JP2012130217A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアリングの電蝕を回避又は抑制する技術を提供する。
【解決手段】電動機１００は、外輪２１と内輪２２とを有するベアリング２と、外輪２１を支持するブラケット４と、内輪２２によって支持される導電性シャフト６と、導電性シャフト６が取付けられた回転子８と、ブラケット４と絶縁された電機子コア１２と、電機子コアに設１２けられた電機子巻線１４とを有する電機子１０と、電機子巻線１４に電機子電流を供給する回路２０２と、回路２０２の電源パターン２０４とを有し、電源パターン２０４は、電機子コア１２側の方が電機子１０とは反対側よりも面積が広い回路基板２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関し、特にラジアルギャップ型の回転電機を搭載する電動機に関するものである。

回転電機を搭載する電動機において、当該回転電機が備える電機子コアに発生する電磁振動がベアリングに伝達することを防止すべく、ベアリングを外輪で支持するブラケットと電機子コアとの間には、通常は樹脂等が介在して設けられているため、絶縁されている。また、ベアリングは、外輪／転動体／内輪という構造を有し、いずれも金属製であることが通常であるものの、潤滑油の存在により、三者は絶縁されている。

回転子とベアリングの内輪とにはシャフトが取付けられる。シャフトには回転負荷が取付けられるので、シャフトは強度を担保するために通常は金属製であって導電性を有する。当該シャフトは上述のように導電性であり、通常は回転子から回転負荷まで延在するので、電動機の外部に対して大きな静電容量を有する。

ＰＷＭインバータによって制御される回転電機にあっては、回路と基準面（筐体等）との間にパルス電圧（コモンモード電圧）が発生する。当該パルス電圧による交流は、電機子巻線から電機子コアへと流れる。電機子コアが電動機外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられる場合、当該交流はベアリングを経由せずに電動機の外部へと流れるので、ベアリングの電蝕は発生しにくい。しかしながら、電機子コアが電動機外部に対して小さな静電容量を有するように取付けられる場合、シャフトは電動機の外部に対して大きな静電容量を有するので、当該交流はブラケット、外輪、内輪を介してシャフトへと流れやすくなってしまう。上述のとおり、ベアリングの外輪／転動体／内輪は潤滑油の存在により絶縁されているが、シャフトに対するベアリングの電圧が潤滑油の絶縁破壊電圧に達すると、ベアリングに電流（ベアリング電流）が流れ、ベアリングの電蝕を発生させやすくする。

下掲の特許文献１には、ブラケットとモータの外部との間の静電容量を大きくするラビリンス部を当該ブラケットに設けることによって、ベアリングの電蝕を回避する技術が開示されている。

特開２００３−１９９２８５号公報

しかしながら、ラビリンス部のように複雑な形状を採用すると製造工程が煩雑化し、ひいては製造コストの増大を招来する。また、ラビリンス部を設けたとはいえ、ブラケットに電圧が印加されることには相違なく、ブラケットからベアリングを介してシャフトへと交流が流れる可能性を排除できない。

本発明は、上記課題に鑑み、ベアリングの電蝕を回避又は抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る電動機の第１の態様は、外輪と内輪とを有するベアリング（２）と、前記外輪を支持するブラケット（４）と、前記内輪によって支持される導電性シャフト（６）と、前記導電性シャフトが取付けられた回転子（８）と、前記ブラケットと絶縁された電機子コア（１２）と、前記電機子コアに設けられた電機子巻線（１４）とを有する電機子（１０）と、前記電機子巻線に電機子電流を供給する回路（２０２）と、前記回路の電源パターン（２０４）とを有し、前記電源パターンは、前記電機子コア側の方が前記電機子とは反対側よりも面積が広い回路基板（２０）とを備える電動機（１００）である。

本発明に係る電動機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記回路基板（２０）は、前記ブラケット（４）と前記電機子コア（１２）との間に挟まれて位置する。

本発明に係る回転電機の第３の態様は、その第１又は第２の態様であって、前記回路基板（８）の前記導電性シャフト（６）側の端部は、前記電機子コア（１２）の前記導電性シャフト側の端部よりも前記導電性シャフトに近い。

