JP2015042122A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能なロータを提供すること
【解決手段】電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートＳを回転軸ＲＳの軸方向に積層して成る円筒状のロータコア１と、このロータコア１に設けられた複数の磁石孔２に充填された複数のボンド磁石３と、を備えたロータ１０において、ロータコア１の軸方向端部に配設され、焼嵌めにより回転軸ＲＳと締結された締結部材４と、締結部材４とロータコア１との間に配設され、締結部材４からロータコア１への伝熱を阻害する熱抵抗部材５と、を備えるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアルギャップ型回転電機に用いられるロータに関するものである。

ラジアルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転可能に配設されたロータと、このロータの径方向にギャップを隔てて配設されたステータとを備える回転電機である。かかる回転電機の一つとして、埋込磁石（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）型と呼ばれる回転電機が知られている。ＩＰＭ型回転電機用のロータは、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、このロータコアに形成された複数の磁石孔に配設された複数の磁石とを備える。従来のロータは、その多くが、予め所定の形状に成形加工された焼結磁石を各磁石孔に収容したものであり、各磁石孔を覆う非磁性体の端板をロータコアの軸方向端部に設けることで焼結磁石の離脱を防止している。

かかるロータにおいて、ロータコアを回転軸に締結する手法の一つとして「焼嵌め」が挙げられる。ロータコアを回転軸に焼嵌めしたロータは締結力が高く経時的な回転軸の緩みが生じ難いという利点を有する一方、ロータコアが高温に加熱されるため磁石の磁気特性が熱の影響で劣化するおそれがある。そこで、ロータコアと回転軸の嵌め合いをすきまばめ又は中間ばめとしつつ、回転軸をロータコアと一体的に設けられた端板やバランスウエイトと締結するロータが下記特許文献１〜３に開示されている。かかるロータによれば、ロータコアを加熱することなく又は加熱温度を抑制して回転軸との嵌め合いが可能となるため、焼嵌めによる熱の影響を低減し得るものと考えられる。

一方、従来から、ロータコアの各磁石孔にボンド磁石を射出成形して成るロータが知られている。当該ロータによれば、ボンド磁石が各磁石孔に隙間なく充填されるため、ロータコアを構成する各コアシートの積層間の固定強度が高められると同時に、磁石孔から離脱することがなく上述した端板等の構成が不要であるという利点がある。また、各磁石孔にボンド磁石が直接射出成形されるため、磁石の形状や大きさ等の寸法誤差を考慮する必要がなく量産性に優れている。

ところが、ボンド磁石を用いたロータは、焼結磁石では得られない上述のような利点を有するものの、ロータコアを回転軸に焼嵌めする場合には、ボンド磁石特有の前記利点が一転して焼結磁石よりも熱の影響を受け易くする要因となる。その主な理由として、第一に可塑性樹脂を含有するボンド磁石は焼結磁石よりも耐熱性が低い点、第二にボンド磁石は磁石孔に隙間なく充填される分、コア部分や端板との接触面積が焼結磁石よりも大きくなりボンド磁石への熱伝達率が高くなる点が挙げられる。よって、下記特許文献１〜３に開示された技術を採用したところで、熱によるボンド磁石の磁気特性劣化を効果的に防止することができない。

実開昭６４−５４７６４号公報 特開２０００−１３４８８２号公報 特開２０１１−１９２９８号公報

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能なロータを提供することを目的としている。

本発明は、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、該ロータコアに設けられた複数の磁石孔に充填された複数のボンド磁石と、を備えたロータであって、前記ロータコアの前記軸方向端部に配設され、焼嵌めにより前記回転軸と締結された締結部材と、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配設され、前記締結部材から前記ロータコアへの伝熱を阻害する熱抵抗部材と、を備えることを特徴とする。

本発明のロータは、前記締結部材が非磁性金属材料から成り、前記熱抵抗部材が前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材であることを特徴とする。

本発明のロータは、前記熱抵抗部材が前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備えることを特徴とする。

本発明のロータは、前記熱抵抗部材が、前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサであることを特徴とする。

本発明のロータは、前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有し、前記一対の突起部のうち、一方は前記ロータコアの前記磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は前記締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿されていることを特徴とする。

本発明のロータは、前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されていることを特徴とする。

本発明のロータは、前記締結部材がバランスウエイトを備えることを特徴とする。

本発明のロータは、前記回転軸が、前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされていることを特徴とする。

