CN204391925U - 电动机的转子以及具备该转子的电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供电动机的转子以及具备该转子的电动机。电动机的转子具备沿周向排列的多个磁体。转子具备保持构件，该保持构件在多个磁体的径向外侧相对于转子设置成同心状，以保持多个磁体。保持构件由具有互不相同的直径且排列成同心状的多个筒状构件形成。各个筒状构件被扩径，朝向径向内侧的压缩保持力作为来自保持构件的弹性恢复力而作用于磁体。多个筒状构件中包括具有互不相同的机械性质的筒状构件。

Description

电动机的转子以及具备该转子的电动机

技术领域

本实用新型涉及一种具备磁体保持构造的转子以及具备转子的电动机。

背景技术

众所周知一种包括具备在转子的表面沿周向排列的多个磁体的转子的同步电动机。在这种类型的电动机中，当想要使转子的转速增大时，为了防止磁体由于离心力而脱离转子，需要充分赋予保持磁体的保持强度。

日本JP-A-11-089142中公开了一种电动机的转子，该转子具备：旋转轴；套筒(sleeve)，其设置于旋转轴的外周；圆筒形状的永磁体，其设置于套筒的外周；以及碳纤维增强塑料制的保持构件，其以覆盖永磁体的方式设置于永磁体的外周。

日本JP-A-2013-169103中公开了一种电动机的转子，该转子具备以包围多个磁体的方式设置的圆筒状的保护管。该保护管在由于树脂的填充压力而被扩径的状态下装配于转子，通过保护管的恢复力而压靠至径向内侧的磁体。根据该相关技术，能够不使用粘接剂而将磁体保持于规定位置。

为了使转子以高速进行旋转动作，进一步要求保持磁体的强度。例如在使用日本JP-A-11-089142所记载的碳纤维增强塑料制的保持构件的情况下，通过使保持构件厚壁化来提高保持强度。然而，应力是集中产生在内径侧的，因此单纯使保持构件的壁厚增大也并不有效。另外，在使用厚壁的保持构件的情况下，转子的磁体与定子之间的距离(磁隙)增大而转矩下降。另外，利用纤维增强塑料来形成厚壁的构件需要高成本和高度的技术，根据情况不同而可能产生内部构造的缺陷而保持强度降低。

为了提高磁体的保持作用，还考虑了增大对保持构件赋予的过盈量来使周向的伸长量增大。然而，特别是在利用将薄片状的材料缠绕在筒状的夹具上来成形的FRP作为保持构件的情况下，所卷绕的片材的卷绕末端部及其附近无法充分伸长而存在端部产生松弛或剥落的担忧，从而导致转子的可靠性降低。并且，存在以下担忧：在增大保持构件的过盈量的结果使得保持构件中产生强大的恢复力的情况下，外周侧的纤维挤入内周侧的纤维的间隙而有损预期的保持强度。

另外，如日本JP-A-2013-169103中所记载的那样，存在利用填充材料的内压来保持磁体和保护管的现有例。该方法将以注射成形进行填充的热塑性树脂用作填充材料。由树脂产生的内压是树脂不会变形的程度的、相对于树脂本身的拉伸强度而言充分小的值。换言之，该现有例适用于只要求通过塑料也可以支承的程度的磁体的固定力的情况。若以这种构造的转子来追求高速旋转，则会产生如下的问题。(1)保护管由于因保护管的自重所产生的离心力而膨胀，但是当超过某个限度时上述填充材料不能跟踪保护管的膨胀。其结果，对保护管的固定力消失而保护管开始空转。然后，保护管逐渐以内壁削去填充材料，发出噪音并脱落。(2)存在以下情况：相对于因具有与铁同等的密度的磁体的自重所产生的离心力而言，作为塑料的填充材料所产生的固定力极为不足，不足以抵抗离心力来固定磁体。因此，在某个转速下磁体向径向外侧浮起，在旋转方向上浮动，一边粉碎填充材料一边空转。即，日本JP-A-2013-169103所公开的构造不适合作为用于使转速增大的手法。

因而，期望一种能够兼顾电动机的效率和可靠性的转子。

实用新型内容

根据本申请所涉及的第一方式，提供一种具备沿周向排列的多个磁体的电动机的转子，该转子具备保持构件，该保持构件在上述多个磁体的径向外侧相对于上述转子设置成同心状，以保持上述多个磁体，上述保持构件由具有互不相同的直径且排列成同心状的多个筒状构件形成，各个上述筒状构件被扩径，朝向径向内侧的压缩保持力作为来自上述保持构件的弹性恢复力而作用于上述磁体。

根据本申请所涉及的第二方式，在第一方式所涉及的转子中，构成为：在上述多个筒状构件中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的过盈量(日语：締め代)与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的过盈量相等，或者大于该另一个筒状构件的过盈量。

根据本申请所涉及的第三方式，在第一方式或第二方式所涉及的转子中，上述多个筒状构件中包括具有互不相同的机械性质的筒状构件。

根据本申请所涉及的第四方式，在第三方式所涉及的转子中，构成为：在上述多个筒状构件中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的周向弹性模量与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的周向弹性模量相等，或者小于该另一个筒状构件的周向弹性模量。

