JP2015195638A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、漏れ磁束を無くしたロータを提供することを目的とする。【解決手段】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。磁石孔２２の端部からコアシート２８の外周まで切断部２４が配置される。切断部２４は空間であり、電磁鋼板の無い部分である。磁石１６と磁石孔２２の開口部分の内壁とが接する位置３０を溶接によって固定する。【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１５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１６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２２の端部からロータコアの外周までの領域をブリッジ部１３０とする。

しかし、漏れ磁束がブリッジ部１３０で発生する。漏れ磁束はロータ１００の回転に寄与しないため、漏れ磁束を無くす必要がある。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、漏れ磁束を無くした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、ロータコアに溶接された磁石とを備える。

前記磁石孔が、凹部を備え、前記磁石が、磁石孔の凹部に嵌め合わされる凸部を備え、少なくとも前記磁石の凸部が溶接される。

前記磁石の凸部は、少なくともロータコアの軸方向の端部に形成される。

前記磁石の一面と他面における凸部同士は対向しない。

前記磁石の幅方向の端部に凸部が設けられ、該凸部が溶接されても良い。

前記磁石の一面がロータコアの外周側に配置され、一面の幅をＷｏ、中心の幅をＷｃ、他面の幅をＷｉとした場合に、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃである。

前記ロータコアの軸方向において、磁石の厚みが変化している。

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、磁石を溶接することで、ブリッジ部の無いロータコアとすることができる。

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。 種々の凸部を示す図である。 凸部の位置を対向させない図である。 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。 磁石の厚みを変化させる図であり、（ａ）は磁石の全体に渡って厚みを徐々に変化させた図であり、（ｂ）は磁石の一端付近のみを徐々に変化させた図であり、（ｃ）は厚みを徐々に変化させた磁石を２枚使用した図である。 磁石の一面と他面の端部が突出部になった図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は他の態様を示す図である。 種々の形状の突出部を示す図である。 磁石の形状を定義する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線内の拡大図である。 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。 磁石孔の端部からロータコアの外周に切断部を設け、磁石孔の中程にブリッジ部を設けた図である。 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）に示すように、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は、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。各コアシート２８の磁石孔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、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が配置される。切断部２４は空間であり、電磁鋼板の無い部分である。図１６に示す従来のブリッジ部１３０が空間に置き換わり、漏れ磁束を防止できる。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。

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。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における磁石孔２２の内壁に対向する面を一面ｍと他面ｎとすると、一面ｍと他面ｎが磁石孔２２の内壁に接する。磁石孔２２と磁石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Ｎ極とＳ極が交互に配置される。

磁石１６と磁石孔２２の開口部分の内壁とが接する位置３０を溶接によって固定する。図１（ａ）では、磁石１６の端部において、一面ｍと他面ｎのほぼ全体を溶接しているが、磁石１６の複数箇所を溶接しても良い。溶接によって、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。溶接方法としては、レーザー溶接や電子ビーム溶接が挙げられる。

端板１８は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１０ａ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。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、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。

この時点で切断部２４は形成されていない。磁石孔２２の端部からコアシート２８の外周までは、ブリッジ部３４になっている。

（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。この時点で、ブリッジ部３４によって、内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏが一体になっている。

（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、圧入および溶接などが挙げられる。その際、コアシート２８の締結用孔２６ａに締結部材１４を一旦挿入し、コアシート２８同士を固定させておき、固定後に締結部材１４を取り外しても良い。

（４）図２（ｂ）のように、磁石孔２２に磁石１６を埋設し、固定する。磁石１６は溶接によって、磁石孔２２の開口部における内壁に固定する。磁石１６を磁石孔２２に挿入する際、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）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２８同士を固定しておく。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。溶接と締結部材１４により、ブリッジ部３４を切断した後も、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、のこぎりやカッターなど任意の切断装置を用いることができる。

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に対する外側ロータコア１２ｏの位置合わせをおこなう必要がない。位置合わせをおこなわなくても、所望の位置に各ロータコア１２が配置される。

なお、ロータ１０ａは、環状のステ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。

図３のロータ１０ｂように、磁石１６の一面ｍと他面ｎにおいて、溶接する位置３０を凸部３６にしても良い。溶接箇所の温度は約１４００℃以上になる。溶接によって熱せられた部分が減磁されるが、予め余分な部分として凸部３６を作っておき、減磁されてもロータ１０ｂの回転に影響がないようにする。磁石孔２２の内壁に凹部を設け、磁石１６の凸部３６と嵌め合わされるようにする。

図４（ａ）のように、凸部３６は、完全な直線状ではなく、曲線が含まれても良い。また、図４（ｂ）〜（ｅ）のように、１つの面に複数の凸部３６を備えても良い。各凸部３６をロータコア１２に溶接する。凸部３６の形状も半円形、四角形、三角形など任意である。図４（ｆ）のように、凸部３６を連続させて、凹凸の連続形状を形成しても良い。

