JP2015042122A - ロータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能なロータを提供すること
【解決手段】電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートSを回転軸RSの軸方向に積層して成る円筒状のロータコア1と、このロータコア1に設けられた複数の磁石孔2に充填された複数のボンド磁石3と、を備えたロータ10において、ロータコア1の軸方向端部に配設され、焼嵌めにより回転軸RSと締結された締結部材4と、締結部材4とロータコア1との間に配設され、締結部材4からロータコア1への伝熱を阻害する熱抵抗部材5と、を備えるように構成した。
【選択図】図1
【解決手段】電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートSを回転軸RSの軸方向に積層して成る円筒状のロータコア1と、このロータコア1に設けられた複数の磁石孔2に充填された複数のボンド磁石3と、を備えたロータ10において、ロータコア1の軸方向端部に配設され、焼嵌めにより回転軸RSと締結された締結部材4と、締結部材4とロータコア1との間に配設され、締結部材4からロータコア1への伝熱を阻害する熱抵抗部材5と、を備えるように構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、ラジアルギャップ型回転電機に用いられるロータに関するものである。
ラジアルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転可能に配設されたロータと、このロータの径方向にギャップを隔てて配設されたステータとを備える回転電機である。かかる回転電機の一つとして、埋込磁石(IPM:Interior Permanent Magnet)型と呼ばれる回転電機が知られている。IPM型回転電機用のロータは、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、このロータコアに形成された複数の磁石孔に配設された複数の磁石とを備える。従来のロータは、その多くが、予め所定の形状に成形加工された焼結磁石を各磁石孔に収容したものであり、各磁石孔を覆う非磁性体の端板をロータコアの軸方向端部に設けることで焼結磁石の離脱を防止している。
かかるロータにおいて、ロータコアを回転軸に締結する手法の一つとして「焼嵌め」が挙げられる。ロータコアを回転軸に焼嵌めしたロータは締結力が高く経時的な回転軸の緩みが生じ難いという利点を有する一方、ロータコアが高温に加熱されるため磁石の磁気特性が熱の影響で劣化するおそれがある。そこで、ロータコアと回転軸の嵌め合いをすきまばめ又は中間ばめとしつつ、回転軸をロータコアと一体的に設けられた端板やバランスウエイトと締結するロータが下記特許文献1〜3に開示されている。かかるロータによれば、ロータコアを加熱することなく又は加熱温度を抑制して回転軸との嵌め合いが可能となるため、焼嵌めによる熱の影響を低減し得るものと考えられる。
一方、従来から、ロータコアの各磁石孔にボンド磁石を射出成形して成るロータが知られている。当該ロータによれば、ボンド磁石が各磁石孔に隙間なく充填されるため、ロータコアを構成する各コアシートの積層間の固定強度が高められると同時に、磁石孔から離脱することがなく上述した端板等の構成が不要であるという利点がある。また、各磁石孔にボンド磁石が直接射出成形されるため、磁石の形状や大きさ等の寸法誤差を考慮する必要がなく量産性に優れている。
ところが、ボンド磁石を用いたロータは、焼結磁石では得られない上述のような利点を有するものの、ロータコアを回転軸に焼嵌めする場合には、ボンド磁石特有の前記利点が一転して焼結磁石よりも熱の影響を受け易くする要因となる。その主な理由として、第一に可塑性樹脂を含有するボンド磁石は焼結磁石よりも耐熱性が低い点、第二にボンド磁石は磁石孔に隙間なく充填される分、コア部分や端板との接触面積が焼結磁石よりも大きくなりボンド磁石への熱伝達率が高くなる点が挙げられる。よって、下記特許文献1〜3に開示された技術を採用したところで、熱によるボンド磁石の磁気特性劣化を効果的に防止することができない。
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能なロータを提供することを目的としている。
本発明は、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、該ロータコアに設けられた複数の磁石孔に充填された複数のボンド磁石と、を備えたロータであって、前記ロータコアの前記軸方向端部に配設され、焼嵌めにより前記回転軸と締結された締結部材と、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配設され、前記締結部材から前記ロータコアへの伝熱を阻害する熱抵抗部材と、を備えることを特徴とする。
本発明のロータは、前記締結部材が非磁性金属材料から成り、前記熱抵抗部材が前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材であることを特徴とする。
