JPH0274136A - 電動機とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば空気調和機の室内機に内装されるク
ロスフローファン等のファン装置を駆動するために用い
られる電動機とその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、空気調和機の室内機に内装されるクロスフローフ
ァン等のファン装置においては、上記クロスフローファ
ンのファンロータに直流ブラシレスモーフの回転子を直
結する構成とすることによって、装置の小形化を図る試
みがなされている。

そのような装置の具体例が例えば実開昭６１−１７８０
９５号公報に記載されており、第５図にその装置を模式
的に示している。同図において、８０はクロスフローフ
ァンのファンロータであり、このファンロータ８０の一
方の側板８１に、リング状永久磁石８２を有する回転子
８３が固着されている。

一方、上記側板８１に対向する支持フレーム８４には円
筒状の固定支軸８５が立設され、この固定支軸８５の先
端側外周に固定子８６が固着されて、この固定子８６の
外周を上記永久磁石８２が囲す構成となされている。上
記ファンロータ８０にはその両端軸心位置に回転支軸８
７．８８がそれぞれ立設され、これらの回転支軸８７．
８８を軸受８９．９０を介して回転自在に支持している
。上記固定子８６のコイル９Ｉへの通電を制御して回転
磁界を形成することにより、回転子８３に対する回転力
が誘起され、これによりファンロータ８０が回転駆動さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記のように回転子に永久磁石を設けた電動機
において小形化を図る場合、永久磁石の磁気力を確保す
ることと、コギングによる回転むらを抑えることとが問
題となる。上記従来装置では、リング状永久磁石８２に
対して、半径方向に異極となるように、また周方向には
Ｎ極とＳ極とが交互に現れるような着磁がなされるもの
であるが、周方向に多極着磁する際に隣接する異極の境
界を軸方向から傾斜させるスキュー着磁を行うことでコ
ギングの低下を図ることが可能である。しかしながら、
リング状永久磁石でその径方向を着磁方向とする構成で
もあり、この場合には異方性磁石としての構成は極めて
困難であり、このため等方性磁石で構成せざるを得ない
ために、形状の小さな磁石では充分な磁気力が得られず
、したがって充分な磁気力を確保するため番こは形状の
大形化が必要となって装置を小形化し得ないという問題
がある。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、回転むらを低減し得ると共に、小形化の可能な電動
機とその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の第１請求項記載の電動機は、固定子８
とこの固定子８を径方向外方より囲う周状の永久磁石を
有する回転子３とを設けて成る電動機であって、上記永
久磁石を複数の略円弧状永久磁石１６・・Ｌ６を周状に
連ねて構成し、これらの永久磁石１６の内周面側には、
周方向に交互に異なる極を形成すると共に、隣接する異
極間の境界を中心軸方向から傾斜させている。

また第２請求項記載の電動機の製造方法は、固定子８と
この固定子８を径方向外方より囲う位置で周状に配設さ
れる複数の永久磁石１６を存する回転子３とを設けて成
る電動機の製造方法であって、上記各永久磁石１６を上
記回転子３のケーシング４における円筒部１５の内周面
に添わせて周状に配設した後、これらの永久磁石１６に
対して周方向に交互に異なる極が生じると共に隣接する
異極間の境界が上記円筒部１５の中心軸方向から傾斜す
るスキュー着磁を行うものである。

（作用） 上記第１請求項記載の電動機においては、複数の略円弧
状永久磁石１６・・１６を周状に連ねて構成するもので
あることから、個々の永久磁石１６毎に異方性の特性を
付与した成形を容易に行うことができ、したがって強力
な磁気力をより小さな形状で確保し得るので、装置の小
形化を図ることが可能であると共に、上記各永久磁石１
６の内周面側には隣接する異極間の境界を中心軸方向か
ら傾斜させているので、コギングによる回転むらを低減
することも可能となる。

そしてこのような永久磁石の構成は、上記第２請求項記
載の電動機の製造方法のように、異方性の特性を付与し
た成形が個々になされた複数の永久磁石１６を、回転子
３のケーシング４における円筒部１５の内周面に添わせ
て周状に配設した後に、スキュー着磁を行うことによっ
て可能である。

