JP2013072491A - 転がり軸受およびそれを備えた電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータから転がり軸受内部へ電流が流れることがあり、転がり軸受内部を通る電流によって転がり軸受の転動体と内外輪との接触部位に電食が生じ、軸受寿命が短くなるという課題を有していた。
【解決手段】内部にグリスが封入される転がり軸受において、転動体をガラスにより形成したものである。また前記ガラスのロックウェル硬度を６０以上としたものである。これにより転動体の割れや欠けを防止し、かつ絶縁構造を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型空調機器に搭載するモータの転がり軸受に関するものであり、特に転動体に関するものである。

従来、この種の転がり軸受は鋼材の転動体を用いていた（例えば、特許文献１参照）。また、セラミックの転動体を用いた転がり軸受もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−２４９１５０号公報 特開２００１−１４６９２０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、モータから転がり軸受内部へ電流が流れることがあり、転がり軸受内部を通る電流によって転がり軸受の転動体と内外輪との接触部位に電食が生じ、軸受寿命が短くなるという課題を有していた。また、電食防止のため、転動体やベアリング外周をセラミックにより絶縁しているものもあるが、セラミックの割れや欠けといった課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、転がり軸受において、割れや欠けを防止し、かつ絶縁構造を確保することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の転がり軸受は、内部にグリスが封入される形態の転がり軸受において、転動体をガラスにより形成されたことを特徴とするものである。これによって、内輪と外輪間の絶縁を確保でき、かつ転動体の割れや欠けを防止することができる。

また、本発明の転がり軸受は、前記ガラスのロックウェル硬度が６０以上としたものである。これによって、ベアリングのフレッチング等の損傷を防止することができる。

本発明の転がり軸受は、絶縁を確保でき、かつ転動体の割れや欠けを防止することができる。

本発明の実施の形態１における転がり軸受の構成図 実施の形態１における転がり軸受を備えた電動機の構成図

第１の発明は内部にグリスが封入される形態の転がり軸受において、転動体をガラスにより形成されたことを特徴とするものであり、内輪と外輪間の絶縁を確保でき、かつ転動体の割れや欠けを防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のガラスのロックウェル硬度が６０以上としたもので
あり、ベアリングのフレッチング等の損傷を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における転がり軸受の構成図を示すものである。図１において、外周面に軌道面を有する内輪２と、内輪２の転動面に対向する軌道面を内周面に有する外輪３と、両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体１と、内輪２と外輪３の間に複数の転動体１を保持する保持器５と、転動体１と内輪２と外輪３の潤滑の働きをするグリス４と、を備えている。

なお、内輪２と外輪３の間に介在され、内輪２の外周面と外輪３の内周面との開口部分をほぼ覆う密封装置（シール、シールド等）を備えても良い。

内輪２と外輪３は軸受鋼等の鋼で構成されており、転動体１は、ガラスから構成されている。

ロックウェル硬度では、鋼が６４であり、セラミックが７５であるのに対し、このようなガラスは６０と同等の硬度を確保している。また、熱膨張係数は、鋼が１２であり、セラミックが３であるのに対し、ガラスは８．５と、鋼とほぼ同じ値となり、内輪２と外輪３の鋼で構成された部材との熱的な親和性もよい。更に比重は、鋼が８であり、セラミックが３であるにに対し、ガラスは２．５のため、鋼と比べても１／４以下の重量で構成でき、例えば高速回転時の遠心力による力の低減ができる。

よって転動体１は、割れや欠けが生じにくく長寿命であるため、この転がり軸受は長寿命である。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。

例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。

なお、本実施形態では、転動体１を全てガラス製としたが、その一部をセラミック製としても同様な効果を得られることは言うまでもない。

（実施の形態２）
前述した転がり軸受は、電食防止用途や特殊用途（高速回転、非磁性等）に好適である。例えば、電食防止用途としては、インバータ制御によるファンモータや、インバータ制御を行う装置に組み込まれるファンモータがあげられる。ガラス製の転動体１により転がり軸受の内輪２と外輪３の間を完全に絶縁できるため、内輪２と外輪３の間を流れる電流の流れを確実に遮断して電食を防止することができる。

図２を用いて、本発明の実施の形態１における軸受を備えた電動機について説明する。本実施の形態では、電気機器としてのエアコン用に搭載され、送風ファンを駆動するため
のブラシレスモータである電動機の一例を挙げて説明する。

図２において、固定子鉄心１１には、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータとしての樹脂２１が介在して、固定子巻線１２が巻装されている。そして、このような固定子鉄心１１は、他の固定部材とともに絶縁モールド材としての不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３にてモールド成形されている。本実施の形態では、これらの部材をこのようにモールド一体成形することにより、外形が概略円筒形状をなす固定子１０が構成されている。

