JP6142592B2 - 回転子および永久磁石電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子およびその回転子を用いた永久磁石電動機に関する。

従来から、圧縮機などに搭載する永久磁石電動機は、固定子巻線を有する固定子と、固定子の内径側に間隔をもって配置される回転子とを備え、回転子には回転子鉄心の内部に形成された回転軸方向に延びる磁石埋込孔に永久磁石が埋設されている。永久磁石電動機の運転中、固定子巻線に電流が流れて磁束が発生すると、永久磁石には、固定子巻線に生じた電機子反作用により渦電流が発生する。永久磁石は、この渦電流によって自己発熱し温度上昇するので、磁石磁束が低下する（減磁）。

このような永久磁石の温度上昇による磁石磁束が低下するという課題を解決した回転子として、回転子の回転中心に対して、永久磁石の外周側面が磁石埋込孔に密着し、永久磁石の内周側面には磁石埋込孔に沿って冷媒が流れる冷却通路が形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。この冷却通路に回転子が回転したときに冷媒を流すことで、永久磁石を冷却することにより、永久磁石の磁束低下を抑制することができる。しかしながら、特許文献１の技術では、永久磁石の内周側面に磁石埋込孔に沿って形成された冷却通路により永久磁石を冷却することができるが、表皮効果により渦電流が集中して高温となり易い永久磁石の角部を効果的に冷却することができないという問題点があった。

特開２００２−３４５１８８号公報

本発明は上記問題点に鑑み、回転子を回転させたとき、永久磁石の角部を冷却することができる回転子およびその回転子を用いた永久磁石電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回転子は、円柱状の回転子鉄心と、回転子鉄心の回転軸方向の両端面に配置される非磁性体の端板とを備え、回転子鉄心の回転軸を中心とする多角形の各辺をなすように、回転子鉄心の外周寄りに環状に所定の間隔で形成された回転軸方向に延びる複数の磁石埋込孔にそれぞれ板状の永久磁石が埋設されているものであって、端板は、回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む磁石埋込孔の中央部を径方向に跨ぐように回転子鉄心に当接し回転子鉄心から永久磁石が抜け落ちないようにする磁石抜け落ち防止部と、回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む永久磁石の角部を露出するように回転軸方向に突出するブレード部と、隣り合う前記永久磁石のそれぞれに対応する前記ブレード部同士を連結するブレード連結部とを備えている。

また、本発明の永久磁石電動機は、上述の回転子と、この回転子の外径側に所定の間隔をもって対向するように配置される固定子とを備えている。

本発明の回転子およびその回転子を用いた永久磁石電動機によれば、端板は、磁石抜け落ち防止部が回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む磁石埋込孔の中央部を径方向に跨ぐように回転子鉄心に当接し回転子鉄心から永久磁石が抜け落ちないようにし、ブレード部が回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む永久磁石の角部を露出するように回転軸方向に突出する。このため、回転子を回転させたとき、隣り合う永久磁石のそれぞれに対応するブレード部間に留まっている空気が遠心力によって回転子鉄心の外側に押し出されて、回転子鉄心の内径側から外径側に向けて永久磁石の角部の露出面を通る空気の流れが生じる。この結果、表皮効果により渦電流が集中して高温となった永久磁石の角部を冷却することができる。

本発明の回転子を示す分解斜視図である。 本発明の回転子を示す外観斜視図である。 本発明の回転子を用いた永久磁石電動機を示す上面図である。 本発明の回転子に備えた端板の他の実施形態を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１乃至図４は、本実施形態における回転子およびこの回転子を用いた圧縮機などに搭載される永久磁石電動機を説明する図である。図１および図２に示すように、回転子１は、回転子鉄心１０と端板２０とリベット３０と永久磁石４０とを備えている。回転子鉄心１０は、磁性体の薄い鋼板を複数積層して円柱状に形成され、その中心には回転軸（図示省略）が挿入され固定されている。回転子鉄心１０には、回転軸を中心とする６角形の各辺をなすように、外周寄りに環状に所定の間隔で形成された長方形状の６つの磁石埋込孔１００と、この磁石埋込孔１００よりも内周寄りに環状に所定の間隔で形成された円形状の６つの貫通孔１１０とを備えている。

磁石埋込孔１００は、回転子鉄心１０の径方向に延びる辺よりも周方向に延びる辺が長く、かつ、回転軸方向に延びる貫通孔であり、回転軸方向に延びる板状の６つの永久磁石４０がそれぞれ埋め込まれている。磁石埋込孔１００に埋め込まれた６つの永久磁石４０は、隣接する磁極が互いに相違するように配置される。貫通孔１１０は、磁石埋込孔１００と同様に回転軸方向に延びる孔であり、そのうちの３つに、回転軸方向に延びる棒状のリベット３０がそれぞれ挿入される。他の３つの貫通孔１１０は、例えば、回転子鉄心１０を着磁するための着磁治具（図示省略）に回転子鉄心１０の位置を固定する際に利用される。

