WO2019150499A1 - 回転子部材、回転子及び回転電機 - Google Patents

回転子部材、回転子及び回転電機 Download PDF

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WO2019150499A1
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sleeve
rotor
peripheral surface
rotor member
outer peripheral
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Inventor
佳樹 岡田
由晴 ▲高▼島
勇樹 工藤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a rotor member using a permanent magnet as a field, a rotor, and a synchronous rotating electric machine.
  • the rotor used in a synchronous rotating electric machine has a structure in which a rotor member is attached to a shaft.
  • the rotor member has a structure in which a permanent magnet is fixed to a sleeve into which a shaft is inserted.
  • a permanent magnet is fixed to a sleeve into which a shaft is inserted.
  • Patent Document 1 the permanent magnet attached to the outer peripheral surface of the sleeve is covered with a reinforcing member made of a high-strength synthetic material such as carbon fiber reinforced plastic so that the permanent magnet is removed from the sleeve by centrifugal force during high-speed rotation.
  • a reinforcing member made of a high-strength synthetic material such as carbon fiber reinforced plastic so that the permanent magnet is removed from the sleeve by centrifugal force during high-speed rotation.
  • the frictional force between the permanent magnet and the outer peripheral surface of the sleeve depends on the interference when the shaft is inserted into the sleeve. That is, the larger the outer diameter of the press-fitted shaft is, the larger the interference is, the stronger the permanent magnet is pressed against the reinforcing member, and the greater the frictional force between the permanent magnet and the outer peripheral surface of the sleeve.
  • the value to be set for the interference when the shaft is inserted into the sleeve inevitably increases.
  • the interference is increased, the amount of deformation of the sleeve increases, and the sleeve may not be uniformly deformed, and irregularities may occur on the outer peripheral portion.
  • the spatial distance between the stator and the permanent magnet is a point that greatly affects the characteristics of the rotating electrical machine, and if there is a change in the spatial distance between the stator and the permanent magnet, the important characteristics of the motor such as induced voltage and cogging torque Affect.
  • Patent Document 1 since a crimping margin is added by press-fitting a tapered shaft into the sleeve, a difference occurs in the thickness of the sleeve after the shaft is press-fitted. It is conceivable to change the magnet shape in order to suppress the difference in the deformation amount of the sleeve due to the press-fitting of the shaft. However, since it is necessary to change the shape of each magnet, the labor of processing increases, resulting in It becomes a factor of cost increase.
  • the present invention has been made in view of the above, and when the shaft is press-fitted, a rotor member is obtained in which the distance from the central axis to the outer peripheral surface of the permanent magnet is prevented from varying depending on the position in the axial direction. With the goal.
  • the present invention provides a cylindrical sleeve, a plurality of permanent magnets disposed on the outer peripheral side of the sleeve, and a cylinder disposed on the outer peripheral side of the plurality of permanent magnets.
  • Shaped reinforcing member The inner peripheral surface of the sleeve is a first tapered surface that is closer to the central axis of the sleeve toward one end of the sleeve.
  • the outer peripheral surface of the sleeve is a second tapered surface that approaches the central axis toward the other end portion of the sleeve.
  • the rotor member according to the present invention has an effect that when the shaft is press-fitted, the distance from the central axis to the outer peripheral surface of the permanent magnet can be suppressed from varying depending on the position in the axial direction.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a longitudinal sectional view of a rotor member according to Embodiment 1.
  • FIG. Cross-sectional view of rotor member according to Embodiment 1 The figure which shows the deformation
  • FIG. 1 Vertical section of another rotor member according to Embodiment 1 Longitudinal sectional view of a rotor member according to Embodiment 2 of the present invention The figure which shows the deformation
  • FIG. 2 shows the deformation
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rotor member according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor member according to the first embodiment. 2 shows a cross section taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 shows a cross section taken along line III-III in FIG.
  • the rotating electrical machine 1a according to the first embodiment is capable of rotating inwardly in the radial direction of the stator 9, a housing 10b having an internal space 10a, an annular stator 9 that is stationary and fixed in the internal space 10a of the housing 10b. And a rotor 1b installed on the machine.
