JP2012080716A - ロータおよび埋込磁石型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を用いずに、永久磁石をロータコアに固定すること。
【解決手段】永久磁石（40）と、永久磁石（40）が埋設される磁石用穴（35）が形成された円筒状のロータコア（31）とを備えている。ロータコア（31）には磁石用穴（35）に連続するスペーサ用穴（36）が形成され、該スペーサ用穴（36）に冷やしバメによって埋設されて永久磁石（40）を押圧するスペーサ（41）を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータおよび埋込磁石型モータに関するものである。

従来より、永久磁石が埋め込まれた埋込磁石型のロータが知られている。この種のロータでは、例えば特許文献１に開示されているように、永久磁石が接着剤によってロータコア（鉄心）の埋設穴に接着固定されている。

特開２００４−１９４４７２号公報

ところで、上述したようなロータを有する埋込磁石型モータは、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷凍装置の圧縮機に用いられることも多い。ところが、冷凍装置の圧縮機内には冷媒が存在しており、その冷媒によって永久磁石の接着剤が変性してしまい、永久磁石の固定が不十分になったり、接着剤の成分が冷凍サイクルに悪影響を及ぼすという問題があった。その結果、最悪の場合、永久磁石がロータコア内部で振動して破損したり、冷凍サイクル自体に不具合が生じることがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石が埋め込まれるロータおよびそれを有する埋込磁石型モータにおいて、接着剤を用いることなく、永久磁石をロータコアに十分に固定することにある。

第１の発明は、永久磁石（40）と、該永久磁石（40）が埋設される磁石用穴（35）が形成された円筒状のロータコア（31）とを備えたロータを対象としている。そして、本発明のロータは、前記ロータコア（31）において前記磁石用穴（35）に連続して形成されたスペーサ用穴（36）に埋設されて、前記永久磁石（40）を押圧するスペーサ（41）を備えているものである。

第１の発明では、磁石用穴（35）とスペーサ用穴（36）とが連続している部分で永久磁石（40）とスペーサ（41）とが接触し、永久磁石（40）がスペーサ（41）によって押圧される。そうすると、永久磁石（40）は磁石用穴（35）の壁に押し付けられる。これにより、永久磁石（40）はロータコア（31）に固定される。

第２の発明は、第１の発明において、前記磁石用穴（35）が前記ロータコア（31）の軸心周りの周方向に沿って複数配列され、前記スペーサ用穴（36）が前記各磁石用穴（35）における前記ロータコア（31）の径方向内方側または径方向外方側に連続して形成されている。

第２の発明では、例えば図１に示すように、磁石用穴（35）が複数形成され、各磁石用穴（35）毎に連続するスペーサ用穴（36）が形成されている。スペーサ用穴（36）が磁石用穴（35）の径方向内方側に形成された場合、スペーサ（41）が埋設されると、永久磁石（40）はスペーサ（41）によって径方向外方へ押圧される。これにより、永久磁石（40）が磁石用穴（35）における径方向外方側の壁に押し付けられて固定される。また、スペーサ用穴（36）が磁石用穴（35）の径方向外方側に形成された場合、スペーサ（41）が埋設されると、永久磁石（40）はスペーサ（41）によって径方向内方へ押圧される。これにより、永久磁石（40）が磁石用穴（35）における径方向内方側の壁に押し付けられて固定される。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記永久磁石（40）は、前記磁石用穴（35）と前記スペーサ用穴（36）とが連続する部分に１つの面が位置する板状に形成されている。また、前記スペーサ（41）は、前記磁石用穴（35）と前記スペーサ用穴（36）とが連続する部分に位置する前記永久磁石（40）の面と接触する１つの面を有する板状に形成されている。

第３の発明では、例えば図４に示すように、磁石用穴（35）とスペーサ用穴（36）とが連続する部分において、永久磁石（40）の１つの面とスペーサ（41）の１つの面とが接触する。そして、その接触面を通じて永久磁石（40）はスペーサ（41）によって押圧される。つまり、永久磁石（40）はスペーサ（41）と面接触して押圧される。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１の発明において、前記スペーサ（41）が、冷やしバメによって前記スペーサ用穴（36）に埋設される。

第４の発明では、冷却されて体積が収縮した状態のスペーサ（41）がスペーサ用穴（36）に埋設される。その後、時間が経過すると、スペーサ用穴（36）においてスペーサ（41）が膨張する。このスペーサ（41）の膨張によって、スペーサ（41）が永久磁石（40）に接触して永久磁石（40）を押圧する。

