JP2000299959A

JP2000299959A - 電動モータおよびこれに使用される転がり軸受

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Publication number: JP2000299959A
Application number: JP11102889A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ueki; 史雄植木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: JP3747684B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータからの交流で作動する電動モータを
高いキャリア周波数で作動させた場合に、回転軸とモー
タケースとの間の転がり軸受に電流が流れないようにす
る。【解決手段】電動モータ１０は、回転軸１とロータ２と
ステータ３とモータケース４と転がり軸受５とからな
る。この電動モータ１０の、モータケース４と転がり軸
受５の外輪との間に、絶縁部材６を設ける。この絶縁部
材６は、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂
材料により成形された円環である。この電動モータ１０
を高いキャリア周波数で作動させると、回転軸１とモー
タケース４との間に大きな電位差が生じる場合がある。
この場合でも、絶縁部材６によりモータケース４と転が
り軸受５とが電気的に絶縁されているため、転がり軸受
５の内輪５１と外輪５２が等電位となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータからの
交流で作動する電動モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エアコンディショナ用の送風
ファン等においては、風量調節を容易にするために、イ
ンバータからの交流で作動する電動モータが使用されて
いる。そして、従来より知られているように、この電動
モータを用いる際にインバータのキャリア周波数を高く
設定すれば、スイッチングに伴って発生するモータ騒音
を低減できる。また、近年における半導体素子の性能向
上や回路技術の向上により、インバータのキャリア周波
数を高く設定することが可能になってきた。これらのこ
とから、上述の電動モータを、インバータのキャリア周
波数を高く設定して作動させることが行われている。な
お、このモータの回転軸は、転がり軸受を介して、金属
製のモータケースに回転自在に支持されている。

【０００３】このように、上述の電動モータの作動をイ
ンバータのキャリア周波数を高く設定して行うと、モー
タの回転軸に発生する軸電圧（高周波誘導に基づいて発
生する電圧）が大きくなる傾向にある。軸電圧が大きく
なると、回転軸と金属製のモータケース（ハウジング）
との間に大きな電位差が生じる。これに伴い、両者の間
に取り付けられた転がり軸受の内輪と外輪との間にも大
きな電位差が生じて、この転がり軸受内に電流が流れ易
い状態になる。転がり軸受内に電流が流れると、内輪お
よび外輪の軌道面と転動体の転動面に電食と称される腐
食が発生して、転がり軸受の耐久性が低下するという問
題点がある。

【０００４】上記問題点を解決するための従来の方法と
しては、以下のような方法が挙げられる。第１に、電気
的ブラシの設置空間がある場合には、回転軸に電気的ブ
ラシを接触させることにより、回転軸とモータケースと
を等電位にする。その結果、回転軸に接触している内輪
と、モータケースに接触している外輪との間にも電位差
が生じなくなる。

【０００５】第２に、導電性を有するグリースを転がり
軸受内に封入することにより、内輪と外輪を等電位に保
持する。導電性を有するグリースとしては、カーボン粒
子のような導電率の高い粒子がグリースに添加されてい
るものが使用される。第３に、基油粘度の高いグリース
を転がり軸受内に封入して、転動体と内外輪との間に厚
い油膜を形成することにより、内輪と外輪を電気的に絶
縁する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来法にはそれぞれ以下のような問題点がある。第１
の方法では、特に送風ファン用のモータの場合、電気的
ブラシを設置する空間を確保することが困難である。ま
た、設置空間が確保されたとしても、電気的ブラシによ
る摩耗粉がモータから排出されて空気中に粉塵として放
出されるため、特にクリーンルームの送風ファン用モー
タとして使用することができない。

