JP2001186727A - 高速回転機用ロータの製造方法 - Google Patents

高速回転機用ロータの製造方法

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JP2001186727A
JP2001186727A JP36728299A JP36728299A JP2001186727A JP 2001186727 A JP2001186727 A JP 2001186727A JP 36728299 A JP36728299 A JP 36728299A JP 36728299 A JP36728299 A JP 36728299A JP 2001186727 A JP2001186727 A JP 2001186727A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な工程で、回転バランスに優れ、メンテ
ナンスの労力を軽減した高速回転機用ロータの製造方法
を提供する。 【解決手段】 ロータ用磁石114の飛散防止のための
シュリンクリング116を備えた高速回転機用ロータ1
10の製造方法において、ロータシャフト112を所定
の温度で冷却する工程(RS4)と、ロータ用磁石11
4を所定の温度で冷却し(RM3)、その冷却されたロ
ータ用磁石114をシュリンクリング116内に装着す
る工程(SR4)と、シュリンクリング116に装着さ
れたロータ用磁石114を、冷却されたロータシャフト
112に装着する工程(R1)とを備えた構成とした。
この場合、シュリンクリング116の素材として、炭素
繊維強化プラスチックを用いるようにすると、高速回転
機用ロータのシュリンクリングの素材としては、好適な
ものとすることができる。また、ロータシャフト112
及びロータ用磁石114を冷却する冷媒として液体窒素
を用いるようにすると、製造コストを削減し、作業工程
を安全で簡易のものとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速で回転すると
ともに、高速回転時におけるロータ用磁石の飛散を防止
するためのシュリンクリングを備えた永久磁石式高速回
転機用ロータ(以下単に「ロータ」という場合があ
る。)の製造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石式高速回転機では、ロータが高
速回転しているときに、永久磁石で構成されるロータ用
磁石が飛散してしまう事態を防止するために、ロータ磁
石の外周にはシュリンクリングが取り付けられている。
【0003】この高速回転機の一例を図2を用いて説明
する。図2は、高速回転機100の概略を示す一部縦断
側面図である。高速回転機100の主要構成としては、
図2に示すように、110がロータ、120がステー
タ、130がコイルエンドである。
【0004】また、ロータ110は、ロータシャフト1
12に、永久磁石で構成されるロータ用磁石114とバ
ランスリング118が装着され、ロータ用磁石114の
外周には、上述したように、ロータ用磁石114の飛散
を防止するためのシュリンクリング116が取り付けら
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高速回転機
用ロータは、上述したように、ロータシャフトに、ロー
タ用磁石を装着し、その外周には、シュリンクリングを
取り付けた構成であるが、そのため、高速回転機では、
高速回転時における遠心力や、大トルクの伝達等のため
にロータ用磁石がロータシャフトから離れてしまう事態
がある。従って、高速回転機ではこの事態の発生を予め
防止する工夫が必要である。この工夫として、従来の高
速回転機用ロータの製造方法では、円筒状のロータ用磁
石が、シャフトの外周に接着剤により固定されている。
【0006】従って、従来の製造方法で作られたロータ
は、高速回転時における遠心力で、シャフトとロータ用
磁石に隙間が生じ、磁石の割れ等を誘発して、ロータの
バランスが崩れ、安定した回転を得られなくなるという
ことがあった。また、接着剤としては有機物を使用して
いるために、高速回転機を長期に利用すると、接着剤が
劣化し、ロータバランスに狂いが生じ、随時、ロータバ
ランスを調整するメンテナンス作業の労力が過大になる
という問題を備えていた。
【0007】本発明は、上記課題(問題点)を解決し、
簡単な工程で、回転バランスに優れ、メンテナンスの労
力を軽減した高速回転機用ロータの製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の高速回転機用ロ
ータの製造方法では、上記課題を解決するために、請求
項1に記載のものでは、ロータ用磁石の飛散防止のため
のシュリンクリングを備えた永久磁石式高速回転機用ロ
ータの製造方法において、ロータシャフトを所定の温度
で冷却する工程と、ロータ用磁石を所定の温度で冷却
し、その冷却されたロータ用磁石をシュリンクリング内
に装着する工程と、前記シュリンクリングに装着された
ロータ用磁石を、前記冷却されたロータシャフトに装着
する工程とを備えた構成とした。
【0009】このように構成すると、ロータシャフト及
びロータ用磁石が常温に戻ることにより、シュリンクリ
ングがロータ用磁石に、また、ロータ用磁石がロータシ
ャフトに強固に固定され、この結果、接着剤を用いない
で済むので、簡単な工程で、回転バランスに優れ、メン
テナンスの労力を軽減した高速回転機用ロータを製造す
ることが可能となる。
【0010】請求項2に記載の高速回転機用ロータの製
造方法は、上記シュリンクリングの素材として、炭素繊
維強化プラスチックを用いるように構成した。
【0011】このように構成すると、高速回転機用ロー
タのシュリンクリングの素材としては、好適なものとす
ることができる。
【0012】請求項3に記載の高速回転機用ロータの製
造方法は、上記ロータシャフト及びロータ用磁石を冷却
する冷媒として液体窒素を用いるように構成した。
【0013】このような構成とすると、液体窒素は廉価
に入手できるので、製造コストを削減することが可能と
なる。また、窒素は不活性ガスであるので、作業工程を
安全で簡易なものとすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の高速回転機用ロータの製
造方法について、図1を用いて説明する。図1は、本発
明の高速回転機用ロータの製造方法を説明するための製
造工程を示す流れ図である。
【0015】図1には、本発明の製造方法により製造さ
れる高速回転機用ロータ110の主要構成である、ロー
タシャフト112、シュリンクリング116、ロータ用
磁石114の製造工程の概略が、夫々示されている。
【0016】ロータシャフト112は、先ず、図1に示
すように、設計値に大まかに加工した粗加工品(RS
1)を熱処理し(RS2)、研削仕上げにより、形状が
設計値となるように研削加工(RS3)する。なお、こ
のRS1〜RS3の工程は、従来の製造方法と同様の工
程を踏襲したものである。
【0017】次に、研削仕上げされたロータシャフト1
12を液体窒素中に浸し、液体窒素(沸点:−195.
