JP2007209163A - 永久磁石回転子の防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石回転子における鉄心２と永久磁石３の間に介在された弾性体４による捩り振動低減機能を高めた防振構造を提供する。
【解決手段】回転軸１に同心的に固定され外周面に外向きリブ２１が形成された鉄心２と、この鉄心２の外周側に同心配置され内周面に前記外向きリブ２１と異なる位相で内向きリブ３１が形成された環状の永久磁石３と、鉄心２と永久磁石３の間に介在された弾性体４とを備える永久磁石回転子において、弾性体４における外向きリブ２１又は内向きリブ３１と円周方向に対向する面４１ａ，４２ａに、外向きリブ２１又は内向きリブ３１と接触される所要数の緩衝突部４１ｂ，４２ｂが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転磁界によって永久磁石回転子が回転するモータにおいて、前記永久磁石回転子の防振構造に関するものである。

空調機等のファンモータには、回転磁界によって永久磁石回転子にトルクを与える永久磁石電動機が広く用いられている。

良く知られているように、永久磁石電動機の回転子は、回転軸に固定された鉄心の外周に、弾性体（緩衝部材）を介して環状の永久磁石を保持した構成を備える。前記鉄心は、磁性体金属板を積層したものであって、その外周面には複数のリブが突設されており、永久磁石は円周方向交互に異なる磁極が着磁されたものであって、その内周面には複数のリブが突設されており、弾性体はゴム状弾性材料で環状に成形されたものであって、鉄心側のリブ及び永久磁石側のリブと円周方向に係合した状態で鉄心と永久磁石の間に介在している。

この種の永久磁石電動機は、界磁に発生させた回転磁界によって、永久磁石回転子に回転トルクを与えるものであるが、界磁と回転子の永久磁石との間に作用する磁力が回転角と共に周期的に変化するため、前記永久磁石には、磁気吸引力及び磁気反発力による正負のトルクが交互に作用して、コギングと呼ばれる捩り振動（回転むら）が発生する。また、インバータ駆動による回転数の急激な変化時にも捩り振動が発生する。そして鉄心と永久磁石の間に介在された弾性体は、このような振動や騒音を低減するものである（例えば特許文献１参照）。
特開平０９−１４９５７１号公報

ここで、回転子の永久磁石に生じる捩り振動の伝達を有効に低減するには、弾性体の円周方向のばね定数を小さくする必要があるが、特許文献１のような従来の防振構造によれば、弾性体の特性は、鉄心側のリブと永久磁石側のリブとの間での円周方向圧縮力が支配的であり、このため、ばね定数を小さくすることが困難であった。したがって、永久磁石から回転軸へ捩り振動が伝達されて、例えばファンモータの場合、回転軸を介してファンに伝達される振動により発生する騒音を有効に低減することが困難であった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、永久磁石回転子における鉄心と永久磁石の間に介在された弾性体による捩り振動低減機能を高めた防振構造を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る永久磁石回転子の防振構造は、回転軸に同心的に固定され外周面に外向きリブが形成された鉄心と、前記鉄心の外周側に同心配置され内周面に前記外向きリブと異なる位相で内向きリブが形成された環状の永久磁石と、前記鉄心と前記永久磁石の間に介在された弾性体とを備える永久磁石回転子において、この弾性体における前記外向きリブ又は内向きリブと円周方向に対向する面に、この外向きリブ又は内向きリブと接触される所要数の緩衝突部が形成されたものである。

本発明に係る永久磁石回転子の防振構造において一層好ましい例としては、緩衝突部の幅が、この緩衝突部の突出高さよりも大きいものとする。

本発明に係る永久磁石回転子の防振構造によれば、コギングトルク等による捩り振動に対しては、弾性体の緩衝突部が変形を受けることによって、弾性体の円周方向のばね定数が小さいものとなるので、永久磁石の捩り振動を、回転軸に対して有効に絶縁することができる。また、大きなトルクに対しては、緩衝突部がつぶれて弾性体が外向きリブと内向きリブとの間で圧縮されることによるばね定数の上昇を図り、所要のトルク伝達力を確保することができる。しかも、鉄心又は永久磁石と弾性体の間に、緩衝突部によって隙間ができるので、回転子の放熱性の向上も期待できる。

また、緩衝突部の幅を突出高さよりも大きくすることによって、この緩衝突部の座屈を防止することができる。

以下、本発明に係る永久磁石回転子の防振構造の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、永久磁石回転子を、軸心を中心として異なる方向へ切断した断面図、図２は、図１におけるII−II線の位置で切断した半断面図、図３は、本発明に係る永久磁石回転子の弾性体を図１におけるIII方向から見た矢視図、図４は、弾性体の要部拡大断面図、図５は、弾性体によるばね特性を示す特性線図である。