本発明のロータは、前記熱抵抗部材が前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備えることを特徴とする。
本発明のロータは、前記熱抵抗部材が、前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサであることを特徴とする。
本発明のロータは、前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有し、前記一対の突起部のうち、一方は前記ロータコアの前記磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は前記締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿されていることを特徴とする。
本発明のロータは、前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されていることを特徴とする。
本発明のロータは、前記締結部材がバランスウエイトを備えることを特徴とする。
本発明のロータは、前記回転軸が、前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされていることを特徴とする。
本発明に係るロータによれば、ロータコアと締結部材との間に熱抵抗部材を設けたことで、締結部材とロータコアの間の熱抵抗が高められる。このため、締結部材からロータコア側への伝熱を大幅に低減しつつ、締結部材を回転軸に焼嵌めすることができる。これにより、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能となる。
前記締結部材が非磁性金属材料から成り、前記熱抵抗部材が前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材である本発明のロータによれば、両部材の熱伝導率が大きく異なるため、締結部材からロータコアへの熱伝達率をより効果的に低減することができる。
前記熱抵抗部材が前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備える本発明のロータによれば、凹部によって熱抵抗部材とボンド磁石との間に形成される隙間を第二の熱抵抗部として機能させることで、締結部材からボンド磁石への熱伝達率をより一層低減することができる。また、ボンド磁石がロータコアの軸方向端面から突出する位置まで形成されている場合であっても、突出したボンド磁石を熱抵抗部材の凹部へ収容して取り付けることで対応可能となる。
前記熱抵抗部材が前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサである本発明のロータにおいても、締結部材とボンド磁石とが非接触となるため、ボンド磁石の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコアを回転軸と一体的に締結することが可能となる。
前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有する本発明のロータによれば、一対の突起部のうち、一方はロータコアの磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿された形で取り付けられることで、前記熱抵抗部材の機能と、ロータコアの空転防止機構としての機能とをスペーサに兼備させることができる。
前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されている本発明のロータによれば、回転軸と締結部材との締結長さが十分に確保でき、これらをより強固に締結することができる。
前記締結部材がバランスウエイトを備える本発明のロータによれば、回転軸とバランスウエイトの締結も焼嵌めで行うことができるため、ロータ回転時に大きな遠心力がかかるバランスウエイトをより安定的に回転軸に保持することが可能となる。
前記回転軸が前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされている本発明のロータによれば、ロータコアと回転軸との嵌め合いに関し締結部材より締め代を小さく設計できる分、十分に低い温度での焼嵌めや圧入が可能であり、ボンド磁石に与える熱の影響を大きく抑制することができる。とりわけ、ロータコアと回転軸との嵌め合いを「すきまばめ」とすれば、回転軸の外面とロータコアの軸孔との間に形成される隙間も熱抵抗部として機能させることができ、締結部材から回転軸を通じてロータコアへ伝わる熱の影響をも抑制することが可能となる。このため、ロータコアからボンド磁石への伝熱を最小限に抑制することができ、磁気特性の劣化をより効果的に防止することができる。
以下、本発明に係るロータの実施形態について図面を用いて説明する。以下の説明において、「軸方向」とは、回転軸の軸心に平行な方向を指すものとし、「回転方向」とは、回転軸の軸心を中心とする時計回り方向又は反時計回り方向のうち、いずれか一方を指すものとする。また、各図面において、ロータコアを構成する各コアシートの断面を示す部分のハッチングは省略している。
