JP2015521834A - 電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置およびプロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するためのプロセスについて言及し、より具体的には密閉モータ圧縮機向けであり、これは、関連する部品の寸法ばらつきをより適切に吸収することが可能な技術的解決策であり高速モータの使用を可能にするので、より高い信頼性をアセンブリに提供するために着想および開発された。前記プロセスは：金属コア（２）の外表面上に置かれる磁石（３）アセンブリの外径よりも小さい直径を有するらせん状弾性要素（６）を構築するステップと；らせん状弾性要素（６）を弾性的に拡張するステップと；らせん状弾性要素（６）の弾性力が、らせん状弾性要素を磁石アセンブリ（３）の外径にしっかり取り付けさせることを可能にするために、磁石（３）アセンブリの周りにらせん状弾性要素（６）を係合するステップとを含む。

Description

本発明は、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するためのプロセスに言及し、より具体的には密閉モータ圧縮機用であり、これは、関連する部品の寸法ばらつきをより適切に吸収することが可能な技術的解決策であり高速モータの使用を可能にするので、より高い信頼性をアセンブリに提供するために着想および開発された。

現状技術において周知のように、電気モータは一般的に、その動作／回転子の回転に必要なトルクを発生させるために磁気的要素とともに動作する固定子および回転子によって構成される。

添付の図１−１および図１−２は、４つの磁石２が接着層によって金属回転子コア３に固定された従来の回転子１を示しており、このような構造はたとえば、文献米国特許第６，３３９，２７４号明細書に記載されている。しかしながら、この構成／アセンブリは、回転子が達成できる最高速度を制限するという深刻な欠点を呈することが起こり、なぜなら、回転子自体の回転と各磁石の質量とによって形成される遠心力が、接着接合において究極的に引張応力を働かせ、次いで接着接合が接着剤または磁気抵抗によって決定される破壊点を有するためである。このため、回転子の回転が、接合における材料強度の限界を超えて磁石２と金属コア３との間の接着領域に負荷を提供する場合、接着層４またはさらには磁石２が破裂し、よって磁石２は金属コア３から外れ、このためモータの動作を損ない、これがモータの安全性における深刻な損傷をもたらし得る。モータを実装するために使用される原材料の量が、その回転に対して一次反比例関係を有する点を述べることは、重要である。たとえば、回転子の回転を２倍にすることは、それを実装するために使用される原材料の質量が５０％減少することをもたらし、モータの同じ電気的特性を維持する。明らかに、モータの最大回転はその費用との重要な関係を有し、このため高速モータの使用を可能にすることは非常に重要である。

このような問題を解決する試みにおいて、図２−１および図２−２に示されるように、およびたとえば文献米国特許第５，１７０，０８５号明細書に記載されるように、金属製カバー５が使用されてきており、金属製カバーは一般的に、モータの電気的損失を最小化するために、非磁性のステンレス鋼から作られている。したがって、このようなカバー５は、アセンブリの機械的抵抗の増加を目的として磁石２を覆うために、および２つの磁石２の脱離を防止するために回転子１に結合されており、このためモータが高速で動くことを可能にする。

