WO2023106006A1 - 電動機 - Google Patents

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WO2023106006A1
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electric motor
conductor
pair
bearing
current
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保行 横内
彰彦 渡辺
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/27—Devices for sensing current, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/08—Insulating casings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields

Definitions

  • This disclosure relates to electric motors.
  • an electric motor that includes a stator, a rotor having a shaft, a bearing that supports the shaft, and two brackets that fix the bearing (for example, Patent Document 1).
  • two brackets are conductive and electrically connected to each other. Conductive pins are used for this electrical connection.
  • an electric motor in particular, an electric motor driven by a pulse width modulation type (PWM type) inverter
  • PWM type pulse width modulation type
  • discharge may occur inside the bearing.
  • PWM type pulse width modulation type
  • electric corrosion occurs inside the bearing due to the discharge current.
  • the bearing begins to generate abnormal noise.
  • This series of phenomena is one of the main causes of malfunctions in electric motors. Therefore, in order to monitor the progress of electrolytic corrosion, for example, it is desirable to accurately detect the discharge phenomenon of the bearing. Under such circumstances, one object of the present disclosure is to provide an electric motor that can detect the discharge phenomenon of the bearing with high accuracy.
  • An electric motor includes a stator, a rotor, a pair of bearings, a pair of brackets, a conductor, and a current detector.
  • the stator has a stator core wound with windings.
  • the rotor is provided facing the stator and has a rotating body and a shaft.
  • Each of the pair of bearings has an inner ring and an outer ring, and the inner ring supports the shaft.
  • One of the pair of brackets fixes one of the outer rings of the pair of bearings, and the other fixes the other of the pair of bearings.
  • the conductor electrically connects the outer ring of one of the pair of bearings and the other outer ring of the pair of bearings or the stator core.
  • the current detector detects a discharge current flowing through the conductor due to discharge in the bearing.
  • the discharge phenomenon of the bearing can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the electric motor of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a control board (control section) and the like in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the electric motor of Embodiment 2;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an electric motor of Embodiment 3;
  • a motor according to the present disclosure includes a stator, a rotor, a pair of bearings, a pair of brackets, a conductor, and a current detector.
  • the stator has a stator core wound with windings.
  • the stator core may be constructed of magnetic materials such as laminated steel sheets or dust cores.
  • the stator core may have a back yoke and a plurality of teeth protruding from the back yoke.
  • the windings may be wound around the teeth of the stator core.
  • the winding method of the winding may be, for example, a concentrated winding method or a distributed winding method.
  • the rotor is provided facing the stator.
  • the rotor may face the stator in the radial direction of the electric motor, or may face the stator in the axial direction of the electric motor.
  • the rotor has a rotating body and a shaft.
  • the rotating body may have a rotating body core made of a magnetic material such as a laminated steel plate or a dust core.
  • the rotating body may further comprise at least one permanent magnet fixed to the rotating body core.
  • the rotor may be, for example, a surface magnet rotor.
  • the shaft may be fixed to the rotating body.
  • the shaft may be made of a magnetic material or may be made of a non-magnetic material.
  • the shaft may be electrically conductive.
  • Each of the pair of bearings has an inner ring and an outer ring. Each of the pair of bearings supports the shaft on its inner ring. Each of the inner ring and the outer ring may have electrical conductivity.
  • the bearing may further have conductive rolling elements (made of metal, for example) provided between the inner ring and the outer ring.
  • the bearing may be any kind of rolling bearing.
  • the bearing may be, for example, a radial ball bearing, but is not limited to this.
  • the pair of bearings may be the same type of bearings or different types of bearings.
  • a pair of brackets may have conductivity or may have insulation.
  • the pair of brackets may be made of metal, or may be made of insulating resin, for example.
  • Outer rings of a pair of bearings are fixed to the pair of brackets. Specifically, the outer ring of one bearing is fixed to one bracket, and the outer ring of the other bearing is fixed to the other bracket. Accordingly, when each bracket is conductive, one bracket is electrically connected to the outer ring of one bearing, and the other bracket is electrically connected to the outer ring of the other bearing.
  • the conductor electrically connects the outer ring of one bearing with the outer ring of the other bearing or the stator core.
  • the conductor may be made of metal, for example.
  • the conductor may be composed of a single part or may be composed of a plurality of parts.
  • the conductor may comprise, for example, lead wires or may comprise a conductive tape.
  • a pulsed discharge current flows through such a conductor when a discharge occurs in the bearing.
  • the discharge current flowing through this conductor is equivalent to the discharge current flowing between the outer ring and the inner ring inside the bearing.
