(57)【要約】【課題】遠心力に対する耐性を向上させる【解決手段】回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙２２が設けられた電磁鋼板１４が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体１６を有する回転電機１０の回転子１２において、電磁鋼板１４は、周方向に並んで配置された空隙２２間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部２６を有すると共に、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部のＲ部３２，３４に残留圧縮応力が付加された構成とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙が設けられた電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体を有する回転電機の回転子において、
前記電磁鋼板は、前記空隙を形成している縁部を含み回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に、残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有すると共に、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記電磁鋼板は、外周部が径方向に拘束されると共に、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に拘束された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記電磁鋼板は、複数積層された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記電磁鋼板は、前記空隙と外周部との間に、周方向に延びる周方向ブリッジ部を有すると共に、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
前記電磁鋼板は、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が径方向に拘束された状態で、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備えた、
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の回転子及び回転電機に係り、特に電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体を有する回転子及びこの回転子を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転電機の回転子及び回転電機としては、次のものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１、特許文献２に記載の例では、円形鋼板における開口部の端縁であって遠心力が作用したことに伴って応力の集中する部分が塑性変形されることによって加工硬化されている。
【特許文献１】特開２００５−１８５０８１号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の例では、円形鋼板における応力の集中する部分が加工硬化されることで、この部分の降伏点が向上するものの、遠心力に対する耐性を向上させるためには改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、遠心力に対する耐性を向上させることができる回転電機の回転子及び回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の回転電機の回転子は、回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に空隙が設けられた電磁鋼板が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体を有する回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記空隙を形成している縁部を含み回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に、残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において空隙を形成している縁部を含む部位に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の回転電機の回転子は、請求項１に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、周方向に並んで配置された前記空隙間に、径方向に延びる径方向ブリッジ部を有すると共に、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において周方向に並んで配置された空隙間に形成された径方向ブリッジ部の径方向端部に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の回転電機の回転子は、請求項２に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、外周部が径方向に拘束されると共に、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に拘束された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板の外周部を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を周方向に拘束した状態で、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
【００１２】
請求項４に記載の回転電機の回転子は、請求項２に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、複数積層された状態で、前記径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位が周方向に塑性変形されることで、前記径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板を複数積層させた状態で、径方向ブリッジ部における径方向中央側の部位を周方向に塑性変形させるので、径方向ブリッジ部の径方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
【００１４】
また、この構成とすれば、電磁鋼板を形成する際に、複数の電磁鋼板を同時に加工することができるので、製造コストを低減できる。
【００１５】