固定子１０の内側には、空隙を介して回転子３０が挿入されている。回転子３０は、シャフト１６に、永久磁石である樹脂磁石からなる回転体３２が一体的に成形され固定されている。

回転子３０のシャフト１６には、シャフト１６を支持する２つの軸受１５ａ、１５ｂが取り付けられている。軸受１５ａ、１５ｂは、実施形態１で説明した転がり軸受であり、軸受１５ａ、１５ｂの内輪側がシャフト１６に固定されている。図２では、シャフト１６がブラシレスモータ本体から突出した側となる出力軸側において、軸受１５ａがシャフト１６を支持し、その反対側（以下、反出力軸側と呼ぶ）において、軸受１５ｂがシャフト１６を支持している。

そして、これらの軸受１５ａ、１５ｂは、それぞれ導電性を有した金属製のブラケットにより、軸受１５ａ、１５ｂの外輪側が固定されている。図２では、出力軸側の軸受１５ａがブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受１５ｂがブラケット１９により固定されている。以上のような構成により、シャフト１６が２つの軸受１５ａ、１５ｂに支承され、回転子３０が回転自在に回転する。

さらに、このブラシレスモータには制御回路を含めた駆動回路を実装したプリント基板１８が内蔵されている。このプリント基板１８を内蔵したのち、ブラケット１７を固定子１０に圧入することにより、ブラシレスモータが形成される。また、プリント基板１８には、巻線の電源電圧Ｖｄｃ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃおよび回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐを印加するリード線や制御回路のグランド線などの接続線２０が接続されている。

なお、駆動回路を実装したプリント基板１８上のゼロ電位点部は、大地のアースおよび１次側（電源）回路とは絶縁され、大地のアースおよび１次側電源回路の電位とは、フローティングされた状態である。ここで、ゼロ電位点部とは、プリント基板１８上における基準電位としての０ボルト電位の配線のことであり、通常グランドと呼ばれるグランド配線を示している。接続線２０に含まれるグランド線は、このゼロ電位点部、すなわちグランド配線に接続される。

以上のように構成された本ブラシレスモータに対して、接続線２０を介して各電源電圧および制御信号を供給することにより、プリント基板１８の駆動回路により固定子巻線１２が駆動される。固定子巻線１２が駆動されると、固定子巻線１２に駆動電流が流れ、固定子鉄心１１から磁界が発生する。そして、固定子鉄心１１からの磁界と樹脂磁石である回転体３２からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によってシャフト１６を中心に回転子３０が回転する。

また、ブラケット１９には、導通ピン２２が予め電気的に接続されている。すなわち、図２に示すように、ブラケット１９に導通ピン２２の一方の先端部が接続されている。導通ピン２２は不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３の内部に配置され、ブラケット１９と同様に不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３とモールド一体成形されている。なお、導通ピン２２を電動機内部として不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３の内部に配置すること
で、導通ピン２２を錆や外力などから予防し、使用環境や外部応力などに対して、信頼性の高い電気的接続としている。

導通ピン２２は、不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３の内部において、本ブラシレスモータの外周方向へと延伸し、本ブラシレスモータの外周近辺からシャフト１６とほぼ平行して出力軸側へとさらに延伸している。そして、不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３の出力軸側の端面から、導通ピン２２の他方にブラケット１７に電気接続するための導通ピン２３が接続されている。

すなわち、ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３がブラケット１７に接触し、ブラケット１７と導通ピン２３との導通が確保される。このような構成により、ブラケット１７とブラケット１９との２つのブラケットは、導通ピン２２を介して電気的に接続される。また、ブラケット１７およびブラケット１９は、不飽和ポリエステル樹脂成形材料１３により固定子鉄心１１と絶縁された状態で、この２つのブラケットが電気的に接続される。

この電動機はパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、ＰＷＭ方式という）のインバータにより駆動する方式を採用しており、こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点電位が零とならないため、軸受の外輪と内輪間に電位差（以下、軸電圧という）を発生させる。軸電圧は、スイッチングによる高周波成分を含んでおり、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部に微小電流が流れ軸受内部に電食が発生するが、実施形態１の転がり軸受を採用することで、電食の発生を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる転がり軸受は、転動体の割れや欠けを防止し、かつ絶縁構造の確保が可能となるので、小型空調機器に搭載するモータ等の用途にも適用できる。

１ 転動体
２ 内輪
３ 外輪
４ グリス
５ 保持器

Claims (3)

1. 内部にグリスが封入される転がり軸受において、転動体をガラスにより形成されたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記ガラスのロックウェル硬度が６０以上である請求項１に記載の転がり軸受。
3. 請求項１または２に記載の転がり軸受を備えた電動機。

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