JP2015006072A - 回転電機、回転負荷結合体及び回転負荷結合体を具備する空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸電圧を低減し、軸受電食の発生を抑制することにより長寿命・高信頼性の回転電機、回転負荷結合体及び回転負荷結合体を具備する空気調和機を提供することである。【解決手段】固定子鉄心９には、固定子鉄心９を絶縁するインシュレータとしての樹脂１１が介在して、固定子の巻線８が巻装されている。そして、このような固定子鉄心９は、他の固定部材とともにモールド材としての絶縁性の樹脂７にてモールド成形されている。これらの部材を一体モールド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。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等に具備される回転電機及び回転負荷結合体に関する。

周知のとおり、正弦波による対称三相交流回路において各相の回路条件を等しくするときは、Ｙ結線の中性点は常に一定値を示し、電源側のＹ結線の中性点と負荷側のＹ結線の中性点との間には、電位差は生じない。なお、この際の三相電源の正弦波は、高調波成分を含まない無歪の正弦波であることが、前提であることは言うまでもない。

また、三相回路の各相の回路ループの条件が不平衡のときは、Ｙ結線の負荷側の中性点は零電位ではなく、ある値の電位を示す。これらのことは、例えば特許文献１などのとおり、良く知られている。なお、軸電圧の観測は、三相交流回路のいずれかの回路箇所や、便宜的に設けた分圧回路の中点による擬似的中性点などとの電位差として測定するなどの多少の工夫を要するものである。

実際の対称三相交流回路においては、種々の要因により、三相電源の不平衡や、三相電源の正弦波に若干の高調波成分を含み、電源側のＹ結線の中性点及び負荷側のＹ結線の中性点に多少の電位の発生が観測される。さらに、この中性点の電位変化に起因して、発電機の回転軸や、電動機の回転軸に誘起される電圧値、所謂、軸電圧として観測される。この軸電圧は、回転軸を回転自在に支承する軸受けの内輪へも印加されることとなる。

一方、軸受けの外輪は、電気的には発電機又は電動機の外郭や、接地部位と接続されているために、軸受けの内輪の電位とは、異なる電位となり、軸受けの内輪と外輪間には電位差が生じる。そして、軸受けの転動体を介して、外輪と内輪とが電気的に接続されると、外輪、転動体、内輪、これらの間に放電が起きる。この放電の箇所には放電痕が生じ、この放電痕を電食と呼称している。そして、この放電痕、つまり電食によって軸受けの回転には不具合を起こす。

例えば、特許文献２〜４などに記されているように、三相電源の発電機には、発電機の組み立ての不整に起因する磁気回路の不平衡によって、対称三相交流が得られずに不平衡の三相交流が生じ、中性点電位発生に起因する軸電圧が発生する。また、発電機の励磁巻線の励磁電源が、サイリスタ等による励磁装置である場合は、励磁巻線に高調波を多量に含む非正弦波波形の電圧が印加されることとなる。この非正弦波波形の電圧は励磁巻線ほかの発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を介して、上述の励磁装置の励磁電力に起因した軸電圧の発生となる。

また、前述の特許文献などに記されているように、発電機特有の現象としては、蒸気タービンの羽に衝突した蒸気の一部がイオン化して、帯電する。そして、蒸気のイオン化による電荷は、発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を介して回転軸へと伝わり、発電機の軸電圧として現れて、軸受けの電食を招くことが知られている。

一方、三相交流回路における負荷側の電動機においても、例えば特許文献５などに記されているように、三相交流の不平衡に起因する軸電圧による軸受けの電食の発生が知られている。また、同文献等に記されているように、電動機をインバータ装置を用いて駆動した場合には、電源のスイッチング毎に一瞬に起こる電圧不平衡により非常に高い周波数（数ＭＨｚ）の中性点電位の変動に起因する軸電圧（軸電流）が発生し、電動機の軸受けの電食が生じる。

昨今、回転電機の分野にては、インバータ装置による駆動技術が隆盛を極めている。このインバータ装置による駆動は、無歪の正弦波電圧原による駆動とは全く異なるものであり、矩形波状の電圧源を構成して、擬似的な三相駆動を図っている。インバータ装置による駆動では、上述の特許文献５ごとく、中性点電位の変動に起因する軸電流（軸電圧）が発生し、電動機の軸受けの電食が生じ易い。

