JP2015202027A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の減磁を防ぎ、漏れ磁束を無くしたロータを提供する。【解決手段】本発明のロータ１０ａは、ロータコア１２、ロータコア１２に形成された磁石孔１４、磁石孔１４に埋設された磁石１６、ロータコア１２に形成された切断部１８、磁石孔１４を塞ぐ蓋部材２０ａを備える。磁石孔１４を塞ぐように蓋部材２０ａをロータコア１２の端部のそれぞれに固定する。ロータコア１２の側部における切断部１８同士の間において、コアシート２２同士を固定する第２固定部３２を形成する。【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、図１１のように、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。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１２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はロータコア１２０の外周に達していず、磁石孔１２２の端部からロータコア１２０の外周まではブリッジ部１３０になっている。磁石１２４が磁石孔１２２から抜け落ちたり、移動したりしないために、磁石１２４を固定する必要がある。下記の特許文献１は、パルスレーザーを使用し、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、レーザー溶接を使用しているため、溶接時の温度は１５００℃程度まで上昇する。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、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、磁石の減磁を防ぎ、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形成された切断部と、前記磁石孔の中に埋設された磁石と、前記ロータコアの両端に備えられ、全ての磁石孔を塞ぐ蓋部材と、前記ロータコアと蓋部材とを固定した第１固定部とを備える。

ロータコアと蓋部材とは溶接によって固定され、第１固定部は溶接された部分である。溶接の方法として、蓋部材を貫通する溶接と蓋部材の端の溶接が挙げられる。蓋部材はロータコアの両端にあるコアシートに溶接される。蓋部材は端板を使用することができる。

前記ロータコアにおける磁石孔よりも内側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、前記ロータコアの側部における切断部同士の間において、コアシート同士を一箇所溶接した第２固定部とを備える。

磁石孔および切断部よりも外側のコアシートは、ロータコアの両端のものを除いて、溶接によって固定される。また、磁石孔よりも外側にカシメを設けて固定しても良い。

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、蓋部材をコアシートに固定しながら磁石孔を塞いでおり、磁石を減磁させずに固定することができる。

蓋部材とロータコアの両端にあるコアシートが溶接される。コアシート同士が短絡せず、コアシート間に渦電流が流れない。

第２固定部によってコアシート同士が短絡するが、１か所であれば渦電流が流れにくく、渦電流損が生じにくい。またカシメを設けることで、コアシートの固定強度を高めることも可能である。

本発明のロータを示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。 図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 第１固定部を示す断面図である。 打ち抜き加工されたコアシートの上面図である。 第２固定部を示す図であり、（ａ）は第２固定部を階段状にした図であり、（ｂ）は第２固定部を千鳥状にした図であり、（ｃ）は第２固定部を傾斜させた図であり、（ｄ）は第２固定部を折れ曲がらせた図である。 コアシートにカシメを設けた図である。 複数の蓋部材を備えたロータを示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 リング状の蓋部材で全ての磁石孔を１枚の蓋部材で覆ったロータを示す図である。 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。

［実施形態１］
図１と図２に示す本発明のロータ１０ａは、ロータコア１２、ロータコア１２に形成された磁石孔１４、磁石孔１４に埋設された磁石１６、ロータコア１２に形成された切断部１８、磁石孔１４を塞ぐ蓋部材２０ａを備える。

ロータコア１２は複数のコアシート２２を積層したものである。コアシート２２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２２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２２の表面は絶縁膜を被覆し、コアシート２２間の渦電流を防止する。コアシート２２の外形は、切断部１８を除いて円形になっている。

コアシート２２は、磁石孔１４が形成されている。図２のように、コアシート２２の平面において、磁石孔１４は帯状であり、かつＶ字状になるように折れ曲がっている。磁石孔１４の両端はコアシート２２の外周付近に配置される。各コアシート２２の磁石孔１４は同一形状であり、回転軸用孔３４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１４が通じる。

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は、磁石孔１４の内壁に接する形状である。

磁石１６の数は偶数であり、ロータコア１２の外周にＮ極とＳ極が交互に配置される。図２のように磁石孔１４はＶ字状に折れ曲がっており、１つの磁石孔１４に埋設される磁石が２枚や４枚の複数になる。１つの磁石孔１４に埋設される磁石１６の磁極の方向を揃える。１つの磁石孔１４に埋設された複数の磁石１６で１つの磁極がロータコアの外周に配置される。

磁石孔１４に複数の突起２６が形成されている。突起２６によって磁石１６の位置を固定し、ロータ１０ａの回転時に遠心力で磁石孔１４から磁石１６が飛び出さないようにしている。

