WO2010092774A1

WO2010092774A1 - 同期回転機の回転子およびこれを備えた空調用ブラシレスｄｃファンモータ

Info

Publication number: WO2010092774A1
Application number: PCT/JP2010/000726
Authority: WO
Inventors: 井崎勘治; 橋野大輔; 浦田裕介; 上坂一郎
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2010-08-19
Also published as: JP2010187427A

Abstract

Ｔ形状突起（２）を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心（３ａ）と、Ｔ形状突起（２）で係止保持される円弧状磁石（１）とを備え、円弧状磁石（１）の磁束の配向方向を、円弧状磁石（１）の円弧の中心と円弧状磁石（１）の中心とを直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向（Ｄ１）とした構成を有することにより、Ｔ形状突起（２）が回転による円弧状磁石（１）の飛散を防止するとともに、Ｔ形状突起（２）からの隣の円弧状磁石（１）への磁束漏れが少なくなる。

Description

同期回転機の回転子およびこれを備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータ

　本発明は、永久磁石を備えた同期電動機や同期発電機等の同期回転機の回転子およびこれを備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータに関する。

　従来、この種の同期回転機の回転子は、回転子鉄心にＴ形状の突起を設け、その突起部で円弧状磁石を係止保持するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

　また、円弧状磁石の両端部の肉厚を中止部より薄肉と、その薄肉部に回転子鉄心のＴ形状の突起を当接させて、円弧状磁石を係止保持するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

　以下、特許文献１に記載されているこの種の回転子の構成ついて、図９を参照しながら説明する。

　図９に示すように、この種の回転子は、回転子軸１０３に接合された回転子鉄心１０１の外周部に放射状に突起１０４が設けられている。突起１０４間が溝形状になり、その溝と略同形状の永久磁石１０２がその溝に挿入されて保持されている。これにより、回転子の回転による遠心力で磁石１０２が飛散することを防止している。突起１０４の外径と磁石１０２の外径は略同寸法で構成されている。

　また、特許文献２に記載されている回転子は、図１０に示すように、固定子鉄心１０５の内径側に設けられた回転子鉄心１０６の外周部に、図９の例と同様に、放射状に突起１０７が設けられている。突起１０７の先端はＴ形状に広がっている。中央部が肉厚である花弁状の磁石１０８の両端の薄肉部がＴ形状部分の内径側に当接している。これにより、磁石１０８が回転子の回転による遠心力で飛散しないようにしている。突起１０７の外径は、突起１０７によるリラクタンストルクが利用できるよう、磁石１０８の中央の肉厚部の１／２より大きい寸法になるように構成されている。

　このような従来の回転子、すなわち、図９の特許文献１の例では、上記したように、回転子鉄心１０１の外周部に設けた突起１０４の外径が、磁石１０２の外径と略同じ高さになるように構成されている。また、図１０の特許文献２の例では、回転子鉄心１０６の外周部に設けた突起１０７の外径が、磁石１０８の最大肉厚部の１／２以上の寸法となるよう構成されている。従って、突起１０４、１０７が固定子鉄心に近接し、リラクタンストルクを利用するにはよい構造である。

　しかし、突起１０４、１０７を通じて、磁石の磁束が隣の磁石に漏れ、固定子側に鎖交する磁束が減少するので、メイントルクが低下するという課題があった。また、磁束の漏れによって、磁石の表面磁束波形が歪むことにより、磁石の回転により固定子巻線に誘起される電圧波形も歪む。そのため、本回転子の構造をファンモータに採用する場合には、騒音振動が発生するという課題があった。

特開２００６－２７１０５７号公報特開２００８－２４５４０６号公報

　本発明は、回転子の回転による円弧状磁石の飛散防止の効果を維持しながら、Ｔ形状突起を通じての隣の磁石への磁束漏れが減少する同期回転機の回転子である。したがって、メイントルクの低下の無い高性能の回転子であって、磁束波形の歪による騒音発生を防止できる、高品質の同期回転機の回転子を提供することを目的とする。

　本発明は、Ｔ形状突起を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心と、Ｔ形状突起で係止保持される円弧状磁石とを備え、円弧状磁石の磁束の配向方向を、円弧状磁石の円弧の中心と円弧状磁石の中心とを直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした構成を有する。

