CN109314423A - 永磁电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明确保转子的外周侧铁心以及内周侧铁心与绝缘构件的止转的功能且防止轴承的电腐蚀。转子(3)具备：环状的永磁铁(31)、位于永磁铁(31)的内径侧的环状的外周侧铁心(32)、位于外周侧铁心(32)的内径侧的环状的内周侧铁心(34)、位于外周侧铁心(32)与内周侧铁心(34)之间的绝缘构件(33)、以及沿着内周侧铁心(34)的中心轴(O)设置的轴(35)，外周侧铁心(32)具备从内周面(321)向内径侧突出的多个外周侧凸部(322)，内周侧铁心(34)具备从外周面(341)向外径侧突出的多个内周侧凸部(342)，外周侧凸部(322)和内周侧凸部(342)配置在从内周侧铁心(34)的中心轴(O)在径向观察时不重叠的位置。

Description

永磁电动机
技术领域
本发明涉及一种具备具有绝缘构件的转子的永磁电动机。
背景技术
在以往的永磁电动机中，已知有在产生旋转磁场的定子的内部可旋转地配置有具有永磁铁的转子的内转子型永磁电动机。该永磁电动机例如用于使搭载于空气调节器的鼓风扇旋转驱动。
当通过进行高频开关的PWM方式的逆变器来驱动该永磁电动机时，会在轴承的内圈与外圈之间产生电位差(轴电压)，当该轴电压达到轴承内部的油膜的介质击穿电压时，会在轴承内部流过电流而在轴承内部产生电腐蚀。为了防止该轴承的电腐蚀，已知有例如具备具有绝缘构件的转子的永磁电动机。该转子例如具备：环状的永磁铁、位于永磁铁的内径侧的环状的外周侧铁心、位于外周侧铁心的内径侧的环状的内周侧铁心、位于外周侧铁心与内周侧铁心之间的绝缘构件、以及固接于沿内周侧铁心的中心轴的方向贯通的贯通孔的轴。
这种转子的绝缘构件例如由填充在外周侧铁心与内周侧铁心之间的树脂形成。此外，转子的外周侧铁心和内周侧铁心分别形成有多个凸部。多个凸部是为了外周侧铁心以及内周侧铁心与绝缘构件的止转，而分别从外周侧铁心的内周面向内径侧突出，并从内周侧铁心的外周面向外径侧突出的部件(例如，参照专利文献1)。而且，在专利文献1所记载的转子中，形成于外周侧铁心和内周侧铁心的各个凸部配置在从内周侧铁心的中心轴在径向观察时重叠的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-39875号公报
发明内容
发明所要解决的问题
再者，对于上述轴承的电腐蚀而言，当通过PWM方式的逆变器来驱动永磁电动机时，定子的绕组的中性点电位不为零，会产生被称作共模电压的电压。该共模电压含有由开关产生的高频成分，因此，会因永磁电动机的内部的杂散电容分布(stray capacitancedistribution)而在轴承的外圈与内圈之间产生轴电压。
共模电压通过定子的绕组与轴之间的静电电容分布、和轴与逆变器驱动用电路基板之间的静电电容分布而被分压为轴承的内圈侧(轴侧)的电位。然后，共模电压通过定子的绕组与轴承架之间的静电电容分布、和轴承架与逆变器驱动用电路基板之间的静电电容分布而被分压为轴承的外圈侧(轴承架侧)的电位。该轴承的内圈侧与外圈侧的电位差成为轴电压。
为了抑制这种轴电压，需要使轴承的内圈侧(轴侧)的电位与轴承的外圈侧(轴承架侧)的电位平衡，在引用文献1所记载的转子中，在外周侧铁心与内周侧铁心之间填充绝缘构件，减小外周侧铁心与内周侧铁心之间的静电电容(定子的绕组与轴之间的静电电容分布的一部分)来使轴承的内圈侧的电位下降，从而使内圈侧与外圈侧的电位一致。
然而，如专利文献1所记载的转子那样，在形成于外周侧铁心和内周侧铁心的各个凸部配置在从内周侧铁心的中心轴在径向观察时重叠的位置且各个凸部之间填充有绝缘构件的构造中，各个凸部之间的距离靠近。转子的外周侧铁心与内周侧铁心之间的静电电容取决于这些凸部之间的距离，当凸部之间的距离靠近时，外周侧铁心与内周侧铁心之间的静电电容增大。当外周侧铁心与内周侧铁心之间的静电电容增大时，内圈侧的电位变高，无法抑制轴电压，其结果为，恐怕会产生轴承的电腐蚀。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种能够确保转子的外周侧铁心以及内周侧铁心与绝缘构件的止转的功能且能够防止轴承的电腐蚀的永磁电动机。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的永磁电动机具备定子和配置在所述定子的内部的转子，转子具备：环状的永磁铁、位于永磁铁的内径侧的环状的外周侧铁心、位于外周侧铁心的内径侧的环状的内周侧铁心、位于外周侧铁心与内周侧铁心之间的绝缘构件、以及沿着内周侧铁心的中心轴设置的轴。
