JP2005102460A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑が積層されてコアが構成され、かつ、高速回転に耐え得るようなコアの固定構造を備えた回転子を提供する
【解決手段】 コア５０は、積層された形状がそれぞれ異なる２種類の磁性鋼鈑５２，５３を含む。ボルト６０は、コア５０に設けられた貫通孔５５に挿入される。ボルト６０と対をなすナット６５の締め付けによって、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２および５３全体が固定される。さらに、貫通孔５５およびボルト６０の隙間部分に充填材７０を充填することによって、ボルト６０の弾性変形を抑制する。このため、ボルト６０の応力が緩和され、固定構造の信頼性を向上できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は回転電機に関し、より特定的には、回転電機の回転子構造に関する。

モータ（回転電機）の効率向上および小型軽量化のために、形状の異なる複数種類の磁性鋼板を積層してロータ（回転子）を構成する技術が知られている。たとえば、特開２０００−３１２４４７号公報には、形状が異なる２種類のロータコアシート１１，１２をモータ軸方向に積層した、いわゆる「異形コア構造」の回転子が開示されている。この技術では、異形コアを構成するコアシート全体を、モータ回転軸方向に設けられた貫通孔に挿入されるボルトのみで固定する構造が採用されている。
特開２０００−３１２４４７号公報 特開２００１−１５７３９６号公報 特開２００１−６１２４５号公報 特開２００２−３４１８７号公報 特開２００２−２４７８１７号公報 特開２００１−２５１７９５号公報 特開平８−２２３８３３号公報 神谷宗宏他２名，「モータのロータ構造」，発明協会公開技報 公技番号２００２−１０５，２００２年１月４日

しかしながら、異形コア構造においては、コアシートを固定するボルト等の固定部材には、コアシートによって発生する磁気トルク、異なる形状のコアシート間での遠心力差、および固定部材自身にかかる遠心力等の様々な負荷がかかる。特に、モータを高速回転する際には、遠心力によって生じる固定部材の応力により固定構造の信頼性が低下することが問題となる。

従来提案されていた異形ロータでは、上記の点に配慮した固定構造となっていないため、モータの高速化および大容量化への対応が困難であった。すなわち、異形コア構造の回転電機（モータ）は、コアの径および厚み（積層長）が比較的小さく、かつ低回転速度の小型モータにその適用が限られていた。

特に、車輪駆動用モータとして自動車に搭載される回転電機では、大出力容量での高速回転が要求される一方で、限られたスペースに搭載するために軸長を短縮したコンパクトな形状であることが要求される。このため、高速化および大容量化に耐え得る、異形コア構造の回転子を有するモータへの要求が高かった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑が積層された異形コアを有し、かつ、高速回転に耐え得るような異形コアの固定構造を備えた、回転電機の回転子を提供することである。

この発明に従う回転電機の回転子は、シャフトと、コアと、固定部材と、充填材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含む。コアには、コアを構成する磁性鋼鈑全体にわたって回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられる。固定部材は、磁性鋼鈑全体を固定するために貫通孔に挿入される。充填材は、固定部材および貫通孔の隙間に充填される。

この発明の他の構成による回転電機の回転子は、シャフトと、コアと、固定部材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含む。コアには、コアを構成する磁性鋼鈑全体にわたって回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられる。固定部材は、磁性鋼鈑全体を固定するために貫通孔に挿入される。さらに、貫通孔の途中には、小径部が設けられる。

好ましくは、貫通孔は、積層される磁性鋼鈑の各々の所定部位に穿設された打ち抜き孔の集合によって構成され、磁性鋼鈑のうちの少なくとも１つの打ち抜き孔は、それ以外の磁性鋼鈑の打ち抜き孔よりも孔径が小さい部分を有する。

また好ましくは、固定部材は、ボルトおよびナットから成り、ナットには緩み止め機構が設けられる。

この発明のさらに他の構成による回転電機の回転子は、シャフトと、コアと、棒状部材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含む。コアには、コアを構成する磁性鋼鈑全体にわたって回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられる。棒状部材は、貫通孔の孔径よりも外径が大きい径大部分を有する。さらに、棒状部材は、貫通孔の少なくとも一部の塑性変形を伴って貫通孔に圧入される。

好ましくは、棒状部材は、先端部分を除いて径大部分が形成されるボルト状の形状を有し、棒状部材の先端部分は、貫通孔の孔径よりも小さい径を有し、かつ、その表面にはナット止め可能なようにネジ山が形成される。

