JP2012191734A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電食を抑制することができる電動機を提供する。
【解決手段】回転子１０は所定の軸の周りで回転する。固定子コア２１は回転子１０に対して軸と反対側において回転子１０と対面する。巻線２２は固定子コア１０に取り付けられる。シャフト３０は回転子１０に固定される。軸受４１はシャフト３０を支持する内輪と、外輪とを有する。ブラケット５１は外輪を固定する。取付部材６１は外輪とともにブラケット５１を挟んで軸受４１を保持する。取付部材６１のうち、少なくともブラケット５１と接触する部位及びブラケット５１と対面する部位は絶縁性である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関し、特に軸受の電食を抑制する技術に関する。

近年、高効率モータとして、インバータ駆動のモータが普及している。また高効率のためにスイッチング周波数は増大する傾向にある。そのため、インバータの高周波に励起され、モータの軸受の内輪と外輪との間に寄生する静電容量（以下、浮遊容量とも称す）で電位差が発生する。この電位差が大きいときには、軸受の潤滑グリスの油膜絶縁が破れて軸受内部で放電現象が発生する。つまり軸受の内輪と転動体（ころ又は玉）との間および転動体と外輪との間で放電現象が発生する。これにより、内輪と外輪の転走面（転動体と接触する面）および転動体の表面に放電による損傷（いわゆる「電食」）が発生する。転走面又は転動体の表面にゆがみが生じることでモータ動作時に騒音が発生する。

かかる電食を抑制すべく特許文献１では、軸受と固定子とを導電性のブラケットで電気的に接続している。

特開２００９−１１２１８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ブラケットとケースとの関係について記載も示唆も無く、ブラケットを保持する取付部材についてなお工夫の余地があった。

そこで、本発明は、電食を抑制することができる電動機を提供することを目的とする。

本発明にかかる電動機の第１の態様は、所定の軸の周りで回転する回転子（１０）と、前記回転子に対して前記軸と反対側において前記回転子と対面する固定子コア（２１）と、前記固定子コアに取り付けられる巻線（２２）とを有する固定子（２０）と、前記回転子に固定されたシャフト（３０）と、前記シャフトを支持する内輪と、外輪とを有する軸受（４１，４２）と、前記外輪を固定するブラケット（５１，５２）と、前記外輪とともに前記ブラケットを挟んで前記軸受を保持し、少なくとも前記ブラケットと接触する部位及び前記ブラケットと対面する部位が絶縁性である取付部材（６１，６２）とを備える。

本発明にかかる電動機の第２の態様は、第１の態様にかかる電動機であって、前記シャフト（３０）は、前記回転子と前記内輪とに固定される第１シャフト（３１）と、前記軸受に対して前記回転子とは反対側において前記第１シャフトと絶縁されつつ連結する第２シャフト（３２）とを備える。

本発明にかかる電動機の第３の態様は、第２の態様にかかる電動機であって、前記第１シャフト（３１）と前記第２シャフト（３２，３３）とを連結する絶縁性の継手（３４）を更に有する。

本発明にかかる電動機の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる電動機であって、前記取付部材（６１）は、前記ブラケット（５１）に接触する防振ゴム（６１１）を有する。

本発明にかかる電動機の第５の態様は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかる電動機であって、前記取付部材（６１）は接地された部材（６０）に固定される。

本発明にかかる電動機の第６の態様は、第５の態様にかかる電動機であって、前記部材（７０）は前記電動機（１００）を収納する空気調和機のケースである。

本発明にかかる電動機の第１の態様によれば、取付部材を用いて電動機を、絶縁性ケースに収納するときはもちろん、導電性ケースに収納するときでも、ブラケットとケースとの間の浮遊容量を小さくできる。ひいてはブラケットとケースとの間の浮遊容量を小さくできる。よって巻線、固定子コア、回転子、シャフト、軸受、ブラケット、取付部材、ケースを経由する経路において、ブラケットとケースとの間で支持される電圧を大きくできる。従って、軸受が支持する電圧を小さくでき、軸受で発生する電食を抑制できる。これにより軸受における電蝕を回避するのに、ケースが絶縁性であるか導電性であるかを問わず、ケース選択の自由度が大きくなる。

本発明にかかる電動機の第２の態様によれば、第１シャフトと第２シャフトとの間で支持される電圧を大きくすることができる。したがって、第２シャフトに対して対地容量が大きな回転負荷が設けられたとしても、例えばブラケット、軸受、シャフトおよびロータを介する経路において、軸受が支持する電圧を小さくすることができ、これにより軸受で発生する電食を抑制することができる。つまり軸受における電蝕を回避するのに、シャフトに設けられる回転負荷の対地容量の大きさを問わず、回転負荷を選択する自由度が大きくなる。

