JP5549389B2 - 保護リング付き永久磁石式同期電動機及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は保護リング付き永久磁石式同期電動機及びその製造方法に関し、回転子の構造及びその製造方法に工夫をしたものである。

永久磁石式同期電動機は、回転子に永久磁石を配置しているため、界磁電流を外部から供給する必要がなく、シンプルな構成とすることができる。
このような永久磁石式同期電動機の一種として、回転子の表面(周面)に永久磁石を配置した構成となっている表面磁石形（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）の同期モータ（以下「ＳＰＭモータ」と称する）がある。
ＳＰＭモータは、回転子表面に永久磁石が配置されているため、永久磁石の磁束を有効活用でき高トルク発生が可能で、トルクリップルが少なく、制御性・応答性の良いモータである。

ＳＰＭモータにおいては、高速回転時において永久磁石に大きな遠心力が作用するため、永久磁石が剥離したり永久磁石が破壊したりすることを防止し、更に、仮に、永久磁石が破壊したとしてもその破片が電動機の内部に飛散するのを防止する対策が必要である。

上記対策として、ＳＰＭモータの永久磁石の外表面に、円筒状の保護リングを圧入することが行われている（例えば特許文献１参照）。
このように、保護リングを圧入することにより、ＳＰＭモータの永久磁石の外表面の全面を保護リングで覆い、且つ、保護リングにより永久磁石を締めつけて永久磁石を回転子に強固に固定することができる。
これにより、永久磁石の剥離や破壊の発生を防止することができ、更に、仮に永久磁石が剥離・破壊したとしても磁石が飛散することを防止することができる。

保護リングの材料としては、回転による遠心力に耐え得る強度を備え、かつ高速回転を行うため軽量であることが必要であるため、比強度の高いチタン合金や、より軽量で強度の高い炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiberglass Reinforced plastics）が用いられている。

なお、保護リングを有するＳＰＭモータの回転子を製造する従来方法としては、ロータシャフトに磁石を張り付けた後、保護リングを圧入や焼き嵌めにて組み付ける方法がある。
また永久磁石を貼り付ける手法としては、長方形の永久磁石を手作業にて貼り付けたり、または産業機械で自動的に張り付けたりする方法がある（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−３１２２５０（段落［００２５］〜［００３０］及び図１参照） 特開２００７−６６２１（段落［００１９］，［００２０］及び図２、段落［００２０］〜［００３０］及び図５参照）

高速回転を行うためには軽量化が必要であり、そのため、保護リングを軽量で強度の高いＣＦＲＰ製にするのは有効である。この場合、遠心力に耐えるように、保護リングにより永久磁石を締めつけるため、保護リングの内径と永久磁石の外径との間に大きな締め代が必要である。

しかし、ＣＦＲＰは異方性材料であるため、ＣＦＲＰ製の保護リングでは、遠心力が働く径方向強度を高めるようにしており、圧入方向（軸方向）については強度が低くなっている。この結果、ＣＦＲＰ製の保護リングを、永久磁石の外表面に圧入していくと、保護リングの圧入方向（軸方向）については高圧入に耐えるだけの強度が不足して、保護リングに変形が生じてしまい、組み付けが困難になることがある。

かかる問題を図１１を参照して説明する。同図に示すように、ＳＰＭモータの回転子１では、シャフト２ａを両端に一体的に備えた回転子鉄心ａは、シャフト２ａよりも径が大きくなっている。回転子鉄心２の周面には、複数の永久磁石３が周方向に沿い貼り付けて配置されている。
ＣＦＲＰ製の保護リング４は、径方向強度は高いが、圧入方向（軸方向、図１１ではα方向）の強度が低くなっている。
回転子鉄心２に永久磁石３を接着剤により貼り付けた後、ＣＦＲＰ製の保護リング４を、永久磁石３の外表面を覆うようにして圧入する必要がある。しかし、保護リング４は、圧入方向（α方向）の強度が低いため、圧入をしていくと、保護リング４が変形して組み付けが困難になることがあった。

