JPH11262206A - 圧縮機用電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄心に軸孔４と、永久磁石３ａを挿着する複
数の収容孔２ａと、カシメピン６ａを挿通する複数のピ
ン孔とを備え、軸方向に垂直な断面において収容孔２ａ
の端部を前記鉄心の外周部に近接または開口させて構成
する圧縮機用電動機の回転子において、電動機トルクを
大幅に増加させ、電動機効率を大きく向上させ得る構成
を提供する。 【構成】 前記鉄心を収容孔２ａを挟んで外周側に位置
する第１の鉄心部分と、主に軸心側に位置するそれ以外
の第２の鉄心部分とに区別したとき、前記第２の鉄心部
分に挿通したカシメピン６ａによって軸方向の端部にバ
ランスウェイト９ａを固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機や空調機の圧縮
機駆動用電動機等に代表される永久磁石（以下、磁石と
称す）の界磁を有する同期電動機に関し、特に回転子の
鉄心の内部に磁石を埋め込んで構成するいわゆる埋め込
み磁石構造の回転子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記回転子として、図１０〜図１２に示
す構成のものが知られており、例えば特開平６−３３９
２４１号公報等に開示されている。図１０は回転子の軸
方向に垂直な断面である平面断面図、図１１は平面図、
また図１２は図１１のＱ１−Ｑ２線にて切断した正面断
面図をそれぞれ表している。

【０００３】図１０において、１ｉは鉄心であり、軸孔
４、磁石を挿着する複数の収容孔２ｉ、カシメピンを挿
通する複数のピン孔５ｂをそれぞれ備えた薄鉄板を軸方
向に多数整列させて積層して形成されている。上記収容
孔２ｉは、軸心に向けて凸状をなして端部を鉄心外周部
に近接させて形成されており、この収容孔２ｉには断面
が略Ｃ字形の磁石３ｉが凸面側を軸心に向けて軸方向か
ら挿入されて組み込まれている。そして１個の磁石３ｉ
が１極を形成するように着磁されて、図示例の場合４極
の界磁を構成するようになっている。

【０００４】また、複数のピン孔５ｂにはカシメピン６
ｂが挿通されて、図１１及び図１２に示すように、鉄心
１ｉと磁石３ｉの軸方向両端部を覆う端板１０上でかし
められて、この端板１０を両端部に固定している。さら
に、一部のカシメピン６ｂは軸方向に延長され、バラン
スウェイト９ｂにも挿通されて、このバランスウェイト
９ｂを回転子端部に固着して構成される。

【０００５】このような構成の回転子の場合には、収容
孔２ｉと鉄心１ｉの外周部との間の鉄心部分の厚みが大
きくできるため、ｑ軸インダクタンスを大きくとること
ができる。従って、この部分に磁路を形成するｑ軸の固
定子磁束が増加し、この結果、磁石３ｉによる主磁束ト
ルクに加えて、割と大きなリラクタンストルクが得られ
るといった特長がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記回転子において、
鉄心１ｉは、収容孔２ｉの端部と鉄心１ｉ外周部との間
を近接させて構成するため、この部分に狭幅の鉄心ブリ
ッジ部７ｉが形成される。鉄心１ｉを収容孔２ｉを挟ん
で外周側に位置する第１の鉄心部分１１と、主に軸心側
に位置するそれ以外の第２の鉄心部分１２とに区別した
場合、これら両鉄心部分１１と１２は鉄心ブリッジ部７
ｉによって結合されており、従って回転子の回転に伴っ
て第１の鉄心部分１１と磁石３ｉに加わる遠心力は、鉄
心ブリッジ部７ｉによって支える必要がある。

【０００７】また、ｑ軸インダクタンスを大きくする目
的で収容孔２ｉの円弧面の曲率半径は小さく形成され、
従って通常、面積に余裕のある上記第１の鉄心部分１１
にピン孔５ｂが設けられる。この結果、このピン孔５ｂ
に挿通されるカシメピン６ｂによって回転子端部にバラ
ンスウェイト９ｂが取り付けられるため、上記鉄心ブリ
ッジ部７ｉは、第１の鉄心部分１１と磁石３ｉに加わる
遠心力に加えて、バランスウェイト９ｂに加わる遠心力
に耐え得る幅（半径方向幅）が必要とされる。万一、鉄
心ブリッジ部７ｉが耐遠心力強度以下の幅に形成される
と、鉄心ブリッジ部７ｉが変形して第１の鉄心部分１１
やバランスウェイト９ｂが所定外径よりも膨れてしま
い、振動や騒音が発生したり、電動機の固定子と接触し
て回転不能となる恐れがある。

