JP4253199B2

JP4253199B2 - Permanent magnet type rotating electric machine and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP4253199B2
Application number: JP2003053667A
Authority: JP
Inventors: 則雄高橋; 豊橋場; 俊明布施; 政憲新; 幸夫大橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004266919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータに設けられた永久磁石の外周表面を保持環で覆った高速回転用の永久磁石形回転電機およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石形回転電機は例えば下記特許文献１に記載されており、図７のようになっている。図７において、符号１０１および１０５は、それぞれ永久磁石形回転電機のステータおよびロータを示しており、ステータ１０１は電機子鉄心に電機子巻線（図示していない）を巻回した構造となっている。
【０００３】
ロータ１０５は軸受１０７によりステータ１０１の軸心部に回転可能に支持されると共に、シャフト１０９の周面に配置された複数の界磁用の永久磁石１１１と、この永久磁石１１１を取囲む保持環１１３ａ，１１３ｂとで構成されている。シャフト１０９は、両サイドに円板状のフランジ部１０９ａを有すると共に、中央部位で所定の隙間ｅを有して２つに分割されている。
【０００４】
保持環は、端部と中央部の３つの部分からなり、端部の保持環１１３ａには、前記シャフト１０９のフランジ部１０９ａと対向し合うほぼ同一径のエンドリング部１１５が形成されている。エンドリング部１１５は永久磁石１１１の軸方向の動きを規制すると共に、中心部位には、中心軸心孔１１７が貫通して形成されている。中心軸心孔１１７はシャフト１０９の軸径より若干径大に形成され、シャフト１０９に対して軸心線上に位置決めされた状態で嵌挿している。
【０００５】
中央に位置する保持環１１３ｂの中央部位にはエンドリング部１１９が形成され、その中心部位には中心軸心孔１２１が貫通して形成されている。中心軸心孔１２１は、シャフト１０９の軸径より若干径大に形成され、シャフト１０９に対して軸心線上に位置決めされた状態で嵌挿している。シャフト１０９は中央に位置する保持環１１３ｂのエンドリング部１１９の厚み内において前記した如く左右２つの部分が突き合わせられた形状となっている。
【０００６】
図８は、図７の“VIII”部拡大図である。図８に示すように、中央に位置する保持環１１３ｂと左右に位置する保持環１１３ａの各突合せ面、および、端部の保持環１１３ａとシャフト１０９のフランジ部１０９ａの突合せ面は、電子ビーム溶接によって溶接部Ｗを形成して一体に結合されている。これにより、溶接部Ｗの幅は数ミリで済むようになっている。
【０００７】
永久磁石１１１は、保持環１１３ａ，１１３ｂの軸心方向の長さより短く設定された断面円弧状に形成されると共に、外周面は保持環１１３ａ，１１３ｂの内周面に接着剤１２２等の手段によって固定支持されている。永久磁石１１１は、内周側がＳ極、外周側がＮ極に磁化されたものと内周側がＮ極、外周側がＳ極に磁化されたものとが極数に応じてシャフト１０９に沿って交互に配置され、界磁を発生する。
【０００８】
永久磁石１１１と永久磁石１１１の対向面は、中間に位置する保持環１１３ｂと端部に位置する保持環１１３ａとの溶接部Ｗに近接しており、端面外縁１１１ａは、リング状に削り落された形状となっている。これにより、保持環溶接時の熱の影響を直接受けるのが回避され、永久磁石１１１の特性の劣化を防ぐことができる。
【０００９】
このように構成された永久磁石形回転電機においては、ステータ１０１によって発生せられた回転磁界とロータ１０５が発生する界磁とにより回転トルクを発生し、ロータ５が回転する。この回転時において保持環１１３ａ，１１３ｂは、ロータ１０５が回転することによって作用する遠心力で永久磁石１１１が飛散するのを防ぐため、高速回転が可能となる。
【００１０】
同時に、保持環１１３ａ，１１３ｂ及びシャフト１０９は一体構造であるため、ロータ１０５は高い強度剛性を有する。また、シャフト１０９が熱の影響で伸びても、分割部の隙間ｅによって、その伸び代を吸収し、振動の突然の変化、熱曲がり等を未然に防ぎ、安定した高速回転が得られる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２７８８９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な電子ビーム溶接では、溶接対象物を真空チャンバ内に設置し、チャンバ内を真空状態にして溶接を行なっている。上記のように、従来の永久磁石形回転電機では、ロータ１０５の界磁発生手段として永久磁石１１１を用い、中央に位置する保持環１１３ｂと端部に位置する保持環１１３ａの各突合せ面と、端部の保持環１１３ａとシャフト１０９のフランジ部１０９ａの突合せ面が、電子ビーム溶接によって一体に結合されるが、溶接する際、保持環１１３ａ，１１３ｂとシャフト１０９で囲まれた空間が密封された状態となっているため、保持環１１３ａ，１１３ｂとシャフト１０９で囲まれた空間内は、十分な真空状態にすることが出来ず、且つ溶接により発生する金属蒸気により、内部の圧力が上昇し、金属蒸気が溶接部Ｗより噴出するため、溶接不良が生じやすい。
【００１３】
また、中央に位置する保持環１１３ｂと左右に位置する保持環１１３ａの各突合せ面を溶接する場合、保持環の外周側に電子ビームを照射し、保持環の突合せ溶接を行なうが、溶接時に電子ビーム照射面と反対側（保持環の内周面）から高温金属粒子Ｐ（スパッタ）が放射状に発生する。
【００１４】
従来構造では永久磁石１１１と溶接部Ｗの位置が近接しているので、溶接によって発生する高温金属粒子Ｐが、永久磁石１１１を保持環１１３ａ，１１３ｂに固定している接着剤１２２に付着する。そのため、高温金属粒子Ｐの熱により接着剤１２２が気化し、溶接チャンバ内の真空度が低下して溶接不良が生じる。
【００１５】
従って、従来の永久磁石形回転電機では、保持環１１３ａ，１１３ｂの突合せ溶接、及び保持環１１３ａ，１１３ｂとシャフト１０９の溶接部が不完全な溶接結合となってしまい、高速回転に耐え得る溶接強度を得ることが出来ない状況となりやすい。
【００１６】
