JP5618155B2 - ロータコア - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両において回転電機として使用されるモータのロータコアに関する。

従来、モータ（回転電機）のロータコアとシャフト（回転軸）とを締結する方法として、例えば特許文献１に記載の方法が有る。この方法は、ロータコアとロータコアの中心孔に挿通されるシャフトとの間に、シャフトの材質よりも軟質の材料によるカラー部材を介在せしめ、このカラー部材の端面に軸方向から刃物を押しつけて変形させることにより、ロータコアとシャフトとを互いに締結するものである。この方法によれば、カラー部材の端面を刃物で変形させると、その端面の近傍部分が径方向に広がってロータコアの内周面に圧着されると共にシャフトの外周面に圧着されるので、ロータコア、カラー部材及びシャフトが三者一体の状態で互いに締結されることになる。しかし、カラー部材はシャフトの材質よりも軟質の材料からなるので、ロータ回転時の遠心力による応力に耐えることができず、締結が解除される虞がある。

また、ロータコアとシャフトを締結する他の手法として、ロータコアを加熱して内周径を拡張し、これにシャフトを挿通した後、全体を冷却してロータコアを収縮させることにより締結する「焼ばめ」と呼ばれる締結方法が知られている。この方法によれば、冷却により収縮するロータコアによってシャフトが締め付けられるので、両者を強い結合力で締結することができる。

特開平８−９５７５号公報

ところで、回転電機に用いられるロータコアは、鉄損を低減するために、複数の薄い鋼板を軸方向に積層して形成されたものが採用されている。このようなロータコアは、通常、ロータコアの軸方向の両端面を一対のエンドプレートで挟んで固定するようにされているが、材料コスト低減のために、そのエンドプレートを無くしたタイプのものもある。このタイプのロータコアの場合にも、焼ばめによりシャフトと締結する際には、ロータコアを加熱して、そのロータコアの嵌合孔にシャフト２を挿通したのち冷却する。

しかし、図２２に示すように、ロータコア１は、加熱により一旦内周径が拡張した後、冷却により収縮する際に、内周径が縮小するように求心方向（シャフト２の中心軸方向）へ収縮変形して、シャフト２の外周面を押圧する。このとき、ロータコア１の求心方向への収縮圧力を、径方向及び周方向のみで吸収しきれない場合には、その収縮圧力が矢印Ｙ１で示す軸方向に逃げてしまう。この場合、ロータコア１を構成する多数の鋼板は結合されていないので、軸方向両端の複数枚の鋼板がシャフト２に沿って軸方向にずれてしまい、これによって図２２の丸枠で示すように、ロータコア１が軸方向に変形するという問題がある。このようにロータコア１が軸方向に変形してしまうと、ロータ回転時の遠心力による応力に対して強度的に弱くなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エンドプレートの無い積層鋼板よりなるロータコアと回転軸を焼ばめにより締結する際に、焼ばめ荷重によりロータコアが軸方向に変形するのを防止し得るようにしたロータコアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、回転軸と嵌合する貫通穴を有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されるとともに、軸方向に隣接する前記鋼板同士を結合する溶接部を有するロータコアにおいて、前記貫通穴を区画する内周面には、径方向内方側へ突出し軸方向に延びる凸条が設けられるとともに、径方向外方側へ凹み軸方向に延びる湾曲面にて形成された湾曲溝が前記凸条の根本に前記凸条と平行に設けられており、前記溶接部は、前記湾曲面に設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ロータコアの貫通穴を区画する内周面には、径方向内方側へ突出し軸方向に延びる凸条が設けられるとともに、径方向外方側へ凹み軸方向に延びる湾曲面にて形成された湾曲溝が凸条の根本に凸条と平行に設けられ、湾曲溝の湾曲面に、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部が設けられている。そして、このロータコアと回転軸を焼ばめにより締結する場合には、加熱により径が拡張したロータコアの貫通穴に回転軸を挿通した後、ロータコア及び回転軸の双方を冷却した際に、ロータコアは、冷却により貫通穴の径が縮小するように求心方向へ収縮変形する。この収縮変形時には、ロータコアが回転軸の外周面を求心方向へ押し付ける圧力が働く。このとき、ロータコアを形成する積層鋼板は、湾曲溝の湾曲面に設けられた溶接部により軸方向に隣接する鋼板同士が結合されているので、その圧力が軸方向に逃げるといった従来のような作用動作が回避される。これにより、収縮変形したロータコアによって回転軸が所定圧力で締め付けられ、ロータコアと回転軸が適正に締結される。