図1(a),(b)に示すように、第一実施形態に係るロータ10は、回転軸RSの軸心Oを中心として回転する円筒状のロータコア1と、このロータコア1に設けられた複数の磁石孔2に充填された複数のボンド磁石3と、を備えた一体型インナロータであり、ロータコア1の軸方向端部に配設された締結部材4を備えている。本実施形態のロータ10は、ロータコア1の外周面に異なる極性の磁極Pが回転方向に交互に4極配置されており、その外周面が回転電機のステータ(図示省略)と所定のギャップを隔てて対向するように配置される。ロータ10において、磁極Pの極数は偶数である限り特に限定されず、例えば、ステータのスロット数やボンド磁石3の磁力、回転電機の用途などに応じて適宜設計変更が可能である。
ロータコア1は、表面を絶縁処理された、厚さ0.3〜0.5mm程度の軟磁性体の電磁鋼板を所定形状に形成した複数枚のコアシートSを回転軸RSの軸方向に積層して成る積層体である。本実施形態において、各コアシートSは、中央部に円形孔を有する中空円板状に形成されており、その本体には当該円形孔側に凸な円弧状孔が周方向に等ピッチで複数(本実施形態では4個)形成されている。本実施形態では、各コアシートSに形成された円弧状孔をそれぞれ軸方向に連通するように配置して各コアシートを積層することにより、ロータコア1に複数の磁石孔2が形成される。同様に、各コアシートSに形成された各円形孔をそれぞれ軸方向に連通するように配置して各コアシートSを積層することにより、回転軸RSを挿通させる軸孔H1がロータコア1の中央部に形成される。
ボンド磁石3は、ロータコア1を磁化させて磁極Pを形成するための起磁力源であり、上述した各磁石孔2に充填されている。ボンド磁石3は、例えばネオジム等の磁性材料を可塑性樹脂から成るバインダに混合して成形・固化し、さらに磁化させたものである。本実施形態のボンド磁石3は、ロータコア1の各磁石孔2に直接射出成形されており、各磁石孔2内に隙間なく充填され、且つ、ロータコア1の軸方向端面と面一になる高さに形成されている。また、ボンド磁石3は、異なる極性(N極・S極)の磁極面を有し、これらがロータコア1の径方向に対向する曲面側にそれぞれ形成されている。本実施形態では、回転方向に隣り合うボンド磁石3のロータコア1の外周側に位置する磁極面の極性が異なる極性になるように配置されている。これにより、ロータコア1の外周面には異なる極性の磁極P(N極とS極)が回転方向に交互に形成される。
締結部材4は、ロータコア1の軸方向端部に一体的に取り付けられた環状の非磁性金属部材である。本実施形態の締結部材4は、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮などの非磁性金属材料をダイカスト法や鋳込み法等により所望の形状に鋳造した成形体から構成されている。あるいは、前述した非磁性金属の薄板を所定形状に打抜き形成した複数枚の板状部材を板厚方向へ積層し、これらの積層間を接着、溶接、ピンカシメ等により一体化した積層体を締結部材4として用いることもできる。本実施形態の締結部材4は、ロータコア1の一端側にのみ設けられており、他端側に配設された回転軸RSのフランジ部Fと共にロータコア1を挟持しているが、締結部材4はロータコア1の両端側に設けられていてもよい。なお、締結部材4は、ロータコア1との間に後述する熱抵抗部材5が所定の厚さ以上で介在する場合、鉄などの磁性体であってもよい。非磁性体である熱抵抗部材5が磁気抵抗ともなるためである。ここで、所定の厚さとは、エアギャップ長の2倍程度をさす。ロータの磁束が、磁性体である締結部材5より、ステータコアのほうに流れるようにするためである。
締結部材4は、ロータコア1と同様、中央部に軸孔H4が設けられており、この軸孔H4を通じて回転軸RSと焼嵌めにより締結されている。本実施形態では、締結部材4と回転軸RSとの間の締め代が、少なくともロータコア1と回転軸RSとの間の締め代よりも大きくなるように軸孔H4の径寸法を設計している。なお、本実施形態において、締結部材4と回転軸RSとの嵌め合いが所要の締結力で締結保持される限り、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いの形態は任意である。本実施形態に係るロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いは、図1に示すように「すきまばめ」を採用しているが、「締まりばめ」、若しくは「中間ばめ」であってもよい。
本実施形態のロータ10の主な特徴は、上述した締結部材4とボンド磁石3との接触を回避させるための接触回避手段を備えているという点にある。締結部材4とボンド磁石3とが非接触となる構成を採用することで、回転軸RSに対する焼嵌め時における締結部材4からボンド磁石3への熱伝達率を低減させる熱抵抗部として機能する構成を備えることとなり、熱の影響によるボンド磁石3の磁気特性劣化が防止される。本実施形態のロータ10では、締結部材4とロータコア1との間に配設された熱抵抗部材5が接触回避手段を構成する。
