JPH08275470A - 永久磁石式回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

永久磁石式回転電機の回転子およびその製造方法

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JPH08275470A
JPH08275470A JP7070283A JP7028395A JPH08275470A JP H08275470 A JPH08275470 A JP H08275470A JP 7070283 A JP7070283 A JP 7070283A JP 7028395 A JP7028395 A JP 7028395A JP H08275470 A JPH08275470 A JP H08275470A
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JP
Japan
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permanent magnet
rotor
permanent magnets
electric machine
magnet type
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JP7070283A
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English (en)
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Teruo Washizu
照雄 鷲頭
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石を残留磁束密度を減磁させることな
く完全に拘束して、超高速回転時でも永久磁石が動かな
いようにする。 【構成】 永久磁石7と保持環8との間に断熱材10を
介装し、かつ保持環8を焼き嵌めして永久磁石7を固定
したもので、永久磁石を確実に保持できる。したがって
不均一な磁界によるトルクむらや振動、騒音を抑制でき
る。また焼き嵌めの際の永久磁石の減磁を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は永久磁石を回転子に装着
した永久磁石式回転電機の回転子の構造およびその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に回転電機は、その用途に応じて種
々の型式のものが利用されているが、超高速回転電機と
して多く用いられているものに永久磁石式回転電機があ
る。この永久磁石式回転電機は回転子に永久磁石を装着
して成り、構造が簡単で、回転子にブラシを有しないの
で超高速回転に適し、かつ保守も容易である。
【0003】永久磁石式回転電機は図8に示すように、
外フレーム1の内側に固定子鉄心2が固定され、この固
定子鉄心2に固定子コイル3が装着されている。固定子
鉄心3の内側には回転子4が貫装され、回転子4は外フ
レーム1に図示しない軸受を介して回転自在に支承され
ている。また、回転子4は図9に示すように、回転軸5
に嵌合された回転子ヨーク6と、その外周上に装着され
た所要数のブロック状永久磁石7と、その外周に配設さ
れ、永久磁石7を保持する円筒状の保持環8とで構成さ
れている。なお、保持環8の両端はネジ止めまたは溶接
等で回転子ヨーク6に固定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な永久磁石式回転電機の回転子では、製造上や高速回転
時の遠心力による保持環8の変形等で、ブロック状の永
久磁石7と保持環8とに環状隙間9ができるために、高
速回転によって永久磁石7が径方向や周方向に動き易
く、このため、永久磁石7の位置が相対的にずれてしま
い、磁界の不均一等が生じてトルクむらが発生しやすく
なるのみならず、超高速回転では振動や騒音が増大する
という問題があった。
【0005】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたもので、その目的は永久磁石を完全に拘束して均
一な磁界を形成し、トルクむらや振動、騒音のない高性
能の永久磁石式回転電機の回転子を提供する事にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、回転子ヨークに複数の永久磁石
を装着し、その外周に円筒状の保持環を配設して前記永
久磁石を保持するように構成した永久磁石式回転電機の
回転子において、前記永久磁石の外周にセラミックス等
の断熱材を介して保持環を焼き嵌めしたものである。
【0007】請求項2の発明は、請求項1記載の永久磁
石式回転電機の回転子において、永久磁石と接する断熱
材の内周側に、軸心に沿う軸方向に複数本の冷却溝を形
成したものである。
【0008】請求項3の発明は、回転子ヨークに複数の
永久磁石を装着し、その外周に円筒状の保持環を配設し
て前記永久磁石を保持するように構成した永久磁石式回
転電機の回転子において、内周側に軸心に沿う軸方向に
複数本の冷却溝を形成した保持環を、前記永久磁石の外
周に焼き嵌めしたものである。
