(57)【要約】【課題】回転子鉄心における磁路を確保しつつ回転電機の軽量化を図る。【解決手段】回転子鉄心３１を備えた回転電機１であって、回転子鉄心３１は、シャフト１０に固定される内周部３２と、内周部３２の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石３０を保持する外周部３３と、内周部３２と外周部３３とを連結する複数の連結部３４とを有し、外周部３３は、軸方向から見た内周形状が、連結部３４が接続される部分に、連結部３４が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部３５を有する形状であり、複数の連結部３４は、軸方向から見た形状が、突出部３５の径方向内側の先端部３５ａから内周部３２に向けて互いの間隔を拡大し内周部３２の接線となるように延びた一対の連結部３４が突出部３５ごとに配置された形状である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心を備えた回転電機であって、
前記回転子鉄心は、
シャフトに固定される内周部と、
前記内周部の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石を保持する外周部と、
前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、を有し、
前記外周部は、
軸方向から見た内周形状が、前記連結部が接続される部分に、前記連結部が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部を有する形状であり、
前記複数の連結部は、
前記軸方向から見た形状が、前記突出部の前記径方向内側の先端部から前記内周部に向けて互いの間隔を拡大し前記内周部の接線となるように延びた一対の前記連結部が、前記突出部ごとに配置された形状である
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記外周部は、
前記軸方向から見た内周形状が、周方向に隣り合う前記突出部の中間位置において前記シャフトの軸心を中心とする内半径が最大となる形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記外周部は、
前記軸方向から見た内周形状が、前記内半径が最大となる部分から前記突出部の前記先端部に向けて前記内半径が徐々に小さくなる形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記外周部は、
前記複数の永久磁石により形成される磁極部と同数の前記突出部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子鉄心は、
同一形状の複数の鋼板を、前記軸方向における一方側の面を表、他方側の面を裏とした状態と、前記軸方向における前記他方側の面を表、前記一方側の面を裏とした状態を含むように、前記軸方向に積層した構成である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記内周部は、
前記シャフトに結合するための結合部を有し、
前記複数の連結部は、
周方向において前記結合部に対応する位置で前記内周部に接続された前記連結部を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記複数の永久磁石は、
前記外周部の外周面上に周方向に等間隔に配置されており、
前記突出部は、
前記周方向における設置範囲が、前記周方向に隣り合う前記永久磁石の周方向中心位置同士の間となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記外周部の前記突出部の前記先端部における前記径方向の肉厚は、前記永久磁石の前記周方向の寸法の半分よりも小さい
ことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記複数の永久磁石は、
前記外周部の前記突出部に対応する領域にそれぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記複数の永久磁石は、
前記軸方向に垂直な方向の断面においてＶ字状に配置された一対の永久磁石を複数組含んでおり、
前記一対の永久磁石は、
前記Ｖ字状の先端が前記突出部の前記先端部の近傍に位置するように配置されている
ことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記外周部は、
前記軸方向から見た内周形状が、周方向に隣り合う前記突出部の中間位置において前記シャフトの軸心を中心とする内半径が最大となる形状であり、
前記外周部の前記内半径が最大となる部分の前記径方向の肉厚は、前記軸方向に垂直な方向の断面における前記一対の永久磁石の片方の前記永久磁石の長手方向の寸法よりも小さい
