旋转电机的转子以及旋转电机的制作方法

本发明涉及旋转电机的转子以及旋转电机。

背景技术：

以往，已知一种具有轴、以及层压有多个电磁钢板而形成的转子芯的旋转电机的转子。针对转子芯与轴的紧固结构，在(日本)jp2007-181270a中已经公开一种旋转电机的转子，其通过在轴的外周面形成的键槽中收纳在形成转子芯的各电磁钢板的内周侧设置的键，来紧固轴与转子芯。

在该旋转电机的转子中，在各电磁钢板的键附近设有用于插入销的销孔，并设有从销孔向键延伸的切割部。由此，当在销孔中压入销时，电磁钢板的键的前端打开，键被按压向在轴设置的键槽中，由此来紧固轴与转子芯。

技术实现要素：

在上述旋转电机的转子中，因为在各电磁钢板设有销孔，所以，转子相对于转子旋转时所产生的离心力的耐久强度可能下降。另外，因为是压入销来打开电磁钢板的键的前端的结构，所以，紧固转子芯与轴时所产生的形变传播，对转子芯施加有多余的应力，可能会对转子强度产生恶劣影响。

本发明的目的在于提供一种旋转电机的转子，能够降低对转子强度的恶劣影响，并且可紧固轴与转子芯。

根据本发明的一个方式，提供一种旋转电机的转子，其具有轴、以及层压有多个电磁钢板而构成且在内周安装有轴的转子芯。构成转子芯的电磁钢板具有轴所插入的插入孔、以及从插入孔向径向内侧突出的键，轴具有沿轴向形成的键槽。在电磁钢板的插入孔中，通过间隙配合而安装有轴，键通过侧面与键槽的侧面抵接而被压入键槽中。

附图说明

图1是表示利用了第一实施方式的转子的马达的结构概要图。

图2是第一实施方式的转子的结构概要图。

图3是将图2的区域a放大后的电磁钢板的一部分放大图。

图4是转子芯与轴的紧固部分的放大图。

图5是电磁钢板的一部分放大图。

图6a是电磁钢板的一部分放大图。

图6b是表示拉伸应力的最大值与构成电磁钢板的键的凸部尺寸的关系的图。

图7是第二实施方式的电磁钢板的一部分放大图。

图8是第三实施方式的电磁钢板的一部分放大图。

图9是第四实施方式的电磁钢板的一部分放大图。

图10是第四实施方式的电磁钢板的一部分放大图。

图11是第四实施方式的变形例的电磁钢板的一部分放大图。

具体实施方式

下面，参照附图等，针对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示利用了第一实施方式的转子10的马达1的结构概要图。图1所示的马达1从蓄电池等电源接受电力供给而旋转，并作为驱动车辆的车轮的电动机而发挥作用。另外，马达1也作为利用外力进行驱动而发电的发电机来发挥作用。因此，马达1作为用做电动机及发电机的、所谓的旋转电机(电动发电机)而构成。

如图1所示，马达1具有：转子10、在转子10的外周侧配置的定子20、以及收纳有转子10及定子20的壳体30。

转子10在定子20的内部，相对于该定子20可旋转地进行配置。转子10具有作为旋转轴的轴11。轴11利用在壳体30设置的轴承31、32，旋转自如地进行支承。

定子20是层压有多枚电磁钢板21而形成的圆筒状部件。在定子20的齿上卷绕有u相、v相及w相的线圈。

壳体30是作为可收纳转子10及定子20的圆筒状部件而构成的外壳。壳体30的内周面作为设置定子20的平坦的设置面而形成。

图2是从轴11的轴向观察到的转子10的结构概要图。转子10包括：轴11、转子芯12、以及磁体13。转子芯12将电磁钢板14在轴11的轴向上层压多个而形成。转子芯12在转子芯12的中心形成的圆筒形状的孔即轴插入孔121及转子芯12的靠近外周的位置，沿周向而具有等间隔设置的多个(例如八个)磁体收纳孔131。在磁体收纳孔131中插入有磁体13。

轴11插入转子芯12的轴插入孔121中，传递通过转子10的旋转运动而产生的动力。在轴11的外周面形成有沿轴向而形成的凹状槽即键槽111。键槽111在轴11的周向上等间隔地形成有两个。在键槽111中压入有后面叙述的电磁钢板14的键15。

