JP2000184639A - 永久磁石形回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、回転中の保持環の熱伸びによるロ
ータの振動の突変、熱曲り及び永久磁石の剥がれ等を防
止して、安定した高速回転をさせることを目的とする。 【解決手段】 永久磁石３の表面上に配置した保持環６
を軸方向複数箇所の位置でシャフト１に嵌合固定し、そ
の嵌合固定部の軸方向片側に位置する１箇所を軸方向に
弾性を有する支持構造としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石の外周表
面を保持環で覆った高速の永久磁石形回転電機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な永久磁石形回転電機を図
６を参照して説明する。同図（ａ）は、ロータの外形
図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＸ部の拡大断面図であ
る。これらの図において、１はシャフトであり、軸受２
を介して図示省略のステータに回転可能に取付けられて
いる。３は永久磁石であり、シャフト１の表面に、軸方
向と直交する方向の断面が弧状のもの複数個が周方向に
密着して接着されている。複数個の永久磁石３は、内周
側がＳ極で外周側がＮ極に磁化されたものと、内・外周
の極性が、これと逆向きに磁化されたものとが極数に応
じて交互に配置され、界磁を発生する。４，５はエンド
リングであり、永久磁石３の軸方向両端部に位置するシ
ャフト１上に焼嵌め固定されている。６は保持環であ
り、永久磁石３の外周面全体を覆うリング状の形状をし
ており、永久磁石３の軸方向両端位置のエンドリング
４，５に焼嵌め固定されている。永久磁石３、エンドリ
ング４，５及び保持環６の組合わせは、永久磁石形回転
電機の出力に応じてシャフト１の軸方向に１組あるいは
複数組取付けられてロータ７を構成している。

【０００３】このように構成された永久磁石形回転電機
は、ステータから発せられた回転磁界とロータ７が発生
する界磁とにより回転トルクを発生し、ロータ７が回転
する。このとき、保持環６は、ロータ７が回転すること
によって永久磁石３に作用する遠心力で永久磁石３が飛
散するのを防止するので、ロータ７は高速回転を行うこ
とが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロータ７の磁界発生手
段として永久磁石３を用いた従来の永久磁石形回転電機
では、上述したように、永久磁石３は、遠心力により飛
散しないように保持環６で外周側より保護されている
が、ロータ７が高速で回転することにより、保持環６の
外周表面上に生じる風損や、渦電流損等により保持環６
の温度が上昇し、熱伸びａを生じる。しかし、保持環６
は軸方向両端のエンドリング４，５を介してシャフト１
に焼嵌め固定されているので、軸方向の熱伸びａがシャ
フト１によってそれぞれ“Ｙａ”，“Ｙｂ”位置で拘束
されているが、高速回転することにより保持環６やエン
ドリング４，５に遠心力が作用し、各部材の周方向の伸
びにより拘束力が低下し、保持環６に更なる温度上昇が
生じ熱伸びａがその拘束力を上回ったとき、それまで抑
えられていた熱伸びが一度に解放され、高速回転中のロ
ータ７の振動が突変したり、上記の拘束力や保持環６の
熱伸びが周方向で不均一の場合には、ロータ７に熱曲り
（変形）を生じる。このように高速回転中のロータ７
に、振動の突変、熱曲り等が生じた場合、ロータ７は破
損又は飛散するおそれがある。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
製造性及び組立て性に優れた簡易な構造で、回転中の保
持環の熱伸びによるロータの振動の突変、熱曲り及び永
久磁石の剥がれ等を防止することができて、安定した高
速回転をさせることができ、運転中の信頼性を向上させ
ることができる永久磁石形回転電機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】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、電機子鉄心に電機子巻線を
巻回して構成したステータと、このステータの軸心部に
回転可能に内装され、シャフトの周面に界磁用の複数の
永久磁石を周方向に配設し、これらの永久磁石の表面上
には保持環を配置したロータとを有する永久磁石形回転
電機において、前記保持環を軸方向の複数箇所で前記シ
ャフトに嵌合固定し、その嵌合固定部の軸方向片側に位
置する１箇所を軸方向に弾性を有する支持構造としてな
ることを要旨とする。この構成により、ロータが高速で
回転することにより、保持環の外周面上に生じる風損や
渦電流損等により保持環の温度が上昇し、熱伸びが生じ
るが、弾性を有する支持構造部が弾性変形することで、
この熱伸びが吸収される。

