(57)【要約】【課題】漏れ磁束を抑制し、さらなる高効率化を図ることを可能とした表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法を提供する。【解決手段】軸心を中心として回転する回転子シャフト１１と、回転子シャフト１１の外表面に少なくとも周方向に沿って配設され固定される複数の永久磁石１２と、永久磁石１２の外表面全体を覆う円筒状の保持リング１３とを備える表面貼付型永久磁石回転電機の回転子において、保持リング１３を、方向性電磁鋼板からなる環状体１３ａを軸方向に複数積層して形成するようにした。【選択図】図４
2020156261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心を中心として回転する回転体と、前記回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って配設され固定される複数の永久磁石と、前記永久磁石の外表面全体を覆う円筒状の保持リングとを備える表面貼付型永久磁石回転電機の回転子において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。
【請求項２】
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする請求項１に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。
【請求項３】
周方向に２極の前記永久磁石を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。
【請求項４】
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。
【請求項５】
軸心を中心として回転する回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って複数の永久磁石を配設して固定し、前記永久磁石の外表面全体を焼き嵌めまたは圧入により円筒状の保持リングで覆う表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。
【請求項６】
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする請求項５に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。
【請求項７】
周方向に２極の前記永久磁石を配設し、固定する
ことを特徴とする請求項６に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。
【請求項８】
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面貼付型永久磁石回転電機の技術に係り、特に永久磁石の外周面に保持リングを配置して永久磁石を回転子シャフトに固定するようにした表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石回転電機には、磁石を回転子シャフトの表面に貼り付ける表面貼付型永久磁石（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）回転電機と、磁石を回転子の内部に埋め込む埋込型永久磁石（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）回転電機の２種類がある。
【０００３】
ＳＰＭ回転電機は、回転子シャフトの表面に磁石が配置されているため、磁石磁束を有効活用できることやトルクリプルが小さいという利点を有するが、回転子の回転時の遠心力により磁石が剥がれるおそれがあるという問題があり、高速回転用途のＳＰＭ回転電機ではこの問題を解決するため、永久磁石の外周にカーボン繊維強化プラスチックからなるリング（以下、ＣＦＲＰリング）を配置することが公知となっている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、前述のＣＦＲＰリングは非磁性体であるため、永久磁石の外周にＣＦＲＰリングを設けることで、回転子磁石と固定子鉄心とのギャップが増加し回転磁束の低下など、回転電機の特性低下につながっていた。
【０００５】
これに対し、永久磁石の外周部に細幅のリング状の電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層して円筒状とした積層筒体を嵌着するようにした永久磁石電動機も公知となっている（例えば、下記特許文献２参照）。なお、このような積層筒体としては、一般的に無方向性電磁鋼板が用いられる。無方向性電磁鋼板は回転子鉄心にも利用される磁性体であるため、ＣＦＲＰリングとは異なり、回転磁束の低下を抑制でき、さらに積層した電磁鋼板を採用することで渦電流損失の問題もほとんどないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−８９１４２号公報
【特許文献２】特開２００４−６４８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、回転電機の高効率化が求められているのに対し、上記特許文献２に開示された技術であっても、磁性体（積層筒体）から漏れ磁束が発生し、回転電機の効率が低下するという問題があった。
【０００８】
このようなことから本発明は、漏れ磁束を抑制し、さらなる高効率化を図ることを可能とした表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、
軸心を中心として回転する回転体と、前記回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って配設され固定される複数の永久磁石と、前記永久磁石の外表面全体を覆う円筒状の保持リングとを備える表面貼付型永久磁石回転電機の回転子において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第１の発明において、
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第２の発明において、
周方向に２極の前記永久磁石を備える
ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第１から第３のいずれか一つの発明において、
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の課題を解決するための第５の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、
