轉子構件、具備轉子構件的轉子及其制造方法、以及旋轉電的制造方法
轉子構件、具備轉子構件的轉子及其制造方法、以及旋轉電的制造方法
【專利摘要】本發明提供固定在旋轉電機的旋轉軸部的轉子構件、具備轉子構件的轉子、旋轉電機、以及制造轉子的方法。該轉子構件能夠提高制造效率，而且防止構件的損傷。轉子構件包括具有第1端面和第2端面的筒狀的套筒部、在套筒部的徑向外側以沿周向排列的方式配置的多個磁瓦、以及從徑向外側覆蓋磁瓦且在與套筒部之間夾持磁瓦的筒狀構件。在此，套筒部的內周面具有隨著從第1端部朝向第2端部去而逐漸朝向徑向外側擴展的錐面。
【專利說明】轉子構件、具備轉子構件的轉子及其制造方法、以及旋轉電 機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及固定在旋轉電機的旋轉軸部的轉子構件、具備轉子構件的轉子、旋轉 電機、以及制造轉子的方法。
【背景技術】
[0002] 若使在轉子中使用了永磁鐵的電動機高速旋轉，對于永磁鐵自身的強度和固定永 磁鐵的構造而言，為了能夠充分承受高速旋轉時的離心力，需要實施某種程度的加強。在這 種情況下，通常設置覆蓋例如由碳纖維或者鈦構成的套筒這樣的加強構造。例如在日本特 開平11 一 89142號公報中公開了一種在高速旋轉中使用的同步電動機，該同步電動機使用 環狀的磁鐵，并利用碳纖維增強塑料（CFRP)加強磁鐵的外周。
[0003] 日本特開平11 一 89142號公報所公開的環狀的磁鐵因制造方面的制約而在大型 化方面受限，因而，即使為了獲得更大的扭矩而欲使電動機大型化也難以應對。此外，在將 環狀磁鐵嵌合于磁性體環的外部并以即使高速旋轉也不會松動那樣的很大的過盈量固定 于旋轉軸的情況下，有可能因該過盈量所引起的磁性體環的膨脹而導致環狀磁鐵開裂。
[0004] 另外，相反，若將過盈量限制在環狀磁鐵不會開裂的程度，則無法確保磁鐵、磁性 體環的足夠的過盈量，產生磁鐵、磁性體環空轉的問題，因此，存在扭矩無法在高速區域中 上升或者高速旋轉本身無法進行的問題。
[0005] 并且，根據日本特開平11 - 89142號公報所述的方法，利用所謂的"液壓嵌合"將 轉子構件固定在旋轉軸上。由于采用該方法而存在如下問題：需要復雜且大型的制造裝置， 并且作業也變復雜，更困難。其結果，存在導致制造效率降低的問題。此外，為了進行液壓 嵌合，在磁性體環(轉子套筒）中，用于從外部向磁性體環和旋轉軸之間引導液壓的孔是必 需的。但是，存在如下問題：在高速旋轉時，在該孔的周邊發生應力集中，其最大應力妨礙提 升最高轉速。此外，存在如下問題：考慮到旋轉體的平衡，上述孔需要平衡地以高精度配置、 加工，導致成本上升。
[0006] 并且，根據日本特開平11 一 89142號公報記載有：在利用液壓嵌合完成轉子部件 和旋轉軸的固定之后，為了避免上述應力集中，利用切削加工除去液壓孔。但是，存在如下 問題：轉子完成后的切削加工是需要要注意加工過程中的永磁鐵的磁吸引力、切削液有可 能對轉子主體產生化學損傷等與增加簡單工序相比風險更高的工序，作業非常花費成本。
[0007] 并且，根據日本特開平11 一 89142號公報，要求即使轉子構件的外周部的周速度 為250m / s以上，套筒對旋轉軸也保留緊固力。其意圖在于，即便是最高轉速，轉子構件的 固定也不會松動，即轉子構件不會空轉，而是穩定地以最高轉速旋轉。但是，例如在機床的 主軸所采用的電動機中，不僅在最高轉速的條件下轉子構件不會空轉成為該旋轉電機的重 要的性能指標，在此基礎上，能夠產生的切削扭矩的大小也成為該旋轉電機的重要的性能 指標。作為即使在最高轉速的條件下施加切削的負載扭矩時、轉子構件的固定部分處的固 定也不會打滑的條件，日本特開平11 一 89142號公報所示的條件不足。此外，同樣的問題 也存在于磁鐵和磁性體環之間，但在日本特開平11 一 89142號公報中并未記載與該部分相 關的對策。即，存在這樣的問題：若只是套筒在最高轉速的條件下也對旋轉軸保留緊固力， 則在負荷增大時，磁鐵、套筒依然有可能在旋轉方向上滑動。
【發明內容】
[0008] 因此，鑒于上述課題，本發明的目的在于提供一種旋轉電機的轉子構件和轉子，其 能夠提高制造效率并且在制造工序中防止磁鐵損傷，此外能夠增大旋轉電機的扭矩和輸出 功率，進而能夠將該扭矩可靠地傳遞至旋轉軸。
[0009] 在本發明的一個技術方案中，轉子構件通過壓入而被固定在旋轉電機的旋轉軸 部，其中，該轉子構件包括：筒狀的套筒部，其具有軸線方向第1側的第1端部和軸線方向第 2側的第2端部；多個磁瓦，其在套筒部的徑向外側以沿周向排列的方式配置；以及筒狀構 件，其從徑向外側覆蓋多個磁瓦，在該筒狀構件與套筒部之間夾持多個磁瓦。在此，為了能 夠進行基于壓入的組裝，套筒部的內周面具有隨著從第1端部朝向第2端部去而連續地朝 向徑向外側擴展的錐面，而且，在從第1端部朝向第2端部去的方向上不包含該內周面的半 徑變小的部分。在此，磁瓦在周向上被分割，另一方面，在沿著旋轉軸的方向上既可以被分 割成多個，或者也可以不被分割。
[0010] 優選的是，錐面是線性錐面或者包含彼此連續地連接的、相對于旋轉軸線的角度 互不相同的多個線性錐面。此外，套筒的厚壁側是因錐形而直徑變小的一側，優選設置用于 在壓入時被壓力推壓的端面。其結果，該部分附近的套筒壁厚變厚，在壓入該部位時導致壓 入噸數增大，因此，優選的是僅該部位附近的內徑部的錐角為0°、即為圓筒狀內徑。
[0011] 優選的是，套筒部的內周面在一定區間中還具有隨著從第1端部朝向第2端部延 伸而內徑保持恒定的圓筒面，錐面包含自圓筒面朝向第2端部延伸的線性錐面。優選的是， 在套筒部和磁瓦之間的至少一部分區域中形成有間隙。另外，優選的是，套筒部的外周面為 圓筒狀，多個磁瓦的內周面均為圓弧狀。在這種情況下，磁瓦的內周面的曲率半徑大于套筒 部的外周面的半徑。
[0012] 優選的是，錐面自第1端部延伸至第2端部。更優選的是，上述錐面是線性錐面。 在這種情況下，優選的是，上述線性錐面具有1 / 200?1 / 30的錐度比。優選的是，套筒 部不具有向該套筒部的內周面開口的孔。
[0013] 優選的是，該轉子構件還具備設于套筒部和磁瓦之間且用于防止套筒部和磁瓦之 間的相對移動的移動防止構件。優選的是，筒狀構件可以具有碳纖維、玻璃纖維、非磁性金 屬、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二 酯纖維等、比強度(每單位密度的拉伸強度）優異的材料。或者，筒狀構件也可以具有使用 了碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者 聚對苯二甲酸丁二酯纖維的FRP (纖維強化樹脂)、或者將這幾種材料組合而成的復合材料。 或者，筒狀構件也可以含有非磁性金屬。
[0014] 在本發明的另一個技術方案中，轉子包括：旋轉軸部，其具有隨著從軸線方向第1 側朝向軸線方向第2側去而逐漸朝向徑向外側擴展的外周面；以及上述轉子構件，其以第2 端面位于比第1端面靠旋轉軸部的軸線方向第2側的位置的方式利用軸線方向上的壓入所 帶來的過盈配合而固定在旋轉軸部的徑向外側。不使用液壓配合，從而不必在套筒中設置 液壓用的孔，因而能夠消除在液壓用的孔周邊產生的應力集中，對于提高最高轉速是有利 的。
[0015] 在此，在轉子構件固定于旋轉軸部的狀態下，套筒部以在旋轉軸部的作用下向徑 向外側膨脹的方式變形，套筒部的外周面和磁瓦的內周面伴隨著壓力彼此密合。在此，"伴 隨著壓力彼此密合"表示利用面的壓力限制彼此的相對移動。但是，在除去壓力之后的狀態 下并不限定于此。即，既可以解除彼此的限制狀態，或者也可以不解除彼此的限制狀態。
[0016] 在筒狀構件所延伸的軸線方向區間中，套筒部的內周面和旋轉軸部的外周面遍布 大致整面(例如90%以上的區域)地面接觸。通過這樣做，套筒部的內周面和旋轉軸部的外周 面之間的接觸面變大，能夠降低該接觸面的面壓力，其結果，產生更容易進行壓入的效果。 在考慮到分解時的便利性的情況下，也可以設置用于使潤滑油浸潤于接觸面的最小限度的 槽，在這種情況下，也優選以至少90%的面積構成接觸固定面。優選的是，套筒部超出彈性 變形區域進行變形。在本發明的又一技術方案中，旋轉電機具備上述轉子。
[0017] 在轉子構件固定于旋轉軸部并裝入到旋轉電機進行運轉的狀態下，優選的是，筒 狀構件的過盈量被設定為在旋轉電機能夠動作的轉速的整個范圍中，套筒部和旋轉軸部之 間的固定扭矩、磁瓦和套筒部之間的固定扭矩大于旋轉電機的最大扭矩。
[0018] 若存在應力集中部位，則轉子的最高轉速因其極限應力而受到抑制。因而，優選 的是，極力避免發生應力集中那樣的形狀。因而，優選的是，不形成上述日本特開平11 一 89142號公報中那樣的、使轉子外周面和轉子套筒內徑面連通的貫通孔。通過廢除貫通孔， 應力集中部位消失，能夠進一步提高轉速。
[0019] 在本發明的又一技術方案中，制造通過壓入而組裝于旋轉軸的轉子構件的方法包 括以下步驟：在筒狀的套筒部的外周面至少沿周向設置多個磁瓦的步驟，其中，該筒狀的套 筒部具有軸線方向第1側的第1端部、軸線方向第2側的第2端部、以及包含隨著從第1端 部朝向第2端部去而連續地朝向徑向外側擴展的錐面的內周面；以及以從徑向外側覆蓋上 述多個磁瓦的方式安裝筒狀構件的步驟。安裝筒狀構件的步驟也可以包含將該筒狀構件的 材料直接卷繞在磁瓦的外周的環節。
[0020] 使用以上述方法制造出的轉子構件制造旋轉電機的轉子的方法包括以下步驟：準 備旋轉軸部的步驟，其中，該旋轉軸部具有在固定轉子構件的區間中隨著從軸線方向第1 側朝向軸線方向第2側去而逐漸朝向徑向外側擴展的外周面；以及利用過盈配合將轉子構 件固定在旋轉軸部的徑向外側的步驟。
[0021] 利用過盈配合固定轉子構件的步驟包含以下環節：以第2端部位于比第1端部靠 旋轉軸部的軸線方向第2側的位置的方式將套筒部從旋轉軸部的軸線方向第1側嵌入；保 持旋轉軸部，并且朝向軸線方向第2側的方向推壓套筒部的第1端部，將套筒部壓入到旋轉 軸部；以及在將套筒部壓入至預定的固定位置的期間，利用壓入套筒部的力使套筒部向徑 向外側膨脹。
[0022] 優選的是，在轉子構件中，在套筒部和磁瓦之間的至少一部分區域中形成有間隙， 在利用過盈配合固定轉子構件的步驟中，通過使套筒部向徑向外側膨脹以便填補上述間 隙，由此使套筒部的外周面和磁瓦內周面遍布大致整面地面接觸。
[0023] 優選的是，套筒部的外周面為圓筒狀，多個磁瓦的內周面均為圓弧狀。在這種情況 下，磁瓦的內周面的曲率半徑大于套筒部的外周面的半徑，在利用過盈配合固定轉子構件 的步驟中，通過使套筒部向徑向外側膨脹，由此使套筒部的外周面和磁瓦內周面進行面接 觸。
[0024] 參照【專利附圖】
【附圖說明】以下的優選實施方式，進一步明確本發明的上述或者其他目的、特 征以及優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明的一實施方式的電動機的剖視圖。
[0026] 圖2是圖1所示的旋轉軸部的剖視圖。
[0027] 圖3是圖1所示的轉子構件的剖視圖。
[0028] 圖4是從軸線方向觀察圖1所示的轉子構件時的外觀圖。
[0029] 圖5是圖3所示的套筒部的剖視圖。
[0030] 圖6是圖3所示的磁瓦之一的立體圖。
[0031] 圖7是圖3所示的筒狀構件的立體圖。
[0032] 圖8是示出作用于旋轉軸部、套筒部及磁瓦的離心力、旋轉軸部和套筒部之間的 固定扭矩、以及套筒部和磁瓦之間的固定扭矩、電動機的轉速之間的關系的圖表。
[0033] 圖9是示出電動機停止時筒狀構件、磁瓦、套筒部之間的力的平衡的圖。
[0034] 圖10是示出電動機旋轉時筒狀構件、磁瓦、套筒部之間的力的平衡的圖。
[0035] 圖11示出用于說明本發明的一實施方式的轉子構件和轉子的制造方法的流程 圖。
[0036] 圖12示出用于說明本發明的另一實施方式的轉子構件和轉子的制造方法的流程 圖。
[0037] 圖13是用于說明將磁瓦安裝在套筒部的步驟的圖。
[0038] 圖14示出組裝轉子構件后的狀態。
[0039] 圖15是將圖14中的局部區域放大后的放大圖。
[0040] 圖16是用于說明將轉子構件固定于旋轉軸部的步驟的剖視圖。
[0041] 圖17是將圖16中的局部區域放大后的放大剖視圖。
[0042] 圖18是示出將轉子構件固定于旋轉軸部之后的狀態的剖視圖。
[0043] 圖19的（a)、（b)是用于說明將轉子構件固定于旋轉軸部的步驟中的、轉子構件的 狀態變化的圖。
[0044] 圖20的（a)、（b)是另一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0045] 圖21的（a)、（b)是又一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0046] 圖22的（a)、（b)是又一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0047] 圖23的（a)、（b)示出又一實施方式的轉子構件。
[0048] 圖24示出又一實施方式的轉子構件。
【具體實施方式】
[0049] 下面，根據附圖詳細地說明本發明的實施方式。首先，參照圖1說明本發明的一實 施方式的電動機100的結構。另外，在以下的說明中，將沿著電動機100的旋轉軸部的軸心 延伸的方向設為軸線方向，將圖1的紙面左方設為軸線方向前方，將紙面右方設為軸線方 向后方。但是，以下說明中的軸線方向前方、軸線方向后方是為了便于理解而酌情確定的， 并不限定地表不電動機的如方、后方等特定方向。
[0050] 電動機100包括劃分出內部空間101的外殼102、靜止地配置在外殼102的內部空 間101中的定子110、以及以能夠旋轉的方式設置在定子110的徑向內側的轉子400。定子 110具有定子鐵芯103和卷繞在定子鐵芯103上的線圈104。定子鐵芯103例如通過層疊 電磁鋼板的薄板而制成。
[0051] 從定子110引出與線圈104電連接的動力線（未圖示)，動力線通過設于外殼102 的貫通孔而連接于設置在電動機100的外部的動力源(未圖示)。
[0052] 轉子400具有在內部空間101中沿著軸線方向延伸的旋轉軸部200和固定設置在 旋轉軸部200的徑向外側的轉子構件300。
[0053] 接著，參照圖2說明本實施方式的旋轉軸部200。旋轉軸部200是具有軸心h和與 該軸心h同心的中心孔201的筒狀的構件。在本實施方式中，由于設想在工作機械的主軸 中使用的內裝式電動機，因此，在旋轉軸部200中形成有中心孔201，但并不限定于此。艮P， 旋轉軸部200也可以利用不具有中心孔201的實心材料制作。
[0054] 旋轉軸部200的軸心是電動機100的旋轉軸心。旋轉軸部200的軸線方向前 方側的部分借助安裝在外殼102的前方側的壁部上的軸承(未圖示)以能夠旋轉的方式支承 在外殼102上。同樣，旋轉軸部200的軸線方向后方側的部分借助安裝在外殼102的后方 側的壁部上的軸承(未圖示）以能夠旋轉的方式支承在外殼102上。
[0055] 旋轉軸部200具有隨著從軸線方向后方側朝向軸線方向前方側去而逐漸朝向徑 向外側擴展的錐狀的外周面202。旋轉軸部200的軸線方向前方側的部分203和臺階部204 是為了制造時的便利性而設置的抵接部的一例。錐狀外周面202從軸線方向后端205連續 地延伸至軸線方向前端206。在錐狀外周面202的軸線方向后端205的軸線方向后方形成 有沿著軸線方向以直線狀延伸的圓筒狀的外周面207。
[0056] 另外，錐狀外周面202優選為線性的錐面、即圓錐面。在這種情況下，錐狀外周面 202的半徑隨著從軸線方向后端205朝向軸線方向前端206去而線性增加。錐狀外周面202 優選為具有例如1 / 200?1 / 30的錐度比的線性的錐面。
[0057] 抵接用的部分203和臺階部204是用于使制造時的組裝作業變容易的設計的一 例。抵接用的部分203具有沿著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面，以與錐狀外周面202的 軸線方向前端206之間形成臺階部204的方式形成為自錐狀外周面202向徑向外側突出。
[0058] 接著，參照圖3?圖7說明本實施方式的轉子構件300。轉子構件300具有筒狀的 套筒部301、在套筒部301的徑向外側配置為沿周向排列的多個磁瓦311、以及從徑向外側 覆蓋磁瓦311的筒狀構件321。磁瓦311也可以根據制造的情況、磁鐵的成形情況在軸線方 向上被分割成多個，在圖3的例子中在軸線方向上被分割為二。
