JP7319211B2 - 電動機組立体 - Google Patents

Description

本発明は、電動機組立体に関する。

ポンプ等の回転機械の駆動機であるモータとモータの可変速手段であるインバータとを一体的に備えた電動機組立体が知られている。このような電動機組立体には、振動センサを始めとするセンサ類が搭載される。このようなセンサで取得したデータを収集し、解析することで、電動機組立体の状態を診断し、故障時期や部品交換時期などの通知を行うことが可能となる。結果として、アフターサービスなどのサービス向上を図ることができる。

特開２０１７－１４５８３０号公報 特開２０１８－１２９９０４号公報

センサによって取得されたデータを外部に送信する無線通信装置を電動機組立体の筐体の外部に設置する場合、無線通信装置を収容するための箱状のケースが必要となる。したがって、電動機組立体の筐体が大型化してしまう。

一般的に、モータの筐体およびインバータの筐体は、金属製の部材から構成されている。したがって、金属部材から構成された電動機組立体の筐体の内部に無線通信装置を設置した場合、無線信号が遮断され、外部との通信が不可能となってしまう。

そこで、本発明は、電動機組立体の全体の小型化を実現し、かつ外部との通信が可能な電動機組立体を提供することを目的とする。

一態様では、駆動軸と、前記駆動軸を回転させるモータと、前記モータを収容するモータケーシングと、前記モータの可変速手段であるインバータと、前記インバータを収容し、かつ前記駆動軸の軸線方向に沿って前記モータケーシングに直列的に接続されたインバータケースと、前記インバータケースの内部に配置され、かつ前記駆動軸の周囲を覆う、樹脂製の軸カバーと、前記インバータケースの内部に配置された無線通信装置と、を備える電動機組立体が提供される。前記インバータケースは、前記軸カバーが接続されたカバー部材を備えており、前記カバー部材と前記駆動軸との間には、前記無線通信装置から送られる電波の伝搬路が形成されている。

一態様では、前記モータケーシングは、前記インバータケースに隣接して配置されたブラケットを備えており、前記インバータケースは、前記インバータの周囲に配置され、かつ前記カバー部材と前記ブラケットとの間に配置されたインバータフレームを備えており、前記インバータフレームの少なくとも一部および／または前記カバー部材の少なくとも一部は、樹脂から構成されている。
一態様では、前記無線通信装置は、前記ブラケット上に配置されている。
一態様では、前記ブラケットは、受け皿形状を有しており、前記ブラケットには、前記無線通信装置を放熱するための樹脂が充填されている。

一態様では、前記ブラケットは、前記ブラケットの内面に形成された放熱フィンを備えている。
一態様では、前記電動機組立体は、前記インバータケースに隣接して配置され、かつ前記駆動軸に固定された、樹脂製の冷却ファンと、前記冷却ファンを覆う、樹脂製のファンカバーと、を備えている。
一態様では、前記電動機組立体は、前記ファンカバーを覆う、樹脂製のファンガードを備えている。
一態様では、前記電動機組立体は、前記駆動軸に装着された、樹脂製の接触シールを備えており、前記接触シールは、前記インバータケースの外側において、前記インバータケースに接触している。

無線通信装置は、樹脂製の軸カバーが設けられたインバータケースの内部に配置されている。したがって、電動機組立体は、その全体のサイズをコンパクトにすることができ、かつ外部との通信が可能な構成を備えることができる。

