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JP7259653B2 - Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine - Google Patents
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JP7259653B2 - Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石式回転電機の回転子に関する。 The present invention relates to a rotor of a permanent magnet type rotating electric machine.

永久磁石式回転電機として、例えば、保持リングの圧入によって複数の永久磁石を回転子シャフトの表面に固定した表面磁石型(SPM: Surface Permanent Magnet)回転電機が知られている。 As a permanent magnet rotating electric machine, for example, a Surface Permanent Magnet (SPM) rotating electric machine in which a plurality of permanent magnets are fixed to the surface of a rotor shaft by press-fitting a retaining ring is known.

上記の保持リングとしては、例えば、リング形状に打ち抜いた鋼板を積層し、これらをかしめまたは溶着で一体化した構成が提案されている(特許文献1)。 As the above-described retaining ring, for example, a configuration in which steel plates punched into a ring shape are laminated and integrated by caulking or welding has been proposed (Patent Document 1).

特開2004-64887号公報JP-A-2004-64887

例えば、樹脂のような非磁性体の保持リングを上記の回転子に適用すると、回転子と固定子の間の磁気抵抗が大きくなり、回転電機のトルクが低下しやすくなる。
一方、積層した鋼板をかしめまたは溶着によって一体化した保持リングを上記の回転子に適用すると、組立の際の圧入時や回転電機の高速回転時において鋼板を固定する部位に応力が集中しやすく、保持リングの強度を確保することがなお困難である。
For example, if a retaining ring made of a nonmagnetic material such as resin is applied to the rotor, the magnetic resistance between the rotor and the stator increases, and the torque of the rotating electric machine tends to decrease.
On the other hand, if a retaining ring in which laminated steel plates are integrated by caulking or welding is applied to the above rotor, stress tends to concentrate on the portion where the steel plates are fixed during press-fitting during assembly or during high-speed rotation of the rotating electric machine. Ensuring the strength of the retaining ring is still difficult.

そこで、本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、回転電機のトルクの低下を抑制でき、保持リングの高い強度を得ることができる回転子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rotor capable of suppressing a decrease in the torque of a rotating electric machine and having a retaining ring with high strength.

本発明の一態様に係る回転電機の回転子は、回転子シャフトと、回転子シャフトの外周面に配置される複数の永久磁石と、永久磁石の外周側に嵌着され、回転子シャフトの外周面に永久磁石を固定する保持リングと、回転子シャフトの軸方向において永久磁石の配置領域に隣接して設けられ、永久磁石に臨む第1の端部から離れる方向に向けて縮径するテーパ面を有するリング案内部と、を備える。保持リングは、軸方向に沿って磁性体の金属板を面接合で積層して形成される。リング案内部は、回転子シャフトに一体に形成され、回転子は、軸方向において保持リングを受ける係止部と、軸方向において保持リングを隔てて係止部の反対側に固定され、係止部とともに保持リングを挟み込むストッパーと、をさらに備える。
A rotor of a rotary electric machine according to one aspect of the present invention includes a rotor shaft, a plurality of permanent magnets arranged on an outer peripheral surface of the rotor shaft, and a plurality of permanent magnets fitted to the outer peripheral side of the permanent magnets, which are arranged on the outer peripheral side of the rotor shaft. A retaining ring for fixing the permanent magnets to the surface, and a tapered surface provided adjacent to the arrangement area of the permanent magnets in the axial direction of the rotor shaft and tapered in diameter in a direction away from the first end facing the permanent magnets. a ring guide having a The retaining ring is formed by stacking magnetic metal plates by surface bonding along the axial direction. The ring guide part is formed integrally with the rotor shaft, and the rotor is fixed to a locking part that receives the retaining ring in the axial direction and on the opposite side of the locking part across the retaining ring in the axial direction. and a stopper that sandwiches the retaining ring with the portion.

上記の一態様の回転子において、リング案内部の第1の端部の外径は、保持リングの内径よりも大きくてもよい。また、リング案内部は、第1の端部と対向する第2の端部側から保持リングを拡径しつつ永久磁石側に案内してもよい。
上記の一態様の回転子において、保持リングは、接着または樹脂の含浸により金属板を積層して形成されてもよい。
In one aspect of the rotor described above, the outer diameter of the first end of the ring guide may be larger than the inner diameter of the retaining ring. Further, the ring guide portion may guide the retaining ring toward the permanent magnet while expanding the diameter of the retaining ring from the second end side facing the first end portion.
In one aspect of the rotor described above, the retaining ring may be formed by laminating metal plates by adhesion or impregnation with resin.

上記の一態様の回転子において、リング案内部は、軸方向において永久磁石の配置領域の両側にそれぞれ設けられていてもよい。
上記の一態様の回転子において、リング案内部は、回転子シャフトの外周面に固定されたリング部材で形成されてもよい。
In the rotor of one aspect described above, the ring guide portions may be provided on both sides of the permanent magnet arrangement region in the axial direction.
In one aspect of the rotor described above, the ring guide portion may be formed of a ring member fixed to the outer peripheral surface of the rotor shaft.

た、本発明の一態様に係る回転電機は、固定子と、上記の一態様に係る回転子とを備える。
A rotating electric machine according to an aspect of the present invention includes a stator and the rotor according to the aspect described above.

本発明の一態様によれば、回転電機のトルクの低下を抑制でき、保持リングの高い強度を得ることができる回転子を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a rotor capable of suppressing a decrease in torque of a rotating electric machine and obtaining high strength of a retaining ring.