[0059] 如圖5所示，套筒部301是具有中心軸線02的筒狀的構件，具有軸線方向后方側 (即軸線方向第1側)的第1端部302、軸線方向前方側（即軸線方向第2側)的第2端部303、 以及沿著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面304。套筒部301的軸線方向后端的、自外周面 304向徑向外側突出的凸部305是用于在制造時使磁鐵的軸線方向位置易于對齊的設計的 一例。
[0060] 套筒部301利用例如SS400或者S45C這樣的磁性體的金屬材料制作。此外，為了 使將套筒部301壓入到旋轉軸部200的作業變容易，套筒部301的厚度優選為更薄。例如， 套筒部301在厚度最薄的部分具有1mm?2mm的厚度。另外，將套筒部301壓入到旋轉軸 部200的作業之后敘述。
[0061] 在本實施方式中，套筒部301具有隨著從第1端部302朝向第2端部303去而連 續地朝向徑向外側擴展的錐狀內周面306 (即錐面)。該錐狀內周面306從第1端部302連 續地延伸至第2端部303,并且在從第1端部302朝向第2端部303的方向（即軸線方向前 方向)上不包含其半徑變小的部分。換言之，錐狀內周面306在從第1端部302到第2端部 303的整個區域中隨著朝向軸線方向前方去而半徑變大。
[0062] 錐狀內周面306優選為線性的錐面。在這種情況下，錐狀內周面306的半徑隨著 從第1端部302朝向第2端部303去而從第1端部302的錐狀內周面306的半徑R 3線性 地擴徑至第2端部303的錐狀內周面306的半徑R4。另外，R4>R 3。此外，優選錐狀內周面 306是具有例如1 / 200?1 / 30的錐度比的線性的錐面。該數值范圍見后述。
[0063] 在此，錐狀內周面306的錐度被設定為與旋轉軸部200的錐狀外周面202的錐度 相對應。更具體地講，若旋轉軸部200的錐狀外周面202和套筒部301的錐狀內周面306 均是線性錐面，則錐狀外周面202和錐狀內周面306被設定為具有大致相同的錐度比(例如 1/100)。
[0064] 套筒部301在圖1所示的電動機100的組裝狀態下以旋轉軸部200的中心軸線h 和套筒部301的中心軸線02 -致的方式利用過盈配合固定在旋轉軸部200的錐狀外周面 202上。在該狀態下，套筒部301的第2端部303和為了便于組裝而設置的抵接用的部分 203的臺階部204例如被設計為抵接。而且，第2端部303的錐狀內周面306的半徑R 4和 錐狀外周面202的軸線方向前端206的半徑大致相同。
[0065] 此外，在該狀態下，套筒部301的錐狀內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面 202彼此以較大的面壓密合，套筒部301被旋轉軸部200朝向徑向外側按壓。另外，套筒部 301相對于旋轉軸部200的安裝構造見后述。
[0066] 如圖6所示，磁瓦311分別是具有預先確定的曲率半徑的內徑的大致圓弧狀的磁 鐵片。具體地講，磁瓦311具有軸線方向前方側的端面312、軸線方向后方側的端面313、周 向一側的端面314、周向另一側的端面315、徑向內側的內周面316以及徑向外側的外周面 317。磁瓦311的內周面316為圓弧狀，另一方面，外周面317是任意的曲面、平面或者曲面 和平面的組合。
[0067] 在圖6的例子中，作為實施方式的一例而明確地描繪了端面312、端面313、端面 314、端面315,但根據磁路設計、電動機的規格等情況，這些端面是曲面或者被錐面、曲面夾 在中間的極小面，因此，以上端面實際上不一定明確存在。此外，形成各個面的邊實際上被 實施倒角或者以曲面平滑地去掉一部分，不一定利用明確的線劃定。
[0068] 內周面316是具有預先確定的曲率半徑的圓弧面，并以連接形成端面312的徑向 內側的一邊和形成端面313的徑向內側的一邊的方式沿著軸線方向延伸。外周面317在周 向上由平滑的曲線構成，例如既可以是圓弧面，也可以是其他任意的曲面。內周面316的曲 率半徑見后述。
[0069] 如圖7所示，筒狀構件321是沿著軸線方向延伸的筒狀的構件。具體地講，筒狀構 件321具有軸線方向前方側的端面322、軸線方向后方側的端面323、筒狀的內周面324和 外周面325。在圖7的例子中，作為實施方式的一例而明確地描繪了端面322和端面323， 但根據筒狀構件的材料、構造、制造方法的不同，以上斷面不一定明確地存在。
[0070] 筒狀構件321對于朝向徑向外側膨脹那樣的變形具有較強的強度。換言之，筒狀 構件321的半徑(直徑)難以變化。此外，從防止磁通引起的發熱、磁通的泄漏引起的性能降 低的方面考慮，優選筒狀構件321利用非磁性材料制作。并且，為了減小因旋轉而產生的離 心力，優選筒狀構件321具有較小的密度。
[0071] 例如，作為筒狀構件321的材料，優選為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖 維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維這樣的、比強度 (每單位密度的拉伸強度）優異的材料。此外，作為筒狀構件321的材料，也優選為使用碳 纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對 苯二甲酸丁二酯纖維的FRP (纖維強化樹脂)、或者將它們中的幾種材料組合而成的復合材 料。此外，作為筒狀構件321的材料，也可以使用奧氏體系的不銹鋼、鈦、或者鈦合金等非磁 性金屬。
[0072] 在圖3及圖4所示的例子中，在組裝轉子構件300后的狀態下，配置有共計8個磁 瓦311。具體地講，在圖4中的A所示的周向位置，兩個磁瓦311以在軸線方向上相鄰的方 式配置并形成一對。同樣，在圖4中的B、C及D所示的周向位置，分別有兩個磁瓦311在軸 線方向上相鄰并形成一對。
[0073] 這樣，在本實施方式的轉子構件300中，4對磁瓦311配置為在套筒部301的外周 面304上沿周向以大致等間隔排列。位于軸線方向后方側的磁瓦311例如分別通過在套筒 部301設置凸部305等構造而以軸線方向的位置對齊的方式配置。
[0074] 在周向上的4對、共計8個磁瓦311的徑向外側，以從徑向外側環繞全部磁瓦311 的方式嵌裝有筒狀構件321。在此，如上所述，在圖1所示的電動機100的組裝狀態下，套筒 部301被旋轉軸部200朝向徑向外側按壓。通過該按壓，套筒部301欲向徑向外側變形，朝 向徑向外側推壓各個磁瓦311。
[0075] 相對于此，如上所述，筒狀構件321對于朝向徑向外側膨脹的變形具有較強的強 度。因而，應對自磁瓦311施加的壓力，其反作用力朝向徑向內側推回磁瓦311。
[0076] 利用該結構，磁瓦311在套筒部301和筒狀構件321之間被牢固地夾持。由此，在 電動機100驅動時，即使轉子構件300以高速旋轉的情況下，也能夠防止磁瓦311相對于套 筒部301和筒狀構件321進行相對移動。
[0077] 參照圖8?圖10更詳細地說明這一點。圖8示出在電動機100的轉速增大的同 時變化的、作用于各構件的離心力的大小、由此而減少的旋轉軸部200和套筒部301之間的 固定扭矩、以及套筒部301和磁瓦311之間的固定扭矩。在此，"固定扭矩"指的是在一個構 件和另一個構件之間的接觸面產生的周向的摩擦力與旋轉軸線和該接觸面之間的徑向距 離（即半徑）相乘而得到的值，該固定扭矩越大，一個構件越難以相對于另一個構件在周向 上相對移動(難以偏離）。
[0078] 圖8中的線10表示旋轉軸部200和套筒部301之間的固定扭矩，線12表示套筒部 301和磁瓦311之間的固定扭矩。此外，圖8中的線14、線16以及線18分別表示作用于磁 瓦311、套筒部301以及筒狀構件321的離心力。此外，線20表示電動機100的最大扭矩。
[0079] 如圖8所示，可知在停止時(轉速0)，固定扭矩10、12比電動機100的最大扭矩20 大很多，但在電動機100的轉速增大的同時減少，逐漸接近最大扭矩20。
[0080] 在此，電動機100的最大扭矩20自10000min-l附近減少的原因在于，在該實例中 作為模型的電動機的最大輸出功率偶爾為90kW。通常，若以扭矩恒定的狀態提高轉速，由于 電動機輸出功率=扭矩X轉速，因此輸出功率會無休止地增加，但驅動電源的電源容量存 在極限，不可能無休止地增加。因此，在用于高速高扭矩的電動機設計中，通常設計為從某 一轉速降低扭矩，反而使輸出功率恒定。因此，在本實例中，扭矩自l〇〇〇〇min-l附近降低。
[0081] 圖9和圖10示出停止時和旋轉時的力的平衡。為了不使圖變復雜，在圖9和圖 10中，從簡化說明的方面考慮，尤其以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出。套 筒36和旋轉軸37之間的力的關系雖未圖示，但思路完全相同，只要是本領域技術人員，就 應能夠容易地理解。
[0082] 圖9示出電動機停止時的筒狀構件32、磁瓦34以及套筒36之間的力的平衡。圖 9中的箭頭30表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭頭26表示磁瓦34自套筒36承受的反 作用力。箭頭28表示在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力。摩擦力28是用力26與套 筒36和磁瓦34之間的摩擦系數相乘而得到的值。此外，圖9中的箭頭24表示磁瓦34自 筒狀構件32承受的力（即筒狀構件32的壓縮保持力）。箭頭22表示筒狀構件32自磁瓦34 承受的反作用力。
[0083] 以上，為了簡便，以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出力的關系。旋轉 軸37和套筒36之間的力的關系雖省略，但思路相同，只要是本領域技術人員，就能夠容易 地理解。需要注意的是，旋轉軸37自套筒36承受的力除了由套筒36的過盈量引起的壓縮 力之外還要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，思路相同。
[0084] 另一方面，圖10示出電動機旋轉時的筒狀構件32、磁瓦34以及套筒36之間的力 的平衡。圖10中的箭頭52表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭頭42表示磁瓦34自套筒 36承受的反作用力。箭頭48表示在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力。箭頭46表示 磁瓦34自筒狀構件32承受的力（即筒狀構件32的壓縮保持力）。箭頭54表示經由磁瓦34 向筒狀構件32傳遞的、來自套筒36的反作用力。箭頭38表示對筒狀構件32施加的力的 總和。虛線箭頭40表示作用于磁瓦34的離心力。虛線箭頭44表示作用于筒狀構件32的 離心力。
[0085] 如圖10所示，旋轉時筒狀構件32所負擔的壓縮保持力46的大小為自圖9所示的 停止時的壓縮保持力24減去旋轉時作用于筒狀構件32自身的離心力44而得到的值。因 此，對于筒狀構件32而言，質量輕和強度高這二點、S卩比強度較高是重要的。因此，作為筒 狀構件32的材料，尤其優選為將碳纖維作為主體的材料。在筒狀構件32的質量較輕的情 況下，壓縮保持力24的、離心力所導致的減少量較小即可，因此，能夠相應地提高磁鐵和套 筒的保持力，能夠進一步高速化。
[0086] 如圖10所示，力52因磁瓦34的離心力40和筒狀構件32的離心力44而小于圖9 和圖10所示的力30。力42隨之也變小，因此，在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力48 變小。這樣，在電動機100旋轉時，套筒36和磁瓦34之間的固定扭矩減少。
[0087] 以上，為了簡便，以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出力的關系。旋轉 軸37和套筒36之間的力的關系雖省略，但思路相同，只要是本領域技術人員，就能夠容易 地理解。需要注意的是，旋轉軸37自套筒36承受的力除了由套筒36的過盈量引起的壓縮 力之外還要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，旋轉時產生的離心力除了套筒36自身的 離心力之外也要考慮筒狀構件32和磁瓦34的離心力，思路相同。其結果，在電動機100旋 轉時，基于與套筒36和磁瓦34之間的固定扭矩減少同樣的理由，套筒36和旋轉軸37之間 的固定扭矩也減少。
[0088] 對于向筒狀構件32賦予的壓縮保持力46,僅在最高轉速下保留有壓縮保持力46 是不夠的，需要由壓縮保持力帶來的旋轉方向上的磁瓦34和套筒36之間的固定扭矩與套 筒36和旋轉軸37之間的固定扭矩分別始終大于各個轉速下的電動機的最大扭矩。優選為 相對于電動機的最大扭矩的例如5倍以上還有充分的富余。
[0089] 因此，在本實施方式的轉子構件300中，筒狀構件321的過盈量被設定為在旋轉電 機100能夠動作的轉速的整個范圍內，套筒部301和旋轉軸部200之間的固定扭矩、磁瓦 311和套筒部301之間的固定扭矩大于旋轉電機100的最大扭矩。
[0090] 根據該結構，如圖8所示，無論電動機100以何種轉速被驅動，旋轉軸部200和套 筒部301之間的固定扭矩10、套筒部301和磁瓦311之間的固定扭矩12都大于電動機100 的最大扭矩20。因而，在電動機100進行驅動時，能夠防止在旋轉軸部200和套筒部301之 間、套筒部301和磁瓦311之間產生錯位。
[0091] 接著，參照圖1?圖7說明電動機100的動作。在電流自設置于電動機100的外 部的動力源通過動力線流向線圈104時，利用定子110在軸心的周圍生成旋轉磁場。轉 子構件300的磁瓦311利用由定子110生成的旋轉磁場在周向上承受電磁力。其結果，轉 子構件300與旋轉軸部200 -并一體地旋轉。
[0092] 接著，參照圖11?圖19的（a)、（b)說明本發明的一實施方式的轉子構件300的制 造方法。制造轉子構件300的方法S10包括步驟S1?步驟S5。具體地講，在步驟S1中，準 備套筒部301。例如對圓筒狀構件的內周面和外周面進行切削加工，形成錐狀內周面306、 外周面304。此外，為了組裝時的便利性，例如根據需要形成凸部305等。利用該步驟S1制 作的套筒部301的、第2端部303處的錐狀內周面306的半徑形成為比組裝電動機100后 的狀態下的上述半徑R 4小的半徑&'（參照圖17)。同樣，套筒部301的第1端部302處的 錐狀內周面306的半徑形成為比組裝電動機100后的狀態下的上述半徑R 3小的半徑R/。
[0093] 在步驟S2中，準備磁瓦311。具體地講，準備8個包含具有預定的曲率半徑的內周 面316的、大致圓弧狀的磁瓦311。在步驟S3中，準備筒狀構件321。作為其材料，優選為 例如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或 者聚對苯二甲酸丁二酯纖維等、比強度(每單位密度的拉伸強度)優異的材料。此外，利用這 些材料的FRP (纖維強化樹脂)、奧氏體系的不銹鋼、鈦、鈦合金等非磁性金屬中的任一者或 者將它們中的任意幾者組合而成的復合材料也很合適。
[0094] 在此，步驟S1?步驟S3既可以同時執行，或者也可以按照任意的順序執行。此外， 步驟S1?步驟S3既可以分別在不同的制造場所執行，或者也可以在相同的制造場所執行 步驟S1?步驟S3中的至少2個步驟。
[0095] 在步驟S4中，在套筒部301的外周面304設置共計8個磁瓦311。參照圖13說明 該步驟S4。首先，在A所示的周向位置，將利用步驟S2制作的磁瓦311中的2個以在軸線 方向上相鄰地排列并形成一對的方式設置在套筒部301的外周面304上。同樣，在B、C及 D所示的周向位置，將2個磁瓦311以在軸線方向上相鄰地排列并形成一對的方式設置在套 筒部301的外周面304上。
[0096] 此時，設置在A所示的周向位置的磁瓦對311A的磁場方向被設定為S極配置在徑 向內側的內周面316側且N極配置在徑向外側的外周面317側。此外，設置在B所示的周 向位置的磁瓦對311B的磁場方向被設定為N極配置在徑向內側的內周面316側且S極配 置在徑向外側的外周面317偵k
[0097] 此外，設置在C所示的周向位置的磁瓦對311C的磁場方向被設定為S極配置在徑 向內側的內周面316側且N極配置在徑向外側的外周面317側。此外，設置在D所示的周 向位置的磁瓦對311D的磁場方向被設定為N極配置在徑向內側的內周面316側且S極配 置在徑向外側的外周面317偵k
