(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石同期回転電機におけるトルク特性、負荷特性、回転バランスを高めること。【解決手段】回転子鉄心であるロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の表面に、円弧板片状をした複数枚の永久磁石片Ｍを周方向に沿って貼り付けて第１段目Ｊ1 の磁極リング部Ｄを形成した後に、軸方向に沿って永久磁石片Ｍの長さだけずれた位置に同様にして第２段目Ｊ2 の磁極リング部Ｄを形成し、以後同様にして最終段目（第６段目）Ｊ6 の磁極リング部Ｄを形成する永久磁石同期回転電機のロータの製造方法であって、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向に沿って中点となる位置Ｃにセンターリング１１を嵌め込むことにより、磁極形成部Ｂ0 を軸方向に沿って二分割しておき、各分割磁極形成部Ｂ1 において、センターリング１１の側からロータ軸１の両軸端の方向に向けて、順次各段目の磁極リング部Ｄを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心であるロータ軸の磁石形成部の表面に、円弧板片状をした複数枚の永久磁石片を周方向に沿って貼り付けて第１段目の磁極リング部を形成した後に、軸方向に沿って前記永久磁石片の長さだけずれた位置に同様にして第２段目の磁極リング部を形成し、以後同様にして最終段目の磁極リング部を形成して、前記ロータ軸の表面に永久磁石によるＮ極とＳ極とを周方向に沿って交互に形成する永久磁石同期回転電機のロータの製造方法であって、
前記ロータ軸の磁極形成部の軸方向に沿って中点となる位置にセンターリングを嵌め込むことにより、前記磁極形成部を軸方向に沿って二分割しておき、
前記各分割磁極形成部において、前記センターリングの側からロータ軸の両軸端の方向に向けて、順次各段目の磁極リング部を形成することを特徴とする永久磁石同期回転電機のロータの製造方法。
【請求項２】
相隣接する磁極リング部を構成する各永久磁石片の端面の間に介装されるリング状のセパレータは、周方向に沿って複数に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期回転電機のロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ軸の外周面に永久磁石片を貼り付けて磁極を形成する永久磁石同期回転電機のロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、供試体であるエンジンの特性を試験するために、エンジンの負荷として、疑似負荷を発生させるべく永久磁石同期回転電機を発電機として用いる「模擬ダイナモ試験装置」がある。このように、永久磁石同期回転電機を「試験装置」の発電機として使用したり、或いは電動機として使用する場合において、トルク特性やバランス特性が良好であることが試験精度の向上に直接につながり、逆に、上記各特性が悪いと試験精度が低下する。
【０００３】
永久磁石同期回転電機のロータの製造方法としては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、円柱状に形成された複数の磁石片を直列に並べて一体に接合した磁石ブロック構造体を機械加工して、薄肉円筒状をした保持円筒部材内に焼ばめにより挿入して一体化した後に、前記磁石ブロック構造体に着磁させてロータを製造する技術が開示されている。
【０００４】
上記したロータの製造方法とは異なり、ロータ軸の磁極部となる部分の軸方向の一端から、その外周面に円弧板片状をした複数枚の永久磁石片を周方向に沿って貼り付けて第１段目の磁極リング部を形成し、次に、軸方向に沿って前記永久磁石片の長さ分だけ軸方向にずれた位置において、第１段目の磁極リング部に接続して第２段目の磁極リング部を形成し、以後同様の操作を繰り返して、前記磁極部の軸方向の他端において最終段目の磁極リング部を形成して、ロータ軸の外周部に磁極を形成するロータの製造方法もある。
【０００５】
