(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを備え、
前記ロータは、磁石と、該磁石の外周に設けられ、前記磁石の飛散を抑制する飛散防止管とを有し、
前記飛散防止管は、非磁性の高強度材料層と、該高強度材料層よりも高比抵抗の粒子層とを軸方向に交互に積層した複合材料を焼結して形成される、表面磁石型回転電機。
【請求項２】
前記高強度材料層がチタン層である、請求項１に記載の表面磁石型回転電機。
【請求項３】
非磁性の高強度材料層と、該高強度材料層よりも高比抵抗の粒子層とを交互に積層して複合材料を形成する工程と、
前記複合材料を焼結して飛散防止管を形成する工程と、
前記飛散防止管に磁石を挿入してロータを形成する工程とを備えた、表面磁石型回転電機の製造方法。
【請求項４】
前記高強度材料層がチタン層である、請求項３に記載の表面磁石型回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面磁石型回転電機およびその製造方法に関し、特に、ロータに配設される磁石の飛散を抑制する飛散防止管を有する表面磁石型回転電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特開２００１−１６９４８７号公報（特許文献１）において、ロータに含まれる永久磁石の外周にチタン製の飛散防止管を設けたモータにおいて、飛散防止管を複数の保持リングとして軸方向に複数に分割することで、渦電流損失を抑制することが開示されている。
【０００３】
また、特表２００１−５１３３１５号公報（特許文献２）においては、ロータの磁石の外周に設けられる管状部材として、高強度のチタン管を用いることが開示されている。
【０００４】
また、特開平５−２３９５０７号公報（特許文献３）においては、ＴｉＢを分散した高強度チタン基複合材料が開示されている。
【０００５】
また、特開２０００−６００４２号公報（特許文献４）においては、永久磁石の外周に設けられる金属カバーにスリットを設けて渦電流損を低減することが開示されている。
【０００６】
また、特開平５−５１３８号公報（特許文献５）においては、ＳｉＣ粒子を含有するチタン合金複合材が開示されている。
【０００７】
その他、磁石の周囲に管状部材を設けて形成したロータが、実開平７−２００４８号公報（特許文献６）、実開平７−２００４９号公報（特許文献７）、実開平７−２００５１号公報（特許文献８）、特開平１０−２２５０３２号公報（特許文献９）に開示されている。
【０００８】
また、特開２００２−３０３２５７号公報（特許文献１０）においては、金属製中空回転軸に高弾性高引張強度の複合材料製中空円柱を外装して、超高速回転に耐えられるように遠心破壊強度を強化することが開示されている。
【０００９】
また、特開２００４−１８０３４９号公報（特許文献１１）においては、複数の永久磁石と複数の絶縁材とを回転軸芯方向に沿って交互に積層して構成したロータが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１６９４８７号公報
【特許文献２】特表２００１−５１３３１５号公報
【特許文献３】特開平５−２３９５０７号公報
【特許文献４】特開２０００−６００４２号公報
【特許文献５】特開平５−５１３８号公報
【特許文献６】実開平７−２００４８号公報
【特許文献７】実開平７−２００４９号公報
【特許文献８】実開平７−２００５１号公報
【特許文献９】特開平１０−２２５０３２号公報
【特許文献１０】特開２００２−３０３２５７号公報
【特許文献１１】特開２００４−１８０３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
磁石の飛散防止管には、高剛性であること、低比重であること、非磁性であることとともに、比抵抗が高いことが求められる。高速回転でモータが駆動されると、磁界が高周波で切り替わり、渦電流が発生する。ここで、飛散防止管の比抵抗が低いと、渦電流が大きくなり、発熱量が増大し、結果として熱損失が増大することになる。
【００１１】
これに対し、飛散防止管をカーボンファイバで構成した場合は、上記の要求はある程度満たされるが、コストが増大する。他方、飛散防止管を単一金属で構成した場合、上記の要求を必ずしも十分に満足することができない。
【００１２】
また、特許文献１に記載されたように、飛散防止管を複数の保持リングに分割した場合、組付け工程が複雑になる。
【００１３】
また、特許文献２〜１１に記載の構成によっても、上記の要求を必ずしも十分に満たすことはできない。