同様に、従来構造では永久磁石１１１と溶接部Ｗの位置が近接しているため、溶接により発生する高温金属粒子Ｐ（スパッタ）が永久磁石１１１に付着し、高温金属粒子Ｐの熱により、永久磁石１１１に局部的な熱減磁が生じる。従って、永久磁石１１１の熱減磁を生じた部分から磁束が発生されず、十分な界磁を得ることが出来ないため、永久磁石形回転電機の所定の出力（トルク）が得られない。
【００１７】
このように、従来の永久磁石形回転電機においては、溶接時の金属蒸気によるロータ１０５の内部圧力上昇、及び永久磁石固定用接着剤１２２の気化による溶接チャンバ内真空度低下により、保持環１１３ａ，１１３ｂおよびシャフト１０９の溶接部Ｗの溶接不良が生じやすく、また、永久磁石１１１の熱減磁による回転電機出力の低下が生じがちである。
【００１８】
そこで本発明は、ロータ製作時の溶接不良および永久磁石の熱減磁がなく、高出力で安定した高速回転の得られる永久磁石形回転電機およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１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たロータとを有し、前記ロータは、軸受に支承されたシャフトと、前記シャフトの周面を覆い前記シャフトの軸方向に沿って複数設けられ相互に溶接結合されるとともに端部のものは前記シャフトに溶接結合された複数の保持環と、前記保持環の内周面に固着された界磁用の複数の永久磁石とを備え、前記保持環同士の溶接結合部と前記シャフト外周部に形成した環状空間および前記保持環と前記シャフトとの溶接結合部、前記永久磁石、前記シャフト外周部とで形成した環状空間を、前記シャフトの中心に設けられ機外に連通する中心孔とこの中心孔および前記環状空間とを連通する半径方向の気抜き孔を設けた永久磁石形回転電機において、前記保持環に前記永久磁石の軸方向位置を決め、且つ前記シャフトと前記保持環との溶接により発生する高温金属粒子が前記永久磁石に吹き付けられることを防止する突起を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項２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たロータとを有し、前記ロータは、軸受に支承されたシャフトと、前記シャフトの周面を覆い前記シャフトの軸方向に沿って複数設けられ相互に溶接結合されるとともに端部のものは前記シャフトに溶接結合された複数の保持環と、前記保持環の内周面に固着された界磁用の複数の永久磁石とを備え、前記保持環同士の溶接結合部と前記シャフト外周部に形成した環状空間および前記保持環と前記シャフトとの溶接結合部、前記永久磁石、前記シャフト外周部とで形成した環状空間を、前記シャフトの中心に設けられ機外に連通する中心孔とこの中心孔および前記環状空間とを連通する半径方向の気抜き孔を設けた永久磁石形回転電機において、前記シャフトに、前記シャフトと前記保持環との溶接により発生する高温金属粒子が前記永久磁石に吹き付けられることを防止する突起を設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記保持環と前記シャフトとの溶接結合部の半径方向位置は、前記永久磁石の位置より内径側である構成とする。
【００２１】
請求項４の発明は、前記シャフトに、前記シャフトと前記保持環との溶接により発生する高温金属粒子が前記永久磁石に吹き付けられることを防止する突起を設けた構成とする。
【００２２】
請求項５の発明は、前記保持環と前記シャフトとの溶接結合部は、前記保持環および前記シャフトとは材質の異なる中間部材が介在されて溶接結合されている構成とする。
請求項６の発明は、前記中間部材は、リング形状または薄肉のシート形状である構成とする。
請求項７の発明は、前記中間部材は、溶接結合前に前記保持環または前記シャフトに肉盛り形成される構成とする。
【００２３】
請求項８の発明は、前記保持環および前記シャフトの材料は各々ＳＵＳ６３０、ＳＣＭ４３５であり、前記中間部材はＳＵＳ３０９である構成とする。
請求項９の発明は製造方法であり、軸方向に沿って複数設けられた前記保持環同士の溶接結合は、実際のシャフトを使用せず、気抜き孔を有する模擬シャフトによって前記保持環を支持して行う構成とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１、図２および図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１はこの実施の形態の永久磁石形回転電機の概要断面図である。図２はこの実施の形態の永久磁石形回転電機に備えられる保持環の断面図である。図３は図１のIII部分の拡大断面図である。
【００２５】
図１において、符号１は、永久磁石形回転電機のステータ、５はロータをそれぞれ示しており、ステータ１は電機子鉄心に電機子巻線（図示していない）を巻回した構造となっている。ロータ５は軸受７に支持されたシャフト９を備えてステータ１の軸心部に回転可能に設けられており、シャフト９の周面を取囲む保持環１３と、保持環１３の内周面に配置された複数の界磁用の永久磁石１１とで構成されている。
【００２６】
保持環１３は軸方向左右の２つが備えられ、左右の保持環１３，１３は保持環突合せ結合部３１で電子ビーム溶接により溶接部２３を形成し結合されている。また、保持環片側軸端側に、シャフト９の軸径より若干径大に形成された嵌合部３２を有し、シャフト９に対し軸心線上に位置決めされた状態で嵌挿され、シャフト９と保持環１３は嵌合部３２で電子ビーム溶接により溶接部２４を形成し結合されている。尚、電子ビーム溶接は、真空チャンバ内にロータ５を設置し、真空チャンバ内を真空状態に保って行なう。
【００２７】
シャフト９は、半径方向中心に中心孔２５を設け、シャフト９の軸方向中央部、及び軸方向両端部に、中心から半径方向外周側に向かってに貫通する気抜き孔２６を複数個設けている。また、気抜き孔２６のシャフト外周側端にはシャフト９を一周する円周方向溝２６ａを形成してあり、円周方向溝２６ａの外径側には保持環１３の内周面との間に環状空間３０が形成されている。
【００２８】
このような構成により、保持環突合せ溶接部２３、及びシャフト９と保持環１３の溶接部２４を電子ビーム溶接にて溶接する際に、保持環１３とシャフト９で閉じられる空間とロータ５の外部とが、環状空間３０、シャフト９に設けられた円周方向溝２６ａ、気抜き孔２６、及び中心孔２５により連通する。
【００２９】
