JP2012182931A

JP2012182931A - 電動機

Info

Publication number: JP2012182931A
Application number: JP2011044980A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Ikeda; 基伸池田; Masafumi Hashimoto; 雅文橋本; Hiroyuki Miyajima; 広行宮島; Norio Kagimura; 紀雄鍵村
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】ベアリングの電蝕を回避又は抑制する技術を提供する。
【解決手段】電動機１００は、外輪２１と内輪２２とを有するベアリング２と、外輪２１を支持するブラケット４と、内輪２２によって支持される導電性シャフト６と、導電性シャフト６が取付けられて導電性を有する回転子８と、ブラケット４と絶縁された電機子コア１２と、電機子コア１２に設けられた電機子巻線１４と、電機子コア１２に設けられて回転子８の回転軸方向端面に近接する導電板１６とを有する電機子１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関し、特にラジアルギャップ型の回転電機を搭載する電動機に関するものである。

回転電機を搭載する電動機において、当該回転電機が備える電機子コアに発生する電磁振動がベアリングに伝達することを防止すべく、ベアリングを外輪で支持するブラケットと電機子コアとの間には、通常は樹脂等が介在して設けられているため、絶縁されている。また、ベアリングは、外輪／転動体／内輪という構造を有し、いずれも金属製であることが通常であるものの、潤滑油の存在により、三者は絶縁されている。

回転子とベアリングの内輪とにはシャフトが取付けられる。シャフトには回転負荷が取付けられるので、シャフトは強度を担保するために通常は金属製であって導電性を有する。当該シャフトは上述のように導電性であり、通常は回転子から回転負荷まで延在するので、電動機の外部に対して大きな静電容量を有する。

ＰＷＭインバータによって制御される回転電機にあっては、回路と基準面（筐体等）との間にパルス電圧（コモンモード電圧）が発生する。当該パルス電圧による電流は、電機子巻線から電機子コアへと流れる。電機子コアが電動機外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられる場合、当該電流はベアリングを経由せずに電動機の外部へと流れるので、ベアリングの電蝕は発生しにくい。しかしながら、電機子コアが電動機外部に対して小さな静電容量を有するように取付けられる場合、シャフトは電動機の外部に対して大きな静電容量を有するので、当該電流はブラケット、外輪、内輪を介してシャフトへと流れやすくなってしまう。上述のとおり、ベアリングの外輪／転動体／内輪は潤滑油の存在により絶縁されているが、シャフトに対するベアリングの電圧が潤滑油の絶縁破壊電圧に達すると、ベアリングに電流（ベアリング電流）が流れ、ベアリングの電蝕を発生させやすくする。

下掲の特許文献１には、ブラケットとモータの外部との間の静電容量を大きくするラビリンス部を当該ブラケットに設けることによって、ベアリングの電蝕を回避する技術が開示されている。

特開２００３−１９９２８５号公報

しかしながら、ラビリンス部のように複雑な形状を採用すると製造工程が煩雑化し、ひいては製造コストの増大を招来する。また、ラビリンス部を設けたとはいえ、ブラケットに電圧が印加されることには相違なく、ブラケットからベアリングを介してシャフトへと電流が流れる可能性を排除できない。

本発明は、上記課題に鑑み、ベアリングの電蝕を回避又は抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る電動機の第１の態様は、外輪と内輪とを有するベアリング（２）と、前記外輪を支持するブラケット（４）と、前記内輪によって支持される導電性シャフト（６）と、前記導電性シャフトが取付けられて導電性を有する回転子（８）と、前記ブラケットと絶縁された電機子コア（１２）と、前記電機子コアに設けられた電機子巻線（１４）と、前記電機子コアに設けられて前記回転子の回転軸方向端面に近接する導電板（１６）とを有する電機子（１０）とを備える電動機（１００）である。

本発明に係る電動機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記導電板（１６）は前記導電性シャフト（６）とも近接する。

本発明に係る電動機の第３の態様は、その第２の態様であって、前記導電板（８）の前記導電性シャフト（６）側の端部は前記回転軸方向に沿って延在する。

本発明に係る電動機の第１の態様によれば、電機子コアと回転子との間の静電容量を大きくできる。もって電機子コアが電動機外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられるか否かにかかわらず、ベアリングの電蝕を回避又は抑制できる。

本発明に係る電動機の第２の態様によれば、電機子コアと導電性シャフトとの間の静電容量を大きくできる。もって電機子コアが電動機外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられるか否かにかかわらず、ベアリングの電蝕を回避又は抑制できる。

本発明に係る電動機の第３の態様によれば、電機子コアと導電性シャフトとの間の静電容量を大きくすることに資する。

本発明の実施形態に係る電動機の断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈装置構成の概要〉
図１は本発明の実施形態に係る電動機１００の断面図であり、電動機１００が備える回転子８の回転軸Ａに沿った断面を示している。図１に示すように電動機１００は、基準電位として機能する筐体２００の内部に搭載され、ファン等の回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂに取付けられる。