本発明に係る電動機の第１の態様によれば、回路基板の電源パターンと電機子コアとの間の静電容量を大きくできる。もって電機子コアが電動機外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられるか否かにかかわらず、ベアリングの電蝕を回避又は抑制できる。

本発明に係る電動機の第２の態様によれば、電機子コアと電源パターンとの間の静電容量を大きくすることに資する。

本発明に係る電動機の第３の態様によれば、電機子コアと電源パターンとの間の静電容量を大きくすることに資する。

本発明の実施形態に係る電動機の断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈装置構成の概要〉
図１は本発明の実施形態に係る電動機１００の断面図であり、電動機１００が備える回転子８の回転軸Ａに沿った断面を示している。図１に示すように電動機１００は、基準電位（例えば接地）として機能する筐体２００の内部に搭載され、ファン等の回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂに取付けられる。

電動機１００は、ベアリング２、ブラケット４、導電性シャフト６、回転子８、電機子１０及び回路基板２０を備えている。導電性シャフト６は、その両端でシャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂによって支持されている。なお、シャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂは、強度を担保するために例えば金属製であって導電性を有する。ただし、強度を担保できれば、導電性を有する金属製である必要はなく、別途に導電性シャフト６を筐体２００に接続する接地線（図示省略）を設けても良い。又は、導電性シャフト６に取付けられる回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂと筐体２００との距離を小さくし、大きな静電容量を実現しても良い。

また、ブラケット４、電機子１０及び回路基板２０は、モータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂによって支持されている。シャフト支持部２０２Ａとモータ支持部２０３Ａとの間の導電性シャフト６には回転負荷２０１Ａが、シャフト支持部２０２Ｂとモータ支持部２０３Ｂとの間の導電性シャフト６には回転負荷２０１Ｂが、それぞれ取付けられている。これによって電動機１００は、筐体２００の内部で回転負荷２０１Ａ，２０１Ｂを回転させる。

ベアリング２は外輪２１、内輪２２及び転動体２３を有する。ブラケット４は外輪２１を支持し、導電性シャフト６は内輪２２によって支持される。つまり、ブラケット４と導電性シャフト６とはベアリング２を介して回転自在に支持されている。なお、ベアリング２は、一の電動機１００に２つ（回転軸Ａの両端近傍にそれぞれ１つ）設けられている。

回転子８は導電性シャフト６に取付けられる。回転子８は底面の中心を回転軸Ａが貫通する略円柱形状を呈する。回転子８は具体的には例えば、回転軸Ａに平行な方向（以下、「回転軸方向」と称する）に積層された複数の鋼板によって形成された回転子コアに磁石（いずれも図示省略）が埋設されている。なお、本実施例においては回転子８は導電性を有する鋼板によって形成しているが、樹脂及びプラスチックマグネットが採用されて導電性を有していなくても良い。

電機子１０は、ブラケット４と絶縁された電機子コア１２と、電機子コア１２に設けられた電機子巻線１４とを有する。電機子１０は、回転子８に対して導電性シャフト６とは反対側（回転軸Ａを中心として回転子８の外側）で回転軸Ａを中心とする径方向（以下、単に「径方向」と称する）Ｒに沿って予め定められた空隙を介して対向する。つまり、電機子１０は、具体的には電機子コア１２は、回転軸方向からの平面視で略環状を呈する（図示省略）。

電機子コア１２は例えば、回転子８が回転軸方向に延在する長さと略等しい長さを呈する。そして電機子コア１２は、回転軸方向からの平面視（図示省略）で回転軸Ａを中心とする円筒形状を呈し、当該円筒の外縁を形成する外縁部１２１Ａの内側に複数の電機子巻線１４が設けられている。具体的には、電機子コア１２の外縁部１２１Ａの回転軸Ａ側には回転軸Ａへと向かって突出するティース部１２１Ｂの複数が設けられており、当該ティース部１２１Ｂに電機子巻線１４が巻回されている。