【０００８】ところがこの鉄心ブリッジ部７ｉの幅を大
きくすると、この部分を経由して磁石３ｉのＮ極とＳ極
の相互間で主磁束の漏洩が増加し、主磁束トルク分が減
少して電動機トルクが減少し、この結果、電動機の電流
の増加によって銅損が増加して電動機効率を低下させて
しまう欠点がある。また、鉄心ブリッジ部７ｉを経由し
て流れるｄ軸の固定子磁束も増加して、ｑ軸インダクタ
ンス／ｄ軸インダクタンスで表される突極比が小さくな
って、リラクタンストルクの向上による電動機効率の向
上が望めなくなってしまう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、鉄心に軸孔
と、永久磁石を挿着する複数の収容孔と、カシメピンを
挿通する複数のピン孔とを備え、軸方向に垂直な断面に
おいて前記収容孔の端部を前記鉄心の外周部に近接また
は開口させ、前記鉄心を前記収容孔を挟んで外周側に位
置する第１の鉄心部分と、主に軸心側に位置するそれ以
外の第２の鉄心部分とによって構成する圧縮機用電動機
の回転子において、前記第２の鉄心部分に挿通した前記
カシメピンによって軸方向の端部にバランスウェイトを
固着して構成するものである。

【００１０】この場合、前記収容孔の端部と前記鉄心外
周部との間に狭幅の鉄心ブリッジ部を設けて、前記第１
の鉄心部分と前記第２の鉄心部分とを結合して構成する
場合は、この鉄心ブリッジ部の幅を遠心力に耐え得るよ
うに構成する。一方、別の構成として、前記鉄心ブリッ
ジ部の幅を耐遠心力強度以下の狭幅に形成し、前記第１
の鉄心部分にも前記カシメピンを挿通して構成してもよ
い。

【００１１】また、前記収容孔の端部を前記鉄心の外周
部に開口させて、前記第１の鉄心部分と前記第２の鉄心
部分とを分離して構成する場合においても、前記第２の
鉄心部分に加えて前記第１の鉄心部分にも前記カシメピ
ンを挿通して構成する。

【００１２】また、本発明におけるさらに別の発明は、
軸方向に垂直な断面において、前記収容孔の形状が前記
第２の鉄心部分に向けて凸面状とし、この収容孔を各極
当たり１個乃至数個の層に形成する圧縮機用電動機の回
転子において、軸心から前記収容孔の凸面の曲率半径の
中心までの距離を前記鉄心の外周半径の１．２倍以上に
設定し、前記第２の鉄心部分に前記ピン孔のスペースを
得るように構成するものである。

【００１３】

【作用】第２の鉄心部分は、軸孔にシャフトが嵌着され
るため、鉄心の機械的強度が大きくなり、形状的にも安
定した構成が得られる。従って、この第２の鉄心部分と
バランスウェイトがカシメピンによって一体化されるこ
とによって、バランスウェイトに加わる遠心力を強度的
に安定した部分によって負担させることができる。

【００１４】また鉄心ブリッジ部にはバランスウェイト
の遠心力が加わらないため、強度上その幅を狭く形成す
ることができる。この結果、鉄心ブリッジ部を経由する
主磁束の漏洩が減少し、同時にｄ軸の固定子磁束も減少
する。

【００１５】また軸心から収容孔の凸面の曲率半径の中
心までの距離を大きくして、収容孔の円弧の曲率を小さ
く構成することにより、円周方向に隣接する収容孔間に
介在する第２の鉄心部分のスペースを大きく形成するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す回転子の
平面断面図であり、軸方向に垂直な断面を示している。
鉄心１ａは、例えば順送プレス型によって所定形状に打
ち抜いた０．３５ｍｍ厚，０．５０ｍｍ厚等の薄鉄板を
プレス型内で軸方向に多数整列させて積層したものであ
り、各薄鉄板に設けた切り起こし突起による凹凸部を軸
方向に隣接するもの同士で嵌合させて固定する周知のク
ランプ手段等によって固定されている。この略円柱状の
鉄心１ａの中心には軸孔４が設けられ、この軸孔４と平
行に磁石を挿着するための複数の収容孔２ａ及びカシメ
ピンを挿通するための複数のピン孔５ａがそれぞれ設け
られている。

