JPWO2016110961A1 - 回転子、モータ、空気調和装置、及び回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

シャフトと、シャフトが挿入される内側コアと、薄板材が複数枚積層された複数の分割コアが円環状に接続されて、内側コアの外周側に設けられた外側コアと、内側コアと外側コアとを樹脂でモールドして固定した連結部材と、を有する回転子において、外側コアは、一方の端面に、各分割コアの積厚偏差に起因した段差を有し、連結部材は、外側コアの段差を樹脂により平坦化している。

Description

本発明は、各種の電気機器等に装備される回転子、モータ、空気調和装置、及び回転子の製造方法に関する。

従来から、モータの回転子を形成する方式に関して、プレス加工によって打ち抜いた薄板材（プレス材）を積層して形成する積層方式が知られている。積層方式は、ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ、又はアウターロータの回転子等にも広く採用される。回転子を形成する金属のうち、特に磁力を形成する部分（一般的にはコアバック）には、鉄損の影響が少ない電磁鋼板が用いられるが、それでも、磁界による渦電流損失等が発生する。このため、積層を実施せずに回転子を形成することは困難である。

積層方式によって回転子を形成する場合、例えば、プレス加工によって回転子形状の薄板材を形成し、形成した薄板材を積層して固定するという手法が用いられる（例えば特許文献１）。また、回転子を分割した形状の薄板材を形成し、薄板材を積層させた分割コアを円環状に接続するという手法も知られている（例えば特許文献２）。

特許文献１には、固定子鉄心に形成されたティースのたわみを抑制するために、金型に設けた支持部でティースの中央付近を支持して金型内に樹脂を注入する、という方法が開示されている。また、特許文献２には、分割コアからなる回転子鉄心、フレーム、及び永久磁石を一体化する成形方法が開示されている。具体的には、回転子鉄心に設けられた複数の穴の各々に、かまぼこ状に重ねた２枚の永久磁石を挿入し、成形型を用いて、フレームに設けられた樹脂通孔から樹脂を注入する、という方法が採用されている。

特開２０００−１２５５２４号公報 特開２００８−２５９３５９号公報

しかしながら、特許文献１のように、矩形状のスリット材から打ち抜いて固定子形状の薄板材を形成する場合は、端材となる部分が多くなるため、歩留まり及びコストが悪化するという課題がある。一方、特許文献２のように、分割コアを接続して回転子鉄心を形成する場合は、薄板材の厚み偏差に起因して分割コアの積厚がそろわず、樹脂によって一体成形する際に、分割コアの表面を均一に覆うことができないという課題がある。また、特許文献１及び２のモータには、回転子の電食を防ぐための絶縁処理が施されていないため、信頼性が担保されていないという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、生産性及び信頼性が高く、かつ構造の安定した回転子、モータ、空気調和装置、及び回転子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転子は、シャフトと、シャフトが挿入される内側コアと、薄板材が複数枚積層された複数の分割コアが円環状に接続されて、内側コアの外周側に設けられた外側コアと、内側コアと外側コアとを樹脂でモールドして固定した連結部材と、を有し、連結部材は、各分割コアの積厚偏差に起因した段差を有する外側コアの一方の端面を樹脂で平坦化している。

また、本発明に係る回転子の製造方法は、シャフトと、シャフトが挿入される内側コアと、薄板材が複数枚積層された複数の分割コアが円環状に接続されて、内側コアの外周側に設けられた外側コアと、内側コアと外側コアとを樹脂でモールドして固定した連結部材と、を有する回転子の製造方法であって、樹脂の収縮に追従可能な金型を用いて、各分割コアの積厚偏差をもとに予め設定された量の樹脂を金型に注入し、金型の追従により、各分割コアの積厚偏差に起因した段差を有する外側コアの一方の端面を樹脂で平坦化する。

