JPH0928053A - 電動機のシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲な回転速度において十分なシール効果
を得ると共に高寿命化を図ることのできる電動機のシー
ル構造を提供する。 【構成】 低速回転時はバネ１３によりシール部材８の
凸条接触片７が円盤６に接触し、接触型シール構造を形
成する。また、高速回転時は電動機の固定子スロットに
巻かれた固定子巻線１２とは別の電磁石駆動巻線１０に
回転軸３に固定された永久磁石１１の回転によって誘起
電圧が発生し、電磁石駆動巻線１０と直列に接続された
電磁石９に電流が供給され吸引力を発生する。その結
果、シール部材８を矢印Ａ方向に吸引し、凸条接触片７
を円盤６から離し第１凸条部６ａと第２凸条部８ａから
成るラビリンス通路による非接触シール構造を形成し、
回転軸の回転速度に応じて接触型シール構造と非接触型
シール構造とを切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機のシール構造、
特に回転軸と該回転軸を収納するケースとの間を密封す
るシール構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水、油等が飛散する悪環境下でモータ等
の電動機を使用する際には、電動機内部に水、油等が浸
入しないように防水構造にする必要がある。この際、電
動機のケースと回転軸との間のシーリングには、一般
に、オイルシールあるいはラビリンスシールが用いられ
ている。図６はオイルシールを用いた電動機のシール構
造の一例を示す断面平面図である。回転軸３は電動機１
のケース２に軸受け４を介して回転自在に支持されてい
る。オイルシール５は回転軸３が貫通可能なリング形状
を呈し、一般にゴム材等で形成されている。オイルシー
ル５の外周側はケース２に固定され、内周側は回転軸３
に接触し、回転軸３が摺動回転可能になっている。この
シール構造によれば、回転軸３がオイルシール５を介し
てケース２と密に接触するため、十分なシーリングを行
うこができる。

【０００３】図７はラビリンスシールを用いた電動機の
シールの一例を図６に対応させて示す断面平面図であ
り、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。ケ
ース２はケース本体２ａとカバー２ｂとに分離されてお
り、ケース本体２ａには回転軸３と同心円のリング状の
凸条部２ｃが複数形成されている。一方、回転軸３には
回転軸３と同心円のリング状の凸条部６ａを複数有する
円盤６が固定されている。ケース本体２ａと円盤６とは
互いに凸条部が非接触状態を維持しつつ近接配置され、
凸条部２ｃと凸条部６ａとの組み合わせによってラビリ
ンス通路を形成している。このラビリンス通路形成部は
カバー２ｂにより覆われている。ラビリンス通路による
シールは非接触構造であり、高速回転時にはその回転に
よって、隙間からわずかに侵入する水、油等をはじき飛
ばし、十分なシール効果を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したオイルシール
を用いた電動機のシールでは、回転軸が高速で回転した
場合、オイルシールの回転軸接触部が回転摩擦により、
発熱や摩耗を起こし、オイルシールの寿命を著しく低下
させる。このため、オイルシールは比較的低速回転で用
いられる電動機のシーリングとして用いられている。ま
た、ラビリンス通路を用いた電動機のシールでは、回転
軸の停止時あるいは低速回転時には回転によるシール効
果が減少し、十分な防水構造を得ることができない。こ
のため、ラビリンスシールは常時高速回転で用いられる
電動機のシーリングとして用いられている。しかし、工
作機械等に用いられる電動機（モータ）は、低速回転か
ら高速回転まで幅広い回転速度で使用されると共に、モ
ータの停止中、回転中にかかわらず、切削液等が飛散し
ている環境下に置かれる。このため、前述したオイルシ
ール構造では高速回転時のオイルシールの劣化が問題と
なり、ラビリンスシール構造では低速回転時及び停止時
のシール効果が不十分であるという問題があった。

