逆变器驱动马达用滚动轴承以及逆变器驱动马达的制作方法

专利名称：逆变器驱动马达用滚动轴承以及逆变器驱动马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如空调马达等逆变器驱动马达用的能够抑制发生电蚀的滚动轴承以及使用了该滚动轴承的逆变器驱动马达。
背景技术：
近年来，马达多采用由逆变器驱动的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)方式(以下，称为PWM方式)。在这样的PWM方式的逆变器驱动中，由于绕组的中性点电位不为零，因此存在在轴承的外圈与内圈之间产生电位差(以下，称为轴电压)的情况。该轴电压包含因换向而产生的高频成分，当轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘破坏电压时，在轴承内部流过有微小电流,从而在轴承的内外圈与滚动体之间产生放电而使轴承内部的材料局部地溶解、即产生所谓的电蚀。随着该电蚀加剧，会在轴承内圈、轴承外圈或者滚动体的表面产生波状磨损现象而发生润滑不良或产生异常音，这是马达的不良状况的主要因素之一。 作为抑制这样的滚动轴承内部的电蚀的方法，众所周知有尽可能地在滚动轴承的内外圈之间强化绝缘以提高耐电压的技术、以及使得电力易于在滚动轴承的内外圈之间流通从而频繁地反复进行放电以免在内外圈之间积蓄电荷的技术。作为强化绝缘以提高耐电压的方法，报告有如下技术以氮化硅作为主体通过加压烧结形成夹装于内外圈之间的滚动体，并使该滚动体的滚动面的粗糙度在O. 2Z以下，由此，即便在内外圈之间施加有比较大的电压，也不会产生放电(参照日本特开平7-12129号公报)。然而，在该强化绝缘以提高耐电压的技术中，虽然在使用氮化硅制的滚动体实现完全的绝缘的情况下不引起电蚀，但使用氮化硅制的滚动体的轴承本身非常昂贵，在组装有该轴承的马达的制造中存在成本的问题。并且，作为在滚动轴承的内外圈之间不积蓄电荷的技术，报告有如下技术通过设置放电刷而使内外圈短路，由此来确保滚动体与内外圈之间的滚动接触部以外的放电路径，从而防止发生电蚀的技术；通过使滚动体的至少与滚道面之间的接触面的中心线平均面粗糙度为O. 05 μ πΓΟ. 2 μ mRa，由此来提高接触面处的通电频率，将与内外圈之间的电位差保持在低位从而抑制电蚀损伤的技术(参照日本特开2007-146966号公报以及日本特开2010-74873 号公报)。然而，在设置放电刷的技术中，在因放电刷的磨损而导通性受损的情况下，具有如下问题放电刷的电阻比内外圈与滚动体之间的电阻高，内外圈之间的通电再次开始的问题；因从放电刷产生的磨损粉末而引起轴承内部的损伤的问题。并且，在使内外圈与滚动体的接触面粗糙而易于放电的技术中，采取频繁地反复进行细微的放电以免对滚道面造成大的损伤的对策，但无论多小的放电，都可能使接触面的粗糙程度变大，最终导致轴承寿命降低的问题
发明内容
本发明是鉴于以上的问题点而完成的，其目的在于，廉价地提供一种逆变器驱动马达用滚动轴承，该逆变器驱动马达用滚动轴承能够将油膜的厚度稳定地维持在规定的范围，并能够控制耐电压，由此，能够防止因逆变器驱动马达的轴电压而导致的放电，并能够抑制电蚀。本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承包括内圈、外圈、滚动体、以及润滑脂，其特征在于，上述内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度(RootMean SquareRoughness)为4 16nm，并且，稳态运转状态下的油膜参数Λ在17. 5以上。本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的另一方式包括内圈、外圈、滚动体、以及润滑脂，其特征在于，上述内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为Γ 6ηπι，当将上述滚道面的均方根粗糙度设定为X (单位nm)，将上述润滑脂的基油的40° C时的动粘度设定为y (单位mm2/s)时，y彡(3x+12)的关系成立。另外，在本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承中，优选润滑脂的基油的40° C时的动粘度在24mm2/s以上。此外，在本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承中，优选IOOOrpm时的耐电压在3V以上。并且，在本发明中，优选润滑脂的基油的40° C时的动粘度在60mm2/ s以下。根据本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承，通过使供滚动体的滚动的滚道面的均方根粗糙度为Γ 6ηπι，并且使稳态运转状态下的油膜参数Λ在17. 5以上，能够适当地控制油膜的形成状态，由此，能够防止特定电压以下的放电，能够防止电蚀。滚动接触面的润滑状态的优劣由在接触面之间形成的油膜厚度与各接触面的表面粗糙度之比亦即油膜参数Λ来评价，该油膜参数Λ由下式表示。A =hmin/ σ (式 I)其中，hmin表示EHL油膜厚度，σ表示合成表面粗糙度,并且，σ I以