熱抵抗部材5は、締結部材4からロータコア1への伝熱を阻害する熱抵抗部を形成するための構成部材である。本実施形態の熱抵抗部材5は、締結部材4よりも熱伝導率の低い耐熱性樹脂などの非金属材料から成る環状のシート材であり、締結部材4とロータコア1の間に介在するこのシート材自体が熱抵抗部として機能する。熱抵抗部材5の中央部には、上述したロータコア1及び締結部材4と同様に、軸孔H5が形成されており、この軸孔H5へ回転軸RSがロータコア1及び締結部材4と同軸で挿通されている。また、熱抵抗部材5の両主面は、ロータコア1とボンド磁石3の端面の一部、及び、締結部材4の一主面に溶着(又は接着)されており、これらが一体的に固定されている。なお、熱抵抗部材5は、締結部材4とロータコア1の間に介在する限り、その大きさ、形状は不問であり、締結部材4又はロータコア1とボンド磁石3の端面との接触位置も任意である。
なお、本実施形態のように、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いが「すきまばめ」である場合、締結部材4及び熱抵抗部材5との固定強度が十分に確保されずロータコア1が空転する可能性がある。そのような事態を防止するために、空転防止機構を別途設ける方がより望ましい。空転防止機構の具体例としては、例えば、回転軸RSと軸孔H1との間に不図示のキー溝を設けたり、ロータコア1と締結部材4及び熱抵抗部材5をカシメピンで一体的に固定したりする方法などが挙げられる。あるいは、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いの形態を「中間ばめ」又は「締まりばめ」に変更し、両者の間に生じる摩擦力により空転を防止するように構成してもよい。その際、ロータコア1と回転軸RSとを接着して両者の固定強度より高めることも可能である。また、ロータコア1のみ、あるいは締結部材4のみがカシメピンで固定されている場合には、カシメピンのヘッド部分を他方の部材に埋設するようにしてもよい。
このように、本実施形態のロータ10によれば、熱抵抗部材5をロータコア1と締結部材4との間に設けたことで、締結部材4とロータコア1の間の熱抵抗が高められる。このため、締結部材4からロータコア1側への伝熱を大幅に低減しつつ、締結部材4を回転軸RSに焼嵌めすることができる。また、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いに関しても締結部材4より締め代を小さく設計できる分、十分に低い温度での焼嵌めや圧入が可能であり、ボンド磁石3に与える熱の影響を大きく抑制することができる。これにより、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することが可能となる。
とりわけ、本実施形態のロータ10において、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合いを「すきまばめ」とすれば、ロータコア1に対する直接的な加熱が一切必要ないため、締結部材4を焼嵌めする際のボンド磁石3への熱の影響についてのみ考慮すればよい。その場合、熱抵抗部材5に加えて、回転軸RSの外面とロータコア1の軸孔H1との間に形成される隙間Gも熱抵抗部として機能するため、締結部材4から回転軸RSを通じてロータコア1へ伝わる熱の影響をも抑制することが可能となる。したがって、かかるロータ10によれば、ロータコア1からボンド磁石3への伝熱を最小限に抑制することができ、磁気特性の劣化をより効果的に防止することができる。
以上、本発明の第一実施形態に係るロータ10について説明したが、本発明に係るロータは、その他の形態で実施することができる。なお、以下の説明では、上述したロータ10と共通する構成に関する詳細な説明は適宜省略するものとする。
例えば、第一実施形態に係るロータ10の変形例として図2に示すロータ10aのような形態で実施してもよい。ロータ10aは、熱抵抗部材5のボンド磁石3に対応する位置に凹部51が設けられていることを特徴としている。凹部51は、磁石孔2よりもやや広めの溝幅に形成されており、ボンド磁石3の端面全域が熱抵抗部材5と非接触となる溝深さを有する。なお、凹部51は軸方向に貫通する貫通孔であってもよい。かかるロータ10aによれば、凹部51によって熱抵抗部材5とボンド磁石3との間に形成される隙間Gを第二の熱抵抗部として機能させることで、締結部材4からボンド磁石3への熱伝達率をより一層低減することができる。
なお、上述したロータ10において、ボンド磁石3はロータコア1の軸方向端面と面一になる高さに形成されているが、例えば、射出成形に用いられる金型設計等によりボンド磁石3がロータコア1の軸方向端面から突出する位置まで形成されていることもある。前述のロータ10aによれば、かかる場合においてもロータコア1の軸方向端面から突出したボンド磁石3を熱抵抗部材5の凹部51へ収容して取り付けることで対応することが可能である。
