JP2009100490A - 回転機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、分割されたティースと回転軸との係合構造を工夫し、ティースと回転軸との係合強度を遠心力に対する十分な強度に保つことができ、かつティースを回転軸に簡易に組み付けできる回転機の回転子およびその製造方法を得る。
【解決手段】第１及び第２分割鉄心２１，２８が、係合溝部を係合突起に嵌合させて軸方向および径方向の移動を規制され、かつ周方向に移動可能に、回転軸２の第２軸部４の外周面に圧接状態で周方向に隣接して配設されている。第３分割鉄心３６が、締結部３７の内径側の膨出部３７ａを、第１空間に嵌合させ、かつ第２分割鉄心２８の締結部２９に形成された嵌合凹部３３に嵌合させて径方向および周方向の移動を規制されて、第２分割鉄心２８間に軸方向移動可能に配設されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば車載用の発電電動機などの回転機およびその製造方法に関し、特に界磁巻線が回転子鉄心に巻装された回転子構造およびその製造方法に関するものである。

例えば、界磁巻線を有する発電電動機は、車両に搭載され、エンジン始動時には、始動電動機として動作し、エンジン駆動中は発電機として動作する。始動電動機として使用する場合には、エンジンを瞬時に再始動させるために、高トルク、高出力が求められる。そして、高トルクを得る手段としては、界磁巻線の占積率を上げることが考えられる。つまり、界磁巻線の占積率を上げることは、界磁巻線の低抵抗化につながり、電源電圧一定の条件下で界磁電流値を増やすことが可能となり、回転子の起磁力が上がり、高出力、高トルクが得られる。

従来の電動機では、回転子鉄心は界磁巻線が巻装されるティース毎に分割構成され、分割されたティースは、回転子の径方向内側に突出した係合凸部を持つ第１ティースと、第１ティースの係合凸部が係合される嵌合凹部を持つ第２ティースとからなり、界磁巻線が巻装された第１および第２ティースを、係合凸部と嵌合凹部とを係合させつつ回転子の円周方向に沿って等角度間隔に交互に配列している（例えば、特許文献１参照）。この従来の電動機では、界磁巻線を組立前の第１および第２ティースのそれぞれに巻装できるので、界磁巻線を巻装しやすくなり、界磁巻線の占積率を高めることができる。

特開２００３−１３４７０８号公報

しかしながら、従来の電動機では、第１および第２ティースは、延出方向を径方向内方とする係合突起と溝深さ方向を径方向内方とする嵌合凹部との係合により固着されているので、径方向外側への所定の引き抜き力が係合突起を有する第１ティースに作用すると、第１ティースは引き抜かれてしまう。
この種の回転機においては、回転子に作用する遠心力は、半径比で大きくなることから、従来の電動機における回転子構造では、遠心力に対する十分な強度を保つことができず、大型の回転機には適用できなかった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、回転子鉄心を構成する分割鉄心と回転軸との係合構造を工夫し、分割鉄心と回転軸との係合強度を遠心力に対する十分な強度に保つことができ、かつ分割鉄心を回転軸に簡易に組立／分解できる回転機およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転機は、回転軸と、上記回転軸に固着された基部および該基部から放射状に、かつ等角度間隔で延設された複数のティース部を有する回転子鉄心と、上記複数のティース部のそれぞれに巻装された界磁巻線と、を有する回転子と、内径側に開口するスロットが周方向に複数配設され、上記回転子鉄心を囲繞するように配置された円筒状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に巻装された固定子巻線と、を有する固定子と、を備える。上記回転軸は、円柱状の軸部、および該軸部から一体に径方向外方に延出し、かつ周方向に延設され、周方向幅が径方向内方に漸次狭くなる楔状の第１空間が軸方向に穿設された係合突起から構成され、上記回転子鉄心は、上記ティース部、および上記基部を上記ティース部毎に周方向に分割された締結部からなる複数の分割鉄心から構成されている。上記複数の分割鉄心のなかの１つの分割鉄心の締結部の内径側が、上記第１空間の内形形状に適合する外形形状に作製され、上記複数の分割鉄心の残る分割鉄心の締結部の内径側が、上記第１空間の内形形状より小さい外形形状に作製され、上記係合突起に外嵌状態に嵌合される係合溝部が、上記残る分割鉄心のそれぞれの締結部に周方向に穿設されている。そして、上記残る分割鉄心が、軸方向および径方向の移動を規制され、かつ周方向に移動して、上記係合溝部を上記係合突起に嵌合させて、上記軸部の外周面に圧接状態で周方向に隣接して配設され、上記１つの分割鉄心が、径方向および周方向の移動を規制され、かつ軸方向に移動して、上記締結部の内径側を、上記第１空間に嵌合させ、かつ上記残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心の締結部に形成された嵌合凹部に嵌合させて、上記残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心間に配設されている。

