JP4172066B2

JP4172066B2 - 永久磁石型回転電機のロータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4172066B2
Application number: JP18722498A
Authority: JP
Inventors: 忠信當山
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: JP2000023399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を有する回転電機のロータに関し、特に、繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)製のシュリンクリングを備える永久磁石型回転電機のロータ及びこのロータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石型回転電機のロータとしては、図４及び図５に示す構成が知られている。
図４は縦断正面図、図５は図４のＡ−Ａ断面を示す。
従来のものは、これらの図に示されるように、中央部の径が大きく両端が小径の回転軸１の周囲に、永久磁石２とスペーサ３とが全体として円筒を形成するように配置されており、この永久磁石２とスペーサ３との外周にこれらを締め付けて固定するステンレス鋼製のシュリンクリング４が嵌合している。
【０００３】
また、シュリンクリング４の両端には、永久磁石２とシュリンクリング４とを軸方向の両側から押さえるように一対のバランス板５ａ、５ｂが回転軸１に固定して設けられている。
組み立てに際しては、回転軸１の周囲に永久磁石２とスペーサ３とを配置し、その外周にシュリンクリング４を加熱して膨張させた状態ではめ込む。シュリンクリング４の内径は、常温では永久磁石２とスペーサ３とにより形成される円筒の外径より小さく、上記のような焼きばめにより、常温に戻る際の収縮力によりしめしろが確保され、永久磁石２とスペーサ３とが回転軸に対して強固に固定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の永久磁石型回転電機のロータに利用されるステンレス鋼製のシュリンクリング４は、耐熱性が高く安定した強度が得られる反面、導電率が高く渦電流損失が大きいという問題点があった。
そこで、導電率が低く渦電流損失が小さい繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)製のシュリンクリングを用いることが提案されている。
ただし、ＣＦＲＰは熱膨張率が小さいため、上記のような焼きばめができず、従来と同様の組立方法では十分なしめしろを確保できず、高速回転時にシュリンクリングが緩み、永久磁石等が移動してロータの回転バランスが崩れるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の課題（問題点）を解決し、ＣＦＲＰ製のシュリンクリングを利用した場合にも、十分なしめしろを確保することができる永久磁石型回転電機のロータの構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる永久磁石型回転電機のロータは、上記課題を解決するために、軸方向の中間部分が軸方向の全長に亘って所定のテーパを有する円錐台状に形成された回転軸と、回転軸の中間部の外周に嵌合し、内周及び外周部分が軸方向の全長に亘って所定のテーパを有する円錐台筒状の永久磁石と、外周が円筒面をなし、永久磁石の外周に所定のしめしろをもって圧入される繊維強化プラスチック製のシュリンクリングと、シュリンクリングの内周面に設けられ、内周が永久磁石の外周に対応したテーパを有する金属製の保護スリーブと、永久磁石及びシュリンクリングを軸方向の両側から押さえるように回転軸に固定された一対のバランス板とを備えることで、
前記シュリンクリングの外周面を軸方向の全長に亘って同一の径となるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
一方、本発明にかかる永久磁石型回転電機のロータの製造方法は、回転軸の大径側にバランス板の一方を固定し、回転軸の小径側から永久磁石を挿入し、シュリンクリング内に保護スリーブを設け、これを設けた状態でシュリンクリングを回転軸の小径側から永久磁石の外周に圧入し、回転軸の小径側にバランス板の他方を固定する各工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記の構造及び方法によれば、テーパを利用することにより焼きばめをしなくとも圧入により適切なしめしろを確保することができ、かつ、ＣＦＲＰ製のシュリンクリングの内周面は保護スリーブにより保護されているため、圧入時に加わる応力によりシュリンクリングの内周面の繊維が傷つくことがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態にかかる永久磁石型回転電機のロータの構造及びその製造方法を説明する。
【００１０】
第１の実施の形態：
図１は第１の実施の形態にかかる永久磁石型回転電機のロータの縦断正面図、図２は図１のＢ−Ｂ断面を示す。第１の実施の形態のロータは、これらの図に示されるように、軸方向の中間部分が所定のテーパを有する円錐台状に形成され、両端部が円柱状に形成された回転軸１０と、回転軸１０の中間部の外周に嵌合し、外周部分が所定のテーパを有する円錐台筒状の永久磁石２０と、外周が円筒面をなし、永久磁石の外周に所定のしめしろをもって圧入されるＣＦＲＰ製のシュリンクリング３０と、シュリンクリング３０の内周面に設けられ、内周が永久磁石２０の外周に対応したテーパを有する金属製の保護スリーブ３１と、永久磁石２０及びシュリンクリング３０を軸方向の両側から押さえるよう回転軸１０に固定された一対のバランス板４０、４１とを備える。
【００１１】
永久磁石２０は、図２に示すように周方向に分割された２つの部材から構成され、その間にスペーサ２１がはめ合わされている。永久磁石２０とスペーサ２１とは、組み合わされた状態で全体として円錐台形状を形成しており、回転軸１０と保護スリーブ３１との間に設けられている。
シュリンクリング３０は、永久磁石２０とスペーサ２１とで形成される円錐台の外周面に対し、図１に示す正規の装着位置で保護スリーブ３１を介して所定のしめしろを有するような内径を持つ。
【００１２】
シュリンクリング３０の外周面は軸方向の位置によって径が変化しない円筒面であり、保護スリーブ３１の内周面は円錐台状の面である。
第１の実施の形態では、保護スリーブ３１の肉厚を一定とし、シュリンクリング３０の肉厚が軸方向の位置に応じて変化するように設定することにより、上記の関係を実現している。
【００１３】
上記の構成によれば、回転軸１０と永久磁石２０との間、永久磁石２０と保護スリーブ３１が設けられたシュリンクリング３０との間がそれぞれテーパ面を介して接触することを利用して、永久磁石２０とスペーサ２１で形成される円錐台の外周面に、保護スリーブ３１が設けられた、しめしろを有するシュリンクリング３０を圧入することが可能であり、この圧入によりこれらの構成部材の間を強固に固定することができる。
【００１４】
なお、保護スリーブ３１は、実際にはシュリンクリング３０との相対的な肉厚が図示されるより薄く、シュリンクリング３０より強度が小さい。
従って、シュリンクリング３０を圧入する際にはシュリンクリング３０の変形に伴って変形する。
【００１５】
次に、本発明のロータの製造工程について説明する。
まず、第１工程では、回転軸１０の大径側の一端に一方のバランス板４１を外嵌めして組み付け治具に固定する。
第２工程では、永久磁石２０とスペーサ２１とを組み合わせて形成される円錐台筒状の部材を、その大径側を先にして回転軸１０のバランス板４１を固定していない小径側から挿入する。
【００１６】
第３工程では、シュリンクリング３０に保護スリーブ３１を設けた状態で、その大径側を先にして回転軸の小径側から永久磁石２０及びスペーサ２１の外周に外嵌めして圧入し、軸方向の所定位置まで移動させる。
このとき、保護スリーブ３１が設けられていないと、圧入時に永久磁石２０の外周面との接触によりＦＲＰ製のシュリンクリング３０の内周面の繊維が傷つき、強度が低下する可能性がある。保護スリーブ３１を設けることにより、永久磁石２０とシュリンクリング３０とが直接接触するのを避け、内周面の繊維が傷つくのを防ぐことができる。
【００１７】
第４工程では、回転軸１０の小径側に他方のバランス板４１を外嵌めする。これにより、永久磁石２０及びスペーサ２１とシュリンクリング３０とが、２枚のバランス板４０、４１の間で挟み込まれて軸方向の位置が固定される。
【００１８】
第２の実施の形態：
図３は、第２の実施の形態にかかる永久磁石型回転電機のロータの縦断正面図である。概略構成は第１の実施の形態と同様であり、回転軸１０の外周に永久磁石２０、スペーサ(図示せず)が配置され、その周囲を内周面に保護スリーブ３１ａが設けられたシュリンクリング３０ａが覆っている。
この例でも、シュリンクリング３０ａの外周面は軸方向の位置によって径が変化しない円筒面であり、保護スリーブ３１ａの内周面は円錐台状の面である。
ただし、第２の実施の形態では、シュリンクリング３０ａを肉厚が一定の円筒形状とし、保護スリーブ３１ａの肉厚が軸方向の位置に応じて変化するよう設定することにより、上記の関係を実現している。
【００１９】
上記の構成による場合にも、回転軸１０と永久磁石２０との間、永久磁石２０と保護スリーブ３１ａが設けられたシュリンクリング３０ａとの間がそれぞれテーパ面を介して接触することを利用して、永久磁石２０とスペーサ(図示せず)で形成される円錐台の外周面に、保護スリーブ３１ａが設けられた、しめしろを有するシュリンクリング３０ａを圧入することが可能であり、この圧入によりこれらの構成部材の間を強固に固定することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の構成、方法によれば、テーパ面を介して接触させることにより、回転軸と永久磁石との間、そして永久磁石とシュリンクリングとの間に適切なしめしろを確保することができる。
従って、焼きばめができないＣＦＲＰ製のシュリンクリングを用いた場合にも、永久磁石を回転軸に対して強固に固定することができ、渦電流損失が小さく、かつ、永久磁石が回転軸に対して強固に固定されたロータを提供することができる。また、シュリンクリングの内周面には保護スリーブが設けられているため、シュリンクリングの圧入時、永久磁石との接触によりＣＦＲＰ製のシュリンクリングの内周面の繊維が傷つくのを防ぎ、シュリンクリングの強度の低下を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる永久磁石型回転電機のロータの縦断正面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる永久磁石型回転電機のロータの縦断正面図である。
【図４】従来の永久磁石型回転電機のロータの縦断正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０：回転軸
２０：永久磁石
３０、３０ａ：シュリンクリング
３１、３１ａ：保護スリーブ
４０、４１：バランス板

