JP4740480B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンの送風用モータ等の回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
カーエアコンの送風用等のモータは、例えば円筒状のヨークを備えている。ヨークの内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが一対固定されており、一対のマグネットは、互いに対向している。
【0003】
ヨーク内には回転子が回転可能に収容されており、回転子の回転中心には駆動軸が連結されると共に、回転子には所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられている。各コアには矩形板状のティースが設けられており、ティースは、ヨーク側へ延伸して、巻線が巻回された構成である。
【0004】
ここで、特にカーエアコンの送風用モータは、車室内で使われるため、その使用環境から回転時の静粛性を強く要求されている。このため、カーエアコンの送風用モータにおけるモータ軸受構造には、回転子(アーマチャ)の振動を伝え易い所謂ボールベアリングより、回転子の振動が伝わりにくい燒結金属から成る所謂すべり軸受が一般的に使用されている。
【0005】
しかしながら、このすべり軸受では、モータの駆動軸との接触部分に油が必要であり、このため、油の管理や油の飛散による不具合が発生する。
【0006】
さらに、このすべり軸受では、ワッシャ類等が必要となって構成部品が多くなり、このため、モータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が複雑となる。
【0007】
一方、モータ軸受構造にボールベアリングを使用すると、すべり軸受と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ軸受構造及びモータ軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【0008】
ところで、ボールベアリングでは、特に回転子の所謂コギングトルク(マグネットの回転子に対する吸引力または反発力の変動により回転子に発生するトルク)による振動を伝え易い。このため、このコギングトルクを低減することが、回転子の振動低減ひいてはモータ回転時の静粛性確保に有効である。
【0009】
ここで、コギングトルクを低減する手段としては、マグネットの肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くする方法があるが、この方法では、振動を伝え易いボールベアリングをカーエアコンの送風用モータに使用できるレベルまでのコギングトルク低減効果を得ることができない。
【0010】
さらに、コギングトルクを低減する手段として、ティースを湾曲させたコアを使用する所謂コアスキューの方法もあるが、この方法では、コギングトルクは低減できるものの、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じるという問題がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなくコギングトルクを良好に低減できる回転電機を得ることが目的である。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の回転電機は、筒状とされ、内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが該内周面に固定されたヨークと、前記ヨーク内に回転可能に収容されると共に回転中心に駆動軸が連結され、前記ヨーク側へ延伸して巻線が巻回される板状のティースを有する所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられた回転子と、を備えた回転電機であって、前記マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端に前記マグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部を形成し、かつ、前記回転子に設けられた前記コアの総数をZとし、前記回転子外周の直径をDとし、前記ティースの前記回転子外周方向に沿った幅をTとし、前記回転子外周面の上辺及び下辺が前記マグネットの湾曲方向両端の前記テーパー部に対向する点間の前記回転子外周方向に沿った最短長さをXとし、前記X範囲中央の前記マグネットに前記ティースが対向する際に前記X範囲の前記マグネットに全体が対向する前記ティースの総数をnとするとき、(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T、または、(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとし、前記マグネットの前記X範囲中央に対し前記コアが対称に配置され、かつ、前記X範囲両端縁の前記マグネットに前記ティースが対向しない場合に、前記X範囲の前記マグネットに対向する前記ティースに流れる磁束が安定する際において、この磁束安定状態を前記X範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記X範囲外の前記マグネットに対向する場合と前記X範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記X範囲の前記マグネットに対向する場合とに前記回転子の2π/Z回転毎に2回発生させるように構成した、ことを特徴としている。
【0013】
請求項1に記載の回転電機では、マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端にマグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部が形成されているため、マグネットの回転子に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子に発生するコギングトルクを低減することができる。
【0014】
