JP2013207810A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、追加部品無しでロータコアの変形が抑えられるロータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のロータ１０は、円柱状のロータコア４０、ロータコア４０の中心に取り付けられた回転軸４２、ロータコア４０に形成された磁石用スロット４４、磁石用スロット４４に埋設された永久磁石４６、ロータコア４０の端部に配置されたバランスウエイト４８、軸部５２と頭部５４を備え、ロータコア４０とバランスウエイト４８を一体にする固定部材５６、および固定部材５６の軸部５４が配置される軸部用孔５８ａ，５８ｂ，５８ｃを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バランスウエイトを備えたロータに関するものである。

従来、環状のステータの内側に円柱状のロータを備えた回転電機が種々開発されている。ロータ１００は、複数の電磁鋼板が重ねられたロータコア４０、ロータコア４０に形成された磁石用スロット４４に埋設された永久磁石４６、ロータコア４０の中心に設けられた回転軸４２を備える（図７、図８）。磁石用スロット４４の端部からロータコア４０の外周に向けてフラックスバリア６０が形成されている。フラックスバリア６０の端部からロータコア４０の外周までのブリッジ６２は、薄肉になっている。

回転電機１２を圧縮機に適用した場合、圧縮機構２４のシリンダ室３０まで回転軸４２が伸びる。回転軸４２にはピストン３２が取り付けられ、ピストン３２が偏心回転運動する。

ピストン３２の偏心回転運動に対応するために、ロータコア４０の両端にバランスウエイト１０２を取り付け、回転軸４２がぶれないようにバランスを取っている。バランスウエイト１０２を取り付けるために、ロータコア４０とバランスウエイト１０２の両方に軸部用孔１０４を設け、リベットなどの固定部材５６の軸部５２を通している。

しかし、磁石用スロット４４よりも外周部分は薄肉のブリッジ６２によってのみ保持されている。回転時に生じる遠心力によって、ブリッジ６２によって支えられている磁石用スロット４４よりも外周部分が外側に変形する。バランスウエイト１０２の重量によっても遠心力が大きくなり、変形が大きくなる。ロータコア４０がステータ１６に接触するおそれがある。ブリッジ６２の幅を大きくすれば変形を抑えられるが、漏れ磁束が大きくなる。

下記の特許文献は、ロータコアに部品を追加しており、変形を抑えることが可能になるが、部品の追加によってコストアップになったり、製造工程が多くなる。

特開２０１０−２２６８８２号公報 特開２００８−１３１７４２号公報

本発明は、追加部品無しでロータコアの変形が抑えられるロータを提供することを目的とする。

本発明のロータは、円柱状のロータコアと、前記ロータコアに形成された磁石用スロットと、前記磁石用スロットに埋設された磁石と、前記ロータコアにおいて、磁石用スロットよりも外周部分に形成された複数の第１軸部用孔と、前記ロータコアの端部に配置され、重心部および重心部から伸びる腕部とを備えたバランスウエイトと、前記重心部に形成され、第１軸部用孔よりも大きな第２軸部用孔と、前記腕部に形成され、第１軸部用孔と同じ大きさの第３軸部用孔と、前記第１軸部用孔、第２軸部用孔および第３軸部用孔における少なくとも第１軸部用孔に配置される軸部、および軸部の端部に設けられた頭部を備えた固定部材とを備える。

ロータが回転した際、バランスウエイトの重心部に働く遠心力によって、腕部を引っ張る。腕部が引っ張られることによって、ロータコアにおける磁石用スロットよりも外周部分を重心部に働く遠心力の方向に引っ張る。

前記バランスウエイトがロータコアの両端部に配置される。ロータの回転時のバランスに応じて、バランスウエイトを配置する。

前記第３軸部用孔の内周と固定部材の軸部とが接している。腕部と固定部材とが一体になり、腕部と固定部材とを介して、磁石用スロットよりも外周部分を重心部に働く遠心力の方向に引っ張ることができる。

