JP2007325360A

JP2007325360A - モータ

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Publication number: JP2007325360A
Application number: JP2006150291A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okada; 岡田　　健
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: US7667357B2; KR20070115685A; KR100908525B1; US20070290570A1; CN101083409A; CN101083409B; JP4912752B2

Abstract

【課題】軸電流によるベアリングの電食を防ぐモータを提供すること。
【解決手段】上側シャフト６１および下側シャフト６２との軸方向の間には、電気的絶縁材料のシャフト連結部材７０の嵌合部７１、７２にそれぞれ固定される。そして、上側シャフト６１および下側シャフト６２にシャフト連結部材７０を固定した状態にて、ロータマグネット８０を一体的に成形する。この構成によって、シャフト６０を流れようとする軸電流をシャフト連結部材７０によって遮断することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ、特にベアリングの電食を防止するモータに関する。

従来から、１００Ｖ以上の高電圧およびＰＷＭ制御にて駆動されるモータにおいて、印加される電源に不平衡が生じる場合、ステータとマグネットとの間の間隙に不均一が生じる場合、およびＰＷＭ制御による中性点の電圧変化が生じる場合等によってモータ内に電位差が生じ、軸電流が発生する問題がある。この軸電流によって転がり軸受のような内外輪に絶縁層が存在するベアリングにおいては、放電を発生させてしまう。その結果、ベアリング、特に転がり軸受の転道面や球の表面に凹凸が発生してしまい、ベアリングの異音の原因となる（このような従来の高電圧にて駆動されるモータの例として、例えば、特許文献１参照）。

従来の高電圧にて駆動されるモータおよびベアリングの構造を図６および図７にそれぞれに示す。図６は、モータを軸方向に切った模式断面図である。図７は、ベアリングの内部を示した平面図である。

図６を参照して、モータ１は、回転軸Ｊ１に沿って回転するシャフト２と、シャフト２の軸方向の中央部に固定される回転子３と、回転子３の径方向外側に間隙を介して対向して配置されるステータ４と、シャフト２の回転子３を軸方向に挟むように離間する転がり軸受５と、ステータ４を固定する円筒部６ａを有し、転がり軸受５を保持するフレーム６と、から構成される。ここで図７を参照して、転がり軸受５は、シャフト２に固定し、シャフト２とともに回転する内輪５ａ、フレーム６に固定され、それ自体は回転しない外輪５ｂ、内輪５ａおよび外輪５ｂとに接触して配置され、自転しつつも公転もする複数の球５ｃ、各球５ｃの周方向の間隙を保持する役目を担う保持器（不図示）、および内輪５ａおよび外輪５ｂとの間に充填されたグリス５ｄを備える。

特開平１０−３２２９６５号公報

ここで軸電流は、主に図６中の点線矢印のように、フレーム６→転がり軸受５→シャフト２を循環するように流れてしまう。そして、図７を参照して、この軸電流が転がり軸受５の内輪５ａおよび外輪５ｂの間に流れると、グリス５ｄは絶縁材料にて構成されているので、このグリス５ｄを通してスパークし、内輪５ａおよび外輪５ｂの球５ｃの対向面および球５ｃの表面に凹凸を発生させてしまう。すなわち、転がり軸受５に電食が発生してしまう。そしてこれら形成された凹凸の状態にて転がり軸受５が回転するので、転がり軸受５が異音を発生させてしまう。その結果、転がり軸受５の寿命の低下を招いている。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軸電流によるベアリングの電食を防ぐモータを提供することである。

本発明の請求項１によれば、回転軸となるシャフトと、該シャフトとともに回転するロータマグネットと、前記ロータマグネットと径方向に対向して配置されるステータと、前記シャフトを支持するベアリングと、を有するモータであって、前記シャフトは、軸方向に離間して複数配置され、前記各シャフトの軸方向間には、該各シャフトを連結するシャフト連結部材が介在し、前記シャフト連結部材は、電気的絶縁が可能な材料にて構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、シャフト連結部材を電気的絶縁が可能な材料にて構成することによって、各シャフト間の電気的導通を遮断することができる。したがって、シャフト経由にて流れる軸電流の発生を防止することができる。

