JP2013138588A - 永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石回転子において、磁石磁力による永久磁石の移動を規制することで電動機の発停に伴う衝突音の発生を防止する。
【解決手段】永久磁石回転子（10）を対象としている。端板（21）には、磁石孔（16）と同軸上に形成され、且つ軸方向に貫通する端板孔（23）が形成される一方、端板孔（23）の孔径よりも小さい外径の本体部（26）と、端板孔（23）から磁石孔（16）内に挿入された本体部（26）の先端を永久磁石（19）に押し当てて磁石孔（16）内で端板孔（23）の孔径よりも大きい外径に変形させて本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを有し、永久磁石（19）を磁石孔（16）内に押し込む押圧片（25）を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、永久磁石回転子に関し、特に、永久磁石の固定手段に係るものである。

従来より、永久磁石が埋め込まれた電動機として、例えば、ブラシの代わりに電子整流回路を有する直流モータであるブラシレスＤＣモータ等が広く知られている。このようなブラシレスＤＣモータは、固定子（ステータ）と、該固定子の内側で回転自在に配設された回転子（ロータ）とにより構成されている。回転子は、永久磁石と、該永久磁石が埋め込まれる回転子コアとにより構成されている。

回転子コアは、同一形状の多数の磁性板（電磁鋼板）を軸方向に積層して形成されている。各磁性板には、プレス加工で打ち抜かれた開口が同一箇所に形成され、これらの磁性板を積層させることで上記開口が積層し、永久磁石の挿入される磁石孔が形成される。その一方で、永久磁石は、成形時や加工時において寸法精度のばらつきが有るうえ、回転子コアの積層後に磁石を挿入するため、磁石孔は永久磁石よりも多少大きく形成される（図８参照）。これにより、電動機が停止状態の場合、磁石孔内の永久磁石は、他の磁石孔に収容された永久磁石の磁力によって半径方向内方へ移動し、磁石孔の内径側面に衝突する。一方、電動機の駆動が開始された場合、回転の遠心力によって磁石孔内の永久磁石は半径方向外方へ移動して磁石孔の外径側面に衝突する。つまり、電動機の発停動作に伴って永久磁石が磁石孔内を半径方向内方および外方に移動し、その度に磁石孔の内側面に衝突して衝突音が発生してしまうという問題があった。

このような永久磁石を固定する固定手段として、特許文献１には、固定部材（押圧部材）によって永久磁石をロータ端板に対して軸方向に押し付けることで永久磁石を固定する手段が開示されている。この固定手段では、ロータ端板に形成された開口部に挿通された押圧部材が永久磁石を押圧し、その押圧力をもって該永久磁石を固定している。

特開２０１０−２３３３４６号公報

しかしながら、上記押圧部材の外径は開口部の孔径よりも小さいため、押圧部材は軸方向に移動し易くなり、永久磁石への押圧力が下がってしまう。つまり、特許文献１の固定手段では、永久磁石の固定が十分ではなく、電動機が停止状態の場合、磁石孔内の永久磁石は、他の磁石孔に収容された永久磁石の磁力によって半径方向内方へ移動し、磁石孔の内径側面に衝突してしまう。その一方で、電動機の駆動が開始された場合、回転の遠心力によって磁石孔内の永久磁石は半径方向外方へ移動して磁石孔の外径側面に衝突してしまうため、電動機の発停動作のたびに磁石孔の内側面に永久磁石が衝突して衝突音が発生してしまうという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、永久磁石回転子において、磁石磁力による永久磁石の移動を規制することで電動機の発停に伴う衝突音の発生を防止することを目的とする。

第１の発明は、回転軸（12）の軸方向に延びて形成され、且つ複数の磁石孔（16）が上記回転軸（12）の周囲に形成された回転子コア（11）と、上記磁石孔（16）に挿入される永久磁石（19）と、上記回転子コア（11）の軸方向の端部に設けられる端部材（21）とを備えた永久磁石回転子であって、上記端部材（21）には、上記磁石孔（16）と同軸上に形成され、且つ軸方向に貫通する孔部（23）が形成される一方、上記孔部（23）の孔径よりも小さい外径の本体部（26）と、上記孔部（23）から磁石孔（16）内に挿入された本体部（26）の先端を上記永久磁石（19）に押し当てて上記磁石孔（16）内で上記孔部（23）の孔径よりも大きい外径に変形させて上記本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを有し、上記永久磁石（19）を上記磁石孔（16）内に押し込む押圧部材（25）を備えている。

