CN107565724B - 转子构件、具备转子构件的转子及其制造方法、以及旋转电机 - Google Patents

转子构件、具备转子构件的转子及其制造方法、以及旋转电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供固定在旋转电机的旋转轴部的转子构件、具备转子构件的转子、旋转电机、以及制造转子的方法。该转子构件能够提高制造效率，而且防止构件的损伤。转子构件包括具有第1端面和第2端面的筒状的套筒部、在套筒部的径向外侧以沿周向排列的方式配置的多个磁瓦、以及从径向外侧覆盖磁瓦且在与套筒部之间夹持磁瓦的筒状构件。在此，套筒部的内周面具有随着从第1端部朝向第2端部去而逐渐朝向径向外侧扩展的锥面。

Description

转子构件、具备转子构件的转子及其制造方法、以及旋转电机
本申请是申请日为2014年4月3日、申请号为201410134791.7、发明名称为“转子构件、具备转子构件的转子及其制造方法、以及旋转电机”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固定在旋转电机的旋转轴部的转子构件、具备转子构件的转子、旋转电机、以及制造转子的方法。
背景技术
若使在转子中使用了永磁铁的电动机高速旋转，对于永磁铁自身的强度和固定永磁铁的构造而言，为了能够充分承受高速旋转时的离心力，需要实施某种程度的加强。在这种情况下，通常设置覆盖例如由碳纤维或者钛构成的套筒这样的加强构造。例如在日本特开平11－89142号公报中公开了一种在高速旋转中使用的同步电动机，该同步电动机使用环状的磁铁，并利用碳纤维增强塑料(CFRP)加强磁铁的外周。
日本特开平11－89142号公报所公开的环状的磁铁因制造方面的制约而在大型化方面受限，因而，即使为了获得更大的扭矩而欲使电动机大型化也难以应对。此外，在将环状磁铁嵌合于磁性体环的外部并以即使高速旋转也不会松动那样的很大的过盈量固定于旋转轴的情况下，有可能因该过盈量所引起的磁性体环的膨胀而导致环状磁铁开裂。
另外，相反，若将过盈量限制在环状磁铁不会开裂的程度，则无法确保磁铁、磁性体环的足够的过盈量，产生磁铁、磁性体环空转的问题，因此，存在扭矩无法在高速区域中上升或者高速旋转本身无法进行的问题。
并且，根据日本特开平11－89142号公报所述的方法，利用所谓的“液压嵌合”将转子构件固定在旋转轴上。由于采用该方法而存在如下问题：需要复杂且大型的制造装置，并且作业也变复杂，更困难。其结果，存在导致制造效率降低的问题。此外，为了进行液压嵌合，在磁性体环(转子套筒)中，用于从外部向磁性体环和旋转轴之间引导液压的孔是必需的。但是，存在如下问题：在高速旋转时，在该孔的周边发生应力集中，其最大应力妨碍提升最高转速。此外，存在如下问题：考虑到旋转体的平衡，上述孔需要平衡地以高精度配置、加工，导致成本上升。
并且，根据日本特开平11－89142号公报记载有：在利用液压嵌合完成转子部件和旋转轴的固定之后，为了避免上述应力集中，利用切削加工除去液压孔。但是，存在如下问题：转子完成后的切削加工是需要要注意加工过程中的永磁铁的磁吸引力、切削液有可能对转子主体产生化学损伤等与增加简单工序相比风险更高的工序，作业非常花费成本。
并且，根据日本特开平11－89142号公报，要求即使转子构件的外周部的周速度为250m/s以上，套筒对旋转轴也保留紧固力。其意图在于，即便是最高转速，转子构件的固定也不会松动，即转子构件不会空转，而是稳定地以最高转速旋转。但是，例如在机床的主轴所采用的电动机中，不仅在最高转速的条件下转子构件不会空转成为该旋转电机的重要的性能指标，在此基础上，能够产生的切削扭矩的大小也成为该旋转电机的重要的性能指标。作为即使在最高转速的条件下施加切削的负载扭矩时、转子构件的固定部分处的固定也不会打滑的条件，日本特开平11－89142号公报所示的条件不足。此外，同样的问题也存在于磁铁和磁性体环之间，但在日本特开平11－89142号公报中并未记载与该部分相关的对策。即，存在这样的问题：若只是套筒在最高转速的条件下也对旋转轴保留紧固力，则在负荷增大时，磁铁、套筒依然有可能在旋转方向上滑动。
发明内容
因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种旋转电机的转子构件和转子，其能够提高制造效率并且在制造工序中防止磁铁损伤，此外能够增大旋转电机的扭矩和输出功率，进而能够将该扭矩可靠地传递至旋转轴。
在本发明的一个技术方案中，转子构件通过压入而被固定在旋转电机的旋转轴部，其中，该转子构件包括：筒状的套筒部，其具有轴线方向第1侧的第1端部和轴线方向第2侧的第2端部；多个磁瓦，其在套筒部的径向外侧以沿周向排列的方式配置；以及筒状构件，其从径向外侧覆盖多个磁瓦，在该筒状构件与套筒部之间夹持多个磁瓦。在此，为了能够进行基于压入的组装，套筒部的内周面具有随着从第1端部朝向第2端部去而连续地朝向径向外侧扩展的锥面，而且，在从第1端部朝向第2端部去的方向上不包含该内周面的半径变小的部分。在此，磁瓦在周向上被分割，另一方面，在沿着旋转轴的方向上既可以被分割成多个，或者也可以不被分割。
优选的是，锥面是线性锥面或者包含彼此连续地连接的、相对于旋转轴线的角度互不相同的多个线性锥面。此外，套筒的厚壁侧是因锥形而直径变小的一侧，优选设置用于在压入时被压力推压的端面。其结果，该部分附近的套筒壁厚变厚，在压入该部位时导致压入吨数增大，因此，优选的是仅该部位附近的内径部的锥角为0°、即为圆筒状内径。
优选的是，套筒部的内周面在一定区间中还具有随着从第1端部朝向第2端部延伸而内径保持恒定的圆筒面，锥面包含自圆筒面朝向第2端部延伸的线性锥面。优选的是，在套筒部和磁瓦之间的至少一部分区域中形成有间隙。另外，优选的是，套筒部的外周面为圆筒状，多个磁瓦的内周面均为圆弧状。在这种情况下，磁瓦的内周面的曲率半径大于套筒部的外周面的半径。
优选的是，锥面自第1端部延伸至第2端部。更优选的是，上述锥面是线性锥面。在这种情况下，优选的是，上述线性锥面具有1/200～1/30的锥度比。优选的是，套筒部不具有向该套筒部的内周面开口的孔。
优选的是，该转子构件还具备设于套筒部和磁瓦之间且用于防止套筒部和磁瓦之间的相对移动的移动防止构件。优选的是，筒状构件可以具有碳纤维、玻璃纤维、非磁性金属、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维等、比强度(每单位密度的拉伸强度)优异的材料。或者，筒状构件也可以具有使用了碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维的FRP(纤维强化树脂)、或者将这几种材料组合而成的复合材料。或者，筒状构件也可以含有非磁性金属。
在本发明的另一个技术方案中，转子包括：旋转轴部，其具有随着从轴线方向第1侧朝向轴线方向第2侧去而逐渐朝向径向外侧扩展的外周面；以及上述转子构件，其以第2端面位于比第1端面靠旋转轴部的轴线方向第2侧的位置的方式利用轴线方向上的压入所带来的过盈配合而固定在旋转轴部的径向外侧。不使用液压配合，从而不必在套筒中设置液压用的孔，因而能够消除在液压用的孔周边产生的应力集中，对于提高最高转速是有利的。