(A)は第1実施形態の回転電機の構成例を示す図であり、(B)は図1(A)の回転子を示す図である。1A is a diagram showing a configuration example of a rotating electric machine according to a first embodiment, and FIG. 1B is a diagram showing a rotor of FIG. 1A; FIG. (A)は図1(B)のIIa-IIa線断面図であり、(B)は図1(B)のIIb-IIb線断面図であり、(C)は図1(B)のIIc-IIc線断面図である。(A) is a sectional view taken along the IIa-IIa line in FIG. 1(B), (B) is a sectional view taken along the IIb-IIb line in FIG. It is a sectional view taken along line IIc. 回転子シャフトへの保持リングの圧入工程を示す図である。It is a figure which shows the press-fit process of the retaining ring to a rotor shaft. (A)は保持リングの構成例を示す斜視図であり、(B)は図4(A)において破線で囲った部分の断面を示す図である。4A is a perspective view showing a configuration example of a retaining ring, and FIG. 4B is a cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line in FIG. (A)は保持リングを圧着する前の回転子シャフトを示す図であり、(B)は図5(A)において破線で囲った部分の拡大図である。(A) is a view showing the rotor shaft before the retaining ring is crimped, and (B) is an enlarged view of the portion surrounded by the dashed line in FIG. 5(A). 第2実施形態における回転子シャフトを示す図である。It is a figure which shows the rotor shaft in 2nd Embodiment. 第2実施形態の回転子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the rotor of 2nd Embodiment. 第3実施形態の回転子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the rotor of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In order to facilitate the understanding of the description in the embodiments, structures and elements other than the main part of the present invention will be described with simplification or omission. Moreover, in the drawings, the same reference numerals are given to the same elements. It should be noted that the shape, dimensions, etc. of each element shown in the drawings are schematically shown, and do not represent the actual shape, dimensions, etc.

<第1実施形態>
図1(A)は第1実施形態の回転電機の構成例を示す図であり、図1(B)は、図1(A)の回転子を示す図である。図2(A)は、図1(B)のIIa-IIa線断面図であり、図2(B)は、図1(B)のIIb-IIb線断面図であり、図2(C)は、図1(B)のIIc-IIc線断面図である。
<First embodiment>
FIG. 1A is a diagram showing a configuration example of a rotating electric machine according to the first embodiment, and FIG. 1B is a diagram showing the rotor of FIG. 1A. 2(A) is a cross-sectional view along the line IIa-IIa of FIG. 1(B), FIG. 2(B) is a cross-sectional view along the line IIb-IIb of FIG. 1(B), and FIG. 2 is a sectional view taken along the line IIc-IIc of FIG. 1(B); FIG.

第1実施形態の回転電機100は、回転子シャフト11の表面に複数の永久磁石13を固定した表面磁石型回転電機であり、回転子10と、固定子20を有する。なお、回転子10は、図示しない軸受により周方向に回転可能にそれぞれ軸支されている。 A rotary electric machine 100 of the first embodiment is a surface magnet type rotary electric machine in which a plurality of permanent magnets 13 are fixed to the surface of a rotor shaft 11 , and has a rotor 10 and a stator 20 . The rotors 10 are supported by bearings (not shown) so as to be rotatable in the circumferential direction.

固定子20は、エアギャップを隔てて回転子10の外周に配置される。固定子20は、ヨークに巻かれたコイル(不図示)を周方向に複数有している。回転電機100においては、各コイルの電流制御により固定子20の磁界を順番に切り替えることで、永久磁石13を備える回転子10が周方向に回転する。 The stator 20 is arranged on the outer circumference of the rotor 10 across an air gap. The stator 20 has a plurality of coils (not shown) wound around the yoke in the circumferential direction. In the rotating electric machine 100, the magnetic field of the stator 20 is sequentially switched by current control of each coil, so that the rotor 10 including the permanent magnets 13 rotates in the circumferential direction.

回転子10は、回転子シャフト11と、一対の端板12a,12bと、複数の永久磁石13と、複数の保持リング14とを有する。 The rotor 10 has a rotor shaft 11 , a pair of end plates 12 a and 12 b , multiple permanent magnets 13 and multiple retaining rings 14 .

回転子シャフト11は、軸方向と直交する径方向断面が円形状をなす柱状部材であり、中心軸C1の方向(以下、軸方向と称する)に沿って大径部11aと小径部11bを有する。回転子シャフト11の小径部11bは、回転子シャフト11の一方の端部側(図1中右側)に設けられ、大径部11aよりも小さな外径を有する。小径部11bは、大径部11aと同心状をなすように大径部11aの端部と接続されている。 The rotor shaft 11 is a columnar member having a circular cross section in a radial direction orthogonal to the axial direction, and has a large diameter portion 11a and a small diameter portion 11b along the direction of the central axis C1 (hereinafter referred to as the axial direction). . The small diameter portion 11b of the rotor shaft 11 is provided on one end side (the right side in FIG. 1) of the rotor shaft 11 and has an outer diameter smaller than that of the large diameter portion 11a. The small diameter portion 11b is connected to the end of the large diameter portion 11a so as to be concentric with the large diameter portion 11a.

小径部11bの外周には、回転子10の磁極を構成するための複数の永久磁石13が配置される。各々の永久磁石13は、いずれも形状が共通であって、小径部11bの外径に対応する円弧状の内周面を有し、回転子10の軸方向に対応する寸法と径方向の厚みがそれぞれ一定である帯状片である。永久磁石13は、回転子シャフト11の周方向および軸方向に沿って隣接して配置される。また、永久磁石13は、周方向に隣接する永久磁石13の磁極が互い違いとなり、かつ永久磁石13同士の外周面が面一となる状態で回転子シャフト11に取り付けられる。 A plurality of permanent magnets 13 for constituting the magnetic poles of the rotor 10 are arranged on the outer periphery of the small diameter portion 11b. Each permanent magnet 13 has a common shape, has an arc-shaped inner peripheral surface corresponding to the outer diameter of the small diameter portion 11b, and has a dimension corresponding to the axial direction of the rotor 10 and a thickness in the radial direction. are strips in which are constant respectively. The permanent magnets 13 are arranged adjacent to each other along the circumferential and axial directions of the rotor shaft 11 . The permanent magnets 13 are attached to the rotor shaft 11 such that the magnetic poles of the permanent magnets 13 adjacent in the circumferential direction are alternated and the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 13 are flush with each other.