この実施の形態に係る永久磁石回転子は、例えば空調機におけるファンモータとして用いられ、すなわち送風ファンを回転させるものであって、図１及び図２に示されるように、不図示のケースに固定された電磁石からなる界磁１０の内周に回転自在に配置されていて、前記ケースに不図示の軸受を介して挿通された回転軸１と、この回転軸１に同心的に固定された鉄心２と、その外周側に同心配置された環状の永久磁石３と、前記鉄心２と永久磁石３との間に介在された軸方向一対の弾性体４，４とを備える。

鉄心２は、図１に示されるように、磁性体金属板（例えば鋼板）２ａを多数積層したものであって、その外周面には、図２に示されるように、複数（例えば４個）の外向きリブ２１が等位相間隔で径方向に突設されている。一方、永久磁石３は、円周方向交互に異なる磁極が着磁されたものであって、その内周面には複数（例えば２個）の内向きリブ３１が等位相間隔で径方向に突設されている。

弾性体４，４は、ゴム状弾性材料で環状に成形されたものであって、鉄心２と永久磁石３の間の連続した隙間に軸方向両側から挿入されており、その軸方向両側に配置された一対の押え板５，５を、複数のピン６及び止め環７で軸方向に互いに連結することによって固定されている。詳しくは、ピン６の軸部６ａを押え板５，５及び弾性体４，４に挿通して、その先端に固定される止め環７を取り付けることにより、ピン６の頭部６ｂと止め環７との間で、前記弾性体４，４が、両側の押え板５，５を介して固定されている。この状態において、弾性体４，４は、その内端部が軸方向に互いに衝合しており、外端部近傍の内外周にそれぞれ周設された張出部４ａ，４ｂが、鉄心２の軸方向両端外周及び永久磁石３の軸方向両端内周に形成された段差部３ａに係合されている。

また、この弾性体４，４は、図２及び図３に示されるように、内周面に、鉄心２の外向きリブ２１と対応する複数（例えば４個）の嵌合凹部４１が等位相間隔で凹設されており、外周面に、永久磁石３の内向きリブ３１と対応する複数（例えば２個）の嵌合凹部４２が、内周側の嵌合凹部４１と異なる位相上で、等位相間隔で凹設されている。詳しくは、外周側の嵌合凹部４２は、円周方向に隣り合う内周側の嵌合凹部４１，４１の中間に位置している。

図２に示されるように、弾性体４における内周側の嵌合凹部４１は、鉄心２の外向きリブ２１に適当な隙間Ｇ_１をもって遊嵌されている。そして嵌合凹部４１のうち外向きリブ２１と円周方向に対向する内側面４１ａ，４１ａには、この外向きリブ２１と接触される複数の緩衝突部４１ｂが形成されている。

同様に、弾性体４における外周側の嵌合凹部４２は、永久磁石３の内向きリブ３１に適当な隙間Ｇ_２をもって遊嵌されている。そして嵌合凹部４２のうち内向きリブ３１と円周方向に対向する内側面４２ａ，４２ａには、この内向きリブ３１と接触される複数の緩衝突部４２ｂが形成されている。

図４に示されるように、内周側の嵌合凹部４１における緩衝突部４１ｂ及び外周側の嵌合凹部４２における緩衝突部４２ｂは、鉄心２の外向きリブ２１あるいは永久磁石３の内向きリブ３１と接触される先端が略円弧面状の蒲鉾形をなして、軸方向へ延びている。そしてその幅ｗは、突出高さｈよりも大きく、互いに隣接する緩衝突部４１ｂ，４１ｂ間及び緩衝突部４２ｂ，４２ｂ間の幅Ｌは、前記幅ｗよりも大きいものとなっている。

以上のように構成された永久磁石回転子は、電磁石からなる界磁１０に回転磁界を発生させることによって、この回転磁界と、永久磁石３の磁界とによるトルクを与えられて軸心を中心に回転するものである。このとき、界磁１０と永久磁石３との間に作用する磁力は回転角と共に周期的に変化するため、永久磁石３には、磁気吸引力及び磁気反発力による正負のトルクが交互に作用することによる捩り振動（コギング）が発生し、また、インバータ駆動時の電流のＯＮ／ＯＦＦによる捩り振動も発生する。

上述のように永久磁石３に捩り振動が発生することによって、この永久磁石３と、その内周の鉄心２との間に円周方向相対変位（捩り変位）を生じると、その変位初期においては、永久磁石３と鉄心２との間に介在する弾性体４は、まず、鉄心２の外向きリブ２１と永久磁石３の内向きリブ３１との間で、主に緩衝突部４１ｂ，４２ｂが圧縮変形を受ける。この緩衝突部４１ｂ，４２ｂは、先端が円弧面状をなしているので、外向きリブ２１あるいは内向きリブ３１に対する初期接触面積が小さく、圧縮に対する剛性が小さいため、図５に弾性体４の特性線図で示されるように、永久磁石３と鉄心２との捩り角度がθ_１未満の領域では僅かなトルク変動で容易に変形し、すなわちばね定数が小さいものとなる。したがって、永久磁石３から鉄心２へのコギングトルク等の伝達、言い換えれば回転軸１へのコギングトルク等の伝達を有効に絶縁し、不図示のファンへの振動伝達による騒音の発生を抑制することができる。

