JP2015192590A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁石を磁石穴内に固定する際に発生する減磁を抑制し、漏れ磁束を無くすロータを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のロータ１０ａは、ロータコア１２、締結部材１４、磁石１６、端板１８および回転軸２０を備える。磁石１６の一面ｍと他面ｎにおいて、その両端が凸部３０になっている。一面ｍと他面ｎにおいて、凸部３０は他の部分と面一になっている。両端において、一面ｍと他面ｎの間が凹部３２になっている。板状の磁石１６の両端に凸部３０を設けた形状になっており、ロータコア１２の軸方向から磁石１６を見ると、磁石１６の両端が、磁石１６の中心に向かって凹形になっている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に使用するロータに関するものである。

従来、円柱状のロータ１００の周囲に環状のステータ１０２を備えた回転電機１０４が種々開発されている。図７のように回転電機１０４が圧縮機１０６に適用された場合、円筒状のパイプ１０８の中にステータ１０２が配置され、その中にロータ１００が配置される。圧縮機１０６には、冷媒を供給する管１１０、冷媒を吐出する管１１２、巻線に接続される端子１１４、および圧縮機構１１６が設けられる。ロータ１００が回転すると圧縮機構１１６に冷媒が吸入、圧縮され、吐出される。

ロータ１００は、図８に示す円盤形状のコアシート１１８を積層したロータコア１２０、ロータコア１２０に形成された磁石孔１２２の中に埋設された磁石１２４、ロータコア１２０の端部に配置された端板１２６、およびロータコアの中心に取り付けられた回転軸１２８を備える。磁石孔１２２の端部からロータコア１２０の外周まではブリッジ部１３０になっている。下記の特許文献１ではパルスレーザーを使用して磁石１２２を溶接し、ロータコア１２０に固定している。

しかし、特許文献１は、レーザー溶接を使用しているため、溶接時の温度は１５００℃程度まで上昇する。温度上昇によって磁石１２４が減磁し、回転性能を低下させるおそれがある。

また、漏れ磁束がブリッジ部１３０で発生する。漏れ磁束はロータ１００の回転に寄与しないため、漏れ磁束を無くす必要がある。下記の特許文献１は、漏れ磁束の対策について開示はない。

特開２０００−８３３３４号公報

本発明は、磁石を磁石孔内に固定する際に発生する減磁を抑制し、漏れ磁束を無くすロータを提供することを目的とする。

本発明のロータは、電磁鋼板からなるコアシートを積層したロータコアと、前記ロータコアに設けられた締結用孔と、前記締結用孔に挿入され、コアシート同士を固定する締結部材と、前記ロータコアに形成された磁石孔と、前記磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間を形成する切断部と、一面と他面を有し、前記磁石孔の中に埋設され、幅が変化した磁石と、前記ロータコアに磁石を固定する接着剤とを備える。

前記磁石の一面がロータコアの外周側に配置され、磁石の他面がロータコアの中心側に配置されており、前記磁石の一面の幅をＷｏ、磁石の中心の幅をＷｃ、磁石の他面の幅をＷｉとした場合に、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃである。

前記締結用孔がコアシートにおける磁石孔よりも内側に設けられ、前記コアシートにおいて、磁石孔よりも外側にカシメを設ける。

本発明は従来のブリッジ部に代えて、磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間になった切断部を形成することで、漏れ磁束を無くすことができる。また、磁石を接着剤で接着することで、磁石孔に磁石を固定するときの減磁を防ぎ、磁石とロータコアを一体にすることができる。

本発明のロータを示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 突出部の種々の形状を示す図である。 （ａ）は打ち抜き加工されたコアシートの上面図であり、（ｂ）はロータコアに磁石を埋設した図である。 磁石の形状を定義する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線内の拡大図である。 外側ロータコアにカシメを設けた図である。 円弧状の磁石孔のロータを示す図である。 圧縮機を示す図である。 従来のロータの断面を示す図である。

本発明のロータついて図面を用いて説明する。ロータは回転電機に用いられるものである。回転電機は、従来と同様に、圧縮機などに適用できる。複数の実施例の説明において、一の実施例で説明した内容と同一内容について他の実施例では説明を省略する場合がある。