本発明にかかる電動機の第３の態様によれば、継手は、第１シャフトと第２シャフトの間の絶縁と、両者を連結する機能とを兼用するので、各々の機能を実現する部品を２つ設ける場合に比して、製造コストを低減できる。

本発明にかかる電動機の第４の態様によれば、軸受からケースへと伝わる振動を低減できる。

本発明にかかる電動機の第５及び第６の態様によれば、取付部材が接地された部材に固定されているので、シャフト、軸受、ブラケット及び取付部材を経由して電流が流れやすいが、取付部材のうちブラケットと接触する部位および対面する部位が絶縁性を有しているので、電食を抑制できる。

軸を含む断面における軸受の概念的な構成の一例を示す図である。 軸を含む断面における軸受の概念的な構成の他の一例を示す図である。 シャフトの一部の一例を示す概念的な図である。 シャフトの一部の一例を示す概念的な図である。 シャフトの一部の一例を示す概念的な図である。 シャフトの一部の一例を示す概念的な図である。

第１の実施の形態．
図１に例示において、電動機は回転子１０と固定子２０とを備えている。回転子１０は例えば回転軸Ｐを中心とした円柱状の形状を有している。回転子１０および固定子２０は回転軸Ｐを中心とした径方向（以下、単に径方向と呼ぶ）において、間隙（いわゆるエアギャップ）を介して互いに対面する。より詳細には固定子２０は回転軸Ｐに対して反対側から回転子１０と対面する。かかる電動機１００はいわゆるインナーロータ型の電動機である。固定子２０は回転子１０へと回転磁界を与え、回転子１０は当該回転磁界に応じて回転する。

回転子１０は回転子コアを備えている。回転子コアは例えば回転軸Ｐを中心とした円柱状の形状を有しており、さらに回転子コアには固定子２０へと界磁を供給する永久磁石が設けられても良い。或いは回転子コアはその径方向のサイズが回転軸Ｐを中心とした周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）で変動して突極を有していてもよい。このような回転子コアは固定子２０とともに磁気回路を形成する。

固定子２０は固定子コア２１と巻線２２とを備えている。固定子コア２１は径方向で回転子１０と対面している。固定子コア２１は磁性体であって、回転軸Ｐを中心に放射状に配置された複数のティース２１１と、これらの複数のティースを周方向に沿って磁気的に連結するヨーク２１２とを備えている。巻線２２は固定子コア２１に取り付けられる。より詳細には、巻線２２は径方向を軸としてティース２１１に巻回される。なお本願で特に断らない限り、巻線は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。この巻線２２に対して電流が流れることで固定子２０は回転子１０へと回転磁界を与えることができる。

固定子コア２１には回転磁界に応じて磁束が流れる一方で、電流も流れる。言い換えれば、固定子コア２１は導電性を有する。なお固定子コア２１は、自身に流れる渦電流を低減すべく、積層鋼板又は圧粉磁心等で形成されてもよい。

図１の例示では、巻線２２と固定子コア２１の一部（例えば回転子１０との対向面を除く部分）とは樹脂部２３によって覆われている。例えば樹脂部２３はいわゆる樹脂モールドであって、固定子コア２１と巻線２２とに密着してこれらを覆っている。これによって巻線２２と例えば固定子コア２１との間の絶縁性、或いは巻線２２と後述する他の部材との間の絶縁性を高めることができる。よって絶縁に必要な空間的な距離を短縮でき、ひいては電動機の小型化に寄与する。

図１の例示では、樹脂部２３は、固定子コア２１のうち回転子１０との対向面を覆っていない。言い換えればかかる対向面は露出している。これによれば、径方向における回転子１０と固定子２０との間に樹脂部２３が介在していないので、固定子２０から回転子１０へと与える磁束が低減しない。よって電動機１００の効率が低減することを回避できる。

回転子１０（より詳細には回転子コア）にはシャフト３０が取り付けられる。例えば回転子１０には回転軸Ｐに平行にシャフト孔が形成され、シャフト３０が当該シャフト孔に圧入される。シャフト３０は回転子１０の回転に伴って回転する。

シャフト３０は軸受４１，４２によって支持されている。軸受４１，４２は回転子１０に対して互いに反対側に位置している。軸受４１，４２の各々は内輪と外輪と転動体とを備えている。内輪は回転軸Ｐを中心としたリング状の形状を有し、シャフト３０が当該内輪を軸方向に貫通して軸受と固定される。外輪は回転軸Ｐを中心としたリング状の形状を有し、当該内輪と径方向で対面する。転動体は外輪と内輪との間で回転する、いわゆるころ又は玉である。これによって内輪は外輪に対して回転軸Ｐを中心として回転することができる。なお摩擦を低減すべく内輪と外輪との間には潤滑グリスが介在する。

