(57)【要約】【課題】切削加工を伴うことなく、バランス調整を適正に行うことができる永久磁石形回転電機のロータ及びそのバランス調整方法を提供する。【解決手段】永久磁石形回転電機のロータ４は、永久磁石を保持したロータコア１３と、該ロータコア１３の軸方向の少なくとも一端部に装着され、バランス調整用ウェイト２１をカシメ固定可能な複数の突起２０を有するバランスリング１６とを備えている。少なくとも、突起２０にバランス調整用ウェイト２１を装着するか突起２０を切断することによりバランス調整を行う。【選択図】図２
2012165534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を保持したロータコアと、該ロータコアの軸方向の少なくとも一端部に装着され、バランス調整用ウェイトをカシメ固定可能な複数の突起を有するバランスリングとを備えたことを特徴とする永久磁石形回転電機のロータ。
【請求項２】
前記バランスリングは、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム鋳造品及びアルミニウム合金鋳造品の何れか１つで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形回転電機のロータ。
【請求項３】
前記バランスリングは、鋳鉄で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形回転電機のロータ。
【請求項４】
永久磁石を保持したロータコアの軸方向の少なくとも一端部に、バランス調整用ウェイトをカシメ固定可能な複数の突起を有するバランスリングを装着し、
該バランスリングの前記突起にバランス調整用ウェイトをカシメ固定するバランス調整方法と、前記バランスリングの前記突起を切断するバランス調整方法との少なくとも一方を選択してバランス調整を行うことを特徴とする永久磁石形回転電機のロータのバランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータに所定の空隙を有して対向して回転する永久磁石を有する永久磁石形回転電機のロータ及びそのバランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の永久磁石形回転電機のロータや、その他の回転電機のロータにおいては、材料の不均一や加工の公差などの偏差の影響で必ずアンバランス(回転物のバランス不釣り合いの状態)が発生する。このアンバランスは荷重となり、回転時にはロータの円周方向への遠心力となり回転に影響を及ぼすことから、ロータの回転速度に従って荷重が増大して、径方向の変位を発生させる要因となる。この径方向の変位は、軸振動としてロータや回転機械に振動を引き起こす原因となるために、回転機械においてはＪＩＳ  Ｂ０９０５（回転機械−剛性ロータの釣合い良さ）などに示されるようにロータや回転体の大きさや用途などにより決定された釣合い良さ等級に対して回転体質量や回転速度、修正面までの距離を加味し算出される許容アンバランス量以下となるようにバランス調整を行っている。
【０００３】
このようなバランス調整を行うロータとして、例えば、電磁鋼板が積層されたロータコアと、ロータコアに周方向且つ凸多角形状に配列された永久磁石と、ロータコアに配置された永久磁石の半径方向外側に設けられたバランス調整孔とを有するモータ及び圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ロータの端部に配置した磁性材からなる端板の厚さ，大きさ，枚数を変えることで電動機の最高回転数を調整するようにした電動機の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、ロータ鉄心の中に埋め込まれている磁石を有するロータとステータからなる電動機であって、バランス調整用ウェイト部と端板部を一体とするバランス調整用ウェイト一体型端板とするとともに、バランス調整用ウェイト一体型端板の端板部に切欠部を設けるようにした電動機も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
さらにまた、磁石が埋め込まれた積層鉄心を挟み込んでいる片方のエンドプレートが、樹脂製の終端リングと金属製の終端リングとによる一体構造を有し、樹脂製の終端リングと金属製の終端リングとは、お互いが接する部分に、それぞれが嵌まり合う段差形状を有している電動機のロータも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７８２３３号公報
【特許文献２】再公表特許ＷＯ０２／０１９４９９号公報
【特許文献３】特開２００４−３３６９２５号公報
