JP2008295178A - 永久磁石式回転機の回転子構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転に対する耐性を向上させると共に、回転トルクの伝達に優れ、且つ生産性が高い永久磁石式回転機の回転子構造を提供する。
【解決手段】回転軸１が、表面に軸方向に沿って延設された複数の凹溝１ａを有する一方、永久磁石が、軸方向に延びると共に回転軸１の外周面に沿って径方向の幅が同一である円弧状に形成され、回転軸１表面の隣り合う凹溝１ａ間に配置される複数の第一磁石片２と、軸方向に延び、径方向外側に位置する外周面が第一磁石片２と同一の外径を有する円弧状であると共に、第一磁石片２に比較して径方向の幅が肉厚に形成されて、軸心側に位置する部分が凹溝１ａに嵌入するように、隣接する第一磁石片２間に配される複数の第二磁石片３とからなるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石式回転機の回転子構造に関し、とくに超高速回転の永久磁石式同期電動機および永久磁石式同期発電機の回転子構造に関する。

従来、主に超高速の永久磁石式同期電動機、永久磁石式同期発電機等に用いられる回転子構造としては、円筒状の永久磁石（リング磁石ともいう）、又は円筒状の永久磁石を周方向に分割したものを、円筒状の非磁性高強度材（以下、補強リング）で圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めした回転子構造がある（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来の回転子構造の一例であり、回転軸１０１の外周部に配した円筒状の永久磁石１０２に、補強リング１０４を設けたものである。

図７に示すような回転子構造においては、高速回転時に永久磁石の内径側に該永久磁石の許容引張応力を超える引張応力が作用しないように締め代を設けることで永久磁石の破損を防止している。

また、円筒状永久磁石を複数個の磁石片に分割し、分割された永久磁石の外周に補強リングを嵌める回転子構造においては、永久磁石を周方向に分割しているため、円筒状のリング磁石と比べて遠心力により永久磁石の内径側に働く引張応力が低減される。なお、遠心力により永久磁石の内径側に働く引張応力は、永久磁石の分割数が多いほど低減される。

このような従来の回転子構造においては、高速回転時に遠心力によって軸と永久磁石とが離れないように締め代をとる、または、軸と永久磁石とを接着することによって永久磁石に働く回転トルクを回転軸に伝達するように構成されている。補強リングとしては、渦電流損失低減のために炭素繊維などの高強度繊維や、非磁性金属線を用いた例もある。

しかし、円筒状の永久磁石を用いる回転子構造においては、ロータの発熱や急加減速時の慣性力などにより円筒形状の永久磁石と回転軸とを接着している接着剤が剥がれると、永久磁石に働く回転トルクが回転軸に伝わらなくなる虞がある。そのため、トルク伝達を目的とした溝を回転軸等に設け、永久磁石に働く回転トルクを、厚みの異なる磁石を用いることにより軸に伝達させるようにした回転子構造も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

このような回転子構造においては、永久磁石に働く回転トルクを回転軸に伝達することができるので、接着剤が剥がれてもモータ駆動を継続することができる。具体的には、永久磁石の厚肉部と薄肉部との肉厚差寸法が、前記永久磁石と前記ヨーク間に形成される隙間に対して大きくなるように設定され、永久磁石の肉厚部がヨークの肉薄部に入って嵌り合うような状態になり、高いトルクを伝達することができる。

例えば上記特許文献２に記載のものは、永久磁石の厚肉部と薄肉部の切り替わり部形状は鋭角のないウェーブ形状で形成され、永久磁石およびヨークにおける応力集中を防止している。また、温度変化により磁石内周とヨーク外周間の隙間が変化した場合であっても、磁石の変形を小さく抑えることができ、熱膨張による破損を防止できる。

一方、上述した円筒状の永久磁石を用いる回転子構造に対して、円柱状の永久磁石を補強リングで圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めした回転子構造もある（例えば、特許文献３参照）。

このような円柱状の永久磁石を用いる回転子構造においても、上述した円筒状の永久磁石を用いる場合と同様、高速回転時に永久磁石の内径側に該永久磁石の許容引張応力を超える引張応力が作用しないように締め代を設けることで永久磁石の破損を防止している。

