TW201728055A - 旋轉電機之轉子、旋轉電機及旋轉電機之轉子構件 - Google Patents

Abstract

轉子3具備有：筒狀的套筒構件9、在套筒構件9的外周面上排列於圓周方向之複數個永久磁鐵10、以及覆蓋住複數個永久磁鐵10的外周面之筒狀的補強構件12。套筒構件9具有：在軸方向相分開的端部9b,9c、以及形成與軸方向平行的軸可貫通的貫通孔15之內周面9a。端部9b為凸緣部。內周面9a具有：內徑隨著從端部9b朝向端部9c而連續地縮小之錐面9a-1以及內徑隨著從端部9c朝向端部9b而連續地縮小之錐面9a-2。

Description

旋轉電機之轉子、旋轉電機及旋轉電機之轉子構件

本發明係關於旋轉電機之轉子、具有該轉子之旋轉電機以及用於該轉子之轉子構件。

近來，資源枯竭使得省能源(energy)化受到重視，此外也因為要縮短機械加工間隔(takt)或要應付難切削材之加工，所以對於工業用途的旋轉電機之高效率化、高輸出化、及高速旋轉化之需求(need)變得非常高。

旋轉電機有「同步式」及「感應式」這兩種驅動方式，工業用途的旋轉電機常用的是具有堅固牢靠的特徵之感應式旋轉電機。然而，感應式旋轉電機因為在原理上電流也流通於轉子，所以在朝向高效率化及高輸出化發展上會有轉子因該電流而發熱之課題。因此，發展方向漸漸朝向將同步式旋轉電機應用於工業用途的旋轉電機。

同步式旋轉電機因為在轉子的激磁上係使用永久磁鐵，所以理論上不會發生轉子發熱的現象，在高效率化及高輸出化方面較有利。但是，要將同步式旋轉電機 應用在高速旋轉化的用途，卻必須應付旋轉時之離心力所致之磁鐵的剝離。

專利文獻1中記載了一種具備有可抑制如此的磁鐵剝離的構造之旋轉電機。亦即，此旋轉電機係在固定至軸(shaft)之筒狀的套筒(sleeve)構件的外周面配置複數個永久磁鐵，且利用碳纖維強化塑膠(plastic)之類的保護罩(cover)覆蓋住複數個永久磁鐵。其中，套筒構件的內周面係為內徑從軸方向的一端部往另一端部連續地擴大之錐面(tappered)形狀。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-212680號公報

為了在高速旋轉時也確實將轉矩(torque)傳遞至軸，必須使套筒構件在組裝配合上有緊配合量來使永久磁鐵與套筒構件之間的摩擦力所產生的轉矩會一直都比旋轉電機的輸出轉矩大。該緊配合量在旋轉速度域擴大時，所應設定的值也必定要隨之增大。緊配合量增大，轉子製作時之將軸壓入套筒構件的壓入力就要增大，軸壓入作業就較花時間。換言之，為了提高轉子組裝時的作業性，必須減低軸壓入力。上述的專利文獻1係藉由做所謂的套筒構件的薄肉化而謀求軸壓入作業容易化。

然而，當支持住薄肉化的套筒構件的厚度較 薄部分而將軸壓入套筒構件時，會有套筒構件本身因應力集中於該厚度較薄部分而屈曲變形之虞。

針對此問題，雖然可考慮在套筒構件設置厚肉的凸緣(flange)部，然後支持住該凸緣部之作法，但此作法因為套筒構件的厚度在凸緣部變大，所以在軸壓入時在凸緣部的面壓會增大，結果導致軸壓入力增大。

軸壓入力增大，在套筒構件與軸之間發生咬住(galling)的可能性就會變高，為了抑制咬住，必須對於套筒構件與軸的接觸表面實施以淬火提高表面硬度之處理或微粒噴擊(shot peening)處理來改善表面潤滑性，而會使成本增加。

本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在提供可抑制軸壓入時之套筒構件的屈曲，減低軸壓入力，並且可使轉子製作時的作業性提高之旋轉電機之轉子。

為了解決上述課題，達成上述目的，本發明之旋轉電機之轉子係具備有：筒狀的套筒構件，係具有在軸方向相分開的第一端部及第二端部以及形成與軸方向平行的軸可貫通的貫通孔之內周面；複數個永久磁鐵，係在前述套筒構件的外周面上排列於圓周方向；以及筒狀的補強構件係覆蓋住前述複數個永久磁鐵的外周面；前述第一端部係凸緣部，前述內周面係具有：內徑隨著從前述第一端部朝向前述第二端部而連續地縮小之第一錐面以及內徑隨著從前述第二端部朝向前述第一端部而連續地縮小之第 二錐面。

