JPH1189142A - 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 - Google Patents
永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高速運転回転が可能であると共に、信頼性の高
い永久磁石を有する電動機及びそれに用いられる回転子
を提供する。 【解決手段】電動機の回転子は、回転軸１ａとこの回転
軸１ａに油圧嵌めにより嵌合された永久磁石スリーブと
を備えている。永久磁石スリーブは複数個のリング状の
永久磁石３を連設し、このリング状の永久磁石３の外周
部をＣＦＲＰ４ｂで覆って形成される。永久磁石３の内
周側には鋼製スリーブ２ｂが、永久磁石３の両軸端側に
はチタンリング５、６が、それぞれ保護用に配置されて
いる。鋼製スリーブ２ｂに形成された油圧路２０ｂか
ら、高圧の油を鋼製スリーブ２ｂの内周に導くことによ
りスリーブ内径を一時的に拡大し、回転軸との嵌合を可
能にすると共に、油圧を廃したときにはスリーブと回転
軸間に締め代を形成する。これにより高速回転時にもス
リーブの空回りを防止できる。
い永久磁石を有する電動機及びそれに用いられる回転子
を提供する。 【解決手段】電動機の回転子は、回転軸１ａとこの回転
軸１ａに油圧嵌めにより嵌合された永久磁石スリーブと
を備えている。永久磁石スリーブは複数個のリング状の
永久磁石３を連設し、このリング状の永久磁石３の外周
部をＣＦＲＰ４ｂで覆って形成される。永久磁石３の内
周側には鋼製スリーブ２ｂが、永久磁石３の両軸端側に
はチタンリング５、６が、それぞれ保護用に配置されて
いる。鋼製スリーブ２ｂに形成された油圧路２０ｂか
ら、高圧の油を鋼製スリーブ２ｂの内周に導くことによ
りスリーブ内径を一時的に拡大し、回転軸との嵌合を可
能にすると共に、油圧を廃したときにはスリーブと回転
軸間に締め代を形成する。これにより高速回転時にもス
リーブの空回りを防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式同期電
動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を
備えた遠心圧縮機に係り、特に、圧縮機等を駆動する超
高速可変速電動機およびその製造方法ならびに永久磁石
式同期電動機を備えた遠心圧縮機に関する。
動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を
備えた遠心圧縮機に係り、特に、圧縮機等を駆動する超
高速可変速電動機およびその製造方法ならびに永久磁石
式同期電動機を備えた遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、リング状永久磁石を有する回転子
を用いた永久磁石式同期電動機では、電動機の回転軸に
リング状の永久磁石を装着している。そして、この永久
磁石の外周側をカーボン繊維強化プラスチック（以下Ｃ
ＦＲＰという）で覆っている。回転子に対向して、コイ
ルを収納する固定子が配置され、固定子はケーシングに
保持されている。この例が特開平６−２８４６０９号公
報に開示されている。この公報に記載のものにおいて
は、回転子軸の周囲に複数の永久磁石片を配置し、永久
磁石片の間に鋼等からなる充填片を設置している。回転
子軸は、多角形の横断面を有し、永久磁石及び充填片は
これらの多角面に固定されている。また、永久磁石及び
充填片の周囲には、炭素繊維強化プラスチック等からな
るカバーが予荷重を付して嵌合されている。カバーの内
面は予めテーパ加工されており、回転軸に取り付けられ
外周面がテーパ加工された永久磁石及び充填片に対し
て、カバーを軸方向に移動することで回転子が組み立て
られる。
を用いた永久磁石式同期電動機では、電動機の回転軸に
リング状の永久磁石を装着している。そして、この永久
磁石の外周側をカーボン繊維強化プラスチック（以下Ｃ
ＦＲＰという）で覆っている。回転子に対向して、コイ
ルを収納する固定子が配置され、固定子はケーシングに
保持されている。この例が特開平６−２８４６０９号公
報に開示されている。この公報に記載のものにおいて
は、回転子軸の周囲に複数の永久磁石片を配置し、永久
磁石片の間に鋼等からなる充填片を設置している。回転
子軸は、多角形の横断面を有し、永久磁石及び充填片は
これらの多角面に固定されている。また、永久磁石及び
充填片の周囲には、炭素繊維強化プラスチック等からな
るカバーが予荷重を付して嵌合されている。カバーの内
面は予めテーパ加工されており、回転軸に取り付けられ
外周面がテーパ加工された永久磁石及び充填片に対し
て、カバーを軸方向に移動することで回転子が組み立て
られる。
【０００３】なお、回転軸に設けられた永久磁石と保持
リングとをテーパ面を利用して嵌合する回転子の例とし
ては、上記の他に特開平８−２６５９９７号公報等に記
載のものがある。
リングとをテーパ面を利用して嵌合する回転子の例とし
ては、上記の他に特開平８−２６５９９７号公報等に記
載のものがある。
【０００４】また、外周面に保護カバーを有し、円筒形
状の永久磁石を備えた回転子の例が、特開平８−１０７
６４１号公報および米国特許第３９６８３９０号公報に
記載されている。これら公報に記載のモータにおいて
は、ロータ軸の外周面に単体の円筒形永久磁石が取り付
けられており、外周面を繊維強化プラスチックからなる
保護カバーが覆っている。そして、ロータ軸に予め取り
付けられた円筒形永久磁石の外周に、保護カバーを圧入
や接着、冷やし嵌で取り付けている。また、回転子軸方
向に複数の円筒形永久磁石を配置して高磁力化した例
が、特開平５−２２８８０号公報に開示されている。
状の永久磁石を備えた回転子の例が、特開平８−１０７
６４１号公報および米国特許第３９６８３９０号公報に
記載されている。これら公報に記載のモータにおいて
は、ロータ軸の外周面に単体の円筒形永久磁石が取り付
けられており、外周面を繊維強化プラスチックからなる
保護カバーが覆っている。そして、ロータ軸に予め取り
付けられた円筒形永久磁石の外周に、保護カバーを圧入
や接着、冷やし嵌で取り付けている。また、回転子軸方
向に複数の円筒形永久磁石を配置して高磁力化した例
が、特開平５−２２８８０号公報に開示されている。
【０００５】ところで、上記各永久磁石式同期電動機に
おいて、高速の電動機を実現するために、回転子を小型
化し励磁電流を不要とするものも提案されている。この
場合、永久磁石の磁束密度を高めるために、磁石材料に
ネオジウム永久磁石等を用いている。この例が、「超高
速電動機の開発事例」（平成８年電気学会全国大会講演
前刷集 Ｓ１８−９〜１２頁）に記載されている。
おいて、高速の電動機を実現するために、回転子を小型
化し励磁電流を不要とするものも提案されている。この
場合、永久磁石の磁束密度を高めるために、磁石材料に
ネオジウム永久磁石等を用いている。この例が、「超高
速電動機の開発事例」（平成８年電気学会全国大会講演
前刷集 Ｓ１８−９〜１２頁）に記載されている。
【０００６】なお、高磁束密度の永久磁石は希土類金属
を燒結した焼結金属で製作されることが多い。燒結金属
は衝撃に弱いので、衝撃から保護するために内周側を磁
性体の金属で覆っている。永久磁石の内周側を金属で覆
い、小さな締め代で回転軸に取り付けた例が特開平６−
２８４６１１号公報に記載されている。