　かかる構成により、Ｔ形状突起が回転子回転による磁石飛散を防止するとともに、磁石の磁束がパラレル配向である為、Ｔ形状突起からの、隣の磁石への磁束漏れが少なくなる。

図１は、本発明の実施の形態１における同期回転機の回転子の回転子鉄心および固定子鉄心の断面を示す部分平面図である。図２は、同部分拡大図である。図３は、同実施の形態における円弧状磁石の磁束方向を変化させたときの誘起電圧の比較波形図である。図４は、本発明の実施の形態２における同期回転機の回転子を示す正面図である。図５は、同実施の形態におけるＩ形状突起を有する回転子鉄心および固定子鉄心の断面を示す部分平面図である。図６Ａは、同実施の形態における誘起電圧の波形図である。図６Ｂは、同実施の形態における比較のための構成による誘起電圧の波形図である。図７Ａは、本発明の実施の形態３の同期回転機の回転子の平面図および正面図である。図７Ｂは、同実施の形態の同期回転機の回転子の正面図である。図８は、本発明の実施の形態の同期回転機の回転子を搭載した空調用ブラシレスＤＣファンモータの半断面図である。図９は、従来の回転子鉄心を示す平面図である。図１０は、従来の他の回転子鉄心を示す平面図である。

　以下、本発明を、実施の形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。本発明は、実施の形態によって限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における回転子および固定子鉄心断面の部分平面図である。図２は同Ｔ形状突起部分の拡大図である。図１、図２において、本実施の形態の同期回転機は、回転子３と固定子５とから構成される。回転子３は回転子鉄心３ａを有し、固定子５は固定子鉄心５ａを有している。回転子鉄心３ａは、両端が薄く中央部が肉厚である円弧状磁石１を有している。本実施の形態の円弧状磁石１の磁束方向は、実線の矢印で図示したように、円弧状磁石１の中心における内径と外径を直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向Ｄ１である。すなわち、円弧状磁石１の磁束方向は、円弧状磁石１の円弧（内径または外径）の中心と円弧状磁石１の中心とを直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向Ｄ１としている。図１において、パラレル配向Ｄ１は、一点鎖線Ｐで示した、回転軸６の中心と円弧状磁石１の中心とを結んだ直線に磁束方向が平行になっている。回転子鉄心３ａは、回転子軸６の方向に複数枚積層されている。また、回転子鉄心３ａは、先端がＴ形状の突起であるＴ形状突起２を、外周部に放射状に円弧状磁石１と同数だけ備えている。Ｔ形状突起２の内径部に、両端の薄肉の外径部が当接するように円弧状磁石１が軸方向に挿入されることにより、円弧状磁石１は回転子鉄心３ａに係止保持されている。円弧状磁石１は回転子鉄心３ａに接着剤４により固着され、主に円弧状磁石１の軸方向への移動を防止している。

　本実施の形態において、回転子３の回転により円弧状磁石１に加わる遠心力によって、円弧状磁石１が外径方向に飛散するのを、回転子鉄心３ａのＴ形状突起２が防止している。しかし、Ｔ形状突起２の内径部は、円弧状磁石１の外径部に接しているので、Ｔ形状突起２を通じて円弧状磁石１の磁束が隣の円弧状磁石１に漏れることになる。図１、図２では、円弧状磁石１の磁束方向が、内径側から外径側に放射状に向かうラジアル配向Ｄ２の場合を点線で示している。このように円弧状磁石１の磁束方向がラジアル配向Ｄ２の場合は、円弧状磁石１の両端部で隣の円弧状磁石１へ磁束漏れが発生することがよく分かる。すなわち、図１、図２から、同じＴ形状であっても、パラレル配向Ｄ１のほうが隣の円弧状磁石１への磁束漏れが少なく、メイントルク発生に寄与する固定子鉄心５ａに鎖交する磁束が多くなっていることがわかる。

　図３は、図１における本実施の形態の回転子を実際の回転機に組込んで回転させ、固定子巻線に誘起される電圧の波形を測定した図である。すなわち、円弧状磁石１の磁束方向を変化させたときの誘起電圧の比較波形図である。図３において、通電時間が０の点は、図２における突起２の中心が、図２における一点鎖線Ｐの位置にきたときを示している。したがって、図２に示す回転子の位置は、図３の通電時間がおおよそ０．００３５ｓｅｃの誘起電圧が０になる位置に対応している。太くて濃い線Ｍ１が、円弧状磁石１の磁束方向をパラレル配向としたときの誘起電圧を、薄くて細い線Ｍ２がラジアル配向にしたときの誘起電圧を示している。図から明らかなように、パラレル配向のときのほうが誘起電圧が高くなっており、隣の磁石への磁束漏れが少なくなっていることがわかる。

　また、本実施の形態では円弧状磁石１の中心部の肉厚を大きくし両端部の外径寸法を小さくした略花弁形状の磁石とし、両端部の部分にのみＴ形状突起２を設けている。そのため、円弧状磁石１の中心部の肉厚部の寸法は、Ｔ形状突起２に関係なく大きな寸法にすることが可能になる。これにより、円弧状磁石１の中心部分において、固定子鉄心５ａに鎖交する磁束量を増加させることが可能になる。したがって、回転機の高メイントルクを実現するとともに、誘起電圧を略正弦波状にすることが可能になり、低騒音を実現することができる。