磁石孔１４の端部からコアシート２２の外周まで切断部１８が配置される。切断部１８によって、磁石孔１４を端部から延長させた部分が空間になる。従来のブリッジ部が無くなり、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１４と切断部１８よりも外側を外側ロータコア１２ｏ、それ以外を内側ロータコア１２ｉとする。

磁石孔１４を塞ぐように蓋部材２０ａをロータコア１２の両端部のそれぞれに固定する。渦電流損を防止するため、蓋部材２０ａは非磁性体の材料のものを使用する。たとえば、蓋部材２０ａとして非磁性体のステンレスの端板を使用することができる。

蓋部材２０ａは外周がコアシート２２と同じか少し小さくなった円形のものを使用する。蓋部材２０ａの中心にコアシート２２の回転軸用孔３４と同様の回転軸用孔３６を形成し、回転軸３８が通過するようにする。なお、図１では蓋部材２０ａが回転軸３８に接しているが、コアシート２２の回転軸用孔３４よりも蓋部材２０ａの回転軸用孔３６を大きくし、蓋部材２０ａと回転軸３８の間に隙間を有しても良い。ロータコア１２の各端部に１枚の蓋部材２０ａを使用し、全ての磁石孔１４を塞ぐ。

蓋部材２０ａは外側ロータコア１２ｏと内側ロータコア１２ｉに溶接されて固定される。その固定された部分を第１固定部２４とする。たとえば図１のように、蓋部材２０ａの平面方向において、磁石孔１４と平行にかつ磁石孔１４を挟んで２か所に第１固定部２４が形成される。図１において第１固定部２４はドットで示す。第１固定部２４は線状であることに限定されず、複数の点状であっても良い。溶接の例として、レーザー溶接や電子ビーム溶接が挙げられる。

図３に示すように、コアシート２２の積層方向において、第１固定部２４は蓋部材２０ａおよび蓋部材２０ａに接するコアシート２２に形成される。蓋部材２０ａが溶接で固定されるのは、ロータコア１２の両端にあるコアシート２２のみである。

蓋部材２０ａによって、回転軸３８の軸方向に、磁石孔１４から磁石１６が飛び出すのを防止できる。また、上記のように磁石孔１４が折れ曲がっており、かつ突起２６を備えるため、遠心力によって、磁石１６がロータコア１２の側方に飛び出すこともない。なお、接着剤やロウ付け等で磁石１６を磁石孔１４の内壁に固定しておいても良いが、磁石１６がキュリー温度以上にならないようにして、磁石１６が減磁するのを防止する。

本実施例では、内側ロータコア１２ｉおよび蓋部材２０ａに締結用孔２８を設ける。コアシート２２および蓋部材２０ａを積層したときに、締結用孔２８に締結部材３０を挿入して、積層されたコアシート２２および蓋部材２０ａを固定する。締結部材３０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２８に入る。内側ロータコア１２ｉのコアシート２２同士は締結部材３０によって固定される。外側ロータコア１２ｏに締結部材３０が無く、外側ロータコア１２ｏの磁束の障害が無いため、ロータコア１２の外周の磁極を乱しにくい。また、外側ロータコア１２ｏにカシメを設けない場合も、同様にロータコア１２の外周の磁極を乱しにくい。

ロータコア１２の側部であり、かつ切断部１８同士の間の一箇所において、コアシート２２同士を固定する第２固定部３２を形成する。第２固定部３２は第１固定部２４と同様の溶接によって形成する。図１（ｂ）にドットで示すように、第２固定部３２を１本の線状にすることで、外側ロータコア１２ｏにおける隣接するコアシート２２同士は、一箇所で固定される。第２固定部３２は１本の線状であるため、溶接時間も短く、溶接の効率が良い。

第２固定部３２によってコアシート２２同士が短絡するが、１か所であるため、コアシート２２間に渦電流が流れにくく、渦電流損の増加を抑えることができる。なお、第２固定部３２の幅が広くなりすぎるとコアシート２２同士の間に渦電流が流れたり、大きくなる恐れがあるため、第２固定部３２の幅は約３ｍｍ以下になることが好ましい。

切断部１８同士の間における中央に第２固定部３２が配置される。ロータコア１２が回転したときに遠心力がかかりやすい位置に第２固定部３２を配置し、コアシート２２同士を強固に固定する。

上記のように、締結部材３０によって内側ロータコア１２ｏのコアシート２２同士が一体になり、第２固定部３２によって外側ロータコア１２ｉのコアシート２２同士が一体になる。さらに、第１固定部２４によって蓋部材２０ａを介して内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏが一体になり、全てのコアシート２２が一体になったロータコア１２となる。

