(57)【要約】【課題】本発明は、ロータコアの磁石孔に所望の磁石を形成でき、減磁を抑制できるロータおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のロータ１０は、磁石孔１２を有するロータコア１４、磁石孔１２の中に形成された磁石１６、磁石孔１２の内壁に接するスペーサ１８、スペーサ１８を固定するための固定手段２０ａ、およびロータコア１４の端部の端板２２を備える。磁石１６のバインダ樹脂のガラス転移温度または融点よりもスペーサ１８の融点を高くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されたコアシートを積層したロータコアと、
前記磁石孔の中に形成された磁石と、
前記磁石孔の内壁に接する非磁性体のスペーサと、
前記磁石孔の内壁に接した状態でスペーサを固定するための固定手段と、
前記ロータコアの端部に配置された端板と、
を備え、
前記磁石に含まれるバインダ樹脂のガラス転移温度または融点よりもスペーサの融点が高いロータ。
【請求項２】
前記スペーサは、磁石孔の端部に固定された請求項１のロータ。
【請求項３】
前記固定手段が、ロータコア、端板またはスペーサに設けられた請求項１または２のロータ。
【請求項４】
前記固定手段が、ロータコアの磁石孔を形成する内壁から磁石孔内に突出した爪状部である請求項１から３のいずれかのロータ。
【請求項５】
前記磁石が射出成形を含む工程によって形成された磁石であり、前記爪状部が射出成形の流れの上流から下流を向いている請求項４のロータ。
【請求項６】
前記固定手段が、端板に形成され、磁石孔への突出部である請求項１から５のいずれかのロータ。
【請求項７】
前記磁石孔の内壁と固定手段とによってスペーサを挟み込んで固定した請求項１から６のいずれかのロータ。
【請求項８】
前記固定手段は、スペーサと端板に形成され、嵌め合わせが可能な凸部と凹部である請求項１から７のいずれかのロータ。
【請求項９】
電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されたコアシートを積層してロータコアを形成する工程と、
前記磁石孔の内壁に接するように非磁性体のスペーサを配置する工程と、
前記ロータコアの端部に端板を配置する工程と、
前記スペーサの位置の位置を固定手段で固定する工程と、
前記スペーサの融点よりも低いガラス転移温度または融点のバインダ樹脂を含む材料を、磁石孔の中に射出成形し、該材料を着磁して磁石を形成する工程と、
を備えるロータの製造方法。
【請求項１０】
前記固定する工程が、スペーサを磁石孔の端部に固定する請求項９のロータの製造方法。
【請求項１１】
前記固定手段が、ロータコアの磁石孔を形成する内壁から磁石孔内に突出した爪状部であり、
前記固定する工程が、爪状部でスペーサを固定することを含む
請求項９または１０のロータの製造方法。
【請求項１２】
前記固定手段が、端板に形成され、磁石孔への突出部であり、
前記固定する工程が、スペーサを固定することを含む
請求項９から１１のいずれかのロータの製造方法。
【請求項１３】
前記固定する工程が、磁石孔の内壁と固定手段とによってスペーサを挟み込んで固定することを含む請求項９から１２のいずれかのロータの製造方法。
【請求項１４】
前記固定手段が、スペーサと端板に形成され、嵌め合わせが可能な凸部と凹部あり、
前記固定する工程が、凸部と凹部でスペーサを固定することを含む
請求項９から１３のいずれかのロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に使用するロータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円柱状のロータの周囲に環状のステータを備えた回転電機が種々開発されている。図８のように回転電機５０が圧縮機５２に適用された場合、円筒状のパイプ５４の中にステータ５６が配置され、その中にロータ５８が配置される。圧縮機５２には、冷媒を供給する管６０、冷媒を吐出する管６２、巻線に接続される端子６４、および圧縮機構６６が設けられる。ロータ５８が回転すると圧縮機構６６に冷媒が吸入、圧縮され、吐出される。
【０００３】
ロータ５８は、図９に示す円盤形状のコアシート２４を積層したロータコア６８、ロータコア６８に形成された磁石孔１２の中に埋設された磁石１６、ロータコア６８の端部に配置された端板７０、およびロータコア６８の中心に取り付けられた回転軸７２を備える。
【０００４】