したがって、本発明によれば、ロータコアと回転軸を焼ばめにより締結する際に、焼ばめ荷重によりロータコアが軸方向へ変形するのを防止することができる。また、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部は、ロータコアの内周側（貫通穴を区画する内周面）に設けられているため、溶接部をロータコアの外周側に設けた場合に比べて、溶接部の磁束変化が小さくなり、ロータコアの渦電流損失の増加を防ぐことができる。また、溶接部は、湾曲溝の湾曲面に設けられているので、ロータコアと回転軸を締結する際に、溶接部と回転軸の干渉を回避することが可能となる。

本発明において、溶接部は、ロータコアの軸方向への変形をより確実に防止するためには、湾曲面の少なくとも軸方向両端部に設けるのが好ましい。また、溶接部を、湾曲面の軸方向全域に亘って設ければ、ロータコアの軸方向への変形をより確実に防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記溶接部は、前記湾曲面の軸方向一端側から他端側まで連続して設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、より多くの鋼板を一体に結合することができるので、焼ばめ荷重によるロータコアの軸方向への変形をより確実に防止することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、前記溶接部は、前記湾曲面の軸方向一端側又は他端側より軸方向の所定範囲に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、ロータコアを形成する積層鋼板の軸方向両側部分が各々一体に結合されるので、焼ばめ荷重によるロータコアの軸方向への変形を効果的に防止することが可能となる。また、請求項７に記載の発明のように、溶接部を軸方向一端側から他端側まで連続して設ける場合に比べて、溶接部の範囲を低減することができるので、溶接部での磁束変化が更に小さくなり、損失をより小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記溶接部は、前記回転軸と当接しない部位に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、ロータコアと回転軸を締結する際に、溶接部が回転軸に当接しないので、冷却時にロータコアが収縮変形する際の圧力が回転軸の所定箇所に集中して掛かる応力集中の発生を回避することができる。

参考例１に係るロータコアを用いたモータの構成を示す軸方向の断面図である。 参考例１に係るロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。 参考例１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。 参考例１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第１ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第２ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第３ステップを示すロータコア及び回転軸の斜視図である。 参考例１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第４ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例１の応用例１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。 参考例１の応用例２に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。 実施形態１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。 実施形態１のロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。 実施形態１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第１ステップを示すロータコアの斜視図である。 実施形態１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第２ステップを示すロータコアの斜視図である。 実施形態１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第３ステップを示すロータコア及び回転軸の斜視図である。 実施形態１に係るロータコアと回転軸の締結方法の第４ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例２に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。 参考例２のロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。 参考例２に係るロータコアと回転軸の締結方法の第１ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例２に係るロータコアと回転軸の締結方法の第２ステップを示すロータコアの斜視図である。 参考例２に係るロータコアと回転軸の締結方法の第３ステップを示すロータコア及び回転軸の斜視図である。 参考例２に係るロータコアと回転軸の締結方法の第４ステップを示すロータコアの斜視図である。 ロータコアとシャフトの締結時にロータコアが軸方向にずれて変形する様子を示す軸方向の断面図である。

以下、本発明の参考例及び実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

〔参考例１〕
図１は、参考例１に係るロータコアを用いたモータの構成を示す軸方向の断面図である。図２は、参考例１に係るロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。図３は、参考例１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。