そこで、特許文献１（特開２００５−３１２２５０）に示す技術においては、永久磁石３が配置された回転子鉄心２に、ＣＦＲＰ製の保護リング４を、冷し嵌めにより嵌入している。しかしこの方法を採用した場合には、冷却時に接着部分の劣化や割れが懸念されるため充分な冷却が行えず、充分な締め代を確保できないという問題があった。

また、永久磁石の貼り付けにおいて、特許文献２（特開２００７−６６２１）に示す技術では、磁石の形状をテーパをつけた台形とし、このテーパを使用して隣り合った磁石同士を密着させるようにしている（特許文献２の段落［００１９］，［００２０］及び図２参照）。

しかしながら、この方法は、台形の磁石の成形にあたって、斜めに研磨する必要があり、また左右対称であるため、精度を保つのが難しく、加工コストがかかり、磁石が高価になってしまうという問題があった。

また特許文献２に示す技術では、モータの高速回転時に遠心力によって隣り合う磁石同士に隙間ができてしまい、磁石角部での応力が高くなり「欠け」が懸念される。
つまり、回転子の径方向断面図である図１２，図１３において、１２ａをシャフト、１２を回転子鉄心、１３を永久磁石、１４を保護リングとすると、図１２に示すように、高速回転時には遠心力により保護リング１４が径方向外側に押し広げられて磁石１３同士に隙間ができる。そうすると、図１３に示すように、永久磁石１３の角部での応力が高くなり、この部分に欠けＫが発生する恐れがある。
一方、遠心力に耐えるように保護リング１４の締め代を大きくすることは、上記の通り組み付けが困難となり、生産性が低下する問題がある。

本発明は、保護リングの組み付けを容易としつつ、締め代を大きくして、保護リングにより永久磁石をしっかりと締めつけることができ、しかも、台形の永久磁石の使用数を可及的に減少させてコスト低減を図ることができる、保護リング付き永久磁石式同期電動機及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の保護リング付き永久磁石式同期電動機の構成は、
回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機であって、
前記保護リングの内周側に、複数の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの永久磁石は、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭になった台形であり、台形の前記永久磁石に隣接する両隣の永久磁石は、台形の前記永久磁石に接する側の側面が台形の前記永久磁石の側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の前記永久磁石に接することのない反対側の側面は回転子の軸方向に沿い伸びている形状であり、台形の前記永久磁石とそれに隣接する隣の永久磁石とを除く残りの永久磁石は矩形状であり、
前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち台形の前記永久磁石の配置位置を、他の永久磁石の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、台形の前記永久磁石を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込んで構成したことを特徴とする。

また本発明の保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法の構成は、
回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法であって、
前記保護リングの内周側に、複数の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの永久磁石は、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭になった台形であり、台形の前記永久磁石に隣接する両隣の永久磁石は、台形の前記永久磁石に接する側の側面が台形の前記永久磁石の側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の前記永久磁石に接することのない反対側の側面は回転子の軸方向に沿い伸びている形状であり、台形の前記永久磁石とそれに隣接する隣の永久磁石とを除く残りの永久磁石は矩形状であり、
前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち台形の前記永久磁石の配置位置を、他の永久磁石の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、台形の前記永久磁石を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込むことを特徴とする。

また本発明の保護リング付き永久磁石式同期電動機の構成は、
回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有し、
前記永久磁石は矩形状となっており、その周方向の側面は、回転子の軸方向に沿い伸びており、
前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部が配置されていることを特徴とする。

また本発明の保護リング付き永久磁石式同期電動機の構成は、
回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機であって、
前記保護リングの内周側に、複数の矩形状の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、当該特定の永久磁石に隣接しつつ回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第１のテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第２のテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部を配置し、
前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と当該特定の永久磁石に隣接する第１のテーパ形楔の配置位置を、他の永久磁石及び第２のテーパ形楔の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石並びに第１，第２のテーパ形楔を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、前記特定の永久磁石及び第１のテーパ形楔を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込んで構成したことを特徴とする。

また本発明の保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法の構成は、
回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法であって、
前記保護リングの内周側に、複数の矩形状の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、当該特定の永久磁石に隣接しつつ回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第１のテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第２のテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部を配置し、
前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と当該特定の永久磁石に隣接する第１のテーパ形楔の配置位置を、他の永久磁石及び第２のテーパ形楔の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石並びに第１，第２のテーパ形楔を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、前記特定の永久磁石及び第１のテーパ形楔を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込むことを特徴とする。

