特開 2022-154133 電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154133

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20221005BHJP

   H02K 5/18 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

H02K9/06 E

H02K9/06 B

H02K5/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057026

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000176383

【氏名又は名称】三相電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149870

【弁理士】

【氏名又は名称】芦北 智晴

(72)【発明者】

【氏名】井寄 秀人

【テーマコード（参考）】

5H605

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H605AA01

5H605BB05

5H605BB10

5H605BB17

5H605CC01

5H605CC04

5H605DD03

5H605DD12

5H605EB10

5H609BB02

5H609BB14

5H609BB19

5H609PP01

5H609PP05

5H609PP06

5H609PP07

5H609PP08

5H609PP09

5H609PP11

5H609QQ02

5H609QQ10

5H609QQ18

5H609QQ23

5H609RR11

5H609RR16

5H609RR27

5H609RR42

5H609RR58

5H609RR63

(57)【要約】

【課題】ベアリングの温度上昇を抑制する全閉外扇型の電動機を提供する。
【解決手段】ロータ５と第２ベアリング１２との間に、回転軸３とともに回転して半径方向外方に空気を送る内部ファン７ａを設ける。内部ファン７ａと第２ベアリング１２との間、および、ステータ４と第２ベアリング１２との間に、内部ファン７ａにより送られる空気を遠心方向に案内するとともに、第２ベアリング１２への輻射熱を遮る遮熱板７ｂを設ける。ステータ４のコア部４ａにステータコア通気穴４ａａを設け、ロータ５のコア部５ａにロータコア通気穴５ａａを設ける。内部ファン７ａが回転することにより、ステータコア通気穴４ａａおよびロータコア通気穴５ａａを通過する空気の流れを伴う対流を生じさせる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングと、
前記ケーシングを貫通するとともに、前記ケーシングに対して複数のベアリングを介して回転自在に支持された回転軸と、
前記ケーシングの内側に固定されたステータと、
前記ステータの内側で前記回転軸とともに回転するロータと、
前記ケーシングの外側かつ前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記回転軸とともに回転して前記ケーシングの表面を冷却する外部ファンと、
を備え、
前記複数のベアリングが、前記回転軸の前記一端部と前記ロータとの間に設けられた第１ベアリングと、前記回転軸の他端部と前記ロータとの間に設けられた第２ベアリングとで構成される電動機であって、
前記ロータと前記第２ベアリングとの間に、前記回転軸とともに回転して半径方向外方に空気を送る内部ファンが設けられ、
前記内部ファンと前記第２ベアリングとの間、および、前記ステータと前記第２ベアリングとの間に、前記内部ファンにより送られる空気を遠心方向に案内するとともに、前記ステータおよび前記ロータから前記第２ベアリングへの輻射熱を遮る遮熱板が設けられ、
前記回転軸と平行に前記ステータのコア部に通気穴（以下「ステータコア通気穴」という。）が設けられ、
前記回転軸と平行に前記ロータのコア部に通気穴（以下「ロータコア通気穴」という。）が設けられ、
前記内部ファンが回転することにより、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の空気の流れを伴う対流が生じることを特徴とする電動機。
（ａ）前記ステータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流入し、前記ステータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流出する空気の流れ。
（ｂ）前記ステータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流出し、前記ロータコアの前記第１ベアリング側から流入する空気の流れ。
（ｃ）前記ロータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流入し、前記ロータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流出する空気の流れ。
（ｄ）前記ロータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流出し、前記ステータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流入する空気の流れ。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機において、
前記回転軸は、前記ステータが設けられた部位と、前記第２ベアリングが設けられた部位との間に、その両側より外径が小さくなった小径部を有することを特徴とする電動機。

【請求項3】

請求項２に記載の電動機において、
前記内部ファンは、前記小径部に嵌め付けられていることを特徴とする電動機。

【請求項4】

請求項３に記載の電動機において、
前記小径部は、前記回転軸の軸線に対して傾斜したテーパ部（以下「軸側テーパ部」という。）を軸線方向両側に有し、
前記内部ファンは、
前記小径部に嵌め付けられたスリーブと、
前記スリーブの外周面に嵌め付けられたハブ部と、
前記ハブ部と一体に設けられた羽根部と、
を有し、
前記スリーブは、前記軸線に対して傾斜したテーパ部（以下「ファン側テーパ部」という。）を軸線方向両側に有し、
前記スリーブの前記ファン側テーパ部が、前記回転軸の前記軸側テーパ部に食い込んでいる、ことを特徴する電動機。

