CN205160236U - 转子构件、转子、电动机、机床 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供转子构件、转子、电动机、机床。能够防止在压入旋转轴部而套筒部扩径时磁体发生破裂，能够将多个磁体牢固地固定于套筒部。转子构件包括：套筒部，其为筒状，具有圆形的外周面；多个磁体，其沿着套筒部的外周面配置，包括具有比套筒部的外周面的曲率半径大的曲率半径的内周面；以及保持构件，其为筒状，用于包围多个磁体。在套筒部的外周面与磁体的内周面之间设有随着朝向磁体的周向缘部去而变大的径向的间隙。
Description
技术领域
本实用新型涉及旋转电机的转子构件、转子、包括转子的电动机、包括电动机的机床以及转子的制造方法。
背景技术
在使转子使用了永磁体的电动机高速旋转的情况下，对于永磁体自身的强度以及用于固定永磁体的构造而言，为了能够充分承受高速旋转时的离心力，需要施加一些加强措施。在该情况下，通常设置套上含有例如碳纤维或钛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使用环状的磁体并利用碳纤维增强塑料(CFRP)加强磁体的外周的、用于高速旋转的同步电动机。
然而，此类电动机构成为向转子构件压入旋转轴。因而，在压入旋转轴时的压入量较大时，有可能使套筒的直径扩大，使磁体发生破裂。另一方面，在压入量较小时，有可能无法以足够的推压力将磁体保持于套筒，在高速旋转时磁体相对于套筒的位置发生偏移。
在如日本特开平11－89142号公报所述的电动机那样由碳纤维增强塑料包围磁体的周围来保持磁体的情况下，随着碳纤维增强塑料的张力的增大，保持力增大。然而，若张力过大，则有可能使碳纤维增强塑料的纤维分散开、纤维层发生剥离、破裂、断裂等，想要增大张力存在界限。
实用新型内容
本实用新型的一技术方案是一种转子构件，该转子构件能够固定于旋转电机的旋转轴部，转子构件包括：套筒部，其为筒状，具有圆形的外周面；多个磁体，其沿着套筒部的外周面配置，多个磁体均包括具有比套筒部的外周面的曲率半径大的曲率半径的内周面；以及保持构件，其为筒状，用于包围多个磁体，在套筒部的外周面与磁体的内周面之间设有随着朝向磁体的周向缘部去而变大的径向的间隙。
也可以是，套筒部含有铁系金属。
也可以是，对套筒部的外周面的至少一部分施加了磷酸系、硫酸系或者盐酸系的化学表面处理。
也可以是，磁体未粘接于套筒部的外周面。
本实用新型的另一技术方案是一种转子，该转子包括旋转轴部以及以压入于旋转轴部的外周面的方式固定于旋转轴部的外周面的所述转子构件，套筒部的外周面与磁体的内周面因旋转轴部的压入所发生的套筒部扩径而以填埋间隙的方式相互接触，套筒部和多个磁体在因旋转轴部的压入而在保持构件产生的朝向径向内侧的弹性恢复力的作用下被夹持在旋转轴部与保持构件之间。
也可以是，套筒部的外周面与磁体的内周面在遍布至少一部分区域内利用粘接剂彼此粘接在一起。
也可以是，粘接剂为含有氢过氧化物的丙烯酸类厌氧性粘接剂。
也可以是，磁体的内周面在周向上的整个面都与套筒部的外周面相接触。
本实用新型的其他一技术方案是一种电动机，该电动机包括所述转子。
本实用新型的其他一技术方案是一种机床，该机床包括所述电动机。
实用新型的效果
采用本实用新型，在筒状的套筒部的外周面与沿着该外周面配置的多个磁体的内周面之间设有随着朝向磁体的周向缘部去而变大的径向的间隙，因此能够防止在压入旋转轴部而套筒部扩径时磁体发生破裂，能够将多个磁体牢固地固定于套筒部。
附图说明
图1是本实用新型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是沿轴向观察图1所示的转子构件而得到的外观图。
图5是图3所示的套筒部的剖视图。
图6是图3所示的磁体中的一个磁体的立体图。
图7是图3所示的保持构件的立体图。
图8是图4中的主要部分放大图。
图9是用于说明将转子构件压入于旋转轴部的压入工序的剖视图。
图10是表示压入工序后的转子的剖视图。
图11是示意性地表示完成状态的转子的剖视图。
图12A是表示压入于旋转轴部之前的状态的转子构件的主要部分的剖视图。
图12B是表示压入于旋转轴部之后的转子构件的主要部分的剖视图。
图13是表示图1的变形例的图。
具体实施方式
以下，根据附图详细地说明本实用新型的实施方式。首先，参照图1说明本实用新型的一实施方式的电动机(旋转电机)的结构。图1是本实用新型的一实施方式的电动机100的剖视图。以下，将沿着电动机100的旋转轴部的轴心线O1的方向定义为轴向，将沿着以轴心线O1为中心的圆的周面的方向定义为周向，将自轴心线O1呈放射状延伸的方向定义为径向。并且，如图示那样，将电动机100的一侧和另一侧分别定义为轴向前方和轴向后方。另外，轴向前方和轴向后方是为了便于理解而适当设定的，并不用于限定以及表示电动机的前方、后方等特定方向。
