JPWO2018051631A1

JPWO2018051631A1 - 回転電機

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Publication number: JPWO2018051631A1
Application number: JP2018539542A
Authority: JP
Inventors: 博光岡本; 山崎　慎司; 慎司山崎; 馬場　雄一郎; 雄一郎馬場; 良司小林; 基男北原; 雄貴荒井
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-07-19
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Abstract

回転子コアの回転軸への組付けを簡単かつ能率的に行うことができる回転電機を提供する。回転子コア４０５は、回転軸４５０の溝部４５１に収納される第１突起部４３０ａを有する１つ以上の電磁鋼板からなる第１鋼板体４２１と、回転軸４５０の溝部４５１に収納される第２突起部４３０ｂを有する１つ以上の電磁鋼板からなる第２鋼板体４２２とが積層されて構成され、第１鋼板体４２１の第１突起部４３０ａは、回転軸４５０の溝部４５１の側面４５１ａにより変形される第１係止部４３１を有し、第１鋼板体４２１の第１係止部４３１の少なくとも一部は、第２鋼板体４２２の第２突起部４３０ｂと回転軸４５０の溝部４５２の側面４５１ａとの間に形成される空間４３２に配置される。

Description

本発明は、回転電機に関する。

車両等に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機は、固定子と、回転子と、一対のエンドプレートと、ケーシングとを備える。電動機として、永久磁石が埋め込まれた回転子を用いたものがある。一対のエンドプレートは、それぞれ、電磁鋼板が積層され、永久磁石が埋め込まれて形成された回転子の軸方向の先端部および後端部に配置され、永久磁石を支持する。エンドプレートにより永久磁石と電磁鋼板とを接着する接着剤の漏れを防止することもある。電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる電動機には大出力が求められるため、一般に、強力なエネルギーを保持する希土類の焼結磁石を用いた永久磁石式電動機が用いられている。埋込み磁石式電動機は、低速大トルク、かつ、広範囲な回転速度領域という要求を満たすことができる。

回転子は、回転軸と回転子コアとを、圧入や焼き嵌めにより組付ける方法が一般的である。圧入による方法では、回転軸の外周面にローレット加工を施しておくことにより圧入荷重を低減することができる。
しかし、圧入や焼き嵌めによる方法は、所定の締め代をもって嵌合される構造であるため、回転子コアに圧縮応力が掛かり、電気的特性の悪化を招く可能性があるという課題もある。この課題に対して、回転子コアとローレット加工が施された回転軸との間に隙間を設け、鋳造によりエンドプレートを形成する際に、鋳造時の熔湯の一部を上記隙間に充填することにより回転軸と回転子コアとを固定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−５３７２号公報

回転の外表面にローレット加工を施す方法では、ローレット加工を行う分、作業工数が増大し、コストが掛かる。特許文献１に記載された方法でも、同様に、ローレット加工を行う分、作業工数が増大する。のみならず、特許文献１に記載された方法では、鋳造用の金型費および鋳造作業による作業工数が余計に必要となる。

本発明の一態様によると、回転電機は、軸方向に延在された溝部を有する回転軸と、前記回転軸の軸方向に積層された電磁鋼板により構成され、前記電磁鋼板の各々に、前記回転軸が挿通される軸孔が形成された回転子コアとを備え、前記回転子コアは、前記回転軸の前記溝部に収納される第１突起部を有する１つ以上の電磁鋼板からなる第１鋼板体と、前記回転軸の前記溝部に収納される第２突起部を有する１つ以上の電磁鋼板からなる第２鋼板体とが積層されて構成され、前記第１鋼板体の前記第１突起部は、前記回転軸の前記溝部の側面により変形される第１係止部を有し、前記第１鋼板体の前記第１係止部の少なくとも一部は、前記第２鋼板体の前記第２突起部と前記回転軸の前記溝部の側面との間に形成される空間に配置される。

本発明によれば、回転子コアの回転軸への組付けを簡単かつ能率的に行うことが可能であり、コストを低減することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成図である。回転電機２００の全体構成を示す模式的断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３の永久磁石４１５が埋め込まれた付近を拡大した図である。永久磁石４１５が埋め込まれた回転子コア４０５を示す斜視図である。図５に図示された回転子コア４０５の領域ＶＩにおける、キー突起配列部４２０付近を回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、回転軸４５０を組み付ける前の状態を示す。（Ａ）は、図５に図示された回転子コア４０５の第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａ近傍の拡大図であり、（Ｂ）は、図５に図示された回転子コア４０５の第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂ近傍の拡大図である。回転軸４５０と回転子コア４０５の組み付け工程を説明するための斜視図である。回転軸４５０のシャフトキー溝部４５１と回転子コア４０５のキー突起配列部４２０の組付け状態を示す断面図である。第２の実施形態を示し、固定子３００および回転子４００の断面図であり、第１の実施形態の図３に相当する図である。図１０に図示された回転子４００の第１鋼板体４２１Ａの平面図である。（Ａ）は、図１１に図示された第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａ近傍の拡大図であり、（Ｂ）は、図１１に図示された第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ｂ近傍の拡大図である。図１０に図示された回転子コア４０５の領域ＸＩＩＩにおける、キー突起配列部４２０Ａとシャフトキー溝部４５１との組付け状態を示す断面図である。図１０に図示された回転子コア４０５の領域ＸＩＶにおける、キー突起配列部４２０Ｂとシャフトキー溝部４５１との組付け状態を示す断面図である。第３の実施形態を示し、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ｃの回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、第１の実施形態の図６に相当する図である。第４の実施形態を示し、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ｄの回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、第１の実施形態の図６に相当する図である。本発明の実施形態に係る回転子４００を示す断面拡大図である。