を燒結した焼結金属で製作されることが多い。燒結金属
は衝撃に弱いので、衝撃から保護するために内周側を磁
性体の金属で覆っている。永久磁石の内周側を金属で覆
い、小さな締め代で回転軸に取り付けた例が特開平６−
２８４６１１号公報に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】高速モータを実現する
ためには、回転体の残留アンバランスを極めて低くする
必要があり、そのため、回転軸の高精度な加工が要求さ
れる。特開平６−２８４６０９号公報に記載の回転子で
は、回転軸の周面に永久磁石と充填片を配置しており、
横断面が多角形になる。多角形の構造の場合、フライス
加工が必要となるが、フライス加工は、元来旋盤で加工
する回転軸の軸受部等との同軸加工が困難である。その
結果、回転軸にアンバランスが生じ、高速回転を阻害す
る恐れがある。
ためには、回転体の残留アンバランスを極めて低くする
必要があり、そのため、回転軸の高精度な加工が要求さ
れる。特開平６−２８４６０９号公報に記載の回転子で
は、回転軸の周面に永久磁石と充填片を配置しており、
横断面が多角形になる。多角形の構造の場合、フライス
加工が必要となるが、フライス加工は、元来旋盤で加工
する回転軸の軸受部等との同軸加工が困難である。その
結果、回転軸にアンバランスが生じ、高速回転を阻害す
る恐れがある。
【０００８】また、回転軸の外周に永久磁石及び充填材
を配置し、さらにその外周をカバーを用いて覆う際、こ
の磁石等とカバーとをテーパを利用して嵌合している。
一般にテーパ面の高精度な加工は難しく、特にテーパー
角が小さく、軸方向に長いテーパーの場合には、僅かな
テーパ角の誤差により大きな直径の誤差を生じる。この
ため、カバーにより付与される予荷重が軸の長手方向に
一様とならず、カバーに過大な張力が働いたり、逆に十
分な予荷重を与えられないという不具合を生じる恐れが
あった。
を配置し、さらにその外周をカバーを用いて覆う際、こ
の磁石等とカバーとをテーパを利用して嵌合している。
一般にテーパ面の高精度な加工は難しく、特にテーパー
角が小さく、軸方向に長いテーパーの場合には、僅かな
テーパ角の誤差により大きな直径の誤差を生じる。この
ため、カバーにより付与される予荷重が軸の長手方向に
一様とならず、カバーに過大な張力が働いたり、逆に十
分な予荷重を与えられないという不具合を生じる恐れが
あった。
【０００９】また、特開平８−２６５９９７号公報に記
載の永久磁石ロータでは、個々の保持リングの幅は磁石
１ヶの幅の数分の１と狭い。この磁石を保護するＣＦＲ
Ｐ等の繊維はリング両端部で切断され、強度が低下す
る。このため、端面での強度低下の影響が大きく、高速
回転に必要な十分な強度が得られない恐れがある。
載の永久磁石ロータでは、個々の保持リングの幅は磁石
１ヶの幅の数分の１と狭い。この磁石を保護するＣＦＲ
Ｐ等の繊維はリング両端部で切断され、強度が低下す
る。このため、端面での強度低下の影響が大きく、高速
回転に必要な十分な強度が得られない恐れがある。
【００１０】さらに、特開平８−１０７６４１号公報や
米国特許第３９６８３９０号公報に記載のものは、ロー
タ軸の外周面に単体の円筒形永久磁石を用いている。モ
ータの高速大容量化を実現するために、永久磁石に磁束
密度の大きいネオジウム系の希土類焼結磁石を用いて小
型化を図ったとしても、永久磁石の長手寸法の増加が避
けられない。希土類焼結磁石は成形の自由度が小さく、
特に円筒形状の磁石では外径Ｄに対して全長Ｌを大きく
できない。このため、単体のリング磁石から構成される
上記ロータ軸では、高速大容量化が困難である。
米国特許第３９６８３９０号公報に記載のものは、ロー
タ軸の外周面に単体の円筒形永久磁石を用いている。モ
ータの高速大容量化を実現するために、永久磁石に磁束
密度の大きいネオジウム系の希土類焼結磁石を用いて小
型化を図ったとしても、永久磁石の長手寸法の増加が避
けられない。希土類焼結磁石は成形の自由度が小さく、
特に円筒形状の磁石では外径Ｄに対して全長Ｌを大きく
できない。このため、単体のリング磁石から構成される
上記ロータ軸では、高速大容量化が困難である。
【００１１】また、単体リングの容量不足を補うために
回転軸方向に複数の円筒形永久磁石を配した特開平５−
２２８８０号公報に記載のものでは、高速回転時に永久
磁石に働く遠心力を支えるための補強構造が設けられて
おらず、電動機の高速大容量化が困難である。
回転軸方向に複数の円筒形永久磁石を配した特開平５−
２２８８０号公報に記載のものでは、高速回転時に永久
磁石に働く遠心力を支えるための補強構造が設けられて
おらず、電動機の高速大容量化が困難である。
【００１２】一方、「超高速電動機の開発事例」に記載
のものにおいては、ネオジウム等からなる永久磁石を用
いているので、磁石材料の破壊張力σamは約８kg/mm2と
小さい。そのため、比強度の大きい材料ＣＦＲＰを外周
部に巻き付け補強している。カーボン繊維単独の引張強
度は２００kg/mm2以上であるが、ＣＦＲＰ材の繊維方向
と遠心力の作用する方向が一致しないことや、エポキシ
樹脂を含浸させていることから、数十kg/mm2程度の引張
強度しかない。
のものにおいては、ネオジウム等からなる永久磁石を用
いているので、磁石材料の破壊張力σamは約８kg/mm2と
小さい。そのため、比強度の大きい材料ＣＦＲＰを外周
部に巻き付け補強している。カーボン繊維単独の引張強
度は２００kg/mm2以上であるが、ＣＦＲＰ材の繊維方向
と遠心力の作用する方向が一致しないことや、エポキシ
樹脂を含浸させていることから、数十kg/mm2程度の引張
強度しかない。
【００１３】永久磁石をＣＦＲＰで補強するときには、
次式によりＣＦＲＰのリングの厚さを定めることができ
る。
次式によりＣＦＲＰのリングの厚さを定めることができ
る。
【００１４】 ｔc＝（σm−σam）ｔm ／（σac−σc） （１） ここで、σm：永久磁石に働く遠心張力、 σam：永久磁石の許容引張応力、 σc：ＣＦＲＰの許容引張応力、 σac：ＣＦＲＰに働く遠心応力、 ｔc：ＣＦＲＰリングの厚さ、 ｔm：永久磁石リングの厚さ。
【００１５】上記公知例では、具体的に、ロータ周速１
９６ｍ／ｓのとき、σmが約２９．２kg/mm2、σcが７．
８kg/mm2としている。σamを８kg/mm2、σacは安全率を
見込んで５０kg/mm2とすると、ｔc／ｔmは約１／２とな
る。ＣＦＲＰの縦弾性係数を１００００kg/mm2とする
と、半径方向の歪み量は、０．００５となる。すなわ
ち、直径１００mmのロータにこの磁石を用いると、伸び
量は０．５mmとなる。このようなロータを分速数万回転
以上の高速で回転する高速電動機に用いると、アンバラ
ンスに起因するロータ振動を生じる恐れがある。
９６ｍ／ｓのとき、σmが約２９．２kg/mm2、σcが７．
８kg/mm2としている。σamを８kg/mm2、σacは安全率を
見込んで５０kg/mm2とすると、ｔc／ｔmは約１／２とな
る。ＣＦＲＰの縦弾性係数を１００００kg/mm2とする
と、半径方向の歪み量は、０．００５となる。すなわ
ち、直径１００mmのロータにこの磁石を用いると、伸び
量は０．５mmとなる。このようなロータを分速数万回転
以上の高速で回転する高速電動機に用いると、アンバラ
ンスに起因するロータ振動を生じる恐れがある。
【００１６】ところで、高速回転軸では、永久磁石部と