　（実施の形態２）
　図４は本発明の実施の形態２における同期回転機の回転子の正面図である。図５は同Ｉ形状突起を有する回転子および固定子鉄心断面の部分平面図である。図４、図５において、本実施の形態の回転子３は、回転子鉄心３ａと回転子鉄心３ｂの積層体を複数個を有する。回転子鉄心３ａは、実施の形態１と同様のＴ形状突起２を有する。回転子鉄心３ｂは、外周部に放射状に円弧状磁石１と同数のＩ形状突起７を有する。両回転子鉄心３ａ、３ｂとも軸６方向に複数枚積層される。本実施の形態においては、Ｔ形状突起２を有する回転子鉄心３ａは、軸方向の両端部それぞれに分かれて複数枚積層されている。Ｉ形状突起７を有する回転子鉄心３ｂは、軸方向の中央部（両端部の回転子鉄心３ａの間）に連続的に積層されている。

　本実施の形態において、Ｉ形状突起７を有する回転子鉄心３ｂにおいては、磁石外径部に接する突起部分がないので、回転子鉄心３ｂ部分では隣の磁石への磁束漏れが全くなくなる。したがって、Ｔ形状突起２を有する回転子３ａだけを積層して回転子を構成した場合に比較して、磁束漏れを大幅に減少させることが可能になる。

　図６Ａは、本実施の形態における回転子による固定子巻線に誘起される誘起電圧波形を示す図である。図６Ｂは、実施の形態１に示すように、すべてＴ形状突起２を有する回転子鉄心３ａを積層して構成した回転子による固定子巻線に誘起される誘起電圧波形を示す図である。すなわち、図６Ａは、Ｔ形状突起２を有する回転子鉄心３ａとＩ形状突起７を有する回転子鉄心３ｂとの比が３：７である回転子の誘起電圧波形を示し、図６Ｂは、Ｔ形状突起２が１００％からなる回転子の誘起電圧波形を示す。図からわかるように、本実施の形態の誘起電圧波形は波形の先端部での波形の狭小化がなく、歪のない正弦波形状である。したがって、磁束漏れによる、固定子鉄心５ａへの鎖交磁束の低減と誘起電圧波形の歪の防止の両方を実現している。これにより、高メイントルクと低騒音を実現する同期回転機の回転子の製造が可能になる。

　なお、図６Ａに示す本実施の形態では、Ｉ形状突起７を有する回転子鉄心３ｂとＴ形状突起２を有する回転子鉄心３ａの構成比は７：３としているが、必ずしも７：３にする必要はない。円弧状磁石１の飛散防止の効果と磁束漏れの特性および騒音への影響を考慮しながら、構成比を決定すればよい。また、本実施の形態では、Ｔ形状突起２を有する回転子鉄心３ａを回転子３の軸方向の両端部２ケ所に配設しているが、両端部２ケ所である必要はない。円弧状磁石１の飛散防止効果が確保できるなら軸方向のどの部分に設けてもよく、その数にも制限は無い。

　（実施の形態３）
　図７Ａは、本発明の実施の形態３における同期回転機の回転子の平面図であり、図７Ｂは同正面図である。図７Ａ、図７Ｂにおいて、本実施の形態の回転子３は、円弧状磁石１の軸方向の動きを防止する樹脂性の円板状部材８を、円弧状磁石１の上面および下面（図７Ｂ参照）にそれぞれ有している。また、円弧状磁石１と回転子鉄心３ａおよび３ｂとの間には接着剤４は形成されていない。その他の構成は、実施の形態２と全く同じである。図７Ａ、図７Ｂにおいて、円板状部材８は、円弧状磁石１を回転子鉄心３ａおよび３ｂに挿入した後、円弧状磁石１の両端部に当接するように、軸６に圧入固定されている。

　本実施の形態においては、円弧状磁石１の外径方向への移動をＴ形状突起２が防止し、回転軸６方向への移動を円板状部材８が防止する。そのため、実施の形態１、２のような接着剤４をしなくても、円弧状磁石１の完全な保持が可能になり、さらに高品質・高性能な同期回転機の回転子の製造が可能になる。

　以上説明したように本発明の同期回転機の回転子は、Ｔ形状突起を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心と、Ｔ形状突起で係止保持される円弧状磁石とを備え、円弧状磁石の磁束の配向方向を、円弧状磁石の円弧の中心と円弧状磁石の中心とを直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした構成を有する。