  • the stator 9 has a stator core 7 and a plurality of coils 8 that are spaced apart from each other in the circumferential direction of the stator core 7.
  • the stator core 7 can be formed by laminating thin magnetic steel sheets, but is not limited thereto. Electric power is transmitted to the plurality of coils 8 through a power line 81 connected to a power source installed outside the rotating electrical machine 1a.
  • the rotor 1b is used in a surface permanent magnet type synchronous rotating electric machine, also called an SPM (Surface Permanent Magnet) type.
  • the rotor 1 b includes a rotor member 60 that is a cylindrical structure, and a shaft 2 that penetrates the rotor member 60.
  • the rotor member 60 includes a cylindrical sleeve 31, a plurality of permanent magnets 4 a, 4 b, 4 c, 4 d attached to the outer peripheral surface of the sleeve 31 so as to be aligned in the circumferential direction, and permanent magnets 4 a, 4 b, 4 c.
  • the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d are rare earth magnets or ferrite magnets.
  • the sleeve 31 is made of a magnetic metal material such as structural carbon steel. Further, a flange portion 3c is formed at one end portion of the sleeve 31 to prevent the sleeve 31 itself from buckling and deforming due to stress concentration when the shaft 2 is inserted.
  • the sleeve 31 is formed with a through hole 3a penetrating in a direction along the central axis AX.
  • the inner peripheral surface 3b of the sleeve 31 forming the through hole 3a has a tapered shape.
  • the shaft 2 matching the shape of the inner peripheral surface 3b is press-fitted into the through hole 3a of the sleeve 31.
  • the shaft 2 may be fixed to the through hole 3a of the sleeve 31 by combining shrink fitting or cold fitting and press fitting.
  • the direction along the central axis AX is referred to as “axial direction”.
  • the shaft 2 of the illustrated rotor member 60 has the hollow hole 2a, the present invention is not limited to this, and the shaft 2 may be a solid shaft.
  • the plurality of permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are attached to the outer peripheral surface of the sleeve 31 with an adhesive.
  • four permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and four gap members 5a, 5b, 5c, 5d are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the cross-sectional shapes of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are the difference between the sectors cut out from two circles having different radii at the same central angle. This is the shape. Therefore, the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are both arcuate on the inner side and the outer side in the cross section.
  • the illustrated rotor member 60 includes four permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d. However, the number of permanent magnets can be increased or decreased according to the number of poles, and is limited to the four illustrated. It is not something.
  • the flange portion 3c and the permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d may be installed with a space therebetween or in close contact with each other. However, when the flange portion 3c and the permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d are brought into close contact with each other, it is necessary to consider magnetic flux leakage from the permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d through the flange portion 3c.
  • the gap members 5a, 5b, 5c and 5d are preferably formed of a material having a specific gravity close to that of the permanent magnets 4a, 4b, 4c and 4d.
  • the gap members 5a, 5b, 5c, and 5d are preferably formed of a non-magnetic material in consideration of the magnetic flux short-circuit loss in the sleeve 31 and the gap members 5a, 5b, 5c, and 5d, but the magnetic flux short-circuit loss can be allowed. In this case, it is not necessary to use a nonmagnetic material.
  • the gap members 5a, 5b, 5c, and 5d can be formed of stainless steel, aluminum alloy, copper alloy, iron alloy, or resin, but are not limited thereto.
  • the longitudinal sectional shapes of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are rectangular.
  • the axial lengths of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are shorter than the axial length of the sleeve 31.
  • the reinforcing member 6 suppresses the permanent magnets 4 a, 4 b, 4 c, 4 d and the gap members 5 a, 5 b, 5 c, 5 d from being peeled off from the sleeve 31 due to centrifugal force during high-speed rotation.
  • the gap members 5a, 5b, 5c, 5d are installed for the purpose of improving workability of the work of attaching the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and equalizing the stress applied to the reinforcing member 6. If the stress applied to the reinforcing member 6 is less than the fatigue strength of the reinforcing member 6, it can be omitted.
  • the inner peripheral surface 3b of the sleeve 31 is a first taper surface that is further away from the central axis AX in the axial direction as it is farther from the flange portion 3c, and the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 is centered as it is farther from the flange portion 3c in the axial direction. It is the 2nd taper surface which approaches axis AX.
  • the taper angle ⁇ of the inner peripheral surface 3b of the sleeve 31 varies depending on the rotational speed of the rotor 1b when the rotary electric machine 1a is operated and the required interference, but in the range of 0 ° to 10 ° in consideration of workability. It is preferable to set.
  • the taper angle ⁇ is an angle formed by the central axis AX and the inner peripheral surface 3b of the sleeve 31.
  • FIG. 4 is a view showing deformation of the sleeve when the shaft is press-fitted into the sleeve of the rotor member according to the first embodiment. Since the inner peripheral surface 3b and the outer peripheral surface 3e have opposite tapers, the sleeve 31 has a smaller thickness as it is farther from the flange portion 3c in the axial direction. As the thickness of the sleeve 31 decreases, the amount of deformation when the shaft 2 is press-fitted increases.
  • the taper angle ⁇ a of the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 is an angle for correcting a difference in deformation due to a difference in thickness of the sleeve 31.
  • the outer peripheral surface 3e has the taper angle ⁇ a, the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 is straight with no inclination with respect to the central axis AX after the shaft 2 is press-fitted into the sleeve 31. That is, when the shaft 2 is press-fitted into the sleeve 31, the distance from the central axis AX to the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d can be prevented from varying depending on the position in the axial direction. Therefore, when the rotating electrical machine 1a is assembled using the rotor 1b according to the first embodiment, the distance between the rotor 1b and the stator 9 is constant regardless of the position in the axial direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the deformation of the outer diameter of the sleeve and the position in the axial direction before and after the shaft is press-fitted into the sleeve of the rotor member according to the first embodiment.
  • the taper angle of the outer peripheral surface 3e is an angle at which the gradient is 30: 1, and the interference is 0.3 mm.
  • the axial position is defined by the axial distance from one end of the sleeve 31 provided with the flange portion 3c.
  • the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 is a tapered surface having a taper angle ⁇ a that corrects a difference in deformation due to a difference in thickness of the sleeve 31, it is possible to prevent the outer diameter of the sleeve 31 from being different depending on the position in the axial direction. . Therefore, the space
  • FIG. 5 also shows the outer diameter of the sleeve in which only the inner peripheral surface is a tapered surface, and the wall thickness decreases as the distance from the flange portion increases in the axial direction. Only the inner peripheral surface is a tapered surface, and the sleeve whose thickness decreases as it moves away from the flange portion in the axial direction is similar to the sleeve 31 of the rotor member 60 according to the first embodiment when the shaft is press-fitted, The smaller the thickness, the greater the deformation.
  • the sleeve whose only inner peripheral surface is a tapered surface is deformed to a greater extent as the thickness of the sleeve is smaller from the flange portion, and the outer diameter becomes larger as the distance from the flange portion is increased in the axial direction. Therefore, when a rotating electrical machine is assembled using a rotor having a sleeve whose inner peripheral surface is a tapered surface, the rotor and the stator are not uniform, and the characteristics of the rotating electrical machine are degraded.
  • the rotor member 60 according to the first embodiment has an easy shape, suppresses the difference in the deformation amount of the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 after the addition of the interference, and the characteristics of the rotating electrical machine 1a are deteriorated. This can be suppressed.
  • the sleeve 31 includes the flange portion 3c on one end side, but may also include a flange portion on the other end side.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of another rotor member according to the first embodiment.
  • the sleeve 31 includes a flange portion 3d on the other end side in addition to the flange portion 3c on the one end side.
