JPH1028344A - 電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 着磁された磁石によって複数の磁極が形成さ
れた回転子をエアギャップを介して固定子と対向配置し
た電動機において、マグネットプルフォースに起因する
電動機の騒音を低減する。 【構成】 前記各磁極の極間部近傍における界磁磁束の
方向性を磁極軸方向からラジアル方向へ偏った方向とな
るように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍機や空調機の圧縮機
駆動用電動機等に代表される回転子に永久磁石を装着し
て構成される電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電動機の一般的な構成を図１５
に示す。固定子１は、鉄心２の内周部に多数の歯部３を
具備し、この各歯部の間にはスロット４が設けてあり、
このスロットには絶縁物を介して図示しない巻線が装着
されている。回転子６は、鉄心７とこの鉄心の外周部に
等配状に装着された瓦状の磁石８とで構成され、固定子
鉄心２の内周部との間に所定のエアギャップ５を介して
対向するようにシャフト９によって支持されて構成され
る。図中１０は磁石外周に嵌着された保護スリーブであ
り、ステンレス管等によって形成されて磁石の飛散を防
止するものである。複数片の磁石８は、フェライト磁石
あるいは希士類磁石等が用いられ、１片の磁石が１極を
形成するように着磁されて界磁を形成するようになって
おり、従って図示する例は４極の電動機を示している。

【０００３】上記のような回転子に磁石界磁を備えた電
動機の場合、界磁のＮ極から固定子へ向けて出た磁束が
再び界磁のＳ極へ至る間、なるべく大きなループを描い
て固定子と鎖交することが大きなトルクを得る上で好ま
しい。このため界磁を構成する磁石は、一般に磁極軸方
向異方性のものが使用されており、界磁磁束を固定子の
一方向に集中させて磁束の漏れを少なくするように構成
されている。即ち図１６に示すように、界磁の１極を構
成する１片の瓦状の磁石８ａにおいて、矢印１１で示す
その磁気配向の方向は磁石の全区域で磁極軸１２と平行
になっており、この結果磁極軸１２を極中心として磁石
８ａに着磁を施すと、この配向の方向１１に沿った方向
に着磁がなされて界磁磁束に方向性が付与されるように
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１７は上記磁極軸方
向異方性磁石８ａを用いた場合の電動機の界磁磁束の流
れを示しており、破線にて図示するように各極において
大きなループを描く主磁束１３と、磁極の分かれ目であ
る極間部において小さなループを描く局部磁束１４とが
存在している。この局部磁束１４の詳細を図１８に拡大
して示す。磁石８ａは磁極軸方向異方性であるため、局
部磁束１４ａ，１４ｂ，１４ｃは回転子６内における磁
路長が短くなり、この結果磁気抵抗が小さいために局部
磁束の磁束量が多いのが特徴となっている。

【０００５】例えば空調機等の冷媒圧縮機に用いられる
電動機は常に圧縮機構に起因する変動負荷にさらされて
おり、運転時において回転子に振れが生じ易い構成とな
っている。図１７に戻って、いま、回転子がＡ方向へ偏
心した場合、磁気抵抗の相違から局部磁束１４によるＡ
方向のマグネットプルフォースが反対方向に存在する局
部磁束１５によるマグネットプルフォースより強くな
り、回転子６は偏心方向Ａへ力を受ける。局部磁束１
４，１５は回転子６の偏心の影響を特に強く受けるため
に、わずかな偏心によっても局部磁束１４と１５双方の
マグネットプルフォースが大きく相違してくることにな
る。このマグネットプルフォースの周期とシャフト系の
固有振動数が一致すると、電動機の騒音が著しく大きな
ものとなる。

【０００６】上記騒音は固定子と回転子が引き合う１次
モードの振動が原因となっているため、吸音材等を用い
た対策では解決することができず、非常に難しい課題と
なっていた。またシャフト系の固有振動数は８００〜２
０００Ｈｚ近辺に存在するため、特に耳障りな騒音を発
生するといった問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、着磁された磁
石によって複数の磁極が形成された回転子をエアギャッ
プを介して固定子と対向配置した電動機において、下記
特徴を有するものである。

