JP6855869B2 - 永久磁石電動機 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁部材を有する回転子を備え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、永久磁石を有する回転子を回転可能に配置したインナーロータ型の永久磁石電動機が知られている。この永久磁石電動機は、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に用いられる。
この永久磁石電動機を高周波スイッチングを行うＰＷＭ方式のインバータで駆動すると、軸受の内輪と外輪の間に電位差（軸電圧）が生じ、この軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部に電流が流れて軸受内部に電食を発生させる。この軸受の電食を防止するために、例えば、絶縁部材を有する回転子を備えた永久磁石電動機が知られている。この回転子は、例えば、環状に等間隔に配置された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の内径側に配置された環状の外周側鉄心と、外周側鉄心の内径側に配置された環状の内周側鉄心と、外周側鉄心と内周側鉄心の間に樹脂で形成され外周側鉄心と内周側鉄心とを絶縁する絶縁部材と、内周側鉄心の中心軸に沿って貫通する貫通孔に固着されたシャフトとを備えている。
このように構成された回転子としては、外周側鉄心は、内周面から外径側に凹み周方向に等間隔に形成された複数の外周側回り止め凹部を備え、内周側鉄心は、外周面から内径側に凹み周方向に等間隔に形成された複数の内周側回り止め凹部を備え、外周側回り止め凹部と内周側回り止め凹部に絶縁部材が充填されていることにより、外周側鉄心と内周側鉄心の絶縁部材との回り止めを行う構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−１０６９２８号公報
ところで、特許文献１のように、回転子の外周側鉄心として、内周面から外径側に凹むように複数の外周側回り止め凹部が形成される場合、外周側鉄心の径方向の厚さが外周側回り止め凹部の箇所で薄くなっているため、この外周側回り止め凹部の箇所で強度低下が生じるおそれがある。
このような外周側回り止め凹部の箇所での強度低下により、例えば、金型内に外周側鉄心と内周側鉄心と永久磁石を配置し、金型内に樹脂を注入し絶縁部材を成形するときの成形圧力によって、外周側鉄心が外周側回り止め凹部の箇所で径方向に変形するおそれがあった。そして、外周側鉄心が変形すると、永久磁石の内周面側に応力がかかり、永久磁石にクラックが入って永久磁石が割れるおそれがあった。
本発明は上記問題点に鑑み、外周側鉄心の内周面に複数の外周側回り止め凹部が形成される場合、外周側鉄心の強度を確保することができる回転子を備えた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、固定子と固定子の内部に配置された回転子を備え、回転子は、環状に配置された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の内径側に配置された環状の外周側鉄心と、外周側鉄心の内径側に配置された環状の内周側鉄心と、外周側鉄心と内周側鉄心の間に樹脂で形成され外周側鉄心と内周側鉄心とを絶縁する絶縁部材と、内周側鉄心の中心軸に沿って設けられたシャフトとを備えている。
外周側鉄心は、外周面から外径側に突出し周方向に形成され永久磁石を位置決めする複数の位置決め凸部と、内周面から外径側に凹み周方向に形成された複数の外周側回り止め凹部とを備えている。
外周側鉄心は、位置決め凸部と外周側回り止め凹部が、内周側鉄心の中心軸から径方向を見たときに互いに重なる位置に形成されるとともに、位置決め凸部の両側に、外周面から内径側に凹んだ外周側凹部が形成されていることを特徴とする。
本発明の永久磁石電動機によれば、外周側鉄心に形成される位置決め凸部と外周側回り止め凹部を適切な位置に配置することで、外周側鉄心の強度を確保することができる。
本発明の回転子を備えた永久磁石電動機を示す概略断面図である。 本発明の回転子を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 図２（ａ）に示す回転子の絶縁部材を除いた状態を示す平面図である。 図３に示す回転子のＢ矢視丸印で囲んだ部分を示す要部平面図である。
＜モータの全体構成＞
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永久磁石電動機１の構成を説明する図である。図１乃至図４に示すように、この永久磁石電動機１は、例えば、ブラシレスＤＣモータであり、空気調和機の室内機に搭載される送風ファンを回転駆動するために用いられる。以下では、回転磁界を発生する固定子２の内部に、永久磁石３１を有する回転子３を回転可能に配置したインナーロータ型の永久磁石電動機１を例に説明する。本実施形態における永久磁石電動機１は、固定子２と、回転子３と、第１軸受４１と、第２軸受４２と、第１ブラケット５１と、第２ブラケット５２を備えている。