ロータ５８は電機子反作用によるステータからの逆磁界によって減磁される。特に磁石１６の端部の磁極面側が減磁される。そのため、下記の特許文献１のように磁石１６の端部に空隙を形成したり、特許文献２のように非磁性体のスペーサを配置することが考えられる。空隙やスペーサによって磁束を減少させ、減磁を抑制することができる。
【０００５】
しかし、空隙を形成するのは難しく、射出成形時に所望の空隙ができない場合がある。全ての空隙が均一に形成されないと、減磁にもバラツキが生じ、磁石特性にバラツキが生じることになる。また、射出成形時にスペーサの位置がずれるおそれがあるが、特許文献２にはその対策は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１００４２８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６９５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ロータコアの磁石孔に所望の磁石を形成でき、減磁を抑制できるロータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のロータは、コアシートを積層したロータコア、磁石孔の中に形成された磁石、非磁性体のスペーサ、およびスペーサの位置を固定するための固定手段を備える。コアシートは軟磁性体の電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されている。スペーサは固定手段によって、磁石孔の内壁に接するように固定されている。磁石はボンド磁石であり、磁石に含まれるバインダ樹脂のガラス転移温度または融点よりもスペーサの融点が高い。
【０００９】
スペーサは、磁石孔の端部に固定される。減磁されやすい位置にスペーサを配置している。
【００１０】
固定手段は、ロータコア、端板またはスペーサに設けられている。複数の固定手段であっても良い。
【００１１】
固定手段は、ロータコアの磁石孔を形成する内壁から磁石孔内に突出した爪状部である。磁石は射出成形によって形成された磁石であり、爪状部が射出成形の流れの上流から下流を向いている。また、固定手段は、端板に形成され、磁石孔への突出部であっても良い。爪状部や突出部の固定手段は、磁石孔の内壁と固定手段とによってスペーサを挟み込んで固定する。
【００１２】
固定手段は、スペーサと端板に形成され、嵌め合わせが可能な凸部と凹部である。凸部と凹部の嵌め合わせによって固定する。
【００１３】
本発明のロータの製造方法は、電磁鋼板からなり、磁石孔が形成されたコアシートを積層してロータコアを形成する工程、磁石孔の内壁に接するように非磁性体のスペーサを配置する工程、ロータコアの端部に端板を配置する工程と、スペーサの位置を固定手段で固定する工程、スペーサの融点よりも低いガラス転移温度または融点のバインダ樹脂を含む材料を、磁石孔の中に射出成形し、該材料を着磁して磁石を形成する工程を備える。
【００１４】
固定する工程によって、スペーサを磁石孔の端部に固定する。
【００１５】
固定手段は、ロータコアの磁石孔を形成する内壁から磁石孔内に突出した爪状部であり、固定する工程は、爪状部でスペーサを固定することを含む。
【００１６】
固定手段は、端板に形成され、磁石孔への突出部であり、固定する工程は、スペーサを固定することを含む。
【００１７】
固定する工程は、磁石孔の内壁と固定手段とによってスペーサを挟み込んで固定することを含む。
【００１８】
固定手段は、スペーサと端板に形成され、嵌め合わせが可能な凸部と凹部あり、固定する工程が、凸部と凹部でスペーサを固定することを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、非磁性体のスペーサを磁石孔の端部に配置することによって、電機子反作用によるステータからの逆磁界によって発生する減磁を抑制することができる。スペーサであるため、射出成形時に空隙を形成することに比べて、容易である。
【００２０】
固定手段は、爪状部、突出部、凸部と凹部の組み合わせの少なくとも１つを使用しており、複雑な構成になっていない。従来のロータの製造方法とほぼ同様の工程でスペーサを固定することができる。固定手段が、射出材料の流れに逆らわない方向を向けることによって、スペーサを確実に磁石孔の内壁に接触させて固定することができる。
【００２１】
