JP2006352973A - 電動機の回転子及び電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心２と、この回転子鉄心２の周方向に沿って配置される希土類で作られた複数の永久磁石３と、回転子鉄心２と永久磁石３を埋め込むように一体にモールド成形された合成樹脂部５と、を有して構成される電動機の回転子において、回転子鉄心２の構造を改良し、大きな回転駆動力が得られる電動機を提供する。
【解決手段】回転子鉄心２において、永久磁石３より回転子側に凸となるように配置される磁極片１４を、全て回転子鉄心２の本体から分離させた構造とし、これにより磁束の漏れを抑えて誘起電圧を増加させるようにする。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、洗濯機等に使用される電動機の回転子及びこの回転子を備えた電動機に関する。

一般に洗濯機等に使用される電動機として、ブラシレス電動機がある。このブラシレス電動機は、電磁コイルを有する固定子(ステータ)と、鉄心及び永久磁石を内蔵した回転子(ロータ)と、を備えて構成される。

この種の電動機において用いられる回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心の周方向に沿って配置される希土類で作られた複数の永久磁石と、回転子鉄心と永久磁石を埋め込むように一体にモールド成形された合成樹脂部と、を有して構成されている。ここで回転子鉄心は多数枚の電磁鋼板を積層して構成され、その周方向に沿って形成された複数の穴部に永久磁石を埋め込むように配置したものがある（例えば下記の特許文献１参照）。そしてこの永久磁石が埋め込まれた回転子鉄心は、永久磁石より固定子側に凸となる磁極片部が固定子側の電磁コイルと対向し、その間の電磁作用によって固定子に対し回転子が回転駆動されるようになっている。
特開２００４−１４７４５１号公報

このように構成される従来の回転子において、その内部に埋め込まれる回転子鉄心の構造を見ると、ここで回転子鉄心は、永久磁石より固定子側に凸となる磁極片部が、永久磁石の両側の脚部で回転子鉄心の本体に接続された構造となっている。このような回転子鉄心の構造では、永久磁石の両側の脚部の部分から磁束の漏れが生じ易く、そのため固定子側の誘起電圧が低下して、大きな回転駆動力を必要とする場合に充分な回転駆動力が得られなくなるという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、回転子に内蔵される回転子鉄心の構造を改良し、大きな回転駆動力が得られる電動機を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため本発明は、
電動機の固定子に対向して設けられる回転子において、
電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心と、この回転子鉄心にその回転方向に沿って組み込まれる希土類で作られた複数の永久磁石と、前記回転子鉄心と前記永久磁石を埋め込むように一体にモールド成形された合成樹脂部と、を有して構成され、
ここで前記回転子鉄心は、前記永久磁石より前記固定子側に凸となるように配置される磁極片を有し、この磁極片を、全て回転子鉄心の本体から分離させた構造としたことを特徴とするものである。

このように構成される本発明の電動機の回転子は、永久磁石より固定子側に凸となるように配置される磁極片を、全て回転子鉄心の本体から分離させた構造としたことにより、永久磁石からの磁束の漏れが抑えられるので、固定子側の誘起電圧が増加し、大きな回転駆動力を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。
先ず、本発明が適用される電動機の構成を図１７で簡単に説明する。この電動機３０は、回転軸３４に結合される回転子１と、この回転子１の外周面に対向して固定配置される固定子３２と、を有して構成される。この電動機は、固定子３２を外側に配置し、回転子１を内側に配置した内転型の電動機である。この電動機において回転子１には、その回転方向に沿って複数の永久磁石３を組み込んだ回転子鉄心２が内蔵され、一方固定子３２には電磁コイル３２ａが備えられており、この電磁コイル３２ａと回転子鉄心２との間の電磁作用によって固定子３２に対し回転子１が回転し、これと一体に回転軸３４が回転駆動される。
本発明は、このような電動機３０に用いられる回転子１の構造に係るものである。

図１〜図３に示すように、本例の回転子１は、回転子鉄心２、永久磁石３、回転軸支持板４、合成樹脂部５を有して構成される。ここで回転子鉄心２、永久磁石３、回転軸支持板４は、合成樹脂部５に埋め込まれるように合成樹脂部５と一体にモールド成形されて回転子１を構成する。またこの回転子１は、合成樹脂部５の端面から回転軸心線方向に突き出る複数の冷却ファン用の突起部７を有する。さらにこの回転子１の合成樹脂部５には、回転子１を電動機に組み付ける際に治具を挿入するための作業用の孔８を有すると共に、合成樹脂部５の内周面には、電動機から回転子１を取り外す際に治具で挟んで引き出すためのリブ９が形成されている。