【０００５】本発明は、上述のような事情から成された
ものであり、本発明の目的は、電動機の停止時、およ
び、低速回転から高速回転までの広範な使用条件におい
ても十分なシール効果を発揮し、高速回転においてもシ
ール材の劣化が起きない電動機のシールを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明は、第１として、永久磁石を有する回転軸と該
回転軸を収納するケースとの間を密封する電動機のシー
ル構造において、前記回転軸と一体に回転可能な第１円
盤であって、該第１円盤の同心円上に第１凸条部を有す
る第１円盤と、前記第１円盤に対向配置され前記回転軸
の軸方向に摺動可能な第２円盤であって、前記第１円盤
上の第１凸条部の近傍に位置しラビリンス通路を形成す
る第２凸条部と該第２円盤の同心円上に形成され前記第
１円盤に接離可能な凸条接触片とを有する第２円盤と、
前記第２円盤を前記第１円盤方向に付勢する付勢部材
と、前記第２円盤を付勢部材の付勢力に反して移動させ
る電磁石と、前記回転軸を回転させるために電流が供給
される固定子巻線が挿入された固定子スロットに配置さ
れ前記電磁石に駆動電流を供給する電磁石駆動巻線と、
を有し、前記回転軸と共に回転する永久磁石の回転速度
に応じて電磁石駆動巻線に発生する誘起電圧による電流
によって前記電磁石を駆動し前記凸条接触片による接触
シールとラビリンス通路による非接触シールとを切り換
えることを特徴とする。また、第２として、第１の構成
において、前記電磁石が前記第２円盤の円周の沿って複
数形成されていることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記第１の構成によれば、回転軸と共に回転す
る永久磁石の回転速度に応じて、電磁石駆動巻線に発生
する誘起電圧による電流によって電磁石が駆動し吸引力
を発生する。この電磁石の吸引力によって凸条接触片を
有する第２円盤が、付勢部材の付勢力に反して第１円盤
から離れる方向に移動する。すなわち、本発明によれ
ば、回転軸が停止または低速回転している場合、第２円
盤は付勢部材によって第１円盤方向に付勢され、第２円
盤の凸条接触片と第１円盤とが接触し、接触型シール構
造を形成する。一方、回転軸が所定の回転速度以上で回
転した場合、回転軸と共に回転する永久磁石によって電
磁石駆動巻線に誘起電圧が発生する。この時流れる電流
は、回転軸の回転量の増加と共に増加し、電磁石は電流
量に応じた吸引力を発生し、第２円盤を吸引して付勢部
材の付勢力に反して第１円盤から離す。この結果、凸条
接触片と第１円盤とが非接触状態になり、第１円盤に設
けられた第１凸条部と第２円盤に設けられた第２凸条部
とによって形成されるラビリンス通路による非接触シー
ル構造を形成する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の永久磁石を有する電動機のシ
ールの一例を図６及び図７に対応させて示す断面平面図
であり、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略す
る。ケース２は図７に示すシール構造と同様にケース本
体２ｄとカバー２ｅとに分離されている。周囲に永久磁
石１１を複数個有する回転軸３には該回転軸３と同心円
のリング状の第１凸条部６ａを複数有する第１円盤とし
ての円盤６が固定されており、回転軸３と共に回転す
る。一方、円盤６と対面する位置には、回転軸３と同心
円のリング状の第２凸条部８ａを有する第２円盤として
のシール部材８が配置されている。前記シール部材８は
鉄等の磁性材からなり、ケース本体２ｄに回転軸３の軸
方向に沿って形成されたガイド１５によって支持される
と共に、軸方向に摺動可能である。円盤６の第１凸条部
６ａとシール部材８の第２凸条部８ａとは互い違いに所
定距離隔てて配置されることによってラビリンス通路を
形成している。また、シール部材８は第２凸条部８ａの
内側にリング状の凸条接触片７が備えられている。この
凸条接触片７は弾性を有するゴム等から形成されてい
る。さらに、ケース本体２ｄとシール部材８との間には
前記シール部材８を円盤６方向に付勢する付勢部材、例
えばバネ１３が配置されている。従って、シール部材８
は通常、円盤６方向に付勢され、凸条接触片７と円盤６
が密着し接触型のシール構造を形成している。一方、シ
ール部材８と対面するケース本体２ｄには、電磁石９が
配置されている。この電磁石９に巻回された巻線の両端
は、回転軸３を回転させるための電流を供給する固定子
巻線１２と共に固定子スロット１２ａに挿入されている
電磁石駆動巻線１０に直列接続されている。従って、固
定子巻線１２に電動機を駆動する電流が供給されると、
永久磁石１１による磁界中に電流が流れることによって
回転力が発生し回転軸３が回転を開始する。この時、電
磁石駆動巻線１０を永久磁石１１の発生する磁界が横切
ることになるので、電磁石駆動巻線１０に誘起電圧が発
生する。この結果、電磁石９に巻回された巻線に電流が
流れ、電磁石９が駆動する。電磁石９に発生する吸引力
は、電磁石駆動巻線１０に発生する誘起電圧によって変
化する。すなわち、回転軸３の回転速度に応じて電磁石
９に発生する吸引力が変化し、シール部材８の吸引動作
を行う。

