JPH03289340A

JPH03289340A - 電動機

Info

Publication number: JPH03289340A
Application number: JP2086002A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakamura; 嘉伸中村; Sadayoshi Hibino; 日々野　定良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1991-12-19

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、永久磁石形の回転子と、この回転子に界磁を
作用させるべく固定子鉄心に複数相の固定子巻線を施し
てなる固定子とを備えた電動機に関する。

（従来の技術）一般に、誘導電動機においては、励磁電流は電源から供
給される関係上、回転子鉄心と固定子鉄心との間の空隙
（エアギャップ）の寸法を大にすると力率が低下するの
で、空隙の寸法はできるたけ小に設定される。しかしな
がら、空隙の寸法をあまり小にすると、回転子鉄心が固
定子鉄心に接触する虞れが生じ、又、歯脈動損が増大す
る等の問題があって、空隙の寸法を小にすることにも限
度がある。

例えば、誘導電動機を対象とした参考文献１［電気機器
設計〜第二法改訂版（電気学会）、Ｐ３４２〜Ｐ３４５
］においては、固定子鉄心の内径寸法（Ｄ）を６０ｃｍ
とし且つ固定子鉄心の長さ寸法を２３ｃｍとした場合、
空隙寸法（δ）を約ＩＩｎとする例が開示されており、
従って、δ／Ｄ＃１／６００となる。

又、永久磁石形の回転子を用いたブラシレスモーフを対
象にした参考文献２［制御用モータ技術活用マニュアル
（東芝・小形モータ研究会）、Ｐ１６７〜Ｐ１６９］に
おいては、固定子鉄心の内径寸法（Ｄ）を５．３ｃｍと
し且つ固定子鉄心の長さ寸法を２．Ｏｃ＋ｎとした場合
、空隙寸法（δ）を０．０７（７）とする例が開示され
ており、従って、δ／Ｄ″：１／７６となる。

ところで、電動機においては、ポンプとして一体に組込
まれたものがあり、これは、例えば実開昭４８−６９１
０７号公報に開示されているように、固定子と、この固
定子の内側に配置される回転子とをパックケーシングで
区画するとともに、固定子外周をフレームで被覆して構
成されるもので、パックケーシングとしては機構的強度
を保つために肉厚を十分に厚くしなければならず、この
ため、固定子と回転子との間の空隙が大になって、効率
が低下する問題があった。

このような問題を解決するために、従来では特公平２−
１９９９号公報に示されたものがある。

このものは、内周面に軸方向に延びる複数の凹所を有す
る固定子を本体ケースの内部に設け、この固定子の内側
に回転子を設け、これらの固定子と回転子との間に位置
して本体ケース内を固定子収納部とポンプ室とに区画す
る仕切壁を設け、この仕切壁の外周壁に軸方向に延びる
複数の突条を設けて、この突条を前記固定子の凹所に嵌
合させる構成である。これによれば、突条により仕切壁
の補強を図って仕切壁を薄形化し、固定子と回転子との
間の空隙を小になし得るものである。

（発明が解決しようとする課題）従来の構成では、固定子と回転子との間の空隙を小とす
るために構造が複雑になる問題があり、しかも、空隙を
小にする結果、次のような不具合がある。

■空隙を流通する流体の流通が阻害され、例えば、流体
が冷却風である場合には冷却効果が悪くなる。

■　固定子及び回転子の製作精度を高くしないと両者が
接触する。

■　組立てが困難になる。

■　歯脈動損が増大する。

■　インバータ回路を含む駆動装置により運転した場合
、高周波成分が伝達され易くて騒音が大となり、振動も
増す。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、固定子と回転子との間の空隙を大としながらも力率が
略１に制御される電動機を提供するにある。

［発明の構成」（課題を解決するための手段）請求項１記載の電動□機は、永久磁石形の回転子と、こ
の回転子に磁界を作用させるべく固定子鉄心に複数相の
固定子巻線を施してなる固定子とを備え、駆動装置によ
り力率が略１となるように制御されるものであって、前
記永久磁石の表面からこれと対応する固定子鉄心の面ま
での空隙を大に設定する構成に特徴を有する。

