(57)【要約】【課題】射出成形で磁石が形成された磁石埋込型の回転電気機械のロータにおいて、製造時のロータコアの歪を低減する。【解決手段】電磁鋼板（P）が積層されて形成されたロータコア（21）を設ける。磁石材料（28a）を磁石用スロット（23）に注入するゲート孔（27）が形成された第１端板（25）をロータコア（21）の軸方向の一端側に設ける。ロータコア（21）の軸方向の他端側に第２端板（26）を設ける。第１端板（25）、第２端板（26）、及びロータコア（21）を互いに締結する締結部材（29）を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（20）の磁石（28）が射出成形で形成された磁石埋込型の回転電気機械において、
電磁鋼板（P）が積層されて形成され、前記磁石（28）が配置される複数の磁石用スロット（23）を有するロータコア（21）と、
前記磁石（28）用の材料（28a）を前記磁石用スロット（23）に注入するゲート孔（27）が形成され、前記ロータコア（21）の軸方向の一端側に設けられた第１端板（25）と、
前記ロータコア（21）の軸方向の他端側に設けられた第２端板（26）と、
前記第１端板（25）、前記第２端板（26）、及び前記ロータコア（21）を互いに締結する締結部材（29）と、
を備えたことを特徴とする回転電気機械。
【請求項２】
請求項１の回転電気機械において、
前記第２端板（26）は、前記第１端板（25）と同一形状であり、
前記第１及び第２端板（25,26）は、両者のゲート孔（27）の回転方向位相を互いにずらすことによって、前記第１及び第２端板（25,26）の一方は、前記ゲート孔（27）が前記磁石用スロット（23）に対向し、もう一方は、前記磁石用スロット（23）を塞ぐように形成されていることを特徴とする回転電気機械。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の回転電気機械において、
前記前記ロータコア（21）には、駆動軸（30）が締まり嵌めされていることを特徴とする回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気機械に関し、特にロータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石埋込形の回転電気機械（例えばモータ）では、ロータの磁石を、成形金型を用いて樹脂成形磁石で構成する場合がある（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の例では、金型の注入口から注入された樹脂磁石は、スプールランナ及びゲートを介して、型内に収容されているロータコアのスロットに充填される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、射出成形で磁石を形成すると、射出された磁石材料の圧力や、成形後に磁石が硬化する際に起こる収縮によって、ロータコアが歪む可能性がある。
【０００５】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、射出成形で磁石が形成された磁石埋込型の回転電気機械のロータにおいて、製造時のロータコアの歪を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
ロータ（20）の磁石（28）が射出成形で形成された磁石埋込型の回転電気機械において、
電磁鋼板（P）が積層されて形成され、前記磁石（28）が配置される複数の磁石用スロット（23）を有するロータコア（21）と、
前記磁石（28）用の材料（28a）を前記磁石用スロット（23）に注入するゲート孔（27）が形成され、前記ロータコア（21）の軸方向の一端側に設けられた第１端板（25）と、
前記ロータコア（21）の軸方向の他端側に設けられた第２端板（26）と、
前記第１端板（25）、前記第２端板（26）、及び前記ロータコア（21）を互いに締結する締結部材（29）と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成では、第１端板（25）にゲート孔（27）が形成されているので、端板（25,26）をロータコア（21）に取り付けた状態で、磁石（28）を射出成形できる。
【０００８】
また、第２の発明は、
第１の発明の回転電気機械において、
前記第２端板（26）は、前記第１端板（25）と同一形状であり、
前記第１及び第２端板（25,26）は、両者のゲート孔（27）の回転方向位相を互いにずらすことによって、前記第１及び第２端板（25,26）の一方は、前記ゲート孔（27）が前記磁石用スロット（23）に対向し、もう一方は、前記磁石用スロット（23）を塞ぐように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成では、ゲート孔（27）を構成する端板（25）と、磁石用スロット（23）を塞ぐ端板（26）とを同一形状にしたので、端板（25,26）を作成するプレス金型が１種類ですむ。
【００１０】