本实施方式的电动机100是用于驱动例如机床的主轴的嵌入式电动机。嵌入式电动机直接组装于旋转对象、即主轴，以直接驱动主轴为目的。像这样，使机床的主轴驱动用电动机为嵌入式电动机，从而能够提高主轴的加工精度。
如图1所示，电动机100包括：壳体102，其划分出内部空间101；定子110，其以静止的状态配置于壳体102的内部空间101；以及转子400，其以能够旋转的方式设置在定子110的径向内侧。在转子400的表面安装有多个磁体311(参照图4)，电动机100是表面磁体型电动机(SPM型电动机)。定子110具有定子铁芯103和卷绕于定子铁芯103的线圈104。定子铁芯103是通过将例如电磁钢板的薄板层叠在一起而构成的。
自定子110引出与线圈104电连接的动力线(未图示)，动力线经由设于壳体102的贯通孔与设置在电动机100的外部的动力源(未图示)连接。在电动机100进行动作时，例如向线圈104供给三相交流电流，在转子400的周围形成旋转磁场。
转子400具有在内部空间101内沿轴向延伸的旋转轴部200以及固定设置于旋转轴部200的径向外侧的转子构件300。电动机100在转子400和定子110的磁性相互作用下产生旋转动力，使旋转轴部200和转子构件300以轴心线O1为中心一体地旋转。
接着，参照图2说明本实用新型的实施方式的旋转轴部。图2是本实施方式的旋转轴部200的剖视图。如图2所示，旋转轴部200是具有轴心线O1和与该轴心线O1同心的中心孔201的筒状构件。在本实施方式中，在机床的主轴应用嵌入式电动机，因此在旋转轴部200形成中心孔201，但并不限定于此。即，旋转轴部200也可以由不具有中心孔201的实心材料形成。
旋转轴部200的轴心线O1是电动机100的旋转轴心线。旋转轴部200的轴向前方侧的部分借助安装于壳体102的前方侧的壁部的轴承(未图示)以能够旋转的方式支承于壳体102。同样地，旋转轴部200的轴向后方侧的部分借助安装于壳体102的后方侧的壁部的轴承(未图示)以能够旋转的方式支承于壳体102。
旋转轴部200具有随着自轴向后方侧朝向轴向前方侧去而逐渐向径向外侧扩展开的锥形的外周面202。旋转轴部200的轴向前方侧的部分203和台阶部204是为了制造时的便利性而设置的抵接的一例。锥形外周面202自轴向后端205连续地延伸至轴向前端206。在锥形外周面202的轴向后端205的轴向后方形成有沿着轴向呈直线状延伸的圆筒状的外周面207。
另外，优选锥形外周面202为线性的锥形面、即圆锥面。在该情况下，锥形外周面202的半径随着自轴向后端205朝向轴向前端206去而线性地增大。优选锥形外周面202为具有例如1/200～1/30的锥度的线性的锥形面。
抵接用部分203和台阶部204是为了在制造时容易进行组装操作而设计的一例。抵接用部分203具有沿着轴向延伸的圆筒状的外周面，并且以自锥形外周面202向径向外侧突出的方式形成，以在抵接用部分203与锥形外周面202的轴向前端206之间形成台阶部204。
接着，参照图3～图7说明本实用新型的实施方式的转子构件。图3是本实施方式的转子构件300的剖视图，图4是沿轴向观察转子构件300而得到的外观图(图3中的IV向视图)。如图3、4所示，转子构件300具有：筒状的套筒部301；多个磁体311，其以沿周向排列的方式配置在套筒部301的径向外侧；以及保持构件321，其自径向外侧覆盖多个磁体311整体。
磁体311是内径侧形成为圆弧状的永磁体，在图4的例中，沿着套筒部301的外周面304以在周向上等间隔的方式配置有4个磁体311。另外，也可以沿周向配置与图4所例示的数量不同的数量的磁体311。即，只要在周向上对称地配置多个磁体311，则磁体311的个数也可以是除4个以外的个数。
磁体311也可以根据制造的情况、磁体的成形的情况而在轴向上分割成多个，在图3的例中，在轴向上分割成两个。另外，也可以在轴向上分割成3个以上。并且，通过在套筒部301设置凸部305等构造，而将位于轴向后方侧的各磁体311配置为在轴向上的位置一致。磁体311能够使用例如具有高磁能的钕磁体。由此，能够构成紧凑且高输出的电动机，适合用于机床的主轴。
图5是套筒部301的剖视图。如图5所示，套筒部301是具有中心轴线O2的筒状构件，具有轴向后方侧的第1端部302、轴向前方侧的第2端部303以及沿着轴向延伸的圆筒状的外周面304。套筒部301的轴向后端的自外周面304向径向外侧突出的凸部305是为了在制造时容易使磁体311的轴向的位置一致而设计的一例。