なお、補強リングと回転軸は、永久磁石の両端で圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めまたは溶接される。そして、高速回転時の遠心力によって補強リングと永久磁石、または補強リングと回転軸とが離れないように締め代を取ることで、永久磁石に働く回転トルクを回転軸に伝達するようになっている。

このような円柱状の永久磁石を用いる回転子構造にあっては、永久磁石の外径及び長さが同一であっても、上述した円筒状の永久磁石を用いる場合に比較して遠心力に対する耐性に優れ、磁石磁束が大きいという利点がある。

特開平０２−２４１３３９号公報 特開平０９−０５６０９２号公報 特開２００２−１４２３９３号公報

しかしながら、上述した円筒状の永久磁石を用いる回転子構造においては、永久磁石の許容引張応力を超える引張応力が作用することを防止するため、または遠心力や使用温度条件によって回転軸と永久磁石とが離れることがないようにするためには締め代を大きく取る必要があり、圧入または焼き嵌め温度を実用上困難な温度、換言すると大量生産には不向きな温度まで上昇させる必要があるという問題があった。締め代を大きく取るために実用上困難な温度とする必要があるのは冷やし嵌めを行う場合であっても同様であり、生産性の向上を妨げる虞があった。

また、永久磁石の回転トルクを、軸と永久磁石を接着することで軸に伝達するような回転子構造にあっては、高温環境下（１００℃以上）では接着剤の機能が低下するおそれがある。接着剤の機能の低下により一度永久磁石が回転軸から剥がれると再度接着状態とはならないために、上記高温環境下では回転軸と永久磁石とが分離してトルクを軸に伝達できなくなる可能性があった。

また、補強リングとして高強度繊維を用いる場合、該高強度繊維は熱膨張係数が小さいために焼き嵌めが困難であることから、圧入または永久磁石を冷やし嵌めすることとなる。しかし、永久磁石の熱膨張係数は鉄の約半分であるため、締め代を大きく取ることが困難となり、永久磁石の許容引張応力を超える引張応力が作用することを防止すること、遠心力や使用温度条件によらず軸と永久磁石とが離れないようにすることが難しかった。

また、特許文献２に記載されるような回転子構造にあっては、永久磁石が周方向に分割されているので該永久磁石の遠心力によって生じる応力が低減されると共に、分割された永久磁石である磁石片が肉厚差（肉厚部および肉薄部）を持つ構造であるため、回転軸との噛み合わせが良い。しかし、前記永久磁石は、一つの磁石片に肉厚部と肉薄部が存在するため、肉厚部と肉薄部の高速回転時の遠心力による遠心応力の違いから、磁石が破損し易いという問題が考えられた。さらに、一つの永久磁石の磁石片に肉厚部と肉薄部が存在するため、加工寸法精度により対向する回転軸との間に形成される隙間寸法が異なり、この隙間寸法の差異が接着剤充填時の押圧力に差を生じさせてしまい、接着強度が安定しないという問題が考えられた。

更に、特許文献３に記載されるような回転子構造においては、永久磁石の許容引張応力を超える引張応力が働かないように締め代を設定すると、締め代が大きくなり、圧入または焼き嵌め温度を実用上困難な温度、換言すると大量生産に不向きな温度まで上昇させる必要が生じることが考えられ、生産性の向上が抑制される虞があった。これは冷やし嵌めを行う場合であっても同様である。

また、円柱状の永久磁石を用いる場合には、永久磁石を挟んで回転軸を分断させることとなる。回転軸を永久磁石の両端に固定する方法としては、回転軸を補強リングで圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めするか、回転軸と補強リングとを溶接で固定する方法があるが、回転軸の歪や剛性に注意が必要であり、作業が煩雑であった。

そして、回転軸を補強リングで圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めする場合、永久磁石に働く回転トルクを補強リングに伝達し、更に回転軸に伝達することとなるため、遠心力や使用温度条件で補強リングと回転軸、及び補強リングと永久磁石が離れることがないように締め代を取ると、締め代が大きくなり、圧入または焼き嵌め温度を実用上困難な温度、換言すると大量生産に不向きな温度まで上昇させる必要が生じることが考えられる。これは冷やし嵌めを行う場合であっても同様であり、生産性の向上が妨げられる虞があった。

