WO2021171554A1 - 電動機、送風機および空気調和装置 - Google Patents

電動機、送風機および空気調和装置 Download PDF

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WO2021171554A1
WO2021171554A1 PCT/JP2020/008301 JP2020008301W WO2021171554A1 WO 2021171554 A1 WO2021171554 A1 WO 2021171554A1 JP 2020008301 W JP2020008301 W JP 2020008301W WO 2021171554 A1 WO2021171554 A1 WO 2021171554A1
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洋樹 麻生
諒伍 ▲高▼橋
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to motors, blowers and air conditioners.
  • the motor has a rotor having a shaft and a stator.
  • the bearing that supports the shaft is held by a bearing holding portion such as a bracket (see, for example, Patent Document 1).
  • Outer peripheral creep is a phenomenon in which the outer ring of a bearing moves in the circumferential direction with respect to the bearing holding portion. Since outer peripheral creep leads to wear of the bearing, it is required to suppress the occurrence of outer peripheral creep.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of outer peripheral creep.
  • the motor according to the present disclosure includes a shaft, a rotor core that surrounds the shaft from the outside in the radial direction centered on the central axis thereof, and a permanent magnet attached to the rotor core, and the permanent magnet constitutes a magnet magnetic pole.
  • a rotor in which a part of the rotor core constitutes a virtual magnetic pole a stator that surrounds the rotor from the outside in the radial direction, a first bearing and a second bearing that support the shaft, and a first bearing. It has a first bearing holding portion having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the second bearing and a second bearing holding portion having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the second bearing.
  • One side in the direction of the central axis of the shaft is the load side that receives the load.
  • the first bearing is located on the load side.
  • the distance d1 and the distance d2 from the central axis to the outer peripheral surface of the second bearing satisfy D1-d1 ⁇ D2-d2.
  • the outer ring of the first bearing on which a larger radial load acts becomes difficult to move in the circumferential direction. Therefore, the occurrence of outer peripheral creep can be suppressed.
  • FIG. It is a partial vertical sectional view which shows the electric motor in Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the electric motor in Embodiment 1.
  • FIG. It is a cross-sectional view which shows the rotor in Embodiment 1.
  • FIG. It is a partial vertical sectional view which shows the electric motor in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure (A) which shows the 1st bearing and the 1st bearing holding part in Embodiment 1, and the figure (B) which shows the 2nd bearing and the 2nd bearing holding part. It is a figure which looked at the mold stator in Embodiment 1 from the load side. It is a figure which shows the part of the electric motor of FIG. 6 enlarged.
  • FIG. 5 is an enlarged vertical sectional view showing a part of the electric motor according to the third embodiment. It is a figure (A) which shows the air conditioner to which the electric motor of each embodiment is applicable, and the cross-sectional view (B) which shows the outdoor unit.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the motor 100 according to the first embodiment.
  • the electric motor 100 is used, for example, as a blower for an air conditioner.
  • the electric motor 100 is an IPM (Interior Permanent Magnet) motor in which a permanent magnet 16 is embedded in a rotor 1.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • the electric motor 100 has a rotor 1 having a shaft 15 which is a rotating shaft, and a mold stator 4 surrounding the rotor 1.
  • the mold stator 4 has a stator 5 provided so as to surround the rotor 1 and a mold resin portion 40 that covers the stator 5.
  • the direction of the central axis C1 of the shaft 15 is referred to as "axial direction”.
  • the circumferential direction centered on the central axis C1 is referred to as a “circumferential direction” and is indicated by an arrow R1 in FIG. 2 and the like.
  • the radial direction centered on the central axis C1 is referred to as "diameter direction”.
  • a cross-sectional view in a cross section parallel to the axial direction is referred to as a "vertical cross-sectional view”
  • a cross-sectional view in a cross section orthogonal to the axial direction is referred to as a "cross-sectional view”.
  • the shaft 15 receives a load on one side in the axial direction. More specifically, the shaft 15 protrudes from the mold stator 4 to the left side in FIG. 1, and the mounting portion 15a formed at the tip on the protruding side is, for example, an impeller 505 of a blower (FIG. 16 (A)). ) Is attached. Therefore, the protruding side of the shaft 15 is referred to as a "load side", and the opposite side is referred to as a "counter-load side".
  • the mold stator 4 has a stator 5 and a mold resin portion 40.
  • the mold resin portion 40 is formed of a thermosetting resin such as BMC (bulk molding compound). Further, it may be composed of a thermoplastic resin such as PBT (polybutylene terephthalate) or PPS (polyphenylene sulfide).
  • the mold resin portion 40 has mounting legs 45 on the outer periphery thereof.
  • mounting legs 45 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • the mounting legs 45 are formed with holes 46 (FIG. 6) through which screws are inserted.
  • the mounting legs 45 are fixed to, for example, the frame of the outdoor unit of the air conditioner by screws inserted into the holes 46.
  • the mold resin portion 40 has an opening 41 on the load side.
  • the rotor 1 is inserted through the opening 41 into the hollow portion inside the mold stator 4.
  • a bracket 6 as a first bearing holding portion is attached to the opening 41 of the mold resin portion 40.
  • the bracket 6 is made of a metal such as a galvanized steel plate. The bracket 6 fits into the annular step portion 41a formed around the opening 41.
  • the bracket 6 holds the first bearing 21 that supports the shaft 15. Further, a waterproof cap 9 for preventing water or the like from entering the first bearing 21 is attached to the shaft 15 so as to surround the bracket 6 from the outside.
  • the mold resin portion 40 has a bearing holding portion 42 as a second bearing holding portion on the counterload side.
  • a second bearing 22 that supports the shaft 15 is held by the bearing holding portion 42 of the mold resin portion 40.
  • the circuit board 7 is arranged on the outer side in the radial direction of the second bearing 22.
  • the circuit board 7 is covered and held by the mold resin portion 40.
  • An element 71 such as a power transistor for driving the electric motor 100, a magnetic sensor, and the like are mounted on the circuit board 7, and a lead wire 73 is wired.
  • the lead wire 73 of the circuit board 7 is pulled out to the outside of the motor 100 from the mouth-out portion 72 attached to the outer peripheral portion of the mold resin portion 40.
  • a heat radiating plate 8 is provided so as to cover the opposite load side of the mold resin portion 40. A part of the heat radiating plate 8 is covered with the mold resin portion 40, and a part of the heat radiating plate 8 is exposed from the mold resin portion 40.
  • the heat radiating plate 8 has a function of radiating heat generated by the electric motor 100 to the outside. It should be noted that a configuration in which the heat radiating plate 8 is not provided is also possible.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the motor 100.
  • the stator 5 has a stator core 50, an insulating portion 53 provided on the stator core 50, and a coil 55 wound around the stator core 50 via the insulating portion 53. ..
  • the stator core 50 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
  • the thickness of the electromagnetic steel sheet is, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the stator core 50 has an annular yoke 51 centered on the central axis C1 and a plurality of teeth 52 extending radially inward from the yoke 51.
  • the teeth 52 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the number of teeth 52 is twelve here, but is not limited to twelve.
  • a slot, which is a space for accommodating the coil 55, is formed between the adjacent teeth 52.
  • An insulating portion 53 such as polybutylene terephthalate (PBT) is attached to the stator core 50.
  • the insulating portion 53 is made of a thermoplastic resin such as PBT.
  • the insulating portion 53 is obtained by integrally molding the thermoplastic resin with the stator core 50 or by assembling a molded body of the thermoplastic resin to the stator core 50.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the rotor 1.
  • the rotor 1 has a shaft 15, a rotor core 10 that surrounds the shaft 15 from the outside in the radial direction, and a plurality of permanent magnets 16 embedded in the rotor core 10.
  • the rotor core 10 is an annular member centered on the central axis C1.
  • the rotor core 10 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
  • the thickness of the electromagnetic steel sheet is, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the rotor core 10 has a plurality of magnet insertion holes 11a.
  • the magnet insertion holes 11a are arranged equidistantly in the circumferential direction and equidistant from the central axis C1.
  • the number of magnet insertion holes 11a is 5 here.
  • the magnet insertion hole 11a is formed along the outer circumference of the rotor core 10.
  • the magnet insertion hole 11a extends linearly in the direction orthogonal to the radial center, that is, the radial straight line (referred to as the magnetic pole center line) passing through the polar center.
  • the magnet insertion hole 11a is not limited to such a shape, and may extend in a V shape, for example.
  • Flux barriers 11b which are holes, are formed at both ends of the magnet insertion hole 11a in the circumferential direction.