また、第一実施形態に係るロータ10の他の変形例として図3に示すロータ10bのような形態で実施してもよい。ロータ10bは、熱抵抗部材5として、締結部材4とロータコア1との間に隙間Gを形成するスペーサ25を備えることを特徴としている。本実施形態のスペーサ25は、締結部材4とロータコア1との間に配置される本体251と、この本体251から回転軸RSの軸方向両側へ突起する一対の突起部252とを有する。一対の突起部252のうち、一方はロータコア1の各磁石孔2よりも径方向の内側部に設けられた空隙部11へ嵌挿されている。また、他方は締結部材4に設けられた嵌合孔41へ嵌挿されている。
本実施形態のスペーサ25は、直方体状の本体251と、この本体251よりも幅寸法の小さい直方体状の一対の突起部252が一体化された形状に形成されているが、締結部材4とロータコア1との間に所要の隙間Gを形成できる限りその形状については特に限定されない。例えば、スペーサ25の本体251は、磁石孔2又は回転軸RSの外周に沿って湾曲した形状であってもよいし、突起部252は、本体251の長手方向に複数設けられていてもよい。また、スペーサ25の大きさについても特に限定されないが、ロータコア1及び締結部材4それぞれの端面に対して十分に断面積が小さくなるように設計するのがより望ましい。
ロータ10bにおいて、ロータコア1に設けられた空隙部11及び締結部材4に設けられた嵌合孔41それぞれの形状、大きさ、配置は、使用するスペーサ25の数及び各突起部252の形態(形状、大きさ、配置など)に応じて適宜設計変更される。なお、本実施形態では、ロータコア1の内周部から各磁石孔2までの径方向の距離が最も近い位置に各磁石孔2と同ピッチで各空隙部11が形成されており、各空隙部11は軸方向に貫通している。これにより、各空隙部11がロータコア1の熱伝達経路における熱抵抗となりボンド磁石3に対する熱の影響がより低減される。
かかるロータ10bによれば、スペーサ25が締結部材4とボンド磁石3との間に隙間Gを形成するとともに、スペーサ25を取り付けるための空隙部11も熱抵抗部として機能するため、上述したロータ10、10aと同様にボンド磁石3への熱伝達率を低減することができる。また、本実施形態のロータ10bでは、スペーサ25の各突起部252がそれぞれ締結部材4及びロータコア1の何れにも嵌挿されているため、各スペーサ25をロータコア1の空転防止機構として機能させることもできる。このように、スペーサ25に熱抵抗部材5及び空転防止機構の諸機能を兼備させることで、加工工数や組立工数の低減を図ることが可能となる。
また、上述した各実施形態のロータ10,10a,及び10bは何れも、別部材として設けた熱抵抗部材5が、締結部材4とボンド磁石3との接触を回避させる接触回避手段を構成していたが、本発明に係るロータは、上述した締結部材4、ロータコア1のうち少なくとも何れか一方が接触回避手段を構成する形態で実施することもできる。
例えば、図4に示すロータ20のような形態で実施してもよい。第二実施形態に係るロータ20は、締結部材4自体がボンド磁石3との接触を回避させる接触回避手段を構成することを特徴としている。本実施形態のロータ20は、上述したロータ10bと同様に、ロータコア1の各磁石孔2よりも径方向の内側部に空隙部11が複数設けられており、締結部材4とロータコア1との接触部が、ロータコア1の各空隙部11よりも径方向の内側部に配置されている。
ロータ20は、締結部材4として、非磁性金属材料から成る円筒状のパイプ14が用いられている。パイプ14は、ロータコア1の内周部から各空隙部11までの距離よりも外径寸法が小さいものの、ロータコア1の軸方向端面との間で所要の接触面積を確保できる程度の肉厚を有している。パイプ14は、その内面側に形成された中空部を通じて回転軸RSに焼嵌めにより締結される。パイプ14と回転軸RSとの間の締め代は、上述した締結部材4と同様、少なくともロータコア1と回転軸RSとの間の締め代よりも大きくなるように設計されている。但し、パイプ14とロータコア1との結合強度を十分に確保すべく、パイプ14とロータコア1との接触部の周囲は溶接されていてもよい。
かかるロータ20によれば、締結部材4が上述のようなパイプ14で構成されているため、回転軸RSに焼嵌めされるパイプ14とロータコア1とは部分的に接触するものの、パイプ14とボンド磁石3とは完全に非接触となる。また、パイプ14とロータコア1との接触部よりも径方向の外側に空隙部11が形成されているため、当該接触部からボンド磁石3への熱伝達経路が各空隙部11によって狭められ、パイプ14からの熱がボンド磁石3へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ20においても、上述した第一実施形態に係るロータ10等と同様に、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することが可能となる。
なお、本実施形態のロータ20は、締結部材4を構成するパイプ14や端板等の他の部材でボンド磁石3の端面を一切覆っておらず、ボンド磁石3は軸方向に開放されている。これは、ボンド磁石3が端板等を設けなくとも磁石孔2から離脱することがないという特性の利点を最大限利用したものであり、換言すれば、このロータ20は、ボンド磁石3を用いるからこそ実現可能な実施形態であるといえる。さらに、電磁鋼板からみれば、ボンド磁石3が、電磁鋼板の積層間を固着する接着剤の役割を果たす。これにより、回転電機の小型・軽量化を図ることができるという利点も得られる。