上記第１の発明では、永久磁石回転子が、永久磁石（19）と、この永久磁石（19）が配置される磁石孔（16）が形成された回転子コア（11）と、回転子コア（11）の軸方向の端部に設けられる端部材（21）とで構成されている。

端部材（21）には、磁石孔（16）と同軸上に形成され、回転軸（12）の軸方向に貫通する孔部（23）が形成されている。また、押圧部材（25）は、孔部（23）の孔径よりも小さい外径の本体部（26）と、本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを有している。ここで、押圧部材（25）では、本体部（26）を孔部（23）から磁石孔（16）内に挿入し、その先端を永久磁石（19）に押し当てて磁石孔（16）内で孔部（23）の孔径よりも大きい外径に変形させる。このため、拡径部（27）が孔部（23）の周縁部に係合されて孔部（23）から抜け落ちることがない。こうすることで、押圧部材（25）によって永久磁石（19）が磁石孔（16）内に押し込められると共に、押圧部材（25）の軸方向への移動が規制される。つまり、押圧部材（25）から永久磁石（19）へ付与される押圧力が下がるのを防止することができる。このため、押圧部材（25）の押圧力でもって永久磁石（19）を確実に固定することができる。したがって、電動機が停止した場合、磁石孔（16）内の永久磁石（19）は、他の磁石孔（16）に収容された永久磁石（19）の磁力が作用しても半径方向内方への移動が規制される。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記端部材（21）は、上記回転子コア（11）の軸方向の両端部に設けられている。

上記第２の発明では、回転子コア（11）の軸方向の両端部に端部材（21）が設けられている。各端部材（21）には、磁石孔（16）と同軸上に形成され、回転軸（12）の軸方向に貫通する孔部（23）が形成されている。また、押圧部材（25）は、孔部（23）の孔径よりも小さい外径の本体部（26）と、本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを有している。そして、押圧部材（25）では、本体部（26）を孔部（23）から磁石孔（16）内に挿入し、その先端を永久磁石（19）に押し当てて磁石孔（16）内で孔部（23）の孔径よりも大きい外径に変形させる。このため、拡径部（27）が孔部（23）の周縁部に係合されて孔部（23）から抜け落ちることがない。こうすることで、永久磁石（19）は、回転子コア（11）の軸方向の両端から押圧部材（25）によって磁石孔（16）内に押し込められる。また、各押圧部材（25）が固定されているため、永久磁石（19）の半径方向の移動が規制される。

上記第１の発明によれば、永久磁石（19）を磁石孔（16）内に押し込めた状態で拡径部（27）を形成したため、押圧部材（25）の軸方向への移動を規制することができる。つまり、押圧部材（25）から永久磁石（19）へ付与される押圧力が下がるのを防止することができる。このため、押圧部材（25）の押圧力でもって永久磁石（19）を確実に固定することができる。これにより、永久磁石（19）が他の磁石孔（16）に収容された永久磁石（19）の磁力によって半径方向内方へ移動して磁石孔（16）の内側面に衝突するのを防止することができる。この結果、永久磁石回転子において、電動機の発停に伴う衝突音の発生を防止することができる。

上記第２の発明によれば、回転子コア（11）の軸方向の両端から永久磁石（19）を押圧するようにしたため、より確実に永久磁石（19）を固定することができる。

本実施形態１に係る永久磁石回転子を示す平面図である。 本実施形態１に係る永久磁石回転子を示す概略の断面図である。 本実施形態１に係る永久磁石回転子を後端側から視た図である。 本実施形態１に係る永久磁石回転子の一部を拡大して示すものであって、（Ａ）は概略の断面図であり、（Ｂ）は後端側から視た図である。 本実施形態１の変形例に係る永久磁石回転子を示す概略の断面図である。 本実施形態２に係る永久磁石回転子を示す概略の断面図である。 従来例に係る永久磁石回転子における磁石孔と永久磁石と隙間と、この永久磁石へ加わる磁力との関係を示すグラフである。 従来例に係る磁石と磁石孔との隙間とを示す図である。

