JP2010187427A - 同期回転機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータの駆動などに使用される磁石飛散防止の突起を設けた同期回転機の回転子鉄心において、突起部分での隣の磁石への、磁束漏れを防止することを目的とする。
【解決手段】Ｔ形状突起２を、外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心３ａと、前記Ｔ形状突起２で係止保持される円弧状磁石１とで構成され、前記円弧状磁石１の磁束の配向方向を、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした構成により、メイントルクの低下を防止し、磁束漏れによる波形歪も少なくなるので、騒音の発生が防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石を備えた同期電動機や同期発電機等の同期回転機の回転子に関する。

従来、この種の同期回転機の回転子は、本件発明と同じように、回転子鉄心にＴ形状の突起を設け、その突起部で円弧状磁石を係止保持するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

また、同様に、円弧状磁石の両端部の肉厚を中止部より薄肉と、その薄肉部に回転子鉄心のＴ形状の突起を当接させて、円弧状磁石を係止保持するものが知られている。（例えば、特許文献２参照）。

以下、特許文献１に記載されているこの種の回転子の構成ついて、図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、回転子軸１０３に接合された回転子鉄心１０１の外周部に放射状に突起１０４が設けられ、突起１０４間が溝形状になり、その溝と略同形状の永久磁石１０２がその溝に挿入されて保持されており、回転子の回転による遠心力で磁石１０２が飛散することを防止している。突起１０４の外径と磁石１０２の外径は略同寸法で構成されている。

また、特許文献２に記載されている図９に示す回転子では、固定子鉄心１０５の内径側に設けられた回転子鉄心１０６の外周部に、図８の例と同様に、放射状に突起１０７が設けられている。突起１０７の先端はＴ形状に広がっており、中央部が肉厚である花弁状の磁石１０８の両端の薄肉部にＴ形状部分の内径側が当接し、磁石１０８が回転子の回転による遠心力で飛散しないようにしている。突起１０７の外径は、突起１０７によるリラクタンストルクが利用できるよう、磁石１０８の中央の肉厚部の１／２より大きい寸法になるように構成されている。
特開２００６−２７１０５７号公報 特開２００８−２４５４０６号公報

このような従来の回転子、すなわち、図８の特許文献１の例では、回転子鉄心１０１の外周部に設けた突起１０４の外径が、磁石１０２の外径と略同じ高さになるように構成されている。また、図９の特許文献２の例では、回転子鉄心１０６の外周部に設けた突起１０７の外径が磁石１０８の最大肉厚部の１／２以上の寸法となるよう構成されている。従って、突起部が固定子鉄心に近接し、リラクタンストルクを利用するにはよい構造だが、突起を通じて、磁石の磁束が隣の磁石に漏れ、固定子側に鎖交する磁束が減少するので、メイントルクが低下するという課題があった。また、磁束の漏れによって、磁石の表面磁束波形が歪むことにより、磁石の回転により固定子巻線に誘起される電圧波形も歪み、本回転子構造をファンモータに採用する場合には、騒音振動が発生するという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、回転子鉄心の外周部に放射状に設けた先端がＴ形状の突起間に挿入する磁石の磁束方向を、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向としたもので、回転子の回転による磁石飛散防止の効果を維持しながら、Ｔ形状突起を通じての隣の磁石への磁束漏れが減少し、メイントルクの低下の無い高性能の回転子を実現するとともに、磁束波形の歪による騒音発生を防止できる、高品質の回転子を実現することを目的としている。

本発明の同期回転機の回転子は、上記目的を達成するために、回転子鉄心の外周部に放射状に設けた先端がＴ形状の突起間に挿入する磁石の磁束方向を、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向としたものである。

この手段により、突起先端のＴ形状突起が回転子回転時の磁石飛散を防止するとともに、磁石磁束の方向が突起先端のＴ形状部分に流入しにくい角度となり、隣の磁石への磁束漏れが少なくなるので、メイントルクの低下を防止できるとともに、磁束波形の歪が減少し、回転機に組み込んで運転したとき、騒音振動の発生の無い高性能で高品質の同期回転機の回転子が実現できる。