第５の発明は、第１乃至第３の何れか１の発明において、前記ロータコア（31）が、焼きバメによって前記永久磁石（40）および前記スペーサ（41）が埋設される。

第５の発明では、加熱されて体積が膨張した状態のロータコア（31）の磁石用穴（35）とスペーサ用穴（36）に、永久磁石（40）とスペーサ（41）が埋設される。その後、時間が経過すると、ロータコア（31）の体積が収縮し、それに伴って、磁石用穴（35）およびスペーサ用穴（36）が収縮する。この収縮によって、永久磁石（40）は磁石用穴（35）の壁とスペーサ（41）とに接触して押圧される。

第６の発明は、第３の発明において、前記スペーサ（41）は、前記永久磁石（40）と接触する面と該面に対向する面とのうち少なくとも一方に凹凸加工が施されると共に、冷やしバメによって前記スペーサ用穴（36）に埋設される。

第６の発明に係るスペーサ（41）は、凹凸加工が施された面と直交する方向の冷やしバメによる膨張変化量が大きくなる。つまり、スペーサ（41）において、凹凸加工の面と直交する方向の冷やしバメによる膨張量は凹凸のない場合と比べて大きくなる。

第７の発明は、円筒状のステータ（20）と、該ステータ（20）の内側にエアギャップを介して配置される第１乃至第６の何れか１の発明のロータ（30）とを備えていることを特徴とする埋込磁石型モータである。

第７の発明では、スペーサ（41）による押圧作用によって永久磁石（40）がロータコア（31）に固定される埋込磁石型モータが提供される。

以上説明したように、本発明および第７の発明によれば、永久磁石（40）の磁石用穴（35）に連続して形成したスペーサ用穴（36）にスペーサ（41）を埋設して永久磁石（40）を押圧するようにしたため、永久磁石（40）を磁石用穴（35）の壁に押し付けることができる。これにより、従来のように接着剤を用いなくても、永久磁石（40）をロータコア（31）に固定することが可能となる。その結果、冷媒によって接着剤が変性して永久磁石の固定が不十分になるという虞がないため、信頼性の高いロータ（30）および埋込磁石型モータ（10）を冷凍装置に提供することができる。

また、第２の発明によれば、ロータコア（31）の軸心周りの周方向に沿って磁石用穴（35）を複数配列した構成において、スペーサ用穴（36）を磁石用穴（35）の径方向内方側に形成した場合は、永久磁石（40）を径方向外方へ押圧することができる。そのため、ロータコア（31）の回転による遠心力と相俟って、永久磁石（40）を磁石用穴（35）の径方向外方側の壁により強く押し付けることができる。よって、永久磁石（40）をロータコア（31）により強固に固定することが可能となる。また、スペーサ用穴（36）を磁石用穴（35）の径方向内方側に形成した場合は、遠心力に対抗するように永久磁石（40）を径方向内方へ押圧することができる。これにより、遠心力の作用によって永久磁石（40）が磁石用穴（35）から抜け出てしまう事態を回避することができる。

また、第３の発明によれば、永久磁石（40）がスペーサ（41）と面接触して押圧されるため、過大なストレスが局部的に加わるのを回避することができる。その結果、永久磁石（40）が割れたり欠けたりする事態を回避することができる。

また、第４または第５の発明によれば、冷やしバメまたは焼きバメによって、永久磁石（40）やスペーサ（41）を埋設するようにしたため、永久磁石（40）や磁石用穴（35）の寸法のバラツキを吸収することができる。そのため、ロータ（30）の加工性を向上させることができる。

また、第６の発明によれば、スペーサ（41）を冷やしバメによって埋設すると共に、スペーサ（41）における永久磁石（40）と接触する面と該面に対向する面とのうち少なくとも一方を凹凸加工するようにした。そのため、スペーサ（41）において、凹凸加工の面と直交する方向の膨張量を大きくすることができる。これにより、永久磁石（40）や磁石用穴（35）の寸法のバラツキをより吸収しやくなり、また永久磁石（40）に対する押圧力を増大させることができる。

