特許 6168263 永久磁石式回転電機の回転子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6168263

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】永久磁石式回転電機の回転子

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20170713BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501C

   H02K1/27 501E

   H02K1/22 A

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-515999(P2017-515999)

(86)(22)【出願日】2017年3月9日

(86)【国際出願番号】JP2017009369

【審査請求日】2017年3月22日

(31)【優先権主張番号】特願2016-77063(P2016-77063)

(32)【優先日】2016年4月7日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】松尾 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】沖津 隆志

(72)【発明者】

【氏名】大村 元紹

(72)【発明者】

【氏名】高田 盛生

(72)【発明者】

【氏名】松橋 大器

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２１２６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６５５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−７２９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２６５９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１４７５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子シャフトの外周面に配置された永久磁石と、
前記回転子シャフトの一方の端部側から前記永久磁石の外側に圧入されて当該永久磁石を前記回転子シャフトに保持する保持リングと、
前記永久磁石に対し前記回転子シャフトの軸方向で隣接して設けられ、圧入される前記保持リングの内周面と面接触しつつ当該保持リングが前記回転子シャフトの一方の端部側から当該回転子シャフトの他方の端部側へ向かうに従い当該保持リングを徐々に拡径しながら前記永久磁石側へ案内するリング案内部と
を備えることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項2】

請求項１に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング案内部は、前記回転子シャフトの外周面に固定されたリング部材であり、
前記リング部材の外周面の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記永久磁石側からその反対側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項3】

請求項２に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング部材は、非磁性体である
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項4】

請求項１に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記回転子シャフトは、当該回転子シャフトの一方の端部側に設けられ、前記永久磁石が配置された当該回転子シャフトの外周面よりも径の大きい大径部を有し、
前記リング案内部は、前記大径部であり、
前記大径部の外周面の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記永久磁石側からその反対側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項5】

請求項４に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記永久磁石が配置された前記回転子シャフトの外周面のうち前記大径部に隣接する部分の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記リング案内部側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項6】

請求項５に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記永久磁石が配置された前記回転子シャフトの外周面のうち前記大径部に隣接する部分にて径の漸減割合は、前記回転子シャフトの軸方向にて、前記大径部の外周面の径の漸減割合と同じである
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項7】

請求項１から請求項６の何れか一項に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング案内部は、軸方向にて前記永久磁石に隣接する端部側の外周面の高さが前記永久磁石の外周面の高さと同じである
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項8】

請求項１から請求項７の何れか一項に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記保持リングは、炭素繊維を周方向に沿い切れ目なく一方向に巻き回したものに合成樹脂を含浸した、炭素繊維強化プラスチックにより成形されたものである
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【請求項9】

請求項８に記載された永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記保持リングは、前記炭素繊維の巻き回し始点が内周側に配置される一方、前記炭素繊維の巻き回し終点が外周側に配置されるものであり、
前記保持リングは、前記炭素繊維の巻き回し方向が前記回転子シャフトの回転方向と逆向きとなるように、前記回転子シャフトに圧入されている
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石式回転電機の回転子に関し、具体的には、複数の永久磁石が保持リングで回転子シャフトの表面に固定された永久磁石式回転電機の回転子に関する。

【背景技術】

【0002】

永久磁石式回転電機の回転子として、例えば、保持リングを圧入することで、複数の永久磁石を回転子シャフトの表面に固定した表面磁石型（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）回転電機の回転子がある。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、回転子シャフトの外表面に固定された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の外表面に装着される円管状の炭素繊維強化プラスチックリング（以下、ＣＦＲＰリングと称す）とを備え、ＣＦＲＰリングおよび永久磁石はその内径および外径に締め代が持たされたものであり、ＣＦＲＰリングを圧入することにより、複数の永久磁石を回転子シャフトに強固に固定した永久磁石式回転電機の回転子が開示されている。

【0004】

下記特許文献２には、ロータハブの中央部に接着された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の外表面に装着される複数の保持リングとを備え、複数の永久磁石はこれらの外周面に全体でロータハブの一方の軸端側から他方の軸端側まで連続したテーパ面が形成されるように機械加工されたものであり、保持リングが、永久磁石の外周面に対応してそれぞれ所定の締め代をもって圧入された永久磁石ロータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−３１２２５０号公報

【特許文献2】特開平８−２６５９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１では、圧入の過程でＣＦＲＰリングの径が、締め代分だけ瞬間的に広げられるため、回転子シャフトの軸方向端部側となる永久磁石の角部と接触するＣＦＲＰリングの内周面に応力集中が発生し、その大きさによっては強度の低下を招く可能性があった。そのため、強度のさらなる向上の要望がある場合には、改善の余地があると考えられていた。

【0007】

上述した特許文献２では、１つの永久磁石ロータが内径の大きさの異なる保持リングを複数備えるものであることから、コスト増となる可能性があった。また、一方の軸端側（保持リングの内径が小さい側）では、他方の軸端側（保持リングの内径が大きい側）に対し、永久磁石ロータの外側に配置されるステータとのギャップが大きくなり、また永久磁石の体積が小さくなるため、その分電気特性の低下を招くという課題があった。