本発明では、複数の分割コアの積厚偏差によって外側コアの一方の端面に生じる段差が
連結部材を構成する樹脂によって覆われ、当該一方の端面が平坦化されているため、回転子の構造を安定させ、生産性及び信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るモータの側面を示す概略図である。 図１のモータを構成する回転子を示す斜視図である。 図２の回転子の上面を示す概略図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 図３の回転子本体の周囲に磁石が貼り付けられた様子を示す概略図である。 図１の回転子の製造方法を示すフローチャートである。 図１のモータが搭載される空気調和装置の外観図である。 図７の空気調和装置に搭載されるモータ及びファンを示す側面図である。 従来の構成に係る回転子を示す斜視図である。 図９の回転子の上面を示す概略図である。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ８０の側面を示す概略図である。また、図２は、モータ８０を構成する回転子１０を示す斜視図であり、図３は、回転子１０の上面を示す概略図である。図１〜図３に示すように、モータ８０は、コイル（図示せず）が巻装された固定子６０と、固定子６０の内周面側に回転自在に設置された回転子１０と、固定子６０を別の樹脂でモールドして固定した本体外殻７０と、を有している。固定子６０は、図示を省略しているが、電磁鋼板を複数重ね合わせて構成した固定子磁極片と、電源から供給される電流が流れる巻線と、固定子磁極片に設けられ、コイルの絶縁に利用されるインシュレータと、を有するものである。

回転子１０は、回転子鉄心である内側コア（ボス）２０及び外側コア（ヨーク）３０と、内側コア２０と外側コア３０とを樹脂でモールドして固定した連結部材４０と、を有する回転子本体１１に、シャフト（軸）５０が連結されたものである。また、回転子１０には、ベアリング（図示せず）が設けられている。回転子１０は、円筒形の固定子６０と同軸となるように配設されている。シャフト５０は、内側コア２０に挿入されている。

外側コア３０は、複数の分割コア３０ａ〜３０ｄが円環状に接続されて、内側コア２０の外周側に設けられたものである。各分割コア３０ａ〜３０ｄは、薄板材が複数枚積層されたものである。より具体的に、各分割コア３０ａ〜３０ｄは、薄板材を積層して必要高さまで積み上げていき、カシメ等によって固定されたものである。薄板材を必要高さまで積み上げた場合、薄板材には厚み偏差があるため、外側コア３０の他方の端面３２が平坦となるように配置すると、一方の端面３１には段差５５が生じる。すなわち、外側コア３０は、一方の端面３１に、分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差に起因した段差５５を有している。

図２では、分割コア３０ａ及び３０ｃの積厚が相対的に大きく、分割コア３０ｂ及び３０ｄの積厚が相対的に小さい場合を例示している。したがって、各分割コア３０ａ〜３０ｄが接続された部分には段差５５が生じている。

外側コア３０の分割数（分割コアの構成数）を多くすれば多くするほど、円弧状である分割コアの外径が直線に近くなるため、矩形状のスリット材から薄板材を打ち抜く際に生じる端材が減少し、歩留まりが向上する。しかし、積層及び接続等の組み立てに時間を要するというデメリットがある。また、磁石背面に分割部を設けるという構成を採った場合、分割部が磁束の抵抗になり（分割部には空気層がありフラックスバリアとなり）、効率の悪化につながる。よって、外側コア３０の分割数は、モータ極数が４極ならば４分割、６極ならば６分割、・・・・ｎ極ならばｎ分割といったように、モータ極数に合わせて決定するとよい。外側コア３０の分割数をモータ極数に合わせれば、磁束の影響を抑制することができるためである。

連結部材４０は、絶縁性を有しており、外側コア３０の段差５５を樹脂で覆うことにより、一方の端面３１を平坦化するものである。本実施の形態において、連結部材４０を構成する樹脂の量は、薄板材の厚み偏差に基づく各分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差をもとに予め設定される。また、連結部材４０の成形に際しては、樹脂の収縮に追従可能な追従機構を備えた金型（図示せず）を用いる。そして、内側コア２０と外側コア３０とが配置された金型に注入された設定量の樹脂が、外側コア３０の一方の端面３１の全面に流れ、金型の樹脂への追従により、分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚のバラツキによる段差５５を有する一方の端面３１が平坦化される。これにより、分割コア３０ａ〜３０ｄのうちの積厚が低い方に樹脂が流れ込み、高い方に流れない、といった事態を回避することができる。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。図４に示すように、例えば、分割コア３０ａと分割コア３０ｄとの間に生じた段差５５は、連結部材４０を構成する樹脂で覆われ、一方の端面３１が平坦化されている。ここで、外側コア３０の積厚と、外側コア３０の一方の端面３１上に形成された樹脂の厚みとの和は、各分割コア３０ａ〜３０ｄにおいて相互に等しい状態となっている。図４の例では、分割コア３０ａの積厚Ｈａと分割コア３０ａ上の樹脂の厚みｈａとの和が、分割コア３０ｄの積厚Ｈｄと分割コア３０ｄ上の樹脂の厚みｈｄとの和と等しくなっている。もっとも、隣接する各分割コア３０ａ〜３０ｄの間において同様の状態となっている。

