JP2019106773A - 回転子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】被覆筒の締め代が軸方向に沿って均一な回転子を提供すること。【解決手段】回転子３０は、外周面がテーパー状の回転軸に装着される、内周面がテーパー状の回転筒３１と、回転筒３１の外周側に配置される永久磁石３２と、永久磁石３２の外周側に装着され、永久磁石３２を被覆する被覆筒３３と、を備え、回転筒３１及び永久磁石３２からなる積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、積層体Ｓに対する被覆筒３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に大きくなるように構成される。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、回転子及びこれを備えた回転電機に関する。

回転子に永久磁石を用いた電動機の一種として、スリーブの外周側に永久磁石を配置した電動機が知られている。この種の電動機では、高速回転時に遠心力により永久磁石が回転子から脱落することを抑制するため、回転子の外周側に円筒状の被覆筒が装着される。被覆筒の材料としては、強度が高く、軽量である等の理由から、特に炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」ともいう）が広く用いられている。

また、回転子を回転軸に固定するための構造として、回転軸の外周面及び回転子の内周面をそれぞれテーパー状としたものが知られている。この構造において、回転子を回転軸に圧入すると、回転軸の外周面で回転子の内周面が外側に押し広げられて、回転子が回転軸に固定される（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２０００−２３３９９号公報 特開２０１４−２１２６８０号公報 特開２０１６−８２７７３号公報

上述した構造において、回転軸は、軸方向の一端側から他端側に向かうにつれて外径が徐々に太くなるテーパー状の外周面を有する。また、回転軸が円柱状の中空構造である場合、外径が太い部分では肉厚となり、外径が細い部分では肉薄となる。一方、回転子は、軸方向の一端側から他端側に向かうにつれてスリーブの内径が徐々に広くなるテーパー状の内周面を有する。そのため、スリーブでは、内径が広い部分では肉薄となり、内径が狭い部分では肉厚となる。

上述のように、回転軸と回転子のスリーブとは、軸方向に沿って肉厚の配分がそれぞれ異なる。そのため、回転子を回転軸に装着したときに、回転子の内径が外側に拡張される量には、軸方向で差が生じる。具体的には、回転子において、回転軸の外径が太い側と嵌合する部分の内径は、他の部分に比べて外側に拡張される量が多くなる。また、回転子において、回転軸の外径が細い側と嵌合する部分の内径は、他の部分に比べて外側に拡張される量が少なくなる。回転軸において外径が細い部分は、肉薄のため、回転子が圧入されたときの収縮量が多くなるためである。このように、回転軸に装着された回転子において、内径が外側に拡張される量には、軸方向に沿って違いが生じる。そのため、回転子の外周側に装着される被覆筒の締め代も、軸方向に沿って不均一となる。

本発明の目的は、被覆筒の締め代を軸方向に沿ってより均一にできる回転子及び回転電機を提供することにある。

（１） 本発明は、外周面がテーパー状の回転軸（例えば、後述する回転軸３５）に装着される、内周面がテーパー状の回転筒（例えば、後述するスリーブ３１）と、前記回転筒の外周側に配置される永久磁石（例えば、後述する永久磁石３２）と、前記永久磁石の外周側に装着され、前記永久磁石を被覆する被覆筒（例えば、後述する被覆筒３３）と、を備え、前記回転筒及び前記永久磁石からなる積層体（例えば、後述する積層体Ｓ）の外径が軸方向（例えば、後述する軸方向Ｘ）に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記積層体に対する前記被覆筒の締め代が軸方向に沿ってテーパー状に大きくなる回転子（例えば、後述する回転子３０）に関する。

（２） （１）の回転子において、前記被覆筒は、前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の内径が軸方向に沿ってテーパー状に小さくなるように構成されてもよい。

（３） （１）の回転子において、前記被覆筒は、前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の厚みが軸方向に沿って逆テーパー状に増加するように構成されてもよい。

（４） （１）の回転子において、前記被覆筒は、前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の内径が軸方向に沿ってテーパー状に小さくなり、且つ、前記積層体の外径が軸方向に沿って逆テーパー状に拡径するのに合わせて、前記被覆筒の厚みが軸方向に沿って逆テーパー状に増加するように構成されてもよい。

（５） 本発明は、（１）から（４）までのいずれかの回転子と、前記回転子の外周側に設けられる固定子（例えば、後述する固定子２０）と、を備える回転電機（例えば、後述する電動機１）に関する。