スペーサの融点がバインダ樹脂のガラス転移温度または融点より高いため、スペーサを射出成形するときに、磁石材料によってスペーサが溶融しないようになっている。スペーサが磁石の中にとけ込んだり、入り込んだりすることはなく、所望の磁石を形成できる。所望の磁力および形状の磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のロータを示す斜視図である。
【図２】ロータの端板を取り除いた図であり、（ａ）は端部を示す図であり、（ｂ）は固定手段付近（Ａ）の拡大図である。
【図３】磁石孔が円弧状の場合のロータの図であり、（ａ）は端部を示す図であり、（ｂ）は固定手段付近（Ｂ）の拡大図である。
【図４】端板に固定手段が設けられた図であり、（ａ）は端板の斜視図、（ｂ）は突出部を磁石孔に入れた側面図、（ｃ）は突出部と側壁でスペーサを挟み込んだ様子を示す図である。
【図５】凸部と凹部の固定手段を示す図であり、（ａ）は端板の凹部を示す図であり、（ｂ）はスペーサの凸部が端板の凹部に嵌め合わされた図である。
【図６】固定手段を複数使用した図である。
【図７】スペーサを両端に配置した図である。
【図８】圧縮機の断面を示す図である。
【図９】コアシートを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のロータとその製造方法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。
【実施例１】
【００２４】
図１、２に示す本発明のロータ１０は、磁石孔１２を有するロータコア１４、磁石孔１２の中に形成された磁石１６、磁石孔１２の内壁に接するスペーサ１８、スペーサ１８を固定するための固定手段２０ａ、およびロータコア１４の端部の端板２２を備える。なお、図１は説明のために、ロータコア１４と端板２２とを分離して示しているが、実際はロータコア１４の端部に端板２２が取り付けられる。
【００２５】
ロータコア１４はコアシート２４を積層したものである。コアシート２４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２４の表面は絶縁膜を被覆し、コアシート２４間の渦電流を防止する。図２（ａ）はコアシート２４の外形が円形になっているが、コアシート２４の外形を扇形にし、扇形の側部同士をつなぎ合わせて外形を円形にしても良い。複数のコアシート２４を積層したとき、ロータ１０の回転軸（図示せず）が嵌め合わされる回転軸用穴２６が中心に形成される。
【００２６】
コアシート２４は、磁石孔１２が形成されている。図２（ａ）のように、磁石孔１２をコアシート２４の平面から見ると帯状であり、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１２の両端はコアシート２４の外周付近に配置される。各コアシート２４の磁石孔１２は同一形状であり、回転軸を中心に対称になっている。ロータコア１４を形成したとき、一端から他端まで磁石孔１２が通じる。
【００２７】
コアシート２４における磁石孔１２よりも外周側に締結用穴２８を設ける。コアシート２４を積層したときに、締結用穴２８に締結部材を挿入して、積層されたコアシート２４を固定する。締結部材として、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穴２８に入る。また、コアシート２４にカシメを形成しておき、コアシート２４を積層したときに、カシメによってコアシート２４が一体になるようにしても良い。
【００２８】
磁石１６は、ボンド磁石である。磁石孔１２の中に射出成形によって磁石材料が充填され、着磁によって磁石１６が形成される。磁石材料は、バインダ樹脂に磁性粉または磁性粒を混入したものである。バインダ樹脂は、ポリアミドやポニフェニレンサルファイドなどである。磁石１６の数は偶数であり、Ｎ極とＳ極が交互にロータコア１４の外周に交互に現れるようになる。
【００２９】
スペーサ１８は非磁性体の樹脂で構成される。スペーサ１８は磁石孔１２の内壁に接した状態で固定される。スペーサ１８は磁石１６を形成する際に、減磁されやすい部分に設ける。磁石１６の端部、かつ磁極面側が減磁されやすい。そのため、磁石孔１２の内壁において、その両端部であり、かつロータコア１４の外周側にスペーサ１８を配置する。スペーサ１８は非磁性体であるので、空隙を作るのと同じ効果がある。少なくとも減磁されやすい部分にスペーサ１８を設けることができれば、他の部分までスペーサ１８が拡大されていても良い。
【００３０】