【0008】

以上のことから、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リングへの応力集中を抑制することができる永久磁石式回転電機の回転子を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前述した課題を解決する第１の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、
回転子シャフトの外周面に配置された永久磁石と、
前記回転子シャフトの一方の端部側から前記永久磁石の外側に圧入されて当該永久磁石を前記回転子シャフトに保持する保持リングと、
前記永久磁石に対し前記回転子シャフトの軸方向で隣接して設けられ、圧入される前記保持リングの内周面と面接触しつつ当該保持リングが前記回転子シャフトの一方の端部側から当該回転子シャフトの他方の端部側へ向かうに従い当該保持リングを徐々に拡径しながら前記永久磁石側へ案内するリング案内部と
を備えることを特徴とする。

【0010】

前述した課題を解決する第２の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第１の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング案内部は、前記回転子シャフトの外周面に固定されたリング部材であり、
前記リング部材の外周面の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記永久磁石側からその反対側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする。

【0011】

前述した課題を解決する第３の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第２の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング部材は、非磁性体である
ことを特徴とする。

【0012】

前述した課題を解決する第４の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第１の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記回転子シャフトは、当該回転子シャフトの一方の端部側に設けられ、前記永久磁石が配置された当該回転子シャフトの外周面よりも径の大きい大径部を有し、
前記リング案内部は、前記大径部であり、
前記大径部の外周面の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記永久磁石側からその反対側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする。

【0013】

前述した課題を解決する第５の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第４の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記永久磁石が配置された前記回転子シャフトの外周面のうち前記大径部に隣接する部分の径は、前記回転子シャフトの軸方向に沿い、前記リング案内部側へ向かうに従い漸減している
ことを特徴とする。

【0014】

前述した課題を解決する第６の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第５の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記永久磁石が配置された前記回転子シャフトの外周面のうち前記大径部に隣接する部分にて径の漸減割合は、前記回転子シャフトの軸方向にて、前記大径部の外周面の径の漸減割合と同じである
ことを特徴とする。

【0015】

前述した課題を解決する第７の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第１から第６の何れか一つの発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記リング案内部は、軸方向にて前記永久磁石に隣接する端部側の外周面の高さが前記永久磁石の外周面の外面の高さと同じである
ことを特徴とする。

【0016】

前述した課題を解決する第８の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第１から第７の何れか一つの発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記保持リングは、炭素繊維を周方向に沿い切れ目なく一方向に巻き回したものに合成樹脂を含浸した、炭素繊維強化プラスチックにより成形されたものである
ことを特徴とする。

【0017】

前述した課題を解決する第９の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、第８の発明に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、
前記保持リングは、前記炭素繊維の巻き回し始点が内周側に配置される一方、前記炭素繊維の巻き回し終点が外周側に配置されるものであり、
前記保持リングは、前記炭素繊維の巻き回し方向が前記回転子シャフトの回転方向と逆向きとなるように、前記回転子シャフトに圧入されている
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、リング案内部を備えることで、回転子シャフトの一方の端部側から保持リングを圧入したときに、保持リングの径が瞬間的に広げられることなく徐々に広げられていくことになる。そして、保持リングがさらに圧入されると、保持リングの径が広げられた状態のまま、リング案内部から永久磁石へと滑らかに移動することなる。そのため、保持リングの内周面に対して永久磁石の軸方向端部（角部）が点接触したり線接触したりすることが無く、この接触による保持リングの内周面への応力集中をなくすことができる。永久磁石や保持リングを特殊な形状に加工する必要が無く、リング案内部を設けただけである。よって、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リングへの応力集中を抑制することができる。

【0019】

また保持リングは、炭素繊維を周方向に沿い切れ目なく一方向に巻き回したものに合成樹脂を含浸した、炭素繊維強化プラスチックにより成形されたものである。また、このようにして形成された保持リングは、炭素繊維の巻き回し方向が回転子シャフトの回転方向と逆向きとなるように、回転子シャフトに圧入される。このため、回転子鉄心が高速回転して気流による剥離力が保持リングに作用しても、保持リングの強度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す断面図である。

【図2】図１におけるＩＩ−ＩＩ´線矢視断面図である。

【図3】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ´線矢視断面図である。

【図4】図１におけるＩＶ−ＩＶ´線矢視断面図である。

【図5A】保持リングを圧入する前の、永久磁石式回転電機の回転子を示す説明図である。

【図5B】図５Ａにおける囲み線Ｖの部分を示す拡大図である。

【図6】永久磁石式回転電機の回転子が備える保持リングを圧入するときの状態を示す説明図である。

【図7】本発明の第二の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す断面図である。

【図8】永久磁石式回転電機の回転子が備える保持リングを圧入する前の状態を示す説明図である。

【図9】図８における囲み線ＩＸの拡大図である。

【図10】図８における囲み線Ｘの拡大図である。

【図11A】本発明の第三の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子が有する保持リングを示す説明図である。