  • the current detection unit detects the discharge current that flows through the conductor accompanying the discharge in the bearing. That is, the current detector directly detects the discharge current flowing between the outer ring and the inner ring inside the bearing. Therefore, it is possible to detect the discharge phenomenon of the bearing with high accuracy compared to the case where the discharge current is indirectly detected by some means. Based on the highly accurate detection result of the discharge phenomenon, it is possible to monitor the progress of electrolytic corrosion inside the bearing. In addition, since the current detection section detects the current flowing through the conductor, which is the fixed member, there is no need to include mechanical elements that come into contact with movable parts such as shafts. Therefore, a maintenance-free and highly reliable current detection unit can be easily realized.
  • the electric motor may further include a first identifying section that identifies the magnitude of the discharge current based on the value detected by the current detecting section.
  • the first specifying unit may determine that the larger the absolute value of the detected value, the larger the discharge current.
  • the greater the discharge current the greater the extent to which electrolytic corrosion progresses inside the bearing due to the discharge. Therefore, by specifying the magnitude of the discharge current, the progress of electrolytic corrosion inside the bearing can be monitored in more detail.
  • the electric motor may further include a second identifying section that identifies the direction of the discharge current based on the value detected by the current detecting section.
  • the second specifying unit may specify the direction of the discharge current according to whether the detected value is positive or negative.
  • the extent to which electrolytic corrosion progresses inside the bearing due to the discharge differs. Therefore, by specifying the direction of the discharge current, it is possible to monitor the progress of electrolytic corrosion inside the bearing in more detail.
  • the electric motor may further include a counting section that counts the number of times the discharge current is detected based on the value detected by the current detection section.
  • the counting unit may increase the number of times of detection by one each time the absolute value of the detected value exceeds a predetermined threshold.
  • the more the discharge current flows the more the electrolytic corrosion progresses inside the bearing. Therefore, by counting the number of times the discharge current is detected, the progress of electrolytic corrosion inside the bearing can be monitored in more detail.
  • the electric motor may further include a notification section that notifies the outside when the number of times of detection counted by the counting section exceeds the first threshold.
  • a notification section that notifies the outside when the number of times of detection counted by the counting section exceeds the first threshold.
  • the motor is a counting unit that counts the number of times the discharge current is detected based on the detected value of the current detection unit.
  • a coefficient w For example, a counting unit that accumulates the product (w ⁇ C) of a numerical value of 1 or more and 10 or less) and a predetermined constant C (for example, 1) may be further provided. According to such a counting method, it is possible to monitor the progress of electrolytic corrosion inside the bearing in more detail by considering both the magnitude of the discharge current and the number of times of detection.
  • the electric motor may further include a notification unit that notifies the outside when the integrated value integrated by the counting unit exceeds the second threshold.
  • a notification unit that notifies the outside when the integrated value integrated by the counting unit exceeds the second threshold.
  • the current detection unit may have a current sensor that detects the current flowing through the conductor. According to this configuration, erroneous detection of the discharge current due to noise or the like can be suppressed.
  • the current sensor may be a Current Transformer (abbreviated as CT) current sensor.
  • the current detection section may have a shunt resistor for detecting the current flowing through the conductor. According to this configuration, erroneous detection of the discharge current due to noise or the like can be suppressed.
  • the stator may be molded with insulating resin. At least part of the conductor may be arranged inside the insulating resin. According to this configuration, the conductor can be firmly fixed by the insulating resin (mold resin).
  • the insulating resin may include, for example, epoxy resin.
  • the stator may be molded with insulating resin.
  • the conductor and the current detector may be arranged outside the insulating resin. According to this configuration, the components required for the technique of the present disclosure, that is, the conductor and the current detector can be easily applied to existing electric motors.
  • a pair of brackets may be conductive. One end of the conductor may be connected to one bracket. The other end of the conductor may be connected to the other bracket. Alternatively, the other end of the conductor may be connected to the stator core. Alternatively, the other end of the conductor may be connected to the outer race of a bearing fixed to the other bracket.
  • One end of the conductor may be connected to the outer ring of one bearing.
  • the other end of the conductor may be connected to the outer ring of the other bearing.
  • the other end of the conductor may be connected to the stator core.
  • the discharge phenomenon of the bearing can be detected with high accuracy by directly detecting the discharge current generated in the bearing. Further, according to the present disclosure, progress of electrolytic corrosion inside the bearing can be monitored based on such detection results. Furthermore, according to the present disclosure, a maintenance-free and highly reliable current detection unit can be easily realized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the electric motor 10 of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control board (control section) and the like in the electric motor 10 of Embodiment 1.
  • the electric motor 10 of the present embodiment is a radial gap type electric motor, but the technique of the present disclosure can also be applied to an axial gap type electric motor.
  • the electric motor 10 of the present embodiment is an inner rotor type electric motor, the technique of the present disclosure can also be applied to an outer rotor type electric motor.
  • the electric motor 10 may be, for example, a concentrated winding three-phase synchronous electric motor, but is not limited to this.