回転子鉄心２は、図５〜図７に示すように多数枚の電磁鋼板を積層して形成される。ここで回転子鉄心２を構成する電磁鋼板としては、図８、図９、図１０に示すような３種類の電磁鋼板が用いられる。すなわち、回転子１内で回転軸支持板４と対応する第１の電磁鋼板１０(図８)と、回転子鉄心２の大部分を占める主部としての第２の電磁鋼板１１(図９)と、永久磁石の押さえ部材としての第３の電磁鋼板１２(図１０)と、を積層して回転子鉄心２が構成される。

押さえ部材としての第３の電磁鋼板１２は、一枚で足りるが複数枚にすることも可能である。回転軸支持板４と対応する第１の電磁鋼板１０は、回転軸支持板４との連結で大きな力がかかるので、複数枚を必要とする。回転軸鉄心２におけるその他の部分は、多数枚の第２の電磁鋼板１１で占められる。

このように多数枚の電磁鋼板を積層して構成される回転子鉄心２の外周に沿って、複数(本例では１０個)の永久磁石３が配置される。この永久磁石３は、図４に示すように平板の形状を有し、その板厚を半分に分けるようにＮ極とＳ極の着磁が施されており、このＮ極とＳ極が回転子鉄心２の回転軸心を通る放射方向線に沿って内外方向に並ぶように永久磁石３を配置する。ここで複数の永久磁石３は、隣接間では磁極の並びが逆になるように配置される。

この構成において回転子鉄心２を構成する各電磁鋼板１０，１１，１２は、永久磁石３より固定子側(外周側)に凸となるように配置される複数の磁極片１４を有し、ここでこの磁極片１４は、全て各電磁鋼板１０，１１，１２の本体から分離した構造となっている。すなわち、従来の回転子鉄心の構成では図１１(Ａ)に示す如く、磁極片１４の内側に永久磁石を埋め込むための穴部１５を有し、この穴部１５の両側の脚部１６ａ，１６ｂによって磁極片１４が回転子鉄心２の本体に接続された構造となっていたが、本例ではこの両側の脚部１６ａ，１６ｂを打ち抜いて除去することで、同図(Ｂ)に示すように磁極片１４を回転子鉄心２の本体から完全に切り離したものである。

このように本例の回転子１は、磁極片１４を全て回転子鉄心２の本体から分離させた構造としたことにより、永久磁石３の両側での磁束の漏れを抑えることができるので、固定子側の誘起電圧(起磁力)が増加し、大きな回転駆動力が得られることになる。ここで本発明者らが実際に試作実験を行った結果、図１１(Ａ)のように磁極片１４を接続する脚部１６ａ，１６ｂを有する構成から、同図(Ｂ)のように脚部を除去して磁極片１４を分離した構成とすることで、誘起電圧が約１０％増加することが確認された。

本例の回転子鉄心２において第１の電磁鋼板１０と第２の電磁鋼板１１とは、磁極片１４を含む外周側が同じ形状に形成されている。第１の電磁鋼板１０の内周側には、凹凸を有する穴が形成され、第２の電磁鋼板１１の内周側には、第１の電磁鋼板１０の穴より径大な円形穴が形成されている。一方、押さえ部材としての第３の電磁鋼板１２は、磁極片１４の部分は他の電磁鋼板と同じであるが、本体部の外周が他の電磁鋼板よりもやや径大に形成されている。またこの第３の電磁鋼板１２の内周側には、第２の電磁鋼板１１の円形穴と同径の円形穴が形成されている。

さらに各電磁鋼板１０，１１，１２には、これを積層したときに互いに結合し合う結合ポンチ部１８が形成されている。この結合ポンチ部１８は、永久磁石３と対応する位置に打ち出し形成されるもので、各電磁鋼板１０，１１，１２の本体部と磁極片１４とに夫々設けられている。そして各電磁鋼板１０，１１，１２を積層した状態では、この結合ポンチ部１８が互いに結合し合って一体の回転子鉄心２になる。ここで特に本例の結合ポンチ部１８は、図１２に示すようなＶ字形の断面形状に打ち出し形成されているため、互いに強く食い込むように結合されて充分な結合強度が得られるものである。このように各電磁鋼板１０，１１，１２が結合ポンチ部１８で結合されて一体の回転子鉄心２となることで、各電磁鋼板がバラバラになることはなく、取り扱い易い。また、この回転子鉄心２は、合成樹脂部５に埋め込まれるようにモールド成形されるが、予め一体になっているので成形金型への組み込みが容易である。

