JP7012031B2 - 電動機のロータ放電保護 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、あらゆる目的のために本出願の一部とされる、２０１６年６月７日に出願された「電動機冷却システムおよびロータ放電保護（ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＯＴＯＲ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＲＯＴＯＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ）」という表題の米国仮特許出願第６２／３４６，７４１号について米国特許法第１１９条（ｅ）による優先権を主張するものである。

本発明は電動機に関し、より詳細には、コモンモードロータ放電からの電動機の保護に関する。

電動機は、ケースと、ロータシャフトおよびロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、ロータシャフトをケースに連結する１つまたは複数の主ロータ軸受と、さまざまな電気的接続部とを含む。多相電動機は、ステータの多相のバランスが不完全であるため、それらのロータに電荷を蓄積する。ロータに電荷が蓄積すると、ケースに対してロータにコモンモード電圧が生じる。ロータ上のコモンモード電圧蓄積に対応する電荷は、それらの間の電位差に起因してケースを要求する。コモンモード電圧が十分な大きさに達すると、電荷は、主ロータ軸受を横切って伝導し（潤滑油およびロータ軸受構成要素を横切って弧状に動き）、時間と共に主ロータ軸受を損傷する。この問題に対処するための１つの従来技術の解決策は、コモンモード電圧をケースに分路するためにロータに対して垂直に取り付けられる導電性ブラシの使用を含んでいた。この解決策は主ロータ軸受を保護するのに有効であったが、導電性ブラシは、比較的早く摩耗し、それらの目的に役立ち続けるために交換を必要とした。交換は、電動機を運転中止とし、運転されてもとの場所に電動機を戻す前にこれを修理することを必要とした。このような作業は、費用がかかり、電動機、たとえば電気自動車、産業機械などによって電力を供給されている装置を修理が完了するまで使用中止にしていた。

本開示の第１の実施形態によれば、電動機は、ケースと、ケースに連結されるステータ巻線を有するステータと、ロータシャフトおよびロータ巻線を有するロータと、ロータシャフトをケースに連結する少なくとも２つの主ロータ軸受とを含み、そこでは、少なくとも２つの主ロータ軸受が、ロータシャフトとケースとの間に第１の電気抵抗を有する。電動機は、ロータシャフトをケースに連結するロータ放電軸受をさらに含む。ロータ放電軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、ロータ放電軸受を通してロータ放電を方向づけるように第１の電気抵抗よりも小さい。

本開示の第１の実施形態の電動機の場合は、多極電動機のステータ巻線の不均衡によってロータに蓄積するコモンモード電荷は、主ロータ軸受を介する代わりにロータ放電軸受を介して放電される。したがって、主軸受は、コモンモードロータ放電から実質的に保護され、それらの寿命を延ばし、その結果、必要とされる整備のための時間が延長される。

電動機は、いくつかの追加の機能および構造を含むことができる。これらの機能および構造は、これらの機能および構造のいくつか、これらの機能および構造のすべて、あるいはこれらの機能および構造のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。電動機は、ステータに連結され、ステータを励磁するように構成されるさらなるステータ駆動電子機器をさらに含むことができる。

電動機の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、ロータシャフトの内側位置とケースとの間を連結することができ、ロータ放電軸受は、ロータ放電軸受とケースの間の電気的接続を介してロータシャフトの外側位置とケースとの間を連結する。

代わりの構成においては、少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、ロータシャフトの外面とケースとの間を連結することができ、ロータ放電軸受は、ロータ放電軸受とケースの間の電気的接続を介してロータシャフトの内面とケースとの間を連結する。

１つの構造の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受は、第１の直径を有し、ロータ放電軸受は、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する。主ロータ軸受の少なくとも２つのうちの１つの主ロータ軸受は、第１の構成を有することができるが、ロータ放電軸受は、第１の構成とは異なる第２の構成を有する。少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受は、第１のローディングを有することができ、ロータ放電軸受は、第１のローディングよりも大きい第２のローディングを有することができる。これらのさまざまな構造のいずれかの場合も、少なくとも２つの主ロータ軸受およびロータ放電軸受の両方が、ロータシャフトの長手方向軸線を中心として回転するように構成される。

本開示の第２の実施形態によれば、ケースと、ステータと、ロータシャフトを有するロータと、少なくとも２つの主ロータ軸受と、ロータ放電軸受とを有する電動機を運転する方法は、回転磁界を発生させるようにステータに電力を供給するステップを含む。次いで、この方法は、回転磁界に起因するロータ上のコモンモード電荷を集めるステップ、およびロータ放電軸受を介してコモンモード電荷を放電するステップを含む。これらの動作の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第１の電気抵抗を有し、ロータ放電軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、第２の電気抵抗よりも小さい。第２の実施形態の方法の場合は、主軸受は、コモンモードロータ放電から実質的に保護され、それらの寿命を延ばし、その結果、必要とされる整備のための時間が延長される。