図１に示す本発明のロータ１０ａは、ロータコア１２、締結部材１４、磁石１６、端板１８および回転軸２０を備える。ロータコア１２は、磁石孔２２、切断部２４および締結用孔２６ａを有し、締結用孔２６ａに締結部材１４が挿入され、磁石孔２２の中に磁石１６が埋設される。

ロータコア１２はコアシート２８を積層したものである。コアシート２８は軟磁性体の電磁鋼板を打ち抜き加工して形成することができる。コアシート２８の厚みは、たとえば約０．２〜１ｍｍであり、好ましくは約０．３〜０．５ｍｍである。コアシート２８の表面は絶縁膜を被覆し、コアシート２８間の渦電流を防止する。図１（ａ）に示すように、後述する切断部２４を除いて、コアシート２８の外形が円形になっている。

コアシート２８は、磁石孔２２が形成されている。図１（ａ）のように、コアシート２８の平面において、磁石孔２２は帯状であり、かつコの字状やＶ字状になるように折れ曲がっている。磁石孔２２の両端はコアシート２８の外周付近に配置される。コアシート２８の各磁石孔２２は同一形状であり、回転軸２０を中心に対称になっている。ロータコア１２を形成したとき、一端から他端まで磁石孔２２が通じる。

磁石孔２２の端部からコアシート２８の外周まで切断部２４になっている。切断部２４は空間であり、電磁鋼板のない部分である。切断部２４は磁石孔２２をコアシート２８の外周まで延長した形状である。

図１の切断部２４の幅は磁石孔２２と同じであるが、切断部２４の幅が磁石孔２２と異なっていても良い。図８に示す従来のブリッジ部１３０が空間に置き換わり、漏れ磁束を防止できる。ロータコア１２において、磁石孔２２と切断部２４よりも外側を外側ロータコア１２ｏ、内側を内側ロータコア１２ｉとする。外側ロータコア１２ｏと内側ロータコア１２ｉは、磁石１６を介してつながる。

本実施例では、外側ロータコア１２ｏに締結用孔２６ａを設ける。コアシート２８を積層したときに、締結用孔２６ａに締結部材１４を挿入して、積層されたコアシート２８を固定する。締結部材１４として、リベット、ボルトとナットなどが挙げられ、それらの軸が締結用孔２６ａに入る。

磁石１６は、フェライト磁石、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石が挙げられる。磁石１６は板状になっており、磁石１６の一面ｍと他面ｎが磁石孔２２の内壁に接する形状である。磁石孔２２と磁石１６の数は偶数であり、磁石１６によって、ロータコアの外周にＮ極とＳ極が交互に配置される。

図２（ａ）のように、磁石１６の一面ｍと他面ｎにおいて、ロータコア１２を平面視した場合に、その両端が凸部３０になっている。一面ｍと他面ｎにおいて、凸部３０は他の部分と面一になっている。磁石１６の両端において、一面ｍと他面ｎの間が凹部３２になっている。板状の磁石１６の両端に凸部３０を設けた形状になっており、ロータコア１２の軸方向から磁石１６を見ると、磁石１６の両端が、磁石１６の中心に向かって凹形になっている。

磁石１６の一面ｍから他面ｎまでの間において磁石１６の幅が変化し、一面ｍと他面ｎの両端に凸部３０が形成されておれば、凸部３０の形状は限定されず、図２に示すように、円弧、四角形、三角形などの形状が挙げられる。また、１つの磁石１６に異なる形状の凸部３０を組み合わせても良い。

磁石孔２２に磁石１６を埋設する前に磁石１６の一面ｍと他面ｎに接着剤３４を塗布し、接着剤３４の薄膜層を形成する。磁石１６の一面ｍと他面ｎに接着剤３４を塗布すると、磁石１６の凸部３０の分、接着面積を拡大させることができる。接着面積の拡大により、磁石１６と磁石孔２２の内壁の接着強度が増す。

エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤など、磁石１６がロータコア１２に接着されるのであれば、接着剤３４の種類は限定されない。接着剤３４で固定するため、磁石１６が減磁するおそれがない。

なお、ロータ１０ａを含む回転電機を圧縮機に適用する場合、接着剤３４は冷媒材料や冷媒の温度に対して耐性を有する材料を選択することが好ましい。

磁石１６の接着強度を高めるために、少なくとも磁石１６の一面ｍと他面ｎを粗面にしておくことが好ましい。電気メッキや蒸着などで磁石表面を処理し、所望の表面粗さになるようにする。磁石１６の表面粗さＲａは、約０．１μｍ以上が好ましい。

端板１８は非磁性体で構成され、ロータコア１２の両端に配置される。非磁性体によって渦電流損を防止する。コアシート２８と同様に締結用孔２６ｂを設け、締結部材１４が通されるようにする。締結部材１４の軸がコアシート２８の締結用孔２６ａと同時に締結用孔２６ｂに通されて、ロータコア１２と端板１８とが一体になるように締結部材１４で固定される。さらに、端板１８に回転軸用孔３６ｂを設けて、回転軸２０が通過する。

ロータコア１２の中心の回転軸用孔３６ａに回転軸２０が嵌め込まれて、固定される。ロータ１０ａを備えた回転電機が圧縮機に適用される場合、回転軸２０は圧縮機構まで延び、圧縮機の回転軸にもなる。ロータコア１２の側方を囲むようにしてステータが配置され、回転電機になる。ステータはコイルを備え、コイルに電流を流して発生させた磁界によって、ロータ１０ａを回転させる。

次に、ロータ１０ａの製造方法について説明する。（１）電磁鋼板を準備し、所定形状に打ち抜き加工をおこない、コアシート２８を形成する。図３（ａ）に示すように、打ち抜き加工をおこなう際、コアシート２８には磁石孔２２、締結用孔２６ａおよび回転軸用孔３６ａを形成する。コアシート２８の外形を形成したとき、同一工程または別工程で磁石孔２２などを形成する。この時点で切断部２４は形成されていず、ブリッジ部３８となっている。

（２）コアシート２８を積層してロータコア１２を形成する。コアシート２８を積層するとき、磁石孔２２と締結用孔２６ａの位置が一致するようにして、ロータコア１２を貫く磁石孔２２と締結用孔２６ａが形成されるようにする。

（３）ロータコア１２の回転軸用孔３６ａに回転軸２０を挿入し、固定する。固定方法は、焼嵌め、冷やし嵌め、圧入および溶接などが挙げられる。その際、コアシート２８の締結用孔２６ａに締結部材１４を挿入し、コアシート２８同士を固定させておき、回転軸２０の固定後に締結部材１４を一旦取り外しても良い。

（４）図３（ｂ）に示すように、磁石孔２２に磁石１６を埋設する。磁石１６を埋設する際、磁石１６に接着剤３４を塗布し、磁石１６を磁石孔２２の内壁に接着剤３４で固定する。磁石１６を埋設する際、ロータコア１２のいずれか一方の端部に端板１８を配置しても良い。磁石１６を磁石孔２２に挿入する段階で、磁石１６が磁石孔２２から抜け落ちないようにする。

（５）ブリッジ部３８を切断し、空間である切断部２４を形成する。ブリッジ部３８を切断する際、締結部材１４でコアシート２８を固定しておくことが好ましい。コアシート２８と共にロータコア１２の両端に端板１８も固定しても良い。ブリッジ部３８を切断した後も、接着剤３４によって、外側ロータコア１２ｏと磁石１６、および内側ロータコア１２ｉと磁石１６が固定される。切断をおこなえるのであれば、カッターやのこぎりなど任意の切断装置を用いることができる。

ロータコア１２の外周から磁石孔２２の端部に向けて切断する。磁石孔２２の端部から磁石１２まで空間を設けておけば、切断時に切断装置が磁石１６に到達せず、磁石１６を保護できる。

