特許 5967429 電動モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967429

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】電動モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/10 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H02K5/10 Z

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-169817(P2012-169817)

(22)【出願日】2012年7月31日

(65)【公開番号】特開2014-30310(P2014-30310A)

(43)【公開日】2014年2月13日

【審査請求日】2015年1月28日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 第２９回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会予稿集 発行日 平成２４年６月５日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 良延

(72)【発明者】

【氏名】長谷部 弥

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２２８４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２０６２４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１７８２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０３４８５０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、前記ケースに形成した出力軸挿通孔に通した出力軸とを備えた電動モータにおいて、
前記ケースは、前記出力軸の周囲を覆うように突出し、端面に前記出力軸挿通孔を有するとともに内部に軸受を収容した軸受固定部を有し、
かつ前記軸受固定部と前記出力軸挿通孔から前記ケースの外部に突出した前記出力軸の周囲とを覆うように前記ケースにチャンバを設けることにより、前記ケースの前記出力軸挿通孔を通って前記ケースの内部から外部へ向けて吹き出す空気を滞留させる空間を形成し、
前記チャンバには、
前記出力軸挿通孔における前記ケースと前記出力軸との隙間よりも小さい隙間を確保する態様で、前記チャンバに前記出力軸を通すための回転軸挿通孔を設けたことを特徴とする電動モータ。

【請求項2】

前記ケースに形成した電源ケーブル挿通孔に通してあり前記ケース内部に配設した固定子又は回転子に接続された電源ケーブルと、前記電源ケーブル挿通孔における前記ケースと前記電源ケーブルとの隙間を埋めるシール材とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動モータに関する。

【背景技術】

【0002】

大型の工場や店舗等における空調システムには、ファンコイルユニットを用いたものがある。また、ファンコイルユニットは、クリーンルームの空調にも用いられている（特許文献１及び特許文献２を参照。）。ファンコイルユニットは、熱交換器及び送風機を備える。

【0003】

ファンコイルユニットの送風機は、ファンと、ファンを回転させる電動モータとを備える。この送風機の電動モータには、全閉型と呼ばれるものが用いられる。この種の電動モータは、ケースの外部から内部に塵埃や水分が進入しにくく、ケースの内部で生じた塵埃も外部に放出されにくい。

【0004】

また、電動モータには、回転子に冷却用のフィンを設けたものがある。このフィンは、回転子とともに回転してケース内部に気流を発生させる。この気流によりケース内部の空気がかき混ぜられ、ケース内部で生じた熱がケース外部に効率よく放熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４２７５９６９号公報

【特許文献2】特許第４６０９６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電動モータは、ケースに形成した出力軸挿通孔に通した出力軸により回転運動を出力する。ケースの出力軸挿通孔は、出力軸の回転を阻害しないよう、ケースと回転軸との間に所定の隙間が生じる寸法で形成されている。そのため、電動モータを動作させると、ケース内部の温度上昇やフィンで空気がかき混ぜられることにより、ケース内部の空気が上記の隙間を通ってケース外部に吹き出す。

【0007】

また、出力軸は、軸受を介してケースに回転可能に支持されている。そのため、電動モータの動作時には、軸受に付着しているグリスが分離して粒子化しケース内部を浮遊する。したがって、ケース内部の空気がケース外部に吹き出すと、それにともない粒子化したグリスなどのケース内部で発生した塵埃がケース外部に放出される。

【0008】

ファンコイルユニットにおける空気吹出口にエアフィルタを設けていない場合、電動モータから放出された塵埃は室内に送り出される。この場合、ファンコイルユニットから室内に吹き出した空気における塵埃の濃度は、０．０１〜０．１個／ｃｆ（粒径≧０．３μｍ）程度である。そのため、要求される清浄度クラスが低い場合は、電動モータから放出された塵埃を室内に送り出しても支障はない。

【0009】

しかしながら、要求される清浄度クラスが高い場合は、上記のような低濃度の塵埃も許容することができない。そのため、要求される清浄度クラスの高い場所で用いるファンコイルユニットは、電動モータから放出される塵埃を減らす必要がある。