また、第二実施形態に係るロータ20の変形例として図5に示すロータ20aのような形態で実施してもよい。ロータ20aは、上述のロータ10に用いた締結部材4に相当する環状部241と、ロータ20に用いたパイプ14に相当するボス部242とが同軸で一体的に結合された形状の締結部材24を備えている。本実施形態の締結部材24は、ボス部242が軸方向下方へ延出するように配設されており、ボス部242の端面がロータコア1の軸方向端面と接触している。ボス部242は、回転軸RSと締結部材24と間の締結部の長さ(接触面積)を軸方向へ増大させて両者の締結力を高めるとともに、環状部241とボンド磁石3との間に隙間Gを形成するスペーサとして役割も兼備している。
かかるロータ20aによれば、締結部材24と回転軸RSとの締結力をより強固なものにしながら、前述したロータ20と同様、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することが可能となる。なお、ロータ20において、ボス部242とロータコア1との接触部の周囲を溶接することが困難な場合には、焼嵌め後に締結部材24とロータコア1とを不図示のカシメピンなどにより一体的に固定してもよい。これにより、締結部材24とロータコア1との結合強度を高めることができる。
あるいは、第二実施形態に係るロータ20の他の変形例として図6に示すロータ20bのような形態で実施してもよい。ロータ20bは、前述したロータ20aに用いた締結部材24の変形例に相当する締結部材34を備えている。締結部材34は、環状部341、ボス部342に加え、締結部材341の環状部341とロータコア1との間に配置されるスペーサ部343と、このスペーサ部343から軸方向へ突起する突起部344とを有する。本実施形態では、上述したロータ10bと同様に、スペーサ部343及び突起部344が、ロータコア1に設けられた各空隙部11と同数設けられており、各突起部344は各空隙部11へ嵌挿されている。よって、ボス部342は、環状部341の端面から軸方向上方へ延出して設けられている。
かかるロータ20bによれば、ボス部342によって締結部材34と回転軸RSとの締結力をより強固なものにしつつ、前述したロータ20,20aと同様、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することが可能となることに加え、スペーサ部343及び突起部344を設けたことにより、締結部材34をロータコア1の空転防止機構として機能させることも可能となる。
若しくは、第二実施形態に係るロータ20の更に他の変形例として図7に示すロータ20cのような形態で実施してもよい。ロータ20cは、締結部材4のボンド磁石3に対応する位置に凹部44が設けられていることを特徴としている。これは、上述したロータ10a(図2)における凹部51を備えた熱抵抗部材5の材質を非金属材料から非磁性金属材料に変更したものと実質的に同一である。かかるロータ20cによれば、金属材料である締結部材4とロータコア1の端面との接触面積が比較的広いため、上述したロータ20,20a,20bと比較すれば熱伝達率の低減効果はやや劣るものの、締結部材4とボンド磁石3とを非接触とすることができることに変わりはない。
一方、図8に示すロータ30のような形態で実施してもよい。第三実施形態に係るロータ30は、ロータコア1の一部が、ボンド磁石3との接触を回避させる接触回避手段を構成することを特徴としている。本実施形態のロータ30は、上述したロータ10b,20等と同様に、ロータコア1の各磁石孔2よりも径方向の内側部に空隙部11が複数設けられており、さらに、ロータ20におけるパイプ14に相当する部分が、環状コアシートを複数枚積層して成るスペーサ部12に置換されたものである。
かかるロータ30によれば、ロータコア1に設けられたスペーサ部12により締結部材4とロータコア1の軸方向端面との間に隙間Gが形成され、締結部材4とボンド磁石3とを非接触とすることができる。また、スペーサ部12とロータコア1の端面との接触部からボンド磁石3への熱伝達経路が各空隙部11によって狭められ、スペーサ部12からの熱がボンド磁石3へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ30においても、上述した第二実施形態に係るロータ20等と同様に、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することができる。
また、第三実施形態に係るロータ30の変形例として図9に示すロータ30aのような形態で実施してもよい。ロータ30aは、ロータコア1を構成する各コアシートSが軸方向に隣接するコアシートS同士の積層間を固定するコアカシメKを備えており、締結部材4とロータコア1との接触部が、ロータコア1の軸方向端部に位置するコアシートSに設けられたコアカシメKの先端部にのみ形成されていることを特徴としている。
