JP2015208082A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の電食に対するタフネスが低下することを抑制する。また、電磁ノイズを低減する。【解決手段】ブラシレスモータ１０は、固定子１２と、回転子１４と、回転子１４を軸支する第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０を備えている。固定子１２は、固定子コア１６と、固定子コア１６のティース部１８に導電性の巻線が巻回されることによって形成されたコイル２２と、を含んで構成されている。回転子１４は、回転軸３２と、回転軸３２に支持されたロータマグネット３６と、を含んで構成されている。第１ベアリング３８は、固定子１２と回転子１４との間に設けられており、また第１ベアリング３８は、固定子１２と回転子１４との間に電流経路を形成する状態で回転軸３２の一部を軸支している。第２ベアリング４０は、固定子１２と回転子１４との間に電流経路を形成しない状態で回転軸３２の他の一部を軸支している。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

特許文献１には、電機子と、電機子が界磁する磁界を受けて回転する回転子と、を備えた回転電機が開示されている。また、電機子は、電機子コアと、この電機子コアの所定の部位に導電性の巻線が巻回されることによって形成されたコイルと、を含んで構成されており、また各々のコイルへの通電（巻線への通電）は制御回路によって制御されている。

特開２０１３−２７１６５号公報

ところで、送電ロスの低減及びＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図るという観点から、回転電機の駆動電源の高電圧化を図ることが考えられる。しかしながら、駆動電源の高電圧化を図ると、回転電機の回転軸を軸支する軸受の電食に対するタフネスが低下することや回転電機の電磁ノイズが増加することが考えられる。

本発明は上記事実を考慮し、軸受の電食に対するタフネスが低下することを抑制することができる回転電機を得ることを第１の目的とし、電磁ノイズを低減することができる回転電機を得ることを第２の目的とする。

請求項１記載の回転電機は、固定子コアと、前記固定子コアのティース部に導電性の巻線が巻回されることによって形成されたコイルと、を含んで構成された固定子と、中心軸と、前記中心軸に支持されたロータマグネットと、を有し、前記固定子が界磁する回転磁界を受けて回転する回転子と、前記固定子と前記回転子との間に設けられていると共に前記中心軸の一部を軸支し、前記固定子と前記回転子との間に電流経路を形成する第１軸受と、前記固定子と前記回転子との間に設けられていると共に前記中心軸の他の一部を軸支し、前記固定子と前記回転子との間に電流経路を形成しない第２軸受と、を備えている。

請求項１記載の回転電機によれば、固定子コアのティース部に形成されたコイルに通電がなされると、回転磁界が固定子に生じる。また、ロータマグネットが回転磁界を受けることによって、回転子が回転する。ところで、本回転電機では、第１軸受は固定子と回転子との間の電流経路となっているが、第２軸受は固定子と回転子との間の電流経路となっていない。これにより、第１軸受、固定子、第２軸受、及び回転子の中心軸を介した電流経路が形成されない。その結果、第１軸受及び第２軸受が電食することを抑制する、即ち、第１軸受及び第２軸受の電食に対するタフネスの低下を抑制することができる。

請求項２記載の回転電機は、請求項１に記載の回転電機において、前記コイルには、制御回路を介して通電がなされており、前記固定子コアは、直接又は前記固定子コアと電気的に導通された導通部材を介して前記制御回路のグラウンドと導通されている。

請求項２記載の回転電機によれば、固定子コアがグラウンド接地されることによって、回転子から放射される電磁ノイズを低減することができる。

請求項３記載の回転電機は、請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、前記第１軸受は、前記中心軸が挿入されると共に導電性の材料を用いて形成された第１インナレースと、前記第１インナレースの径方向外側に配置されると共に導電性の材料を用いて形成された第１アウタレースと、を含んで構成されており、前記第１インナレースと前記第１アウタレースとが、導電性のグリスを介して電気的に接続されている、又は、前記第１インナレースと前記第１アウタレースとが、前記第１インナレースと前記第１アウタレースとの間に封入されたグリスを封止する導電性のシール部材を介して電気的に接続されている。

請求項３記載の回転電機によれば、第１インナレース、導電性のグリス及び第２インナレースを電気経路とすることができる、又は、第１インナレース、シール部材及び第２インナレースを電気経路とすることができる。

請求項４記載の回転電機は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機において、前記第２軸受が、絶縁性の材料を用いて形成された絶縁性支持部材に支持されている。

