JP7178547B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの振動防止に関する。

近年、例えば、空気調和機や、液体を循環させる機器、いわゆる、チラー（Ｃｈｉｌｌｅｒ）などでは、消費電力の低減を目的として、高効率なブラシレスモータが多く使用されている。なお、以下の説明において、ブラシレスモータは、単に、モータということもある。

ところで、ファンモータなどに使用されるブラシレスモータには、騒音が生じることがある。すなわち、ブラシレスモータには、コギングトルクに起因する振動や、ブラシレスモータが有する巻線に対して通電する際に生じるリップル振動が生じる。これらの振動は、ブラシレスモータをファンモータなどの製品本体に組み込んだ際、騒音を生じることがある。

そこで、従来、この騒音を防ぐため、様々な対策が講じられてきた。例えば、ブラシレスモータが有する回転子に対して、防振構造を持たせるものがある（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、図８から図１０に示すように、従来のブラシレスモータ２００が有する回転子２３０は、つぎの防振構造を有する。

図８は、従来のブラシレスモータの構造を示す半断面図である。図９は、従来のブラシレスモータが備える回転子が有する回転体を軸心方向から見た正面図である。図１０は、図９中、１０－１０線の断面図である。

すなわち、回転子２３０は、回転体２３４と、回転軸３２とで形成される。回転体２３４は、回転軸３２が挿入される挿入孔３２ｂの中心となる軸心Ｊに沿って、軸心Ｊから半径方向の外周側に向かって、順に、内側ロータコア４４と、樹脂成型部２３８と、外側ロータコア４２と、磁石３６と、を有する。

内側ロータコア４４は、挿入孔３２ｂに挿入された回転軸３２に固定される。樹脂成型部２３８は、ゴムあるいは熱可塑性エラストマーで成型できる。外側ロータコア４２は、磁石３６から発せされた磁束を用いて、磁路を形成する。磁石３６は、回転子２３０の外周面に位置する。磁石３６は、外側ロータコア４２の外周に位置し、軸心Ｊを中心とする周方向に亘って、等間隔に取り付けられる。磁石３６には、フェライト焼結磁石を用いることができる。

回転体２３４は、内側ロータコア４４と外側ロータコア４２との間に注入される樹脂材料により、一体に成型される。注入された樹脂材料は、樹脂成型部２３８を形成する。本構成により、回転体２３４は、内部に保有する部品の抜け防止や、回転に対する強度を確保している。回転体２３４は、軸心Ｊ方向に形成された挿入孔３２ｂに回転軸３２が挿入される。

特開２００４－２９７９３５号公報

しかしながら、従来の回転子は、つぎの課題を有していた。

すなわち、内側ロータコアと外側ロータコアとの間に樹脂材料を注入して、内側ロータコアと外側ロータコア、および複数の磁石を樹脂成型部で一体に成型するという構造は、出力が小さいモータでは優れた防振効果を発揮する。

ところが、同じ構造を出力が大きいモータへ転用した場合、回転体の重量が重くなり、樹脂成型部が自重により座屈するという不具合が生じることがあった。

言い換えれば、出力が小さい、小型モータに従来の回転体の構造を適用した場合、振動が発生する磁石とトルクを伝達する回転軸との間に、弾性体となる樹脂成型部が位置するため、十分な防振効果を得ることができる。

しかし、出力が大きい、大型モータに従来の回転体の構造を適用した場合、回転体の重量が大きくなり過ぎるため、樹脂成型部を形成する樹脂材料が回転体の自重に耐え切れず、座屈や破断に至ることがあった。よって、出力が大きい、大型モータには、従来の回転体の構造を防振構造として採用することは困難であった。

本発明は上記課題を解決するものであり、出力が大きい、大型モータにも利用できる、ブラシレスモータの防振構造を提供するものである。

本発明が対象とするブラシレスモータは、固定子鉄心に巻線を巻き回した固定子と、固定子と向き合って位置する回転子と、を備える。回転子は、軸心方向に延伸する回転軸と、軸心方向に沿って延伸するとともに、回転軸に取り付けられる回転体と、を有する。

さらに、回転体は、複数の磁石と、弾性体層と、を含む。複数の磁石は、軸心を中心とする周方向に亘って、環状に位置する。弾性体層は、回転軸と複数の磁石との間に軸心に沿って環状に位置し、複数の粒状の弾性体で形成される。