【0009】請求項4の発明は、回転子ヨークに複数の
永久磁石を装着し、その外周に円筒状の保持環を配設し
て前記永久磁石を保持するように構成した永久磁石式回
転電機の回転子において、永久磁石の外周に、両側面に
放熱部を具備したヒートパイプを介して保持環を焼き嵌
めしたものである。
【0010】請求項5の発明は、回転子ヨークに複数の
永久磁石を装着し、その外周に円筒状の保持環を配設し
て前記永久磁石を保持するように構成した永久磁石式回
転電機の回転子の製造方法において、回転子ヨークに永
久磁石を装着する工程、永久磁石を装着した回転ヨーク
を液体窒素で冷却する工程、冷却された永久磁石を装着
した回転ヨークを、常温の保持環に冷やし嵌めして一体
化する工程とを備えたものである。
【0011】
【作用】請求項1の発明によれば、永久磁石と保持環と
の間に断熱材介装し、保持環を焼き嵌めして永久磁石を
固定したので、超高速回転においても永久磁石を確実に
保持できる。したがって、不均一な磁界が生じない。ま
た、保持環を焼き嵌めする際に、保持環の熱が永久磁石
に伝導すると永久磁石の温度が上昇し、永久磁石が減磁
するが、断熱材を介装しているので永久磁石の温度上昇
による減磁を最小限に抑制できる。
【0012】請求項2の発明によれば、請求項1の発明
に加えて永久磁石と接する断熱材の内周側に複数本の軸
心に沿う冷却溝を形成したので、保持環を焼き嵌め後、
直ちに冷却溝に空気等の冷媒を流すことにより永久磁石
の温度上昇を極力抑制できる。
【0013】請求項3の発明によれば、永久磁石と接す
る保持環の内周側に複数本の軸心に沿う冷却溝を形成し
たので、保持環を焼き嵌めして永久磁石を固定でき、超
高速回転においても永久磁石を確実に保持できる。ま
た、保持環を焼き嵌め後、直ちに冷却溝に冷媒を流す事
により、断熱材がなくても永久磁石の温度上昇を極力抑
制できる。
【0014】請求項4の発明によれば、永久磁石と保持
環との間にヒートパイプを介装したので、保持環からの
伝熱をヒートパイプで確実に除熱でき、永久磁石の温度
上昇を抑止できる。さらに、運転中に発生する鉄損等の
発熱もヒートパイプで除熱されるので、永久磁石の温度
上昇による減磁を抑止できる。
【0015】請求項5の発明によれば、永久磁石を装着
した回転子ヨークを保持環にほぼ液体窒素温度で冷やし
嵌めしたので、永久磁石の温度上昇による減磁を回避で
きる。
【0016】
【実施例】以下本発明の永久磁石式回転電機の回転子の
各実施例について図面を参照しながら説明する。第1の
実施例(請求項1に対応)を図1乃至図2に基づき説明
する。
【0017】第1の実施例の回転子は、回転軸5に回転
子ヨーク6嵌合され、この回転子ヨーク6の外周上には
所要数のブロック状永久磁石7が装着されている。さら
に、永久磁石7の外周には断熱材10を介して保持環8
が焼き嵌めされている。
【0018】断熱材10はガラスまたはセラミックス繊
維からなるシートを巻回した物、あるいは周方向に複数
に分割されたブロック状のセラミックスである。おなセ
ラミックスとしては機械強度や断熱特性の点から、マグ
ネシア、ジルコニア、あるいはアルミナ等が適してい
る。また、保持環8は磁性金属、非磁性金属のどちらで
もよく、線膨張係数の大きい金属が焼き嵌めする上で望
ましい。
【0019】次に、上記のように構成された第1の実施
例の作用効果について説明する。永久磁石7は断熱材1
0を介して保持環8で確実に保持され、超高速回転の遠
心力による保持環8の変形以上の焼き嵌め代を有して焼
き嵌めされているので、運転中でも永久磁石7を確実に
固定できる。したがって、超高速回転でも永久磁石7が
径方向や周方向に動く事もなく、常に均一な磁界を発生
することができるので、トルクむらや、超高速回転に伴
う振動や騒音を回避できる。また、一般に永久磁石は高
温になるにしたがって減磁する特性がある。図7はその
特性の一例であり、サマリゥム・コバルト系永久磁石の
温度による残留磁束密度履歴を示すものである。例え
ば、200℃に加熱後、常温に戻しても残留磁束密度は
約80%まで減磁する。しかし、本実施例によれば、断
熱材10を介装して保持環8を焼き嵌めしているので、
保持環8の熱は永久磁石7に伝導しにくく、永久磁石7
の温度上昇を低く抑える事ができ、結果的に永久磁石7
の減磁を最小限に抑制できる。
【0020】第2の実施例(請求項2に対応)を図3に
基づいて説明する。図3は本実施例を示す横断面図で、
第1の実施例に加えて断熱材10の永久磁石7と接する
断熱材10の内周側に軸心に沿う軸方向に複数本の冷却
溝11を形成したものである。このように冷却溝11を
形成したことにより、保持環を焼き嵌め後、直ちに冷却
溝に空気等の冷媒を流すことにより永久磁石の温度上昇
をさらに低く抑制できるので、永久磁石7の減磁を最小
限に抑制できる。
【0021】なお、他の実施例として図4に示すよう
に、複数本の角棒状の断熱材10を間隙12を有するよ
うに配列し、この間隙12を冷却溝にしてもよい。第3
の実施例(請求項3に対応)は図5に示すように、保持
環8の永久磁石と接する保持環8の内周側に、軸心に沿
う軸方向に複数本の冷却溝を形成し、かつ、この保持環
8を永久磁石7の外周に直接焼き嵌めしたもので、前記
した第2の実施例に比較して断熱材10がない分、断熱
性能は若干劣るが、保持環8を焼き嵌め後、直ちに冷却
