JP5639876B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機や発電機として使用可能な回転電機に係り、特に、独立して回転可能な２つのロータを備えた多重ロータ式の回転電機に関するものである。

従来、多重ロータ式の回転電機は、環状のステータと、ステータの内側で回転可能なインナーロータ（第１ロータ）と、ステータおよびインナーロータ間に配置されて、前記インナーロータと同芯に回転可能なアウターロータ（第２ロータ）とを備える。そして、ステータは、複数の電機子で構成されて円周方向に沿って回転する回転磁界を発生させる電機子列を備え、インナーロータは、複数の永久磁石で構成された磁極列を備え、アウターロータは、軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成された誘導磁極列を備え、アウターロータの誘導磁極列の径方向の両側にステータの電機子列およびインナーロータの磁極列を対向させている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載の電動機の第２ロータでは、その軸線まわりに回転可能に配置された第１フランジおよび第２フランジの外周部に、弱磁性体で構成されて周方向に所定間隔で配置された複数の連結部材を締結部材により固定し、周方向に隣接する前記連結部材間に軟磁性体よりなる誘導磁極を支持した構成が採用されている。また、連結部材と誘導磁極との支持面は、凹部と凸部によって結合され、また、連結部材の軸線方向端部は、各フランジの外周部に設けられた突出部と当接し、誘導磁極に作用する径方向外向きの遠心力を連結部材の凸部やフランジの突出部で受け止め、誘導磁極の脱落を防止している。

特開２０１０−１７０３２号公報

ところで、特許文献１に記載のような回転電機では、電磁鋼板の積層体からなる誘導磁極は、締結部材により圧縮応力が発生するため、圧縮応力による磁気特性劣化の影響を受ける可能性がある。このため、電磁鋼板には締結部材による軸力が作用しない構成が望まれる。一方、そのような構成では、遠心力や磁気吸引力によって、誘導磁極とフランジの構成材料の違いや形状の違いに応じてこれらの間に径方向の変位差が発生し、第２ロータが径方向に振動する可能性があり、誘導磁極やフランジ、及びこれらの間に設けられる締結部材に応力集中が生じる虞があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第２ロータの電磁鋼板に圧縮応力が作用するのを抑制するとともに、誘導磁極とフランジとの間の径方向の変位差を吸収して、応力集中の発生を抑制することができる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、回転電機において、
環状のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータ（例えば、後述の実施形態におけるインナーロータ２０）と、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータ（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ３０）とを備え、
前記第１ロータが、周方向に所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石２３）を配列して構成された磁極列を備え、
前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子（例えば、後述の実施形態における複数の電機子１２）で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備える回転電機において、
前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア４０）と、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジ（例えば、後述の実施形態における第１フランジ３１）および第２フランジ（例えば、後述の実施形態における第２フランジ３２）とを備え、
前記ロータコアは、一体円環状の軟磁性体を軸線方向に積層した積層体により構成され、
前記ロータコアは、隣接する前記誘導磁極（例えば、後述の実施形態における磁性部４１）同士をそれぞれ連結する複数の連結部（例えば、後述の実施形態における連結部４３）を有し、
前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記ロータコアに発生するトルクを伝達するためのトルク伝達部材（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達ピン６０）が配置されており、
前記第２ロータの第１フランジおよび第２フランジ間の間隔を、前記第２ロータのロータコアの軸方向長さより大きな一定値に保持した状態で、前記第１フランジおよび第２フランジを相互連結する連結部材（例えば、後述の実施形態におけるショルダーボルト５０）を備え、且つ、
前記第２ロータに発生する径方向の振動を許容する振動許容機構（例えば、後述の実施形態における係合溝３９及びスライダ６５）を備え、
前記振動許容機構は、前記第１及び第２フランジに設けられていることを特徴とする回転電機。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転電機において、
前記振動許容機構は、
前記第１及び第２フランジに形成される径方向に延びる凹部（例えば、後述の実施形態における係合溝３９）と、
前記第１及び第２フランジに対する前記ロータコアの相対移動によって前記凹部と面接触しつつ径方向にスライドするように前記凹部内に収容されるとともに、前記トルク伝達部材を支持する支持部（例えば、後述の実施形態におけるスライダ６５）と、を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の回転電機において、
前記振動許容機構は、
前記第１及び第２フランジに形成される円形の凹部（例えば、後述の実施形態における円溝３９ｂ）と、
前記第１及び第２フランジに対する前記ロータコアの相対移動によって移動可能な円形の凸部（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａ）と、
前記円形の凹部内で回動可能に嵌合して収容されると共に、前記円形の凸部を前記円形の凹部に対して偏心した位置で回動可能に嵌合して収容する回動部材（例えば、後述の実施形態における回動部材６６）と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロータコアの構造が簡略化され、組み立てが簡単になるとともに、第２ロータの遠心力や磁気吸引力に対する剛性を向上させることができる。また、両フランジ間に配置されたトルク伝達部材によってロータコアに発生するトルクを確実にフランジに伝達することができる。