図１に示すモータ（回転電機）１０は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて使用されるものであって、ステータコア１７及びステータコイル１６を有し電機子として働くステータ１８と、ロータコア１２及び回転軸としてのシャフト１１を有し界磁として働くロータ１４と、ステータ１８及びロータ１４を収容し、締結ボルト（図示せず）よって連結、固定されたフロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂ等を含んで構成されている。

ステータ１８は、円環状に形成されて周方向に配列された複数のスロット（図示せず）を有するステータコア１７と、ステータコア１７のスロットに巻装され電力変換用のインバータ（図示せず）に接続された三相のステータコイル１６とを有する。このステータ１８は、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂ間で挟持されることにより固定されており、ロータ１４の外周側に所定の隙間を介して配置されている。

ロータ１４は、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂに軸受け１０ｃを介して回転自在に支承されたシャフト１１と一体になって回転するもので、シャフト１１と嵌合する貫通穴を有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されたロータコア１２を有する。なお、このロータコア１２は、積層鋼板を軸方向の両側から挟むエンドプレートが無いタイプのものであり、後述するようにシャフト１１と焼ばめにより締結されている。

ロータコア１２とシャフト１１は、図２に示すように、スプライン嵌合により締結されている。即ち、ロータコア１２の貫通穴を区画する内周面には、径方向外方側へ凹み軸方向に延びる第１凹溝１２ａと、径方向内方側へ突出し軸方向に延びる第１凸条１２ｂが周方向に交互に歯車状に形成され、また、シャフト１１の外周面には、径方向外方側へ突出し軸方向に延びる第２凸条１１ｂと径方向内方側へ凹み軸方向に延びる第２凹溝１１ａが周方向に交互に歯車状に形成されている。これにより、ロータコア１２の貫通穴に挿通されたシャフト１１とロータコア１２とが、互いに凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが嵌合するようにして締結されている。この場合、互いの凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが嵌合された部分には、径方向において互いの凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが当接しない隙間Ｇ１が形成されている。

ロータコア１２の貫通穴を区画する内周面に設けられた第１凹溝１２ａ及び第１凸条１２ｂは、図３に示すように、内周面の軸方向一端から他端まで連続して延びるように設けられている。そして、ロータコア１２の内周面に複数形成された第１凸条１２ｂのうち、任意の１つ以上の第１凸条１２ｂの突出先端面（シャフト１１と径方向に対向する対向面、以下同じ。）には、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｂ−１が設けられている。本参考例では、この溶接部１２ｂ−１は、第１凸条１２ｂの軸方向一端から他端まで連続して設けられている。この溶接部１２ｂ−１は、ロータコア１２とシャフト１１をスプライン嵌合した際にも、嵌合した第１凸条１２ｂと第２凹溝１１ａとの間に形成された隙間Ｇ１内に位置する状態となり、その嵌合を阻害しないようになっている。

また、このロータコア１２の、ステータ１８の内周側と向き合う外周側には、軸方向に貫通する複数の磁石保持孔１２ｃが円周方向に所定距離を隔てて設けられており、各磁石保持孔１２ｃにそれぞれ永久磁石１３が埋め込まれている。本参考例の場合、ハの字状に配置された一対の永久磁石１３により１つの磁極が形成されており、複数対の永久磁石１３によって周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（本参考例では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されている。

次に、本参考例のロータコア１２とシャフト１１の締結方法について説明する。本参考例の締結方法は、図４〜図７に示すように、第１ステップから第４ステップまでを順に行って、焼ばめにより両部材を締結するものである。なお、第１ステップを開始する前に、内周面に第１凹溝１２ａ及び第１凸条１２ｂが周方向に交互に形成された上記のロータコア１２と、外周面に第２凸条１１ｂ及び第２凹溝１１ａが周方向に交互に形成された上記のシャフト１１とを準備する。