上記のように、本実施の形態では、分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚のバラツキ如何にかかわらず、設定量の樹脂を用いて連結部材４０を成形することができる。すなわち、分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差を無視して回転子１０を形成することができる。このため、回転子１０の構造を安定させ、歩留まり及び信頼性の向上を図ることができ、結果として、回転子１０及びモータ８０の長寿命化を図ることができる。

ところで、回転子１０は、固定子６０に巻装されたコイルに通電することにより形成された磁場と、回転子１０の表面もしくは内部に設置された磁石とが反発することによって回転する。ここで、図５は、図３の回転子１０の周囲に磁石６５が貼り付けられた様子を示す概略図であり、磁石６５が貼り付けられた回転子１０は、例えばＳＰＭモータの回転子として利用される。

一般に、回転子をモールド成形する際に使用する樹脂としては、熱可塑性樹脂が用いられる。上記のように、磁石を貼り付けるＳＰＭモータ等に回転子１０を適用する場合は、例えばＰＢＴ樹脂など、磁石を貼り付ける際に妨げとならない程度の収縮性を有する樹脂を連結部材４０に採用するとよい。また、強度を重視する場合には、ＰＰ（ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などの安価な樹脂を連結部材４０に採用してもよい。さらに、回転子１０をＩＰＭモータ等に適用する場合（回転子１０の表面に磁石を設置しない場合）には、収縮率が小さい樹脂（例えば熱硬化性樹脂）を用いてもよい。

本実施の形態では、回転子１０を適用するモータの種類に応じて、連結部材４０を構成する樹脂を適宜選択するようにしている。例えば、回転子１０をＳＰＭモータに適用する場合には、好適な収縮性を有する樹脂を用いる。このため、金型において、樹脂を外側コア３０の一方の端面３１の全面に流しても、樹脂の収縮により、磁石を貼り付ける回転子本体１１の側面には影響が及ばない。

（回転子の製造方法）
図６は、回転子１０の製造方法を示すフローチャートである。連結部材４０は、例えば、第１金型と第２金型とを有し、樹脂の収縮に追従可能な追従機構を備えた金型（図示せず）を用いて形成される。そこで、第一金型が可動側であり、第二金型が固定側であることを想定し、図６に基づいて回転子１０の製造方法を説明する。

まず、薄板材を複数枚積層して固定し、複数の分割コア３０ａ〜３０ｄを形成した後、各分割コア３０ａ〜３０ｄを接続して外側コア３０を形成する（図６：ステップＳ１０１）。次いで、内側コア２０と外側コア３０とを第一金型に配置する（図６：ステップＳ１０２）。ここで、第一金型において、外側コア３０の他方の端面３２が当接する面（以下「基準面」という。）は、平坦な面となっている。各分割コア３０ａ〜３０ｄは、基準面に配置されるため、他方の端面３２を形成する各分割コア３０ａ〜３０ｄの端面は、同一平面上に並ぶ（面一となる）。

次に、第一金型を第二金型に合わせて、各分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差をもとに予め設定された量の樹脂を、金型のキャビティ内に注入する（図６：ステップＳ１０３）。そして、金型の追従により、各分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差に起因した段差を有する外側コア３０の一方の端面３１を樹脂で平坦化する。すなわち、金型の追従機構を、外側コア３０の一方の端面３１全面に流入された樹脂の硬化収縮に追従させて、段差５５が生じた一方の端面３１を平坦化する（図６：ステップＳ１０４）。

以上の各工程により製造された回転子１０によれば、分割コア３０ａ〜３０ｄの採用で歩留りを改善でき、かつ外側コア３０の表面を樹脂で確実にモールドすることができるため、構造の安定化を図ると共に、ベアリング等の構成部材の電食を抑制することができる。したがって、本実施の形態における回転子１０及び回転子１０を実装したモータ８０によれば、生産性及び信頼性の向上を図ると共に、長寿命化を実現することができる。

次に、実施の形態におけるモータ８０を搭載した空気調和装置９０と、モータ８０の固定状態について説明する。図７は、実施の形態に係るモータ８０が搭載される空気調和装置９０の外観図である。空気調和装置９０は、例えば室外機からなり、モータ８０を備えている。このため、モータ８０の長寿命化に伴い、装置としての信頼性が向上されている。

