WO2011102011A1 - 回転子およびその回転子を用いた回転電機 - Google Patents

Abstract

　回転子は、外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、内周側に突設されてキー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、回転子鉄心には、キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、凹部の底部には、キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、平面部は、キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、直線部の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、キーの側面と直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、直線部の反キー側端と接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように各部の寸法、形状を定めた。

Description

回転子およびその回転子を用いた回転電機

　本発明は、回転電機の回転子を回転軸体に締結する締結構造に関する。

　車両駆動用として用いられる回転電機においては、通常の回転電機に比べ、高速回転が要求され、回転子の強度、特に回転子鉄心と回転軸体の締結部の強度が重要である。従来から、回転子を構成する回転子鉄心と回転軸体との締結構造として、隙間嵌めのキーが採用されているが、キーには応力が集中しやすいという問題があった。

　そこで、特許文献１の回転子では、キー凹み部を、キー側面に第一曲率半径を有する円弧部と、第一曲率半径よりも大きい第二曲率半径を有する円弧部とを連続した形状にすることにより、応力集中を低減している。

　しかし、回転電機の性能向上のニーズは高く、特許文献１の応力低減効果を上回る対策が望まれている。そこで、特許文献２に開示されている回転電機では、キーの基端部に設けた切欠部の輪郭形状を、キー基端部から延びた第１アール部と、第１アール部からキーの側端部に対して垂直に延びた直線部と、直線部から延びた第２アール部と、第２アール部からコアプレートの貫通孔の内縁まで延びた遷移部とを含むように構成している。

特開２００８－３１２３２１号公報 特開２００９－２０１２５８号公報

　しかし、特許文献２の回転電機では、直線部に応力を分散させており、第１アール部と第２アール部に応力は集中しないが、キー全体の応力最適化については改善の余地がある。

　本発明の第１の態様によると、回転子は、外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、内周側に突設されてキー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、回転子鉄心には、キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、凹部の底部には、キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、平面部は、キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、直線部の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、キーの側面と直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、直線部の反キー側端と接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように各部の寸法、形状を定めた。
　本発明の第２の態様によると、回転子は、外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、内周側に突設されてキー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、回転子鉄心には、キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、凹部の底部には、キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、平面部は、キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、直線部の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、キーの側面と直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、直線部の反キー側端と接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、キーの側面と直線部とがなす角度、直線部と接続側面とがなす角度を決定した。
　本発明の第３の態様によると、第２の態様の回転子において、第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、直線部の延在長さを決定したのが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、回転子は、外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、内周側に突設されてキー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、回転子鉄心には、キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、凹部の底部には、キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、平面部は、キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、直線部の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、キーの側面と直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、直線部の反キー側端と接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、平面部の延在長さ、キーの側面と直線とのなす角度、直線部と接続側面とがなす角度、第1の隅部の曲率半径、および第２の隅部の曲率半径を決定した。
　本発明の第５の態様によると、回転子は、外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、内周側に突設されてキー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、回転子鉄心には、キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、凹部の底部には、内周に向かって凹の円弧面が形成される。
　本発明の第６の態様によると、第５の態様の回転子において、回転子の回転に伴って回転子鉄心に遠心力が働くとき、遠心力によってキーの近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、円弧面の半径が決定されているのが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第６の態様の回転子において、円弧面の半径は回転子鉄心の内周半径の１／１０以上であるのが好ましい。
　本発明の第８の態様によると、第５の態様の回転子において、円弧面の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、キーのキー側面と円弧面のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、円弧面の反キー側端と接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面としたのが好ましい。
　本発明の第９の態様によると、第８の態様の回転子において、回転子の回転に伴って回転子鉄心に遠心力が働くとき、遠心力によってキーの近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、円弧面の半径と、第１の隅部の円弧面の曲率半径と、第２の隅部の円弧面の曲率半径とがそれぞれ決定されているのが好ましい。
　本発明の第１０の態様によると、第１の態様の回転子において、キーの側面と底部とのなす角度が８５度≦＜９０度であるのが好ましい。
　本発明の第１１の態様によると、第１の態様の回転子において、キーの側面と底部とのなす角度が９０度より大きいのが好ましい。
　本発明の第１２の態様によると、回転電機は、請求項１の態様の回転子と、回転子の外周側に空隙をあけて設けられた固定子とを備えることが好ましい。