（実施例） 次にこの発明の具体的な実施例について、図面を参照し
つつ詳細に説明する。

第３図には、この発明の一実施例における直流ブラシレ
スモータ形式の電動機の組立断面図を示しており、この
電動機は、空気調和機の室内機において用いられるクロ
スフローファンのファンロータ１の一方の側板２に組付
けられている。同図において、３は上記電動機における
回転子であって、この回転子３の略カップ状のケーシン
グ４における上記ファンロータ１側の垂直面５には、そ
の中央部位置に上記ファンロータ１側に延びる円筒状の
連結部６が形成されている。そして上記ファンロータ１
の側板２には、その中央部に合成ゴム等より成る連結部
材７が取着され、この連結部材７における軸心貫通孔に
、上記円筒状連結部６を圧入することによって、上記回
転子３のファンロータｌへの組付けがなされている。上
記連結部材７は、ファンロータ１における回転振れによ
る振動の伝播を減衰するための防振機能を有するもので
ある。

一方、同図において８は固定子、また９は室内機内のフ
ァンハウジングに固定されるエンドブラケットであって
、このエンドブラケ・ント９における面板部１０の中央
に立設されている固定軸１１の中途部に、上記固定子８
は固着されている。そして上記円筒状連結部６内に圧入
されている第１軸受１２と、上記ケーシング４の垂直面
５における中央部位置から反ファンロータ１側に延びる
短寸の円筒状軸受取付部１３内に圧入されている第２軸
受１４とに、上記固定軸１１の先端側を挿通させること
によって、上記固定軸１１で回転子３とファンロータ１
とを回転自在に支持すると共に、上記ケーシング４の円
筒部１５の内周面に添って周状に配設されている４個の
永久磁石１６・・１６の内周面を、上記固定子８の外周
面に対面させる構成となされている。なお上記各永久磁
石１６のケーシング４内への組付けの手順については、
後で詳しく説明する。

上記エンドブラケット９は、面板部１０とその周囲の囲
壁２１とを板金加工で形成したもので、この囲壁２１に
よって囲われる空間に、直流ブラシレスモーフの制御回
路を有する回路基板２２を配設している。この回路基板
２２には磁場検出素子としてのホール素子Ｈ、パワート
ランジスタＱの他、コンデンサ、抵抗、制御ｒｃ等の電
子部品がマウントされており、これらの電子°部品のう
ちパワートランジスタＱやコンデンサ等の背高のものは
横倒しにしてマウントすることによって、狭小な空間内
に収納し、また上記の電子部品のうち発熱１の大きなパ
ワートランジスタＱは回路基板２２の外周縁側にマウン
トすると共に、エンドブラケット９の面板部１０に密着
するようにばねクリップ２３を用いて取付けている。す
なわちエンドブラケット９をパワートランジスタＱの放
熱板としても機能するように構成している。また上記固
定軸１１の先端には、この固定軸１１の図において右方
への抜脱を防止するために上記第１軸受１２の内輪の左
端面に当接する軸受固定バネ２４を取着している。

次に上記各永久磁石１６のケーシング４内への組付けの
手順について説明する。

上記ケーシング４の垂直面５には、第３図及び第３図の
１ｌ−Ｉｆ線における断面図である第２図に示している
ように、円筒部１５と同心の円周を４等分する位置で開
口端側にそれぞれ切起こされた４個の略弓状の係止片３
１・・３１と、これらの弓状係止片３１・・３１の間の
円周上各２箇所の位置でそれぞれ切起こされた短寸の爪
状突起３２・・３２とが形成されている。一方、上記各
永久磁石１６は、上記円筒部１５の内周を略４等分する
円弧長を有する形状に構成されており、各永久磁石１６
を、それぞれ隣合う弓状係止片３１．３１の間に位置さ
せ、円筒部１５の内周面に添わせてケーシング４の開口
端側から押込んでいくことにより、上記円筒部１５の内
周面に各永久磁石１６の外周面が密着した取付状態とな
るようになされている。つまり各永久磁石１６の周方向
両端部の内周面側には、半径方向に対して傾斜する傾斜
面がそれぞれ形成されており、隣合う傾斜面間に上記各
弓状係止片３１が嵌太し、径方向内方へと弾性変形した
状態で当接することによって、上記弓状係止片３１から
各永久磁石■６に対して円周方向と共に径方向外方へと
押圧する力が作用し、この結果、各永久磁石１６の半径
方向の位置固定及び周方向の位置固定が同時に、かつ精
度良く与えられるようになされているのである。

一方、この組付状態における軸方向の固定は、各永久磁
石１６を上記の各爪状突起３２の先端部に当接するまで
押込み、次いで上記ケーシング４の円筒部１５の外周に
円筒状蓋体３３を嵌着させることによって行われるゆ上
記円筒状蓋体３３の右端には、径方向内方へと曲げ成形
されると共に各永久磁石１６端面の外周側を全周に渡っ
てわずかに覆う固定面３４が設けられており、この固定
面３４と上記各爪状突起３２との間で各永久磁石１６が
挟持されることとなって、軸方向の固定が行われるので
ある。

