JP5971655B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、回転子に永久磁石を設けた永久磁石式回転電機に関するものである。

例えば産業機械、電気自動車及びハイブリッド自動車等においては、高出力化のために、回転子に永久磁石を設けた永久磁石式回転電機が用いられることが多い。

従来、回転子における漏れ磁束の発生を抑制するために、回転子鉄心の外周部分に形成された溝内に一対の永久磁石を回転子の周方向へ並べて配置するとともに、一対の永久磁石間に金属板を挿入し、溝の底面と金属板との間に設けられた保持部材で金属板を溝内に保持することにより、溝の内面と金属板との間に空間を形成した永久磁石式回転電機が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、従来、放射状に突出する複数のくさびを持つ非磁性材料の支持体を回転子の回転軸に固定し、回転子の磁極鉄心に設けられた切欠部に支持体のくさびを嵌合させることにより、磁極鉄心を回転軸に保持した永久磁石式回転子も提案されている（例えば特許文献２参照）。

米国特許第６７６８２３８号明細書 実開平３−９７３５３号公報

しかし、特許文献１に示されている永久磁石式回転電機では、金属板が保持部材を介して回転子鉄心に保持されているので、保持部材の位置が回転子鉄心に対してずれると、回転子鉄心に対する金属板の位置もずれてしまい、回転子の回転バランスのずれ等が生じてしまう。これにより、例えば回転電機の振動及び騒音が大きくなり、回転電機の特性が低下してしまうおそれがある。

また、特許文献２に示されている永久磁石式回転子では、支持体が磁極鉄心と回転軸との間の空間を埋めるように配置されているので、支持体の体積が大きくなってしまう。これにより、支持体の材料の使用量が多くなり、コストが増大してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転電機の特性の低下を抑制することができるとともに、コストの削減を図ることができる永久磁石式回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る永久磁石式回転電機は、筒状の固定子、及び固定子の内側に配置され、軸線を中心として固定子に対して回転される回転子を備えている永久磁石式回転電機であって、回転子は、軸線上に配置された回転軸と、軸線方向について互いに離して配置され、回転軸に固定された一対の端板と、回転軸と固定子との間で回転軸及び固定子のそれぞれから離した状態で周方向について並べられ、各端板間にそれぞれ設けられた複数の磁性部材と、周方向について各磁性部材間に保持された複数の永久磁石と、各磁性部材のそれぞれと回転軸とを個別に連結する複数の連結材とを有し、各端板には、各連結材が個別に嵌る複数の嵌合穴が設けられている。

この発明に係る永久磁石式回転電機によれば、回転電機の特性の低下を抑制することができるとともに、コストの削減を図ることができる。

この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１の回転子を各永久磁石の着磁方向とともに示す断面図である。 図４の回転子の一部を各永久磁石による磁束の流れとともに示す拡大断面図である。 図５の各連結材が磁性体である場合の回転子を示す拡大断面図である。 図１の回転子の組み立て時において磁性部材及び連結材の位置が回転軸に対してずれている状態を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を示す断面図である。 図１１の連結材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の回転子を示す断面図である。 図１３の連結材の要部を示す斜視図である。 図１４の連結材を回転子の軸線方向に沿って見たときの状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態７による回転電機の回転軸を示す斜視図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機を示す断面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。さらに、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図において、永久磁石式回転電機（以下、単に「回転電機」という）１は、筒状の固定子２と、固定子２の内側に配置され、回転電機１の軸線を中心として固定子２に対して回転される回転子３と、固定子２及び回転子３を囲んだ状態で固定子２及び回転子３を支持するフレーム４とを有している。この例では、回転電機１が同期電動機とされている。

フレーム４の軸線方向両端部には、図２に示すように、ベアリング５がそれぞれ設けられている。回転子３は、各ベアリング５を介してフレーム４に回転自在に支持されている。固定子２は、フレーム４の内周面に固定されている。

固定子２は、回転子３と同軸に配置されている。また、固定子２は、回転子３の径方向について回転子３と隙間を介して対向する固定子コア１１と、固定子コア１１に設けられ、固定子コア１１の周方向へ並ぶ複数の固定子コイル１２とを有している。

固定子コア１１は、図１に示すように、回転子３を囲む円筒状のコアバック１３と、コアバック１３から回転子３に向かって（即ち、径方向内側へ）それぞれ突出し、周方向へ互いに間隔を置いて配置された複数のティース１４とを有している。各ティース１４間には、回転子３に向けて開放されたスロット１５が形成されている。各固定子コイル１２は、各ティース１４に個別に巻かれている。各スロット１５には、固定子コイル１２が配置されている。各ティース１４には、各固定子コイル１２への給電により固定子磁極が形成される。