ことを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外周部、内周部、及び外周部と内周部とを接続する複数のリブ部を残して複数の穴が開けられている回転子鉄心を備えた回転電機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記回転電機において、回転子鉄心における磁路を確保しつつ更なる軽量化を図る場合、装置構成の更なる最適化が要望される。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転子鉄心における磁路を確保しつつ軽量化を図ることが可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転子鉄心を備えた回転電機であって、前記回転子鉄心は、シャフトに固定される内周部と、前記内周部の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石を保持する外周部と、前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、を有し、前記外周部は、軸方向から見た内周形状が、前記連結部が接続される部分に、前記連結部が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部を有する形状であり、前記複数の連結部は、前記軸方向から見た形状が、前記突出部の前記径方向内側の先端部から前記内周部に向けて互いの間隔を拡大し前記内周部の接線となるように延びた一対の前記連結部が、前記突出部ごとに配置された形状である回転電機が適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転子鉄心における磁路を確保しつつ回転電機の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る回転電機の全体構成の一例を表す軸方向断面図である。
【図２】第１実施形態に係る回転電機の全体構成の一例を表す軸方向と直交する横断面図である。
【図３】回転電機の回転子の構成の一例を表す横断面図である。
【図４】永久磁石に段スキューを設ける変形例の回転子の構成の一例を概念的に表す説明図である。
【図５】段スキュー構造の回転子鉄心の製造方法の一例を表す説明図である。
【図６】段スキュー構造の回転子鉄心の製造方法の他の例を表す説明図である。
【図７】第２実施形態の回転電機の全体構成の一例を表す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
＜１．第１実施形態＞
第１実施形態に係る回転電機について説明する。
【００１１】
（１−１．回転電機の全体構成）
図１を参照しつつ、第１実施形態に係る回転電機１の全体構成の一例について説明する。回転電機１は、モータ又は発電機として使用される。
【００１２】
図１に示すように、回転電機１は、固定子２と、回転子３と、フレーム４と、負荷側ブラケット５と、反負荷側ブラケット６と、負荷側軸受７と、反負荷側軸受８と、回転位置検出部９とを有する。
【００１３】
固定子２は、筒状のフレーム４の内周に設けられる。固定子２は、環状の固定子ヨーク２１と、固定子ヨーク２１の内側に設けられた固定子鉄心２２と、複数の固定子巻線２５とを備える。固定子２の反負荷側には、反負荷側ブラケット６内に、複数の固定子巻線２５を結線処理するための結線部１２が設けられている。
【００１４】
回転子３は、シャフト１０と、シャフト１０の外周に設けられた回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１に配置された複数の永久磁石３０とを有する。回転子鉄心３１は、固定子２と径方向に対向するように配置される。
【００１５】
負荷側ブラケット５は、フレーム４の負荷側（図１中右側）に設けられ、反負荷側ブラケット６は、フレーム４の反負荷側（図１中左側）に設けられる。負荷側軸受７は、負荷側ブラケット５に設けられ、反負荷側軸受８は、反負荷側ブラケット６に設けられる。シャフト１０は、負荷側軸受７と反負荷側軸受８により、軸心ＡＸ周りに回転自在に支持されている。負荷側ブラケット５には、負荷側軸受７の負荷側の表面を覆う防塵カバー１３が取り付けられている。
【００１６】
回転位置検出部９は、反負荷側ブラケット６の反負荷側に設けられ、回転子３の回転位置を検出する。
【００１７】
シャフト１０は、軽量化のために中空構造となっている。図１に示す例では、シャフト１０は、複数（図示の例では４つ）の中空円筒体、すなわち中空円筒体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを焼き嵌め等で軸方向に連結することにより構成されている。中空円筒体１０ｂには負荷側プレート１５が、中空円筒体１０ｄには反負荷側プレート１６が固定されている。回転子鉄心３１は、負荷側プレート１５及び反負荷側プレート１６によって軸方向の移動を規制されている。なお、シャフト１０を中実構造としてもよい。
【００１８】
なお、本明細書において「負荷側」とは回転電機１に対して負荷が取り付けられる方向、すなわちこの例ではシャフト１０が突出する方向（図１中右側）を指し、「反負荷側」とは負荷側の反対方向、すなわちこの例では回転電機１に対して回転位置検出部９が配置される方向（図１中左側）を指す。
【００１９】
（１−２．固定子の構成）
図２を参照しつつ、固定子２の構成の一例について説明する。
