JP2012253884A

JP2012253884A - 回転子、回転電機および回転子の製造方法

Info

Publication number: JP2012253884A
Application number: JP2011123921A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Asano; 能成浅野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】本発明は、材料を削減した回転電機の回転子、その回転子を用いた回転電機および回転子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】回転子１０は、複数の電磁鋼板１２を積層したローターコア１４、ローターコア１４の中心に取り付けられた回転軸１６、ローターコア１４に埋設された複数の永久磁石１８、ローターコア１４の端部に配置された端板２０、２１を備える。第１端板２０は環状になっている。第２端板２１の外周形状は、第１端板２０の内周形状に一致する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機などに使用される回転電機の回転子、その回転子を用いた回転電機および回転子の製造方法に関するものである。

従来、内部磁石埋込型（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）の回転電機が開発および開示されている（特許文献１など）。回転電機は、固定子と回転子が備えられる。固定子は環状であり、固定子の内方に回転子が配置される。回転子１００は、円盤形状の電磁鋼板１２を積層したローターコア１４、ローターコア１４の中心に取り付けられた回転軸１６、ローターコア１４に形成された磁石用孔２４に埋設された永久磁石１８、ローターコア１４の両端に配置された端板１０２を備える（図１０）。端板１０２は、電磁鋼板１２の形状とほぼ同形状であり、磁石１８が磁石用孔２４から飛び出すのを防止する。

しかし、端板１０２は円盤形状であり、板体から打ち抜いて製造すると多くの材料を必要とする。材料が多くなると、製造費が高くなる。省資源化の面からも材料を削減することが好ましい。

特開２００５−３０４１７７号公報

本発明は、材料を削減した回転電機の回転子、その回転子を用いた回転電機および回転子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転子は、鉄などの高透磁率材からなり、略円筒形状の回転軸を中心として回転するローターコアと、前記ローターコアにおける回転軸の軸方向に貫通する孔に埋設された複数の磁石と、前記ローターコアの一端部に配置され、各磁石の一部を覆い、環状になった第１端板と、前記ローターコアの他端部に配置され、各磁石の一部を覆い、外周形状が第１端板の内周形状に一致する第２端板とを備える。

頭部および軸部を有し、軸部が前記ローターコアの内部に配置され、頭部がローターコアの外部に配置され、ローターコアに第１端板および第２端板を固定する固定部材を備え、前記第１端板および第２端板のそれぞれに軸部が通過する複数の孔を有し、第１端板および第２端板の孔が、回転軸に対して同一距離であり、かつ周方向の間隔が一致する。前記第１端板および第２端板が非磁性体で形成されている。

回転電機は、上記の回転子と、前記回転子の側方を囲むように配置された固定子とを備える。

回転子の製造方法は、板体を準備するステップと、前記板体を打ち抜いて、環状になった第１端板および外周形状が第１端板の内周形状に一致する第２端板を形成するステップと、鉄などの高透磁率材からなるローターコアを形成するステップと、前記ローターコアの一端部において、ローターコアの磁石用孔の一部を塞ぎながら第１端板を配置するステップと、前記ローターコアに磁石を埋設するステップと、前記ローターコアの他端部において、磁石の一部を覆いながら第２端板を配置するステップとでおこなわれる。

本発明は、１枚の非磁性体の板体から２枚の端板を形成している。従来であれば同一の端板をローターコアの両端に設けていたが、その必要が無く、従来の半分の費用で構成できる。材料も半分になり、資源の有効利用となる。材料の削減によって製造歩留まりの改善も期待できる。