電動機組立体の一実施形態を示す断面図である。 ファンカバーの正面図である。 ファンカバーに取り付けられたファンガードを示す図である。 無線通信装置から送られる電波の伝搬路を示す図である。 駆動軸に装着された接触シールを示す図である。 電動機組立体の他の実施形態を示す図である。 ブラケットの他の実施形態を示す図である。 ブラケットのさらに他の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、電動機組立体１の一実施形態を示す断面図である。電動機組立体１は、インバータ２０が内蔵された一体型構造を有する機械装置である。図１に示すように、電動機組立体１は、モータ部２と、インバータ部３とを備えている。電動機組立体１は、駆動軸５と、駆動軸５を回転させる回転子（ロータ）６および固定子（ステータ）７を備えるモータ（回転要素）８と、回転子６および固定子７を収容するモータケーシング１０と、回転子６および固定子７に隣接して配置され、モータ８の動作（回転速度）を制御するインバータ２０と、インバータ２０を収容し、駆動軸５の軸線ＣＬ方向に沿ってモータケーシング１０に直列的に配置（接続）されたインバータケース２１と、を備えている。

駆動軸５は、モータケーシング１０およびインバータケース２１を貫通して延びており、モータケーシング１０およびインバータケース２１は駆動軸５と同心状に配置されている。本実施形態では、モータケーシング１０およびインバータケース２１は、駆動軸５の軸線ＣＬ方向に直列的に配置されているため、電動機組立体１はコンパクトな構造を有することができる。駆動軸５の端部（すなわち、駆動軸５の反負荷側）には、駆動軸５と同心状に配置された冷却ファン２５が固定されている。冷却ファン２５は、インバータケース２１の外側に配置されており、インバータケース２１に隣接している。一実施形態では、冷却ファン２５は遠心ファンである。

モータケーシング１０の内部には、発熱源であるモータ８が配置されている。モータ８は、駆動軸５に固定された回転子６と、回転子６を囲んで、外部（図示しない）からの電力を巻線（コイル）７ｂが受けて回転磁界を形成する固定子（ステータ）７と、を備えている。固定子７は、ステータコア７ａと、ステータコア７ａに巻かれた複数の巻線７ｂと、を備えている。回転子６は、回転子６と固定子７との間に形成される回転磁界によって回転し、回転子６が固定された駆動軸５は回転子６とともに回転する。

図１において、モータ８は模式的に描かれている。モータ８は、例えば、ロータに永久磁石を用いた永久磁石型モータである。しかしながら、モータ８は、永久磁石型モータに限定されず、誘導モータやＳＲモータなど、様々な種類のモータであってもよい。

モータケーシング１０は、固定子７が固定されたモータフレーム１１と、モータフレーム１１の一方の開口端を閉じ、かつ駆動軸５が貫通する貫通孔３０が形成されたエンドカバー１２と、モータフレーム１１の他方の開口端を閉じ、かつ駆動軸５が貫通する貫通孔３１が形成されたブラケット１３と、を備えている。エンドカバー１２およびブラケット１３は、モータ８を挟んで互いに対向している。駆動軸５は、エンドカバー１２の軸受支持部３２に支持された軸受２７およびブラケット１３の軸受支持部３３に支持された軸受２８によって回転自在に支持されている。

インバータケース２１は、インバータ２０を取り囲み、言い換えれば、インバータ２０の周囲に配置されたインバータフレーム２２と、インバータフレーム２２の開口端を閉じるカバー部材２３と、を備えている。インバータフレーム２２は、ブラケット１３に隣接して配置されており、ブラケット１３に接続されている。

電動機組立体１は、冷却ファン２５を覆うようにインバータケース２１、より具体的には、カバー部材２３に接続されたファンカバー５１を備えている。ファンカバー５１は、人間の指の冷却ファン２５への接触を防止しつつ、冷却用の空気をインバータ部３およびモータ部２に、この順に送るための部材である。ファンカバー５１は、カバー部材２３を覆うように配置されており、カバー部材２３に固定されている。ファンカバー５１は、冷却ファン２５に対向するファンカバー５１の面に形成された開口５１ａを有している。

カバー部材２３の外面には、複数のフィン３６が形成されている。これらフィン３６は、冷却ファン２５に隣接しており、カバー部材２３の外面から冷却ファン２５に向かって延びている。カバー部材２３は駆動軸５と同心状に配置されており、カバー部材２３の中央には、駆動軸５が貫通する貫通孔４０が形成されている。駆動軸５は、この貫通孔４０を通ってカバー部材２３の外部まで延びている。

