JP4879249B2 - Electric motor and air conditioner - Google Patents
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Description
この発明は、転がり軸受けを用いる電動機の回転子に係り、インバータにて駆動する電動機に好適な電動機の回転子に関する。また、その電動機の回転子を用いる電動機及びその電動機の回転子の製造方法及びその電動機を搭載した空気調和機に関する。 The present invention relates to an electric motor rotor using a rolling bearing, and more particularly to an electric motor rotor suitable for an electric motor driven by an inverter. The present invention also relates to an electric motor using the rotor of the electric motor, a method for manufacturing the rotor of the electric motor, and an air conditioner equipped with the electric motor.
従来、電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、パワー回路内のトランジスタのスイッチングに伴って発生する電動機の騒音の低減を図る目的から、インバータのキャリア周波数を高く設定するようにしている。キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受けの内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなるので、転がり軸受けに電流が流れ易くなる。この転がり軸受けに流れる電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体(内外輪の間を転がる玉やころ)の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、転がり軸受けの耐久性を悪化させるという課題があった。 Conventionally, when an electric motor is operated using an inverter, the carrier frequency of the inverter is set high for the purpose of reducing the noise of the electric motor that is generated due to switching of the transistors in the power circuit. As the carrier frequency is set higher, the shaft voltage generated on the shaft of the motor based on the high frequency induction increases, and the potential difference existing between the inner ring and the outer ring of the rolling bearing supporting the shaft increases. This makes it easier for current to flow through the rolling bearing. The current flowing through the rolling bearings causes corrosion called electro-corrosion on the rolling surfaces of both the inner and outer ring raceways and the rolling elements (balls and rollers rolling between the inner and outer rings), thereby deteriorating the durability of the rolling bearings. There was a problem.
そこで、シャフトとモータケースとの間に設けた転がり軸受けに電流が流れるのを防止し、転がり軸受けに電食が発生するのを防止できる、簡便な構成で組み立ての容易な電動機を得るために、コイルが巻回されてなる固定子と、この固定子を固定するフレームと、固定子とわずかな空隙を介して対向する回転子と、この回転子が固着され、転がり軸受けを介して回転自在に支承されるシャフトと、絶縁材を介して転がり軸受けを支持する軸受ブラケットとを有する電動機において、軸受ブラケットの絶縁材と接触する側に凹部を設け、軸受ブラケットの凹部に対応する凸部を設けた絶縁材の凸部を、軸受ブラケットの凹部に嵌合し固定するようにした電動機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to obtain an electric motor that is easy to assemble with a simple configuration that can prevent electric current from flowing through the rolling bearing provided between the shaft and the motor case and prevent electric corrosion from occurring in the rolling bearing. A stator around which a coil is wound, a frame for fixing the stator, a rotor facing the stator with a slight gap, and the rotor are fixed, and can be freely rotated via a rolling bearing. In an electric motor having a shaft to be supported and a bearing bracket that supports a rolling bearing via an insulating material, a concave portion is provided on a side of the bearing bracket that contacts the insulating material, and a convex portion corresponding to the concave portion of the bearing bracket is provided. There has been proposed an electric motor in which a convex portion of an insulating material is fitted and fixed to a concave portion of a bearing bracket (for example, see Patent Document 1).
また、転がり軸受けの内輪はめあい面または外輪はめあい面、あるいは内輪はめあい面と外輪はめあい面の両はめあい面に絶縁被膜が形成された電食防止形転がり軸受けにおいて、内輪はめあい面の周面または外輪はめあい面の周面と面取り部との境界面はゆるいテーパ面あるいは曲率半径の大きい円弧面を呈し、少なくとも一方のはめあい面に溶射による無機化合物の絶縁被膜を有する電食防止形転がり軸受けが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記特許文献1の電動機は、軸受ブラケットが絶縁材を介して転がり軸受けを支持する構成であるから、別部品の絶縁材を設ける必要があり、部品点数が増加し、コストが高くなるという課題があった。
However, since the motor of
また、上記特許文献2の電食防止形転がり軸受けも、内輪はめあい面の周面または外輪はめあい面の周面と面取り部との境界面はゆるいテーパ面あるいは曲率半径の大きい円弧面を呈し、少なくとも一方のはめあい面に溶射による無機化合物の絶縁被膜を形成しているので、コストが高くなるという課題があった。
Further, the electric corrosion prevention type rolling bearing of
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転子マグネット、シャフト等を一体に成形する樹脂部をシャフトと転がり軸受けの間にまで延ばして配置することにより、生産性及び品質を損なうことなく転がり軸受けの電食を抑制することができる電動機の回転子及び電動機及び電動機の回転子の製造方法及び空気調和機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Productivity is improved by arranging a resin portion that integrally forms a rotor magnet, a shaft, and the like so as to extend between the shaft and the rolling bearing. An object of the present invention is to provide an electric motor rotor, an electric motor, a method for manufacturing the electric motor rotor, and an air conditioner that can suppress electric corrosion of rolling bearings without impairing quality.
この発明に係る電動機の回転子は、回転子のマグネット及びシャフトを樹脂部により一体に成形し、シャフトに転がり軸受けを配置する電動機の回転子において、
シャフトと転がり軸受けとの間に、樹脂部が介在するように樹脂部による一体化がなされるものである。
In the rotor of the electric motor according to the present invention, the rotor magnet and shaft are integrally formed with the resin portion, and the rolling bearing is disposed on the shaft.
The resin portion is integrated so that the resin portion is interposed between the shaft and the rolling bearing.