【図11B】従来の保持リングの製作状態を示す説明図である。

【図12A】本発明の第四の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、保持リングを取り付ける前の状態を示す説明図である。

【図12B】本発明の第四の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子であって、保持リングを取り付けた後の状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の実施例について、以下に説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。

【実施例1】

【0022】

本発明の第一の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子について、図１〜６に基づいて説明する。図１〜５にてＣ１が中心軸（回転軸）を示し、図６にてＸが保持リングの圧入方向を示している。

【0023】

本実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子１０は、図１〜６に示すように、回転子シャフト１１と、複数の永久磁石１３と、複数の保持リング１４とを有する。

【0024】

回転子シャフト１１の径方向断面は、円形状をなしている。回転子シャフト１１は、大径部１１ａと小径部１１ｂとを有する。大径部１１ａは、小径部１１ｂよりも径方向で大きい形状をなしている。小径部１１ｂは、大径部１１ａよりも径方向で小さい形状をなしている。小径部１１ｂにおける大径部１１ａに隣接する箇所が、永久磁石１３が取り付けられる磁石取付部１１ｂａをなしている。

【0025】

回転子シャフト１１の磁石取付部１１ｂａにおける外周面には、磁極を構成するための複数の永久磁石１３が、回転子シャフト１１の周方向および軸方向に沿って隣接して配置される。複数の永久磁石１３は、これらの外周面１３ｃが同一平面をなすように回転子シャフト１１の外周面に配置される。

【0026】

複数の永久磁石１３の外周面１３ｃには、永久磁石１３を回転子シャフト１１の外周面側に締め付けるバインドリングとしての保持リング１４が軸方向に複数装着される。すなわち、複数の保持リング１４を回転子シャフト１１の一方の端部側から圧入することで、複数の永久磁石１３は、回転子シャフト１１の磁石取付部１１ｂａに強固に固定される。

【0027】

各保持リング１４は、円管状をなし、回転子シャフト１１の軸方向にて、回転子シャフト１１の磁石取付部１１ｂａに配置される１つの永久磁石１３全体を覆う形状を有する。複数の保持リング１４は、内径が回転子シャフト１１の外周面に配置される複数の永久磁石１３の外径に対して所定の締め代をもつように形成されている。保持リング１４として、炭素繊維にエポキシ樹脂などの合成樹脂を浸みこませてなる炭素繊維強化プラスチックにより、円管状に製作してなるものを用いることが好ましい。

【0028】

上述した永久磁石式回転電機の回転子１０は、回転子シャフト１１の外周面における複数の永久磁石１３に対し回転子シャフト１１の軸方向で隣接する箇所に、焼嵌めで固定された一対の端板（リング案内部）１２，１２をさらに有する。これら端板１２，１２により、複数の永久磁石１３の回転子シャフト１１の軸方向への移動が規制される。なお、これら端板１２，１２の外周面１２ｃ，１２ｃにも、保持リング１４が複数装着される。

【0029】

端板１２として、非磁性体であって、焼嵌めが可能な材質、例えば、アルミニウム製やステンレス製のものを用いることが可能である。端板１２は、リング状をなしている。端板１２は、軸方向にて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側に向けて端板１２の厚みが漸減しており、永久磁石１３に隣接する端部１２ｂ側の厚みｄ１と比べて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側の厚みｄ２が薄くなるように形成されている。端板１２は、外周面１２ｃにおける軸方向にて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側に形成されたテーパ面１２ｃａを有する。すなわち、端板１２の外周面１２ｃは、軸方向にて、端部１２ａ側へ向かうに従い漸減する形状をなすテーパ面１２ｃａを有する。これにより、端板１２の他方の端部１２ｂが永久磁石１３と隣接するように端板１２を回転子シャフト１１に焼嵌めで固定することで、端板１２における軸方向にて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側が永久磁石１３と反対側に配置されることになり、保持リング１４を圧入したときに、保持リング１４の内周面が端板１２の外周面１２ｃと面接触し、端板１２のテーパ面１２ｃａにより、保持リング１４を徐々に拡径していくことになる。

【0030】

なお、端板１２のテーパ面１２ｃａのテーパ角θは、軸方向（保持リング１４の圧入方向）に対して０．５度〜１．５度の範囲であることが好ましい。これは、テーパ角θが前記範囲内であると、保持リング１４を圧入したときに、徐々に（緩やかに）拡径していくことになり、瞬間的に応力集中を生じさせることがないからである。

【0031】

永久磁石１３の外周面１３ｃと、端板１２の外周面１２ｃの端部１２ｂ側と、回転子シャフト１１の大径部１１ａの外周面とには、外径寸法（高さ）が同一となるように研磨などの機械加工が施されることが好ましい。これは、保持リング１４を圧入したときに、外径寸法差による保持リング１４の内周面との点接触や線接触が無くなり、この接触による保持リング１４の内周面への応力集中をより確実になくすことができるからである。

