JP3494887B2 - 同期電動機の回転子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、エアコン
等のファンモータ等に使用する同期電動機の騒音軽減構
造を備えた回転子の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エアコンとか洗濯機等の家庭電化
製品に使用される電動機は、振動，騒音の少ないことは
もとより、最近では制御性に優れた電動機が要求されて
いる。このため、例えば、図７に概略的に示す同期電動
機の一種であるブラシレスＤＣモータ１が一般に使用さ
れるようになってきた。

【０００３】前記ブラシレスＤＣモータ１は例えば、図
７に示すように、コイル２を巻回した固定子鉄心３と、
永久磁石４を外周に装着した回転子５とを備え、回転子
５に軸着した回転子軸６の所定位置に軸受７，７ａを取
付け、この後、固定子鉄心３をケース８に挿着し、回転
子５を固定子鉄心３の鉄心挿入孔３ａに挿入して回転子
軸６の一方の軸受７ａをケース８の軸受筐９に嵌合す
る。

【０００４】つづいて、ケース７の開口部側からカバー
１０を被着し、回転子軸６の他方の軸受７をカバー１０
の軸受筐９ａに嵌合することにより、ブラシレスＤＣモ
ータ１は構成されている。そして、固定子鉄心３のコイ
ル２に通電を行うと、固定子鉄心３に回転磁界が発生
し、回転子５の永久磁石４との間に吸引・反発力が生じ
て回転子５は回転する。

【０００５】前記ブラシレスＤＣモータ１においては、
一般に回転子５の振動減衰性に乏しく、前記固定子鉄心
３に生ずる回転磁界によって回転子５が回転する際に生
ずる振動が、回転子軸６を伝播して例えば、回転子軸６
に止着した回転ファン１１に伝達され、回転ファン１１
が振動することによって、騒音を発生させるという問題
があった。

【０００６】前記の騒音問題を解決するには、例えば、
図８で示すように、けい素鋼板を円形に打ち抜きこれを
所定枚数積層して軸着した回転子５のローターヨーク５
ａ両側の積層端面から回転子５内にゴム等からなる弾性
部材５ｃ，５ｃを例えば、射出成形手段にて前記回転子
５を２分割した状態で圧入成形し、これら弾性部材５
ｃ，５ｃを配置したロータヨーク５ａの両側に断面皿状
の押当板５ｄ，５ｄ₁ を当接し、更に、前記押当板５
ｄ，５ｄ₁ の一方からロータヨーク５ａ及び他方の押当
板を貫通してかしめ鋲１２を挿通し、このかしめ鋲１２
の両端部を更に押当板５ｄ，５ｄ₁ の外側から圧潰する
ことにより、前記弾性部材５ｃ，５ｃをロータヨーク５
ａに取付け、回転子５から回転子軸６へ伝達される振動
を抑制し、ブラシレスＤＣモータ１から発生する騒音の
低減を図っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記弾性部材
を使用した場合、ある程度振動の発生を抑制して騒音を
低減することは可能だが、一方では回転子が有する回転
方向の固有振動数にブラシレスＤＣモータ等電動機自体
の振動周波数が一致すると共振し、弾性部材の有無にか
かわらず大きな振動が発生するという問題があった。

【０００８】又、弾性部材を回転子のロータヨークに取
付けることは、回転子の組立て工数が増加するととも
に、回転子の構造が複雑化し、回転子の製造コストを上
昇させて電動機の製造原価を高くするという問題も生
じ、しかも、弾性部材がゴムである場合、その耐熱性等
にも憂慮すべき問題を有していた。

【０００９】本発明は、前記の種々の問題点に鑑み、回
転子の構造を複雑化することなく騒音低減を図り、か
つ、製造工程の簡素化とコストダウンを実現させた同期
電動機の回転子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
回転子軸と、回転子軸の外周に配設される円筒のプラス
チックマグネットロータと、前記回転子軸とプラスチッ
クマグネットロータとを連結支持するリブ部材とからな
り、前記リブ部材は、中心位置に回転子軸を挿着する貫
通孔を、外周位置にはプラスチックマグネットロータを
嵌着する凹溝を、更に、前記貫通孔と凹溝とを橋絡支持
する複数の補強用のリブとを、射出成形手段により合成
樹脂、あるいは、プラスチックマグネットを射出成形し
て一体的に成形加工して形成し、このリブ部材を、電動
機の極対数の整数倍及び相数の整数倍と一致させない数
量具備させるようにしたことを特徴とする。