本発明による回転電機は、上述したように、回転子コアの回転軸への組付けを簡単かつ能率的に行うことが可能であり、コストを低減することができる。加えて、回転子コアと回転軸との組付け強度が大きくすることができるため、エンドプレートの大きさを小さくしたり、あるいは、エンドプレートを用いない回転電機としたりすることが可能である。
本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車に好適な例として説明する。

−第１の実施形態−
図１〜図９を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車１００の概略構成図である。
図１に示すように、ハイブリッド自動車の車両１００には、エンジン１２０と、第１の回転電機２００と、第２の回転電機２０１と、高電圧のバッテリー１５０とが搭載されている。

バッテリー１５０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池で構成されている。バッテリー１５０からは、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力が出力される。バッテリー１５０は、回転電機２００、２０１による駆動力が必要な場合には回転電機２００、２０１に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００、２０１から直流電力が供給される。バッテリー１５０と回転電機２００、２０１との間の直流電力の授受は、電力変換装置１６０を介して行われる。

図示はしていないが、車両１００には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリーが搭載されている。

エンジン１２０および回転電機２００、２０１による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１４０を介して前輪１１０に伝達される。

回転電機２００、２０１は略同様に構成されているので、以下では、回転電機２００を代表として説明する。

図２は、回転電機２００の全体構成を示す模式的断面図である。図２では、回転電機２００の上部半分を破断し、回転電機２００の内部構造を示す断面図として図示している。

図２に示すように、ハウジング２０５の内部には固定子３００が支持されている。固定子３００は、固定子コア３０５と固定子巻線３１５とを備えている。固定子コア３０５の内周側には、回転子４００が空隙５００を介して回転可能に支持されている。回転子４００は、回転軸（以下、「シャフト」とも称する）４５０に固定された回転子コア４０５と、永久磁石４１５と、非磁性体の一対のエンドプレート４４０とを備えている。なお、図２では、一対のエンドプレート４４０を備えた回転電機２００として例示しているが、上述したように、一対のエンドプレート４４０を有していない回転電機２００とすることもできる。

ハウジング２０５は、軸受４４５、４４６が設けられた一対のエンドブラケット２１０を有しており、シャフト４５０はこれらの軸受４４５、４４６により回転自在に支持されている。

この回転電機２００は、永久磁石内蔵型の３相同期モータである。回転電機２００は、固定子コア３０５に巻回される固定子巻線３１５に３相交流電流が供給されることで、回転子４００を回転させる電動機として作動する。また、回転電機２００は、エンジン１２０によって駆動されると、発電機として作動して３相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機２００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３ではハウジング２０５と、シャフト４５０とは、図示が省略されている。
固定子コア３０５は、複数の磁性体、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成したものであり、ヨーク部及びティース部（突出部或いは突極部ともいう）から構成されている。ヨーク部は、ハウジング２０５の内周側に嵌合された円筒状のヨークコア３０６（コアバックともいう）から構成されている。ティース部は、ヨークコア３０６の内周側から径方向に突出し、所定の間隔をもって周方向に所定の間隔で配置された複数のティースコア３０７から構成されている。本実施形態では、ヨークコア３０６の内周側に４８個のティースコア３０７が形成された構造として例示されている。

隣接するティースコア３０７間のそれぞれには、回転子４００側の周方向に連続して、４８個のスロット３１０が形成されている。スロット３１０内にはスロット絶縁材（図示省略）が設けられ、固定子３００を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相などの複数の相巻線が装着されている。本実施形態では、固定子巻線３１５（図２参照）の巻き方として分布巻を採用している。

回転子コア４０５は、複数の磁性体、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成したものである。回転子コア４０５の中心には、シャフト４５０が挿通される貫通孔４０５ａが形成されている。各電磁鋼板には矩形の磁石が挿入される複数の磁石挿入孔４１０が設けられている。複数の磁石挿入孔４１０は、電磁鋼板の円周方向に所定の間隔で配置されている。電磁鋼板は、磁石挿入孔４１０のそれぞれが軸方向に直線状に連通するように積層され、連通された各磁石挿入孔４１０に永久磁石４１５が埋め込まれている。永久磁石４１５は、エポキシ系接着剤などで電磁鋼板の各磁石挿入孔４１０内に固定されている。磁石挿入孔４１０の円周方向の長さは、永久磁石４１５の円周方向の長さよりも大きく設定されており、永久磁石４１５の両側には磁気的空隙４１６が形成されている。この磁気的空隙４１６には接着剤を埋め込んでもよいし、成型樹脂で永久磁石４１５と一体に固めてもよい。永久磁石４１５は回転子４００の界磁極として作用する。