　本発明によれば、回転軸に回転トルクを伝達する回転子のキーの応力集中を簡単な構成で低減することができるとともに、キー全体の応力最適化を図ることもできる。

本発明による回転子の第１の実施の形態を備えた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を示す図。 図１の電力変換装置を示す回路図。 図１の回転電機を示す断面図。 図３の固定子および回転子を示す断面図。 回転子鉄心のキーとシャフトのキー溝の係合部分の比較例を示す断面図。 切欠きによる応力集中を説明するための断面図。 改善された切欠きによる応力集中を説明するための断面図。 さらに改善された切欠きによる応力集中を説明するための断面図。 本発明による回転子の第１の実施の形態におけるキーを示す断面図。 図９のキーの応力分布を示す図。 図５のキーの応力分布を示す図。 図９のキーにおいて、平面部の長さＷによる第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、平面部の長さＷによる第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、平面部の長さＷによる第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、平面部の長さＷによる第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第１隅部の角度θ１による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第１隅部の角度θ１による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第１隅部の角度θ１による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第１隅部の角度θ１による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第２隅部の角度θ２による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 図９のキーにおいて、第２隅部の角度θ２による第１および第２隅部の応力変化の特性を示すグラフ。 本発明による回転子の第２の実施の形態におけるキーを示す断面図。 図２２のキーにおける第１、第２隅部を結ぶ円弧の半径と応力との関係を示すグラフ。

［第１の実施の形態］
　本発明による回転電機の第１の実施の形態について説明する。
［回転電機全体］
　第１の実施の形態を備えた回転電機は、以下に説明するように、高回転化が可能であることから、例えば、電気自動車の走行用モータとして好適である。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自動車にも適用できる。以下ではハイブリッド自動車を例に説明する。

　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、第２の回転電機２００、２０２と、高電圧のバッテリ１８０とが搭載されている。

　バッテリ１８０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２次電池で構成され、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を出力する。バッテリ１８０は、回転電機２００、２０２による駆動力が必要な場合には回転電機２００、２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００、２０２から直流電力が供給される。バッテリ１８０と回転電機２００、２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。

　また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。

　エンジン１２０および回転電機２００、２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御され、バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。

　変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４および電力変換装置６００には、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０が接続されている。

　統合制御装置１７０は、エンジン１２０および回転電機２００、２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００、２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理、その演算処理結果に基づく変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００への制御指令の送信を行う。そのため、統合制御装置１７０には、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４から、それぞれの状態を表す情報が、通信回線１７４を介して入力される。これらの制御装置は、統合制御装置１７０より下位の制御装置である。統合制御装置１７０は、これらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。

　バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいて電力変換装置６００を制御し、バッテリ１８０の充電が必要と判断したときは、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。

　電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００、２０２を制御する。そのため、電力変換装置６００には回転電機２００、２０２を運転するためにインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このようなパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００、２０２が電動機としてあるいは発電機として運転される。

　回転電機２００、２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御することにより、供給された直流電力を三相交流電力に変換し回転電機２００、２０２に供給する。

　一方、回転電機２００、２０２を発電機として運転する場合には、回転電機２００、２０２の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、回転電機２００、２０２の固定子巻線に三相交流電力が発生する。発生した三相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより充電が行われる。

［電力変換装置］
　図２に示すように、電力変換装置６００には、回転電機２００のための第１のインバータ装置と、回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。

　第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。

　電流センサ６６０、６６２、駆動回路６５２、６５６は、制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８に接続され、さらに、制御回路６４８には、送受信回路６４４を介した通信回線１７４が接続されている。送受信回路６４４は、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。

　制御回路６４８は各インバータ装置６１０、６２０の制御部を構成しており、パワー半導体素子２１を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、上位制御装置１７０からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０、６６２のセンサ出力、回転電機２００、２０２に搭載された回転センサ（レゾルバ２２４。図３参照）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２、６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。

　駆動回路６５２、６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。駆動回路６５２、６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０、６２０の各パワー半導体素子２１のゲートにそれぞれ出力される。

　パワーモジュール６１０、６２０における直流側の端子には、コンデンサモジュール６３０が電気的に並列に接続され、コンデンサモジュール６３０は、パワー半導体素子２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成する。コンデンサモジュール６３０は、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。

　パワーモジュール６１０、６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００、２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。また、パワーモジュール６１０、６２０は、回転電機２００、２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。パワーモジュール６１０、６２０は図２に記載のごとく三相ブリッジ回路を備えており、三相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体２１と下アームを構成するパワー半導体２１とを備え、それらのパワー半導体２１は直列に接続されている。

　パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、略同様に構成されており、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。

　パワーモジュール６１０は、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極、エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

　各相のアームは、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極とＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。
　なお、図２では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。以下では、説明を簡単にするため、１個のパワー半導体として説明する。

　図２に示す例では、各相の各上下アームはそれぞれ３個のＩＧＢＴによって構成されている。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００、２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。

　なお、スイッチング用パワー半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。

　回転電機２００、２０２は略同様に構成されているので、以下、回転電機２００を代表的に説明する。

［固定子および回転子］
　図３に示すように、回転電機２００はハウジング２１２と、ハウジング２１２の内部に保持された固定子２３０とを有し、固定子２３０は固定子鉄心２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２の内側には、回転子２５０が空隙２２２を介して回転可能に保持されている。回転子２５０は、回転子鉄心２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備えており、回転子鉄心２５２は円柱状のシャフト（回転軸体）２１８に固定されている。

　ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられ、レゾルバ２２４の出力は、図２に示した制御回路６４８に取り込まれる。

　図２を参照して説明すると、制御回路６４８は、レゾルバ２２４の出力に基づいて駆動回路６５２を制御し、駆動回路６５２はパワーモジュール６１０をスイッチング動作させて、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。制御回路６４８は、同様にして駆動回路６５６を介してパワーモジュール６２０もスイッチング動作させ、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。この三相交流電力は固定子巻線２３８に供給され、固定子２３０に回転磁界が発生する。三相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の検出値に基づいて制御され、三相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の検出値に基づいて制御される。そして、固定子巻線２３８に三相交流電力が供給される。

　図４は、図３のＡ－Ａ断面である。図４では、ハウジング２１２および固定子巻線２３８の記載を省略している。図４において、固定子鉄心２３２の内周側には、多数のスロット２４とティース２３６とが全周に渡って均等に配置されている。スロット２４内にはスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子巻線２３８を構成するｕ相～ｗ相の複数の相巻線が装着されている。本実施例では、固定子巻線２３８の巻き方として分布巻を採用している。
　なお、図４では、スロットおよびティースの全てに符号を付すことはせず、代表して一部のティースとスロットにのみ符号を付した。

　分布巻とは、複数のスロット２４を跨いで離間した２つのスロットに相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心２３２に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は正弦波状に近く、リラクタンストルクを得やすい。そのため、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲についての制御が可能であり、電気自動車などのモータ特性を得るのに適している。

　回転子鉄心２５２には、矩形の穴２５３が穿設されており、穴２５３には永久磁石２５４ａ、２５４ｂ（以下、代表して２５４）が埋め込まれ接着剤などで固定されている。穴２５３の円周方向の幅は、永久磁石２５４の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石２５４の両側には磁気的空隙２５８が形成されている。磁気的空隙２５８は接着剤を埋め込んでも良いし、成型樹脂で永久磁石２５４と一体に固めても良い。永久磁石２５４は回転子２５０の界磁極として作用する。

　永久磁石２５４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２５４ａ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２５４ｂ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２５４ａ、２５４ｂが円周方向に交互に配置されている。本実施の形態では、各永久磁石２５４は等間隔に８個配置されており、回転子２５０は８極になっている。

　回転子鉄心２５２の内周面には所定間隔でキー２５５が突設されている。一方、シャフト２１８の外周面にはキー溝２６１が凹設されている。キー２５５がキー溝２６１にすきま嵌めで嵌合され、回転子２５０からシャフト２１８に回転トルクが伝達される。

　永久磁石２５４は、磁化した後に回転子鉄心２５２に埋め込んでも良いし、磁化する前に回転子鉄心２５２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良い。磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石であり、回転子２５０に永久磁石２５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石２５４の固定時に回転子鉄心２５２との間に強力な吸引力が生じ、この吸引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２５４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２５４を回転子鉄心２５２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２５４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２５４の残留磁束密度はほぼ０.４～１.３Ｔ程度である。

　なお、以上の説明では回転電機２００、２０２の両者が第１の実施の形態によるものとしたが、一方の回転電機２００または２０２のみを第１の実施の形態とし、他方については、その他の構成を採用してもよい。

　図５は、本実施の形態による回転子鉄心の比較例を示す図であり、回転子鉄心２５２のキー２５５とシャフト２１８のキー溝２６１の嵌合部、すなわち、回転子２５０とシャフト２１８の締結部の拡大図である。

　図５に示すように、シャフト２１８の外周面には軸方向に延びるキー溝２６１（凹部）が設けられている。回転子鉄心２５２の内周２５２Ｉには、キー溝２６１に嵌め合うように、内径方向に突き出た断面略直方体状のキー２５５（凸部）が形成されている。回転子鉄心２５２のキー２５５の側面とシャフト２１８のキー溝２６１側面が接触することにより、回転子２５０のトルクはシャフト２１８へ伝達される。凸部２５５の周方向両側には回転子鉄心２５２の径方向外側に広がる凹部２５６が形成されている。

　回転子２５０が回転する場合、回転子鉄心２５２は遠心力の影響により径方向外側に広がろうとするため、回転子鉄心２５２には周方向の引張応力σ１が生じる。この引張応力σ１はキー２５５の凸部を除き回転子鉄心２５２全体に分布する。この引張応力に対し、キー２５５の両脇の凹部２５６は切欠き形状と見なせることから、凹部２５６の最奥部２５６Ｔに応力が集中する。

　凹部２５６における応力集中を緩和するためには、一般に二つの方法が考えられる。　その第１は、凹部２５６の曲率円の大きさを増加させることであり、第２は凹部２５６の切欠き角度を増加させることである。