前記固定部材は、第３軸部用孔に対して中間バメまたはしまりバメであり、第２軸部用孔に対して隙間バメである。重心部がロータコアを遠心力の働く方向に引っ張ることはない。

前記ロータコアとバランスウエイトとの間に端板を備え、バランスウエイトと端板との接触面が平坦である。

前記磁石用スロットの端部または磁石用スロットの端部に形成されたフラックスバリアからロータコアの外周部までの幅が、腕部よりも狭い。腕部が磁石用スロットよりも外周部分を引っ張ることができる。

本発明は、バランスウエイトに腕部を設けて、磁石用スロットよりも外周部分を固定部材と腕部を介して重心部で引っ張ることができる。重心部の遠心力によって磁石用スロットよりも外周部分が外方に膨らむのを防止できる。バランスウエイトに腕部を設けただけであって、追加の部品がないため、従来のロータと同じように製造することができる。ロータコアが変形しないため、ロータコアがステータに接触することも防止できる。

本発明のロータの組み込まれた回転電機の構成を示す図である。 本発明のロータの上面図である。 図２のロータに対してバランスウエイトの重心部と腕部の位置を変更したロータの上面図である。 腕部の方向を変更したロータの上面図である。 複数の第１軸部用孔の上を通過する腕部を備えたロータの上面図である。 磁極を４極にしたロータの上面図である。 従来のロータの組み込まれた回転電機の構成を示す図である。 従来のロータの上面図である。

本発明のロータについて図面を用いて説明する。圧縮機に使用される回転電機のロータを例に説明する。

本発明のロータ１０が組み込まれる回転電機１２は、密閉された容器１４、容器１４に収納された環状のステータ１６を備える（図１）。ステータ１６の内方にロータ１０が配置される。回転電機１２はＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

容器１４は円筒形のパイプ１８を備える。パイプ１８は、例えば鋼板を絞り加工して形成することができる。パイプ１８の両端は、それぞれキャップ状のトップ２０およびボトム２２によって塞がれている。パイプ１８の内方にステータ１６およびロータ１０が収納される。

回転電機１２を圧縮機に適用しているため、パイプ１８内におけるステータ１６およびロータ１０の下方には、圧縮機構２４が設けられる。圧縮機構２４の下方にボトム２２が配置される。ボトム２２に潤滑油が貯められる。アキュムレーターから圧縮機構２４に冷媒を供給する管２６が接続口２８に取り付けられる。ロータ１０が回転すると、ガス状の冷媒がアキュムレーターから圧縮機構２４に吸入される。

圧縮機構２４は、シリンダ室３０およびシリンダ室３０内においてロータ１０の回転軸４２に取り付けられたピストン３２を備える回転ポンプである。ピストン３２がシリンダ室３０の内周面に沿って偏心回転運動することにより、シリンダ室３０に冷媒を吸入し、冷媒を圧縮する。シリンダ室３０およびピストン３２が２段構造になった圧縮機構２４であっても良い。圧縮された冷媒は、ステータ１６とロータ１０の隙間などからトップ２０まで上昇する。

トップ２０には、圧縮機構２４によって圧縮された冷媒を容器１４の外に出すための吐出管３４が取り付けられている。吐出管３４は熱交換器などにつなげられる。また、ステータ１６のコイルに接続される端子３６がトップ２０に設けられている。容器１４の外部では、端子３６はインバータ回路に接続される。

ステータ１６は、環状のステータコアとコイルを備える。ステータコアは軟磁性体の電磁鋼板を重ね合わせたものである。渦電流損を防止するために、電磁鋼板同士の間に絶縁層を設けている。コイルに外部から電力を供給することによって、ロータ１０が回転する。