根据本申请所涉及的第五方式，在第三方式或第四方式所涉及的转子中，构成为：上述多个筒状构件中的位于径向上的最内侧的筒状构件的拉伸强度比其它任一个筒状构件的拉伸强度都大。

根据本申请所涉及的第六方式，在第一方式至第五方式中的任一方式所涉及的转子中，上述多个筒状构件中的至少一个筒状构件包含以纤维至少沿周向延伸的方式形成的纤维增强树脂。

根据本申请所涉及的第七方式，上述多个筒状构件中的至少两个筒状构件由以纤维沿周向延伸的方式形成的纤维增强树脂构成，上述至少两个筒状构件构成为越是靠径向上的内侧的筒状构件则基体树脂(matrix resin)的艾氏冲击值越大。

根据本申请所涉及的第八方式，在第一方式至第七方式中的任一方式所涉及的转子中，上述多个筒状构件中的至少位于径向上的最外侧的筒状构件在组装前的状态下具有圆筒形状。

根据本申请所涉及的第九方式，提供一种具备第一方式至第八方式中的任一方式所涉及的转子的电动机。

这些以及其它本实用新型的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本实用新型的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。

附图说明

图1是表示本实用新型的一个实施方式所涉及的电动机的概要纵剖视图。

图2是表示变形例所涉及的转子的概要纵剖视图。

图3是表示本实用新型的第一实施方式所涉及的转子的横剖视图。

图4是表示图3的转子的保持构件中产生的应力的线图。

图5是第一实施方式所涉及的转子的分解立体图。

图6是表示本实用新型的第二实施方式所涉及的转子的横剖视图。

图7是表示图6的转子的保持构件中产生的应力的线图。

图8是比较例所涉及的转子的横剖视图。

图9是表示比较例所涉及的转子的保持构件中产生的应力的线图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本实用新型的实施方式。对于图示的实施方式的结构要素适当变更了比例尺以助于理解本实用新型。

图1是表示本实用新型的一个实施方式所涉及的电动机100的概要纵剖视图。电动机100例如是磁体安装于转子的表面的表面磁体型电动机(SPM型电动机)。电动机100具备以相互同心状配置的转子10和定子50。电动机100形成为通过该转子10和定子50的磁相互作用来产生旋转动力。

定子50具备：圆筒状的铁芯52，其形成有与轴线方向平行地延伸的槽(未图示)；以及线圈54，其穿过这些槽而缠绕。定子50相对于以包围定子50的方式设置的电动机100的机壳102固定。在电动机100动作时，例如向线圈54提供三相交流的电流，在转子10的周围生成旋转磁场。

转子10具备：套筒14，其例如通过过盈配合而嵌合到例如与机床的主轴连结的圆筒状的旋转轴12的外周；多个磁体16，其排列于套筒14的外周；以及保持构件20，其安装于磁体16的外周以保持这些磁体16。旋转轴12以在电动机100动作时能够绕旋转轴线X旋转的方式被未图示的轴承所支承。转子10的套筒14、磁体16以及保持构件20均形成为与旋转轴12成一体地旋转运动。

在套筒14的一方的端部形成有向径向外侧以台阶状突出的凸缘14a。凸缘14a中形成有使转子10的外部空间22与间隙24之间连通的流体通路18，其中，该间隙24是套筒14的内周面与旋转轴12的外周面之间的间隙。流体通路18上形成有对外部空间22开口的螺纹孔18a。另外，在套筒14的轴线方向的两端形成有环状槽，O型圈等密封构件26设置于环状槽。

此外，在本说明书中，“径向外侧”表示在横截面上远离旋转轴线X的方向。另外，“径向内侧”表示在横截面上接近旋转轴线X的方向。另外，“轴线方向”表示与旋转轴线X平行的方向。

在本实施方式中，转子10通过油压配合(日语：油圧嵌め)而安装于旋转轴12。即，通过经由流体通路18供给到套筒14与旋转轴12之间的间隙24的油压而转子10的直径增大，该流体通路18在套筒14的周向上隔开规定的间隔地设置有多个。此时，供给油的供给喷嘴被拧进螺纹孔18a中。能够将至少一个流体通路18用作排气孔。

利用设置于套筒14的两端的密封构件26将导入到间隙24中的油密封，防止该油漏出到转子10的外部空间22。油还具有使套筒14的内周面与旋转轴12的外周面之间的接触面之间润滑的作用。由此，使套筒14相对于旋转轴12沿轴线方向容易地滑动到规定的位置。

套筒14的内周面和接受套筒14的旋转轴12的外周面的一部分也可以是形成为从各自的一方向另一方而直径逐渐变小的锥形面。在这种情况下，决定套筒14和旋转轴12的尺寸使得当使套筒14从旋转轴12的小径侧向大径侧移动而套筒14到达规定的位置时得到规定的过盈量。