軸受４１，４２（より詳細には外輪）はそれぞれブラケット５１，５２によって固定される。図１の例示では、ブラケット５１，５２はそれぞれ軸受４１，４２の外輪と固定され、さらに樹脂部２３に固定されている。なお樹脂部２３が設けられない電動機であれば、ブラケット５１，５２は固定子コア２１に固定される。ブラケット５１，５２は金属である。他方、例えばブラケット５１，５２が樹脂で形成されていれば、軸受４１，４２から漏れた潤滑グリスがブラケット５１，５２に接触することによりブラケット５１，５２が侵食される。本ブラケット５１，５２は金属で形成されているので、このようなブラケット５１，５２の侵食を抑制できる。

図１の例示では、ブラケット５２は次の形状を有する。即ちブラケット５２は、シャフト３０によって軸方向に貫通される孔を有する板状の第１リング部材と、第１リング部材の外周縁から回転子１０側へと延在する円筒部材と、当該円筒部材から径方向に広がる板状の第２リング部材とを備えている。軸受４２は円筒部材の内周面に圧入されてブラケット５２に固定される。また第２リング部材が樹脂部２３に埋設されることで、ブラケット５２が樹脂部２３に固定される。

また図１の例示では、ブラケット５１は次の形状を有する。即ちブラケット５１は、シャフト３０によって軸方向に貫通される孔を有する板状の第１リング部材と、当該第１リング部材の外周縁から回転子１０側へと延在する円筒部材と、当該円筒部材から径方向に広がる板状の第２リング部材と、第２リング部材の外周縁において回転子１０側に開口するリング状の凹部とを備えている。軸受４１は円筒部材の内周面に圧入されてブラケット５１に固定される。また凹部が樹脂部２３に形成される突部と軸方向で嵌合することで、ブラケット５１が樹脂部２３に固定されている。

ブラケット５１，５２はそれぞれ取付部材６１，６２によって保持される。取付部材６１，６２はそれぞれ軸受４１，４２とともにブラケット５１，５２を挟んでいる。取付部材６１，６２はそれぞれブラケット５１，５２と接触する第１部位および対向する第２部位が絶縁性である。

図１の例示では、取付部材６１は絶縁体６１１を有している。絶縁体６１１は径方向においてブラケット５１を介して軸受４１と対面する。絶縁体６１１は例えば回転軸Ｐを中心としたリング状の形状を有し、ブラケット５１の外周面と接触する。言い換えれば、絶縁体６１１が第１部位に相当する。

絶縁体６１１は防振ゴムであることが望ましい。これによって回転子１０或いは固定子２０の振動がブラケット５１，５２を経由して取付部６１２，６１３および取付脚６１４へと伝達されることを抑制することができる。

また図１の例示では絶縁体６１１は取付部６１２，６１３および取付脚６１４によってケース７０に固定される。図１の例示ではケース７０は電動機１００と、電動機１００によって駆動される負荷９１，９２とを収納する。取付部６１２，６１３は例えばそれぞれ回転軸Ｐを中心とした半円状のリング部材である。取付部６１２，６１３は互いに向き合って固定されることができ、この状態で取付部６１２，６１３は回転軸Ｐを中心としたリング形状を形成する。取付部６１２，６１３は径方向において絶縁体６１１の外周面に接触する。取付部６１２，６１３は絶縁体６１１に接触した状態で互いに固定される。かかる固定によって取付部６１２，６１３は径方向で絶縁体６１１を締め付けることができ、これによって取付部６１２，６１３が絶縁体６１１に固定される。取付脚６１４は取付部６１３に固定される。取付脚６１４は例えば板状の形状を有しており、ケース７０にも固定される。

かかる取付部６１２，６１３および取付脚６１４は例えば軸方向においてブラケット５１と対向する。これは、軸受４１の外径に比べて固定子２０の外径が大きく、これに伴ってブラケット５１が径方向に広がること（図１の例示では第２リング部材）、および取付部材６１がブラケット５１の外径の小さい部分（軸受４１と径方向で対面する部分）を保持するからである。特に、図１の例示ではブラケット５１の外径は固定子２０の外径よりも大きい。これは固定子２０の外径に近い部分でブラケット５１と固定子２０とが固定されているからである。このとき、ブラケット５１と取付部材６１との対向面積が広い。

