JP5505348B2 - 電動モータ - Google Patents

Description

本願発明は、永久磁石埋め込み型のロータを備えた電動モータに関する。

例えば、車両用空調装置に使用される圧縮機には、圧縮機構の駆動源として、圧縮機のハウジング内部に電動モータを収納した電動圧縮機がある。電動モータは、コイルを巻線したステータとロータコアに永久磁石を埋め込みにより装着したロータとから成る永久磁石埋め込み型モータで構成されている場合がある。電動圧縮機では、ハウジング内において、潤滑油を含む冷媒が電動モータの周囲から圧縮機構に向けて循環するように構成される。車両用空調装置に使用される冷媒には、水分が存在する。特に、車両用空調装置に使用する配管は、狭いスペースで複雑な構造を有する車両内部において、車両用空調装置を搭載し易いように、曲げや車両の振動等に影響され難い、例えばゴム管等の柔軟性のある材料により構成された管を使用している。このため、車両用空調装置の冷媒回路内には、配管から染み込む水分も加わり、他の装置に使用される電動圧縮機に比較して多量の水分が存在している。

冷媒回路内の水分は、車両用空調装置の運転により電動圧縮機内の潤滑油の温度が高い状態では、潤滑油および冷媒中に拡散され、問題を生じることが少ない。しかし、電動圧縮機が停止した時などのように、潤滑油の温度が下がると、潤滑油および冷媒の飽和水分濃度が低下し、多量の遊離水が発生する。潤滑油は電動モータを構成するロータコアの磁石挿入孔の隙間にも多量に滞留し、潤滑油から発生した遊離水は磁石挿入孔に装着した永久磁石を腐食する恐れがある。

一方、電動モータのロータコアに装着される永久磁石は、希土類磁石が多く用いられている。希土類磁石は腐食防止のために、ニッケルメッキあるいはアルミニウムメッキ等の表面処理を施し、ロータコアの磁石挿入孔に挿入され、装着されている。しかし、電動モータ自身の振動や電動圧縮機の振動により、希土類磁石の表面処理部が磁石挿入孔の内壁面と擦れることにより、希土類磁石の表面処理部に傷が付く場合がある。また、ロータコアの磁石挿入孔は、積層された鋼板毎に打ち抜きにより形成されているため、磁石挿入孔にはバリが生じ易く、バリによって希土類磁石の表面処理部を傷付ける恐れがある。また、メッキ等を施した表面処理部は、ピンホールの発生を完全に無くすことができない。このため、ロータコアに滞留した遊離水が表面処理部の傷やピンホールから浸透し、希土類磁石を腐食する恐れがある。

遊離水による希土類磁石の腐食が進行すると、希土類磁石は腐食により発生する水素を吸蔵し、水素脆性により膨張して崩壊する。このため、崩壊により崩壊した希土類磁石は大量の微細な磁石粉を発生し、この磁石粉は崩壊時の圧力によりロータコアの積層された鋼板の微小な隙間等からロータの外部へ飛び出す。磁石粉は、鉄分を含むため、電動圧縮機に設けられる気密端子に付着堆積すると、端子ピン間や端子ピンとハウジングとの間を短絡し、電動モータの電源を落としたり、あるいはハウジングに漏電する等の問題を引き起こしたりする恐れがある。

また、ロータの外部へ飛び出した磁石粉は、冷媒によって圧縮機構側へも運ばれ、圧縮機構の摺動部や軸受け部の損傷を引き起こす恐れがある。このような、遊離水に起因する希土類磁石の水素脆性の問題は、車両用空調装置が高温多湿の環境下で使用される場合に特に顕著である。また、電動圧縮機に限らず、他の一般的な装置に使用される電動モータにおいても、希土類磁石の表面処理部の傷やピンホールを介して水分が希土類磁石に浸透し、希土類磁石の水素脆性を引き起こす恐れがある。

