JP2013021860A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】接地手段を損傷させることなく冷却することができる電動モータを提供する。
【解決手段】内部空間１４を有するモータケース１０と、モータケース１０の壁面１３を貫通して配置される軸受４０Ｂと、軸受４０Ｂに支承される回転軸３２と、モータケース１０に固定され、本体６１と、導電材６２とを具備する接地手段６０とを備え、内部空間１４にはモータケース１０の外よりも高圧にガスが充填され、本体６１は、回転軸３２の外周に沿った円弧状の内周面６１ａを具備し、モータケース１０に固定され、導電材６２は、先端が回転軸３２に接触するように本体６１の内周面６１ａに配置され、接地手段６０とモータケース１０との間に、バイパス流路５６を設け、バイパス流路５６を通じて、モータケース１０の内部空間１４と外部とを連通する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転速度を変動させつつ、稼働する電動モータに関する。

従来から、インバータを用いて電動モータの回転速度を制御することが行なわれている。しかしながら、インバータから出力される電圧はパルス波となるため、電動モータの回転軸に軸電流が流れ、軸受を介して、接地されたモータケースに流れる際に、回転軸を支える軸受内で放電する現象が起こる。そして、この放電によって、軸受が損傷する電食が発生し、問題となっている。このような電食を防止する対策として、接地手段を用いて、回転軸に貯まった電荷を、軸受を介さずにモータケースに流す方法が考えられる。このような接地手段として、環状の本体をモータケース側に固定し、本体の環状内を回転軸が貫通するように配置し、本体の環状内面から無数の繊維状導電材が回転軸に向けて植えられ、繊維状導電材の先端が回転軸に接触することで、繊維状導電材を通じて回転軸に貯まって電荷をモータケースに流す構成が提案されている。（例えば、特許文献１，２参照）

特許第４４８５８９７号公報 特表２０１０−５２５７８７号公報

ところで、電動モータは、長時間の運用や大きな負荷が掛かるような運用によって、稼働中に高温となるため、内部を冷却する冷却手段を備えたものがある。冷却手段の冷却方法には、モータ内に液状冷媒を吹きかけ、蒸発する際に気化熱を奪い冷却するものがある。このような冷却方法を用いた場合、電動モータ内の圧力は、液状冷媒が蒸発することで、モータ外よりも高くなるため、モータケースと回転軸との間の隙間、および軸受の隙間からガス状冷媒が外部へ漏出する流れが発生するが、接地手段の繊維状導電材が、発生したガス状冷媒の流れになびくことで、劣化が促進されて、脱落してしまい、本来の機能を果たさなくなる上に、脱落した繊維状導電材が軸受に絡まったり、軸受の潤滑油に不純物として混入するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、接地手段を損傷させることなく冷却することができる電動モータを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、内部空間を有するモータケースと、該モータケースの壁面を貫通して配置される軸受と、該軸受に支承される回転軸と、該モータケースに固定され、本体と、導電材とを具備する接地手段とを備え、該内部空間にはモータケースの外よりも高圧にガスが充填され、該本体は、該回転軸の外周に沿った円弧状の内周面を具備し、該モータケースに固定され、該導電材は、可撓性を備え、一端側が該回転軸に接触するように該本体の該内周面に配置され、接地手段とモータケースとの間に、バイパス流路を設け、該バイパス流路を通じて、モータケースの内部空間と、軸受を構成するアウタレースとインナレースとの間の隙間とを連通することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電動モータであって、前記バイパス流路の流路断面積が、前記本体と前記回転軸との間の隙間の断面積よりも大きく設定されたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動モータであって、筒形状を備え、筒内面に、ラビリンスシールが形成され、筒状一側端部が前記モータケースに固定されつつ、環内を回転軸が貫通するシール部材を備え、前記接地手段は、該シール部材の筒状他側端部に配置され、該シール部材を介して該モータケースに固定されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電動モータであって、前記バイパス流路は、前記接地手段の前記本体と前記モータケース側との合わせ面の少なくともどちらか一方の面に形成された溝部であることを特徴とする。

