(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータの大量生産に関連する主たる問題を解決した、表面磁石を有するブラシレス式モータ用のロータを提供する。【解決手段】本発明は、磁石（１）を有するブラシレス式モータ用のロータ（２）に関し、ロータは、組み立て時に磁石の角度変位を制限するための半径方向ストッパ（７）を有し、組み立て時に磁石の軸方向変位を制限するための別の軸方向ストッパを有する。ストッパにより、他の構成部品を追加することなく、磁石の正確な位置決めが保証され、良好な性能も保証され、さらに騒音及び振動に関連する問題が回避される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面磁石（１）を有するブラシレス式モータ用のロータ（２）であって、前記ロータは、鋼コアに半径方向に配置された少なくとも１つのストッパ（７）を有し、前記ストッパは、前記ロータにおいて互いに等距離に配置された４つの磁石セグメントのうちの少なくとも２つの磁石セグメントの各々の一方の軸方向端部の間に隣接して配置されることを特徴とする、ロータ（２）。
【請求項２】
前記ストッパ（７）の少なくとも１つは、前記ロータ（２）において互いに等距離にある全ての磁石セグメント（１）の全ての軸方向端部の間に配置される、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項３】
前記ロータは、下側及び上側にキャップ（１１）を有し、前記キャップは、前記磁石（１）の半径方向端部の領域に向かって突出する少なくとも１つの軸方向凹部（１２）を有する、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項４】
前記凹部の数は、前記ロータの前記磁石セグメントの数と同じとすることができる、請求項３に記載のロータ（２）。
【請求項５】
前記ストッパの寸法（幅Ｌ）は、前記ロータに配置された全ての磁石の間の平均間隙の１／２から２／３とすることができる、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項６】
前記ストッパ（７）は、前記磁石の厚さの５０％よりも小さい高さ（Ｈ）を有し、前記ロータ（２）の前記表面の軸方向長さ全体にわたって延びる長さ（Ｄ）を有する、請求項５に記載のロータ（２）。
【請求項７】
前記ストッパは、前記ロータ（２）の表面の軸方向長さ（Ｄ）の一部に延びる、請求項６に記載のロータ（２）。
【請求項８】
最小軸方向長さ（Ｄ）であり、寸法（幅Ｌ）が前記磁石（１）の各々の間の平均間隙の１／２から２／３である、少なくとも２つのストッパ（７）要素を備え、前記ストッパ要素の各々は、好ましくはロータの端部の近くに配置される、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項９】
前記磁石（１）の各端部の間に１つだけのストッパ（７）を備え、前記ストッパの長さ（Ｄ）は、軸方向におけるその表面の合計よりも小さい、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項１０】
前記磁石（１）の各端部ｎお間の前記ストッパ（７）は、長さ（Ｄ）が軸方向におけるその表面の合計の１／３から２／３である、請求項９に記載のロータ（２）。
【請求項１１】
前記軸方向凹部（１２）は、前記磁石（１）を正確な位置に適切に嵌めるのに十分な半径方向長さ（Ｃ）であり、幅（Ｗ）は、少なくとも前記磁石（１）間の前記間隙よりもわずかに大きな寸法とすることができる、請求項３に記載のロータ（２）。
【請求項１２】
前記軸方向凹部（１２）は、半径方向長さ（Ｃ）が前記磁石（１）の厚さの１／３から１／１である、請求項１１に記載のロータ（２）。
【請求項１３】
前記軸方向凹部（１２）の前記幅（Ｗ）は、前記磁石（１）間の前記空間の１１／１０から前記キャップ（１１）の全周囲まで変動する、請求項１１に記載のロータ（２）。
【請求項１４】
前記軸方向凹部（１２）の深さ（Ｐ）は、前記凹部の内側面と、前記内側面に対向する前記磁石（１）の側面との間に隙間をもたらす、請求項１１に記載のロータ（２）。
【請求項１５】
前記内側面と、前記内側面に対向する前記磁石の側面との間の前記隙間は、使用されるロータの寸法に応じて１ｍｍから５ｍｍである、請求項１４に記載のロータ（２）。
