JP2008312321A - Rotor and rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
【課題】高速回転する回転子において、応力集中を低減することができる、回転子および回転電機を提供する。
【解決手段】本発明に係る回転子は、回転シャフトとロータコアとを備えている。ロータコアの貫通孔の内周面は、キー部42の両側に位置し回転シャフトの外周面から離れる方向に窪んだ凹部を構成する凹部内周面40,140を含む。凹部内周面の回転シャフトの中心軸に直角な断面は、第一の曲率半径を有しキー部の側面にその接線方向が連続する第一の円弧部C1と、第二の曲率半径を有し第一の円弧部の接線方向に連続する第二の円弧部C2とを有する。第二の曲率半径は第一の曲率半径より大きく、かつ、第二の曲率半径の中心と回転シャフトの中心軸とを結ぶ線L2は、第一の曲率半径の中心と回転シャフトの中心軸とを結ぶ線L1よりキー部の側面から離れた位置に位置する。
【選択図】図15Provided are a rotor and a rotating electrical machine that can reduce stress concentration in a rotor that rotates at high speed.
A rotor according to the present invention includes a rotating shaft and a rotor core. The inner peripheral surface of the through hole of the rotor core includes concave inner peripheral surfaces 40 and 140 that form concave portions that are located on both sides of the key portion 42 and are recessed in a direction away from the outer peripheral surface of the rotary shaft. A cross section perpendicular to the central axis of the rotating shaft on the inner peripheral surface of the recess has a first arc portion C1 having a first radius of curvature and a tangential direction continuing to the side surface of the key portion, and a second radius of curvature. And a second arc portion C2 continuous in the tangential direction of the first arc portion. The second radius of curvature is larger than the first radius of curvature, and a line L2 connecting the center of the second radius of curvature and the central axis of the rotary shaft is the center of the first radius of curvature and the central axis of the rotary shaft. Is located at a position farther from the side surface of the key part than the line L1 connecting.
[Selection] Figure 15
Description
この発明は、回転子および回転電機に関し、より詳しくは、ロータコアに形成されたキーが回転シャフトのキー溝に嵌合する回転子および回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor and a rotating electrical machine, and more particularly to a rotor and a rotating electrical machine in which a key formed on a rotor core is fitted in a key groove of a rotating shaft.
従来から、回転電機の回転子におけるロータコアと回転シャフトとの接続構造が種々提案されている。 Conventionally, various connection structures between a rotor core and a rotating shaft in a rotor of a rotating electrical machine have been proposed.
たとえば、特許文献1(特開2004−32943号公報)に記載された回転子においては、回転子の内壁に回転子中心へ向けて延びるキー部材と、シャフトの外壁に形成されたキー溝とを有している。キー溝とキー部材とは、両者が嵌み合う過程で一方に対する他方の周方向への回転が許容されるように形成されている。 For example, in the rotor described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-32943), a key member extending toward the rotor center on the inner wall of the rotor and a key groove formed on the outer wall of the shaft are provided. Have. The keyway and the key member are formed so that rotation in the other circumferential direction with respect to one is allowed in the process in which the two fit together.
この回転子においては、ロータコアと回転シャフトとを嵌合させる際にロータコアと回転シャフトとの間に生じる応力の低減が図られている。 In this rotor, the stress generated between the rotor core and the rotating shaft when the rotor core and the rotating shaft are fitted is reduced.
特許文献2(特開2006−217770号公報)に記載された回転子は、貫通孔が形成された複数の薄板鋼板を積層して形成されたロータコアと、このロータコアの中央に形成された嵌入穴に圧入されるシャフトとを備えている。 The rotor described in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-217770) includes a rotor core formed by laminating a plurality of thin steel plates having through holes, and a fitting hole formed in the center of the rotor core. And a shaft to be press-fitted into.