本実施形態のロータ30aにおいて、コアシートSに設けられたコアカシメKは、磁極ピッチで回転対称となる位置に複数設けられているが、コアカシメKの数及び配置について特に限定はない。また、本実施形態では、図9(b)に示すように、コアカシメKとして、軸方向断面がV字状の突起を形成するいわゆるV突起カシメを採用しているが、例えば、ダボカシメなど他の形態を採用してもよい。V突起カシメは、締結部材4との接触部が線接触となるため両者の接触面積を抑えることができる点で有利である。なお、本実施形態では、締結部材4とロータコア1との接触面積が極めて少ない分、例えば、締結部材4とロータコア1をカシメピンで固定する、あるいは回転軸RSにキー溝を設けるなど、より確実性の高い空転防止機構を採用する方が望ましい。
かかるロータ30aによれば、コアカシメKがスペーサとなり締結部材4とロータコア1の軸方向端面との間に微小な隙間Gが形成され、締結部材4とボンド磁石3とを非接触とすることができる。また、締結部材4とロータコア1との接触部の接触面積が極めて少ない分、締結部材4からの熱がロータコア1へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ30aにおいても、上述した第二実施形態に係るロータ20等と同様に、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することができる。
さらに、第三実施形態に係るロータ30の他の変形例として図10及び図11に示すロータ30bのような形態で実施してもよい。ロータ30bは、ロータコア1の軸方向端部に位置する一又は複数のコアシートSが、図10(a)に示すように、ロータコア1の内周部から軸方向に対し交差する方向へ延出する複数の延出部13を備え、且つ、締結部材4が、図10(b)に示すように、内周部に各延出部13と同ピッチで設けられた切欠部42を備えている。
本実施形態では、延出部13よりも幅寸法の小さい突起部131が各延出部13の先端部に設けられており、この突起部131が締結部材4の切欠部42へそれぞれ嵌合される。このとき、延出部13により締結部材4とロータコア1との間に隙間Gが形成される。なお、本実施形態において、延出部13の先端部は、締結部材4をロータコア1の軸方向端面から離隔させることが可能である限り、その形状は任意である。例えば、延出部13の先端部がテーパ形状に形成されたものであってもよい。
具体的には、図11(a)に示すように、ロータコア1と回転軸RSとの嵌め合い前の時点において、各延出部13はロータコア1の径方向へ延出した状態にある。その後、ロータコア1の軸孔H1へ回転軸RSが挿通されたとき、図11(b)に示すように、延出部13は回転軸RSの挿通方向へ押圧されて折れ曲がった状態になる。そこへ締結部材4が焼嵌めされる際、各延出部13の先端部に設けられた突起部131が締結部材4に設けられた各切欠部42へ嵌合されることで各延出部13の突起部131が形成されていない先端部分に締結部材4が当接し、締結部材4がロータコア1の軸方向端面から離隔した位置で保持される。つまり、本実施形態において、各延出部13はスペーサの役割を担っている。
かかるロータ30bによれば、ロータコア1の端部に設けられた延出部13がスペーサとなり締結部材4とロータコア1の軸方向端面との間に微小な隙間Gが形成され、締結部材4とボンド磁石3とを非接触とすることができる。また、締結部材4からロータコア1への熱伝達経路が狭い分、締結部材4からの熱がロータコア1へ伝達され難くなっている。したがって、かかるロータ30bにおいても、上述した第二実施形態に係るロータ20等と同様に、ボンド磁石3の磁気特性を熱で劣化させることなくロータコア1を回転軸RSと一体的に締結することができる。
また、上述した各実施形態に係るロータを備えた回転電機を、例えば、圧縮機等に用いる場合において、ロータコア1の軸方向端部にバランスウエイトを設けることがある。かかる場合、このバランスウエイトを以下のような形態で構成することもできる。
例えば、図12(a)に示すように、締結部材4自体がバランスウエイトWを兼ねるような形態であってもよい。この場合、バランスウエイトWの軸孔がボス部としての役割を有することとなり、十分な締結長さを確保することができる。または、図12(b)に示すように、バランスウエイトWを構成する締結部材4を、熱抵抗部材5を介して回転軸RSに焼嵌めしてもよい。この場合も上述したロータ10等と同様の効果を得ることができるとともに、ロータ回転時に大きな遠心力がかかるバランスウエイトWをより安定的に回転軸RSに保持することが可能となる。
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、または変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
10,10a,10b ロータ
20,20a,20b,20c ロータ
30,30a,30b ロータ
1 ロータコア
2 磁石孔
3 ボンド磁石
4 締結部材
5 熱抵抗部材
11 空隙部
12 スペーサ部
13 延出部
14 パイプ
24 締結部材
25 スペーサ
34 締結部材
41 嵌合孔
42 切欠部
44 凹部
51 凹部
131 突起部
241 環状部
242 ボス部
251 本体
252 突起部
341 環状部
341 締結部材
342 ボス部
343 スペーサ部
344 突起部
H1 軸孔