本発明に係るロータによれば、ロータコアと締結部材との間に熱抵抗部材を設けたことで、締結部材とロータコアの間の熱抵抗が高められる。このため、締結部材からロータコア側への伝熱を大幅に低減しつつ、締結部材を回転軸に焼嵌めすることができる。これにより、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能となる。

前記締結部材が非磁性金属材料から成り、前記熱抵抗部材が前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材である本発明のロータによれば、両部材の熱伝導率が大きく異なるため、締結部材からロータコアへの熱伝達率をより効果的に低減することができる。

前記熱抵抗部材が前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備える本発明のロータによれば、凹部によって熱抵抗部材とボンド磁石との間に形成される隙間を第二の熱抵抗部として機能させることで、締結部材からボンド磁石への熱伝達率をより一層低減することができる。また、ボンド磁石がロータコアの軸方向端面から突出する位置まで形成されている場合であっても、突出したボンド磁石を熱抵抗部材の凹部へ収容して取り付けることで対応可能となる。

前記熱抵抗部材が前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサである本発明のロータにおいても、締結部材とボンド磁石とが非接触となるため、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能となる。

前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有する本発明のロータによれば、一対の突起部のうち、一方はロータコアの磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿された形で取り付けられることで、前記熱抵抗部材の機能と、ロータコアの空転防止機構としての機能とをスペーサに兼備させることができる。

前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されている本発明のロータによれば、回転軸と締結部材との締結長さが十分に確保でき、これらをより強固に締結することができる。

前記締結部材がバランスウエイトを備える本発明のロータによれば、回転軸とバランスウエイトの締結も焼嵌めで行うことができるため、ロータ回転時に大きな遠心力がかかるバランスウエイトをより安定的に回転軸に保持することが可能となる。

前記回転軸が前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされている本発明のロータによれば、ロータコアと回転軸との嵌め合いに関し締結部材より締め代を小さく設計できる分、十分に低い温度での焼嵌めや圧入が可能であり、ボンド磁石に与える熱の影響を大きく抑制することができる。とりわけ、ロータコアと回転軸との嵌め合いを「すきまばめ」とすれば、回転軸の外面とロータコアの軸孔との間に形成される隙間も熱抵抗部として機能させることができ、締結部材から回転軸を通じてロータコアへ伝わる熱の影響をも抑制することが可能となる。このため、ロータコアからボンド磁石への伝熱を最小限に抑制することができ、磁気特性の劣化をより効果的に防止することができる。

第一実施形態に係るロータを示す（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ１−Ａ１線断面図である。 第一実施形態に係るロータの変形例を示す断面図である。 第一実施形態に係るロータの他の変形例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ２−Ａ２線断面図である。 第二実施形態に係るロータを示す（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ３−Ａ３線断面図である。 第二実施形態に係るロータの変形例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ４−Ａ４線断面図である。 第二実施形態に係るロータの他の変形例を示す断面図である。 第二実施形態に係るロータの更に他の変形例を示す断面図である。 第三実施形態に係るロータを示す断面図である。 第三実施形態に係るロータの変形例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ５−Ａ５線拡大断面図である。 第三実施形態に係るロータの他の変形例を構成する（ａ）コアシートの平面図及び（ｂ）締結部材の平面図である。 第三実施形態に係るロータの他の変形例の（ａ）拡大組立図及び（ｂ）部分拡大断面図である。 第一から第三実施形態に係るロータの締結部材がバランスウエイトを備えた形態を示す拡大断面図である。

以下、本発明に係るロータの実施形態について図面を用いて説明する。以下の説明において、「軸方向」とは、回転軸の軸心に平行な方向を指すものとし、「回転方向」とは、回転軸の軸心を中心とする時計回り方向又は反時計回り方向のうち、いずれか一方を指すものとする。また、各図面において、ロータコアを構成する各コアシートの断面を示す部分のハッチングは省略している。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、第一実施形態に係るロータ１０は、回転軸ＲＳの軸心Ｏを中心として回転する円筒状のロータコア１と、このロータコア１に設けられた複数の磁石孔２に充填された複数のボンド磁石３と、を備えた一体型インナロータであり、ロータコア１の軸方向端部に配設された締結部材４を備えている。本実施形態のロータ１０は、ロータコア１の外周面に異なる極性の磁極Ｐが回転方向に交互に４極配置されており、その外周面が回転電機のステータ（図示省略）と所定のギャップを隔てて対向するように配置される。ロータ１０において、磁極Ｐの極数は偶数である限り特に限定されず、例えば、ステータのスロット数やボンド磁石３の磁力、回転電機の用途などに応じて適宜設計変更が可能である。