然后，所述永磁电动机的特征在于，外周侧铁心具备从内周面向内径侧突出的多个外周侧凸部，内周侧铁心具备从外周面向外径侧突出的多个内周侧凸部，外周侧凸部和内周侧凸部配置在从内周侧铁心的中心轴在径向观察时不重叠的位置。
发明效果
根据本发明的永磁电动机，能够确保转子的外周侧铁心以及内周侧铁心与绝缘构件的止转的功能且防止轴承的电腐蚀。
附图说明
图1是表示本发明的永磁电动机的说明图。
图2A是表示本发明的永磁电动机的转子的俯视图。
图2B是图2A的A-A’剖面图。
图3是表示本发明的永磁电动机的转子的横截面图。
图4是表示本发明的永磁电动机的转子的第二实施方式的横截面图。
图5是表示本发明的永磁电动机的转子的第三实施方式的横截面图。
具体实施方式
＜电机的整体构成＞
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1至图5为对本实施方式的永磁电动机1的构成进行说明的图。如图1至图5所示，该永磁电动机1例如为无刷DC电机，用于使搭载于空气调节器的室内机的鼓风扇旋转驱动。以下，以在产生旋转磁场的定子2的内部可旋转地配置有具有永磁铁31的转子3的内转子型永磁电动机1为例进行说明。本实施方式的永磁电动机1具备：定子2、转子3、第一轴承41、第二轴承42、第一轴承架(bracket)51、以及第二轴承架52。
＜定子和转子＞
定子2具备具有圆筒状的磁轭部和从磁轭部向内径侧延伸的多个齿部的定子铁心21，经由绝缘体22而在齿部卷绕有绕组23。该定子2除定子铁心21的内周面以外被由树脂形成的电机外壳6覆盖。转子3具有环状的永磁铁31和轴35，永磁铁31经由后述的外周侧铁心32、绝缘构件33、内周侧铁心34而一体配置于轴35的周围。该转子3以规定的空隙(间隙)旋转自如地配置于定子2的定子铁心21的内周侧。
＜轴承和轴承架＞
第一轴承41支承转子3的轴35的一端侧(输出侧)。第二轴承42支承转子3的轴35的另一端侧(反输出侧)。第一轴承41以及第二轴承42例如使用滚珠轴承(ball bearing)。
第一轴承架51为金属制(钢板、铝等)，固定于转子3的轴35的一端侧的电机外壳6。第一轴承架51具有：具有底面的圆筒状的轴承架主体部511、以及设于底面并用于容纳第一轴承41的第一轴承容纳部512。第一轴承架51的轴承架主体部511被压入在电机外壳6的外周面。第一轴承架51的第一轴承容纳部512形成为具有底面的圆筒状，在底面的中央具有孔，轴35的一端侧从该孔突出。
第二轴承架52为金属制(钢板、铝等)，配置在转子3的轴35的另一端侧的电机外壳6。第二轴承架52具有：用于容纳第二轴承42的第二轴承容纳部521、以及向第二轴承容纳部521的周围扩展的凸缘部522。第二轴承架52的第二轴承容纳部521形成为具有底面的圆筒状，第二轴承架52的凸缘部522的一部分被树脂覆盖并与电机外壳6成为一体。
第一轴承41容纳于设在第一轴承架51的第一轴承容纳部512，第二轴承42容纳于设在第二轴承架52的第二轴承容纳部521，第一轴承41与第一轴承容纳部512、第二轴承42与第二轴承容纳部521分别电导通。
＜转子的具体构成＞
＜转子的第一实施方式＞
在如以上构成的永磁电动机1中，为了不在第一轴承41、第二轴承42产生电腐蚀而如图1所示那样在转子3的一部分具备绝缘构件33。以下，对转子3的第一实施方式进行说明。如图1至图3所示，转子3从外径侧朝向内径侧具备永磁铁31、外周侧铁心32、绝缘构件33、内周侧铁心34、以及轴35。
永磁铁31形成为环状，以N极和S极沿周向等间隔地交替出现的方式配置有多个(例如8个)的永磁片(permanent magnet piece)311。需要说明的是，永磁铁31也可以使用以树脂来使磁石粉末凝固从而形成为环状的塑料磁铁(plastic magnets)。外周侧铁心32形成为环状，位于永磁铁31的内径侧。为了确保与后述的绝缘构件33的止转的功能，而在外周侧铁心32具备从内周面321向内径侧突出的多个(例如8个)外周侧凸部322。多个外周侧凸部322在中心轴O的方向延伸并沿周向等间隔地配置。
