JPH0865931A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク脈動の要因を低減して振動及び騒音を
極力抑制すること。 【構成】 カバー５の外周に軸方向に螺旋状の溝６が形
成されているので、該溝６を形成する凹部の存在によ
り、渦電流Ａが遮断されてしまう結果、互いに隣接する
溝６と６との間に経路の長い渦電流Ｂが発生し、軸方向
に細分化された形態となり、また溝６の体積分だけカバ
ー５の平均厚さｔ″を薄くできるので、渦電流損失を低
減できる。しかも、回転子１の回転時におけるカバー５
の厚みが、固定子７と対向する軸方向全ての位置で均一
化され、本来の厚みｔより薄いものであるため、トルク
脈動を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機において、特に
永久磁石と該永久磁石を保持する非磁性カバーとを備え
た回転子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転子に永久磁石を備えたモー
タは、比較的に安価であり、また性能的にも効率の優位
性が高いことから、可変速装置、例えばインバータ装置
を駆動源として回転させるエアコン等のシステムに利用
することが増大している。また、回転子に永久磁石を備
えたモータは、該永久磁石の回転強度を確保するための
カバーとして、金属製，非金属製の材質で形成されてい
る。このうち、非金属製のカバーは、例えば、強度の面
から金属材料にほぼ匹敵するガラスバインド材が代表的
に用いられているが、このガラスバインド材の接着工程
等に手間がかかる等の不具合がある。一方、金属製のカ
バーは、永久磁石の周囲に焼きばめ装着、或いは圧入装
着したり、またはアルミダイキャスト等によって成形し
たりすることによって高温に耐え、しかも生産性が高い
と云う利点を有することから、これを利用したものが多
い。

【０００３】図８及び図９は、金属製のカバーを用いた
回転子の一般的な一例を示している。これらの図におい
て、回転子１は、回転軸２と、その外周に配置された継
鉄からなる磁性材３と、磁性材３の外周に配置された永
久磁石４と、さらにこの永久磁石４を保持するため、永
久磁石４の外周に配置された非磁性材からなる金属製の
カバー５とを備えて構成されている。この構成から明ら
かなように、非磁性金属製のカバー５は、導電性の材質
であるため、渦電流による損失を発生して効率を低下さ
せると云う不具合がある。そこで、渦電流による損失を
低減するため、特公昭６３−２６６２３号公報に示され
る技術のものがある。この従来技術では、非磁性金属製
のカバーの外周面に回転軸の軸方向と直交する方向（径
方向）にスリット部を設け、該スリット部によって渦電
流の発生回路を遮断することにより、渦電流損失を低減
し得るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、非磁性材か
らなる金属製のカバーの渦電流発生原理は、回転子と対
向配置される固定子巻線の電流が脈動することにより起
磁力が変化し、その結果、固定子と回転子間の空隙部の
磁束密度が変化するために発生するものである。つま
り、固定子巻線に流れる電流によって起磁力が発生する
が、その起磁力によって作られる磁束は、モータの制御
手段として用いられるチョッパ制御等により電流を脈動
させてしまう。従って、脈動電流によって脈動磁束が発
生し、この脈動磁束により非磁性金属製のカバーに電流
が流れるため、渦電流が発生するものである。前記従来
技術のものは、金属製カバーに設けたスリット部によ
り、渦電流の発生回路を遮断し、渦電流による損失を小
さくできるようにしている。しかしながら、従来技術で
は、スリット部が、金属製カバーの円周方向に沿って一
定間隔おきに形成されているので、カバー外周面におい
ては、スリット部とスリット部との間にあってカバーそ
のものが位置し、渦電流による損失が発生する部分と、
スリット部によってカバーが切除かれ、渦電流による損
失が発生しない部分とが断続的に配置されることとな
り、従って、渦電流による損失が発生する部分と発生し
ない部分との双方を兼ね備えた構造となっている。その
ため、スリット部とスリット部間で渦電流損失が発生す
るので、カバー外周面で渦電流損失を均一に小さくする
ことができず、トルク脈動が発生してしまう結果、振動
及び騒音を抑制することができない問題がある。また前
記従来技術における他の実施例では、金属カバーに設け
たスリット部が、回転子軸の軸方向と直交する方向であ
ってかつ該金属カバーの円周方向に沿って連続して設け
るように構成しているので、上述の問題を解消し得るも
のの、スリット部によって金属カバーが軸方向に沿って
分断されてしまい、金属カバーの永久磁石を保持する強
度が弱まり、そのため、回転数の大きいものや回転子の
径が大きいものに適用し難い問題がある。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、トルク脈動の要因を確実に低減して振動及び騒音
を極力抑制することができ、しかもカバーの永久磁石に
対する保持力が低下するのを防止することができる電動
機の回転子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、回転軸に固
定子と対向して配置され、かつ回転子磁路を形成する磁
性材と、該磁性材の外周に配置された永久磁石と、該永
久磁石の外周に配置され、かつ永久磁石を保持する非磁
性金属製のカバーとを備えた電動機の回転子において、
前記非磁性金属カバーの外周面に螺旋状の溝を軸方向に
沿って形成したことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明では、前述の如く、螺旋状の溝が金属製
のカバーの外周に軸方向に沿って形成されているので、
該溝を形成する凹部の存在により、渦電流が遮断されて
しまう結果、互いに隣接する溝と溝との間に経路の長い
渦電流が発生し、軸方向に細分化された形態となり、ま
た溝の体積分だけカバーの平均厚さを薄くすることがで
きるので、渦電流損失を低減することができる。しか
も、カバー全体が軸方向で切断されることがないので、
カバーの永久磁石に対する保持力が低下するおそれがな
い。さらに、溝が前述の如く、カバーの外周面に軸方向
に沿って螺旋状に設けられることにより、回転子の回転
時におけるカバーの厚みが、固定子と対向する全ての軸
方向の位置で均一化されるので、トルク脈動を抑制する
ことができ、そのため、回転子の回転むらを確実に低減
し得る結果、振動及び騒音を極力抑制することができ
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図７により
説明する。図１は本発明による電動機回転子の第一の実
施例を示す斜視図、図２は金属製のカバーによって発生
する渦電流損失の作用説明図、図３は金属製のカバーの
要部を拡大した説明図である。実施例の回転子１は、回
転軸２と、その外周に配置された継鉄からなる磁性材３
と、磁性材３の外周に配置された永久磁石４と、さらに
この永久磁石４を保持するため、永久磁石４の外周に配
置された非磁性材からなる金属製のカバー５とを備えて
構成されている。実施例においては、金属製のカバー５
の外周に螺旋状の溝６を軸方向に沿って形成したもので
ある。即ち、螺旋状の溝６は、図１乃至図３に示すよう
に、カバー５においてその外周面側がその内側より幅広
に開口された所定の深さｔ′のＶ字形状をなしており、
カバー５の外周面に対し、軸方向の一端から他端へ向か
って螺旋状に形成されている。そして、図２に示すよう
に、金属製のカバー５により破線に示す如く渦電流Ａが
軸方向に発生しようとしたとき、該渦電流Ａを螺旋状の
溝６により遮断し、隣接する溝６間で鎖線に示す如く経
路の長い渦電流Ｂを発生させると共に、回転子１が回転
したとき、固定子７と対向するカバー５の外周面におい
て、軸方向の全ての位置でカバー５の厚みが本来の厚み
ｔより薄くかつ均一化し得るようにしている。そのた
め、カバー５は螺旋状の溝６を形成し得る厚みｔをもっ
ている。