【請求項5】

請求項４に記載の電動機において、
前記スリーブは、半径方向に分割可能な部材で構成されている、
ことを特徴とする電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全閉外扇型の電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の電動機は、例えば特許文献１，２に開示されている。全閉外扇型の電動機は、水滴、チリなどが入り込まないように、電動機のケーシングに通気用の開口を持たず、内部の発熱を外部に放出するために、ケーシングに熱伝導性の高い材料を採用し、回転軸に取り付けた外部ファンによってケーシング表面を冷却する。特許文献１における「外部ファン」は、同文献の図１において回転軸（６）の一端に図示されたファンである。特許文献２における「外部ファン」は、同文献の図１に示された「冷却ファン円板（７）」および「冷却羽根（９）」である。

【0003】

ところで、従来の全閉外扇型の電動機では、ロータおよびステータの発熱が、回転軸を支持するベアリングに伝わり、ベアリングの寿命に悪影響を及ぼすことがあった。特に、回転軸を支持する２つのベアリングのうち外部ファンから離れた方のベアリングは、外部ファンから離れていること、および、装置全体の奥まった場所に設置されていることから、温度上昇が著しく、温度上昇による悪影響を受けやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１―２４１６９７号公報

【特許文献2】特開平９―９３８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明は、回転軸を支持するベアリングのうち、外部ファンから離れた方のベアリングの温度上昇を抑制することが可能な全閉外扇型の電動機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】

【0006】

本発明の第１態様に係る電動機は、ケーシングと、前記ケーシングを貫通するとともに、前記ケーシングに対して複数のベアリングを介して回転自在に支持された回転軸と、前記ケーシングの内側に固定されたステータと、前記ステータの内側で前記回転軸とともに回転するロータと、前記ケーシングの外側かつ前記回転軸の一端部に取り付けられ、前記回転軸とともに回転して前記ケーシングの表面を冷却する外部ファンと、を備える。前記複数のベアリングは、前記回転軸の前記一端部と前記ロータとの間に設けられた第１ベアリングと、前記回転軸の他端部と前記ロータとの間に設けられた第２ベアリングとで構成される。前記ロータと前記第２ベアリングとの間に、前記回転軸とともに回転して半径方向外方に空気を送る内部ファンが設けられている。前記内部ファンと前記第２ベアリングとの間、および、前記ステータと前記第２ベアリングとの間に、前記内部ファンにより送られる空気を遠心方向に案内するとともに、前記ステータおよび前記ロータから前記第２ベアリングへの輻射熱を遮る遮熱板が設けられている。前記回転軸と平行に前記ステータのコア部に通気穴（以下「ステータコア通気穴」という。）が設けられている。前記回転軸と平行に前記ロータのコア部に通気穴（以下「ロータコア通気穴」という。）が設けられている。前記内部ファンが回転することにより、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の空気の流れを伴う対流が生じる。（ａ）前記ステータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流入し、前記ステータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流出する空気の流れ。（ｂ）前記ステータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流出し、前記ロータコアの前記第１ベアリング側から流入する空気の流れ。（ｃ）前記ロータコア通気穴の前記第１ベアリング側から流入し、前記ロータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流出する空気の流れ。（ｄ）前記ロータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流出し、前記ステータコア通気穴の前記第２ベアリング側から流入する空気の流れ。

【0007】

かかる構成を備える電動機によれば、少なくとも第２ベアリングの温度上昇を抑制することができる。

【0008】

本発明の第２態様に係る電動機は、第１態様に係る電動機において、前記回転軸は、前記ステータが設けられた部位と、前記第２ベアリングが設けられた部位との間に、その両側より外径が小さくなった小径部を有する。

【0009】

かかる構成を備える電動機によれば、回転軸が小径部を有するため、ロータから回転軸を介して第２ベアリングに伝わる熱を抑制することができる。

【0010】

本発明の第３態様に係る電動機は、第２態様に係る電動機において、前記内部ファンは、前記小径部に嵌め付けられている。

【0011】

かかる構成を備える電動機によれば、内部ファンを回転軸の小径部に嵌め付けることで、ケーシング内の狭いスペースを有効に活用することができる。

【0012】

本発明の第４態様に係る電動機は、第３態様に係る電動機において、前記小径部は、前記回転軸の軸線に対して傾斜したテーパ部（以下「軸側テーパ部」という。）を軸線方向両側に有する。前記内部ファンは、前記小径部に嵌め付けられたスリーブと、前記スリーブの外周面に嵌め付けられたハブ部と、前記ハブ部と一体に設けられた羽根部と、を有する。前記スリーブは、前記軸線に対して傾斜したテーパ部（以下「ファン側テーパ部」という。）を軸線方向両側に有する。前記スリーブの前記ファン側テーパ部が、前記回転軸の前記軸側テーパ部に食い込んでいる。