請求項４記載の回転電機によれば、第２軸受が絶縁性支持部材に支持されるという単純な構成により、第２軸受を介した電気経路が固定子と回転子との間に形成されないように構成することができる。また、当該構成では、第２軸受として絶縁軸受を用いることが不要になり、第２軸受の単価の上昇を抑制することができる。

請求項５記載の回転電機は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転電機において、前記第２軸受は、前記中心軸が挿入される第２インナレースと、前記第２インナレースの径方向外側に配置された第２アウタレースと、前記第２インナレースと前記第２アウタレースとの間に配置された転動部材と、を含んで構成されており、前記第２インナレース、前記第２アウタレース、及び前記転動部材の少なくともいずれかが絶縁性の材料を用いて形成されている。

請求項５記載の回転電機によれば、第２インナレース、第２アウタレース、及び転動部材の少なくともいずれかを絶縁性の材料を用いて形成することにより、第２軸受を介した電気経路が固定子と回転子との間に形成されないように構成することができる。

請求項６記載の回転電機は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機において、前記第２軸受は、導電性の材料を用いて形成された導電性支持部材に支持されており、前記第２軸受と前記導電性支持部材との間に絶縁性の薄肉層が設けられている。

請求項６記載の回転電機によれば、第２軸受と導電性支持部材との間に絶縁性の薄肉層を設けることにより、第２軸受を介した電気経路が固定子と回転子との間に形成されないように構成することができる。

請求項７記載の回転電機は、請求項２又は請求項２を引用する請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の回転電機において、前記制御回路が、金属製の材料を用いて形成された又は表面が金属製の薄肉層で覆われたカバー内に配置されている。

請求項７記載の回転電機によれば、制御回路から放射された電磁ノイズがカバー外に放射されることを抑制することができる。

請求項８記載の回転電機は、請求項７記載の回転電機において、金属製の材料を用いて形成された前記カバー又は前記金属製の薄肉層と前記グラウンドとが電気的に導通されている。

請求項８記載の回転電機によれば、制御回路から放射された電磁ノイズがカバー外に放射されることをより一層抑制することができる。

第１実施形態に係るブラシレスモータを示す側断面図である。 第１ベアリングを示す側断面図である。 第２ベアリングを示す側断面図である。 第１変形例に係る第１ベアリングを示す図２に対応する側断面図である。 第１変形例に係るエンドフレームを示す図３に対応する側断面図である。 第１変形例に係る第２ベアリングを示す図３に対応する側断面図である。 第２変形例に係る第２ベアリングを示す図３に対応する側断面図である。 第１変形例に係るカバーの一部を拡大して示す拡大側面図である。 第２実施形態に係るブラシレスモータを示す図１に対応する側断面図である。

（第１実施形態に係る回転電機）
図１〜図３を用いて本発明の第１実施形態に係る回転電機について説明する。なお、図中に適宜示す矢印Ｚ方向、矢印Ｒ方向は、回転電機の軸方向、径方向をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、回転電機の軸方向、径方向、周方向を示すものとする。

図１に示されるように、本実施形態の回転電機としてのブラシレスモータ１０は、インナロータタイプのブラシレスモータであり、このブラシレスモータ１０は、回転磁界を生じさせる固定子１２と、固定子１２が界磁する回転磁界を受けて回転する回転子１４と、を備えている。

固定子１２は、磁性材料を用いて形成された固定子コア１６と、固定子コア１６のティース部１８に導電性の巻線２０が巻回されることによって形成されたコイル２２と、を含んで構成されている。また、固定子１２は、導電性の材料を用いて形成されていると共に有天円筒状に形成されたヨークハウジング２４内に配置されており、固定子１２は、ヨークハウジング２４の周壁２４Ａ及びヨークハウジング２４の開放端を閉止する絶縁性支持部材としてのエンドフレーム２６に固定されている。

また、固定子１２の一部を構成するコイル２２には、制御回路２８を介して通電がなされており、この制御回路２８は、エンドフレーム２６において固定子１２が固定された面とは反対側の面に固定されている。また、エンドフレーム２６には、金属性の材料を用いて形成されたカバー３０が取付けられており、これにより、制御回路２８がカバー３０に覆われるようになっている。さらに、このカバー３０は、制御回路２８の図示しないグラウンドと電気的に導通されている。

回転子１４は、導電性の材料を用いて形成された中心軸としての回転軸３２と、回転軸３２にロータコア３４を介して支持されたロータマグネット３６と、を備えており、この回転子１４は、後に詳述する第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０によって回転自在に軸支されている。

