(57)【要約】【課題】高速回転と強度信頼性を両立する回転子鉄心、当該回転子鉄心を用いた回転子、および、当該回転子を搭載した回転電機の提供。【解決手段】回転子鉄心２と、回転子鉄心２に圧入されたシャフト５と有する回転子２０とを備え、回転子鉄心２は、シャフト５と当接する嵌合部８を有し、嵌合部８は、嵌合部８の先端の曲率半径ｒｃが、シャフト５の半径Ｒｓから圧入の締め代分ΔＲを引いた値（Ｒｓ−ΔＲ）よりも大きい。【選択図】図６
2015073387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のシャフトが圧入される中心孔と、
前記中心孔に周方向に複数形成された嵌合部と、を備え、
前記嵌合部は、前記シャフトが前記中心孔に圧入される際に前記シャフトと当接する回転子鉄心において、
前記嵌合部の先端形状は、前記シャフトとの当接による圧力の周方向依存性がほぼ一様となる形状である回転子鉄心。
【請求項２】
請求項１に記載の回転子鉄心において、
前記嵌合部の先端形状は、円弧であり、
前記円弧の半径は、前記シャフトの半径から前記圧入の締め代を引いた値よりも大きい回転子鉄心。
【請求項３】
請求項１に記載の回転子鉄心において、
前記嵌合部の先端形状は、円弧であり、
前記円弧の半径は、前記シャフトの半径から前記圧入の締め代を引いた値と等しく、
前記嵌合部は、周方向の両側面に切り欠きを有する回転子鉄心。
【請求項４】
請求項１に記載の回転子鉄心において、
前記嵌合部の先端形状は、前記シャフトからの圧力の周方向依存性がほぼ一様になるようなスプライン曲線で定められた回転子鉄心。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子鉄心において、
周方向に形成された複数の肉抜き孔をさらに備え、
前記嵌合部は、前記肉抜き孔の径方向内側に形成される回転子鉄心。
【請求項６】
請求項５に記載の回転子鉄心において、
前記嵌合部および前記肉抜き孔は、前記肉抜き孔と前記嵌合部の周方向中心が概ね一致するように形成される回転子鉄心。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子鉄心において、
周方向に形成され、前記嵌合部と同数の肉抜き孔をさらに備え、
前記嵌合部は、前記肉抜き孔の径方向内側に形成される回転子鉄心。
【請求項８】
回転子鉄心と、前記回転子鉄心の中心孔に圧入されて一体化されているシャフトとを有し、固定子の内周側に回転可能に設けられて回転電機を構成し、前記回転子鉄心の中心孔には前記シャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成されている回転子において、
前記回転子鉄心は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転子鉄心である回転子。
【請求項９】
スロットとティースを有し、ティースに巻線が巻回されてなる固定子と、
前記固定子の内周側に回転可能に設けられ、回転子鉄心の中心孔にシャフトが圧入されてなる回転子とを有し、前記回転子鉄心の中心孔には前記シャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成されている回転電機において、
前記回転子は、請求項８に記載の回転子である回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子鉄心、回転子、および、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の回転子は、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心と、回転子鉄心と締結されたシャフトによって主に構成されている。回転電機を高速化することで、小型・軽量化が図れる。ただし、高速回転で生じる遠心力によって、回転子鉄心はシャフトから離れる方向に変形するため、回転子鉄心シャフトとの締結部には、締結力が大きく、安定した締結方法を採用しなければならない。
