JP4729270B2

JP4729270B2 - 永久磁石電動機の回転子

Info

Publication number: JP4729270B2
Application number: JP2004164855A
Authority: JP
Inventors: 東暉王; 和恩
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: JP2005348513A

Description

本発明は、エアコンディショナーのファンモータ等、各種電気機器の駆動装置として使用される永久磁石電動機の回転子に関し、特には、防振性能を向上させると共に、製造効率をも向上させた永久磁石電動機の回転子に関する。

近年、永久磁石電動機は、その良好な制御性等の特性によって、エアコンディショナーのファンモータ等、各種電気機器の駆動装置として広く使用されている。
この永久磁石電動機５１は、通常、図１０に示すように、固定子５２及び回転子５３を有し、回転子５３は、永久磁石５４、コア５５及び回転子軸５６から構成される。

上記永久磁石電動機５１の回転子５３では、矩形波電圧を印加して駆動した場合に、急激なトルクが掛かる、磁石によるトルクリップルが存在する等のため、回転子軸５６の軸心方向及びコア５５の半径方向に微小振動が発生する。
この微小振動が回転子軸５６を介してファン等の被駆動体に伝達され、その振動数が被駆動体の固有振動数と合致した場合には、共振現象を引き起こすため、永久磁石電動機５１を設置した電気機器は、甚だしい振動及び騒音を発生した。

そこで、コアを外側コアと内側コアとに分割し、外側コアと内側コアとの間に緩衝材を介在させて、回転子軸の軸心方向及びコアの半径方向の微小振動を低減した回転子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開平７−５９２９４号公報特開平７−７５２６９号公報

特許文献１に記載された回転子６１は、図１１に示すように、外側コア６３と内側コア６４とを完全に分離させ、外側コア６３と内側コア６４との間に緩衝材６５を介在させると共に、外側コア６３と緩衝材６５との間に接着層６６を形成してある。
この回転子６１によれば、緩衝材６５を介在させることによって、回転子軸６７の軸心方向及びコア６４の半径方向の微小振動を低減することができるが、外側コア６３と内側コア６４とを完全に分離させてあるので、回転子軸６７の同心度は低くならざるを得ず、不釣合いによる微小振動の発生を防止することができないと共に、回転子軸６７の同心度を極力高めるため、組立作業に時間を要した。

一方、特許文献２に記載された回転子７１は、図１２に示すように、コア外周部７３とコア内周部７４とを連結部７６を介して連結させ、コア外周部７３とコア内周部７４との間に緩衝材７５を介在させてある。
この回転子７１によれば、緩衝材７５を介在させることによって、回転子軸７７の軸心方向及びコア内周部７４の半径方向の微小振動を低減することができるが、コア外周部７３とコア内周部７４とを連結部７６を介して連結させてあるので、回転子軸７７の軸心方向及びコア内周部７４の半径方向の微小振動の低減効果はそれほど大きくなく、微小振動が回転子軸５６を介して被駆動体に伝達され易かった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為されたものであって、回転子軸の軸心方向及びコアの半径方向の微小振動を大幅に低減することができ、回転子軸の同心度も高く保持することができ、組立作業に時間が掛からず、製造効率を向上させることができる永久磁石電動機の回転子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の永久磁石電動機の回転子は、永久磁石と、薄肉のコア構成板を複数積層して成る外側コアと、薄肉のコア構成板を複数積層して成る内側コアと、回転子軸とから構成され、前記外側コアと前記内側コアとの間に緩衝材を介在させて成る永久磁石電動機の回転子であって、前記外側コアと前記内側コアの前記回転子軸の軸心方向両端部において、外周部と内周部とを梁状の連結部を介して連結した薄肉の端部コア構成板を数枚配置し、前記回転子軸の軸心方向中間部において、薄肉の外側コア構成板及び薄肉の内側コア構成板を複数配置し、前記外側コア構成板と前記内側コア構成板とを完全に分離し、前記外側コア構成板の内周部に半円形状の切欠部を形成すると共に、前記内側コア構成板の外周部に半円形状の切欠部を形成し、前記端部コア構成板の外周部に前記外側コア構成板に対応させて半円形状の切欠部を形成すると共に、前記端部コア構成板の内周部に前記内側コア構成板に対応させて半円形状の切欠部を形成したことを特徴とする。