【００２０】
図２に示すように、固定子２は、フレーム４の内周面に沿って設けられた環状の固定子ヨーク２１と、固定子ヨーク２１の内側に設けられた固定子鉄心２２とを備える。固定子鉄心２２は、放射状に配置された複数（図示の例では１２）のティース２３を有する。複数のティース２３には複数の固定子巻線２５が巻回され、巻回された複数の固定子巻線２５は、周方向に隣り合うティース２３，２３と固定子ヨーク２１との間に形成された複数（図示の例では１２）のスロット２６に収容される。固定子ヨーク２１と固定子鉄心２２とは、複数のボルト２４によって固定されている。ボルト２４は、反負荷側から固定子鉄心２２のティース２３と固定子ヨーク２１を貫通して負荷側ブラケット５に締結されている。
【００２１】
なお、本明細書において「周方向」はシャフト１０の軸心ＡＸを中心とする周方向であり、シャフト１０の回転方向とも言うことができる。
【００２２】
回転電機１は、図２に示す例では１２のティース２３（すなわち１２のスロット２６）に対し１０の永久磁石３０が配置された、いわゆる１０ポール１２スロット（１０Ｐ１２Ｓ）のスロットコンビネーションとなっているが、その他のスロットコンビネーションとしてもよい。
【００２３】
（１−３．回転子の構成）
図３を参照しつつ、回転子３の構成の一例について説明する。
【００２４】
図３に示すように、回転子３は、シャフト１０の外周部に固定された略円筒状の回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１に配置された複数の永久磁石３０とを備える。
【００２５】
回転子鉄心３１は、シャフト１０に固定される内周部３２と、内周部３２の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石３０を保持する外周部３３と、内周部３２と外周部３３とを連結する複数の連結部３４とを有する。連結部３４は、回転子鉄心３１の内周部３２と外周部３３との間の領域に、複数種類の形状の空隙３８が形成されることによって形成されている。
【００２６】
外周部３３は、軸方向から見た内周形状が、連結部３４が接続される部分に、連結部３４が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部３５を有する形状である。なお、ここでいう「内周形状」とは、略円筒形状である外周部３３の内周面の形状、言い換えると外周部３３の径方向内側の凹凸のある表面の形状である。また、「連結部３４が接続される部分」とは、外周部３３の内周面のうち一対の連結部３４（各突出部３５から内周部３２に拡開状に延びる一対の連結部３４）が接続される接続箇所近傍の部分であり、本実施形態では突出部３５の周方向における設置範囲θ１に対応する部分である。また、「連結部３４が接続されない部分」とは、外周部３３の内周面のうち一対の連結部３４が接続される接続箇所と接続箇所の間の部分であり、本実施形態では周方向に隣り合う突出部３５と突出部３５の間の角度範囲θ２に対応する部分である。
【００２７】
また、外周部３３の内周形状は、周方向に隣り合う突出部３５の中間位置（上記角度範囲θ２の中央位置。後述する永久磁石３０の周方向中心位置Ｐ１と略同じ位置）において、シャフト１０の軸心ＡＸを中心とする内半径ｒが最大となる。言い換えると、外周部３３は上記中間位置において径方向の肉厚が最小となる。以下、外周部３３のうち肉厚が最小となる部分（上記角度範囲θ２に対応する部分）を薄肉部３６という。
【００２８】
突出部３５の形状は、薄肉部３６の内周面から当該突出部３５の径方向内側の先端部３５ａに向けて内半径ｒが徐々に小さくなる形状である。本実施形態では、突出部３５の軸方向から見た形状は略三角形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば台形状や円弧状に膨らんだ形状等、他の形状としてもよい。
【００２９】
また、周方向に隣り合う突出部３５と突出部３５の間に形成される内周面の凹部形状も、本実施形態のように台形状に限定されるものではなく、例えば三角形状や円弧状等の他の形状としてもよい。本実施形態では、凹部形状が台形状であることで肉厚が略一定の薄肉部３６が形成されているが、凹部形状が例えば三角形状や円弧状等の場合には肉厚が一定の部分がない形状とも言うことができる。
【００３０】
外周部３３の円筒状の外周面３３ａには、複数（図示の例では１０）の永久磁石３０が周方向に等間隔に配置されている。本実施形態では、回転子鉄心３１が外周部３３の外周面３３ａに永久磁石３０を収容する複数の磁石収容部２９を有しており、各永久磁石３０は磁石収容部２９にそれぞれ収容されている。なお、磁石収容部２９を設けずに、永久磁石３０を外周部３３の外周面３３ａに接着固定する構成としてもよい。磁石収容部２９に収容された複数の永久磁石３０により、回転子鉄心３１の外周に周方向に交互に極性（Ｎ極とＳ極）の異なる複数（図示の例では１０）の磁極部３７が形成される。
【００３１】
なお、本明細書において「等間隔」は厳密な意味ではなく、設計上、製造上の公差、誤差等が許容される。すなわち、「実質的に等間隔」という意味である。
【００３２】