【０００９】次に、回転軸３の回転状態毎の電磁石９と
シール部材８の動作を説明する。回転軸３が停止してい
る時には、永久磁石１１の磁界は移動しないので電磁石
駆動巻線１０に誘起電圧が発生しない。従って、図１に
示すようにシール部材８はバネ１３で円盤６の方向に押
されている。このとき、凸条接触片７は円盤６に押圧接
触しているので、接触型シール構造を維持して電動機を
密閉して、良好な防水効果を得る。回転軸３が低速で回
転しているときには、回転軸３に固定された永久磁石１
１も低速回転し、電磁石駆動巻線１０にはわずかな誘起
電圧が発生する。その結果僅かな電流が電磁石９に供給
され電磁石９にわずかな交流磁束が発生する。図２は低
速回転時に電磁石９が発生する磁束がシール部材８を吸
引する力とバネ１３がシール部材８を押す力を表した説
明図である。このとき電磁石９による吸引力はバネ１３
の付勢力より小さいためシール部材８は円盤６側に押さ
れた状態を維持し、凸条接触片７は円盤６に接触し、接
触型シール構造を維持して回転軸３の低速回転時におけ
る防水を良好に行う。

【００１０】図３は回転軸３が高速回転しているときの
バネの付勢力と電磁石９の吸引力を図２に対応させて表
した説明図である。回転軸３と共に永久磁石１１が高速
回転すると電磁石駆動巻線１０に発生する誘起電圧も増
加し、電磁石９に供給される電流量も増加する。その結
果、電磁石９の吸引力が上昇し、バネ１３の付勢力を越
えるとシール部材８は矢印Ａの方向に移動し、凸条接触
片７は円盤６から離れ非接触となる。つまり、回転軸３
とケース２とのシール構造は、凸条接触片７による接触
型シール構造から円盤６の第１凸条部６ａとシール部材
８の第２凸条部８ａとによって形成されるラビリンス通
路による非接触シール構造に切り替わる。 このよう
に、回転軸３が停止または低速回転している時には接触
型シール構造によって防水を行い、回転軸３が所定速度
以上の高速で回転している時には非接触型シール構造に
よって防水を行うことができるので、停止時、および、
低速回転から高速回転までの広範な使用条件においても
十分なシール効果を発揮し、高速回転においてもシール
部材の劣化が起きないシール構造を提供することができ
る。なお、電磁石９の吸引力は第１凸条部６ａの耐久性
やバネ１３の付勢力等を考慮して巻線の巻き数を変える
等によって適宜選択することが好ましい。

【００１１】本実施例の場合、永久磁石１１が回転軸３
の周囲に所定間隔で配置（本実施例では９０°間隔に４
個の永久磁石１１が配置）されているので、電磁石９が
発生する磁束の周波数は、回転速度に比例し、０Ｗｂを
中心に交番する交流磁束となる。従って、電磁石９が１
個の場合には高速回転時においても図３に示すように電
磁石９の吸引力はバネ１３の付勢力より大小になること
を繰り返す。このため、バネ１３の機械的応答性が磁束
の周波数より早い場合、シール部材８がチャタリングを
起こす可能性がある。そこで、電磁石９を回転軸３を中
心に同心円上に３個配設し、それぞれの電磁石駆動巻線
１０をモータ固定子のＵ相、Ｖ相、Ｗ相スロットにそれ
ぞれ挿入巻回する。この場合のバネの付勢力と電磁石９
の吸引力の関係を図４、図５に示す。図から明らかなよ
うに、３個の電磁石９による合成吸引力は電磁石９が１
個の場合の吸引力に比べて平滑化され、前述したシール
部材８のチャタリングを防止することができる。なお、
図４、図５では電磁石９が３個の場合を示しているが、
電磁石９は３個以外の複数個でも良いことは容易にわか
る。なお、本実施例においては、カバー２ｄにはドレン
穴１６があり、第１凸条部６ａ、第２凸条部８ａあるい
は凸条接触片７で遮断された水、油等は円周上を流れ、
ドレン穴１６から排水される。また、カバー２ｅとシー
ル部材８との間には隙間１７があるが、ここからの電動
機内部への水、油等の侵入はダイヤフラム１４によって
遮断される。