【０００８】第１の発明として、前記各磁極の極間部近
傍における界磁磁束の方向性を磁極軸方向からラジアル
方向へ偏った方向となるように形成するものである。

【０００９】第２の発明として、上記第１の発明の電動
機において、磁極数と同数の磁石を備え、この磁石の磁
気配向を極中央部に位置する部分を磁極軸方向異方性に
形成し、極間部近傍に位置する部分をラジアル異方性ま
たは疑似ラジアル異方性に形成するものである。ここで
疑似ラジアル異方性とは、磁極中心である回転軸心から
ずれた位置に中心を持つ放射方向をいう。

【００１０】第３の発明として、上記第２の発明の電動
機において、複数の磁石の分割部を各磁極の極間部と一
致させるとともに、これら磁石の相互間に存在する隙間
に反磁性材を介在させるようにしてもよい。

【００１１】第４の発明として、上記第１の発明の電動
機において、極中央部に位置する磁石と極間部近傍に位
置する磁石とを備え、前者の磁気配向は磁極軸方向異方
性に形成し、後者の磁気配向はラジアル異方性、疑似ラ
ジアル異方性または極間軸に平行方向の異方性のいずれ
かに形成するものである。ここで極間軸とは、回転子の
軸心と磁極の極間部結ぶラジアル方向の軸線をいう。

【００１２】第５の発明として、上記第１の発明の電動
機において、磁極数と同数の磁石を備え、この磁石の磁
気配向を磁極軸方向異方性に形成するとともに、複数の
磁石の分割部を各磁極の極間部と一致させ、これら磁石
の相互間に存在する隙間に反磁性材を介在させるもので
ある。

【００１３】

【作用】回転子の極間部近傍における界磁磁束の方向性
がラジアル方向へ偏った方向に形成されることにより、
極間部に発生する局部磁束の磁路が回転子内で長いルー
プを形成し、磁気抵抗が増加することにより局部磁束の
磁束量が減少する。この結果、回転子の偏心に伴うマグ
ネットプルフォースが弱くなる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す電動機の回転子
の平面断面図である。この回転子は、鉄心７とこの鉄心
の外周部に等配状に装着された瓦状の磁石８ｂとで構成
され、図１５に示したように固定子鉄心２の内周部との
間に所定のエアギャップ５を介して対向するようにシャ
フト９によって支持されて構成される。鉄心７は、一般
に所定形状に打ち抜いた薄鉄板を多数積層して形成され
ており、中心部がシャフト９に嵌着されている。磁石８
ｂの外周部にはステンレス管等によって形成された保護
スリーブ１０が焼きばめ等によって嵌着され、磁石８ｂ
の飛散を防止している。

【００１５】４片の磁石８ｂはフェライト磁石あるいは
希土類磁石等が用いられ、各々同一形状に形成され、鉄
心７の突起１７によって位置決めされて等配状に装着さ
れており、１片の磁石の周方向中央部を磁極軸１２とし
て着磁が施され、１片が１極を形成して図示するように
Ｎ，Ｓ交互の界磁を形成している。尚、図中１６は各磁
極の極間軸を示している。

【００１６】上記磁石８ｂの磁気配向は、図２に矢印１
１ａ及び１１ｂで示すように、極中央部に位置する部分
を磁極軸１２に平行ないわゆる磁極軸方向異方性に形成
するとともに、極間部近傍に位置する部分を磁極中心即
ち回転軸心Ｏを中心とする放射方向であるいわゆるラジ
アル異方性に形成してある。このラジアル異方性の配向
１１ｂの部分は、この他に支障のない範囲で、回転軸心
Ｏからずれた位置を中心とする放射方向、いわゆる疑似
ラジアル異方性であってもよい。この磁石８ｂに着磁を
施して図１に示すような界磁を形成すると、この配向の
方向１１ａ，１１ｂに沿った方向に着磁がなされること
になる。

