JP5907767B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関するものである。

電動機は、ハウジングと、ハウシングに回転可能に支持された動力取り出し用の回転軸と、ハウジングの内部に設置され、回転軸を回転駆動する回転機構（ブラシ、整流子、回転子、固定子等）と、が備えられている。
このような電動機では、回転機構、たとえば、ブラシと整流子との摺接による摩擦熱が加熱源となってハウジング内の温度が上昇する。
このため、たとえば、高出力で連続運転される電動機では、電動機の発熱を抑えることが性能面において重要であるので、冷却を考慮した構造とされている。

従来、電動機の冷却構造としては、たとえば、特許文献１に示されるように、ハウジングの外部に冷却媒体（空気）が通る通路を形成し、ハウジングから熱量を除去することによって内部の回転機構、主として固定子を冷却するものが提案されている。
また、特許文献２に示されるように、ハウジングの内部に冷却媒体（空気）を導入して回転機構を直接冷却し、冷却効率を高めているものも提案されている。

特開２００５−２６９７８７号公報 特開２００２−２０４５４７号公報

ところで、特許文献１または特許文献２に示される従来の冷却構造は、電動機の回転機構を冷却するものであり、回転軸を支持する軸受についてはあまり冷却が考慮されていない。
近年、軽量化を求めてハウジングが樹脂材料で形成されることがある。この場合、軸受を保持する部分も樹脂材料で構成されることになる。樹脂材料で構成されたハウジングでは、金属材料で構成されたものと比較して熱伝道性が劣るので、冷却性が低下することになる。

したがって、樹脂材料で構成されたハウジングで従来の冷却構造を用いると、回転軸を支持する軸受についてあまり冷却が考慮されていないので、軸受の局所的な発熱に対して十分に軸受部を冷却することができない。軸受部の冷却が不十分であると、極端な場合回転軸と軸受とが焼きつく恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑み、軸受部の冷却性を高め、軸受の局所的な発熱に対して十分に対応し得る電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、回転動力を取り出す回転軸と、端部に該回転軸を回転可能に支持する軸受が保持される樹脂で形成された軸受保持部を有し、該回転軸を回転させる回転機構を覆うハウジングと、該ハウジングの外部から前記軸受に向かって気流を供給する第一送風通路と、前記ハウジングの端部に形成され、前記軸受を通過した前記気流を前記軸受保持部の外周面を通って前記ハウジングの内部に流入させる開口部と、が備えられている電動機である。

本態様にかかる電動機によると、ハウジングの外部から回転軸を回転可能に支持する軸受に向かって気流を供給する第一送風通路が備えられているので、第一送風通路から供給される気流はハウジングの端部に設けられた軸受に当接し、軸受を冷却することができる。このように、軸受は気流によって直接冷却されるので、軸受の局所的な発熱を防止でき、回転軸と軸受とが焼きつく可能性を確実に防止することができる。
また、本態様では、ハウジングの端部に軸受を通過した気流がハウジングの内部に流入するように形成された開口部が備えられているので、軸受を冷却した気流が開口部を通ってハウジングの内部に導入され、内部の回転機構等を直接冷却することができる。

前記態様では、前記軸受と接触する前記軸受保持部の内周面には、それぞれ前記ハウジングの外部と内部とを連通させる複数の溝が形成される。

このようにすると、軸受に供給された気流は、複数の溝を通ってハウジングの外部から内部へと流れることになる。このとき、気流は軸受に接触して軸受を冷却するので、軸受の冷却性を向上することができる。

前記態様では、前記軸受保持部の外周面には、前記軸受保持部の熱量を放熱する複数の放熱フィンが備えられていてもよい。

このようにすると、放熱フィンが軸受保持部の熱量を放熱するので、軸受保持部と接触している軸受を冷却することができる。放熱フィンに開口部を通ってハウジングの内部に導入された気流があたるようにすると冷却性を向上させることができる。

