JP7010309B2 - 回転電機のロータ及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ及び回転電機に関する。

従来、シャフトと、複数の電磁鋼板が積層されて形成されたロータコアとを備える回転電機のロータが知られている。ロータコアとシャフトの締結構造について、ＪＰ２００７－１８１２７０Ａには、シャフトの外周面に形成されたキー溝に、ロータコアを形成する各電磁鋼板の内周側に設けられたキーが収容されることで、シャフトとロータコアとが締結される回転電機のロータが開示されている。

この回転電機のロータでは、各電磁鋼板のキー近くにピンを挿入するためのピン孔が設けられ、ピン孔からキーに向かって伸びる切断部が設けられている。これにより、ピン孔にピンを圧入すると、電磁鋼板のキーの先が開き、キーがシャフトに設けられたキー溝に押し付けられることで、シャフトとロータコアが締結される。

上記した回転電機のロータでは、各電磁鋼板にピン孔を設けているため、ロータ回転時に発生する遠心力に対するロータの耐久強度が低下する恐れがある。また、ピンを圧入して電磁鋼板のキーの先を開く構成であるため、ロータコアとシャフトを締結する際に発生するひずみが伝播し、ロータコアに余計な応力が加わり、ロータ強度に悪影響を及ぼす懸念がある。

本発明の目的は、ロータ強度への悪影響を低減しつつ、シャフトとロータコアとを締結可能な回転電機のロータを提供することである。

本発明の一態様によれば、シャフトと、複数の電磁鋼板を積層して構成され、内周にシャフトが取り付けられるロータコアと、を備える回転電機のロータが提供される。ロータコアを構成する電磁鋼板は、シャフトが挿入される挿入孔と、挿入孔から径方向内側に突出するキーを備え、シャフトは、軸方向に沿って形成されるキー溝を備える。電磁鋼板の挿入孔には、隙間ばめによりシャフトが取り付けられ、キーは、側面がキー溝の側面に当接することによりキー溝に圧入される。キは、挿入孔から径方向内側に突出する延設部と、延設部の幅方向の少なくとも一方の側面から、延設部の幅方向外側に延設される凸部と、を備える。凸部は延設部の先端の側面から延設部の幅方向外側に延設され、延設部の先端には、径方向内側に突出する突出部が設けられる。

図１は、第１実施形態によるロータを用いたモータを示す概略構成図である。 図２は、第１実施形態によるロータの概略構成図である。 図３は、図２の領域Ａを拡大した電磁鋼板の一部拡大図である。 図４は、ロータコアとシャフトとの締結部分を拡大した図である。 図５は、電磁鋼板の一部拡大図である。 図６Ａは、電磁鋼板の一部拡大図である。 図６Ｂは、引っ張り応力の最大値と電磁鋼板のキーを構成する凸部の寸法の関係を示した図である。 図７は、第２実施形態による電磁鋼板の一部拡大図である。 図８は、第３実施形態による電磁鋼板の一部拡大図である。 図９は、第４実施形態による電磁鋼板の一部拡大図である。 図１０は、第４実施形態による電磁鋼板の一部拡大図である。 図１１は、第４実施形態の変形例による電磁鋼板の一部拡大図である。

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるロータ１０を用いたモータ１を示す概略構成図である。図１に示すモータ１は、バッテリ等の電源から電力の供給を受けて回転し、車両の車輪を駆動する電動機として機能する。また、モータ１は、外力により駆動されて発電する発電機としても機能する。従って、モータ１は、電動機及び発電機として機能する、いわゆる回転電機（モータジェネレータ）として構成されている。

図１に示すように、モータ１は、ロータ１０と、ロータ１０の外周側に配置されるステータ２０と、ロータ１０及びステータ２０を収容するケース３０と、を備えている。

ロータ１０は、ステータ２０の内部に、当該ステータ２０に対して回転可能に配置されている。ロータ１０は、回転軸としてのシャフト１１を有している。シャフト１１は、ケース３０に設けられた軸受３１，３２により回転自在に支持されている。

ステータ２０は、複数枚の電磁鋼板２１を積層して形成された円筒状部材である。ステータ２０のティースには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイルが巻き回されている。