請求項１の発明において、外部よりも高圧なモータケース内のガスは、通気抵抗の大きな接地手段の隙間ではなく、バイパス流路を通じて、軸受の隙間からモータケース外に漏出する。これにより、冷却時に冷媒のガスが発生した場合にも、接地手段の導電材を痛めることなく冷却しつつ、電動モータのインバータ制御（可変周波数制御）を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電動モータの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、図１の要部拡大図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材の断面図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材の正面図である。 本発明の一実施形態に係る接地手段の正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態の電動モータ１は、図１に示すように、交流の電動モータで、モータケース１０、固定子２０、回転子３０とを備えている。

モータケース１０は、円筒状の周壁１１と、周壁１１の両端を塞ぐ端壁１２、貫通壁１３とで構成され、これら周壁１１、端壁１２、貫通壁１３で内部空間１４が形成されている。周壁１１の内周面には、固定子２０が配置されている。固定子２０は、筒状の固定鉄心（図示せず）に電線（図示せず）が巻かれた固定コイル２１で構成されている。

端壁１２の中央には、内部空間１４に突出する筒形状を有する支承筒部１２ａが設けられ、この支承筒部１２ａの内部空間側端部には、玉軸受４０Ａと端側シール部材５０Ａが配置されている。貫通壁１３の中央には、筒孔１３ａが設けられ、この筒孔１３ａにコロ軸受４０Ｂ（軸受）と貫通側シール部材５０Ｂ（シール部材）が配置されている。また、玉軸受４０Ａとコロ軸受４０Ｂは、それぞれの転動体と転動体との間に隙間が設定されている。

シール部材５０Ａ，５０Ｂは、図１、図３、図４に示すように、略筒形状を備え、筒内周面に断面略三角形形状を備えた複数の環状突起５１からなるラビリンスシール５２を備えている。端側シール部材５０Ａは、端壁側端部５３が支承筒部１２ａに隙間無く固定され、貫通側シール部材５０Ｂは、貫通壁側端部５４（筒状一側端部）が貫通壁１３の筒孔１３ａに隙間無く固定されている。

接地手段６０は、図５に示すように、環形状を備えた導電材からなる本体６１を備え、本体６１の環状内周面６１ａ（内周面）から無数の繊維状導電材６２（導電材）が、環の中心に向かって植えられている。繊維状導電材６２は、導電性を有する繊維状の素材で形成されている。また、接地手段６０は、貫通側シール部材５０Ｂの内部空間側端部５５（筒状他側端部）にボルト６３で固定され、貫通側シール部材５０Ｂとともに、環内に後述する回転軸３２が挿通した状態で、繊維状導電材６２の先端が回転軸３２の外周面に接するように、繊維状導電材６２の長さが設定されている。

回転子３０は、筒状の回転コイル３１と回転軸３２で構成されている。回転コイル３１は、筒状の鉄心（図示せず）に電線（図示せず）が巻かれ、筒内に回転軸３２が挿嵌されている。また、回転子３０は、回転コイル３１が固定子２０の筒内に挿通された状態で、軸受４０Ａ，４０Ｂを介して端壁１２、貫通壁１３に支承されている。

貫通側シール部材５０Ｂと接地手段６０との合わせ面には、貫通側シール部材５０Ｂの内部空間側端部５５に、図３、図４に示すように、バイパス流路５６としての溝部が形成されている。バイパス流路５６は、その断面形状が、本体６１と回転軸３２との間の隙間の断面積よりも大きくなるように設定されている。

また、本実施形態の電動モータ１には、冷却手段として冷媒流路１５が設けられている。冷媒流路１５は、外部から供給される冷媒が電動モータ１内を循環するための経路で、周壁１１と固定コイル２１との間に設定されており、冷媒流路１５に液状冷媒が流通する間に、固定コイル２１を液状冷媒が冷却する。固定コイル２１を冷却した冷媒は、気液混合状態となって端壁１２側の内部空間１４に排出され、コイルエンド２２を冷却し、ガス冷媒となる。そして、液状冷媒が気化してガス冷媒となったことによって、端壁１２側の内部空間１４内圧力が上昇し、ガス冷媒は、固定コイル２１と回転コイル３１との間の隙間を通って、圧力が低い貫通壁１３側の内部空間１４に移動する。貫通壁１３側の内部空間１４へ移動したガス冷媒は、排出口（図示せず）を通じて冷媒循環路（図示せず）に排出されるとともに、バイパス流路５６とコロ軸受４０Ｂの隙間とを通じて、圧力の低いモータケース１０外へ漏出する。