及σ 2表示接触的滚动体与滚道槽的表面粗糙度(均方根粗糙度)。另外，本发明的滚动轴承为润滑脂润滑方式的滚动轴承，因此使用利用光干涉法根据润滑脂测定的hmin来计算油膜参数。并且，作为现有的油膜参数Λ，例如，在日本特开2000-179559号公报的0006段中，在滚动轴承的情况下，在通常的轴承使用条件下，油膜参数Λ处于O. 8 3. O的范围内，是与本发明中的油膜参数Λ完全不同的范围。并且，本发明的逆变器驱动马达的特征在于，马达轴由上述的逆变器驱动马达用滚动轴承支承。根据此类结构的逆变器驱动马达，通过在轴电压比在上述的逆变器驱动马达用滚动轴承中被控制的耐电压低的逆变器驱动马达中应用上述的逆变器驱动马达用滚动轴承，能够良好地抑制电蚀。此外，在本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承中，由于通过对润滑脂的基油动粘度的范围进行控制来抑制电蚀，因此机械损失不会变大，也能实现长寿命。因此，起到能够容易地以低成本实现能够使轴承长期顺畅地持续旋转的逆变器驱动马达的效果。根据本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承，能够将稳态运转状态下的油膜的厚度稳定地维持在规定的范围，并能够控制耐电压，由此，能够防止因逆变器驱动马达的轴电压而导致的放电，并能够抑制电蚀。


图I是示出本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的一个实施方式的剖视图。图2是示出本发明中的耐电压以及滚道面的均方根粗糙度相对于油膜参数的相关性的曲线图。图3是示出耐电压的测定装置以及电蚀再现试验用装置相对于本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的关系的示意图。图4是示出本发明的逆变器驱动马达的一个实施方式亦即内转子型马达的截面的构造图。图5是示意性地示出本发明的逆变器驱动马达的主要部分的图。图6是示出本发明的逆变器驱动马达的旋转体的具体结构例的图。
图7是示出本发明的逆变器驱动马达的转子的其他结构例的图。图8是示出本发明的逆变器驱动马达的一个实施方式亦即外转子型马达的截面的构造图。图9是示出本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的测定耐电压时的电压值以及电流值的曲线图。图10是示出针对本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的电蚀再现试验的结果的曲线图。图11是示出本发明的逆变器驱动马达的轴电压的测定结果的曲线图。
具体实施例方式其次，对本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的实施方式进行具体的说明。图I是示出本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的一个实施方式的剖视图。如图I所示，本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承I是深沟球轴承，具备以能够相对旋转的方式对置配置的内圈2以及外圈3、和经由润滑脂5夹装于上述内圈2与外圈3之间从而能够滚动的滚动体4，形成为对逆变器驱动马达的马达轴进行支承的结构。在逆变器驱动马达中使用的金属制的滚动轴承I中，内外圈2、3与滚动体4均由金属制造，因此存在在内外圈2、3和滚动体4之间流通有电流而引起由电蚀所导致的损伤的情况。为了解决该问题，在本发明中，通过对内圈2与外圈3的至少一方的滚道面的均方根粗糙度以及稳态运转状态下的油膜参数Λ进行控制，能够增厚轴承I稳态旋转时的内外圈2、3与滚动体4之间的油膜，由此，使得难以流通有电流，从而抑制电蚀。在本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承中，必须使内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为Γ 6ηπι。虽然即便是在内圈2与外圈3的至少一方的滚道面的均方根粗糙度小于4nm的情况下也能够控制油膜的形成状态，但在制造方面要求相当严格的精度，考虑到量产性等，在成本方面存在问题。另一方面，当上述均方根粗糙度超过16nm时，虽能够通过提高基油动粘度而将油膜参数保持在一定值以上，但不能满足根据用途而要求的转矩。因此，在本发明中，将内圈2与外圈3的至少一方的滚道面的均方根粗糙度规定在4 16nm的范围。并且，在本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承中，必须使稳态运转状态下的油膜参数Λ在17. 5以上，进而优选在20以上。虽然该油膜参数Λ越大、电蚀抑制效果越高，但当该油膜参数Λ过大时，轴承扭矩变得过大从而马达的耗电量增加，因此是不被优选的。