例えば、特許文献１には、回転子の永久磁石挿入穴に挿入した永久磁石の位置決めを目的として、回転子の永久磁石挿入穴の周方向両側にリベット固定用穴を形成する技術が開示されている。従って、回転子と、回転子の両端面に当接した端板とを固定するために、リベット固定用穴に通した２本のリベットは、永久磁石を両側で規制し、位置決めすることができる。特許文献１における永久磁石挿入穴の周方向両側に形成したリベット固定用穴は、永久磁石として希土類磁石を使用した場合に水素脆性により発生する恐れのある磁石粉を一時的に収容し、回転子外部への流出の抑制を期待できるものと推測される。

特開２００７−１８１２５４号公報（図２４〜図２８参照）

特許文献１のリベット固定用穴は、永久磁石の位置決めのために、通常の形成位置と異なる永久磁石挿入穴に隣接した位置に形成しなければならず、また、磁気回路のバランスをとるために永久磁石挿入穴の周方向両側に形成しなければならない。即ち、リベット固定用穴は通常必要とする数の２倍の数が必要となり、同様に２倍の数のリベットを使用しなければならない。また、リベット固定用穴は永久磁石に近い位置であるため、磁束漏れを防止できるようにリベットを非磁性体にする必要があり、コストアップに繋がる問題がある。また、磁気回路への影響を考慮すると、リベット固定用穴の径を大きくして磁石粉の収容能力を高めることができないという問題がある。さらに、リベット固定用穴に鉄分を含む磁石粉が収容された場合、磁石粉の存在により磁気回路に影響を及ぼす恐れがある。従って、特許文献１のリベット固定用穴は、水素脆性により発生した希土類磁石の磁石粉を収容し、磁石粉が回転子の外部へ流出することを防止する構成として適切なものでない。

本願発明は、永久磁石の腐食により発生する磁石粉のロータ外への流出を防止できる適切な構成を備えた電動モータを提供する。

請求項１は、回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記ロータの周囲に配置されコイルが巻線されたステータとを有し、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの両端面に当接された端板と、前記ロータコアの内部に挿入された永久磁石と、前記ロータコア及び前記端板を締結するリベットとを有し、前記ロータコアは前記回転軸が挿入される回転軸孔と、前記回転軸孔の周囲に穿設され前記永久磁石が挿入される磁石挿入孔と、前記回転軸孔の周囲に穿設され前記リベットが挿入されるリベット孔とを有する電動モータにおいて、前記リベット孔の径はリベットの軸径よりも大径であり、前記ロータコアは前記磁石挿入孔と前記リベット孔とを連結する連通路を有することを特徴とする。

請求項１によれば、腐食により発生した永久磁石の磁石粉をリベット孔に収容することができるため、ロータコア外部への磁石粉の流出を確実に防止することができる。また、リベット孔と磁石挿入孔は連通路を介して連結されることから離れた位置に穿設されているため、永久磁石の磁気回路に影響を及ぼすことがない。

請求項２は、前記ロータ及び前記ステータを電動圧縮機のハウジングの内部に配設し、前記回転軸を前記電動圧縮機の圧縮機構に連結したことを特徴とする。請求項２によれば、特に遊離水の影響が大きい電動圧縮機において、磁石粉により引き起こされる気密端子での短絡あるいは圧縮機構及び軸受部での損傷等の問題を確実に防止することができる。

請求項３は、前記リベット孔は前記磁石挿入孔よりも前記ロータコアの半径方向内側に配置されていることを特徴とする。請求項３によれば、リベット孔を磁石挿入孔から離れた位置に設けられるため、リベットを磁性体で形成したり、リベット孔の内径を大きく形成して磁石粉の収容能力を高めたりしても、永久磁石の磁気回路に影響を及ぼす恐れがない。

請求項４は、前記永久磁石は表面に耐腐食性材料によるコーティング層を有することを特徴とする。請求項４によれば、コーティング層の形成により永久磁石の腐食を予防し、永久磁石の寿命をより長くすることができる。