本発明によれば、被覆筒の締め代を軸方向に沿ってより均一にできる回転子及び回転電機を提供することができる。

第１本実施形態における電動機１の構成を示す断面図である。 回転子３０の分解斜視図である。 第１実施形態の被覆筒３３の形状を示す断面図である。 回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子３０の構成を示す断面図である。 第２実施形態の被覆筒１３３の形状を示す断面図である。 回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子１３０の構成を示す断面図である。 第３実施形態の被覆筒２３３の形状を示す断面図である。 回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子２３０の構成を示す断面図である。 第１の変形形態における被覆筒３３Ａの形状を示す断面図である。 第２の変形形態における被覆筒３３Ｂの形状を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。例えば、後述する回転子の構成を説明する図においては、被覆筒の軸方向、径方向の長さを短く誇張したり、被覆筒の厚みを誇張したりすると共に、永久磁石の全体形状を簡略化している。また、図面においては、部材（例えば、永久磁石３２）の断面を示すハッチングを適宜に省略する。

本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書等においては、図１に示す回転子３０の位置を基準として、左右方向をＸ方向として説明する。Ｘ方向においては、右側をＸ１、左側をＸ２、とする。なお、Ｘ方向は、後述する「軸方向」と一致するため、例えば、「軸方向Ｘに沿ってＸ２側からＸ１側に向けて」等の記載形式で説明することもある。

また、本明細書等においては、後述する回転軸３５の回転中心となる線を「回転軸線Ｌ」と呼称し、この回転軸線Ｌに沿う方向を「軸方向Ｘ」ともいう。なお、これらの呼称は、回転子３０を構成する部材、例えば、後述するスリーブ３１、被覆筒３３、積層体Ｓ等が単体で存在する形態においても適用される。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態の回転子３０を備えた、回転電機としての電動機１について説明する。なお、電動機１の構成は、後述する他の実施形態に共通する。
図１は、第１本実施形態における電動機１の構成を示す断面図である。なお、図１に示す電動機１の構成は一例であり、第１実施形態の回転子３０を適用可能であれば、構成は制限されない。

図１に示すように、電動機１は、主な構成要件として、フレーム１０と、固定子２０と、回転子３０と、回転軸３５と、軸受１３と、を備える。なお、本実施形態の電動機１において、回転子３０の内周面及び回転軸３５の外周面は、後述する図面に示すように、それぞれテーパー状に形成されているが、図１では、説明を容易にするため、一般的な円筒状に描いている。

フレーム１０は、電動機１の外装部材であり、フレーム本体１１と、軸穴１２と、を備える。
フレーム本体１１は、固定子２０を包囲すると共に保持する筐体である。フレーム本体１１は、軸受１３を介して回転子３０を保持する。フレーム本体１１は、供給口１４、排出口１５及び孔部１６を備える。供給口１４は、固定子枠２２の流路２３に冷媒を供給するための開口であり、冷媒の供給配管（不図示）に接続されている。排出口１５は、流路２３を流通した冷媒を排出させるための開口であり、冷媒の排出配管（不図示）に接続されている。孔部１６は、固定子２０から引き出された動力線２７を貫通させるための開口である。

軸穴１２は、回転軸３５（後述）が貫通する穴である。
固定子２０は、回転子３０を回転させるための回転磁界を形成する複合部材である。固定子２０は、全体として円筒形に形成され、フレーム１０の内部に固定されている。固定子２０は、鉄心２１と、固定子枠２２と、を備える。

鉄心２１は、内側に巻線２６を配置可能な部材である。鉄心２１は、円筒形に形成され、固定子枠２２の内側に配置されている。鉄心２１は、内側面に複数の溝（不図示）が形成され、この溝に巻線２６が配置される。なお、巻線２６の一部は、鉄心２１の軸方向Ｘにおいて、鉄心２１の両端部から突出している。鉄心２１は、例えば、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ね合わせ、これを接着、かしめ等で一体化することにより作製される。

固定子枠２２は、その内側に、鉄心２１を保持する部材である。固定子枠２２は、円筒形に形成され、固定子２０の外側に配置されている。鉄心２１は、回転子３０のトルクにより生じる反力を受け止めるために、固定子枠２２と強固に接合されている。図１に示すように、本実施形態の固定子枠２２は、外側面に、鉄心２１から伝わる熱を冷却するための流路２３を備える。流路２３は、固定子枠２２の外側面に形成された一条又は多条の螺旋溝である。フレーム本体１１（フレーム１０）の供給口１４から供給された冷媒（不図示）は、固定子枠２２の外側面を螺旋状に沿うように流路２３内を流通した後、フレーム本体１１の排出口１５から外部に排出される。

