(57)【要約】【課題】回転電機ロータコアにおいて、コアプレートの中央ブリッジの強度を向上し、かつ、コアプレートの積層状態における外周側端部での応力集中を抑制する。【解決手段】ロータコアは、複数枚のコアプレート２０が積層されて形成される。各コアプレート２０は、隣り合って配置される一対の孔要素２１の間に位置する中央ブリッジ２２と、各孔要素２１の径方向外側端とコアプレート２０の外周面との間に位置する外周側ブリッジ２４とを含む。中央ブリッジ２２は、プレス加工によって形成された加工硬化部２３を有し、外周側ブリッジ２４は、軸方向一方側が凸となり、軸方向他方側が凹となるように形成された屈曲部２５を含む。ロータコアは、隣り合うコアプレート２０のうち、一方のコアプレートの凹内に他方のコアプレートの凸が進入した状態で、複数枚のコアプレートが積層される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のコアプレートが積層されて形成される回転電機ロータコアであって、
前記各コアプレートは、
一対の磁石を挿入するために周方向に隣り合って互いの間隔が外周側に向かって広がるＶ字形を形成するように配置される一対の孔要素と、
前記一対の孔要素の間に位置する中央ブリッジと、
前記各孔要素の径方向外側端とコアプレートの外周面との間に位置する外周側ブリッジとを含み、
前記中央ブリッジは、プレス加工によって形成された加工硬化部を有し、
前記外周側ブリッジは、軸方向一方側が凸となり、軸方向他方側が凹となるように形成された屈曲部を含み、
隣り合う前記コアプレートのうち、一方のコアプレートの前記凹内に他方のコアプレートの前記凸が進入した状態で、前記複数枚のコアプレートが積層される、
回転電機ロータコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚のコアプレートが積層されて形成される回転電機ロータコアに関し、特にコアプレートが磁石挿入用の孔要素を含む構造における強度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機ロータにおいては、高速回転化を可能とするために、ロータコアが十分な強度を有する必要がある。ロータコアが鋼板などのコアプレートの積層体で形成される場合、コアプレートの孔要素周辺のブリッジの強度が問題になる。
【０００３】
例えば、円形のコアプレートにおいて、径方向について同じ磁気特性を有する２つの磁石を挿入するために外周側に間隔が広がるＶ字形を形成するように一対の孔要素を隣り合って形成する場合がある。この場合、隣り合う孔要素の径方向内側端部の間に径方向に伸びる細い中央ブリッジが形成され、この中央ブリッジの強度が問題になる。
【０００４】
特許文献１には、ロータコアを形成するコアプレートの中央ブリッジに加工硬化部を形成することが記載されている。加工硬化部は、鋼板にプレス加工を行うことによって形成される。これにより、中央ブリッジの強度を向上できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された構成のようにプレス加工によってコアプレートの中央ブリッジに加工硬化部を形成すると、コアプレートの径方向中間部が山形となるように軸方向に反りが生じる可能性がある。そして反りが生じたコアプレートをそのまま積層してロータコアを形成し、ロータコアの軸方向両側からエンドプレートで挟み込んで反りを矯正すると、コアプレートの外周側端部に応力集中が発生するおそれがある。特にコアプレートの外周側端部のうち、各孔要素の径方向外側端とコアプレートの外周面との間に位置する細い外周側ブリッジ及びその外周側ブリッジの周辺部に応力が集中して残留応力が発生するおそれがある。このような応力集中はロータコアの高強度化を図る面から好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、コアプレートの中央ブリッジの強度を向上でき、かつ、コアプレートの積層状態における外周側端部での応力集中を抑制できる回転電機ロータコアを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機ロータコアは、複数枚のコアプレートが積層されて形成される回転電機ロータコアであって、前記各コアプレートは、一対の磁石を挿入するために周方向に隣り合って互いの間隔が外周側に向かって広がるＶ字形を形成するように配置される一対の孔要素と、前記一対の孔要素の間に位置する中央ブリッジと、前記各孔要素の径方向外側端とコアプレートの外周面との間に位置する外周側ブリッジとを含む。