周知のとおり、インバータ装置による駆動は、無歪の正弦波による対称三相交流による駆動ではない。従って、回転電機のＹ結線の中性点では、各相の電圧値が互いに打ち消しあって、常に零レベルになることは無く、何らかの電圧値が、生じる。例えば、非特許文献１などに記されるとおり、インバータ装置によって駆動される回転電機のＹ結線の中性点には、最大値はインバータ装置の電源電圧値にも達する凸状波形波及び方形波による周期的な大きな振幅の電圧変化を示す。そして、同非特許文献などに記されるとおり、この中性点の電位変化に起因して、回転軸の軸電圧として観測される。

非特許文献１などにも記されるように、インバータ装置からの各相の駆動電圧は、回転電機(電動機)の固定子の固定子巻線から固定子構成部材のインピーダンス成分を経て固定子の外部へ電気的エネルギーとして伝播する。この電気的エネルギーの伝播は、電動機の固定子及び回転子間の分布容量を介して、電動機の回転子へと伝播し、さらには、回転子構成部材のインピーダンス成分を経由して回転軸に到達する。ここで回転軸は、三相交流回路の等価的なＹ結線の中性点に位置することから、何らかの電位の変化が観測され得る。この電位は、軸電圧と呼称されることは、上述のとおりである。

ところで、三相交流回路における各相の第３次高調波成分（３倍波等）であるが、これは互いに相殺されることはなく、Ｙ結線の中性点にて観測され得ることは、周知のとおりである。また、Ｙ結線の中性点にては、各相の不平衡成分も観測され得ることは、周知のとおりである。

さて、インバータ駆動であるが、具体的には、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するケースが多い。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点の電位は零とならず何らかの電圧が発生する理由は、上述のとおりである。この中性点の電位変化と同様に、三相交流回路の等価的なＹ結線の中性点とも考察される回転電機の回転軸に、何らかの電位変化が生じることはいうまでもない。

インバータ駆動による軸電圧の発生に起因して、軸受の外輪と内輪との間に電位差が発生する。そして、軸電圧には、スイッチングによる高周波成分を含んでいる。軸電圧に起因する電位差が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受の内部に高周波電流が流れ、軸受内部には電食が発生する。この電食が進行した場合、軸受内輪または外輪の内部に波状摩耗現象が発生して異常音に至ることがあり、回転電機における代表的な不具合現象として、その解決が常に希求されている。

上述のごとく、この電食は、軸受材料がアーク放電によって損傷を受ける現象であり、軸電圧に起因する軸受の内輪と軸受の外輪との間に発生した電位差によって、軸受の内輪−玉（転動体）−軸受の外輪、という経路で軸電圧に起因する放電電流が流れることによる。従って、回転電機の電食を抑制するためには、以下のような対策が提案される。
（１）軸受内輪と外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と外輪を絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。

さて、上記（１）の具体的方法としては、軸受の潤滑剤を導電性にすることが挙げられる。ただし、導電性潤滑剤は、時間経過とともに導電性が悪化することや摺動信頼性に欠けるなどの課題がある。また、回転軸にブラシを設置し、導通状態にする方法も考えられるが、この方法もブラシ摩耗粉やスペースが必要となるなどの課題がある。

上記（２）の具体的方法としては、軸受内部の鉄ボールをセラミックボールに変更することが挙げられる。この方法は、電食の防止には非常に効果はあるが、コストが高く、経済的側面の課題を招く。

上記（３）の具体的方法としては、例えば特許文献６に記されるような、回転電機の出力側に取り付けたファンを導電性材料で構成し、ファンの回転電機側と反対側を導電性のすべり軸受とし、このすべり軸受をアースすることで、ファン回転電機の回転軸で発生した軸電圧をアースして電食を防止することが提案された。

しかしながら、特許文献６に記されたような回転軸をアースする方法では、回転電機単体での回転軸の電位と玉軸受外輪側の電位との電位関係つまり回転電機の構成部材によるインピーダンス成分で生じる等価的回路の状態によっては、アースしたことによって、逆に高い軸電圧となり、電食を招くケースも考察された。また、回転電機の軸電圧を出力軸から、アースに落とすには、出力軸側に取り付けたファンを両持ちの構造にして片側の軸受から接続する必要がある。また、当然ながら、片持ちの構造のファンには適用し得ない。