本発明によれば、全ての磁石を台形とする場合に比べて、加工コストを抑えることができる。
また十分な締め代を確保したまま、保護リングを有するＳＰＭモータの回転子の製造が行える。特にＣＦＲＰ製の保護リングであっても、保護リングに変形を生じさせることなく、製造ができる。
更に、隣接した磁石同士または磁石と楔及びスペーサを確実に密着させることが可能となる。

本発明の実施例１に係る保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子を示す構成図。 実施例１の回転子を、製造が完了した状態で示す展開図。 実施例１の回転子を、製造途中の状態で示す展開図。 実施例１の回転子を、製造途中の状態で示す斜視図。 実施例２の回転子を、製造が完了した状態で示す展開図。 実施例２の回転子を、製造途中の状態で示す展開図。 実施例３の回転子を、製造が完了した状態で示す展開図。 実施例３の回転子を、製造途中の状態で示す展開図。 実施例４の回転子を、製造が完了した状態で示す展開図。 実施例４の回転子を、製造途中の状態で示す展開図。 保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子を製造する従来方法を示す斜視図。 従来の回転子の問題を示す断面図。 従来の回転子の問題を示す拡大断面図。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子の構造を、図１及び図２を参照して説明する。図１は製造が完了した回転子を示し、図２は製造が完了した回転子に備えられた永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示している。

図１に示すように、ＳＰＭモータの回転子２１では、シャフト２２ａを両端に一体的に備えた回転子鉄心２２は、シャフト２２ａよりも径が大きくなっている。回転子鉄心２２の周面には、複数の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが周方向に沿い配置されている。

ＣＦＲＰ製の保護リング２４は、複数の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの外表面の全面を覆う状態で配置されており、この保護リング２４により複数の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを締めつけている。各永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの周方向の側面は、隣接する永久磁石の側面に密着している。
この場合、永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、保護リング２４により締め付けられているため、磁石相互が密着すると共に、永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが回転子鉄心２２に密着する。なお、接着剤による貼付はしていない。
また、保護リング２４は、ＣＦＲＰが異方性材料であることから、径方向の強度は高いが、軸方向（図１，図２ではα方向）の強度が低くなっている。

保護リング２４の一端側（図では左端側）には環状の端板２５ａが配置されており、保護リング２４の他端側（図では右端側）には環状の端板２５ｂが配置されている。各永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの一端面（図では軸方向の左端面）は端板２５ａに緊密に接触しており、各永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの他端面（図では軸方向の右端面）は端板２５ｂに緊密に接触している。

各永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、概略的には、軸方向に伸びる板状で、しかも、回転子鉄心２２の周面および保護リング２４の内周面に沿って配置できるように湾曲している。

更に、各永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを外周側から見たときの「形状」は次のようになっている。
永久磁石２３ａは、軸方向の左端側から右端側に向かうにしたがい徐々に幅狭になった「台形」になっている。
台形の永久磁石２３ａに隣接する永久磁石２３ｂは、台形の永久磁石２３ａに接する側の側面が永久磁石２３ａの側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の永久磁石２３ａに接することのない反対側の側面は軸方向に沿い伸びている形状になっている。
台形の永久磁石２３ａに隣接する永久磁石２３ｃは、台形の永久磁石２３ａに接する側の側面が永久磁石２３ａの側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の永久磁石２３ａに接することのない反対側の側面は軸方向に沿い伸びている形状になっている。
台形の永久磁石２３ａとそれに隣接する隣の永久磁石２３ｂ，２３ｃとを除く残りの永久磁石２３ｄは矩形状になっている。
なお、特許請求の範囲において、永久磁石の「形状」を特定しているが、その形状はここで述べたように、永久磁石を外周側から見たときの形状を意味している。

