JP2012130157A - Electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機に関し、特に軸受の電食を抑制する技術に関する。 The present invention relates to an electric motor, and more particularly to a technique for suppressing electric corrosion of a bearing.
近年、高効率モータとして、インバータ駆動のモータが普及している。また高効率のためにスイッチング周波数は増大する傾向にある。そのため、インバータの高周波に励起され、モータの軸受の内輪と外輪との間に寄生する静電容量(以下、浮遊容量とも称す)によって電位差が発生する。この電位差が大きいときには、軸受の潤滑グリスの油膜絶縁が破れて軸受内部で放電現象が発生する。つまり軸受の内輪と転動体(ころ又は玉)との間および転動体と外輪との間で放電現象が発生する。これにより、内輪と外輪の転走面(転動体と接触する面)および転動体の表面に放電による損傷(いわゆる「電食」)が発生する。転走面又は転動体の表面にゆがみが生じることでモータ動作時に騒音が発生する。 In recent years, inverter-driven motors have become widespread as high efficiency motors. Also, the switching frequency tends to increase due to high efficiency. Therefore, a potential difference is generated by electrostatic capacitance (hereinafter also referred to as stray capacitance) which is excited by the high frequency of the inverter and parasitic between the inner ring and the outer ring of the motor bearing. When this potential difference is large, the oil film insulation of the lubricating grease of the bearing is broken and a discharge phenomenon occurs inside the bearing. That is, a discharge phenomenon occurs between the inner ring of the bearing and the rolling element (roller or ball) and between the rolling element and the outer ring. As a result, damage (so-called “electric corrosion”) due to electric discharge occurs on the rolling surfaces of the inner ring and the outer ring (surfaces in contact with the rolling elements) and the surface of the rolling elements. Noise is generated during motor operation due to distortion on the rolling surface or the surface of the rolling element.
かかる電食を抑制すべく、特許文献1に記載の技術では、固定子鉄心とブラケットとをアース端子で接続している。 In order to suppress such electric corrosion, in the technique described in Patent Document 1, the stator core and the bracket are connected by a ground terminal.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、巻線から固定子鉄心、回転子、シャフト、軸受、ブラケットを経由する経路については考慮されていない。かかる経路に電流が流れれば軸受において電食が発生する。 However, in the technique described in Patent Document 1, a route from the winding to the stator core, the rotor, the shaft, the bearing, and the bracket is not considered. If current flows in such a path, electrolytic corrosion occurs in the bearing.
そこで、本発明は、巻線から回転子を経由しない経路、経由する経路のいずれにおいても軸受の電食を抑制できる電動機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the electric motor which can suppress the electrolytic corrosion of a bearing in both the path | route which does not go through a rotor from a coil | winding, and the path | route which goes through.
本発明にかかる電動機の第1の態様は、回転軸の周りで回転する回転子(10)と、前記回転軸と反対側において前記回転子と対面し、前記回転子と反対側に接続端(80)を有する固定子コア(21)と、前記固定子コアに取り付けられる巻線(22)と、前記接続端を露出させつつ前記巻線と前記固定子コアとを覆う絶縁性の樹脂部(23)とを有する固定子(20)と、前記回転子に固定されたシャフト(30)と、前記シャフトを支持する内輪と、外輪とを有する軸受(41,42)と、前記樹脂部と前記外輪とを固定するブラケット(51,52)と、前記ブラケットと絶縁されつつ前記ブラケットを保持する取付部材(61,62)とを備える。 A first aspect of the electric motor according to the present invention includes a rotor (10) that rotates around a rotation axis, and faces the rotor on the opposite side of the rotation axis, and a connection end ( 80), a winding core (22) attached to the stator core, and an insulating resin portion that covers the winding core and the stator core while exposing the connection end ( 23), a shaft (30) fixed to the rotor, an inner ring supporting the shaft, and bearings (41, 42) having an outer ring, the resin portion, and the Brackets (51, 52) for fixing the outer ring and mounting members (61, 62) for holding the bracket while being insulated from the bracket.