固定子２０の鉄心２１からは、巻線２６と電気的に接続された動力線２７が引き出されている。この動力線２７は、電動機１の外部に設置された電源装置に接続される（不図示）。電動機１の動作時に、例えば、鉄心２１に三相交流電流が供給されることにより、回転子３０を回転させるための回転磁界が形成される。

回転子３０は、固定子２０により形成された回転磁界との磁気的な相互作用により回転する部品である。回転子３０は、固定子２０の内周側に設けられる。回転子３０の構成については、後述する。

回転軸３５は、回転子３０を支持する部材である。回転軸３５は、回転子３０の軸中心を貫通するように挿入され、回転子３０に固定される。回転軸３５には、軸方向Ｘに沿って一対の軸受１３が嵌合されている。軸受１３は、回転軸３５を回転自在に支持する部材であり、フレーム本体１１に設けられる。回転軸３５は、フレーム本体１１及び軸受１３により、回転軸線Ｌを中心として回転自在に支持されている。また、回転軸３５は、軸穴１２を貫通し、例えば、切削工具のチャック装置、外部に設置された動力伝達機構、減速機構等（いずれも不図示）に接続される。

図１に示す電動機１において、固定子２０（鉄心２１）に三相交流電流を供給すると、回転磁界が形成された固定子２０と回転子３０との間の磁気的な相互作用により回転子３０に回転力が発生し、その回転力が回転軸３５を介して外部に出力される。

次に、回転子３０の構成について説明する。
図２は、回転子３０の分解斜視図である。図２に示すように、回転子３０は、スリーブ（回転筒）３１と、永久磁石３２と、被覆筒３３と、を備える。
スリーブ３１は、複数の永久磁石３２が取り付けられる略円筒形状の部材であり、回転軸３５（図１参照）と複数の永久磁石３２との間に設けられている。複数の永久磁石３２は、スリーブ３１の周方向に沿って配置されている。スリーブ３１は、例えば、炭素鋼等の磁性材料により形成される。内周側にスリーブ３１を有する回転子３０は、回転軸３５の外周側に装着される。なお、以下の説明においては、スリーブ３１の外周側に複数の永久磁石３２を備えた形態を総称して「積層体Ｓ」ともいう。

永久磁石３２は、磁界を発生する部材であり、図２に示すように、スリーブ３１の外周側において、周方向に沿って８列設けられている（図２では、手前側の４列のみを図示）。８列の永久磁石３２は、スリーブ３１の周方向において、Ｎ極用の永久磁石３２とＳ極用の永久磁石３２とが交互に配置されている。永久磁石３２は、スリーブ３１の外周面に、接着層３４（図２以外では不図示）を介して貼り付けられている。本実施形態では、各列の永久磁石３２が回転子３０の軸方向Ｘに沿って２分割された例を示すが、これに限らず、永久磁石３２は、回転子３０の軸方向Ｘに沿って３つ以上に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。

被覆筒３３は、複数の永久磁石３２を被覆するための円筒形状の部材である。被覆筒３３は、スリーブ３１に配置された永久磁石３２の外周面に装着される。永久磁石３２の外周面に被覆筒３３を装着することにより、回転子３０の回転によって生じる遠心力により、永久磁石３２が回転子３０から脱落することを抑制できる。本実施形態では、後述するように、永久磁石３２の外周面に直接、被覆筒３３を装着する例について説明するが、被覆筒３３は、永久磁石３２の外周面に、例えば、接着層等を介して装着されてもよい。

被覆筒３３は、例えば、ＣＦＲＰ用の繊維シートを、樹脂と共に筒状の治具に巻き付けることにより成形できる。なお、被覆筒３３を形成する素材としては、ＣＦＲＰのほかに、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、チタン合金繊維等の比強度の高い材料を含む繊維強化プラスチックを用いることができる。