H4 軸孔
H5 軸孔
G 隙間
K コアカシメ
RS 回転軸
S コアシート
W バランスウエイト
20,20a,20b,20c ロータ
30,30a,30b ロータ
1 ロータコア
2 磁石孔
3 ボンド磁石
4 締結部材
5 熱抵抗部材
11 空隙部
12 スペーサ部
13 延出部
14 パイプ
24 締結部材
25 スペーサ
34 締結部材
41 嵌合孔
42 切欠部
44 凹部
51 凹部
131 突起部
241 環状部
242 ボス部
251 本体
252 突起部
341 環状部
341 締結部材
342 ボス部
343 スペーサ部
344 突起部
H1 軸孔
H4 軸孔
H5 軸孔
G 隙間
K コアカシメ
RS 回転軸
S コアシート
W バランスウエイト
Claims (8)
- 電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸の軸方向に積層して成る円筒状のロータコアと、該ロータコアに設けられた複数の磁石孔に充填された複数のボンド磁石と、を備えたロータであって、
前記ロータコアの前記軸方向端部に配設され、焼嵌めにより前記回転軸と締結された締結部材と、
前記締結部材と前記ロータコアとの間に配設され、前記締結部材から前記ロータコアへの伝熱を阻害する熱抵抗部材と、を備えることを特徴とするロータ。 - 前記締結部材が、非磁性金属材料から成り、
前記熱抵抗部材が、前記締結部材よりも熱伝導率の低い非金属材料から成るシート材であることを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 前記熱抵抗部材が、前記ボンド磁石に対応する位置に設けられた凹部を備えることを特徴とする請求項2に記載のロータ。
- 前記熱抵抗部材が、前記締結部材と前記ロータコアとの間に隙間を形成するスペーサであることを特徴とする請求項1に記載のロータ。
- 前記スペーサが、前記締結部材と前記ロータコアとの間に配置された本体と、該本体から前記軸方向両側へ突起する一対の突起部と、を有し、
前記一対の突起部のうち、一方は前記ロータコアの前記磁石孔よりも径方向の内側部に設けられた空隙部へ嵌挿され、他方は前記締結部材に設けられた嵌合孔へ嵌挿されていることを特徴とする請求項4に記載のロータ。 - 前記締結部材と前記回転軸との締結部にボス部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一つに記載のロータ。
- 前記締結部材がバランスウエイトを備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一つに記載のロータ。
- 前記回転軸が、前記ロータコアの中央部に設けられた軸孔へすきまばめ又は中間ばめされていることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一つに記載のロータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013173615A JP2015042122A (ja) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | ロータ |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018057233A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ダイキン工業株式会社 | ロータおよび回転電気機械 |
JP2020120508A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 回転電機及びこの回転電機を搭載した自動車用電動補機装置 |
JP2020182292A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 株式会社マキタ | 電動作業機 |
-
2013
- 2013-08-23 JP JP2013173615A patent/JP2015042122A/ja active Pending
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JP2018057233A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ダイキン工業株式会社 | ロータおよび回転電気機械 |
JP2020120508A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 回転電機及びこの回転電機を搭載した自動車用電動補機装置 |
JP2020182292A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 株式会社マキタ | 電動作業機 |
JP7382154B2 (ja) | 2019-04-24 | 2023-11-16 | 株式会社マキタ | 電動作業機及びその製造方法 |
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