あるいは好ましくは、径大部分は、円形状の断面または、部位によって径が異なる非円形状の断面を有する。

この発明のさらに他の構成による回転電機の回転子は、回転電機の回転子であって、シャフトと、コアと、管状部材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含む。コアには、コアを構成する磁性鋼鈑全体にわたって回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられる。管状部材は、磁性鋼鈑全体を固定するために設けられ、その外径が貫通孔の内径よりも小さい状態で貫通孔に挿入された後、貫通孔に密接するように塑性変形によって拡管される。

好ましくは、管状部材の両端は、コアの外形に沿うように塑性加工される。

この発明のさらに他の構成による回転電機の回転子は、シャフトと、コアと、フランジ状部材とを備える。シャフトと、コアと、管状部材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含む。フランジ状部材は、コアの外形に沿った形状を有し、シャフトに嵌め込まれて磁性鋼鈑を固定し、フランジ状部材の端部は、コアの外形に沿って他の部材と接合される。

この発明のさらに他の構成による回転電機の回転子は、シャフトと、コアと、第１および第２のエンドプレートと、フランジ状部材とを備える。シャフトは、回転子の回転軸の回りを回転可能である。コアは、シャフトの周りに積層された、形状が異なる複数の第１の磁性鋼板および複数の第２の電磁鋼板により構成される。第１および第２のエンドプレートは、両側からコアを挟むように配置される。フランジ状部材は、シャフトに嵌め込まれて複数の第１および第２の磁性鋼鈑を固定する。複数の第１の磁性鋼板は、第１のエンドプレートおよび複数の第２の磁性鋼板の間に積層される。複数の第２の磁性鋼板は、第２のエンドプレートおよび複数の第１の磁性鋼板の間に積層される。フランジ状部材は、複数の第１の磁性鋼板と接する第１の面および、複数の第２の磁性鋼鈑と接する第２の面を有し、かつ、第１の面には、複数の第１の磁性鋼鈑との接触面よりも突出した突起部が部分的に設けられる。各第１の磁性鋼板は、シャフトの外周に設けられたキー溝と嵌合する第１のキーと、突起部と嵌合するように設けられた穴溝部とを有する。各第２の磁性鋼板は、フランジ状部材の第２の面に設けられたキー溝と嵌合する第２のキーを有する。フランジ状部材は、第２のエンドプレートと接合される。

好ましくは、フランジ状部材の第１の面には、突起部が設けられる領域以外の少なくとも一部において、複数の第１の磁性鋼鈑との接触面に対して凹となるように面取りされた段付部がさらに設けられる。

さらに好ましくは、第１および第２の複数の磁性鋼板の各々には、積層時の位置合わせのためのダボが設けられ、ダボの位置は、フランジ状部材の段付部に対応する領域に設けられる。

この発明による回転電機の回転子では、貫通孔および当該貫通孔に挿入される固定部材の隙間部分に充填材が充填されることにより、回転時の遠心力による固定部材の弾性変形が抑制される。これにより、固定部材にかかる応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

また、貫通孔の途中に他の部位よりも孔径が小さい小径部を設けて、当該貫通孔に挿入された固定部材によって当該複数種類の磁性鋼鈑を固定することにより、固定部材は、遠心力による変形時に、この孔径が小さい部分で拘束される。これにより、固定部材のたわみ長が短くなるので、変形量（たわみ量）も小さくなる。したがって、固定部材の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

特に、固定部材をボルトおよびナットで構成し、ナットに緩み止め機構を設けることにより、遠心力による繰り返しの曲げ荷重によるネジの緩みを防止して、固定構造の信頼性を向上できる。

あるいは、貫通孔の孔径よりも外径が大きい部分を有する棒状部材を貫通孔に圧入することによって、コアを構成する複数種類の磁性鋼鈑を固定する。圧入時に貫通孔は押し広げられるように塑性変形するので、棒状部材と貫通孔とが密着する。このため、固定用の棒状部材の弾性変形が抑制されるので、棒状部材の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

特に、棒状部材の先端部を貫通孔よりも小さい径とし、かつその表面にネジ山を形成することにより、ナット止めにより棒状部材を簡易な構造で固定できる。

また、その外径が前記貫通孔の内径よりも小さい状態で貫通孔に挿入された後、貫通孔に密接するように塑性変形によって拡管される拡管部材によって、コアを構成する複数種類の磁性鋼鈑を固定する。これにより、管状部材は、拡管後において貫通孔と密接するので、管状部材の弾性変形が抑制されるので、管状部材の応力が緩和される。したがって、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

あるいは、貫通孔を設けることなく、コアの外から比較的大型のフランジ状部材によって複数種類の磁性鋼鈑を固定することにより、高速回転時にも固定構造の信頼性を高めることができる。