8℃)温度で冷却する(RS4)。冷却されたロータシ
ャフト112は、ロータシャフト112に用いている素
材の熱膨張率や冷却温度によっても相違するが、冷却に
よる収縮のため設計値よりも縮小している。
【0018】一方、シュリンクリング116は、図1に
示すように、従来の製造方法通り、メーカー成形(SR
1)、粗加工(SR2)、研削仕上げ(SR3)を経て
製作されている。シュリンクリング116は常温状態で
保持され、従って、設計上の形状を保っている。なお、
ロータ用磁石114は、後述するように、ロータ110
完成時より残留した周方向の圧縮応力と、遠心力により
発生する周方向の引張応力とを相殺する。
【0019】また、ロータ用磁石114は、図1に示す
ように、従来の製造方法通り粗加工(RM1)後、研削
仕上げされ(RM2)、その後、本発明の特徴である冷
却工程、即ち、ロータ用磁石114をロータシャフト1
12同様に液体窒素中に浸し、液体窒素温度で冷却する
(RM3)。冷却されたロータ用磁石114は、ロータ
シャフト112同様、冷却による収縮のため、設計値よ
りも縮小された形状となっている。なお、ロータ用磁石
114は、後述するように、後工程で着磁される。
【0020】次に、常温のシュリンクリング116は、
図1に示すように、冷却されたロータ用磁石114の外
周面に取り付けられる(SR4)。なお、SR4におい
ては、シュリンクリング116が、2つのロータ用磁石
114の外周面に取り付けられる例が示されている。
【0021】このとき、上述したように、ロータ用磁石
114は収縮しているために、シュリンクリング116
の装着はスムーズに行うことができる。その後、ロータ
用磁石114は、シュリンクリング116を装着した状
態で、常温まで放置される。これにより、ロータ用磁石
114は熱膨張し、シュリンクリング116はロータ用
磁石114の外周面に強固に固定されるとともに、シュ
リンクリング116内には周方向の引張応力が残留す
る。ロータ用磁石114にはそれを相殺する圧縮応力が
残留する。
【0022】次に、シュリンクリング116を装着した
常温のロータ用磁石114を、図1に示すように、冷却
した状態のロータシャフト112に装着する(R1)。
なお、R1では、ロータシャフト112の外周に2つの
シュリンクリング116及び4つのロータ用磁石114
を取り付ける例が示されている。このとき、ロータシャ
フト112も冷却され、冷却収縮された状態であるため
に、ロータ用磁石114の装着はスムーズに行われる。
【0023】その後、ロータシャフト112は、シュリ
ンクリング116及びロータ用磁石114を取り付けた
状態で、常温まで放置される(R1)。ロータシャフト
112、ロータ用磁石114、シュリンクリング116
は常温時での形状で設計されているので、ロータシャフ
ト112、及び、ロータ用磁石114が常温に戻ること
により、これらの構成は、設計値通りの形状となる。従
って、シュリンクリング116を所定の割合で小さめに
設計しておくと、シュリンクリング116の内部に残留
した周方向の引張応力により、ロータ用磁石114内部
に周方向の圧縮応力を残留させることができる。
【0024】以下、従来の高速回転機用ロータの製造方
法と同様に、バランスリング118をロータシャフト1
12の所定位置に装着して焼きばめを行う(R2)。次
に、ベアリング119をロータシャフトの所定位置に、
拡大図Aに示すように装着し(R3)、バランス調整を
行う(R4)。最後に、ロータ用磁石114に着磁し
(R5)、ベアリング119を再び装着することによ
り、高速回転機用ロータ110が完成する(R6)。
【0025】即ち、本発明の高速回転機用ロータの製造
方法は、従来の製造方法において、ロータシャフト11
2を研削仕上げした後に、所定の温度で冷却する工程
(RS4)と、ロータ用磁石114を研削仕上げした後
に、所定の温度で冷却し(RM3)、研削仕上げをした
常温のシュリンクリング116内に装着する工程(SR
4)と、このロータ用磁石114を冷却されたロータシ
ャフトに装着する工程(R1)とを備えるようにした点
に最大の特徴を有するものである。
【0026】このようにすると、ロータシャフト112
及びロータ用磁石114が常温に戻ることにより、シュ
リンクリング116がロータ用磁石114に、また、ロ
ータ用磁石114がロータシャフト112に強固に固定
される。また、シュリンクリング116に残留した周方
向の引張応力が、ロータ用磁石114の周方向の圧縮応