そのため、保持環１３とシャフト９で閉じられた空間の真空度を溶接に必要な真空状態とすることができ、且つ溶接により発生する金属蒸気を十分に排出することが可能となり、内部の圧力上昇を回避し、溶接不良による溶接強度低下を防止することできる。更に気抜き孔２６を複数個設けているため、大量の金属蒸気が発生した場合においても、十分に排出することができ、同様に溶接不良による溶接強度低下を防止することできる。
【００３０】
永久磁石１１の外周面は保持環１３の内周面に接着剤等の手段により固定支持されている。永久磁石１１は、内周側がＳ極、外周側がＮ極に磁化されたものと、内周側がＮ極、外周側がＳ極に磁化されたものとが極数に応じて前記保持環１３内周面に交互に配置され、界磁を発生する。
【００３１】
保持環１３とシャフト９とを溶接結合する溶接部２４の半径方向位置は、永久磁石１１の半径方向位置に対し、より内径側に配置されている。これにより、保持環１３とシャフト９とを溶接結合する際に発生する高温金属粒子（スパッタ）が永久磁石１１及び永久磁石１１を固定支持している接着剤に付着することを防ぐことができる。その結果、接着剤が気化することなく、真空チャンバの真空度を保持することができ、溶接不良を回避することができる。また、永久磁石１１の熱減磁も回避することができるため、回転電機出力の低下をきたすことなく、ロータ５を製作することが出来る。
【００３２】
永久磁石１１の軸方向位置は、保持環内周面に設けられている永久磁石位置決め用突起２７により固定支持されており、保持環１３の内周面に永久磁石１１を貼り付ける際、正確な軸方向位置に永久磁石１１を配置することができ、且つ容易に位置決め調整を行なうことが可能となり、永久磁石貼り付け作業時間を短縮することができる。
【００３３】
また、永久磁石位置決め用突起２７により、溶接時に保持環１３とシャフト９との溶接部２４から発生する高温金属粒子が永久磁石１１及び永久磁石１１を固定している接着剤に付着することを防ぐことができる。その結果、接着剤が気化することなく、真空チャンバの真空度を保持でき、溶接不良を回避することができる。また、永久磁石１１の熱減磁も回避することができるため、回転電機出力の低下をきたすことなく、ロータ５を製作することが出来る。
【００３４】
また、シャフト９の保持環１３と溶接結合する溶接部２４に第３の金属を溶接により予め肉盛りし、その後シャフトと同軸心で、高精度の機械仕上げ加工を行い、保持環１３との嵌合を同一軸線上に、高精度な同芯度で組み立てることが可能となる。これにより、バランスの保たれたロータ５を構成できるため、安定した高速回転を得ることができる。
【００３５】
さらに、材質が異なる保持環１３とシャフト９の間に第３の金属を介在させて溶接することにより、異種材料間の結合を弱くする金属組織の生成が防止され、溶接部の強度が向上する中間層が生成され、高強度の溶接部２４が得られる。従って、高遠心力が発生する高速回転においても、安定した運転が可能となる。
【００３６】
具体的には、保持環１３とシャフト９の材料が各々Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼ＳＵＳ６３０（ＪＩＳ記号）、Ｃｒ−Ｍ鋼ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ記号）とした場合、溶接部に挟み込む第３の金属をＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼ＳＵＳ３０９（ＪＩＳ記号）とすることにより、保持環１３とシャフト９との結合はより強固なものとなり、溶接部２４の溶接強度を格段に向上させることができる。
【００３７】
次に本発明の第２の実施の形態について図４と図５を参照して説明する。図４はこの実施の形態における模擬シャフトを用いた保持環突合せ溶接時の配置を示す軸断面図である。図５はこの実施の形態における永久磁石形回転電機の概要断面図である。
【００３８】
この実施の形態においては図４に示すように、保持環突合せ溶接時には模擬シャフト４１を用い、保持環１３を軸方向両端の嵌合部４２で支持した状態で溶接を行う。模擬シャフト４１は、半径方向中心に中心孔２５を設け、また、保持環突合せ溶接部２３に対応する軸方向中央部中心から半径方向外周側に向かってに貫通する気抜き孔２６を複数個設けている。
【００３９】
これにより、保持環突合せ溶接部２３を電子ビーム溶接にて溶接する際に、保持環１３と模擬シャフト４１で閉じられる空間と外気とが、模擬シャフト４１に設けられた気抜き孔２６及び中心孔２５により通じているため、保持環１３と模擬シャフト４１で閉じられた空間の真空度を溶接に必要な真空状態とすることができ、且つ溶接により発生する金属蒸気を十分に排出することが可能となる。その結果、内部の圧力上昇を回避し、溶接不良による溶接強度低下を防止することできる。更に気抜き孔２６を複数個設けているため、大量の金属蒸気が発生した場合においても、十分に排出することができ、効果的に溶接不良による溶接強度低下を防止することできる。
【００４０】
上記のように、この実施の形態は保持環突合せ溶接時に模擬シャフト４１を用い、保持環１３を軸方向両端の嵌合部４２で支持して溶接を行うため、実際使用するシャフト９の軸中央部に気抜き孔（図１の２６）、及び保持環１３とシャフト９内で閉じられた空間と気抜き孔との連通を促進するための円周方向溝（図１の２６ａ）が不要となり、シャフト剛性を低下させることなく、ロータ５を製作することができる。従って、ロータ５の固有振動数を低下させることなく、高速回転においても、安定した運転が可能となる。
【００４１】
次に本発明の第３の実施の形態について図６を参照して説明する。この実施の形態においては、シャフト９の軸端側に溶接により発生する高温金属粒子が永久磁石１１のほうへ飛散するのを防止する突起２８を設けている。これにより、溶接時に保持環１３とシャフト９との溶接部２４から発生する高温金属粒子が永久磁石１１及び永久磁石１１を固定している接着剤に付着することを防ぐことができる。その結果、接着剤が気化することなく、真空チャンバの真空度を保持でき、溶接不良を回避することができる。また、永久磁石１１の熱減磁も回避することができるため、回転電機出力の低下をきたすことなく、ロータ５を製作することが出来る。
【００４２】
また、この実施の形態においては、保持環１３とシャフト９は、溶接部２４にリング状の中間部材２９を挟み込み、溶接により結合されている。リング状中間部材２９は、シャフト９、若しくは保持環１３の溶接部２４に容易に嵌め込むことが可能であり、作業効率が向上し、製作時間を短縮することができる。また、リング状の中間部材２９は、組立前に機械加工により同芯度を出すことができるため、シャフト９若しくは保持環１３との嵌合を同一軸線上に、高精度な同芯度で組み立てることができる。したがって、バランスの保たれたロータ５を構成できるため、安定した高速回転を得ることができる。
