(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）規定された直径よりも大きい直径を有する複数の磁石ブロックを、軸方向に順次に連結して接合し、磁石ブロック構造体を形成する工程と、
（ｂ）前記複数の磁石ブロックを接合した後、前記磁石ブロック構造体を研削して、前記規定された直径を有する円柱状の永久磁石を形成する工程と、
（ｃ）前記永久磁石をロータに組み込む工程
とを備えた
ロータ製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のロータ製造方法において、
前記（ｃ）工程は、
（ｄ）円筒形の保持円筒部材を供給する工程と、
（ｅ）前記保持円筒部材の温度が前記永久磁石の温度よりも高い状態で、前記永久磁石を前記保持円筒部材に挿入する工程と、
（ｆ）前記永久磁石が前記保持円筒部材に挿入された状態で、前記保持円筒部材と前記永久磁石との温度差を小さくして、前記永久磁石と前記保持円筒部材とを接合する工程と、
（ｇ）前記保持円筒部材の端を塞ぐように、前記保持円筒部材に側板を接合する工程と、
（ｈ）前記側板にシャフトを接合する工程
とを含む
ロータ製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のロータ製造方法において、
前記（ｇ）工程は、
（ｉ）前記側板と前記永久磁石とを、前記側板と前記永久磁石との間に隙間が設けられた状態で保持しながら、前記保持円筒部材と前記側板とを溶接する工程
を備えた
ロータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機及び発電機に使用されるロータ（回転子）に関する。本発明は、特に、永久磁石が設けられたロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転界磁形の電動機、及び発電機には、永久磁石により磁界を発生するロータが使用されることがある。
【０００３】
図６は、従来の永久磁石を用いたロータの構造を示す。図６（ａ）〜（ｄ）に示されているように、鉄心１０１の側面に、それぞれ永久磁石１０２ａ〜１０２ｄが接合されたロータが知られている。図６（ａ）に示されているように、永久磁石１０２ａは、円筒状である場合があり、図６（ｂ）〜（ｄ）にそれぞれ示された形状を有する永久磁石１０２ｂ〜１０２ｄが、鉄心１０１の側面に接合されることがある。
【０００４】
ロータは、高速回転が可能であることが望まれる。
【０００５】
ロータの機械的強度は、大きいことが望まれる。
【０００６】
更に、ロータの永久磁石が発生する磁束密度は、大きいことが望まれる。
【０００７】
更に、永久磁石を含むロータの加工精度は、高いことが望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ロータの高速回転化を可能にすることにある
【００１０】
本発明の他の目的は、永久磁石を含むロータの機械的強度を大きくすることにある
【００１１】
本発明の他の目的は、ロータの永久磁石が発生する磁束密度を大きくすることにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、永久磁石を含むロータの加工精度を高くする技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段が説明される。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
本発明によるロータは、空洞を有しない円柱状に形成された永久磁石（１）と、当該ロータの回転軸となるシャフト（４）と、永久磁石（１）とシャフト（４）とを接合する接合部材（２、３）とを備えている。空洞を有しない円柱状に形成された永久磁石（１）は、遠心力に対する強度が高く、ロータの高速回転化が可能である。更に、空洞を有しない円柱状に形成された永久磁石（１）は、発生する磁束密度を大きくすることができる。
【００１５】
このとき、永久磁石（１）は、軸方向に順次に接合された、複数の円柱状の磁石片（１−１〜１−６）を含むことがある。このような構造は、大きな永久磁石（１）の提供を可能にする。