薄板鋼板の貫通孔を形成し、これら貫通孔の小径部と大径部が軸方向に交互に配置されるように上記薄板鋼板を積層して上記ロータコアが形成されている。さらに、ロータコアの嵌入穴に、外周面に凹凸部を形成したシャフトを圧入してモータの回転子が構成されている。 The rotor core is formed by laminating the thin steel plates so that through holes are formed in the thin steel plates, and the small diameter portions and the large diameter portions of the through holes are alternately arranged in the axial direction. Further, the rotor of the motor is configured by press-fitting a shaft having a concavo-convex portion on the outer peripheral surface thereof into the insertion hole of the rotor core.
特許文献3(特公平4−52056号公報)には、磁界鉄心とヨークとの接続部において、応力を緩和する構造が開示されている。
いわゆるハイブリッド自動車において用いられるモータは、非常に高速で回転する。一例としては、13500rpmで回転するものがある。このような高速回転においては、ロータに加わる遠心力の影響によるロータのキー部に隣接する箇所における応力集中が問題となる。 A motor used in a so-called hybrid vehicle rotates at a very high speed. One example is one that rotates at 13500 rpm. In such high-speed rotation, stress concentration at a location adjacent to the key portion of the rotor due to the influence of centrifugal force applied to the rotor becomes a problem.
上述のように、特許文献1には、キー部とキー溝とが嵌合した構造の回転子において、キー部への応力集中を緩和する構造が開示されている。しかし、上記のような高速回転における遠心力の影響を考慮すると、さらなる、応力集中の緩和が望まれる。
As described above,
また、特許文献2および特許文献3には、ロータコアとシャフトとの接続部における応力集中を緩和する構造は開示されていない。
Further, Patent Document 2 and
したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高速回転する回転子において、応力集中を低減することができる、回転子および回転電機を提供する
ことを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotor and a rotating electrical machine that can reduce stress concentration in a rotor that rotates at a high speed.
この発明に基づいた回転子に従えば、円筒状の外周面を有し、キー溝が設けられた回転シャフトと、上記回転シャフトが貫通される貫通孔が設けられ、上記貫通孔の内周面から突出して上記キー溝に嵌合されるキー部を含むロータコアとを備えている。上記貫通孔の内周面は、上記回転シャフトの中心軸を中心とする円筒状に構成され上記回転シャフトの外周面に沿う円筒状内周面と、上記キー部の両側に位置し上記回転シャフトの外周面から離れる方向に窪んだ凹部を構成する凹部内周面とを含んでいる。上記凹部内周面の上記回転シャフトの中心軸に直角な断面は、第一の曲率半径を有し上記キー部の側面にその接線方向が連続する第一の円弧部と、第二の曲率半径を有し上記第一の円弧部の接線方向に連続する第二の円弧部とを有している。上記第二の曲率半径は第一の曲率半径より大きく、かつ、上記第二の曲率半径の中心と上記回転シャフトの中心軸とを結ぶ線は、上記第一の曲率半径の中心と上記回転シャフトの中心軸とを結ぶ線より上記キー部の側面から離れた位置に位置している。 According to the rotor based on this invention, the rotary shaft having a cylindrical outer peripheral surface and provided with a keyway, the through-hole through which the rotary shaft passes are provided, and the inner peripheral surface of the through-hole And a rotor core including a key portion that protrudes from the key groove and is fitted into the key groove. An inner peripheral surface of the through hole is formed in a cylindrical shape centering on a central axis of the rotary shaft, and is disposed on both sides of the key portion and a cylindrical inner peripheral surface along the outer peripheral surface of the rotary shaft. And a recess inner peripheral surface constituting a recess recessed in a direction away from the outer peripheral surface. The cross section of the inner peripheral surface of the recess perpendicular to the central axis of the rotating shaft has a first arcuate portion having a first radius of curvature and a tangential direction continuing to a side surface of the key portion, and a second radius of curvature. And a second arc portion continuous in the tangential direction of the first arc portion. The second radius of curvature is larger than the first radius of curvature, and the line connecting the center of the second radius of curvature and the central axis of the rotary shaft is the center of the first radius of curvature and the rotary shaft. It is located in the position away from the side of the key part from the line which connects with the central axis.