回転軸との界面には回転軸が回転中でも締め代が残るこ
とと、磁石の回転動に伴って回転軸が連れ回りすること
とが必要である。しかしながら、上記公知例において
は、半径方向の伸び量が０．５mmにもなり、磁石部と回
転軸との界面で滑りを生じる恐れがある。
回転軸との界面には回転軸が回転中でも締め代が残るこ
とと、磁石の回転動に伴って回転軸が連れ回りすること
とが必要である。しかしながら、上記公知例において
は、半径方向の伸び量が０．５mmにもなり、磁石部と回
転軸との界面で滑りを生じる恐れがある。
【００１７】また、特開平６ー２８４６１１号公報に記
載のものでは磁石部の分解を容易にするため、回転軸と
は少しの締め代しか付与していない。そのため、高速で
回転すると、界面で隙間が生じやすく、これは回転体の
アンバランス振動やトルクロスの原因となりうる。
載のものでは磁石部の分解を容易にするため、回転軸と
は少しの締め代しか付与していない。そのため、高速で
回転すると、界面で隙間が生じやすく、これは回転体の
アンバランス振動やトルクロスの原因となりうる。
【００１８】このような不具合を回避するため、磁石部
と回転軸との界面に大きな締め代を付与することが考え
られるが、ＣＦＲＰ部材も永久磁石材料もともに、熱に
よる線膨張係数が低く、殆どゼロであり、慣用されてい
る焼き嵌めを使用できない。
と回転軸との界面に大きな締め代を付与することが考え
られるが、ＣＦＲＰ部材も永久磁石材料もともに、熱に
よる線膨張係数が低く、殆どゼロであり、慣用されてい
る焼き嵌めを使用できない。
【００１９】本発明は上記従来技術に鑑みなされたもの
であり、その目的は、高速運転が可能な永久磁石を用い
た電動機を実現することである。本発明の他の目的は、
高速運転が可能でかつ高周速な電動機を提供することに
ある。そして、高速・高周速回転時においても、永久磁
石部と電動機の回転軸との界面での滑りやアンバランス
による振動を発生しない電動機およびその製造方法を提
供することにある。本発明のさらに他の目的は、高速回
転が可能な永久磁石を有する電動機を内蔵した多段遠心
圧縮機を提供することにある。
であり、その目的は、高速運転が可能な永久磁石を用い
た電動機を実現することである。本発明の他の目的は、
高速運転が可能でかつ高周速な電動機を提供することに
ある。そして、高速・高周速回転時においても、永久磁
石部と電動機の回転軸との界面での滑りやアンバランス
による振動を発生しない電動機およびその製造方法を提
供することにある。本発明のさらに他の目的は、高速回
転が可能な永久磁石を有する電動機を内蔵した多段遠心
圧縮機を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様は、永久磁石を有する回転子と、
固定子とを備えた永久磁石式同期電動機において、回転
子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁性体リン
グとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた複数の永
久磁石とを含む回転子部材と、回転軸とを有するもので
ある。
の本発明の第１の態様は、永久磁石を有する回転子と、
固定子とを備えた永久磁石式同期電動機において、回転
子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁性体リン
グとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた複数の永
久磁石とを含む回転子部材と、回転軸とを有するもので
ある。
【００２１】そして好ましくは、回転子部材は回転軸に
油圧嵌めにより嵌合されているか、または磁性体のリン
グに、回転子部材に油圧を導く油圧路が形成されている
ものである。
油圧嵌めにより嵌合されているか、または磁性体のリン
グに、回転子部材に油圧を導く油圧路が形成されている
ものである。
【００２２】より好ましくは、回転軸の回転子部材との
嵌合部であって、回転子部材の一端側に対応する部分に
テーパが形成されていたり、複数の永久磁石は回転軸の
軸方向に連設されており、この連設された永久磁石の両
端部に非磁性の保護リングが配設されていたり、回転子
部材の外周部における周速が、２５０ｍ／ｓ以上であっ
たり、ＣＦＲＰ部材の炭素繊維の巻角を、回転軸方向に
対して８５°ないし９０°としているものである。ま
た、回転子は、複数の回転子部材を回転軸に嵌合してい
てもよい。
嵌合部であって、回転子部材の一端側に対応する部分に
テーパが形成されていたり、複数の永久磁石は回転軸の
軸方向に連設されており、この連設された永久磁石の両
端部に非磁性の保護リングが配設されていたり、回転子
部材の外周部における周速が、２５０ｍ／ｓ以上であっ
たり、ＣＦＲＰ部材の炭素繊維の巻角を、回転軸方向に
対して８５°ないし９０°としているものである。ま
た、回転子は、複数の回転子部材を回転軸に嵌合してい
てもよい。
【００２３】上記目的を達成するための本発明の第２の
態様は、回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、この回転
軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮機にお
いて、回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの
磁性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされ
た複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、この回転
子部材を回転軸に油圧嵌めにより嵌合したものである。
態様は、回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、この回転
軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮機にお
いて、回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの
磁性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされ
た複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、この回転
子部材を回転軸に油圧嵌めにより嵌合したものである。
【００２４】上記目的を達成するための本発明の第３の
態様は、回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、この回転
軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮機にお
いて、回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの
磁性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされ
た複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、磁性体の
リングには油圧を導く油圧路が形成されているものであ
る。
態様は、回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、この回転
軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮機にお
いて、回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの
磁性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされ
た複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、磁性体の
リングには油圧を導く油圧路が形成されているものであ
る。
【００２５】上記目的を達成するための本発明の第４の
態様は、複数のリング状の永久磁石を連設して保持し、
この永久磁石の外周部に接着樹脂を含浸させつつ炭素繊
維を巻き付けＣＦＲＰ層を形成した後、磁性体のスリー
ブを永久磁石の内径側に挿入して回転子部材を製作し、
この回転子部材を回転軸に油圧嵌めして永久磁石式同期
電動機を製造するものである。
態様は、複数のリング状の永久磁石を連設して保持し、
この永久磁石の外周部に接着樹脂を含浸させつつ炭素繊
維を巻き付けＣＦＲＰ層を形成した後、磁性体のスリー
ブを永久磁石の内径側に挿入して回転子部材を製作し、
この回転子部材を回転軸に油圧嵌めして永久磁石式同期
電動機を製造するものである。
【００２６】上記目的を達成するための本発明の第５の
態様は、リング状のＣＦＲＰ部材に複数の永久磁石を順
次挿入した後、磁性体のスリーブを永久磁石の内径側に
挿入して回転子部材を製作し、この回転子部材を回転軸
に油圧嵌めして永久磁石式同期電動機を製造するもので
ある。そして好ましくは、回転子部材の内径は、嵌合す
る回転軸の外径より小径とするものである。
態様は、リング状のＣＦＲＰ部材に複数の永久磁石を順
次挿入した後、磁性体のスリーブを永久磁石の内径側に
挿入して回転子部材を製作し、この回転子部材を回転軸
に油圧嵌めして永久磁石式同期電動機を製造するもので
ある。そして好ましくは、回転子部材の内径は、嵌合す
る回転軸の外径より小径とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】初めに本発明の概要を説明する。
本発明に係る永久磁石式同期電動機においては、ＣＦＲ
Ｐ層を備えた永久磁石スリーブに、高速回転中において
も締め付け力が残るほどの大きな初期締め付け力を与え
ているので、リング状の永久磁石を保持する回転子構造
が得られる。これは、以下の理由による。
本発明に係る永久磁石式同期電動機においては、ＣＦＲ
Ｐ層を備えた永久磁石スリーブに、高速回転中において
も締め付け力が残るほどの大きな初期締め付け力を与え
ているので、リング状の永久磁石を保持する回転子構造
が得られる。これは、以下の理由による。
【００２８】ＣＦＲＰ材の繊維方向，磁石材の熱膨張係
数は殆ど０であるので、磁石リングを介してＣＦＲＰス
リーブと回転軸との間に締め代を設けるためには、回転
軸を冷やした状態で磁石、ＣＦＲＰを嵌め込む方法があ
る。この方法の場合は与えられる締め代は回転軸の温度
によって決まる。回転軸温度を下げるもっとも適切な方
法は、液体窒素を使用する方法である。この方法を用い
ても、得られる温度差は約１７０から１８０℃にすぎな
い。回転軸速度が高くなればなるほど回転軸の径が小さ
くなるので、熱収縮量も小さくなり、機械加工公差、作
業余裕代等を考慮すると、超高速回転子を得るのに必要
な締め代をこの方法で得ることは困難である。
数は殆ど０であるので、磁石リングを介してＣＦＲＰス
リーブと回転軸との間に締め代を設けるためには、回転
軸を冷やした状態で磁石、ＣＦＲＰを嵌め込む方法があ
る。この方法の場合は与えられる締め代は回転軸の温度
によって決まる。回転軸温度を下げるもっとも適切な方
法は、液体窒素を使用する方法である。この方法を用い
ても、得られる温度差は約１７０から１８０℃にすぎな
い。回転軸速度が高くなればなるほど回転軸の径が小さ
くなるので、熱収縮量も小さくなり、機械加工公差、作
業余裕代等を考慮すると、超高速回転子を得るのに必要
な締め代をこの方法で得ることは困難である。
【００２９】さらに、冷却した回転軸が徐々に常温に戻
るとき、回転軸は軸方向にも伸びる。しかしながら、磁
石やＣＦＲＰは伸びないので、ＣＦＲＰが強度の弱い軸
方向に引張られて、ＣＦＲＰが破損するおそれがある。
このように冷やし嵌めをＣＦＲＰを有する高速回転体に
用いることには困難さが伴う。冷やし嵌めよりも半径方
向の締め代が得られ、かつ永久磁石スリーブに軸方向の
引張応力を生じさせなくするためには、機械的に永久磁
石スリーブの内径を一度拡大して回転軸を嵌合させれば
よいことに本発明者らは着目した。具体的には、油圧嵌
めを採用することにより、温度差を利用する焼き嵌めや
冷やし嵌めの不利な点を解消できる。これにより、運転
中であっても、回転軸、鋼製スリーブ、永久磁石、ＣＦ
ＲＰの各層の界面で半径方向の隙間の発生を防止でき、
回転軸と各層ごとの同軸度を保つことができる。そし
て、トルク伝達のロスをも防止できる。
るとき、回転軸は軸方向にも伸びる。しかしながら、磁
石やＣＦＲＰは伸びないので、ＣＦＲＰが強度の弱い軸
方向に引張られて、ＣＦＲＰが破損するおそれがある。
このように冷やし嵌めをＣＦＲＰを有する高速回転体に
用いることには困難さが伴う。冷やし嵌めよりも半径方
向の締め代が得られ、かつ永久磁石スリーブに軸方向の
引張応力を生じさせなくするためには、機械的に永久磁
石スリーブの内径を一度拡大して回転軸を嵌合させれば
よいことに本発明者らは着目した。具体的には、油圧嵌
めを採用することにより、温度差を利用する焼き嵌めや
冷やし嵌めの不利な点を解消できる。これにより、運転
中であっても、回転軸、鋼製スリーブ、永久磁石、ＣＦ
ＲＰの各層の界面で半径方向の隙間の発生を防止でき、
回転軸と各層ごとの同軸度を保つことができる。そし
て、トルク伝達のロスをも防止できる。
【００３０】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。図１は、本発明に係る永久磁石式回転子を有する
電動機で直接駆動する２段空気圧縮機の縦断面図であ
る。この図１において、圧縮機１００はその中央部に電
動機１０１を有している。電動機１０１は回転子１と固
定子１０とを備えており、回転子１は複数の円筒形永久
磁石を有する永久磁石組立体１５ｂと永久磁石の軸端部
に配設されたリング５、６とを有している。さらに、回
転子１は、ラジアル軸受１１ａ、１１ｂ及びアキシャル
軸受１２ａ、１２ｂにより回転自在に支承されるととも
に、両軸端には遠心羽根車１３ａ、１３ｂが取り付けら
れている。
する。図１は、本発明に係る永久磁石式回転子を有する
電動機で直接駆動する２段空気圧縮機の縦断面図であ
る。この図１において、圧縮機１００はその中央部に電
動機１０１を有している。電動機１０１は回転子１と固
定子１０とを備えており、回転子１は複数の円筒形永久
磁石を有する永久磁石組立体１５ｂと永久磁石の軸端部
に配設されたリング５、６とを有している。さらに、回
転子１は、ラジアル軸受１１ａ、１１ｂ及びアキシャル
軸受１２ａ、１２ｂにより回転自在に支承されるととも
に、両軸端には遠心羽根車１３ａ、１３ｂが取り付けら
れている。
【００３１】図２及び図３に、上記遠心圧縮機の電動機
部について示す。図２は、回転子部を縦断面で示した