本発明にかかる電動機の第2の態様は、第1の態様にかかる電動機であって、前記接続端(80)は導線である。 The 2nd aspect of the electric motor concerning this invention is an electric motor concerning the 1st aspect, Comprising: The said connection end (80) is conducting wire.
本発明にかかる電動機の第3の態様は、第1又は第2の態様にかかる電動機であって、前記取付部材(61,62)は前記ブラケットと接触する防振ゴムを有する。 The 3rd aspect of the electric motor concerning this invention is an electric motor concerning the 1st or 2nd aspect, Comprising: The said attachment member (61, 62) has a vibration isolating rubber which contacts the said bracket.
本発明にかかる電動機の第4の態様は、第1から第3のいずれか一つの態様にかかる電動機であって、前記固定子コア(21)は前記回転軸に沿う方向に積層された複数の鋼板を有し、前記複数の鋼板のうち少なくとも一つは、他の鋼板よりも径方向で突起する突起部を有し、前記樹脂部(23)は前記突起部を露出させて前記固定子コアと前記巻線とを覆い、前記突起部が前記接続端として機能する。 A fourth aspect of the electric motor according to the present invention is the electric motor according to any one of the first to third aspects, wherein the stator core (21) is a plurality of layers stacked in a direction along the rotation axis. A steel plate, and at least one of the plurality of steel plates has a protruding portion that protrudes in a radial direction as compared with the other steel plates, and the resin portion (23) exposes the protruding portion to the stator core. And the winding, and the protrusion functions as the connection end.
本発明にかかる電動機の第1の態様によれば、樹脂部によって巻線と他の部材との間の絶縁を確保することができる。よって絶縁に必要な空間距離を低減することができ、ひいては電動機の小型化に寄与する。しかも軸受と樹脂部とがブラケットで固定されているので、固定子コアの電磁振動が軸受へと伝わりにくい。 According to the 1st aspect of the electric motor concerning this invention, the insulation between a coil | winding and another member is securable by the resin part. Therefore, the spatial distance required for insulation can be reduced, and this contributes to the miniaturization of the electric motor. Moreover, since the bearing and the resin portion are fixed by the bracket, the electromagnetic vibration of the stator core is not easily transmitted to the bearing.
さらに固定子コアが備える接続端は樹脂部から露出しているので、巻線と固定子コアとの間の浮遊容量を介して流れる高調波の電流を固定子コアから電動機の外部へと接続端を介して流すことができる。この経路には軸受が介在しないので、軸受の電食を招かない。 In addition, since the connection end of the stator core is exposed from the resin part, the harmonic current that flows through the stray capacitance between the winding and the stator core is connected from the stator core to the outside of the motor. Can be flowed through. Since there is no bearing in this path, there is no electrical corrosion of the bearing.
一方、取付部材によって電動機をケースに設けたとき、当該ケースが導電性であった場合には、巻線と回転子との間の浮遊容量(固定子コアを介する経路及び介さない経路の両方を含む浮遊容量)を介して流れる高調波の電流は、回転子、軸受、ブラケットおよびケースの相互間に存在する浮遊容量を介してケースから電動機の外部へと流れ得る。しかしながらブラケットは絶縁されつつ取付部材に設けられる。したがって取付部材によって電動機をケースに設けた場合に、当該ケースが導電性であったとしても、ブラケットがケースに接続される場合と比較して、取付部材における静電容量が支持する電圧の分だけ軸受が支持する電圧が低減される。よって軸受の電食を抑制する。 On the other hand, if the case is conductive when the electric motor is provided on the case by the mounting member, the stray capacitance between the winding and the rotor (both the route through the stator core and the route not through it) The harmonic current that flows through the stray capacitance may flow from the case to the outside of the motor via the stray capacitance that exists between the rotor, the bearing, the bracket, and the case. However, the bracket is provided on the mounting member while being insulated. Therefore, when the electric motor is provided in the case by the mounting member, even if the case is conductive, compared to the case where the bracket is connected to the case, only the amount of voltage supported by the capacitance in the mounting member The voltage supported by the bearing is reduced. Therefore, electric corrosion of the bearing is suppressed.
