JP4671997B2 - 回転電機の回転子、及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数個の磁極を有する回転電機の回転子、及びその回転子の製造方法に関するものである。

回転子軸の外周に固定された積層鉄心の外周に複数個の永久磁石を有する回転電機の回転子に於いて、これらの永久磁石の軸方向の両端部を非磁性部材からなるカバーにより覆うようにした構成は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された従来の回転電機の回転子は、回転子に設けられた非磁性カバーは、接着剤により永久磁石に固定されている。このように構成された従来の回転電機の回転子によれば、積層鉄心と永久磁石との固定、及び永久磁石とカバーとの固定によって、回転子の周方向に対する永久磁石の位置を確定して固定することができる。

又、別の従来の回転電機の回転子として、継鉄の外周に永久磁石を配置し、永久磁石の外周を非磁性部材からなる緊締環により覆い、その緊締環をボルト等の締結部材により継鉄の外周側から半径方向の内側へ圧着固定するようにした構成が既に開示されている（例えば特許文献２参照）。

特許文献２に示された従来の回転電機の回転子は、緊締環を外周側から継鉄側に押込むことで永久磁石に対する緊縛力を生じ、永久磁石の周方向の位置が確定される。

特開２００１−２５１９３号公報 実開昭５５−１２０２８５号公報

特許文献１に示された従来の回転電機の回転子の場合、接着剤が硬化するまでの間、或いは接着剤が十分な固定力を有しない場合には、永久磁石の周方向位置を確定して固定することができない。永久磁石の周方向位置は、回転電機のコギングトルクに大きな影響を与えるため、永久磁石の周方向位置が所定の位置に固定できない場合、コギングトルクの悪化や変動が生じ、回転電機に振動や騒音が生じる問題がある。

又、特許文献２に開示された従来の回転電機の回転子の場合、緊締環を固定するためのボルト等の締結部材を必要とするため材料費及び加工費等の増大を招く。更に、永久磁石間の隙間を締結部材の寸法以上に大きく取る必要があり、回転電機の体格を変えないとすればトルクの低下を生じる。又、そのトルク低下を補うためには回転電機の軸長を長くする等の大型化を招き、製造コストの増加を招くこととなる。

この発明は、従来の回転電機の回転子に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく、且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機の回転子を提供することを目的としたものである。

又、この発明は、コギングトルクの悪化や変動が生じることのない回転電機の回転子を、コストの増大を招くことなく容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係る回転電機の回転子は、
回転子鉄心の磁極固定部に固定され前記回転子鉄心の周方向に隙間を介して配置された複数個の磁極と、前記複数個の磁極の外周面に装着された筒状の非磁性リングとを備えた回転電機の回転子であって、
前記非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、前記複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えた
ことを特徴とするものである。

又、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法は、
回転子鉄心の磁極固定部に固定され前記回転子鉄心の周方向に隙間を介して配置された複数個の磁極と、前記複数個の磁極の外周面に装着された筒状の非磁性リングとを備えた回転電機の回転子であって、前記非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、前記複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えた回転電機の回転子の製造方法であって、
複数の内径膨出部を備えた筒状の非磁性リングを磁極の外周面に装着する工程と、前記装着された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程と
を備えたことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法である。

又、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法は、
回転子鉄心の磁極固定部に固定され前記回転子鉄心の周方向に隙間を介して配置された複数個の磁極と、前記複数個の磁極の外周面に装着された筒状の非磁性リングとを備えた回転電機の回転子であって、前記非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、前記複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えた回転電機の回転子の製造方法であって、
略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に圧入する工程と、前記圧入された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記圧入に基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法である。

更に、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法は、
回転子鉄心の磁極固定部に固定され前記回転子鉄心の周方向に隙間を介して配置された複数個の磁極と、前記複数個の磁極の外周面に装着された筒状の非磁性リングとを備えた回転電機の回転子であって、前記非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、前記複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えた
回転電機の回転子の製造方法であって、
略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に焼き嵌めする工程と、前記焼き嵌めされた非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記焼き嵌めに基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法である。

この発明に係る回転電機の回転子によれば、非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えているので、複数個の磁極を確実に回転子の所定位置に固定することができ、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく、且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機を提供することができる。

又、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法によれば、ステンレス鋼により構成され複数の内径膨出部を備えた筒状の非磁性リングを磁極の外周面に装着する工程と、前記装着された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備えているので、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機を、コストの増大を招くことなく容易に製造することができる。

又、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法によれば、ステンレス鋼により構成され略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に圧入する工程と、前記圧入された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記圧入に基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されるようにしたので、複数の内径膨出部を有する非磁性リングを容易に形成することができ、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機を、コストの増大を招くことなく容易に製造することができる。