构成转子芯12的电磁钢板14形成为圆环状的形状，具有插入孔16、磁体收纳用孔17及键15。插入孔16为在电磁钢板14的中心形成的圆形状的孔，通过层压有电磁钢板14且插入孔16重合，而形成转子芯12的轴插入孔121。磁体收纳用孔17在转子芯12的靠近外周的位置，沿周向等间隔进行设置。孔17通过层压有电磁钢板14且孔17重合，而形成转子芯的磁体收纳孔131。

键15是从插入孔16向径向内侧突出的部分，在电磁钢板14的周向上等间隔地形成有两个，在层压有电磁钢板14的状态下压入轴11的键槽111中。通过在轴插入孔121中插入轴11，并在键槽111中压入键15，来紧固转子芯12与轴11。针对转子芯12与轴11的紧固结构的详细情况，将在后面叙述。需要说明的是，在本实施方式中，电磁钢板14的键15在两个位置上形成，但键15的数量不限于此，也可以在一个位置或三个位置以上形成。使轴11的键槽111的数量、配置与电磁钢板14的键15的数量、配置对应而设置。

图3是将图2的区域a放大后的电磁钢板的一部分放大图，图4是转子芯12与轴11的紧固部分的放大图。本实施方式的电磁钢板14是厚度为0.2mm～0.5mm左右的薄板部件，但电磁钢板14的厚度不限于此。如图3所示，从电磁钢板14的插入孔16向径向内侧突出的键15具有：从插入孔16向径向内侧突出的延设部151、以及从延设部151的宽度方向(周向)的两侧面向延设部151的宽度方向外侧(侧面)突出的凸部154。

在电磁钢板14的插入孔16重合而形成的转子芯12的轴插入孔121中，通过在轴11的外周面与转子芯12的内周面具有微小间隙的间隙配合来插入轴11。另外，通过键15的两个凸部154与轴11的键槽111的两侧面分别抵接，将键15压入键槽111中，并紧固轴11与转子芯12。因为各电磁钢板14由薄板形成，所以容易塑性变形，键15的凸部154的前端156在压入时，如图4所示，在轴向上发生了变形的状态下与键槽111的侧面抵接。

在轴11的外周整体压入转子芯12的内周整体的情况下，压入时所产生的变形传播，应力施加于收纳有磁体13的转子芯12的外周面，所以对转子10的强度产生恶劣影响。另一方面，在本实施方式中，通过只将电磁钢板14的键15部分压入轴11的键槽111中，来紧固转子芯12与轴11，并在电磁钢板14的插入孔16的其它部分通过间隙配合而插入有轴11。由此，不会对转子芯12的外周端面施加有多余的应力，能够降低对转子10的强度的恶劣影响。

另外，如上所述，当压入各电磁钢板14时，与键槽111抵接的凸部154的前端156在轴向上发生变形。通过该变形，能够缓和压入应力过高的情况。另外，在压入时施加于键15的压缩应力集中在凸部154，因压缩应力而产生的形变几乎不会向键15的延设部151的根部152传播。

如图3所示，在键15被压入键槽111中的状态下，在凸部154的外周侧形成有由键槽111的侧面与转子芯12包围的凹部18。该凹部18位于比转子芯12的内径线b更靠内侧(轴11的中心侧)。在凹部18是比转子芯12的内径线更靠外侧(外径侧)露出的结构的情况下，可能会对相对于离心力的转子芯12的强度产生恶劣影响。另一方面，在本实施方式中，因为凹部18位于比转子芯12的内径线更靠内侧，所以能够抑制对转子芯12的强度的恶劣影响。

另外，如图3所示，延设部151的径向前端153与键槽111之间具有微小的间隙，未与键槽111抵接。由此，与延设部151的径向前端153和键槽111抵接的情况相比，不会对转子芯12施加有多余的应力。