回転子３は、回転電機１の軸線上に配置された回転軸２１と、軸線方向について互いに離して配置され、回転軸２１にそれぞれ固定された一対の端板２２（図２）と、回転軸２１と固定子２との間で周方向について並べられ、各端板２２間にそれぞれ設けられた複数の磁性部材（回転子鉄心）２３と、周方向について各磁性部材２３間に保持された複数の永久磁石２４と、各磁性部材２３のそれぞれと回転軸２１とを個別に連結する複数の連結材２５とを有している。

回転軸２１は、フレーム４の軸線方向両端部を貫通する円柱状の軸本体部２６と、軸本体部２６の外周を囲んだ状態で軸本体部２６に固定された軸筒状部２７とを有している。軸本体部２６及び軸筒状部２７は、磁性材料（例えば鉄等）により構成されている。この例では、軸本体部２６及び軸筒状部２７のそれぞれが単一材を加工して作製されている。

軸本体部２６は、回転軸２１の軸線上に配置されている。また、軸本体部２６は、軸筒状部２７の内周面に隙間なく嵌められている。軸本体部２６の長さは、軸筒状部２７の長さよりも長くなっている。一対のベアリング５は、図２に示すように、軸本体部２６の軸筒状部２７から突出した部分にそれぞれ嵌められている。回転軸２１は、フレーム４の軸線方向両端部に軸本体部２６を貫通させた状態で、ベアリング５を介してフレーム４に回転自在に支持されている。

軸筒状部２７は、フレーム４内に配置されている。また、軸筒状部２７は、例えば焼嵌め、圧入、又はキーとキー溝との嵌合等によって、回転子３にかかるトルクに耐える強度で軸本体部２６に固定されている。

各端板２２は、図２に示すように、回転軸２１の軸線方向について軸筒状部２７を挟んで互いに離して配置されている。各端板２２の中央部には、図３に示すように、軸本体部２６が貫通する軸貫通孔２８が設けられている。各端板２２は、軸本体部２６が軸貫通孔２８に嵌った状態で回転軸２１に固定されている。回転軸２１に対する各端板２２の固定方法としては、例えば軸貫通孔２８への軸本体部２６の圧入等が挙げられる。これにより、各端板２２は、軸本体部２６に固定されている。この例では、各端板２２の形状が円板状となっている。

各磁性部材２３は、図１に示すように、軸筒状部２７及び固定子２のそれぞれから離して配置されている。また、各磁性部材２３は、回転子３の軸線に沿って配置されている。各磁性部材２３は、複数の薄板（この例では、鋼板）を回転子３の軸線方向に積層して構成された積層体である。回転子３の周方向についての各磁性部材２３の断面の寸法は、回転子３の径方向外側（固定子２側）から径方向内側（回転軸２１側）に向かって連続的に小さくなっている。また、各磁性部材２３の断面形状は、回転子３の軸線方向のどの位置でも同じ形状となっている。

各磁性部材２３は、図２に示すように、複数の締結手段３０の締結により一対の端板２２と一体化されている。これにより、各磁性部材２３の一端部は一方の端板２２に固定され、各磁性部材２３の他端部は他方の端板２２に固定されている。各締結手段３０は、磁性部材２３を個別に貫通しかつ各端板２２を貫通する支持棒（ねじ棒）３１と、支持棒３１の両端部にそれぞれ螺合され、各端板２２及び磁性部材２３を両側からまとめて締め付ける一対のナット３２とを有している。

各永久磁石２４は、図１に示すように、周方向について互いに隣り合う２つの磁性部材２３間に個別に挟まれ、かつ軸線方向について一対の端板２２に挟まれた状態で、回転子３の軸線方向に沿って配置されている。永久磁石２４は、永久磁石２４の周方向両側に位置する磁性部材２３のそれぞれの側面に接触した状態で各磁性部材２３間に保持されている。各磁性部材２３及び各永久磁石２４のそれぞれと軸筒状部２７との間には、空間が存在している。

各永久磁石２４は、回転子３の径方向についての寸法が回転子３の周方向についての寸法よりも長くなるように、回転子３の軸線を中心として放射状に配置されている。即ち、回転子３に対する永久磁石２４の埋め込み方式は、縦埋め込み型（スポーク型）の方式となっている。この例では、各永久磁石２４の断面形状が矩形状となっており、矩形状の長辺を回転子３の径方向に一致させて各永久磁石２４が配置されている。

各永久磁石２４の固定子２側（即ち、各永久磁石２４の径方向外側）の位置には、各磁性部材２３間から永久磁石２４が飛び出すことを防止する磁石保持部材３３がそれぞれ配置されている。各磁石保持部材３３は、回転子３の軸線方向に沿って配置されている。各磁性部材２３の両側面には、磁石保持部材３３の側部が嵌る切欠溝３４が回転子３の軸線方向に沿って設けられている。各磁石保持部材３３は、両側の磁性部材２３に設けられた２つの切欠溝３４に両側部を嵌めることにより、各磁性部材２３間に保持されている。一般には、非磁性体である、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）等の樹脂が各磁石保持部材３３用いられている。