【０００７】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の永久磁石形回転電機において、前記嵌合固定部は、前
記永久磁石の軸方向両側に配置したエンドリングで構成
し、前記弾性を有する支持構造は、一方のエンドリング
の軸方向厚みを薄くすることによって構成してなること
を要旨とする。この構成により、保持環の熱伸びを吸収
する弾性を有する支持構造が、具体的に軸方向厚みを薄
くしたエンドリングで適切に実現される。

【０００８】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の永久磁石形回転電機において、軸方向厚みを薄くした
前記エンドリングは、その外径側の一部が前記保持環の
端部の一部を覆う形状としてなることを要旨とする。こ
の構成により、保持環の半径方向の拘束がエンドリング
の引張り応力によって行われる。これによりエンドリン
グは、部材の座屈のおそれなく薄くすることができて、
保持環の熱伸びを効果的に吸収することが可能となる。

【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の永久磁石形回転電機において、前記嵌合固定部は、前
記永久磁石の軸方向両側に配置したエンドリングで構成
し、前記弾性を有する支持構造は、一方のエンドリング
の軸方向断面を櫛形とすることによって構成してなるこ
とを要旨とする。この構成により、エンドリングは、半
径方向の部材の座屈のおそれなく極めて低い軸方向剛性
を持つように設定することができて、保持環の熱伸びを
効果的に吸収することが可能となる。

【００１０】請求項５記載の発明は、上記請求項１記載
の永久磁石形回転電機において、前記保持環の端部に、
内径側に延びる延設部を形成して軸方向断面をＬ字形状
とし、その延設部を前記シャフトに嵌合固定して前記嵌
合固定部を構成するとともに前記弾性を有する支持構造
は、前記延設部の軸方向厚みを薄くすることによって構
成してなることを要旨とする。この構成により、簡易な
構造で保持環の熱伸びを吸収することが可能となる。

【００１１】請求項６記載の発明は、上記請求項２乃至
５の何れかに記載の永久磁石形回転電機において、前記
弾性を有する支持構造を構成しない他方の前記エンドリ
ングは、前記シャフトを削り出すことにより形成してな
ることを要旨とする。この構成により、支持構造を構成
しないエンドリングがシャフトと一体構造となって、組
立て容易性が得られるとともに機械的強度が高められ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
図である。なお、図１及び後述の第２の実施の形態以下
の各実施の形態を示す図において、前記図６における部
材等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。まず、図１を用い
て、本実施の形態の構成を説明すると、本実施の形態で
は、エンドリング４ａ，５が、永久磁石３を軸方向に挟
んで尚且つ永久磁石３とは所要の狭い間隙を有してシャ
フト１に焼嵌め固定されている。エンドリング４ａは、
軸方向剛性が低くなるように、その軸方向厚みが薄く形
成されており、軸方向に弾性を有する構造となってい
る。一方、エンドリング５は軸方向及び半径方向に高い
剛性を持っている。そして、保持環６が、このエンドリ
ング４ａ，５の外周面に嵌合固定されている。

【００１４】次に、上述のように構成された永久磁石形
回転電機の作用を説明する。ステータから発せられた回
転磁界とロータ７Ａが発生する界磁とにより回転トルク
を発生し、ロータ７Ａが回転する。このとき、保持環６
は、ロータ７Ａが回転することによって永久磁石３に作
用する遠心力で永久磁石３が飛散するのを防止するの
で、ロータ７Ａは高速回転を行うことが可能となる。そ
して、このようにロータ７Ａが高速で回転することで、
保持環６の外周面上に生じる風損や渦電流損等により保
持環６の温度が上昇して保持環６に熱伸びが生じても、
エンドリング５側はリジッドに固定されているが、弾性
を有する構造となっているエンドリング４ａが鎖線ｂの
ごとく弾性変形することによって、保持環６の熱伸びが
吸収される。したがって、従来技術のような保持環６の
熱伸びによるロータ７Ａの振動の突変、熱曲りなどが生
ずることがなく、ロータ７Ａを破損あるいは飛散させる
ことなく安定して高速回転をさせることができる。

【００１５】図２には、本発明の第２の実施の形態を示
す。本実施の形態では、軸方向厚みを薄くしたエンドリ
ング４ｂの外径側の一部が、保持環６の端部の一部を覆
うような構造となっている。保持環６は、エンドリング
４ｂと隙間なく嵌合している。