まず、第１ステップにおいて、図４に示すように、複数の積層鋼板からなるロータコア１２の任意の１つ以上の第１凸条１２ｂの突出先端面に溶接を施して、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｂ−１を設ける。この溶接部１２ｂ−１は、第１凸条１２ｂの突出先端面の軸方向一端から他端まで連続して設けられる。この溶接部１２ｂ−１が設けられる第１凸条１２ｂの突出先端面は、ロータコア１２の貫通穴にシャフト１１を挿通するときに、互いに嵌合する凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが当接しない隙間Ｇ１に位置する（図２参照）。よって、それら凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂの嵌合が阻害されることはない。なお、溶接部１２ｂ−１は、例えばＴＩＧ溶接等の公知の溶接法を採用して設けることができる。

次の第２ステップにおいて、図５に示すように、第１凸条１２ｂの突出先端面に溶接部１２ｂ−１が設けられたロータコア１２を所定の温度に加熱して、ロータコア１２の貫通穴の径を所定の大きさに拡張させる。

次の第３ステップにおいて、図６に示すように、加熱により径が拡張されたロータコア１２の貫通穴にシャフト１１を挿通し、シャフト１１とロータコア１２とが、互いに凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが嵌合した状態にする。

次の第４ステップにおいて、図７に示すように、嵌合されたロータコア１２及びシャフト１１を常温放置して或いは冷風を送って冷却する。この冷却により、ロータコア１２は、貫通穴の径が縮小するように求心方向へ収縮変形し、この収縮変形時に、ロータコア１２がシャフト１１の外周面を求心方向へ押し付ける圧力が働く。このとき、ロータコア１２を形成する積層鋼板は、内周面の任意の第１凸条に設けられた溶接部１２ｂ−１により軸方向に隣接する鋼板同士が結合されているので、その圧力が軸方向に逃げるといった従来のような作用動作が回避される。これにより、収縮変形したロータコア１２によってシャフト１１が所定圧力で締め付けられ、ロータコア１２とシャフト１１が適正に締結される。これにより締結作業が完了する。

したがって、本参考例のロータコア１２とシャフト１１の締結方法によれば、焼ばめ荷重によりロータコアが軸方向へ変形するのを防止することができる。

以上のように、本参考例のロータコア１２は、内周面に形成された第１凸条１２ｂの突出先端面に、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｂ−１が設けられているので、ロータコア１２とシャフト１１を焼ばめにより締結する際に、焼ばめ荷重によりロータコア１２が軸方向へ変形するのを防止することができる。

特に、本参考例では、溶接部１２ｂ−１が、第１凸条１２ｂの軸方向一端から他端まで連続して設けられているため、全ての鋼板を一体に結合することができるので、焼ばめ荷重によるロータコア１２の軸方向への変形をより確実に防止することが可能となる。

また、この溶接部１２ｂ−１は、ロータコア１２の内周側（内周面）に設けられているため、溶接部１２ｂ−１をロータコア１２の外周側に設けた場合に比べて、溶接部１２ｂ−１の磁束変化が小さくなり、これによりロータコア１２の渦電流損を小さくすることができる。

さらに、溶接部１２ｂ−１が設けられた第１凸条１２ｂの突出先端面は、ロータコア１２の貫通穴にシャフト１１を挿通するときに、互いに嵌合する凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂが当接しない隙間Ｇ１に位置する部位であるため、それら凹溝１１ａ，１２ａと凸条１１ｂ，１２ｂの嵌合が阻害されるのを回避することができる。また、ロータコア１２とシャフト１１を嵌合する際に、溶接部１２ｂ−１がシャフト１１に当接しないので、冷却時にロータコア１２の圧力がシャフト１１の所定箇所に集中して掛かる応力集中を低減することができる。

なお、溶接部１２ｂ−１を、第１凸条１２ｂの突出先端面に代えて、第１凹溝１２ａの溝底面に設けてもよく、また、第１凸条１２ｂの突出先端面及び第１凹溝１２ａの溝底面の両方に設けてもよい。このようにした場合にも同様に効果が得られる。