套筒部301含有铁系金属、例如S45C、STKM、SS400等磁性体的金属材料。套筒部301的外周面304被施加了磷酸系、硫酸系、或者盐酸系的化学表面处理。由此，外周面301的摩擦系数较大，能够容易地将磁体311保持于外周面304。并且，通过对外周面304施加化学表面处理，从而在如后述那样使粘接剂浸渗于外周面304时，能够促进粘接剂的固化反应。并且，粘接力自身也提高。在插入旋转轴部200之前的转子构件300单体的状态下，磁体311未粘接于套筒部301的外周面304。
在本实施方式中，套筒部301具有随着自第1端部302朝向第2端部303去而连续地向径向外侧扩展开的锥形内周面306(即，锥形面)。该锥形内周面306在自第1端部302到第2端部303的至少如下区间、即外周供磁体311搭载的轴向区间(磁体搭载区间)内连续地延伸。即，锥形内周面306是形成在套筒部301的内周面的磁体搭载区间的、连续且具有恒定的锥度的锥形面，随着朝向轴向前方去而半径增大。
锥形内周面306是锥度恒定的线性的锥形面。锥形内周面306的半径随着自第1端部302朝向第2端部303去而自锥形内周面306在第1端部302处的半径R3线性地扩大，直到扩大至锥形内周面306在第2端部303处的半径R4(＞R3)。优选锥形内周面306的锥度设定在例如1/200～1/30的范围。
在此，锥形内周面306的锥度被设定为与旋转轴部200的锥形外周面202的锥度相对应。更具体而言，在旋转轴部200的锥形外周面202和套筒部301的锥形内周面306均为线性锥形面时，锥形外周面202和锥形内周面306被设定为具有相同或大致相同的锥度(例如1/100)。
在图1所示的电动机100的组装状态下，套筒部301以旋转轴部200的中心轴线O1与套筒部301的中心轴线O2一致的方式通过过盈配合固定在旋转轴部200的锥形外周面202上。在该状态下，套筒部301的第2端部303与台阶部204抵接，锥形内周面306在第2端部303处的半径R4与锥形外周面202的轴向前端206的半径相同或大致相同。
并且，在该状态下，套筒部301的锥形内周面306与旋转轴部200的锥形外周面202彼此以较大的表面压力紧密接触，套筒部301被旋转轴部200向径向外侧推压。另外，套筒部301相对于旋转轴部200的安装构造见后述。
图6是单个磁体311的立体图。如图6所示，磁体311是具有预先决定的曲率半径的内径的大致圆弧状的磁体片。具体而言，磁体311具有轴向前方侧的端面312、轴向后方侧的端面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。磁体311的内周面316为圆弧状(曲率恒定)，另一方面，外周面317为圆弧状或除圆弧状以外的任意的曲面、平面或者曲面与平面的组合。
在图6的例中，作为实施方式的一例，明确地描画出了端面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，这些端面为曲面或者由锥形面、曲面夹着的极小面。因此，实际上这些端面不一定明确存在。并且，形成各面的边实际上被实施了倒角或者呈曲面状平滑地过渡，不一定由明确的线划定。
内周面316是具有预先决定的曲率半径的圆弧面，以将形成端面312的径向内侧的一边与形成端面313的径向内侧的一边连接起来的方式沿轴向延伸。外周面317在周向上由平滑的曲线构成，例如可以是圆弧面，也可以是其他的任意的曲面。内周面316的曲率半径如后述那样由与套筒部301的外周面304的曲率半径之间的关系决定。
图7是保持构件321的立体图。如图7所示，保持构件321是沿轴向延伸的筒状构件，具有包围多个磁体311而保持磁体311的功能。具体而言，保持构件321具有轴向前方侧的端面322、轴向后方侧的端面323、筒状的内周面324以及外周面325。在图7的例中，作为实施方式的一例，明确地描画出了端面322和端面323，但根据保持构件的材料、构造、制造方法的情况，这些端面不一定明确存在。并且，内周面324和外周面325这两者的截面形状并不限定于圆形。
保持构件321具有抵抗朝向径向外侧膨胀这样的变形的较强的强度。换言之，保持构件321的半径(直径)不易发生变化。另外，从防止因磁通引起的发热、因漏磁通引起的性能降低的观点出发，优选保持构件321由非磁性材料制作而成。而且，优选保持构件321具有较小的密度，以减小因旋转而产生的离心力。保持构件321包括例如筒状的成形体。另外，也可以通过在多个磁体311的外周面317卷绕用于构成保持构件321的材料来形成保持构件321。例如，也可以通过如下这样形成保持构件321，即：将线状、带状、片状的材料以覆盖各磁体311的方式绕旋转方向在磁体311的外周面317上卷绕多圈直到达到规定的厚度。