回転子鉄心２の外周に沿って配置された永久磁石３は、図５及び図７に示すように、押さえ部材である第３の電磁鋼板１２に一端面が当接し、この第３の電磁鋼板１２によって押さえられる状態で回転子鉄心２に組み込まれる。ここで第３の電磁鋼板１２は、Ｎ極またはＳ極の一方(内周側となる方)にのみ当接して永久磁石３を押さえるようにしてあり、すなわちＮ極とＳ極に跨って第３の電磁鋼板１２が当接されることはない。このため、永久磁石３の端面では、磁気の流れ易い電磁鋼板を介して磁束が短絡してしまうことはなく、電動機としての性能が損なわれることはない。

永久磁石３は、希土類の素材を用いて作られるもので、ここでは表面がメッキ等の防錆処理を施されていない防錆未処理の永久磁石を用いる。回転子鉄心２に組み込まれた永久磁石３は隙間のない状態で合成樹脂部５にて完全に被覆されるので、防錆未処理でも発錆が起き難く、防錆未処理のものを好適に使用できる。防錆未処理の永久磁石３を使用することにより、コスト低減を図ることができる。

またこの回転子１では、回転子鉄心２と永久磁石３が隙間なく配置されているので、回転子１の外径精度は永久磁石３の厚み精度で決まることになるが、永久磁石３は研磨等で厚み精度を出し易く、かつメッキ等による防錆被膜がないため、回転子の外径精度のバラツキを極めて少なく抑えることができる。この場合、永久磁石にメッキによる防錆被膜があると精度のバラツキを抑えるのは±０．０５ｍｍ程度が限界であったが、メッキによる防錆被膜をなくした永久磁石を用いることで、回転子の外径精度のバラツキを±０．０１ｍｍ程度に抑えることができる。

図２に示すように、回転軸支持板４は、合成樹脂部５により回転子鉄心２と一体にモールド成形されて結合される。この回転軸支持板４は鋼板で形成され、図１３に示す如く中心部には電動機の回転軸と結合する結合孔４ｄを有し、外周には凹部４ａと凸部４ｂ，４ｃが形成されている。ここで凸部４ｂ，４ｃはそれぞれ対称的に突出形成されており、凸部４ｂが凸部４ｃよりも大きく突出して形成されている。

一方、回転子鉄心２において回転軸支持板４と対応する第１の電磁鋼板１０は、内周側に凹部１０ａと凸部１０ｂが交互に設けられた穴を有する。そして、合成樹脂部５内において回転軸支持板４と回転子鉄心２とは、図１４に示すように組み合わされる。すなわち、第１の電磁鋼板１０の凹部１０ａに回転軸支持板４の凸部４ｂが入り込む状態で回転軸支持板４と回転子鉄心２とが組み合わされる。

合成樹脂部５により一体にモールド成形された回転子１は、回転子鉄心２の凹部１０ａと回転軸支持板４の凸部４ｂ、４ｃとの間に合成樹脂が充填されて、強い結合構造になる。特に回転子鉄心２の凹部１０ａと回転軸支持板４の凸部４ｂとの間に充填された合成樹脂層の部分には、圧縮力の作用しか働かないので、丈夫な結合構造を提供できる。また回転軸支持板４と回転子鉄心２とは合成樹脂部５を介して電気的に絶縁されているので、回転軸から回転子鉄心２を電気的に分離させることができる。

合成樹脂による回転子のモールド成形は、図示しない成形用金型内で行なわれる。このモールド成形では、永久磁石３を組み込んだ回転子鉄心２を金型内にセットし、その状態で金型内に合成樹脂材を注入して成形を行う。この場合、回転子鉄心２が所定の位置で保持されるように、金型内に複数の支持ピンを設け、この支持ピンで回転子鉄心２を押さえた状態で金型内に合成樹脂材を注入するようにしている。この支持ピンは、モールド成形後には抜き外すので、図２及び図３に示すように、回転子１の合成樹脂部５にはこの支持ピンの抜き跡である複数の抜き穴２０が形成される。

