JP2015192587A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁石を磁石穴内に固定する際に発生する減磁を抑制し、漏れ磁束を無くす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１０ａは、ロータコア１２、締結部材１４、磁石１６、端板１８および回転軸２０を備える。磁石孔２２の端部からコアシート２８の外周まで切断部２４になっている。切断部２４は空間であり、電磁鋼板のない部分である。切断部２４は磁石孔２２をコアシート２８の外周まで延長した形状である。従来のブリッジ部が切断部２４になっている。ブリッジ部がないため、漏れ磁束を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に使用するロータに関するものである。

従来、円柱状のロータ１００の周囲に環状のステータ１０２を備えた回転電機１０４が種々開発されている。図１０のように回転電機１０４が圧縮機１０６に適用された場合、円筒状のパイプ１０８の中にステータ１０２が配置され、その中にロータ１００が配置される。圧縮機１０６には、冷媒を供給する管１１０、冷媒を吐出する管１１２、巻線に接続される端子１１４、および圧縮機構１１６が設けられる。ロータ１００が回転すると圧縮機構１１６に冷媒が吸入、圧縮され、吐出される。

ロータ１００は、図１１に示す円盤形状のコアシート１１８を積層したロータコア１２０、ロータコア１２０に形成された磁石孔１２２の中に埋設された磁石１２４、ロータコア１２０の端部に配置された端板１２６、およびロータコア１２０の中心に取り付けられた回転軸１２８を備える。磁石孔１２２の端部からロータコア１２０の外周までの領域はブリッジ部１３０とであり、ブリッジ部１３０によって、ロータコア１２０における磁石孔１２２よりも内側と外側が一体になっている。下記の特許文献１ではパルスレーザーを使用して磁石１２４をロータコア１２０に溶接している。

しかし、特許文献１は、レーザーで磁石１２４を溶接しているため、溶接時の温度は１５００℃程度まで上昇する。温度上昇によって磁石１２４が減磁し、回転性能を低下させるおそれがある。

また、ブリッジ部１３０を通過する漏れ磁束が生じる。漏れ磁束はロータ１００の回転に寄与しないため、漏れ磁束を低減させて、ゼロにする必要がある。下記の特許文献１は、漏れ磁束の対策について開示はない。

特開２０００−８３３３４号公報

本発明は、磁石を磁石穴内に固定する際に発生する減磁を抑制し、漏れ磁束を無くすロータを提供することを目的とする。

本発明のロータは、電磁鋼板からなる複数のコアシートを積層したロータコアと、前記ロータコアに形成された磁石孔と、前記磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間を形成する切断部と、前記磁石孔の中に埋設された磁石と、前記ロータコアに磁石を固定する接着剤とを備える。前記磁石孔は、凹部、凸部またはその両方を備え、前記磁石が、磁石孔の凹部、凸部またはその両方に嵌め合わされる凸部、凹部またはその両方を備え、前記接着剤が、少なくとも磁石の凸部、凹部またはその両方に塗布されている。

前記磁石の凸部または磁石孔の凸部は、それぞれ磁石孔の凹部または磁石の凹部に引っかかる部分を備える。

前記磁石の凸部同士、凹部同士または凸部と凹部は対向しない。磁石の一面と他面に設けた凸部同士、凹部同士または凸部と凹部が互いに対向しない位置に設けられる。

前記ロータコアに設けられた締結用孔と、前記締結用孔に挿入され、コアシート同士を固定する締結部材とを備え、前記締結用孔がコアシートにおける磁石孔よりも内側に設けられ、前記コアシートにおいて、磁石孔よりも外側にカシメを設ける。

本発明は従来のブリッジ部に代えて、磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間になった切断部を形成することで、漏れ磁束を無くすことができる。また、磁石を接着剤で接着することで、磁石孔に磁石を固定するときの減磁を防ぎ、磁石とロータコアが一体になっている。