ケース３０は、ロータ１０及びステータ２０を収容可能な円筒状部材として構成されたハウジングである。ケース３０の内周面は、ステータ２０が設置される平坦な設置面として形成されている。

図２は、シャフト１１の軸方向から見たロータ１０の概略構成図である。ロータ１０は、シャフト１１、ロータコア１２、磁石１３、を含む。ロータコア１２は、電磁鋼板１４をシャフト１１の軸方向に複数積層して形成される。ロータコア１２は、ロータコア１２の中心に形成された円筒形状の孔であるシャフト挿入孔１２１及びロータコア１２の外周寄りの位置に周方向に沿って、等間隔に設けられた複数（例えば８個）の磁石収納孔１３１を備える。磁石収納孔１３１には磁石１３が挿入される。

シャフト１１は、ロータコア１２のシャフト挿入孔１２１に挿入され、ロータ１０の回転運動による動力を伝達する。シャフト１１の外周面には、軸方向に沿って形成される凹状の溝であるキー溝１１１が形成されている。キー溝１１１は、シャフト１１の周方向に等間隔で２つ形成される。キー溝１１１には、後述する電磁鋼板１４のキー１５が圧入される。

ロータコア１２を構成する電磁鋼板１４は、円環状の形状をなし、挿入孔１６、磁石収納用の孔１７及びキー１５を備える。挿入孔１６は電磁鋼板１４の中心に形成される円形状の孔で、電磁鋼板１４が積層されて挿入孔１６が重なることで、ロータコア１２のシャフト挿入孔１２１を形成する。磁石収納用の孔１７はロータコア１２の外周寄りの位置に周方向に沿って、等間隔に設けられている。孔１７は、電磁鋼板１４が積層されて孔１７が重なることで、ロータコアの磁石収納孔１３１を形成する。

キー１５は挿入孔１６から径方向内側に突出した部分であり、電磁鋼板１４の周方向に等間隔で２つ形成され、電磁鋼板１４が積層された状態でシャフト１１のキー溝１１１に圧入される。シャフト挿入孔１２１にシャフト１１が挿入され、キー溝１１１にキー１５が圧入されることで、ロータコア１２とシャフト１１とが締結される。ロータコア１２とシャフト１１の締結構造の詳細については後述する。なお、本実施形態では、電磁鋼板１４のキー１５は２箇所に形成されているが、キー１５の数はこれに限られるものではなく、１箇所或いは３箇所以上に形成されていてもよい。シャフト１１のキー溝１１１の数、配置は、電磁鋼板１４のキー１５の数、配置に対応させて設けられる。

図３は、図２の領域Ａを拡大した電磁鋼板の一部拡大図であり、図４はロータコア１２とシャフト１１との締結部分を拡大した図である。本実施形態における電磁鋼板１４は、厚さ０．２～０．５ｍｍ程度の薄板の部材であるが、電磁鋼板１４の厚さはこれに限らない。図３に示すように、電磁鋼板１４の挿入孔１６から径方向内側に突出するキー１５は、挿入孔１６から径方向内側に突出する延設部１５１と、延設部１５１の幅方向（周方向）の両側面から、延設部１５１の幅方向外側（側面）に突出する凸部１５４とを備える。

電磁鋼板１４の挿入孔１６が重なって形成されたロータコア１２のシャフト挿入孔１２１には、シャフト１１の外周面とロータコア１２の内周面にわずかな隙間を有する隙間ばめによりシャフト１１が挿入される。また、キー１５の２つの凸部１５４がシャフト１１のキー溝１１１の両側面にそれぞれ当接することにより、キー１５がキー溝１１１に圧入され、シャフト１１とロータコア１２が締結される。各電磁鋼板１４は薄板からなるため塑性変形しやすく、キー１５の凸部１５４の先端１５６は、圧入の際、図４に示すように、軸方向に変形した状態でキー溝１１１の側面に当接する。