ところで、近年ＰＷＭ方式のインバータ駆動回転電機では両側に玉軸受を用いる回転電機が主流となっているが、古い時代では両側にすべり軸受を用いる回転電機の構成が一般的であった。すべり軸受から玉軸受に置換された理由は、回転子の両側の軸受で支える際には必ず調芯機能が必要であり、すべり軸受にも調芯機構が必要となり軸受を球形とすることと軸受を支える部品等で材料コストの高騰を招くのに対し、玉軸受の方が次第に安価となった為である。このような理由からすべり軸受を汎用的な回転電機に採用することは、経済的観点での支持が得られなく、実現性を乏しくした。

特開平８−３４０６３７号公報 特公昭４７−４１１２１号公報 特開昭５０−７６５４７号公報 特開昭５７−１６５４９号公報 特開平１０−３２９５３号公報 特開２０１０−１２１８０７号公報

「富士時報 第７２巻、第２号（１９９９年２月）」、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧 Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９

本発明の解決しようとする課題は、軸電圧を低減し、軸受電食の発生を抑制することにより長寿命・高信頼性の回転電機、回転負荷結合体及び回転負荷結合体を具備する空気調和機を提供することである。

本件出願に係る第１の発明は、
略円筒状の空間部を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻装された固定子巻線と含む固定子と、前記固定子鉄心の空間部の内径に対向して回転自在に回転する回転子を有する回転電機において、
少なくとも前記回転子を軸通する軸と、
前記回転子の一端面側から突出した前記軸を軸支する玉軸受と、
前記回転子の他端面側から突出した前記軸を軸支するすべり軸受と、
前記玉軸受の外輪と前記すべり軸受とを電気的に接続する接続経路部とを含む回転電機である。

本件出願に係る第２の発明は、第１の発明の回転電機において、
上記固定子鉄心及び上記固定子巻線の少なくとも一部分を覆う樹脂外装部を含む回転電機である。

本件出願に係る第３の発明は、第１の発明の回転電機において、上記玉軸受を収容する玉軸受収容部を含む回転電機である。

本件出願に係る第４の発明は、第１の発明の回転電機において、上記すべり軸受を収容するすべり軸受収容部を含む回転電機である。

本件出願に係る第５の発明は、第１の発明の回転電機において、上記すべり軸受は導電性を有したすべり軸受を含む回転電機である。

本件出願に係る第６の発明は、第１の発明の回転電機において、上記すべり軸受は、多孔質の金属体に潤滑油を含浸させた含油軸受を含む回転電機である。

本件出願に係る第７の発明は、第１の発明の回転電機において、上記軸への負荷接続側に上記玉軸受を配置し、かつ、上記軸への非負荷接続側に上記すべり軸受を配置する構成を含む回転電機である。

本件出願に係る第８の発明は、第１の発明の回転電機の出力軸と、この出力軸に接続される負荷の軸と、この負荷の軸の他方端を回動自在に支承する軸受とから成る回転負荷結合体において、前記回転電機の出力軸の非負荷接続端側にのみ焼結含油軸受を具備する回転負荷結合体である。

本件出願に係る第９の発明は、第８の発明の回転負荷結合体において、上記負荷がクロスフローファンの回転負荷結合体である。

本件出願に係る第１０の発明は、第８又は第９の発明の回転負荷結合体を具備する空気調和機である。

本発明によれば、二つの軸受を導通させることで玉軸受の外輪とすべり軸受が同電位となり、さらに片側に導電性のあるすべり軸受けを搭載することで、玉軸受の外輪と内輪に生じる軸電圧を低下できるので、耐電食性の高められた回転電機が実現可能である。

また、本発明によれば、片側を玉軸受にすることにより、玉軸受に調芯機能がある為すべり軸受に調芯機能をつける必要がなくなり、球形等の特定形状に限らずすべり軸受を用いることができるので汎用的な回転電機に採用することができ、産業的価値の大いなるものである。