本発明のロータを示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は打ち抜き加工されたコアシートの上面図であり、（ｂ）はロータコアに磁石を埋設した図である。 磁石に凸部を設けた図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線内の拡大図である。 磁石に種々の凸部を示す図である。 種々の磁石を示す図であり、（ａ）は凸部を複数にした図であり、（ｂ）は凹部を設けた図であり、（ｃ）は凸部と凹部を設けた図であり、（ｄ）は凸部の位置をずらした図であり、（ｆ）は凹部をずらした図である。 磁石の凸部がロータコアに引っかかるようにした図である。 磁石の凸部がロータコアに引っかかるようにした図である。 外側ロータコアにカシメを設けた図である。 円弧状の磁石孔のロータを示す図である。 圧縮機を示す図である。 従来のロータの断面を示す図である。

本発明のロータについて図面を用いて説明する。ロータは回転電機に用いられるものである。回転電機は、従来と同様に、圧縮機などに適用できる。複数の実施例の説明において、一の実施例で説明した内容と同一内容について他の実施例では説明を省略する場合がある。

図１に示す本発明のロータ１０ａは、ロータコア１２、締結部材１４、磁石１６、端板１８および回転軸２０を備える。ロータコア１２は、磁石孔２２、切断部２４および締結用孔２６ａを有し、締結用孔２６ａに締結部材１４が挿入され、磁石孔２２の中に磁石１６が埋設される。

ロータコア１２はコアシート２８を積層したものである。コアシート２８は軟磁性体の電磁鋼板を打ち抜き加工して形成することができる。コアシート２８の厚みは、たとえば約０．２〜１ｍｍであり、好ましくは約０．３〜０．５ｍｍである。コアシート２８の表面は絶縁膜を被覆し、コアシート２８間の渦電流を防止する。図１（ａ）はコアシート２８の外形は、後述する切断部２４を除いて、円形になっている。

コアシート２８に磁石孔２２が形成されている。図１（ａ）のように、コアシート２８の平面において、磁石孔２２は帯状であり、かつコの字状やＶ字状などになるように折れ曲がっている。磁石孔２２の両端はコアシート２８の外周付近に配置される。コアシート２８の各磁石孔２２は同一形状であり、回転軸２０を中心に対称になっている。ロータコア１２を形成したとき、軸方向に一端から他端まで磁石孔２２が通じる。

磁石孔２２の端部からコアシート２８の外周まで切断部２４になっている。切断部２４は空間であり、電磁鋼板のない部分である。切断部２４は磁石孔２２をコアシート２８の外周まで延長した形状である。従来のブリッジ部が空間になるため、従来のブリッジ部の漏れ磁束を無くすことができる。

図１の切断部２４の幅は磁石孔２２と同じであるが、切断部２４の幅が磁石孔２２と異なっていても良い。従来のブリッジ部が空間に置き換わり、漏れ磁束を無くすことができる。ロータコア１２において、磁石孔２２と切断部２４よりも外側を外側ロータコア１２ｏ、内側を内側ロータコア１２ｉとする。外側ロータコア１２ｏと内側ロータコア１２ｉは、磁石１６を介してつながる。

本実施例では、外側ロータコア１２ｏに締結用孔２６ａを設ける。コアシート２８を積層したときに、締結用孔２６ａに締結部材１４を挿入して、積層されたコアシート２８を固定する。締結部材１４として、リベット、ボルトとナットなどが挙げられ、それらの軸が締結用孔２６ａに入る。

磁石１６は、フェライト磁石、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石が挙げられる。磁石１６の形状は板状であり、磁石１６が磁石孔２２の内壁に接着剤３０で接着される。磁石１６の数は偶数であり、磁石１６によって、ロータコア１２の外周にＳ極とＮ極が交互に配置される。