  • the electric motor 10 includes a stator 11, a rotor 12, a first bearing 15A and a second bearing 15B forming a pair of bearings, and a first bracket forming a pair of brackets. 19A and a second bracket 19B, a conductor 21, a current detection section 22, an insulating resin 23, and a control board 24.
  • the stator 11 has a stator core 11a wound with windings 11b.
  • the stator core 11a is composed of laminated steel plates.
  • the stator core 11a has a generally cylindrical shape as a whole.
  • the stator core 11a has a back yoke portion 11a1 and a plurality of teeth portions 11a2 protruding radially inward from the back yoke portion 11a1.
  • the winding 11b is wound around the teeth 11a2 of the stator core 11a by a concentrated winding method.
  • the rotor 12 is provided facing the stator 11 .
  • the rotor 12 faces the stator 11 in the radial direction of the electric motor 10 .
  • the rotor 12 is arranged inside the stator 11 .
  • the rotor 12 has a substantially cylindrical rotor 13 and a shaft 14 fixed thereto.
  • the rotating body 13 has a rotating body core 13a made of laminated steel plates and a plurality of permanent magnets 13b fixed to the rotating body core 13a.
  • Shaft 14 is constructed of an electrically conductive, non-magnetic material.
  • Each of the first bearing 15A and the second bearing 15B has an inner ring 16, an outer ring 17, and a plurality of rolling elements 18 provided therebetween.
  • Each of first bearing 15A and second bearing 15B rotatably supports shaft 14 with inner ring 16 .
  • the inner ring 16, the outer ring 17, and the rolling elements 18 are each electrically conductive.
  • Both the first bearing 15A and the second bearing 15B are radial ball bearings.
  • the first bracket 19A and the second bracket 19B which constitute a pair of brackets, are each made of conductive metal.
  • the outer ring 17 of the first bearing 15A, which is one bearing, is fixed to the first bracket 19A, which is one bracket.
  • the first bracket 19A is electrically connected to the outer ring 17 of the first bearing 15A.
  • the outer ring 17 of the second bearing 15B, which is the other bearing is fixed to the second bracket 19B, which is the other bracket.
  • the second bracket 19B is electrically connected to the outer ring 17 of the second bearing 15B.
  • the conductor 21 is composed of a metal lead wire.
  • the conductor 21 electrically connects the outer ring 17 of the first bearing 15A and the outer ring 17 of the second bearing 15B. Specifically, one end of the conductor 21 is connected to the first bracket 19A, and the other end of the conductor 21 is connected to the second bracket 19B. Thereby, the conductor 21 realizes the electrical connection.
  • a pulsed discharge current flows through the conductor 21 when a discharge occurs in the first bearing 15A or the second bearing 15B. This discharge current is equivalent to the discharge current flowing between the outer ring 17 and the inner ring 16 inside the first bearing 15A and the second bearing 15B.
  • the current detection unit 22 detects the discharge current flowing through the conductor 21 due to the discharge in the first bearing 15A or the second bearing 15B. That is, the current detector 22 directly detects the discharge current flowing between the outer ring 17 and the inner ring 16 inside the first bearing 15A and the second bearing 15B.
  • the current detection unit 22 has a current sensor 22 a that detects current flowing through the conductor 21 .
  • the current sensor 22 a is a CT-type current sensor and fixed to the control board 24 .
  • a value detected by the current detection unit 22 is input to an arithmetic device (described later) of the control board 24 via an amplifier as necessary.
  • the insulating resin 23 molds the stator 11 .
  • the insulating resin 23 fixes the second bracket 19B.
  • a first bracket 19A is fixed to the insulating resin 23 by, for example, press fitting.
  • At least part (for example, all) of the conductor 21 is arranged inside the insulating resin 23 .
  • the control board 24 has an arithmetic device and a storage device in which a program executable by the arithmetic device is stored.
  • the arithmetic device functions as each functional block by executing the program.
  • Such functional blocks include a first identifying section 25, a second identifying section 26, a counting section 27, and a reporting section 28, as shown in FIG.
  • the control board 24 is an example of a control section.
  • the first identifying section 25 identifies the magnitude of the discharge current based on the value detected by the current detecting section 22 .
  • the first specifying unit 25 determines that the larger the absolute value of the detected value, the larger the discharge current.
  • the second identifying section 26 identifies the direction of the discharge current based on the value detected by the current detecting section 22 .
  • the second specifying unit 26 specifies the direction of the discharge current according to whether the detected value is positive or negative.
  • the counting unit 27 counts the number of discharge current detections based on the detection value of the current detection unit 22 .
  • the counting unit 27 increases the detection count by one each time the absolute value of the detection value exceeds a predetermined threshold.
  • the notification unit 28 notifies the outside when the number of detections counted by the counting unit 27 exceeds the first threshold.
  • the notification unit 28 may, for example, output a predetermined signal for operating an external device (for example, an output monitor) to notify the outside that the number of times of detection has exceeded the first threshold.