また、本発明によれば、出力軸側に玉軸受を設けることで、すべり軸受からのオイルが回転電機外部に漏出するのを防止することにより、長寿命で信頼性の高い回転電機が実現でき、産業的価値の大いなるものである。

本発明の実施例１及び実施例２に係る回転電機の断面図 比較例の回転電機の断面図 回転負荷結合体の一例を示す説明図 クロスフローファンの一例を示す斜視外観図

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例における回転電機２１の断面を示した構造図である。本実施例では、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回転電機である回転電機の一例を挙げて説明する。また、本実施例では、回転子が固定子の内周側に回転自在に配置されたインナロータ型の回転電機の例を挙げて説明する。

図１において、固定子鉄心９には、固定子鉄心９を絶縁するインシュレータとしての樹脂１１が介在して、固定子の巻線８が巻装されている。そして、このような固定子鉄心９は、他の固定部材とともにモールド材としての絶縁性の樹脂７にてモールド成形されている。本実施例では、これらの部材をこのように一体モールド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２が挿入されている。回転子２は、回転子鉄心１５を含む円板状の回転子１７と、回転子１７の中央を貫通するようにして回転子１７を締結した軸１とを有している。回転子１７は、固定子１０の内周側に対向して周方向に永久磁石であるフェライト樹脂の磁石１６を保持している。

図１では、回転子１７として、これらの回転子鉄心１５およびフェライト樹脂の磁石１６が一体成形された構成例を示している。このように、固定子１０の内周側と回転子１７の外周側とが対向するように配置されている。

回転子２の軸１には、軸１を支持する出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５が取り付けられている。出力軸側の玉軸受１４は、複数の鉄ボールを有した円筒形状のベアリングであり、出力軸側の玉軸受１４の内輪側が軸１に固定されている。図１では、軸１がブラシレス回転電機本体から突出した側となる出力軸側において、出力軸側の玉軸受１４が軸１を支持し、その反対側（反出力軸側）において、反出力側の含油軸受５が軸１を支持している。

そして、これらの出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５は、それぞれ導電性を有した金属製のブラケットにより、出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５の外輪側が固定されている。図１では、出力軸側の玉軸受１４が出力軸側の金属ブラケット１３により固定され、反出力軸側の含油軸受５が反出力軸側の金属の金属ブラケット６により固定されている。以上のような構成により、軸１が出力軸側の玉軸受１４及び反出力側の含油軸受５に支承され、回転子２が回転自在に回転する。

なお、出力軸側の玉軸受１４は、その軸受内部の内部空間の一部を満たすグリスが充填されている。この玉軸受１４は、「両側シールド形の玉軸受」と呼称され、軸受分野にては「呼び記号」の項目で「ＺＺ」と標記され、広く知られているものである。

さらに、本実施例のブラシレス回転電機には制御回路を含めた駆動回路を実装した回路基板１２が内蔵されている。この回路基板１２を内蔵したのち、出力軸側の金属ブラケット１３を固定子１０に圧入することにより、ブラシレス回転電機が形成される。また、回路基板１２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１８が接続されている。

なお、駆動回路を実装した回路基板１２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、回路基板１２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１８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。

また、駆動回路が実装された回路基板１２に接続される巻線の電源電圧を供給する電源回路、制御回路の電源電圧を供給する電源回路、制御電圧を印加するリード線および制御回路のグランド線などは、巻線の電源電圧を供給する電源回路に対する１次側（電源）回路、制御回路の電源電圧を供給する電源回路に対する１次側（電源）回路、これら１次側（電源）回路と接続された大地のアースおよび独立して接地された大地のアースのいずれとも電気的に絶縁されている。

つまり、１次側（電源）回路電位および大地のアースの電位に対して、回路基板１２に実装された駆動回路は電気的に絶縁された状態であることから、電位が浮いた状態となっている。これは電位がフローティングされた状態とも表現され、よく知られている。また、このようなことから、回路基板１２に接続される巻線の電源電圧を供給する電源回路および制御回路の電源電圧を供給する電源回路の構成は、フローティング電源とも呼称され、これもよく知られた表現である。

以上のように構成された本ブラシレス回転電機に対して、接続線１８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、回路基板１２の駆動回路により固定子の巻線８が駆動される。固定子の巻線８が駆動されると、固定子の巻線８に駆動電流が流れ、固定子鉄心９から磁界が発生する。そして、固定子鉄心９からの磁界とフェライト樹脂の磁石１６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軸１を中心に回転子２が回転する。

