JP2010166748A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機に係り、特に全閉外扇形電動機に好適である。 The present invention relates to an electric motor, and is particularly suitable for a fully enclosed external fan motor.
回転子に固定されるシャフトが軸受で支持され、シャフトの回転力を外部に伝達する構造の電動機が知られている(特許文献1参照)。特許文献2には、アース刷子に代えて導電性粉末を混入したグリースを軸受の近傍に使用することによって軸電流の防止を図った構成が開示されている。特許文献3には転がり軸受を用いた電動モータが開示され(図2参照)、軸受の内輪と外輪との間に放電経路を構成する例が示されている(図1参照)。
There is known an electric motor having a structure in which a shaft fixed to a rotor is supported by a bearing and the rotational force of the shaft is transmitted to the outside (see Patent Document 1).
電動機は、運転中発熱するため、放熱を必要とするものが存在する。特に回転子導体は発熱体となるため、ここで発生した熱の一部はシャフト、軸受を通じフレームへ抜けていくような放熱経路を辿る。冷却性能が十分でないと軸受部の潤滑グリースが熱によって劣化、短寿命化しグリース交換等の保守労力がかかる。 Some motors require heat dissipation because they generate heat during operation. In particular, since the rotor conductor serves as a heating element, part of the heat generated here follows a heat dissipation path that passes through the shaft and bearings to the frame. If the cooling performance is not sufficient, the lubricating grease on the bearing will deteriorate due to heat, shorten the service life, and require maintenance efforts such as grease replacement.
電動機の冷却方式として、冷却風を外部から取り入れ電動機内を冷却する開放形と、電動機内に冷却風を取り入れない全閉形がある。一般的に開放型に比べ全閉形の方が冷却性能は劣るため、冷却性能の向上が必要となっている。特に、潤滑グリースが熱によって劣化するため、軸受部の冷却性能の向上が重要となる。 There are two types of motor cooling methods: an open type that takes in cooling air from the outside and cools the inside of the motor, and a fully closed type that does not take cooling air into the motor. Generally, the fully closed type is inferior to the open type in that the cooling performance is inferior, and thus the cooling performance needs to be improved. In particular, since the lubricating grease is deteriorated by heat, it is important to improve the cooling performance of the bearing portion.
従来の電動機では、回転子にて発生した熱の一部は、回転子に固定されたシャフト及びシャフトを支持する軸受を介してエンドブラケットやフレームに導かれるものであった。特許文献1の電動機は、内扇ファンによってフレーム内の熱を攪拌し、また、外扇ファンによってフレームからの放熱を促進させているが、発熱体たる回転子からフレームへの放熱経路について考慮されたものではなかった。
In the conventional electric motor, a part of the heat generated in the rotor is guided to the end bracket and the frame via a shaft fixed to the rotor and a bearing supporting the shaft. The electric motor of
また、回転子で発生する電荷は、シャフト側とエンドブラケット側とで電位差を生ぜしめるため、軸受部の電食が問題となっている。 In addition, since electric charges generated in the rotor cause a potential difference between the shaft side and the end bracket side, electrolytic corrosion of the bearing portion is a problem.
特許文献2では、グリースに導電性粉末を混入させてシャフト側とエンドブラケット側とを通電させる構成としており、特許文献3では、炭素繊維あるいはステンレス繊維からなる非接触の放電ブラシを軸受間に設け、これにより過大な電荷の蓄積を抑制している。
In
しかしながら、放熱性に関しては何ら考慮されておらず、グリースの劣化による短寿命化を解決するものではない。したがって、熱による軸受グリースの劣化や軸受寿命の短縮化、また電蝕により軸受の損傷が生じる場合がある。 However, no consideration is given to heat dissipation, and it does not solve the shortening of life due to deterioration of grease. Therefore, the bearing grease may be deteriorated due to heat, the bearing life may be shortened, and the bearing may be damaged due to electric corrosion.
この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、軸受部分に発生する熱的あるいは電気的な負担を軽減し、保守労力の低減や高寿命化を図った電動機を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to provide an electric motor that reduces a thermal or electrical load generated in a bearing portion, reduces maintenance labor, and extends a service life. Yes.