前記中央ブリッジは、プレス加工によって形成された加工硬化部を有し、前記外周側ブリッジは、軸方向一方側が凸となり、軸方向他方側が凹となるように形成された屈曲部を含む。回転電機ロータコアは、隣り合う前記コアプレートのうち、一方のコアプレートの前記凹内に他方のコアプレートの前記凸が進入した状態で、前記複数枚のコアプレートが積層される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る回転電機ロータコアによれば、コアプレートの中央ブリッジにプレス加工によって加工硬化部が形成されるので、コアプレートの中央ブリッジにおける強度を向上できる。さらに、外周側ブリッジに屈曲部が形成されることによってコアプレートの屈曲部以外での平面度を高くできる。また、隣り合うコアプレートのうち、一方のコアプレートの凹内に他方のコアプレートの凸が進入した状態で、複数枚のコアプレートが積層される。このため、コアプレートの積層状態で屈曲部を含んで外周側端部に過度に大きな加圧力は加わらない。したがって、コアプレートの積層状態における外周側端部での応力集中を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施形態の回転電機ロータコアを含んで構成されるロータにおいて、回転中心軸Ｏを含む平面で切断した半部断面図と、その一部の拡大図である。
【図２】回転電機ロータコアを構成するコアプレートの周方向一部を軸方向に見た図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２のＣ１−Ｃ２断面図である。
【図６】コアプレートの中央ブリッジに加工硬化部が形成された後で、外周側ブリッジに屈曲部が形成される前の状態を示している図２のＤ−Ｄ断面相当図である。
【図７】コアプレートの中央ブリッジに加工硬化部が形成され、かつ、外周側ブリッジに屈曲部が形成された後の状態を示している図２のＥ−Ｅ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明に係る実施形態につき、詳細に説明する。以下で説明する形状、数量、材質などは説明のための例示であって、回転電機ロータの仕様により変更が可能である。以下では、同様の構成には同一の符号を付して説明する。なお、回転電機ロータコアは、使用時に永久磁石が配置され、回転軸に固定されてロータを形成する。ロータは、外径側に配置されるステータと組み合わせて回転電機を構成する。回転電機は、モータまたは発電機、またはモータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。
【００１２】
図１は、実施形態の回転電機ロータコア１２を含む回転電機ロータ１０において、回転中心軸Ｏを含む平面で切断した半部断面図と、その一部の拡大図である。図２は、回転電機ロータコア１２を構成するコアプレート２０の周方向一部を軸方向に見た図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図５は、図２のＣ１−Ｃ２断面図である。以下、回転電機ロータコア１２は単にロータコア１２といい、回転電機ロータ１０は単にロータ１０という。
【００１３】
ロータ１０は、回転軸３０と、ロータコア１２と、複数の永久磁石４０と、２つのエンドプレート５０とを含んでいる。ロータ１０の使用時では、回転軸３０は図示しない回転電機ケースの内側に配置されて、回転軸３０の両端部が回転電機ケースに回転可能に支持される。
【００１４】
ロータコア１２は、鋼板などの磁性材料により形成される円板状のコアプレート２０を複数枚積層することにより形成される。ロータコア１２の外周寄り部分の周方向複数位置には磁石孔１３が軸方向に形成される。複数の磁石孔１３は、ロータコア１２の周方向複数位置において、外周側に間隔が広がるＶ字形を形成するように一対の磁石孔１３を配置することにより構成される。
【００１５】
複数の永久磁石４０は、磁石孔１３に挿入されて配置される。各磁石孔１３に永久磁石４０が配置された状態で、磁石孔１３の両端部に空隙（図２で砂地α、βで示す領域に対応する部分）が形成される。各空隙に樹脂が注入されて固化されることで永久磁石４０が磁石孔１３に固定される。
【００１６】