  • the counting unit 27 When counting the number of discharge current detections based on the detection value of the current detection unit 22, the counting unit 27 counts the product w of a coefficient w proportional to the magnitude of the discharge current and a predetermined constant C. ⁇ C can be accumulated. In this case, the reporting unit 28 may notify the outside when the integrated value integrated by the counting unit 27 exceeds the second threshold value.
  • the second threshold may be the same as or different from the first threshold.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the electric motor 10 of Embodiment 2. As shown in FIG. The electric motor 10 of this embodiment differs from that of the first embodiment in the configuration of the conductors 21 . Differences from the first embodiment will be mainly described below.
  • one end of the conductor 21 is connected to the first bracket 19A, and the other end of the conductor 21 is connected to the stator core 11a.
  • the conductor 21 achieves electrical connection between the outer ring 17 of the first bearing 15A and the stator core 11a.
  • a discharge current flows through the conductor 21 as the first bearing 15A discharges.
  • the discharge current is directly detected by the current detector 22 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the electric motor 10 of Embodiment 3. As shown in FIG. The electric motor 10 of this embodiment differs from that of the first embodiment in the arrangement of the conductors 21 and the current detector 22 . Differences from the first embodiment will be mainly described below.
  • the conductor 21 and the current detector 22 are arranged outside the insulating resin 23 .
  • One end of the conductor 21 is connected to the first bracket 19A, and the other end of the conductor 21 is connected to the second bracket 19B.
  • the conductor 21 achieves electrical connection between the outer ring 17 of the first bearing 15A and the outer ring 17 of the second bearing 15B.
  • a discharge current flows through the conductor 21 as the first bearing 15A or the second bearing 15B discharges.
  • the discharge current is directly detected by the current detector 22 .
  • the present disclosure can be used for electric motors.

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Abstract

軸受の放電現象を高精度に検知する。電動機（１０）は、巻線（１１ｂ）が巻装された固定子鉄心（１１ａ）を有する固定子（１１）、固定子（１１）に対向して設けられ回転体（１３）およびシャフト（１４）を有する回転子（１２）、一対の軸受である第１および第２軸受（１５ａ、１５ｂ）、一対のブラケットであり一対の軸受の外輪（１７）をそれぞれ固定する第１および第２ブラケット（１９ａ、１９ｂ）、導電体（２１）、電流検出部（２２）を備える。一対の軸受の各々は、内輪（１６）および外輪（１７）を有し、内輪（１６）でシャフト（１４）を支持する。導電体（２１）は、第１軸受（１５Ａ）の外輪（１７）と第２軸受（１５Ｂ）の外輪（１７）または固定子鉄心（１１ａ）とを電気的に接続する。電流検出部（２２）は、第１軸受（１５Ａ）または第２軸受（１５Ｂ）における放電に伴って導電体（２１）に流れる放電電流を検出する。

