JP2013211989A - 永久磁石埋め込み型モータ、及び、それを備えた電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を抑えた簡単な構成のＩＰＭモータ及びＩＰＭを備えた電動コンプレッサを提供する。
【解決手段】永久磁石埋め込み型モータはロータ１を備える。ロータ１は、ロータ１の回転軸方向に貫通する貫通孔１１と貫通孔１２とが形成されたロータコア１０と、貫通孔１１に挿入された永久磁石２０と、ロータコア１０の回転軸方向における第１の端面に配設されたエンドプレート３０と、貫通孔１２に第１の端面とは反対のロータコア１０の第２の端面から挿入されロータコア１０とエンドプレート３０とを締結するリベット５０と、を備える。貫通孔１２は、貫通孔１２に挿入されたリベット５０の頭部５１が第２の端面で貫通孔１１の少なくとも一部を覆うような位置に形成され、永久磁石２０は、第１の端面に配設されたエンドプレート３０と第２の端面に当接したリベット５０の頭部とにより貫通孔１１内に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋め込み型モータ（Interior Permanent Magnet Motor、以降、ＩＰＭモータと記す。）、及び、それを備えた電動コンプレッサに関する。

モータの一種として、ロータコアに永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータが知られている。ＩＰＭモータは、ロータコア表面に永久磁石が配設されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet Motor）と比較すると、ＳＰＭモータでは生じないリラクタンストルクが発生するため、より高いトルクを実現し得るという特徴を有している。このようなＩＰＭモータは、例えば、特許文献１で開示されている。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、従来技術に係るＩＰＭモータ用のロータの構成を説明するための図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、従来技術に係るＩＰＭモータ用のロータ１００は、一般に、複数のコアシートを積層したロータコア１１０と、ロータコア１１０に埋め込まれる永久磁石１２０と、ロータコア１１０の両端面に配設されるエンドプレート１３０と、ロータコア１１０とエンドプレート１３０とを締結するリベット１５０と、必要に応じて設けられるバランスウェイト（バランスウェイト１４１、バランスウェイト１４２）と、により構成される。

ロータ１００は、ロータコア１１０に永久磁石１２０を埋め込んだ状態で、ロータコア１１０の両端面に、エンドプレート１３０とともに必要に応じてバランスウェイトを配設し、その後、これらをリベット１５０で締結することにより組み立てられる。即ち、従来技術に係るＩＰＭモータでは、永久磁石が挿入されたロータコアの両端面に配設されたエンドプレートが、永久磁石をロータコア内に固定する役割を担っている。

特開２０１１−０２４３１９号公報

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すロータの構成により示されるように、従来のＩＰＭモータは、現状においても数少ない部品から構成されているため、すでに部品点数が高度に低減された状態にある。しかしながら、部品点数の低減により得られるメリットは、コスト削減や小型軽量化など多岐にわたるため、さらなる部品点数の低減が求められている。

以上のような実情を踏まえて、本発明では、部品点数を抑えた簡単な構成のＩＰＭモータ、及び、ＩＰＭモータを備えた電動コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、永久磁石が埋め込まれたロータを備える永久磁石埋め込み型モータであって、前記ロータは、前記ロータの回転軸方向に貫通する第１の貫通孔と第２の貫通孔とが形成された、複数のコアシートを積層してなるロータコアと、前記第１の貫通孔に挿入された永久磁石と、前記ロータコアの前記回転軸方向における第１の端面に配設されたエンドプレートと、前記第２の貫通孔に、前記ロータコアの前記第１の端面とは反対の第２の端面から挿入され、前記ロータコアと前記エンドプレートとを締結する締結部材と、を備え、前記第２の貫通孔は、前記第２の貫通孔に挿入された前記締結部材の頭部が前記第２の端面で前記第１の貫通孔の少なくとも一部を覆うような位置に形成され、前記永久磁石は、前記第１の端面に配設された前記エンドプレートと前記第２の端面に当接した前記締結部材の頭部とにより、前記第１の貫通孔内に固定される永久磁石埋め込み型モータを提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の永久磁石埋め込み型モータにおいて、複数の前記第１の貫通孔が、前記ロータコアに形成され、前記第２の貫通孔は、挿入された前記締結部材の頭部が前記第２の端面で前記複数の第１の貫通孔のうちの少なくとも２つの第１の貫通孔の各々の少なくとも一部を覆うような位置に形成される永久磁石埋め込み型モータを提供する。

