JP6229414B2

JP6229414B2 - 電動機

Info

Publication number: JP6229414B2
Application number: JP2013205192A
Authority: JP
Inventors: 藤岡　琢志; 琢志藤岡; 田邉　洋一; 洋一田邉; 祐樹相澤; 浩志武田; 裕加三浦; 佐藤　大介; 大介佐藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015070751A

Description

本発明は、電動機に関する。

電動機の回転軸を軸支するボールベアリングの内輪と外輪との間には、グリス等の非導電性の物質の存在によって電位差が生じる。この電位差によって、内輪と外輪との間に放電が生じ、ボール及び転動面に電食痕が発生する。電食痕は、ボールの回転を阻害し、ボールベアリングの性能を低下させる。ボールベアリングの内輪で軸支された回転軸とボールベアリングの外輪とを電気的に導通させて、ボールベアリングの内輪と外輪との間の電位差を小さくする導通部材が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００２−１３９０５６号公報特開２００３−９２８５０号公報

本発明は、導通部材に接触する回転軸によって生じるねじりトルクによる導通部材への応力集中が低下し、部品寿命がより延びた導通部材及びこれを用いた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、本発明の電動機は、導電性材料からなる回転軸と、導電性材料からなる外輪と内輪とで構成され、前記回転軸を前記内輪で軸支するベアリングと、前記外輪を保持するベアリングハウスが形成された導電性材料からなるブラケットと、前記回転軸と前記ブラケットとの間に配置され、前記ベアリングの内輪と外輪とを導通する導通部材とを備える電動機であって、前記導通部材は、前記回転軸の端面と接触する接触部と、同接触部から放射状に延びる複数の連結部と、同複数の連結部が接続される環状の保持部とを有し、前記回転軸の回転方向を正としたとき、前記連結部の前記保持部側端部と前記保持部の中心とを結ぶ線分に対して前記連結部の前記接触部側端部と前記保持部の中心とを結ぶ線分がなす角度が正の角度を有する。

本発明の電動機によれば、導通部材に接触する回転軸によって生じるねじりトルクによる応力集中が低下し、部品寿命がより延びた導通部材を用いた電動機が得られる。また、導通部材は、接触部が水平に保たれ、接触部が回転軸の回転中心と安定して接触し、連結部に加わる応力がより抑えられる。

実施形態におけるモールドモータの概略断面図である。実施形態における導通部材の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。他の実施形態における導通部材の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。変形例１における導通部材の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。変形例２における導通部材の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。比較例における導通部材の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

以下、本発明の実施形態における電動機の一例としてのモールドモータ１００を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、モールドモータ１００の概略断面図である。

（第１の実施形態）
図１において、モールドモータ１００は、ステータコア１０と、外郭２０と、ロータ３０と、軸方向に与圧された導電性の回転軸である出力回転軸３１と、出力回転軸３１の一端側（端面３１１側）を導電性の内輪４２１で軸支するベアリング４２と、ベアリング４２の導電性の外輪４２２を保持するベアリングハウス５２０が形成された導電性のブラケット５２と、出力回転軸３１の一端とブラケット５２との間に配置された導通部材６０とを備える。

ステータコア１０は、鋼板を積層して構成され、図示しない円環状のヨーク部と、ヨーク部から内径側に延びる複数のティース部１１とを備えている。ステータコア１０にプレモールドによってインシュレータ１２が形成され、インシュレータ１２を介してティース部１１に巻線１３が巻回されている。巻線１３が巻回されたステータコア１０を、内周面を除いてモールド樹脂でモールド成形して円筒状の外郭２０を形成することでステータを構成している。なお、インシュレータ１２は、プレモールドによらず、ステータコア１０とは別に成形してステータコア１０に取付けてもよい。

外郭２０の反出力側には、例えば亜鉛メッキ鋼板からなる金属製のブラケット５２が一体に埋設されている。反出力側のブラケット５２は、反出力側のベアリング４２が収容されるベアリングハウス５２０が外郭２０から露出した状態になっている。

ロータ３０は、出力回転軸３１と複数の磁極をもつ永久磁石３２とを備えている。永久磁石３２の磁極は、等間隔で、かつ、隣接同士がＮ、Ｓ交互に逆磁極となるようにして出力回転軸３１の周囲に配置され（不図示）、出力回転軸３１と一体化されている。永久磁石３２は、樹脂材にフェライト磁性体を混入させて成形後、着磁することでフェライトボンド磁石として形成することができる。なお、永久磁石３２はこれに限らず、フェライト磁石の代わりに希土類磁石を用い、ボンド磁石の代わりに焼結磁石を用いてもよい。