力になり、ロータ110の高速回転により生じる遠心力
により発生される引張応力を吸収するようにすることが
できるようになり、ロータ110の高速回転時でも、ロ
ータ用磁石114とロータシャフト112との接触面に
間隙が生じるのを防止することができる。
【0027】従って、接着剤を用いないでも、ロータ1
10が高速回転している場合やロータ110に大トルク
を伝達した場合でもロータシャフト112とロータ用磁
石114との分離を防止できる。これにより、上述し
た、接着剤を用いることにより発生する様々の問題点を
解決でき、簡単な工程で、回転バランスに優れ、メンテ
ナンスの労力を軽減した高速回転機用ロータを製造する
ことが可能となる。
【0028】本発明の高速回転機用ロータの製造方法は
上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、高速回転機用ロータのシ
ュリンクリングの素材として、炭素繊維強化プラスチッ
クを用いた例で説明したが、他の素材を用いるようにし
ても良い。
【0029】また、ロータシャフト、ロータ用磁石を冷
却する方法として、液体窒素を冷媒とする方法で説明し
たが、この冷却手段に本発明が限定されるものではない
ことは勿論のことである。更に、ロータシャフト、ロー
タ用磁石を冷却する温度については、上記実施の形態で
は、液体窒素温度としたが、液体窒素温度であれば冷却
温度として充分であるということであり、本願発明にお
ける冷却温度を限定するものではない。
【0030】
【発明の効果】本発明の高速回転機用ロータの製造方法
は上述のように構成したために、以下のような優れた効
果を有する。 (1)請求項1に記載したように構成すると、ロータシ
ャフト及びロータ用磁石が常温に戻ることにより、シュ
リンクリングがロータ用磁石に、また、ロータ用磁石が
ロータシャフトに強固に固定され、この結果、接着剤を
用いないで済み、簡単な工程で、回転バランスに優れ、
メンテナンスの労力を軽減した高速回転機用ロータを製
造することが可能となる。
【0031】(2)請求項2に記載したように、シュリ
ンクリングの素材として、炭素繊維強化プラスチックを
用いるようにすると、高速回転機用ロータのシュリンク
リングの素材としては、好適なものとすることができ
る。
【0032】(3)請求項3に記載したように、ロータ
シャフト及びロータ用磁石を冷却する冷媒として液体窒
素を用いるようにすると、液体窒素は廉価に入手できる
ので、製造コストを削減することが可能となる。 (4)また、窒素は不活性ガスであるので、作業工程が
安全で簡易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高速回転機用ロータの製造方法の一実
施の形態を説明するための製造工程の概略を示す流れ図
である。
【図2】従来の製造方法により製造された高速回転機の
主要構成を示す一部縦断側面図である。
【符号の説明】
100:高速回転機 110:高速回転機用ロータ 112:ロータシャフト 114:ロータ用磁石 116:シュリンクリング

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータ用磁石の飛散防止のためのシュリ
    ンクリングを備えた永久磁石式高速回転機用ロータの製
    造方法において、 ロータシャフトを所定の温度で冷却する工程と、 ロータ用磁石を所定の温度で冷却し、その冷却されたロ
    ータ用磁石をシュリンクリング内に装着する工程と、 前記シュリンクリングに装着されたロータ用磁石を、前
    記冷却されたロータシャフトに装着する工程とを備えた
    ことを特徴とする高速回転機用ロータの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記シュリンクリングの素材として、炭
    素繊維強化プラスチックを用いるようにしたことを特徴
    とする請求項1に記載の高速回転機用ロータの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 上記ロータシャフト及びロータ用磁石を
    冷却する冷媒として液体窒素を用いるようにしたことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の高速回転機用ロータ
    の製造方法。
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