また、コアの外からフランジ状部材によって形状の異なる第１および第２の磁性鋼鈑を固定する構造において、フランジ状部材の第１の面に部分的に設けられた突起部と、第１の磁性鋼板に設けられた穴溝部とを嵌合させ、かつ、フランジ状部材の第２の面に設けられたキー溝と、第２の磁性鋼板に設けられたキーとを嵌合させることにより、第１の磁性鋼板と接触する第２の磁性鋼板が突起部で保持されるので、遠心力に対する信頼性が高くなる。

さらに、フランジ状部材の第１の面に面取りされた段付部を設けることにより、第１の電磁鋼板とフランジ状部材との間に隙間が生じるので、当該隙間によって各磁性鋼板の板厚ばらつきを吸収できる。この結果、フランジ状部材を第２のエンドプレートと接合する際に、第１および第２のエンドプレート間に荷重を加えるのみでよいので、組み付け作業性を向上できる。

特に、積層時の位置合わせのためのダボをフランジ状部材の前記段付部に対応する領域に設けることで、ダボによる一体化構造の強化および組み付け作業性を向上できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
まず、実施の形態１〜３では、ボルトおよびナットを固定部材とする異形コア構造の回転子が示される。

図１には、この発明の実施の形態１による回転子の構造を説明するための断面図が示される。

図１を参照して、実施の形態１による回転子１１０は、モータの回転軸１０の回りを回転可能なシャフト２０と、ベアリング３０と、エンドプレート４０，４１と、シャフト２０の周りに積層された磁性鋼鈑５２，５３を含むコア５０と、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２，５３を固定するための「固定部材」であるボルト６０およびナット６５とを備える。シャフト２０には、コア５０を支えるための突起部２１が設けられる。

エンドプレート４０，４１は、磁力による磁性鋼鈑５２，５３の回転軸軸方向の広がりを抑制するためにコア５０の両端に設けられる。

磁性鋼鈑５２および磁性鋼鈑５３は、それぞれ異なる形状を有しており、回転子１１０は異形コア構造を有する。磁性鋼鈑５２は、シャフト２０との接触部に設けられたスプラインやキーによって、シャフト２０と接合される。

まず、異形ロータの利点について図２を用いて説明する。

図２は、異形ロータに対する比較例として示される回転子の断面図である。

図２を参照して、比較例として示される回転子２００は、単一形状の磁性鋼鈑５１が積層されたコア５０♯を備える点で、図１に示された回転子１１０と異なる。このように構成された回転子２００において、ベアリング３０間の軸長Ｌを回転子１１０と同様に確保するためには、シャフト２０にコア保持部２２を設けて内径側にベアリング３０の配置スペースを確保する必要がある。

このように、単一形状の磁性鋼鈑でコアが構成される回転子２００では、軸長を短縮してコンパクト化を図るためには、コア保持部２２を形成するようにシャフト２０を複雑な形状とする必要が生じ、製造コストの上昇を招く。したがって、異形コア構造は、シャフト形状の複雑化を招くことなく回転子のコンパクト化を図るために有効である。

再び図１を参照して、磁性鋼鈑５２は、シャフト２０に設けられた突起部２１および抜け止めリング４５の間に積層される。各磁性鋼鈑５２，５３には、所定位置に打ち抜き孔が設けられており、積層された磁性鋼鈑５２，５３にそれぞれ穿設された打ち抜き孔の集合によって、コア５０全体にわたる貫通孔５５が形成される。ボルト６０およびナット６５は、貫通孔５５を用いて配設される。

図３は、実施の形態１によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。

図３を参照して、ボルト６０は、貫通孔５５よりも径小であり、貫通孔５５に挿入される。ボルト６０と対をなすナット６５の締め付けによって、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２および５３全体が固定される。

異形コアを固定するために設けられたボルト６０は、回転時には自重にかかる遠心力を受けて弾性変形する。したがって、この変形量が大きいほどボルト６０の応力は大きくなる。高速回転時には、変形量が大きくなるのでボルト６０の応力が増大して、破断等の不具合を生じるおそれがある。

実施の形態１による回転子では、貫通孔５５およびボルト６０の隙間部分に充填材７０が充填される。充填材７０によってボルト６０の弾性変形が抑制される。このため、ボルト６０の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。なお、充填材７０として代表的には熱硬化性樹脂を用いることができるが、ボルト６０の変形を妨げることが可能である限り、充填材７０には任意の材質を適用できる。

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。

図４を参照して、実施の形態２では、コア５０は、磁性鋼鈑５２，５３と、打ち抜き孔の径が磁性鋼鈑５２，５３よりも小さい磁性鋼鈑５２♯および５３♯とを積層して構成される。磁性鋼鈑５２♯は、磁性鋼鈑５２と同じ形状有し、かつ、打ち抜き孔の形状のみが磁性鋼鈑５２と異なる。同様に、磁性鋼鈑５３♯は、磁性鋼鈑５３と同じ形状を有し、かつ、打ち抜き孔の形状のみが磁性鋼鈑５３と異なる。実施の形態２による回転子において、図４に示す固定構造部分以外の構造は、図１に示した回転子と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