電動機を運転する方法は、いくつかの追加の動作および／または機能を含むことができる。これらの動作および／または機能は、これらの動作および／または機能のいくつか、これらの動作および／または機能のすべて、あるいはこれらの動作および／または機能のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。この方法は、ロータシャフトの外面とケースとの間を連結する少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受と、ロータ放電軸受とケースとの間の電気的接続を介してロータシャフトの外面とケースとの間を連結するロータ放電軸受とをさらに含むことができる。

この方法は、第１の直径を有する少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受と、第１の直径よりも小さい第２の直径を有するロータ放電軸受とをさらに含むことができる。この方法は、第１の構成を有する少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受と、第１の構成とは異なる第２の構成を有するロータ放電軸受とをさらに含むことができる。この方法は、少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が第１のローディングを有し、ロータ放電軸受が第１のローディングよりも大きい第２のローディングを有することをさらに含むことができる。

本開示の第３の実施形態によれば、電動機は、ケースと、ケースに連結されるステータ巻線を有するステータと、ロータシャフト，ならびにロータシャフトの長手方向軸線を中心として回転するロータ巻線を有するロータと、ロータシャフトをケースに連結する少なくとも２つの主ロータ軸受と、ロータシャフトの長手方向軸線に沿ってケースとロータシャフトとの間に連結されるロータ放電ブラシとを含む。本開示の第３の実施形態の電動機の場合は、多極電動機のステータ巻線の不均衡によりロータに蓄積するコモンモード電荷は、主ロータ軸受を介する代わりにロータ放電ブラシを介して放電される。したがって、主軸受は、コモンモードロータ放電から実質的に保護され、それらの寿命を延ばし、その結果、必要とされる整備のための時間が延長される。

電動機は、いくつかの追加の機能および構造を含むことができる。これらの機能および構造は、これらの機能および構造のいくつか、これらの機能および構造のすべて、あるいはこれらの機能および構造のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。電動機は、ステータに連結され、ステータを励磁するように構成されるさらなるステータ駆動電子機器をさらに含むことができる。

また、第３の実施形態の電動機は、ステータに連結され、ステータを励磁するように構成されるステータ駆動電子機器を含むことができる。この電動機の場合は、ロータ放電ブラシは、ロータシャフトと接触している炭素繊維部分を含むことができる。さらに、ロータ放電ブラシは、ロータシャフトと接触している第１の部分と、第１の部分とケースとの間に接続される第２の部分とを含むことができる。第１の部分は、第１の直径を有することができ、第２の部分は、第１の直径とは異なる第２の直径を有することができる。

本開示の第４の実施形態によれば、ケースと、ステータと、ロータシャフトを有するロータと、少なくとも２つの主ロータ軸受と、ロータ放電ブラシとを有する電動機のための方法は、ロータがロータシャフトの長手方向軸線を中心として回転することになる回転磁界を発生させるようにステータに電力を供給するステップを含む。次いで、この方法は、回転磁界に起因するロータ上のコモンモード電荷を集めるステップと、ロータシャフトの長手方向軸線に沿ってロータ放電ブラシを介してコモンモード電荷を放電するステップとを含む。したがって、主軸受は、コモンモードロータ放電から実質的に保護され、それらの寿命を延ばし、その結果、必要とされる整備のための時間が延長される。

電動機を運転する方法は、いくつかの追加の動作および／または機能を含むことができる。これらの動作および／または機能は、これらの動作および／または機能のいくつか、これらの動作および／または機能のすべて、あるいはこれらの動作および／または機能のうちの１つを含むさまざまな組み合わせで含まれ得る。これらの動作の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第１の電気抵抗を有することができ、ロータ放電ブラシは、ロータシャフトとケースとの間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、第１の電気抵抗よりも小さい。この方法は、ロータシャフトからロータシャフトと接触しているロータ放電軸受の炭素繊維部分に交差するコモンモード電荷によって、ロータ放電ブラシを介してコモンモード電荷を放電するステップをさらに含むことができる。

電池式電気自動車の基本構成要素を示す図である。

電動機の主ロータ軸受を通したロータ放電を示す図である。

開示された実施形態により構成され動作する電動機の第１の実施形態を示す図である。

開示された実施形態により構成され動作する電動機の第２の実施形態を示す図である。

図４のロータ放電軸受の詳細を示す図である。

開示された実施形態により構成され動作する電動機の第３の実施形態を示す図である。

開示された実施形態により構成され動作する電動機の第４の実施形態を示す図である。

図７の第４の実施形態のロータ放電ブラシの変形例を示す図である。 図７の第４の実施形態のロータ放電ブラシの変形例を示す図である。 図７の第４の実施形態のロータ放電ブラシの変形例を示す図である。 図７の第４の実施形態のロータ放電ブラシの変形例を示す図である。