各磁性部材２３の回転軸２１側の面（即ち、各磁性部材２３の内周面）には、第１のダブテイル溝（第１の係合溝）３５が回転子３の軸線方向に沿ってそれぞれ設けられている。軸筒状部２７の外周面には、複数の第２のダブテイル溝（第２の係合溝）３６が周方向について互いに間隔を置いて設けられている。各第２のダブテイル溝３６は、各磁性部材２３における第１のダブテイル溝３５に径方向について個別に対向している。第１及び第２のダブテイル溝３５，３６のそれぞれ深さ方向は、回転子３の径方向と一致している。第１及び第２のダブテイル溝３５，３６は、溝の底面に向かって幅寸法が連続的に広くなる溝である。この例では、第１及び第２のダブテイル溝３５，３６の断面形状が略三角形状とされている。

各連結材２５は、各磁性部材２３の位置に合わせて回転子３の周方向について互いに離して配置されている。この例では、各連結材２５が回転子３の周方向について等間隔に配置されている。また、各連結材２５は、回転子３の軸線方向に沿って配置されている。

各連結材２５は、第１のダブテイル溝３５に嵌る第１の係合部２５ａと、第２のダブテイル溝３６に嵌る第２の係合部２５ｂと、第１の係合部２５ａ及び第２の係合部２５ｂ間を繋ぐ結合部２５ｃとを有している。第１の係合部２５ａの断面形状は、第１のダブテイル溝３５の断面形状に合わせた断面形状となっている。第２の係合部２５ｂの断面形状は、第２のダブテイル溝３６の断面形状に合わせた断面形状となっている。これにより、第１及び第２の係合部２５ａ，２５ｂのそれぞれの幅寸法は、結合部２５ｃに向かって連続的に狭くなっている。連結材２５の断面形状は、回転子３の軸線方向のどの位置でも同じ形状となっている。この例では、第１及び第２の係合部２５ａ，２５ｂのそれぞれの幅寸法が同じ寸法となっている。

各連結材２５は、第１の係合部２５ａを第１のダブテイル溝３５に嵌めて、第２の係合部２５ｂを第２のダブテイル溝３６に嵌めることにより、回転子３の径方向及び周方向のいずれについても、磁性部材２３及び軸筒状部２７のそれぞれに対して係合されている。各連結材２５は、第１の係合部２５ａを第１のダブテイル溝３５の内面に係合させ、かつ第２の係合部２５ｂを第２のダブテイル溝３６の内面に係合させた状態で、磁性部材２３及び軸筒状部２７間に繋がっている。これにより、各磁性部材２３及び各永久磁石２４は、回転子３の遠心力に耐える強度で回転軸２１に対して保持されている。

各連結材２５は、非磁性体である。各連結材２５の材料としては、例えば鉄系で弾性係数の高いＳＵＳ３０４等が用いられている。連結材２５の材料として鉄系の材料を用いると、アルミニウム又は銅等の合金を連結材２５の材料として用いた場合と比べて、連結材２５の熱膨張率が磁性部材２３及び回転軸２１の熱膨張率に近い値となることから、回転子３における熱応力及び熱歪みの発生が抑制される。

各連結材２５の長さは、軸筒状部２７及び各磁性部材２３のそれぞれの長さよりも長くなっている。各端板２２には、図２及び図３に示すように、各連結材２５が個別に嵌る複数の嵌合穴３７が設けられている。この例では、各嵌合穴３７が周方向について等間隔に設けられている。また、この例では、各嵌合穴３７の径方向内側部分は、軸貫通孔２８内に開放されている。一方の端板２２の嵌合穴３７には連結材２５の一端部が嵌っており、他方の端板２２の嵌合穴３７には連結材２５の他端部が嵌っている。

各嵌合穴３７の内面には、連結材２５の径方向外側で連結材２５と係合する径方向係合面３７ａと、連結材２５の周方向について連結材２５と係合する一対の周方向係合面３７ｂとが設けられている。この例では、周方向係合面３７ｂが径方向に沿った面であり、径方向係合面３７ａが周方向係合面３７ｂに対して垂直な面である。各径方向係合面３７ａのそれぞれと回転子３の軸線との間の距離は、すべて同じになっている。連結材２５が嵌合穴３７に嵌った状態では、連結材２５が径方向係合面３７ａと係合することにより、端板２２に対する連結材２５の径方向外側への変位が規制され、連結材２５が一対の周方向係合面３７ｂと係合することにより、端板２２に対する連結材２５の周方向への変位が規制されている。