磁性鋼鈑５２♯，５３♯の打ち抜き孔は、磁性鋼鈑５２，５３の打ち抜き孔よりも孔径が小さい部分を有する。

たとえば、図５の（ａ）に示されるように、磁性鋼鈑５２♯，５３♯の打ち抜き孔は、磁性鋼鈑５２，５３の円形状の打ち抜き孔よりも、直径の小さい円形状を有する。あるいは、図５の（ａ）に示されるように、磁性鋼鈑５２♯，５３♯の打ち抜き孔は、磁性鋼鈑５２，５３の円形状の打ち抜き孔よりも径小の部分および径大の部分の両方を有するような非円形状とすることもできる。

このような、磁性鋼鈑５２，５３および磁性鋼鈑５２♯，５３♯の間での打ち抜き孔形状の変更は、打ち抜きパターン（型）の変更により実現できる。なお、磁性鋼鈑５２，５３の打ち抜き孔は、図５に示された円形状に限定されず、任意の形状とすることができる。

再び図４を参照して、磁性鋼鈑５２，５２♯，５３，５３♯は、磁性鋼鈑５２♯，５３♯がコア５０の中間部分に位置するように積層される。これにより、貫通孔５５の途中には、他の部位よりも孔径の小さい「小径部」が設けられる。

この結果、遠心力による変形時に、ボルト６０は、打ち抜き孔が小さい磁性鋼鈑５２♯，５３♯の部分で拘束される。これにより、ボルト６０のたわみ長が短くなるので、変形量（たわみ量）も小さくなり、ボルト６０の弾性変形が抑制される。したがって、ボルト６０の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

［実施の形態３］
図６は、実施の形態３によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。

図６を参照して、実施の形態３では、ボルト６１およびナット６５によって、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２および５３全体が固定される。ボルト６１は、貫通孔５５より径が大きい径大部６２と先端の径小部６３とを有する「棒状部材」である。径小部６３は、貫通孔５５より径が小さく、ナット６５を固定するためのネジ山が形成される。実施の形態２による回転子において、図６に示す固定構造部分以外の構造は、図１に示した回転子と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

径大部６２は、貫通孔５５の孔径よりも大きい外径を有する。たとえば、図７の（ａ）に示されるように、径大部６２の断面は、貫通孔５５、すなわち磁性鋼鈑５２，５３の打ち抜き孔よりも大きい直径Ｒの円形状とすることができる。あるいは、図７の（ｂ）に示されるように、径大部６２の断面は、一様な直径Ｒの円形状ではなく、部位によって径が異なる非円形状とすることもできる。

ボルト６１の径大部６２は、油圧等によって貫通孔５５に圧入される。圧入時に、貫通孔５５は押し広げられるように塑性変形するので、径大部６２の外周が貫通孔５５と密接した状態で、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２，５３全体が固定される。これにより、遠心力によるボルト６０の弾性変形が抑制されるので、ボルト６０の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

実施の形態１〜３では、固定部材がナット６５を含む固定構造を説明した。このような固定構造では、ナット６５に緩み止め機構を設けることにより、固定構造の信頼性を向上できる。ナットの緩み止め機構としては、種々の方式が公知であるが、たとえば、緩み止め材の塗布、ナット穴形状を歪ませること、あるいはナットによって固定された薄い金属板をナット面に合わせて折り曲げ加工することが知られている。

[実施の形態４］
図８には、この発明の実施の形態４による回転子の構造を説明するための断面図が示される。

図８を参照して、実施の形態４による回転子１２０は、シャフト２０と、ベアリング３０と、エンドプレート４０，４１と、それぞれ異なる形状を有する磁性鋼鈑５２，５３で構成されたコア５０と、コア５０に穿設された貫通孔５５に配設された管状部材８０とを備える。実施の形態１と同様に、シャフト２０には、磁性鋼鈑５２を支えるための突起部２１が設けられ、磁性鋼鈑５２および５３は、シャフト２０に設けられた突起部２１および抜け止めリング４５の間に積層される。また、磁性鋼鈑５２は、シャフト２０との接触部において、スプラインやキーによって接合される。

実施の形態４では、管状部材８０によって、コア５０を構成する全磁性鋼鈑５２および５３が固定される。管状部材８０の一端および他端は、符号８１および８３でそれぞれ示される。