溝11に空気等の冷媒を流す事により、断熱材がなくて
も永久磁石の温度上昇を極力抑制できる。
【0022】第4の実施例は図6に示すように、永久磁
石7と保持環8との間に、両側面に放熱部13を具備し
たヒートパイプ14が介装され、かつ前記保持環8を焼
き嵌めして永久磁石7を固定している。本実施例のヒー
トパイプ14は環状容器15内にウィック16を収容し
た構造であるが、複数本の管状のヒートパイプを配列し
てもよい。
【0023】次に本実施例の作用効果について説明す
る。焼き嵌めするために加熱された保持環8からの伝熱
はヒートパイプ14で確実に除熱され、永久磁石7の温
度上昇を抑止できる。さらに、運転中に固定子鉄心2や
保持環8に発生する鉄損等の発熱もヒートパイプ14で
除熱されるので、永久磁石7の温度上昇による減磁を抑
止できる。
【0024】第5の実施例は、前述の第1の実施例乃至
第4の実施例が保持環8を焼き嵌めで固定したのに対し
て、冷やし嵌めで固定したものである。すなわち、永久
磁石7を装着した回転子ヨーク6を例えば液体窒素等の
冷媒に浸漬して冷却し、次に、常温の保持環8に冷やし
嵌めして一体化する。このような製造方法によれば、永
久磁石7の温度上昇による減磁を回避できる。また、本
実施例では永久磁石7を回転子ヨーク6に装着した状態
で冷却したが、回転子ヨーク6のみを冷却してもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、永
久磁石を残留磁束密度を減磁させることなく完全に拘束
して均一な磁界を形成し、トルクむらや振動、騒音のな
い高性能の永久磁石式回転電機の回転子を提供する事が
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の第
1の実施例を示す縦断面図。
【図2】図1のA−A線に沿う横断面図。
【図3】本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の第
2の実施例を示す横断面図。
【図4】第2の実施例の他の実施例を示す横断面図。
【図5】本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の第
3の実施例を示す縦断面図。
【図6】本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の第
4の実施例を示す縦断面図。
【図7】永久磁石の温度による残留磁束密度履歴を示す
特性図。
【図8】従来の永久磁石式回転電機の一例を示す縦断面
図。
【図9】従来の永久磁石式回転電機の回転子の一例を示
す横断面図。
【符号の説明】
4…回転子 5…回転軸 6…回転子ヨーク 7…永久磁石 8…保持環 9…環状隙間 10…断熱材 11…冷却溝 12…間隙 13…放熱部 14…ヒートパイプ 15…環状容器 16…ウィック

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子ヨークに複数の永久磁石を装着
    し、その外周に円筒状の保持環を配設して前記永久磁石
    を保持するように構成した永久磁石式回転電機の回転子
    において、前記永久磁石の外周に断熱材を介して保持環
    を焼き嵌めした事を特徴とする永久磁石式回転電機の回
    転子。
  2. 【請求項2】 永久磁石と接する断熱材の内周側に、軸
    心に沿う軸方向に複数本の冷却溝を形成した事を特徴と
    する請求項1記載の永久磁石式回転電機の回転子。
  3. 【請求項3】 回転子ヨークに複数の永久磁石を装着
    し、その外周に円筒状の保持環を配設して前記永久磁石
    を保持するように構成した永久磁石式回転電機の回転子
    において、内周側に軸心に沿う軸方向に複数本の冷却溝
    を形成した保持環を、前記永久磁石の外周に焼き嵌めし
    た事を特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
  4. 【請求項4】 回転子ヨークに複数の永久磁石を装着
    し、その外周に円筒状の保持環を配設して前記永久磁石
    を保持するように構成した永久磁石式回転電機の回転子
    において、永久磁石の外周に、両側面に放熱部を具備し
    たヒートパイプを介して保持環を焼き嵌めした事を特徴
    とする永久磁石式回転電機の回転子。
  5. 【請求項5】 回転子ヨークに複数の永久磁石を装着
    し、その外周に円筒状の保持環を配設して前記永久磁石
    を保持するように構成した永久磁石式回転電機の回転子
    の製造方法において、回転子ヨークに永久磁石を装着す
    る工程、永久磁石を装着した回転ヨークを液体窒素で冷
    却する工程、冷却された永久磁石を装着した回転ヨーク
    を、常温の保持環に冷やし嵌めして一体化する工程とを
    備えた事を特徴とする永久磁石式回転電機の回転子の製
    造方法。
JP7070283A 1995-03-29 1995-03-29 永久磁石式回転電機の回転子およびその製造方法 Pending JPH08275470A (ja)

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