在此，在转子构件固定于旋转轴部的状态下，套筒部以在旋转轴部的作用下向径向外侧膨胀的方式变形，套筒部的外周面和磁瓦的内周面伴随着压力彼此密合。在此，“伴随着压力彼此密合”表示利用面的压力限制彼此的相对移动。但是，在除去压力之后的状态下并不限定于此。即，既可以解除彼此的限制状态，或者也可以不解除彼此的限制状态。
在筒状构件所延伸的轴线方向区间中，套筒部的内周面和旋转轴部的外周面遍布大致整面(例如90％以上的区域)地面接触。通过这样做，套筒部的内周面和旋转轴部的外周面之间的接触面变大，能够降低该接触面的面压力，其结果，产生更容易进行压入的效果。在考虑到分解时的便利性的情况下，也可以设置用于使润滑油浸润于接触面的最小限度的槽，在这种情况下，也优选以至少90％的面积构成接触固定面。优选的是，套筒部超出弹性变形区域进行变形。在本发明的又一技术方案中，旋转电机具备上述转子。
在转子构件固定于旋转轴部并装入到旋转电机进行运转的状态下，优选的是，筒状构件的过盈量被设定为在旋转电机能够动作的转速的整个范围中，套筒部和旋转轴部之间的固定扭矩、磁瓦和套筒部之间的固定扭矩大于旋转电机的最大扭矩。
若存在应力集中部位，则转子的最高转速因其极限应力而受到抑制。因而，优选的是，极力避免发生应力集中那样的形状。因而，优选的是，不形成上述日本特开平11－89142号公报中那样的、使转子外周面和转子套筒内径面连通的贯通孔。通过废除贯通孔，应力集中部位消失，能够进一步提高转速。
在本发明的又一技术方案中，制造通过压入而组装于旋转轴的转子构件的方法包括以下步骤：在筒状的套筒部的外周面至少沿周向设置多个磁瓦的步骤，其中，该筒状的套筒部具有轴线方向第1侧的第1端部、轴线方向第2侧的第2端部、以及包含随着从第1端部朝向第2端部去而连续地朝向径向外侧扩展的锥面的内周面；以及以从径向外侧覆盖上述多个磁瓦的方式安装筒状构件的步骤。安装筒状构件的步骤也可以包含将该筒状构件的材料直接卷绕在磁瓦的外周的环节。
使用以上述方法制造出的转子构件制造旋转电机的转子的方法包括以下步骤：准备旋转轴部的步骤，其中，该旋转轴部具有在固定转子构件的区间中随着从轴线方向第1侧朝向轴线方向第2侧去而逐渐朝向径向外侧扩展的外周面；以及利用过盈配合将转子构件固定在旋转轴部的径向外侧的步骤。
利用过盈配合固定转子构件的步骤包含以下环节：以第2端部位于比第1端部靠旋转轴部的轴线方向第2侧的位置的方式将套筒部从旋转轴部的轴线方向第1侧嵌入；保持旋转轴部，并且朝向轴线方向第2侧的方向推压套筒部的第1端部，将套筒部压入到旋转轴部；以及在将套筒部压入至预定的固定位置的期间，利用压入套筒部的力使套筒部向径向外侧膨胀。
优选的是，在转子构件中，在套筒部和磁瓦之间的至少一部分区域中形成有间隙，在利用过盈配合固定转子构件的步骤中，通过使套筒部向径向外侧膨胀以便填补上述间隙，由此使套筒部的外周面和磁瓦内周面遍布大致整面地面接触。
优选的是，套筒部的外周面为圆筒状，多个磁瓦的内周面均为圆弧状。在这种情况下，磁瓦的内周面的曲率半径大于套筒部的外周面的半径，在利用过盈配合固定转子构件的步骤中，通过使套筒部向径向外侧膨胀，由此使套筒部的外周面和磁瓦内周面进行面接触。
参照附图说明以下的优选实施方式，进一步明确本发明的上述或者其他目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电动机的剖视图。
图2是图1所示的旋转轴部的剖视图。
图3是图1所示的转子构件的剖视图。
图4是从轴线方向观察图1所示的转子构件时的外观图。
图5是图3所示的套筒部的剖视图。
图6是图3所示的磁瓦之一的立体图。
图7是图3所示的筒状构件的立体图。
图8是示出作用于旋转轴部、套筒部及磁瓦的离心力、旋转轴部和套筒部之间的固定扭矩、以及套筒部和磁瓦之间的固定扭矩、电动机的转速之间的关系的图表。
图9是示出电动机停止时筒状构件、磁瓦、套筒部之间的力的平衡的图。
图10是示出电动机旋转时筒状构件、磁瓦、套筒部之间的力的平衡的图。
图11示出用于说明本发明的一实施方式的转子构件和转子的制造方法的流程图。
图12示出用于说明本发明的另一实施方式的转子构件和转子的制造方法的流程图。
图13是用于说明将磁瓦安装在套筒部的步骤的图。
图14示出组装转子构件后的状态。
图15是将图14中的局部区域放大后的放大图。
图16是用于说明将转子构件固定于旋转轴部的步骤的剖视图。
图17是将图16中的局部区域放大后的放大剖视图。
图18是示出将转子构件固定于旋转轴部之后的状态的剖视图。
图19的(a)、(b)是用于说明将转子构件固定于旋转轴部的步骤中的、转子构件的状态变化的图。
图20的(a)、(b)是另一实施方式的转子构件的放大图。
图21的(a)、(b)是又一实施方式的转子构件的放大图。
图22的(a)、(b)是又一实施方式的转子构件的放大图。
图23的(a)、(b)示出又一实施方式的转子构件。
图24示出又一实施方式的转子构件。
具体实施方式
下面，根据附图详细地说明本发明的实施方式。首先，参照图1说明本发明的一实施方式的电动机100的结构。另外，在以下的说明中，将沿着电动机100的旋转轴部的轴心延伸的方向设为轴线方向，将图1的纸面左方设为轴线方向前方，将纸面右方设为轴线方向后方。但是，以下说明中的轴线方向前方、轴线方向后方是为了便于理解而酌情确定的，并不限定地表示电动机的前方、后方等特定方向。
电动机100包括划分出内部空间101的外壳102、静止地配置在外壳102的内部空间101中的定子110、以及以能够旋转的方式设置在定子110的径向内侧的转子400。定子110具有定子铁芯103和卷绕在定子铁芯103上的线圈104。定子铁芯103例如通过层叠电磁钢板的薄板而制成。
从定子110引出与线圈104电连接的动力线(未图示)，动力线通过设于外壳102的贯通孔而连接于设置在电动机100的外部的动力源(未图示)。
转子400具有在内部空间101中沿着轴线方向延伸的旋转轴部200和固定设置在旋转轴部200的径向外侧的转子构件300。
接着，参照图2说明本实施方式的旋转轴部200。旋转轴部200是具有轴心O1和与该轴心O1同心的中心孔201的筒状的构件。在本实施方式中，由于设想在工作机械的主轴中使用的内装式电动机，因此，在旋转轴部200中形成有中心孔201，但并不限定于此。即，旋转轴部200也可以利用不具有中心孔201的实心材料制作。
旋转轴部200的轴心O1是电动机100的旋转轴心。旋转轴部200的轴线方向前方侧的部分借助安装在外壳102的前方侧的壁部上的轴承(未图示)以能够旋转的方式支承在外壳102上。同样，旋转轴部200的轴线方向后方侧的部分借助安装在外壳102的后方侧的壁部上的轴承(未图示)以能够旋转的方式支承在外壳102上。
旋转轴部200具有随着从轴线方向后方侧朝向轴线方向前方侧去而逐渐朝向径向外侧扩展的锥状的外周面202。旋转轴部200的轴线方向前方侧的部分203和台阶部204是为了制造时的便利性而设置的抵接部的一例。锥状外周面202从轴线方向后端205连续地延伸至轴线方向前端206。在锥状外周面202的轴线方向后端205的轴线方向后方形成有沿着轴线方向以直线状延伸的圆筒状的外周面207。
另外，锥状外周面202优选为线性的锥面、即圆锥面。在这种情况下，锥状外周面202的半径随着从轴线方向后端205朝向轴线方向前端206去而线性增加。锥状外周面202优选为具有例如1/200～1/30的锥度比的线性的锥面。
