JP2005094819A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシャルギャップ型電動機において、回転子の円周方向のみならず、回転軸の長手方向や半径方向への振動も低減させる回転子の構造を目的とする。
【解決手段】アキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を、中心に備えられた孔１ａに回転軸（図示せず）を固定する円筒形のボス部１と、永久磁石（図示せず）が貼付けられるリング状の外周部２と、同外周部２とボス部１とを連結する４つの連結部５とで一体に形成する。この連結部５は、合成樹脂や鋼板、硬質ゴム、ボンドマグネットなどで板状に形成されており、幅の広い面を回転軸の長手方向と円周方向との両方に向けるため、回転軸の長手方向に対して４５°の角度で配置されている。さらに、連結部５の長手方向断面を蛇行した形状にすると、半径方向の振動も軽減できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、アキシャルギャップ型の電動機に係わり、より詳細には、振動を抑制した回転子を備えた電動機に関する。

従来、永久磁石を使用した電動機としては、回転子の外周に永久磁石が備えられ、固定子の内周面で回転するインナーロータ型の電動機と、回転子の内周に永久磁石が備えられ、固定子の外周面で回転するアウターロータ型の電動機と、固定子の側面に配置され、円周状に配設された永久磁石を備えた回転子が、固定子と同心円に回転するアキシャルギャップ型の電動機とがあった。

また、近年では、例えば図８（Ａ）の斜視図、及び図８（Ｂ）の断面図に示すようなアキシャルギャップ型の電動機が、小型の電子機器のみならず、家電製品などに用いられる場合が発生してきた。

このアキシャルギャップ型の電動機は、固定子鉄心８１ａを内部に備えたインシュレータ８１ｂの外周に巻線８１ｃを巻回した固定子ユニット８１と、同固定子ユニット８１をリング状に複数並べて合成樹脂でモールドし、中心部に軸受８２を備えた固定子８３と、同固定子８３の両端面に隙間を隔てて対向する円板状の永久磁石８４ａ（回転体）の中心部に、軸受８２に軸支された回転軸８４ｂが固定された回転子８４とで構成されている。

なおこの例では永久磁石８４ａそのものが回転体としてボンドマグネットで一体に形成されているが、鋼板からなる円板に別部材の永久磁石を固定した構造のものもある。

以上３種類の電動機の各回転子は極性の異なる永久磁石が円周方向に隣接して配設されており、固定子の磁極上を永久磁石の極性の境目が通過する時、コギングトルクが変動して騒音が発生するという構造上の問題点をそれぞれの電動機が抱えていた。

特にアキシャルギャップ型の電動機は、固定子鉄心８１ａと対向する面の永久磁石８４ａを固定子鉄心８１ａから発生する磁力線で吸引、反発させるため、コギングトルクの変動のみならず、回転軸８４ｂの方向にも大きな振動が発生していた。

コギングトルクの変動による騒音を低減させる方法として、インナーロータ型の電動機では図９に示す構造を備えた回転子が提案されている。

この回転子は、複数枚積層される回転子鉄板９２を永久磁石９１と組み付けられる外周部９２ａと回転軸９８に組み付けられる内周部９２ｂとに分割し、該外周部９２ａと９２ｂの間を締結材９２ｃを介して一体に形成する構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

この構造によれば、図１０の説明図の矢印に示すように、コギングトルク変動による振動を、該締結材９２ｃの円周方向への弾性変形により軽減することが可能となり、騒音の大幅な低減が可能となる。

しかしながら、この構造は円周方向の振動が主たる騒音原因であるインナーロータ型の電動機では有効であるが、円周方向のみならず、回転軸方向や半径方向への振動も考慮しなければならないアキシャルギャップ型の電動機では、効果が不十分であった。

特にアキシャルギャップ型の電動機の分野では、比較的小型の電動機の場合には大きな問題とならなかった振動、騒音が、家電機器などで使用される電動機の場合には大きな問題となり、早急な対応が求められていた。
特開２０００−１５２５４３号公報（第２頁、図４）