【００１７】図２のような磁気配向を有する磁石８ｂを
用いた電動機における界磁磁束の流れを図３に示す。図
３はマグネットプルフォースに大きな影響を及ぼす極間
部における局部磁束の様子を示している。この図３にお
ける局部磁束１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは、図１８に示す
従来品の局部磁束１４ａ，１４ｂ，１４ｃと比較すると
明らかなように、極間部近傍の磁束の流れがラジアル方
向に矯正されるため、回転子６内における磁路が長いル
ープを形成して磁気抵抗が増加する。また回転子鉄心７
内は主磁束の磁路となっているために磁束密度が高く、
局部磁束が鉄心７内を経由するように矯正されることに
より磁路の磁気抵抗は益々増加されることになる。従っ
てこれら磁気抵抗が増すことにより、局部磁束１４ｄ，
１４ｅ，１４ｆの磁束量が大幅に削減されることにな
る。この結果、回転子の偏心に伴うマグネットプルフォ
ースは非常に弱いものとなる。

【００１８】上記電動機における局部磁束は、図３に示
すように固定子鉄心２の歯部３に巻いたサーチコイル１
８によってその磁束量を測定することができ、一例を図
８及び図９に示す。この例は、図３に示したような状態
にセットされた電動機において、回転子６を毎分５２３
０回転にて外部から強制回転させ、このときサーチコイ
ル１８に誘起する電圧の周波数分析結果を示しており、
図８が図２に示した磁石を用いた本発明品の場合、図９
が図１６に示した磁石を用いた従来品の場合を示してい
る。図８及び図９において、ａ，ｂ，ｃ…で示す各ピー
クは、毎秒回転数と極対数の積より求まる１次成分（実
施例の場合、５２３０／６０×２で約１７５Ｈｚ）を基
本波とする高調波成分を表し、ａより順に１次，２次，
３次…のそれぞれの成分を示している。またａ，ｂ，ｃ
…の各高調波相互の中間に存在するピーク成分は、回転
子の振れ回りに起因する成分であり、サーチコイル１８
の巻かれている固定子歯部３より見た場合、１回転に１
回の割合で変化する成分である。

【００１９】図９において上記振れ回りに起因する成分
の磁束分布を考えると、図１８の１４ａ，１４ｂ，１４
ｃのような局部磁束の分布であると推察され、図１７に
符号１３で示すような主磁束とは分布が異なっている。
局部磁束１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、４極の場合には磁
石８ａの極間部４ヶ所に存在し、前述したように、回転
子の偏心によりマグネットプルフォースを生じるもので
あり、この磁束の周波数とシャフト系の固有振動数が一
致すると固定子と回転子が引き合う１次モードの振動と
なり、耳障りな騒音を発生することになる。これに対し
て、図８に示す本発明品においては、ａ，ｂ，ｃ…の各
高調波相互の中間に存在する１．５次，２．５次，３．
５次…のそれぞれの成分ピークが激減しており、図３に
示す局部磁束１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの磁束量が大幅に
削減されていることが解る。

【００２０】また図１０及び図１１は、それぞれ本発明
品及び従来品の電動機を用いた密閉型冷媒圧縮機におけ
る騒音の周波数分析結果を示しており、毎分５２３０回
転にて運転した時の騒音データを比較したものである。
この例の場合、シャフト系の固有値は１８３０Ｈｚに存
在し、図８及び図９におけるｊ−ｋ間に存在する振れ回
りにより発生する磁束成分の１０．５次（１７５Ｈｚ×
１０．５で約１８３０Ｈｚ）と一致し、この部分で騒音
が問題となる。図１０と図１１を比較すると本発明の場
合１８３０Ｈｚ近辺の騒音が解消されており、これは図
８及び図９に示したようにｊ−ｋ間の１０．５次成分が
消滅したことに起因している。

【００２１】図２に示した磁石８ｂは、磁極軸方向異方
性１１ａの部分とラジアル異方性１１ｂの部分を単一の
磁石内に有しているが、磁気配向の種類ごとに別磁石に
よって形成するようにしてもよく、図４にその一例を示
す。図４に示す回転子は、位置決め用の突起のない鉄心
７ｃの外周部に磁極数の２倍の個数の磁石を装着したも
のであり、磁極軸１２を中心として磁極軸方向異方性の
磁石８ｃを装着し、この磁石８ｃの相互間の磁極軸１６
を中心としてラジアル異方性または疑似ラジアル異方性
または極間軸１６に平行方向の異方性の磁石８ｄを装着
したものである。磁石８ｄを極間軸１６に平行方向の異
方性とすれば、磁石８ｃと同様の平行方向の磁気配向に
よって形成できるため、磁石の製造が容易となる特長が
ある。