[0098] S卩，在本實施方式中，在周向上排列的磁瓦對311A?31 ID被設置為各自的磁極在 周向上交替地更換。另外，在本實施方式中，磁瓦311在該步驟S4之前預先磁化。由此，各 個磁瓦311借助其所生成的磁場互相吸引，因此，將磁瓦311設置在套筒部301的外周面 304上的預定位置的作業變容易。
[0099] 在步驟S5中，以從徑向外側覆蓋磁瓦311的方式安裝筒狀構件321。具體地講， 以筒狀構件321的內周面324面向磁瓦311的各自徑向外側的外周面317的方式，將利用 步驟S3制作的筒狀構件321嵌入到磁瓦311的徑向外側。在該時刻，兩者既可以是間隙配 合，也可以是略微過盈配合。在過盈配合的情況下，筒狀構件321不會脫離的程度的微小過 盈量就足夠。
[0100] 此外，如圖12所示，另一實施方式的轉子構件300的制造方法也可以替代圖11的 步驟S3,而在步驟S5中通過將相當于筒狀構件321的構件的材料直接卷繞在磁瓦311的外 周而形成該相當于筒狀構件321的構件(步驟S3'）。相當于筒狀構件321的構件例如也可 以通過將線狀、帶狀、片狀的材料以覆蓋各個磁瓦311的方式一邊沿旋轉方向繞圈一邊卷 繞在磁瓦311的外周直至達到預定的厚度而形成。
[0101] 在此，在本實施方式中，磁瓦311的內周面316的半徑被設定為大于套筒部301的 外周面304的半徑。具體地講，如圖15所示，將磁瓦311的內周面316的曲率半徑設為R 7， 將套筒部301的外周面304的半徑設為R8, R7 > R8。
[0102] 根據該結構，在組裝轉子構件300后的狀態下，在磁瓦311的內周面316和套筒部 301的外周面304之間的、磁瓦311的內周面316的周向兩端的區域中形成有間隙330。另 夕卜，該間隙330的功能見后述。
[0103] 此外，在磁瓦311的外周的輪廓線不是圓的情況下，利用這一點，例如，也可以如 圖14所示那樣使筒狀構件321沿著磁瓦311的外緣變形并嵌入，從而磁瓦311的外表面和 筒狀構件321的內表面接觸，由此將兩者組裝為一體。
[0104] 由此，在將筒狀構件321嵌裝在磁瓦311的徑向外側的情況下，能夠在套筒部301 和筒狀構件321之間夾持磁瓦311，并將轉子構件300構成為一體的構件。
[0105] 利用步驟S1?步驟S5制作圖14所示的轉子構件300。通過這樣預先將轉子構件 300制作為一體的構件，容易搬運轉子構件300。此外，在例如內裝式電動機的領域中，也存 在將這樣的轉子構件的組裝體制造為1個商品并使其流通的情況。由于本實施方式的轉子 構件300具有一體的構造，容易處理，因此從流通方面考慮，在這樣的領域中是有利的。
[0106] 參照圖11繼續說明本發明的一實施方式的轉子制造方法。制造轉子的方法S20 包括步驟S6?步驟S8。具體地講，在步驟S6種，準備圖2所示那樣的旋轉軸部200。例如 對圓筒狀的棒構件的外周面進行切削加工而形成錐狀外周面202。此外，例如也可以根據需 要在錐狀外周面202前后的部分設置圓筒狀的外周面207、抵接用部分203。
[0107] 在步驟S7中，將利用上述步驟S5制作的轉子構件300從旋轉軸部200的軸線方 向后方側嵌入。參照圖16和圖17說明該步驟S7。首先，將轉子構件300的套筒部301從 第2端部303側嵌入到利用步驟S6制作的旋轉軸部200的軸線方向后端。
[0108] 然后，例如旋轉軸部200的軸線方向第2側(前方側）的端面(未圖示）朝向軸線方 向第1側(后方側）來保持旋轉軸部200,相對于保持方向朝軸線方向反方向推壓轉子構件 300的套筒部301的端部302。即，如圖16的箭頭E所示那樣朝向軸線方向前方推入轉子 構件300。
[0109] 于是，套筒部301的錐狀內周面306的軸線方向前端和旋轉軸部200的錐狀外周 面202在抵接部P抵接。圖16中示出該狀態。另外，如圖17所示，錐狀外周面202的抵接 部P的半徑與利用步驟S1制作的套筒部301的、第2端部303處的錐狀內周面306的半徑 R/相等。
[0110] 在步驟S8中，相對于旋轉軸部200朝向軸線方向前方側進一步壓入轉子構件300。 具體地講，朝向軸線方向前方側壓入轉子構件300直至套筒部301的第2端部303與預定 的位置、例如圖例中的抵接用的部分203的臺階部204抵接。
[0111] 此時，套筒部301向軸線方向前方移動從抵接部P到臺階部204的距離X，并且朝 向徑向外側膨脹上述半徑R1與上述半徑R/之差S。即，在該狀態下，轉子構件300利用 過盈配合以過盈量Φ2 δ固定在旋轉軸部200。另外，在該狀態下，套筒部301也可以超出 彈性變形區域進行變形。
[0112] 在套筒部301壓入到預定的固定位置的期間，套筒部301因壓入該套筒部301的 力而向徑向外側膨脹，磁瓦311隨之也向徑向外側移動。其結果，筒狀構件321也會朝向外 側承受力，筒狀構件321也朝向徑向外側膨脹。由此，在筒狀構件321中積蓄彈性壓縮力， 利用該彈性壓縮力在旋轉軸部200的錐狀外周面202和筒狀構件321之間夾持磁瓦311和 套筒部301，利用此時在各個接觸面之間產生的壓力（表面壓力）完成磁瓦311和套筒部外 周面304的周向上的固定、套筒部301的內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面202的 固定。
[0113] 另外，套筒部301的內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面202在從筒狀構件 321的軸線方向前方的端面322到軸線方向后方的端面323的軸線方向區間中遍布大致整 面(例如90%以上的區域）地面接觸。
[0114] 以下示出旋轉軸部200和套筒部301的具體的尺寸例。將旋轉軸部200的錐狀外 周面202和套筒部301的錐狀內周面306的錐度比均設定為1 / 100。而且，將套筒部301 的第2端部303處的厚度設為1mm，將套筒部301的軸線方向長度、即第1端部302和第2 端部303之間的軸線方向距離設為100mm。
[0115] 于是，套筒部301的第1端部302處的厚度為1. 5mm。在這種情況下，若將套筒部 301的外周面304的直徑設為Φ 80mm (即半徑為40mm)，則第2端面303處的錐狀內周面 306的直徑為Φ 78mm (即R4 = 39mm)，第1端部302處的錐狀內周面306的直徑為Φ 77mm (即 R3 = 38. 5mm)。
[0116] 另一方面，將旋轉軸部200的軸線方向前端206的外徑設為Φ78. 5 (即R1 = 39. 25mm)。于是，在軸線方向后方距軸線方向前端206的距離為100mm的位置，旋轉軸部 200的錐狀外周面202的外徑為Φ 77. 5mm (即半徑為38. 75mm)。
[0117] 在這種情況下，在將套筒部301壓入到旋轉軸部200以使套筒部301的第2端部 303和旋轉軸部200的臺階部204抵接的情況下，套筒部301和旋轉軸部200利用過盈量 Φ0. 5mm的過盈配合被互相固定。
[0118] 基于步驟S8的結果，利用過盈配合將轉子構件300固定在旋轉軸部200上，制造 圖18所示的轉子400。即，步驟S7和步驟S8構成利用過盈配合將轉子構件300固定在旋 轉軸部200的徑向外側的步驟S9。
[0119] 在此，在本實施方式中，如上所述采用在周向排列的磁瓦311，而且磁瓦311的內 周面316的曲率半徑R 7被設定為大于套筒部301的外周面304的半徑R8。由此，在制造轉 子400的工序中能夠防止磁鐵開裂。
[0120] 參照圖19說明這一點。另外，圖19的（a)示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態 的轉子構件300,與圖15相對應。另一方面，圖19的（b)示出壓入到旋轉軸部200之后的 狀態的轉子構件300,與圖4相對應。
[0121] 如上所述，在壓入到旋轉軸部200之前的狀態下，在磁瓦311的內周面316和套筒 部301的外周面304之間形成有間隙330。若自該狀態在步驟S8中將轉子構件300壓入到 旋轉軸部200,則會朝向徑向外側膨脹上述的差δ。
[0122] 于是，如圖19的（b)所示，套筒部301為了填補間隙330而向徑向外側膨脹，其結 果，套筒部的外周面304和磁瓦311的徑向內側的內周面316面接觸。該間隙330是由磁 瓦311的內周面316的曲率半徑&和套筒部301的外周面304的半徑馬之間的半徑之差 引起而形成的間隙，考慮到步驟S8中的套筒部301的膨脹而適當地設定。
[0123] 根據該結構，間隙330作為容許套筒部301的膨脹的"游隙"發揮功能，在步驟S8 的工序的期間，能夠防止自套筒部301對磁瓦311施加的過度的力。由此，能夠防止磁瓦 311開裂。
[0124] 此外，在本實施方式中，磁瓦311并不是以環狀連續的形態，而是利用在周向上排 列的4對磁瓦對在周向上分離成4部分。因此，在步驟S8的工序的期間，即使對磁瓦311 加載力，與以環狀連續的磁鐵相比也能夠大幅降低磁瓦311破損的可能性。此外，在使電動 機大型化的情況下，通過調整所應用的磁瓦311的尺寸和數量，能夠更加容易地應對電動 機的大型化的要求。
[0125] 并且，根據本實施方式，套筒部301在步驟S8中向徑向外側膨脹以便填補間隙 330,套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316面接觸。利用該結構，在轉子400完成 后的狀態下，能夠使套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316以均等的壓力分布互相 牢固地伴隨著壓力而密合。由此，能夠增大套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316 之間的摩擦力（固定扭矩)，因此，能夠在電動機100進行驅動時有效地防止磁瓦311相對于 套筒部301相對移動。
[0126] 此外，根據本實施方式，在步驟S8中，利用錐面202、306使套筒部301膨脹，將轉 子構件300壓入到旋轉軸部200。由此，由于能夠使套筒部301均勻且高精度地膨脹，因此， 能夠在套筒部301和筒狀構件321之間穩定地夾持磁瓦311。其結果，能夠使轉子400的構 造更加堅固，因此，能夠將轉子400應用于要求以更高的轉速旋轉的產品。
[0127] 此外，根據本實施方式，在將轉子構件300壓入到旋轉軸部200的工序中，僅需要 向一個軸線方向推壓轉子構件300的沖壓裝置，不需要其他復雜的制造裝置。因而，能夠提 高制造效率，并且降低制造成本。
[0128] 此外，根據本實施方式，也不需要采用在加熱轉子構件300和旋轉軸部200的構件 的期間將轉子構件300壓入到旋轉軸部200的、所謂"熱裝"的方法。因而，能夠防止因加 熱而引起磁鐵的高溫去磁。
[0129] 此外，由于本實施方式不需要利用"熱裝"，因此，在使用碳纖維、鈦、玻璃纖維等線 膨脹系數較小的材料的情況下，也能夠有效地將轉子構件300固定在旋轉軸部200。
[0130] 此外，根據本實施方式，通過適當地改變錐面202、306的錐度(錐度比、相對于軸 線方向的傾斜角度)，能夠容易且自如地設計套筒部301和筒狀構件321的配合量。因此， 能夠將轉子構件300應用于各種種類和尺寸的電動機。
[0131] 另外，優選錐狀外周面202和錐狀內周面306的錐度比設定在1 / 1000?1 / 30的范圍內。以下說明該數值范圍。首先，關于錐度比的上限值（1 / 30)，在將套筒部301 壓入到旋轉軸部200時，自膨脹變形的套筒部301對旋轉軸部200加載朝向徑向內側的彈 性收縮力。因此，在剛剛將套筒部301壓入到旋轉軸部200之后，該彈性收縮力引起套筒部 301欲沿著錐狀外周面202向自旋轉軸部200脫離的方向滑動。
[0132] 在此，本發明人掌握了實驗驗證的結果，即在將錐度比設定為大于1 / 30的情況 (例如1 / 10、1 / 5等)下有可能產生以下問題。具體地講，在將套筒部301壓入到旋轉軸 部200時，套筒部301欲自旋轉軸部200脫離的力容易超過作用在套筒部301和旋轉軸部 200之間的摩擦力。其結果，套筒部301自旋轉軸部200脫落的可能性升高。
[0133] 此外，在將錐度比設定為大于1 / 30的情況下，為了將套筒部301壓入到旋轉軸 部200,需要非常大的壓入力，因此，也有可能需要更大型的制造裝置。從這方面考慮，優選 將錐度比的上限值設定為1 / 30。
[0134] 接著，關于錐度比的下限值（1 / 1000)，假使在將錐度比設定為小于1 / 1000的 情況下，為了得到預定的過盈量(在上述例子中是Φ0. 5mm)，將套筒部301壓入到旋轉軸部 200的軸線方向距離(相當于上述距離X)變長。由此，作業效率降低。此外，在實際的制造 中，若使錐度比小于1 / 1〇〇〇,則加工誤差的影響可能變大。從這方面考慮，優選將錐度比 的下限值設定為1 / 1000。從上述方面考慮，在現實的制造成本方面，錐度比的下限值尤其 優選為1 / 200左右。只要達到該程度，就能夠進行車床加工，不需要研磨加工。
[0135] 另外，作為本發明的另一實施方式，也可以在套筒部301和磁瓦311之間設置用于 防止套筒部301和磁瓦311之間的相對移動的移動防止構件。參照圖20?圖22說明該結 構。另外，對與上述實施方式同樣的構件標注相同的附圖標記，省略詳細的說明。
[0136] 首先，參照圖20的（a)、（b)說明本發明的另一實施方式的轉子構件500。圖20的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件500,與圖19的（a)相對應。圖20的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件500,與圖19的（b)相對應。
[0137] 該實施方式的轉子構件500包括形成在套筒部301的外周面304上的移動防止構 件501。為了防止套筒部301和磁瓦311之間的相對移動，該移動防止構件501包含例如高 摩擦性樹脂涂料層、粘合性樹脂涂料層、噴砂加工、含有提高摩擦系數的材料的涂料層、提 高摩擦系數的化學表面處理等用于增大套筒部301和磁瓦311之間的摩擦系數的結構。
[0138] 或者，移動防止構件501也可以包含自套筒部301的外周面304向徑向外側突出 的凸部。在這種情況下，也可以在磁瓦311的內周面316形成與上述凸部卡合的卡合部。另 夕卜，優選的是，該移動防止構件501在利用涂料層形成的情況下形成為具有0. 01mm?0. 1mm 的厚度。
[0139] 此外，在利用自套筒部301的外周面304向徑向外側突出的凸部形成移動防止構 件501的情況下，優選該凸部的高度被設定為0. 5mm以上且是磁瓦311的厚度的1 / 3以 下。另外，在套筒部301的外周面304上形成移動防止構件501的工序既可以在上述步驟 S1中的對套筒部301的外周面304進行切削加工時執行，或者也可以在上述步驟S4中的在 套筒部301上設置磁瓦311之前執行。
[0140] 如圖20的（b)所示，在套筒部301利用其與旋轉軸部200的過盈量向徑向外側膨 脹以便填補間隙330時，套筒部301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止 構件501而面接觸。通過這樣預先設置間隙330,能夠防止套筒部301的徑向膨脹引起磁瓦 311開裂。
[0141] 此外，通過套筒部301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件 501而面接觸，能夠在電動機100進行驅動時轉子構件500以高速旋轉的情況下，有效地防 止磁瓦311相對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0142] 接著，參照圖21的（a)、(b)說明本發明的又一實施方式的轉子構件510。圖21的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件510,與圖19的（a)相對應。圖21的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件510,與圖19的（b)相對應。
[0143] 該實施方式的轉子構件510包括形成在磁瓦311的內周面316上的移動防止構件 511。與上述同樣，該移動防止構件511包含增大套筒部301和磁瓦311之間的摩擦系數的 結構。或者，移動防止構件511也可以包含自磁瓦311的內周面316向徑向內側突出的凸 部。