［応力集中一般論］
　図６～図８は、本実施の形態の応力集中緩和のコンセプトを理解するための図であり、簡単なモデルによる応力集中を説明するものである。

　まず、応力集中が大きい例を挙げると、図６に示すように、平板５００に頂角θ０（略６０度）の鋭利な二等辺三角形の切り欠（凹部）５２０を形成したモデルでは、応力集中が極端に大きい。ここで、平板５００に引張力Ｆ１が作用すると、平板５００中には応力σ１が生じ、切り欠５２０の最奥の鋭利な隅部５２１に応力が集中する。

　一方、図７に示すように、図６の切欠き５２０の隅部５２１に円弧部５２２を設けたモデルでは、円弧部５２２には引張応力が集中するが、円弧部５２２の半径を大きくすることにより、応力集中を緩和することができる。しかし、凹部５００の先端が円弧であるため引張応力は円弧５０２の最奥の一点５２２Ｔに集中してしまう。

　さらに図８に示すように、切り欠５２０の角度θ０を拡大し、かつ、切り欠５２０の最奥部に、引張力Ｆ１に平行な平面５２３を形成し、平面５２３の両端と、切り欠５２０の左右側面５２０Ｌ、５２０Ｒとの接続部（第１、第２隅部という）５２３Ｌ、５２３Ｒに円弧を形成したモデルでは大幅に応力集中が緩和される。すなわち、平面５２３が引張応力σ１に平行であるため、平面５２３には応力集中は生じない。

　ただし、第１、第２隅部５２３Ｌ、５２３Ｒには応力集中が生じるが、引張応力σ１が両隅部５２３Ｌ、５２３Ｒで分散され、また角度θ０も大きいことから、図７のモデルよりも応力集中を緩和することができる。

［第１の実施の形態における切り欠形状］
　本実施の形態による回転子のキー近傍の応力緩和は、図５～図８に関連して説明した知見に基づくものである。すなわち、キー２５５の両側に設けられた凹部２５６を以下のように形成している。

　図９は凹部２５６を示す図である。凹部２５６はキー２５５の両脇に形成される応力緩和凹部である。凹部２５６は、キー２５５の側面２５７と、凹部２５６の底部に形成された平面状の直線部（以下、便宜的に平面部と呼ぶ）４００（その長さをＷとする）と、回転子鉄心２５２の内周２５２Ｉから平面部４００に向かって伸びる接続側面４０１と、キー側面２５７と平面部４００とを連結する円弧状（半径をＲ１とする）の第１隅部ｋｅｙ１と、平面部４００と接続側面４０１とを連結する円弧状（半径をＲ２とする）の第２隅部ｋｅｙ２と、接続側面４０１と内周２５２Ｉとを連結する円弧状（半径をＲ３とする）の角部ｋｅｙ３とによって形成される。

　なお、第1の実施の形態の回転子では、平面部４００はキー２５５の中心線２５５Ｃと直交する方向に長さＷで延在する。なお、θ１は、キー２５５の突出方向と平面部４００との交差角度と定義することもできる。後述するが、θ１の角度は、図８のモデルを当て嵌めることができる。たとえば、８５度以上、１２０度未満が好ましい。

　なお、応力緩和凹部２５６のθ１は、回転子２５０の外径が小さくなるほど小さな角度になる。また、その上限は、回転子２５０の外径、平面部４００の必要長さＷとθ２に依存するが、上記１２０度は、回転子２５０の外径が１００ｍｍ～２００ｍｍの場合の値である。

　凹部２５６は、平面部４００によって底部における応力集中を阻止するとともに、第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２に応力を分散し、かつ、第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２を円弧状とすることにより、第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２における応力集中を緩和している。なお角部ｋｅｙ３には応力集中は生じない。

　さらに、キー側面２５７と平面部４００の成す角度をθ１、接続側面４０１の第２隅部ｋｅｙ２への接線４０１Ｔと平面部４００の成す角度をθ２とするとき、θ１＝９０度、θ２＝１５０度等、充分大きな角度とすることによって、第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２における応力集中を緩和している。

　この場合、θ２に比べθ１のほうが小さいことから、周方向の引張応力σ１と凹部２５６の接線４０１Ｔは平行にせず、角度が大きいθ２を有する第２隅部ｋｅｙ２を径方向外側に位置させる。したがって、θ１の角度を増加できるため、第１隅部ｋｅｙ１の応力は周方向の引張応力σ１と凹部２５６を平行とした場合よりも低減することができる。

　応力分布図である図１０に示すように、図９に示した第１の実施の形態による凹部２５６においては、θ１＝９３度、Ｒ１＝１ｍｍ、Ｗ＝２ｍｍ、θ２＝１５０度、Ｒ２＝３ｍｍとしたとき、第１隅部ｋｅｙ１および第２隅部ｋｅｙ２に略同等の最大応力σｍａｘ１０が生じる。一方、図１１に示すように、図５に示した比較例である凹部２５６の最奥部２５６Ｔにおいて最大応力σｍａｘ１１が生じ、σｍａｘ１０＝０．７×σｍａｘ１１であった。