【特許文献４】特開２００４−２２２３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来例にあっては、ロータコアに直接バランス調整穴を設ける必要あるため、永久磁石とロータコア外径との間隔が狭い場合、必要な位置にバランス調整穴を設けることが困難である。また、ドリルなどの工具を使用する必要があり、掘削粉などがロータの磁石挿入穴や積層しているロータコア間に入る恐れがあり、品質面で問題が生じる。さらに、磁束の少ない領域にバランス調整穴を設けるにしても、調整穴すなわち空間が軸方向及び径方向に対して磁束の流れに偏倚が生じるため、効率低下を招くことになる等の未解決の課題がある。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、バランス調整用ウェイトの厚みを変えるにより電動機の最高回転数を調整するようにしているが、バランス調整用ウェイトとロータコアと永久磁石の軸方向抑えの端板とはカシメピンによって一体化されている。このため、カシメピンによる一体化の工程前にバランス調整、すなわちバランス調整用ウェイトの大きさやバランス調整用ウェイトの枚数を決定する必要があり、カシメ後に指定されたアンバランス量をオーバーした場合、再調整し指定のアンバランス量以下とする事は困難である。また、ロータコアにはカシメピンを通すためのカシメピン穴が必要となり、カシメピン穴がない場合と比較して、磁束の流れに影響が少ない位置にカシメピン穴を設けるにしても効率低下の影響が考えられるという等の未解決の課題がある。
【０００８】
また、特許文献３に記載された従来例あっては、リベットによるロータ、端板、バランス調整用ウェイト一体化の工程前にバランス調整を行う必要があり、一体化後に指定されたアンバランス量をオーバーした場合、再調整し指定のアンバランス量以下とする事は困難である。また、ロータコアにはリベットを通すためのリベット穴が必要となり、リベット穴がない場合と比較して、磁束の流れに影響がない位置にリベット穴を設けるにしても効率低下の影響がある等の未解決の課題がある。
【０００９】
また、特許文献４に記載の従来例にあっては、樹脂製のリングを用いることでロータの軽量化を図りつつ、金属部を研削することによりバランス調整を行うようにしているが、バランス調整のために金属部を研削する必要があり、研削粉が積層しているロータコアに入る恐れがあり、品質面で問題が生じるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上述した従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、掘削粉や研削粉等の切削屑を生じる切削加工を行うことなく、バランス調整を適正に行うことができる永久磁石形回転電機のロータ及びそのバランス調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る永久磁石形回転電機のロータは、永久磁石を保持したロータコアと、該ロータコアの軸方向の少なくとも一端部に装着され、バランス調整用ウェイトをカシメ固定可能な複数の突起を有するバランスリングとを備えたことを特徴としている。
また、本発明の第２の態様に係る永久磁石形回転電機のロータは、前記バランスリングは、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム鋳造品及びアルミニウム合金鋳造品の何れか１つで構成されていることを特徴としている。
【００１１】
さらに、本発明の第３の態様に係る永久磁石形回転電機のロータは、前記バランスリングは、鋳鉄で構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の第４の態様に係る永久磁石形回転電機のロータのバランス調整方法は、永久磁石を保持したロータコアの軸方向の少なくとも一端部に、バランス調整用ウェイトをカシメ固定可能な複数の突起を有するバランスリングを装着し、該バランスリングの前記突起にバランス調整用ウェイトをカシメ固定するバランス調整方法と、前記バランスリングの前記突起の切断するバランス調整方法との少なくとも一方を選択してバランス調整を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ロータコアの軸方向の少なくとも一端部に装着するバランスリングに、バランス調整用ウェイトをカシメ固定可能な複数の突起を形成したので、バランスリング及びロータコアを回転軸に装着した状態で、少なくともバランスリングの突起にバランス調整用ウェイトを装着するかまたは突起自体を切断することにより、掘削粉や研削粉等の切削屑が発生することなくバランス調整を短時間で容易に行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す永久磁石形回転電機を示す断面図である。
【図２】図１のロータを示す斜視図である。
【図３】図２のバランスリングを取り外した状態の斜視図である。
【図４】図３のＰ方向矢視図である。
【図５】本発明に適用し得るバランスリングの斜視図である。
【図６】図５のバランスリングの分解斜視図である。
【図７】図５のバランスリングの正面図である。
【図８】従来例を示す斜視図である。
【図９】従来例に適用し得る端板を示す斜視図である。
【図１０】図９の端板の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す永久磁石形回転電機としての永久磁石形同期モータを示す断面図である。
図１において、永久磁石形同期モータ１は、埋込磁石（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造を有する。