図、図３は図２のＡ矢視部における固定子と回転子との
横断面を示した図である。２極同期電動機の回転子を例
にとり示す。
部について示す。図２は、回転子部を縦断面で示した
図、図３は図２のＡ矢視部における固定子と回転子との
横断面を示した図である。２極同期電動機の回転子を例
にとり示す。
【００３２】永久磁石式回転子１は、磁性材料である鋼
製の中実の回転軸１ａと、この回転軸１ａの外周側に設
けた鋼製のスリーブ２ａと、スリーブ２ａの外周部に回
転軸方向に５ヶ連続して配置した円筒形状の永久磁石３
と、永久磁石３の外周部にこの永久磁石を覆って配置さ
れた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる円
筒形状の補強部材４ｂとを備えている。
製の中実の回転軸１ａと、この回転軸１ａの外周側に設
けた鋼製のスリーブ２ａと、スリーブ２ａの外周部に回
転軸方向に５ヶ連続して配置した円筒形状の永久磁石３
と、永久磁石３の外周部にこの永久磁石を覆って配置さ
れた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる円
筒形状の補強部材４ｂとを備えている。
【００３３】スリーブ２ａには、後述する油圧注入路２
０ｂが形成されている。永久磁石３及びＣＦＲＰ４ｂの
回転軸方向の両端部には、磁束の漏れを防止するため、
および永久磁石の端面を保護するため、非磁性材からな
るリング状部材５，６が装着されている。このリング状
部材５、６の材質としては、比強度の大きいＴｉ−６Ａ
ｌ−４Ｖ材が望ましい。
０ｂが形成されている。永久磁石３及びＣＦＲＰ４ｂの
回転軸方向の両端部には、磁束の漏れを防止するため、
および永久磁石の端面を保護するため、非磁性材からな
るリング状部材５，６が装着されている。このリング状
部材５、６の材質としては、比強度の大きいＴｉ−６Ａ
ｌ−４Ｖ材が望ましい。
【００３４】永久磁石３は、高い磁束密度が得られるネ
オジウム−鉄−ボロン系の希土類磁石であり、磁化容易
軸が半径方向に配向された異方性磁石である。そして、
この永久磁石３は、円筒形状に焼結成形されており、２
極着磁がなされている。さらに、各永久磁石３片の軸方
向長さＬは、外径Ｄに対してＬ＜Ｄ／３となるように設
定されている。つまり、回転軸方向に円筒形永久磁石を
連続して配置したので、磁石の全長が回転子外径の３倍
以上必要な高出力電動機の場合であっても、円筒形磁石
を適用できる。
オジウム−鉄−ボロン系の希土類磁石であり、磁化容易
軸が半径方向に配向された異方性磁石である。そして、
この永久磁石３は、円筒形状に焼結成形されており、２
極着磁がなされている。さらに、各永久磁石３片の軸方
向長さＬは、外径Ｄに対してＬ＜Ｄ／３となるように設
定されている。つまり、回転軸方向に円筒形永久磁石を
連続して配置したので、磁石の全長が回転子外径の３倍
以上必要な高出力電動機の場合であっても、円筒形磁石
を適用できる。
【００３５】本実施例においては、円筒形磁石を用いた
ので、回転軸の外周を多角形状にフライス加工すること
が不要となり、回転軸の加工時間を大幅に短縮できる。
また、容易に加工精度を向上できるので、回転体として
のアンバランスも減少できる。さらに、円筒形磁石を回
転軸に同心状に嵌合するだけでよいので、組立が容易に
なる。
ので、回転軸の外周を多角形状にフライス加工すること
が不要となり、回転軸の加工時間を大幅に短縮できる。
また、容易に加工精度を向上できるので、回転体として
のアンバランスも減少できる。さらに、円筒形磁石を回
転軸に同心状に嵌合するだけでよいので、組立が容易に
なる。
【００３６】なお、図３に示したように、電動機の固定
子１６の周方向複数箇所にコイル１７が巻かれるスロッ
トが形成されている。スロットの数は、この図３では簡
便のため６個としているが、実際には２４個等図に示し
たより多くのスロットが形成されている。
子１６の周方向複数箇所にコイル１７が巻かれるスロッ
トが形成されている。スロットの数は、この図３では簡
便のため６個としているが、実際には２４個等図に示し
たより多くのスロットが形成されている。
【００３７】次に、このように構成した永久磁石を有す
る同期電動機の加工方法の詳細を、図４ないし図８を用
いて説明する。初めに、永久磁石にＣＦＲＰ層を形成す
る。この場合、複数の磁石リングを連設した永久磁石の
外周に接着樹脂を含浸させながら炭素繊維を巻き付け、
高温炉内で樹脂を高温硬化させる方法と、予め作成され
たＣＦＲＰスリーブの内部に複数の永久磁石片を順次挿
入する方法とがある。
る同期電動機の加工方法の詳細を、図４ないし図８を用
いて説明する。初めに、永久磁石にＣＦＲＰ層を形成す
る。この場合、複数の磁石リングを連設した永久磁石の
外周に接着樹脂を含浸させながら炭素繊維を巻き付け、
高温炉内で樹脂を高温硬化させる方法と、予め作成され
たＣＦＲＰスリーブの内部に複数の永久磁石片を順次挿
入する方法とがある。
【００３８】前者の場合は、図４に示すように、治具８
に円筒形永久磁石３ａ〜３ｅ及びダミーピース７ａ、７
ｂを挿入し、その後ナット９を用いて各磁石３ａ〜３ｅ
及びピース７ａ、７ｂを固定する。この磁石の連設体の
外周部に直接ＣＦＲＰ４ａを巻き付け一体に構成する。
この後、ＣＦＲＰ４ａの両端の折り返し部とダミーピー
スとを取り除き、所定長さに切り出す。本方法によれ
ば、圧入の工程を省略できるので、図５に示した永久磁
石組立体１５ａを簡便に製作できる。
に円筒形永久磁石３ａ〜３ｅ及びダミーピース７ａ、７
ｂを挿入し、その後ナット９を用いて各磁石３ａ〜３ｅ
及びピース７ａ、７ｂを固定する。この磁石の連設体の
外周部に直接ＣＦＲＰ４ａを巻き付け一体に構成する。
この後、ＣＦＲＰ４ａの両端の折り返し部とダミーピー
スとを取り除き、所定長さに切り出す。本方法によれ
ば、圧入の工程を省略できるので、図５に示した永久磁
石組立体１５ａを簡便に製作できる。
【００３９】上記実施例においては、ダミーピース７
ａ、７ｂとして円筒形永久磁石３ａと同種のものを用い
ても良いが、永久磁石は高価であるから、アルミ合金等
安価な素材を用いるのが好ましい。また図４には明示し
ていないが、ダミーピース７ａとナット９の間に、サラ
バネ等のバネ要素を配設することが好ましい。このよう
にすれば、ＣＦＲＰを硬化させるため高温に加熱したと
きに、治具８と永久磁石３ａ〜３ｅとの間の熱膨張差を
バネの変位が吸収できる。したがって、加熱中に永久磁
石の固定が緩むことを防止できる。
ａ、７ｂとして円筒形永久磁石３ａと同種のものを用い
ても良いが、永久磁石は高価であるから、アルミ合金等
安価な素材を用いるのが好ましい。また図４には明示し
ていないが、ダミーピース７ａとナット９の間に、サラ
バネ等のバネ要素を配設することが好ましい。このよう
にすれば、ＣＦＲＰを硬化させるため高温に加熱したと
きに、治具８と永久磁石３ａ〜３ｅとの間の熱膨張差を
バネの変位が吸収できる。したがって、加熱中に永久磁
石の固定が緩むことを防止できる。
【００４０】次に、後者の方法の場合、予め所定の寸法
に成形したＣＦＲＰ４ｂの内周部に、円筒形状の永久磁
石３ａ〜３ｅを所定の順番で順次挿入する。このとき、
ＣＦＲＰ４ｂの内径より、円筒形永久磁石３ａ〜３ｅの
外径をわずかに大きく形成し、永久磁石３ａ〜３ｅを圧
入する。永久磁石３ａ〜３ｅには圧縮の予荷重を作用さ
せているので、回転軸１ａに永久磁石を嵌め込んだ場合