図４は、図１の回転子３を各永久磁石２４の着磁方向とともに示す断面図である。また、図５は、図４の回転子３の一部を各永久磁石２４による磁束の流れとともに示す拡大断面図である。図４及び図５では、各永久磁石２４の着磁方向が矢印Ａで示されている。図４及び図５に示すように、各永久磁石２４は、回転子３の周方向について共通の磁性部材２３に同じ極を向けてそれぞれ配置されている。

各永久磁石２４による磁束は、図５の矢印Ｂ（細線の矢印）で示した方向に分布している。即ち、周方向について互いに隣り合う２つの磁性部材２３のうち、一方では、永久磁石２４による磁束が磁性部材２３の側面から磁性部材２３の外周面に向かって通過し、他方では、永久磁石２４による磁束が磁性部材２３の外周面から磁性部材２３の側面に向かって通過している。各永久磁石２４による磁束は、各磁性部材２３及び固定子コア１１間でループ状を形成するように磁性部材２３及び固定子コア１１を通過している。これにより、各磁性部材２３には、回転子磁極が形成されている。

ここで、図６は、図５の各連結材２５が磁性体である場合の回転子３を示す拡大断面図である。各連結材２５が磁性体である場合、永久磁石２４による磁束の一部は、図６の矢印Ｃ（破線の矢印）で示すように、連結材２５及び軸筒状部２７を通過するループを形成する。これにより、各連結材２５が磁性体である場合には、各永久磁石２４による磁束のうち、連結材２５を通過する磁束が固定子２と結合しなくなり、回転電機１の効率が低下する。各連結材２５を通過する磁束量は、連結材２５の透磁率が高いほど多くなり、回転電機１の特性に悪影響を与える。従って、各連結材２５は非磁性体であることが望ましい。

次に、回転子３の組み立て方法について説明する。まず、軸本体部２６に軸筒状部２７を例えば圧入等によって固定して回転軸２１を作製しておく。この後、軸筒状部２７の周囲に磁性部材２３と永久磁石２４とを周方向に交互に配置した状態で、第１の係合部２５ａを第１のダブテイル溝３５に軸線方向に沿って挿入し、かつ第２の係合部２５ｂを第２のダブテイル溝３６に軸線方向に沿って挿入することにより、各磁性部材２３のそれぞれと軸筒状部２７とを連結材２５によって個別に連結する。また、互いに隣り合う磁性部材２３の切欠溝３４間に磁石保持部材３３を軸線方向に沿って挿入し、永久磁石２４の径方向外側の位置に磁石保持部材３３を保持する。

この後、回転軸２１の軸線方向両側から軸本体部２６に端板２２の軸貫通孔２８を例えば圧入等によって嵌めて、各端板２２を回転軸２１に固定する。このとき、各連結材２５の軸線方向端部が端板２２の各嵌合穴３７に個別に嵌るようにする。この後、支持棒３１を一方の端板２２、磁性部材２３及び他方の端板２２の順に通し、支持棒３１の両端部にそれぞれ螺合した一対のナット３２で各端板２２及び磁性部材２３をまとめて締め付ける。このようにして、回転子３を組み立てる。

ここで、回転子３が完成している状態では、磁性部材２３、永久磁石２４、連結材２５、軸筒状部２７のそれぞれの部品間、又はいずれかの部品間に微小隙間が存在している。回転子３が完成している状態で各部品間のいずれにも微小隙間がなくなるように設計した場合、例えば部品間に微小異物が入っていたり、各部品の少なくともいずれかに加工誤差が生じたりしていると、回転子３の組み立て時の最後に、いずれかの部品が入らなくなるおそれがある。従って、回転子３が完成した状態でいずれかの部品間に微小隙間が生じるように回転子３の各部品の設計製作をしている。回転子３が完成している状態で回転子３の部品間に微小隙間が生じていると、磁性部材２３、永久磁石２４及び連結材２５のそれぞれが回転軸２１に対して設計位置（同軸の位置）からずれやすくなる。

図７は、図１の回転子３の組み立て時において磁性部材２３及び連結材２５の位置が回転軸２１に対してずれている状態を示す拡大断面図である。図７には、互いに隣り合う２つの磁性部材２３ａ，２３ｂの間に存在する永久磁石２４ａの幅寸法（永久磁石２４ａの周方向寸法）Ｌ１が、他の永久磁石２４の幅寸法Ｌ２よりも大きく形成されてしまっている状態が示されている。また、図７には、回転子３の組み立て時に、磁性部材２３ａの左側（幅寸法の大きい永久磁石２４ａ側と反対側）に存在する永久磁石２４との間に微小異物３８が挟まってしまった状態が示されている。