さらに、ロータコアに締め付け用の軸力が作用するのを抑えつつ、連結部材によって、第１フランジおよび第２フランジを相互連結するので、ロータコアの各電磁鋼板に圧縮応力が作用して磁気特性が劣化するのを抑制することができる。また、振動許容機構によって、誘導磁極とフランジとの間の径方向の変位差を吸収して、応力集中の発生を抑制することができる。

さらに、ロータコア側の構成を変更することなく、振動許容機構を構成することができる。

請求項２及び３の発明によれば、振動許容機構の接触面圧の上昇を抑えつつ、ロータコアに発生するトルクを伝達することができる。

本発明の第１実施形態の回転電機としての電動機を軸線方向から見た正面図である。 同回転電機の外殻体であるケーシングを省略し、アウターロータからインナーロータを取り出して示す電動機の分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った半断面図である。 同電動機のアウターロータの分解斜視図である。 同アウターロータのショルダーボルトによる結合部の構成を示す、図３の一部拡大断面図である。 （ａ）は同アウターロータのトルク伝達ピンを配置した部分の構成を示す、図３の一部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図で、スライダの配置部分の詳細を示す図である。 同アウターロータの周方向におけるスライダの配置位置を説明するための図で、フランジを軸線方向の内側から見て示す図である。 本発明の第２実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。 本発明の第３実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。 （ａ）は本発明の第５実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第６実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータ及びインナーロータを示す、図４に対応する断面図である。 同アウターロータの分解斜視図である。 同アウターロータのトルク伝達ピンを配置した部分の断面図である。 同アウターロータにおけるトルク伝達ピンとロータコアとの関係を示す一部分解斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る回転電機について図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１〜図８は第１実施形態の回転電機としての電動機を示す図である。図１〜図４に示すように、この電動機は、ケーシング１と、ケーシング１の内周に固定された円環状のステータ１０と、ステータ１０の内周側に収納されてステータ１０と共通な軸線ｘまわりに回転する円筒状のアウターロータ（第２ロータ）３０と、アウターロータ３０の内部に同芯に収納されて軸線ｘまわりに回転する円筒状のインナーロータ（第１ロータ）２０とで構成されている。

アウターロータ３０およびインナーロータ２０は、ケーシング１に固定されたステータ１０に対して相対回転可能であり、且つ、アウターロータ３０およびインナーロータ２０は相互に相対回転可能となっている。図３に示すように、ケーシング１は、有底筒状の本体部２と、この本体部２の開口に固定された蓋部３とで構成されている。

《ステータ》
ステータ１０は、電磁鋼板を積層した円環状のステータコア１１を備えており、ステータコア１１の内周面には、複数（本実施形態では４８個）のティース１３および複数（本実施形態では４８個）のスロット１４が円周方向に交互に形成されている。ステータコア１１のスロット１４には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが分布巻きされており、各ティース１３と各コイルで複数の電機子１２が構成され、各電機子１２が周方向に一定ピッチで並んでいることで電機子列が構成されている。ステータ１０の電機子列は、後述するインナーロータ２の磁極列に対向している。そして、ケーシング１に設けた３個の端子（図示略）からＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに３相交流電流を供給することで、複数の電機子１２に発生させる所定の複数の仮想的な電機子磁極により、周方向の回転磁界を生成する。本実施形態の場合、ステータ１０に発生する電機子磁極の数は１６個に設定されており、従って、電機子磁極の磁極対数は８個に設定されている。

《アウターロータ》
図３および図５に示すように、インナーロータ２０を内部に収容するアウターロータ３０は、軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコア４０と、ロータコア４０を各外周部で支持するようにロータコア４０の軸線方向両端側に配置された円板状の第１フランジ３１および第２フランジ３２と、を備えている。