【０００７】第２の方法では、グリースにカーボン粒子
等が混入されているために、通常のグリースを使用した
場合よりも、回転時の騒音が大きくなることが避けられ
ない。また、導電性を有するグリースは高価なものであ
るため、コストが高くなるという問題もある。第３の方
法では、粘度の高いグリースを使用するために、軸受の
トルクが高くなって軸受内の温度が上昇する恐れがあ
る。また、厚い油膜を形成したとしても油膜の厚さには
限界があり、インバータのキャリア周波数の高さによっ
ては、内輪と外輪を電気的に絶縁する効果が得られない
場合もある。また、グリースの経時変化や軸受内への異
物の侵入によって油膜の状態は変化するため、この方法
で内輪と外輪の絶縁状態を長期間保持することは難し
い。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、上記電動モータをインバ
ータからの交流により高いキャリア周波数で作動させた
場合に、回転軸とモータケースとの間に取り付けられた
転がり軸受内に電流が流れることを確実に防止し、しか
も粉塵発生やコストアップ、騒音上昇等の問題点が生じ
ないようにすることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、金属製の回転軸と、この回転軸に固定さ
れた金属製のロータと、このロータの外側に所定の隙間
を開けて配置された金属製のステータと、このステータ
の外側に固定された金属製のモータケースと、前記回転
軸をこのモータケースに対して回転自在に支持する、内
外輪および転動体が金属製である転がり軸受とを備え、
前記ステータにインバータから交流を供給することで回
転軸が回転する電動モータにおいて、前記転がり軸受の
外輪の外周面とモータケースとの間および／または内輪
の内周面と回転軸との間に、成形収縮率が１．５体積％
以下である合成樹脂材料により円環状に成形された絶縁
部材を有することを特徴とする電動モータを提供する。

【００１０】本発明はまた、この電動モータに使用され
る、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受であ
って、外輪の外周面および／または内輪の内周面に、成
形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料により
円環状に成形された絶縁部材を有することを特徴とする
転がり軸受を提供する。本発明の電動モータによれば、
前記絶縁部材が、回転軸および／またはモータケースと
両者間の転がり軸受とを電気的に絶縁しているため、モ
ータの回転軸に発生する軸電圧が大きくなって、回転軸
とモータケースとの間に大きな電位差が生じた場合で
も、両者間の転がり軸受内に電流が流れることが防止さ
れる。

【００１１】本発明において、前記絶縁部材は、成形収
縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料により、円
環状に成形された部材である。絶縁部材の成形材料とし
て成形収縮率が１．５体積％以下の合成樹脂材料を使用
することにより、円環状に成形された絶縁部材の真円度
が良好になり、クリープ特性も良好になる。絶縁部材の
真円度が良好であると、モータの回転軸と転がり軸受と
の同軸度をこの絶縁部材の介在によって悪化させること
が防止される。絶縁部材のクリープ特性が良好である
と、この絶縁部材を設けることによって電動モータの耐
久性が低下することが防止される。

【００１２】絶縁部材の成形材料として使用する合成樹
脂材料は、電動モータの使用環境に応じた耐熱性および
耐油性等を備えている必要がある。また、合成樹脂単独
での成形収縮率が１．５体積％を超える場合には、充填
材を添加することにより成形収縮率を１．５体積％以下
（好ましくは１．０体積％以下）にしてもよい。このよ
うな合成樹脂材料としては、ポリブチレンテレフタレー
ト（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６（Ｐ
Ａ６）、芳香族ナイロン、およびポリアセタール（ＰＯ
Ｍ）から選択された合成樹脂に、ガラス繊維、シリカ粒
子、およびチタン酸カリウム繊維から選択された充填材
を、成形収縮率が１．５体積％以下（好ましくは１．０
体積％以下）となるように添加したものが挙げられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の一実施形態に相当する電動
モータを示す断面図である。この電動モータ１０は、回
転軸１と、ロータ２と、ステータ３と、モータケース４
と、二つの転がり軸受５と、二つの円環状の絶縁部材６
とを備えている。これらのうち絶縁部材６を除いた部材
は金属製である。また、この電動モータ１０は、ステー
タ３にインバータから交流を供給することにより、回転
軸１が回転して作動するものである。

