JP6468003B2

JP6468003B2 - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JP6468003B2
Application number: JP2015047470A
Authority: JP
Inventors: 拓也 ▲浜▼野
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: JP2016167950A

Description

本発明は、永久磁石電動機の回転子の構造に関する。

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は、円筒形状の永久磁石と、永久磁石の中心軸に沿って配置されたシャフトと、永久磁石とシャフトの間に配置されたリブ部材を有する回転子を備えている。永久磁石は、磁石粉末を合成樹脂で固めることで形成されたプラスチックマグネットであり、リブ部材は、永久磁石とシャフトを連結する合成樹脂材である。このリブ部材の構造には、例えば、シャフトの軸方向の中心位置に形成された隔壁と、隔壁の軸方向の両側にシャフトを中心に放射状に形成される複数のリブとを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このリブ部材は、隔壁と複数のリブとが一体形成され、隔壁がシャフトを中心に軸方向に同じ高さで連続形成されているため、リブ部材の剛性が大きく、回転子自体の振動を減衰させる効果が低いという問題があった。例えば、リブ部材は、永久磁石（回転子）に作用するコギングトルクやトルクリップルなどの加振力によって回転子に発生する振動を減衰させる効果が低かった。

特許第３４９４８８７号公報

本発明は上記問題点に鑑み、リブ部材の剛性を小さくし、回転子自体の振動減衰効果を向上させ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、円筒形状の永久磁石と、永久磁石の中心軸に沿って配置されたシャフトと、永久磁石とシャフトの間に配置され夫々を連結するリブ部材とを有する回転子と、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、リブ部材は、シャフトに固定される内周部と、永久磁石を固定する外周部と、内周部と外周部を連結し内周部から外周部に向かって放射状に形成された複数のリブと、複数のリブの間をつなぐ隔壁とを有し、リブを介してリブ部材の周方向に隣り合う隔壁は、シャフトの軸方向の高さを異ならせるように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、複数の隔壁が軸方向に同じ高さで連続形成されていないため、リブ部材の剛性を小さくし、回転子自体の振動減衰効果を向上させることができる。

本発明の永久磁石電動機に用いられる回転子の第１の実施形態を示す永久磁石を省略した部分斜視図である。図１の回転子のリブ部材の外周部を省略した部分斜視図である。図１の回転子に対応する上面図である。図３の回転子の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。本発明の永久磁石電動機に用いられる回転子の第２の実施形態を示す永久磁石を省略した部分斜視図である。図５の回転子のリブ部材の外周部を省略した部分斜視図である。図５の回転子に対応する上面図である。図７の回転子の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。本発明の永久磁石電動機に用いられる回転子の第３の実施形態を示す永久磁石を省略した部分斜視図である。図９の回転子のリブ部材の外周部を省略した部分斜視図である。図９の回転子に対応する上面図である。図１１の回転子の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。本発明の永久磁石電動機に用いられる回転子の第４の実施形態を示す永久磁石を省略した部分斜視図である。図１３の回転子のリブ部材の外周部を省略した部分斜視図である。図１３の回転子に対応する上面図である。図１５の回転子の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図、（ｅ）はＥ−Ｅ断面図である。図１の回転子を用いた永久磁石電動機を示す断面図である。図１３の永久磁石電動機に対応する上面図である。

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１８は、本実施形態における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。以下、永久磁石電動機に用いられる回転子の構造について第１乃至第４の実施形態を説明する。なお、共通する構成要素についての説明は、第１の実施形態で説明した後は第２の実施形態以降での説明を省略する。

第１の実施形態による回転子１は、図１乃至図４に示すように、円筒形状の永久磁石２と、永久磁石２の中心軸ｏに沿って配置されたシャフト３と、永久磁石２とシャフト３の間に配置されたリブ部材４を備えている。永久磁石２は、例えば、８極の磁極からなり、磁石粉末を合成樹脂で固めることで形成されたプラスチックマグネットである。

リブ部材４は、永久磁石２とシャフト３を連結するとともに、永久磁石２とシャフト３の間に伝わる振動を抑制するための部材であり、永久磁石２よりも剛性の低いＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などの合成樹脂で形成されている。リブ部材４は、円筒形状の外周部４１と、外周部４１の内径より小さい外径の円筒形状の内周部４２と、外周部４１と内周部４２を連結する４つのリブ４３１〜４３４と、４つのリブ４３１〜４３４の隣り合う２つのリブの間に形成される４つの隔壁４４１〜４４４からなる隔壁部４４とを備えている。外周部４１と内周部４２と、４つのリブ４３１〜４３４と隔壁部４４がそれぞれ一体形成されている。

