JP6464117B2 - 回転子部材、回転子、及び電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子部材、回転子、及び電動機に関し、特に、磁石表面貼付型の電動機を構成する回転子部材、回転子、及びそれらを備える電動機に関する。

同期電動機の回転子部材は、筒状のスリーブ部と、スリーブ部の径方向外側において周方向に並ぶように配置されて、全体で筒状の磁石セグメント群を構成する複数の磁石セグメント（永久磁石）と、を備える。スリーブ部の内周面は、テーパ面を有する。このような回転子部材のスリーブ部の内周面により取囲まれる空間に、円筒形状を有する回転軸部が圧入により挿入されて、電動機の回転子は構成されている。

このような回転子を有する同期電動機を回転させる場合に、磁石セグメントの固定においては、回転子の回転時の遠心力に十分耐え得るように、何らかの補強を施す必要がある。一般的には、例えば、炭素繊維やガラス繊維、或いはチタンなどの非磁性金属により構成され磁石セグメントを保持する保持部材を、磁石セグメントに被せるといった補強構造が採られる。具体的には、例えば、高速回転用途の同期電動機では、磁石セグメントは、磁石セグメントの外周面に被せられた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の保持部材としての筒状部材と、スリーブ部と、の間で挟持される（特許文献１参照）。

特開２０１４−２１２６８０号公報

上記特許文献１に記載の同期電動機の回転子では、スリーブ部の内周面のテーパ率と、当該内周面に当接する回転軸部の外周面のテーパ率と、は同一である。このような上記特許文献１に記載の同期電動機の回転子の製造の際に、保持部材としての筒状部材を磁石セグメントの外周面に組み付ける作業は容易ではない。

組みつけ易さを優先させて、例えば、筒状部材と磁石セグメントとの間に隙間を形成して、いわゆる隙間嵌めによる組み付けを行うと、当該隙間がそのままスリーブ部の無駄な拡径になる。また、圧入時の圧力（トン数）を無駄に大きくすることになり、スリーブ部が破断する問題や、分解し難さの問題を生ずることが考えられる。また、回転子が組み付けられる前の段階の、回転子部材が組み立てられた段階において、筒状部材が固定されず動いたり、抜けたりする問題が生ずることが考えられる。これは、回転子部材が単体で取引されるビルトインタイプのモータの場合には、特に問題となる。

逆に、筒状部材と磁石セグメントの間を隙間のない締り嵌めとすると、磁石セグメントの外周面に筒状部材が嵌装されてゆく際に、圧入が進行するにつれて摩擦面積が増大するため圧入力が増大し、圧入途中で筒状部材を押せなくなるか、或いは、無理に押し続けると、筒状部材そのものがその圧入力に耐えられずに破壊されてしまう問題が考えられる。

特に、磁石セグメント群の軸心に直交する断面における磁石セグメント群の外周面の形状が真円ではない場合であって、筒状部材の軸心に直交する断面における筒状部材の内周面の形状が真円の円筒形状に形成されている場合には、磁石セグメントの外周面に筒状部材を被せて組み付ける際に、磁石セグメント群を構成する磁石セグメントの外周面の形状に沿う形に、予め何らかの方法で筒状部材を変形させてから嵌め合わせる作業が必要である。しかしこの作業は、変形に精度が要求され難易度が高く、工数がかかる問題が考えられる。

また、他の方法として、筒状部材の内周面の形状が磁石セグメントの外周面の形状に倣った形状とされた筒状部材を用いる方法が考えられる。しかし、この方法の場合には、スリーブ部に無駄な拡径量を与えないようにするために、筒状部材の内周面形状を高い寸法精度で仕上げる必要がある。より精度良く仕上げれば仕上げるほど、スリーブ部の無駄な拡径量を減らすことができる。しかし、このような高い精度での仕上げは、製造における難易度が高く、コストが高くなる問題がある。

本発明は、回転子部材の製造時に、筒状部材の磁石セグメントの外周面への組み付けを容易とし、スリーブ部の拡径を抑え、筒状部材をスリーブ部に対して確実に固定することが可能な、回転子部材、回転子、及びこれらを有する電動機を提供することを目的とする。