此外，在上述的内圈2以及外圈3与滚动体4之间的接触面分别封入有润滑脂5，在本发明中，必须使该润滑脂的基油的40° C时的动粘度在24mm2/s以上。当上述40° C时的动粘度小于24mm2/s的情况下，存在轴承的寿命短的问题。本发明的发明人对本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承的油膜参数Λ、内圈或者外圈的滚道面的均方根粗糙度以及耐电压反复地进行了锐意研究，结果得到了图2所示的各个相关性。图2是示出本发明的耐电压以及滚道面的均方根粗糙度相对于油膜参数Λ的相关性的曲线图。图2中示出有由实线、虚线以及点线表示的三种曲线。实线是基于根据下述的方法使逆变器驱动马达用滚动轴承的油膜参数Λ变化而测定IOOOrpm的耐电压时的实际测量值的近似曲线，表示油膜参数Λ与耐电压之间的相关性。耐电压的测定使用图3所示意性地示出的测定装置进行。该测定装置形成为如下结构将封入有需要量的润滑脂的具备金属滚珠62的由美蓓亚生产的608ΖΖ球轴承61 (外径22mm、内径8mm、宽度7mm)装配于金属制的轴68的一端,经由电刷(未图不)将轴68与可变电压直流电源装置65之间电连接从而在轴68与外圈69之间设置电气回路，此外，能够使用电压计66与电流计67测定轴68与外圈69之间的电压和电流。并且，在轴68的另一 端侧，装配有将由美蓓亚生产的608ZZ球轴承61的金属滚珠62置换为陶瓷滚珠64的虚设(dummy)球轴承63，从而电流仅经由球轴承61流通。而且，在该测定装置中，使油膜参数值变化而测定球轴承的耐电压，并根据所得到的测定值(▲)求得在图2中由实线表示的近似曲线。并且，点线以及虚线分别针对40° C时的动粘度分别为24mm2/s和60mm2/s的基油，示出内圈或者外圈的滚道面的均方根粗糙度与油膜参数Λ之间的关系。该关系能够由式I导出。此处，hmin的值是在转速为IOOOrpm的条件下利用光干涉法对润滑脂进行测定而得的值。在这样得到的图2的曲线图中，例如，在使内圈或者外圈的滚道面的均方根粗糙度为4nm、基油的动粘度为24mm2/s的情况下，从右侧纵轴的4nm的值沿着箭头I而前进到左侧的点线，从此处沿箭头2方向下降而读取横轴的值，由此可知油膜参数为17. 5。并且，从箭头2与实线交叉的点沿箭头3而读取左侧纵轴的值，则可知油膜参数为17. 5时的滚动轴承的耐电压为3V。相同地，即便在使滚道面的均方根粗糙度为16nm、基油的动粘度为60mm2/s的情况下，由于油膜参数同样为17. 5，因此耐电压同样也为3V。在逆变器驱动的家电设备用马达(空调用风扇马达、洗衣机马达、吸尘器马达等)、OA设备用风扇马达等的用途中，在滚动体与轴之间产生的电位差在3V以下，因此，为了在逆变器驱动马达中防止电蚀，需要使滚动轴承的耐电压大于轴电压，即需要使轴承的耐电压在3V以上。换句话说，在通常运转条件下，需要使滚动轴承的油膜参数在17. 5以上。并且，在轴承扭矩不会成为问题的用途中，基油的动粘度也可以超过60mm2/s。因而，本发明中所规定的范围由图2的网格区域表示。在图2中，使得滚动轴承的耐电压在3V以上、即使得油膜参数为17. 5的条件如下对于基油动粘度为24mm2/s的情况，滚道面的均方根粗糙度为4nm，对于基油动粘度为60mm2/s的情况，滚道面的均方根粗糙度为16nm。以这两个条件为前提，若以一次函数对当基油动粘度处于从24mm2/s到60mm2/s之间且油膜参数为17. 5的基油动粘度与滚道面的均方根粗糙度之间的关系进行近似，则如式2所示。
