JP2016135061A - 永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の固有振動数を容易に調整することができる永久磁石電動機を提供すること。【解決手段】シャフト２と、シャフト２に同心的に固定された内周側鉄心３と、内周側鉄心３の外周側に同心的に配置された永久磁石４と、内周側鉄心３と永久磁石４との間に配置される緩衝部材５とを備えた回転子１と、回転子１の外周面に所定の間隔をもって対向するように配置される固定子７とを備えた永久磁石電動機であって、緩衝部材５は、回転子１の剛性を調整するための剛性調整部５３を備え、剛性調整部５３は、シャフト２の軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔５３１と、複数の貫通孔５３１の間をつなぎ回転子１の剛性を調整するために除去される複数の除去壁５３２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石電動機に関する。

従来の永久磁石電動機には、回転磁界を発生する固定子の内部に、永久磁石を備える回転子を回転可能に配置したインナーロータ型の電動機があり、例えば、空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するためのブラシレスＤＣモータとして用いられる。

このような送風ファンに接続される永久磁石電動機は、永久磁石とロータコアの間に緩衝ゴムを有する回転子を備えている。緩衝ゴムは永久磁石やロータコアと比べ、その材質の特性により曲げやねじれの力に対し変形し易いため、回転子全体の剛性が低下する。回転子全体の剛性が低下すると、回転子の固有振動数が低下し、この回転子の固有振動数が、固定子と回転子が引合う際に発生するトルク脈動（トルクリップル）の振幅が一番大きい周波数成分、例えば１次成分の周波数に近くなると、回転子の固有振動数とトルクリップルの１次成分の周波数とが共振して、回転子や回転子に接続される送風ファンの振動を引き起こすおそれがある。

この共振を防ぐためには、回転子全体の剛性を変えることで回転子の固有振動数を変え、トルクリップルの１次成分の周波数を避ければよい。回転子全体の剛性を変える方法として、例えば、ロータコアと緩衝ゴムが部分的に接触しないようにロータコアに複数の空隙を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。一方で、回転子に異なる荷重の送風ファンを接続すると、回転子の固有振動数が送風ファンの荷重によって変化することが知られている。従って、回転子に接続する送風ファンの荷重に応じて回転子の固有振動数を変える必要があるが、特許文献１に開示される回転子では固有振動数を変えるためにロータコア（回転子全体）の剛性を調整することが難しかった。このため、荷重の異なる送風ファン毎に回転子を用意する必要があり、永久磁石電動機を共通化できないという問題があった。

特許第３３０１７８８号公報

本発明は上記問題点に鑑み、回転子の固有振動数を容易に調整することができる永久磁石電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の永久磁石電動機は、シャフトと、前記シャフトに同心的に固定された円柱形状の内周側鉄心と、前記内周側鉄心の外周側に同心的に配置された円筒形状の永久磁石と、前記内周側鉄心と前記永久磁石との間に配置される緩衝部材とを備えた回転子と、前記回転子の外周面に所定の間隔をもって対向するように配置される固定子とを備えたものであって、前記緩衝部材は、前記回転子の剛性を調整するための剛性調整部を備え、前記剛性調整部は、前記シャフトの軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の間をつなぎ前記回転子の剛性を調整するために除去される複数の除去壁とを備えることを特徴とする。
また、前記剛性調整部を前記緩衝部材の周方向に等間隔に複数形成したことを特徴とする。
さらに、前記剛性調整部を前記緩衝部材の内周壁に近い位置に形成したことを特徴とする。

本発明の永久磁石電動機によれば、回転子の固有振動数を容易に調整することができる。

本発明の回転子において端板を除いた状態を示す上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の要部拡大図である。 図３の緩衝部材の除去壁を一部除去し回転子の剛性を調整した状態を示す要部拡大図である。 本発明の回転子を用いた永久磁石電動機を示す断面図である。 本発明の回転子を用いた永久磁石電動機を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１乃至図６は、本実施形態における回転子とこの回転子を用いた永久磁石電動機を説明する図である。永久磁石電動機は、回転磁界を発生する固定子内に、永久磁石を備える回転子を回転可能に配置したインナーロータ型電動機であり、例えば、空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するためのブラシレスＤＣモータとして用いられる。

回転子１は、図１乃至図３に示すように、シャフト２と、シャフト２に同心的に固定された円柱形状の内周側鉄心３と、内周側鉄心３の外周側に同心的に配置された円筒形状の永久磁石４と、内周側鉄心３と永久磁石４との間に配置された緩衝部材５と、永久磁石４と緩衝部材５と内周側鉄心３とをシャフト２の軸方向に保持するための端板６とを備えている。