この発明によれば、１つの分割鉄心が、締結部の内径側を、第１空間に嵌合させ、かつ残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心の締結部に形成された嵌合凹部に嵌合させて径方向および周方向の移動を規制されて、残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心間に軸方向移動可能に配設されている。そこで、回転軸に組み付けられた分割鉄心は径方向外方への引き抜き不能となり、回転子の大径化に伴う遠心力の増加に耐える十分な結合強度が得られる。

また、残る分割鉄心の締結部の内径側が第１空間より小さくなっているので、残る分割鉄心を第１空間から周方向に移動させることで、係合溝部を係合突起に嵌合させることができる。そして、１つの分割鉄心を軸方向に移動させるだけで、残る分割鉄心の周方向両端の分割鉄心間に組み付けることができ、回転子を簡易に組み立てることができる。
また、１つの分割鉄心が軸方向移動可能になっているので、１つの分割鉄心を軸方向に引き抜くことで、残る分割鉄心の周方向の移動が可能となり、回転子を簡易に分解することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転機を軸方向一側から見た正面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における回転軸の構成を説明する図であり、図２の（ａ）は断面図、図２の（ｂ）は正面図である。図３はこの発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第１ティースの構成を説明する図であり、図３の（ａ）は正面図、図３の（ｂ）は側面図である。図４はこの発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第２ティースの構成を説明する図であり、図４の（ａ）は正面図、図４の（ｂ）は側面図である。図５はこの発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第３ティースの構成を説明する図であり、図５の（ａ）は正面図、図５の（ｂ）は側面図である。なお、図１では固定子巻線および界磁巻線のスロットからの延出部を省略して示している。

図１において、回転子１は、回転軸２と、回転軸２に同軸に固着された基部１１および基部１１から一体に放射状に、かつ等角度間隔で延設されたティース部２３，３０，３８を有する回転子鉄心１０と、断面円形の導体に絶縁被膜を被覆した素線としてのマグネットワイヤ１３を回転子鉄心１０のティース部２３，３０，３８に巻回して作製された界磁巻線１２と、を備える。回転子鉄心１０は、基部１１をティース部２３，３０，３８毎に等角度間隔で分割してなる、例えば９個の第１分割鉄心２１、２個の第２分割鉄心２８、および１個の第３分割鉄心３６から構成されている。固定子４０は、内径側に開口するスロット４２が周方向に等角度ピッチで例えば９個配列された円筒状の固定子鉄心４１と、固定子鉄心４１に巻装された固定子巻線４３と、を有する。

回転機１００は、回転子１が回転軸２を軸支されてケース（図示せず）内に回転自在に配設され、固定子４０が回転子１の外周を所定の隙間を持って囲繞するようにケースに保持されて構成される。

つぎに、回転子１の構成を具体的に説明する。
回転軸２は、図２に示されるように、大径の第２軸部４が小径の第１軸部３の軸方向中央部に同軸に、かつ一体に形成された段付き円柱状に作製され、係合突起５が第２軸部４の軸方向中央部から一体に径方向外方に延出し、かつ周方向に延設され、第１空間８が軸方向に穿設された周方向Ｃ字状に作製されている。係合突起５は、所定の軸方向長さを有する突起部６、および突起部６より短い軸方向長さを有し、第２軸部４の軸方向中央部と突起部６の軸方向中央部とを連結する基部７を有し、第１軸部３、すなわち回転軸２の軸心を含む平面における断面がＴ字状に形成されている。第１空間８は、係合突起５のＣ字状の相対する壁面間に形成され、周方向幅が径方向内方に漸次狭くなる楔状に構成されている。第１空間８は、回転軸２の軸心を中心に係合突起５を周方向に１２等分した楔状空間より周方向幅が広くなっている。第２空間９は、第１空間８の径方向内周端より周方向幅を広げた断面楕円形をなし、第１空間８の径方向内端に連結するように第１および第２軸部３，４に凹設されて軸方向に延設されている。