〔応用例１〕
図８は、参考例１の応用例１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。図８に示すように、溶接部１２ｂ−２，１２ｂ−３を、ロータコア１２の第１凸条１２ｂの突出先端面（又は第１凹溝１２ａの溝底面）に、第１凸条１２ｂの突出先端面（又は第１凹溝１２ａの溝底面）の軸方向一端及び他端より軸方向の所定範囲に設けるようにしてもよい。このようにした場合にも、ロータコア１２の軸方向両端部分の積層鋼板が、溶接部１２ｂ−２，１２ｂ−３により各々一体に結合されるので、焼ばめ荷重によるロータコア１２の軸方向への変形を効果的に防止することができる。

また、ロータコア１２の軸方向両端部分に溶接部１２ｂ−２，１２ｂ−３を設けた場合には、上記参考例１のように溶接部１２ｂ−１を軸方向一端から他端まで連続して設けた場合に比べて、溶接部の範囲を低減することができるので、溶接部１２ｂ−２，１２ｂ−３での磁束変化が更に小さくなり、ロータコア１２の渦電流損を更に小さくすることができる。

〔応用例２〕
図９は、参考例１の応用例２に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。図９に示すように、ロータコア１２の第１凸条１２ｂの突出先端面（又は第１凹溝１２ａの溝底面）の一端側より設けられた溶接部１２ｂ−４，１２ｂ−６と、他端側より設けられた溶接部１２ｂ−５，１２ｂ−７とが、周方向に互い違いとなるように配置するようにしてもよい。即ち、ある第１凸条１２ｂの突出先端面の軸方向一端部分に溶接部１２ｂ−４を設け、隣の第１凸条１２ｂの軸方向他端部分に溶接部１２ｂ−５を設け、この隣の第１凸条１２ｂの軸方向一端部分に溶接部１２ｂ−６を設け、この隣の第１凸条１２ｂの軸方向他端部分に溶接部１２ｂ−７を設けるようにしてもよい。

この場合には、上記応用例１のように、溶接部１２ｂ−２，１２ｂ−３を、１つの第１凹溝１２ａ或いは第１凸条１２ｂに対して、軸方向一端側及び他端側の双方に設ける場合に比べて、溶接部１２ｂ−４〜１２ｂ−７の範囲を略１／２に低減することができるので、溶接部１２ｂ−４〜１２ｂ−７での磁束変化を更に小さくして、損失を更に小さくすることができる。

〔実施形態１〕
図１０は、実施形態１に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。図１１は、実施形態１のロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。

本実施形態のロータコア１２−１は、シャフト１１−１と嵌合する貫通穴を有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されている。なお、このロータコア１２−１は、参考例１と同様に、積層鋼板を軸方向の両側から挟むエンドプレートが無いタイプのものであり、後述するようにシャフト１１−１と焼ばめにより締結されている。

このロータコア１２−１は、図１０及び図１１に示すように、シャフト１１−１とキー溝嵌合により締結されるものであって、シャフト１１−１が嵌合する貫通穴を区画する内周面には、径方向内方側へ突出し軸方向一端から他端まで軸方向に一直線状に延びる２本の凸条（キー）１２ｅ，１２ｅが設けられている。２本の凸条１２ｅ，１２ｅは、１８０°位相がずれた位置に設けられている。一方、図１１に示すように、シャフト１１−１の外周面には、径方向内方側へ凹み軸方向一端から他端まで軸方向に一直線状に延び、凸条１２ｅ，１２ｅとそれぞれ嵌合する２本の凹溝１２ｆ，１２ｆが形成されている。この場合、ロータコア１２−１の貫通穴にシャフト１１−１が挿通されて、ロータコア１２−１の凸条１２ｅとシャフト１１の凹溝１２ｆが嵌合した際には、径方向に対向する凸条１２ｅの突出先端面と凹溝１２ｆの溝底面との間に、径方向において互いに当接しない隙間Ｇ２が形成されている。