また、回転子シャフト11の小径部11bの外周には、一対の端板12a、12bが固定される。端板12a、12bは、リング案内部の一例であって、外周面にテーパ面12cを有する環状の部材である。端板12a、12bのテーパ面12cは、軸方向において第1の端側から第2の端部側に向けて径方向の厚みが漸減し、第1の端部から離れる方向に向けて縮径する。図2(C)に示す端板12bの第2の端部側の厚みd2は、図2(B)に示す端板12bの第1の端部側の厚みd1よりも薄くなっている(すなわち、d2<d1)。 A pair of end plates 12 a and 12 b are fixed to the outer circumference of the small diameter portion 11 b of the rotor shaft 11 . The end plates 12a and 12b are an example of a ring guide portion, and are annular members having a tapered surface 12c on the outer peripheral surface. The tapered surfaces 12c of the end plates 12a and 12b gradually decrease in radial thickness from the first end toward the second end in the axial direction, and decrease in diameter away from the first end. do. The thickness d2 on the second end side of the end plate 12b shown in FIG. 2C is thinner than the thickness d1 on the first end side of the end plate 12b shown in FIG. , d2<d1).

端板12a、12bは、軸方向において永久磁石13の配置領域を両側から挟みこむように回転子シャフト11に配置されている。端板12a、12bは、永久磁石13の配置領域の両側で固定されることで、永久磁石13の軸方向への移動を規制する機能を担う。 The end plates 12a and 12b are arranged on the rotor shaft 11 so as to sandwich the arrangement area of the permanent magnets 13 from both sides in the axial direction. The end plates 12a and 12b are fixed on both sides of the area where the permanent magnets 13 are arranged, thereby functioning to restrict the movement of the permanent magnets 13 in the axial direction.

図1中左側に示す第1の端板12aは、先細の第2の端部側が回転子シャフト11の大径部11aに臨み、第1の端部側が永久磁石13に臨むように回転子シャフト11に取り付けられる。また、図1中右側に示す第2の端板12bは、先細の第2の端部側が回転子シャフト11の一方の端部(図中右側の端部)に臨み、第1の端部側が永久磁石13に臨むように回転子シャフト11に取り付けられる。 The first end plate 12a shown on the left side in FIG. 11 is attached. The second end plate 12b shown on the right side in FIG. 1 faces one end of the rotor shaft 11 (right end in the drawing) on the tapered second end side, and the first end side It is attached to the rotor shaft 11 so as to face the permanent magnets 13 .

端板12a、12bは、永久磁石13に臨む第1の端部に向けて径方向に拡がる向きで回転子シャフト11に配置されている。そのため、後述のように回転子シャフト11の外周に保持リング14を圧入するときに、端板12a、12bのテーパ面12cは、保持リング14の内周面と面接触して保持リング14を徐々に拡径しつつ案内する機能を担う。 The end plates 12 a , 12 b are arranged on the rotor shaft 11 so as to radially expand toward the first end facing the permanent magnets 13 . Therefore, when the retaining ring 14 is press-fitted onto the outer periphery of the rotor shaft 11 as will be described later, the tapered surfaces 12c of the end plates 12a and 12b come into surface contact with the inner peripheral surface of the retaining ring 14 to gradually disengage the retaining ring 14. It has the function of guiding while expanding the diameter.

ここで、端板12a、12bのテーパ面12cの角度は、圧入時の保持リング14に対して瞬間的な応力集中を生じさせない程度の角度に設定することが好ましい。特に限定するものではないが、テーパ面12cの角度は、例えば、軸方向(図3に示す保持リング14の圧入方向X)に対して0.5度~1.5度の範囲としてもよい。 Here, the angle of the tapered surfaces 12c of the end plates 12a and 12b is preferably set to an angle that does not cause momentary stress concentration on the retaining ring 14 during press fitting. Although not particularly limited, the angle of the tapered surface 12c may be, for example, in the range of 0.5 to 1.5 degrees with respect to the axial direction (the press-fitting direction X of the retaining ring 14 shown in FIG. 3).

また、端板12a、12bは、例えば、回転子シャフト11の小径部11bに焼嵌めで固定される。端板12a、12bの材料としては、非磁性体であって焼嵌めが可能な材料、例えば、アルミニウム、ステンレス等を用いることができる。 Also, the end plates 12a and 12b are fixed to the small diameter portion 11b of the rotor shaft 11 by shrink fitting, for example. As a material for the end plates 12a and 12b, a non-magnetic material that can be shrink-fitted, such as aluminum or stainless steel, can be used.

回転子シャフト11において、端板12a、12bおよび永久磁石13の配置領域の外周には、軸方向に沿って複数の保持リング14が嵌着される。保持リング14は、永久磁石13を外周側から締め付けて、回転子シャフト11の外周面に永久磁石13を強固に固定する機能を担う。 In the rotor shaft 11, a plurality of retaining rings 14 are fitted along the axial direction on the outer periphery of the area where the end plates 12a, 12b and the permanent magnets 13 are arranged. The retaining ring 14 has the function of tightening the permanent magnet 13 from the outer peripheral side and firmly fixing the permanent magnet 13 to the outer peripheral surface of the rotor shaft 11 .