このときの、緩衝突部４１ｂ，４２ｂが圧縮変形を受けることによるばね定数は、緩衝突部４１ｂ，４２ｂの大きさ及び数によって適宜に設定することができる。そして、緩衝突部４１ｂ，４２ｂの幅ｗを、突出高さｈよりも大きいものとすることによって、トルク入力時の圧縮力による座屈を起こりにくくすることができる。

ここで、緩衝突部４１ｂ，４２ｂの数や大きさが同じであっても、その形成間隔Ｌが狭いと、これら鉄心２の外向きリブ２１及び永久磁石３の内向きリブ３１による圧縮を受けた時に、前記外向きリブ２１と内向きリブ３１の間の、弾性体４の本体部分４３へ圧縮力が伝達されやすくなり、このため緩衝突部４１ｂ，４２ｂによる特性が得られにくくなるが、この形態によれば、互いに隣接する緩衝突部４１ｂ，４１ｂ間（緩衝突部４２ｂ，４２ｂ間）の間隔Ｌを、緩衝突部４１ｂ，４２ｂの幅ｗよりも大きいものとしてあるので、コギングトルク等による変位初期において、主に緩衝突部４１ｂ，４２ｂのみが圧縮変形を受けるようにすることができる。

また、入力トルクの増大によって、鉄心２の外向きリブ２１と永久磁石３の内向きリブ３１との間での圧縮力が増大するので、永久磁石３と鉄心２との捩り角度がθ_１に達すると、緩衝突部４１ｂ，４２ｂが完全につぶれた状態となり、前記外向きリブ２１と内向きリブ３１の間で、弾性体４の本体部分４３全体が圧縮されることになるので、ばね定数が上昇する。したがって、図５に示されるように、コギングのような小刻みな捩り振動に対してはばね定数を小さく維持して振動絶縁性を高めると共に、捩り角度がθ_１以上となるような大トルク入力に対しては、大きなばね定数によってトルク伝達力を確保するといった、二段特性を得ることができる。

更に、緩衝突部４１ｂ，４２ｂによって、通常、弾性体３と鉄心２の外向きリブ２１及び永久磁石３の内向きリブ３１との間には隙間Ｇ_１，Ｇ_２が存在し、この隙間Ｇ_１，Ｇ_２の容積は、上述の捩り振動の入力によって小刻みに変化して空気が流通するので、回転子からの放熱性の向上も期待できる。

なお、上述した実施の形態においては、弾性体４を軸方向に一対、互いに衝合した状態に設けたが、弾性体４は、軸方向に連続したものとすることもできる。

また、緩衝突部４１ｂ，４２ｂは、鉄心２の外向きリブ２１と円周方向に対向する面（嵌合凹部４１の内側面４１ａ）、又は永久磁石３の内向きリブ３１と円周方向に対向する面（嵌合凹部４２の内側面４２ａ）のうち、いずれか一方にのみ形成しても良く、その断面形状も、蒲鉾形に限らず、例えば断面形状が山形あるいは台形をなすものなども適用可能である。

本発明に係る永久磁石回転子の防振構造の好ましい実施の形態として、永久磁石回転子を、軸心を中心として異なる方向へ切断した断面図である。 図１におけるII−II線の位置で切断した半断面図である。 弾性体を図１におけるIII方向から見た矢視図である。 弾性体の要部拡大断面図である。 弾性体によるばね特性を示す特性線図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ 鉄心
２１ 外向きリブ
３ 永久磁石
３１ 内向きリブ
４ 弾性体
４１，４２ 嵌合凹部
４１ａ，４２ａ 内側面
４１ｂ，４２ｂ 緩衝突部
４３ 本体部分
５ 押え板
６ ピン
７ 止め環
１０ 界磁
Ｇ_１，Ｇ_２ 隙間

Claims (2)

1. 回転軸（１）に同心的に固定され外周面に外向きリブ（２１）が形成された鉄心（２）と、この鉄心（２）の外周側に同心配置され内周面に前記外向きリブ（２１）と異なる位相で内向きリブ（３１）が形成された環状の永久磁石（３）と、前記鉄心（２）と前記永久磁石（３）の間に介在された弾性体（４）とを備える永久磁石回転子において、前記弾性体（４）における前記外向きリブ（２１）又は内向きリブ（３１）と円周方向に対向する面に、この外向きリブ（２１）又は内向きリブ（３１）と接触される所要数の緩衝突部（４１ｂ，４２ｂ）が形成されたことを特徴とする永久磁石回転子の防振構造。
2. 緩衝突部（４１ｂ，４２ｂ）の幅（ｗ）が、この緩衝突部（４１ｂ，４２ｂ）の突出高さ（ｈ）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転子の防振構造。

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