しかしながら、この解決策の主な不都合は、関連する部品、特に磁石２の寸法精度を必要とし、なぜなら、第２磁石アセンブリ２の周りにカバー５を取り付けるために、たとえばカバーを加熱することならびにまたは磁石アセンブリおよび内部コアを冷却することによって、あるいは冷間挿入によって実装するために使用されるプロセスと適合する、部品間の、つまり金属コア上に実装された磁石の外径とカバーの内径との間の寸法の差がなければならないためであるということである。このため、必要とされる実装のために必要な寸法を調整するために、正確な製造によって提供された部品を使用すること、またはその他の製造手段を使用することが必要であり、それは結果的に、図１−１および図１−２に示されるように、解決策の費用を増加させる。この解決策は寸法精度を必要とするという主張はもっぱら、固体または非固体リングを使用するカバーの解決策に言及する。すなわち、それは文献米国特許第５，７４４，８８７号明細書の請求項１から３に該当する。部品の寸法精度を減少させるために、何らかのタイプの樹脂で空洞を充填するようなやり方で、金属コア上に実装された磁石の外径とカバーの内径との間に間隙が常に存在するように、関連する部品を設計することが可能である。しかしながらそれは、モータの空隙を著しく増加させて、そのエネルギー効率を低下させる上に、部品間の同心性を確実にするために実装装置を必要とし、樹脂を使用する必要性に由来する費用の増加を必要とする。また、これらのカバー２は典型的には、端部を溶接することによって一緒に接合された金属製プレートとして製造され、このことは、集合体の横方向セグメントおよび差違が出る厚さを生じさせ、これらが、動作中のシステム内の不均衡とともに、アセンブリ実装を最終的に困難にする。金属製カバーを使用する別の不都合は、高い電気抵抗を有する非強磁性材料を使用しても渦電流があり、このことが電気モータのエネルギー効率の損失をもたらすということである。

文献米国特許第５，７４４，８８７号明細書に開示されたカバーは、重複巻線の形態の磁石の上に設けられた長尺の非金属製ストリップを使用する提案において、金属製カバーの使用によって必要とされる寸法剛性の問題を解決することを目的とするが、重複巻線は、適切な機能性とモータの効率とを究極的に妥協させる著しく厚いカバーを招く。また、この解決策は、小型化されるが、上記パラグラフにおいて述べられた渦電流を依然として提供するという不都合も有する。

したがって、現状技術は、モータのエネルギー効率、平衡、およびシステム安全性をそれと妥協することなく金属回転子コア内に磁石を実装するための解決策を欠如していることに留意されたい。

米国特許第６３３９２７４号明細書 米国特許第５１７００８５号明細書 米国特許第５７４４８８７号明細書

本発明の目的の１つは、最小厚の要素による回転子内の金属コア磁石の適切な実装と、またモータのエネルギー効率を最大化するために渦電流による損失を低減する幾何学的構成とを提供し関連する部品間でさらに高い寸法精度を要求することのない、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置およびプロセスを提供することである。

また、本発明の別の目的は、製造および設置がより容易である、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置およびプロセスを提供することである。

本発明のその他の目的は、磁石の全表面を覆うことなく適切に使用されることが可能であり、このためその製造のためにより少ない原材料を使用し、このため関連する費用を削減する、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置およびプロセスを提供することである。

上記の目的は、磁石被覆金属コアからなる回転子を備える電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置であって、磁石の周りに設けられた少なくとも１つのらせん状弾性要素を備え、らせん状弾性要素は必然的にシステム内の弾性実装に適していなければならず、モータの電気効率を損なわないように電気抵抗の高い非磁性鉄材でなければならず、前記らせん状弾性要素の直径は、金属コアの外表面上に置かれる磁石アセンブリの外径よりも小さくなければならず、少なくとも１つのらせん状弾性要素の巻線は、磁石アセンブリの外表面の部分が見えることを維持しなければならないことを特徴とする装置により達成される。

好ましくは、らせん状弾性要素の少なくとも一部は、モータが動いているときの遠心力の効果に対抗して金属コアへの磁石の取り付けに向けて力を働かせるようにそれらが磁石または金属コアと協働するように、その弾性力によって、接着剤、固定要素、または端部形成部の使用により磁石内に実装される。

らせん状弾性要素を磁石に固定するために接着剤を使用する場合には、接着剤は好ましくは、磁石の外表面に塗布されること、らせん状弾性要素の内表面に塗布されること、またはそれらの両方に塗布されることが可能であり、らせん状弾性要素の端部のみに塗布されてもよい。