磁石１６のバインダ樹脂のガラス転移温度または融点よりもスペーサ１８の融点を高くする。射出成形時に溶融されたバインダ樹脂によってスペーサ１８を溶かさないためである。スペーサ１８はポリアミドやポニフェニレンサルファイドなどである。例えば、バインダ樹脂としてＰＡ１２（ポリアミド１２、ガラス転移温度５０℃、融点１７６℃）を使用した場合、スペーサ１８はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、ガラス転移温度８８℃、融点２９０℃）やＰＡ６（ポリアミド６、ガラス転移温度５０℃、融点２２５℃）が使用できる。また、バインダ樹脂としてＰＡ６を使用した場合、スペーサ１８はＰＰＳが使用できる。
【００３１】
スペーサ１８を固定するための固定手段２０ａは、射出成形時にスペーサ１８の位置がずれるのを防止する。図２（ｂ）のように、固定手段２０ａは、磁石孔１２の内壁から磁石孔１２内に突出したＬ字型の爪状部である。本実施例では爪状部に符号２０ａを付して、固定手段として説明する。磁石孔１２の内壁と爪状部２０ａとの間にスペーサ１８が挟み込まれ、固定される。爪状部２０ａは、全てのコアシート２４に設けても良いし、一部のコアシート２４だけに設けてあっても良い。
【００３２】
爪状部２０ａの先端の向いている方向は、射出成形時の材料の流れの下流方向を向いている。射出成形における材料の流れの上流側から爪状部２０ａによってスペーサ１８を固定する。射出成形時にスペーサ１８と磁石孔１２の内壁に隙間ができて磁石材料が入るのを防止し、スペーサ１８が磁石孔１２の内壁から離れないようにするためである。
【００３３】
端板２２は非磁性体で構成され、ロータコア１４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。端板２２には、磁石材料を磁石孔１２に射出するための射出成形用穴３０を設ける。図１では、磁石孔１２の中心に射出成形用穴３０が配置されるが、その位置は磁石孔１２の形状などによって適宜変更される。
【００３４】
コアシート２４と同様に締結用穴３２を設け、締結部材が通されるようにする。締結部材の軸がコアシート２４の締結用穴２８と同時に締結用穴３２に通されて、ロータコア１４と端板２２とが一体になるように締結部材で固定される。さらに、端板２２にも回転軸用穴３４を設けて、回転軸が入って固定されるようにする。
【００３５】
ロータ１０の中心に回転軸が嵌め込まれて、固定される。ロータ１０を備えた回転電機が圧縮機に適用される場合、回転軸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１４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１０を回転させる。ロータ１０は、スペーサ１８によって、電機子反作用によるステータからの逆磁界によって発生する減磁を抑制する。
【００３６】
次に、ロータ１０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２４を形成する。打ち抜き加工をおこなう際、コアシート２４には磁石孔１２、締結用穴２８および回転軸用穴２６を形成する。コアシート２４の外形を形成したとき、同一工程または別工程で磁石孔１２などを形成する。全てのコアシート２４に爪状部２０ａを形成しても良いし、一部のコアシート２４に爪状部２０ａを形成しても良い。
【００３７】
（２）コアシート２４を積層してロータコア１４を形成する。コアシート２４を積層するとき、磁石孔１２と締結用穴２８の位置が一致するようにして、ロータコア１４を貫く磁石孔１２と締結用穴２８が形成されるようにする。図１では、少なくともロータコア１４の一番端部に配置されるコアシート２４は、爪状部２０ａを備えたコアシート２４である。
【００３８】
（３）ロータコア１４の磁石孔１２の内壁に接するようにスペーサ１８を配置する。このとき、爪状部２０ａによってスペーサ１８を内壁から離れないように固定する。スペーサ１８は磁石孔１２の内壁と爪状部２０ａとの間に挟まれて固定される。１つのスペーサ１８に対して、少なくとも１つの爪状部２０ａで固定する。
【００３９】
（４）ロータコア１４の両端に端板２２を配置し、締結用穴２８、３２に締結部材を挿入し、ロータコア１４と端板２２を固定する。
【００４０】
（５）磁石材料を磁石孔１２に射出成形し、着磁によって磁石１６を形成する。磁石孔１２は磁石材料とスペーサ１８で満たされる。上記のように、磁石材料は、スペーサ１８の融点よりも低いガラス転移温度または融点のバインダ樹脂を備えているため、射出成形時にスペーサ１８が磁石材料の中に溶け出したり、変形したりすることがない。また、爪状部２０ａによってスペーサ１８が固定されており、スペーサ１８が磁石１６の中に入ることもない。所定形状の磁石１６を形成できる。着磁は、ロータコア１４の外方から磁石材料に磁界を印加することによっておこなう。
