JP6233056B2 - 回転子および永久磁石電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子およびこの回転子を用いた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。

このような永久磁石電動機の回転子は、例えば、外周側に配置された円筒状の永久磁石と、シャフトに圧着された円柱状の保持部材と、永久磁石と保持部材との間に圧接された可撓性を有する円筒状の磁性体とを備えた構造になっている。保持部材は内周側鉄心として機能し、磁性体は可撓性を有するため緩衝部材として機能する。この回転子の構造により、永久磁石の回転による振動は、緩衝部材で吸収されて永久磁石から内周側鉄心やシャフトに伝わり難く、回転子の防振効果が得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１による回転子の防振構造は、内周側鉄心が円柱状の形状であり、緩衝部材、永久磁石が円筒状の形状であり、内周側鉄心と緩衝部材と永久磁石とが径方向で対向する面同士のみで固着されるため、固着力が確保できない可能性があり、緩衝部材と内周側鉄心の空転のおそれがあった。このため、回転に必要なトルクが大きい負荷（例えば、大型の送風ファンなど）には適さない可能性があった。

特開平５−２５２６７７号公報

本発明は上記問題点に鑑み、回転子の防振性を損なわずに緩衝部材と内周側鉄心の空転を防ぐことができる回転子および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、本発明の回転子は、シャフトと、シャフトに固定された内周側鉄心と、内周側鉄心を覆う柱状の緩衝部材と、緩衝部材の外周側を覆う筒状の永久磁石とを備えたものであって、内周側鉄心はシャフトの軸方向に所定の間隙を有しシャフトと直交する複数の内周側鉄心片を備え、複数の内周側鉄心片が軸方向に所定の間隙をもってシャフトに配置され、複数の内周側鉄心片のそれぞれからシャフトの軸方向に突出する第１突出部を備え、永久磁石は内周面から突出する第２突出部を備えることを特徴とする。また、本発明の永久磁石電動機は、この回転子と、回転子の外周側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ことを特徴とする。

また、本発明の回転子において、内周側鉄心片は円板形状に形成され、第１突出部は内周側鉄心片の一部を内径側から外径側にかけてシャフトの軸方向に切起こした切起こし部により形成したことを特徴とする。

また、本発明の回転子において、緩衝部材は内周側鉄心に一体的に形成され、緩衝部材の外周面には緩衝部材の上端面または下端面からシャフトの軸方向に延びるように形成された溝部を備え、溝部には永久磁石の第２突出部が嵌合されることを特徴とする。

本発明の回転子および永久磁石電動機によれば、複数の内周側鉄心片が軸方向に所定の間隙をもってシャフトに配置され、複数の内周側鉄心片のそれぞれからシャフトの軸方向に突出する第１突出部を備え、永久磁石は内周面から突出する第２突出部を備えることにより、回転子の防振性を損なわずに緩衝部材と内周側鉄心の空転を防ぐことができる。

また、本発明の回転子によれば、内周側鉄心片は円板形状に形成され、第１突出部は内周側鉄心片の一部を内径側から外径側にかけてシャフトの軸方向に切起こした切起こし部により形成したため、緩衝部材と内周側鉄心片の切起こし部とが周方向で対向する面同士で固着される。さらに、内周側鉄心片への切起こし部の形成により、内周側鉄心片には切起こし跡となる孔が形成され、この孔にも緩衝部材が充填される。この結果、緩衝部材と内周側鉄心片の固着力を高めることができる。

また、本発明の回転子によれば、緩衝部材は内周側鉄心に一体的に形成され、緩衝部材の外周面には緩衝部材の上端面または下端面からシャフトの軸方向に延びるように形成された溝部を備え、溝部には永久磁石の第２突出部が嵌合される。この結果、緩衝部材を内周側鉄心に一体的に形成した後、永久磁石を緩衝部材に嵌合できるので、シャフトと永久磁石の間に緩衝部材を一体成形する場合と比べて、緩衝部材の一体成形時の熱（高温に溶融された樹脂が持つ熱）が永久磁石に伝達しない。このため、緩衝部材の一体成形時の熱によって永久磁石が減磁するのを防ぐことができる。

本発明による回転子を示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明による回転子において、永久磁石を緩衝部材に嵌合する前の状態を示す側面図である。 本発明による回転子を用いた永久磁石電動機を示す断面図である。 本発明による回転子を用いた永久磁石電動機を示す上面図である。 本発明による回転子の他の実施形態を示す説明図であり、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する第２実施形態を示す断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する第３実施形態を示す断面図である。