更に、この発明に係る回転電機の回転子の製造方法によれば、ステンレス鋼により構成され略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に焼き嵌めする工程と、前記焼き嵌めされた非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記焼き嵌めに基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されるようにしたので、複数の内径膨出部を有する非磁性リングを容易に形成することができ、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機を、コストの増大を招くことなく容易に製造することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子について、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を横断面で示す説明図、図２は、その回転子を縦断面で示す説明図、図３は、その回転子を横断面で示す説明図である。図１及び図２に於いて、回転電機の回転子軸１は、一対のブラケット（図示せず）に夫々設けられた軸受（図示せず）に回動自在に支持される。環状の磁性薄板が軸方向に積層されて筒状に構成された回転子鉄心２は、その中央貫通孔に回転子軸１が圧入等の方法により挿入されて回転子軸１と一体に固定されている。

回転子鉄心２の軸方向の一端には、その鉄心端面にカシメ等の手段により端板２１が固定されている。図１及び図３に示すように、回転子鉄心２は、その横断面が正１０角形に形成され、その外周面に、長さ方向が回転子鉄心２の軸方向に延びる長方形の平坦面により形成された１０個の磁極固定部２２を備えている。

永久磁石により構成された磁極３は、長方形の平坦面で構成された底面と、この底面に対してほぼ垂直をなした平面で構成された四方の側面と、これらの側面に繋がり回転子鉄心２の周方向に略円弧状を成した外周面とを備えている。このように構成された１０個の磁極３は、夫々の底面が回転子鉄心２の夫々の磁極固定部２２に接着剤により接着されることにより、回転子鉄心２に固定されている。これらの１０個の磁極３は、回転子軸１の軸心を中心として回転子鉄心２の周方向に隙間１０を介して等ピッチで配置されている。

非磁性体であるステンレス鋼により形成された非磁性リング４は、回転子鉄心２に固定された１０個の磁極３の外周面を覆うように装着されている。非磁性リング４は、磁極３と同数である１０個の円弧状の内径膨出部４１を備え、外形がこれらの内径膨出部４１を緩やかな稜線とした略正１０角形の筒状体をなしている。

非磁性リング４は、その内径膨出部４１の内周面が夫々の磁極３の外周面と接触し、夫々の磁極３に対して非磁性リング４の半径方向内側に向かう付勢力を与えている。又、非磁性リング４は、その内径膨出部４１相互間のほぼ中央部に位置する部位に小径部４２が形成され、その内小径部４２の内周面が最小の半径となり、内径膨出部４１の内周面が最大の半径となるよう構成されている。複数個の磁極３の外接円周長Ｌと、非磁性リング４の内周長Ｌ１との関係は、[Ｌ＞Ｌ１]に設定されている。

非磁性リング４の内径膨出部４１の内周面の半径は、回転子鉄心２の軸心から磁極３の円弧上の外周面までの距離に等しく設定されており、非磁性リング４の引張力に基づいて、夫々の磁極３は回転子鉄心２の半径方向内側に向かう付勢力が与えらることとなり、回転子鉄心２の磁極固定部２１に確実に固定される。

更に、前述のように、非磁性リング４は、内径膨出部４１と小径部４２とを有する略正１０角形の形状をなしており、小径部４２が隣接する磁極相互間の隙間１０に配置されているので、夫々の磁極３の回転子鉄心２に於ける周方向位置は、確実に規制される。従って、夫々の磁極３の回転子鉄心２に於ける周方向位置が回転電機の運転中の振動等により変動することはない。

ここで、回転子鉄心２、磁極３、非磁性リング４の構成を一般化して説明すると、回転電機の回転子の極数、つまり磁極３の数をｎとすれば、非磁性リング４は略正ｎ角形状に形成され、夫々の磁極３は、回転子の周方向に等ピッチで配設される。回転子軸１の軸心を中心として、隣接する磁極３の夫々の中央部を通る軸のなす角度θは、図３に示すように、[θ＝３６０°／ｎ]となる。

非磁性リング４は、図２に示すように、その軸方向の両端部を固定子鉄心２の半径方向内側に向かって折り曲げて半径方向内側に延出するように形成した半径方向延出４３、４４を有し、その一方の半径方向延出部４３は回転子鉄心２の一方の軸方向端部の端板２１に当接し、他方の半径方向延出部４４は回転子鉄心２の他方の軸方向端面に当接している。回転子鉄心２の磁極固定部２２の軸方向長Ｈと、磁極３の底面の軸方向長Ｈ１との関係は、[Ｈ＞Ｈ１]となるように設定されており、磁極３の一方の軸方向端面は、回転子鉄心２の軸方向端面の軸方向内側となるように配置されている。

前述のように非磁性リング４の軸方向両端部に半径方向延出部４３、４４設けているので、非磁性リング４の軸方向の位置ずれを規制することができる。又、非磁性リング４の半径方向延出部４３の内面に磁極３の軸方向の一端面を当接させることで、磁極３の軸方向位置の規制力を向上させることができる。