【００４３】
また、この中間部材２９の形状は、薄肉のシート状としてもよい。これにより、シート状の金属は安価で入手が容易であるため、製造コストを低減することができる。また、作業時の取扱いが容易であるため、製作時間を短縮することができる。なお、中間部材２９は前記第１の実施の形態における第３の金属と同じ組成によって同じ効果を生じる。
【００４４】
さらに、保持環１３、及びシャフト９の溶接は、レーザー溶接で溶接するのが良い。レーザ溶接で保持環１３及びシャフト９の溶接を行なうことにより、大気中で溶接することが可能となり、真空に引くための溶接専用容器、若しくは真空引きの作業が不要となり、製造に要する工程、及び時間を短縮することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ製作時の溶接不良および永久磁石の熱減磁がなく、高出力で安定した高速回転の得られる永久磁石形回転電機およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の永久磁石形回転電機の概要断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の永久磁石形回転電機に備えられる保持環の断面図。
【図３】図１のIIIの部分の拡大図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の永久磁石形回転電機の製造方法を示す概要断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の永久磁石形回転電機の概要断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の永久磁石形回転電機の要部を示す断面図。
【図７】従来の永久磁石形回転電機の概要断面図。
【図８】図７のVIIIの部分の拡大図。
【符号の説明】
１…ステータ、５…ロータ、７…軸受、９…シャフト、１１…永久磁石、１３…保持環、２３…溶接部、２４…溶接部、２５…中心孔、２６…気抜き孔、２６ａ…円周方向溝、２７…永久磁石位置決め用突起、２８…高温金属粒子防止用突起、２９…リング状中間部材、３０…環状空間、３１…保持環突合せ結合部、３２…保持環シャフト嵌合部、４１…模擬シャフト、４２…嵌合部、１０１…ステータ、１０５…ロータ、１０７…軸受、１０９…シャフト、１０９ａ…円板状フランジ部、１１１…永久磁石、１１１ａ…永久磁石端面外縁、１１３ａ，１１３ｂ…保持環、１１５…エンドリング部、１１７…中心軸心孔、１１９…エンドリング部、１２１…中心軸心孔、１２２…接着剤、Ｗ…溶接部、Ｐ…高温金属粒子、ｅ…隙間。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine for high speed rotation in which an outer peripheral surface of a permanent magnet provided on a rotor is covered with a retaining ring, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A conventional permanent magnet type rotating electric machine is described, for example, in Patent Document 1 below, and is as shown in FIG. In FIG. 7, reference numerals 101 and 105 denote a stator and a rotor of a permanent magnet type rotating electric machine, respectively, and the stator 101 has a structure in which an armature winding (not shown) is wound around an armature core. Yes.
[0003]
The rotor 105 is rotatably supported by the shaft 107 of the stator 101 by a bearing 107, and a plurality of field permanent magnets 111 disposed on the peripheral surface of the shaft 109 and a holding ring surrounding the permanent magnet 111. 113a and 113b. The shaft 109 has disc-shaped flange portions 109a on both sides, and is divided into two with a predetermined gap e at the central portion.
[0004]
The holding ring includes three parts, an end part and a central part, and an end ring part 115 having substantially the same diameter facing the flange part 109a of the shaft 109 is formed on the holding ring 113a at the end part. The end ring portion 115 restricts the movement of the permanent magnet 111 in the axial direction, and a central axial center hole 117 is formed through the central portion. The central shaft hole 117 is formed slightly larger than the shaft diameter of the shaft 109 and is inserted into the shaft 109 while being positioned on the shaft center line.