また、他の手段は、Ｔ形状突起を有する回転子鉄心とＩ形状突起を有する回転子鉄心を組み合わせて積層する構造としたものである。

この手段により、磁石の飛散防止のための突起先端の係止部の無いＩ形状突起を有する回転子鉄心部分では、係止部を通じての、隣の磁石への磁束漏れが全く無いので、さらにメイントルクの低下が少なくなり、磁束漏れによる磁束波形歪も発生せず、騒音振動の発生の無い高性能で高品質の同期回転機の回転子が実現できる。

また、他の手段は、中心部の肉厚を厚くし、両端部の肉厚を中心部の肉厚より薄くした略花弁形状磁石とし、その両端の薄い部分に前記Ｔ形状突起を当接させるようにしたものである。

この手段により、突起があっても磁石中央部の磁石外形寸法を大きくすることが可能になり、磁石中央部での磁束量を多くできるので、メイントルクを大きくすることが可能になるとともに、磁石両端部での磁束が減少するので、回転子回転により固定子巻線に誘起される電圧を正弦波状にすることが可能になり、磁石飛散防止と高メイントルク及び低騒音化を実現する同期回転機の回転子の製造が可能になる。

また、他の手段は、円弧状の磁石をＴ形状突起で係止保持するとともに、接着剤にて固着したものである。

この手段により、磁石の軸方向への移動を防止することができ、完全な磁石の保持が可能になる。

また、他の手段は、円弧状の磁石を回転子鉄心に装着した後に、円弧状磁石の軸方向への移動を防止する円板状の部材を、回転子鉄心の両端に配設する構造としたものである。

この手段により、接着剤を使用せずに、磁石の軸方向への移動を防止することが可能であり、高性能で高品質の同期回転機の回転子を低コストで実現できる。

また、他の手段は、本回転子を備えたブラシレスＤＣモータを空調用ファンモータに搭載したものである。

この手段により、高トルクと低騒音両方の特性を備えた高性能で高品質の空調機を実現することができる。

本発明によれば、回転子鉄心に放射状に設けた先端がＴ形状突起が、突起部間の溝に挿入される磁石の飛散防止を実現するとともに、磁石の磁束方向が、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向としているので、Ｔ形状突起を通じての隣の磁石への磁束漏れが少なくなり、メイントルクの低下が防止できるとともに、磁束漏れによる波形歪も少なくなるので、騒音発生も防止できる高性能で高品質の同期回転機の回転子を提供することが可能になる。

本発明の請求項１記載の発明は、先端がＴ形状突起を、外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心と、前記突起部で係止保持される円弧状磁石とで構成され、前記円弧状磁石の磁束の配向方向を、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした、同期回転機の回転子としたものであり、Ｔ形状突起が回転子回転による磁石飛散を防止するとともに、磁石の磁束がパラレル配向である為、Ｔ形状突起からの、隣の磁石への磁束漏れが少なくなる。

また、本発明の請求項２記載の発明は、Ｔ形状突起を有する回転子鉄心とＩ形状突起を有する回転子鉄心を組み合わせて積層した同期回転機の回転子としたもので、Ｉ形状突起を有する回転子鉄心では、Ｉ形状突起の先端に磁石係止部が無いので、突起を通じての隣の磁石への磁束漏れが完全になくなり、さらに磁束漏れを少なくすることが可能になる。

また、本発明の請求項３記載の発明は、円弧状磁石の中心部を肉厚とし、両端部を中心部の肉厚より薄くした略花弁形状磁石とし、その両端の薄い部分に前記Ｔ形状突起を当接させたもので、これにより突起部が当接していない円弧状磁石１の中心部分の肉厚部の外径寸法を大きな寸法にすることが可能になり、円弧状磁石１の中心部分において、固定子鉄心５に鎖交する磁束量を増加させることができ、高メイントルクを実現するとともに、誘起電圧を略正弦波状にすることが可能になり、低騒音を実現することができる。