次に、本実施形態の要部である第１軸受としての第１ベアリング３８及び第２軸受としての第２ベアリング４０、並びに、第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０の周辺の構成について説明する。

図２に示されるように、第１ベアリング３８は、球状に形成された第１転動部材４６を有する玉軸受であり、この第１ベアリング３８は、円筒状に形成された第１インナレース４２及び第１アウタレース４４と、第１インナレース４２と第１アウタレース４４との間に配置された複数の第１転動部材４６と、第１インナレース４２と第１アウタレース４４との間に封入された図示しないグリスを封止するシール部材４８と、を含んで構成されている。なお、図１においては、複数の第１転動部材４６を保持するリテーナの図示を省略している。

第１インナレース４２は導電性の材料を用いて筒状に形成されており、この第１インナレース４２の径方向内側には、回転軸３２が挿入される挿入孔５０が形成されている。また、第１インナレース４２の径方向外側には、第１転動部材４６が転動する凹溝５２が周方向に沿って形成されている。

第１アウタレース４４は導電性の材料を用いて第１インナレース４２よりも大径の筒状に形成されており、この第１アウタレース４４の径方向内側には、第１転動部材４６が転動する凹溝５４が周方向に沿って形成されている。また、第１アウタレース４４は、ヨークハウジング２４の天壁２４Ｂに形成されたホルダ部２４Ｃに挿入して配置（圧入等）されており、これにより、第１ベアリング３８がヨークハウジング２４に固定されている。

シール部材４８は、導電性の材料を用いて環状に形成されており、このシール部材４８の径方向外側の端部４８Ａ及び径方向内側の端部４８Ｂは、第１アウタレース４４及び第１インナレース４２にそれぞれ接している。これにより、第１インナレース４２と第１アウタレース４４とが、シール部材４８を介して電気的に接続されるようになっている、即ち、固定子１２と回転子１４との間に第１ベアリング３８を介した電流経路が形成されるようになっている。また、本実施形態では、回転子１４が、第１ベアリング３８及びヨークハウジング２４等を介して制御回路２８の図示しないグラウンドと電気的に導通されている。

図３に示されるように、第２ベアリング４０は、第１ベアリング３８と同様の玉軸受であり、第２ベアリング４０は、第１ベアリング３８の第１インナレース４２、第１アウタレース４４、第１転動部材４６、及びシール部材４８にそれぞれ対応する第２インナレース５６、第２アウタレース５８、第２転動部材６０、及びシール部材６２を備えている。

第２インナレース５６には、第１インナレース４２の挿入孔５０及び凹溝５２（図２参照）にそれぞれ相当する挿入孔６４及び凹溝６６が形成されており、また第２アウタレース５８には、第１アウタレース４４の凹溝５４に相当する凹溝６８が形成されている。さらに、第２アウタレース５８は、エンドフレーム２６に形成されたホルダ部２６Ａに圧入されており、これにより、第２ベアリング４０がエンドフレーム２６に固定されている。なお、ホルダ部２６Ａと第２アウタレース５８との間には、Ｏリング７０が介装されている。

ここで、本実施形態では、第２ベアリング４０が固定されるエンドフレーム２６が、絶縁性の材料を用いて形成されている。これにより、固定子１２と回転子１４との間に第２ベアリング４０を介した電流経路が形成されないようになっている。

なお、シール部材６２は、絶縁性の材料を用いて環状に形成されており、このシール部材６２の径方向外側の端部６２Ａ及び径方向内側の端部６２Ｂは、第２アウタレース５８及び第２インナレース５６にそれぞれ接している。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

図１に示されるように、固定子コア１６のティース部１８に形成されたコイル２２に通電がなされると、回転磁界が固定子１２に生じる。また、ロータマグネット３６が回転磁界を受けることによって、回転子１４が回転する。

ここで、第１ベアリング３８は固定子１２と回転子１４との間の電流経路となっているが、第２ベアリング４０は固定子１２と回転子１４との間の電流経路となっていない。これにより、第１ベアリング３８、固定子１２、第２ベアリング４０、及び回転軸３２を介した電流経路が形成されない（第１ベアリング３８、固定子１２、第２ベアリング４０、及び回転軸３２を含んで構成された閉ループ回路が構成されない）。これにより、第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０が電食することを抑制する、即ち、第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０の電食に対するタフネスの低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、回転子１４が、第１ベアリング３８及びヨークハウジング２４等を介してグラウンド接地されていることにより、回転子１４から放射される電磁ノイズを低減することができる。