こうしてケーシング４に各永久磁石１６を組付けて回転
子３を構成した段階で、これを着磁機（図示せず）にか
けて上記永久磁石Ｉ６の着磁を行う。これらの永久磁石
工６には内外周面が異なる極となる径方向の着磁がなさ
れる訳であるが、このような着磁方向を前提とした異方
性の特性を付与した永久磁石の成形は、リング状の永久
磁石の場合には極めて困難なものとなるが、上記実施例
のように円弧状の個々の永久磁石１６においては、例え
ばフェライト粉を圧縮成形する際に、内外周方向に磁界
をかけながらプレス成形することで上記着磁方向に異方
性を付与した成形を比較的容易に行うことができる。つ
まり分割構成として内外周面方向のプレス成形を個々に
行い得るものとすることで、強力な磁気特性を与え得る
異方性磁石の使用が可能となるのである。そして上記の
ようにこれらの分割形の永久磁石１６をケーシング４内
に周状に組付けた段階においては、これら全体をリング
状の永久磁石とみなすことができ、周方向で例えば内周
面側にＮ極、Ｓ極が交互に生ずる多極着磁を行う場合に
、隣合う異極の境界が軸方向から傾斜するスキュー着磁
を、−括して行うことができる。すなわち上記ケーシン
グ４の内外方に永久磁石１６を挟んでそれぞれ配設され
る着磁ヨーク（図示せず）に斜溝を設け、これにより上
記永久磁石１６の着磁を行うのである。

第１図に、上記のようにスキュー着磁された各永久磁石
１６の内周面側において隣接する異極の境界を破線で示
している。同図は、第２図のように周状に配設された各
永久磁石１６の内周面を直線状に展開した図であり、図
のように、周方向（図において左右方向）にＮ、Ｓ、Ｎ
、Ｓの４極の磁極が形成されると共に、軸方向（図にお
いて上下方向）に対して傾斜する境界となされている。

この傾斜角は、同図において２点及び９点で示している
一つの境界の軸方向両端面との各交点を、第２図におい
て中心から臨む角（以下、スキュー角度と言う）で約４
５度となるようになされている。

上記の着磁作業を行った後、前記のように、この回転子
３を固定子８の固着された固定軸１１に組付けて、第２
図のように、上記固定子８における６個の突極Ｐｉ−Ｐ
６を径方向外方より上記永久磁石１６が囲うように位置
させて電動機として構成し、次いでこの電動機をファン
ロータｌに組付けてファン装置の組立を完了する。さら
にこのファン装置は空気調和機の室内機に装着される。

次に上記構成の電動機の作動状態について説明する。

前記したホール素子（第２図において旧〜）１３）は、
固定子８における隣合う３つの突極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の
各外周側にそれぞれ配置されており、これらのホール素
子によって、上記回転子３の回転位置に応じた永久磁石
Ｉ６からの磁場強度の変化を検出する。そしてその検出
信号を受けて、所定のタイミングで前記制御ＩＣにより
駆動信号が発生され、これにより各突極Ｐ１〜Ｐ６に巻
装されている磁極コイル２５・・２５への通電が周期的
に制御されて固定子８側に回転磁界が発生される。この
回転磁界によって回転子３が回転し、この回転子３の回
転がファンロータ１に伝達されてファンロータｌが回転
駆動される。

このような回転駆動において、上記装置では特にコギン
グが低減され、したがって振動の少ない運転状態を維持
し得るものとなっている。これは、前記のような各永久
磁石１６での着磁状態によって、各永久磁石１６・・１
６から固定子８に作用する磁束分布特性が従来とは異な
るものとなるためであり、これについて、まず従来装置
での磁束分布特性から第４図（ａ）〜（ｆ）を参照しな
がら説明する。