次に、本回転電機のより詳細な構成について説明する。まず、本回転電機は、上述したように、軸１が出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５で支持されるとともに、それぞれの出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５もブラケットにより固定され、支持されている。さらに本実施例では、それぞれ出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５が、導電性を有した金属製のブラケットにより固定されるような構成としている。すなわち、本実施例では、予め鋼板で加工され寸法精度の良好な導電性のブラケットを出力軸側の玉軸受１４及び反出力軸側の含油軸受５の固定に採用している。特に、回転電機の高出力化が要求される場合には、このような構成とすることがより好ましい。

具体的には、まず、反出力軸側の含油軸受５に対して、反出力軸側の含油軸受５の外周径とほぼ等しい外周径の反出力軸側の金属ブラケット６により固定している。また、この反出力軸側の金属ブラケット６は、絶縁性の樹脂７と一体モールド成形されている。

反出力軸側の金属ブラケット６は中空円筒状となるカップ形状を有しており、より具体的には、一方を開いたブラケットの円筒部６ａと、閉じた側の円筒端部から外方向に少しだけ広がった環状のブラケットのつば部６ｂとを有している。ブラケットの円筒部６ａの内周径は含油軸受５の外周径より狭く、ブラケットの円筒部６ａに含油軸受５を圧入することにより固定され、含油軸受５は反出力軸側の金属ブラケット６を介するようにして絶縁性の樹脂７にも固定されることになる。

すなわち、ブラケットのつば部６ｂの外周径は、含油軸受５の外周径よりも大きく、かつ少なくとも回転子１７の外周径よりも小さくしている。反出力軸側の金属ブラケット６をこのような形状とすることにより、例えばつば部が回転子１７の外周を超えて固定子１０まで広がるような構造に比べて、コスト高となる金属材料の使用を抑制している。

次に、出力軸側の玉軸受１４に対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径の出力軸側の金属ブラケット１３により固定している。出力軸側の金属ブラケット１３は概略円板形状であり、円板の中央部に出力軸側の玉軸受１４の外周径とほぼ等しい径の突出部を有しており、この突出部の内側は中空となっている。回路基板１２を内蔵したのち、このような出力軸側の金属ブラケット１３の突出部の内側を出力軸側の玉軸受１４に圧入するとともに、出力軸側の金属ブラケット１３の外周に設けた接続端部と固定子１０の接続端部とが嵌合するように、出力軸側の金属ブラケット１３を固定子１０に圧入することにより、本回転電機が形成される。

このように構成することで、組立作業の容易化を図るとともに、出力軸側の玉軸受１４の外輪側は金属製の出力軸側の金属ブラケット１３に固定されるため、クリープによる不具合も抑制している。

また、本実施例の回転電機には、出力軸側及び反出力軸側のブラケット間を電気的に導通させるブラケット接続部３の一部又は全部を絶縁性の樹脂７に埋設された構成を有する。

具体的には、反出力軸側の金属ブラケット６に、第一の導通端子１９が予め電気的に接続されている。また、出力軸側の金属ブラケット１３に、第二の導通端子２０が予め電気的に接続されている。すなわち、図１に示すように、反出力軸側の金属ブラケット６のブラケットのつば部に第一の導通端子１９の一方端が接続されている。第一の導通端子１９は絶縁性の樹脂７の内部に配置され、反出力軸側の金属ブラケット６と同様に絶縁性の樹脂７と一体モールド成形されている。

さらに、第一の導通端子１９へは、ブラケット接続部３の一方端を接続する。このブラケット接続部３は、絶縁性の樹脂７の内部において、ブラケットのつば部６ｂから本回転電機の外周方向へと延伸され、本回転電機の外周近辺から軸１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、ブラケット接続部３の他方端は、第二の導通端子２０へと接続されている。

なお、第一の導通端子１９を回転電機内部として絶縁性の樹脂７の内部に配置することで、第一の導通端子１９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。また、同様に、第二の導通端子２０を回転電機内部として絶縁性の樹脂７の内部に配置することで、第二の導通端子２０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。