第１分割鉄心２１は、回転子鉄心１０を周方向に１２等分した形状に作製されている。つまり、第１分割鉄心２１は、図３に示されるように、周方向幅が径方向内方に狭くなる楔状をなし、内径側端面が回転軸２の第２軸部４の外周面に合わせた凹曲面に形成され、第２軸部４の外周面に圧接される締結部２２、締結部２２から径方向外側に延設され、界磁巻線１２が巻装されるティース部２３、およびティース部２３の先端から周方向に両側に突設された鍔部２４から構成されている。そして、係合突起５に外嵌状態に嵌合される係合溝部２５が締結部２２の軸方向中央部に周方向に穿設されている。この係合溝部２５は、回転軸２の軸心を含む平面における係合突起５の外形形状にほぼ一致する内形形状に形成されている。

第２分割鉄心２８は、図４に示されるように、周方向幅が径方向内方に狭くなる楔状をなし、内径側端面が回転軸２の第２軸部４の外周面に合わせた凹曲面に形成され、第２軸部４の外周面に圧接される締結部２９、締結部２９から径方向外側に延設され、界磁巻線１２が巻装されるティース部３０、およびティース部３０の先端から周方向に両側に突設された鍔部３１から構成されている。そして、係合突起５に外嵌状態に嵌合される係合溝部３２が締結部２９の軸方向中央部に周方向に穿設されている。そして、係合溝部３２は、回転軸２の軸心を含む平面における係合突起５の外形形状にほぼ一致する内形形状に形成されている。締結部２９の周方向一側の側面の内径側には、後述する第３分割鉄心３６の締結部３７の周方向側部の内径側の膨出部３７ａに合わせた嵌合凹部３３が凹設されている。

第３分割鉄心３６は、図５に示されるように、周方向幅が径方向内方に狭くなる楔状をなし、第２分割鉄心２８の締結部２９に挟持される締結部３７、締結部３７から径方向外側に延設され、界磁巻線１２が巻装されるティース部３８、およびティース部３８の先端から周方向に両側に突設された鍔部３９から構成されている。そして、係合突起５に対応する締結部３７の内径側が周方向に膨出し、回転軸２の軸心を含む平面における第１空間８の内形形状にほぼ一致する外形形状の膨出部３７ａが形成されている。また、第２空間９の内形形状にほぼ一致する外形形状の嵌入部３７ｂが締結部３７の先端に一体に突設されている。

ここで、締結部２９は嵌合凹部３３を除いて締結部２２と同形状であり、締結部３７は膨出部３７ａおよび嵌入部３７ｂを除いて締結部２２と同形状である。締結部３７の内径側は、第１空間８と同じ断面形状であり、膨出部３７ａを形成している分、回転子鉄心１０の基部１１を周方向に１２等分して作製されている第１分割鉄心２１の締結部２２より周方向幅が広くなっている。この締結部３７の内径側の膨出部３７ａが第２分割鉄心２８の締結部２９の嵌合凹部３３に嵌入される。
また、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６は、例えば電磁鋼板を積層一体化して作製してもよいし、Ｓ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間鍛造製法により作製してもよい。

そして、９個の第１分割鉄心２１が、界磁巻線１２をティース部２３に巻装し、締結部２２の内径側端面を第２軸部４に当接させ、締結部２２の周方向側面同士を当接させ、かつ係合溝部２５を係合突起５に嵌合させて、周方向に隣接して配列されている。２個の第２分割鉄心２８が、界磁巻線１２をティース部３０に巻装し、締結部２９の内径側端面を第２軸部４に当接させ、締結部２９の周方向側面を締結部２２の周方向側面に当接させ、かつ係合溝部３２を係合突起５に嵌合させて、周方向両側の第１分割鉄心２１に隣接して配列されている。さらに、第３分割鉄心３６が、界磁巻線１２をティース部３８に巻装し、締結部３７の周方向両側の膨出部３７ａを締結部２９の嵌合凹部３３に当接させて第１空間８に嵌め込み、かつ嵌入部３７ｂを第２空間９に嵌め込んで、第２分割鉄心２８間に配置され、回転子１が組み立てられている。