【０００９】実施例の回転子１は、上記の如き構成より
なるので、次に渦電流による損失の低減について説明す
る。まず、金属カバーが溝を有せず、単なる板体である
場合には、金属製のカバーであることによって発生する
渦電流Ａは、図２に破線にて示すように回転子１の軸方
向に沿って発生する。一方、実施例では、前述の如く、
金属製のカバー５の外周に軸方向に沿って螺旋状の溝６
が形成されているので、該溝６を形成する凹部の存在に
より、前記渦電流Ａが遮断されてしまう結果、図２に鎖
線にて示すように、互いに隣接する溝６と溝６との間に
経路の長い渦電流Ｂが発生し、軸方向に細分化された形
態となる。即ち、双方の渦電流Ａ，Ｂのうち、鎖線にて
示す如き渦電流Ｂの経路の総和が長くなる。このとこ
は、下記に表す Ｗ（渦電流損失）＝［Ｅ（電圧）／Ｒ（渦電流経路の長
さ）］ の式より明らかであり、渦電流損失の値を確実に小さく
することができる。

【００１０】また、渦電流損失は、カバーの外径の３乗
と、カバーの長さ及び厚さの積に比例するものである。
実施例では、前述の如くＶ字形状の溝６を設けると、該
溝６の体積分だけカバー５の厚さｔを薄くすることがで
き、このため、平均厚さｔ″となり小さくできるので、
この点からも渦電流損失を低減することができる。従っ
て、溝６の深さｔ′をカバー５の厚さｔと同じ（ｔ′＝
ｔ）寸法にすれば、即ち、カバー５の内周面まで切り除
くと、渦電流損失の低減効果が最も高いこととなる。し
かも、その場合、溝６が螺旋状に形成されているので、
カバーの外周面に沿って連続的にスリット部を設けた従
来技術の他の実施例に比較すると、カバー５全体が軸方
向に沿って幾つかに切断されることがないので、カバー
５の永久磁石４に対する保持力が低下するのを抑えるこ
ともできる。