抵接用的部分203和台阶部204是用于使制造时的组装作业变容易的设计的一例。抵接用的部分203具有沿着轴线方向延伸的圆筒状的外周面，以与锥状外周面202的轴线方向前端206之间形成台阶部204的方式形成为自锥状外周面202向径向外侧突出。
接着，参照图3～图7说明本实施方式的转子构件300。转子构件300具有筒状的套筒部301、在套筒部301的径向外侧配置为沿周向排列的多个磁瓦311、以及从径向外侧覆盖磁瓦311的筒状构件321。磁瓦311也可以根据制造的情况、磁铁的成形情况在轴线方向上被分割成多个，在图3的例子中在轴线方向上被分割为二。
如图5所示，套筒部301是具有中心轴线O2的筒状的构件，具有轴线方向后方侧(即轴线方向第1侧)的第1端部302、轴线方向前方侧(即轴线方向第2侧)的第2端部303、以及沿着轴线方向延伸的圆筒状的外周面304。套筒部301的轴线方向后端的、自外周面304向径向外侧突出的凸部305是用于在制造时使磁铁的轴线方向位置易于对齐的设计的一例。
套筒部301利用例如SS400或者S45C这样的磁性体的金属材料制作。此外，为了使将套筒部301压入到旋转轴部200的作业变容易，套筒部301的厚度优选为更薄。例如，套筒部301在厚度最薄的部分具有1mm～2mm的厚度。另外，将套筒部301压入到旋转轴部200的作业之后叙述。
在本实施方式中，套筒部301具有随着从第1端部302朝向第2端部303去而连续地朝向径向外侧扩展的锥状内周面306(即锥面)。该锥状内周面306从第1端部302连续地延伸至第2端部303，并且在从第1端部302朝向第2端部303的方向(即轴线方向前方向)上不包含其半径变小的部分。换言之，锥状内周面306在从第1端部302到第2端部303的整个区域中随着朝向轴线方向前方去而半径变大。
锥状内周面306优选为线性的锥面。在这种情况下，锥状内周面306的半径随着从第1端部302朝向第2端部303去而从第1端部302的锥状内周面306的半径R3线性地扩径至第2端部303的锥状内周面306的半径R4。另外，R4＞R3。此外，优选锥状内周面306是具有例如1/200～1/30的锥度比的线性的锥面。该数值范围见后述。
在此，锥状内周面306的锥度被设定为与旋转轴部200的锥状外周面202的锥度相对应。更具体地讲，若旋转轴部200的锥状外周面202和套筒部301的锥状内周面306均是线性锥面，则锥状外周面202和锥状内周面306被设定为具有大致相同的锥度比(例如1/100)。
套筒部301在图1所示的电动机100的组装状态下以旋转轴部200的中心轴线O1和套筒部301的中心轴线O2一致的方式利用过盈配合固定在旋转轴部200的锥状外周面202上。在该状态下，套筒部301的第2端部303和为了便于组装而设置的抵接用的部分203的台阶部204例如被设计为抵接。而且，第2端部303的锥状内周面306的半径R4和锥状外周面202的轴线方向前端206的半径大致相同。
此外，在该状态下，套筒部301的锥状内周面306和旋转轴部200的锥状外周面202彼此以较大的面压密合，套筒部301被旋转轴部200朝向径向外侧按压。另外，套筒部301相对于旋转轴部200的安装构造见后述。
如图6所示，磁瓦311分别是具有预先确定的曲率半径的内径的大致圆弧状的磁铁片。具体地讲，磁瓦311具有轴线方向前方侧的端面312、轴线方向后方侧的端面313、周向一侧的端面314、周向另一侧的端面315、径向内侧的内周面316以及径向外侧的外周面317。磁瓦311的内周面316为圆弧状，另一方面，外周面317是任意的曲面、平面或者曲面和平面的组合。
在图6的例子中，作为实施方式的一例而明确地描绘了端面312、端面313、端面314、端面315，但根据磁路设计、电动机的规格等情况，这些端面是曲面或者被锥面、曲面夹在中间的极小面，因此，以上端面实际上不一定明确存在。此外，形成各个面的边实际上被实施倒角或者以曲面平滑地去掉一部分，不一定利用明确的线划定。
内周面316是具有预先确定的曲率半径的圆弧面，并以连接形成端面312的径向内侧的一边和形成端面313的径向内侧的一边的方式沿着轴线方向延伸。外周面317在周向上由平滑的曲线构成，例如既可以是圆弧面，也可以是其他任意的曲面。内周面316的曲率半径见后述。
如图7所示，筒状构件321是沿着轴线方向延伸的筒状的构件。具体地讲，筒状构件321具有轴线方向前方侧的端面322、轴线方向后方侧的端面323、筒状的内周面324和外周面325。在图7的例子中，作为实施方式的一例而明确地描绘了端面322和端面323，但根据筒状构件的材料、构造、制造方法的不同，以上断面不一定明确地存在。
筒状构件321对于朝向径向外侧膨胀那样的变形具有较强的强度。换言之，筒状构件321的半径(直径)难以变化。此外，从防止磁通引起的发热、磁通的泄漏引起的性能降低的方面考虑，优选筒状构件321利用非磁性材料制作。并且，为了减小因旋转而产生的离心力，优选筒状构件321具有较小的密度。
例如，作为筒状构件321的材料，优选为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维这样的、比强度(每单位密度的拉伸强度)优异的材料。此外，作为筒状构件321的材料，也优选为使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维的FRP(纤维强化树脂)、或者将它们中的几种材料组合而成的复合材料。此外，作为筒状构件321的材料，也可以使用奥氏体系的不锈钢、钛、或者钛合金等非磁性金属。
在图3及图4所示的例子中，在组装转子构件300后的状态下，配置有共计8个磁瓦311。具体地讲，在图4中的A所示的周向位置，两个磁瓦311以在轴线方向上相邻的方式配置并形成一对。同样，在图4中的B、C及D所示的周向位置，分别有两个磁瓦311在轴线方向上相邻并形成一对。
这样，在本实施方式的转子构件300中，4对磁瓦311配置为在套筒部301的外周面304上沿周向以大致等间隔排列。位于轴线方向后方侧的磁瓦311例如分别通过在套筒部301设置凸部305等构造而以轴线方向的位置对齐的方式配置。
在周向上的4对、共计8个磁瓦311的径向外侧，以从径向外侧环绕全部磁瓦311的方式嵌装有筒状构件321。在此，如上所述，在图1所示的电动机100的组装状态下，套筒部301被旋转轴部200朝向径向外侧按压。通过该按压，套筒部301欲向径向外侧变形，朝向径向外侧推压各个磁瓦311。
相对于此，如上所述，筒状构件321对于朝向径向外侧膨胀的变形具有较强的强度。因而，应对自磁瓦311施加的压力，其反作用力朝向径向内侧推回磁瓦311。
利用该结构，磁瓦311在套筒部301和筒状构件321之间被牢固地夹持。由此，在电动机100驱动时，即使转子构件300以高速旋转的情况下，也能够防止磁瓦311相对于套筒部301和筒状构件321进行相对移动。
参照图8～图10更详细地说明这一点。图8示出在电动机100的转速增大的同时变化的、作用于各构件的离心力的大小、由此而减少的旋转轴部200和套筒部301之间的固定扭矩、以及套筒部301和磁瓦311之间的固定扭矩。在此，“固定扭矩”指的是在一个构件和另一个构件之间的接触面产生的周向的摩擦力与旋转轴线和该接触面之间的径向距离(即半径)相乘而得到的值，该固定扭矩越大，一个构件越难以相对于另一个构件在周向上相对移动(难以偏离)。