ロータ１０ａの中心の回転軸用孔３４に回転軸３８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３８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、図４のコアシート２２を形成する。打ち抜き加工をおこなう際、コアシート２２には磁石孔１４、締結用孔２８および回転軸用孔３４を形成する。コアシート２２の外形を形成したとき、同一工程または別工程で磁石孔１４などを形成する。この時点で切断部１８は形成されていない。磁石孔１４の端部からコアシート２２の外周まではブリッジ部４０になっている。

（２）コアシート２２を積層してロータコア１２を形成する。コアシート２２を積層するとき、磁石孔１４と締結用孔２８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１４と締結用孔２８が形成されるようにする。

（３）ロータコア１２の回転軸用孔３４に回転軸３８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、ロータコア１２の締結用孔２８に締結部材３０を挿入し、コアシート２２同士を固定させておく。

（４）磁石孔１４に磁石１６を挿入し、蓋部材２０ａで磁石孔１４の開口部分を塞ぐ。上記（３）でコアシート２２同士を締結部材３０で固定しており、一旦締結部材３０を外した後、蓋部材２０ａをロータコア１２の端部に配置し、再び締結部材３０でコアシート２２および蓋部材２０ａを固定する。

（５）蓋部材２０ａを溶接によってロータコア１２の端部のコアシート２２に固定する。溶接によって第１固定部２４が形成される。第１固定部２４が蓋部材２０ａからそれに隣接するコアシート２２に形成され、それ以外のコアシート２２には形成されないように溶接する。そのために、レーザー溶接であれば、各部材の材料、および各部材の厚みに合わせてレーザーの出力および照射時間などを調節する。

（６）ロータコア１２の側部に溶接によって第２固定部３２を形成する。第２固定部３２によって、外側ロータコア１２ｏのコアシート２２同士が固定される。上記（５）の前に第２固定部３２を形成しても良い。溶接は第１固定部２４と同様にレーザー溶接を利用することができる。第２固定部３２の幅が上述したような所望の幅になるようにレーザー出力・照射時間などの溶接条件を調節する。

（７）ブリッジ部４０を切断し、図２のように切断部１８を形成する。切断した後も、外側ロータコア１２ｏと内側ロータコア１２ｉが蓋部材２０ａを介して固定される。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を挿入した後にブリッジ部４０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。回転電機が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３８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４０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。

［実施形態２］
２枚のコアシート２２が１か所の第２固定部３２で固定されるのであれば、１本の線状の第２固定部３２に限定されない。たとえば図５（ａ）、（ｂ）のように、コアシート２２の積層方向に階段状や千鳥状に複数の第２固定部３２を形成しても良い。複数回に分けて溶接することで、１本の線状の第２固定部３２に比べてロータコア１２への熱的影響を小さくできる。１つの第２固定部３２で固定されるコアシート２２の枚数は２枚以上であれば限定されない。

第２固定部３２は１本の線状であっても、図５（ｃ）、（ｄ）のように、コアシート２２の積層方向に対して傾斜したり、折れ曲がっていても良い。

［実施形態３］
外側ロータコア１２ｏにおいてコアシート２２同士の固定の強度を高めるために、図６のロータ１０ｂのように、カシメ４２を備えても良い。第２固定部３２以外にカシメ４２によっても固定するため、コアシート２２同士が固定される強度が高くなる。磁石１６を挟むように締結部材３０とカシメ４２が配置されるため、固定する力のバランスが良い。

［実施形態４］
図７のロータ１０ｃのように、磁石孔１４ごとに蓋部材２０ｂで塞がれていても良い。上記の各実施形態では貫通溶接によって第１固定部２４を形成していたが、蓋部材２０ｂの端を溶接して第１固定部２４を形成しても良い。蓋部材２０ｂは締結部材３０でロータコア１２に固定されず、第１固定部２４のみでロータコア１２に固定される。

本発明における蓋部材２０ａ、２０ｂの溶接は、線状または点状に、蓋部材２０ａ、２０ｂを貫くように貫通溶接することまたは蓋部材２０ａ、２０ｂの端を溶接することである。このように蓋部材２０ａ、２０ｂの溶接は４種類であるが、１枚の蓋部材２０ａ、２０ｂになされる溶接は、１種類に限定されず、適宜組み合わされても良い。