回転子コア４０５は、回転子コア４０５の内径側から軸心Ｏ側に向かって突出するキー突起配列部４２０が設けられている。詳細は後述するが、キー突起配列部４２０は、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１（図８参照）に嵌合し、回転子４００とシャフト４５０とを固定する。一対のキー突起配列部４２０は、各回転子コア４０５の円周方向に１８０度異なる位置に、換言すれば、円周方向に等間隔に一対設けられている。本実施形態ではキー突起配列部４２０が、各回転子コア４０５の円周方向に等間隔に設けられた構造として例示しているが、各回転子コア４０５のキー突起配列部４２０の位置は、円周方向に等間隔に配置されていなくてもよい。また、キー突起配列部４２０の数は、１個あるいは３個以上としてもよい。

永久磁石４１５の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石４１５ａの固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極であったとすれば、隣の永久磁石４１５ｂの固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となっている。そして、これらの永久磁石４１５ａ，４１５ｂが円周方向に交互に配置されている。本実施形態では、各永久磁石４１５は等間隔に８個配置されており、回転子４００は８極になっている。

永久磁石４１５は、磁化した後に回転子コア４０５に埋め込んでも良いし、磁化する前に回転子コア４０５に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。磁化後の永久磁石４１５は強力な磁石であり、回転子４００に永久磁石４１５を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石４１５の固定時に回転子コア４０５との間に強力な吸引力が生じ、この求心力が作業の妨げとなる。また強力な吸引力により、永久磁石４１５に鉄粉などのごみが付着する恐れがある。そのため、永久磁石４１５を回転子コア４０５に挿入した後に磁化する方が、回転電機の生産性が向上する。

永久磁石４１５には、ネオジウム系，サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石，ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。永久磁石４１５の残留磁束密度はほぼ０.４〜１.３Ｔ程度である。

図４は、図３に示した永久磁石４１５が埋め込まれた付近を拡大して示したものである。本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石４１５間に補助磁極部４１８が形成されている。一般に、磁極がつくる磁束の方向（磁極の中心軸）をｄ軸、磁束が磁石の極間から極間へ流れる軸（永久磁石間の軸）をｑ軸と呼ぶ。このとき、磁石の極間中心にある鉄心部分を補助磁極部４１８と呼ぶ。回転子４００に設けられた永久磁石４１５の透磁率は空気とほぼ同じであるため、固定子３００側から見た場合、ｄ軸部は磁気的に凹んでおり、ｑ軸部は磁気的に凸になっている。そのため、ｑ軸部の鉄心部分は突極と呼ばれる。

回転子コア４０５には、永久磁石４１５の両側に形成される磁気的空隙４１６の他に、回転子４００表面の補助磁極部４１８に磁気的空隙４１７を構成する溝が設けられている。磁気的空隙４１６はコギングトルク低減のために設けられたものである。すなわち、磁気的空隙４１７は通電時のトルク脈動を低減するために設けられたものである。磁気的空隙４１７は、図４に図示されるように、回転子コア４０５の外形表面に凹部として形成される。

磁気的空隙４１７は、回転子４００の円周方向において、磁極間を通るｑ軸を中心として対称または非対称のどちらの形状で形成されてもよく、磁極の中心軸であるｄ軸に対しては対称に配置されている。なお、磁気的空隙４１７は、単純な空気領域のみでなく、回転子コア４０５よりも磁気抵抗が高い材料を空隙部に配置してもよい。

図５は、永久磁石４１５が埋め込まれた回転子コア４０５を示す斜視図である。
回転子コア４０５は、図５に示すように複数のコアピース４０６から構成してもよく、または１つの回転子コア４０５のみで構成してもよい。回転子コア４０５を複数のコアピース４０６で構成する場合、１つのコアピース４０６の軸方向長さは、他のコアピース４０６の軸方向長さとほぼ同じ寸法に設定されているのが一般的である。

１つのコアピース４０６に積層される電磁鋼板は、各電磁鋼板の外周側面に形成される磁気的空隙４１７を、円周方向の同じ位置にして軸方向に積層される。
本実施形態の回転子コア４０５は、図５に図示されるように、各コアピース４０６の外周側面に形成された磁気的空隙４１７を、所定の角度ずらして軸方向に積層して構成されている。