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。

〈発明の実施形態１〉
図１および図２に示すように、本実施形態１に係る永久磁石回転子（10）は、固定子と共に電動機を構成するものである。この電動機は、例えば空気調和装置の圧縮機内に配置され、圧縮機構を駆動するのに用いられる。圧縮機は、例えば密閉されたケーシングを有し、ケーシング内を高温且つ高圧の冷媒が流れる圧縮機である。尚、本実施形態１では、図２における左右方向のうち、左側を前端側とし、右側を後端側として説明する。

上記永久磁石回転子（10）は、図１〜３に示すように磁性材としての多数枚の電磁鋼板からなる円形状の薄板である磁性板（13）を軸心方向に積層した円筒状の回転子コア（11）と、上記回転子コア（11）が焼き嵌めにより回転一体に固定された中空軸（28）と、この回転子コア（11）および中空軸（28）の後端部に配置される第１端板（21）と、回転子コア（11）および中空軸（28）の前端部に配置される第２端板（22）と、回転子コア（11）の磁石孔（16）に収容される永久磁石（19）とを有している。

上記永久磁石回転子（10）の中心部には、その軸方向に圧縮機構の駆動軸（12）が設けられている。圧縮機構の駆動軸（12）は本発明に係る回転軸を構成している。

上記回転子コア（11）は、電磁鋼板からなる円形状の薄板に形成される複数の磁性板（13）を積層させること略円筒状に形成されている。磁性板（13）は、その中心に中空軸孔（29）が形成され、中空軸孔（29）の周縁部に永久磁石回転子（10）の軸方向に貫通する断面略矩形状の１２の磁石孔（16）が上記中空軸孔（29）の周りで六角形状の各辺部をなすように形成されている。すなわち、積層させた磁性板（13）からなる回転子コア（11）には、その軸方向に貫通する中空軸（28）および磁石孔（16）が形成されている。

上記中空軸（28）は、焼き嵌めによって回転子コア（11）が一体固定されるものである。中空軸（28）は、円筒状に形成され、その外径は上記回転子コア（11）の中空軸孔（29）の孔径と略同外径に形成されている。中空軸（28）の中心部には、その軸方向に貫通する軸挿通孔（15）が形成されている。軸挿通孔（15）には、圧縮機構の駆動軸（12）が挿入されて回転一体に固定されている。また、中空軸（28）には、その軸方向の両端のそれぞれにおける軸挿通孔（15）の周囲に４つのボルト孔（14）が形成されている。このボルト孔（14）には第１端板（21）又は第２端板（22）を回転子コア（11）に取り付けるためのボルト（18）が挿通される。尚、回転子コア（11）およびこれと一体固定された中空軸（28）は、本発明に係る回転子コアを構成している。

上記磁石孔（16）は、永久磁石（19）が挿入される孔に形成されている。磁石孔（16）は、その円周方向の寸法が永久磁石（19）の長手方向の寸法よりも僅かに大きくなるように形成され、その半径方向の寸法が永久磁石（19）の半径方向の厚み寸法よりも僅かに大きくなるように形成されている。また、各磁性板（13）は、各磁石孔（16）の円周方向一端部から折れ曲り状に連続して略円周方向逆方に向かって延びる磁束短絡防止用の開口が形成されている。

上記第１端板（21）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の後端に取り付けられる部材であって、本発明に係る端部材を構成している。第１端板（21）は、非磁性のステンレス製で略円板状に形成され、軸挿通孔（24）と端板孔（23）とボルト孔（14）とが形成されている。軸挿通孔（24）は、略円板状の第１端板（21）の中心に形成される円形の孔であって、上記駆動軸（12）が挿通されるものである。軸挿通孔（24）には、圧縮機構の駆動軸（12）が挿入されて回転一体に固定されている。端板孔（23）は、上記中空軸（28）に第１端板（21）が取り付けられた状態において、回転子コア（11）の各磁石孔（16）の中心に対応する位置に形成される孔であって、本発明に係る孔部を構成している。端板孔（23）は、後述する押圧片（25）の本体部（26）が挿入可能な孔径に形成されている。ボルト孔（14）は、上記中空軸（28）に第１端板（21）が取り付けられた状態において、中空軸（28）のボルト孔（14）に対応する位置に形成される孔である。このボルト孔（14）には、第１端板（21）を中空軸（28）に取り付けるためのボルト（18）が挿通される。つまり、第１端板（21）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の軸方向の後端面に配置され、ボルト（18）によって中空軸（28）に対して締結されている。