图8中的线10表示旋转轴部200和套筒部301之间的固定扭矩，线12表示套筒部301和磁瓦311之间的固定扭矩。此外，图8中的线14、线16以及线18分别表示作用于磁瓦311、套筒部301以及筒状构件321的离心力。此外，线20表示电动机100的最大扭矩。
如图8所示，可知在停止时(转速0)，固定扭矩10、12比电动机100的最大扭矩20大很多，但在电动机100的转速增大的同时减少，逐渐接近最大扭矩20。
在此，电动机100的最大扭矩20自10000min-1附近减少的原因在于，在该实例中作为模型的电动机的最大输出功率偶尔为90kW。通常，若以扭矩恒定的状态提高转速，由于电动机输出功率＝扭矩×转速，因此输出功率会无休止地增加，但驱动电源的电源容量存在极限，不可能无休止地增加。因此，在用于高速高扭矩的电动机设计中，通常设计为从某一转速降低扭矩，反而使输出功率恒定。因此，在本实例中，扭矩自10000min-1附近降低。
图9和图10示出停止时和旋转时的力的平衡。为了不使图变复杂，在图9和图10中，从简化说明的方面考虑，尤其以磁瓦34和套筒36之间的力的关系为中心示出。套筒36和旋转轴37之间的力的关系虽未图示，但思路完全相同，只要是本领域技术人员，就应能够容易地理解。
图9示出电动机停止时的筒状构件32、磁瓦34以及套筒36之间的力的平衡。图9中的箭头30表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭头26表示磁瓦34自套筒36承受的反作用力。箭头28表示在套筒36和磁瓦34之间产生的摩擦力。摩擦力28是用力26与套筒36和磁瓦34之间的摩擦系数相乘而得到的值。此外，图9中的箭头24表示磁瓦34自筒状构件32承受的力(即筒状构件32的压缩保持力)。箭头22表示筒状构件32自磁瓦34承受的反作用力。
以上，为了简便，以磁瓦34和套筒36之间的力的关系为中心示出力的关系。旋转轴37和套筒36之间的力的关系虽省略，但思路相同，只要是本领域技术人员，就能够容易地理解。需要注意的是，旋转轴37自套筒36承受的力除了由套筒36的过盈量引起的压缩力之外还要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，思路相同。
另一方面，图10示出电动机旋转时的筒状构件32、磁瓦34以及套筒36之间的力的平衡。图10中的箭头52表示套筒36自磁瓦34承受的力。箭头42表示磁瓦34自套筒36承受的反作用力。箭头48表示在套筒36和磁瓦34之间产生的摩擦力。箭头46表示磁瓦34自筒状构件32承受的力(即筒状构件32的压缩保持力)。箭头54表示经由磁瓦34向筒状构件32传递的、来自套筒36的反作用力。箭头38表示对筒状构件32施加的力的总和。虚线箭头40表示作用于磁瓦34的离心力。虚线箭头44表示作用于筒状构件32的离心力。
如图10所示，旋转时筒状构件32所负担的压缩保持力46的大小为自图9所示的停止时的压缩保持力24减去旋转时作用于筒状构件32自身的离心力44而得到的值。因此，对于筒状构件32而言，质量轻和强度高这二点、即比强度较高是重要的。因此，作为筒状构件32的材料，尤其优选为将碳纤维作为主体的材料。在筒状构件32的质量较轻的情况下，压缩保持力24的、离心力所导致的减少量较小即可，因此，能够相应地提高磁铁和套筒的保持力，能够进一步高速化。
如图10所示，力52因磁瓦34的离心力40和筒状构件32的离心力44而小于图9和图10所示的力30。力42随之也变小，因此，在套筒36和磁瓦34之间产生的摩擦力48变小。这样，在电动机100旋转时，套筒36和磁瓦34之间的固定扭矩减少。
以上，为了简便，以磁瓦34和套筒36之间的力的关系为中心示出力的关系。旋转轴37和套筒36之间的力的关系虽省略，但思路相同，只要是本领域技术人员，就能够容易地理解。需要注意的是，旋转轴37自套筒36承受的力除了由套筒36的过盈量引起的压缩力之外还要加上套筒36自身自磁瓦34承受的力，旋转时产生的离心力除了套筒36自身的离心力之外也要考虑筒状构件32和磁瓦34的离心力，思路相同。其结果，在电动机100旋转时，基于与套筒36和磁瓦34之间的固定扭矩减少同样的理由，套筒36和旋转轴37之间的固定扭矩也减少。
对于向筒状构件32赋予的压缩保持力46，仅在最高转速下保留有压缩保持力46是不够的，需要由压缩保持力带来的旋转方向上的磁瓦34和套筒36之间的固定扭矩与套筒36和旋转轴37之间的固定扭矩分别始终大于各个转速下的电动机的最大扭矩。优选为相对于电动机的最大扭矩的例如5倍以上还有充分的富余。
因此，在本实施方式的转子构件300中，筒状构件321的过盈量被设定为在旋转电机100能够动作的转速的整个范围内，套筒部301和旋转轴部200之间的固定扭矩、磁瓦311和套筒部301之间的固定扭矩大于旋转电机100的最大扭矩。
根据该结构，如图8所示，无论电动机100以何种转速被驱动，旋转轴部200和套筒部301之间的固定扭矩10、套筒部301和磁瓦311之间的固定扭矩12都大于电动机100的最大扭矩20。因而，在电动机100进行驱动时，能够防止在旋转轴部200和套筒部301之间、套筒部301和磁瓦311之间产生错位。
接着，参照图1～图7说明电动机100的动作。在电流自设置于电动机100的外部的动力源通过动力线流向线圈104时，利用定子110在轴心O1的周围生成旋转磁场。转子构件300的磁瓦311利用由定子110生成的旋转磁场在周向上承受电磁力。其结果，转子构件300与旋转轴部200一并一体地旋转。
接着，参照图11～图19的(a)、(b)说明本发明的一实施方式的转子构件300的制造方法。制造转子构件300的方法S10包括步骤S1～步骤S5。具体地讲，在步骤S1中，准备套筒部301。例如对圆筒状构件的内周面和外周面进行切削加工，形成锥状内周面306、外周面304。此外，为了组装时的便利性，例如根据需要形成凸部305等。利用该步骤S1制作的套筒部301的、第2端部303处的锥状内周面306的半径形成为比组装电动机100后的状态下的上述半径R4小的半径R4’(参照图17)。同样，套筒部301的第1端部302处的锥状内周面306的半径形成为比组装电动机100后的状态下的上述半径R3小的半径R3’。
在步骤S2中，准备磁瓦311。具体地讲，准备8个包含具有预定的曲率半径的内周面316的、大致圆弧状的磁瓦311。在步骤S3中，准备筒状构件321。作为其材料，优选为例如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维等、比强度(每单位密度的拉伸强度)优异的材料。此外，利用这些材料的FRP(纤维强化树脂)、奥氏体系的不锈钢、钛、钛合金等非磁性金属中的任一者或者将它们中的任意几者组合而成的复合材料也很合适。
在此，步骤S1～步骤S3既可以同时执行，或者也可以按照任意的顺序执行。此外，步骤S1～步骤S3既可以分别在不同的制造场所执行，或者也可以在相同的制造场所执行步骤S1～步骤S3中的至少2个步骤。