　すなわち、第１の実施の形態による回転子２５０の凹部２５６は、比較例の回転子の凹部に比較して最大応力が７０％程度に低減される。また、図１０、図１１の応力分布を見ると、図１１の応力分布が図１０の応力分布に比較して広範囲に分散しており、応力集中緩和の効果は明らかである。
　とくに、図１０のように第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力を等しくし、直線部４００でも応力を分散させるようにしたので、特許文献２の回転電機のキーに比較して、キー全体の応力最適化を図ることができる。

［平面部の効果］
　図１２～図１５は、高速回転条件下において、平面部４００の長さＷを０ｍｍから大きくしたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化を示す線図である。いずれも場合も図５および図１１に示すキー基部の応力を１００％として、Ｗを変化させたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化をパーセントで表している。

　図１２は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝１００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍ、θ１＝８４度、θ２＝１５０度としたときの線図である。

　図１３は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝１００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝３ｍｍ、θ１＝９０度、θ２＝１５０度としたときの線図である。

　図１４は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝２００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍ、θ１＝８５度、θ２＝１５０度としたときの線図である。

　図１５は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝２００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝３ｍｍ、θ１＝９０度、θ２＝１５０度としたときの線図である。

　いずれの図においても、Ｗが所定値までは第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも小さく、Ｗが基準所定長さで両者が一致し、Ｗが基準所定長さを越えると第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも大きくなる傾向を示している。回転子２５０の各部の寸法を規定することにより、第１隅部ｋｅｙ１の応力と第２隅部ｋｅｙ２の応力を等しくすることができる。

［θ１の効果］
　図１６～図１９は、高速回転条件下において、平面部４００の長さＷを２ｍｍ、θ２を１５０度としたとき、θ１を変化させたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化を示す線図である。いずれも場合も、図５および図１１に示すキー基部の応力を１００％として、θ１を変化させたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化をパーセントで表している。

　図１６は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝１００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍとしたときの線図である。θ１を８０度から大きくした場合の例を示している。

　図１７は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝１００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝３ｍｍとしたときの線図である。θ１を８５度から大きくした場合の例を示している。

　図１８は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝２００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍとしたときの線図である。θ１を８５度から大きくした場合の例を示している。

　図１９は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝２００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝３ｍｍとしたときの線図である。θ１を８５度から大きくした場合の例を示している。

　回転子２５０の外径ＯＤ＝１００ｍｍの図１６および図１７において、θ１が所定基準角度までは第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも小さく、θ１が所定基準角度で両者が一致し、θ１が所定基準角度を越えると第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも大きくなる傾向を示している。回転子２５０の各部の寸法を規定することにより、第１隅部ｋｅｙ１の応力と第２隅部ｋｅｙ２の応力を等しくすることができる。

　回転子２５０の外径ＯＤ＝２００ｍｍの図１８および図１９において、において、θ１が所定基準角度までは第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも大きく、θ１が所定基準角度で両者が一致し、θ１が所定基準角度を越えると第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも小さくなる傾向を示している。回転子２５０の各部の寸法を規定することにより、第１隅部ｋｅｙ１の応力と第２隅部ｋｅｙ２の応力を等しくすることができる。

［θ２の効果］
　図２０および図２１は、高速回転条件下において、平面部４００の長さＷを２ｍｍとし、θ２を変化させたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化を示す線図である。いずれも場合も、（図５および図１１に示すキー基部の応力を１００％として、θ２を変化させたときの第１隅部ｋｅｙ１、第２隅部ｋｅｙ２の応力変化をパーセントで表している。

　図２０は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝１００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍ、θ１＝８５度としたときの線図である。θ２を１２０度から大きくした場合の例を示している。

　図２１は、回転子２５０の各部の寸法を外径ＯＤ＝２００ｍｍ、第１隅部ｋｅｙ１の半径Ｒ１＝１ｍｍ、第２隅部ｋｅｙ２の半径Ｒ２＝１ｍｍ、θ１＝８７．５度としたときの線図である。θ２を１２０度から大きくした場合の例を示している。

　図２０および図２１において、θ２が所定基準角度までは第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも大きく、θ２が所定基準角度で両者が一致し、θ２が所定基準角度を越えると第２隅部ｋｅｙ２の応力が第１隅部ｋｅｙ１の応力よりも小さくなる傾向を示している。回転子２５０の各部の寸法を規定することにより、第１隅部ｋｅｙ１の応力と第２隅部ｋｅｙ２の応力が等しくすることができる。
　θ２による応力の変動は、θ１による応力変動に比べて小さいことが分かる。

　図９では、接続側面４０１を略直線状としたが、接続側面４０１を種々の曲線状としてもよい。接続側面４０１を曲線状とした場合、角度θ２は、接続側面４０１の円弧Ｒ２への接続点における円弧Ｒ２の接線４０１Ｔと平面部４００の延在方向とのなす角度と定義すれば、以上の説明と略同様に角度θ２を取り扱うことができる。

