(57)【要約】  固定子巻線（１２）を巻装した固定子鉄心（１１）を含む固定子（１０）と、回転体（３０）とシャフト（１６）とを含む回転子（１４）と、シャフト（１６）を支持する軸受（１５）と、軸受（１５）を固定するブラケット（１７）とを備え、固定子巻線（１２）と軸受（１５）の内輪との間のインピーダンス、および固定子巻線（１２）と軸受（１５）の外輪との間のインピーダンスの少なくともいずれかのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を含む。インピーダンス調整部材は、それぞれのインピーダンスを整合させる整合部材である。整合部材は、固定子鉄心（１１）とブラケット（１７）との間に設けたキャパシタ（４０）である。
2009001546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向して周方向に複数の永久磁石を保持した回転体と、前記回転体の中央を貫通するように前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、
前記シャフトを支持する軸受と、
前記軸受を固定するブラケットとを備え、
前記巻線と前記軸受の内輪との間のインピーダンス、および前記巻線と前記軸受の外輪との間のインピーダンスの少なくともいずれかのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を含むことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記インピーダンス調整部材は、前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスと、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させる整合部材であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記整合部材は、前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間が、前記インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記インピーダンス成分を有する部材は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスは、前記基準に対して＋１０％から−７５％までの範囲内としたことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項７】
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記整合部材は、前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する素子であることを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間が、前記インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１０】
前記インピーダンス成分を有した素子は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１１】
前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスは、前記基準に対して＋１０％から−７５％の範囲内としたことを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項１２】
前記固定子は、樹脂にて絶縁された前記固定子鉄心に前記巻線を巻装し、
前記樹脂を前記インピーダンス調整部材として、前記樹脂の誘電率を３．０以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１３】
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定したことを特徴とする請求項１２に記載の電動機。
【請求項１４】
前記固定子は、樹脂にて絶縁された前記固定子鉄心に前記巻線を巻装し、
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定し、
前記絶縁樹脂を前記インピーダンス調整部材として、前記絶縁樹脂の誘電率を３．０以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１５】
前記整合部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項１６】
前記インピーダンス成分を有する部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとを絶縁分離することを特徴とする請求項１５に記載の電動機。
【請求項１７】
前記インピーダンス成分を有する部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとを絶縁分離する絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１６に記載の電動機。
【請求項１８】
前記固定子鉄心に巻装した前記巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１９】
請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の電動機を搭載したことを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機およびそれを備えた電気機器に関し、特に軸受の電食の発生を防止するように改良された電動機およびそれを備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機はパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、ＰＷＭ方式という）のインバータにより駆動する方式を採用するケースが多くなってきている。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点電位が零とならずコモンモード電圧が発生する。そして、このコモンモード電圧によって、軸受の外輪と内輪との間に電位差（以下、軸電圧という）が発生する。軸電圧は、スイッチングによる高周波成分を含んでおり、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受の内部に高周波電流が流れ、軸受内部に電食が発生する。電食が進行した場合、軸受内輪または外輪の内部に波状摩耗現象が発生して異常音に至ることがあり、電動機における不具合の主要因の１つとなっている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特に電食が発生しやすい条件として、モータ印加電圧が高い地域（例えば商用電源２４０Ｖ地域など）で、比較的低温時、かつモータとして回転数変動が少ない状態で長時間運転した場合に起こりやすいことが知られている。【０００４】
ところで、従来、電食を防止するためには、以下のような対策が考えられている。
（１）軸受内輪と外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と外輪を絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。【０００５】
上記（１）の具体的方法としては、軸受の潤滑剤を導電性にすることが挙げられる。但し、導電性潤滑剤は、時間経過とともに導電性が悪化することや摺動信頼性に欠けるなどの課題がある。また、回転軸にブラシを設置し、導通状態にする方法も考えられるが、この方法もブラシ摩耗粉やスペースが必要となるなどの課題がある。【０００６】
上記（２）の具体的方法としては、軸受内部の鉄ボールをセラミックボールに変更することが挙げられる。この方法は、電食の防止には非常に効果はあるが、コストが高い課題があり、汎用的な電動機には採用できない。【０００７】
上記（３）の具体的方法としては、軸電圧部分と並列に軸電圧低減用の分圧回路を設ける方法が挙げられる。より具体的には電動機のシャフトに金属製の円盤（導電体）を設け、この円盤をブラケットに近接させて静電容量を形成する。このような構成により、軸電圧を低減する方法が公知である（例えば、特許文献２参照）。【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されたような構成では、シャフトに円盤を設ける必要があるため、部品点数や製造工数が増加するという課題があった。さらに、静電容量を増加させるには、例えば円盤の面積を大きくする必要があり、大掛かりな構成となり、電動機の小型化には不向きであるという課題もあった。したがって、小型化を求められる電動機への適用や量産性を考慮した場合、特許文献２のような手法を採用することは非常に困難であった。
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２５６４号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明の電動機は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、固定子に対向して周方向に複数の永久磁石を保持した回転体と回転体の中央を貫通するように回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを備え、巻線と軸受の内輪との間のインピーダンス、および巻線と軸受の外輪との間のインピーダンスの少なくともいずれかのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を含む。
【００１０】
また、このインピーダンス調整部材は、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスと、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させる整合部材である。
【００１１】
このような構成により、インピーダンス調整部材を適切に調整することによって、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスと、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させることができる。それぞれのインピーダンスをこのように整合させることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受の内輪と外輪とに生じる電位を近似あるいは一致させることができる。すなわち、これによって、軸受の内輪と外輪との電位差である軸電圧を低減できる。このため、このような簡易な構成によって軸受内部に発生する電食を防止することができる。
【００１２】
また、整合部材は、固定子鉄心とブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材である。
【００１３】
また、固定子鉄心とブラケットとの間が、インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されている。
【００１４】
また、インピーダンス成分を有する部材は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかである。
【００１５】
また、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスは、基準の＋１０％増から−７５％減までの範囲内としている。
【００１６】
このような構成により、大掛かりな構成とすることは必要なく、簡易な構成で軸受内部に発生する電食を防止することができ、小型化にも適した電動機を実現できる。
【００１７】
また、固定子は樹脂にて絶縁された固定子鉄心に巻線を巻装し、この樹脂をインピーダンス調整部材として、樹脂の誘電率を３．０以下としてもよい。
【００１８】
また、固定子鉄心を巻装する巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、軸受は一対の軸受で構成され、一方の軸受をハウジング部の内部に設け、他方の軸受をブラケットに固定し、絶縁樹脂をインピーダンス調整部材として、絶縁樹脂の誘電率を３．０以下としてもよい。
【００１９】
また、整合部材として、回転体の外周とシャフトとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材としてもよい。
【００２０】
このような構成によっても、大掛かりな構成とすることは必要なく、簡易な構成で軸受内部に発生する電食を防止することができ、小型化にも適した電動機を実現できる。
【００２１】
また、本発明の電気機器は、上述したような電動機を搭載した構成である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における電動機の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、ブラシレスモータの静電容量の概略分布モデル図である。
【図３】図３は、電食が発生するメカニズムを説明するための、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。
【図４】図４は、電食が発生するメカニズムを説明するための、固定子側の静電容量も考慮した等価回路図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１における電動機を駆動させた際の各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１において、固定子鉄心とブラケットとの間に抵抗素子を接続したときの等価回路図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１における電動機の軸電圧の測定方法を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１における電動機の軸電圧の電圧波形を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１における電動機の軸電流の測定方法を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２における電動機の構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３における電動機の構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３における電動機を駆動させた際の各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    固定子
１１    固定子鉄心
１２    固定子巻線
１３    絶縁樹脂（モールド材）
１４    回転子
１５    軸受
１６    シャフト
１７    ブラケット
１８    プリント基板
２０    グランド線
２１，２１１    樹脂（インシュレータ）
３０    回転体
３１    回転子鉄心
３２    フェライト樹脂磁石
４０    キャパシタ
４１    貫通孔
４２    接続ピン
