(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線を巻装した固定子鉄心を絶縁樹脂にてモールドした固定子と、シャフトを中心に回転自在に配置された回転子と、前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定する２つの導電性のブラケットとを備えた電動機であって、
前記回転子は、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前記シャフトとを含み、かつ前記回転体の内周側と外周側との間には誘電体層を備えており、
前記シャフトと前記回転体の最外円周面との間の静電容量を、前記軸受を回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量よりも小さくしたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記軸受を回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を軸受静電容量Ｃｂとし、
前記シャフトと前記回転体の最外円周面との間の静電容量を回転体静電容量Ｃｒとしたとき、
前記軸受静電容量Ｃｂに対する前記回転体静電容量Ｃｒの比率（Ｃｒ／Ｃｂ）を、１／５０以上、かつ１／５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３】
前記シャフトと前記回転体の最外円周面との間の静電容量を、５０ｐＦ以下、かつ１ｐＦ以上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４】
前記２つのブラケットは、電気的に接続されるとともに、前記固定子鉄心とは絶縁されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項５】
前記２つのブラケットの少なくとも一方と前記固定子鉄心とは、絶縁樹脂により一体成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項６】
前記回転子は、前記固定子の内周側に回転自在に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１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、電動機に関するもので、特に軸受の電食の発生を抑制するように改良された電動機に関するものである。
【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ないため、軸受の外輪と内輪間に電位差（以下、軸電圧という）を発生させる。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、軸受内部に微小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、軸受外輪または軸受ボール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。
【０００３】
なお、電動機をＰＷＭ方式にてインバータ駆動する駆動回路（制御回路などを含む）の電源供給回路と、その電源供給回路の１次側回路および１次側回路側の大地へのアースとは電気的に絶縁された構成であった。
【０００４】
従来、電食を抑制するためには、以下のような対策が考えられている。
（１）軸受内輪と軸受外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と軸受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非導電性の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、電食抑制の効果は非常に高いが、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、固定子鉄心と導電性を有した金属製のブラケットとを電気的に短絡させることで、静電容量を変化させて軸電圧を低減する方法が、従来、公知である（例えば、特許文献１参照）。また、電動機の軸受の電食を抑制する従来技術には、電動機の固定子鉄心などを大地のアースへ電気的に接続する構成も多々開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、近年、固定子側の固定子鉄心などの固定部材をモールド材などでモールドして、信頼性を高めたモールドモータが提案されている。そこで、金属製のブラケットに代えてこのような絶縁性のモールド材で軸受を固定し、軸受外輪側に発生する不要な高周波電圧や軸受内外輪間を流れる不要な高周波電流を抑制することが考えられる。ところが、このようなモールド材は樹脂であり軸受を固定するには強度が不十分であったり、樹脂成形のため寸法精度が悪く、軸受のクリープ不具合が発生しやすくなったりするなどの課題があった。すなわち、玉軸受のような軸受は一般的に、例えば外輪とハウジング内周面との間に隙間がある場合、伝達負荷によってシャフトにラジアル方向の力が発生する。このような力が発生すると、径方向の相対差によって滑り現象が発生しやすくなり、このような滑り現象がクリープと呼ばれている。このようなクリープは、一般的に、外輪をブラケットなどのハウジングに強固に固定することで抑制できる。また、近年の電動機の高出力化に伴い、軸受をより強固に固定することが必要となっている。このため、例えば、予め鋼板で加工され寸法精度の良好な金属製のブラケットを軸受の固定に採用するなど、クリープ対策を施すことが必要不可欠となっている。とりわけ、軸受は回転軸に対して２箇所で受ける構造が一般的であるが、ここで述べた強度的な面や実施の容易性などの理由から、２つの軸受に対して金属製のブラケットで固定することが好ましい。
【０００９】
