JP2014176111A - 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。電機子コア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は電機子コア２１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４ａはシャフト３０を支持する内輪４３と、外輪４１とを有する。ブラケット５ａは外輪４１を固定する。支持部材６ａは、内郭６１、外郭６２、つるまきバネ６３ａ、被覆材６４を有する。内郭６１は外輪４１と共にブラケット５ａを挟む。つるまきバネ６３ａは外郭６２と内郭６１との間に設けられて両者を導通させる。被覆材６４は、内郭６１と外郭６２との間に設けられてつるまきバネ６３ａをモールドする。
【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、シールド軸受とは別に、接触板と、当該接触板に対して弾性的に接触し、回転軸と共に回転する摺動円板とが設けられている。接触板はばね鋼等の導電材料で作られて弾性を有する。摺動円板は銅、アルミニューム等の導電材料で作られる。

特許文献１では、このような構成により、電流が回転軸、接触板、摺動円板を介して流れ、シールド軸受けに電流が流れることを回避している。

また、特許文献２では、モータ筐体を据え付けフレームに取り付けるに際して、両者間にリング状弾性部材を挟んだ一対の取り付けプレートを用いている。これらのリング状弾性部材及び一対の取り付けプレートは、導電性の素材で構成されており、しかもリング状弾性部材の内面には導電性塗料が塗布され、一対の取り付けプレート同士が導通する。

その他、本願に関連するものとして特許文献３，４を挙げる。

実開昭５８−７８７６９号公報 特開２０１１−１２０４０８号公報 特開２００８−２６３６９８号公報 特開２０１２−１９１７３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、接触板と摺動円板とは弾性的に接触するものの、これらは回転軸の振動を外部へ伝達させない機能は有しない。

特許文献２に記載の技術では、モータ筐体を据え付けフレームに対して、導通しつつ固定して振動騒音を低減する。但し、特許文献２の図を参照すると、回転軸の延在方向についての振動を低減するには効果的ではあるが、回転軸に直交する方向の振動については効果的ではないと考えられる。当該リング状弾性部材が、回転軸の延在方向において、モータ筐体と据え付けフレームとの間に介在するからである。通常、回転軸の振動はその触れ回りが主たる原因であると考えられるところ、特許文献２の構造は回転軸の振動を抑制する効果はまだ改善の余地がある。

また特許文献２に記載された導電性塗料を用いて軸受けの内輪と外輪とを導通させようとすれば、その塗布のための面を設けた新たな構造が軸受けに要求されることとなる。

そこで、本発明は、軸受の電食の抑制と共に、シャフトの振動を外部に伝えることを抑制す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（１００）の第１の態様は、所定の軸（Ｐ）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電機子コア（２１）と、前記電機子コアに取り付けられる巻線（２２）とを有する電機子（２０）と、前記回転子に固定された導電性のシャフト（３０）と、前記シャフトを支持する内輪（４３）と外輪（４１）とを有する軸受（４ａ，４ｂ）と、前記電機子コアと導通し前記外輪を固定するブラケット（５ａ，５ｂ）と、前記外輪と共に前記ブラケットを挟む内郭（６１）、外郭（６２）、前記内郭と前記外郭との間に設けられて前記内郭と前記外郭とを導通させる導電性の弾性体（６３ａ，６３ｂ）、前記内郭と前記外郭との間に設けられて前記弾性体をモールドする弾性ある被覆材（６４）を有する支持部材（６ａ，６ｂ）とを備える。

この発明にかかる電動機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記弾性体には、つるまきバネ（６３ａ）、板バネ（６３ｂ）の少なくともいずれか一つが採用される。

この発明にかかる電動機の第３の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記被覆材（６４）には、樹脂、ゴムの少なくともいずれか一つが採用される。

この発明にかかる電動機の第４の態様は、その第１〜第３の態様のいずれかであって、前記電機子コアと前記ブラケットとを導通させる導通部材（７ａ，７ｂ）を更に備える。

この発明にかかる電動機の第５の態様は、その第１〜第４の態様のいずれかであって、前記支持部材（６ａ，６ｂ）は、接地された部材（７０）に導通して固定される。

この発明にかかる電動機の第６の態様は、その第５の態様であって、前記部材（７０）は前記電動機（１００）を収納するケースである。

本発明にかかる電動機によれば、弾性体が、シャフトの振動を電動機の外部に伝えることを抑制する。しかもこの弾性体は導電性であってブラケットと導通するので、電機子コア及び／又はブラケット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り付けられるか否かにかかわらず、軸受の電蝕を回避することができる。しかも、弾性体が被覆材で保護される。