電動機１００は、ベアリング２、ブラケット４、導電性シャフト６、回転子８及び電機子１０を備えている。導電性シャフト６は、その両端でシャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂによって支持されている。なお、シャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂは、強度を担保するために例えば金属製であって導電性を有する。なお、強度を担保できれば、導電性を有する金属製である必要はなく、別途に導電性シャフト６を筐体２００に接地する接地線（図示省略）を設けても良い。又は、導電性シャフト６に取付けられる回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂと筐体２００との距離を小さくするようにしても良い。

また、ブラケット４及び電機子１０は、モータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂによって支持されている。シャフト支持部２０２Ａとモータ支持部２０３Ａとの間の導電性シャフト６には回転負荷２０１Ａが、シャフト支持部２０２Ｂとモータ支持部２０３Ｂとの間の導電性シャフト６には回転負荷２０１Ｂが、それぞれ取付けられている。これによって電動機１００は、筐体２００の内部で回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂを回転させる。

ベアリング２は外輪２１、内輪２２及び転動体２３を有する。ブラケット４は外輪２１を支持し、導電性シャフト６は内輪２２によって支持される。なお、ベアリング２は、一の電動機１００に２つ（回転軸Ａの両端近傍にそれぞれ１つ）設けられている。つまり、ブラケット４と導電性シャフト６とはベアリング２を介して回転自在に支持されている。

回転子８は導電性を有し、導電性シャフト６に取付けられる。回転子８は底面の中心を回転軸Ａが貫通する略円柱形状を呈する。回転子８は具体的には例えば、回転軸Ａに平行な方向（以下、「回転軸方向」と称する）に積層された複数の鋼板によって形成された回転子コアに磁石（いずれも図示省略）が埋設されている。

電機子１０は、ブラケット４と絶縁された電機子コア１２と、電機子コア１２に設けられた電機子巻線１４と、電機子コア１２に設けられて回転子８の回転軸方向の端面に近接する導電板１６とを有する。電機子１０は、回転子８に対して導電性シャフト６とは反対側（回転軸Ａを中心として回転子８の外側）で回転軸Ａを中心とする径方向（以下、単に「径方向」と称する）Ｒに沿って予め定められた空隙を介して対向する。つまり、電機子１０は、具体的には電機子コア１２は、回転軸方向からの平面視で略環状を呈する（図示省略）。

電機子コア１２は例えば、回転子８が回転軸方向に延在する長さと略等しい長さを呈する。そして電機子コア１２は、回転軸方向からの平面視（図示省略）で回転軸Ａを中心とする円筒形状を呈し、当該円筒の外縁を形成する外縁部１２１Ａの内側に複数の電機子巻線１４が設けられている。具体的には、電機子コア１２の外縁部１２１Ａの回転軸Ａ側には回転軸Ａへと向かって突出するティース部１２１Ｂの複数が設けられており、当該ティース部１２１Ｂに電機子巻線１４が巻回されている。

導電板１６は、ティース部１２１Ｂの回転軸Ａ側にある内縁部１２１Ｃに取付けられて、電機子１０が回転子８と対向した状態となったときに回転子８の回転軸方向の端面に近接する。さらに、導電板１６は、電機子１０が回転子８と対向した状態となったときに導電性シャフト６とも近接する。具体的には例えば、導電板１６は、内縁部１２１Ｃを起点として、回転子８と電機子１２との径方向Ｒに沿った空隙と同程度の距離の空隙を回転軸方向に介して対向しながら、導電性シャフト６へと向かって延在する第１の部位１６Ａと、第１の部位１６Ａの導電性シャフト６側の端部で回転軸方向に沿って回転子８から遠離る方向に延在する第２の部位１６Ｂとを呈する。

ただし、第２の部位１６Ｂとブラケット４との間の静電容量は、第２の部位１６Ｂと導電性シャフト６との間の静電容量よりも小さいことが望ましい。具体的には例えば、第２の部位１６Ｂの、第１の部位１６Ａとは反対側の端部は、ブラケット４に近接しないことが望ましい。より具体的には、当該端部とブラケット４との最短距離は、当該端部と導電性シャフト６との最短距離よりも大きいことが望ましい。また、ブラケット４に対向する当該端部の面積は、導電性シャフト６に対向する部位の面積よりも小さいことが望ましい。何となれば、ブラケット４は強度を担保するために金属製であることが要請されており、当該端部からブラケット４へと電流が漏洩するとベアリングの電蝕を招来するからである。