このような構成により、出力軸側の金属ブラケット１３と反出力軸側の金属ブラケット６との２つのブラケットは、第一の導通端子１９、第二の導通端子２０、ブラケット接続部３これらを介して電気的に接続される。また、出力軸側の金属ブラケット１３および反出力軸側の金属ブラケット６は、絶縁性の樹脂７により固定子鉄心９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。

このようにして、玉軸受１４の外輪とすべり軸受である含油軸受５とが導通し、含油軸受５が軸１と導通することによって、玉軸受１４の外輪と内輪とを電気的に短絡させたに等しい構成となるため、玉軸受１４の外輪と内輪との間の軸電圧に起因する電位差は、電気的な短絡回路の両端電圧値程度まで降下することとなり、電食の発生は抑制される。

図１に示すようなブラシレス回転電機の構成にて、出力軸側の玉軸受１４にＪＩＳ呼び番号が６０８である単列深溝玉軸受を用いた。

玉軸受１４は、軸受内輪、軸受外輪、転動体及びグリスから構成されており、グリスは予圧バネからの予圧によりグリス油膜を形成し、軸受内輪と軸受外輪および軸受玉がグリス油膜を介し潤滑されている。

このグリスは、絶縁性を有するが、グリス自体の誘電率によって、等価的な静電容量成分も生じさせている。つまり、グリス油膜によるコンデンサが形成される。本実施例ではグリスの基油にエステル系のオイル、増ちょう剤にリチウム石鹸を用いたものを採用することで、コンデンサの静電容量値を調整し、軸電圧に起因する玉軸受１４の外輪と内輪との間の電位差を調整している。回転電機の構造毎に異なる回転電機の等価的回路の状況に応じてグリスを選定することにより、軸電圧に起因する玉軸受１４の外輪と内輪との間の電位差を調整するのである。

反出力軸側の含油軸受５には円筒形状の金属焼結含油軸受を用い、金属の金属ブラケット６に圧入している。本実施例では摺動長を４．５ｍｍとしているが、摺動長を長くすることでトルクの必要な回転電機にも対応することができ、摺動長を短くすることで高効率の回転電機に対応することができる。また金属の金属ブラケット６内には軸受け５と回転子１７の間に樹脂製の油切４が配置され、金属ブラケットの端面には撥油剤を塗布している。

このようにすることで、金属ブラケット６に圧入された含油軸受５は、本回転電機の周囲の外気温の影響を受けにくくなり、マランゴニ効果による油の流出を防ぎ、長寿命な回転電機を実現することが可能である。

表１には、本実施例の構成における回転電機を常温にて、１０００ｒ／ｍｉｎで１００００時間まで試験駆動したときの駆動騒音の測定結果を示す。

比較例

図２に示す比較例では、出力側軸受、および反出力側軸受の両方にグリスの基油にエステル系オイル、増ちょう剤にリチウム石鹸を用いた玉軸受を使用している。金属ブラケット６の内径は、出力軸側の玉軸受１４の外径とほぼ等しくし、玉軸受２２を圧入している。このほかの構成は実施例１の構成と同じである。

比較例の構成における回転電機を常温にて、１０００ｒ／ｍｉｎで１００００時間まで駆動した時の駆動騒音の結果は、上述の表１に示している。

表１に示すように、１００００時間後の１０００ｒ／ｍｉｎで駆動騒音は、実施例１では良化し、比較例では電食の発生が観測された。

これは、長期のランニングにより、軸受内が摺動により面粗度が悪化し、油膜厚さが低下したために、軸受の絶縁破壊耐電圧が低下した為であると考える。軸受の絶縁破壊耐電圧は回転電機の駆動時間と共に低下していき、初期に軸受の絶縁破壊耐電圧が軸電圧よりも高くても、回転電機の駆動時間によって、軸受の絶縁破壊電圧が軸電圧よりも低下する可能性があり、電食騒音の長期信頼性を満たせないという課題がある。

実施例１において駆動騒音が良化した要因は、反出力軸側軸受にすべり軸受を用いたことによる。すべり軸受の特長として軸受面が軸に対してなじむことにより摺動開始時よりもランニング後の方が騒音良化する。また本発明の特長である玉軸受の外輪とすべり軸受を導通させることにより、玉軸受における外輪と内輪との間にかかる軸電圧に起因する電位差を抑制可能であり、電食の発生も抑制され、回転電機としても電食による不具合現象が低減され、産業的価値の大いなるものである。