磁石１６を埋設した後にブリッジ部３８を切断するため、内側ロータコア１２ｉに対する外側ロータコア１２ｏの位置合わせをおこなう必要がない。位置合わせをおこなわなくても、所望の位置に各ロータコア１２が配置される。

なお、ロータ１０ａは、環状のスタータの内側に配置され、回転電機が構成される。ステータ内のコイルに電流を流し、その電流で発生した磁界によって、ロータ１０ａが回転する。回転電機を圧縮機に適用される場合、従来技術で示したように、回転軸２０が圧縮機に接続される。ロータ１０ａが回転することで、圧縮機が駆動する。

上記のように磁石１６を埋設した後にブリッジ部３４を切断するため、内側ロータコア１２ｉと外側ロータコア１２ｏの相対的な位置合わせが必要無く、ロータコア１２の外周は真円になっており、ロータコア１２とステータとのエアギャップを均一にすることができる。エアギャップが均一になるため、ロータ１０ａが回転し易い。

図４において、磁石１６においてロータコア１２の外側を一面ｍ、ロータコア１２の内側を他面ｎとする。ロータ１０ａを回転軸２０の軸方向から見た場合の磁石１２の一面ｍの幅をＷｏ、他面ｎの幅をＷｉとする。また、磁石１６の一面ｍと他面ｎとの間において、その中心の磁石１６の幅をＷｃとする。この場合、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃとなるようにする。これは、ロータ１０ａの径方向において、磁石１６の一面ｍが大きくなると、遠心力が大きくなり、磁石１６とロータコア１２との接着が外れるおそれがあるためである。本実施例の構成であれば、一面ｍが他面ｎより大きくならず、遠心力が大きくなることはない。

図５のロータ１０ｂのように、締結用孔２６ａを内側ロータコア１２ｉに設けた場合、外側ロータコア１２ｏが締結部材１４で一体にならないため、外側ロータコア１２ｏにカシメ４０を設ける。カシメ４０によって、コアシート２８同士を固定し、コアシート２８が遠心力で飛びにくくする。

なお、外側ロータコア１２ｏに締結用孔２６ａを設けた場合、外側ロータコア１２ｏのカシメ４０は必須ではない。締結部材１４によって外側ロータコア１２ｏのコアシート２８が一体になるからである。

磁石孔２２の形状はコの字状やＶ字状に限定されない。図６のロータ１０ｃのように、円弧状の磁石孔２２および磁石１６であっても良い。上記実施例と同様に、切断部２４を有し、接着剤３４によって磁石１６をロータコア１２に固定する。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。各実施例は独立的または排他的な実施例ではなく、種々の実施例の全部または一部を適宜組み合わせて実施しても良い。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：ロータ
１２：ロータコア
１４：締結部材
１６：磁石
１８：端板
２０：回転軸
２２：磁石孔
２４：切断部
２６ａ、２６ｂ：締結用孔
２８：コアシート
３０：凸部
３２：凹部
３４：接着剤
３６ａ、３６ｂ：回転軸用孔
３８：ブリッジ部
４０：カシメ

Claims (3)

1. 電磁鋼板からなるコアシートを積層したロータコアと、
   前記ロータコアに設けられた締結用孔と、
   前記締結用孔に挿入され、コアシート同士を固定する締結部材と、
   前記ロータコアに形成された磁石孔と、
   前記磁石孔の端部からロータコアの外周まで空間を形成する切断部と、
   一面と他面を有し、前記磁石孔の中に埋設され、一面から他面までの幅が変化した磁石と、
   前記ロータコアに磁石を固定する接着剤と、
   を備えたロータ。
2. 前記磁石の一面がロータコアの外周側に配置され、磁石の他面がロータコアの中心側に配置されており、
   前記磁石の一面の幅をＷｏ、磁石の他面の幅をＷｉ、磁石の一面と他面の間の中心の幅をＷｃとした場合に、Ｗｉ≧Ｗｏ＞Ｗｃである請求項１のロータ。
3. 前記締結用孔がコアシートにおける磁石孔よりも内側に設けられ、
   前記コアシートにおいて、磁石孔よりも外側にカシメを設けた
   請求項１または２のロータ。

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