【００２２】図５及び図６は本発明の電動機における磁
石構造のさらに異なる実施例を示しており、図４に示し
た磁石８ｃと８ｄの機能を単一の磁石内に具備させたも
のである。図５に示す磁石８ｅは、磁石の片側に磁極軸
方向異方性１１ａの部分２１を備えるとともに、磁石の
反対側端部にラジアル異方性または疑似ラジアル異方性
１１ｂの部分２２を備え、これらの部分２１及び２２が
それぞれ図４における磁石８ｃ及び８ｄの位置する部分
に対応するように配置するものである。このような磁石
８ｅによって回転子を構成することにより、４片の同一
磁石によって図１または図４の回転子と同様の機能を有
する回転子が構成できる。

【００２３】図６に示す磁石８ｆは、磁石の中央部に磁
極軸方向異方性１１ａの部分２３を備えるとともに、磁
石の両端部にラジアル異方性または疑似ラジアル異方性
１１ｂの部分２４を備え、これらの部分２３及び２４が
それぞれ図４における磁石８ｃ及び８ｄの位置する部分
に対応するように配置するものである。このような磁石
８ｆは１個の回転子に対して磁極数の半数の個数準備
し、これを等配配置するとともに、この磁石８ｆの相互
間に図４における磁石８ｃを配置するようにする。従っ
て、２種類の磁石８ｆと８ｃによって図１または図４の
回転子と同様の機能を有する回転子が構成できる。

【００２４】図７は本発明の電動機のさらに異なる実施
例を示している。この回転子６は、図１に示した回転子
同様、磁極数と同数の磁石８ｇを備えるとともに、複数
の磁石８ｇの分割部を各磁極の極間部と一致させてい
る。各磁極の極間部には鉄心７の突起１７があって、各
磁石８ｇを分割位置決めして磁石相互間に周方向の隙間
を生じており、この隙間には例えば銅材等の反磁性材２
０が介挿されている。このように構成することにより、
局部磁束１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは反磁性材２０を避け
て流れるために、磁極軸方向からラジアル方向へ偏った
磁路を形成して図３に示した場合同様のループとなり、
この結果磁気抵抗が増加して磁束量が大幅に削減され
る。図７に示す回転子に使用する磁石８ｇは図１６に示
した従来一般の磁極軸方向異方性の磁気配向の磁石８ａ
でよいが、図２に示した磁石８ｂを用いれば反磁性材２
０の使用量を少なくすることができる。

【００２５】図１２乃至図１４は本発明の電動機におけ
る回転子のそれぞれ異なる実施例を示すものであり、図
１に示した回転子のような保護スリーブ１０を備える代
わりに、回転子鉄心に設けた孔に磁石を収容して構成す
るタイプの回転子を示している。これらの回転子はすべ
て磁極数と同数の磁石を備えており、これら磁石８ｈ，
８ｉ，８ｊは、図２に示した磁石８ｂ同様、極中央部に
位置する部分が磁極軸方向異方性に形成されるととも
に、極間部近傍に位置する部分がラジアル異方性または
疑似ラジアル異方性に形成されており、磁石各片の周方
向中央部を磁極軸１２として着磁が施されて界磁が形成
される。従ってこれら種々の回転子は図１に示した回転
子同様の機能を有するものである。

【００２６】またこれら図１２乃至図１４に示す回転子
の特徴として、磁石相互間である極間部に鉄心が介在し
ているため局部磁束に対する磁気抵抗が小さく、このた
め従来一般の構成においてはマグネットプルフォースに
起因する騒音の問題が図１７の回転子以上に深刻となっ
ており、本発明による磁石構造を採用することによるマ
グネットプルフォースひいては騒音の削減効果は非常に
大きなものとなる。

【００２７】図１２に示す回転子は、鉄心７ｈ内に瓦状
の磁石８ｈを収容したものである。この磁石８ｈは、図
２に示す磁石８ｂと略同様の形状のものが使用される。
また図１３に示す回転子は、上記瓦状の磁石に代えて蒲
鉾状の磁石８ｉによって界磁を構成したものであり、鉄
心７ｉに設ける磁石を収容するための孔も当然磁石８ｉ
と略相似形に設けられる。