【００１６】
接合部材（２、３）は、永久磁石（１）が挿入されている円筒形の保持円筒部材（２）と、保持円筒部材（２）の端を塞ぐように保持円筒部材（２）に接合され、且つ、シャフト（４）に接合された側板（３）を含むことがある。このような構造は、遠心力に対する強度を更に高くし、ロータの更なる高速回転化を可能にする。
【００１７】
保持円筒部材（２）と側板（３）とは、溶接により接合されることがある。この場合、側板（３）と永久磁石（１）との間には、隙間（３ａ）が設けられていることが好ましい。この隙間（３ａ）は、保持円筒部材（２）と側板（３）との溶接の際の側板（３）の膨張による永久磁石（１）の損傷を防ぐ。
【００１８】
上述のロータは、電動機又は発電機のいずれにも組み込まれて使用され得る。
【００１９】
本発明によるロータ製造方法は、
（ａ）空洞を有しない複数の磁石ブロック（１１）を、一方向に順次に連結して接合し、磁石ブロック構造体（１２）を形成する工程と、
（ｂ）磁石ブロック構造体（１２）を研削して、円柱状の永久磁石（１）を形成する工程と、
（ｃ）永久磁石（１）をロータに組み込む工程
とを備えている。複数の磁石ブロック（１１）を、一方向に順次に接合して磁石ブロック構造体（１２）を形成した後、磁石ブロック構造体（１２）を研削することにより、磁石ブロック（１１）のずれが修正可能であり、大きな永久磁石（１）を高い加工精度で形成することを可能にする。
【００２０】
このとき、（ｃ）工程は、
（ｄ）円筒形の保持円筒部材（２）を供給する工程と、
（ｅ）保持円筒部材（２）の温度が前記永久磁石の温度よりも高い状態で、永久磁石（１）を保持円筒部材（２）に挿入する工程と、
（ｆ）永久磁石（１）が保持円筒部材（２）に挿入された状態で、保持円筒部材と前記永久磁石との温度差を小さくする工程と、
（ｇ）保持円筒部材（２）の端を塞ぐように、保持円筒部材（２）に側板（３）を接合する工程と、
（ｆ）側板（３）にシャフト（４）を接合する工程
とを含むことが好ましい。空洞を有しない円柱状である永久磁石（１）は、圧縮応力に対する強度が高く、これにより、永久磁石（１）と保持円筒部材（２）との接合強度を高くとることができる。
【００２１】
このとき、（ｇ）工程は、
（ｈ）側板（３）と永久磁石（１）とを、側板（３）と永久磁石（１）との間に隙間が設けられた状態で保持しながら、保持円筒部材（２）と側板（３）とを溶接する工程を備えることが好ましい。
【００２２】
本発明によるロータ製造方法は、
（ｊ）円筒形の保持円筒部材（２）と、円柱状の永久磁石（１）とを供給する工程と、
（ｋ）保持円筒部材（２）の温度が永久磁石（１）の温度よりも高い状態で、永久磁石（１）を保持円筒部材（２）に挿入する工程と、
（ｌ）永久磁石（１）が保持円筒部材（２）に挿入された状態で、保持円筒部材（２）と永久磁石（１）との温度差を小さくし、永久磁石（１）と保持円筒部材（２）とを接合する工程と、
（ｍ）保持円筒部材（２）の端を塞ぐように、保持円筒部材（２）に側板（３）を接合する工程と、
（ｎ）側板（３）にシャフト（４）を接合する工程
とを備えている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるロータの実施の一形態を説明する。
【００２４】
本発明によるロータの実施の一形態は、図１に示されているように、永久磁石１が、保持円筒部材２とともに設けられている。永久磁石１は、保持円筒部材２に挿入され保持されている。永久磁石１の断面形状は、図２に示されているように円であり、永久磁石１は、内部に空洞を有しない円柱の形状を有する。保持円筒部材２の断面形状は、中に空洞を有する円筒であり、その空洞に永久磁石１が挿入されている。
【００２５】
図１に示されているように、永久磁石１は、軸方向に順次に接続された、複数の円柱状の磁石片１−１〜１−６を含む。現実に製造しようとする場合、一つの永久磁石の大きさには、制約がある。特に、焼結されて形成される永久磁石では、その制約が厳しい。そこで、永久磁石１を必要な大きさに形成するために、複数の円柱状の磁石片１−１〜１−６が連結されている。
【００２６】