【００１４】回転軸１は、長さ方向の中心部１１が両方
の端部１２，１３より太く、中心部１１と両端部１２，
１３との境界に、軸に垂直なフランジ面１４が設けてあ
る。円筒形のロータ２は、回転軸１の中心部１１に固定
されている。ロータ２の外周側に、内径がロータ２の外
径より僅かに大きな円筒形のステータ３が配置されてい
る。

【００１５】モータケース４は、ステータ３の外周部に
配置される円筒形の本体部４１と、本体部４１の底面を
塞ぐ蓋部４２，４３とからなる。本体部４１の軸方向の
長さは、回転軸１の中心部１１の長さと同じである。こ
の本体部４１の内周面にステータ３が固定されている。
蓋部４２，４３は、本体部４１の底面の周縁部を塞ぐフ
ランジ部４２ａ，４３ａと、中心部を塞ぐ有底円筒形の
凸部４２ｂ，４３ｂとからなる。凸部４２ｂ，４３ｂ
は、フランジ部４２ａ，４３ａの内周から、軸と略平行
に外側に突出している。回転軸１をモータケース４の外
部に突出させる側の蓋部４２には、凸部４２ｂの底部に
回転軸１を貫通させる円孔４２ｃが設けてある。

【００１６】二つの転がり軸受５は、図２に示すよう
に、内輪５１と、外輪５２と、転動体５３と、保持器５
４と、シールド板５５とで構成され、これら全ての部材
が金属製である。各転がり軸受５の内輪５１は、回転軸
１の端部１２，１３に、内輪５１の端面をフランジ面１
４に接触させた状態で取り付けられている。また、両転
がり軸受５の外輪５２に、円環状の絶縁部材６が取り付
けられている。この絶縁部材６の形状は、外輪５２の外
周面に配置される筒状部６１と、外輪５２の端面に配置
される縁部６２とが、断面Ｌ字状に連結されたような形
状である。

【００１７】この絶縁部材６は、成形収縮率が１．５体
積％以下である合成樹脂材料を使用して、射出成形によ
り成形されたものである。筒状部６１の真円度を高くす
るために、金型のゲート形状をディスクゲートにして射
出成形を行う。その結果、図３に示すような成形体が得
られる。この成形体を、ディスクゲート７と縁部６２と
の境界（図３に１点鎖線Ｃで示す）で切断することによ
り、絶縁部材６からディスクゲート７およびスプルー８
を分離する。

【００１８】ここでは、絶縁部材６の成形を、筒状部６
１の内径が転がり軸受５の外輪５２の外径より僅かに小
さくなり、筒状部６１の外径が凸部４２ｂ，４３ｂの内
径より僅かに大きくなるようにして行う。これにより、
この絶縁部材６の筒状部６１は、転がり軸受５の外輪５
２とモータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂとに対して圧
入により固定可能な寸法に形成される。

【００１９】したがって、この絶縁部材６の取付けの際
には、先ず、筒状部６１を外輪５２の外周面に圧入する
ことにより、一定の締め代で転がり軸受５に固定する。
その後、この筒状部６１を凸部４２ｂ，４３ｂの内周面
に圧入することにより、転がり軸受５と一体になった絶
縁部材６をモータケース４内に一定の締め代で固定す
る。これにより、絶縁部材６は、転がり軸受５の外輪５
２の外周面とモータケース４との間に固定される。

【００２０】なお、絶縁部材６の筒状部６１の軸方向長
さＢを、転がり軸受５の外輪５２の幅（軸方向長さ）Ａ
に対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるようにす
ることが好ましい。この比が０．５未満であると、絶縁
部材６とモータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂ内面との
接触面積が不十分となって、時間の経過につれて筒状部
６１の厚さが減少していく恐れがある。筒状部６１の厚
さが減少すると、モータケース４内で転がり軸受５がが
たつき、異常音や振動が発生する場合がある。一方、こ
の比（Ｂ／Ａ）が０．８を超えると、転がり軸受５に生
じた熱が放出され難くなるため、好ましくない。