図９は、実施の形態４によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。

図９を参照して、管状部材８０の外径は、当初貫通孔５５の内径よりも小さい。この状態で、管状部材８０は、貫通孔５５へ挿入される。したがって、管状部材８０の挿入は、形成された貫通孔５５の精度（寸法および垂直度）が高くなくても、容易に行なうことができるので、作業性が向上する。なお、管状部材８０の一端８１は、コア５０の外形に沿うように、予めフランジ状に塑性加工されている。

貫通孔５５への挿入後、管状部材８０は、その外周が貫通孔５５に密接するように塑性変形によって拡管される。たとえば、油圧等での押し出しによって、管状部材８０の内側に貫通孔５５の径よりも直径が大きい球状の部材を通過させることで、このような拡管が実現される。

拡管後、管状部材８０の一端８３は、コア５０の外形に沿ってかしめ加工される。すなわち、一端８３は最端の磁性鋼鈑５２と接合されるように、塑性変形される。

このように、管状部材８０は、拡管後において貫通孔５５と密接して、コア５０を構成する磁性鋼鈑５２，５３全体を固定する。これにより、遠心力による管状部材８０の弾性変形が抑制されるので、管状部材８０の応力が緩和され、高速回転時にも固定構造の信頼性を向上できる。

[実施の形態５］
図１０には、この発明の実施の形態５による回転子の構造を説明するための断面図が示される。

図１０を参照して、実施の形態５による回転子１３０は、シャフト２０と、ベアリング３０と、エンドプレート４０，４１と、それぞれ異なる形状を有する磁性鋼鈑５２，５３で構成されたコア５０と、フランジ状部材９０とを備える。実施の形態１と同様に、シャフト２０には、コア５０を支えるための突起部２１が設けられる。また、磁性鋼鈑５２は、シャフト２０との接触部において、スプラインやキーによって接合される。

磁性鋼鈑５２および５３は、突起部２１で支えられたエンドプレート４０と、エンドプレート４１との間に積層される。

フランジ状部材９０は、コア５０の外形状に沿ったコップ状の形状を有し、シャフト２０に嵌め込まれて、磁性鋼鈑５２，５３を固定する。フランジ状部材９０とシャフト２０とは、両者の接触部９２において、溶接や圧入によって接合される。

さらに、フランジ状部材９０の端部９３は、コア５０の外形に沿ってかしめ加工される。すなわち、端部９３はエンドプレート４１と接合されるように、塑性変形される。

実施の形態５においては、磁性鋼鈑５２および５３に貫通孔５５は設けられず、実施の形態１〜４のように、比較的遠心力がかかり易い位置に固定部材を配設することがない。さらに、フランジ状部材９０は、径小の磁性鋼鈑５３の形状に沿って、コア５０を外から一体的に固定できる。

特に、実施の形態５では、回転するシャフト２０から、シャフト２０と直接接触しない磁性鋼鈑５３へのトルク伝達を、貫通孔５５に設けられた小さな固定部材ではなく、コア５０を外部から固定する比較的大型のフランジ状部材９０によって実行できる点が特徴である。これにより、高速回転時にも固定構造の信頼性を高めることができる。

なお、実施の形態１〜５では図示を省略したが、コア５０には、磁石挿入穴等をさらに設けることにより、永久磁石が装着される。

[実施の形態６］
実施の形態６では、実施の形態５に示したフランジ状部材による異形コアの固定構造について、信頼性をさらに高めた好ましい構造について説明する。

図１０に示した異形コアの固定構造では、フランジ状部材９０およびエンドプレート４０によって挟持することで、形状の異なる磁性鋼板５２，５３を固定する。しかし、各磁性鋼板の板厚ばらつき（主に同一鋼板内での板厚差）等に起因して積層された磁性鋼板５２，５３に隙間が生じることにより、組み付け性が悪化する。

図１０に示されるように、磁性鋼板５２の端面は、フランジ状部材９０およびエンドプレート４０の両方によって、回転軸方向の位置が規定され、かつ、磁性鋼板５２と接する磁性鋼板５３がフランジ状部材９０の端面と一致している。このため、上記のような板厚ばらつきに起因する隙間を解消するためには、組み付け作業時に、エンドプレート４０またはフランジ状部材９０によって磁性鋼板５２を押し付けた状態で、フランジ状部材９０の端部９３をかしめ加工する必要が生じ、作業性が悪化する。

また、磁性鋼板５３がフランジ状部材９０の端面でも保持されるため、フランジ状部材９０の先端部分に面取りを付けることが困難である。このため、ダボによって異形コアを一体化させると、組み付け時の作業性が低下する。

図１１は、この発明の実施の形態６による回転子の断面図である。

図１１を参照して、実施の形態６による回転子２００は、実施の形態５による回転子と同様に、シャフト２０と、ベアリング３０と、エンドプレート４０（第１のエンドプレート）と、エンドプレート４１（第２のエンドプレート）と、磁性鋼板５２および５３が積層されたコア５０と、フランジ状部材９０とを備える。図１１には、さらに、フランジ状部材９０の固定用に設けられた止めナット９５が示される。