請求項５は、前記永久磁石は希土類磁石であることを特徴とする。請求項５によれば、腐食により発生する水素を吸蔵し、水素脆性により崩壊し易い希土類磁石において、磁石粉による影響を効果的に防止することができる。

本願発明は、永久磁石の腐食により生じた磁石粉を磁石挿入孔から離れたリベット孔に一時的に貯留することができるため、磁石粉が電動モータのロータコア外部に流出することを確実に防止することができる。

スクロール式圧縮機の概要を示す縦断面図である。 ロータコアの端面を示す正面図である。 磁石挿入孔に永久磁石を挿入したロータコアの端面を示す正面図である。 図３に示す永久磁石を挿入した磁石挿入孔とリベット孔の拡大図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。

本願発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、車両用空調装置のスクロール式電動圧縮機（以下、単に電動圧縮機とする）に本願発明を実施した例を示したもので、電動圧縮機の概要を以下に説明する。電動圧縮機は、フロント側のハウジング１とリア側のハウジング２とを複数のボルト３により一体となるように固定され、密閉されたハウジングを有する。ハウジング１、２は共にアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属性材料により形成されている。ハウジング２には、吸入ポート４が形成され、また、ハウジング１には、吐出ポート５が形成され、吸入ポート４及び吐出ポート５はそれぞれ図示しない外部冷媒回路と接続されている。

ハウジング１、２の内部２Ａには、スクロール式の圧縮機構６及び圧縮機構６を駆動する電動モータ７が収納されている。電動モータ７は、ハウジング２に軸受を介して回転可能に保持された回転軸８と回転軸８に固定されたロータ９とロータ９の外周に配置され、ハウジング２の内壁に固定されたステータ１０とにより構成されている。ロータ９は主要素として、複数の磁性体からなる薄い鋼板を積層した積層鋼板により構成されるロータコア１１と複数の永久磁石１２とにより構成され、ステータ１０は三相に巻線されたコイル１３を有する。

なお、永久磁石１２は希土類磁石から構成され、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石あるいはその他の種類の希土類磁石を使用することができる。また、図３及び図４に示すように、永久磁石１２の表面には、耐腐食性材料として、ニッケルあるいはアルミニウム等の無機系材料によりコーティング層１２Ａや図示しない表面改質層が形成されている。

圧縮機構６は、主要素として、ハウジング１、２の内壁に固定された固定スクロール１４と、これに対向配置された可動スクロール１５とにより構成されている。固定スクロール１４と可動スクロール１５との間には、冷媒を圧縮するための容積可変の圧縮室１６が形成されている。可動スクロール１５は、軸受及び偏心ブッシュ１７を介して回転軸８の偏心ピン１８に連結されることにより、回転軸８の回転に応じて揺動され、圧縮室１６の容積を変化させるよう構成されている。

一方、ハウジング２の外周壁の一部には、インバータ収容室１９を形成するインバータハウジング２０が接合され、固定されている。インバータ収容室１９内には、ハウジング２の外周壁にモータを駆動するためのインバータ２１及び気密端子２２が取り付けられている。気密端子２２は、インバータ収容室１９内で、インバータ側のコネクタ２３を介してインバータ２１と電気的に接続され、また、ハウジング２の内部２Ａでクラスタブロック２４を介してステータ１０のコイル１３から引き出されているリード線（図示せず）と電気的に接続されている。従って、インバータ２１から気密端子２２を介して電動モータ７のコイル１３に通電されると、ロータ９が回転され、回転軸８によって圧縮機構６が作動される。

図２〜図５に示すように、ロータ９を構成するロータコア１１には、一方の端面２５から他方の端面２６に向けて、回転軸孔２７、永久磁石１２を隙間嵌めにより挿入する４箇所の磁石挿入孔２８及び４箇所のリベット孔２９が貫通孔として穿設されている。回転軸孔２７はロータコア１１の中心に同心状に穿設され、回転軸８が回転軸孔２７に圧入等により嵌合され、一体となるように固定される。磁石挿入孔２８及びリベット孔２９は、回転軸孔２７の周囲に均等な間隔を開けて配置されている。