そして、ロータコア１２−１の内周面に設けられた凸条１２ｅの根元の両側には、軸方向に沿って凸条１２ｅと平行に延びる湾曲溝１２ｇ，１２ｇが形成されている。この湾曲溝１２ｇ，１２ｇは、断面が径方向外方側へ凹む円弧状で軸方向に沿って凸条１２ｅと平行に延びる湾曲面により形成されている。各湾曲溝１２ｇ，１２ｇの湾曲面には、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１がそれぞれ設けられている。本実施形態では、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられている。この溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、ロータコア１２−１とシャフト１１−１がキー嵌合された際に、各湾曲溝１２ｇ，１２ｇの湾曲面とシャフト１１−１の外周面との間に形成された隙間Ｇ３内に位置する状態となり、その嵌合を阻害しないようになっている。

次に、本実施形態のロータコア１２−１とシャフト１１−１の締結方法について説明する。本実施形態の締結方法は、図１２〜図１５に示すように、第１ステップから第４ステップまでを順に行って、焼ばめにより両部材を締結するものである。なお、第１ステップを開始する前に、内周面に凸条１２ｅが形成された上記のロータコア１２−１と、外周面に凹溝１２ｆが形成された上記のシャフト１１−１とを準備する。

まず、第１ステップにおいて、図１２に示すように、複数の積層鋼板からなるロータコア１２−１の内周面に設けられた湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面に溶接を施して、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１を設ける。この溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられる。この溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、シャフト１１−１の外周面との間に隙間Ｇ３が形成された湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面に設けられることにより、ロータコア１２−１の貫通穴にシャフト１１−１を挿通するときに、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１がシャフト１１−１と干渉しない。

次の第２ステップにおいて、図１３に示すように、湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面に溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１が設けられたロータコア１２−１を所定の温度に加熱して、ロータコア１２−１の貫通穴の径を所定の大きさに拡張させる。

次の第３ステップにおいて、図１４に示すように、加熱により径が拡張されたロータコア１２−１の貫通穴にシャフト１１−１を挿通し、シャフト１１−１の凹溝１２ｆとロータコア１２−１の凸条１２ｅとが互いに嵌合した状態にする。

次の第４ステップにおいて、図１５に示すように、嵌合されたロータコア１２−１及びシャフト１１−１を常温放置して或いは冷風を送って冷却する。この冷却により、ロータコア１２−１は、貫通穴の径が縮小するように求心方向へ収縮変形し、この収縮変形時に、ロータコア１２−１がシャフト１１−１の外周面を求心方向へ押し付ける圧力が働く。このとき、ロータコア１２−１を形成する積層鋼板は、湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面に設けられた溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１により軸方向に隣接する鋼板同士が結合されているので、その圧力が軸方向に逃げるといった従来のような作用動作が回避される。これにより、収縮変形したロータコア１２−１によってシャフト１１−１が所定圧力で締め付けられ、ロータコア１２−１とシャフト１１−１が適正に締結される。これにより締結作業が完了する。

従って、本実施形態のロータコア１２−１とシャフト１１−１の締結方法の場合にも、焼ばめ荷重によりロータコア１２−１が軸方向へ変形するのを防止することができる。

以上のように、本実施形態のロータコア１２−１は、内周面の凸条１２ｅの根本に設けられた湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面に溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１が設けられているので、ロータコア１２-1とシャフト１１-1を焼ばめにより締結する際に、焼ばめ荷重によりロータコア１２-1が軸方向へ変形するのを防止することができる。

本実施形態の場合にも、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１が、湾曲溝１２ｇ，１２ｇの各湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられているため、全ての鋼板を一体に結合することができるので、焼ばめ荷重によるロータコア１２の軸方向への変形をより確実に防止することが可能となる。

また、この溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、ロータコア１２-1の内周側（内周面）に設けられているため、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１をロータコア１２-1の外周側に設けた場合に比べて、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１の磁束変化が小さくなり、これによりロータコア１２-１の渦電流損を小さくすることができる。