【００１１】 請求項２記載の発明は、前記貫通孔と凹
溝とを橋絡支持する補強用のリブは、前記貫通孔と凹溝
とを橋絡支持する隔壁の両側に、対称あるいは非対称の
位置で同数配置して形成したことを特徴とする。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】本発明は、前記のように回転子軸とプラス
チックマグネットロータとの間に、回転子の極対数の整
数倍及び相数の整数倍と一致させない数のリブを、合成
樹脂、あるいは、プラスチックマグネットロータと同質
材料からなるプラスチックマグネットにて射出成形手段
により射出成形して同期電動機の回転子を形成するよう
にしたので、回転子は前記リブの数を極対数及び相数と
のそれぞれの整数倍と一致させない数量で形成すること
により、回転子の持つ回転方向の固有振動数と電動機の
振動周波数とが一致するのを極力低減することが可能と
なり、この結果、回転子の回転中に振動作用は生ずるも
のの、共振の度合を極力抑制することができ、共振作用
によって発生する騒音を大幅に低減することができる。

【００１６】即ち、回転子軸とプラスチックマグネット
ロータとを連結支持するリブの部分の剛性が強く、一
方、リブとリブとの間は当然ながらリブが存在しないの
で剛性は弱くなっている。そして、回転子が回転する
と、リブが存在する部位と存在しない部位とでは振動の
度合が異なり、かつ、リブの数量を、前記電動機の極対
数及び相数のそれぞれの整数倍と一致しない数量で形成
することにより、回転子の持つ固有振動数と電動機の振
動周波数とにずれが生じて一致し難く、これによって、
前記固有振動数と振動周波数とが共振するタイミングが
ずれることにより、回転子の回転中に生ずる騒音が低減
すると考えられる。この結果、回転子の回転中に共振現
象は生じるものの、この共振現象は前記電動機の極対数
等の整数倍とリブの数量の相違とにより大幅に減縮さ
れ、回転子の回転によって発生する騒音を大幅に低減す
ることを可能とした。この騒音の低減は本件発明者等が
実験結果によっても確認することができた。

【００１７】又、回転子軸とプラスチックマグネットロ
ータとを機械的に連結支持するリブは、合成樹脂、ある
いは、プラスチックマグネットロータと同質の材料から
なるプラスチックマグネットを射出成形手段により射出
成形して形成するようにしたので、回転子軸とプラスチ
ックマグネットロータとを強固に連結支持することがで
きるとともに、回転子自体を簡易に、かつ、軽量で安価
に製造できる利点も備えており、利便である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図３によって説明する。図１において、２１は回
転子軸を示し、この回転子軸２１には、例えば、合成樹
脂製のリブ部材２２を介してプラスチックマグネットロ
ータ２３を嵌着することにより、本発明の回転子２４を
形成するものである。

【００１９】次に、前記回転子２４を製造する場合につ
いて説明する。本発明において、回転子軸２１のプラス
チックマグネットロータ２３と対応する位置には、図示
しない滑り止め用のローレット等が刻設されている。
又、プラスチックマグネットロータ２３は、回転子２４
の外径寸法に合せて所定の肉厚を有して円筒状に形成さ
れている。

【００２０】このプラスチックマグネットロータ（以
下、プラマグロータという）２３は、例えば、ポリアミ
ド樹脂等熱可塑性のプラスチックと、フェライト等の磁
性粉とを混練して設けたプラスチックマグネット（以
下、プラマグという）を、プラマグロータ２３の図示し
ない成形金型に射出成形手段により射出成形することに
よって形成する。なお、前記プラマグロータ２３は事前
に射出成形により製造されている。