ロータ３０は、ステータコア１０の内周より内側に、所定の空隙（ギャップ）をもって対向して収められている。そして、出力回転軸３１は、出力側のベアリング４１及び反出力側のベアリング４２によって回転可能に軸支されている。出力側のベアリング４１及び反出力側のベアリング４２には、ボールベアリングが用いられ、転動体としてのボール４１０、４２０と内輪４１１、４２１と外輪４１２、４２２とを備えている。

出力側のベアリング４１は、例えば亜鉛メッキ鋼板からなる金属製の出力側のブラケット５１に形成された出力側のベアリングハウス５１０に収容されている。出力側のブラケット５１は、外郭２０の出力側の側面に嵌合している。

ロータ３０は、ブラケット５１と出力側のベアリング４１の外輪４１２との間に配置された予圧ばね４３によって反出力側に荷重（与圧）が加えられる。予圧ばね４３によって反出力側に与圧を与えることにより、外輪４１２とボール４００と内輪４１１の隙間が無くなり、出力回転軸３１の回転が安定化する（回転軸方向のブレが小さくなる）。予圧ばね４３により外輪４１２に予圧が加えられると、ボール４００を介して内輪４１１と内輪４１１に軸支される出力回転軸３１も同様に反出力側に押される。その与圧は、２０Ｎ〜３０Ｎ程度で、例えば、２５．７Ｎが加えられる。

反出力側のベアリングハウス５２０は、例えば、プレス加工によって有底円筒状に形成されている。反出力側のベアリングハウス５２０の内側には環状のベアリング受け４４とベアリング４２が収容され、ベアリング受け４４の内径側には導通部材６０が配置されている。

以下に、実施形態における導通部材６０について詳細に説明する。図２（ａ）は、導通部材６０の平面図、（ｂ）は側面図である。図１及び図２において、導通部材６０は、ベアリング４２の内輪４２１と外輪４２２とを電気的に導通させる導通部材６０であって、内輪４２１に軸支された出力回転軸３１の端面３１１と接触する接触部６１と、接触部６１を取り囲む環状の保持部６２と、接触部６１の外周縁６１Ｅから保持部６２の内周縁６２Ｅまで、出力回転軸３１の回転方向（反時計回り方向）に沿って曲がりながら放射状に延在し、接触部６１を水平に保持する連結部６３とを備える。従って、接触部６１と保持部６２は連結部６３により接続される構造となる。なお、連結部６３の保持部側端部６３２と接触面６１０の中心Ｏとを結ぶ線分（点線Ｒ’）に対して連結部６３の接触部側端部６３１と接触面６１０の中心Ｏとを結ぶ線分（実線Ｒ）がなす角度を、回転方向角度θとする。

接触部６１の形状は円盤形状で、出力回転軸３１の端面３１１と接する円形の接触面６１０を有している。円形の接触面６１０の中心Ｏと出力回転軸３１の回転中心とは一致するように配置されているのが好ましい。ここで、接触面６１０は平面に限らず、出力回転軸３１に向かって膨らんだ球面状であってもよい。出力回転軸３１は回転中心付近では速度が遅いので、接触面６１０の中心Ｏと出力回転軸３１の回転中心とが一致すると、出力回転軸３１と接触面６１０との摩擦、摺動が少なくなる。

保持部６２の形状は円環形状で、ベアリング受け４４の内径よりも小さい外径を有し、ベアリング受け４４の内径側でベアリングハウス５２０に載置される。保持部６２がベアリングハウス５２０に載置されることで、保持部６２と外輪４２２とは、ブラケット５２を介して電気的に接続される。図２（ｂ）において、接触部６１の接触面６１０は、保持部６２から回転軸方向にｄだけ突出するように離間して配置されている。このｄは、導通部材６０の高さに相当し、本実施例ではｄは、例えば、１ｍｍの距離で離間して配置されている。

連結部６３の形状は、平面視において渦巻き形状であるが、導通部材６０は高さｄを有するため、立体視においては螺旋形状である。連結部６３は、接触部６１の外周縁６１Ｅ及び保持部６２の内周縁６２Ｅの周りに等間隔になるように形成されるのが好ましい。また、連結部６３は、３本以上設けるのが好ましい。

導通部材６０は、導電性、バネ性及び剛性を有する金属等からなり、これらの性質を備えた例えばステンレスからなる材料で形成されている。なお、導通部材６０は、導電性、バネ性及び剛性の性質を備えていれば、鉄、鋼、真鍮、りん青銅などからなる材料で形成されていてもよい。