y=3x+12 (式 2)其中，X为滚道面的均方根粗糙度(单位nm)，y为基油动粘度(单位mm2/s)。因而，在本发明中所规定的范围为当滚道面的均方根粗糙度X为4nm < X < 16nm时、基油动粘度 y[mm2/s]在(3x+12)以上。如上，可以判断根据本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承，通过使内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为Γ 6ηπκ且使油膜参数Λ在17. 5以上，能够得到3V以上的IOOOrpm时的耐电压。这样，由于本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承得到3V以上的非常高的IOOOrpm时的耐电压，因此能够高效地抑制因放电而导致的电蚀。此外，在本发明中，在使油膜参数恒定的情况下，如图2所示，如果增大润滑脂基油的40° C时的动粘度，则滚动轴承的耐电压升高，但由于动粘度过大则轴承扭矩上升而对耗电量造成负面影响，因此，在由逆变器驱动的家电设备用马达(空调用风扇马达、洗衣机马达、吸尘器马达等)、OA设备用风扇马达等的用途中，优选润滑脂的基油的40° C时的动粘度在60mm2/s以下。但是，若是面向无论轴承扭矩多大也不会成为问题的用途，则也可 以超过60mm2/s。本发明的滚动轴承除了深沟球轴承之外，也可以是滚子轴承、滚针轴承、以及角接触球轴承，可以根据逆变器驱动马达的使用条件、目的等任意地选择大小、形状、数量、材质等。并且，本发明的润滑脂可以是以锂皂作为增稠剂的润滑脂、也可以是以尿素作为增稠剂的润滑脂。其次，使用附图对使用了上述逆变器驱动马达用滚动轴承的本发明的逆变器驱动马达进行说明。本发明的逆变器驱动马达形成为以下详细叙述的结构，由此能够降低轴电压，具体而言如图11的测定结果所示能够将轴电压抑制在3V以下，由此，当组装有上述的本发明的逆变器驱动马达用滚动轴承时，能够良好地抑制电蚀。图4是示出本发明的逆变器驱动马达的一个实施方式亦即内转子型马达的截面的构造图。在本实施方式中，举出搭载于作为电气设备的空调进行使用而用于驱动送风风扇的无刷马达亦即马达的一例而进行说明。并且，在本实施方式中，举出转子以旋转自如的方式配置于定子的内周侧的内转子型的马达的例子而进行说明。在图4中，在定子铁心11，隔着对定子铁心11进行绝缘的作为绝缘体的树脂21卷绕有定子绕组12。进而，这样的定子铁心11与其他固定部件一起由作为模塑材料的绝缘树脂13模塑成形。在本实施方式中，通过将这些部件以这种方式模塑一体成形，构成外形呈大致圆筒形状的定子10。在定子10的内侧，隔着空隙而插入有转子14。转子14具有包含转子铁心31的圆板状的旋转体30 ;以及以贯通旋转体30的中央的方式紧固旋转体30的轴16。旋转体30与定子10的内周侧对置地沿周向保持有永磁铁亦即铁氧体树脂磁铁32。并且，详细情况在以下进行说明，但如图4所示，旋转体30具有如下构造从最外周部的铁氧体树脂磁铁32朝内周侧的轴16，依次配置有构成转子铁心31的外周部的外侧铁心31a、电介质层50、构成转子铁心31的内周部的内侧铁心31b。在图4中，作为旋转体30，示出上述转子铁心31、电介质层50以及铁氧体树脂磁铁32 —体成形的结构例。这样，定子10的内周侧与旋转体30的外周侧对置配置。在转子14的轴16安装有对轴16进行支承的两个轴承15。轴承15是具有多个铁制滚珠的圆筒形状的轴承，轴承15的内圈侧固定于轴16。在图4中,在轴16从无刷马达主体突出的一侧即输出轴侧，轴承15a对轴16进行支承，在输出轴侧的相反侧(以下，称为反输出轴侧)，轴承15b对轴16进行支承。进而，对于上述轴承15，轴承15的外圈侧分别由具有导电性的金属制的支架固定。在图4中，输出轴侧的轴承15a由支架17固定，反输出轴侧的轴承15b由支架19固定。通过形成为如上的结构，转轴16由两个轴承15支承，转子14旋转自如地进行旋转。此外，在该无刷马达内置有安装了包含控制电路的驱动电路的印刷基板18。在内置了该印刷基板18之后，将支架17压入于定子10，由此来形成无刷马达。并且，在印刷基板18连接有绕组的电源电压Vdc、控制电路的电源电压Vcc以及施加控制转速的控制电压Vsp的导线、控制电路的接地线等连接线20。另外，安装了驱动电路的印刷基板18上的零电位点部与大地的接地侧以及一次侦仪电源)电路绝缘,大地的接地侧以及一次侧电源电路的电位为浮动(floating)的状态。此处，零电位点部是指印刷基板18上的作为基准电位的O伏特电位的导线，表示通常被称作接地的地线。连接线20所包含的接地线与该零电位点部、即地线连接。并且，与安装有·驱动电路的印刷基板18连接的供给绕组的电源电压的电源电路、供给控制电路的电源电压的电源电路、施加控制电压的导线以及控制电路的接地线等，与相对于供给绕组的电源电压的电源电路的一次侧(电源)电路、相对于供给控制电路的电源电压的电源电路的一次侦仪电源)电路、以及与上述一次侧(电源)电路连接的大地的接地侧以及独立接地的大地侧中的任一个都电绝缘。即，由于安装于印刷基板18的驱动电路相对于一次侧(电源)电路电位以及大地的接地侧的电位处于电绝缘的状态，因此形成为电位浮动的状态。众所周知这也表达为电位浮动的状态。并且，因此，与印刷基板18连接的供给绕组的电源电压的电源电路以及供给控制电路的电源电压的电源电路的结构被称作浮动电源，这也是众所周知的表达。经由连接线20而对以上述方式构成的本无刷马达供给各电源电压以及控制信号，由此来利用印刷基板18的驱动电路驱动定子绕组12。当定子绕组12被驱动时，在定子绕组12流过有驱动电流，并从定子铁心11产生磁场。进而，利用来自定子铁心11的磁场与来自铁氧体树脂磁铁32的磁场，根据这些磁场的极性而产生吸引力以及排斥力，利用这些力使转子14以轴16为中心进行旋转。其次，对本无刷马达的结构更详细的结构进行说明。首先，如上所述，本无刷马达的轴16由两个轴承15支承，并且各个轴承15由支架固定并支承。此外，为了抑制上述那样的因蠕变而导致的不良状况，在本实施方式中，各个轴承15形成为由具有导电性的金属制的支架固定的结构。即，在本实施方式中，对于轴承15的固定，采用预先由钢板加工而成且尺寸精度良好的具有导电性的支架。特别是在要求马达高输出化的情况下，更优选形成为这样的结构。具体而言，首先，利用外周直径与轴承15b的外周直径大致相等的支架19对反输出轴侧的轴承15b进行固定。并且，该支架19与绝缘树脂13模塑一体成形。S卩，如图4所示，反输出轴侧的绝缘树脂13的形状呈具有从本无刷马达主体朝反输出轴方向突出的主体突出部13a的形状。作为内部支架，在该主体突出部13a的主体内部侧配置支架19，并使支架19与绝缘树脂13模塑一体成形。支架19具有呈中空圆筒状的杯形状，更具体而言，具有一方敞开的圆筒部19a、以及从敞开侧的圆筒端部朝外侧稍微扩张的环状的凸缘部19b。圆筒部19a的内周直径与轴承15b的外周直径大致相等，通过将轴承15b压入于圆筒部19a，轴承15b经由支架19而被固定于绝缘树脂13。通过形成为这样的结构，轴承15b的外圈侧被固定于金属制的支架19，因此能够抑制因蠕变而导致的不良状况。并且，凸缘部19b的外周直径比轴承15b的外周直径略大。即，凸缘部19b的外周直径比轴承15b的外周直径大，并且至少比旋转体30的外周直径小。通过将支架19形成为这样的形状，与例如凸缘部超过旋转体30的外周而扩展到定子10的构造相比，能够抑制成本高的金属材料的使用。并且，由于以这种方式抑制金属制的支架19的面积、进而利用绝缘树脂13以覆盖支架19的外廓的方式模塑一体成形，因此能够抑制从轴承15b产生的噪声。其次，利用外周直径与定子10的外周直径大致相等的支架17对输出轴侧的轴承15a进行固定。支架17呈大致圆板形状，在圆板的中央部具有直径与轴承15a的外周直径大致相等的突出部，该突出部的内侧中空。在内置印刷基板18之后，以将这样的支架17的突出部的内侧压入轴承15a、并使设置于支架17的外周的连接端部与定子10的连接端部嵌合的方式，将支架17压入于定子10，由此来形成本无刷马达。通过以这种方式构成，能够实 现组装作业的容易化，并且，由于轴承15a的外圈侧被固定于金属制的支架17，因此也能够抑制因蠕变而导致的不良状况。并且，在支架19预先电连接有导通销22。即，如图4所示，导通销22的一方的末端部22a与支架19的凸缘部19b连接。导通销22配置于绝缘树脂13的内部，且与支架19同样与绝缘树脂13模塑一体成形。另外，通过将导通销22作为马达内部而配置于绝缘树脂13的内部，能够预防导通销22生锈、受到外力等，能够形成为相对于使用环境、外部应力等而可靠性高的电连接。导通销22在绝缘树脂13的内部从凸缘部19b朝本无刷马达的外周方向延伸，进而从本无刷马达的外周附近以与轴16大致平行的方式进一步朝输出轴侧延伸。进而，导通销22的另一方的末端部22b从绝缘树脂13的输出轴侧的端面露出。此夕卜，在末端部22b连接有用于将导通销22与支架17电连接的导通销23。即，当将支架17压入于定子10时，导通销23与支架17接触，确保支架17与导通销23之间的导通。根据这样的结构，支架17与支架19这两个支架经由导通销22而电连接。并且，支架17以及支架19在利用绝缘树脂13与定子铁心11绝缘的状态下电连接。此处，由于轴承15a的外圈侧被压入于支架17的突出部，因此轴承15a的外圈与支架17电连接，由于轴承15b的外圈侧被压入于支架19的圆筒部19a，因此轴承15b的外圈与支架19电连接。因此，通过将支架17与支架19电连接，轴承15a的外圈与轴承15b的外圈电连接。进而，在本实施方式中，旋转体30在轴16与旋转体30的外周之间设置有电介质层50。图5是示意性地示出图4所示的本无刷马达的主要部分的图。如图5所示,形成支架17与支架19电连接，而与定子铁心11不连接的状态。此处，在不将支架17与支架19连接的情况下，由于两个支架的形状、配置状态不同，因此两个支架的阻抗不同。因此，在支架17所感应出的电位与在支架19所感应出的电位不平衡。担心因该电位的不平衡而形成容易经由轴16而从输出轴侧向反输出轴侧或者从反输出轴侧向输出轴侧流动有高频电流的状态。在本实施方式中，通过将支架17与支架19电连接而使两个支架的电位相同，从而抑制电位的不平衡，形成为难以经由轴16流动有高频电流的状态。并且，若使连接支架17与支架19的导通销22也与定子铁心11连时，则定子侧的阻抗变低。进而，当阻抗变低时，如上所述，成为定子侧、即轴承的外圈侧的电位高的状态。与此相对，在本实施方式中，使导通销22与定子铁心11为绝缘的状态，能够抑制阻抗的降低，并将轴承外圈侧的电位抑制在较低的状态。并且，由此，如以下即将说明的那样，形成为易于获得定子侧与转子侧之间的阻抗的平衡的状态。此外，在本实施方式中，如上所述，仅通过将支架17压入于定子10就能够在确保与定子铁心11之间的绝缘的同时使支架17与支架19电连接。因此，在制造工序中，能够容易地抑制定子侧的阻抗的降低，并且能够使两个支架的电位相同。其次，如图5所示，旋转体30在最外周部配置有铁氧体树脂磁铁32，此外，朝向内 周侧依次配置有构成转子铁心31的外侧铁心31a、电介质层50、以及构成转子铁心31的内侧铁心31b。并且，电介质层50是由绝缘树脂形成的层。在本实施方式中，为了抑制电蚀而设置这样的电介质层50。图5不出电介质层50形成为在旋转体30的内周侧与外周侧之间绕轴16旋转一周的环状的一例。如上所述，旋转体30是铁氧体树脂磁铁32、外侧铁心31a、形成电介质层50的绝缘树脂、以及内侧铁心31b —体形成而构成的。并且，在内侧铁心31b的内周的紧固部51，旋转体30被紧固于轴16。由此，构成由轴承15支承的转子14。在旋转体30中，电介质层50是由绝缘物亦即绝缘树脂形成的层，将外侧铁心31a与内侧铁心31b串列地绝缘分离。另一方面，电介质层50由具有规定的介电常数的绝缘树脂形成，高频电流能够在外侧铁心31a与内侧铁心31b之间流通。然而，在不设置这样的电介质层50的情况下，如上所述，以定子铁心为基准的支架之间的阻抗较高，反之，与旋转体电连接的轴之间的阻抗低。向具有这样的阻抗成分的等价电路流入有从定子铁心等广生的脉冲宽度调制的闻频电流等。因此，在与支架电连接的轴承的外圈、和轴承内圈侧的轴之间，产生有因高频电流而导致的电位差。在本实施方式中，在阻抗低的转子的旋转体中，通过设置如图5所示的电介质层50，提高转子14的阻抗，使其近似于支架侧的阻抗。即，通过在外侧铁心31a与内侧铁心31b之间设置电介质层50，转子14形成为等价地串联连接有因电介质层50而形成的静电电容的结构，能够提高转子14的阻抗。进而，通过提高转子14的阻抗，从转子14向轴16流通的高频的电压下降变大，由此，能够降低因高频电流而在轴16产生的电位。基于这样的原理，本实施方式的无刷马达能够降低在与支架17以及19电连接的轴承15的外圈、和轴承15的内圈侧的轴16之间的因高频电流而导致的电位差。另外，如上所述，在本实施方式中，通过形成为使支架17以及19与定子铁心11绝缘的状态，能够抑制支架17以及19的阻抗的降低，支架17以及19也形成为高阻抗状态。因此，形成为轴承内圈与轴承外圈之间的电位始终低的状态、即以电位差低的方式保持平衡的状态，由此，能够抑制在轴承发生电蚀。此外，在本实施方式中，通过经由导通销22而将支架17与支架19电连接，使两个支架的电位相同，并抑制高频电流经由轴流通。此外,通过使两个支架的电位相同，能够使轴承15a的内圈外圈之间的电位差和轴承15b的内圈外圈之间的电位差近似或相同。在这样的结构中，通过利用电介质层50适当地调整转子侧的阻抗，能够分别降低轴承15a以及轴承15b的内圈外圈之间的电位差、即轴电压。由此，能够抑制虽然能够抑制一方的轴承的电蚀、但在另一方的轴承发生电蚀这样的不良状况。这样，由于能够降低由具有导电性的支架分别固定的两个轴承的轴承内圈与外圈之间的电位差，因此能够确保轴承的固定强度，并且能够抑制因由PWM等产生的高频而导致轴承发生电蚀。并且，由于能够通过改变电介质层50的宽度、材料而改变静电电容，因此也能够将转子14侧的阻抗设定为最佳阻抗。即，通过降低形成电介质层50的绝缘树脂的介电常数、增大绝缘树脂的厚度(电极之间距离)、或者减小电极面积等，能够降低因电介质层50而产生的静电电容。进而，通过这样降低因电介质层50而产生的静电电容，能够提高转子14的阻抗。并且，通过使用间规聚苯乙烯(以下，称为SPS)树脂作为形成电介质层50的绝缘树脂，能够实现低介电常数化，即便绝缘树脂的厚度小，也能够进一步提高转子14的阻抗。即，一般地，马达的绝缘树脂所使用的树脂使用利用玻璃纤维等无机填充剂对聚对苯二甲酸丁二醇酯(以下，称为PBT)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂等进行强化后的树 月旨，该材料的介电常数约为3. 5。与此相对，SPS树脂的介电常数在非强化品中为2. 6、在强化品中为2. 8，介电常数比一般树脂的介电常数低。因而，在绝缘树脂的厚度的上限被构造所限制、PBT树脂等的阻抗不够低的情况下，通过使用SPS树脂，能够减小静电电容。此外，如图5所示，通过形成为利用电介质层50使外侧铁心31a和内侧铁心31b之间分离的旋转体30的结构，在制造工序中，能够在不设置轴16的状态下一体成形转子铁心与绝缘树脂。因此，与在轴和转子铁心之间设置电介质层的构造相比，图5所示的构造能够在不设置轴的状态下成形旋转体30，能够提高生产率。并且，若形成为图5所示的构造，即便转轴16的品种改变，由于能够通过铆接或压入而对轴16进行固定，因此容易应对品种的切换，由此也能够提高生产率。图6是示出本发明的实施方式I的无刷马达的旋转体的具体结构例的图。图6示出从上面观察旋转体的结构例。图6所示的旋转体在径向上在外侧铁心31a与内侧铁心31b之间具有径向宽度不同的组合多种圆弧而成的形状的电介质层50。即，电介质层50形成为至少在外周侧与内周侧的任一个重复形成凸起的突起形状和凹陷的突起形状而环绕一周的形状。并且，外侧铁心31a和内侧铁心31b与这样形状的电介质层50嵌合。在以图5所示的方式将电介质层50形成为完全的环状的情况下，担心在旋转时发生空转等。与此相对，通过将电介质层50的形状形成为图6所示的形状，形成为在电介质层50与铁心之间插入有用于防止空转的突起的构造，能够防止空转，并且能够提高旋转强度。更具体而言，以用于防止空转的突起彼此位于对置位置的方式在外侧铁心31a以及内侧铁心31b分别设置各突起。图7是示出本发明的实施方式I的无刷马达的转子的其他结构例的图。图7所示的旋转体30在最外周部配置有铁氧体树脂磁铁32，此外，朝向内周侧依次配置有转子铁心31、以及由绝缘树脂形成的电介质层50。如上所述，图7所示的旋转体30形成为铁氧体树脂磁铁32、转子铁心31、以及形成电介质层50的绝缘树脂一体形成的结构。并且，在电介质层50的内周的紧固部51处，旋转体30被紧固于轴16。即，形成为旋转体30经由电介质层50而被紧固于轴16的结构。转子14也可以形成为这样的结构，形成为在转子铁心31与转轴16之间串联连接有因电介质层50产生的静电电容的结构，从而能够提高转子14的阻抗。
其次，对转子配置于定子的外周侧的外转子型的马达进行说明。图8是示出作为本实施方式的其他结构例的外转子型的马达的截面的构造图。另外，在图8中，对与图4相同的构成要素标注相同的标号。在图8中，卷绕有定子绕组12的定子铁心11由绝缘树脂13模塑成形，从而构成定子10。此外，在定子10 —体成形有支架17以及支架19，在支架17固定有轴承15a，在支架19固定有轴承15b。轴16贯通轴承15a以及轴承15b的内圈侧，在轴16的一方的端部紧固有中空圆筒形状的旋转体30。并且，在旋转体30的内周侧中空部配置有定子铁心11。进而，在旋转体30中，以由外侧铁心31a与内侧铁心31b夹持的方式设置有环状的电介质层50。并且，利用导通销22等将轴承15a与轴承15b电连接。在这样的外转子型的马达中，与图4所示的结构同样，通过以图8所示的方式设置电介质层50、并且设置将支架17与支架19电连接的构造，能够得到同样的效果。实施例I.逆变器驱动马达用滚动轴承<实施例1> 如表I所示，使用40° C时的动粘度为55mm2/s，以酯油为基油、以锂皂为增稠剂的润滑脂，在内圈的滚道面的均方根粗糙度为8nm的由美蓓亚生产的608ZZ球轴承(外径22mm、内径8mm、宽度7mm冲封入所需要量的上述润滑脂，制造IOOOrpm时的油膜参数Λ为26的本发明的实施例I的逆变器驱动马达用滚动轴承。表I
权利要求
1.一种逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述逆变器驱动马达用滚动轴承包含内圈、外圈、滚动体、以及润滑脂，所述内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为4 16nm，并且稳态运转状态下的油膜参数(A )在17. 5以上。
2.一种逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述逆变器驱动马达用滚动轴承包含内圈、外圈、滚动体、以及润滑脂，所述内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为ri6nm，当将所述滚道面的均方根粗糙度设定为x、将所述润滑脂的基油的40° C时的动粘度设定为y时，y >(3x+12)的关系成立，其中，X的单位为nm, y的单位为mm2/s。
3.根据权利要求I所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述润滑脂的基油的40° C时的动粘度在24mm2/s以上。