本発明は以上述べた問題点を解決し、アキシャルギャップ型電動機において、回転子の円周方向のみならず、回転軸の長手方向や半径方向への振動も低減させる回転子の構造を目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、巻線を巻回した固定子と、同固定子の少なくとも一方の端面に隙間を隔てて対向する永久磁石を備えた回転体の中心に、前記固定子の中心を挿通する回転軸が固定された回転子とからなるアキシャルギャップ型の電動機において、
前記回転体は、前記回転軸を中心に固定するボス部と、前記永久磁石を備え、前記ボス部と同心円状に配置される外周部と、同外周部と前記ボス部とを連結し、前記外周部からの振動を低減させる連結部とで一体に構成されてなる構造とする。

また、前記連結部は板状に形成され、前記外周部からの振動の振れ方向に対応して幅広面を所定の方向に向けて配設してなる構造とする。

また、前記連結部は、半径方向の断面が正方形からなる棒状に形成され、１つの側面が前記外周部の円周方向に配設されてなる構造とする。

また、前記連結部は、半径方向の断面が楕円状に形成されてなる構造とする。

また、前記連結部は、半径方向の断面が円形からなる棒状に形成されてなる構造とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による電動機によれば、請求項１に係わる発明は、アキシャルギャップ型の電動機において、
回転体は、前記回転軸を中心に固定するボス部と、前記永久磁石を備え、前記ボス部と同心円状に配置される外周部と、同外周部と前記ボス部とを連結し、前記外周部からの振動を低減させる連結部とで一体に構成されることにより、外周部から発生する振動を連結部で低減させることにより、ボス部を介して振動が回転軸へ伝搬しにくくなり、電動機全体の騒音を低減させることができる。

また、請求項２に係わる発明は、連結部が板状に形成され、前記外周部からの振動の振れ方向に対応して幅広面を所定の方向に向けて配設されることにより、外周部から発生する振動を連結部で効率よく低減させ、電動機全体の騒音を低減させることができる。

また、請求項３に係わる発明は、連結部が半径方向の断面が正方形からなる棒状に形成され、１つの側面が前記外周部の円周方向に配設されることにより、外周部から発生する円周方向への振動、及び回転軸の長手方向への振動を連結部で低減させ、電動機全体の騒音を低減させることができる。

また、請求項４に係わる発明は、連結部が、半径方向の断面が楕円状に形成されることにより、外周部から発生する振動を効率よく、また、円周方向への振動、及び回転軸の長手方向への振動を低減させ、電動機全体の騒音を低減させることができる。

また、請求項５に係わる発明は、連結部が半径方向の断面が円形からなる棒状に形成されることにより、外周部から発生する円周方向への振動、及び回転軸の長手方向への振動を低減させ、電動機全体の騒音を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本願ではアキシャルギャップ型電動機の回転子形状が特徴であるため、回転子以外の部分については、従来例で説明した図８（Ａ）及び図８（Ｂ）と同じである。従ってこの部分については同じ番号を使用するとともに、詳細な説明を省略する。

図１はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。なお、電動機の固定子や回転軸は従来技術（図８）と同じ構造のため、詳細な説明を省略する。

この図１の回転体は、中心に備えられた孔１ａに回転軸（図示せず）を固定する円筒形のボス部１と、永久磁石（図示せず）が貼付けられるリング状の外周部２と、同外周部２とボス部１とを連結する４つの連結部３とで一体に構成されている。

この連結部３は、合成樹脂で板状に形成されており、幅の広い面を所定の方向、ここでは回転軸の長手方向へ振れる振動を低減させるため、連結部３の幅の広い面を回転軸の長手方向に向けている。従って図１（Ａ）の矢印で示すように、外周部２が回転軸の長手方向に振動したとしても、図１（Ｂ）の矢印で示すように連結部３がこの振動によって弾性変形して振動を吸収し、結果的に振動をボス部１、そして回転軸へ伝搬することを低減させている。

図２はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す別の実施例であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。図１との違いは連結部の形状のみであり、その他は図１と同じため、ここでは連結部についてのみ説明する。

この連結部４は、合成樹脂で断面正方形の棒状に形成されており、対向する一方の側面が回転軸の長手方向に、他方の側面が円周方向に向いている。従って図２（Ａ）の矢印で示すように、外周部２が回転軸の長手方向や円周方向に振動したとしても、図２（Ｂ）の矢印で示すように連結部４がこの振動によって弾性変形して振動を吸収し、結果的に振動をボス部１、そして回転軸へ伝搬することを低減させている。