上記第４図（ａ）　〜（ｆ）には、４個の永久磁石Ｎ１
、Ｓｌ、Ｎ２、Ｓ２における着磁状態を除いて、その他
の形状や構造が上記実施例とほぼ同様にして構成される
従来の装置での回転子３′の回転に伴う磁束分布の変化
を示している。この場合、個々の永久磁石は、内外周が
それぞれ異極になると共に同一面内では同一極となる単
一磁石として着磁されており、図のように、４個の永久
磁石を右回りにＮ１、Ｓｌ、Ｎ２、Ｓ２　（Ｎｌ、Ｎ２
は内周面側がＮ極、Ｓｌ、Ｓ２は内周面側がＳ極にそれ
ぞれ着磁されている）、また固定子８′の６個の突極を
図において右回りにＰｉ〜Ｐ６とすると、第４図（ａ）
に示している突極Ｐ１と永久磁石Ｎｌとの各中心が一致
している回転位置（以下、この位置を回転角０度の位置
とする）においては、突極Ｐ１及びＰ４に最大磁束を生
じ、突極Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ６には最大磁束よりもや
や少ない磁束が生している。永久磁石Ｎ１から突極ｐｉ
に入った磁束は突極Ｐ２を通って永久磁石Ｓ１へと至る
が、突極Ｐ２は永久磁石Ｓ１の中心位置にないため磁束
が少なく、このため突極Ｐ２を永久磁石Ｓ１の中心位置
へと吸引する力が働く。すなわち回転子３°には左回り
のトルクが作用する。同様に、突極Ｐ３に右回りのトル
クが作用して、これらの力はバランスしているが、少し
でも左右いずれかに動くとバランスが崩れ、動いた方向
にさらに強い吸引力が働くこととなる。

同様に、突極Ｐ５と突極Ｐ６とにも同じ作用が働くので
、こちら側も不安定な状態にある。次いで上記から回転
子３°が右回りに１５度回転し、第４図（ｂ）に示す位
置にくると、突極Ｐ１から突極Ｐ６に、また突極Ｐ４か
ら突極Ｐ３に流れる磁束が生じる。このとき突極Ｐ２及
び突極Ｐ５はそれぞれ永久磁石Ｎ１とＳｌ、Ｎ２とＳ２
の間に位置し、各突極Ｐ２、Ｐ５の最外周部近傍を介し
て隣合うＮ極からＳ極に向かう磁束を生じ、この磁束は
各突極Ｐ２、Ｐ５における励磁コイルの巻装位置まで達
しない漏洩磁束となっている。

このような漏洩磁束は各突極Ｐ２、Ｐ５を回転に対して
固定する力として作用する。一方、突極Ｐ１とＰ６、Ｐ
３とＰ４にはそれぞれ最大磁束密度に近い磁束が均等に
生じているので、回転力として作用するトルりは働かな
い状態となっている。

第４図（Ｃ）は回転子３°の回転角が３０度の位置状態
を示しており、この時には、突極Ｐ３及びＰ６が永久磁
石Ｓ１及びＳ２の中心と一致する位置となって、上記回
転角が０度の位置とほぼ同様の磁束分布を生じ、したが
って上記と同様に、この位置から左右いずれかへと動い
た方向により強い回転力が生じるものとなっている。以
上のことから、回転子３′が０度の位置から３０度の位
置へと右回りに回転する際には、０度から１５度に至る
間は１５度の位置に向かって加速する回転力が作用する
と共に、１５度の位置において停止力が作用し、さらに
１５度から３０度に至る間は減速力が生じることとなる
。

第６図（ｄ）〜げ）には以降の回転角度位置４５度、６
０度、７５度での各磁束分布を示しているが、これらの
図に示すように、１５度ごとに上記０度と１５度との各
磁束分布状態が繰返されることとなり、したがって３０
度毎に加速力、停止力、減速力が繰返される回転状態と
なり、このため回転むら、すなわちコギングを生じるも
のとなっている。

このようなコギング対策として、従来より固定子の突極
の外周面に斜溝を設け、或いはリング状の磁石にスキュ
ー着磁して、上記のように突極が永久磁石における異極
間の境界領域にきたときに、上記突極の軸方向中心部で
例えば第４図（ｂ）で示す磁束分布となるときに、軸方
向端部側の一方では第４図（ａ）に近い磁束分布が、ま
た他方の端部側では第４図（Ｃ）に近い磁束分布がそれ
ぞれ同時に生じるようにしている。これにより上記のよ
うな異極間の境界領域を挟む急激な磁束分布の変化に伴
う回転力の変動が緩和され、コギングが低減される。

しかしながら固定子の突極に斜溝を設ける構成でコギン
グを低減させようとする場合には、軸方向の寸法が小さ
な固定子では斜溝の傾斜角が大きくなるために励磁コイ
ルを巻装できなくなり、したがって軸方向に大きな寸法
を必要とするようになるために、小形化が図れないとい
う問題がある。

一方、リング状の磁石にスキュー着磁する場合には、前
記したように、異方性の磁石の使用が困難であり、した
がって小形の磁石では充分な磁気力が得られなくなるた
めに、この場合にも装置の小形化が困難なものとなる。

そこで上記実施例においては、異方性磁石で成形し得る
分割形の永久磁石構成とし、これらの永久磁石を周状に
配設した後にスキュー着磁することによって、回転時の
コギングの低減と共に、装置の小形化を同時に可能とし
得るものとなっている。

なお上記実施例におけるスキュー角度は、前記のように
、約４５度としている。このスキュー角度を例えば６０
度にすると、固定子８内には軸方向の一端面側から他端
面倒に至るにつれて例えば第４図の（ａ）から（ｅ）の
磁束分布が同時に存在することとなり、（ａ）と（ｅ）
とでは互いに逆方向の磁束の流れとなるために、磁束密
度の低下を生じ、したがって回転力が低下してモータ性
能が悪くなる。一方、スキュー角度を小さくした場合の
特性について、第４図の（ａ）、（Ｃ）、（ｅ）の各磁
束分布状態を回転力の作用する不安定状態、（１））、
（ｄ）、（ｆ）の各磁束分布状態を回転力は作用せず固
定力が作用する安定状態として説明すると、例えばスキ
ュー角度が１５度の場合には、固定子８の一端面側で例
えば第４図の（ｂ）の磁束分布状態となるときに他端面
倒で第４図（ａ）又は（Ｃ）の磁束分布となって不安定
状態と安定状態とが同時に存在し、したがって固定力が
緩和されてコギング低下のスキュー効果が得られるもの
と期待されるが、製造誤差等によるバラツキによっては
、必ずしも充分なスキュー効果の得られないおそれがあ
る。またスキュー角度を３０度にした場合には、例えば
第４図の（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の磁束分布状態が同時
に生じる場合に、安定状態が２、不安定状態が１の割合
となって安定状態での固定力が優ることとなり、したが
ってこの回転位置において減速するコギングを生じる。

そこで上記実施例のようにスキュー角度を４５度にする
ことによって、安定状態と不安定状態とが２：２の均等
な割合となってバランスがとれ、充分なスキュー効果が
得られると共に、６０度の場合のような減磁作用が生じ
ることなくモニタ性能の低下を抑えた回転駆動状態が得
られるものとなる。

以上、この発明の具体的な実施例についての説明を行っ
たが、上記実施例はこの発明を限定するものではなくこ
の発明の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記
実施例においては、直流ブラシレスモーフ形式の電動機
として構成した例について説明したが、その他の形式の
電動機にもこの発明の適用が可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載の電動機におい
ては、周状に配設された複数の略円弧状永久磁石を周状
に配設すると共に、周方向に隣接する異極間の境界を中
心軸方向から傾斜させているので、強力な磁気力が得ら
れる異方性磁石の使用が可能であり、したがって装置の
小形化を図ることが可能であると共に、コギングによる
回転むらを低減することもできる。

そしてこのような永久磁石の構成は、第２請求項記載の
電動機の製造方法のように、異方性の特性を付与した成
形が個々になされた複数の永久磁石を、回転子のケーシ
ング内に周状に配設した後に、スキュー着磁を行うこと
によって可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における電動機において周
状に配設された永久磁石の内周面側の着磁状態を模式的
に示す展開図、第２図は上記電動機における要部断面図
、第３図は上記電動機を空気調和機の室内機に内装され
るクロスフローファンのファンロータに組付けて構成し
たファン装置の要部組立断面図、第４図（ａ）〜げ）は
それぞれ従来の電動機における回転子の回転位置と固定
子に生じる磁束分布との関係を示す模式図、第５図は従
来の空気調和機の室内機に内装されたファン装置の組立
断面図である。 ３・・・回転子、４・・・ケーシング、８・・・固定子
、１５・・・円筒部、１６・・・永久磁石。 特許出願人　　　　　　　ダイキン工業株式会社第 図 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定子（８）とこの固定子（８）を径方向外方より
   囲う周状の永久磁石を有する回転子（３）とを設けて成
   る電動機であって、上記永久磁石を複数の略円弧状永久
   磁石（１６）・・（１６）を周状に連ねて構成し、これ
   らの永久磁石（１６）の内周面側には、周方向に交互に
   異なる極を形成すると共に、隣接する異極間の境界を中
   心軸方向から傾斜させていることを特徴とする電動機。 ２、固定子（８）とこの固定子（８）を径方向外方より
   囲う位置で周状に配設される複数の永久磁石（１６）を
   有する回転子（３）とを設けて成る電動機の製造方法で
   あって、上記各永久磁石（１６）を上記回転子（３）の
   ケーシング（４）における円筒部（１５）の内周面に添
   わせて周状に配設した後、これらの永久磁石（１６）に
   対して周方向に交互に異なる極が生じると共に隣接する
   異極間の境界が上記円筒部（１５）の中心軸方向から傾
   斜するスキュー着磁を行うことを特徴とする電動機の製
   造方法。