この発明に係る電動機の回転子は、シャフトと転がり軸受けとの間に樹脂部が形成されるので、転がり軸受けを流れる電流を防止し、電食を抑止し異常音の発生を防止する効果がある。また、回転子のマグネットとシャフトとを一体化する樹脂部でシャフトと転がり軸受けとの間の絶縁を行うので、構成が簡便であり、且つ安価にすることができる。 In the rotor of the electric motor according to the present invention, since the resin portion is formed between the shaft and the rolling bearing, there is an effect of preventing current flowing through the rolling bearing, suppressing electric corrosion, and preventing the generation of abnormal noise. . Moreover, since the insulation between the shaft and the rolling bearing is performed by the resin portion that integrates the magnet of the rotor and the shaft, the configuration is simple and the cost can be reduced.
実施の形態1.
図1乃至図13は実施の形態1を示す図で、図1は電動機100の断面図、図2は固定子40の斜視図、図3は回転子20の断面図、図4はシャフト23の反負荷側端部の拡大断面図、図5は回転子の樹脂マグネット22を示す図((a)は左側面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は右側面図)、図6は位置検出用樹脂マグネット25を示す図((a)は左側面図、(b)は正面図、(c)は(b)のA部拡大図)、図7は変形例1の回転子20の断面図、図8は変形例2の回転子20の断面図、図9は変形例3の回転子20の断面図、図10は変形例4の回転子20の断面図、図11は変形例5の回転子20の断面図、図12は電動機100を駆動する駆動回路200の構成図、図13は回転子20の製造工程を示す図である。
FIGS. 1 to 13 are diagrams showing the first embodiment. FIG. 1 is a sectional view of the
電動機100の構成を説明する。図1に示すように、電動機100は、モールド固定子10と、回転子20(電動機の回転子と定義する)と、モールド固定子10の軸方向一端部に取り付けられる金属製のブラケット30とを備える。電動機100は、例えば、回転子20に永久磁石を有し、インバータで駆動されるブラシレスDCモータである。
The configuration of the
モールド固定子10は、軸方向一端部(図1の右側)が開口している。回転子20がこの開口部から挿入される。モールド固定子10の軸方向他端部(図1の左側)には、回転子20のシャフト23の径より若干大きい孔(図示せず)が開けられている。モールド固定子10の軸方向一端部から挿入された回転子20は、負荷側のシャフト23がモールド固定子10の軸方向他端部の孔から外部(図1の左側)に出る。そして、回転子20の負荷側転がり軸受け21a(転がり軸受けの一例)が、モールド固定子10の反開口部側の軸方向端部の軸受け支持部11に当接するまで押し込まれる。このとき、負荷側転がり軸受け21aは、モールド固定子10の反開口部側の軸方向端部に形成された軸受け支持部11で支持される。
The
回転子20は、反負荷側のシャフト23(図1の右側)に反負荷側転がり軸受け21b(転がり軸受けの一例)が取り付けられる(一般的には、圧入による)。モールド固定子10の開口部を閉塞するとともに、反負荷側転がり軸受け21bを支持するブラケット30をモールド固定子10に圧入する。ブラケット30は、軸受け支持部30aで反負荷側転がり軸受け21bを支持する。ブラケット30のモールド固定子10への圧入は、ブラケット30の略リング状で、断面がコの字状の圧入部30bを、モールド固定子10の内周部10a(モールド樹脂部)の開口部側に圧入することでなされる。ブラケット30の圧入部30bの外径は、モールド固定子10の内周部10aの内径よりも、大きくなっている。ブラケット30の材質は、金属製で、例えば、亜鉛メッキ鋼板である。但し、亜鉛メッキ鋼板には限定されない。
The
本実施の形態は、回転子20の構造に特徴があるので、モールド固定子10については簡単に説明する。
Since the present embodiment is characterized by the structure of the
モールド固定子10は、固定子40と、モールド成形用のモールド樹脂50とからなる。モールド樹脂50には、例えば、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用する。固定子40は、後述する基板等が取り付けられ、強度的に弱い構造であるため低圧成形が望ましい。そのため、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。
The
固定子40は、以下に示す構成である。
(1)厚さが0.1〜0.7mm程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接、接着等で積層された帯状の固定子鉄心41を製作する。帯状の固定子鉄心41は、複数個のティース(図示せず)を備える。後述する集中巻のコイル42が施されている内側がティースである。
(2)ティースには、絶縁部43が施される。絶縁部43は、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性樹脂を用いて、固定子鉄心41と一体に又は別体で成形される。
(3)絶縁部43が施されたティースに集中巻のコイル42が巻回される。複数個の集中巻のコイル42を接続して、三相のシングルY結線の巻線を形成する。但し、分布巻でもよい。
(4)三相のシングルY結線であるので、絶縁部43の結線側には、各相(U相、V相、W相)のコイル42が接続される端子44(電源が供給される電源端子44a及び中性点端子44b)が組付けられる。電源端子44aは3個、中性点端子44bは3個である。
(5)基板45が結線側の絶縁部43(端子44を組付けられる側)に取り付けられる。リード線47を口出しするリード線口出し部品46が組付けられた基板45を絶縁部43に組付け、固定子40となる。固定子鉄心41に形成された絶縁部43の面取りされた角柱48が、基板45が備える角柱挿入穴(図示せず)に挿入されることにより、回転方向の位置決めがされ、かつ、絶縁部43の基板設置面に基板45が設置されることにより軸方向の位置が決められる。また、基板45より突出する角柱48を熱溶着することで基板45と絶縁部43が固定され、かつ、固定子40が備える端子44の基板45より突出した部分を半田付けすることにより電気的にも接合される。基板45には、電動機100(例えば、ブラシレスDCモータ)を駆動するIC49a(駆動素子)、回転子20の位置を検出するホールIC49b(位置検出素子)等が実装されている。IC49aやホールIC49b等を電子部品と定義する。
The