  • the sleeve 31 includes the flange portions 3c and 3d, it is possible to suppress the outer diameter of the sleeve 31 from being different depending on the position in the axial direction, and thus it is possible to suppress deterioration of the characteristics of the rotating electrical machine 1a. Further, if the sleeve 31 has a thickness that does not buckle and deform when the shaft 2 is press-fitted, it is possible to adopt a structure in which the flange portion 3c is omitted.
  • FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a rotor member according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a ring-shaped spacer 50a is installed between the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d and the flange portion 3c.
  • the end surfaces of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, 4d are protected and workability when directly winding the reinforcing member 6 is increased.
  • a ring-shaped spacer 50b is also installed at the end opposite to the end where the flange portion 3c is provided.
  • the spacers 50a and 50b are preferably non-magnetic materials in consideration of magnetic flux leakage from the permanent magnets 4a, 4b, 4c and 4d. Since the spacers 50a and 50b that are ring-shaped do not need to be provided with a large interference allowance, the sleeve 31 has inner diameter enlarged portions 3b1 and 3b2 formed at both ends, and the inner peripheral surface 3b extends to both ends. The inner diameter is also enlarged.
  • the outer peripheral surface 3e of the sleeve 31 is provided with an outer diameter expanding portion 3f for correcting a difference in deformation amount of the sleeve 31 by the inner diameter expanding portions 3b1 and 3b2.
  • FIG. 8 is a view showing deformation of the sleeve when the shaft is press-fitted into the sleeve of the rotor member according to the second embodiment.
  • the inner peripheral surface 3b has an inner diameter enlarged portion 3b2 having an inner diameter taper angle difference ⁇ in order to reduce the interference of the portion into which the spacer 50a is inserted, and has a step difference ⁇ a for correcting the deformation of the sleeve 31.
  • the outer diameter enlarged portion 3f is provided.
