JP3612879B2

JP3612879B2 - ファン駆動用電動モータ

Info

Publication number: JP3612879B2
Application number: JP22863196A
Authority: JP
Inventors: 利夫高橋; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: JPH1075551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種機器に組み込んで送風用のファンを回転駆動するファン駆動用電動モータのうち、インバータ運転を行なう交流モータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばエアコンディショナ用の送風用ファンを電動モータにより回転駆動する事が、一般的に行なわれている。又、風量調節の容易化を図る為、上記電動モータとして、インバータ運転を行なう交流モータを使用する事も、広く行なわれている。この様に交流モータのインバータ運転を行なう際に、インバータのキャリア周波数を高く設定すれば、スイッチングに伴って発生するモータ騒音の低減を図れる事が、従来から知られている。又、近年に於ける半導体素子の性能向上、並びに回路技術の向上により、上記キャリア周波数を高く設定する事が可能になってきた。この様な事情により、上記交流モータを駆動する為のインバータのキャリア周波数を高く設定する様になっている。
【０００３】
この様にキャリア周波数を高く設定するのに伴って、上記交流モータの回転軸に、高周波誘導に基づいて発生する電圧（軸電圧）が増大する傾向になっている。そして、この軸電圧の増大に伴って、上記回転軸を支持している転がり軸受の内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなり、上記転がり軸受内に電流が流れ易くなっている。この様な電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、上記転がり軸受の耐久性を悪化させる。この様な事情に鑑みて従来は、例えば図４に示す様な構造により、上記電食の発生を防止していた。先ず、この図４により、本発明の対象となるファン駆動用電動モータの基本構造と従来の電食防止構造とに就いて説明する。
【０００４】
このファン駆動用電動モータ１は、金属製のモータケース２と、このモータケース２の内側に１対の転がり軸受３、３を介して回転自在に支持された金属製の回転軸４とを有する。上記モータケース２は、円筒状のケース本体５と、このケース本体５の前端（上記回転軸４の先端部が突出する側の端部で、図４の右端）開口を塞ぐ前蓋６と、上記ケース本体５の後端開口を塞ぐ後蓋７とから成る。このうち、前蓋６の中央部には、上記回転軸４の先端部を挿通する円孔８と、この円孔８の周囲を囲む保持段部９とを設け、上記後蓋７の中央部内面には有底円筒状の保持凹部１０を設けている。上記各転がり軸受３、３は、これら保持段部９及び保持凹部１０と、上記回転軸４の外周面との間に設けている。
【０００５】
即ち、上記各転がり軸受３、３を構成する外輪１１、１１を上記保持段部９又は保持凹部１０に内嵌し、同じく内輪１２、１２を上記回転軸４に外嵌している。又、これら各内輪１２、１２の互いに対向する端面は、上記回転軸４の中間部に形成した段部１３、１３に突き当てている。又、上記保持凹部１０の奥面とこの保持凹部１０に内嵌した外輪１１の端面との間には、波板ばね１４等の弾性材を挟持して、この外輪１１を他方（図４の右方）の外輪１１に向け押圧している。従って、これら各外輪１１、１１の内周面の外輪軌道１５、１５と上記各内輪１２、１２の外周面の内輪軌道１６、１６との間にそれぞれ複数個ずつ設けた転動体１７、１７には、上記弾性材の弾力に応じた予圧が付与されている。この結果、上記回転軸４は上記モータケース２の内側に、がたつきなく、回転自在に支持されている。
【０００６】
この様な回転軸４の中間部外周面にはロータ１８を固定し、上記ケース本体５の内周面にはステータ１９を固定して、これらロータ１８の外周面とステータ１９の内周面とを対向させている。又、このステータ１９には、図示しないインバータから高周波交流を印加自在としている。送風ファンを回転駆動させる際には、上記ステータ１９にインバータから交流電流を流し、上記回転軸４を回転させて、この回転軸４に固定したファンを回転駆動する。