磁体16包括在套筒14的外周面沿周向排列的多个永磁体。例如，磁体16的各永磁体具有相互独立的棒状的形状。或者，也可以是利用树脂使多列永磁体相互一体化来成形为圆筒形状的磁体。

保持构件20是如在后面详细叙述的那样通过将具有互不相同的直径的多个筒状构件相对于转子10分别安装成同心状而形成的。各个筒状构件在按照规定的过盈量被扩径的状态下装配于转子10。由此，筒状构件的、足以抵抗在转子10旋转时会产生的离心力而能够保持磁体16的恢复力朝向径向内侧起作用。转子的转速越高，则需要越大的恢复力。筒状构件的过盈量越大，则恢复力一般越大。因而，对筒状构件设定与根据转子的转速而要求的恢复力相应的过盈量。

各个筒状构件例如可以是由非磁性金属材料构成的管体。筒状构件例如能够由钛合金或不锈钢等形成。另外，除了材料本身的特性以外，进一步实施热处理或者调整壁厚，由此还能够使各筒状构件的机械性质不同。

或者，筒状构件也可以由利用作为粘合剂(binder)的树脂使大量的纤维一体化而得到的纤维增强树脂(以下称为“FRP”)形成。例如，在将预浸片(prepregsheet)缠绕在夹具的周围的状态下进行加热来使树脂固化，由此筒状构件按照夹具的外形来成形为规定的形状。作为用于形成筒状构件的FRP，例如使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯以及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)优良的材料。

多个筒状构件中也可以包括具有互不相同的机械性质的筒状构件。例如，设置于径向内侧的内方筒状构件构成为以下结构：越是靠近内径侧的筒状构件，则以下特征越显著。内方筒状构件能够由在周向、径向以及轴线方向上均具有足够的拉伸强度的材料形成。例如，内方筒状构件能够由非磁性金属的薄壁管形成。或者，在内方筒状构件由FRP形成的情况下，使沿周向以外的方向延伸的纤维的比例增大。另外，构成内方筒状构件的FRP也可以将多个种类的纤维相互组合。总之，能够使用拉伸强度高的材料。

或者，在至少两个筒状构件中使用以纤维沿周向延伸的方式形成的FRP的情况下，构成为：越是靠内径侧的筒状构件，则基体树脂的艾氏冲击值越大、即越难以破裂。此外，“以纤维沿周向延伸的方式形成”是指：纤维被卷绕成纤维沿与筒状构件的轴线方向成直角的方向、或者相对于与轴线方向成直角的方向形成某种程度的范围的角度的方向延伸。

另一方面，设置于径向的中间位置的筒状构件能够由与径向内侧的筒状构件相比在周向上具有更大的弹性模量的材料形成。例如，在中间位置的筒状构件由FRP形成的情况下，使沿周向延伸的纤维的比例增大。或者选择这种特性的纤维。并且，位于比中间位置的筒状构件更靠径向外侧的位置的外方筒状构件例如由周向上的弹性模量大的材料形成使得其膨胀量小。由此，能够将最外周的筒状构件的伸长量设定得小，其结果，设置于保持构件的最外层的外方筒状构件能够防止FRP成形时的卷绕末端部的剥落乃至散开。在除了这些效果以外还要求提高对外力的强度、例如要求保护转子表面的情况下，最外周的筒状构件也可以是由非磁性金属形成的薄壁管。

在内方筒状构件与外方筒状构件之间介入有中间筒状构件的情况下，中间筒状构件的内面侧和外面侧都被其它筒状构件夹持，因此处于难以受到外力的状态。因而，中间筒状构件例如用于重点提高用于保持磁体的周向的弹性力。因而，能够考虑周向的弹性力来选定中间筒状构件的构成材料。例如，以如下方式选定中间筒状构件的材料：使中间筒状构件在周向上的周向弹性模量与内方筒状构件的周向弹性模量相同或大于内方筒状构件的周向弹性模量、且小于外方筒状构件的周向弹性模量，同时，使对中间筒状构件赋予的过盈量与内方筒状构件的过盈量相同或小于内方筒状构件的过盈量、且大于外方筒状构件的过盈量。

能够设定成：在多个筒状构件中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的过盈量与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的过盈量相等或大于该另一个筒状构件的过盈量。

此外，能够将过盈量定义为装配于转子后的状态下的筒状构件的直径相对于装配于转子前的状态下的筒状构件的直径所增加的增加量、即装配前后的直径的变化量。此外，在筒状构件不是圆形而无法直接求出直径的情况下，通过计算具有与筒状构件的横截面的周长一致的直径的虚拟圆的直径的变化量，来确定筒状构件的过盈量。

并且，能够以如下方式分别选定这些筒状构件的材料：在多个筒状构件中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的周向弹性模量与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的周向弹性模量相等或小于该另一个筒状构件的周向弹性模量。例如，通过适当选定形成各个筒状构件的金属或FRP、或适当调整纤维的延伸方向，来实现如前所述的周向弹性模量的关系性。