１１０，１１１    リード線
１１２    導電性テープ
１２０    プローブ
１２１    プローブの先端
１２２    プローブのグランド
１３０    デジタルオシロスコープ
１４０    絶縁トランス
１５０    リークカレントハイテスタ
３１１    絶縁樹脂
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の構造を示す断面図である。本実施の形態では、電気機器としてのエアコン用に搭載され、送風ファンを駆動するためのブラシレスモータである電動機の一例を挙げて説明する。また、本実施の形態では、回転子が固定子の内周側に回転自在に配置されたインナロータ型の電動機の例を挙げて説明する。【００２６】
図１において、巻線である固定子巻線１２が巻装された固定子鉄心１１は、モールド一体成形するためのモールド材である絶縁樹脂（以下、モールド材という）１３にてモールド成形されている。これによって、固定子１０を含むハウジング部が構成されている。また、固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間には、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータとしての樹脂（以下、インシュレータという）２１が介在している。【００２７】
固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入されている。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の中央を貫通するようにして回転体３０を締結したシャフト１６とを有している。回転子鉄心３１は、固定子１０の内周側に対向して周方向に複数の永久磁石を保持している。図１では、回転子鉄心３１と永久磁石であるフェライト樹脂磁石３２とが一体成形された構成例を示している。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とが対向するように配置されている。【００２８】
回転子１４のシャフト１６には、シャフト１６を支持する２つの軸受１５が取り付けられている。軸受１５は、複数の鉄ボールを有したベアリングである。２つの軸受１５の一方はモールド一体成形するモールド材１３に固定され、他方は金属製のブラケット１７に固定されている。すなわち、軸受１５の外輪側がモールド材１３およびブラケット１７に固定され、軸受１５の鉄ボールや潤滑剤を介し、軸受１５の内輪側において、その内輪にシャフト１６が固着されている。以上のような構成により、シャフト１６が２つの軸受１５に支承され、回転子１４が回転自在に回転する。なお、このような構造により、固定子鉄心１１とブラケット１７とはモールド材１３により絶縁されている。また、他方の軸受１５の外輪側はブラケット１７と直流電気的に接続され、両軸受１５の内輪側はシャフト１６および回転子鉄心３１と直流電気的に接続されている。そして、本電動機が駆動されたとき、軸受１５の内輪と外輪との間において潤滑剤やその油膜などを介した絶縁状態が生じる。【００２９】
さらに、このブラシレスモータには駆動回路を実装したプリント基板１８が内蔵されている。このプリント基板１８にはＰＷＭ方式のインバータ駆動回路が搭載されている。このインバータ駆動回路により固定子巻線１２が駆動される。このようなプリント基板１８を内蔵したのち、ブラケット１７を固定子１０に圧入することにより、ブラシレスモータが形成される。また、プリント基板１８には、巻線の電源電圧、制御回路の電源電圧および制御電圧を印加するリード線と制御回路のグランド線２０とが接続されている。【００３０】
そして、本実施の形態では、さらに、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子であるキャパシタ４０を電気的に接続している。このような接続を行うため、具体的には、まず、固定子鉄心１１の側面に位置するモールド材１３の一部を切削して貫通孔４１を設け、固定子鉄心１１の一部を露出させている。そして、貫通孔４１を通して、露出させた固定子鉄心１１の一部に接続ピン４２の一端を接続する。さらに、接続ピン４２の他端にキャパシタ４０の一端を接続し、キャパシタ４０の他端をブラケット１７に接続している。【００３１】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材としてこのようなインピーダンス成分を有した素子であるキャパシタ４０を配置している。より具体的には、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスが、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスに近似あるいは一致するように、それぞれのインピーダンスを整合させるため、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を設けている。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に、それぞれのインピーダンスを整合させるための整合部材としてキャパシタ４０を設けることにより、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスが調整される。そして、このような調整により、それぞれのインピーダンスが近似あるいは一致する。【００３２】
本実施の形態では、それぞれのインピーダンスをこのように整合させることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受１５の内輪と外輪とに生じる電位を近似あるいは一致させ、これによって軸受内部に発生する電食を防止している。【００３３】
ここで、電食が発生するメカニズムの一例について説明する。【００３４】
図２は、図１に示すブラシレスモータの静電容量の概略分布モデル図である。なお、図２では電食が発生するメカニズムを判りやすく説明するため、固定子鉄心１１とブラケット１７との間のキャパシタ４０を省略している。【００３５】
図２において、静電容量Ｃ１は、固定子巻線１２とプリント基板１８との間の静電容量である。静電容量Ｃ１の値は、モールド一体成形する絶縁樹脂１３の誘電率および絶縁距離に主に依存する。【００３６】
静電容量Ｃ２は、プリント基板１８とブラケット１７との間の静電容量である。静電容量Ｃ２の値は、空間絶縁距離に主に依存する。【００３７】
静電容量Ｃ３は、シャフト１６とブラケット１７間の静電容量である。静電容量Ｃ３の値は、軸受１５内部の潤滑剤の誘電率および油膜厚に主に依存する。【００３８】
静電容量Ｃ４は、固定子鉄心１１と回転子１４間の静電容量である。静電容量Ｃ４の値は、空隙距離に主に依存する。【００３９】
静電容量Ｃ５は、固定子鉄心１１と固定子巻線１２間の静電容量である。静電容量Ｃ５の値は、固定子鉄心を絶縁する樹脂２１の誘電率と厚さに主に依存する。【００４０】
静電容量Ｃ６は、固定子の絶縁樹脂１３とシャフト１６間の静電容量である。静電容量Ｃ６の値は、静電容量Ｃ３と同様に、軸受１５内部の潤滑剤の誘電率および油膜厚に主に依存する。【００４１】
静電容量Ｃ７は、固定子巻線１２と軸受１５間の静電容量である。静電容量Ｃ７の値は、静電容量Ｃ１と同様に、固定子の絶縁樹脂１３の誘電率および絶縁距離に主に依存する。ここで、図中のＶｄｃは、プリント基板１８に印加される電圧である。【００４２】
このような構成のブラシレスモータをＰＷＭ方式のインバータにより駆動した場合、コモンモード電圧が発生し、静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分によって軸電圧が発生する。この軸電圧に対して特定の条件下では、軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧が発生し、電食に至るケースがある。【００４３】
固定子巻線１２をＰＷＭ方式のインバータにより駆動すると、各構成部材間の静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分を介して、ループ状の高周波の循環電流が発生する。循環電流のルートとしては、例えば、固定子鉄心１１から固定子巻線１２、プリント基板１８、ブラケット１７、軸受１５、シャフト１６、回転子１４、そして固定子鉄心１１に戻るというルートがある。そのときに、軸受１５内部で潤滑剤であるグリスの油膜が切れたり、または油膜厚が薄くなったりすると、それに伴い局所的な絶縁破壊による放電現象が発生する。この放電現象により軸受１５の転送面に微小の放電痕が形成され、それが長時間継続することで電食に至ることがある。この放電現象の発生は、コモンモード電圧が静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分で分圧されるため、軸受１５にかかる軸電圧の大きさに密接に関係してくる。【００４４】
図３は、電食が発生するメカニズムを説明するための、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。図３では、固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡部材９０により短絡させた場合の一例を示している。【００４５】
また、図３では、固定子巻線１２に発生した電位により、次のような２つのルートで高周波の電流が流れるような等価回路を示している。すなわち、一方のルートは、固定子巻線１２から、固定子鉄心１１を絶縁する樹脂２１およびモールド一体成形する絶縁樹脂１３、固定子鉄心１１、ブラケット１７、そして軸受１５の外輪までへのルートである。他方のルートは、固定子巻線１２から、樹脂２１および絶縁樹脂１３、固定子鉄心１１、回転子１４の永久磁石、回転子鉄心、シャフト１６、そして軸受１５の内輪までへのルートである。【００４６】
このようなルートを図３に示すような等価回路で表している。すなわち、図３において、コモンモード電圧Ｅは、固定子巻線１２に発生した電位に対応する。また、図３に示す等価回路は、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcs、固定子側のインピーダンスＺst８、および回転子側のインピーダンスＺrtを含む。【００４７】
インピーダンスＺcsは、固定子巻線１２から樹脂２１および絶縁樹脂１３を介して固定子鉄心１１までの共通ルートでのインピーダンスを示す。図３では、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間における静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsとを並列接続した等価回路によるインピーダンスＺcsとして示している。【００４８】
固定子側のインピーダンスＺst８は、固定子鉄心１１から短絡部材９０およびブラケット１７を介して軸受１５の外輪まで、前述の一方のルートに対応したインピーダンスを示す。図３では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗ＲsbによるインピーダンスＺst８として示している。【００４９】
回転子側のインピーダンスＺrtは、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心およびシャフト１６を介して軸受１５の内輪まで、前述の他方のルートに対応したインピーダンスを示す。図３では、２つの並列回路のそれぞれを直列接続した等価回路のインピーダンスＺrtとして示している。一方の並列回路は、固定子鉄心１１と回転子１４との間の空隙における静電容量Ｃgapと抵抗Ｒgapとを並列接続した回路である。また、他方の並列回路は、回転子１４の永久磁石から軸受１５の内輪までにおける静電容量Ｃmgと抵抗Ｒmgとを並列接続した回路である。【００５０】
そして、図３に示すように、軸受１５の内輪と外輪との間を、静電容量Ｃbbと抵抗Ｒbbとを並列接続した等価回路の構成としている。この並列回路両端において、電圧Ｖｓが軸受１５の外輪の電圧を示し、電圧Ｖｒが軸受１５の内輪の電圧を示している。【００５１】
ここで、回転子側のインピーダンスＺrtは、【００５２】
【数１】
2009001546.tif 000003
【００５３】
となる。インピーダンスＺrtは、固定子鉄心および回転子永久磁石の表面積、固定子鉄心と回転子永久磁石との空隙距離や、回転子に用いられる永久磁石材質、および回転子鉄心までの永久磁石の厚さなどにより決まる。【００５４】
また、固定子側のインピーダンスＺst８は、【００５５】
【数２】
2009001546.tif 000004
【００５６】
となる。【００５７】
ここで、固定子側として固定子鉄心１１とブラケット１７とが短絡されているため、（式１）と（式２）とを比較すると、固定子側のインピーダンスＺst８は、回転子側のインピーダンスＺrtよりも低い。すなわち、Ｚrt＞Ｚst８の状態となっている。つまり、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒは、Ｚrtのインピーダンスが高いため低い電圧となり、軸受１５の外輪の電圧ＶｓはＺst８のインピーダンスが低いため高い電圧となる。したがって、軸受１５の内輪と外輪との間には、電圧値（Ｖｓ−Ｖｒ）となる軸電圧が発生する。【００５８】
そして、軸受１５の内輪と外輪との間で生じるこのような軸電圧により放電現象が発生し、この放電現象によって電食現象が生じる。この電食現象が繰り返されることにより、軸受１５の転送面が荒れ、波状摩耗現象に至ると最終的にモータの異常音の発生につながる。また、軸電圧が高いほどこのような放電現象が発生しやすくなる。【００５９】
また、以上の説明では、固定子側のインピーダンスＺst８は抵抗成分である抵抗Ｒsbのみとして説明したが、実際には静電容量も含む。すなわち、抵抗成分に加えて、固定子鉄心１１とブラケット１７との間のモールド材１３やプリント基板１８、さらにはプリント基板１８とブラケット１７との間の空間などによる静電容量が存在する。図４は、これら固定子側の静電容量も考慮した等価回路図である。図４での静電容量Ｃsbおよび抵抗Ｒsbがこれらの静電容量や抵抗成分を示している。また、この場合の固定子側のインピーダンスＺst９は、【００６０】
【数３】
2009001546.tif 000005
【００６１】
となる。【００６２】
このような、静電容量Ｃsbを考慮すると、固定子側のインピーダンスＺst９はより低くなり、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓはやはり高い電圧となる。【００６３】
以上説明したように、固定子鉄心１１から軸受１５の内輪までのインピーダンスと外輪までのインピーダンスが異なることにより生じる軸電圧が電食発生の一要因となる。【００６４】
次に、上述のように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。【００６５】
図５は、本実施の形態における電動機を駆動させた際、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。【００６６】
図５では、固定子巻線１２に発生した電位により、次のような２つのルートで高周波の電流が流れるような等価回路を示している。すなわち、一方のルートは、固定子巻線１２から、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータ２１およびモールド材１３、固定子鉄心１１、キャパシタ４０、ブラケット１７、そして軸受１５の外輪へのルートである。他方のルートは、固定子巻線１２から、インシュレータ２１およびモールド材１３、固定子鉄心１１、回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１、シャフト１６、そして軸受１５の内輪へのルートである。【００６７】