磁石１６と蓋部材２０ｂに隙間ができる場合、図７（ｂ）のように、蓋部材２０ｂに凸部２０ｔを設け、凸部２０ｔは磁石孔１４に挿入され、磁石１６を押さえても良い。凸部２０ｔによって、磁石１６が移動や振動するのを防止し、磁石１６の飛び出しを防止する。凸部２０ｔのみ柔軟性のある部材にし、磁石１６の振動を低減させても良い。蓋部材２０ｂによって、磁石１６を固定しており、熱による減磁のおそれがない。

図１など他の実施形態の蓋部材２０ａであっても、凸部２０ｔを設けることは可能であり、磁石１６と蓋部材２０ａ、２０ｂに隙間が無ければ凸部２０ｔは設けない。

［実施形態５］
全ての磁石１６が飛び出さないように磁石孔１４を塞ぐことができれば、蓋部材２０ａ、２０ｂの形状は限定されず、ロータコア１２の端部を覆う面積も限定されない。たとえば図８のロータ１０ｄの蓋部材２０ｃのようなリング状の１枚の蓋部材２０ｃですべての磁石孔１４を塞ぐことも可能である。蓋部材２０ｃは蓋部材２０ａに比べて回転軸用孔３６が大きくなっている。いずれの実施形態においても、磁石１６が飛び出さなければ、磁石孔１４を塞ぐ面積は任意である。

図８のように蓋部材２０ｃの無い位置に締結部材３０が配置されれば、蓋部材２０ｃは第１固定部２４のみでロータコア１２に固定される。蓋部材２０ｃが第１固定部２４でロータコア２４に固定されれば、締結部材３０による蓋部材２０ｃの固定は任意である。

［実施形態６］
磁石孔１４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１０ｅのように、円弧状の磁石孔１４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１８を有し、溶接によって蓋部材２０ａをロータコア１２に固定している。

［実施形態７］
蓋部材２０ａ、２０ｂをロータコア１２に固定するための方法としては、溶接に限定されない。第１固定部２４の位置に接着剤を塗布したり、ロウ付やハンダ付けしたりする。接着剤であれば、蓋部材２０ａ、２０ｂとロータコア１２の対向面のいずれかに接着剤を塗布し、接着する。ロウ付けであれば、蓋部材２０ａ、２０ｂとロータコア１２との間にロウ材を流し込み、ロウ付けする。

上記の接着剤として、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が挙げられる。接着に代えてロウ付けをおこなう場合、その材料は、銀ロウ、銅ロウ、黄銅ロウ、リン銅ロウ、アルミニウムロウなどが挙げられ、ロウ材の選択によっては軟ロウ付け（ハンダ付け）であっても良い。

［実施形態８］
また、内側ロータコア１２ｉのコアシート２２を締結部材３０で固定したが、外側ロータコア１２ｏのコアシート２２を締結部材３０で固定することも可能である。この場合、上記実施形態で示した外側ロータコア１２ｏの第２固定部３２とカシメ４２を省略することも可能になる。

［実施形態９］
図１０のロータ１０ｆのように、磁石孔１４の端部からロータコア１２の外周に切断部１８を設け、磁石孔１４の任意の位置にブリッジ部４４を設けても良い。２つの磁石孔１４に対して１つの切断部１８が存在する。その１つの切断部１８に１つの蓋部材２０ｂの凸部２０ｔで磁石１６がロータコア１２の径方向への飛び出しを防止する。また、磁石１６が切断部１８から飛び出さないように、接着やロウ付け、ハンダ付けをおこなっても良い。

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。各実施形態は独立的または排他的な実施形態ではなく、種々の実施形態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
１２ｏ：外側ロータコア
１２ｉ：内側ロータコア
１４：磁石孔
１６：磁石
１８：切断部
２０ａ、２０ｂ：蓋部材
２２：コアシート
２４：第１固定部
２６：突起
２８：締結用孔
３０：締結部材
３２：第２固定部
３４、３６：回転軸用孔
３８：回転軸
４０、４４：ブリッジ部
４２：カシメ

Claims (6)

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た磁石と、
   前記ロータコアの両端に備えられ、全ての磁石孔を塞ぐ蓋部材と、
   前記ロータコアと蓋部材とを固定した第１固定部と、
   を備えたロータ。
2. 前記第１固定部が、蓋部材を貫通するように溶接、または蓋部材の端を溶接した部分である請求項１のロータ。
3. 前記第１固定部が、蓋部材とロータコアの両端のコアシートに存在する請求項１または２のロータ。
4. 前記ロータコアにおける磁石孔よりも内側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、
   前記ロータコアの側部における切断部同士の間において、コアシート同士を一箇所溶接した第２固定部と、
   を備えた請求項１から３のロータ。
5. 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４のいずれかのロータ。
6. 前記蓋部材が端板である請求項１から５のいずれかのロータ。

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