次に、図１に示す回転子２１を製造する方法を、図３及び図４を参照して説明する。
先ず、図３に示すように、右端側に端板２５ｂを備えた保護リング２４の内周側に、複数の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを周方向に沿い配置する。
永久磁石２３ｂ，２３ｃ，２３ｃは、その右端面が端板２５ｂに接した状態で配置されている。これに対して、永久磁石２３ａの配置位置は、他の永久磁石２３ｂ，２３ｃ，２３ｃの配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態にして配置されている。

図３に示すような配置状態になった、端板２５ｂが備えられた保護リング２４と、保護リング２４内に配置した複数の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとを一体として、図４に示すように、回転子鉄心２２に対して相対的に、軸方向の右端側から左端側に向かって同時に圧入していく。つまり、図示しない圧入機器により、端板２５ｂを、回転子鉄心２２に対して相対的に、軸方向の右端側から左端側に向かって押し込んでいく。

このとき、永久磁石２３ａの配置位置は、他の永久磁石２３ｂ，２３ｃ，２３ｃの配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態になっているため、周方向に隣接する永久磁石相互間には僅かな隙間がある。この結果、回転子鉄心２２の外径と永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの内径との締め代を大きくとる必要はなく、圧入力は比較的小さくてよい。
したがって、圧入時において、保護リング２４に対して軸方向にかかる力は比較的小さくなり、保護リング２４が圧入力により変形することはない。

このようにして圧入していき、保護リング２４の位置が、図１に示すような予め決めた位置に達したら、保護リング２４及び永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを、回転子鉄心２２に対して相対的に、右端側から左端側へ圧入する動作を終了する。

次に、回転子鉄心２２に対する保護リング２４の配置位置を固定した状態としつつ、図示しない圧入機器により、永久磁石２３ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいき、最終的には永久磁石２３ａの右端面を端板２５ｂに接触させる。

このようにして台形の永久磁石２３ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいくと、隣接する永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを周方向に押す力が発生して、周方向に隣接する永久磁石の間にあった隙間が埋められ、隣接する永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ同士が確実に密着する。

しかも、周方向に配置した永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが径方向外側に押し広げられて保護リング２４を径方向外側に押し広げる。このため保護リング２４により、永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを確実に締めつけることができる。
つまり、台形の永久磁石２３ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいく動作が完了したときにおける永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの外径が、この動作前における保護リング２４の内径よりも大きくなるように、永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの外径寸法および保護リング２４の内径寸法を設定して、十分な締め代を確保している。
なお、ＣＦＲＰ製の保護リング２４は、径方向に対しての力は強いので、径方向外側に押し広げられても、これに十分に耐えることができる。

その後、端板２５ａを回転子鉄心２２に嵌入して取り付ける。

本実施例では、保護リング２４と永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの間に、高速回転時の遠心力に十分に耐えうる締め代を確保することができ、同時に永久磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ同士を確実に密着させることができる。
また、上記の手順により製造するため、保護リング２４に対して軸方向の大きな圧入力が作用することはなく、ＣＦＰＲ製の保護リング２４が変形することはなく、組み付けを容易に行うことができる。
更に、台形の永久磁石２３ａの使用個数は少なくて済み、その分だけコスト低減を図ることができる。

次に本発明の実施例２に係る保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子の構造及びその製造方法を、図５及び図６を参照して説明する。
図５は製造が完了した回転子に備えられた永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示し、図６は回転子鉄心に圧入していく際の永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示している。
なお、実施例１と同一部分についての説明は省略し、実施例２に独得な部分についてのみ説明をする。

図５に示すように、実施例２に係るＳＰＭモータの回転子においては、回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石２３が周方向に沿い配置されている。しかも、隣接する永久磁石２３の間には、楔部２６が介装されている。
楔部２６は、第１のテーパ形楔２６ａと第２のテーパ形楔２６ｂとを組み合わせて、全体として矩形状になっている。
第１のテーパ形楔２６ａは、軸方向の左端側から右端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっており、第２のテーパ形楔２６ｂは、軸方向の右端側から左端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっている。

ＣＦＲＰ製の保護リング２４は、複数の永久磁石２３及び楔部２６の外表面の全面を覆う状態で配置されており、この保護リング２４により複数の永久磁石２３及び楔部２６を締めつけている。
この場合、永久磁石２３及び楔部２６は、保護リング２４により締め付けられているため、楔部２６を介して永久磁石２３相互が密着すると共に、各永久磁石２３が回転子鉄心に密着する。なお、接着剤による貼付はしていない。