【００２１】回転子軸２１とプラマグロータ２３とを連
結支持するリブ部材２２は、その中心部に回転子軸２１
を挿着する貫通孔２５を、外周部にはプラマグロータ２
３を嵌着する凹溝２６を、更に、前記貫通孔２５の外側
縁と凹溝２６の外側縁とをリブ部材２２の長手方向の中
心位置で橋絡支持する隔壁２７を、それぞれ具備して一
体的に形成されている。そして、前記隔壁２７の両側に
は、該隔壁２７を挟んで補強用のリブ２８が貫通孔２５
側の外側縁と凹溝２６側の外側縁とを橋絡支持した状態
で、図２に示すように、周方向に等間隔を保って所定数
前記隔壁２７と一体的に成形加工されている。

【００２２】前記リブ部材２２を形成する場合は、例え
ば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等から
なる合成樹脂を射出成形手段により射出して形成するも
のであるが、その場合は、最初に、回転子軸２１とプラ
マグロータ２３を図示しない金型に挿入してプラマグロ
ータ２３を、金型内において回転子軸２１と同芯位置に
配置して固定する。つづいて、前記図示しない金型内に
合成樹脂を射出成形手段（図示せず）にて射出成形する
ことにより、図１で示すように、回転子軸２１とプラマ
グロータ２３との間に前記回転子軸２１を貫通孔２５に
挿着し、かつ、プラマグロータ２３を凹溝２６に嵌着し
た状態で、リブ部材２２を成形加工する。

【００２３】この結果、回転子軸２１とプラマグロータ
２３は、前記リブ部材２２を形成することにより該リブ
部材２２を介して強固に、かつ、一体的に連結支持する
ことができる。このあと、必要に応じてプラマグロータ
２３を図示しない着磁装置にセットし、使用する同期電
動機の極数に対応する極数、例えば、８極であれば８個
の磁極（４極対数）、４極であれば４個の磁極（２極対
数）を着磁することにより回転子２４を形成する。な
お、前記着磁作業はプラマグロータ２３をリブ部材２２
に嵌着する前、即ち、プラマグロータ２３を成形加工し
て形成した時点で着磁するようにしてもよい。

【００２４】次に、リブ部材２２に隔壁２７を挟んでそ
の両側に隔壁２７と一体的に配置され、かつ、前記貫通
孔２５の外側縁と凹溝２６の外側縁とを橋絡支持するよ
うに形成した補強用のリブ２８は、図２，３で示すよう
に、回転子２４の軸方向側の端部にＵ字状の切欠を設け
て、リブ部材２２の周方向に所要数等間隔を保って配設
されている。

【００２５】そして、本発明においては、３相，８極用
の同期電動機の回転子２４として使用する例で説明する
ため、前記リブ２８は図１，２で示すように、リブ部材
２２の隔壁２７を挟んでその両側にそれぞれ５ケ形成し
た場合を示す。なお、前記リブ２８の剛性は、リブ２８
の幅寸法と長さ寸法（貫通孔２５の外側縁と凹溝２６の
外側縁との間の寸法）とにより任意に設定することがで
きる。

【００２６】次に、本発明において、回転子軸２１とプ
ラマグロータ２３との間に形成したリブ部材２２と、こ
のリブ部材２２の周方向に所要数（本例では５ケ）のリ
ブ２８を配設した回転子２４を使用することにより、同
期電動機の運転中における騒音を低減することができる
ことについて説明する。

【００２７】一般に電動機の運転中に発生する騒音は、
回転子の持つ回転方向の固有振動数と、電動機の振動周
波数とが一致することにより共振現象が生じ、これによ
り回転子の回転中に大きな振動を発生させ、この振動が
不快な騒音の原因となっていた。

【００２８】そして、一般に電動機の振動周波数は、次
の３つの要素から成る。 （１）極対数の整数倍 ｎｐ （２）相数の整数倍 ｍφ （３）回転子の１秒間当りの回転数 Ｎ／６０ 但し、Ｎは１分間当りの回転数 前記により振動周波数は、ｎｐ×ｍφ×Ｎ／６０によっ
て算出することが知られている。

【００２９】ここで、本発明者等は図９に示す比較表で
明らかなように、３相８極の同期電動機において、回転
子２４のリブ部材２２にリブ２８を、例えば、３ケ，４
ケ，５ケ（本実施例）形成したものを同期電動機に個々
に組込み、更に、これらをエアコン等の実機に個別に組
込んで騒音の測定を行うことにした。