上記の実施例では、磁石１６は、一面ｍと他面ｎが対向しており、一面ｍの凸部３６と他面ｎの凸部３６が対向する位置に配置されている。さらに図５のように、一面ｍの凸部３６と他面ｎ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の固定を強固にしても良い。図６の凸部３８は、付け根４０と他の部分４２において、他の部分４２が付け根４０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３８がロータコア１２の凹部に嵌め合わさることにより、凸部３８の他の部分４２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３８が引っ掛かることで、回転軸２０にたいする直角方向に、ロータコア１２と磁石１６が固定される。

また、図７の磁石１６ように、凸部４４が曲がることにより凸部４４に引っかかる部分を設けても良い。ロータ１０ａの回転軸２０の軸方向以外に、凸部４４がロータコア１２の凹部に引っ掛かり、外れないようになる。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４４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。

ロータ１０ａの軸方向において、磁石１６の厚みを変化させても良い。図８（ａ）の磁石１６は、徐々に磁石の厚みが変化するようになっている。磁石孔２２も磁石１６の形状に合わせて、磁石孔の幅が変化するようにする。

磁石１６を磁石孔２２に挿入する際、大きな磁石孔２２の開口部側から磁石１６を入れる。磁石１６を入れるとき、厚みの薄い方から磁石１６を入れる。磁石１６を入れる際、磁石１６よりも磁石孔２２の方が広く、磁石１６の中心が磁石孔２２の中心から多少ずれても、磁石１６を磁石孔２２の中に入れることができる。製造が容易になる。磁石１６の一端の幅は広くなっており、凸部３６と同様に、溶接の熱による減磁の影響を小さくできる。

磁石１６の厚みの変化は一部であっても良い。図８（ｂ）のように、磁石１６の一端のみ厚みを変化させたロート形状である。磁石１６の細い方から磁石孔２２に入れる。

１つの磁石孔２２に２枚の磁石１６を入れても良い。図８（ｃ）のように、磁石孔２２は、両側から中心に向けて徐々に幅が狭くなっている。その磁石孔２２の両側から、それぞれ磁石１６を入れる。各磁石１６は、磁石孔２２の開口部から中心までの大きさである。各磁石１６の厚みは、磁石孔２２の開口部で広くなっており、溶接による減磁の影響を低減できる。

図９（ａ）、（ｂ）の磁石１６のように、ロータコア１２の軸方向から見た場合、一面ｍと他面ｎの端部が凸部４６になっており、中心が凹部４８になっても良い。板状の磁石１６の端部に凸部４６を設けた形状になっており、ロータコア１２の軸方向から磁石１６を見ると、磁石１６の両端が、磁石１６の中心に向かって凹形になっている。凸部４６に対して溶接をおこなう。凸部４６は、ロータ１０ａの軸方向に全て設けても良いし、図９（ｃ）のように、軸方向の上下のみに設けても良い。

また、凸部４６の形状は、曲線や直線を含む形状であり、任意である。図１０のように、四角形、円弧、三角形などを適宜利用して、凸部４６を形成する。

図１１のロータ１０ｃにおいて、磁石１６の一面ｍの幅をＷｏ、他面ｎの幅をＷｉとする。また、磁石１６の厚み方向の中心の幅をＷｃとする。この場合、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃとなるようにする。これは、ロータ１０ｃの径方向において、磁石１６の一面側が大きくなると、遠心力が大きくなり、磁石１６とロータコア１２との溶接が外れるおそれがあるためである。本実施例の構成であれば、一面ｍが他面ｎより大きくならず、遠心力が大きくなることはない。

図１２のロータ１０ｄ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５０を設ける。カシメ５０によって、コアシート２８同士の固定し、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１２ｏに締結用孔２６ａを設けた場合、外側ロータコア１２ｏのカシメ５０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１３のロータ１０ｅのように、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、溶接によって磁石１６をロータコア１２に固定する。

図１４のロータ１０ｆのように、磁石孔２２の端部からロータコア１２の外周に切断部２４を設け、磁石孔２２の任意の位置にブリッジ部３４を設けても良い。

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。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、１０ｅ、１０ｆ：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：溶接位置
３２ａ、３２ｂ：回転軸用孔
３４：ブリッジ部
３６、３８、４４、４６：凸部
４０：凸部の付け根
４２：凸部の付け根以外の部分
４８：凹部
５０：カシメ

Claims (8)

1. 電磁鋼板からなるコアシートを積層したロータコアと、
   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、
   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形成された切断部と、
   前記磁石孔の中に埋設され、ロータコアに溶接された磁石と、
   を備えたロータ。
2. 前記磁石孔が、凹部を備え、
   前記磁石が、磁石孔の凹部に嵌め合わされる凸部を備え、
   少なくとも前記磁石の凸部が溶接された
   請求項１のロータ。
3. 前記磁石の凸部が、少なくともロータコアの軸方向の端部に形成された請求項２のロータ。
4. 前記磁石の凸部同士が対向しない請求項２または３のロータ。
5. 前記磁石の幅方向の端部に凸部が設けられ、該凸部が溶接された請求項１のロータ。
6. 前記磁石の一面がロータコアの外周側に配置され、一面の幅をＷｏ、中心の幅をＷｃ、他面の幅をＷｉとした場合に、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃである請求項５のロータ。
7. 前記ロータコアの軸方向において、磁石の厚みが変化した請求項１から６のいずれかのロータ。
8. 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７のいずれかのロータ。

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