【００１５】
この永久磁石形同期モータ１は、円筒状フレーム２を有し、この円筒状フレーム２の内周側にはステータ３が配置され、このステータ３の内周側には所定のエアギャップを介して対向するロータ４が配置されている。このロータ４は回転軸５に装着されている。
ステータ３は、高透磁率の電磁鋼板を打ち抜いたステータ用コアプレートが軸方向に積層されて形成されたステータコア６を有し、このステータコア６には、内周面側に軸方向に延長するスロット７が形成され、このスロット７内に励磁コイル８が巻装されている。ここで、励磁コイル８の巻き方は集中巻及び分布巻の何れを採用してもよい。
【００１６】
一方、ロータ４は、図２に示すように、高透磁率の電磁鋼板を打ち抜いたロータ用コアプレートが軸方向に積層された例えば６つの磁極１２を有するロータコア１３を備えている。このロータコア１３は、軸方向に貫通して形成された複数例えば６個の磁石挿通孔１４と、これら磁石挿通孔１４内に周方向に隣り合う磁極１２が異極性となるように挿入した永久磁石１５とを備えている。ここで、永久磁石１５は希土類磁石で構成されている。
【００１７】
そして、ロータ４は、図２に示すように、回転軸５におけるロータコア１３の軸方向の両端面にバランスリング１６が焼き嵌めや圧入等によって円周方向の回転及び軸方向の移動をしないように強固に固定されている。このバランスリング１６は、回転軸５を挿通する断面円形の中心孔１７が形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製のドーナツ状の円板１８を有する。
【００１８】
この円板１８は、ロータコア１３との間に接触面を設けており、中心孔１７部にロータコア側１３側もしくは突起側２０側より、図４及び図５に示すように、鉄製の円環状のブッシュ１９が固定されている。また、円板１８のブッシュ１９と外周縁との間の略中央部を通る円周上に等間隔で例えば１２本の突起２０がロータコア１３とは反対側に突出して一体に形成されている。この突起２０は、バランス調整用ウェイト２１をカシメ固定可能に形成されているとともに、掘削粉や研削粉等の切削屑を生じる特殊な切削加工を使用することなく、金切り鋏等の板金工具で容易に切断可能とされている。
【００１９】
ここで、円板１８とブッシュ１９とはブッシュ１９をダイキャスト金型に装着した状態でアルミニウムまたはアルミニウム合金をダイキャスト成型することによりブッシュ１９を円板１８内に埋め込み成型している。
バランス調整用ウェイト２１は、図２に示すように、任意の突起２０を嵌挿可能な中心孔を有する円筒状に形成されている。
【００２０】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
ロータ４を組み立てるには、先ず、図３に示すように、回転軸５に積層された電磁鋼板で構成されるロータコア１３を装着し、その後又はその前にロータコア１３の磁石挿通孔１４内に、永久磁石１５を挿通する。
その後、回転軸５におけるロータコア１３の軸方向の両端に、バランスリング１６を、その平坦面をロータコア１３の軸方向端面に当接させた状態で、円周方向の回転と軸方向の移動が不可能となるように強固に固定することにより、ロータ４の組立てを完了する。
【００２１】
このように、ロータコア１３の軸方向の両端にバランスリング１６を装着することにより、ロータコア１３に形成された磁石挿通孔１４の開口部が閉塞されることになり、永久磁石１５の軸方向の位置決めを行うことができる。
ロータ４の組立てが完了すると、バランスマシンにロータ４を取り付ける。このとき、回転軸５の軸受装着部５ａ及び５ｂを支点としてバランスマシンに取り付ける。
【００２２】
そして、バランスマシンでロータ４を一定の回転速度で回転させることにより、回転体のアンバランス量を測定する。測定したアンバランス量に基づいてＪＩＳ  Ｂ０９０５などに示される２面釣り合わせにおいて、回転機械の使用する最高回転速度や回転体の質量に応じた許容値以下となるように、バランス調整を行う。このバランス調整は、バランス調整用ウェイト２１を図２に示すように突起２０に装着してカシメ固定するバランス調整方法か、突起２０自体を金切り鋏等の板金工具で切断するバランス調整方法か、さらにはバランス調整用ウェイト２１の装着と突起２０の切断との双方を行うバランス調整方法を適用してバランス調整を行う。
【００２３】
このように、上記実施形態によると、円周方向に等間隔で複数の突起２０を設けたバランスリング１６の突起２０を使用してバランス調整を行うので、バランス調整作業を容易に短時間で行うことができる。しかも、ロータ４の組立が完了した時点で、バランス調整を行うことができるので、正確なバランス調整を行うことができる。
さらに、バランス調整方法が、バランス調整用ウェイト２１を突起２０にカシメ固定するバランス調整方法と、必要な箇所の突起２０を切断するバランス調整方法と、バランス調整用ウェイト２１の装着及び突起２０の切断との双方を行うバランス調整方法とを選択することができるので、きめ細かなバランス調整を行うことができる。
【００２４】