開示された実施形態による電動機のロータ放電動作を示すフロー図である。 開示された実施形態による電動機のロータ放電動作を示すフロー図である。

図１は、電池式電気自動車（電気自動車）１００の基本構成要素を示している。電気自動車１００は、少なくとも１つの駆動モータ（牽引モータ）１０２Ａおよび／または１０２Ｂと、対応する駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂに連結される少なくとも１つのギアボックス１０４Ａおよび／または１０４Ｂと、電池１０６と、（駆動モータ電子機器を含む）電子機器１０８とを含む。一般に、電池１０６は、電気自動車１００の電子機器１０８に、および駆動モータ１０２Ａおよび／または１０２Ｂを用いて電気自動車１００を推進するように電気を供給する。電気自動車１００は、本明細書に説明されていないが当業者に知られている多数の他の構成要素を含む。図１の電気自動車１００の構造は４つの車輪を有するように示されているが、異なる電気自動車は、４つより少ないかまたは４つより多い車輪を有することができる。さらに、他の種類の車両の中でオートバイ、航空機、トラック、ボート、機関車をはじめとする、異なる種類の電気自動車１００が、本明細書に説明されている発明概念を組み込むことができる。

電気自動車１００についてのさまざまな動作上の問題が、さまざまな実施形態に関連して本明細書において説明されている。これらの動作上の問題のうちの１つは、駆動モータ１０２Ａおよび１０２Ｂのロータ上のコモンモード電荷を集めることに関する。異なる実施形態が、駆動モータ１０２Ａおよび１０２Ｂの主ロータ軸受を損傷することなく安全に電荷を散逸させる、駆動モータ１０２Ａまたは１０２Ｂのロータ上に集められるコモンモード電荷の散逸に対処するために本明細書において開示されている。また、本明細書において説明される構造および動作は、異なる機械、たとえば、産業用機器、住宅用機器、業務用機器などを修理する電動機に適用される。

図２は電動機の主ロータ軸受を通したロータ放電を示す図である。電動機２００は、ケース２０２と、ケース２０２内に収容されるステータ２０８と、ステータ２０８内に配置され、第１の主ロータ軸受２１０および第２の主ロータ軸受２１２を介してケース２０２に回転連結されるロータ巻線２０６とを有する。電動機２００は、負荷２１４を駆動し、この負荷は、図１に示されるように電気自動車１００のギアボックス１０４Ａまたは１０４Ｂ、あるいは産業機械、商用機、またはコンシューマ機器などの別の負荷であり得る。負荷のシャフト２１５は、ロータシャフト２０４に連結する。ロータ軸受２１６により、負荷２１４のシャフト２１５はハウジング２１７内で回転できるようになっている。

ステータ２０８は、ステータ駆動電子機器によって生成される電気波形２１８によって電力を供給される。波形２１８は正弦波に近いが、たとえばステータ駆動電子機器の１つまたは複数のインバータによって導入される高調波成分を含むことに留意されたい。ステータ２０８は複数相を含み、各々は，それぞれの電気波形２１８によって電力を供給される。多極電動機２００においては、それぞれの波形は，互いに位相が異なるであろう。ステータ２０８の複数相は、通常、完全にバランスがとれているわけではない。この不均衡は、たとえば、波形２２０に起因するロータシャフト２０４に対するコモンモード電圧を誘導し、これにより、時間と共に、ロータシャフト２０４およびロータ巻線２０６がコモンモード電荷を集めることになる。ロータシャフト２０４およびロータ巻線２０６上のコモンモード電荷の蓄積は、電動機２００のケース３０２に対して、ロータシャフト２０４上にコモンモード電圧を生じさせる。

図２の引伸ばし２２６は、主ロータ軸受２１２を横切るコモンモード電圧の放電の効果を示す主ロータ軸受２１２の一部を示している。引伸ばし２２６に示されているのは、ボール／ローラ２２８、内輪２３１、およびグリース２３０を含む主ロータ軸受２１２の構成要素である。コモンモード電圧が十分なレベルに達すると、コモンモード電荷は、外輪（図示せず）から、グリース２３０およびボール／ローラ２２８を介して主ロータ軸受２１２の内輪２３１へ弧状に動く。この種の放電は、グリース２３０の燃焼、および（内輪２３１に示される）主ロータ軸受の放電ピッティング（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｉｔｔｉｎｇ）２３２をもたらす。放電ピッティング２３２は、たとえば内輪２３１および／または外輪の放電ピッティング２３２から形成される金属粒子たとえば２２４を生成する。金属粒子２２４は、詳細図２２２に示されるように、グリース２３０内に残る。燃焼によって劣化しているグリース２３０に加えてグリース２３０中のこれらの金属粒子２２４により、主ロータ軸受２１２はロータシャフト２０４の回転に抵抗する摩擦の増加、および摩擦の増加による熱発生の増加があることになり、結局、電動機２００の性能不良を招き、それにより主ロータ軸受２１０および２１２の交換が必要とされる。

