JP2013207817A

JP2013207817A - 電動機および電動送風機

Info

Publication number: JP2013207817A
Application number: JP2012070779A
Authority: JP
Inventors: Tadao Matsuoka; 忠雄松岡
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】性能およびコストを維持しながら省エネルギ化を図った電動機を提供する。
【解決手段】電動機は、枠状に形成したステータを有する。電動機は、ステータの内部に回転可能に配置したロータ26を有する。電動機は、ステータの一端側に、ロータ26の磁極位置を検出する磁気センサ27を有する。ロータ26は、回転可能な回転軸34を備える。ロータ26は、回転軸34の軸方向に沿う複数の貫通穴35dを有し、回転軸34に一体的に取り付けた円筒状のロータコア35を備える。ロータ26は、ロータコア35の各貫通穴35dに挿入固定した状態でロータコア35の一端から一部がそれぞれ突出する複数の永久磁石36を備える。ロータ26は、永久磁石36を覆ってロータコア35の一端に、外周部の少なくとも一部が磁気センサ27に対向するカバー部37を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、複数の永久磁石を備えたロータを有する電動機およびこれを備えた電動送風機に関する。

従来、例えば電気掃除機などに用いられる電動送風機は、電動機と、この電動機により回転駆動される遠心ファンとを備えている。この電動機として永久磁石を用いたロータを備えた同期電動機(ＩＰＭモータ)を用いる場合、ロータは、電磁鋼板によって円柱状に形成されたロータコアに、軸方向に沿って取付部である貫通穴が複数形成され、これら貫通穴のそれぞれに永久磁石が埋め込まれて構成されている。

このような構成の場合、磁気センサによって磁極位置を確認するために、ロータコアを軸方向に長くしてステータの端部から突出させ、このステータの端部に配置された磁気センサに対向させる必要がある。一方で、ロータコアは、損失を抑制して省エネルギ化を図る場合、より高効率でより薄い電磁鋼板をより多数積層して構成することが好ましいため、ロータコアを軸方向に長くすると、コスト増が懸念される。したがって、性能とコストとを維持しながら省エネルギ化を図ることが望まれる。

特開２００２−１６５３９３号公報特開２００６−１０９６４５号公報

本発明が解決しようとする課題は、性能およびコストを維持しながら省エネルギ化を図った電動機およびこれを備えた電動送風機を提供することである。

実施形態の電動機は、枠状に形成されたステータを有する。また、この電動機は、ステータの内部に回転可能に配置されたロータを有する。さらに、この電動機は、ステータの一端側に配置され、ロータの磁極位置を検出する磁気センサを有する。ロータは、回転可能に保持される回転軸を備える。また、このロータは、回転軸の軸方向に沿って凹設された複数の取付部を有し、回転軸に一体的に取り付けられた円筒状のロータコアを備える。さらに、このロータは、ロータコアの各取付部に挿入固定され、この取付部に挿入固定された状態でロータコアの一端から一部がそれぞれ突出する複数の永久磁石を備える。そして、このロータは、永久磁石を覆ってロータコアの一端に取り付けられ、外周部の少なくとも一部が磁気センサに対向するカバー部を備える。

一実施形態の電動機のロータを示す縦断面図である。同上ロータの分解斜視図である。同上ロータの一部のカバー部を除去した状態を示す斜視図である。同上電動機を備えた電動送風機を一部を切り欠いて示す側面図である。

以下、一実施形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図４において、11は電動送風機であり、この電動送風機11は、例えば電気掃除機に用いられる電気掃除機用の電動送風機である。そして、この電動送風機11は、電動機13と、この電動機13に接続されて回転される遠心ファン14と、これら電動機13と遠心ファン14との間に位置する整流板であるディフューザ15と、遠心ファン14およびディフューザ15の一部を覆う略円筒状のファンカバー16とを備えており、図示しない制御手段により動作が制御される。なお、以下、便宜的に、電動機13側を下側、遠心ファン14側(ファンカバー16側)を上側として説明する。

図１ないし図４に示すように、電動機13は、本体部であるモータ本体部21と、このモータ本体部21を保持する胴体ケースとしてのフレーム22とを有している。そして、この電動機13は、モータ本体部21が、枠状の固定子すなわちステータ25の内方に回転子すなわちロータ26が配置されて構成されたインナロータ型の同期電動機であり、このロータ26の外周部に対向して、ロータ26の磁極位置を検出する磁気センサ27が配置されている。

