WO2020188810A1 - 回転子及びモータ - Google Patents

Abstract

回転子（１２０）は、フラックスバリアをなすスリット部（１２２）で分割された複数の鉄心断片（２１１）で構成された回転子鉄心（１２１）と、スリット部（１２２）に配置されて鉄心断片（２１１）を連結する非磁性構造体（１２３）と、回転子鉄心（１２１）に嵌合されたシャフト（１２４）とを有し、回転子鉄心（１２１）は、スリット部（１２２）に突出する突起形状部（１２５）を備えており、突起形状部（１２５）は、スリット部（１２２）の周壁から突出する軸部と、軸部の先端から張り出す掛かり部とを備え、掛かり部の軸部が突出している周壁側の側面と軸部の中心線とが鋭角をなす。

Description

回転子及びモータ

　本発明は、リラクタンスモータの回転子及びモータに関する。

　特許文献１には、回転子鉄心に具備されているスリット部の各々に非磁性構造体を充填したモータが開示されている。特許文献１に開示されるモータの回転子鉄心は、スリットの両端部で回転子鉄心は繋がっているが、スリット部の周壁に突起形状部を設けることで、回転子鉄心と非磁性構造体との結合を強化している。

特開２００２－０９５２２７号公報

　しかしながら、特許文献１に開示されるモータは、電動機の回転駆動に対する回転子の機械的強度の向上策は講じられているが、駆動時にスリット部に備えた突起形状部に加えられる負荷への対策は成されておらず、突起形状部自体の変形及び破損を抑制できていなかった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子鉄心のスリット部に備えた突起形状部自体の変形及び破損を抑制した回転子を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、フラックスバリアをなすスリット部で分割された複数の鉄心断片で構成された回転子鉄心と、スリット部に配置されて鉄心断片を連結する非磁性構造体と、回転子鉄心に嵌合されたシャフトとを有する。回転子鉄心は、スリット部に突出する突起形状部を備えている。突起形状部は、スリット部の周壁から突出する軸部と、軸部の先端から張り出す掛かり部とを備える。掛かり部の軸部が突出している周壁側の側面と軸部の中心線とが鋭角をなす。

　本発明に係る回転子は、回転子鉄心のスリット部に備えた突起形状部自体の変形及び破損を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るモータの構成を示す図 実施の形態１に係るモータの縦断面の模式図 実施の形態１に係るモータの回転子の断面図 実施の形態１に係る回転子の突起形状部の模式図 実施の形態１に係る回転子の外周方向に突出する突起形状部の変形状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る回転子の突起形状部の拡大図 本発明の実施の形態３に係る回転子の突起形状部の拡大図 実施の形態３に係る回転子の別の突起形状部の拡大図 本発明の実施の形態４に係る回転子の突起形状部の拡大図 本発明の実施の形態５に係る回転子の断面図 本発明の実施の形態６に係る回転子の断面図 実施の形態６に係る回転子の第１の変形例を示す図 実施の形態６に係る回転子の第２の変形例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係る回転子及びモータを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るモータの構成を示す図である。図２は、実施の形態１に係るモータの縦断面の模式図である。実施の形態１に係るモータ１００は、円筒状の固定子１１０と固定子１１０の内周側に配置される回転子１２０とを備える。モータ１００は、リラクタンスモータである。固定子１１０は、回転磁界を発生させる。回転子１２０は、固定子１１０の内周側に空隙を介して配置される。

　図３は、実施の形態１に係るモータの回転子の断面図である。回転子１２０は、板材である電磁鋼板を、複数枚積層して構成される回転子鉄心１２１と、回転子鉄心１２１のスリット部１２２に嵌合又は充填された非磁性構造体１２３と、回転子鉄心１２１の内径側に嵌合するシャフト１２４とを備える。

　回転子鉄心１２１は、フラックスバリアをなすスリット部１２２で分割された複数の鉄心断片２１１で構成されている。スリット部１２２は、シャフト１２４が嵌合する軸孔側に凸の円弧形状であり、一方のｄ軸から他方のｄ軸へ向けて回転子鉄心１２１の外周部に形成されている。スリット部１２２は、回転子鉄心１２１の外周部に円周方向に間隔を空けて極数分形成されている。図３では、４極分のスリット部１２２が形成されている。回転子鉄心１２１の材料には、電磁鋼板を適用できる。回転子鉄心１２１を構成する電磁鋼板は、かしめといった方法で積層される。

　非磁性構造体１２３は、スリット部１２２に配置されており、鉄心断片２１１同士を連結する。スリット部１２２において、スリット部１２２の外周側の回転子鉄心１２１は、非磁性構造体１２３により支持されてスリット部１２２の内周側の回転子鉄心１２１と結合している。