ロータコア１は、表面を絶縁処理された、厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の軟磁性体の電磁鋼板を所定形状に形成した複数枚のコアシートＳを回転軸ＲＳの軸方向に積層して成る積層体である。本実施形態において、各コアシートＳは、中央部に円形孔を有する中空円板状に形成されており、その本体には当該円形孔側に凸な円弧状孔が周方向に等ピッチで複数（本実施形態では４個）形成されている。本実施形態では、各コアシートＳに形成された円弧状孔をそれぞれ軸方向に連通するように配置して各コアシートを積層することにより、ロータコア１に複数の磁石孔２が形成される。同様に、各コアシートＳに形成された各円形孔をそれぞれ軸方向に連通するように配置して各コアシートＳを積層することにより、回転軸ＲＳを挿通させる軸孔Ｈ１がロータコア１の中央部に形成される。

ボンド磁石３は、ロータコア１を磁化させて磁極Ｐを形成するための起磁力源であり、上述した各磁石孔２に充填されている。ボンド磁石３は、例えばネオジム等の磁性材料を可塑性樹脂から成るバインダに混合して成形・固化し、さらに磁化させたものである。本実施形態のボンド磁石３は、ロータコア１の各磁石孔２に直接射出成形されており、各磁石孔２内に隙間なく充填され、且つ、ロータコア１の軸方向端面と面一になる高さに形成されている。また、ボンド磁石３は、異なる極性（Ｎ極・Ｓ極）の磁極面を有し、これらがロータコア１の径方向に対向する曲面側にそれぞれ形成されている。本実施形態では、回転方向に隣り合うボンド磁石３のロータコア１の外周側に位置する磁極面の極性が異なる極性になるように配置されている。これにより、ロータコア１の外周面には異なる極性の磁極Ｐ（Ｎ極とＳ極）が回転方向に交互に形成される。

締結部材４は、ロータコア１の軸方向端部に一体的に取り付けられた環状の非磁性金属部材である。本実施形態の締結部材４は、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮などの非磁性金属材料をダイカスト法や鋳込み法等により所望の形状に鋳造した成形体から構成されている。あるいは、前述した非磁性金属の薄板を所定形状に打抜き形成した複数枚の板状部材を板厚方向へ積層し、これらの積層間を接着、溶接、ピンカシメ等により一体化した積層体を締結部材４として用いることもできる。本実施形態の締結部材４は、ロータコア１の一端側にのみ設けられており、他端側に配設された回転軸ＲＳのフランジ部Ｆと共にロータコア１を挟持しているが、締結部材４はロータコア１の両端側に設けられていてもよい。なお、締結部材４は、ロータコア１との間に後述する熱抵抗部材５が所定の厚さ以上で介在する場合、鉄などの磁性体であってもよい。非磁性体である熱抵抗部材５が磁気抵抗ともなるためである。ここで、所定の厚さとは、エアギャップ長の２倍程度をさす。ロータの磁束が、磁性体である締結部材５より、ステータコアのほうに流れるようにするためである。

締結部材４は、ロータコア１と同様、中央部に軸孔Ｈ４が設けられており、この軸孔Ｈ４を通じて回転軸ＲＳと焼嵌めにより締結されている。本実施形態では、締結部材４と回転軸ＲＳとの間の締め代が、少なくともロータコア１と回転軸ＲＳとの間の締め代よりも大きくなるように軸孔Ｈ４の径寸法を設計している。なお、本実施形態において、締結部材４と回転軸ＲＳとの嵌め合いが所要の締結力で締結保持される限り、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いの形態は任意である。本実施形態に係るロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いは、図１に示すように「すきまばめ」を採用しているが、「締まりばめ」、若しくは「中間ばめ」であってもよい。

本実施形態のロータ１０の主な特徴は、上述した締結部材４とボンド磁石３との接触を回避させるための接触回避手段を備えているという点にある。締結部材４とボンド磁石３とが非接触となる構成を採用することで、回転軸ＲＳに対する焼嵌め時における締結部材４からボンド磁石３への熱伝達率を低減させる熱抵抗部として機能する構成を備えることとなり、熱の影響によるボンド磁石３の磁気特性劣化が防止される。本実施形態のロータ１０では、締結部材４とロータコア１との間に配設された熱抵抗部材５が接触回避手段を構成する。