図4(A)は、保持リングの構成例を示す斜視図であり、図4(B)は、図4(A)において破線で囲った部分の断面を示す図である。
保持リング14は、磁性体の金属板14aを積層して形成された円筒状の部材である。保持リング14は、例えば、電磁鋼板又は高張力鋼板を積層して形成される。保持リング14の内径は、回転子シャフト11の外周面に配置される複数の永久磁石13の外径に対して所定の締め代を有し、永久磁石13と保持リング14がしまりばめとなる寸法に設定されている。そのため、端板12a、12bの第1の端部の外径と永久磁石13の外径は、保持リング14の内径よりも大きい。
FIG. 4A is a perspective view showing a configuration example of a retaining ring, and FIG. 4B is a cross-sectional view of a portion surrounded by a dashed line in FIG. 4A.
The retaining ring 14 is a cylindrical member formed by stacking magnetic metal plates 14a. The retaining ring 14 is formed, for example, by laminating electromagnetic steel sheets or high-strength steel sheets. The inner diameter of the retaining ring 14 has a predetermined interference with respect to the outer diameter of the plurality of permanent magnets 13 arranged on the outer peripheral surface of the rotor shaft 11, and the permanent magnets 13 and the retaining ring 14 are tightly fitted. dimensioned. Therefore, the outer diameter of the first ends of the end plates 12 a , 12 b and the outer diameter of the permanent magnet 13 are larger than the inner diameter of the retaining ring 14 .

保持リング14において積層される金属板14a同士は、接着や樹脂の含浸によって面接合されている。これにより、例えば、回転子シャフト11の外周に保持リング14を圧入するときや回転子10の高速回転時には、保持リング14の環状の接合面に均等に応力がかかる。そのため、上記の場合に保持リング14の周方向において接合部への局所的な応力集中が生じにくくなり、保持リング14の強度を向上させることができる。 The metal plates 14a laminated in the retaining ring 14 are surface-joined by adhesion or resin impregnation. As a result, for example, when the retaining ring 14 is press-fitted to the outer circumference of the rotor shaft 11 or when the rotor 10 rotates at high speed, stress is evenly applied to the annular joint surface of the retaining ring 14 . Therefore, in the above case, local stress concentration on the joint portion in the circumferential direction of the retaining ring 14 is less likely to occur, and the strength of the retaining ring 14 can be improved.

保持リング14の製造方法としては、以下の方法を採用することができる。例えば、打ち抜き加工またはレーザカット加工により金属板をリング形状に加工した後に、接着や樹脂の含浸によりリング形状の金属板を積層させて固定することで、保持リング14を製造してもよい。また、例えば、接着や樹脂の含浸により金属板を積層させて固定した後に、この金属板を積層したブロックにワイヤカット加工を施して保持リング14を製造してもよい。 As a method for manufacturing the retaining ring 14, the following method can be adopted. For example, the retaining ring 14 may be manufactured by processing a metal plate into a ring shape by punching or laser cutting, and then laminating and fixing the ring-shaped metal plates by adhesion or impregnation with resin. Alternatively, for example, the holding ring 14 may be manufactured by laminating and fixing the metal plates by adhesion or impregnation with resin, and then performing a wire cutting process on the block in which the metal plates are laminated.

なお、永久磁石13の外周および端板12a、12bの第1の端部側の外周には、外径寸法(高さ)が同一となるように研磨などの機械加工が施されることが好ましい。永久磁石13の外周および端板12a、12bの第1の端部側の外周を揃えると、保持リング14を圧入するときに、これらの部材の外径寸法差による保持リング14の内周面との部分的な接触は生じにくくなる。これにより、永久磁石13や端板12a、12bを固定している保持リング14の内周面での応力集中が一層抑制される。 It is preferable that the outer circumference of the permanent magnet 13 and the outer circumferences of the end plates 12a and 12b on the first end side are subjected to machining such as polishing so that the outer diameter dimension (height) is the same. . When the outer periphery of the permanent magnet 13 and the outer periphery of the end plates 12a and 12b on the first end side are aligned, when the retaining ring 14 is press-fitted, the inner peripheral surface of the retaining ring 14 and the inner peripheral surface of the retaining ring 14 due to the difference in the outer diameters of these members can be prevented. partial contact is less likely to occur. This further suppresses stress concentration on the inner peripheral surface of the retaining ring 14 that fixes the permanent magnet 13 and the end plates 12a and 12b.

次に、第1実施形態の回転子10の製造方法について説明する。
図5(A)は、保持リングを圧着する前の回転子シャフトを示す図であり、図5(B)は、図5(A)において破線で囲った部分の拡大図である。
Next, a method for manufacturing the rotor 10 of the first embodiment will be described.
FIG. 5(A) is a view showing the rotor shaft before the retaining ring is crimped, and FIG. 5(B) is an enlarged view of the portion surrounded by the dashed line in FIG. 5(A).

図5(A)に示すように、保持リング14を圧入する前の回転子シャフト11には、軸方向に複数個に分割された永久磁石13が小径部11bに貼り付けられている。また、永久磁石13の配置領域の両端には、回転子シャフト11に端板12a、12bが焼嵌めで固定されている。 As shown in FIG. 5A, before the retaining ring 14 is press-fitted on the rotor shaft 11, a plurality of axially divided permanent magnets 13 are attached to the small diameter portion 11b. End plates 12a and 12b are fixed to the rotor shaft 11 by shrink fitting at both ends of the area where the permanent magnets 13 are arranged.

端板12a、12bは、永久磁石13に臨む端部に向けて径方向に拡がる向きで回転子シャフト11に配置されている。また、図5中右側に示す第2の端板12bは、先細の第2の端部側が回転子シャフト11の一方の端部側に臨んでいる。 The end plates 12 a and 12 b are arranged on the rotor shaft 11 so as to radially expand toward the end facing the permanent magnet 13 . The second end plate 12 b shown on the right side in FIG. 5 faces one end side of the rotor shaft 11 at the tapered second end side.