図３で開示された実施形態により構成され動作する電動機の第１の実施形態を示す図である。電動機３００は、ケース３０２と、ステータ巻線３０８およびステータ巻線端部３１０を有するケース３０２に連結されるステータとを含む。電動機３００は、ロータシャフト３０４およびロータ巻線３０６を有するロータと、ロータシャフト３０４をケース３０２に連結する少なくとも２つの主ロータ軸受３１２および３１４とをさらに含む。主ロータ軸受３１２または３１４のうちの少なくとも１つは、ロータシャフト３０４とケース３０２との間に第１の電気抵抗を有する。電動機３００は、（いくつかの実施形においては電気的接続３２０によって）ロータシャフト３０４をケース３０２に連結するロータ放電軸受３１８をさらに含む。ロータ放電軸受３１８は、ロータシャフト３０４とケース３０２との間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、主ロータ軸受３１２または３１４を介する代わりにロータ放電軸受３１８を介してロータ放電を方向づけるように第１の電気抵抗よりも小さい。少なくとも２つの主ロータ軸受３１２および３１４ならびにロータ放電軸受３１８の両方は、ロータシャフト３０４の長手方向軸線を中心として回転するように構成される。

電動機３００は、ステータ巻線３０８に連結され、ステータ巻線３０８を励磁するように構成されるステータ駆動電子機器３１６をさらに含む。図２を参照して説明されたように、ステータ駆動電子機器３１６によって生成される波形は、ステータ巻線３０８および巻線端部３１０を駆動する。電動機３００は、多相電動機である。ステータ巻線３０８は、コモンモード電荷がロータシャフト３０４上に誘導されるように、完全に分配されまたはバランスがとれているわけではない。図３の電動機３００の場合は、コモンモード電荷は、ロータシャフト３０４から、ロータ放電軸受３１８を介してケース３０２までの電気経路が主ロータ軸受３１２または３１４を介してロータシャフト３０４からケース３０２までの電気経路よりも低い抵抗を有するので、ロータシャフト３０４からロータ放電軸受３１８を介してケース３０２まで分路される。

図３の実施形態の場合は、主ロータ軸受３１４は、ロータシャフト３０４の内側位置とケース３０２との間を連結するが、ロータ放電軸受３１８は、ロータ放電軸受３１８とケース３０２との間の電気接続３２０を介してロータシャフト３０４の外側位置とケース３０２との間を結合する。

図３の実施形態の場合は、少なくとも１つの主ロータ軸受３１２または３１４は、第１の直径を有し、ロータ放電軸受３１８は、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する。さらに、いくつかの実施形態においては、少なくとも２つの主ロータ軸受３１２または３１４のうちの主ロータ軸受の少なくとも１つは、第１の構造を有するが、ロータ放電軸受３１８は、第１の構造とは異なる第２の構造を有する。

さらに、図３の実施形態（および本明細書において説明される他の実施形態）の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受３１２または３１４のうちの少なくとも１つのロータ軸受は、第１の荷重（ｌｏａｄｉｎｇ，ローディング）を有し（即ち、ロータシャフト３０４から第１の荷重を受ける）、ロータ放電軸受３１８は、第１の荷重よりも大きい第２の荷重を有する（即ち、ロータシャフト３０４から第２の荷重を受ける）。主ロータ軸受３１２または３１４のより小さい荷重と比較してロータ放電軸受３１８のより大きな荷重により、ロータ放電軸受３１８の可動部品（ボール／ローラ）をロータ放電軸受３１８の固定部品から分離するグリースの層は主ロータ軸受３１４（および３１２）の可動部品（ボール／ローラ）を主ロータ軸受３１４（および３１２）の固定部品からから分離するグリースの層よりも小さい厚さから成ることになる。主ロータ軸受３１２および３１４のグリースの層ならびにロータ放電軸受３１８のグリースの層はこれらの軸受の抵抗を大部分決定するので、ロータ放電軸受３１８のグリースの比較的薄い層により、ロータシャフト３０４からケース３０２へのロータ放電軸受３１８の電気抵抗はロータシャフト３０４とケース３０２との間の主ロータ軸受３１４（または３１２）の電気抵抗よりも小さいことになる。これにより、当然の成り行きとして、ロータシャフト３０４上のコモンモード電圧は主ロータ軸受３１２および／または３１４を介する代わりにロータ放電軸受３１８を介してケース３０２に分路することになる。