ここで、請求項1に記載の回転電機では、マグネットからの発生磁束がヨークと回転子のコアとに流れる磁気回路を形成している。このため、回転子外周面の上辺及び下辺がマグネットの湾曲方向両端のテーパー部に対向する点間の回転子外周方向に沿った最短長さをXとすると、マグネットのX範囲中央に対しコアが対称に配置され、かつ、X範囲両端縁のマグネットにコアのティースが対向しない場合に、X範囲のマグネットに対向するティースに流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動(減少及び増加)して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【0015】
したがって、回転子に設けられたコアの総数(スロット数)をZとすると、通常、磁束安定状態は回転子の2π/Z(1スロット)回転毎に1回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する。
【0016】
ところで、磁束安定状態を回転子の2π/Z(1スロット)回転毎に2回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減(磁束安定状態が回転子の2π/Z回転毎に1回発生する場合に比し半減)できる。
【0017】
ここで、回転子外周の直径をDとし、ティースの回転子外周方向に沿った幅をTとすると、
X範囲中央のマグネットにティースが対向する際に、X範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がn(nは1以上Z以下の整数)であり、かつ、X範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T・・・式(1)
である。
【0018】
さらに、X範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z(半スロット)回転した際に、X範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がn+1であり、かつ、X範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+2)−T・・・式(2)
である。
【0019】
また、X範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z(半スロット)回転した際に、X範囲のマグネットに全体が対向するティースの総数がn−1であり、かつ、X範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×(n−2)+T<X<(Dπ/Z)×n−T・・・式(3)
である。
【0020】
このため、請求項1に記載の回転電機では、式(1)及び式(2)による(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T、または、式(1)及び式(3)による(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとされており、これにより、磁束安定状態を回転子の2π/Z回転毎(1スロット毎)に2回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる。
【0021】
これにより、回転子の振動を低減させて、回転電機の回転時の静粛性を確保でき、したがって、回転電機が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【0022】
しかも、回転電機軸受構造にボールベアリングを使用すれば、回転電機軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になって回転電機軸受構造及び回転電機軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【0023】
【発明の実施の形態】
図2には、本発明の実施の形態に係る回転電機としてのモータ10の主要部が平面図にて示されている。
【0024】
本実施の形態に係るモータ10は、カーエアコンの送風用のものであり、円筒状のヨーク12を備えている。
【0025】
ヨーク12の内周面には、この内周面に対応して湾曲された板状のマグネット14が一対固定されており、一対のマグネット14は、互いに対向すると共に、同一の形状とされている。また、各マグネット14の肉厚は、湾曲方向両端へ向けて次第に薄くされている。
【0026】
図1(B)に示す如く、各マグネット14の上部及び下部における湾曲方向両端には傾斜した平面状のテーパー部16が形成されており、これにより、各マグネット14の上下方向長さが湾曲方向両端へ向けて次第に小さくされている。また、各マグネット14は、湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とされている。
【0027】
ヨーク12内には回転子18が回転可能に収容されており、回転子18の回転中心には駆動軸20が連結されると共に、回転子18には所定数のコア22が回転方向へ等間隔に設けられている。図1(B)に示す如く、コア22の上下方向長さはマグネット14の湾曲方向両端面の上下方向長さよりも大きくされると共に、コア22の上下方向中央とマグネット14の上下方向中央との高さは一致している。
【0028】
各コア22には矩形板状のティース24が設けられており、各ティース24は、ヨーク12側へ延伸して、巻線(図示省略)が巻回されている。また、各ティース24の先端には傘部26が形成されており、各傘部26は、ティース24から回転子18回転方向両側へ突出して、ティース24からの巻線の脱落を阻止している。
【0029】
ここで、回転子18に設けられたコア22の総数(スロット数)をZ(本実施の形態では12)とし、図1(A)に示す如く、回転子18外周の直径をD(本実施の形態では44.7mm)とし、ティース24の回転子18外周方向に沿った幅をT(本実施の形態では2.4mm)とし、回転子18外周面の上辺及び下辺がマグネット14の湾曲方向両端のテーパー部16に対向する点間の回転子18外周方向に沿った最短長さをXとし、X範囲中央のマグネット14にティース24が対向する際にX範囲のマグネット14に全体が対向するティース24の総数をn(nは1以上Z以下の整数であり、本実施の形態では3)とするとき、Xが、図3及び図4の場合の(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T、または、図5及び図6の場合の(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとされた構成である。