請求項２記載の電動機は、永久磁石形の回転子と、この
回転子に磁界を作用させるべく固定子鉄心に複数相の固
定子巻線を施してなる固定子とを備え、駆動装置により
力率が略１となるように制御されるものであって、前記
永久磁石の表面から固定子鉄心の中空部内面までの空隙
を、その空隙の寸法をδとし且つ固定子鉄心の内径寸法
をＤとした時に、δ／Ｄが１７２５以上で１／４以下と
なるように設定する構成に特徴を有する。

（作用）請求項１記載の電動機によれば、回転子の永久磁石の表
面からこれと対応する固定子鉄心の面までの空隙を大に
しても、駆動装置により力率が略１に制御されるので、
効率のよいものとなる。

請求項２記載の電動機によれば、永久磁石の表面から固
定子鉄心の中空部内面までの空隙を最も効果的な寸法に
設定することができる。

（実施例）以下、本発明をポンプに適用した第１の実施例につき第
１図及び第２図を参照しながら説明する。

先ず、電動機部１について述べる。２は一端たる左端を
開口したフレームであり、その内周面には、環状の固定
子鉄心３に複数相の固定子巻線４を巻装してなる固定子
５が嵌着固定されている。

６は固定子鉄心３の中空部に配置された永久磁石形の回
転子であり、これは、回転軸７と、この回転軸７に固定
された支持部材８と、この支持部材８に一端部内周が固
定されて回転軸７を包囲する合成樹脂製の周壁９と、こ
の周壁９内に埋設された複数極例えば４極用の希土類磁
石からなる永久磁石１０とから構成されており、その永
久磁石１０の表面１０ａは固定子鉄心３の中空部内面３
ａと所定の空隙１１と存して対応するようになっている
。１２は一端を開口した有底円筒状をなす合成樹脂製の
隔壁体であり、その開口部には外方に突出するフランジ
部１２ａが形成され、底部たる閉塞部１２ｂには軸受部
１３が設けられている。

そして、この隔壁体１２は、回転子６を包囲するように
してその固定子６と固定子５との間に配置され、周壁１
２ｃが固定子鉄心３の中空部内面３ａに嵌着固定されて
いる。そして、回転子６における回転軸７の右端部が軸
受部１３に支承されている。

さて、ポンプ部１４について述べる。１５は一端たる右
端が開口する円形状のケーシングであり、その中央部に
は吸入口体１６が突設され、周壁部には吐出口体１７が
突設されている。又、このケーシング１５の吸入口体１
６内には複数個の流通孔１８ａを有する軸受部１８が設
けられている。

１９は回転子６における支持部材８に固定された羽根で
ある。そして、ケーシング１５は、右端開口部がフレー
ム２の左端開口部に衝合されて、複数体のボルト２０に
よりフレーム２に固定されており、この時同時に隔壁体
１２のフランジ部１２ａがフレーム２とケーシング１５
によって挾持固定される。これにより、回転子６におけ
る回転軸７の左端部は軸受部１８に支承され、羽根１９
はケーシング１５内に配置されるようになっている。

而して、複数相の固定子巻線４には図示しない駆動装置
により通電され、これによって固定子５が回転子６に磁
界を作用して回転させるものであり、この回転子６によ
り羽根１つも一体に回転される。そして、羽根１９の回
転によって、外部の流体（液体若しくは気体）は、吸入
口部１６からケーシング１５内に吸入された後、吐出口
部１７から吐出されるようになる。この時、ケーシング
１５内に吸入された流体の一部は、回転子６と隔壁体１
２との間を流通して反負荷側（反羽根１つ側）末で供給
される。この場合、上述した図示しない駆動装置は、例
えばスイッチング素子たるトランジスタを有して直流電
源からの直流電圧を交流電圧に交換して前記固定子巻線
４に供給するためのインバータ回路を設け、このインバ
ータ回路の直流側部分の電流を検出する電流検出手段を
設け、この電流検出手段の直流電流信号における前記イ
ンバータ回路の出力周波数に基づく所定の電気角毎の直
前及び直後の値の差を求めることにより力率信号を演算
する力率演算手段を設け、この力率演算手段の演算結果
と指令値とから電圧信号及び周波数信号を演算する電圧
周波数演算手段を設け、この電圧周波数演算手段の演算
結果に基づいて前記インバータ回路のトランジスタにド
ライブ信号を与えるように構成した位置検出素子を用い
ない所謂センサレス形のものであり（特願平１−２９４
６８５号参照）、電動機部１を力率が略１となるように
制御する。

