JP2017070031A

JP2017070031A - ロータ

Info

Publication number: JP2017070031A
Application number: JP2015190782A
Authority: JP
Inventors: 浅野　能成; Yoshinari Asano; 能成浅野; 善紀安田; Yoshiaki Yasuda; 大澤　康彦; Yasuhiko Osawa; 康彦大澤
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】スキューされた磁石孔に高密度で磁性粉を埋め込んだロータを提供する。【解決手段】ロータ１０は、磁石孔１２が形成されたコアシート１４、複数のコアシート１４を積層したロータコア１６、磁石孔１２に充填されたボンド磁石１８を備える。ボンド磁石１８の磁性粉は第１粒径の磁性粉と第２粒径の磁性粉を含む。磁性粉、は球またはほぼ球であり、第２粒径は第１粒径よりも小さい。第１粒径の半分をＤ、第２粒径の半分をｄとすると、ｄは｛（２1/2−１）／（２1/2＋１）｝Ｄ以下である。【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、円筒状のロータの周囲に環状のステータを備えた回転電機が種々開発されている。ロータは、電磁鋼板からなる複数のコアシートを積層させたロータコア、ロータコアに形成された磁石孔、磁石孔に埋め込まれたボンド磁石を備える。ボンド磁石は、バインダ樹脂と磁性粉の混合物を磁石孔に射出成形し、着磁して形成したものである。

ロータが回転した際の騒音を減少させるために、下記特許文献１のように、磁石孔を軸方向の一端から他端に向かうにつれて磁石孔を周方向にずらした（スキュー（skew）させた）ロータが開示されている。

磁石孔をスキューさせたロータは、磁極中心がロータの軸方向の一端から他端に向かうにつれて周方向に変化する。リラクタンスの角度による変動や起磁力の段階的な変化が小さくなることでコギングトルクやトルクリップルが小さくなり、騒音が抑えられる。

しかし、コアシートをずらすことで、そのずらした部分で磁石孔の内壁が階段状になる。階段状になった部分にボンド磁石の磁性粉が埋め込まれず、磁石孔の中で磁性粉の密度が低下する。所望の磁束密度が得られず、ロータの回転に影響が出る恐れがある。また、スキューにより、スキューしない場合より実質上磁石厚みが小さくなることで、減磁に対して弱くなる恐れがある。

特開２００６−２５４５９８号公報

本発明は、スキューされた磁石孔に高密度で磁性粉を埋め込んだロータを提供することを目的とする。

本発明のロータは、電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されたコアシートと、前記磁石孔の位置が周方向にずれるようにして複数のコアシートを積層したロータコアと、前記磁石孔に充填され、第１粒径の磁性粉および該第１粒径よりも小さい第２粒径の磁性粉を含み、第１粒径の半分をＤ、第２粒径の半分をｄとすると、ｄが｛（２^1/2−１）／（２^1/2＋１）｝Ｄ以下であるボンド磁石とを備える。

前記第１粒径の磁性粉はネオジム系磁石の磁性粉であり、前記第２粒径の磁性粉はネオジム系磁石またはサマリウム系磁石の磁性粉である。また、ボンド磁石は異方性を持つボンド磁石である。

ボンド磁石が第１粒径と第２粒径の磁性粉を備えることで、磁石孔がずれた位置に磁性粉を満たすことができ、ボンド磁石の磁性粉の密度が高密度になる。設計時の所望の磁束密度が得られ、ロータが所望の速度やトルク等で回転できる。

粒径の大きい第１粒径の磁性粉にネオジム系磁石の磁性粉を使用することで、ボンド磁石の磁気特性が高くなる。異方性のボンド磁石を使用することで、等方性のボンド磁石よりも磁化の方向がそろっており、残留磁束密度が高い。

本発明のロータを示す斜視図である。コアシートを示す平面図である。第１粒径の磁性粉と第２粒径の磁性粉の関係を示す図である。段スキューのロータを示す斜視図である。

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ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータに使用されるロータである。