【0013】

かかる構成を備える電動機によれば、ファン側テーパ部が軸側テーパ部を突っ張ることになるため、小径部の強度を高めることができる。

【0014】

本発明の第５態様に係る電動機は、第４態様に係る電動機において、前記スリーブは、半径方向に分割可能な部材で構成されている。

【0015】

かかる構成を備える電動機によれば、スリーブが径方向に分割可能な部材で構成されているため、回転軸の小径部に対するスリーブの取付けが容易になされる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、回転軸を支持するベアリングのうち、少なくとも、外部ファンから離れた方のベアリングの温度上昇を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る電動機を備えたモータポンプの断面図である。

【図2】内部ファンおよびその周囲を示す部分断面図である。

【図3】内部ファンおよび回転軸を軸線方向から視た図である。

【図4】（ａ）は回転軸の小径部にスリーブを嵌め付ける状態を軸線方向から視た図である。（ｂ）は、回転軸の小径部に嵌め付けられたスリーブの外周に、焼き嵌めのために高温にしたハブ部７ａ２を嵌め付ける状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態に係る電動機について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電動機１は、主に、ケーシング２、回転軸３、ステータ４、ロータ５、外部ファン６および対流発生装置７を備えている。なお、本実施形態では、電動機１として、モータポンプ１００に備わった電動機１を例に挙げて説明する。

【0019】

ケーシング２は、電動機１の外被を構成している。本実施形態では、ケーシング２は、第１ケーシング部２Ａおよび第２ケーシング部２Ｂから構成されている。第１ケーシング部２Ａは、ケーシング２において、外部ファン６側の端面２Ａａから胴部２Ａｂに亘って形成されている。第１ケーシング部２Ａには放熱性に優れた材料、例えばアルミニウム合金、が用いられている。また、第１ケーシング部２Ａの外周部には、放熱用のフィン２Ａｂ１が多数形成されている。第２ケーシング部２Ｂは、外部ファン６と反対側の端面を形成している。本実施形態では、第２ケーシング部２Ｂは、ポンプ１０１側の部材の一部と一体に形成されている。第２ケーシング部２Ｂの材質は例えばねずみ鋳鉄（ＦＣ２００）である。

【0020】

第１ベアリング１１は、回転軸３の外部ファン６が設けられた一端部と、ロータ５との間に設けられている。第２ベアリング１２は、回転軸３の他端部（ポンプ１０１側）とロータ５との間に設けられている。特に、２つのベアリングのうち第２ベアリング１２は、外部ファン６から離れていること、および、モータポンプ１００全体（装置全体）の奥まった場所（ケーシング２の第２ベアリング１２が取り付けられている部分が外部に露出していない場所）にあることから、第１ベアリング１１よりも温度が上昇し易く、温度上昇による悪影響を受けやすい。

【0021】

回転軸３は、ケーシング２に対して第１ベアリング１１および第２ベアリング１２を介して回転自在に支持されている。回転軸３は、ケーシング２を貫通して設けられており、一端側が第１ケーシング部２Ａを貫通し、他端側が第２ケーシング部２Ｂを貫通している。なお、本実施形態では、回転軸３は、ポンプ１０１の回転軸と一体に構成されている。回転軸３の材質は、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である。

【0022】

図１に例示する回転軸３は、ステータ４が設けられた一般部３ａと、第１ベアリング１１に支持される第１被支持部３ｂと、第２ベアリング１２に支持される第２被支持部３ｃとを有する。更に、回転軸３は、一般部３ａと第２被支持部３ｃとの間に、小径部３ｄおよび大径部３ｅを有する。小径部３ｄは、一般部３ａと大径部３ｅとの間に形成されている。小径部３ｄは一般部３ａよりも外径が小さい。大径部３ｅは、小径部３ｄと第２被支持部３ｃとの間に形成されている。大径部３ｅは一般部３ａおよび第２被支持部３ｃよりも外径が大きい。

【0023】

ステータ４は、第１ケーシング部２Ａの内側に固定して設けられている。ステータ４は、コア部４ａおよび界磁コイル部４ｂを含んでいる。ステータ４のコア部４ａには、回転軸３と平行に通気穴４ａａ（本明細書において「ステータコア通気穴４ａａ」という。）が設けられている。

【0024】

ロータ５は、ステータ４の内側において回転軸３に固定され、回転軸３とともに回転する。ロータ５は、コア部５ａ、エンドリング５ｂ、回転羽根５ｃを含んでいる。エンドリング５ｂは、ロータ５の両側に設けられており、回転羽根５ｃは、各エンドリング５ｂに設けられている。ロータ５のコア部５ａにも、回転軸３と平行に通気穴５ａａ（本明細書において「ロータコア通気穴５ａａ」という。）が設けられている。

【0025】

外部ファン６は、ケーシング２の外側かつ回転軸３の一端部に取り付けられている。外部ファン６は、回転軸３とともに回転してケーシング２の表面に対して送風し、当該表面を空冷する。なお、ケーシング２には、外部ファン６を覆う外扇カバー１３が取付けられている。外部ファン６が回転すると、外扇カバー１３に設けられた多数の通気用スリットから外気が吸入される。

【0026】

対流発生装置７は、内部ファン７ａ、遮熱板７ｂ、ステータコア通気穴４ａａ、ロータコア通気穴５ａａ等で構成される。

【0027】

内部ファン７ａは、回転軸３に対し、ロータ５と第２ベアリング１２との間に取り付けられている。内部ファン７ａは、回転軸３と共に回転して、ロータコア通気穴５ａａの第２ベアリング１２側から流出する空気を半径方向外方に送る。

【0028】

本実施形態では、内部ファン７ａは、図２に示すように、回転軸３の小径部３ｄに嵌め付けられている。回転軸３の小径部３ｄは、軸線Ｎに対して傾斜したテーパ部３ｄａ（本明細書において「軸側テーパ部３ｄａ」という。）を軸線Ｎ方向両側に有する。これに対し、内部ファン７ａも、軸線Ｎに対して傾斜したテーパ部７ａａ（以下「ファン側テーパ部７ａａ」という。）を軸線Ｎ方向両側に有する。

【0029】

内部ファン７ａは、図２および図３に示すように、小径部３ｄに嵌め付けられるスリーブ７ａ１と、スリーブ７ａ１の外周面に嵌め付けられるハブ部７ａ２と、ハブ部７ａ２と一体に設けられた複数の羽根部７ａ３とを備えている。ハブ部７ａ２および羽根部７ａ３に採用する材質は熱伝導性に優れたもの、例えばアルミニウム合金、が好ましい。

【0030】

図２に示すように、スリーブ７ａ１の両側に形成された、ファン側テーパ部７ａａは、回転軸３の小径部３ｄに形成された、軸側テーパ部３ｄａに食い込んでいる。このため、スリーブ７ａ１のファン側テーパ部７ａａは、一対の軸側テーパ部３ｄａに突っ張り力を働かせることとなり、その結果として、小径部３ｄの曲げ強度が高まることとなる。

【0031】

スリーブ７ａ１の両側に形成されたファン側テーパ部７ａａを、回転軸３の小径部３ｄに形成された軸側テーパ部３ｄａに食い込ませるために、スリーブ７ａ１は、半径方向に２分割可能な部材、すなわち、断面半円状の２部材で構成されている。

【0032】

回転軸３の小径部３ｄに内部ファン７ａを取り付ける場合、先ず、図４（ａ）に示すように、小径部３ｄを一対のスリーブ７ａ１で挟むようにして当該小径部３ｄに嵌め付ける。次に、スリーブ７ａ１の外周面の半径より内径の小さいハブ部７ａ２を小径部３ｄに嵌め付けられたスリーブ７ａ１に焼き嵌めし、スリーブ７ａ１の外周に固定する。具体的には、図４（ｂ）に示すように、高温にしたハブ部７ａ２を回転軸３に沿って移動させて、図２に示したように、小径部３ｄに嵌め付けられたスリーブ７ａ１に嵌め付ける。その後、ハブ部７ａ２が常温まで冷えると、ハブ部７ａ２の内径が縮小し、ハブ部７ａ２より軸線Ｎ側に押圧されるスリーブ７ａ１は更に小径部３ｄに食い込むこととなる。なお、スリーブ７ａ１に採用する材質は熱伝導性に優れたもの、例えばアルミニウム合金、が好ましい。