外周部４１は、外周面に備えた外周凹部４１１に永久磁石２の内周面２１が固定されている。内周部４２は、シャフト３の周囲に固定されている。４つのリブ４３１〜４３４は、シャフト３を中心に周方向に等間隔に配置されシャフト３の軸を中心に内周部４２から外周部４１に向って放射状に形成されている。隔壁部４４の４つの隔壁は、リブ間の上部に配置される上部隔壁４４１、４４３とリブ間の下部に配置される下部隔壁４４２、４４４からなり、リブ４３１とリブ４３２の間には上部隔壁４４１、リブ４３２とリブ４３３の間には下部隔壁４４２、リブ４３３とリブ４３４の間には上部隔壁４４３、リブ４３４とリブ４３１の間には下部隔壁４４４がそれぞれ形成されている。つまり、上部隔壁４４１、４４３と下部隔壁４４２、４４４は、シャフト３の軸方向に異なる高さに配置されている。

以上のように構成された回転子１は、上下一対の金型内に、予め成形した永久磁石２とシャフト３を配置した後、永久磁石２とシャフト３の間にリブ部材４となる合成樹脂を注入し、永久磁石２とシャフト３を合成樹脂で一体成形することにより成形される。このとき、リブ部材４の外周部４１と内周部４２が形成される。そして、永久磁石２は回転子１が形成された後に着磁される。

永久磁石電動機Ｍは、図１７および図１８に示すように、上述の第１の実施形態による回転子１と固定子５とを備えている。固定子５は、固定子鉄心５１とインシュレータ５２と固定子巻線５３とを備えている。固定子鉄心５１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５１１とバックヨーク部５１１から内径側に延びる複数のティース部５１２とを備えている。この固定子鉄心５１には、インシュレータ５２を一体形成し、インシュレータ５２を介してティース部５１２に固定子巻線５３が巻回されている。

このように構成された固定子５は、固定子巻線５３が巻回された固定子鉄心５１をティース部５１２の先端面５１２１（固定子鉄心５１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５４を形成し、ティース部５１２の先端面５１２１が回転子１の外周面（永久磁石２の外周面２２）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３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。

この第１の実施形態による回転子１によれば、４つのリブ４３１〜４３４のうち隣り合う２つのリブの間をシャフト３の軸方向に異なる高さに交互に配置した上部隔壁４４１、４４３と下部隔壁４４２、４４４でつなぐようにしたので、リブを介して隣り合う隔壁が連続して形成されないようになっている。従って、背景技術の欄に記載したリブ部材よりもリブ部材４の剛性を小さくし、回転子１自体の振動を減衰させる効果を向上させることができる。このリブ部材４により、例えば、回転子１（永久磁石２）に作用するコギングトルクやトルクリップルなどの加振力によって回転子１に生じる振動を減衰させる効果を向上させることができる。

第２の実施形態による回転子１は、図５乃至図８に示すように、第１の実施形態による回転子１と比べて隔壁部４４のみが相違する構造になっている。隔壁部４４の４つの隔壁は、リブ間の上端に配置される上端隔壁４４５、４４７とリブ間の下端に配置される下端隔壁４４６、４４８からなり、リブ４３１とリブ４３２の間には上端隔壁４４５、リブ４３２とリブ４３３の間には下端隔壁４４６、リブ４３３とリブ４３４の間には上端隔壁４４７、リブ４３４とリブ４３１の間には下端隔壁４４８がそれぞれ形成されている。つまり、上端隔壁４４５、４４７と下端隔壁４４６、４４８は、シャフト３の軸方向に異なる高さに配置されている。

この第２の実施形態による回転子１によれば、第１の実施形態による回転子１と同様に、４つのリブ４３１〜４３４のうち隣り合う２つのリブの間をシャフト３の軸方向に異なる高さに交互に配置した上端隔壁４４５、４４７と下端隔壁４４６、４４８でつなぐようにしたので、リブを介して隣り合う隔壁が連続して形成されないようになっている。従って、背景技術の欄に記載したリブ部材よりもリブ部材４の剛性を小さくし、回転子１自体の振動を減衰させる効果を向上させることができる。また、第１の実施形態による回転子１よりも、リブ部材４の形状がシャフト３の軸方向に沿って単純な形になっているので、リブ部材４を成形するための上下一対の金型を簡単な構造にすることができる。

第３の実施形態による回転子１は、図９乃至図１２に示すように、第１の実施形態による回転子１と比べて隔壁部４５のみが相違する構造になっている。隔壁部４５の４つの隔壁は、リブ間の上部に配置される上部隔壁４５１とリブ間の中間に配置される中間隔壁４５２、４５４とリブ間の下部に配置される下部隔壁４５３からなり、リブ４３１とリブ４３２の間には下部隔壁４５３、リブ４３２とリブ４３３の間には中間隔壁４５４、リブ４３３とリブ４３４の間には上部隔壁４５１、リブ４３４とリブ４３１の間には中間隔壁４５２がそれぞれ形成されている。つまり、上部隔壁４５１と中間隔壁４５２、４５４と下部隔壁４５３は、シャフト３の軸方向に異なる高さに配置されている。