本発明に係る、回転子部材（例えば、後述の回転子部材３００、３００Ａ）は、電動機（例えば、後述の電動機１００）の回転軸部（例えば、後述の回転軸部２００）に圧入によって固定される回転子部材であって、軸方向第１の側の第１端部（例えば、後述の第１端部３０２）と、軸方向第２の側の第２端部（例えば、後述の第２端部３０３）とを有する、筒状のスリーブ部（例えば、後述のスリーブ部３０１）と、前記スリーブ部の径方向外側において周方向に並ぶように配置された複数の磁石セグメント（例えば、後述の磁石セグメント３１１）と、前記複数の磁石セグメントを前記径方向外側から覆い、前記スリーブ部との間で前記複数の磁石セグメントを挟持する筒状部材（例えば、後述の筒状部材３２１、３２１Ａ）と、を備え、前記スリーブ部の内周面は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記スリーブ部の内径が増加する内周テーパ面（例えば、後述のテーパ状内周面３０６）を有し、前記スリーブ部の外周面は、少なくとも前記内周テーパ面が存在する前記スリーブ部の軸方向区間において、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記スリーブ部の外径が減少する外周テーパ面（例えば、後述のテーパ状外周面３０４）を有し、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転子部材においては、複数の前記磁石セグメントの外周面は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記回転軸部の外径が減少する外周テーパ面を有し、複数の前記磁石セグメントの外周面（例えば、後述の外周面３１７）と前記筒状部材の内周面（例えば、後述の内周面３２４）との間には、隙間が生じており、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入された後の状態の前記回転子部材においては、複数の前記磁石セグメントの外周面と前記筒状部材の内周面との間には隙間が生じておらず、複数の前記磁石セグメントの外周面と前記筒状部材の内周面とは面当接する。

また、本発明に係る回転子は、上記回転子部材と、前記回転子部材の前記スリーブ部に圧入される回転軸部と、を有する電動機の回転子であって、前記回転軸部の外周面の部分であって、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入されたときに前記スリーブ部の内周テーパ面が当接する部分は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記回転軸部の外径が増加する外周テーパ面（例えば、後述のテーパ状外周面２０２）を有し、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転子部材における、前記回転子部材の前記スリーブ部の内周テーパ面のテーパ率をｔ１とし、前記回転子部材の前記スリーブ部の外周テーパ面のテーパ率をｔ２とし、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転軸部における、前記回転子の前記回転軸部の外周テーパ面のテーパ率をｔ３としたときに、ｔ１＋ｔ２＝ｔ３の関係を有する。また、本発明に係る電動機は、上記回転子を有する。

本発明によれば、回転子部材の製造時に、筒状部材の磁石セグメントの外周面への組み付けを容易とし、スリーブ部の拡径を抑え、筒状部材をスリーブ部に対して確実に固定することが可能な、回転子部材、回転子、及びこれらを有する電動機を提供することができる。

第１実施形態に係る電動機１００を示す断面図である。 第１実施形態に係る回転子４００を示す、スリーブ部３０１の軸方向視の断面図である。 第１実施形態に係る回転子部材３００を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。 第１実施形態に係る回転子部材３００の筒状部材３２１を磁石セグメント３１１の外周面３１７に組み付けている様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。 第１実施形態に係る回転子部材３００の筒状部材３２１を磁石セグメント３１１の外周面３１７に組み付けた様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。 第１実施形態に係る回転子部材３００のスリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入している様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。 第１実施形態に係る回転子部材３００のスリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入した様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。 第２実施形態に係る回転子４００Ａを示す、スリーブ部３０１の軸方向視の断面図である。

以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る電動機１００を示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る回転子４００を示す、スリーブ部３０１の軸方向視の断面図である。図３は、第１実施形態に係る回転子部材３００を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。
以下の説明においては、説明の便宜上、電動機１００の回転軸部２００の軸心に沿う方向を軸方向とし、図１における左方を軸方向前方、右方を軸方向後方と定義する。

回転電機としての電動機１００は、同期電動機により構成されており、内部空間１０１を形成するハウジング１０２と、ハウジング１０２の内部空間１０１に静止して配置される固定子１１０と、固定子１１０の径方向内側に回転可能に設置された回転子４００と、を備える。固定子１１０は、固定子鉄心１０３と、固定子鉄心１０３に巻回されたコイル１０４と、を有する。固定子鉄心１０３は、例えば電磁鋼板の薄板が積層されて作製される。

固定子１１０からは、コイル１０４に電気的に接続された動力線（図示せず）が引き出されている。動力線は、ハウジング１０２に設けられた貫通孔を介して、電動機１００の外部に設置された動力源（図示せず）に接続される。