【0032】

ここで、上述した永久磁石式回転電機の回転子１０の製造方法について説明する。

【0033】

先ず、保持リング１４を圧入する前の永久磁石式回転電機の回転子１０は、図５Ａに示すように、軸方向に複数個に分割された永久磁石１３が回転子シャフト１１に貼り付けられており、複数の永久磁石１３の軸方向両端に、回転子シャフト１１に焼嵌めされた非磁性体の端板１２が固定されている。回転子シャフト１１の一方の端部側であって、保持リング１４の圧入方向上流側に固定される端板１２（図１にて右側に固定される端板１２）は、軸方向にて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側が保持リング１４の圧入方向上流側に配置される。なお、回転子シャフト１１の他方の端部側であって、保持リング１４の圧入方向下流側に固定される端板１２（図１にて左側に固定される端板１２）は、軸方向にて永久磁石１３に隣接しない端部１２ａ側が保持リング１４の圧入方向下流側に配置される。

【0034】

図５Ａにおいて、保持リング１４は、回転子シャフト１１の一方の端部側からこの他方の端部側（図５Ａ中右側から左側）に向かって１個ずつ圧入される。なお、図６においては、保持リング１４は左側から右側に向かって１個ずつ圧入される。保持リング１４は端板１２のテーパ面１２ｃａに沿って径が徐々に広がり、締め代分が膨らんだ状態で所定の位置まで圧入されて、永久磁石１３と両端の端板１２を固定することになる。図１に示すように、保持リング１４は、永久磁石１３と端板１２の外周面１３ｃ，１２ｃに嵌合された状態となる。なお、圧入時の荷重を低減させるために、端板１２と永久磁石１３の外周面１２ｃ，１３ｃに潤滑剤を塗布して、摩擦力を下げた状態で保持リング１４を圧入することもできる。

【0035】

端板１２のテーパ面１２ｃａに沿って、保持リング１４の径が徐々に広がりながら圧入されるため、保持リング１４の内周面に応力集中が発生しにくくなり、保持リング１４の強度の低下を抑制できる。

【0036】

したがって、本実施例によれば、回転子シャフト１１の外周面にて軸方向および周方向で隣接して配置された複数の永久磁石１３と、回転子シャフト１１の一方の端部側から永久磁石１３の外側および端板１２の外側に圧入されて当該永久磁石１３を回転子シャフト１１に保持する保持リング１４と、複数の永久磁石１３に対し回転子シャフト１１の軸方向で隣接して設けられ、圧入される保持リング１４の内周面と面接触しつつ当該保持リング１４が回転子シャフト１１の一方の端部側から回転子シャフト１１の他方の端部側へ向かうに従い当該保持リング１４を徐々に拡径しながら永久磁石１３側へ案内するリング案内部をなす端板１２とを備えることで、保持リング１４を圧入したときに、保持リング１４の径が瞬間的に広げられることなく徐々に広げられていくことになる。そして、保持リング１４がさらに圧入されると、保持リング１４の径が広げられた状態のまま、端板１２の外周面１２ｃから永久磁石１３の外周面１３ｃへと滑らかに移動することとなる。そのため、保持リング１４の内周面に対して永久磁石１３の軸方向端部（角部）が点接触したり線接触したりすることが無く、この接触による保持リング１４の内周面への応力集中をなくすことができる。永久磁石や保持リングを特殊な形状に加工する必要が無く、端板１２を設けただけである。よって、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リング１４への応力集中を抑制することができる。

【0037】

端板１２の外周面１２ｃの径は、回転子シャフト１１の軸方向に沿い、永久磁石１３側からその反対側へ向かうに従い漸減していることにより、圧入される保持リング１４の内周面と端板１２の外周面１２ｃのテーパ面１２ｃａとが面接触すると共に、保持リング１４の径が瞬間的に広げられることなく徐々に広げられていくことになる。永久磁石や保持リングを特殊な形状に加工する必要が無く、端板１２の外周面１２ｃのみを加工しただけである。よって、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リング１４への応力集中を確実に抑制することができる。

【0038】

端板１２がアルミニウム製またはステンレス製であることにより、外周面１２ｃにテーパ面１２ｃａを容易に作製することができる。これにより、製造コスト増を抑制ができる。

【0039】

端板１２は、軸方向にて、他方の端部１２ｂ側の外周面１２ｃの高さが永久磁石１３の外周面１３ｃと同じであることにより、保持リング１４を圧入したときに、保持リング１４が端板１２の外周面１２ｃから永久磁石１３の外周面１３ｃ側へ円滑に移動することができる。

【実施例2】

【0040】

本発明の第二の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子について、図７〜１０に基づいて説明する。図７，８にてＣ２が中心軸（回転軸）を示している。

【0041】

本実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子１０Ａは、図７〜１０に示すように、回転子シャフト１１Ａと、複数の永久磁石１３と、複数の保持リング１４Ａとを有する。