4.根据权利要求I所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述润滑脂的基油的40° C时的动粘度在60mm2/s以下。
5.根据权利要求I所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， IOOOrpm时的耐电压在3V以上。
6.根据权利要求I所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述滚动体为滚珠，所述逆变器驱动马达用滚动轴承是所述外圈、所述内圈以及所述滚珠全都由金属制作的球轴承。
7.根据权利要求6所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述球轴承为深沟球轴承。
8.根据权利要求6所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 所述润滑脂是以40° C时的动粘度为24mm2/s飞OmmVs的酯油作为基油、以锂皂作为增稠剂的润滑脂。
9.根据权利要求6所述的逆变器驱动马达用滚动轴承，其特征在于， 在向所述内圈与所述外圈之间施加最大电压为3V且频率为I. 2MHz的高频矩形脉冲电压的同时使所述内圈以IOOOrpm的转速进行旋转的运转总计进行了 504小时之后，安德鲁中频值小于1.5。
10.一种逆变器驱动马达，其特征在于， 所述逆变器驱动马达的马达轴由权利要求I所述的逆变器驱动马达用滚动轴承支承。
11.根据权利要求10所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述马达轴由以在轴向离开的方式安装于马达轴的一对所述逆变器驱动马达用滚动轴承支承。
12.根据权利要求11所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述一对逆变器驱动马达用滚动轴承的外圈相互电连接。
13.根据权利要求12所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述逆变器驱动马达具有圆板状的旋转体，所述马达轴贯通所述旋转体的中心，在所述旋转体的最外周部具有永磁铁，在比所述永磁铁靠内周侧的位置包含转子铁心和由绝缘树脂构成的电介质层。
14.根据权利要求13所述的逆变器驱动马达，其特征在于，所述旋转体包含构成转子铁心的外周部的外侧铁心；构成转子铁心的内周部的内侧铁心；以及夹在外侧铁心与内侧铁心之间的所述电介质层。
15.根据权利要求13所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 从所述旋转体的外周侧朝内周侧依次配置有转子铁心和电介质层。
16.一种逆变器驱动马达，其特征在于， 马达轴由以在轴向离开的方式安装于马达轴的一对权利要求2所述的逆变器驱动马达用滚动轴承支承。
17.根据权利要求16所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述一对逆变器驱动马达用滚动轴承的外圈相互电连接。
18.根据权利要求17所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述逆变器驱动马达具有圆板状的旋转体，所述马达轴贯通所述旋转体的中心，在所述旋转体的最外周部具有永磁铁，在比所述永磁铁靠内周侧的位置包含转子铁心和由绝缘树脂构成的电介质层。
19.根据权利要求18所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 所述旋转体包含构成转子铁心的外周部的外侧铁心；构成转子铁心的内周部的内侧铁心；以及夹在外侧铁心与内侧铁心之间的所述电介质层。
20.根据权利要求18所述的逆变器驱动马达，其特征在于， 从所述旋转体的外周侧朝内周侧依次配置有转子铁心和电介质层。
全文摘要
本发明的目的在于廉价地提供一种逆变器驱动马达用滚动轴承，该逆变器驱动马达用滚动轴承能够将油膜的厚度稳定地维持在规定的范围、并能够控制耐电压，由此能够防止因逆变器驱动马达的轴电压而导致的放电，并能够抑制电蚀。逆变器驱动马达用滚动轴承包含内圈、外圈、滚动体、以及润滑脂，将上述内圈与外圈的至少一方的滚道面的均方根粗糙度为4~16nm，并且稳态运转状态下的油膜参数(Λ)在17.5以上。
文档编号H02K1/27GK102780306SQ20121014405
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者前谷达男, 小宫山宏, 町田进一, 礒村宜典 申请人:松下电器产业株式会社, 美蓓亚株式会社