【請求項１６】
前記ロータの前記半径方向ストッパ（７）は、電気鋼積層体の打抜加工時に形成される、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項１７】
前記ロータの前記ストッパ（７）は、製造時に前記ロータに固定される追加の構成部材によって形成される、請求項１に記載のロータ（２）。
【請求項１８】
前記キャップ（１１）は、金属材料又はポリマー材料で（１１）で作られる、請求項３に記載のロータ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍用の可変容量密閉圧縮機で使用される、ブラシレス式モータ用のロータに関し、内部で使用される磁石の正確な位置決めを可能にする特徴部を有している。
【背景技術】
【０００２】
通常、可変容量密閉圧縮機は、機械的コネクティングロッド−ピストン式システムを使用し、これらは偏心ピンによって軸に結合される。このような機構を動かすために、通常、ステータ及びロータから構成されるブラシレス式モータが使用され、ロータは、積層電気鋼コア及び表面磁石から構成される（内部に挿入される形態の磁石も可能である）。通常、ステータは、ねじによってブロックに固定され、支持ばねにも固定される。他方で、組み立て工程時、ロータは機械的干渉手段によって偏心軸に固定される。
【０００３】
表面磁石を有するロータを使用するブラシレス式モータの特定の特徴は、各磁石が相互の関連で半径方向において均等に離間する必要がある点である。このタイプの構成の典型的な構造はロータ組立体であり、これは、通常４又は６のフェライト磁石の輪状セグメントを備え、各セグメントは、端から端までの角度が８０度である。この場合、各磁石の間の間隙は、モータの良好な作動を保証するのに十分である２０度とすることができる。
【０００４】
このタイプのロータの別の特徴は、磁石によって生成される磁束が最小の見込み損失でもってロータに伝達されるように、各磁石を軸方向に位置合わせする必要がある点である。
【０００５】
このタイプのロータの大量生産に関連する主たる問題は、磁石セグメントが、通常、接着剤によって電気鋼コアに接着されるので、接着剤の硬化時（通常オーブンによって行われる）に半径方向及び軸方向の両方に変位する点に起因する。
【０００６】
磁石の半径方向変位により、２つの隣接するセグメントの間の間隙が、片側で非常に小さくなり、従って同じ磁石の反対側で非常に大きくなる可能性がある。この変位は、逆起電力（ＥＭＦ）とも呼ばれる誘導電圧波形の著しい歪みにつながる可能性がある。この歪みにより高周波数の高調波成分が生じ、これはトルク生成に寄与しないことに加えて、モータ速度制御及び／又は振動並びに騒音問題と関連する問題を引き起こす可能性がある。
【０００７】
磁石が半径方向で不均一な間隔にあることの別の悪影響は、各セグメントの端部で生じる磁束損失である。これらの点に関連する２つのマイナスの結果があり、第１は有用な磁束の減少であり、これはトルク及び効率を低下させる。第２はステータにおける磁気飽和ゾーンの形成であり、これは電気効率を低下させる場合もある。
【０００８】
また、磁石の軸方向変位によってモータの性能に望ましくない影響がもたらされる可能性がある。磁石相互の位置合わせ不良、及び／又は各磁石の中央とロータ積層スタックの中央との位置合わせ不良のような軸方向変位を理解されたい。この変位により軸方向の力が発生し、軸受に過負荷がかかる、モータの効率が低下する、又は振動及び騒音が発生する場合がある。
【０００９】
ブラシレス式モータ用のロータの大量生産時の磁石の位置決めを支援する技術は、国際公開特許第９３／０７６７２号などで公知であり、磁石の位置決めは、表面斜角によって支援される。しかしながら、この方法は、軸方向位置を保証しないことに加えて、半径方向の位置決めを部分的に保証するだけである。
【００１０】
欧州公開特許第１３４９２６１号に開示された別の技術は、ロータコアに部分的に埋め込まれた磁石（内部磁石）を使用する。この構成により、半径方向の完全な位置決めが可能になるが、磁石がハウジング内にぴったり嵌るように高い製造精度が必要となるので工程が難しくなる。この技術は同様に軸方向の位置決めを保証しない。
【００１１】