  • a thin portion is formed between the flux barrier 11b and the outer circumference of the rotor core 10. In order to suppress the leakage flux between the adjacent magnetic poles, it is desirable that the thickness of the thin portion is the same as the thickness of the electromagnetic steel plate constituting the rotor core 10.
  • a permanent magnet 16 is inserted into each magnet insertion hole 11a.
  • the permanent magnet 16 has a flat plate shape, and the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction is rectangular.
  • the permanent magnet 16 is composed of a rare earth magnet. More specifically, the permanent magnet 16 is composed of a neodymium sintered magnet containing Nd (neodymium) -Fe (iron) -B (boron).
  • the permanent magnets 16 are arranged with the same magnetic poles (for example, N poles) facing each other toward the outer peripheral side of the rotor core 10.
  • a magnetic pole for example, an S pole
  • an S pole opposite to the permanent magnet is formed in a region between the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the rotor 1 is formed with five magnet magnetic poles P1 composed of permanent magnets 16 and five virtual magnetic poles P2 composed of the rotor core 10. Such a configuration is called a sequential pole type. In the following, when the term "magnetic pole” is simply used, it is assumed that both the magnetic magnetic pole P1 and the virtual magnetic pole P2 are included.
  • the rotor 1 has 10 magnetic poles.
  • the number of poles of rotor 1 is 10, but the number of poles may be an even number of 4 or more.
  • one permanent magnet 16 is arranged in one magnet insertion hole 11a here, two or more permanent magnets 16 may be arranged in one magnet insertion hole 11a.
  • the magnet magnetic pole P1 may be the S pole and the virtual magnetic pole P2 may be the N pole.
  • the outer circumference of the rotor core 10 has a so-called flower circle shape in a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the outer circumference of the rotor core 10 has a maximum outer diameter at the pole centers of the magnetic poles P1 and P2, a minimum outer diameter at the pole-to-pole M, and an arc shape from the pole center to the pole-to-pole M.
  • the outer circumference of the rotor core 10 is not limited to a flower circle shape, but may be a circular shape.
  • a caulking portion 14 is provided inside the magnet insertion hole 11a in the radial direction.
  • the caulking portion 14 is a portion for fixing a plurality of electrical steel sheets constituting the rotor core 10.
  • a resin portion 30 is provided between the inner circumference of the rotor core 10 and the shaft 15.
  • the resin portion 30 is formed of, for example, a resin such as polybutylene terephthalate (PBT).
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the resin portion 30 connects the annular inner cylinder portion 31 fixed to the shaft 15, the annular outer cylinder portion 33 fixed to the inner circumference of the rotor core 10, the inner cylinder portion 31 and the outer cylinder portion 33. It has a plurality of ribs 32.
  • the shaft 15 is fixed inside the inner cylinder portion 31 of the resin portion 30.
  • the ribs 32 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and extend radially outward from the inner cylinder portion 31.
  • a cavity is formed between the ribs 32 adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the number of ribs 32 is half the number of poles, and the circumferential position of the ribs 32 coincides with the pole center of the virtual magnetic pole P2, but the number and arrangement are not limited to this.
  • a sensor magnet 17 is arranged on the counterload side of the rotor core 10.
  • the sensor magnet 17 is held by the resin portion 30.
  • the magnetic field of the sensor magnet 17 is detected by a magnetic sensor mounted on the circuit board 7, whereby the rotational position of the rotor 1 is detected.
  • FIG. 4 is a partial vertical sectional view showing the motor 100.
  • the shaft 15 is rotatably supported by the first bearing 21 and the second bearing 22.
  • the first bearing 21 is arranged on the load side, and the second bearing 22 is arranged on the counterload side.
  • the first bearing 21 has an inner ring 21a, an outer ring 21b, and a plurality of rolling elements 21c.
  • the inner ring 21a is fixed to the shaft 15 by press fitting.
  • the outer ring 21b is fixed to the tubular portion 61 (described later) of the bracket 6 by a gap fit.
  • the rolling element 21c is, for example, a ball, and is arranged between the inner ring 21a and the outer ring 21b.
  • the inner ring 21a, the outer ring 21b, and the rolling element 21c are all made of metal.
  • the second bearing 22 has an inner ring 22a, an outer ring 22b, and a plurality of rolling elements 22c.
  • the inner ring 22a is fixed to the shaft 15 by press fitting.
  • the outer ring 22b is fixed to the bearing holding portion 42 of the mold resin portion 40 by a gap fit.
  • the rolling element 22c is, for example, a ball, and is arranged between the inner ring 22a and the outer ring 22b.
  • the inner ring 22a, the outer ring 22b, and the rolling element 22c are all made of metal.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing the first bearing 21 and the bracket 6.
  • the bracket 6 has a tubular portion 61 that surrounds the first bearing 21, and a flange portion 62 that extends radially outward from the tubular portion 61.
  • the inner peripheral surface 61a of the tubular portion 61 faces the outer peripheral surface 21d (also referred to as the outer peripheral surface 21d of the first bearing 21) of the outer ring 21b of the first bearing 21.
  • An annular fitting portion 63 that fits into the stepped portion 41a (FIG. 4) of the mold resin portion 40 is formed on the outer periphery of the flange portion 62.
  • the bracket 6 is fixed to the mold resin portion 40 by fitting the fitting portion 63 to the step portion 41a.
  • the bracket 6 further has an end face portion 64 facing the axial end face of the first bearing 21.
  • a shaft insertion hole 65 through which the shaft 15 is inserted is formed in the center of the end face portion 64.
  • a washer 66 that urges the outer ring 21b of the first bearing 21 in the axial direction is arranged between the end face portion 64 and the first bearing 21.
  • the distance from the central axis C1 to the outer peripheral surface 21d of the outer ring 21b of the first bearing 21 is defined as the distance d1.
  • the distance from the central axis C1 to the inner peripheral surface 61a of the tubular portion 61 of the bracket 6 is defined as the distance D1.
  • the distance D1 is larger than the distance d1.
  • the difference (D1-d1) between the distance D1 and the distance d1 is the gap between the outer peripheral surface 21d of the outer ring 21b of the first bearing 21 and the inner peripheral surface 61a of the tubular portion 61 of the bracket 6, for example, at 5 ⁇ m. be.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing the second bearing 22 and the bearing holding portion 42.
  • the bearing holding portion 42 has an inner peripheral surface 42a surrounding the second bearing 22 and an end surface 42b that abuts on the outer ring 22b of the second bearing 22 in the axial direction.
  • the inner peripheral surface 42a of the bearing holding portion 42 faces the outer peripheral surface 22d (also referred to as the outer peripheral surface 22d of the second bearing 22) of the outer ring 22b of the second bearing 22.
  • the distance from the central axis C1 to the outer peripheral surface 22d of the outer ring 22b of the second bearing 22 is defined as the distance d2.
  • the distance from the central axis C1 to the inner peripheral surface 42a of the bearing holding portion 42 is defined as the distance D2.
  • the distance D2 is larger than the distance d2.
  • the difference (D2-d2) between the distance D2 and the distance d2 is the gap between the outer peripheral surface 22d of the outer ring 22b of the second bearing 22 and the inner peripheral surface 42a of the bearing holding portion 42, for example, 10 ⁇ m.
  • D1-d1 ⁇ D2-d2 is established. That is, the gap on the outer peripheral side of the outer ring 21b of the first bearing 21 on the load side is narrower than the gap on the outer peripheral side of the outer ring 22b of the second bearing 22 on the counterload side.
  • FIG. 6 is a view of the mold stator 4 as viewed from the load side.
  • the bearing holding portion 42 is exposed through the opening 41 of the mold resin portion 40.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the radial central portion of the mold stator 4 shown in FIG.
  • the circles representing the inner peripheral surfaces 61a and 42a of the bearing holding portions 6 and 42 and the circles representing the outer peripheral surfaces 21d and 22d of the outer rings 21b and 22b of the bearings 21 and 22 are shown together.
  • FIG. 8 is a magnetic flux diagram showing the flow of magnetic flux in the electric motor 100 having the sequential pole type rotor 1.
  • the concave pole type rotor 1 has a magnet magnetic pole P1 provided with a permanent magnet 16 and a virtual magnetic pole P2 not provided with a permanent magnet 16.
  • the magnetic flux density on the surface of the rotor 1 is high at the magnet magnetic pole P1 and low at the virtual magnetic pole P2.
  • the force acting between the magnet magnetic pole P1 and the teeth 52 is larger than the force acting between the virtual magnetic pole P2 and the teeth 52, and a radial excitation force acts on the rotor 1.
  • the radial excitation force acting on the rotor 1 acts on the shaft 15.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a shaft 15, a first bearing 21, and a bracket 6 for holding the shaft 15.