熱抵抗部材５は、締結部材４からロータコア１への伝熱を阻害する熱抵抗部を形成するための構成部材である。本実施形態の熱抵抗部材５は、締結部材４よりも熱伝導率の低い耐熱性樹脂などの非金属材料から成る環状のシート材であり、締結部材４とロータコア１の間に介在するこのシート材自体が熱抵抗部として機能する。熱抵抗部材５の中央部には、上述したロータコア１及び締結部材４と同様に、軸孔Ｈ５が形成されており、この軸孔Ｈ５へ回転軸ＲＳがロータコア１及び締結部材４と同軸で挿通されている。また、熱抵抗部材５の両主面は、ロータコア１とボンド磁石３の端面の一部、及び、締結部材４の一主面に溶着（又は接着）されており、これらが一体的に固定されている。なお、熱抵抗部材５は、締結部材４とロータコア１の間に介在する限り、その大きさ、形状は不問であり、締結部材４又はロータコア１とボンド磁石３の端面との接触位置も任意である。

なお、本実施形態のように、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いが「すきまばめ」である場合、締結部材４及び熱抵抗部材５との固定強度が十分に確保されずロータコア１が空転する可能性がある。そのような事態を防止するために、空転防止機構を別途設ける方がより望ましい。空転防止機構の具体例としては、例えば、回転軸ＲＳと軸孔Ｈ１との間に不図示のキー溝を設けたり、ロータコア１と締結部材４及び熱抵抗部材５をカシメピンで一体的に固定したりする方法などが挙げられる。あるいは、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いの形態を「中間ばめ」又は「締まりばめ」に変更し、両者の間に生じる摩擦力により空転を防止するように構成してもよい。その際、ロータコア１と回転軸ＲＳとを接着して両者の固定強度より高めることも可能である。また、ロータコア１のみ、あるいは締結部材４のみがカシメピンで固定されている場合には、カシメピンのヘッド部分を他方の部材に埋設するようにしてもよい。

このように、本実施形態のロータ１０によれば、熱抵抗部材５をロータコア１と締結部材４との間に設けたことで、締結部材４とロータコア１の間の熱抵抗が高められる。このため、締結部材４からロータコア１側への伝熱を大幅に低減しつつ、締結部材４を回転軸ＲＳに焼嵌めすることができる。また、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いに関しても締結部材４より締め代を小さく設計できる分、十分に低い温度での焼嵌めや圧入が可能であり、ボンド磁石３に与える熱の影響を大きく抑制することができる。これにより、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することが可能となる。

とりわけ、本実施形態のロータ１０において、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合いを「すきまばめ」とすれば、ロータコア１に対する直接的な加熱が一切必要ないため、締結部材４を焼嵌めする際のボンド磁石３への熱の影響についてのみ考慮すればよい。その場合、熱抵抗部材５に加えて、回転軸ＲＳの外面とロータコア１の軸孔Ｈ１との間に形成される隙間Ｇも熱抵抗部として機能するため、締結部材４から回転軸ＲＳを通じてロータコア１へ伝わる熱の影響をも抑制することが可能となる。したがって、かかるロータ１０によれば、ロータコア１からボンド磁石３への伝熱を最小限に抑制することができ、磁気特性の劣化をより効果的に防止することができる。

以上、本発明の第一実施形態に係るロータ１０について説明したが、本発明に係るロータは、その他の形態で実施することができる。なお、以下の説明では、上述したロータ１０と共通する構成に関する詳細な説明は適宜省略するものとする。

例えば、第一実施形態に係るロータ１０の変形例として図２に示すロータ１０ａのような形態で実施してもよい。ロータ１０ａは、熱抵抗部材５のボンド磁石３に対応する位置に凹部５１が設けられていることを特徴としている。凹部５１は、磁石孔２よりもやや広めの溝幅に形成されており、ボンド磁石３の端面全域が熱抵抗部材５と非接触となる溝深さを有する。なお、凹部５１は軸方向に貫通する貫通孔であってもよい。かかるロータ１０ａによれば、凹部５１によって熱抵抗部材５とボンド磁石３との間に形成される隙間Ｇを第二の熱抵抗部として機能させることで、締結部材４からボンド磁石３への熱伝達率をより一層低減することができる。

