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JP2004350384A - Motor - Google Patents

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JP2004350384A
JP2004350384A JP2003143552A JP2003143552A JP2004350384A JP 2004350384 A JP2004350384 A JP 2004350384A JP 2003143552 A JP2003143552 A JP 2003143552A JP 2003143552 A JP2003143552 A JP 2003143552A JP 2004350384 A JP2004350384 A JP 2004350384A
Authority
JP
Japan
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motor
brushless
phase
phase windings
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003143552A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Nishioka
政之 西岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Shibaura Corp
Original Assignee
Nidec Shibaura Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Shibaura Corp filed Critical Nidec Shibaura Corp
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Publication of JP2004350384A publication Critical patent/JP2004350384A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable motor capable of preventing electric erosion of a bearing by avoiding the oil film of the bearing from dielectrically broken down. <P>SOLUTION: A neutral point P of phase windings Lu, Lv, and Lw in a brushless DC motor 1 is grounded through a capacitor 20. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータたとえばブラシレスDCモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
モータたとえばブラシレスDCモータは、星形結線の三相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ(図示しない)、および永久磁石を有するロータ(図示しない)により構成されている。ロータは軸受に回転可能に支持され、そのロータに回転軸が取付けられている。
【0003】
相巻線Lu,Lv,Lwはスイッチング回路(インバータともいう)に接続され、そのスイッチング回路における各トランジスタがオン,オフ制御されることにより、各相巻線が順次に通電される。これにより、ロータが回転する。また、各トランジスタのオン,オフデューティが制御されることにより、ブラシレスDCモータの回転速度が変化する。
【0004】
このようにスイッチング駆動されるブラシレスDCモータでは、各トランジスタのオン,オフデューティが制御されるのに伴い、相巻線Lu,Lv,Lwの中性点(相互接続点)の電位が変動する。この変動に伴い、運転中に各軸受の相互間に交流電圧が生じて各軸受の油膜が絶縁破壊し、その絶縁破壊に伴って流れる電流により各軸受に電食が生じることが知られている(例えば非特許文献1参照)。
【0005】
【非特許文献1】
東洋電機製造(株) 技術研究室 中村雅憲著「インバータ駆動油同電動機の軸受電食」
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスイッチング駆動に伴うブラシレスDCモータの軸受の電食は、ブラシレスDCモータの寿命を大幅に短縮するものであり、解決すべき課題である。
この発明は上記の事情を考慮したもので、軸受の油膜の絶縁破壊を回避して軸受の電食を未然に防ぐことができる信頼性にすぐれたモータを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明のモータは、星形結線された複数の相巻線を有するものであって、各相巻線の中性点をコンデンサを介して接地している。
【0008】
請求項2に係る発明のモータは、星形結線された複数の相巻線を有するステータが樹脂で覆われたモールド型のモータであって、各相巻線の中性点をコンデンサを介して接地している。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図1および図2を参照しながら説明する。