【０００３】
回転子鉄心とシャフトを焼き嵌めで締結する場合、回転子鉄心の中心に円孔を設け、その円孔に丸棒のシャフトを挿入することで、シャフトの外周面と回転子鉄心が全周にわたって当接した状態での締結が可能である。一方，回転子鉄心にシャフトを圧入して両者を締結する場合、回転子鉄心に形成された円孔の中心孔に、円柱状のシャフトを圧入するには大荷重が必要である。その結果、シャフトと回転子鉄心が全周にわたって当接した状態の締結を圧入で実現するには大規模なプレス装置が必要になる。これを解決するために、回転子鉄心の中心孔とシャフトが部分的に当接するような締結方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、回転子鉄心の中心孔の周面の周方向に所定間隔で複数の突起（図６の圧入部３１）が形成されている。特許文献２では、円柱状のシャフトを挿入する回転子鉄心の中心孔の断面形状を、正方形（図８の孔１７０）、正三角形（図１９の孔１７０）等にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３８２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３５４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シャフトを圧入し、シャフトと回転子鉄心を周方向に沿って部分的に当接させて両者を締結する方法では、シャフトと回転子鉄心の当接する部分（当接部）に圧力が発生するが、当接部の各領域で定義される圧力にばらつきが生じるという問題、すなわち、当接部において圧力分布が生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明による回転子鉄心は、円柱状のシャフトが圧入される中心孔と、中心孔に周方向に複数形成された嵌合部と、を備え、嵌合部は、シャフトが中心孔に圧入される際にシャフトと当接し、嵌合部の先端形状は、シャフトとの当接による圧力の周方向依存性がほぼ一様となる形状であることを特徴とする。
（２）請求項８の発明による回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の中心孔に圧入されて一体化されているシャフトとを有し、固定子の内周側に回転可能に設けられて回転電機を構成し、回転子鉄心の中心孔にはシャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成され、回転子鉄心は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転子鉄心であることを特徴とする。
（３）請求項９の発明による回転電機は、スロットとティースを有し、ティースに巻線が巻回されてなる固定子と、固定子の内周側に回転可能に設けられ、回転子鉄心の中心孔にシャフトが圧入されてなる回転子とを有し、回転子鉄心の中心孔にはシャフトの周面に嵌合する複数個の嵌合部が形成され、回転子は、請求項８に記載の回転子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による回転子鉄心を用いることにより、高速化と強度信頼性を両立する回転子鉄心、回転子、および、回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の回転電機１００の構造を示す図。