内周侧铁心34形成为环状，位于外周侧铁心32的内径侧。为了确保与后述的绝缘构件33的止转的功能，而在内周侧铁心34具备从外周面341向外径侧突出的多个(例如8个)内周侧凸部342和在中心沿中心轴O的方向贯通的贯通孔343。多个内周侧凸部342在中心轴O的方向延伸并沿周向等间隔地配置。绝缘构件33由PBT、PET等电介体的树脂形成，位于外周侧铁心32与内周侧铁心34之间。绝缘构件33通过在外周侧铁心32与内周侧铁心34之间填充树脂，而与外周侧铁心32和内周侧铁心34一体成形，减小外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容(定子2的绕组23与轴35之间的静电电容分布的一部分)来使第一轴承41以及第二轴承42的内圈侧的电位下降，从而使内圈侧与外圈侧的电位一致。轴35通过压入、铆接等固接于内周侧铁心34所具备的贯通孔343。
＜本发明的转子的构造、作用以及效果＞
接着，在本实施方式的永磁电动机1中，使用图2A、图2B、以及图3来对本发明的转子3的构造、其作用以及效果进行说明。在上述转子3的构成中，在像背景技术一栏中叙述的专利文献1所记载的转子那样，外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时重叠的位置的情况下，存在如下的问题。
用于使搭载于空气调节器的鼓风扇旋转驱动的永磁电动机1通过PWM方式的逆变器来驱动，因此，绕组的中性点电位不为零，会产生被称作共模电压的电压。由于该共模电压，会因永磁电动机1的内部的杂散电容分布而在第一轴承41、第二轴承42的外圈与内圈之间产生电位差(轴电压)。当该轴电压达到轴承内部的油膜的介质击穿电压时，会在轴承内部流过电流而在轴承内部产生电腐蚀。
转子3为在外周侧铁心32与内周侧铁心34之间填充绝缘构件33来减小外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容的构造，但是，外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的距离与其他部分相比，在外周侧凸部322与内周侧凸部342之间变近。这种外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容取决于外周侧凸部322与内周侧凸部342之间的距离，当外周侧凸部322与内周侧凸部342之间的距离变近时，此部分的静电电容增大，整体而言，外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容增大。
当外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容增大时，恐怕轴电压会上升而在第一轴承41、第二轴承42产生电腐蚀。因此，需要确保转子3的外周侧铁心32以及内周侧铁心34与绝缘构件33的止转的功能并防止第一轴承41、第二轴承42的电腐蚀。
因此，在本发明的转子3中，将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置。其结果为，在外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342之间，与配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时重叠的位置的情况相比，外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的距离变大。因此，与外周侧凸部322和内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时重叠的位置的情况相比，能够减小外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容。其结果为，能够降低内圈侧的电位，使内圈侧与外圈侧的电位一致来抑制轴电压，因此，能够防止在第一轴承41、第二轴承42产生电腐蚀。
需要说明的是，当示出外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容的测定结果时，在将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置的情况下为17.51pF，在配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时重叠的位置的情况下为17.93pF。得出如下结果，即，与配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时重叠的位置的情况相比，将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置的情况下的外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容更小。