内周側鉄心３は、シャフト２に装着するための孔３１が軸方向の中心にあり、孔３１にシャフト２を圧入することでシャフト２に固定されている。内周側鉄心３は、外周壁３２に外周壁３２から永久磁石４（回転子１の外径側）に向かって突出する５つの第１突起部３３を備えている。５つの第１突起部３３は、外周壁３２の軸方向に延びるとともに周方向に等間隔に配置されている。

永久磁石４は、磁石粉末を樹脂で固めることで形成された、いわゆるプラスチックマグネットである。永久磁石４は、内周壁４１に内周壁４１からシャフト２（回転子１の内径側）に向かって突出する５つの第２突起部４２を備えている。５つの第２突起部４２は、内周壁４１の軸方向に延びるとともに周方向に等間隔に配置されている。さらに、第２突起部４２は、内周側鉄心３の第１突起部３３との間で周方向に交互に配置されている。

緩衝部材５は、永久磁石４や内周側鉄心３よりも変形し易い、例えば、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）などのゴムや樹脂の材料で円筒形状に形成された、永久磁石４とシャフト２の間で相互に伝わる振動を抑制する部材である。緩衝部材５は、内周側鉄心３と永久磁石４とを連結するために、内周側に内周側鉄心３の第１突起部３３を嵌め込む第１凹部５１と、外周側に永久磁石４の第２突起部４２を嵌め込む第２凹部５２とを備えている。第１凹部５１と第２凹部５２は周方向に交互に形成され、第１突起部３３と第２突起部４２が嵌め込まれているので、永久磁石４がシャフト２に対し空転することなく、永久磁石４の回転トルクがシャフト２に伝達される。

さらに、緩衝部材５は、回転子１の剛性を調整するための５つの剛性調整部５３を備えている。５つの剛性調整部５３はそれぞれ、シャフト２の軸方向に沿って貫通する４つの貫通孔５３１と、４つの貫通孔５３１の間をつなぐ複数の除去壁５３２とを備えている。複数の除去壁５３２は、回転子１の剛性を調整するために緩衝部材５から除去される壁である。図３に示すように、４つの貫通孔５３１は、周方向に細長い三角形状に形成され、複数の除去壁５３２を格子状に形成することで上下左右に対称的に配置されている。複数の除去壁５３２は、緩衝部材５から簡単に切取り除去できるようにするため、４つの貫通孔５３１が近接するように薄い肉厚に形成されている。５つの剛性調整部５３は、緩衝部材５の５つの第１凹部５１の間に周方向に等間隔に形成されるとともに内周壁５４に近い位置に形成されている。

端板６は、円板状に形成され、シャフト２に装着するための開口部６１が中心にあり、開口部６１にシャフト２を圧入することでシャフト２に固定されている。端板６は、緩衝部材５の軸方向の両端面（上端面５５と下端面５６）を軸方向の一方側と他方側から挟持するように配置される。

このように構成された回転子１は、予め成形され着磁された永久磁石４と、予め成形された緩衝部材５と、シャフト２に固定された内周側鉄心３とを用意しておき、内周側鉄心３と永久磁石４との間に緩衝部材５を嵌め込み、緩衝部材５をシャフト２の軸方向の一方側と他方側から端板６で挟持することにより組立てられる。

永久磁石電動機Ｍは、図５および図６に示すように、前述の回転子１と固定子７とを備えている。固定子７は、固定子鉄心７１とインシュレータ７２と固定子巻線７３とを備えている。固定子鉄心７１は、薄い鋼板を複数積層して円筒状に形成され、環状のバックヨーク部７１１とバックヨーク部７１１から内径側に延びる複数のティース部７１２とを備えている。この固定子鉄心７１には、インシュレータ７２を一体形成し、インシュレータ７２を介してティース部７１２に固定子巻線７３が巻回されている。

このように構成された固定子７は、固定子巻線７３が巻回された固定子鉄心７１をティース部７１２の先端面７１２１（固定子鉄心７１の内周面）を除いてモールド樹脂でモールド成形して円筒状の外郭７４を形成し、ティース部７１２の先端面７１２１が回転子１の外周面（永久磁石４の外周面４３）に所定の間隔（いわゆるエアギャップ）をもって対向するように配置されている。永久磁石電動機Ｍは、例えば、回転子１のシャフト２に送風ファン（図示省略）が連結されて空気調和機に搭載される。