【図２】第１実施形態の回転子２０を示す斜視図。
【図３】第１実施形態の回転子２０の径方向断面図。
【図４】第１実施形態の回転子鉄心２の径方向断面図。
【図５】第１実施形態の回転子鉄心２のうち、周方向４５°分を示す径方向断面図。
【図６】第１実施形態の回転子鉄心２の嵌合部８付近の径方向断面図。
【図７】嵌合部８の先端９の圧力分布を示す図。
【図８】回転子鉄心２の嵌合部８の先端９がシャフト５から受ける力を示す図。
【図９】回転子鉄心２Ａの径方向断面図。
【図１０】回転子鉄心２Ｂの径方向断面図。
【図１１】回転子鉄心２Ａおよび回転子鉄心２Ｂにおける遠心力による嵌合部８の圧力変動を示す図。
【図１２】回転子鉄心２Ｃの径方向断面図。
【図１３】回転子鉄心２Ａおよび回転子鉄心２Ｃにおける嵌合部８の圧力分布を示す図。
【図１４】第２実施形態の回転子鉄心２の径方向断面図。
【図１５】第３実施形態の回転子鉄心２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における回転電機の一例として、８極１２スロット集中巻の永久磁石同期モータでの適用例を示す。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式のモータでも適用できる。また、本発明は、発電機などでも適用できる。
【００１１】
――第１実施形態――
図１は、第１実施形態における回転電機１００を示す径方向断面図である。回転電機１００は、回転子２０と、回転子２０の外周側に配置された固定子３０とを備えている。符号１は回転電機１００の回転中心、すなわち、回転軸心を示している。
【００１２】
回転子２０は、回転子鉄心２と、回転子鉄心２の中心孔６に圧入される円柱状のシャフト５と、回転子鉄心２の外周側周方向に形成された磁石挿入孔３に挿入される永久磁石２１とを備えている。回転子鉄心２の中心孔６の嵌合部８は、図３〜図５によく示されているように、中心孔６に周方向に等間隔に形成されており、内周側に突出した形状を有する。シャフト５が嵌合部８の先端９に当接し、回転子鉄心２とシャフト５が締結されている。回転子鉄心２の中心孔６にシャフト５が圧入されたとき、シャフト５と嵌合部８は互いに当接しともに弾性変形するが、嵌合部８のほうがシャフト５よりも弾性変形の度合いが大きい。回転子２０を軽量化するため、回転子鉄心２の磁束の影響が及ばない領域に肉抜き孔４が周方向に等間隔に形成されている。永久磁石２１は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石などが主に用いられるが、これら以外であってもよい。
【００１３】
固定子３０は、内周側周方向に形成されたティース３１と、一対のティース３１間に形成されるスロット３２と、スロット３２に挿入されティース３１に巻回される巻線３３とを備えている。巻線３３は、電力変換装置（不図示）に接続される。回転電機１００の回転子２０は、電力変換装置（不図示）から３相交流電流が固定子３０の巻線３３に通電され、回転駆動される。なお、固定子３０は、本発明が適用される種々の形態の回転電機において同様である。よって、以降では、固定子３０を省略して説明する。
【００１４】
図２は、回転子２０示す斜視図である。図３は、回転子２０の径方向断面図である。図４は、回転子鉄心２の径方向断面図である。回転子鉄心２の嵌合部８は、中心孔６に周方向に等間隔に形成されており、内周側に突出した形状を有する（図３、図４）。そして、円柱状のシャフト５が嵌合部８の先端９に当接し、回転子鉄心２とシャフト５が締結されている（図３）。さらに、磁石挿入孔３に永久磁石２１が挿入されて、回転子２０が構成される（図２、図３）。
【００１５】