前記態様では、前記ハウジングに、前記ハウジングの内部に向かって気流を供給する第二送風通路が備えられていてもよい。

本態様によれば、ハウジングに、ハウジングの内部に向かって気流を供給する第二送風通路が備えられているので、ハウジング内部の回転機構等の発熱部材は第二送風通路から供給される気流によって効率的に冷却されるので、電動機は十分な冷却性を備えることができる。

本発明によれば、ハウジングの外部から回転軸を回転可能に支持する軸受に向かって気流を供給する第一送風通路が備えられているので、軸受の局所的な発熱を防止でき、回転軸と軸受とが焼きつく可能性を確実に防止することができる。
また、ハウジングの端部に軸受を通過した気流がハウジングの内部に流入するように形成された開口部が備えられているので、軸受を冷却した気流が開口部を通ってハウジングの内部に導入され、内部の回転機構等を直接冷却することができる。

本発明の第一実施形態にかかる電動機を用いたＨＶＡＣの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第一実施形態にかかる電動機の概略構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態にかかるエンドブラケットを示す斜視図である。 図２のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる電動機の軸受保持部を示す拡大断面図である。 図５の上面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態にかかる電動機１について図１〜図４を参照して説明する。本実施形態にかかる電動機１は、車両用空気調和装置のＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）３のブロワ９を駆動するもの、いわゆる、ブロワモータである。
図１は、ＨＶＡＣ３の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第一実施形態にかかる電動機１の概略構成を示す断面図である。図３は、エンドブラケット５５を示す斜視図である。図４は、図２のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。

ＨＶＡＣ３は、車室内に配設され、車室内空気または車外空気を取り込んで温調し、それを車室内に吹き出すものである。以下、車室内空気および車外空気を総称して導入空気ということもある。
ＨＶＡＣ３には、ケーシング５と、ケーシング５の一端部に備えられ、導入空気を導入する空気導入部７と、空気導入部７から導入される導入空気を下流側に送風するブロワ９と、ブロワ９からの導入空気と熱交換するエバポレータ１１と、エバポレータ１１の下流側に備えられたヒータコア１３と、ヒータコア１３の下流側のケーシング５に備えられ、温調された導入空気を車室内に吹き出す空気導出部１５と、が備えられている。

空気導入部７は、室内気を導入する室内気流路１７または室外気を導入する室外気流路１９に連通され、分岐点で回動する内外気切替ダンパ２１を操作することによりいずれか一方が選択されるようになっている。
たとえば、図１に示される内外気切替ダンパ２１は、室外気流路１９を閉じて室内気流路１７から室内気を導入するダンパ位置にある。

ブロワ９は、電動機１によって回転される、たとえば、シロッコファンである。ブロワ９は、室内気流路１７あるいは室外気流路１９より導入される導入空気を送出し、導入空気通路２３を通ってエバポレータ１１へ供給する。
エバポレータ１１は、図示しない冷媒系に連結されており、液冷媒と導入空気との間で熱交換を行うことにより、液冷媒が気化熱を奪うことにより導入空気を冷却する機能を有している。

ヒータコア１３は、図示しない車両走行用内燃機関の冷却水系から温水の一部を導入して加熱源とし、この温水と導入空気との間で熱交換を行うことにより導入空気を加熱して昇温させる機能を有している。ヒータコア１３としては電気ヒータを用いてもよい。
ヒータコア１３の上流側にはエアミックスダンパ２５が配設され、ヒータコア１３を通過して加熱を受ける導入空気量の調整が可能となっている。

空気導出部１５は、フロントガラス等の曇りを除去するデフロスト吹出流路２７と、車室内のインスツルメントパネル前面に開口するフェース吹出流路２９と、乗員の足元に開口するフット吹出流路３１とに連通されている。
デフロスト吹出流路２７、フェース吹出流路２９およびフット吹出流路３１は、それぞれダンパ３３，３５，３７を操作することにより開閉されるようになっている。
たとえば、図１では、ダンパ３３，３５が閉じられ、ダンパ３７が開放された状態が示されており、温調された導入空気はフット吹出流路３１を通って車室内に吹き出されている。