上記回転子において好ましくは、上記第二の曲率半径は上記第一の曲率半径の1.5倍以上、2.5倍以下である。 In the rotor, the second radius of curvature is preferably 1.5 times or more and 2.5 times or less of the first radius of curvature.
上記回転子においてさらに好ましくは上記凹部内周面の上記回転シャフトの中心軸に直角な断面は、上記第二の円弧部の接線方向に連続する直線部と、上記直線部および上記円筒状内周面の接線方向に連続する第三の円弧部とをさらに有している。 In the rotor, more preferably, a cross section of the inner peripheral surface of the concave portion perpendicular to the central axis of the rotary shaft has a linear portion continuous in a tangential direction of the second arc portion, the linear portion, and the cylindrical inner periphery. And a third arc portion continuous in the tangential direction of the surface.
上記回転子を備えることにより回転電機を構成しても良い。 You may comprise a rotary electric machine by providing the said rotor.
本発明に係る回転子および回転電機によると、高速回転する回転子において、応力集中を低減することができる。 According to the rotor and the rotating electrical machine according to the present invention, stress concentration can be reduced in the rotor rotating at high speed.
図1から図16を用いて、本実施の形態に係るロータおよび回転電機について説明する。図1は、ハイブリッド自動車に搭載されるモータを模式的に示す断面図である。図中のモータを搭載するハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な2次電池(バッテリ)とを動力源とする。 A rotor and a rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a motor mounted on a hybrid vehicle. A hybrid vehicle equipped with the motor in the figure uses an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and a rechargeable secondary battery (battery) as power sources.
図1に示すように、モータ(回転電機)100は、IPMロータ(回転子)10と、IPMロータ10の外周上に配設されたステータ50とを備える。IPMロータ10は、中心軸101を中心に回転する回転シャフト58を備えている。
As shown in FIG. 1, the motor (rotary electric machine) 100 includes an IPM rotor (rotor) 10 and a
IPMロータ10は、ロータコア20と、ロータコア20に埋設された永久磁石31と、ロータコア20に対して永久磁石31を保持する図示しない保持部材とを含む。ロータコア20は、中心軸101に沿って円筒状に延びる形状を有する。ロータコア20は、中心軸101の軸方向に積層された複数の電磁鋼板21を含む。
The
ステータ50は、ステータコア55と、ステータコア55に巻回されたコイル51とを含む。ステータコア55は、中心軸101の軸方向に積層された複数の電磁鋼板52を含む。なお、ロータコア20およびステータコア55は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心等の磁性材料から形成されても良い。
Stator 50 includes a
コイル51は、3相ケーブル60によって制御装置70に電気的に接続されている。3
相ケーブル60は、U相ケーブル61、V相ケーブル62およびW相ケーブル63からなる。コイル51は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなり、これらの3つのコイルの端子に、それぞれ、U相ケーブル61、V相ケーブル62およびW相ケーブル63が接続されている。
The
The
制御装置70には、ハイブリッド自動車に搭載されたECU(Electrical Control Unit)80から、モータ100が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置70は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を3相ケーブル60を介してコイル51に供給する。
A torque command value to be output from the
図2は、図1のII−II線上に沿ったステータの端面図である。図中には、モータの巻線構造が模式的に表わされている。 FIG. 2 is an end view of the stator taken along the line II-II in FIG. In the drawing, the winding structure of the motor is schematically shown.