また、回転子において、シャフトと回転体の外周との間に誘電体層を設け、軸受における電食の発生を防止した電動機が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９４２９号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／１１３３１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、まず、特許文献１のような従来の方法は、次のような課題があった。すなわち、この従来の方法は短絡させる方法なので、軸受の外輪と内輪との電圧バランスが崩れ易く軸電圧が高くなってしまう場合があった。
【００１２】
また、電動機をＰＷＭ方式にてインバータ駆動する駆動回路（制御回路などを含む）の電源供給回路と、その電源供給回路の１次側回路および１次側回路側の大地へのアースとは電気的に絶縁された構成とすることで、感電のおそれなど安全性を確保できる。ところが、特許文献２のように、電動機の固定子鉄心などを大地のアースへ電気的に接続する構成を採用し、これを加味した構成によって課題解決を図ることは、電動機の仕様や特性の観点で、さらなる別の課題も考察され、難しいものがあった。
【００１３】
本発明の電動機は、上記課題に鑑みなされたものであり、軸受における電食の発生を効果的に抑制した電動機およびそれを備えた電気機器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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の電動機は、固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、シャフトを中心に回転自在に配置された回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定する導電性のブラケットとを備える。回転子は、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。そして、シャフトと回転体の最外円周面との間の静電容量を、軸受を回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量よりも小さくした構成である。
【００１５】
このような構成により、使用環境などに影響されることなく効果的に軸電圧を抑制できる。すなわち、軸受が回転中に軸受内のグリースで潤滑効果を発生させることにより、内輪と玉や、外輪と玉の間に静電容量が発生し、軸電圧が発生する。この軸受に発生する静電容量よりも小さな静電容量を回転体に付与することで、分圧効果によって、従来の手法に比べてより効果的に軸電圧を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の電気機器は、上述した電動機を搭載している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軸受における電食の発生を効果的に抑制した電動機およびそれを備えた電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機の断面を示した構造図
【図２】同電動機の回転体の上面図
【図３】同電動機の回転子の斜視図
【図４】比較のための誘電体層を設けない構成の回転体の上面図
【図５】回転体静電容量Ｃｒの測定方法を示す図
【図６】軸受静電容量Ｃｂの測定方法を示す図
【図７】軸電圧の測定方法を示す図
【図８】完全波形崩れの波形例を示す図
【図９】一部波形崩れの波形例を示す図
【図１０】波形崩れなしの波形例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１における測定結果を示す図
【図１２】回転体静電容量Ｃｒと軸受静電容量Ｃｂとの等価回路を示す図
【図１３】本発明の実施の形態１における他の構成例としてのアウタロータ型の電動機の断面を示した構造図
【図１４】本発明の実施の形態２における電気機器（エアコン室内機）の構造図
【図１５】本発明の実施の形態３における電気機器（エアコン室外機）の構造図
【図１６】本発明の実施の形態４における電気機器（給湯機）の構造図
【図１７】本発明の実施の形態５における電気機器（空気清浄機）の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の電動機およびそれを備えた電気機器について、図面を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の断面を示した構造図である。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。
【００２１】
図１において、固定子鉄心１１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２１が介在して、固定子巻線１２が巻装されている。そして、このような固定子鉄心１１は、他の固定部材とともにモールド材としての絶縁樹脂１３にてモールド成形されている。本実施の形態では絶縁樹脂１３に不飽和ポリエステル樹脂成形材料を使用した。本実施の形態では、これらの部材をこのようにモールド一体成形することにより、外形が概略円筒形状をなす固定子１０が構成されている。
【００２２】
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。回転体３０は、固定子１０の内周側に対向して周方向に永久磁石であるフェライト樹脂磁石３２を保持している。また、詳細については以下で説明するが、回転体３０は、図１に示すように、最外周部のフェライト樹脂磁石３２から内周側のシャフト１６に向かって、回転子鉄心３１の外周部を構成する外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、回転子鉄心３１の内周部を構成する内側鉄心３１ｂと順に配置するような構造を有している。図１では、回転体３０として、これらの回転子鉄心３１、誘電体層５０およびフェライト樹脂磁石３２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。
【００２３】
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円筒形状の玉軸受であり、軸受１５の内輪側がシャフト１６に固定されている。図１では、シャフト１６がブラシレスモータ本体から突出した側となる出力軸側において、軸受１５ａがシャフト１６を支持し、その反対側（以下、反出力軸側と呼ぶ）において、軸受１５ｂがシャフト１６を支持している。そして、これらの軸受１５は、それぞれ導電性を有した金属製のブラケットにより、軸受１５の外輪側が固定されている。図１では、出力軸側の軸受１５ａがブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受１５ｂがブラケット１９により固定されている。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。
【００２４】
さらに、このブラシレスモータには制御回路を含めた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Ｖｄｃ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃおよび回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐを印加するリード線や制御回路のグランド線などの接続線２０が接続されている。
【００２５】
なお、駆動回路を実装したプリント基板１８上のゼロ電位点部は、大地のアースおよび１次側（電源）回路とは絶縁され、大地のアースおよび１次側電源回路の電位とは、フローティングされた状態である。ここで、ゼロ電位点部とは、プリント基板１８上における基準電位としての０ボルト電位の配線のことであり、通常グランドと呼ばれるグランド配線を示している。接続線２０に含まれるグランド線は、このゼロ電位点部、すなわちグランド配線に接続される。また、駆動回路が実装されたプリント基板１８に接続される巻線の電源電圧を供給する電源回路、制御回路の電源電圧を供給する電源回路、制御電圧を印加するリード線および制御回路のグランド線などは、巻線の電源電圧を供給する電源回路に対する１次側（電源）回路、制御回路の電源電圧を供給する電源回路に対する１次側（電源）回路、これら１次側（電源）回路と接続された大地のアースおよび独立して接地された大地のアースのいずれとも電気的に絶縁されている。つまり、１次側（電源）回路電位および大地のアースの電位に対して、プリント基板１８に実装された駆動回路は電気的に絶縁された状態であることから、電位が浮いた状態となっている。これは電位がフローティングされた状態とも表現され、よく知られている。また、このようなことから、プリント基板１８に接続される巻線の電源電圧を供給する電源回路および制御回路の電源電圧を供給する電源回路の構成は、フローティング電源とも呼称され、これもよく知られた表現である。
【００２６】
以上のように構成された本ブラシレスモータに対して、接続線２０を介して各電源電圧および制御信号を供給することにより、プリント基板１８の駆動回路によって固定子巻線１２が駆動される。固定子巻線１２が駆動されると、固定子巻線１２に駆動電流が流れ、固定子鉄心１１から磁界が発生する。そして、固定子鉄心１１からの磁界とフェライト樹脂磁石３２からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によってシャフト１６を中心に回転子１４が回転する。
【００２７】
次に、本ブラシレスモータのより詳細な構成について説明する。
【００２８】
まず、本ブラシレスモータは、上述したように、シャフト１６が２つの軸受１５で支持されるとともに、それぞれの軸受１５もブラケットにより固定され、支持されている。さらに、上述したようなクリープによる不具合を抑制するため、本実施の形態では、それぞれの軸受１５が、導電性を有した金属製のブラケットにより固定されるような構成としている。すなわち、本実施の形態では、予め鋼板で加工され寸法精度の良好な導電性のブラケット１７およびブラケット１９を軸受１５の固定に採用している。特に、電動機の高出力化が要求される場合には、このような構成とすることがより好ましい。
【００２９】
次に、出力軸側の軸受１５ａに対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径のブラケット１７により固定している。ブラケット１７は概略円板形状であり、円板の中央部に軸受１５ａの外周径とほぼ等しい径の突出部を有しており、この突出部の内側は中空となっている。プリント基板１８を内蔵したのち、このようなブラケット１７の突出部の内側を軸受１５ａに圧入する。これとともに、ブラケット１７の外周に設けた接続端部と固定子１０の接続端部とが嵌合するように、ブラケット１７を固定子１０に圧入することにより、本ブラシレスモータが形成される。このように構成することで、組立作業の容易化を図るとともに、軸受１５ａの外輪側は金属製のブラケット１７に固定されるため、クリープによる不具合も抑制している。
【００３０】
また、ブラケット１９には、導通ピン２２が予め電気的に接続されている。すなわち、図１に示すように、ブラケット１９のつば部１９ｂに導通ピン２２の一方の先端部２２ａが接続されている。導通ピン２２は絶縁樹脂１３の内部に配置され、ブラケット１９と同様に絶縁樹脂１３とモールド一体成形されている。なお、導通ピン２２を電動機内部として絶縁樹脂１３の内部に配置することで、導通ピン２２を錆や外力などから予防し、使用環境や外部応力などに対して、信頼性の高い電気的接続としている。導通ピン２２は、絶縁樹脂１３の内部において、つば部１９ｂから本ブラシレスモータの外周方向へと延伸し、本ブラシレスモータの外周近辺からシャフト１６とほぼ平行して出力軸側へとさらに延伸している。そして、絶縁樹脂１３の出力軸側の端面から、導通ピン２２の他方の先端部２２ｂが露出している。さらに、先端部２２ｂには、導通ピン２２をブラケット１７に電気接続するための導通ピン２３が接続されている。すなわち、ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３がブラケット１７に接触し、ブラケット１７と導通ピン２３との導通が確保される。このような構成により、ブラケット１７とブラケット１９との２つのブラケットは、導通ピン２２を介して電気的に接続される。また、ブラケット１７およびブラケット１９は、絶縁樹脂１３により固定子鉄心１１とは絶縁された状態で、この２つのブラケットが電気的に接続される。