接着，参照图5、图6a及图6b，针对施加于键15的拉伸应力进行说明。

图5是表示将电磁钢板14的键15压入轴11的键槽111中时施加于键15的压缩应力及拉伸应力的图。当将键15压入键槽111中时，在转子10的内径向上倾斜(由图5的箭头c表示的方向)地施加有从键槽111的侧面作用于凸部154的压缩应力。由于该压缩应力的作用，在键15的延设部151的根部152附近，在转子芯12的内径向(由图5的箭头d表示的方向)上施加有拉伸应力。

如图6a所示，在使从键15的凸部154的根部155至前端156的长度为l、凸部154的宽度尺寸为w的情况下，通过任意设定l/w，能够调整作用于键15的拉伸应力。图6b是使l/w变化来分析施加于键15的根部152的拉伸应力的最大值(mpa)的结果的图。如图6b所示，拉伸应力与l/w基本上为反比例的关系，直至l/w的值为1.0左右。

在本实施方式中，使用了厚度为0.2mm～0.5mm左右、屈服应力为300mpa的电磁钢板14。如图6b所示，为了使施加于键15的根部152的拉伸应力为本实施方式的电磁钢板14的屈服应力即300mpa以下，可以使l/w为0.5以上。由此，能够防止施加于键15的根部152的拉伸应力超过电磁钢板14的屈服应力。这样，优选设计使l/w的值为0.5以上。

需要说明的是，如图6a所示，延设部151与插入孔16连接的位置中的角部157、以及延设部151与凸部154连接的位置中的角部158形成为弯曲形状。由此，在将键15压入键槽111中时，施加于键15的拉伸应力通过弯曲形状的曲线部进行分散。因此，能够更有效地减小施加于键15的根部152的、向转子芯12的内径向的拉伸应力。

根据上述第一实施方式的马达1的转子10，能够获得如下的效果。

在马达1的转子10中，通过使电磁钢板14的键15的侧面与轴11的键槽111的侧面抵接而压入，来紧固转子芯12与轴11，并在电磁钢板14的插入孔16的其它部分，通过间隙配合而插入有轴11。因此，与在轴11的外周整体压入有转子芯12的内周整体的情况相比，不会对转子芯12施加有多余的应力，能够降低对转子10的强度的恶劣影响。

另外，在马达1的转子10中，通过将电磁钢板14的键15部分压入轴11的键槽111中，来紧固转子芯12与轴11，所以不需要如(日本)jp2007-181270a所述、在转子芯12进行销孔的设置及销的插入。因此，能够防止因销的插入而打开电磁钢板的键的前端所产生的形变传播，并防止对转子芯施加有多余的应力、以及因销孔而使转子10相对于转子旋转时产生的离心力的耐久强度下降。此外，因为马达1的转子10不需要在转子芯12进行销孔的设置、以及销向转子芯12的插入，所以能够简化转子10的组装，并能够谋求成本降低。

在转子10中，向在构成转子芯12的电磁钢板14上设置的键15的延设部151的宽度方向外侧(侧面)突出的两个凸部154与键槽111的两侧面分别抵接，并将键15压入键槽111中。这样，在层压有具有凸部154的电磁钢板14的状态下压入的情况下，与键槽111抵接的凸部154的前端156在轴向上发生变形。通过该变形，能够缓和压入应力，抑制因轴11与电磁钢板14摩擦而切削轴11所产生的杂质的混入。

另外，因为是能够使凸部154的前端156在轴向上变形的结构，所以，能够较小地设定轴11的键槽111的宽度、或者较长地设定凸部154的根部155至前端156的长度l。由此，即使轴11及转子芯12的加工精度下降，也能够可靠地紧固轴11与转子10。

另外，因为压入有从键15的延设部151的侧面突出的凸部154，所以在压入时施压于键15的压缩应力集中在凸部154。因此，因压缩应力而产生的形变几乎不会向键15的根部152传播。因此，键15的根部152只要能够承受在转子芯12内产生的扭矩即可，与不设置凸部154的情况相比，能够大幅降低键15的要求强度。另外，因为因压缩应力而产生的形变不会传播至比电磁钢板14的内周面更靠外径侧，所以也能够防止对转子10的强度的恶劣影响。

此外，即使在凸部154压入时或车辆行驶过程中等凸部154被压弯的情况下，通过使键15的延设部151与轴11接触，能够将转子10的旋转动力向轴11传递，所以也能够维持车辆的行驶。