図1および図2に示すように、ステータコア55は、中心軸101に沿って延びる円筒状の形状を有する。ステータコア55は、中心軸101を中心としてその周方向に配列された複数のティース1を内周面に含む。本実施の形態では、ステータコア55は、48個のティース1を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
コイル51は、U相コイルを構成するコイル510〜517、V相コイルを構成するコイル520〜527およびW相コイルを構成するコイル530〜537からなる。コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、周方向に連続する複数のティース1に巻回されている。コイル510〜517は、最外周に配置されている。コイル520〜527は、コイル510〜517の内側であって、それぞれ、コイル510〜517に対して周方向に一定の位相だけずれた位置に配置されている。コイル530〜537は、コイル520〜527の内側であって、それぞれ、コイル520〜527に対して周方向に一定の位相だけずれた位置に配置されている。
コイル510〜513は、直列に接続されており、その一方端が端子U1であり、他方端が中性点UN1である。コイル514〜517は、直列に接続されており、その一方端が端子U2であり、他方端が中性点UN2である。
The
コイル520〜523は、直列に接続されており、その一方端が端子V1であり、他方端が中性点VN1である。コイル524〜527は、直列に接続されており、その一方端が端子V2であり、他方端が中性点VN2である。
The
コイル530〜533は、直列に接続されており、その一方端が端子W1であり、他方端が中性点WN1である。コイル534〜537は、直列に接続されており、その一方端が端子W2であり、他方端が中性点WN2である。
中性点UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2は、1点に共通接続されている。端子U1,U2は、3相ケーブル60のU相ケーブル61に接続され、端子V1,V2は、V相ケーブル62に接続され、端子W1,W2は、W相ケーブル63に接続されている。
The neutral points UN1, UN2, VN1, VN2, WN1, and WN2 are commonly connected to one point. Terminals U1 and U2 are connected to a
図3は、図1中のIII−III線上に沿ったモータの断面図である。図3に示すように、永久磁石31は、中心軸101を中心としてその周方向に沿って複数、配設されている。本実施の形態では、8個の永久磁石31が配設されている。永久磁石31は、略直方体形状を有する。永久磁石31は、中心軸101の軸方向から見た場合に略矩形形状を有する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the motor along the line III-III in FIG. As shown in FIG. 3, a plurality of
永久磁石31A,31C,31E,31Gは、ロータコア20の外周側がN極になるように配置されている。永久磁石31B,31D,31F,31Hは、ロータコア20の外周側がS極になるように配置されている。このように、永久磁石31は、中心軸101を中心としてその径方向に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように配設されている。図2に示すコイル510〜517,520〜527,530〜537は、これらの永久磁石31(31A〜31H)に対向するように配置されている。
The
ティース1の個数は、ロータコア20に埋設された永久磁石31の個数の整数倍になるように決定される。ティース1および永久磁石31の個数は、本実施の形態に挙げた数に限定されない。
The number of
図4は、ロータコアと回転シャフトとの係合部分を示す断面図である。この図4に示すように、回転シャフト58は、円柱状に形成されており、その周面には、軸方向に延びるキー溝58aが形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an engagement portion between the rotor core and the rotating shaft. As shown in FIG. 4, the
ロータコア20は、略円環状に形成されており、その中央部には、軸方向に延びる貫通孔20aが形成されている。
The
この貫通孔20aを規定するロータコア20の内周面には、軸方向に延びるキー部42が形成されている。キー部42は、径方向内方に向けて突出しており、キー溝58aに嵌合可能とされている。
A
貫通孔20aを規定するロータコア20の内周面は、回転シャフト58の中心軸を中心とする円筒状に構成され回転シャフト58の外周面に沿う円筒状内周面22で主として構成されている。
The inner peripheral surface of the
貫通孔20aを規定するロータコア20の内周面の、キー部42と隣り合う部分は、ロータコア20の径方向外方に向けて窪む凹部内周面40,140で構成されている。この凹部内周面40,140は、キー部42の両側に隣接して設けられており、ロータコア20に挿入された回転シャフト58の周面から離れるように凹んでいる。
A portion of the inner peripheral surface of the
そして、凹部内周面40、140は、回転シャフト58の表面から離間しており、回転シャフト58から応力が直接作用しないようになっている。
The concave inner