図２は、ファンカバー５１の正面図である。ファンカバー５１の開口５１ａは、整列して配置された複数の孔であり、これら複数の孔のそれぞれは、人間の指が冷却ファン２５に接触しない程度の大きさを有している。ファンカバー５１の開口５１ａの形状は本実施形態には限定されない。冷却ファン２５は、ファンカバー５１の開口５１ａに隣接している。冷却ファン２５が回転すると、ファンカバー５１の開口５１ａの周囲の空気は開口５１ａを通過してファンカバー５１の内部に吸い込まれる。

図３は、ファンカバー５１に取り付けられたファンガード５５を示す図である。図３に示すように、ファンガード５５は、ファンカバー５１を覆うようにファンカバー５１に取り付けられている。したがって、冷却ファン２５が回転すると、ファンカバー５１とファンガード５５との間の隙間から空気が吸い込まれ、開口５１ａを通過してファンカバー５１の内部に吸い込まれる。

図１に示すように、インバータケース２１の内部には、インバータ２０が配置されている。インバータ２０は、スイッチング素子やコンデンサなどの要素を含むインバータ要素４１と、このインバータ要素４１が実装された基板４２と、を備えている。基板４２はスペーサ４３を介してカバー部材２３の内面に固定されている。カバー部材２３の内面は、フィン３６が形成されたカバー部材２３の外面とは反対側の面である。カバー部材２３は基板４２が載置される受け皿形状を有している。このような構造により、カバー部材２３には、基板４２の放熱用および表面保護用の樹脂を充填することができる。

電動機組立体１は、インバータケース２１の内部に配置され、かつ駆動軸５の周囲を覆う軸カバー５０をさらに備えている。この軸カバー５０は、駆動軸５とインバータ２０とを隔離する隔離部材である。軸カバー５０は、円筒形状を有しており、駆動軸５と同心状に配置されている。軸カバー５０の形状は特に限定されない。軸カバー５０は、駆動軸５の軸線ＣＬ方向に延びている。インバータ２０（すなわち、インバータ要素４１および基板４２）およびインバータ２０と固定子７の巻線７ｂとを電気的に接続する接続線は、軸カバー５０の外側に配置されている。

軸カバー５０は、カバー部材２３に接続されている。図１に示す実施形態では、カバー部材２３は、軸カバー５０が装着される環状突起２３ａを有している。この環状突起２３ａを軸カバー５０に挿入することにより、軸カバー５０は、カバー部材２３に接続される。

基板４２は、駆動軸５および軸カバー５０が貫通する環状形状を有しており、基板４２および軸カバー５０は駆動軸５と同心状に配置されている。軸カバー５０を設けることにより、上記接続線の駆動軸５への巻き込み、およびインバータ要素４１の駆動軸５との接触を防止することができる。結果として、インバータ２０の故障を確実に防止することができる。

本実施形態では、モータフレーム１１およびインバータフレーム２２は別部材から構成されており、モータフレーム１１とインバータフレーム２２との間には、ブラケット１３が介在している。モータフレーム１１およびブラケット１３は互いに接続されており、インバータフレーム２２およびブラケット１３は互いに接続されている。このように、モータフレーム１１、ブラケット１３、およびインバータフレーム２２は別部材から構成されており、モータフレーム１１およびインバータフレーム２２はブラケット１３を介して接続されているため、作業者は、ブラケット１３をモータフレーム１１から取り外すことができる。したがって、作業者は、回転子６を引き抜くことなく、軸受２８を容易に交換することができる。つまり、このような構造により、電動機組立体１のメンテナンス性を向上することができる。

図１に示すように、電動機組立体１は、インバータケース２１の内部（すなわち、インバータ設置空間１１０）に配置された無線通信装置１００を備えている。無線通信装置１００は、無線通信方式を通じて、外部との通信が可能な通信モジュールである。無線通信方式の一例として、Bluetooth（登録商標）を用いた通信方式を挙げることができる。無線通信方式が採用される場合、電磁ノイズの影響は問題とならず、電磁ノイズの放出も抑えられ、高速で大量のデータ通信を行うことができる。