回路基板２０は、ブラケット４の内部に保持される基材２０１と、基材２０１上に設けられて電機子巻線１４に電機子電流を供給する回路２０２と、基材２０１上に設けられる回路２０２の電源パターン２０４とを有している。なお、回路基板２０から電機子巻線１４への結線の図示を省略している。回路基板２０は例えば電機子１０の回転軸方向の一方側に設けられ、基材２０１が延在する面は回転軸方向に略直交する。つまり、基材２０１が延在する面は電機子１０の回転軸方向側の端部と対向する。基材２０１が呈する２つの主面のうち電機子コア１２と対向しない側の主面に回路２０２が設けられ、電機子コア１２と対向する側の主面に電源パターン２０４が設けられる。回路２０２が設けられる側にも電源パターン２０４は設けられるが、電源パターン２０４の面積は、電機子コア１２側の面における面積の方が、電機子コア１２とは反対側の面における面積よりも広い。これにより、電機子コア１２と電源パターン２０４との間の静電容量を大きくできる。

また、回路基板２０の導電性シャフト６側の端部は、電機子コア１２の導電性シャフト６側の端部よりも導電性シャフト６に近いことが望ましい。これにより、電機子コア１２と電源パターン２０４との間の静電容量を大きくすることができる。もってコモンモード電圧による交流が電機子コア１２から回転子８へと流れることを回避又は抑制する。

ブラケット４は、強度を担保するために金属製であって、おおむね次のような形状を呈する。すなわち、第１の半径ρ１を呈する円を底面とする中空の円柱体４１の両底面４１Ａ，４１Ｂ上にそれぞれ、第１の半径ρ１と同心で第２の半径ρ２（＜ρ１）を呈する円を底面とする円筒体４２Ａ，４２Ｂを組合せた形状を呈する。具体的には、円柱体４１の底面４１Ａ，４１Ｂ上に円筒体４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ設け、底面４１Ａ，４１Ｂのうち円筒体４２Ａ，４２Ｂの底面に相当する領域を切取った形状を呈する。ただし、ブラケット４は概形として当該形状を呈するが、内部に回転子８や電機子１０を格納するため、実際には複数の部材を組合せることで当該形状を実現する。具体的には例えば、回転軸Ａを含む回転軸方向に沿って２つに分割した状態に相当する部材を個別に形成し、当該部材同士を接合する。あるいは、ブラケット４を回転軸方向の中心における回転軸方向を法線とする面で２つに分割した状態に相当する部材を個別に形成し、当該部材同士を接合する。なお、図１においてはブラケット４を形成する２つの部材や当該部材同士の接合面は図示を省略している。

ブラケット４は、円柱体４１の内部に電機子１０及び回路基板２０を保持し、しかもブラケット４と電機子１０及び、ブラケット４と回路基板２０とは絶縁されている。これにより、コモンモード電圧による交流が電機子１０及び／回路基板２０からブラケット４へと漏洩すること、ひいてはベアリング２の電蝕を防止できる。電機子１０については具体的には、電機子１０のうち回転子８と対向する面以外の領域が、電機子巻線１４とともに樹脂で覆われ、当該樹脂をブラケット４が支持する。また、ブラケット４は、円筒体４２の内側でベアリング２の外輪２１を支持する。これにより、回転子８と電機子１０とが回転自在に支持される。回路基板２０については具体的には、回路基板２０のうち円柱体４１の側面に対向する部位は電機子１０を覆う樹脂に固定されており、残余の部位は円柱体４１の内部で露出している。

ブラケット４の円筒体４２の外側は、モータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂによって支持されている。円筒体４２Ａの回転軸方向で円柱体４１から遠離る一方側に設けられるモータ支持部２０３Ａは、環状部２０４Ａと、環状部２０４Ａを筐体２００上で支持する支持部２０５Ａとを有する。同様に円筒体４２Ｂに対して円柱体４１から遠離る他方側に設けられるモータ支持部２０３Ｂは、環状部２０４Ｂと、環状部２０４Ｂを筐体２００上で支持する支持部２０５Ｂとを有する。これにより、ブラケット４、ひいては電機子１０を筐体２００内で支持する。つまり、回転子４が取付けられた導電性シャフト６はシャフト支持部２０２Ａ，２０２Ｂが支持し、電機子１０を格納するブラケット４はモータ支持部２０３Ａ，２０３Ｂが支持する。導電性シャフト６の回転に伴って生じ、ブラケットに伝達する振動を吸収するため、環状部２０４Ａ，２０４Ｂはゴム等の樹脂で形成される。