更に、非磁性リング４の半径方向延出部４３、４４により磁極３の軸方向の両端面が覆われるので、外部からの異物に対して磁極３の両端面を保護することができると共に、磁極３が万一破損しても、外部への磁極３の飛散を防止することができる。又、前述のように、磁極３の鉄心貼付面である底面の軸方向長さＨ１は、回転子鉄心２の磁極固定部２２の軸方向長Ｈよりも短く設定されているので、磁極３の軸方向端面を非磁性リング４及び回転子鉄心２の磁極固定部２２に対して軸方向内側に位置させることができ、磁極３の軸方向端面を保護することができる。

又、この実施の形態１では、非磁性リング４として、ステンレス鋼を用いているので、非磁性リング４を軽量化し、且つ高強度とすることができ、磁極３への付勢力を高めて磁極３に高い規制力を与えることができている。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子によれば、非磁性体により形成された非磁性リング４が永久磁石により形成された磁極３に対し、回転子鉄心２の半径方向内側に向かう付勢力を与えると共に、非磁性リング４の内径膨出部により磁極３の周方向位置を規制することができる。従ってコギングトルク対策に有効であるところの磁極位置の配置規制が容易となる。

更に、磁極３は、非磁性リング４の内径膨出部４１を利用して回転子鉄心２の周方向に等ピッチに配置されている周方向位置が規制されており、その位置が変動することがないので、磁極の周方向位置の変動によりコギングトルクが増大することはなくコギングトルクを低減することができる。又、磁極３が周方向に等ピッチで配置されていることにより非磁性リング４に生じる引張力が均等になるため、磁極３の位置ずれが生じ難く、磁極３を所定の位置に確実に規制することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子について、図４、及び図５に基づいて説明する。図４は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を横断面で示す説明図、図５は、その回転子を一部拡大横断面で示す説明図である。図４に於いて、永久磁石からなる磁極３の外周面に配設された非磁性体であるアルミニウムからなる非磁性リング４の内周面は、隣接する磁極相互間に於いて、隣接する磁極３の外周面を通る接線１２の上、若しくはその接線１２よりも回転子鉄心２側に位置する形状を有する。即ち、図５に示すように、隣接する磁極３の外周面を通る接線１２と、非磁性リング４の内周面との間の回転子鉄心２の半径方向の距離ｄは、接線１２から回転子鉄心２の半径方向内側の方向を正として[ｄ≧０]に設定されている。尚、その他の構成は、実施の形態１の回転電機の回転子と同様である。

非磁性リング４の内周面が隣接する磁極３の外周の接線１２と合致する場合、幾何学上、非磁性リング４の最小周長であり材料使用量を少なくできるとともに、磁石に対し、径方向及び周方向の高い付勢力が得られ、強固な位置規制ができる。また、非磁性リング４の内周面が隣接する磁極３の外周の接線１２より内径側の場合は、磁極３と非磁性リング４の内周面の接触面が増えるため、特に周方向の位置規制精度が向上する。

以上のように構成された実施の形態２に係る回転電機の回転子によれば、非磁性リング４の内周面が、隣接する磁極３、３の外周面の接線１２の上に重なり、若しくは回転子の半径方向内側に存在するので、磁極３と非磁性リング４の内周面との接触面が増えるため、磁極３の周方向の位置に対する規制効果が特に著しく、磁極３の配置位置の精度が向上する。

又、この発明の実施の形態２によれば、非磁性リング４をアルミニウムにより構成しているので、より安価で且つ軽量化することができる。又、一般に、永久磁石からなる磁極３の残留磁束密度は温度が上昇すると低下するが、この発明の実施の形態２では、非磁性リング４を高い熱伝導性を有するアルミニウムで構成しており、前述のように、[ｄ≧０]に設定して磁極３の外周面に非磁性リング４が当接する面積を大きくしていることと相俟って、磁極３の発熱を非磁性リング４により効果的に拡散させ、回転子の回転による非磁性リング４の外周面からの熱の放出を大きくすることができ、磁極３の耐減磁性を向上できると共に回転電機の特性を向上させることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子について、図６に基づいて説明する。図６は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。実施の形態１及び実施の形態２によれば、磁極３の位置規制は、接着剤による回転子鉄心２の磁極固定部２２との接着力と、非磁性リング４の周方向位置規制力にのみにより与えていたが、この実施の形態３による回転電機の回転子によれば、回転子鉄心２に、磁極３の周方向の位置を規制する位置決め機構を備えるようにしたものである。

即ち、図６に於いて、位置決め機構６は、回転子鉄心２の外周面に回転子鉄心２の軸方向に沿って延在する突条体により構成され、ステンレス鋼、又はアルミニウム、又は樹脂等の非磁性材料により形成されている。この位置決め機構６は、回転子鉄心２の周面に１０個設けられており、夫々の位置決め機構６は、回転子鉄心２の周方向に間隔を介して配置されている。

夫々の位置決め機構６は、回転子鉄心２の外周面の稜線部に形成された軸方向に延びる凹溝６１内に圧入されて固定され、回転子鉄心２の軸方向長とほぼ同一長さに形成されており、その周方向の少なくとも１側面が磁極３の周方向の少なくとも１側面に当接してその磁極３の周方向の位置を規制している。