保護リング２４の一端側（図では左端側）には環状の端板２５ａが配置されており、保護リング２４の他端側（図では右端側）には環状の端板２５ｂが配置されている。各永久磁石２３及び楔部２６の一端面（図では軸方向の左端面）は端板２５ａに緊密に接触しており、各永久磁石２３及び楔部２６の他端面（図では軸方向の右端面）は端板２５ｂに緊密に接触している。

各永久磁石２３は、概略的には、軸方向に伸びる板状で、しかも、回転子鉄心２２の周面および保護リング２４の内周面に沿って配置できるように湾曲している。
更に、各永久磁石２３を外周側から見たときの「形状」は、矩形状になっている。
なお、特許請求の範囲において、永久磁石，楔部、テーパ形楔の「形状」を特定しているが、その形状はここで述べたように、永久磁石や楔部やテーパ形楔を外周側から見たときの形状を意味している。

次に、実施例２に係るＳＰＭモータの回転子を製造する方法を、図６を参照して説明する。
なお、以降の説明では、永久磁石の符号として、特定のものについては符号「２３−１」を用い、その他のものは符号「２３」を用いる。また、特定のものとその他のものを区別しない場合には符号「２３」を用いる。

先ず、図６に示すように、右端側に端板２５ｂを備えた保護リング２４の内周側に、複数の永久磁石２３と楔部２６（テーパ形楔２６ａ，２６ｂ）を交互に周方向に沿い配置する。

複数の永久磁石２３のうち特定の永久磁石２３−１を除く永久磁石２３は、その右端面が端板２５ｂに接した状態で配置されている。これに対して、特定の永久磁石２３−１と、この特定の永久磁石２３−１に隣接する第１のテーパ形楔２６ａの配置位置は、他の永久磁石２３及び他のテーパ形楔２６ａ，２６ｂの配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態にして配置されている。

図６に示すような配置状態になった、端板２５ｂが備えられた保護リング２４と、保護リング２４内に配置した複数の永久磁石２３及びテーパ形楔２６ａ，２６ｂとを一体として、回転子鉄心に対して相対的に、軸方向の右端側から左端側に向かって同時に圧入していく。つまり、図示しない圧入機器により、端板２５ｂを、軸方向の右端側から左端側に向かって押し込んでいく。

このとき、特定の永久磁石２３−１及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａの配置位置は、他の永久磁石２３及び他のテーパ形楔２６ａ，２６ｂの配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態になっているため、永久磁石２３と楔部２６の相互間には僅かな隙間がある。この結果、回転子鉄心の外径と永久磁石２３及び楔部２６（テーパ形楔２６ａ，２６ｂ）の内径との締め代を大きくとる必要はなく、圧入力は比較的小さくてよい。
したがって、圧入時において、保護リング２４に対して軸方向にかかる力は比較的小さくなり、保護リング２４が圧入力により変形することはない。

このようにして圧入していき、保護リング２４の位置が、予め決めた位置に達したら、保護リング２４及び永久磁石２３及び楔部２６を右端側から左端側へ圧入する動作を終了する。

次に、回転子鉄心に対する保護リング２４の配置位置を固定した状態としつつ、図示しない圧入機器により、特定の永久磁石２３−１及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいき、最終的には特定の永久磁石２３−１及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａの右端面を端板２５ｂに接触させる。

このようにして特定の永久磁石２３−１及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいくと、隣接する永久磁石２３及び楔部２６を周方向に押す力が発生して、永久磁石と楔部間にあった隙間が埋められ、隣接する永久磁石２３同士が楔部２６を介して確実に密着する。

しかも、周方向に配置した永久磁石２３及び楔部２６が径方向外側に押し広げられて保護リング２４を径方向外側に押し広げる。このため保護リング２４により、永久磁石２３及び楔部２６を確実に締めつけることができる。
つまり、特定の永久磁石２３−１及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいく動作が完了したときにおける永久磁石２３及び楔部２６の外径が、この動作前における保護リング２４の内径よりも大きくなるように、永久磁石２３及び楔部２６の外径寸法および保護リング２４の内径寸法を設定して、十分な締め代を確保している。
なお、ＣＦＲＰ製の保護リング２４は、径方向に対しての力は強いので、径方向外側に押し広げられても、これに十分に耐えることができる。

