JPS6148342B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は永久磁石を使用したロータ装置、特に
くさび形の複数の永久磁石を備えたロータ装置に
関する。

永久磁石を用いた発電機は、通常外周部に等間
隔で配設され異極が交互に位置するような隅数個
の磁石を包有したロータと、前記ロータの磁石と
磁気的に連係すべく配設された多数の巻線を包有
するステータとを備えている。従つてロータが回
転すると永久磁石の磁束がステータの巻線と鎖交
して前記巻線に起電力が生じる。

この場合従来のロータの永久磁石の形状は長方
形であり、ロータの周部において収縮して付設さ
れたフープ部材により遠心力に抗するように支承
されていた。磁石の引張応力は比較的小さい反
面、圧縮強さが相対的に高いので、磁石には圧縮
力のみが加わるように磁石を保持することが望ま
しい。しかしながらロータが高速で回転される場
合、フープ部材自体の応力を大にしなければなら
ずフープ部材の厚さが極めて厚くなりロータの他
の構成部材との釣合が取れていなかつた。又磁石
の重量がフープ部材に対し均等に加わらないこと
もあり、フープ部材に対し局部的に曲げ応力が生
じる虞があつた。更に、フープ部材の厚さが厚く
なつているので、それに伴い（ステータとロータ
間の間隙が大となり、）磁気回路の磁気抵抗が増
大して磁気漏れが多くなつていた。また磁石は概
してもろいので、ロータが高速で回転する時磁石
のフープ部材との当接面に過度の応力が集中し磁
石が破損される虞もあつた。

本発明はこれらの欠点を除去し得るロータ装置
を提供することを目的とする。

本発明による永久磁石を用いるロータ装置には
回転可能なハブが包有され、前記ハブの外周部に
は半径方向側に向つて徐々に巾が小さくなるくさ
び形の支承部材と、前記支承部材間のスロツト内
に配設される半径方向外側に向つて徐々に大とな
るくさび形の永久磁石とが具備される。加えて前
記支承部材と前記磁石との間には緩衝装置が配設
され得、前記支承部材と前記磁石との隣接部に局
部的に大きな力が加わることを防止するように構
成できる。

本発明によるロータ装置は、従来のロータ装置
より高速で回転可能でありかつ磁気効率を大巾に
向上できる利点がある。くさび形の磁石はこれと
合致するようなくさび形の支承部材間に保持さ
れ、磁石とステータとの間に厚いフープ部材を配
設する必要がない。磁石は好ましくは磁束の通過
に影響を及ぼさないような材料で作られた内部ハ
ブにより保持される。

又磁石と支承部材との間に緩衝装置が配設され
ることにより、特に磁石の高速回転に対応でき、
磁石破損する虞がない。

以下、本発明を図面に沿つて説明する。

第１図および第２図には本発明の基本をなすロ
ータ装置が示される。このロータ装置１０には円
筒状のハブ１２が具備されており、前記ハブ１２
は前記支承部材１４により囲繞されている。前記
ハブ１２は非磁性体で作られ、一方前記支承部材
１４は強磁性体で作られており、接線方向（円周
方向）に着磁された磁石を好適に保持するよう設
けられている。前記ハブ１２と前記支承部材１４
は接合部１６を介し連結される。前記ハブ１２と
前記支承部材１４とを連結する場合、従来各種の
方法が、すなわち鋳物結合技術により２材料を炉
内でろう付けする方法、拡散結合法、あるいは高
温均衡圧力（hot isostatic pressure）結合
（HIP）法が取られ得る。

前記支承部材１４にはその円周部近傍に達する
多数の穴１８が等間隔で設けられる。前記穴１８
を設けることにより、ロータ装置１０の重量が軽
減されてロータ装置１０は高速で駆動可能とな
る。前記穴１８の形状は各種与えられ得るが、第
１図の如く円形になすことが製作上容易である。
一方第２図の如く長方形特に鍵穴状に形成する場
合製作は若干困難となるが重量を更に軽減でき最
大回転速度を高くし得る。穴１８の位置および寸
法は磁気効率等を考慮して決定される。

ロータ装置１０の遠心力による応力は半径の函
数、すなわち遠心力はロータ装置１０の中心から
遠くなるに従い大きくなる。従つて（接合部１６
でのような）接合部にかかる応力を軽減するた
め、磁気効率、構成および製作性を考え合わせて
支承部材１４の最外周部における重量を低減する
よう設けられている。

前記穴１８を設けることにより、最大回転速度
を大にし得るに加え、前記支承部材１４に冷却空
気が流入し得るので、ロータ表面においてうず電
流により生ずる熱が放散される。即ち発電機又は
モータのステータ面は平滑でなくステータ・ロー
タ間の間隙に生ずる磁束にリツブルを与えるよう
に磁性体（磁極）歯が形成されているので、ロー
タ面にうず電流が生じ熱を生じる。このうず電流
による熱が高くなると、ロータおよび磁石並びに
作動特性に悪影響を与える。