本発明の請求項２によれば、請求項１に係り、前記シャフト連結部材は、前記各シャフトと一体的に成形されたことを特徴とする。

本発明の請求項２に従えば、シャフト連結部材をシャフトと一体的に成形することによって、各シャフトとシャフト連結部材との安定した固定を実現することができる。

本発明の請求項３によれば、請求項１に係り、前記シャフト連結部材は、前記各シャフトと嵌合する嵌合部を有していることを特徴とする。

本発明の請求項４によれば、請求項３に係り、前記嵌合部は、凹形状にて形成され、前記各シャフトと前記嵌合部とは、圧入によって固定されることを特徴とする。

本発明の請求項３および請求項４に従えば、シャフト連結部材に嵌合部を有することによってシャフト連結部と各シャフトとの固定を容易に行うことができる。特に嵌合部と各シャフトとの固定関係を圧入にすることによって、各シャフト同士の同軸度精度を向上させることができる。

本発明の請求項５によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに係り、前記ロータマグネットは、前記シャフトもしくは前記シャフト連結部材の少なくともどちらか一方と固定する固定部と、前記ステータと対向し、回転力を発生する磁気駆動部と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項６によれば、請求項５に係り、前記ロータマグネットにおける前記固定部は、前記シャフト連結部材のみに当接して保持されることを特徴とする。

本発明の請求項５および請求項６に従えば、ロータマグネットをシャフトおよびシャフト連結部材と一体的に成形するので、回転体の製造工数を削減することができる。さらに別途ロータマグネットを固定する方法では、ロータマグネットの回転中心とシャフトの回転中心を一致させることが困難であるに対して、ロータマグネットを一体成形する場合は、金型精度にて各回転中心を合わせることができるので、ロータマグネットとシャフトとの同軸度精度を良好に保つことができる。したがって、ロータマグネットとステータとの間隙の不均一による軸電流の発生を抑えることができる。またロータマグネットがシャフト連結部材のみに当接して保持されることによって、ロータマグネット経由にて流れる軸電流をシャフトおよびベアリングに流すことを防止することができる。

本発明の請求項７によれば、請求項１乃至請求項６のいずれかに係り、前記各シャフトの外周面における前記シャフト連結部材および前記ロータマグネットとの当接面のすくなくともどちらか一方には、溝が形成されることを特徴とする。

本発明の請求項７に従えば、シャフトの外周面に溝が形成されることによって、シャフトとシャフト連結部材およびロータマグネットとの締結強度を向上させることができる。

本発明の請求項８によれば、請求項１乃至請求項７のいずれかに係り、前記シャフト連結部材は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂にて成形されることを特徴とする。

本発明の請求項８に従えば、シャフト連結部材を熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂にて成形することによって、ロータマグネットをシャフト連結部材の外周面に対して一体的に成形する場合、非常の高温のロータマグネットに対して、シャフト連結部材が溶融もしくは熱変形を生じることを防ぐことができる。

本発明の請求項９によれば、モータの製造方法であって、回転軸となり、軸方向に複数分割されるシャフトと、前記各シャフトを連結するシャフト連結部材と、前記シャフトとともに回転し、前記シャフトもしくは前記シャフト連結部材の少なくともどちらか一方と固定されるロータマグネットと、を備えるモータの製造方法であって、前記各シャフトを前記シャフト連結部材に固定するシャフト締結工程と、前記ロータマグネットを成形するマグネット成形工程と、を有し、前記シャフト締結工程後に前記マグネット成形工程を行い、前記シャフト、前記シャフト連結部材、およびロータマグネットを一体的に成形することを特徴とする。

本発明の請求項９に従えば、シャフト連結部材に各シャフトを固定した状態にてロータマグネットを一体的に成形するので、ロータマグネットとシャフト連結部材および各シャフトとの締結強度を高く保つことができる。