本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の永久磁石埋め込み型モータにおいて、さらに、前記第２の端面に配設されたバランスウェイトを備え、前記バランスウェイトは、前記第２の端面と前記第２の貫通孔に挿入された前記締結部材の頭部とにより、前記第２の端面に固定され、前記永久磁石は、前記エンドプレートと前記バランスウェイトとにより、前記第１の貫通孔内に固定される永久磁石埋め込み型モータを提供する。

本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の永久磁石埋め込み型モータを備える電動コンプレッサを提供する。

本発明によれば、部品点数を抑えた簡単な構成のＩＰＭモータ、及び、ＩＰＭモータを備えた電動コンプレッサを提供することができる。

本発明の実施例１に係るＩＰＭモータ用のロータの構成を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るＩＰＭモータ用のロータに含まれるリベットの断面図である。 本発明の実施例１に係るＩＰＭモータ用のロータの正面拡大図である。 本発明の実施例１に係るＩＰＭモータの断面図である。 本発明の実施例１に係る電動コンプレッサの構成を説明するための図である。 本発明の実施例２に係るＩＰＭモータ用のロータの正面図である。 従来技術に係るＩＰＭモータ用のロータの構成を説明するための図である。

[実施例１]
図１は、本実施例に係るＩＰＭモータ用のロータの構成を説明するための図である。図１（ａ）は、本実施例に係るＩＰＭモータ用のロータ１の組み立て前の状態を示し、図１（ｂ）は、ロータ１の組み立て後の状態を示している。図２は、本実施例に係るＩＰＭモータ用のロータに含まれる締結部材であるリベットの断面図である。

まず、図１及び図２を参照しながら、ＩＰＭモータを構成する本実施例に係るロータ１の構成について説明する。
ロータ１は、図１（ａ）に示されるように、複数のコアシートを積層したロータコア１０と、ロータコア１０に埋め込まれる６つの永久磁石２０と、ロータコア１０の一端面に配設されるエンドプレート３０と、２つのバランスウェイト（バランスウェイト４１、バランスウェイト４２）と、４本の締結部材であるリベット５０と、備えている。なお、永久磁石２０は、強力な永久磁石であり、例えばフェライト磁石や、ネオジム磁石といった永久磁石である。

ロータコア１０は円柱形状を呈し、その中心に図示しないシャフトを挿入する軸孔１３が形成されている。さらに、ロータコア１０には、第１の貫通孔である短形の貫通孔１１と第２の貫通孔である円形の貫通孔１２とが６つずつ形成されている。貫通孔１１、貫通孔１２、軸孔１３は、いずれもロータ１の回転軸方向にロータコア１０を貫通するように形成されている。

矩形の６つの貫通孔１１は、板状の永久磁石２０が挿入される孔であり、軸孔１３を中心として六角形形状をなすように形成されている。円形の６つの貫通孔１２は、リベット５０が挿入される孔であり、軸孔１３を中心に放射状に形成されている。

エンドプレート３０は、ロータコア１０の一端面、より詳細には、ロータコア１０の回転軸方向における一端面（以降、第１の端面と記す。）に配設される端板である。エンドプレート３０はロータコア１０と略同径の円形状を呈し、その中心に図示しないシャフトを挿入する軸孔３２が形成されている。エンドプレート３０には、さらに、リベット５０が挿入される貫通孔３１が貫通孔１２に対応する位置に形成されている。なお、エンドプレート３０には、４つの貫通孔３１が形成されている。

バランスウェイト４１、バランスウェイト４２は、ロータ１の偏心を抑制し騒音を軽減する役割を担っている。バランスウェイト４１にはリベット５０が挿入される貫通孔４３が、バランスウェイト４２にはリベット５０が挿入される貫通孔４４が、それぞれ貫通孔１２に対応する位置に形成されている。バランスウェイト４１及びバランスウェイト４２は、モータが用いられる用途や対象などを考慮して必要に応じて設けられればよく、また、それらの形状や重さも適宜変更され得る。