　フラックスバリアの働きをするスリット部１２２は、固定子１１０からのｑ軸磁束を通り難くする。一方、スリット部１２２の間の磁路は、固定子１１０からのｄ軸磁束を通す。スリット部１２２において、外周側の鉄心断片２１１と内周側の鉄心断片２１１とを接続する鉄心が存在しないため、ｑ軸における漏れ磁束の発生は抑えられている。

　図４は、実施の形態１に係る回転子の突起形状部の模式図である。回転子鉄心１２１のスリット部１２２の周壁１２２ａには、突起形状部１２５が設けられている。突起形状部１２５は、碇型である。ここで碇型とは、軸部２５１の先端部２５２から両側に掛かり部２５３が張り出しており、掛かり部２５３の軸部２５１が突出している周壁１２２ａ側の側面２５４と軸部２５１の中心線２５５とが鋭角をなす形状である。軸部２５１は、スリット部１２２の周壁１２２ａから突出している。突起形状部１２５は、非磁性構造体１２３で全周が覆われている。

　図５は、実施の形態１に係る回転子の外周方向に突出する突起形状部の変形状態を示す図である。モータ１００の駆動により、非磁性構造体１２３と、回転子鉄心１２１に設けられた突起形状部１２５とには回転子１２０の径方向に遠心力による負荷が加えられる。掛かり部２５３は軸部２５１の先端部２５２から張り出しているため、回転子１２０の径方向に遠心力が加わると、突起形状部１２５は傘を開くように変形する。突起形状部１２５は、碇型であるため、回転子１２０の径方向に遠心力による負荷が加えられて変形しても、変形後の突起形状部１２５は、掛かり部２５３の軸部２５１が突出している周壁１２２ａ側の側面２５４と軸部２５１の中心線２５５とのなす角度が鋭角のままとなっている。したがって、掛かり部２５３の軸部２５１が突出している周壁１２２ａ側の側面２５４と非磁性構造体１２３との界面において、突起形状部１２５が非磁性構造体１２３から抜ける方向にずれることはないため、突起形状部１２５の変形に起因して回転子１２０全体が破損することは抑制される。

　一方、回転子１２０の中心方向に突出する突起形状部１２５は、回転子１２０の径方向に遠心力による負荷が加えられると、掛かり部２５３は軸部２５１に近づく方向に変形する。すなわち、回転子１２０の中心方向に突出する突起形状部１２５は、回転子１２０の径方向に遠心力による負荷が加えられると、傘を閉じるように変形する。掛かり部２５３が変形するにつれて突起形状部１２５の剛性が高まるため、遠心力と釣り合った段階で掛かり部２５３の変形は停止し、突起形状部１２５が破損することは防止される。このため、突起形状部１２５の破損に起因して回転子１２０全体が破損することも抑制される。

　掛かり部の軸部が突出している周壁側の側面と軸部の中心線とのなす角度が９０度のＴ字型であると、遠心力による負荷が回転子の径方向に加えられて突起形状部が変形すると、掛かり部の軸部が突出している周壁側の側面は、軸部の中心線と鈍角をなす。したがって、突起形状部と非磁性構造体との界面に滑りが生じると、突起形状部は非磁性構造体から抜け出る方向にずれることになる。また、突起形状部がくさび型であると、突起形状部の側面と非磁性構造体との界面は、遠心力が作用していない状態でも、突起形状部の中心線と鈍角をなす。したがって、突起形状部の側面と非磁性構造体との界面に滑りが生じると、突起形状部は非磁性構造体から抜け出る方向にずれることになる。このように、突起形状部がＴ字型又はくさび型であると、回転子の強度を高めることが難しい。

　実施の形態１に係る回転子１２０は、突起形状部１２５の変形及び破損を防止することができ、ひいては突起形状部１２５の変形又は破損に起因する回転子１２０の破損を防止することができる。

実施の形態２．
　図６は、本発明の実施の形態２に係る回転子の突起形状部の拡大図である。実施の形態２に係る回転子１２０は、図３に示した実施の形態１に係る回転子１２０と同様であるが、突起形状部１２５の形状が異なっている。実施の形態２に係る回転子１２０の突起形状部１２５は、掛かり部２５３の軸部２５１が突出している周壁１２２ａ側とは反対側の側面２５６と軸部２５１の中心線２５５とが鋭角をなす形状である。したがって、突起形状部１２５の掛かり部２５３は、サーカムフレックス状になっている。

　実施の形態２に係る回転子１２０は、掛かり部２５３の軸部２５１が突出している周壁１２２ａ側とは反対側の側面２５６と非磁性構造体１２３との界面においても滑りが生じにくい。したがって、モータ１００の駆動により突起形状部１２５に加えられる負荷による突起形状部１２５の変形に対する抗力を向上させることができる。