このようなルートを図５に示すような等価回路で表している。図５において、コモンモード電圧Ｅは、固定子巻線１２に発生した電位に対応する。また、図５に示す等価回路は、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcs、固定子側のインピーダンスＺst１、および回転子側のインピーダンスＺrtを含む。【００６８】
インピーダンスＺcsは、固定子巻線１２からインシュレータ２１およびモールド材１３を介して固定子鉄心１１までの共通ルートでのインピーダンスを示す。図５では、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間における静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsとを並列接続した等価回路によるインピーダンスＺcsとして示している。固定子巻線１２と固定子鉄心１１とはインシュレータ２１やモールド材１３で絶縁されているため、静電容量ＣcsがインピーダンスＺcsの主成分となる。【００６９】
固定子側のインピーダンスＺst１は、固定子鉄心１１からキャパシタ４０およびブラケット１７を介して軸受１５の外輪まで、前述の一方のルートに対応したインピーダンスを示す。図５では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗Ｒsbと、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続されたキャパシタ４０の静電容量Ｃ４０との直列接続によるインピーダンスＺst１として示している。固定子側のインピーダンスＺst１は、【００７０】
【数４】
2009001546.tif 000006
【００７１】
となる。固定子鉄心１１やブラケット１７の抵抗成分である抵抗Ｒsbは比較的低いため、静電容量Ｃ４０がインピーダンスＺst１の主成分となる。【００７２】
回転子側のインピーダンスＺrtは、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１およびシャフト１６を介して軸受１５の内輪まで、前述の他方のルートに対応したインピーダンスを示す。図５では、２つの並列回路のそれぞれを直列接続した等価回路のインピーダンスＺrtとして示している。一方の並列回路は、固定子鉄心１１と回転子１４との間の空隙における静電容量Ｃgapと抵抗Ｒgapとを並列接続した回路である。また、他方の並列回路は、回転子１４の永久磁石から軸受１５の内輪までにおける静電容量Ｃmgと抵抗Ｒmgとを並列接続した回路である。インピーダンスＺrtは式１となる。固定子鉄心１１と回転子１４との間は空隙であり、永久磁石から軸受１５の内輪までは金属が接続された構成であるため、静電容量Ｃgapおよび抵抗ＲmgがインピーダンスＺrtの主成分となる。【００７３】
そして、図５に示すように、軸受１５の内輪と外輪との間を、静電容量Ｃbbと抵抗Ｒbbとを並列接続した等価回路の構成としている。この並列回路両端において、電圧Ｖｓが軸受１５の外輪の電圧を示し、電圧Ｖｒが軸受１５の内輪の電圧を示している。【００７４】
ここで、上述したように固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡した場合、固定子側のインピーダンスは、回転子側のインピーダンスよりも低くなる。これに対して、本実施の形態では、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を接続している。このような構成により、固定子側のインピーダンスＺst１は式４で示すようになり、固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡した場合に比べて、インピーダンスが高くなる。すなわち、キャパシタ４０の静電容量Ｃ４０を調整してその容量値を適切に設定することで、固定子側のインピーダンスＺst１を回転子側のインピーダンスＺrtに近似あるいは一致させ、それぞれのインピーダンスを整合させることができる。さらに、固定子側のインピーダンスＺst１と回転子側のインピーダンスＺrtとを近似あるいは一致させることにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとが近似あるいは一致する。したがって、軸受１５の内輪と外輪との間に生じる電位差、すなわち電圧値（Ｖｓ−Ｖｒ）の軸電圧を低く抑えることが可能となる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。【００７５】
なお、以上、固定子側のインピーダンスを高くするために、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子としてのキャパシタ４０を接続した構成例を挙げて説明したが、他の構成とすることも可能である。【００７６】
すなわち、本実施の形態の変形例として、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に抵抗素子を接続するような構成であってもよい。図６は、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に抵抗素子を接続したときの等価回路図である。図６に示すように、図５での静電容量Ｃ４０に代えて、抵抗Ｒ４１が抵抗Ｒsbに直列に接続される。また、具体的な構成としては、図１でのキャパシタ４０に代えて、抵抗器を接続することで実現できる。また、このときの固定子側のインピーダンスＺst２は、【００７７】
【数５】
2009001546.tif 000007
【００７８】
となる。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を接続した場合と同様に、抵抗Ｒ４１を調整してその抵抗値を適切に設定することで、固定子側のインピーダンスＺst２を回転子側のインピーダンスＺrtに整合させることができる。そして、これにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとを近似あるいは一致させ、軸受１５の内輪と外輪との間の軸電圧を低く抑えることができる。【００７９】
また、以上の説明では、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子あるいは抵抗素子を接続するような構成について説明したが、誘電素子と抵抗素子とを並列接続や直列接続し、それらを固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続するような構成であってもよい。また、誘電素子や抵抗素子のような部品を、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続するような構成に限定されず、例えば、所定の誘電率を有した樹脂や所定の抵抗値を有した抵抗体などの部材を固定子鉄心１１とブラケット１７との間に設けるような構成であってもよい。【００８０】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。【００８１】
（実施例１）
図１に示したブラシレスモータを使用し、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、１０ｐＦ、４７ｐＦ、１００ｐＦ、３３０ｐＦおよび５６０ｐＦの誘電素子をそれぞれキャパシタ４０として接続し、軸電圧および軸電流の測定を実施した。なお、誘電素子には、ラジアルリード形のプラスチックフィルムコンデンサを使用した。【００８２】
各部位の静電容量およびインピーダンスは、アジレントテクノロジー製ＬＣＲメータ４２６３Ａを使用し、測定電圧１Ｖ、測定周波数１０ｋＨｚにて測定を実施した。【００８３】
図７に、軸電圧の測定方法を示す。軸電圧測定時には直流安定化電源を使用し、巻線の電源電圧Ｖｄｃを３９１Ｖ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃを１５Ｖ、回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐを３Ｖとし、回転数を１０００ｒ／ｍｉｎとした同一運転条件下で測定を行った。なお、運転時のブラシレスモータ姿勢はシャフト水平とした。【００８４】
軸受の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとは、デジタルオシロスコープ１３０（テクトロニクス製ＴＤＳ６４０Ａ）により、図８に示すような電圧波形を観測し、波高値を測定電圧とした。測定時の横軸時間は５０μｓ／ｄｉｖの同一条件とした。なお、デジタルオシロスコープ１３０は、絶縁トランス１４０にて絶縁している。【００８５】
軸受の外輪の電圧Ｖｓの測定については、外輪近傍のブラケット１７に導電性テープ１１２にてリード線１１１を接続し、そのリード線１１１にプローブ１２０の先端１２１を接続し、測定している。このとき、プローブ１２０のグランド１２２は電源のグランドに接続している。内輪の電圧Ｖｒの測定については、リード線１１０の一端での導体を直径約８ｍｍのループ状にし、そのループ状にした内周を内輪近傍のシャフト１６の外周に導電接触させ、リード線１１０の他端にプローブ１２０の先端１２１を接続し、測定している。このとき、プローブ１２０のグランド１２２は電源のグランドに接続している。【００８６】
図９に軸電流の測定方法を示す。軸電流の測定についても、軸電圧の測定と同様の運転条件およびモータ姿勢にて実施した。電流値の測定については、日置電機製の３１５６リークカレントハイテスタ１５０を使用して実施した。なお、電流値は外装−外装間漏れ電流測定モードでＡＣ電流値を測定している。【００８７】
上記測定においては、軸受の外輪と内輪とが常に絶縁状態となるセラミックボール仕様の軸受を全て使用した。通常の鉄ボール仕様では、軸受の外輪と内輪とが導通したりしなかったりするため正確な測定ができないためである。【００８８】
（比較例１）
キャパシタ４０を接続せず、かつブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態で、実施例１と同様に軸電圧および軸電流を測定した。【００８９】
（比較例２）
キャパシタ４０を接続せず、かつブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態で、実施例１と同様に軸電圧および軸電流を測定した。【００９０】
実施例１、比較例１、比較例２の測定結果を表１に示す。【００９１】
【表１】
2009001546.tif 000008
【００９２】
表１から明らかなように、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にプラスチックフィルムコンデンサを直列に接続することによって、固定子鉄心１１とブラケット１７（軸受の外輪）との間のインピーダンスを、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間のインピーダンスに近似させることができる。また、表１に示されるように、軸電流についても同様に低減することができる。特に、固定子鉄心１１と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、この基準に対して、固定子鉄心１１と軸受の外輪との間のインピーダンスが、基準の＋１０％増から−７５％減までの範囲内であれば、軸電圧または軸電流を比較例１および比較例２よりも小さくすることが可能となる。【００９３】
（実施例２）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、４７０ｋΩ、２２０ｋΩ、１７０ｋΩ、１００ｋΩ、５６ｋΩの抵抗素子をそれぞれ接続して、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流の測定を実施した。なお、抵抗素子には、リードタイプの炭素皮膜固定抵抗器を使用した。【００９４】
実施例２、比較例１、比較例２の測定結果を表２に示す。【００９５】
【表２】
2009001546.tif 000009
【００９６】
表２から明らかなように、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に炭素皮膜固定抵抗器を直列に接続することによって、固定子鉄心１１とブラケット１７（軸受の外輪）との間のインピーダンスを、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間のインピーダンスに近似させることができる。また、表２に示されるように、軸電流についても同様に低減することができる。特に、固定子鉄心１１と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、この基準に対して、固定子鉄心１１と軸受の外輪との間のインピーダンスが、基準の＋１０％増から−６５％減の範囲内であれば、軸電圧または軸電流を比較例１および比較例２よりも小さくすることが可能となる。【００９７】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における電動機の構造を示す断面図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態では、キャパシタ４０、貫通孔４１および接続ピン４２を設けていない。さらに、本実施の形態では、固定子鉄心１１を絶縁するための樹脂であるインシュレータを、誘電率が３．０以下であるインシュレータ２１１としている。なお、図１０において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。【００９８】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材としてこのような誘電率が３．０以下のインシュレータ２１１を、固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間に配置している。本実施の形態では、インシュレータの誘電率を低くすることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受１５の内輪と外輪とに生じる電位を低くし、これによって軸受内部に発生する電食を防止している。【００９９】
次に、このように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。【０１００】
例えば図５の等価回路図に示すように、コモンモード電圧Ｅは、インシュレータを介しているため、インシュレータに対応した静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsは、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒと外輪の電圧Ｖｓとのそれぞれに影響を与える。固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcsは、【０１０１】
【数６】
2009001546.tif 000010
【０１０２】
となる。【０１０３】