上記課題を解決するために、本発明は、軸受を通らない放熱、放電経路が得られる構成を採用し、軸受にかかる負担を抑えたものとしている。本発明の具体的な態様は下記の通りである。 In order to solve the above-described problems, the present invention adopts a configuration in which heat dissipation and discharge paths that do not pass through the bearing are obtained, and the burden on the bearing is suppressed. Specific embodiments of the present invention are as follows.
すなわち、円筒状のフレームと、該フレームのスラスト方向中央の内側に設けられた固定子と、該フレームの両側の開口部を覆うブラケットと、中心にシャフトを有し上記固定子の内側に配置された回転子と、上記シャフトを軸支し上記ブラケットに保持される軸受と、該軸受と上記回転子の間に取り付けられる軸受カバーと、該軸受カバーと上記シャフトの両方に接触する炭素繊維系パッキンとを備えた電動機とした。 That is, a cylindrical frame, a stator provided in the center of the frame in the thrust direction, brackets covering the openings on both sides of the frame, a shaft in the center, and disposed inside the stator. A rotor, a bearing that supports the shaft and is held by the bracket, a bearing cover that is attached between the bearing and the rotor, and a carbon fiber packing that contacts both the bearing cover and the shaft. It was set as the electric motor provided with.
上記の構成において、さらに好適な具体的態様は下記の通りである。
(1)前記軸受カバー及び前記炭素繊維系パッキンにより隔てられた空間を密閉空間とし、該密閉空間に前記軸受が配置されること。
(2)前記軸受を挟んで前記軸受カバーと反対側に第二の軸受カバーを備えること。
(3)前記炭素繊維系パッキンは、前記ブラケットと前記シャフトの両方に接触するように配置されること。
(4)前記軸受カバー及び前記炭素繊維系パッキンにより隔てられた空間に軸受が配置され、該空間と連通して開口するグリース入口及びグリース排出口を備えること。
(5)前記回転子を挟んで前記軸受と反対側の反負荷側には、前記シャフトの回転に伴って回転する外扇を備えること。
In the above configuration, more preferable specific embodiments are as follows.
(1) The space separated by the bearing cover and the carbon fiber packing is a sealed space, and the bearing is disposed in the sealed space.
(2) A second bearing cover is provided on the opposite side of the bearing cover across the bearing.
(3) The carbon fiber packing is disposed so as to contact both the bracket and the shaft.
(4) A bearing is disposed in a space separated by the bearing cover and the carbon fiber packing, and includes a grease inlet and a grease discharge port that open in communication with the space.
(5) An outer fan that rotates with the rotation of the shaft is provided on the opposite side of the load to the opposite side of the bearing across the rotor.
本発明によれば、軸受部分に発生する熱的あるいは電気的な負担を軽減し、保守労力の低減や高寿命化を図った電動機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric or electric load which generate | occur | produces in a bearing part can be reduced, and the electric motor which aimed at reduction of a maintenance labor and lifetime improvement can be provided.