本発明にかかる電動機の第2の態様によれば、導線は屈曲が容易であり、固定子コアとケースとの間に形成する電流経路を比較的簡単に調整できる。したがって、異なる複数の形状のケースの各々に対して、比較的短い距離で固定子コアとケースとを接続することができる。よって複数の製品に搭載する際に接続端についての個別の設計を必要としない。 According to the second aspect of the electric motor of the present invention, the conducting wire can be easily bent, and the current path formed between the stator core and the case can be adjusted relatively easily. Therefore, the stator core and the case can be connected to each of the cases having a plurality of different shapes at a relatively short distance. Therefore, it is not necessary to individually design the connection ends when mounting on a plurality of products.
本発明にかかる電動機の第3の態様によれば、電動機の振動がケースへと伝達することを抑制できる。 According to the 3rd aspect of the electric motor concerning this invention, it can suppress that the vibration of an electric motor transmits to a case.
本発明にかかる電動機の第4の態様によれば、接続端を固定子コアに設けやすい。 According to the 4th aspect of the electric motor concerning this invention, it is easy to provide a connection end in a stator core.
実施の形態.
図1に例示において、電動機100は回転子10と固定子20とを備えている。図1は回転子10の回転軸Pを含み鉛直方向に沿った断面を示している。回転子10および固定子20は回転軸Pを中心とした径方向(以下、単に径方向と呼ぶ)において互いに間隙(いわゆるエアギャップ)を介して対面する。より詳細には固定子20は回転軸Pに対して反対側から回転子10と対面する。かかる電動機100はいわゆるインナーロータ型の電動機である。固定子20は回転子10へと回転磁界を与え、回転子10は当該回転磁界に応じて回転軸Pを中心として回転する。
Embodiment.
In the example illustrated in FIG. 1, the
回転子10は回転子コアを備えている。回転子コアは例えば回転軸Pを中心とした円柱状の形状を有しており、さらに回転子コアには固定子20へと界磁を供給する永久磁石が設けられても良い。或いは回転子コアはその径方向のサイズが回転軸Pを中心とした周方向(以下、単に周方向と呼ぶ)で変動して突極を有していてもよい。このような回転子コアは固定子20とともに磁気回路を形成する。
The
固定子20は固定子コア21と巻線22と樹脂部23と接続端80とを備えている。固定子コア21は径方向で回転子10と対面している。固定子コア21は磁性体であって、回転軸Pを中心に放射状に配置された複数のティース211と、これらの複数のティースを周方向に沿って磁気的に連結するヨーク212とを備えている。巻線22は固定子コア21に取り付けられる。より詳細には、巻線22は径方向を軸としてティース211に巻回される。なお本願で特に断らない限り、巻線は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。この巻線22に対して電流が流れることで固定子20は回転子10へと回転磁界を与えることができる。
The
固定子コア21には回転磁界に応じて磁束が流れる一方で、電流も流れる。言い換えれば、固定子コア21は導電性を有する。なお固定子コア21は、自身に流れる渦電流を低減すべく、積層鋼板又は圧粉磁心等で形成されてもよい。
In the
接続端80は回転子10とは反対側で固定子コア21に設けられる。図1の例示では接続端80は導線であって、その一端が固定子コア21に接続されている。なお、接続端80は導線に限らず、導通性を有する任意の部材であってよい。
The
絶縁性の樹脂部23は接続端80を露出させつつ固定子コア21と巻線22とを覆っている。例えば樹脂部23はいわゆる樹脂モールドであって、固定子コア21と巻線22とに密着してこれらを覆っている。これによって巻線22と例えば固定子コア21との間の絶縁性、或いは巻線22と後述する他の部材との間の絶縁性を高めることができる。よって絶縁に必要な空間的な距離を短縮でき、ひいては電動機100の小型化に寄与する。