　以上の説明では、キー２５５は略直方体状に形成されていたが、キー２５５とキー溝２６１が確実に係合する任意の形状、例えば逆台形状等を採用することができる。この場合においても、角度θ１は、キー側面２５７の円弧Ｒ１への接続点における円弧Ｒ１の接線２５７Ｔと平面部４００のなす角度と定義すれば、以上の説明と略同様に角度θ１を取り扱うことができる。

　なお、角度θ１を、キー２５５の中心線２５５Ｃを基準に定義することも可能である。換言すると、角度θ１を、キー２５５の突出方向と平面部４００の延在方向とがなす角度と定義することも可能である。このように定義すれば、キー２５５の形状にとらわれずにθ１を規定することができる。

［Ｒ２の効果］
　データとしては示さないが、円弧Ｒ２の半径は第１隅部ｋｅｙ１の応力集中には影響を与えないことが分かっている。

　以上のとおり、接続側面４０１と平面部４００の連結部ｋｅｙ２、および接続側面４０１と回転子鉄心２５２の内周面２５２Ｉの連結部ｋｅｙ３には、応力集中を緩和させるため円弧Ｒ２、Ｒ３を設ける。上記の形状を用いることにより、キー２５５の近傍に発生する応力は円弧Ｒ１、Ｒ２、平面部４００で分散することができるため応力集中を低減することができる。

　なお、引張応力σ１は遠心力によって発生するものと説明したが、回転子２５０からシャフト２１８へ駆動トルクを伝達する際の剪断力によっても発生するものである。

　以上のように、第１の実施の形態の回転子２５０は、外周面軸方向にキー溝２６１が１箇所以上設けられた回転軸２１８と、内周側に突設されてキー溝２６１に嵌め合わされるキー２５５を有する回転子鉄心２５２とを備える。そして、回転子鉄心２５２のキー近傍には、回転子鉄心２５２の径方向外側に広がる凹部２５６を形成し、凹部２５６に少なくとも、キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部４００を形成するものである。

　また第１の実施の形態の回転子２５０では、平面部４００は、キー２５５の突出方向と直交する方向に所定長さＷで延在する直線部であり、直線部４００の反キー側端には、回転子鉄心２５２の内周２５２Ｉまで延在する接続側面４０１が連設されている。キー２５５のキー側面２５７と平面部４００のキー側端とを接続する第１隅部ｋｅｙ１を円弧面Ｒ１とし、直線部４００の反キー側端と接続側面４０１とを接続する第２の隅部ｋｅｙ２を円弧面Ｒ２とした。

　そして第１の実施の形態の回転子２５０においては、図１２～図１６の回転子２５０の寸法、形状の条件では、平面部４００の長さＷを次のように決定している。回転子２５０の回転に伴って回転子鉄心２５２に遠心力が働くとき、この遠心力によってキー２５５の近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、平面部４００の長さを決定している。さらに加えて、第１実施形態の回転電機では、第１隅部ｋｅｙ１と第２隅部ｋｅｙ２の応力が等しくなるように、回転子２５０の寸法、形状の諸条件を決定している。
　なお、第1の実施の形態においては、第１の隅部ｋｅｙ１の円弧面の曲率半径Ｒ１と、
第２の隅部ｋｅｙ２の円弧面の曲率半径Ｒ２をも加味して平面部４００の長さを決定している。

　第１の実施の形態の回転電機によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）回転子２５０のキー２５５の近傍に平面部４００を含む凹部２５６を設けることにより、キー２５５の近傍の応力を簡単な構成で低減することができる。その結果、回転子鉄心に高価な高張力鋼板を用いることなく、モータの高速回転化が可能となる。

（２）平面部のキー端側と反キー端側に円弧面Ｒ１，Ｒ２を設けたので、凹部に発生する応力を分散することができる。

（３）第１の隅部ｋｅｙ１，と第２の隅部ｋｅｙ２の応力が略等しくなるように、回転子２５０の寸法、形状を規定したので、キー全体として応力緩和が最適化する。
　たとえば、第１の隅部ｋｅｙ１と第２の隅部ｋｅｙ２の応力が略等しくなるように、キー側面２５７と直線部４００とがなす角度θ１、直線部４００と接続側面４０１とがなす角度θ２を決定する。
　あるいは、第１の隅部ｋｅｙ１と第２の隅部ｋｅｙ２の応力が略等しくなるように、平面部の延在長さＷ、キーの側面と直線部とのなす角度θ１、直線部と接続側面とがなす角度θ２、第1の隅部の曲率半径Ｒ１、および第２の隅部の曲率半径Ｒ２を決定する。

（４）平面部のキー端側と反キー端側の応力が略同一となるように平面部の長さを設定すれば、回転子鉄心２５２を強度的に最適化することができる。

（５）θ１が９０度よりも小さいときは、切欠凹部２５６が小さくなり磁場への影響が小さいため、トルクなど性能に及ぼす影響は小さい。
（６）θ１が９０度よりも大きいときは、キーの加工が容易になり、抜き型も摩耗し難くなる。