本実施例は、固定子の外径部に円筒状のフレームを設け、その両側に駆動側ブラケット及び反駆動側ブラケットを設けた構成であり、各ブラケットの中央部に回転子を有するシャフト4を軸支するため駆動側軸受及び反駆動側軸受を設けた例を前提としている。
In this embodiment, a cylindrical frame is provided on the outer diameter portion of the stator, and a drive side bracket and a counter drive side bracket are provided on both sides thereof. A
そして、軸受がスラスト方向に固定されるため、または、軸受箱(後述)を密閉構造とするため、両軸受のうちいずれか一方または両方、例えば負荷側軸受7の機内側にブラケットに固定される軸受カバー9が設けられている。
Then, in order to fix the bearing in the thrust direction or to make the bearing box (described later) a sealed structure, either or both of the bearings, for example, the load side bearing 7 is fixed to the bracket inside the machine. A
その特徴とするところは、いずれか一方、または両方の軸受箱の軸受カバー9とシャフト4の両者に接触する炭素繊維系パッキン11を設けて、軸受箱の密閉性を得るとともに、回転子において発生する熱及び電荷をシャフト4、炭素繊維系パッキン11、軸受カバー9を経て、筐体を介して外部へ逃がす放熱経路及び放電経路を形成する点にある。
The feature is to provide a
以下では、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はこの発明の実施例である電動機の全体断面図を示す。また図1より図2は軸受部分の拡大図を、図3は交換式グリースの流路を、図4は2次側発熱、電荷の放熱、放電経路を示す。図1及び図2、図4は回転軸より上半分を示している。電動機は一般産業用の電動機として多く使用される全閉外扇形電動機を例にあげる。 FIG. 1 is an overall sectional view of an electric motor according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 show an enlarged view of the bearing portion, FIG. 3 shows a flow path of the replaceable grease, and FIG. 4 shows a secondary side heat generation, heat release and discharge path. 1, 2 and 4 show the upper half of the rotation axis. An example of the motor is a fully-enclosed fan motor that is often used as a motor for general industries.
図1において電動機の固定子2は外径部に設けられた筒状のフレーム1に対し長手方向の両側にそれぞれ空間を空けて配置されている。また、筒状のフレーム1の長手方向の一側を負荷側、他側を反負荷側とし、負荷側にはシャフト4の回転力を外部に出力するための出力軸が設けられる。負荷側には中心に負荷側軸受7を有する負荷側ブラケット5を、反負荷側には中心に反負荷側軸受8を有する反負荷側ブラケット6がそれぞれ設けられている。これらのフレーム1、負荷側ブラケット5及び反負荷側ブラケット6は本実施例の全閉外扇形電動機の筐体を構成しており、下記に示すように、固定子2を始めとする電動機としての主要構成が該筐体の内部に配置されている。
In FIG. 1, the
固定子2の内側には、内径部にシャフト4を有する回転子3が配置されており、シャフト4の負荷側は負荷側軸受7により、また、反負荷側は反負荷側軸受8によりそれぞれ軸支されている。負荷側ブラケット5及び反負荷側ブラケット6の電動機内部空間側にはそれぞれ、負荷側軸受7及び反負荷側軸受8のスラスト方向固定のため、また、軸受周囲の密閉構造化のために、負荷側内部軸受カバー9及び反負荷側内部軸受カバー10が設けられている。
Inside the
シャフト4の負荷側4aは、前述のように出力軸となり、カップリング直結または、ベルトがけ等により外部負荷に連結され、回転エネルギーを出力する構成となっている。また、シャフト4の反負荷側4bは電動機空冷のため外扇13が取り付けられ、外扇13によって生ずる冷却風により、フレーム1等の電動機筐体を冷却する。なお、両軸電動機の場合には、シャフト4の反負荷側4bは外扇13及びエンドカバー14の先まで延伸させ、負荷側4aと同じく外部負荷に連結され出力する構成となる。
As described above, the load side 4a of the
シャフト4を軸支する軸受7、8に、潤滑のためのグリースを用いる例が知られている。軸受の負荷側、反負荷側両方、またはいずれか一方がグリース交換型の物を使用している場合には、グリースの流路を形成する必要がある。
An example in which grease for lubrication is used for the