図６は、図５に図示された回転子コア４０５の領域ＶＩにおける、キー突起配列部４２０付近を回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、回転軸４５０を組み付ける前の状態を示す。
図６に図示されるように、回転子コア４０５は、第１鋼板体４２１と第２鋼板体４２２とが軸方向に交互に積層されて構成されている。第１鋼板体４２１および第２鋼板体４２２は、それぞれ、１枚または軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板により形成されている。第１鋼板体４２１および第２鋼板体４２２を形成する電磁鋼板の軸方向の長さ（板厚）は、同一であり、０．２〜０．３５ｍｍ程度が一般的である。

図５において、軸方向における手前側を前方とし、背面側を後方とする。図６における前方および後方は図示の通りである。
図６に図示されるように、回転子コア４０５の最前部には、第１鋼板体４２１が配置されている。第１鋼板体４２１の後面に第２鋼板体４２２が積層されている。以下、同様に、第１鋼板体４２１と第２鋼板体４２２とが、交互に、軸方向に積層されている。第１鋼板体４２１の内周面には、円周方向に１８０度異なる位置にキー突起部４３０ａ（図７（ａ）も参照）が形成されている。第２鋼板体４２２の内周面には、円周方向に１８０度異なる位置にキー突起部４３０ｂ（図７（ｂ）も参照）が形成されている。キー突起配列部４２０は、第１鋼板体４２１に形成されたキー突起部４３０ａと第２鋼板体４２２に形成されたキー突起部４３０ｂとが積層されて構成されている。第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａおよび第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの高さ、すなわち、内周面から軸心Ｏに向かう突出し長さはほぼ同一であり、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の深さより小さい。第１鋼板体４２１および第２鋼板体４２２とは、キー突起部４３０ａ、４３０ｂを除いて、他の構造および寸法、例えば、外周の径、内周の径、磁石挿入孔４１０および磁気的空隙４１６の位置等は、同一である。

図７（Ａ）は、図５に図示された回転子コア４０５の第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａ近傍の拡大図である。
第１鋼板体４２１は、円周方向に１８０度異なる位置に一対のキー突起部４３０ａを有する。一対のキー突起部４３０ａは、形状、大きさが同一である。
キー突起部４３０ａは、第１鋼板体４２１の内周面から軸心Ｏ側に突出しており、その先端は平坦となっている。キー突起部４３０ａの左右方向（以下、幅方向という）の両側にはキー係止部４３１が形成されている。キー係止部４３１の根元側には、Ｕ字形状の溝４３４が形成されており、キー係止部４３１は、溝４３４から軸方向に沿って屈曲され易くなっている。但し、溝４３４は、必ずしも必要とされるものではない。キー係止部４３１を含めたキー突起部４３０ａの左右方向の長さシャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の幅方向の長さより大きい。

図７（Ｂ）は、図５に図示された回転子コア４０５の第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂ近傍の拡大図である。
第２鋼板体４２２は、円周方向に１８０度異なる位置に一対のキー突起部４３０ｂを有する。一対のキー突起部４３０ｂは、形状、大きさが同一である。キー突起部４３０ｂは、第２鋼板体４２２の内周面から軸心Ｏ側に突出しており、その先端は平坦となっている。第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの幅方向の中心と、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａの幅方向の中心とは一致するように、第１鋼板体４２１と第２鋼板体４２２とは積層される。また、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの先端と第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａの先端とは、ほぼ同じ高さ位置となる。キー突起部４３０ｂの幅方向の長さは、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａの幅方向の長さより小さい。すなわち、キー突起部４３０ｂの幅方向の長さは、キー突起部４３０ａの両側のキー係止部４３１の幅方向の長さ分、キー突起部４３０ａの幅方向の長さより小さい。このため、キー突起部４３０ｂの幅方向の両側には、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の幅方向の側面４５１ａ（図９参照）との間に係止用空間４３２が形成される。
なお、図７（Ｂ）には、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの幅方向の両側に段部４３５が設けられた構造として例示されているが、段部４３５は、必ずしも必要とされるものではない。

再度、図６を参照して、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０の構成を説明する。
回転子コア４０５の第１鋼板体４２１と第２鋼板体４２２とは、軸方向に交互に積層されている。軸方向の最前部には第１鋼板体４２１が配置され、最後部には、第２鋼板体４２２が配置されている。図６に図示される例では、最後部側には、複数（実施例では、２つ）の第２鋼板体４２２が積層して配置されているが、この理由は後述する。第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａの幅方向の両側に形成されたキー係止部４３１は、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの幅方向の端部から、側方に突出している。従って、各第１鋼板体４２１のキー係止部４３１の後方には、少なくとも、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの厚さ分の空間である、係止用空間４３２が形成されている。
次に、キー突起配列部４２０を用いた回転子コア４０５とシャフト４５０との組み付け方法を説明する。

図８は、軸４５０と回転子コア４０５の組み付け工程を説明するための斜視図である。
シャフト４５０の外周には、一対のシャフトキー溝部４５１が設けられている。一対のシャフトキー溝部４５１は、円周方向に１８０度異なる位置に、それぞれ、軸方向に平行に延在されている。シャフトキー溝部４５１の幅および深さは同一であり、組付け時に、シャフトキー溝部４５１に、同時に、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０が挿入される。
シャフト４５０の外径は、回転子コア４０５の貫通孔４０５ａの径よりも小さく設定されており、シャフト４５０と回転子コア４０５との組み付け時に、相互に干渉しない構成になっている。