このように構成された回転子１では、界磁巻線１２が組立前の第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６のティース部２３，３０，３８に巻装されるので、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６のティース部２３，３０，３８間に形成されるスペース（スロット）に対する界磁巻線１２の占める割合である占積率を上げることができ、界磁巻線１２の低抵抗化が図られる。そこで、回転子１を組み込んだ回転機１００は、電源電圧一定の条件下で界磁電流値を増やすことが可能となり、回転子１の起磁力が上がり、高出力、高トルクを得ることができる。

第１および第２分割鉄心２１，２８が係合溝部２５，３２を断面Ｔ字状の係合突起５に嵌合させ、かつ締結部２２，２９を互いに当接させて周方向に配列されている。さらに、第３分割鉄心３６が締結部３７の膨出部３７ａを周方向に相対する締結部２９の嵌合凹部３３に嵌合させ、かつ嵌入部３７ｂを第２空間９に嵌合させて第２分割鉄心２８間に配設されている。そこで、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６は径方向外方への引き抜き不能となっており、回転子１の大径化に伴う遠心力の増加に耐える回転子鉄心構造を実現できる。

つぎに、このように構成された回転子１の組み立てについて図６および図７を参照しつつ説明する。
まず、界磁巻線１２が巻装された第１分割鉄心２１の締結部２２を回転軸２の第１空間８に差し込む。そして、第１分割鉄心２１の係合溝部２５を係合突起５に外嵌状態に嵌め込みつつ、図６の（ａ）および図７の（ａ）に矢印で示されるように、係合突起５を案内にして第１分割鉄心２１を周方向に移動させる。このようにして、９個の第１分割鉄心２１を順次回転軸２に装着する。なお、図６の（ｂ）では、３個の第１分割鉄心２１が回転軸２に装着された状態を示している。

ついで、界磁巻線１２が巻装された１個の第２分割鉄心２８の締結部２９を回転軸２の第１空間８に差し込む。そして、第２分割鉄心２８の係合溝部３２を係合突起５に外嵌状態に嵌め込みつつ、係合突起５を案内にして第２分割鉄心２８を周方向の一側に移動させる。ついで、界磁巻線１２が巻装された残る１個の第２分割鉄心２８の締結部２９を回転軸２の第１空間８に差し込む。そして、第２分割鉄心２８の係合溝部３２を係合突起５に外嵌状態に嵌め込みつつ、係合突起５を案内にして第２分割鉄心２８を周方向の他側に移動させる。これにより、図６の（ｃ）に示されるように、９個の第１分割鉄心２１が軸心から放射状に延び、かつ周方向に互いに隣接して配列され、さらに２個の第２分割鉄心２８が９個の第１分割鉄心２１の周方向両側に隣接して配列される。

ついで、界磁巻線１２が巻装された第３分割鉄心３６を、図７の（ｂ）に示されるように、回転軸２の軸心方向に平行移動させ、締結部３７を第１空間８に嵌め込み、かつ膨出部３７ａを締結部２９の嵌合凹部３３に嵌め込むと同時に、嵌入部３７ｂを第２空間９に嵌め込み、回転子１が組み立てられる。このとき、締結部３７の膨出部３７ａが第１空間８および嵌合凹部３３に圧入され、かつ嵌入部３７ｂが第２空間９に圧入されて、第３分割鉄心３６の周方向および径方向の移動が規制されると同時に、第１および第２分割鉄心２１，２８の周方向の移動が阻止される。また、係合溝部２５，３２と係合突起５との嵌合により、第１および第２分割鉄心２１，２８の径方向および軸方向の移動が規制される。さらに、膨出部３７ａの第１空間８および嵌合凹部３３への圧入力、および嵌入部３７ｂの第２空間９への圧入力により、第３分割鉄心３６の軸方向の抜き力が調整される。