【０００７】
この様なインバータ式の交流モータの場合には、前述した様に回転軸４に軸電圧が発生し、何れも金属（軸受鋼）製の外輪１１と内輪１２と転動体１７、１７とにより構成される転がり軸受３、３、モータケース２、このモータケース２が固定されたモータベース、及びこのモータベースが固定された定盤等を通って、大地に電流が流れ、上記転がり軸受３、３に、前述した電食と呼ばれる腐食を発生させる。この様な腐食を防止する為に従来から、次の(1) 〜(3) に示す様な方法が採られていた。
(1) 図４に示す様に、モータケース２と回転軸４との間に、導電材製の腕２１と板ばね２２とにより支持されたブラシ２０を設けて、これら両部材２、４同士を導通させ、上記各転がり軸受３、３に電流が流れるのを防止する。
(2) 上記各転がり軸受３、３に封入する為のグリースとして導電性グリースを使用し、これら各転がり軸受３、３を流れる電流が外輪、内輪両軌道１５、１６や転動体１７、１７の転動面を電流が流れない様にする。
(3) 上記各転がり軸受３、３に封入する為のグリースとして、基油の粘度の高いものを使用し、これら各転がり軸受３、３の外輪、内輪両軌道１５、１６と転動体１７、１７の転動面との間に形成される油膜の厚さを大きくして、これら外輪、内輪両軌道１５、１６や転動体１７、１７の転動面を電流が流れない様にする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な従来の電食防止方法のうち、(1) のブラシ２０を使用する方法の場合には、回転軸４の先端部にファンを固定する必要上、ブラシ２０を設置するスペースの確保が難しかったり、或はブラシ２０の摩耗粉が周囲環境を汚染する為、実施が困難な場合がある。
又、(2) の導電性グリースを使用する方法の場合には、コストが嵩む上、運転騒音が大きくなる。即ち、導電性グリースは、炭素粉等の導電性粉末を混入している為、この粉末が外輪、内輪両軌道１５、１６と転動体１７、１７の転動面との間に噛み込まれる事で運転騒音が大きくなる。又、この様な特殊なグリースを使用する事により、コストが嵩む。更に、(3) の高粘度のグリースを使用する方法では、転がり軸受３、３の回転抵抗が増大し、運転時の温度上昇が著しくなる。又、これら転がり軸受３、３を通過しようとする電流が高周波電流であると、油膜厚さ程度の絶縁層を通過する為、電食防止効果が不十分となる。しかも、グリース自体の経時劣化やグリース中への異物の進入により、油膜の形成状態が変化し、電気的な導通状態と絶縁状態とが交互に出現して、電食が発生する可能性がある等、十分な対策とはなり得ない。
本発明のファン駆動用電動モータは、この様な不都合を何れも解消すべく発明したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のファン駆動用電動モータは、前述した従来のファン駆動用モータと同様に、金属製のモータケースと、このモータケースの内側に複数の転がり軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に固定されたロータと、上記モータケースに固定されて上記ロータと対向するステータとを備える。そして、このステータにインバータから交流電流を流し、上記回転軸を回転させてこの回転軸に固定したファンを回転駆動する。
特に、本発明のファン駆動用電動モータに於いては、次の(1)(2)の少なくとも１個所を絶縁する事により、上記各転がり軸受に電流が流れる事を防止する。
(1) 上記転がり軸受を構成する外輪とこの外輪を保持している部材との取付個所。
(2) 上記転がり軸受を構成する内輪とこの内輪を保持している部材との取付個所。
又、本発明のファン駆動用電動モータの場合には、上記(1)(2)の少なくとも１個所を、外輪の外周面又は内輪の内周面に複数本の係止凹溝を全周に亙って形成すると共に、この外輪の外周面及び両端面又は上記内輪の内周面及び両端面に絶縁層を形成し、上記各係止凹溝に装着した弾性材製のＯリングを、上記外輪又は上記内輪を保持している部材の周面と摩擦係合させた状態で絶縁している。