以上のように、上記本実施形態の構成では、液状冷媒が気化し、ガス冷媒になることによって、モータケース１０内の圧力は、外部よりも高圧となり、ガス冷媒がコロ軸受４０Ｂの隙間からモータケース１０外に漏出する際に、バイパス流路５６を流通するため、接地手段６０の繊維状導電材６２を痛めることなく、回転軸３２に帯電した電荷を除去することができる。

また、バイパス流路５６の流路断面形状が、環状本体６１と回転軸３２との間の断面総面積よりも大きくなるように設定されたことによって、流通抵抗の大きな接地手段６０と回転軸３２との間の隙間ではなく、バイパス流路５６を通じて、モータケース１０内のガス冷媒が、モータケース１０外に漏出するため、接地手段６０の繊維状導電材６２をより一層痛めることなく、回転軸３２に帯電した電荷を除去することができる。

モータケース１０に貫通側シール部材５０Ｂを設け、この貫通側シール部材５０Ｂの内部空間側端部５５に接地手段６０が配置されたことによって、電動モータ１外に漏出するガスの量が低減し、バイパス流路５６、および接地手段６０と回転軸３２との間の隙間を流れるガスの流速が低下するため、繊維状導電材６２をより一層痛めることなく、回転軸３２に帯電した電荷を除去することができる。

貫通側シール部材５０Ｂにバイパス流路５６となる溝部を設けることによって、接地手段６０の電荷除去性能に影響を及ぼすことなく、エンドミルによる切削等の比較的単純な加工によってバイパス流路５６を設けることができる。

なお、上記本実施形態の接地手段６０は、本体６１が環形状を備えているが、環形状に限定されるものではなく、たとえば回転軸３２の外周に沿った半円の円弧形状、および扇形状であっても良く、状況に応じて種々の形状を採用することができる。

また、接地手段６０の繊維状導電材６２は、本体６１の環状内周面６１ａに繊維状の導電材が密集して植えられているが、繊維状の部材に限定されるものではなく、たとえば短冊状のシート材を回転軸３２の軸方向に沿って、本体６１の内周面に配置し、シート面が回転軸３２の表面に接する構成としても良く、状況に応じて種々の形状を採用することができる。

また、本実施形態では、バイパス流路５６を通過したガス冷媒は、コロ軸受４０Ｂの隙間を通過して、モータケース１０外へ漏出する構成となっているが、軸受内の隙間以外にガス冷媒が漏出する流路を設定することもできる。

１…電動モータ
１０…モータケース
１３…貫通壁（壁面）
１４…内部空間
３２…回転軸
４０Ｂ…コロ軸受（軸受）
５０Ｂ…貫通側シール部材（シール部材）
５２…ラビリンスシール
５４…貫通壁側端部（筒状一側端部）
５５…内部空間側端部（筒状他側端部）
５６…バイパス流路
６０…接地手段
６１…本体
６１ａ…環状内周面（内周面）
６２…繊維状導電材（導電材）

Claims (4)

1. 内部空間を有するモータケースと、
   該モータケースの壁面を貫通して配置される軸受と、
   該軸受に支承される回転軸と、
   該モータケースに固定され、本体と、導電材とを具備する接地手段とを備え、
   該内部空間にはモータケースの外よりも高圧にガスが充填され、
   該本体は、該回転軸の外周に沿った円弧状の内周面を具備し、該モータケースに固定され、
   該導電材は、先端が該回転軸に接触するように該本体の該内周面に配置され、
   該接地手段と該モータケースとの間に、バイパス流路を設け、
   該バイパス流路を通じて、該モータケースの内部空間と外部とを連通することを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１記載の電動モータであって、
   前記バイパス流路の流路断面積が、前記本体と前記回転軸との間の隙間の断面積よりも大きく設定されたことを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１又は請求項２記載の電動モータであって、
   筒形状を備え、筒内面に、ラビリンスシールが形成され、筒状一側端部が前記モータケースに固定されつつ、環内を回転軸が貫通するシール部材を備え、
   前記接地手段は、該シール部材の筒状他側端部に配置され、該シール部材を介して該モータケースに固定されたことを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電動モータであって、
   前記バイパス流路は、前記接地手段の前記本体と前記モータケース側との合わせ面の少なくともどちらか一方の面に形成された溝部からなることを特徴とする電動モータ。

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