[0005]
An end ring portion 119 is formed at a central portion of the holding ring 113b located at the center, and a central axial center hole 121 is formed through the central portion. The central axial hole 121 is formed slightly larger than the axial diameter of the shaft 109 and is inserted into the shaft 109 while being positioned on the axial line. As described above, the shaft 109 has a shape in which the left and right two portions are abutted with each other within the thickness of the end ring portion 119 of the holding ring 113b located in the center.
[0006]
FIG. 8 is an enlarged view of a “VIII” portion of FIG. As shown in FIG. 8, the abutting surfaces of the holding ring 113b located at the center and the holding ring 113a located on the left and right, and the abutting surfaces of the holding ring 113a at the end and the flange portion 109a of the shaft 109 are welded by electron beam welding. Thus, the welded portion W is formed and is integrally coupled. As a result, the width of the welded portion W can be several millimeters.
[0007]
The permanent magnet 111 is formed in a cross-sectional arc shape set shorter than the axial length of the holding rings 113a and 113b, and the outer peripheral surface is formed on the inner peripheral surface of the holding rings 113a and 113b by means such as an adhesive 122. Fixedly supported. Permanent magnet 111 has magnets magnetized as S poles on the inner circumference side and N poles on the outer circumference side, and magnets magnetized as N poles on the inner circumference side and S poles on the outer circumference side along the shaft 109 according to the number of poles. Arranged and generates field.
[0008]
The opposed surfaces of the permanent magnet 111 and the permanent magnet 111 are close to the welded portion W between the holding ring 113b located in the middle and the holding ring 113a located at the end, and the end surface outer edge 111a is scraped off into a ring shape. It has a different shape. As a result, the direct influence of heat during the retaining ring welding is avoided, and deterioration of the characteristics of the permanent magnet 111 can be prevented.
[0009]
In the permanent magnet type rotating electric machine configured as described above, a rotating torque is generated by the rotating magnetic field generated by the stator 101 and the field generated by the rotor 105, and the rotor 5 rotates. During this rotation, the holding rings 113a and 113b can be rotated at high speed in order to prevent the permanent magnet 111 from being scattered by the centrifugal force that acts when the rotor 105 rotates.
[0010]
At the same time, since the retaining rings 113a and 113b and the shaft 109 have an integral structure, the rotor 105 has high strength and rigidity. Even if the shaft 109 extends due to the influence of heat, the gap e between the divided portions absorbs the expansion allowance, prevents sudden changes in vibration, thermal bending, and the like, and provides stable high-speed rotation.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2000-278898 A
[Problems to be solved by the invention]
In general electron beam welding, an object to be welded is placed in a vacuum chamber, and welding is performed in a vacuum state in the chamber. As described above, in the conventional permanent magnet type rotating electrical machine, the permanent magnet 111 is used as the magnetic field generating means of the rotor 105, each abutting surface of the holding ring 113b located at the center and the holding ring 113a located at the end, The butted surfaces of the holding ring 113a at the end and the flange 109a of the shaft 109 are integrally joined by electron beam welding, but the space surrounded by the holding rings 113a and 113b and the shaft 109 was sealed when welding. Since it is in a state, the space surrounded by the retaining rings 113a and 113b and the shaft 109 cannot be sufficiently vacuumed, and the internal pressure rises due to metal vapor generated by welding, Since metal vapor is ejected from the welded portion W, poor welding is likely to occur.
[0013]
In addition, when welding each butting surface of the holding ring 113b located in the center and the holding ring 113a located on the left and right, the outer circumference side of the holding ring is irradiated with an electron beam to perform butt welding of the holding ring. High-temperature metal particles P (sputtering) are generated radially from the side opposite to the beam irradiation surface (inner peripheral surface of the holding ring).
[0014]
In the conventional structure, since the positions of the permanent magnet 111 and the welded portion W are close to each other, the high-temperature metal particles P generated by welding adhere to the adhesive 122 that fixes the permanent magnet 111 to the holding rings 113a and 113b. Therefore, the adhesive 122 is vaporized by the heat of the high-temperature metal particles P, the degree of vacuum in the welding chamber is lowered, and welding failure occurs.
[0015]
Therefore, in the conventional permanent magnet type rotating electrical machine, the butt welding of the holding rings 113a and 113b and the welded portion between the holding rings 113a and 113b and the shaft 109 are incompletely welded, and the welding strength that can withstand high-speed rotation. It is easy to become a situation where you can not get.
[0016]
Similarly, in the conventional structure, since the position of the permanent magnet 111 and the welded portion W are close to each other, the high-temperature metal particles P (sputtering) generated by welding adhere to the permanent magnet 111, and the heat of the high-temperature metal particles P makes it permanent. Local thermal demagnetization occurs in the magnet 111. Accordingly, no magnetic flux is generated from the portion of the permanent magnet 111 where thermal demagnetization has occurred, and a sufficient field cannot be obtained, so that a predetermined output (torque) of the permanent magnet type rotating electric machine cannot be obtained.
[0017]
Thus, in the conventional permanent magnet type rotating electrical machine, the holding ring 113a, due to the increase in the internal pressure of the rotor 105 due to the metal vapor during welding and the decrease in the vacuum degree in the welding chamber due to the evaporation of the permanent magnet fixing adhesive 122, 113b and the welding portion W of the shaft 109 are likely to be poorly welded, and the output of the rotating electrical machine tends to be reduced due to thermal demagnetization of the permanent magnet 111.