磁石１６における磁石孔２２の内壁に対向する面を一面と他面とする。磁石孔２２に磁石１６を埋設する前に磁石１６の一面と他面に接着剤３０を塗布する。図１では、磁石１６の一面と他面のほぼ全体に塗布し、接着剤３０の薄膜層を形成しているが、複数箇所に接着剤３０を塗布しても良い。接着剤３０によって、磁石１６を介して外側ロータコア１２ｏと内側ロータコア１２ｉが固定される。エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤など、磁石１６がロータコア１２に接着されるのであれば、接着剤３０の種類は限定されない。接着剤３０で固定するため、磁石１６が減磁するおそれがない。

なお、ロータ１０ａを含む回転電機を圧縮機に適用する場合、接着剤３０は冷媒材料や冷媒の温度に対して耐性を有する材料を選択することが好ましい。

磁石１６の接着強度を高めるために、少なくとも磁石１６の一面と他面を粗面にしておくことが好ましい。一面と他面の接着剤３０を塗布する部分のみを粗面にしても良い。電気メッキや蒸着などで磁石表面を処理し、所望の表面粗さになるようにする。磁石１６の表面粗さＲａは、約０．１μｍ以上が好ましい。

端板１８は板状の非磁性体で構成され、ロータコア１２の両端に配置される。非磁性体によって渦電流損を防止する。コアシート２８と同様に締結用孔２６ｂを設け、締結部材１４が通されるようにする。締結部材１４の軸がコアシート２８の締結用孔２６ａと同時に締結用孔２６ｂに通されて、ロータコア１２と端板１８とが一体になるように締結部材１４で固定される。さらに、端板１８に回転軸用孔３２ｂを設けて、回転軸２０が通過する。

ロータコア１２の中心の回転軸用孔３２ａに回転軸２０が嵌め込まれて、固定される。回転軸２０は円柱状の棒である。ロータ１０ａを備えた回転電機が圧縮機に適用される場合、回転軸２０は圧縮機構まで延び、圧縮機の回転軸２０にもなる。ロータコア１２の側方を囲むようにしてステータが配置され、回転電機になる。ステータはコイルを備え、コイルに電流を流して発生させた磁界によって、ロータ１０ａを回転させる。

次に、ロータ１０ａの製造方法について説明する。（１）電磁鋼板を準備し、所定形状に打ち抜き加工をおこない、円盤状のコアシート２８を形成する。図２（ａ）のように、打ち抜き加工をおこなう際、コアシート２８には磁石孔２２、締結用孔２６ａおよび回転軸用孔３２ａを形成する。コアシート２８の外形を形成したとき、同一工程または別工程で磁石孔２２などを形成する。この時点でコアシート２８に切断部２４は形成されておらず、ブリッジ部３４を有する。

（２）コアシート２８を積層してロータコア１２を形成する。コアシート２８を積層するとき、磁石孔２２と締結用孔２６ａの位置が一致するようにして、ロータコア１２を貫く磁石孔２２と締結用孔２６ａが形成されるようにする。

（３）ロータコア１２の回転軸用孔３２ａに回転軸２０を挿入し、固定する。固定方法は、焼嵌め、冷やし嵌め、圧入または溶接などである。固定の際、コアシート２８の締結用孔２６ａに締結部材１４を挿入し、コアシート２８同士を固定させておき、回転軸２０の固定後に締結部材１４を一旦取り外しても良い。

（４）図２（ｂ）のように、磁石孔２２に磁石１６を埋設する。磁石１６を埋設する際、磁石１６に接着剤３０を塗布し、磁石１６を磁石孔２２の内壁に接着剤３０で固定する。磁石１６を埋設する際、ロータコア１２のいずれか一方の端部に端板１８を配置しても良い。磁石１６を磁石孔２２に挿入する段階で、磁石１６が磁石孔２２から抜け落ちないようにする。

（５）コアシート２８のブリッジ部３４を切断し、空間である切断部２４を形成する。ブリッジ部３４を切断する際、締結部材１４でコアシートを固定しておくことが好ましい。コアシート２８と共にロータコア１２の両端に端板１８も固定しても良い。ブリッジ部３４を切断した後も、接着剤３０によって、外側ロータコア１２ｏと磁石１６、および内側ロータコア１２ｉと磁石１６が固定される。