ステータ25は、フィールドとも呼ばれるもので、四角形枠状のステータコア31と、このステータコア31に巻き付けられた図示しない界磁巻線とを備えている。

ステータコア31は、薄板状の電磁鋼板を多数積層して形成されており、中央部に孔部31aを有し、この孔部31aに臨んで、図示しない複数の歯部が突設されている。

また、界磁巻線は、歯部にそれぞれ巻回され、複数の固定磁極を孔部31aの周囲に形成する。

また、ロータ26は、回転中心となる出力軸である回転軸34、この回転軸34に一体的に形成された円筒状のロータコア35、このロータコア35に埋め込まれた複数(例えば８つ)の永久磁石36、ロータコア35の軸方向の一端35a(下端)に取り付けられたカバー部37、および、ロータコア35の軸方向の他端35b(上端)に取り付けられたカバー体38を有している。したがって、電動機13は、いわゆる内部磁石埋込型永久磁石同期電動機(ＩＰＭモータ)である。

回転軸34は、上端側がディフューザ15に挿通され、このディフューザ15から上方に突出する上端部に遠心ファン14が接続固定されている。また、この回転軸34は、両端側がベアリング41，42によりそれぞれ回転可能に保持されている。さらに、この回転軸34の下端側は、付勢手段であるスラストばね43によって上方(軸方向他端側)へと付勢されている。

また、ロータコア35は、電動機13を組み立てた状態(組立状態)でステータ25のステータコア31の孔部31aの内周に外周が対向する部分であり、薄板状の電磁鋼板Ｐを多数積層して形成されており、中央部に形成された挿通孔35cに回転軸34が圧入されて、この回転軸34に対して同軸に保持されている。さらに、このロータコア35には、軸方向(回転軸34の軸方向)に沿って、複数の取付部である貫通穴35dが一端35aから他端35bに亘って貫通して形成されている。これら貫通穴35dは、平面視で横長の四角形状に形成されており、ロータコア35の外周近傍の位置にそれぞれ周方向に等角度に離間されて位置している。

また、各永久磁石36は、回転磁極を形成するものであり、それぞれ角柱状に形成され、ロータコア35の貫通穴35dに対して挿入されて例えば接着剤などにより固定されている。これら永久磁石36は、ロータコア35の軸方向寸法よりも長い軸方向寸法を有しており、ロータコア35の各貫通穴35dに固定された状態で、一端36a側がロータコア35の一端35aから突出している(図１および図３)とともに、他端36bがロータコア35の他端35bと略面一となっている。

また、カバー部37は、永久磁石36をロータコア35に対して確実に保持するためのものであり、例えば真鍮などの、ロータコア35を構成する部材よりも安価な非磁性材である金属などの部材によってロータコア35よりも径寸法が若干小さい円形板状に形成されている。さらに、このカバー部37の中央部には、回転軸34が挿通される円形状の挿通開口部37aが形成されており、この挿通開口部37aに回転軸34が挿通された状態で、ロータコア35の一端35aに対して、各永久磁石36を覆い、かつ、回転軸34と同軸状となるように固着されている。すなわち、このカバー部37のロータコア35の一端35aに対向する一主面37bには、ロータコア35の一端35aから突出する各永久磁石36の一端36a側がそれぞれ嵌合される嵌合部37cが凹設されている。これら嵌合部37cは、カバー部37の周方向に互いに離間されている。また、カバー部37のロータコア35の一端35aと反対側の他主面37dの中央部で、かつ、挿通開口部37aの周囲には、平面視円形状の凹部37eが形成されている。そして、このカバー部37は、ロータコア35に組み付けた状態で、カバー部37自体の切削(マイナスバランス)や凹部37eなどへのバランス部材であるパテなどの追加(プラスバランス)によって、ロータ26の回転バランスを調整する(回転アンバランスを修正する)ことが可能となっている。さらに、このカバー部37は、電動機13を組み立てた状態(組立状態)でステータ25のステータコア31の一端31b(下端)よりも下方に突出している。

また、カバー体38は、カバー部37と同様に、例えば真鍮などの、ロータコア35を構成する部材よりも安価な非磁性材である金属などの部材によってロータコア35よりも径寸法が若干小さい円形板状に形成されている。さらに、このカバー体38の中央部には、回転軸34が挿通される円形状の挿通開口38aが形成されており、この挿通開口38aに回転軸34が挿通された状態で、ロータコア35の他端35bに対して回転軸34と同軸状となるように固着されている。また、このカバー体38のロータコア35の他端35bに対向する一主面38bは、このロータコア35の他端35bに対して面一に取り付けられる。さらに、カバー体38のロータコア35の他端35bと反対側の他主面38cの中央部で、かつ、挿通開口38aの周囲には、平面視円形状の凹部38dが形成されている。そして、このカバー体38は、ロータコア35に組み付けた状態で、カバー体38自体の切削(マイナスバランス)や凹部38dなどへのバランス部材であるパテなどの追加(プラスバランス)によって、ロータ26の回転バランスを調整する(回転アンバランスを修正する)ことが可能となっている。さらに、このカバー体38は、電動機13を組み立てた状態(組立状態)でステータ25のステータコア31の他端31c(上端)よりも下方に突出している。