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４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に示すように、シャフト２と、シャフト２に固定された内周側鉄心３と、内周側鉄心３を覆う柱状の緩衝部材４と、緩衝部材４の外周側を覆う筒状の永久磁石５とを備えている。内周側鉄心３は、シャフト２の軸方向に所定の間隙Ｓを持たせてシャフト２と直交する５つの内周側鉄心片３１を備えている。５つの内周側鉄心片３１はそれぞれ円板状に形成されている。それぞれの内周側鉄心片３１は、中心にシャフト２に装着するための孔３１１があり、シャフト２を孔３１１に通した後、シャフト２と孔３１１を圧着することで固定される。本実施形態では、５つの内周側鉄心片３１が軸方向に等間隔にシャフト２に配置されており、軸方向に同一高さの間隙Ｓが４つ形成される。なお、内周側鉄心片３１は円板状に形成されているが、これに限らず、多角形板状に形成してもよい。また、５つの内周側鉄心片３１をシャフト２に圧着するようにしたが、これに限らず、所定の間隙Ｓを形成するように２つ以上の内周側鉄心３１がシャフト２に圧着されていればよい。

また、それぞれの内周側鉄心片３１は、内周側鉄心片３１からシャフト２の軸方向に突出して緩衝部材４と内周側鉄心３の空転（空回り）を防止する４つの第１突出部３１５を備えている。それぞれの第１突出部３１５は、例えば、内周側鉄心片３１の周方向に等間隔に配置されており、内周側鉄心片３１の一部を内径側から外径側にかけてシャフトの軸方向に切起こした切起こし部３１５’により形成されている。内周側鉄心片３１の切起こし部３１５’は、後述する緩衝部材４に突き刺さるように、その周囲が緩衝部材４で覆われている。したがって、永久磁石５の回転トルクは緩衝部材４を介して緩衝部材４から切起こし部３１５’に突き当たるように伝達されるため、緩衝部材４と内周側鉄心３の空転を防ぐことができる。なお、第１突出部３１５は、切り起こし部３１５’であるが、これに限らず、内周側鉄心片３１からシャフト２の軸方向に突出していればよい。また、４つの第１突出部３１５を内周側鉄心片３１の周方向に等間隔に配置するようにしたが、これに限らず、２つ以上の第１突出部３１５を内周側鉄心片３１の周方向に等間隔に配置しても、１つの第１突出部３１５を内周側鉄心片３１に配置してもよい。さらに、５つの内周側鉄心片３１にそれぞれ第１突出部３１５を備えるようにしたが、これに限らず、一部の内周側鉄心片３１に第１突出部３１５を備えてもよい。

緩衝部材４は、例えば、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）などで構成されたゴムや樹脂からなる。緩衝部材４は、５つの内周側鉄心片３１の間に形成される４つの間隙Ｓを埋めるとともに、シャフト２の周囲を除いた最上部の内周側鉄心片３１の上端面３１２と最下部の内周側鉄心片３１の下端面３１３も覆っている。さらに、緩衝部材４は、内周側鉄心片３１に備えられた第１突出部３１５である切起こし部３１５’に接触するように形成されている。なお、緩衝部材４は、シャフト２の周囲まで最上部の内周側鉄心片３１の上端面３１２と最下部の内周側鉄心片３１の下端面３１３を覆うようにしてもよい。

また、緩衝部材４は、図１および図２に示すように、シャフト２に内周側鉄心片３１が圧着された状態において、シャフト２と内周側鉄心片３１に予め一体成形されている。緩衝部材４の外周面４３には、緩衝部材４の下端面４２からシャフト２の軸方向に延びる４つの溝部４３１を備えている。４つの溝部４３１は、シャフト２と内周側鉄心片３１への一体成形時に形成される。それぞれの溝部４３１には、後述の永久磁石５に形成された４つの第２突出部５１をそれぞれ収めて嵌合するための嵌合溝４３１１を備えている。嵌合溝４３１１は、溝部４３１の突き当たり４３１２から回転子１の回転方向に延びるように形成される。４つの第２突出部５１は、それぞれの嵌合溝４３１１の終端面に突き当たるように配置されている。したがって、永久磁石５の回転トルクは第２突出部５１が嵌合溝４３１１の終端面を押すように伝達されるため、永久磁石５と緩衝部材４の空転を防ぐことができる。また、４つの第２突出部５１は、それぞれの嵌合溝４３１１に嵌合されて溝部４３１から脱落しないようになっている。なお、溝部４３１は、緩衝部材４の下端面４２からシャフト２の軸方向に延びるように形成したが、これに限らず、緩衝部材４の上端面４１からシャフト２の軸方向に延びるように形成してもよい。