に永久磁石に働く引張荷重を軽減することができる。ま
た、必要に応じ円筒形磁石３ａ〜３ｅの外周面及びＣＦ
ＲＰ４ｂの内周面をテーパ形状にすることも可能であ
る。
に成形したＣＦＲＰ４ｂの内周部に、円筒形状の永久磁
石３ａ〜３ｅを所定の順番で順次挿入する。このとき、
ＣＦＲＰ４ｂの内径より、円筒形永久磁石３ａ〜３ｅの
外径をわずかに大きく形成し、永久磁石３ａ〜３ｅを圧
入する。永久磁石３ａ〜３ｅには圧縮の予荷重を作用さ
せているので、回転軸１ａに永久磁石を嵌め込んだ場合
に永久磁石に働く引張荷重を軽減することができる。ま
た、必要に応じ円筒形磁石３ａ〜３ｅの外周面及びＣＦ
ＲＰ４ｂの内周面をテーパ形状にすることも可能であ
る。
【００４１】ところで、ＣＦＲＰは繊維方向には極めて
高強度を発揮するが、繊維直角方向には樹脂相当の強度
しか得られない。すなわち、ＣＦＲＰの引張強さ及び縦
弾性係数は、繊維方向と荷重方向のなす角の余弦に比例
する。本実施例に係る電動機は、高速回転に用いられる
ものであるから、永久磁石３ａ〜３ｅには高速回転時の
遠心力が作用することを考慮して、ＣＦＲＰ４ａの巻角
を回転子軸方向に対し８７°とした。この様に回転軸方
向に対してほぼ直角方向に繊維を巻いているので、ＣＦ
ＲＰ４ａの軸方向端部付近においても強度の低下はほと
んどない。ＣＦＲＰ４ａの厚さは、電動機の磁気特性と
永久磁石３ａ〜３ｅの許容遠心力とから、上述の式
（１）により求められる。なお、ＣＦＲＰ４ａのマトリ
クス樹脂には、電動機が発熱により温度上昇するので、
耐熱性の高い樹脂を使用している。また、ＣＦＲＰの巻
角は、回転軸方向に対してほぼ８５°ないし９０°の範
囲であれば、本発明の効果を達成できる。
高強度を発揮するが、繊維直角方向には樹脂相当の強度
しか得られない。すなわち、ＣＦＲＰの引張強さ及び縦
弾性係数は、繊維方向と荷重方向のなす角の余弦に比例
する。本実施例に係る電動機は、高速回転に用いられる
ものであるから、永久磁石３ａ〜３ｅには高速回転時の
遠心力が作用することを考慮して、ＣＦＲＰ４ａの巻角
を回転子軸方向に対し８７°とした。この様に回転軸方
向に対してほぼ直角方向に繊維を巻いているので、ＣＦ
ＲＰ４ａの軸方向端部付近においても強度の低下はほと
んどない。ＣＦＲＰ４ａの厚さは、電動機の磁気特性と
永久磁石３ａ〜３ｅの許容遠心力とから、上述の式
（１）により求められる。なお、ＣＦＲＰ４ａのマトリ
クス樹脂には、電動機が発熱により温度上昇するので、
耐熱性の高い樹脂を使用している。また、ＣＦＲＰの巻
角は、回転軸方向に対してほぼ８５°ないし９０°の範
囲であれば、本発明の効果を達成できる。
【００４２】次に、永久磁石３とＣＦＲＰ４ｂを有する
永久磁石組立体１５ａの内径とほぼ同じ外径の鋼製スリ
ーブ２を別途製作する。そして、図６に示すように、鋼
製スリーブ２の外周に、チタンリング５、６を介して永
久磁石組立体１５ａを装着する。鋼製スリーブ２の内径
は、必要締め代分に相当する量だけ回転軸１ａの外径よ
りも小さい。本実施例においては、回転軸の径はほぼ６
０ｍｍ、鋼製スリーブの肉厚は３ｍｍとしている。な
お、鋼製スリーブ２には、後述する油圧嵌めのために、
油圧注入口２０ａ及び油圧路２０ｂが形成されている。
永久磁石組立体１５ａの内径とほぼ同じ外径の鋼製スリ
ーブ２を別途製作する。そして、図６に示すように、鋼
製スリーブ２の外周に、チタンリング５、６を介して永
久磁石組立体１５ａを装着する。鋼製スリーブ２の内径
は、必要締め代分に相当する量だけ回転軸１ａの外径よ
りも小さい。本実施例においては、回転軸の径はほぼ６
０ｍｍ、鋼製スリーブの肉厚は３ｍｍとしている。な
お、鋼製スリーブ２には、後述する油圧嵌めのために、
油圧注入口２０ａ及び油圧路２０ｂが形成されている。
【００４３】次に、鋼製スリーブ２ａを含む永久磁石ス
リーブを回転軸１ａに装着する様子を図７、図８により
説明する。図７は、永久磁石スリーブを回転軸へ装着す
る直前の状態であり、図８は永久磁石スリーブを回転軸
へ装着した後の状態を示している。上述したように、鋼
製スリーブ２の端部近傍にはこの鋼製スリーブの内周に
油圧を導入するための注入口２０ａおよび油圧路２０ｂ
が設けられている。永久磁石スリーブを、予め外筒治具
２２を装着した内筒治具２１の外周に嵌める。回転軸１
ａの端部には、予めスタッドボルト２３がねじ込まれて
いる。内筒治具を回転軸端部に装着し、締め付け治具２
４、２５で固定する。なお、外筒治具２２には押し込み
用の油圧をかけるために注入穴２６が設けられている。
リーブを回転軸１ａに装着する様子を図７、図８により
説明する。図７は、永久磁石スリーブを回転軸へ装着す
る直前の状態であり、図８は永久磁石スリーブを回転軸
へ装着した後の状態を示している。上述したように、鋼
製スリーブ２の端部近傍にはこの鋼製スリーブの内周に
油圧を導入するための注入口２０ａおよび油圧路２０ｂ
が設けられている。永久磁石スリーブを、予め外筒治具
２２を装着した内筒治具２１の外周に嵌める。回転軸１
ａの端部には、予めスタッドボルト２３がねじ込まれて
いる。内筒治具を回転軸端部に装着し、締め付け治具２
４、２５で固定する。なお、外筒治具２２には押し込み
用の油圧をかけるために注入穴２６が設けられている。
【００４４】回転軸１の外径は概略締め代分だけ内筒治
具２１の外径より大きいので、回転軸の端部には鋼製ス
リーブが入りやすいようにテーパを付けておくと良い。
この状態で、注入口２０ａから油圧をかけて鋼製スリー
ブ２ａを押し広げる。それと同時に、注入口２６から油
圧をかけて鋼製スリーブ２ａを軸方向に押し込む。この
後、鋼製スリーブ２ａの注入口部分の不要部分を加工削
除する。
具２１の外径より大きいので、回転軸の端部には鋼製ス
リーブが入りやすいようにテーパを付けておくと良い。
この状態で、注入口２０ａから油圧をかけて鋼製スリー
ブ２ａを押し広げる。それと同時に、注入口２６から油
圧をかけて鋼製スリーブ２ａを軸方向に押し込む。この
後、鋼製スリーブ２ａの注入口部分の不要部分を加工削
除する。
【００４５】ところで、鋼製スリーブの内径と回転軸の
外径寸法とは、永久磁石の遠心力伸びに見合う初期締め
代（初期締め付け力）が得られるように設定する。この
締め代は、概略次式で表わされる。
外径寸法とは、永久磁石の遠心力伸びに見合う初期締め
代（初期締め付け力）が得られるように設定する。この
締め代は、概略次式で表わされる。
【００４６】
【数１】
【００４７】ここで、 ε：ＣＦＲＰスリーブに与えたい初期歪み（鋼製スリー
ブに与えたい初期歪み）、 Ｅ：ＣＦＲＰスリーブの縦弾性係数、 ν：ＣＦＲＰスリーブのポアソン比、 r3:ＣＦＲＰスリーブの外径、 r2:ＣＦＲＰスリーブの内径、 r1:磁石リングの内径、 γCFRP：ＣＦＲＰスリーブの比重量、 ｔCFRP：ＣＦＲＰスリーブの厚さ、 ｔmag：磁石リングの厚さ、 γmag：磁石リングの比重量、 ω：回転子の回転角速度 Ｄ：ＣＦＲＰスリーブの内径、 Δｄ：ＣＦＲＰスリーブの初期締め代（鋼製スリーブの
初期締め代）。
ブに与えたい初期歪み）、 Ｅ：ＣＦＲＰスリーブの縦弾性係数、 ν：ＣＦＲＰスリーブのポアソン比、 r3:ＣＦＲＰスリーブの外径、 r2:ＣＦＲＰスリーブの内径、 r1:磁石リングの内径、 γCFRP：ＣＦＲＰスリーブの比重量、 ｔCFRP：ＣＦＲＰスリーブの厚さ、 ｔmag：磁石リングの厚さ、 γmag：磁石リングの比重量、 ω：回転子の回転角速度 Ｄ：ＣＦＲＰスリーブの内径、 Δｄ：ＣＦＲＰスリーブの初期締め代（鋼製スリーブの