突出部３５の数は、複数の永久磁石３０により形成される上記磁極部３７と同数である。すなわち、本実施形態では突出部３５と永久磁石３０が同数である。各突出部３５は、周方向における設置範囲θ１が、周方向に隣り合う永久磁石３０の周方向中心位置Ｐ１同士の間となるように配置されている。言い換えると、設置範囲θ１は周方向における永久磁石３０の配置ピッチよりも小さくなっている。また、各突出部３５の外周面３３ａからの突出量、言い換えると外周部３３の突出部３５の先端部３５ａにおける径方向の肉厚ｔ１は、永久磁石３０の周方向の寸法Ｌ１の半分（Ｌ１／２）よりも小さくなっている（ｔ１＜Ｌ１／２）。
【００３３】
複数の連結部３４は、軸方向から見た形状が、突出部３５の先端部３５ａから内周部３２に向けて互いの間隔を拡大するように延びた一対の連結部３４が、突出部３５ごとに配置された形状である。一対の連結部３４は周方向に対称な形状であり、また各突出部３５に対応する一対の連結部３４同士は周方向に一部クロスするように配置されている。
【００３４】
各連結部３４は、内周部３２に対し略接線方向に接続されている。このため、連結部３４には回転する回転子鉄心３１の回転トルクによる圧縮荷重や曲げ荷重が作用しない。そして、回転子鉄心３１の一方向の回転に対し、一対の連結部３４のうちの回転方向上流側で内周部３２に接続される連結部３４は、一方向に回転する回転子鉄心３１の回転トルクによる引っ張り荷重を支持するので、回転子鉄心３１の一方向回転に対し機械強度的に耐える強度を確保することができる。同様に、回転子鉄心３１の他方向の回転に対し、一対の連結部３４のうちの回転方向上流側で内周部３２に接続される連結部３４は、他方向に回転する回転子鉄心３１の回転トルクによる引っ張り荷重を支持するので、回転子鉄心３１の他方向回転に対し機械強度的に耐える強度を確保することができる。すなわち、回転子鉄心３１は機械強度的に双方向の回転に耐えることができる。
【００３５】
内周部３２は、内周面に径方向内側に突出した複数（図示の例では５）のキー３９（結合部の一例に相当）を有する。内周部３２は、キー３９がシャフト１０の外周面に形成されたキー溝１４に嵌合することによって、シャフト１０に相対回転不能に結合される。複数の連結部３４のうちの一部の連結部３４は、周方向においてキー３９に対応する位置で内周部３２に接続されている。
【００３６】
回転子鉄心３１は、同一形状の複数の鋼板４０を軸方向に積層して構成されている。各鋼板４０は、表裏反対向きとしても同一形状となるように構成されている。言い換えると、軸方向における一方側の面を表、他方側の面を裏とした状態と、軸方向における他方側の面を表、一方側の面を裏とした状態とで、同一形状となるように構成されている。なお、本明細書において形状や寸法、大きさ等が「同一」とは、厳密な意味ではなく、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」という意味である。
【００３７】
（１−４．第１実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態の回転電機１は、回転子鉄心３１を備え、回転子鉄心３１は、シャフト１０に固定される内周部３２と、内周部３２の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石３０を保持する外周部３３と、内周部３２と外周部３３とを連結する複数の連結部３４とを有する。外周部３３は、軸方向から見た内周形状が、連結部３４が接続される部分に、連結部３４が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部３５を有する形状である。これにより、次の効果を奏する。
【００３８】
すなわち、外周部３３が突出部３５を有することにより、突出部３５内に各磁極部３７間の磁路Ｆ（図３参照）を確保することができる。その上で、突出部３５と突出部３５の間については凹部として例えば外周部３５の円筒度を維持するのに必要な機械強度的に可能な範囲で肉厚を薄くすることで、回転子鉄心３１を最大限に肉抜きすることが可能である。その結果、回転子鉄心３１における磁路を確保しつつ最大限に軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、複数の連結部３４は、軸方向から見た形状が、突出部３５の径方向内側の先端部３５ａから内周部３２に向けて互いの間隔を拡大し内周部３２の接線となるように延びた一対の連結部３４が突出部３５ごとに配置された形状である。これにより、連結部３４は機械強度的に双方向の回転に耐えることが可能となるので、双方向の駆動に対応可能な軽量化した回転電機１を実現できる。
【００４０】
また、本実施形態では特に、外周部３３は、軸方向から見た内周形状が、周方向に隣り合う突出部３５の中間位置において内半径ｒが最大となる形状である。これにより、周方向に隣り合う突出部３５の中間位置については、磁路Ｆが形成されない部分として、機械的強度を確保できる範囲内で最大限の肉抜きをすることが可能となる。したがって、更なる軽量化を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態では特に、外周部３３は、軸方向から見た内周形状が、内半径ｒが最大となる薄肉部３６から突出部３５の先端部３５ａに向けて内半径が徐々に小さくなる形状である。これにより、外周部３３において局所的に応力集中が生じるのを抑制できるので、機械的強度や耐久性を向上できる。また、外周部３３内における磁束の流れを円滑にする効果もある。