＜固定子と回転子＞
固定子２は、円筒形状のヨーク部とヨーク部から内径側に延びる複数のティース部とを有する固定子鉄心２１を備え、インシュレータ２２を介してティース部に巻線２３が巻回されている。この固定子２は、固定子鉄心２１の内周面を除いて、樹脂で形成されたモータ外郭６で覆われている。回転子３は、複数の永久磁石３１とシャフト３５を有し、複数の永久磁石３１は、後述する外周側鉄心３２や絶縁部材３３や内周側鉄心３４を介してシャフト３５を中心に環状に配置されている。この回転子３は、固定子２の固定子鉄心２１の内周側に所定の空隙（ギャップ）をもって回転自在に配置されている。
＜軸受とブラケット＞
第１軸受４１は、回転子３のシャフト３５の一端側（出力側）を支持している。第２軸受４２は、回転子３のシャフト３５の他端側（反出力側）を支持している。第１軸受４１および第２軸受４２は、例えば、ボールベアリングが用いられる。
第１ブラケット５１は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、回転子３のシャフト３５の一端側のモータ外郭６に固定されている。第１ブラケット５１は、底面を有する円筒形状のブラケット本体部５１１と、底面に設けられ第１軸受４１を収容するための第１軸受収容部５１２を有する。第１ブラケット５１のブラケット本体部５１１は、モータ外郭６の外周面に圧入されている。第１ブラケット５１の第１軸受収容部５１２は、底面を有する円筒形状に形成されており、底面の中央に孔を有し、この孔からシャフト３５の一端側が突出している。
第２ブラケット５２は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、回転子３のシャフト３５の他端側のモータ外郭６に配置されている。第２ブラケット５２は、第２軸受４２を収容するための第２軸受収容部５２１と、第２軸受収容部５２１の周りに広がるフランジ部５２２を有する。第２ブラケット５２の第２軸受収容部５２１は、底面を有する円筒形状に形成されており、第２ブラケット５２のフランジ部５２２は、一部が樹脂で覆われモータ外郭６と一体になっている。
第１軸受４１は、第１ブラケット５１に設けられた第１軸受収容部５１２に収容され、第２軸受４２は、第２ブラケット５２に設けられた第２軸受収容部５２１に収容されており、第１軸受４１と第１軸受収容部５１２、第２軸受４２と第２軸受収容部５２１はそれぞれ電気的に導通している。
＜回転子の具体的な構成＞
以上のように構成された永久磁石電動機１では、第１軸受４１や第２軸受４２に電食が生じないようにするため、図１に示すように、回転子３に絶縁部材３３を備えている。以下、回転子３の実施形態について説明する。回転子３は、図２および図３に示すように、外径側から内径側に向って、複数の永久磁石３１と、外周側鉄心３２と、絶縁部材３３と、内周側鉄心３４と、シャフト３５を備えている。
永久磁石３１は、Ｎ極とＳ極が円周方向に等間隔に交互に表れるように複数個（例えば８個）がシャフト３５を中心に環状に配置されている。外周側鉄心３２は、環状に形成されており、複数の永久磁石３１の内径側に配置されている。外周側鉄心３２には、複数の永久磁石３１を位置決めするために、外周面３２１から外径側に突出する複数（例えば８個）の位置決め凸部３２２を備えている。複数の位置決め凸部３２２は、外周面３２１を中心軸Ｏに沿う方向に延びるとともに円周方向に等間隔に形成されており、隣り合う２個の位置決め凸部３２２の間に永久磁石３１が１個ずつ位置決めされている。また、外周側鉄心３２には、後述する絶縁部材３３との回り止めを行うために、内周面３２３から外径側に凹んだ複数（例えば４個）の外周側回り止め凹部３２４を備えている。複数の外周側回り止め凹部３２４は、内周面３２３を中心軸Ｏに沿う方向に延びるとともに円周方向に等間隔に形成されている。
内周側鉄心３４は、環状に形成されており、外周側鉄心３２の内径側に配置されている。内周側鉄心３４には、後述する絶縁部材３３との回り止めを行うために、外周面３４１から内径側に凹んだ複数（例えば６個）の内周側回り止め凹部３４２を備えている。複数の内周側回り止め凹部３４２は、外周面３４１を中心軸Ｏに沿う方向に延びるとともに円周方向に等間隔に形成されている。また、内周側鉄心３４には、内周側鉄心３４の中心軸Ｏに沿って貫通する貫通孔３４３を備えている。
絶縁部材３３は、ＰＢＴやＰＥＴなどの誘電体の樹脂で形成されており、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４の間に配置されている。絶縁部材３３は、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４の間に樹脂が充填されることで、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４に一体成形されており、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４とを絶縁し、第１軸受４１および第２軸受４２の内輪側の電位を下げて内輪側と外輪側の電位を合わせることで、第１軸受４１および第２軸受４２の電食を防止している。シャフト３５は、内周側鉄心３４に備えた貫通孔３４３に圧入やカシメなどによって固着されている。
