(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータハブの外周面の軸線方向に複数並置されて固着された永久磁石と、各隣接する前記永久磁石の境界部を覆うように、前記永久磁石の外周面上で圧入された複数の保持リングとを備えた永久磁石ロータにおいて、
前記保持リングの内周面の端部には、極圧潤滑剤を溜める外側に拡開するガイド溝が形成され、該ガイド溝に極圧潤滑剤を溜めた状態にして前記永久磁石の外周面に圧入されていることを特徴とする永久磁石ロータ。
【請求項２】
前記保持リングの内周面には、二硫化モリブデン粒子が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石ロータ。
【請求項３】
前記ガイド溝は、前記保持リングを前記永久磁石に対して圧入する圧入側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石ロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期式永久磁石機械（発電機及び電動機）が備える永久磁石ロータ及び永久磁石ロータの製造方法に係り、詳しくはロータハブの外周面に固着された永久磁石の外周面に保持リングが圧入される永久磁石ロータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期式永久磁石機械（発電機及び電動機）が備える永久磁石ロータとしては種々のものが提案されている。こうした永久磁石ロータにおいては、ロータハブの外周面に永久磁石が固着されており、その外周面には保持リングが圧入されて同永久磁石の脱落・飛散等が防止されている。
【０００３】
この永久磁石ロータが、例えば回転することでコイル導線に起電力を発生するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした永久磁石ロータにおいては、その回転時に発生する振動が抑制されていることが好ましい。特に、例えば２５０ｍ／ｓ（メートル毎秒）以上の高速の周速度にて長時間使用される永久磁石ロータにおいては、この振動の発生によって回転そのものが不能となることがあるため、同振動発生の抑制は重要な課題となっている。
【０００５】
本発明の目的は、回転時の振動発生を抑制することができる永久磁石ロータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータハブの外周面の軸線方向に複数並置されて固着された永久磁石と、各隣接する前記永久磁石の境界部を覆うように、前記永久磁石の外周面上で圧入された複数の保持リングとを備えた永久磁石ロータにおいて、前記保持リングの内周面の端部には、極圧潤滑剤を溜める外側に拡開するガイド溝が形成され、該ガイド溝に極圧潤滑剤を溜めた状態にして前記永久磁石の外周面に圧入されていることを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の永久磁石ロータにおいて、前記保持リングの内周面には、二硫化モリブデン粒子が塗布されていることを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の永久磁石ロータにおいて、前記ガイド溝は、前記保持リングを前記永久磁石に対して圧入する圧入側に形成されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の永久磁石ロータにおいて、前記永久磁石の外周面に二硫化モリブデン粒子と極圧潤滑剤からなる被膜を形成したことを要旨とする。
【００１７】
（作用）
請求項１に記載の発明の構成によれば、各隣接する永久磁石の境界部を覆うように同永久磁石の外周面に保持リングが圧入されている。従って、各隣接する永久磁石の境界部が補強されて永久磁石ロータ全体としての剛性が向上され、同永久磁石ロータの低振動化が図られる。また、保持リングが複数に細分化されることで、各保持リングを永久磁石に圧入するための圧力も低減され、同圧入にともなって永久磁石ロータ（ロータハブ）が変形したりすることも回避される。さらに、保持リングが複数に細分化されることで、例えば同保持リングが金属製である場合には各保持リングの表面に発生する渦電流損失は低減され、性能が向上される。加えて、保持リングの内周面の端部に外側に拡開されるガイド溝が形成されている。従って、上記保持リングは、このガイド溝において永久磁石の外周面から離隔されるため、同保持リングは永久磁石と金属接触することなく円滑に圧入される。また、上記保持リングのガイド溝に極圧潤滑剤を溜めておくことで同保持リングは円滑に永久磁石に圧入される。