永久磁石１を保持する保持円筒部材２は、高強度を有し、且つ、非磁性の金属材料で形成される。このような金属材料として、インコネル７１８が例示される。
【００２７】
保持円筒部材２には、その両端（底面）を塞ぐように、円盤状の側板３が接合されている。保持円筒部材２と側板３とは、溶接により接合されている。このとき、永久磁石１と側板３との間には、微小な隙間３ａが設けられている。隙間３ａは、典型的には、０．１〜０．２ｍｍである。隙間３ａは、後述されるように、保持円筒部材２と側板３との溶接の際に、側板３が熱により膨張することによる永久磁石１の損傷を防ぐために設けられている。
【００２８】
側板３には、シャフト４が接合される。シャフト４は、当該ロータが回転する回転軸になる。
【００２９】
以上に説明された本発明によるロータの実施の一形態は、電動機及び発電機のいずれにも組み込まれて使用され得る。
【００３０】
本実施の形態のロータの永久磁石１は空洞を有さない円柱状であり、機械的強度が高い。これにより、当該ロータの耐遠心力が大きくなり、ロータの高速回転を可能にする。更に、円柱状の永久磁石１は圧縮応力にも強く、保持円筒部材２が永久磁石１に加える締め付け力を大きくとることができる。従って、永久磁石１と保持円筒部材２との接合強度を高くすることができる。
【００３１】
更に、当該ロータは、発生する磁束密度が大きい。図３は、空洞を有しない円柱状の永久磁石と、空洞を有する円筒状の永久磁石とが発生する磁束密度の比較を示す。比較対象の全ての永久磁石は、直径方向に同一の大きさの磁化を有すると仮定されている。また、図３に示された磁束密度は、ロータとステータ間のギャップにおける磁束密度である。
【００３２】
図３の曲線１１は、図４（ａ）に示された空洞を有しない円柱状の永久磁石が発生する磁束密度であり、図３の曲線１２、１３、及び１４は、それぞれ、図４（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に示されているように、その中心近傍に円柱状の空洞を有する円筒状の永久磁石が発生する磁束密度である。円柱、円筒の外径はいずれも４７ｍｍであり、曲線１１、１２、１３、及び１４は、それぞれ、円柱状の空洞の直径が０ｍｍ（即ち、空洞なし）、１０ｍｍ、２０ｍｍ、及び３０ｍｍであるときの磁束密度である。
【００３３】
図３に示されているように、空洞を有しない円柱状の永久磁石は、空洞を有する円筒状の永久磁石よりも、ギャップにおける磁束密度が大きい。このように、空洞を有しない円柱状の永久磁石１を使用した本実施の形態のロータは、発生する磁束密度を大きくすることができる。
【００３４】
以上に説明された、本実施の形態のロータは、下記の工程により製造される。
【００３５】
図５（ａ）に示されているように、円柱状の複数の磁石ブロック１１が、軸方向に順次に接着により連結されて、磁石ブロック構造体１２が形成される。磁石ブロック１１の直径は、最終的に製造される永久磁石１の直径よりも微小に大きい。典型的には、磁石ブロック１１は、その直径が、永久磁石１の直径よりも１６０μｍだけ大きく形成される。磁石ブロック１１の中心軸１１ａは、可能な限り、一の直線上にあるように連結される。
【００３６】
続いて、図５（ｂ）に示されているように、磁石ブロック構造体１２の側面が研削され、永久磁石１が形成される。このように、磁石ブロック１１の連結の後に研削が行われるのは、磁石ブロック１１の中心軸１１ａのずれを修正するためである。実際に磁石ブロック１１を連結する場合、現実として、多少、中心軸１１ａがずれることは、避けられない。そこで、予め永久磁石１の直径よりも大きな磁石ブロック１１を連結して磁石ブロック構造体１２を形成し、その磁石ブロック構造体１２を研削することにより、加工精度が高められている。これにより、大きな永久磁石１を、高い加工精度で形成することができる。
【００３７】