実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３に係る回転子の突起形状部の拡大図である。実施の形態３に係る回転子１２０は、図３に示した実施の形態１に係る回転子１２０と同様であるが、突起形状部１２５の形状が異なっている。実施の形態３に係る回転子１２０の突起形状部１２５は、非磁性構造体１２３と接する側面の角部が丸められている。突起形状部１２５の非磁性構造体１２３と接する側面の角部が丸められていることにより、モータ１００の駆動時に突起形状部１２５又は非磁性構造体１２３に応力集中が発生することを防止できる。すなわち、突起形状部１２５側が凸の角部が丸められていることにより、非磁性構造体１２３に応力集中が発生することが防止される。また、突起形状部１２５側が凹の角部が丸められていることにより、突起形状部１２５に応力集中が発生することが防止される。

　非磁性構造体１２３が応力集中によって破損した場合、突起形状部１２５が破損していなくても、鉄心断片２１１が分離して回転子鉄心１２１の形状に維持できなくなって回転子１２０が破損する。したがって、実施の形態３に係る回転子１２０は、応力集中による突起形状部１２５及び非磁性構造体１２３の変形又は破損を防止し、回転子１２０全体の破損を防止することができる。

　図８は、実施の形態３に係る回転子の別の突起形状部の拡大図である。実施の形態２に示した突起形状部１２５において角部を丸めた場合も、突起形状部１２５及び非磁性構造体１２３に応力集中が発生すること抑制することができる。

実施の形態４．
　図９は、本発明の実施の形態４に係る回転子の突起形状部の拡大図である。実施の形態４に係る回転子１２０は、実施の形態１と同様であるが、突起形状部１２５のうち非磁性構造体１２３と接する側面全体に凹凸が設けられて表面積が拡大されている。

　実施の形態４に係る回転子１２０は、突起形状部１２５のうち非磁性構造体１２３と接する側面の表面積が拡大されているため、回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３との咬み合いが強固になる。したがって、モータ１００の駆動時に回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３とがずれることを防止できる。

　なお、実施の形態２，３に係る突起形状部１２５を備えた回転子１２０においても、突起形状部１２５のうち非磁性構造体１２３と接する側面全体に凹凸を設けて表面積を拡大することにより、モータ１００の駆動時に回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３とがずれることを防止できる。

実施の形態５．
　図１０は、本発明の実施の形態５に係る回転子の断面図である。実施の形態５に係る回転子１２０において、回転子鉄心１２１のスリット部１２２には、シャフト１２４の軸方向に非磁性構造体１２３が充填されている。

　モータ１００の駆動には振動及び発熱を伴うため、回転子１２０はモータ１００の発停に起因する振動及び温度変化による影響を受ける。ここで、温度変化による影響とは、回転子１２０を構成する部材に膨張及び収縮が生じることである。回転子１２０は、回転子鉄心１２１の材料と非磁性構造体１２３の材料との特性の差に起因して、膨張及び収縮による変形量が構成ごとに異なる。上記したモータ１００の駆動に起因した振動及び温度変化は、回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３とのシャフト１２４の軸方向の位置ずれを発生させる要因となる。

　実施の形態５では、突起形状部１２５が設けられた板材である回転子鉄心１２１ａと、突起形状部１２５が設けられていない板材である回転子鉄心１２１ｂとを、シャフト１２４の軸方向に積層している。したがって、実施の形態５に係る回転子１２０において、スリット部１２２の周壁１２２ａは、シャフト１２４の軸方向において凹凸を有する形状である。

　図１０には、回転子鉄心１２１ａと回転子鉄心１２１ｂとは複数枚ごとに積層されている構造を示したが、回転子鉄心１２１ａと回転子鉄心１２１ｂとは交互に積層されてもよい。突起形状部１２５が設けられた板材である回転子鉄心１２１ａと、突起形状部１２５が設けられていない板材である回転子鉄心１２１ｂとをシャフト１２４の軸方向に積層することにより、スリット部１２２において回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３とがシャフト１２４の軸方向に咬み合っている。したがって、回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３との間にシャフト１２４の軸方向の位置ずれが生じることは防止される。

実施の形態６．
　図１１は、本発明の実施の形態６に係る回転子の断面図である。実施の形態６に係る回転子１２０は、回転子鉄心１２１のスリット部１２２の周壁１２２ａに設けられた突起形状部１２５が、シャフト１２４の軸方向に折り曲げられている。シャフト１２４の軸方向に折り曲げられた突起形状部１２５は、シャフト１２４の軸方向における回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３の咬み合いをより強固にし、シャフト１２４の軸方向に負荷が加えられた場合の突起形状部１２５の変形を抑制し、シャフト１２４の軸方向における回転子１２０の機械的強度を向上させる。