図2は軸受部分の拡大図である。本実施例では、負荷側軸受7周辺のグリース流路を形成するために、負荷側ブラケット5の回転子3側に負荷側軸受7と電動機内部空間を隔てる負荷側内部軸受カバー9を設ける。また負荷側ブラケット5の外部空間側にも同様に負荷側外部軸受カバー17を設ける。したがって、これらの負荷側ブラケット5及び負荷側内部軸受カバー9、負荷側外部軸受カバー17により、負荷側軸受7周囲には閉空間が形成されることになる。以後、本実施例の説明では、この閉空間を「負荷側軸受箱」あるいは単に「軸受箱」と称することとする。なお、負荷側軸受内部カバー9もしくは負荷側軸受外部カバー17のいずれか一方が負荷側ブラケット5と一体構造となっている場合も含むものとする。
FIG. 2 is an enlarged view of the bearing portion. In this embodiment, in order to form a grease flow path around the load side bearing 7, a load side
次に、軸受潤滑のためのグリースを交換するための構成について、図3を参照しながら説明する。本実施例では、グリースを供給するためのグリース入口15が設けられている。グリース入口15は、負荷側軸受箱の内部と連通していれば位置は問わないが、供給の容易さを考慮して電動機筐体の外周部分に設けるのが好適である。
Next, a configuration for replacing grease for bearing lubrication will be described with reference to FIG. In this embodiment, a
グリース交換を行う場合、負荷側グリース入口15より入ったグリースは、負荷側グリース入口15と負荷側軸受7とを連通する負荷側グリース流路15aを通り、図3に示す矢印のように負荷側軸受7に対し電動機内部側に導かれ、負荷側軸受内部カバー9にガイドされて負荷側軸受7内を通過する。負荷側軸受7を通過したグリースは、負荷側軸受外部カバー17にガイドされて負荷側グリース排出口19より排出される。負荷側グリース排出口19は、負荷側軸受7を通過したグリースを外部に排出すれば、位置は問わないが、重力を利用したグリース交換が容易に行えるように、負荷側グリース入口15を負荷側軸受7よりも上方に配置した場合、負荷側グリース排出口19が負荷側軸受7よりも下方に位置するように配設することが望ましい。
When replacing the grease, the grease that has entered from the load
なお、負荷側内部カバー9とシャフト4は非接触であるため、この隙間から電動機内部空間にグリースが漏れ出すのを防ぐ必要がある。そこで、負荷側内部カバー9とシャフト4の間に両者に接触するように負荷側軸受箱パッキン11を設ける。
Since the load side
反負荷側については記載を省略するが、グリース交換型の場合、負荷側と同様の構造である。 Although the description on the non-load side is omitted, the grease replacement type has the same structure as the load side.
上述の構成において、軸受(特に負荷側軸受7)の劣化の原因として、電動機の発熱に起因するものと電荷に起因するものに大別することができる。以下、軸受保護の構成について説明する。 In the above-described configuration, the causes of deterioration of the bearing (particularly the load-side bearing 7) can be broadly classified into those caused by heat generation of the electric motor and those caused by electric charge. Hereinafter, the structure of bearing protection will be described.
まず、第一に、本実施例の電動機における放熱構造を説明する。電動機は運転中に発熱するが、発熱の主たる原因として、運転時における損失が挙げられる。電動機運転時の損失は銅損、鉄損、機械損、漂遊負荷損が挙げられるが、銅損は主に固定子コイル2aにおいて発生する1次銅損と回転子導体3b及び回転子エンドリング3cにおいて発生する2次銅損による。
First, the heat dissipation structure in the electric motor of the present embodiment will be described first. An electric motor generates heat during operation, and a main cause of heat generation is loss during operation. Loss when operating the motor includes copper loss, iron loss, mechanical loss, stray load loss, but copper loss is mainly the primary copper loss generated in the stator coil 2a, the
固定子コイル2aにおける1次銅損による発熱は、固定子2を介してフレーム1、放熱フィン20、外気に熱伝導する放熱経路が支配的である。また回転子導体3b及び回転子エンドリング3cにおける2次銅損による発熱は、回転子3両端に設けられた内扇3aにより電動機内部空間の内気に熱伝導し、内気からフレーム1に熱伝導する放熱経路が存在する一方、内気の熱伝導率がシャフト4に比べて小さい場合、回転子3からシャフト4を介して軸受7、8、ブラケット5、6、フレーム1へ熱伝導する放熱経路が存在する。