  • the gap (D1-d1) between the outer peripheral surface 21d of the outer ring 21b of the first bearing 21 and the inner peripheral surface 61a of the bracket 6 is exaggerated.
  • the inner ring 21a of the first bearing 21 is fixed to the shaft 15 by press fitting, but the outer ring 21b is fixed to the bracket 6 by a gap fit. Therefore, there is a difference between the peripheral length of the outer peripheral surface 21d of the outer ring 21b of the first bearing 21 and the peripheral length of the inner peripheral surface 61a of the bracket 6.
  • the weight of the impeller 505 attached to the shaft 15 acts on the first bearing 21 arranged on the load side in addition to the radial excitation force generated by the rotor 1. Therefore, the radial load Fr acting on the first bearing 21 is larger than the radial load Fr acting on the second bearing 22.
  • the bearings 21 and 22 and the bearing holding portions 6 and 42 are configured so that the above distances D1, D2, d1 and d2 satisfy D1-d1 ⁇ D2-d2. That is, the gap on the outer peripheral side of the outer ring 21b of the first bearing 21 is made narrower than the gap on the outer peripheral side of the outer ring 22b of the second bearing 22.
  • the distances D1 and D2 satisfy D1 ⁇ D2.
  • the distances d1 and d2 may be large or small.
  • the distances d1 and d2 satisfy d1> d2.
  • the distances D1 and D2 may be large or small as long as D1-d1 ⁇ D2-d2 is satisfied.
  • the tubular portion 61 of the bracket 6 and the bearing holding portion 42 can be configured to have the same inner diameter, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the distance e2 to the inner peripheral surface of 22a is the same.
  • the inner diameter of the first bearing 21 (2 ⁇ e1) and the inner diameter of the second bearing 22 (2 ⁇ e2) are the same.
  • the outer diameter of the portion supported by the first bearing 21 and the outer diameter of the portion supported by the second bearing 22 can be made the same. As a result, the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the current flow when the shaft current is generated. As shown by arrows in FIG. 10, the path A1 flowing from the stator 5 to the shaft 15 via the bracket 6 and the first bearing 21 and the stator 5 via the circuit board 7 and the second bearing 22. There is a path A2 flowing through the shaft 15 and a path A3 flowing from the stator 5 to the shaft 15 via the rotor core 10.
  • an insulator 18 is provided between the shaft 15 and the second bearing 22. More specifically, the outer diameter of the end portion 15b on the opposite load side of the shaft 15 is reduced, and a cylindrical insulator 18 is attached to this end portion 15b.
  • the insulator 18 is made of a thermoplastic resin such as BMC.
  • the shaft 15 and the second bearing 22 can be electrically insulated by the insulator 18, the flow of current through the path A2 can be suppressed.
  • the resin portion 30 is arranged between the rotor core 10 and the shaft 15, the flow of current from the rotor core 10 to the shaft 15 can be suppressed. That is, the flow of current through the path A3 can be suppressed.
  • the flow of the current passing through the path A2 and the path A3 is suppressed, so that the flow of the current passing through the path A1 is also suppressed.
  • the generation of axial current can be suppressed, and the generation of electrolytic corrosion in the bearings 21 and 22 can be suppressed.
  • the end portion 15b of the shaft 15 may be thinly processed to attach the cylindrical insulator 18, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the insulator 18 is not limited to the space between the shaft 15 and the second bearing 22, but may be provided between the shaft 15 and the first bearing 21. Further, insulators 18 may be provided both between the shaft 15 and the first bearing 21 and between the shaft 15 and the second bearing 22, respectively.
  • the gap on the outer peripheral side of the first bearing 21 on which a larger radial load acts is made smaller than the gap on the outer peripheral side of the other second bearing 22, and the outer ring 21b of the first bearing 21 is set in the circumferential direction. It can be difficult to move to. As a result, the occurrence of outer peripheral creep can be suppressed, and the performance of the motor 100 can be improved.
  • the distance D1 is made smaller than the distance D2
  • the first bearing 21 and the second bearing 22 having the same outer diameter can be used, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the tubular portion 61 and the bearing holding portion 42 of the bracket 6 can be formed so as to have the same inner diameter, so that the manufacturing cost can be reduced. can.
  • the bracket 6 is made of metal and the bearing holding portion 42 is made of resin, the first bearing 21 on which a larger radial load acts can be held by the bracket 6 with high position accuracy. Further, by forming the bearing holding portion 42 with a resin, the manufacturing cost can be reduced.
  • the outer diameter of the portion of the shaft 15 held by the first bearing 21 and the inner diameter of the second bearing 22 are held.
  • the outer diameter of the portion can be made the same, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the insulator 18 is provided between at least one of the first bearing 21 and the second bearing 22 and the shaft 15, the generation of axial current is suppressed and the electric current in the bearings 21 and 22 is suppressed. The generation of food can be suppressed.
  • the resin portion 30 is provided between the rotor core 10 and the shaft 15, it is possible to suppress the generation of axial current and suppress the generation of electrolytic corrosion in the bearings 21 and 22.
  • FIG. 12 is a partial vertical sectional view showing the motor 100A of the second embodiment.
  • the material of the rolling element of the first bearing 21 or the rolling element of the second bearing 22 of the electric motor 100A of the second embodiment is different from that of the electric motor 100 of the first embodiment.
  • the insulator 18 (FIG. 11) described in the first embodiment is not provided between the shaft 15 and the second bearing 22. That is, the inner peripheral surface of the second bearing 22 is in contact with the surface of the shaft 15.
  • FIG. 13A is an enlarged view of the first bearing 21 and the second bearing 22 of the second embodiment.
  • the first bearing 21 of the second embodiment has an inner ring 21a, an outer ring 21b, and a plurality of rolling elements 21e.
  • the rolling element 21e of the first bearing 21 is made of ceramics.
  • ceramics there is alumina (Al 2 O 3 ).
  • the present invention is not limited to alumina, and any ceramic having the strength required for the rolling elements and having insulating properties may be used.
  • the configuration of the inner ring 21a and the outer ring 21b of the first bearing 21 is as described in the first embodiment.
  • the configuration of the second bearing 22 is as described in the first embodiment.
  • the rolling element 21e of the first bearing 21 is made of ceramics, the inner ring 21a and the outer ring 21b can be electrically insulated. That is, the flow of the current passing through the path A1 described in the first embodiment can be suppressed.
  • the flow of the current passing through the path A3 is suppressed by the resin portion 30 arranged between the rotor core 10 and the shaft 15.
  • the flow of the current passing through the path A1 and the path A3 is suppressed, so that the flow of the current passing through the path A2 is also suppressed.
  • the generation of axial current can be suppressed, and the generation of electrolytic corrosion in the bearings 21 and 22 can be suppressed.
  • the oil film of the lubricating oil around the rolling element 21e tends to be thin.
  • the rolling element 21e of the first bearing 21 is made of ceramics
  • the rolling element 21c of the second bearing 22 is made of metal, but at least one rolling element of the bearings 21 and 22 is made of ceramics. It suffices if it is formed.
  • both the rolling element 21e of the first bearing 21 and the rolling element 22e of the second bearing 22 may be formed of ceramics.
  • the generation of axial current can be suppressed more effectively, and the effect of suppressing the generation of electrolytic corrosion can be enhanced.
  • an insulator 18 may be provided between the shaft 15 and the second bearing 22 as described in the first embodiment.
  • the motor 100A of the second embodiment is configured in the same manner as the motor 100 of the first embodiment.
  • At least one of the first bearing 21 and the second bearing 22 holding the shaft 15 has a rolling element made of ceramics. Therefore, it is possible to effectively suppress the generation of axial current and enhance the effect of suppressing the generation of electrolytic corrosion.
  • FIG. 14 is a partial vertical sectional view showing the motor 100B of the third embodiment.
  • the motor 100B of the third embodiment is different from the motor 100 of the first embodiment in that it has a metal bearing holding member 80 as a second bearing holding portion and does not have a heat radiating plate 8 (FIG. 1). It's different.
  • the bearing holding member 80 is provided so as to cover the counterload side of the mold stator 4.
  • the bearing holding member 80 is made of metal. More specifically, the bearing holding member 80 is made of a molten zinc-aluminum-magnesium alloy plated steel sheet.
  • the hot-dip galvanized aluminum-magnesium alloy plated steel sheet has the advantages that it can be pressed and that high dimensional accuracy can be easily obtained.
  • the bearing holding member 80 may also be made of an aluminum alloy such as ADC12 (JIS H5302). Since an aluminum alloy such as ADC12 can be processed by die casting, it has a higher degree of freedom in shape as compared with the case of extrusion molding or the like.