切断をおこなえるのであれば、カッターやのこぎりなど任意の切断装置を用いることができる。ロータコア１２の外周から磁石孔２２の端部に向けて切断する。磁石孔２２の端部から磁石１２まで空間を設けておけば、切断時に切断装置が磁石１６に到達せず、磁石１６を保護できる。

磁石１６を埋設した後にブリッジ部３４を切断するため、内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏの相対的な位置合わせをおこなう必要がない。磁石１６も磁石孔２２に挿入すれば良く、磁石１６の位置も容易に決定される。位置合わせをおこなわなくても、所望の位置にロータコア１２と磁石１６が配置される。

なお、ロータ１０ａは、環状のスタータの内側に配置され、回転電機が構成される。ステータ内のコイルに電流を流し、その電流で発生した磁界によって、ロータ１０ａが回転する。回転電機を圧縮機に適用される場合、従来技術で示したように、回転軸２０が圧縮機に接続される。ロータ１０ａが回転することで、圧縮機が駆動する。上記のように磁石１６を埋設した後にブリッジ部３４を切断するため、内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏの相対的な位置合わせが必要無く、ロータコア１２の外周は真円になっており、ロータコア１２とステータとのエアギャップを均一にすることができる。エアギャップが均一になるため、ロータ１０ａが回転し易い。

磁石孔２２と磁石１６との対向面は平面に限定されない。図３のロータ１０ｂのように、磁石１６に三角形の凸部３６を設ける。磁石孔２２は、その凸部３６に嵌め合わされる三角形の凹部を設ける。凸部３６によって、磁石１６と磁石孔２２の内壁との接着面積が拡大する。接着面積の拡大により、磁石１６とロータコア１２との接合を強固にすることができる。磁石１６を埋設する際、少なくとも凸部３６に接着剤３０を塗布することにより、接着面積が拡大するようにする。

凸部３６の形状は三角形に限定されず、図４（ａ）〜（ｄ）のように、半円形や四角形であっても良い。三角形であっても、直角三角形など、任意の三角形であっても良い。凸部３６の大きさは限定されず、図４（ｅ）、（ｆ）のように、一面と他面の約７割の面積の凸部３６を設けても良い。

凸部３６の数は限定されず、図５（ａ）のように、１つの面に３つの凸部３６など、複数の凸部３６を設けても良い。凸部３６の数が増えることにより、磁石１６と磁石孔２２の内壁との接着面積をより拡大することができ、接合を強固にすることができる。各面の凸部３６の数は異なるようにしても良い。複数の凸部３６を連続させて、凹凸が連続する形状にしても良い。

図５（ｂ）のように、磁石１６に凹部３８を設けても良い。磁石孔２２に凸部が設けられ、磁石孔２２の凸部が磁石１６の凹部３８に嵌め合わされる。少なくとも磁石１６の凹部３８に接着剤３０を塗布し、磁石１６を磁石孔２２に埋設する。また、図５（ｃ）のように、磁石１６に凸部３６と凹部３８を設けても良い。磁石孔２２にも凹部と凸部を設け、それぞれの凸部と凹部が嵌め合わされるようにする。

上記の実施例では、磁石１６は、一面と他面が対向しており、一面の凸部３６と他面の凸部３６が対向する位置に配置されている。これに対し図５（ｄ）のように、一面の凸部３６と他面の凸部３６が対向しない位置に配置されても良い。凸部３６の位置が対向しないため、磁石１６を焼結製造するときに磁気の異方性が乱れにくい。

磁石１６に凹部３８を設けた場合、図５（ｅ）のように、図５（ｄ）と同様に凹部３８同士を対向させないようにしても良い。また、磁石１６に凹部３８と凸部３６の両方を設けた場合、凹部３８と凸部３６が対向しないようにする。すなわち、接着面積を増やすために凸部３６と凹部３８を設ける場合、それらが対向しないようにする。

