JPH07284238A - 磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヨークと、このヨークの外周部に装着された
磁石と、この磁石の外周部に嵌着された金属管より構成
される磁石回転子において、金属管に生じる渦電流によ
る損失を低減して効率の良い電動機を構成する。 【構成】 金属管３に切り込み１１を設ける。この切り
込み１１は、金属管３の円周方向または螺旋方向に、金
属管３の肉厚の途中まで切り込むか、あるいは肉厚全部
にわたって切り込むことによって設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インナーロータ型の電
動機に用いられる永久磁石を装着した回転子に関し、特
に耐遠心力のための保護部材によって磁石を保護してな
る回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型圧縮機等に使用される磁石回転子
は、遠心力によって磁石が飛散しないための補強と、磁
石粉等が回転子外部へ漏れないための密閉とを目的とし
て、保護部材によって回転子の外周部と軸方向両端部を
それぞれ覆って構成される。

【０００３】図７及び図８を用いて上記回転子の構造を
説明する。この回転子は、厚肉円筒形のヨーク１の外周
部に瓦状の磁石２を複数個配置し、この磁石２の外周部
に薄肉の金属管３を嵌着し、一方磁石２の軸方向両端に
は端板４，４を装着して構成されている。

【０００４】ヨーク１は、中心部に軸孔６を有し、一般
に円形薄鉄板を多数積層してカシメクランプ部７によっ
て薄鉄板相互をかしめて固着することにより形成され
る。磁石２はフェライト等の硬質磁性材により形成され
た瓦状片よりなり、これを複数個略等配状に配置して、
金属管３の締め付けによって固定する。

【０００５】金属管３は、耐遠心力のための補強と外周
部の密封を行うものであり、引張強度に優れ且つ非磁性
体のものが適するため、一般にオーステナイト系ステン
レス鋼等が用いられ、図１０に示すように、板状素材を
丸めて溶接することによって管状に形成されている。
尚、図中１０は溶接部を示している。この金属管の素管
３ａは拡管成形等によってその内径が所定寸法に仕上げ
られた後、焼きばめまたは圧入またはその両方の組み合
わせによって磁石２の外周に嵌着される。端板４，４
は、磁石２の軸方向両端部を密閉するものであり、金属
製の円形平板が使用される。端板４，４と金属管３とは
すきま嵌合となっており、端板４，４とヨーク１とはそ
れぞれの内部を軸方向に貫通する複数のクランプピン５
によって相互が固定されている。尚、９は金属管３の端
部を内径側へ折り曲げて形成した折り曲げ部であり、こ
のような折り曲げ部９を設けることにより、端板４との
隙間を小さくして密閉効果を向上させ、同時に金属管３
の抜け止めを図っている。

【０００６】また、金属管と磁石とをすきま嵌合する場
合は、図９に示すように、金属管３の端部に端板４，４
をかぶせて金属管３の抜け止めを行い、磁石２の相互間
の隙間８等に樹脂を充填して磁石２を固定して構成す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の回転子にお
いては、電動機固定子のスロットリップルに起因する空
間高調波成分、あるいはＰＷＭ型インバータ電源の電流
波形中の時間高調波成分によって、電動機の運転に伴っ
て金属管３に渦電流が発生するため、この渦電流による
損失が電動機の効率を低下させている。この損失を低減
する例として、特公昭６３−２６６２３号公報に開示さ
れる構成が提案されている。これは金属管３にスリット
を設けて渦電流の通路が細分化されるようにした構成で
あるが、磁石２の密封が必要とされる用途には使用でき
ないといった欠点や、前記スリットによって金属管の耐
遠心力強度が低下するといった欠点が存在する。

【０００８】また、特開昭５９−１４８５５５号公報に
開示される構成のように、金属管に代えて金属線をコイ
ル状に巻回して構成しても同様の効果が得られるが、こ
の場合は連続した金属線を巻回した構成であるため、金
属線が一箇所でも切れるとすべての保護部材が破壊して
しまう危険が存在する。

【０００９】従って、金属管によって磁石を密封し、且
つ高速回転に供する回転子にあっては、上記渦電流によ
る損失を低減するために、肉厚の薄い金属管を使用する
検討がなされてきた。ところがこの場合も、肉厚を薄く
することにより金属管の耐遠心力強度が低下するため
に、金属管が破損して磁石が飛散するといった品質保証
上の限界が存在する。特にオーステナイト系ステンレス
鋼の場合は、熱処理によって強度を高めることができな
い点が障害となっている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による磁石回転子
は、金属管に切り込みを設けることによって渦電流を細
分化るものである。この切り込みは、耐遠心力強度ある
いは磁石の密閉効果を考慮して極力幅が狭くなるよう
に、また方向としては円周方向または螺旋方向に設ける
ようにする。

【００１１】切り込みの深さは、金属管の肉厚の途中ま
で切り込むようにすれば、磁石の密閉効果を損なうこと
なく構成できる。この場合、切り込みは連続的に設けた
ものであっても断続的に設けたものであってもよい。ま
た金属管の肉厚全部にわたって切り込む場合は、強度
上、金属管の一周当たり切り込みが断続的に分布するよ
うに構成する。