作为保持构件321的材料，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醇酯纤维这样的比强度(每单位密度的拉伸强度)优良的材料。并且，作为保持构件321的材料，还优选为使用了碳纤维、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醇酯纤维的FRP(纤维增强树脂)或者将它们中的几种组合而得到的复合材料。另外，作为保持构件321的材料，也可以使用奥氏体系不锈钢、钛、或者钛合金等非磁性金属。
在多个磁体311的径向外侧以从径向外侧包围全部磁体311的方式嵌装有保持构件321，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向径向外侧推压。由于该推压，套筒部301欲向径向外侧变形，向径向外侧推压各磁体311。
对此，保持构件321如所述那样具有抵抗朝向径向外侧膨胀这样的变形的较强的强度。因而，自磁体311施加的压力被挡住，在反作用力下，磁体311被朝向径向内侧推回。
通过该结构将磁体311牢固地夹持在套筒部301与保持构件321之间。由此，在电动机100驱动时，即使在转子构件300高速旋转的情况下，能够防止磁体311相对于套筒部301和保持构件321沿周向相对移动。
在该情况下，以在电动机100能够动作的转速的整个范围内套筒部301与旋转轴部200之间的固定扭矩以及磁体311与套筒部301之间的固定扭矩大于电动机100的最大扭矩的方式设定保持构件321的过盈量。由此，旋转轴部200与套筒部301之间的固定扭矩以及套筒部301与磁体311之间的固定扭矩与电动机100的转速无关地始终大于电动机100的最大扭矩20。因而，在电动机100驱动时，能够防止旋转轴部200与套筒部301之间以及套筒部301与磁体311之间发生位置偏移。
在本实施方式中，磁体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。即，如作为图4中的主要部分放大图的图8所示，在将磁体311的内周面316的曲率半径设为R7并且将套筒部301的外周面304的半径设为R8时，R7＞R8。
根据该结构，在已组装转子构件300的状态下，在磁体311的内周面316与套筒部301的外周面304之间形成有间隙330。该间隙330是由于磁体311的内周面316的曲率半径R7与套筒部301的外周面304的半径R8之间的半径差而形成的间隙，能够结合压入旋转轴部200时的套筒部301的膨胀适当地设定。
间隙330随着自套筒部301与磁体311相接触的磁体311的接触部311a朝向周向缘部311b去而逐渐增大，在周向缘部311b处最大。另外，在图8的例中，在磁体311的周向中心部，磁体311的内周面316与套筒部301的外周面304接触。即，周向中心部为接触部311a，在周向中心部处，间隙330为0，但也存在在除中心部以外的部位(例如一侧的周缘部311b)套筒部301与磁体311接触的情况。在该情况下，一侧的周缘部311b成为接触部311a，在该情况下，也是随着自磁体311的接触部311a朝向周向周缘部(另一侧的周缘部311b)去而间隙330逐渐增大。
像这样在磁体311的内周面316与套筒部301的外周面304之间设置径向的间隙330，从而在沿着转子构件300(套筒部301)的内周面306压入旋转轴部200时，能够防止磁体311发生破裂。
即，在将转子构件300压入于旋转轴部200时，转子构件300的套筒部301以消除间隙330的方式向径向外侧膨胀(扩径)，结果，套筒部301的外周面304与磁体311的径向内侧的内周面316面接触。因而，能够降低在套筒部301扩径时产生于磁体311的应力，能够防止磁体311破裂。
接着，说明本实用新型的实施方式的转子400的制造方法。首先，准备套筒部301、磁体311和保持构件321。套筒部301是通过如下这样得到的，即：以例如铁系金属为构成材料，对圆筒状构件的内周面和外周面进行切削加工，从而形成外周面304、锥形内周面306，并且形成凸部305，进而对外周面304施加了磷酸系、硫酸系或者盐酸系的化学表面处理。磁体311例如是通过以内周面316为规定的曲率半径R7的大致圆弧状的方式构成永磁体而得到的。保持构件321例如是利用成形为筒状的碳纤维增强树脂得到的。