図5は、比較例のロータコアと回転シャフトとの係合部分の構造を示す分解図であり、図6は、本実施の形態のロータコアと回転シャフトとの係合部分の構造を示す分解図である。図5および図6を用いて、上記の凹部内周面40,140が必要となる理由について説明する。
FIG. 5 is an exploded view showing the structure of the engaging portion between the rotor core and the rotating shaft in the comparative example, and FIG. 6 is an exploded view showing the structure of the engaging portion between the rotor core and the rotating shaft in the present embodiment. is there. The reason why the concave inner
ロータコア20に設けられたキー部42とキー部42に隣接するロータコア20の内周面との接続部における応力集中を緩和するために、キー部42の根元部分には応力緩和曲面を設ける必要がある。言い換えると、キー部42の側面とロータコア20の内周面とを曲面で接続する必要がある。
In order to relieve stress concentration at the connecting portion between the
ここで、応力緩和曲面Sを設ける場合には、図5に示すように、ロータコア20の貫通孔20aを構成する円筒状内周面22の延長線の内側にはみ出して設ける場合と、図6に示すように、キー部42の根元部分を円筒状内周面22の延長線の外側に窪ませて凹部内周面40,140を構成し、凹部内周面40,140を応力緩和曲面Sとする場合とが考えられる。
Here, when the stress relaxation curved surface S is provided, as shown in FIG. 5, the stress relaxation curved surface S is provided so as to protrude inside the extension line of the cylindrical inner
図5に示すように、円筒状内周面22の延長線の内側に応力緩和曲面Sを設けた場合には、回転シャフト58の外周面のキー溝58aに隣接する部分との干渉を避けるため、キー溝58aの両側に面取部59を設ける必要がある。ここで、回転シャフト58に面取部59を設けるためには、回転シャフト58の全長に亙るように、キー溝58aの両側を削る必要がある。これは追加の加工工程となり、製造コスト上昇の要因となる。
As shown in FIG. 5, in the case where the stress relaxation curved surface S is provided inside the extension line of the cylindrical inner
図6に示すように、ロータコア20の貫通孔20aの円形内周面の延長線の外側に窪ませて、曲面を設ける場合には、回転シャフトの更なる加工は不要となる。また、ロータコア20はプレス加工により形成されるので、凹部40,140を設けることにより、加工工程数が増加することもない。
As shown in FIG. 6, when a curved surface is provided outside the extended line of the circular inner peripheral surface of the through
上記のような理由から、キー溝58aの両側に応力緩和曲面Sを形成する場合には図6に示すような凹部内周面40,140を設けることが好ましい。
For the reasons described above, when the stress relaxation curved surfaces S are formed on both sides of the
発明者は、キー溝58aの両側に応力緩和曲面となる凹部内周面40,140を形成するにあたり、最も応力集中が小さくなる形状を特定するため、種々のモデルを設定して数値解析により応力を計算した。具体的には、高速回転する回転ロータに生じる遠心力を計算し、その遠心力により種々の形状の凹部内周面40,140およびその周辺に生じる応力を算出した。
In order to identify the shape with the smallest stress concentration when forming the recess inner
図7は、基本モデルの形状を示す図であり、図8は、基本モデルの応力分布を示す図である。図7に示す基本モデルは、キー部42の両側に凹部内周面40,140を設けている。凹部内周面40と凹部内周面140とは、キー部42を挟んで対称な形状を有する。
FIG. 7 is a diagram showing the shape of the basic model, and FIG. 8 is a diagram showing the stress distribution of the basic model. In the basic model shown in FIG. 7, concave inner
凹部内周面40,140のキー部42の側面に接続する部分は、曲率円R1に接する曲面C1で構成されている。曲面C1の接線方向には平面部P1が接続している。平面部P1にはさらに曲面C3が接続している。曲面C3は、曲率円R3に接する曲面である。また、平面部P1は曲面C3の接線方向に位置している。曲面C3の接線方向には、円筒状内周面22が接続している。
The part connected to the side surface of the