その後、端板２５ａを回転子鉄心２２に嵌入して取り付ける。

本実施例では、保護リング２４と、永久磁石２３及び楔部２６との間に、高速回転時の遠心力に十分に耐えうる締め代を確保することができ、同時に永久磁石２３同士を楔部２６を介して確実に密着させることができる。
また、上記の手順により製造するため、保護リング２４に対して軸方向の大きな圧入力が作用することはなく、ＣＦＰＲ製の保護リング２４が変形することはなく、組み付けを容易に行うことができる。
更に、台形の永久磁石は使用しなくて済み、その分だけコスト低減を図ることができる。

次に本発明の実施例３に係る保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子の構造及びその製造方法を、図７及び図８を参照して説明する。
図７は製造が完了した回転子に備えられた永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示し、図８は回転子鉄心に圧入していく際の永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示している。
なお、実施例１，２と同一部分についての説明は省略し、実施例３に独得な部分についてのみ説明をする。

図７に示すように、実施例３に係るＳＰＭモータの回転子においては、特定の永久磁石２３−２とその他の永久磁石２３との間には、楔部２６が介装されている。一方、その他の永久磁石２３の相互間には矩形のスペーサ２７が介装されている。
楔部２６は、第１のテーパ形楔２６ａと第２のテーパ形楔２６ｂとを組み合わせて、全体として矩形状になっている。
第１のテーパ形楔２６ａは、軸方向の左端側から右端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっており、第２のテーパ形楔２６ｂは、軸方向の右端側から左端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっている。
スペーサ２７の周方向の幅は、楔部２６の周方向の幅と等しくなっている。

他の部分の構成は実施例２と同様である。

次に、実施例３に係るＳＰＭモータの回転子を製造する方法を、図８を参照して説明する。

先ず、図８に示すように、複数の永久磁石２３のうち特定の永久磁石２３−２を除く永久磁石２３は、その右端面が端板２５ｂに接した状態で配置されている。これに対して、特定の永久磁石２３−２と、この特定の永久磁石２３−２に隣接する第１のテーパ形楔２６ａの配置位置は、他の永久磁石２３及び他のテーパ形楔２６ｂやスペーサ２７の配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態にして配置する。

図８に示すような配置状態になった、保護リング２４と、複数の永久磁石２３と、テーパ形楔２６ａ，２６ｂと、スペーサ２７とを一体として、回転子鉄心に対して相対的に、軸方向の右端側から左端側に向かって同時に圧入していく。

このようにして圧入していき、保護リング２４の位置が、予め決めた位置に達したら、右端側から左端側へ圧入する動作を終了する。

次に、回転子鉄心に対する保護リング２４の配置位置を固定した状態としつつ、図示しない圧入機器により、特定の永久磁石２３−２及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいき、最終的には特定の永久磁石２３−２及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａの右端面を端板２５ｂに接触させる。
その後、端板２５ａを回転子鉄心２２に嵌入して取り付ける。

特定の永久磁石２３−２及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいくと、隣接する永久磁石２３及び楔部２６ならびにスペーサ２７を周方向に押す力が発生して、永久磁石と楔部やスペーサ間にあった隙間が埋められ、隣接する永久磁石２３同士が楔部２６やスペーサ２７を介して確実に密着する。

しかも、周方向に配置した永久磁石２３及び楔部２６ならびにスペーサ２７が径方向外側に押し広げられて保護リング２４を径方向外側に押し広げる。このため保護リング２４により、永久磁石２３及び楔部２６ならびにスペーサ２７を確実に締めつけることができる。