  • the inner diameter enlarged portion 3b1 is similarly provided with an inner diameter taper angle difference ⁇ on the spacer 50b side, and the outer diameter enlarged portion 3f is provided with a step difference ⁇ a with respect to the outer peripheral surface 3e. It has an outer diameter enlarged portion 3f. Therefore, before the shaft 2 is press-fitted into the sleeve 31, the outer peripheral surface 3e is inclined with respect to the central axis AX at the end of the reinforcing member 6, but the outer peripheral surface 3e after the shaft 2 is press-fitted is There is no inclination with respect to the central axis AX, and it becomes a straight state.
  • the rotor member according to the second embodiment suppresses variation in the distance from the central axis AX to the outer peripheral surface 3e of the permanent magnets 4a, 4b, 4c, and 4d depending on the position in the axial direction when the shaft 2 is press-fitted. Can do. If the clearance between the rotor 1b and the stator 9 can be made less than the designed value without providing the inner diameter enlarged portions 3b1, 3b2 and the outer diameter enlarged portion 3f, the inner diameter enlarged portions 3b1, 3b2 and the outer diameter enlarged A structure in which the portion 3f is not provided is also possible.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

回転子部材（６０）は、筒状のスリーブ（３１）と、スリーブ（３１）の外周側に配置された複数の永久磁石（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）と、複数の永久磁石（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）の外周側に配置された筒状の補強部材（６）とを備える。スリーブ（３１）の内周面（３ｂ）は、スリーブ（３１）の一端部側ほどスリーブの中心軸に近づく第１のテーパ面であり、スリーブの外周面（３ｅ）は、スリーブ（３１）の他端部側ほど中心軸に近づく第２のテーパ面である。

Description

回転子部材、回転子及び回転電機
　本発明は、界磁に永久磁石を使用する回転子部材、回転子及び同期式の回転電機に関する。
　工業用途を中心に、回転電機の高効率化、高出力化、及び高速回転化へのニーズが高まっている。
　誘導式の回転電機は、回転子に電流が流れる。一方、回転子の界磁に永久磁石を使用する同期式の回転電機は、回転子に電流が流れない。したがって、同期式の回転電機は、回転子が発熱しないため、高効率化及び高出力化の面では、誘導式の回転電機よりも有利である。
　同期式の回転電機に用いられている回転子は、シャフトに回転子部材を取り付けた構造である。回転子部材は、シャフトが挿入されるスリーブに永久磁石を固定した構造である。同期式の回転電機の高速回転化を実現するにあたっては、回転時に発生する遠心力によって永久磁石がスリーブから剥離しないように、回転子部材に対策を施す必要がある。
　特許文献１には、スリーブの外周面に取り付けられた永久磁石の外周面を炭素繊維強化プラスチックといった高強度合成材料からなる補強部材で覆うことで、高速回転時の遠心力によって永久磁石がスリーブから剥離することを抑制する構造が開示されている。
特許第５６８９５５０号公報
　高速回転時に空転が発生することなくシャフトにトルクを伝達するためには、軸出力トルクを常に上回る摩擦力を永久磁石とスリーブの外周面との間に発生させる必要がある。永久磁石とスリーブの外周面との摩擦力は、シャフトをスリーブに挿入する際のしめ代に依存する。すなわち、圧入するシャフトの外径が大きいほどしめ代が大きくなり、補強部材に永久磁石が強く押し付けられ、永久磁石とスリーブの外周面との摩擦力が大きくなる。回転電機が高速回転化されるのにともない、シャフトをスリーブに挿入する際のしめ代に設定すべき値が必然的に増大している。しめ代が増大すると、スリーブの変形量が大きくなり、スリーブが均一に変形せず外周部に凹凸が生じることがある。固定子と永久磁石との空間距離は、回転電機の特性に大きく左右するポイントであり、固定子と永久磁石との空間距離に変化が生じると、誘起電圧及びコギングトルクといったモータの重要な特性に影響する。
　特許文献１に開示される発明は、スリーブにテーパ状のシャフトを圧入することでしめ代を付加しているため、必然的にシャフトを圧入した後のスリーブの肉厚に差が生じる。シャフトを圧入することによるスリーブの変形量の差を抑制するためには磁石形状を変更することが考えられるが、個々の磁石形状を変更する必要があるため、加工の手間が増加し、結果的にコストアップの要因となる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シャフトを圧入した際に、中心軸から永久磁石の外周面までの距離が軸方向の位置によってばらつくことを抑えた回転子部材を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状のスリーブと、スリーブの外周側に配置された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の外周側に配置された筒状の補強部材とを備える。スリーブの内周面は、スリーブの一端部側ほどスリーブの中心軸に近づく第１のテーパ面である。スリーブの外周面は、スリーブの他端部側ほど中心軸に近づく第２のテーパ面である。