しかし、上記したロータの製造方法は、第１段目から最終段目の各磁極リング部における永久磁石片の軸方向に沿った「貼付誤差」の全てが、最終段目の磁極リング部に集約されて、この最終段目の磁極リング部の外端面に凹凸が発生し、この凹凸の存在によって発生磁束が僅かに乱されて、モータとしての発生トルクの特性、或いは疑似負荷として用いる発電機としての負荷特性に悪影響を及ぼす。また、最終段目の磁極リング部の外端面に凹凸が発生することは、ロータの軸方向に沿ったバランスが僅かであるが崩れることになって、ロータの回転バランスが低下すると共に、回転中のロータに軸方向の力が発生することになって、ラジアル荷重の支持を主体とする軸受にスラスト荷重が作用し、これによっても軸受に悪影響を及ぼす。
【特許文献１】特開平２００３−８８０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ロータ軸の外周面に永久磁石片を貼り付けて磁極を形成する永久磁石同期回転電機において、前記永久磁石片の貼付方法の改善により、モータにおけるトルク特性、発電機における負荷特性、及び回転バランスの双方を高めることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために請求項１の発明は、回転子鉄心であるロータ軸の磁石形成部の表面に、円弧板片状をした複数枚の永久磁石片を周方向に沿って貼り付けて第１段目の磁極リング部を形成した後に、軸方向に沿って前記永久磁石片の長さだけずれた位置に同様にして第２段目の磁極リング部を形成し、以後同様にして最終段目の磁極リング部を形成して、前記ロータ軸の表面に永久磁石によるＮ極とＳ極とを周方向に沿って交互に形成する永久磁石同期回転電機のロータの製造方法であって、前記ロータ軸の磁極形成部の軸方向に沿って中点となる位置にセンターリングを嵌め込むことにより、前記磁極形成部を軸方向に沿って２分割しておき、前記各分割磁極形成部において、前記センターリングの側からロータ軸の両軸端の方向に向けて、順次各段目の磁極リング部を形成することを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明によれば、ロータ軸の外周面の磁極形成部は、その軸方向に沿って中点となる位置に嵌め込まれたセンターリングにより二分されて、各分割磁極形成部において、前記センターリングの側からロータ軸の両軸端の方向に向けて、順次各段目の永久磁石片を貼り付けて磁極リング部を形成するために、従来の永久磁石片の貼付方法に比較して磁極リング部の数が半減する。このように、ロータ軸の磁極形成部の軸方向の中点に嵌め込まれたセンターリングを基準にして、その両側に順次永久磁石片を貼り付けるために、各分割磁極形成部の最終段目の各磁極リング部の外端面に形成される永久磁石片の凹凸の大きさが半減する。
【０００９】
上記理由により、各分割磁極形成部の最終段目の磁極リング部の各磁極から発生される磁束の乱れが抑制されて、モータとしての発生トルクの特性、或いは「試験装置」において疑似負荷として使用する発電機としての負荷特性が良好となる。また、同様の理由により、最終段目の磁極リング部が二つ存在して、磁極リング部の外端面に形成される凹凸がロータの軸方向に沿って分散され、しかも分散された各凹凸が軸方向に沿ってバランスするために、結果として、ロータの回転バランスも良好となって、ロータの回転バランスの調整作業も容易となる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、相隣接する磁極リング部を構成する各永久磁石片の端面の間に介装されるリング状のセパレータは、周方向に沿って複数に分割されていることを特徴としている。
【００１１】
永久磁石同期回転電機のロータに貼り付けられる円弧板片状をした各永久磁石片は、発生トルクの低下を防止する等を目的として、ロータの回転時に永久磁石片に流れる電流を遮断するために、永久磁石片同士の周方向及び軸方向の双方の接触部に絶縁体からなるセパレータが介装される。ここで、永久磁石片を軸方向に沿って連続して貼り付ける場合には、その「貼付誤差」は、最終段目の磁極リング部の外端面に凹凸となって現れるため、永久磁石片同士の軸方向に沿った接触部に介装するセパレータが一枚のリング状の場合には、当該部分に発生した軸方向の凹凸が既に大きくなっていると、セパレータのわん曲のみでは対応できなくなって、最終段目に近い各磁極リング部の接続部においては僅少の隙間が発生することもある。
【００１２】