电磁钢板14在凸部154的外周侧由键槽111的侧面与转子芯12包围而形成的凹部18位于比转子芯12的内径线更靠内侧。由此，与凹部18比转子芯12的内径线更向外侧露出的结构相比，能够抑制相对于转子10旋转而产生的离心力、对转子芯12的强度的恶劣影响。

另外，设计电磁钢板14，以在使从键15的凸部154的根部155至前端156的长度为l、凸部的宽度尺寸为w的情况下使l/w的值为0.5以上。由此，能够防止施加于键15的根部155的拉伸应力超过电磁钢板14的屈服应力。

另外，电磁钢板14的、键15的延设部151与凸部154连接的位置中的角部157、以及键15的延设部151与插入孔16连接的位置中的角部158形成为弯曲形状。由此，在将键15压入键槽111中时，施加于键15的拉伸应力通过弯曲形状的曲线部进行分散。因此，能够减少施加于键15的根部152的、向转子芯12的内径向的拉伸应力。由此，也能够防止施加于键15的根部152的拉伸应力超过电磁钢板14的屈服应力。

此外，电磁钢板14的键15在电磁钢板14的周向上等间隔地形成，与键15对应的轴11的键槽111在轴11的周向上等间隔地形成。由此，与未等间隔地配置的情况相比，能够抑制因离心力而产生的转子芯12的变形及拉伸应力的产生，并能够抑制对转子芯12的强度的恶劣影响。

(第二实施方式)

参照图7，说明第二实施方式的马达1的转子10。

图7是第二实施方式的电磁钢板14的一部分放大图，是将与图2的a部分相当的部分放大而表示的图。在第二实施方式中，与第一实施方式的马达1的转子10的不同之处在于，电磁钢板14的键15不具有凸部154。需要说明的是，在如下的实施方式中，对于实现与第一实施方式相同的功能的结构使用相同的标记，适当省略重复的叙述来说明。

如图7所示，电磁钢板14的键15不具有凸部154，只具有延设部151a。在电磁钢板14的插入孔16重合而形成的转子芯12的轴插入孔121中，通过间隙配合而插入有轴11。另外，通过使键15的延设部151a的两侧面与轴11的键槽111的两侧面分别抵接，将键15压入键槽111中，并紧固轴11与转子芯12。因为各电磁钢板14容易塑性变形，所以，键15的延设部151a的前端153a与延设部151a的侧面连接的角160在轴向上发生了变形的状态下与键槽111的侧面抵接。

根据上述第二实施方式的马达1的转子10，能够获得如下的效果。

在马达1的转子10中，通过使电磁钢板14的键15的侧面与轴11的键槽111侧面抵接而压入，来紧固转子芯12与轴11，并在电磁钢板14的插入孔16的其它部分，通过间隙配合而插入有轴11。因此，与在轴11的外周整体压入转子芯12的内周整体的情况相比，未对转子芯12施加有多余的应力，能够降低对转子10的强度的恶劣影响。

在马达1的转子10中，因为通过将电磁钢板14的键15压入轴11的键槽111中来紧固转子芯12与轴11，所以，不需要如(日本)jp2007-181270a所述、在转子芯12进行销孔的设置及销的插入。因此，能够防止因销的插入而打开电磁钢板的键的前端所产生的形变传播，并防止对转子芯施加多余的应力、以及因销孔而使转子10相对于转子旋转时所产生的离心力的耐久强度下降。此外，因为马达1的转子10不需要在转子芯12进行销孔的设置及销向转子芯12的插入，所以，能够简化转子10的组装，并能够谋求成本降低。

转子芯12在层压有电磁钢板14的状态下，使在电磁钢板14设置的键15的两侧面与键槽111的两侧面分别抵接来将键15压入键槽111中。这样，在层压有电磁钢板14的状态下压入的情况下，键15的延设部151a的前端153a与延设部151a的侧面连接的角160在轴向上发生变形。通过该变形，能够缓和压入应力，并抑制因轴11与电磁钢板14摩擦而切削轴11所产生的杂质的混入。