シャフト１１の外周全体にロータコア１２の内周全体を圧入する場合、圧入の際に発生するひずみが伝播し、磁石１３が収納されているロータコア１２の外周面に応力が加わるため、ロータ１０の強度に悪影響を与える。一方、本実施形態では、電磁鋼板１４のキー１５部分のみをシャフト１１のキー溝１１１に圧入することでロータコア１２とシャフト１１とを締結し、電磁鋼板１４の挿入孔１６の他の部分には隙間ばめによりシャフト１１が挿入されている。これにより、ロータコア１２の外周端面に余計な応力が加わらず、ロータ１０の強度への悪影響を低減できる。

また、上記の通り、各電磁鋼板１４を圧入すると、キー溝１１１に当接する凸部１５４の先端１５６は軸方向に変形する。この変形によって、圧入応力が高くなりすぎるのを緩和することができる。また、圧入の際にキー１５に加わる圧縮応力は凸部１５４に集中し、圧縮応力によるひずみはキー１５の延設部１５１の根元１５２にはほとんど伝播しない。

図３に示すように、キー１５がキー溝１１１に圧入された状態では、凸部１５４の外周側には、キー溝１１１の側面とロータコア１２で囲まれた凹部１８が形成される。この凹部１８は、ロータコア１２の内径線Ｂよりも内側（シャフト１１の中心側）に位置する。凹部１８がロータコア１２の内径線よりも外側（外径側）にはみ出す構成の場合、遠心力に対するロータコア１２の強度への悪影響が懸念される。一方、本実施形態では、凹部１８がロータコア１２の内径線よりも内側に位置するため、ロータコア１２の強度への悪影響を抑制できる。

また、図３に示すように、延設部１５１の径方向先端１５３は、キー溝１１１との間にわずかな隙間を有し、キー溝１１１には当接しない。これにより、延設部１５１の径方向先端１５３がキー溝１１１に当接する場合に比べ、ロータコア１２に余計な応力が加わらない。

次に図５、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、キー１５に加わる引っ張り応力について説明する。

図５は、電磁鋼板１４のキー１５をシャフト１１のキー溝１１１に圧入する際にキー１５に加わる圧縮応力及び引っ張り応力を示した図である。キー１５をキー溝１１１に圧入すると、キー溝１１１の側面から凸部１５４に作用する圧縮応力は、ロータ１０の内径方向に斜め（図５の矢印Ｃで示される方向）に加わる。この圧縮応力の作用によって、キー１５の延設部１５１の根元１５２付近には、ロータコア１２の内径方向（図５の矢印Ｄで示される方向）に引っ張り応力が加わる。

図６Ａに示すように、キー１５の凸部１５４の根元１５５から先端１５６までの長さをＬとし、凸部１５４の幅寸法をＷとした場合、Ｌ／Ｗを任意に設定することにより、キー１５に作用する引っ張り応力を調整することができる。図６ＢはＬ／Ｗを変化させて、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力の最大値（ＭＰａ）を解析した結果を示す図である。図６Ｂに示すように、Ｌ／Ｗの値が１．０程度までは、引っ張り応力とＬ／Ｗはほぼ反比例の関係にある。

本実施形態では、厚さ０．２～０．５ｍｍ程度、降伏応力３００ＭＰａの電磁鋼板１４を用いている。図６Ｂに示すように、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力を、本実施形態の電磁鋼板１４の降伏応力である３００ＭＰａ以下とするためには、Ｌ／Ｗを０．５以上にすればよい。これにより、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力が電磁鋼板１４の降伏応力を超えるのを防ぐことができる。このように、Ｌ／Ｗの値が０．５以上になるように設計することが好ましい。

なお、図６Ａに示すように、延設部１５１と挿入孔１６が接続する位置における隅部１５７、及び延設部１５１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５８は、湾曲形状として形成される。これにより、キー１５をキー溝１１１に圧入する際に、キー１５に加わる引っ張り応力が湾曲形状の曲線部により分散される。従って、キー１５の根元１５２に加わるロータコア１２の内径方向への引っ張り応力を、より効果的に低減することが可能となる。