The heat generated by the primary copper loss in the stator coil 2a is dominated by the heat radiation path that conducts heat to the
このように軸受では、回転時の機械損による発熱に加えて2次銅損の熱伝導によっても温度上昇してしまう。特に、本実施例のように外扇13が反負荷側に配置されている場合には、負荷側軸受7の温度上昇が顕著となってしまうことがある。軸受の温度上昇は、これが高くなるほどグリース劣化を促進させ、グリース交換周期の短縮による保守コストの増大のみならず、軸受自体の短寿命化を促進してしまう。
In this way, the temperature of the bearing rises due to heat conduction due to secondary copper loss in addition to heat generation due to mechanical loss during rotation. In particular, when the
そこで、本実施例では、シャフト4を介する2次銅損の放熱経路に着目し、発熱体たる回転子3からシャフト4を介して負荷側ブラケット5及びフレーム1に至る経路において、軸受7より発熱体に近い側に、軸受7の他にブラケット側に熱を伝える経路を形成することとしている。具体的には、上記で軸受箱のシーリング用に設けた軸受箱パッキン11として、炭素繊維系パッキンを用い、これにより熱伝導率の向上を図る。
Therefore, in this embodiment, paying attention to the heat dissipation path of the secondary copper loss via the
図4は2次側の発熱における放熱経路を示す図である。図4に示すように2次銅損による発熱は負荷側軸受7よりも回転子3側に配置された負荷側軸受箱パッキン11を通り負荷側軸受カバー9、負荷側ブラケット5、フレーム1へ熱伝導する放熱経路を形成する。フレーム1の表面には放熱フィン20が形成されており、これにより冷却効率が向上される。
FIG. 4 is a diagram showing a heat radiation path in the secondary side heat generation. As shown in FIG. 4, the heat generated by the secondary copper loss passes through the load-side bearing housing packing 11 disposed on the
当該構成により、グリース交換周期の長期化による保守コストの低減だけではなく、負荷側軸受7の長寿命化を図ることができる。なお、上記の説明では負荷側軸受7を例にしているが、反負荷側についても同様の構成をとることが可能である。
With this configuration, not only the maintenance cost can be reduced by extending the grease replacement cycle, but also the life of the
第二に、電荷による軸受劣化の保護について説明する。電動機運転時に回転子3において発生した電荷は、シャフト4を介し負荷側ブラケット5または反負荷側ブラケット6、フレーム1、グラウンドに電導する放電経路をとる。シャフト4から負荷側ブラケット5または反負荷側ブラケット6に電荷が移動する場合、シャフト4と負荷側ブラケット5または反負荷側ブラケット6の間に配置された負荷側軸受7または反負荷側軸受8に電流が流れ、軸受転導体の接触面に電蝕が発生する可能性がある。
Second, protection of bearing deterioration due to electric charges will be described. The electric charge generated in the
軸受に電蝕が発生した場合、軸受転導体接触面の損傷により寿命が著しく短縮される危険性がある。軸受の電蝕を防ぐためには、軸受よりも電気電導性の高い材質がシャフト4と負荷側ブラケット5または反負荷側ブラケット6の間に存在すればよい。そこで、上記と同様に負荷側軸受箱パッキン11または反負荷側軸受箱パッキン12を炭素繊維系パッキンとすることでパッキン自体に電気電導性を持たせ、シャフトからブラケットにおいて軸受よりも電気電導性の高い放電経路を形成することで軸受の電蝕を防止するものである。
When electric corrosion occurs on the bearing, there is a risk that the life of the bearing is significantly shortened due to damage to the contact surface of the bearing rolling conductor. In order to prevent the electric corrosion of the bearing, a material having higher electrical conductivity than the bearing may be present between the
上記を纏めれば次の通りである。従来、運転時に回転子3おける発熱はシャフト4を介し負荷側軸受7(及び/あるいは反負荷側軸受8)を通過してブラケット、フレーム1、外気に放熱される。これにより、軸受のグリースの熱劣化を促し、グリース交換周期や軸受寿命の短縮につながる。
The above is summarized as follows. Conventionally, heat generated in the