本発明のロータ１０は、円柱状のロータコア４０、ロータコア４０の中心に取り付けられた回転軸４２、ロータコア４０に形成された磁石用スロット４４、磁石用スロット４４に埋設された永久磁石４６、ロータコア４０の端部に配置されたバランスウエイト４８、軸部５２と頭部５４を備え、ロータコア４０とバランスウエイト４８を一体にする固定部材５６、および固定部材５６の軸部５４が配置される各軸部用孔５８ａ，５８ｂ，５８ｃを備える（図１、図２）。なお、図１では磁石用スロット４４と永久磁石４６を省略し、図２では固定部材５６を省略している。

ロータコア４０は、軟磁性体の電磁鋼板を複数積層したものである。各電磁鋼板の外周は円形である。電磁鋼板同士をカシメによって固定し、１つのロータコア４０になるようにする。電磁鋼板同士の間に絶縁層を設け、電磁鋼板同士の間に発生する渦電流損を防止する。ロータコア４０の中心には円形の穴が設けられ、回転軸４２が取り付けられる。回転軸４２が圧縮機構２４につながり、ロータ１０が回転することによって、ピストン３２が偏心回転運動する。

ロータコア４０には磁石用スロット４４が形成されている。磁石用スロット４４が、ロータコア４０を回転軸方向に貫く。図２に示す磁石用スロット４４は、ほぼＶ字形状になっている。磁石用スロット４４に永久磁石４６が埋設される。複数の永久磁石４６は、円周方向に隣り合う磁極が異なるように並べられる。円周方向に並ぶ永久磁石４６の数は偶数であり、回転軸４２を中心にして対象な位置に配置される。そのため、ロータ１０は周方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に形成される。

磁石用スロット４４の両端またはその付近からロータコア４０の外周に伸びる溝（フラックスバリア）６０が設けられる。フラックスバリア６０が磁石４６の磁束がステータ１６に渡らずにロータ１０内部で短絡するのを遮る。ロータコア４０において、フラックスバリア６０から外周までの部分が薄肉のブリッジ６２である。ブリッジ６２によって、ロータコア４０における磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分を保持する。

固定部材５６の軸部５２が配置される第１軸部用孔５８ａをロータコア４０に設ける。第１軸部用孔５８ａは、ロータコア４０における磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分に設けられる。

バランスウエイト４８はロータコア４０の端部に配置される。ロータコア４０の両端部に配置されても良いし、いずれか一方の端部に配置されても良い。バランスウエイト４８は、非磁性体で構成される。複数の非磁性体の板を重ね合わせて１つのバランスウエイト４８を形成しても良い。ロータ１０の回転時のバランスに応じてバランスウエイト４８を構成する非磁性体の板の数、厚さ、重さなどを決定する。

バランスウエイト４８は重心部４８ａと腕部４８ｂとを備える。重心部４８ａは、ロータコア４０のほぼ半分に重ね合わされるようになっている。重心部４８ａは、回転軸４２が通る半円形の凹部６４、および固定部材５６の軸部５２が配置される第２軸部用孔５８ｂが設けられている。半円形の直線部分６６は、回転軸４２の方向および重心部４８ａに遠心力のかかる方向に直交する。

第２軸部用孔５８ｂは、第１軸部用孔５８ａと同じ位置に配置される。第１軸部用孔５８ａと第２軸部用孔５８ｂとに１本の軸部５４が配置される。

バランスウエイト４８がロータコア４０の両端に設けられた場合、直線部分６６がオーバーラップし、重心部４８が直線部分６６に対して互いに反対側に配置される。ピストン３２の偏心回転運動に応じて、バランスウエイト４８で遠心力を発生させ、回転軸４２のぶれを無くす。

腕部４８ｂは２本であり、半円形の直線部分６６から伸びている。腕部４８ｂはロータコア４０における重心部４８ａの無い場所に配置される。腕部４８ｂの先端部分がロータコア４０の第１軸部用孔５８ａのある位置に配置される。腕部４８ｂの先端部分に、固定部材５６の軸部５２の配置される第３軸部用孔５８ｃが設けられる。第３軸部用孔５８ｃは、第１軸部用孔５８ａと同じ位置に配置される。第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃとに１本の軸部５４が配置される。