この第３の実施形態による回転子１によれば、第１の実施形態による回転子１よりも、４つのリブ４３１〜４３４のうち隣り合う２つのリブの間をシャフト３の軸方向に異なる高さに配置した上部隔壁４５１と中間隔壁４５２、４５４と下部隔壁４５３でつなぐようにしたので、リブを介して隣り合う隔壁が連続して形成されないようになっている。従って、背景技術の欄に記載したリブ部材よりもリブ部材４の剛性を小さくし、回転子１自体の振動を減衰させる効果を向上させることができる。

第４の実施形態による回転子１は、図１３乃至図１６に示すように、第１の実施形態による回転子１と比べて、リブ部材４が４つのリブ４３１〜４３４の代わりに８つのリブ４６１〜４６８を備え、８つのリブ４６１〜４６８の隣り合う２つのリブの間に形成される８つの隔壁４７１〜４７８からなる隔壁部４７を備えた構造になっている。８つのリブ４６１〜４６８は、第１の実施形態による回転子１と同様に、シャフト３を中心に周方向に等間隔に配置されシャフト３の軸方向に沿って形成されている。

隔壁部４７の８つの隔壁は、リブ間の上部に配置される上部隔壁４７１、４７５とリブ間の中間に配置される中間隔壁４７２、４７４、４７６、４７８とリブ間の下部に配置される下部隔壁４７３、４７７とからなる。リブ４６１とリブ４６２の間には上部隔壁４７１、リブ４６２とリブ４６３の間には中間隔壁４７２、リブ４６３とリブ４６４の間には下部隔壁４７３、リブ４６４とリブ４６５の間には中間隔壁４７４、リブ４６５とリブ４６６の間には上部隔壁４７５、リブ４６６とリブ４６７の間には中間隔壁４７６、リブ４６７とリブ４６８の間には下部隔壁４７７、リブ４６８とリブ４６１の間には中間隔壁４７８がそれぞれ形成されている。つまり、上部隔壁４７１、４７５と中間隔壁４７２、４７４、４７６、４７８と下部隔壁４７３、４７７は、シャフト３の軸方向に異なる高さに配置されている。

この第４の実施形態による回転子１によれば、第３の実施形態による回転子１と同様に、８つのリブ４６１〜４６８のうち隣り合う２つのリブの間をシャフト３の軸方向に異なる高さに配置した上部隔壁４７１、４７５と中間隔壁４７２、４７４、４７６、４７８と下部隔壁４７３、４７７でつなぐようにしたので、リブを介して隣り合う隔壁が連続して形成されないようになっている。従って、背景技術の欄に記載したリブ部材よりもリブ部材４の剛性を小さくし、回転子１自体の振動を減衰させる効果を向上させることができる。

なお、永久磁石電動機Ｍの運転中、回転子１の強度は、発生トルクや断続運転による繰返し応力に耐え得る強度が必要であり、リブ部材４は、この回転子１の強度を考慮しつつ、回転子１自体の振動を減衰させる効果を損なわない範囲で、第１乃至第３の実施形態のような４つのリブと隔壁、第４の実施形態のような８つのリブと隔壁に限らず、リブと隔壁の数を適宜設定することができる。

１回転子
２永久磁石
２１内周面
２２外周面
３シャフト
４リブ部材
４１外周部
４１１外周凹部
４２内周部
４３１〜４３４リブ
４４隔壁部
４４１、４４３上部隔壁
４４２、４４４下部隔壁
４４５、４４７上端隔壁
４４６、４４８下端隔壁
４５隔壁部
４５１下部隔壁
４５２、４５４中間隔壁
４５３上部隔壁
４６１〜４６８リブ
４７隔壁部
４７１、４７５上部隔壁
４７２、４７４、４７６、４７８中間隔壁
４７３、４７７下部隔壁
５固定子
５１固定子鉄心
５１１バックヨーク部
５１２ティース部
５１２１先端面
５２インシュレータ
５３固定子巻線
５４外郭
Ｍ永久磁石電動機
Ｏ中心軸

Claims

円筒形状の永久磁石と、前記永久磁石の中心軸に沿って配置されたシャフトと、前記永久磁石と前記シャフトの間に配置され夫々を連結するリブ部材とを有する回転子と、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、
前記リブ部材は、前記シャフトに固定される内周部と、前記永久磁石を固定する外周部と、前記内周部と前記外周部を連結し前記内周部から前記外周部に向かって放射状に形成された複数のリブと、前記複数のリブの間をつなぐ隔壁とを有し、
前記リブを介して前記リブ部材の周方向に隣り合う前記隔壁は、前記シャフトの軸方向の高さを異ならせるようにしたことを特徴とする永久磁石電動機。