磁石挿入孔２８は、断面長方形の磁石挿入空間３０と磁石挿入空間３０に対してロータコア１１の周方向両側に接続する磁束の漏洩防止用の貫通した空隙部３１とにより構成される（図２、図４参照）。磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０における縦幅、横幅及び長さの各寸法は、直方体に形成された永久磁石１２の縦幅、横幅及び長さの各寸法よりも大きな寸法に設定されている。なお、縦幅は図２に示すように、ロータコア１１の端面２５側から見て、ロータコア１１の周方向の距離を指し、横幅はロータコア１１の径方向の距離を指すものとする。また、長さはロータコア１１の端面２５側から端面２６側に延びる距離を指すものとする。従って、磁石挿入孔２８に隙間嵌めにより挿入された永久磁石１２は、磁石挿入孔２８内に埋没した形態で装着される。

リベット孔２９は、図２に示すように、ロータコア１１の半径方向で見て磁石挿入孔２８よりも内側となるように、回転軸孔２７と磁石挿入孔２８との間に配置されている。リベット孔２９の内径Ｄ１は、リベット孔２９を貫通するリベット３２の軸径Ｄ２よりも大径に設定されている（図４参照）。また、リベット孔２９は磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０と連通路３３により連結されている。なお、リベット孔２９の配設位置は、連通路３３により連結されることから、磁石挿入孔２８から離れた回転軸孔２７に近い位置に配置することが可能であり、磁気回路への影響を無くすことができる。また、リベット孔２９が磁気回路に影響しない位置に配設されているため、リベット３２は、磁性体材料等で構成された市販品を使用することができる。

ロータコア１１の端面２５と端面２６には、磁石挿入孔２８に永久磁石１２を装着した後、リベット孔２９と一致するように穿設された孔３４、３５を備えた端板３６、３７が当接される（図５参照）。リベット３２は端板３６、３７の孔３４、３５及びロータコア１１のリベット孔２９に貫通してリベット締めされる。ロータコア１１と端板３６、３７とは、リベット３２の締結により強固に固定され、ロータ９が構成される。

以上のように構成された本願発明の実施形態は、以下の作用及び効果を有する。
車両用空調装置において電動圧縮機の運転中、吸入ポート４から吸入された冷媒は、電動モータ７側から圧縮機構６へ流通し、圧縮機構６において圧縮され、吐出ポート５から外部冷媒回路（図示せず）に供給される。冷媒と共に冷媒回路内を循環する潤滑油は、電動圧縮機の運転中、潤滑油の温度が高い状態にあるため、電動圧縮機内に存在する多くの水分は潤滑油および冷媒中に吸収され、問題になることが少ない。

電動圧縮機が停止したような場合、潤滑油の温度が下がるため、潤滑油の飽和水分濃度が低下し、多量の遊離水が発生する。遊離水の発生源となる潤滑油は電動圧縮機内部に滞留し、ロータ９の周囲にも滞留する。ロータ９に滞留する潤滑油はロータコア１１の周囲やロータコア１１を構成する積層鋼板の僅かな隙間にも浸透し、滞留する。ロータコア１１の磁石挿入孔２８に装着された永久磁石１２の表面には、コーティング層１２Ａが形成されているため、永久磁石１２への潤滑油や潤滑油から発生した遊離水の浸透を防止している。

しかし、永久磁石１２には、電動圧縮機の運転中の振動による永久磁石１２の擦れや永久磁石１２の装着時に生じたコーティング層１２Ａの傷、あるいはコーティング層１２Ａの形成時に生じたピンホール等が存在する場合がある。このため、ロータコア１１に滞留した潤滑油から発生した遊離水は傷やピンホールに浸透し、永久磁石１２を腐食する場合がある。永久磁石１２の腐食の進行により発生する水素は、永久磁石１２に吸蔵されるため、永久磁石１２は水素脆性により、崩壊して大量の微細な磁石粉３８を発生する（図３、図５参照）。

