JP2016092965A - 回転電機及び防水構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の回転ロスを軽減する構成において、汎用性を確保しつつ防水を確実に行う。
【解決手段】コイルが巻き回された固定子と、回転子と、軸受を介して支持筺体と回転可能に支持された回転軸１と、を有する回転電機であって、支持筺体の回転軸方向表面に、回転軸外周と非接触の第１貫通穴１０ａを囲むように突出すると共に、回転軸を中心として対向配置され、第１貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第１開口部３１を径方向に有する凸状部３０と、回転軸外周と非接触の第２貫通穴５５を備え、凸状部の回転軸方向端部と接続され、第１貫通穴周囲に内空間を形成すると共に、先端部が第１開口部の水平方向延長線よりも回転軸寄りの位置まで延伸し、径方向から開口部を覆うカバー部５０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機及び防水構造体に係り、回転軸が貫通する支持筺体に防水性を有する回転電機及び防水構造体に関する。

回転電機として、電動機は駆動源として種々の用途に用いられており、様々な製品の内部に組み込まれて使用される。例えば、送風機、ポンプ、冷凍空調用の圧縮機、エスカレータなど、産業用から一般家庭用まで幅広く使用されている。特に近年では、地球温暖化が問題となっており、いかに環境負荷を減らし、温暖化の原因となるＣＯ_２削減するかという課題に対し、電動機の高効率化が急務となっている。電動機の機械損失は、電動機の効率に大きな影響を与えることから、摩擦損失の少ない軸受など種々の検討がなされている。

汎用の電動機として、例えば全閉外扇形電動機が広く用いられている。今般、欧州を始め国外の屋外仕様電動機は、その保護構造はＩＰ５５が標準採用されており、水の進入に対する外皮構造による保護の程度は、噴水流に対する保護が施されている。

このような汎用の電動機にあっては、回転軸貫通部において、回転軸にゴムなどで出来た接触式の軸シール部品が用いられることが知られているが、回転軸とシール部品が接触していることから、シール部品の磨耗による劣化等により、寿命が短くなる恐れがある。また、その接触による摩擦抵抗が損失となるため、電動機の効率悪化の原因となる虞がある。これに対し、非接触構造による防水構造は、長寿命であり、シール部での損失発生が無く、高効率化となる。

非接触構造の防水構造では、少なくとも軸貫通部には隙間がある。通常では、この隙間から進入した水は、一旦電動機内部に設けた空間に入るが、水流の勢いはこの空間で弱められ、重力方向に設けられた排水部から排出されるようになっており、モータの軸受まで到達しないようになっている。この空間は、二重以上に設けることもあり、それにより、より防水効果を高めている。

なお、特許文献１には、防水構造を有する回転電機であって、回転軸が突出する貫通穴の周辺に、回転軸と共回りするラビリンス構造体を設けて、回転軸の突出部周辺の隙間から外部からの水の侵入を防止する回転電機が開示されている。

特開２０１１−１５４７９号公報

しかしながら、汎用電動機のように、例えば横置きでも回転方向に回転して取り付ける等、取付け状態が様々な場合、その取付け姿勢によっては上記排水部が重力方向にならないこともある。この場合、上記空間で勢いが弱められた水が排水部から排水されず、上記空間に水が溜まり、最終的には軸貫通部に達してしまい、軸貫通部から水が浸入し、やがて軸受部に到達してしまう恐れがある。

このような事象が起きない機械シール構造も存在するが、構造の複雑化や部品の精度が要求されるなど、コストアップ等といった汎用性の阻害要因となる。
回転軸の回転ロスを軽減する構成において、汎用性を確保しつつ防水を確実に行う構造が望まれる。

上記目的を達成するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち「コイルが巻き回された固定子と、回転子と、前記回転子と固定されると共に軸受を介して支持筺体と回転可能に支持された回転軸と、を有する回転電機であって、前記支持筺体の回転軸方向表面に、回転軸外周と非接触の第１貫通穴を囲むように突出すると共に、回転軸を中心として対向配置され、前記第１貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第１開口部を径方向に有する凸状部と、回転軸外周と非接触の第２貫通穴を備え、前記凸状部の回転軸方向端部と接続され、前記第１貫通穴周囲に内空間を形成すると共に、先端部が前記第１開口部の水平方向延長線よりも回転軸寄りの位置まで延伸し、径方向から前記開口部を覆うカバー部とを有する回転電機である。