図７に示すように、磁性部材２３ａと永久磁石２４との間に微小異物３８が挟まっており、永久磁石２４ａの幅寸法Ｌ１が他の永久磁石２４の幅寸法Ｌ２よりも大きくなっていると、磁性部材２３ａ及び磁性部材２３ｂのそれぞれを正常な設計位置まで挿入することができず、他の正常な設計位置に存在する磁性部材２３と比べて磁性部材２３ａの外周部分が径方向外側へ突出している。これにより、磁性部材２３ａ，２３ｂのそれぞれに繋がっている各連結材２５も、各ダブテイル溝３５，３６との間の微小隙間等の存在から、正常な設計位置から径方向外側へずれている。

図７では、この状態を分かりやすくするために、磁性部材２３の設計位置に基づく第１の基準線Ｘと、連結材２５の設計位置に基づく第２の基準線Ｙとを示している。なお、図７では、状態を分かりやすくするために、磁性部材２３ａ，２３ｂの位置が大幅にずれた状態、及び永久磁石２４ａの幅寸法が大幅に大きくなっている状態を示しているが、実際のずれ量はごく僅かである。

本実施の形態では、各連結材２５が各端板２２の各嵌合穴３７に嵌められることにより、各連結材２５の位置が径方向及び周方向について規制されている。これにより、本実施の形態では、回転子３の組み立て時に、磁性部材２３ａと永久磁石２４との間に微小異物３８が挟まっていたり、永久磁石２４ａの寸法に誤差が生じていたりしている場合であっても、各連結材２５及び各磁性部材２３のそれぞれの位置のずれが径方向及び周方向について生じにくくなっている。

また、本実施の形態では、磁性部材２３が連結材２５と一箇所のみで繋がっているので、軸筒状部２７に対する磁性部材２３の取り付け誤差が小さくなる。従って、各連結材２５の位置が嵌合穴３７によって正常な位置に規制されることにより、回転軸２１と各磁性部材２３との同軸状態は確保される。なお、各端板２２の軸貫通孔２８と軸本体部２６との間、及び各端板２２の嵌合穴３７と連結材２５との間の嵌め合いを締まり嵌めとすることにより、回転軸２１と各磁性部材２３との同軸度がさらに高まる。

このような回転電機１では、各磁性部材２３のそれぞれと回転軸２１とが複数の連結材２５によって個別に連結され、各連結材２５が個別に嵌る複数の嵌合穴３７が、回転軸２１に固定された各端板２２に設けられているので、回転軸２１に対する各連結材２５の位置を各端板２２によって径方向及び周方向について規制することができ、回転軸２１に対する各磁性部材２３の位置も径方向及び周方向について規制することができる。これにより、回転軸２１に対する各磁性部材２３のそれぞれの同軸度を高めることができ、回転電機１の特性（例えば回転電機１の動作時の振動及び騒音の抑制効果等）の低下を抑制することができる。また、各端板２２による連結材２５の位置の規制により、各磁性部材２３のそれぞれと回転軸２１との間に空間を生じさせても、回転軸２１に対する各磁性部材２３の位置を安定させることができる。これにより、各連結材２５の材料の使用量を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。

特に、各連結材２５が非磁性体である場合、各連結材２５の材料は、例えばステンレス鋼のような高価な材料となる。従って、この場合には、各連結材２５の材料の使用量が減ることによるコスト低減効果を大きくすることができる。

また、各連結材２５は、第１の係合部２５ａを磁性部材２３の第１のダブテイル溝３５の内面に係合させ、第２の係合部２５ｂを回転軸２１の第２のダブテイル溝３６の内面に係合させた状態で、磁性部材２３及び回転軸２１間に繋がっているので、磁性部材２３及び回転軸２１のそれぞれに各連結材２５を溶接等で繋げる必要がなくなり、溶接装置等の設備投資を減らすことができる。

また、回転軸２１は、軸本体部２６と、軸本体部２６の外周を囲んだ状態で軸本体部２６に固定された軸筒状部２７とを有し、各連結材２５が軸筒状部２７に繋がっているので、形状が単純な別個の部材である軸本体部２６及び軸筒状部２７を組み合わせることにより、形状が複雑な回転軸２１を作製することができる。これにより、単一材から機械加工によって回転軸２１を作製する場合に比べて、回転軸２１を容易に作製することができ、回転電機１の製造コストの低減化をさらに図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、各嵌合穴３７の内径側端部が軸貫通孔２８に開放されているが、各嵌合穴３７と軸貫通孔２８とを仕切る仕切り部を軸本体部２６の外周部に設けてもよい。

即ち、図８は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子３を示す断面図である。なお、図８は、実施の形態１での図３に対応する断面図である。各端板２２には、軸貫通孔２８と各嵌合穴３７との間を仕切る複数の仕切り部４０が設けられている。各仕切り部４０は、軸本体部２６の外周面に沿って形成されている。また、各仕切り部４０は、嵌合穴３７の一対の周方向係合面３７ｂ間に端板２２と一体となって繋がっている。これにより、各嵌合穴３７は閉じた穴となっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、軸貫通孔２８と各嵌合穴３７との間を仕切る複数の仕切り部４０が各端板２２に設けられているので、端板２２の剛性を高めることができる。これにより、回転軸２１に対する各磁性部材２３及び各連結材２５のそれぞれの同軸度を高めることができる。