電動機１には、略円筒形をしたハウジング４１と、ハウジング４１に回転可能に支持された回転軸４３と、回転軸４３の回りに固定して設置されたロータ４５と、間隔を空けてロータ４５の外周回りを覆うようにハウジング４１の内周に固定して設置されたステータ４７と、回転軸４３の回りに固定して設置されたコンミテータ（整流子）４９と、が備えられている。
ロータ４５、ステータ４７およびコンミテータ４９等が本発明の回転機構を構成している。

ハウジング４１には、中空の円筒形状をした金属製の本体部５１と、本体部５１の先端部を覆うように取り付けられた略円錐台形状をした樹脂製の先端ブラケット５３と、本体部５１の後端部を覆うように取り付けられた略円筒形状をした樹脂製のエンドブラケット５５と、が備えられている。
先端ブラケット５３の先端部には、回転軸４３を回動自在に支持する先端軸受５７が保持されている。先端軸受５７は、潤滑成分が含浸された焼結合金で形成されたすべり軸受である。

エンドブラケット５５は、略円筒形状をした周壁部５９と、周壁部５９の一端側の開口部を覆うように周壁部５９と一体に形成された端面部６１と、が備えられている。
エンドブラケット５５は、他端側の開口部を形成する周壁部５９が、本体部５１の開口部の内側に嵌着されるように構成されている。
端面部６１には、同一軸線中心を有する円形をした突出部６３が形成されている。突出部６３の内側に回転軸４３を回動自在に支持する後端軸受（軸受）６７を保持する軸受保持部６５が形成されている。

後端軸受６７は、潤滑成分が含浸された焼結合金で形成されたすべり軸受であり、回転軸４３の端部を支承する。後端軸受６７の外周面は軸線方向中央部分が膨らんだ曲面を形成している。
後端軸受６７は、上部が軸受保持部６５に保持され、下部から周方向に間隔を空けて複数枚配置された押え板６９が回転軸４３の端部に螺合するフランジ７１によって押し付けることによってハウジング４１に保持されている。
エンドブラケット５５には、外部から電力が供給されるコネクタ部７３が設けられている。

軸受保持部６５の内周面は、後端軸受６７の略上半分と接触するような曲面を形成している。軸受保持部６５の内周面には、それぞれエンドブラケット５５の外部と内部とを連通させる複数の連通溝（溝）７５が放射状に形成されている。
突出部６３の内側で、軸受保持部６５の外側には、エンドブラケット５５の外部と内部とを連通させる複数の開口部７７が形成されている。

回転軸４３は、ハウジング４１と略同一軸線中心を有するように配置され、下端部が後端軸受６７に、先端部分が先端軸受５７に回動自在に支持されている。
ロータ積層鉄心に巻線を巻いた電機子（回転子）を薄型永久磁石界磁で囲んだインナーロータ型電動機である。
回転軸４３の先端部分は先端軸受５７よりも先端に突出しており、この部分にブロワ９が取り付けられている。

ロータ４５は、回転軸４３の軸線方向に積層された鉄板で形成された積層鉄心７９に電線を巻いて巻線８１が形成されている。
ステータ４７は、永久磁石で形成され、ロータ４５の回りを囲み、基礎となる磁束を形成するように構成されている。
コンミテータ４９は、外部からコネクタ部７３の端子に供給された電流を、ブラシ８３を介して受け取り、巻線８１に巻線８１が所定の磁界を発生するように調整された電流を供給するものである。

電動機１には、冷却部材８５が備えられている。冷却部材８５には、導入空気通路２３に面して導入空気を取り入れる導入口が開口している導入空気取入部８７と、導入空気取入部８７で取り入れられた導入空気を後端軸受６７の外周面の近傍まで案内する軸受送風路部（第一送風通路）８９と、が備えられている。
軸受送風路部８９の先端部には、開口部が設けられ、導入空気を後端軸受６７の外周面に向けて吹き出して供給するように構成されている。