このようなことから本発明は、高速回転に対する耐性を向上させると共に、回転トルクの伝達に優れ、且つ生産性が高い永久磁石式回転機の回転子構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、回転軸の外周部に、円筒状に配設された永久磁石と、円筒形状を有し前記永久磁石の外周部に配設された補強部材とを備える永久磁石式回転機の回転子構造において、前記回転軸が、表面に軸方向に沿って延設された複数の凹溝を有する一方、前記永久磁石が、軸方向に延びると共に前記回転軸の外周面に沿って円弧状に形成され、径方向の幅が同一であって、前記回転軸表面の隣り合う前記凹溝間に配置される複数の第一磁石片と、軸方向に延び、径方向外側に位置する外周面が前記第一磁石片と同一の外径を有する円弧状であると共に、前記第一磁石片に比較して径方向の幅が肉厚に形成されて、軸心側に位置する部分が前記凹溝に嵌入するように、隣接する前記第一磁石片間に配される複数の第二磁石片とからなることを特徴とする。

第２の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１の発明において、前記凹溝の相互に対向する一対の側面がそれぞれ径方向に沿って傾斜し、且つ前記第二磁石片の軸心側の部分を該凹溝に嵌合する形状としたことを特徴とする。

第３の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１の発明において、前記凹溝の相互に対向する一対の側面がそれぞれ相互に平行であり、前記凹溝の底面部と前記側面とがなす角度が直角であって、且つ、前記第二磁石片の軸心側の部分を該凹溝に嵌合する形状としたことを特徴とする。

第４の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１又は第３のいずれかの発明において、磁極と異なる位置に配置された前記第二磁石片に変えて、前記第二磁石片と同一形状に形成されると共に、前記永久磁石に比較して高強度を有する非磁性金属材を用いることを特徴とする。

第５の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記第二磁石片の軸心側に位置する一対の角部が円弧状に形成されたことを特徴とする。

第６の発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造は、第１乃至第５のいずれかの発明において、前記第二磁石片の前記回転軸に対向する内周面が、前記回転軸と同軸の円弧状に形成されたことを特徴とする。

上述した本発明に係る永久磁石式回転機の回転子構造によれば、第一磁石片の径方向の幅に比較して第二磁石片の径方向の幅を肉厚に形成し、第二磁石片が回転軸の凹溝に嵌合するように構成されていることにより、回転軸との噛み合わせを向上させることができると共に、加工寸法精度（隙間寸法精度）に依存せず第一及び第二磁石片を回転軸に押圧でき、接着剤充填時の押圧力に差が生じない。また、永久磁石に働く回転トルクを、回転軸に設けた凹溝に第二磁石片を嵌合させることで回転軸に伝達することができるため、第一及び第二磁石片と、回転軸とを接着剤によって接着固定した後に接着力が低下しても回転トルクを伝達でき、高温環境下等においても使用することが可能になる。
更に、第一および第二磁石片の径方向の幅、即ち肉厚を各々ほぼ一定としたことにより、該第一、第二磁石片において遠心応力の差が生じないため、磁石の破損を抑制することができる。

更に、第一及び第二磁石片が周方向に分離されているため、円筒状であって一体に形成された永久磁石、換言すると、無分割のリング磁石を用いる場合に比較して磁石渦電流損失を低減することができるとともに、遠心力によって第一、第二磁石片それぞれの軸心側に作用する引張応力を低減することができるので、リング磁石を用いる場合に比較して締め代を小さくすることができ、圧入温度を低く設定することが可能となる。

また、凹溝１ｂの底部と側壁とがなす角度を直角にし、第二磁石片を凹溝の形状に合わせて製作すれば、凹溝の加工が容易になり、低コスト化が可能となる。

また、磁極と異なる位置に配された第二磁石片に変えて、永久磁石よりも強度が高い非磁性金属材を適用すれば、磁石片が破損して回転軸に回転トルクを伝達できなくなるという虞を大きく低減することができ、更に、何らかの原因で永久磁石が破損したとしても、非磁性金属材は剛性が大きく破損しにくいため、該非磁性金属材によって回転軸に回転トルクを伝達し続けることができる。

また、第二磁石片の軸心側に位置する角部を円弧状に形成すれば、回転子の高速回転に伴う遠心力によって該角部に引張応力が集中することを防止することができ、より高速回転に好適な構成となる。