また、回転子１を分解するには、まず、膨出部３７ａの第１空間８および嵌合凹部３３への圧入力および嵌入部３７ｂの第２空間９への圧入力以上の抜き力で第３分割鉄心３６を嵌合凹部３３および第１および第２空間８，９から軸方向に抜き出す。ついで、第２および第１分割鉄心２８，２１をそれぞれ周方向に第１空間８まで移動させ、第１空間８から取り出す。これにより、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６を容易に分解することができる。

ここで、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６と回転子１とを連結一体化して剛性を高める観点から、係合溝部２５，３２の内形形状を係合突起５の外形形状より僅かに小さく作製することが好ましく、膨出部３７ａおよび嵌入部３７ｂの外形形状を嵌合凹部３３および第１および第２空間８，９の内形形状より僅かに大きく作製することが好ましい。

そこで、第１および第２分割鉄心２１，２８を回転軸２に組み付ける工程では、第１および第２分割鉄心２１，２８をマグネットワイヤ１３の絶縁被膜を劣化させない程度の温度まで加熱して、回転軸２に組み付けることが好ましい。この焼き嵌めにより、僅かに小さい内形形状の係合溝部２５，３２を膨張させて、係合突起５に容易に嵌合できる。そして、第１および第２分割鉄心２１，２８の温度が常温に戻ると、係合溝部２５，３２の内径形状が元の形状にまで収縮して係合突起５に強固に固着され、剛性が高くなり、騒音や振動の発生が抑えられる。

また、第３分割鉄心３６を回転軸２に組み付ける工程では、第３分割鉄心３６を冷却して、回転軸２に組み付けることが好ましい。この冷やし嵌めにより、僅かに大きな外形形状の膨出部３７ａおよび嵌入部３７ｂを収縮させて、嵌合凹部３３および第１および第２空間８，９に容易に嵌合できる。そして、第３分割鉄心３６の温度が常温に戻ると、膨出部３７ａおよび嵌入部３７ｂの外形形状が元の状態にまで膨張して嵌合凹部３３および第１および第２空間８，９に強固に固着され、剛性が高くなり、騒音や振動の発生が抑えられる。

つぎに、この発明による分割鉄心と回転軸との係合構造における係合強度について図８を参照しつつ説明する。

図８はこの発明における分割鉄心が嵌合する回転軸の係合突起にかかる応力の計算パラメータを説明する断面図である。
図８において、回転軸１１０は、円柱状の軸部１１１と、軸部１１１の外周壁面に一体に形成された係合突起１１２と、を有する。係合突起１１２は、軸部１１１の外周壁面に突設された軸方向幅ｌａを有するリング状の基部１１３と、基部１１３の先端に一体に形成された軸方向幅Ｌで径方向厚みｈのリング状の突起部１１４と、を備え、軸部１１１の軸心を含む平面における断面がＴ字状になっている。但し、突起部１１４の軸方向幅Ｌは基部１１３の軸方向幅ｌａより広い。

ここで、回転軸１１０の係合突起１１２にかかる応力σは、等分布荷重をｗとすると、式（１）で表される。
σ＝ｗ×（Ｌ−ｌ_ａ）^２×６／（８×ｈ^２） ・・・式（１）

式（１）から、応力σは、突起部１１４の径方向厚みｈが大きくなるほど、或いは突起部１１４の基部１１３からの軸方向延出長さ（Ｌ−ｌａ）が小さくなるほど、小さくなることがいえる。

従来の電動機では、回転子鉄心がティース毎に周方向に分割され、係合凸部および嵌合凹部が分割された各ティースに回転軸の軸方向に延設されているので、係合凸部および嵌合凹部の突片の周方向幅は狭いものとなり、所定の強度を得るためには軸方向長さを短くできない。このことは、遠心力の増大に伴い等分布荷重ｗが大きくなった場合には、係合凸部および嵌合凹部の突片の軸方向長さを短くして係合凸部および嵌合凹部の突片にかかる応力を小さくことができず、過大な応力が係合凸部および嵌合凹部の突片にかかることを意味する。その結果、従来の電動機の回転子構造では、大径の回転子にかかる大きな遠心力に耐えるに十分な係合強度が得られない。