図３はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す別の実施例であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。図１との違いは連結部の形状のみであり、その他は図１と同じため、ここでは連結部についてのみ説明する。

この連結部５は、合成樹脂で板状に形成されており、幅の広い面を回転軸の長手方向と円周方向との両方に向けるため、回転軸の長手方向に対して４５°の角度で配置されている。従って図３（Ａ）の矢印で示すように、外周部２が回転軸の長手方向や円周方向に振動したとしても、図３（Ｂ）の矢印で示すように連結部５がこの振動によって弾性変形して振動を吸収し、結果的に振動をボス部１、そして回転軸へ伝搬することを低減させている。

図４はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す別の実施例であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。図１との違いは連結部の形状のみであり、その他は図１と同じため、ここでは連結部についてのみ説明する。

この連結部６は、合成樹脂で板状に形成されており、幅の広い面を円周方向に向けている。従って図４（Ａ）の矢印で示すように、外周部２が円周方向に振動したとしても、図４（Ｂ）の矢印で示すように連結部６がこの振動によって弾性変形して振動を吸収し、結果的に振動をボス部１、そして回転軸へ伝搬することを低減させている。

図５はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される連結部を示す、別の実施例の要部断面図である。図５の（Ａ）〜（Ｄ）は図１〜図４で説明した連結部の角を丸め、断面形状を楕円もしくは円形にした構造ある。

図５（Ａ）は、板状の連結部７の幅広面を回転軸の長手方向に配置し、連結部７の断面を楕円に、また、図５（Ｂ）は、棒状の連結部８の断面を円形に、また図５（Ｃ）は、板状の連結部９を４５度傾斜させ、連結部９の断面を楕円と、それそれしている。さらに、図５（Ｄ）は、板状の連結部１０の幅広面を円周方向に配置し、連結部１０の断面を楕円としている。

このように、連結部の断面を楕円または円形とすることにより、図５の（Ａ）〜（Ｄ）の矢印で示すように、特定の方向、例えば板状であれば幅広の面方向だけでなく、他の方向にも連結部が弾性変形して振動を吸収することにより、回転子の外周部からのさまざまな方向へ振れる振動を低減させ、ボス部を介しての回転軸への振動伝搬を低減させている。

図６はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す別の実施例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’間の矢視断面図である。図１との違いは連結部の形状のみであり、その他は図１と同じため、ここでは連結部についてのみ説明する。

連結部１１はボス部１の外周面から外周部２の内周面へ８本配設されている。各連結部１１は合成樹脂からなる弾性体の板を断面蛇行状としており、幅広面を回転軸の長手方向に向けて配置されている。この構造により、弾性体の強度を保ちつつ弾力性を高め、図６（Ｂ）で示すように、回転軸の長手方向と半径方向との両方に弾性変形、伸縮して実施例１〜５よりも振動を低減させることができる。

また、図示しないが、この連結部１１の幅広面を回転軸の長手方向でなく、円周方向に向けて配置すれば、円周方向と半径方向とに弾性変形、伸縮して、この方向の振動を低減させることができる。このように連結部１１の幅広面を振動の振れ方向と対応させて向きを決定し配置することで、さまざまな方向の振動を抑制することができる。

なお本願の実施例１〜６は、回転体をボス部と連結部と外周部とからなる合成樹脂の一体部品として説明しているが、本願はこれに限るものでなく、合成樹脂以外にも硬質ゴム、また鋼板などの金属、ボンドマグネットなどを材料として使用しても同様の効果が得られる。さらに、このような材料を用いて連結部を別部品として形成しても、同様の効果を得ることができる。

図７はアキシャルギャップ型電動機の回転子に使用される回転体を示す別の実施例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は（Ａ）の要部拡大図である。図１との違いは連結部の形状のみであり、その他は図１と同じため、ここでは連結部についてのみ説明する。

連結部１２ａはボス部１の外周面から外周部２の内周面へ８本が配設されており、ボス部１の一方の端面に貼付けられるリング状の内周リング部１２ｂと、外周部２の一方の端面に貼付けられる円板状の外周円板部１２ｃと、連結部１２ａとがバネ鋼板で回転連結板１２として一体に形成されている。従って連結部１２ａを合成樹脂や硬質ゴムとするよりも、強度を保ちつつ弾力性を高め、振動を抑制することができる。