回転子４００は、内部空間１０１において軸方向に延びる回転軸部２００と、回転軸部２００の径方向外側に固定される回転子部材３００と、を有する。

回転軸部２００は、図１等に示すように、軸心（中心軸線）Ｏ_１と、軸心Ｏ_１と同心の中心孔２０１と、を有する筒状の部材である。本実施形態では、電動機１００として工作機械の主軸に用いられるビルトインモータを想定しているため、回転軸部２００に中心孔２０１が形成されているが、これに限定されない。回転軸部２００は、中心孔２０１が形成されていない中実材で作られてもよい。

回転軸部２００の軸心Ｏ_１は、電動機１００の回転軸心である。回転軸部２００の軸方向前方側の部分は、ハウジング１０２の前方側の壁部に取り付けられた軸受（図示せず）を介して、ハウジング１０２に回転可能に支持される。同様に、回転軸部２００の軸方向後方側の部分は、ハウジング１０２の後方側の壁部に取り付けられた軸受（図示せず）を介して、ハウジング１０２に回転可能に支持される。

回転軸部２００は、テーパ状外周面２０２を有する。テーパ状外周面２０２は、回転軸部２００の外周面の部分であって、スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入されたときに、後述するテーパ状外周面２０２が当接する回転軸部２００の外周面の部分に位置している。スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態で、テーパ状外周面２０２は、テーパ率ｔ３を有している。テーパ率ｔ３の値は、例えば１／１００程度である。回転軸部２００の軸方向前方側の部分２０３および段差部２０４は、製造時の利便性のために設けられている。テーパ状外周面２０２は、軸方向後端２０５から、軸方向前端２０６まで連続して延びている。テーパ状外周面２０２の軸方向後端２０５の軸方向後方には、軸方向に沿って直線状に延びる円筒状の外周面２０７が形成されている。

突き当て用の部分２０３および段差部２０４は、製造時に組付け作業をし易くするために形成されている。突き当て用の部分２０３は、軸方向に沿って延びる円筒状の外周面を有しており、テーパ状外周面２０２の軸方向前端２０６との間で段差部２０４を形成するように、テーパ状外周面２０２から回転軸部２００の径方向外側に突出する。

回転子部材３００は、図２等に示すように、筒状のスリーブ部３０１と、スリーブ部３０１の径方向外側において、周方向に並ぶように配置されて、全体で筒状の磁石セグメント群を構成する複数の磁石セグメント３１１と、磁石セグメント３１１を径方向外側から覆う、筒状部材３２１と、を有する。磁石セグメント３１１は、製造の都合や磁石の成形の都合に応じて軸方向に複数に分割されてもよく、本実施形態では、図３に示すように、軸方向に３分割されている。

図１等に示すように、スリーブ部３０１は、軸心（中心軸線）Ｏ_２を有する筒状の部材である。スリーブ部３０１は、軸方向第１の側としての軸方向後方側の第１端部３０２と、軸方向第２の側としての軸方向前方側の第２端部３０３と、軸方向に沿って延びるテーパ状外周面３０４及びテーパ状内周面３０６と、を有する。スリーブ部３０１の軸方向後端の、テーパ状外周面３０４から径方向外側に突出する凸部３０５は、製造時に磁石の軸方向の位置を揃え易くするために形成されている。

スリーブ部３０１は、例えばＳＳ４００またはＳ４５Ｃといった、磁性体の金属材料から作製される。また、スリーブ部３０１の径方向におけるスリーブ部３０１の厚さは、スリーブ部３０１を回転軸部２００に圧入する作業を容易とするために、より薄くすることが好ましい。例えば、スリーブ部３０１は、最も厚みが薄い部分において、１ｍｍ〜２ｍｍの厚みを有する。

図３に示すように、内周テーパ面としてのテーパ状内周面３０６においては、第１端部３０２から第２端部３０３に向かう方向に於いて一定の割合で連続的にスリーブ部３０１の内径が増加する。テーパ状内周面３０６は、第１端部３０２から第２端部３０３まで連続して延びており、且つ、軸方向後側の第１端部３０２から、軸方向前側の第２端部３０３に至るまで、スリーブ部３０１の内径が不連続的に小さくなる部分を含まない。換言すれば、テーパ状内周面３０６においては、第１端部３０２から第２端部３０３までの全域に亘って、スリーブ部３０１の軸方向前方に向かうにつれてテーパ状内周面３０６の半径が徐々に大きくなっている。

テーパ状内周面３０６は、スリーブ部３０１に磁石セグメント３１１及び筒状部材３２１が組み付けられ回転子部材３００が組み立てられた後の状態であって、回転子部材３００のスリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態では、テーパ率ｔ３よりも小さい値を有するテーパ率ｔ１のテーパ面を構成する。第１端部３０２から第２端部３０３に至るまでのテーパ状内周面３０６の途中の部分に、局部的にテーパ状内周面３０６の半径が小さくなる部分は存在しない。