【0030】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【0031】
以上の構成のモータ10では、マグネット14の上部及び下部における湾曲方向両端にマグネット14の上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部16が形成されているため、マグネット14の回転子18に対する吸引力または反発力が急激に変動せず、回転子18に発生するコギングトルクを低減することができる。
【0032】
ここで、本実施の形態に係るモータ10では、マグネット14からの発生磁束がヨーク12と回転子18のコア22とに流れる磁気回路Yを形成している。このため、マグネット14のX範囲中央に対しコア22が対称に配置され、かつ、X範囲両端縁のマグネット14にコア22のティース24が対向しない場合に、X範囲のマグネット14に対向するティース24に流れる磁束が安定する。さらに、この磁束安定状態から回転子18を回転させようとすると、次の磁束安定状態まで前記磁束が変動(減少及び増加)して、前記磁束の変動量でコギングトルクが発生する。
【0033】
したがって、通常、磁束安定状態は回転子18の2π/Z(1スロット)回転毎に1回発生し、かつ、各磁束安定状態の間では前記磁束が変動してコギングトルクが発生する(図15参照)。
【0034】
ところで、図7に示す如く、磁束安定状態を回転子18の2π/Z(1スロット)回転毎に2回発生させることができれば、各磁束安定状態の間での前記磁束の変動を分割低減させて、発生するコギングトルクを一層低減(磁束安定状態が回転子18の2π/Z回転毎に1回発生する場合に比し半減)できる。
【0035】
ここで、図3及び図5に示す如く、X範囲中央のマグネット14にティース24が対向する際に、X範囲のマグネット14に全体が対向するティース24の総数がnであり、かつ、X範囲両端縁のマグネット14にティース24が対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T・・・式(1)
である。
【0036】
さらに、図4に示す如く、X範囲中央のマグネット14にティース24が対向する状態から回転子18がπ/Z(半スロット)回転した際に、X範囲のマグネット14に全体が対向するティース24の総数がn+1であり、かつ、X範囲両端縁のマグネット14にティース24が対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+2)−T・・・式(2)
である。
【0037】
また、図6に示す如く、X範囲中央のマグネット14にティース24が対向する状態から回転子18がπ/Z(半スロット)回転した際に、X範囲のマグネット14に全体が対向するティース24の総数がn−1であり、かつ、X範囲両端縁のマグネットにティースが対向しない条件(前記磁束が安定する条件)は、
(Dπ/Z)×(n−2)+T<X<(Dπ/Z)×n−T・・・式(3)
である。
【0038】
このため、本実施の形態のモータ10では、式(1)及び式(2)による図3及び図4の場合の(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T、または、式(1)及び式(3)による図5及び図6の場合の(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとされており、これにより、磁束安定状態を回転子18の2π/Z回転毎(1スロット毎)に2回発生させることができる。したがって、コアスキューの方法を使用する際の如く巻線の巻回面積が減少する等のデメリットが生じることなく、発生するコギングトルクを良好に低減できる(図8参照)。
【0039】
これにより、回転子18の振動を低減させて、モータ10の回転時の静粛性を確保でき、したがって、本実施の形態の如くモータ10が回転時の静粛性を強く要求される場合でも、モータ10軸受構造にボールベアリングを使用できる。
【0040】
しかも、モータ10軸受構造にボールベアリングを使用すれば、モータ10軸受構造にすべり軸受を使用する場合と異なり、駆動軸20との接触部分に油が不要となって油の管理や油の飛散による不具合が発生せず、かつ、ワッシャ類等が不要になってモータ10軸受構造及びモータ10軸受構造の製造工程が相当簡素化される。
【0041】
さらにここで、本実施の形態に係るモータ10では、マグネット14の肉厚を湾曲方向両端へ向けて次第に薄くしたため、マグネット14の回転子18に対する吸引力または反発力が更に一層急激に変動せず、回転子18に発生するコギングトルクを一層良好に低減することができる。
【0042】
なお、マグネット14が高性能であるために小型にできる場合に、図5及び図6の如く(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとすると、特に有効である。
【0043】
また、本実施の形態では、マグネット14を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し対称とした構成としたが、図9に示すモータ30(回転電機)の如くマグネット32を湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称としかつ中心点に対して点対称とした構成や、図10に示すモータ40(回転電機)の如くマグネット42を湾曲方向中央線に対して非対称とした構成としてもよい。なお、図9に示すモータ30では、回転子18外周面の上辺がマグネット32の左上のテーパー部16に対向する点と回転子18外周面の下辺がマグネット32の右下のテーパー部16に対向する点との間の回転子18外周方向に沿った最短長さがXとなる。
【0044】
さらに、本実施の形態では、一対のマグネット14を対向して配置した構成としたが、これに限定されず、マグネットは偶数個であれば良い。
【0045】