  • the bearing holding member 80 has a flange portion 81 located on the radial outer side of the second bearing 22, and a plate-shaped portion 82 located on the opposite load side of the second bearing 22.
  • FIG. 15 is an enlarged view showing a part of the bearing holding member 80.
  • the flange portion 81 of the bearing holding member 80 is formed with an inner peripheral surface 83 that abuts on the outer peripheral surface 22d of the outer ring 22b of the second bearing 22.
  • the plate-shaped portion 82 is formed with an end surface 84 that abuts on the axial end surface of the outer ring 22b and an opposing surface 85 that faces the axial end surface of the inner ring 22a at a distance.
  • the bearing holding member 80 is held by the mold resin portion 40.
  • the outer peripheral side of the flange portion 81 of the bearing holding member 80 is covered with the mold resin portion 40.
  • the bearing holding member 80 and the circuit board 7 are separated from each other, and a mold resin portion 40 is interposed between the bearing holding member 80 and the stator 5. That is, the bearing holding member 80 is configured so that the circuit board 7 and the stator 5 do not come into contact with each other.
  • the bearing holding member 80 is made of metal, the inner peripheral surface 83 of the bearing holding member 80 can be formed with high dimensional accuracy in the same manner as the inner peripheral surface 61a of the bracket 6. Therefore, while satisfying D1-d1 ⁇ D2-d2 described in the first embodiment, the gap (D2-d2) on the outer peripheral side of the second bearing 22 can be narrowed, and the occurrence of outer peripheral creep can be suppressed. ..
  • the bearing holding member 80 contacts the outer ring 22b but not the inner ring 22a, the current flow between the inner ring 22a and the outer ring 22b can be suppressed.
  • the bearing holding member 80 is made of metal and a part of the bearing holding member 80 is exposed from the mold resin portion 40, it is possible to exert a heat dissipation effect of radiating heat generated in the coil 55 or the circuit board 7 to the outside. ..
  • the motor 100B of the third embodiment is configured in the same manner as the motor 100 of the first embodiment.
  • the gap on the outer peripheral side of the second bearing 22 is held. Can be narrowed to suppress the occurrence of outer peripheral creep of the second bearing 22.
  • the bracket 6 as the first bearing holding portion is formed of metal
  • the bearing holding portion 42 as the second bearing holding portion is formed of resin
  • both the bracket 6 and the bearing holding member 80 are made of metal.
  • both the first bearing holding portion and the second bearing holding portion may be formed of a resin such as BMC
  • the first bearing holding portion is formed of resin
  • the second bearing holding portion is formed of metal. You may.
  • FIG. 16A is a diagram showing a configuration of an air conditioner 500 to which the motor 100 of the first embodiment is applied.
  • the air conditioner 500 includes an outdoor unit 501, an indoor unit 502, and a refrigerant pipe 503 connecting them.
  • the outdoor unit 501 includes, for example, an outdoor blower 510 which is a propeller fan, a compressor 504, and a heat exchanger 507.
  • the outdoor blower 510 has an impeller 505 and an electric motor 100 for driving the impeller 505.
  • the configuration of the electric motor 100 is as described in the first embodiment.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view of the outdoor unit 501.
  • the electric motor 100 is attached to a frame 509 arranged in the housing 508 of the outdoor unit 501 by screws 48.
  • An impeller 505 is attached to the shaft 15 of the electric motor 100 via a hub 506.
  • the impeller 505 rotates due to the rotation of the motor 100 and blows air to the heat exchanger 507.
  • the heat released when the refrigerant compressed by the compressor 504 is condensed by the heat exchanger 507 (condenser) is released to the outside by the blower of the outdoor blower 510.
  • the indoor unit 502 (FIG. 16A) has, for example, an indoor blower 520 which is a cross flow fan and a heat exchanger 523.
  • the indoor blower 520 has an impeller 521 and an electric motor 522 for driving the impeller 521.
  • the impeller 521 rotates due to the rotation of the motor 522, and blows air into the room.
  • the air whose heat has been taken away when the refrigerant evaporates in the heat exchanger 523 (evaporator) is blown into the room by the blower of the indoor blower 520.
  • the operation of the outdoor blower 510 can be stabilized for a long period of time, and the reliability of the air conditioner 500 can be improved. ..
  • the motor 100 of the first embodiment is used for the outdoor blower 510, but the motor 100 of the first embodiment may be used for at least one of the outdoor blower 510 and the indoor blower 520. Further, instead of the motor 100 of the first embodiment, any of the motors 100A and 100B of the second to third embodiments may be used.
  • motors 100, 100A, 100B described in the first to third embodiments can be mounted on an electric device other than the blower of the air conditioner.

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Abstract

電動機は、シャフトと、シャフトをその中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む回転子コアと、回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有し、永久磁石が磁石磁極を構成し、回転子コアの一部が仮想磁極を構成する回転子と、回転子を径方向の外側から囲む固定子と、シャフトを支持する第1の軸受および第2の軸受と、第1の軸受の外周面に対向する内周面を有する第1の軸受保持部と、第2の軸受の外周面に対向する内周面を有する第2の軸受保持部とを有する。シャフトの中心軸線の方向における一方の側は、負荷を受ける負荷側である。第1の軸受および第2の軸受のうち、第1の軸受が負荷側に位置する。中心軸線から第1の軸受保持部の内周面までの距離D1と、中心軸線から第2の軸受保持部の内周面までの距離D2と、中心軸線から第1の軸受の外周面までの距離d1と、中心軸線から第2の軸受の外周面までの距離d2とは、D1-d1<D2-d2を満足する。

Description

電動機、送風機および空気調和装置
 本開示は、電動機、送風機および空気調和装置に関する。
 電動機は、シャフトを有する回転子と、固定子とを有する。シャフトを支持する軸受は、ブラケット等の軸受保持部によって保持されている(例えば、特許文献1参照)。
実開昭60-141651号公報(第1図)
 近年、永久磁石により磁石磁極を構成し、回転子コアの一部により仮想磁極を構成したコンシクエントポール型の回転子が開発されている。コンシクエントポール型の回転子では、磁石磁極と仮想磁極とで回転子表面における磁束密度が異なるため、回転子に径方向加振力が作用しやすい。そのため、シャフトを支持する軸受に作用する径方向荷重が大きくなる傾向がある。
 シャフトを支持する軸受に大きな径方向荷重が作用すると、外周クリープが発生する可能性がある。外周クリープは、軸受の外輪が軸受保持部に対して周方向に移動する現象である。外周クリープは軸受の摩耗につながるため、外周クリープの発生を抑制することが求められる。
 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、外周クリープの発生を抑制することを目的とする。
 本開示による電動機は、シャフトと、シャフトをその中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む回転子コアと、回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有し、永久磁石が磁石磁極を構成し、回転子コアの一部が仮想磁極を構成する回転子と、回転子を径方向の外側から囲む固定子と、シャフトを支持する第1の軸受および第2の軸受と、第1の軸受の外周面に対向する内周面を有する第1の軸受保持部と、第2の軸受の外周面に対向する内周面を有する第2の軸受保持部とを有する。シャフトの中心軸線の方向における一方の側は、負荷を受ける負荷側である。第1の軸受および第2の軸受のうち、第1の軸受が負荷側に位置する。中心軸線から第1の軸受保持部の内周面までの距離D1と、中心軸線から第2の軸受保持部の内周面までの距離D2と、中心軸線から第1の軸受の外周面までの距離d1と、中心軸線から第2の軸受の外周面までの距離d2とは、D1-d1<D2-d2を満足する。
 本開示では、距離D1,D2,d1,d2がD1-d1<D2-d2を満足するため、より大きな径方向荷重が作用する第1の軸受の外輪が周方向に移動しにくくなる。そのため、外周クリープの発生を抑制することができる。
実施の形態1における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態1における電動機を示す横断面図である。 実施の形態1における回転子を示す横断面図である。 実施の形態1における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態1における第1の軸受および第1の軸受保持部を示す図(A)、並びに第2の軸受および第2の軸受保持部を示す図(B)である。 実施の形態1におけるモールド固定子を負荷側から見た図である。 図6の電動機の一部を拡大して示す図である。 電動機内の磁束の流れを示す磁束線図である。 シャフトと第1の軸受とブラケットとを示す模式図である。 実施の形態1における軸電流を抑制するための構成を示す図である。 実施の形態1におけるシャフトと第2の軸受とを示す断面図である。 実施の形態2における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態2における第1の軸受および第2の軸受を示す図(A)、並びに第1の軸受および第2の軸受の他の例を示す図(B)である。 実施の形態3における電動機を示す縦断面図である。 実施の形態3における電動機の一部を拡大して示す縦断面図である。 各実施の形態の電動機が適用可能な空気調和装置を示す図(A)およびその室外機を示す断面図(B)である。
実施の形態1.
