(57)【要約】【課題】軸受けの電食が低減されたモールドモータを提供する。【解決手段】回転子５の周囲に配されたステータ２１にモールド樹脂１１が一体に成型されている。ステータは、ステータコア７と、ステータコアよりも回転子の回転中心軸１ａ方向の両側に突出したコイルエンド部４とを備える。導電性微粒子を含む導電性樹脂からなる遮蔽層９がコイルエンド部に積層され、且つコイルエンド部を覆っている。遮蔽層及びステータコアは接地されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に保持された回転子と、前記回転子の周囲に配されたステータと、前記ステータと一体に成型されたモールド樹脂とを備えたモールドモータであって、
前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアよりも前記回転子の回転中心軸方向の両側に突出したコイルエンド部とを備え、
導電性微粒子を含む導電性樹脂からなる遮蔽層が前記コイルエンド部を覆っており、
前記遮蔽層及び前記ステータコアは接地されていることを特徴とするモールドモータ。
【請求項２】
前記遮蔽層の体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以下である請求項１に記載のモールドモータ。
【請求項３】
前記遮蔽層が熱硬化性樹脂を含む請求項１又は２に記載のモールドモータ。
【請求項４】
前記導電性微粒子が非磁性体である請求項１〜３のいずれかに記載のモールドモータ。
【請求項５】
前記導電性微粒子が炭素を含む請求項４に記載のモールドモータ。
【請求項６】
前記導電性微粒子が、天然黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、及び、ナノグラフェンからなる群から選ばれた少なくとも１つである請求項５に記載のモールドモータ。
【請求項７】
前記コイルエンド部と前記遮蔽層との間に熱硬化性樹脂からなる絶縁層が形成されている請求項１〜６のいずれか記載のモールドモータ。
【請求項８】
前記回転子の軸を一対の軸受けを介して支持する一対のブラケットを更に備え、前記一対のブラケットが前記モールド樹脂に固定されている請求項１〜７のいずれか記載のモールドモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールドモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータでは、固定側であるステータのコイルによって回転磁界を発生させ、この回転磁界にしたがってマグネットを備えた回転子が回転する（例えば特許文献１参照）。近年のブラシレスＤＣモータに対する高効率化及び低振動化に関する要求に対応するために、駆動電圧は高電圧化され、また駆動周波数は可聴領域以上に高周波数化されつつある。このため、ステータが発生する磁界によって、軸受けを保持するブラケット、ステータコア、回転子などを構成する導電体内に電圧が誘起され、この電圧の電位の変化によって軸受け内で放電が発生して軸受けが電食されるという問題が顕在化している。
【０００３】
この問題を解決するための従来の手法を図５を用いて説明する。
【０００４】
ハウジング１１２及び一対のブラケット１０２とで外ケースが構成される。ハウジン１１２の内周面に、ステータコア１０７に巻線がコイル状に巻装されてなるステータ１２１が設けられている。軸１０１が一対の軸受け１０３を介して一対のブラケット１０２に回転可能に保持されている。軸１０１には、ステータコア１０７に対向するように回転子１０５が設けられている。ステータコア１０７に巻回されている巻線に電流が流れることで発生する磁界により、軸１０１やブラケット１０２内に電圧が誘導される。誘導された電圧によって、軸受け１０３内に放電が生じ、電食が発生する。
【０００５】
電食を防止するため、従来は、ブラケット１０２やステータコア１０７と電気的に接続されたハウジング１１２を接地１０８に電気的に接続する手法が一般的に行われていた。これにより、ブラケット１０２やステータコア１０７等に誘導された電圧を接地１０８を通じて低減することができるので、軸受け１０３の電食を低減することができる。
【０００６】
また、特許文献２には、ステータコア１０７よりも回転中心軸１０１ａ方向の両側に突出したコイルエンド部１０４を覆うように遮蔽材１０６を設ける手法が記載されている。遮蔽材１０６は、例えば薄鋼板のような金属製の導電材からなり、略Ｌ字状の断面形状を有している。遮蔽材１０６の一方の端縁はハウジング１１２に電気的に接続され、その他方の端縁はステータコア１０７に電気的に接続される。遮蔽材１０６とコイルエンド部１０４との間には隙間が設けられている。遮蔽材１０６は、直接又はハウジング１１２を介して接地１０８に接続される。これにより、遮蔽材１０６を設けない場合に存在していたコイルエンド部１０４と回転子１０５との間の静電容量が小さくなり、代わってコイルエンド部１０４と遮蔽材１０６との間に静電容量が発生する。このように、遮蔽材１０６を設けてコイルエンド部１０４とその周辺部位との間の静電容量の分布を変えることより、各周辺部位に誘導される電圧を下げることができる。その結果、軸受け１０３の電食を低減することができる。