【0010】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動モータの内部から外部に放出される塵埃の量を減らすことが可能な電動モータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電動モータは、ケースと、前記ケースに形成した出力軸挿通孔に通した出力軸とを備えた電動モータにおいて、前記ケースは、前記出力軸の周囲を覆うように突出し、端面に前記出力軸挿通孔を有するとともに内部に軸受を収容した軸受固定部を有し、かつ前記軸受固定部と前記出力軸挿通孔から前記ケースの外部に突出した前記出力軸の周囲とを覆うように前記ケースにチャンバを設けることにより、前記ケースの前記出力軸挿通孔を通って前記ケースの内部から外部へ向けて吹き出す空気を滞留させる空間を形成し、前記チャンバには、前記出力軸挿通孔における前記ケースと前記出力軸との隙間よりも小さい隙間を確保する態様で、前記チャンバに前記出力軸を通すための回転軸挿通孔を設けたことを特徴とする。

【0012】

本発明の請求項２に係る電動モータは、上記請求項１に係る電動モータにおいて、前記ケースに形成した電源ケーブル挿通孔に通してあり前記ケース内部に配設した固定子又は回転子に接続された電源ケーブルと、前記電源ケーブル挿通孔における前記ケースと前記電源ケーブルとの隙間を埋めるシール材とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る電動モータでは、ケースの出力軸挿通孔内におけるケースと出力軸との隙間を通ってケースの内部から外部へ向けて吹き出す空気が、チャンバにより形成した空間に滞留する。また、ケース内部からチャンバに空気が流入する場合、同時にチャンバ内の空気がケースと出力軸との隙間を通ってケース内部に流入する。ケース及びチャンバの合算した容積は一定であるため、両者を含めた空間内で気流の動きはあっても、この空間から外部へ流出する空気の量は減少する。すなわち、本発明に係る電動モータにおいてケース内部から電動モータの外部に吹き出す空気の量は、チャンバを設けていない場合に比べて少なくなる。ケース内部で発生した塵埃は、電動モータの外部に吹き出す空気によって電動モータの外部に放出される。そのため、電動モータの外部に吹き出す空気の量が少なくなれば、空気とともに放出される塵埃の量が少なくなる。したがって、本発明に係る電動モータは、ケース内部から外部に放出される塵埃の量を減らすことができる。

【0014】

このような電動モータをファンコイルユニットにおける送風機の動力として用いれば、空気吹出口にエアフィルタを設けていない場合でも、室内に吹き出す空気の清浄度を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施の形態である電動モータの概略構成を示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示した電動モータのチャンバ部分を拡大した断面図である。

【図3】図３は、図２に示したＡ−Ａ線における横断面を示す断面図である。

【図4】図４は、電動モータの側面温度と発塵量との関係を示すグラフ図である。

【図5】図５は、チャンバ高さｈと発塵量との関係を示すグラフ図である。

【図6】図６は、チャンバ高さｈと発塵防止率との関係を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電動モータの実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【0017】

図１は、本発明の実施の形態である電動モータの概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示した電動モータのチャンバ部分を拡大した断面図である。図３は、図２に示したＡ−Ａ線における横断面を示す断面図である。

【0018】

本実施の形態では、電動モータの一例として、３相交流かご形誘導モータを挙げる。この種の電動モータは、ファンコイルユニットにおける送風機の動力として用いられる。

【0019】

図１に示すように、本実施の形態の電動モータ１は、かご形回転子２及び固定子３を収容するケース４と、かご形回転子２に接続された回転軸（出力軸）５と、給電基板６を介して固定子３に接続された電源ケーブル７とを備える。

【0020】

かご形回転子２は、複数の棒状導体とそれらを短絡させる短絡環とで構成されるかご形構造の回転子である。このかご形回転子２は、回転軸５及び軸受８を介してケース４に回転可能に支持されている。回転軸５はかご形回転子２に固定されており、電動モータ１の動作時にはかご形回転子２とともに回転する。軸受８は玉軸受であり、内輪が回転軸５に固定され、外輪がケース４の軸受固定部４０１，４０２に固定されている。