保持リング14は、図3に示すように、回転子シャフト11の一方の端部側から他方の端部側に向かう圧入方向Xに沿って、1個ずつ圧入される。例えば、圧入の際には、保持リング14は第2の端板12bのテーパ面12cに沿って径が徐々に広がり、締め代分が膨らんだ状態で所定の位置まで圧入される。これにより、保持リング14は、永久磁石13(あるいは端板12a、12b)の外周に嵌合された状態となる。そして、複数の保持リング14を圧入することで、図1(B)に示すように、永久磁石13と端板12a、12bが回転子シャフト11に固定される。 As shown in FIG. 3, the retaining rings 14 are press-fitted one by one along the press-fitting direction X from one end side to the other end side of the rotor shaft 11 . For example, when press-fitting, the diameter of the retaining ring 14 gradually widens along the tapered surface 12c of the second end plate 12b, and the retaining ring 14 is press-fitted to a predetermined position with an interference bulging. As a result, the retaining ring 14 is fitted to the outer periphery of the permanent magnet 13 (or the end plates 12a and 12b). By press-fitting a plurality of retaining rings 14, the permanent magnet 13 and the end plates 12a and 12b are fixed to the rotor shaft 11 as shown in FIG. 1(B).

上記の例では、回転子シャフト11の一方向(一方の端部側)から保持リング14を圧入する場合を説明したが、保持リング14を回転子シャフト11の軸方向の両側からそれぞれ圧入してもよい。保持リング14を回転子シャフト11の他方の端部側から圧入する場合においても、保持リング14は第1の端板12aのテーパ面12cに沿って径が徐々に広がるので、一方の端部側から圧入する場合と同様の効果を得ることができる。 In the above example, the case where the retaining ring 14 is press-fitted from one direction (one end side) of the rotor shaft 11 has been described. good too. Even when the retaining ring 14 is press-fitted from the other end side of the rotor shaft 11, the diameter of the retaining ring 14 gradually widens along the tapered surface 12c of the first end plate 12a. It is possible to obtain the same effect as in the case of press-fitting from.

保持リング14を回転子シャフト11の軸方向の両側から圧入すると、保持リング14を一方のみから圧入する場合と比べて、保持リング14の圧入時の軸方向移動距離を短くでき、また保持リング14が圧入時に同じ箇所を通過する回数も減らすことができる。これにより、圧入時の保持リング14の移動によって、永久磁石13または保持リング14が削れることを抑制できる。 When the retaining ring 14 is press-fitted from both sides in the axial direction of the rotor shaft 11, compared with the case where the retaining ring 14 is press-fitted from only one side, the axial movement distance of the retaining ring 14 during press-fitting can be shortened. can also reduce the number of times it passes through the same location during press-fitting. As a result, it is possible to prevent the permanent magnet 13 or the retaining ring 14 from being scraped due to the movement of the retaining ring 14 during press fitting.

なお、圧入時の荷重を低減させるために、端板12a、12bと永久磁石13の外周面に潤滑剤を塗布して、摩擦力を下げた状態で保持リング14を圧入するようにしてもよい。 In order to reduce the load during press-fitting, a lubricant may be applied to the outer peripheral surfaces of the end plates 12a and 12b and the permanent magnet 13, and the retaining ring 14 may be press-fitted in a state in which the frictional force is reduced. .

以下、第1実施形態の回転子10の効果を説明する。
第1実施形態の回転子10は、回転子シャフト11の外周面に配置される複数の永久磁石13が保持リング14によって外周側から固定されている。保持リング14は、軸方向に沿って磁性体の金属板を積層して形成されている。そのため、保持リング14は樹脂製リングのような非磁性体と比べて磁気抵抗が小さく、モータトルクを出しやすいので、回転電機100のトルクの低下を抑制できる。
The effects of the rotor 10 of the first embodiment will be described below.
In the rotor 10 of the first embodiment, a plurality of permanent magnets 13 arranged on the outer peripheral surface of the rotor shaft 11 are fixed by a retaining ring 14 from the outer peripheral side. The retaining ring 14 is formed by stacking magnetic metal plates along the axial direction. Therefore, the holding ring 14 has a smaller magnetic resistance than a non-magnetic material such as a resin ring, so that the motor torque can be easily generated.

第1実施形態の回転子シャフト11には、軸方向において永久磁石13の配置領域に隣接して端板12a、12bが設けられている。端板12a、12bは、永久磁石13に臨む第1の端部から離れる方向に向けて縮径するテーパ面12cを有している。そのため、保持リング14を回転子シャフト11に圧入するときには、端板12a、12bのテーパ面12cに沿って、保持リング14の径が徐々に広がりながら永久磁石13側に案内されて圧入される。これにより、永久磁石13の外周側に保持リング14を容易に嵌着させることができる。 The rotor shaft 11 of the first embodiment is provided with end plates 12a and 12b adjacent to the arrangement area of the permanent magnets 13 in the axial direction. The end plates 12 a and 12 b have tapered surfaces 12 c that decrease in diameter in the direction away from the first end facing the permanent magnet 13 . Therefore, when the retaining ring 14 is press-fitted onto the rotor shaft 11, the retaining ring 14 is guided toward the permanent magnet 13 along the tapered surfaces 12c of the end plates 12a and 12b while its diameter gradually widens. Thereby, the retaining ring 14 can be easily fitted on the outer peripheral side of the permanent magnet 13 .

例えば、永久磁石13の外周側に保持リング14を嵌着する手法として焼き嵌めも考えられる。しかし、焼き嵌めで大きな締め代を確保するためには焼き嵌めの温度を上げる必要があり、回転子10の製造に支障をきたす場合がある。第1実施形態によれば、端板12a、12bで保持リング14を拡径させることで焼き嵌めによらずに保持リング14を嵌着できるので、回転子10の製造が容易となる。 For example, shrink fitting can be considered as a technique for fitting the retaining ring 14 to the outer peripheral side of the permanent magnet 13 . However, in order to secure a large interference by shrink fitting, it is necessary to raise the temperature of the shrink fitting, which may hinder the manufacture of the rotor 10 . According to the first embodiment, the diameter of the retaining ring 14 is expanded by the end plates 12a and 12b, so that the retaining ring 14 can be fitted without shrink fitting.