　本発明に係る回転子部材は、シャフトを圧入した際に、中心軸から永久磁石の外周面までの距離が軸方向の位置によってばらつくことを抑えられるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る回転電機の縦断面図 実施の形態１に係る回転子部材の縦断面図 実施の形態１に係る回転子部材の横断面図 実施の形態１に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入した際のスリーブの変形を示す図 実施の形態１に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入する前後でのスリーブの外径寸法の変形と軸方向の位置との関係を示す図 実施の形態１に係る別の回転子部材の縦断面図 本発明の実施の形態２に係る回転子部材の縦断面図 実施の形態２に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入した際のスリーブの変形を示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係る回転子部材、回転子及び回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の縦断面図である。図２は、実施の形態１に係る回転子部材の縦断面図である。図３は、実施の形態１に係る回転子部材の横断面図である。なお、図２は、図３中のII-II線に沿った断面を示している。図３は、図２中のIII-III線に沿った断面を示している。実施の形態１に係る回転電機１ａは、内部空間１０ａを持つハウジング１０ｂと、ハウジング１０ｂの内部空間１０ａに静止して固定される環状の固定子９と、固定子９の径方向内側に回転可能に設置された回転子１ｂとを備える。
　固定子９は、固定子鉄心７と、固定子鉄心７の周方向に離間して配置された複数のコイル８とを有する。固定子鉄心７は、電磁鋼板の薄板を積層することによって形成できるが、これに限定はされない。複数のコイル８は、回転電機１ａの外部に設置された動力源に接続する動力線８１を通じて電力が伝えられる。
　回転子１ｂは、ＳＰＭ（Surface　Permanent　Magnet）型とも称される表面永久磁石型の同期式の回転電機に用いられる。回転子１ｂは、筒状の構造体である回転子部材６０と、回転子部材６０を貫通するシャフト２とを有する。回転子部材６０は、円筒形状のスリーブ３１と、円周方向に並ぶようにスリーブ３１の外周面に貼り付けられた複数の永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの隙間に配置された間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの外周側を覆う補強部材６とを有する。永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、希土類磁石又はフェライト磁石である。
　スリーブ３１は、構造用炭素鋼等の磁性の金属材料から作成される。また、スリーブ３１の一端部にはシャフト２を挿入する際に、応力集中によってスリーブ３１自体が座屈変形することを抑制するフランジ部３ｃが形成されている。
　スリーブ３１には、中心軸ＡＸに沿った方向に貫通する貫通穴３ａが形成されている。貫通穴３ａを形成するスリーブ３１の内周面３ｂはテーパ形状を有している。スリーブ３１の貫通穴３ａには、内周面３ｂの形状に合うシャフト２が圧入されている。なお、焼き嵌め若しくは冷やし嵌めと圧入とを組み合せてスリーブ３１の貫通穴３ａにシャフト２を固定してもよい。以下、中心軸ＡＸに沿った方向を「軸方向」という。なお、図示する回転子部材６０のシャフト２は、中空孔２ａを有しているが、これに限定されず、シャフト２は中実軸であってもよい。
　複数個の永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、スリーブ３１の外周面に接着剤によって貼り付けられている。実施の形態１においては、四つの永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと四つの間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとが円周方向に等間隔で配置されている。また、実施の形態１において、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの横断面形状は半径が異なる二つの円から同じ中心角で切り取った扇形同士の差分となる形状である。したがって、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、横断面において内周側の辺及び外周側の辺がともに円弧状である。
　図示する回転子部材６０は、四つの永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを備えているが、永久磁石の数は、極数に合わせて枚数を増減可能であり、例示する四つに限定されるものではない。