本発明の導通部材６０及びモールドモータ１００によれば、与圧の加えられた出力回転軸３１の端面３１１と接触部６１が接触すると、接触部６１が、保持部６２に向けて押されて変位する。接触部６１は、出力回転軸３１に加えられる予圧と導通部材６０から出力回転軸３１に加えられる反力（接触部６１が端面３１１により保持部６２に向けて押されて変位した場合に、接触部６１が元の位置に戻ろうとする力）とが釣り合う位置まで変位する。本実施例では接触部６１が保持部６２に向けて押されることで、ｄは、例えば、０.８ｍｍまで変位する。予圧の加えられた出力回転軸３１が接触部６１を押すことで、連結部には応力が発生する。また、本実施例では、出力回転軸３１は反時計回りで回転するため、接触部６１が出力回転軸３１と同じ回転方向に引っ張られ（ねじりトルク）、このねじりトルクによって連結部６３が回転方向に引っ張られる。

ここで、接触部６１と保持部６２とを連結する連結部６３は、回転方向角度θが出力回転軸３１の回転方向に所定の角度を有するように延在する。すなわち、連結部６３が出力回転軸３１の回転方向（反時計回り）に沿って渦を巻くように放射状に延在する。従って、回転方向角度θを大きくすることで、連結部６３の長さを長くすることができるため、接触部６１が端面３１１により保持部６２に向けて押された際に接触部が変位しやすくなり、接触部６１が元の位置に戻ろうとする力、すなわち、出力回転軸３１への反力を小さく抑えることができ、これにより連結部６３に生じる応力を抑えることができる。また、連結部６３がねじりトルクによって出力回転軸３１の回転方向に引っ張られても、保持部側端部６３２および接触部側端部６３１のそれぞれが、内周縁６２Ｅおよび外周縁６１Ｅの接線方向に延在するため、連結部６３の長さ方向と異なる方向へ荷重が加わることによる連結部分への応力集中が抑えられ、応力による連結部６３の劣化が抑えられる。

また、接触部６１が水平に保たれているので、接触部６１が、出力回転軸３１の回転中心と安定して接触し、連結部６３に加わる応力がより抑えられる。また、連結部６３が、出力回転軸３１の回転方向に略等間隔に離間して３本以上形成されていると、接触部６１が略等間隔に離間した３点以上の接触部側端部６３１で支持されるため、端面３１１に押されても、接触部６１をより水平に保つことができ、出力回転軸３１の回転中心からのずれも抑えられる。

本実施形態において、連結部６３の回転方向角度θは３６０°で形成されている。したがって、連結部６３は、接触部６１の外周縁６１Ｅのほぼ接線方向に延びている。例えば、導通部材６０をステンレスで形成し、連結部６３の厚さを０．２ｍｍ、幅を０．２ｍｍとすると、導通部材６０は、出力回転軸３１方向に反力を有し、反力は０．０３Ｎであった。連結部６３の長さが延びて出力回転軸３１方向の変位が同じであれば、変位の比が小さくなるので反力が小さくなる。また、幅が狭くなるほど反力は小さくなる。連結部６３に生じる応力は、６２．２０ＭＰａであった。

反力は、出力回転軸３１の回転軸方向へのブレを抑える与圧のバランスを崩さない程度の大きさであることが好ましく、出力回転軸３１に加わる与圧の１／１００程度が好ましい。本実施形態では、２０〜３０Ｎの与圧に対し、１／１００程度の反力であった。また、連結部６３に生じる応力は、連結部６３の材質であるステンレスの降伏応力２５０ＭＰａ以下であるのが好ましく、安全率を考慮すると降伏応力の１／２〜１／５であるのが好ましい。本実施形態では、１／４程度であった。

（他の実施形態）
図３（ａ）は、本実施形態における導通部材６０Ａの平面図、（ｂ）は側面図である。図３（ａ）において、本実施形態は、連結部６３Ａの回転方向角度θを連結部６３Ａの３６０°から１８０°にした以外は、実施形態と同じ材料、同じ構成である。実施形態と同じ部位には同じ符号を付した。

回転方向角度θを３６０°から１８０°にしたことにより、連結部６３Ａの長さは短くなった。導通部材６０Ａの反力は、６．１３Ｎであった。また、連結部６３Ａに生じる応力は、２２１．１９ＭＰａであった。回転方向角度θを１８０°にすることで、導通部材６０Ａの反力を大きくすることができるため、上記第１の実施形態における効果と同様の効果を得つつ、出力回転軸３１の端面３１１に対して接触部６１をより確実に当接することができる。

以下に実施形態の変形例を示す。変形例では、連結部の本数、回転方向角度が実施形態と異なる。実施形態と同じ部位には同じ符号を付した。
（変形例１）
図４（ａ）は、本変形例における導通部材６０Ｂの平面図、（ｂ）は側面図である。図４（ａ）において、連結部６３Ｂは、８本形成されている。連結部６３Ｂの厚さが０．２ｍｍで幅が０．２ｍｍで、回転方向角度θは４５°で形成されている。