【００１２】また本発明による磁石回転子の製造方法
は、上記切り込みを設けるに際し、磁石の外周部に金属
管を嵌着した後に、金属管の外周部からレーザーによっ
て切り込みを設けるものである。さらに、金属管の肉厚
全部にわたって切り込む場合は、磁石の外周部への金属
管の嵌着に先立って、金属管の円周方向または螺旋方向
に断続的な切り込みを設けるとともに、金属管の内径が
前記磁石の外周部へ嵌入可能な寸法となるように拡管成
形するものである。

【００１３】

【作用】金属管に設けた切り込みの存在によって渦電流
が流れ難くなり、渦電流のループが細分化されて渦電流
損失が低減される。

【００１４】

【実施例】図１及び図２は本発明による回転子の外観を
示しており、図９に示す構成の回転子を斜視したもので
あるが、図８に示したような回転子に対しても本発明に
係わる構成は同様に適用可能である。また回転子の全体
的な構成に関しては、図７乃至図１０によってすでに説
明済みであるため、これらと同一または相当部分には同
一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００１５】図１において、金属管３の外周部には螺旋
状の切り込み１１が設けられている。これは図９に示し
た状態の回転子の外周にレーザーカット等によって切り
込み１１を設けたものである。レーザーの場合、切り口
の幅が０．０５〜０．１ｍｍとなって機械加工等と比べ
て非常に狭く形成でき、従ってこの取りしろが少ない分
耐遠心力強度上は有利となる特長がある。この場合の拡
大断面を図３に示す。切り込み１１ａは金属管３の肉厚
の途中まで切り込んで、内周側に薄肉部１３を残した状
態に形成されている。このため、切り込み１１ａの存在
にかかわらず、磁石２の密閉は良好に形成することがで
きる。図３に示すような切り込み１１ａを設ける方法と
しては一般に切削加工が考えられるが、切削時の抵抗が
大きいため切り込み１１ａの開口部１４，１４において
バリが発生し、これを除去する工数を要するとともに、
薄肉部１３の肉厚も厚くなることから、渦電流損失の低
減効果が低いものとなってしまう欠点がある。

【００１６】また図２に示す例は、螺旋状の切り込み１
１を断続的に形成したものである。この場合、金属管３
の一周当たりの切り込み１１の個数を極対数の整数倍と
し、且つ等配状に切り込み１１を設けることにより、各
極における磁気的なバランスがとれて損失が低減され
る。本実施例では、電動機の極数は４であり、従って一
周当りの切り込み１１の個数は４個となっている。尚、
１２は切り込み１１の間欠部であり、この間欠部１２を
金属管３の溶接部１０に一致させることにより、溶接部
１０の品質上の信頼性が低下しないように配慮した構成
となっている。即ち、一般に溶接部１０は磁石２の極間
に位置するように配置されるため、上記間欠部１２は極
間部に形成されている。尚、図１及び図２に示した例に
おいて、切り込み１１は螺旋方向となっているが、軸方
向と直交する円周方向に設けるようにしてもよい。

【００１７】また図２に示すような断続的な切り込み１
１を設ける場合は、金属管３の肉厚全部にわたって切り
込むようにしてもよい。この場合は、磁石２の密閉性が
多少損なわれる恐れがあるので、図４に示すように金属
管３の肉厚方向に対して傾斜させた切り込み１１ｂとな
るうに形成し、さらにこの切り込み１１ｂは、軸方向に
隣接するもの同士が互いに逆方向へ傾斜するように形成
する。このような切り込み１１ｂの形成に際しては、図
１０に示した素管状態の金属管３ａに対してレーザーカ
ット等によって切り込みを設けるようにする。そして切
り込み１１ｂを設けた素管３ａは、例えば図６に示すよ
うな拡管装置にセットされて拡管される。

【００１８】図６に示す拡管装置は、環状に配置された
テーパ状の内径を有する押圧治具１５と、この押圧治具
１５の内側に嵌入されたテーパピン１６からなり、テー
パピン１６を図６の紙面に垂直な方向にスライドさせる
と、テーパピン１６のテーパ状の外周油と摺接する押圧
治具１５の内周部が外径方向へ押圧されて押圧治具１５
が拡開し、押圧治具１５の外周面によって金属管３ａの
内周面が押圧を受けるように構成されている。

【００１９】図６に示すような拡管装置によって金属管
３ａが拡管されると、図４に示した切り込み１１ｂは、
切り口の幅が縮小して、磁石外周へ嵌着したときの密閉
性が良好となる。一般に、磁石２及び金属板材を丸めて
溶接した素管３ａは共に仕上がりの寸法精度が悪いため
に、両者を嵌合させるためのしめしろまたはすきまが不
適切となってしまう傾向にあるが、上記のように金属管
に拡管成形を施すことによって嵌合不良が回避できる。

【００２０】尚、例えば回転子の外周を粘度の高い流体
が流れるような環境で使用される回転子においては、切
り込み１１の存在によって流体が流れる際の損失となる
ので、金属管３の内周側に図３に示すような切り込み１
１ａを設けるようにする。この場合も、磁石の外周部へ
嵌着する前の金属管に対してレーザーカット等によって
切り込みを設けるようにする。