シャフトキー溝部４５１の幅方向の長さは、上述したように、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａの幅方向の長さよりも小さく、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの幅方向の長さより大きい。つまり、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１と第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａとは、しまり嵌めとなっている。
シャフト４５０と回転子コア４０５とを組付けるには、例えば、図８に図示されるように、シャフト４５０を回転子コア４０５側に向けて押圧し、シャフトキー溝部４５１に回転子コア４０５のキー突起配列部４２０を圧入する。

シャフト４５０を回転子コア４０５側に向けて押圧していくと、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａのキー係止部４３１は、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の幅方向の側面４５１ａ（図９参照）により押圧される。上述した通り、各第１鋼板体４２１のキー係止部４３１の後方には、少なくとも、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの厚さ分の係止用空間４３２が形成されている。このため、この押圧力より、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａのキー係止部４３１は、第２鋼板体のキー突起部４３０ｂの幅方向の端部を支点として係止用空間４３２側に向けて、すなわち、軸方向に沿って屈曲するように変形する。

図９は、回転軸４５０のシャフトキー溝部４５１と回転子コア４０５のキー突起配列部４２０の組付け状態を示す断面図である。
図９に示すように、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１に回転子コア４０５のキー突起配列部４２０が圧入された状態では、第１鋼板体４２１のキー係止部４３１の一部は、屈曲するように変形されて第２鋼板体４２２の幅方向の端部とシャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の側面４５１ａとの間に形成された係止用空間４３２に入り込んでいる。第１鋼板体４２１のキー係止部４３１は、復元力によりシャフト４５０のシャフトキー溝部４５１の側面４５１ａを圧接しており、この圧接力により、シャフト４５０と回転子コア４０５とが固定されている。

なお、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０の最後部側は、複数（実施例では、２つ）の第２鋼板体４２２が積層して配置されている構造としているが、これは、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａのキー係止部４３１が屈曲した場合に、該屈曲部の後端が回転子コア４０５の後面から突出するのを防止するためである。

また、上記では、シャフト４５０を回転子コア４０５側に向けて押圧する方法として例示したが、シャフト４５０と回転子コア４０５との組み付けは、回転子コア４０５をシャフト４５０側に向けて押圧するようにしてもよい。

上記第１の実施形態によれば、下記の作用効果を得ることができる。
（１）回転子コア４０５は、シャフト４５０のシャフトキー溝部４５１に収納されるキー突起部４３０ａを有する１つ以上の電磁鋼板からなる第１鋼板体４２１と、回転軸４５０のシャフトキー溝部４５１収納されるキー突起部４３０ｂを有する１つ以上の電磁鋼板からなる第２鋼板体４２２とが積層されて構成され、第１鋼板体４２１のキー突起部４３０ａは、回転軸４５０の側面４５１ａにより変形されるキー係止部４３１を有し、第１鋼板体４２１のキー係止部４３１の少なくとも一部は、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂと回転軸４５０のシャフトキー溝部４５１の側面４５１ａとの間に形成される係止用空間４３２に配置される。このため、回転子コア４０５と回転軸４５０との組み付けは、一方を他方に対して押し込むだけの簡単な作業となり、回転軸４５０の外周面にローレット加工などの補強用の加工を施す作業が不要となる。このため、組み付け作業を能率的に行うことが可能であり、コストを低減することができる。

（２）また、組み付ける際の組付け荷重を小さくすることができるため、回転子コア４０５に掛かる圧縮応力を抑制することが可能となり、電気的特性の悪化を抑制することができる。

（３）さらに、回転子コア４０５を構成する電磁鋼板は、回転子コア４０５の軸方向全長に亘る領域中で、回転軸４５０のシャフトキー溝部４５１に屈曲するように変形され、回転子コア４０５を周方向および軸方向に固定する。このため、回転子コア４０５の軸方向の最前部および最後部に配置するエンドプレート４４０を小さくしたり、あるいは不要としたりすることが可能となる。

−第２の実施形態−
図１０〜図１４を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。
図１０は、第２の実施形態の固定子３００および回転子４００の断面図であり、第１の実施形態の図３に相当する図であり、図１１は、図１０に図示された回転子４００の第１鋼板体４２１Ａの平面図である。
第２の実施形態は、回転子コア４０５に設けられたキー突起配列部４２０Ａと４２０Ｂとが異なる構造を有する点を特徴とする。
図１０に図示されるように、回転子コア４０５は、実施形態１と同様に一対のキー突起配列部４２０を有する。しかし、一方のキー突起配列部４２０Ａと他方のキー突起配列部４２０Ｂとは異なる構造を有している。