此时，在至少两个筒状构件中使用以纤维沿周向延伸的方式形成的FRP的情况下，越是靠内径侧的筒状构件则延伸量越大。因此，也可以构成为使位于内径侧的筒状构件的基体树脂的艾氏冲击值大、即难以破裂。

另外，能够形成为：构成保持构件的多个筒状构件中的在径向上位于最内侧的筒状构件的拉伸强度比其它任一个筒状构件的拉伸强度都大。例如，形成最内层的筒状构件能够由将沿周向延伸的纤维的比例提高到最大限度的FRP形成，或者能够由具有高的拉伸强度的非磁性金属材料形成。

各个筒状构件也可以在装配于转子前的状态下具有圆筒形状。即，这种情况下的筒状构件在未受到外力时具有圆筒形状。此外，圆筒形状是指截面为大致圆形。具有圆筒形状的筒状构件在成形容易而能够以低成本制作这一点上有利。另外，如果是圆筒形状，则能够容易地制作出具有均匀的壁厚和强度的筒状构件，从而也有助于质量和性能的稳定。特别是在使用以纤维沿周向延伸的方式形成的FRP来形成筒状构件的情况下，如果是具有圆筒形状的筒状构件，则具有难以发生纤维的变形等缺陷的优点。另一方面，位于径向上的最内侧的筒状构件也可以具有大致沿着磁体的外缘的非圆筒形状以缓和应力集中。

由具有前述的各种特征的多个筒状构件形成的保持构件具有如下的优点。

(1)保持转子的磁体的保持构件具有由多个筒状构件组成的多层构造，因此能够使以往集中于保持构件的内周面附近的应力分散到各个筒状构件来产生。由此，得到降低最内层的保持构件中产生的最大应力的效果。其结果，具有以下优点：能够使转子进一步高速旋转，能够增大电动机的输出。

(2)通过使保持构件为多层构造，保持构件中产生的最大应力降低，因此能够得到能够使保持构件薄壁化的效果。其结果，能够减小磁隙，因此磁路的磁阻降低，磁通量增加，结果得到在同一电流下得到的转矩增大的效果。另外关于这一点，在以相同转速进行比较时，电动机的输出也增大。即，具有以下优点：也得到能够提高电动机的效率的效果。

(3)位于径向内侧的筒状构件的过盈量与位于径向外侧的筒状构件的过盈量相等或大于位于径向外侧的筒状构件的过盈量，由此筒状构件的组装工序变得容易。即，如果这样设定各个筒状构件的过盈量，则得到能够增大筒状构件之间的尺寸差的效果，从而具有能够顺畅地执行使筒状构件相互嵌合的嵌合工序的优点。作为其结果，能够削减电动机的制造成本。

(4)通过将位于径向外侧的筒状构件的过盈量设定得小，得到能够减小形成保持构件的最外层的筒状构件在周向上的伸长量的效果。由此，得到以下效果：即使是通过卷绕片材而成形的筒状构件，也能够防止片材的卷绕末端部在筒状构件伸长时剥落。并且，得到以下效果：能够防止外周侧的纤维挤入内周侧的纤维之间。这样，转子的耐久性提高，因此得到能够提高电动机的可靠性的效果。或者，通过可靠性提高来能够提高转子的旋转速度，因此具有能够有助于增大电动机的输出的优点。

(5)通过将位于径向内侧的筒状构件的过盈量设定得大，内周侧的筒状构件中产生的恢复力增大，因此得到能够使抵抗旋转时的离心力来直接保持磁体的力增大的效果。由此，得到能够增大转子的最高转速的效果。另外，能够增大电动机的输出。

(6)如果由具有不同机械性质的筒状构件形成保持构件，则能够根据径向的位置来配置具有适当的机械性质的筒状构件。例如，能够在有应力增大的倾向的内周侧配置拉伸强度高的筒状构件，而且在外周侧配置保护转子免受外力的影响的性质(例如与空气的耐摩擦性)优良的筒状构件，因此能够有效防止转子的破损。另外，例如最内层的筒状构件与磁体接触，因此不仅要求周向的拉伸强度，对其它任意的方向也要求足够的拉伸强度，因此，通过将这种特性优良的材料用作最内层的筒状构件，能够有效防止转子的破损。由此，电动机的可靠性提高。

另外，在保持构件由FRP构成的情况下，通过构成为越是靠内侧的筒状构件则柔软性越高、即基体树脂的艾氏冲击值越大，也能够防止转子的破损。

(7)根据由FRP形成的筒状构件，能够通过调整延伸方向不同的纤维的比例来容易地调整任意方向的强度。另外，在例如由包含碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、硼纤维、钛合金纤维、超高分子量聚乙烯以及聚对苯二甲酸丁二酯纤维等比强度高的材料的FRP形成筒状构件的情况下，能够抑制作用于筒状构件本身的离心力。其结果，能够将筒状构件所产生的恢复力的大部分有效地用作抵抗作用于磁体的离心力来保持磁体的力，因此将比强度高的材料用作筒状构件的材料是有效的。