在步骤S4中，在套筒部301的外周面304设置共计8个磁瓦311。参照图13说明该步骤S4。首先，在A所示的周向位置，将利用步骤S2制作的磁瓦311中的2个以在轴线方向上相邻地排列并形成一对的方式设置在套筒部301的外周面304上。同样，在B、C及D所示的周向位置，将2个磁瓦311以在轴线方向上相邻地排列并形成一对的方式设置在套筒部301的外周面304上。
此时，设置在A所示的周向位置的磁瓦对311A的磁场方向被设定为S极配置在径向内侧的内周面316侧且N极配置在径向外侧的外周面317侧。此外，设置在B所示的周向位置的磁瓦对311B的磁场方向被设定为N极配置在径向内侧的内周面316侧且S极配置在径向外侧的外周面317侧。
此外，设置在C所示的周向位置的磁瓦对311C的磁场方向被设定为S极配置在径向内侧的内周面316侧且N极配置在径向外侧的外周面317侧。此外，设置在D所示的周向位置的磁瓦对311D的磁场方向被设定为N极配置在径向内侧的内周面316侧且S极配置在径向外侧的外周面317侧。
即，在本实施方式中，在周向上排列的磁瓦对311A～311D被设置为各自的磁极在周向上交替地更换。另外，在本实施方式中，磁瓦311在该步骤S4之前预先磁化。由此，各个磁瓦311借助其所生成的磁场互相吸引，因此，将磁瓦311设置在套筒部301的外周面304上的预定位置的作业变容易。
在步骤S5中，以从径向外侧覆盖磁瓦311的方式安装筒状构件321。具体地讲，以筒状构件321的内周面324面向磁瓦311的各自径向外侧的外周面317的方式，将利用步骤S3制作的筒状构件321嵌入到磁瓦311的径向外侧。在该时刻，两者既可以是间隙配合，也可以是略微过盈配合。在过盈配合的情况下，筒状构件321不会脱离的程度的微小过盈量就足够。
此外，如图12所示，另一实施方式的转子构件300的制造方法也可以替代图11的步骤S3，而在步骤S5中通过将相当于筒状构件321的构件的材料直接卷绕在磁瓦311的外周而形成该相当于筒状构件321的构件(步骤S3’)。相当于筒状构件321的构件例如也可以通过将线状、带状、片状的材料以覆盖各个磁瓦311的方式一边沿旋转方向绕圈一边卷绕在磁瓦311的外周直至达到预定的厚度而形成。
在此，在本实施方式中，磁瓦311的内周面316的半径被设定为大于套筒部301的外周面304的半径。具体地讲，如图15所示，将磁瓦311的内周面316的曲率半径设为R7，将套筒部301的外周面304的半径设为R8，R7＞R8。
根据该结构，在组装转子构件300后的状态下，在磁瓦311的内周面316和套筒部301的外周面304之间的、磁瓦311的内周面316的周向两端的区域中形成有间隙330。另外，该间隙330的功能见后述。
此外，在磁瓦311的外周的轮廓线不是圆的情况下，利用这一点，例如，也可以如图14所示那样使筒状构件321沿着磁瓦311的外缘变形并嵌入，从而磁瓦311的外表面和筒状构件321的内表面接触，由此将两者组装为一体。
由此，在将筒状构件321嵌装在磁瓦311的径向外侧的情况下，能够在套筒部301和筒状构件321之间夹持磁瓦311，并将转子构件300构成为一体的构件。
利用步骤S1～步骤S5制作图14所示的转子构件300。通过这样预先将转子构件300制作为一体的构件，容易搬运转子构件300。此外，在例如内装式电动机的领域中，也存在将这样的转子构件的组装体制造为1个商品并使其流通的情况。由于本实施方式的转子构件300具有一体的构造，容易处理，因此从流通方面考虑，在这样的领域中是有利的。
参照图11继续说明本发明的一实施方式的转子制造方法。制造转子的方法S20包括步骤S6～步骤S8。具体地讲，在步骤S6种，准备图2所示那样的旋转轴部200。例如对圆筒状的棒构件的外周面进行切削加工而形成锥状外周面202。此外，例如也可以根据需要在锥状外周面202前后的部分设置圆筒状的外周面207、抵接用部分203。
在步骤S7中，将利用上述步骤S5制作的转子构件300从旋转轴部200的轴线方向后方侧嵌入。参照图16和图17说明该步骤S7。首先，将转子构件300的套筒部301从第2端部303侧嵌入到利用步骤S6制作的旋转轴部200的轴线方向后端。
然后，例如旋转轴部200的轴线方向第2侧(前方侧)的端面(未图示)朝向轴线方向第1侧(后方侧)来保持旋转轴部200，相对于保持方向朝轴线方向反方向推压转子构件300的套筒部301的端部302。即，如图16的箭头E所示那样朝向轴线方向前方推入转子构件300。
于是，套筒部301的锥状内周面306的轴线方向前端和旋转轴部200的锥状外周面202在抵接部P抵接。图16中示出该状态。另外，如图17所示，锥状外周面202的抵接部P的半径与利用步骤S1制作的套筒部301的、第2端部303处的锥状内周面306的半径R4’相等。
在步骤S8中，相对于旋转轴部200朝向轴线方向前方侧进一步压入转子构件300。具体地讲，朝向轴线方向前方侧压入转子构件300直至套筒部301的第2端部303与预定的位置、例如图例中的抵接用的部分203的台阶部204抵接。
此时，套筒部301向轴线方向前方移动从抵接部P到台阶部204的距离x，并且朝向径向外侧膨胀上述半径R1与上述半径R4’之差δ。即，在该状态下，转子构件300利用过盈配合以过盈量φ2δ固定在旋转轴部200。另外，在该状态下，套筒部301也可以超出弹性变形区域进行变形。
在套筒部301压入到预定的固定位置的期间，套筒部301因压入该套筒部301的力而向径向外侧膨胀，磁瓦311随之也向径向外侧移动。其结果，筒状构件321也会朝向外侧承受力，筒状构件321也朝向径向外侧膨胀。由此，在筒状构件321中积蓄弹性压缩力，利用该弹性压缩力在旋转轴部200的锥状外周面202和筒状构件321之间夹持磁瓦311和套筒部301，利用此时在各个接触面之间产生的压力(表面压力)完成磁瓦311和套筒部外周面304的周向上的固定、套筒部301的内周面306和旋转轴部200的锥状外周面202的固定。
另外，套筒部301的内周面306和旋转轴部200的锥状外周面202在从筒状构件321的轴线方向前方的端面322到轴线方向后方的端面323的轴线方向区间中遍布大致整面(例如90％以上的区域)地面接触。
以下示出旋转轴部200和套筒部301的具体的尺寸例。将旋转轴部200的锥状外周面202和套筒部301的锥状内周面306的锥度比均设定为1/100。而且，将套筒部301的第2端部303处的厚度设为1mm，将套筒部301的轴线方向长度、即第1端部302和第2端部303之间的轴线方向距离设为100mm。
于是，套筒部301的第1端部302处的厚度为1.5mm。在这种情况下，若将套筒部301的外周面304的直径设为φ80mm(即半径为40mm)，则第2端面303处的锥状内周面306的直径为φ78mm(即R4＝39mm)，第1端部302处的锥状内周面306的直径为φ77mm(即R3＝38.5mm)。
另一方面，将旋转轴部200的轴线方向前端206的外径设为φ78.5(即R1＝39.25mm)。于是，在轴线方向后方距轴线方向前端206的距离为100mm的位置，旋转轴部200的锥状外周面202的外径为φ77.5mm(即半径为38.75mm)。
在这种情况下，在将套筒部301压入到旋转轴部200以使套筒部301的第2端部303和旋转轴部200的台阶部204抵接的情况下，套筒部301和旋转轴部200利用过盈量φ0.5mm的过盈配合被互相固定。