また、スリーブ部３０１の外周面は、テーパ状内周面３０６が存在する軸方向区間において、第１端部３０２から第２端部３０３に向かう方向に於いて一定の割合で連続的にスリーブ部３０１の外径が減少する外周テーパ面としてのテーパ状外周面３０４を有する。テーパ状外周面３０４は、凸部３０５の前端から第２端部３０３まで連続して延びており、且つ、軸方向後側の凸部３０５の前端から、軸方向前側の第２端部３０３に至るまで、スリーブ部３０１の外径が不連続的に大きくなる部分を含まない。換言すれば、テーパ状外周面３０４は、凸部３０５の前端から第２端部３０３までの全域に亘って、軸方向前方に向かうにつれてその半径が徐々に小さくなっている。

テーパ状外周面３０４は、スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態では、テーパ率ｔ３よりも小さい値を有するテーパ率ｔ２のテーパ面を構成する。第１端部３０２から第２端部３０３に至るまでの途中の部分に、局部的にテーパ状外周面３０４の半径が大きくなる部分は存在しない。テーパ率ｔ１、ｔ２、ｔ３は、
ｔ１＋ｔ２＝ｔ３
の関係を有する。

電動機１００においては、回転軸部２００の軸心Ｏ_１と、スリーブ部３０１の軸心Ｏ_２とが一致するように、スリーブ部３０１は、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２上に固定される。スリーブ部３０１の第２端部３０３と、突き当て用の部分２０３の段差部２０４とは当接している。第２端部３０３におけるテーパ状内周面３０６の半径Ｒ_４と、軸方向前端２０６におけるテーパ状外周面２０２の半径とは、略同じである。また、第１端部３０２におけるテーパ状内周面３０６の半径Ｒ_３と、軸方向後端２０５の近傍の部分であって第１端部３０２におけるテーパ状内周面３０６が当接しているテーパ状外周面２０２の半径とは、略同じである。スリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６と、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２とは、大きな面圧で互いに密着している。スリーブ部３０１は、回転軸部２００によって、スリーブ部３０１の径方向外側に向かって押圧されている。

磁石セグメント３１１は、所定の曲率半径の内径を有する略円弧状の磁石片により構成されている。具体的には、磁石セグメント３１１は、図２、図３等に示すように、軸方向前方側の端面３１２、および軸方向後方側の端面３１３と、磁石セグメント群の周方向一方側の端面３１４、および磁石セグメント群の周方向他方側の端面３１５と、径方向内側の内周面３１６、および径方向外側の外周面３１７とを有する。

内周面３１６は、所定の曲率半径を有する円弧面であって、端面３１２を形成する一辺であって磁石セグメント群の径方向内側の一辺と、端面３１３を形成する一辺であって磁石セグメント群の径方向内側の一辺と、を接続するように、磁石セグメント群の軸方向に沿って延びている。外周面３１７は、磁石セグメント群の周方向に沿って延びる滑らかな曲線で構成されている。磁石セグメント群の周方向における磁石セグメント３１１の端部の部分は、図２等に示すように、端縁に近づくにつれて、内周面３１６に外周面３１７が近づくように、厚さが薄く構成されている。

図１、図２に示すように、筒状部材３２１は、軸方向に延びる形状を有する筒状の部材である。具体的には、筒状部材３２１は、軸方向前方側の端面３２２、および軸方向後方側の端面３２３と、筒状部材３２１の内周面３２４および外周面３２５とを有している。筒状部材３２１は、完全な円筒形状を有しておらず、磁石セグメント群の周方向において隣接する複数の磁石セグメント３１１の間の空間に対向する部分及びその近傍においては、図２に示すように、他の筒状部材３２１の部分と比較して半径が小さくなる非円筒形状を有している。

筒状部材３２１は、筒状部材３２１の周方向へ僅かに伸びることは可能であるが、径方向外側に向かって膨張するような変形に対して、強い強度を有しており、筒状部材３２１の半径（直径）は変化し難い。また、筒状部材３２１は、磁束による発熱や、磁束の漏れによる性能低下を防止する観点から、非磁性材料から作製されることが好ましい。さらに、筒状部材３２１は、回転によって生じる遠心力を小さくするために、小さい密度を有することが好ましい。