第１フランジ３１の径方向の中心部には第１アウターロータシャフト３３が連結されており、この第１アウターロータシャフト３３は、ボールベアリング３５を介してケーシング１の蓋部３に回転自在に支持されている。また、第２フランジ３２の径方向の中心部には第２アウターロータシャフト３４が連結されており、第２アウターロータシャフト３４は、ボールベアリング３６を介してケーシング１の本体部２に回転自在に支持されている。そして、アウターロータ３０の出力軸となる第１アウターロータシャフト３３が、ケーシング１の蓋部３を貫通して外部に延出している。

本実施形態では、第１フランジ３１および第２フランジ３２は非磁性体（例えばステンレス）で構成され、第１、第２アウターロータシャフト３３、３４は、非磁性体より安価な磁性体（炭素鋼）で構成されている。第１フランジ３１および第２フランジ３２を非磁性体で構成するのは、ロータコア４０からの漏れ磁束を抑制するためである。

アウターロータ３０のロータコア４０は、周方向に所定ピッチで軟磁性体製の複数の誘導磁極を配列した誘導磁極列を有しており、誘導磁極列は、後述するインナーロータ２０の磁極列と、前述したステータ１０の電機子列との間に位置している。軟磁性体とは磁性体の一種で、磁力を加えると磁極が発生し、磁力を取り去ると磁極が消滅するものをいう。

具体的に、このアウターロータ３０のロータコア４０は、一体円環状の軟磁性体である電磁鋼板（例えば珪素鋼板）を軸線方向に積層した積層体により構成されている。このロータコア４０は、周方向に一定ピッチで間隔をおいて軸線方向に延出する、誘導磁極をそれぞれ構成する複数の磁性部４１と、隣接する磁性部４１同士を内周側及び外周側でそれぞれ連結する複数の連結部４３と、を有し、隣接する磁性部４１と内周側及び外周側の連結部４３とは、非磁性部を構成する略台形形状の空間部４２を画成する。これにより、本実施形態では、磁性部４１によって構成される誘導磁極の数は２０個に設定されており、従って、誘導磁極対の数は１０個に設定されている。

また、図３〜図５に示すように、アウターロータ３０の第１フランジ３１および第２フランジ３２間には、ロータコア４０に発生するトルクを第１フランジ３１および第２フランジ３２に伝達するためのトルク伝達ピン（トルク伝達部材）６０が配置されると共に、第１フランジ３１および第２フランジ３２間の間隔を、ロータコア４０の軸方向長さよりも僅かに大きな一定値に保持した状態で、第１フランジ３１および第２フランジ３２を相互連結するショルダーボルト（連結部材）５０が配置されている。本実施形態において、トルク伝達ピン６０は、円周方向に９０°ピッチで４本設けられている。また、ショルダーボルト５０は、円周方向に９０°ピッチで配置された４本の組が３組設けられており、合計で１２本設けられている。

図６に示すように、ショルダーボルト５０は、両端近傍に、外径が拡大したショルダー部（段部）５１を有する棒状体で、ショルダー部５１の軸方向外側に雄ねじ部５２、５３を有している。このショルダーボルト５０は、ロータコア４０の空間部４２に非接触な状態で貫通し、一端に設けられた雄ねじ部５２を第２フランジ３２のネジ孔３２ａに螺合することで一端を第２フランジ３２に結合し、他端に設けられた雄ねじ部５３を第１フランジ３１のネジ通し孔３１ａに通過させ第１フランジ３１の外側からナット５４を螺合することで他端を第１フランジ３１に結合している。

そして、このようにショルダーボルト５０が第１フランジ３１および第２フランジ３２に結合されることで、ショルダーボルト５０のショルダー部５１に、第１フランジ３１および第２フランジ３２の各内側面が当接して位置規制され、それにより、第１フランジ３１と第２フランジ３２が、両フランジ３１、３２の内側面間にロータコア４０の軸方向寸法よりも若干大きめの間隔を確保した状態で、相互に強固に連結され一体化されている。これにより、ロータコア４０にはショルダーボルト５０を締め付ける際に発生する軸力（圧縮応力）が掛からない。なお、このショルダーボルト５０も、渦電流損失を低減するために非磁性体で構成されている。

第２フランジ３２側のショルダー部５１とロータコア４０の側面との間には、ウェーブワッシャ８０が介在されており、このウェーブワッシャ８０によって、ロータコア４０が軸方向にがたつかないように位置決めされている。また、第１フランジ３１側のショルダー部５１と第１フランジ３１の当接面間、および、ナット５４と第１フランジ３１の当接面間にはそれぞれワッシャ５５が挟まれている。

