させることにより、更に冷却効率の良い、回転電機の回転子３００を提供できる。

なお、本実施の形態１と同様に第２部材３を１枚の板材から成型した例を示したため、第１凸部３１の裏側は必然的に第１隙間３０５となったが、この部分が第２部材と一体となって詰まっている構成であっても良い。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について、実施の形態１と異なる部分を中心に、図を用いて説明する。
図７は、回転電機の回転子４００の分解斜視図である。
図８は、回転子４００を軸方向に切断した断面模式図である。
図８に示すシャフト１の中心軸から上半分は、第１部材４０４の積層コア２側の盤面に設けた、第３凸部４４３部分を切断した断面図であり、中心軸から下半分は、第２部材４０３のバーリング加工を施した突起３３部分を切断した断面図である。
図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図８の丸印Ｅ，Ｆの部分を拡大した図である。

本実施の形態に係る回転子４００と実施の形態１の回転子１００との違いは、まず第１に、第１部材４０４の積層コア２側の盤面に、第３凸部４４３を備えていて、第２部材４０３には、第３凸部４４３が貫通する穴３４を備えていることである。
第３凸部４４３は、穴３４を貫通して積層コア２の端面を押圧する。
第２の違いは、実施の形態１では第２部材４０３にフランジ状に設けていた第１凸部３１が、実施の形態４では、分割した第１凸部４３１として、第２部材４０３の中心に対して同心円上に並ぶように、複数設けられていることである。
第３の違いは、第１部材に肉抜き４５１を設けて、回転子４００の回転バランスを取っているところである。

この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子４００によれば、第１部材４０４の中心部（内周面の縁）に設けた第２凸部４１の他に、更に外周側に設けた複数の第３凸部４４３が積層コア２を押圧するので、積層コア２の積層鋼板を十分に固定できる。
また、第１部材４０４と積層コア２の間の隙間４０５が、全周に渡って均一となり、回転子４００の回転バラスを良好に維持できる。

また、第１凸部４３１が分割されているので、その間の隙間４０５を通って第１部材４０４、第２部材４０３及び積層コア２に接する空気が攪拌、換気される。これにより、それぞれの部材の熱膨張を低減できる。
また、第１部材４０４は、積層コア２と概略同一の外径を有する磁性部材であるので、表面に肉抜き４５１を設けるスペースを十分に確保できる。これによって容易に回転子４００の回転バランスを調整することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００，３００，４００回転子、１シャフト、２積層コア、２１永久磁石、
２２穴、３，２０３，４０３第２部材、３１，２３１，４３１第１凸部、
３３突起、３４穴、４，３０４，４０４第１部材、４１第２凸部、４２穴、
４４３第３凸部、５，３０５，４０５第１隙間、５１隙間、
６，３０６，４０６第２隙間、４５１肉抜き。

Claims

回転軸であるシャフトと、
前記シャフトに圧入固定され、永久磁石が埋設された積層コアと、
前記シャフトに前記積層コアを保持するように圧入された磁性を有する第１部材と、
前記積層コア端部と前記第１部材の間に配設され、前記永久磁石の軸方向端部を保持する非磁性の第２部材とを有する回転電機の回転子において、
前記第１部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置され、軸方向かつ前記積層コア側に突出する複数の第３の凸部を有し、
前記第２部材は、前記シャフトの回転軸を中心として同心円上に配置された複数の第２の穴を有し、
前記第３の凸部は、前記第２の穴を貫通して前記積層コアを押圧し、
前記第２部材と前記積層コアの間に存在する第２隙間を有する回転電機の回転子。
前記第１部材と前記第２部材の間に存在する第１隙間を有する請求項１に記載の回転電機の回転子。
前記第１隙間及び前記第２隙間の内、少なくとも一方は、前記永久磁石の端部を前記シャフトの軸方向に延長した部分に存在する請求項２に記載の回転電機の回転子。
前記第２部材は、前記積層コアの端部又は前記第１部材に固定されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記第２部材は、１枚の板材から形成され、前記シャフトの軸方向に突出する第１の凸部を有し、前記第１の凸部の裏側に前記第１隙間及び前記第２隙間のいずれか一方を有する請求項４に記載の回転電機の回転子。
前記第１の凸部は、前記第２部材の中心に対してフランジ状に配置されている請求項５に記載の回転電機の回転子。
前記第１の凸部は、複数の凸部が前記第２部材の中心に対して同心円上に配置されている請求項５に記載の回転電機の回転子。
前記第１の凸部は前記第１部材に当接している請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記第１部材は、前記シャフトの軸方向かつ前記積層コア側に突出する第２の凸部を有し、
前記第２部材は、中心部に第１の穴を有し、
前記第２の凸部は、前記第１の穴を貫通して前記積層コアを押圧する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記第２の凸部は前記第１部材が前記シャフトに圧入されている部分の周囲に形成されている請求項９に記載の回転電機の回転子。
前記第１部材と前記シャフトの熱膨張係数の差が、前記第２部材と前記シャフトの熱膨張係数の差より小さい請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記第１部材の外径と、前記積層コアの外径が概略等しい請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
前記第１部材に、バランス調整加工を施した請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。