根據本發明，就會產生可抑制軸壓入時之套筒構件的屈曲，減低軸壓入力，並且可使轉子製作時的作業性提高之效果。

1‧‧‧旋轉電機

2‧‧‧定子

3,3a,3b,3c,3d,3e,101‧‧‧轉子

4,4b,104‧‧‧軸

5‧‧‧定子鐵芯

6‧‧‧線圈

7‧‧‧電源引線

8‧‧‧空隙部

9,35,36,39,45,109‧‧‧套筒構件

9a,35a,36a,39a,45a,109a‧‧‧內周面

9a-1,9a-2,35a-1,35a-2,35a-3,36a-1,36a-2,39a-1,39a-2‧‧‧錐面

9b,9c,35b,35c,36b,36c,39b,45b,45c,109b‧‧‧端部

10‧‧‧永久磁鐵

10a,10b‧‧‧端面

11‧‧‧間隙構件

12,12a‧‧‧補強構件

15‧‧‧貫通孔

16‧‧‧中空孔

20‧‧‧外殼

30,31,32,40,41‧‧‧應力

37,46a,46b‧‧‧溝部

50,51‧‧‧襯圈

第1圖係顯示實施形態1之旋轉電機的構成之縱剖面圖。

第2圖係顯示實施形態1之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。

第3圖係顯示實施形態1之旋轉電機的轉子的構成之橫剖面圖。

第4圖係第2圖的局部放大圖。

第5圖係顯示實施形態1之旋轉電機的製造方法之流程圖。

第6圖係顯示在比較例之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。

第7圖係顯示在實施形態1之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。

第8圖係顯示實施形態2之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。

第9圖係顯示實施形態3之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。

第10圖係顯示在實施形態3之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。

第11圖係顯示與實施形態3有關之在套筒構件發生的面壓與軸方向距離的關係之圖。

第12圖係放大實施形態3的變形例中的轉子構件的構成的一部分之縱剖面圖。

第13圖係放大實施形態4中的轉子構件的構成的一部分之縱剖面圖。

第14圖係顯示實施形態5之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。

第15圖係放大實施形態6之旋轉電機的轉子的構成的一部分之縱剖面圖。

第16圖係放大實施形態7之旋轉電機的轉子的構成的一部分之縱剖面圖。

以下，根據圖式來詳細說明本發明的實施形態之旋轉電機之轉子、旋轉電機及旋轉電機之轉子構件。惟本發明並不受此實施形態所限定。

實施形態1

第1圖係顯示本實施形態之旋轉電機的構成之縱剖面圖，第2圖係顯示本實施形態之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖，第3圖係顯示本實施形態之旋轉電機的轉子的構成之橫剖面圖，第4圖係第2圖的局部放大圖。此處， 第1及第2圖係根據包含旋轉軸線A之剖面的剖面圖，第2圖係第3圖中的II-II線的剖面圖，第3圖係第2圖中的III-III線的剖面圖。

本實施形態之旋轉電機1係具備有：環狀的定子2、配置於定子2的內側之轉子3、以及固定至轉子3之作為轉子軸之軸4。轉子3係本實施形態之旋轉電機之轉子。而且，轉子3如以下所說明的，係表面永久磁鐵(SPM：Surface Permanent Magnet)型之轉子。圖示的例子中，旋轉電機1為電動機。

定子2係具備有：環狀的定子鐵芯(core)5、以及捲繞於定子鐵芯5之線圈(coil)6。定子鐵芯5係層疊複數片電磁鋼板而形成。線圈6係與電源引線(lead)7連接，電源引線7連接至未圖示之電源。

轉子3係與定子2隔著空隙部8而可旋轉地配置於定子2的內側。轉子3具備有：作為轉子構件之筒狀的套筒構件9、在套筒構件9的外周面上相分開地排列於圓周方向之複數個永久磁鐵10、配置於在圓周方向相鄰的永久磁鐵10間的間隙之複數個間隙構件11、以及在圓周方向覆蓋住複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11之補強構件12。

「圓周方向」係指套筒構件9的圓周方向。以下，「徑方向」係指套筒構件9的直徑方向，「軸方向」係指套筒構件9的軸方向。「軸方向」等於旋轉軸線A之方向。

套筒構件9在軸方向形成有貫通孔15。亦即，套筒構件9具有內周面9a，該內周面9a形成貫通孔15，而該貫通孔15係用來供與軸方向平行或具有錐面狀的角度之軸(shaft)4貫通。套筒構件9係由金屬磁性材料所形成，在本實施形態中係由鋼管所形成。

組裝時，係將軸4壓入貫通孔15。壓入時可搭配膨脹配合(expansion fit)或收縮配合(shrinkage fit)而進行。軸4貫通貫通孔15，套筒構件9就固定於軸4。內周面9a的形狀及尺寸係考慮緊配合量而決定。軸4係由鋼材所形成。軸4形成有中空孔16。軸4亦可為實心的軸。第1圖中只顯示了軸4的一部分。

套筒構件9具有在軸方向相分開的端部9b,9c。端部9b係第一端部，端部9c係第二端部。在此處，端部9b為凸緣狀。亦即，端部9b係形成為凸緣部。除了端部9b以外之套筒構件9的外周面，係具有相同的外徑之圓筒面，此圓筒面的外徑係比端部9b的外徑小。端部9b的肉厚係比套筒構件9的其他部分厚。除了端部9b以外之套筒構件9的厚度，亦可形成得更薄些，來使軸4的壓入作業容易進行。除了端部9b以外之套筒構件9的厚度，亦即套筒構件9的厚度較薄部分的厚度，係不管軸方向的位置為何都在1mm至10mm的範圍內。端部9b係為了抑制套筒構件9本身在軸4壓入時屈曲變形而形成為凸緣狀。「厚度」係指徑方向的厚度。

內周面9a係具有：內徑隨著從端部9b朝向 端部9c而連續地縮小之作為第一錐面之錐面9a-1以及內徑隨著從端部9c朝向端部9b而連續地縮小之作為第二錐面之錐面9a-2。亦即，錐面9a-1係從端部9b開始越往端部9c越連續地朝向徑方向內側縮徑，錐面9a-2從端部9c開始越往端部9b越連續地朝向徑方向內側縮徑。錐面9a-1係與錐面9a-2連接。錐面9a-1係從套筒構件9的端部9b側的端面開始在軸方向形成一定的長度。錐面9a-2係從套筒構件9的端部9c側的端面開始在軸方向形成一定的長度。

錐面9a-1包含形成為凸緣部之端部9b的內周面，且延伸達到套筒構件9的厚度較薄部分的內周面。但是，錐面9a-1在軸方向並不會向端部9c側延伸到超過永久磁鐵10的端面10a的位置。亦即，錐面9a-1雖然從端部9b的內周面延伸達到套筒構件9的厚度較薄部分的內周面，但仍在不超過永久磁鐵10的端面10a的位置之範圍內。端面10a係永久磁鐵10的端部9b側的端面，端面10b係永久磁鐵10的端部9c側的端面。

錐面9a-1係相對於軸方向有一定的傾斜角度之線性錐面。同樣的，錐面9a-2也是相對於軸方向有一定的傾斜角度之線性錐面。第4圖中，將錐面9a-2的傾斜角度的大小表示成θ₁，將錐面9a-1的傾斜角度的大小表示成θ₂。傾斜角度θ₁,θ₂雖然係依最高旋轉速度及緊配合量而定，但若考慮組裝作業性的話，最好設定在0°至10°之範圍內。