(8)具有圆形的截面的筒状构件具有易于成形的优点，得到难以产生内部的构造性缺陷的效果。而且，其结果得到将制造成本抑制得低的效果。

图2是表示图1所示的转子10的变形例所涉及的转子10’的纵剖视图。在本变形例中，磁体16由沿轴线方向排列的三个磁体16a、16b、16c形成。另外，保持构件20由沿轴线方向排列的两个保持构件20a、20b形成。转子10’的其它结构与转子10相同。

磁体16a、16b、16c在轴线方向上的尺寸既可以相同也可以不同。例如，轴线方向的尺寸可以是磁体16a为30mm、磁体16b为50mm、磁体16c为40mm。同样地，保持构件20a、20b在轴线方向上的尺寸既可以相同也可以不同。也可以是，只有磁体16和保持构件20中的任一方具有分割构造。这样，磁体16和保持构件20能够具有各种分割构造，但是无论在哪一个情况下，保持构件20都横跨磁体16的轴线方向的外周全长地存在。

另外，磁体在周向上也能够具有分割构造。在这种情况下，能够沿周向排列大致圆弧形状的磁体。这种沿周向分割的磁体能够防止磁体由于膨胀的保持构件向径向内侧作用于磁体的压缩力而裂开。并且，根据沿周向分割的磁体，与圆筒状的被一体化的磁体相比能够容易地大径化，因此有利于实现高输出的电动机。

图3是表示本实用新型的第一实施方式所涉及的转子10的横剖视图。如图所示，保持构件20由安装于磁体16的外周的第一筒状构件201和安装于第一筒状构件201的外周的第二筒状构件202形成。根据本实施方式，保持构件20中产生的应力通过第一筒状构件201和第二筒状构件202而被分散，因此最大应力降低。此外，在图示的实施方式中，磁体16由在周向上彼此之间设置间隔S地排列的四个磁体形成。

图8是比较例所涉及的转子110的横剖视图。在该比较例中，保持构件仅具有一个筒状构件120。图9是表示转子110的保持构件中产生的应力的线图。线图的横轴表示从筒状构件120的外周面O到内周面I的保持构件的径向位置。线图的纵轴表示筒状构件120中产生的应力的大小。如图9所示，应力集中产生于筒状构件120的内周面I附近的区域。

图4是表示图3的转子10的保持构件20中产生的应力的线图。线图的横轴表示从第二筒状构件202的外周面O2到内周面I2以及从第一筒状构件201的外周面O1到内周面I1的保持构件20的径向位置。线图的纵轴表示第一筒状构件201和第二筒状构件202中产生的应力的大小。此外，图4的线图中的虚线表示图9所示的比较例的应力。

如图4所描绘的那样，在第一实施方式中保持构件20中产生的最大应力的大小小于比较例的最大应力的大小。另一方面，保持构件20的最内侧的位置(第一筒状构件201的内周面I1)与最外侧的位置(第二筒状构件202的外周面O2)之间的应力差也变小。在第一实施方式中，应力被分散到保持构件20的整体。

在图4的线图中，在表示径向位置与应力之间的关系的曲线(应力曲线)和横轴之间形成的图形的面积与作用于筒状构件的周向的张力成正比。而且，该周向的张力与向径向内侧按压磁体的压缩力成正比。因而，例如在由本实施方式中的应力曲线和横轴形成的图形的面积A1与比较例中的对应的图形的面积B(参照图9)相等的情况下，根据本实施方式，在对磁体的压缩保持力同等的同时，筒状构件中产生的最大应力降低。

如图4所描绘的那样，即使在保持构件由多个筒状构件形成的情况下，径向内侧的筒状构件中依然产生比较大的应力。另外，直接接触磁体的最内层的筒状构件在与磁体的角部接触的位置等处可能进一步产生应力集中。因而，特别是对于径向内侧的筒状构件使拉伸强度增大是有利的。虽然拉伸强度高的筒状构件一般来说价格高，但是仅提高多个筒状构件中的一部分的拉伸强度，由此具有能够将成本的增大抑制到最小限度的效果。

图5是表示本实用新型的一个实施方式所涉及的转子10的分解立体图。图5所示的转子部件由套筒14和磁体16形成，在此示出了安装于未图示的旋转轴之前的状态。在本实施方式中，磁体16在套筒14的外周面上沿周向设置有四列，各列的磁体包括三个磁体16a、16b、16c。

构成保持构件20的第一筒状构件201和第二筒状构件202能够按顺序安装于转子部件。或者，也可以在将第二筒状构件202安装于第一筒状构件201的外周之后，使第一筒状构件201的内周面与转子部件的外周面嵌合。需要注意的是，像这样，在本实施方式中，各部件的装配的顺序不受任何限定。

在此，说明第一实施方式所涉及的保持构件20的第一筒状构件201和第二筒状构件202的结构例。

(实施例1)