永久磁石５は、例えば、磁石粉末を樹脂で固めた、いわゆるプラスチックマグネットで形成され、緩衝部材４よりも軸方向に長く、緩衝部材４の上端面４１と下端面４２から飛び出すように配置されている。永久磁石５は、周方向に所定の間隔をあけて内周面５３から突出する４つの第２突出部５１が形成されている。それぞれの第２突出部５１は、緩衝部材に備えられた４つの溝部４３１の幅と深さに合った大きさに形成され、４つの溝部４３１の位置に対応するように周方向に等間隔に配置されている。なお、回転子１は、シャフト２と緩衝部材４と永久磁石５とを一体成形することも可能である。この場合には、緩衝部材４には溝部４３１を形成する必要がなく、シャフト２に内周側鉄心片３１が圧着された状態において、緩衝部材４をシャフト２と永久磁石５との間に充填してもよい。また、本実施形態では、緩衝部材４に４つの溝部４３１を備え、永久磁石５に４つの第２突出部５１を形成するようにしたが、これに限らず、１つずつの溝部４３１と第２突出部５１でもよい。

永久磁石電動機Ｍは、図３および図４に示すように、前述の回転子１と固定子６とを備えている。固定子６は、固定子鉄心６１とインシュレータ６２と固定子巻線６３とを備えている。固定子鉄心６１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６１１とバックヨーク部６１１から内径側に延びる複数のティース部６１２とを備えている。この固定子鉄心６１には、インシュレータ６２を一体形成し、インシュレータ６２を介してティース部６１２に固定子巻線６３が巻回されている。

このように構成された固定子６は、固定子巻線６３が巻回された固定子鉄心６１をティース部６１２の先端面６１２１（固定子鉄心６１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６４を形成し、ティース部６１２の先端面６１２１が回転子１の外周面５２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る。

以上説明してきた第１の実施形態による回転子１およびこの回転子１を用いた永久磁石電動機Ｍによれば、内周側鉄心３はシャフト２の軸方向に所定の間隙Ｓを持たせてシャフト２と直交する複数の内周側鉄心片３１を備え、内周側鉄心片３１からシャフト２の軸方向に突出する第１突出部３１５を備え、永久磁石５は内周面５３から突出する第２突出部５１を備えることにより、内周側鉄心３と永久磁石５の間の緩衝部材４の量を確保しつつ、緩衝部材４と内周側鉄心３の固着力を高めることができる。したがって、回転子１の軸方向や周方向などの防振性を損なわずに緩衝部材４と内周側鉄心３の空転を防ぐことができる。

また、第１の実施形態による回転子１によれば、内周側鉄心片３１は円板形状に形成され、第１突出部３１５は内周側鉄心片３１の一部を内径側から外径側にかけてシャフト２の軸方向に切起こした切起こし部３１５’により形成したため、緩衝部材４と内周側鉄心片３１の切起こし部３１５’とが周方向で対向する面同士で固着される。さらに、内周側鉄心片３１への切起こし部３１５’の形成により、内周側鉄心片３１には、切起こし跡となる孔がシャフト２の軸方向に貫通するように形成され、この孔にも緩衝部材４が充填される。この結果、緩衝部材４と内周側鉄心片３１の固着力を高めることができる。

さらに、第１の実施形態による回転子１によれば、緩衝部材４は内周側鉄心３に一体的に形成され、緩衝部材４の外周面４３には緩衝部材４の上端面４１または下端面４２からシャフト２の軸方向に延びるように形成された溝部４３１を備え、溝部４３１には永久磁石５の第２突出部５１が嵌合される。この結果、緩衝部材４を内周側鉄心３に一体的に形成した後、永久磁石５を緩衝部材４に嵌合できるので、シャフト２と永久磁石５の間に緩衝部材４を一体成形する場合と比べて、緩衝部材４の一体成形時の熱（高温に溶融された樹脂が持つ熱）が永久磁石５に伝達しない。このため、緩衝部材４の一体成形時の熱によって永久磁石５が減磁するのを防ぐことができ、永久磁石５を着磁し直さなくてもよい。

次に、第２の実施形態による回転子１について図５（ａ）を用いて説明する。なお、前述の第１の実施形態と同じ構成については同一符号を付し、その説明を省略する。図５（ａ）に示すように、回転子１は、前述の内周側鉄心３に備えられた５つの内周側鉄心片３１に対して、それぞれの内周側鉄心片３１を軸方向に連結するように形成した連結部３１４をさらに備えている。連結部３１４は円筒状に形成されてシャフト２を挿入した後、シャフト２に圧着されている。