さらに、この溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１は、ロータコア１２−１とシャフト１１−１がキー嵌合された際に、各湾曲溝１２ｇ，１２ｇの湾曲面とシャフト１１−１の外周面との間に形成された隙間Ｇ３内に位置する状態となるので、その嵌合が阻害されるのを回避することができる。また、ロータコア１２−１とシャフト１１−１を嵌合する際に、溶接部１２ｅ−１，１２ｅ−１がシャフト１１−１に当接しないので、冷却時にロータコア１２−１の圧力がシャフト１１−１の所定箇所に集中して掛かる応力集中を低減することができる。

〔参考例２〕
図１６は、参考例２に係るロータコアの要部を示す部分斜視図である。図１７は、参考例２のロータコア及び回転軸の一部を軸方向から見た部分平面図である。

本参考例のロータコア１２−２は、外周面に凹溝や凸条が設けられていないシャフト１１−２と締結されるものであって、シャフト１１−２と嵌合する貫通穴を有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されている。なお、このロータコア１２−２も、参考例１及び実施形態１と同様に、積層鋼板を軸方向の両側から挟むエンドプレートが無いタイプのものであり、後述するようにシャフト１１−２と焼ばめにより締結されている。

このロータコア１２−２は、図１６及び図１７に示すように、シャフト１１−２が嵌合する貫通穴を区画する内周面に、軸方向一端から他端まで軸方向に沿って一直線状に延びる湾曲溝１２ｈが形成されている。この湾曲溝１２ｈは、断面が径方向外方側へ凹む円弧状で軸方向に沿って延びる湾曲面により形成されている。そして、この湾曲溝１２ｈの湾曲面には、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｈ−１が設けられている。本参考例では、溶接部１２ｈ−１は、湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられている。この溶接部１２ｈ−１は、ロータコア１２−２とシャフト１１−２が嵌合された際に、湾曲溝１２ｈの湾曲面とシャフト１１−１の外周面との間に形成された隙間Ｇ４内に位置する状態となり、その嵌合を阻害しないようになっている。

次に、本参考例のロータコア１２−１とシャフト１１−１の締結方法について説明する。本参考例の締結方法は、図１８〜図２１に示すように、第１ステップから第４ステップまでを順に行って、焼ばめにより両部材を締結するものである。なお、第１ステップを開始する前に、内周面に湾曲面よりなる湾曲溝１２ｈが形成された上記のロータコア１２−２と、外周面に凹溝や凸条が設けられていない上記のシャフト１１−２とを準備する。

まず、第１ステップにおいて、図１８に示すように、複数の積層鋼板からなるロータコア１２−２の内周面に設けられた湾曲溝１２ｈの湾曲面に溶接を施して、軸方向に隣接する鋼板同士を結合する溶接部１２ｈ−１を設ける。この溶接部１２ｈ−１は、湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられる。この溶接部１２ｈ−１は、シャフト１１−２の外周面との間に隙間Ｇ４が形成された湾曲溝１２ｈの湾曲面に設けられることにより、ロータコア１２−２の貫通穴にシャフト１１−２を挿通するときに、溶接部１２ｈ−１がシャフト１１−２と干渉しない。

次の第２ステップにおいて、図１９に示すように、湾曲溝１２ｈの湾曲面に溶接部１２ｈ−１が設けられたロータコア１２−２を所定の温度に加熱して、ロータコア１２−２の貫通穴の径を所定の大きさに拡張させる。

次の第３ステップにおいて、図２０に示すように、加熱により径が拡張されたロータコア１２−２の貫通穴にシャフト１１−２を挿通し、シャフト１１−２とロータコア１２−２を互いに嵌合した状態にする。