Claims

軸方向の中間部分が軸方向の全長に亘って所定のテーパを有する円錐台状に形成された回転軸と、
該回転軸の中間部の外周に嵌合し、内周及び外周部分が軸方向の全長に亘って所定のテーパを有する円錐台筒状の永久磁石と、
外周が円筒面をなし、前記永久磁石の外周に所定のしめしろをもって圧入される繊維強化プラスチック製のシュリンクリングと、
該シュリンクリングの内周面に設けられ、内周が前記永久磁石の外周に対応したテーパを有する金属製の保護スリーブと、
前記永久磁石及び前記シュリンクリングを軸方向の両側から押さえるように前記回転軸に固定された一対のバランス板とを備えることで、
前記シュリンクリングの外周面を軸方向の全長に亘って同一の径となるように構成したことを特徴とする永久磁石型回転電機のロータ。
請求項１に記載の永久磁石型回転電機のロータの製造方法において、
前記回転軸の大径側に前記バランス板の一方を固定し、該回転軸の小径側から前記永久磁石を挿入し、前記シュリンクリング内に前記保護スリーブを設け、該保護スリーブを設けた状態で前記シュリンクリングを前記回転軸の小径側から前記永久磁石の外周に圧入し、前記回転軸の小径側に前記バランス板の他方を固定する各工程を含むことを特徴とする永久磁石型回転電機のロータ製造方法。