本発明はまた、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するためのプロセスを含み、プロセスは：
金属コアの外表面上に置かれる磁石アセンブリの外径よりも小さい直径を有するらせん状弾性要素を構築するステップと；
らせん状弾性要素を弾性的に拡張するステップと；
らせん状弾性要素の弾性力が、らせん状弾性要素を磁石アセンブリの外径にしっかり取り付けさせることを可能にするために、磁石アセンブリの周りにらせん状弾性要素を係合するステップとを含む。

好ましくは、前記プロセスは、接着剤、固定要素、またはらせん状弾性要素の端部形成部の使用により、らせん状弾性要素に磁石アセンブリを実装するステップをさらに含む。

本発明は、図面に基づいて、以下により詳細に記載される。

現状技術の回転子の斜視図である。 現状技術の回転子の断面図である。 実装されたアセンブリの分解斜視図における現状技術で使用される別の実施形態の図である。 実装されたアセンブリの分解斜視図における現状技術で使用される別の実施形態の図である。 本発明の電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置の分解斜視図である。 電気モータ回転子に適切に結合された、本発明の目的である装置の図である。 磁気コアの切り欠き内に固定された装置を示す、本発明の目的である実装プロセスの可能な変形例を示す図である。 磁石間の空間内に固定された実装装置を示す、本発明の目的である実装プロセスの可能な変形例を示す図である。 実装装置がリベットにより磁気コアに固定されている別の実施形態を示す図である。

本発明はここで図面に基づいて記載されるが、その理解を容易にするために、参照番号が図面に割り当てられている。

まず、本発明の目的である、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置は主に、磁石被覆（３）金属コア（２）からなる回転子１を備える電気モータ内での使用向けであることが、明らかである。

図３および図４に最もよく見られるように、本発明の優先的な実施形態である、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置は、磁石３の周りに設けられたらせん状弾性要素６を備え、好ましくはらせん状弾性要素６の直径は、金属コア２の外表面上に置かれる磁石アセンブリ３の外径よりも著しくまたは著しくなく小さい。さらには、らせん状弾性要素６の巻線の間のペースは、磁石（３）アセンブリの外表面の部分が見えることを維持するように、距離ｄで互いに離間している。

提案された実施形態では、磁石アセンブリ３を実装する機械的抵抗を増加させることを目的とする要素６（現状技術では金属製カバー５によって作られてきた）は、回転子１の外形寸法を弾性的に変形させ「複製」することが可能である平らならせんコイル巻線の形状を有する。

磁石３内に弾性要素６を実装するために、弾性要素は、その後解放されアセンブリ上に置かれるために、回転子２／磁石３よりも大きい直径に到達するまで弾性的に開かれる。弾性要素６の弾性は、図２−１および図２−２に示されるカバー片５の分解能よりも少なくとも１桁大きい規模の直径ばらつきの規模で、磁石３の外径に取り付けられる能力を弾性要素に提供し、すなわち、コイル巻線の形態の弾性要素６の巻線定数は、それらの寸法ばらつきとは無関係に磁石３に対するそれらの巻線の堅固な圧縮をもたらし、このため現在樹脂または類似の材料で充填される必要がある部分の間に残った空洞をなくす。

したがって、その元来の状態に関して異なる寸法に起因する弾性要素６内の残留応力は、弾性要素を所定位置に保持するのに十分であり、場合により、前記らせん状弾性要素６の剛性に応じて、モータの機能性に必要な機械的抵抗を確実にするのに十分である。