リベット５０は、ロータコア１０、エンドプレート３０、バランスウェイト４１、バランスウェイト４２を締結する締結部材であり、図２に示されるように、頭部５１と、軸部５２と、先端部５３とから構成されている。頭部５１は、軸部５２及び先端部５３の径に比べて大きな径を有している。より具体的には、軸部５２及び先端部５３の径が貫通孔１２の径よりも小さいのに対して、頭部５１は貫通孔１２の径よりも大きな径を有している。リベット５０は、エンドプレート３０が配設される第１の端面とは反対のロータコア１０の端面（以降、第２の端面と記す。）から、締結対象物（ロータコア１０、エンドプレート３０、バランスウェイト４１、バランスウェイト４２）に設けられた貫通孔（貫通孔４３、貫通孔１２、貫通孔３１、貫通孔４３）に挿入される。そして、締結対象物を貫通してロータコア１０の第１の端面の側に突出したリベット５０の先端部５３が図示しない治具により加圧されて変形させられることで、即ち、かしめられることで、締結対象物を締結する。従って、リベット５０が挿入された状態において、リベット５０の頭部５１は、第２の端面の側に位置することになる。

本実施例に係るロータ１では、図１（ｂ）に示されるように、貫通孔１２に挿入されたリベット５０の頭部５１が第２の端面で永久磁石２０が挿入された貫通孔１１の少なくとも一部を覆うような位置に、貫通孔１２が形成されている。従って、貫通孔１１に挿入された永久磁石２０は、エンドプレート３０とリベット５０の頭部５１とによって、または、エンドプレート３０とバランスウェイト４１とによって、貫通孔１１内に固定される。このため、ロータ１では、第２の端面の側にエンドプレートを設ける必要がなく、部品点数を抑えることができる。

図３は、本実施例に係るＩＰＭモータ用のロータの正面拡大図である。以下、図３を参照しながら、第２の端面の側のエンドプレートを省略するための条件について、更に詳細に説明する。

図３に示されるように、ロータコア１０の半径をＲ１とし、ロータコア１０の中心から貫通孔１２（または、貫通孔１２に挿入されたリベット５０）の中心までの距離をＤ１とし、リベット５０の頭部５１の半径をＲ２とし、貫通孔１２（または、貫通孔１２に挿入されたリベット５０）の中心から貫通孔１１（または、貫通孔１１に挿入された永久磁石２０）までの距離をＤ１とする。

この場合、リベット５０の頭部５１が第２の端面で永久磁石２０が挿入された貫通孔１１の少なくとも一部を覆うためには、ロータ１はＲ２＞Ｄ２の関係を満たすように構成されればよい。即ち、リベット５０の頭部５１の半径Ｒ２を大きくすることにより、貫通孔１２を永久磁石２０が挿入される貫通孔１１の近くに形成することにより、または、これらの組み合わせにより、上記の関係を満たすことができる。

なお、貫通孔１１及び貫通孔１２は一般にロータコア１０を打ち抜くことで形成されること、貫通孔１１及び貫通孔１２にはモータの回転により大きな遠心力が加わることを考慮すると、ロータコア１０の耐久性や製造性などの観点から見て、貫通孔１２を貫通孔１１の近くに形成するよりも頭部５１の半径が大きいリベット５０を用いることの方がより望ましい。ただし、頭部５１の半径が大きすぎると頭部５１がロータコア１０からはみ出してしまうため、ロータ１は、Ｒ１＜Ｄ１＋Ｒ２の関係を満たすように構成される必要がある。

また、図１及び図３に示されるように、１つのリベット５０の頭部５１が複数の永久磁石２０を貫通孔１１内に固定する構成が望ましい。これにより、永久磁石２０毎にリベット５０を設ける必要がなく、リベット５０の数を抑えることができる。これを実現するためには、貫通孔１２に挿入されたリベット５０の頭部５１がロータコア１０の第２の端面で複数の貫通孔１１のうちの少なくとも２つの貫通孔１１の各々の少なくとも一部を覆うような位置に、貫通孔１２が形成されればよい。