図７に示すように、空気調和装置９０は、箱状に形成された筐体９１と、筐体９１の側面の開口により形成された吸込口９２と、吸込口９２に沿うように筐体９１内に配置された熱交換器（図示せず）と、筐体９１の天面の開口により形成された吹出口９３と、吹出口９３を覆うように通風可能に設けられたファンガード９４と、を有している。ファンガード９４の内部には、モータ８０により駆動されるファン９５（図７参照）が設置されている。上記のように構成された空気調和装置９０において、ファン９５が回転すると、筐体９１側面の吸込口９２から空気が吸い込まれ、熱交換器を通過後、垂直方向の流れとなって、筐体９１上部に形成された吹出口９３から上向きに吹き出される（図７の白抜き矢印参照）。

図８は、空気調和装置９０に搭載されるモータ８０及びファン９５を示す側面図である。図８に基づいて、モータ８０の設置状態について説明する。図８に示すように、モータ８０は、脚部７１を利用して支持部材９６に設置されている。また、モータ８０のシャフト５０には、ファン９５が取り付けられている。

図８において、支持部材９６は、例えば２本のレールにより構成され、モータ８０は、底面側が支持部材９６と接し、シャフト５０が上方に向くように載置される。モータ８０のシャフト５０には、ファン９５が取り付けられ、ファン９５は、モータ８０の回転子１０が回転することにより駆動される。

ここで、ファン９５の翼下端と支持部材９６との間には、所定の間隔が空くようにシャフト５０の長さが設定される。本実施の形態では、モータ８０が、支持部材９６上に載置されて固定されるため、モータ８０の中央部分を支持する場合と比較して、シャフト５０の長さＬを短くすることができることから、ファン９５の軸ぶれを軽減することができる。また、本実施の形態における空気調和装置９０は、搭載したモータ８０の長寿命化に伴って、信頼性の向上を図ることができる。なお、モータ８０は、平面視における直径（本体外殻７０の直径）が、ファン９５のファンボス９５ａの直径Ｄよりも小さくなるように構成することができる。かかる構成を採れば、モータ８０の下方から上方に向かう風の抵抗を軽減することができる。

ここで、回転子１０によって得られる効果を更に詳細に説明するための比較例を、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、従来の構成に係る回転子１１０を示す斜視図である。図１０は、回転子１１０の上面を示す概略図である。

回転子１１０は、内側コア１２０と、外側コア１３０と、内側コア１２０と外側コア１３０とを樹脂でモールドして固定した連結部材１４０と、シャフト１５０とを有している。外側コア１３０は、複数の分割コア１３０ａ〜１３０ｄが円環状に接続されたものであり、各分割コア１３０ａ〜１３０ｄは、薄板材が複数枚積層されたものである。

連結部材１４０は、追従機構を有していない金型によって形成されており、金型に注入する樹脂の量を設定するに際しては、各分割コア１３０ａ〜１３０ｄの積厚偏差が考慮されていない。このため、金型内に内側コア１２０及び外側コア１３０を配置して樹脂を注入した際に、分割コア１３０ａ〜１３０ｄのうちの積厚が低い方に樹脂が流れ込み、高い方に流れないという状態となる。

図９では、分割コア１３０ａ及び１３０ｃの積厚が相対的に大きく、分割コア１３０ｂ及び１３０ｄの積厚が相対的に小さい場合を例示しており、各分割コア１３０ａ〜１３０ｄが接続された部分には段差１５５が生じている。すなわち、分割コア１３０ｂ及び１３０ｄの方に流れやすく、分割コア１３０ａ及び１３０ｄの方には流れにくい状態となっている。したがって、金型内に注入した樹脂は、分割コア１３０ｂ及び１３０ｄの方に流れ、分割コア１３０ａ及び１３０ｄの方には流れないこととなり、結果として、外側コア１３０の上端面１３１において、樹脂が不均一な状態のまま硬化されている。図１０を参照すると、分割コア１３０ａ及び１３０ｄが位置する外側コア１３０の上端面１３１には、樹脂による連結部材１４０が形成されていないことがわかる。

なお、図９には、連結部材１４０と各分割コア１３０ａ〜１３０ｄの上端面１３１とを明確に区別するため、便宜上、連結部材１４０の表面と上端面１３１との間に段差が生じている例を示しているが、かかる状態に限定されない。すなわち、従来構成の回転子１１０においては、連結部材１４０の表面が上端面１３１よりも低くなることもあれば、連結部材１４０の表面と上端面１３１とが面一になることもある。