ところで、本実施例においては、永久磁石１０の表面１
０ａから固定子鉄心３の中空部内面３ａまでの空隙（エ
アギャップ）１１は、周壁９における永久磁石１０の表
面１０ａを覆う部分９ａと、この部分９ａと隔壁体１２
の周壁１２ｃとの間の間隔部分と、周壁１２ｃとから構
成され、例えば、部分９ａの厚み寸法は３ＩＩｍに設定
され、部分９ａと周壁１２ｃとの間の間隔寸法は２關に
設定され、周壁１２ｃの厚み寸法は３　ｍｍに設定され
ており、従って、空隙１１の寸法δは８關に設定されて
いることになる。又、固定子鉄心３の内径寸法りは９０
ｍｍに設定されている。電動機部１の定格出力を０．７
５ＫＷ、定格回転数を３０００ｒｐｍ。

定格電圧を１８０Ｖとして、この電動機部１を駆動装置
により力率が略１となるように制御しながら運転した実
験によれば、効率が８８％になるという結果が得られた
。

更に、実験によれば、効率を８０％以上にするためには
、空隙１１の寸法δが２０關以下に設定することが必要
であり、従って、空隙１１の寸法δと固定子鉄心３の内
径寸法りとの比δ／Ｄは、δ／Ｄ−２０／９０−１／４
．５″：１／４となり、実用的にはδ／Ｄが１７４以下
であればよい。又、周壁９の部分９ａ及び隔壁体１２の
周壁１２ｃの各厚み寸法を１　ｍｍとした場合、即ち、
空隙１１の寸法δを４關とした場合には、空隙１１の寸
法δが前述の２０＋＊ｍよりも著しく小であるので効率
８０％以上を達成することは容易であるが、隔壁体１２
の機械的強度を考慮するとこの値が限度であり、従って
、空隙１１の寸法δと固定子鉄心３の内径寸法りとの比
δ／Ｄは、δ／Ｄ−４／９０−１／２２．５″：１／２
３となる。そして、これに流体が流通する部分９ａと周
壁１２Ｃとの間の間隔寸法の限度を加味すれば、実用的
には比δ／Ｄを１／２５以上とする必要がある。この結
果、最も効果的な比δ／Ｄは、１／２５以上で１／４以
下であるという結論となる。

このような本実施例によれば、電動機部１における空隙
１１の寸法δと固定子鉄心３の内径寸法りとの比δ／Ｄ
を１／２５以上で１／４以下に設定し、その電動機部１
をセンサレス形の駆動装置により力率が略１となるよう
に制御する構成としたので、従来とは異なり、隔壁体１
２及び固定子鉄心３を特殊な構造とする必要がなく、構
造が簡単であり、しかも、比δ／Ｄを１／２５以上と従
来より大にしたことにより、次の効果を得ることができ
る。

■　空隙１１を流通する流体の流通が円滑になり、従っ
て、電動機部ｌの冷却効果がよくなる。

■　固定子５及び回転子６の製作精度を高くしなくても
、回転子６が若干偏心しても両者が接触することがない
。

■　組立てが容易になり、回転子６の固定子５内への挿
入組立て時における永久磁石１０の破損を防止すること
ができる。

■　歯脈動損が減少する。

■　高調波成分が通りにくくなるので、インバータ回路
を含む駆動装置により運転した場合における騒音、振動
が減少する。

■　勿論、力率が略１で運転されるので、効率かよく、
それだけ損失が少ないことになるので、ポンプ部１４か
熱に弱い流体を吸引する場合に好適である。

第３図は本発明を外扇形電動機に適用した第２の実施例
である。即ち、２１は外周に軸方向に延びる冷却フィン
２２を有するフレームであり、その内周部には固定子鉄
心２３に複数相の固定子巻線２４を巻装してなる固定子
２５が嵌着固定されている。２６．２６は夫々複数個の
通孔２６ａ。

２６ａを有する軸受ブラケットであり、これらは、フレ
ーム２１の両端部に配置され、ボルト２７及びナツト２
８により連結されている。そして、軸受ブラケット２６
．２６の中央部には軸受２９゜２９が装着されている。