【００１８】
請求項２及び３に記載の発明の構成によれば、保持リングは永久磁石に円滑に圧入される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図６に従って説明する。図１に示されるように、同期式永久磁石機械（発電機及び電動機）が備える永久磁石ロータ１０は、ロータハブ１１と、複数（９個）の永久磁石１２と、複数（２個）のバランスリング１３と、複数（１０個）の保持リング１４とを備えている。
【００３３】
前記ロータハブ１１は、例えば鉄などの磁性材料にて略円柱体に形成されており、その両側はそれぞれ若干、縮径されたバランスリング取付部１６，１７、各バランスリング取付部１６，１７より更に縮径されたジャーナル１８，１９となっている。そして、両バランスリング取付部１６，１７間は、磁石取付部２０となっている。
【００３４】
前記永久磁石１２は、例えばネオジウム鉄やサマリウム−コバルト等の希土類材料にて略円筒状に形成されており、その内径は上記磁石取付部２０の外径と同等に形成されている。図２に示されるように、この永久磁石１２は周方向に等分（４等分）されており、互い違いにＮ極及びＳ極の切片１２ａ，１２ｂが配置されている。各永久磁石１２は、上記ロータハブ１１の磁石取付部２０に軸線に沿って密着して配置され、例えば接着剤にて固着されている。そして、図４に誇張して示されるように、これら永久磁石１２によって連続的に形成された外周面は、一側（図１、図４の左側）から他側（同右側）に向かって軸線方向に対して所定角度αにて拡径されるテーパー面となっている。このテーパー面は、後述する永久磁石ロータ１０の製造に供されるものである。
【００３５】
前記バランスリング１３は、例えばステンレス鋼にて略円筒状に形成されており、その内径は上記バランスリング取付部１６，１７の外径と同等に形成されている。各バランスリング１３は、隣接する永久磁石１２と軸線方向に密着して配置・固着されている。従って、上記バランスリング１３に隣接する各永久磁石１２の端面（対向面）は、バランスリング１３によって覆い隠されている。なお、各バランスリング１３の外周面は上記永久磁石１２の外周面（テーパー面）に連続するテーパー面となっている。
【００３６】
前記保持リング１４は、例えばチタン合金にて略円筒状に形成されており、これら保持リング１４によって連続的に形成された内周面は、上記永久磁石１２に対して略一定の締め代を有するように各永久磁石１２の外周面（テーパー面）に対応して一側（図１の左側）から他側（同右側）に向かって軸線方向に対して上記所定角度αにて拡径されている。なお、この締め代は、例えば２５０ｍ／ｓ以上の高速の周速度にて永久磁石ロータ１０を使用した場合においても、上記保持リング１４によって永久磁石１２を確実に保持できるように、例えば永久磁石１２の外径、質量、及びチタン合金の耐力等に基づき好適に設定されている。なお、上記保持リング１４によって連続的に形成された外周面についても同様に上記所定角度αにて拡径されており、各保持リング１４は互いに同等の肉厚を有している。また、各保持リング１４の軸線方向の長さは、上記各永久磁石１２の軸線方向の長さよりも若干、小さく設定されている。上記保持リング１４は、各隣接する永久磁石１２の境界部、及び永久磁石１２とバランスリング１３との境界部を覆うようにして、同永久磁石１２及びバランスリング１３に対して互い違いの千鳥状に圧入・配置されている。
【００３７】
また、図３に示されるように、各隣接する保持リング１４間は、所定間隔Ｃ１だけ離隔されている。この所定間隔Ｃ１は、永久磁石１２の機械的に分離される磁石粒径よりも小さくなるように設定されている。なお、上記保持リング１４の他側（図３の右側）の内周面には、上記永久磁石１２の外周面に対して所定角度βにて外側に拡開されるガイド溝２１が形成されている。このガイド溝２１は、後述する永久磁石ロータ１０の製造に供されるものである。
【００３８】
次に、この永久磁石ロータ１０の製造方法について図４〜図６に基づき説明する。
まず、上記ロータハブ１１の磁石取付部２０及びバランスリング取付部１６，１７にそれぞれ永久磁石１２及びバランスリング１３の素材を固着する。次に、例えばグリンディング（研磨）などの機械加工にてこれら永久磁石１２及びバランスリング１３の素材の外周面に上記所定角度αにて拡径されるテーパー面を形成し、永久磁石１２及びバランスリング１３の加工された素材３１を製造する。そして、この素材３１（永久磁石１２及びバランスリング１３）の外周面に、例えば二硫化モリブデンの粒子を予め刷り込むように塗布してなじませる。