図１は、実施形態に係る埋込磁石型モータの構成を示す平面図である。 図２は、実施形態に係るロータの構成を示す斜視図である。 図３は、ロータの要部について永久磁石の埋設前の状態を示す平面図である。 図４は、ロータの要部について永久磁石の埋設後の状態を示す平面図である。 図５は、ロータの要部を示す平面図であり、（Ａ）はスペーサの埋設直後の状態を示し、（Ｂ）はスペーサの膨張後の状態を示す。 図６は、スペーサの一例を示す斜視図である。 図７は、スペーサの一例を示す斜視図である。 図８は、スペーサの一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態に係る埋込磁石型モータ（10）（以下、単にモータ（10）という。）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷凍装置の圧縮機に用いられる。この圧縮機は、図示しないが、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構と連結されて回転駆動するモータ（10）とをケーシング内に備え、いわゆる高圧ドーム型のものである。

図１に示すように、モータ（10）は、ステータ（20）と、ロータ（30）とを備えている。

ステータ（20）は、略円筒状に形成され、ヨーク（21）と複数（本実施形態では、９つ）のティース（22）を備えている。ティース（22）は、ヨーク（21）の内周側の周方向に配列されている。ヨーク（21）とティース（22）とは一体形成されている。各ティース（22）には、コイル（23）が巻回されている。コイル（23）には、ロータ（30）を回転させる回転磁界を発生させるための例えば三相交流が流れる。なお、コイル（23）の巻線方式は、本実施形態のような分布巻きの形態に限らず、複数のティースに対して集中巻きされる形態であってもよい。

ロータ（30）は、ステータ（20）の内周側にエアギャップを介して対向配置されている。ロータ（30）は、図２にも示すように、ロータコア（31）と、回転軸（32）と、複数（本実施形態では、６個）の永久磁石（40）と、複数（本実施形態では、１２個）のスペーサ（41）を備えている。

ロータコア（31）は、磁性材料からなる複数の鋼板（31a）が積層されて略円筒状に形成されている。ロータコア（31）の内周側には、回転軸（32）が挿通して固定されている。なお、この回転軸（32）は上述した圧縮機構と連結される。ロータコア（31）には、永久磁石（40）が埋め込まれる複数（６個）の磁石用穴（35）と、スペーサ（41）が埋め込まれる複数（１２個）のスペーサ用穴（36）とが回転軸（32）周りの周方向に沿って形成されている。磁石用穴（35）およびスペーサ用穴（36）は、回転軸（32）の軸方向、即ちロータコア（31）の軸心方向に延びて貫通している。つまり、磁石用穴（35）およびスペーサ用穴（36）は、ロータコア（31）の両端面に開口している。図３にも示すように、磁石用穴（35）は、開口断面がロータコア（31）の径方向と直交する方向に延びる長細い矩形に形成されている。スペーサ用穴（36）は、磁石用穴（35）に連続して形成され、１個の磁石用穴（35）に対して２個ずつ形成されている。具体的に、スペーサ用穴（36）は、磁石用穴（35）におけるロータコア（31）の径方向内方側の一辺に連続して形成され、その一辺の端部寄りに１個ずつ設けられている。スペーサ用穴（36）は、開口断面が磁石用穴（35）よりも小さい矩形に形成されている。

永久磁石（40）は、図４にも示すように、回転軸（32）の軸方向に延びる板状に形成され、横断面が上述した磁石用穴（35）の開口よりも若干小さく形成されている。つまり、磁石用穴（35）は永久磁石（40）よりも僅かに大きく形成されている。永久磁石（40）は、磁石用穴（35）に対してロータコア（31）の端面（図２における上側の面と下側の面）から回転軸（32）の軸方向に埋設される。スペーサ（41）は、回転軸（32）の軸方向に延びる薄板状に形成され、横断面が上述したスペーサ用穴（36）の開口と略同じ大きさに形成されている。

〈永久磁石の固定方法〉
先ず、ロータコア（31）の各磁石用穴（35）に対して永久磁石（40）が埋め込まれる（挿通される）。この段階では、永久磁石（40）の大きさが磁石用穴（35）の大きさよりも小さいため、永久磁石（40）と磁石用穴（35）との間に隙間が存する状態である（図５（Ａ）参照）。つまり、永久磁石（40）は固定されずガタツキがある状態である。次いで、ロータコア（31）の各スペーサ用穴（36）に対して、スペーサ（41）が冷やしバメされる。つまり、スペーサ（41）が冷却されてその体積が収縮した状態でスペーサ用穴（36）に埋め込まれる（挿通される）。なお、スペーサ（41）は、熱膨張係数の高い金属材料（例えば、アルミニウム）が用いられる。このスペーサ（41）が埋め込まれた直後では、スペーサ（41）の体積が収縮しているため、スペーサ（41）とスペーサ用穴（36）および永久磁石（40）との間に隙間が存する状態となっている（図５（Ａ）参照）。つまり、この状態では、永久磁石（40）もスペーサ（41）も固定されず互いにガタツキがある。