以上の構成を有する本実施形態にかかる電動機１の動作について説明する。
電動機１に作動指示が入ると、たとえば、バッテリからコネクタ部７３の端子に直流電流が供給される。供給された電流は、ブラシ８３からコンミテータ４９に流れ、コンミテータ４９で整流され、巻線８１に流される。整流された電流が巻線８１を流れると、積層鉄心７９の回りに所定の磁界が形成され、ステータ４７が形成する磁界の磁束とによってロータ４５が回転する。

これにより、回転軸４３が回転するので、ブロワ９が回転され、空気導入部７から導入された導入空気が導入空気通路２３を通って下流のエバポレータ１１へ供給される。
この導入空気は、エバポレータ１１を通る冷却された液冷媒によって気化熱を奪われ冷却される。
エバポレータ１１によって冷却された導入空気は、ヒータコア１３を通る温水によって昇温させられる。

このとき、エアミックスダンパ２５の位置を調整してヒータコア１３を通過して加熱を受ける導入空気量を調整する。このように、エバポレータ１１での冷却程度およびエアミックスダンパ２５の位置調整を行うことによって温度調整された導入空気が空気導出部１５を通って車室内へ供給される。
また、空気導入部７では、内外気切替ダンパ２１を切り替えることによって、車室外からの空気あるいは車室内からの空気を導入することが選択される。空気導出部１５では、ダンパ３３，３５，３７を開閉させることによりデフロスト吹出流路２７、フェース吹出流路２９およびフット吹出流路３１の内、任意の流路へ温調された導入空気を供給する。

内外気切替ダンパ２１の位置、ダンパ３３，３５，３７の開閉、エアミックスダンパ２５の位置および電動機の回転速度等は、乗員の要求によって図示しない制御装置が制御される。

このとき、冷却部材８５では、導入空気通路２３を通る導入空気が導入空気取入部８７から取入られる。導入空気取入部８７で取り入れられた導入空気は、軸受送風路部８９を通って後端軸受６７の近傍まで運ばれ、軸受送風路部８９の先端の開口部から後端軸受６７の外周面に向けて吹き出される。

軸受送風路部８９から吹き出された導入空気は、後端軸受６７の下半分に当接し、後端軸受６７の周囲を通って上方へ流れる。これにより、導入空気は後端軸受６７から熱量を受け取り、後端軸受６７を冷却することができる。
このように、後端軸受６７は気流によって直接冷却されるので、後端軸受６７の局所的な発熱を防止でき、回転軸４３と後端軸受６７とが焼きつく恐れを確実に防止することができる。

軸受送風路部８９から後端軸受６７の下半分に供給された導入空気の大部分は、複数の開口部７７を通ってハウジング４１の内部空間に導入される。
ハウジング４１の内部では、ブロワ９の回転に伴い上部に負圧が発生しているので、上方へ向かう気流ができ、開口部７７から導入された導入空気もこれに伴って上昇し、コンミテータ４９、ロータ４５およびステータ４７等の回転機構を冷却する。
この導入空気は、軸受保持部６５の背面である外周面を通るとき、後端軸受６７から軸受保持部６５に伝達された熱量を取り去るので、後端軸受６７を間接的に冷却することができる。

また、軸受送風路部８９から後端軸受６７の下半分に供給された導入空気の一部は、軸受保持部６５に設けられた複数の連通溝７５を通ってハウジング４１の内部空間に導入され、ハウジング４１の内部を冷却する。
このとき、連通溝７５を通る気流は後端軸受６７に接触しているので、後端軸受６７を直接冷却することができる。これにより、後端軸受６７の冷却性を向上させることができる。