然后，沿着外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342的形状在外周侧铁心32与内周侧铁心34之间填充有绝缘构件33，因此，能够确保外周侧铁心32以及内周侧铁心34与绝缘构件33的止转的功能。
＜转子的第二实施方式＞
接着，使用图4对本发明的转子3的第二实施方式进行说明。与上述实施方式不同的点在于外周侧铁心32和内周侧铁心34的构造上，在于在外周侧铁心32的外周侧凸部322形成有外周侧凹部323这一点、以及在内周侧铁心34形成有内周侧第二凹部345这一点。需要说明的是，关于转子3除此以外的构成，与上述实施方式相同，因此，标注相同的附图标记并省略详细说明。此外，在以下的说明中，第二实施方式形成有外周侧凹部323和内周侧第二凹部345，但本发明不限于此，也可以形成有外周侧凹部323或内周侧第二凹部345的任一方。
首先，如图4所示，在转子3，外周侧铁心32的外周侧凸部322形成有从其顶端侧向外径侧凹陷的外周侧凹部323。外周侧凹部323与轴35平行地在中心轴O的方向贯通，与轴35垂直的剖面形成为圆弧形。需要说明的是，该外周侧凹部323形成于外周侧凸部322，由此，注意以免成为穿过外周侧铁心32的磁通的流通的阻碍。其结果为，当在相当于外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的距离靠近的部分的外周侧铁心32的外周侧凸部322形成有外周侧凹部323时，可获得以下的作用和效果。当观察外周侧凹部323这一部分时，如图3所示，与未形成有外周侧凹部323的情况相比，外周侧铁心32的外周侧凸部322隔着绝缘构件33与内周侧铁心34的距离变大，因此，绝缘构件33的径向的厚度变大。因此，通过对外周侧凸部322与内周侧铁心34的距离进行调整，能够对外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容进行调整，能够防止第一轴承41、第二轴承42的电腐蚀。
而且，将形成在外周侧铁心32的外周侧凸部322的外周侧凹部323形成为圆弧形，由此，外周侧凹部323成为兼用作嵌合于转子3组装时所使用的模具所具备的定位销的部分的凹部。其结果为，在将外周侧铁心32和内周侧铁心34配置在模具内的情况下，能够有助于将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置时的定位。
此外，如图4所示，在转子3，内周侧铁心34形成有从外周面341向内径侧凹陷的内周侧第二凹部345。内周侧第二凹部345配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时与外周侧凸部322的外周侧凹部323重叠的位置。内周侧第二凹部345与轴35平行地在中心轴O的方向贯通，与轴35垂直的剖面形成为圆弧形。其结果为，当在相当于外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的距离靠近的部分的位置且从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时与外周侧凸部322的外周侧凹部323重叠的位置形成有内周侧第二凹部345时，可获得以下的作用和效果。当观察内周侧第二凹部345这一部分时，与在外周侧铁心32的外周侧凸部322仅形成有外周侧凹部323的情况相比，内周侧铁心34隔着绝缘构件33与外周侧铁心32的外周侧凸部322的距离进一步变大，因此，绝缘构件33的径向的厚度进一步变大。因此，通过对外周侧凸部322与内周侧铁心34的距离进行调整，能够对外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容进行调整，能够防止第一轴承41、第二轴承42的电腐蚀。
而且，将内周侧铁心34的内周侧第二凹部345形成为圆弧形，由此，内周侧第二凹部345与外周侧凹部323同样，作为兼用作嵌合于转子3组装时所使用的模具所具备的定位销的部分的凹部。其结果为，在将外周侧铁心32和内周侧铁心34配置在模具内的情况下，能够有助于将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置时的定位。
＜转子的第三实施方式＞