この発明の実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図である。 支持部材の構成を示す断面図である。 支持部材の他の構成を示す断面図である。

図１はこの発明の実施の形態にかかる電動機１００の構成を示す断面図である。但し、空気調和機のケース７０も併せて描かれている。ケース７０は、通常の使用時には、接地される。

電動機１００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（図示省略）が設けられても良い。或いは回転子コアはその径方向の寸法が回転軸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。

固定子２０は電機子として機能し、電機子コア２１と巻線２２とを備える。電機子コア２１は径方向で回転子１０と対面している。電機子コア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２１１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は電機子コア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２２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。

電機子コア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、電機子コア２１は導電性を有する。なお電機子コア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と電機子コア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、電機子コア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と電機子コア２１との間の絶縁性を高めることができる。

電機子コア２１のうち、回転子１０との対向面には、通常は巻線２２が設けられないので、当該対向面を樹脂部２３が覆う必要はない。これは、エアギャップを小さくして電動機１００の効率を向上する観点で望ましい。

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に平行な方向（以下、「軸方向」と呼ぶ）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、例えば圧入されて固定される。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４ａ，４ｂによって支持されている。軸受４ａ，４ｂは回転子１０に対して互いに反対側に位置している。

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を収納する。負荷９１としては例えばファンが採用される。かかるファンは例えば空気調和機に設けられることができる。

負荷９１はシャフト３０に取り付けられている。軸方向において電動機１００に対して負荷９１と反対側に他の負荷が取り付けられても良い。

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４ａ，４ｂ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。

軸受４ａ，４ｂの各々は内輪４３と外輪４１と転動体４２とを備えている。内輪４３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を支持する。具体的にはシャフト３０が当該内輪４３を軸方向に貫通して軸受４ａ，４ｂと固定される。

外輪４１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４３と径方向で対面する。転動体４２は外輪４１と内輪４３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４３は外輪４１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４３と外輪４１との間には潤滑グリスが介在する。

軸受４ａ，４ｂ（より詳細には外輪４１）はそれぞれブラケット５ａ，５ｂによって固定される。図１の例示では、ブラケット５ａ，５ｂはそれぞれ軸受４ａ，４ｂの外輪４１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５ａ，５ｂは電機子コア２１に固定される。

もしブラケット５ａ，５ｂが樹脂で形成されていれば、軸受４ａ，４ｂから漏れた潤滑グリスがブラケット５ａ，５ｂに接触することによりブラケット５ａ，５ｂが侵食される。よってブラケット５ａ，５ｂを金属で形成し、このような侵食を抑制することが望ましい。

ブラケット５ａ，５ｂは金属で形成されるので、導電性を有することになる。図１ではブラケット５ａ，５ｂはそれぞれ導通部材７ａ，７ｂを介して電機子コア２１と導通する態様が例示されている。

図１の例示では、ブラケット５ｂは次の形状を有する。即ちブラケット５ｂ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（図中、上下方向に延在して描かれる部分）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（図中、左右方向に延在して描かれる部分）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（図中、上下方向に延在して描かれる部分）とを備えている。軸受４ｂは当該円筒部材の内周面と接触してブラケット５ｂに固定される。また第２リング部材の外周部位が樹脂部２３に埋設されることで、ブラケット５ｂ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５ａは次の形状を有する。即ちブラケット５ａ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（図中、上下方向に延在して描かれる部分）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（図中、左右方向に延在して描かれる部分）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（図中、上下方向に延在して描かれる部分）と、第２リング部材の外周縁において固定子２０側（図中右側）に開口するリング状の凹部とを備えている。軸受４ａは当該円筒部材の内周面に接触してブラケット５ａに固定される。また凹部が樹脂部２３の端部（図中、左側の端）と軸方向で嵌合することで、ブラケット５ａが樹脂部２３に固定されている。

