JP2005223995A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータコアの外周面に沿って所定間隔で形成された永久磁石支持孔に挟まれた領域の応力集中を緩和してロータコアの耐久性を高める。
【解決手段】 ロータシャフト１２にロータコア１３を圧入し、かつロータコア１３の永久磁石支持孔１３ｃに永久磁石１４を挿入すると、ロータコア１３の外周部が円周方向に引き伸ばされて外側ブリッジ部１３ｆが補極部１３ｄに接続されるａ部に引張応力が集中する。しかしながら、ロータ１１が回転して永久磁石１４に遠心力が作用すると、それまで非接触であった永久磁石１４の傾斜面１４ｄが永久磁石支持孔１３ｃに当接して内側ブリッジ部１３ｇを径方向外側に押圧することで、内側ブリッジ部１３ｇが補極部１３ｄ，１３ｅに接続されるｂ部に引張応力が集中する。このように、圧入荷重および遠心力による応力をａ部およびｂ部に分散させることにより、そのａ部だけに応力が集中するのを防止してロータコア１３の耐久性を高めることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ロータシャフトに圧入して固定したロータコアの外周面に沿って所定間隔で設けた複数の永久磁石支持孔にそれぞれ永久磁石を挿入して固定し、永久磁石支持孔の円周方向両側に貫通孔を形成することで、隣接する貫通孔間に補極部を設けた回転電機のロータに関する。

かかる回転電機のロータは、例えば下記特許文献１の図６、図８および図１０に記載されているように公知である。
特開２００２−３０５８５９号公報

ところで、この種の回転電機のロータにおいて、ロータシャフトにロータコアを圧入し、かつロータコアに形成した永久磁石支持孔に永久磁石を圧入すると、その圧入荷重によってロータコアの外周部が円周方向に引き伸ばされ、隣接する永久磁石支持孔間に形成された貫通孔および補極部の近傍に強い引張応力が集中してしまい、しかもロータの回転に伴って永久磁石に遠心力が加わると、その遠心力がロータコアの外周部を円周方向に引き伸ばすように作用するため、前記引張応力が更に高くなってロータコアの耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ロータコアの外周面に沿って所定間隔で形成された永久磁石支持孔に挟まれた領域の応力集中を緩和してロータコアの耐久性を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ロータシャフトに圧入して固定したロータコアの外周面に沿って所定間隔で設けた複数の永久磁石支持孔にそれぞれ永久磁石を挿入して固定し、永久磁石支持孔の円周方向両側に貫通孔を形成することで、隣接する貫通孔間に補極部を設けた回転電機のロータにおいて、ロータシャフトの軸線に直交する永久磁石の断面形状は、概ね円周方向に延びる外面および内面と、概ね径方向に延びる一対の側面と、外面の円周方向両端を一対の側面にそれぞれ接続する一対の傾斜面とを備えており、永久磁石は少なくとも外面および内面において永久磁石支持孔に密着するように挿入され、その状態で一対の傾斜面は永久磁石支持孔との間に微小な隙間を有しており、かつロータコアは、その外周面と貫通孔との間に外側ブリッジ部を有するとともに、永久磁石の傾斜面と貫通孔との間に内側ブリッジ部を有することを特徴とする回転電機のロータが提案される。

請求項１の構成によれば、ロータシャフトにロータコアを圧入すると、ロータコアの外周部が円周方向に引き伸ばされて外側ブリッジ部が補極部に接続される部分に引張応力が集中し、しかもロータが回転するとロータコアの外周部に作用する遠心力によって前記引張応力が強められる。またロータが回転して永久磁石に遠心力が作用すると、永久磁石の遠心荷重はその外面から内径側へ傾斜している傾斜面側へと伝達し、内側ブリッジ部が補極部に接続される部分に引張応力が集中する。このように、圧入荷重および遠心力による応力を外側ブリッジ部が補極部に接続される部分と、内側ブリッジ部が補極部に接続される部分とに分散させることにより、その前者だけに応力が集中するのを防止してロータコアの耐久性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の一実施例を示すもので、図１はロータの斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線矢視図である。