接着，使用图5对本发明的转子3的第三实施方式进行说明。与上述第二实施方式不同的点在于内周侧铁心34的构造上，在于未像上述第二实施方式那样在内周侧铁心34形成有内周侧第二凹部345，而在内周侧铁心34的内周侧凸部342形成有内周侧第一凹部344这一点。需要说明的是，关于转子3的除此以外的构成，与上述实施方式相同，因此，标注相同的附图标记并省略其详细说明。
如图5所示，在转子3，内周侧铁心34的内周侧凸部342形成有从其顶端侧向内径侧凹陷的内周侧第一凹部344。内周侧第一凹部344与轴35平行地在中心轴O的方向贯通，与轴35垂直的剖面形成为圆弧形。其结果为，当在相当于外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的距离靠近的部分的内周侧铁心34的内周侧凸部342形成有内周侧第一凹部344时，可获得以下的作用和效果。当观察内周侧第一凹部344这一部分时，如图3所示，与未形成有内周侧第一凹部344的情况相比，内周侧铁心34的内周侧凸部342隔着绝缘构件33与外周侧铁心32的距离变大，因此，绝缘构件33的径向的厚度变大。因此，与上述第二实施方式同样，通过对外周侧铁心32与内周侧凸部342的距离进行调整，能够对外周侧铁心32与内周侧铁心34之间的静电电容进行调整，能够防止第一轴承41、第二轴承42的电腐蚀。
而且，将形成在内周侧铁心34的内周侧凸部342的内周侧第一凹部344形成为圆弧形，由此，内周侧第一凹部344作为兼用作嵌合于转子3组装时所使用的模具所具备的定位销的部分的凹部。其结果为，与上述第二实施方式同样，在将外周侧铁心32和内周侧铁心34配置在模具内的情况下，能够有助于将外周侧铁心32的外周侧凸部322和内周侧铁心34的内周侧凸部342配置在从内周侧铁心34的中心轴O在径向观察时不重叠的位置时的定位。
需要说明的是，在第二实施方式和第三实施方式的转子3中，形成在外周侧铁心32的外周侧凸部322的外周侧凹部323形成为圆弧形，但本发明不限于此，也可以形成为矩形。此外，在第二实施方式的转子3中，形成在内周侧铁心34的外周面341的内周侧第二凹部345形成为圆弧形，但本发明不限于此，也可以形成为矩形。此外，在第三实施方式的转子3中，形成在内周侧铁心34的内周侧凸部342的内周侧第一凹部344形成为圆弧形，但本发明不限于此，也可以形成为矩形。
此外，参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员应当知晓，能够在不脱离本发明的宗旨和范围内施加各种变更、修正。
本申请基于2016年9月21日提出申请的日本专利申请(申请号：日本特愿2016-184391)，在此引入其内容来作为参考。
附图标记说明：
1 永磁电动机
2 定子
21 定子铁心
22 绝缘体
23 绕组
3 转子
31 永磁铁
311 永磁片
32 外周侧铁心
321 内周面
322 外周侧凸部
323 外周侧凹部
33 绝缘构件
34 内周侧铁心
341 外周面
342 内周侧凸部
343 贯通孔
344 内周侧第一凹部
345 内周侧第二凹部
35 轴
41 第一轴承
42 第二轴承
51 第一轴承架
511 轴承架主体部
512 第一轴承容纳部
52 第二轴承架
521 第二轴承容纳部
522 凸缘部
6 电机外壳
O 中心轴

Claims (4)

1.一种永磁电动机，具备定子和配置在所述定子的内部的转子，
所述转子具备：环状的永磁铁、位于所述永磁铁的内径侧的环状的外周侧铁心、位于所述外周侧铁心的内径侧的环状的内周侧铁心、位于外周侧铁心与内周侧铁心之间的绝缘构件、以及沿着所述内周侧铁心的中心轴设置的轴，其中，
所述外周侧铁心具备从内周面向内径侧突出的多个外周侧凸部，
所述内周侧铁心具备从外周面向外径侧突出的多个内周侧凸部，
所述外周侧凸部和所述内周侧凸部配置在从所述内周侧铁心的中心轴在径向观察时不重叠的位置。
2.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，
所述外周侧凸部形成有向外径侧凹陷的外周侧凹部。
3.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，
所述内周侧凸部形成有向内径侧凹陷的内周侧第一凹部。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的永磁电动机，其特征在于，
在所述内周侧铁心形成有：内周侧第二凹部，配置在从所述内周侧铁心的中心轴在径向观察时与所述外周侧凸部重叠的位置，从外周面向内径侧凹陷。
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