本発明では、係合突起１１２を周方向に延設しているので、突起部１１４の基部１１３からの軸方向延出長さ（Ｌ−ｌａ）を小さくしても、所定の強度が得られる。また、構造上、突起部１１４の径方向厚みｈを大きくすることが可能である。そこで、遠心力の増大に伴い等分布荷重ｗが大きくなった場合には、突起部１１４の基部１１３からの軸方向延出長さ（Ｌ−ｌａ）を小さくして、或いは突起部１１４の径方向厚みｈを大きくして、突起部１１４にかかる応力を小さくことができ、過大な応力が突起部１１４にかかることを回避できる。その結果、本発明では、大径の回転子にかかる大きな遠心力に耐えるに十分な係合強度を得ることができる。

実施の形態１では、遠心力により第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６に作用する径方向への引き抜き力は、主に係合溝部２５，３２と係合突起５との嵌合部で受けられている。当該嵌合部はＴ字状に構成されていることから、突起部６および基部７が図７のモデルにおける突起部１１４および基部１１３に相当する。そこで、この実施の形態１においても、式（１）から突起部６の基部７からの軸方向延出長さを短くする、もしくは突起部６の径方向厚さを厚くすることで、遠心力に対する十分な結合強度を得ることができ、大型の回転機に適用できる。

なお、上記実施の形態１では、１つの断面Ｔ字状の係合突起５が第２軸部４に突設されているものとしているが、係合突起５の形状および配置はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示されるように、２つの断面Ｔ字状の係合突起５を第２軸部４に軸方向に離間して２段に突設してもよい。この場合、２つの係合溝部を軸方向に離間して第１および第２分割鉄心の締結部に穿設することになる。また、図１０に示されるように、断面Ｔ字状の係合突起を径方向に２段に重ねて第２軸部に突設してもよい。この場合、２つの係合溝部を径方向に２段に重ねて第１および第２ティースの締結部に穿設することになる。

また、上記実施の形態１では、係合突起５が断面Ｔ字状に形成されているものとしているが、係合突起の断面形状は、これに限定されるものではなく、嵌合された締結部の周方向の移動を可能に、かつ径方向および軸方向の移動を規制できればよく、例えば軸方向長さが径方向外方に漸次長くなる断面台形でもよい。なお、断面台形の係合突起の場合、式（１）におけるｌａが断面台形の頂辺（短辺）の長さに対応し、Ｌが底辺（長辺）の長さに対応する。

また、上記実施の形態１では、素線としての導体の表面に絶縁層を被覆形成したマグネットワイヤをティース部に巻回して界磁巻線を作製するものとしているが、素線として導体の表面に絶縁層を被覆し、その絶縁層の表面に融着層をさらに被覆形成した自己融着線を用いてティース部に巻回した後、素線同士を自己融着して一体化するようにしてもよい。この場合、界磁巻線を構成する素線のばらつきがなく、かつ遠心力による界磁巻線の移動も防止できる。
また、上記実施の形態１では、回転子鉄心１０が周方向に１２分割されているものとしているが、回転子鉄心１０の分割数は１２に限定されるものではなく、ティース部毎に分割されていればよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、素線として断面円形の導体に絶縁被膜を被覆したマグネットワイヤ１３を用いるものとしているが、この実施の形態２では、図１１に示されるように、素線として断面矩形の導体に絶縁被膜を被覆したマグネットワイヤ１４を用いるものとしている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２では、断面矩形のマグネットワイヤ１３を用いているので、マグネットワイヤ１４をティース部２３，３０，３８に隙間無く、整然と巻装することができる。これにより、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６のティース部２３，３０，３８間に形成されるスペース（スロット）に対する界磁巻線１２Ａの占める割合である占積率を一層高めることができ、高出力化、高トルク化を図ることができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、図１２に示されるように、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の径方向最外周面から突出しないように、永久磁石１５を第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の径方向最外周面に固着している。そして、周方向に隣り合う永久磁石１５は、互いに極性が異なるように着磁されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態３では、永久磁石１５の磁束が界磁巻線１２による磁束に付加されるので、回転子の起磁力が増加し、高出力化、高トルク化を図ることができる。
ここで、永久磁石１５としては、例えばネオジウム、サマリウムなどの希土類磁石元素を含む材料で作製された希土類磁石が用いられる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、図１３に示されるように、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の締結部２２，２９，３７の周方向側面にシム装着溝１６を凹設し、回転子の組立時に、シム１７をシム装着溝１６に装着している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態４では、シム１７が締結部２２，２９，３７間に介装されているので、シム１７の厚みを調整することで、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の加工精度のバラツキに起因する第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の配列ピッチのアンバランスを解消できる。これにより、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の配列ピッチのアンバランスによる騒音や振動の発生を抑えることができる。