本発明の永久磁石電動機の回転子は、このような構成によって、回転子軸の軸心方向及びコアの半径方向の微小振動の低減効果は十分に大きく、微小振動が回転子軸を介して被駆動体に伝達され難くなる。又、回転子軸の同心度を十分に高く保持することができ、不釣合いによる微小振動の発生を防止することができると共に、回転子の組立作業も短時間で行うことができる。

前記梁状の連結部は、その一端部を前記端部コア構成板の外周部に形成した半円形状の切欠部に位置し、その他端部を前記端部コア構成板の内周部に形成した半円形状の切欠部に位置し、外周部と内周部とを連結したものであることが好ましい。

本発明の永久磁石電動機の回転子は、又、永久磁石と、薄肉のコア構成板を複数積層して成る外側コアと、薄肉のコア構成板を複数積層して成る内側コアと、回転子軸とから構成され、前記外側コアと前記内側コアとの間に緩衝材を介在させて成る永久磁石電動機の回転子であって、前記外側コアと前記内側コアの前記回転子軸の軸心方向両端部において、周辺部に突出部を形成した薄肉の内側コア構成板の前記突出部を薄肉の外側コア構成板に当接し、前記回転子軸の軸心方向中間部において、内周部に凹溝部を形成した薄肉の外側コア構成板の前記凹溝部に前記内側コア構成板の突出部を対向させ、間隙を保持させたことを特徴とする。

以下、本発明の永久磁石電動機の回転子の好適な実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

本発明の一実施例の永久磁石電動機の回転子１は、図１及び図２に示すように、永久磁石２、外側コア３、内側コア４、緩衝材５及び回転子軸６から構成される。
ここで、永久磁石２及び回転子軸６の構成は、従来の永久磁石電動機５１の回転子５３に使用されるものと同様である。

外側コア３は、図１乃至図４に示すように、中間部においては、外側コア構成板７を複数積層し、上端部及び下端部においては、端部コア構成板９の外周部９ａを複数積層して構成される。

内側コア４は、図１乃至図４に示すように、中間部においては、内側コア構成板８を複数積層し、上端部及び下端部においては、端部コア構成板９の内周部９ｂを複数積層して構成される。

外側コア構成板７は、図４に示すように、鉄鋼等の磁性材料から成る円環状を呈する肉厚０．５ｍｍ程度の薄肉板であり、内周部には、周方向に等間隔で４個所に切欠部７ａを形成してある。

内側コア構成板８は、図４に示すように、鉄鋼等の磁性材料から成る円盤状を呈する肉厚０．５ｍｍ程度の薄肉板であり、外周部には、周方向に等間隔で４個所に切欠部８ａを形成してあると共に、中央部には、嵌挿孔８ｂを形成してある。

端部コア構成板９は、図３に示すように、鉄鋼等の磁性材料から成る円盤状を呈する肉厚０．５ｍｍ程度の薄肉板であり、外周部９ａ、内周部９ｂ及び連結部９ｃとから構成され、外周部９ａは外側コア構成板７と略同一形状に、内周部９ｂは内側コア構成板８と略同一形状に形成してある。
又、外周部９ａには、外側コア構成板７に対応させて、周方向に等間隔で４個所に切欠部９ｄを形成し、内周部９ｂには、内側コア構成板８に対応させて、周方向に等間隔で４個所に切欠部９ｅを形成し、さらに、中央部には、嵌挿孔９ｆを形成してある。

本実施例においては、図１及び図２に示すように、端部コア構成板９を４枚積層させ、次いで、積層させた最上部の端部コア構成板９の外周部９ａ上に外側コア構成板７を２８枚積層させると共に、内周部９ｂ上に内側コア構成板８を２８枚積層させ、最後に、積層させた最上部の外側コア構成板７及び内側コア構成板８上に端部コア構成板９を４枚積層させる。

そして、上端部及び下端部においては、積層した端部コア構成板９の外周部９ａと内周部９ｂとの間に、中間部においては、積層した外側コア構成板７と内側コア構成板８との間に、溶融したゴムを充填させ、固化させて、外側コア３と内側コア４との間に緩衝材５を形成する。

その後、外側コア３と内側コア４との間に緩衝材５を形成したコアを永久磁石２内に嵌合、接着し、コアを貫通する嵌挿孔８ｂ，９ｆに回転子軸６を圧入又は接着させることによって、本実施例の回転子１を構成することができる。