また、磁気センサ27は、永久磁石36の磁力を検出することによりロータ26の磁極位置を検出するためのものであり、ステータ25のステータコア31の一端31b側にて孔部31aの外周の位置に、カバー部37の外周部に対向して配置され、図示しない電気回路と電気的に接続されている。

また、フレーム22は、内部にステータ25を保持する略有底円筒状の第１フレーム45とこの第１フレーム45の上端部に径方向に沿って配置された長尺板状の第２フレーム46とを有している。そして、第１フレーム45の下端側には、複数の排気口47が互いに離間されて開口形成されている。さらに、この第１フレーム45の下端中央部には、ベアリング41およびスラストばね43を保持するモータヘッド部48が同軸状に形成されている。また、第２フレーム46は、両端部が第１フレーム45の上端側にねじ51を介して固定されており、中央部に、ベアリング42を保持するとともに回転軸34が挿通される円筒状のベアリング保持部52が形成されている。

また、遠心ファン14は、回転軸34と一体的に回転するもので、一対のファンプレート(シュラウド)である円板状のファンプレート55，56と、これらファンプレート55，56の間に複数挟持されたブレードであるファン翼57とを備え、一方のファンプレート55の中央部に吸込口58が形成されている。そして、この遠心ファン14は、回転により吸込口58から吸い込んだ空気を各ファン翼57により導き、ファンプレート55，56間から外周側へと吹き出すように構成されている。

また、ディフューザ15は、遠心ファン14から外周側へと吹き出された空気を整流して電動機13側へと導くもので、電動機13と遠心ファン14との間に位置している。さらに、このディフューザ15は、円板状に形成されており、周縁部には、上方へと突出した複数の上流側ブレード61と、下方へと突出した複数の下流側ブレード62とが一体に形成されている。そして、このディフューザ15は、中央部に形成された挿通孔部63に対して回転軸34が挿通されており、図示しないねじなどを介して第２フレーム46と固定されている。

また、ファンカバー16は、有蓋円筒状に形成されており、中央部に、遠心ファン14の吸込口58と気密に接続される円形状の吸気口66が開口され、周縁部が電動機13のフレーム22の第１フレーム45の上端側の外周縁部に圧入嵌合される。

次に、上記一実施形態の動作を説明する。

ロータ26の製造の際には、予め形成したロータコア35の挿通孔35cに対して回転軸34を挿通して固定し、ロータコア35の貫通穴35dのそれぞれに対して永久磁石36を挿入して接着剤などにより隙間なく固定する。この状態で、永久磁石36は、一端36a側がロータコア35の一端35aから突出するとともに、他端36bがロータコア35の他端35bと面一となる。

次いで、ロータコア35の一端35aおよび他端35bに、カバー部37およびカバー体38を取り付ける。このとき、カバー部37は、挿通開口部37aに回転軸34を挿通するとともに、各嵌合部37cにロータコア35の一端35aから突出する各永久磁石36の一端36a側を嵌合させた状態でロータコア35の一端35aに固定する。また、カバー体38は、挿通開口38aに回転軸34を挿通してロータコア35の他端35bに固定する。

組み立てたロータ26は、適宜の治具などを用いて回転軸34を中心として回転させることにより、回転バランスを検査する。このとき、ロータ26の回転バランスに偏りが生じている場合には、カバー部37、あるいはカバー体38を切削したり、これらカバー部37(の凹部37e)、あるいはカバー体38(の凹部38d)にパテなどを追加したりして、回転バランスを適宜調整する。

この後、フレーム22の第１フレーム45に対して、磁気センサ27、ステータコア31の歯部に対して界磁巻線を巻回するなどして形成したステータ25、ベアリング41およびスラストばね43などをそれぞれ組み付け、上記回転バランスを調整したロータ26をステータコア31の孔部31aに挿入して組み付けるとともに、ベアリング42をベアリング保持部52に保持した第２フレーム46を、回転軸34をベアリング保持部52に挿通させつつねじ51により第１フレーム45に取り付ける。