另外，因为是使延设部151a的前端153a与延设部151a的侧面连接的角160在轴向上发生变形的结构，所以，能够较小地设定轴11的键槽111的宽度、或较大地设定延设部151a的宽度。由此，即使轴11及转子芯12的加工精度下降，也能够可靠地紧固轴11与转子10。

(第三实施方式)

参照图8，说明第三实施方式的马达1的转子10。

图8是第三实施方式的电磁钢板14的一部分放大图，是将与图2的a部分相当的部分放大而表示的图。在第三实施方式中，与第一及第二实施方式的马达1的转子10的不同之处在于，电磁钢板14的键15只在延设部151b的一方的侧面具有凸部154。

如图8所示，电磁钢板14的键15具有从延设部151b的宽度方向(周向)的一方的侧面向延设部151b的宽度方向外侧(侧面)突出的凸部154。

在电磁钢板14的插入孔16重合而形成的转子芯12的轴插入孔121中，通过间隙配合而插入有轴11。另外，通过使键15的凸部154与轴11的键槽111的一侧侧面抵接、并使键15的延设部151b的未延设有凸部154的一侧的侧面与键槽111的另一侧侧面抵接，来将键15压入键槽111中，并紧固轴11与转子芯12。因为各电磁钢板14容易塑性变形，所以，与键槽111抵接的凸部154的前端156、以及键15的延设部151b的前端153b与延设部151的侧面连接的角160在轴向上发生了变形的状态下，与键槽111的侧面抵接。

在上述第三实施方式的马达1的转子10中，也使键15的侧面与键槽111的侧面抵接而压入，并在电磁钢板14的插入孔16的其它部分，通过间隙配合而插入有轴11。因此，不会对转子芯12施加有多余的应力，能够降低对转子10的恶劣影响。另外，因为在压入时，键15的凸部154的前端156、以及键15的延设部151b的前端153b与延设部151b的侧面连接的角160在轴向上发生了变形的状态下，与键槽111的侧面抵接，所以能够缓和压入应力。此外，因为压入有从键15的延设部151b的侧面突出的凸部154，所以，在压入时施加于键15的压缩应力集中在凸部154。因此，利用第三实施方式的转子10，也能够获得与第一实施方式及第二实施方式相同的效果。

(第四实施方式)

参照图9及图10，说明第四实施方式的马达1的转子10。

图9是第四实施方式的电磁钢板14的一部分放大图，是将与图2的a部分相当的部分放大而表示的图。在第四实施方式中，与第一实施方式的马达1的转子10的不同之处在于，电磁钢板14的键15在延设部151的前端具有向径向内侧突出的突出部161。

如图9所示，电磁钢板14的键15除了从延设部151的宽度方向(周向)的两侧面向延设部151的宽度方向外侧(侧面)延设的凸部154以外，在延设部151的前端还具有向径向内侧突出的突出部161。

与第一实施方式相同，在轴插入孔121中，通过间隙配合而插入有轴11，键15的两个凸部154与轴11的键槽111的两侧面分别抵接，由此而将键15压入键槽111中。键15的凸部154的前端156在压入时，在轴向上发生了变形的状态下与键槽111的侧面抵接。

如图9所示，突出部161的宽度尺寸的大小与延设部151的宽度尺寸的大小相同。突出部161的径向前端163与键槽111之间具有微小的间隙，未与键槽111抵接。延设部151与插入孔16连接的位置中的角部157、延设部151与凸部154连接的位置中的角部158、以及突出部161与凸部154连接的位置中的角部159形成为弯曲形状。与第一实施方式的相同之处在于，在凸部154的外周侧由键槽111的侧面与转子芯12包围而形成的凹部18位于比转子芯12的内径线更靠内侧。

接着，参照图10，针对施加于键15的拉伸应力进行说明。

图10是表示将电磁钢板14的键15压入键槽111中时施加于键15的压缩应力及拉伸应力的图。在将键15压入键槽111中时，从键槽111的侧面作用于凸部154的压缩应力倾斜(由图10的箭头c表示的方向)地施加在转子10的内径向上。由于该压缩应力的作用，凸部154在转子的内径向上发生变形，并在键15的延设部151的根部152附近，在转子芯12的内径向(由图5的箭头d表示的方向)上施加有拉伸应力。

