JP3659012B2 - 永久磁石型回転電機のロータ及びその製造方法 - Google Patents

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（ＦＲＰ）製のシュリンクリングを備えるロータ及びそ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。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があった。
そこで、強度的には多少劣るものの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（ＦＲＰ）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、ＦＲＰ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可能性があり、その対応が求められていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、ＦＲＰ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、繊維強化プラスチック製のシュリンクリングと、周方向に２つに分割された永久磁石とその間にはめ合わされたスペーサとを組み合わせ前記シュリンクリング内に圧入された円筒状の部材と、この部材の軸穴に対して常温で所定のしめしろを有し、冷却により収縮させた状態で前記部材の軸穴に挿入された金属製の回転軸と、前記部材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回転軸に固定された一対のバランス板とを備えることを特徴とする。
【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としては、繊維強化プラスチック製のシュリンクリング内に周方向に２つに分割された永久磁石とその間にはめ合わされたスペーサとを組み合わせた円筒状の部材を圧入し、この部材の軸穴に対して常温で所定のしめしろを有する金属製の回転軸を冷却により収縮させた状態で前記部材の軸穴に挿入し、常温に戻した後に前記部材及びシュリンクリングを軸方向の両側から押さえる一対のバランス板を回転軸に固定することを特徴とする。
【０００８】
上記の構造及び方法によれば、熱膨張係数の小さいＦＲＰ製のシュリンクリングを膨張させて焼きばめする代わりに、熱膨張係数の大きい金属製の回転軸を冷却により収縮させて永久磁石の軸穴に挿入し、常温に戻る際の回転軸の膨張によりしめしろを確保することができる。
従って、永久磁石に対して内側から外側に向かう力を作用させ、これにより永久磁石をシュリンクリングに対して密着させて強固に固定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の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製造方法を説明する。
図１は縦断正面図、図２は図１のＢ−Ｂ断面を示す。
本実施の形態のロータは、これらの図に示されるように、ＦＲＰ製のシュリンクリング１０と、シュリンクリング１０内に圧入された永久磁石２０及びスペーサ２１と、永久磁石２０の軸穴２０ａに挿入された金属製、例えば鉄製の回転軸３０と、永久磁石２０及びシュリンクリング１０を軸方向の両側から押さえるよう回転軸３０に固定された一対のバランス板４０、４１とを備える。
【００１０】
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筒形状を形成しており、シュリンクリング１０と回転軸３０との間に設けられている。
回転軸３０は、永久磁石２０とスペーサ２１とで形成される円筒の軸穴２０ａに対し、常温で所定のしめしろを有するような外径を持ち、冷却により収縮させた状態でこの軸穴２０ａに挿入され、常温に戻る際の膨張により永久磁石２０とスペーサ２１とをシュリンクリング１０に対して密着させて強固に固定する。
【００１１】
次に、本発明のロータの製造工程について図３を参照して説明する。
まず、第１工程では、図３（Ａ）に示すように、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筒の部材に、回転軸３０より小径の治具５０を填め、治具５０を保持しつつ、永久磁石２０がシュリンクリング１０に対して止まりばめとなるよう、すなわちこの例では永久磁石２０の外径がシュリンクリング１０の内径にほぼ一致するように永久磁石２０とスペーサ２１との外表面を加工する。
第２工程では、図３（Ｂ）に示すように、治具５０を抜き取り、永久磁石２０とスペーサ２１とをシュリンクリング１０内に圧入する。この状態で、常温において回転軸３０との間で適切なしめしろが生じるよう永久磁石２０の軸穴２０ａの表面を加工する。
【００１２】
第３工程では、図３(Ｃ)に示すように、回転軸３０を液体窒素等を用いて冷却により収縮させ、収縮させた状態で永久磁石２０の軸穴２０ａに挿入する。永久磁石２０とシュリンクリング１０との組立体は、回転軸３０の一端を通過させる開口６１が形成された作業台６０上に立てて配置され、この状態で回転軸３０が挿入される。
回転軸３０を挿入した後、回転軸３０が常温に戻るまで放置する。回転軸３０は、常温では永久磁石２０の軸穴２０ａに対して所定のしめしろを有するよう設計されているため、常温に戻ると永久磁石２０とスペーサ２１とに対して内側から外側への力を作用させ、永久磁石２０とスペーサ２１とをシュリンクリング１０に対して密着させる。
第４工程では、回転軸３０が常温に戻った後、図１に示すように一対のバランス板４０、４１を回転軸３０に焼きばめして固定する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の構成、方法によれば、常温で適切なしめしろを有する回転軸を冷却して挿入した後、常温に戻すことにより、回転軸と永久磁石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ＦＲＰ製のシュリンクリングを用いた場合にも、回転軸の膨張により永久磁石を内側からシュリンクリングに密着させることができ、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施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】図１のロータの製造工程を示す説明図で、同図（Ａ）はその第一工程を、同図（Ｂ）は第２工程を、同図（Ｃ）は第３工程を夫々示すものである。
【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：シュリンクリング
２０：永久磁石
２０ａ：軸穴
２１：スペーサ
３０：回転軸
４０、４１：バランス板

Claims (2)

1. 繊維強化プラスチック製のシュリンクリングと、周方向に２つに分割された永久磁石とその間にはめ合わされたスペーサとを組み合わせ前記シュリンクリング内に圧入された円筒状の部材と、該部材の軸穴に対して常温で所定のしめしろを有し、冷却により収縮させた状態で前記部材の軸穴に挿入された金属製の回転軸と、前記部材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を特徴とする永久磁石型回転電機のロータ。
2. 繊維強化プラスチック製のシュリンクリング内に周方向に２つに分割された永久磁石とその間にはめ合わされたスペーサとを組み合わせた円筒状の部材を圧入し、該部材の軸穴に対して常温で所定のしめしろを有する金属製の回転軸を冷却により収縮させた状態で前記部材の軸穴に挿入し、常温に戻した後に前記部材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一対のバランス板を前記回転軸に固定する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。

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