基于步骤S8的结果，利用过盈配合将转子构件300固定在旋转轴部200上，制造图18所示的转子400。即，步骤S7和步骤S8构成利用过盈配合将转子构件300固定在旋转轴部200的径向外侧的步骤S9。
在此，在本实施方式中，如上所述采用在周向排列的磁瓦311，而且磁瓦311的内周面316的曲率半径R7被设定为大于套筒部301的外周面304的半径R8。由此，在制造转子400的工序中能够防止磁铁开裂。
参照图19说明这一点。另外，图19的(a)示出压入到旋转轴部200之前的状态的转子构件300，与图15相对应。另一方面，图19的(b)示出压入到旋转轴部200之后的状态的转子构件300，与图4相对应。
如上所述，在压入到旋转轴部200之前的状态下，在磁瓦311的内周面316和套筒部301的外周面304之间形成有间隙330。若自该状态在步骤S8中将转子构件300压入到旋转轴部200，则会朝向径向外侧膨胀上述的差δ。
于是，如图19的(b)所示，套筒部301为了填补间隙330而向径向外侧膨胀，其结果，套筒部的外周面304和磁瓦311的径向内侧的内周面316面接触。该间隙330是由磁瓦311的内周面316的曲率半径R7和套筒部301的外周面304的半径R8之间的半径之差引起而形成的间隙，考虑到步骤S8中的套筒部301的膨胀而适当地设定。
根据该结构，间隙330作为容许套筒部301的膨胀的“游隙”发挥功能，在步骤S8的工序的期间，能够防止自套筒部301对磁瓦311施加的过度的力。由此，能够防止磁瓦311开裂。
此外，在本实施方式中，磁瓦311并不是以环状连续的形态，而是利用在周向上排列的4对磁瓦对在周向上分离成4部分。因此，在步骤S8的工序的期间，即使对磁瓦311加载力，与以环状连续的磁铁相比也能够大幅降低磁瓦311破损的可能性。此外，在使电动机大型化的情况下，通过调整所应用的磁瓦311的尺寸和数量，能够更加容易地应对电动机的大型化的要求。
并且，根据本实施方式，套筒部301在步骤S8中向径向外侧膨胀以便填补间隙330，套筒部的外周面304和磁瓦311的内周面316面接触。利用该结构，在转子400完成后的状态下，能够使套筒部的外周面304和磁瓦311的内周面316以均等的压力分布互相牢固地伴随着压力而密合。由此，能够增大套筒部的外周面304和磁瓦311的内周面316之间的摩擦力(固定扭矩)，因此，能够在电动机100进行驱动时有效地防止磁瓦311相对于套筒部301相对移动。
此外，根据本实施方式，在步骤S8中，利用锥面202、306使套筒部301膨胀，将转子构件300压入到旋转轴部200。由此，由于能够使套筒部301均匀且高精度地膨胀，因此，能够在套筒部301和筒状构件321之间稳定地夹持磁瓦311。其结果，能够使转子400的构造更加坚固，因此，能够将转子400应用于要求以更高的转速旋转的产品。
此外，根据本实施方式，在将转子构件300压入到旋转轴部200的工序中，仅需要向一个轴线方向推压转子构件300的冲压装置，不需要其他复杂的制造装置。因而，能够提高制造效率，并且降低制造成本。
此外，根据本实施方式，也不需要采用在加热转子构件300和旋转轴部200的构件的期间将转子构件300压入到旋转轴部200的、所谓“热装”的方法。因而，能够防止因加热而引起磁铁的高温去磁。
此外，由于本实施方式不需要利用“热装”，因此，在使用碳纤维、钛、玻璃纤维等线膨胀系数较小的材料的情况下，也能够有效地将转子构件300固定在旋转轴部200。
此外，根据本实施方式，通过适当地改变锥面202、306的锥度(锥度比、相对于轴线方向的倾斜角度)，能够容易且自如地设计套筒部301和筒状构件321的配合量。因此，能够将转子构件300应用于各种种类和尺寸的电动机。
另外，优选锥状外周面202和锥状内周面306的锥度比设定在1/1000～1/30的范围内。以下说明该数值范围。首先，关于锥度比的上限值(1/30)，在将套筒部301压入到旋转轴部200时，自膨胀变形的套筒部301对旋转轴部200加载朝向径向内侧的弹性收缩力。因此，在刚刚将套筒部301压入到旋转轴部200之后，该弹性收缩力引起套筒部301欲沿着锥状外周面202向自旋转轴部200脱离的方向滑动。
在此，本发明人掌握了实验验证的结果，即在将锥度比设定为大于1/30的情况(例如1/10、1/5等)下有可能产生以下问题。具体地讲，在将套筒部301压入到旋转轴部200时，套筒部301欲自旋转轴部200脱离的力容易超过作用在套筒部301和旋转轴部200之间的摩擦力。其结果，套筒部301自旋转轴部200脱落的可能性升高。
此外，在将锥度比设定为大于1/30的情况下，为了将套筒部301压入到旋转轴部200，需要非常大的压入力，因此，也有可能需要更大型的制造装置。从这方面考虑，优选将锥度比的上限值设定为1/30。
接着，关于锥度比的下限值(1/1000)，假使在将锥度比设定为小于1/1000的情况下，为了得到预定的过盈量(在上述例子中是φ0.5mm)，将套筒部301压入到旋转轴部200的轴线方向距离(相当于上述距离x)变长。由此，作业效率降低。此外，在实际的制造中，若使锥度比小于1/1000，则加工误差的影响可能变大。从这方面考虑，优选将锥度比的下限值设定为1/1000。从上述方面考虑，在现实的制造成本方面，锥度比的下限值尤其优选为1/200左右。只要达到该程度，就能够进行车床加工，不需要研磨加工。
另外，作为本发明的另一实施方式，也可以在套筒部301和磁瓦311之间设置用于防止套筒部301和磁瓦311之间的相对移动的移动防止构件。参照图20～图22说明该结构。另外，对与上述实施方式同样的构件标注相同的附图标记，省略详细的说明。
首先，参照图20的(a)、(b)说明本发明的另一实施方式的转子构件500。图20的(a)示出压入到旋转轴部200之前的状态的转子构件500，与图19的(a)相对应。图20的(b)示出压入到旋转轴部200之后的状态的转子构件500，与图19的(b)相对应。
该实施方式的转子构件500包括形成在套筒部301的外周面304上的移动防止构件501。为了防止套筒部301和磁瓦311之间的相对移动，该移动防止构件501包含例如高摩擦性树脂涂料层、粘合性树脂涂料层、喷砂加工、含有提高摩擦系数的材料的涂料层、提高摩擦系数的化学表面处理等用于增大套筒部301和磁瓦311之间的摩擦系数的结构。
或者，移动防止构件501也可以包含自套筒部301的外周面304向径向外侧突出的凸部。在这种情况下，也可以在磁瓦311的内周面316形成与上述凸部卡合的卡合部。另外，优选的是，该移动防止构件501在利用涂料层形成的情况下形成为具有0.01mm～0.1mm的厚度。
此外，在利用自套筒部301的外周面304向径向外侧突出的凸部形成移动防止构件501的情况下，优选该凸部的高度被设定为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上形成移动防止构件501的工序既可以在上述步骤S1中的对套筒部301的外周面304进行切削加工时执行，或者也可以在上述步骤S4中的在套筒部301上设置磁瓦311之前执行。
如图20的(b)所示，在套筒部301利用其与旋转轴部200的过盈量向径向外侧膨胀以便填补间隙330时，套筒部301的外周面304和磁瓦311的内周面316借助移动防止构件501而面接触。通过这样预先设置间隙330，能够防止套筒部301的径向膨胀引起磁瓦311开裂。