フランジ状部材９０は、下底面（第１の面）で磁性鋼板５２と接しており、外側面（第２の面）および上底面で磁性鋼板５３と接している。以下の説明では、磁性鋼板５２および５３を明確に区別するために、「第１の磁性鋼板」に相当する磁性鋼板５２を「電磁鋼板５２」と称し、「第２の磁性鋼板」に相当する磁性鋼板５３を「異形電磁鋼板５３」と称することとする。

実施の形態６では、フランジ状部材９０の下底面に部分的に設けられた突起部１５２と、電磁鋼板５２の穴溝の集合によって形成された開口部９８とが嵌合される。なお、同様にして別に設けられた開口部９９は、磁石挿入穴であり、永久磁石（図示せず）が装着される。

図１２は、図１１に示したフランジ状部材９０の形状を説明する平面図である。図１２には、フランジ状部材９０の下底面の平面図が示される。

図１２を参照して、フランジ状部材９０の外周面（外側面）には、異形電磁鋼板５３に設けられたキーと嵌合するキー溝１５１が設けられ、内周面には、シャフト２０に設けられたキー溝と嵌合するキー１５５が設けられる。

フランジ状部材９０の下底面部には、部分的に突起部１５２が設けられる。突起部１５２は、電磁鋼板５２との接触面に相当する領域１５４よりも電磁鋼板５２側へ突出している。さらに、突起部１５２が設けられた領域とは、円周方向に沿って異なる領域に段付部１５３が設けられる。

図１２におけるＳ−Ｓ′断面図である図１３から理解されるように、突起部１５２は、領域１５４すなわち電磁鋼板５２との接触面よりも、電磁鋼板５２側に凸となっている。段付部１５３は、面取り部１５６を設けることで、領域１５４よりも凹となっている。

次に、異形電磁鋼板５３の形状を説明する。

図１４を参照して、異形電磁鋼板５３は、フランジ状部材９０と接する内周面と、外周面とを有する。

異形電磁鋼板５３は、永久磁石挿入用の穴溝１６０と、フランジ状部材９０のキー溝１５１と嵌合するキー１６３（第２のキー）とを有する。さらに、積層時の位置合わせのための小突起であるダボ１６１が設けられる。ダボ１６１は、図１２に示したフランジ状部材９０の下底面部との関係において、段付部１５３に対応する領域に設けられる。ダボ１６１を設けることにより、電磁鋼板５２および異形電磁鋼板５３の一体化構造を強化できる。

図１５に示された、図１１のＰ−Ｐ′断面図を参照して、組み付け時には、キー溝１５１（フランジ状部材９０）およびキー１６３によって、異形電磁鋼板５３とフランジ状部材９０とは嵌合される。異形電磁鋼板５３は、半径方向には、フランジ状部材９０の外側面１７０によってガイドされる。

次に、電磁鋼板５２の形状を説明する。

図１６を参照して、電磁鋼板５２は、シャフト２０と接する内周面と、外周面とを有する。

電磁鋼板５２には、異形電磁鋼板５３と同様の位置に、永久磁石挿入用の穴溝１６０および、積層時の位置合わせのための小突起であるダボ１６１が設けられる。積層された電磁鋼板５２および異形電磁鋼板５３の穴溝１６０が集まって、図１１に示した開口部９９が形成される。

さらに、電磁鋼板５２には、フランジ状部材９０の下底面部に設けられた突起部１５２と嵌合するように設けられた穴溝１８０と、シャフト２０のキー溝と嵌合するキー１９０（第１のキー）とが設けられる。電磁鋼板５２の穴溝１８０が集まって、図１１に示した開口部９８が形成される。開口部９８によって、コア５０の軽量化も図られる。

図１７に示された、図１１のＱ−Ｑ′断面図を参照して、組み付け時には、異形電磁鋼板５３に近い電磁鋼板５２は、穴溝１８０にフランジ状部材９０の突起部１５２が嵌合され、キー１９０によってシャフト２０とさらに嵌合される。

また、図１８に示された、図１１のＲ−Ｒ′断面図を参照して、組み付け時には、その他の電磁鋼板５２は、キー１９０によってシャフト２０と嵌合されるのみで、穴溝１８０は、空洞部分として残される。

図１７および図１８において、電磁鋼板５２は、半径方向には、シャフト２０の外周面１９５によってガイドされる。すなわち、図１７に示された、穴溝１８０の外周と突起部１５２との境界部１８５は、必ずしも半径方向へのガイド機能を持つ必要はない。したがって、組み付け作業性を向上させるために、穴溝１８０を突起部１５２よりも大きく取って、境界部１８５に隙間を生じさせてもよい。