提案された好ましい実施形態は、基本的に、遠心力に対する磁石３の実装抵抗を増加させることを目的とすることに留意されたい。しかしながら、より堅牢な実装が特定された場合には、実装のための以下の選択肢が使用され得る：
１．接着剤の使用。磁石３の外表面上に、内部らせん状弾性要素６の表面上に、またはそれらの両方に接着剤を塗布することが可能である。接着剤は、らせん状弾性要素６の内表面全体の上に、または磁石３を実装するのに必要な機械的抵抗を確実にするのに十分な領域内へのその２つの端部６１のみに塗布されてもよい。接着剤を塗布するプロセスは、手作業、自動、または弾性要素６に化学的に塗布されることが可能であり、プロセスは、「熱接合可能」と称される、エナメル線において塗布されるものと類似であることに留意されたい。
２．機械的固定。らせん状弾性要素６の機械的実装は、ねじ、リベット、または類似の要素からなる機械的解決策を用いてその端部にラッチを構成するように意図された任意の取り付け要素によって、あるいはさらには、たとえば鉤型形態として弾性要素６の端部形成部６１によって保証されることが可能である。重要なことは、弾性要素６が回転子コア１内にしっかり実装されるのを確実にすることである。このような構造的代替例は、添付の図５−１、図５−２、および図６に示されており、これらは実装の補助源として接着剤を任意選択で使用することができる点を強調することは、重要である。

本発明はまた、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するためのプロセスも含み、プロセスは：
金属コアの外表面上に置かれる磁石アセンブリ（３）の外径よりも小さい直径を有するらせん状弾性要素を構築するステップと；
らせん状弾性要素を弾性的に拡張するステップと；
らせん状弾性要素の弾性力が、らせん状弾性要素を磁石アセンブリの外径にしっかり取り付けさせることを可能にするために、磁石アセンブリの周りにらせん状弾性要素を係合するステップとを含む。

好ましくは、前記プロセスは、接着剤、固定要素、またはらせん状弾性要素６の端部形成部６１の使用により、らせん状弾性要素６に磁石アセンブリ３を実装するステップをさらに含む。

実装のための好ましい実施形態が本発明において示されたが、特許請求された保護の精神および範囲から逸脱することなく、任意の省略、置換え、および構造的変更が当業者によってなされ得ると理解されることに留意されたい。また、同じ結果を実現するために同じやり方で同じ機能を実質的に行う要素のすべての組合せが、本発明の範囲内にあることを明確に述べておく。また、他者によって記載されたタイプの要素の置換えは、完全に意図および想到されている。

Claims (10)

1. モータが磁石被覆（３）金属コア（２）からなる回転子（１）を備える、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するための装置であって、磁石（３）の周りに配置された少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）を備え、
   前記少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）の直径は、金属コア（２）の外表面上に置かれる磁石（３）アセンブリの外径よりも小さく、
   少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）の巻線の間のペースは、磁石（３）アセンブリの外表面の部分が見えることを維持するように互いに離間していることを特徴とする、装置。
2. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）が、それらの弾性力により磁石（３）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）が、接着性材料の使用により磁石（３）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）と磁石（３）アセンブリとの間の実装のための接着性材料が少なくとも、磁石（３）の外表面上に塗布されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）と磁石（３）アセンブリとの間の実装のための接着性材料が、少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）の内表面上に塗布されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
6. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）と磁石（３）アセンブリとの間の実装のための接着性材料が、少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）の端部（６１）に塗布されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
7. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）が、固定要素によって磁石（３）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 少なくとも１つのらせん状弾性要素（６）が、それらが磁石（３）または金属コア（２）と協働するように、端部形成部（６１）によって磁石（３）に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. モータが磁石被覆（３）金属コア（２）からなる回転子（１）を備える、電気モータ回転子内に永久磁石を実装するためのプロセスであって、
   金属コア（２）の外表面上に置かれる磁石（３）アセンブリの外径よりも小さい直径を有するらせん状弾性要素（６）を構築するステップと、
   らせん状弾性要素（６）を弾性的に拡張するステップと、
   らせん状弾性要素（６）の弾性力が、らせん状弾性要素を磁石アセンブリ（３）の外径にしっかり取り付けさせることを可能にするために、磁石（３）アセンブリの周りにらせん状弾性要素（６）を係合するステップとを含むことを特徴とする、プロセス。
10. 接着剤、固定要素、またはらせん状弾性要素（６）の端部形成部（６１）によって磁石（３）アセンブリ内にらせん状弾性要素（６）を実装するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のプロセス。

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