複數個永久磁鐵10係在套筒構件9的外周面上在圓周方向等間隔排列配置。複數個永久磁鐵10以接著劑黏貼固定於套筒構件9的外周面。同樣的，複數個間隙構件11也是在套筒構件9的外周面上在圓周方向等間隔排列配置。複數個間隙構件11也利用接著劑黏貼固定於套筒構件9的外周面。永久磁鐵10間的間隙由間隙構件11加以填補起來。在圖示的例子中，永久磁鐵10的個數及間隙構件11各為四個。

永久磁鐵10的橫剖面形狀，係徑方向的厚度為一定之圓弧狀。永久磁鐵10的縱剖面形狀係為矩形。永久磁鐵10的軸方向的長度，係比套筒構件9的軸方向的長度還短。永久磁鐵10係配置於除了端部9b,9c之外的套筒構件9的外周面上。

間隙構件11的橫剖面形狀，係徑方向的厚度為一定之圓弧狀。但是，間隙構件11的圓周方向的長度係比永久磁鐵10的圓周方向的長度還短。間隙構件11的縱剖面形狀係為矩形。間隙構件11的軸方向的長度，係與永久磁鐵10的軸方向的長度相等。

永久磁鐵10係稀土類磁鐵或鐵氧體磁鐵(ferrite magnet)。間隙構件11係由非磁性材料所形成。具體而言，間隙構件11係由不鏽鋼、鋁合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。

補強構件12係覆蓋住複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11的外周面。補強構件12係圓筒狀，係 與套筒構件9同軸而配置。補強構件12的軸方向的長度，係與永久磁鐵10的軸方向的長度相等。補強構件12係用來抑制複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11由於旋轉時的離心力而從套筒構件9的剝離。

補強構件12係由非磁性材料所形成。因為補強構件12的目的在於補強，所以係採用每單位重量的拉伸強度較高之材料。具體而言，補強構件12係由碳纖維強化塑膠(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)、玻璃纖維強化塑膠(GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics)、合成纖維、鈦或不鏽鋼所形成。採用CFRP或GFRP來形成補強構件12之情況，係直接將纖維束或帶狀的纖維捲繞在複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11的外周面來形成補強構件12。

旋轉電機1係配置在外殼(housing)20內，且將定子2固定於外殼20。定子2係藉由膨脹配合、收縮配合或壓入配合而固定於外殼20的內周面。

接著，針對本實施形態之旋轉電機的製造方法進行說明。第5圖係顯示本實施形態之旋轉電機的製造方法之流程圖。

首先，在步驟S1，製作出套筒構件9。套筒構件9係藉由對鋼管的外周面及內周面進行切削加工而形成。接著，在步驟S2，將複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11黏貼在套筒構件9的外周面。將間隙構件11配置成填滿在圓周方向相鄰的永久磁鐵10間的間隙。再來， 在步驟S3，以補強構件12覆蓋住複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件11的外周面。並且，在步驟S4，從端部9c側將軸4壓入貫通孔15，使軸4貫通貫通孔15，使套筒構件9固定於軸4。此時，係以將凸緣狀的端部9b支持住的狀態將軸4壓入套筒構件9。然後，在定子2的內側配置已設有軸4之轉子3。

接著，與比較例相比較來說明本實施形態的效果。第6圖係顯示在比較例之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。第6圖係為與第4圖一樣之局部放大圖。第6圖中，與第4圖所示的構成元素一樣的構成元素都標以相同的符號。

比較例之轉子(轉子101)係具有套筒構件109。套筒構件109與第4圖所示的套筒構件9之不同點，在於套筒構件109的內周面109a的形狀與第4圖所示的內周面9a的形狀不同。具體而言，內周面109a係由相對於軸方向之傾斜角度一定之單一的線性錐面所構成，內周面109a係從套筒構件109的凸緣狀的端部109b開始越往套筒構件109的未圖示的端部越連續地且線性地向徑方向外側擴大。轉子101的其他構成都與第2圖所示之轉子3的構成一樣。

第6圖顯示將軸104壓入時作用於套筒構件109的內周面109a之應力30,31。軸104係從套筒構件109的未圖示的端部側壓入套筒構件109。內周面109a係由單一的線性錐面所構成，內周面109a的內徑係從套筒構件 109的未圖示的端部開始越往端部109b越連續地且線性地變窄，所以作用於肉厚較厚且剛性較高的端部109b之應力31，會比作用於肉厚的變動較少之套筒構件109的厚度較薄部分之應力30大。作用於端部109b之應力31會使軸壓入作業的作業性降低。

第7圖係顯示在本實施形態之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。第7圖係為與第4圖一樣之局部放大圖。第7圖中，與第4圖所示的構成元素一樣的構成元素都標以相同的符號。

第7圖顯示將軸4壓入時作用於套筒構件9的內周面9a之應力32。軸4係從第2圖所示之端部9c側壓入套筒構件9。本實施形態中，內周面9a係由傾斜方向相互不同的錐面9a-1及錐面9a-2所構成。尤其，錐面9a-1從與錐面9a-2的交界開始越往端部9b越向徑方向外側擴大，來緩和套筒構件9與軸4之間的緊配合量。

因此，與比較例中的應力31相比較，作用於端部9b之應力32會減低，且可做到與作用於套筒構件9的厚度較薄部分之應力32均等。換言之，本實施形態可減低作用於肉厚較厚且剛性較高的端部9b之應力32，軸壓入作業會變容易。

如上述，端部9b無須保持永久磁鐵10，所以利用錐面9a-1來緩和緊配合量而緩和作用於端部9b的面壓。另一方面，除了端部9c之外的套筒構件9的厚度較薄部分必須保持永久磁鐵10，所以利用錐面9a-2來確保緊 配合量。