無線通信装置１００をインバータケース２１の内部に配置することにより、電動機組立体１の筐体に無線通信装置１００を収容するケース部材を設ける必要はない。したがって、電動機組立体１は、その全体のサイズをコンパクトにすることができ、かつ外部との通信が可能な構成を備えることができる。

図１に示す実施形態では、無線通信装置１００は、ブラケット１３上に配置されている。一実施形態では、無線通信装置１００は、インバータケース２１の内面（より具体的には、カバー部材２３の内面またはインバータフレーム２２の内面）上に配置されてもよい。一実施形態では、無線通信装置１００は、基板４２上に配置されてもよい。

一実施形態では、無線通信装置１００は、通信モジュール（図示しない）と、電動機組立体１の状態を検出するセンサ（図示しない）と、の組み合わせであってもよい。この場合、通信モジュールおよびセンサは、インバータ設置空間１１０のうちの限られた空間に配置される。したがって、通信モジュールおよびセンサとして、可能な限り、小型の製品を採用することが望ましい。

通信モジュールおよびセンサを含む無線通信装置１００は、一体的にインバータ設置空間１１０に配置されてもよく、または、分割して、インバータ設置空間１１０に配置されてもよい。センサおよび通信モジュールを分割して配置する場合、センサを基板４２上に配置し、通信モジュールをブラケット１３上に配置してもよい。

図４は、無線通信装置１００から送られる電波の伝搬路を示す図である。図４に示すように、ブラケット１３上に配置された無線通信装置１００は、軸カバー５０に隣接している。本実施形態では、モータケーシング１０およびインバータケース２１は、金属などの堅強な部材から構成されている。このような堅強な部材は、電波の伝搬を阻害するが、軸カバー５０は、電波の伝搬を遮断しない材料（図４に示す実施形態では、樹脂）から構成されている。したがって、図４に示すように、無線通信装置１００から送られる電波は、軸カバー５０を通過し、電波の伝搬路は、カバー部材２３と駆動軸５との間に形成される（図４の矢印参照）。

図４に示すように、カバー部材２３と駆動軸５との間の隙間は、回転する駆動軸５がカバー部材２３に接触せず、かつ電波の伝搬を阻害しない大きさに決定される。駆動軸５は、その端部で冷却ファン２５を支持しているため、駆動軸５の直径が小さすぎると、冷却ファン２５を支持することができない。したがって、駆動軸５は、冷却ファン２５を支持することが可能な程度の大きさの直径を有している。その一方で、駆動軸５の直径に対して、貫通孔４０の大きさを大きくしすぎると、インバータケース２１の内部に異物や水滴などが混入するおそれがある。逆に、貫通孔４０の大きさを小さくしすぎると、電波の伝搬が阻害されるおそれがある。そこで、本実施形態では、カバー部材２３と駆動軸５との間の隙間は、回転する駆動軸５がカバー部材２３に接触せず、かつ電波の伝搬を阻害しない大きさに決定される。

電波の伝搬をより確実に阻害しないために、冷却ファン２５およびファンカバー５１のそれぞれは、樹脂（すなわち、電波の伝搬を遮断しない材料）から構成されていることが好ましい。図４に示すように、電波の伝搬路は、駆動軸５の軸線ＣＬ方向に沿って形成されている。したがって、電波の伝搬路に冷却ファン２５およびファンカバー５１が存在している場合、電波の伝搬が阻害されるおそれがある。本実施形態では、冷却ファン２５およびファンカバー５１は、樹脂から構成されているため、電波の伝搬は、冷却ファン２５およびファンカバー５１によって阻害されない。したがって、無線通信装置１００は、外部との通信をより確実に行うことができる。一実施形態では、ファンガード５５が設けられる場合、ファンガード５５も樹脂から構成されてもよい。一実施形態では、駆動軸５は、樹脂（すなわち、電波の伝搬が阻害されない材料）から構成されてもよい。他の実施形態では、駆動軸５は、樹脂以外の材料（例えば、金属）から構成されてもよい。