初期締め代）。
【００４８】（２）式の右辺第１項は、ＣＦＲＰスリー
ブ自身の遠心力伸びを受け持つための締め代に相当し、
右辺第２項は永久磁石リングに働く遠心力をＣＦＲＰス
リーブが受け持つための締め代に相当する。両者の和以
上の初期締め代を鋼製スリーブに与えることにより、必
要な締め付け力をＣＦＲＰにも与えることができ、回転
中に磁石が鋼製スリーブ、ひいては回転軸から離れない
ようにできる。 また、締め代により回転部材が半径方
向に拘束されるので、それぞれの回転部材の同軸度が保
たれる。これにより、運転中に磁石リングとＣＦＲＰス
リーブの同軸度を保つことができ、超高速電動機が得ら
れる。さらに、本実施例に記載の電動機によれば、ロー
タ構造を軸対称構造にできるので、運転中のアンバラン
スの発生を低減するとともに、確実にトルクを発生でき
るので電動機の信頼性が向上する。
ブ自身の遠心力伸びを受け持つための締め代に相当し、
右辺第２項は永久磁石リングに働く遠心力をＣＦＲＰス
リーブが受け持つための締め代に相当する。両者の和以
上の初期締め代を鋼製スリーブに与えることにより、必
要な締め付け力をＣＦＲＰにも与えることができ、回転
中に磁石が鋼製スリーブ、ひいては回転軸から離れない
ようにできる。 また、締め代により回転部材が半径方
向に拘束されるので、それぞれの回転部材の同軸度が保
たれる。これにより、運転中に磁石リングとＣＦＲＰス
リーブの同軸度を保つことができ、超高速電動機が得ら
れる。さらに、本実施例に記載の電動機によれば、ロー
タ構造を軸対称構造にできるので、運転中のアンバラン
スの発生を低減するとともに、確実にトルクを発生でき
るので電動機の信頼性が向上する。
【００４９】なお、電動機出力が大きくて必要磁石長さ
が長い場合には、図９に示すように、永久磁石スリーブ
を２個作成し、各永久磁石スリーブを回転軸の両軸端側
から装着しても良い。
が長い場合には、図９に示すように、永久磁石スリーブ
を２個作成し、各永久磁石スリーブを回転軸の両軸端側
から装着しても良い。
【００５０】上述した方法により作成した電動機を、２
段の遠心圧縮機に搭載した場合が図１である。円筒形永
久磁石を回転軸方向に複数配置して磁石長さを確保して
いる。これにより、圧縮機１００の出力、約１００ｋＷ
まで大容量化した。また、円筒形磁石の外周面をＣＦＲ
Ｐで補強したので、永久磁石部の周速を２５０ｍ／ｓ以
上まで高速化した。なお、本発明は、２４０ｍ／ｓ以上
の周速の回転軸において効果があり、２５０ｍ／ｓ以上
の周速で効果が顕著である。
段の遠心圧縮機に搭載した場合が図１である。円筒形永
久磁石を回転軸方向に複数配置して磁石長さを確保して
いる。これにより、圧縮機１００の出力、約１００ｋＷ
まで大容量化した。また、円筒形磁石の外周面をＣＦＲ
Ｐで補強したので、永久磁石部の周速を２５０ｍ／ｓ以
上まで高速化した。なお、本発明は、２４０ｍ／ｓ以上
の周速の回転軸において効果があり、２５０ｍ／ｓ以上
の周速で効果が顕著である。
【００５１】電動機をいっそう高速高出力化するために
は、周速及び出力を増大する必要がある。周速に関して
は、永久磁石の補強部材の強度に依存するので、ＣＦＲ
Ｐより大強度の材質を用いればよいことになる。しかし
ながら、現状ではそのような材料は得難い。一方、出力
に関しては、回転軸方向に連設する永久磁石の個数を増
すことで容易に解決できる。
は、周速及び出力を増大する必要がある。周速に関して
は、永久磁石の補強部材の強度に依存するので、ＣＦＲ
Ｐより大強度の材質を用いればよいことになる。しかし
ながら、現状ではそのような材料は得難い。一方、出力
に関しては、回転軸方向に連設する永久磁石の個数を増
すことで容易に解決できる。
【００５２】上記実施例では２極同期電動機の場合につ
いて説明したが、電気機械の種類や極数がこれに制限さ
れるものではない。永久磁石や、補強部材の数量や材
質、製作方法等も、本実施例に制限されるものではな
く、同様の構成が可能であり、発明の主旨が実現できれ
ば、いかなる材質、製作方法であっても良い。
いて説明したが、電気機械の種類や極数がこれに制限さ
れるものではない。永久磁石や、補強部材の数量や材
質、製作方法等も、本実施例に制限されるものではな
く、同様の構成が可能であり、発明の主旨が実現できれ
ば、いかなる材質、製作方法であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次のような効果がある。
ているので、次のような効果がある。
【００５４】高速運転中に回転子にアンバランスを生じ
ないので、運転中の振動を抑制でき、また永久磁石に働
く遠心力も保持できるので、安定した、信頼性の高い運
転状態を得ることができる。即ち、超高速永久磁石式同
期電動機を実現できる。
ないので、運転中の振動を抑制でき、また永久磁石に働
く遠心力も保持できるので、安定した、信頼性の高い運
転状態を得ることができる。即ち、超高速永久磁石式同
期電動機を実現できる。
【図１】本発明に係る電動機を備えた２段遠心圧縮機の
一実施例の縦断面図。
一実施例の縦断面図。
【図２】本発明の一実施例の回転子構造。
【図３】図２のＡ断面図。
【図４】回転子製作の一過程においてＣＦＲＰを処理す
るときの説明図。
るときの説明図。
【図５】回転子製作の一過程におけるＣＦＲＰ処理後の
説明図。
説明図。
【図６】回転子製作の一過程における内側スリーブ施工
時の説明図。
時の説明図。
【図７】回転子製作の一過程における回転軸へ磁石を取
り付ける前の状態を説明する図。
り付ける前の状態を説明する図。
【図８】回転子製作の一過程における説明する図。
【図９】本発明に係る回転子の他の実施例の断面図。
１…回転軸、２ａ，２ｂ…鋼製スリーブ、３…永久磁石
リング、４ａ，４ｂ…ＣＦＲＰスリーブ、５，６…チタ
ンリング、１０…電動機の固定子、１３ａ，１３ｂ…羽
根車、１４…ケーシング、１５ｂ…永久磁石部材、１６
…固定子鉄心、１７…コイル、２０ａ…油圧注入口、２
１…内筒治具、２２…外筒治具、２６ａ…注入口、２７
ａ，２７ｂ，２７ｃ…Ｏ−リング。
リング、４ａ，４ｂ…ＣＦＲＰスリーブ、５，６…チタ
ンリング、１０…電動機の固定子、１３ａ，１３ｂ…羽
根車、１４…ケーシング、１５ｂ…永久磁石部材、１６
…固定子鉄心、１７…コイル、２０ａ…油圧注入口、２
１…内筒治具、２２…外筒治具、２６ａ…注入口、２７
ａ，２７ｂ，２７ｃ…Ｏ−リング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 直彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 福島 康雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内
Claims (13)
- 【請求項１】永久磁石を有する回転子と、固定子とを備
えた永久磁石式同期電動機において、 前記回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁
性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた
複数の永久磁石とを含む回転子部材と、回転軸とを有す
ることを特徴とする永久磁石式同期電動機。 - 【請求項２】前記回転子部材は前記回転軸に油圧嵌めに
より嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の
永久磁石式同期電動機。 - 【請求項３】前記磁性体のリングには、前記回転子部材
に油圧を導く油圧路が形成されていることを特徴とする
請求項１に記載の永久磁石式同期電動機。 - 【請求項４】前記回転軸の前記回転子部材との嵌合部で
あって、回転子部材の一端側に対応する部分にテーパが
形成されていることを特徴とする請求項２または３に記
載の永久磁石式同期電動機。 - 【請求項５】前記複数の永久磁石は回転軸の軸方向に連
設されており、この連設された永久磁石の両端部に非磁
性の保護リングを配設したことを特徴とする請求項２ま
たは３に記載の永久磁石式同期電動機。 - 【請求項６】永久磁石を有する回転子と、固定子とを備
えた永久磁石式同期電動機において、 前記回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁
性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた
複数の永久磁石とを含む回転子部材と、回転軸とを有
し、前記回転子部材の外周部における周速が、２５０ｍ
／ｓ以上であることを特徴とする永久磁石式同期電動
機。 - 【請求項７】前記ＣＦＲＰ部材の炭素繊維の巻角を、回
転軸方向に対して８５°ないし９０°としたことを特徴
とする請求項２または３に記載の永久磁石式同期電動
機。 - 【請求項８】前記回転子は、複数の前記回転子部材を前
記回転軸に嵌合したものである請求項２または３に記載
の永久磁石式同期電動機。 - 【請求項９】回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、この
回転軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮機
において、 前記回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁
性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた
複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、この回転子
部材を前記回転軸に油圧嵌めにより嵌合したことを特徴
とする永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機。 - 【請求項１０】回転軸の両端部に遠心羽根車を有し、こ
の回転軸の中間部に電動機の回転子を形成した遠心圧縮
機において、 前記回転子は、磁性体のリングとＣＦＲＰ部材とこの磁
性体リングとＣＦＲＰ部材とによりサンドイッチされた
複数の永久磁石とを含む回転子部材を有し、前記磁性体
のリングには油圧を導く油圧路が形成されていることを
特徴とする永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機。 - 【請求項１１】複数のリング状の永久磁石を連設して保
持し、この永久磁石の外周部に接着樹脂を含浸させつつ
炭素繊維を巻き付けＣＦＲＰ層を形成した後、磁性体の
スリーブを永久磁石の内径側に挿入して回転子部材を製
作し、この回転子部材を回転軸に油圧嵌めしたことを特
徴とする永久磁石式同期電動機の製造方法。 - 【請求項１２】リング状のＣＦＲＰ部材に複数の永久磁
石を順次挿入した後、磁性体のスリーブを永久磁石の内
径側に挿入して回転子部材を製作し、この回転子部材を
回転軸に油圧嵌めしたことを特徴とする永久磁石式同期
電動機の製造方法。 - 【請求項１３】前記回転子部材の内径は、嵌合する回転
軸の外径より小径であることを特徴とする請求項１１ま
たは１２に記載の永久磁石式同期電動機の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24502697A JP3484051B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 |
| US09/146,349 US6047461A (en) | 1997-09-10 | 1998-09-03 | Rotor for permanent magnet excited, high-speed electric rotary machine, manufacturing method of the same and electric rotary machine including the same |
| CN98119119A CN1106065C (zh) | 1997-09-10 | 1998-09-09 | 永磁高速电动旋转机械用转子及其制造方法 |
| FR9811249A FR2768271B1 (fr) | 1997-09-10 | 1998-09-09 | Procede de fabrication d'un rotor pour machine electrique rotative, rotor et machine concernes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24502697A JP3484051B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189142A true JPH1189142A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3484051B2 JP3484051B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=17127481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24502697A Expired - Fee Related JP3484051B2 (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6047461A (ja) |
| JP (1) | JP3484051B2 (ja) |
| CN (1) | CN1106065C (ja) |
| FR (1) | FR2768271B1 (ja) |
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| DE102015014405A1 (de) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Fanuc Corporation | Rotorelement, Rotor, Elektromotor, Werkzeugmaschine und Herstellverfahren für Rotoren |
| DE102015014628A1 (de) | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Fanuc Corporation | Rotorbauelement, Drehachse, Rotor, Motor und Werkzeugmaschine |
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