図７に示すように、トルク伝達ピン６０は、ロータコア４０の磁性部４１に形成した貫通孔４１ａに圧入されており、両端部６０ａがロータコア４０の両端面から突出している。ロータコア４０は、多数枚の電磁鋼板の積層体で構成されているものの、磁性部４１にトルク伝達ピン６０が圧入されていることにより、周方向および径方向に相互に位置決めされ、且つ、全体が一体に結合されている。従って、積層体を構成する電磁鋼板は加締めや接着によって結合してもよいし、加締めや接着による結合を省略しても電磁鋼板のばらけを防止することができる。

各トルク伝達ピン６０の両端部６０ａは、正面から見て四角形ピース状のスライダ（支持部）６５に形成された円孔６５ａに若干の隙間を持って嵌合されており、各スライダ６５は、第１フランジ３１および第２フランジ３２の外周部の内側面に径方向に沿って延びるように形成された係合溝（凹部）３９に係合され、係合溝３９の互いに平行な対向側面に案内されることで、該対向側面と面接触しつつ径方向（図７（ｂ）中矢印Ａ方向）にスライドできるようになっている。

この場合、係合溝３９の幅方向中心線がアウターロータ３０の軸中心を通る径方向線であり、係合溝３９の対向側面は、その係合溝３９の幅方向中心線に対し平行に形成されている。同様に、四角形ピース状のスライダ６５の係合溝３９の対向側面に摺動する対向側面は、係合溝３９の幅方向中心線に対し平行となるように形成されている。

このスライダ６５と係合溝３９によって、ロータコア４０と第１、第２フランジ３１、３２との間に、ロータコア４０と第１、第２フランジ３１、３２との径方向の相対変位（径方向の振動）を吸収する振動吸収機構が構成されている。

即ち、ロータコア４０には、回転に伴う遠心力や、ステータ１０およびインナーロータ２０との間に働く磁気力などの径方向の力が作用する。この径方向の力が作用することによって、フランジ３１、３２とロータコア４０との間には、材質の違いや形状の違いなどの要因により、径方向の相対変位が発生することになる。この相対変位を、フランジ３１、３２とロータコア４０を剛結合することによって押さえ込むと、ロータコア４０に大きな応力が発生し、磁気特性を損なうことになる。そこで、フランジ３１、３２とロータコア４０との間の径方向の相対変位を吸収するために、フランジ３１、３２とロータコア４０との間に、スライダ６５と係合溝３９からなる振動吸収機構が設けられている。

また、このスライダ６５と係合溝３９の組み合わせは、ロータコア４０からトルク伝達ピン６０に伝達された周方向のトルクをフランジ３１、３２に伝達するという役割をなす。トルク伝達ピン６０に伝達されたトルクはスライダ６５に伝えられ、スライダ６５から係合溝３９の対向側面を介してフランジ３１、３２に伝えられる。その際、力の伝達に寄与する面は、スライダ６５の対向側面と係合溝３９の対向側面の接触面である。この振動吸収機構では、四角形のスライダ６５の対向側面が全面、係合溝３９の対向側面に対する接触面になるので、接触面圧の上昇を抑えることができる。

また、この実施形態では、図８に示すように、スライダ６５を円周方向に９０°ピッチで配置しているので、互いに直交するＸ方向とＹ方向にロータコア４０を位置決めすることができる。

《インナーロータ》
図３に示すように、インナーロータ２０は、円筒状に形成されたロータボディ２１と、ロータボディ２１のハブ２１ａを貫通して固定されたインナーロータシャフト２５と、積層鋼板で構成されてロータボディ２１の外周部に配置された円環状のロータコア２２とを備えている。インナーロータシャフト２５の一端は、軸線上で第１アウターロータシャフト３３の内部にボールベアリング３８で回転自在に支持され、インナーロータシャフト２５の他端は、第２アウターロータシャフト３４の内部にボールベアリング３７で回転自在に支持されている。そして、インナーロータシャフト２５の他端は、ケーシング１の本体部２を貫通して、インナーロータ２０の出力軸としてケーシング１の外部に延出している。

ロータボディ２１の外周に圧入されたロータコア２２は、その外周面に沿って複数個の永久磁石支持孔２２ａを備えており、そこに永久磁石２３が挿入されて接着により固定されている。ロータコア２２の隣接する永久磁石２３の極性は交互に反転しており、これにより、インナーロータ２０は、周方向に所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の永久磁石２３を配列して構成された磁極列を備えている。