スペーサ（41）が埋め込まれてから時間がたつにつれて、スペーサ（41）の温度が上がっていき、それに伴って、スペーサ（41）の体積が膨張していく。そして、スペーサ（41）の温度が常温（雰囲気の温度）まで上昇し、スペーサ（41）の体積が膨張しきると、図５（Ｂ）に示す状態となる。具体的に、スペーサ（41）が膨張すると、スペーサ（41）の幅（図５における左右方向の長さ）および厚さ（図５における上下方向の長さ）が増大する。そうすると、スペーサ（41）の厚さ方向に対向する面のうち一方の第２面（41b）がスペーサ用穴（36）の壁に接触し、他方の第１面（41a）が永久磁石（40）の第２面（40b）に接触して押圧する。押圧された永久磁石（40）は、ロータコア（31）の径方向外方へ押されて、第１面（40a）が磁石用穴（35）における径方向外方側の壁に密着する。つまり、スペーサ（41）が体積膨張することによって、永久磁石（40）が２個のスペーサ（41）から径方向外方へ押圧されて磁石用穴（35）に押し付けられる。以上により、従来のように接着剤を用いなくても、永久磁石（40）を磁石用穴（35）に固定することが可能となる。なお、永久磁石（40）の第１面（40a）および第２面（40b）は、永久磁石（40）の厚さ方向に対向する２つの面である。

さらに、ロータ（30）は回転軸（32）を中心にして回転するため、その遠心力が各永久磁石（40）に作用する。これによっても、磁石用穴（35）における径方向外方側の壁に永久磁石（40）を押し付けることができる。したがって、永久磁石（40）をより十分に固定することが可能となる。

以上のように、冷媒によって接着剤が変性して永久磁石の固定が不十分になるという虞がないため、信頼性の高いロータ（30）および埋込磁石型モータ（10）を提供することができる。

また、永久磁石（40）を磁石用穴（35）よりも小さく形成すればよいため、永久磁石（40）と磁石用穴（35）を互いに略同じ大きさに形成する場合と比べて、永久磁石（40）および磁石用穴（35）の寸法のバラツキを吸収することができる。そのため、ロータ（30）の加工性が向上する。

また、永久磁石（40）は、スペーサ（41）の第１面（41a）によって押圧されるため、即ち面によって押圧されるため、過大なストレスが局部的に加わるのを回避することができる。その結果、永久磁石（40）が割れたり欠けたりする事態を回避することができる。

〈スペーサの形態について〉
上述した実施形態のスペーサ（41）は、図６や図７に示すように、スペーサ（41）の第１面（41a）および第２面（41b）に対して凹凸加工を施すようにしてもよい。具体的に、図６に示すスペーサ（41）では、第１面（41a）および第２面（41b）において、複数の縦溝と横溝を格子状に加工することによって複数の突起が形成される（ローレット加工）。また、図７に示すスペーサ（41）では、複数の縦溝が形成されている。このように、スペーサ（41）の厚さ方向に対向する第１面（41a）および第２面（41b）に凹凸加工を施すことによって、冷やしバメによる厚さ方向の膨張変化量を大きくすることができる。これにより、スペーサ（41）の膨張による永久磁石（40）に対する押圧力を増大させることができる。よって、永久磁石（40）を磁石用穴（35）の壁により強く押し付けることができるので、一層確実に永久磁石（40）を固定することが可能となる。また、スペーサ（41）の膨張変化量が大きくなることで、永久磁石（40）や磁石用穴（35）の寸法のバラツキをより吸収しやすくなる。

また、スペーサ（42）は、図８に示すように、波形に形成するようにしてもよい。このスペーサ（42）の場合も、第１面（42a）および第２面（42b）が凹凸状となるため、冷やしバメによる厚さ方向の膨張変化量を大きくすることができる。