The
図1の例示では、樹脂部23は、固定子コア21のうち回転子10との対向面を覆っていない。言い換えればかかる対向面は露出している。これによれば、径方向における回転子10と固定子20との間に樹脂部23が介在していないので、固定子20から回転子10へと与える磁束が低減しない。よって電動機100の効率が低減することを回避できる。
In the illustration of FIG. 1, the
また回転子10(より詳細には回転子コア)にはシャフト30が取り付けられる。例えば回転子10には軸Pに平行にシャフト孔が形成され、シャフト30が当該シャフト孔に圧入される。シャフト30は回転子10の回転に伴って回転する。なお、かかるシャフト30は例えば金属で形成されており、導電性を有する。
A
シャフト30は軸受41,42によって支持されている。軸受41,42は回転軸Pに沿う方向(以下、軸方向と呼ぶ)において回転子10に対して互いに反対側に位置している。軸受41,42の各々は内輪と外輪と転動体とを備えている。内輪は軸Pを中心としたリング状の形状を有し、シャフト30が当該内輪を軸方向に貫通してこれに固定される。外輪は軸Pを中心としたリング状の形状を有し、当該内輪と径方向で対面する。転動体は外輪と内輪との間で回転する、いわゆるころ又は玉である。これによって内輪は外輪に対して軸Pを中心として回転することができる。なお摩擦を低減すべく内輪と外輪との間には潤滑グリスが介在する。
The
軸受41,42はそれぞれブラケット51,52によって樹脂部23に固定される。より詳細には、ブラケット51,52はそれぞれ軸受41,42の外輪と固定され、さらに樹脂部23に固定される。ブラケット51,52は金属である。他方、例えばブラケット51,52が樹脂で形成されていれば、軸受41,42から漏れた潤滑グリスがブラケット51,52に接触することによりブラケット51,52が侵食される。本ブラケット51,52は金属で形成されているので、このようなブラケット51,52の侵食を抑制できる。また、ブラケット51,52が固定子コア21と直接に固定されず、樹脂部23と直接に固定されている。よって、固定子コア21の電磁振動が直接にブラケット51,52に伝わらず、樹脂部23を経由してブラケット51,52に伝わる。よって、電磁振動がブラケット51,52、ひいては軸受41,42へと伝わりにくい。
The
図1の例示では、ブラケット52は次の形状を有する。即ちブラケット52は、シャフト30によって軸方向に貫通される孔を有する板状の第1リング部材と、第1リング部材の外周縁から回転子10側へと延在する円筒部材と、当該円筒部材から径方向に広がる板状の第2リング部材とを備えている。軸受42は円筒部材の内周面に圧入されてブラケット52に固定される。また第2リング部材が樹脂部23に埋設されることで、ブラケット52が樹脂部23に固定される。
In the illustration of FIG. 1, the
また図1の例示では、ブラケット51は次の形状を有する。即ちブラケット51は、シャフト30によって軸方向に貫通される孔を有する板状の第1リング部材と、当該第1リング部材の外周縁から回転子10側へと延在する円筒部材と、当該円筒部材から径方向に広がる板状の第2リング部材と、第2リング部材の外周縁において回転子10側に開口するリング状の凹部とを備えている。軸受41は円筒部材の内周面に圧入されてブラケット51に固定される。また凹部が樹脂部23に形成される突部と軸方向で嵌合することで、ブラケット51が樹脂部23に固定されている。
In the illustration of FIG. 1, the
ブラケット51,52は取付部材61,62によって絶縁されつつ保持される。図1の例示では、取付部材61は絶縁体611と取付部612,613と取付脚614とを備えている。絶縁体611は例えば軸Pを中心としたリング状の形状を有し、ブラケット51の外周面と接触する。図1の例示では、絶縁体611はブラケット51の円筒部材の外周面と接触し、径方向においてブラケット51を介して軸受41と対面する。
The
絶縁体611は例えば取付部612,613と取付脚614とによってケース70に固定される。図1の例示ではケース70は電動機100と、電動機100によって駆動される負荷91,92とを収納する。取付部612,613はそれぞれ回転軸Pを中心とした半円状のリング部材である。取付部612,613は互いに向き合って固定されることができ、この状態で取付部612,613は回転軸Pを中心としたリング形状を形成する。取付部612,613は径方向において絶縁体611の外周面に接触する。取付部612,613は絶縁体611に接触した状態で互いに固定される。かかる固定によって取付部612,613は径方向で絶縁体611を締め付けることができ、これによって取付部612,613が絶縁体611に固定される。取付脚614は取付部612に固定される。取付脚614は例えば板状の形状を有しており、ケース70にも固定される。
The