Description

電動機
　本開示は、電動機に関する。
　従来、固定子と、シャフトを有する回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定する２つのブラケットとを備える電動機が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の電動機は、２つのブラケットが導電性を有し、かつ互いに電気的に接続されている。この電気的接続には、導通ピンが用いられる。
日本国特許第５３３８６４１号公報
　ところで、電動機（特に、パルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）のインバータにより駆動される電動機）では、軸受内部で放電が生じることがある。放電が生じると、放電電流によって軸受内部に電食が発生する。軸受内部の電食が進行すると、軸受から異音が生じるようになる。この一連の現象は、電動機における不具合の主要因の一つである。そこで、例えば電食の進行具合を監視するために、軸受の放電現象を精度良く検知することが望まれる。このような状況において、本開示は、軸受の放電現象を高精度に検知することができる電動機を提供することを目的の１つとする。
　本開示の一側面に係る電動機は、固定子と、回転子と、一対の軸受と、一対のブラケットと、導電体と、電流検出部と、を備える。前記固定子は、巻線が巻装された固定子鉄心を有する。前記回転子は、前記固定子に対向して設けられ、回転体およびシャフトを有する。前記一対の軸受の各々は、内輪および外輪を有し、前記内輪で前記シャフトを支持する。前記一対のブラケットは、一方が前記一対の軸受の一方の前記外輪を固定し、他方が前記一対の軸受の他方の前記外輪を固定する。前記導電体は、前記一対の軸受の一方の前記外輪と前記一対の軸受の他方の前記外輪または前記固定子鉄心とを電気的に接続する。前記電流検出部は、前記軸受における放電に伴って前記導電体に流れる放電電流を検出する。
　本開示によれば、軸受の放電現象を高精度に検知することができる。
実施形態１の電動機を模式的に示す断面図である。 実施形態１における制御基板（制御部）などの構成を示すブロック図である。 実施形態２の電動機を模式的に示す断面図である。 実施形態３の電動機を模式的に示す断面図である。
　本開示に係る電動機の実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
　本開示に係る電動機は、固定子と、回転子と、一対の軸受と、一対のブラケットと、導電体と、電流検出部とを備える。
　固定子は、巻線が巻装された固定子鉄心を有する。固定子鉄心は、積層鋼板または圧粉磁心などの磁性材料で構成されてもよい。固定子鉄心は、バックヨーク部と、バックヨーク部から突出する複数のティース部とを有してもよい。巻線は、固定子鉄心のティース部に巻回されていてもよい。巻線の巻回方式は、例えば、集中巻方式であってもよく、分布巻方式であってもよい。
　回転子は、固定子に対向して設けられる。回転子は、電動機の径方向において固定子と対向してもよいし、電動機の軸方向において固定子と対向してもよい。回転子は、回転体およびシャフトを有する。回転体は、積層鋼板または圧粉磁心などの磁性材料で構成された回転体コアを有してもよい。回転体は、回転体コアに固定された少なくとも１つの永久磁石をさらに有してもよい。回転子は、例えば、表面磁石型の回転子であってもよい。シャフトは、回転体に固定されてもよい。シャフトは、磁性材料で構成されてもよいし、非磁性材料で構成されてもよい。シャフトは、導電性を有してもよい。
　一対の軸受の各々は、内輪および外輪を有する。一対の軸受の各々は、内輪でシャフトを支持する。内輪および外輪の各々は、導電性を有してもよい。軸受は、内輪と外輪との間に設けられる導電性の転動体（例えば、金属で構成される。）をさらに有してもよい。軸受は、任意の種類の転がり軸受であってもよい。軸受は、例えば、ラジアル玉軸受であってもよいが、これに限られるものではない。一対の軸受は、互いに同種の軸受であってもよいし、互いに異種の軸受であってもよい。
　一対のブラケットは、導電性を有してもよいし、絶縁性を有してもよい。一対のブラケットは、例えば、金属で構成されてもよいし、絶縁樹脂で構成されてもよい。一対のブラケットには、一対の軸受の外輪が固定される。具体的に、一方のブラケットには、一方の軸受の外輪が固定され、他方のブラケットには、他方の軸受の外輪が固定される。これにより、各ブラケットが導電性を有する場合、一方のブラケットは、一方の軸受の外輪と電気的に導通し、他方のブラケットは、他方の軸受の外輪と電気的に導通する。
　導電体は、一方の軸受の外輪と、他方の軸受の外輪または固定子鉄心とを電気的に接続する。導電体は、例えば金属で構成されてもよい。導電体は、単独の部品で構成されてもよいし、複数の部品で構成されてもよい。導電体は、例えば、リード線を有してもよいし、導電テープを有してもよい。このような導電体には、軸受で放電が生じたときにパルス状の放電電流が流れる。この導電体に流れる放電電流は、軸受内部で外輪と内輪との間に流れる放電電流と等価である。
　電流検出部は、軸受における放電に伴って導電体に流れる放電電流を検出する。つまり、電流検出部は、軸受内部で外輪と内輪との間に流れる放電電流を直接的に検出する。このため、何らかの手段で当該放電電流を間接的に検出する場合に比べて、軸受の放電現象を高精度に検知することができる。放電現象の高精度な検知結果に基づいて、軸受内部での電食の進行具合を監視することが可能となる。また、電流検出部は、固定部材である導電体に流れる電流を検出するので、シャフトなどの可動部品と接触する機械要素を含む必要がない。このため、メンテナンスフリーで信頼性の高い電流検出部を容易に実現することができる。