【００４１】
従来のように空隙を形成するのではないため、射出成形時にスペーサ１８によって電機子反作用によるステータから逆磁界による減磁を発生させないための構造を容易に、かつ確実に形成できる。
【００４２】
なお、上記（４）の後、または上記（５）の後に回転軸用穴２６、３４に回転軸を挿入して、固定する。ロータ１０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。
【実施例２】
【００４３】
本発明が適用される磁石孔１２はコの字状に限定されない。コアシート２４を平面から見たときに帯状になった磁石孔１２に適用できる。例えば、図３のように回転軸に向かって凸になった円弧状の磁石孔１２'の端部にスペーサ１８を配置する。スペーサ１８を端部に密着させる爪状部２０ａを設ける。爪状部２０ａは、磁石孔１２に突出している。磁石孔１２の内壁が曲面になっているため、スペーサ１８は内壁に合わせて曲面状にする。スペーサ１８を内壁に密着させるようにする。
【実施例３】
【００４４】
固定手段は爪状部２０ａに限定されない。例えば、図４（ａ）のように、固定手段が、端板２２に設けた突出部２０ｂであっても良い。図４（ｂ）、（ｃ）のように、ロータコア１４に端板２２を取り付けたとき、突出部２０ｂが磁石孔１２に入る。磁石孔１２の内壁と突出部２０ｂとでスペーサ１８を挟み込んで固定する。突出部２０ｂは円柱状になっているが、角柱状になっていてもよい。
【００４５】
実施例１では、スペーサ１８を配置する際に爪状部２０ａによってスペーサ１８の位置を固定したが、本実施例では、端板２２を配置すると同時にスペーサ１８を固定することになる。
【実施例４】
【００４６】
実施例１と２は磁石孔１２の内壁と固定手段（爪状部２０ａ、突出部２０ｂ）とでスペーサ１８を挟み込んだが、この構成に限定されない。図５のように、スペーサ１８と端板２２とに嵌め合わせ可能な凸部２０ｃと凹部２０ｄを設けて固定手段とする。図５では、スペーサ１８に凸部２０ｃを設け、端板２２に凹部２０ｄを設けている。端板２２をロータコア１４に取り付けたとき、凸部２０ｃが凹部２０ｄに嵌め込まれるようにする。スペーサ１８の凸部２０ｃを嵌め込んだとき、スペーサ１８は磁石孔１２の内壁に接するようにする。なお、スペーサ１８に凹部２０ｄを設け、端板２２に凸部２０ｃを設けても良い。
【００４７】
本実施例は、実施例３と同様に、端板２２を配置するときにスペーサ１８を固定することになる。射出成形をおこなうときにはスペーサ１８が固定されており、スペーサ１８の位置はずれない。スペーサ１８を備えた減磁抑制の構造を確実に形成できる。
【実施例５】
【００４８】
実施例１では、磁石孔１２の各端部に１つの爪状部２０ａが設けられたが、図６のように、２つの爪状部２０ａを設けても良い。図６は爪状部２０ａであるが、突出部２０ｂを複数にしたり、凸部２０ｃと凹部２０ｄを複数にしたりしても良い。
【００４９】
また、上述した各固定手段を組み合わせて、複数の固定手段を設けても良い。例えば、爪状部２０ａと突出部２０ｂの両方でスペーサ１８を固定したり、凸部２０ｃと凹部２０ｄで固定しながら爪状部２０ａか突出部も利用する。
【実施例６】
【００５０】
図７のように、磁石孔１２'の両端の内壁に接するようにスペーサ１８を配置しても良い。上述した特許文献と同じ位置にスペーサ１８を配置することになる。スペーサ１８を配置する際、磁石孔１２'に突出した爪状部２０ａによって両端に固定される。
【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
１０：ロータ
１２、１２'：磁石孔
１４：ロータコア
１６：磁石
１８：スペーサ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ：固定手段
２２：端板
２４：コアシート
２６、３４：回転軸用穴
２８、３２：締結用穴
３０：射出成形用穴
【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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【図８】
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【図９】
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