図４で開示された実施形態により構成され動作する電動機の第２の実施形態を示す図である。電動機４００の同じ／類似の構成要素は、図３の実施形態の構成要素の場合の番号付けを共有している。図４の実施形態の場合は、主ロータ軸受３１２および３１４は、ロータシャフト３０４をケース３０２に連結する。主ロータ軸受３１２および３１４は、各々ロータシャフト３０４とケース３０２との間に第１の電気抵抗を有する。また、ロータ放電軸受３１８は、ロータシャフト３０４をケース３０２に連結する。ロータ放電軸受３１８は、ロータシャフト３０４とケース３０２との間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は第１の電気抵抗よりも小さい。図４の実施形態においては、主ロータ軸受３１２および３１４は、ロータシャフト３０４の外面とケース３０２との間を連結するが、ロータ放電軸受３１８は、ロータシャフト３０４の対応する実質的に円筒形の開口部内のロータシャフト３０４の内面でロータシャフト３０４に連結する。ロータ放電軸受３１８は、導電性タブ３２１を介してケース３０２に連結し、これは、電気的接続３２０として役立つ。ロータ放電軸受３１８を介したロータシャフト３０４からケース３０２までの電気抵抗は主ロータ軸受３１２または３１４のいずれかを介したロータシャフト３０４からケース３０２までの電気抵抗よりも小さいので、ロータシャフト３０４上に蓄積するコモンモード電圧は、主ロータ軸受３１２または３１４の代わりにロータ放電軸受３１８を横切って放電する。主ロータ軸受３１２および３１４ならびにロータ放電軸受３１８はすべて、ロータシャフト３０４の長手方向軸線の周りに同心円状に方向づけられる。

図３の実施形態の１つの態様によれば、主ロータ軸受３１２または３１４のうちの１つは、第１の直径を有し、ロータ放電軸受３１８は、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する。もう１つの態様によれば、主ロータ軸受３１２および３１４は第１の構成を有し、ロータ放電軸受３１８は、第１の構成とは異なる第２の構成を有する。主ロータ軸受３１２および３１４ならびにロータ放電軸受３１８の両方は、玉軸受またはころ軸受であり得る。しかし、ボール／ローラのサイズ、および主ロータ軸受３１２および３１４と比較してロータ放電軸受３１８の内輪および外輪の溝の深さは、異なる電気抵抗を生じるように異なる場合がある。さらにもう１つの実施形態によれば、主ロータ軸受３１２および３１４は、第１の荷重を有し、ロータ放電軸受３１８は、第１の荷重よりも大きい第２の荷重を有する。実施形態の各々の場合は、構造、サイズ、および荷重が異なることにより、ロータシャフト３０４とケース３０２との間のロータ放電軸受３１８の電気抵抗はロータシャフト３０４とケース３０２との間の主ロータ軸受３１２および３１４のいずれかの電気抵抗よりも小さいことになり、それにより、ロータシャフト３０４のコモンモード電圧は主ロータ軸受３１２および３１４の代りにロータ放電軸受３１８を介して放電することなる。

図５は、図４のロータ放電軸受の詳細を示している。ロータ放電軸受３１８は、ロータシャフト３０４の内面３２２に取り付けられる。この内面３２２は、ロータシャフト３０４の長手方向の回転軸の周りのロータシャフト３０４の実質的に円筒形の部分の除去から生じる。ロータ放電軸受３１８は、導電性タブ３２１を介してケース３０２に連結し、これは、図３に示される電気的接続３２０として役立つ。ロータ放電軸受３１８および導電性タブ３２１を通してロータシャフト３０４からケース３０２までの電気経路により、ロータシャフト３０４に蓄積するコモンモード電圧は主ロータ軸受３１２または３１４を介する代わりにロータ放電軸受３１８を介して放電することになる。

図６で開示された実施形態により構成され動作する電動機の第３の実施形態を示す図である。電動機６００の同じ／類似の構成要素は、図３、図４、および図５の実施形態の場合の番号付けを共有している。図６の電動機６００の実施形態の場合は、少なくとも２つの主ロータ軸受６０４および６０６のうちの１つの主ロータ軸受６０６は、ロータシャフト３０４の外側位置とケース３０２との間を連結するが、ロータ放電軸受６０２は、電気的接続６０８を介してロータシャフト３０４の内側位置とケース３０２との間を連結する。ロータ放電軸受３１８がロータシャフト３０４の内面でロータシャフト３０４に連結される図４および図５の実施形態と比較すると、主ロータ軸受６０４および６０６ならびにロータ放電軸受６０２の両方が、ロータシャフト３０４の外面に連結する。