本発明の請求項１０によれば、請求項９に係り、前記マグネット成形工程では、前記ロータマグネットを異方性にて成形することを特徴とする。

本発明の請求項１０に従えば、ロータマグネットを異方性にて成形するので、磁力の高いモータを提供することができる。

本発明によれば、軸電流によるベアリングの電食を防ぐモータを提供することができる。

＜モータの全体構造＞
本発明のモータの実施例の一形態について図１を参照して説明する。図１はモータを軸方向に切った模式断面図である。

図１を参照して、フレーム１０は、鋼板をプレス加工等の塑性加工によって略有底円筒形状に形成される。またフレーム１０の筒部１１の中心は、回転軸Ｊ１と略一致する。そしてフレーム１０の底部１２には、回転軸Ｊ１と同軸となり、軸方向上側に向かい延びる円筒形状の下側軸受保持部１２ａが形成される。

フレーム１０の筒部１１の内周面には、環状のステータ２０が固定されている。ステータ２０は、円環形状のコアバック部２１およびこのコアバック部２１から径方向内側に向かい放射状に延びる複数のティース部２２を有する形状の薄板を軸方向に複数積層して形成されたステータコアと、このステータコアのティース部２２に導電線を複数積層して形成されるコイル２３と、ステータコアとコイル２３との間に介在され、電気的絶縁を図るインシュレータ２４と、から構成される。またインシュレータ２４には、コイル２３の径方向両端に形成され、巻き崩れを防止する内壁２４ａおよび外壁２４ｂがそれぞれ形成される。

ステータ２０の軸方向上側には、このモータの通電制御を行う回路基板３０が配置されている。

フレーム１０の筒部１１の軸方向上側、すなわち、開口側には、この筒部１１に蓋をするようにブラケット４０が固定されている。ブラケット４０には、回転軸Ｊ１と同軸となり、軸方向下側に向かい延びる上側軸受保持部４１が形成される。

上側軸受保持部４１および下側軸受保持部１２ａには、転がり軸受であるボールベアリング５０、５１がそれぞれ配置されている。このボールベアリング５０、５１によって、回転軸Ｊ１と同軸となるシャフト６０が保持されている。ボールベアリング５０、５１は、図と同様の構造であり、内輪、外輪、複数の球、保持器、およびグリスを備える。

このシャフト６０は、ボールベアリング５０、５１の軸方向の間にて、２つのシャフト（以下、上側シャフト６１および下側シャフト６２という）に分割される。上側シャフト６１および下側シャフト６２は、断面Ｈ形状のシャフト連結部材７０によって連結される。さらにシャフト連結部材７０の外周面およびシャフト６０の外周面にはロータマグネット８０が固定されている。このロータマグネット８０はシャフト連結部材７０およびシャフト６０と固定する固定部８１と、ステータ２０のティース部２２の内周面と対向し、回転駆動力を発生する磁気駆動部８２と、固定部８１および磁気駆動部８２を連結する連結部８３とから構成される。

ステータ２０のコイル２３にモータ外部より電流が通流されることによって、コイル２３に磁場が発生し、この磁場とロータマグネット８０の磁気駆動部８２との相互作用によってモータは回転駆動力を得る。

＜シャフト、シャフト連結部材、ロータマグネットの構造＞
次にシャフト６０、シャフト連結部材７０、およびロータマグネット８０の構造について図２を参照して説明する。図２は図１の要部拡大図である。図２では、シャフト６０を通常軸方向に切った断面においては、ローレット加工を見ることはできないが、明細書中の説明のために敢えて図示する。