此外，通过套筒部301的外周面304和磁瓦311的内周面316借助移动防止构件501而面接触，能够在电动机100进行驱动时转子构件500以高速旋转的情况下，有效地防止磁瓦311相对于套筒部301和筒状构件321相对移动。
接着，参照图21的(a)、(b)说明本发明的又一实施方式的转子构件510。图21的(a)示出压入到旋转轴部200之前的状态的转子构件510，与图19的(a)相对应。图21的(b)示出压入到旋转轴部200之后的状态的转子构件510，与图19的(b)相对应。
该实施方式的转子构件510包括形成在磁瓦311的内周面316上的移动防止构件511。与上述同样，该移动防止构件511包含增大套筒部301和磁瓦311之间的摩擦系数的结构。或者，移动防止构件511也可以包含自磁瓦311的内周面316向径向内侧突出的凸部。
如图21的(b)所示，若套筒部301向径向外侧膨胀以便填补间隙330，则套筒部301的外周面304和磁瓦311的内周面316借助移动防止构件511而面接触。根据该结构，在电动机100进行驱动时转子构件510以高速旋转的情况下，能够有效地防止磁瓦311相对于套筒部301和筒状构件321相对移动。
另外，在磁瓦311的内周面316上形成移动防止构件511的工序既可以在上述步骤S2中的制作磁瓦311时执行，或者也可以在上述步骤S4中的在套筒部301上设置磁瓦311之前执行。
接着，参照图22的(a)、(b)说明本发明的又一实施方式的转子构件520。图22的(a)示出压入到旋转轴部200之前的状态的转子构件520，与图19的(a)相对应。图22的(b)示出压入到旋转轴部200之后的状态的转子构件520，与图19的(b)相对应。
在该实施方式的转子构件520中，将作为独立构件的移动防止构件521插入到套筒部301和磁瓦311之间。该移动防止构件521是与套筒部301和磁瓦311之间分别具有大摩擦系数的构件。作为这样的移动防止构件521，例如作为对表面实施了提高摩擦系数的处理后的摩擦片材、在表面涂敷有粘合剂的粘合性片材、或者具有粘着性的片材的例子，能够应用由NBR或者硅构成的橡胶片等。另外，优选该移动防止构件521具有0.03mm～0.1mm的厚度。
如图22的(b)所示，若套筒部301向径向外侧膨胀以便填补间隙330，则套筒部301的外周面304和磁瓦311的内周面316借助移动防止构件521而面接触。根据该结构，在电动机100进行驱动时转子构件520以高速旋转的情况下，能够有效地防止磁瓦311相对于套筒部301和筒状构件321相对移动。
另外，对于磁瓦，在上述的实施方式中，对磁瓦是具有预定的曲率半径的圆弧形状的磁铁片的情况进行了说明，但并不限定于此，磁瓦也可以具有其他的形状。参照图23的(a)、(b)说明该结构。
图23的(a)、(b)示出本发明的又一实施方式的转子构件600，图23的(a)是从轴线方向观察转子构件600时的外观图，图23的(b)是放大示出图23(a)的局部的放大图。
转子构件600包括套筒部601、配置在套筒部601的径向外侧的多个磁瓦611、以及从径向外侧覆盖磁瓦611的筒状构件321。
在本实施方式中，套筒部601具有自外周面604向内方凹陷的凹部602。该凹部602从套筒部601的轴线方向一侧端面沿着轴线方向延伸至轴线方向另一侧端面，由大致平面状的底面和自该底面的周向两端立起的周向端面划定。凹部602以在周向上等间隔排列的方式在外周面604上形成有多个。在相邻的两个凹部602之间形成有自凹部602的底面向径向外侧突出的凸部603。
磁瓦611具有位于径向内侧的内周面616和位于径向外侧的外周面617。在本实施方式中，磁瓦611的外周面617与上述实施方式同样是任意的曲面，另一方面磁瓦611的内周面616形成为大致平面。
如图23所示，在组装转子构件600后的状态下，磁瓦611收容在形成于套筒部601的凹部602内，磁瓦611的内周面616和凹部602的底面进行面接触。而且，能够利用设于凹部602的周向两侧的凸部603防止磁瓦611的周向上的移动。
另外，凹部602也可以还包含自该凹部602的底面的轴线方向两端立起的轴线方向端面。在这种情况下，能够利用凹部602的轴线方向端面防止磁瓦611的轴线方向上的移动。
根据本实施方式，在上述步骤S4中，能够使在套筒部601的径向外侧定位磁瓦611的作业变容易。此外，在将转子构件600应用于电动机的情况下，能够可靠地防止在电动机进行驱动时磁瓦611相对于套筒部601相对移动。
接着，参照图24说明本发明的又一实施方式的转子构件700。另外，对与上述实施方式同样的元件标注相同的附图标记，省略详细的说明。转子构件700具有筒状的套筒部701、配置在套筒部301的径向外侧的多个磁瓦311、以及从径向外侧覆盖磁瓦311的筒状构件321。
套筒部701是具有中心轴线O2的筒状的构件，且具有轴线方向后方侧(即轴线方向第1侧)的第1端部702、轴线方向前方侧(即轴线方向第2侧)的第2端部703、以及沿着轴线方向延伸的圆筒状的外周面704。套筒部701的轴线方向后端的、自外周面704向径向外侧突出的凸部705是用于在制造时使磁铁的轴线方向位置容易对齐的设计的一例。
套筒部701具有自第1端部702向径向前方延伸的圆筒面704、随着朝向轴线方向前方去而连续地朝向径向外侧扩展的第1锥状内周面705和第2锥状内周面706。圆筒面704的半径随着自第1端部702朝向第2端部703去而保持恒定。
第1锥状内周面705是自圆筒面704的轴线方向前方的端缘704a向轴线方向前方延伸的、相对于轴线O2以第1角度θ1倾斜的圆锥面。第2锥状内周面706是自第1锥状内周面705的轴线方向前方的端缘705a向轴线方向前方延伸至第2端部703的、相对于轴线O2以第2角度θ2倾斜的圆锥面。在此，第1角度θ1被设定为小于第2角度θ2。
此外，在上述实施方式中，说明了以沿周向排列的方式设有共计8个磁瓦的情况，但并不限定于此，只要是在周向上分离成两个以上的磁瓦，也可以设置任何数量的磁瓦。此外，既可以在周向上相邻的磁瓦之间设置间隔，也可以配置为彼此接触。
此外，旋转轴部的锥状外周面和套筒部的锥状内周面并不限定于线性锥面，例如也可以是指数函数锥面那样的、相对于轴线方向以任意曲率变化的锥面。
此外，在上述的实施方式中，对将筒状构件嵌入在磁瓦311的径向外侧(步骤S5)的情况进行了说明，但并不限定于此，也可以准备片状、或者带状、或者绳状、或者线状的构件，通过将其卷绕在磁瓦311的径向外侧来组装转子构件300。
此外，在上述的实施方式中，对将本发明应用于电动机的情况进行了说明，但并不限定于此，本发明能够有利地应用于例如包含发电机的旋转电机。
如上所述，根据本发明，首先，不使用环状的永磁铁，而使用由至少在周向上被分割成多个的磁瓦构成的永磁铁。而且，在将套筒部固定在旋转轴部的情况下，利用锥面使套筒部膨胀并且将套筒部压入到旋转轴部。通过这样做，能够对套筒部和筒状构件赋予比热装的过盈量大的过盈量，因此，能够将磁瓦和套筒部牢固地固定在旋转轴部。而且，由于磁瓦在周向上被分割，因此即便是较大的过盈量，磁瓦也不会开裂，能够在套筒部和筒状构件之间牢固地夹持磁瓦。其结果，能够使转子构件的构造更加坚固。由此，能够将转子构件应用于要求以更高的转速旋转的旋转电机。