軸心を中心として回転する回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って複数の永久磁石を配設して固定し、前記永久磁石の外表面全体を焼き嵌めまたは圧入により円筒状の保持リングで覆う表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする。
【００１４】
また、上記の課題を解決するための第６の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第５の発明において、
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする。
【００１５】
また、上記の課題を解決するための第７の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第６の発明において、
周方向に２極の前記永久磁石を配設し、固定する
ことを特徴とする。
【００１６】
また、上記の課題を解決するための第８の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第５から第７のいずれか一つの発明において、
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子及びその製造方法によれば、無方向性電磁鋼板により保持リングを形成した場合に比較して、漏れ磁束を抑制し、さらなる高効率化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の保持リング装着前の状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の保持リング装着後の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の磁極配置及び保持リングの磁化容易軸方向を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子のギャップ磁束密度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１から図５を用いて本発明の一実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法について説明する。
本実施形態の表面貼付型永久磁石回転電機は、Ｎ極とＳ極を一対だけ形成する２極の回転電機であって、図１から図４に示すように、回転子１０と、この回転子１０の径方向外側にギャップを介して設けられた固定子２０とを備えている。
【００２０】
回転子１０は、軸心を中心として回転する円柱状の回転子シャフト１１と、回転子シャフト１１の表面に軸方向及び周方向に沿って配設・固定される複数の永久磁石１２と、複数の永久磁石１２の外表面全体を覆って各永久磁石１２を回転子シャフト１１に固定する保持リング１３とを含んで構成されている。
【００２１】
永久磁石１２は、回転子シャフト１１の外表面に軸方向及び周方向に沿って複数個敷き詰められ、接着剤により回転子シャフト１１に固定されている。
【００２２】
また、保持リング１３は、方向性電磁鋼板を環状に打ち抜いて形成した環状体１３ａを軸方向に複数積層して円筒状にしたものであり、焼き嵌めまたは圧入により複数の永久磁石１２の外表面全体を覆った状態で回転子シャフト１１に固定されている。保持リング１３は、当該保持リング１３を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が、回転子１０（回転子シャフト１１及び永久磁石１２）の軸心Ｏと磁極中心（機械角９０ｄｅｇ）とを結ぶ直線と同一となるように配設される。なお、保持リング１３は、方向性電磁鋼板からなる複数の環状体１３ａを各々焼き嵌めまたは圧入して回転子シャフト１１に固定してもよく、複数の環状体１３ａを予め樹脂含浸や接着、溶接、治具などにより円筒状に一体形成したものを焼き嵌めまたは圧入して回転子シャフト１１に固定してもよく、または焼き嵌めと圧入を併用して回転子シャフト１１に固定してもよい。
【００２３】
固定子２０は、回転子１０側の対向面に周方向に等間隔に形成された複数のティースを有する固定子鉄心２１と、周方向に隣接するティース間（スロット）に収められた電機子コイル２２とを含んで構成されている。
【００２４】
図５に、下表１に示す条件で表面貼付型永久磁石回転電機を構成して磁束密度を求めた結果を示す。図５において、実線は方向性電磁鋼板により保持リング１３（基本波実効値：０．８８ｐ．ｕ．）を形成した場合の磁束密度の変化を示し、破線は無方向性電磁鋼板により保持リング（基本波実効値：０．８３ｐ．ｕ．）を形成した場合の磁束密度の変化を示す。
【００２５】
【表１】
2020156261.tif 000003
【００２６】
保持リング１３を方向性電磁鋼板により形成した場合、無方向性電磁鋼板を採用した場合（図５に破線で示す特性）に比較して、図５に示す領域Ａのような磁極の端部（０ｄｅｇ前後および１８０ｄｅｇ前後（図５に示す例では、おおよそ０〜２５ｄｅｇ、１５５〜２０５ｄｅｇ、３３５〜３６０ｄｅｇ））では磁化容易軸方向と磁束が同一方向となって図４の右側に二点鎖線で示すように磁束が漏れやすくなるものの、図５に示す領域Ｂのような磁極の端部以外の部分では図４の左側に二点鎖線で示すように磁束が漏れにくくなっており、これにより磁極中心（機械角９０ｄｅｇ）に磁束が集中し、最大磁束密度が向上している。これにより基本波実効値が向上して電機子電流を抑制することが可能となり、無方向性電磁鋼板により保持リングを形成した場合に比較して、高効率化が可能となる。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、回転体としての回転子シャフト１１の外表面に複数の永久磁石１２を軸方向及び周方向に沿って複数個貼り付ける例を示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、回転体として回転子シャフト１１とこの回転子シャフト１１の外周に設けられる回転子鉄心とを備える構成とし、回転子鉄心の外表面に永久磁石１２を貼り付けても良く、また、永久磁石は少なくとも二つを周方向に沿って配置すればよい（二つの永久磁石で２極を構成してもよく、４以上の永久磁石で２極を構成してもよい）。
【符号の説明】
【００２８】
１０  回転子
１１  回転子シャフト
１２  永久磁石
１３  保持リング
１３ａ  環状体
２０  固定子
２１  固定子鉄心
２２  電機子コイル
【図１】
2020156261.tif 000004
【図２】
2020156261.tif 000005
【図３】
2020156261.tif 000006
【図４】
2020156261.tif 000007
【図５】
2020156261.tif 000008