ここでは取付部612,613および取付脚614は例えば金属で形成されており、導電性を有している。ただし、取付部材61の全体が絶縁性を有する部材で形成されていてもよい。
Here, the mounting
また絶縁体611として防振ゴムを採用してもよい。これによれば、電動機100の振動がケース70へと伝達することを防止できる。
Further, an anti-vibration rubber may be employed as the
図1の例示では、取付部材62は取付部材61と同様であるので繰り返しの説明を避ける。
In the illustration of FIG. 1, the
また図1の例示では、シャフト30が地面に略平行な水平方向に延在している。かかる構造であればシャフト30は上述したように2つの軸受41,42によって支持されることが望ましい。片持ち支持であれば重力によってシャフト30が撓みやすいからである。
In the illustration of FIG. 1, the
図1の例示では、シャフト30には負荷91,92が取り付けられている。負荷91,92は軸方向において電動機100に対して互いに反対側に位置している。ただし負荷91,92は電動機100に対して軸方向の一方側のみに位置していてもよく、また複数の負荷が取り付けられずに一つの負荷が取り付けられても良い。負荷91,92は例えばファンである。
In the illustration of FIG. 1, loads 91 and 92 are attached to the
かかる構造の電動機100において、巻線22には例えばPWM制御によってパルス状の交流電圧が印加される。かかる交流電圧は高調波成分を含んでおり、これに伴って電動機100に寄生する静電容量を経由して電流が流れ得る。しかるに、本電動機100に拠れば、固定子コア21に設けられる接続端80は樹脂部23から露出している。よってかかる接続端80を電動機100の外部(例えばケース70)に接続することができる。或いは接続端80を電動機100の外部と近接させてもよい。したがって、巻線22と固定子コア21との間に寄生する浮遊容量を介して流れる高調波の電流を、固定子コア21から電動機100の外部へと接続端80を介して流すことができる。この経路には軸受41,42が介在しないので、軸受41,42の電食を招かない。
In the
なお図1の例示では接続端80はケース70と電気的に接続されている。よってケース70が導電性であった場合に、上述の電流は固定子コア21から電動機100の外部へとさらに流れやすい。したがって、軸受41,42の電食をさらに抑制できる。なおこの場合、ケース70は接地されていてもよい。
In the example of FIG. 1, the
一方、ケース70が導電性を有しているときには、巻線22と回転子10との間の浮遊容量(固定子コア21を介する経路及び介さない経路の両方を含む浮遊容量)を介して流れる高調波の電流は、回転子10、シャフト30、軸受41,42、ブラケット51,52、取付部材61,62およびケース70の相互間に存在する浮遊容量を介してケース70へと流れ得る。しかしながらブラケット51,52は絶縁されつつ取付部材61,62に設けられる。したがって、ブラケット51,52がケース70に接続される場合と比較して、取付部材61,62の静電容量が支持する電圧の分だけ軸受41,42が支持する電圧が低減される。よって、たとえケース70が導電性であったとしても軸受41,42の電食を抑制することができる。
On the other hand, when the
以上のように、巻線22から固定子コア21へと流れる高調波の電流を、接続端80を介して電動機100の外部へと流すことで軸受41,42の電食を抑制し、巻線22から回転子10、シャフト30を介して軸受41,42に流れる電流経路では、取付部材61,62によって軸受41,42に印加される電圧を低減して軸受41,42の電食を抑制する。したがって、軸受41,42の電食を適切に抑制することができる。
As described above, the harmonic current flowing from the winding 22 to the
なお接続端80がケース70と接続される構造であれば、接続端80が導線であることで次に説明する効果を招来する。まず、固定子コア21とケース70との間における接続端80の経路が長いほど、接続端80の抵抗は高い。一方、接続端80が導線で形成されていれば導線は屈曲あるいは切断が容易であり、固定子コア21とケース70との間に形成する電流経路を比較的簡単に調整できる。したがって、異なる複数の形状のケース70の各々に対して、比較的短い距離で固定子コア21とケース70とを接続することができる。よって複数の製品に本電動機100を搭載する際に、個別の設計を必要としない。
If the
次に、接続端80の他の一例について説明する。図2に例示する電動機100は、図1の電動機100と比較して、固定子コア21が複数の鋼板213で形成されている。複数の鋼板213は回転軸Pに沿って積層されている。複数の鋼板213のうち少なくとも一枚は、その外周縁において他の鋼板213に対して径方向に突起する突起部2131を有している。樹脂部23は当該突起部2131を露出させつつ、固定子コア21と巻線22とを密着して覆っている。かかる突起部2131は接続端80の一部または全部として機能する。