本発明の回転子の構成を示す図であり、（ａ）は第１端板側から見た図であり、（ｂ）は第２端板側から見た図である。本発明の回転子の構成を示す図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図である。各端板を示す図である。磁石がＶ字型に並べられた回転子の構成を示す図であり、（ａ）は第１端板側から見た図であり、（ｂ）は第２端板側から見た図である。第１端板の外形をほぼ三角形にした回転子の構成を示す図であり、（ａ）各端板を示す図であり、（ｂ）第１端板側から見た図であり、（ｃ）は第２端板側から見た図である。山型と谷型をつなげた端板の構成を示す図である。第１端板の外形を多角形にした図であり、（ａ）は第１端板の外形を四角形にした図であり、（ｂ）は第１端板の外形を六角形にした図であり、（ｃ）は第１端板の外形を八角形にした図である。各端板が扇形をつなげたけた回転子の構成を示す図であり、（ａ）各端板を示す図であり、（ｂ）第１端板側から見た図であり、（ｃ）は第２端板側から見た図である。第１端板側から見た回転電機の構成を示す図である。従来の回転子の構成を示す図である。

本発明の回転子、回転子を使用した回転電機および回転子の製造方法について図面を用いて説明する。

図１、図２に示す回転子１０は、複数の電磁鋼板１２を積層したローターコア１４、ローターコア１４の中心に取り付けられた回転軸１６、ローターコア１４に埋設された複数の永久磁石１８、ローターコア１４の端部に配置された端板２０、２１を備える。

電磁鋼板１２はほぼ円盤形状であり、ローターコア１４は電磁鋼板１２が積層される。電磁鋼板１２は軟磁性体から構成される。積層は、電磁鋼板１２表面にあらかじめ形成された絶縁層（図示せず）を介しておこなわれる。ローターコア１４の中心に回転軸１６を取り付けるための円形の穴２２が設けられるため、電磁鋼板１２が積層されたときにローターコア１４はほぼ円筒形状になっている。ローターコア１４は、圧粉磁心などで形成しても良い。

また、ローターコア１４の一端部から他端部まで貫通する磁石用孔２４および軸部用孔２６を有する。さらに、ローターコア１４の一端部から他端部まで貫通する孔であるフラックスバリア２８が設けられる。フラックスバリア２８は磁石用孔２４の端部に連結されていて、磁石用孔２４の端部からローターコア１４の外周方向を向いている。フラックスバリア２８は、電磁鋼板１２に磁束を通過させにくくすることで、磁石１８の磁束がローターコア１４内部で短絡するのを防止する。フラックスバリア２８は必須ではない。フラックスバリア２８の部分にまで磁石１８が埋設されていても良い。

磁石１８は磁石用孔２４に埋設される。複数の磁石１８は、周方向に隣り合う磁極が異なるように並べられる。ローターコア１４の周方向にＮ極とＳ極が交互に配置される。周方向に並ぶ磁石１８の数は偶数であり、回転軸１６を中心にして対象な位置に配置される。図１では、４枚の磁石１８が正方形になるように配置されている。

端板は第１端板２０と第２端板２１を含む。端板２０，２１は、ローターコア１４の一端部に第１端板２０が配置され、他端部に第２端板２１が配置される。各端板２０，２１は、各磁石用孔２４の開口の一部を塞ぐことによって、各磁石１８の一部を覆っている。各端板２０，２１が磁石用孔２４の一部を塞ぐことによって、磁石用孔２４の開口が磁石１８よりも小さくなる。磁石１８が磁石用孔２４から飛び出さない。なお、各端板２０、２１の厚みは、ローターコア１４が電磁鋼板１２の積層により構成される場合、電磁鋼板１２の厚みより十分厚くすることが望ましい。

第１端板２０は環状になっている。第２端板２１の外周形状は、第１端板２０の環状を形成するための内周形状に一致する。図１では、第１端板２０の内周形状および第２端板２１の外周形状は正方形になっている。この正方形以外であっても、正Ｎｉ角形（正多角形）であり、各各磁石１８の一部を覆うようにできれば本発明に適用可能である。ここでＮｉは、ローターコア１４の磁石１８の極数または極数の約数である。

第１端板２０の内周形状と第２端板２１の外周形状とを一致させるために、１枚の板体１９を準備して、中央の第２端板２１の部分を打ち抜く（図３）。板体１９は、外形が第１端板２０の外形と同じである。１枚の板体１９から第１端板２０と第２端板２１が形成され、内周形状と外周形状を一致させることができる。なお、内周形状と外周形状の一致は、完全な一致ではなく、打ち抜いたときに生じるバリなどを除去したときに発生する差も含む。各端板２０，２１には、ローターコア１４と同じように軸部用孔２７ａ，２７ｂと回転軸１６を取り付けるための円形穴２３が形成されている。