第２の実施形態による回転子１によれば、前述の第１の実施形態と同様に、回転子１の軸方向や周方向などの防振性を損なわずに緩衝部材４と内周側鉄心３の空転を防ぐことができる。さらに、前述の第１の実施形態では内周側鉄心３の５つの内周側鉄心片３１をシャフト２にそれぞれ圧着する必要があるが、第２の実施形態では内周側鉄心３の連結部３１４をシャフト２に圧着するだけで済むので容易に組立てることができる。

次に、第３の実施形態による回転子１について図５（ｂ）を用いて説明する。なお、前述の第１の実施形態と同じ構成については同一符号を付し、その説明を省略する。図５（ｂ）に示すように、回転子１は、前述の内周側鉄心３に備えられた５つの内周側鉄心片３１に替えて、例えば、薄い鋼板を複数積層して形成された５つの内周側鉄心片３２を備えている。５つの内周側鉄心片３２はそれぞれ円板状に形成されている。それぞれの内周側鉄心片３２は、中心にシャフト２に装着するための孔３２１があり、シャフト２を孔３２１に通した後、シャフト２と孔３２１を圧着することで固定される。４つの第１突出部３２４は、あらかじめ鋼板を積層する前に、内周側鉄心片３２の一部分の鋼板を径方向に延びるように切起こした切起こし部３２４’である。緩衝部材４は、シャフト２の周囲を除いた最上部の内周側鉄心片３２の上端面３２２と最下部の内周側鉄心片３２の下端面３２３も覆っている。なお、緩衝部材４は、シャフト２の周囲まで最上部の内周側鉄心片３２の上端面３２２と最下部の内周側鉄心片３２の下端面３２３を覆うようにしてもよい。

第３の実施形態による回転子１によれば、前述の第１の実施形態と同様に、回転子１の軸方向や周方向などの防振性を損なわずに緩衝部材４と内周側鉄心３の空転を防ぐことができる。さらに、前述の第１の実施形態では積層していない内周側鉄心片３１をシャフト２に圧着するようにしたが、第３の実施形態では複数積層して形成された内周側鉄心片３２であるため、内周側鉄心片３２の厚さが増えて内周側鉄心片３２のシャフト２に対する圧着状態をさらに強化することができる。

１ 回転子
２ シャフト
３ 内周側鉄心
３１ 内周側鉄心片
３１１ 孔
３１２ 上端面
３１３ 下端面
３１４ 連結部
３１５ 第１突出部
３１５’ 切起こし部
３２ 内周側鉄心片
３２１ 孔
３２２ 上端面
３２３ 下端面
３２４ 第１突出部
３２４’ 切起こし部
４ 緩衝部材
４１ 上端面
４２ 下端面
４３ 外周面
４３１ 溝部
４３１１ 嵌合溝
４３１２ 突き当たり
５ 永久磁石
５１ 第２突出部
５２ 外周面
５３ 内周面
６ 固定子
６１ 固定子鉄心
６１１ バックヨーク部
６１２ ティース部
６１２１ 先端面
６２ インシュレータ
６３ 固定子巻線
６４ 外郭
Ｍ 永久磁石電動機
Ｓ 間隙

Claims (4)

1. シャフトと、同シャフトに固定された内周側鉄心と、同内周側鉄心を覆う柱状の緩衝部材と、同緩衝部材の外周側を覆う筒状の永久磁石とを備えた回転子であって、
   前記内周側鉄心は前記シャフトの軸方向に所定の間隙を有し前記シャフトと直交する複数の内周側鉄心片を備え、前記複数の内周側鉄心片が軸方向に前記所定の間隙をもって前記シャフトに配置され、前記複数の内周側鉄心片のそれぞれから前記シャフトの軸方向に突出する第１突出部を備え、
   前記永久磁石は内周面から突出する第２突出部を備えることを特徴とする回転子。
2. 前記内周側鉄心片は円板形状に形成され、前記第１突出部は前記内周側鉄心片の一部を内径側から外径側にかけて前記シャフトの軸方向に切起こした切起こし部により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記緩衝部材は前記内周側鉄心に一体的に形成され、前記緩衝部材の外周面には前記緩衝部材の上端面または下端面から前記シャフトの軸方向に延びるように形成された溝部を備え、同溝部には前記永久磁石の前記第２突出部が嵌合されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回転子と、同回転子の外周側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ことを特徴とする永久磁石電動機。

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