[0144] 如圖21的（b)所示，若套筒部301向徑向外側膨脹以便填補間隙330,則套筒部 301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件511而面接觸。根據該結構， 在電動機100進行驅動時轉子構件510以高速旋轉的情況下，能夠有效地防止磁瓦311相 對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0145] 另外，在磁瓦311的內周面316上形成移動防止構件511的工序既可以在上述步 驟S2中的制作磁瓦311時執行，或者也可以在上述步驟S4中的在套筒部301上設置磁瓦 311之前執行。
[0146] 接著，參照圖22的（a)、(b)說明本發明的又一實施方式的轉子構件520。圖22的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件520,與圖19的（a)相對應。圖22的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件520,與圖19的（b)相對應。
[0147] 在該實施方式的轉子構件520中，將作為獨立構件的移動防止構件521插入到套 筒部301和磁瓦311之間。該移動防止構件521是與套筒部301和磁瓦311之間分別具有 大摩擦系數的構件。作為這樣的移動防止構件521，例如作為對表面實施了提高摩擦系數 的處理后的摩擦片材、在表面涂敷有粘合劑的粘合性片材、或者具有粘著性的片材的例子， 能夠應用由NBR或者硅構成的橡膠片等。另外，優選該移動防止構件521具有0. 03mm? 0. 1mm的厚度。
[0148] 如圖22的（b)所示，若套筒部301向徑向外側膨脹以便填補間隙330,則套筒部 301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件521而面接觸。根據該結構， 在電動機100進行驅動時轉子構件520以高速旋轉的情況下，能夠有效地防止磁瓦311相 對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0149] 另外，對于磁瓦，在上述的實施方式中，對磁瓦是具有預定的曲率半徑的圓弧形狀 的磁鐵片的情況進行了說明，但并不限定于此，磁瓦也可以具有其他的形狀。參照圖23的 (a)、（b)說明該結構。
[0150] 圖23的（a)、（b)示出本發明的又一實施方式的轉子構件600,圖23的（a)是從軸 線方向觀察轉子構件600時的外觀圖，圖23的（b)是放大示出圖23 (a)的局部的放大圖。
[0151] 轉子構件600包括套筒部601、配置在套筒部601的徑向外側的多個磁瓦611、以 及從徑向外側覆蓋磁瓦611的筒狀構件321。
[0152] 在本實施方式中，套筒部601具有自外周面604向內方凹陷的凹部602。該凹部 602從套筒部601的軸線方向一側端面沿著軸線方向延伸至軸線方向另一側端面，由大致 平面狀的底面和自該底面的周向兩端立起的周向端面劃定。凹部602以在周向上等間隔排 列的方式在外周面604上形成有多個。在相鄰的兩個凹部602之間形成有自凹部602的底 面向徑向外側突出的凸部603。
[0153] 磁瓦611具有位于徑向內側的內周面616和位于徑向外側的外周面617。在本實 施方式中，磁瓦611的外周面617與上述實施方式同樣是任意的曲面，另一方面磁瓦611的 內周面616形成為大致平面。
[0154] 如圖23所示，在組裝轉子構件600后的狀態下，磁瓦611收容在形成于套筒部601 的凹部602內，磁瓦611的內周面616和凹部602的底面進行面接觸。而且，能夠利用設于 凹部602的周向兩側的凸部603防止磁瓦611的周向上的移動。
[0155] 另外，凹部602也可以還包含自該凹部602的底面的軸線方向兩端立起的軸線方 向端面。在這種情況下，能夠利用凹部602的軸線方向端面防止磁瓦611的軸線方向上的 移動。
[0156] 根據本實施方式，在上述步驟S4中，能夠使在套筒部601的徑向外側定位磁瓦611 的作業變容易。此外，在將轉子構件600應用于電動機的情況下，能夠可靠地防止在電動機 進行驅動時磁瓦611相對于套筒部601相對移動。
[0157] 接著，參照圖24說明本發明的又一實施方式的轉子構件700。另外，對與上述實 施方式同樣的元件標注相同的附圖標記，省略詳細的說明。轉子構件700具有筒狀的套筒 部701、配置在套筒部301的徑向外側的多個磁瓦311、以及從徑向外側覆蓋磁瓦311的筒 狀構件321。
[0158] 套筒部701是具有中心軸線02的筒狀的構件，且具有軸線方向后方側（即軸線方 向第1側）的第1端部702、軸線方向前方側（即軸線方向第2側）的第2端部703、以及沿 著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面704。套筒部701的軸線方向后端的、自外周面704向徑 向外側突出的凸部705是用于在制造時使磁鐵的軸線方向位置容易對齊的設計的一例。
[0159] 套筒部701具有自第1端部702向徑向前方延伸的圓筒面704、隨著朝向軸線方向 前方去而連續地朝向徑向外側擴展的第1錐狀內周面705和第2錐狀內周面706。圓筒面 704的半徑隨著自第1端部702朝向第2端部703去而保持恒定。
[0160] 第1錐狀內周面705是自圓筒面704的軸線方向前方的端緣704a向軸線方向前 方延伸的、相對于軸線〇 2以第1角度傾斜的圓錐面。第2錐狀內周面706是自第1錐 狀內周面705的軸線方向前方的端緣705a向軸線方向前方延伸至第2端部703的、相對于 軸線〇 2以第2角度Θ 2傾斜的圓錐面。在此，第1角度Θ i被設定為小于第2角度Θ 2。
[0161] 此外，在上述實施方式中，說明了以沿周向排列的方式設有共計8個磁瓦的情況， 但并不限定于此，只要是在周向上分離成兩個以上的磁瓦，也可以設置任何數量的磁瓦。此 夕卜，既可以在周向上相鄰的磁瓦之間設置間隔，也可以配置為彼此接觸。
[0162] 此外，旋轉軸部的錐狀外周面和套筒部的錐狀內周面并不限定于線性錐面，例如 也可以是指數函數錐面那樣的、相對于軸線方向以任意曲率變化的錐面。
[0163] 此外，在上述的實施方式中，對將筒狀構件嵌入在磁瓦311的徑向外側(步驟S5) 的情況進行了說明，但并不限定于此，也可以準備片狀、或者帶狀、或者繩狀、或者線狀的構 件，通過將其卷繞在磁瓦311的徑向外側來組裝轉子構件300。
[0164] 此外，在上述的實施方式中，對將本發明應用于電動機的情況進行了說明，但并不 限定于此，本發明能夠有利地應用于例如包含發電機的旋轉電機。
[0165] 如上所述，根據本發明，首先，不使用環狀的永磁鐵，而使用由至少在周向上被分 割成多個的磁瓦構成的永磁鐵。而且，在將套筒部固定在旋轉軸部的情況下，利用錐面使套 筒部膨脹并且將套筒部壓入到旋轉軸部。通過這樣做，能夠對套筒部和筒狀構件賦予比熱 裝的過盈量大的過盈量，因此，能夠將磁瓦和套筒部牢固地固定在旋轉軸部。而且，由于磁 瓦在周向上被分割，因此即便是較大的過盈量，磁瓦也不會開裂，能夠在套筒部和筒狀構件 之間牢固地夾持磁瓦。其結果，能夠使轉子構件的構造更加堅固。由此，能夠將轉子構件應 用于要求以更高的轉速旋轉的旋轉電機。
[0166] 此外，由于能夠簡化將套筒部固定在旋轉軸部的工序，因此，在將套筒部固定在旋 轉軸部的工序中不需要復雜的制造裝置。由此，能夠提高制造效率，并且降低制造成本。
[0167] 此外，由于磁瓦在周向上分離，因此，在將套筒部固定在旋轉軸部時，在套筒部向 徑向外側膨脹的情況下，也能夠有效地防止磁瓦破損的問題。其結果，即使以更大的過盈量 將轉子構件組裝在旋轉軸上，磁鐵也不會破損。如此，由于能夠增大過盈量，與以往相比能 夠實現更高速的旋轉。
[0168] 此外，由于磁瓦在周向上分離，因此，磁瓦自身的制造變容易，也能夠利用比較大 的尺寸的磁瓦。通過利用該磁瓦，能夠制作利用環狀磁鐵無法得到的更大扭矩的旋轉電機。 這樣，根據本發明，能夠使更大扭矩的旋轉電機以更高速旋轉，因此，能夠提供更高輸出功 率的旋轉電機。
[0169] 以上，通過發明的實施方式說明了本發明，但上述實施方式并不限定權利要求書 所保護的技術方案。此外，在實施方式中說明的特征的所有組合對于發明的解決方案不一 定是必需的。并且，對于本領域技術人員來說，顯而易見能夠對上述實施方式施加多種變更 或者改進。根據權利要求書的記載可明確，施加了這樣的變更或者改進的方式也包含在本 發明的保護范圍內。
[0170] 此外，應當注意在權利要求書、說明書、以及附圖中示出的裝置、系統、程序、以及 方法中的動作、過程、步驟、以及階段等各處理的執行順序并未特別明示"更前"、"之前"等， 此外，只要不是在后處理中采用前處理的結果，則能夠以任意的順序執行。關于權利要求 書、說明書、以及附圖中的動作流程，即便為了方便而使用"首先"、"其次"等進行了說明，也 不表示必須按照該順序實施。
【權利要求】
1. 一種轉子構件（300)，其能夠通過壓入而被固定在旋轉電機（100)的旋轉軸部 (200)，其中， 該轉子構件（300)包括： 筒狀的套筒部（301)，其具有軸線方向第1側的第1端部（302)和軸線方向第2側的第 2 端部（303); 多個磁瓦（311)，其在上述套筒部（301)的徑向外側以沿周向排列的方式配置；以及 筒狀構件（321)，其從徑向外側覆蓋上述多個磁瓦（311)，在上述筒狀構件（321)與上 述套筒部（301)之間夾持上述多個磁瓦（311)， 上述套筒部（301)的內周面具有隨著從上述第1端部朝向上述第2端部去而連續地朝 向徑向外側擴展的錐面（306)，而且， 在從上述第1端部（302)朝向上述第2端部（303)去的方向上不包含該內周面的半徑 變小的部分。
2. 根據權利要求1所述的轉子構件，其中， 上述錐面（306)是線性錐面或者包含彼此連續地連接的、相對于旋轉軸線的角度互不 相同的多個線性錐面。
3. 根據權利要求1或2所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（701)的內周面還具有隨著自上述第1端部（702)延伸并朝向上述第2端 部（703)去而內徑保持恒定的圓筒面（704)， 上述錐面（706)包含自上述圓筒面（704)朝向上述第2端部（703)延伸的線性錐面。
4. 根據權利要求2或3所述的轉子構件，其中， 上述線性錐面具有1 / 200?1 / 30的錐度比。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（301)不具有在該套筒部（301)的內周面具有開口的孔。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的轉子構件，其中， 在上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的至少一部分區域中形成有間隙（330)。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（301)的外周面（304)為圓筒狀， 上述多個磁瓦（311)的內周面（316)均為圓弧狀， 上述磁瓦（311)的內周面（316)的曲率半徑大于上述套筒部（301)的外周面（304)的 曲率半徑。
8. 根據權利要求1?7中任一項所述的轉子構件，其中， 該轉子構件還具備用于防止上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的相對移動的移 動防止構件（501)。
9. 根據權利要求1?8中任一項所述的轉子構件，其中， 上述筒狀構件（321)具有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖 維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維、使用了碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、 碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維的纖維 強化樹脂、或者非磁性金屬。
10. -種轉子（400)，包括： 旋轉軸部（200 )，其具有隨著從軸線方向第1側朝向軸線方向第2側去而朝向徑向外側 擴展的外周面（202);以及 權利要求1?9中任一項所述的轉子構件（300)，其以上述第2端部（303)位于比上述 第1端部（302)靠上述旋轉軸部（200)的軸線方向第2側的位置的方式固定在上述旋轉軸 部（200)的徑向外側， 在上述轉子構件（300)固定于上述旋轉軸部（200)的狀態下，上述套筒部（301)在上述 旋轉軸部（200)的作用下以向徑向外側膨脹的方式變形，上述套筒部（301)的外周面（304) 和上述磁瓦（311)的內周面（316)伴隨著壓力彼此密合。
11. 根據權利要求10所述的轉子，其中， 在上述筒狀構件（321)所延伸的軸線方向區間中，上述套筒部（301)的內周面和上述 旋轉軸部（200)的外周面（202)遍布大致整面地面接觸。
12. 根據權利要求10或11所述的轉子，其中， 上述套筒部（301)超出彈性變形區域進行變形。
13. -種旋轉電機（100)，其中， 該旋轉電機（100)具備權利要求10?12中任一項所述的轉子（400)。
14. 根據權利要求13所述的旋轉電機，其中， 上述筒狀構件（321)的過盈量被設定為在上述旋轉電機（100)能夠動作的轉速的整個 范圍中，上述套筒部（301)和上述旋轉軸部（200)之間的固定扭矩、上述磁瓦（311)和上述 套筒部（301)之間的固定扭矩大于上述旋轉電機（100)的最大扭矩。
15. -種用于制造通過壓入而被固定于旋轉軸部（200)的轉子構件（300)的方法，該方 法包括以下步驟： 在筒狀的套筒部（301)的外周面（304)沿周向設置多個磁瓦（311)的步驟，其中，該 筒狀的套筒部（301)具有軸線方向第1側的第1端部（302)、軸線方向第2側的第2端部 (303 )、以及包含隨著從上述第1端部（302 )朝向上述第2端部（303 )去而連續地朝向徑向 外側擴展的錐面（306)的內周面；以及 以從徑向外側覆蓋上述多個磁瓦（311)的方式安裝筒狀構件（321)的步驟。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中， 安裝上述筒狀構件（321)的步驟包含將該筒狀構件（321)的材料直接卷繞在上述磁瓦 (311)的外周的環節。
17. -種制造轉子的方法，其使用以權利要求15或16所述的方法制造出的轉子構件 (300)制造旋轉電機（100)的轉子（400)，該方法包括以下步驟： 準備旋轉軸部（200)的步驟，其中，該旋轉軸部（200)具有在固定上述轉子構件（300) 的區間中隨著從軸線方向第1側朝向軸線方向第2側去而朝向徑向外側擴展的外周面 (202);以及 利用過盈配合將上述轉子構件（300)固定在上述旋轉軸部（200)的徑向外側的步驟， 利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟包含以下環節： 以上述第2端部（303)位于比上述第1端部（302)靠上述旋轉軸部（200)的軸線方向 第2側的位置的方式將上述套筒部（301)從上述旋轉軸部（200)的上述軸線方向第1側嵌 入； 朝向軸線方向第2側的方向推壓上述套筒部（301)的上述第1端部（302)，將上述套筒 部（301)壓入到上述旋轉軸部（200);以及 在將上述套筒部（301)壓入至預定的固定位置為止的期間，利用壓入上述套筒部 (301)的力使上述套筒部（301)向徑向外側膨脹。
18. 根據權利要求17所述的制造轉子的方法，其中， 上述轉子構件（300)在上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的至少一部分區域具 有間隙（330)， 在利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟中，通過使上述套筒部（301)向徑向 外側膨脹以便填補上述間隙（330)，由此使上述套筒部（301)的外周面（304)和上述磁瓦 (311)的內周面（316)遍布大致整面地面接觸。
19. 根據權利要求18所述的制造轉子的方法，其中， 上述套筒部（301)的外周面（304)為圓筒狀， 上述多個磁瓦（311)的內周面（316)均為圓弧狀， 上述磁瓦（311)的內周面（316)的曲率半徑大于上述套筒部（301)的外周面（304)的 半徑， 在利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟中，通過使上述套筒部（301)向徑向 外側膨脹，由此使上述套筒部（301)的外周面（304)和上述磁瓦（311)的內周面（316)進行 面接觸。