【００１６】本実施の形態では、上記第１の実施の形態
と同様に、保持環６の温度が上昇して保持環６に熱伸び
が生じたとき、エンドリング４ｂが鎖線ｂのごとく弾性
変形することにより保持環６の熱伸びが吸収されて、安
定な高速回転が得られる。そして、さらに保持環６の半
径方向の拘束をエンドリング４ｂの引張り応力によって
行っているので、エンドリング４ｂは、部材の座屈のお
それなく薄くすることができる。したがって、エンドリ
ング４ｂには、極めて低い軸方向剛性を設定することが
でき、ロータ７Ｂの熱曲りを極限まで小さくすることが
できる。

【００１７】図３には、本発明の第３の実施の形態を示
す。同図（ａ）はロータの軸方向断面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＺ部の拡大図である。本実施の形態では、
弾性を有する支持構造となるエンドリング４ｃを、各櫛
歯に相当する部分の軸方向厚みが薄い櫛形形状としたも
のである。エンドリング４ｃ，５は、永久磁石３を軸方
向に挟んで尚且つ永久磁石３とは所要の狭い間隙を有し
てシャフト１に焼嵌め固定されている。

【００１８】本実施の形態では、上記第２の実施の形態
と同様に、保持環６の温度が上昇して保持環６に熱伸び
が生じたとき、図３（ｂ）に示すように、エンドリング
４ｃの各櫛歯が鎖線ｂのごとく弾性変形することにより
保持環６の熱伸びが吸収されて、安定な高速回転が得ら
れる。そして、エンドリング４ｃは、それぞれ軸方向厚
さの薄い複数の櫛歯から構成されているので、部材の半
径方向の座屈のおそれなく、その各櫛歯の軸方向厚さを
薄くすることができて、上記第２の実施の形態と同様
に、極めて低い軸方向剛性を設定することができ、ロー
タ７Ｃの熱曲りを極限まで小さくできる。

【００１９】図４には、本発明の第４の実施の形態を示
す。本実施の形態では、弾性を有する支持構造となる側
のエンドリングの配設を省略し、保持環６の端部に、内
径側の延設部６ａを形成して軸方向断面をＬ字形状と
し、その延設部６ａをシャフト１に嵌合固定するととも
に、延設部６ａの軸方向厚みを薄くして軸方向に弾性を
有する構造を構成している。保持環６は、エンドリング
５と延設部６ａの部分でシャフト１に固定されている。

【００２０】本実施の形態では、延設部６ａの軸方向剛
性が低いので、保持環６の熱伸びは、エンドリング５側
を固定点としてａの方向に伸び、延設部６ａが図５中鎖
線ｂのように弾性変形して、吸収される。したがって、
第１の実施の形態と同様に、保持環６の熱伸びによるロ
ータ７Ｅの振動の突変、熱曲りなどが生ずることがな
く、ロータ７Ｅを破損あるいは飛散させることなく安定
して高速回転させることができる。

【００２１】図５には、本発明の第５の実施の形態を示
す。本実施の形態では、上記第１〜第４の実施の形態に
おける剛性を持つ側のエンドリングに相当する構造部材
をシャフト１から削り出すことにより、エンドリング相
当部１ａを形成している。保持環６の熱伸びに関する作
用、効果は、上記各実施の形態と同じであるが、エンド
リング相当部１ａをシャフト１からの削り出しによって
形成しているので、同箇所の嵌合作業がなく、また部品
点数が減る。したがって、製造性が向上するほか、シャ
フト１と一体構造であるので、後で嵌合するエンドリン
グに比べ、その強度が高くなり、遠心力による破損、飛
散の確率が極めて小さくなる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、永久磁石の表面上に配置した保持環を軸方
向の複数箇所でシャフトに嵌合固定し、その嵌合固定部
の軸方向片側に位置する１箇所を軸方向に弾性を有する
支持構造としたため、弾性を有する支持構造部が弾性変
形することで保持環の熱伸びが吸収されるので、回転中
のロータの振動の突変、熱曲り及び永久磁石の剥がれ等
を防止することができて、安定した高速回転をさせるこ
とができ、運転中の信頼性を向上させることができる。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、前記嵌合固
定部は、前記永久磁石の軸方向両側に配置したエンドリ
ングで構成し、前記弾性を有する支持構造は、一方のエ
ンドリングの軸方向厚みを薄くすることによって構成し
たため、保持環の熱伸びを吸収する弾性を有する支持構
造を容易な構造で実現することができる。