（変形例２）
図５（ａ）は、本変形例における導通部材６０Ｃの平面図、（ｂ）は側面図である。図５（ａ）において、連結部６３Ｃは、３本形成されている。連結部６３Ｃの厚さが０．２ｍｍで幅が０．２ｍｍで、回転方向角度θは４５°で形成されている。

（比較例）
図６（ａ）は、比較例における導通部材６００の平面図、（ｂ）は側面図である。図６において、導通部材６００は、円環状の保持部６２０と保持部６２０の内周縁から図１に示す内輪４０１に軸支された出力回転軸３１の中心に向かって延びる触片６３０を備えている。触片６３０の先端には、出力回転軸３１の中心に接触する接触部６４０が形成されている。触片６３０の厚さが０．２ｍｍで幅が２.３４ｍｍの場合、反力は０．３１Ｎであった。また、触片６３０に生じる応力は、５０９．１５ＭＰａであった。

モールドモータ１００は、図示しない位置検出センサにより検出されるロータ３０の回転位置に応じて、電流を巻線１３に流し、ステータに回転磁界を発生させることにより、ロータ３０を出力回転軸３１と共に回転させることができる。なお、位置検出センサ付のモールドモータ１００について説明したが、センサレスのモールドモータでもよい。モールドモータ１００は、例えば、空気調和機に搭載される送風ファンを駆動する電動機モータとして使用することができ、室内機での使用では出力回転軸３１にクロスフローファンが取付けられ、室外機での使用では出力回転軸３１にプロペラファンが取付けられる。

なお、実施形態におけるモールドモータ１００では、導通部材の連結部の形状は曲線状であるが、本発明はこれに限らず、出力回転軸の径方向に対して時計回り方向を正とする回転方向角度を持って延在していれば直線状でも良い。また、実施形態におけるモールドモータ１００では、保持部を円環状、接触部を円板状にするようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、多角形状であっても良い。さらに、本発明はモールドモータに限られず、出力回転軸が導電性材料からなる電動機であれば適用可能であり、例えば外郭が鋼板で構成された鋼板ブラケットモータであっても良い。

１０ステータコア
１１ティース部
１２インシュレータ
１３巻線
２０外郭
３０ロータ
３１出力回転軸
３１１端面
３２永久磁石
４００ボール
４０１内輪
４０２外輪
４１出力側のベアリング
４２反出力側のベアリング
４３予圧ばね
４４ベアリング受け
５１出力側のブラケット
５１０出力側のベアリングハウス
５２反出力側のブラケット
５２０反出力側のベアリングハウス
６０導通部材
６０Ａ導通部材
６０Ｂ導通部材
６０Ｃ導通部材
６１接触部
６１Ｅ外周縁
６２保持部
６２Ｅ内周縁
６３連結部
６３１接触部側端部
６３２保持部側端部
６３Ａ連結部
６３Ａ１接触部側端部
６３Ａ２保持部側端部
６３Ｂ連結部
６３Ｂ１接触部側端部
６３Ｂ２保持部側端部
６３Ｃ連結部
６３Ｃ１接触部側端部
６３Ｃ２保持部側端部
１００モールドモータ
６００導通部材
６１０接触面
６２０保持部
６３０触片
６４０接触部
Ｏ回転中心
Ｒ連結部６３の接触部側端部６３１（６３Ａ１、６３Ｂ１、６３Ｃ１）と接触面６１０の中心Ｏとを結ぶ線分（実線）
Ｒ’連結部６３の保持部側端部６３２（６３Ａ２、６３Ｂ２、６３Ｃ２）と接触面６１０の中心Ｏとを結ぶ線分（点線）
θ 回転方向角度
ｄ接触部の高さ（保持部と接触部との間隔）

Claims

導電性材料からなる回転軸と、
導電性材料からなる外輪と内輪とで構成され、前記回転軸を前記内輪で軸支するベアリングと、
前記外輪を保持するベアリングハウスが形成された導電性材料からなるブラケットと、
前記回転軸と前記ブラケットとの間に配置され、前記ベアリングの内輪と外輪とを導通する導通部材とを備える電動機であって、
前記導通部材は、前記回転軸の端面と接触する接触部と、同接触部から放射状に延びる複数の連結部と、同複数の連結部が接続される環状の保持部とを有し、
前記回転軸の回転方向を正としたとき、
前記連結部の前記保持部側端部と前記接触部の中心とを結ぶ線分に対して前記連結部の前記接触部側端部と前記接触部の中心とを結ぶ線分がなす角度が正の角度を有する
ことを特徴とする電動機。
前記連結部が３本以上備えられたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記角度が１８０°以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。