端板２０は、非磁性体の薄い板金を加工して環状に形成され、回転子鉄心１０の回転軸方向の両端面である上端面１２０と下端面１３０にそれぞれ配置されている。上端面１２０に配置されている端板２０は、磁石抜け落ち防止部２００とブレード部２１０とブレード連結部２２０とを備えている。磁石抜け落ち防止部２００とブレード部２１０とブレード連結部２２０は、それぞれが回転子鉄心１０の回転軸が固定される内径側から外径側まで延びて円環状に一体形成され、所定の間隔でブレード部２１０、磁石抜け落ち防止部２００、ブレード部２１０、ブレード連結部２２０、ブレード部２１０、・・・の順に配置されている。なお、下端面１３０に配置されている端板２０については、上端面１２０に配置されている端板２０と同じ構成であるため詳細な説明を省略する。

磁石抜け落ち防止部２００は、回転子鉄心１０の回転軸方向の上端面１２０と下端面１３０に臨む磁石埋込孔１００の上端開口と下端開口のそれぞれの中央部１０１を径方向に跨ぐように回転子鉄心１０に当接して、回転子鉄心１０の磁石埋込孔１００から永久磁石４０が回転軸方向に抜け落ちないようにしている。ブレード部２１０は、回転子鉄心１０の回転軸方向の上端面１２０と下端面１３０に臨む永久磁石４０の角部４００を露出するように、磁石抜け落ち防止部２００の両側から回転子鉄心１０の回転軸方向に突出している。ブレード連結部２２０は、隣り合う永久磁石４０のそれぞれに対応するブレード部２１０の上端同士を連結して、隣り合う永久磁石のそれぞれの角部４００を包囲するように空間を形成している。

磁石抜け落ち防止部２００には、回転子鉄心１０の貫通孔１１０に対応する位置に円形状の挿入孔２０１が形成され、挿入孔２０１は、リベット３０を通して端板２０を固定子鉄心１０に固定するための孔になっている。また、ブレード連結部２２０は、回転子鉄心１０の内径側寄りに円形状の通気孔２２１が形成され、通気孔２２１は、回転子１を回転させたとき、回転子鉄心１０の内径側から外径側に向けて空気を通すための孔になっている。この通気孔２２１は、隣り合う永久磁石４０のそれぞれに対応するブレード部２１０とブレード連結部２２０による空間に留まっている空気が、回転子１の回転による遠心力によって回転子鉄心１０の外側に押し出されて、空気が通るようになっている。

このように構成された回転子１を図２に示すように組立てる手順を図１を用いて説明する。図１に示すように、着磁前の永久磁石４０を挿入した回転子鉄心１０の上端面１２０から見える貫通孔１１０と、回転子鉄心１０の下端面１３０から見える貫通孔１１０に、それぞれの端板２０の磁石抜け落ち防止部２００に形成された挿入孔２０１を位置合わせする。その後、回転子鉄心１０の下端面１３０に配置された端板２０の挿入孔２０１から３本のリベット３０をそれぞれ挿入し、それぞれのリベット３０を回転子鉄心１０の貫通孔１１０を介して、回転子鉄心１０の上端面１２０に配置された端板２０の挿入孔２０１からそれぞれのリベット３０の先端部３００を突出させる。

次に、リベット３０の先端部３００をカシメ機のヘッドピン（図示省略）が加圧と回転を繰り返すことにより、リベット３０の先端部３００がカシメられて塑性変形される（潰される）。カシメ機のヘッドピンを回転させ可動させるため、図１に示すように、磁石抜け落ち防止部２００の両側から回転軸方向に突出するそれぞれのブレード部２１０は、お互いに外側に向かって広がるように放射状に配置されており、カシメ機のヘッドピンの可動空間を確保するようにしている。この結果、図２に示すように、回転子鉄心１０の上端面１２０と下端面１３０に端板２０が固定された回転子１が組立てられる。

図３に示すように、永久磁石電動機Ｍは、上述の回転子１と固定子５とを備えている。固定子５は、固定子鉄心５０とインシュレータ６０と固定子巻線７０とを備えている。固定子鉄心５０は、薄い鋼板を複数積層して円筒上に形成され、環状のバックヨーク部５００とバックヨーク部５００から内径側に延びる複数のティース部５１０とを備えている。この固定子鉄心５０には、モールド成形によりインシュレータ６０を一体的に形成し、インシュレータ６０を介してティース部５１０に固定子巻線７０が巻回されている。このように構成された固定子５は、ティース部５１０の先端面が回転子１の外径側に所定の間隔（いわゆるエアギャップ）をもって対向するように配置される。また、固定子巻線７０の回転軸方向の上端部と下端部（いわゆるコイルエンド）が回転子鉄心１０の上端面１２０と下端面１３０に固定された端板２０にそれぞれ対向するように配置されている。