第一筒状构件201由包含弹性模量小且较为廉价的碳纤维或玻璃纤维的FRP形成。将这些纤维卷绕多次，直到足以能够负担保持磁体的力的大部分的厚度为止。例如将树脂兼用作粘合剂，使其固化来形成第一筒状构件201。或者，首先制作预先使用上述纤维的预浸片，将其缠绕在夹具上来形成为筒状，通过将树脂加热固化来得到第一筒状构件201。另一方面，第二筒状构件202由在某种程度上拉伸强度高且弹性模量大的材料、例如碳纤维形成。

对于由周向的弹性模量小的材料形成的第一筒状构件201，设定比第二筒状构件202的过盈量大的过盈量。即，在装配的前后，第一筒状构件201的膨胀量大于第二筒状构件202的膨胀量。一般来说，在通过将片材卷绕多次来形成筒状构件的情况下，如果筒状构件的膨胀量大则在片材的卷绕末端部存在末端部剥落的担忧。然而，根据本实施方式，通过第二筒状构件202使压缩力作用于第一筒状构件201的外周，因此有效地压住第一筒状构件201的末端部，因此得到能够防止末端部剥落的效果。另外，对于磁体保持力的大部分使用了廉价的材料，因此具有将整体价格也抑制得低的效果。

(实施例2)

第一筒状构件201是由奥氏体系不锈钢或钛或钛合金等非磁性金属材料形成的管。这种金属管一般具有各向同性，不仅在周向上，在轴线方向上也具有高的强度。如果将这种金属材料使用于作为最内层的第一筒状构件201，则即使与由于磁体的角部或形状的偏差而形成的台阶部接触也能够防止第一筒状构件201破损。

另一方面，第二筒状构件202使用含有包含大量的周向的纤维成分的例如碳纤维的FRP，使得与第一筒状构件201相比周向的弹性模量尤其大。通过像这样由弹性模量大的材料形成位于径向外侧的第二筒状构件202，尽管过盈量小于第一筒状构件201，但是强的恢复力作用于第二筒状构件202。因而，能够增大磁体保持力。这使得最高转速提高，从而带来电动机的输出增大的效果。

图6是表示本实用新型的第二实施方式所涉及的转子10”的横剖视图。在本实施方式的转子10”中，保持构件20由设置于磁体16的外周的第一筒状构件201、与第一筒状构件201的外周面O1嵌合的第二筒状构件202以及设置于第二筒状构件202的外周面O2的第三筒状构件203形成。

图7是表示图5的转子的保持构件20中产生的应力分布的趋势的线图。线图的横轴表示从第三筒状构件203的外周面O3到内周面I3、从第二筒状构件的外周面O2到内周面I2以及从第一筒状构件201的外周面O1到内周面I1的保持构件20的径向位置。线图的纵轴表示第一筒状构件201、第二筒状构件202以及第三筒状构件203中产生的应力的大小。此外，图7的线图中的虚线表示图9所示的比较例中的应力。

如图7所示，根据由三个筒状构件201、202、203形成的保持构件20，能够将所产生的最大应力抑制得低于比较例。因此，在使保持构件20自身的壁厚固定的情况下，各个筒状构件201、202、203能够与第一实施方式的情况相比进一步薄壁化。这样，在由多个筒状构件形成保持构件的情况下，能够使各个筒状构件薄壁化，因此具有以下优点：各个筒状构件的制造变得容易，能够形成不产生构造上的缺陷而品质高的、即强度高的筒状构件。另外，由于制造时的成品率改善，因此还得到制造成本也下降的效果。另外，保持构件的厚度变薄使得能够减小磁隙，这使得电动机的转矩上升和效率提高，从而得到使电动机的性能提高的效果。另外，能够使保持构件的厚度变薄这件事本身会使得保持构件的材料使用量降低，从而带来成本降低的效果。

此外，在图7的线图中，例如在由本实施方式中的应力曲线和横轴形成的图形的面积A2与比较例中的对应的图形的面积B(参照图9)相等的情况下，根据本实施方式，在对磁体的压缩保持力同等的同时，筒状构件中产生的最大应力降低。

组装本实施方式所涉及的转子10”的过程如参照图5说明的那样，不受任何限定。在由四个以上的筒状构件形成保持构件的情况下也同样。

在此，说明第二实施方式所涉及的保持构件20的第一筒状构件201、第二筒状构件202以及第三筒状构件203的结构例。

(实施例3)

形成最内层的第一筒状构件201例如由包含玻璃纤维、弹性模量小的碳纤维、或者芳纶纤维的FRP形成。如果由韧性、展性以及延性优良的具有高缓冲作用的材料形成第一筒状构件201，则即使由于磁体的不均匀形状而产生应力集中，也能够防止第一筒状构件201破损。

第二筒状构件202由弹性模量大于第一筒状构件201的材料形成。第二筒状构件202例如由弹性模量大于第一筒状构件201的碳纤维形成。并且，对第二筒状构件202设定与第一筒状构件201同等的过盈量。其结果，能够产生大于第一筒状构件的恢复力。这样，能够使第二筒状构件202负担磁体保持作用的大部分。而且，第二筒状构件被夹持在第一筒状构件201与第三筒状构件203之间，因此既不会由于磁体的外形而产生应力集中，也不存在片材的末端部剥落的担忧。灵活运用该优点，对第二筒状构件202积极地利用比较大的过盈量和比较大的弹性模量，以使其负担磁体保持作用的大部分，另外，通过还考虑径向的厚度来对第二筒状构件202赋予比较大的张力，由此得到使第二筒状构件202产生大的磁体保持力的效果。