【００４２】
また、本実施形態では特に、外周部３３は、複数の永久磁石３０により形成される磁極部３７と同数の突出部３５を有することにより、各突出部３５を磁極部３７（永久磁石３０）と磁極部３７（永久磁石３０）の間にそれぞれ配置して磁路Ｆを形成することができる。したがって、突出部３５を有効活用できる。
【００４３】
また、本実施形態では特に、内周部３２は、シャフト１０に結合するためのキー３９を有し、複数の連結部３４は、周方向においてキー３９に対応する位置で内周部３２に接続された連結部３４を含む。これにより、連結部３４の引っ張り力が内周部３２に作用する部位（連結部３４と内周部３２の接続部）の周方向位置と、内周部３２の回転力をシャフト１０に伝達するキー３９の部位の周方向位置とを、概略一致させることができる。これにより、回転子鉄心３１の機械的強度を向上できると共に、回転子鉄心３１の回転力をシャフト１０に効率良く伝達することができる。
【００４４】
また、本実施形態では特に、複数の永久磁石３０は、外周部３３の外周面３３ａ上に周方向に等間隔に配置されており、突出部３５は、周方向における設置範囲θ１が、周方向に隣り合う永久磁石３０の周方向中心位置Ｐ１同士の間となるように配置されている。これにより、周方向に隣り合う磁極部３７（永久磁石３０）と磁極部３７（永久磁石３０）の間の磁路Ｆを各突出部３５内に形成することができる。したがって、回転子鉄心３１における磁路Ｆを確保できる。
【００４５】
また、本実施形態では特に、外周部３３の突出部３５の先端部３５ａにおける径方向の肉厚ｔ１は、永久磁石３０の周方向の寸法Ｌ１の半分よりも小さい。これにより、次の効果を奏する。
【００４６】
すなわち、一般に電磁鋼板等で構成される回転子鉄心３１における最大磁束密度は永久磁石３０における最大磁束密度よりも大きい。このため、上記構成とすることで、突出部３５における磁束密度を永久磁石３０よりも増大させて、突出部３５の体積を永久磁石３０の磁路Ｆを確保できる範囲内で最小限とすることができる。これにより、更なる軽量化が可能となる。
【００４７】
（１−５．第１実施形態の変形例）
なお、以上説明した第１実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
【００４８】
（１−５−１．回転子における永久磁石の段スキュー）
例えば、図４に示すように、磁極部３７（永久磁石３０）に段スキューを設ける構成としてもよい。
【００４９】
図４に示すように、本変形例に係る回転子３Ａの回転子鉄心３１Ａは、所定の枚数の鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心部３１Ａ１〜３１Ａ４を軸方向に複数段（この例では４段）積層して構成されている。回転子鉄心部３１Ａ１〜３１Ａ４の外周に形成された永久磁石３０による磁極部３７は、１段目、３段目（奇数段）の回転子鉄心部３１Ａ１，３１Ａ３と２段目、４段目（偶数段）の回転子鉄心部３１Ａ２，３１Ａ４とで周方向にθ３ずれている。
【００５０】
なお、回転子鉄心部の積層段数は４以外でもよく、また偶数でも奇数でもよい。積層段数が奇数の場合は、各回転子鉄心部の軸方向寸法が同一ではなく、適宜の寸法に設定される。
【００５１】
本変形例の回転子３Ａを備えた図示しない回転電機１が、上記実施形態の回転電機１と同様に例えば１０ポール１２スロット（１０Ｐ１２Ｓ）のスロットコンビネーションである場合、回転子３Ａの回転により周期６°のコギングトルクが発生する。この場合、上記θ３を半周期（３°）とすることにより、奇数段の回転子鉄心部３１Ａ１，３１Ａ３の周期６°のコギングトルクと偶数段の回転子鉄心部３１Ａ２，３１Ａ４の周期６°のコギングトルクとが打ち消される。これにより、回転電機１のコギングトルクを低減できる。
【００５２】
（１−５−２．段スキュー構造の回転子鉄心の製造方法の一例）
図５を参照しつつ、上記段スキュー構造の回転子鉄心３１Ａの製造方法の一例について説明する。
【００５３】
図５に示すように、回転子鉄心３１Ａを構成する鋼板４１は、上記実施形態の回転子鉄心３１を構成する鋼板４０と概略同様の構成を有する。但し、鋼板４０では、キー３９の周方向中心位置Ｐ２と周方向に隣り合う２つの永久磁石３０（磁石収容部２９）間の周方向中心位置Ｐ３とが一致していたのに対し、本変形例の鋼板４１では、中心位置Ｐ２，Ｐ３がθ３の半分（θ３／２）ずれている。
【００５４】
この鋼板４１の軸方向における表裏を裏返し、裏返した鋼板４１と裏返さない鋼板４１との中心位置Ｐ２を一致させると、双方の鋼板４１の間で中心位置Ｐ３がθ３ずれることになる。したがって、鋼板４１を、軸方向における一方側の面を表、他方側の面を裏とした裏返さない状態で軸方向に積層して回転子鉄心部３１Ａ１，３１Ａ３を構成する。また、鋼板４１を、軸方向における他方側の面を表、一方側の面を裏とした裏返した状態で軸方向に積層して回転子鉄心部３１Ａ２，３１Ａ４を構成する。そして、これら回転子鉄心部３１Ａ１〜３１Ａ４を軸方向に積層することで、段スキュー構造の回転子鉄心３１Ａが得られる。