【文檔編號】H02K1/27GK104104166SQ201410134791
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2013年4月3日
【發明者】有松洋平 申請人:發那科株式會社
【專利摘要】本發明提供固定在旋轉電機的旋轉軸部的轉子構件、具備轉子構件的轉子、旋轉電機、以及制造轉子的方法。該轉子構件能夠提高制造效率，而且防止構件的損傷。轉子構件包括具有第1端面和第2端面的筒狀的套筒部、在套筒部的徑向外側以沿周向排列的方式配置的多個磁瓦、以及從徑向外側覆蓋磁瓦且在與套筒部之間夾持磁瓦的筒狀構件。在此，套筒部的內周面具有隨著從第1端部朝向第2端部去而逐漸朝向徑向外側擴展的錐面。
【專利說明】轉子構件、具備轉子構件的轉子及其制造方法、以及旋轉電 機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及固定在旋轉電機的旋轉軸部的轉子構件、具備轉子構件的轉子、旋轉 電機、以及制造轉子的方法。
【背景技術】
[0002] 若使在轉子中使用了永磁鐵的電動機高速旋轉，對于永磁鐵自身的強度和固定永 磁鐵的構造而言，為了能夠充分承受高速旋轉時的離心力，需要實施某種程度的加強。在這 種情況下，通常設置覆蓋例如由碳纖維或者鈦構成的套筒這樣的加強構造。例如在日本特 開平11 一 89142號公報中公開了一種在高速旋轉中使用的同步電動機，該同步電動機使用 環狀的磁鐵，并利用碳纖維增強塑料（CFRP)加強磁鐵的外周。
[0003] 日本特開平11 一 89142號公報所公開的環狀的磁鐵因制造方面的制約而在大型 化方面受限，因而，即使為了獲得更大的扭矩而欲使電動機大型化也難以應對。此外，在將 環狀磁鐵嵌合于磁性體環的外部并以即使高速旋轉也不會松動那樣的很大的過盈量固定 于旋轉軸的情況下，有可能因該過盈量所引起的磁性體環的膨脹而導致環狀磁鐵開裂。
[0004] 另外，相反，若將過盈量限制在環狀磁鐵不會開裂的程度，則無法確保磁鐵、磁性 體環的足夠的過盈量，產生磁鐵、磁性體環空轉的問題，因此，存在扭矩無法在高速區域中 上升或者高速旋轉本身無法進行的問題。
[0005] 并且，根據日本特開平11 - 89142號公報所述的方法，利用所謂的"液壓嵌合"將 轉子構件固定在旋轉軸上。由于采用該方法而存在如下問題：需要復雜且大型的制造裝置， 并且作業也變復雜，更困難。其結果，存在導致制造效率降低的問題。此外，為了進行液壓 嵌合，在磁性體環(轉子套筒）中，用于從外部向磁性體環和旋轉軸之間引導液壓的孔是必 需的。但是，存在如下問題：在高速旋轉時，在該孔的周邊發生應力集中，其最大應力妨礙提 升最高轉速。此外，存在如下問題：考慮到旋轉體的平衡，上述孔需要平衡地以高精度配置、 加工，導致成本上升。
[0006] 并且，根據日本特開平11 一 89142號公報記載有：在利用液壓嵌合完成轉子部件 和旋轉軸的固定之后，為了避免上述應力集中，利用切削加工除去液壓孔。但是，存在如下 問題：轉子完成后的切削加工是需要要注意加工過程中的永磁鐵的磁吸引力、切削液有可 能對轉子主體產生化學損傷等與增加簡單工序相比風險更高的工序，作業非常花費成本。
[0007] 并且，根據日本特開平11 一 89142號公報，要求即使轉子構件的外周部的周速度 為250m / s以上，套筒對旋轉軸也保留緊固力。其意圖在于，即便是最高轉速，轉子構件的 固定也不會松動，即轉子構件不會空轉，而是穩定地以最高轉速旋轉。但是，例如在機床的 主軸所采用的電動機中，不僅在最高轉速的條件下轉子構件不會空轉成為該旋轉電機的重 要的性能指標，在此基礎上，能夠產生的切削扭矩的大小也成為該旋轉電機的重要的性能 指標。作為即使在最高轉速的條件下施加切削的負載扭矩時、轉子構件的固定部分處的固 定也不會打滑的條件，日本特開平11 一 89142號公報所示的條件不足。此外，同樣的問題 也存在于磁鐵和磁性體環之間，但在日本特開平11 一 89142號公報中并未記載與該部分相 關的對策。即，存在這樣的問題：若只是套筒在最高轉速的條件下也對旋轉軸保留緊固力， 則在負荷增大時，磁鐵、套筒依然有可能在旋轉方向上滑動。
【發明內容】
[0008] 因此，鑒于上述課題，本發明的目的在于提供一種旋轉電機的轉子構件和轉子，其 能夠提高制造效率并且在制造工序中防止磁鐵損傷，此外能夠增大旋轉電機的扭矩和輸出 功率，進而能夠將該扭矩可靠地傳遞至旋轉軸。
[0009] 在本發明的一個技術方案中，轉子構件通過壓入而被固定在旋轉電機的旋轉軸 部，其中，該轉子構件包括：筒狀的套筒部，其具有軸線方向第1側的第1端部和軸線方向第 2側的第2端部；多個磁瓦，其在套筒部的徑向外側以沿周向排列的方式配置；以及筒狀構 件，其從徑向外側覆蓋多個磁瓦，在該筒狀構件與套筒部之間夾持多個磁瓦。在此，為了能 夠進行基于壓入的組裝，套筒部的內周面具有隨著從第1端部朝向第2端部去而連續地朝 向徑向外側擴展的錐面，而且，在從第1端部朝向第2端部去的方向上不包含該內周面的半 徑變小的部分。在此，磁瓦在周向上被分割，另一方面，在沿著旋轉軸的方向上既可以被分 割成多個，或者也可以不被分割。
[0010] 優選的是，錐面是線性錐面或者包含彼此連續地連接的、相對于旋轉軸線的角度 互不相同的多個線性錐面。此外，套筒的厚壁側是因錐形而直徑變小的一側，優選設置用于 在壓入時被壓力推壓的端面。其結果，該部分附近的套筒壁厚變厚，在壓入該部位時導致壓 入噸數增大，因此，優選的是僅該部位附近的內徑部的錐角為0°、即為圓筒狀內徑。
[0011] 優選的是，套筒部的內周面在一定區間中還具有隨著從第1端部朝向第2端部延 伸而內徑保持恒定的圓筒面，錐面包含自圓筒面朝向第2端部延伸的線性錐面。優選的是， 在套筒部和磁瓦之間的至少一部分區域中形成有間隙。另外，優選的是，套筒部的外周面為 圓筒狀，多個磁瓦的內周面均為圓弧狀。在這種情況下，磁瓦的內周面的曲率半徑大于套筒 部的外周面的半徑。
[0012] 優選的是，錐面自第1端部延伸至第2端部。更優選的是，上述錐面是線性錐面。 在這種情況下，優選的是，上述線性錐面具有1 / 200?1 / 30的錐度比。優選的是，套筒 部不具有向該套筒部的內周面開口的孔。
[0013] 優選的是，該轉子構件還具備設于套筒部和磁瓦之間且用于防止套筒部和磁瓦之 間的相對移動的移動防止構件。優選的是，筒狀構件可以具有碳纖維、玻璃纖維、非磁性金 屬、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二 酯纖維等、比強度(每單位密度的拉伸強度）優異的材料。或者，筒狀構件也可以具有使用 了碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者 聚對苯二甲酸丁二酯纖維的FRP (纖維強化樹脂)、或者將這幾種材料組合而成的復合材料。 或者，筒狀構件也可以含有非磁性金屬。
[0014] 在本發明的另一個技術方案中，轉子包括：旋轉軸部，其具有隨著從軸線方向第1 側朝向軸線方向第2側去而逐漸朝向徑向外側擴展的外周面；以及上述轉子構件，其以第2 端面位于比第1端面靠旋轉軸部的軸線方向第2側的位置的方式利用軸線方向上的壓入所 帶來的過盈配合而固定在旋轉軸部的徑向外側。不使用液壓配合，從而不必在套筒中設置 液壓用的孔，因而能夠消除在液壓用的孔周邊產生的應力集中，對于提高最高轉速是有利 的。
[0015] 在此，在轉子構件固定于旋轉軸部的狀態下，套筒部以在旋轉軸部的作用下向徑 向外側膨脹的方式變形，套筒部的外周面和磁瓦的內周面伴隨著壓力彼此密合。在此，"伴 隨著壓力彼此密合"表示利用面的壓力限制彼此的相對移動。但是，在除去壓力之后的狀態 下并不限定于此。即，既可以解除彼此的限制狀態，或者也可以不解除彼此的限制狀態。
[0016] 在筒狀構件所延伸的軸線方向區間中，套筒部的內周面和旋轉軸部的外周面遍布 大致整面(例如90%以上的區域)地面接觸。通過這樣做，套筒部的內周面和旋轉軸部的外周 面之間的接觸面變大，能夠降低該接觸面的面壓力，其結果，產生更容易進行壓入的效果。 在考慮到分解時的便利性的情況下，也可以設置用于使潤滑油浸潤于接觸面的最小限度的 槽，在這種情況下，也優選以至少90%的面積構成接觸固定面。優選的是，套筒部超出彈性 變形區域進行變形。在本發明的又一技術方案中，旋轉電機具備上述轉子。
[0017] 在轉子構件固定于旋轉軸部并裝入到旋轉電機進行運轉的狀態下，優選的是，筒 狀構件的過盈量被設定為在旋轉電機能夠動作的轉速的整個范圍中，套筒部和旋轉軸部之 間的固定扭矩、磁瓦和套筒部之間的固定扭矩大于旋轉電機的最大扭矩。
[0018] 若存在應力集中部位，則轉子的最高轉速因其極限應力而受到抑制。因而，優選 的是，極力避免發生應力集中那樣的形狀。因而，優選的是，不形成上述日本特開平11 一 89142號公報中那樣的、使轉子外周面和轉子套筒內徑面連通的貫通孔。通過廢除貫通孔， 應力集中部位消失，能夠進一步提高轉速。
[0019] 在本發明的又一技術方案中，制造通過壓入而組裝于旋轉軸的轉子構件的方法包 括以下步驟：在筒狀的套筒部的外周面至少沿周向設置多個磁瓦的步驟，其中，該筒狀的套 筒部具有軸線方向第1側的第1端部、軸線方向第2側的第2端部、以及包含隨著從第1端 部朝向第2端部去而連續地朝向徑向外側擴展的錐面的內周面；以及以從徑向外側覆蓋上 述多個磁瓦的方式安裝筒狀構件的步驟。安裝筒狀構件的步驟也可以包含將該筒狀構件的 材料直接卷繞在磁瓦的外周的環節。
[0020] 使用以上述方法制造出的轉子構件制造旋轉電機的轉子的方法包括以下步驟：準 備旋轉軸部的步驟，其中，該旋轉軸部具有在固定轉子構件的區間中隨著從軸線方向第1 側朝向軸線方向第2側去而逐漸朝向徑向外側擴展的外周面；以及利用過盈配合將轉子構 件固定在旋轉軸部的徑向外側的步驟。
[0021] 利用過盈配合固定轉子構件的步驟包含以下環節：以第2端部位于比第1端部靠 旋轉軸部的軸線方向第2側的位置的方式將套筒部從旋轉軸部的軸線方向第1側嵌入；保 持旋轉軸部，并且朝向軸線方向第2側的方向推壓套筒部的第1端部，將套筒部壓入到旋轉 軸部；以及在將套筒部壓入至預定的固定位置的期間，利用壓入套筒部的力使套筒部向徑 向外側膨脹。
[0022] 優選的是，在轉子構件中，在套筒部和磁瓦之間的至少一部分區域中形成有間隙， 在利用過盈配合固定轉子構件的步驟中，通過使套筒部向徑向外側膨脹以便填補上述間 隙，由此使套筒部的外周面和磁瓦內周面遍布大致整面地面接觸。
[0023] 優選的是，套筒部的外周面為圓筒狀，多個磁瓦的內周面均為圓弧狀。在這種情況 下，磁瓦的內周面的曲率半徑大于套筒部的外周面的半徑，在利用過盈配合固定轉子構件 的步驟中，通過使套筒部向徑向外側膨脹，由此使套筒部的外周面和磁瓦內周面進行面接 觸。
[0024] 參照【專利附圖】
【附圖說明】以下的優選實施方式，進一步明確本發明的上述或者其他目的、特 征以及優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明的一實施方式的電動機的剖視圖。
[0026] 圖2是圖1所示的旋轉軸部的剖視圖。
[0027] 圖3是圖1所示的轉子構件的剖視圖。
[0028] 圖4是從軸線方向觀察圖1所示的轉子構件時的外觀圖。
[0029] 圖5是圖3所示的套筒部的剖視圖。
[0030] 圖6是圖3所示的磁瓦之一的立體圖。
[0031] 圖7是圖3所示的筒狀構件的立體圖。
[0032] 圖8是示出作用于旋轉軸部、套筒部及磁瓦的離心力、旋轉軸部和套筒部之間的 固定扭矩、以及套筒部和磁瓦之間的固定扭矩、電動機的轉速之間的關系的圖表。
[0033] 圖9是示出電動機停止時筒狀構件、磁瓦、套筒部之間的力的平衡的圖。
[0034] 圖10是示出電動機旋轉時筒狀構件、磁瓦、套筒部之間的力的平衡的圖。
[0035] 圖11示出用于說明本發明的一實施方式的轉子構件和轉子的制造方法的流程 圖。
[0036] 圖12示出用于說明本發明的另一實施方式的轉子構件和轉子的制造方法的流程 圖。
[0037] 圖13是用于說明將磁瓦安裝在套筒部的步驟的圖。
[0038] 圖14示出組裝轉子構件后的狀態。
[0039] 圖15是將圖14中的局部區域放大后的放大圖。
[0040] 圖16是用于說明將轉子構件固定于旋轉軸部的步驟的剖視圖。
[0041] 圖17是將圖16中的局部區域放大后的放大剖視圖。
[0042] 圖18是示出將轉子構件固定于旋轉軸部之后的狀態的剖視圖。
[0043] 圖19的（a)、（b)是用于說明將轉子構件固定于旋轉軸部的步驟中的、轉子構件的 狀態變化的圖。
[0044] 圖20的（a)、（b)是另一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0045] 圖21的（a)、（b)是又一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0046] 圖22的（a)、（b)是又一實施方式的轉子構件的放大圖。
[0047] 圖23的（a)、（b)示出又一實施方式的轉子構件。
[0048] 圖24示出又一實施方式的轉子構件。
【具體實施方式】
[0049] 下面，根據附圖詳細地說明本發明的實施方式。首先，參照圖1說明本發明的一實 施方式的電動機100的結構。另外，在以下的說明中，將沿著電動機100的旋轉軸部的軸心 延伸的方向設為軸線方向，將圖1的紙面左方設為軸線方向前方，將紙面右方設為軸線方 向后方。但是，以下說明中的軸線方向前方、軸線方向后方是為了便于理解而酌情確定的， 并不限定地表不電動機的如方、后方等特定方向。
[0050] 電動機100包括劃分出內部空間101的外殼102、靜止地配置在外殼102的內部空 間101中的定子110、以及以能夠旋轉的方式設置在定子110的徑向內側的轉子400。定子 110具有定子鐵芯103和卷繞在定子鐵芯103上的線圈104。定子鐵芯103例如通過層疊 電磁鋼板的薄板而制成。
[0051] 從定子110引出與線圈104電連接的動力線（未圖示)，動力線通過設于外殼102 的貫通孔而連接于設置在電動機100的外部的動力源(未圖示)。
[0052] 轉子400具有在內部空間101中沿著軸線方向延伸的旋轉軸部200和固定設置在 旋轉軸部200的徑向外側的轉子構件300。
[0053] 接著，參照圖2說明本實施方式的旋轉軸部200。旋轉軸部200是具有軸心h和與 該軸心h同心的中心孔201的筒狀的構件。在本實施方式中，由于設想在工作機械的主軸 中使用的內裝式電動機，因此，在旋轉軸部200中形成有中心孔201，但并不限定于此。艮P， 旋轉軸部200也可以利用不具有中心孔201的實心材料制作。
[0054] 旋轉軸部200的軸心是電動機100的旋轉軸心。旋轉軸部200的軸線方向前 方側的部分借助安裝在外殼102的前方側的壁部上的軸承(未圖示)以能夠旋轉的方式支承 在外殼102上。同樣，旋轉軸部200的軸線方向后方側的部分借助安裝在外殼102的后方 側的壁部上的軸承(未圖示）以能夠旋轉的方式支承在外殼102上。
[0055] 旋轉軸部200具有隨著從軸線方向后方側朝向軸線方向前方側去而逐漸朝向徑 向外側擴展的錐狀的外周面202。旋轉軸部200的軸線方向前方側的部分203和臺階部204 是為了制造時的便利性而設置的抵接部的一例。錐狀外周面202從軸線方向后端205連續 地延伸至軸線方向前端206。在錐狀外周面202的軸線方向后端205的軸線方向后方形成 有沿著軸線方向以直線狀延伸的圓筒狀的外周面207。
[0056] 另外，錐狀外周面202優選為線性的錐面、即圓錐面。在這種情況下，錐狀外周面 202的半徑隨著從軸線方向后端205朝向軸線方向前端206去而線性增加。錐狀外周面202 優選為具有例如1 / 200?1 / 30的錐度比的線性的錐面。
[0057] 抵接用的部分203和臺階部204是用于使制造時的組裝作業變容易的設計的一 例。抵接用的部分203具有沿著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面，以與錐狀外周面202的 軸線方向前端206之間形成臺階部204的方式形成為自錐狀外周面202向徑向外側突出。
[0058] 接著，參照圖3?圖7說明本實施方式的轉子構件300。轉子構件300具有筒狀的 套筒部301、在套筒部301的徑向外側配置為沿周向排列的多個磁瓦311、以及從徑向外側 覆蓋磁瓦311的筒狀構件321。磁瓦311也可以根據制造的情況、磁鐵的成形情況在軸線方 向上被分割成多個，在圖3的例子中在軸線方向上被分割為二。