永久磁石１２から発生した磁石粉３８は、磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０に噴出するが、連通路３３の形成により、連通路３３からリベット孔２９のリベット３２との間に形成されている空間内に収容される。磁石粉３８の発生時の圧力は、磁石挿入孔２８内で積層鋼板間にもかかるが、積層鋼板間の隙間は極めて徴小であるため、磁石粉は全て連通路３３を通り、リベット孔２９に収容される。リベット孔２９は端板３６、３７によって閉鎖されているため、磁石粉３８がリベット孔２９以外へ流動する恐れは全くない。従って、磁石粉３８がロータ９の外部へ飛び出す恐れが無いため、圧縮機構６及び電動モータ７に不具合を生じることが無く、電動圧縮機の運転を継続することができる。

なお、リベット孔２９は磁気回路に影響を及ぼすことが無いように、磁石挿入孔２８から離れた位置に自由に配設することができるため、リベット孔２９の内径を大きく設定し、リベット３２との間に形成される空間を大きく形成することができる。従って、水素脆性により生じた磁石粉３８の収容スペースを拡大し、収容能力をより高めることができる。

本願発明は、前記した本願発明の実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のような、他の実施形態で実施することが可能である。

（１）本願発明の実施形態では、永久磁石１２を磁石挿入孔２８に隙間嵌めにより装着しているが、コーティング層１２Ａを形成した永久磁石１２を磁石挿入孔２８に圧入により装着する構成であっても実施することができる。
（２）永久磁石１２を磁石挿入孔２８に隙間嵌めにより装着する場合は、コーティング層１２Ａを形成しない永久磁石１２の使用が可能である。
（３）永久磁石１２は、希土類磁石に限らず、他の種類の磁石を使用しても本願発明を実施することができる。
（４）本願発明の実施形態では、スクロール式電動圧縮機に実施した例を示したが、電動圧縮機はベーン式、スクリュー式等の他の回転式圧縮機やスワッシュ式、ワッブル式等の往復式圧縮機に電動モータを内蔵した電動圧縮機において本願発明を実施することができる。
（５）本願発明は、車両用空調装置の電動圧縮機に限らず、例えば、家庭用等の車両用空調装置以外の電動圧縮機に使用される電動モータや、電動圧縮機以外の機械装置に使用される電動モータにおいて実施することができる。

１、２ ハウジング
４ 吸入ポート
５ 吐出ポート
６ 圧縮機構
７ 電動モータ
９ ロータ
１０ ステータ
１１ ロータコア
１２ 永久磁石
１２Ａ コーティング層
１３ コイル
１４ 固定スクロール
１５ 可動スクロール
２２ 気密端子
２８ 磁石挿入孔
２９ リベット孔
３０ 磁石挿入空間
３１ 空隙部
３２ リベット
３３ 連通路
３６、３７ 端板
３８ 磁石粉

Claims (5)

1. 回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記ロータの周囲に配置されコイルが巻線されたステータとを有し、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの両端面に当接された端板と、前記ロータコアの内部に挿入された永久磁石と、前記ロータコア及び前記端板を締結するリベットとを有し、前記ロータコアは前記回転軸が挿入される回転軸孔と、前記回転軸孔の周囲に穿設され前記永久磁石が挿入される磁石挿入孔と、前記回転軸孔の周囲に穿設され前記リベットが挿入されるリベット孔とを有する電動モータにおいて、
   前記リベット孔の径はリベットの軸径よりも大径であり、前記ロータコアは前記磁石挿入孔と前記リベット孔とを連結する連通路を有することを特徴とする電動モータ。
2. 前記ロータ及び前記ステータを電動圧縮機のハウジングの内部に配設し、前記回転軸を前記電動圧縮機の圧縮機構に連結したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記リベット孔は前記磁石挿入孔よりも前記ロータコアの半径方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記永久磁石は表面に耐腐食性材料によるコーティング層を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動モータ。
5. 前記永久磁石は希土類磁石であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電動モータ。

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