成形用金型にセットされた回転子鉄心２は、支持ピンが押さえ部材としての第３の電磁鋼板１２に突き当てられた状態に置かれ、第３の電磁鋼板１２の反対側（第１の電磁鋼板１０側）に設けられた合成樹脂注入ゲートより樹脂の注入が行われる。ここで回転子鉄心２は樹脂の強い注入圧により第３の電磁鋼板１２側に押されるが、その注入圧に抗して第３の電磁鋼板１２が支持ピンで押さえられることで回転子鉄心２は所定位置で確実に保持され、これによって合成樹脂で一体にモールド成形される回転子１は所定寸法・所定形状に形成される。

こうして成形される回転子１において押さえ部材としての第３の電磁鋼板１２は、支持ピンの跡である抜き穴２０の部分に樹脂の被覆がないので、外部に露出する。しかし、永久磁石３の端面は、第３の電磁鋼板１２により外部とは閉ざされているので、防錆未処理の永久磁石３でも錆が発生することはない。その結果、電動機の性能を損ねることはなく、長寿命の電動機を提供することができるものである。

さらに本例の回転子１では、図１５に示すように、合成樹脂部５の外周面から磁極片１４の一部を露出させてあり、ここでは合成樹脂部５の外周面が磁極片１４の露出面より外側に突き出た構造となっている。この場合、合成樹脂部５の外周面と磁極片１４の露出面との間の段差ａは０．５ｍｍ程度とされる。

このように本例の回転子１は、合成樹脂部５の外周面が磁極片１４の露出面より外側に突き出た構造となっていることにより、この回転子１を電動機に組み込む際には、磁極片１４が固定子に接触して完全に磁気吸着されてしまうようなことがなく、固定子との間にギャップを持たせながらスムーズに組み込むことができる。

さらに本例の回転子１では、磁極片１４の露出面側の両端部分に切り欠き状の段部１４ａ，１４ｂが形成されており、この段部１４ａ，１４ｂに合成樹脂部５が食い込む構造となっている。このような構造としたことで合成樹脂部５と磁極片１４の結合がより強固なものとなり、このため磁極片１４は、回転子１の高速回転による遠心力が加わっても合成樹脂部５から脱落することがなく、合成樹脂部５内で磁極片１４と永久磁石３がしっかりと保持されるので、回転子１は常に安定した状態で確実に回転駆動される。さらに図１６に示す如く磁極片１４の形状を、その両側端縁１４ｃ，１４ｄが回転子１の内側に向って大きく傾斜した扇型形状に形成することにより、回転子１の遠心力に対して一段と脱落しにくい構造とすることができる。

なお、以上の如く構成される回転子１は、上述したように磁極片１４の一部が合成樹脂部５の外周面から露出する構造となっているが、本例の回転子１は内転型(インナーロータ)であるため、磁極片１４の露出面に水滴が付着しても、この水滴は回転子１の高速回転による遠心力で外側に弾かれるので、磁極片１４の露出面から回転子１の内部に水が侵入するおそれはない。

図１７は本発明による回転子が組み込まれる電動機の構成例を示す。この電動機３０は例えば洗濯機に用いられるもので、減速機構３１と一体にユニット化されている。ここで電動機３０は、上述した回転子１、固定子３２、ハウジング３３、回転軸３４、エンドブラケット３５、軸受部３６を有して構成される。ハウジング３３は固定子３２を内側に固定し、回転軸３４はエンドブラケット３５に設けた軸受部３６に回転自在に支持され、回転子１の回転軸支持板４に結合される。固定子３２は、回転子１の外周面に対向して配置され、この固定子３２に巻装される電磁コイル３２ａと回転子１の回転子鉄心２との間の電磁作用によって固定子３２に対し回転子１が回転し、これと一体に回転軸３４が回転駆動される。

電動機の回転軸３４は、減速機構３１の入力側に噛み合わされる。減速機構３１の入力側は遊星歯車を有し、回転軸３４に形成したピニオンが噛み合わされる。減速機構３１の出力側には、洗濯機駆動軸３８が設けられる。この洗濯機駆動軸３８は減速機構３１の内側軸受部３９に回転自在に支持され、回転子１の回転がこの洗濯機駆動軸３８から減速して出力される。さらに洗濯機駆動軸３８の外側には中空回転軸４０が設けられる。この中空回転軸４０は減速機構３１のケース４１に結合され、回転軸３４と一体に回転して回転子１の回転を減速せずに出力するものである。