本実施例の回転子１は、外側コア３と内側コア４との間に緩衝材５を介在させてあるので、回転子軸６の軸心方向及びコアの半径方向の微小振動を低減することができる。しかも、コアの中間部においては、積層した外側コア構成板７と内側コア構成板８とを完全に分離してあるので、微小振動の低減効果は十分に大きく、微小振動が回転子軸６を介して被駆動体に伝達され難くなる。

又、コアの上端部及び下端部においては、端部コア構成板９を配置してあり、外周部９ａと内周部９ｂとは連結部９ｃを介して連結されているから、回転子軸６の同心度を十分に高く保持することができ、回転子１の組立後に、外側コア３の外周を切削する必要もない。それによって、不釣合いによる微小振動の発生を防止することができると共に、回転子１の組立作業も短時間で行うことができる。

本発明の他実施例の永久磁石電動機の回転子１１は、図５及び図６に示すように、永久磁石１２、外側コア１３、内側コア１４、緩衝材１５及び回転子軸１６から構成される。
ここで、永久磁石１２及び回転子軸１６の構成は、従来の永久磁石電動機５１の回転子５３に使用されるものと同様である。

外側コア１３は、図７に示すように、上端部及び下端部においては、外側コア構成板１７を複数積層し、中間部においては、外側コア構成板１８を複数積層して構成される。

外側コア構成板１７は、図７に示すように、鉄鋼等の磁性材料から成る略円環状を呈する肉厚０．５ｍｍ程度の薄肉板であり、内周部には、周方向に等間隔で３個所に突出部１７ａを形成してあり、内周径Ａは、０．０３ｍｍ程度の寸法公差で製作してある。
外側コア構成板１８は、図７に示すように、外側コア構成板１７と同様の構成としてあるが、さらに、突出部１８ａ，１８ａ間の内周部に、凹溝部１８ｂを形成してある。

内側コア１４は、図８に示すように、内側コア構成板１９を複数積層して構成される。

内側コア構成板１９は、図８に示すように、鉄鋼等の磁性材料から成る略Ｙ型状を呈する肉厚０．５ｍｍ程度の薄肉板であり、周辺部には、周方向に等間隔で３個所に突出部１９ａを形成してあり、中央部には、嵌挿孔１９ｂを形成してある。又、外周径Ｂは、０．０３ｍｍ程度の寸法公差で製作してある。
そして、外側コア構成板１７の内周面に内側コア構成板１９の外周面が極めて微小な間隙を保持して当接するように、内周径Ａ及び外周径Ｂを製作してある。

本実施例においては、図７に示すように、先ず、外側コア構成板１７を１０枚接着、積層させ、次いで、最上部の外側コア構成板１７上に外側コア構成板１８を１６枚接着、積層させ、さらに、最上部の外側コア構成板１８上に外側コア構成板１７を１０枚接着、積層させて、外側コア１３を構成する。

一方、図８に示すように、内側コア構成板１９を３６枚接着、積層させて、内側コア１４を構成する。

そして、図６に示すように、外側コア１３内に内側コア１４を嵌挿させ、内側コア１４を適宜回転させて、内側コア構成板１９の突出部１９ａが外側コア構成板１８の凹溝部１８ｂに対向する位置になるように設定する。
この時、外側コア１３の内周面に内側コア１４の外周面が極めて微小な間隙を保持して当接している。

次に、外側コア１３と内側コア１４との間に溶融したゴムを充填させ、固化させて、外側コア１３と内側コア１４との間に緩衝材１５を形成する。

その後、外側コア１３と内側コア１４との間に緩衝材１５を形成したコアを永久磁石１２内に嵌合、接着し、コアを貫通する嵌挿孔１９ｂに回転子軸１６を圧入又は接着させることによって、本実施例の回転子１１を構成することができる。

本実施例の回転子１１は、外側コア１３と内側コア１４との間に緩衝材１５を介在させてあるので、回転子軸１６の軸心方向及びコアの半径方向の微小振動を低減することができる。しかも、外側コア１３と内側コア１４とを完全に分離してあるので、微小振動の低減効果は十分に大きく、微小振動が回転子軸１６を介して被駆動体に伝達され難くなる。

又、外側コア１３の内周面と内側コア１４の外周面とは極めて微小な間隙を保持して当接しているから、回転子軸１６の同心度を十分に高く保持することができ、不釣合いによる微小振動の発生を防止することができると共に、回転子１１の組立作業も短時間で行うことができる。そして、回転子１１の組立後に、外側コア１３の外周を切削する必要もない。