(1) An electromagnetic steel sheet having a thickness of about 0.1 to 0.7 mm is punched into a strip shape, and a strip-
(2) The
(3) Concentrated winding
(4) Since it is a three-phase single Y connection, a terminal 44 (power supply to which power is supplied) is connected to the connection side of the insulating
(5) The board |
次に、回転子20の構成を説明する。図3に示すように、回転子20は、ローレット23aが施されたシャフト23、リング状の回転子の樹脂マグネット22(回転子のマグネットの一例)、リング状の位置検出用樹脂マグネット25(位置検出用マグネットの一例)、そしてこれらを一体成形する樹脂部24で構成される。
Next, the configuration of the
リング状の回転子の樹脂マグネット22と、シャフト23と、位置検出用樹脂マグネット25とを樹脂部24で一体化する。このとき、樹脂部24は、シャフト23の外周に形成される、後述する中央筒部24g(回転子の樹脂マグネット22に対応する部分)と、回転子の樹脂マグネット22を中央筒部24gに連結する、シャフト23を中心として半径方向に放射状に形成された軸方向の複数のリブ(図示せず)を有する。リブ間には、軸方向に貫通した空洞が形成される。
A
樹脂部24に使用される樹脂には、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の熱可塑性樹脂が用いられる。これらの樹脂に、ガラス充填剤を配合したものも好適である。
A thermoplastic resin such as PBT (polybutylene terephthalate) or PPS (polyphenylene sulfide) is used for the resin used for the
反負荷側のシャフト23(図3で右側)には、反負荷側転がり軸受け21bが取り付けられる(一般的には、圧入による)。また、ファン等が取り付けられる負荷側のシャフト23(図3で左側)には、負荷側転がり軸受け21aが取り付けられる。 An anti-load-side rolling bearing 21b is attached to the non-load-side shaft 23 (right side in FIG. 3) (generally by press-fitting). A load-side rolling bearing 21a is attached to a load-side shaft 23 (left side in FIG. 3) to which a fan or the like is attached.
負荷側転がり軸受け21a及び反負荷側転がり軸受け21bは、公知の転がり軸受けである。 The load-side rolling bearing 21a and the anti-load-side rolling bearing 21b are known rolling bearings.
負荷側転がり軸受け21aは、シャフト23に圧入される内輪21a−1と、モールド固定子10の軸受け支持部11で支持される外輪21a−2と、内輪21a−1と外輪21a−2との間で転動する転動体21a−3とを備える。転動体21a−3には、球又はころが用いられる。
The load-side rolling bearing 21a includes an
反負荷側転がり軸受け21bは、シャフト23に圧入される内輪21b−1と、ブラケット30の軸受け支持部30aで支持される外輪21b−2と、内輪21b−1と外輪21b−2との間で転動する転動体21b−3とを備える。転動体21b−3には、球又はころが用いられる。
The anti-load-side rolling bearing 21b includes an
本実施の形態は、金属製(導電性を有する)のブラケット30で支持される反負荷側転がり軸受け21bとシャフト23との間に、シャフト23、リング状の回転子の樹脂マグネット22及びリング状の位置検出用樹脂マグネット25を一体成形する樹脂部24を介在させ、樹脂部24が絶縁となり軸電流を抑制することにより反負荷側転がり軸受け21bの電食の発生を抑制する点に特徴がある。但し、リング状の位置検出用樹脂マグネット25を持たない場合にも適用できる。
In the present embodiment, a
回転子20の一体成形時に、樹脂部24が反負荷側のシャフト23の端部まで延出するように成形する。
When the
負荷側転がり軸受け21aは、外輪21a−2がモールド固定子10の軸受け支持部11(モールド樹脂50からなる)で支持されるので、軸受け支持部が絶縁材のため浮遊容量が極めて小さいため、シャフト23を絶縁しなくても軸受けを流れる軸電流は極めて小さい。
Since the
図4はシャフト23の反負荷側端部を拡大して示す断面図である。図4において、反負荷側転がり軸受け21bが樹脂部24を介して保持されるシャフト23の反負荷側端部23dの直径d2は、回転子の樹脂マグネット22が樹脂部24を介して保持される中心部23eの直径d1より小さくして段差23cを設けている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the end portion on the non-load side of the
シャフト23の反負荷側端面23f(軸方向端面の一例)と段差23cとの間の寸法は、反負荷側転がり軸受け21bの厚み(軸方向長)より長い寸法となる。シャフト23の反負荷側端面23fは、図4の例では、露出している。
The dimension between the anti-load
樹脂部24には、反負荷側転がり軸受け21bのシャフト23の反負荷側端部23dへの挿入時の軸方向の位置決めとなる軸受け当接面24dが、樹脂部24の軸受け嵌合部24fに対して略直角方向に屈曲した形で形成されている。
The
そして、シャフト23の中心部23eの外周に形成される樹脂部24の中央筒部24g(回転子の樹脂マグネット22に対応する部分)と軸受け当接面24dとの間に、段差部24eが設けられる。段差部24eの直径は、反負荷側転がり軸受け21bの外輪21b−2の内径よりも小さいことが必須である。図3に示す回転子20では、段差部24eの直径は、反負荷側転がり軸受け21bの内輪21b−1の外径と略同じか、若干小さくしている。
A stepped
一般的に、転がり軸受けは、転がり軸受けの内部からグリースが外に漏れないように、もしくは外部からごみ等が浸入しないように外輪と内輪との間にカバーを設けている。このカバーは、転がり軸受けの両端面より内側に位置する。 Generally, a rolling bearing is provided with a cover between an outer ring and an inner ring so that grease does not leak out from the inside of the rolling bearing or dust does not enter from the outside. This cover is located inside the both end faces of the rolling bearing.