【００１１】次に、過電流損失に関わるトルク脈動を要
因とした振動及び騒音について説明すると、渦電流損失
を含む全ての損失は回転子１に対しマイナストルクであ
ることから、脈動が発生した場合は、トルク脈動と考え
ることができる。実施例では、カバー５の厚みがｔであ
るものの、溝６が前述の如く、カバー５の外周面に軸方
向に沿って螺旋状に設けられているので、回転子１の回
転時におけるカバー５の厚みは、固定子７と対向する全
ての位置（軸方向の位置）で均一化されることとなり、
そのため図３の如くｔ″となる。このことは、従来技術
の何れもの場合、スリット部がカバーの円周方向に沿っ
て設けてあるので、カバー１の厚みが軸方向に均一化さ
せることができないものである。従って、実施例におけ
る回転中のカバー５の厚みｔ″は、本来の厚みｔより薄
いものであるため、カバー５に発生する渦電流損失を低
減することができ、つまりトルク脈動を抑制することが
でき、そのため、回転子１の回転むらを確実に低減し得
る結果、振動及び騒音を極力抑制することができる。さ
らに、実施例の如く、Ｖ字形状の溝６にすると、該溝６
内では回転子１が回転することによって空気の通風作用
が発生するので、回転子１を冷却することができ、しか
も溝６がカバー５の外周面に軸方向に沿って形成される
ことにより、カバー外周面を全体的に冷却することがで
き、冷却機能を兼備する。

【００１２】図４乃至図７は本発明による種々の実施例
を夫々示している。図４に示す第二の実施例は、螺旋状
の溝６が、金属製のカバー５の外周面においてその一端
から他端側に適宜の寸法５Ａを隔て、その隔てた部分５
Ａから他端に向かって軸方向に形成されたものである。
この実施例は、基本的には図１乃至図３に示す実施例と
同様の作用効果を得ることができる他、カバー５の外周
面の一端側に溝６を設けていないので、その分だけ永久
磁石４の回転強度をカバー５によって強固に確保するこ
とができる。図５に示す第三の実施例は、螺旋状の溝６
が、カバー５の外周面の両端部５Ａ，５Ｂを残し、両者
５Ａ，５Ｂ間の途中位置で軸方向に沿って形成されたも
のであり、永久磁石４の回転強度をいっそう強固に確保
することができる。図６に示す第四の実施例は、螺旋状
の溝６が、カバー５の外周面の両端部５Ａ，５ｂと共に
その中間部５Ｃを残し、その以外の部分である、一端部
５Ａ及び中間部５Ｃの間と、中間部５Ｃ及び他端部５Ｂ
の間とに形成されたものである。これにより、図４及び
図５に示す実施例に比較すると、カバー５の永久磁石４
に対する強度をよりいっそう強固に確保することができ
る。

【００１３】図７に示すさらに他の実施例は、螺旋状の
溝６が、カバー５の外周面において一端から他端に渡り
設けると共に、他端から一端に渡り設けた二条構成と
し、しかも互いに同一ピッチで構成されている。このよ
うに二条構造の溝６に形成すれば、カバー５の回転時の
平均厚さｔ″をより薄くすることができるので、トルク
脈動をいっそう抑制することができる結果、振動及び騒
音の抑制効果をより高めることができる。なお図示実施
例では、螺旋条の溝６として、断面Ｖ字形状に形成し、
また一条及び二条構造にした例を示したが、本発明にお
いては実施例に限定されるものではなく、製作上並びに
加工上容易となる形状であれば良く、さらに量産性に優
れた形状を選択しても良く、要は所期の機能有するもの
であれば任意のものを適宜選択すれば良い。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、金
属製のカバーの外周に軸方向に沿って螺旋状の溝を形成
し、該溝を形成する凹部の存在により、渦電流を遮断す
るように構成したので、互いに隣接する溝と溝との間に
経路の長い渦電流が発生し、軸方向に細分化された形態
となり、また溝の体積分だけカバーの平均厚さを薄くす
ることにより、渦電流損失を低減することができ、しか
も、カバー全体が軸方向で切断されることがないので、
カバーの永久磁石に対する保持力が低下するおそれがな
く、さらに、回転子の回転時におけるカバーの厚みが、
固定子と対向する全ての軸方向の位置で均一化され、ト
ルク脈動を抑制し、回転子の回転むらを確実に低減し得
る結果、振動及び騒音を極力抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機の回転子の第一の実施例を
示す斜視図。

【図２】金属製のカバーによって発生する渦電流損失の
作用説明図。

【図３】金属製のカバーの要部を拡大した説明図。

【図４】本発明による第二の実施例を示す回転子の斜視
図。

【図５】本発明による第三の実施例を示す回転子の斜視
図。

【図６】本発明による第四の実施例を示す回転子の斜視
図。

【図７】本発明によるさらに他の実施例を示す回転子の
斜視図。

【図８】一般的な回転子を示す径方向断面図。

【図９】同じく回転子を示す軸方向断面図。

【符号の説明】

１…回転子、２…回転軸、３…磁性材、４…永久磁石、
５…非磁性材からなる金属製のカバー、６…螺旋状の
溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 公平 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に固定子と対向して配置され、か
   つ回転子磁路を形成する磁性材と、該磁性材の外周に配
   置された永久磁石と、該永久磁石の外周に配置され、か
   つ永久磁石を保持する非磁性金属製のカバーとを備えた
   電動機の回転子において、前記非磁性金属カバーの外周
   面に螺旋状の溝を軸方向に沿って形成したことを特徴と
   する電動機の回転子。