【0021】

また、回転軸５は、かご形回転子２の回転運動を電動モータ１の外部に取り出す出力軸でもある。そのため、回転軸５は、ケース４に形成した回転軸挿通孔（出力軸挿通孔）４０３に通してケース４の外部まで延設させている。

【0022】

また、かご形回転子２における回転軸５の軸心方向の両端には、冷却用のフィン９が設けられている。フィン９は、かご形回転子２が回転することにより回転軸５の径外方向へ向けて放射状に空気を押し出す気流Ｆが生じるよう構成されている。

【0023】

固定子３は、かご形回転子２を回転させるための回転磁界を生成するものであり、複数の電磁石で構成される。各電磁石のコイルは、ケース４の内部に配設した給電基板６を介して電源ケーブル７に接続されている。電源ケーブル７は、ケース４に形成した電源ケーブル挿通孔４０４に通してケース４の外部に引き出されている。電源ケーブル挿通孔４０４は、電源ケーブル７を通す際などに電源ケーブル７の被覆に傷が付かないよう、余裕を持たせた寸法で形成される。そのため、電源ケーブル挿通孔４０４におけるケース４と電源ケーブル７との間には隙間が生じる。本実施の形態の電動モータ１は、この隙間をシール材１０で埋めている。

【0024】

さて、電動モータ１においてフィン９の回転により生じた気流Ｆは、図１に示すようにケース４の内部壁面に沿って流れる。このとき、図１におけるケース４の下方側を流れる気流Ｆの一部は、電源ケーブル挿通孔４０４が形成された箇所を通る。電源ケーブル挿通孔４０４におけるケース４と電源ケーブル７との間に隙間がある場合、ケース内部の空気の一部がその隙間を通ってケース４の外部に吹き出してしまう。しかしながら、本実施の形態の電動モータ１は、その隙間をシール材１０で埋めているので、ケース４と電源ケーブル７との隙間を通ってケース４の外部に空気が吹き出すことはない。

【0025】

また、ケース４の内部壁面に沿って流れる空気の一部は、軸受８の近傍で合流する。軸受８の近傍で合流した空気は、その大半が回転軸５に沿ってフィン９側に流れる（図１及び図２の気流Ｆａ）。しかしながら、回転軸挿通孔４０３を設けた側にある軸受８の近傍で合流した空気の一部は、図２に示すように、軸受８の隙間、軸受８とケース４との隙間、及び回転軸挿通孔４０３におけるケース４と回転軸５との隙間を通ってケース４の外部へ向けて吹き出す（図１及び図２の気流Ｆｂ）。

【0026】

電動モータ１の動作時には、ケース４の内部に塵埃が発生する。発生する塵埃は、軸受８に付着しているグリスが分離して粒子化したものや、回転軸５などの磨耗により生じた粒子である。これらの塵埃は、フィン９の回転により生じた気流Ｆにのってケース４の内部を浮遊する。そのため、塵埃の一部は、図１及び図２に示した気流Ｆｂにのってケース４の外部に向けて放出される。気流Ｆｂにのって流れる塵埃がそのまま電動モータ１の外部に放出されると、放出された塵埃により電動モータ１の周囲の空気が汚染される。

【0027】

そこで、本実施の形態の電動モータ１は、図１及び図２に示すように、ケース４と回転軸５との隙間を通ってケース４の外部へ向けて吹き出す空気を滞留させる空間Ｃを形成するチャンバ１１をケース４の外側に設けている。

【0028】

チャンバ１１は、図２及び図３に示すように、回転軸５の周囲に円柱状の空間Ｃを形成する部材であり、回転軸挿通孔１１０１ａを有する底部１１０１と、円筒状の側壁部１１０２と、側壁部１１０２の開口端から径外方向に張り出したフランジ部１１０３とで構成されている。チャンバ１１の回転軸挿通孔１１０１ａは、チャンバ１１と回転軸５との隙間Ｄが１ｍｍ程度になるように形成している。側壁部１１０２は、開口端側がケース４における軸受固定部４０１と略嵌合してチャンバ高さｈの空間Ｃが形成される寸法に形成している。フランジ部１１０３は、チャンバ１１をケース４にネジ止めするためのネジ挿通孔を形成可能な寸法に形成している。

