JP4999990B2 - 回転電動機およびそれを用いた送風機 - Google Patents
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Description
例えば、小径軸流ファンとモータとを一体化し、ファンの風路内周側にモータを内蔵することを考える場合、軸流ファンのファン径に合わせてモータ外径も小さくしたいが、従来の電動機は、外径の小径化に対して十分対応できず、特に高速ファンモータの用途には適用が困難である、という課題があった。
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
また、磁性材料で作製されたフレーム16を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
図3はこの発明の実施の形態2に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図4はこの発明の実施の形態2に係る回転電動機における第3永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
実施の形態3では、第1永久磁石が、それぞれ所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
図5において、第1永久磁石が上述の円筒体の第1永久磁石14を周方向に例えば8つに等分割した形状である断面円弧形の短冊状の磁石体20a〜20hにより構成されている。そして、各磁石体20a〜20hは、着磁方向17が径方向外方に向くように着磁配向されている。
このように構成された回転電動機102においては、永久磁石が複数の磁石体20a〜20hに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
実施の形態4では、第1永久磁石が、それぞれ円筒体に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
図6において、第1永久磁石が上述の円筒体の第1永久磁石14を軸方向に2つに等分割した形状である円筒体の磁石体21a,21bにより構成されている。そして、磁石体21a,21bは、それぞれ着磁方向17が径方向外方に向くように着磁配向されている。
したがって、この回転電動機103においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石渦電流損を低減することができる。
図7はこの発明の実施の形態5に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図8はこの発明の実施の形態5に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、上記実施の形態5では、第1および第2固定子コア8,9からなる2対の第1コア対を軸方向に並設するものとしているが、軸方向に並設される第1コア対の対数は3対以上でもよい。この場合、3対以上の第1コア対は、第1固定子コア8同士又は第2固定子コア9同士を、ティースの周方向位置を一致させて、かつ隣り合わせに、軸方向に並設される。
図9はこの発明の実施の形態6係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図10はこの発明の実施の形態6に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
また、磁性材料で作製されたフレーム16を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
図11はこの発明の実施の形態7に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図12はこの発明の実施の形態7に係る回転電動機における第3永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態6と同様に構成されている。
実施の形態8では、第1および第2永久磁石が、それぞれ所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態6と同様に構成されている。なお、第1および第2永久磁石は、同様に構成されているので、ここでは、第1永久磁石についてのみ説明し、第2永久磁石についての説明を省略する。
図13において、第1永久磁石が上述の円筒体の第1永久磁石14を周方向に例えば8つに等分割した形状である断面円弧形の短冊状の磁石体20a〜20hにより構成されている。そして、各磁石体20a〜20hは、着磁方向17が径方向外方に向くように着磁配向されている。
このように構成された回転電動機107においては、永久磁石が複数の磁石体20a〜20hに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
また、上記実施の形態8では、第1および第2永久磁石を周方向に8つに分割された短冊状の磁石体により構成するものとしているが、第1および第2永久磁石の一方のみを周方向に8つに分割された短冊状の磁石体により構成してもよい。
図14はこの発明の実施の形態9に係る回転電動機を示す縦断面図である。
なお、実施の形態9では、第1および第2永久磁石が、それぞれ円筒体に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態6と同様に構成されている。
したがって、この回転電動機108においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石渦電流損を低減することができる。
また、上記実施の形態9では、第1および第2永久磁石を軸方向に2つに分割された円筒体の磁石体により構成するものとしているが、第1および第2永久磁石の一方のみを軸方向に2つに分割された円筒体の磁石体により構成してもよい。