ブラケット５ａ，５ｂはそれぞれ支持部材６ａ，６ｂによって保持される。支持部材６ａ，６ｂはそれぞれ軸受４ａ，４ｂとともにブラケット５ａ，５ｂを挟んでいる。支持部材６ａ，６ｂはいずれも内郭６１、外郭６２、弾性体たるつるまきバネ６３ａ、被覆材６４を有する。

図２は支持部材６ａ，６ｂとして採用される支持部材６の構成を示す断面図である。当該断面は回転軸Ｐに対して垂直な面である。

内郭６１と外郭６２はいずれも回転軸Ｐを中心とした円筒状であり、導電性を有する。

つるまきバネ６３ａは、内郭６１と外郭６２との間に設けられ、内郭６１と外郭６２とを導通させる導電性を有している。

被覆材６４は、内郭６１と外郭６２との間に設けられ、つるまきバネ６３ａをモールドする。被覆材６４は弾性を有し、例えば樹脂やゴムが採用される。つるまきバネ６３ａ及び被覆材６４のいずれもが弾性を有するので、回転子１０或いは固定子２０の振動、なかでもシャフト３０の触れ回りに起因する振動がブラケット５ａ，５ｂを経由して電動機の外部へと伝達されることを抑制することができる。しかも、つるまきバネ６３ａは被覆材６４で保護される。

図３は支持部材６ａ，６ｂとして採用される支持部材６の他の構成を示す断面図である。図２に示された構成に対して、つるまきバネ６３ａを板バネ６３ｂに置換した構成を有している。板バネ６３ｂも、つるまきバネ６３ａと同様に、内郭６１と外郭６２との間に設けられ、内郭６１と外郭６２とを導通させる導電性を有し、被覆材６４でモールドされる。

また図１の例示では支持部材６ａ，６ｂは、それぞれ取付部８２ａ，８２ｂを介して取付脚８４ａ，８４ｂに固定される。

例えば取付部８２ａは回転軸Ｐを中心とした円筒状を呈し、支持部材６ａの外郭６２を外周側から接触して固定する。取付部８２ｂは回転軸Ｐを中心とした円筒状を呈し、支持部材６ｂの外郭６２を外周側から接触して固定する。

取付脚８４ａ，８４ｂは例えば板状の形状を有しており、ケース７０に固定される。よって取付部８２ａ，８２ｂは、それぞれ取付脚８４ａ，８４ｂによってケース７０に固定される。

取付部８２ａ，８２ｂ及び取付脚８４ａ，８４ｂのいずれもが導電性を有しており、これらによって、支持部材６ａ，６ｂがケース７０に導通して固定される。

上述のように、通常はケース７０は接地される。よって電機子コア２１は、導通部材７ａ，７ｂ、ブラケット５ａ，５ｂ、支持部材６ａ，６ｂ、取付部８２ａ，８２ｂ、取付脚８４ａ，８４ｂ、及びケース７０を介して接地される。

このように電機子コア２１を接地する経路を設けることは、特に電機子コア２１が樹脂部２３によって覆われている場合に好適である。しかも通常の構成に対して、支持部材６ａ，６ｂを追加することで当該経路を設けることができ、かつ、支持部材６ａ，６ｂが上述の防振効果を発揮する。

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巻線２２から電流が流れ得る。

例えば負荷９１とケース７０との間隔が狭く、電機子コア２１とケース７０との間隔が広く、巻線２２あるいは電機子コア２１とブラケット５ａあるいはブラケット５ｂとの間隔が狭い構成で、ケース７０が電動機１００及び負荷９１を格納する場合もある。この場合、負荷９１とケース７０との間の静電容量、巻線２２あるいは電機子コア２１とブラケット５ａあるいはブラケット５ｂとの間の静電容量は大きく、電機子コア２１とケース７０との間の静電容量は小さい。

支持部材６ａ，６ｂは防振性を得るためにその回転軸Ｐについての径方向の寸法を小さくすることは望ましくない。よって、もしこれらを絶縁性とするとその静電容量は小さくなる。