根據本實施形態，支持著形成為凸緣部之端部9b而將軸4壓入，可抑制套筒構件9之屈曲。因此，轉子3的品質會提高。

又，根據本實施形態，內周面9a包含有錐面9a-1，所以可減低軸4的壓入力，使製作轉子3時的作業性提高。

本實施形態中，雖使錐面9a-2由線性錐面所構成，但不限於此。此點在錐面9a-1也一樣。錐面9a-1,9a-2亦可為相對於軸方向之傾斜角度會變化之非線性錐面。

又，雖使錐面9a-2由單一的線性錐面所構成，但不限於此，亦可構成為由相對於軸方向之傾斜角度相互不同的複數個線性錐面相接而構成的形態。在此情況，複數個線性錐面的傾斜角度的大小，可設定為隨著從端部9c朝向端部9b而依序減小之形態。此點在錐面9a-1也一樣，錐面9a-1亦可構成為由相對於軸方向之傾斜角度相互不同的複數個線性錐面相接而構成的形態。在此情況，複數個線性錐面的傾斜角度的大小，可設定為隨著從端部9b朝向端部9c而依序減小之形態。

又，本實施形態中，雖使除了端部9b之外之套筒構件9的厚度，亦即套筒構件9的厚度較薄部分的厚度在1mm至10mm之範圍內，但亦可依據套筒構件9的材質而設成該範圍外的厚度。

本實施形態中，使永久磁鐵10的個數為四 個，但永久磁鐵10的個數並不限於此。永久磁鐵10的個數係依據轉子3的極數而決定。此外，永久磁鐵10亦可在軸方向做分割。在間隙構件11方面，也與永久磁鐵10一樣。

本實施形態中，間隙構件11係由非磁性材料所形成。藉由採用非磁性材料來形成間隙構件11，而抑制在套筒構件9及間隙構件11的內部之磁通短路損耗(loss)。間隙構件11亦可由非磁性材料以外的材料所形成。

另外，間隙構件11亦可選用比重與永久磁鐵10的比重相等之種類的材料。藉此，使作用於間隙構件11及永久磁鐵10之離心力均等，因而可抑制在補強構件12的局部之應力集中。

又，間隙構件11係為了提高永久磁鐵10的黏貼作業性及使作用於補強構件12之應力均等化而設置者，亦可予以省略。尤其，只要施加於補強構件12之應力不會超過補強構件12的疲勞強度，將間隙構件11省略就不會產生問題。另外，也可將複數個永久磁鐵10無間隙地排列配置在圓周方向，而不設置間隙構件11。

本實施形態中，補強構件12係由非磁性材料所形成。藉此，可抑制由於洩漏磁通而造成之旋轉電機1的輸出降低。補強構件12雖然具體而言係由碳纖維強化塑膠、玻璃纖維強化塑膠、合成纖維、鈦或不鏽鋼所形成，但亦可組合從此等材料中選出的數種材料來形成補強構件12。

本實施形態中，在端部9b與永久磁鐵10之間設有空間。藉此，而抑制磁通從永久磁鐵10的端部漏失。此外，亦可形成為加長永久磁鐵10的軸方向的長度，使端面10a與端部9b接觸之構成。但是，如此的話就會有磁通從永久磁鐵10經由端部9b而漏失之可能性。

實施形態2

第8圖係顯示本實施形態之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。第8圖中，與第2圖所示的轉子3的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

本實施形態之轉子3a係具備有作為轉子構件之筒狀的套筒構件35。套筒構件35具有形成貫通孔15之內周面35a。另外，套筒構件35具有在軸方向相分開的端部35b,35c。端部35b係第一端部，端部35c係第二端部。此處，端部35b,35c皆為凸緣狀。亦即，端部35b係形成為第一凸緣部，端部35c係形成為第二凸緣部。除了端部35b,35c以外之套筒構件35的外周面，係具有相同的外徑之圓筒面，此圓筒面的外徑係比端部35b,35c的外徑還小徑。端部35b,35c的肉厚係比套筒構件35的其他部分還厚。除了端部35b,35c以外之套筒構件35的厚度，亦即套筒構件35的厚度較薄部分的厚度，係不管軸方向的位置為何都在1mm至10mm的範圍內。

內周面35a係具有：內徑隨著從端部35b朝向端部35c而連續地縮小之作為第一錐面之錐面35a-1、以 及內徑隨著從端部35c朝向端部35b而連續地縮小之作為第二錐面之錐面35a-2,35a-3。亦即，第二錐面係由錐面35a-2,35a-3相連接而構成。錐面35a-1係與錐面35a-3連接。錐面35a-1係從套筒構件35的端部35b側的端面開始在軸方向形成一定的長度。錐面35a-2係從套筒構件35的端部35c側的端面開始在軸方向形成一定的長度。

錐面35a-1係相對於軸方向有一定的傾斜角度之線性錐面。錐面35a-1包含形成為第一凸緣部之端部35b的內周面，且延伸達到套筒構件35的厚度較薄部分的內周面。但是，錐面35a-1在軸方向並不會向端部35c側延伸到超過永久磁鐵10的端面10a的位置。亦即，錐面35a-1雖然從端部35b的內周面延伸達到套筒構件35的厚度較薄部分的內周面，但仍在不超過永久磁鐵10的端面10a的位置之範圍內。

錐面35a-2係相對於軸方向有一定的傾斜角度之線性錐面。錐面35a-2包含作為為第二凸緣部之端部35c的內周面，且延伸達到套筒構件35的厚度較薄部分的內周面。但是，錐面35a-2在軸方向並不會向端部35b側延伸到超過永久磁鐵10的端面10b的位置。亦即，錐面35a-2雖然從端部35c的內周面延伸達到套筒構件35的厚度較薄部分的內周面，但仍在不超過永久磁鐵10的端面10b的位置之範圍內。

錐面35a-3係相對於軸方向有一定的傾斜角度之線性錐面。但是，錐面35a-3的傾斜角度的大小係與 錐面35a-2的傾斜角度的大小不同。詳言之，錐面35a-2的傾斜角度的大小係比錐面35a-3的傾斜角度的大小還大。錐面35a-3配置於錐面35a-1與錐面35a-2之間。