夫々の位置決め機構６は、凹溝６１内に挿入して接着剤により接着して固定してもよく、或いは凹溝６１を設けることなく単に接着剤により接着して固定してもよく、更には、凹溝６１を設けることなく溶接等の手段により回転子鉄心２の外周面に固定してもよい。尚、その他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。

この発明の実施の形態３による回転電機の回転子によれば、磁極３を位置決め機構６に当接させて配置することで周方向の位置を確実に規制することができる。更に、内径膨出部４１を有する多角形状の非磁性リング４による磁極３に対する周方向位置の規制力と相俟って、極めて高い位置規制力を得ることが可能となる。尚、位置決め機構６を構成する材料は任意に選択することができるが、前述のようにステンレス鋼やアルミニウム、或いは樹脂等の非磁性材料を用いれば、磁極間からの漏れ磁束を低減し、トルクの向上を図ることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子について、図７、及び図８に基づいて説明する。図７は、この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を横断面で示す説明図、図８は、その回転子を非磁性リング装着前の状態を示す説明図である。図７及び図８に於いて、位置決め機構１３は、回転子鉄心２の外周面から半径方向外側に延出した凸条体により構成されている。この位置決め手段１３は、回転子鉄心２を構成する磁性薄板と一体に打ち抜かれて形成される。

このようにして構成された１０個の位置決め手段１３は、回転子鉄心２の稜線部に沿って軸方向に延在し、夫々の位置決め手段１３は、回転子鉄心２の軸方向長とほぼ同一長さに形成されており、その周方向の少なくとも１側面が磁極３の周方向の少なくとも１側面に当接してその磁極３の周方向の位置を規制している。尚、その他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。

この発明の実施の形態４による回転電機の回転子によれば、磁極３の周方向の位置決め機構１３を回転子鉄心２と一体に形成しているので、構成が簡単となり、且つ製造が容易となる。更に、実施の形態３の場合と同様に、内径膨出部４１を有する多角形状の非磁性リング４による周方向の規制力と相俟って、磁極３に対する更に高い位置規制力を得ることができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子について、図９、及び図１０に基づいて説明する。図９は、この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を横断面で示す説明図、図１０は、その回転子を縦断面で示す説明図である。図９及び図１０に於いて、位置決め機構１４は、回転子鉄心２の外周面から半径方向外側に延出した軸方向長の短い凸条体により構成されている。この位置決め機構１４は、回転子鉄心２の外周面の１つの稜線部に３個づつ、軸方向に間隔を介して配置されている。これらの位置決め機構１４は、夫々の回転子鉄心２を構成する磁性薄板と一体に打ち抜かれて形成される。尚、回転子鉄心２の外周面の１つの稜線部に設ける位置決め機構１４の数は、任意に設定することができることは勿論である。

このようにして構成された位置決め機構１４は、回転子鉄心２の稜線部に沿って軸方向に延在し、夫々の位置決め機構１４は、その周方向の少なくとも１側面が磁極３の周方向の少なくとも１側面に当接してその磁極３の周方向の位置を規制している。
尚、その他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。

この発明の実施の形態５による回転電機の回転子によれば、内径膨出部４１を有する多角形状の非磁性リング４による周方向の規制力と相俟って、磁極３に対する更に高い位置規制力を得ることができると共に、実施の形態４の場合に比して磁極間に存在する位置決め機構である磁性体の体積を減少させることができ、磁極間からの漏れ磁束を低減し、回転電機のトルクの向上を図ることができる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子について、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１は、この発明の実施の形態６による回転電機の回転子を横断面で示す説明図、図１２は、その回転子の非磁性リングを示す説明図である。図１１に於いて、非磁性リング４は、実施の形態１乃至５の場合と同様に、磁極３の数と同数の内径膨出部４１、及び小径部４２を備えている。又、回転子鉄心２の外周面には、実施の形態４と同様の位置規制機構１３を備えている。尚、位置決め機構１３は、実施の形態３又は５に於ける位置決め機構と同様の構成としてもよい。又、実施の形態１又は２の場合と同様に、位置決め機構を設けなくともよい。

非磁性リング４は、図１２の（ａ）に示す非磁性体であるステンレス鋼により構成された平板４１１を、先ず、図１２の（ｂ）示すように、その長辺方向に湾曲させ、磁極３と同数の内径膨出部４１を有する略多角形状の筒状に成型する。このとき、平板４１１の両端部は所定寸法だけ重ね合わせられる。

しかる後、その重ね合わせ部分を実施の形態１の場合と同様に、ＴＩＧ溶接、若しくは、レーザ溶接や超音波溶接等により接合して接合部４１３を形成する。

非磁性リング４の接合部４１３は、磁極３間に配置され、磁極３と干渉しないように配設される。従って、非磁性リング４の接合部４１３の厚みが他部位に比べて大きくても、その接合部４１３が磁極３の外周面に当接することはない。又、磁極間に対応する非磁性リング４の位置は外形寸法が最も小さい位置であるため、非磁性リング４の最大の外径部よりも非磁性リング４の接合部４１３の外径を小さくすることができる。