従って、段差部24eの直径を、反負荷側転がり軸受け21bの内輪21b−1の外径よりも大きくしても、内輪21b−1の外径よりも大きい部分は、反負荷側転がり軸受け21bに接触しない。従って、段差部24eの直径は、反負荷側転がり軸受け21bの内輪21b−1の外径と略同じか、若干小さくする程度が実用的である。
Therefore, even if the diameter of the stepped
段差部24eを設けることにより、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂で一体成形する際に、樹脂部の中央筒部反負荷側軸受け当接面をイレコで形成する場合、段差部まで前記イレコで形成することで金型の合わせ面にバリが発生しても、バリは反負荷側転がり軸受け21bに当接しないので、反負荷側転がり軸受け21bに悪影響を及ぼす恐れが少ない。
By providing the stepped
また、回転子20が、熱衝撃を受けると樹脂部24の中央筒部24gが割れる場合もある。そのような場合でも、中央筒部24gに段差部24eを設け、段差部間の径方向の厚さを大きくして対処することができる。
Further, when the
図5は回転子の樹脂マグネット22を示す図で、図5(a)は左側面図、図5(b)は(a)のA−A断面図、図5(c)は右側面図である。図5を参照しながら、リング状の回転子の樹脂マグネット22の構成を説明する。回転子の樹脂マグネット22には、その内径の軸方向一端部(図5(b)では右側)に、樹脂成形時の型締め時にシャフト23と回転子の樹脂マグネット22との同軸を確保するための切欠き22aが形成されている。図5の例では、切欠き22aは周方向に略等間隔で8箇所に形成されている(図5(c))。
FIG. 5 is a view showing the
また、回転子の樹脂マグネット22には、軸方向他端部(図5(b)では左側)の端面に、位置検出用樹脂マグネット25を据える台座22bが、周方向に略等間隔で形成されている。台座22bは、回転子の樹脂マグネット22の内径付近から外径に向かって形成され、台座22bの先端から位置決め用突起22cが径方向に回転子の樹脂マグネット22の外周部に向かって、その近くまで延びている。位置決め用突起22cは、樹脂にて回転子のマグネット、位置検出用マグネット及びシャフトを一体に成形時に回転子の樹脂マグネット22の周方向(回転方向)の位置決めに利用される。
In addition, on the
図6を参照しながら、リング状の位置検出用樹脂マグネット25の構成を説明する。図6(a)は位置検出用樹脂マグネット25の左側面図、図6(b)は位置検出用樹脂マグネット25の正面図、図6(c)は(b)のA部拡大図である。
The configuration of the ring-shaped position detecting
位置検出用樹脂マグネット25は、内径側の軸方向両端部に段差25bを備える。この段差25bは、回転子20の軸方向端部側となる段差25bに樹脂部24の一部が充填されて、位置検出用樹脂マグネット25の軸方向の抜け止めとなるために必要である。図6では、両端部に段差25bを備えるものを示したが、いずれか一方の端部に段差25bがあり、それが回転子20の軸方向端部側に位置すればよい。但し、両端部に段差25bを備えるものは、回転子20の樹脂部24による一体成形時に、金型に位置検出用樹脂マグネット25をセットする際に、裏表を気にせずにセットできるので作業性に優れる。
The position detecting
また、位置検出用樹脂マグネット25は、段差25bに樹脂部24に埋設されると周方向の回り止めとなるリブ25aを周方向に略等間隔に8個備える。
Further, the position detecting
尚、図3に示すように、樹脂部24には、位置検出用樹脂マグネット25の内径を保持する金型の内径押さえ部24a、位置検出用樹脂マグネット25を金型(下型)にセットしやすくするためのテーパ部24b、樹脂成形時の樹脂注入部24cが樹脂成形後に形成される。
As shown in FIG. 3, in the
回転子の樹脂マグネット22は熱可塑性樹脂に磁性材が混合され成形されたもので、図5に示す通り、内径に軸方向一端面からテーパ状に切欠き22aを設け、また、切欠き22aのある軸方向一端面の反対側の軸方向他端面に、位置検出用樹脂マグネット25を据える台座22bを備えている。
The
シャフト23と一体に成形される回転子の樹脂マグネット22の台座22bにより、位置検出用樹脂マグネット25を回転子の樹脂マグネット22の端面から離すことが可能となり、位置検出用樹脂マグネット25の肉厚を最小、かつ、任意の位置に配置することが可能となり、回転子の樹脂マグネット22より安価な熱可塑性樹脂を充填することで、コストの低減が可能となる。
The
位置検出用樹脂マグネット25は、図6に示す通り、厚み方向の両側に段差25bを持ち、かつ、樹脂で埋設されると回り止めとなるリブ25aを両側の段差25bに備えている。また、位置検出用樹脂マグネット25の内径と位置検出用樹脂マグネット25の外径の同軸度とは精度良く作られている。
As shown in FIG. 6, the position detecting
尚、シャフト23と一体に成形される際には、位置検出用樹脂マグネット25の外周にはテーパ状に樹脂(樹脂部24)が充填され、位置検出用樹脂マグネット25の外径のばらつきにも対応し、充填される樹脂は位置検出用樹脂マグネット25の片側の軸方向端面(外側)と回転子の樹脂マグネット22の軸方向両端面でせき止めるため、回転子の樹脂マグネット22の外径にバリが発生するのを抑えることが可能となり、品質の向上が図られている。
When molded integrally with the
また、シャフト23との一体成形時のゲート口を回転子の樹脂マグネット22の内径よりもさらに内側に配置し、樹脂注入部24cを凸形状で配置することで、圧力の集中を緩和し、樹脂の充填が容易に、また、樹脂注入部24cの凸部を位置決めに利用することも可能となっている。
Further, by arranging the gate port at the time of integral molding with the
図7は変形例1の回転子20の断面図である。図3に示す回転子20と異なるのは、シャフト23の反負荷側端部にセンタ穴23bが形成されている点である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂部24で一体成形する際に、シャフト23のセンタ穴23bを金型(上型)にセットすることにより、回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度が向上する。
When the
尚、センタ穴23bは、シャフト23の両端部に形成してもよい。
The
図8は変形例2の回転子20の断面図である。図3に示す回転子20と異なるのは、シャフト23の反負荷側端部の端面を樹脂部24で覆い、さらにシャフト23の反負荷側端部の端面にセンタ穴23bが形成されている点である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
シャフト23の反負荷側端部の端面は、センタ穴23b部分が露出し、その他の部分は樹脂部24で覆われる。
The end surface of the
センタ穴23b部分を除いてシャフト23の反負荷側端部の端面を樹脂部24で覆うことにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれを抑制できる。
When the end face of the end portion on the side opposite to the load side of the
また、図7の変形例1の回転子20と同様、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂で一体成形する際に、シャフト23のセンタ穴23bに、金型(上型)に備えたシャフト挿入部との同軸が確保されたセンタ穴に嵌め合わせる突起を嵌め合わせることで、シャフトを同軸が確保された状態で保持することが可能となり回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度が向上する。
7, when the
図9は変形例3の回転子20の断面図である。図3に示す回転子20と異なるのは、シャフト23の反負荷側端面23fの一部(反負荷側端部23dの外周部側)を樹脂部24で覆う点である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
図8に示す回転子20と同様、反負荷側端面23fの中央部分を除いて反負荷側端面23fを樹脂部24で覆うことにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれを抑制できる。
Similar to the
また、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂部24で一体成形する際に、反負荷側端面23fを金型で押さえることにより、シャフト23にセンタ穴23bを形成する図7や図8の例ほどではないが、回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度も確保される。
Further, when the
図10は変形例4の回転子20の断面図である。図3に示す回転子20と異なる点は、シャフト23の反負荷側端部23dの全体を樹脂部24で覆う点である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
シャフト23の反負荷側端部23dの全体を樹脂部24で覆うことにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれをより一層抑制できる。
By covering the entire anti-load
図11は変形例5の回転子20の断面図である。図3に示す回転子20と異なる点は、負荷側転がり軸受け21aとシャフト23との間にも、樹脂部24を介在させてその間を絶縁している点である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
図11のように構成することにより、負荷側転がり軸受け21aにおける軸電流をさらに低減できる。さらに、モールド固定子10以外の、例えば、外郭に鋼板フレームを用い、負荷側及び反負荷側に金属製のブラケットを使用する電動機の軸電流を低減することができる。
By configuring as shown in FIG. 11, the shaft current in the load-side rolling bearing 21a can be further reduced. Furthermore, the shaft current of the motor other than the
図11に示す回転子20は、シャフト23の反負荷側端部23dの構成は図3と同様であるが、図7〜図10に示すその他の構成にしてもよい。
The
尚、図1に示す電動機100は、モールド固定子10側が負荷側で、ブラケット30側が反負荷側になるものを示したが、その逆でもよい。
In addition, although the
また、図3、図7〜図11に示す回転子20は、永久磁石に熱可塑性樹脂に磁性材を混合して成形された回転子の樹脂マグネット22、を使用したが、その他の永久磁石(希土類磁石(ネオジム、サマリウムコバルト)、フェライト等)を用いてもよい。
Further, the
また、位置検出用樹脂マグネット25も同様に、その他の永久磁石(希土類磁石(ネオジム、サマリウムコバルト)、フェライト等)を用いてもよい。
Similarly, other permanent magnets (rare earth magnets (neodymium, samarium cobalt), ferrite, etc.) may be used for the position detecting
既に述べたように、電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、パワー回路内のトランジスタのスイッチングに伴って発生する電動機の騒音の低減を図る目的から、インバータのキャリア周波数を高く設定するようにしている。キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受けの内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなるので、転がり軸受けに電流が流れ易くなる。この転がり軸受けに流れる電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体(内外輪の間を転がる玉やころ)の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、転がり軸受けの耐久性を悪化させる。 As described above, when an electric motor is operated using an inverter, the carrier frequency of the inverter is set high for the purpose of reducing the noise of the electric motor generated due to the switching of the transistor in the power circuit. Yes. As the carrier frequency is set higher, the shaft voltage generated on the shaft of the motor based on the high frequency induction increases, and the potential difference existing between the inner ring and the outer ring of the rolling bearing supporting the shaft increases. This makes it easier for current to flow through the rolling bearing. The current flowing through the rolling bearings causes corrosion called electro-corrosion on the rolling surfaces of both the inner and outer ring raceways and the rolling elements (balls and rollers rolling between the inner and outer rings), thereby deteriorating the durability of the rolling bearings. .
従って、本実施の形態の回転子20は、電動機100をインバータを用いて運転を行う場合の軸電流の低減に特に有効である。
Therefore, the
図12は電動機100を駆動する駆動回路200の構成図である。図12に示すように、インバータ方式の駆動回路200は、位置検出回路110、波形生成回路120、プリドライバ回路130、パワー回路140から構成される。
FIG. 12 is a configuration diagram of a
位置検出回路110は、回転子20の位置検出用樹脂マグネット25の磁極をホールIC49bを用いて検出する。
The
波形生成回路120は、回転子20の回転速度を指令する速度指令信号、位置検出回路110からの位置検出信号に基づいて、インバータ駆動するためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、プリドライバ回路130に出力する。
The
プリドライバ回路130は、パワー回路140のトランジスタ141(6個)を駆動するトランジスタ駆動信号を出力する。
The
パワー回路140は、直流電源入力部、インバータ出力部を備え、トランジスタ141とダイオード142とを並列接続し、更にこれらを直列接続したアームからなる。
The
電動機100は3相のため、3アームのインバータ出力部が夫々のコイル42に接続されている。直流電源入力部には、商用電源の交流100V又は200Vを整流して得られる140V又は280Vの直流電源+、−が接続される。
Since the
速度指令信号が駆動回路200に入力されると、波形生成回路120は位置検出信号に応じて3相の各コイル42への通電タイミングを設定するとともに速度指令信号の入力に応じたPWM信号を生成、出力し、そのPWM信号を入力したプリドライバ回路130はパワー回路140内のトランジスタ141を駆動する。
When the speed command signal is input to the
インバータ出力部は、トランジスタ141を駆動することでコイル42に電圧を印加し、コイル42に電流が流れ、トルクが発生して回転子20が回転する。速度指令信号に応じた電動機100の回転速度となる。電動機100の停止も速度指令信号にて行う。
The inverter output unit drives the
図13に回転子20の製造工程を示す。
(1)位置検出用樹脂マグネット25及び回転子の樹脂マグネット22の成形、脱磁。シャフト23の加工を行う(ステップ1)。
(2)位置検出用樹脂マグネット25を段差25bを有する端部を下にして下型にセットし、下型に設けられた内径押え部に位置検出用樹脂マグネット25の内径を保持させる(ステップ2)。
(3)回転子の樹脂マグネット22の位置決め用突起22cを下型に設けられた位置決め用突起挿入部に嵌め合わせて下型にセットする(ステップ3)。
(4)シャフト23を下型にセットし、回転子の樹脂マグネット22の切欠き22aを、上型の切欠き押さえ部で押し当てるように型締めする(ステップ4)。
(5)樹脂(樹脂部24)成形する(ステップ5)。回転子の樹脂マグネット22、位置検出用樹脂マグネット25及びシャフト23を樹脂部24により一体に成形する際に、シャフト23と負荷側転がり軸受け21a又は反負荷側転がり軸受け21bの少なくとも一つとの間に、樹脂部24が介在するように一体成形を行う。
(6)位置検出用樹脂マグネット25及び回転子の樹脂マグネット22の着磁を行う(ステップ6)。
(7)シャフト23に、負荷側転がり軸受け21a及び反負荷側転がり軸受け21bを組付ける(ステップ7)。
FIG. 13 shows a manufacturing process of the
(1) Forming and demagnetizing the
(2) The position
(3) The
(4) The
(5) Resin (resin portion 24) is molded (step 5). When the
(6) The position detecting
(7) The load-side rolling bearing 21a and the anti-load-side rolling bearing 21b are assembled to the shaft 23 (step 7).
上述の製造工程によれば、回転子の樹脂マグネット22、シャフト23、及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂(樹脂部24)にて一体にする際、全ての部品を金型にセットして樹脂成形することから、作業工程の低減により回転子20のコストの低減が図られる。
According to the manufacturing process described above, when the
また、回転子の樹脂マグネット22の台座22bにより、位置検出用樹脂マグネット25を回転子の樹脂マグネット22の端面から離すことが可能となり、位置検出用樹脂マグネット25の肉厚を最小、かつ、任意の位置に配置することが可能となり、回転子の樹脂マグネット22より安価な熱可塑性樹脂を充填することで、コストの低減が可能となる。
Further, the
また、位置検出用樹脂マグネット25は厚み方向に対称であるため、向きを合わせることなく金型にセットすることが可能である。
Further, since the position detecting
また、下型の位置検出用樹脂マグネット25をセットの際に外径が通過する部分を開口部が広くなるテーパにしているため(樹脂部24のテーパ部24b)、下型に引っ掛かることなくセットが可能なため、作業工程が簡素化により生産性の向上に伴いコストの低減が可能となっている。
In addition, since the portion through which the outer diameter passes when setting the lower mold position
また、位置検出用樹脂マグネット25は下型にセットされた時、下型に備える内径押え部に内径を保持されることにより、シャフト23及び回転子の樹脂マグネット22との同軸度の精度が確保される。
Further, when the position detecting
また、上型に備える切欠き押さえ部が、回転子の樹脂マグネット22の内径に備える切欠き22aを押し当てることにより、シャフト23と回転子の樹脂マグネット22との同軸度の精度が確保される。
Further, the notch holding portion provided in the upper mold presses the
以上のように、本実施の形態は、金属製(導電性を有する)のブラケット30で支持される反負荷側転がり軸受け21bとシャフト23との間に、シャフト23、リング状の回転子の樹脂マグネット22を一体成形する樹脂を充填し樹脂部24を介在させ、樹脂部24により絶縁され軸電流を抑制することにより反負荷側転がり軸受け21bの電食の発生を抑制することができる。但し、リング状の位置検出用樹脂マグネット25を、シャフト23、リング状の回転子の樹脂マグネット22とともに樹脂部24で一体化するものでも、同様の効果が得られる。
As described above, in the present embodiment, the resin of the
また、シャフト23の中心部23eの外周に形成される樹脂部24の中央筒部24gと軸受け当接面24dとの間に、段差部24eを設けることにより、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22を樹脂で一体成形する際に、樹脂部の中央筒部反負荷側軸受け当接面をイレコで形成する場合、段差部まで前記イレコで形成することで金型の合わせ面にバリが発生しても、バリは反負荷側転がり軸受け21bに当接しないので、反負荷側転がり軸受け21bに悪影響を及ぼす恐れが少ない。但し、リング状の位置検出用樹脂マグネット25を、シャフト23、リング状の回転子の樹脂マグネット22とともに樹脂部24で一体化するものでも、同様の効果が得られる。
Further, by providing a
また、回転子20が、熱衝撃を受けると樹脂部24の中央筒部24gが割れる場合もあるが、中央筒部24gに段差部24eを設け、段差部24e間の中央筒部24gの径方向の厚さを大きくして対処することができる。
Further, when the
図7に示す変形例1の回転子20のように、シャフト23の反負荷側端部にセンタ穴23bを形成することにより、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂で一体成形する際に、シャフト23のセンタ穴23bに、金型(上型)に備えたシャフト挿入部との同軸が確保されたセンタ穴23bに嵌め合わせる突起を嵌め合わせることで、シャフト23を同軸が確保された状態で保持することが可能となり回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度が向上する。
As in the
図8に示す変形例2の回転子20のように、シャフト23の反負荷側端部の端面を樹脂部24で覆い、さらにシャフト23の反負荷側端部の端面にセンタ穴23bを形成することにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれを抑制できるとともに、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂で一体成形する際に、シャフト23のセンタ穴23bに、金型(上型)に備えたシャフト挿入部との同軸が確保されたセンタ穴23bに嵌め合わせる突起を嵌め合わせることで、シャフト23を同軸が確保された状態で保持することが可能となり、回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度が向上する。
As in the
図9に示す変形例3の回転子20のように、シャフト23の反負荷側端面23fの一部(反負荷側端部23dの外周部側)を樹脂部24で覆うことにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれを抑制できる。また、シャフト23、回転子の樹脂マグネット22及び位置検出用樹脂マグネット25を樹脂部24で一体成形する際に、反負荷側端面23fを金型で押さえることにより、回転子の樹脂マグネット22とシャフト23との同軸度も確保される。
Like the
図10に示す変形例4の回転子20のように、シャフト23の反負荷側端部23dの全体を樹脂部24で覆うことにより、反負荷側転がり軸受け21bをシャフト23の反負荷側端部に圧入する場合に、樹脂部24の剥がれやめくれをより一層抑制できる。
10, the entire
図11に示す変形例5の回転子20のように、負荷側転がり軸受け21aとシャフト23との間にも樹脂部24を介在させてその間を絶縁することのより、負荷側転がり軸受け21aにおける軸電流をさらに低減できる。さらに、モールド固定子10以外の、例えば、外郭に鋼板フレームを用い、負荷側及び反負荷側に金属製のブラケットを使用する電動機の軸電流を低減することができる。
Like the
電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、電動機の騒音の低減を図る目的から、インバータのキャリア周波数を高く設定するようにしているが、キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受けの内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなるので、転がり軸受けに流れる電流も増加する。従って、本実施の形態の回転子20は、電動機100をインバータを用いて運転を行う場合の軸電流の低減に特に有効である。ここでは回転子20の位置検出用樹脂マグネット25の磁極を検出するためのセンサであるホールIC49bを用いて検出する方法を述べたが、位置検出用樹脂マグネット25、ホールIC49bを用いず、コイルを流れる電流を電流検出器(図示せず)にて検出し、波形生成回路120にマイコンなどを用いて電動機を運転するセンサレス駆動方式においても同様の効果があることは言うまでもない。
When an electric motor is operated using an inverter, the carrier frequency of the inverter is set higher for the purpose of reducing the noise of the electric motor. However, as the carrier frequency is set higher, the motor shaft has a higher frequency. The shaft voltage generated based on the induction increases, and the potential difference existing between the inner ring and the outer ring of the rolling bearing that supports the shaft increases, so that the current flowing through the rolling bearing also increases. Therefore, the
実施の形態2.
図14は実施の形態2を示す図で、空気調和機300の構成図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating the second embodiment, and is a configuration diagram of the
空気調和機300は、室内機310と、室内機310と接続される室外機320とを備える。室内機310には室内機用送風機(図示せず)、室外機320には室外機用送風機330を搭載している。
The
そして、室外機用送風機330及び室内機用送風機は、駆動源として上記実施の形態1の電動機100を備える。
The
上記実施の形態1の電動機100を、空気調和機300の主用部品である室外機用送風機330及び室内機用送風機に搭載することにより、空気調和機300の耐久性が向上する。
The durability of the
本発明の電動機100の活用例として、換気扇、家電機器、工作機などに搭載して利用することができる。
As an application example of the
10 モールド固定子、10a 内周部、11 軸受け支持部、20 回転子、21a 負荷側転がり軸受け、21a−1 内輪、21a−2 外輪、21a−3 転動体、21b 反負荷側転がり軸受け、21b−1 内輪、21b−2 外輪、21b−3 転動体、22 回転子の樹脂マグネット、22a 切欠き、22b 台座、22c 位置決め用突起、23 シャフト、23a ローレット、23b センタ穴、23c 段差、23d 反負荷側端部、23e 中心部、23f 反負荷側端面、24 樹脂部、24a 内径押さえ部、24b テーパ部、24c 樹脂注入部、24d 当接面、24e 段差部、24f 嵌合部、24g 中央筒部、24h 反負荷側端面、25 位置検出用樹脂マグネット、25a リブ、25b 段差、30 ブラケット、30a 軸受け支持部、30b 圧入部、40 固定子、41 固定子鉄心、42 コイル、43 絶縁部、44 端子、44a 電源端子、44b 中性点端子、45 基板、47 リード線、48 角柱、49a IC、49b ホールIC、50 モールド樹脂、100 電動機、110 位置検出回路、120 波形生成回路、130 プリドライバ回路、140 パワー回路、141 トランジスタ、142 ダイオード、200 駆動回路、300 空気調和機、310 室内機、320 室外機、330 室外機用送風機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mold stator, 10a Inner peripheral part, 11 Bearing support part, 20 Rotor, 21a Load side rolling bearing, 21a-1 Inner ring, 21a-2 Outer ring, 21a-3 Rolling element, 21b Anti-load side rolling bearing, 21b- 1 Inner ring, 21b-2 Outer ring, 21b-3 Rolling element, 22 Rotor resin magnet, 22a Notch, 22b Pedestal, 22c Positioning protrusion, 23 Shaft, 23a Knurl, 23b Center hole, 23c Step, 23d Anti-load side End part, 23e center part, 23f anti-load side end face, 24 resin part, 24a inner diameter pressing part, 24b taper part, 24c resin injection part, 24d contact surface, 24e step part, 24f fitting part, 24g center tube part, 24h Anti-load side end face, 25 Position detection resin magnet, 25a Rib, 25b Step, 30 Bracket , 30a Bearing support portion, 30b Press-fit portion, 40 Stator, 41 Stator core, 42 Coil, 43 Insulating portion, 44 terminal, 44a Power supply terminal, 44b Neutral point terminal, 45 Substrate, 47 Lead wire, 48 Rectangular column, 49a IC, 49b Hall IC, 50 Mold resin, 100 Electric motor, 110 Position detection circuit, 120 Waveform generation circuit, 130 Pre-driver circuit, 140 Power circuit, 141 Transistor, 142 Diode, 200 Drive circuit, 300 Air conditioner, 310 Indoor unit 320 outdoor unit, 330 outdoor unit blower.
Claims (9)
前記シャフトに取り付けられる2つの転がり軸受けと、
固定子と、前記固定子のモールド成形用のモールド樹脂であり、軸方向の一端に開口部が設けられ、軸方向の他端に前記2つの転がり軸受けの一方を支持する軸受け支持部が形成されたモールド樹脂とを有するモールド固定子と、
前記開口部に取り付けられ、前記2つの転がり軸受けの他方を支持する金属製のブラケットと
を備え、
前記2つの転がり軸受けのうち、前記金属製のブラケットで支持される転がり軸受けと、前記シャフトとの間に、前記シャフトの外周に形成された前記樹脂部が延在することを特徴とする電動機。 The magnet and the shaft, is formed on the outer periphery of the shaft, a rotor and a resin portion for integrating the magnet and the shaft,
Two rolling bearings attached to the shaft;
A stator and a mold resin for molding the stator, an opening is provided at one end in the axial direction, and a bearing support portion for supporting one of the two rolling bearings is formed at the other end in the axial direction. A mold stator having a mold resin,
A metal bracket attached to the opening and supporting the other of the two rolling bearings;
With
Of only the two rolling bearings, the Ke rolling bearing which is supported by the metal bracket, between the shaft and the resin portion formed on an outer periphery of the shaft, characterized in the extension Mashimasu Turkey Electric motor.
前記回転子の磁極を位置検出素子を用いて検出する位置検出回路と、
前記回転子の回転速度を指令する速度指令信号、前記位置検出回路からの位置検出信号に基づいて、インバータ駆動するためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する波形生成回路と、
前記波形生成回路の出力により駆動信号を生成するプリドライバ回路と、
トランジスタとダイオードとを並列接続し、これらを直列接続したアームを有するパワー回路とから構成されるインバータ方式の駆動回路と
を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電動機。 The electric motor further includes:
A position detection circuit for detecting the magnetic pole of the rotor using a position detection element;
A waveform generation circuit for generating a PWM (Pulse Width Modulation) signal for driving the inverter based on a speed command signal for instructing the rotation speed of the rotor and a position detection signal from the position detection circuit;
A pre-driver circuit that generates a drive signal from the output of the waveform generation circuit;
Connected in parallel with transistor and a diode, to one of the claims 1 to 7, characterized in that these and a power circuit with an arm connected in series comprises a <br/> the drive circuit of inverter type constituted The electric motor described.
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