また、図１及び図３に示されるように、バランスウェイト４１が設けられる場合には、バランスウェイト４１が永久磁石２０を貫通孔１１内に固定する構成が望ましい。これにより、バランスウェイト４１で固定された永久磁石２０については、リベット５０の頭部５１により貫通孔１１内に固定する必要がない。このため、永久磁石２０を固定するために特注品のリベット５０が必要な場合であっても、バランスウェイト４１を締結するリベットについては既製品のリベットを用いることができる。従って、既製品に比べて高価な特注品のリベット５０の数を減らすことができる。

上述したように、本実施例に係るロータ１によれば、従来ロータコアの両端に設けられていたエンドプレートの一方を省略することができるため、部品点数を抑えることができる。また、リベット５０の頭部５１の大きさまたはリベット５０が挿入される貫通孔１２を形成する位置の少なくとも一方を調整することでエンドプレートの一方を省略することができるため、従来のロータに対して構成を複雑にすることなく、部品点数を抑えることができる。

図４は、本実施例に係るＩＰＭモータの断面図である。本実施例に係るＩＰＭモータ６０は、例えば、電動コンプレッサなどに用いられるモータであり、図４に示されるように、上述したロータ１と、ステータ７０とを備えている。

ステータ７０は円筒形状を呈し、その内部にロータ１が配置される。ステータ７０は、ステータコア７１と、ステータコア７１の内周面に沿って形成された複数のスロット７４内を通るコイル７３と、コイル７３とステータコア７１とを絶縁するインシュレータ７２とを備えている。図４に示される本実施例に係るＩＰＭモータ６０によれば、ロータ１を用いることで、部品点数を抑えた簡単な構成を実現することができる。

図５は、本実施例に係る電動コンプレッサの構成を説明するための図である。なお、図５に示される電動コンプレッサ９０は、ＩＰＭモータ６０が適用される装置の一例として示されている。従って、本実施例に係るＩＰＭモータ６０は、その用途が電動コンプレッサに限定されるものではない。

図５に示される電動コンプレッサ９０は、可動スクロール９５と固定スクロール９６とを備えたスクロール型電動コンプレッサである。電動コンプレッサ９０は、ボルト９４により隙間なく締結された、有底筒形状のフロントハウジング９１とフロントハウジング９１に蓋をするリアハウジング９２とを備えている。電動コンプレッサ９０は、さらに、ハウジング内に、回転軸９３に固定されたＩＰＭモータ６０及び可動スクロール９５と、固定スクロール９６とを備えている。

電動コンプレッサ９０内のＩＰＭモータ６０が駆動すると、軸受装置９３ａにより電動コンプレッサ９０内に回転自在に固定された回転軸９３が回転し、さらに軸受装置９５ａにより電動コンプレッサ９０内に公転自在に固定された可動スクロール９５が回転軸９３の中心軸に対して公転する。これにより、フロントハウジング９１に形成された吸入口９１ａから吸入されたガスが、可動スクロール９５と固定スクロール９６の間の圧縮室９８で圧縮される。圧縮されたガスは、リテーナ９７により開度が規制された吐出弁を介して吐出室９９へ吐出されて、さらに、吐出口９２ａから電動コンプレッサ９０の外部へ吐出される。図５に示される本実施例に係る電動コンプレッサ９０でも、ロータ１を備えたＩＰＭモータ６０を用いることで、部品点数を抑えた簡単な構成を実現することができる。

なお、本実施例では締結部材としてリベットを用いる例を示したが、締結部材はリベットに限られるものではなく、例えば、ボルトなどを用いてもよい。
[実施例２]
図６は、本実施例に係るＩＰＭモータ用のロータの正面図である。本実施例に係るロータ８０は、ロータコア８１に形成された永久磁石８２を挿入するための貫通孔の配置が、実施例１に係るロータ１と異なっている。なお、ロータ８０は、ロータコア８１の一端面に配設された図示しないエンドプレートとロータコア８１の他端面に当接するリベットの頭部８３とによって、ロータコア８１の貫通孔に挿入された永久磁石８２を固定する点については、実施例１に係るロータ１と同様である。

ロータ８０では、永久磁石８２を挿入するためにロータコア８１に形成された貫通孔は、図６に示されるように、いわゆるＶ字配置となるように形成されている。Ｖ字配置は、一般に大型のモータで採用される構成であり、高速回転且つ高トルクを実現することができるという特徴を有している。