磁石１６の凸部３６と磁石孔２２の凹部を利用して、内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏを強固に固定しても良い。図６の凸部４０は、付け根４２と他の部分４４において、他の部分４４が付け根４２の幅よりも広い部分を有するようになっている。磁石１６の凸部４０がロータコア１２の凹部に嵌め合わさることにより、凸部４０の幅の広い部分が凹部に引っかかる部分となっている。ロータコア１２に凸部４０が引っ掛かることで、回転軸２０に対する直角方向に、ロータコア１２と磁石１６が固定される。

また、図７のように、凸部４６が曲がることにより、ロータ１０ａの回転軸２０の軸方向以外に、凸部４６が凹部から外れないようにしても良い。ロータ１０ａの回転時の遠心力によって、内側ロータコア１２ｉ、磁石１６および外側ロータコア１２ｏがバラバラになるおそれがあるが、凸部４６の引っ掛かり機能によって、内側ロータコア１２ｉ、磁石１６および外側ロータコア１２ｏが一体になったままになる。

図８のロータ１０ｃのように、締結用孔２６ａを内側ロータコア１２ｉに設けた場合、外側ロータコア１２ｏが締結部材１４で一体にならないため、外側ロータコア１２ｏにカシメ４８を設ける。カシメ４８によって、コアシート２８同士を固定し、コアシート２８が遠心力で飛びにくくする。

なお、外側ロータコア１２ａに締結用孔２６ａを設けた場合、外側ロータコア１２ｏのカシメ４８は必須ではない。締結部材１４によって外側ロータコア１２ｏのコアシート２８が一体になるからである。

磁石孔２２の形状はコの字状やＶ字状に限定されない。図９のロータ１０ｄのように、回転軸２０に向かって凸になった円弧状の磁石孔２２および磁石１６であっても良い。上記実施例と同様に、切断部２４を有し、接着剤３０によって磁石１６をロータコア１２に固定する。

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実施例ではなく、種々の実施例の全部または一部を適宜組み合わせて実施しても良い。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：ロータ
１２：ロータコア
１２ｉ：内側ロータコア
１２ｏ：外側ロータコア
１４：締結部材
１６：磁石
１８：端板
２０：回転軸
２２：磁石孔
２４：切断部
２６ａ、２６ｂ：締結用孔
２８：コアシート
３０：接着剤
３２ａ、３２ｂ：回転軸用孔
３４：ブリッジ部
３６、４０、４０：凸部
３８：凹部
４２：凸部の付け根
４４：凸部の他の部分
４８：カシメ

Claims (4)

1. 電磁鋼板からなる複数のコアシートを積層したロータコアと、
   前記ロータコアに形成され、凹部、凸部またはその両方を備えた磁石孔と、
   前記磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間を形成する切断部と、
   前記磁石孔の中に埋設され、磁石孔の凹部、凸部またはその両方に嵌め合わされる凸部、凹部またはその両方を備えた磁石と、
   少なくとも前記磁石の凸部、凹部またはその両方に塗布され、ロータコアに磁石を固定する接着剤と、
   を備えたロータ。
2. 前記磁石の凸部または磁石孔の凸部が、それぞれ磁石孔の凹部または磁石の凹部に引っかかる部分を備えた請求項１のロータ。
3. 前記磁石の凸部同士、凹部同士または凸部と凹部が対向しない請求項１または２のロータ。
4. 前記ロータコアに設けられた締結用孔と、
   前記締結用孔に挿入され、コアシート同士を固定する締結部材と、
   を備え、
   前記締結用孔がコアシートにおける磁石孔よりも内側に設けられ、
   前記コアシートにおいて、磁石孔よりも外側にカシメを設けた
   請求項１から３のいずれかのロータ。

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