なお、上述したロータ１０において、ボンド磁石３はロータコア１の軸方向端面と面一になる高さに形成されているが、例えば、射出成形に用いられる金型設計等によりボンド磁石３がロータコア１の軸方向端面から突出する位置まで形成されていることもある。前述のロータ１０ａによれば、かかる場合においてもロータコア１の軸方向端面から突出したボンド磁石３を熱抵抗部材５の凹部５１へ収容して取り付けることで対応することが可能である。

また、第一実施形態に係るロータ１０の他の変形例として図３に示すロータ１０ｂのような形態で実施してもよい。ロータ１０ｂは、熱抵抗部材５として、締結部材４とロータコア１との間に隙間Ｇを形成するスペーサ２５を備えることを特徴としている。本実施形態のスペーサ２５は、締結部材４とロータコア１との間に配置される本体２５１と、この本体２５１から回転軸ＲＳの軸方向両側へ突起する一対の突起部２５２とを有する。一対の突起部２５２のうち、一方はロータコア１の各磁石孔２よりも径方向の内側部に設けられた空隙部１１へ嵌挿されている。また、他方は締結部材４に設けられた嵌合孔４１へ嵌挿されている。

本実施形態のスペーサ２５は、直方体状の本体２５１と、この本体２５１よりも幅寸法の小さい直方体状の一対の突起部２５２が一体化された形状に形成されているが、締結部材４とロータコア１との間に所要の隙間Ｇを形成できる限りその形状については特に限定されない。例えば、スペーサ２５の本体２５１は、磁石孔２又は回転軸ＲＳの外周に沿って湾曲した形状であってもよいし、突起部２５２は、本体２５１の長手方向に複数設けられていてもよい。また、スペーサ２５の大きさについても特に限定されないが、ロータコア１及び締結部材４それぞれの端面に対して十分に断面積が小さくなるように設計するのがより望ましい。

ロータ１０ｂにおいて、ロータコア１に設けられた空隙部１１及び締結部材４に設けられた嵌合孔４１それぞれの形状、大きさ、配置は、使用するスペーサ２５の数及び各突起部２５２の形態（形状、大きさ、配置など）に応じて適宜設計変更される。なお、本実施形態では、ロータコア１の内周部から各磁石孔２までの径方向の距離が最も近い位置に各磁石孔２と同ピッチで各空隙部１１が形成されており、各空隙部１１は軸方向に貫通している。これにより、各空隙部１１がロータコア１の熱伝達経路における熱抵抗となりボンド磁石３に対する熱の影響がより低減される。

かかるロータ１０ｂによれば、スペーサ２５が締結部材４とボンド磁石３との間に隙間Ｇを形成するとともに、スペーサ２５を取り付けるための空隙部１１も熱抵抗部として機能するため、上述したロータ１０、１０ａと同様にボンド磁石３への熱伝達率を低減することができる。また、本実施形態のロータ１０ｂでは、スペーサ２５の各突起部２５２がそれぞれ締結部材４及びロータコア１の何れにも嵌挿されているため、各スペーサ２５をロータコア１の空転防止機構として機能させることもできる。このように、スペーサ２５に熱抵抗部材５及び空転防止機構の諸機能を兼備させることで、加工工数や組立工数の低減を図ることが可能となる。

また、上述した各実施形態のロータ１０，１０ａ，及び１０ｂは何れも、別部材として設けた熱抵抗部材５が、締結部材４とボンド磁石３との接触を回避させる接触回避手段を構成していたが、本発明に係るロータは、上述した締結部材４、ロータコア１のうち少なくとも何れか一方が接触回避手段を構成する形態で実施することもできる。

例えば、図４に示すロータ２０のような形態で実施してもよい。第二実施形態に係るロータ２０は、締結部材４自体がボンド磁石３との接触を回避させる接触回避手段を構成することを特徴としている。本実施形態のロータ２０は、上述したロータ１０ｂと同様に、ロータコア１の各磁石孔２よりも径方向の内側部に空隙部１１が複数設けられており、締結部材４とロータコア１との接触部が、ロータコア１の各空隙部１１よりも径方向の内側部に配置されている。