−実施形態の変形例−
本発明は、上述した実施形態において次のように構成してもよい。

例えば、上述した実施形態では、スペーサ用穴（36）を磁石用穴（35）の径方向内方側の一辺に連続して形成するようにしたが、磁石用穴（35）の径方向外方側の一辺に連続して形成するようにしてもよい。この場合、スペーサ（41）による押圧力は永久磁石（40）に対して径方向内方へ作用する。そのため、永久磁石（40）は磁石用穴（35）における径方向内方側の壁に押し付けられる。これによっても、永久磁石（40）を磁石用穴（35）に固定することが可能となる。また、このスペーサ（41）による径方向内方への押圧力はロータコア（31）の回転による遠心力に対抗するものであるため、遠心力の作用によって永久磁石（40）が磁石用穴（35）から抜け出てしまう虞がなくなる。

また、スペーサ用穴（36）は、上述したように磁石用穴（35）の径方向両側の辺に限らず、磁石用穴（35）の径方向と直交する方向に対向する辺（短手側の辺）のうち一方の辺に形成するようにしてもよい。つまり、本発明は、スペーサ（41）が膨張することによって永久磁石（40）に接触して該永久磁石（40）を押圧し、それによって永久磁石（40）が磁石用穴（35）の壁に押し付けられる構成であれば、スペーサ用穴（36）の形成位置やスペーサ（41）の形状、永久磁石（40）の形状は如何なるものであってもよい。

また、上述した実施形態では、スペーサ（41）を冷やしバメによってスペーサ用穴（36）に埋め込むようにしたが、焼きバメによってロータコア（31）に永久磁石（40）とスペーサ（41）を埋め込むようにしてもよい。ロータコア（31）は、加熱されると体積膨張し、磁石用穴（35）およびスペーサ用穴（36）が実際の永久磁石（40）およびスペーサ（41）よりも大きくなる。この状態で、永久磁石（40）とスペーサ（41）が磁石用穴（35）とスペーサ用穴（36）に埋め込まれても、永久磁石（40）およびスペーサ（41）はガタツキがあり固定されない。そして、時間がたつにつれて、ロータコア（31）の温度が低下して体積が収縮していく。それに伴って、磁石用穴（35）とスペーサ用穴（36）も収縮して、これら穴（35,36）の壁と永久磁石（40）およびスペーサ（41）とが互いに密着し合う。これにより、永久磁石（40）がロータコア（31）に固定される。

以上説明したように、本発明は、永久磁石が埋め込まれたロータおよびそれを有する埋込磁石型モータについて有用である。

10 埋込磁石型モータ
20 ステータ
30 ロータ
31 ロータコア
35 磁石用穴
36 スペーサ用穴
40 永久磁石
41 スペーサ

Claims (7)

1. 永久磁石（40）と、該永久磁石（40）が埋設される磁石用穴（35）が形成された円筒状のロータコア（31）とを備えたロータであって、
   前記ロータコア（31）において前記磁石用穴（35）に連続して形成されたスペーサ用穴（36）に埋設されて、前記永久磁石（40）を押圧するスペーサ（41）を備えている
   ことを特徴とするロータ。
2. 請求項１において、
   前記磁石用穴（35）は、前記ロータコア（31）の軸心周りの周方向に沿って複数配列され、
   前記スペーサ用穴（36）は、前記各磁石用穴（35）における前記ロータコア（31）の径方向内方側または径方向外方側に連続して形成されている
   ことを特徴とするロータ。
3. 請求項１または２において、
   前記永久磁石（40）は、前記磁石用穴（35）と前記スペーサ用穴（36）とが連続する部分に１つの面が位置する板状に形成され、
   前記スペーサ（41）は、前記磁石用穴（35）と前記スペーサ用穴（36）とが連続する部分に位置する前記永久磁石（40）の面と接触する１つの面を有する板状に形成されている
   ことを特徴とするロータ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記スペーサ（41）は、冷やしバメによって前記スペーサ用穴（36）に埋設される
   ことを特徴とするロータ。
5. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記ロータコア（31）は、焼きバメによって前記永久磁石（40）および前記スペーサ（41）が埋設される
   ことを特徴とするロータ。
6. 請求項３において、
   前記スペーサ（41）は、前記永久磁石（40）と接触する面と該面に対向する面とのうち少なくとも一方に凹凸加工が施されると共に、冷やしバメによって前記スペーサ用穴（36）に埋設される
   ことを特徴とするロータ。
7. 円筒状のステータ（20）と、該ステータ（20）の内側にエアギャップを介して配置される請求項１乃至６の何れか１項に記載のロータ（30）とを備えている
   ことを特徴とする埋込磁石型モータ。

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