上記第２端板（22）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の前端に取り付けられる部材である。第２端板（22）は、非磁性のステンレス製で略円板状に形成され、軸挿通孔（24）とボルト孔（14）とが形成されている。軸挿通孔（24）は、略円板状の第２端板（22）の中心に形成される円形の孔であって、上記駆動軸（12）が挿通されるものである。軸挿通孔（24）には、圧縮機構の駆動軸（12）が挿入されて回転一体に固定されている。ボルト孔（14）は、上記中空軸（28）に第２端板（22）が取り付けられた状態において、上記中空軸（28）のボルト孔（14）に対応する位置に形成される孔である。このボルト孔（14）には、第２端板（22）を中空軸（28）に取り付けるためのボルト（18）が挿通される。つまり、第２端板（22）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の軸方向の前端面に配置され、ボルト（18）によって中空軸（28）に対して締結されている。

上記永久磁石（19）は、断面略矩形の直方体に形成された磁石である。永久磁石（19）は、上記回転子コア（11）の各磁石孔（16）内において、上記駆動軸（12）の軸方向に４つ並んで配置されている。

上記押圧片（25）は、上記永久磁石（19）を固定するためのものであって、本発明に係る押圧部材を構成している。押圧片（25）は、図３に示すように、各磁石孔（16）の略中心に対応する位置に配置されている。図４に示すように、押圧片（25）は、アルミニウム製の本体部（26）と、前端側の本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを備えている。本体部（26）は、細長の略円筒形状に形成された片である。本体部（26）は、その外径が上記第１端板（21）の端板孔（23）の孔径よりもやや小さくなるように形成されている。一方、拡径部（27）は、上記端板孔（23）の孔径よりも大きく、且つ上記本体部（26）の外径よりも大きい大径に形成されている。押圧片（25）は、上記本体部（26）が磁石孔（16）の内部に配置される一方、拡径部（27）が永久磁石（19）と第１端板（21）との間に配置される。すなわち、押圧片（25）が永久磁石（19）を磁石孔（16）内に押し込んで第２端板（22）に押し当てることにより、永久磁石（19）と第２端板（22）との間に発生する摩擦力によって永久磁石（19）の半径方向への移動を規制している。また、押圧片（25）は、拡径部（27）が磁石孔（16）の周縁部に引っかかることで軸方向への移動が規制されている。

−拡径部の形成手段−
次に、押圧片（25）の拡径部（27）の形成手段について説明する。まず、拡径部（27）が形成されていない状態の押圧片（25）の本体部（26）を第１端板（21）の端板孔（23）に後端側から挿入する。次に、この本体部（26）の先端を永久磁石（19）の後端に押し当てて押圧する。こうすることで、比較的柔らかい材料であるアルミニウム製の本体部（26）の先端（永久磁石（19）と接触する部分）が潰れて径方向外方に変形し、本体部（26）の先端部に拡径部（27）が形成される。この拡径部（27）は、本体部（26）の外径よりも大きく、且つ第１端板（21）の端板孔（23）の孔径よりも大きくなるまで変形させて形成する。

−実施形態１の効果−
本実施形態１によれば、永久磁石（19）を磁石孔（16）内に押し込めた状態で拡径部（27）を形成したため、押圧片（25）の軸方向への移動を規制することができる。つまり、押圧片（25）から永久磁石（19）へ付与される押圧力が下がるのを防止することができる。このため、押圧片（25）の押圧力でもって永久磁石（19）を確実に固定することができる。これにより、永久磁石（19）が他の磁石孔（16）に収容された永久磁石（19）の磁力によって半径方向内方へ移動して磁石孔（16）の内側面に衝突するのを防止することができる。特に、図７に示すように、外径側面（磁石孔（16）の半径方向外方側の側面）に永久磁石（19）が移動している場合（すなわち、内径側面（磁石孔（16）の半径方向内方側の側面）と永久磁石（19）との隙間が大きい場合）、磁石孔（16）内の永久磁石（19）へ他の磁石孔（16）に収容された永久磁石（19）から加わる磁力は小さくなる。このため、電動機の駆動が開始され、回転の遠心力によって磁石孔（16）内の永久磁石（19）が半径方向外方へ移動した場合、この永久磁石（19）は押圧片（25）によって固定されているため、再び磁石孔（16）の半径方向内方へ移動することはなくなる。この結果、永久磁石回転子（10）において、電動機の発停に伴う衝突音の発生を防止することができる。