＜本発明に関わる回転子の構造、作用および効果＞
次に、本実施形態における永久磁石電動機１において、図３および図４を用いて、本発明に関わる回転子１の構造や、その作用および効果について説明する。上記した回転子３の構成において、発明が解決しようとする課題の欄で述べたように、外周側鉄心３２として、内周面３２３から外径側に凹むように複数の外周側回り止め凹部３２４が形成される場合、次のような問題がある。
外周側鉄心３２は、外周側鉄心３２の径方向の厚さが外周側回り止め凹部３２４の箇所で薄くなっているため、この外周側回り止め凹部３２４の箇所で強度低下が生じるおそれがある。このような外周側回り止め凹部３２４の箇所での強度低下により、例えば、金型内に外周側鉄心３２と内周側鉄心３４と永久磁石３１を配置し、金型内に樹脂を注入し絶縁部材３３を成形するときの成形圧力によって、外周側鉄心３２が外周側回り止め凹部３２４の箇所で径方向に変形するおそれがあった。そして、外周側鉄心３２が変形すると、永久磁石３１の内周面３１１側に応力がかかり、永久磁石３１にクラックが入って永久磁石３１が割れるおそれがあった。
そこで、本実施形態による回転子３では、図４に示すように、外周側鉄心３２の位置決め凸部３２２と外周側回り止め凹部３２４は、内周側鉄心３４の中心軸Ｏから径方向を見たときに互いに重なる位置に形成されている。この結果、外周側回り止め凹部３２４の径方向の延長上の外周面３２１に位置決め凸部３２２が形成されているので、外周側回り止め凹部３２４の箇所の厚さの減少を、位置決め凸部３２２によって補うことができる。したがって、外周側鉄心３２の径方向の厚さが外周側回り止め凹部３２４の箇所で薄くなるのを防ぎ、外周側回り止め凹部３２４の箇所で強度を確保することができる。このように、外周側鉄心３２に形成される位置決め凸部３２２と外周側回り止め凹部３２４を適切な位置に配置することで、外周側回り止め凹部３２４の箇所の強度を確保して外周側鉄心３２の変形を抑え、永久磁石３１にクラックが入って永久磁石３１が割れないようにすることがきる。
さらに、本実施形態による回転子３では、図４に示すように、外周側鉄心３２の位置決め凸部３２２の両側に外周面３２１から内径側に僅かに凹んだ外周側凹部３２５が形成されていてもよい。この結果、外周側鉄心３２の位置決め凸部３２２の両側に僅かに凹んだ外周側凹部３２５が形成されているので、隣り合う２個の位置決め凸部３２２の間の外周面３２１に配置した永久磁石３１と、外周側凹部３２５との間に僅かな空間が形成される。したがって、外周側回り止め凹部３２４の箇所の強度を確保して外周側鉄心３２の変形を抑えつつ、この僅かな空間の形成により、絶縁部材３３の成形時に外周側鉄心３２の変形が永久磁石３１の内周面３１１に直接伝わらないようにすることができる。
１ 永久磁石電動機
２ 固定子
２１ 固定子鉄心
２２ インシュレータ
２３ 巻線
３ 回転子
３１ 永久磁石
３１１ 内周面
３２ 外周側鉄心
３２１ 外周面
３２２ 位置決め凸部
３２３ 内周面
３２４ 外周側回り止め凹部
３２５ 外周側凹部
３３ 絶縁部材
３４ 内周側鉄心
３４１ 外周面
３４２ 内周側回り止め凹部
３４３ 貫通孔
３５ シャフト
４１ 第１軸受
４２ 第２軸受
５１ 第１ブラケット
５１１ ブラケット本体部
５１２ 第１軸受収容部
５２ 第２ブラケット
５２１ 第２軸受収容部
５２２ フランジ部
６ モータ外郭
Ｏ 中心軸

Claims (1)

  1. 固定子と前記固定子の内部に配置された回転子を備え、
    前記回転子は、環状に配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の内径側に配置された環状の外周側鉄心と、前記外周側鉄心の内径側に配置された環状の内周側鉄心と、前記外周側鉄心と前記内周側鉄心の間に樹脂で形成され前記外周側鉄心と前記内周側鉄心とを絶縁する絶縁部材と、前記内周側鉄心の中心軸に沿って設けられたシャフトとを備えた永久磁石電動機であって、
    前記外周側鉄心は、外周面から外径側に突出し周方向に形成され前記永久磁石を位置決めする複数の位置決め凸部と、内周面から外径側に凹み周方向に形成された複数の外周側回り止め凹部とを備え、
    前記外周側鉄心は、前記位置決め凸部と前記外周側回り止め凹部が、前記内周側鉄心の中心軸から径方向を見たときに互いに重なる位置に形成されるとともに、前記位置決め凸部の両側に、前記外周面から内径側に凹んだ外周側凹部が形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。
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