　キー２５５はキー溝２６１と充分な面積で係合する必要があるが、凹部２５６の形成はキー側面２５７の長さに影響を与えないから、キー溝２６１の仕様を変更する必要がなく、シャフト２１８は比較例と同様の仕様のまま使用できる。

　凹部２５６の断面積は、比較例の回転子（図５）に比較して大きく、径方向外側への深さは多少増加するが、主に凹部２５６は回転子鉄心２５２の周方向に広がるため、凹部２５６が回転子鉄心２５２の強度に悪影響を与えることはない。

　角部ｋｅｙ３に円弧Ｒ３を設けたので、角部ｋｅｙ３の応力集中も緩和できる。

　凹部２５６を、磁束が疎となりやすい部位、例えば磁極間などに配置することにより、磁束の流れに及ぼす影響を小さくすることができる。したがって、配置を適当に設定すれば、凹部２５６によって回転電機の性能を低下させることはない。

［第２の実施の形態］
　次に本発明に係る回転子および回転電機の第２の実施の形態を図２２、図２３を参照して説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態における平面部４００に代えて、内周に向かって凹の円弧面４１０を採用したものである。なお図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

　図２２に示すように、凹部２５６は、キー２５５のキー側面２５７と、凹部２５６の底部に形成された比較的大きな半径Ｒ４の円弧よりなる円弧面４１０と、回転子鉄心２５２の内周２５２Ｉから円弧面４１０に向かって伸びる接続側面４０１と、キー側面２５７と平面部４００とを連結する円弧状（半径をＲ１とする）の第１隅部ｋｅｙ１と、平面部４００と接続側面４０１とを連結する円弧状（半径をＲ２とする）の第２隅部ｋｅｙ２と、接続側面４０１と内周２５２Ｉとを連結する円弧状（半径をＲ３とする）の角部ｋｅｙ３とによって形成される。

　このように、平面部４００に代えて、大きな半径Ｒ４の円弧面４１０を採用したときに、円弧面４１０を引張力Ｆ１と平行とみなすことができ、円弧面４１０の応力集中を無視することができる。

　第２の実施の形態における角度θ１は、キー側面２５７の円弧Ｒ１への接続点における円弧Ｒ１の接線２５７Ｔと、円弧面４１０の円弧Ｒ１への接続点における円弧Ｒ１の接線３００とがなす角度と定義すれば、第１の実施の形態と略同様に角度θ１を取り扱うことができる。

　一方、角度θ２に代えて、接続側面４０１の円弧Ｒ２への接続点における円弧Ｒ２の接線４０１Ｔと、キー側面２５７の円弧Ｒ１への接続点における円弧Ｒ１の接線２５７Ｔとの角度θ３を定義する。

　図２３に示すように、外径ＯＤ＝２００ｍｍ、内径ＩＤ＝１２８．１ｍｍの回転子２５０において、ＷＲ＝２ｍｍ、θ１＝８７．５度、θ３＝６０度として、半径Ｒ４を徐々に増加させたとき、第１隅部ｋｅｙ１における応力はＲ４が概ね２０ｍｍで漸減する。一方、第２隅部ｋｅｙ２における応力は急激に増加するが、すぐに増加して概ね３０ｍｍで略一定値に落ち着く。

　図２３より、円弧面４１０の応力集中を無視し得る程度に緩和するために、半径Ｒ４を、回転子鉄心２５２の内周半径（ＩＤ／２）の１／１０以上とすべきということが理解される。

　また、円弧面４１０の長さは、円弧面４１０と円弧Ｒ２との接続点と、キー側面２５７との距離ＷＲによって代表することができる。
　なお、角度θ１、距離ＷＲおよび半径Ｒ４の曲率半径が決まれば、半径Ｒ４の中心は自動的に位置が決まる。

　なお、第１の実施の形態と同様に、キー２５５の中心線２５５Ｃを基準に、θ１、θ３を定義することも可能である。また、キー２５５および凹部２５６は、従来形状と同様にプレス抜きにより形成されるためコストアップなどの問題は無い。

　以上のように、第２の実施の形態の回転子２５０は、外周面軸方向にキー溝２６１が１箇所以上設けられた回転軸２１８と、内周側に突設されてキー溝２６１に嵌め合わされるキー２５５を有する回転子鉄心２５２とを備える。そして、回転子鉄心２５２のキー近傍には、回転子鉄心２５２の径方向外側に広がる凹部２５６を形成し、キーの周方向両側における応力を緩和するため、凹部２５６に少なくとも比較的大きな半径の軸側に凹の円弧面４１０を形成したものである。

　第２の実施の形態の回転子２５０においては、底部の円弧面４１０の曲率半径を次のように決定している。回転子２５０の回転に伴って回転子鉄心２５２に遠心力が働くとき、この遠心力によってキー２５５の近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、曲率半径Ｒ４を決定している。円弧面４１０の半径Ｒ４は、たとえば回転子鉄心２５２の内周半径ＩＤの１／１０以上の半径である。なお、第２の実施の形態においては、第１の隅部ｋｅｙ１の円弧面の曲率半径Ｒ１と、第２の隅部ｋｅｙ２の円弧面の曲率半径Ｒ２をも加味して円弧面４１０の半径Ｒ４の長さを決定している。

　上記のように構成することにより、第２の実施の形態の回転子も第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第１の実施の形態と第２の実施の形態は図５の形状と比べ凹部の角度が増加することから、プレス成形の場合、型寿命を長くすることができる。

　以上、車両駆動用のモータを例に説明したが、本発明は、車両駆動用に限らず種々のモータにも適用することができる。さらに、モータに限らず、発電機などの種々の回転電機に適用が可能である。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

　なお、本発明は、回転子鉄心に従来例で使用するような高価な高張力鋼板を用いることを排除しない。すなわち、このような高張力鋼を使用すればさらに強度の高い回転子鉄心を提供できるので、さらに回転数の高い回転電機を提供することができる。

　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。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１０年第０３１１８２号（２０１０年２月１６日出願）

Claims (12)

1. 　外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、
   　内周側に突設されて前記キー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、
   　前記回転子鉄心には、前記キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、
   　前記凹部の底部には、前記キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、
   　前記平面部は、前記キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、前記直線部の反キー側端には、前記回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、
   　前記キーの側面と前記直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、
   　前記直線部の反キー側端と前記接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、
   　前記第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように各部の寸法、形状を定めた回転子。
2. 　外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、
   　内周側に突設されて前記キー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、
   　前記回転子鉄心には、前記キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、
   　前記凹部の底部には、前記キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、
   　前記平面部は、前記キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、前記直線部の反キー側端には、前記回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、
   　前記キーの側面と前記直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、
   　前記直線部の反キー側端と前記接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、
   　前記第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、前記キーの側面と前記直線部とがなす角度、前記直線部と前記接続側面とがなす角度を決定した回転子。
3. 　請求項２に記載の回転子において、
   　前記第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、前記直線部の延在長さを決定した回転子。
4. 　外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、
   　内周側に突設されて前記キー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、
   　前記回転子鉄心には、前記キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、
   　前記凹部の底部には、前記キーの周方向両側における応力を緩和するための平面部が形成され、
   　前記平面部は、前記キーの突出方向と直交する方向に所定長さで延在する直線部であり、前記直線部の反キー側端には、前記回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、
   　前記キーの側面と前記直線部のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、
   　前記直線部の反キー側端と前記接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とし、
   　前記第１の隅部と第２の隅部の応力が略等しくなるように、前記平面部の延在長さ、前記キーの側面と前記直線とのなす角度、前記直線部と前記接続側面とがなす角度、前記第1の隅部の曲率半径、および前記第２の隅部の曲率半径を決定した回転子。
5. 　外周面軸方向にキー溝が１箇所以上設けられた回転軸と、
   　内周側に突設されて前記キー溝に嵌め合わされるキーを有する回転子鉄心とを備え、
   　前記回転子鉄心には、前記キーの周方向両側で、径方向外側に広がる凹部が形成され、
   　前記凹部の底部には、内周に向かって凹の円弧面が形成される回転子。
6. 　請求項５に記載の回転子において、
   　前記回転子の回転に伴って前記回転子鉄心に遠心力が働くとき、前記遠心力によって前記キーの近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、前記円弧面の半径が決定されている回転子。
7. 　請求項６に記載の回転子において、
   　前記円弧面の半径は前記回転子鉄心の内周半径の１／１０以上である回転子。
8. 　請求項５に記載の回転子において、
   　前記円弧面の反キー側端には、回転子鉄心の内周まで延在する接続側面が連設され、
   　前記キーのキー側面と前記円弧面のキー側端とを接続する第１隅部を円弧面とし、
   　前記円弧面の反キー側端と前記接続側面とを接続する第２の隅部を円弧面とした回転子。
9. 　請求項８に記載の回転子において、
   　前記回転子の回転に伴って前記回転子鉄心に遠心力が働くとき、前記遠心力によって前記キーの近傍に発生する応力が予め定めた閾値以下となるように、前記円弧面の半径と、前記第１の隅部の円弧面の曲率半径と、前記第２の隅部の円弧面の曲率半径とがそれぞれ決定されている回転子。
10. 　請求項１に記載の回転子において、
    　前記キーの側面と前記底部とのなす角度が８５度≦＜９０度である回転子。
11. 　請求項１に記載の回転子において、
    　前記キーの側面と前記底部とのなす角度が９０度より大きい回転子。
12. 　請求項１に記載の回転子と、
    　前記回転子の外周側に空隙をあけて設けられた固定子とを備えた回転電機。

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