図15はこの発明の実施の形態10に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図16はこの発明の実施の形態10に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態6と同様に構成されている。
また、この実施の形態10によれば、第1永久磁石14からの磁束がフレーム16内を軸方向の両側に分岐して流れるので、1極当たりの磁束量を低減することができる。その結果、フレーム16の径方向厚みを薄くしても、磁気飽和しにくくなり、フレーム16の径を小さくできる。これにより、回転電動機104の小径化が可能となる。
また、上記実施の形態10では、第1および第2固定子コア8,9Aからなる2対の第1コア対を軸方向に並設するものとしているが、軸方向に並設される第1コア対の対数は3対以上でもよい。この場合、3対以上のコア対は、第1固定子コア8同士又は第2固定子コア9A同士を、ティースの周方向位置を一致させて、かつ隣り合わせに、軸方向に並設される。
図17はこの発明の実施の形態11に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図18はこの発明の実施の形態11に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
第1永久磁石14は、第1固定子コア8と同じ軸方向厚さで、第1固定子コア8の外径と同等の内径を有する円筒体に作製され、着磁方向17が径方向外方となるように着磁配向されている。界磁コイル24は、導線を所定回巻回して作製された円筒状コイルである。第1永久磁石14および界磁コイル24が界磁起磁力発生手段13Aを構成する。
また、第1永久磁石14が円筒体に作製されているので、第1永久磁石14の第1固定子コア8への装着が簡易となるとともに、磁束量を多くできる。
また、磁性材料で作製されたフレーム16を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
まず、界磁起磁力発生手段として高効率かつ高力率である永久磁石のみを用いた場合、高速運転時には、大きな逆起電力が発生し、定出力運転ができなくなる。そこで、広い速度範囲での定出力運転を実現するには、高速回転時に、永久磁石による起磁力を小さくして界磁磁束を減少することが必要となる。
また、界磁起磁力発生手段として界磁コイルのみを用いることも考えられる。この場合、界磁コイルへの通電電流を制御することで、起磁力を簡易に調整できる。しかし、永久磁石と同等の起磁力を得るためには、界磁コイルの大型化が避けられず、電源容量の大きな界磁電源が必要となる。
また、上記実施の形態11では、回転軸1が磁性材料で作製されているものとしているが、回転子2Bにおいて、十分な磁束量が回転軸1を介することなく第2回転子コア4から第1回転子コア3に流れるように構成されていれば、回転軸1は必ずしも磁性材料で作製する必要はない。
また、上記実施の形態11では、第2回転子コア4同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第2回転子コア4同士は、軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
また、上記実施の形態11では、第1永久磁石14が第1固定子コア8の外周に配設されているものとしているが、第1永久磁石14は、第2固定子コア9の外周に配設されていてもよい。この場合、隣り合う第2固定子コア9と第3固定子コア25との間に隙間を設け、第2固定子コア9と第3固定子コア25とフレーム16とによる閉磁路の形成を回避し、回転子2Bに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。
図19はこの発明の実施の形態12に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態11と同様に構成されている。
このように構成された回転電動機111においては、第1永久磁石14と第2永久磁石15との着磁方向17が磁路中の磁束の流れ方向に関して一致しているので、それぞれの磁石厚みを薄くすることができ、径方向寸法を縮小することができる。
また、スペーサ12が隣り合う第2固定子コア9Aと第3固定子コア25との間に介装されているので、第2永久磁石15の磁束が第2固定子コア9Aから軸方向に流れて第3固定子コア25に入り、第3固定子コア25から径方向外方に流れてフレーム16に入り、フレーム16内を軸方向に流れて第2永久磁石15に戻る閉磁路の形成が阻止される。そこで、第2永久磁石15の磁束が当該閉磁路を流れることなく回転子2Bに流れるので、回転子2Bを流れる磁束量の低減が抑制される。
図20はこの発明の実施の形態13に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態11と同様に構成されている。
図21はこの発明の実施の形態14に係る回転電動機を示す横断面図である。
このように構成された回転電動機113においては、永久磁石が複数の磁石体20a〜20hに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
図22はこの発明の実施の形態15に係る回転電動機を示す縦断面図である。
したがって、この回転電動機114においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石の渦電流損を低減することができる。
図23はこの発明の実施の形態16に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
固定子コイル10は、それぞれスロット8c、9c、25c、26cを跨がないで軸方向に1列に配列しているティース8b、9b、25b、26bの組に導線を巻回してなる6相の相コイル11を有する。