【００５５】
（１−５−３．段スキュー構造の回転子鉄心の製造方法の他の例）
図６を参照しつつ、上記段スキュー構造の回転子鉄心３１Ａの製造方法の他の例について説明する。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、回転子鉄心３１Ａを構成する鋼板４２は、上記実施形態の双方向回転に対応した形状の鋼板４０とは異なり、一方向回転に対応した形状である。すなわち、鋼板４２では、外周部３３の各突出部３５に対し、一対の連結部３４うちの周方向一方側の連結部３４のみが接続されている。また、鋼板４２では、上記鋼板４１と同様に、キー３９の周方向中心位置Ｐ２と周方向に隣り合う２つの永久磁石３０（磁石収容部２９）間の周方向中心位置Ｐ３とが、中心位置Ｐ２，Ｐ３がθ３の半分（θ３／２）ずれている。
【００５７】
図６（ａ）に、上記鋼板４２を軸方向に裏返さない状態を示す。また図６（ｂ）に、上記鋼板４２を軸方向に裏返した状態を示す。裏返した鋼板４２と裏返さない鋼板４２との中心位置Ｐ２を一致させると、双方の鋼板４２の間で中心位置Ｐ３がθ３ずれることになる。したがって、鋼板４２を、軸方向における一方側の面を表、他方側の面を裏とした裏返さない状態で軸方向に積層して回転子鉄心部３１Ａ１，３１Ａ３を構成する。また、鋼板４２を、軸方向における他方側の面を表、一方側の面を裏とした裏返した状態で軸方向に積層して回転子鉄心部３１Ａ２，３１Ａ４を構成する。そして、これら回転子鉄心部３１Ａ１〜３１Ａ４を軸方向に積層することで、段スキュー構造の回転子鉄心３１Ａが得られる。
【００５８】
図６（ｃ）に、このようにして得られた回転子鉄心３１Ａの軸方向から見た形状を示す。図６（ｃ）に示すように、一方向回転に対応した形状の鋼板４２が所定枚数ごとに軸方向に表裏反対にして積層されることで、回転子鉄心３１Ａの軸方向から見た形状は上記実施形態の回転子鉄心３１と同様の形状となり、双方向回転に対応した回転子鉄心を構成することができる。
【００５９】
以上説明した変形例の回転子鉄心３１Ａは、同一形状の複数の鋼板４２を、軸方向における一方側の面を表、他方側の面を裏とした状態と、軸方向における他方側の面を表、一方側の面を裏とした状態を含むように、軸方向に積層した構成である。
【００６０】
これにより、連結部３４が一方向の回転にのみ対応した形状の鋼板４２を、所定数積層するごとに表裏を反対にして交互に積層することで、双方向の駆動に対応可能な回転電機１を実現できる。また、連結部３４が双方向の回転に対応した形状の鋼板４０，４１を積層した場合に比べて、連結部３４の体積を減少できるので、更なる軽量化が可能である。さらに、表裏を反対にする箇所で永久磁石３０を段スキューさせる構造とすることができるので、コギングトルクを低減することができる。
【００６１】
＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る回転電機について説明する。本実施形態の回転電機１は、図示しない固定子と、回転子３Ｂとを備える。
【００６２】
（２−１．回転子の構成＞
図７を参照しつつ、回転子３Ｂの構成の一例について説明する。
【００６３】
図７に示すように、回転子３Ｂは、中実構造のシャフト６０に固定された略円筒状の回転子鉄心５１と、回転子鉄心５１に配置された複数の永久磁石７０とを備える。
【００６４】
回転子鉄心５１は、シャフト６０に固定される内周部５２と、内周部５２の径方向外側に同心状に配置され、複数の永久磁石７０を保持する外周部５３と、内周部５２と外周部５３とを連結する複数の連結部５４とを有する。連結部５４は、回転子鉄心５１の内周部５２と外周部５３との間の領域に、複数種類の形状の空隙５８が形成されることによって形成されている。
【００６５】
外周部５３は、軸方向から見た内周形状が、連結部５４が接続される部分に、連結部５４が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部５５を有する形状である。なお、ここでいう「内周形状」とは、略円筒形状である外周部５３の内周面の形状、言い換えると外周部５３の径方向内側の凹凸のある表面の形状である。また、「連結部５４が接続される部分」とは、外周部５３の内周面のうち一対の連結部５４（各突出部５５から内周部５２に拡開状に延びる一対の連結部５４）が接続される接続箇所近傍の部分であり、本実施形態では略Ｖ字状に配置された一対の永久磁石７０，７０の周方向における設置範囲θ４に対応する部分である。また、「連結部５４が接続されない部分」とは、外周部５３の内周面のうち一対の連結部５４が接続される接続箇所と接続箇所の間の部分であり、本実施形態では周方向に隣り合う一対の永久磁石７０，７０と一対の永久磁石７０，７０との間の角度範囲θ５に対応する部分である。
【００６６】
また、外周部５３の内周形状は、周方向に隣り合う突出部５５の中間位置（角度範囲θ５の中央位置）において、シャフト６０の軸心ＡＸを中心とする内半径ｒが最大となる。また外周部５３の外周面５３ａには、周方向に隣り合う突出部５５の中間位置に凹部５３ｂが形成されている。これにより、外周部５３は上記中間位置において径方向の肉厚が最小となる。以下、外周部５３のうち肉厚が最小となる部分を薄肉部５６という。