ＰＷＭインバータ（図示省略）によって電機子巻線１４に供給される電流によって励起されるコモンモード電圧による交流は、各構成要素（電機子巻線１４、電機子コア１２、ブラケット４、ベアリング２、導電性シャフト６及び筐体２００）を介して流れ得る。

回路基板２０の電源パターン２０４の面積が、電機子コア１２側の方が電機子コア１２とは反対側よりも狭い態様では、コモンモード電圧による交流が、電機子巻線１４から電機子コア１２へと流れた後に、以下の２つの経路を採り得る。

すなわち、回転子８が導電性を有してかつブラケット４が電動機１００外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられている場合（第１の条件の場合）には、当該交流は電機子コア１２から回転子８を介して導電性シャフト６へと流れ得る。導電性シャフト６へと流れた当該交流は、ベアリング２を介してブラケット４へと流れる。

また、回転子８が導電性を有さずかつブラケット４が電動機１００外部に対して大きな静電容量を有するようには取付けられていない場合（第２の条件の場合）には、当該交流は電機子コア１２からブラケット４へと流れ得る。ブラケット４へと流れた当該交流は、ベアリング２を介して導電性シャフト６へと流れ得る。そして当該交流は導電性シャフト６から筐体２００（接地）へと流れ得る。

これに対して、回路基板２０の電源パターン２０４の面積が、電機子コア１２側の方が電機子コア１２とは反対側よりも広い態様では、コモンモード電圧による交流が、直接に電源パターン２０４へと流れるか又は、電機子コア１２を介して電源パターン２０４へと流れやすい。何となれば、上述した第１又は第２の条件であるか否かにかかわらず、回路基板２０の電源が正負のいずれであるにせよ、コモンモード電圧の周波数に鑑みれば、電源パターン２０４を接地と把握できるからである。つまり、ブラケット４が電動機１００外部に対して大きな静電容量を有するように取付けられていたとしても、そもそもブラケット４又は導電性シャフト６へと交流が流れることを回避又は抑制するので、ベアリング２の電蝕を回避又は抑制する。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、回路基板２０の電機子コア１２側の主面全体にわたって、電源パターン２０４を施しても良い。これにより、ベアリング２の電蝕を更に回避又は抑制できる。

２ ベアリング
４ ブラケット
６ 導電性シャフト
８ 回転子
１０ 電機子
１２ 電機子コア
１４ 電機子巻線
２０ 回路基板
２２ 回路
２４ 電源パターン

Claims (3)

1. 外輪と内輪とを有するベアリング（２）と、
   前記外輪を支持するブラケット（４）と、
   前記内輪によって支持される導電性シャフト（６）と、
   前記導電性シャフトが取付けられた回転子（８）と、
   前記ブラケットと絶縁された電機子コア（１２）と、前記電機子コアに設けられた電機子巻線（１４）とを有する電機子（１０）と、
   前記電機子巻線に電機子電流を供給する回路（２０２）と、前記回路の電源パターン（２０４）とを有し、前記電源パターンは、前記電機子コア側の方が前記電機子とは反対側よりも面積が広い回路基板（２０）と
   を備える電動機（１００）。
2. 前記回路基板（２０）は、前記ブラケット（４）と前記電機子コア（１２）との間に挟まれて位置する、
   請求項１記載の電動機（１００）。
3. 前記回路基板（２０）の前記導電性シャフト（６）側の端部は、前記電機子コア（１２）の前記導電性シャフト側の端部よりも前記導電性シャフトに近い、
   請求項１又は請求項２記載の電動機（１００）。

Images