【０００７】
図５に示したブラシレスＤＣモータは、ステータ１２１が鋼板からなるハウジング１１２によって保持された、いわゆる鋼板モータである。これに対して、モールド成型によりステータを絶縁体である樹脂（モールド樹脂）で覆った（又は埋設した）いわゆるモールドモータが知られている（例えば特許文献３参照）。モールドモータは、鋼板モータに比べて振動や騒音の低減化において有利であることから、例えば家庭用電化製品の分野において実用化されつつある。
【特許文献１】特開２００４−４８８２９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２９５３号公報
【特許文献３】特開２００８−２８９２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
鋼板モータに関する上述の遮蔽材１０６を用いた従来の電食の解決手法をモールドモータに適用すると以下の問題が生じる。
【０００９】
例えば、遮蔽材１０６とステータ１２１とが樹脂で覆われるようにモールド成型する場合、モールド成形時の成型圧力によって遮蔽材１０６が変形又は移動する可能性がある。その結果、遮蔽材１０６とステータコア１０７との電気的接続部分が破断する、遮蔽材１０６と接地１０８との電気的接続部分が破断する、または所望する静電容量分布を得られなくなるなどの問題が生じる可能性がある。これを防止するためには、成型圧力に耐えられるように、遮蔽材１０６自身や遮蔽材１０６とステータコア１０７及び接地１０８との接続部分を強固にしたり、遮蔽材１０６をコイルエンド部１０４の形状に沿った形状にしたりする必要がある。ところが、これらを実現するためには、遮蔽材１０６を厚く且つその形状を複雑なものにしたり、遮蔽材１０６の上記接続部分を溶接などで形成したりする必要がある。したがって、モールドモータの軸受けの電食を低減するために、鋼板モータに関する特許文献２に記載された手法をそのまま適用することは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の従来の問題を解決し、軸受けの電食が低減されたモールド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】
本発明に係るモールドモータは、回転自在に保持された回転子と、前記回転子の周囲に配されたステータと、前記ステータと一体に成型されたモールド樹脂とを備える。前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアよりも前記回転子の回転中心軸方向の両側に突出したコイルエンド部とを備える。導電性微粒子を含む導電性樹脂からなる遮蔽層が前記コイルエンド部を覆っている。そして、前記遮蔽層及び前記ステータコアは接地されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のモールドモータによれば、ステータのコイルエンド部が導電性樹脂からなる遮蔽層で覆われており、且つ、この遮蔽層は接地されている。したがって、コイルエンド部とその周辺部位との間の静電容量を小さくすることができる。その結果、周辺部位に誘導される電圧が低下するので、軸受けの電食を低減することができる。
【００１３】
また、遮蔽層はコイルエンド部を覆っているので、モールド成形時の成型圧力によって、遮蔽層が変形したり移動したりすることはほとんどない。
【００１４】
しかも、遮蔽層は、樹脂からなるので、コイルエンド部に積層することは容易である。
【００１５】
以上により、簡便な手法により軸受けの電食が低減されたモールドモータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上記の本発明のモールドモータにおいて、前記遮蔽層の体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以下であることが好ましい。これにより、軸受けの電食を更に低減することができる。
【００１７】
前記遮蔽層が熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。これにより、遮蔽層を設けた後のモールド成形時の熱や圧力によって、遮蔽層が変形したり移動したりするのを防止できる。
【００１８】
前記導電性微粒子が非磁性体であることが好ましい。これにより、遮蔽層を設けたことによる磁界の損失を低減することができるので、モータ効率の低下を抑制することができる。
【００１９】
前記導電性微粒子が炭素を含むことが好ましい。これにより、耐腐食性を有し低比重の遮蔽層を実現できる。
【００２０】
この場合、前記導電性微粒子が、天然黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、及び、ナノグラフェンからなる群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。これにより、所望する導電性を有する遮蔽層を容易に実現することができる。
【００２１】
前記コイルエンド部と前記遮蔽層との間に熱硬化性樹脂からなる絶縁層が形成されていることが好ましい。これにより、コイルエンド部と遮蔽層との間の絶縁耐圧を向上させることができる。また、絶縁層が熱硬化性樹脂からなることにより、絶縁層を設けた後のモールド成形時の熱や圧力によって、絶縁層やこの上の遮蔽層が変形したり移動したりするのを防止できる。