また、回転子3において運転中に電荷が発生した場合も同様に、シャフト4を介し負荷側軸受7及び反負荷側軸受8を通過してブラケット、フレーム、グラウンドに放電されるため、軸受転動体の接触面において電飾が発生し軸受寿命を著しく短縮してしまう課題がある。
Similarly, when an electric charge is generated during operation in the
これら両課題を解決する手段として、負荷側軸受箱パッキン11及び反負荷側軸受箱パッキン12の両方またはいずれか一方の材質を炭素繊維系パッキンとすることで、軸受箱パッキン部での熱伝導性の向上及び電気電導性の向上を得る。これにより、回転子3で発生した熱及び電荷がシャフト4を通り外部に放熱、放電される過程において、図4に示すような経路を取ることで熱及び電荷が軸受よりも回転子側にある炭素繊維系の軸受箱パッキンを通過するため軸受に与える負担を低減することができる。
As a means to solve both of these problems, the heat conductivity in the bearing box packing portion is made by using carbon fiber packing as the material of either or both of the load side bearing box packing 11 and the anti-load side bearing box packing 12. And improvement in electrical conductivity are obtained. As a result, in the process in which heat and charges generated in the
すなわち、本実施例の電動機は、固定子2と、固定子2の外径部に設けられた筒状のフレーム1と、中心にシャフト4を有し固定子2の内側に配置された回転子3と、フレーム1の両端の開口部を塞ぐ2つのブラケット5、6と、シャフト4を軸支してブラケット5、6の中心部に保持される2つの軸受7、8と、軸受のスラスト方向固定のため、または軸受箱を密閉構造とするために、一方、もしくは両方の軸受の機内側に配置されるブラケットに固定される軸受カバー9と、軸受箱の密閉性を得るため、また熱伝導性、電気電導性を得るため、軸受カバー9とシャフト4の両方に接触する様に設けられた炭素繊維系パッキン11とを備え、シャフト4、炭素繊維系パッキン11、軸受カバー9、ブラケット5、フレーム1の順での放熱及び放電経路を構成したものである。
That is, the electric motor of the present embodiment includes a
軸受箱の密閉性を得るため、軸受7の機内側に配置されたブラケット5とシャフト4の両方に接触するように炭素繊維系パッキン11を設けても良い。
In order to obtain the sealability of the bearing housing, the carbon fiber packing 11 may be provided so as to contact both the
また、グリース交換型でない電動機のおいても、単に上記放熱及び放電経路を得るために、軸受7の機内側に配置されたブラケット5もしくは軸受カバー9とシャフト4の両方に接触するように炭素繊維系パッキン11を設けても良い。
Also, in the case of an electric motor that is not a grease exchange type, the carbon fiber is in contact with both the
当該構成によれば、シャフト4を軸支する軸受7(8)の機内側に設けた軸受カバー9(10)とシャフト4の間に両方に接触するように設けた炭素繊維系パッキン11(12)により、回転子3にて発生した熱及び電荷が、回転子3、シャフト4、炭素繊維系パッキン11(12)、軸受カバー9(10)、ブラケット5(6)、フレーム1の経路で軸受7(8)を介さず放熱、放電されるため、軸受の冷却性能の向上及び電食の防止が可能となる。
According to this configuration, the carbon fiber-based packing 11 (12) provided between the bearing cover 9 (10) provided on the inner side of the bearing 7 (8) supporting the
したがって、軸受部分に発生する熱的あるいは電気的な負担を軽減し、保守労力の低減や高寿命化を図った電動機を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide an electric motor that reduces a thermal or electrical load generated in the bearing portion, reduces maintenance labor, and extends the service life.
1…フレーム、2…固定子、2a…固定子コイル、3…回転子、3a…内扇、3b…回転子導体、3c…回転子エンドリング、4…シャフト、4a…負荷側、4b…反負荷側、5…負荷側ブラケット、6…反負荷側ブラケット、7…負荷側軸受、8…反負荷側軸受、9…負荷側内部軸受カバー、10…反負荷側内部軸受カバー、11…負荷側軸受箱パッキン、12…反負荷側軸受箱パッキン、13…外扇、14…エンドカバー、15…負荷側グリース入口、15a…負荷側グリース流路、16…反負荷側グリース入口、16a…反負荷側グリース流路、17…負荷側外部軸受カバー、18…反負荷側外部軸受カバー、19…負荷側グリース排出口、20…放熱フィン。
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