[0059] 如圖5所示，套筒部301是具有中心軸線02的筒狀的構件，具有軸線方向后方側 (即軸線方向第1側)的第1端部302、軸線方向前方側（即軸線方向第2側)的第2端部303、 以及沿著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面304。套筒部301的軸線方向后端的、自外周面 304向徑向外側突出的凸部305是用于在制造時使磁鐵的軸線方向位置易于對齊的設計的 一例。
[0060] 套筒部301利用例如SS400或者S45C這樣的磁性體的金屬材料制作。此外，為了 使將套筒部301壓入到旋轉軸部200的作業變容易，套筒部301的厚度優選為更薄。例如， 套筒部301在厚度最薄的部分具有1mm?2mm的厚度。另外，將套筒部301壓入到旋轉軸 部200的作業之后敘述。
[0061] 在本實施方式中，套筒部301具有隨著從第1端部302朝向第2端部303去而連 續地朝向徑向外側擴展的錐狀內周面306 (即錐面)。該錐狀內周面306從第1端部302連 續地延伸至第2端部303,并且在從第1端部302朝向第2端部303的方向（即軸線方向前 方向)上不包含其半徑變小的部分。換言之，錐狀內周面306在從第1端部302到第2端部 303的整個區域中隨著朝向軸線方向前方去而半徑變大。
[0062] 錐狀內周面306優選為線性的錐面。在這種情況下，錐狀內周面306的半徑隨著 從第1端部302朝向第2端部303去而從第1端部302的錐狀內周面306的半徑R 3線性 地擴徑至第2端部303的錐狀內周面306的半徑R4。另外，R4>R 3。此外，優選錐狀內周面 306是具有例如1 / 200?1 / 30的錐度比的線性的錐面。該數值范圍見后述。
[0063] 在此，錐狀內周面306的錐度被設定為與旋轉軸部200的錐狀外周面202的錐度 相對應。更具體地講，若旋轉軸部200的錐狀外周面202和套筒部301的錐狀內周面306 均是線性錐面，則錐狀外周面202和錐狀內周面306被設定為具有大致相同的錐度比(例如 1/100)。
[0064] 套筒部301在圖1所示的電動機100的組裝狀態下以旋轉軸部200的中心軸線h 和套筒部301的中心軸線02 -致的方式利用過盈配合固定在旋轉軸部200的錐狀外周面 202上。在該狀態下，套筒部301的第2端部303和為了便于組裝而設置的抵接用的部分 203的臺階部204例如被設計為抵接。而且，第2端部303的錐狀內周面306的半徑R 4和 錐狀外周面202的軸線方向前端206的半徑大致相同。
[0065] 此外，在該狀態下，套筒部301的錐狀內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面 202彼此以較大的面壓密合，套筒部301被旋轉軸部200朝向徑向外側按壓。另外，套筒部 301相對于旋轉軸部200的安裝構造見后述。
[0066] 如圖6所示，磁瓦311分別是具有預先確定的曲率半徑的內徑的大致圓弧狀的磁 鐵片。具體地講，磁瓦311具有軸線方向前方側的端面312、軸線方向后方側的端面313、周 向一側的端面314、周向另一側的端面315、徑向內側的內周面316以及徑向外側的外周面 317。磁瓦311的內周面316為圓弧狀，另一方面，外周面317是任意的曲面、平面或者曲面 和平面的組合。
[0067] 在圖6的例子中，作為實施方式的一例而明確地描繪了端面312、端面313、端面 314、端面315,但根據磁路設計、電動機的規格等情況，這些端面是曲面或者被錐面、曲面夾 在中間的極小面，因此，以上端面實際上不一定明確存在。此外，形成各個面的邊實際上被 實施倒角或者以曲面平滑地去掉一部分，不一定利用明確的線劃定。
[0068] 內周面316是具有預先確定的曲率半徑的圓弧面，并以連接形成端面312的徑向 內側的一邊和形成端面313的徑向內側的一邊的方式沿著軸線方向延伸。外周面317在周 向上由平滑的曲線構成，例如既可以是圓弧面，也可以是其他任意的曲面。內周面316的曲 率半徑見后述。
[0069] 如圖7所示，筒狀構件321是沿著軸線方向延伸的筒狀的構件。具體地講，筒狀構 件321具有軸線方向前方側的端面322、軸線方向后方側的端面323、筒狀的內周面324和 外周面325。在圖7的例子中，作為實施方式的一例而明確地描繪了端面322和端面323， 但根據筒狀構件的材料、構造、制造方法的不同，以上斷面不一定明確地存在。
[0070] 筒狀構件321對于朝向徑向外側膨脹那樣的變形具有較強的強度。換言之，筒狀 構件321的半徑(直徑)難以變化。此外，從防止磁通引起的發熱、磁通的泄漏引起的性能降 低的方面考慮，優選筒狀構件321利用非磁性材料制作。并且，為了減小因旋轉而產生的離 心力，優選筒狀構件321具有較小的密度。
[0071] 例如，作為筒狀構件321的材料，優選為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖 維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維這樣的、比強度 (每單位密度的拉伸強度）優異的材料。此外，作為筒狀構件321的材料，也優選為使用碳 纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對 苯二甲酸丁二酯纖維的FRP (纖維強化樹脂)、或者將它們中的幾種材料組合而成的復合材 料。此外，作為筒狀構件321的材料，也可以使用奧氏體系的不銹鋼、鈦、或者鈦合金等非磁 性金屬。
[0072] 在圖3及圖4所示的例子中，在組裝轉子構件300后的狀態下，配置有共計8個磁 瓦311。具體地講，在圖4中的A所示的周向位置，兩個磁瓦311以在軸線方向上相鄰的方 式配置并形成一對。同樣，在圖4中的B、C及D所示的周向位置，分別有兩個磁瓦311在軸 線方向上相鄰并形成一對。
[0073] 這樣，在本實施方式的轉子構件300中，4對磁瓦311配置為在套筒部301的外周 面304上沿周向以大致等間隔排列。位于軸線方向后方側的磁瓦311例如分別通過在套筒 部301設置凸部305等構造而以軸線方向的位置對齊的方式配置。
[0074] 在周向上的4對、共計8個磁瓦311的徑向外側，以從徑向外側環繞全部磁瓦311 的方式嵌裝有筒狀構件321。在此，如上所述，在圖1所示的電動機100的組裝狀態下，套筒 部301被旋轉軸部200朝向徑向外側按壓。通過該按壓，套筒部301欲向徑向外側變形，朝 向徑向外側推壓各個磁瓦311。
[0075] 相對于此，如上所述，筒狀構件321對于朝向徑向外側膨脹的變形具有較強的強 度。因而，應對自磁瓦311施加的壓力，其反作用力朝向徑向內側推回磁瓦311。
[0076] 利用該結構，磁瓦311在套筒部301和筒狀構件321之間被牢固地夾持。由此，在 電動機100驅動時，即使轉子構件300以高速旋轉的情況下，也能夠防止磁瓦311相對于套 筒部301和筒狀構件321進行相對移動。
[0077] 參照圖8?圖10更詳細地說明這一點。圖8示出在電動機100的轉速增大的同 時變化的、作用于各構件的離心力的大小、由此而減少的旋轉軸部200和套筒部301之間的 固定扭矩、以及套筒部301和磁瓦311之間的固定扭矩。在此，"固定扭矩"指的是在一個構 件和另一個構件之間的接觸面產生的周向的摩擦力與旋轉軸線和該接觸面之間的徑向距 離（即半徑）相乘而得到的值，該固定扭矩越大，一個構件越難以相對于另一個構件在周向 上相對移動(難以偏離）。
[0078] 圖8中的線10表示旋轉軸部200和套筒部301之間的固定扭矩，線12表示套筒部 301和磁瓦311之間的固定扭矩。此外，圖8中的線14、線16以及線18分別表示作用于磁 瓦311、套筒部301以及筒狀構件321的離心力。此外，線20表示電動機100的最大扭矩。
[0079] 如圖8所示，可知在停止時(轉速0)，固定扭矩10、12比電動機100的最大扭矩20 大很多，但在電動機100的轉速增大的同時減少，逐漸接近最大扭矩20。
[0080] 在此，電動機100的最大扭矩20自10000min-l附近減少的原因在于，在該實例中 作為模型的電動機的最大輸出功率偶爾為90kW。通常，若以扭矩恒定的狀態提高轉速，由于 電動機輸出功率=扭矩X轉速，因此輸出功率會無休止地增加，但驅動電源的電源容量存 在極限，不可能無休止地增加。因此，在用于高速高扭矩的電動機設計中，通常設計為從某 一轉速降低扭矩，反而使輸出功率恒定。因此，在本實例中，扭矩自l〇〇〇〇min-l附近降低。
[0081] 圖9和圖10示出停止時和旋轉時的力的平衡。為了不使圖變復雜，在圖9和圖 10中，從簡化說明的方面考慮，尤其以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出。套 筒36和旋轉軸37之間的力的關系雖未圖示，但思路完全相同，只要是本領域技術人員，就 應能夠容易地理解。
[0082] 圖9示出電動機停止時的筒狀構件32、磁瓦34以及套筒36之間的力的平衡。圖 9中的箭頭30表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭頭26表示磁瓦34自套筒36承受的反 作用力。箭頭28表示在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力。摩擦力28是用力26與套 筒36和磁瓦34之間的摩擦系數相乘而得到的值。此外，圖9中的箭頭24表示磁瓦34自 筒狀構件32承受的力（即筒狀構件32的壓縮保持力）。箭頭22表示筒狀構件32自磁瓦34 承受的反作用力。
[0083] 以上，為了簡便，以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出力的關系。旋轉 軸37和套筒36之間的力的關系雖省略，但思路相同，只要是本領域技術人員，就能夠容易 地理解。需要注意的是，旋轉軸37自套筒36承受的力除了由套筒36的過盈量引起的壓縮 力之外還要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，思路相同。
[0084] 另一方面，圖10示出電動機旋轉時的筒狀構件32、磁瓦34以及套筒36之間的力 的平衡。圖10中的箭頭52表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭頭42表示磁瓦34自套筒 36承受的反作用力。箭頭48表示在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力。箭頭46表示 磁瓦34自筒狀構件32承受的力（即筒狀構件32的壓縮保持力）。箭頭54表示經由磁瓦34 向筒狀構件32傳遞的、來自套筒36的反作用力。箭頭38表示對筒狀構件32施加的力的 總和。虛線箭頭40表示作用于磁瓦34的離心力。虛線箭頭44表示作用于筒狀構件32的 離心力。
[0085] 如圖10所示，旋轉時筒狀構件32所負擔的壓縮保持力46的大小為自圖9所示的 停止時的壓縮保持力24減去旋轉時作用于筒狀構件32自身的離心力44而得到的值。因 此，對于筒狀構件32而言，質量輕和強度高這二點、S卩比強度較高是重要的。因此，作為筒 狀構件32的材料，尤其優選為將碳纖維作為主體的材料。在筒狀構件32的質量較輕的情 況下，壓縮保持力24的、離心力所導致的減少量較小即可，因此，能夠相應地提高磁鐵和套 筒的保持力，能夠進一步高速化。
[0086] 如圖10所示，力52因磁瓦34的離心力40和筒狀構件32的離心力44而小于圖9 和圖10所示的力30。力42隨之也變小，因此，在套筒36和磁瓦34之間產生的摩擦力48 變小。這樣，在電動機100旋轉時，套筒36和磁瓦34之間的固定扭矩減少。
[0087] 以上，為了簡便，以磁瓦34和套筒36之間的力的關系為中心示出力的關系。旋轉 軸37和套筒36之間的力的關系雖省略，但思路相同，只要是本領域技術人員，就能夠容易 地理解。需要注意的是，旋轉軸37自套筒36承受的力除了由套筒36的過盈量引起的壓縮 力之外還要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，旋轉時產生的離心力除了套筒36自身的 離心力之外也要考慮筒狀構件32和磁瓦34的離心力，思路相同。其結果，在電動機100旋 轉時，基于與套筒36和磁瓦34之間的固定扭矩減少同樣的理由，套筒36和旋轉軸37之間 的固定扭矩也減少。
[0088] 對于向筒狀構件32賦予的壓縮保持力46,僅在最高轉速下保留有壓縮保持力46 是不夠的，需要由壓縮保持力帶來的旋轉方向上的磁瓦34和套筒36之間的固定扭矩與套 筒36和旋轉軸37之間的固定扭矩分別始終大于各個轉速下的電動機的最大扭矩。優選為 相對于電動機的最大扭矩的例如5倍以上還有充分的富余。
[0089] 因此，在本實施方式的轉子構件300中，筒狀構件321的過盈量被設定為在旋轉電 機100能夠動作的轉速的整個范圍內，套筒部301和旋轉軸部200之間的固定扭矩、磁瓦 311和套筒部301之間的固定扭矩大于旋轉電機100的最大扭矩。
[0090] 根據該結構，如圖8所示，無論電動機100以何種轉速被驅動，旋轉軸部200和套 筒部301之間的固定扭矩10、套筒部301和磁瓦311之間的固定扭矩12都大于電動機100 的最大扭矩20。因而，在電動機100進行驅動時，能夠防止在旋轉軸部200和套筒部301之 間、套筒部301和磁瓦311之間產生錯位。
[0091] 接著，參照圖1?圖7說明電動機100的動作。在電流自設置于電動機100的外 部的動力源通過動力線流向線圈104時，利用定子110在軸心的周圍生成旋轉磁場。轉 子構件300的磁瓦311利用由定子110生成的旋轉磁場在周向上承受電磁力。其結果，轉 子構件300與旋轉軸部200 -并一體地旋轉。
[0092] 接著，參照圖11?圖19的（a)、（b)說明本發明的一實施方式的轉子構件300的制 造方法。制造轉子構件300的方法S10包括步驟S1?步驟S5。具體地講，在步驟S1中，準 備套筒部301。例如對圓筒狀構件的內周面和外周面進行切削加工，形成錐狀內周面306、 外周面304。此外，為了組裝時的便利性，例如根據需要形成凸部305等。利用該步驟S1制 作的套筒部301的、第2端部303處的錐狀內周面306的半徑形成為比組裝電動機100后 的狀態下的上述半徑R 4小的半徑&'（參照圖17)。同樣，套筒部301的第1端部302處的 錐狀內周面306的半徑形成為比組裝電動機100后的狀態下的上述半徑R 3小的半徑R/。
[0093] 在步驟S2中，準備磁瓦311。具體地講，準備8個包含具有預定的曲率半徑的內周 面316的、大致圓弧狀的磁瓦311。在步驟S3中，準備筒狀構件321。作為其材料，優選為 例如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或 者聚對苯二甲酸丁二酯纖維等、比強度(每單位密度的拉伸強度)優異的材料。此外，利用這 些材料的FRP (纖維強化樹脂)、奧氏體系的不銹鋼、鈦、鈦合金等非磁性金屬中的任一者或 者將它們中的任意幾者組合而成的復合材料也很合適。
[0094] 在此，步驟S1?步驟S3既可以同時執行，或者也可以按照任意的順序執行。此外， 步驟S1?步驟S3既可以分別在不同的制造場所執行，或者也可以在相同的制造場所執行 步驟S1?步驟S3中的至少2個步驟。
[0095] 在步驟S4中，在套筒部301的外周面304設置共計8個磁瓦311。參照圖13說明 該步驟S4。首先，在A所示的周向位置，將利用步驟S2制作的磁瓦311中的2個以在軸線 方向上相鄰地排列并形成一對的方式設置在套筒部301的外周面304上。同樣，在B、C及 D所示的周向位置，將2個磁瓦311以在軸線方向上相鄰地排列并形成一對的方式設置在套 筒部301的外周面304上。
[0096] 此時，設置在A所示的周向位置的磁瓦對311A的磁場方向被設定為S極配置在徑 向內側的內周面316側且N極配置在徑向外側的外周面317側。此外，設置在B所示的周 向位置的磁瓦對311B的磁場方向被設定為N極配置在徑向內側的內周面316側且S極配 置在徑向外側的外周面317偵k
[0097] 此外，設置在C所示的周向位置的磁瓦對311C的磁場方向被設定為S極配置在徑 向內側的內周面316側且N極配置在徑向外側的外周面317側。此外，設置在D所示的周 向位置的磁瓦對311D的磁場方向被設定為N極配置在徑向內側的內周面316側且S極配 置在徑向外側的外周面317偵k