第1実施形態で永久磁石13の外周側に嵌着される保持リング14は、軸方向に沿って金属板を面接合で積層して形成されている。そのため、回転子シャフト11の外周に保持リング14を圧入するときや回転子10の高速回転時には、保持リング14の環状の接合面に均等に応力がかかる。したがって、保持リング14の周方向において接合部への局所的な応力集中が生じにくくなり、保持リング14の強度を向上させることができる。 The retaining ring 14 fitted to the outer peripheral side of the permanent magnet 13 in the first embodiment is formed by laminating metal plates by surface bonding along the axial direction. Therefore, when the retaining ring 14 is press-fitted to the outer circumference of the rotor shaft 11 or when the rotor 10 rotates at high speed, stress is evenly applied to the annular joint surface of the retaining ring 14 . Therefore, local stress concentration on the joint portion in the circumferential direction of the retaining ring 14 is less likely to occur, and the strength of the retaining ring 14 can be improved.

また、保持リング14は接着または樹脂の含浸により面接合されている。そのため、例えば、かしめで積層した鋼板を固定する場合と比べて、本実施形態では積層した鋼板が圧入時に外れてばらばらになる可能性が低く、また接合時の塑性変形による応力の集中も生じない。また、例えばレーザ溶接で積層した鋼板を固定する場合のように、溶接した部分で積層間が短絡して渦電流が生じることもない。 Further, the retaining ring 14 is surface-bonded by adhesion or resin impregnation. Therefore, for example, compared to the case where laminated steel plates are fixed by caulking, in the present embodiment, the laminated steel plates are less likely to come apart and fall apart during press-fitting, and stress concentration due to plastic deformation during joining does not occur. . In addition, unlike the case where laminated steel plates are fixed by laser welding, for example, there is no possibility of short-circuiting between laminations at the welded portion and generating eddy current.

また、第1実施形態の保持リング14は金属板で形成されているので、樹脂製リングと比べて回転電機100の発熱の影響による劣化が少ない。したがって、樹脂製リングと比べて、本実施形態では回転電機の発熱の影響で強度が低下しにくい点でも有利である。 In addition, since the retaining ring 14 of the first embodiment is formed of a metal plate, it is less likely to deteriorate due to heat generated by the rotating electric machine 100 compared to a resin ring. Therefore, compared with the resin ring, the present embodiment is advantageous in that the strength is less likely to decrease due to the heat generated by the rotating electric machine.

以下に示す第2実施形態および第3実施形態では、回転電機100の構成要素のうち、第1実施形態と相違する回転子の構成を説明し、固定子の図示は省略する。また、第2実施形態および第3実施形態では、第1実施形態と共通する要素の重複説明は省略する。 In the following second and third embodiments, among the components of the rotating electric machine 100, the configuration of the rotor, which is different from that of the first embodiment, will be described, and illustration of the stator will be omitted. Further, in the second embodiment and the third embodiment, redundant description of elements common to the first embodiment is omitted.

<第2実施形態>
図6は、第2実施形態における回転子シャフトを示す図であり、図7は、第2実施形態の回転子の構成例を示す図である。第2実施形態では、端板12a、12bの代わりに、回転子シャフト31に環状の突起(第1大径部31a、第2大径部31c)を一体に形成した例を示す。
<Second embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing a rotor shaft in the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the rotor in the second embodiment. In the second embodiment, instead of end plates 12a and 12b, an example in which ring-shaped projections (first large diameter portion 31a and second large diameter portion 31c) are formed integrally with rotor shaft 31 is shown.

第2実施形態の回転子10Aは、回転子シャフト31と、複数の永久磁石13と、複数の保持リング14とを有する。 The rotor 10A of the second embodiment has a rotor shaft 31, a plurality of permanent magnets 13, and a plurality of retaining rings 14. As shown in FIG.

回転子シャフト31は、軸方向と直交する径方向断面が円形状をなす柱状部材であり、第1の大径部31a、小径部31b、第2の大径部31cを軸方向に沿って同心状に有している。 The rotor shaft 31 is a columnar member having a circular cross-section in a radial direction orthogonal to the axial direction, and has a first large-diameter portion 31a, a small-diameter portion 31b, and a second large-diameter portion 31c concentrically arranged along the axial direction. have a shape.

回転子シャフト31の小径部31bは、永久磁石13の配置領域をなす。回転子シャフト31の小径部31bの外周には、回転子10Aの磁極を構成するための複数の永久磁石13が配置される。 A small-diameter portion 31b of the rotor shaft 31 forms a region where the permanent magnets 13 are arranged. A plurality of permanent magnets 13 are arranged on the outer circumference of the small diameter portion 31b of the rotor shaft 31 to constitute the magnetic poles of the rotor 10A.

第1の大径部31aと第2の大径部31cは、軸方向において永久磁石13の配置領域を両側から挟みこむ位置に形成され、永久磁石13の軸方向への移動を規制する機能を担う。 The first large-diameter portion 31a and the second large-diameter portion 31c are formed at positions sandwiching the arrangement area of the permanent magnet 13 from both sides in the axial direction, and have the function of restricting the movement of the permanent magnet 13 in the axial direction. bear.