図２を参照して、シャフト連結部材７０は、電気的絶縁性を有する樹脂材料にて成形され、上側シャフト６１および下側シャフト６２を嵌合する凹形状の嵌合部７１、７２がそれぞれ形成される。この嵌合部７１、７２と上側シャフト６１および下側シャフト６２とは、圧入によって固定される。この圧入関係によって、上側シャフト６１と下側シャフト６２との同軸度精度の良い固定を行うことができる。さらにシャフト連結部材７０には、嵌合部７１、７２のそれぞれの底面となる底面部７３が形成される。この底面部７３によって、上側シャフト６１および下側シャフト６２を確実に軸方向に離間させることができる。したがって、モータ内において電位差が発生したとしても、底面部７３によって上側シャフト６１および下側シャフト６２の軸電流の流れの循環が遮断されるので、フレーム６０→ボールベアリング５０、５１→シャフト６０の経路にて循環する軸電流が流れることを防ぐことができる。したがって、ボールベアリング５０、５１の電食を防ぐことができる。

また底面部７３は、ロータマグネット８０の連結部８３と径方向に重なった位置に配置される。連結部８３は、ロータマグネット８０の磁気駆動部８１の軸方向の磁気中心と略同位置に形成される。したがって、底面部７３は、磁気駆動部８１の軸方向の磁気中心と略同位置に配置される。

また上側シャフト６１および下側シャフト６２におけるシャフト連結部材７０の嵌合部７１、７２に圧入される部分には、ローレット加工等にて形成された溝６１ａ、６２ａが形成される。この溝６１ａ、６２ａを形成することによって、上側シャフト６１および下側シャフト６２と嵌合部７１、７２との締結力を向上させることができる。

ロータマグネット８０の固定部８１は、シャフト連結部材７０を外側より覆い軸方向両側に延びる形状を有している。そして固定部８１の軸方向の両端には、ボールベアリング５０、５１と当接し、各ボールベアリング５０、５１に予圧を加えるための突起８１ａが形成されている。

またロータマグネット８０は異方性を持たせて成形されている。

＜シャフト、シャフト連結部材、ロータマグネットの組立方法＞
次にシャフト６０、シャフト連結部材７０、およびロータマグネット８０の組立方法について図３を参照して説明する。

まず、シャフト連結部材７０の嵌合部７１、７２に、上側シャフト６１および下側シャフト６２をそれぞれ圧入する（図３のステップＳ１：シャフト締結工程）。したがって、上側シャフト６１と下側シャフト６２との軸方向の同軸精度は、嵌合部７１、７２の成形の際の同軸精度によって主に決定される。

次に、上側シャフト６１、下側シャフト６２、およびシャフト連結部材７０を締結した状態にて、ロータマグネット８０をインサート成形する（図３のステップＳ２：マグネット成形工程）。ここで、ロータマグネット８０をインサート成形する際に、ロータマグネット８０は非常に高温の状態にて図示しない金型内に流すので、シャフト連結部材７０は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であることが望ましい。したがって、シャフト連結部材７０自体がロータマグネット８０のインサート成形の際に高温となったとしても、溶融や変形を生じることを防ぐことができる。

次に予めフレーム１０の筒部１１の内周面にステータ２０および回路基板３０を固定させた状態にて、ステップＳ１のシャフト締結工程にて組み立てたシャフト組立体にボールベアリング５１を固定させた状態のものを固定させる（図３のステップＳ３：フレーム組み込み工程）。

最後にボールベアリング５０を上側シャフト６１に固定させた状態にて、フレーム１０の筒部１１とブラケット４０とを締結させる（図３のステップＳ４：フレーム・ブラケット締結工程）。

＜モータの他の実施例の全体構造＞
次に本発明のモータの他の実施例について図４を参照して説明する。図４では、図１に該当するフレーム１０およびブラケット４０以外は同形状であるので説明を省略する。