例えば、筒状部材３２１の材料としては、炭素繊維、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、超高分子量ポリエチレン、またはポリブチレンテレフタレート繊維といった、比強度（単位密度当りの引張強度）に優れた材料が好適である。また、筒状部材３２１の材料として、炭素繊維、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、超高分子量ポリエチレン、またはポリブチレンテレフタレート繊維を使用したＦＲＰ（繊維強化樹脂）、もしくは、これらの幾つかを組み合わせた複合材も好適である。また、筒状部材３２１の材料として、オーステナイト系のステンレスやチタン、またはチタン合金等の非磁性金属を用いてもよい。本実施形態では、筒状部材３２１の材料としては、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）が用いられる。

図１及び図２から分かるように、回転子部材３００のスリーブ部３０１のテーパ状外周面３０４上においては、計１２個の磁石セグメント３１１が配置されている。具体的には、図２のＡに示す磁石セグメント群の周方向位置において、３つの磁石セグメント３１１が磁石セグメント群の軸方向に隣り合うように配置されている。同様に、図２のＢ、Ｃ、およびＤに示す磁石セグメント群の周方向位置において、それぞれ、３つの磁石セグメント３１１が磁石セグメント群の軸方向に隣り合うように配置されている。

前述のように、スリーブ部３０１のテーパ状外周面３０４は、スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態では、テーパ率ｔ３よりも小さい値を有するテーパ率ｔ２のテーパ面を構成する。このため、磁石セグメント３１１の外周面３１７は、磁石セグメント群の軸方向に沿って当該軸方向に対してテーパ率ｔ２のテーパ面を構成する。これにより、筒状の磁石セグメント群においては、磁石セグメント３１１の外周面３１７は、図４に示す１番右に配置された磁石セグメント３１１の右端部において外径が最も大きく、図４に示す１番左に配置された磁石セグメント３１１の左端部において外径が最も小さい。

このように、本実施形態に係る回転子部材３００においては、６対の磁石セグメント３１１が、スリーブ部３０１のテーパ状外周面３０４上において、スリーブ部３０１の周方向に略等間隔で配列するように配置されている。軸方向後方側に位置する磁石セグメント３１１の各々は、図１等に示すように、例えばスリーブ部３０１に凸部３０５等の構造が設けられることによって、軸方向の位置を揃えて配置される。

スリーブ部３０１の周方向に６対、計１２個の磁石セグメント３１１から構成される磁石セグメント群の径方向外側には、全ての磁石セグメント３１１をスリーブ部３０１の径方向外側から、覆うと共に締め付けるように、筒状部材３２１が設けられている。筒状部材３２１の内径の最大値は、磁石セグメント群の周方向における磁石セグメント３１１の最も厚い部分を通る回転子４００の直径における、磁石セグメント３１１の一方の外周面３１７から回転子４００の中心を通り他方の外周面３１７に至るまでの長さと略同じ長さを有している。

そして、上述したように、図１に示すように電動機１００においては、スリーブ部３０１は、回転軸部２００によって、スリーブ部３０１の径方向外側に向かって押圧されている。この押圧により、スリーブ部３０１は、径方向外側に変形しようとし、磁石セグメント３１１の各々を、磁石セグメント群の径方向外側に向かって押圧する。

これに対して、筒状部材３２１は、上述したように、筒状部材３２１の径方向外側に向かって膨張するような変形に対して強い強度を有している。したがって、筒状部材３２１の周方向に生ずる筒状部材３２１の張力によって、磁石セグメント３１１から加えられる圧力を受け止め、その反力として、磁石セグメント３１１を磁石セグメント群の径方向内側に向けて押し返す。このため、磁石セグメント３１１は、スリーブ部３０１と筒状部材３２１との間で、強固に挟持される。これにより、電動機１００の駆動時において、回転子部材３００が高速で回転した場合においても、磁石セグメント３１１が、スリーブ部３０１および筒状部材３２１に対して相対移動することが抑えられる。

次に、図１、図２等を参照して、電動機１００の動作について説明する。電動機１００の外部に設置された動力源から、動力線を介してコイル１０４に電流が流されると、固定子１１０によって、軸心Ｏ_１の周りに回転磁界が生成される。回転子部材３００の磁石セグメント３１１は、固定子１１０によって生成される回転磁界によって磁石セグメント群の周方向に電磁力を受ける。その結果、回転子部材３００は、回転軸部２００とともに一体的に回転する。

次に、図４、図５を参照して、回転子４００の製造工程における、スリーブ部３０１への磁石セグメント３１１及び筒状部材３２１の組み付けについて説明する。
図４は、第１実施形態に係る回転子部材３００の筒状部材３２１を磁石セグメント３１１の外周面３１７に組み付けている様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。図５は、第１実施形態に係る回転子部材３００の筒状部材３２１を磁石セグメント３１１の外周面３１７に組み付けた様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。