また、本発明の請求項６記載の発明は、本発明の請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子を空調用のブラシレスＤＣファンモータに搭載したものであり、磁石の飛散防止と高メイントルクと低騒音を実現できる本構造の回転子を備えたブラシレスＤＣファンモータは、高出力化と低騒音化の要求の強い空調用ファンモータとして最適である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における回転子および固定子鉄心断面の部分平面図である。又、図２は同Ｔ形状突起部分の拡大図である。図において、１は両端が薄く中央部が肉厚である円弧状の磁石であり、その磁束方向は、実線の矢印で図示したように、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向としている。すなわち、図１において一点鎖線で示した回転軸６の中心と円弧状磁石１の中心とを結んだ直線に磁束方向が平行になっているのである。３ａは回転子鉄心であり、回転子軸６の方向に複数枚積層され、また、先端がＴ形状の突起であるＴ形状突起２を、外周部に放射状に円弧状磁石１と同数だけ備えている。Ｔ形状突起２の内径部に両端の薄肉の外径部が当接するように円弧状磁石１が軸方向に挿入され、回転子鉄心３ａに係止保持されている。４は接着剤であり、主に円弧状磁石１の軸方向への移動を防止している。５は固定子鉄心である。

本実施の形態において、回転子の回転により円弧状磁石１に加わる遠心力によって、円弧状磁石１が外径方向に飛散するのを、回転子鉄心３ａのＴ形状突起２が防止しているが、Ｔ形状突起２の内径部は、円弧状磁石１の外径部に接しているので、Ｔ形状突起２を通じて円弧状磁石１の磁束が隣の磁石に漏れることになる。円弧状磁石の磁束方向が、内径側から外径側に放射状に向かうラジアル配向の場合の、磁石両端部での隣の磁石への磁束漏れを図における点線で示しているが、同じＴ形状であっても、パラレル配向のほうが隣の磁石への磁束漏れが少なく、メイントルク発生に寄与する固定子鉄心５に鎖交する磁束が多くなっていることがわかる。図３は、図１における本実施の形態の回転子を実際の回転機に組込んで回転させ、固定子巻線に誘起される電圧の波形を測定した図である。太くて濃い線が、円弧状磁石１の磁束方向をパラレル配向としたときの誘起電圧を、薄くて細い線がラジアル配向にしたときの誘起電圧を示している。図から明らかなように、パラレル配向のときのほうが誘起電圧が高くなっており、隣の磁石への磁束漏れが少なくなっていることがわかる。

又、本実施の形態では磁石の中心部の肉厚を大きくし両端部の外径寸法を小さくした略花弁形状の磁石とし、その部分にのみＴ形状突起２を設けているので、円弧状磁石１の中心部の肉厚部の寸法は、Ｔ形状突起２に関係なく大きな寸法にすることが可能になる。これにより円弧状磁石１の中心部分において、固定子鉄心５に鎖交する磁束量を増加させることが可能になり、高メイントルクを実現するとともに、誘起電圧を略正弦波状にすることが可能になり、低騒音を実現することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における同期回転機の回転子の正面図、図５は同Ｉ形状突起を有する回転子および固定子鉄心断面の部分平面図である。図において、３ａは実施の形態１と同様のＴ形状突起２を有する回転子鉄心であり、３ｂは外周部に放射状に円弧状磁石１と同数のＩ形状突起７を有する回転子鉄心である。両回転子鉄心とも軸６方向に複数枚積層されるが、本形態においては、Ｔ形状突起を有する回転子鉄心３ａは、軸方向の両端部それぞれに分かれて複数枚積層されている。Ｉ形状突起を有する回転子鉄心３ｂは軸方向の中央部で連続的に積層されている。

本実施の形態において、Ｉ形状突起７を有する回転子鉄心３ｂにおいては、磁石外径部に接する突起部分がなく、回転子鉄心３ｂ部分では隣の磁石への磁束漏れが全くなくなり、Ｔ形状突起２を有する回転子３ａだけを積層して回転子を構成した場合に比較して、磁束漏れを大幅に減少させることが可能になる。