図１および図２に示すように、モータのステータの内部に軸線Ｌまわりに回転自在に配置されるロータ１１は、ロータシャフト１２と、ロータコア１３と、複数（実施例では１６個）の永久磁石１４…と、第１端板１６と、第２端板１７とで構成される。

ロータシャフト１２は、シャフト本体部１２ａと、シャフト本体部１２ａから放射方向に延びる複数個（実施例では８個）のスポーク部１２ｂ…と、スポーク部１２ｂ…の先端を一体に連結する環状のロータコア支持部１２ｃとを備えており、ロータコア支持部１２ｃの軸線Ｌ方向一端面から径方向外向きにフランジ１２ｄが突出する。ロータシャフト１２のロータコア支持部１２ｃの外周面に内周面１３ｂが圧入により固定される環状のロータコア１３は複数の鋼板を積層したもので、その外周面１３ａに沿うように等間隔で１６個の永久磁石支持孔１３ｃ…が形成される。各々の永久磁石支持孔１３ｃはロータコア１３の軸線Ｌ方向両端面に開口しており、そこに永久磁石１４が周方向に位置を規制されて挿入される。

図３を併せて参照すると明らかなように、軸線Ｌに直交する方向の永久磁石１４の断面形状は、ロータコア１３の外周面１３ａに沿う直線状の外面１４ａと、この外面１４ａの径方向内側を平行に延びる直線状の内面１４ｂと、内面１４ｂの円周方向両端から径方向外側に立ち上がる一対の直線状の側面１４ｃ，１４ｃと、外面１４ａの円周方向両端を一対の側面１４ｃ，１４ｃに接続する一対の直線状の傾斜面１４ｄ，１４ｄとを有する６角形とされる。

一方、永久磁石支持孔１３ｃの断面形状は永久磁石１４の断面形状に概ね一致しており、そこに挿入された永久磁石１４が回転するとその外面１４ａのみが永久磁石支持孔１３ｃに強く密着し、傾斜面１４ｄ，１４ｄは永久磁石支持孔１３ｃとの間に微小な隙間を有して対向している。尚、永久磁石１４の側面１４ｃ，１４ｃと永久磁石支持孔１３ｃとの係合関係は、永久磁石１４を円周方向に移動不能に阻止し得るものであれば良く、実施例では永久磁石１４の側面１４ｃ，１４ｃと永久磁石支持孔１３ｃとの対向部の径方向外側部分に切欠１８，１８を形成することで、両切欠１８，１８の間に径方向に延びる補極部１３ｅが形成されている。

また永久磁石１４の傾斜面１４ｄ，１４ｄとロータコア１３の外周面１３ａとに挟まれた三角形の領域に三角形の貫通孔１９，１９が形成されており、隣接する一対の貫通孔１９，１９の間に径方向に延びる補極部１３ｄが形成される。この補極部１３ｄと、一対の切欠１８，１８の間に形成された前記補極部１３ｅとは同じ位相に配置されている。ステータに回転界磁を発生させるためにロータ１１の回転位置を検出する必要があり、補極部１３ｄ，１３ｅはその目的で設けられている。

ロータコア１３に貫通孔１９を形成したことにより、その貫通孔１９とロータコア１３の外周面１３ａとの間に細幅の外側ブリッジ部１３ｆが形成されるとともに、貫通孔１９と永久磁石１４の傾斜面１４ｄとの間に細幅の内側ブリッジ部１３ｇが形成される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。