回転子コア４０５は、軸方向に交互に積層された第１鋼板体４２１Ａ（図１３等参照）と第２鋼板体４２２Ａ（図１３等参照）とにより構成されている。本実施形態では、回転子コア４０５の軸方向の最前部には、第１鋼板体４２１Ａが配置されている。後述するが、回転子コア４０５の軸方向の最後部には、付加鋼板体４２６（図１３等参照）が配置されている。

図１２（Ａ）は、図１１に図示された第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａ近傍の拡大図であり、図１２（Ｂ）は、図１１に図示された第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ｂ近傍の拡大図である。
図１１に図示されるように、第１鋼板体４２１Ａの内周側には、軸心Ｏ側に突出するキー突起部４３０ａ、４３０ｂが設けられている。
図１２（Ａ）に図示されるように、キー突起部４３０ａは、幅方向の両側にキー係止部４３１を有している。つまり、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａは、第１の実施形態の第１鋼板体４２１に設けられたキー突起部４３０ａと同様な構造を有している。
図１２（Ｂ）に図示されるように、キー突起部４３０ｂは、キー突起部４３０ａのキー係止部４３１に対応する部分を有しておらず、その幅方向の長さが、キー突起部４３０ａの幅方向の長さよりも、両側のキー係止部４３１の幅方向の長さ分、小さく形成されている。つまり、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ｂは、第１の実施形態の第２鋼板体４２２に設けられたキー突起部４３０ｂと同様な構造を有している。

第２鋼板体４２２Ａも、図示はしないが、第１鋼板体４２１Ａと同様、円周方向に１８０度異なる位置にキー突起部４３０ａとキー突起部４３０ｂとを有している。キー突起部４３０ａおよび４３０ｂは、それぞれ、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａ、４３０ｂと同様な構造を有している。但し、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ａ、４３０ｂは、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａ、４３０ｂに対して円周方向に１８０度異なる位置に配置されている。図１０、図１１に図示されるように、回転子コア４０５が左右対称な構造を有するものであれば、第１鋼板体４２１Ａと第２鋼板体４２２Ａとは、同一の部材とすることができる。

図１３は、図１０に図示された回転子コア４０５の領域ＸＩＩＩにおける、キー突起配列部４２０Ａとシャフトキー溝部４５１との組付け状態を示す断面図である。
キー突起配列部４２０Ａは、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａが軸方向の最前部に配置され、その後面に第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂが積層されている。以下、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａと第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ｂとが軸方向に交互に積層されてキー突起配列部４２０Ａが構成されている。キー突起配列部４２０Ａの軸方向の最後部の第２鋼板体４２２Ａの後面には、後部鋼板体４２６が積層されており、該後部鋼板体４２６が、キー突起配列部４２０Ａの最後部に配置された構造となっている。後部鋼板体４２６には、一対のキー突起部４３０ｂが形成されている。つまり、キー突起配列部４２０Ａでは、軸方向の最後部に配置された後部鋼板体４２６のキー突起部４３０ｂは、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ｂの後面に配置されている。

第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａの後面に、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ｂが積層されている。従って、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ａのキー係止部４３１の後方には、少なくとも、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ｂの厚さ分の係止用空間４３２が形成されている。このため、シャフト４５０の一方のシャフトキー溝部４５１に回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ａを押し込むと、第１鋼板体４２１Ａのキー係止部４３１が係止用空間４３２内に圧入され、キー係止部４３１の復元力により、シャフト４５０と回転子コア４０５とが固定される。

図１４は、図１０に図示された回転子コア４０５の領域ＸＩＶにおける、キー突起配列部４２０Ｂとシャフトキー溝部４５１との組付け状態を示す断面図である。
キー突起配列部４２０Ｂは、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ｂが軸方向の最前部に配置され、その後面に第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ａと第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ｂが軸方向に交互に積層されて構成されている。キー突起配列部４２０Ｂの軸方向の最後部に配置された後部鋼板体４２６のキー突起部４３０ｂは、キー配列部４２０Ｂでは、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ａの後面に配置されている。

キー突起配列部４２０Ｂでは、第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ａのキー係止部４３１の後部には、少なくとも、第１鋼板体４２１Ａのキー突起部４３０ｂの厚さ分の係止用空間４３２が形成されている。このため、シャフト４５０の他方のシャフトキー溝部４５１に回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ｂを押し込むと、第２鋼板体４２２Ａのキー係止部４３１が係止用空間４３２内に圧入され、キー係止部４３１の復元力により、シャフト４５０と回転子コア４０５とが固定される。
なお、キー突起配列部４２０Ｂの後面には後部鋼板体４２６が積層されている。このため、軸方向の最後部の第２鋼板体４２２Ａのキー突起部４３０ａのキー係止部４３１が軸方向に屈曲するように変形しても、該キー係止部４３１が、回転子コア４０５の後端面からはみ出ることはない。
第２の実施形態における他の構成は、第１の実施形態と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して、説明を省略する。