図５〜７を用いて、嵌合部８の先端９の曲率半径によって圧力分布が変化することについて述べる。ここで、「圧力」とは、単位面積当たりの径方向の力のことを指す。また、「圧力分布」とは、先端９にかかる圧力の周方向依存性のことを指す。以下においても同様である。以下では、特に断らない限り、嵌合部８の先端９の曲率半径やシャフトの半径を圧入前の形状で表現する。これは、嵌合部８の先端９の曲率半径とシャフトの半径の議論をする際に、都合がよいからである。圧入後の形状では、嵌合部８とシャフトがともに弾性変形しており、上記の議論が難しくなる。
【００１６】
図５は、図４に示す破線で囲われた領域１１、すなわち、回転子鉄心２の周方向４５°分を拡大した図である。嵌合部８の先端９の３つのポイントについて、図示左端をＡ点，図示右端をＢ点、それらの中点をＣ点とする。以下でも同様の定義とする。第１実施形態では、シャフト５の圧入前の嵌合部８の先端９の形状は、曲率半径ｒｃの円弧となっている。ここで、圧入前のシャフトの半径をＲｓ，圧入による締め代をΔＲとすると、圧入前の状態において、円弧の中点であるＣ点から回転軸心１までの距離はＲｓ−ΔＲである。Ｒｓ−ΔＲというように、シャフト５だけが弾性変形するような表記となっているが、上述のように、シャフト５と嵌合部８はともに弾性変形する。さらに、嵌合部８のほうがシャフト５よりも弾性変形の度合いが大きい。
【００１７】
図６は、嵌合部８付近を拡大した図である。嵌合部８は、回転子鉄心２の中心孔６に形成され、内周側に突出した形状となっており、内周側に形成された先端９と、周方向に対抗する側面１５を有する。先端９によってシャフト５と当接する。半径Ｒｓ−ΔＲの円弧１０を破線で示した。この円弧１０は、回転軸心１を中心として形成されている。図示されている通り、第１実施形態の回転子鉄心２の嵌合部８の先端９の曲率半径ｒｃは，Ｒｓ−ΔＲよりも大きい。すなわち、ｒｃ＞Ｒｓ−ΔＲである。
【００１８】
図７は、嵌合部８の先端９の曲率半径ｒｃと圧入前の先端９のＣ点から回転軸１までの距離Ｒｓ−ΔＲとの大小関係によって、嵌合部８の先端９にかかる圧力分布が変化する様子を示している。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部８の先端９の位置を示す。なお、上述のように、第１実施形態の回転子鉄心２は、ｒｃ＞Ｒｓ−ΔＲとなっている。
【００１９】
先端９の曲率半径ｒｃが距離Ｒｓ−ΔＲと等しい場合、すなわち、ｒｃ＝Ｒｓ−ΔＲである場合、嵌合部８の先端９における圧力分布は、Ｃ点と比較してＡ点とＢ点で圧力が高い。これでは、圧入によって高い圧力となるＡ点、Ｂ点付近では、遠心力やトルクの繰返しが原因で材料に劣化が生じるため，長期間安定した締結力を実現できない。
【００２０】
一方、第１実施形態の回転子鉄心２では、先端９の曲率半径ｒｃをＲｓ−ΔＲよりも大きく、かつ、適切な値にする（ｒｃ＞Ｒｓ−ΔＲ）ことで、先端９のＡ点およびＢ点で生じる圧力が低くなり、先端９のＡ点，Ｂ点，Ｃ点で圧力を概ね一様にすることができる。
【００２１】
ただし、曲率半径ｒｃを極めて大きくし、たとえば先端９の形状を直線にした場合（ｒｃ≫Ｒｓ−ΔＲ）、圧力は中点であるＣ点付近で高くなる。また、この場合、周方向端部のＡ点やＢ点ではシャフト５と当接しにくくなり、圧力が０に近づく。したがって、先端９を直線で形成することは好ましくない。
【００２２】
第１実施形態の回転子２０のように  ｒｃ＞Ｒｓ−ΔＲ  とすることにより、嵌合部８の先端９の圧力分布が一様になれば、高圧力による材料劣化が生じる領域を低減できる。そのため、長期間安定した締結力を有する回転子鉄心２とシャフト５の圧入締結構造が実現できる。
【００２３】