また、回転軸と第二磁石片との接触面、即ち凹溝の底面と第二磁石片の内周面を円弧状にすれば、補強リング４を設けることによって、第二磁石片の軸心側に位置する内周面と、径方向に沿って形成され前記内周面に連続する面である側壁面とによって形成される角部に発生する応力の集中を抑制することができる。

本発明の実施の形態を以下に示す実施例において詳細に説明する。

以下、図１に基づいて本発明の第１の実施例を説明する。図１（ａ）は本実施例に係る回転子を一部破断して示す概略構造図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ視断面図である。

図１に示すように、本実施例における永久磁石式回転機の回転子構造は、回転軸１に２箇所以上（図では４箇所）の凹溝１ａを設ける一方、概ね円筒状の永久磁石を周方向に中心から放射状に分割した形状であって、相互に厚みの異なる第一磁石片２および第二磁石片３を、上記回転軸１の外周部に４個以上（図は永久磁石８個）配置し、補強リング４を圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めして製作するものである。

回転軸１は、その外周面に軸心方向に沿って延びる複数（図１では４箇所）の凹溝１ａを有している。全ての凹溝１ａは、同一形状に形成されると共に周方向に対して間欠的且つ等間隔に配置されている。また、図１（ｂ）に示すように、それぞれの凹溝１ａの軸心側に位置する面である底面及び相互に対向する一対の面である側面はそれぞれ平面状に形成されている。更に、上記凹溝１ａの一対の側面は各々径方向に沿った傾斜を有し、これにより、凹溝１ａの周方向の幅は径方向外側へ向かうに従って幅広になるように形成されている。

また、第一磁石片２および第二磁石片３（本実施例ではそれぞれ４個）は、それぞれ軸方向に延設されると共に回転軸１の外周面に沿ってほぼ円弧状に形成される一方、相互に径方向の厚さが異なり、第一磁石片２に対して第二磁石片３が肉厚に形成されている。第一磁石片２および第二磁石片３は回転軸１の外周部に交互に配設されており、換言すると、回転軸１の表面に配設されたほぼ円筒状の永久磁石を、周方向に８分割し、交互に肉厚を変化させた構成となっている。

第一磁石片２の外径と第二磁石片３の外径は相互に等しく形成されており、これによって、回転軸１の表面に配設された第一磁石片２および第二磁石片３は、それぞれの外周面が周方向に滑らかに連続して断面視真円を形成しているのに対し、内周面は、周方向に対して凹凸に形成されている。なお、第一磁石片２の内径は回転軸１の外径とほぼ同一であり、且つ、第二磁石片３の軸心側に位置する部分は、凹溝１ａに嵌合する形状となっている。

更に、第一磁石片２および第二磁石片３の外周には補強リング４が施され、第一磁石片２および第二磁石片３は該補強リング４によって保持されている。

本実施例の永久磁石式回転機の回転子構造によれば、回転軸の周面に配設する永久磁石の磁石片２，３を、第一磁石片２に比較して第二磁石片３が肉厚になるような構造とすることにより、回転軸１との噛み合わせを向上させることができる。さらに、第一磁石片２、第二磁石片３は、各々の肉厚がほぼ一定であり、これら磁石片２，３において遠心応力の差が生じないため、磁石の破損を抑制することができる。さらに加えて、第一磁石片２と第二磁石片３とが肉厚差を有するため、加工寸法精度（隙間寸法精度）に依存せず磁石片２，３を回転軸１に押圧でき、接着剤充填時の押圧力に差が生じない。

更に、磁石片２，３が周方向に分離された状態となっているため、円筒状且つ一体に形成された永久磁石、換言すると、無分割のリング磁石を用いる場合に比較して磁石渦電流損失を低減することができるとともに、遠心力によって磁石片２，３の軸心側に作用する引張応力を低減することができる。

また、磁石片２，３が肉厚差を有し、第二磁石片３が回転軸１の凹溝１ａに嵌合するように構成されているため、永久磁石と回転軸１との噛み合わせが向上する。さらに、回転軸１に設けた凹溝１ａに第二磁石片３を嵌合させることで、永久磁石に働く回転トルクを回転軸１に伝達することができるため、永久磁石即ち磁石片２，３と、回転軸１とを接着剤によって接着固定した後に接着力が低下しても回転トルクを伝達でき、高温環境下等においても使用することが可能になる。