続いて、形成された永久磁石１が保持円筒部材２に挿入され、接合される。永久磁石１と保持円筒部材２との接合は、焼きばめにより行われる。保持円筒部材２が加熱され、保持円筒部材２の温度が永久磁石１の温度よりも高くされる。保持円筒部材２は、熱膨張し、その内径が大きくなる。この状態で、永久磁石１が保持円筒部材２に挿入される。永久磁石１が保持円筒部材２に挿入された状態で、保持円筒部材２が冷却され、永久磁石１と保持円筒部材２との温度差が小さくされる。すると保持円筒部材２は収縮し、保持円筒部材２の収縮により永久磁石１に締め付け力が加えられる。この締め付け力により永久磁石１は保持円筒部材２に接合される。
【００３８】
このとき、保持円筒部材２が加熱される代わりに、永久磁石１が冷却されることも可能である。永久磁石１が冷却されると、永久磁石１は収縮し、その直径が小さくなる。この状態で、永久磁石１が保持円筒部材２に挿入される。永久磁石１が保持円筒部材２に挿入された状態で、永久磁石１が加熱され、永久磁石１と保持円筒部材２との温度差が小さくされる。すると永久磁石１は膨張し、保持円筒部材２の収縮により永久磁石１に締め付け力が加えられる。この締め付け力により、永久磁石１は保持円筒部材２に接合される。
【００３９】
永久磁石１が空洞を有さない円柱状であることは、永久磁石１と保持円筒部材２との接合強度を大きくすることができる点で好ましい。空洞を有さない円柱状である永久磁石１は、圧縮応力に対する強度が高い。従って、保持円筒部材２により、永久磁石１に加えられる締め付け力を大きくすることが可能である。これにより、永久磁石１と保持円筒部材２との接合強度を大きくすることができる。
【００４０】
続いて、保持円筒部材２の端を塞ぐように側板３が溶接される。溶接の際には、永久磁石１と側板３は、それらの間に微小な隙間が存在するように保持される。その隙間は、典型的には、０．１〜０．２ｍｍである。この隙間は、保持円筒部材２と側板３との溶接の際に、永久磁石１が損傷を受けるのを防ぐ。保持円筒部材２と側板３とが溶接されるとき、側板３は加熱されて膨張する。このとき、隙間３ａが設けられていることにより、側板３から永久磁石１に過大な力が加えられることが避けられ、永久磁石１の損傷が防がれる。
【００４１】
更に、側板３にシャフト４が接合される。
【００４２】
以上の工程が行われた後、永久磁石１の直径方向に磁界が印加され、永久磁石１が着磁される。本実施の形態のロータの製造が完了する。
【００４３】
このように、本実施の形態のロータの製造方法は、予め永久磁石１の直径よりも大きな磁石ブロック１１を連結して磁石ブロック構造体１２を形成し、その磁石ブロック構造体１２を研削することにより、加工精度が高められている。
【００４４】
更に、本実施の形態のロータの製造方法は、永久磁石１が空洞を有さない円柱状であることにより、永久磁石１と保持円筒部材２との接合強度を高くすることができる。
【００４５】
更に、本実施の形態のロータの製造方法は、保持円筒部材２と側板３との溶接の際に、永久磁石１と側板３との間に隙間３ａが設けられ、永久磁石１の損傷が防がれている。
【００４６】
【発明の効果】
本発明により、永久磁石が設けられたロータの機械的強度を大きくすることができる。
【００４７】
また、本発明により、ロータの永久磁石が発生する磁束密度を大きくすることができる。
【００４８】
また、本発明により、永久磁石を含むロータの加工精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるロータの実施の一形態を示す正面断面図である。
【図２】図２は、本発明によるロータの実施の一形態を示す側面断面図である。
【図３】図３は、空洞を有しない永久磁石と空洞を有する永久磁石とが発生する磁束密度の比較を示す。
【図４】図４は、図３の比較対象である永久磁石の構造を示す。
【図５】図５は、本発明によるロータ製造方法の実施の一形態を示す。
【図６】図６は、従来のロータの構造を示す。
【符号の説明】
１：永久磁石
１−１〜１−６：磁石片
２：保持円筒部材
３：側板
４：シャフト
１１：磁石ブロック
１２：磁石ブロック構造体
【図１】
0003814173.tif 000002
【図２】
0003814173.tif 000003
【図３】
0003814173.tif 000004
【図４】
0003814173.tif 000005
【図５】
0003814173.tif 000006
【図６】
0003814173.tif 000007