【００２２】
前記回転子の軸を一対の軸受けを介して支持する一対のブラケットを更に備え、前記一対のブラケットが前記モールド樹脂に固定されていても良い。この場合にも、一対の軸受けの電食を低減することが可能である。
【００２３】
以下、本発明を好適な実施の形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａの概略構成を示した片断面図である。モールドモータ２０Ａの基本的構成は回転中心軸１ａに対して対称であるので、図１では回転中心軸１ａに対して一方の側の図示を省略している。
【００２５】
図１に示すように、モールドモータ２０Ａは、回転子５と、回転子５の周囲に配されたステータ２１とを備えるブラシレスＤＣモータである。ステータ２１は、モールド成型により熱硬化性樹脂からなるモールド樹脂１１と一体化されてステータ成型体２２を構成している。
【００２６】
回転子５の中心を軸１が貫通している。軸１は一対の軸受け３ａ，３ｂにより回転中心軸１ａの回りに回転自在に支持されている。軸受け３ａは、金属製のブラケット２により支持されている。ブラケット２は、ステータ成型体２２を構成するモールド樹脂１１に固定されている。軸受け３ｂは、ステータ成型体２２を構成するモールド樹脂１１により支持されている。
【００２７】
ステータ２１は、ステータコア７と、ステータコアの回りにコイル状に巻回された巻線とを備える。ステータコア７と巻線との間には電気的絶縁性を有する絶縁材１０を介在させることが好ましい。これにより、ステータコア７と巻線との間の絶縁耐圧を向上させることができる。絶縁材１０としては、例えば樹脂からなるフィルム又は成型品を用いることができる。
【００２８】
ステータコア７に巻回された巻線は、ステータコア７よりも回転中心軸１ａ方向の両側に突出してコイルエンド部４を形成している。遮蔽層６がコイルエンド部４の表面に密着して積層され、且つコイルエンド部４を覆っている。遮蔽層６は、更にステータコア７の一部とも密着していることが好ましい。遮蔽層６を含むステータ２１は、ステータコア７の回転子５に対向する面を除いて、モールド樹脂１１内に埋設されている。
【００２９】
ステータコア７は、銅などの導電材料を介して接地８に電気的に接続されている。これにより、図５に示した従来の鋼板モータと同様に、ステータコア７等に誘導された電圧を接地８を通じて低減することができるので、軸受け３ａの電食を低減することができる。
【００３０】
遮蔽層６は、基材樹脂中に導電性微粒子が分散含有された導電性樹脂からなる。遮蔽層６の体積抵抗率は１０8Ωｃｍ以下であることが好ましい。遮蔽層６は、ステータコア７を介して又はこれを介さずに、接地８と電気的に接続されている。
【００３１】
導電性を有する遮蔽層６がコイルエンド部４を覆い且つ接地されていることにより、コイルエンド部４とその周辺部位との間の静電容量を下げることができる。これにより、周辺部位に誘導される電圧が低下する。本実施の形態１では、ブラケット２と回転子５及び軸１との間に軸受け３ａが存在するが、これらに誘導される電圧が低下することにより軸受け３ａ内での放電を抑制することができる。したがって、軸受けの電食を低減することができる。
【００３２】
基材樹脂としては、特に制限はないが、例えばエポキシ樹脂などの１０12Ωｃｍ以上の体積抵抗率を持つ熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３３】
導電性微粒子としては、導電性を有し、前記基材樹脂中に含有させることにより、基材樹脂よりも体積抵抗率が小さな導電性樹脂を得ることが出来れば特に制限はない。但し、例えば鉄やニッケルなどの金属性の磁性微粒子を用いると、遮蔽層６内で渦電流が発生し、モータ効率が低下することがある。したがって、コイルエンド部４に発生する磁界をモータの駆動に利用する場合には、その磁界を妨げないように非磁性の導電性微粒子を用いることが好ましい。これにより、磁界の損失が低減し、遮蔽層６を設けたことによるモータ効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
さらに、使用環境によって導電性微粒子に腐食や酸化が生じ、導電性微粒子の導電性が経時的に変化することが予想される場合、炭素由来の導電性微粒子を用いることが好ましい。炭素由来の導電性微粒子は、金属性の微粒子よりも腐食や酸化が生じにくく、腐食による微粒子の導電性の変化を抑制することが可能となる。更に、炭素由来の微粒子の比重は２ｇ／ｃｍ3前後と小さいので、金属性の微粒子を用いた場合に比べて遮蔽層６を軽量化することができる。よって、炭素由来の導電性微粒子を用いることにより、耐腐食性と低比重とを併せ持った遮蔽層６を実現できる。
【００３５】