そこで、請求項２の発明のように、周方向に沿って複数に分割されたセパレータを使用すると、セパレータの各分割片が、その部分の永久磁石片の軸方向に沿った凹凸に対応し易くなるために、隙間の発生を全く、或いは殆どなくして、永久磁石片をロータの軸方向に沿って連続して貼り付けることができる。また、永久磁石片の軸方向に沿った接続部に、僅かであっても、発生する隙間がなくなることにより、永久磁石片で構成されたロータの磁極からの発生磁束が整然となって、モータの場合には、発生トルクの低下がなくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ロータの表面の磁極形成部の軸方向に沿った中点に嵌め込んだセンターリングにより前記磁極形成部を二分して、二分された各磁極形成部において、前記センターリングの側からロータ軸の両軸端の方向に向けて、順次各段目の永久磁石片を貼り付けて磁極リング部を形成するために、従来の永久磁石片の貼付方法に比較して、二分された各磁極形成部の最終段目の各磁極リング部の外端面に形成される永久磁石片の凹凸の大きさが半減する。このため、二分された各磁極形成部の最終段目の磁極リング部の各磁極から発生される磁束の乱れが抑制されて、モータとしての発生トルクの特性、或いは「試験装置」において疑似負荷として使用する発電機としての負荷特性が良好となる。また、最終段目の磁極リング部が二つ存在して、磁極リング部の外端面に形成される凹凸がロータの軸方向に沿って分散され、しかも分散された各凹凸が軸方向に沿ってバランスするために、結果として、ロータの回転バランスも良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、最良の実施形態を挙げて本発明について更に詳細に説明する。図１は、本発明の方法により製造された永久磁石同期回転電機のロータＲの分解斜視図である。図２ないし図９は、本発明に係るロータＲの製造方法の各工程を示す図であって、図２は、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向の中点位置にセンターリング１１を嵌め込んで、磁極形成部Ｂ0 を２分割する工程を示す正面図であり、図３は、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向の中点位置に嵌め込まれたセンターリング１１の両側にリング状の第１セパレータＫ1 を嵌め込む工程を示す正面図であり、図４は、２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 のスペーサ溝５に第１スペーサＡ1 を嵌め込む工程を示す図であり、図５は、周方向に沿って隣接する各第１スペーサＡ1 の間に永久磁石片Ｍを貼り付ける工程を示す図であり、図６は、各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 に磁極リング部Ｄが形成された状態の正面図であり、図７は、完成された第１段目Ｊ1 の磁極リング部Ｄを示す部分斜視図であり、図８は、２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の最終段目（第６段目Ｊ6 ）の外側に第２スペーサＡ2 を嵌め込む工程を示す正面図であり、図９は、ロータ軸１の表面に貼り付けられた各永久磁石片Ｍの外側にシュリンクリング１４を嵌め込んだ後に、各分割磁極形成部Ｂ1 の両端に位置する各磁極リング部Ｄの外側に押えリング１５を嵌め込む工程を示す正面図である。
【００１５】
ロータ軸１は、図１、図２及び図４に示されるように、軸方向に沿って両端部を除く残りの殆どを占める部分であって、外周面に磁極を形成する永久磁石片Ｍが貼り付けられる大径部２と、該大径部２の両側に連続して設けられて、ケーシングに嵌合された軸受（いずれも図示せず）により支持される支持部３と、一方の支持部３に連続して設けられて、負荷側又は動力側の軸とカップリング（図示せず）を介して連結される連結部４とを有する。ロータ軸１の大径部２の外周面には、周方向に沿って４等分された位置であって、しかも大径部２の両端を除く部分に直線溝状をしたスペーサ溝５が軸方向に連続して形成されている。
【００１６】
まず、ロータ軸１の一端から、その大径部２の軸方向の中点位置Ｃにセンターリング１１を圧入する（図２）。センターリング１１により定められた前記中点位置Ｃは、その両側に永久磁石片Ｍを貼り付ける場合の基準位置となって、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 を中点位置で左右に２分割することになる。２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 には、永久磁石片Ｍを周方向に沿って貼り付けることによりリング状となった磁極リング部Ｄがそれぞれ同一段数（実施例では、６段）だけ形成される。ロータ軸１の大径部２の軸方向に形成された前記スペーサ溝５は、磁極形成部Ｂ0 の長さよりも僅かに長い。なお、センターリング１１の材質は、磁性材料、非磁性材料のいずれでもよい。