【００６７】
突出部５５の形状は、薄肉部５６の内周面から当該突出部５５の径方向内側の先端部５５ａに向けて内半径ｒが徐々に小さくなる形状である。本実施形態では、突出部５５の軸方向から見た形状は略円弧状に膨らんだ形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば三角形状や台形状等、他の形状としてもよい。
【００６８】
また、周方向に隣り合う突出部５５と突出部５５の間に形成される内周面の凹部形状も、本実施形態のように円弧状に限定されるものではなく、例えば三角形状や台形状等の他の形状としてもよい。本実施形態では、凹部形状が円弧形状であることで、突出部５５と突出部５５の間に肉厚が一定の部分がない形状とも言うことができる。
【００６９】
外周部５３の突出部５５に対応する領域には、永久磁石７０が配置されている。すなわち、外周部５３の内部の突出部５５に対応する領域には磁石装着用穴部６１が形成されており、各永久磁石７０は磁石装着用穴部６１にそれぞれ埋め込まれている。複数の永久磁石７０は、軸方向に垂直な方向の断面において略Ｖ字状に配置された一対の永久磁石７０を複数組含んでいる。各組の一対の永久磁石７０は、径方向内側に向けて互いの間隔が小さくなり、突出部５５の先端部５５ａ近傍で端部同士が最も近接するように配置されている。言い換えると、一対の永久磁石７０は、Ｖ字状の先端が突出部５５の先端部５５ａの近傍に位置するように配置されている。また、一対の永久磁石７０は、Ｎ極又はＳ極の同極の磁極同士が向かい合うように配置される。複数組の永久磁石７０は、向かい合う磁極の極性（Ｎ極とＳ極）が周方向に交互に異なるように、外周部５３に周方向に等間隔に配置される。これにより、外周部５３の外周面５３ａに周方向に交互に極性の異なる複数（図示の例では１６）の磁極部５７が形成される。
【００７０】
突出部５５の数は、複数の永久磁石７０により形成される磁極部５７と同数である。また、薄肉部５６の径方向の肉厚ｔ２は、軸方向に垂直な方向の断面における一対の永久磁石７０の片方の永久磁石７０の長手方向の寸法Ｌ２よりも小さくなっている（ｔ２＜Ｌ２）。
【００７１】
複数の連結部５４は、軸方向から見た形状が、突出部５５の先端部５５ａから内周部５２に向けて互いの間隔を拡大するように延びた一対の連結部５４が、突出部５５ごとに配置された形状である。一対の連結部５４は周方向に対称な形状であり、内周部５２に対し略接線方向に接続されている。したがって、回転子鉄心５１は機械強度的に双方向の回転に耐えることができる。また、各突出部５５に対応する一対の連結部５４同士は、周方向に一部クロスするように配置されている。
【００７２】
内周部５２には、周方向に沿って複数（図示の例では８つ）のボルト穴５９（結合部の一例に相当）が形成されている。シャフト６０には、回転子鉄心５１を軸方向両側から挟むように図示しないフランジ部が設けられている。内周部５２は、ボルト穴５９に挿通された図示しないボルトがフランジ部に締結されることにより、シャフト１０の外周面に相対回転不能に固定される。複数の連結部５４のうちの一部の連結部５４は、周方向においてボルト穴５９に対応する位置で内周部５２に接続されている。
【００７３】
回転子鉄心５１は、同一形状の複数の鋼板５０を軸方向に積層して構成されている。各鋼板５０は、表裏反対向きとしても同一形状となるように構成されている。
【００７４】
（２−２．第２実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態の回転電機１では、外周部５３の軸方向から見た内周形状が、連結部５４が接続される部分に連結部５４が接続されない部分よりも径方向内側に突出した突出部５５を有する形状となっている。これにより、突出部５５内に永久磁石７０を配置することが可能となり、突出部５５を有効活用できる。その上で、突出部５５と突出部５５の間については凹部として機械強度的に可能な範囲且つ磁路Ｆを確保可能な範囲で肉厚を薄くすることで、回転子鉄心５１を最大限に肉抜きすることが可能である。その結果、回転子鉄心５１における磁路を確保しつつ最大限に軽量化を図ることができる。
【００７５】
また、本実施形態では特に、外周部５３は、軸方向から見た内周形状が、周方向に隣り合う突出部５５の中間位置において内半径ｒが最大となる形状である。これにより、周方向に隣り合う突出部５５の中間位置については、磁路Ｆが形成される部分として、機械的強度を確保でき、且つ、突出部５５内に配置される永久磁石７０の磁路Ｆを確保できる範囲内で最大限の肉抜きをすることが可能となる。したがって、更なる軽量化を図ることができる。
【００７６】
また、本実施形態では特に、外周部５３は、軸方向から見た内周形状が、内半径ｒが最大となる薄肉部５６から突出部５５の先端部５５ａに向けて内半径ｒが徐々に小さくなる形状である。これにより、外周部５３において局所的に応力集中が生じるのを抑制できるので、機械的強度や耐久性を向上できる。また、外周部５３内における磁束の流れを円滑にする効果もある。
【００７７】