本実施例では、保護リング２４と、永久磁石２３及び楔部２６ならびにスペーサ２７との間に、高速回転時の遠心力に十分に耐えうる締め代を確保することができ、同時に永久磁石２３同士を楔部２６やスペーサ２７を介して確実に密着させることができる。
また、上記の手順により製造するため、保護リング２４に対して軸方向の大きな圧入力が作用することはなく、ＣＦＰＲ製の保護リング２４が変形することはなく、組み付けを容易に行うことができる。
更に、台形の永久磁石は使用しなくて済み、またテーパ形楔の使用個数を削減することができ、その分だけコスト低減を図ることができる。

次に本発明の実施例４に係る保護リング付き永久磁石式同期電動機に用いる回転子の構造及びその製造方法を、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は製造が完了した回転子に備えられた永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示し、図１０は回転子鉄心に圧入していく際の永久磁石のうち半周分の永久磁石を展開して示している。
なお、実施例１，２と同一部分についての説明は省略し、実施例４に独得な部分についてのみ説明をする。

図９に示すように、実施例４に係るＳＰＭモータの回転子においては、特定の永久磁石２３−３とその他の永久磁石２３との間には、楔部２６が介装されている。一方、その他の永久磁石２３の相互は直接接触している。
楔部２６は、第１のテーパ形楔２６ａと第２のテーパ形楔２６ｂとを組み合わせて、全体として矩形状になっている。
第１のテーパ形楔２６ａは、軸方向の左端側から右端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっており、第２のテーパ形楔２６ｂは、軸方向の右端側から左端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形状になっている。

他の部分の構成は実施例２と同様である。

次に、実施例４に係るＳＰＭモータの回転子を製造する方法を、図１０を参照して説明する。

先ず、図１０に示すように、複数の永久磁石２３のうち特定の永久磁石２３−３を除く永久磁石２３は、その右端面が端板２５ｂに接した状態で配置されている。これに対して、特定の永久磁石２３−３と、この特定の永久磁石２３−３に隣接する第１のテーパ形楔２６ａの配置位置は、他の永久磁石２３及び他のテーパ形楔２６ｂの配置位置に対して、軸方向の左端側にずらした状態にして配置する。

図１０に示すような配置状態になった、保護リング２４と、複数の永久磁石２３と、テーパ形楔２６ａ，２６ｂとを一体として、回転子鉄心に対して相対的に、軸方向の右端側から左端側に向かって同時に圧入していく。

このようにして圧入していき、保護リング２４の位置が、予め決めた位置に達したら、右端側から左端側へ圧入する動作を終了する。

次に、回転子鉄心に対する保護リング２４の配置位置を固定した状態としつつ、図示しない圧入機器により、特定の永久磁石２３−３及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいき、最終的には特定の永久磁石２３−３及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａの右端面を端板２５ｂに接触させる。
その後、端板２５ａを回転子鉄心２２に嵌入して取り付ける。

特定の永久磁石２３−３及びこれに隣接する第１のテーパ形楔２６ａを左端側から右端側に向かって押し込んでいくと、隣接する永久磁石２３及び楔部２６を周方向に押す力が発生して、永久磁石と楔部との間にあった隙間や永久磁石相互間にあった隙間が埋められ、隣接する永久磁石２３同士が楔部２６を介してまたは永久磁石２３相互が直接接触して確実に密着する。

しかも、周方向に配置した永久磁石２３及び楔部２６が径方向外側に押し広げられて保護リング２４を径方向外側に押し広げる。このため保護リング２４により、永久磁石２３及び楔部２６を確実に締めつけることができる。

本実施例では、保護リング２４と、永久磁石２３及び楔部２６との間に、高速回転時の遠心力に十分に耐えうる締め代を確保することができ、同時に永久磁石２３同士を楔部２６介してまたは永久磁石２３相互を直接接触して確実に密着させることができる。
また、上記の手順により製造するため、保護リング２４に対して軸方向の大きな圧入力が作用することはなく、ＣＦＰＲ製の保護リング２４が変形することはなく、組み付けを容易に行うことができる。
更に、台形の永久磁石は使用しなくて済み、その分だけコスト低減を図ることができる。

なお上述した各実施例では、保護リングをＣＦＲＰ製としたが、チタン合金製とすることもできる。
更に、図６〜図１０に示す、保護リングや永久磁石などからなるセットとなった構成部材の軸方向寸法を短くし、このようなセットとなった構成部材を、複数セット、回転子鉄心に圧入していって、回転子を構成することも可能である。