実施の形態３．
連結材２５の寸法を回転子３の径方向について実施の形態１よりも大きくしてもよい。

即ち、図９は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子３を示す断面図である。なお、図９は、実施の形態１での図３に対応する断面図である。各連結材２５の寸法は、回転子３の径方向について実施の形態１での連結材２５よりも大きくなっている。第２のダブテイル溝３６の深さ寸法は、連結材２５の第２の係合部２５ｂだけでなく結合部２５ｃの一部も嵌る寸法となっている。即ち、第２のダブテイル溝３６の深さ寸法は、実施の形態１での第２のダブテイル溝３６の深さ寸法よりも大きくなっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、第２のダブテイル溝３６の深さ寸法を、連結材２５の第２の係合部２５ｂだけでなく結合部２５ｃの一部も嵌る寸法となっているので、各連結材２５の寸法を回転子３の径方向について大きくすることができる。これにより、回転子３の径方向についての各連結材２５の断面二次モーメントを向上させることができ、回転軸２１に対する各磁性部材２３の同軸度をさらに向上させることができる。

実施の形態４．
端板２２に連結材２５を溶接により固定してもよい。

即ち、図１０は、この発明の実施の形態４による回転電機の回転子３を示す縦断面図である。なお、図１０は、実施の形態１での図２の回転子３に対応する断面図である。各端板２２には、嵌合穴３７の内面と連結材２５とが溶接により接合されることにより、各連結材２５が固定されている。嵌合穴３７の内面と連結材２５との境界には、溶接部４１が形成されている。この例では、嵌合穴３７の径方向係合面３７ａと連結材２５との境界に溶接部４１が形成されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、連結材２５が端板２２に溶接により固定されているので、回転子３の径方向及び周方向だけでなく、回転子３の軸線方向についても、連結材２５の位置を端板２２に対して固定することができる。これにより、各連結材２５及び各磁性部材２３の位置のずれをさらに防止することができ、回転電機１の特性の低下の抑制をさらに図ることができる。

なお、上記の例では、各端板２２のそれぞれに設けられた嵌合穴３７の内面に連結材２５が溶接により固定されているが、各端板２２のいずれか一方に設けられた嵌合穴３７の内面にのみ溶接により固定してもよい。

また、上記の例では、嵌合穴３７の径方向係合面３７ａに連結材２５が溶接により固定されているが、嵌合穴３７の周方向係合面３７ｂに連結材２５を溶接により固定してもよい。

実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５による回転電機の回転子３を示す断面図である。また、図１２は、図１１の連結材２５を示す斜視図である。なお、図１１は、実施の形態１での図３に対応する断面図である。各連結材２５は、図１２に示すように、各端板２２間に配置された連結材本体４２と、連結材本体４２から軸線方向両側へ突出し、連結材本体４２の断面の一部を除去した断面を持つ一対の嵌合突出部４３とを有している。

この例では、連結材本体４２の断面形状のうち、第２の係合部２５ｂの一部と第１の係合部２５ａとが除去されることによって形成された矩形状が、各嵌合突出部４３の断面形状となっている。これにより、この例では、各嵌合突出部４３の最大寸法が、連結材本体４２の最大寸法よりも、回転子３の径方向及び周方向のいずれについても小さくなっている。さらに、この例では、嵌合突出部４３が、回転子３の径方向について径方向係合面３７ａに係合し、かつ回転子３の周方向について一対の周方向係合面３７ｂに係合した状態で、嵌合穴３７に嵌っている。

各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界では、連結材本体４２の端面４２ａが露出している。これにより、各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界には、段差部が形成されている。各端板２２には、各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界で露出している連結材本体４２の端面４２ａが回転子３の軸線方向についてそれぞれ係合している。これにより、各端板２２に対する各連結材２５の位置が回転子３の軸線方向について規制されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、連結材本体４２の断面の一部を除去した断面を持つ嵌合突出部４３が連結材本体４２から軸線方向へ突出し、嵌合突出部４３が嵌合穴３７に嵌っており、連結材本体４２の端面４２ａが軸線方向について端板２２と係合しているので、連結材２５が端板２２に対して回転子３の軸線方向へずれることを容易に防止することができる。これにより、端板２２に連結材２５を溶接等により固定する必要がなくなり、溶接装置等の設備投資を減らすことができ、製造コストの低減をさらに図ることができる。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６による回転電機の回転子３を示す断面図である。また、図１４は、図１３の連結材２５の要部を示す斜視図である。さらに、図１５は、図１４の連結材２５を回転子３の軸線方向に沿って見たときの状態を示す正面図である。なお、図１３は、実施の形態１での図３に対応する断面図である。各連結材２５は、図１４に示すように、各端板２２間に配置された連結材本体４２と、連結材本体４２から軸線方向両側へ突出し、連結材本体４２の断面の一部を除去した断面を持つ一対の嵌合突出部４３とを有している。