このように実施の形態６による異形コアの固定構造では、異形電磁鋼板５３は、フランジ状部材９０の外側面で保持されて、キー溝１５１によって回り止めされる。異形電磁鋼板５３の電磁鋼板５２に近い部分は、突起部１５２の外周によって保持されるので、遠心力に対する信頼性が高い。また、段付部１５３ではフランジ状部材９０が浮いているため、異形電磁鋼板５３は、フランジ状部材９０とは接触しない。

電磁鋼板５２の異形電磁鋼板５３に近い部分では、フランジ状部材９０の突起部１５２は、穴溝１８０で避けられている。さらに、電磁鋼板５２は、シャフト２０の外周で、キー１９０により回り止めされる。

電磁鋼板５２および異形電磁鋼板５３は、突起部１５２の周辺（図１２での領域１５４）で回転軸方向に接している。一方、電磁鋼板５２およびフランジ状部材９０は、段付部１５３では非接触である。

これにより、電磁鋼板５２および異形電磁鋼板５３の板厚ばらつきをフランジ状部材９０と電磁鋼板５２との間に生じた隙間で吸収できる。したがって、フランジ状部材９０をかしめる際にコア５０を固定するための荷重は、エンドプレート４０および４１の間に加えるだけでよくなるので、コアの組み付け作業の作業性が向上される。

この状態で、回転軸方向位置を固定するために、止めナット９５によってフランジ状部材９０が固定される。止めナット９５は、たとえば、シャフト２０にネジ山を設けて固定すればよい。あるいは、フランジ状部材９０の端部がシャフト２０と一体化するように塑性変形させて、かしめ固定によって回転軸方向の位置を固定してもよい。

さらに、フランジ状部材９０に面取り部１５６を設けることができるので、面取りされた領域と、図１４および図１６等に示されたダボ１６１の配置個所とを対応させることで、異形コアの一体化構造の強化と組み付け作業性向上とを図ることができる。

また、実施の形態１〜６では、２種類の形状の磁性鋼鈑が積層された異形コアにおける固定構造を示したが、これらの固定構造は、３種類以上の形状の磁性鋼鈑が積層された異形コアにも同様に適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

この発明の実施の形態１による回転子の断面図である。 この発明に対する比較例として示される回転子の断面図である。 実施の形態１によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。 実施の形態２によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。 図４に示された磁性鋼鈑における打ち抜き孔の形状を示す図である。 実施の形態３によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。 図６に示されたボルトの断面形状を示す図である。 この発明の実施の形態４による回転子の断面図である。 実施の形態４によるコアの固定構造の詳細を説明する図である。 この発明の実施の形態５による回転子の断面図である。 この発明の実施の形態６による回転子の断面図である。 図１１に示したフランジ状部材の形状を説明する平面図である。 図１２におけるＳ−Ｓ′断面図である。 異形電磁鋼板の形状を説明する図である。 組み付け時での異形電磁鋼板の状態を説明するための図１１におけるＰ−Ｐ′断面図である。 電磁鋼板の形状を説明する図である。 組み付け時での電磁鋼板の状態を説明するための図１１におけるＱ−Ｑ′断面図である。 組み付け時での電磁鋼板の状態を説明するための図１１におけるＲ−Ｒ′断面図である。

符号の説明

１０ 回転軸、２０ シャフト、２１ 突起部、３０ ベアリング、４０，４１ エンドプレート、４５ 抜け止めリング、５１，５２，５３ 磁性鋼鈑、５５ 当初貫通孔、６０，６１ ボルト、６２ 径大部（ボルト）、６３ 径小部、６５ ナット、７０ 充填材、８０ 管状部材、９０ フランジ状部材、１１０，１２０，１３０，２００ 回転子、９８，９９ 開口部、１５１ キー溝、１５２ 突起部、１５３ 段付部、１５５，１６３，１９０ キー、１５６ 面取り、１６０，１８０ 穴溝、１６１ ダボ。

Claims (13)