なお、図２に一点鎖線で記載しているように、たとえば、コンミテータ４９へ導入空気を供給するハウジング送風路部（第二送風通路）９１を追加して設けるようにしてもよい。ハウジング送風路部９１はハウジング４１の内部に導入空気を供給すればよく、この位置に限定されない。
ハウジング送風路部９１は、エンドブラケット５５の上部位置で、コンミテータ４９の設置位置に対応する位置に開口されている。
ハウジング送風路部９１は、軸受送風路部８９から分岐されていてもよいし、導入空気取入部８７とは別の導入空気取入部を備えていてもよい。

このようにすると、ハウジング送風路部９１からコンミテータ４９に向けて導入空気が直接供給されるので、ブラシ８３と摺接されて発熱が著しいコンミテータ４９を直接冷却することができる。このように大きな発熱源であるコンミテータ４９等の回転機構が直接冷却されるので、電動機１は十分な冷却性を備えることができる。

［第二実施形態］
以下に、本発明の第二実施形態にかかる電動機１について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態は、後端軸受６７を冷却する構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。

図５は、本実施形態にかかる電動機１の軸受保持部６５を示す拡大断面図である。図６は、図５の上面図である。
本実施形態では、軸受保持部６５の外周面、言い換えると、後端軸受６７と接触する内周面と半径方向で外側に位置する面に複数の放熱フィン９３が設けられている。
放熱フィン９３は板状であり、面部が半径方向に延在するように取り付けられている。複数の放熱フィン９３は軸受保持部６５の外周面に放射状に取り付けられている。
なお、本実施形態では、放熱フィン９３は面部が直線状とされているが、これに限定されるものではなく、面部が曲線状とされてもよい。また、高さが変化するようにされていてもよい。

本実施形態によると、開口部７７からハウジング４１の内部に導入された導入空気が、軸受保持部６５の外周面を通る際、軸受保持部６５の外周面および放熱フィン９３の外周面に接触して熱量を取り去る。このように、軸受保持部６５の熱量を放熱する放熱面積が増加するので、軸受保持部６５から効率的に熱量を取り去ることができる。
このように、軸受保持部６５が効率的に冷却されるので、軸受保持部６５が接触している後端軸受６７を間接的に十分冷却することができる。

なお、第一実施形態の複数の連通溝７５を併せて設けるようにしてもよいし、ハウジング４１の内部へ導入空気を供給するハウジング送風路部９１を追加して設けるようにしてもよい。

なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
たとえば、本実施形態では、本発明がＨＶＡＣ３のブロワ９を回転させる電動機１に適用されているが、他の用途に用いられる電動機に適用されてもよい。

１ 電動機
４１ ハウジング
４３ 回転軸
４５ ロータ
４７ ステータ
４９ コンミテータ
６５ 軸受保持部
６７ 後端軸受
７５ 連通溝
７７ 開口部
８９ 軸受送風路部（第１送風通路）
９１ ハウジング送風路部（第２送風通路）
９３ 放熱フィン

Claims (4)

1. 回転動力を取り出す回転軸と、
   端部に該回転軸を回転可能に支持する軸受が保持される樹脂で形成された軸受保持部を有し、該回転軸を回転させる回転機構を覆うハウジングと、
   該ハウジングの外部から前記軸受に向かって気流を供給する第一送風通路と、
   前記ハウジングの端部に形成され、前記軸受を通過した前記気流を前記軸受保持部の外周面を通って前記ハウジングの内部に流入させる開口部と、
   が備えられ、
   前記軸受と接触する前記軸受保持部の内周面には、それぞれ前記ハウジングの外部と内部とを連通させる複数の溝が形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記軸受保持部の外周面には、前記軸受保持部の熱量を放熱する複数の放熱フィンが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記ハウジングに、前記ハウジングの内部に向かって気流を供給する第二送風通路が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
4. 前記第一送風通路は、当該電動機によって駆動されるブロワの空気送出側に面して開口し前記ハウジングの外部から空気を取り入れる導入口を有している請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動機。

Images