此外，由于能够简化将套筒部固定在旋转轴部的工序，因此，在将套筒部固定在旋转轴部的工序中不需要复杂的制造装置。由此，能够提高制造效率，并且降低制造成本。
此外，由于磁瓦在周向上分离，因此，在将套筒部固定在旋转轴部时，在套筒部向径向外侧膨胀的情况下，也能够有效地防止磁瓦破损的问题。其结果，即使以更大的过盈量将转子构件组装在旋转轴上，磁铁也不会破损。如此，由于能够增大过盈量，与以往相比能够实现更高速的旋转。
此外，由于磁瓦在周向上分离，因此，磁瓦自身的制造变容易，也能够利用比较大的尺寸的磁瓦。通过利用该磁瓦，能够制作利用环状磁铁无法得到的更大扭矩的旋转电机。这样，根据本发明，能够使更大扭矩的旋转电机以更高速旋转，因此，能够提供更高输出功率的旋转电机。
以上，通过发明的实施方式说明了本发明，但上述实施方式并不限定权利要求书所保护的技术方案。此外，在实施方式中说明的特征的所有组合对于发明的解决方案不一定是必需的。并且，对于本领域技术人员来说，显而易见能够对上述实施方式施加多种变更或者改进。根据权利要求书的记载可明确，施加了这样的变更或者改进的方式也包含在本发明的保护范围内。
此外，应当注意在权利要求书、说明书、以及附图中示出的装置、系统、程序、以及方法中的动作、过程、步骤、以及阶段等各处理的执行顺序并未特别明示“更前”、“之前”等，此外，只要不是在后处理中采用前处理的结果，则能够以任意的顺序执行。关于权利要求书、说明书、以及附图中的动作流程，即便为了方便而使用“首先”、“其次”等进行了说明，也不表示必须按照该顺序实施。

Claims (16)

1.一种转子，包括：
旋转轴部，其具有随着从轴线方向第1侧朝向轴线方向第2侧去而朝向径向外侧扩展的外周面；以及
转子构件，其被固定在上述旋转轴部的径向外侧，其中，
上述转子构件包括：
筒状的套筒部，其具有上述轴线方向第1侧的第1端部和上述轴线方向第2侧的第2端部；
多个磁瓦，其在上述套筒部的径向外侧以沿周向排列的方式配置；以及
筒状构件，其从径向外侧覆盖上述多个磁瓦，在上述筒状构件与上述套筒部之间夹持上述多个磁瓦，
上述套筒部的内周面具有：
圆筒面，其自上述第1端部向上述轴线方向第2侧延伸，具有恒定的内径；以及
锥面，其连接于上述圆筒面的上述轴线方向第2侧的端缘，自该端缘延伸至上述第2端部，随着朝向该第2端部去而连续地朝向径向外侧扩展，
上述套筒部不具有在该套筒部的内周面具有开口的孔，
在上述转子构件固定于上述旋转轴部的状态下，上述旋转轴部的上述外周面与上述锥面彼此面接触，上述套筒部在上述旋转轴部的作用下以向径向外侧膨胀的方式变形，上述套筒部的外周面和上述磁瓦的内周面伴随着压力彼此密合。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，
上述锥面是线性锥面或者包含彼此连续地连接的、相对于旋转轴线的角度互不相同的多个线性锥面。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，
上述锥面包含：
第1线性锥面，其自上述圆筒面的上述端缘朝向上述第2端部延伸；以及
第2线性锥面，其自上述第1线性锥面的上述轴线方向第2侧的端缘延伸至上述第2端部，具有与上述第1线性锥面不同的锥度比。
4.根据权利要求2或3所述的转子，其中，
上述线性锥面具有1/200～1/30的锥度比。
5.根据权利要求1或2所述的转子，其中，
在上述套筒部和上述磁瓦之间的至少一部分区域中形成有间隙。
6.根据权利要求1或2所述的转子，其中，
上述套筒部的外周面为圆筒状，
上述多个磁瓦的内周面均为圆弧状，
上述磁瓦的内周面的曲率半径大于上述套筒部的外周面的曲率半径。
7.根据权利要求1或2所述的转子，其中，
该转子构件还具备用于防止上述套筒部和上述磁瓦之间的相对移动的移动防止构件。
8.根据权利要求1或2所述的转子，其中，
上述筒状构件具有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维、使用了碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯或者聚对苯二甲酸丁二酯纤维的纤维强化树脂、或者非磁性金属。
9.根据权利要求1所述的转子，其中，
在上述筒状构件所延伸的轴线方向区间中，上述套筒部的内周面和上述旋转轴部的外周面遍布大致整面地面接触。
10.根据权利要求1或9所述的转子，其中，
上述套筒部超出弹性变形区域进行变形。
11.一种旋转电机，其中，
该旋转电机具备权利要求1～10中任一项所述的转子。
12.根据权利要求11所述的旋转电机，其中，
上述筒状构件的过盈量被设定为在上述旋转电机能够动作的转速的整个范围中，上述套筒部和上述旋转轴部之间的固定扭矩、上述磁瓦和上述套筒部之间的固定扭矩大于上述旋转电机的最大扭矩。
13.一种用于制造转子的方法，该方法包括以下步骤：
在筒状的套筒部的外周面沿周向设置多个磁瓦的步骤，其中，该筒状的套筒部具有轴线方向第1侧的第1端部、轴线方向第2侧的第2端部、以及内周面，该内周面包含自上述第1端部向上述轴线方向第2侧延伸且具有恒定的内径的圆筒面、以及连接于上述圆筒面的上述轴线方向第2侧的端缘、自该端缘延伸至上述第2端部且随着朝向该第2端部去而连续地朝向径向外侧扩展的锥面，并且该筒状的套筒部不具有在上述内周面具有开口的孔；
以从径向外侧覆盖上述多个磁瓦的方式安装筒状构件，制造具有上述套筒部、上述多个磁瓦以及上述筒状构件的转子构件的步骤；
准备旋转轴部的步骤，其中，该旋转轴部具有随着从上述轴线方向第1侧朝向上述轴线方向第2侧去而朝向径向外侧扩展的外周面；以及
利用过盈配合将上述转子构件固定在上述旋转轴部的径向外侧的步骤，
利用过盈配合固定上述转子构件的步骤包含以下环节：
将上述套筒部从上述旋转轴部的上述轴线方向第1侧嵌入；
朝向轴线方向第2侧的方向推压上述套筒部的上述第1端部，将上述套筒部压入到上述旋转轴部；以及
在将上述套筒部压入至预定的固定位置为止的期间，利用压入上述套筒部的力使上述套筒部向径向外侧膨胀，使上述旋转轴部的上述外周面与上述锥面彼此面接触。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，
安装上述筒状构件的步骤包含将该筒状构件的材料直接卷绕在上述磁瓦的外周的环节。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，
上述转子构件在上述套筒部和上述磁瓦之间的至少一部分区域具有间隙，
在利用过盈配合固定上述转子构件的步骤中，通过使上述套筒部向径向外侧膨胀以便填补上述间隙，由此使上述套筒部的外周面和上述磁瓦的内周面遍布大致整面地面接触。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
上述套筒部的外周面为圆筒状，
上述多个磁瓦的内周面均为圆弧状，
上述磁瓦的内周面的曲率半径大于上述套筒部的外周面的半径，
在利用过盈配合固定上述转子构件的步骤中，通过使上述套筒部向径向外侧膨胀，由此使上述套筒部的外周面和上述磁瓦的内周面进行面接触。
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