以上説明してきた実施形態による回転子１およびこの回転子１を用いた永久磁石電動機Ｍによれば、端板２０のブレード部２１０は、回転子鉄心１０の回転軸方向の上端面１２０と下端面１３０に臨む永久磁石４０の角部４００を露出するように、磁石埋込孔１００からの永久磁石４０の抜け落ちを防止するための磁石抜け落ち防止部２００の両側から回転子鉄心１０の回転軸方向に突出している。さらに、隣り合う永久磁石４０のそれぞれに対応するブレード部２１０同士がブレード連結部２２０により連結され、ブレード連結部２２０の回転子鉄心１０の内径側寄りに通気孔２２１が形成されている。

このため、回転子１を回転させたとき、隣り合う永久磁石４０のそれぞれに対応するブレード部２１０とブレード連結部２２０により形成される空間に留まっている空気が遠心力によって回転子鉄心１０の外側に押し出される。したがって、図２に示す矢印ａのように、ブレード連結部２２０の通気孔２２１から空気が取り入れられ、回転子鉄心１０の内径側から外径側に向けた空気の流れを生じるようにすることができる。これにより、表皮効果により渦電流が集中して高温となった永久磁石４０の角部４００を冷却することができる。さらに、端板２０に対向するように配置された固定子巻線７０に向けて送風することができるため、電流が流れることで発熱する固定子巻線７０を効果的に冷却することができる。このように、永久磁石４０と固定子巻線７０とを冷却することで、永久磁石４０が自己発熱によって磁石磁束が低下したり、固定子巻線７０が発熱することで巻線抵抗が大きくなってモータ効率が低下するのを抑制することができる。

次に、その他の実施形態による端板８０について図１と図４を併用して説明する。なお、前述の実施形態と同じ構成については同一符号を付し、その説明を省略する。図１および図４に示すように、端板８０は、磁石抜け落ち防止部８００とブレード部８１０を備えている。磁石抜け落ち防止部８００は、回転子鉄心１０の回転軸方向の上端面１２０と下端面１３０に臨む磁石埋込孔１００の上端開口と下端開口のそれぞれの中央部１０１を径方向に跨ぐように回転子鉄心１０に当接して、回転子鉄心１０の磁石埋込孔１００から永久磁石４０が回転軸方向に抜け落ちないようにしている。ブレード部８１０は、回転子鉄心１０の回転軸方向の上端面１２０と下端面１３０に臨む永久磁石４０の角部４００を露出するように、磁石抜け落ち防止部８００の両側から永久磁石４０の角部４００に対向する箇所を切起こすことによって形成されている。この端板８０は、磁石抜け落ち防止部８００よりも回転子鉄心１０の内径側寄りに、回転子鉄心１０の貫通孔１１０に対応する位置に円形状の挿入孔８２０が形成され、挿入孔８２０にはリベット３０が通って、端板８０が固定子鉄心１０に固定されている。

これにより、上述の実施形態と同様に、回転子１を回転させたとき、永久磁石４０の角部４００と空気が接触するため、表皮効果により渦電流が集中して高温となった永久磁石４０の角部４００を冷却することができる。また、端板８０の内径側から外径側に向けて風が発生するようにブレード部８１０を切起こせば、固定子巻線７０を冷却することができる。さらに、上述の実施形態の端板２０と比べて形状が簡単なため、端板８０の加工も容易に行うことができる。

１ 回転子
１０ 回転子鉄心
１００ 磁石埋込孔
１０１ 中央部
１１０ 貫通孔
１２０ 上端面
１３０ 下端面
２０、８０ 端板
２００、８００ 磁石抜け落ち防止部
２０１、８２０ 挿入孔
２１０、８１０ ブレード部
２２０ ブレード連結部
２２１ 通気孔
３０ リベット
３００ 先端部
４０ 永久磁石
４００ 角部
５ 固定子
５０ 固定子鉄心
５００ バックヨーク部
５１０ ティース部
６０ インシュレータ
７０ 固定子巻線
Ｍ 永久磁石電動機

Claims (3)

1. 円柱状の回転子鉄心と、同回転子鉄心の回転軸方向の両端面に配置される非磁性体の端板とを備え、前記回転子鉄心の回転軸を中心とする多角形の各辺をなすように、回転子鉄心の外周寄りに環状に所定の間隔で形成された回転軸方向に延びる複数の磁石埋込孔にそれぞれ板状の永久磁石が埋設されている回転子であって、
   前記端板は、前記回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む前記磁石埋込孔の中央部を径方向に跨ぐように前記回転子鉄心に当接し前記回転子鉄心から前記永久磁石が抜け落ちないようにする磁石抜け落ち防止部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端面に臨む前記永久磁石の角部を露出するように回転軸方向に突出するブレード部と、隣り合う前記永久磁石のそれぞれに対応する前記ブレード部同士を連結するブレード連結部とを備えることを特徴とする回転子。
2. 前記ブレード連結部は、通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転子。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の回転子と、同回転子の外径側に所定の間隔をもって対向するように配置される固定子とを備えることを特徴とする永久磁石電動機。