【００１４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、組付け工程が複雑になることを抑制しながら渦電流損を抑制した表面磁石型回転電機およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る表面磁石型回転電機は、ロータを備え、ロータは、磁石と、該磁石の外周に設けられ、磁石の飛散を抑制する飛散防止管とを有し、飛散防止管は、非磁性の高強度材料層と、該高強度材料層よりも高比抵抗の粒子層とを軸方向に交互に積層した複合材料を焼結して形成される。
【００１８】
上記構成によれば、高比抵抗の粒子層により渦電流の流路を分割することができるので、渦電流損を抑制することができる。また、飛散防止管を分割することなく渦電流の流路を分割することができるので、飛散防止管の組付け作業が複雑になることを抑制することができる。
【００２１】
本発明に係る表面磁石型回転電機の製造方法は、非磁性の高強度材料層と、該高強度材料層よりも高比抵抗の粒子層とを交互に積層して複合材料を形成する工程と、複合材料を焼結して飛散防止管を形成する工程と、飛散防止管に磁石を挿入してロータを形成する工程とを備える。
【００２２】
上記方法によれば、高比抵抗の粒子層により渦電流の流路を分割することができるので、渦電流損を抑制することができる。また、飛散防止管を分割することなく渦電流の流路を分割することができるので、飛散防止管の組付け作業が複雑になることを抑制することができる。
【００２３】
上記表面磁石型回転電機、および、上記表面磁石型回転電機の製造方法において、１つの例として、非磁性の高強度材料基材はチタンであり、非磁性の高強度材料層はチタン層である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、組付け工程が複雑になることを抑制しながら渦電流損を抑制した表面磁石型回転電機およびその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明に基づく表面磁石型回転電機およびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２６】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機を示す断面図である。また、図２は、本実施の形態に係る表面磁石型回転電機におけるロータを示した断面図である。図１を参照して、本実施の形態に係る表面磁石型電動機３００は、ロータ３１０と、ステータ３２０と、ハウジング３３０と、回転軸３４０と、ベアリング３５０とを含んで構成される。ロータ３１０およびステータ３２０はハウジング３３０内に設けられる。ロータ３１０は、回転軸３４０に固設される。回転軸３４０は、ベアリング３５０によりハウジング３３０に対して回転可能に支持される。
【００２７】
図１，図２に示すように、ロータ３１０は、磁石３１１と、該磁石３１１の外周側に設けられる飛散防止管３１２とを含む。飛散防止管３１２は、磁石３１１の破損や飛散を防止するための管状部材である。以上のように、「表面磁石型回転電機」である表面磁石型電動機３００は、回転軸３４０の外周表面に磁石３１１を配置したロータ３１０を有する電動機である。
【００２８】
ステータ３２０は、リング状のステータコア３２１と、ステータコア３２１に巻回されるステータコイル３２２とを含む。ステータコア３２１は、たとえば、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。
【００２９】
ロータ３１０が高速回転（たとえば２０万ｒｐｍ程度）する場合、ロータ（たとえば直径２０ｍｍ程度）の側面近傍に位置する磁石３１１に作用する遠心力が大きくなる。したがって、飛散防止管３１２には、以下の特性が求められる。
１．高剛性：耐遠心力強度確保のため。
２．低比重：高比重であると、飛散防止管自体が遠心力により拡管し、磁石の締め代が減少するため。
３．非磁性：磁石とコアのギャップ部に存在するため。
４．高非抵抗：渦電流損低減のため。
【００３０】
ロータ３１０が高速回転する場合、磁界が高周波で切り替わり、図２に示すように、飛散防止管３１２に渦電流Ｉが発生する。渦電流が大きくなると、発熱が生じ、モータの駆動力に影響を及ぼすことになる。したがって、飛散防止管３１２は高比抵抗の性質を有することが好ましい。
【００３１】
これに対し、本実施の形態に係る表面磁石型電動機３００においては、ロータ３１０を構成する飛散防止管３１２を、「非磁性の高強度材料基材」としてのチタンと、チタンよりも高比抵抗の粒子とを含む複合材料を焼結することで形成している。このようにすることで、飛散防止管３１２をチタン単体で構成する場合と比較して、飛散防止管３１２の比抵抗を高くすることができるので、飛散防止管３１２に生じる渦電流の増大を抑制することができる。この結果、発熱が抑制され、熱損失が低減される。この結果、高周速対応が可能な表面磁石型電動機３００が得られる。
【００３２】
なお、「チタンよりも高比抵抗の粒子」としては、たとえば、シリコン粒子などが考えられる。また、「高強度材料基材」としてチタン合金やニッケル合金が用いられてもよい。