【００１７】収容孔２ａは、軸心に向けて凸状をなして
端部を鉄心外周部に近接させるように形成されており、
この各収容孔２ａにはこれと略相似形のＣ字形の磁石３
ａが軸方向から挿入されて組み込まれている。この結
果、磁石３ａを挿着した収容孔２ａの凹面と鉄心１ａの
外周部との間にｑ軸の磁路が大きく形成されている。こ
れら磁石３ａは、各磁石がそれぞれ１極を形成するよう
に着磁されて４極の界磁を構成している。尚、磁石３ａ
は、必ずしも収容孔２ａと相似形に形成する必要はな
く、収容孔２ａとの間に隙間が形成されるような組み込
み構成であってもよい。

【００１８】鉄心１ａは、収容孔２ａを挟んで外周側に
位置する第１の鉄心部分１１と、主に軸心側に位置する
それ以外の第２の鉄心部分１２とに区別され、これら両
鉄心部分は鉄心ブリッジ部７ａによって連結されてい
る。第２の鉄心部分１２に設けられた複数のピン孔５ａ
にはカシメピン６ａが鉄心１ａを貫通して挿通され、図
２及び図３に示すように、鉄心１ａの両端部を覆う端板
１０に挿通されてかしめられて、この端板１０を両端部
に固定している。さらに、数本のカシメピン６ａは軸方
向に延長され、バランスウェイト９ａにも挿通されて、
このバランスウェイト９ａを回転子端部に固着して構成
されている。尚、図示するバランスウェイト９ａは鉄心
１ａの軸方向の一方端のみに取り付けられているが、両
端部にそれぞれ取り付ける場合であっても同様である。

【００１９】第２の鉄心部分１２の軸孔４にはシャフト
が焼きばめ等によって嵌着されるため、シャフトと一体
化された第２の鉄心部分１２の機械的強度は大きくな
り、形状的にも安定した構成が得られる。従って、回転
子の回転に伴ってバランスウェイト９ａに加わる遠心力
は、シャフト及び第２の鉄心部分１２によって支えるこ
とになり、耐遠心力において強度的に安定した回転子が
構成される。この結果、収容孔２ａの端部と鉄心１ａの
外周部との間に介在する鉄心ブリッジ部７ａの半径方向
の幅は従来よりも狭幅に形成されている。

【００２０】このように鉄心ブリッジ部７ａが極狭幅と
なっているため、この鉄心ブリッジ部７ａを経由した主
磁束（磁石３ａによる磁束）の漏洩が大幅に削減される
ことになる。この結果、電動機の主磁束トルク分が増加
して電動機トルクが大幅に増加する。このことは、従来
と同一トルクにて比較すれば、電動機の電流が削減され
て銅損が減少し、電動機の効率が大きく向上することに
なる。また同時に、ｄ軸の固定子磁束に対しては、鉄心
ブリッジ部７ａを経由する磁路の磁気抵抗が大きくなっ
てｄ軸インダクタンスが小さくなり、この結果突極比が
大きくなって電動機トルクのさらなる向上が期待でき
る。

【００２１】図４は、本発明の第２の実施例に係る回転
子を示し、図１に示したような第２の鉄心部分１２へ向
けて凸面状となった収容孔を、各極当たり２重に配置し
て構成したものである。このような回転子の場合は、鉄
心１ｂの収容孔２ｂ，２ｃにそれぞれ磁石３ｂ，３ｃを
挿着したものであり、収容孔２ｂと２ｃとの間にｑ軸の
磁路が形成されているために、ｑ軸インダクタンスがさ
らに大きくなってリラクタンストルクをさらに大きくす
ることができる。その他は図１に示した実施例同様であ
り、第２の鉄心部分１２に設けられた複数のピン孔５ａ
にカシメピン６ａが挿通され、これらカシメピン６ａは
鉄心１ｂの両端部を覆う端板１０に挿通され、さらに数
本のカシメピン６ａはバランスウェイト９ａにも挿通さ
れている。

【００２２】図４に示すような回転子においては、第２
の鉄心部分１２にカシメピン６ａを挿通する本発明の構
成によって、各収容孔２ｂ，２ｃの端部の鉄心ブリッジ
部７ｂ，７ｃの強度不安が解消される。また、この実施
例は各極の収容孔及び磁石を２重に配置したものである
が、さらに多重に配置した構成のものについても本発明
は同様に適用できる。

【００２３】上記第１及び第２の実施例のように、収容
孔の形状が第２の鉄心部分１２に向けて凸面状に形成さ
れたものにおいては、軸心から収容孔の凸面の曲率半径
の中心までの距離を鉄心の外周半径の１．２倍以上に設
定すれば、収容孔の円弧の曲率が小さくなって、第２の
鉄心部分１２にピン孔のスペースを得ることが容易とな
る。

【００２４】また図５は、本発明の第３の実施例に係る
回転子を示し、略Ｖ字形の収容孔２ｄに平板状の２個の
磁石３ｄを挿着して各極の界磁を構成したものである。
この場合も図１の回転子同様、第２の鉄心部分１２に設
けられた複数のピン孔５ａにカシメピン６ａを挿通して
構成する。

【００２５】また、図６に示す回転子は、本発明の第４
の実施例を示すものであり、端部が鉄心１ｅの外周部に
近接するように形成された略コの字形の収容孔２ｅに、
平板状の磁石３ｅを挿着して各極の界磁を構成したもの
である。この場合も図１の回転子同様、第２の鉄心部分
１２に設けられた複数のピン孔５ａにカシメピン６ａを
挿通して構成する。このような回転子の場合は、収容孔
２ｅの両端部は磁束短絡防止用の空間１３となってお
り、この空間１３と鉄心外周部との間の鉄心ブリッジ部
７ｅを狭幅に形成することができ、さらなる磁束短絡防
止の効果が達成される。以上のように本発明は、収容孔
の端部を鉄心外周部に近接させて構成する埋め込み磁石
構造の回転子であれば、どのような構成のものに対して
も適用できるものである。

【００２６】図７は、本発明の第５の実施例に係る回転
子を示すものであり、鉄心１ｆにおける第１の鉄心部分
１１にもピン孔５ｂを設け、カシメピン６ｂを挿通した
ものである。このカシメピン６ｂは、第２の鉄心部分１
２のカシメピン６ａ同様、ピン孔５ｂと、このピン孔５
ｂと連通する端板１０に設けられたピン孔とに貫通して
挿通されて端板上でかしめられている。勿論、バランス
ウェイトはカシメピン６ａによって第２の鉄心部分１２
に固着されている。この構成により、鉄心ブリッジ部７
ｆの幅を、図１〜図３に示した第１の実施例よりもさら
に狭く構成することができる。即ち、第１の鉄心部分１
１及び磁石３ｆの部分に加わる遠心力に対して、鉄心ブ
リッジ部７ｆの耐遠心力強度に品質上の不安がある場
合、あるいは鉄心ブリッジ部７ｆの幅が耐遠心力強度以
下の場合に、該遠心力をカシメピン６ｂを介して第１の
鉄心部分１１と固着される端板によって負担させるもの
である。

【００２７】このブリッジ部７ｆの幅は、現行の薄鉄板
の打ち抜き技術を考慮すると、例えば０．３ｍｍ〜０．
４ｍｍ程度のものが得られることになるが、打ち抜き技
術を向上させてさらなる狭幅を得ることがより望まし
い。この場合、端板１０を厚くしてその強度をアップさ
せることが必要となる。このように鉄心ブリッジ部の幅
をさらに狭くして、第１の鉄心部分にもカシメピンを挿
通する構成は、図４、図５及び図６に示した回転子に対
しても同様に実施可能である。

【００２８】図８は、本発明の第６の実施例に係る回転
子を示すものであり、上記第５の実施例と同様にカシメ
ピン６ａによってバランスウェイトを第２の鉄心部分１
２に固着し、さらに第１の鉄心部分１１にもカシメピン
６ｂを挿通するものであり、これに加えて、鉄心ブリッ
ジ部を切断して、収容孔２ｇの端部と鉄心１ｇの外周部
とを連通させる開口部８ｇを設けたものである。このよ
うな構成の場合は、第１の鉄心部分１１と第２の鉄心部
分１２とが一体となっていないために、回転子の組立が
若干難しくなる。