【００３０】騒音の測定は、リブ２８の数を３ケ，４
ケ，５ケ有する回転子を組込んだ同期電動機を、騒音テ
ストを行う図示しない実機（エアコン等）に個々に取付
けた後、図４で示すように、実機に組込んだ同期電動機
３０に近接して集音マイク３１を設置し、集音マイク３
１にて集音した音を、集音マイク３１に接続した騒音計
３２により測定し、前記測定したデータを更に周波数分
析器３３に送出して、騒音計３２により測定した騒音の
周波数分析を行うことによって、リブ２８の数が異なる
回転子２４を備えた同期電動機３０の騒音をそれぞれ個
別に測定した。

【００３１】最初に、電動機の相数とリブ２８の数（３
ケ）とを一致させた回転子を有する同期電動機を備えた
実機の騒音を測定したところ、周波数分析により分析し
た所定の周波数域で急に突出した状態で発生するピーク
音（騒音）と、平均的な音が発生する音量との差異が約
１７ｄＢあることが判った。又、極対数とリブ２８の数
（４ケ）とが一致する回転子を備えた同期電動機を用い
て実機により騒音の測定を行ったが、この場合も、前記
ピーク音とその周囲の平均的な音とによる音量の差が約
１１ｄＢあり、この場合も所定の周波数域ではピーク音
（人間にとって不快な騒音と感じる音）が発生している
ことが判った。

【００３２】一方、図９に示す比較表で分るように、リ
ブ２８の数を電動機の相数，極対数と異なる５ケ有する
回転子を備えた同期電動機を用いて、実機による騒音テ
ストを行ったところ、ピーク音とその周辺における平均
的な音との音量差は４ｄＢであることが判明した。な
お、前記リブ２８の数が異なる各同期電動機を用いて実
機の騒音テストを行った際に発生する騒音は、すべてが
同期電動機から発生するものとは限らないが、騒音の根
源が同期電動機であることには変りない。

【００３３】前記のように、回転子２４に用いるリブの
数を変更することによって、同期電動機から発生する騒
音の値が異なることは、リブ２８の数と同期電動機３０
の相数、あるいは、極対数の整数倍と一致させた場合
は、リブ部材２２における剛性の強いところと、弱いと
ころが一致するからである。これは、回転子２４を回転
させた場合、前記リブ２８が存在するところは剛性が強
いので振動は生じにくいが、リブ２８が存在しないとこ
ろでは剛性が弱くなっているため振動が生じやすい。

【００３４】即ち、回転子２４において、リブ部材２２
における剛性の強・弱部分（リブ２８の数）が、同期電
動機の相数，極対数の整数倍と一致させた場合、リブ部
材２２の強弱部分が存在することによって生ずる振動数
と、回転子２４の持つ回転方向の固有振動数とが一致し
やすくなって共振現象が生じ、この共振現象に伴う振動
が回転子軸２１を介して回転ファンに伝達されて振動
し、不快な騒音を発する要因となる。

【００３５】一方、前記リブ２８の数を同期電動機の相
数，極対数の整数倍と一致させないようにすると、リブ
部材２２における強・弱部分が、回転子の持つ固有振動
数と一致しなくなる。即ち、リブ部材２２の強・弱部分
（リブ２８の数）が電動機の相数や極対数の整数倍と同
数でないため、回転子２４の回転中に生ずる固有振動数
と、リブ部材２２の強・弱部分の存在によって生ずる振
動数とに差異が生じ、これにより、共振する位置（共振
点）が順次ずれてしまい、逆に、前記共振点がずれるこ
とにより、回転子２４の回転によって振動現象は生ずる
ものの、共振度合が減少するため、所定の周波数域にお
けるピーク音（騒音）の発生が低下し、このピーク音
と、ピーク音が発生する周波数付近の音量との差異が縮
少することによって、回転子２４の回転中に生ずる騒音
が低下し、この結果、不快な騒音が発生する要因が少な
くなり、騒音が低下するものと考えられる。

【００３６】以上説明した内容は、すべて、エアコン等
の実機を用いて騒音測定を行った結果判明したもので、
本発明においては、リブ部材２２に形成されるリブ２８
の数量を電動機の相数，極対数の整数倍と一致させない
ようにすることによって、回転子２４の回転中に生ずる
共振現象を容易に抑制することを可能としたものであ
る。