そして、アウターロータ３０の外周面に露出する誘導磁極の外周面に、僅かなエアギャップを介して、ステータコア１１のティース１３の内周面（電機子）が対向し、アウターロータ３０の内周面に露出する誘導磁極の内周面に、僅かなエアギャップを介して、インナーロータ２０のロータコア２２の外周面が対向している。

この場合のインナーロータ２０の永久磁石２３による磁極の数は２４個であり、磁極対の数は１２個に設定されている。
従って、この電動機においては、ステータ１０の電機子磁極の数ｑと、インナーロータ２０の磁極の数ｐと、アウターロータ３０の誘導磁極の数との比が、
１：ｍ：（１＋ｍ）／２ （ｍ＝ｐ／ｑ≠１．０）
の関係に設定されている。

このように構成された電動機では、インナーロータ２０の磁極列とステータ１０の電機子列の間において、複数の電機子磁極による回転磁界が発生するとともにアウターロータ３０の誘導磁極列が配置されていることから、各誘導磁極は、電機子磁極と磁極によって磁性を有する。また、隣り合う各誘導磁極（磁性部４１）間に間隔が空いていることによって、磁極と誘導磁極と電機子磁極を結ぶような磁力線が発生する。このため、ステータ１０の電機子への電力の供給により回転磁界を発生させると、この磁力線による磁力の作用によって、電機子に供給された電力は動力に変換され、その動力が、インナーロータ２０やアウターロータ３０から出力される。

また、上述した比の関係により、日本国特許第４５０５５２１号公報に記載のように、電機子に供給される電力および回転磁界の電気角速度と等価のトルクをＴｅ、インナーロータ２０の伝達トルクをＴ１、アウターロータ３０の伝達トルクをＴ２とすると、
Ｔ１＝Ｔｅ・ｍ
Ｔ２＝−Ｔｅ・（ｍ＋１）
の伝達トルクで回転する。

以上のように構成された本実施形態の電動機によれば、アウターロータ３０のロータコア４０を一体円環状の電磁鋼板の積層体で構成したので、ロータコア４０の構造が簡略化され、組み立てが簡単になるとともに、第２ロータの遠心力や磁気吸引力に対する剛性を向上させることができる。また、第１、第２フランジ３１、３２間に配置されたトルク伝達ピン６０によってロータコア４０に発生するトルクを確実に両フランジ３１、３２に伝達することができる。

また、ロータコア４０の両側に位置する第１フランジ３１と第２フランジ３２をショルダーボルト５０で、両フランジ３１、３２間に一定間隔を保った状態に相互連結するので、ロータコア４０に締め付け用の軸力が作用するのを抑えることができ、各電磁鋼板に圧縮応力が作用するのを抑制することができる。そのため、ロータコア４０の磁気特性の劣化を軽減することができ、モータ特性の向上が図れる。また、ショルダーボルト５０は、積層体よりなるロータコア４０を軸力を働かせて締め付けないので、積層体のなじみによって積層体がボルト軸力の低下の影響を受けず、締結を維持することができる。

さらに、アウターロータ３０に発生する径方向の振動を許容する振動許容機構として、スライダ６５と係合溝３９を有するので、アウターロータ３０の回転によるトルク発生時には、ロータコア４０とフランジ３１、３２の構成材料の違いや形状の違いに応じて、ロータコア４０とフランジ３１、３２との間に径方向の変位差が生じるが、この変位差をスライダ６５と係合溝３９によって吸収し、過剰な応力がロータコア４０やフランジ３１、３２、及びトルク伝達ピン６０に発生するのを抑制することができる。

このスライダ６５と係合溝３９は、第１及び第２フランジ３１，３２に設けられているので、ロータコア側の構成を変更することなく、振動許容機構を構成することができる。特に、本実施形態では、トルク伝達ピン６０は、アウターロータ３０のロータコア４０の磁性部４１に形成された貫通孔４１ａに圧入されているので、ロータコア４０を構成する積層体の径方向および周方向の位置決めをトルク伝達ピン６０によって行うことができると共に、積層体を構成する電磁鋼板のばらけをトルク伝達ピン６０によって防ぐことができる。

さらに、この係合溝３９は、第１及び第２フランジ３１，３２に径方向に延びるように形成され、スライダ６５は、トルク伝達ピン６０を支持し、第１及び第２フランジ３１，３２に対するロータコア４０の相対移動によって係合溝３９と面接触しつつ径方向にスライドするように係合溝３９内に収容される。これにより、スライダ６５と係合溝３９との間での接触面圧の上昇を抑えつつ、ロータコア４０に発生するトルクを伝達することができる。また、本実施形態では、各フランジ３１，３２にトルク伝達が行われる際、スライダ６５に形成される円孔６５ａと、トルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａとが円弧部分で面接触するため、トルク伝達ピン６０とスライダ６５との間での接触面圧の上昇も抑制することができる。

《第２実施形態》
図９は第２実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。この電動機は、振動許容機構の構造において第１実施形態と異なる。

即ち、第１及び第２フランジ３１，３２では、トルク伝達ピン６０と対応する位置に、径方向に延びる長楕円の係合溝（凹部）３９ａが形成されており、この長楕円の係合溝３９ａ内に四角形ピース状のスライダ（支持部）６５が面接触しつつ径方向にスライド可能に収容されている。

また、第１実施形態と同様に、スライダ６５は、トルク伝達ピン６０を支持する円孔６５ａを有し、長楕円の係合溝３９ａ内に収容されることで、第１及び第２フランジ３１，３２に対するロータコア４０の相対移動によって径方向にスライド可能となる。これにより、スライダ６５と係合溝３９ａとの間での接触面圧の上昇を抑えつつ、ロータコア４０に発生するトルクを伝達することができ、また、第１及び第２フランジ３１，３２の剛性を向上することができる。本実施形態においても、各フランジ３１，３２にトルク伝達が行われる際、スライダ６５に形成される円孔６５ａと、トルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａとが円弧部分で面接触するため、トルク伝達ピン６０とスライダ６５との間での接触面圧の上昇も抑制することができる。

《第３実施形態》
図１０は第３実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。この電動機は、振動許容機構の構造において第１実施形態と異なる。

この振動許容機構は、第１及び第２フランジ３１，３２のトルク伝達ピン６０と対応する位置に円溝（円形の凹部）３９ｂが形成されており、この円溝３９ｂには円形の回動部材６６が回動可能に嵌合して収容されている。この回動部材６６には、その外周面の中心Ｏ_１から偏心した位置を中心Ｏ_２とし、トルク伝達ピン６０の円形の端部（円形の凸部）６０ａが回動可能に嵌合する円孔６６ａが形成されている。従って、トルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａは円溝３９ｂに対して偏心した位置で嵌合して収容される。

従って、第１及び第２フランジ３１，３２に対するロータコア４０の相対移動によって、トルク伝達ピン６０は、円溝３９ｂ内での端部６０ａの位置を回動部材６６を回動させて変化させることで、径方向に移動しながら、ロータコア４０に発生するトルクを第１及び第２フランジ３１，３２に伝達する。この際、円溝３９ｂの内周面と回動部材６６の外周面とが全面で接触しているので、接触面圧の上昇を抑制できるとともに、振動耐久性を向上することができる。また、本実施形態においても、各フランジ３１，３２にトルク伝達が行われる際、回動部材６６に形成される円孔６６ａと、トルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａとが円弧部分で面接触するため、トルク伝達ピン６０と回動部材６６との間での接触面圧の上昇も抑制することができる。

《第４実施形態》
図１１は第４実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。この電動機は、振動許容機構の構造において第１実施形態と異なる。

この実施形態では、上記実施形態のスライダのような支持部を設けずに、中空のトルク伝達ピン６３の円形の端部６３ａが直接、第１及び第２フランジ３１，３２に形成された長楕円の係合溝３９ｃに径方向にスライド可能に収容されている。

従って、本実施形態のような構成においても、アウターロータ３０の回転時における、ロータコア４０とフランジ３１，３２との間の径方向の変位差を吸収して、応力集中の発生を抑制することができる。なお、トルク伝達ピン６３の円形の端部６３ａと長楕円の係合溝３９ｃは線接触するため、トルク伝達の際にヘルツ応力が過大とならないように掛かり代Ｌを十分に確保している。

《第５実施形態》
図１２は第５実施形態の回転電機としての電動機におけるアウターロータの各フランジに設けられた振動許容機構を示す図である。この電動機は、振動許容機構の構造において第１実施形態と異なる。

上記実施形態では、振動許容機構は、第１及び第２フランジ３１，３２に設けられていたが、この実施形態では、振動許容機構は、ロータコア４０に設けられている。このため、トルク伝達ピン６０の円形の端部６０ａは、第１及び第２フランジ３１，３２の円溝３９ｄに嵌合される。一方、ロータコア４０の磁性部４１には、径方向に長い長楕円の貫通孔４１ｂが形成されており、トルク伝達ピン６０は、この貫通孔４１ｂに周方向で線接触して径方向にスライド可能に配置されている。

従って、この実施形態では、トルク伝達ピン６０が、ロータコア４０の磁性部４１に形成された長楕円の貫通孔４１ｂを径方向にスライド可能に貫通して、第１及び第２フランジ３１，３２に固定されている。これにより、アウターロータ３０の回転時における、ロータコア４０とフランジ３１，３２との間の径方向の変位差を吸収して、応力集中の発生を抑制することができる。また、ロータコア４０を構成する積層鋼板はプレス成形のため、振動許容機構をロータコア４０に精度良く形成することができる。なお、この実施形態においても、トルク伝達ピン６０と長楕円の貫通孔４１ｂとは線接触するが、十分な掛かり代Ｌが確保されているので、トルク伝達の際のヘルツ応力は緩和され、焼き付きを防止することができる。

また、この実施形態において、振動許容機構は、ロータコア４０に形成された長楕円の貫通孔４１ｂと、トルク伝達ピン６０との間に弾性部材を配置するようにして、アウターロータ３０の径方向におけるロータコア４０とトルク伝達ピン６０との間の相対変位を吸収するようにしてもよい。

《第６実施形態》
図１３〜図１６は第６実施形態の回転電機としての電動機を示す図である。この電動機は、振動許容機構を含むアウターロータ３０の構造において第１実施形態と異なる。

このアウターロータ３０は、磁性部４１に貫通孔４１ａを有しない点で第１実施形態と異なるロータコア４０と、第１、第２フランジ３１、３２と、ショルダーボルト５０と、トルク伝達ピン６０とを有する。この場合、トルク伝達ピン６０は、空間部４２に貫通して設けられており、両端が、フランジ３１、３２に形成した挿入孔３１ｈ、３２ｈに挿入されている。なお、フランジ３１、３２に挿入されるトルク伝達ピン６０の両端は、フランジ３１、３２との絶縁を確保するために、セラミック溶射が施されている。

また、振動吸収機構として、第１実施形態のスライダ６５や係合溝３９（図７参照）を設ける代わりに、ロータコア４０の空間部４２を貫通するトルク伝達ピン６０の外周面と空間部４２の内周面との間に、ゴム等の弾性部材６２が配置されている。弾性部材６２は、図１６に示すように、トルク伝達ピン６０に焼き付けた後、ロータコア４０の空間部４２に挿入して接着してもよく、空間部４２に圧入してもよい。また、弾性部材６２とトルク伝達ピン６０は、焼付けの代わりに、接着により組み立ててもよく、また、弾性部材６２は、ロータコア４０の空間部４２に焼付けてもよい。

この弾性部材６２は、ロータコア４０と、フランジ３１、３２に挿入されたトルク伝達ピン６０との間のアウターロータ３０の径方向における相対変位を吸収する役割を果たす。

また、ロータコア４０とフランジ３１、３２との結合面間に非磁性リング８２が介装されている。この非磁性リング８２には、トルク伝達ピン６０やショルダーボルト５０の貫通孔８３、８４が設けられている。

このように、トルク伝達ピン６０をロータコア４０の空間部４２に貫通させた場合、トルク伝達ピン６０をロータコア４０の磁性部４１に圧入する場合と比べて、ロータコア４０の組み立てを簡単に行うことができる。また、磁性部４１の磁路面積をトルク伝達ピン６０によって減らすことがない。

従って、この実施形態においても、トルク伝達ピン６０が、ロータコア４０の空間部４２内を径方向にスライド可能に貫通して、第１及び第２フランジ３１，３２に固定されている。これにより、アウターロータ３０の回転によるトルク発生時には、ロータコア４０とフランジ３１、３２の構成材料の違いや形状の違いに応じて、ロータコア４０とフランジ３１、３２との間に径方向の変位差が生じるが、この変位差を弾性部材６２を介して空間部４２によって吸収し、過剰な応力がロータコア４０やフランジ３１、３２、及びトルク伝達ピン６０に発生するのを抑制することができる。

また、ロータコア４０の空間部４２を貫通するトルク伝達ピン６０とロータコア４０との間に、アウターロータ３０の径方向におけるロータコア４０とトルク伝達ピン６０との間の相対変位を吸収する弾性部材６２を配置したので、ロータコア４０とトルク伝達ピン６０との絶縁を確保しつつ、ロータコア４０に発生する径方向の振動を弾性部材６２によって減衰して吸収することができ、フランジ３１、３２にその振動が伝達するのを抑制しつつトルクを伝達することができる。

なお、この実施形態では、第１実施形態と同様に、ショルダーボルト５０によって締結された場合に生じるロータコア４０といずれかのフランジ３１、３２の間のスペースに、ウェーブワッシャ８０等の圧接部材を設けて、ロータコア４０の軸方向の位置決めを行ってもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上述した実施形態では、１つの磁極を、単一の永久磁石の磁極で構成しているが、複数の永久磁石の磁極で構成してもよい。例えば、２つの永久磁石の磁極がステータ側で近づき合うように、これらの２つの永久磁石を逆Ｖ字状に並べることにより、１つの磁極を構成することによって、磁力線の指向性を高めるようにしてもよい。さらに、永久磁石に代えて、電磁石や移動磁界を発生可能な電機子を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、Ｕ相〜Ｗ相のコイルをスロットに分布巻きで巻回しているが、これに限らず、集中巻きであってもよい。さらに、上述した実施形態では、コイルをＵ相〜Ｗ相の３相コイルで構成しているが、回転磁界を発生できれば、このコイルの相数はこれに限らず、任意である。
また、上述した実施形態では、インナーロータ２０とアウターロータ３０をステータ１０の内側に配置したが、これに限らず、インナーロータ２０とアウターロータ３０をステータ１０の外側に配置してもよい。

１０ ステータ
１２ 電機子
２０ インナーロータ（第１ロータ）
２３ 永久磁石
３０ アウターロータ（第２ロータ）
３１ 第１フランジ
３２ 第２フランジ
３９，３９ａ 係合溝（凹部）
３９ｂ 円溝（円形の凹部）
４０ ロータコア
４１ 磁性部
４１ｂ 貫通孔（振動許容機構）
４２ 空間部
４３ 連結部
５０ ショルダーボルト（連結部材）
６０，６３ トルク伝達ピン（トルク伝達部材）
６０ａ，６３ａ 円形の端部（円形の凸部）
６２ 弾性部材
６５ スライダ（支持部）
６６ 回動部材

Claims (3)

1. 環状のステータと、前記ステータの内側又は外側で回転可能に支持された第１ロータと、前記ステータと前記第１ロータとの間に配置されて、前記第１ロータと同芯に回転可能に支持された第２ロータとを備え、
   前記第１ロータが、周方向に所定ピッチで交互に異なる極性の磁極を有するように複数の永久磁石を配列して構成された磁極列を備え、
   前記ステータが、周方向に配列された複数の電機子で構成され、前記磁極列に対向するように配置されると共に、前記複数の電機子に発生させる所定の複数の電機子磁極により周方向の回転磁界を生成する電機子列を備え、
   前記第２ロータが、周方向に所定ピッチで配列された軟磁性体製の複数の誘導磁極で構成され、且つ前記第１ロータの磁極列と前記ステータの電機子列の間に配置された誘導磁極列を備える回転電機において、
   前記第２ロータは、該第２ロータの軸線方向中央部に位置する円筒状のロータコアと、該ロータコアを支持するように該ロータコアの軸線方向両端側に位置した円板状の第１フランジおよび第２フランジと、を備え、
   前記ロータコアは、一体円環状の軟磁性体を軸線方向に積層した積層体により構成され、
   前記ロータコアは、隣接する前記誘導磁極同士をそれぞれ連結する複数の連結部を有し、
   前記第１フランジおよび第２フランジ間には、前記ロータコアに発生するトルクを伝達するためのトルク伝達部材が配置されており、
   前記第２ロータの第１フランジおよび第２フランジ間の間隔を、前記第２ロータのロータコアの軸方向長さより大きな一定値に保持した状態で、前記第１フランジおよび第２フランジを相互連結する連結部材を備え、且つ、
   前記第２ロータに発生する径方向の振動を許容する振動許容機構を備え、
   前記振動許容機構は、前記第１及び第２フランジに設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 前記振動許容機構は、
   前記第１及び第２フランジに形成される径方向に延びる凹部と、
   前記第１及び第２フランジに対する前記ロータコアの相対移動によって前記凹部と面接触しつつ径方向にスライドするように前記凹部内に収容されるとともに、前記トルク伝達部材を支持する支持部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記振動許容機構は、
   前記第１及び第２フランジに形成される円形の凹部と、
   前記第１及び第２フランジに対する前記ロータコアの相対移動によって移動可能な円形の凸部と、
   前記円形の凹部内で回動可能に嵌合して収容されると共に、前記円形の凸部を前記円形の凹部に対して偏心した位置で回動可能に嵌合して収容する回動部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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