複数の電磁鋼板１２および端板２０，２１を固定するために、頭部３２および軸部３４を備えた固定部材３０が用いられる。頭部３２は平面を備えており、頭部３２の平面に対して垂直に軸部３４が取り付けられている。固定部材３０は、リベット（カシメピン）、ボルトとナットなどである。軸部３４が軸部用孔２６に配置され、頭部３２が各端板２０，２１におけるローターコア１４の反対側に配置される（図２（ｃ））。なお、頭部３２と各端板２０，２１との間にワッシャー（座金）を配置して、ゆるみを防止する場合がある。

電磁鋼板１２同士を固定するために、カシメ（カラマセ）３６も用いられる。このカシメ３６は、磁石１８に対して固定部材３０の反対側に配置される。ローターコア１４における磁石の内方と外方で、固定部材３０とカシメ３６によって電磁鋼板１２同士を固定するため、固定するための力の釣り合いが取れる。カシメ３６とは、ポンチにより電磁鋼板１２の一部をダイス内に押し込んで電磁鋼板１２の一部にカシメ用の凹凸部を形成し、回転軸方向に隣接するカシメ用の凹凸部とはまり込んで、摩擦により保持するものである。本実施例においては、いずれの側の端板２０，２１もカシメ３６を覆わない。これにより、カシメ３６の凸側の端面に凸部が現れても端板２０，２１が覆わないために端板２０，２１が浮くことはない。そのため、カシメ３６の凸側の端面に、凸部を埋め込むためにカシメ形状と同等の孔を設けたコアを準備して積層する必要がない。

第１端板２０の軸部用孔２７ａおよび第２端板２１の軸部用孔２７ｂは、回転軸に対して同一距離である。さらに、第１端板２０および第２端板２１の軸部用孔２７ａ，２７ｂは、周方向の間隔が一致する。すなわち、回転軸１６を中心として、同一角度に軸部用孔２７ａ，２７ｂが配置される。各軸部用孔２７ａ，２７ｂの周方向の間隔が一定であっても不規則であっても、両端板２０，２１の軸部用孔２７ａ，２７ｂは周方向に同一の間隔で並んでいる。これは、ローターコア１４の軸部用孔２６が軸部３４に沿って一直線になっており、第１端板２０と第２端板２１の軸部用孔２７ａ，２７ｂの位置を合わせる必要があるためである。言い換えれば、第１端板２０の軸部用孔２７ａおよび第２端板２１の軸部用孔２７ｂはいずれかの端板２０，２１を、回転軸１６を中心に所定角度回転させたとき（必要であれば裏返しにした後）、一致することが必要である。

１枚の板体１９を打ち抜く前に軸部用孔２７ａ，２７ｂを形成した場合、第１端板２０の軸部用孔２７ａと第２端板２１の軸部用孔２７ｂが周方向に交互に配置されるようにする。打ち抜いたときに、第１端板２０と第２端板２１に軸部用孔２７ａ，２７ｂを有して分かれる。したがって、１枚の板体１９の状態では、軸部用孔２７ａ，２７ｂの数は、ローターコア１４の軸部用孔２６の数の２倍になっている。

各端板２０，２１は非磁性体で構成する。各端板２０，２１は、各磁石１８の一磁極から他磁極までまたがるようにして覆っている。各端板２０，２１には、各磁石１８においてＮ極からＳ極に漏れる磁束が通過する。非磁性体によって磁性体に比べて渦電流を小さくする。