<電動機100の構成>
 図1は、実施の形態1における電動機100を示す縦断面図である。電動機100は、例えば空気調和装置の送風機に用いられる。電動機100は、回転子1に永久磁石16が埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnet)モータである。
 電動機100は、回転軸であるシャフト15を有する回転子1と、回転子1を囲むモールド固定子4とを有する。モールド固定子4は、回転子1を囲むように設けられた固定子5と、固定子5を覆うモールド樹脂部40とを有する。
 以下の説明では、シャフト15の中心軸線C1の方向を「軸方向」と称する。中心軸線C1を中心とする周方向を「周方向」と称し、図2等に矢印R1で示す。中心軸線C1を中心とする半径方向を「径方向」と称する。軸方向に平行な断面における断面図を「縦断面図」と称し、軸方向に直交する断面における断面図を「横断面図」と称する。
 シャフト15は、軸方向の一方の側で負荷を受ける。より具体的には、シャフト15は、モールド固定子4から図1における左側に突出しており、突出側の先端に形成された取付け部15aには、例えば送風機の羽根車505(図16(A))が取り付けられる。そのため、シャフト15の突出側を「負荷側」と称し、その反対側を「反負荷側」と称する。
<モールド固定子4の構成>
 モールド固定子4は、上記の通り、固定子5とモールド樹脂部40とを有する。モールド樹脂部40は、BMC(バルクモールディングコンパウンド)等の熱硬化性樹脂で形成される。また、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の熱可塑性樹脂で構成してもよい。
 モールド樹脂部40は、その外周に、取付け脚45を有する。ここでは4つの取付け脚45が、周方向に等間隔に形成されている。取付け脚45には、ネジを挿通する穴部46(図6)が形成されている。取付け脚45は、穴部46に挿通されるネジにより、例えば空気調和装置の室外機のフレームに固定される。
 モールド樹脂部40は、負荷側に開口部41を有する。回転子1は、開口部41からモールド固定子4の内側の中空部分に挿入される。モールド樹脂部40の開口部41には、第1の軸受保持部としてのブラケット6が取り付けられている。ブラケット6は、亜鉛メッキ鋼板等の金属で形成されている。ブラケット6は、開口部41の周囲に形成された環状の段差部41aに嵌合する。
 ブラケット6には、シャフト15を支持する第1の軸受21が保持される。また、シャフト15には、ブラケット6を外側から囲むように、第1の軸受21への水等の侵入を防止するための防水キャップ9が取り付けられている。
 モールド樹脂部40は、反負荷側に、第2の軸受保持部としての軸受保持部42を有する。モールド樹脂部40の軸受保持部42には、シャフト15を支持する第2の軸受22が保持される。
 第2の軸受22の径方向外側には、回路基板7が配置されている。回路基板7は、モールド樹脂部40に覆われて保持されている。回路基板7には、電動機100を駆動するためのパワートランジスタ等の素子71および磁気センサ等が実装されており、リード線73が配線されている。回路基板7のリード線73は、モールド樹脂部40の外周部分に取り付けられた口出し部72から、電動機100の外部に引き出される。
 また、モールド樹脂部40の反負荷側を覆うように、放熱板8が設けられている。放熱板8は、一部がモールド樹脂部40に覆われ、一部がモールド樹脂部40から露出している。放熱板8は、電動機100で発生した熱を外部に放熱する作用を有する。なお、放熱板8を設けない構成も可能である。
<固定子5の構成>
 図2は、電動機100を示す横断面図である。図2に示すように、固定子5は、固定子コア50と、固定子コア50に設けられた絶縁部53と、絶縁部53を介して固定子コア50に巻き付けられたコイル55とを有する。固定子コア50は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば0.2mm~0.5mmである。
 固定子コア50は、中心軸線C1を中心とする環状のヨーク51と、ヨーク51から径方向内側に延在する複数のティース52とを有する。ティース52は、周方向に等間隔に配置されている。ティース52の数は、ここでは12であるが、12に限定されるものではない。隣り合うティース52の間には、コイル55を収容する空間であるスロットが形成される。
 固定子コア50には、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の絶縁部53が取り付けられている。絶縁部53は、例えばPBT等の熱可塑性樹脂で形成されている。絶縁部53は、熱可塑性樹脂を固定子コア50と一体成形するか、あるいは熱可塑性樹脂の成形体を固定子コア50に組み付けることによって得られる。
<回転子1の構成>
 図3は、回転子1を示す横断面図である。図3に示すように、回転子1は、シャフト15と、シャフト15を径方向外側から囲む回転子コア10と、回転子コア10に埋め込まれた複数の永久磁石16とを有する。
 回転子コア10は、中心軸線C1を中心とする環状の部材である。回転子コア10は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等によって固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば0.2mm~0.5mmである。
 回転子コア10は、複数の磁石挿入孔11aを有する。磁石挿入孔11aは、周方向に等間隔で、且つ中心軸線C1から等距離に配置されている。磁石挿入孔11aの数は、ここでは5個である。磁石挿入孔11aは、回転子コア10の外周に沿って形成されている。
 磁石挿入孔11aは、周方向中心すなわち極中心を通る径方向の直線(磁極中心線と称する)に直交する方向に直線状に延在している。但し、磁石挿入孔11aは、このような形状に限定されるものではなく、例えばV字状に延在していてもよい。
 磁石挿入孔11aの周方向の両端には、穴部であるフラックスバリア11bが形成されている。フラックスバリア11bと回転子コア10の外周との間には、薄肉部が形成される。隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制するためには、薄肉部の厚さは、回転子コア10を構成する電磁鋼板の板厚と同じであることが望ましい。
 各磁石挿入孔11aには、永久磁石16が挿入されている。永久磁石16は平板状であり、軸方向に直交する断面形状は矩形状である。永久磁石16は、希土類磁石で構成される。より具体的には、永久磁石16は、Nd(ネオジム)-Fe(鉄)-B(ホウ素)を含むネオジム焼結磁石で構成される。
 永久磁石16は、互いに同一の磁極(例えばN極)を回転子コア10の外周側に向けて配置されている。回転子コア10において、周方向に隣り合う永久磁石の間の領域には、永久磁石とは反対の磁極(例えばS極)が形成される。
 そのため、回転子1には、永久磁石16で構成される5つの磁石磁極P1と、回転子コア10で構成される5つの仮想磁極P2とが形成される。このような構成を、コンシクエントポール型と称する。以下では、単に「磁極」という場合、磁石磁極P1と仮想磁極P2の両方を含むものとする。回転子1は、10個の磁極を有する。
 ここでは回転子1の極数を10としたが、極数は4以上の偶数であればよい。また、ここでは1つの磁石挿入孔11aに1つの永久磁石16を配置しているが、1つの磁石挿入孔11aに2つ以上の永久磁石16を配置してもよい。磁石磁極P1をS極とし、仮想磁極P2をN極としてもよい。
 回転子コア10の外周は、軸方向に直交する断面において、いわゆる花丸形状を有する。言い換えると、回転子コア10の外周は、磁極P1,P2のそれぞれの極中心で外径が最大となり、極間Mで外径が最小となり、極中心から極間Mまでが弧状となる。回転子コア10の外周は、花丸形状に限らず、円形状であってもよい。
 回転子コア10において磁石挿入孔11aの径方向内側には、カシメ部14が設けられている。カシメ部14は、回転子コア10を構成する複数の電磁鋼板を固定する部分である。
 回転子コア10の内周とシャフト15との間には、樹脂部30が設けられている。樹脂部30は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂で形成される。樹脂部30は、シャフト15に固定される環状の内筒部31と、回転子コア10の内周に固定される環状の外筒部33、内筒部31と外筒部33とを連結する複数のリブ32とを有する。