ロータシャフト１２のロータコア支持部１２ｃの外周面にロータコア１３の内周面１３ｂを圧入すると、環状のロータコア１３は円周方向に引き伸ばされることで引張応力が発生する。特に、図３に楕円で囲って示したａ部、つまり隣接する外側ブリッジ部１３ｆ，１３ｆが補極部１３ｄに連なる部分では、外側ブリッジ部１３ｆ，１３ｆが細幅になっていることで応力集中が発生して引張応力が高くなる。

またロータ１１が回転するとロータコア１３自体も遠心力で径方向外向きに付勢されるため、ロータコア１３の外周部が円周方向に引き伸ばされてａ部の引張応力は更に高くなる。

ロータ１１が回転すると遠心力で永久磁石１４が径方向外向きに付勢されることで、その遠心力は永久磁石１４の外面１４ａの端部からロータ１１の内径側に向けて延びる内側ブリッジ部１３ｇ，１３ｇに伝達される。このとき、仮に永久磁石１４に作用する遠心力が外側ブリッジ部１３ｆ，１３ｆだけに伝達されてしまうと、ａ部に強大な引張応力が集中して貫通孔１９，１９の角部にクラックが発生し、ロータコア１３の耐久性を低下させる可能性がある。

しかしながら、本実施例では永久磁石１４に作用する遠心力が内側ブリッジ部１３ｇ，１３ｇに伝達されることで、図３に楕円で囲って示したｂ部、つまり隣接する内側ブリッジ部１３ｇ，１３ｇが補極部１３ｄ，１３ｅに連なる部分に引張応力が作用する。このように、圧入荷重および遠心力による応力をａ部およびｂ部に分散させることにより、ａ部だけに応力が集中するのを抑制し、ロータコア１３にクラックが発生するのを防止して耐久性を高めることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではモータのロータ１１を例示したが、本発明は発電機のロータに対しても適用することができる。

また実施例は永久磁石１４の側面１４ｃ，１４ｃに対向する位置に切欠１８，１８および補極部１３ｅ，１３ｅを備えているが。それらの切欠１８，１８および補極部１３ｅ，１３ｅは必ずしも必要ではない。

ロータの斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線矢視図

符号の説明

１２ ロータシャフト
１３ ロータコア
１３ａ 外周面
１３ｃ 永久磁石支持孔
１３ｄ 補極部
１３ｆ 外側ブリッジ部
１３ｇ 内側ブリッジ部
１４ 永久磁石
１４ａ 外面
１４ｂ 内面
１４ｃ 側面
１４ｄ 傾斜面
Ｌ 軸線

Claims (1)

1. ロータシャフト（１２）に圧入して固定したロータコア（１３）の外周面（１３ａ）に沿って所定間隔で設けた複数の永久磁石支持孔（１３ｃ）にそれぞれ永久磁石（１４）を挿入して固定し、永久磁石支持孔（１３ｃ）の円周方向両側に貫通孔（１９）を形成することで、隣接する貫通孔（１９）間に補極部（１３ｄ）を設けた回転電機のロータにおいて、
   ロータシャフト（１２）の軸線（Ｌ）に直交する永久磁石（１４）の断面形状は、概ね円周方向に延びる外面（１４ａ）および内面（１４ｂ）と、概ね径方向に延びる一対の側面（１４ｃ）と、外面（１４ａ）の円周方向両端を一対の側面（１４ｃ）にそれぞれ接続する一対の傾斜面（１４ｄ）とを備えており、永久磁石（１４）は少なくとも外面（１４ａ）および内面（１４ｂ）において永久磁石支持孔（１３ｃ）に密着するように挿入され、その状態で一対の傾斜面（１４ｄ）は永久磁石支持孔（１３ｃ）との間に微小な隙間を有しており、かつロータコア（１３）は、その外周面（１３ａ）と貫通孔（１９）との間に外側ブリッジ部（１３ｆ）を有するとともに、永久磁石（１４）の傾斜面（１４ｄ）と貫通孔（１９）との間に内側ブリッジ部（１３ｇ）を有することを特徴とする回転電機のロータ。
   

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