【0042】

回転子シャフト１１Ａの径方向断面は、円形状をなしている。回転子シャフト１１Ａは、第一大径部１１Ａａと第二大径部（リング案内部）１１Ａｂとを有する。第二大径部１１Ａｂは、回転子シャフト１１Ａの一方の端部側であって、保持リング１４Ａの圧入方向上流側に設けられる。第一大径部１１Ａａは、回転子シャフト１１Ａの他方の端部側であって、保持リング１４Ａの圧入方向下流側に設けられる。回転子シャフト１１Ａの軸方向にて、第一大径部１１Ａａと第二大径部１１Ａｂとの間の箇所が、永久磁石１３が取り付けられる磁石取付部１１Ａｃをなしている。

【0043】

第一大径部１１Ａａは、磁石取付部１１Ａｃよりも径方向外側となり、磁石取付部１１Ａｃに取り付けられた永久磁石１３の外周面１３ｃよりも径方向内側となる大きさを有する。第一大径部１１Ａａは、回転子シャフト１１Ａの周方向全体に亘り、回転子シャフト１１Ａの径方向外側へ突出する形状をなす鍔部１１Ａａａを有する。鍔部１１Ａａａの頂部は、磁石取付部１１Ａｃに取り付けられた永久磁石１３とほぼ同じ高さをなしている。図７中左端に配置される永久磁石１３と鍔部１１Ａａａとの間に隙間Ｌがあり、この隙間Ｌに接着剤１５が充填される。これにより、鍔部１１Ａａａと永久磁石１４との接触が回避される。第二大径部１１Ａｂは、磁石取付部１１Ａｃよりも径方向外側へ大きい形状をなしている。
回転子シャフト１１Ａの磁石取付部１１Ａｃにおける外周面には、磁極を構成するための複数の永久磁石１３が、回転子シャフト１１Ａの周方向および軸方向に沿って隣接して配置される。複数の永久磁石１３は、これらの外周面１３ｃが同一平面をなすように回転子シャフト１１Ａの外周面に配置される。

【0044】

複数の永久磁石１３の外周面１３ｃには、永久磁石１３を回転子シャフト１１Ａの外周面側に締め付けてバインドリングとしての保持リング１４Ａが軸方向に複数装着される。すなわち、複数の保持リング１４Ａを回転子シャフト１１Ａの一方の端部側から圧入することで、複数の永久磁石１３は、回転子シャフト１１Ａの磁石取付部１１Ａｃに強固に固定される。

【0045】

保持リング１４Ａは、上述した保持リング１４と形状以外は同じである。各保持リング１４Ａは、円管状をなし、回転子シャフト１１Ａの軸方向にて、回転子シャフト１１Ａの磁石取付部１１Ａｃに配置される複数（図示例では２つ）の永久磁石１３全体を覆う形状を有する。複数の保持リング１４Ａは、内径が回転子シャフト１１Ａの外周面に配置される複数の永久磁石１３の外径に対して所定の締め代をもつように形成されている。

【0046】

上述した回転子シャフト１１Ａの第二大径部１１Ａｂの外周面の径は、回転子シャフト１１Ａの軸方向に沿い、永久磁石１３側からその反対側へ向かうに従い漸減する形状をなすテーパ面１１Ａｂａを有する。これにより、圧入される保持リング１４Ａの内周面が第二大径部１１Ａｂの外周面であるテーパ面１１Ａｂａと面接触し、保持リング１４Ａが回転子シャフト１１Ａの一方の端部側から回転子シャフト１１Ａの他方の端部側へ向かうに従い、テーパ面１１Ａｂａにより保持リング１４Ａを徐々に拡径していくことになる。

【0047】

なお、第二大径部１１Ａｂのテーパ面１１Ａｂａのテーパ角θは、第一の実施例の場合と同様、軸方向（保持リング１４Ａの圧入方向）に対して０．５度〜１．５度の範囲であることが好ましい。これは、テーパ角θが前記範囲内であると、保持リング１４Ａを圧入したときに、徐々に（緩やかに）拡径していくことになり、瞬間的に応力集中を生じさせることがないからである。

【0048】

永久磁石１３の外周面１３ｃと、第二大径部１１Ａｂの外周面にて磁石取付部１１Ａｃに隣接する端部側とには、外径寸法（高さ）が同一となるように研磨などの機械加工が施されることが好ましい。これは、保持リング１４Ａを圧入したときに、外径寸法差による保持リング１４Ａの内周面との点接触や線接触が無くなり、この接触による保持リング１４Ａの内周面への応力集中をより確実になくすことができるからである。

【0049】

磁石取付部１１Ａｃのうち、第二大径部１１Ａｂに隣接する部分には、テーパ面１１Ａｃａが形成されており、そのテーパ角θは、テーパ面１１Ａｂａのテーパ角θと同じになっている。

【0050】

第二大径部１１Ａｂと第一大径部１１Ａａの鍔部１１Ａａａとにより、磁石取付部１１Ａｃに取り付けられた複数の永久磁石１３の回転子シャフト１１Ａの軸方向への移動が規制される。