 樹脂部30の内筒部31の内側には、シャフト15が固定されている。リブ32は、周方向に等間隔で配置され、内筒部31から径方向外側に放射状に延在している。周方向に隣り合うリブ32間には、空洞部が形成される。ここでは、リブ32の数が極数の半分であり、リブ32の周方向位置が仮想磁極P2の極中心と一致しているが、このような数および配置に限定されるものではない。
 図1に戻り、回転子コア10の反負荷側には、センサマグネット17が配置されている。センサマグネット17は、樹脂部30によって保持されている。センサマグネット17の磁界は、回路基板7に実装された磁気センサによって検出され、これにより回転子1の回転位置が検出される。
<軸受21,22とその支持構造>
 次に、シャフト15を回転可能に支持する軸受21,22とその支持構造について説明する。図4は、電動機100を示す部分縦断面図である。シャフト15は、上記の通り、第1の軸受21および第2の軸受22によって回転可能に支持される。第1の軸受21は負荷側に配置され、第2の軸受22は反負荷側に配置されている。
 第1の軸受21は、内輪21aと、外輪21bと、複数の転動体21cとを有する。内輪21aは、圧入によりシャフト15に固定されている。外輪21bは、ブラケット6の筒状部61(後述)に、隙間ばめにより固定されている。転動体21cは、例えばボールであり、内輪21aと外輪21bとの間に配置されている。内輪21a、外輪21bおよび転動体21cは、いずれも金属製である。
 第2の軸受22は、内輪22aと、外輪22bと、複数の転動体22cとを有する。内輪22aは、圧入によりシャフト15に固定されている。外輪22bは、モールド樹脂部40の軸受保持部42に、隙間ばめにより固定されている。転動体22cは、例えばボールであり、内輪22aと外輪22bとの間に配置されている。内輪22a、外輪22bおよび転動体22cは、いずれも金属製である。
 図5(A)は、第1の軸受21およびブラケット6を示す断面図である。ブラケット6は、第1の軸受21を囲む筒状部61と、筒状部61から径方向外側に延在するフランジ部62とを有する。筒状部61の内周面61aは、第1の軸受21の外輪21bの外周面21d(第1の軸受21の外周面21dとも称する)に対向する。
 フランジ部62の外周には、モールド樹脂部40の段差部41a(図4)に嵌合する環状の嵌合部63が形成されている。嵌合部63が段差部41aに嵌合することにより、ブラケット6がモールド樹脂部40に固定される。
 ブラケット6は、さらに、第1の軸受21の軸方向端面に対向する端面部64を有する。端面部64の中央には、シャフト15を挿通するシャフト挿通穴65が形成されている。また、端面部64と第1の軸受21との間には、第1の軸受21の外輪21bを軸方向に付勢するワッシャ66が配置されている。
 中心軸線C1から第1の軸受21の外輪21bの外周面21dまでの距離を、距離d1とする。中心軸線C1からブラケット6の筒状部61の内周面61aまでの距離を、距離D1とする。距離D1は、距離d1よりも大きい。
 距離D1と距離d1との差(D1-d1)は、第1の軸受21の外輪21bの外周面21dと、ブラケット6の筒状部61の内周面61aとの隙間であり、例えば5μmである。
 図5(B)は、第2の軸受22および軸受保持部42を示す断面図である。軸受保持部42は、第2の軸受22を囲む内周面42aと、軸方向において第2の軸受22の外輪22bに当接する端面42bとを有する。軸受保持部42の内周面42aは、第2の軸受22の外輪22bの外周面22d(第2の軸受22の外周面22dとも称する)に対向する。
 中心軸線C1から第2の軸受22の外輪22bの外周面22dまでの距離を、距離d2とする。中心軸線C1から軸受保持部42の内周面42aまでの距離を、距離D2とする。距離D2は、距離d2よりも大きい。
 距離D2と距離d2との差(D2-d2)は、第2の軸受22の外輪22bの外周面22dと、軸受保持部42の内周面42aとの隙間であり、例えば10μmである。
 実施の形態1では、D1-d1<D2-d2が成立する。すなわち、負荷側の第1の軸受21の外輪21bの外周側の隙間は、反負荷側の第2の軸受22の外輪22bの外周側の隙間よりも狭い。
 図6は、モールド固定子4を負荷側から見た図である。図6では、モールド固定子4に回転子1が挿入されていないため、モールド樹脂部40の開口部41を介して、軸受保持部42が露出している。
 図7は、図6に示したモールド固定子4の径方向中央部を拡大して示す図である。図7には、軸受保持部6,42の内周面61a,42aを表す円と、軸受21,22の外輪21b,22bの外周面21d,22dを表す円を合わせて示す。
<作用>
 次に、実施の形態1の作用について説明する。図8は、コンシクエントポール型の回転子1を有する電動機100における磁束の流れを示す磁束線図である。
 コンシクエントポール型の回転子1は、上記の通り、永久磁石16が設けられた磁石磁極P1と、永久磁石16が設けられていない仮想磁極P2とを有する。回転子1の表面における磁束密度は、磁石磁極P1では高くなり、仮想磁極P2では低くなる。
 そのため、磁石磁極P1とティース52との間に作用する力は、仮想磁極P2とティース52との間に作用する力よりも大きくなり、回転子1には径方向加振力が作用する。回転子1に作用する径方向加振力は、シャフト15に作用する。
 図9は、シャフト15と、第1の軸受21と、これを保持するブラケット6とを示す模式図である。なお、図9では、第1の軸受21の外輪21bの外周面21dと、ブラケット6の内周面61aとの間の隙間(D1-d1)を誇張して図示している。
 第1の軸受21の内輪21aは圧入によりシャフト15に固定されているが、外輪21bは隙間ばめによりブラケット6に固定されている。そのため、第1の軸受21の外輪21bの外周面21dの周長と、ブラケット6の内周面61aの周長との間には、差がある。
 第1の軸受21に径方向荷重Frが作用した状態でシャフト15が矢印R2で示す方向に回転すると、径方向荷重Frと周長差により、外輪21bが矢印F1で示すようにブラケット6の内周面61aに対して周方向に移動する。このような現象を、外周クリープと称する。
 特に、負荷側に配置された第1の軸受21には、回転子1で発生する径方向加振力に加えて、シャフト15に取り付けられた羽根車505の重量が作用する。そのため、第1の軸受21に作用する径方向荷重Frは、第2の軸受22に作用する径方向荷重Frよりも大きい。
 そこで、実施の形態1では、上記の距離D1,D2,d1,d2がD1-d1<D2-d2を満足するように、軸受21,22および軸受保持部6,42を構成している。すなわち、第1の軸受21の外輪21bの外周側の隙間を、第2の軸受22の外輪22bの外周側の隙間よりも狭くしている。
 これにより、第1の軸受21の外輪21bが、ブラケット6内で周方向に移動しにくくなる。すなわち、より大きな径方向荷重Frが作用する第1の軸受21において、外周クリープの発生を抑制することができる。
 上記の関係D1-d1<D2-d2が成立する場合として、例えば、距離D1,D2がD1<D2を満足する場合と、距離d1,d2がd1>d2を満足する場合が考えられる。
 例えば、ブラケット6の筒状部61の内径を、軸受保持部42の内径よりも小さくすれば、距離D1,D2がD1<D2を満足する。この場合、D1-d1<D2-d2が成立する限り、距離d1,d2の大小は問わない。例えば、距離d1,d2を同じ(d1=d2)にしてもよい。このようにすれば、軸受21,22を同一外径に構成できるため、製造コストを低減することができる。
 また、第1の軸受21の外輪21bの外径を、第2の軸受22の外輪22bの外径よりも大きくすれば、距離d1,d2がd1>d2を満足する。この場合、D1-d1<D2-d2が成立する限り、距離D1,D2の大小は問わない。例えば、距離D1,D2を同じ(D1=D2)にしてもよい。このようにすれば、ブラケット6の筒状部61と軸受保持部42とを同一内径を有するように構成できるため、製造コストを低減することができる。
 また、図5(A)および(B)に示したように、中心軸線C1から第1の軸受21の内輪21aの内周面までの距離e1と、中心軸線C1から第2の軸受22の内輪22aの内周面までの距離e2とは、同じである。言い換えると、第1の軸受21の内径(2×e1)と、第2の軸受22の内径(2×e2)とは、同じである。
 そのため、シャフト15において、第1の軸受21に支持される部分の外径と、第2の軸受22に支持される部分の外径とを同じにすることができる。これにより、製造コストを低減することができる。
<軸電流を抑制するための構成>
 次に、電動機100における軸電流の抑制について説明する。電動機100をインバータによって駆動する場合、スイッチングに伴う騒音を抑制する目的で、キャリア周波数を可聴周波数よりも高い周波数に設定する。しかしながら、キャリア周波数が高くなると、高周波誘導によって、シャフト15内に軸電圧と呼ばれる電圧が発生する。
 軸電圧が大きくなると、シャフト15を支持する軸受21,22の内輪21a,22aと外輪21b,22bとの電位差が大きくなり、軸受21,22を通ってシャフト15に電流が流れやすくなる。この電流を軸電流と称する。軸電流が発生すると、内輪21a,22aおよび外輪21b,22bの軌道面、並びに転動体21c,22cの転動面に、電食と呼ばれる損傷が発生する。
 図10は、軸電流発生時の電流の流れを説明するための模式図である。図10に矢印で示すように、固定子5からブラケット6および第1の軸受21を経由してシャフト15に流れる経路A1と、固定子5から回路基板7および第2の軸受22を経由してシャフト15に流れる経路A2と、固定子5から回転子コア10を経由してシャフト15に流れる経路A3とがある。
 実施の形態1では、図11に示すように、シャフト15と第2の軸受22との間に、絶縁体18を設けている。より具体的には、シャフト15の反負荷側の端部15bの外径を細くし、この端部15bに円筒状の絶縁体18を取り付けている。絶縁体18は、例えばBMC等の熱可塑性樹脂で形成されている。
 絶縁体18により、シャフト15と第2の軸受22とを電気的に絶縁することができるため、経路A2を通る電流の流れを抑制することができる。
 また、回転子1では、回転子コア10とシャフト15との間に樹脂部30が配置されているため、回転子コア10からシャフト15への電流の流れを抑制することができる。すなわち、経路A3を通る電流の流れを抑制することができる。
 電流の3つの経路A1,A2,A3のうち、経路A2および経路A3を通る電流の流れが抑制されるため、経路A1を通る電流の流れも抑制される。これにより、軸電流の発生を抑制し、軸受21,22における電食の発生を抑制することができる。
 絶縁体18がシャフト15の端部15bに取り付けられるため、シャフト15の端部15bを細く加工して円筒状の絶縁体18を取付ければよく、製造コストを低減することができる。
 なお、絶縁体18は、シャフト15と第2の軸受22との間に限らず、シャフト15と第1の軸受21との間に設けてもよい。また、シャフト15と第1の軸受21との間およびシャフト15と第2の軸受22との間の両方に、それぞれ絶縁体18を設けてもよい。
<実施の形態の効果>
 以上説明したように、実施の形態1の電動機100は、コンシクエントポール型の回転子1と、回転子1を径方向外側から囲む固定子5と、回転子1のシャフト15を支持する第1の軸受21および第2の軸受22と、第1の軸受21の外周面21dに対向する内周面61aを有するブラケット6(第1の軸受保持部)と、第2の軸受22の外周面22dに対向する内周面42aを有する軸受保持部42(第2の軸受保持部)とを有する。第1の軸受21は負荷側に位置し、第2の軸受22は反負荷側に位置する。中心軸線C1からブラケット6の内周面61aまでの距離D1と、中心軸線C1から軸受保持部42の内周面42aまでの距離D2と、中心軸線C1から第1の軸受21の外周面21dまでの距離d1と、中心軸線C1から第2の軸受22の外周面22dまでの距離d2とは、D1-d1<D2-d2を満足する。
 そのため、より大きな径方向荷重が作用する第1の軸受21の外周側の隙間を、他方の第2の軸受22の外周側の隙間よりも小さくし、第1の軸受21の外輪21bを周方向に移動しにくくすることができる。これにより、外周クリープの発生を抑制することができ、電動機100の性能を向上することができる。
 また、距離D1を距離D2よりも小さくした場合には、同じ外径の第1の軸受21および第2の軸受22を用いることが可能になるため、製造コストを低減することができる。
 また、距離d1を距離d2よりも大きくした場合には、ブラケット6の筒状部61および軸受保持部42を同じ内径を有するように形成することが可能になるため、製造コストを低減することができる。
 また、ブラケット6が金属で形成され、軸受保持部42が樹脂で形成されるため、より大きな径方向負荷が作用する第1の軸受21をブラケット6で高い位置精度で保持することができる。また、軸受保持部42を樹脂で形成することにより、製造コストを低減することができる。
 また、第1の軸受21の内径と第2の軸受22の内径とが同じであるため、シャフト15における第1の軸受21に保持される部分の外径と第2の軸受22に保持される部分の外径とを同じにすることができ、製造コストを低減することができる。
 また、第1の軸受21および第2の軸受22のうちの少なくとも一方と、シャフト15との間に絶縁体18が設けられているため、軸電流の発生を抑制し、軸受21,22における電食の発生を抑制することができる。
 また、回転子コア10とシャフト15との間に樹脂部30が設けられているため、軸電流の発生を抑制し、軸受21,22における電食の発生を抑制することができる。
実施の形態2.
 次に、実施の形態2について説明する。図12は、実施の形態2の電動機100Aを示す部分縦断面図である。実施の形態2の電動機100Aは、第1の軸受21の転動体または第2の軸受22の転動体の材質が、実施の形態1の電動機100と相違する。
 図12に示すように、シャフト15と第2の軸受22との間には、実施の形態1で説明した絶縁体18(図11)は設けられていない。すなわち、シャフト15の表面には、第2の軸受22の内周面が接している。
 図13(A)は、実施の形態2の第1の軸受21および第2の軸受22を拡大して示す図である。実施の形態2の第1の軸受21は、内輪21aと、外輪21bと、複数の転動体21eとを有する。
 第1の軸受21の転動体21eは、セラミックスで形成されている。セラミックスの一例としては、アルミナ(Al)がある。但し、アルミナに限らず、転動体に要求される強度を有し、且つ絶縁性を有するセラミックスであればよい。
 第1の軸受21の内輪21aおよび外輪21bの構成は、実施の形態1で説明した通りである。また、第2の軸受22の構成は、実施の形態1で説明した通りである。
 第1の軸受21の転動体21eがセラミックスで形成されているため、内輪21aと外輪21bとを電気的に絶縁することができる。すなわち、実施の形態1で説明した経路A1を通る電流の流れを抑制することができる。
 また、実施の形態1で説明したように、経路A3を通る電流の流れは、回転子コア10とシャフト15との間に配置された樹脂部30によって抑制される。
 電流の3つの経路A1,A2,A3のうち、経路A1および経路A3を通る電流の流れが抑制されるため、経路A2を通る電流の流れも抑制される。これにより、軸電流の発生を抑制し、軸受21,22における電食の発生を抑制することができる。
 また、負荷側の第1の軸受21は、大きな径方向荷重を受けるため、転動体21eの周囲の潤滑油の油膜が薄くなりやすい。油膜が薄くなるほど、導通による電食が発生しやすくなる。第1の軸受21の転動体21eをセラミックスで形成することにより、油膜が薄くなった場合であっても、電食の発生を抑制することができる。
 なお、ここでは第1の軸受21の転動体21eをセラミックスで形成し、第2の軸受22の転動体21cを金属で形成しているが、軸受21,22の少なくとも一方の転動体がセラミックスで形成されていればよい。
 例えば、図13(B)に示すように、第1の軸受21の転動体21eと、第2の軸受22の転動体22eとを共にセラミックスで形成してもよい。この構成では、軸電流の発生をより効果的に抑制し、電食の発生を抑制する効果を高めることができる。
 また、シャフト15と第2の軸受22との間に、実施の形態1で説明したように絶縁体18を設けてもよい。
 上述した点を除き、実施の形態2の電動機100Aは、実施の形態1の電動機100と同様に構成されている。
 以上説明したように、実施の形態2では、シャフト15を保持する第1の軸受21および第2の軸受22の少なくとも一方が、セラミックスで形成された転動体を有する。そのため、軸電流の発生を効果的に抑制し、電食の発生を抑制する効果を高めることができる。
実施の形態3.
 次に、実施の形態3について説明する。図14は、実施の形態3の電動機100Bを示す部分縦断面図である。実施の形態3の電動機100Bは、第2の軸受保持部としての金属製の軸受保持部材80を有し、放熱板8(図1)を有さない点で、実施の形態1の電動機100と相違する。
 軸受保持部材80は、モールド固定子4の反負荷側を覆うように設けられている。軸受保持部材80は金属で形成される。より具体的には、軸受保持部材80は、溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板で構成される。溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板は、プレス加工が可能であり、また、高い寸法精度を得やすいという利点がある。
 軸受保持部材80は、また、ADC12(JIS H5302)などのアルミニウム合金で構成してもよい。ADC12などのアルミニウム合金は、ダイカストによる加工が可能であるため、押し出し成形等による場合と比較して形状の自由度が高い。
 軸受保持部材80は、第2の軸受22の径方向外側に位置するフランジ部81と、第2の軸受22の反負荷側に位置する板状部82とを有する。
 図15は、軸受保持部材80の一部を拡大して示す図である。軸受保持部材80のフランジ部81には、第2の軸受22の外輪22bの外周面22dに当接する内周面83が形成されている。板状部82には、外輪22bの軸方向端面に当接する端面84と、内輪22aの軸方向端面に距離をあけて対向する対向面85とが形成されている。
 軸受保持部材80は、モールド樹脂部40により保持されている。軸受保持部材80のフランジ部81の外周側は、モールド樹脂部40に覆われている。軸受保持部材80と回路基板7とは離れており、軸受保持部材80と固定子5との間にはモールド樹脂部40が介在している。すなわち、軸受保持部材80と回路基板7および固定子5とが接触しないように構成されている。
 軸受保持部材80が金属で形成されるため、ブラケット6の内周面61aと同様に、軸受保持部材80の内周面83を高い寸法精度で形成することができる。そのため、実施の形態1で説明したD1-d1<D2-d2を満足しつつ、第2の軸受22の外周側の隙間(D2-d2)も狭くし、外周クリープの発生を抑制することができる。
 また、軸受保持部材80の一部がモールド樹脂部40に覆われており、回路基板7および固定子5とは接触していないため、軸電流の発生を抑制することができる。
 また、軸受保持部材80は外輪22bには接触するが、内輪22aには接触しないため、内輪22aと外輪22bとの間の電流の流れを抑制することができる。
 また、軸受保持部材80が金属で形成され、その一部がモールド樹脂部40から露出しているため、コイル55あるいは回路基板7で発生した熱を外部に放熱する放熱効果も発揮することができる。
 上述した点を除き、実施の形態3の電動機100Bは、実施の形態1の電動機100と同様に構成されている。
 以上説明したように、実施の形態3では、金属製の軸受保持部材80(第2の軸受保持部)で第2の軸受22を保持しているため、第2の軸受22の外周側の隙間を狭くし、第2の軸受22の外周クリープの発生を抑制することができる。
 なお、実施の形態1では、第1の軸受保持部としてのブラケット6を金属で形成し、第2の軸受保持部としての軸受保持部42を樹脂で形成した。実施の形態3では、ブラケット6と軸受保持部材80をいずれも金属で形成した。しかしながら、第1の軸受保持部および第2の軸受保持部を共にBMC等の樹脂で形成してもよく、第1の軸受保持部を樹脂で形成し、第2の軸受保持部を金属で形成してもよい。
<空気調和装置>
 次に、上述した実施の形態1~3の電動機100,100A,100Bが適用可能な空気調和装置について説明する。図16(A)は、実施の形態1の電動機100を適用した空気調和装置500の構成を示す図である。空気調和装置500は、室外機501と、室内機502と、これらを接続する冷媒配管503とを備える。
 室外機501は、例えばプロペラファンである室外送風機510と、圧縮機504と、熱交換器507とを有する。室外送風機510は、羽根車505と、これを駆動する電動機100とを有する。電動機100の構成は、実施の形態1で説明した通りである。
 図16(B)は、室外機501の断面図である。電動機100は、室外機501のハウジング508内に配置されたフレーム509に、ネジ48によって取り付けられている。電動機100のシャフト15には、ハブ506を介して羽根車505が取り付けられている。
 室外送風機510では、電動機100の回転により羽根車505が回転し、熱交換器507に送風する。空気調和装置500の冷房運転時には、圧縮機504で圧縮された冷媒が熱交換器507(凝縮器)で凝縮する際に放出された熱を、室外送風機510の送風によって室外に放出する。
 室内機502(図16(A))は、例えばクロスフローファンである室内送風機520と、熱交換器523とを有する。室内送風機520は、羽根車521と、これを駆動する電動機522とを有する。
 室内送風機520では、電動機522の回転により羽根車521が回転し、室内に送風する。空気調和装置500の冷房運転時には、冷媒が熱交換器523(蒸発器)で蒸発する際に熱が奪われた空気を、室内送風機520の送風によって室内に送風する。
 実施の形態1で説明した電動機100では外周クリープの発生が抑制されるため、室外送風機510の運転を長期間に亘って安定させることができ、空気調和装置500の信頼性を向上することができる。
 ここでは、室外送風機510に実施の形態1の電動機100を用いたが、室外送風機510および室内送風機520の少なくとも一方に実施の形態1の電動機100を用いていればよい。また、実施の形態1の電動機100の代わりに、実施の形態2~3の電動機100A,100Bのいずれかを用いてもよい。
 また、実施の形態1~3で説明した電動機100,100A,100Bは、空気調和装置の送風機以外の電気機器に搭載することもできる。
 以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。
 1 回転子、 4 モールド固定子、 5 固定子、 6 ブラケット(第1の軸受保持部)、 7 回路基板、 8 放熱板、 9 防水キャップ、 10 回転子コア、 15 シャフト、 16 永久磁石、 18 絶縁体、 21 第1の軸受、 21a 内輪、 21b 外輪、 21c 転動体、 21d 外周面、 21e 転動体、 22 第2の軸受、 22a 内輪、 22b 外輪、 22c 転動体、 22d 外周面、 22e 転動体、 30 樹脂部、 31 内筒部、 32 リブ、 33 外筒部、 40 モールド樹脂部、 41 開口部、 42 軸受保持部(第2の軸受保持部)、 42a 内周面、 42b 端面、 45 取付け脚、 50 固定子コア、 55 コイル、 61 筒状部、 61a 内周面、 62 環状部、 63 嵌合部、 64 端面部、 71 駆動回路、 72 口出し部、 73 リード線、 80 軸受保持部材(第2の軸受保持部)、 81 フランジ部、 82 板状部、 83 内周面、 84 端面、 85 対向面、 100,100A,100B 電動機、 500 空気調和装置、 501 室外機、 502 室内機、 503 冷媒配管、 505 羽根車、 509 フレーム、 510 室外送風機、 520 室内送風機。

Claims (16)

  1.  シャフトと、前記シャフトをその中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む回転子コアと、前記回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有し、前記永久磁石が磁石磁極を構成し、前記回転子コアの一部が仮想磁極を構成する回転子と、
     前記回転子を前記径方向の外側から囲む固定子と、
     前記シャフトを支持する第1の軸受および第2の軸受と、
     前記第1の軸受の外周面に対向する内周面を有する第1の軸受保持部と、
     前記第2の軸受の外周面に対向する内周面を有する第2の軸受保持部と
    を有し、
     前記シャフトの前記中心軸線の方向における一方の側は、負荷を受ける負荷側であり、
     前記第1の軸受および前記第2の軸受のうち、前記第1の軸受が前記負荷側に位置し、
     前記中心軸線から前記第1の軸受保持部の前記内周面までの距離D1と、
     前記中心軸線から前記第2の軸受保持部の前記内周面までの距離D2と、
     前記中心軸線から前記第1の軸受の前記外周面までの距離d1と、
     前記中心軸線から前記第2の軸受の前記外周面までの距離d2とが、
     D1-d1<D2-d2
     を満足する電動機。
  2.  さらに、D1<D2を満足する
     請求項1に記載の電動機。
  3.  さらに、d1=d2を満足する
     請求項2に記載の電動機。
  4.  さらに、d1>d2を満足する
     請求項1または2に記載の電動機。
  5.  さらに、D1=D2を満足する
     請求項4に記載の電動機。
  6.  前記第1の軸受保持部は金属で形成され、
     前記第2の軸受保持部は樹脂で形成される
     請求項1から5までの何れか1項に記載の電動機。
  7.  前記第1の軸受保持部は金属で形成され、
     前記第2の軸受保持部は金属で形成される
     請求項1から5までの何れか1項に記載の電動機。
  8.  前記第1の軸受保持部と前記第2の軸受保持部とを保持するモールド樹脂部をさらに有する
     請求項7に記載の電動機。
  9.  前記第1の軸受および前記第2の軸受は、同一の内径を有する
     請求項1から8までの何れか1項に記載の電動機。
  10.  前記第1の軸受および前記第2の軸受のうちの少なくとも一方と、前記シャフトとの間に、絶縁体を有する
     請求項1から9での何れか1項に記載の電動機。
  11.  前記回転子は、前記回転子コアと前記シャフトとの間に、樹脂部を有する
     請求項1から10での何れか1項に記載の電動機。
  12.  前記第1の軸受および前記第2の軸受のうちの少なくとも一方は、セラミックスで形成された転動体を有する
     請求項1から11での何れか1項に記載の電動機。
  13.  前記第1の軸受は、セラミックスで形成された転動体を有する
     請求項12に記載の電動機。
  14.  前記第1の軸受および前記第2の軸受はいずれも、セラミックスで形成された転動体を有する
     請求項12に記載の電動機。
  15.  請求項1から14までのいずれか1項に記載の電動機と、
     前記電動機によって回転駆動される羽根車と
     を備えた送風機。
  16.  室外機と、前記室外機に冷媒配管を介して接続された室内機とを備え、
     前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
     請求項15に記載の送風機を有する
     空気調和装置。
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