本実施例に係るロータ８０によれば、実施例１に係るロータ１と同様に、従来ロータコアの両端に設けられていたエンドプレートの一方を省略することができるため、部品点数を抑えることができる。また、リベットの頭部８３の大きさまたはリベットが挿入される貫通孔を形成する位置の少なくとも一方を調整することでエンドプレートの一方を省略することができるため、従来のロータに対して構成を複雑にすることなく、部品点数を抑えることができる。

従って、図６に示されるロータ８０を用いることで、部品点数を抑えた簡単な構成のＩＰＭモータ及びそれを備えた電動コンプレッサを提供することができる。なお、本実施例に係るＩＰＭモータ及び電動コンプレッサの構成は、ロータ１の代わりにロータ８０を含む点を除き、実施例１に係るＩＰＭモータ６０及び電動コンプレッサ９０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

なお、本実施例においても、実施例１と同様に、締結部材としてリベットを用いる例を示したが、締結部材はリベットに限られるものではなく、例えば、ボルトなどを用いてもよい。

１、８０、１００・・・ロータ
１０、８１、１１０・・・ロータコア
１１、１２、３１、４３、４４・・・貫通孔
１３、３２、８４・・・軸孔
２０、８２、１２０・・・永久磁石
３０、１３０・・・エンドプレート
４１、４２、１４１、１４２・・・バランスウェイト
５０、８３、１５０・・・リベット
５１・・・頭部
５２・・・軸部
５３・・・先端部
６０・・・ＩＰＭモータ
７０・・・ステータ
７１・・・ステータコア
７２・・・インシュレータ
７３・・・コイル
７４・・・スロット
９０・・・電動コンプレッサ
９１・・・フロントハウジング
９１ａ・・・吸入口
９２・・・リアハウジング
９２ａ・・・吐出口
９３・・・回転軸
９３ａ、９５ａ・・・軸受装置
９４・・・ボルト
９５・・・可動スクロール
９６・・・固定スクロール
９７・・・リテーナ
９８・・・圧縮室
９９・・・吐出室

Claims (4)

1. 永久磁石が埋め込まれたロータを備える永久磁石埋め込み型モータであって、
   前記ロータは、
   前記ロータの回転軸方向に貫通する第１の貫通孔と第２の貫通孔とが形成された、複数のコアシートを積層してなるロータコアと、
   前記第１の貫通孔に挿入された永久磁石と、
   前記ロータコアの前記回転軸方向における第１の端面に配設されたエンドプレートと、
   前記第２の貫通孔に、前記ロータコアの前記第１の端面とは反対の第２の端面から挿入され、前記ロータコアと前記エンドプレートとを締結する締結部材と、を備え、
   前記第２の貫通孔は、前記第２の貫通孔に挿入された前記締結部材の頭部が前記第２の端面で前記第１の貫通孔の少なくとも一部を覆うような位置に形成され、
   前記永久磁石は、前記第１の端面に配設された前記エンドプレートと前記第２の端面に当接した前記締結部材の頭部とにより、前記第１の貫通孔内に固定される
   ことを特徴とする永久磁石埋め込み型モータ。
2. 請求項１に記載の永久磁石埋め込み型モータにおいて、
   複数の前記第１の貫通孔が、前記ロータコアに形成され、
   前記第２の貫通孔は、挿入された前記締結部材の頭部が前記第２の端面で前記複数の第１の貫通孔のうちの少なくとも２つの第１の貫通孔の各々の少なくとも一部を覆うような位置に形成される
   ことを特徴とする永久磁石埋め込み型モータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の永久磁石埋め込み型モータにおいて、さらに、
   前記第２の端面に配設されたバランスウェイトを備え、
   前記バランスウェイトは、前記第２の端面と前記第２の貫通孔に挿入された前記締結部材の頭部とにより、前記第２の端面に固定され、
   前記永久磁石は、前記エンドプレートと前記バランスウェイトとにより、前記第１の貫通孔内に固定される
   ことを特徴とする永久磁石埋め込み型モータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石埋め込み型モータを備えることを特徴とする電動コンプレッサ。