【００３３】
図３は、本実施の形態に係る表面磁石型電動機３００の変形例におけるロータ３１０を示した断面図である。図３を参照して、本変形例においても、ロータ３１０は、磁石３１１と、該磁石３１１の外周側に設けられる飛散防止管３１２とを含む。
【００３４】
本変形例に係る表面磁石型電動機３００においては、ロータ３１０を構成する飛散防止管３１２を、チタン層（非磁性の高強度材料層）である第１部分３１２Ａと、チタン層よりも高比抵抗の粒子層である第２部分３１２Ｂとを軸方向に交互に積層した複合材料を焼結することで形成している。このようにすることで、飛散防止管３１２をチタン単体で構成する場合と比較して、第２部分３１２Ｂにより渦電流Ｉの流路を分割することができるので、飛散防止管３１２に生じる渦電流の増大を抑制することができる。この結果、発熱が抑制され、熱損失が低減される。そして、高周速対応が可能な表面磁石型電動機３００が得られる。
【００３５】
なお、「チタン層よりも高比抵抗の粒子層」としては、たとえば、シリコン粒子層などが考えられる。また、「高強度材料層」としてチタン合金層やニッケル合金層が用いられてもよい。
【００３６】
次に、上述したロータ３１０の製造プロセスについて説明する。図４は、図２に示される飛散防止管３１２の製造プロセスを説明する図であり、図５は、図３に示される飛散防止管の製造プロセスを説明する図である。
【００３７】
図４を参照して、チタン粒子３１２１とシリコン粒子３１２２とを同一の容器内に注ぎ込み、ミキシングを行なう。その後、焼結を行なうことで、チタンよりも高比抵抗の粒子であるシリコン粒子を含む飛散防止管３１２が得られる。
【００３８】
すなわち、図２に示される表面磁石型電動機３００の製造方法は、「非磁性の高強度材料基材」としてのチタン粒子３１２１と、チタンよりも高比抵抗のシリコン粒子３１２２とを混ぜ合わせて複合材料を形成する工程と、複合材料を焼結して飛散防止管３１２を形成する工程（以上、図４）と、飛散防止管３１２に磁石３１１を挿入してロータ３１０を形成する工程（図２）とを備える。
【００３９】
図５を参照して、容器にチタン粒子３１２０Ａを注ぎ込み、その上からシリコン粒子３１２０Ｂを注ぎ込む。さらにその上からチタン粒子３１２０Ａを注ぎ込み、チタン粒子３１２０Ａとシリコン粒子３１２０Ｂとの積層構造を形成する。この状態で、焼結を行なうことで、第１と第２部分３１２Ａ，３１２Ｂの積層構造を有する飛散防止管３１２が得られる。
【００４０】
すなわち、図３に示される表面磁石型電動機３００の製造方法は、チタン粒子３１２０Ａの層（非磁性の高強度材料層）と、チタン粒子３１２０Ａよりも高比抵抗のシリコン粒子３１２０Ｂの層とを交互に積層して複合材料を形成する工程と、複合材料を焼結して飛散防止管３１２を形成する工程（以上、図５）と、飛散防止管３１２に磁石３１１を挿入してロータ３１０を形成する工程（図３）とを備える。
【００４１】
本実施の形態に係る表面磁石型回転電機およびその製造方法によれば、上述したように、渦電流損が抑制される。また、飛散防止管を分割することなく渦電流損を抑制することができるので、飛散防止管の組付け作業が複雑になることを抑制することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機を示す断面図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機におけるロータを示した断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機の変形例におけるロータを示した断面図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機における飛散防止管の製造プロセスを説明する図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係る表面磁石型回転電機の変形例における飛散防止管の製造プロセスを説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
３００  表面磁石型電動機、３１０  ロータ、３１１  磁石、３１２  飛散防止管、３１２Ａ  第１部分、３１２Ｂ  第２部分、３２０  ステータ、３２１  ステータコア、３２２  ステータコイル、３３０  ハウジング、３４０  回転軸、３５０  ベアリング、３１２０Ａ，３１２１  チタン粒子、３１２０Ｂ，３１２２  シリコン粒子。
【図１】
0004613833.tif 000002
【図２】
0004613833.tif 000003
【図３】
0004613833.tif 000004
【図４】
0004613833.tif 000005
【図５】
0004613833.tif 000006