【００２１】このような構成である電動モータ１０は、
インバータのキャリア周波数を高く設定して作動させた
結果、回転軸１に発生する軸電圧が大きくなって、回転
軸１とモータケース４との間に大きな電位差が生じた場
合でも、絶縁部材６によりモータケース４と転がり軸受
５とが電気的に絶縁されているため、転がり軸受５の内
輪５１と外輪５２が等電位となって、転がり軸受５内に
電流が流れることが防止される。これにより、内輪５１
および外輪５２の軌道面と転動体５３の転動面に電食が
発生することが防止されるため、転がり軸受５の耐久性
が向上する。また、従来の対策のような、粉塵発生やコ
ストアップ、騒音上昇等の問題点も生じない。

【００２２】これに対して、この絶縁部材６がない場合
には、モータケース４と転がり軸受５の外輪５２が等電
位になり、回転軸１と転がり軸受５の内輪５１が等電位
になるため、転がり軸受５の内輪５１と外輪５２との間
に電位差が生じて、転がり軸受５内に電流が流れる。そ
の結果、内輪５１および外輪５２の軌道面と転動体５３
の転動面に電食が発生して、転がり軸受５の耐久性が悪
くなる。

【００２３】なお、この実施形態では、絶縁部材６を転
がり軸受５の外輪５２の外周面とモータケース４との間
にのみ設けているが、内輪５１の内周面と回転軸１との
間にのみ設けてもよいし、これら両方の位置に設けても
よい。また、この実施形態の電動モータ１０は、エアコ
ンディショナ用の送風ファン等に使用されるモータであ
るが、本発明の電動モータはこれに限定されるものでは
なく、インバータからの交流で作動する電動モータであ
ればいずれのものにも適用できる。

【００２４】

【実施例】次に、成形に使用した材料の成形収縮率の違
いによる、絶縁部材の性能の違いを以下のようにして調
べた。転がり軸受５として、内輪５１の内径が１５ｍ
ｍ、外輪５２の外径が３２ｍｍ、幅が９ｍｍである単列
深溝玉軸受を用意した。この軸受の外輪５２の外周面に
圧入する上記実施形態の絶縁部材６として、図３に示す
寸法Ｄ（筒状部６１の内径）が３１．９５ｍｍであり、
寸法Ｔ（筒状部６１の厚さ）が１．５ｍｍであり、寸法
Ｂ（筒状部６１の軸方向長さ）が７ｍｍであり、寸法ｔ
（縁部６２の厚さ）が２ｍｍであり、寸法Ｗ（縁部６２
の幅）が３．２５ｍｍである成形体を、下記の材料を使
用して、ゲート形状をディスクゲート７とした射出成形
法により成形した。前記比（Ｂ／Ａ）は０．７８であ
る。また、モータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂの内径
は３５ｍｍである。

【００２５】材料は以下の市販品をそのまま使用した。実施例１：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネック
ス７４０７」実施例２：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネック
ス３３００」実施例３：ポリプラスチック（株）製、「フォートロン
１１４０Ａ４」比較例１：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネック
ス２０００」比較例２：日本合成ゴム（株）製、「ＳｔａｎｙｌＴ
Ｓ３００」これらの材料の成分と成形収縮率を表１に示す。なお、
表１に示す充填材の含有率は、混合物中での存在率であ
る。また、表１の成形収縮率はメーカのカタログ値で、
流動直角方向の値を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】先ず、得られた絶縁部材６を、二つの転が
り軸受５の外輪５２の外周面に圧入して一体化する。こ
の状態で、絶縁部材６の外周面の真円度を測定する。こ
の真円度が１０μｍ以下であれば、絶縁部材６の成形精
度が良好である「○」と判断し、１０μｍを超えた場合
には、絶縁部材６の成形精度が良好でない「×」と判断
した。

