JP2009112089A - 永久磁石埋め込み形回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】
積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ回転子の組立て作業性を向上し、電動機の性能低下や焼損事故のない回転子を提供する。
【解決手段】
積層鉄心の回転軸方向に設けられた磁石収容孔に永久磁石を挿入し、積層鉄心の両端部には端板が取り付けれ、端板と積層鉄心を挿通するカシメピン孔にカシメピンを隙間バメし一体に締結した永久磁石埋め込み形回転子において、積層鉄心の外径と端板外径との差分、または、積層鉄心の内径と端板内径との差分が、カシメピンの直径と積層鉄心のカシメピン孔との差分と、カシメピンの直径と端板のカシメピン孔との差分とをたし合わせたもの以上に大きくした永久磁石埋め込み形回転子。
【選択図】 図２

Description

本発明は、積層鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み形回転子の構造に関する。

近年の電動機の小型化、高効率化に伴い回転子に永久磁石を用いる電動機が多くなっている。回転子に永久磁石を用いる場合、プレスなどで複数打ち抜いた電磁鋼板を積層した積層鉄心に永久磁石を取り付ける方法が種々検討されている。

特許文献１の特開２０００―１１６０８０号の図７に記載の回転子は、積層鉄心の外周部に永久磁石を配置させ、その上から筒状のステンレス等の金属管で覆っている。この金属管は積層鉄心の外周部に配置した永久磁石の上に焼きバメもしくは圧入等で固定されている。これにより回転子の径方向に発生する回転子駆動時の遠心力に対する強度を維持することができ永久磁石が脱落することもない。一方、永久磁石が回転子の軸方向に動かないようにするために回転子の積層鉄心の両端部には端板を装着し回転子軸方向へ飛び出ないようにカシメピン等で固定している。

また、特許文献２の特開２０００−２１７２８５号に記載の回転子は、積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み形回転子が示されている。この場合、回転子の径方向に発生する回転子駆動時の遠心力は永久磁石が埋め込まれた磁石収容孔の外側に位置している積層鉄心部分で保つことができる。尚、特許文献１の別の実施形態には特許文献２と同様に回転子の積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み形回転子が示されている。

この様に積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み形回転子では、積層鉄心内部の磁石収容孔から永久磁石が飛び出ないようにするために積層鉄心の両端部に端板を取り付けている。また、回転子には負荷側のアンバランス量を調整するために、積層鉄心の両端部に取り付けた端板の上にアンバランス量調整用のバランスウェイトを取り付けている。そして、積層鉄心と端板とバランスウェイトと一体となるようにカシメピンでかしめて固定している。

特開２０００−１１６０８０号公報 特開２０００−２１７２８５号公報

このような回転子を回転子軸方向に積層鉄心、端板、バランスウェイトを其々締結する場合、積層鉄心、端板、バランスウェイト等の部材のカシメピン孔にカシメピンを圧入するなどして部材が動かないようにして締結する方法がある。この場合、回転子として一体に締結する際、各部材は回転子の径方向に動くことなく確実に締結することができる。

また、カシメピンを積層鉄心、端板、バランスウェイト等の部材に圧入するのが作業上難しい、或いは手間がかかる場合は、カシメピンの直径より積層鉄心のカシメピン孔、端板のカシメピン孔、バランスウェイトのカシメピン孔を若干大きくしてカシメピン孔にカシメピンを隙間バメして一体に締結している。

このような場合、特許文献１の図７に示したような積層鉄心の外周部で永久磁石を配置し筒状のステンレス等の金属管で覆っている回転子の場合においては、積層鉄心の軸方向の長さより筒状の金属管が長く飛び出していることにより端板、バランスウェイト等の径方向のずれが止まり回転子の外周から飛び出ることなくカシメピンで一体に固定することができる。

一方、特許文献２及び特許文献１の別の実施形態に示されているように回転子の積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み形回転子の場合、永久磁石を埋め込んだ積層鉄心の回転子の外周側より外へ端板、バランスウェイトが飛び出ないようにするために積層鉄心と、端板、バランスウェイト等の各部材がずれないように位置決め等をして一体に締結する必要がある。もし、積層鉄心の外周側より端板、バランスウェイト等が外へ飛び出た場合、固定子の内径やコイルと接触し電動機の性能低下や焼損事故等の原因となってしまう。