接着，沿着套筒部301的外周面304等间隔地配置多个磁体311。在该情况下，以在周向上相邻的磁体311彼此的内周面侧的磁极和外周面侧的磁极分别为不同的磁极的方式配置磁体311。例如在沿周向配置4个磁体311A～311D的情况下，磁体311A与磁体311B、磁体311B与磁体311C、磁体311C与磁体311D、磁体311D与磁体311A分别彼此相邻地配置。此时，将磁体311A～311D配置为：磁体311A、311C的内周侧为S极，外周侧为N极，磁体311B、311D的内周侧为N极，外周侧为S极。
即，在本实施方式中，沿周向与套筒部301的外周面304相对排列的磁体311A～311D被配置为各自的磁极在周向上交替更换。
接着，使粘接材料浸渗于彼此相对的套筒部301与多个磁体311之间，之后，以自径向外侧覆盖多个磁体311的方式安装保持构件321。即，以保持构件321的内周面324与磁体311的外周面317相对的方式将保持构件321嵌入磁体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的过盈配合。在过盈配合的情况下，只要是保持构件321不会脱落的程度的很小的过盈量便足够。
为了容易地进行保持构件321的嵌合，优选在磁体311的周围配置保持构件321之前，对配置有磁体311的套筒部301进行冷却。例如利用工业用冰箱等将磁体311和套筒部301冷却至规定温度以下(例如－50℃以下，优选－70℃以下)。由此，配置有磁体311的套筒部301的最外径(磁体311的以轴心线O1为中心的外周面317的直径)减小，从而能够容易地将保持构件321嵌合于磁体311的周围。特别是，在保持构件321含有线膨胀系数较小的碳纤维的情况下，难以热装保持构件321，因此优选对配置有磁体311的套筒部301进行冷却。
将粘接剂浸渗于套筒部301的外周面304与磁体311的内周面316之间的整个范围内或者至少一部分区域。也可以不是在利用保持构件321包围磁体311的周围之前而是在利用保持构件321包围之后浸渗粘接剂。也可以在沿着套筒部301的外周面304配置磁体311时，在套筒部301的外周面304和磁体311的内周面316中的至少一者涂布粘接剂。
在此所使用的粘接剂例如是含有氢过氧化物的丙烯酸类厌氧性粘接剂。从流动性、对粘接对象物的润湿性的观点而言，通常优选丙烯酸类粘接剂，能够容易地使丙烯酸类粘接剂浸润于因套筒部301与磁体311之间的曲率的不同而设置的间隙330。并且，丙烯酸类厌氧性粘接剂与环氧系粘接剂那样的加热固化型粘接剂不同，不需要通过加热促进固化，因此操作性良好，也不需要考虑磁体311的热减磁，因此优选。
厌氧性粘接剂通常以(甲基)丙烯酸为主要成分。(甲基)丙烯酸是指例如多官能甲基丙烯酸酯，具体而言，为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。聚乙二醇的部分也可以置换为聚酯、聚碳酸酯等各种链段。
氢过氧化物例如为过氧化氢异丙苯。氢过氧化物在金属离子的存在下被还原而引发聚合反应。即，开始固化反应。在本实施方式中，套筒部301含有铁系金属，并且套筒部301的表面被施加了化学表面处理，因此因金属离子的存在以及粘接剂与金属之间的接触面积的增大而固化反应快速地进行。结果，在厌氧性不充分的部分处固化反应也快速地进行，从而能够牢固地粘接磁体311。
接着，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，从而形成锥形外周面202。此外，也可以根据需要在该锥形外周面202的前后部分设置圆筒状的外周面207和抵接用部分203。
接着，在粘接剂固化之前，自旋转轴部200的轴向后方侧嵌入转子构件300。即，将转子构件300压入于旋转轴部200的径向外侧。具体地说明该压入工序。图9、图10是用于说明压入工序的图。如图9所示，首先，将转子构件300的套筒部301自第2端部303侧嵌入旋转轴部200的轴向后端。
之后，例如朝向旋转轴部200的轴向第1侧(后方侧)保持旋转轴部200的轴向第2侧(前方侧)的端面(未图示)，向与保持方向在轴向上相反的方向推压转子构件300的套筒部301的端部302。即，如图9中的箭头E所示，朝向轴向前方压入转子构件300。
由此，套筒部301的锥形内周面306的轴向前端与旋转轴部200的锥形外周面202在抵接部P处抵接。在该状态下，相对于旋转轴部200，朝向轴向前方侧进一步压入转子构件300。具体而言，朝向轴向前方侧压入转子构件300，直到套筒部301的第2端部303与规定位置、例如在图中的例中的抵接用部分203的台阶部204抵接为止。
此时，套筒部301自抵接部P沿着锥形面向轴向前方移动至台阶部204，并朝向径向外侧膨胀。即，在该状态下，转子构件300通过过盈配合固定于旋转轴部200。另外，在该状态下，套筒部301也可以超过弹性变形区域地变形。