図6、図7中右側に示す回転子シャフト31の第2の大径部31cは、回転子シャフト31の一方の端部側に臨んでいる。第2の大径部31cの外周には、軸方向において一端側から他端側に向けて径方向の厚みが漸減するテーパ面31dが形成されている。第2の大径部31cのテーパ面31dは、先細となる一端側が回転子シャフト31の一方の端部側(図中右側の端部)に臨み、他端側が永久磁石13に臨む。 A second large-diameter portion 31 c of the rotor shaft 31 shown on the right side in FIGS. 6 and 7 faces one end of the rotor shaft 31 . A tapered surface 31d is formed on the outer periphery of the second large-diameter portion 31c so that the thickness in the radial direction gradually decreases from one end side to the other end side in the axial direction. The tapered surface 31d of the second large diameter portion 31c faces one end of the rotor shaft 31 (the right end in the drawing) at its tapered end, and faces the permanent magnet 13 at the other end.

上記のように、第2の大径部31cのテーパ面31dは、永久磁石13に臨む端部に向けて径方向に拡がるように形成されている。そのため、回転子シャフト31の外周に保持リング14を圧入するときに、第2の大径部31cのテーパ面31dは、保持リング14の内周面と面接触して保持リング14を徐々に拡径しつつ案内する機能を担う。第2の大径部31cのテーパ面31dは、リング案内部の一例である。 As described above, the tapered surface 31d of the second large-diameter portion 31c is formed so as to expand radially toward the end facing the permanent magnet 13 . Therefore, when the retaining ring 14 is press-fitted onto the outer circumference of the rotor shaft 31, the tapered surface 31d of the second large-diameter portion 31c comes into surface contact with the inner peripheral surface of the retaining ring 14 to gradually expand the retaining ring 14. It has the function of guiding while diagnosing. The tapered surface 31d of the second large diameter portion 31c is an example of a ring guide portion.

図7に示すように、回転子シャフト31の小径部31bに配置された永久磁石13の外周には、軸方向に沿って複数の保持リング14が嵌着される。なお、永久磁石13の外周と、回転子シャフト31の第1大径部31aの外周と、第2の大径部31cの他端側の外周には、外径寸法(高さ)が同一となるように研磨などの機械加工が施されることが好ましい。 As shown in FIG. 7, a plurality of retaining rings 14 are fitted to the outer periphery of the permanent magnets 13 arranged on the small diameter portion 31b of the rotor shaft 31 along the axial direction. The outer circumference of the permanent magnet 13, the outer circumference of the first large-diameter portion 31a of the rotor shaft 31, and the outer circumference of the second large-diameter portion 31c on the other end side have the same outer diameter dimension (height). Machining such as polishing is preferably applied so as to

第2実施形態において、保持リング14は、回転子シャフト31の一方の端部側から他方の端部側(図7中右側から左側)に向かって1個ずつ圧入される。圧入の際には、保持リング14は第2の大径部31cのテーパ面31dに沿って径が徐々に広がり、締め代分が膨らんだ状態で所定の位置まで圧入される。 In the second embodiment, the retaining rings 14 are press-fitted one by one from one end side of the rotor shaft 31 toward the other end side (from the right side to the left side in FIG. 7). At the time of press-fitting, the retaining ring 14 is press-fitted to a predetermined position in a state in which the diameter gradually widens along the tapered surface 31d of the second large-diameter portion 31c, and the interference expands.

上記の第2実施形態においても、上述の第1実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。さらに、第2実施形態においては以下の効果を得ることができる。 Also in the above-described second embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained. Furthermore, the following effects can be obtained in the second embodiment.

第2実施形態によれば、回転子シャフト31の第2の大径部31cに保持リング14を拡径させる機能を担わせることで、回転子シャフト31に端板を別途取り付ける必要がなくなる。そのため、回転子シャフト31に付属する部品が減るので、回転子10Aの強度を向上させることができる。 According to the second embodiment, the second large-diameter portion 31c of the rotor shaft 31 has the function of expanding the diameter of the retaining ring 14, thereby eliminating the need to attach an end plate to the rotor shaft 31 separately. Therefore, since the number of parts attached to the rotor shaft 31 is reduced, the strength of the rotor 10A can be improved.

また、第2実施形態によれば、回転子シャフト31とは別部品の端板が不要となるので、端板の製造コストや、端板を回転子シャフトに焼き嵌めするまでの作業工程を削減することができる。 In addition, according to the second embodiment, since the end plate, which is a separate part from the rotor shaft 31, is not required, the manufacturing cost of the end plate and the work process until the end plate is shrink-fitted to the rotor shaft are reduced. can do.

また、第2実施形態によれば、端板を外周側から支持するために圧入していた保持リング14が不要となるので、保持リング14の使用量も削減できる。 Further, according to the second embodiment, the retaining ring 14, which is press-fitted to support the end plate from the outer peripheral side, is no longer necessary, so the usage of the retaining ring 14 can be reduced.

<第3実施形態>
図8は、第3実施形態の回転子の構成例を示す図である。第3実施形態は、第2実施形態の変形例であって、経年劣化等による保持リングの分離を防止する構成を回転子が有している。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the rotor of the third embodiment. The third embodiment is a modification of the second embodiment, in which the rotor has a structure that prevents the separation of the retaining ring due to aged deterioration or the like.

第3実施形態の回転子10Bは、回転子シャフト31と、複数の永久磁石13と、複数の保持リング14と、ストッパー42とを有する。 The rotor 10B of the third embodiment has a rotor shaft 31, a plurality of permanent magnets 13, a plurality of retaining rings 14, and a stopper 42.

回転子シャフト31は、軸方向と直交する径方向断面が円形状をなす柱状部材であり、第1の大径部31a、小径部31b、第2の大径部31cを軸方向に沿って同心状に有している。第3実施形態では、第1の大径部31aの外周に係止部41が形成されている。係止部41は、保持リング14の図中左側の側面と当接する突起であり、軸方向において保持リング14を受ける機能を担う。 The rotor shaft 31 is a columnar member having a circular cross-section in a radial direction orthogonal to the axial direction, and has a first large-diameter portion 31a, a small-diameter portion 31b, and a second large-diameter portion 31c concentrically arranged along the axial direction. have a shape. In the third embodiment, a locking portion 41 is formed on the outer periphery of the first large diameter portion 31a. The locking portion 41 is a protrusion that abuts on the side surface of the retaining ring 14 on the left side in the figure, and has a function of receiving the retaining ring 14 in the axial direction.