[0018]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that is free from welding failure and thermal demagnetization of a permanent magnet at the time of manufacturing a rotor, and that can obtain a high output and a stable high speed rotation, and a manufacturing method thereof.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a stator configured by winding an armature winding around an armature core, and a rotor rotatably mounted on an axial center portion of the stator. The rotor has a shaft supported by a bearing, and a plurality of the rotors are provided along the axial direction of the shaft so as to cover the peripheral surface of the shaft and are welded to each other. a plurality of retaining rings, the retaining plurality of e Bei a permanent magnet inner circumferential surface of the anchored magnetic-field in the ring, before Symbol annular space between welded connection is formed on the shaft outer circumference of the retaining rings and An annular space formed by a welded joint between the retaining ring and the shaft, the permanent magnet, and the outer peripheral portion of the shaft is provided in a center hole that is provided at the center of the shaft and communicates with the outside of the machine, the center hole, and the annular space. Radius to communicate with In the permanent magnet type rotating electrical machine provided with a directional vent hole, the axial position of the permanent magnet is determined in the retaining ring, and high temperature metal particles generated by welding the shaft and the retaining ring are generated in the permanent magnet. Protrusions that prevent spraying are provided .
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a stator configured by winding an armature winding around an armature core, and a rotor rotatably mounted on an axial center portion of the stator, and the rotor is supported by a bearing. A plurality of shafts that cover the peripheral surface of the shaft and that are provided along the axial direction of the shaft and that are welded to each other, and that at the end are welded to the shaft, and the holding ring A plurality of field permanent magnets fixed to the inner peripheral surface of the ring, an annular space formed in the welded joint between the retaining rings and the outer peripheral part of the shaft, and a welded joint between the retaining ring and the shaft A central hole formed in the center of the shaft and communicating with the outside of the machine and a radial vent hole communicating with the central hole and the annular space. With permanent In stone type rotary electric machine, the shaft, characterized in that the high temperature metal particles generated by welding of the retaining ring and the shaft is provided with a projection to prevent blown to the permanent magnet.
According to a third aspect of the present invention, the radial position of the weld joint between the retaining ring and the shaft is on the inner diameter side of the position of the permanent magnet.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, the shaft is provided with a protrusion for preventing high temperature metal particles generated by welding the shaft and the retaining ring from being sprayed onto the permanent magnet.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, the welded joint between the retaining ring and the shaft is welded with an intermediate member made of a different material from the retaining ring and the shaft.
In a sixth aspect of the present invention, the intermediate member has a ring shape or a thin sheet shape.
The invention according to claim 7 is configured such that the intermediate member is formed on the retaining ring or the shaft before welding connection.
[0023]
According to an eighth aspect of the present invention, the material of the holding ring and the shaft is SUS630 and SCM435, respectively, and the intermediate member is SUS309.
The invention according to claim 9 is a manufacturing method, wherein a plurality of the holding rings provided along the axial direction are welded to each other without using an actual shaft and supporting the holding ring by a simulated shaft having a vent hole. The configuration is as follows.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a permanent magnet type rotating electric machine according to this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a retaining ring provided in the permanent magnet type rotating electric machine of this embodiment. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion III in FIG.
[0025]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a stator of a permanent magnet type rotating electric machine, and 5 denotes a rotor. The stator 1 has a structure in which an armature winding (not shown) is wound around an armature core. Yes. The rotor 5 includes a shaft 9 supported by a bearing 7 and is rotatably provided at the axial center portion of the stator 1. The rotor 5 surrounds the peripheral surface of the shaft 9 and the inner peripheral surface of the holding ring 13. A plurality of field permanent magnets 11 are arranged.
[0026]
The holding rings 13 are provided on the left and right sides in the axial direction, and the left and right holding rings 13 and 13 are joined together by forming a welded portion 23 by electron beam welding at the holding ring butt coupling portion 31. Further, the holding ring one side shaft end side has a fitting portion 32 formed slightly larger than the shaft diameter of the shaft 9, and is fitted and inserted into the shaft 9 while being positioned on the axial center line. The holding ring 13 is joined by forming a welded portion 24 by electron beam welding at the fitting portion 32. Electron beam welding is performed by installing the rotor 5 in a vacuum chamber and keeping the vacuum chamber in a vacuum state.
[0027]
The shaft 9 is provided with a center hole 25 at the center in the radial direction, and a plurality of air vent holes 26 penetrating from the center toward the outer peripheral side in the radial direction at the axial center and both ends of the shaft 9. Yes. Further, a circumferential groove 26a that makes a round of the shaft 9 is formed at the outer peripheral end of the shaft of the vent hole 26, and the outer circumferential side of the circumferential groove 26a is between the inner peripheral surface of the holding ring 13 and the outer circumferential side. An annular space 30 is formed in the upper part.
[0028]
With such a configuration, when the retaining ring butt weld 23 and the welded portion 24 of the shaft 9 and the retaining ring 13 are welded by electron beam welding, the space closed by the retaining ring 13 and the shaft 9 and the outside of the rotor 5 are Are communicated by the annular space 30, the circumferential groove 26 a provided in the shaft 9, the vent hole 26, and the center hole 25.
[0029]
Therefore, the degree of vacuum in the space closed by the retaining ring 13 and the shaft 9 can be made a vacuum state necessary for welding, and metal vapor generated by welding can be sufficiently discharged, and the internal pressure rises. Can be avoided, and a decrease in welding strength due to poor welding can be prevented. Further, since a plurality of vent holes 26 are provided, even when a large amount of metal vapor is generated, it can be sufficiently discharged, and similarly it is possible to prevent a decrease in welding strength due to poor welding.
[0030]
The outer peripheral surface of the permanent magnet 11 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the holding ring 13 by means such as an adhesive. The permanent magnet 11 has an inner circumference magnetized as an S pole, an outer circumference side magnetized as an N pole, and an inner circumference side magnetized as an N pole and an outer circumference side magnetized as an S pole, depending on the number of poles. Alternatingly arranged on the surface, a field is generated.