ロータ２０は、締結部材４として、非磁性金属材料から成る円筒状のパイプ１４が用いられている。パイプ１４は、ロータコア１の内周部から各空隙部１１までの距離よりも外径寸法が小さいものの、ロータコア１の軸方向端面との間で所要の接触面積を確保できる程度の肉厚を有している。パイプ１４は、その内面側に形成された中空部を通じて回転軸ＲＳに焼嵌めにより締結される。パイプ１４と回転軸ＲＳとの間の締め代は、上述した締結部材４と同様、少なくともロータコア１と回転軸ＲＳとの間の締め代よりも大きくなるように設計されている。但し、パイプ１４とロータコア１との結合強度を十分に確保すべく、パイプ１４とロータコア１との接触部の周囲は溶接されていてもよい。

かかるロータ２０によれば、締結部材４が上述のようなパイプ１４で構成されているため、回転軸ＲＳに焼嵌めされるパイプ１４とロータコア１とは部分的に接触するものの、パイプ１４とボンド磁石３とは完全に非接触となる。また、パイプ１４とロータコア１との接触部よりも径方向の外側に空隙部１１が形成されているため、当該接触部からボンド磁石３への熱伝達経路が各空隙部１１によって狭められ、パイプ１４からの熱がボンド磁石３へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ２０においても、上述した第一実施形態に係るロータ１０等と同様に、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することが可能となる。

なお、本実施形態のロータ２０は、締結部材４を構成するパイプ１４や端板等の他の部材でボンド磁石３の端面を一切覆っておらず、ボンド磁石３は軸方向に開放されている。これは、ボンド磁石３が端板等を設けなくとも磁石孔２から離脱することがないという特性の利点を最大限利用したものであり、換言すれば、このロータ２０は、ボンド磁石３を用いるからこそ実現可能な実施形態であるといえる。さらに、電磁鋼板からみれば、ボンド磁石３が、電磁鋼板の積層間を固着する接着剤の役割を果たす。これにより、回転電機の小型・軽量化を図ることができるという利点も得られる。

また、第二実施形態に係るロータ２０の変形例として図５に示すロータ２０ａのような形態で実施してもよい。ロータ２０ａは、上述のロータ１０に用いた締結部材４に相当する環状部２４１と、ロータ２０に用いたパイプ１４に相当するボス部２４２とが同軸で一体的に結合された形状の締結部材２４を備えている。本実施形態の締結部材２４は、ボス部２４２が軸方向下方へ延出するように配設されており、ボス部２４２の端面がロータコア１の軸方向端面と接触している。ボス部２４２は、回転軸ＲＳと締結部材２４と間の締結部の長さ（接触面積）を軸方向へ増大させて両者の締結力を高めるとともに、環状部２４１とボンド磁石３との間に隙間Ｇを形成するスペーサとして役割も兼備している。

かかるロータ２０ａによれば、締結部材２４と回転軸ＲＳとの締結力をより強固なものにしながら、前述したロータ２０と同様、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することが可能となる。なお、ロータ２０において、ボス部２４２とロータコア１との接触部の周囲を溶接することが困難な場合には、焼嵌め後に締結部材２４とロータコア１とを不図示のカシメピンなどにより一体的に固定してもよい。これにより、締結部材２４とロータコア１との結合強度を高めることができる。

あるいは、第二実施形態に係るロータ２０の他の変形例として図６に示すロータ２０ｂのような形態で実施してもよい。ロータ２０ｂは、前述したロータ２０ａに用いた締結部材２４の変形例に相当する締結部材３４を備えている。締結部材３４は、環状部３４１、ボス部３４２に加え、締結部材３４１の環状部３４１とロータコア１との間に配置されるスペーサ部３４３と、このスペーサ部３４３から軸方向へ突起する突起部３４４とを有する。本実施形態では、上述したロータ１０ｂと同様に、スペーサ部３４３及び突起部３４４が、ロータコア１に設けられた各空隙部１１と同数設けられており、各突起部３４４は各空隙部１１へ嵌挿されている。よって、ボス部３４２は、環状部３４１の端面から軸方向上方へ延出して設けられている。

かかるロータ２０ｂによれば、ボス部３４２によって締結部材３４と回転軸ＲＳとの締結力をより強固なものにしつつ、前述したロータ２０，２０ａと同様、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することが可能となることに加え、スペーサ部３４３及び突起部３４４を設けたことにより、締結部材３４をロータコア１の空転防止機構として機能させることも可能となる。