Next, another example of the
なおこれらの鋼板213はそれぞれ所定の鋼板を打ち抜いて形成することができる。そして、これら複数の鋼板213を回転軸Pに沿って積層するという従来の製造方法により、接続端80を有する固定子コア21を製造できる。よって、固定子コア21に接続端80を固定するという工程を省略することができる。言い換えれば、接続端80を固定子コア21に設けやすい。
Each of these
また、樹脂部23が当該突起部2131を露出させつつ巻線22と固定子コア21とを密着して覆っている。よって、樹脂部23を形成した後に当該突起部2131に対して導線81を接続することができる。したがって、導線81の有無を電動機100の製造後に決定することができる。図2の例示では、導線81が突起部2131とケース70とを接続している。かかる例示では、導線81および突起部2131を接続端80と把握することができる。
Further, the
10 回転子
20 固定子
21 固定子コア
22 巻線
23 樹脂部
30 シャフト
41,42 軸受
51,52 ブラケット
61,62 取付部材
70 ケース
80 接続端
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転軸と反対側において前記回転子と対面し、前記回転子と反対側に接続端(80)を有する固定子コア(21)と、前記固定子コアに取り付けられる巻線(22)と、前記接続端を露出させつつ前記巻線と前記固定子コアとを覆う絶縁性の樹脂部(23)とを有する固定子(20)と、
前記回転子に固定されたシャフト(30)と、
前記シャフトを支持する内輪と、外輪とを有する軸受(41,42)と、
前記樹脂部と前記外輪とを固定するブラケット(51,52)と、
前記ブラケットと絶縁されつつ前記ブラケットを保持する取付部材(61,62)と
を備える、電動機。 A rotor (10) that rotates about a rotation axis;
A stator core (21) facing the rotor on the opposite side of the rotation shaft and having a connection end (80) on the opposite side of the rotor, and a winding (22) attached to the stator core; A stator (20) having an insulating resin portion (23) covering the winding and the stator core while exposing the connection end;
A shaft (30) fixed to the rotor;
A bearing (41, 42) having an inner ring supporting the shaft and an outer ring;
Brackets (51, 52) for fixing the resin portion and the outer ring;
An electric motor comprising mounting members (61, 62) that hold the bracket while being insulated from the bracket.
前記複数の鋼板のうち少なくとも一つは、他の鋼板よりも径方向で突起する突起部を有し、
前記樹脂部(23)は前記突起部を露出させて前記固定子コアと前記巻線とを覆い、前記突起部が前記接続端として機能する、請求項1から3のいずれか一つに記載の電動機。 The stator core (21) has a plurality of steel plates stacked in a direction along the rotation axis,
At least one of the plurality of steel plates has a protruding portion that protrudes in a radial direction than the other steel plates,
The said resin part (23) exposes the said projection part, covers the said stator core and the said coil | winding, and the said projection part functions as the said connection end. Electric motor.
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