［実験例１］
エアコンディショナーのファンモータとして、本発明の回転子１１を装着した永久磁石電動機を使用した場合、及び従来の回転子５３を装着した永久磁石電動機を使用した場合について、ファンモータを駆動する回転数を漸次変化させて、エアコンディショナーが発生する騒音値［ｄＢ］を測定した。

その結果は、図９に示す通りであり、従来の回転子５３を使用した場合には、回転数が約６００ｒ／ｍｉｎとなった時に騒音値［ｄＢ］が急激に上昇するのに対し、本発明の回転子１１を使用した場合には、回転数に略比例して騒音値［ｄＢ］が上昇し、共振は発生しないことが判明した。

本発明の回転子の一実施例を装着した永久磁石電動機の一部切欠斜視図である。本発明の回転子の一実施例の分解斜視図である。図２に示す回転子の構成部材であるコアを構成する端部コア構成板の斜視図である。図２に示す回転子の構成部材であるコアを構成する外側コア構成板及び内側コア構成板の斜視図である。本発明の回転子の他実施例を装着した永久磁石電動機の正面断面図である。図５に示す回転子の構成部材であるコアの（Ａ）は一部切欠平面図、（Ｂ）は正面断面図である。図５に示す回転子の構成部材であるコアを構成する外側コアの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。図５に示す回転子の構成部材であるコアを構成する内側コアの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。本発明の回転子を使用した場合及び従来の回転子を使用した場合について、ファンモータの駆動回転数を変化させて、エアコンディショナーが発生する騒音値［ｄＢ］を測定したグラフである。従来の回転子を装着した永久磁石電動機の正面断面図である。従来の緩衝材を介在させた回転子の一実施例の平面断面図である。従来の緩衝材を介在させた回転子の他実施例の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。

符号の説明

１回転子
２永久磁石
３外側コア
４内側コア
５緩衝材
６回転子軸
７外側コア構成板
８内側コア構成板
９端部コア構成板
９ａ外周部
９ｂ内周部
９ｃ連結部
１１回転子
１２永久磁石
１３外側コア
１４内側コア
１５緩衝材
１６回転子軸
１７外側コア構成板
１８外側コア構成板
１８ｂ凹溝部
１９内側コア構成板

Claims

永久磁石と、薄肉のコア構成板を複数積層して成る外側コアと、薄肉のコア構成板を複数積層して成る内側コアと、回転子軸とから構成され、前記外側コアと前記内側コアとの間に緩衝材を介在させて成る永久磁石電動機の回転子であって、
前記外側コアと前記内側コアの前記回転子軸の軸心方向両端部において、外周部と内周部とを梁状の連結部を介して連結した薄肉の端部コア構成板を数枚配置し、前記回転子軸の軸心方向中間部において、薄肉の外側コア構成板及び薄肉の内側コア構成板を複数配置し、前記外側コア構成板と前記内側コア構成板とを完全に分離し、
前記外側コア構成板の内周部に半円形状の切欠部を形成すると共に、前記内側コア構成板の外周部に半円形状の切欠部を形成し、前記端部コア構成板の外周部に前記外側コア構成板に対応させて半円形状の切欠部を形成すると共に、前記端部コア構成板の内周部に前記内側コア構成板に対応させて半円形状の切欠部を形成したことを特徴とする永久磁石電動機の回転子。
前記梁状の連結部は、その一端部を前記端部コア構成板の外周部に形成した半円形状の切欠部に位置し、その他端部を前記端部コア構成板の内周部に形成した半円形状の切欠部に位置し、外周部と内周部とを連結したものであることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機の回転子。
永久磁石と、薄肉のコア構成板を複数積層して成る外側コアと、薄肉のコア構成板を複数積層して成る内側コアと、回転子軸とから構成され、前記外側コアと前記内側コアとの間に緩衝材を介在させて成る永久磁石電動機の回転子であって、
前記外側コアと前記内側コアの前記回転子軸の軸心方向両端部において、周辺部に突出部を形成した薄肉の内側コア構成板の前記突出部を薄肉の外側コア構成板に当接し、前記回転子軸の軸心方向中間部において、内周部に凹溝部を形成した薄肉の外側コア構成板の前記凹溝部に前記内側コア構成板の突出部を対向させ、間隙を保持させたことを特徴とする永久磁石電動機の回転子。