錐面35a-1,35a-2,35a-3的傾斜角度的大小係設定在0°至10°之範圍內。

轉子3a的其他構成都與第2圖所示之轉子3的構成相同。另外，未圖示的軸係從端部35c側壓入套筒構件35。

本實施形態中，與實施形態1一樣，錐面35a-1從與錐面35a-3的交界開始越往端部35b越向徑方向外側擴大，來緩和套筒構件35與未圖示的軸之間的緊配合量。因此，作用於端部35b之應力可減小至與作用於套筒構件35的厚度較薄部分之應力一樣。

又，本實施形態中，係支持著形成為凸緣部之端部35b,35c而將未圖示的軸壓入，可抑制套筒構件35之屈曲。

又，本實施形態中，使錐面35a-2的傾斜角度的大小比錐面35a-3的傾斜角度的大小還大。藉此，緩和端部35c處之套筒構件35與未圖示的軸之間的緊配合量。因此，作用於端部35c之應力可減小至與作用於套筒構件35的厚度較薄部分之應力-樣。

本實施形態中，使內徑隨著端部35b朝向端部35c而連續地縮小之第一錐面為單一的線性錐面(亦即錐面35a-1)，以及使內徑隨著端部35c朝向端部35b而連續 地縮小之第二錐面為相連接的兩個線性錐面(亦即錐面35a-2,35a-3)。但不限定於如此的構造，亦可與實施形態1一樣，將第二錐面形成為單一的線性錐面。

又，還可將第二錐面構成為使相對於軸方向之傾斜角度相互不同的三個以上的線性錐面相連接之形態。在此情況，該三個以上的線性錐面的傾斜角度的大小，可設定為隨著從端部35c朝向端部35b而依序減小之形態。而且，關於該三個以上的線性錐面之中最靠近端部35c側的錐面，可將其範圍限制成在軸方向不會向端部35b側延伸到超過永久磁鐵10的端面10b。

又，第一錐面亦可構成為使相對於軸方向之傾斜角度相互不同的複數個線性錐面相連接之形態。在此情況，該複數個線性錐面的傾斜角度的大小，可設定為隨著從端部35b朝向端部35c而依序減小之形態。

本實施形態的其他構成、作用及效果，都與實施形態1一樣。

實施形態3

第9圖係顯示本實施形態之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。第9圖中，與第2圖所示的轉子3的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

本實施形態之轉子3b係具備有作為轉子構件之筒狀的套筒構件36。套筒構件36具有形成貫通孔15之內周面36a。另外，套筒構件36具有在軸方向相分開的端 部36b,36c。端部36b係第一端部，端部36c係第二端部。此處，端部36b為凸緣狀。亦即，端部36b係形成為凸緣部。除了端部36b以外之套筒構件36的外周面，係具有相同的外徑之圓筒面，此圓筒面的外徑係比端部36b的外徑還小徑。端部36b的筒壁厚度係比套筒構件36的其他部分還厚。除了端部36b以外之套筒構件36的厚度，亦即套筒構件36的厚度較薄部分的厚度，係不管軸方向的位置為何都在1mm至10mm的範圍內。

內周面36a係內徑隨著從端部36c朝向端部36b而斷續地縮小。亦即，內周面36a係除了溝部37之外其內徑隨著從端部36c朝向端部36b而連續地縮小。內周面36a形成有溝部37，所以內周面36a係從端部36c往端部36b斷續地向徑方向內側縮小。

詳言之，內周面36a在與端部36b鄰接之處形成有環繞一周之環狀的溝部37。溝部37在整個圓周方向都為相同的深度。溝部37的橫剖面形狀為矩形。溝部37在軸方向不會向端部36c側擴展到超過永久磁鐵10的端面10a的位置。亦即，溝部37雖然在軸方向與端部36b鄰接而配置，但係在並未超過永久磁鐵10的端面10a的位置之範圍內。

內周面36a係若除去溝部37不算的話為相對於軸方向具有一定的傾斜角度之線性錐面。此處，傾斜角度的大小係設定在0°至10°之範圍內。亦即，內周面36a可看成是有一處(亦即溝部37)中斷之相對於軸方向的傾斜 角度的大小為一定之線性錐面。

第10圖係顯示在本實施形態之轉子的製作中將軸壓入時的應力發生狀態之圖。第10圖係為與第7圖一樣之局部放大圖。第10圖中，與第7圖所示的構成元素一樣的構成元素都標以相同的符號。

第10圖顯示將軸4b壓入時作用於套筒構件36的內周面36a之應力40,41。軸4b係從第9圖所示之端部36c側壓入套筒構件36。本實施形態中，因為與形成為凸緣部之端部36b鄰接而設置溝部37，所以套筒構件36的厚度會因為溝部37而變薄，而緩和從軸4b作用於端部36b之應力40。因此，有可能使作用於端部36b之應力40與作用於除了溝部37之外的套筒構件36的厚度較薄部分之應力40均等。

如上述，本實施形態藉由在軸方向在端部36b與永久磁鐵10之間於套筒構件36設置溝部37，而減低作用於端部36b之應力40。

而且，可使作用於溝部37之應力41比作用於套筒構件36的其他部分之應力40更小。

轉子3b的其他構成，都與第2圖所示之轉子3的構成一樣。

第11圖係顯示在套筒構件發生的面壓與軸方向距離的關係之圖。面壓係對應於上述的應力40,41。

第11圖的上段，將本實施形態之轉子3b與第6圖所示的比較例之轉子101的縱剖面構成的一部分予 以相互重疊顯示。轉子3b係在轉子101的架構上設置溝部37而構成者，利用虛線在轉子101上標示出溝部37來表示轉子3b。