更に、非磁性リング４の接合部４１３を磁極間に配置することにより、接合部４１３と磁極３との干渉を回避しながら確実に磁極３の周方向位置を規制することができる。又、非磁性リング４の接合部４１３は、非磁性リングの他の部位に比べ強度低下の恐れがあるとしても、変形が大きく特に強度を要する磁極３の外周面との接触を避けているので、接合部４１３の強度的にも適した配置となる。その他の構成は、実施の形態１乃至５の何れかと同様である。

このように構成したこの発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子によれば、平板４１１を湾曲することにより非磁性リング４を作成することで、プレス加工による深絞り等による製造方法に比べて材料歩留まりが向上する。又、薄肉、均肉材料での非磁性リング４の形成が可能となり、非磁性リング状態のものを所定長さに切り出す場合等に比べ、安価に製作することができる。

実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る回転電機の回転子について、図１３に基づいて説明する。図１３は、この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。図１３に於いて、非磁性リング４は、その一方の軸方向端部に、半径方向内側に折り曲げてその半径方向に延出する半径方向延出部４３と、この半径方向延出部４３の半径方向内端部から軸方向に折り曲げて軸方向に延出する軸方向延出部４５とを備える。その他の構成は、実施の形態１乃至６の何れかと同様である。

このように、非磁性リング４に軸方向延出部４５を設けたことで、複数の磁極３に対する回転子鉄心２の半径方向の内側への付勢力を向上させることができる。又、軸方向延出部４５の延出長さを調節することで非磁性リング４の軸方向長さのばらつきを吸収し、軸方向両端部の半径方向延出部４３、４４間の軸方向長さを任意に形成することができる。

又、非磁性リング４は軸方向延出部４５を備えているので、その軸方向延出部４５の軸方向端部から磁極３の軸方向端面までの距離が大きくなり、外部からの異物進入や磁極３の破損時の磁極破片の飛散をより確実に防止することができる。

実施の形態８．
次に、実施の形態８に係る回転電機の回転子について説明する。図１４は、この発明の実施の形態８による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。図１４に於いて、非磁性リング４は、その軸方向両端部の近傍に、他の部位に比べて半径方向の外側に突出した大径部４６、４７を備えている。その他の構成は、実施の形態１乃至６の何れかと同様である。又、実施の形態７と同様に軸方向延出部４５を形成してもよい。

この実施の形態８による回転電機の回転子によれば、非磁性リング４の大径部４６、４７のみの外形寸法を大きく形成することで、その大径部４６、４７と固定子との隙間が縮小し、回転子の軸方向端部からの異物の侵入を抑制することができる。更に、大径部４６、４７の形成するための加工により非磁性リング４がより硬化するため、磁極３に対する位置規制力や非磁性リング４自身の位置規制力を高めることができる。

実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９に係る回転電機の回転子の製造方法について説明する。以下の説明では、図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について説明する。図１５及び図１６は、この発明の実施の形態９による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。先ず、非磁性リング４の作成方法について説明する。図１５の（ａ）に示す非磁性体であるステンレス鋼の平板４１１を作成する。平板４１１は、長方形をなし、その長辺の長さは製造すべき非磁性リング４の周方向の長さと同一の寸法とし、短辺の長さは製造すべき非磁性リング４の軸方向の長さと同一の寸法とする。

次に、このように作成されたステンレス鋼の平板４１１を、図１５の（ｂ）に示すように、その長辺方向に湾曲させることにより非磁性リング状に成型する。このとき、平板４１１は、回転子鉄心２に載置される磁極３の数と同数の内径膨出部４１を有する多角形状に湾曲される。しかる後、この湾曲された平板４１１の両端面を突き合わせてＴＩＧ溶接により接合し、非磁性リング４を完成させる。尚、平板４１１の両端面を接合した接合部４１２は、その他の接合方法、例えばレーザ溶接や超音波溶接等を用いて形成してもよいことは勿論である。

このように、平板４１１を湾曲することにより非磁性リング４を作成することで、プレス加工による深絞り等による製造方法に比べて材料歩留まりが向上する。又、薄肉、均肉材料での非磁性リング４の形成が可能となり、非磁性リング状態のものを所定長さに切り出す場合等に比べ、安価に製作することができる。

次に、図１６に示すように、前述のようにして作成した非磁性リング４の軸方向の一端部に、直径が軸方向外側に向かって徐々に大きくなる導入部４１４を形成する。又、回転子鉄心２の外周に設けられている磁極固定部２２に、永久磁石からなる磁極３の底面を接着剤により接着する。尚、磁極３を磁極固定部２２に接着せずに、磁極固定部２２に載置した磁極３を何らかの治具により保持させてもよい。