また、シャフト３０の材料として、その強度を高めるために金属が採用されることが望ましい。この場合、シャフト３０は導電性を有する。

従って、上記の構成を採用すると、巻線２２に印加される交流電圧の高調波成分に基づく電流は、巻線２２、電機子コア２１、ブラケット５ａ，５ｂ、軸受４ａ，４ｂ、シャフト３０、負荷９１、ケース７０を介して接地へと流れやすい。これでは軸受４ａ，４ｂに電食が発生してしまう。

しかるに上述の構成であっても、支持部材６ａ，６ｂが本実施の形態に示されるように導電性を有していると、当該電流は、巻線２２、（あるいは更に電機子コア２１、）ブラケット５ａ，５ｂ、支持部材６ａ，６ｂ、取付部８２ａ，８２ｂ、取付脚８４ａ，８４ｂ、及びケース７０を介して流れる。これにより軸受４ａ，４ｂに電流が流れず、ここに電食が発生することもない。

言い換えれば、振動を外部に伝達することを低減すべく用いられる支持部材６ａ，６ｂを導電性とすることにより、負荷９１とケース７０との間隔、電機子コア２１とケース７０との間隔、巻線２２とブラケット５ａあるいはブラケット５ｂとの間隔の広狭によらず、またシャフト３０が導電性であるか否かによらず、軸受４ａ，４ｂにおける電食を回避することができる。

なお、例えば導通部材７ａ，７ｂを用いて電機子コア２１をブラケット５ａ，５ｂと導通させることは、下記の点で望ましい。

通常は巻線２２が電機子コア２１と非常に接近して設けられており、両者間の静電容量は大きい。また、エアギャップは通常は小さく設定されるので、電機子コア２１と回転子１０との間の静電容量も小さい。よって、電機子コア２１とブラケット５ａ，５ｂとの間隔が広いと、巻線２２及び電機子コア２１は周囲との浮遊容量が小さくなり、電機子コア２１から回転子１０を経由してシャフト３０へと電流が流れやすくなり、更に軸受４ａ，４ｂを介して支持部材６ａ，６ｂへと電流が流れることになる。

このような場合には軸受４ａ，４ｂに電蝕が発生する可能性があるので、電機子コア２１とブラケット５ａ，５ｂとが導通することが望ましい。

もちろん、両者が導通する態様で電機子コア２１とブラケット５ａ，５ｂが配置されるのであれば、導通部材７ａ，７ｂを設ける必要はない。

１０ 回転子
２０ 固定子（電機子）
３０ シャフト
４ａ，４ｂ 軸受
５ａ，５ｂ ブラケット
６ａ，６ｂ 支持部材
６１ 内郭
６２ 外郭
６３ａ つるまきバネ
６３ｂ 板バネ
７ａ，７ｂ 導通部材
１００ 電動機

Claims (6)

1. 所定の軸（Ｐ）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電機子コア（２１）と、前記電機子コアに取り付けられる巻線（２２）とを有する電機子（２０）と、
   前記回転子に固定された導電性のシャフト（３０）と、
   前記シャフトを支持する内輪（４３）と、外輪（４１）とを有する軸受（４ａ，４ｂ）と、
   前記電機子コアと導通し、前記外輪を固定するブラケット（５ａ，５ｂ）と、
   前記外輪と共に前記ブラケットを挟む内郭（６１）、外郭（６２）、前記内郭と前記外郭との間に設けられて前記内郭と前記外郭とを導通させる導電性の弾性体（６３ａ，６３ｂ）、前記内郭と前記外郭との間に設けられて前記弾性体をモールドする弾性ある被覆材（６４）を有する支持部材（６ａ，６ｂ）と
   を備える、電動機（１００）。
2. 前記弾性体（６３ａ，６３ｂ）には、つるまきバネ（６３ａ）、板バネ（６３ｂ）の少なくともいずれか一つが採用される、請求項１記載の電動機。
3. 前記被覆材（６４）には、樹脂、ゴムの少なくともいずれか一つが採用される、請求項１又は請求項２記載の電動機。
4. 前記電機子コアと前記ブラケットとを導通させる導通部材（７ａ，７ｂ）
   を更に備える、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の電動機。
5. 前記支持部材（６ａ，６ｂ）は、接地された部材（７０）に導通して固定される、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）を収納するケースである、請求項５に記載の電動機。

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