第11圖的下段，顯示有表示套筒構件36的軸方向距離與在內周面36a發生的面壓的關係之曲線L1、以及表示套筒構件109的軸方向距離與在內周面109a發生的面壓的關係之曲線L2。軸方向距離的單位為mm，面壓的單位為MPa。如第11圖所示，設置溝部37，可相較於比較例減低在形成為凸緣部之端部36b發生的面壓。

根據本實施形態，支持著形成為凸緣部之端部36b而將軸4b壓入套筒構件36，可抑制套筒構件36之屈曲。因此，轉子3b的品質會提高。

又，根據本實施形態，在內周面36a之與端部36b鄰接之處設有溝部37，所以可減低軸4b的壓入力，使製作轉子3b時的作業性提高。

本實施形態中，雖使溝部37的橫剖面形狀為矩形，但不限於此。舉一個例子來說，亦可使溝部37的橫剖面形狀為半圓形。本實施形態的其他構成、作用及效果都與實施形態1一樣。

第12圖係放大本實施形態的變形例中的轉子構件的構成的一部分之縱剖面圖。第12圖中，與第10圖所示的構成元素相同的構成元素都標以相同的符號。

本變形例中之作為轉子構件之套筒構件36，係與實施形態3一樣具有內徑隨著從端部36c朝向端部36b 而斷續地縮小之內周面36a。但是，本變形例之內周面36a係由中間隔著溝部37之相對於軸方向的傾斜角度的大小相互不同之兩個錐面36a-1,36a-2所構成。錐面36a-1,36a-2皆為線性錐面。

第12圖中，以θ₁表示錐面36a-2其相對於軸方向的傾斜角度的大小，以θ₃表示錐面36a-1其相對於軸方向的傾斜角度的大小。就圖示的例子而言，傾斜角度θ₃係比傾斜角度θ₁還小。

本變形例與實施形態3一樣在內周面36a設有與端部36b鄰接之溝部37，因而減低軸壓入力。

又，本變形例中，使傾斜角度θ₃比傾斜角度θ₁還小，因而緩和在端部36b之緊配合量，而更緩和作用於端部36b之應力。本變形例的其他構成、作用及效果都與實施形態3一樣。

雖然上面說明的是使傾斜角度θ₃比傾斜角度θ₁還小，但亦可使傾斜角度θ₃比傾斜角度θ₁還大。

實施形態4

第13圖係放大本實施形態中的轉子構件的構成的一部分之縱剖面。第13圖中，與第9圖所示的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

本實施形態中之作為轉子構件之套筒構件39，係除了內周面39a的形狀之外，具有與第9圖所示的套筒構件36相同之形狀。亦即，套筒構件39具有形成為 凸緣部之端部39b及第13圖中未顯示之端部。此處，第13圖中未顯示之端部，係與第9圖所示之端部36c相當之端部。端部39b係第一端部，第13圖中未顯示之端部係第二端部。另外，在套筒構件39的內周面39a之與端部鄰接之處設有溝部37。

內周面39a係由中間隔著溝部37之相對於軸方向的傾斜角度的大小不同之兩個錐面39a-1,39a-2所構成。亦即，錐面39a-1透過溝部37與錐面39a-2連接。此處，錐面39a-1係為內徑隨著從端部39b朝向未圖示的端部而連續地縮小之線性錐面。錐面39a-2係為內徑隨著從未圖示的端部朝向端部39b而連續地縮小之線性錐面。

第13圖中，以θ₁表示錐面39a-2其相對於軸方向的傾斜角度的大小，以θ₄表示錐面39a-1其相對於軸方向的傾斜角度的大小。就圖示的例子而言，傾斜角度θ₄係比傾斜角度θ₁還小，但亦可使傾斜角度θ₄大於等於傾斜角度θ₁。

本實施形態的其他構成都與實施形態3一樣。本實施形態可產生與實施形態3一樣之效果。

又，本實施形態中之套筒構件39可看成是在第2圖所示的實施形態1中的套筒構件9設置溝部37而構成者。因此，本實施形態也可產生與實施形態1一樣之效果。

實施形態5

第14圖係顯示本實施形態之旋轉電機的轉子的構成之縱剖面圖。第14圖中，與第9圖所示的轉子3b的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

本實施形態之轉子3c係具有作為轉子構件之筒狀的套筒構件45。套筒構件45具有形成貫通孔15之內周面45a。另外，套筒構件45具有在軸方向相分開的端部45b,45c。端部45b係第一端部，端部45c係第二端部。此處，端部45b,45c皆為凸緣狀。亦即，端部45b係形成為第一凸緣部，端部45c係形成為第二凸緣部。除了端部45b,45c以外之套筒構件45的外周面，係具有相同的外徑之圓筒面，此圓筒面的外徑係比端部45b,45c的外徑還小徑。端部45b,45c的筒壁厚度係比套筒構件45的其他部分還厚。除了端部45b,45c以外之套筒構件45的厚度，亦即套筒構件45的厚度較薄部分的厚度，係不管軸方向的位置為何都在1mm至10mm的範圍內。

內周面45a係內徑隨著從端部45c朝向端部45b而斷續地縮小。亦即，在內周面45a形成有溝部46a,46b，所以內周面45a係隨著從端部45c朝向端部45b而斷續地向徑方向內側縮小。

詳言之，內周面45a在與端部45b鄰接之處形成有環繞一周之環狀的溝部46a、在與端部45c鄰接之處形成有環繞一周之環狀的溝部46b。溝部46a,46b兩者都是，在整個圓周方向都為相同的深度。溝部46a,46b的橫剖面形狀都為矩形。溝部46a在軸方向不會向端部45c 側擴展到超過永久磁鐵10的端面10a的位置。亦即，溝部46a雖然在軸方向與端部45b鄰接而配置，但係在並未超過永久磁鐵10的端面10a的位置之範圍內。溝部46b在軸方向不會向端部45b側擴展到超過永久磁鐵10的端面10b的位置。亦即，溝部46b雖然在軸方向與端部45c鄰接而配置，但係在並未超過永久磁鐵10的端面10b的位置之範圍內。