また、保持リング14を永久磁石13に嵌着した状態において、第2の大径部31cには環状のストッパー42が固定される。ストッパー42は、軸方向において保持リング14を隔てて係止部41の反対側に位置し、保持リング14の図中右側の側面と当接するように固定される。ストッパー42は、保持リング14を嵌着させた後に、圧入または焼き嵌めによって第2の大径部31cに取り付けられる。なお、ストッパー42の材料は、磁性体または非磁性体のいずれであってもよい。 Further, in a state where the retaining ring 14 is fitted to the permanent magnet 13, an annular stopper 42 is fixed to the second large diameter portion 31c. The stopper 42 is located on the opposite side of the locking portion 41 across the retaining ring 14 in the axial direction, and is fixed so as to abut on the side surface of the retaining ring 14 on the right side in the drawing. After fitting the retaining ring 14, the stopper 42 is attached to the second large diameter portion 31c by press fitting or shrink fitting. The material of the stopper 42 may be either magnetic or non-magnetic.

第3実施形態によれば、永久磁石13に嵌着された保持リング14は、軸方向において係止部41とストッパー42により両側から挟み込まれる。これにより、保持リング14の鋼板が経年劣化によって分離してゆき、保持リング14の端部から積層が開いた状態(積層板の倒れ)となることを防止できる。 According to the third embodiment, the retaining ring 14 fitted to the permanent magnet 13 is sandwiched from both sides by the locking portion 41 and the stopper 42 in the axial direction. As a result, it is possible to prevent the steel plates of the retaining ring 14 from separating due to deterioration over time, resulting in a state in which the lamination opens from the end of the retaining ring 14 (overlapping of the laminated plates).

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記の第2実施形態では、第2の大径部31cにテーパ面31dを形成する例を説明したが、第2実施形態において第1の大径部31aにもテーパ面を形成し、保持リング14を回転子シャフト11の軸方向の両側からそれぞれ圧入してもよい。 For example, in the above-described second embodiment, the tapered surface 31d is formed on the second large diameter portion 31c. The retaining rings 14 may be press-fitted from both sides of the rotor shaft 11 in the axial direction.

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 In addition, the embodiments disclosed this time should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning of equivalents to the scope of the claims.

10、10A、10B…回転子、11、31…回転子シャフト、12a、12b…端板、13…永久磁石、14…保持リング、20…固定子、100…回転電機

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B... Rotor, 11, 31... Rotor shaft, 12a, 12b... End plate, 13... Permanent magnet, 14... Retaining ring, 20... Stator, 100... Rotating electric machine

Claims (5)

回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周面に配置される複数の永久磁石と、
前記永久磁石の外周側に嵌着され、前記回転子シャフトの外周面に前記永久磁石を固定する保持リングと、
前記回転子シャフトの軸方向において前記永久磁石の配置領域に隣接して設けられ、前記永久磁石に臨む第1の端部から離れる方向に向けて縮径するテーパ面を有するリング案内部と、
を備え、
前記保持リングは、前記軸方向に沿って磁性体の金属板を面接合で積層して形成され
前記リング案内部は、前記回転子シャフトに一体に形成され、
前記軸方向において前記保持リングを受ける係止部と、
前記軸方向において前記保持リングを隔てて前記係止部の反対側に固定され、前記係止部とともに前記保持リングを挟み込むストッパーと、
をさらに備える
回転電機の回転子。
a rotor shaft;
a plurality of permanent magnets arranged on the outer peripheral surface of the rotor shaft;
a retaining ring fitted to the outer peripheral side of the permanent magnet and fixing the permanent magnet to the outer peripheral surface of the rotor shaft;
a ring guide portion provided adjacent to the arrangement area of the permanent magnets in the axial direction of the rotor shaft and having a tapered surface whose diameter decreases in a direction away from a first end portion facing the permanent magnets;
with
The retaining ring is formed by laminating magnetic metal plates by surface bonding along the axial direction ,
The ring guide part is formed integrally with the rotor shaft,
a locking portion that receives the retaining ring in the axial direction;
a stopper fixed on the opposite side of the locking portion across the retaining ring in the axial direction and sandwiching the retaining ring together with the locking portion;
further provide
The rotor of a rotating electric machine.
前記リング案内部の前記第1の端部の外径は、前記保持リングの内径よりも大きく、
前記リング案内部は、前記第1の端部と対向する第2の端部側から前記保持リングを拡径しつつ前記永久磁石側に案内する、
請求項1に記載の回転電機の回転子。
the outer diameter of the first end of the ring guide is greater than the inner diameter of the retaining ring;
The ring guide portion expands the diameter of the retaining ring from a second end side facing the first end portion and guides the holding ring toward the permanent magnet.
A rotor for a rotary electric machine according to claim 1 .
前記保持リングは、接着または樹脂の含浸により前記金属板を積層して形成される、
請求項1または請求項2に記載の回転電機の回転子。
The retaining ring is formed by laminating the metal plates by adhesion or resin impregnation.
A rotor for a rotary electric machine according to claim 1 or 2.
前記リング案内部は、前記軸方向において前記永久磁石の配置領域の両側にそれぞれ設けられる、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
The ring guide portions are provided on both sides of the arrangement area of the permanent magnets in the axial direction, respectively.
The rotor of a rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3.
固定子と、
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の回転電機の回転子と、
を備える回転電機。
a stator;
a rotor of the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4 ;
A rotating electric machine.
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