回転子１０の製造方法は、次の（１）〜（７）の順番でおこなわれる。（１）非磁性体の板体１９を準備する。板体１９には、軸部用孔２７ａ，２７ｂと回転軸１６の取り付け用の穴２３が形成されている。（２）板体１９を打ち抜いて、環状になった第１端板２０および外周形状が第１端板２０の内周形状に一致する第２端板２１を形成する。このとき、打ち抜きによってバリなどが生じていれば、それを除去する。（３）複数の電磁鋼板１２を積層してローターコア１４を形成する。（４）ローターコア１４の一端部において、磁石用孔２４の一部を塞ぐようにして第１端板２０を、他の端部を開放した固定部材３０を介して配置する。（５）磁石用孔２４において、第１端板２０で磁石用孔２４の一部が塞がれていない方から、磁石１８を挿入する。（６）ローターコア１４の他端部において、磁石１８の一部を覆いながら第２端板２１を配置する。（７）電磁鋼板１２および各端板２０，２１を固定部材３０で固定し、ローターコア１４の中心に回転軸１６を取り付ける。（４）と（６）において、第１端板２０と第２端板２１が入れ替えられても良い。なお、（４）において端板２０とローターコア１４は、固定部材３０の軸で位置決めしておき、（７）では、固定部材３０を第２端板側で止めることになる。固定部材３０がリベットであれば第２端板側でつぶされ、ボルトとナットであれば第２端板側でネジ止めされる。

以上のように、１枚の非磁性体の板体１９から２枚の端板２０，２１を形成している。従来であれば同一の端板をローターコア１４の両端に設けていたが、その必要が無く、従来の半分の費用で構成できる。材料も半分になり、資源の有効利用となる。

図４の回転子１０ｂのように、ローターコア１４ｂにおいて、磁石１８をＶ字形状に埋設しながら、磁石１８を周方向に並べる構成であってもよい。磁石１８は、同一のＶ字形状の孔に設けられた磁石１８は同一磁極としつつ、周方向に磁極が交互に並んでいる。１つのＶ字形状で１磁極である。各端板２０，２１が各磁石１８の一部を覆うため、磁石１８が磁石用孔２４から飛び出すことがない。Ｖ字形状に磁石１８を配置するために、電磁鋼板１２ｂはＶ字形状に磁石用孔２４が設けられる。

図５の回転子１０ｃのように、６枚の磁石１８が周方向に並べられている場合、第１端板２０ｃの内側形状および第２端板２１ｃの外周形状をほぼ正三角形状にしても良い。正三角形状の頂点部分を鋭角にせず、平らにしたり丸めたりする。第２端板２１ｃの頂点部分が２つの磁石１８の一部を覆うことによって、磁石１８が磁石用孔２４から飛び出すのを防止している。なお、上述した正Ｎｉ角形において、図５と同様に各角を平らにしたり丸めたりしても良い。このときＮｉ＝６（ロータ極数）÷２＝３である。

第１端板２０ｄの内側形状および第２端板２１ｄの外周形状は、山と谷が交互につなげたものであっても良い（図６）。第２端板２１ｄは、山の部分に軸部用孔２７ｂが設けられる。例えば図５に示すような６極の回転子に用いられる。固定部材用孔は６箇所であるが、３箇所であっても良い。

上記の実施例は第１端板２０の外周形状が円形であったが、他の形状であっても良い。例えば、正方形、正六角形、正八角形の第１端板２０ｅ，２０ｆ，２０ｇが挙げられる（図７）。いずれの形状であっても第１端板２０ｅ，２０ｆ，２０ｇがローターコアからはみ出さないようにする。第１端板２０の外周形状としては、正Ｎｏ角形が可能である。ここでＮｏはローターコアの磁石１８の極数または極数の約数である。Ｎｏを３，４，６のいずれかであれば、１枚の板から複数の板体１９を取り出した場合、使用できない部分を少なくできる。逆に、Ｎｏはローターコアの磁石１８の極数または極数の約数以外であった場合は、例えば、外周を円に近づけるという効果を有する。

さらに、両端板２０ｈ、２１ｈは同じ扇形状をつなげたものであっても良い（図８）。第１端板２０ｈは、扇形状の外縁同士をつなげる。第２端板２１ｈは、扇形状の内縁同士をつなげる。最初の板体１９の時点で、第１端板２０ｈの扇形状と第２端板２１ｈの扇形状が交互に並ぶようになっている。