第三筒状构件203由具有与第二筒状构件202同等以上的弹性模量的材料形成。对于形成保持构件的最外层的第三筒状构件203，使第三筒状构件203的构成材料的弹性模量大，其结果，能够设定小于更内侧的筒状构件的过盈量。其结果，得到防止在片材卷绕末端部处粘接被剥落的效果。另外，还得到防止纤维挤入内周侧的效果。另外，在组装时，间隙配合的间隙变大，因此作业效率提高。同时，还得到负担一定程度的磁体保持力的效果。第三筒状构件203既可以由FRP形成，或者也可以由钛合金等非磁性金属材料形成。

(实施例4)

以使第一筒状构件201和第二筒状构件202均具有相同程度的弹性模量的方式选定它们的构成材料。第一筒状构件201和第二筒状构件202也可以由同一材料形成。即使在多个筒状构件由同一材料形成的情况下，这些筒状构件中产生的应力也会被分散，从而得到最大应力降低的效果，因此如下那样优点大。能够使各筒状构件薄壁化，容易利用薄片状的素材成形为筒状构件，因此能够提高拉伸强度、耐久性等品质。即，还改善制造时的成品率，因此得到制造成本也降低的效果。另外，由于保持构件的厚度变薄，因此能够减小磁隙，这使得电动机的转矩上升和效率提高，从而得到使电动机的性能提高的效果。另外，能够使保持构件的厚度变薄这件事本身会使得保持构件的材料使用量降低，从而还带来成本降低的效果。另外，最大应力降低，因此还得到相应地提高最高转速的效果。

另一方面，第三筒状构件203由弹性模量比较大的材料形成。对第三筒状构件203赋予小的过盈量。即使在过盈量小的情况下第三筒状构件203的弹性模量也比较大，因此第三筒状构件203中产生足够的恢复力。因而，利用由第三筒状构件203带来的压缩力，能够防止第二筒状构件202在片材的卷绕末端部处末端剥落。另外同样地，第三筒状构件203自身也由于过盈量小而具有以下效果：能够防止在其自身的片材的卷绕末端部处末端剥落。

此时，在至少在第一筒状构件201和第二筒状构件202中使用以纤维沿周向延伸的方式形成的FRP的情况下，也可以构成为：构成第一筒状构件201的FRP的基体树脂具有比第二筒状构件202的FRP的基体树脂大的艾氏冲击值。根据这种结构，能够有效防止保持构件20的破损。例如，也可以是：第一筒状构件201包含丙烯酸类树脂作为基体树脂，第二筒状构件202包含环氧类树脂作为基体树脂。或者，也可以如下那样选定第一筒状构件201和第二筒状构件202各自的材料：第一筒状构件201和第二筒状构件202均包含环氧类树脂作为基体树脂，第一筒状构件201的基体树脂的玻璃化转变温度低于第二筒状构件202的基体树脂的玻璃化转变温度。由此，提供难以破损或能够以更高的速度旋转的转子。

(实施例5)

第一筒状构件201是由非磁性金属材料形成的薄壁管。由此，即使在与具有凹凸大且粗糙的表面的磁体一起使用的情况等在与磁体的接触位置处易于产生应力集中的情况下，也能够防止第一筒状构件201破损。

第二筒状构件202例如由FRP形成。选定在周向上大于第一筒状构件的弹性模量的材料，并设为与第一筒状构件同等或稍小于第一筒状构件的程度的过盈量。由于第一筒状构件是金属管，因此也无需担心第二筒状构件的纤维陷入第一筒状构件，因此能够对第二筒状构件赋予与第一筒状构件相同程度的过盈量。其结果，能够设计成使第二筒状构件负担磁体保持力的大部分。另一方面，第三筒状构件203由弹性模量大于第二筒状构件202的材料、例如FRP形成，对第三筒状构件203的过盈量赋予比对第一筒状构件和第二筒状构件赋予的过盈量小的过盈量。其结果，得到能够防止第二筒状构件202的纤维剥落或散开的效果。另外，第三筒状构件203自身也由于过盈量小而得到以下效果：能够防止在其自身的片材的卷绕末端部处末端剥落。

接着，说明保持构件由三个筒状构件形成的情况下的过盈量的设定例。

为了简单，考虑将磁体的外缘的轮廓线进行连接的虚拟线大致为圆形的情况。此外，即使在虚拟线不是圆形的情况下，也能够如前所述那样，基于将磁体的周长置换为圆的直径而得到的虚拟圆来同样地进行说明。