因作用于凸部154的压缩应力而产生的凸部154向转子的内径向的变形利用键15的突出部161进行抑制。由此，能够减少施加于键15的延设部151的根部152附近的拉伸应力。

另外，本申请的发明人根据研究/分析的结果发现，当使突出部161的根部162至前端163的长度t增大时，施加于键15的根部152附近的拉伸应力的最大值急剧减小，直至t为0.5mm，当超过0.5mm时则缓慢减小。因此，虽然优选t的尺寸设计为0.5mm以上，但不一定限定于此。

需要说明的是，在本实施方式中，虽然使突出部161的宽度尺寸的大小与延设部151的宽度尺寸的大小相同，但只要突出部161的宽度尺寸的大小比键槽111的宽度尺寸小即可，并不限于此。但是，在突出部161的宽度尺寸比延设部151的宽度尺寸小的情况下，因为在键15压入时，抑制凸部154向内径向变形的效果较小，所以，突出部161的宽度尺寸的大小优选为延设部151的宽度尺寸以上。

根据上述第四实施方式的旋转电机的转子，除了利用第一实施方式的旋转电机的转子而获得的效果以外，还可以获得如下的效果。

电磁钢板的键15除了从延设部151的宽度方向的两侧面向延设部151的宽度方向外侧突出的凸部154以外，在延设部151的前端还具有向径向内侧突出的突出部161。由此，能够抑制因作用于凸部154的压缩应力而使凸部154向转子的内径向的变形，并能够减小施加于键15的根部152附近的拉伸应力。因此，能够防止施加于键15的根部152的拉伸应力超过电磁钢板14的屈服应力。

另外，设计使突出部161的根部162至前端163的长度t为0.5mm以上。由此，能够减小施加于键15的根部152附近的拉伸应力，也能够防止施加于键15的根部152的拉伸应力超过电磁钢板14的屈服应力。

(第四实施方式的变形例)

参照图11，说明第四实施方式的变形例的马达1的转子10。需要说明的是，本变形例虽然作为第四实施方式的变形例进行了说明，但也可以与任一实施方式适当组合。

图11是第四实施方式的变形例的电磁钢板14的一部分放大图，是将与图2的a部分相当的部分放大而表示的图。如图11所示，在本变形例中，轴11的键槽111的侧面形成为宽度向轴11的外周向缩窄的锥状。

形成转子芯12的电磁钢板14由于因转子10旋转而产生的离心力及因车辆碰撞等而产生的碰撞载荷，键15可能会向着轴11的外周向而与轴11偏离。在本变形例中，轴11的键槽111的侧面形成为宽度向轴11的外周向缩窄的锥状。由此，能够防止由于离心力及碰撞载荷、使键15向着轴11的外周向而与轴11偏离。

上面，针对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只是表示了本发明的应用例的一部分，并非是将本发明的技术范围限定在上述实施方式的具体结构的主旨。

在任一实施方式中，虽然优选电磁钢板14的键15在电磁钢板14的周向上等间隔地设有多个，但键15的配置不限于此，也可以不等间隔地配置。

另外，在任一实施方式中，虽然在转子芯12的外周侧端面等间隔地配置有磁体6，但磁体6的配置不限于此。

另外，在任一实施方式中，虽然优选延设部151的径向前端153或突出部161的径向前端163与键槽111不抵接，但不一定限定于此，也可以抵接。

另外，在除了第二实施方式以外的任一实施方式中，虽然优选在凸部154的外周侧由键槽111的侧面与转子芯12包围而形成的凹部18位于比转子芯12的内径线更靠内侧，但不一定限定于此，也可以是比转子芯12的内径线更向外侧露出的结构。

另外，在任一实施方式中，虽然优选在使从键15的凸部154的根部155至前端156的长度为l、凸部154的宽度尺寸为w的情况下使l/w的值为0.5以上，但不限于此。

此外，虽然优选各实施方式的、延设部151与插入孔16连接的位置中的角部157、延设部151与凸部154连接的位置中的角部158、以及突出部161与凸部154连接的位置中的角部159分别形成为弯曲形状，但不限于此，例如也可以为角形状。

上述各实施方式作为分别单独的实施方式进行了说明，但也可以适当组合。