本発明は、複数の薄板鉄板を回転軸方向に積層した積層鉄心であって、積層鉄心の中心には回転軸を挿入する軸穴と、カシメピンを隙間バメするカシメピン孔と、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔とを備え、
前記積層鉄心の回転軸方向の両端部には、磁石収容孔から永久磁石が飛び出さないように端板が取り付けられ、カシメピンにより積層鉄心に一体にかしめて締結された永久磁石埋め込み形回転子において、
前記積層鉄心の外径と端板外径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きい永久磁石埋め込み形回転子とする。

また、前記した永久磁石埋め込み形回転子において、
前記積層鉄心の内径と端板内径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きい永久磁石埋め込み形回転子とする。

また、前記した永久磁石埋め込み形回転子において、
前記積層鉄心の外径と端板外径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きく、且つ、
前記積層鉄心の内径と端板内径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きい永久磁石埋め込み形回転子とする。

また、前記いずれかに記載の永久磁石埋め込み形回転子であって、前記積層鉄心の両端部に取り付ける端板上の少なくともどちらか一端にバランス調整用ためのバランスウェイトを前記端板と同時にカシメピンにより積層鉄心に一体にかしめて取り付けた永久磁石埋め込み形回転子において、
前記積層鉄心の外径とバランスウェイトの外径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径とバランスウェイトに設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きい永久磁石埋め込み形回転子とする。

更に、本発明で用いられる端板やバランスウェイトは、非磁性材で構成された永久磁石埋め込み形回転子とする。

本発明は積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ回転子において、積層鉄心と、端板やバランスウェイト等の各部材に設けられたカシメピン孔にカシメピンを位置決め等なく隙間バメして一体にかしめて締結しても、積層鉄心の外径と端板外径との差分が、カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きくすることにより、積層鉄心と端板との固定位置がずれても、積層鉄心の回転子外径から端板外径が飛び出ることが無くなり固定子と回転子の間のギャップでの接触を防ぐことができ品質を向上することができる。これにより固定子と回転子間のギャプでの接触がなくなり電動機の性能低下や焼損事故を防ぐことができる。

また、積層鉄心の内径と端板内径との差分が、カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径と端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きくすることによって、積層鉄心の中心の回転軸を挿入する軸孔の内径側に端板内径部分が飛び出ることがなくなり支障なく回転軸を積層鉄心の軸孔に挿入することができる。

また、積層鉄心の外径とバランスウェイトの外径との差分が、
カシメピンの直径と積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、カシメピンの直径とバランスウェイトに設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きくすることにより、積層鉄心の回転子外径からバランスウェイト外径がずれて飛び出ることが無くなり固定子のコイルとバランスウェイト間の接触を防ぐことができ品質を向上することができ焼損事故を防ぐことができる。

また、端板やバランスウェイトを積層鉄心に取り付ける際、僅かなずれによって積層鉄心に取り付けた端板、バランスウェイト等の外周部分が固定子内径側の歯部先端部に近接したとしても端板、バランスウェイト等の部材が非磁性材で構成していることにより回転子の外周から固定子へ流れる漏れ磁束を防ぐことができる。特に、積層鉄心内部に埋め込まれた永久磁石の、端板やバランスウェイトを介して回転子軸方向から漏れる磁束を防ぐことができる。

また、本発明は積層鉄心内部の磁石収容孔に永久磁石を埋め込んだ回転子において、積層鉄心と、端板やバランスウェイト等の各部材に設けられたカシメピン孔にカシメピンを位置決め等なく隙間バメして一体にかしめて締結しても、回転子の外周から各部材が飛び出ることがないので回転子の組み立て作業も容易に行うことができる。特に、本実施形態の永久磁石埋め込み形回転子は、エアコン、冷蔵庫等の密閉形圧縮機に用いた電動機の回転子にすることは最適である。