将装配于旋转轴之前的磁体的外径设为80mm。第一筒状构件201、第二筒状构件202以及第三筒状构件203的尺寸如下。

第一筒状构件：内径80.1mm、壁厚0.5mm、外径81.1mm

第二筒状构件：内径81.2mm、壁厚0.5mm、外径82.2mm

第三筒状构件：内径82.4mm、壁厚0.5mm、外径83.4mm

在这种情况下，第二筒状构件202的内径大于第一筒状构件201的外径，成为0.1mm的间隙配合。另外，第三筒状构件203的内径大于第二筒状构件202的外径，成为0.2mm的间隙配合。因而，容易组装这些筒状构件201、202、203。

在本实施例中，以使过盈量为0.6mm的方式、即以使在装配于旋转轴时磁体的外径增大到80.6mm的方式，通过过盈配合来装配磁体。该过盈配合例如能够利用油压或锥形形状来执行。

在磁体的过盈量为0.6mm的情况下，各筒状构件201、202、203的装配后的尺寸如下。此外，壁厚的变化很小，因此设为忽略。

第一筒状构件：内径80.6mm、外径81.6mm

第二筒状构件：内径81.6mm、外径82.6mm

第三筒状构件：内径82.6mm、外径83.6mm

因而，第一筒状构件201、第二筒状构件202以及第三筒状构件203的过盈量分别为0.5mm、0.4mm、0.2mm。

根据本实施例，在将各筒状构件201、202、203相互组装时成为间隙配合，因此作业效率提高。另一方面，第二筒状构件202的过盈量比较大。因而，只要使用由弹性模量比较大的材料形成的第二筒状构件202，就能够通过第二筒状构件202来赋予磁体保持力的大部分。

在本实用新型的实施方式中，也可以使具有增大磁体保持力的作用的膜介于各个筒状构件之间或者筒状构件与磁体的外周面之间。膜还能够具有例如提高相互接触的构件之间的密合性的作用。或者，也可以以提高嵌合工序的作业效率为目的，将膜或润滑剂使用于转子的各个构件之间。

实用新型的效果

根据本实用新型，转子的磁体由相对于转子设置成同心状的多个筒状构件所保持。由此，有集中于保持构件的内周部的倾向的应力被分散到各个筒状构件，因此能够降低这些筒状构件中产生的最大应力。因而，能够无损于转子的可靠性地增大转子的最高转速，作为其结果能够增大电动机的输出。

以上，说明了本实用新型的各种实施方式和变形例，但是利用其它实施方式和变形例也能够起到本实用新型所意图的作用效果，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。特别是，能够不脱离本实用新型的范围地删除或置换前述的实施方式和变形例的结构要素，还能够进一步附加公知手段。另外，通过将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征任意地组合也能够实施本实用新型，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。

Claims (9)

1.一种电动机(100)的转子(10、10’、10”)，具备沿周向排列的多个磁体(16、16a、16b、16c)，该转子(10、10’、10”)的特征在于，

具备保持构件(20、20a、20b)，该保持构件(20、20a、20b)在上述多个磁体(16、16a、16b、16c)的径向外侧相对于上述转子(10、10’、10”)设置成同心状，以保持上述多个磁体(16、16a、16b、16c)，

上述保持构件(20、20a、20b)由具有互不相同的直径且排列成同心状的多个筒状构件(201、202、203)形成，各个上述筒状构件(201、202、203)被扩径，朝向径向内侧的压缩保持力作为来自上述保持构件(20、20a、20b)的弹性恢复力而作用于上述磁体(16、16a、16b、16c)。

2.根据权利要求1所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

在上述多个筒状构件(201、202、203)中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的过盈量与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的过盈量相等，或者大于该另一个筒状构件的过盈量。

3.根据权利要求1或2所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

上述多个筒状构件(201、202、203)中包括具有互不相同的机械性质的筒状构件。

4.根据权利要求3所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

在上述多个筒状构件(201、202、203)中的在径向上相互邻接的任意两个筒状构件中，一个筒状构件的周向弹性模量与位于该筒状构件的径向外侧的另一个筒状构件的周向弹性模量相等，或者小于该另一个筒状构件的周向弹性模量。

5.根据权利要求3所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

上述多个筒状构件(201、202、203)中的位于径向上的最内侧的筒状构件(201)的拉伸强度比其它任一个筒状构件(202、203)的拉伸强度都大。

6.根据权利要求1或2所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

上述多个筒状构件(201、202、203)中的至少一个筒状构件包含以纤维至少沿周向延伸的方式形成的纤维增强树脂。

7.根据权利要求1或2所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

上述多个筒状构件(201、202、203)中的至少两个筒状构件由以纤维沿周向延伸的方式形成的纤维增强树脂构成，上述至少两个筒状构件构成为越是靠径向上的内侧的筒状构件则基体树脂的艾氏冲击值越大。

8.根据权利要求1或2所述的转子(10、10’、10”)，其特征在于，

上述多个筒状构件(201、202、203)中的至少位于径向上的最外侧的筒状构件(203)在组装前的状态下具有圆筒形状。

9.一种电动机(100)，其特征在于，具备根据权利要求1～8中的任一项所述的转子(10、10’、10”)。