さらに、本実施形態では、第２ベアリング４０が絶縁性の材料を用いて形成されたエンドフレーム２６に固定されるという単純な構成により、第２ベアリング４０を介した電気経路が固定子１２と回転子１４との間に形成されないように構成することができる。また、当該構成では、第２ベアリング４０として絶縁軸受を用いることが不要になり、第２ベアリング４０の単価の上昇を抑制することができる。

また、本実施形態では、制御回路２８をカバー３０で覆うと共にカバー３０をグラウンド接地させることにより、制御回路２８から放射された電磁ノイズがカバー３０外に放射されることを抑制することができる。

（第１変形例に係る第１ベアリング７２）
次に、図４を用いて上記実施形態の第１変形例に係る第１軸受としての第１ベアリング７２について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示されるように、本変形例に係る第１ベアリング７２は、第１インナレース４２と第１アウタレース４４との間に導電性のグリス７４が封入されていることに特徴がある。これにより、第１インナレース４２と第１アウタレース４４とが、導電性のグリス７４を介して電気的に接続されるようになっている。

以上説明した本変形例では、第１インナレース４２、導電性のグリス７４及び第２インナレース５６を電気経路とすることができる。

（第１変形例に係るエンドフレーム７６）
次に、図５を用いて上記実施形態の第１変形例に係るエンドフレーム７６について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示されるように、本変形例に係るエンドフレーム７６は、絶縁性の材料を用いて形成された絶縁性支持部材としてのスリーブ７８が導電性の材料を用いて形成されたエンドフレーム本体８０に固定されることによって構成されていることに特徴がある。また、スリーブ７８には、上記実施形態と同様のホルダ部２６Ａが形成されている。

以上説明した本変形例では、上記実施形態と同様に、第２ベアリング４０として絶縁軸受を用いることが不要になり、第２ベアリング４０の単価の上昇を抑制することができる。

（第１変形例及び第２変形例に係る第２ベアリング８２，８６）
次に、図６及び図７を用いて上記実施形態の第１変形例及び第２変形例に係る第２軸受としての第２ベアリング８２，８６について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示されるように、第１変形例に係る第２ベアリング８２は、絶縁性の薄肉層８４が第２アウタレース５８の外周面に沿って設けられた絶縁軸受であることに特徴がある。具体的には、薄肉層８４は、一例としてセラミック製とされている。

図７に示されるように、第２変形例に係る第２ベアリング８６は、転動部材としての第２転動部材６０がセラミック製とされた絶縁軸受であることに特徴がある。

また、上記第２ベアリング８２，８６は、導電性の材料を用いて形成された導電部材及び導電性支持部材としてのエンドフレーム２６のホルダ部２６Ａに固定されている。

以上説明した本変形例では、第２ベアリング８２，８６が固定されるエンドフレーム２６が導電性の材料を用いて形成されている場合であっても、固定子１２と回転子１４との間に第２ベアリング８２，８６を介した電流経路が形成されないように構成することができる。

なお、上記第１変形例では、絶縁性の薄肉層８４を第２アウタレース５８の外周面に沿って設けたが、当該薄肉層８４をホルダ部２６Ａの内周面に沿って設けることによって、上記第１変形例と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記第２変形例では、第２転動部材６０をセラミック製とした例について説明してきたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第２アウタレース５８、第２インナレース５６、及び第２転動部材６０の少なくともいずれかが絶縁性（セラミック製等）とされていればよい。

（第１変形例に係るカバー８８）
次に、図８を用いて上記実施形態の第１変形例に係るカバー８８について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示されるように、本変形例に係るカバー８８は、絶縁性の材料を用いて形成されたカバー本体９０の制御回路２８側の面が金属製の薄肉層９２によって被われることによって構成されていることに特徴がある。また、この薄肉層９２は、制御回路２８の図示しないグラウンドと電気的に導通されている。

以上説明した本変形例では、制御回路２８から放射された電磁ノイズがカバー８８外に放射されることを抑制することができる。

（第２実施形態に係る回転電機）
次に、図９を用いて本発明の第２実施形態に係る回転電機について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示されるように、本実施形態の回転電機としてのブラシレスモータ９４は、アウタロータタイプのブラシレスモータであり、このブラシレスモータ９４は、回転磁界を生じさせる固定子１２と、固定子１２が界磁する回転磁界を受けて回転する回転子１４と、を備えている。