內周面45a係若除去46a,46b不算的話為相對於軸方向具有一定的傾斜角度之線性錐面。此處，傾斜角度的大小係設定在0°至10°之範圍內。亦即，內周面45a可看成是有兩處(亦即溝部46a,46b)中斷之相對於軸方向的傾斜角度的大小為一定之線性錐面。

本實施形態中，在內周面45a之與端部45b鄰接之處設有溝部46a，所以會產生與實施形態3一樣之效果。

又，本實施形態中，在內周面45a之與端部45c鄰接之處設有溝部46b，所以在軸壓入時也可減低作用於端部45c之應力。

又，本實施形態中，係支持著形成為凸緣部之端部45b,45c而將未圖示的軸壓入套筒構件45，因此可抑制套筒構件45之屈曲。

又，本實施形態中，雖使溝部46a,46b的橫剖面形狀為矩形，但不限於此。舉一個例子來說，亦可使溝部46a,46b的橫剖面形狀為半圓形。本實施形態的其他 構成、作用及效果都與實施形態3一樣。

實施形態6

第15圖係放大本實施形態之旋轉電機的轉子的構成的一部分之縱剖面圖。第15圖中，與第2圖所示的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

如第15圖所示，本實施形態之轉子3d係在凸緣狀的端部9b與永久磁鐵10之間設有襯圈50。襯圈50係夾在端部9b與永久磁鐵10之間。而且，襯圈50係配置在套筒構件9的外周面上。襯圈50係由非磁性材料所形成。具體而言，襯圈50係由不鏽鋼、鋁合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。

襯圈50為環狀，襯圈50的內周面及外周面分別形成為圓筒面。襯圈50的外徑，係與由複數個永久磁鐵10及第15圖中未顯示的複數個間隙構件所構成的圓筒狀的外周面的外徑相等。而且，如實施形態1中說明過的，亦可為不設置複數個間隙構件之構成。另外，端部9b的外周面係形成為圓筒面，且端部9b的外徑比襯圈50的外徑還大。

補強構件12a的軸方向的長度，係比永久磁鐵10的軸方向的長度還長，比套筒構件9的軸方向的長度還短。補強構件12a也覆蓋住襯圈50的外周面。

本實施形態中，在端部9b與永久磁鐵10之間設置襯圈50，可使直接將補強構件12捲繞在複數個永 久磁鐵10及複數個間隙構件上之際的作業性提高。亦即，在襯圈50不存在之情況，必須將補強構件12捲繞成不超出永久磁鐵10的端面10a，但在如圖示之襯圈50存在的情況，只要將補強構件12捲繞在包含襯圈50的外周面在內之複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件的外周面上即可，捲繞作業會變容易。

又，本實施形態中，襯圈50係由非磁性材料所形成，因此可抑制磁通從永久磁鐵10的端部漏失。

本實施形態的其他構成、作用及效果，皆與實施形態1一樣。另外，本實施形態也可應用於實施形態2。亦即，在第8圖中，可在端部35b與永久磁鐵10之間設置襯圈，在端部35c與永久磁鐵10之間設置另一個襯圈。此情況也可產生與本實施形態一樣之效果。

實施形態7

第16圖係放大本實施形態之旋轉電機的轉子的構成的一部分之縱剖面圖。第16圖中，與第9、第12圖所示的構成元件相同的構成元件都標以相同的符號。

如第16圖所示，本實施形態之轉子3e係在凸緣狀的端部36b與永久磁鐵10之間設有襯圈51。襯圈51係夾在端部36b與永久磁鐵10之間。而且，襯圈51係配置在套筒構件36的外周面上。襯圈51係由非磁性材料所形成。具體而言，襯圈51係由不鏽鋼、鋁合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。

襯圈51為環狀，襯圈51的內周面及外周面分別形成為圓筒面。襯圈51的外徑，係與由複數個永久磁鐵10及第16圖中未顯示的複數個間隙構件所構成的圓筒狀的外周面的外徑相等。而且，如實施形態6中說明過的，亦可為不設置複數個間隙構件之構成。另外，端部36b的外周面係形成為圓筒面，且端部36b的外徑比襯圈51的外徑還大。

補強構件12a的軸方向的長度，係比永久磁鐵10的軸方向的長度還長，比套筒構件36的軸方向的長度還短。補強構件12a也覆蓋住襯圈51的外周面。

此外，內周面36a係由中間隔著溝部37之兩個錐面36a-1,36a-2所構成之點，與第12圖一樣。

本實施形態中，在端部36b與永久磁鐵10之間設置襯圈51，可使直接將補強構件12捲繞在複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件上之際的作業性提高。亦即，在襯圈51不存在之情況，必須將補強構件12捲繞成不超出永久磁鐵10的端面10a，但在如圖示之襯圈51存在的情況，只要將補強構件12捲繞在包含襯圈51的外周面在內之複數個永久磁鐵10及複數個間隙構件的外周面上即可，捲繞作業會變容易。

又，本實施形態中，襯圈51係由非磁性材料所形成，因此可抑制磁通從永久磁鐵10的端部漏失。

本實施形態的其他構成、作用及效果，皆與實施形態3、6一樣。另外，本實施形態也可應用於實施形 態5。亦即，在第14圖中，可在端部45b與永久磁鐵10之間設置襯圈，在端部45c與永久磁鐵10之間設置另一個襯圈。此情況也可產生與本實施形態一樣之效果。

以上的實施形態所揭示的構成，表示的只是本發明的內容的一例，本發明還可將該構成與別的公知的技術相組合、或在未脫離本發明的主旨之範圍內省略或變更構成的一部分。

3‧‧‧轉子

9‧‧‧套筒構件

9a‧‧‧內周面

9a-1,9a-2‧‧‧錐面

9b,9c‧‧‧端部

10‧‧‧永久磁鐵

10a,10b‧‧‧端面

12‧‧‧補強構件

15‧‧‧貫通孔

A‧‧‧旋轉軸線

Claims (19)