【００２８】さらに図１４に示す回転子は、平板状の磁
石８ｊを鉄心７ｊに埋め込んだ構成となっており、これ
は主に希士類磁石を用いた電動機において多用される構
成である。図中１９は異極相互の磁束が短絡するのを防
止するための空間であり、この部分に図７にて説明した
ような反磁性材を挿入すれば効果は一層顕著となる。以
上説明したように、本発明における界磁磁束の方向性を
各磁極の極間部近傍で磁極軸方向からラジアル方向へ偏
った方向となるように形成する手法は、いかなるタイプ
の回転子に対しても適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、回転子の極間部近傍に
おける界磁磁束の方向性がラジアル方向へ偏った方向に
形成されるため、極間部に発生する局部磁束の磁路が回
転子内で長いループを形成し、磁気抵抗が増加すること
により局部磁束の磁束量が減少する。この結果、回転子
の偏心に伴うマグネットプルフォースが弱くなり、この
マグネットプルフォースの周期とシャフト系の固有振動
数が一致しても電動機の騒音が低く抑えられ、電動機の
静音化に著しい効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電動機の回転子の平面断
面図。

【図２】図１の磁石の実施例を示す構造説明図。

【図３】図１の回転子を使用した電動機における界磁磁
束の局部磁束成分の流れを示す要部拡大説明図。

【図４】本発明の実施例を示す電動機の回転子の平面断
面図。

【図５】本発明の電動機における磁石の実施例を示す構
造説明図。

【図６】本発明の電動機における磁石の実施例を示す構
造説明図。

【図７】本発明の実施例を示す電動機の要部拡大説明
図。

【図８】本発明の電動機におけるサーチコイル誘起電圧
の周波数分析結果を示す特性図。

【図９】従来の電動機におけるサーチコイル誘起電圧の
周波数分析結果を示す特性図。

【図１０】本発明の電動機を用いた密閉型冷媒圧縮機に
おける騒音の周波数分析結果を示す特性図。

【図１１】従来の電動機を用いた密閉型冷媒圧縮機にお
ける騒音の周波数分析結果を示す特性図。

【図１２】本発明の電動機における回転子の実施例を示
す平面断面図。

【図１３】本発明の電動機における回転子の実施例を示
す平面断面図。

【図１４】本発明の電動機における回転子の実施例を示
す平面断面図。

【図１５】電動機の一般的な構成を示す平面断面図。

【図１６】従来の磁石の磁気配向を示す説明図。

【図１７】従来の電動機の界磁磁束の流れを示す説明
図。

【図１８】図１７の要部拡大説明図。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ 固定子鉄心 ３ 歯部 ４ スロット ５ エアギャップ ６ 回転子 ７，７ｃ，７ｈ，７ｉ，７ｊ 回転子鉄心 ８，８ａ〜８ｊ 磁石 ９ シャフト １０ 保護スリーブ １２ 磁極軸 １６ 極間軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着磁された磁石によって複数の磁極が形
   成された回転子をエアギャップを介して固定子と対向配
   置した電動機において、前記各磁極の極間部近傍におけ
   る界磁磁束の方向性を磁極軸方向からラジアル方向へ偏
   った方向となるように形成したことを特徴とする電動
   機。
2. 【請求項２】 磁極数と同数の磁石を備え、この磁石の
   磁気配向を極中央部に位置する部分を磁極軸方向異方性
   に形成し、極間部近傍に位置する部分をラジアル異方性
   または疑似ラジアル異方性に形成したことを特徴とする
   請求項１に記載の電動機。
3. 【請求項３】 複数の磁石の分割部を各磁極の極間部と
   一致させるとともに、これら磁石の相互間に反磁性材を
   介在させたことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
4. 【請求項４】 極中央部に位置する磁石と極間部近傍に
   位置する磁石とを備え、前者の磁気配向は磁極軸方向異
   方性に形成し、後者の磁気配向はラジアル異方性、疑似
   ラジアル異方性または極間軸に平行方向の異方性のいず
   れかに形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動
   機。
5. 【請求項５】 磁極数と同数の磁石を備え、この磁石の
   磁気配向を磁極軸方向異方性に形成するとともに、複数
   の磁石の分割部を各磁極の極間部と一致させ、これら磁
   石の相互間に反磁性材を介在させたことを特徴とする請
   求項１に記載の電動機。