【００３９】
次に、この素材３１を図４に示される治具３２に装着する。この治具３２は、上記素材３１（バランスリング１３）の小径側（図４の左側）の軸端に配置されるもので、その外周面は上記素材３１（永久磁石１２及びバランスリング１３）の外周面に連続するテーパー面となっている。
【００４０】
上記治具３２には、前記保持リング１４へと加工される円筒素材３３が大径順に１個ずつ配置される。なお、この円筒素材３３の内周面にも、例えば二硫化モリブデンの粒子を予め刷り込むように塗布してなじませる。そして、保持リング１４に対応して上記円筒素材３３の内周面に形成されたガイド溝２１と治具３２（素材３１）の外周面とで形成される空間Ｓに、極圧潤滑剤を溜め、図示しない圧縮機を用いて同円筒素材３３を上記治具３２及び素材３１のテーパー面に沿って常温圧入する。このとき、上記治具３２の外周面は、素材３１の外周面とともに圧入のためのスロープ（案内面）となっている。なお、上記円筒素材３３は、ガイド溝２１において素材３１（永久磁石１２及びバランスリング１３）の外周面から離隔されるため、同円筒素材３３は素材３１と金属接触することなく円滑に圧入される。
【００４１】
ここで、上記円筒素材３３の外周面には、一側（図５及び図６の左側）に所定距離Ｃ１だけ突出する規制片３４が形成されている。この規制片３４は、各円筒素材３３を圧入する際にその端面と当接されることで、各隣接する円筒素材３３、すなわち各隣接する保持リング１４が離隔される間隔（所定間隔Ｃ１）を容易に保持する。
【００４２】
次に、上記素材３１に圧入された円筒素材３３の外周部を上記規制片３４とともに図５に示される破線に沿って、例えばグリンディング（研磨）などの機械加工にて研削して密着状態の解除された保持リング１４を形成し、永久磁石ロータ１０が略完成される。
【００４３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、各隣接する永久磁石１２の境界部、及び各永久磁石１２とバランスリング１３との境界部を覆うようにして、各保持リング１４を同永久磁石１２及びバランスリング１３に対して互い違いの千鳥状に圧入・配置した。従って、各隣接する永久磁石１２の境界部、及び各永久磁石１２とバランスリング１３との境界部が補強され、永久磁石ロータ１０全体としての剛性を向上し、低振動化を図ることができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、各隣接する保持リング１４間を所定間隔Ｃ１だけ離隔するようにした。従って、運転時の発熱などによって発生する線膨張においてロータハブ１１、永久磁石１２及び保持リング１４等の線膨張係数の違いに起因する永久磁石ロータ１０（ロータハブ１１）の撓みや曲げの発生を所定間隔Ｃ１によって吸収・回避することができる。従って、これら撓みや曲げに基づく永久磁石ロータ１０の振動発生を低減することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、各隣接する保持リング１４間の間隔を永久磁石１２の機械的に分離される磁石粒径よりも小さい所定間隔Ｃ１とした。また、各永久磁石１２の周囲を保持リング１４及びバランスリング１３で覆う構造とした。従って、運転にともなって永久磁石１２が破損した場合においても、この隙間（所定間隔Ｃ１）等から磁石粒が外部に飛散することを防止することができる。
【００４６】
（４）本実施形態では、各永久磁石１２によって連続的に形成した外周面をテーパー面とした。そして、各保持リング１４によって連続的に形成した内周面も上記各永久磁石１２のテーパー面に対応してテーパー面とした。従って、上記永久磁石１２に対して略一定の締め代を有する状態で、保持リング１４を円滑に同永久磁石１２に圧入することができる。
【００４７】
（５）本実施形態では、上記保持リング１４の内周面の端部に、ガイド溝２１を形成した。従って、上記保持リング１４は、ガイド溝２１において永久磁石１２の外周面から離隔されるため、同保持リング１４（円筒素材３３）を永久磁石１２と金属接触することなく円滑に圧入することができる。
【００４８】
また、上記保持リング１４のガイド溝２１と永久磁石１２（素材３１）の外周面とで形成される空間Ｓに極圧潤滑剤を溜めておくことで同保持リング１４（円筒素材３３）を円滑に圧入することができる。
【００４９】
（６）本実施形態では、円筒素材３３（保持リング１４）の圧入時に永久磁石１２の外周面に塗布される二硫化モリブデン粒子及び極圧潤滑剤によってその表面に形成される被膜により、永久磁石１２の錆の発生を抑制することができる。