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明の回転電気機械において、
前記前記ロータコア（21）には、駆動軸（30）が締まり嵌めされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、端板（25,26）をロータコア（21）に取り付けた状態で、磁石（28）を射出成形できるので、射出された磁石材料（28a）の圧力や、磁石材料（28a）の収縮に、ロータコア（21）が十分対抗する強度を確保できる。すなわち、製造時のロータコア（21）の歪を低減することが可能になる。特に、本実施形態のようにロータコア（21）が積層構造を有する場合には、歪低減の効果がより顕著になる。そして、ロータコア（21）の歪が低減すれば、エアギャップ（G）の寸法精度が向上し、モータ（1）としての性能向上も期待できる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、端板（25,26）を作成するプレス金型が１種類ですむので、製造コストの増大を抑えつつ、前記効果を得ることができる。
【００１３】
また、第３の発明によれば、駆動軸（30）が締まり嵌めされているロータ（20）において、上記効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１のモータの横断面図である。
【図２】図２は、実施形態１のロータの構成を説明する斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１のロータの縦断面図である。
【図４】図４は、ロータの製造に用いる金型の一例を示す横断面図である。
【図５】図５は、金型の断面構造を模式的に示す図である。
【図６】図６は、一方の端板に、ゲート孔がない構造のものを採用したロータの構成例を示す斜視図である。
【図７】図７は、実施形態２のロータの構成を説明する斜視図である。
【図８】図８は、実施形態３のロータの構成を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１６】
《発明の実施形態１》
本発明の回転電気機械の一例として、磁石埋込型のモータを説明する。図１は、実施形態１のモータ（1）の横断面図である。モータ（1）は、ステータ（10）、ロータ（20）、駆動軸（30）、及びケーシング（2）を備えている。なお、以下の説明において、軸方向とは駆動軸（30）の軸心の方向をいい、径方向とは前記軸心と直交する方向をいう。また、外周側とは前記軸心からより遠い側をいい、内周側とは前記軸心により近い側をいう。
【００１７】
〈ステータ〉
ステータ（10）は、図１に示すように、円筒状のステータコア（11）と、コイル（16）を備えている。
【００１８】
ステータコア（11）は、電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜いて積層板を作成し、複数の積層板を軸方向に積層した積層コアである。ステータコア（11）は、図１に示すように、１つのバックヨーク部（12）、複数（この例では６つ）のティース部（13）、及び複数のツバ部（14）を備えている。ステータコア（11）は、バックヨーク部（12）の外周でケーシング（2）の内面に固定されている。
【００１９】
バックヨーク部（12）は、ステータコア（11）の外周側の円環状の部分である。また、それぞれのティース部（13）は、図１に示すように、ステータコア（11）において径方向に伸びる直方体状の部分である。各ティース部（13）の間の空間が、コイル（16）が収容されるコイル用スロット（15）である。ティース部（13）には、例えば、集中巻方式で、コイル（16）を巻回する。これにより各ティース部（13）において電磁石が形成される。
【００２０】
ツバ部（14）は、それぞれのティース部（13）の内周側に連なる部分である。ツバ部（14）は、ティース部（13）よりも幅（周方向の長さ）が大きく構成されている。ツバ部（14）は、内周側の面が円筒面である。その円筒面は、ロータコア（21）の外周面（円筒面）と所定の距離（エアギャップ（G））をもって対向している。
【００２１】
〈ロータ〉
図２は、実施形態１のロータ（20）の構成を説明する斜視図である。図１，２に示すように、ロータ（20）は、ロータコア（21）、２つの端板（25,26）、及び４つの永久磁石（28）を備えている。すなわち、この例ではロータ（20）は、４つの磁極を備えている。また、図３は、実施形態１のロータ（20）の縦断面図である。図３は、図１のＡ-Ａ断面に相当する。ロータコア（21）及び２つの端板（25,26）は、図３に示すように、ボルト（29）で互いに締結されている。ボルト（29）は、本発明の締結部材の一例である。
【００２２】
−磁石−
磁石（28）は、いわゆるボンド磁石である。すなわち、ロータ（20）は、製造時に磁石材料（28a）が磁石用スロット（23）に射出成形機によって注入され、成形金型中で磁石材料（28a）の着磁が行われる。
【００２３】
−ロータコア−
ロータコア（21）は、いわゆる積層コアである。具体的には、ロータコア（21）は、電磁鋼板（P）をプレス加工して形成した多数の積層板を、軸方向に積層して形成してある。ロータコア（21）の中心には、軸穴（22）を形成してある。本実施形態では、この軸穴（22）には、磁石（28）を形成する前に、駆動軸（30）を絞まり嵌め（例えば焼き嵌め）によって固定する。なお、駆動軸（30）は、負荷（例えば空調装置のロータリ式圧縮機）を駆動するためのものである。
【００２４】
ロータコア（21）には、図２に示すように、磁石（28）をそれぞれ挿入する４つの磁石用スロット（23）が形成されている。それぞれの磁石用スロット（23）は、ロータコア（21）の軸心回りに９０°ピッチで配置されている。各磁石用スロット（23）は、軸方向から見て概ね円弧状の穴形状を有し、ロータコア（21）を軸方向に貫通している。
【００２５】
また、ロータコア（21）には、４つのボルト孔（24）が形成されている。この例では、それぞれのボルト孔（24）は、磁石（28）よりも外周側で、該磁石（28）の磁極面に面するように、ロータコア（21）の軸心を中心とする同心円上に９０°ピッチで配置されている。
【００２６】
−端板−
２つの端板（25,26）は、ロータコア（21）を軸方向両端から挟み込むように設けられている（図３参照）。それぞれの端板（25,26）は、非磁性体（例えばステンレス）で構成された円盤状の部材である（図２参照）。この例では、２つの端板（25,26）は、同一形状である。
【００２７】
何れの端板（25,26）も、外径はロータコア（21）の外径と同一である。また、端板（25,26）の中心には、ロータコア（21）の軸穴（22）と概ね同サイズの軸穴（25a）が形成されている。それぞれの端板（25,26）には、８つのボルト孔（25b）と、４つのゲート孔（27）が設けられている。ボルト孔（25b）は、端板（25,26）とロータコア（21）とを締結するボルト（29）を通す貫通孔である。８つのボルト孔（25b）は、同心円上に４５°ピッチで配置され、端板（25,26）をロータコア（21）に重ねた状態で回転方向の位置を調整すれば、所定の４つのボルト孔（25b）が、ロータコア（21）のボルト孔（24）に重なるようになっている。
【００２８】
各ゲート孔（27）は、端板（25,26）を厚さ方向に貫通する円形の孔である。各ゲート孔（27）の直径は、磁石用スロット（23）の径方向の幅と概ね同じである。それぞれの端板（25,26）のゲート孔（27）は、９０°ピッチで同心円上に設けられている。
【００２９】
図２の各端板（25,26）には、ゲート孔（27）と磁石用スロット（23）との位置関係を二点鎖線で示してある。図２の上側の端板（25）（説明の便宜のため第１端板（25）と呼ぶ）を見ると分かるように、所定の４つのボルト孔（25b）がロータコア（21）のボルト孔（24）に重なるように、回転方向位置を合わせると、それぞれの磁石用スロット（23）に、ひとつのゲート孔（27）が対向するようになっている。
【００３０】
一方、図２における下側の端板（26）（説明の便宜のため第２端板（26）と呼ぶ）は、回転方向位置の位相を第１端板（25）に対して４５°ずらしてロータコア（21）に重ねると、それぞれのゲート孔（27）が、磁石用スロット（23）には対向しないようになっている。すなわち、第２端板（26）側では、磁石用スロット（23）が該第２端板（26）によって、塞がれる。なお、図２の第２端板（26）には、対応する磁石用スロット（23）の位置を二点鎖線で示してある。
【００３１】
〈ロータの製造〉
ロータ（20）を製造するには、まず、ロータコア（21）、第１及び第２端板（25,26）をボルト（29）で固定する。
【００３２】
この際、既述の通り、一方の端板（25,26）のゲート孔（27）が磁石用スロット（23）に面し、且つもう一方の端板（25,26）が磁石用スロット（23）を塞ぐように、それぞれの回転方向位置をセットする。
【００３３】
次に、駆動軸（30）をロータコア（21）に、焼き嵌め（絞まり嵌めの一例）によって固定する。磁石（28）（ボンド磁石）を成形する前に駆動軸（30）を焼き嵌めするのは、磁石（28）をロータコア（21）内部に射出成形すると、その後はロータコア（21）を高温にすることができず、焼き嵌めが難しくなるからである。
【００３４】
ロータコア（21）への端板（25,26）及び駆動軸（30）の取り付けが完了したら、それを射出成形用の金型にセットする。図４は、ロータ（20）の製造に用いる金型（40）の一例を示す横断面図である。図４では、磁石用スロット（23）内に磁石材料（28a）が充填される前の段階を示してある。なお、図４では、端板（25,26）の図示を省略してある。また、図５は、金型（40）の断面構造を模式的に示す図である。図５は、図４のＡ-Ａ断面に相当し、磁石用スロット（23）内に磁石材料（28a）が充填された状態を示している。
【００３５】
金型（40）には、ロータコア（21）を収容するキャビティー（41）を形成してある。また、金型（40）には、磁石材料（28a）を成形機から注入できるように、注入ゲート（42）を形成してある。
【００３６】