図１に示す本発明のロータ１０は、磁石孔１２が形成されたコアシート１４、複数のコアシート１４を積層したロータコア１６、磁石孔１２に充填されたボンド磁石１８を備える。図１において、コアシート１４それぞれおよびコアシート１４間の段差は省略されて表示されている。

図２に示すコアシート１４は軟磁性体の電磁鋼板を使用する。電磁鋼板を打ち抜き加工することでコアシート１４を製造する。コアシート１４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１４の表面は絶縁膜を被覆し、コアシート１４間の渦電流を防止する。

コアシート１４の外形は、円形またはほぼ円形になっている。また、コアシート１４には、ボンド磁石１８が充填される磁石孔１２、回転軸が通されて固定される回転軸用孔２０、およびコアシート１４の積層間を固定するボルトなどの固定部材が通される締結用孔（図示省略）、さらに必要に応じてコアシート１４同士をかしめるカシメ手段（図示省略）が形成されている。

ロータコア１６は複数のコアシート１４を積層したものであり、全体として円筒形状になっている。コアシート１４を積層したときに、ロータコア１６の一端から他端まで磁石孔１２が通り、かつ、磁石孔１２の位置がコアシート１４（ロータコア１６）の周方向（回転方向）にずれるようにしている。すなわち、本発明のロータ１０は磁石孔１２をスキューさせたロータである。

ロータコア１６の側面にＮ極とＳ極の磁極が順番に配置できるのであれば、磁石孔１２の数は任意である。なお、図１では磁石孔１２が４つの場合を示している。ロータコア１６を一端から他端まで貫く一の磁石孔１２が他の磁石孔１２につながることがないようにスキュー角度の調整がなされている。

磁石孔１２にはボンド磁石１８が充填されている。磁石孔１２の中に射出成形によって磁石材料が充填され、着磁によってボンド磁石１８が形成される。ボンド磁石１８は異方性のボンド磁石であり、射出成形時に磁場をかけることで特定の方向に磁化している。その磁化の方向はおおむね磁石孔１２からロータコア１６の側面に向かう方向であり、望ましくは、磁石孔１２の円弧の中心に対してラジアル方向である。

磁石材料は、バインダ樹脂と磁性粉の混合物である。バインダ樹脂は、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポニフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどである。

磁性粉として少なくともネオジム系磁石の磁性粉を含み、たとえばＮｄＦｅＢの磁性粉が挙げられる。また、サマリウム系磁石の磁性粉を含む場合もあり、たとえばＳｍＦｅＮの磁性粉が挙げられる。

図３のように、磁性粉は第１粒径の磁性粉２２と第２粒径の磁性粉２４を含む。図３において、第１粒径の半分をＤ、第２粒径の半分をｄで示している。磁性粉２２、２４は球またはほぼ球に近似しても差し支えはなく、第２粒径は第１粒径よりも小さい。粒径はおおむね揃えられているものを使用する。

ｄは｛（２^1/2−１）／（２^1/2＋１）｝Ｄ以下である。このような式の成り立つ粒径にすることで、第１粒径の磁性粉２２が磁石孔１２の階段状の部分２６に配置されて接した状態であっても、第１粒径の磁性粉２２と階段状の部分２６とに生じる隙間２８に第２粒径の磁性粉２４が入る。したがって、磁石孔１２の中でボンド磁石１８の密度を高めることができる。本願であれば、その密度を従来に比べて１０〜２０％くらい高くでき、誘起電圧も１０〜１５％くらい向上できる。なお、Ｄは約１０〜１００μｍである。

第１粒径の磁性粉２２はネオジム系磁石の磁性粉であり、第２粒径の磁性粉２４はネオジム系磁石またはサマリウム系磁石の磁性粉である。磁気特性や機械的強度はネオジウム系磁石がサマリウム系磁石よりも優れており、少なくとも第１粒径の磁性粉２２をネオジウム系磁石の磁性粉にし、ボンド磁石１８の磁気特性や機械的強度を高くする。第１粒径の磁性粉２２と第２粒径の磁性粉２４の混合比は約７０：３０〜９５：５である。