炭素由来の導電性微粒子としては、天然黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ナノグラフェンの中から選択することが好ましい。そして、この炭素由来の導電性微粒子を、基材樹脂に体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以下となるように配合することが好ましい。炭素由来の導電性微粒子を１種類のみ用いても良いし、異なる２種類以上を混合して用いても良い。天然黒鉛とは、炭素を主成分とした鉱物であり、剥離や微細化によって単層にまで乖離することが可能な導電性の微粒子である。層間化合物としてカリウムなどの炭素以外の元素を取り込んだ層を有していても良い。カーボンブラックは、工業的に品質制御され、ファーネス法、チャンネル法、アセチレン法、サーマル法等によって製造され、好ましくは直径３〜５００ｎｍ程度の炭素からなる導電性の微粒子である。カーボンファイバーは、工業的に品質制御され、ＰＡＮ系やＰＩＴＣＨ系を原料として製造され、好ましくは直径が１０００ｎｍ程度以下の炭素からなる繊維状の導電性の微粒子である。カーボンナノチューブは、好ましくは直径が１００ｎｍ以下かつアスペクト比が５以上の、炭素からなる導電性の微粒子である。カーボンナノチューブは、グラファイトシートをチューブ状に巻いた形状を有しており、単層ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）や、複数のグラファイトシートが同芯に巻かれた多層ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）のいずれでも良く、また、単一構造のみから構成されていても、複数種類の構造が混同して構成されていても良い。ナノグラフェンは、芳香族とグラファイトとの中間体であり、芳香族としての構造とシート形状とを兼ね備えた分子構造にて構成される、好ましくは直径１００ｎｍ以下の炭素の微粒子である。
【００３６】
遮蔽層６は、基材樹脂中に導電性微粒子を分散含有して得た導電性樹脂を例えばコイルエンド部４の表面に塗布することで形成することができる。塗布された導電性樹脂は、コイルエンド部４の表面形状に沿って密着しコイルエンド部４を覆う。更に、導電性樹脂を、ステータコア７の表面の一部にも接触するように塗布しても良い。
【００３７】
導電性樹脂を構成する基材樹脂が熱硬化性樹脂であると、導電性樹脂を塗布した後、加熱して導電性樹脂を硬化させて、コイルエンド部４に密着した遮蔽層６を形成できる。これにより、その後のモールド成形時の熱や圧力によって遮蔽層６が変形したり移動したりするのを低減できる。遮蔽層６がステータコア７の表面の一部に密着していると、モールド成形時の遮蔽層６の変形や移動が更に低減するとともに、遮蔽層６をステータコア７に電気的に接続することができる。
【００３８】
図２は、遮蔽層の効果を確認するための実験の結果を示した図である。実験方法は以下の通りである。熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に、導電性微粒子としてのカーボンナノフィラーを配合した導電性樹脂からなる遮蔽層６を備えた図１のモールドモータを作成した。このモールドモータに、先端にアンテナ（銅線、直径０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ）を設置したプローブを近づけ、モールドモータからプローブに誘導される電圧（誘導電圧）を、オシロスコープを用いて測定した。この誘導電圧の大きさは、軸受けの電食の発生の程度と相関すると考えられる。遮蔽層６を構成する導電性樹脂中のカーボンナノフィラーの配合量を変えることにより、遮蔽層６の体積抵抗率を変えた。図２の横軸は、遮蔽層６の体積抵抗率を示す。図２の縦軸は、誘導電圧の低減効果を示す。誘導電圧の低減効果は、遮蔽層６を設けない場合の誘導電圧を最低（誘導電圧の低減効果が０％）とし、モールドモータとプローブとの間にアルミニウム箔を介在させてプローブをモールドモータから遮蔽した場合の誘導電圧を最大（誘導電圧の低減効果が１００％）としたときの相対値として求めた。図２より、遮蔽層６の体積抵抗率が小さいほど誘導電圧の低減効果は大きくなるが、特に遮蔽層６の体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以下であると誘導電圧の低減効果が顕著に発現することが分かる。
【００３９】
モールドモータ２０Ａを駆動するためのＰＷＭ制御を行うＩＣを搭載した基板は、モールドモータ２０Ａ内またはその外のどちらに存在しても構わない。さらに、モールド樹脂１１中に存在していても構わない。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａによれば、コイルエンド部４の周辺部位に誘導される電圧の発生を簡便な方法で確実に抑制することができるので、軸受の電食を防止することが可能となる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るモールドモータ２０Ｂの概略構成を示した片断面図である。図３において、図１に示した実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａと同一の構成部材には同一の符号を付して、それらについての説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態２のモールドモータ２０Ｂは、コイルエンド部４と遮蔽層６との間に熱硬化性樹脂からなる絶縁層９が設けられている点で、実施の形態１のモールドモータ２０Ａと異なる。即ち、コイルエンド部４に絶縁層９及び遮蔽層６がこの順に積層されている。