【００１０】
【作用】
上述の様に構成される本発明の場合には、インバータからステータに印加される高周波電流に基づいて回転軸に軸電圧が惹起されても、この回転軸から大地への電流の流れを１個所以上で絶縁するので、転がり軸受に電流が流れる事がない。
即ち、本発明の場合には、外輪又は内輪と、これら外輪又は内輪を保持している部材との取付個所が絶縁されるので、これら外輪及び内輪を組み込んで成る転がり軸受に電流が流れる事がなくなる。
従って、回転軸とモータケースとの間に設けた転がり軸受に電流が流れる事はなくなり、この転がり軸受に電食が発生する事がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明に関する参考例及び本発明の実施の形態を示している。尚、本発明の特徴は、モータケース２の内側に回転軸４を支持する為の転がり軸受３、３に電流が流れるのを防止し、この転がり軸受３、３の構成部品に電食が発生するのを防止する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述した従来構造と同様であるので、同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明に関する参考例及び本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１２】
先ず、図１は、本発明に関する参考例の第１例を示している。１対の転がり軸受３、３の内輪１２、１２は、それぞれ回転軸４の両端部に形成した小径部２３、２３の周囲に、絶縁スリーブ２４、２４を介して外嵌固定している。この絶縁スリーブ２４、２４は、硬質ゴム、合成樹脂等の絶縁材により、断面Ｌ字形で全体を略円筒状に形成している。即ち、これら各絶縁スリーブ２４、２４は、上記小径部２３、２３に外嵌自在な円筒部２５の外周面一端縁に大鍔部２６を、外周面他端縁に小鍔部２７を、それぞれ形成している。そして、このうちの大鍔部２６を上記回転軸４の外周面に形成した段部１３、１３に対向させた状態で、この回転軸４に外嵌している。上記各絶縁スリーブ２４、２４に外嵌した上記各内輪１２、１２を上記回転軸４に支持した状態で、上記各大鍔部２６、２６は、これら各内輪１２、１２の一端面と上記段部１３、１３との間に挟持されて、これら一端面と段部１３、１３とが当接するのを阻止する。又、上記各円筒部２５、２５は、上記各内輪１２、１２の内周面と上記小径部２３、２３の外周面との間に挟持されて、これら両周面同士が当接するのを阻止する。更に、上記各小鍔部２７、２７は、上記各内輪１２、１２の他端面内周縁部に係合して、これら内輪１２、１２と上記各絶縁スリーブ２４、２４とが不用意に分離するのを防止する。
【００１３】
上述の様に構成される本例の場合には、インバータからステータ１９に印加される高周波電流に基づいて回転軸４に軸電圧が惹起されても、この回転軸４とモータケース２との間に電流が流れる事がない。即ち、上記回転軸４を支持する転がり軸受３、３を構成する内輪１２、１２と、これら各内輪１２、１２を保持している部材である回転軸４との取付個所が絶縁されているので、上記回転軸４の電位が上記モータケース２の電位より高くなっても、これら内輪１２、１２を組み込んで成る転がり軸受３、３に電流が流れる事がなくなる。従って、これら各転がり軸受３、３に電食が発生する事がなくなる。
【００１４】
次に、図２は、やはり本発明に関する参考例の第２例を示している。１対の転がり軸受３、３の外輪１１、１１は、それぞれモータケース２の両端部に形成した保持段部９或は保持凹部１０の内側に、絶縁スリーブ２４ａ、２４ａを介して内嵌固定している。この絶縁スリーブ２４ａ、２４ａは、硬質ゴム、合成樹脂等の絶縁材により、断面Ｌ字形で全体を略円筒状に形成している。即ち、これら各絶縁スリーブ２４ａ、２４ａは、上記保持段部９或は保持凹部１０に内嵌自在な円筒部２５ａの内周面一端縁に大鍔部２６ａを、内周面他端縁に小鍔部２７ａを、それぞれ形成している。そして、このうちの大鍔部２６ａを上記保持段部９或は保持凹部１０の奥面に対向させた状態で、これら保持段部９或は保持凹部１０に内嵌している。