若しくは、第二実施形態に係るロータ２０の更に他の変形例として図７に示すロータ２０ｃのような形態で実施してもよい。ロータ２０ｃは、締結部材４のボンド磁石３に対応する位置に凹部４４が設けられていることを特徴としている。これは、上述したロータ１０ａ（図２）における凹部５１を備えた熱抵抗部材５の材質を非金属材料から非磁性金属材料に変更したものと実質的に同一である。かかるロータ２０ｃによれば、金属材料である締結部材４とロータコア１の端面との接触面積が比較的広いため、上述したロータ２０，２０ａ，２０ｂと比較すれば熱伝達率の低減効果はやや劣るものの、締結部材４とボンド磁石３とを非接触とすることができることに変わりはない。

一方、図８に示すロータ３０のような形態で実施してもよい。第三実施形態に係るロータ３０は、ロータコア１の一部が、ボンド磁石３との接触を回避させる接触回避手段を構成することを特徴としている。本実施形態のロータ３０は、上述したロータ１０ｂ，２０等と同様に、ロータコア１の各磁石孔２よりも径方向の内側部に空隙部１１が複数設けられており、さらに、ロータ２０におけるパイプ１４に相当する部分が、環状コアシートを複数枚積層して成るスペーサ部１２に置換されたものである。

かかるロータ３０によれば、ロータコア１に設けられたスペーサ部１２により締結部材４とロータコア１の軸方向端面との間に隙間Ｇが形成され、締結部材４とボンド磁石３とを非接触とすることができる。また、スペーサ部１２とロータコア１の端面との接触部からボンド磁石３への熱伝達経路が各空隙部１１によって狭められ、スペーサ部１２からの熱がボンド磁石３へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ３０においても、上述した第二実施形態に係るロータ２０等と同様に、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することができる。

また、第三実施形態に係るロータ３０の変形例として図９に示すロータ３０ａのような形態で実施してもよい。ロータ３０ａは、ロータコア１を構成する各コアシートＳが軸方向に隣接するコアシートＳ同士の積層間を固定するコアカシメＫを備えており、締結部材４とロータコア１との接触部が、ロータコア１の軸方向端部に位置するコアシートＳに設けられたコアカシメＫの先端部にのみ形成されていることを特徴としている。

本実施形態のロータ３０ａにおいて、コアシートＳに設けられたコアカシメＫは、磁極ピッチで回転対称となる位置に複数設けられているが、コアカシメＫの数及び配置について特に限定はない。また、本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、コアカシメＫとして、軸方向断面がＶ字状の突起を形成するいわゆるＶ突起カシメを採用しているが、例えば、ダボカシメなど他の形態を採用してもよい。Ｖ突起カシメは、締結部材４との接触部が線接触となるため両者の接触面積を抑えることができる点で有利である。なお、本実施形態では、締結部材４とロータコア１との接触面積が極めて少ない分、例えば、締結部材４とロータコア１をカシメピンで固定する、あるいは回転軸ＲＳにキー溝を設けるなど、より確実性の高い空転防止機構を採用する方が望ましい。

かかるロータ３０ａによれば、コアカシメＫがスペーサとなり締結部材４とロータコア１の軸方向端面との間に微小な隙間Ｇが形成され、締結部材４とボンド磁石３とを非接触とすることができる。また、締結部材４とロータコア１との接触部の接触面積が極めて少ない分、締結部材４からの熱がロータコア１へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ３０ａにおいても、上述した第二実施形態に係るロータ２０等と同様に、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することができる。

さらに、第三実施形態に係るロータ３０の他の変形例として図１０及び図１１に示すロータ３０ｂのような形態で実施してもよい。ロータ３０ｂは、ロータコア１の軸方向端部に位置する一又は複数のコアシートＳが、図１０（ａ）に示すように、ロータコア１の内周部から軸方向に対し交差する方向へ延出する複数の延出部１３を備え、且つ、締結部材４が、図１０（ｂ）に示すように、内周部に各延出部１３と同ピッチで設けられた切欠部４２を備えている。

本実施形態では、延出部１３よりも幅寸法の小さい突起部１３１が各延出部１３の先端部に設けられており、この突起部１３１が締結部材４の切欠部４２へそれぞれ嵌合される。このとき、延出部１３により締結部材４とロータコア１との間に隙間Ｇが形成される。なお、本実施形態において、延出部１３の先端部は、締結部材４をロータコア１の軸方向端面から離隔させることが可能である限り、その形状は任意である。例えば、延出部１３の先端部がテーパ形状に形成されたものであってもよい。