上記した第１実施形態のモータ１のロータ１０によれば、以下の効果を得ることができる。

モータ１のロータ１０においては、電磁鋼板１４のキー１５の側面をシャフト１１のキー溝１１１の側面に当接するように圧入することでロータコア１２とシャフト１１とを締結し、電磁鋼板１４の挿入孔１６の他の部分には隙間ばめによりシャフト１１が挿入されている。このため、シャフト１１の外周全体にロータコア１２の内周全体を圧入する場合に比べ、ロータコア１２に余計な応力が加わらず、ロータ１０の強度への悪影響を低減できる。

また、モータ１のロータ１０においては、電磁鋼板１４のキー１５部分をシャフト１１のキー溝１１１に圧入することでロータコア１２とシャフト１１とを締結しているため、ＪＰ２００７－１８１２７０Ａのように、ロータコア１２へのピン孔の設置及びピンの挿入を必要としない。このため、ピンの挿入により電磁鋼板のキーの先を開くことで発生するひずみが伝播し、ロータコアに余計な応力が加わること、及びピン孔によって、ロータ回転時に発生する遠心力に対するロータ１０の耐久強度が低下することを防止できる。さらに、モータ１のロータ１０は、ロータコア１２へのピン孔の設置及びロータコア１２へのピンの挿入を必要としないため、ロータ１０の組み立てを簡略化でき、コストダウンを図ることができる。

ロータ１０においては、ロータコア１２を構成する電磁鋼板１４に備えられたキー１５の延設部１５１の幅方向外側（側面）に突出する２つの凸部１５４が、キー溝１１１の両側面にそれぞれ当接し、キー１５がキー溝１１１に圧入される。このように、凸部１５４を有する電磁鋼板１４を積層した状態で圧入した場合には、キー溝１１１に当接する凸部１５４の先端１５６が軸方向に変形する。この変形によって、圧入応力が緩和され、シャフト１１と電磁鋼板１４がこすれてシャフト１１が削れることによるコンタミの発生を抑制できる。

また、凸部１５４の先端１５６を軸方向に変形させることが可能な構成となっているため、シャフト１１のキー溝１１１の幅を小さめに設定する、または凸部１５４の根元１５５から先端１５６までの長さＬを長めに設定することができる。これにより、シャフト１１及びロータコア１２の加工精度を下げても、シャフト１１とロータ１０を確実に締結することができる。

また、キー１５の延設部１５１の側面から突出する凸部１５４を圧入するため、圧入の際にキー１５にかかる圧縮応力は、凸部１５４に集中する。従って、圧縮応力によるひずみはキー１５の根元１５２にはほとんど伝播しない。このため、キー１５の根元１５２は、ロータコア１２内で発生するトルクのみに耐えればよく、凸部１５４を設けない場合に比べ、キー１５の要求強度を大幅に低減できる。また、圧縮応力によるひずみが電磁鋼板１４の内周面より外径側まで伝播しないため、ロータ１０の強度への悪影響も防止できる。

さらに、凸部１５４の圧入時或いは車両走行中等に凸部１５４が座屈した場合でも、キー１５の延設部１５１がシャフト１１に接触することでロータ１０の回転動力をシャフト１１に伝達できるため、車両の走行を維持できる。

電磁鋼板１４は、凸部１５４の外周側にキー溝１１１の側面とロータコア１２で囲まれて形成される凹部１８が、ロータコア１２の内径線よりも内側に位置する。これにより、凹部１８がロータコア１２の内径線よりも外側にはみ出す構成に比べ、ロータ１０の回転による遠心力に対するロータコア１２の強度への悪影響を抑制できる。

また、電磁鋼板１４は、キー１５の凸部１５４の根元１５５から先端１５６までの長さをＬ、凸部の幅寸法をＷとした場合のＬ／Ｗの値が０．５以上になるように設計される。これにより、キー１５の根元１５５に加わる引っ張り応力が電磁鋼板１４の降伏応力を超えるのを防ぐことができる。