第２の実施形態においても、第１の実施形態（１）〜（３）と同様な作用効果を得ることができる。
なお、第１の実施形態では、一方および他方のシャフトキー溝部４５１に圧入されるキー係止部４３１は、第１鋼板体４２１のみに設けられ、第２鋼板体４２２には設けられていない。
これに対し、第２の実施形態では、キー係止部４３１は、第１鋼板体４２１Ａと第２鋼板体４２２Ａとの両方に設けられており、一方および他方のシャフトキー溝部４５１に、軸方向に沿って交互に圧入される。このため、第１鋼板体４２１Ａと第２鋼板体４２２Ａの板厚の偏差に起因して発生する回転子４００の回転アンバランスを抑制することが可能となる。

−第３の実施形態−
図１５は、第３の実施形態を示し、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ｃの回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、第１の実施形態の図６に相当する図である。
第３の実施形態では、キー突起配列部４２０Ｃは、キー突起部４３０ａを有する第１鋼板体４２１、キー突起部４３０ｂを有する第２鋼板体４２２およびキー突起部４３０ｃを有する第３鋼板体４２３を有する点に特徴を有する。
キー突起部４３０ａは、幅方向の両側にキー係止部４３１を有する。キー突起部４３０ｂは、キー係止部４３１を有しておらず、その幅方向の両端側には、シャフトキー溝部４５１の幅方向の側面４５１ａとの間に係止用空間４３２が形成される。キー突起部４３０ｃは、幅方向の両側にキー係止部４３１ａを有する。但し、キー突起部４３０ｃのキー係止部４３１ａの幅方向の長さは、キー突起部４３０ａのキー係止部４３１の幅方向の長さより小さい。すなわち、キー突起部４３０ａ、キー突起部４３０ｃ、キー突起部４３０ｂの幅方向の長さを、それぞれ、Ｌ1、Ｌ3，Ｌ2とすると、Ｌ1＞Ｌ3＞Ｌ2の関係となっている。

キー突起部４３０ａとキー突起部４３０ｃとの間には、キー突起部４３０ｂが配置されている。また、キー突起部４３０ａの前方およびキー突起部４３０ｃの後方には、１つ以上のキー突起部４３０ｂが積層されている。
第３の実施形態では、先ず、キー突起部４３０ｃがシャフト４５０のシャフトキー溝部４５１に挿入され、この後、キー突起部４３０ａがシャフト４５０のシャフトキー溝部４５１に挿入される。つまり、先ず、幅方向の長さが小さいキー突起部４３０ｃの係止部４３１ａが、シャフトキー溝部４５１の側面４５１ａに当接する。このため、組付け作業開始時の圧入荷重を小さくすることができ、組み付け作業が容易となる。

図示はしないが、第３の実施形態における他の構造は、第１の実施形態と同様である。
従って、第３の実施形態においても、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）を有する。
加えて、第３の実施形態では、組付け作業開始時の圧入荷重を小さくすることができ、組み付け作業が容易となる。また、第３の実施形態では、キー突起部４３０ｃの係止部４３１ａとシャフトキー溝部４５１との嵌合をしまり嵌め、中間嵌め、すきま嵌めのいずれにもすることができるので、圧入荷重を調整することが容易となる。

−第４の実施形態−
図１６は、第４の実施形態を示し、回転子コア４０５のキー突起配列部４２０Ｄの回転子コア４０５の軸心Ｏ側から観た内周側の側面図であり、第１の実施形態の図６に相当する図である。
第４の実施形態は、第１鋼板体４２１の後方に、複数の第２鋼板体４２２を積層した点に特徴を有する。
図１６に図示されるように、キー突起部４３０ａを有する第１鋼板体４２１の後面に、複数（図示の例では３つ）のキー突起部４３０ｂを有する第２鋼板体４２２が積層されている。

キー突起部４３０ａのキー係止部４３１の幅方向の長さをＬ4とし、１つの第２鋼板体４２２の厚さをｔとした場合、Ｌ4＞ｔの関係となっている。
しかし、第２鋼板体４２２は、キー突起部４３０ａの幅方向の長さＬ4よりも大きくなるように、第１鋼板体４２１の間に複数積層されている。このため、第２鋼板体４２２の厚さｔが、キー突起部４３０ａの幅方向の長さＬ4より小さいかまたは概略等しい場合でも、キー突起部４３０ａのキー係止部４３１が入り込む係止用空間４３２の軸方向の長さを、キー係止部４３１の幅方向の長さＬ4よりも大きくすることができる。

図示はしないが、第４の実施形態における他の構造は、第１の実施形態と同様である。
従って、第４の実施形態においても、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）を有する。
加えて、第４の実施形態では、第１鋼板体４２１のキー係止部４３１の幅方向の長さＬ4の寸法を厳しく管理することなく、該係止部４３１が入り込む係止用空間４３２を容易に確保することができ、組み付け作業の能率化を図ることができる。