因みに、従来例では、図６〜８に示すように、本実施形態のバランスリング１６を使用することなく、単にロータコア１３の軸方向両端を固定する端板３１を使用している。この場合には、端板３１に、図７及び図８に示すように、バランス調整位置の目安となる円周面に形成した溝３２や端面に形成した溝３３を形成したり、バランス調整用ウェイトを装着するネジタップ３４を形成したりする。そして、測定したアンバランス量に基づいて溝３２または３３の一部を特殊な機械加工による切削作業や、ネジタップ３４にバランス調整ネジを固定するなどの作業を施す必要があり、バランス調整位置の見極めが難しく、バランス調整作業に時間がかかるという不具合がある。また、切削加工によって生じた切削屑などの清掃作業にも時間がかかることや清掃作業が不十分であればロータ４の外周部や軸受装着部５ａ，５ｂなどに切削屑が侵入し故障の要因となる恐れもある。
【００２５】
このような不具合を防止するため、バランス調整作業には慎重かつ正確さを要求されることなどから作業時間の長時間化や作業者や機械による製品にバラツキが生じ、品質が不安定化するなどの問題が生じている。
しかしながら、本実施形態では、上述したように、バランス調整作業がバランス調整用ウェイト２１の突起２０へのカシメ固定や、突起２０の切断などを行うだけで、切削屑が発生することはなく、短時間で正確なバランス調整を行うことができる。特に、突起部の切断を行う場合でも、切断された突起は目視可能な大きさを持っているため、ロータ４の外周部や軸受装着部５ａ，５ｂなどに入り込む心配は殆ど無く、また仮に入り込んだとしても、これを探し出し取り除くことは容易であるから、前述の従来技術のように研削屑が蓄積され品質が低下する恐れは無い。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、回転軸５にロータコア１３の軸方向両端側にそれぞれバランスリング１６を装着した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータコア１３の何れか一方にバランスリング１６を装着し、他方にバランス調整を行わない端板を装着するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、バランスリング１６をアルミニウムまたはアルミニウム合金をダイキャスト成型して構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アルミニウムまたはアルミニウム合金を切削加工して円板１８を形成し、この円板１８に突起嵌合穴を形成し、この突起嵌合穴に突起２０を嵌合させてバランスリング１６を構成するようにしてもよい。さらには、鋳鉄を鋳込んでバランスリング１６を形成するようにしてもよい。この場合には、ブッシュ１９を省略することができる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、円板１８の中心孔、ブッシュ１９の内周面が円形である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転軸５のバランスリング装着部の断面形状を円周方向の回転を阻止する二面幅形状、方形形状、楕円形状等の任意の形状である場合には、これらに合わせた形状とすることができる。
また、上記実施形態においては、ロータ４の磁極数が６である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の磁極数に設定することができる。
【００２８】
また、上記実施形態においては、１つの永久磁石１５で１つの磁極を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石をＶ字形状やＵ字形状等に配置することもできる。
また、上記実施形態においては、ロータ４が埋込磁石構造である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石を外周面に配置する表面磁石構造とすることもできる。
また、上記実施形態においては、永久磁石形回転電機として永久磁石形同期モータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の形式の永久磁石形回転電機にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…永久磁石形同期モータ
２…円筒状フレーム
３…ステータ
４…ロータ
５…回転軸
５ａ，５ｂ…軸受装着部
６…ステータコア
７…スロット
８…励磁コイル
１２…磁極
１３…ロータコア
１４…磁石挿通孔
１５…永久磁石
１６…バランスリング
１７…中心孔
１８…円板
１９…ブッシュ
２０…突起
２１…バランス調整用ウェイト
【図１】
2012165534.tif 000003
【図２】
2012165534.tif 000004
【図３】
2012165534.tif 000005
【図４】
2012165534.tif 000006
【図５】
2012165534.tif 000007
【図６】
2012165534.tif 000008
【図７】
2012165534.tif 000009
【図８】
2012165534.tif 000010
【図９】
2012165534.tif 000011
【図１０】
2012165534.tif 000012