請求項５に記載の回転電機の回転子は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記空隙と外周部との間に、周方向に延びる周方向ブリッジ部を有すると共に、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板において空隙と外周部との間に形成された周方向ブリッジ部の径方向端部に、電磁鋼板の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位には、残留圧縮応力が予め付加されているので、この部位の引張応力を緩和できる。これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の回転電機の回転子は、請求項５に記載の回転電機の回転子において、前記電磁鋼板は、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が径方向に拘束された状態で、前記周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、前記周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力が付加された構成とされている、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の回転電機の回転子によれば、電磁鋼板を形成する際に、電磁鋼板の周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位を径方向に拘束された状態で、周方向ブリッジ部における周方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、周方向ブリッジ部の周方向端部に残留圧縮応力を付加することができる。
【００１９】
また、前記課題を解決するために、請求項７に記載の回転電機は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備えた、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の回転電機によれば、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備えているので、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、本発明によれば、電磁鋼板において空隙を形成している縁部を含み回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位の引張応力を緩和できるので、これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の回転電機の一実施形態について説明する。
【００２３】
図１には、本発明の一実施形態に係る回転電機１０の要部構成が示されている。回転電機１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動モータとして好適に使用されるものであり、回転磁界を形成する図示しない固定子と、この固定子の径方向内側に回転可能に配置された回転子１２と、を備えて構成されている。
【００２４】
回転子１２は、電磁鋼板１４が軸方向に複数積層された電磁鋼板積層体１６を有して構成されている。各電磁鋼板１４には、回転中心部に対し径方向外側に離間した位置に、周方向に並ぶ一対の磁石挿入孔部１８が設けられている。一対の磁石挿入孔部１８は、Ｖ字状を成しており、各磁石挿入孔部１８には、永久磁石２０が挿入されている。
【００２５】
また、各電磁鋼板１４において、永久磁石２０の両側には、磁石挿入孔部１８の内壁部と永久磁石２０の両壁部とで空隙２２，２４がそれぞれ形成されている。そして、周方向に並んで配置された一対の空隙２２間は、径方向に延びる径方向ブリッジ部２６とされており、空隙２４と外周部２８との間は、周方向に延びる周方向ブリッジ部３０とされている。この径方向ブリッジ部２６の径方向両端部と、周方向ブリッジ部３０の周方向両端部には、Ｒ部３２，３４がそれぞれ形成されている。
【００２６】
なお、Ｒ部３２が、本発明における、空隙２２を形成している縁部（内壁部）を含み電磁鋼板１４の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に相当する。また、Ｒ部３４が、本発明における、空隙２４を形成している縁部（内壁部）を含み電磁鋼板１４の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じ得る部位に相当する。
【００２７】
ここで、図２には、上述の電磁鋼板１４を形成するための加工装置３６が示されている、また、図３には、この加工装置３６により加工される際の電磁鋼板１４における拘束位置と塑性変形位置が示されている。
【００２８】
図２に示されるように、加工装置３６は、パンチ３８とダイ４０により構成されている。パンチ３８は、磁石挿入孔部１８を打抜くための打抜き用パンチ部４２と、径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位（図３における斜線部位）を塑性変形させるための塑性変形用パンチ部４４と、を有し、ダイ４０に対し電磁鋼板１４の母材である被加工材４６の板厚方向に移動可能とされている。
【００２９】
また、パンチ３８は、打抜き用パンチ部４２によって磁石挿入孔部１８を打抜くと同時に、図３に示されるように、電磁鋼板１４における外周部２８を電磁鋼板１４の径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位（斜線部位）を電磁鋼板１４の周方向に拘束した状態で（図３の一点鎖線部分が拘束部）、塑性変形用パンチ部４４によって径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位（斜線部位）を電磁鋼板１４の軸方向（板厚方向）に塑性変形させる構成とされている。
【００３０】
なお、パンチ３８が、電磁鋼板１４における外周部２８を電磁鋼板１４の径方向に拘束することに加え、電磁鋼板１４における内周部を電磁鋼板１４の径方向に拘束する構成とされていると、電磁鋼板１４を径方向により拘束することができ好適である。
【００３１】
図４には、上述の加工装置３６により加工された電磁鋼板１４が示されている。この図に示されるように、電磁鋼板１４は、上述の如く加工装置３６によって加工されることで、径方向ブリッジ部２６に径方向に変形力Ｆが作用され、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部（一点鎖線の楕円で囲まれた部分）に遠心力の作用方向と同一方向に残留圧縮応力が付加された構成とされている。
【００３２】
そして、上記構成からなる回転電機１０によれば、以下の特有な効果を奏する。
【００３３】
すなわち、本発明の一実施形態に係る回転電機１０によれば、電磁鋼板１４を形成する際に、電磁鋼板１４の外周部２８を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位（図３における斜線部位）を周方向に拘束した状態で、この径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させるので、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に遠心力の作用方向と同一方向に残留圧縮応力を付加することができる。
【００３４】