次に、非磁性リング４を、回転子鉄心２に対して相対的に図５の矢印Ａの方向に移動させ、非磁性リング４の導入部４１４側から複数個の磁極３を挿入し、非磁性リング４を複数個の磁極３の外周面に装着する。このとき、夫々の磁極３の外周面は、非磁性リング４の内径膨出部４１の内周面に対応して挿入される。非磁性リング４には導入部４１４が形成されているので、磁極３の外周面への非磁性リング４の挿入は容易となる。

次に、非磁性リング４が複数個の磁極３の軸方向のほぼ所定位置まで装着されたとき、非磁性リング４の軸方向両端部を、図２に示すように非磁性リング４の半径方向内側に向かって折り曲げて半径方向に延在する半径方向延在部４３、４４を形成し、その一方の半径方向延在部４３を回転子鉄心２の一方の軸方向端部の端板２１に当接させ、他方の半径方向延在部４４を回転子鉄心２の他方の軸方向端面に当接させる。以上のようにして図１乃至図３に示す回転子の実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する。

以上述べたこの発明の実施の形態９による回転子の製造方法によれば、非磁性リング４により複数個の磁極３を確実に回転子の所定位置に固定することができ、コギングトルクの悪化や変動が生じることがなく、且つ大型化やコストの増加を招くことのない回転電機を容易に製造することができる。

実施の形態１０．
次に、この発明の実施の形態１０に係る回転電機の回転子の製造方法について説明する。前述の実施の形態９によれば、非磁性リング４に予め磁極数と同数の内径膨出部４１を形成し、この非磁性リング４を複数の磁極３の外周面に装着するようにしたが、以下述べる実施の形態１０によれば、非磁性リング４を予め円管状に形成し、この非磁性リング４を回転子鉄心２に装着された複数個の磁極３の外周面に圧入することにより非磁性リング４を変形させ、磁極数と同数の内径膨出部４１を有する非磁性リング４を形成するようにしたものである。

以下の説明では、図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について説明する。先ず、前述の図１５の（ａ）に示す非磁性体の平板４１１を、その長辺方向に略円形状に湾曲させることにより円管状の非磁性リング４（図示せず）を形成する。円環状に湾曲させた平板４１１の両端面を突き合わせて接合する方法、及び非磁性リング４の軸方向の一端部に導入部４１３を形成する点については前述の実施の形態９による製造方法の場合と同様である。

次に、このようにして形成した円管状の非磁性リング４を、回転子鉄心２に対して相対的に移動させ、その導入部４１４側から複数個の磁極３の外周面に圧入する。このとき、非磁性リング４の内周面が複数個の磁極３の外周面に圧接されることにより非磁性リング４が変形し、必然的に複数個の磁極３の数に等しい数の内径膨出部４１を備えた多角形状の非磁性リング４が形成される。

圧入された非磁性リング４の軸方向両端部に半径方向延出部４３、４４を形成し、夫々の半径方向延出部４３、４４を回転子鉄心２の軸方向端部に設けられた端板２１、及び回転子鉄心２の軸方向端面に当接させる点については、前述の実施の形態９に係る製造方法の場合と同様である。以上のようにして図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する。

以上述べたこの発明の実施の形態１０に係る回転子の製造方法によれば、圧入前の非磁性リング４は、円管状に形成すればよく、多角形状にする必要がないので非磁性リング４の製造が容易となる。又、非磁性リング４は圧入されることで内周面が複数の磁極３に当接して内径膨出部４１が形成されるので、予め非磁性リング４に内径膨出部を形成する実施の形態９の場合のように内径膨出部と磁極の外周面との位置を合わせて挿入する必要がなく、非磁性リング圧入時の周方向位置決めが不要になる。

更に、非磁性リング４が、圧入過程で周方向に伸長するので、磁極３の外周面を含めた回転子の外径、及び非磁性リング４の内径寸法のばらつきを吸収することができる。

実施の形態１１．
次に、この発明の実施の形態１１に係る製造方法について説明する。前述の実施の形態１０によれば、円管状の非磁性リング４を複数個の磁極３の外周面に圧入したが、実施の形態１１によれば、非磁性リング４を予め円管状に形成し、この非磁性リング４を回転子鉄心２に装着された複数個の磁極３の外周面に焼き嵌めすることにより非磁性リングを変形させ、磁極数と同数の内径膨出部４１を有する非磁性リング４を形成するようにしたものである。

以下の説明では、図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について説明する。先ず、実施の形態１０による製造方法の場合と同様に、予め円管状に形成した非磁性体からなる非磁性リング４を形成する。又、前述のようにして作成した非磁性リング４の軸方向の一端部に、直径が軸方向外側に向かって徐々に大きくなる導入部４１４を形成する。

次に、この非磁性リング４を加熱して熱膨張させた後、回転子鉄心２に対して相対的に移動させ、その導入部４１４側から複数個の磁極３の外周面に焼き嵌めする。

その後、焼き嵌めされた非磁性リング４は冷却されて収縮し、非磁性リング４の内周面が複数個の磁極３の外周面に圧接される。このとき非磁性リング４が変形し、必然的に複数個の磁極３の数に等しい数の内径膨出部４１を備えた多角形状の非磁性リング４が形成される。