図7に示す基本モデルの具体的な寸法は次のとおりである。ロータコア20の貫通孔20aの半径は54mmである。凹部内周面40,140の最も深い部分から円筒状内周面22の中心までの長さは55mmである。曲率円R1の半径は1mmである。曲率円R3の半径は3mmである。キー部42の側面と平面部P1とが成す角は60°である。
Specific dimensions of the basic model shown in FIG. 7 are as follows. The radius of the through
このような形状のロータコア20を、13500rpmで回転させた場合の最大応力は、図8に示すように、凹部内周面40において515MPa、凹部内周面140において517MPaであった。
When the
この最大応力を小さくするため、次に、曲率円R1の半径を拡大したモデルを作成した。図9は、曲率円R1の半径を拡大したモデルを示す図であり、図10は、曲率円R1の半径を拡大したモデルの応力分布を示す図である。 Next, in order to reduce this maximum stress, a model in which the radius of the curvature circle R1 was enlarged was created. FIG. 9 is a diagram showing a model in which the radius of the curvature circle R1 is enlarged, and FIG. 10 is a diagram showing a stress distribution of the model in which the radius of the curvature circle R1 is enlarged.
図9に示すモデルにおいては、曲率円R1の半径を2mmとし、凹部内周面40,140の最も深い部分から円筒状内周面22の中心までの長さは56mmとした。
In the model shown in FIG. 9, the radius of the curvature circle R1 is 2 mm, and the length from the deepest part of the concave inner
その結果、図10に示すように、最大応力は、凹部内周面40において506MPa、凹部内周面140において505MPaとなった。図7に示した基本モデルと比較すると最大応力は減少したが、大きな改善は見られなかった。
As a result, as shown in FIG. 10, the maximum stress was 506 MPa on the inner
次に、曲率円R1に接する曲面C1と平面部P1との間に、曲率円R1より半径が大きい曲率円R2に接する曲面C2を設けたモデルを作成した。 Next, a model was created in which a curved surface C2 in contact with a curvature circle R2 having a radius larger than that of the curvature circle R1 was formed between the curved surface C1 in contact with the curvature circle R1 and the plane portion P1.
図11は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルを示す図であり、図12は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルの応力分布を示す図である。図11に示すモデルにおいては、曲率円R2の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L2が、曲率円R1の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L1よりキー部42に近い場合を示している。
FIG. 11 is a diagram showing a model in which the key portion and the plane portion are configured by two curved surfaces, and FIG. 12 is a graph showing the stress distribution of the model in which the key portion and the plane portion are configured by two curved surfaces. FIG. In the model shown in FIG. 11, the line L2 connecting the center of the curvature circle R2 and the center of the through
この場合、曲率半径が大きい曲面C2の長さは僅かとなる。このとき曲率円R1の半径は1mmであり、曲率円R2の半径は2mmである。曲率円R2の半径は、曲率円R1の半径の2倍である。 In this case, the length of the curved surface C2 having a large curvature radius is small. At this time, the radius of the curvature circle R1 is 1 mm, and the radius of the curvature circle R2 is 2 mm. The radius of the curvature circle R2 is twice the radius of the curvature circle R1.