したがって、この実施の形態16においても、上記実施の形態11と同様の効果を奏する。また、この実施の形態16によれば、第1永久磁石14からの磁束がフレーム16内を軸方向の両側に分岐して流れるので、1極当たりの磁束量を低減することができる。その結果、フレーム16の径方向厚みを薄くしても、磁気飽和しにくくなり、フレーム16の径を小さくできる。これにより、回転電動機115の小径化が可能となる。
また、上記実施の形態16では、第1回転子コア3同士および第2回転子コア4同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第1回転子コア3同士および第2回転子コア4同士は、それぞれ軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
図24はこの発明の実施の形態17に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態16と同様に構成されている。
したがって、この実施の形態17においても、上記実施の形態16と同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態17では、第1回転子コア3同士および第2回転子コア4同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第1回転子コア3同士および第2回転子コア4同士は、それぞれ軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
また、上記実施の形態1〜17では、固定子コイルが導線を集中巻きに巻回して構成されているものとしているが、固定子コイルは導線を分布巻きに巻回して構成されたものでもよい。
また、上記実施の形態1〜17では、回転軸が磁性材料で作製されているものとしているが、回転子において、十分な磁束量が回転軸を介することなく第2回転子コアから第1回転子コアに流れるように構成されていれば、回転軸は必ずしも磁性材料で作製する必要はない。
図25はこの発明の実施の形態18に係る送風機を示す分解斜視図、図26はこの発明の実施の形態18に係る送風機における風の流れを説明する分解斜視図である。
また、永久磁石14が固定子鉄心に装着されているので、固定子の起磁力高調波成分がほとんど永久磁石14を通過することがない。そこで、永久磁石14の渦電流損失を低く抑えることができ、永久磁石14の温度上昇が抑制される。
図27はこの発明の実施の形態19に係る送風機を示す分解斜視図である。
また、永久磁石14が固定子鉄心に装着されているので、固定子の起磁力高調波成分がほとんど永久磁石14を通過することがない。そこで、永久磁石14の渦電流損失を低く抑えることができ、永久磁石14の温度上昇が抑制される。
また、上記実施の形態19では、静翼が回転電動機のフレームに外嵌状態に嵌着されているものとしているが、静翼を回転電動機の上流側に動翼に近接して配置してもよい。この場合、動翼と静翼との位置が近接するので、動翼と静翼との間での流体剥離の発生が抑制され、流体損失を低減することができる。
図28はこの発明の実施の形態20に係る送風機における回転電動機の構成を説明する分解斜視図である。
なお、他の構成は上記実施の形態19と同様に構成されている。
また、図28中、固定子コイルが省略され、第1回転子コア3、第1固定子コア8、および第1永久磁石14は、それぞれ隣り合う第1回転子コアの対、第1固定子コアの対、および第1永久磁石の対に対応している。
また、熱は永久磁石14からフレーム16に伝達され、フレーム16の外周壁面に沿って流れる空気に放熱されるので、永久磁石14がより効果的に冷却される。
Claims (17)
- 内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第1固定子コアおよび第2固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された第1コア対を有する固定子コア、および上記固定子コアに巻装された固定子コイルを有する固定子と、
上記第1固定子コアのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第1永久磁石と、
上記第1永久磁石の外周面と上記第2固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、
突極が周方向に等角ピッチで配設された第1回転子コアおよび第2回転子コアを、それぞれ上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電動機。 - 内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第1固定子コアおよび第2固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された第1コア対が、該第1固定子コア同士、又は該第2固定子コア同士を隣り合わせ、かつ該ティースの周方向位置を一致させて同軸に軸方向に複数対配列されて構成された固定子コア、および上記固定子コアに巻装された固定子コイルを有する固定子と、
上記第1固定子コアのそれぞれのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第1永久磁石と、
上記第1永久磁石の外周面と上記第2固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、