　電動機は、電流検出部の検出値に基づいて放電電流の大きさを特定する第１特定部をさらに備えてもよい。第１特定部は、当該検出値の絶対値が大きいほど放電電流が大きいと判定してもよい。ここで、放電電流が大きいほど、当該放電によって軸受内部で電食が進行する程度が大きい。したがって、放電電流の大きさを特定することにより、軸受内部での電食の進行具合をより詳しく監視することができる。
　電動機は、電流検出部の検出値に基づいて放電電流の向きを特定する第２特定部をさらに備えてもよい。第２特定部は、当該検出値の正負に応じて放電電流の向きを特定してもよい。ここで、放電電流の向きによって、当該放電による軸受内部での電食の進行の程度は異なる。したがって、放電電流の向きを特定することにより、軸受内部での電食の進行具合をより詳しく監視することができる。
　電動機は、電流検出部の検出値に基づいて放電電流の検出回数をカウントするカウント部をさらに備えてもよい。カウント部は、当該検出値の絶対値が所定の閾値を上回る毎に検出回数を１回増やしてもよい。ここで、放電電流が多く流れるほど、軸受内部での電食は進行していく。したがって、放電電流の検出回数をカウントすることにより、軸受内部での電食の進行具合をより詳しく監視することができる。
　電動機は、カウント部によりカウントされる検出回数が第１閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせる報知部をさらに備えてもよい。この構成によると、例えば、電食の進行の程度が許容可能な程度を超えそうな場合（すなわち、電動機のメンテナンスなどが必要な場合）に、その旨を外部に知らせることができる。ユーザは、報知部による知らせを受けて、適切なタイミングで電動機のメンテナンスを行うことができる。
　電動機は、電流検出部の検出値に基づいて放電電流の検出回数をカウントするカウント部であって、放電電流の検出回数をカウントする際、放電電流の大きさに比例する大きさの係数ｗ（例えば、１以上、１０以下の数値）と所定の定数Ｃ（例えば、１）との積（ｗ・Ｃ）を積算するカウント部をさらに備えてもよい。このようなカウント方法によると、放電電流の大きさと検出回数との両方を加味して、軸受内部での電食の進行具合をより一層詳しく監視することができる。
　電動機は、カウント部によって積算された積算値が第２閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせる報知部をさらに備えてもよい。この構成によると、例えば、電食の進行の程度が許容可能な程度を超えそうな場合（すなわち、電動機のメンテナンスなどが必要な場合）に、その旨を外部に知らせることができる。ユーザは、報知部による知らせを受けて、適切なタイミングで電動機のメンテナンスを行うことができる。
　電流検出部は、導電体に流れる電流を検出する電流センサを有してもよい。この構成によると、ノイズなどに起因する放電電流の誤検出を抑止することができる。電流センサは、変流器方式（Current Transformer、略してＣＴ方式）の電流センサであってもよい。
　電流検出部は、導電体に流れる電流を検出するためのシャント抵抗を有してもよい。この構成によると、ノイズなどに起因する放電電流の誤検出を抑止することができる。
　固定子は、絶縁樹脂でモールドされていてもよい。導電体の少なくとも一部は、絶縁樹脂の内部に配置されていてもよい。この構成によると、絶縁樹脂（モールド樹脂）によって導電体をしっかりと固定することができる。絶縁樹脂は、例えば、エポキシ樹脂を含んでもよい。
　固定子は、絶縁樹脂でモールドされていてもよい。導電体および電流検出部は、絶縁樹脂の外部に配置されていてもよい。この構成によると、本開示の技術に必要な構成要素、すなわち導電体および電流検出部を既存の電動機に容易に適用することができる。
　一対のブラケットは、導電性を有してもよい。導電体の一端は、一方のブラケットに接続されていてもよい。導電体の他端は、他方のブラケットに接続されていてもよい。あるいは、導電体の他端は、固定子鉄心に接続されていてもよい。あるいは、導電体の他端は、他方のブラケットに固定された軸受の外輪に接続されていてもよい。
　導電体の一端は、一方の軸受の外輪に接続されていてもよい。導電体の他端は、他方の軸受の外輪に接続されていてもよい。あるいは、導電体の他端は、固定子鉄心に接続されていてもよい。
　以上のように、本開示によれば、軸受で生じる放電電流を直接的に検出することで、軸受の放電現象を高精度に検知することができる。また、本開示によれば、そのような検知結果に基づいて、軸受内部の電食の進行具合を監視することができる。さらに、本開示によれば、メンテナンスフリーで信頼性の高い電流検出部を容易に実現することができる。
　以下では、本開示に係る電動機の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の電動機の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例の電動機の構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例の電動機の構成要素のうち、本開示に係る電動機に必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。
　《実施形態１》
　本開示の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１の電動機１０を模式的に示す断面図である。図２は、実施形態１の電動機１０における制御基板（制御部）などの構成を示すブロック図である。本実施形態の電動機１０は、ラジアルギャップ型の電動機であるが、アキシャルギャップ型の電動機にも本開示の技術は適用可能である。また、本実施形態の電動機１０は、インナーロータ型の電動機であるが、アウターロータ型の電動機にも本開示の技術は適用可能である。電動機１０は、例えば、集中巻方式の三相同期電動機であってもよいが、これに限られるものではない。