[0031]
The radial position of the welded portion 24 that welds and joins the holding ring 13 and the shaft 9 is arranged on the inner diameter side with respect to the radial direction position of the permanent magnet 11. Thereby, it is possible to prevent the high-temperature metal particles (sputtering) generated when the holding ring 13 and the shaft 9 are joined by welding from adhering to the permanent magnet 11 and the adhesive that fixes and supports the permanent magnet 11. As a result, the vacuum degree of the vacuum chamber can be maintained without vaporizing the adhesive, and poor welding can be avoided. Moreover, since the thermal demagnetization of the permanent magnet 11 can be avoided, the rotor 5 can be manufactured without causing a decrease in the output of the rotating electrical machine.
[0032]
The axial position of the permanent magnet 11 is fixedly supported by a permanent magnet positioning projection 27 provided on the inner peripheral surface of the holding ring. When the permanent magnet 11 is attached to the inner peripheral surface of the holding ring 13, the permanent magnet 11 is accurately positioned. The permanent magnet 11 can be arranged at the axial position, and positioning adjustment can be easily performed, and the permanent magnet attaching operation time can be shortened.
[0033]
Further, the permanent magnet positioning protrusion 27 prevents the high temperature metal particles generated from the welded portion 24 between the retaining ring 13 and the shaft 9 during welding from adhering to the permanent magnet 11 and the adhesive fixing the permanent magnet 11. be able to. As a result, the vacuum degree of the vacuum chamber can be maintained without causing the adhesive to vaporize, and poor welding can be avoided. Moreover, since the thermal demagnetization of the permanent magnet 11 can be avoided, the rotor 5 can be manufactured without causing a decrease in the output of the rotating electrical machine.
[0034]
In addition, a third metal is preliminarily welded to the welded portion 24 to be welded to the holding ring 13 of the shaft 9, and thereafter, a high-precision machine finishing process is performed coaxially with the shaft to fit the holding ring 13. It is possible to assemble the joints with high concentricity on the same axis. Thereby, since the balanced rotor 5 can be comprised, the stable high-speed rotation can be obtained.
[0035]
Further, by welding with a third metal interposed between the holding ring 13 and the shaft 9 of different materials, generation of a metal structure that weakens the bond between different materials is prevented, and the strength of the welded portion is improved. An intermediate layer is generated and a high strength weld 24 is obtained. Therefore, stable operation is possible even at high speed rotation where high centrifugal force is generated.
[0036]
Specifically, when the material of the retaining ring 13 and the shaft 9 is Cr-Ni stainless steel SUS630 (JIS symbol) and Cr-M steel SCM435 (JIS symbol), the third metal sandwiched between the welds is Cr. By using -Ni series stainless steel SUS309 (JIS symbol), the coupling between the retaining ring 13 and the shaft 9 becomes stronger, and the welding strength of the welded portion 24 can be remarkably improved.
[0037]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an axial sectional view showing an arrangement during retaining ring butt welding using a simulated shaft in this embodiment. FIG. 5 is a schematic sectional view of the permanent magnet type rotating electric machine according to this embodiment.
[0038]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a simulated shaft 41 is used at the time of holding ring butt welding, and welding is performed with the holding ring 13 supported by fitting portions 42 at both ends in the axial direction. The simulated shaft 41 is provided with a central hole 25 in the center in the radial direction, and a plurality of vent holes 26 penetrating from the center in the axial direction corresponding to the retaining ring butt weld 23 toward the outer peripheral side in the radial direction. ing.
[0039]
As a result, when the retaining ring butt weld 23 is welded by electron beam welding, the space closed by the retaining ring 13 and the simulated shaft 41 and the outside air are removed from the vent hole 26 and the central hole provided in the simulated shaft 41. 25, the degree of vacuum in the space closed by the holding ring 13 and the simulated shaft 41 can be set to a vacuum state necessary for welding, and metal vapor generated by welding can be sufficiently discharged. It becomes. As a result, an increase in internal pressure can be avoided and a decrease in welding strength due to poor welding can be prevented. Further, since a plurality of vent holes 26 are provided, even when a large amount of metal vapor is generated, it can be sufficiently discharged, and a decrease in welding strength due to poor welding can be effectively prevented.
[0040]
As described above, in this embodiment, the simulated shaft 41 is used at the time of retaining ring butt welding, and the retaining ring 13 is supported by the fitting portions 42 at both ends in the axial direction to perform welding. The vent hole (26 in FIG. 1) and the circumferential groove (26a in FIG. 1) for facilitating communication between the holding ring 13 and the space closed in the shaft 9 and the vent hole are not required. The rotor 5 can be manufactured without reducing the shaft rigidity. Therefore, stable operation is possible even at high speed rotation without reducing the natural frequency of the rotor 5.
[0041]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a protrusion 28 is provided on the shaft end side of the shaft 9 to prevent high temperature metal particles generated by welding from scattering toward the permanent magnet 11. Thereby, it can prevent that the high temperature metal particle which generate | occur | produces from the welding part 24 of the holding | maintenance ring 13 and the shaft 9 at the time of welding adheres to the adhesive which has fixed the permanent magnet 11 and the permanent magnet 11. FIG. As a result, the vacuum degree of the vacuum chamber can be maintained without causing the adhesive to vaporize, and poor welding can be avoided. Moreover, since the thermal demagnetization of the permanent magnet 11 can be avoided, the rotor 5 can be manufactured without causing a decrease in the output of the rotating electrical machine.