回転電機１００の高速化を図るためには、回転子２０の許容回転速度を上げる必要がある。ロータの許容回転速度を上げるためには、回転子鉄心２とシャフト５の締め代ΔＲを大きくするなどして、圧入による回転子鉄心２とシャフト５の当接圧力を高くする必要がある。その際、先端９の曲率半径ｒｃとＲｓ−ΔＲが等しいと、先端９の周方向端部Ａ点とＢ点に生じる圧力が回転子鉄心２に使用される材料の降伏応力を超える可能性があり、容易に圧入時の締め代を大きくできない。これに対し、先端９の曲率半径ｒｃを半径（Ｒｓ−ΔＲ）より大きくして当接による圧力分布を一様にすれば、締め代の増加に伴い、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の圧力が一様に高くなるため、回転電機１００の高速化を目指した締め代ΔＲの増加を容易に行える。
【００２４】
以上の内容を数式で示すと、以下の式（１）〜（３）となる。
Ｔ ＝ ｆ ｒ                        ・・・（１）
ｆ ＜ Ｎ μ ｐ Ｌ１ Ｌ２              ・・・（２）
ｐ＜σｙ                             ・・・（３）
ここで、
Ｔは、トルク、
ｆは、回転子鉄心２のすべての嵌合部８にかかる摩擦力、
ｒは、回転子鉄心２に圧入されているときのシャフトの半径、
Ｎは、嵌合部８の数（第１実施形態の回転子鉄心２では、８個）、
μは、静止摩擦係数、
ｐは、シャフト５から受ける径方向圧力、
Ｌ１は、シャフト５からの圧力により弾性変形した際の、１個当たりの嵌合部８の先端９の周方向長さ、
Ｌ２は、回転子鉄心２の積厚、
σｙは、回転子鉄心２を構成する材料の降伏応力、
である。
【００２５】
なお、図８は、シャフト５（不図示）が回転子鉄心２に圧入された時の、回転子鉄心２の嵌合部８の先端９がシャフト５から受ける力を示す図である。上記パラメータのうち、ｆ、ｒ、μ、ｐ、Ｌ１、σｙが示されている。
【００２６】
上記の式（１）に示されるトルクＴは、回転子鉄心２のシャフト５に当接する嵌合部８のすべての領域において、摩擦力ｆが上記の式（２）の範囲内であれば、回転電機１００の最大トルク以上となり、シャフト５が回転子鉄心２に対してすべることはない。さらに、シャフト５から受ける径方向圧力ｐが、嵌合部８の先端９の当接面の各点において、式（３）に示す降伏応力の範囲内であれば、回転子鉄心２が塑性変形しない。すなわち、シャフト５が嵌合部８に当接による圧力分布を一様にするということは、嵌合部８の先端９の当接面の各点で定義される圧力ｐの最大値を下げることであり、圧力ｐの最大値が下がって降伏応力σｙから遠ざかるということは塑性変形しにくくなるということである。よって、その分だけ締め代ΔＲを容易に増加させることができる。
【００２７】
＜嵌合部８と肉抜き孔４に関する検討＞
第１実施形態の回転子２０の回転子鉄心２では、図４などに示す通り、嵌合部８は肉抜き孔４の径方向内側に位置しており、かつ、嵌合部８と肉抜き孔４の数は等しい。ここで、「嵌合部８が肉抜き孔４の径方向内側に位置する」ことの意味について、図４に示す回転子鉄心２の肉抜き孔４のひとつである肉抜き孔４ａと、嵌合部８のひとつである嵌合部８ａを例に取り、説明する。「嵌合部８ａが肉抜き孔４ａの径方向内側に位置する」とは、回転軸心１を通り肉抜き孔４ａと接する線分４１と線分４２で挟まれる角度θ１で示される領域でかつ肉抜き孔４ａより内周側の領域に、嵌合部８ａが位置することを意味する。以下においても同様である。なお、図４に示した第１実施形態の回転子鉄心２と同様に、後述の図９に示した回転子鉄心２Ａにおいても、嵌合部８が肉抜き孔４の径方向内側に位置する。
【００２８】