【0029】

本実施の形態の電動モータ１では、ケース４と回転軸５との隙間を通ってケース４の内部から外部に向けて吹き出す空気がチャンバ１１により形成された空間Ｃに滞留する。ケース４の内部からチャンバ１１内の空間Ｃに空気が流入した場合、同時に空間Ｃの空気がケース４と回転軸５との隙間を通ってケース４の内部に流入する（図３の気流Ｆｃ）。ケース４及びチャンバ１１の合算した容積は一定であるため、両者を含めた空間内で気流の動きはあっても、この空間から電動モータ１の外部へ流出する空気の量は減少する。すなわち、チャンバ１１を設けることで、ケース４の内部から電動モータ１の外部に吹き出す空気の量を減少させることができる。そのため、本実施の形態の電動モータ１は、ケース４の内部から電動モータ１の外部に放出される塵埃の量を減らすことができる。このチャンバ１１で形成する空間Ｃと作用効果との関係について、図４から図６までを参照しながら説明する。

【0030】

図４は、電動モータの側面温度と発塵量との関係を示すグラフ図である。図５は、チャンバ高さｈと発塵量との関係を示すグラフ図である。図６は、チャンバ高さｈと発塵防止率との関係を示すグラフ図である。なお、図４から図６までの各図における対策なしとは、チャンバ１１を設けていないことを意味する。また、図４及び図５における発塵量とは、電動モータの外部に放出された塵埃の量を意味する。又、図６における発塵防止率は、対策なしの場合の発塵量を基準とし、どれだけ発塵量を減らすことができたかを百分率で表した値である。

【0031】

本願発明者は、チャンバ１１により空間Ｃを形成することの効果を確認するために、チャンバ高さｈと発塵量との関係を調べた。まず、チャンバ高さｈを１０ｍｍ、２０ｍｍ及び３０ｍｍにした電動モータ１のそれぞれと、チャンバ１１を設けていない電動モータについて、電動モータ１の側面温度と発塵量との関係を測定した。その測定結果を図４に示す。なお、測定に使用した電動モータは出力９５０Ｗの３相かご形誘導モータであり、モータ回りの風速を０．１ｍ／ｓ以下にした状態で動作させて測定している。

【0032】

図４からわかるように、対策なしの場合、側面温度の上昇にともない発塵量が増加している。これに対し、チャンバ１１を設けた場合、側面温度４０℃以上での発塵量は、側面温度によらずほぼ一定になった。しかも、チャンバ高さｈを高くするほど発塵量は少なくなっている。

【0033】

測定に使用した電動モータは、ファンコイルユニットに用いられるものであり、その場合にはモータ回りの風速が２〜４ｍ／ｓの状態で動作させる。このとき、電動モータの温度は４０〜７０℃の範囲内で安定する。そこで、図４に示したグラフから各電動モータが側面温度７０℃のときの発塵量を抽出すると、図５に示すようになっている。対策なしの場合、発塵量（粒径≧０．３μｍ）は約１４０００個／ｍｉｎになった。一方、チャンバ１１を設けた電動モータ１における発塵量は、チャンバ高さｈが１０ｍｍのものでは約７５００個／ｍｉｎ、２０ｍｍのものでは約１５００個／ｍｉｎ、３０ｍｍのものでは０個／ｍｉｎになった。

【0034】

図５に示した発塵量からチャンバ高さｈと発塵防止率との関係を求めると、図６に示すようになる。すなわち、チャンバ１１を設けた電動モータ１における発塵防止率は、チャンバ高さｈが１０ｍｍのものでは約５０％、２０ｍｍのものでは約９０％、３０ｍｍのものでは１００％となる。