以上のように、従来構成における回転子１１０は、アンバランスな構造となっており、また、連結部材１４０によって外側コア１３０を十分に覆うことができないため、ベアリング等の電食を有効に防ぐことができないことから、信頼性に乏しいものとなっている。

一方、本実施の形態における回転子１０は、シャフト５０と、シャフト５０が挿入される内側コア２０と、薄板材が複数枚積層された複数の分割コア３０ａ〜３０ｄが円環状に接続されて、内側コア２０の外周側に設けられた外側コア３０と、内側コア２０と外側コア３０とを樹脂でモールドして固定した連結部材４０と、を有している。そして、連結部材４０は、各分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差に起因した段差を有する外側コア３０の一方の端面３１を樹脂で平坦化している。このため、構造が安定した信頼性の高い回転子１０を提供することができる。また、回転子１０では、絶縁性を有する連結部材４０を構成する樹脂の量が、各分割コア３０ａ〜３０ｄの積厚偏差に基づいて設定されており、追従機構を有する金型を用いての樹脂による一体成形により、段差５５を有する一方の端面３１が平坦化されている。よって、回転子１０の構造を安定させ、生産性及び信頼性の向上を図ることができる。

なお、上述した各実施の形態は、回転子、モータ、空調調和装置、及びモータの製造方法における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術的範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態において、外側コア３０は、４つの分割コア３０ａ〜３０ｄによって構成されているが、外側コア３０は、少なくとも円環状に形成されていればよい。すなわち、外側コア３０は、同形状である任意の個数の分割コアが接続された構成であってもよく、また、一部のみが分離されたような、異なる形状の分割コアが円環状に接続された構成であってもよい。

１０、１１０ 回転子、１１ 回転子本体、２０、１２０ 内側コア（ボス）、３０、１３０ 外側コア（ヨーク）、３０ａ〜３０ｄ、１３０ａ〜１３０ｄ 分割コア、３１ 一方の端面、３２ 他方の端面、４０、１４０ 連結部材、５０、１５０ シャフト、５５、１５５ 段差、６０ 固定子、６５ 磁石、７０ 本体外殻、７１ 脚部、８０ モータ、９０ 空気調和装置、９１ 筐体、９２ 吸込口、９３ 吹出口、９４ ファンガード、９５ ファン、９５ａ ファンボス、９６ 支持部材、１３１ 上端面。

Claims (7)

1. シャフトと、
   前記シャフトが挿入される内側コアと、
   薄板材が複数枚積層された複数の分割コアが円環状に接続されて、前記内側コアの外周側に設けられた外側コアと、
   前記内側コアと前記外側コアとを樹脂でモールドして固定した連結部材と、
   を有し、
   前記連結部材は、
   前記各分割コアの積厚偏差に起因した段差を有する前記外側コアの一方の端面を前記樹脂で平坦化している回転子。
2. 前記樹脂の量は、
   前記各分割コアの積厚偏差をもとに設定される請求項１に記載の回転子。
3. 前記外側コアの積厚と、前記外側コアの他方の端面上に形成された前記樹脂の厚みとの和は、前記各分割コアにおいて相互に等しい請求項１又は２に記載の回転子。
4. 前記樹脂は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である請求項１〜３の何れか一項に記載の回転子。
5. コイルが巻装された固定子と、
   固定子の内周面側に回転自在に設置された請求項１〜４の何れか一項に記載の回転子と、
   前記固定子を別の樹脂でモールドして固定した本体外殻と、
   を有するモータ。
6. 筐体内に配置され、吸込口から空気を吸い込み、熱交換器を通過した空気を吹出口から吹き出すファンと、
   前記ファンを駆動するファンモータと、
   前記ファンモータが固定部材を介して固定される支持部材と、
   を有し、
   前記ファンモータとして、請求項５に記載のモータを採用した空気調和装置。
7. シャフトと、前記シャフトが挿入される内側コアと、薄板材が複数枚積層された複数の分割コアが円環状に接続されて、前記内側コアの外周側に設けられた外側コアと、前記内側コアと前記外側コアとを樹脂でモールドして固定した連結部材と、を有する回転子の製造方法であって、
   前記樹脂の収縮に追従可能な金型を用いて、前記各分割コアの積厚偏差をもとに予め設定された量の前記樹脂を前記金型に注入し、
   前記金型の追従により、前記各分割コアの積厚偏差に起因した段差を有する前記外側コアの一方の端面を前記樹脂で平坦化する回転子の製造方法。

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