【００５０】
（７）本実施形態では、永久磁石１２の保持リングを複数の保持リング１４に細分化した。従って、各保持リング１４の表面に発生する渦電流損失を低減し、性能向上を図ることができる。また、各保持リング１４を圧入するための圧力も低減されることから、同圧入にともなって永久磁石ロータ１０（ロータハブ１１）が変形したりすることも回避することができる。
【００５１】
（８）本実施形態では、保持リング１４をチタン合金にて形成した。従って、十分な引っ張り応力を有するとともに軽量である好適な保持リングとすることができる。また、チタン合金は非磁性体であるため、例えば永久磁石１２の磁界の大部分が保持リング１４内を通過し、磁束をきるコイル導線まで届かないといったことも回避することができる。
【００５２】
（９）本実施形態では、円筒素材３３の外周面に規制片３４を形成した。そして、各円筒素材３３は、規制片３４と当接することでその圧入量が規制されるようにした。従って、例えば円筒素材の端面同士が当接（衝突）することでその圧入量が規制される場合に生じるような永久磁石ロータ１０（ロータハブ１１）の撓みや曲げの発生を回避することができる。
【００５３】
また、各円筒素材３３の端面を規制片３４と当接するまで永久磁石１２の外周面に軸線方向に個別に圧入し、同円筒素材３３の外周部を同規制片３４とともに切削することで、各隣接する保持リング１４を容易に所定間隔Ｃ１（所定距離）だけ離隔して形成することができる。
【００５４】
（１０）本実施形態では、例えば２５０ｍ／ｓ以上の高速の周速度にて長時間、永久磁石ロータ１０を使用した場合においても、保持リング１４によって永久磁石１２を確実に保持するとともに、回転時の振動発生も抑制することができる。また、上記振動発生の抑制により、運転時の騒音発生も低減することができる。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・前記実施形態においては、ロータハブ１１の磁石取付部２０をジャーナル１８，１９等に比べて大径となるように形成したが、同等の外径としたり、同ジャーナル１８，１９等に比べて小径となるように形成したりしてもよい。
【００５６】
・前記実施形態においては、保持リング１４をチタン合金製としたが、例えばカーボンファイバーや硬化可能なエポキシ樹脂などの高強度合成材料にて形成してもよい。
【００５７】
・前記実施形態においては、保持リング１４の内周面を各永久磁石１２の外周面（テーパー面）に対応したテーパー面としたが、同永久磁石１２の外周面（テーパー面）に略対応して各保持リング１４の内径を漸減していくようにしてもよい。
【００５８】
・前記実施形態においては、各保持リング１４の軸線方向の長さを永久磁石１２の軸線方向の長さと同等に設定したが、例えば同永久磁石１２の軸線方向の長さよりも長くしたり短くしたりしてもよい。要は、これら保持リング１４が各隣接する永久磁石１２の境界部、及び各永久磁石１２とバランスリング１３との境界部を覆うように配設されるのであればよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石ロータの回転時の振動発生を抑制することができる。
【００６０】
請求項２及び３に記載の発明によれば、保持リングを円滑に永久磁石に圧入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る永久磁石ロータの一実施形態を示す断面図。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】図１の領域Ａを示す拡大図。
【図４】本発明に係る永久磁石ロータの製造方法の一実施形態を示す断面図。
【図５】図４の領域Ｂを示す拡大図。
【図６】円筒素材を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｓ  空間
１０  永久磁石ロータ
１１  ロータハブ
１２  永久磁石
１４  保持リング
２１  ガイド溝
３３  円筒素材
３４  規制片
【図１】
0004505909.tif 000002
【図２】
0004505909.tif 000003
【図３】
0004505909.tif 000004
【図４】
0004505909.tif 000005
【図５】
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【図６】
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