具体的には、図１１（ａ）に示すように、ロータコア１と回転軸ＲＳとの嵌め合い前の時点において、各延出部１３はロータコア１の径方向へ延出した状態にある。その後、ロータコア１の軸孔Ｈ１へ回転軸ＲＳが挿通されたとき、図１１（ｂ）に示すように、延出部１３は回転軸ＲＳの挿通方向へ押圧されて折れ曲がった状態になる。そこへ締結部材４が焼嵌めされる際、各延出部１３の先端部に設けられた突起部１３１が締結部材４に設けられた各切欠部４２へ嵌合されることで各延出部１３の突起部１３１が形成されていない先端部分に締結部材４が当接し、締結部材４がロータコア１の軸方向端面から離隔した位置で保持される。つまり、本実施形態において、各延出部１３はスペーサの役割を担っている。

かかるロータ３０ｂによれば、ロータコア１の端部に設けられた延出部１３がスペーサとなり締結部材４とロータコア１の軸方向端面との間に微小な隙間Ｇが形成され、締結部材４とボンド磁石３とを非接触とすることができる。また、締結部材４からロータコア１への熱伝達経路が狭い分、締結部材４からの熱がロータコア１へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ３０ｂにおいても、上述した第二実施形態に係るロータ２０等と同様に、ボンド磁石３の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア１を回転軸ＲＳと一体的に締結することができる。

また、上述した各実施形態に係るロータを備えた回転電機を、例えば、圧縮機等に用いる場合において、ロータコア１の軸方向端部にバランスウエイトを設けることがある。かかる場合、このバランスウエイトを以下のような形態で構成することもできる。

例えば、図１２（ａ）に示すように、締結部材４自体がバランスウエイトＷを兼ねるような形態であってもよい。この場合、バランスウエイトＷの軸孔がボス部としての役割を有することとなり、十分な締結長さを確保することができる。または、図１２（ｂ）に示すように、バランスウエイトＷを構成する締結部材４を、熱抵抗部材５を介して回転軸ＲＳに焼嵌めしてもよい。この場合も上述したロータ１０等と同様の効果を得ることができるとともに、ロータ回転時に大きな遠心力がかかるバランスウエイトＷをより安定的に回転軸ＲＳに保持することが可能となる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、または変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０，１０ａ，１０ｂ ロータ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ロータ
３０，３０ａ，３０ｂ ロータ
１ ロータコア
２ 磁石孔
３ ボンド磁石
４ 締結部材
５ 熱抵抗部材
１１ 空隙部
１２ スペーサ部
１３ 延出部
１４ パイプ
２４ 締結部材
２５ スペーサ
３４ 締結部材
４１ 嵌合孔
４２ 切欠部
４４ 凹部
５１ 凹部
１３１ 突起部
２４１ 環状部
２４２ ボス部
２５１ 本体
２５２ 突起部
３４１ 環状部
３４１ 締結部材
３４２ ボス部
３４３ スペーサ部
３４４ 突起部
Ｈ１ 軸孔
Ｈ４ 軸孔
Ｈ５ 軸孔
Ｇ 隙間
Ｋ コアカシメ
ＲＳ 回転軸
Ｓ コアシート
Ｗ バランスウエイト

Claims (8)

1. 電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、該ロータコアに設けられた複数の磁石孔に充填された複数のボンド磁石と、を備えたロータであって、
   前記ロータコアの前記軸方向端部に配設され、焼嵌めにより前記回転軸と締結された締結部材と、
   前記締結部材と前記ロータコアとの間に配設され、前記締結部材から前記ロータコアへの伝熱を阻害する熱抵抗部材と、を備えることを特徴とするロータ。
2. 前記締結部材が、非磁性金属材料から成り、
   前記熱抵抗部材が、前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記熱抵抗部材が、前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備えることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
4. 前記熱抵抗部材が、前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
5. 前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有し、
   前記一対の突起部のうち、一方は前記ロータコアの前記磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は前記締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿されていることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
6. 前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一つに記載のロータ。
7. 前記締結部材がバランスウエイトを備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一つに記載のロータ。
8. 前記回転軸が、前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一つに記載のロータ。

Images