【００２４】請求項３記載の発明によれば、軸方向厚み
を薄くした前記エンドリングは、その外径側の一部が前
記保持環の端部の一部を覆う形状としたため、エンドリ
ングを、部材の座屈のおそれなく薄くすることができ
て、保持環の熱伸びを効果的に吸収することができる。

【００２５】請求項４記載の発明によれば、前記嵌合固
定部は、前記永久磁石の軸方向両側に位置するエンドリ
ングで構成し、前記弾性を有する支持構造は、前記エン
ドリングの軸方向断面を櫛形とすることによって構成し
たため、エンドリングを、半径方向の部材の座屈のおそ
れなく極めて低い軸方向剛性を持つように設定すること
ができて、保持環の熱伸びを効果的に吸収することがで
きる。

【００２６】請求項５記載の発明によれば、前記保持環
の端部に、内径側に延びる延設部を形成して軸方向断面
をＬ字形状とし、その延設部を前記シャフトに嵌合固定
して前記嵌合固定部を構成するとともに前記弾性を有す
る支持構造は、前記延設部の軸方向厚みを薄くすること
によって構成したため、簡易な構造で保持環の熱伸びを
吸収することができる。

【００２７】請求項６記載の発明によれば、前記弾性を
有する支持構造を構成しない他方の前記エンドリング
は、前記シャフトを削り出すことにより形成したため、
支持構造を構成しないエンドリングがシャフトと一体構
造となって、組立て容易性が得られるとともに機械的強
度が高められて回転中のロータ振動の突変等を一層的確
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である永久磁石形回
転電機におけるロータ部の軸方向断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態におけるロータ部の
軸方向断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態におけるロータ部の
軸方向断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態におけるロータ部の
軸方向断面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態におけるロータ部の
軸方向断面図である。

【図６】従来の永久磁石形回転電機におけるロータ部の
外形図及び部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１ シャフト １ａ エンドリング相当部 ３ 永久磁石 ４ａ〜４ｃ，５ エンドリング ６ 保持環 ６ａ 延設部 ７Ａ〜７Ｅ ロータ

フロントページの続き (72)発明者 堺 和人 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 風尾 幸彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 三浦 洋嗣 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 5H622 CA02 CA07 PP01 PP03 PP07 PP11 PP16 PP17 PP18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子鉄心に電機子巻線を巻回して構成
   したステータと、このステータの軸心部に回転可能に内
   装され、シャフトの周面に界磁用の複数の永久磁石を周
   方向に配設し、これらの永久磁石の表面上には保持環を
   配置したロータとを有する永久磁石形回転電機におい
   て、前記保持環を軸方向の複数箇所で前記シャフトに嵌
   合固定し、その嵌合固定部の軸方向片側に位置する箇所
   を軸方向に弾性を有する支持構造としてなることを特徴
   とする永久磁石形回転電機。
2. 【請求項２】 前記嵌合固定部は、前記永久磁石の軸方
   向両側に配置したエンドリングで構成し、前記弾性を有
   する支持構造は、一方のエンドリングの軸方向厚みを薄
   くすることによって構成してなることを特徴とする請求
   項１記載の永久磁石形回転電機。
3. 【請求項３】 軸方向厚みを薄くした前記エンドリング
   は、その外径側の一部が前記保持環の端部の一部を覆う
   形状としてなることを特徴とする請求項２記載の永久磁
   石形回転電機。
4. 【請求項４】 前記嵌合固定部は、前記永久磁石の軸方
   向両側に配置したエンドリングで構成し、前記弾性を有
   する支持構造は、一方のエンドリングの軸方向断面を櫛
   形とすることによって構成してなることを特徴とする請
   求項１記載の永久磁石形回転電機。
5. 【請求項５】 前記保持環の端部に、内径側に延びる延
   設部を形成して軸方向断面をＬ字形状とし、その延設部
   を前記シャフトに嵌合固定して前記嵌合固定部を構成す
   るとともに前記弾性を有する支持構造は、前記延設部の
   軸方向厚みを薄くすることによって構成してなることを
   特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
6. 【請求項６】 前記弾性を有する支持構造を構成しない
   他方の前記エンドリングは、前記シャフトを削り出すこ
   とにより形成してなることを特徴とする請求項２乃至５
   の何れかに記載の永久磁石形回転電機。