【0051】

本実施例では、第二大径部１１Ａｂがリング案内部をなしている。

【0052】

ここで、上述した永久磁石式回転電機の回転子１０Ａの製造方法について説明する。

【0053】

先ず、保持リング１４Ａを圧入する前の永久磁石式回転電機の回転子１０Ａは、図８に示すように、回転子シャフト１１Ａの軸方向にて、第一大径部１１Ａａの鍔部１１Ａａａと第二大径部１１Ａｂとで囲まれる磁石取付部１１Ａｃに軸方向に複数個に分割された永久磁石１３が貼り付けられている。回転子シャフト１１Ａは、第二大径部１１Ａｂが回転子シャフト１１Ａの一方の端部側であって、保持リング１４Ａの圧入方向上流側となるように配置される。保持リング１４Ａの圧入方向にて最下流側に貼り付けられた永久磁石１３と鍔部１１Ａａａとの間には、接着剤１５が充填されている。

【0054】

図８において、保持リング１４Ａは、回転子シャフト１１Ａの一方の端部側からこの他方の端部側（図８中右側から左側）に向かって１個ずつ圧入される。保持リング１４Ａは第二大径部１１Ａｂのテーパ面１１Ａｂａに沿って径が徐々に広がり、締め代分が膨らんだ状態で所定の位置まで圧入されて、永久磁石１３を固定することになる。図７に示すように、保持リング１４Ａは、永久磁石１３の外周面１３ｃに嵌合された状態となる。なお、圧入時の荷重を低減させるために、第二大径部１１Ａｂａと永久磁石１３の外周面１３ｃに潤滑剤を塗布して、摩擦力を下げた状態で保持リング１４Ａを圧入することもできる。

【0055】

第二大径部１１Ａｂのテーパ面１１Ａｂａに沿って、保持リング１４Ａの径が徐々に広がりながら圧入されるため、保持リング１４Ａの内周面に応力集中が発生しにくくなり、保持リング１４Ａの強度の低下を抑制できる。また、回転子シャフト１１Ａの一方の端部側で、保持リング１４Ａの圧入方向最上流側に貼り付けられた永久磁石１３にあっては、この外周面１３ｃが回転子シャフト１１Ａの軸方向に沿い保持リング１４Ａの圧入方向上流側へ向かうに従い回転子シャフト１１Ａの中心軸Ｃ２側へ傾き可能に配置されることから、永久磁石が傾かない場合と比べて、第二大径部１１Ａｂから保持リング１４Ａの圧入方向上流側に貼り付けられた永久磁石１３へ保持リング１４Ａが円滑に移動することになる。

【0056】

したがって、本実施例によれば、回転子シャフト１１Ａの外周面にて軸方向および周方向で隣接して配置された複数の永久磁石１３と、回転子シャフト１１Ａの一方の端部側から複数の永久磁石１３の外側に圧入されて当該複数の永久磁石１３を回転子シャフト１１Ａに保持する保持リング１４Ａと、複数の永久磁石１３に対し回転子シャフト１１Ａの軸方向で隣接して設けられ、圧入される保持リング１４Ａの内周面と面接触しつつ当該保持リング１４Ａが回転子シャフト１１Ａの一方の端部側から回転子シャフト１１Ａの他方の端部側へ向かうに従い当該保持リング１４Ａを徐々に拡径しながら永久磁石１３側へ案内するリング案内部をなす第二大径部１１Ａｂとを備えることで、保持リング１４Ａを圧入したときに、保持リング１４Ａの径が瞬間的に広げられることなく徐々に広げられていくことになる。そして、保持リング１４Ａがさらに圧入されると、保持リング１４Ａの径が広げられた状態のまま、第二大径部１１Ａｂの外周面から永久磁石１３の外周面１３ｃへと滑らかに移動することになる。そのため、保持リング１４Ａの内周面に対して永久磁石１３の軸方向端部（角部）が点接触したり面接触したりすることが無く、この接触による保持リング１４Ａの内周面への応力集中をなくすことができる。永久磁石や保持リングを特殊な形状に加工する必要が無く、第二大径部１１Ａｂを設けただけである。よって、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リング１４Ａへの応力集中を抑制することができる。

【0057】

第二大径部１１Ａｂの外周面の径は、回転子シャフト１１Ａの軸方向に沿い、永久磁石１３側からその反対側へ向かうに従い漸減していることにより、圧入される保持リング１４Ａの内周面と第二大径部１１Ａｂの外周面のテーパ面１１Ａｂａとが面接触すると共に、保持リング１４Ａの径が瞬間的に広げられることなく徐々に広げられていくことになる。永久磁石や保持リングを特殊な形状に加工する必要が無く、第二大径部１１Ａｂの外周面のみを加工しただけである。よって、簡易な構成にて、電気特性を保持しつつ、圧入時における保持リング１４Ａへの応力集中を確実に抑制することができる。端板自体の製造が不要となるため、端板の製造コストおよび端板を回転子シャフト１１Ａに焼き嵌めをするまでの作業工程を削減することができる。また、端板を無くすことで、図７に示すように、第一の実施例では端板を支持していた両端の保持リングの挿入も不要となり、保持リングの使用量を削減できる。