上記各絶縁スリーブ２４ａ、２４ａに内嵌した上記各外輪１１、１１を上記保持段部９或は保持凹部１０に支持した状態で、上記各大鍔部２６ａ、２６ａは、これら各外輪１１、１１の一端面と上記保持段部９或は保持凹部１０の奥面との間に挟持されて、これら一端面と奥面とが当接するのを阻止する。又、上記各円筒部２５ａ、２５ａは、上記各外輪１１、１１の外周面と上記保持段部９或は保持凹部１０の内周面との間に挟持されて、これら両周面同士が当接するのを阻止する。更に、上記各小鍔部２７ａ、２７ａは、上記各外輪１１、１１の他端面外周縁部に係合して、これら外輪１１、１１と上記各絶縁スリーブ２４ａ、２４ａとが不用意に分離するのを防止する。
【００１５】
上述の様に構成される本例の場合にも、インバータからステータ１９に印加される高周波電流に基づいて回転軸４に軸電圧が惹起されても、この回転軸４とモータケース２との間に電流が流れる事がない。即ち、上記回転軸４を支持する転がり軸受３、３を構成する外輪１１、１１と、これら各外輪１１、１１を保持している部材であるモータケース２との取付個所が絶縁されているので、上記回転軸４の電位が上記モータケース２の電位より高くなっても、これら外輪１１、１１を組み込んで成る転がり軸受３、３に電流が流れる事がなくなる。従って、これら各転がり軸受３、３に電食が発生する事がなくなる。
【００１６】
図３は、本発明に関する参考例の第３、４例及び本発明の実施の形態の第１、２例を示している。先ず、（Ａ）に示した、本発明に関する参考例の第３例の構造は、外輪１１の外周面（又は内輪の内周面）及び一端面に係止凹溝２９、２９を形成し、これら各係止凹溝２９、２９と絶縁スリーブ２４ｂに形成した係止突条３０、３０とを係合させたものである。この様な構造によれば、上記外輪１１と絶縁スリーブ２４ｂとの分離防止をより確実に図れる。尚、この様な構造を造る場合には、上記外輪１１を射出成形型のキャビティ内にセットした状態で、上記絶縁スリーブ２４ｂを射出成形したり、或は別個射出成形した絶縁スリーブ２４ｂを、後から外輪１１に嵌合させて互いに結合する。前者の場合には、上記絶縁スリーブ２４ｂが射出成形後の収縮により外輪１１に強く噛み付き、この外輪１１から外れなくなる。又、後者の場合には、エポキシ樹脂等、熱膨張係数の異なる材質同士の接着に好適な接着剤により上記両部材２４ｂ、１１同士を接着する事が考えられる。
【００１７】
次に、図３（Ｂ）に示した、本発明の実施の形態の第１例の構造は、外輪１１の外周面（又は内輪の内周面）に複数本（図示の例では２本）の係止凹溝３１、３１を全周に亙って形成すると共に、この外輪１１の外周面及び両端面に、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）等の弗素樹脂の焼き付け皮膜等の絶縁層２８を形成している。尚、この弗素樹脂の焼き付け皮膜中には、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の樹脂バインダーを含ませる。更に、上記各係止凹溝３１、３１には、ニトリル等のゴム、或は熱可塑性エラストマー等の弾性材製のＯリング３２、３２を装着している。上記外輪１１を保持段部９或は保持凹部１０（図１〜２参照）に内嵌した状態で、これら各Ｏリング３２、３２は、上記保持段部９或は保持凹部１０の内周面と摩擦係合し、これら保持段部９或は保持凹部１０の内側で上記外輪１１が回転（クリープ）するのを防止する。尚、このクリープ防止作用を得る為、上記Ｏリング３２、３２を構成する弾性材の硬度は、７０〜９０HD_A 程度とするのが好ましい。この様な（Ｂ）に示した構造は、上述した（Ａ）に示した構造、並びに次述する（Ｃ）に示した構造よりも低コストである。
【００１８】
次に、図３（Ｃ）に示した、本発明の実施の形態の第２例の構造は、外輪１１の外周面（又は内輪の内周面）及び両端面に係止凹溝２９ａ、２９ａを形成し、これら各係止凹溝２９ａ、２９ａと絶縁スリーブ２４ｃに形成した係止突条３０ａ、３０ａとを係合させ、更にこの絶縁スリーブ２４ｃの外周面２個所位置に形成した係止凹溝３１ａ、３１ａにＯリング３２、３２を装着したものである。これら各Ｏリング３２、３２の材質及び作用は、上述した（Ｂ）の構造の場合と同様である。尚、この様な構造を造る場合には、上記外輪１１を射出成形型のキャビティ内にセットした状態で、上記絶縁スリーブ２４ｃを射出成形する。この絶縁スリーブ２４ｃの材質は、ガラス繊維を４０重量％程度含む、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）である。この様な（Ｃ）に示した構造は、上記絶縁スリーブ２４ｃの厚さｔを、１mm程度と、上述した（Ｂ）の構造に比べて大きくできるので、（Ｂ）の構造に比べて、絶縁性に関する信頼性を高くできる。