また、本実施形態では特に、外周部５３は、複数の永久磁石７０により形成される磁極部５７と同数の突出部５５を有する。これにより、各突出部５５内に磁極部５７を形成する一対の永久磁石７０をそれぞれ配置することができる。したがって、突出部５５を有効活用できる。
【００７８】
また、本実施形態では特に、内周部５２は、シャフト６０に結合するためのボルト穴５９を有し、複数の連結部５４は、周方向においてボルト穴５９に対応する位置で内周部５２に接続された連結部５４を含む。これにより、連結部５４の引っ張り力が内周部５２に作用する部位（連結部５４と内周部５２の接続部）の周方向位置と、内周部５２の回転力をシャフト６０に伝達するボルト穴５９の周方向位置とを、概略一致させることができる。これにより、回転子鉄心５１の機械的強度を向上できると共に、回転子鉄心５１の回転力をシャフト６０に効率良く伝達することができる。
【００７９】
また、本実施形態では特に、複数の永久磁石７０は、外周部５３の突出部５５に対応する領域にそれぞれ配置されている。これにより、突出部５５を永久磁石７０の配置スペースとして有効活用しつつ、ＩＰＭ型の回転電機１を実現できる。
【００８０】
また、本実施形態では特に、複数の永久磁石７０は、軸方向に垂直な方向の断面においてＶ字状に配置された一対の永久磁石７０を複数組含んでおり、一対の永久磁石７０は、Ｖ字状の先端が突出部５５の先端部５５ａの近傍に位置するように配置されている。これにより、次の効果を奏する。
【００８１】
すなわち、永久磁石７０のＶ字状配置により、各磁極部５７における磁束の集中効果を高めることができる。また、一対の永久磁石７０がＶ字状の先端が突出部５５の先端部５５ａの近傍に位置するように配置されるので、突出部５５の体積を一対の永久磁石７０の設置スペースを確保できる範囲内で最小限とすることが可能である。これにより、更なる軽量化が可能となる。
【００８２】
また、本実施形態では特に、外周部５３の薄肉部５６の径方向の肉厚ｔ２は、軸方向に垂直な方向の断面における一対の永久磁石７０の片方の永久磁石７０の長手方向の寸法Ｌ２よりも小さい。これにより、次の効果を奏する。
【００８３】
すなわち、一般に電磁鋼板等で構成される回転子鉄心５１における最大磁束密度は永久磁石７０における最大磁束密度よりも大きい。このため、上記構成とすることで、薄肉部５６における磁束密度を永久磁石７０よりも増大させて、周方向に隣り合う突出部５５と突出部５５の間の体積を永久磁石７０の磁路Ｆを確保できる範囲内で最小限とすることが可能である。これにより、更なる軽量化が可能となる。
【００８４】
（２−３．第２実施形態の変形例）
以上説明した第２実施形態の回転子３Ｂについても、上記第１実施形態の変形例と同様に、磁極部５７（永久磁石７０）に段スキューを設ける構成とすることが可能である。この場合、鋼板５０においてボルト穴５９の周方向中心位置と磁極部５７の周方向中心位置を前述のθ３の半分（θ３／２）だけずらした構成とすればよい。また、上記第１実施形態の変形例と同様に、双方向回転に対応した形状の鋼板（図示省略）を積層する方法と、一方向回転に対応した形状の鋼板（図示省略）を所定枚数ごとに表裏反対にして積層する方法とで、段スキュー構造の回転子鉄心（図示省略）を得ることができる。
【００８５】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００８６】
その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１            回転電機
１０          シャフト
３０          永久磁石
３１          回転子鉄心
３１Ａ        回転子鉄心
３２          内周部
３３          外周部
３３ａ        外周面
３４          連結部
３５          突出部
３５ａ        先端部
３６          薄肉部
３７          磁極部
３９          キー（結合部の一例）
４０          鋼板
４１          鋼板
４２          鋼板
５０          鋼板
５１          回転子鉄心
５２          内周部
５３          外周部
５４          連結部
５５          突出部
５５ａ        先端部
５６          薄肉部
５７          磁極部
５９          ボルト穴（結合部の一例）
６０          シャフト
７０          永久磁石
Ｌ１          周方向の寸法
Ｌ２          長手方向の寸法
Ｐ            周方向中心位置
ｒ            内半径
ｔ１          径方向の肉厚
ｔ２          径方向の肉厚
θ１          設置範囲
【図１】
2017093059.tif 000003
【図２】
2017093059.tif 000004
【図３】
2017093059.tif 000005
【図４】
2017093059.tif 000006
【図５】
2017093059.tif 000007
【図６】
2017093059.tif 000008
【図７】
2017093059.tif 000009