また前記支承部材１４には複数のスロツト２０
が、ハブ１２の円周部から半径方向外方に延び、
且外方に向うに従い巾が狭隘になつて断面が楔状
をなすよう設けられている。

前記スロツト２０の壁部と前記スロツト２０内
に収容される磁石２２の半径方向の中心線に対し
平行な平面とのなす角度θは摩擦角により僅かに
小さくなるよう選定される。この角度は実験によ
り定められ、また磁石２２が好適に固定され得る
範囲内で適宜最大限に大にできる。しかしながら
この角度を大に取り過ぎればロータが停止したと
き磁石２２は適所に固定されず、又この角度が小
さすぎでも円周方向において磁石２２に加わる力
が大となり、破損される虞がある。この角度θは
２乃至９度、最適には６乃至８度であることが判
明している。

前記各スロツト２０内に収容される上記磁石２
２はスロツト２０と同様の形状のくさび形をなし
ており、且前記磁石２２は永久磁石である。また
前記磁石２２の底部の隅部２６，２８は僅かに丸
み付けされており、スロツト２０に容易に挿入可
能に設けられている。

更に磁石２２の長さはスロツト２０の深さより
短く設けられ、磁石２２の底部とスロツト２０の
底部との間にギヤツプ２４が形成される。前記ギ
ヤツプ２４は磁石２２の底部に応力が加わること
を抑止し、組立作業を容易になし得ると共にロー
タ装置１０に空気を流通させロータ装置１０を冷
却し得るように機能する。

前記支承部材１４の外周面には加熱し圧縮され
た薄手のフープ部材３０が配設されている。前記
フープ部材３０はステータから支承部材１４およ
び磁石２２に達する磁束を遮り、これを減じて
（特にロータの回転停止時に有効に作用するよう
な）電気制動器として機能し得る。前記フープ部
材３０に磁束が通過することにより前記フープ部
材３０にうず電流が生じるから、磁石２２と支承
部材１４へ達する磁束が実質的に減衰されること
になる。また前記フープ部材３０は磁石２２と支
承部材１４の外周部に当接せしめられ、これらを
保持するよう作用する。この場合フープ部材３０
自体による保持力は小さくハブ１２による保持を
補助することになる。更に前記フープ部材３０は
非磁性体であり、好ましくは低抵抗で強度の大き
な、例えばペリリウム銅合金で作られる。

第３図には本発明の基本となる別の例として半
径方向に磁化された磁石２２を包有するロータ装
置が示されている。この場合、ハブ１２が磁性体
で作られ支承部材１４は非磁性体で形成される。
またギヤツプ２４にはシム３２が充填される。前
記シム３２は強磁性体又は永久磁石で作られ、ギ
ヤツプ２４が単に間隙である場合に比べ磁気抵抗
を大巾に低減するよう機能する。また前記シム３
２は磁石２２に対し回転を加えた後ギヤツプ２４
に挿入され、前記ギヤツプ２４内に好適に固定さ
れる。

また第３図のロータ装置１０には導電性で非磁
性体の（上記フープ部材３０と同様の作用を持
つ）制動棒３４がロータの外周部付近において支
承部材１４に貫通され突出されている。前記フー
プ部材３０と併用する場合、前記制動棒３４によ
り制動作用が高められる。又前記制動棒３４は、
ステータから生じる磁束を減ずるよう機能するフ
ープ部材３０を併用せず単独でも充分効果を発揮
し得、この場合前記制動棒３４はロータの各端部
に付設された導電リングに接続される。

上述のロータ装置１０を組み立てる場合、まず
スロツト２０の底部に磁石を挿入し、最大速度で
ロータ装置１０を回転せしめる。ロータ装置の回
転中、磁石２２は遠心力により外側に移動され、
ロータ装置の回転が終了した後も支承部材１４の
壁部により磁石２２にある程度の圧縮力が加わつ
ているので磁石はスロツト２０内に好適に固定さ
れる。次に支承部材１４および磁石２２の外周部
は好適な寸法に研削され加工されてフープ部材３
０が前記の外周部上に収縮して付設せしめること
により組立作業を完了する。

第４図乃至第６図は夫々第１図乃至第３図のロ
ータ装置の構成を基本とした本発明の実施例を示
すものであり、強磁性体で作られた緩衝装置３６
が各磁石２２の両側に、即ち磁石２２と支承部材
１４との間に配設される点に顕著な特徴を有す
る。。前記緩衝装置３６により、比較的もろい磁
石２２に対し高速回転時に円周方向に応力が加わ
つても磁石２２の破損を抑止し得る。他の構成は
夫々第１図乃至第３図の基本例と同様である。