固定子１２は、絶縁性の材料を用いて形成された絶縁性支持部材としてのセンタピース９６に固定されている。また、回転子１４は、回転軸３２と、回転軸３２にロータハウジング９８を介して支持されたロータマグネット３６と、を備えており、この回転子１４は、第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０によって回転自在に軸支されている。

また、第１ベアリング３８は、導電性の材料を用いて形成された軸受ホルダ１００を介してセンタピース９６に固定されており、また軸受ホルダ１００の一部は固定子コア１６に当接している。これにより、固定子１２と回転子１４との間に第１ベアリング３８を介した電流経路が形成されるようになっている。

また、第２ベアリング４０は、センタピース９６に形成されたホルダ部２６Ａに固定されている。また、センタピース９６が絶縁性の材料を用いて形成されていることにより、固定子１２と回転子１４との間に第２ベアリング４０を介した電流経路が形成されないようになっている。

以上説明した本変形例では、前述の第１実施形態と同様に、第１ベアリング３８及び第２ベアリング４０の電食に対するタフネスの低下を抑制することができると共に、回転子１４から放射される電磁ノイズを低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０…ブラシレスモータ（回転電機），１２…固定子，１４…回転子，１６…固定子コア，１８…ティース部，２０…巻線，２２…コイル，２６…エンドフレーム（絶縁性支持部材，導電性支持部材），２８…制御回路，３０…カバー，３２…回転軸（中心軸），３６…ロータマグネット，３８…第１ベアリング（第１軸受），４０…第２ベアリング（第２軸受），４２…第１インナレース，４４…第１アウタレース，４８…シール部材，５６…第２インナレース，５８…第２アウタレース，６０…第２転動部材（転動部材），７２…第１ベアリング（第１軸受），７４…導電性のグリス，７８…スリーブ（絶縁性支持部材），８２…第２ベアリング（第２軸受），８４…絶縁性の薄肉層，８６…第２ベアリング（第２軸受），８８…カバー，９２…金属製の薄肉層，９４…ブラシレスモータ（回転電機）

Claims (8)

1. 固定子コアと、前記固定子コアのティース部に導電性の巻線が巻回されることによって形成されたコイルと、を含んで構成された固定子と、
   中心軸と、前記中心軸に支持されたロータマグネットと、を有し、前記固定子が界磁する回転磁界を受けて回転する回転子と、
   前記中心軸の一部を軸支し、前記固定子と前記回転子との間に電流経路を形成する第１軸受と、
   前記固定子と前記回転子との間に設けられていると共に前記中心軸の他の一部を軸支し、前記固定子と前記回転子との間に電流経路を形成しない第２軸受と、
   を備えた回転電機。
2. 前記コイルには、制御回路を介して通電がなされており、
   前記固定子コアは、直接又は前記固定子コアと電気的に導通された導通部材を介して前記制御回路のグラウンドと導通されている請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１軸受は、前記中心軸が挿入されると共に導電性の材料を用いて形成された第１インナレースと、前記第１インナレースの径方向外側に配置されると共に導電性の材料を用いて形成された第１アウタレースと、を含んで構成されており、
   前記第１インナレースと前記第１アウタレースとが、導電性のグリスを介して電気的に接続されている、又は、前記第１インナレースと前記第１アウタレースとが、前記第１インナレースと前記第１アウタレースとの間に封入されたグリスを封止する導電性のシール部材を介して電気的に接続されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第２軸受が、絶縁性の材料を用いて形成された絶縁性支持部材に支持されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記第２軸受は、前記中心軸が挿入される第２インナレースと、前記第２インナレースの径方向外側に配置された第２アウタレースと、前記第２インナレースと前記第２アウタレースとの間に配置された転動部材と、を含んで構成されており、
   前記第２インナレース、前記第２アウタレース、及び前記転動部材の少なくともいずれかが絶縁性の材料を用いて形成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記第２軸受は、導電性の材料を用いて形成された導電性支持部材に支持されており、
   前記第２軸受と前記導電性支持部材との間に絶縁性の薄肉層が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記制御回路が、金属製の材料を用いて形成された又は表面が金属製の薄肉層で覆われたカバー内に配置されている請求項２又は請求項２を引用する請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 金属製の材料を用いて形成された前記カバー又は前記金属製の薄肉層と前記グラウンドとが電気的に導通されている請求項７記載の回転電機。