【００３７】次に、図５は本発明の第２実施例を示すも
ので、この場合は、リブ部材２２に形成するリブ２８ａ
をリブ部材２２の１方向にのみ形成した実施例であり、
この場合でも、リブ２８ａの数量を電動機の相数や極対
数の整数倍と一致させないように形成することにより、
容易に共振現象を抑制して騒音発生の低減化をはかるこ
とができた。

【００３８】更に、図６は本発明の第３実施例を示すも
ので、この場合は、リブ部材２２をプラマグロータ２３
と同種の材料であるプラマグで形成したもので、リブ２
８ｂの数量は前記第１実施例で説明した場合と同数形成
することによって、前記同様回転子２４の回転中に生ず
る共振現象を低減できることが騒音測定の結果により確
認することができた。

【００３９】本発明は、前記のように３相８極の同期電
動機３０において、回転子２４にリブ２８を５ケ形成し
た実施例により、共振現象が低減することについて説明
したが、本発明者等はリブ２８の数量が前記５ケに限ら
ず、更に７，１０，１１ケ形成した場合でも、リブ２８
を５ケ形成した場合と同様の結果が得られることが騒音
測定によって確認することができた。又、３相４極の同
期電動機において、回転子に設けるリブの数量を、相数
及び極対数の整数倍と異なる５，７，１１で形成した場
合でも共振現象を低減させることが可能であることも騒
音測定によって確認することができた。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、同期電
動機に使用する回転子において、この回転子の回転子軸
とプラマグロータとを連結支持するリブ部材に形成した
リブの数量を、同期電動機の相数、あるいは、極対数の
整数倍と一致させない数で形成することにより、回転子
の回転中に生ずる回転子の固有振動数と電動機の振動周
波数とが一致して共振するのを効果的に抑制し、共振現
象が発生するのを極力低減するようにしたので、防振性
に優れた回転子を提供することが可能となった。

【００４１】 又、前記回転子軸とプログラマロータと
を連結支持するリブ部材は、合成樹脂、あるいは、プロ
グラマロータと同質材料であるプラマグを用いて、射出
成形手段によりほぼ１動作で形成することができるの
で、小形・軽量に、かつ、経済的に製造できるという利
点も備えている。しかも、前記リブ部材は、回転子軸の
貫通孔とプラマグロータを嵌着する凹溝とを橋絡支持す
る障壁の両側に、対称、あるいは、非対称の位置で配置
されているので、回転子の回転中に生ずる共振現象を良
好に抑制して騒音発生の低減を図ることを可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転子を縦断して示す側面図である。

【図２】本発明回転子の正面図である。

【図３】本発明回転子の要部を拡大して示す断面図であ
る。

【図４】騒音テストの概略状況を説明する説明図であ
る。

【図５】本発明回転子の第２実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図６】本発明回転子の第３実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図７】同期電動機の縦断正面図である。

【図８】従来の回転子を示す縦断側面図である。

【図９】電動機の相数と極対数との関係によって騒音の
大・小を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１２ 回転子軸 ２２ リブ部材 ２３ プラスチックマグネットロータ ２４ 回転子 ２５ 貫通孔 ２６ 凹溝 ２７ 隔壁 ２８ リブ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子軸と、回転子軸の外周に配設され
   る円筒のプラスチックマグネットロータと、前記回転子
   軸とプラスチックマグネットロータとを連結支持するリ
   ブ部材とからなり、前記リブ部材は、中心位置に回転子
   軸を挿着する貫通孔を、外周位置にはプラスチックマグ
   ネットロータを嵌着する凹溝を、更に、前記貫通孔と凹
   溝とを橋絡支持する複数の補強用のリブとを、射出成形
   手段により合成樹脂、あるいは、プラスチックマグネッ
   トを射出成形して一体的に成形加工して形成し、このリ
   ブ部材を、電動機の極対数の整数倍及び相数の整数倍と
   一致させない数量具備させるようにしたことを特徴とす
   る同期電動機の回転子。
2. 【請求項２】 前記貫通孔と凹溝とを橋絡支持する補強
   用のリブは、前記貫通孔と凹溝とを橋絡支持する隔壁の
   両側に、対称あるいは非対称の位置で同数配置して形成
   したことを特徴とする請求項１記載の同期電動機の回転
   子。