図12に示すように、このモデルにおける最大応力は、凹部内周面40および凹部内周面140のいずれにおいても511MPaとなった。図7に示した基本モデルと比較すると最大応力は減少したが、依然として大きな改善は見られなかった。
As shown in FIG. 12, the maximum stress in this model was 511 MPa in both the concave inner
図13は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルを示す図であり、図14は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルの応力分布を示す図である。図13に示すモデルにおいては、曲率円R2の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L2が、曲率円R1の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L1と重なる場合を示している。
FIG. 13 is a diagram illustrating a model configured with two curved surfaces between the key portion and the plane portion, and FIG. 14 illustrates a stress distribution of the model configured with two curved surfaces between the key portion and the plane portion. FIG. The model shown in FIG. 13 shows a case where a line L2 connecting the center of the curvature circle R2 and the center of the through
曲率円R1と曲率円R2の半径は、それぞれ、図11に示したモデルと同一である。
図14に示すように、このモデルにおける最大応力は、凹部内周面40および凹部内周面140のいずれにおいても480MPaとなった。図7に示した基本モデルと比較すると最大応力は明らかに減少した。
The radii of the curvature circle R1 and the curvature circle R2 are the same as those of the model shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the maximum stress in this model was 480 MPa in both the concave inner
図15は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルを示す図であり、図16は、キー部と平面部との間を二つの曲面で構成したモデルの応力分布を示す図である。図15に示すモデルにおいては、曲率円R2の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L2が、曲率円R1の中心と貫通孔20aの中心とを結ぶ線L1と重なる場合を示している。
FIG. 15 is a diagram illustrating a model configured with two curved surfaces between the key portion and the plane portion, and FIG. 16 illustrates a stress distribution of the model configured with two curved surfaces between the key portion and the plane portion. FIG. The model shown in FIG. 15 shows a case where a line L2 connecting the center of the curvature circle R2 and the center of the through
曲率円R1と曲率円R2の半径は、それぞれ、図11に示したモデルと同一である。
図16に示すように、このモデルにおける最大応力は、凹部内周面40および凹部内周面140のいずれにおいても434MPaとなった。図7に示した基本モデルと比較すると最大応力は顕著に減少した。
The radii of the curvature circle R1 and the curvature circle R2 are the same as those of the model shown in FIG.
As shown in FIG. 16, the maximum stress in this model was 434 MPa in both the recess inner
上記5つのモデルを比較すると、図15に示したモデルが、最も応力集中が少なく好ましい結果が得られた。すなわち、応力集中を低減するためには、凹部内周面40,140の回転シャフト58の中心軸101に直角な断面は、第一の曲率半径を有しキー部42の側面にその接線方向が連続する第一の円弧部と、第二の曲率半径を有し第一の円弧部の接線方向に連続する第二の円弧部とを有し、第二の曲率半径は第一の曲率半径より大きく、かつ、第二の曲率半径の中心と回転シャフトの中心軸とを結ぶ線L2は、第一の曲率半径の中心と回転シャフトの中心軸とを結ぶ線L1よりキー部42の側面から離れた位置に位置するように構成することが好ましいことが分かった。
When the above five models are compared, the model shown in FIG. 15 has the most favorable results with the least stress concentration. That is, in order to reduce the stress concentration, the cross section of the recess inner
このとき、第二の曲率半径は第一の曲率半径の1.5倍以上、2.5倍以下が好ましく、2倍が最も好ましいことが分かった。1.5倍未満であると、応力集中を抑制する効果が十分でなく、2.5倍を超えると、円筒状内周面22に滑らかに接続することが困難となる。
At this time, it was found that the second radius of curvature is preferably 1.5 times or more and 2.5 times or less, and most preferably 2 times the first radius of curvature. If it is less than 1.5 times, the effect of suppressing stress concentration is not sufficient, and if it exceeds 2.5 times, it becomes difficult to smoothly connect to the cylindrical inner
本実施の形態では、曲率円R2に接する曲面C2と、円筒状内周面22との間を、曲面C2の接線方向に位置する平面部P1と、曲面C3とで構成したので、両者の間を滑らかに接続することができる。曲面C3が接する曲率円R3の半径は、応力集中を回避するために、できるだけ大きくすることが好ましい。
In the present embodiment, since the curved surface C2 in contact with the curvature circle R2 and the cylindrical inner
上記のように構成することにより、最大応力を小さくすることができる。これにより、より高回転に対応可能なモータを構成することができる。 By configuring as described above, the maximum stress can be reduced. Thereby, the motor which can respond to higher rotation can be comprised.