【００１７】
次に、ロータ軸１の両端から、その大径部２の軸方向の中点位置Ｃに圧入されたセンターリング１１の両側にリング状をした第１セパレータＫ1 をそれぞれ嵌め込んで、センターリング１１の両側面に密着させる（図３）。第１セパレータＫ1 は、後述の第２セパレータＫ2 と協働して、ロータＲの回転時に、ロータ軸１の表面に貼り付けられた永久磁石片Ｍに流れる電流を遮断することを目的としているため、絶縁材料からなる。
【００１８】
次に、２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 に、それぞれ永久磁石片Ｍを貼り付ける。まず、各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 のスペーサ溝５に、キー状をした第１スペーサＡ1 を嵌め込む（図４）。第１スペーサＡ1 は、スペーサ溝５に嵌め込まれる嵌込み部１２と、ロータ軸１の外周に露出する露出部１３とから成る。第１スペーサＡ1 の長さは、円弧板片状をした永久磁石片Ｍの長さと同一であって、その幅は、嵌め込み側から非嵌め込み側に向けて漸次幅広になっていて、嵌込み部１２は、露出部１３に対して段差を有している。第１スペーサＡ1 は、アルミニウム等の非磁性材料から成る。第１スペーサＡ1 の基本作用は、回転電機がモータの場合には、回転時においてロータＲの各磁極とステータ（図示せず）の回転磁界による磁極との吸引力及び反発力により発生する回転トルクのロータＲへの伝達を確実にするためである。
【００１９】
次に、２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 において、ロータ軸１の表面における隣接する第１スペーサＡ1 の間に、それぞれ同一極の複数枚（実施例では４枚）の永久磁石片Ｍを接着剤によって貼り付ける（図５）。隣接する永久磁石片Ｍの間、及び永久磁石片Ｍと第１スペーサＡ1 との間には、それぞれ絶縁材料から成る第２セパレータＫ2 が介装される。ロータ軸１の周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に形成されるように、永久磁石片Ｍを貼り付ける。これにより、２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 において、４極の磁極リング部Ｄが形成される（図６及び図７）。
【００２０】
以後、二分された各分割磁極形成部Ｂ1 の第２段目Ｊ2 から最終段目である第６段目Ｊ6 まで、上記した第１段目Ｊ1 と全く同様にして、図６で矢印Ｑで示されるように、センターリング１１からロータ軸１の両端に向けて磁極リング部Ｄを順次形成する。なお、隣接する各段の磁極リング部Ｄを形成する各永久磁石片Ｍの間には、第１セパレータＫ1 を介装させる。
【００２１】
次に、第６段目Ｊ6 の各永久磁石片Ｍの外側に、周方向に沿って４分割された第２スペーサＡ2 を嵌め込む（図８）。その後に、ロータ軸１の一端からＣＦＲＰ製のシュリンクリング１４を、ロータ軸１の外周面に貼り付けられた各永久磁石片Ｍの外側に嵌め込んだ後に、最終工程としてロータ軸１の両端から押えリング１５を圧入する（図９）。
【００２２】
このように、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向に沿った中点位置にセンターリング１１を圧入により嵌め込んで、前記センターリング１１を基準にして、その両側の各分割磁極形成部Ｂ1 に永久磁石片Ｍを順次貼り付けるので、ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向の一端を基準にして永久磁石片Ｍを順次貼り付ける従来の方法に比較して、ロータ軸１の軸方向に沿った永久磁石片Ｍの貼付誤差が各分割磁極形成部Ｂ1 の最終段目の磁極リング部Ｄに分散される。この結果、各分割磁極形成部Ｂ1 の最終段目（第６段目Ｊ6 ）の磁極リング部Ｄの外端面に形成される永久磁石片Ｍの凹凸の大きさが半減される。