【0035】

このように、チャンバ高さｈが高くなるほど発塵量、すなわちケース４の内部から電動モータ１に放出される塵埃の量が少なくなる理由としては、ケース４と回転軸５との隙間からチャンバ１１により形成した空間Ｃに吹き出す空気の吹き出し高さが３０ｍｍ以下であることが考えられる。吹き出し高さが３０ｍｍ以下の場合、チャンバ高さｈを３０ｍｍにすると、空間Ｃに吹き出した空気が回転軸挿通孔１１０１ａにおけるチャンバ１１と回転軸５との隙間に流れ込むのを防げ、完全に空間Ｃに滞留させることができる。一方、チャンバ高さｈが１０ｍｍ又は２０ｍｍのときは、空間Ｃに吹き出した空気の一部が回転軸挿通孔１１０１ａにおけるチャンバ１１と回転軸５との隙間に流れ込み、電動モータ１の外部に漏れ出すため、塵埃が放出される。しかしながら、チャンバ高さｈが１０ｍｍ又は２０ｍｍの場合でも電動モータ１の発塵量は、チャンバ１１を設けていない場合に比べて半分以下に抑えることができている。

【0036】

このように、本実施の形態の電動モータ１は、ケース４と回転軸５との隙間を通りケース４の内部から外部に向けて吹き出す空気を滞留させる空間Ｃを形成するチャンバ１１を設けたことで、電動モータ１の内部から外部に放出される塵埃の量を減らすことができる。また、本実施の形態の電動モータ１では、ケース４と電源ケーブル７との隙間をシール材１０で埋めているので、この隙間から塵埃が放出されることもない。そのため、本実施の形態の電動モータ１は、たとえば、要求される清浄度クラスの高い場所に設置するファンコイルユニットに用いることもできる。

【0037】

また、本実施の形態の電動モータ１は、周知の一般的な構成の電動モータに対してケース４と電源ケーブル７との隙間をシール材１０で埋めるとともに、チャンバ１１を取り付けるだけでよい。すなわち、本実施の形態の電動モータ１は、外部に放出される塵埃の量の低減を簡単かつ廉価な構成により実現できる。

【0038】

以上、本発明を上記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。

【0039】

たとえば、ケース４と回転軸５との隙間から空間Ｃに吹き出す空気の吹き出し高さは、電動モータの構成や出力によって異なると考えられる。そのため、チャンバ高さｈは、上記の値に限らず、チャンバ１１を設ける電動モータにおける空気の吹き出し高さに応じて設定すればよいことはもちろんである。

【0040】

また、図２に示したチャンバ１１と回転軸５との隙間Ｄは、回転軸５の回転を妨げない範囲で極力小さくすることが好ましい。チャンバ１１の回転軸挿通穴１１０１ａを機械加工で形成する場合、隙間Ｄは０．２ｍｍ程度まで小さくできる。チャンバ１１と回転軸５との隙間Ｄを小さくすると、空間Ｃに滞留する空気がチャンバー１１と回転軸５との隙間に流入しにくくなる。そのため、ケース４の内部から空間Ｃへ吹き出す空気の量が減少し、結果として空気の吹き出し高さも低くなり、電動モータ１の外部に放出される塵埃の量を一層低減できる。さらに、チャンバ１１による上記の効果は、チャンバ１１と回転軸５との隙間Ｄをケース４と回転軸５との隙間よりも小さくことでより一層高まると考えられる。

【0041】

また、チャンバ１１により形成する空間Ｃは、図２及び図３に示した円柱状に限らず、ケース４と回転軸５との隙間から吹き出した空気を滞留させることができればどのような形状であってもよい。すなわち、空間Ｃは、四角柱（直方体）状などの多角柱状であってもよい。

【0042】

さらに、電動モータは、ケース４から相反する２方向に出力軸を設けたものであってもよい。また、電動モータは、実施の形態で挙げた３相交流かご形誘導モータに限らず、直流モータなどの他の構成のモータであってもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ 電動モータ
２ かご形回転子
３ 固定子
４ ケース
４０１，４０２ 軸受固定部
４０３ 回転軸挿通孔（出力軸挿通孔）
４０４ 電源ケーブル挿通孔
５ 回転軸（出力軸）
６ 給電基板
７ 電源ケーブル
８ 軸受
９ フィン
１０ シール材
１１ チャンバ
１１０１ 底部
１１０１ａ 回転軸挿通孔
１１０２ 側壁部
１１０３ フランジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】