本発明を図面を用いて説明する。図１には薄板電磁鋼板をプレス等で打ち抜き複数枚積層した積層鉄心２ａの隣同士の薄板電磁鋼板に凸凹の切りお越し突起部を設け、この凸凹部を加圧して一体に固着する周知のオートクランプ方式により構成された回転子２である。この積層鉄心２ａには、積層鉄心２ａの中心に回転軸４を挿入する軸孔４ａと、カシメピン５を隙間バメするカシメピン孔５ａと、永久磁石６を埋め込むための磁石収容孔６ａが設けられている。本実施形態の回転子２は、永久磁石埋め込み形回転子（以降「回転子」と記載も含む）である。磁石収容孔６ａに埋め込まれる永久磁石６は、希土類磁石やフェライト磁石等を用いている。尚、本実施形態では密閉形圧縮機に用いる電動機の回転子２として説明する。

図１の実施形態では、固定子１の積層鉄心１ａの歯部にコイル３を巻装した固定子１が密閉形圧縮機のケースに圧入もしくは焼きバメ、或いは隙間バメ等により組み付けられている。この固定子１の内側には僅かな隙間を介して回転子２が対抗配置されている。この回転子２は密閉形圧縮機等の圧縮機構部から伸びている回転軸４に圧入もしくは焼きバメ、或いは隙間バメ等により回転子２が組み付けられている。回転子２は固定子１の内側で回転駆動し負荷側の圧縮機構部で冷媒等を圧縮している。図２は図１に示した電動機の固定子１の内径側で回転子２が回転駆動する様に組み込んだ状態をＸ−Ｘ’で部分縦断面した図である。

尚、先に説明したように固定子１の積層鉄心１ａの歯部には絶縁を介してコイル３が挿入されている。このコイル３は固定子１のスロットの外部で巻いたコイル３を機械入れした分布巻方式や、また同様に固定子１の積層鉄心１ａの歯部に絶縁を介して直接コイル３を巻き付けた集中巻き方式により構成されている。

この固定子１の内側で回転駆動している回転子２は、前記同様に複数の薄板電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層鉄心２ａで構成している。この積層鉄心２ａの中心には、回転軸４を挿入する軸孔４ａが設けられている。また、この回転軸４ａの径方向にはカシメピン５を挿入するカシメピン孔径Ａのカシメピン孔５ａが設けられている。カシメピン孔５ａはカシメピン５を隙間バメできるようにカシメピン孔５ａとカシメピン５の直径Ｂとは若干の隙間（Ａ≧Ｂ）を有している。これによりカシメピン５を積層鉄心２ａのカシメピン孔５ａに焼バメ、圧入等することなく組み立てることができ回転子２の組立作業を容易にすることができる。

また、前記した積層鉄心２ａのカシメピン孔５ａの更に外周側には永久磁石６を埋め込むための磁石収容孔６ａが設けられている。この積層鉄心２ａの磁石収容孔６ａは回転軸方向の端部から永久磁石６を埋め込むため両端部が開口しており永久磁石６は磁石収容孔６ａに隙間バメされている。但し、永久磁石６を磁石収容孔６ａに埋め込む方法はこれに限定するものではなく、磁石収容孔６ａに永久磁石６を焼きバメ、圧入等で固定してもよい。

この積層鉄心２ａの回転軸方向の端部から磁石収容孔６ａに埋め込まれた永久磁石６が飛び出ないように積層鉄心２ａの回転軸方向両端部を端板７で塞いでいる。この端板７には積層鉄心２ａの中心に設けられた回転軸孔４ａの内径孔Ｇより同等かそれより若干大きくした内径を有した内径孔Ｆが設けられている。
また、この端板７の内径孔Ｆの外周側には積層鉄心２ａに設けたカシメピン孔５ａのカシメピン孔径Ａと同じ位置にカシメピン孔５ａと同等かそれより若干大きな径を有した、端板７のカシメピン孔７ａのカシメピン孔径Ｅが設けられている。