次の第４ステップにおいて、図２１に示すように、嵌合されたロータコア１２−２及びシャフト１１−２を常温放置して或いは冷風を送って冷却する。この冷却により、ロータコア１２−２は、貫通穴の径が縮小するように求心方向へ収縮変形し、この収縮変形時に、ロータコア１２−２がシャフト１１−２の外周面を求心方向へ押し付ける圧力が働く。このとき、ロータコア１２−２を形成する積層鋼板は、湾曲溝１２ｈの湾曲面に設けられた溶接部１２ｈ−１により軸方向に隣接する鋼板同士が結合されているので、その圧力が軸方向に逃げるといった従来のような作用動作が回避される。これにより、収縮変形したロータコア１２−２によってシャフト１１−２が所定圧力で締め付けられ、ロータコア１２−２とシャフト１１−２が適正に締結される。これにより締結作業が完了する。

従って、本参考例のロータコア１２−２とシャフト１１−２の締結方法の場合にも、焼ばめ荷重によりロータコア１２−２が軸方向へ変形するのを防止することができる。

以上のように、本参考例のロータコア１２は、内周面の凸条１２ｅの根本に設けられた湾曲溝１２ｈの湾曲面に溶接部１２ｈ−１が設けられているので、ロータコア１２−２とシャフト１１−２を焼ばめにより締結する際に、焼ばめ荷重によりロータコア１２−２が軸方向へ変形するのを防止することができる。

本参考例の場合にも、溶接部１２ｈ−１が、湾曲溝１２ｈの湾曲面の軸方向一端から他端まで連続して設けられているため、全ての鋼板を一体に結合することができるので、焼ばめ荷重によるロータコア１２−２の軸方向への変形をより確実に防止することが可能となる。

また、この溶接部１２ｈ−１は、ロータコア１２−２の内周側（内周面）に設けられているため、溶接部１２ｈ−１をロータコア１２−２の外周側に設けた場合に比べて、溶接部１２ｈ−１の磁束変化が小さくなり、これによりロータコア１２−２の渦電流損を小さくすることができる。

さらに、この溶接部１２ｈ−１は、ロータコア１２−２とシャフト１１−２が嵌合された際に、湾曲溝１２ｈの湾曲面とシャフト１１−２の外周面との間に形成された隙間Ｇ４内に位置する状態となるので、その嵌合が阻害されるのを回避することができる。また、ロータコア１２−２とシャフト１１−２を嵌合する際に、溶接部１２ｈ−１がシャフト１１−２に当接しないので、冷却時にロータコア１２−２の圧力がシャフト１１−２の所定箇所に集中して掛かる応力集中を低減することができる。

１０…モータ（回転電機）、 １１，１１−１，１１−２…シャフト（回転軸）、 １１ａ…第２凹溝、 １１ｂ…第２凸条、 １２，１２−１，１２−２…ロータコア、 １２ａ…第１凹溝、 １２ｆ…凹溝、 １２ｂ…第１凸条、 １２ｅ…凸条、 １２ｂ−１〜１２ｂ−７，１２ｅ−１，１２ｈ−１…溶接部、 １２ｇ，１２ｈ…湾曲溝、 １３…永久磁石、 １４…ロータ、 １６…ステータコイル、 １７…ステータコア、 １８…ステータ、 Ｇ１〜Ｇ４…間隙。

Claims (4)

1. 回転軸と嵌合する貫通穴を有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されるとともに、軸方向に隣接する前記鋼板同士を結合する溶接部を有するロータコアにおいて、
   前記貫通穴を区画する内周面には、径方向内方側へ突出し軸方向に延びる凸条が設けられるとともに、径方向外方側へ凹み軸方向に延びる湾曲面にて形成された湾曲溝が前記凸条の根本に前記凸条と平行に設けられており、
   前記溶接部は、前記湾曲面に設けられていることを特徴とするロータコア。
2. 前記溶接部は、前記湾曲面の軸方向一端側から他端側まで連続して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロータコア。
3. 前記溶接部は、前記湾曲面の軸方向一端側又は他端側より所定長さの範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロータコア。
4. 前記溶接部は、前記回転軸と当接しない部位に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータコア。

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