さらに、磁石の半径方向位置決めの問題を解決するために使用される別の技術が米国公開特許第２００２／０１３５２５３号に開示されており、ロータ積層体自体の一部を、半径方向の位置決め用のリミッタとして使用することが提案されている。同様に、これにより、磁石の製造に高い精度が必要となる場合があり、また、磁石によって生成される、モータの空隙を通過する必要がある磁束の一部がこれらのリミッタを通る還流によって失われることになる。また、当該技術は軸方向の位置を保証しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開特許第９３／０７６７２号公報
【特許文献２】欧州公開特許第１３４９２６１号公報
【特許文献３】米国公開特許第２００２／０１３５２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以下で詳細に説明するように上記及び他の欠点を解決することを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、ロータの各磁石を軸方向で完全に位置合わせすることである。
【００１５】
本発明の目的は、ロータによって生成された磁束が、可能な限り最適化された様式でステータに伝達できるようにすることである。
【００１６】
本発明の別の目的は、ロータの磁石の半径方向変位を防止することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、２つの隣接する磁石セグメントの間の間隙が、片側で小さくなること、従って同じ磁石の反対側で大きくなるのを防止することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、誘導電圧波形の顕著な歪みを防止することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、軸受に過負荷をかける、モータの効率を低下させる、又は振動及び騒音を発生させることがある軸方向の力の発生を防止することである。
【００２０】
本発明は、ブラシレスモータ用のロータに関し、ロータは、組み立て時に、磁石を半径方向及び軸方向で正確に位置決めするように構成される。半径方向において正確に位置決めするために、ロータの積層スタックにおける半径方向延長部を使用して、磁石の半径方向変位を制限するストッパを作るようになっている。磁石が軸方向において位置合わせ不良の様式で位置決めされるのを防止するために、軸方向位置決めは、下側及び上側のキャップに形成された突起によって達成され、組み立て時の磁石の位置決め領域を制限して、この軸方向の位置合わせ不良を防ぐ。
【００２１】
従って、本発明は、表面磁石を有するブラシレスモータ用のロータに関し、ロータは、ロータの鋼コアに半径方向に配置された少なくとも１つのストッパを有し、ストッパは、ロータにおいて互いに等距離に配置された４つの磁石セグメントのうちの各２つの磁石セグメントの一方の軸方向端部の間に隣接して配置される。実際には、好ましい実施形態において、少なくとも１つのストッパは、ロータにおいて互いに等距離にある全ての磁石セグメントの全ての軸方向端部の間に配置される。
【００２２】
ロータは、下側及び上側にキャップを有し、キャップは、磁石の半径方向端部の領域に向かって突出する少なくとも１つの軸方向凹部を有する。凹部の数は、ロータの磁石セグメントの数と同じにすることができる。
【００２３】
ストッパの寸法（幅Ｌ）は、ロータに配置された全ての磁石の間の平均間隙の１／２から２／３とすることができ、ストッパは、磁石の厚さの５０％よりも小さい高さ（Ｈ）とすることができる。
【００２４】
ストッパは、ロータの表面の軸方向長さ全体にわたって延びる長さ（Ｄ）を有することが好ましい。しかしながら、ストッパは、ロータの表面の軸方向長さ（Ｄ）の一部に延びることもできる。
【００２５】
ロータは、最小軸方向長さ（Ｄ）であり、寸法（幅Ｌ）が磁石の各々の間の平均間隙の１／２から２／３である、少なくとも２つのストッパ要素をさらに備えることができ、各々は、好ましくはロータの端部の近くに配置される。
【００２６】
別の実施形態において、磁石の各端部の間に１つだけのストッパを備え、ストッパの長さ（Ｄ）は、軸方向におけるその表面の合計よりも小さい。
【００２７】
追加の実施形態において、磁石の各端部の間のストッパは、長さ（Ｄ）が軸方向におけるその表面の合計の１／３から２／３である。