尚更に前記緩衝装置３６は第７図および第８図
に示す如く片側には平面部３７が、対向側には浮
出模様状の凹凸面部３８が具備されている。前記
緩衝装置３６の凹凸面部３８は支承部材１４に当
接させることが好ましい。一方前記平面部３７を
磁石２２と面一に接合するよう設け、緩衝装置３
６と磁石２２との間の磁気回路に間隙を置かない
ようにシムの如く機能せしめることが望ましい。
前記凹凸面部３８を有することにより、緩衝装置
３６に可撓性を持たせることができ、支承部材１
４と磁石２２との間において局部的にかかる大き
な応力を吸収し得る。この種の大きな応力は製造
過程時に生じる製造公差、ないしは温度変化ある
いは速度変化による支承部材１４又は磁石２２の
変形により生じる。従つて凹凸面部３８を有する
ことにより緩衝装置３６は支承部材１４と磁石２
２とを円滑に連結せしめ得る。前記の凹凸面部３
８は製造工程時に生じる製造公差又は高速回転に
よる歪により局部的に大きな力がかかる部分にお
いて撓み得、且全体の容積が増加することもな
い。

緩衝装置の材料は磁束を円滑に伝達するもので
あれば適宜選択できる。また緩衝装置の機械的特
性は、凹凸面部３８の凹凸の形状を好適になすこ
とにより、回転中の磁石を支承するに要する平均
応力より応力が大で、磁石材料の耐力より小さい
耐力を生じるよう構成することができ、例えば磁
性体で形成し得る。

耐力を小さくし撓み性をより大きくする必要が
ある場合、緩衝装置の材料としてニツケル合金、
アルミニウム、エポキシを添加しガラス繊維のよ
うな非磁性体を使用してもよい。

第９図に更に本発明の他の実施例が示されてい
る。第９図に示される緩衝装置４０は多層に設け
られ、比較的もろい磁石２２が高速回転される際
破損されることを有効に抑止し得るよう構成され
る。緩衝装置４０の層４２の片側は凹凸面部が設
けられ対向側には平面部が設けられている。別の
層４４の両側は共に平面である。層４２の凹凸面
部は支承部材１４に対し好適に当接される。

第４図乃至第６図の実施例においてロータ装置
１０に組み立てる場合、まず緩衝装置３６をスロ
ツト２０の壁部と当接するよう配設し、次いで前
記磁石２２をスロツト２０の底部まで挿入し、更
にロータ装置１０を最大速度で回転することによ
り達成される。上記の回転中、磁石２２は遠心力
により外側に押進される。この場合、支承部材１
４の壁部により磁石２２に、ある程度の圧縮力が
加わるためロータ装置１０の回転が停止されたと
き、磁石２２はスロツト２０内に確実に固定され
ることになる。次に支承部材１４および磁石２２
の外周部は好適な寸法まで研削され、且フープ部
材３０が前記外周部に収縮して付設せしめること
により組立作業を完了する。

本発明は図示の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲の技術的思想に含まれる設計
変更を包有することは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の基本となるロータ
装置の一部を断面で示す平面図、第４図乃至第６
図は夫々本発明の他の実施例の一部を断面で示す
平面図、第７図は第８図の８―８線に沿つて切断
したロータ装置に使用される緩衝装置の断面図、
第８図は同正面図、第９図は第７図と同様の緩衝
装置の他の実施例の断面図を示す。 １０……ロータ装置、１２……ハブ、１４……
支承部材、１６……接合部、１８……穴、２Ｃ…
…スロツト、２２……永久磁石、２４……ギヤツ
プ、２６，２８……隅部、３０……フープ部材、
３２……シム、３４……制動棒、３６……緩衝装
置、３７……平面部、３８……凹凸面部、４０…
…緩衝装置、４２，４４……層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転可能なハブと、前記ハブの外周部に等間
   隔を置いて固着された内側に向つて徐々に巾が小
   さくなる複数のくさび形の支承部材と、前記支承
   部材間に配設された外側に向つて徐々に巾が小さ
   くなる複数のくさび形の永久磁石と、前記支承部
   材と前記永久磁石との間に配設され且支承部材の
   壁部に当接する凹凸面と永久磁石に当接する平坦
   面とを有し、前記支承部材と前記永久磁石と前記
   磁石との間で生ずる圧縮力を均等に受ける緩衝装
   置とを備えてなるロータ装置。 ２ 電気的制動装置が支承部材の外周部に配設さ
   れてなる特許請求の範囲第１項記載のロータ装
   置。 ３ 電気的制動装置がフーブ部材である特許請求
   の範囲第２項記載のロータ装置。 ４ 支承部材に貫通せしめた電気的制動棒を包有
   してなる特許請求の範囲第２項記載のロータ装
   置。 ５ 支承部材に穴が設けられてなる特許請求の範
   囲第１項記載のロータ装置。 ６ 穴が実質的に円形である特許請求の範囲第５
   項記載のロータ装置。 ７ 穴が実質的に長方形である特許請求の範囲第
   ５項記載のロータ装置。 ８ ハブが非磁性体で作られ、支承部材が強磁性
   体で作られてなる特許請求の範囲第１項記載のロ
   ータ装置。 ９ ハブが強磁性体で作られ、支承部材が非磁性
   体で作られてなる特許請求の範囲第１項記載のロ
   ータ装置。