３０は固定子鉄心２３の中空部に配置された回転子であ
り、これは回転軸３１の中央部に回転子鉄心３２を介し
て複数極用の永久磁石３３を配設して構成され、回転軸
３１の両端部は軸受２９，２９に支承されている。そし
て、回転子３０の永久磁石３３の表面３３ａは固定子鉄
心２３の中空部内面２３ａに空隙３４を存して対応する
ようになっている。この場合、その空隙３４の寸法δは
、固定子鉄心２３の内径寸法をＤとすると、比δ／Ｄが
１／２５以上で１７４以下となるように設定されている
。更に、回転軸３１の左端部は軸受ブラケット２６より
も外方に突出されていて、その左端部に羽根３５が取付
けられており、この羽根３５を包囲するようにして通孔
３６ａを有するカバー３６が軸受ブラケット２６に取付
けられている。

而して、固定子巻線２４に前記実施例同様の駆動装置に
より通電されると、固定子２５の磁界の作用により固定
子３０が回転し、これにより羽根３５が回転される。そ
して、羽根３５の回転により、流体たる冷却風がフレー
ム２１の外周に供給されるとともに、その冷却風の一部
は、左側の軸受ブラケット２６の通孔２６ａからフレー
ム２１内に供給され、空隙３４を流通した後、右側の軸
受ブラケット２６の通孔２６ａから外部に排出されるよ
うになる。

従って、この実施例によっても前記実施例同様の効果を
得ることができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定さ
れるものではなく、例えば、平板状の固定子の面に平板
状の回転子の永久磁石の表面が対応するアキシャルギャ
ップ形の電動機にも適用し得る等、要旨を逸脱しない範
囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。

［発明の効果コ本発明は以上説明した通りであるので、次のような効果
を得ることができる。

請求項１記載の電動機によれば、回転子の永久磁石の表
面からこれと対応する固定子鉄心の面までの空隙を大に
設定して、駆動装置により力率が略１となるように制御
するようにしたので、構造が簡単であり、空隙を流通す
る流体の流通が円滑になり、組立てが容易であるととも
に、歯脈動損の減少を図り得、インバータ回路を含む駆
動装置により運転した場合の騒音、振動を減少させるこ
とができる。

請求項２記載の電動機によれば、回転子の永久磁石の表
面から固定子鉄心の中空部内面までの空隙を、その空隙
の寸法をδとし且つ固定子鉄心の内径寸法をＤとした場
合に、δ／Ｄか１／２５以上で１／４以下となるように
設定したので、請求項１記載のものの効果に加えて、空
隙の寸法を最も効果的なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図、第２図
は同実施例における固定子と回転子との関係を示す図で
あり、第３図は本発明の第２の実施例を示す上半部を断
面した側面図である。図面中、３は固定子鉄心、３ａは中空部内面、４は固定
子巻線、５は固定子、６は回転子、７は回転軸、９は周
壁、１０は永久磁石、１０ａは表面、１１は空隙、１２
は隔壁体、１９は羽根、２３は固定子鉄心、２３ａは中
空部内面、２４は固定子巻線、２５は固定子、３０は回
転子、３１は回転軸、３２は回転子鉄心、３３は永久磁
石、３３ａは表面、３４は空隙、３５は羽根を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１、永久磁石形の回転子と、この回転子に磁界を作用さ
せるべく固定子鉄心に複数相の固定子巻線を施してなる
固定子とを備え、駆動装置により力率が略１となるよう
に制御されるものであって、前記永久磁石の表面からこ
れと対応する固定子鉄心の面までの空隙を大に設定した
ことを特徴とする電動機。２、永久磁石形の回転子と、この回転子に磁界を作用さ
せるべく固定子鉄心に複数相の固定子巻線を施してなる
固定子とを備え、駆動装置により力率が略１となるよう
に制御されるものであって、前記永久磁石の表面から固
定子鉄心の中空部内面までの空隙を、その空隙の寸法を
δとし且つ固定子鉄心の内径寸法をＤとした時に、δ／
Ｄが１／２５以上で１／４以下となるように設定したこ
とを特徴とする電動機。