在将套筒部301压入至规定的固定位置为止的期间，因压入套筒部301的力，套筒部301向径向外侧膨胀，伴随于此磁体311也向径向外侧移动。结果，保持构件321也承受朝向外侧的力，保持构件321也朝向径向外侧膨胀。由此，在保持构件321积蓄有弹性压缩力，在该弹性压缩力的作用下，磁体311和套筒部301被夹持在旋转轴部200的锥形外周面202与保持构件321之间，在此时的各接触面之间产生的压力(表面压力)的作用下，完成磁体311与套筒部301的外周面304在周向上的固定以及套筒部301的内周面306与旋转轴部200的锥形外周面202之间的固定。根据以上，制造出图10所示的转子400。图11是示意性地表示完成状态的转子400的剖视图。
在本实施方式中，采用沿周向排列的磁体311，并且，磁体311的内周面316的曲率半径R7大于套筒部301的外周面304的半径R8(图8)。由此，在制造转子400的工序中，能够防止磁体发生破裂。针对这一点，参照图12A和图12B进行说明。其中，图12A表示压入于旋转轴部200之前的状态的转子构件300，与图8相对应。另一方面，图12B表示压入于旋转轴部200之后的状态的转子构件300，与图11相对应。另外，图11中的磁体311的形状与图12A和图12B中的磁体311的形状不同。
如图12A所示，在将转子构件300压入于旋转轴部200之前的状态下，在磁体311的内周面316与套筒部301的外周面304之间设有间隙330。在该状态下，将旋转轴部200压入转子构件300时，如图12B所示，套筒部301向径向外侧膨胀，间隙330消失，套筒部301的外周面304与磁体311的径向内侧的内周面316面接触。由此，能够防止自套筒部301作用于磁体311过大的力，从而能够防止磁体311破裂。
压入工序在粘接剂固化之前进行。因此，套筒部301与磁体311之间的间隙330的多余的粘接剂在套筒部301扩径时被向周向外侧或者轴向外侧挤出，能够防止磁体311破裂。相对于此，若在粘接剂固化后进行压入工序，则在套筒部301扩径时磁体311的变形无法追随该套筒部301的变形，而有可能导致磁体311发生破裂。
在转子400高速旋转时，作用于磁体311的离心力增大，因此需要提高磁体311的保持力。磁体311的保持力能够通过增大保持构件321所产生的压缩保持力来提高。压缩保持力例如能够通过如下这样提高，即：增厚保持构件321的径向厚度(第1方法)，或者，将弹性系数更高的纤维用于保持构件321的材料(第2方法)，或者，增大套筒部301与旋转轴部200之间的压入量，从而增大保持构件321的扩径量(第3方法)。
然而，难以将磁体311与定子铁芯103之间的距离(间隙)扩大到规定量以上，因此第1方法存在界限。在第2方法中，材料选择的范围明显受到限制。在第3方法中，若保持构件321的扩径量过大，则产生保持构件321发生剥离、破裂、断裂等问题。因此，为了提高磁体311的保持力，优选如本实施方式那样、不仅构成为使套筒部301的外周面304的曲率半径小于磁体311的内周面316的曲率半径，从而在套筒部301扩径时磁体311的整个面与套筒部301接触，而且使粘接剂浸渗于套筒部301的外周面304与磁体311的内周面316之间，而借助粘接剂固定磁体311。
采用本实施方式，能够取得以下那样的作用效果。
(1)转子构件300包括：套筒部301，其为筒状，具有圆形的外周面304；多个磁体311，其沿着套筒部301的外周面304配置，包括具有比套筒部301的外周面304的曲率半径R8大的曲率半径R7的内周面316；以及保持构件321，其为筒状，包围多个磁体311。在套筒部301的外周面304与磁体311的内周面316之间设有随着自套筒部301与磁体311接触的磁体311的接触部311a朝向磁体311的周向缘部311b去而变大的径向的间隙330。
由此，能够防止在将旋转轴部200压入转子构件300而套筒部301扩径时磁体311发生破裂，能够将多个磁体311牢固地保持在套筒部301与保持构件321之间。并且，在套筒部301的周围不是配置有圆筒状的磁体而是配置有内周面为圆弧状的多个磁体311，因此，即使在转子构件300与旋转轴部200之间的过盈量较大而套筒部301的扩径量较大的情况下，也能够防止磁体311破裂。在套筒部301扩径时套筒部301与磁体311整个面接触，对磁体311作用有来自套筒部301和保持构件321的推压力，因此对磁体311的保持力提高。因而，能够保持较重的磁体311，能够增厚磁体311的径向厚度。结果，能够提高电动机100的扭矩和输出。