　図１および図２に示すように、電動機１０は、固定子１１と、回転子１２と、一対の軸受を構成する第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂと、一対のブラケットを構成する第１ブラケット１９Ａおよび第２ブラケット１９Ｂと、導電体２１と、電流検出部２２と、絶縁樹脂２３と、制御基板２４とを備える。
　固定子１１は、巻線１１ｂが巻装された固定子鉄心１１ａを有する。固定子鉄心１１ａは、積層鋼板で構成される。固定子鉄心１１ａは、全体として略円筒状になっている。固定子鉄心１１ａは、バックヨーク部１１ａ１と、バックヨーク部１１ａ１から径方向内側へ突出する複数のティース部１１ａ２とを有する。巻線１１ｂは、固定子鉄心１１ａのティース部１１ａ２に集中巻方式で巻回されている。
　回転子１２は、固定子１１に対向して設けられる。回転子１２は、電動機１０の径方向において固定子１１と対向する。回転子１２は、固定子１１の内部に配置される。回転子１２は、略円柱状の回転体１３と、これに固定されたシャフト１４とを有する。回転体１３は、積層鋼板で構成された回転体コア１３ａと、回転体コア１３ａに固定された複数の永久磁石１３ｂとを有する。シャフト１４は、導電性の非磁性材料で構成される。
　第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂの各々は、内輪１６と、外輪１７と、これらの間に設けられる複数の転動体１８とを有する。第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂの各々は、内輪１６でシャフト１４を回転可能に支持する。内輪１６、外輪１７、および転動体１８は、それぞれ導電性を有する。第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂは、ともにラジアル玉軸受である。
　一対のブラケットを構成する第１ブラケット１９Ａおよび第２ブラケット１９Ｂは、それぞれ導電性を有する金属で構成される。一方のブラケットである第１ブラケット１９Ａには、一方の軸受である第１軸受１５Ａの外輪１７が固定される。これにより、第１ブラケット１９Ａは、第１軸受１５Ａの外輪１７と電気的に導通する。他方のブラケットである第２ブラケット１９Ｂには、他方の軸受である第２軸受１５Ｂの外輪１７が固定される。これにより、第２ブラケット１９Ｂは、第２軸受１５Ｂの外輪１７と電気的に導通する。
　導電体２１は、金属製のリード線で構成される。導電体２１は、第１軸受１５Ａの外輪１７と、第２軸受１５Ｂの外輪１７とを電気的に接続する。具体的に、導電体２１の一端は、第１ブラケット１９Ａに接続され、かつ導電体２１の他端は、第２ブラケット１９Ｂに接続される。これにより、導電体２１は、当該電気的接続を実現している。導電体２１には、第１軸受１５Ａまたは第２軸受１５Ｂで放電が生じたときにパルス状の放電電流が流れる。この放電電流は、第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂの内部で外輪１７と内輪１６との間に流れる放電電流と等価である。
　電流検出部２２は、第１軸受１５Ａまたは第２軸受１５Ｂにおける放電に伴って導電体２１に流れる放電電流を検出する。つまり、電流検出部２２は、第１軸受１５Ａおよび第２軸受１５Ｂの内部で外輪１７と内輪１６との間に流れる放電電流を直接的に検出する。電流検出部２２は、導電体２１に流れる電流を検出する電流センサ２２ａを有する。電流センサ２２ａは、ＣＴ方式の電流センサであって、制御基板２４に固定されている。電流検出部２２の検出値は、必要に応じて増幅器を介し、制御基板２４の演算装置（後述）に入力される。
　絶縁樹脂２３は、固定子１１をモールドしている。絶縁樹脂２３は、第２ブラケット１９Ｂを固定している。絶縁樹脂２３には、例えば圧入により、第１ブラケット１９Ａが固定されている。絶縁樹脂２３の内部には、導電体２１の少なくとも一部（例えば、全部）が配置されている。
　制御基板２４は、演算装置と、演算装置によって実行可能なプログラムが格納された記憶装置とを有する。演算装置は、当該プログラムを実行することで各機能ブロックとして機能する。そのような機能ブロックは、図２に示すように、第１特定部２５と、第２特定部２６と、カウント部２７と、報知部２８とを含む。制御基板２４は、制御部の一例である。
　第１特定部２５は、電流検出部２２の検出値に基づいて放電電流の大きさを特定する。第１特定部２５は、当該検出値の絶対値が大きいほど放電電流が大きいと判定する。
　第２特定部２６は、電流検出部２２の検出値に基づいて放電電流の向きを特定する。第２特定部２６は、当該検出値の正負に応じて放電電流の向きを特定する。
　カウント部２７は、電流検出部２２の検出値に基づいて放電電流の検出回数をカウントする。カウント部２７は、当該検出値の絶対値が所定の閾値を上回る毎に検出回数を１回増やす。
　報知部２８は、カウント部２７によりカウントされる検出回数が第１閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせる。報知部２８は、例えば、外部装置（例えば、出力モニタ）を動作させるための所定の信号を出力することにより、当該検出回数が第１閾値を超えた旨を外部に知らせてもよい。
　なお、カウント部２７は、電流検出部２２の検出値に基づいて放電電流の検出回数をカウントする際、当該放電電流の大きさに比例する大きさの係数ｗと所定の定数Ｃとの積ｗ・Ｃを積算してもよい。この場合、報知部２８は、カウント部２７によって積算された積算値が第２閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせてもよい。ここで、第２閾値は、第１閾値と同じであってもよいし、異なってもよい。
　《実施形態２》
　本開示の実施形態２について説明する。図３は、実施形態２の電動機１０を模式的に示す断面図である。本実施形態の電動機１０は、導電体２１の構成が上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。