Ｖ字形に配置される一対の永久磁石４０を１組として、各組で永久磁石４０の径方向外側が同じ磁極となっている。また、隣り合う組で永久磁石４０の径方向についての磁気特性が異なっている。これによって、ロータコア１２の外周面にはＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置される。
【００１７】
複数の磁石孔１３は、各コアプレート２０に形成された孔要素２１が軸方向に隣り合って連続することで形成される。図２に示すように、複数の孔要素２１は、コアプレート２０の外周側部分の周方向複数位置においてＶ字形を形成するように、一対の孔要素２１が隣り合って配置されることにより構成される。
【００１８】
各コアプレート２０において、Ｖ字形に隣り合う一対の孔要素２１の間には径方向に伸びる中央ブリッジ２２が形成される。すなわち、Ｖ字状に配置される一対の孔要素２１の下側端は連続しておらず、中央ブリッジ２２を残して周方向に対向している。言い替えれば、中央ブリッジ２２によって、Ｖ字状の孔要素２１によって区切られたコアプレート２０における内径側部分と外径側部分とが径方向に接続されている。各コアプレート２０の外周縁部において、各孔要素２１の径方向外側端とコアプレート２０の外周面との間には外周側ブリッジ２４が位置する。外周側ブリッジ２４によって、コアプレート２０における、Ｖ字状の孔要素２１によって区切られた領域が周方向に接続されている。
【００１９】
中央ブリッジ２２のうち、各孔要素２１の端部に近い周方向両端部（縁部）は、径方向に伸びるように形成された加工硬化部２３を含んでいる。加工硬化部２３は、コアプレート２０の一方面（図２の表側面、図５の上側面）に凹部２３ａを形成するプレス加工を行うことにより形成される。このプレス加工では、コアプレート２０の他方面（図２の裏側面、図５の下側面）において、凹部２３ａと反対側の対応する位置には局所的に窪む凹部、局所的に突出する凸部のいずれも形成しない。
【００２０】
加工硬化部２３によって、ロータ１０が高速回転する場合に各コアプレート２０の中央ブリッジ２２における永久磁石４０の周辺部に大きい遠心力が加わる場合でも、ロータ１０の耐久性及び強度を確保できる。これによって、ロータ１０の高速回転化が可能となる。一方、中央ブリッジ２２に凹部２３ａが形成されることによって、各コアプレート２０の一方面（図２の表側面）の径方向中間部が多く窪んで、材料が凹部２３ａよりも径方向両側に移動して外周側及び内周側（特に外周側）における周方向の伸びが大きくなる。これによって、各コアプレート２０において、後述する図６に示すように反りが生じる。すなわち、各コアプレート２０において、中央ブリッジ２２の凹部２３ａ側の軸方向一方面（図６の上側面）が谷形となり、凹部２３ａとは反対面である軸方向他方面（図６の下側面）が山形となるように反りが生じている。
【００２１】
図６は、ロータ１０を形成するコアプレート２０において、中央ブリッジ２２に加工硬化部２３が形成された後で、外周側ブリッジ２４（図２）に後述する屈曲部２５（図２）が形成される前の状態を示している図２のＤ−Ｄ断面相当図である。コアプレート２０の径方向中間部の中央ブリッジ２２に凹部２３ａが形成されると、コアプレート２０は、外周側で曲率が大きくなり、内周側で曲率が小さくなるように山形に変形する。これによって、コアプレート２０の他方面（図６の下側面）の軸方向先端Ｐ１が、コアプレート２０の中心軸Ｏに対し直角な平面Ｓに接触する場合において、平面Ｓから径方向最外端Ｐ２までの軸方向の反り量Ｔ１は、平面Ｓから径方向最内端Ｐ３までの軸方向の反り量Ｔ２よりも大きくなる（Ｔ１＞Ｔ２）。
【００２２】
そして、図６に示すように外周側部分が大きく反ったコアプレート２０をそのまま複数枚積層してロータコア１２を形成した場合には、ロータコア１２の外周側端部に応力集中が発生するおそれがある。具体的には、図６のコアプレート２０を積層してロータコア１２を形成し、ロータコア１２の軸方向両側から２つのエンドプレート５０でロータコア１２を挟んで圧縮したと仮定すると、コアプレート２０の外周側端部の変形が大きく矯正されてしまう。これによって、コアプレート２０の外周側端部のうち、特に形状変化が大きい外周側ブリッジ２４及びその周辺部に応力が集中して残留応力が発生するおそれがある。このような応力集中は、ロータコア１２の高強度化を図る面から好ましくない。
【００２３】