先ず、図４に示すように、テーパ状外周面３０４上に磁石セグメント３１１が配置された状態のスリーブ部３０１の第２端部３０３を、筒状部材３２１の軸方向後方の端面３２３から、筒状部材３２１の内周面３２４により取囲まれる筒状部材３２１の内部空間に挿入してゆく。このとき、筒状部材３２１の内径の最大値は、前述のように磁石セグメント３１１の最も後端に位置している部分、即ち、図４における１番右の磁石セグメント３１１の右端部の部分の外径とほぼ等しく、図４における１番左の磁石セグメント３１１の左端部の部分の外径より大きいため、前端寄りの位置において、磁石セグメント３１１の外周面３１７と筒状部材３２１の内周面３２４との間に僅かな隙間が生じている。

そして、テーパ状外周面３０４上に磁石セグメント３１１が配置された状態のスリーブ部３０１を、更に筒状部材３２１の内部空間に挿入してゆくと、筒状部材３２１の内周面３２４が磁石セグメント３１１の外周面３１７に当接し、挿入に必要な圧力が発生し始める。更に、スリーブ部３０１を筒状部材３２１の内部空間に挿入してゆくと、挿入に必要な圧力が徐々に増加してゆくが、筒状部材３２１の軸方向前方の端面３２２に近い部分の内周面３２４は、磁石セグメント３１１の外周面３１７に接触していない。このため、スリーブ部３０１を、筒状部材３２１の内部空間に挿入するために必要な圧力は、それほど大きな圧力にはならない。そして、筒状部材３２１の軸方向後方の端面３２３を、図４における１番右の磁石セグメント３１１の端面３１３に至るまで、スリーブ部３０１を筒状部材３２１に挿入して、図５に示すように、スリーブ部３０１の、筒状部材３２１の内部空間への圧入による挿入が完了する。このときにも、未だ筒状部材３２１の軸方向前方の端面３２２及びその近傍の部分における内周面３２４は、磁石セグメント３１１の外周面３１７に接触していない。

次に、図６、図７を参照して、回転子４００の製造工程における、回転子部材３００の回転軸部２００への組み付けについて説明する。
図６は、第１実施形態に係る回転子部材３００のスリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入している様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。図７は、第１実施形態に係る回転子部材３００のスリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入した様子を示す、スリーブ部３０１の軸心を含む面で切った断面図である。

先ず、図６に示すように、回転軸部２００の軸方向後端２０５を、スリーブ部３０１の第２端部３０３から、スリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６により取囲まれるスリーブ部３０１の内部空間に挿入してゆく。このとき、軸方向後端２０５の近傍のテーパ状外周面２０２における回転軸部２００の外径は、スリーブ部３０１の軸方向後端部以外のスリーブ部３０１の部分（スリーブ部３０１の軸方向前端部よりの部分）におけるテーパ状内周面３０６の部分により形成される内径よりも小さいため、図６に示す回転軸部２００の右端部寄りの位置において、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２とスリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６との間に僅かな隙間が生じている。

そして、更に、スリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入してゆくと、スリーブ部３０１の第１端部３０２近傍におけるテーパ状内周面３０６に、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２が当接し、挿入に必要な圧力が発生し始める。更に、スリーブ部３０１に回転軸部２００を挿入してゆくと、挿入に必要な圧力が徐々に増加してゆくが、スリーブ部３０１の第２端部３０３に近い部分は、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２に、未だ接触していない。このため、回転軸部２００を、スリーブ部３０１の内部空間に挿入するために必要な圧力は、それほど大きな圧力にはならない。そして、回転軸部２００の軸方向後端２０５が、スリーブ部３０１の第１端部３０２から後方へ突出するまで、回転軸部２００をスリーブ部３０１に挿入して、図７に示すように、スリーブ部３０１への回転軸部２００の圧入による挿入が完了する。

このとき、テーパ率ｔ１、ｔ２、ｔ３は、スリーブ部３０１への回転軸部２００の圧入による挿入前に、
ｔ１＋ｔ２＝ｔ３
の関係を有していたため、図７に示すように、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２に、スリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６が面当接し、テーパ状外周面２０２とテーパ状内周面３０６との間に隙間が生じていない状態となる。また、筒状部材３２１の内周面３２４に、磁石セグメント３１１の外周面３１７が面当接し、筒状部材３２１の内周面３２４と、磁石セグメント３１１の外周面３１７との間に隙間が生じていない状態となる。この状態で、回転軸部２００がスリーブ部３０１をスリーブ部３０１の径方向外側へ向けて押圧し、また、スリーブ部３０１と筒状部材３２１との間で磁石セグメント３１１が挟持されている。