以下では、「嵌合部８の肉抜き孔４に対する周方向位置」および「嵌合部８の肉抜き孔４に対する数」がどのような影響を及ぼすかについて述べる。第１実施形態の回転子鉄心２は、先端９の曲率半径ｒｃがＲｓ−ΔＲよりも大きいが、以下では、第１実施形態の回転子鉄心２の代わりに、嵌合部８の先端９の曲率半径ｒｃとＲｓ−ΔＲが等しい回転子鉄心である、回転子鉄心２Ａ（図９）を基準として用いる。回転子鉄心２Ａと第１実施形態の回転子鉄心２との相違点は、先端９の曲率半径ｒｃとＲｓ−ΔＲが等しいかどうかだけであり、その他の構成は、同様であるとする。回転子鉄心２Ａの比較対象として、後述する回転子鉄心２Ｂ（図１０），回転子鉄心２Ｃ（図１２）を導入する。回転子鉄心２Ａ、回転子鉄心２Ｂ、回転子鉄心２Ｃでは、回転子鉄心２と同様に、嵌合部８が周方向に等間隔に形成される。また、肉抜き孔４も、嵌合部８と同様に、周方向に等間隔に形成される。なお、回転子鉄心２Ａ、回転子鉄心２Ｂ、回転子鉄心２Ｃにおいて、嵌合部８の先端９におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点の定義については、第１実施形態の回転子鉄心２と同様とする（図５、図９、図１０、図１２を参照）。
【００２９】
〜嵌合部８の肉抜き孔４に対する周方向位置について〜
ここでは、肉抜き孔４と嵌合部８の数が等しいときに、嵌合部８の肉抜き孔４に対する位置が、遠心力による嵌合部８の圧力変動に及ぼす効果について述べる。嵌合部８とシャフト５が当接する際の圧力は、遠心力によって回転子鉄心２が外径側に力を受けることで変動する。この圧力変動に対しても、嵌合部８とシャフト５が当接している部分（当接部）が安定して締結力を発揮するためには、当接部の圧力分布が概ね一様であることが望ましい。
【００３０】
図９に、回転子鉄心２Ａを示す。また、図１０に回転子鉄心２Ｂを示す。回転子鉄心２Ａ、回転子鉄心２Ｂにおいて、肉抜き孔４と嵌合部８の数は等しく、それぞれ８個である。当然ながら、この８個という具体的な数は、肉抜き孔４と嵌合部８の数が等しいという例のひとつであることは言うまでもない。以下でも同様である。
【００３１】
図９に示す回転子鉄心２Ａでは、肉抜き孔４の周方向中心１２と嵌合部の周方向中心１３が概ね一致するように配置されている。一方、図１０に示す回転子鉄心２Ｂでは、嵌合部８が肉抜き孔４の間に位置している。ここで、「嵌合部８が肉抜き孔４の間に位置する」ことの意味ついて、図１０に示す回転子鉄心２の互いに隣り合う肉抜き孔４である肉抜き孔４ｂ、４ｃと、嵌合部８のひとつである嵌合部８ｂを例に取り、説明する。まず、「肉抜き孔４の間」とは、互いに隣り合う肉抜き孔４の間（ここでは、肉抜き孔４ｂと４ｃの間）のことを意味する。そのうえで、「嵌合部８ｂが肉抜き孔４の間に位置する」とは、回転軸心１を通り肉抜き孔４ｂと接する線分４３と肉抜き孔４ｃと接する線分４４で挟まれる角度θ２で示される領域でかつ肉抜き孔４ｂおよび４ｃよりも内周側の領域に、嵌合部８ｂが位置することを意味する。以下においても同様である。
【００３２】
当然ながら、上述の嵌合部８が肉抜き孔４の間に位置する位置関係では、肉抜き孔４の周方向中心１２と嵌合部の周方向中心１３が一致しない。また、嵌合部８の配置の影響だけを調べるため、回転子鉄心２Ａ同様、回転子鉄心２Ｂにおいても、嵌合部８の先端９の曲率半径ｒｃとＲｓ−ΔＲは等しく設定している。
【００３３】
図１１は、回転子鉄心２Ａを用いた回転電機１００と回転子鉄心２Ｂを用いた回転電機１００のそれぞれにおける、遠心力による嵌合部８の圧力変動の周方向依存性を示した図である。縦軸は遠心力による圧力変動を示し、横軸は嵌合部８の先端９の位置を示す。図には、２つの折れ線が描かれており、回転子鉄心２Ａ（白丸を結んだ線）と回転子鉄心２Ｂ（白四角を結んだ線）の嵌合部８の先端９における圧力分布を示している。先端９のほとんどすべての領域において、回転子鉄心２Ｂの圧力分布を示す折れ線のほうが、回転子鉄心２Ａのそれよりも遠心力による圧力変動が高くなっている。このことから、肉抜き孔４の径方向内側に嵌合部８を形成することにより、遠心力による嵌合部８の圧力変動が小さくなることがわかる。なお、先端９の曲率半径ｒｃをＲｓ−ΔＲよりも大きくした第１実施形態の回転子鉄心２においても、上述した比較をした場合、同様の結果が得られている。