腕部４８ｂの幅は、ブリッジ６２の幅（フラックスバリア６０の端部からロータコア４０の外周部分までの長さ）よりも十分大きい。ロータ１０の回転時に、重心部４８ａが腕部４８ｂを遠心力の方向に引っ張る。磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分が重心部４８ａの方向に引っ張られ、外方に膨らまずに保持される。また、バランスウエイト４８の厚みは、電磁鋼板の１枚の厚みよりも厚くする。腕部４８ｂが十分に磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分を引っ張って、保持することができる。

なお、フラックスバリア６０が設けられない構成であれば、磁石用スロット４４の端部よりもロータコア４０の外周部分がブリッジ６２になる。

固定部材５６は、軸部５２と頭部５４を備える。たとえば固定部材５６は、リベット、またはボルトとナットである。軸部５２が、ロータコア４０とバランスウエイト４８に設けられた軸部用孔５８ａ，５８ｂ，５８ｃに配置される。軸部５２は、必ず第１軸部用孔５８ａに配置され、ロータコア４０の端部に重心部４８ａまたは腕部４８ｂがある部分においては、第２軸部用孔５８ｂまたは第３軸部用孔５８ｃにも配置される。

頭部５４は、ロータ１０の両端部に配置される。ロータ１０の端部がロータコア４０であれば、頭部５４がロータコア４０に接する。ロータ１０の端部がバランスウエイト４８であれば、頭部５４がバランスウエイト４８に接する。ロータコア４０の第１軸部用孔５８ａが複数であり、その数に合わせて固定部材５６を備える。頭部５４は、各軸部用孔５８ａ，５８ｂ，５８ｃを通過できない大きさである。

第２軸部用孔５８ｂは、第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃよりも大きい。第２軸部用孔５８ｂの内周面と軸部５２との間には隙間６８が生じる。隙間６８を設けることによって、ロータコア４０における重心部４８ａの配置される部分が、重心部４８ａによって遠心力の方向に引っ張られない。ロータコア４０の変形を防止できる。

第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃは同じ大きさである。第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃの内周面に固定部材５６の軸部５２が接する。第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃは、ロータコア４０における磁石用スロット４４とフラックスバリア６０よりも外周部分に設けられる。ロータコア４０における磁石用スロット４４とフラックスバリア６０よりも外周部分であり、かつ第３軸部用孔５８ｃの配置されている領域Ａが、固定部材５６と腕部４８ｂによって重心部４８ａにかかる遠心力の方向に力をかけることができる。図２では、バランスウエイト４８がロータコア４０の一端に配置されれば、領域Ａが２箇所であり、バランスウエイト４８が両端に配置されれば、領域Ａは４箇所になる。

固定部材５６は、第３軸部用孔５８ｃに対して中間バメまたはしまりバメであり、第２軸部用孔５８ｂに対して隙間バメである。固定部材５６は、腕部４８ｂに対して固定され、重心部４８ａに対して固定されない。頭部５４は、第２軸部用孔５８ｂを通過することができないため、頭部５４によって、重心部４８ａがロータコア４０から離れないようにする。

ロータ１０が回転したとき、遠心力が発生する。遠心力によって、バランスウエイト４８の重心部４８ａが遠心力のかかる方向に腕部４８ｂを引っ張る。上記のように固定部材５６と腕部４８ｂとが固定されており、第１軸部用孔５８ａと第３軸部用孔５８ｃの内周に軸部５２が接している。重心部４８ａが腕部４８ｂを引っ張ることにより、領域Ａが重心部４８ａの遠心力のかかる方向に引っ張られる。ロータコア４０の領域Ａが外方に膨らまない。回転時のロータコア４０の変形を抑えることができる。

説明の便宜上、ロータコア４０の端部に設けられる端板を省略していたが、実際には永久磁石４６が脱落しないように端板が設けられる。バランスウエイト４８と端板との接触面が平坦になるようにする。バランスウエイト４８と端板との接触面の摩擦力によりバランスウエイト４８の遠心力がロータコア４０に伝達されないようにするためである。