一般的に電動機に使用されるインシュレータの誘電率は、１ＭＨｚの周波数測定条件下で３．２〜４．０程度のものである。これに対して、本実施の形態ではインシュレータ２１１の誘電率が３．０以下の低誘電率である材料を選択している。すなわち、このような選択により、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータの静電容量Ｃcsを低減しており、これによって、インシュレータのインピーダンスＺcsを高くしている。また、インシュレータのインピーダンスＺcsは、固定子側のインピーダンスおよび回転子側のインピーダンスとそれぞれ直列接続となっている。このため、インシュレータのインピーダンスＺcsを高くすると、インシュレータでの分担電圧が高くなる。その結果、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒおよび外輪の電圧Ｖｓは、それぞれ低くなる。すなわち、インピーダンスの高いインシュレータ２１１を用いると、電圧Ｖｒおよび電圧Ｖｓのそれぞれを低くすることができるため、電圧Ｖｒと電圧Ｖｓとの電位差である軸電圧も低くすることができる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。【０１０４】
なお、以上、インシュレータ２１１を低誘電率としたような一例を挙げて説明したが、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcsは、実際には絶縁樹脂であるモールド材１３の影響も受ける。すなわち、コモンモード電圧Ｅは、インシュレータ２１１およびモールド材１３を介しているため、モールド材１３による静電容量や抵抗成分も、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒと外輪の電圧Ｖｓとに影響を与える。このため、インピーダンス調整部材として、モールド材１３の誘電率が３．０以下の低誘電率である材料を選択してもよい。また、インピーダンス調整部材として、誘電率が３．０以下のインシュレータおよび誘電率が３．０以下のモールド材を選択するような構成であってもよい。【０１０５】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。【０１０６】
（実施例３）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、インシュレータ２１１の材料のみ誘電率２．８に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。インシュレータ２１１の材料には、出光石油化学製シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂（ザレックＳ１２０）を使用した。【０１０７】
なお、比較例２のインシュレータ材料は、従来から使用している一般的なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂の成形材料で誘電率は３．６である。【０１０８】
（比較例３）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、インシュレータ２１１の材料のみ誘電率５．８に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。インシュレータ２１１の材料には、ウィンテックポリマー製ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂（ジュラネックス６３０２Ｔ）を使用した。【０１０９】
実施例３、比較例２、比較例３の測定結果を表３に示す。【０１１０】
【表３】
2009001546.tif 000011
【０１１１】
表３から明らかなように、インシュレータ２１１の誘電率が３．０以下である低誘電率材料を使用することによって、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間の静電容量が低くなり、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスを高くできる。さらに、これによって、軸受の外輪の電圧Ｖｓおよび内輪の電圧Ｖｒをともに低くでき、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。【０１１２】
（実施例４）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、モールド材１３のみ誘電率２．１に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。モールド材１３は、不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂に、ガラスバルーンを充填剤として添加し、低誘電率化している。【０１１３】
なお、比較例２のモールド材１３は、従来から使用している一般的なガラス繊維や炭酸カルシウムなどの充填剤を添加した不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂の成形材料で誘電率は３．９である。【０１１４】
（比較例４）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、モールド材１３のみ誘電率５．７に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。モールド材１３は、不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂に、酸化チタンを充填剤として添加し、高誘電率化している。【０１１５】
上記、樹脂材料の誘電率の確認は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準拠し、２３℃、５０％ＲＨ、１ＭＨｚの条件にて測定を行った。【０１１６】
実施例４、比較例２、比較例４の測定結果を表４に示す。【０１１７】
【表４】
2009001546.tif 000012
【０１１８】
表４から明らかなように、モールド材１３の誘電率が３．０以下である低誘電率材料を使用することによって、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間の静電容量が低くなり、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスを高くできる。さらに、これによって、軸受の外輪の電圧Ｖｓおよび内輪の電圧Ｖｒをともに低くでき、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。【０１１９】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における電動機の構造を示す断面図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態では、キャパシタ４０、貫通孔４１および接続ピン４２を設けていない。さらに、本実施の形態では、回転子鉄心３１とシャフト１６との間にインピーダンス成分を有した絶縁樹脂３１１を介在させている。実施の形態１では固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整したのに代えて、本実施の形態では、絶縁樹脂３１１を介在させ、固定子巻線１２と軸受１５の内輪との間のインピーダンスを調整するような構成としている。なお、図１１において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。【０１２０】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の内輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材として、回転子鉄心３１とシャフト１６との間にインピーダンス成分を有した絶縁樹脂３１１を介在させている。より具体的には、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスが、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスに近似するように、それぞれのインピーダンスを整合させるため、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に、それぞれを絶縁分離する絶縁樹脂３１１を介在させている。このような絶縁樹脂３１１を整合部材として介在させることにより、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスが調整される。【０１２１】
次に、このように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。【０１２２】
図１２は、本電動機を駆動させた際、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。【０１２３】
図１２において、固定子側のインピーダンスＺst３は、固定子鉄心１１からブラケット１７を介して軸受１５の外輪までのインピーダンスを示す。図１２では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗Ｒsbと、固定子鉄心１１とブラケット１７との間の静電容量Ｃsbとの直列接続によるインピーダンスＺst３として示している。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間は電気的な接続がないため、図３で示したインピーダンスＺst８に比べて、インピーダンスＺst３のほうが高い。【０１２４】
また、回転子側のインピーダンスＺrt３は、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１、インピーダンス調整部材としての絶縁樹脂３１１、シャフト１６を介して軸受１５の内輪までのインピーダンスを示す。図１２に示すように、例えば図５の回転子側のインピーダンスＺrtと比較して、インピーダンスＺrt３は、絶縁樹脂３１１に対応した静電容量Ｃplと抵抗Ｒplとをさらに含む。回転子側のインピーダンスＺrt３は、【０１２５】
【数７】
2009001546.tif 000013
【０１２６】
となる。すなわち、絶縁樹脂３１１がない場合よりも回転子側のインピーダンスを高くすることが可能となる。【０１２７】
したがって、固定子鉄心１１とブラケット１７との間を短絡しない場合には、固定子側のインピーダンスＺst３は高くなる。このため、本実施の形態では、絶縁樹脂３１１を回転子鉄心３１とシャフト１６との間に介在させて回転子側のインピーダンスＺrt３も高くすることで、それぞれのインピーダンスを近似あるいは一致させている。すなわち、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に介在させた絶縁樹脂３１１による静電容量を調整して、その容量値を適切に設定することで、回転子側のインピーダンスＺrt３を固定子側のインピーダンスＺst３に近似あるいは一致させ、それぞれのインピーダンスを整合させることができる。さらに、回転子側のインピーダンスＺrt３と固定子側のインピーダンスＺst３とを近似あるいは一致させることにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとが近似あるいは一致する。このため、軸受１５の内輪と外輪との間に生じる軸電圧を低く抑えることが可能となる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。【０１２８】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。【０１２９】
（実施例５）
実施例１と同一の固定子仕様のブラシレスモータで、回転子をシャフト１６とシャフト外径よりも２ｍｍ大きい内径の回転子鉄心３１を一体成形し、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に絶縁樹脂を１ｍｍ介在させた仕様としている。このような回転子の仕様のブラシレスモータを、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。一体成形に使用した材料には、誘電率が２．８の出光石油化学製シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂（ザレックＳ１２０）および誘電率が３．６のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂を使用した。また、回転子鉄心３１の外周には、希土類磁石粉末に約３ｗｔ％のエポキシ樹脂を混合し、リング状に成形、加熱硬化した希土類樹脂磁石を接着している。【０１３０】
なお、比較例１の回転子は、回転子鉄心３１の内径にシャフト１６を圧入したもので、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に樹脂はない状態である。また、回転子鉄心３１の外周には、実施例５と同一の希土類樹脂磁石を回転子鉄心３１の外径に接着している。【０１３１】
（比較例５）
実施例１と同一の固定子仕様のブラシレスモータで、回転子は回転子鉄心３１の内径にシャフト１６を圧入したもので、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に樹脂はない状態である。また、回転子鉄心３１の外周には、フェライト樹脂磁石を回転子鉄心３１の外径に接着した仕様としている。このような回転子の仕様のブラシレスモータを、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。フェライト樹脂磁石は、フェライト磁石に約１０ｗｔ％のポリアミド樹脂を混合し、リング状に成形したもので、上述の希土類樹脂磁石よりも約４倍の厚みを有している。【０１３２】
実施例５、比較例１、比較例５の測定結果を表５に示す。【０１３３】
【表５】
2009001546.tif 000014
【０１３４】
表５から明らかなように、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に絶縁樹脂３１１を介在させることで、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間の静電容量が低くなり、回転子側のインピーダンスＺrt３が高くなる。このことで、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒが低くなり、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。また、回転子鉄心３１とシャフト１６との間の絶縁樹脂３１１に誘電率３．０以下の材料を選択することで、さらに軸電圧および軸電流を低減することができる。【０１３５】
なお、以上の説明では電気機器としてのエアコン用に搭載されたブラシレスモータである電動機の一例を挙げて説明したが、このようなエアコン室外機やエアコン室内機に加えて、給湯機、空気清浄機、食器洗い乾燥機など各種情報機器に搭載される電動機や、産業機器に使用される電動機にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の電動機は、軸電圧を減少させることが可能であり、軸受の電食発生を防止するのに最適である。このため、主に電動機の低価格化および高寿命化が要望される電気機器で、例えばエアコン室内機、エアコン室外機、給湯機、空気清浄機、食器洗い乾燥機などに搭載される電動機に有効である。