【0033】

遮熱板７ｂは、内部ファン７ａと第２ベアリング１２との間、および、ステータ４と第２ベアリング１２との間に設けられている。この遮熱板７ｂは、発熱するステータ４およびロータ５から第２ベアリング１２への輻射熱を遮る役割を果たす。また、遮熱板７ｂは、内部ファン７ａにより送られる空気を遠心方向に案内する役割も果たす。本実施形態では、遮熱板７ｂは、環状の薄板材を用いて構成され、所定半径位置から内径側が平板状に形成され、所定半径位置から外径側がステータ４側に湾曲した形状に形成されている。また、本実施形態では、遮熱板７ｂは、その外周部がケーシング２に接するまで遠心側に延びている。なお、遮熱板７ｂに採用する材質は熱伝導性に優れたもの、例えばアルミニウム合金、が好ましい。

【0034】

以上の構成を備える電動機１において、回転軸３が回転すると、内部ファン７ａおよび外部ファン６が回転軸３とともに回転する。内部ファン７ａが回転することにより、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の空気の流れを伴う対流がケーシング２内に発生する。
（ａ）ステータコア通気穴４ａａの第２ベアリング１２側から流入し、ステータコア通気穴４ａａの第１ベアリング１１側から流出する空気の流れ。
（ｂ）ステータコア通気穴４ａａの第１ベアリング１１側から流出し、ロータ５のコア部５ａの第１ベアリング１１側から流入する空気の流れ。
（ｃ）ロータコア通気穴５ａａの第１ベアリング１１側から流入し、ロータコア通気穴５ａａの第２ベアリング１２側から流出する空気の流れ。
（ｄ）ロータコア通気穴５ａａの第２ベアリング側から流出し、ステータコア通気穴４ａａの第２ベアリング１２側から流入する空気の流れ。

【0035】

以上に説明した本発明の実施形態に係る電動機１によれば、次の（１）～（４）の作用効果が奏される。
（１）従来、ステータ４およびロータ５と第２ベアリング１２との間は、比較的高温の空気が滞留し易くなる場所であり、その高温の空気が第２ベアリング１２の温度を上昇させる一因となっていたが、本発明の実施形態に係る電動機１によれば、上記（ａ）～（ｄ）の空気の流れを伴う対流をケーシング２内に発生させることで、ステータ４およびロータ５と第２ベアリング１２との間に発生する高温の空気の滞留が解消される。特に、ステータ４およびロータ５と第２ベアリング１２との間の空気は、内部ファン７ａによって遠心側に送られ、直ちに第２ケーシング部２Ｂの胴部２Ａｂに接して冷却されるので、効率的に対流する空気が冷却される。その結果、第２ベアリング１２の温度上昇を効率的に抑制することができる。
（２）従来、ロータ５の発熱が回転軸３を介して第２ベアリング１２に伝達し易い構造になっていたが、本発明の実施形態に係る電動機１によれば、回転軸３のロータ５と第２ベアリング１２との間に小径部３ｄが設けられているため、ロータ５の発熱が回転軸３を介して第２ベアリング１２に伝達され難くなっている。
（３）さらに、小径部３ｄに、放熱性に優れた材料を用いて構成された内部ファン７ａが取り付けられているため、回転軸３を介して内部ファン７ａに伝達された熱は、羽根部７ａ３から効率よく放熱される。このため、更に、ロータ５の発熱が回転軸３を介して第２ベアリング１２に伝達され難くなっている。
（４）発熱するステータ４およびロータ５から第２ベアリング１２への輻射熱が、遮熱板７ｂによって遮られるため、ステータ４およびロータ５からの輻射熱による第２ベアリング１２の温度上昇が抑制される。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明は、全閉外扇型の電動機に適用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 電動機
２ ケーシング
３ 回転軸
３ｄ 小径部
３ｄａ 軸側テーパ部
４ ステータ
４ａ ステータのコア部
４ａａ ステータコア通気穴
５ ロータ
５ａ ロータのコア部
５ａａ ロータコア通気穴
６ 外部ファン
７ａ 内部ファン
７ａ１ スリーブ
７ａ２ ハブ部
７ａ３ 羽根部
７ａａ ファン側テーパ部
７ｂ 遮熱板
１１ 第１ベアリング
１２ 第２ベアリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】