ロータコア１６の中心に回転軸用孔２０が開けられており、回転軸用孔２０の中に回転軸が入れられて固定される。ロータ１０を備えた回転電機が圧縮機に適用される場合、回転軸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１６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場によって、ロータ１０を回転させる。

コアシート１４の締結用孔（図示省略）に固定部材を挿入して固定する。たとえば、固定部材はボルトとナット、またはリベットなどであり、それらの軸が締結用孔に入れられて固定される。また、コアシート１４をカシメによって固定しても良い。

次に、ロータ１０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１４を形成する。コアシート１４の外形、磁石孔１２、回転軸用孔２０および締結用孔を同時に形成しても良いし、別々の工程で形成しても良い。

（２）コアシート１４を積層してロータコア１６を形成する。コアシート１４を積層する時に、磁石孔１２が周方向にずれるようにする。図１であれば、コアシート１４ごとに磁石孔１２をずらして積層する。

（３）コアシート１４が積層されただけでは外れてしまうので、上述した固定部材でコアシート１４を固定する。また、回転軸用孔２０に回転軸を入れて固定する。

（４）磁石孔１２にボンド磁石１８を埋め込む。ボンド磁石１８の埋め込みは、上述した磁石材料を射出成形によって磁石孔１２に流し込み、外部から磁束を印加して着磁し、硬化させることでボンド磁石１８を埋め込む。

上記工程でロータ１０が製造される。製造されたロータ１０は、環状のステータの内側に配置され、ロータ１０とステータで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場によって、ロータ１０が回転する。

上記のように異なる粒径の磁性粉２２、２４を準備してボンド磁石１８に使用することで、スキューさせた磁石孔１２において、磁石孔１２の内壁にできた階段状の部分２６にも磁性粉２２、２４を充填することできる。磁石孔１２の中に高密度でボンド磁石１８を埋め込むことができ、階段状の部分２６の減磁も防止できる。所望の磁束密度が得られ、ロータ１０を設計通りに回転させることができる。異方性を持つボンド磁石１８を使用することで、磁化の方向がそろっており、残留磁束密度が高い。

以上のように本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。たとえば、図１のロータ１０はインナーロータであったが、本発明をアウターロータに適用しても良い。アウターロータのボンド磁石１８において、上記第１粒径の磁性粉２２と第２粒径の磁性粉２４を用いる。

図１のコアシート１４を１枚ずつスキューさせたロータ１０以外に、図４のように、所定枚数のコアシート１４ごとにスキューさせたロータコア４６を備えたロータ４０に適用しても良い。磁石孔１２の位置がずれたところで、磁石孔１２が階段状になっており、階段状になった部分でも高密度にボンド磁石１８を埋め込むことができる。

磁石孔１２は円弧状に限定されず、直線状やＶ字状などの磁石孔であっても良い。また、多層スリット状の磁石孔に適用することもできる。

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。

１０、４０：ロータ
１２：磁石孔
１４：コアシート
１６、４６：ロータコア
１８：ボンド磁石
２０：回転軸用孔
２２：第１粒径の磁性粉
２４：第２粒径の磁性粉
２６：磁石孔の階段状の部分
２８：隙間

Claims

電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されたコアシートと、
前記磁石孔の位置が周方向にずれるようにして複数のコアシートを積層したロータコアと、
前記磁石孔に充填され、第１粒径の磁性粉および該第１粒径よりも小さい第２粒径の磁性粉を含み、第１粒径の半分をＤ、第２粒径の半分をｄとすると、ｄが｛（２^1/2−１）／（２^1/2＋１）｝Ｄ以下であるボンド磁石と、
を備えたロータ。
前記第１粒径の磁性粉がネオジム系磁石の磁性粉であり、
前記第２粒径の磁性粉がネオジム系磁石またはサマリウム系磁石の磁性粉である
請求項１のロータ。
前記ボンド磁石が異方性を持つボンド磁石である請求項１または２のロータ。