　かかる構成により、突起先端のＴ形状突起が回転子回転時の磁石飛散を防止する。これとともに、円弧状磁石の磁束がパラレル配向であるため、円弧状磁石の磁束の方向が突起先端のＴ形状部分に流入しにくい角度となり、隣の磁石への磁束漏れが少なくなる。そのため、メイントルクの低下を防止できるとともに、磁束波形の歪が減少し、回転機に組み込んで運転したとき、騒音振動の発生の無い高性能で高品質の同期回転機の回転子が実現できる。

　また本発明は、Ｔ形状突起を有する回転子鉄心と、Ｉ形状突起を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した他の回転子鉄心とを組み合わせて積層した構成を有する。

　かかる構成により、円弧状磁石の飛散防止のための突起先端の係止部の無いＩ形状突起を有する回転子鉄心部分では、Ｉ形状突起の先端に磁石係止部が無いので、係止部を通じての隣の円弧状磁石への磁束漏れが全く無い。したがって、さらにメイントルクの低下が少なくなり、磁束漏れによる磁束波形歪も発生せず、騒音振動の発生の無い高性能で高品質の同期回転機の回転子が実現できる。

　また本発明は、円弧状磁石は、両端部の肉厚を中央部の肉厚より薄くした花弁形状を呈し、両端部にＴ形状突起を当接させた構成を有する。

　かかる構成により、突起があっても、Ｔ形状突起が当接していない円弧状磁石の中央部の肉厚部の外形寸法を大きくすることが可能になり、円弧状磁石中央部での磁束量を多くできる。そのため、メイントルクを大きくすることが可能になるとともに、円弧状磁石の両端部での磁束が減少する。したがって、回転子の回転により固定子巻線に誘起される電圧を正弦波状にすることが可能になり、磁石飛散防止と高メイントルク及び低騒音化を実現する同期回転機の回転子が得られる。

　また本発明は、円弧状磁石が、接着剤で回転子鉄心に固着された構成を有する。かかる構成により、円弧状磁石の軸方向への移動を防止することができ、完全な磁石の保持が可能になる。

　また本発明は、回転子鉄心の両端に、円弧状磁石の軸方向への移動を防止する円板状部材を配設した構成を有する。かかる構成により、接着剤を使用せずに、円弧状磁石の軸方向への移動を防止することが可能である。したがって、高性能で高品質の同期回転機の回転子を低コストで実現できる。

　さらに、本発明の空調用ブラシレスＤＣファンモータは、上記した同期回転機の回転子を備えた構成を有する。図８は、同期回転機の回転子を搭載した空調用ブラシレスＤＣファンモータの半断面図である。図８において、空調用ブラシレスＤＣファンモータのモールド外被９は、固定子コア５を封止している。回転軸６には遠心ファン１０が装着されるとともに、ファンケーシング１１がモールド外被９に固定されている。かかる構成により、高トルクと低騒音両方の特性を備えた高性能で高品質の空調機を実現することができる。

　以上のように、本発明は、隣の円弧状磁石への磁束漏れが少なくなり、円弧状磁石の飛散防止の効果を維持しつつ、高メイントルクと低騒音を実現できるので、特に高出力および低騒音化の要求のつよい空調用ブラシレスＤＣファンモータの回転子として最適である。

　１　　円弧状磁石
　２　　Ｔ形状突起
　３　　回転子
　３ａ，３ｂ　　回転子鉄心
　４　　接着剤
　５　　固定子
　６　　回転軸
　７　　Ｉ形状突起
　８　　円板状部材

Claims

Ｔ形状突起を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した回転子鉄心と、前記Ｔ形状突起で係止保持される円弧状磁石とを備え、前記円弧状磁石の磁束の配向方向を、前記円弧状磁石の円弧の中心と前記円弧状磁石の中心とを直線的に結ぶ線に平行となるパラレル配向とした同期回転機の回転子。
前記Ｔ形状突起を有する回転子鉄心と、Ｉ形状突起を外周部に複数本放射状に設けた鉄心を積層した他の回転子鉄心とを組み合わせて積層した請求項１に記載の同期回転機の回転子。
前記円弧状磁石は、両端部の肉厚を中央部の肉厚より薄くした花弁形状を呈し、前記両端部に前記Ｔ形状突起を当接させた請求項１記載の同期回転機の回転子。
前記円弧状磁石が、接着剤で前記回転子鉄心に固着された請求項１記載の同期回転機の回転子。
前記回転子鉄心の両端に、前記円弧状磁石の軸方向への移動を防止する円板状部材を配設した請求項１記載の同期回転機の回転子。
請求項１から５のいずれか１項に記載の同期回転機の回転子を備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータ。