JPH1032953A - 誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベアリングの損傷を確実に防止し、ベアリン
グ支持剛性の低下を防止すること。 【解決手段】 固定子２から突出するコイルエンド１２
ａ，１２ｂと、回転子６から突出するエンドリング１０
ａ，１０ｂとを互いに仕切り、しかも導電材からなるキ
ャンド８ａ，８ｂがハウジング１に取付けられるので、
コイルエンド１２ａ，１２ｂ及びキャンド８ａ，８ｂ間
で静電結合が起こり、コイルエンドとエンドリングとの
間の静電容量がおきかえられたことにより、静電容量の
分布が変わり、軸電圧を小さくでき、ベアリング損傷が
損傷するのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘導電動機に係り、
特に多相交流巻線を設けた固定子を有する誘導電動機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機の従来の概略構成を図５に示
す。即ち、同図に示す誘導電動機は、ハウジング１の内
周に固定子２が取付けられ、ハウジング１の両側の開口
部にエンドブラケット３ａ，３ｂが嵌合し、かつボルト
等の締結手段により取付けられる。エンドブラケット３
ａ，３ｂには、ベアリング４ａ，４ｂを介しシャフト５
が回転自在に支承され、シャフト５の途中位置の外周部
には回転子６が取付けられている。

【０００３】また、シャフト５の一端側（図示左側）に
はファン１３が取付けられると共に、その外側にカバー
１４が設けられ、ファン１３の回転により、外部空気が
カバー１４に設けられた通風穴を通して内側に入り込
み、次いでハウジング１の外周に沿って通風し、冷却機
能を果たすようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
従来の誘導電動機、例えば固定子２が三相交流巻線を装
着している誘導電動機にあっては、印加される電源に不
平衡が生じたりすると、あるいは固定子２と回転子６間
のギャップが不均一になったり、固定子２の三相交流巻
線の各相に不平衡が生じたりすると、駆動時には図５に
示す矢印Ａの如く軸電流が流れてしまい、ベアリング４
ａ，４ｂ内の外輪とボールとの間や、ボールと内輪との
間でスパークするので、ベアリングが損傷する問題があ
る。

【０００５】この問題を解消するため、図６に示すよう
に、エンドブラケット３ａ，３ｂとベアリング４ａ，４
ｂとの間に絶縁物７を設けて両者間を絶縁し、ベアリン
グ４ａ，４ｂに流れる軸電流を阻止するように構成する
ことが容易に考えられる。

【０００６】しかし、誘導電動機をインバータを用いて
駆動した場合、電源のスイッチング毎に一瞬に起こる電
圧不平衡により非常に高い周波数（数ＭＨｚ）の軸電流
が発生するので、絶縁物７を設けているにも拘わらずや
はりスパークが起こり、ベアリング４ａ，４ｂの損傷が
発生する問題がある。

【０００７】この場合、エンドブラケット３ａ，３ｂと
ベアリング４ａ，４ｂ間の静電容量を大きくとれるよう
に両者間の距離を大きくし、その間に厚い寸法の絶縁物
７を設けることも容易に考えられるが、そのようにする
と、シャフト５に対するベアリング４ａ，４ｂの支持剛
性が低下してしまうという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、インバータを用いて駆動しても、高い周波数の軸
電流を抑制してベアリングの損傷を確実に防止すること
ができ、またベアリングの支持剛性が低下することがな
いようにした誘導電動機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、軸電圧の
大きさが静電容量の分布によって決まることに着目し、
その静電容量の分布を変更することで軸電圧を下げるよ
うにしたものである。

【００１０】即ち、本発明においては、ハウジング及び
その両側開口部に取付けられるエンドブラケットからな
る外囲ケースと、該外囲ケースの内周に取付けられ、か
つ多相交流巻線を設けた固定子と、外囲ケースにベアリ
ングを介し回転自在に支承されたシャフトと、シャフト
に取付けられ、両端部にエンドリングを設けた回転子
と、外囲ケースに取付けられ、かつ導電材により形成さ
れると共に、固定子の多相交流巻線のコイルエンド及び
回転子のエンドリング間を仕切る仕切部材とを有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜図
４，図７及び図８により説明する。図１は本発明の第一
の実施例を示している。

【００１２】実施例の誘導電動機は三相交流に適用した
ものであって、ハウジング１と、ハウジング１の内周に
取付けられた固定子２と、ハウジング１の両側の開口部
に嵌合しかつボルト等の締結手段で取付けられたエンド
ブラケット３ａ，３ｂと、これらエンドブラケット３
ａ，３ｂにベアリング４ａ，４ｂを介し回転自在に支承
されたシャフト４と、シャフト４に取付けられた回転子
６とを有している。

【００１３】固定子２には軸方向の両端部にコイルエン
ド１２ａ，１２ｂが突出するように三相交流巻線が装着
されている。シャフト４において負荷側と反対側の一端
部にはファン１３が取付けられると共に、その近傍には
カバー１４が配置され、ファン１３が回転すると、外部
空気をカバー１４の内側に取り込むと共に、ハウジング
１の外周に沿って通風し、冷却機能を果たすようにして
いる。また、回転子６の軸方向の両端部にはエンドリン
グ１０ａ，１０ｂ及び冷却用羽根１１ａ，１１ｂが軸方
向に沿って突設されている。

【００１４】そして、実施例において、ハウジング１の
内周部に、固定子２から突出するコイルエンド１２ａ，
１２ｂと、回転子６から突出するエンドリング１０ａ，
１０ｂ及び冷却用羽根１１ａ，１１ｂとの間を互いに仕
切るようにキャンド８ａ，８ｂが取付けられている。こ
のキャンド８ａ，８ｂは、図１に示すように、例えば薄
鋼板のような導電材により断面Ｌ字形に形成されてい
る。キャンド８ａ，８ｂにおいて径方向に沿う部分であ
る一端側が、ハウジング１に溶接やねじ止め等の電気接
続兼用の取付手段を介し固定されると共に、軸方向に沿
う部分である他端側が、固定子２のコイルエンド１２
ａ，１２ｂと回転子６のエンドリング１０ａ，１０ｂ及
び冷却用羽根１１ａ，１１ｂとの間に配置されることに
より、それら１２ａ・１２ｂと１０ａ・１０ｂ，１１ａ
・１１ｂ間を互いに仕切っている。この場合、キャンド
８ａ，８ｂはエンドリング１０ａ，１０ｂとコイルエン
ド１２ａ，１２ｂとに対し若干の隙間をもつようにして
いる。

【００１５】さらに、キャンド８ａ，８ｂの他端側の
面、即ち、コイルエンド１２ａ，１２ｂ側の面には絶縁
材９ａ，９ｂが貼付けられている。

【００１６】誘導電動機は、駆動時、印加される電源に
不平衡が生じたりすると、あるいは固定子２と固定子６
間のギャップが不均一であったり、固定子２に装着され
ている三相交流巻線の各相に不平衡が生じたりすると、
図５に示した如く軸電流Ａが流れることにより、ベアリ
ング４ａ，４ｂの外輪とボールとの間やボールと内輪と
の間でスパークするので、ベアリングが損傷するおそれ
がある。

【００１７】しかしながら、実施例では上述の如く、固
定子２から突出するコイルエンド１２ａ，１２ｂと、回
転子６から突出するエンドリング１０ａ，１０ｂとを互
いに仕切り、しかも導電材からなるキャンド８ａ，８ｂ
がハウジング１に取付けられているので、コイルエンド
１２ａ，１２ｂ及びキャンド８ａ，８ｂ間で静電結合が
起こり、コイルエンド１２ａ，１２ｂとエンドリング１
０ａ，１０ｂとの間の静電容量がおきかえられたことに
なり、静電容量の分布が変わり、軸電圧を小さくするこ
とができ、ベアリングが損傷するのを防止することがで
きる。

【００１８】因みに、従来の誘導電動機の構成に基づく
軸電圧と、実施例の誘導電動機の構成に基づく軸電圧と
を図７，図８を用いて対比してみる。図７は従来の誘導
電動機の構成を電気回路に置き換えた等価回路であり、
各所で電位差が生じると、その間の空間を絶縁物とした
コンデンサと見なして接続したものである。同図におい
て、符号１，２，５，６，は図１に対応したものを表
し、符号３及び１２はエンドブラケット３ａ，３ｂ及び
コイルエンド１２ａ，１２ｂに対応したものを表してい
る。またＥｓは誘導電動機の駆動源である電源電圧、Ａ
Ｃは三相交流巻線、ＳＣは固定子スロット内のコイル、
ＣＳはコイルＡＣと固定子２間の静電容量、ＣＥはコイ
ルエンド１２と回転子６間の静電容量、ＣＳＲはコイル
ＳＣと回転子６間の静電容量、ＣＧは回転子６と固定子
２間の静電容量、ＣＢはベアリング内・外輪間の静電容
量を夫々示している。そして、回転子６とエンドブラケ
ット３間の軸電圧ＥＢは次式で表すことができる。

【００１９】

【数１】ＥＢ＝（ＣＥ＋ＣＳＲ）／（ＣＥ＋ＣＳＲ＋Ｃ
Ｇ＋ＣＢ）・ＥＳ これに対し、実施例の如く、固定子２のコイルエンド１
２ａ，１２ｂと回転子６のエンドリング１０ａ，１０ｂ
及び冷却用羽根１１ａ，１１ｂとの間に実施例のように
キャンド８（８ａ，８ｂ）を設けた場合、図８に示す如
き等価回路となることにより、回転子６とエンドブラケ
ット３間の軸電圧ＥＢは、次式のとおりとなる。

【００２０】

【数２】ＥＢ＝ＣＳＲ／（ＣＳＲ＋ＣＧ＋ＣＢ）・ＥＳ 従って、従来の誘導電動機では、固定子コイルエンドと
回転子との間で静電容量が存在していたが、実施例の誘
導電動機では、上述の如くコイルエンドと回転子間の静
電容量が存在せず、コイルエンドとキャンド間の静電容
量に変わり、静電容量の分布が変更される。

【００２１】静電容量は、一般に相対する面積が広いほ
ど、また相対する面の間の距離が小さいほど、大きくな
ることから次式がいえる。

【００２２】

【数３】ＣＧ≫ＣＥ≫ＣＳＲ 上記数３式をふまえ、従来技術の数１式と、実施例の数
２式とを比較すると、実施例の方の数２式は、従来技術
の数１式に比較し確実に小さくなり、従って、軸電圧を
小さくできることがわかる。その結果、キャンド８ａ，
８ｂを設けることによって軸電圧を小さくできるので、
インバータで駆動しても、エンドブラケット３ａ，３ｂ
及びベアリング４ａ，４ｂ間でスパークすることがな
く、ベアリングの損傷を招くおそれがない。

【００２３】しかも、エンドブラケット３ａ，３ｂがベ
アリング４ａ，４ｂを介しシャフト５を支承するので、
シャフト５に対するベアリング４ａ，４ｂの支持剛性が
低下することもなく、安定した支持剛性を得ることがで
きる。

【００２４】また、ハウジング１，エンドブラケット３
ａ・３ｂ，固定子２，回転子６の形状を変更する必要が
なく、キャンド８ａ，８ｂ及び絶縁材９を新たに追加す
るだけで良いので、従来品をそのまま使用することがで
き、構造の大幅な変更を要することなく容易に実現する
ことができる。

【００２５】さらに、キャンド８ａ，８ｂにコイルエン
ド１２ａ，１２ｂと対応する位置に絶縁材９ａ，９ｂが
貼付けられているので、該絶縁材が地落防止機能を果た
すことができ、コイルエンドとキャンド間の隙間が小さ
くても感電事故等がおこるおそれがない。

【００２６】なお図示実施例では、キャンド８ａ，８ｂ
の一端側がハウジング１に取付けられるようにした例を
示したが、エンドブラケット３ａ，３ｂに取付けられる
ようにしても同様の作用効果を得ることができ、要は、
コイルエンド１２ａ，１２ｂとエンドリング１０ａ，１
０ｂ間の静電結合を、ハウジング及びエンドブラケット
からなる外囲ケースに接続されたキャンド８ａ，８ｂと
コイルエンド１２ａ，１２ｂとの静電結合に変更できる
ようにすればよいる 図２及び図３は本発明の第二の実施例をそれぞれ示す。
図２に示す実施例は、回転子６に設けられたエンドリン
グ１０ａ，１０ｂの形状を変更することにより、固定子
２の三相交流巻線のコイルエンド及びエンドリング間の
静電容量を小さくしたものである。

【００２７】即ち、この場合は、回転子エンドリング１
０ａ，１０ｂにおいて固定子コイルエンド１２ａ，１２
ｂと対向する端部を切欠き、内周側から外周側に至るに
従い次第に厚みが小さくなる環状のテーパ面１０Ａが設
けられている。このテーパ面１０Ａの形成により、回転
子エンドリング１０ａ，１０ｂ及び固定子コイルエンド
１２ａ，１２ｂ間の隙間を大きく確保することにより、
エンドリング，コイルエンド間の静電容量を小さくでき
るようにしている。

【００２８】図３に示す実施例は、回転子エンドリング
１０ａ，１０ｂにおいて固定子コイルエンド１２ａ，１
２ｂと対向する端部のうち、内周側をそのまま残すと共
に、外周側を環状に切り除いて段差部１０Ｂが形成さ
れ、該段差部１０Ｂにより、回転エンドリング１０ａ，
１０ｂ及びコイルエンド１２ａ，１２ｂ間の隙間を大き
くすることにより、エンドリング，コイルエンド間の静
電容量を小さくできるようにしている。

【００２９】これらの実施例によれば、エンドリング１
２ａ，１２ｂ及びコイルエンド１２ａ，１２ｂ間の隙間
を大きくし、両者間の静電容量を小さくできるので、そ
れだけ軸電流が小さくなる結果、軸電圧を確実に小さく
抑えることにより、第一の実施例と同様の作用効果を得
ることができる。

【００３０】図４は本発明の他の実施例を示す。この場
合は、回転子６に設けられている冷却用羽根１１ａ，１
１ｂを破線に示す如く削除し、エンドリング１０と固定
子コイルエンド１２ａ，１２ｂとの間に静電容量が発生
しても、そのエンドリング１０のみとなることにより、
静電容量を小さくできるようにしたものであり、基本的
には図２，図３に示す実施例と同様の作用効果を得るこ
とができる。

【００３１】これら図２乃至図４に示す実施例では、静
電容量を小さくするため、回転子６のエンドリング１０
にテーパ面１０Ａや段差部１０Ｂを設け、また冷却用羽
根１１ａ，１１ｂを削除したりするが、これらは回転子
６の一部の形状を変更するだけで済むので、容易に対処
することができる。なお、図示実施例では、ハウジング
１及びエンドブラケット３ａ，３ｂからなる外囲ケース
の外側に冷却用のファン１３をもつ全閉外扇形に適用し
た例を述べたが、これに限定されるものではなく、防滴
保護形の構造を有する誘導電動機に適用しても、同様の
作用効果を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、軸
電流を小さく抑えるように構成したので、高周波数の軸
電流であっても、ベアリング間でスパークするおそれが
ない結果、インバータで駆動しても、ベアリングの損傷
を確実に防止することができ、また絶縁物を用いること
なくベアリングでシャフトを支承するので、ベアリング
の支持剛性が低下することがない効果があり、しかも従
来構造を大幅に変更することなく容易に実現し得る効果
がある。

【００３３】特に、請求項１によれば、仕切部材を用い
ることによって固定子コイルエンド，回転子エンドリン
グ間の静電容量を小さくできるので、簡単な部品の追加
で容易に対処することができる効果があり、請求項２に
よれば、回転子エンドリングや冷却用羽根の形状を変更
するだけであるので、極めて容易に行うことができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す上半部断面の説明
図。

【図２】本発明の第二の実施例を示すエンドリングの一
部変更の説明図。

【図３】同じくエンドリングの一部変更の他の例を示す
説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図５】従来の誘導電動機の一構成例を示す説明図。

【図６】従来の誘導電動機に絶縁物を用いた状態を示す
要部の説明図。

【図７】図１の誘導電動機の構成を電気回路に置き換え
た等価回路図。

【図８】図５の誘導電動機の構成を電気回路に置き換え
た等価回路図。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…固定子、３ａ，３ｂ…エンドブラ
ケット、４ａ，４ｂ…ベアリング、５…シャフト、６…
回転子、８ａ，８ｂ…キャンド、１０ａ，１０ｂ…エン
ドリング、１０Ａ…傾斜面、１０Ｂ…段差部、１１…冷
却用羽根、１２ａ，１２ｂ…三相交流巻線のコイルエン
ド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木本 利明 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 小俣 剛 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 鈴木 利文 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング及びその両側開口部に取付け
   られるエンドブラケットからなる外囲ケースと、該外囲
   ケースの内周に取付けられ、かつ多相交流巻線を設けた
   固定子と、外囲ケースにベアリングを介し回転自在に支
   承されたシャフトと、シャフトに取付けられ、両端部に
   エンドリングを設けた回転子と、外囲ケースに取付けら
   れ、かつ導電材により形成されると共に、固定子の多相
   交流巻線のコイルエンド及び回転子のエンドリング間を
   仕切る仕切部材とを有することを特徴とする誘導電動
   機。
2. 【請求項２】 ハウジング及びその両側開口部に取付け
   られるエンドブラケットからなる外囲ケースと、該外囲
   ケースの内周に取付けられ、かつ多相交流巻線を設けた
   固定子と、外囲ケースにベアリングを介し回転自在に支
   承されたシャフトと、シャフトに取付けられ、両端部に
   エンドリング，冷却用羽根を設けた回転子と、回転子に
   おけるエンドリング，冷却用羽根と固定子における多相
   交流巻線のコイルエンド間に発生する静電容量を小さく
   させる手段とを有することを特徴とする誘導電動機。