本発明のブラシレスモータは、上記構成とすることにより、弾性体層に封入する複数の粒状の弾性体の量を調整して、該弾性体層における弾性体の充填率を変更できる。

よって、本発明のブラシレスモータは、モータに求められる出力に応じて、小型モータから大型モータに至るまで、それぞれのモータで必要とされる、防振性能と強度とを兼ね備えた回転子を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの構造を示す半断面図 本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータが備える回転子が有する回転体を軸心方向から見た正面図 図２中、３－３線の断面図 図３中、４－４線の断面図 本発明の実施の形態２に係る空気調和機に用いられる回転体の縦断面図 図５中、６－６線の断面図 本発明の実施の形態３に係る空気調和機に用いられる回転体の縦断面図 従来のブラシレスモータの構造を示す半断面図 従来のブラシレスモータが備える回転子が有する回転体を軸心方向から見た正面図 図９中、１０－１０線の断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ１００の構造を示す半断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ１００が備える回転子３０が有する回転体３４を軸心Ｊ方向から見た正面図である。図３は、図２中、３－３線の断面図である。図４は、図３中、４－４線の断面図である。

図１から図４に示すように、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータ１００は、固定子鉄心２２に巻線２４を巻き回した固定子２０と、固定子２０と向き合って位置する回転子３０と、を備える。回転子３０は、軸心Ｊ方向に延伸する回転軸３２と、軸心Ｊ方向に沿って延伸するとともに、回転軸３２に取り付けられる回転体３４と、を有する。

さらに、回転体３４は、複数の磁石３６と、弾性体層３８と、を含む。複数の磁石３６は、軸心Ｊを中心とする周方向に亘って、環状に位置する。弾性体層３８は、回転軸３２と複数の磁石３６との間に軸心Ｊに沿って環状に位置し、複数の粒状の弾性体４０で形成される。

特に、顕著な作用効果を奏する構成は、以下のとおりである。

すなわち、複数の粒状の弾性体４０は、それぞれ異なる寸法形状である。

弾性体層３８は、複数の粒状の弾性体４０を注入する量を調整して充填率を変更する。

あるいは、回転体３４は、弾性体層３８と、複数の磁石３６との間に、軸心Ｊに沿って環状に位置する第１の回転子鉄心である外側ロータコア４２を含む。

回転体３４は、弾性体層３８と、回転軸３２との間に、軸心Ｊに沿って環状に位置する第２の回転子鉄心である内側ロータコア４４を含む。

回転体３４は、少なくとも複数の磁石３６と、弾性体層３８と、第１の回転子鉄心である外側ロータコア４２と、を固定する樹脂部４６を含む。

以下、図面とともに詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態１に係るブラシレスモータ１００は、固定子２０の内側に回転子３０が位置する、インナーロータ型のモータを例示している。

固定子２０は、固定子鉄心２２と巻線２４との間に、絶縁部材であるインシュレータ２６が取り付けられる。インシュレータ２６は、主に、樹脂材料で形成される。固定子鉄心２２は、複数の電磁鋼板が軸心Ｊ方向に積層されて、構成される。巻線２４には、所定の電流が通電され、回転子３０を駆動するための磁力が生じる。巻線２４は、銅線、または、アルミニウム線、あるいは、これらを合成した線材が利用できる。

回転子３０は、固定子２０の内側において、回転子３０と向い合って位置する。回転子３０は、回転軸３２の一部に出力軸３２ａを含む。ブラシレスモータ１００がファンモータに組み込まれる場合、出力軸３２ａには、ファンが取り付けられる。回転体３４は、挿入孔３２ｂに回転軸３２が挿入される。回転子３０は、回転体３４を挟んで回転軸３２に取り付けられる、一対の軸受５０により回転自在に支持される。本実施の形態１において、軸受５０は、玉形状を成す転動体５０ａと、転動体５０ａを挟んで保持する内輪５０ｂおよび外輪５０ｃと、を有する。内輪５０ｂは、回転軸３２に取り付けられる。それぞれの外輪５０ｃは、モータ１００の外殻を形成する、それぞれのブラケット２８に固定される。

回転体３４が有する外側ロータコア４２と内側ロータコア４４とは、複数の電磁鋼板が軸心Ｊ方向に積層されて、構成される。外側ロータコア４２の外周側、すなわち、固定子２０と向い合う面には、複数の磁石３６が、取り付けられる。磁石３６には、フェライト焼結磁石を利用することができる。樹脂部４６は、磁石３６を回転体３４に固定している。