【図１】
2009001546.tif 000015
【図２】
2009001546.tif 000016
【図３】
2009001546.tif 000017
【図４】
2009001546.tif 000018
【図５】
2009001546.tif 000019
【図６】
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【図７】
2009001546.tif 000021
【図８】
2009001546.tif 000022
【図９】
2009001546.tif 000023
【図１０】
2009001546.tif 000024
【図１１】
2009001546.tif 000025
【図１２】
2009001546.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月5日(2009.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機およびそれを備えた電気機器に関し、特に軸受の電食の発生を防止するように改良された電動機およびそれを備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機はパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、ＰＷＭ方式という）のインバータにより駆動する方式を採用するケースが多くなってきている。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点電位が零とならずコモンモード電圧が発生する。そして、このコモンモード電圧によって、軸受の外輪と内輪との間に電位差（以下、軸電圧という）が発生する。軸電圧は、スイッチングによる高周波成分を含んでおり、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受の内部に高周波電流が流れ、軸受内部に電食が発生する。電食が進行した場合、軸受内輪または外輪の内部に波状摩耗現象が発生して異常音に至ることがあり、電動機における不具合の主要因の１つとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に電食が発生しやすい条件として、モータ印加電圧が高い地域（例えば商用電源２４０Ｖ地域など）で、比較的低温時、かつモータとして回転数変動が少ない状態で長時間運転した場合に起こりやすいことが知られている。
【０００４】
ところで、従来、電食を防止するためには、以下のような対策が考えられている。
（１）軸受内輪と外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と外輪を絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。
【０００５】
上記（１）の具体的方法としては、軸受の潤滑剤を導電性にすることが挙げられる。但し、導電性潤滑剤は、時間経過とともに導電性が悪化することや摺動信頼性に欠けるなどの課題がある。また、回転軸にブラシを設置し、導通状態にする方法も考えられるが、この方法もブラシ摩耗粉やスペースが必要となるなどの課題がある。
【０００６】
上記（２）の具体的方法としては、軸受内部の鉄ボールをセラミックボールに変更することが挙げられる。この方法は、電食の防止には非常に効果はあるが、コストが高い課題があり、汎用的な電動機には採用できない。
【０００７】
上記（３）の具体的方法としては、軸電圧部分と並列に軸電圧低減用の分圧回路を設ける方法が挙げられる。より具体的には電動機のシャフトに金属製の円盤（導電体）を設け、この円盤をブラケットに近接させて静電容量を形成する。このような構成により、軸電圧を低減する方法が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されたような構成では、シャフトに円盤を設ける必要があるため、部品点数や製造工数が増加するという課題があった。さらに、静電容量を増加させるには、例えば円盤の面積を大きくする必要があり、大掛かりな構成となり、電動機の小型化には不向きであるという課題もあった。したがって、小型化を求められる電動機への適用や量産性を考慮した場合、特許文献２のような手法を採用することは非常に困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２５６４号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明の電動機は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、固定子に対向して周方向に複数の永久磁石を保持した回転体と回転体の中央を貫通するように回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを備え、巻線と軸受の内輪との間のインピーダンス、および巻線と軸受の外輪との間のインピーダンスの少なくともいずれかのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を含む。
【００１１】
また、このインピーダンス調整部材は、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスと、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させる整合部材である。
【００１２】
このような構成により、インピーダンス調整部材を適切に調整することによって、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスと、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させることができる。それぞれのインピーダンスをこのように整合させることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受の内輪と外輪とに生じる電位を近似あるいは一致させることができる。すなわち、これによって、軸受の内輪と外輪との電位差である軸電圧を低減できる。このため、このような簡易な構成によって軸受内部に発生する電食を防止することができる。
【００１３】
また、整合部材は、固定子鉄心とブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材である。
【００１４】
また、固定子鉄心とブラケットとの間が、インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されている。
【００１５】
また、インピーダンス成分を有する部材は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかである。
【００１６】
また、固定子鉄心と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、固定子鉄心と軸受の外輪との間のインピーダンスは、基準の＋１０％増から−７５％減までの範囲内としている。
【００１７】
このような構成により、大掛かりな構成とすることは必要なく、簡易な構成で軸受内部に発生する電食を防止することができ、小型化にも適した電動機を実現できる。
【００１８】
また、固定子は樹脂にて絶縁された固定子鉄心に巻線を巻装し、この樹脂をインピーダンス調整部材として、樹脂の誘電率を３．０以下としてもよい。
【００１９】
また、固定子鉄心を巻装する巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、軸受は一対の軸受で構成され、一方の軸受をハウジング部の内部に設け、他方の軸受をブラケットに固定し、絶縁樹脂をインピーダンス調整部材として、絶縁樹脂の誘電率を３．０以下としてもよい。
【００２０】
また、整合部材として、回転体の外周とシャフトとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材としてもよい。
【００２１】
このような構成によっても、大掛かりな構成とすることは必要なく、簡易な構成で軸受内部に発生する電食を防止することができ、小型化にも適した電動機を実現できる。
【００２２】
また、本発明の電気機器は、上述したような電動機を搭載した構成である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機の構造を示す断面図
【図２】ブラシレスモータの静電容量の概略分布モデル図
【図３】電食が発生するメカニズムを説明するための、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図
【図４】電食が発生するメカニズムを説明するための、固定子側の静電容量も考慮した等価回路図
【図５】本発明の実施の形態１における電動機を駆動させた際の各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図
【図６】本発明の実施の形態１において、固定子鉄心とブラケットとの間に抵抗素子を接続したときの等価回路図
【図７】本発明の実施の形態１における電動機の軸電圧の測定方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における電動機の軸電圧の電圧波形を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における電動機の軸電流の測定方法を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２における電動機の構造を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における電動機の構造を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態３における電動機を駆動させた際の各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の構造を示す断面図である。本実施の形態では、電気機器としてのエアコン用に搭載され、送風ファンを駆動するためのブラシレスモータである電動機の一例を挙げて説明する。また、本実施の形態では、回転子が固定子の内周側に回転自在に配置されたインナロータ型の電動機の例を挙げて説明する。
【００２６】
図１において、巻線である固定子巻線１２が巻装された固定子鉄心１１は、モールド一体成形するためのモールド材である絶縁樹脂（以下、モールド材という）１３にてモールド成形されている。これによって、固定子１０を含むハウジング部が構成されている。また、固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間には、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータとしての樹脂（以下、インシュレータという）２１が介在している。
【００２７】
固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入されている。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の中央を貫通するようにして回転体３０を締結したシャフト１６とを有している。回転子鉄心３１は、固定子１０の内周側に対向して周方向に複数の永久磁石を保持している。図１では、回転子鉄心３１と永久磁石であるフェライト樹脂磁石３２とが一体成形された構成例を示している。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とが対向するように配置されている。
【００２８】
回転子１４のシャフト１６には、シャフト１６を支持する２つの軸受１５が取り付けられている。軸受１５は、複数の鉄ボールを有したベアリングである。２つの軸受１５の一方はモールド一体成形するモールド材１３に固定され、他方は金属製のブラケット１７に固定されている。すなわち、軸受１５の外輪側がモールド材１３およびブラケット１７に固定され、軸受１５の鉄ボールや潤滑剤を介し、軸受１５の内輪側において、その内輪にシャフト１６が固着されている。以上のような構成により、シャフト１６が２つの軸受１５に支承され、回転子１４が回転自在に回転する。なお、このような構造により、固定子鉄心１１とブラケット１７とはモールド材１３により絶縁されている。また、他方の軸受１５の外輪側はブラケット１７と直流電気的に接続され、両軸受１５の内輪側はシャフト１６および回転子鉄心３１と直流電気的に接続されている。そして、本電動機が駆動されたとき、軸受１５の内輪と外輪との間において潤滑剤やその油膜などを介した絶縁状態が生じる。
【００２９】
さらに、このブラシレスモータには駆動回路を実装したプリント基板１８が内蔵されている。このプリント基板１８にはＰＷＭ方式のインバータ駆動回路が搭載されている。このインバータ駆動回路により固定子巻線１２が駆動される。このようなプリント基板１８を内蔵したのち、ブラケット１７を固定子１０に圧入することにより、ブラシレスモータが形成される。また、プリント基板１８には、巻線の電源電圧、制御回路の電源電圧および制御電圧を印加するリード線と制御回路のグランド線２０とが接続されている。
【００３０】
そして、本実施の形態では、さらに、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子であるキャパシタ４０を電気的に接続している。このような接続を行うため、具体的には、まず、固定子鉄心１１の側面に位置するモールド材１３の一部を切削して貫通孔４１を設け、固定子鉄心１１の一部を露出させている。そして、貫通孔４１を通して、露出させた固定子鉄心１１の一部に接続ピン４２の一端を接続する。さらに、接続ピン４２の他端にキャパシタ４０の一端を接続し、キャパシタ４０の他端をブラケット１７に接続している。
【００３１】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材としてこのようなインピーダンス成分を有した素子であるキャパシタ４０を配置している。より具体的には、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスが、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスに近似あるいは一致するように、それぞれのインピーダンスを整合させるため、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を設けている。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に、それぞれのインピーダンスを整合させるための整合部材としてキャパシタ４０を設けることにより、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスが調整される。そして、このような調整により、それぞれのインピーダンスが近似あるいは一致する。
【００３２】
本実施の形態では、それぞれのインピーダンスをこのように整合させることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受１５の内輪と外輪とに生じる電位を近似あるいは一致させ、これによって軸受内部に発生する電食を防止している。