そして、第２フレーム46のベアリング保持部52に対してディフューザ15を嵌合させてねじなどによりディフューザ15を第２フレーム46に固定するとともに、このディフューザ15の挿通孔部63に挿通されて上方に突出した回転軸34の上端部に対して、予め回転バランスを調整した遠心ファン14を取り付け、遠心ファン14およびディフューザ15を覆ってファンカバー16を第１フレーム45に圧入固定して吸気口66を遠心ファン14の吸込口58に気密に接続することで、電動送風機11が完成する。

完成した電動送風機11は、磁気センサ27によって検出したロータ26の磁極の位置に対応して界磁巻線に対して印加する駆動電圧を制御することにより、ロータ26に対して作用する磁界が変化し、ロータ26が回転する。この回転により、回転軸34に連結された遠心ファン14が回転し、ファンカバー16の吸気口66および吸込口58を介して遠心ファン14の内部へと空気を吸い込む。

この吸い込んだ空気は、各ファン翼57によって整流されつつ導かれて遠心ファン14の外周側へと吹き出し、ディフューザ15の上流側ブレード61によって整流されてディフューザ15の外周とファンカバー16との間へと渦巻状に吹き出した後、ディフューザ15の下流側ブレード62によって整流されてディフューザ15の下側の中心側へと流れ、第２フレーム46の両側から第１フレーム45内へと流入し、モータ本体部21を冷却しつつ、排気口47からフレーム22の外部へと排気される。

以上説明した一実施形態によれば、電動機13は、円筒状のロータコア35に回転軸34の軸方向に沿って形成した各貫通穴35dにそれぞれ挿入固定した永久磁石36のロータコア35の一端35aから突出する一端36a側を覆って、ロータコア35の一端35aに、ステータ25の一端側に配置した磁気センサ27に外周部の少なくとも一部が対向するカバー部37を取り付けることにより、磁気センサ27によってロータ26の磁極位置を検出するためにロータコア35を一端35a側に伸ばす、すなわち大きさを変える必要がない。したがって、この電動機13は、ロータコア35を高効率化するために電磁鋼板Ｐをより薄く、高価なものとした場合でも、ロータコア35のコストが必要以上に高価になることがない。この結果、この電動機13は、性能とコストを維持しながら、省エネルギ化を図ることができる。

また、ロータコア35の一端35aに取り付けたカバー部37、および、ロータコア35の他端35bに取り付けたカバー体38を、それぞれロータ26の回転バランスのアンバランス調整に用いることにより、ロータコア35を加工して強度を低下させることなく、容易にロータ26の回転バランスを調整できる。

さらに、上記の電動機13を電動送風機11に用いることにより、性能およびコストを維持しつつ省エネルギ化した電動送風機11を提供できる。

特に、電気掃除機用の電動送風機11に用いる電動機は、例えば１０万回転／分程度の高速で回転されるため、ロータコアの強度を充分に確保する必要がある。したがって、より薄い電磁鋼板Ｐを用いて高効率化を図ったロータコア35の場合、回転バランスの調整のための切削などの加工をロータコア35自体に施すと、強度の低下が懸念されるため、カバー部37、あるいはカバー体38を用いてロータ26の回転バランスを調整することにより、ロータコア35自体の強度を低下させることがなく、電気掃除機用の電動送風機11に対しても、上記電動機13を好適に用いることができる。しかも、カバー部37およびカバー体38は、それぞれ非磁性材により形成されているため、仮にこれらを切削してロータ26の回転バランスを修正しても、ロータ26に磁気なアンバランスが生じることもない。

なお、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 電動送風機
13 電動機
14 遠心ファン
25 ステータ
26 ロータ
27 磁気センサ
34 回転軸
35 ロータコア
35d 取付部である貫通穴
36 永久磁石
37 カバー部

Claims

枠状に形成されたステータと、
このステータの内部に回転可能に配置されたロータと、
前記ステータの一端側に配置され、前記ロータの磁極位置を検出する磁気センサとを具備し、
前記ロータは、
回転可能に保持される回転軸と、
この回転軸の軸方向に沿って凹設された複数の取付部を有し、前記回転軸に一体的に取り付けられた円筒状のロータコアと、
このロータコアの前記各取付部に挿入固定され、この取付部に挿入固定された状態でロータコアの一端から一部がそれぞれ突出する複数の永久磁石と、
これら永久磁石を覆って前記ロータコアの一端に取り付けられ、外周部の少なくとも一部が前記磁気センサに対向するカバー部とを備えている
ことを特徴とした電動機。
カバー部は、ロータの回転のアンバランス調整に用いられる
ことを特徴とした電動機。
請求項１または２記載の電動機と、
この電動機の回転軸に接続され、この電動機により回転される遠心ファンと
を具備したことを特徴とした電動送風機。