1. 一種旋轉電機之轉子，具備有：筒狀的套筒構件，係具有在軸方向相分開的第一端部及第二端部以及形成與前述軸方向平行的軸可貫通的貫通孔之內周面；複數個永久磁鐵，係在前述套筒構件的外周面上排列於圓周方向；以及筒狀的補強構件，係覆蓋住前述複數個永久磁鐵的外周面；前述第一端部係凸緣部，前述內周面係具有：內徑隨著從前述第一端部朝向前述第二端部而連續地縮小之第一錐面以及內徑隨著從前述第二端部朝向前述第一端部部而連續地縮小之第二錐面。
2. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機之轉子，其中，前述第一錐面係相對於前述軸方向之傾斜角度的大小為定值之線性錐面，前述第二錐面係相對於前述軸方向之傾斜角度的大小為定值之線性錐面，且前述第一錐面與前述第二錐面相連接。
3. 如申請專利範圍第2項之旋轉電機之轉子，其中，前述第一錐面在前述軸方向並不超過前述複數個永久磁鐵的前述第一端部側的端面的位置。
4. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機之轉子，其中， 前述補強構件的前述軸方向的長度，係比前述複數個永久磁鐵的前述軸方向的長度還長，前述複數個永久磁鐵與前述第一端部之間設有環狀的襯圈，前述補強構件係覆蓋住前述複數個永久磁鐵及前述襯圈的外周面。
5. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機之轉子，其中，前述第二端部係為與前述凸緣部不同之另一個凸緣部，前述第一錐面係相對於前述軸方向之傾斜角度的大小為定值之線性錐面，前述第二錐面係由相對於前述軸方向之傾斜角度的大小分別為定值且互不相同之兩個線性錐面相連接而構成，且構成前述第二錐面之兩個線性錐面之中之前述第二端部側的線性錐面的傾斜角度的大小，係比構成前述第二錐面之兩個線性錐面之中之前述第一端部側的線性錐面的傾斜角度的大小還大。
6. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機之轉子，其中，在前述內周面形成有與前述第一端部鄰接且在前述套筒構件的圓周方向環繞一圈之環狀的溝部，前述第一錐面係相對於前述軸方向之傾斜角度的大小為定值之線性錐面，前述第二錐面係相對於前述軸方向之傾斜角度的 大小為定值之線性錐面，且前述第一錐面係透過前述溝部與前述第二錐面相連接。
7. 如申請專利範圍第1項之旋轉電機之轉子，其中，前述第一錐面之相對於前述軸方向之傾斜角度的大小係在0°至10°之範圍內，前述第二錐面之相對於前述軸方向之傾斜角度的大小係在0°至10°之範圍內。
8. 一種旋轉電機之轉子，具備有：筒狀的套筒構件，係具有在軸方向相分開的第一端部及第二端部以及形成與前述軸方向平行的軸可貫通的貫通孔之內周面；複數個永久磁鐵，係在前述套筒構件的外周面上排列於圓周方向；以及筒狀的補強構件，係覆蓋住前述複數個永久磁鐵的外周面；前述第一端部係凸緣部，在前述內周面，形成有與前述第一端部鄰接且在前述套筒構件的圓周方向環繞一圈之環狀的溝部，前述內周面係具有：內徑隨著從前述第二端部朝向前述第一端部而斷續地縮小之錐面。
9. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機之轉子，其中，前述內周面係若除了前述溝部以外為相對於前述軸方向具有一定的傾斜角度之線性錐面。
10. 如申請專利範圍第9項之旋轉電機之轉子，其中， 前述溝部在前述軸方向並不超過前述複數個永久磁鐵的前述第一端部側的端面的位置。
11. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機之轉子，其中，前述內周面係由中間隔著前述溝部之相對於前述軸方向之傾斜角度的大小分別為定值且互不相同之兩個線性錐面所構成。
12. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機之轉子，其中，前述第二端部係為與前述凸緣部不同之另一個凸緣部，且在前述內周面形成有與前述溝部不同之另一個環狀的溝部，前述另一個溝部係與前述第二端部鄰接且在前述套筒構件的圓周方向環繞一圈而形成。
13. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機之轉子，其中，前述補強構件的前述軸方向的長度，係比前述複數個永久磁鐵的前述軸方向的長度還長，前述複數個永久磁鐵與前述第一端部之間設有環狀的襯圈，前述補強構件係覆蓋住前述複數個永久磁鐵及前述襯圈的外周面。
14. 如申請專利範圍第8項之旋轉電機之轉子，其中，前述錐面之相對於前述軸方向之傾斜角度的大小係在0°至10°之範圍內。
15. 如申請專利範圍第1或8項之旋轉電機之轉子，其中， 除了前述第一端部及前述第二端部之外之前述套筒構件的厚度，係不管軸方向的位置為何都在1mm至10mm的範圍內。
16. 如申請專利範圍第1或8項之旋轉電機之轉子，其中，前述補強構件係由碳纖維強化塑膠、玻璃纖維強化塑膠、合成纖維、鈦、或不鏽鋼所形成。
17. 一種旋轉電機，具備有：環狀的定子、以及配置在前述定子的內側之申請專利範圍第1或8項記載之旋轉電機之轉子。
18. 一種旋轉電機之轉子構件，係由具有在軸方向相分開的第一端部及第二端部以及形成與前述軸方向平行的軸可貫通的貫通孔之內周面之筒狀的套筒構件所構成，前述第一端部係凸緣部，前述內周面係具有：內徑隨著從前述第一端部朝向前述第二端部而連續地縮小之第一錐面以及內徑從前述第二端部往前述第一端部連續地縮小之第二錐面。
19. 一種旋轉電機之轉子構件，係由具有在軸方向相分開的第一端部及第二端部以及形成與前述軸方向平行的軸可貫通的貫通孔之內周面之筒狀的套筒構件所構成，前述第一端部係凸緣部，在前述內周面形成有與前述第一端部鄰接且在前述套筒構件的圓周方向環繞一圈之環狀的溝部，前述內周面係具有內徑隨著從前述第二端部朝向前述第一端部而斷續地縮小之錐面。