【００２８】
軸方向凹部は、磁石を正確な位置に適切に嵌めるのに十分な半径方向長さ（Ｃ）であり、幅（Ｗ）は、少なくとも磁石の間の間隙よりもわずかに大きな寸法とすることができる。軸方向凹部は、半径方向長さ（Ｃ）が磁石の厚さの１／３から１／１とすることができ、軸方向凹部の幅（Ｗ）は、磁石の間の間隙の１１／１０からキャップの全周囲まで変動することができる。
【００２９】
軸方向凹部の深さ（Ｐ）は、凹部の内側面と、内側面に対向する磁石の側面との間に隙間をもたらし、この隙間は、使用されるロータの寸法に応じて１ｍｍから５ｍｍとすることができる。
【００３０】
ロータの半径方向ストッパは、電気鋼積層体の打抜き加工時に形成すること、又は製造時のロータに固定される追加の構成部材によって形成することができる。キャップは、金属材料又はポリマー材料で作ることができる。
【００３１】
簡単な説明の後、本発明は、図の形態で提示される実施例を用いてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の電気モータの一部の断面図及びこのモータの磁石のアライメントに対応するＥＭＦを示すグラフである。
【図２】図１の電気モータに類似するが磁石が半径方向に変位した従来の電気モータの一部の断面図、及びこのモータの磁石の不適当な位置合わせに対応するＥＭＦを示すグラフである。
【図３】図１に示した構成の磁束マップである。
【図４】図２に示した構成の磁束マップである。
【図５】磁石変位制限ストッパを備えたロータの半径方向断面図である。
【図６】磁石の１つが軸方向に変位したロータを示す斜視図及び正面図である。
【図７】本発明のロータの好ましい実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、積層ステータ（４）と、積層コアを備えたロータ（２）と、ロータ（２）の表面に沿って配置された輪状セグメント磁石（１）とから構成される電気モータの一部の断面図を示す。図１において、隣接する磁石の間の隙間（３）は、モータ性能の損失がないように適切であることに留意されたい。図１において、ライン（５）でＥＭＦ（起電力）を示すグラフは見て分かるように完全に対称であり、対称であることはモータが適切に機能するための理想的な構成である。
【００３４】
図２は、図１の断面図に類似したモータの断面図を示すが、磁石（１）は半径方向で不適切に変位しており、角度非対称となり、結果的に隣接する磁石のうちの１つで非常に小さな間隙（８）がもたらされる。図２において、グラフに示すライン（９）によって示されたＥＭＦ波形は完全に非対称であり、モータの速度制御を妨げることに加えて、性能、騒音及び振動の潜在的な問題を生じることを確認できる。
【００３５】
図１に示した構成の磁束マップは図３に見ることができ、より暗い色調は、より高い磁束密度を表わす。磁石（１）が正確に位置決めされた構成に関して、磁石（１）の間の間隙は、ＥＭＦ（５）の対称性を維持するために、各磁石の間で実質的に等しくかつ十分である必要がある。図３において、磁石によって生成される全ての流れに対して約３０％の流れ損失が示される。この値が低いほどモータ性能が高くなる。
【００３６】
図２に示した構成の磁束マップは図４に見ることができる。この場合も同様に、より暗い色調はより高い磁束密度を表わす。磁石（１）が不適切に位置決めされた構成に関して、磁石の間の間隙（６）は非常に小さく、磁石によって生成される磁束の局所的な飽和及び一部の損失が発生し、これによりＥＭＦ（９）の顕著な非対称が生じる。図４において、約５０％の磁束損失が示されており、モータ性能が著しく低下する。
【００３７】
図５において、本発明のストッパ（７）を見ることができ、ストッパは、ロータ表面の延長部として生じ、磁石（１）の角度変位を制限するように機能する。半径方向の移動はストッパ（７）によって制限されることが理解できる。このストッパの寸法（幅Ｌ）は、ＥＭＦが対称となり得るように、全ての磁石の間の平均間隔の１／２から２／３である必要があり、これにより、磁石（１）をその寸法の許容差を考慮して組み立てることができるような隙間が保証される。また、ストッパの高さ（Ｈ）は、ＥＭＦの対称性に影響を与え、顕著な流れ損失がないように、磁石の厚さの５０％よりも大きな高さを使用すべきではない。好ましい実施形態において、ストッパ（７）の長さ（Ｄ）は、ロータ（２）の表面の軸方向長さ全体にわたって延びる。ロータの半径方向ストッパ／延長部（７）は、電気鋼積層体の打抜き加工時に形成することができる。ロータの半径方向延長部（７）は、製造時にロータに固定される追加の構成部品によって形成することができる。構成部品は、ロータ（２）と同じ材料である。