次に、焼き嵌めして装着された非磁性リング４の軸方向両端部に半径方向延出部４３、４４を形成し、夫々の半径方向延出部４３、４４を回転子鉄心２の軸方向端部に設けられた端板２１、及び回転子鉄心２の軸方向端面に当接させる点については、前述の実施の形態９又は１０の場合と同様である。以上のようにして図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する。

以上述べたこの発明の実施の形態１１による回転子の製造方法によれば、非磁性リング４の熱膨張を利用して非磁性リング４を容易に磁極の外周面に装着することができ、しかも、非磁性リング４を円管状に形成しておけばよいのでその製造が容易となる。又、非磁性リング４の内径膨出部４１と磁極３との位置を合わせる必要がないため、非磁性リング４の焼き嵌め時の周方向位置決めが不要になる。更に、熱応力により磁極３に対する軸方向内側に向かう付勢力をより大きくすることができる。

実施の形態１２．
次に、この発明の実施の形態１２による回転子の製造方法について説明する。以下の説明では、図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について説明する。図１７は、この発明の実施の形態１２による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。図１７に於いて、先ず、非磁性体により構成された平板を、その長辺方向に彎曲させて略円管状の非磁性リング４を形成する。その形成の仕方は、前述の実施の形態１０又は１１と同様である。

次に、その円管状に形成した非磁性リング４の軸方向の一端部に、半径方向の内側に折り曲げられて半径方向の内側に延出する半径方向延出部４４を形成する。又、非磁性リング４の他方の軸方向端部に導入部４１４を形成する。この導入部４１４の形成は、半径方向延出部４４の形成と同時であっても良いし、別の時点であっても良い。

次に、このようにして形成した非磁性リング４を、図１７に示す矢印Ａ方向に複数個の磁極３を装着した回転子鉄心２に対して相対的に移動させ、その導入部４１４側から複数個の磁極３の外周面に圧入する。このとき、非磁性リング４は、その半径方向延出部４４が回転子鉄心２の軸方向端面に当接する位置まで圧入されて複数個の磁極３の外周面に装着される。

非磁性リング４は、複数個の磁極３の外周面に圧入されることにより、非磁性リング４の内周面が複数個の磁極３の外周面に圧接されて変形し、必然的に複数個の磁極３の数に等しい数の内径膨出部４１が形成される。その後、図２に示す半径方向延出部４３を形成し、端板２１に当接させる。以上のようにして図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する。

以上述べたこの発明の実施の形態１２に係る回転子の製造方法によれば、非磁性リング４の一方の軸方向端部に、予め半径方向延出部４４を形成しているので、その半径方向延出部４４を基準として非磁性リング４の軸方向位置決めを行うことができる。又、半径方向延出部４４を形成することで非磁性リング４の剛性が向上すると共に、磁極３の外周面への圧入時には、このように剛性が高くなった非磁性リング４の軸方向端面に当接して挿入することで、加圧による非磁性リング４の変形を防止することができる。

実施の形態１３．
次に、この発明の実施の形態１３に係る回転子の製造方法について説明する。以下の説明では、図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について説明する。図１８は、この発明の実施の形態１３による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。図１８に於いて、先ず、非磁性リング４を、前述の実施の形態１０乃至１２の場合と同様に、非磁性体により構成された平板４１１を、その長辺方向に彎曲させて略円管状に形成する。

次に、その円管状に形成した非磁性リング４の軸方向の一端部に、半径方向の内側に折り曲げられて半径方向の内側に延出する半径方向延出部４８を形成する。この半径方向延出部４８は、非磁性リング４の外周面に対し直角を超える角度でて折り曲げられて形成される。又、非磁性リング４の他方の軸方向端部に導入部４１４を形成する。この導入部４１４の形成は、半径方向延出部４８の形成と同時であっても良いし、別の時点であっても良い。

次に、このようにして形成した非磁性リング４を、図１８に示す矢印Ａ方向に複数個の磁極３を装着した回転子鉄心２に対して相対的に移動させ、その導入部４１３側から複数個の磁極３の外周面に圧入する。このとき、非磁性リング４は、その半径方向延出部４８が回転子鉄心２の軸方向端面に当接してその折れ曲がり角度が外周面に対して略直角となる位置まで圧入されて複数個の磁極３の外周面に装着される。

非磁性リング４は、複数個の磁極３の外周面に圧入されることにより、非磁性リング４の内周面が複数個の磁極３の外周面に圧接されて変形し、必然的に複数個の磁極３の数に等しい数の内径膨出部４１が形成される。その後、図２に示す半径方向延出部４３を形成し、端板２１に当接させる。以上のようにして図１乃至図３に示す実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する。