図３から図６のさまざまな実施形態の場合は、ロータ放電軸受３１８および／または６０６は、異なる構成を有することができる。ロータ放電軸受３１８および／または６０６の第１の実施形態の場合は、油は、ロータ放電軸受３１８および／または６０６の周りにおよびそれらの中に流れ込み、軸受３１８および／または６０６のリングとボール／ローラとの間に油層を形成する。油は絶縁体として働き、ロータシャフト３０４上のコモンモード電荷は、油層を横切って放電しなければならない。したがって、ロータ放電軸受３１８および／または６０６のこの実施形態の場合は、より小さい軸受が、ロータ放電軸受３１８および／または６０６を横切る電気抵抗を低減するためにより薄い油層を生じるのに選好される。

ロータ放電軸受３１８および／または６０６の第２の実施形態の場合は、ロータ放電軸受３１８および／または６０６は、潤滑のために導電性グリースで密封され埋め込まれる。導電性グリースは、主軸受３１２、３１４、６０２、および６０４を潤滑する油よりも比較的低い抵抗を有する。したがって、ロータ放電軸受３１８および／または６０６のこの実施形態の場合は、導電性グリースは、主軸受３１２、３１４、６０２および６０４を介する代わりに、ロータ放電軸受３１８および／または６０６を横切る放電を助ける。

図７で開示された実施形態により構成され動作する電動機の第４の実施形態を示す図である。電動機６００の同じ／類似の構成要素は、図３、図４、図５および図６の実施形態の場合の番号付けを共有している。図７の電動機７００は、ケース３０２と、ケース３０２に連結されるステータ巻線３０８および巻線端部３１０を有するステータと、ロータシャフト３０４およびロータ巻線３０６を有するロータとを含み、その両方は、ロータシャフト３０４の長手方向軸線７０６を中心として回転する。電動機７００は、ロータシャフト３０４をケース３０２に連結する少なくとも２つの主ロータ軸受７０２および７０４と、ロータシャフト３０４の長手方向軸線７０６に沿ってケース３０２とロータシャフト３０４との間に連結されるロータ放電ブラシ７０８とをさらに含む。電動機７００は、ステータ巻線３０８に連結され、ステータを励磁するように構成されるステータ駆動電子機器３１６をさらに含む。

図７の実施形態の場合は、ロータ放電ブラシ７０８は、ロータシャフト３０４と接触している炭素繊維部分を含むことができる。さらに、ロータ放電ブラシ７０８は、ロータシャフト３０４と接触している第１の部分と、第１の部分とケース３０２との間に接続される第２の部分とを含むことができる。そのような場合は、第２の部分は、支持要素であることができ、第１の部分はロータシャフト３０４と接触させる。さらに、ロータ放電ブラシ７０８の第１の部分は、第１の直径を有することができ、第２の部分は、第１の直径とは異なる第２の直径を有することができる。

図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、および図８Ｄは図７の第４の実施形態のロータ放電ブラシの変形例を示す図である。図８Ａの実施形態８００の場合は、ロータブラシ８０２は、ロータシャフト３０４と接触している第１の部分８０６と、第１の部分８０６をケース３０２に連結する第２の部分８０４とを含む。図８Ａの実施形態８００の場合は、第１の部分８０６は、炭素繊維で構成されることができ、第２の部分８０４は、異なる導電性材料、たとえば金属で構成され得る。第１部分８０６および第２部分８０６は、異なる形状および異なる相対寸法を有する。第１部分８０６は、円筒形状であるが、第２部分８０４は、実質的に円錐形状である。

図８Ｂの実施形態８２０の場合は、ロータブラシ８２２は、ロータシャフト３０４と接触している第１の部分８２６と、第１の部分８２６をケース３０２に連結する第２の部分８２４とを含む。図８Ｂの実施形態８２０の場合は、第１の部分８２６は、炭素繊維で構成されることができ、第２の部分８２４は、異なる導電性材料、たとえば金属で構成され得る。図８Ｂの実施形態８２０の場合は、第１の部分８２６および第２の部分８２４は、１つの軸線に沿って類似の外形寸法、たとえば円筒状に形成された場合に類似の直径を有する。

図８Ｃの実施形態８４０の場合は、ロータブラシ８４２は、ロータシャフト３０４と接触している第１の部分８４６と、第１の部分８４６をケース３０２に連結する第２の部分８４４とを含む。図８Ｃの実施形態８４０の場合は、第１の部分８４６は、炭素繊維で構成され、第２の部分８４４は、異なる導電性材料、たとえば金属で構成され得る。図８Ｃの実施形態８４０の場合は、第１の部分８４６および第２の部分８４４は、１つの軸線に沿って異なる外形寸法、たとえば円筒形に形成された場合に異なる直径を有する。