そこで、本実施形態では、図１から図４に示すように、コアプレート２０の各外周側ブリッジ２４には屈曲部２５が形成されている。図４に示すように、屈曲部２５は、コアプレート２０の一方側（図４の上側）が凸２５ａとなり、他方側（図４の下側）が、凸２５ａに対応して凹２５ｂとなるように形成される。凸２５ａ及び凹２５ｂは、コアプレート２０の径方向に対し直角な平面についての断面がＶ字形である。また、凸２５ａの頂部Ｅ１と凹２５ｂの谷部Ｅ２とは、コアプレート２０の略径方向に沿っている。このような屈曲部２５は、プレス加工によって形成される。
【００２４】
屈曲部２５は、コアプレート２０の中央ブリッジ２２に加工硬化部２３が形成された後で、コアプレート２０の外周側ブリッジ２４に形成される。
【００２５】
図７は、コアプレート２０の中央ブリッジ２２に加工硬化部２３が形成され、かつ、外周側ブリッジ２４に屈曲部２５が形成された後の状態を示している図２のＥ−Ｅ断面図である。図７に示すように、屈曲部２５が形成されることで、コアプレート２０での加工硬化部２３の形成により発生した外周側部分における反りを小さく、または解消できる。
【００２６】
より具体的には、上記のように中央ブリッジ２２に加工硬化部２３が形成されることで中央ブリッジ２２の材料が径方向両側、特に径方向外側に移動することでコアプレート２０の径方向外側端部が周方向に伸びるように変形して、反りが発生する。このとき、図３に二点鎖線γで示すように、コアプレート２０の外周側ブリッジ２４において、径方向外側面及び径方向内側面が周方向中間部では径方向外側に向かうように変形する。そして、外周側ブリッジ２４に屈曲部２５が形成されることによって、屈曲部２５に材料が寄るので図３の二点鎖線γの変形が小さくなる、または解消される。すなわち、外周側ブリッジ２４において、径方向外側に向く力を屈曲部２５の形成によって緩和または解消することできる。また、屈曲部２５に材料が寄るので、コアプレート２０の軸方向両側面において、屈曲部２５以外の部分が平面に近づくように変形し、図３、図４に示す状態となる。これによって、コアプレート２０の外周側部分における反りを小さく、または解消できる。屈曲部２５の形成によって、図３の二点鎖線γの変形が小さくなる、または解消されるので、外周側ブリッジ２４は径方向外側への伸びが小さくなるように変形する。このため、図７に示すようにコアプレート２０の他方面（図７の下側面）を中心軸Ｏに対し直角な平面Ｓに接触させた場合に、この他方面の外周側部分において屈曲部２５以外の部分が平面Ｓにほぼ合致する。
【００２７】
そして、図７のコアプレート２０を複数枚積層してロータコア１２を形成する。この状態では、隣り合うコアプレート２０で屈曲部２５の軸方向についての曲げ方向を一致させるとともに、屈曲部２５の位置を合わせる。そして、図１、または図４に示すように、コアプレート２０が積層された状態を考えた場合に、隣り合うコアプレート２０のうち、一方のコアプレート２０の屈曲部２５の凹２５ｂ内に他方のコアプレート２０の屈曲部２５の凸２５ａを進入させる。この状態で、複数枚のコアプレート２０を積層してロータコア１２を形成する。図４では実線のコアプレート２０の両側に二点鎖線δで示す２枚のコアプレート２０が積層された状態を示している。
【００２８】
そして、図１に戻って、ロータコア１２は、回転軸３０の外径側に嵌合され、ロータコア１２の軸方向両側から２つのエンドプレート５０でロータコア１２を挟むように、各エンドプレート５０が回転軸３０に嵌合されて、回転軸３０にロータコア１２及びエンドプレート５０が固定される。これによって、ロータ１０が形成される。各エンドプレート５０は、非磁性の金属板により円板状に形成される。２つのエンドプレート５０でロータコア１２が軸方向両側から圧縮されることにより、各コアプレート２０のうち、エンドプレート５０により挟まれる部分（例えば内周側部分）がエンドプレート５０と略平行になるように変形する。各エンドプレート５０の外径は、各永久磁石４０の径方向最内端を通過し中心軸Ｏを中心とする円の直径よりも大きくし、かつ、各外周側ブリッジ２４の径方向最内端を通過し中心軸Ｏを中心とする円の直径よりも小さくする。これによって、磁石孔１３からの永久磁石４０の脱落をより有効に防止できるとともに、エンドプレート５０が外周側ブリッジ２４の屈曲部２５と干渉することを防止できる。なお、図２で砂地α、βで示した各孔要素２１の両端の空隙には永久磁石４０の固定用の樹脂を注入する。このため、永久磁石４０の固定強度を十分に確保できるのであれば、各エンドプレート５０の外径を、各永久磁石４０の径方向最内端を通過する円の直径より小さくしてもよい。各エンドプレート５０は回転軸３０に締り嵌めで固定され、ロータコア１２は回転軸３０の外径側に隙間嵌めで配置されてもよい。