ここで、シム１７は必ずしも隣接する締結部２２，２９，３７間の全てに介装させる必要はなく、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の加工精度のバラツキを考慮してシム１７の介装数を調整すればよい。これにより、シム１７の介装数が少なくなり、低コスト化が図られる。また、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６の配列ピッチのアンバランスを解消させる観点から、シム１７を等角度ピッチに介装することが好ましい。これにより、騒音や振動の発生が抑制される。

また、固定子との間での磁気騒音を低減する観点から、シム１７の介装数を、回転子鉄心のティース部の総数の因数で、かつ固定子鉄心のスロットの総数の因数でない数とすることが、好ましい。例えば、回転子鉄心が１２個のティース部を有し、固定子鉄心が９個のスロットを有する場合、シム１７の介装数は、２、４、６、１２となる。
ここで、シムの介装数をスロット数の因数でない数とすることについて説明する。
回転子のバランスを考えると、回転鉄心の総数の因数(1を除く)で等間隔にシムを入れる必要がある。磁気騒音の発生要因となるトルク脈動は、一般的に、スロット数と極数の最小公倍数で発生する。極数というのは固定子側からみると、回転子が発生する磁束の変化の数といえる。それと、同様にシムを入れることにより、回転子鉄心と隣り合う回転子鉄心との幅が異なる箇所が存在するため、回転子周方向に磁束の変化が発生する。シムの介装数としてスロット数の因数である数を選択すると、スロット数との最小公倍数が小さくなることを意味する。そのため、シムの介装数は、スロット数の因数でない数であることが望ましい。

実施の形態５．
この実施の形態５では、図１４に示されるように、周方向に隣り合う鍔部２４，３１，３９間の隙間ｄが界磁巻線１２を構成するマグネットワイヤ１３の線径より狭くなるように、第１乃至第３分割鉄心２１，２８，３６を作製している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、鍔部２４，３１，３９間の隙間ｄが界磁巻線１２を構成するマグネットワイヤ１３の線径より狭いので、遠心力が界磁巻線１２に作用しても、界磁巻線１２の飛び出しが防止できる。これにより、界磁巻線１２の保持機構が不要となり、その分低コスト化が図られる。

この発明の実施の形態１に係る回転機を軸方向一側から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における回転軸の構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第１ティースの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第２ティースの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子における第３ティースの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子の組み立て工程を説明する正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子の組み立て工程を説明する断面図である。 この発明における分割鉄心が嵌合する回転軸の係合突起にかかる応力の計算パラメータを説明する断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子に適用される回転軸の実施態様を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転機の回転子に適用される回転軸の他の実施態様を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転機の回転子の要部を示す正面図である。 この発明の実施の形態３に係る回転機の回転子の要部を示す正面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転機の回転子の要部を示す正面図である。 この発明の実施の形態５に係る回転機の回転子の要部を示す正面図である。

符号の説明

１ 回転子、２ 回転軸、３ 第１軸部、４ 第２軸部、５ 係合突起、８ 第１空間、９ 第２空間、１０ 回転子鉄心、１１ 基部、１２，１２Ａ 界磁巻線、１３，１４ マグネットワイヤ（素線）、１５ 永久磁石、１７ シム、２１ 第１分割鉄心、２２ 締結部、２３ ティース部、２４ 鍔部、２５ 係合溝部、２８ 第２分割鉄心、２９ 締結部、３０ ティース部、３１ 鍔部、３２ 係合溝部、３３ 嵌合凹部、３６ 第３分割鉄心、３７ 締結部、３７ａ 膨出部、３７ｂ 嵌入部、３８ ティース部、３９ 鍔部、４０ 固定子、４１ 固定子鉄心、４２ スロット、４３ 固定子巻線。