−第５の実施形態−
図１７は、本発明の実施形態に係る回転子４００を示す断面拡大図である。
図１７に示すように、回転子コア４０５を構成する第１鋼板体４２１は、キー突起部４３０ａの幅方向の両端側から突出したキー係止部４３１を備えている。キー突起部４３０ａの幅方向の中心軸、すなわち、キー突起部４３０ａの幅方向の中心とシャフト４５０の軸心Ｏとを結ぶ直線は、第１鋼板体４２１（回転子４００）の磁束が磁石中心を通るｄ軸（磁極の中心軸）と同軸上に位置している。図示はしないが、第１鋼板体４２１に積層される第２鋼板体４２２についても同様であり、第２鋼板体４２２のキー突起部４３０ｂの幅方向の中心とシャフト４５０の軸心Ｏとを結ぶ直線は、第２鋼板体４２２（回転子４００）の磁束が磁石中心を通るｄ軸（磁極の中心軸）と同軸上に位置している。

キー突起部４３０ａ、４３０ｂの幅方向の中心軸とｄ軸とを上記関係の構成とすることにより、キー突起部４３０ａ、４３０ｂに発生する、回転子４００の遠心力による応力や、シャフト４５０と回転子コア４０５を組み付ける際の圧入応力を分散させやすくなり、回転子コア４０５の強度および精度を向上することができる。

第５の実施形態の他の構成は、第１の実施形態と同様であり、対応数する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
第５の実施形態の構成は、第１〜第４の実施形態に適用することが可能であり、それにより、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）を得ることができる。

上記各実施形態は、一例として示したものであり、本発明の回転電機は、巻線方式、結線方式、回転子のスキュー角の有無、極数等に限定されるものではない。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

３００固定子
４００回転子
４０５回転子コア
４０５ａ貫通孔（軸孔）
４２１、４２１Ａ第１鋼板体
４２２、４２２Ａ第２鋼板体
４２６後部鋼板体
４３０ａキー突起部（第１突起部、第３突起部）
４３０ｂキー突起部（第２突起部、第４起部）
４３０ｃキー突起部（第５突起部）
４３１キー係止部（第１係止部、第２係止部）
４３１ａキー係止部（第３係止部）
４３２係止用空間（空間）
４３４溝
４５０回転軸
４５１シャフトキー溝部（溝部）
４５１ａ側面
Ｏ軸心

Claims

固定子と回転子とを備え、
前記回転子は、
軸方向に延在された溝部を有する回転軸と、
前記回転軸の軸方向に積層された電磁鋼板により構成され、前記電磁鋼板の各々に、前記回転軸が挿通される軸孔が形成された回転子コアとを備え、
前記回転子コアは、前記回転軸の前記溝部に収納される第１突起部を有する１つ以上の電磁鋼板からなる第１鋼板体と、前記回転軸の前記溝部に収納される第２突起部を有する１つ以上の電磁鋼板からなる第２鋼板体とが積層されて構成され、
前記第１鋼板体の前記第１突起部は、前記回転軸の前記溝部の側面により変形される第１係止部を有し、
前記第１鋼板体の前記第１係止部の少なくとも一部は、前記第２鋼板体の前記第２突起部と前記回転軸の前記溝部の側面との間に形成される空間に配置される、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転軸は、軸方向に延在された別の溝部を有し、
前記第１鋼板体は、前記別の溝部に収納される第３突起部を有し、
前記第２鋼板体は、前記別の溝部に収納される第４突起部を有し、
前記第２鋼板体の前記第４突起部は、前記回転軸の前記別の溝部の側面により変形される第２係止部を有し、
前記第２鋼板体の前記第２係止部の少なくとも一部は、前記第１鋼板体の前記第３突起部と前記回転軸の前記別の溝部の側面との間に形成される空間に配置される、回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
前記溝部と前記別の溝部とは、前記回転軸の周方向に所定角度ずれた位置に配置されている、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子コアは、さらに、前記回転軸の前記溝部に収納される第５突起部を有する１つ以上の電磁鋼板からなる第３鋼板体を有し、
前記第３鋼板体の前記第５突起部は、前記回転軸の前記溝部の側面により変形される第３係止部を有し、
前記第３鋼板体の前記第３係止部は、前記第１鋼板体の前記第１係止部とは異なる大きさを有する、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記第２鋼板体の軸方向の長さは前記第１鋼板体の前記第１係止部の幅方向の長さより小さく、
前記第２鋼板体は、軸方向の長さが前記第１鋼板体の前記第１係止部の幅方向の長さより大きくなるよう前記第１鋼板体の間に複数積層されている、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１鋼板体の前記第１突起部および前記第２鋼板体の前記第２突起部の周方向の中心と前記回転軸の中心とを結ぶ直線は、前記回転子コアの磁極中心線上に位置する、回転電機。
請求項１から６までのいずれか一項に記載の回転電機において、
前記回転子は、前記回転子コアの軸方向の前端部および後端部に、前記電磁鋼板を支持するエンドプレートを備えていない、回転電機。