【００３８】
代替的な実施形態において、ストッパ（７）は、ロータ（２）の表面の軸方向長さ（Ｄ）全体にわたって延びる必要はないが、磁石組立体に安定性を与えることができ、かつそれらの角度変位を制限することができる長さ（Ｄ）である。実際には、この追加的な実施形態において、少なくとも２つのストッパ（７）要素は、最小軸方向長さ（Ｄ）（例えば２ｍｍ）であり、全ての磁石（１）の間の平均間隙の１／２から２／３の寸法（幅Ｌ）であり、各々がロータの端部の近くに配置されるのが好ましく、磁石の正確な位置決め及びＥＭＦの対称性を可能にする。加えて、ロータ（２）の軸方向寸法と同じ長さの単一のストッパではなく、この少なくとも２つの要素を使用することは、ロータの重量及び製造原価を軽減するのに効果的である。
【００３９】
さらに別の実施形態において、ロータ（２）は、磁石（１）の各端部の間に唯一のストッパ（７）を有し、長さ（図７においてＤで示す）は、磁石（１）の対称的な組み立てを依然として可能にするように、軸方向においてその表面の合計と等しくなく、表面の合計の１／３から２／３である。
【００４０】
図６において、磁石（１０）の１つが軸方向で位置合わせ不良であるロータの実施例を見ることができる。上述したように、この問題は、性能及び振動の問題を引き起こす可能性がある。図７において、本発明の好ましい実施形態のロータが示されており、ロータは、凹部（１２）を有する少なくとも１つのキャップ（１１）を備える。好ましい実施形態において、ロータ（２）には２つのキャップが必要であり、各凹部（１２）は、磁石（１）の間の間隙を超えて位置決めされ、少なくとも２つの磁石（１）が軸方向に変位するのを防ぐようになっている。凹部（１２）は、物理的な基準を形成することによって、磁石（１）の組み立てを助長するように作用し、磁石が軸方向において位置合わせ不良で取り付けられるのを防止する。凹部（１２）の半径方向長さ（Ｃ）は、磁石（１）を正確な位置に適切に調整された状態に維持するのに十分な長さである必要があり（磁石（１）の厚さの約１／３から１／１）、凹部の幅（Ｗ）は、少なくとも磁石（１）の間の間隙よりも大きな寸法である必要がある。幅（Ｗ）は、磁石（１）の間の間隙の１１／１０から、キャップ（１１）の全周囲まで変動することができる。凹部（１２）の深さ（Ｐ）は、磁石（１）の適切な組み立てを助けて、磁石を完全に組み付けて互いに位置合わせされた状態に維持するのに十分な深さである必要がある。凹部（１２）の深さ（Ｐ）は、凹部が磁石（１）の組立体を案内するのに十分な深さである必要があるが、磁石（１）の側面に触れないように注意する必要がある。換言すれば、キャップ（１１）の凹部（１２）の内側面と、これに対向する磁石（１）の側面との間に隙間をもたらす必要があり、この隙間は、磁石（１）を正確に結合するのを可能にするように適切である必要がある。実際には、凹部（１２）自体は、ロータに使用される磁石（１）の幅に応じて製作される。例示的に、この隙間は、使用されるロータの大きさに応じて、概して１ｍｍから５ｍｍまでである。従って、組み立て時、凹部（１２）は、ロータの性能又は製造に何ら弊害をもたらすことなく、ストッパとして磁石（１）の軸方向位置決めに実際に使用することもできる。さらに、図７において、ストッパ（７）を見ることができ、ストッパは、軸方向長さ（Ｄ）がロータ（２）の表面と同じ寸法である。
【００４１】
キャップは、金属素材又はポリマー材料で作ることができる。
【００４２】
好ましい実施形態の実施例を説明したが、本発明の範囲は、他の可能性のある変更形態を包含し、可能性のある均等物を含む請求項によってのみ限定されることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４３】
１  磁石
２  ロータ
７  ストッパ
Ｈ  高さ
Ｌ  幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2018110510000001.pdf