また、電磁鋼板１４は、キー１５の延設部１５１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５７、及びキー１５の延設部１５１と挿入孔１６が接続する位置における隅部１５８が湾曲形状として形成される。これにより、キー１５をキー溝１１１に圧入する際に、キー１５に加わる引っ張り応力が湾曲形状の曲線部により分散される。従って、キー１５の根元１５２に加わるロータコア１２の内径方向への引っ張り応力を低減することが可能となる。これにより、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力が、電磁鋼板１４の降伏応力を超えるのを防ぐこともできる。

さらに、電磁鋼板１４のキー１５は、電磁鋼板１４の周方向に等間隔に形成され、キー１５に対応するシャフト１１のキー溝１１１は、シャフト１１の周方向に等間隔に形成される。これにより、等間隔に配置しない場合に比べて、遠心力によるロータコア１２の変形及び引っ張り応力の発生を抑制でき、ロータコア１２の強度への悪影響を抑制できる。

（第２実施形態）
図７を参照して、第２実施形態のモータ１のロータ１０を説明する。

図７は第２実施形態による電磁鋼板１４の一部拡大図であり、図２のＡ部分に相当する部分を拡大して示した図である。第２実施形態では、電磁鋼板１４のキー１５が凸部１５４を有していない点が第１実施形態のモータ１のロータ１０と相違する。なお、以下の実施形態では第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

図７に示すように、電磁鋼板１４のキー１５は凸部１５４を有しておらず、延設部１５１Ａのみを備える。電磁鋼板１４の挿入孔１６が重なって形成されたロータコア１２のシャフト挿入孔１２１には、隙間ばめによりシャフト１１が挿入される。また、キー１５の延設部１５１Ａの両側面がシャフト１１のキー溝１１１の両側面にそれぞれ当接することにより、キー１５がキー溝１１１に圧入され、シャフト１１とロータコア１２が締結される。各電磁鋼板１４は塑性変形しやすいため、キー１５の延設部１５１Ａの先端１５３Ａと延設部１５１Ａの側面とが接続する角１６０は、軸方向に変形した状態でキー溝１１１の側面に当接する。

上記した第２実施形態のモータ１のロータ１０によれば、以下の効果を得ることができる。

モータ１のロータ１０においては、電磁鋼板１４のキー１５の側面をシャフト１１のキー溝１１１側面に当接するように圧入することでロータコア１２とシャフト１１とを締結し、電磁鋼板１４の挿入孔１６の他の部分には隙間ばめによりシャフト１１が挿入されている。このため、シャフト１１の外周全体にロータコア１２の内周全体を圧入する場合に比べ、ロータコア１２に余計な応力が加わらず、ロータ１０の強度への悪影響を低減できる。

モータ１のロータ１０においては、電磁鋼板１４のキー１５をシャフト１１のキー溝１１１に圧入することでロータコア１２とシャフト１１とを締結しているため、ＪＰ２００７－１８１２７０Ａのように、ロータコア１２へのピン孔の設置及びピンの挿入を必要としない。このため、ピンの挿入により電磁鋼板のキーの先を開くことにより発生するひずみが伝播し、ロータコアに余計な応力が加わること、及びピン孔によって、ロータ回転時に発生する遠心力に対するロータ１０の耐久強度が低下することを防止できる。さらに、モータ１のロータ１０は、ロータコア１２へのピン孔の設置及びロータコア１２へのピンの挿入を必要としないため、ロータ１０の組み立てを簡略化でき、コストダウンを図ることができる。

ロータコア１２は、電磁鋼板１４を積層した状態で、電磁鋼板１４に備えられたキー１５の両側面を、キー溝１１１の両側面にそれぞれ当接させてキー１５をキー溝１１１に圧入する。このように、電磁鋼板１４を積層した状態で圧入した場合には、キー１５の延設部１５１Ａの先端１５３Ａと延設部１５１Ａの側面とが接続する角１６０が軸方向に変形する。この変形によって、圧入応力が緩和され、シャフト１１と電磁鋼板１４がこすれてシャフト１１が削れることによるコンタミの発生を抑制できる。

また、延設部１５１Ａの先端１５３Ａと延設部１５１Ａの側面とが接続する角１６０を軸方向に変形させることが可能な構成となっているため、シャフト１１のキー溝１１１の幅を小さめに設定する、または延設部１５１Ａの幅を大きめに設定することができる。これにより、シャフト１１及びロータコア１２の加工精度を下げても、シャフト１１とロータ１０を確実に締結することができる。