【００３４】
〜嵌合部８の肉抜き孔４に対する数について〜
ここでは、嵌合部８の肉抜き孔４に対する数が、シャフト５と当接する嵌合部８の先端９における圧力分布に及ぼす効果について述べる。回転子鉄心２Ａでは、肉抜き孔４と嵌合部８の数が等しく、両者ともに８個である（図４を参考のこと）。後述する図１３（ａ）の説明のため、図９に示す回転子鉄心２Ａが有する８個の等価な嵌合部８のうちの２個に嵌合部８ａ、嵌合部８ｂと符号を付し直した。
【００３５】
図１２に示す回転子鉄心２Ｃでは、嵌合部８と肉抜き孔４の数が異なるものになっている。具体的には、嵌合部８が１０個、肉抜き孔４が８個形成されている。なお、後述する図１３（ｂ）の説明のため、図１２に示す回転子鉄心２Ｃが有する１０個の嵌合部８のうちの３個に嵌合部８ｃ、嵌合部８ｄ、嵌合部８ｅと符号を付し直した。嵌合部８ｃは、全体が肉抜き孔４の径方向内側に位置している。嵌合部８ｄは、Ａ点側の約半分が肉抜き孔４の径方向内側に位置しており、Ｂ点側の約半分が肉抜き孔４の間に位置している。嵌合部８ｅは、全体が肉抜き孔４の間に位置している。以上のような嵌合部８ｃ〜８ｅの非等価性が、シャフト５と当接する嵌合部８の先端９における圧力分布に影響する。詳細は図１３（ｂ）を用いて後述する。
【００３６】
図１３（ａ）は、図９に示す回転子鉄心２Ａを用いた回転電機１００において、シャフト５と当接する、回転子鉄心２の嵌合部８の先端９における圧力分布、およびその圧力分布の嵌合部依存性を示した図である。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部８の先端９の位置を示す。図１３（ａ）には、２本の折れ線が示されている。これは、図９に示す回転子鉄心２Ａの嵌合部８である嵌合部８ａ（白丸を結んだ線）と嵌合部８ｂ（黒丸を結んだ線）の先端９における圧力分布を示している。嵌合部８ａ、嵌合部８ｂのそれぞれの先端９における圧力分布を示す上述の２本の折れ線はほぼ重なり、同様の圧力分布を示すことが分かる。これは、回転子鉄心２Ａの嵌合部８が、肉抜き孔４と数が等しく、かつ、周方向に等間隔に形成されているため、嵌合部８ａと嵌合部８ｂが肉抜き孔４の位置に対して等価となっているからである。
【００３７】
図１３（ｂ）は、図１２に示す回転子鉄心２Ｃを用いた回転電機１００において、シャフト５と当接する、回転子鉄心２の嵌合部８である嵌合部８ｃ、嵌合部８ｄ、嵌合部８ｅのそれぞれの先端９における圧力分布、およびその圧力分布の嵌合部依存性を示した図である。縦軸は圧力を示し、横軸は嵌合部８の先端９の位置を示す。図１３（ｂ）には、３本の折れ線が示されている。これは、図１２に示す回転子鉄心２Ｃの嵌合部８である嵌合部８ｃ（白丸を結んだ線）、嵌合部８ｄ（黒丸を結んだ線）、嵌合部８ｅ（白四角を結んだ線）の先端９における圧力分布を示している。嵌合部８ｃ〜８ｅのそれぞれの先端９における圧力分布を示す上述の３本の折れ線が重なっていないことから、嵌合部８ｃ〜８ｅで圧力分布が等しくないことがわかる。これは、回転子鉄心２Ｃの嵌合部８が、肉抜き孔４と数が異なり、かつ、周方向に等間隔に形成されているためである。
【００３８】
このように、回転子鉄心２Ａでは嵌合部８のそれぞれの間で圧力に差がなく、長期的に信頼性の高い回転子鉄心２とシャフト５の締結が実現される。なお、先端９の曲率半径ｒｃをＲｓ−ΔＲよりも大きくした回転子鉄心である、第１実施形態の回転子鉄心２において、上述した比較をした場合でも、同様の結果が得られている。
【００３９】