この例では、図１５に示すように、連結材本体４２において、第２の係合部２５ｂの幅寸法が第１の係合部２５ａの幅寸法よりも大きくなっている。また、この例では、連結材本体４２の断面形状のうち、第２の係合部２５ｂの幅方向両端部のみが第１の係合部２５ａの幅寸法に合わせて除去された形状が、各嵌合突出部４３の断面形状となっている。これにより、この例では、回転子３の周方向についての各嵌合突出部４３の最大寸法が、回転子３の周方向についての連結材本体４２の最大寸法よりも小さくなっている。さらに、この例では、嵌合突出部４３が、回転子３の径方向について径方向係合面３７ａに係合し、かつ回転子３の周方向について一対の周方向係合面３７ｂに係合した状態で、嵌合穴３７に嵌っている。

各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界では、第２の係合部２５ｂの幅方向両端部の位置で連結材本体４２の端面４２ａが露出している。これにより、各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界には、段差部が形成されている。各端板２２には、各嵌合突出部４３のそれぞれと連結材本体４２との境界で露出している連結材本体４２の端面４２ａが回転子３の軸線方向についてそれぞれ係合している。これにより、各端板２２に対する各連結材２５の位置が回転子３の軸線方向について規制されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、連結材本体４２において第２の係合部２５ｂの幅寸法を第１の係合部２５ａの幅寸法よりも大きくし、連結材本体４２の断面形状のうち、第２の係合部２５ｂの幅方向両端部を除去した形状を、各嵌合突出部４３の断面形状とすることによっても、連結材本体４２の端面４２ａを嵌合突出部４３との境界で露出させることができ、嵌合突出部４３を嵌合穴３７に嵌めた状態で連結材本体４２の端面４２ａを軸線方向について端板２２と係合させることができる。これにより、連結材２５が端板２２に対して回転子３の軸線方向へずれることを容易に防止することができ、製造コストの低減をさらに図ることができる。

なお、上記の例では、連結材本体４２において第２の係合部２５ｂの幅寸法が第１の係合部２５ａの幅寸法よりも大きくなっているが、連結材本体４２において第１の係合部２５ａの幅寸法を第２の幅寸法よりも大きくしてもよい。この場合、各嵌合突出部４３の断面形状は、連結材本体４２の断面形状のうち、第１の係合部２５ａの幅方向両端部を除去した形状とされる。

実施の形態７．
図１６は、この発明の実施の形態７による回転電機の回転軸２１を示す斜視図である。図１６に示すように、軸筒状部２７は、回転軸２１の軸線方向について複数の環状薄板２７ａを重ねて構成した積層体である。各環状薄板２７ａは、打ち抜き用型で鋼板を打ち抜く打ち抜き加工により形成されている。各環状薄板２７ａ同士は、環状薄板２７ａを塑性変形させてかしめることにより一体化されている。軸筒状部２７は、例えば焼嵌め、圧入、又はキーとキー溝との嵌合等によって、回転子３にかかるトルクに耐える強度で軸本体部２６に固定されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、軸筒状部２７は、回転軸２１の軸線方向について複数の環状薄板２７ａを重ねて構成した積層体であるので、板に対する打ち抜き加工によって環状薄板２７ａを容易に形成することができ、単一材から機械加工によって軸筒状部２７を形成する場合（即ち、軸筒状部２７が一体物である場合）と比べて、軸筒状部２７を容易に作製することができる。これにより、回転電機１の製造コストをさらに低減させることができる。

なお、上記の例では、各環状薄板２７ａ同士をかしめているだけであるが、各環状薄板２７ａ同士をかしめることに加えて、回転軸２１の軸線方向について複数の環状薄板２７ａを重ねた積層体を両側から挟む一対の固定板を軸本体部２６に固定してもよい。この場合、一対の固定板の厚さ寸法は、各環状薄板２７ａの厚さ寸法よりも大きくされる。また、この場合、各固定板は、例えば圧入等によって軸本体部２６に強固に固定される。さらに、この場合、各固定板の断面形状は、各環状薄板２７ａの断面形状と同一とされる。このようにすれば、軸筒状部２７の形状をさらに安定化させることができる。

また、上記の例では、複数の環状薄板２７ａを重ねた積層体が実施の形態１の軸筒状部２７に適用されているが、複数の環状薄板２７ａを重ねた積層体を実施の形態２〜６の軸筒状部２７に適用してもよい。