さて、この取付部材６１のうち、例えば軸方向でブラケット５１と対向する部分（第２部位に相当）は絶縁性を有している。図１の例示では、取付部材６１の全てが絶縁性を有する材料で形成されている。取付部材６１のうち第１部位および第２部位が絶縁性であることの意義については後に述べる。

なお図１の例示では、取付部材６２は取付部材６１と同様であるので繰り返しの説明を避ける。

また図１の例示では、シャフト３０が地面に略平行な水平方向に延在している。かかる構造であればシャフト３０は上述したように２つの軸受４１，４２によって支持されることが望ましい。片持ち支持であれば重力によってシャフト３０が撓みやすいからである。

シャフト３０には例えば負荷９１，９２が取り付けられている。負荷９１，９２は軸方向において電動機１００に対して互いに反対側に位置している。ただし負荷９１，９２は電動機１００に対して軸方向の一方側のみに位置していてもよく、また複数の負荷が取り付けられずに一つの負荷が取り付けられても良い。

このような電動機１００は例えば空気調和機に設けられることができ、例えば負荷９１，９２としてファンを採用することができる。

さて、かかる構造の電動機１００において、巻線２２には例えばＰＷＭ制御によってパルス状の交流電圧が印加される。かかる交流電圧は高調波成分を含んでおり、これに伴って電動機１００に寄生する浮遊容量を経由して電流が流れ得る。特に、図１の例示ではブラケット５１と取付部材６１の対向面積が広く、取付部材６１が導電性であれば、シャフト３０、軸受４１、ブラケット５１および取付部材６１を経由して電流が流れやすい。

しかるに、本実施の形態によれば、取付部材６１，６２を用いて電動機１００を、絶縁性のケース７０に収納するときはもちろん、導電性のケース７０に収納するときでも、取付部材６１，６２を介したブラケット５１，５２とケース７０との間の浮遊容量を小さくできる。よって巻線２２、固定子コア１１、回転子１０、シャフト３０、軸受４１，４２、ブラケット５１，５２、取付部材６１，６２、及びケース７０を経由する経路において、ブラケット５１，５２とケース７０との間で支持される電圧を大きくできる。従って、軸受４１，４２が支持する電圧を小さくでき、軸受４１，４２で発生する電食を抑制できる。言い換えれば、軸受４１，４２における電食を回避するのに、ケース７０が絶縁性であるか導電性であるかを問わず、ケース７０の選択の自由度が大きくなる。

なお図１の例示では、ケース７０が導電性部材であって接地されている。ただし、取付部材６１，６２の固定先はケース７０に限らず、任意の部材に固定されていればよい。また当該任意の部材が接地されていれば、取付部材６１，６２から当該部材へと電流が流れやすいので、本実施の形態による効果は高い。

第２の実施の形態．
図２の例示では、シャフト３０がシャフト３１〜３３を有している。シャフト３１は回転子（より詳細には回転子コア）と軸受４１，４２とを軸方向で貫通してこれらに固定されている。シャフト３２は軸受４１に対して回転子１０と反対側においてシャフト３１と絶縁されつつ連結している。シャフト３２は軸受４２に対して回転子１０と反対側においてシャフト３１と絶縁されつつ連結している。

シャフト３２は対地容量が大きい回転負荷が取り付けられている。図２の例示では、シャフト３２は負荷９１が取り付けられており、さらにシャフト３２が取付部材９３を介してケース７０に固定されている。ここでいう回転負荷とは負荷９１と取付部材９３とを含んだ概念と把握できる。取付部材９３は例えば金属で形成されており、導電性を有する。したがって、シャフト３２とケース７０との間の浮遊容量は図１に比較して大きい。

しかしながら本電動機１００によれば、シャフト３２がシャフト３１と絶縁されている。したがって、シャフト３１，３２間の浮遊容量を小さくすることができ、シャフト３１，３２の間で支持される電圧を大きくすることができる。これによって例えば巻線２２、固定子コア１１、ブラケット５１、軸受４１、シャフト３１，３２、取付部材９３及びケース７０を介する経路において、軸受４１が支持する電圧を小さくすることができる。よって軸受４１で発生する電食を抑制することができる。つまり軸受４１における電食を回避するのに、シャフト３２に設けられる回転負荷の対地容量の大きさを問わず、回転負荷を選択する自由度が大きくなる。なお、シャフト３２，３３が絶縁されていることによる作用・効果も同様であるので繰り返しの説明を避ける。

図１の例示では、シャフト３１，３２は絶縁性の継手３４によって互いに連結される。したがって、継手３４によってシャフト３１，３２の間の絶縁を実現できる。図３〜図７は継手３４の一例を示している。

