JP4501020B2 - 高速回転機用ロータの製造方法 - Google Patents

Description

【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１１２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、ロータシャフトを冷却する工程と、ロータ用磁石を冷却する工程の２回の冷却工程を含む構成とした。
【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（ＲＳ１）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１１２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（ＳＲ１）、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１１２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１１２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１１２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（ＳＲ４）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１１０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)

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、
   ロータシャフトを冷却する工程と、ロータ用磁石を冷却する工程の２回の冷却工程を含むことを特徴とする高速回転機用ロータの製造方法。
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. 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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