１，２１ 回転子
２ａ，１２ａ，２２ａ シャフト
２，１２，２２ 回転子鉄心
３，１３，２３ 永久磁石
１４，２４ 保護リング
２５ａ，２５ｂ 端板
２６ 楔部
２６ａ，２６ｂ テーパ形楔
２７ スペーサ

Claims (5)

1. 回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機であって、
   前記保護リングの内周側に、複数の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの永久磁石は、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭になった台形であり、台形の前記永久磁石に隣接する両隣の永久磁石は、台形の前記永久磁石に接する側の側面が台形の前記永久磁石の側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の前記永久磁石に接することのない反対側の側面は回転子の軸方向に沿い伸びている形状であり、台形の前記永久磁石とそれに隣接する隣の永久磁石とを除く残りの永久磁石は矩形状であり、
   前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち台形の前記永久磁石の配置位置を、他の永久磁石の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
   前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、台形の前記永久磁石を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込んで構成したことを特徴とする保護リング付き永久磁石式同期電動機。
2. 回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法であって、
   前記保護リングの内周側に、複数の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの永久磁石は、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭になった台形であり、台形の前記永久磁石に隣接する両隣の永久磁石は、台形の前記永久磁石に接する側の側面が台形の前記永久磁石の側面に緊密に接する傾斜面となっており、台形の前記永久磁石に接することのない反対側の側面は回転子の軸方向に沿い伸びている形状であり、台形の前記永久磁石とそれに隣接する隣の永久磁石とを除く残りの永久磁石は矩形状であり、
   前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち台形の前記永久磁石の配置位置を、他の永久磁石の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
   前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、台形の前記永久磁石を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込むことを特徴とする保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法。
3. 回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有し、
   前記永久磁石は矩形状となっており、その周方向の側面は、回転子の軸方向に沿い伸びており、
   前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となったテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部が配置されていることを特徴とする保護リング付き永久磁石式同期電動機。
4. 回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機であって、
   前記保護リングの内周側に、複数の矩形状の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、当該特定の永久磁石に隣接しつつ回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第１のテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第２のテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部を配置し、
   前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と当該特定の永久磁石に隣接する第１のテーパ形楔の配置位置を、他の永久磁石及び第２のテーパ形楔の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石並びに第１，第２のテーパ形楔を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
   前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、前記特定の永久磁石及び第１のテーパ形楔を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込んで構成したことを特徴とする保護リング付き永久磁石式同期電動機。
5. 回転子鉄心の周面に、複数の永久磁石が周方向に沿い配置され、前記永久磁石を締めつけるため前記永久磁石の外表面の全面を覆う状態で円筒状の保護リングが配置されている回転子を有する保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法であって、
   前記保護リングの内周側に、複数の矩形状の永久磁石を周方向に沿い配置し、しかも、前記永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と、当該特定の永久磁石に隣接する永久磁石との間には、当該特定の永久磁石に隣接しつつ回転子の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第１のテーパ形楔と、回転子の軸方向の他端側から一端側に向かうにしたがい徐々に幅狭となった第２のテーパ形楔とが組合わさった矩形状の楔部を配置し、
   前記保護リングの内周側に配置した永久磁石のうち少なくとも一つの特定の永久磁石と当該特定の永久磁石に隣接する第１のテーパ形楔の配置位置を、他の永久磁石及び第２のテーパ形楔の配置位置に対して、回転子の軸方向の一端側にずらした状態にして、前記保護リング及びこの保護リングの内周側に配置した複数の永久磁石並びに第１，第２のテーパ形楔を同時に、回転子の軸方向に沿い他端側から一端側に移動して前記回転子鉄心に圧入し、
   前記保護リングが前記回転子鉄心の予め決めた位置に達したら、前記回転子鉄心に対する前記保護リングの位置を固定したままで、前記特定の永久磁石及び第１のテーパ形楔を回転子の軸方向に沿い一端側から他端側に向けて押し込むことを特徴とする保護リング付き永久磁石式同期電動機の製造方法。

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