【００１９】
次に、図３（Ｄ）に示した、本発明に関する参考例の第４例の構造は、ゴム、熱可塑性エラストマー等の弾性材により外輪１１とは別体に造った絶縁スリーブ２４ｄを、外輪１１の外周面に、この絶縁スリーブ２４ｄの弾性を利用して被着したものである。弾性材の硬度は、７０〜９０HD_A 程度とする。弾性材の材質としては、絶縁性が高いものとして、シリコンゴムを使用する。又、熱伝導性を向上させる為、AlＮ、Al₂ Ｏ₃ 等の充填材を充填する。更に、必要に応じて、上記絶縁スリーブ２４ｄの内周面と上記外輪１１の外周面とを接着しても良い。この様な（Ｄ）に示した構造は、簡単に造れる絶縁スリーブ２４ｄを外輪１１に被着するのみで、電食防止とクリープ防止とを図れる為、低コストで信頼性の高い構造を実現できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、コストが嵩みしかも運転音を増大させる特殊なグリースを使用せず、しかもブラシを使用しないので運転に伴って塵を発生させる事もない構造で、転がり軸受の電食を防止して、ファン駆動用電動モータの耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する参考例の第１例を示す断面図。
【図２】同第２例を示す断面図。
【図３】本発明に関する参考例の第３、４例及び本発明の実施の形態の第１、２例を示す部分断面図。
【図４】従来構造の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１ファン駆動用電動モータ
２モータケース
３転がり軸受
４回転軸
５ケース本体
６前蓋
７後蓋
８円孔
９保持段部
１０保持凹部
１１外輪
１２内輪
１３段部
１４波板ばね
１５外輪軌道
１６内輪軌道
１７転動体
１８ロータ
１９ステータ
２０ブラシ
２１腕
２２板ばね
２３小径部
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ絶縁スリーブ
２５、２５ａ円筒部
２６、２６ａ大鍔部
２７、２７ａ小鍔部
２８絶縁層
２９、２９ａ係止凹溝
３０、３０ａ係止突条
３１、３１ａ係止凹溝
３２Ｏリング

Claims

金属製のモータケースと、このモータケースの内側に複数の転がり軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に固定されたロータと、上記モータケースに固定されて上記ロータと対向するステータとを備え、このステータにインバータから交流電流を流し、上記回転軸を回転させてこの回転軸に固定したファンを回転駆動するファン駆動用電動モータに於いて、次の(1)(2)の少なくとも１個所を、外輪の外周面又は内輪の内周面に複数本の係止凹溝を全周に亙って形成すると共に、この外輪の外周面及び両端面又は上記内輪の内周面及び両端面に絶縁層を形成し、上記各係止凹溝に装着した弾性材製のＯリングを、上記外輪又は上記内輪を保持している部材の周面と摩擦係合させた状態で絶縁する事により、上記各転がり軸受に電流が流れる事を防止した事を特徴とするファン駆動用電動モータ。
(1) 上記転がり軸受を構成する外輪とこの外輪を保持している部材との取付個所。
(2) 上記転がり軸受を構成する内輪とこの内輪を保持している部材との取付個所。
絶縁層が、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂のうちから選択される樹脂バインダーを含む、ポリ四弗化エチレンの焼き付け皮膜である、請求項１に記載したファン駆動用電動モータ。
絶縁層が、ガラス繊維を含むポリフェニレンサルファイド樹脂製のスリーブである、請求項１に記載したファン駆動用電動モータ。