【0058】

永久磁石１３が配置された回転子シャフト１１Ａの外周面のうち第二大径部１１Ａｂに隣接する部分の径は、回転子シャフト１１Ａの軸方向に沿い、リング案内部をなす第二大径部１１Ａｂ側へ向かうに従い漸減していることにより、圧入される保持リング１４Ａの第二大径部１１Ａｂａから永久磁石１３への移動がより円滑になる。

【0059】

永久磁石１３が配置された回転子シャフト１１Ａの外周面のうち第二大径部１１Ａｂに隣接する部分にて径の漸減割合（テーパ面１１Ａｃａのテーパ角θ）は、回転子シャフト１１Ａの軸方向にて、第二大径部１１Ａｂの外周面の径の漸減割合（テーパ面１１Ａｂａのテーパ角θ）と同じであることにより、圧入される保持リング１４Ａの内周面が永久磁石１３の外周面１３ｃとより確実に面接触することとなり、圧入時における保持リング１４Ａへの応力集中をより確実に抑制することができる。

【0060】

第二大径部１１Ａｂは、軸方向にて、永久磁石１３に隣接する端部側の外周面の高さが永久磁石１３の外周面１３ｃの高さと同じであることにより、保持リング１４Ａを圧入したときに、保持リング１４Ａが第二大径部１１Ａｂの外周面から永久磁石１３の外周面１３ｃ側へ円滑に移動することができる。

【実施例3】

【0061】

本発明の第三の実施例として、第一,第二の実施例で用いていた保持リングとしても使用できる、保持リング１４Ｂ（図１１Ａ参照）について説明する。

【0062】

この保持リング１４Ｂの製法を説明する。まず、炭素繊維を、周方向に沿い切れ目なく一方向に、フィラメントワインディング法により、予め決めたリング幅（指定の軸方向幅）になるまで巻き回す。このとき、炭素繊維の巻き回し始点は内周側に配置され、炭素繊維の巻き回し終点は外周側に配置される。このようにして巻き回した円筒状の炭素繊維に、エポキシ樹脂などの合成樹脂を浸みこませて、保持リング１４Ｂを製造する。つまり保持リング１４ｂは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の、いわば「連続巻き品」である。

【0063】

この保持リング１４Ｂを、永久磁石が配置された回転子シャフトに圧入することにより、永久磁石式回転電機の回転子が構成される。この回転子は、高速（例えば、10,000min^-1以上）で回転するため、保持リング１４Ｂの外周面には、空気に接触することによる剥離力が作用する。
この保持リング１４Ｂでは、その外周面に炭素繊維の巻き回し終点が１箇所あるのみである。したがって、空気による剥離力による剥離開始点は、上記の炭素繊維の巻き回し終点の１箇所のみであり、剥離開始点を最小限に抑えることができる。このため、保持リング１４Ｂは、炭素繊維が本来持っている強度を十分に発揮することができる。この結果、連続巻き品である保持リング１４Ｂは、大きな圧入荷重が作用してもこれに耐えることができる、信頼性の高い部材となる。

【0064】

ここで比較例として、図１１Ｂを参照して、従来の保持リング１０１について説明する。この保持リング１０１の製法を説明する。まず、フィラメントワインディング法により炭素繊維を巻回して、軸方向寸法が長い円筒部材を作り、この円筒部材に合成樹脂を浸みこませて、炭素繊維プラスチック（ＣＦＲＰ）製のリング部材１００を製造する。このリング部材１００を、予め決めたリング幅（指定の軸方向幅）ごとに、輪切りにして切断し、ＣＦＲＰ製の保持リング１０１を製造していた。従来の保持リング１０１は、いわば「切断品」である。

【0065】

ＣＦＲＰ製の保持リング１０１の端面（切断面）には、炭素繊維の切れ目が無数に存在することとなる。このため、保持リング１０１の内径側から外径側に向かう内圧を加えて破壊させるリングバースト試験をしたところ、保持リング１０１の端面（切断面）の炭素繊維が最初に剥離し、そこを起点に剥離が拡大して破壊するモードが確認された。つまり、炭素繊維の強度を十分に発揮できていないことがわかった。このため、上述のようにリング部材１００を軸方向に複数分割して製造した保持リング１０１においては、保持リング１０１の破壊の起点を増やすことになり、高速回転体に使用するのは好ましくない。

【0066】

なお、保持リングの内径側から外径側に向かう内圧を加えて破壊させるリングバースト試験において、切断品である保持リング１０１と、連続巻き品である保持リング１４Ｂの破壊モードを比較したところ、切断品（保持リング１０１）は５個中３個が炭素繊維の「剥離」で破壊したのに対して、連続巻き品（保持リング１４Ｂ）は５個全て炭素繊維の「破断」で破壊することがわかった。これにより、破壊の強度（５個の平均値）は、連続巻き品（保持リング１４Ｂ）の方が切断品（保持リング１０１）に対して、１割ほど高くできた。