【００３３】
ここで、電食が発生するメカニズムの一例について説明する。
【００３４】
図２は、図１に示すブラシレスモータの静電容量の概略分布モデル図である。なお、図２では電食が発生するメカニズムを判りやすく説明するため、固定子鉄心１１とブラケット１７との間のキャパシタ４０を省略している。
【００３５】
図２において、静電容量Ｃ１は、固定子巻線１２とプリント基板１８との間の静電容量である。静電容量Ｃ１の値は、モールド一体成形する絶縁樹脂１３の誘電率および絶縁距離に主に依存する。
【００３６】
静電容量Ｃ２は、プリント基板１８とブラケット１７との間の静電容量である。静電容量Ｃ２の値は、空間絶縁距離に主に依存する。
【００３７】
静電容量Ｃ３は、シャフト１６とブラケット１７間の静電容量である。静電容量Ｃ３の値は、軸受１５内部の潤滑剤の誘電率および油膜厚に主に依存する。
【００３８】
静電容量Ｃ４は、固定子鉄心１１と回転子１４間の静電容量である。静電容量Ｃ４の値は、空隙距離に主に依存する。
【００３９】
静電容量Ｃ５は、固定子鉄心１１と固定子巻線１２間の静電容量である。静電容量Ｃ５の値は、固定子鉄心を絶縁する樹脂２１の誘電率と厚さに主に依存する。
【００４０】
静電容量Ｃ６は、固定子の絶縁樹脂１３とシャフト１６間の静電容量である。静電容量Ｃ６の値は、静電容量Ｃ３と同様に、軸受１５内部の潤滑剤の誘電率および油膜厚に主に依存する。
【００４１】
静電容量Ｃ７は、固定子巻線１２と軸受１５間の静電容量である。静電容量Ｃ７の値は、静電容量Ｃ１と同様に、固定子の絶縁樹脂１３の誘電率および絶縁距離に主に依存する。ここで、図中のＶｄｃは、プリント基板１８に印加される電圧である。
【００４２】
このような構成のブラシレスモータをＰＷＭ方式のインバータにより駆動した場合、コモンモード電圧が発生し、静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分によって軸電圧が発生する。この軸電圧に対して特定の条件下では、軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧が発生し、電食に至るケースがある。
【００４３】
固定子巻線１２をＰＷＭ方式のインバータにより駆動すると、各構成部材間の静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分を介して、ループ状の高周波の循環電流が発生する。循環電流のルートとしては、例えば、固定子鉄心１１から固定子巻線１２、プリント基板１８、ブラケット１７、軸受１５、シャフト１６、回転子１４、そして固定子鉄心１１に戻るというルートがある。そのときに、軸受１５内部で潤滑剤であるグリスの油膜が切れたり、または油膜厚が薄くなったりすると、それに伴い局所的な絶縁破壊による放電現象が発生する。この放電現象により軸受１５の転送面に微小の放電痕が形成され、それが長時間継続することで電食に至ることがある。この放電現象の発生は、コモンモード電圧が静電容量Ｃ１からＣ７および抵抗成分で分圧されるため、軸受１５にかかる軸電圧の大きさに密接に関係してくる。
【００４４】
図３は、電食が発生するメカニズムを説明するための、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。図３では、固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡部材９０により短絡させた場合の一例を示している。
【００４５】
また、図３では、固定子巻線１２に発生した電位により、次のような２つのルートで高周波の電流が流れるような等価回路を示している。すなわち、一方のルートは、固定子巻線１２から、固定子鉄心１１を絶縁する樹脂２１およびモールド一体成形する絶縁樹脂１３、固定子鉄心１１、ブラケット１７、そして軸受１５の外輪までへのルートである。他方のルートは、固定子巻線１２から、樹脂２１および絶縁樹脂１３、固定子鉄心１１、回転子１４の永久磁石、回転子鉄心、シャフト１６、そして軸受１５の内輪までへのルートである。
【００４６】
このようなルートを図３に示すような等価回路で表している。すなわち、図３において、コモンモード電圧Ｅは、固定子巻線１２に発生した電位に対応する。また、図３に示す等価回路は、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcs、固定子側のインピーダンスＺst８、および回転子側のインピーダンスＺrtを含む。
【００４７】
インピーダンスＺcsは、固定子巻線１２から樹脂２１および絶縁樹脂１３を介して固定子鉄心１１までの共通ルートでのインピーダンスを示す。図３では、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間における静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsとを並列接続した等価回路によるインピーダンスＺcsとして示している。
【００４８】
固定子側のインピーダンスＺst８は、固定子鉄心１１から短絡部材９０およびブラケット１７を介して軸受１５の外輪まで、前述の一方のルートに対応したインピーダンスを示す。図３では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗ＲsbによるインピーダンスＺst８として示している。
【００４９】
回転子側のインピーダンスＺrtは、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心およびシャフト１６を介して軸受１５の内輪まで、前述の他方のルートに対応したインピーダンスを示す。図３では、２つの並列回路のそれぞれを直列接続した等価回路のインピーダンスＺrtとして示している。一方の並列回路は、固定子鉄心１１と回転子１４との間の空隙における静電容量Ｃgapと抵抗Ｒgapとを並列接続した回路である。また、他方の並列回路は、回転子１４の永久磁石から軸受１５の内輪までにおける静電容量Ｃmgと抵抗Ｒmgとを並列接続した回路である。
【００５０】
そして、図３に示すように、軸受１５の内輪と外輪との間を、静電容量Ｃbbと抵抗Ｒbbとを並列接続した等価回路の構成としている。この並列回路両端において、電圧Ｖｓが軸受１５の外輪の電圧を示し、電圧Ｖｒが軸受１５の内輪の電圧を示している。
【００５１】
ここで、回転子側のインピーダンスＺrtは、
【００５２】
【数１】
2009001546.tif 000027
【００５３】
となる。インピーダンスＺrtは、固定子鉄心および回転子永久磁石の表面積、固定子鉄心と回転子永久磁石との空隙距離や、回転子に用いられる永久磁石材質、および回転子鉄心までの永久磁石の厚さなどにより決まる。
【００５４】
また、固定子側のインピーダンスＺst８は、
【００５５】
【数２】
2009001546.tif 000028
【００５６】
となる。
【００５７】
ここで、固定子側として固定子鉄心１１とブラケット１７とが短絡されているため、（式１）と（式２）とを比較すると、固定子側のインピーダンスＺst８は、回転子側のインピーダンスＺrtよりも低い。すなわち、Ｚrt＞Ｚst８の状態となっている。つまり、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒは、Ｚrtのインピーダンスが高いため低い電圧となり、軸受１５の外輪の電圧ＶｓはＺst８のインピーダンスが低いため高い電圧となる。したがって、軸受１５の内輪と外輪との間には、電圧値（Ｖｓ−Ｖｒ）となる軸電圧が発生する。
【００５８】
そして、軸受１５の内輪と外輪との間で生じるこのような軸電圧により放電現象が発生し、この放電現象によって電食現象が生じる。この電食現象が繰り返されることにより、軸受１５の転送面が荒れ、波状摩耗現象に至ると最終的にモータの異常音の発生につながる。また、軸電圧が高いほどこのような放電現象が発生しやすくなる。
【００５９】
また、以上の説明では、固定子側のインピーダンスＺst８は抵抗成分である抵抗Ｒsbのみとして説明したが、実際には静電容量も含む。すなわち、抵抗成分に加えて、固定子鉄心１１とブラケット１７との間のモールド材１３やプリント基板１８、さらにはプリント基板１８とブラケット１７との間の空間などによる静電容量が存在する。図４は、これら固定子側の静電容量も考慮した等価回路図である。図４での静電容量Ｃsbおよび抵抗Ｒsbがこれらの静電容量や抵抗成分を示している。また、この場合の固定子側のインピーダンスＺst９は、
【００６０】
【数３】
2009001546.tif 000029
【００６１】
となる。
【００６２】
このような、静電容量Ｃsbを考慮すると、固定子側のインピーダンスＺst９はより低くなり、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓはやはり高い電圧となる。
【００６３】
以上説明したように、固定子鉄心１１から軸受１５の内輪までのインピーダンスと外輪までのインピーダンスが異なることにより生じる軸電圧が電食発生の一要因となる。
【００６４】
次に、上述のように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。
【００６５】
図５は、本実施の形態における電動機を駆動させた際、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。
【００６６】
図５では、固定子巻線１２に発生した電位により、次のような２つのルートで高周波の電流が流れるような等価回路を示している。すなわち、一方のルートは、固定子巻線１２から、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータ２１およびモールド材１３、固定子鉄心１１、キャパシタ４０、ブラケット１７、そして軸受１５の外輪へのルートである。他方のルートは、固定子巻線１２から、インシュレータ２１およびモールド材１３、固定子鉄心１１、回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１、シャフト１６、そして軸受１５の内輪へのルートである。
【００６７】
このようなルートを図５に示すような等価回路で表している。図５において、コモンモード電圧Ｅは、固定子巻線１２に発生した電位に対応する。また、図５に示す等価回路は、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcs、固定子側のインピーダンスＺst１、および回転子側のインピーダンスＺrtを含む。
【００６８】
インピーダンスＺcsは、固定子巻線１２からインシュレータ２１およびモールド材１３を介して固定子鉄心１１までの共通ルートでのインピーダンスを示す。図５では、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間における静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsとを並列接続した等価回路によるインピーダンスＺcsとして示している。固定子巻線１２と固定子鉄心１１とはインシュレータ２１やモールド材１３で絶縁されているため、静電容量ＣcsがインピーダンスＺcsの主成分となる。
【００６９】
固定子側のインピーダンスＺst１は、固定子鉄心１１からキャパシタ４０およびブラケット１７を介して軸受１５の外輪まで、前述の一方のルートに対応したインピーダンスを示す。図５では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗Ｒsbと、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続されたキャパシタ４０の静電容量Ｃ４０との直列接続によるインピーダンスＺst１として示している。固定子側のインピーダンスＺst１は、
【００７０】
【数４】
2009001546.tif 000030
【００７１】
となる。固定子鉄心１１やブラケット１７の抵抗成分である抵抗Ｒsbは比較的低いため、静電容量Ｃ４０がインピーダンスＺst１の主成分となる。
【００７２】
回転子側のインピーダンスＺrtは、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１およびシャフト１６を介して軸受１５の内輪まで、前述の他方のルートに対応したインピーダンスを示す。図５では、２つの並列回路のそれぞれを直列接続した等価回路のインピーダンスＺrtとして示している。一方の並列回路は、固定子鉄心１１と回転子１４との間の空隙における静電容量Ｃgapと抵抗Ｒgapとを並列接続した回路である。また、他方の並列回路は、回転子１４の永久磁石から軸受１５の内輪までにおける静電容量Ｃmgと抵抗Ｒmgとを並列接続した回路である。インピーダンスＺrtは式１となる。固定子鉄心１１と回転子１４との間は空隙であり、永久磁石から軸受１５の内輪までは金属が接続された構成であるため、静電容量Ｃgapおよび抵抗ＲmgがインピーダンスＺrtの主成分となる。
【００７３】
そして、図５に示すように、軸受１５の内輪と外輪との間を、静電容量Ｃbbと抵抗Ｒbbとを並列接続した等価回路の構成としている。この並列回路両端において、電圧Ｖｓが軸受１５の外輪の電圧を示し、電圧Ｖｒが軸受１５の内輪の電圧を示している。
【００７４】
ここで、上述したように固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡した場合、固定子側のインピーダンスは、回転子側のインピーダンスよりも低くなる。これに対して、本実施の形態では、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を接続している。このような構成により、固定子側のインピーダンスＺst１は式４で示すようになり、固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡した場合に比べて、インピーダンスが高くなる。すなわち、キャパシタ４０の静電容量Ｃ４０を調整してその容量値を適切に設定することで、固定子側のインピーダンスＺst１を回転子側のインピーダンスＺrtに近似あるいは一致させ、それぞれのインピーダンスを整合させることができる。さらに、固定子側のインピーダンスＺst１と回転子側のインピーダンスＺrtとを近似あるいは一致させることにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとが近似あるいは一致する。したがって、軸受１５の内輪と外輪との間に生じる電位差、すなわち電圧値（Ｖｓ−Ｖｒ）の軸電圧を低く抑えることが可能となる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。
【００７５】
なお、以上、固定子側のインピーダンスを高くするために、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子としてのキャパシタ４０を接続した構成例を挙げて説明したが、他の構成とすることも可能である。
【００７６】
すなわち、本実施の形態の変形例として、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に抵抗素子を接続するような構成であってもよい。図６は、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に抵抗素子を接続したときの等価回路図である。図６に示すように、図５での静電容量Ｃ４０に代えて、抵抗Ｒ４１が抵抗Ｒsbに直列に接続される。また、具体的な構成としては、図１でのキャパシタ４０に代えて、抵抗器を接続することで実現できる。また、このときの固定子側のインピーダンスＺst２は、
【００７７】
【数５】
2009001546.tif 000031
【００７８】
となる。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にキャパシタ４０を接続した場合と同様に、抵抗Ｒ４１を調整してその抵抗値を適切に設定することで、固定子側のインピーダンスＺst２を回転子側のインピーダンスＺrtに整合させることができる。そして、これにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとを近似あるいは一致させ、軸受１５の内輪と外輪との間の軸電圧を低く抑えることができる。
【００７９】
また、以上の説明では、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に誘電素子あるいは抵抗素子を接続するような構成について説明したが、誘電素子と抵抗素子とを並列接続や直列接続し、それらを固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続するような構成であってもよい。また、誘電素子や抵抗素子のような部品を、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に接続するような構成に限定されず、例えば、所定の誘電率を有した樹脂や所定の抵抗値を有した抵抗体などの部材を固定子鉄心１１とブラケット１７との間に設けるような構成であってもよい。
【００８０】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。
【００８１】
（実施例１）
図１に示したブラシレスモータを使用し、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、１０ｐＦ、４７ｐＦ、１００ｐＦ、３３０ｐＦおよび５６０ｐＦの誘電素子をそれぞれキャパシタ４０として接続し、軸電圧および軸電流の測定を実施した。なお、誘電素子には、ラジアルリード形のプラスチックフィルムコンデンサを使用した。
【００８２】
各部位の静電容量およびインピーダンスは、アジレントテクノロジー製ＬＣＲメータ４２６３Ａを使用し、測定電圧１Ｖ、測定周波数１０ｋＨｚにて測定を実施した。
【００８３】
図７に、軸電圧の測定方法を示す。軸電圧測定時には直流安定化電源を使用し、巻線の電源電圧Ｖｄｃを３９１Ｖ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃを１５Ｖ、回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐを３Ｖとし、回転数を１０００ｒ／ｍｉｎとした同一運転条件下で測定を行った。なお、運転時のブラシレスモータ姿勢はシャフト水平とした。
【００８４】
軸受の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとは、デジタルオシロスコープ１３０（テクトロニクス製ＴＤＳ６４０Ａ）により、図８に示すような電圧波形を観測し、波高値を測定電圧とした。測定時の横軸時間は５０μｓ／ｄｉｖの同一条件とした。なお、デジタルオシロスコープ１３０は、絶縁トランス１４０にて絶縁している。
【００８５】
軸受の外輪の電圧Ｖｓの測定については、外輪近傍のブラケット１７に導電性テープ１１２にてリード線１１１を接続し、そのリード線１１１にプローブ１２０の先端１２１を接続し、測定している。このとき、プローブ１２０のグランド１２２は電源のグランドに接続している。内輪の電圧Ｖｒの測定については、リード線１１０の一端での導体を直径約８ｍｍのループ状にし、そのループ状にした内周を内輪近傍のシャフト１６の外周に導電接触させ、リード線１１０の他端にプローブ１２０の先端１２１を接続し、測定している。このとき、プローブ１２０のグランド１２２は電源のグランドに接続している。
【００８６】
図９に軸電流の測定方法を示す。軸電流の測定についても、軸電圧の測定と同様の運転条件およびモータ姿勢にて実施した。電流値の測定については、日置電機製の３１５６リークカレントハイテスタ１５０を使用して実施した。なお、電流値は外装−外装間漏れ電流測定モードでＡＣ電流値を測定している。
【００８７】
上記測定においては、軸受の外輪と内輪とが常に絶縁状態となるセラミックボール仕様の軸受を全て使用した。通常の鉄ボール仕様では、軸受の外輪と内輪とが導通したりしなかったりするため正確な測定ができないためである。
【００８８】
（比較例１）
キャパシタ４０を接続せず、かつブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態で、実施例１と同様に軸電圧および軸電流を測定した。
【００８９】
（比較例２）
キャパシタ４０を接続せず、かつブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態で、実施例１と同様に軸電圧および軸電流を測定した。
【００９０】
実施例１、比較例１、比較例２の測定結果を表１に示す。
【００９１】
【表１】
2009001546.tif 000032
【００９２】
表１から明らかなように、固定子鉄心１１とブラケット１７との間にプラスチックフィルムコンデンサを直列に接続することによって、固定子鉄心１１とブラケット１７（軸受の外輪）との間のインピーダンスを、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間のインピーダンスに近似させることができる。また、表１に示されるように、軸電流についても同様に低減することができる。特に、固定子鉄心１１と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、この基準に対して、固定子鉄心１１と軸受の外輪との間のインピーダンスが、基準の＋１０％増から−７５％減までの範囲内であれば、軸電圧または軸電流を比較例１および比較例２よりも小さくすることが可能となる。
【００９３】
（実施例２）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、４７０ｋΩ、２２０ｋΩ、１７０ｋΩ、１００ｋΩ、５６ｋΩの抵抗素子をそれぞれ接続して、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流の測定を実施した。なお、抵抗素子には、リードタイプの炭素皮膜固定抵抗器を使用した。
【００９４】
実施例２、比較例１、比較例２の測定結果を表２に示す。
【００９５】
【表２】
2009001546.tif 000033
【００９６】
表２から明らかなように、固定子鉄心１１とブラケット１７との間に炭素皮膜固定抵抗器を直列に接続することによって、固定子鉄心１１とブラケット１７（軸受の外輪）との間のインピーダンスを、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間のインピーダンスに近似させることができる。また、表２に示されるように、軸電流についても同様に低減することができる。特に、固定子鉄心１１と軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、この基準に対して、固定子鉄心１１と軸受の外輪との間のインピーダンスが、基準の＋１０％増から−６５％減の範囲内であれば、軸電圧または軸電流を比較例１および比較例２よりも小さくすることが可能となる。
【００９７】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における電動機の構造を示す断面図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態では、キャパシタ４０、貫通孔４１および接続ピン４２を設けていない。さらに、本実施の形態では、固定子鉄心１１を絶縁するための樹脂であるインシュレータを、誘電率が３．０以下であるインシュレータ２１１としている。なお、図１０において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。
【００９８】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材としてこのような誘電率が３．０以下のインシュレータ２１１を、固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間に配置している。本実施の形態では、インシュレータの誘電率を低くすることにより、本電動機を駆動したとき、高周波電流によって軸受１５の内輪と外輪とに生じる電位を低くし、これによって軸受内部に発生する電食を防止している。
【００９９】
次に、このように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。
【０１００】
例えば図５の等価回路図に示すように、コモンモード電圧Ｅは、インシュレータを介しているため、インシュレータに対応した静電容量Ｃcsと抵抗Ｒcsは、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒと外輪の電圧Ｖｓとのそれぞれに影響を与える。固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcsは、
【０１０１】
【数６】
2009001546.tif 000034
【０１０２】
となる。
【０１０３】
一般的に電動機に使用されるインシュレータの誘電率は、１ＭＨｚの周波数測定条件下で３．２〜４．０程度のものである。これに対して、本実施の形態ではインシュレータ２１１の誘電率が３．０以下の低誘電率である材料を選択している。すなわち、このような選択により、固定子鉄心１１を絶縁するインシュレータの静電容量Ｃcsを低減しており、これによって、インシュレータのインピーダンスＺcsを高くしている。また、インシュレータのインピーダンスＺcsは、固定子側のインピーダンスおよび回転子側のインピーダンスとそれぞれ直列接続となっている。このため、インシュレータのインピーダンスＺcsを高くすると、インシュレータでの分担電圧が高くなる。その結果、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒおよび外輪の電圧Ｖｓは、それぞれ低くなる。すなわち、インピーダンスの高いインシュレータ２１１を用いると、電圧Ｖｒおよび電圧Ｖｓのそれぞれを低くすることができるため、電圧Ｖｒと電圧Ｖｓとの電位差である軸電圧も低くすることができる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。
【０１０４】
なお、以上、インシュレータ２１１を低誘電率としたような一例を挙げて説明したが、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスＺcsは、実際には絶縁樹脂であるモールド材１３の影響も受ける。すなわち、コモンモード電圧Ｅは、インシュレータ２１１およびモールド材１３を介しているため、モールド材１３による静電容量や抵抗成分も、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒと外輪の電圧Ｖｓとに影響を与える。このため、インピーダンス調整部材として、モールド材１３の誘電率が３．０以下の低誘電率である材料を選択してもよい。また、インピーダンス調整部材として、誘電率が３．０以下のインシュレータおよび誘電率が３．０以下のモールド材を選択するような構成であってもよい。
【０１０５】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。
【０１０６】
（実施例３）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、インシュレータ２１１の材料のみ誘電率２．８に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。インシュレータ２１１の材料には、出光石油化学製シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂（ザレックＳ１２０）を使用した。
【０１０７】
なお、比較例２のインシュレータ材料は、従来から使用している一般的なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂の成形材料で誘電率は３．６である。
【０１０８】
（比較例３）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、インシュレータ２１１の材料のみ誘電率５．８に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。インシュレータ２１１の材料には、ウィンテックポリマー製ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂（ジュラネックス６３０２Ｔ）を使用した。
【０１０９】
実施例３、比較例２、比較例３の測定結果を表３に示す。
【０１１０】
【表３】
2009001546.tif 000035
【０１１１】
表３から明らかなように、インシュレータ２１１の誘電率が３．０以下である低誘電率材料を使用することによって、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間の静電容量が低くなり、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスを高くできる。さらに、これによって、軸受の外輪の電圧Ｖｓおよび内輪の電圧Ｖｒをともに低くでき、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。
【０１１２】
（実施例４）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、モールド材１３のみ誘電率２．１に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。モールド材１３は、不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂に、ガラスバルーンを充填剤として添加し、低誘電率化している。
【０１１３】
なお、比較例２のモールド材１３は、従来から使用している一般的なガラス繊維や炭酸カルシウムなどの充填剤を添加した不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂の成形材料で誘電率は３．９である。
【０１１４】
（比較例４）
実施例１と同一仕様のブラシレスモータを使用し、モールド材１３のみ誘電率５．７に変更したものを使用し、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。モールド材１３は、不飽和ポリエステル（ＵＰ）樹脂に、酸化チタンを充填剤として添加し、高誘電率化している。
【０１１５】
上記、樹脂材料の誘電率の確認は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準拠し、２３℃、５０％ＲＨ、１ＭＨｚの条件にて測定を行った。
【０１１６】
実施例４、比較例２、比較例４の測定結果を表４に示す。