図３の例示では、シャフト３１の一端およびシャフト３２の一端の外周には螺子溝（雄ネジ）が形成されている。継手３４は絶縁性部材で形成されており、継手３４にはシャフト３１，３２が螺合される雌ネジが形成されている。これによって、継手３４はシャフト３１，３２を連結することができる。また軸方向におけるシャフト３１，３２の間には継手３４としての絶縁性部材が介在している。

かかる構造において、シャフト３１，３２が負荷を駆動させるために回転する方向に回転させることによって、シャフト３１，３２がそれぞれ継手３４と固定される方向に回転することが望ましい。これによって、シャフト３１，３２と継手３４との固定力の低減を抑制できる。

図４の例示では、図３の例示と同様に、継手３４は螺合によりシャフト３１，３２を連結している。ただし、シャフト３１，３２の間には継手３４としての絶縁性部材は介在せずに、空隙が介在している。これによっても継手３４はシャフト３１，３２を絶縁しつつもこれらを連結することができる。しかもかかる構造によれば、図３の継手３４と比較して、絶縁性部材の使用量を低減できるので、製造コストを低減できる。

図５の例示では、シャフト３１の一端には切り欠き３１１が形成されている。例えば切り欠き３１１が形成された断面（回転軸Ｐに垂直な断面）において、シャフト３１は円の一部が直線で切り取られた形状を有している。シャフト３２の一端にも、切り欠き３１１と同様の切り欠き３１２が形成されている。継手３４にはシャフト３１，３２の一端がそれぞれ軸方向に挿入される挿入孔が形成されている。シャフト３１，３２はそれぞれ挿入孔に例えば圧入される。また継手３４の側面にはそれぞれ挿入孔に連通するネジ用挿入孔が形成されている。ネジ用挿入孔にはネジ３５が螺合されて、当該ネジ３５はシャフト３１の切り欠き３１１が形成された側面に当接する。

なお図５の例示では、シャフト３１，３２の間には継手３４の一部としての絶縁性部材が介在しているものの、空隙が介在していても良い。これによっても継手３４はシャフト３１，３２を絶縁しつつもこれらを連結することができる。

図６の例示では、継手３４がシャフト３１，３２を密着して覆っている。これは、例えば所定の金型において、シャフト３１，３２を軸方向で間隙を介して対面配置する。当該金型においては、シャフト３１，３２の対向部分の周囲に密閉空間が形成されている。この空間に樹脂が注入される。そして当該樹脂を固化させることによって、図６の継手３４が製造される。なお図６の例示では、シャフト３１，３２の間に継手３４の一部としての絶縁性部材が介在しているものの、これらの間に空隙が介在していてもよい。これによっても継手３４はシャフト３１，３２を絶縁しつつもこれらを連結することができる。なお、図６の例示では、図５のシャフト３１，３２と同様にシャフト３１，３２に切り欠き３１１，３１２がそれぞれ形成されている。

１０ 回転子
２０ 固定子
３０〜３３ シャフト
３４ 継手
４１，４２ 軸受
５１，５２ ブラケット
６１，６２ 取付部材
１００ 電動機

Claims (6)

1. 所定の軸の周りで回転する回転子（１０）と、
   前記回転子に対して前記軸と反対側において前記回転子と対面する固定子コア（２１）と、前記固定子コアに取り付けられる巻線（２２）とを有する固定子（２０）と、
   前記回転子に固定されたシャフト（３０）と、
   前記シャフトを支持する内輪と、外輪とを有する軸受（４１，４２）と、
   前記外輪を固定するブラケット（５１，５２）と、
   前記外輪とともに前記ブラケットを挟んで前記軸受を保持し、少なくとも前記ブラケットと接触する部位及び前記ブラケットと対面する部位が絶縁性である取付部材（６１，６２）と
   を備える、電動機。
2. 前記シャフト（３０）は、
   前記回転子と前記内輪とに固定される第１シャフト（３１）と、
   前記軸受に対して前記回転子とは反対側において前記第１シャフトと絶縁されつつ連結する第２シャフト（３２）と
   を備える、請求項１に記載の電動機。
3. 前記第１シャフト（３１）と前記第２シャフト（３２，３３）とを連結する絶縁性の継手（３４）を更に有する、請求項２に記載の電動機。
4. 前記取付部材（６１）は、前記ブラケット（５１）に接触する防振ゴム（６１１）を有する、請求項１から３のいずれか一つに記載の電動機。
5. 前記取付部材（６１）は接地された部材（７０）に固定される、請求項１から４のいずれか一つに記載の電動機。
6. 前記部材（７０）は前記電動機（１００）を収納する空気調和機のケースである、請求項５に記載の電動機。

Images