回転子３０に装着された被覆筒３３は、締め代に応じた収縮力により回転子３０に固定される。それにより、被覆筒３３には、回転子３０が回転する際に生じる遠心力に抗して、永久磁石３２を固定するのに十分な反力が半径方向の内側に向かって作用する。このように、被覆筒３３において、半径方向の内側に向かって反力が作用することにより、遠心力により永久磁石３２が回転子３０から脱落することが抑制される。半径方向の内側とは、回転子３０の外側から回転軸線Ｌに接近する方向である。

なお、締め代とは、図２に示すように、永久磁石３２の外周側に装着される前の被覆筒３３の内径ＱＤに対して、スリーブ３１に配置された永久磁石３２の外径ＰＤがオーバーする分（ＰＤ−ＱＤ）の寸法である。この締め代が大きいほど、装着した被覆筒３３から、より大きな反力を半径方向の内側（永久磁石３２側）に作用させることができる。

次に、第１実施形態における回転子３０の構成について説明する。
図３Ａは、第１実施形態の被覆筒３３の形状を示す断面図である。図３Ｂは、回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子３０の構成を示す断面図である。

図３Ａに示すように、第１実施形態の被覆筒３３は、単体状態において、軸方向Ｘに沿って厚みｔが均等となるように形成されている。また、被覆筒３３は、回転子３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなるように形成されている。具体的には、被覆筒３３は、図３Ａに示すように、軸方向ＸのＸ１側の内径ＱＤ１に対して、軸方向ＸのＸ２側の内径ＱＤ２がテーパー状に小さくなる（ＱＤ２＜ＱＤ１）ように形成されている。

被覆筒３３は、図２に示すように、積層体Ｓの外周側に装着される。積層体Ｓに被覆筒３３が装着されることにより、回転子３０が形成される。この回転子３０は、大径側となるＸ１側を先にして、回転軸３５のＸ２側から挿入される。回転軸３５に挿入された回転子３０は、回転軸３５の軸方向ＸをＸ１側に向けて圧入され、図３Ｂに示すように、軸方向Ｘの所定位置で固定される。

先に説明したように、回転軸３５と回転子３０のスリーブ３１は、軸方向Ｘに沿って肉厚の配分がそれぞれ異なるため、回転子３０を回転軸３５に圧入すると、回転子３０の内径が拡張される量は、軸方向Ｘにおいて差が生じる。すなわち、回転軸３５の外径が太いＸ１側において、回転子３０の内径は、回転軸３５の外径が細いＸ２側に比べて拡張される量が多くなる。また、回転軸３５の外径が細いＸ２側において、回転子３０の内径は、回転軸３５の外径が太いＸ１側に比べて拡径される量が少なくなる。

従来の被覆筒は、軸方向に沿って厚みが均等であり、内径も軸方向に沿って同一に形成されている。そのため、その被覆筒を備えた回転子３０を回転軸３５に装着すると、回転子３０の内径は、回転軸３５の外径が太いＸ１側では回転軸３５により拡張される量が多くなり、回転軸３５の外径が細いＸ２側では回転軸３５により拡張される量が少なくなる。その結果、回転子３０の外周側に装着される被覆筒の締め代は、軸方向に沿って不均一となる。すなわち、従来の被覆筒を装着した回転子３０では、回転軸３５の外径が太いＸ１側に比べて、回転軸３５の外径が細いＸ２側において締め代が緩くなる。

上述したように、回転子３０において、被覆筒による締め代が緩い部分では、永久磁石３２を固定する力が低下する。回転子３０において、被覆筒の締め代が軸方向に沿って不均一であると、回転子３０を高速で回転させたときに、締め代の緩い部分の永久磁石３２がずれてしまい、適切なトルクが得られなくなる可能性がある。このような傾向は、回転子３０の回転速度を高速にするに従って、より顕著となる。

これに対して、第１実施形態の被覆筒３３は、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなるように形成されている。これによれば、被覆筒３３が装着された回転子３０において、回転軸３５の外径が細いＸ２側と嵌合する部分では、回転軸３５により拡張される量が少なくなるが、この部分では被覆筒３３の締め代が大きくなる（内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなる）ため、この部分の永久磁石３２を十分な反力で固定できる。

このように、第１実施形態の被覆筒３３が装着された回転子３０は、被覆筒３３による締め代の緩い部分が少なくなり、被覆筒３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となる。そのため、回転子３０を高速で回転させたときに、永久磁石３２のずれが生じにくくなる。したがって、第１実施形態の被覆筒３３を装着した回転子３０を、より高速で回転させることが可能となる。