【０１１７】
【表４】
2009001546.tif 000036
【０１１８】
表４から明らかなように、モールド材１３の誘電率が３．０以下である低誘電率材料を使用することによって、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間の静電容量が低くなり、固定子巻線１２と固定子鉄心１１との間のインピーダンスを高くできる。さらに、これによって、軸受の外輪の電圧Ｖｓおよび内輪の電圧Ｖｒをともに低くでき、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。
【０１１９】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における電動機の構造を示す断面図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態では、キャパシタ４０、貫通孔４１および接続ピン４２を設けていない。さらに、本実施の形態では、回転子鉄心３１とシャフト１６との間にインピーダンス成分を有した絶縁樹脂３１１を介在させている。実施の形態１では固定子巻線１２と軸受１５の外輪との間のインピーダンスを調整したのに代えて、本実施の形態では、絶縁樹脂３１１を介在させ、固定子巻線１２と軸受１５の内輪との間のインピーダンスを調整するような構成としている。なお、図１１において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。
【０１２０】
本実施の形態では、固定子巻線１２と軸受１５の内輪との間のインピーダンスを調整するため、インピーダンス調整部材として、回転子鉄心３１とシャフト１６との間にインピーダンス成分を有した絶縁樹脂３１１を介在させている。より具体的には、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスが、固定子鉄心１１と軸受１５の外輪との間のインピーダンスに近似するように、それぞれのインピーダンスを整合させるため、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に、それぞれを絶縁分離する絶縁樹脂３１１を介在させている。このような絶縁樹脂３１１を整合部材として介在させることにより、固定子鉄心１１と軸受１５の内輪との間のインピーダンスが調整される。
【０１２１】
次に、このように構成された本実施の形態の電動機によって電食が防止できる原理について説明する。
【０１２２】
図１２は、本電動機を駆動させた際、各構成部材間を等価的な静電容量および抵抗成分で表した等価回路図である。
【０１２３】
図１２において、固定子側のインピーダンスＺst３は、固定子鉄心１１からブラケット１７を介して軸受１５の外輪までのインピーダンスを示す。図１２では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの抵抗Ｒsbと、固定子鉄心１１とブラケット１７との間の静電容量Ｃsbとの直列接続によるインピーダンスＺst３として示している。すなわち、固定子鉄心１１とブラケット１７との間は電気的な接続がないため、図３で示したインピーダンスＺst８に比べて、インピーダンスＺst３のほうが高い。
【０１２４】
また、回転子側のインピーダンスＺrt３は、固定子鉄心１１から回転子１４の永久磁石、回転子鉄心３１、インピーダンス調整部材としての絶縁樹脂３１１、シャフト１６を介して軸受１５の内輪までのインピーダンスを示す。図１２に示すように、例えば図５の回転子側のインピーダンスＺrtと比較して、インピーダンスＺrt３は、絶縁樹脂３１１に対応した静電容量Ｃplと抵抗Ｒplとをさらに含む。回転子側のインピーダンスＺrt３は、
【０１２５】
【数７】
2009001546.tif 000037
【０１２６】
となる。すなわち、絶縁樹脂３１１がない場合よりも回転子側のインピーダンスを高くすることが可能となる。
【０１２７】
したがって、固定子鉄心１１とブラケット１７との間を短絡しない場合には、固定子側のインピーダンスＺst３は高くなる。このため、本実施の形態では、絶縁樹脂３１１を回転子鉄心３１とシャフト１６との間に介在させて回転子側のインピーダンスＺrt３も高くすることで、それぞれのインピーダンスを近似あるいは一致させている。すなわち、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に介在させた絶縁樹脂３１１による静電容量を調整して、その容量値を適切に設定することで、回転子側のインピーダンスＺrt３を固定子側のインピーダンスＺst３に近似あるいは一致させ、それぞれのインピーダンスを整合させることができる。さらに、回転子側のインピーダンスＺrt３と固定子側のインピーダンスＺst３とを近似あるいは一致させることにより、軸受１５の外輪の電圧Ｖｓと内輪の電圧Ｖｒとが近似あるいは一致する。このため、軸受１５の内輪と外輪との間に生じる軸電圧を低く抑えることが可能となる。これによって、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達することを抑制できるため、軸受内部に発生する電食を防止できる。
【０１２８】
以下、本実施の形態について実施例を用いてより具体的に説明する。
【０１２９】
（実施例５）
実施例１と同一の固定子仕様のブラシレスモータで、回転子をシャフト１６とシャフト外径よりも２ｍｍ大きい内径の回転子鉄心３１を一体成形し、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に絶縁樹脂を１ｍｍ介在させた仕様としている。このような回転子の仕様のブラシレスモータを、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。一体成形に使用した材料には、誘電率が２．８の出光石油化学製シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂（ザレックＳ１２０）および誘電率が３．６のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂を使用した。また、回転子鉄心３１の外周には、希土類磁石粉末に約３ｗｔ％のエポキシ樹脂を混合し、リング状に成形、加熱硬化した希土類樹脂磁石を接着している。
【０１３０】
なお、比較例１の回転子は、回転子鉄心３１の内径にシャフト１６を圧入したもので、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に樹脂はない状態である。また、回転子鉄心３１の外周には、実施例５と同一の希土類樹脂磁石を回転子鉄心３１の外径に接着している。
【０１３１】
（比較例５）
実施例１と同一の固定子仕様のブラシレスモータで、回転子は回転子鉄心３１の内径にシャフト１６を圧入したもので、シャフト１６と回転子鉄心３１との間に樹脂はない状態である。また、回転子鉄心３１の外周には、フェライト樹脂磁石を回転子鉄心３１の外径に接着した仕様としている。このような回転子の仕様のブラシレスモータを、ブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡しない状態にして、実施例１と同様な方法で、軸電圧および軸電流を測定した。フェライト樹脂磁石は、フェライト磁石に約１０ｗｔ％のポリアミド樹脂を混合し、リング状に成形したもので、上述の希土類樹脂磁石よりも約４倍の厚みを有している。
【０１３２】
実施例５、比較例１、比較例５の測定結果を表５に示す。
【０１３３】
【表５】
2009001546.tif 000038
【０１３４】
表５から明らかなように、回転子鉄心３１とシャフト１６との間に絶縁樹脂３１１を介在させることで、固定子鉄心１１とシャフト１６（軸受の内輪）との間の静電容量が低くなり、回転子側のインピーダンスＺrt３が高くなる。このことで、軸受１５の内輪の電圧Ｖｒが低くなり、結果的に軸電圧を低減することができる。また、軸電流についても、軸電圧の低下に伴い低減することができる。また、回転子鉄心３１とシャフト１６との間の絶縁樹脂３１１に誘電率３．０以下の材料を選択することで、さらに軸電圧および軸電流を低減することができる。
【０１３５】
なお、以上の説明では電気機器としてのエアコン用に搭載されたブラシレスモータである電動機の一例を挙げて説明したが、このようなエアコン室外機やエアコン室内機に加えて、給湯機、空気清浄機、食器洗い乾燥機など各種情報機器に搭載される電動機や、産業機器に使用される電動機にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の電動機は、軸電圧を減少させることが可能であり、軸受の電食発生を防止するのに最適である。このため、主に電動機の低価格化および高寿命化が要望される電気機器で、例えばエアコン室内機、エアコン室外機、給湯機、空気清浄機、食器洗い乾燥機などに搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【０１３７】
１０    固定子
１１    固定子鉄心
１２    固定子巻線
１３    絶縁樹脂（モールド材）
１４    回転子
１５    軸受
１６    シャフト
１７    ブラケット
１８    プリント基板
２０    グランド線
２１，２１１    樹脂（インシュレータ）
３０    回転体
３１    回転子鉄心
３２    フェライト樹脂磁石
４０    キャパシタ
４１    貫通孔
４２    接続ピン
１１０，１１１    リード線
１１２    導電性テープ
１２０    プローブ
１２１    プローブの先端
１２２    プローブのグランド
１３０    デジタルオシロスコープ
１４０    絶縁トランス
１５０    リークカレントハイテスタ
３１１    絶縁樹脂
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向して周方向に複数の永久磁石を保持した回転体と、前記回転体の中央を貫通するように前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、
前記シャフトを支持する軸受と、
前記軸受を固定するブラケットとを備え、
前記巻線と前記軸受の内輪との間のインピーダンス、および前記巻線と前記軸受の外輪との間のインピーダンスの少なくともいずれかのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を含むことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記インピーダンス調整部材は、前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスと、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスとを整合させる整合部材であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記整合部材は、前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間が、前記インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記インピーダンス成分を有する部材は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスは、前記基準に対して＋１０％から−７５％までの範囲内としたことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項７】
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定したことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記整合部材は、前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間に設けたインピーダンス成分を有する素子であることを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記固定子鉄心と前記ブラケットとの間が、前記インピーダンス成分を有する部材によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１０】
前記インピーダンス成分を有した素子は、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１１】
前記固定子鉄心と前記軸受の内輪との間のインピーダンスを基準としたとき、前記固定子鉄心と前記軸受の外輪との間のインピーダンスは、前記基準に対して＋１０％から−７５％の範囲内としたことを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項１２】
前記固定子は、樹脂にて絶縁された前記固定子鉄心に前記巻線を巻装し、
前記樹脂を前記インピーダンス調整部材として、前記樹脂の誘電率を３．０以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１３】
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定したことを特徴とする請求項１２に記載の電動機。
【請求項１４】
前記固定子は、樹脂にて絶縁された前記固定子鉄心に前記巻線を巻装し、
前記固定子鉄心を巻装する前記巻線を絶縁樹脂にてモールド一体成形したハウジング部を設け、
前記軸受は一対の軸受で構成され、
一方の前記軸受を前記ハウジング部の内部に設け、他方の前記軸受を前記ブラケットに固定し、
前記絶縁樹脂を前記インピーダンス調整部材として、前記絶縁樹脂の誘電率を３．０以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１５】
前記整合部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとの間に設けたインピーダンス成分を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項１６】
前記インピーダンス成分を有する部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとを絶縁分離することを特徴とする請求項１５に記載の電動機。
【請求項１７】
前記インピーダンス成分を有する部材は、前記回転体の外周と前記シャフトとを絶縁分離する絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１６に記載の電動機。
【請求項１８】
前記固定子鉄心に巻装した前記巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１９】
請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の電動機を搭載したことを特徴とする電気機器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009001546.tif 000039
【図２】
2009001546.tif 000040
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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