また、各上記実施の形態では、各連結材２５が非磁性体であるが、各連結材２５を磁性体としてもよい。この場合、軸筒状部２７を非磁性体とすれば、永久磁石２４による磁束が各連結材２５を通りにくくなり、回転子３における漏れ磁束量の増大を抑制することができる。

また、各上記実施の形態では、図１に示すように、永久磁石２４の数（極数）が１０個、固定子２のスロット１５の数が１２個となっており、回転子３の極数と固定子２のスロット１５の数との比が５：６となっているが、これ以外の回転子３の極数と固定子２のスロット１５の数との組み合わせとなっていてもよい。

また、各上記実施の形態では、回転軸２１の構成が、軸本体部２６に軸筒状部２７を嵌めて固定した構成となっているが、回転軸２１を単一材（一体物）で構成してもよい。この場合、回転軸２１のうち、軸筒状部２７に対応する外径の大きい部分の外周面に各第２のダブテイル溝３６が設けられる。

また、各上記実施の形態では、第１の係合部２５ａが嵌る第１のダブテイル溝（第１の係合溝）３５の断面形状が略三角形状となっているが、第１の係合部２５ａが回転子３の径方向及び周方向について第１のダブテイル溝３５の内面と係合されるのであれば、第１のダブテイル溝（第１の係合溝）３５の断面形状はこれに限定されない。

また、各上記実施の形態では、第２の係合部２５ｂが嵌る第２のダブテイル溝（第２の係合溝）３６の断面形状が略三角形状となっているが、第２の係合部２５ｂが回転子３の径方向及び周方向について第２のダブテイル溝３６の内面と係合されるのであれば、第２のダブテイル溝（第２の係合溝）３６の断面形状はこれに限定されない。

また、この発明の実施に当たっては様々な変形が可能である。さらに、各上記実施の形態のそれぞれの特徴のすべて又は選択的に組み合わせて用いることもできる。

１ 回転電機（永久磁石式回転電機）、２ 固定子、３ 回転子、２１ 回転軸、２２ 端板、２３ 磁性部材、２４ 永久磁石、２５ 連結材、２５ａ 第１の係合部、２５ｂ 第２の係合部、２６ 軸本体部、２７ 軸筒状部、２７ａ 環状薄板（薄板）、３５ 第１のダブテイル溝（第１の係合溝）、３６ 第２のダブテイル溝（第２の係合溝）、３７ 嵌合穴、４２ 連結材本体、４２ａ 端面、４３ 嵌合突出部。

Claims (6)

1. 筒状の固定子、及び
   上記固定子の内側に配置され、軸線を中心として上記固定子に対して回転される回転子
   を備えている永久磁石式回転電機であって、
   上記回転子は、
   上記軸線上に配置された回転軸と、
   軸線方向について互いに離して配置され、上記回転軸に固定された一対の端板と、
   上記回転軸と上記固定子との間で上記回転軸及び上記固定子のそれぞれから離した状態で周方向について並べられ、各上記端板間にそれぞれ設けられた複数の磁性部材と、
   周方向について各上記磁性部材間に保持された複数の永久磁石と、
   各上記磁性部材のそれぞれと上記回転軸とを個別に連結する複数の連結材と
   を有し、
   各上記端板には、各上記連結材が個別に嵌る複数の嵌合穴が設けられている永久磁石式回転電機。
2. 各上記連結材は、上記端板に溶接により固定されている請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
3. 各上記連結材は、各上記端板間に配置された連結材本体と、上記連結材本体から軸線方向へ突出し、上記連結材本体の断面の一部を除去した断面を持つ嵌合突出部とを有し、
   上記嵌合穴には、上記嵌合突出部が嵌っており、
   上記端板には、上記連結材本体と上記嵌合突出部との境界で露出している上記連結材本体の端面が軸線方向について係合している請求項１又は請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
4. 各上記磁性部材には、第１の係合溝がそれぞれ設けられ、
   上記回転軸には、複数の第２の係合溝が周方向について互いに間隔を置いて設けられ、
   各上記連結材は、上記第１の係合溝に嵌る第１の係合部と、上記第２の係合溝に嵌る第２の係合部とを有し、
   各上記連結材は、上記第１の係合部を上記第１の係合溝の内面に係合させ、かつ上記第２の係合部を上記第２の係合溝の内面に係合させた状態で、上記磁性部材及び上記回転軸間に繋がっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
5. 上記回転軸は、軸本体部と、上記軸本体部の外周を囲んだ状態で上記軸本体部に固定された軸筒状部とを有し、
   各上記連結材は、上記軸筒状部に繋がっている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
6. 上記軸筒状部は、軸線方向について複数の薄板を重ねて構成した積層体である請求項５に記載の永久磁石式回転電機。

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