更に、永久磁石が第一磁石片２と第二磁石片３とに分離されているため、リング磁石を用いる場合に比較して締め代を小さくすることができ、圧入温度を低く設定することが可能となる。表１に、本実施例の永久磁石式回転機の回転子構造における補強リングの圧入温度と、図７に示した従来の回転子構造における補強リングの圧入温度を算出した例を示す。

表１に示す圧入温度は、回転子の周速度を２０７ｍ／ｓ、周囲温度を１５０℃、永久磁石に働く引張応力を７０ＭＰａとして、永久磁石と軸の初期締め代なし（隙間があると圧入温度はさらに高くなる）、周速度２０７ｍ／ｓ時に磁石と軸が離れないことを条件として算出した。

本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造の場合、厚みの大きい第二磁石片３が回転軸１の凹溝１ａの深さに比較して遠心方向に大きく変位しなければ、必ずしも圧入する必要はない。しかしながら、圧入しない場合は静止時に磁石片２，３と補強リング４との間に間隙が形成され、この状態で回転子を回転させると、補強リングが空転してしまい、磁石片２，３が破損する虞がある。従って、使用温度範囲に応じて圧入を行えば好適である。なお、表１に示す値は、このような点を考慮して算出したものである。

表１に示すように本実施例の回転子においては、上述した点を考慮した場合であっても、補強リングとしてチタン合金、ニッケル合金、ステンレス、アルミ合金のうちどの材質を用いた場合も、圧入温度２００℃程度で補強リングの空転がなく、トルクを回転軸に伝達することが可能であった。即ち、本実施例によれば、従来のリング磁石を用いる回転子構造に比較して、大幅に圧入温度を低下させた低温圧入が可能である。

なお、圧入温度は２００℃に限らず、磁石と補強リングの間に隙間ができない程度に圧入できればよいことはいうまでもない。また、本実施例においては補強リングとして非磁性金属を用いる例を示したが、補強リングとしては磁性体または高強度繊維等を用いても同様の効果が得られる。

図２に基づいて、本発明の第２の実施例を説明する。図２は本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造を示す概略断面図である。本実施例は、図１（ａ）に示し上述した回転子構造における第一磁石片２、第二磁石片３に変えて、図２に示す第一磁石片１２、第二磁石片１３を用いる例である。その他の構成は図１（ａ）に示し実施例１において説明したものと概ね同様である。以下、図１に示し上述した部材と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

図２に示すように、本実施例における永久磁石式回転機の回転子構造は、回転軸１に２箇所以上（図２では４箇所）の凹溝１ｂを設ける一方、円筒状の永久磁石を８分割した形状であって、相互に厚みの異なる第一磁石片１２および第二磁石片１３を、上記回転軸１の外周部に４個以上（図は永久磁石８個）配置し、補強リング４を圧入または焼き嵌めまたは冷やし嵌めして製作するものである。

回転軸１は、その外周面に軸心方向に沿って延びる複数（図２では４箇所）の凹溝１ｂを有している。全ての凹溝１ｂは、同一形状に形成されると共に周方向に対して間欠的且つ等間隔に配置されている。そして、それぞれの凹溝１ｂの相互に対向する一対の側面は各々平行に形成され、且つ凹溝１ｂの底部と側壁とがなす角度が直角になるようにしている。これにより、凹溝１ｂの周方向の幅は一定となっている。

また、第一磁石片１２および第二磁石片１３（本実施例ではそれぞれ４個）は、それぞれ軸方向に延設されてほぼ円弧状を有する一方、相互に径方向の厚さが異なる。具体的には、第一磁石片１２に対して第二磁石片１３が肉厚に形成されているとともに周方向に交互に配設されている。第一磁石片１２の外径と第二磁石片１３の外径は等しく、これにより、回転軸１の表面に配設された第一磁石片１２および第二磁石片１３は、それぞれの外周面が周方向に滑らかに連続しているのに対し、内周面は、周方向に対して凹凸に形成されている。なお、第一磁石片１２の内径は回転軸１の外径とほぼ同一であり、且つ、第二磁石片１３の軸心側に位置する部分は、凹溝１ｂに嵌合する形状となっている。