1. 回転電機の回転子であって、
   前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含むコアとを備え、
   前記コアには、前記コアを構成する前記磁性鋼鈑全体にわたって前記回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられ、
   前記回転子は、
   前記磁性鋼鈑全体を固定するための、前記貫通孔に挿入される固定部材と、
   前記固定部材および前記貫通孔の隙間に充填された、前記固定部材の変形を抑制するための充填材とをさらに備える、回転電機の回転子。
2. 回転電機の回転子であって、
   前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含むコアとを備え、
   前記コアには、前記コアを構成する前記磁性鋼鈑全体にわたって前記回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられ、
   前記回転子は、前記磁性鋼鈑全体を固定するための、前記貫通孔に挿入される固定部材をさらに備え、
   前記貫通孔の途中には小径部が設けられる、回転電機の回転子。
3. 前記貫通孔は、積層される前記磁性鋼鈑の各々の所定部位に穿設された打ち抜き孔の集合によって構成され、
   前記磁性鋼鈑のうちの少なくとも１つの前記打ち抜き孔は、それ以外の磁性鋼鈑の前記打ち抜き孔よりも孔径が小さい部分を有する、請求項２記載の回転電機の回転子。
4. 前記固定部材は、ボルトおよびナットから成り、
   前記ナットには緩み止め機構が設けられる、請求項１または２記載の回転電機の回転子。
5. 回転電機の回転子であって、
   前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含むコアとを備え、
   前記コアには、前記コアを構成する磁性鋼鈑全体にわたって前記回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられ、
   前記回転子は、前記貫通孔の孔径よりも外径が大きい径大部分を有する棒状部材をさらに備え、
   前記棒状部材は、前記貫通孔の少なくとも一部の塑性変形を伴って貫通孔に圧入される、回転電機の回転子。
6. 前記棒状部材は、先端部分を除いて前記径大部分が形成されるボルト状の形状を有し、
   前記棒状部材の前記先端部分は、前記貫通孔の孔径よりも小さい径を有し、かつ、その表面にはナット止め可能なようにネジ山が形成される、請求項５記載の回転電機の回転子。
7. 前記径大部分は、円形状の断面または、部位によって径が異なる非円形状の断面を有する、請求項５記載の回転電機の回転子。
8. 回転電機の回転子であって、
   前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
   前記シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含むコアとを備え、
   前記コアには、前記コアを構成する前記磁性鋼鈑全体にわたって前記回転軸方向に穿設された貫通孔が設けられ、
   前記回転子は、前記磁性鋼鈑全体を固定するための管状部材をさらに備え、
   前記管状部材は、その外径が前記貫通孔の内径よりも小さい状態で前記貫通孔に挿入された後、前記貫通孔に密接するように塑性変形によって拡管される、回転電機の回転子。
9. 前記管状部材の両端は、前記コアの外形に沿うように塑性加工される、請求項８記載の回転電機の回転子。
10. 回転電機の回転子であって、
    前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
    前記シャフトの周りに積層された形状が異なる複数種類の磁性鋼鈑を含むコアと、
    前記コアの外形に沿った形状を有し、前記シャフトに嵌め込まれて前記磁性鋼鈑を固定するフランジ状部材とを備え、
    前記フランジ状部材の端部は、前記コアの外形に沿って他の部材と接合される、回転電機の回転子。
11. 回転電機の回転子であって、
    前記回転子の回転軸の回りを回転可能なシャフトと、
    前記シャフトの周りに積層された、形状が異なる複数の第１の磁性鋼板および複数の第２の電磁鋼板により構成されるコアと、
    前記コアを両側から挟むように配置された第１および第２のエンドプレートと、
    前記シャフトに嵌め込まれて前記複数の第１および第２の磁性鋼鈑を固定するフランジ状部材とを備え、
    前記複数の第１の磁性鋼板は、前記第１のエンドプレートおよび前記複数の第２の磁性鋼板の間に積層され、
    前記複数の第２の磁性鋼板は、前記第２のエンドプレートおよび前記複数の第１の磁性鋼板の間に積層され、
    前記フランジ状部材は、前記複数の第１の磁性鋼板と接する第１の面および、前記複数の第２の磁性鋼鈑と接する第２の面を有し、かつ、前記第１の面には、前記複数の第１の磁性鋼鈑の接触面よりも突出した突起部が部分的に設けられ、
    各前記第１の磁性鋼板は、
    前記シャフトの外周に設けられたキー溝と嵌合する第１のキーと、
    前記突起部と嵌合するように設けられた穴溝部とを有し、
    各前記第２の磁性鋼板は、前記フランジ状部材の前記第２の面に設けられたキー溝と嵌合する第２のキーを有し、
    前記フランジ状部材は、前記第２のエンドプレートと接合される、回転電機の回転子。
12. 前記フランジ状部材の前記第１の面には、前記突起部が設けられる領域以外の少なくとも一部において、前記複数の第１の磁性鋼鈑との前記接触面に対して凹となるように面取りされた段付部がさらに設けられる、請求項１１記載の回転電機の回転子。
13. 前記第１および第２の複数の磁性鋼板の各々には、積層時の位置合わせのためのダボが設けられ、
    前記ダボの位置は、前記フランジ状部材の前記段付部に対応する領域に設けられる、請求項１２記載の回転電機の回転子。

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