Claims (14)

1. 回転軸と、上記回転軸に固着された基部および該基部から放射状に、かつ等角度間隔で延設された複数のティース部を有する回転子鉄心と、上記複数のティース部のそれぞれに巻装された界磁巻線と、を有する回転子と、
   内径側に開口するスロットが周方向に複数配設され、上記回転子鉄心を囲繞するように配置された円筒状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に巻装された固定子巻線と、を有する固定子と、を備えた回転機において、
   上記回転軸は、円柱状の軸部、および該軸部から一体に径方向外方に延出し、かつ周方向に延設され、周方向幅が径方向内方に漸次狭くなる楔状の第１空間が軸方向に穿設された係合突起から構成され、
   上記回転子鉄心は、上記ティース部、および上記基部を上記ティース部毎に周方向に分割された締結部からなる複数の分割鉄心から構成され、
   上記複数の分割鉄心のなかの１つの分割鉄心の締結部の内径側が、上記第１空間の内形形状に適合する外形形状に作製され、
   上記複数の分割鉄心の残る分割鉄心の締結部の内径側が、上記第１空間の内形形状より小さい外形形状に作製され、
   上記係合突起に外嵌状態に嵌合される係合溝部が、上記残る分割鉄心のそれぞれの締結部に周方向に穿設され、
   上記残る分割鉄心が、軸方向および径方向の移動を規制され、かつ周方向に移動して、上記係合溝部を上記係合突起に嵌合させて、上記軸部の外周面に圧接状態で周方向に隣接して配設され、
   上記１つの分割鉄心が、径方向および周方向の移動を規制され、かつ軸方向に移動して、上記締結部の内径側を、上記第１空間に嵌合させ、かつ上記残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心の締結部に形成された嵌合凹部に嵌合させて、上記残る分割鉄心の周方向両端に位置する分割鉄心間に配設されていることを特徴とする回転機。
2. 上記第１空間の径方向内端の周方向幅より広い周方向幅を有する第２空間が上記第１空間の径方向内端に連結されるように上記軸部に軸方向に延設され、
   上記第２空間に内嵌状態に嵌入された嵌入突起が上記１つの分割鉄心の締結部の径方向内端に一体に突設されていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
3. 上記係合突起および係合溝部が軸方向に多段に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転機。
4. 上記係合突起および係合溝部が径方向に多段に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転機。
5. 上記界磁巻線の素線が自己融着巻線であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転機。
6. 上記界磁巻線の素線が断面矩形の巻線であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転機。
7. 上記回転子鉄心の周方向に隣り合う上記ティース部の径方向外周部の周方向隙間が上記界磁巻線の素線の線径より狭いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転機。
8. 永久磁石が上記複数の分割鉄心のそれぞれの径方向外周面に装着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転機。
9. シムが周方向に隣り合う上記締結部間の少なくとも１つに介装されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転機。
10. 上記シムが介装される周方向に隣り合う上記締結部間の数は、上記ティース部の総数の因数であり、かつ上記スロットの総数の因数でないことを特徴とする請求項９記載の回転機。
11. 上記シムが等角度ピッチで介装されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の回転機。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転機の製造方法において、
    上記残りの分割鉄心のそれぞれの分割鉄心の締結部の内径側を上記回転軸の上記第１空間内に位置させ、ついで上記係合溝部を上記係合突起に嵌合させつつ周方向に移動させて、上記回転軸に組み付ける第１工程と、
    上記１つの分割鉄心の締結部を軸方向に移動させ、上記第１空間および上記残りの分割鉄心の周方向両端の分割鉄心の締結部の上記嵌合凹部に嵌合させて、上記回転軸に組み付ける第２工程と、を備えることを特徴とする回転機の製造方法。
13. 上記第１工程において、上記残りの分割鉄心がそれぞれ加熱された状態で上記回転軸に組み付けられることを特徴とする請求項１２記載の回転機の製造方法。
14. 上記第２工程において、上記１つの分割鉄心が冷却された状態で上記回転軸に組み付けられることを特徴とする請求項１２記載の回転機の製造方法。

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