また、この端板７は、端板７の外径Ｄが積層鉄心２ａの外径Ｃより同等かそれより若干小さな径（直径）で設定されている。この端板７を取り付けた回転子２の積層鉄心２ａの両端部もしくは一方に圧縮機構部の負荷側のアンバランス量を調整するために積層鉄心２ａの両端部に取り付けた端板７の上にバランスウェイト８が取り付けられている。この端板７とバランスウェイト８とは、積層鉄心２ａと一体となるようにカシメピン５でかしめて固定されている。このバランスウェイト８に設けられたカシメピン孔８ａのカシメピン孔径Ｋは、積層鉄心２ａに設けられたカシメピン孔５ａのカシメピン孔径Ａと同等かそれより若干大きな径を有した、バランスウェイト８のカシメピン孔８ａのカシメピン孔径Ｋを有している。

また、図３に示したバランスウェイト８の外径Ｈは、回転子２の積層鉄心２ａの外径Ｃより同等かそれより若干小さな直径Ｈで設定されている。バランスウェイト８の外径Ｈは、回転子軸４の中心を中心とした場合、この中心からのバランスウェイト８までの最外周半径Ｒの２倍の距離をバランスウェイト８の外径Ｈとしている。
したがって、バランスウェイト８の半径Ｒとした場合、バランスウェイト８の直径Ｈは、Ｈ＝２Ｒで表している。

図２に示したように積層鉄心２ａの外径Ｃと端板外径Ｄとの差分（Ｃ−Ｄ）が、カシメピン５の直径Ｂと積層鉄心２ａのカシメピン孔５ａのカシメピン孔径Ａとの差分（Ａ−Ｂ）と、カシメピン５の直径Ｂと端板７に設けたカシメピン孔７ａのカシメピン孔径Ｅとの差分（Ｅ−Ｂ）とをたし合わせたもの以上に大きくしている。これにより積層鉄心２ａの回転子外径Ｃから端板外径Ｄがずれて飛び出ることが無くなり、固定子１と回転子２の間のギャップにおける接触を防ぐことができ品質を向上することができる。また、固定子１の歯部と回転子２に取り付けた端板７とが接触することがなくなり電動機の性能低下や焼損事故を防ぐことができる。

また、積層鉄心２ａの内径Ｇと端板内径Ｆとの差分（Ｆ−Ｇ）が、カシメピン５の直径Ｂと積層鉄心２ａのカシメピン孔５ａのカシメピン孔径Ａとの差分（Ａ−Ｂ）と、カシメピン５の直径Ｂと端板７に設けたカシメピン孔７ａとの差分（Ｅ−Ｂ）とをたし合わせたもの以上に大きくすることによって、積層鉄心２ａの中心に設けた回転軸４を挿入する軸孔４ａの内径Ｇから端板内径Ｆが飛び出ることが無くなり、回転軸４を積層鉄心２ａの軸孔４ａに挿入する際、支障をきたすこともなくなる。

また、図３に示したように積層鉄心２ａの外径Ｃとバランスウェイト８の外径Ｈとの差分（Ｃ−Ｈ）が、カシメピン５の直径Ｂと積層鉄心２ａのカシメピン孔５ａのカシメピン孔径Ａとの差分（Ａ−Ｂ）と、カシメピン５の直径Ｂとバランスウェイト８に設けられたカシメピン孔８ａのカシメピン孔径Ｋとの差分（Ｋ−Ｂ）とをたし合わせたもの以上に大きくしている。これにより積層鉄心２ａの回転子外径Ｃからバランスウェイト８の外径Ｈがずれて飛び出ることが無くなり、固定子１の歯部に装着したコイル３とバランスウェイト８との隙間における接触を防ぐことができ品質を向上することができる。特に、電動機のコイル３にバランスウェイト８が接触しコイル３を傷つけ焼損事故の原因となることもない。

また、端板７を回転子２の積層鉄心２ａに取り付ける際、積層鉄心２ａに取り付けた端板７がずれて固定子１の歯部に近接したとしても、端板７を非磁性材とすることにより積層鉄心２ａの内部に埋め込まれた永久磁石６の回転子２の軸孔側に面した側から発生する磁束が積層鉄心２ａの回転子２の軸方向端部に取り付けた端板７を介して固定子１の歯部に漏れるのを防ぐことができる。