上述した「嵌合部８の肉抜き孔４に対する周方向位置が、嵌合部８における圧力変動に及ぼす効果」や、「嵌合部８の肉抜き孔４に対する数が、シャフト５と当接する回転子鉄心２の嵌合部８の先端９における圧力分布に及ぼす効果」は、以下に示す第２実施形態や第３実施形態においても同様に奏することができる。
【００４０】
――第２実施形態――
図１４は、第２実施形態の回転電機１００の回転子２０の回転子鉄心２の嵌合部８付近の径方向断面図である。第２実施形態においても嵌合部８の先端９は円弧であるが、第１実施形態とは異なり、円弧の曲率半径ｒｃは、半径Ｒｓ−ΔＲ（図５、図６を参考のこと）と等しい。すなわち、ｒｃ＝Ｒｓ−ΔＲである。そして、嵌合部８の周方向側面１５に切欠き１４が形成されている。上述のように、先端９の曲率半径ｒｃをＲｓ−ΔＲと等しくした場合、シャフト５と当接する先端９の端部Ａ点とＢ点における圧入による圧力が中点のＣ点より高くなる。そこで、第２実施形態では、先端９の曲率半径ｒｃと半径Ｒｓ−ΔＲを上述のように等しくしたうえで、さらに、切欠き１４を側面１５に設けた。これにより、端部Ａ点とＢ点付近における嵌合部８の剛性が低減されるため、シャフト５の圧入時における端部Ａ点、Ｂ点での圧力上昇が低減される。このように、第２実施形態でも第１実施形態と同様に、シャフト５と当接する回転子鉄心２の嵌合部８の先端９における圧力分布を一様化する効果があり、長期にわたって安定した締結を実現できる。
【００４１】
――第３実施形態――
図１５は、第３実施形態の回転電機１００の回転子２０の嵌合部８付近の径方向断面図である。第３実施形態では、嵌合部８の先端９の形状は円弧ではなく、以下のような条件を満たすスプライン曲線となっている。例えば、図１５のように、先端９を周方向に等間隔に分割する点１６を考え、圧入によって先端９に生じる圧力分布が一様となるように点１６を径方向に移動させる。このようにして配置した点１６を滑らかにつなぐスプライン曲線によって、先端９が形成される。これによって、第３実施形態でも第１実施形態や第２実施形態と同様に、シャフト５と当接する回転子鉄心２の嵌合部８の先端９における圧力分布を一様化する効果を奏し、長期にわたって安定した締結を実現できる。
【００４２】
以上の実施形態においては、回転子鉄心２の嵌合部８や、肉抜き孔４を周方向に等間隔に配置したが、本発明の趣旨に反しない範囲で等間隔でない配置にすることも可能である。
【００４３】
以上の実施形態における回転電機としてモータの例を示したが、本発明は発電機などにおいても適用できる。
【００４４】
以上の説明はあくまで一例であり、発明は、以上の実施形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１…回転軸、  ２…回転子鉄心、  ３…永久磁石の挿入孔、  ４…肉抜き孔、
５…シャフト、  ６…回転子鉄心の中心孔、  
８…回転子鉄心とシャフトの嵌合部、  ９…嵌合部の先端、
１０…半径Ｒｓ−ΔＲの円弧、  １１…回転子鉄心の周方向４５゜分の領域、
１２…肉抜き孔の周方向中心、  １３…嵌合部の周方向中心、
１４…嵌合部側面の切欠き、  １５…嵌合部の側面、  １６…嵌合部先端の分割点、
２０…回転子（ロータ）、  ２１…永久磁石、  ３０…固定子（ステータ）、
３１…ティース、  ３２…スロット、  ３３…巻線、  １００…回転電機、
Ｔ…トルク、  ｆ…摩擦力、  ｒ…圧入時のシャフトの半径、
Ｎ…嵌合部８の数、  μ…静止摩擦係数、  ｐ…圧力、
Ｌ１…嵌合部先端の周方向長さ、  Ｌ２…積厚、  σｙ…降伏応力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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