以上のように、本実施形態によれば、電動機１００の回転軸部２００に圧入によって固定される回転子部材３００は、軸方向第１の側の第１端部３０２と、軸方向第２の側の第２端部３０３とを有する筒状のスリーブ部３０１と、スリーブ部３０１の径方向外側において周方向に並ぶように配置されて、全体で筒状の磁石セグメント群を構成する複数の磁石セグメント３１１と、複数の磁石セグメント３１１を磁石セグメント群の径方向外側から覆い、スリーブ部３０１との間で複数の磁石セグメント３１１を挟持する筒状部材３２１と、を備える。
スリーブ部３０１の内周面は、第１端部３０２から第２端部３０３に向かう方向に於いて一定の割合で連続的にスリーブ部３０１の内径が増加する内周テーパ面としてのテーパ状内周面３０６を有する。スリーブ部３０１の外周面は、テーパ状内周面３０６が存在するスリーブ部３０１の軸方向区間において、第１端部３０２から第２端部３０３に向かう方向に於いて一定の割合で連続的にスリーブ部３０１の外径が減少する外周テーパ面としてのテーパ状外周面３０４を有する。

これにより、スリーブ部３０１のテーパ状外周面３０４がテーパ状であるため、回転軸部２００をスリーブ部３０１に圧入により挿入する前の時点における磁石セグメント３１１の外周面３１７も、それに倣ってスリーブ部３０１の軸線に沿ったテーパ状となる。

この結果、筒状部材３２１の内部空間に、磁石セグメント３１１が配置されたスリーブ部３０１を圧入により挿入しているときの、磁石セグメント３１１の外周面３１７に摺動する筒状部材３２１の内周面３２４の面積を小さくすることができ、圧入にかかる圧力を高くせずに済む。このため、磁石セグメント３１１が配置されたスリーブ部３０１に筒状部材３２１を組付ける作業が容易となる。このため、磁石セグメント３１１が配置されたスリーブ部３０１に筒状部材３２１を組付ける際に、過剰な圧入力によって筒状部材３２１にダメージを与えてしまうリスクを低減、又は、回避できる。

また、回転子部材３００と、回転子部材３００のスリーブ部３０１に圧入される回転軸部２００と、を有する電動機１００の回転子４００は、回転軸部２００の外周面の部分であって、回転軸部２００の外周面の部分であって、スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入されたときにスリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６が当接する部分は、第１端部３０２から第２端部３０３に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に回転軸部２００の外径が増加する外周テーパ面としてのテーパ状外周面２０２を有する。
スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態の回転子部材３００における、回転子部材３００のスリーブ部３０１の内周テーパ面としてのテーパ状内周面３０６のテーパ率をｔ１とし、回転子部材３００のスリーブ部３０１の外周テーパ面としてのテーパ状外周面３０４のテーパ率をｔ２とし、スリーブ部３０１に回転軸部２００が圧入される前の状態の回転軸部２００における、回転子４００の回転軸部２００のテーパ状外周面２０２のテーパ率をｔ３としたときに、ｔ１＋ｔ２＝ｔ３の関係を有する。

これにより、回転子部材３００が回転軸部２００に固定される前の時点でのスリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６のテーパ率ｔ１と、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２のテーパ率ｔ３とが異なっている。
このため、スリーブ部３０１に回転軸部２００が組み付けられたときに、磁石セグメント３１１の外周面３１７と筒状部材３２１の内周面３２４との間、及び、回転軸部２００のテーパ状外周面２０２とスリーブ部３０１のテーパ状内周面３０６との間に形成されていた隙間が相殺されて無くなるようにすることを可能とする。
これにより、回転子部材３００が回転軸部２００上の所定の位置に圧入され、回転軸部２００上に搭載が完了した後の、回転子部材３００の磁石セグメント３１１の外周面３１７を、回転軸部２００の軸線方向に平行にすることが可能となる。この結果、製造される回転子４００は、従来と同様の形状の回転子とすることが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態による回転子部材について図８を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態に係る回転子４００Ａを示す、スリーブ部３０１の軸方向視の断面図である。

第２施形態による回転子４００Ａの回転子部材３００Ａにおいては、磁石セグメント３１１Ａの構成が、第１実施形態による磁石セグメント３１１の構成とは異なる。また、筒状部材３２１Ａの構成が、第１実施形態による筒状部材３２１とは異なる。これ以外の構成については、第１実施形態による回転子４００の回転子部材３００の構成と同様であるため、第１実施形態における各構成と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略する。