[0098] S卩，在本實施方式中，在周向上排列的磁瓦對311A?31 ID被設置為各自的磁極在 周向上交替地更換。另外，在本實施方式中，磁瓦311在該步驟S4之前預先磁化。由此，各 個磁瓦311借助其所生成的磁場互相吸引，因此，將磁瓦311設置在套筒部301的外周面 304上的預定位置的作業變容易。
[0099] 在步驟S5中，以從徑向外側覆蓋磁瓦311的方式安裝筒狀構件321。具體地講， 以筒狀構件321的內周面324面向磁瓦311的各自徑向外側的外周面317的方式，將利用 步驟S3制作的筒狀構件321嵌入到磁瓦311的徑向外側。在該時刻，兩者既可以是間隙配 合，也可以是略微過盈配合。在過盈配合的情況下，筒狀構件321不會脫離的程度的微小過 盈量就足夠。
[0100] 此外，如圖12所示，另一實施方式的轉子構件300的制造方法也可以替代圖11的 步驟S3,而在步驟S5中通過將相當于筒狀構件321的構件的材料直接卷繞在磁瓦311的外 周而形成該相當于筒狀構件321的構件(步驟S3'）。相當于筒狀構件321的構件例如也可 以通過將線狀、帶狀、片狀的材料以覆蓋各個磁瓦311的方式一邊沿旋轉方向繞圈一邊卷 繞在磁瓦311的外周直至達到預定的厚度而形成。
[0101] 在此，在本實施方式中，磁瓦311的內周面316的半徑被設定為大于套筒部301的 外周面304的半徑。具體地講，如圖15所示，將磁瓦311的內周面316的曲率半徑設為R 7， 將套筒部301的外周面304的半徑設為R8, R7 > R8。
[0102] 根據該結構，在組裝轉子構件300后的狀態下，在磁瓦311的內周面316和套筒部 301的外周面304之間的、磁瓦311的內周面316的周向兩端的區域中形成有間隙330。另 夕卜，該間隙330的功能見后述。
[0103] 此外，在磁瓦311的外周的輪廓線不是圓的情況下，利用這一點，例如，也可以如 圖14所示那樣使筒狀構件321沿著磁瓦311的外緣變形并嵌入，從而磁瓦311的外表面和 筒狀構件321的內表面接觸，由此將兩者組裝為一體。
[0104] 由此，在將筒狀構件321嵌裝在磁瓦311的徑向外側的情況下，能夠在套筒部301 和筒狀構件321之間夾持磁瓦311，并將轉子構件300構成為一體的構件。
[0105] 利用步驟S1?步驟S5制作圖14所示的轉子構件300。通過這樣預先將轉子構件 300制作為一體的構件，容易搬運轉子構件300。此外，在例如內裝式電動機的領域中，也存 在將這樣的轉子構件的組裝體制造為1個商品并使其流通的情況。由于本實施方式的轉子 構件300具有一體的構造，容易處理，因此從流通方面考慮，在這樣的領域中是有利的。
[0106] 參照圖11繼續說明本發明的一實施方式的轉子制造方法。制造轉子的方法S20 包括步驟S6?步驟S8。具體地講，在步驟S6種，準備圖2所示那樣的旋轉軸部200。例如 對圓筒狀的棒構件的外周面進行切削加工而形成錐狀外周面202。此外，例如也可以根據需 要在錐狀外周面202前后的部分設置圓筒狀的外周面207、抵接用部分203。
[0107] 在步驟S7中，將利用上述步驟S5制作的轉子構件300從旋轉軸部200的軸線方 向后方側嵌入。參照圖16和圖17說明該步驟S7。首先，將轉子構件300的套筒部301從 第2端部303側嵌入到利用步驟S6制作的旋轉軸部200的軸線方向后端。
[0108] 然后，例如旋轉軸部200的軸線方向第2側(前方側）的端面(未圖示）朝向軸線方 向第1側(后方側）來保持旋轉軸部200,相對于保持方向朝軸線方向反方向推壓轉子構件 300的套筒部301的端部302。即，如圖16的箭頭E所示那樣朝向軸線方向前方推入轉子 構件300。
[0109] 于是，套筒部301的錐狀內周面306的軸線方向前端和旋轉軸部200的錐狀外周 面202在抵接部P抵接。圖16中示出該狀態。另外，如圖17所示，錐狀外周面202的抵接 部P的半徑與利用步驟S1制作的套筒部301的、第2端部303處的錐狀內周面306的半徑 R/相等。
[0110] 在步驟S8中，相對于旋轉軸部200朝向軸線方向前方側進一步壓入轉子構件300。 具體地講，朝向軸線方向前方側壓入轉子構件300直至套筒部301的第2端部303與預定 的位置、例如圖例中的抵接用的部分203的臺階部204抵接。
[0111] 此時，套筒部301向軸線方向前方移動從抵接部P到臺階部204的距離X，并且朝 向徑向外側膨脹上述半徑R1與上述半徑R/之差S。即，在該狀態下，轉子構件300利用 過盈配合以過盈量Φ2 δ固定在旋轉軸部200。另外，在該狀態下，套筒部301也可以超出 彈性變形區域進行變形。
[0112] 在套筒部301壓入到預定的固定位置的期間，套筒部301因壓入該套筒部301的 力而向徑向外側膨脹，磁瓦311隨之也向徑向外側移動。其結果，筒狀構件321也會朝向外 側承受力，筒狀構件321也朝向徑向外側膨脹。由此，在筒狀構件321中積蓄彈性壓縮力， 利用該彈性壓縮力在旋轉軸部200的錐狀外周面202和筒狀構件321之間夾持磁瓦311和 套筒部301，利用此時在各個接觸面之間產生的壓力（表面壓力）完成磁瓦311和套筒部外 周面304的周向上的固定、套筒部301的內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面202的 固定。
[0113] 另外，套筒部301的內周面306和旋轉軸部200的錐狀外周面202在從筒狀構件 321的軸線方向前方的端面322到軸線方向后方的端面323的軸線方向區間中遍布大致整 面(例如90%以上的區域）地面接觸。
[0114] 以下示出旋轉軸部200和套筒部301的具體的尺寸例。將旋轉軸部200的錐狀外 周面202和套筒部301的錐狀內周面306的錐度比均設定為1 / 100。而且，將套筒部301 的第2端部303處的厚度設為1mm，將套筒部301的軸線方向長度、即第1端部302和第2 端部303之間的軸線方向距離設為100mm。
[0115] 于是，套筒部301的第1端部302處的厚度為1. 5mm。在這種情況下，若將套筒部 301的外周面304的直徑設為Φ 80mm (即半徑為40mm)，則第2端面303處的錐狀內周面 306的直徑為Φ 78mm (即R4 = 39mm)，第1端部302處的錐狀內周面306的直徑為Φ 77mm (即 R3 = 38. 5mm)。
[0116] 另一方面，將旋轉軸部200的軸線方向前端206的外徑設為Φ78. 5 (即R1 = 39. 25mm)。于是，在軸線方向后方距軸線方向前端206的距離為100mm的位置，旋轉軸部 200的錐狀外周面202的外徑為Φ 77. 5mm (即半徑為38. 75mm)。
[0117] 在這種情況下，在將套筒部301壓入到旋轉軸部200以使套筒部301的第2端部 303和旋轉軸部200的臺階部204抵接的情況下，套筒部301和旋轉軸部200利用過盈量 Φ0. 5mm的過盈配合被互相固定。
[0118] 基于步驟S8的結果，利用過盈配合將轉子構件300固定在旋轉軸部200上，制造 圖18所示的轉子400。即，步驟S7和步驟S8構成利用過盈配合將轉子構件300固定在旋 轉軸部200的徑向外側的步驟S9。
[0119] 在此，在本實施方式中，如上所述采用在周向排列的磁瓦311，而且磁瓦311的內 周面316的曲率半徑R 7被設定為大于套筒部301的外周面304的半徑R8。由此，在制造轉 子400的工序中能夠防止磁鐵開裂。
[0120] 參照圖19說明這一點。另外，圖19的（a)示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態 的轉子構件300,與圖15相對應。另一方面，圖19的（b)示出壓入到旋轉軸部200之后的 狀態的轉子構件300,與圖4相對應。
[0121] 如上所述，在壓入到旋轉軸部200之前的狀態下，在磁瓦311的內周面316和套筒 部301的外周面304之間形成有間隙330。若自該狀態在步驟S8中將轉子構件300壓入到 旋轉軸部200,則會朝向徑向外側膨脹上述的差δ。
[0122] 于是，如圖19的（b)所示，套筒部301為了填補間隙330而向徑向外側膨脹，其結 果，套筒部的外周面304和磁瓦311的徑向內側的內周面316面接觸。該間隙330是由磁 瓦311的內周面316的曲率半徑&和套筒部301的外周面304的半徑馬之間的半徑之差 引起而形成的間隙，考慮到步驟S8中的套筒部301的膨脹而適當地設定。
[0123] 根據該結構，間隙330作為容許套筒部301的膨脹的"游隙"發揮功能，在步驟S8 的工序的期間，能夠防止自套筒部301對磁瓦311施加的過度的力。由此，能夠防止磁瓦 311開裂。
[0124] 此外，在本實施方式中，磁瓦311并不是以環狀連續的形態，而是利用在周向上排 列的4對磁瓦對在周向上分離成4部分。因此，在步驟S8的工序的期間，即使對磁瓦311 加載力，與以環狀連續的磁鐵相比也能夠大幅降低磁瓦311破損的可能性。此外，在使電動 機大型化的情況下，通過調整所應用的磁瓦311的尺寸和數量，能夠更加容易地應對電動 機的大型化的要求。
[0125] 并且，根據本實施方式，套筒部301在步驟S8中向徑向外側膨脹以便填補間隙 330,套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316面接觸。利用該結構，在轉子400完成 后的狀態下，能夠使套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316以均等的壓力分布互相 牢固地伴隨著壓力而密合。由此，能夠增大套筒部的外周面304和磁瓦311的內周面316 之間的摩擦力（固定扭矩)，因此，能夠在電動機100進行驅動時有效地防止磁瓦311相對于 套筒部301相對移動。
[0126] 此外，根據本實施方式，在步驟S8中，利用錐面202、306使套筒部301膨脹，將轉 子構件300壓入到旋轉軸部200。由此，由于能夠使套筒部301均勻且高精度地膨脹，因此， 能夠在套筒部301和筒狀構件321之間穩定地夾持磁瓦311。其結果，能夠使轉子400的構 造更加堅固，因此，能夠將轉子400應用于要求以更高的轉速旋轉的產品。
[0127] 此外，根據本實施方式，在將轉子構件300壓入到旋轉軸部200的工序中，僅需要 向一個軸線方向推壓轉子構件300的沖壓裝置，不需要其他復雜的制造裝置。因而，能夠提 高制造效率，并且降低制造成本。
[0128] 此外，根據本實施方式，也不需要采用在加熱轉子構件300和旋轉軸部200的構件 的期間將轉子構件300壓入到旋轉軸部200的、所謂"熱裝"的方法。因而，能夠防止因加 熱而引起磁鐵的高溫去磁。
[0129] 此外，由于本實施方式不需要利用"熱裝"，因此，在使用碳纖維、鈦、玻璃纖維等線 膨脹系數較小的材料的情況下，也能夠有效地將轉子構件300固定在旋轉軸部200。
[0130] 此外，根據本實施方式，通過適當地改變錐面202、306的錐度(錐度比、相對于軸 線方向的傾斜角度)，能夠容易且自如地設計套筒部301和筒狀構件321的配合量。因此， 能夠將轉子構件300應用于各種種類和尺寸的電動機。
[0131] 另外，優選錐狀外周面202和錐狀內周面306的錐度比設定在1 / 1000?1 / 30的范圍內。以下說明該數值范圍。首先，關于錐度比的上限值（1 / 30)，在將套筒部301 壓入到旋轉軸部200時，自膨脹變形的套筒部301對旋轉軸部200加載朝向徑向內側的彈 性收縮力。因此，在剛剛將套筒部301壓入到旋轉軸部200之后，該彈性收縮力引起套筒部 301欲沿著錐狀外周面202向自旋轉軸部200脫離的方向滑動。
[0132] 在此，本發明人掌握了實驗驗證的結果，即在將錐度比設定為大于1 / 30的情況 (例如1 / 10、1 / 5等)下有可能產生以下問題。具體地講，在將套筒部301壓入到旋轉軸 部200時，套筒部301欲自旋轉軸部200脫離的力容易超過作用在套筒部301和旋轉軸部 200之間的摩擦力。其結果，套筒部301自旋轉軸部200脫落的可能性升高。
[0133] 此外，在將錐度比設定為大于1 / 30的情況下，為了將套筒部301壓入到旋轉軸 部200,需要非常大的壓入力，因此，也有可能需要更大型的制造裝置。從這方面考慮，優選 將錐度比的上限值設定為1 / 30。
[0134] 接著，關于錐度比的下限值（1 / 1000)，假使在將錐度比設定為小于1 / 1000的 情況下，為了得到預定的過盈量(在上述例子中是Φ0. 5mm)，將套筒部301壓入到旋轉軸部 200的軸線方向距離(相當于上述距離X)變長。由此，作業效率降低。此外，在實際的制造 中，若使錐度比小于1 / 1〇〇〇,則加工誤差的影響可能變大。從這方面考慮，優選將錐度比 的下限值設定為1 / 1000。從上述方面考慮，在現實的制造成本方面，錐度比的下限值尤其 優選為1 / 200左右。只要達到該程度，就能夠進行車床加工，不需要研磨加工。
[0135] 另外，作為本發明的另一實施方式，也可以在套筒部301和磁瓦311之間設置用于 防止套筒部301和磁瓦311之間的相對移動的移動防止構件。參照圖20?圖22說明該結 構。另外，對與上述實施方式同樣的構件標注相同的附圖標記，省略詳細的說明。
[0136] 首先，參照圖20的（a)、（b)說明本發明的另一實施方式的轉子構件500。圖20的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件500,與圖19的（a)相對應。圖20的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件500,與圖19的（b)相對應。
[0137] 該實施方式的轉子構件500包括形成在套筒部301的外周面304上的移動防止構 件501。為了防止套筒部301和磁瓦311之間的相對移動，該移動防止構件501包含例如高 摩擦性樹脂涂料層、粘合性樹脂涂料層、噴砂加工、含有提高摩擦系數的材料的涂料層、提 高摩擦系數的化學表面處理等用于增大套筒部301和磁瓦311之間的摩擦系數的結構。
[0138] 或者，移動防止構件501也可以包含自套筒部301的外周面304向徑向外側突出 的凸部。在這種情況下，也可以在磁瓦311的內周面316形成與上述凸部卡合的卡合部。另 夕卜，優選的是，該移動防止構件501在利用涂料層形成的情況下形成為具有0. 01mm?0. 1mm 的厚度。
[0139] 此外，在利用自套筒部301的外周面304向徑向外側突出的凸部形成移動防止構 件501的情況下，優選該凸部的高度被設定為0. 5mm以上且是磁瓦311的厚度的1 / 3以 下。另外，在套筒部301的外周面304上形成移動防止構件501的工序既可以在上述步驟 S1中的對套筒部301的外周面304進行切削加工時執行，或者也可以在上述步驟S4中的在 套筒部301上設置磁瓦311之前執行。
[0140] 如圖20的（b)所示，在套筒部301利用其與旋轉軸部200的過盈量向徑向外側膨 脹以便填補間隙330時，套筒部301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止 構件501而面接觸。通過這樣預先設置間隙330,能夠防止套筒部301的徑向膨脹引起磁瓦 311開裂。
[0141] 此外，通過套筒部301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件 501而面接觸，能夠在電動機100進行驅動時轉子構件500以高速旋轉的情況下，有效地防 止磁瓦311相對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0142] 接著，參照圖21的（a)、(b)說明本發明的又一實施方式的轉子構件510。圖21的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件510,與圖19的（a)相對應。圖21的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件510,與圖19的（b)相對應。
[0143] 該實施方式的轉子構件510包括形成在磁瓦311的內周面316上的移動防止構件 511。與上述同樣，該移動防止構件511包含增大套筒部301和磁瓦311之間的摩擦系數的 結構。或者，移動防止構件511也可以包含自磁瓦311的內周面316向徑向內側突出的凸 部。