従って、電磁鋼板１４において周方向に並んで配置された空隙２２間に形成された径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に、電磁鋼板１４の回転時に遠心力が作用したことに伴って引張応力が生じた場合でも、この部位の引張応力を緩和できる。これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００３５】
ここで、図５には、電磁鋼板１４についてのＦＥＭによる解析結果であって、電磁鋼板１４における塑性加工時の加工圧力と、回転子１２の回転時における径方向ブリッジ部２６の径方向両端部の最大応力との関係が示されている。
【００３６】
この図から明らかなように、塑性加工時の加工圧力が大きくなるほど径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に付加された圧縮残留応力が増加するため、回転子１２の回転時における径方向ブリッジ部２６の径方向両端部の最大応力が低減される。この解析では、塑性加工をしない場合に比して最大応力が約３０％以上低減されている。
【００３７】
また、図６には、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に形成されたＲ部３２の応力解析における節点位置１〜７が示されており、図７（Ａ）には、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された場合のＲ部３２の各節点１〜７についての応力計算結果であって、Ｒ部３２の各節点１〜７に作用する応力が回転子１２の回転時と停止時について示されている。
【００３８】
なお、図７（Ｂ）には、参考として、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加されていない場合のＲ部３２の各節点１〜７についての応力計算結果であって、Ｒ部３２の各節点１〜７に作用する応力が回転子１２の回転時と停止時について示されている。
【００３９】
図７（Ｂ）に示されるように、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加されていない場合、回転子１２の停止時では、応力がゼロとなるが、回転子１２の回転に伴い、応力が増加する。
【００４０】
これに対し、図７（Ａ）に示されるように、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された場合、回転子１２の停止時では、マイナスの応力（残留圧縮応力）が作用しているため、回転子１２の回転時には、このマイナスの応力（残留圧縮応力）の分だけ応力が緩和される。
【００４１】
このように、本発明の一実施形態に係る回転電機１０によれば、電磁鋼板１４における径方向ブリッジ部２６のうち応力集中部とされる径方向両端部の引張応力を緩和できる。これにより、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、電磁鋼板１４を形成する際に、電磁鋼板１４の外周部２８を径方向に拘束すると共に、径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位（図３における斜線部位）を周方向に拘束した状態で、この径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位を軸方向に塑性変形させていたが、次のようにしても良い。
【００４４】
すなわち、図８に示されるように、電磁鋼板１４を形成する際に、電磁鋼板１４を複数積層させることで電磁鋼板１４の全体を軸方向に拘束した状態で（図８の一点鎖線部分が拘束部）、径方向ブリッジ部２６における径方向中央側の部位を周方向に塑性変形させても良い。
【００４５】
このようにしても、電磁鋼板１４を、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された構成とすることができる。
【００４６】
また、この構成とすれば、電磁鋼板１４を形成する際に、複数の電磁鋼板１４を同時に加工することができるので、製造コストを低減できる。
【００４７】
また、上記実施形態において、電磁鋼板１４は、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された構成とされていたが、次のように構成されていても良い。
【００４８】
すなわち、電磁鋼板１４は、電磁鋼板１４における外周部２８が電磁鋼板１４の径方向に拘束されると共に、空隙２４の内壁部が拘束されることで（図９の一点鎖線部分が拘束部）、周方向ブリッジ部３０における周方向中央側の部位（図９における斜線部位）が径方向に拘束され、この状態で、この周方向ブリッジ部３０における周方向中央側の部位が軸方向に塑性変形されることで、周方向ブリッジ部３０の周方向両端部のＲ部３４に残留圧縮応力が付加された構成とされていても良い。このようにしても、遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００４９】
また、電磁鋼板１４は、径方向ブリッジ部２６の径方向両端部と、周方向ブリッジ部３０の周方向端部とに残留圧縮応力がそれぞれ付加された構成とされていても良い。このようにすると、遠心力に対する耐性をより向上させることができる。
【００５０】
また、上記実施形態において、回転電機１０は、固定子の径方向内側に回転子１２を備えた、いわゆるインナロータモータとされていたが、固定子の径方向外側に回転子１２を備えた、いわゆるアウタロータモータとされていても良い。
【００５１】
また、上記実施形態において、回転電機１０は、回転子１２に永久磁石２０を備えた、いわゆる永久磁石モータとされていたが、回転子１２に永久磁石２０を備えない、いわゆるシンクロナスリランクタンスモータとされていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機の要部構成を示す図である。
【図２】電磁鋼板を形成するための加工装置を示す図である。
【図３】加工装置により加工される際の電磁鋼板における拘束位置と塑性変形位置を示す図である。
【図４】加工装置により加工された電磁鋼板を示す図である。
【図５】電磁鋼板についてのＦＥＭによる解析結果を示す図である。
【図６】径方向ブリッジ部の径方向両端部に形成されたＲ部の応力解析における節点位置を示す図である。
【図７】（Ａ）は径方向ブリッジ部の径方向両端部に残留圧縮応力が付加された場合のＲ部の各節点についての応力計算結果を示す図、（Ｂ）は径方向ブリッジ部の径方向両端部に残留圧縮応力が付加されていない場合のＲ部の各節点についての応力計算結果を示す図である。
【図８】電磁鋼板の径方向ブリッジ部を塑性加工する際の変形例を示す図である。
【図９】電磁鋼板の周方向ブリッジ部を塑性加工する変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  回転電機
１２  回転子
１４  電磁鋼板
１６  電磁鋼板積層体
２２，２４  空隙
２６  径方向ブリッジ部
２８  外周部
３０  周方向ブリッジ部
【図１】
2009153236.tif 000003
【図２】
2009153236.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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