−実施形態１の変形例−
次に、上記実施形態１の変形例について説明する。図５に示すように、本変形例に係る永久磁石回転子（10）は、上記実施形態１に係るものとは、中空軸（28）および第２端板（22）の構造が異なっている。尚、本変形例では、上記実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

具体的に、本変形例に係る第２端板（22）と中空軸（28）は、ボルトではなく、中空軸（28）の前端の一部を第２端板（22）に係合させることで固定されている。その他の構成、作用・効果は実施形態１と同様である。

〈発明の実施形態２〉
次に、本実施形態２について説明する。図６に示すように、本実施形態２に係る永久磁石回転子（10）は、上記実施形態１に係るものとは、端板および押圧片の構造が異なっている。尚、本実施形態２では、上記実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

具体的に、本実施形態２に係る永久磁石回転子（10）は、円筒状の回転子コア（11）と、上記回転子コア（11）が焼き嵌めにより回転一体に固定された中空軸（28）と、この回転子コア（11）および上記中空軸（28）の軸方向の両端部に配置された端板（21）と、永久磁石（19）とを有している。尚、回転子コア（11）と永久磁石（19）についての説明は省略する。

上記端板（21）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の前端および後端に取り付けられる部材であって、本発明に係る端部材を構成している。端板（21）は、非磁性のステンレス製で略円板状に形成され、軸挿通孔（24）と端板孔（23）とボルト孔（14）とが形成されている。軸挿通孔（24）は、略円板状の端板（21）の中心に形成される円形の孔であって、上記駆動軸（12）が挿通されるものである。端板孔（23）は、上記中空軸（28）に端板（21）が取り付けられた状態において、回転子コア（11）の各磁石孔（16）の中心に対応する位置に形成される孔であって、本発明に係る孔部を構成している。端板孔（23）は、後述する押圧片（25）の本体部（26）が挿入可能な孔径に形成されている。ボルト孔（14）は、上記中空軸（28）に端板（21）が取り付けられた状態において、中空軸（28）のボルト孔（14）に対応する位置に形成される孔である。このボルト孔（14）には、端板（21）を中空軸（28）に取り付けるためのボルト（18）が挿通される。つまり、端板（21）は、回転子コア（11）および中空軸（28）の軸方向の両端面にそれぞれ配置され、ボルト（18）によって中空軸（28）に対して締結されている。

−実施形態２の効果−
本実施形態２によれば、押圧片（25）を回転子コア（11）の軸方向の両端に設けたため、磁石孔（16）内の永久磁石（19）を軸方向の両端から押圧することができる。このため、両端から押圧片（25）によって永久磁石（19）を挟み込んで確実に固定することができる。その他の構成、作用・効果は実施形態１と同様である。

尚、以上の実施形態は、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。

以上説明したように、本発明は、永久磁石回転子について有用である。

１１ 回転子コア
１２ 回転軸
１６ 磁石孔
１９ 永久磁石
２１ 第１端板（実施形態１）、端板（実施形態２）
２３ 端板孔
２５ 押圧片
２６ 本体部
２７ 拡径部

Claims (2)

1. 回転軸（12）の軸方向に延びて形成され、且つ複数の磁石孔（16）が上記回転軸（12）の周囲に形成された回転子コア（11）と、上記磁石孔（16）に挿入される永久磁石（19）と、上記回転子コア（11）の軸方向の端部に設けられる端部材（21）とを備えた永久磁石回転子であって、
   上記端部材（21）には、上記磁石孔（16）と同軸上に形成され、且つ軸方向に貫通する孔部（23）が形成される一方、
   上記孔部（23）の孔径よりも小さい外径の本体部（26）と、上記孔部（23）から磁石孔（16）内に挿入された本体部（26）の先端を上記永久磁石（19）に押し当てて上記磁石孔（16）内で上記孔部（23）の孔径よりも大きい外径に変形させて上記本体部（26）の先端部に形成される拡径部（27）とを有し、上記永久磁石（19）を上記磁石孔（16）内に押し込む押圧部材（25）を備えている
   ことを特徴とする永久磁石回転子。
2. 請求項１において、
   上記端部材（21）は、上記回転子コア（11）の軸方向の両端部に設けられている
   ことを特徴とする永久磁石回転子。

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