図４を参照して、ステータ２０および回路基板３０は、モールド樹脂材料によって一体的にモールド成形して、ハウジング１００を形成する。ハウジング１００は、略円筒形状である。そして円筒部１０１の軸方向上側にはロータマグネット８０の磁気駆動部８２より軸方向上側に位置し、磁気駆動部８２の内周面より径方向内側に延びる内側延長部１０２が形成されている。そして内側延長部１０２の内周縁には、鋼板をプレス加工等の塑性加工によって略円筒形状に形成され、ボールベアリング５０を保持する上側軸受保持部１０３がハウジング１００と一体的にモールド成形されている。上側軸受保持部１０３には、ボールベアリング５０の軸方向上側を覆う蓋部１０３ａが形成される。そして、ボールベアリング５０と蓋部１０３ａとの軸方向の間には、ボールベアリング５０の外輪と当接してボールベアリング５０に予圧を加える予圧バネ１１０が配置される。

ハウジング１００の円筒部１０１の軸方向下側には、鋼板をプレス加工等の塑性加工によって略円筒形状に形成され、ボールベアリング５１を保持する下側軸受保持部１０４が固定されている。下側軸受保持部１０４には、ボールベアリング５１の軸方向下側の外輪と当接し、ボールベアリング５１に予圧を加える当接部１０４ａが形成される。したがって、ボールベアリング５０、５１は、ロータマグネット８０の突起８１ａと予圧バネ１１０および当接部１０４ａとによって予圧が加えられる。

またハウジング１００は、不飽和ポリエステル等の高誘電率を有する材料を使用している。したがって、モータ内にて電位差が発生した場合、軸電流は、主にハウジング１００→上側軸受保持部１０３、下側軸受保持部１０４→ボールベアリング５０、５１→シャフト６０の循環経路が形成される。しかし、シャフト６０において、上側シャフト６１および下側シャフト６２の軸方向間に電気的絶縁を図るシャフト連通部７０が介在しているので、軸電流の循環経路は、上側シャフト６１および下側シャフト６２の軸方向の間にて遮断される。したがって、軸電流の発生を防止することができる。その結果、ボールベアリング５０、５１の電食を防ぐことができる。

＜シャフト、シャフト連結部材、ロータマグネットの他の実施構造＞
次にシャフト６０、シャフト連結部材１２０、およびロータマグネット１３０の他の実施構造について図５を参照して説明する。シャフト６０は同形状であるので同図番を使用して説明する。

図５を参照して、シャフト連結部材１２０は、電気的絶縁性を有する樹脂材料を断面Ｈ字形状に成形させる。そしてシャフト連結部材１２０には、上側シャフト６１および下側シャフト６２を圧入にて固定する凹形状の嵌合部１２１、１２２がそれぞれ形成される。嵌合部１２１、１２２の軸方向の間には、底面部１２３が形成される。この底面部１２３によって上側シャフト６１および下側シャフト６２とは確実に離間することができる。そしてシャフト連結部材１２０には、嵌合部１２１、１２２からそれぞれ軸方向にボールベアリング５０、５１まで延び、上側シャフト６１および下側シャフト６２を挿通するシャフト挿通部１２１ａ、１２２ａがそれぞれ形成される。シャフト挿通部１２１ａ、１２２ａの軸方向の端面には、それぞれボールベアリング５０、５１の内輪と当接して、ボールベアリング５０、５１に予圧を加えるための突起１２１ａ１、１２２ａ１が形成される。

ロータマグネット１３０は、シャフト連結部材１２０の外周面に固定される固定部１３１、ステータ２０のティース部２２の内周面と径方向に対向する磁気駆動部１３２、および固定部１３１と磁気駆動部１３２とを連結する連結部１３３を有し、シャフト６０およびシャフト連結部材１２０を締結した状態にてインサート成形にて成形される。したがって、シャフト６０とロータマグネット１３０とが当接しないことから、ステータ２０→ロータマグネット１３０→シャフト６０経由にて流れる軸電流をシャフト連結部１２０にて遮断することができる。さらにロータマグネット１３０とボールベアリング５０、５１とが当接しないことにより、ロータマグネット１３０経由にて流れる軸電流をシャフト連結部１２０にて遮断することによってボールベアリング５０、５１に軸電流が流れることを防止することができる。その結果、より確実にボールベアリング５０、５１の電食を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。