(2)套筒部301含有铁系金属，因此套筒部301的加工容易，能够抑制制造成本。另外，套筒部301的内周面和外周面构成为圆形，因此套筒部301的径向厚度在周向整周的范围内恒定，在压入旋转轴部200时，能够使套筒部301在周向上均匀地膨胀，从而能够使套筒部301与磁体311在周向上均匀地接触。结果，套筒部301与旋转轴部200之间的摩擦力增大，能够防止在转子400旋转时磁体311相对于套筒部301在周向上滑动。
(3)对套筒部301的外周面304的至少一部分施加了磷酸系、硫酸系或者盐酸系的化学表面处理，因此外周面304的摩擦系数增大，能够将磁体311牢固地固定于套筒部301。并且，通过施加化学表面处理，从而在磁体311的固定面使用厌氧性粘接剂的情况下能够促进厌氧性粘接剂的固化反应。并且，通过化学表面处理，能够提高粘接力自身。
(4)在转子构件300的阶段，磁体311未粘接于套筒部301的外周面304，因此，能够使磁体311相对于套筒部301相对位移，直到磁体311的内周面整体与套筒部301的外周面304接触为止，能够防止磁体311破裂。
(5)转子400包括旋转轴部200和以压入于旋转轴部200的外周面202的方式固定于旋转轴部200的外周面202的转子构件300。套筒部301的外周面304和磁体311的内周面316因旋转轴部200的压入所发生的套筒部301扩径而以间隙303消失的方式相互接触，套筒部301和多个磁体311在因旋转轴部200的压入而在保持构件321产生的朝向径向内侧的弹性恢复力的作用下被夹持在旋转轴部200与保持构件321之间。因而，通过将旋转轴部200压入转子构件300，能够不会使磁体311破裂地牢固地保持磁体311，转子400的可靠性提高。在转子400的旋转方向上，磁体311的保持力提高，因此能够增大转子400的最高转速，能够增大电动机100的输出。
(6)在转子400完成的状态下，套筒部301的外周面304与磁体311的内周面316在遍布至少一部分区域内利用粘接剂彼此粘接在一起。因此，不需要过度地提高保持构件321的弹性恢复力，在保持构件321含有碳纤维的情况下，能够防止纤维分散开、纤维层发生剥离、破裂、断裂等，并且能够将磁体311牢固地固定于套筒部301。
(7)作为粘接剂，使用含有氢过氧化物的丙烯酸类厌氧性粘接剂，从而粘接剂的固化反应快速地进行，能够更可靠地进行磁体311的粘接。
(8)在转子400完成的状态下，磁体311的内周面316在周向上的整个面都与套筒部301的外周面304相接触。因而，能够提高磁体311的保持力，并且能够缓和在磁体311与套筒部301之间的接触部处的应力集中，能够防止磁体311破裂。
(9)在由转子400构成电动机、特别是机床用电动机的情况下，要求保持磁体311的较高的保持力，因此特别优选。即，在切削时产生于机床的主轴的旋转方向的冲击(速度变动)下，磁体沿旋转方向滑动的可能性升高。因此，在将转子用于机床用电动机的情况下，需要更可靠地在转子的旋转方向上固定磁体，在这一点上，能够优选使用本实施方式的转子。
(10)作为制造转子400的方法，沿着套筒部301的外周面304配置多个磁体311，以包围多个磁体311的方式配置保持构件321，使粘接剂浸渗于套筒部301与磁体311之间，在粘接剂固化之前，向旋转轴部200的径向外侧压入转子构件300，在压入转子构件300时，利用因旋转轴部200的压入而发生的套筒部301的扩径，套筒部301的外周面304与磁体311的内周面316以间隙330消失的方式相互接触，在因旋转轴部200的压入而在保持构件321产生的朝向径向内侧的弹性恢复力的作用下，套筒部301和多个磁体311被保持在旋转轴部200与保持构件321之间。
由此，能够在粘接剂固化之前通过过盈配合使套筒部301扩径，能够防止磁体311破裂，并且能够使旋转轴部200与转子构件300彼此面接触而一体化。特别是，购买者以转子构件300的状态交易嵌入式电动机。因此，若在转子构件300的阶段磁体311粘接于套筒部301，则在之后电动机的购买者向该转子构件300压入旋转轴部200时随着套筒部301的膨胀而磁体311的内周面被在周向上拉伸，而有可能导致磁体311发生破裂。对于该点，在本实施方式中，在粘接剂固化之前压入旋转轴部200，因此能够防止磁体311破裂。
(11)在已压入转子构件300之后，使粘接剂固化，因此，在转子400完成的状态下，能够将磁体311牢固地固定于套筒部301，能够可靠地防止磁体311滑动。
(12)在保持构件321具有碳纤维的情况下，在以包围多个磁体311的方式配置保持构件321之前，对配置有多个磁体311的套筒部301进行冷却，从而不利用热装就能够容易地将保持构件321嵌合于磁体311的外周面317。