磁石セグメント群の周方向における磁石セグメント３１１Ａの端部の部分は、図８に示すように、端縁に近づいても厚さは一定である。即ち、磁石セグメント群の周方向におけるいずれの位置においても、磁石セグメント群の径方向における磁石セグメント３１１Ａの厚さは一定である。

筒状部材３２１Ａは、筒状部材３２１Ａの軸方向前側の端面から軸方向後側の端面まで（第１実施形態における筒状部材３２１の軸方向前方の端面３２２から軸方向後方の端面３２３までに相当）の軸方向区間において、内径、外径がそれぞれ一定の完全な円筒形状を有している。筒状部材３２１Ａの内径は、回転子４００Ａの直径における、磁石セグメント３１１の一方の外周面３１７から回転子４００Ａの中心を通り他方の外周面３１７に至るまでの長さと略同じ長さを有している。

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るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、回転子部材、回転子、及び、これらを有する電動機の構成は、本実施形態における回転子部材３００、３００Ａ、回転子４００、４００Ａ、及び、これらを有する電動機１００の構成に限定されない。
例えば、磁石セグメント３１１は１２個設けられていたが、この数に限定されない。また、磁石セグメントは、磁石セグメント群の軸方向おいて分割されていなくてもよい。
また、スリーブ部の外周面は、少なくとも内周テーパ面が存在するスリーブ部の軸方向区間において、第１端部から第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的にスリーブ部の外径が減少する外周テーパ面を有していればよい。
また、テーパ率をｔ１と、テーパ率をｔ２と、テーパ率をｔ３とは、
ｔ１＋ｔ２＝ｔ３
の関係を有していたが、これに限定されない。

１００ 電動機（回転電機）
２００ 回転軸部
２０２ テーパ状外周面
３００、３００Ａ 回転子部材
３０１ スリーブ部
３０２ 第１端部
３０３ 第２端部
３０４ テーパ状外周面
３０６ テーパ状内周面
３１１ 磁石セグメント
３２１、３２１Ａ 筒状部材
４００、４００Ａ 回転子
ｔ１、ｔ２、ｔ３ テーパ率

Claims (3)

1. 電動機の回転軸部に圧入によって固定される回転子部材であって、
   軸方向第１の側の第１端部と、軸方向第２の側の第２端部とを有する、筒状のスリーブ部と、
   前記スリーブ部の径方向外側において周方向に並ぶように配置された複数の磁石セグメントと、
   前記複数の磁石セグメントを前記径方向外側から覆い、前記スリーブ部との間で前記複数の磁石セグメントを挟持する筒状部材と、を備え、
   前記スリーブ部の内周面は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記スリーブ部の内径が増加する内周テーパ面を有し、
   前記スリーブ部の外周面は、少なくとも前記内周テーパ面が存在する前記スリーブ部の軸方向区間において、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記スリーブ部の外径が減少する外周テーパ面を有し、
   前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転子部材においては、複数の前記磁石セグメントの外周面は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記回転軸部の外径が減少する外周テーパ面を有し、複数の前記磁石セグメントの外周面と前記筒状部材の内周面との間には、隙間が生じており、
   前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入された後の状態の前記回転子部材においては、複数の前記磁石セグメントの外周面と前記筒状部材の内周面との間には隙間が生じておらず、複数の前記磁石セグメントの外周面と前記筒状部材の内周面とは面当接する、回転子部材。
2. 請求項１に記載の回転子部材と、
   前記回転子部材の前記スリーブ部に圧入される回転軸部と、
   を有する電動機の回転子であって、
   前記回転軸部の外周面の部分であって、前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入されたときに前記スリーブ部の内周テーパ面が当接する部分は、前記第１端部から前記第２端部に向かう方向に於いて一定の割合で連続的に前記回転軸部の外径が増加する外周テーパ面を有し、
   前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転子部材における、
   前記回転子部材の前記スリーブ部の内周テーパ面のテーパ率をｔ１とし、
   前記回転子部材の前記スリーブ部の外周テーパ面のテーパ率をｔ２とし、
   前記スリーブ部に前記回転軸部が圧入される前の状態の前記回転軸部における、
   前記回転子の前記回転軸部の外周テーパ面のテーパ率をｔ３としたときに、
   ｔ１＋ｔ２＝ｔ３
   の関係を有する、回転子。
3. 請求項２に記載の回転子を有する、電動機。

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