【００２１】図５は本発明の製造方法の一例を示すもの
であり、回転子外周部の金属管に図１に示したような螺
旋状の切り込み１１を設ける場合を示している。モータ
１７によって回動する仮軸１８が回転子２２の軸孔６に
嵌入され、回転子２２は軸心を中心として矢印Ａ方向へ
回転るようになっており、一方、回転子２２を支える基
台２０は上下動ガイド１９ａ，１９ｂによって矢印Ｂ方
向に上下動するように構成されている。回転子２２の金
属管３の外側には３個のレーザー加工ヘッド２１ａ，２
１ｂ，２１ｃがそれぞれ配置されており、金属管３の外
周部に３条の螺旋状の切り込み１１を同時に形成してい
くようになっている。レーザーの強さと回転子２２が回
転することによる送りを調節することによって、図３に
示したような切り込み１１ａを設けることができる。
尚、図１に示した例では切り込み１１は１条の螺旋とな
っているが、図５に示すように複数条であってもよく、
複数条同時に設けることによって製作時間が短縮できる
ものである。

【００２２】

【発明の効果】このようにして金属管に切り込みを設け
た回転子は、固定子内に置かれて電動機として運転され
るとき、金属管内には主に高調波磁束による渦電流が発
生する。しかし金属管に設けた多数の切り込みの部分で
渦電流が流れ難くなり、この結果渦電流のループは細分
化され、渦電流損失が大幅に低減される。

【００２３】従って本発明によれば、磁石の外周部に金
属管を嵌着して構成する回転子において、金属管の強度
及び密閉性を損なうことなく、高調波磁束に起因する金
属管内の渦電流が削減でき、電動機の効率を向上させる
ことができる。また、図３に示したような切り込み形状
を採用すれば、金属管に切れ目がないため磁石の密封性
は良好であり、密封のための余分な材料を要することな
く回転子が製作できる。そして金属管に広幅のスリット
を設けた従来提案の回転子と比べて、金属管の肉の断面
積が大きくとれることにより、耐遠心力強度が大きくで
きるものである。また金属線を巻回した従来提案の回転
子と比べて、保護部材の部分的な破損が全体に及ぶ危険
がなく、品質上の信頼性を著しく向上できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回転子の斜視図。

【図２】本発明の別の実施例を示す回転子の斜視図。

【図３】本発明における金属管の切り込みの一例を示す
正面拡大断面図。

【図４】本発明における金属管の切り込みの別の例を示
す正面拡大断面図。

【図５】本発明における回転子の製造方法を示す斜視
図。

【図６】拡管装置の一例を示す平面断面図。

【図７】回転子の構成の一例を示す平面断面図。

【図８】回転子の構成の一例を示す正面断面図。

【図９】回転子の構成の別の例を示す正面断面図。

【図１０】金属管を示す斜視図。

【符号の説明】

１ ヨーク ２ 磁石 ３，３ａ 金属管 ４ 端板 ５ クランプピン ６ 軸孔 １０ 溶接部 １１，１１ａ，１１ｂ 切り込み

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に軸孔を備えたヨークと、このヨ
   ークの外周部に装着された磁石と、この磁石の外周部に
   嵌着された金属管より構成される磁石回転子において、
   前記金属管に切り込みを設けたことを特徴とする磁石回
   転子。
2. 【請求項２】 前記切り込みは、前記金属管の外周に螺
   旋状に設けたことを特徴とする請求項１記載の磁石回転
   子。
3. 【請求項３】 前記切り込みは、前記金属管の円周方向
   または螺旋方向に断続的に設けたことを特徴とする請求
   項１記載の磁石回転子。
4. 【請求項４】 前記切り込みの一周当たりの個数を、極
   対数の整数倍として等配形成するとともに、少なくとも
   前記金属管の溶接部に位置しないように形成したことを
   特徴とする請求項３記載の磁石回転子。
5. 【請求項５】 前記切り込みは、前記金属管の肉厚の途
   中まで切り込んで設けたことを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかに記載の磁石回転子。
6. 【請求項６】 前記切り込みは、前記金属管をその肉厚
   全部にわたって切り込むとともに、肉厚方向に対して傾
   斜させて設け、且つ軸方向に隣接するもの同士が互いに
   逆方向へ傾斜していることを特徴とする請求項３または
   ４に記載の磁石回転子。
7. 【請求項７】 ヨークの外周部に磁石を装着し、この磁
   石の外周部に金属管を嵌着し、しかる後、前記金属管に
   その外周部からレーザーによって切り込みを設けるよう
   にしたことを特徴とする磁石回転子の製造方法。
8. 【請求項８】 ヨークの外周部に磁石を装着し、この磁
   石の外周部に金属管を嵌着して構成する磁石回転子の製
   造方法において、前記金属管の嵌着に先立って、前記金
   属管の円周方向または螺旋方向に断続的な切り込みを設
   けるとともに、その内径が前記磁石の外周部へ嵌入可能
   な寸法となるように拡管成形することを特徴とする磁石
   回転子の製造方法。