図６は、本実施の形態における回転子による固定子巻線に誘起される誘起電圧波形と、すべてＴ形状突起を有する回転子鉄心３ａを積層して構成した回転子により固定子巻線に誘起される誘起電圧波形を示したものである。図からわかるように、本形態例の誘起電圧波形は波形の先端部での波形の狭小化がなく、歪のない正弦波形状であり、磁束漏れによる、固定子鉄心への鎖交磁束の低減と誘起電圧波形の歪の防止、両方を実現している。これにより高メイントルクと低騒音を実現する同期回転機の回転子の製造が可能になる。

尚、本図の本実施の形態では、Ｉ形状突起を有する回転子鉄心３ｂとＴ形状突起を有する回転子鉄心３ａの構成比は７：３としているが、必ずしも７：３にする必要はなく、飛散防止の効果と磁束漏れの特性および騒音への影響を考慮しながら、構成比を決定すればよい。又、本実施の形態では、Ｔ形状突起を有する回転子鉄心３ａを回転子軸方向の両端部２ケ所に配設しているが、両端部２ケ所である必要はなく、磁石飛散防止効果が確保できるなら軸方向のどの部分に設けてもよく、その数にも制限は無い。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における同期回転機の回転子の平面図と正面図である。図において、８は円弧状磁石１の軸方向の動きを防止する樹脂性の円板状部材であり、その他は、第２の実施の形態と全く同じである。図において、円板状部材８は、円弧状磁石１を回転子鉄心３ａおよび３ｂに挿入した後、円弧状磁石１の両端部に当接するように、軸６に圧入固定されている。

本実施の形態においては、円弧状磁石１の外径方向への移動をＴ形状突起２が防止し、軸方向への移動を円板状部材８が防止するので、接着剤をしなくても、円弧状磁石１の完全な保持が可能になり、さらに高品質・高性能な同期回転機の回転子の製造が可能になる。

以上のように、本発明による同期回転機の回転子は、回転子鉄心の外周部に設けられた複数の放射状突起間の溝に挿入する円弧状磁石の磁束方向をパラレル配向としているので、隣の磁石への磁束漏れが少なくなり、磁石飛散防止の効果を維持しつつ、高メイントルクと低騒音を実現できるので、高出力および低騒音化の要求のつよい空調用ブラシレスＤＣファンモータの回転子として最適である。

本発明の第１の実施の形態の回転子鉄心および固定子鉄心の断面を示す部分平面図 同固定子鉄心の断面を示す部分拡大図 同円弧状磁石の磁束方向を変化させたときの誘起電圧の比較波形図 本発明の第２の実施の形態の回転子を示す正面図 同Ｉ形状突起を有する回転子鉄心および固定子鉄心の断面を示す部分平面図 同Ｉ形状突起構成比７０％の場合とＴ形状突起構成比１００％の場合の誘起電圧の波形図 本発明の第３の実施の形態の回転子の平面図および正面図 従来の回転子鉄心を示す平面図 同他の回転子鉄心を示す平面図

１ 円弧状磁石
２ Ｔ形状突起
３ａ （Ｔ形状突起を有する）回転子鉄心
３ｂ （Ｉ形状突起を有する）回転子鉄心
４ 接着剤
７ Ｉ形状突起
８ 円板状部材

Claims (6)

1. Ｔ形状突起を、外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心と、前記Ｔ形状突起で係止保持される円弧状磁石とで構成され、前記円弧状磁石の磁束の配向方向を、磁石の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした、同期回転機の回転子。
2. 前記Ｔ形状突起を有する回転子鉄心とＩ形状突起を有する回転子鉄心を組み合わせて積層した請求項１における同期回転機の回転子。
3. 前記円弧状磁石は、中心部の肉厚を厚くし、両端部の肉厚を中心部の肉厚より薄くした略花弁形状磁石とし、その両端の薄い部分に前記Ｔ形状突起を当接させた請求項１および２における同期回転機の回転子。
4. 前記円弧状の磁石を前記Ｔ形状突起で係止保持するとともに、接着剤にて固着した請求項１乃至３のいずれかに記載の同期回転機の回転子。
5. 前記円弧状の磁石を前記回転子鉄心に装着した後に、前記円弧状磁石の軸方向への移動を防止する円板状部材を、前記回転子鉄心の両端に配設した請求項１乃至３のいずれかに記載の同期回転機の回転子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子を備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータ。

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