本発明の実施例では、シャフト連結部材７０と上側シャフト６１および下側シャフト６２とは圧入にて固定していたが、本発明はこれに限定されることはない。上側シャフト６１および下側シャフト６２を図示しない金型内に軸方向に所定の間隙を空けて配置した状態にてシャフト連結部材７０を一体的に成形してもよい。

本発明の実施例では、上側シャフト６１および下側シャフト６２における嵌合部７０、７１との締結力の向上を目的として軸方向に延びる溝６１ａ、６２ａを設けたが、本発明の溝６１ａ、６２ａは、上側シャフト６１および下側シャフト６２とシャフト連結部材７０との締結力が向上する形状であればよい。例えば、スパイラル形状であってもよい。

本発明の他の実施例において、上側シャフト６１および下側シャフト６２における嵌合部７０、７１との対応位置に溝６１ａ、６２ａが図５において図示されていないが、溝６１ａ、６２ａは、形成することがシャフト６０とシャフト連結部材１２０との締結力向上には好適である。

本発明のモータの一実施例の全体構造を示した軸方向に切った模式断面図である図１の要部拡大図である本発明のモータの製造工程を示した工程図である本発明のモータの他の実施例の全体構造を示した軸方向に切った模式断面図である図２の他の実施例を示した図である従来のモータの実施例の全体構造を示した軸方向に切った模式断面図であるベアリングの内部構造を示した平面図である

符号の説明

２０ステータ
５０、５１ボールベアリング（ベアリング）
６０シャフト
６１上側シャフト（シャフト素体）
６２下側シャフト（シャフト素体）
６１ａ、６２ａ溝
７０シャフト連結部材
７１、７２嵌合部
８０ロータマグネット
８１固定部
８２磁気駆動部
Ｓ１シャフト連結工程
Ｓ２マグネット成形工程

Claims

回転軸となるシャフトと、
該シャフトとともに回転するロータマグネットと、
前記ロータマグネットと径方向に対向して配置されるステータと、
前記シャフトを支持するベアリングと、
を有するモータであって、
前記シャフトは、軸方向に離間した複数のシャフト素体から配置構成され、
前記各シャフト素体の軸方向間には、該各シャフト素体を連結するシャフト連結部材が介在し、
前記シャフト連結部材は、電気的絶縁が可能な材料にて構成されていることを特徴とするモータ。
前記シャフト連結部材は、前記各シャフト素体と一体的に成形されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記シャフト連結部材は、前記各シャフト素体の各端部と嵌合する嵌合部を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記嵌合部は、凹形状にて形成され、
前記各シャフト素体と前記嵌合部とは、圧入によって固定されることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
前記ロータマグネットは、前記シャフト素体もしくは前記シャフト連結部材の少なくともどちらか一方と固定する固定部と、前記ステータと対向し、回転力を発生する磁気駆動部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモータ。
前記ロータマグネットにおける前記固定部は、前記シャフト連結部材のみに当接して保持されていることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
前記各シャフト素体の外周面における前記シャフト連結部材および／又は前記ロータマグネットとの当接面には、溝が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のモータ。
前記シャフト連結部材は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂にて成形されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモータ。
回転軸となり、軸方向に離間して配置構成された複数のシャフト素体と、
前記各シャフト素体とともに回転するロータマグネットと、
前記各シャフト素体を連結するシャフト連結部材と、
を備えるモータの製造方法であって、
前記各シャフト素体を前記シャフト連結部材に固定するシャフト締結工程と、
前記ロータマグネットを成形するマグネット成形工程と、
を有し、
前記シャフト締結工程後に前記マグネット成形工程を行い、前記シャフト、前記シャフト連結部材、およびロータマグネットを一体的に成形することを特徴とするモータの製造方法。
前記マグネット成形工程では、前記ロータマグネットを異方性にて成形することを特徴とする請求項９に記載のモータの製造方法。