また、本実施の形態では、テーパー部16を平面状とした構成としたが、テーパー部を曲面状とした構成としてもよい。
【0046】
(比較例)
図11及び図12に示す第1比較例に係るモータ50(回転電機)では、X範囲中央のマグネット52にティース24が対向する際にX範囲両端縁のマグネット52にティース24が対向して前記磁束が安定しない(図11参照)一方、この状態から回転子18がπ/Z(半スロット)回転した際にX範囲両端縁のマグネット52にティース24が対向しないで前記磁束が安定する(図12参照)。
【0047】
また、図13及び図14に示す第2比較例に係るモータ60(回転電機)では、X範囲中央のマグネット62にティース24が対向する際にX範囲両端縁のマグネット62にティース24が対向しないで前記磁束が安定する(図13参照)一方、この状態から回転子18がπ/Z(半スロット)回転した際にX範囲両端縁のマグネット62にティース24が対向して前記磁束が安定しない(図14参照)。
【0048】
したがって、このようなモータ50及びモータ60では、図15に示す如く、磁束安定状態が回転子18の2π/Z(1スロット)回転毎に1回しか発生しないため、各磁束安定状態の間で前記磁束が大きく変動して大きなコギングトルクが発生する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す一部省略した平面図であり、(B)は、本発明の実施の形態に係るマグネットを示す側面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るモータの主要部を示す平面図である。
【図3】(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−TとされたマグネットにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図4】図3のマグネットにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図5】(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−TとされたマグネットにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図6】図5のマグネットにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図7】本発明の実施の形態において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図8】X寸法と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図9】湾曲方向中央線及び上下方向中央線に対し非対称とされかつ中心点に対して点対称とされたマグネットが取り付けられたモータのマグネット等を回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図10】湾曲方向中央線に対して非対称とされたマグネットが取り付けられたモータの主要部を示す平面図である。
【図11】第1比較例に係るモータにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図12】第1比較例に係るモータにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図13】第2比較例に係るモータにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図14】第2比較例に係るモータにおいてX範囲中央のマグネットにティースが対向する状態から回転子がπ/Z回転した際を示す回転子外周方向に沿って平面に展開した展開図である。
【図15】第1比較例や第2比較例において回転子回転時間と発生するコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 モータ(回転電機)
12 ヨーク
14 マグネット
16 テーパー部
18 回転子
20 駆動軸
22 コア
24 ティース
30 モータ(回転電機)
32 マグネット
40 モータ(回転電機)
42 マグネット
50 モータ(回転電機)
52 マグネット
60 モータ(回転電機)
62 マグネット

Claims (1)

  1. 筒状とされ、内周面に対応して湾曲された板状のマグネットが該内周面に固定されたヨークと、
    前記ヨーク内に回転可能に収容されると共に回転中心に駆動軸が連結され、前記ヨーク側へ延伸して巻線が巻回される板状のティースを有する所定数のコアが回転方向へ等間隔に設けられた回転子と、
    を備えた回転電機であって、
    前記マグネットの上部及び下部における湾曲方向両端に前記マグネットの上下方向長さが小さくなるように傾斜したテーパー部を形成し、
    かつ、前記回転子に設けられた前記コアの総数をZとし、前記回転子外周の直径をDとし、前記ティースの前記回転子外周方向に沿った幅をTとし、前記回転子外周面の上辺及び下辺が前記マグネットの湾曲方向両端の前記テーパー部に対向する点間の前記回転子外周方向に沿った最短長さをXとし、前記X範囲中央の前記マグネットに前記ティースが対向する際に前記X範囲の前記マグネットに全体が対向する前記ティースの総数をnとするとき、(Dπ/Z)×n+T<X<(Dπ/Z)×(n+1)−T、または、(Dπ/Z)×(n−1)+T<X<(Dπ/Z)×n−Tとし、
    前記マグネットの前記X範囲中央に対し前記コアが対称に配置され、かつ、前記X範囲両端縁の前記マグネットに前記ティースが対向しない場合に、前記X範囲の前記マグネットに対向する前記ティースに流れる磁束が安定する際において、この磁束安定状態を前記X範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記X範囲外の前記マグネットに対向する場合と前記X範囲両端縁に最も接近する前記ティースのそれぞれが前記X範囲の前記マグネットに対向する場合とに前記回転子の2π/Z回転毎に2回発生させるように構成した、
    ことを特徴とする回転電機。
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