【００２９】図９は、本発明の第７の実施例であり、図
６に示した回転子の鉄心ブリッジ部７ｅを切断して開口
部８ｈを設けたものであり、他は図８の実施例同様であ
る。る。このように収容孔の端部を鉄心の外周部に開口
させる構成は、図４及び図５に示した回転子に対しても
同様に実施可能である。これら第５、第６及び第７の実
施例に示す構成により、鉄心ブリッジ部７ｆを経由した
主磁束の漏洩がさらに削減され、突極比もさらに大きく
できて、電動機トルクのさらなる向上が期待できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、シャフトが嵌入される
鉄心部分とバランスウェイトとがカシメピンによって一
体化されることによって、バランスウェイトに加わる遠
心力を強度的に安定した部分によって支えることができ
る。このため鉄心ブリッジ部にはバランスウェイトの遠
心力が加わらないため、強度上その幅を狭く形成するこ
とができ、この結果、鉄心ブリッジ部を経由する主磁束
の漏洩が減少して主磁束トルク分が増加し、同時にｄ軸
の固定子磁束も減少してｑ軸インダクタンス／ｄ軸イン
ダクタンスで表される突極比が大きくなってリラクタン
ストルク分が増加する。この結果、電動機トルクを大幅
に増加させ得るものであり、このことは、従来と同一ト
ルクにて比較すれば、電動機の銅損が減少して電動機の
効率を大きく向上させることができる。

【００３１】また、上記シャフトが嵌入される鉄心部分
に加えて、収容孔の外周側に位置する鉄心部分にもカシ
メピンを挿通することにより、鉄心ブリッジ部をさらに
狭幅とすることができ、あるいは収容孔の端部を鉄心外
周部に開口させることができ、これら構成によって電動
機トルクをさらに向上させることができる。

【００３２】また、軸心から収容孔の凸面の曲率半径の
中心までの距離を鉄心の外周半径の１．２倍以上に設定
することにより、収容孔の円弧の曲率を小さく構成する
ことができ、この結果、円周方向に隣接する収容孔間に
介在する鉄心部分のスペースを大きく形成し、この部分
にカシメピンを挿通するためのピン孔を容易に設けるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図２】図１の回転子の平面図。

【図３】図２のＰ１−Ｏ−Ｐ２線にて切断した回転子の
正面断面図。

【図４】本発明の第２の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図５】本発明の第３の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図６】本発明の第４の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図７】本発明の第５の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図８】本発明の第６の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図９】本発明の第７の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【図１０】従来例を示す回転子の平面断面図。

【図１１】図１０の回転子の平面図。

【図１２】図１１のＱ１−Ｑ２線にて切断した回転子の
正面断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ…鉄
心 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２
ｉ…収容孔 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｉ…磁石 ４…軸孔 ５ａ，５ｂ…ピン孔 ６ａ，６ｂ…カシメピン ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｉ…ブリッジ
部 ８ｇ，８ｈ…開口部 ９ａ，９ｂ…バランスウェイト １０…端板 １１…第１の鉄心部分 １２…第２の鉄心部分

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心に軸孔と、永久磁石を挿着する複数
   の収容孔と、カシメピンを挿通する複数のピン孔とを備
   え、軸方向に垂直な断面において前記収容孔の端部を前
   記鉄心の外周部に近接または開口させ、前記鉄心を前記
   収容孔を挟んで外周側に位置する第１の鉄心部分と、主
   に軸心側に位置するそれ以外の第２の鉄心部分とによっ
   て構成する圧縮機用電動機の回転子において、前記第２
   の鉄心部分に挿通した前記カシメピンによって軸方向の
   端部にバランスウェイトを固着したことを特徴とする圧
   縮機用電動機の回転子。
2. 【請求項２】 前記収容孔の端部と前記鉄心外周部との
   間に狭幅の鉄心ブリッジ部を設け、この鉄心ブリッジ部
   の幅を遠心力に耐え得るものとしたことを特徴とする請
   求項１記載の圧縮機用電動機の回転子。
3. 【請求項３】 前記第１の鉄心部分にも前記カシメピン
   を挿通したことを特徴とする請求項１記載の圧縮機用電
   動機の回転子。
4. 【請求項４】 前記収容孔の端部と前記鉄心外周部との
   間に狭幅の鉄心ブリッジ部を設け、この鉄心ブリッジ部
   の幅を耐遠心力強度以下の狭幅に形成したことを特徴と
   する請求項３記載の圧縮機用電動機の回転子。
5. 【請求項５】 前記収容孔の端部を前記鉄心の外周部に
   開口させたことを特徴とする請求項３記載の圧縮機用電
   動機の回転子。
6. 【請求項６】 軸方向に垂直な断面において、前記収容
   孔の形状が前記第２の鉄心部分に向けて凸面状とし、こ
   の収容孔を各極当たり１個乃至数個の層に形成するもの
   において、軸心から前記収容孔の凸面の曲率半径の中心
   までの距離を前記鉄心の外周半径の１．２倍以上に設定
   し、前記第２の鉄心部分に前記ピン孔のスペースを得る
   ようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
   に記載の圧縮機用電動機の回転子。