キャビティー（41）の周囲には、キャビティー（41）内のロータコア（21）に磁界を印加できるように、永久磁石（43）とポールピース（44）とが周方向に交互に配置されている。ポールピース（44）は、ロータ磁極（ＭＰ）と１対１に対応するように、磁極数に応じた数が設けられている。この例では、４つのポールピース（44）が設けられ、永久磁石（43）も同数設けられている。それぞれのポールピース（44）は、接する永久磁石（43）からの磁束をロータコア（21）に伝えるようになっている。
【００３７】
ロータコア（21）を金型（40）にセットした後、成形機によって金型（40）の注入ゲート（42）から磁石材料（28a）を射出する。充填された磁石材料（28a）は、金型（40）内のスプール部（45）を通過した後に、第１端板（25）のゲート孔（27）に入る。ゲート孔（27）に入った磁石材料（28a）は、磁石用スロット（23）内に入る。このようにして、全ての磁石用スロット（23）の内部に磁石材料（28a）が充填される（図５参照）。充填された磁石材料（28a）は、ポールピース（44）からの磁束によって、磁場配向及び着磁が行われる。このように、本実施形態では、端板（25,26）をロータコア（21）に取り付けた状態で、ボンド磁石を射出成形できる。
【００３８】
射出成形時は、磁石用スロット（23）内に射出された磁石材料（28a）の圧力がロータコア（21）を例えば外周側に向かって作用する。しかしながら、本実施形態のロータコア（21）は、端板（25,26）がロータコア（21）に固定されているので、ロータコア（21）単体よりも剛性が高くなる。それゆえ、射出された磁石材料（28a）の圧力が作用しても、本実施形態のロータコア（21）は、その圧力に十分対抗することができる。すなわち、本実施形態では、磁石材料（28a）の射出圧力に起因するロータコア（21）の歪を低減することが可能になる。
【００３９】
射出成形後は、ロータコア（21）を金型（40）から取り出す。射出成形の直後は、ロータコア（21）及び内部の磁石材料（28a）は、比較的高温になっているが、ロータコア（21）を金型（40）から取り出すことで、両者の温度は徐々に低下する。ロータコア（21）及び磁石材料（28a）の温度低下に伴って、該磁石材料（28a）は硬化しつつ収縮する。その収縮により、ロータコア（21）には所定の応力が作用することになる。しかしながら、本実施形態ロータコア（21）は、端板（25,26）がロータコア（21）に固定されているので、ロータコア（21）単体よりも剛性が高くなる。それゆえ、磁石材料（28a）の収縮に起因する応力がロータコア（21）に作用しても、本実施形態のロータコア（21）は、その応力に十分対抗することができる。すなわち、本実施形態では、磁石材料（28a）の収縮に起因するロータコア（21）の歪を低減することが可能になる。
【００４０】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、製造時のロータコア（21）の歪を低減することが可能になる。特に、本実施形態のようにロータコア（21）が積層構造を有する場合には、歪低減の効果がより顕著になる。そして、ロータコア（21）の歪が低減すれば、エアギャップ（G）の寸法精度が向上し、モータ（1）としての性能向上も期待できる。
【００４１】
また、一般的に、磁石をロータコア内部に磁石材料を射出成形すると、その後はロータコアをあまり高温にすることができず、駆動軸の焼き嵌めが難しくなる。一方、駆動軸をロータコアに、予め締まり嵌め（例えば焼き嵌めや圧入）した後に磁石を成形すると、積層板間の締結が弱いため、射出成形時にロータコアが割れやすくなる。すなわち、ボンド磁石の成形と、駆動軸（30）の焼き嵌めとの両立は難しかった。しかしながら、本実施形態では、端板（25,26）でロータコア（21）を締め付けてあるので、駆動軸（30）をロータコア（21）に焼き嵌めしてから磁石（28）の成形を容易に行える。すなわち、本実施形態では、従来両立が難しかったボンド磁石の成形と、駆動軸（30）の焼き嵌めとの両立が可能になる。
【００４２】
また、注入用のゲートを構成する端板（25）と、磁石用スロット（23）を塞ぐ端板（26）とを同一形状にしたので、端板（25,26）を作成するプレス金型が１種類ですむ。すなわち、本実施形態では、製造コストの増大が殆どない。勿論、磁石用スロット（23）を塞ぐ側の端板（26）として、ゲート孔（27）がないものを用いるようにしても、製造時のロータコア（21）の歪低減の効果を得ることは可能である。図６は、一方の端板に、ゲート孔（27）がない構造のものを採用したロータ（20）の構成例を示す斜視図である。図６の例では、上側の端板（25）は、ゲート孔（27）が形成されているが、下側の端板（26）には、ゲート孔（27）が設けられていない。
【００４３】
《発明の実施形態２》
図７は、実施形態２のロータ（20）の構成を説明する斜視図である。本実施形態は、各端板（25,26）のゲート孔（27）の構成が、実施形態１とは異なっている。この例でも、２つの端板（25,26）は、同一形状である。それぞれの端板（25,26）は、８つのボルト孔（25b）が設けられている。８つのボルト孔（25b）は、同心円上に４５°ピッチで配置されている。