弾性体層３８には、粒状に形成された弾性体４０が複数個、封入される。弾性体層３８の反出力軸側には、弾性体層３８を形成する空間の一方の端部を閉じる、蓋５２が取り付けられる。弾性体層３８の出力軸側には、樹脂部４６が取り付けられ、弾性体層３８を形成する空間の他方の端部を閉じている。

樹脂部４６は、内側ロータコア４４と外側ロータコア４２とが接触しない状態で固定している。具体的には、樹脂部４６は、回転体３４の基本骨格を形成する。回転体３４の基本骨格は、内側ロータコア４４と外側ロータコア４２とが接触しない状態を保持している。回転体３４の基本骨格には、内側ロータコア４４と外側ロータコア４２との間に、弾性体層３８を成す空洞部が形成される。弾性体層３８を成す空洞部には、防振材、いわゆる、ダンピング材として機能する弾性体４０が封入される。よって、回転体３４は、磁石部を成す外周側と、回転軸３２に取り付けられる内周側とが非接触の構造で形成される。外周側と内周側との間には、ダンピング材として機能する弾性体４０が位置する。弾性体４０は、回転子３０の体格に応じた充填率で、充填される。したがって、弾性体４０は、外周側と内周側とを絶縁するとともに、適宜、回転子３０の体格に応じて求められる防振性を提供できる。

言い換えれば、円筒状に配置された、複数の磁石３６と、回転軸３２に取り付けられた内側ロータコア４４とは、回転子３０に体格に応じて求められる最低限度の強度を有する樹脂部４６で保持される。本構成により、磁石３６で生じた振動が、弾性体層３８で抑制されるため、トルクを伝達する回転軸３２へ伝わることを防止できる。したがって、該回転子を用いれば、低振動のブラシレスモータを提供できる。

なお、図３、図４に示すように、弾性体層３８には、異なる寸法の弾性体４０が複数個、封入されている。本実施の形態１では、玉形状の弾性体４０が封入されている。本構成とすれば、封入される弾性体４０の寸法が異なるため、大きな寸法の弾性体４０どうしの間に小さな寸法の弾性体４０が入り込む。よって、弾性体層３８に封入された弾性体４０は、適度な充填具合を得ることができる。

なお、後述するように、弾性体層３８に封入される弾性体４０は、必要とされる防振性能を確保できれば、他の形状やさまざまな寸法とすることができる。また、その材料も、目的に応じて、多様な材料が利用できる。

また、弾性体層３８に封入される、複数の弾性体４０は、モータ駆動時において、多少の動きができるよう、適度な封入状態であることが求められる。言い換えれば、本実施の形態１における弾性体層３８に封入される、複数の弾性体４０とは、互いに密接、密着して、モータ駆動時に動くことができない状態は除かれる。この封入状態を示す指標は、充填率ともいう。

本実施の形態１におけるブラシレスモータ１００は、弾性体層３８に封入される複数の弾性体４０について、その材料、形状、大きさおよび充填率を調整することにより、小型モータから大型モータに至るまで、適宜、求められる防振性能を満たすことで、基本構成および材料の共用化を図ることができる。

言い換えれば、本実施の形態１におけるブラシレスモータ１００が組み込まれる製品の使用状態に応じて、ブラシレスモータ１００は、適宜、発生する共振周波数等に応じたダンピング周波数を得るよう、抑制する周波数を調整できる。ここで、考慮すべき、製品の使用状態には、以下のものがある。例えば、空気調和機の室内機、あるいは、室外機への取り付け状態や、その運転状態がある。また、モータが本体を構成する筐体に取り付けられる際の剛性がある。その他、モータが有する出力軸に取り付けられるファンの形状などがある。よって、本実施の形態１におけるブラシレスモータ１００は、必要とする、静音性、制振性を得ることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータについて、図５、図６を用いて説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機に用いられる回転体の縦断面図である。図６は、図５中、６－６線の断面図である。

なお、本実施の形態１におけるブラシレスモータと同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

図５、図６に示すように、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータに用いられる回転体３４ａと、実施の形態１で説明した回転体３４との違いは、弾性体層３８と、回転軸３２との間に、軸心Ｊに沿って環状に位置する第２の回転子鉄心である内側ロータコア４４を含まない点である。