また、従来の被覆筒において、締め代の緩い部分をなくすために、軸方向に沿って締め代を通常よりも大きくすることが考えられる。しかし、このような構成とした場合、回転子３０において、回転軸３５の外径が太いＸ１側と嵌合する部分では、締め代が大きくなり過ぎてしまい、この部分の永久磁石３２が変形するおそれがある。しかし、第１実施形態の回転子３０においては、被覆筒３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となり、締め代が部分的に大きくなり過ぎることが少なくなるため、永久磁石３２の変形を抑制できる。

また、第１実施形態の被覆筒３３は、図３Ａに示すように、軸方向Ｘに沿って厚みｔが均等であるため、先に説明したように、ＣＦＲＰ用の繊維シートを、樹脂と共に筒状の治具に巻き付ける手法により簡単に作製できる。

（第２実施形態）
第２実施形態の回転電機１は、被覆筒の構成が第１実施形態と相違する。第２実施形態の回転電機１において、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態では、回転子１３０及び回転軸３５のみを図示し、回転電機１の全体の図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材又は同様の機能を果たす部分には、第１実施形態と同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を適宜に付して、重複する説明を省略する。

図４Ａは、第２実施形態の被覆筒１３３の形状を示す断面図である。図４Ｂは、回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子１３０の構成を示す断面図である。

図４Ａに示すように、第２実施形態の被覆筒１３３は、軸方向Ｘに沿って外径が均等となるように形成されている。すなわち、被覆筒１３３において、軸方向ＸのＸ１側の外径ＰＤ１と、軸方向ＸのＸ２側の外径ＰＤ２は、等しい径（ＰＤ１＝ＰＤ２）となる。また、被覆筒１３３は、回転子１３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、厚みが軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に増加するように形成されている。具体的には、被覆筒１３３は、図４Ａに示すように、軸方向ＸのＸ１側の厚みｔ１に対して、軸方向ＸのＸ２側の厚みｔ２が逆テーパー状に増加する（ｔ２＞ｔ１）ように形成されている。すなわち、被覆筒１３３は、軸方向ＸのＸ１側の内径ＱＤ１に対して、軸方向ＸのＸ２側の内径ＱＤ２がテーパー状に小さくなる（ＱＤ２＜ＱＤ１）ように形成されている。

上述した第２実施形態の被覆筒１３３は、回転子１３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、被覆筒１３３の厚みが軸方向Ｘに沿って逆テーパー状に増加するように形成されている。これによれば、被覆筒１３３が装着された回転子１３０において、回転軸３５の外径が細いＸ２側と嵌合する部分では、被覆筒１３３の締め代が大きくなる（厚みが軸方向Ｘに沿って逆テーパー状に大きくなる）ため、この部分の永久磁石３２を十分な反力で固定できる。

このように、第２実施形態の被覆筒１３３が装着された回転子１３０は、被覆筒１３３による締め代の緩い部分が少なくなり、被覆筒１３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となるため、回転子１３０を高速で回転させたときに、永久磁石３２のずれが生じにくくなる。したがって、第２実施形態の被覆筒１３３を装着した回転子１３０を、より高速で回転させることが可能となる。また、第２実施形態の被覆筒１３３は、被覆筒１３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となり、締め代が部分的に大きくなり過ぎることが少なくなるため、永久磁石３２の変形を抑制できる。

また、第２実施形態の被覆筒１３３は、軸方向Ｘに沿って外径が均等であるため、回転子１３０を固定子２０（図１参照）の内周側に装着する際、回転子１３０を固定子２０に対して軸方向Ｘに真っ直ぐに挿入しやすくなる。一方、回転子の外径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状となる場合、回転子を固定子２０の内周側に装着した際に、永久磁石３２の磁力によって、回転子が固定子２０の内周側に引き寄せられ、軸方向Ｘに対して傾いた状態となりやすい。そのため、回転子の外周側に装着された被覆筒が固定子２０と干渉して、被覆筒に傷が付きやすくなる。

しかし、第２実施形態の回転子１３０は、固定子２０の内周側に装着する際に、回転子１３０を固定子２０に対して軸方向Ｘに真っ直ぐに挿入しやすい。そのため、第２実施形態の回転子１３０は、外周側に装着された被覆筒１３３が固定子２０と干渉しにくくなる。したがって、第２実施形態の回転子１３０によれば、回転子１３０を固定子２０の内周側に装着する際に、被覆筒１３３に傷が付くことを抑制できる。