[0042]
In this embodiment, the retaining ring 13 and the shaft 9 are joined by welding with a ring-shaped intermediate member 29 sandwiched between the welded portions 24. The ring-shaped intermediate member 29 can be easily fitted into the shaft 9 or the welded portion 24 of the retaining ring 13, improving work efficiency and shortening the manufacturing time. In addition, since the ring-shaped intermediate member 29 can be concentric by machining before assembling, the fitting with the shaft 9 or the holding ring 13 is assembled on the same axis line with high concentricity. be able to. Accordingly, since the balanced rotor 5 can be configured, stable high-speed rotation can be obtained.
[0043]
The shape of the intermediate member 29 may be a thin sheet. Thereby, since a sheet-like metal is cheap and easy to obtain, the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since the handling at the time of work is easy, manufacturing time can be shortened. The intermediate member 29 produces the same effect by the same composition as the third metal in the first embodiment.
[0044]
Further, the holding ring 13 and the shaft 9 may be welded by laser welding. By welding the holding ring 13 and the shaft 9 by laser welding, it becomes possible to perform welding in the atmosphere, and a welding-dedicated container for drawing a vacuum or a vacuum drawing operation is not necessary, and a process required for manufacturing, and Time can be shortened.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a permanent magnet type rotating electric machine that is free from welding failure and thermal demagnetization of the permanent magnet at the time of manufacturing the rotor, and that can obtain high output and stable high speed rotation, and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a permanent magnet type rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a holding ring provided in the permanent magnet type rotating electric machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion III in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a method for manufacturing a permanent magnet type rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a permanent magnet type rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a permanent magnet type rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a conventional permanent magnet type rotating electric machine.
8 is an enlarged view of a portion VIII in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator, 5 ... Rotor, 7 ... Bearing, 9 ... Shaft, 11 ... Permanent magnet, 13 ... Retaining ring, 23 ... Welded part, 24 ... Welded part, 25 ... Center hole, 26 ... Vent hole, 26a ... Circle Circumferential groove, 27 ... Permanent magnet positioning projection, 28 ... High temperature metal particle prevention projection, 29 ... Ring-shaped intermediate member, 30 ... Ring space, 31 ... Retaining ring butt coupling portion, 32 ... Retaining ring shaft fitting portion, DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Simulated shaft, 42 ... Fitting part, 101 ... Stator, 105 ... Rotor, 107 ... Bearing, 109 ... Shaft, 109a ... Disc-shaped flange part, 111 ... Permanent magnet, 111a ... Peripheral edge of permanent magnet, 113a, 113b DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Retaining ring, 115 ... End ring part, 117 ... Center axial hole, 119 ... End ring part, 121 ... Central axial hole, 122 ... Adhesive, W ... Welded part, P ... High temperature metal particle, e ... Gap.

Claims

A stator having an armature winding wound around an armature core, and a rotor rotatably mounted on an axial center portion of the stator, the rotor being supported by a bearing, and the shaft A plurality of holding rings which are provided along the axial direction of the shaft and welded to each other and which are connected to each other at the end, and a plurality of holding rings which are welded to the shaft are fixed to the inner peripheral surface of the holding ring. welded connection of a plurality of e Bei a permanent magnet, before Symbol holding annular space between welded connection is formed on the shaft outer circumference of the rings and the retaining ring and the shaft of been magnetic-field, the permanent magnet A permanent magnet having an annular space formed by the outer periphery of the shaft provided in the center of the shaft and communicating with the outside of the machine and a radial vent hole communicating with the center hole and the annular space. For rotary electric machines Te, characterized in that determining the axial position of the permanent magnet to the holding ring, and high temperature metal particles generated by welding of the retaining ring and the shaft is provided with a projection to prevent blown to the permanent magnet Permanent magnet type rotating electrical machine.

A stator having an armature winding wound around an armature core, and a rotor rotatably mounted on an axial center portion of the stator, the rotor being supported by a bearing, and the shaft A plurality of holding rings which are provided along the axial direction of the shaft and welded to each other and which are connected to each other at the end, and a plurality of holding rings which are welded to the shaft are fixed to the inner peripheral surface of the holding ring. A plurality of permanent magnets for the field, a welded joint between the retaining rings, an annular space formed in the outer periphery of the shaft, a welded joint between the retaining ring and the shaft, the permanent magnet, Permanent magnet type rotation in which an annular space formed with the outer periphery of the shaft is provided with a central hole provided at the center of the shaft and communicating with the outside of the machine, and a radial vent hole communicating with the central hole and the annular space. Electric Te, the shaft, the shaft and the permanent magnet type rotary electric machine, characterized in that a protrusion to prevent the high temperature metal particles generated is blown into the permanent magnet by welding of the retaining ring.

3. The permanent magnet type rotating electric machine according to claim 1, wherein a radial position of a welded joint between the holding ring and the shaft is closer to an inner diameter side than a position of the permanent magnet.

2. The permanent magnet type rotating electric machine according to claim 1, wherein the shaft is provided with a protrusion for preventing high temperature metal particles generated by welding of the shaft and the retaining ring from being sprayed on the permanent magnet.

3. The permanent magnet type according to claim 1, wherein the welded joint between the retaining ring and the shaft is welded together with an intermediate member made of a material different from that of the retaining ring and the shaft. Rotating electric machine.

6. The permanent magnet type rotating electric machine according to claim 5 , wherein the intermediate member has a ring shape or a thin sheet shape.

6. The permanent magnet type rotating electric machine according to claim 5 , wherein the intermediate member is formed on the holding ring or the shaft before welding.

The permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 5 , wherein the material of the holding ring and the shaft is SUS630 and SCM435, respectively, and the intermediate member is SUS309.

The welding connection between the plurality of holding rings provided along the axial direction is performed by supporting the holding ring by a simulated shaft having a vent hole without using an actual shaft. Or the manufacturing method of the permanent-magnet-type rotary electric machine of 2 or 2 .