（第３実施形態）
図８を参照して、第３実施形態のモータ１のロータ１０を説明する。

図８は第３実施形態による電磁鋼板１４の一部拡大図であり、図２のＡ部分に相当する部分を拡大して示した図である。第３実施形態では、電磁鋼板１４のキー１５が、凸部１５４を延設部１５１Ｂの一方の側面のみに備える点が、第１及び第２実施形態のモータ１のロータ１０と相違する。

図８に示すように、電磁鋼板１４のキー１５は、延設部１５１Ｂの幅方向（周方向）の一方の側面から、延設部１５１Ｂの幅方向外側（側面）に突出する凸部１５４を備える。

電磁鋼板１４の挿入孔１６が重なって形成されたロータコア１２のシャフト挿入孔１２１には、隙間ばめによりシャフト１１が挿入される。また、キー１５の凸部１５４がシャフト１１のキー溝１１１の一方側側面に当接し、キー１５の延設部１５１Ｂの凸部１５４が延設されない側の側面がキー溝１１１の他方側側面に当接することにより、キー１５がキー溝１１１に圧入され、シャフト１１とロータコア１２が締結される。各電磁鋼板１４は塑性変形しやすいため、キー溝１１１に当接する凸部１５４の先端１５６、及びキー１５の延設部１５１Ｂの先端１５３Ｂと延設部１５１の側面とが接続する角１６０は、軸方向に変形した状態でキー溝１１１の側面に当接する。

上記した第３実施形態のモータ１のロータ１０においても、キー１５の側面をキー溝１１１の側面に当接するように圧入し、電磁鋼板１４の挿入孔１６の他の部分には隙間ばめによりシャフト１１が挿入されている。このため、ロータコア１２に余計な応力が加わらず、ロータ１０への悪影響を低減できる。また、圧入の際、キー１５の凸部１５４の先端１５６、及びキー１５の延設部１５１Ｂの先端１５３Ｂと延設部１５１Ｂの側面とが接続する角１６０は、軸方向に変形した状態でキー溝１１１の側面に当接するため、圧入応力が緩和される。さらに、キー１５の延設部１５１Ｂの側面から突出する凸部１５４を圧入するため、圧入の際にキー１５にかかる圧縮応力は、凸部１５４に集中する。従って、第３実施形態のロータ１０によっても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図９及び図１０を参照して、第４実施形態のモータ１のロータ１０を説明する。

図９は第４実施形態による電磁鋼板１４の一部拡大図であり、図２のＡ部分に相当する部分を拡大して示した図である。第４実施形態では、電磁鋼板１４のキー１５が、延設部１５１の先端に径方向内側に突出する突出部１６１を備える点が、第１実施形態のモータ１のロータ１０と相違する。

図９に示すように、電磁鋼板１４のキー１５は、延設部１５１の幅方向（周方向）の両側面から、延設部１５１の幅方向外側（側面）に延設される凸部１５４に加えて、延設部１５１の先端に、径方向内側に突出する突出部１６１を備える。

第１実施形態と同様に、シャフト挿入孔１２１には、隙間ばめによりシャフト１１が挿入され、キー１５の２つの凸部１５４がシャフト１１のキー溝１１１の両側面にそれぞれ当接することにより、キー１５がキー溝１１１に圧入される。キー１５の凸部１５４の先端１５６は、圧入の際、軸方向に変形した状態でキー溝１１１の側面に当接する。

図９に示すように、突出部１６１の幅寸法の大きさは、延設部１５１の幅寸法の大きさに等しい。突出部１６１の径方向先端１６３は、キー溝１１１との間にわずかな隙間を有し、キー溝１１１には当接しない。延設部１５１と挿入孔１６が接続する位置における隅部１５７、延設部１５１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５８、及び突出部１６１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５９は、湾曲形状として形成される。凸部１５４の外周側にキー溝１１１の側面とロータコア１２で囲まれて形成される凹部１８が、ロータコア１２の内径線よりも内側に位置する点は、第１の実施形態と同様である。