上述した実施例１においては、図１に示すように回転軸１の軸心から放射状に永久磁石を分割した状態となるように磁石片２，３を配した例を示したが、その場合、回転軸１の凹溝１ａの側壁に傾斜を施す必要があり、凹溝１ａの加工にコストがかかることが考えられる。

これに対し本実施例によれば、図２に示すように、凹溝１ｂの底部と側壁とがなす角度を直角にし、磁石片１２，１３を凹溝１ｂの形状に合わせて製作することにより、凹溝１ｂの加工が容易になり、実施例１に比較して低コストに回転子を製作することができる。

ただし、永久磁石を中心から放射状に分割していないため、遠心力で永久磁石と補強リングが接触した状態では、永久磁石の角部に圧縮応力集中が働くことが考えられるため、設計時に注意が必要となる。

図３に基づいて、本発明の第３の実施例を説明する。図３は本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造を示す概略断面図である。

図３に示すように、本実施例は、上述した実施例１において、磁極と異なる位置（例えば、図１中左右方向）にある第二磁石片３に変えて、永久磁石に対して強度が高い非磁性金属２６を配設する例である。非磁性金属２６は、第二磁石片３と同一形状に形成するものとする。その他の構成は図１に示し実施例１において説明したものと概ね同様であり、図１に示し上述した部材と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

上述した実施例１においては、回転軸１上に永久磁石として磁石片２，３のみを配置しているが、回転軸１に設けた溝１ａで磁石片３を支えることにより、磁石片２，３に働く回転トルクを回転軸１に伝達する構成であるため、回転トルクが大きくなると、磁石片３が破損し、回転軸１に回転トルクを伝達できなくなる可能性が考えられる。

これに対し、本実施例によれば、例えば二極機の場合は、実施例１で磁極と異なる位置（図１中左右方向）に配された磁石片３に変えて、図３に示し上述したように、永久磁石よりも強度が高い非磁性金属材（たとえばステンレス鋼など）を適用することにより、実施例１の回転子構造に比較して、磁石片３が破損して回転軸１にトルクを伝達できなくなるという可能性を大きく低減することができる。このことは、図２に示し上述した実施例２の回転子構造に対しても同様である。

更に、非磁性金属２６は剛性が大きく破損しにくいため、何らかの原因で永久磁石が破損したとしても、該非磁性金属２６によって回転軸１にトルクを伝達し続けることができる。

ただし、永久磁石に変えて非磁性金属材を適用することにより磁石量が減るため、必要最大トルク値や軸溝の数などにより永久磁石と非磁性金属材のどちらを選択すれば好適か
を十分検討する必要がある。

図４に基づいて本発明の第４の実施例を説明する。図４（ａ）は本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造の概略断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ部の拡大図である。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本実施例は、図１に示し上述した実施例１における第二磁石片３に変えて、図４に示す第二磁石片３３を用いる例である。第二磁石片３３は、実施例１において説明した第二磁石片３に比較して、軸心側に位置する面である内周面と、径方向に沿って形成された面である側壁面とから構成される角部３３ａ，３３ｂが断面視円弧状に形成されている点で異なる。その他の構成は図１に示し実施例１において説明したものと概ね同様であって、図１に示し上述した部材と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

上述した本実施例によれば、第二磁石片３３の角部３３ａ，３３ｂを断面視円弧状に形成することにより、回転子の高速回転に伴う遠心力によって第二磁石片３３の角部３３ａ，３３ｂに対して引張応力が集中することを防止することができるため、上述した実施例１による効果に加えて更に高速回転に好適な構成とすることができる。

図５に基づいて本発明の第５の実施例を詳細に説明する。図５（ａ）は本実施例に係る永久磁石式回転機の回転子構造の概略断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ部の拡大図である。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本実施例は、図１に示し上述した実施例１における回転軸１の凹溝１ａ、及び第二磁石片３に変えて、図５に示す凹溝１ｃ、及び第二磁石片４３を用いる例である。