【実施例4】

【0067】

次に本発明の第四の実施例として、第三の実施例の保持リング１４Ｂを備えた回転子１０Ｂを、図１２Ａ,図１２Ｂを参照して説明する。

【0068】

この回転子１０Ｂは、回転子シャフト１１Ｂの周面に永久磁石１３を配置し、永久磁石１３の外周面に、保持リング１４Ｂを圧入したものである。なお、図１２Ａは保持リング１４Ｂを圧入する前の状態を、図１２Ｂは保持リング１４Ｂを圧入した後の状態を示している。

【0069】

本例において、回転子シャフト１１Ｂは、図中でαで示す方向に回転する。また保持リング１４Ｂでは、炭素繊維は内周側を巻き回しの始点として、図中でβで示す方向に巻き回され、炭素繊維の巻き回しの終点は、外周側となる。
この例において重要なのは、回転子シャフト１１ｂの回転方向αに対して、保持リング１４Ｂの炭素繊維の巻き回し方向βが逆方向になるように、保持リング１４Ｂを回転子シャフト１１Ｂに備えていることである。

【0070】

保持リング１４Ｂが備えられた回転子１０Ｂが回転する際には、保持リング１４Ｂの外周面は、数百ｍ／ｓの高速な風による空気抵抗に起因する剥離力を受ける。この場合であっても、回転子シャフト１１ｂの回転方向αと、保持リング１４Ｂの炭素繊維の巻き回し方向βとが逆方向になっているため、炭素繊維の巻き回しの終点は、空気抵抗による剥離力を受けても、剥離しにくくなる。

【0071】

ここで、各実施例の変形例を、以下に説明する。
上記の第１の実施例では、回転子シャフト１１の外周にて周方向および軸方向に隣接して配置された複数の永久磁石１３と、回転子シャフト１１の軸方向にて複数の永久磁石１３と隣接して配置される一対の端板１２とを備え、一対の端板１２の外周面１２ｃにテーパ面１２ｃａがそれぞれ形成された永久磁石式回転電機の回転子１０を用いて説明したが、回転子シャフト１１の外周にて周方向および軸方向に隣接して配置された複数の永久磁石１３と、回転子シャフト１１の軸方向にて複数の永久磁石１３と隣接して配置される一対の端板１２とを備え、一方の端板１２の外周面１２ｃにテーパ面が形成された永久磁石式回転電機の回転子とすることも可能である。このような永久磁石式回転電機の回転子であっても、上述した永久磁石式回転電機の回転子１０と同様な作用効果を奏する。また、周方向および軸方向に隣接して配置された複数の永久磁石１３に限定されず、回転子シャフトの外周に配置された永久磁石であれば同様な作用効果を奏する。

【0072】

上記の第２の実施例では、テーパ面１１Ａｃａが設けられた磁石取付部１１Ａｃを有する回転子シャフト１１Ａを備える回転電機の回転子１０Ａを用いて説明したが、テーパ面１１Ａｃａが設けられていない磁石取付部を有する回転子シャフトを備える回転電機の回転子とすることも可能である。

【符号の説明】

【0073】

１０，１０Ａ,１０Ｂ 永久磁石式回転電機の回転子
１１ 回転子シャフト
１１ａ 大径部
１１ｂ 小径部
１１ｂａ 磁石取付部
１１Ａ,１１Ｂ 回転子シャフト
１１Ａａ 第一大径部
１１Ａａａ 鍔部
１１Ａｂ 第二大径部（リング案内部）
１１Ａｂａ テーパ面
１１Ａｃ 磁石取付部
１１Ａｃａ テーパ面
１２ 端板（リング部材、リング案内部）
１２ａ 端部
１２ｂ 端部
１２ｃ 外周面
１２ｃａ テーパ面
１３ 永久磁石
１３ｃ 外周面
１４，１４Ａ，１４Ｂ 保持リング（ＣＦＲＰリング）
１５ 接着剤
Ｃ１，Ｃ２ 中心軸（回転軸）
ｄ１ 端板の厚さ
ｄ２ 端板の厚さ
Ｌ 隙間
Ｘ 保持リングの圧入方向
θ テーパ角

【要約】

回転子シャフト（１１）の外周面に配置された永久磁石（１３）と、回転子シャフト（１１）の一方の端部側から永久磁石（１３）の外側に圧入されて永久磁石（１３）を回転子シャフト（１１）に保持する保持リング（１４）と、永久磁石（１３）に対し回転子シャフト（１１）の軸方向で隣接して設けられ、圧入される保持リング（１４）の内周面と面接触しつつ保持リング（１４）が回転子シャフト（１１）の一方の端部側から回転子シャフト（１１）の他方の端部側へ向かうに従い保持リング（１４）を徐々に拡径しながら永久磁石（１３）側へ案内する端板（１２）とを備える。このため、圧入時における保持リング（１４）への応力集中を抑制することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】