突極が周方向に等角ピッチで配設された第1回転子コアおよび第2回転子コアを、それぞれ上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアのそれぞれの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電動機。 - 上記第1永久磁石と上記第2固定子コアのコアバックとの間に配設された第3永久磁石を更に備え、該第3永久磁石は、上記第1永久磁石の着磁方向が径方向外方に向かう場合には、着磁方向が該第1永久磁石から該第2固定子コアのコアバックに向かうように着磁配向され、該第1永久磁石の着磁方向が径方向内方に向かう場合には、着磁方向が該第2固定子コアのコアバックから該第1永久磁石に向かうように着磁配向されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石が単一の円筒体に作製されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石が所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体を周方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石が複数の円筒体を軸方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電動機。
- 上記第2固定子コアのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の他方の方向となるように着磁配向された第2永久磁石を備え、
上記第2固定子コアが上記第2永久磁石および上記軸方向磁路形成部材を介して上記第1永久磁石に連結されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電動機。 - 上記第1永久磁石と上記第2永久磁石との間に配設された第3永久磁石を更に備え、該第3永久磁石は、上記第1永久磁石の着磁方向が径方向外方に向かう場合には、着磁方向が該第1永久磁石から該第2永久磁石に向かうように着磁配向され、該第1永久磁石の着磁方向が径方向内方に向かう場合には、着磁方向が該第2永久磁石から該第1永久磁石に向かうように着磁配向されていることを特徴とする請求項7記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石および上記第2永久磁石が単一の円筒体に作製されていることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石および上記第2永久磁石が所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体を周方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の回転電動機。
- 上記第1永久磁石および上記第2永久磁石が複数の円筒体を軸方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の回転電動機。
- 上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアは、磁性鋼板を積層してなる積層鉄心、もしくは圧粉鉄心で構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の回転電動機。
- 上記固定子コアは、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第3固定子コアおよび第4固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された少なくとも1つの第2コア対を備え、上記第2コア対は、上記第3固定子コアおよび上記第4固定子コアのティースの周方向位置を上記第1固定子コアおよび上記第2固定子コアのティースの周方向位置に一致させて上記第1コア対と同軸に、かつ隣り合うように配置されており、
上記第3固定子コアの外周面と上記第4固定子コアの外周面とが上記軸方向磁路形成部材により連結され、
上記第1回転子コアおよび上記第2回転子コアが、上記第3固定子コアおよび上記第4固定子コアのそれぞれの内周側に位置し、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして上記回転軸に同軸に固着され、
界磁コイルが上記第3固定子コアのコアバックと上記第4固定子コアのコアバックとの間に介装されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の回転電動機。 - 上記第1固定子コア乃至上記第4固定子コアは、磁性鋼板を積層してなる積層鉄心、もしくは圧粉鉄心で構成されていることを特徴とする請求項13記載の回転電動機。
- 上記請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の回転電動機と、
上記回転電動機を内部に収納し、風路方向を軸方向とする通風路が該回転電動機の径方向外周面に沿って形成されるケースと、
上記回転電動機により駆動される送風ファンと、
上記送風ファンを覆うように上記ケースに取り付けられたファンカバーと、を備え、
上記送風ファンが上記回転電動機により駆動され、上記ファンカバー内に吸気された空気に圧力を与えて上記通風路内を軸方向に流通させて上記ケース外に排気するように構成された送風機。 - 上記送風ファンが、上記回転電動機の回転軸に固着された遠心ファンと、上記遠心ファンにより遠心方向に曲げられた空気を軸方向の流れに整流するディヒューザと、を備えていることを特徴とする請求項15記載の送風機。
- 上記送風ファンが、上記回転電動機の回転軸に固着された動翼と、上記動翼の下流側に配置され、該動翼により圧力が高められた空気を軸方向の流れに整流する静翼と、を備えていることを特徴とする請求項15記載の送風機。
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