次に図１０を参照して、キー１５に加わる引っ張り応力について説明する。

図１０は、電磁鋼板１４のキー１５をキー溝１１１に圧入する際にキー１５に加わる圧縮応力及び引っ張り応力を示した図である。キー１５をキー溝１１１に圧入する際、キー溝１１１の側面から凸部１５４に作用する圧縮応力は、ロータ１０の内径方向に斜め（図１０の矢印Ｃで示される方向）に加わる。この圧縮応力の作用によって、凸部１５４がロータの内径方向に変形し、キー１５の延設部１５１の根元１５２付近には、ロータコア１２の内径方向（図５の矢印Ｄで示される方向）に引っ張り応力が加わる。

凸部１５４に作用する圧縮応力による凸部１５４のロータの内径方向への変形は、キー１５の突出部１６１により抑制される。これにより、キー１５の延設部１５１の根元１５２付近に加わる引っ張り応力は低減される。

また、本願発明者は、研究・分析の結果から、突出部１６１の根元１６２から先端１６３までの長さＴを大きくしていくと、キー１５の根元１５２付近に加わる引っ張り応力の最大値は、Ｔが０．５ｍｍまでは急減少し、０．５ｍｍを超えると緩やかに減少していくことを見出した。従って、Ｔの寸法は０．５ｍｍ以上に設計することが好ましいが、必ずしもこれに限らない。

なお、本実施形態では、突出部１６１の幅寸法の大きさと、延設部１５１の幅寸法の大きさを等しくしたが、突出部１６１の幅寸法の大きさはキー溝１１１の幅寸法より小さければよく、これに限らない。但し、突出部１６１の幅寸法が延設部１５１の幅寸法より小さい場合、キー１５の圧入時、凸部１５４の内径方向への変形を抑制する効果が少ないため、突出部１６１の幅寸法の大きさは延設部１５１の幅寸法以上であることが好ましい。

上記した第４実施形態の回転電機のロータによれば、第１実施形態の回転電機のロータにより得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

電磁鋼板のキー１５は、延設部１５１の幅方向の両側面から、延設部１５１の幅方向外側に突出する凸部１５４に加えて、延設部１５１の先端に、径方向内側に突出する突出部１６１を備える。これにより、凸部１５４に作用する圧縮応力による凸部１５４のロータの内径方向への変形を抑制でき、キー１５の根元１５２付近に加わる引っ張り応力を低減することができる。従って、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力が電磁鋼板１４の降伏応力を超えるのを防ぐこともできる。

また、突出部１６１の根元１６２から先端１６３までの長さＴを０．５ｍｍ以上に設計している。これにより、キー１５の根元１５２付近に加わる引っ張り応力を低減することができ、キー１５の根元１５２に加わる引っ張り応力が電磁鋼板１４の降伏応力を超えるのを防ぐこともできる。

（第４実施形態の変形例）
図１１を参照して、第４実施形態の変形例によるモータ１のロータ１０を説明する。なお、本変形例は、第４実施形態の変形例として説明するが、いずれの実施形態とも適宜組み合わせることができる。

図１１は第４実施形態の変形例による電磁鋼板１４の一部拡大図であり、図２のＡ部分に相当する部分を拡大して示した図である。図１１に示すように、本変形例では、シャフト１１のキー溝１１１の側面が、シャフト１１の外周方向に向かって幅が狭くなるテーパ状に形成される。

ロータコア１２を形成する電磁鋼板１４は、ロータ１０の回転による遠心力や車両の衝突等による衝撃荷重により、キー１５がシャフト１１の外周方向に向かって、シャフト１１からずれるおそれがある。本変形例では、シャフト１１のキー溝１１１の側面が、シャフト１１の外周方向に向かって幅が狭くなるテーパ状に形成されている。これにより、遠心力や衝撃荷重により、キー１５がシャフト１１の外周方向に向かってシャフト１１からずれることを防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

いずれの実施形態においても、電磁鋼板１４のキー１５は電磁鋼板１４の周方向に等間隔に複数設けることが好ましいが、キー１５の配置はこれに限らず、等間隔に配置していなくてもよい。

また、いずれの実施形態においても、ロータコア１２の外周側端面に等間隔に磁石６が配置されているが、磁石６の配置はこれに限られるものではない。

また、いずれの実施形態においても、延設部１５１の径方向先端１５３または突出部１６１の径方向先端１６３は、キー溝１１１に当接していないことが好ましいが、必ずしもこれに限られず、当接していてもよい。

また、第２実施形態を除くいずれの実施形態においても、凸部１５４の外周側にキー溝１１１の側面とロータコア１２で囲まれて形成される凹部１８は、ロータコア１２の内径線よりも内側に位置することが好ましいが、必ずしもこれに限らず、ロータコア１２の内径線よりも外側にはみ出す構成であってもよい。

また、いずれの実施形態においても、キー１５の凸部１５４の根元１５５から先端１５６までの長さをＬ、凸部１５４の幅寸法をＷとした場合のＬ／Ｗの値は、０．５以上であることが好ましいが、これに限らない。

さらに、各実施形態における、延設部１５１と挿入孔１６が接続する位置における隅部１５７、延設部１５１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５８、及び突出部１６１と凸部１５４とが接続する位置における隅部１５９は、それぞれ湾曲形状として形成されるのが好ましいが、これに限らず、例えば角形状であってもよい。

上述した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

Claims (12)

1. シャフトと、
   複数の電磁鋼板を積層して構成され、内周に前記シャフトが取り付けられるロータコアと、
   を備える回転電機のロータであって、
   前記ロータコアを構成する前記電磁鋼板は、前記シャフトが挿入される挿入孔と、前記挿入孔から径方向内側に突出するキーを備え、
   前記シャフトは、軸方向に沿って形成されるキー溝を備え、
   前記電磁鋼板の前記挿入孔には、隙間ばめにより前記シャフトが取り付けられ、
   前記キーは、側面が前記キー溝の側面に当接することにより前記キー溝に圧入されるとともに、
   前記キーは、前記挿入孔から径方向内側に突出する延設部と、前記延設部の幅方向の少なくとも一方の側面から、前記延設部の幅方向外側に延設される凸部と、を備え、
   前記凸部は前記延設部の先端の側面から前記延設部の幅方向外側に延設され、
   前記延設部の先端には、径方向内側に突出する突出部が設けられた、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記キーは、前記凸部が前記キー溝の一方側側面に当接し、前記延設部の前記凸部が延設されない側の側面が前記キー溝の他方側側面に当接することにより、前記キー溝に圧入される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記キーは、２つの前記凸部が前記キー溝の両側面にそれぞれ当接することにより、前記キー溝に圧入される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
4. 前記凸部の外周側に前記キー溝の側面と前記ロータコアで囲まれて形成される凹部は、前記ロータコアの内径線よりも内側に位置する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
5. 前記凸部の根元から先端までの長さをＬ、前記凸部の幅寸法をＷとした場合に、Ｌ／Ｗが０．５以上である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
6. 前記突出部の幅寸法の大きさは、前記延設部の幅寸法以上かつ前記キー溝の幅より小さい、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
7. 前記突出部の根元から先端までの長さが０．５ｍｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
8. 前記延設部と前記凸部とが接続する位置における隅部、及び前記延設部と前記挿入孔が接続する位置における隅部は、湾曲形状として形成される、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
9. 前記延設部と前記凸部とが接続する位置における隅部、前記延設部と前記挿入孔が接続する位置における隅部及び前記突出部と前記凸部とが接続する位置における隅部は、湾曲形状として形成される、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
10. 前記キー溝及び前記キーが、前記シャフト及び前記電磁鋼板の周方向に等間隔にそれぞれ複数形成される、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
11. 前記キー溝は、当該キー溝の側面が前記シャフトの外周方向に向かって幅が狭くなるテーパ状となるように形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
12. 請求項１から１１のいずれか一つに記載のロータと、
    前記ロータの周囲に設けられるステータと、を備える、
    ことを特徴とする回転電機。

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