[0144] 如圖21的（b)所示，若套筒部301向徑向外側膨脹以便填補間隙330,則套筒部 301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件511而面接觸。根據該結構， 在電動機100進行驅動時轉子構件510以高速旋轉的情況下，能夠有效地防止磁瓦311相 對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0145] 另外，在磁瓦311的內周面316上形成移動防止構件511的工序既可以在上述步 驟S2中的制作磁瓦311時執行，或者也可以在上述步驟S4中的在套筒部301上設置磁瓦 311之前執行。
[0146] 接著，參照圖22的（a)、(b)說明本發明的又一實施方式的轉子構件520。圖22的 (a) 示出壓入到旋轉軸部200之前的狀態的轉子構件520,與圖19的（a)相對應。圖22的 (b) 示出壓入到旋轉軸部200之后的狀態的轉子構件520,與圖19的（b)相對應。
[0147] 在該實施方式的轉子構件520中，將作為獨立構件的移動防止構件521插入到套 筒部301和磁瓦311之間。該移動防止構件521是與套筒部301和磁瓦311之間分別具有 大摩擦系數的構件。作為這樣的移動防止構件521，例如作為對表面實施了提高摩擦系數 的處理后的摩擦片材、在表面涂敷有粘合劑的粘合性片材、或者具有粘著性的片材的例子， 能夠應用由NBR或者硅構成的橡膠片等。另外，優選該移動防止構件521具有0. 03mm? 0. 1mm的厚度。
[0148] 如圖22的（b)所示，若套筒部301向徑向外側膨脹以便填補間隙330,則套筒部 301的外周面304和磁瓦311的內周面316借助移動防止構件521而面接觸。根據該結構， 在電動機100進行驅動時轉子構件520以高速旋轉的情況下，能夠有效地防止磁瓦311相 對于套筒部301和筒狀構件321相對移動。
[0149] 另外，對于磁瓦，在上述的實施方式中，對磁瓦是具有預定的曲率半徑的圓弧形狀 的磁鐵片的情況進行了說明，但并不限定于此，磁瓦也可以具有其他的形狀。參照圖23的 (a)、（b)說明該結構。
[0150] 圖23的（a)、（b)示出本發明的又一實施方式的轉子構件600,圖23的（a)是從軸 線方向觀察轉子構件600時的外觀圖，圖23的（b)是放大示出圖23 (a)的局部的放大圖。
[0151] 轉子構件600包括套筒部601、配置在套筒部601的徑向外側的多個磁瓦611、以 及從徑向外側覆蓋磁瓦611的筒狀構件321。
[0152] 在本實施方式中，套筒部601具有自外周面604向內方凹陷的凹部602。該凹部 602從套筒部601的軸線方向一側端面沿著軸線方向延伸至軸線方向另一側端面，由大致 平面狀的底面和自該底面的周向兩端立起的周向端面劃定。凹部602以在周向上等間隔排 列的方式在外周面604上形成有多個。在相鄰的兩個凹部602之間形成有自凹部602的底 面向徑向外側突出的凸部603。
[0153] 磁瓦611具有位于徑向內側的內周面616和位于徑向外側的外周面617。在本實 施方式中，磁瓦611的外周面617與上述實施方式同樣是任意的曲面，另一方面磁瓦611的 內周面616形成為大致平面。
[0154] 如圖23所示，在組裝轉子構件600后的狀態下，磁瓦611收容在形成于套筒部601 的凹部602內，磁瓦611的內周面616和凹部602的底面進行面接觸。而且，能夠利用設于 凹部602的周向兩側的凸部603防止磁瓦611的周向上的移動。
[0155] 另外，凹部602也可以還包含自該凹部602的底面的軸線方向兩端立起的軸線方 向端面。在這種情況下，能夠利用凹部602的軸線方向端面防止磁瓦611的軸線方向上的 移動。
[0156] 根據本實施方式，在上述步驟S4中，能夠使在套筒部601的徑向外側定位磁瓦611 的作業變容易。此外，在將轉子構件600應用于電動機的情況下，能夠可靠地防止在電動機 進行驅動時磁瓦611相對于套筒部601相對移動。
[0157] 接著，參照圖24說明本發明的又一實施方式的轉子構件700。另外，對與上述實 施方式同樣的元件標注相同的附圖標記，省略詳細的說明。轉子構件700具有筒狀的套筒 部701、配置在套筒部301的徑向外側的多個磁瓦311、以及從徑向外側覆蓋磁瓦311的筒 狀構件321。
[0158] 套筒部701是具有中心軸線02的筒狀的構件，且具有軸線方向后方側（即軸線方 向第1側）的第1端部702、軸線方向前方側（即軸線方向第2側）的第2端部703、以及沿 著軸線方向延伸的圓筒狀的外周面704。套筒部701的軸線方向后端的、自外周面704向徑 向外側突出的凸部705是用于在制造時使磁鐵的軸線方向位置容易對齊的設計的一例。
[0159] 套筒部701具有自第1端部702向徑向前方延伸的圓筒面704、隨著朝向軸線方向 前方去而連續地朝向徑向外側擴展的第1錐狀內周面705和第2錐狀內周面706。圓筒面 704的半徑隨著自第1端部702朝向第2端部703去而保持恒定。
[0160] 第1錐狀內周面705是自圓筒面704的軸線方向前方的端緣704a向軸線方向前 方延伸的、相對于軸線〇 2以第1角度傾斜的圓錐面。第2錐狀內周面706是自第1錐 狀內周面705的軸線方向前方的端緣705a向軸線方向前方延伸至第2端部703的、相對于 軸線〇 2以第2角度Θ 2傾斜的圓錐面。在此，第1角度Θ i被設定為小于第2角度Θ 2。
[0161] 此外，在上述實施方式中，說明了以沿周向排列的方式設有共計8個磁瓦的情況， 但并不限定于此，只要是在周向上分離成兩個以上的磁瓦，也可以設置任何數量的磁瓦。此 夕卜，既可以在周向上相鄰的磁瓦之間設置間隔，也可以配置為彼此接觸。
[0162] 此外，旋轉軸部的錐狀外周面和套筒部的錐狀內周面并不限定于線性錐面，例如 也可以是指數函數錐面那樣的、相對于軸線方向以任意曲率變化的錐面。
[0163] 此外，在上述的實施方式中，對將筒狀構件嵌入在磁瓦311的徑向外側(步驟S5) 的情況進行了說明，但并不限定于此，也可以準備片狀、或者帶狀、或者繩狀、或者線狀的構 件，通過將其卷繞在磁瓦311的徑向外側來組裝轉子構件300。
[0164] 此外，在上述的實施方式中，對將本發明應用于電動機的情況進行了說明，但并不 限定于此，本發明能夠有利地應用于例如包含發電機的旋轉電機。
[0165] 如上所述，根據本發明，首先，不使用環狀的永磁鐵，而使用由至少在周向上被分 割成多個的磁瓦構成的永磁鐵。而且，在將套筒部固定在旋轉軸部的情況下，利用錐面使套 筒部膨脹并且將套筒部壓入到旋轉軸部。通過這樣做，能夠對套筒部和筒狀構件賦予比熱 裝的過盈量大的過盈量，因此，能夠將磁瓦和套筒部牢固地固定在旋轉軸部。而且，由于磁 瓦在周向上被分割，因此即便是較大的過盈量，磁瓦也不會開裂，能夠在套筒部和筒狀構件 之間牢固地夾持磁瓦。其結果，能夠使轉子構件的構造更加堅固。由此，能夠將轉子構件應 用于要求以更高的轉速旋轉的旋轉電機。
[0166] 此外，由于能夠簡化將套筒部固定在旋轉軸部的工序，因此，在將套筒部固定在旋 轉軸部的工序中不需要復雜的制造裝置。由此，能夠提高制造效率，并且降低制造成本。
[0167] 此外，由于磁瓦在周向上分離，因此，在將套筒部固定在旋轉軸部時，在套筒部向 徑向外側膨脹的情況下，也能夠有效地防止磁瓦破損的問題。其結果，即使以更大的過盈量 將轉子構件組裝在旋轉軸上，磁鐵也不會破損。如此，由于能夠增大過盈量，與以往相比能 夠實現更高速的旋轉。
[0168] 此外，由于磁瓦在周向上分離，因此，磁瓦自身的制造變容易，也能夠利用比較大 的尺寸的磁瓦。通過利用該磁瓦，能夠制作利用環狀磁鐵無法得到的更大扭矩的旋轉電機。 這樣，根據本發明，能夠使更大扭矩的旋轉電機以更高速旋轉，因此，能夠提供更高輸出功 率的旋轉電機。
[0169] 以上，通過發明的實施方式說明了本發明，但上述實施方式并不限定權利要求書 所保護的技術方案。此外，在實施方式中說明的特征的所有組合對于發明的解決方案不一 定是必需的。并且，對于本領域技術人員來說，顯而易見能夠對上述實施方式施加多種變更 或者改進。根據權利要求書的記載可明確，施加了這樣的變更或者改進的方式也包含在本 發明的保護范圍內。
[0170] 此外，應當注意在權利要求書、說明書、以及附圖中示出的裝置、系統、程序、以及 方法中的動作、過程、步驟、以及階段等各處理的執行順序并未特別明示"更前"、"之前"等， 此外，只要不是在后處理中采用前處理的結果，則能夠以任意的順序執行。關于權利要求 書、說明書、以及附圖中的動作流程，即便為了方便而使用"首先"、"其次"等進行了說明，也 不表示必須按照該順序實施。
【權利要求】
1. 一種轉子構件（300)，其能夠通過壓入而被固定在旋轉電機（100)的旋轉軸部 (200)，其中， 該轉子構件（300)包括： 筒狀的套筒部（301)，其具有軸線方向第1側的第1端部（302)和軸線方向第2側的第 2 端部（303); 多個磁瓦（311)，其在上述套筒部（301)的徑向外側以沿周向排列的方式配置；以及 筒狀構件（321)，其從徑向外側覆蓋上述多個磁瓦（311)，在上述筒狀構件（321)與上 述套筒部（301)之間夾持上述多個磁瓦（311)， 上述套筒部（301)的內周面具有隨著從上述第1端部朝向上述第2端部去而連續地朝 向徑向外側擴展的錐面（306)，而且， 在從上述第1端部（302)朝向上述第2端部（303)去的方向上不包含該內周面的半徑 變小的部分。
2. 根據權利要求1所述的轉子構件，其中， 上述錐面（306)是線性錐面或者包含彼此連續地連接的、相對于旋轉軸線的角度互不 相同的多個線性錐面。
3. 根據權利要求1或2所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（701)的內周面還具有隨著自上述第1端部（702)延伸并朝向上述第2端 部（703)去而內徑保持恒定的圓筒面（704)， 上述錐面（706)包含自上述圓筒面（704)朝向上述第2端部（703)延伸的線性錐面。
4. 根據權利要求2或3所述的轉子構件，其中， 上述線性錐面具有1 / 200?1 / 30的錐度比。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（301)不具有在該套筒部（301)的內周面具有開口的孔。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的轉子構件，其中， 在上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的至少一部分區域中形成有間隙（330)。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的轉子構件，其中， 上述套筒部（301)的外周面（304)為圓筒狀， 上述多個磁瓦（311)的內周面（316)均為圓弧狀， 上述磁瓦（311)的內周面（316)的曲率半徑大于上述套筒部（301)的外周面（304)的 曲率半徑。
8. 根據權利要求1?7中任一項所述的轉子構件，其中， 該轉子構件還具備用于防止上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的相對移動的移 動防止構件（501)。
9. 根據權利要求1?8中任一項所述的轉子構件，其中， 上述筒狀構件（321)具有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖 維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維、使用了碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、 碳化硅纖維、硼纖維、鈦合金纖維、超高分子量聚乙烯或者聚對苯二甲酸丁二酯纖維的纖維 強化樹脂、或者非磁性金屬。
10. -種轉子（400)，包括： 旋轉軸部（200 )，其具有隨著從軸線方向第1側朝向軸線方向第2側去而朝向徑向外側 擴展的外周面（202);以及 權利要求1?9中任一項所述的轉子構件（300)，其以上述第2端部（303)位于比上述 第1端部（302)靠上述旋轉軸部（200)的軸線方向第2側的位置的方式固定在上述旋轉軸 部（200)的徑向外側， 在上述轉子構件（300)固定于上述旋轉軸部（200)的狀態下，上述套筒部（301)在上述 旋轉軸部（200)的作用下以向徑向外側膨脹的方式變形，上述套筒部（301)的外周面（304) 和上述磁瓦（311)的內周面（316)伴隨著壓力彼此密合。
11. 根據權利要求10所述的轉子，其中， 在上述筒狀構件（321)所延伸的軸線方向區間中，上述套筒部（301)的內周面和上述 旋轉軸部（200)的外周面（202)遍布大致整面地面接觸。
12. 根據權利要求10或11所述的轉子，其中， 上述套筒部（301)超出彈性變形區域進行變形。
13. -種旋轉電機（100)，其中， 該旋轉電機（100)具備權利要求10?12中任一項所述的轉子（400)。
14. 根據權利要求13所述的旋轉電機，其中， 上述筒狀構件（321)的過盈量被設定為在上述旋轉電機（100)能夠動作的轉速的整個 范圍中，上述套筒部（301)和上述旋轉軸部（200)之間的固定扭矩、上述磁瓦（311)和上述 套筒部（301)之間的固定扭矩大于上述旋轉電機（100)的最大扭矩。
15. -種用于制造通過壓入而被固定于旋轉軸部（200)的轉子構件（300)的方法，該方 法包括以下步驟： 在筒狀的套筒部（301)的外周面（304)沿周向設置多個磁瓦（311)的步驟，其中，該 筒狀的套筒部（301)具有軸線方向第1側的第1端部（302)、軸線方向第2側的第2端部 (303 )、以及包含隨著從上述第1端部（302 )朝向上述第2端部（303 )去而連續地朝向徑向 外側擴展的錐面（306)的內周面；以及 以從徑向外側覆蓋上述多個磁瓦（311)的方式安裝筒狀構件（321)的步驟。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中， 安裝上述筒狀構件（321)的步驟包含將該筒狀構件（321)的材料直接卷繞在上述磁瓦 (311)的外周的環節。
17. -種制造轉子的方法，其使用以權利要求15或16所述的方法制造出的轉子構件 (300)制造旋轉電機（100)的轉子（400)，該方法包括以下步驟： 準備旋轉軸部（200)的步驟，其中，該旋轉軸部（200)具有在固定上述轉子構件（300) 的區間中隨著從軸線方向第1側朝向軸線方向第2側去而朝向徑向外側擴展的外周面 (202);以及 利用過盈配合將上述轉子構件（300)固定在上述旋轉軸部（200)的徑向外側的步驟， 利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟包含以下環節： 以上述第2端部（303)位于比上述第1端部（302)靠上述旋轉軸部（200)的軸線方向 第2側的位置的方式將上述套筒部（301)從上述旋轉軸部（200)的上述軸線方向第1側嵌 入； 朝向軸線方向第2側的方向推壓上述套筒部（301)的上述第1端部（302)，將上述套筒 部（301)壓入到上述旋轉軸部（200);以及 在將上述套筒部（301)壓入至預定的固定位置為止的期間，利用壓入上述套筒部 (301)的力使上述套筒部（301)向徑向外側膨脹。
18. 根據權利要求17所述的制造轉子的方法，其中， 上述轉子構件（300)在上述套筒部（301)和上述磁瓦（311)之間的至少一部分區域具 有間隙（330)， 在利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟中，通過使上述套筒部（301)向徑向 外側膨脹以便填補上述間隙（330)，由此使上述套筒部（301)的外周面（304)和上述磁瓦 (311)的內周面（316)遍布大致整面地面接觸。
19. 根據權利要求18所述的制造轉子的方法，其中， 上述套筒部（301)的外周面（304)為圓筒狀， 上述多個磁瓦（311)的內周面（316)均為圓弧狀， 上述磁瓦（311)的內周面（316)的曲率半徑大于上述套筒部（301)的外周面（304)的 半徑， 在利用過盈配合固定上述轉子構件（300)的步驟中，通過使上述套筒部（301)向徑向 外側膨脹，由此使上述套筒部（301)的外周面（304)和上述磁瓦（311)的內周面（316)進行 面接觸。
【文檔編號】H02K1/27GK104104166SQ201410134791
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2013年4月3日
【發明者】有松洋平 申請人:發那科株式會社
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