以上述べたこの発明の実施の形態１３に係る回転子の製造方法によれば、非磁性リング４の一方の軸方向端部に、予めその外周面に対し直角を超える角度で折り曲げられて形成された半径方向延出部４８を形成しているので、その半径方向延出部４８を基準として非磁性リング４の軸方向位置決めを行うことができると共に、非磁性リング挿入後にその他方の軸方向端部に半径方向延出部４３を形成することで、半径方向延出部４８が非磁性リング４に対して軸方向に付勢力を与え、非磁性リング４の位置ずれを抑止することができる。

又、半径方向延出部４８を形成することで非磁性リング４の剛性が向上すると共に、磁極３の外周面への圧入時には、このように剛性が高くなった非磁性リング４の軸方向端面に当接して挿入することで、加圧による非磁性リング４の変形を防止することができる。

実施の形態９乃至１３の変形例
尚、前述の実施の形態９乃至１３に係る回転電機の回転子の製造方法に於いては、実施の形態１に係る回転電機の回転子を製造する場合について述べたが、実施の形態２乃至８に係る回転電機の回転子の製造についても、実施の形態９乃至１３に係る回転電機の回転子の製造方法を適用できることは勿論である。但し、図１１及び図１２に示す実施の形態６の回転子を製造する場合は、平板を彎曲させて形成した非磁性リングの両端部は、重ね合わせて接合する点で、前述の製造方法の場合とは異なる。又、図１３に示す実施の形態７に係る回転子を製造する場合は、前述の工程の他に軸方向延出部４５を形成する工程が加わり、図１４に示す実施の形態８に係る回転子を製造する場合は、大径部４６、４７を形成する工程が加わる。

この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を一部拡大横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を非磁性リング装着前の状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の回転子を横断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の回転子の非磁性リングを示す説明図である。 この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態８による回転電機の回転子を縦断面で示す説明図である。 この発明の実施の形態９による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態９による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１２による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１３による回転電機の回転子の製造方法を説明する説明図である。

符号の説明

１ 回転子軸
２ 回転子鉄心
２１ 端板
２２ 磁極固定部
３ 磁極
４ 非磁性リング
４１ 内径膨出部
４２ 小径部
４３、４４、４８ 半径方向延出部
４５ 軸方向延出部
４６、４７ 大径部
４１１ 平板
４１２、４１３ 接合部
６、１３、１４ 位置決め機構
１２ 接線

Claims (13)

1. 回転子鉄心の磁極固定部に固定され前記回転子鉄心の周方向に隙間を介して配置された複数個の磁極と、前記複数個の磁極の外周面に装着された筒状の非磁性リングとを備えた回転電機の回転子であって、
   前記非磁性リングは、ステンレス鋼により構成され、前記複数個の磁極の外周面に夫々当接する複数の内径膨出部と、隣接する前記磁極の外周面の接線に重なる位置若しくは前記接線より前記回転子の軸心側の位置に存在する内周面を少なくとも一部に有する内周形状と、少なくとも一方の軸方向端部に設けられ前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部とを備えた
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記半径方向延出部は、前記非磁性リングの外周面に対して直角以上の角度で折り曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記複数個の磁極は、前記回転子鉄心の周方向にほぼ等ピッチで配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記回転子鉄心は、前記複数個の磁極の周方向の位置決めを行う位置決め機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の回転電機の回転子。
5. 前記位置決め機構は、前記回転子鉄心の外周面に固着され前記回転子鉄心の軸方向に延びる非磁性体により形成された突条体により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
6. 前記位置決め機構は、前記回転子鉄心と一体に形成され前記回転子鉄心の軸方向に延びる突条部により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
7. 前記位置決め機構は、前記回転子鉄心の軸方向に離散して配設されていることを特徴とする請求項４乃至６のうち何れか一項に記載の回転電機の回転子。
8. 前記複数個の磁極の軸方向長さは、前記回転子鉄心に設けられた磁極固定部の軸方向長さより小さく設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の回転電機の回転子。
9. 前記非磁性リングは、平板状の材料を湾曲させてその両端部を接合することにより形成され、前記接合された部位が前記磁極間の隙間に対応するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか一項に記載の回転電機の回転子。
10. 請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
    複数の内径膨出部を備えた筒状の非磁性リングを磁極の外周面に装着する工程と、前記装着された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備えたことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
11. 請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
    略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に圧入する工程と、前記圧入された非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記圧入に基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
12. 前記略円筒形状の非磁性リングは、前記圧入される前に予め一方の軸方向端部に半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成し、前記形成した半径方向延出部に基づいて前記前記磁極に対する前記非磁性リングの軸方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機の回転子の製造方法。
13. 請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
    略円筒形状の非磁性リングを複数個の磁極の外周面に焼き嵌めする工程と、前記焼き嵌めされた非磁性リングの少なくとも一方の軸方向端部に前記非磁性リングの半径方向内側に延出する半径方向延出部を形成する工程と、前記半径方向延出部の半径方向内端部から前記非磁性リングの軸方向に延出する軸方向延出部を形成する工程とを備え、前記非磁性リングの前記複数の内径膨出部は、前記焼き嵌めに基づいて前記略円筒形状の非磁性リングが変形することにより形成されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

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