【００１２】

【発明の効果】以上のように本発明の永久磁石式の電動
機のシールによれば、回転軸の回転速度に応じて発生す
る誘起電圧によって電磁石が駆動し、凸条接触片を有す
る第２円盤を移動させるので、停止時および低速回転時
には凸条接触片による接触型シールが電動機のシーリン
グとして作用し、高速回転時には凸条接触片が非接触と
なり、円盤の第１凸条部とシール部材の第２凸条部とに
よって形成されるラビリンス通路によるラビリンスシー
ルが電動機のシーリングとして作用するので、広範な回
転速度で使用可能な長寿命の電動機のシールが得られ、
工作機械等への適用が容易となる。また、第２円盤を吸
引する電磁石を複数形成することによって、第２円盤の
吸引動作が安定して、良好なシール構造の切り替え動作
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の永久磁石式の電動機のシール構造の
一例を示す断面平面図である。

【図２】 本発明の永久磁石式の電動機のシール構造の
低速回転時の付勢部材の付勢力と電磁石の吸引力との関
係を説明する説明図である。

【図３】 本発明の永久磁石式の電動機のシール構造の
高速回転時の付勢部材の付勢力と電磁石の吸引力との関
係を説明する説明図である。

【図４】 本発明の永久磁石式の電動機のシール構造の
低速回転時において、複数の電磁石を用いた場合の付勢
部材の付勢力と電磁石の吸引力との関係を説明する説明
図である。

【図５】 本発明の永久磁石式の電動機のシール構造の
高速回転時において、複数の電磁石を用いた場合の付勢
部材の付勢力と電磁石の吸引力との関係を説明する説明
図である。

【図６】 従来の電動機の接触型シールの一例を示す断
面平面図である。

【図７】 従来の電動機の非接触型シールの別の一例を
示す断面平面図である。

【符号の説明】

１ 電動機、２ ケース、２ａ，２ｄ ケース本体、２
ｂ，２ｃ カバー、３ 回転軸、４ 軸受け、５ 接触
型シール（オイルシール）、６ 第１円盤、６ａ 第１
凸条部、７ 凸条接触片、８ 第２円盤（シール部
材）、８ａ 第２凸条部、９ 電磁石、１０ 電磁石駆
動巻線、１１ 永久磁石、１２ 固定子巻線、１３ バ
ネ（付勢部材）、１４ ダイヤフラム、１５ ガイド、
１６ ドレン穴、１７ 隙間。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を有する回転軸と該回転軸を収
   納するケースとの間を密封する電動機のシール構造にお
   いて、 前記回転軸と一体に回転可能な第１円盤であって、該第
   １円盤の同心円上に第１凸条部を有する第１円盤と、 前記第１円盤に対向配置され前記回転軸の軸方向に摺動
   可能な第２円盤であって、前記第１円盤上の第１凸条部
   の近傍に位置しラビリンス通路を形成する第２凸条部と
   該第２円盤の同心円上に形成され前記第１円盤に接離可
   能な凸条接触片とを有する第２円盤と、 前記第２円盤を前記第１円盤方向に付勢する付勢部材
   と、 前記第２円盤を付勢部材の付勢力に反して移動させる電
   磁石と、 前記回転軸を回転させるために電流が供給される固定子
   巻線が挿入された固定子スロットに配置され前記電磁石
   に駆動電流を供給する電磁石駆動巻線と、 を有し、 前記回転軸と共に回転する永久磁石の回転速度に応じて
   電磁石駆動巻線に発生する誘起電圧による電流によって
   前記電磁石を駆動し前記凸条接触片による接触シールと
   ラビリンス通路による非接触シールとを切り換えること
   を特徴とする電動機のシール構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動機のシール構造にお
   いて、 前記電磁石が前記第２円盤の円周に沿って複数形成され
   ていることを特徴とする電動機のシール構造。