【００２３】
このため、各分割磁極形成部Ｂ1 の最終段目（第６段目Ｊ6 ）の磁極リング部Ｄの各磁極から発生される磁束の乱れが抑制されて、モータとしての発生トルクの特性、或いは「試験装置」において疑似負荷として使用する発電機としての負荷特性が良好となる。  
【００２４】
また、二つ存在する最終段目（第６段目Ｊ6 ）の磁極リング部Ｄの外端面に形成される凹凸がロータＲの軸方向に沿って分散され、しかも分散された各凹凸が軸方向に沿ってバランスするために、結果として、ロータＲの回転バランスも良好となって、ロータの回転バランスの調整作業も容易となる。更に、リング状の第１セパレータＫ1 は、ロータ軸１の両端部から嵌め込むために、従来の永久磁石片Ｍの貼付方法に比較して、複数の第１セパレータＫ1 のロータ軸１の軸方向に沿った総移動距離がほぼ半減し、この点もロータの製造方法の容易化に寄与する。
【００２５】
図１０は、周方向に４分割した第１セパレータＫ1 ’を使用した磁極リング部Ｄの一部の展開図である。なお、図１０において、Ｌは、ロータ軸１の軸方向と直角な方向の線を示す。また、図１０においては、第２セパレータＫ2 は図示されていない。周方向に沿って４分割等の複数に分割された第１セパレータＫ1 ’を使用すると、第１セパレータＫ1 ’の各分割片Ｋ11’が、その部分の永久磁石片Ｍの端面の軸方向に沿った凹凸に対応し易くなるために、隙間の発生を全く、或いは殆どなくして、永久磁石片Ｍをロータ軸１の軸方向に沿って連続して貼り付けることができる。また、永久磁石片Ｍの軸方向に沿った接続部に、僅かであっても、発生する隙間がなくなることにより、永久磁石片Ｍで構成されたロータＲの磁極からの発生磁束が整然となって、モータの場合には、発生トルクの低下がなくなる。
【００２６】
上記したロータＲを使用したモータは、ステータにより形成された回転磁界の各磁極とロータＲの外周部に形成された各磁極とが、互いに吸引及び反発することにより、ロータＲは、回転磁界に対してすべることなく同期して回転すると共に、上記ロータを使用した発電機は、ロータＲの回転と同期した回転磁界がステータに形成されて、ステータコイルに電流が流れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の方法により製造された永久磁石同期回転電機のロータＲの分解斜視図である。
【図２】ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向の中点位置Ｃにセンターリング１１を嵌め込んで、磁極形成部Ｂ0 を２分割する工程を示す正面図である。
【図３】ロータ軸１の磁極形成部Ｂ0 の軸方向の中点位置Ｃに嵌め込まれたセンターリング１１の両側にリング状の第１セパレータＫ1 を嵌め込む工程を示す正面図である。
【図４】２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 のスペーサ溝５に第１スペーサＡ1 を嵌め込む工程を示す図である。
【図５】周方向に沿って隣接する各第１スペーサＡ1 の間に永久磁石片Ｍを貼り付ける工程を示す図である。
【図６】各分割磁極形成部Ｂ1 の第１段目Ｊ1 に磁極リング部Ｄが形成された状態の正面図である。
【図７】完成された第１段目Ｊ1 の磁極リング部Ｄを示す部分斜視図である。
【図８】２分割された各分割磁極形成部Ｂ1 の最終段目（第６段目Ｊ6 ）の外側に第２スペーサＡ2 を嵌め込む工程を示す正面図である。
【図９】ロータ軸１の表面に貼り付けられた各永久磁石片Ｍの外側にシュリンクリング１４を嵌め込んだ後に、各分割磁極形成部Ｂ1 の両端に位置する各磁極リング部Ｄの外側に押えリング１５を嵌め込む工程を示す正面図である。
【図１０】周方向に４分割した第１セパレータＫ1 ’をした磁極リング部Ｄの一部の展開図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ｂ0 ：ロータ軸の磁極形成部
Ｂ1 ：ロータ軸の分割磁極形成部
Ｃ：ロータ軸の磁極形成部の軸方向の中点位置
Ｄ：磁極リング部
Ｋ1 ，Ｋ1 ’：第１セパレータ
Ｋ11’：第１セパレータの分割片
Ｍ：永久磁石片
Ｒ：ロータ
１：ロータ軸
１１：センターリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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