図５は、駆動軸５に装着された接触シールを示す図である。図５に示すように、電動機組立体１は、駆動軸５に装着された接触シール６０を備えてもよい。接触シール６０は、インバータケース２１の外側において、インバータケース２１（より具体的には、カバー部材２３）に接触している。接触シール６０の一例として、Ｖリングを挙げることができる。接触シール６０は、冷却ファン２５およびファンカバー５１と同様に、電波の伝搬路上に配置されている。したがって、接触シール６０も電波の伝搬が阻害されない材料（例えば、樹脂）から構成されている。

接触シール６０は、その防水性を確保するために、カバー部材２３に接触している。接触シール６０とカバー部材２３との接触面積は、一定の規定値を満たす大きさを有している。したがって、貫通孔４０の大きさを大きくしすぎると、上記接触面積は一定の規定値を満たさない。逆に、貫通孔４０の大きさを小さくしすぎると、電波の伝搬が阻害されるおそれがある。そこで、本実施形態では、カバー部材２３と駆動軸５との間の隙間は、回転する駆動軸５がカバー部材２３に接触せず、電波の伝搬を阻害せず、かつ、接触シール６０とカバー部材２３との接触面積が一定の規定値を満たす大きさに決定される。

軸カバー５０を設けることにより、駆動軸５とインバータ要素４１との接触を防止することができ、かつ外部からの水や湿気やほこりなどの異物の侵入を防ぐことができる。接触シール６０を追加的に設けることにより、異物の侵入をより確実に防止することができる。

図６は、電動機組立体１の他の実施形態を示す図である。図６に示す実施形態では、インバータフレーム２２の一部に開口２２ａが設けられており、この開口２２ａは、樹脂製の閉止部材１０１で閉じられている。閉止部材１０１で開口２２ａを閉じることにより、水や湿気やほこりなどの異物の侵入を防止することができる。

上述したように、モータケーシング１０およびインバータケース２１は、金属などの堅強な部材で構成されている。したがって、電波の伝搬をより向上させるために、インバータフレーム２２は開口２２ａを有しており、この開口２２ａは樹脂製の閉止部材１０１で閉じられている。このような構成により、電波の伝搬路は、駆動軸５とカバー部材２３との間の隙間のみならず（図６の「第１の伝搬路」参照）、開口２２ａにも形成される（図６の「第２の伝搬路」参照）。

一実施形態では、図示しないが、カバー部材２３に開口を形成して、この開口を閉止部材で閉じてもよい。耐久性や冷却性能に問題がなければ、カバー部材２３の全体および／またはインバータフレーム２２の全体を樹脂（すなわち、電波の伝搬を遮断しない材料）で構成してもよい。したがって、インバータフレーム２２の少なくとも一部および／またはカバー部材２３の少なくとも一部は、樹脂から構成されてもよい。

図７は、ブラケット１３の他の実施形態を示す図である。図７に示すように、ブラケット１３は、無線通信装置１００が載置される受け皿形状を有している。このような構造により、ブラケット１３には、無線通信装置１００の放熱用および表面保護用の樹脂１０２を充填することができる。

インバータ２０は、発熱源であるため、インバータ設置空間１１０は高温になる。無線通信装置１００がインバータ設置空間１１０に配置されている場合、無線通信装置１００は、熱の影響を受けてしまう。無線通信装置１００が耐熱性を有しない部材から構成される場合、無線通信装置１００は、インバータ２０の熱の影響を受けて故障するおそれがある。図７に示す実施形態によれば、無線通信装置１００は、ブラケット１３に充填される樹脂１０２に浸漬される。したがって、無線通信装置１００は、インバータ２０の熱の影響を受けず、熱に起因する無線通信装置１００の故障を防止することができる。