ブラケット４は、強度を担保するために金属製であって、おおむね次のような形状を呈する。すなわち、第１の半径ρ１を呈する円を底面とする中空の円柱体４１の両底面４１Ａ，４１Ｂ上にそれぞれ、第１の半径ρ１と同心で第２の半径ρ２（＜ρ１）を呈する円を底面とする円筒体４２Ａ，４２Ｂを組合せた形状を呈する。具体的には、円柱体４１の底面４１Ａ，４１Ｂ上に円筒体４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ設け、底面４１Ａ，４１Ｂのうち円筒体４２Ａ，４２Ｂの底面に相当する領域を切取った形状を呈する。ただし、ブラケット４は概形として当該形状を呈するが、内部に回転子８や電機子１０を格納するため、実際には複数の部材を組合せることで当該形状を実現する。具体的には例えば、回転軸Ａを含む回転軸方向に沿って２つに分割した状態に相当する部材を個別に形成し、当該部材同士を接合する。あるいは、ブラケット４を回転軸方向の中心における回転軸方向を法線とする面で２つに分割した状態に相当する部材を個別に形成し、当該部材同士を接合する。なお、図１においてはブラケット４を形成する２つの部材や当該部材同士の接合面は図示を省略している。

ブラケット４は、円柱体４１の内部に電機子１０を保持し、しかもブラケット４と電機子１０とは絶縁されている。具体的には、電機子１０のうち回転子８と対向する面以外の領域が、電機子巻線１４とともに樹脂で覆われ、当該樹脂をブラケット４が支持する。また、ブラケット４は、円筒体４２の内側でベアリング２の外輪２１を支持する。これにより、回転子８と電機子１０とが回転自在に支持される。

ブラケット４の円筒体４２の外側は、モータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂによって支持されている。円筒体４２Ａの回転軸方向で円柱体４１から遠離る一方側に設けられるモータ支持部２０３Ａは、環状部２０４Ａと、環状部２０４Ａを筐体２００上で支持する支持部２０５Ａとを有する。同様に円筒体４２Ｂに対して円柱体４１から遠離る他方側に設けられるモータ支持部２０３Ｂは、環状部２０４Ｂと、環状部２０４Ｂを筐体２００上で支持する支持部２０５Ｂとを有する。これにより、ブラケット４、ひいては電機子１０を筐体２００内で支持する。つまり、回転子４が取付けられた導電性シャフト６はシャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂが支持し、電機子１０を格納するブラケット４はモータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂが支持する。導電性シャフト６の回転に伴って生じ、ブラケットに伝達する振動を吸収するため、環状部２０４Ａ，２０４Ｂはゴム等の樹脂で形成される。

ＰＷＭインバータ（図示省略）によってコモンモード電圧による電流は、各構成要素（電機子巻線１４、電機子コア１２、ブラケット４、ベアリング２、導電性シャフト６及び筐体２００）を介して流れ得る。

導電板１６が電機子コア１２に取付けられていない態様では、コモンモード電圧による電流が、電機子巻線１４から電機子コア１２へと流れた後に、電機子コア１２からブラケット４へと流れ得る。ブラケット４へと流れた電流は、ブラケット４が電動機１００外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられていなければ、ベアリング２を介して導電性シャフト６へと流れ得る。そして当該電流は導電性シャフト６から筐体２００（接地）へと流れ得る。

導電板１６が電機子コア１２に取付けられている態様では、コモンモード電圧による電流が、電機子巻線１４から電機子コア１２へと流れた後に、電機子コア１２から回転子８、ひいては導電性シャフト６へと流れやすい。何となれば、電機子コア１２とブラケット４との間には樹脂が介在しているのに対して、電機子コア１２と回転子８及び導電性シャフト６との間には導電板１６が介在しているからである。導電性シャフト６へと流れた電流は、筐体２００（接地）へと流れ得る。つまり、ブラケット４が電動機１００外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられていたとしても、そもそもブラケット４へと電流が流れることを回避又は抑制するので、電流は導電性シャフト６を経由して接地へ流れ、ベアリング２の電蝕を回避又は抑制する。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、導電板１６のうち、ブラケット４と対向する部位に樹脂コーティングを施すなどして、導電板１６とブラケット４との間の静電容量を小さくするようにしても良い。これにより、ベアリング２の電蝕を更に回避又は抑制できる。

２ベアリング
４ブラケット
６導電性シャフト
８回転子
１０電機子
１２電機子コア
１４電機子巻線
１６導電板
１００電動機

Claims

外輪と内輪とを有するベアリング（２）と、
前記外輪を支持するブラケット（４）と、
前記内輪によって支持される導電性シャフト（６）と、
前記導電性シャフトが取付けられて導電性を有する回転子（８）と、
前記ブラケットと絶縁された電機子コア（１２）と、前記電機子コアに設けられた電機子巻線（１４）と、前記電機子コアに設けられて前記回転子の回転軸方向端面に近接する導電板（１６）とを有する電機子（１０）と
を備える電動機（１００）。
前記導電板（１６）は前記導電性シャフト（６）とも近接する、
請求項１記載の電動機（１００）。
前記導電板（８）の前記導電性シャフト（６）側の端部は前記回転軸方向に沿って延在する、
請求項２記載の電動機（１００）。