更には、そのような構成に加えて、例えば、回転軸外周と非接触の第３貫通穴を備え、前記内空間の内径と概略一致する外径を有して前記支持筺体と前記カバー部と非接触且つ間の位置に配置する中間部を更に備え、中間部が、回転軸を中心として対向配置され、前記第１又は第３貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第３開口部を径方向に有する回転電機である。

本発明の一側面によれば、回転電機の回転軸回転方向の取り付け姿勢によらず、あらゆる方向からの噴水流に対し回転軸貫通部における防水性能を確保することができる。更に、非接触構造のため、電動機の寿命を縮めることなく、高効率化、信頼性確保、低コスト化を図った電動機を提供することができる。

本発明を適用した一実施形態である電動機の全体構成を例示する部分側断面図である。 本実施形態の防水構造部分を模式的に展開した部分斜視図である。 本実施形態の防水構造部分を拡大した側断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。

以下に、図面を用いて本発明を実施するための形態例を説明する。
図１に、本発明を適用した一実施例である電動機の全体構成を示す部分断面図を例示する。電動機は、巻線７が巻き回された固定子５、これとラジアル方向に空隙をもって磁極面が対向する回転子６、回転子６と固着した回転軸１、軸受２ａ・２ｂを介して回転可能に回転軸１を支持する支持筺体の一部であるブラケット３ａ・３ｂ、ブラケットの外周方向でこれらを支持するハウジング４、ブラケット３ｂを貫通して回転軸１の反出力側端部に共回りするように設けられた外扇ファン８、外扇ファン８を覆うように配置され、ハウジング外表面方向に冷却風を案内するファンカバー９を備える。
そして、ブラケット３ａ・３ｂ外表面側において、回転軸１の近傍付近に、外部からの水の侵入を防止する防水構造を有する。

図２の斜視図に、防水構造部分の構成関係を模式的に示す。なお、出力軸側の防水構造を例に説明するが、反出力軸側にも同様の構成を設けるものとする。防水構造は、カラー２１、防水壁３０、防水板４０及び外カバー５０から主に構成される。カラー２１は、ブラケット３ａの貫通穴１０ａ（「第１貫通穴」相当。）の内径よりも僅かに小となる外径を有し、回転軸１と共回りするように設置されている。

防水壁３０は、ブラケット３から回転軸方向に突出した凸状部であり、ブラケット３ａの貫通穴１０ａ近傍で、回転軸心に沿った半環状の形状を有し、（図中）上下方向に、回転軸１を中心に対向して開口する排水口３１（「第１開口部」相当。）が設けられる。

防水板４０（「中間部」相当。）は、防水壁３０の内径よりも外径が小となる筒部４１と、筒部４１の反出力側の縁に、防水壁３０の外周形状と概略一致する形状となる鍔部４２とを有する。筒部４１の底部は、ブラケット３ａと平行な板状構造であり、その外周付近には、回転軸を中心として対向する位置（図では、上下方向）に、筒部４１の内周形状に応じた円弧上の排水口４３（「第３開口部」相当）が設けられる。筒部４１の底部には、カラー２１の外径よりも内径が僅かに大となる貫通穴４５（「第３貫通穴」相当。）が設けられる。即ちブラケット３ａの貫通穴１０ａと、防水板４０の貫通穴４５は同径であり、カラー２１が、貫通穴４５を僅かに貫通する位置に配置するようになっている。

外カバー５０（「カバー部」相当。）は、防水壁３０の半環状部分の外周の一部形状と概略一致する形状を有すると共に上下の排水口３１部分よりも上下左右に大となる寸法を有する板状のカバー本体５１と、ブラケット３ａ側に突出して排水口３１を覆う、庇部５２とを有する。庇部５２と、防水壁３０との間には連通空間が形成され、庇部５２の回転軸１寄りに延伸する部分（後述する庇５２ｂ）と、防水壁３０との離間部分に、排水口５３（「第２開口部」相当。）が形成されるようになっている。（図４参照）。