図８は、ブラケット１３のさらに他の実施形態を示す図である。図８に示すように、ブラケット１３の内面１３ａには、複数の放熱フィン１０３が形成されてもよい。このような構成により、ブラケット１３を放熱することができ、ブラケット１３上に配置される無線通信装置１００は、インバータ２０の熱の影響を低減することができる。結果として、熱に起因する無線通信装置１００の故障を防止することができる。

図７に示す実施形態および図８に示す実施形態は、組み合わされてもよい。この場合、受け皿形状を有するブラケット１３の内面１３ａには、放熱フィン１０３が形成されており、ブラケット１３には、樹脂が充填されている。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ 電動機組立体
２ モータ部
３ インバータ部
５ 駆動軸
６ 回転子（ロータ）
７ 固定子（ステータ）
７ａ ステータコア
７ｂ 巻線
８ 回転要素（モータ）
１０ モータケーシング
１１ モータフレーム
１２ エンドカバー
１３ ブラケット
１３ａ 内面
２０ インバータ
２１ インバータケース
２２ インバータフレーム
２２ａ 開口
２３ カバー部材
２３ａ 環状突起
２５ 冷却ファン
２７ 軸受
２８ 軸受
３０ 貫通孔
３１ 貫通孔
３２ 軸受支持部
３３ 軸受支持部
３６ フィン
４０ 貫通孔
４１ インバータ要素
４２ 基板
４３ スペーサ
５０ 軸カバー
５１ ファンカバー
５１ａ 開口
５５ ファンガード
６０ 接触シール
１００ 無線通信装置
１０１ 閉止部材
１０２ 樹脂
１１０ インバータ設置空間

Claims (8)

1. 駆動軸と、
   前記駆動軸を回転させるモータと、
   前記モータを収容するモータケーシングと、
   前記モータの可変速手段であるインバータと、
   前記インバータを収容し、かつ前記駆動軸の軸線方向に沿って前記モータケーシングに直列的に接続されたインバータケースと、
   前記インバータケースの内部に配置され、かつ前記駆動軸の周囲を覆う、樹脂製の軸カバーと、
   前記インバータケースの内部に配置された無線通信装置と、を備え、
   前記インバータケースは、前記軸カバーが接続されたカバー部材を備えており、
   前記カバー部材と前記駆動軸との間には、前記無線通信装置から送られる電波の伝搬路が形成されている、電動機組立体。
2. 前記モータケーシングは、前記インバータケースに隣接して配置されたブラケットを備えており、
   前記インバータケースは、前記インバータの周囲に配置され、かつ前記カバー部材と前記ブラケットとの間に配置されたインバータフレームを備えており、
   前記インバータフレームの少なくとも一部および／または前記カバー部材の少なくとも一部は、樹脂から構成されている、請求項１に記載の電動機組立体。
3. 前記無線通信装置は、前記ブラケット上に配置されている、請求項２に記載の電動機組立体。
4. 前記ブラケットは、受け皿形状を有しており、
   前記ブラケットには、前記無線通信装置を放熱するための樹脂が充填されている、請求項２または請求項３に記載の電動機組立体。
5. 前記ブラケットは、前記ブラケットの内面に形成された放熱フィンを備えている、請求項２～請求項４のいずれか一項に記載の電動機組立体。
6. 前記電動機組立体は、
   前記インバータケースに隣接して配置され、かつ前記駆動軸に固定された、樹脂製の冷却ファンと、
   前記冷却ファンを覆う、樹脂製のファンカバーと、を備えている、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の電動機組立体。
7. 前記電動機組立体は、前記ファンカバーを覆う、樹脂製のファンガードを備えている、請求項６に記載の電動機組立体。
8. 前記電動機組立体は、前記駆動軸に装着された、樹脂製の接触シールを備えており、
   前記接触シールは、前記インバータケースの外側において、前記インバータケースに接触している、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の電動機組立体。

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