図８Ｄの実施形態８６０の場合は、ロータブラシ８６２は、ロータシャフト３０４とロータシャフト３０４と接触しているケース３０２との間に延在する単一部分８６４を含む。図８Ｃの実施形態８６０の場合は、単一部分８６４は、炭素繊維で構成され得る。

図９Ａおよび図９Ｂで開示された実施形態による電動機のロータ放電動作を示すフロー図である。電動機は、ケースと、ステータと、ロータシャフトを有するロータと、少なくとも２つの主ロータ軸受と、ロータ放電軸受とを有する。図９Ａを参照すると、動作９００の第１の実施形態は、回転磁界を発生させるように電動機のステータに電力を供給することから始まる（ステップ９０２）。電動機は、回転磁界内に小さな不均衡を生じるステータ位相の少なくとも小さな不均衡を有する多相ステータを含む。回転磁界の不均衡により、ロータはコモンモード電荷を集めることになる（ステップ９０４）。電気機械の主ロータ軸受の損傷を防ぐために、動作９００は、主ロータ軸受の代わりにロータ放電軸受を介してコモンモード電荷を放電することを含む（ステップ９０６）。ステップ９０６の動作を引き起こすために、少なくとも２つの主ロータ軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第１の電気抵抗を有し、ロータ放電軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、第１の電気抵抗よりも小さい。図３から図６を参照して本明細書において以前に説明されたさまざまな構造は、図９Ａの動作９００を修理するのに使用され得る。

図９Ｂを参照すると、動作９５０の第２の実施形態は、回転磁界を発生させるように電動機のステータに電力を供給することから始まる（ステップ９５２）。電動機は、回転磁界内に小さな不均衡を生じるステータ位相の少なくとも小さな不均衡を有する多相ステータを含む。回転磁界の不均衡により、ロータはコモンモード電荷を集めることになる（ステップ９５４）。電気機械の主ロータ軸受への損傷を防ぐために、動作９５０は、ロータシャフトの長手方向軸線に沿って方向づけるロータ放電ブラシを介してコモンモード電荷を放電することを含む（ステップ９５６）。ステップ９５６の動作を引き起こすために、少なくとも２つの主ロータ軸受は、ロータシャフトとケースとの間に第１の電気抵抗を有し、ロータ放電ブラシは、ロータシャフトとケースとの間に第２の電気抵抗を有し、第２の電気抵抗は、第１の電気抵抗よりも小さい。図７および図８Ａ～図８Ｄを参照して本明細書において以前に説明されたさまざまな構造は、図９Ｂの動作９５０を修理するのに使用され得る。

前述の明細書においては、本開示は、特定の実施形態を参照して説明されている。しかしながら、当業者には理解されるように、本明細書に開示されたさまざまな実施形態は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな他の方法で修正されまたは別様に実施され得る。したがって、この説明は、例示と見なされるべきであり、開示されたシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品のさまざまな実施形態を作成し使用する方法を当業者に教示するためである。本明細書において示され説明された開示の形態は代表的な実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。均等な要素、材料、プロセスまたはステップは、本明細書において代表的に例示され説明されたものに取り換えられ得る。さらに、本開示のこの説明の利益を有する後に当業者に明らかであろうように、本開示のある一定の特徴が他の特徴の使用とは無関係に利用され得る。

本明細書において説明されるルーチン、方法、ステップ、動作、またはその一部は、ソフトウェアおよびファームウェア命令を用いて電子機器、たとえば１つまたは複数のプロセッサを通して実施され得る。「プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」は、データ、信号または他の情報を処理する任意のハードウェアシステム、ハードウェア機構、またはハードウェアコンポーネントを含む。プロセッサは、中央処理装置、複数の処理装置、機能を達成するための専用回路、または他のシステムを持つシステムを含むことができる。いくつかの実施形態は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、光学的、化学的、生物学的、量子またはナノテクシステム、コンポーネント、および機構を用いることによって、１つまたは複数のデジタルコンピュータまたはプロセッサでソフトウェアプログラミングまたはコードを用いることによって実施され得る。本明細書において代表的に提供される開示および教示に基づいて、当業者は、本発明を実施するための他の方式または方法を理解するであろう。

本明細書において使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらのいかなる文脈上の変形も、非排他的包含に適用されるように意図されている。たとえば、要素のリストを含むプロセス、製品、物品、または装置は必ずしもそれらの要素のみに限定さるものではなく、明示的に列挙されていない他の要素、またはそのようなプロセス、製品、物品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。さらに、それとは別段の明示的な記述がない限り、「または（ｏｒ）」は、包括的なｏｒ（または）を指し、排他的なｏｒ（または）を指すものではない。たとえば、条件「ＡまたはＢ（ＡｏｒＢ）」は、次に述べること、すなわち、Ａが真であり（または存在し）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）かつＢが真である（または存在する）、および、ＡとＢの両方が真である（または存在する）、のいずれか１つによって満たされる。