また、庇部５２のブラケット３ａ側断面は、ブラケット３ａの外表面と接触している。外部から水の侵入を防止するためパッキンを噛ませたり、ブラケット３ａの外表面に庇部５２の形状に合わせた溝を形成して嵌め込むようにしたりしてもよい。更には、庇部５２を、ブラケット３ａと一体構成してもよい。

なお、カバー本体５１には、回転軸１の外径よりも内径が僅かに小であり且つカラー２１の外径よりも小となる貫通穴５５が設けられる。各貫通穴１０ａ、４５及び５５と、回転体との隙間は、水の侵入を防止するために、非接触状態を確保しつつ可能な限り狭小であることが好ましい。またこれによって、回転体の回転ロスを低減させることができる。

防水構造は、防水壁３０の半環状部分外周と、防水板４０の外周半円部分と、外カバー５０の外周半円部分とが一致するように順次組み付けられ、図示しないボルト等で、これらが防水壁３０に固定されるようになっている。固定後は、外カバー５１の庇部５２及び回転軸1との隙間以外には、原則として外部から電動機に向かって指向性をもって射出された水が、内部に侵入する経路がない構造となる。

図３に、防水構造部分を拡大した側断面図を示す。回転軸１は、軸受２ａを介してブラケット３ａに支持される。回転軸１と、ブラケット３ａの貫通穴１０ａとが対向する部分には、カラー２１が共回りするように配置される。なお、貫通穴１０ａ内周と、カラー２１とは非接触であることは既述の通りである。

図４に、図３のＡ‐Ａ断面を示す。外カバー５０の庇部５２は、防水壁３０の排水口３１と軸心方向に対向する庇５２ａと、庇５２ａの両端部から軸方向に延伸する庇５２ｂとからなる。庇５２ａは、防水壁３０の排水口３１を形成する少なくとも外周部分の幅よりも大である。庇５２ｂは、排水口３１の先端部よりも軸心寄りに、距離Ｈ１長く形成されている。即ち庇５２ｂは、排水口３１の水平方向延長線に対して、軸心寄りに突出するように形成される。

Ｈ１は、庇５２ｂの先端延長部分が、防水壁３０の外周と非接触且つ排水口３１の先端部分水平延長線より軸心方向に位置するようにすればよいが、好ましくは、排水口５３の開口方向から水を吹き付けた場合に、排水口３１に水が直接的に侵入せず且つ可能な限り排水口３１の先端に、（図中下側の）排水口５３に貯留した水が被らない程度がよい。即ち庇５２ｂは、外部からの水の侵入の直接の防壁になると同時に、防水構造の内部に侵入した水の排水口となることから、排水性を考慮する必要からである。

次いで、図５に、図３のＢ−Ｂ断面を示す。防水板４０の排水口４３は、筒部４１の底部若しくは底部付近で、内周に沿って切り抜かれており、回転軸１を中心に、防水壁３０の上下排水口３１と夫々対向するように筒部４１の上下方向に配置される。ここで、各排水口４３の両端部は、対向する防水壁３０の排水口３１の開口幅と一致するように形成されており、更に、各排水口４３の両端部を結んだ直線の距離（Ｗ１）が、底部の貫通穴４５の直径（Ｗ２）よりも大となるように形成されている。

これにより、電動機が回転方向にどのような回転姿勢に取り付けられても、筒部４１の内周に溜まった水が、貫通穴４５から回転軸方向に漏れる前に、排水口４３から防水壁３０側に排水されることとなる。即ち電動機が９０度回転して取り付けられる場合、排水口４３は、図５の左右方向に配置することになり、外部から防水板４０に侵入した水は、筒部４１内周の下部分に溜まることになる（図中、Ｔの領域）。貯まった水の水位はやがて上昇するが、底部の貫通穴４５よりも位置が低い排水口４３の端部から排水され、貫通穴に達することが無い。

なお、電動機が４５度に回転して取り付けられる場合であっても、筒部４１の内下部に溜まった水は、２つの排水口４３の何れか位置が低い方から排水される。よって、筒部４１に貯留した水は、電動機が３６０度何れの回転方向に取り付けられたとしても、貫通穴４５から回転軸側に漏れることがない。

次いで、図６に、図３のＣ−Ｃ断面を示す。防水壁３０は、回転軸１を中心として、対向方向に２つの排水口３１が設けられている。排水口３１の開口部の幅（Ｗ１）は、ブラケット３ａの貫通穴直径（Ｗ３）よりも大になっている。即ち図５に示す、防水板４０と同様に、電動機が９０度回転して取り付けられた場合であっても、防水壁３０の内周側に貯留した水は、貫通穴５５よりも位置の低い排水口３１から排水され、回転軸１側に漏れることがない。

以上のように、防水壁３０の排水口３１と、防水板４０の排水口４１との関係は、何れも回転軸１を中心として対向する位置にあり、排水口３１及び４１の（直線的な）開口幅が、ブラケット３の貫通穴１０ａ及び防水板４５の貫通穴４５の直径のうち最小径の穴よりも大という関係にある。これにより、防水壁３０及び防水板４０に貯まった水が貫通穴１０ａ又は４５から回転軸側に漏れることを確実に防止すること可能となる
このように本実施形態によれば、ブラケット３に、回転軸１を中心として対向する位置に排水口３１が設けられた防水壁３０に対し、排水口３１の外部末端に対して開口方向及び水平方向からの水の侵入を防止する庇部５２ａ、５２ｂを有する外カバー５０を設けることで、外部からの水の侵入を防止することができる。

更に、ブラケット３から突出する回転軸１と、外カバー５０の貫通穴５５との間の僅かな隙間から水が侵入したとしても、防水壁３０の内周下方部分に貯留され、水位の上昇によって、貫通穴より常に低い位置となる排水口３１から排水され、回転軸１側への漏れを防止することができる。

また、本実施形態では、防水壁３０と、外カバー３０との間に、防水板４０を備えることから、回転軸１と各貫通穴との隙間から電動機内部に向かって侵入する水に対し、複数段の防水要素を有することになる。そして、回転軸１を中心に防水板４０に対向して形成された排水口４３の開口幅は、防水壁３０の排水口３１と直線距離が等しく且つ貫通穴の直径よりも大に形成されていることから、防水板４０の筒部４１下方部分に水が貯留しても、やがて水位が上昇した際、電動機の取り付け状態にかかわらず、常に、貫通穴４５より低い位置となる排水口４３から防水壁３０側に排水され、回転軸１側への漏れを防止することができる。

以上のように、本発明を実施するための形態例を説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で一部構成を除外したり或いは種々の変更が可能であったりすることは言うまでもない。例えば、防水板４０を備えずに、防水壁３０及び外カバー５０のみであっても一定の効果を発揮することができる。更には、防水板４０を複数設けることで、回転軸１との隙間から侵入する水に対してフィルタリング効果の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、防水壁３０の各排水口３１と、防水板４０の各排水口４３とが回転軸を中心として直線的に並ぶ構成としたが、排水口３１と、排水口４３とが、０度〜９０度の範囲でズレた配置関係であってもよい。即ち排水口３１も４３も、同径の貫通穴直径に対して大となる開口幅を有する。従って、電動機が回転方向のあらゆる向きで取り付けられた場合であっても、排水口３１及び４３の一部は、貫通穴１０ａ及び４５の位置よりも常に下方となる部分があるため、回転軸１側に水が漏れることがないためである。

また、本実施形態では、回転電機として外扇ファン付の電動機を例示したが、本発明はこれに限定するものではなく、外扇ファン９は必須構成ではない。また、ラジアル電動機に限定されるものではなくアキシャルギャップ型電動機であってもよい。また、電動機ではなく発電機でもよい。

また、本実施形態では、生産効率面から、防水壁２３をブラケット３ａと一体に鋳物成形である例としたが、防水壁２３を別に製造し、ブラケット３ａの所定位置に溶接、接着、ボルト止めするようにしてもよい。各部の各要素は、上記構成のみではなく、一部要素を他の部材に設ける構成であってもよい。

また、防水板２２、外カバー２４は金属性の部材のみならず樹脂等で構成することも可能である。特に、防止板２２を比較的軟質の樹脂若しくはゴムで構成した場合、鍔部４２のシール効果が期待でき、防水構造の気密性向上が期待できる。

１ … 回転軸、２ａ・２ｂ … 軸受、３ａ・３ｂ … ブラケット、４ … ハウジング、５ … 固定子、
６ … 回転子、７ … 巻線、８ … 外扇ファン、９ … ファンカバー、１０…（ブラケット）貫通穴、２１… カラー、３０… 防水壁、３１…排水口、４０ … 防水板、４１…筒部、４２…鍔部、４３…排水口、４５…（防水板）貫通穴、５０…外カバー、５１…カバー本体、５２…庇部、５２ａ・５２ｂ…庇、５５…（外カバー）貫通穴

Claims (8)

1. コイルが巻き回された固定子と、回転子と、前記回転子と固定されると共に軸受を介して支持筺体と回転可能に支持された回転軸と、を有する回転電機であって、
   前記支持筺体の回転軸方向表面に、回転軸外周と非接触の第１貫通穴を囲むように突出すると共に、回転軸を中心として対向配置され、前記第１貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第１開口部を径方向に有する凸状部と、
   回転軸外周と非接触の第２貫通穴を備え、前記凸状部の回転軸方向端部と接続され、前記第１貫通穴周囲に内空間を形成すると共に、先端部が前記第１開口部の水平方向延長線よりも回転軸寄りの位置まで延伸し、径方向から前記開口部を覆うカバー部とを有する回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   回転軸外周と非接触の第３貫通穴を備え、前記内空間の内径と概略一致する外径を有して前記支持筺体と前記カバー部と非接触且つ間の位置に配置する中間部を更に備え、
   中間部が、
   回転軸を中心として対向配置され、前記第１又は第３貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第３開口部を径方向に有するものである回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機であって、
   前記カバー部の前記先端部が、前記凸状部の外周と非接触であり、前記内空間と回転電機外部が連通する第２開口部を形成するものである回転電機。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機であって、
   前記第１開口部と、前記第２開口部とが、回転軸を中心として、互いに０度〜９０度の範囲で配置するものである回転電機。
5. コイルが巻き回された固定子と、回転子と、前記回転子と固定されると共に軸受を介して回転軸を支持する支持筺体を有する回転電機の外表面に設置する防水構造体であって、
   前記支持筺体から回転軸外周と非接触で回転軸が貫通する第１貫通穴と、
   第１貫通穴を囲むように前記回転軸方向に所定距離突出する防水壁部と、
   回転軸を中心として前記防水壁部に対向配置され、前記第１貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第１開口部と、
   前記防水壁部の回転軸方向に配置され、前記第１貫通穴周囲に内空間を形成するカバー部と、
   前記カバー部の中央に設けられる前記回転軸外周と非接触の第２貫通穴と、
   前記カバー部から延伸し、前記第１開口部の水平方向延長線よりも回転軸寄りまで前記第１開口部を径方向から覆う庇部とを備える防水構造体。
6. 請求項５に記載の防水構造体であって、
   前記内空間の前記支持筺体及び前記カバー部と非接触且つ間の位置に、前記防水壁部の回転軸心方向内側の形状と概略一致する外周形状を有する板状部を備え、
   前記板状部の中央に設けられる前記回転軸外周と非接触の第３貫通穴と、
   回転軸を中心として、前記板状部の外周付近に対向配置され、前記第１又は第３貫通穴の直径よりも大の開口幅となる第３開口部とを更に備える防水構造体。
7. 請求項５又は６に記載の防水構造体であって、
   前記庇部の回転軸寄り先端が、前記防水壁部の外周と非接触であり、前記内空間と前記防水構造体の外部が連通するものである防水構造体。
8. 請求項５〜７の何れか一項に記載の防水構造体であって、
   前記第１開口部と、前記第２開口部とが、回転軸を中心として、互いに０度〜９０度の範囲で配置するものである防水構造体。

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