凹溝１ｃは、実施例１における凹溝１ａに比較して、軸心側に位置する面である底面が回転軸１と同軸に形成された円弧状となっているものである。また、第二磁石片４３は、実施例１における第二磁石片３に比較して、軸心側に位置する面である内周面４３ａが、凹溝１ｃと同様、円弧状に形成されているものである。その他の構成は図１に示し実施例１において説明したものと概ね同様であって、図１に示し上述した部材と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

上述した本実施例によれば、回転軸１と第二磁石片４３との接触面、即ち凹溝１ｃの底面と第二磁石片４３の軸心側に位置する内周面を円弧状にしたことにより、該第二磁石片４３の内周面と径方向に沿って形成される側壁面とからなる角部に対し、補強リング４を設けることによって発生する応力の集中を抑制することができる。

これにより、締め代が大きい補強リングをはめ込む場合であっても、実施例１の構成に比較して応力の集中を抑制し、圧縮応力によって永久磁石が破損することを防止することができる。従って、締め代が大きい補強リングを使用することが可能となり、高速回転に好適な構成とすることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限らず、例えば複数の実施例を組み合わせるなど本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。また、上述した実施例では図１（ａ）に示すように、端板５を大径部と小径部とを有する形状とし、ほぼ同一の厚みを有する円筒状の補強リング４に嵌合するような構成としたが、例えば、図６に示すように、補強リング１４の端部に薄肉部を設け、端板１５をほぼ同一の肉厚に形成して補強リング１４に嵌合するように構成してもよい。

本発明は、超高速回転の永久磁石式同期電動機および永久磁石式同期発電機の永久磁石式回転機の回転子構造に適用して好適なものである。

図１（ａ）は本発明の実施例１に係る回転子の概略構造図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ視断面図である。 本発明の実施例２に係る永久磁石式回転機の回転子構造の断面図である。 本発明の実施例３に係る永久磁石式回転機の回転子構造の断面図である。 図４（ａ）は本発明の実施例４に係る永久磁石式回転機の回転子構造の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。 図５（ａ）は本発明の実施例５に係る永久磁石式回転機の回転子構造の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の部分拡大図である。 本発明の実施例に係る他の回転子構造を示す概略構造図である。 従来の回転子構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
１ａ，１ｂ，１ｃ 凹溝
２，１２ 第一磁石片
３，１３，２３，３３，４３ 第二磁石片
４，１４ 補強リング
５，１５ 端板
２６ 非磁性金属材
３３ａ，３３ｂ 第二磁石片の角部
４３ａ 第二磁石片の内周面

Claims (6)

1. 回転軸の外周部に、円筒状に配設された永久磁石と、円筒形状を有し前記永久磁石の外周部に配設された補強部材とを備える永久磁石式回転機の回転子構造において、
   前記回転軸が、表面に軸方向に沿って延設された複数の凹溝を有する一方、
   前記永久磁石が、軸方向に延びると共に前記回転軸の外周面に沿って円弧状に形成され、径方向の幅が同一であって、前記回転軸表面の隣り合う前記凹溝間に配置される複数の第一磁石片と、軸方向に延び、径方向外側に位置する外周面が前記第一磁石片と同一の外径を有する円弧状であると共に、前記第一磁石片に比較して径方向の幅が肉厚に形成されて、軸心側に位置する部分が前記凹溝に嵌入するように、隣接する前記第一磁石片間に配される複数の第二磁石片とからなる
   ことを特徴とする永久磁石式回転機の回転子構造。
2. 前記凹溝の相互に対向する一対の側面がそれぞれ径方向に沿って傾斜し、且つ前記第二磁石片の軸心側の部分を該凹溝に嵌合する形状とした
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
3. 前記凹溝の相互に対向する一対の側面がそれぞれ相互に平行であり、前記凹溝の底面部と前記側面とがなす角度が直角であって、且つ、前記第二磁石片の軸心側の部分を該凹溝に嵌合する形状とした
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
4. 磁極と異なる位置に配置された前記第二磁石片に変えて、前記第二磁石片と同一形状に形成されると共に、前記永久磁石に比較して高強度を有する非磁性金属材を用いる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
5. 前記第二磁石片の軸心側に位置する一対の角部が円弧状に形成された
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石式回転機の回転子構造。
6. 前記第二磁石片の前記回転軸に対向する内周面が、前記回転軸と同軸の円弧状に形成された
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の永久磁石式回転機の回転子構造。

Images