1は外殻に鋼板を用いたブラシレスDCモータで、星形結線の三相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ2、および永久磁石15を有するロータ3より構成されている。ロータ3は軸受5,6に回転可能に支持され、そのロータ3に回転軸4が取付けられている。また、外殻内に制御基板16が収容されている。
【0010】
10は商用交流電源で、その電源電圧が整流回路11で整流されてスイッチング回路12に供給される。スイッチング回路12は、ブラシレスDCモータ1の相巻線Lu,Lv,Lwに対する通電およびその通電切換を行うもので、電流方向に沿って上流側および下流側となる2つのスイッチング素子の直列回路を三相分有している。
【0011】
すなわち、U相用の上流側および下流側スイッチング素子として例えばトランジスタTu+,Tu−、V相用の上流側および下流側スイッチング素子として例えばトランジスタTv+,Tv−、W相用の上流側および下流側スイッチング素子として例えばトランジスタTw+,Tw−が用いられている。
【0012】
このスイッチング回路12の各直列回路に整流回路11の出力電圧(直流電圧)が印加される。なお、各トランジスタに対し、逆起電力防止用のダンパダイオードDが並列接続されている。
【0013】
上記トランジスタTu+,Tu−の相互接続点に相巻線Luの非結線端、トランジスタTv+,Tv−の相互接続点に相巻線Lvの非結線端、トランジスタTw+,Tw−の相互接続点に相巻線Lwの非結線端がそれぞれ接続されている。
【0014】
制御部13は、スイッチング回路12の各直列回路のうち少なくとも1つの直列回路の上流側スイッチング素子と別の少なくとも1つの直列回路の下流側スイッチング素子が導通する複数相通電を順次に切換える制御を行う。通電には矩形波通電と正弦波通電などがあり、矩形波通電の場合は、スイッチング回路12の各直列回路のうち1つの直列回路の上流側トランジスタと別の1つの直列回路の下流側トランジスタが導通する2相通電を順次に切換える制御を行う。
【0015】
2相通電時、相巻線Lu,Lv,Lwのうち2つの相巻線に電流が流れ、その2つの相巻線から磁界が生じる。この磁界とロータ3の永久磁石が作る磁界との相互作用により、ロータ3に回転トルクが生じ、ロータ3が回転を始める。この2相通電が順次に切換えられるいわゆる転流の繰返しにより、ロータ3の回転が継続する。
【0016】
一方、制御部13により、上記各トランジスタのオン,オフデューティが制御される。これにより、相巻線Lu,Lv,Lwに対する2相通電の期間が調節されて、ブラシレスDCモータ1の回転速度が変化する。
【0017】
これら整流回路11、スイッチング回路12、および制御部13は、上記制御基板16に設けられている。
【0018】
このようにスイッチング駆動されるブラシレスDCモータ1では、各トランジスタのオン,オフデューティが制されるのに伴い、相巻線Lu,Lv,Lwの中性点(相互接続点)Pの電位が変動する。この変動に伴い、運転中に軸受5,6の相互間交流電圧が生じて軸受5,6の油膜が絶縁破壊し、その絶縁破壊に伴って流れる電流により軸受5,6に電食が生じてしまう。
【0019】
そこで、図示のように、ブラシレスDCモータ1における相巻線Lu,Lv,Lwの中性点Pが、コンデンサ20を介して接地されている。この接地ラインは、整流回路11の負側出力端子(−)に導通するとともに、ブラシレスDCモータ1の外殻の外に導出される。
【0020】
このように、相巻線Lu,Lv,Lwの中性点Pがコンデンサ20を介して接地されることにより、中性点Pの電位の変動いわゆるリップル分が抑制される。この抑制により、軸受5,6の油膜の絶縁破壊を回避して軸受5,6の電食を未然に防ぐことができる。よって、ブラシレスDCモータ1の寿命が大幅に向上し、モータとしての高い信頼性を確保することができる。
【0021】
なお、上記実施形態では、スイッチング素子がトランジスタである場合を例に説明したが、FETやIGBTなどの使用も可能である。
【0022】
また、ブラシレスDCモータ1を鋼板製の外殻で覆う構成としたが、ブラシレスDCモータ1のステータコイル部を樹脂で覆い、その樹脂をモータの外殻としたモールド型の構成(いわゆるモールドモータ)を採用してもよい。このモールドモータの例を図3に示している。すなわち、ステータ2および相巻線Lu,Lv,Lwが樹脂30で覆われ、その樹脂30によって外殻が形成されている。ロータ3には、樹脂成型されたプラスチックマグネット31が取付けられている。
【0023】
その他、この発明は、上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0024】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、軸受の油膜の絶縁破壊を回避して軸受の電食を未然に防ぐことができる信頼性にすぐれたモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態およびスイッチング回路の構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態の構成を概略的に断面して示す図。
【図3】同実施形態の変形例の構成を概略的に断面して示す図。
【符号の説明】
1…ブラシレスDCモータ、Lu,Lv,Lw…相巻線、10…商用交流電源、12…スイッチング回路、Tu+,Tu−,Tv+,Tv−,Tw+,Tw−…トランジスタ(スイッチング素子)、P…中性点、13…制御部(制御手段)、20…コンデンサ、30…樹脂、31…プラスチックマグネット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor, for example, a brushless DC motor.