【００４４】
また、それぞれの端板（25,26）には、８つのゲート孔（27）が設けられている。この例では、各ゲート孔（27）は、その平面形状が、周方向が長手の長方形となるように構成され、長手方向の長さは、概ね磁石（28）の厚さ（Ｓ極面とＮ磁面間の距離）と同じである。
【００４５】
図７の各端板（25,26）には、ゲート孔（27）と磁石用スロット（23）との位置を二点鎖線で示してある。図７の上側の端板（25）（第１端板（25）と呼ぶ）を見ると分かるように、所定の４つのボルト孔（25b）がロータコア（21）のボルト孔（24）に重なるように、回転方向位置を合わせると、ひとつの磁石用スロット（23）に対して、２つのゲート孔（27）（以下、説明の便宜のためゲート対（60）と呼ぶ）が対向するようになっている。この例では、ロータコア（21）には４つの磁石用スロット（23）があるので、４つのゲート対（60）が存在することになる。ゲート対（60）単位で見ると、ゲート対（60）は、９０°ピッチで同心円上に設けられている。
【００４６】
一方、図７における下側の端板（26）（第２端板（26）と呼ぶ）は、回転方向位置の位相を第１端板（25）に対して４５°ずらしてロータコア（21）に重ねると、それぞれのゲート孔（27）が、磁石用スロット（23）には対向しないようになっている。すなわち、第２端板（26）側では、磁石用スロット（23）が該第２端板（26）によって、塞がれる。なお、図７の第２端板（26）には、対応する磁石用スロット（23）の位置を二点鎖線で示してある。
【００４７】
したがって、この構成においても、端板（25,26）をロータコア（21）に取り付けた状態で、ボンド磁石を射出成形できる。よって、本実施形態も実施形態１と同様の効果を得ることが可能である。
【００４８】
なお、本実施形態においても、磁石用スロット（23）を塞ぐ側の端板（26）として、ゲート孔（27）がないものを用いるようにしても、製造時のロータコア（21）の歪低減の効果を得ることは可能である。
【００４９】
《発明の実施形態３》
図８は、実施形態３のロータ（20）の構成を説明する平面図である。同図では、磁石（28）の位置（すなわち磁石用スロット（23）の位置）を二点鎖線で示してある。この例では、ロータ（20）にバランスウエイト（50）が設けられている。この例ではバランスウエイト（50）は、端板（25,26）と一体的に形成されている。
【００５０】
この構成では、ゲート孔（27）とバランスウエイト（50）とが、干渉しないようにする。また、可能であれば、金型（40）内のランナー（図示は省略）も避けるのが望ましい。こうすることで、バランスウエイト（50）をロータコア（21）と一体化した状態で、磁石（28）の成形を容易に行いことが可能になる。したがって、本実施形態も実施形態１と同様の効果を得ることが可能である。
【００５１】
なお、バランスウエイト（50）を端板（25,26）とは別の部材で構成して、それを磁石（28）を成形した後に端板（25,26）に取り付けるようにしてもよい。
【００５２】
《その他の実施形態》
なお、前記各実施形態は、ひとつの磁極を多層の磁石で構成するロータにも適用できる。この場合には、各層に対応してゲート孔（27）を設ける。
【００５３】
また、ひとつの磁石用スロット（23）に対応させるゲート孔（27）の個数は例示である。例えば、ひとつの磁石用スロット（23）に、３個以上のゲート孔（27）が対応するようにしてもよい。
【００５４】
それぞれの端板（25,26）及びロータコア（21）を互いに締結する締結部材は、ボルト（29）には限定されない。ボルト（29）の他にも、例えばピンを圧入することで、端板（25,26）とロータコア（21）を固定できる。
【００５５】
また、ゲート孔（27）の形状も例示である。すなわち、前記実施形態で示した円形や長方形には限定されない。
【００５６】
また、前記各実施形態で説明したロータ構造は、モータの他に、発電機に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、回転電気機械のロータの構造として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１        モータ（回転電気機械）
２０      ロータ
２１      ロータコア
２３      磁石用スロット
２５      端板（第１端板）
２６      端板（第２端板）
２７      ゲート孔
２８      磁石
２８ａ    磁石材料
２９      ボルト（締結部材）
３０      駆動軸
【図１】
2014057433.tif 000003
【図２】
2014057433.tif 000004
【図３】
2014057433.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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