このような電動機を備えた洗濯機の構成例を図１８に示す。この洗濯機は、筐体５０の内部にサスペンション５１を介して懸架支持される水槽５２と、この水槽５２の内部に回転可能に配置され、洗濯物が投入される洗濯槽５３と、この洗濯槽５３内の底部に配置され、洗濯槽５３内の洗濯物を攪拌する回転翼５４と、を有して構成されており、この洗濯機において水槽５２の底部に設けられた固定板５５に、図１７に示した電動機３０が取り付けられている。

そしてこの電動機３０の出力軸である洗濯機回転軸３８が回転翼５４に連結されると共に、中空回転軸４０が洗濯槽５３に連結されている。従ってこの洗濯機では、洗濯時には電動機３０の回転子１の回転が減速機構３１を介して減速されて回転翼５４に伝達され、これによって回転翼５４が回転して洗濯槽５３内の洗濯物を攪拌する洗濯動作が行われると共に、脱水時には電動機３０の回転子１の回転が減速されずに洗濯槽５３に伝達されて洗濯槽５３が高速回転して脱水動作が行われる。この動作の切り換えは、電動機に備えられるクラッチ機構によって行われる。

本発明による電動機の回転子の実施例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明による電動機の回転子の実施例を示す底面図である。 実施例の回転子に用いられる永久磁石片の斜視図である。 実施例の回転子における回転子鉄心の断面図である。 図５の回転子鉄心を矢印Ｂ方向から見た図である。 図５の回転子鉄心を矢印Ｃ方向から見た図である。 実施例の回転子において回転子鉄心を構成する第１の電磁鋼板の平面図である。 実施例の回転子において回転子鉄心を構成する第２の電磁鋼板の平面図である。 実施例の回転子において回転子鉄心を構成する第３の電磁鋼板の平面図である。 回転子鉄心における磁極片の分離構造の説明図である。 実施例の回転子において積層した電磁鋼板を結合する結合ポンチ部の拡大断面図である。 実施例の回転子における回転軸支持板の平面図である。 実施例の回転子における回転軸支持板と回転子鉄心の組み合わせ構造を示す図である。 実施例の回転子における磁極片の露出部の構造を示す断面図である。 磁極片の他の形状例を示す図である。 本発明による回転子が組み込まれる電動機の構成例を示す断面図である。 本発明による回転子が組み込まれ電動機を備えた洗濯機の例を示す構成図である。

符号の説明

１…回転子、２…回転子鉄心、３…永久磁石、５…合成樹脂部、１０…第１の電磁鋼板、１１…第２の電磁鋼板、１２…第３の電磁鋼板。１４…磁極片、１４ａ，１４ｂ…段部、１８…結合ポンチ部

Claims (8)

1. 電動機の固定子に対向して設けられる回転子において、
   電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心と、この回転子鉄心の周方向に沿って配置される希土類で作られた複数の永久磁石と、前記回転子鉄心と前記永久磁石を埋め込むように一体にモールド成形された合成樹脂部と、を有して構成され、
   前記回転子鉄心は、前記永久磁石より前記固定子側に凸となるように配置される磁極片を有し、この磁極片が、全て回転子鉄心の本体から分離した構造であることを特徴とする電動機の回転子。
2. 請求項１に記載の電動機の回転子において、
   前記磁極片の一部が前記合成樹脂部の周面から露出される構造としたことを特徴とする電動機の回転子。
3. 請求項２に記載の電動機の回転子において、
   前記磁極片の露出面より前記合成樹脂部の周面が突き出た構造としたことを特徴とする電動機の回転子。
4. 請求項２に記載の電動機の回転子において、
   前記磁極片は、その露出面側の両端部分に、前記合成樹脂部が食い込む段部を有することを特徴とする電動機の回転子。
5. 請求項１に記載の電動機の回転子において、
   前記電磁鋼板は、互いに重なり合って結合する結合ポンチ部を有することを特徴とする電動機の回転子。
6. 請求項１に記載の電動機の回転子において、
   前記永久磁石は、表面が防錆未処理であることを特徴とする電動機の回転子。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の回転子と、この回転子の周面に対向して配置される電磁コイルを有する固定子と、を備えて構成される電動機。
8. 請求項７に記載の電動機において、
   前記固定子を外側に配置し、前記回転子を内側に配置した内転型構造としたことを特徴とする電動機。

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