バランスウエイト４８は、実施例１の構成に限定されない。図３のロータ７０は、実施例１に対してバランスウエイト４８の重心部４８ａが３０°回転方向に移動している。そのため、第２軸部用孔５８ｂは２つになっている。また、第１軸部用孔４８ａの位置に合わせて、腕部４８ｂの位置や長さを変更している。

腕部４８ｂは重心部４８ａの半円形の直線部分６６に対して垂直方向に伸びていたが、図４のロータ７２のように、斜方向に伸びても良い。ロータコア４０における磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外側の部分にかかる遠心力に対向する方向である。ロータコア４０の変形を抑えやすい。

腕部４８ｂは１つの第１軸部用孔５８ａまで伸びていたが、図５のロータ７４のように、全ての第１軸部用孔５８ａの上を通るように、腕部４８ｂの端部から他の第１軸部用孔５８ａまで伸びても良い。ロータコア４０における磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分の全てを、重心部４８ａの遠心力のかかる方向に引っ張ることができ、ロータコア４０の変形を抑えることができる。また、端板を省略することができる。

上記実施例は６極のロータ１０を示したが、磁極数は限定されない。たとえば、図６のように４極のロータ７６に適用することができる。４極であっても、磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外周部分に第１軸部用孔５８ａを設け、その位置まで重心部４８ａから腕部４８ｂを伸ばす。ロータ７６の両側にバランスウエイト４８を設けた場合、ロータコア４０における磁石用スロット４４およびフラックスバリア６０よりも外側部分の全てを、重心部４８ａの遠心力のかかる方向に引っ張ることができる。

ロータ１０は圧縮機の回転電機１２に適用したが、偏心回転運動に関するロータ１０であれば、圧縮機以外の回転電機に適用されても良い。

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。

１０、７０、７２、７２、７４、７６：ロータ
１２：回転電機
１４：容器
１６：ステータ
１８：パイプ
２０：トップ
２２：ボトム
２４：圧縮機構
２６：管
２８：接続口
３０：シリンダ室
３２：シリンダ
３４：吐出管
３６：端子
４０：ロータコア
４２：回転軸
４４：磁石用スロット
４６：永久磁石
４８：バランスウエイト
４８ａ：重心部
４８ｂ：腕部
５２：軸部
５４：頭部
５６：固定部材
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ：軸部用孔
６０：フラックスバリア
６２：ブリッジ
６４：凹部
６６：直線部分

Claims (6)

1. 円柱状のロータコアと、
   前記ロータコアに形成された磁石用スロットと、
   前記磁石用スロットに埋設された磁石と、
   前記ロータコアにおいて、磁石用スロットよりも外周部分に形成された複数の第１軸部用孔と、
   前記ロータコアの端部に配置され、重心部および重心部から伸びる腕部とを備えたバランスウエイトと、
   前記重心部に形成され、第１軸部用孔よりも大きな第２軸部用孔と、
   前記腕部に形成され、第１軸部用孔と同じ大きさの第３軸部用孔と、
   前記第１軸部用孔、第２軸部用孔および第３軸部用孔における少なくとも第１軸部用孔に配置される軸部、および軸部の端部に設けられた頭部を備えた固定部材と、
   を備えたロータ。
2. 前記バランスウエイトがロータコアの両端部に配置された請求項１のロータ。
3. 前記第３軸部用孔の内周と固定部材の軸部とが接している請求項１または２のロータ。
4. 前記固定部材は、第３軸部用孔に対して中間バメまたはしまりバメであり、第２軸部用孔に対して隙間バメである請求項１から３のいずれかのロータ。
5. 前記ロータコアとバランスウエイトとの間に端板を備え、バランスウエイトと端板との接触面が平坦である請求項１から４のいずれかのロータ。
6. 前記磁石用スロットの端部または磁石用スロットの端部に形成されたフラックスバリアからロータコアの外周までの幅が、腕部よりも狭い請求項１から５のいずれかのロータ。

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