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become the basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.
1 ティース、10 ロータ、20 ロータコア、20a 貫通孔、21 電磁鋼板、22 円筒状内周面、31 永久磁石、40,140 凹部内周面、42 キー部、50
ステータ、51 コイル、52 電磁鋼板、55 ステータコア、58 回転シャフト、58a キー溝、59 面取部、60 3相ケーブル、61 U相ケーブル、62 V
相ケーブル、63 W相ケーブル、70 制御装置、100 モータ、101 中心軸、510〜517,520〜527,530〜537 コイル、C1,C2,C3 曲面、L1,L2 線、P1 平面部、R1,R2,R3 曲率円、S 応力緩和曲面、UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2 中性点、U1,U2,V1,V2,W1,W2 端子。
DESCRIPTION OF
Stator, 51 Coil, 52 Magnetic steel plate, 55 Stator core, 58 Rotating shaft, 58a Keyway, 59 Chamfer, 60 3-phase cable, 61 U-phase cable, 62 V
Phase cable, 63 W phase cable, 70 control device, 100 motor, 101 central axis, 510-517, 520-527, 530-537 coil, C1, C2, C3 curved surface, L1, L2 line, P1 plane part, R1, R2, R3 curvature circle, S stress relaxation curved surface, UN1, UN2, VN1, VN2, WN1, WN2 neutral point, U1, U2, V1, V2, W1, W2 terminals.
Claims (4)
前記回転シャフトが貫通される貫通孔が設けられ、前記貫通孔の内周面から突出して前記キー溝に嵌合されるキー部を含むロータコアと、を備えた回転子であって、
前記貫通孔の内周面は、前記回転シャフトの中心軸を中心とする円筒状に構成され前記回転シャフトの外周面に沿う円筒状内周面と、前記キー部の両側に位置し前記回転シャフトの外周面から離れる方向に窪んだ凹部を構成する凹部内周面とを含み、
前記凹部内周面の前記回転シャフトの中心軸に直角な断面は、第一の曲率半径を有し前記キー部の側面にその接線方向が連続する第一の円弧部と、第二の曲率半径を有し前記第一の円弧部の接線方向に連続する第二の円弧部とを有し、
前記第二の曲率半径は第一の曲率半径より大きく、かつ、前記第二の曲率半径の中心と前記回転シャフトの中心軸とを結ぶ線は、前記第一の曲率半径の中心と前記回転シャフトの中心軸とを結ぶ線より前記キー部の側面から離れた位置に位置する、回転子。 A rotating shaft having a cylindrical outer peripheral surface and provided with a keyway;
A rotor core provided with a through-hole through which the rotary shaft passes, and including a key portion that protrudes from an inner peripheral surface of the through-hole and is fitted into the key groove,
An inner peripheral surface of the through hole is formed in a cylindrical shape centering on a central axis of the rotary shaft, and is disposed on both sides of the key portion and a cylindrical inner peripheral surface along the outer peripheral surface of the rotary shaft. Including a recessed portion inner peripheral surface constituting a recessed portion recessed in a direction away from the outer peripheral surface of
A cross section perpendicular to the central axis of the rotary shaft of the inner peripheral surface of the recess has a first radius of curvature and a first arc portion whose tangential direction is continuous with a side surface of the key portion, and a second radius of curvature. And a second arc portion continuous in a tangential direction of the first arc portion,
The second radius of curvature is larger than the first radius of curvature, and the line connecting the center of the second radius of curvature and the central axis of the rotary shaft is the center of the first radius of curvature and the rotary shaft. The rotor is located at a position away from the side surface of the key portion with respect to a line connecting the central axis of the key portion.
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