其中，在所述实施方式中，磁体311与套筒部301利用粘接剂固定，但若相对于转子400的转速能够得到保持磁体311的足够的保持力，则也可以省略粘接剂。即，若在筒状的套筒部301的外周面304与沿该外周面304配置的多个磁体311的内周面316之间形成有随着朝向磁体311的周向缘部311b去而变大的径向的间隙330，则粘接剂不是必须的。
在所述实施方式中，利用保持构件321覆盖多个磁体311的周围，但也可以在保持构件321的周围配置另一个筒状的构件。由此，能够保护保持构件321的端部的接合部位不会因转子400旋转时的风压而发生剥离，能够延长转子400的寿命。
在所述实施方式中，旋转轴部200的外周面202和套筒部301的内周面306均形成有锥形面，借助这些锥形面将两者压接在一起，但压入面(外周面202和内周面306)的结构并不限定于此。图13是表示图1的变形例的图。在图13中，套筒部301的内周面306和旋转轴部200的外周面202均不是锥形面，而是以轴心线O1为中心的圆筒面，套筒部301和旋转轴部200通过过盈配合一体地固定。
更具体而言，在套筒部301的凸部305以在周向上等间隔的方式形成有多条流体通路308，该流体通路308使转子400的外部空间307同套筒部301的内周面306与旋转轴部200的外周面202之间的压入面连通。在流体通路308以面向外部空间307的方式形成有螺纹孔308a。在套筒部301的轴向两端部分别形成有环状槽，在环状槽内嵌合有O形圈等密封构件309。
在图13中，在欲将转子构件300压入于旋转轴部200时，向螺纹孔308a插入油供给用管嘴，借助周向上多条流体通路308向内周面306与外周面202之间供给油。在该供给来的油的压力的作用下，套筒部301的直径扩大，能够容易地将转子构件300嵌合于旋转轴部200的外周面202。此时，至少一条流体通路308作为空气的泄漏孔发挥作用。供给来的油由密封构件309密封，因此能够防止油向外部空间307泄漏。油具有提高润滑性的功能，能够容易地使旋转轴部200滑动至轴向规定位置。
另外，在所述实施方式中，示出了将转子构件300和转子400应用于机床的主轴驱动用电动机的例，但本实用新型的转子构件和转子不仅能够应用于机床的电动机，也同样能够应用于其他的电动机(旋转电机)。
以上的说明只是一例，在不有损本实用新型的特征的前提下，本实用新型不被所述实施方式和变形例限定。所述实施方式和变形例的构成要素包括维持实用新型的同一性并且能够置换且容易置换的要素。即，在本实用新型的技术思想的范围内考虑到的其他的方式也包含在本实用新型的范围内。并且，也能够将所述实施方式和变形例中的一个或多个任意地组合。
Claims (10)
1.一种转子构件，该转子构件能够固定于旋转电机的旋转轴部，该转子构件的特征在于，
该转子构件包括：
套筒部，其为筒状，具有圆形的外周面；
多个磁体，其沿着所述套筒部的所述外周面配置，该多个磁体均包括具有比所述套筒部的所述外周面的曲率半径大的曲率半径的内周面；以及
保持构件，其为筒状，用于包围所述多个磁体，
在所述套筒部的外周面与所述磁体的内周面之间设有随着朝向所述磁体的周向缘部去而变大的径向的间隙。
2.根据权利要求1所述的转子构件，其特征在于，
所述套筒部含有铁系金属。
3.根据权利要求1或2所述的转子构件，其特征在于，
对所述套筒部的外周面的至少一部分施加了磷酸系、硫酸系或者盐酸系的化学表面处理。
4.根据权利要求1或2所述的转子构件，其特征在于，
所述磁体未粘接于所述套筒部的外周面。
5.一种转子，
该转子包括：
旋转轴部；以及
权利要求1～4中任意一项所述的以压入于所述旋转轴部的外周面的方式固定于所述旋转轴部的外周面的转子构件，
该转子的特征在于，
所述套筒部的外周面和所述磁体的内周面因所述旋转轴部的压入所发生的所述套筒部扩径而以所述间隙消失的方式相互接触，
所述套筒部和所述多个磁体在因所述旋转轴部的压入而在所述保持构件产生的朝向径向内侧的弹性恢复力的作用下被夹持在所述旋转轴部与所述保持构件之间。
6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，
所述套筒部的外周面与所述磁体的内周面在遍布至少一部分区域内利用粘接剂彼此粘接在一起。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，
所述粘接剂为含有氢过氧化物的丙烯酸类厌氧性粘接剂。
8.根据权利要求5～7中任意一项所述的转子，其特征在于，
所述磁体的内周面在周向上的整个面都与所述套筒部的外周面相接触。
9.一种电动机，其特征在于，
该电动机包括权利要求5～8中任意一项所述的转子。
10.一种机床，其特征在于，
该机床包括权利要求9所述的电动机。
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