　フランジ部３ｃと永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとは、間に空間を設けて設置されても、密着して設置されてもよい。ただし、フランジ部３ｃと永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとを密着させる場合は、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからフランジ部３ｃを介した磁束漏れについて考慮する必要がある。
　間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと比重が近い材料で形成されることが好ましい。間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、スリーブ３１及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ内部での磁束短絡ロスを考慮すると非磁性材料で形成されることが望ましいが、磁束短絡ロスを許容できるのであれば、非磁性材料でなくてもよい。具体的には、間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金、鉄合金又は樹脂で形成できるが、これらに限定はされない。
　また、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの縦断面形状は、矩形状である。永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの軸方向の長さは、スリーブ３１の軸方向の長さよりも短い。
　補強部材６は、高速回転時の遠心力によって永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄがスリーブ３１から剥離することを抑制する。なお、間隙部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを貼付ける作業の作業性の向上及び補強部材６に加わる応力の均等化を目的に設置しているため、補強部材６に加わる応力が補強部材６の疲労強度未満であれば、省略することも可能である。
　スリーブ３１の内周面３ｂは、軸方向においてフランジ部３ｃから離れるほど中心軸ＡＸから遠ざかる第１のテーパ面であり、且つスリーブ３１の外周面３ｅは、軸方向においてフランジ部３ｃから離れるほど中心軸ＡＸに近づく第２のテーパ面である。スリーブ３１の内周面３ｂのテーパ角θは、回転電機１ａを運転する際の回転子１ｂの回転速度と、必要しめ代とにより異なるが、作業性を考慮すると０°から１０°の範囲に設定することが好ましい。なお、テーパ角θは、中心軸ＡＸとスリーブ３１の内周面３ｂとがなす角度である。
　図４は、実施の形態１に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入した際のスリーブの変形を示す図である。スリーブ３１は、内周面３ｂと外周面３ｅとが逆向きのテーパを有するため、軸方向においてフランジ部３ｃから離れるほど肉厚が小さくなっている。スリーブ３１は、肉厚が小さい部分ほど、シャフト２が圧入された際の変形量が大きくなる。スリーブ３１の外周面３ｅのテーパ角θａは、スリーブ３１の肉厚の違いによる変形量の差を補正する角度となっている。外周面３ｅがテーパ角θａを有することにより、スリーブ３１にシャフト２を圧入した後には、スリーブ３１の外周面３ｅは、中心軸ＡＸに対して傾きがなく真直な状態となる。すなわち、シャフト２をスリーブ３１に圧入した際に、中心軸ＡＸから永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの外周面までの距離が軸方向の位置によってばらつくことを抑えられる。したがって、実施の形態１に係る回転子１ｂを用いて回転電機１ａを組み立てると、回転子１ｂと固定子９との間は、軸方向の位置によらず一定になる。
　図５は、実施の形態１に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入する前後でのスリーブの外径寸法の変形と軸方向の位置との関係を示す図である。なお、外周面３ｅのテーパ角は、勾配が３０：１となる角度であり、しめ代は０．３ｍｍである。また、軸方向の位置は、フランジ部３ｃが設けられているスリーブ３１の一端部からの軸方向の距離によって定義される。スリーブ３１の外周面３ｅは、スリーブ３１の肉厚の違いによる変形量の差を補正するテーパ角θａを有するテーパ面であるため、スリーブ３１の外径寸法が軸方向の位置によって異なることを抑える。したがって、回転子１ｂと固定子９との間隔は、軸方向の位置によらず一定であり、回転電機１ａの特性が低下することを抑制できる。
　図５には、内周面のみがテーパ面であり、軸方向においてフランジ部から離れるほど肉厚が小さくなるスリーブの外径寸法も合わせて示している。内周面のみがテーパ面であり、軸方向においてフランジ部から離れるほど肉厚が小さくなるスリーブは、シャフトが圧入されると、実施の形態１に係る回転子部材６０のスリーブ３１と同様に、肉厚が小さい部分ほど大きく変形する。内周面のみがテーパ面であるスリーブは、フランジ部から離れた肉厚が小さい部分ほど大きく変形することにより、軸方向においてフランジ部から離れるほど外径寸法が大きくなる。したがって、内周面のみがテーパ面であるスリーブを備えた回転子を用いて回転電機を組み立てると、回転子と固定子との間が不均一になり、回転電機の特性が低下してしまう。
　以上のように、実施の形態１に係る回転子部材６０は、容易な形状で、しめ代付加後におけるスリーブ３１の外周面３ｅの変形量の差を抑制し、回転電機１ａの特性が低下することを抑制できる。