空気調和機の機種毎に永久磁石電動機Ｍに負荷として異なる送風ファンを用いる場合、回転子１の組立の際に、緩衝部材５の５つの剛性調整部５３では、異なる送風ファンの荷重に応じて予め実験的に求められた位置と個数の除去壁５３２を除去することにより、回転子１の剛性が調整される。例えば、緩衝部材５の５つの剛性調整部５３の全てにおいて、図４に示すように、緩衝部材５の内周壁５４側から３つの除去壁５３２を切取り、それぞれの除去壁５３２を緩衝部材５から除去することにより、４つの貫通孔５３１のうち、内側の２つの貫通孔５３１を１つの貫通孔５３１ａにして３つの貫通孔に変化させ、貫通孔の大きさや形状を変化させ回転子１全体の剛性を低下させる。この結果、回転子１の固有振動数を小さくするように変化させることができる。このようにして、回転子１の固有振動数をトルクリップルの１次成分の周波数から遠ざけるように調整し、両者の共振を防ぎ、回転子や回転子に直結される送風ファンの振動を防ぐことができる。

なお、本実施形態による回転子１では、内周側鉄心３の第１突起部３３と永久磁石４の第２突起部４２と緩衝部材５の剛性調整部５３の数や大きさは、空気調和機の機種毎に異なる荷重の送風ファンの種類と、内周側鉄心３と永久磁石４と緩衝部材５との空転に対する強度とのバランスを考慮して適宜設定される。例えば、第１突起部３３と第２突起部４２と剛性調整部５３の数は５つに限らず、４つの第１突起部３３と第２突起部４２と剛性調整部５３を周方向に等間隔に配置してもよい。また、剛性調整部５３は、回転子１の剛性を調整することができれば、５つの第１突起部３３の間に全て配置しなくても、緩衝部材５の内周面５４に沿って形成しなくてもよい。また、本実施形態による回転子１では、内周側鉄心３と永久磁石４との間に緩衝部材５を嵌め込み、緩衝部材５を端板６で挟持することにより組立てられるようにしたが、上下一対の金型内にシャフト２に固定された内周側鉄心３と永久磁石４とを配置した後、内周側鉄心３と永久磁石４の間に緩衝部材５となるモールド樹脂を注入しモールド成形することにより一体的に組立てられるようにしてもよい。このとき、緩衝部材５には剛性調整部５３の複数の除去壁５３２が後から除去可能に形成される。

以上説明してきた実施形態による永久磁石電動機Ｍによれば、緩衝部材５は、回転子１の剛性を調整するための剛性調整部５３を備え、剛性調整部５３は、シャフト２の軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔５３１と、複数の貫通孔５３１の間をつなぎ回転子１の剛性を調整するために除去される複数の除去壁５３２とを備えている。このため、異なる荷重の送風ファン毎に剛性調整部５３の除去壁５３２を除去することにより回転子１全体の剛性を低下させ、回転子１の固有振動数をトルクリップルの１次成分の周波数から遠ざかるように容易に調整することができる。この結果、荷重の異なる送風ファン毎に回転子１を用意する必要がなく、永久磁石電動機を共通化することができる。また、剛性調整部５３を緩衝部材５の周方向に等間隔に複数形成したことにより、回転子１の回転バランスを損なわないようにすることができる。さらに、剛性調整部５３を緩衝部材５の内周壁５４に近い位置に形成したことにより、内周壁５４側から複数の除去壁５３２を簡単に除去することができる。

１ 回転子
２ シャフト
３ 内周側鉄心
３１ 孔
３２ 外周壁
３３ 第１突起部
４ 永久磁石
４１ 内周壁
４２ 第２突起部
４３ 外周面
５ 緩衝部材
５１ 第１凹部
５２ 第２凹部
５３ 剛性調整部
５３１、５３１ａ 貫通孔
５３２ 除去壁
５４ 内周壁
５５ 上端面
５６ 下端面
６ 端板
６１ 開口部
７ 固定子
７１ 固定子鉄心
７１１ バックヨーク部
７１２ ティース部
７１２１ 先端面
７２ インシュレータ
７３ 固定子巻線
７４ 外郭
Ｍ 永久磁石電動機

Claims (3)

1. シャフトと、前記シャフトに同心的に固定された円柱形状の内周側鉄心と、前記内周側鉄心の外周側に同心的に配置された円筒形状の永久磁石と、前記内周側鉄心と前記永久磁石との間に配置される緩衝部材とを備えた回転子と、前記回転子の外周面に所定の間隔をもって対向するように配置される固定子とを備えた永久磁石電動機であって、
   前記緩衝部材は、前記回転子の剛性を調整するための剛性調整部を備え、
   前記剛性調整部は、前記シャフトの軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の間をつなぎ前記回転子の剛性を調整するために除去される複数の除去壁とを備えることを特徴とする永久磁石電動機。
2. 前記剛性調整部を前記緩衝部材の周方向に等間隔に複数形成したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
3. 前記剛性調整部を前記緩衝部材の内周壁に近い位置に形成したことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石電動機。

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