上記各実施例で説明した回転子は、回転電機に使用される。回転電機５０は、上記の回転子１０と、回転子１０の径方向の側部を囲む固定子５２とから構成される（図９）。図９の回転電機５０では実施例１の回転子１０を示しているが、他の実施例の回転子であっても良い。

固定子５２は、環状のバックヨーク５４、バックヨーク５４に対して垂直であり、かつ環状の中心へ向いた複数のティース５６、隣り合うティース５６同士の間に形成されたスロット５８、スロット５８に配置されるコイル６０、バックヨーク５４およびティース５６に対してコイル６０を絶縁するスロットセル６２を備える。

バックヨーク５４およびティース５６は一体であり、それらによってステータコア６４を構成している。ステータコア６４は軟磁性体からなる複数の電磁鋼板が絶縁層を介して積層されたものである。ティース５６は等間隔に配置される。スロット５８はティース５６同士の間の空間であり、この空間にコイル６０が配置される。スロットセル６２は絶縁性のフィルムであり、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）フィルムが挙げられる。ステータコア６４とコイル６０との間にスロットセル６２を配置し、ステータコア６４とコイル６０との絶縁を確保する。

ステータコア６４の外周はケース６６などに固定されて回転電機１０として種々の製品に適用される。ケース６６への固定方法は、焼き嵌めや溶接が挙げられる。回転電機１０としては、空気調和機の圧縮機に使用されるモータを始め、種々のモータや発電機に適用できる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。各実施例は独立的または排他的なものではなく、適宜組み合わせて実施しても良い。

１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｈ：回転子
１２、１２ｂ：電磁鋼板
１４、１４ｂ：ローターコア
１６：回転軸
１８：磁石
１９：板体
２０、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ：第１端板
２１、２１ｃ、２１ｄ、２０ｈ：第２端板
２２、２３：回転軸を取り付けるための穴
２４：磁石用孔
２６、２７ａ、２７ｂ：軸部用孔
２８：フラックスバリア
３０：固定部材
３２：頭部
３４：軸部
３６：カシメ
５０：回転電機
５２：固定子
５４：バックヨーク
５６：ティース
５８：スロット
６０：コイル
６２：スロットセル
６４：ローターコア
６６：ケース

Claims

高透磁率材からなり、略円筒形状の回転軸を中心として回転するローターコアと、
前記ローターコアにおいて、回転軸の軸方向に貫通する孔に埋設された複数の磁石と、
前記ローターコアの一端部に配置され、各磁石の一部を覆い、環状になった第１端板と、
前記ローターコアの他端部に配置され、各磁石の一部を覆い、外周形状が第１端板の環状を形成している内周形状に一致する第２端板と、
を備えた回転子。
頭部および軸部を有し、軸部が前記ローターコアの内部に配置され、頭部がローターコアの軸方向における外部に配置され、ローターコアに第１端板および第２端板を固定する固定部材を備え、
前記第１端板および第２端板のそれぞれに軸部が通過する複数の孔を有し、第１端板および第２端板の孔が、回転軸に対して同一距離であり、かつ周方向の間隔が一致する
請求項１の回転子。
前記第１端板および第２端板が非磁性体で形成された請求項１または２の回転子。
請求項１から３のいずれかの回転子と、
前記回転子の側方を囲むように配置された固定子と、
を備えた回転電機。
板体を準備するステップと、
前記板体を打ち抜いて、環状になった第１端板および外周形状が第１端板の環状を形成している内周形状に一致する第２端板を形成するステップと、
高透磁率材からなるローターコアを形成するステップと、
前記ローターコアの一端部において、ローターコアの磁石用孔の一部を塞ぎながら第１端板を配置するステップと、
前記ローターコアに磁石を埋設するステップと、
前記ローターコアの他端部において、磁石の一部を覆いながら第２端板を配置するステップと、
を備えた回転子の製造方法。