連結部１２ａは板状のため、幅広面が回転軸の長手方向に向いており、このままでも回転軸の長手方向の振動を低減させることができるが、さらに連結部１２ａをひねった構造とすることにより、幅広面を任意の方向に向かせることができ、回転軸の長手方向のみならず円周方向の振動にも対応可能となる。

図７（Ｂ）は連結部１２ａを２カ所でそれぞれ１８０度ひねった構造としたものである。この形状は２カ所のひねり部１２ｄで挟まれた平面部１２ｅが回転軸の長手方向に対応し、各ひねり部１２ｄが円周方向にも対応して弾性変形するため、回転軸の長手方向と円周方向との両方の振動にも対応可能となる。

図７（Ｃ）は連結部１２ａを２カ所でそれぞれ９０度ひねったものである。この形状は２カ所のひねり部１２ｄで挟まれた平面部１２ｅが円周方向に対応して弾性変形するため、円周方向の振動に対応可能となる。

図７の例では、内周リング部１２ｂと外周円板部１２ｃと連結部１２ａとが一体にバネ鋼板で形成されているが、本願はこれに限るものでなく、連結部を単体のバネ鋼板で形成し、合成樹脂や硬質ゴム、ボンドマグネットなどからなるボス部と外周部との成形時に連結部を埋め込んで作成しても同様の効果を得る事が出来る。

以上説明した各実施例をまとめると以下の通りとなる。

アキシャルギャップ型の電動機において、回転体をボス部と外周部と連結部とで一体に構成する。また、回転体の材質は、連結部に最適な材料である合成樹脂や硬質ゴム、鋼板などの金属、ボンドマグネットなどで形成する。これは各実施例で共通の項目である。

そして連結部を回転軸の長手方向に弾性変形可能とするため、実施例１や実施例５の図５（Ａ）、もしくは、実施例６や実施例７の図７（Ｂ）の構造とする。

また、連結部を回転体の円周方向に弾性変形可能とするため、実施例４や実施例５の図５（Ｄ）、もしくは、実施例７の図７（Ｃ）の構造とする。

また、連結部を回転体の半径方向に伸縮可能とするため、実施例６の構造とする。

なお、各方向の振動抑制効果は半減するが、回転軸の長手方向と円周方向との両方向に対応する構造として、実施例２、実施例３、実施例５での図５（Ａ）〜（Ｄ）、実施例７の図７（Ａ）と（Ｂ）の構造が挙げられる。

以上まとめた構造は、実際に設計するアキシャルギャップ型の電動機の振動方向に対応して、適宜選択、もしくは混在させて用いるとよい。

本発明による第１実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第２実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第３実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第４実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第５実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第６実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 本発明による第７実施例を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 従来のアキシャルギャップ型の電動機を示す（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 従来のインナーロータ型電動機の回転子を示す正面図である。 従来のインナーロータ型電動機の回転子の振動抑制を説明するための説明図である。

符号の説明

１ ボス部
１ａ 孔
２ 外周部
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１ 連結部
１２ 回転連結板
１２ａ 連結部
１２ｂ 内周リング部
１２ｃ 外周円板部
１２ｄ ひねり部
１２ｅ 平面部

Claims (5)

1. 巻線を巻回した固定子と、同固定子の少なくとも一方の端面に隙間を隔てて対向する永久磁石を備えた回転体の中心に、前記固定子の中心を挿通する回転軸が固定された回転子とからなるアキシャルギャップ型の電動機において、
   前記回転体は、前記回転軸を中心に固定するボス部と、前記永久磁石を備え、前記ボス部と同心円状に配置される外周部と、同外周部と前記ボス部とを連結し、前記外周部からの振動を低減させる連結部とで一体に構成されてなることを特徴とする電動機。
2. 前記連結部は板状に形成され、前記外周部からの振動の振れ方向に対応して幅広面を所定の方向に向けて配設してなることを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 前記連結部は、半径方向の断面が正方形からなる棒状に形成され、１つの側面が前記外周部の円周方向に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記連結部は、半径方向の断面が楕円状に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
5. 前記連結部は、半径方向の断面が円形からなる棒状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

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