なお、騒音測定は、気温が２０℃、回転数１０００ｒ／ｍｉｎの同一運転条件下で測定を行った。運転時の回転電機の姿勢は軸を水平となるように設置し、回転電機から１５ｃｍ離れた場所にマイクを設置してＡ特性で騒音を測定した。また、このときの測定環境は、回転電機が駆動していないときの騒音（暗騒音）は１３ｄＢであった。

そして、図１に示す本発明の回転電機を、図３及び図４に示す回転負荷結合体４３の回転電機３９に適用することで本発明の回転負荷結合体が得られる。回転電機の負荷としてのクロスフローファン３１は複数のブレード３２と、このブレード３２を支持する支持板３３及びモータ側端板３４及びベアリング側端板３５を超音波溶着等の手段で軸方向に連結して構成されている。

そして、回転電機の側端板３４には、振動の吸収と取付のためのゴムボス３６と取付軸３７が配設されており、ベアリング側端板３５には、軸３８が配設されていて、駆動用の回転電機３９の回転軸４０に取付軸３７を固定ネジ４１により固定し、他方は玉軸受４２で支持され、回転電機の出力軸によってクロスフローファン３１は回転駆動される。そして、本発明の回転負荷結合体４３を搭載した空気調和機は、軸受に電食が生じることも抑制され、電食による騒音が生じることも抑制され、より高品質な空気調和機が提供可能である。

本発明に係る回転電機、回転負荷結合体及び回転負荷結合体を具備する空気調和機などは、長寿命・小型化・高信頼性・高品質を提供可能であり、産業的価値の大いなるものである。

１ 軸
２ 回転子
３ ブラケット接続部
４ 油切
５ 含油軸受
６ 金属ブラケット
６ａ 円筒部
６ｂ つば部
７ 絶縁性の樹脂
８ 巻線
９ 固定子鉄心
１０ 固定子
１１ 樹脂
１２ 回路基板
１３ 金属ブラケット
１４ 玉軸受
１５ 回転子鉄心
１６ 磁石
１７ 回転子
１８ 接続線
１９ 第一の導通端子
２０ 第二の導通端子
２１ 回転電機
３２ ブレード
３８ 軸
３９ 回転電機
４２ 玉軸受

Claims (10)

1. 略円筒状の空間部を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻装された固定子巻線と含む固定子と、前記固定子鉄心の空間部の内径に対向して回転自在に回転する回転子を有する回転電機において、
   少なくとも前記回転子を軸通する軸と、
   前記回転子の一端面側から突出した前記軸を軸支する玉軸受と、
   前記回転子の他端面側から突出した前記軸を軸支するすべり軸受と、
   前記玉軸受の外輪と前記すべり軸受とを電気的に接続する接続経路部とを含む回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   上記固定子鉄心及び上記固定子巻線の少なくとも一部分を覆う樹脂外装部を含む回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   上記玉軸受を収容する玉軸受収容部を含む回転電機。
4. 請求項１記載の回転電機において、
   上記すべり軸受を収容するすべり軸受収容部を含む回転電機。
5. 請求項１記載の回転電機において、
   上記すべり軸受は導電性を有したすべり軸受を含む回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、
   上記すべり軸受は、多孔質の金属体に潤滑油を含浸させた含油軸受を含む回転電機。
7. 請求項１記載の回転電機において、
   上記軸への負荷接続側に上記玉軸受を配置し、かつ、上記軸への非負荷接続側に上記すべり軸受を配置する構成を含む回転電機。
8. 請求項１記載の回転電機の出力軸と、この出力軸に接続される負荷の軸と、この負荷の軸の他方端を回動自在に支承する軸受とから成る回転負荷結合体において、前記回転電機の出力軸の非負荷接続端側にのみ焼結含油軸受を具備する回転負荷結合体。
9. 請求項８記載の回転負荷結合体において、上記負荷がクロスフローファンである回転負荷結合体。
10. 請求項８又は請求項９のいずれかに記載の回転負荷結合体を具備する空気調和機。

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