　図３に示すように、導電体２１の一端は、第１ブラケット１９Ａに接続され、かつ導電体２１の他端は、固定子鉄心１１ａに接続される。これにより、導電体２１は、第１軸受１５Ａの外輪１７と固定子鉄心１１ａとの間の電気的接続を実現している。この構成では、第１軸受１５Ａでの放電に伴って導電体２１に放電電流が流れる。当該放電電流は、電流検出部２２によって直接的に検出される。
　《実施形態３》
　本開示の実施形態３について説明する。図４は、実施形態３の電動機１０を模式的に示す断面図である。本実施形態の電動機１０は、導電体２１および電流検出部２２の配置が上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。
　図４に示すように、導電体２１および電流検出部２２は、絶縁樹脂２３の外部に配置されている。導電体２１の一端は、第１ブラケット１９Ａに接続され、かつ導電体２１の他端は、第２ブラケット１９Ｂに接続される。これにより、導電体２１は、第１軸受１５Ａの外輪１７と第２軸受１５Ｂの外輪１７との間の電気的接続を実現している。この構成では、第１軸受１５Ａまたは第２軸受１５Ｂでの放電に伴って導電体２１に放電電流が流れる。当該放電電流は、電流検出部２２によって直接的に検出される。
　本開示は、電動機に利用できる。
１０：電動機
　１１：固定子
　　１１ａ：固定子鉄心
　　　１１ａ１：バックヨーク部
　　　１１ａ２：ティース部
　　１１ｂ：巻線
　１２：回転子
　　１３：回転体
　　　１３ａ：回転体コア
　　　１３ｂ：永久磁石
　　１４：シャフト
　１５Ａ：第１軸受
　１５Ｂ：第２軸受
　　１６：内輪
　　１７：外輪
　　１８：転動体
　１９Ａ：第１ブラケット
　１９Ｂ：第２ブラケット
　２１：導電体
　２２：電流検出部
　　２２ａ：電流センサ
　２３：絶縁樹脂
　２４：制御基板（制御部）
　　２５：第１特定部
　　２６：第２特定部
　　２７：カウント部
　　２８：報知部

Claims (12)

  1. 　巻線が巻装された固定子鉄心を有する固定子と、
    　前記固定子に対向して設けられ、回転体およびシャフトを有する回転子と、
    　各々が内輪および外輪を有し、前記内輪で前記シャフトを支持する一対の軸受と、
    　一方が前記一対の軸受の一方の前記外輪を固定し、他方が前記一対の軸受の他方の前記外輪を固定する一対のブラケットと、
    　前記一対の軸受の一方の前記外輪と前記一対の軸受の他方の前記外輪または前記固定子鉄心とを電気的に接続する導電体と、
    　前記軸受における放電に伴って前記導電体に流れる放電電流を検出する電流検出部と、を備える、電動機。
  2. 　前記電流検出部の検出値に基づいて前記放電電流の大きさを特定する第１特定部をさらに備える、請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記電流検出部の検出値に基づいて前記放電電流の向きを特定する第２特定部をさらに備える、請求項１または２に記載の電動機。
  4. 　前記電流検出部の検出値に基づいて前記放電電流の検出回数をカウントするカウント部をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の電動機。
  5. 　前記カウント部によりカウントされる前記検出回数が第１閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせる報知部をさらに備える、請求項４に記載の電動機。
  6. 　前記電流検出部の検出値に基づいて前記放電電流の検出回数をカウントするカウント部であって、前記検出回数をカウントする際、前記放電電流の大きさに比例する大きさの係数と所定の定数との積を積算するカウント部をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の電動機。
  7. 　前記カウント部によって積算された積算値が第２閾値を超えた場合にその旨を外部に知らせる報知部をさらに備える、請求項６に記載の電動機。
  8. 　前記電流検出部は、前記導電体に流れる電流を検出する電流センサを有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の電動機。
  9. 　前記固定子は、絶縁樹脂でモールドされており、
    　前記導電体の少なくとも一部は、前記絶縁樹脂の内部に配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電動機。
  10. 　前記固定子は、絶縁樹脂でモールドされており、
    　前記導電体および前記電流検出部は、前記絶縁樹脂の外部に配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電動機。
  11. 　前記一対のブラケットは、導電性を有し、
    　前記導電体の一端は、前記一対のブラケットの一方に接続され、
    　前記導電体の他端は、前記一対のブラケットの他方に接続されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電動機。
  12. 　前記一対のブラケットは、導電性を有し、
    　前記導電体の一端は、前記一対のブラケットの一方に接続され、
    　前記導電体の他端は、前記固定子鉄心に接続されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電動機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013066253A (ja) * 2011-04-27 2013-04-11 Panasonic Corp 電動機およびそれを備えた電気機器
JP2016146691A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 東芝三菱電機産業システム株式会社 回転電機システム

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