　なお、図１１には、突起形状部１２５が全て同じ方向に折り曲げられた構成を示したが、シャフト１２４の軸方向の一方に折り曲げた突起形状部１２５と、シャフト１２４の軸方向の他方に折り曲げられた突起形状部１２５とが混在しても良い。

　図１２は、実施の形態６に係る回転子の第１の変形例を示す図である。実施の形態６の第１の変形例に係る回転子１２０は、シャフト１２４の軸方向の一方に折り曲げた突起形状部１２５と、シャフト１２４の軸方向の他方に折り曲げた突起形状部１２５とを、径方向に分けて混在させている。すなわち、実施の形態６の第１の変形例に係る回転子１２０は、一枚の回転子鉄心１２１ａの中に、シャフト１２４の軸方向の一方に折り曲げられた突起形状部１２５と、シャフト１２４の他方に折り曲げられた突起形状部１２５との二種類が含まれている。

　図１３は、実施の形態６に係る回転子の第２の変形例を示す図である。実施の形態６の第２の変形例に係る回転子１２０は、シャフト１２４の軸方向の一方に折り曲げた突起形状部１２５と、シャフト１２４の軸方向の他方に折り曲げた突起形状部１２５とを、シャフト１２４の軸方向に分けて混在させている。すなわち、実施の形態６の第２の変形例に係る回転子１２０は、一枚の回転子鉄心１２１ａの中の突起形状部１２５は全て同じ方向に折り曲げられている。

　実施の形態６の変形例１，２に係る回転子１２０は、シャフト１２４の軸方向の一方に折り曲げられた突起形状部１２５と、シャフト１２４の軸方向の他方に折り曲げられた突起形状部１２５とが存在するため、シャフト１２４の軸方向のどちら向きに負荷が加えられた場合でも、回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３とのシャフト１２４の軸方向のずれを抑制する効果が高くなる。

　上記の実施の形態５，６においては、突起形状部１２５が設けられた板材である回転子鉄心１２１ａと、突起形状部１２５が設けられていない板材である回転子鉄心１２１ｂとを用いたが、突起形状部１２５の位置がシャフト１２４の軸回り方向に異なる複数の回転子鉄心１２１ａを積層しても同様の効果が得られる。すなわち、突起形状部１２５がシャフト１２４の軸方向に沿って不連続となる箇所が存在すれば、突起形状部１２５が設けられた板材である回転子鉄心１２１ａのみを積層して回転子鉄心１２１を構成しても、回転子鉄心１２１と非磁性構造体１２３との位置ずれを抑制する効果が得られる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１００　モータ、１１０　固定子、１２０　回転子、１２１，１２１ａ，１２１ｂ　回転子鉄心、１２２　スリット部、１２２ａ　周壁、１２３　非磁性構造体、１２４　シャフト、１２５　突起形状部、２１１　鉄心断片、２５１　軸部、２５２　先端部、２５３　掛かり部、２５４，２５６　側面、２５５　中心線。

Claims (8)

1. 　フラックスバリアをなすスリット部で分割された複数の鉄心断片で構成された回転子鉄心と、
   　前記スリット部に配置されて前記鉄心断片を連結する非磁性構造体と、
   　前記回転子鉄心に嵌合されたシャフトとを有し、
   　前記回転子鉄心は、前記スリット部に突出する突起形状部を備えており、
   　前記突起形状部は、前記スリット部の周壁から突出する軸部と、前記軸部の先端から張り出す掛かり部とを備え、
   　前記掛かり部の前記軸部が突出している前記周壁側の側面と前記軸部の中心線とが鋭角をなすことを特徴とする回転子。
2. 　前記突起形状部は、前記掛かり部の前記軸部が突出している前記周壁側とは反対側の側面と前記軸部の中心線とが鋭角をなすことを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 　前記突起形状部は、前記非磁性構造体と接する側面の角部が丸められていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。
4. 　前記突起形状部のうち前記非磁性構造体と接する側面全体に凹凸が設けられて表面積が拡大されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転子。
5. 　前記回転子鉄心は、複数の板材を前記シャフトの軸方向に積層した積層構造体であり、
   　前記スリット部の周壁は、前記シャフトの軸方向において凹凸を有する形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 　複数の前記板材の少なくとも一部が、前記突起形状部を備えることを特徴とする請求項５に記載の回転子。
7. 　前記突起形状部が前記シャフトの軸方向に曲げられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の回転子。
8. 　請求項１から７のいずれか１項に記載の回転子を備えることを特徴とするモータ。

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