（第３実施形態）
第３実施形態の回転電機１は、被覆筒の構成が第１実施形態と相違する。第３実施形態の回転電機１において、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第３実施形態では、回転子２３０及び回転軸３５のみを図示し、回転電機１の全体の図示を省略する。また、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材又は同様の機能を果たす部分には、第１実施形態と同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を適宜に付して、重複する説明を省略する。

図５Ａは、第３実施形態の被覆筒２３３の形状を示す断面図である。図５Ｂは、回転軸３５及び回転軸３５に装着された回転子２３０の構成を示す断面図である。

第３実施形態の被覆筒２３３は、回転子２３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなるように形成されている。具体的には、被覆筒２３３は、図５Ａに示すように、軸方向ＸのＸ１側の内径ＱＤ１に対して、軸方向ＸのＸ２側の内径ＱＤ２がテーパー状に小さくなる（ＱＤ２＜ＱＤ１）ように形成されている。

また、被覆筒２３３は、回転子１３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ２側からＸ１側に向けて逆テーパー状に拡径するのに合わせて、厚みが軸方向Ｘに沿ってＸ２側からＸ１側に向けて逆テーパー状に増加するように形成されている。具体的には、被覆筒２３３は、図５Ａに示すように、軸方向ＸのＸ２側の厚みｔ３に対して、軸方向ＸのＸ１側の厚みｔ４が逆テーパー状に増加（ｔ４＞ｔ３）するように形成されている。すなわち、被覆筒２３３は、軸方向ＸのＸ２側の外径ＰＤ２に対して、軸方向ＸのＸ１側の外径ＰＤ１が大きくなる（ＰＤ２＜ＰＤ１）ように形成されている。

上述した第３実施形態の被覆筒２３３は、回転子２３０を回転軸３５に装着したときに、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ１側からＸ２側に向けてテーパー状に縮径するのに合わせて、被覆筒２３３の内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなるように形成されている。これによれば、被覆筒２３３が装着された回転子２３０において、回転軸３５の外径が細いＸ２側と嵌合する部分では、被覆筒３３の締め代が大きくなる（内径が軸方向Ｘに沿ってテーパー状に小さくなる）ため、この部分の永久磁石３２を十分な反力で固定できる。

このように、第３実施形態の被覆筒２３３が装着された回転子２３０は、被覆筒２３３による締め代の緩い部分が少なくなり、被覆筒２３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となるため、回転子２３０を高速で回転させたときに、永久磁石３２のずれが生じにくくなる。したがって、第３実施形態の被覆筒２３３を装着した回転子２３０を、より高速で回転させることが可能となる。また、第３実施形態の被覆筒２３３は、被覆筒２３３の締め代が軸方向Ｘに沿ってより均一となり、締め代が部分に大きくなり過ぎることが少なくなるため、永久磁石３２の変形を抑制できる。

更に、第３実施形態の被覆筒２３３は、積層体Ｓの外径が軸方向Ｘに沿ってＸ２側からＸ１側に向けて逆テーパー状に拡径するのに合わせて、被覆筒２３３の厚みが軸方向Ｘに沿って逆テーパー状に増加するように形成されている。これによれば、回転子２３０を回転軸３５に装着した際に、被覆筒２３３の半径方向の内側に向かう収縮量がより増加するため、回転子２３０を回転軸３５に装着した後の回転子２３０の外径を、軸方向Ｘに沿ってほぼ均一にできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
第１実施形態では、図３Ａに示すように、被覆筒３３の厚みが軸方向Ｘに沿って均等となる例について説明したが、これに限定されない。被覆筒３３の断面形状は、例えば、永久磁石３２の外径に合わせて変化させてもよい。図６は、第１の変形形態における被覆筒３３Ａの形状を示す断面図である。図７は、第２の変形形態における被覆筒３３Ｂの形状を示す断面図である。なお、図６及び図７では、被覆筒の断面形状を誇張している。

図６に示すように、第１の変形形態の被覆筒３３Ａは、被覆筒３３Ａの断面形状が軸方向Ｘに沿ってすり鉢形状となるように形成されている。ここで、すり鉢形状とは、図６に示すように、被覆筒３３Ａの側面の断面形状が、軸方向ＸのＸ２側では厚く、Ｘ１側に向かって徐々に薄くなり、軸方向Ｘの中間付近からＸ１側に向かって徐々に厚くなる形状をいう。すなわち、すり鉢形状とは、被覆筒３３Ａ全体として見たときに、被覆筒３３Ａの内径が、軸方向ＸのＸ２側では小さく、Ｘ１側に向かって徐々に大きくなり、軸方向Ｘの中間付近からＸ１側に向かって徐々に小さくなる形状をいう。