　なお、上記の説明において、スリーブ３１は、一端部側にフランジ部３ｃを備えていたが、他端部側にもフランジ部を備えてもよい。図６は、実施の形態１に係る別の回転子部材の縦断面図である。スリーブ３１は、一端部側のフランジ部３ｃに加え、他端部側にもフランジ部３ｄを備えている。スリーブ３１の他端側にもフランジ部３ｄを設けることにより、シャフト２を圧入する作業を行いやすくなり、スリーブ３１自体が座屈変形することを抑制しやすくなる。スリーブ３１が、フランジ部３ｃ，３ｄを備える場合も、スリーブ３１の外径寸法が軸方向の位置によって異なることを抑えることができるため、回転電機１ａの特性が低下することを抑制できる。また、スリーブ３１がシャフト２を圧入する際に座屈変形しない肉厚を有するのであれば、フランジ部３ｃを省略した構造とすることも可能である。
実施の形態２．
　図７は、本発明の実施の形態２に係る回転子部材の縦断面図である。実施の形態２に係る回転子部材は、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとフランジ部３ｃとの間にリング状のスペーサ５０ａが設置されている。永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとフランジ部３ｃとの間にスペーサ５０ａを追加することにより、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの端面の保護及び補強部材６を直接巻付ける際の作業性を向上することができる。同様に、フランジ部３ｃが設けられた端と反対側の端部にも、リング状のスペーサ５０ｂが設置されている。
　スペーサ５０ａ，５０ｂは、永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからの磁束漏れを考慮すると非磁性体であることが好ましい。リング状であるスペーサ５０ａ，５０ｂは、大きなしめ代を付加する必要がないため、スリーブ３１は、両端部に内径拡大部３ｂ１，３ｂ２が形成されており、内周面３ｂが両端まで続く場合よりも内径が拡大されている。スリーブ３１の外周面３ｅには、内径拡大部３ｂ１，３ｂ２によるスリーブ３１の変形量の差を補正する外径拡大部３ｆが設けられている。
　図８は、実施の形態２に係る回転子部材のスリーブにシャフトを圧入した際のスリーブの変形を示す図である。図８中には、シャフト２をスリーブ３１に圧入する前の補強部材６の形状を破線で図示している。内周面３ｂは、スペーサ５０ａが入る部分のしめ代を軽減するために、内径テーパ角度差Δθを備えた内径拡大部３ｂ２を有しており、かつスリーブ３１の変形を補正するΔａの段差を備えた外径拡大部３ｆを有している。図８には図示していないが、スペーサ５０ｂ側も同様に、内径拡大部３ｂ１は、内径テーパ角度差Δθを備えており、外径拡大部３ｆは、外周面３ｅに対するΔａの段差を備えた外径拡大部３ｆを有している。したがって、シャフト２をスリーブ３１に圧入する前は、補強部材６の端部では外周面３ｅが中心軸ＡＸに対して傾きを有する状態であるが、シャフト２を圧入した後の外周面３ｅは、中心軸ＡＸに対して傾きがなく真直な状態となる。
　実施の形態２に係る回転子部材は、シャフト２を圧入した際に、中心軸ＡＸから永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの外周面３ｅまでの距離が軸方向の位置によってばらつくことを抑えることができる。なお、内径拡大部３ｂ１，３ｂ２及び外径拡大部３ｆを設けなくても、回転子１ｂと固定子９との隙間を設計値以下とできるのであれば、内径拡大部３ｂ１，３ｂ２及び外径拡大部３ｆを設けない構造とすることも可能である。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１ａ　回転電機、１ｂ　回転子、２　シャフト、２ａ　中空孔、３ａ　貫通穴、３ｂ　内周面、３ｂ１，３ｂ２　内径拡大部、３ｃ，３ｄ　フランジ部、３ｅ　外周面、３ｆ　外径拡大部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ　永久磁石、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ　間隙部材、６　補強部材、７　固定子鉄心、８　コイル、９　固定子、１０ａ　内部空間、１０ｂ　ハウジング、３１　スリーブ、５０ａ，５０ｂ　スペーサ、６０　回転子部材、８１　動力線。

Claims (6)

  1. 　筒状のスリーブと、
    　前記スリーブの外周側に配置された複数の永久磁石と、
    　複数の前記永久磁石の外周側に配置された筒状の補強部材とを備え、
    　前記スリーブの内周面は、前記スリーブの一端部側ほど前記スリーブの中心軸に近づく第１のテーパ面であり、
    　前記スリーブの外周面は、前記スリーブの他端部側ほど前記中心軸に近づく第２のテーパ面であることを特徴とする回転子部材。
  2. 　前記第１のテーパ面の勾配の大きさは、前記第２のテーパ面の勾配の大きさ以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転子部材。
  3. 　前記永久磁石の端面を覆うスペーサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子部材。
  4. 　前記スリーブは、前記第１のテーパ面よりも外径が拡大された外径拡大部と、前記第２のテーパ面よりも内径が拡大された内径拡大部とを前記一端部及び前記他端部に備えることを特徴とする請求項３に記載の回転子部材。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子部材と、前記スリーブに圧入されたシャフトとを有することを特徴とする回転子。
  6. 　請求項５に記載の回転子と、固定子とを備えることを特徴とする回転電機。
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