また、圧縮機に電動機を組み付けた後、固定子１を着磁ヨークとして回転子２に埋め込まれた永久磁石６を着磁する場合、バランスウェイト８を非磁性材とすることにより積層鉄心２ａに取り付けたバランスウェイト８が僅かにずれて固定子１の歯部に巻装したコイル３に接近しても非磁性材のバランスウェイト８としているのでコイル３がバランスウェイト８側に引き寄せられることもなくなり、コイル３とバランスウェイト８との接触不良を低減できる。

本実施形態における永久磁石形電動機の正面図。 図１で説明した永久磁石形電動機のＸ−Ｘ'部分縦断面図。 別の実施形態の断面図。

符号の説明

１・・・固定子
１ａ・・・積層鉄心
２・・・回転子（永久磁石埋め込み形回転子）
２ａ・・・積層鉄心
３・・・コイル
４・・・回転軸
４ａ・・・軸孔
５・・・カシメピン
５ａ・・・カシメピン孔
６・・・永久磁石
６ａ・・・磁石収容孔
７・・・端板
７ａ・・・端板孔
８・・・バランスウェイト
８ａ・・・バランスウェイト孔

Claims (6)

1. 複数の薄板鉄板を回転軸方向に積層した積層鉄心であって、前記積層鉄心の中心には回転軸を挿入する軸穴と、カシメピンを隙間バメするカシメピン孔と、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔とを備え、
   前記積層鉄心の回転軸方向の両端部には、前記磁石収容孔から永久磁石が飛び出さないように端板が取り付けられ前記カシメピンにより前記積層鉄心に一体にかしめて締結された永久磁石埋め込み形回転子において、
   前記積層鉄心の外径と端板外径との差分が、
   前記カシメピンの直径と前記積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、前記カシメピンの直径と前記端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み形回転子。
2. 複数の薄板鉄板を回転軸方向に積層した積層鉄心であって、前記積層鉄心の中心には回転軸を挿入する軸穴と、カシメピンを隙間バメするカシメピン孔と、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔とを備え、
   前記積層鉄心の回転軸方向の両端部には、前記磁石収容孔から永久磁石が飛び出さないように端板が取り付けられ前記カシメピンにより前記積層鉄心に一体にかしめて締結された永久磁石埋め込み形回転子において、
   前記積層鉄心の内径と端板内径との差分が、
   前記カシメピンの直径と前記積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、前記カシメピンの直径と前記端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み形回転子。
3. 複数の薄板鉄板を回転軸方向に積層した積層鉄心であって、前記積層鉄心の中心には回転軸を挿入する軸穴と、カシメピンを隙間バメするカシメピン孔と、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔とを備え、
   前記積層鉄心の回転軸方向の両端部には、前記磁石収容孔から永久磁石が飛び出さないように端板が取り付けられ前記カシメピンにより前記積層鉄心に一体にかしめて締結された永久磁石埋め込み形回転子において、
   前記積層鉄心の外径と端板外径との差分が、
   前記カシメピンの直径と前記積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、前記カシメピンの直径と前記端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きく、且つ、
   前記積層鉄心の内径と端板内径との差分が、
   前記カシメピンの直径と前記積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、前記カシメピンの直径と前記端板に設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み形回転子。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の永久磁石埋め込み形回転子であって、前記積層鉄心の両端部に取り付ける端板の上の少なくともどちらか一端にバランス調整用のバランスウェイトを前記端板と同時に前記カシメピンにより前記積層鉄心に一体にかしめて取り付けた永久磁石埋め込み形回転子において、
   前記積層鉄心の外径とバランスウェイトの外径との差分が、
   前記カシメピンの直径と前記積層鉄心に設けられたカシメピン孔の孔径との差分と、前記カシメピンの直径と前記バランスウェイトに設けられたカシメピン孔の孔径との差分とをたし合わせたもの以上に大きいことを特徴とする永久磁石埋め込み形回転子。
5. 前記端板が、非磁性材で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４項いずれかに記載の永久磁石埋め込み形回転子。
6. 前記バランスウェイトが、非磁性材で構成されていることを特徴とする請求項４項記載の永久磁石埋め込み形回転子。

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