[0002]
[Prior art]
A motor such as a brushless DC motor includes a stator (not shown) having star-connected three-phase windings Lu, Lv, and Lw, and a rotor (not shown) having permanent magnets. The rotor is rotatably supported by bearings, and a rotating shaft is attached to the rotor.
[0003]
The phase windings Lu, Lv, and Lw are connected to a switching circuit (also referred to as an inverter), and each transistor in the switching circuit is controlled to be turned on and off, so that the phase windings are sequentially energized. As a result, the rotor rotates. Further, by controlling the on / off duty of each transistor, the rotation speed of the brushless DC motor changes.
[0004]
In the brushless DC motor that is thus switched and driven, the potential at the neutral point (interconnection point) of the phase windings Lu, Lv, and Lw fluctuates as the on / off duty of each transistor is controlled. It is known that an AC voltage is generated between the bearings during operation due to the fluctuation, and an oil film of each bearing is broken down, and electric current is generated in each bearing by the current flowing along with the breakdown. (For example, see Non-Patent Document 1).
[0005]
[Non-patent document 1]
Masanori Nakamura, Engineering Laboratory, Toyo Electric Manufacturing Co., Ltd.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described electrolytic corrosion of the bearing of the brushless DC motor accompanying the switching drive significantly shortens the life of the brushless DC motor, and is a problem to be solved.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to provide a highly reliable motor capable of preventing electric breakdown of a bearing by preventing dielectric breakdown of an oil film of the bearing.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The motor according to the first aspect of the invention has a plurality of phase windings connected in a star shape, and a neutral point of each phase winding is grounded via a capacitor.
[0008]
A motor according to a second aspect of the present invention is a molded motor in which a stator having a plurality of star-connected phase windings is covered with a resin, and a neutral point of each phase winding is connected via a capacitor. Grounded.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Reference numeral 1 denotes a brushless DC motor using a steel plate as an outer shell, and includes a stator 2 having three-phase windings Lu, Lv, and Lw in a star connection, and a rotor 3 having a permanent magnet 15. The rotor 3 is rotatably supported by bearings 5 and 6, and the rotating shaft 4 is attached to the rotor 3. The control board 16 is housed in the outer shell.
[0010]
Reference numeral 10 denotes a commercial AC power supply. The power supply voltage is rectified by a rectifier circuit 11 and supplied to a switching circuit 12. The switching circuit 12 energizes the phase windings Lu, Lv, and Lw of the brushless DC motor 1 and switches the energization. The switching circuit 12 includes a series circuit of two switching elements on the upstream and downstream sides in the current direction. It has the same amount.
[0011]
That is, for example, transistors Tu + and Tu− as upstream and downstream switching elements for the U phase, transistors Tv + and Tv− as upstream and downstream switching elements for the V phase, and upstream and downstream switching for the W phase. For example, transistors Tw + and Tw- are used as elements.
[0012]
The output voltage (DC voltage) of the rectifier circuit 11 is applied to each series circuit of the switching circuit 12. Note that a damper diode D for preventing back electromotive force is connected in parallel to each transistor.
[0013]
The non-connection end of the phase winding Lu is connected to the interconnection point of the transistors Tu + and Tu-, the non-connection end of the phase winding Lv is connected to the interconnection point of the transistors Tv + and Tv-, and the connection point of the interconnection between the transistors Tw + and Tw-. The non-connection ends of the winding Lw are respectively connected.
[0014]
The control unit 13 performs control for sequentially switching the multi-phase energization in which the upstream switching element of at least one series circuit and the downstream switching element of another at least one series circuit among the series circuits of the switching circuit 12 conduct. . The energization includes rectangular wave energization and sine wave energization. In the case of rectangular wave energization, the upstream transistor of one series circuit and the downstream transistor of another series circuit in each series circuit of the switching circuit 12 are connected. Control for sequentially switching the conducting two-phase conduction is performed.