【００４３】
絶縁層９を設けることにより、コイルエンド部４と遮蔽層６との間の絶縁距離を十分に確保することができるので、コイルエンド部４を構成する巻線と遮蔽層６との間の絶縁耐圧を向上させることができる。本実施の形態２では、遮蔽層６はコイルエンド部４と直接接触しないことが好ましい。但し、遮蔽層６は、実施の形態１と同様に、ステータコア７の一部に密着していても良い。
【００４４】
絶縁層９の体積抵抗率は１０12Ωｃｍ以上であることが好ましい。これにより、コイルエンド部４と遮蔽層６との間により高い絶縁耐圧を確保することができる。
【００４５】
絶縁層９は、熱硬化性樹脂からなることが好ましい。これにより、絶縁層９を形成後のモールド成形時の熱や圧力によって絶縁層９やこの上の遮蔽層６が変形したり移動したりするのを防止することができる。絶縁層９の材料としては、特に制限はないが、遮蔽層６を構成する導電性樹脂の基材樹脂（例えばエポキシ樹脂）と同じ樹脂を用いることができる。
【００４６】
本実施の形態２に係るモールドモータ２０Ｂによれば、実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａに比べて、絶縁耐圧を向上することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係るモールドモータ２０Ｃの概略構成を示した片断面図である。図３において、図１に示した実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａと同一の構成部材には同一の符号を付して、それらについての説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態３のモールドモータ２０Ｃは、片方の軸受けだけではなく両方の軸受け３ａ，３ｂが金属製のブラケット２ａ，２ｂにより支持されている点で、実施の形態１のモールドモータ２０Ａと異なる。ブラケット２ａ，２ｂは、ステータ成型体２２を構成するモールド樹脂１１に固定されている。
【００４９】
本実施の形態３のモールドモータ２０Ｃのように、軸受け３ａ，３ｂをブラケット２ａ，２ｂにより支持しても、コイルエンド部４を、接地された遮蔽層６で覆うことにより、ブラケット２ａ，２ｂのそれぞれに誘起される電圧を低下させることができる。したがって、軸受け３ａ，３ｂの電食を低減することができる。
【００５０】
本実施の形態３のモールドモータ２０Ｃによれば、複数の被誘導部を有しているにも関わらず、実施の形態１に係るモールドモータ２０Ａと同様に、コイルエンド部４の周辺部位に誘導される電圧の発生を簡便な方法で確実に抑制することができるので、軸受の電食を防止することが可能となる。
【００５１】
なお、実施の形態３に係るモールドモータ２０Ｃに、実施の形態２で説明した絶縁層９を設けてもよく、その場合には、実施の形態２で説明した効果を更に得ることができる。
【００５２】
上述の実施の形態１，２，３は本発明を例示的に説明するためのものに過ぎず、本発明はこれらに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、ブラシレスＤＣモールドモータとして公知の構成を本発明に適用するこができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の利用分野は特に制限はなく、軸受けの電食が低減されたブラシレスＤＣモールドモータとして広範囲に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るモールドモータの概略構成を示した片断面図である。
【図２】図２は、遮蔽層の効果を確認するための実験の結果を示した図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係るモールドモータの概略構成を示した片断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係るモールドモータの概略構成を示した片断面図である。
【図５】図５は、従来の鋼板モータの一例の概略構成を示した片断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１０１  軸
１ａ，１０１ａ  回転中心軸
２，２ａ，２ｂ，１０２  ブラケット
３ａ，３ｂ，１０３  軸受け
４，１０４  コイルエンド部
５，１０５  回転子
６  遮蔽層
７，１０７  ステータコア
８，１０８  接地
９  絶縁層
１０  絶縁材
１１  モールド樹脂
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  モールドモータ
２１，１２１  ステータ
２２  ステータ成型体
１０６  遮蔽材
１１２  ハウジング
【図１】
2010183779.tif 000003
【図２】
2010183779.tif 000004
【図３】
2010183779.tif 000005
【図４】
2010183779.tif 000006
【図５】
2010183779.tif 000007