このような構成によれば、永久磁石３２（図２参照）の断面形状が軸方向Ｘに沿って太鼓形状（後述する被覆筒３３Ｂの断面形状を参照）となる場合に、積層体Ｓに装着される被覆筒３３Ａの内周面と、永久磁石３２の外周面との間に隙間が生じにくくなる。このように、第１の変形形態の被覆筒３３Ａにおいては、永久磁石３２の断面形状が軸方向Ｘに沿って太鼓形状であっても、永久磁石３２との間に隙間が生じにくくなるため、積層体Ｓの締め代を軸方向Ｘに沿ってより均一にできる。

図７に示すように、第２の変形形態の被覆筒３３Ｂは、被覆筒３３Ｂの断面形状が軸方向Ｘに沿って太鼓形状となるように形成されている。ここで、太鼓形状とは、図７に示すように、被覆筒３３Ｂの側面の断面形状が、軸方向ＸのＸ２側では薄く、Ｘ１側に向かって徐々に厚くなり、軸方向Ｘの中間付近からＸ１側に向かって徐々に薄くなる形状をいう。すなわち、太鼓形状とは、被覆筒３３Ｂ全体として見たときに、被覆筒３３Ｂの内径が、軸方向ＸのＸ２側では大きく、Ｘ１側に向かって徐々に小さくなり、軸方向Ｘの中間付近からＸ１側に向かって徐々に大きくなる形状をいう。

このような構成によれば、永久磁石３２（図２参照）の断面形状が軸方向Ｘに沿ってすり鉢形状（前述した被覆筒３３Ａの断面形状を参照）となる場合に、積層体Ｓに装着される被覆筒３３Ｂの内周面と、永久磁石３２の外周面との間に隙間が生じにくくなる。このように、第２の変形形態の被覆筒３３Ｂにおいては、永久磁石３２の断面形状が軸方向Ｘに沿ってすり鉢形状であっても、永久磁石３２との間に隙間が生じにくくなるため、積層体Ｓの締め代を軸方向Ｘに沿ってより均一にできる。

実施形態では、被覆筒を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成した例について説明したが、これに限定されない。被覆筒は、先に例示した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成してもよいし、繊維強化プラスチックを主材とする複合部材で形成してもよい。また、被覆筒は、繊維強化プラスチックのほか、例えば、ステンレス鋼等の金属材料により形成してもよい。
また、実施形態では、本発明に係る回転子を適用可能な回転電機として電動機を例をとして説明したが、これに限定されない。回転電機は、発電機であってもよい。

１：電動機、２０：固定子、３０，１３０，２３０：回転子、３２：永久磁石、３３，１３３，２３３，３３Ａ，３３Ｂ：被覆筒、３５：回転軸、Ｓ：積層体、Ｘ：軸方向

Claims (5)

1. 外周面がテーパー状の回転軸に装着される、内周面がテーパー状の回転筒と、
   前記回転筒の外周側に配置される永久磁石と、
   前記永久磁石の外周側に装着され、前記永久磁石を被覆する被覆筒と、を備え、
   前記回転筒及び前記永久磁石からなる積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記積層体に対する前記被覆筒の締め代が軸方向に沿ってテーパー状に大きくなる、
   回転子。
2. 前記被覆筒は、
   前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の内径が軸方向に沿ってテーパー状に小さくなる、
   請求項１に記載の回転子。
3. 前記被覆筒は、
   前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の厚みが軸方向に沿って逆テーパー状に増加する、
   請求項１に記載の回転子。
4. 前記被覆筒は、
   前記積層体の外径が軸方向に沿ってテーパー状に縮径するのに合わせて、前記被覆筒の内径が軸方向に沿ってテーパー状に小さくなり、且つ、前記積層体の外径が軸方向に沿って逆テーパー状に拡径するのに合わせて、前記被覆筒の厚みが軸方向に沿って逆テーパー状に増加する、
   請求項１に記載の回転子。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の回転子と、
   前記回転子の外周側に設けられる固定子と、
   を備える回転電機。

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