ステップ、動作、または計算が特定の順序で提示される場合があるが、この順序は、異なる実施形態においては変更され得る。いくつかの実施形態においては、複数のステップがこの明細書において連続したステップと示される限り、他の実施形態におけるこの種のステップのいくつかの組み合わせは、同時に実行され得る。本明細書において説明される一連の動作は、中断され、一時停止され、逆にされ、またはもう１つのプロセスで別様に制御され得る。

特定の用途に従って有用であるように、図面／図に描かれた要素のうちの１つまたは複数はより分離または統合された方法でやはり実装され、あるいは場合によっては動作不能として除去またはレンダリングさえされ得る。

Claims (11)

1. ケースと、
   前記ケースに連結されるステータ巻線を有するステータと、
   ロータシャフトおよびロータ巻線を有するロータと、
   前記ロータシャフトを前記ケースに連結する少なくとも２つの主ロータ軸受であって、前記少なくとも２つの主ロータ軸受が前記ロータシャフトと前記ケースとの間に第１の電気抵抗を有する主ロータ軸受と、
   前記ロータシャフトを前記ケースに連結するロータ放電軸受であって、前記ロータ放電軸受が、前記ロータシャフトと前記ケースとの間に第２の電気抵抗を有し、前記第２の電気抵抗が、前記ロータ放電軸受を介してロータ放電を方向づけるように前記第１の電気抵抗よりも小さい、ロータ放電軸受と、を備え、
   前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトから第１の荷重を受けるように構成され、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータシャフトから前記第１の荷重よりも大きい第２の荷重を受けるように構成されたことにより、前記ロータ放電軸受の固定部品から可動部品を分離するグリースの層が、前記主ロータ軸受の固定部品から可動部品を分離するグリースの層よりも小さい厚さを有する、電動機。
2. 前記ステータに連結され、前記ステータを励磁するように構成されるステータ駆動電子機器をさらに備える、請求項１に記載の電動機。
3. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトの内側位置と前記ケースとの間を連結し、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータ放電軸受と前記ケースとの間の電気的接続を介して前記ロータシャフトの外側位置と前記ケースとの間を連結する、請求項１に記載の電動機。
4. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトの外面と前記ケースとの間を連結し、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータ放電軸受と前記ケースとの間の電気的接続を介して前記ロータシャフトの内面と前記ケースとの間を連結する、請求項１に記載の電動機。
5. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、第１の直径を有し、
   前記ロータ放電軸受が、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、請求項１に記載の電動機。
6. 前記主ロータ軸受の少なくとも２つのうちの１つの主ロータ軸受が、第１の構成を有し、
   前記ロータ放電軸受が、前記第１の構成とは異なる第２の構成を有する、請求項１に記載の電動機。
7. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受および前記ロータ放電軸受の両方が、前記ロータシャフトの長手方向軸線を中心として回転するように構成される、請求項１に記載の電動機。
8. ケースと、ステータと、ロータシャフトを有するロータと、少なくとも２つの主ロータ軸受と、ロータ放電軸受とを有する電動機を運転する方法であって、
   回転磁界を発生させるように前記ステータに電力を供給するステップと、
   回転磁界に起因するロータ上のコモンモード電荷を集めるステップと、
   前記ロータ放電軸受を介して前記コモンモード電荷を放電するステップであり、
   前記少なくとも２つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトと前記ケースとの間に第１の電気抵抗を有し、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータシャフトと前記ケースとの間に第２の電気抵抗を有し、前記第２の電気抵抗が前記第１の電気抵抗よりも小さいステップと、を含み、
   前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトから第１の荷重を受けるように構成され、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータシャフトから前記第１の荷重よりも大きい第２の荷重を受けるように構成されたことにより、前記ロータ放電軸受の固定部品から可動部品を分離するグリースの層が、前記主ロータ軸受の固定部品から可動部品を分離するグリースの層よりも小さい厚さを有する、方法。
9. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、前記ロータシャフトの外面と前記ケースとの間を連結し、
   前記ロータ放電軸受が、前記ロータ放電軸受と前記ケースとの間の電気的接続を介して前記ロータシャフトの外面と前記ケースとの間を連結する、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、第１の直径を有し、
    前記ロータ放電軸受が、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、請求項８に記載の方法。
11. 前記少なくとも２つの主ロータ軸受のうちの１つの主ロータ軸受が、第１の構成を有し、
    前記ロータ放電軸受が、前記第１の構成とは異なる第２の構成を有する、請求項８に記載の方法。

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