言い換えれば、実施の形態２に係る回転体３４ａは、複数の磁石３６と、弾性体層３８と、を含む。複数の磁石３６は、軸心Ｊを中心とする周方向に亘って、環状に位置する。弾性体層３８は、回転軸３２と複数の磁石３６との間に軸心Ｊに沿って環状に位置し、複数の粒状の弾性体４０で形成される。

ここで、複数の粒状の弾性体４０は、それぞれ異なる寸法形状である。

弾性体層３８は、複数の粒状の弾性体４０を注入する量を調整して充填率を変更する。回転体３４は、弾性体層３８と、複数の磁石３６との間に、軸心Ｊに沿って環状に位置する第１の回転子鉄心である外側ロータコア４２を含む。回転体３４は、少なくとも複数の磁石３６と、弾性体層３８と、第１の回転子鉄心である外側ロータコア４２と、を固定する樹脂部４６を含む。

つまり、回転体３４ａの基本骨格を形成する樹脂部４６が十分な強度を有する場合、内側ロータコア４４に代えて、回転体３４ａを樹脂部４６で回転軸３２に取り付けることができる。

本構成とすれば、内側ロータコア４４をなくすことができるため、内側ロータコア４４を回転軸３２へ圧入する工程を省くことができるなど、作業性が向上する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるブラシレスモータについて、図７を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機に用いられる回転体３４ｂの縦断面図である。

なお、本実施の形態１、２におけるブラシレスモータと同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

図７に示すように、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータに用いられる回転体３４ｂは、弾性体層３８に封入される弾性体４０の寸法が一様となっている。

本構成とすれば、封入する弾性体４０を１種類だけ準備すればよいため、在庫の管理が容易となり、生産性が向上する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施の形態に係るブラシレスモータは、外周側に複数の磁石が取り付けられた外側ロータコアと、回転軸と固定される内側ロータコアとの間に、粒状の弾性体が封入される弾性体層を有する。

弾性体層に封入される弾性体の素材や大きさ、形状、充填率などを調整することにより、多様な周波数に対する防振性を備えた回転体を得ることができる。よって、該回転体を用いれば、同一部材を用いて、多様な用途に防振性、低騒音となるブラシレスモータを提供できる。

本発明に係るブラシレスモータは、重量が重くなる、大出力のモータにも適用できる。よって、特に、大出力の空気調和機やチラーなどに代表される業務用空気調和装置に有効である。

２０ 固定子
２２ 固定子鉄心
２４ 巻線
２６ インシュレータ
２８ ブラケット
３０、２３０ 回転子
３２ 回転軸
３２ａ 出力軸
３２ｂ 挿入孔
３４、３４ａ、３４ｂ、２３４ 回転体
３６ 磁石
３８ 弾性体層
４０ 弾性体
４２ 外側ロータコア（第１の回転子鉄心）
４４ 内側ロータコア（第２の回転子鉄心）
４６ 樹脂部
５０ 軸受
５０ａ 転動体
５０ｂ 内輪
５０ｃ 外輪
５２ 蓋
１００、２００ モータ（ブラシレスモータ）
２３８ 樹脂成型部

Claims (5)

1. 固定子鉄心に巻線を巻き回した固定子と、
   前記固定子と向き合って位置し、
   軸心方向に延伸する回転軸と、
   前記軸心方向に沿って延伸するとともに、前記回転軸に取り付けられる回転体と、
   を有する回転子と、
   を備え、
   前記回転体は、
   前記軸心を中心とする周方向に亘って、環状に位置する、複数の磁石と、
   前記回転軸と前記複数の磁石との間に前記軸心に沿って環状に位置し、複数の粒状の弾性体で形成される弾性体層と、
   を含む、ブラシレスモータ。
2. 前記複数の粒状の弾性体は、それぞれ異なる寸法形状である、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記回転体は、前記弾性体層と、前記複数の磁石との間に、前記軸心に沿って環状に位置する第１の回転子鉄心を含む、請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記回転体は、前記弾性体層と、前記回転軸との間に、前記軸心に沿って環状に位置する第２の回転子鉄心を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記回転体は、少なくとも前記複数の磁石と、前記弾性体層と、前記第１の回転子鉄心と、を固定する樹脂部を含む、請求項３に記載のブラシレスモータ。
   

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