【００２９】
上記のロータコア１２によれば、コアプレート２０の中央ブリッジ２２にプレス加工によって加工硬化部２３が形成されるので、コアプレート２０の中央ブリッジ２２における強度を向上できる。さらに、外周側ブリッジ２４に屈曲部２５が形成されることによってコアプレート２０の屈曲部２５以外での平面度を高くできる。また、隣り合うコアプレート２０のうち、一方のコアプレート２０の凹２５ｂ内に他方のコアプレート２０の凸２５ａが進入した状態で、複数枚のコアプレート２０が積層される。このため、コアプレート２０の積層状態で、屈曲部２５を含んで外周側端部に過度に大きな加圧力は加わらない。これによって、加工硬化部２３が形成されコアプレート２０が積層される場合に、外周側ブリッジ２４及びその周辺部を含む外周側端部での応力集中を抑制して残留応力の発生を抑制できる。この結果、ロータコア１２の強度の向上を図れるのでロータコア１２の信頼性を向上できる。
【００３０】
なお、コアプレート２０における屈曲部２５を形成しただけではコアプレート２０の中央ブリッジ２２よりも内周側に生じる反りを解消できない可能性はある。一方、この反りの量は小さいし、しかも内周側には外周側ブリッジ２４のように強度上問題になりやすい部分がないので、ロータコア１２の両側からエンドプレート５０で挟まれて反りが矯正されても実用上、コアプレート２０の内周側部分の強度は問題にはならない。
【００３１】
また、中央ブリッジ２２に加工硬化部２３が形成されているので、コアプレート２０において中央ブリッジ２２を含む部分に反りが残っている場合において、コアプレート２０の積層状態でこの反りが矯正されることにより中央ブリッジ２２に応力集中が発生しても、その応力集中がコアプレート２０の強度に与える影響は小さい。
【００３２】
なお、上記ではコアプレート２０の中央ブリッジ２２に加工硬化部２３を形成した後、外周側ブリッジ２４に屈曲部２５を形成する場合を説明した。一方、コアプレート２０において、加工硬化部２３及び屈曲部２５の形成順序は限定されない。例えば、コアプレート２０に屈曲部２５が形成された後に、中央ブリッジ２２の加工硬化部２３が形成される別例の第１例を採用してもよい。また、コアプレート２０に中央ブリッジ２２の加工硬化部２３を形成するのと同時に屈曲部２５が形成される別例の第２例を採用してもよい。別例の第１例及び第２例の場合でも、加工硬化部２３の形成によるコアプレート２０における反りを屈曲部２５の形成によって抑制できる。
【００３３】
ロータコア１２の製造方法として、別例の第１例よりも別例の第２例を採用する方が、コアプレート２０の反りを解消しやすくする面から好ましい。また、別例の第２例よりも図１から図７で説明したように、コアプレート２０に加工硬化部２３を形成した後に屈曲部２５を形成する方が、コアプレート２０の反りを解消しやすくする面からより好ましい。
【００３４】
なお、上記では、屈曲部２５の凸２５ａ及び凹２５ｂが、コアプレート２０の径方向に対し直角な平面についての断面がＶ字形である場合を説明したが、屈曲部２５はこのような形状に限定するものではない。例えば、屈曲部２５の凸及び凹はコアプレート２０の径方向に対し直角な平面についての断面が矩形、台形、円弧形などであってもよい。
【００３５】
なお、上記では中央ブリッジ２２の加工硬化部２３として、中央ブリッジ２２の周方向両端部に凹部２３ａ（図５）が形成されるようにプレス加工を行っている。一方、中央ブリッジ２２の周方向全体において、中央ブリッジ２２よりも径方向両側に外れた部分よりも窪むように凹部が形成されてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  回転電機ロータ（ロータ）、１２  回転電機ロータコア（ロータコア）、１３  磁石孔、２０  コアプレート、２１  孔要素、２２  中央ブリッジ、２３  加工硬化部、２３ａ  凹部、２４  外周側ブリッジ、２５  屈曲部、２５ａ  凸、２５ｂ  凹、３０  回転軸、４０  永久磁石、５０  エンドプレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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