[0015]
At the time of two-phase conduction, a current flows through two of the phase windings Lu, Lv, and Lw, and a magnetic field is generated from the two phase windings. Due to the interaction between the magnetic field and the magnetic field generated by the permanent magnet of the rotor 3, a rotational torque is generated in the rotor 3, and the rotor 3 starts rotating. The rotation of the rotor 3 is continued by repeating the so-called commutation in which the two-phase energization is sequentially switched.
[0016]
On the other hand, the on / off duty of each transistor is controlled by the control unit 13. Thereby, the period of the two-phase energization to the phase windings Lu, Lv, Lw is adjusted, and the rotation speed of the brushless DC motor 1 changes.
[0017]
The rectifier circuit 11, the switching circuit 12, and the control unit 13 are provided on the control board 16.
[0018]
In the brushless DC motor 1 thus switched and driven, the potential of the neutral point (interconnection point) P of the phase windings Lu, Lv, Lw fluctuates as the on / off duty of each transistor is controlled. I do. With this change, an alternating voltage is generated between the bearings 5 and 6 during operation, and the oil film of the bearings 5 and 6 is broken down, and the current flowing along with the dielectric breakdown causes electrolytic corrosion in the bearings 5 and 6. I will.
[0019]
Therefore, as shown, the neutral point P of the phase windings Lu, Lv, Lw in the brushless DC motor 1 is grounded via the capacitor 20. This ground line conducts to the negative output terminal (−) of the rectifier circuit 11 and is led out of the outer shell of the brushless DC motor 1.
[0020]
As described above, the neutral point P of the phase windings Lu, Lv, Lw is grounded via the capacitor 20, so that the fluctuation of the potential of the neutral point P, that is, the ripple component is suppressed. Due to this suppression, it is possible to avoid electric breakdown of the bearings 5 and 6 by avoiding dielectric breakdown of the oil films of the bearings 5 and 6. Therefore, the life of the brushless DC motor 1 is greatly improved, and high reliability as the motor can be secured.
[0021]
In the above embodiment, the case where the switching element is a transistor has been described as an example, but an FET, an IGBT, or the like can be used.
[0022]
Further, the brushless DC motor 1 is covered with the outer shell made of a steel plate, but the stator coil portion of the brushless DC motor 1 is covered with resin, and the resin is used as the outer shell of the motor. May be adopted. FIG. 3 shows an example of this molded motor. That is, the stator 2 and the phase windings Lu, Lv, Lw are covered with the resin 30, and the resin 30 forms an outer shell. A resin-molded plastic magnet 31 is attached to the rotor 3.
[0023]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements in an implementation stage without departing from the scope of the invention. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Further, components of different embodiments may be appropriately combined.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable motor capable of avoiding dielectric breakdown of an oil film of a bearing and preventing electrolytic corrosion of the bearing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment and a switching circuit.
FIG. 2 is a view schematically showing a cross section of the configuration of the embodiment.
FIG. 3 is an exemplary sectional view schematically showing the configuration of a modification of the embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Brushless DC motor, Lu, Lv, Lw ... Phase winding, 10 ... Commercial AC power supply, 12 ... Switching circuit, Tu +, Tu-, Tv +, Tv-, Tw +, Tw -... Transistor (switching element), P ... Neutral point, 13: control unit (control means), 20: condenser, 30: resin, 31: plastic magnet

Claims (2)

星形結線された複数の相巻線を有するモータにおいて、
前記各相巻線の中性点をコンデンサを介して接地したことを特徴とするモータ。
In a motor having a plurality of phase windings star-connected,
A motor wherein the neutral point of each phase winding is grounded via a capacitor.
星形結線された複数の相巻線を有するステータが樹脂で覆われたモールド型のモータにおいて、
前記各相巻線の中性点をコンデンサを介して接地したことを特徴とするモールド型のモータ。
In a mold-type motor in which a stator having a plurality of star-connected phase windings is covered with resin,
A molded motor, wherein the neutral point of each phase winding is grounded via a capacitor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007116762A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd motor
US7888833B2 (en) 2005-07-08 2011-02-15 Nidec Shibaura Corporation Molded motor
JP2012060827A (en) * 2010-09-10 2012-03-22 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Inverter-driven rotary electric machine system
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