【００２８】次に、二つの転がり軸受５の外輪５２に一
体化された絶縁部材６の筒状部６１を、モータケース４
の凸部４２ｂ，４３ｂの内周面にそれぞれ圧入する。こ
のようにして、実施例１〜３，比較例１，２毎に、同じ
絶縁部材６が一体化された二つの転がり軸受５を、モー
タケース４と回転軸１との間に取り付けて、上記実施形
態の電動モータ１０を組み立てる。

【００２９】次に、この電動モータ１０のモータケース
４と回転軸１との間に電位差（２０Ｖ）を生じさせた状
態で、室温で２０００時間放置した後に、この電動モー
タ１０を分解して、転がり軸受５に電食が発生している
かどうかを調べた。この試験の結果、電食が発生してい
なかった場合には、絶縁部材６の絶縁性が良好である
「○」と判断し、電食が発生していた場合には、絶縁部
材６の絶縁性が良好でない「×」と判断した。

【００３０】一方、絶縁部材６の筒状部６１のモータケ
ース４に対する締め代を１０μｍとし、前述のようにし
て組み立てた電動モータ１０を８０℃の雰囲気に１００
時間放置した後に、この電動モータ１０を分解して、絶
縁部材６の筒状部６１の厚さＴの減少量を測定した。そ
の結果、厚さの減少量が３μｍ以下である場合には、絶
縁部材６の耐クリープ性が良好である「○」と判断し、
３μｍを超えた場合には、絶縁部材６の耐クリープ性が
良好でない「×」と判断した。

【００３１】これらの結果を下記の表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】この表に示すように、絶縁部材６の成形材
料の成形収縮率が１．５体積％以下である実施例１〜３
は、絶縁性、耐クリープ性、成形精度の全てが良好とな
るが、１．５体積％を超える比較例１，２では、絶縁性
は良好であるが、耐クリープ性と成形精度は不良になる
ことが分かる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電動モー
タによれば、インバータからの交流により高いキャリア
周波数で作動させた場合でも、回転軸とモータケースと
の間に取り付けられた転がり軸受内に電流が流れること
が確実に防止されて、転がり軸受の耐久性が向上する。
また、従来の対策のような、粉塵発生やコストアップ、
騒音上昇等の問題点も生じない。

【００３５】本発明の転がり軸受によれば、この軸受
を、インバータからの交流で作動する電動モータの回転
軸とモータケースとの間に取り付けることにより、本発
明の電動モータと同じ効果を有する電動モータが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に相当する電動モータを示
す断面図である。

【図２】実施形態で使用した、転がり軸受に絶縁部材が
一体化されたものを示す概略断面図である。

【図３】実施形態で作製した絶縁部材の成形方法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１回転軸２ロータ３ステータ４モータケース５転がり軸受６絶縁部材１０電動モータ５１内輪５２外輪５３転動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の回転軸と、この回転軸に固定さ
れた金属製のロータと、このロータの外側に所定の隙間
を開けて配置された金属製のステータと、このステータ
の外側に固定された金属製のモータケースと、前記回転
軸をこのモータケースに対して回転自在に支持する、内
外輪および転動体が金属製である転がり軸受とを備え、
前記ステータにインバータから交流を供給することで回
転軸が回転する電動モータにおいて、前記転がり軸受の外輪の外周面とモータケースとの間お
よび／または内輪の内周面と回転軸との間に、成形収縮
率が１．５体積％以下である合成樹脂材料により円環状
に成形された絶縁部材を有することを特徴とする電動モ
ータ。
【請求項２】請求項１記載の電動モータに使用され
る、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受であ
って、外輪の外周面および／または内輪の内周面に、成形収縮
率が１．５体積％以下である合成樹脂材料により円環状
に成形された絶縁部材を有することを特徴とする転がり
軸受。