【００３１】
本実施の形態では、ブラケット１７とブラケット１９とを電気的に接続し両ブラケットを同電位とすることで、シャフト１６を介しての高周波電流が流れにくい状態とし、軸電圧を安定させている。また、ブラケット１７およびブラケット１９のそれぞれと固定子鉄心１１とを絶縁状態にすることで、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までのインピーダンスが高くなるような構成としている。
【００３２】
次に、回転体３０の構成について説明する。図２は、本実施の形態における回転体３０の上面図である。また、図３は、回転体３０を含む回転子１４の斜視図である。
【００３３】
図２に示すように、回転体３０は、最外周部にフェライト樹脂磁石３２を配置し、さらに、内周側に向かって、回転子鉄心３１を構成する外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、回転子鉄心３１を構成する内側鉄心３１ｂと順に配置されている。また、誘電体層５０は、絶縁樹脂で形成された層である。本実施の形態では、電食抑制用として、このような誘電体層５０を設けている。図２では、誘電体層５０が、回転体３０の内周側と外周側との間でシャフト１６の周りを周回するようなリング状に形成された一例を示している。回転体３０は、このように、フェライト樹脂磁石３２、外側鉄心３１ａ、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂、および内側鉄心３１ｂが一体形成された構成である。また、内側鉄心３１ｂの内周の締結部５１において、回転体３０がシャフト１６に締結される。これにより、軸受１５に支承される図３に示すような回転子１４が構成される。
【００３４】
このような回転体３０において、誘電体層５０は、絶縁物である絶縁樹脂で形成された層である。このため、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとを直流的には絶縁分離している。一方、交流的には、誘電体層５０は所定の誘電率を有した絶縁樹脂であるため、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間の所定静電容量を有したキャパシタとして作用する。本実施の形態では、誘電体層５０によるキャパシタンス成分を設けることにより、固定子鉄心１１から回転体３０およびシャフト１６を介して軸受１５の内輪までのインピーダンスが高くなるような構成としている。
【００３５】
すなわち、本実施の形態では、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪まで（軸受外輪側）のインピーダンスを高くするとともに、固定子鉄心１１から軸受１５の内輪まで（軸受内輪側）のインピーダンスも高くし、軸受１５の内輪と外輪との電位差（軸電圧）を低くして電食を抑制している。
【００３６】
ところで、軸受１５は、通常、回転時において軸受１５内のグリースで潤滑効果を発生させることにより、内輪と鉄ボールとの間や外輪と鉄ボールとの間に微小な非接触の隙間が生じる。すなわち、回転時には、軸受１５の外輪と内輪との間においても、このような隙間が絶縁層として作用し、所定静電容量を有したキャパシタが形成される。
【００３７】
本実施の形態では、軸受外輪側と軸受内輪側との高インピーダンス化による電食抑制に加えて、シャフト１６と回転体３０の最外円周面との間の静電容量、および回転時における軸受外輪と軸受内輪との間の静電容量のそれぞれを適切に設定することにより、軸受１５に生じる電食をより効果的に抑制している。
【００３８】
詳細については以下で説明するが、具体的な例として、本実施の形態で使用した軸受１５は、軸受単体を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量（以下、適宜、軸受静電容量Ｃｂと呼ぶ）が５０ｐＦとなるものを使用した。そして、回転体３０において誘電体層５０の径方向幅や材料などを調整し、シャフト１６と回転体３０の最外円周面との間の静電容量（以下、適宜、回転体静電容量Ｃｒと呼ぶ）が例えば５．０ｐＦと、回転体静電容量Ｃｒを軸受静電容量Ｃｂよりも小さくしている。
【００３９】
さらに、軸受静電容量Ｃｂに対する回転体静電容量Ｃｒの静電容量の比率とする容量比率Ｒｃを、Ｒｃ＝Ｃｒ／Ｃｂと定義したとき、本実施の形態では、電食抑制効果の観点から容量比率Ｒｃを１／５以下としている。また、電動機の効率も考慮して、容量比率Ｒｃは、１／５０から１／５までの範囲としている。
【００４０】
本発明はこのような構成にすることにより、軸受１５に生じる軸電圧を小さくし、電食を効果的に防止している。
【００４１】
以下、本発明について、複数サンプルを用いて測定した結果を挙げてより具体的に説明する。なお、本発明は以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限りにおいて、これらの構成例によって限定されるものではない。
【００４２】
図２に示すような構成の回転体３０を複数サンプル作製し、本発明の効果などを検証した。以下、その詳細について説明する。サンプルとする各回転体３０の誘電体層５０には、誘電率２．８のＳＰＳ樹脂（シンジオタクチックポリスチレン樹脂）を使用した。そして、誘電体層５０の樹脂厚を任意に調整して、シャフト１６と回転体３０の最外円周面との間の静電容量、すなわち回転体静電容量Ｃｒがそれぞれ異なる８種類の図３のような回転子１４を作製した。具体的には、サンプル１から８までとする０．５ｐＦ、１ｐＦ、５ｐＦ、１０ｐＦ、３０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、１５０ｐＦの回転子１４を作製した。
【００４３】
さらに、比較のため、サンプル９として図４に示すような誘電体層５０を設けない構成の回転体９０も作製し、サンプル１から８と同様の測定を行った。具体的には、回転体静電容量Ｃｒが１０１３ｐＦとなる回転子９４を作製している。
【００４４】
ここで、サンプル１〜９の回転体静電容量Ｃｒについては、次のようにして測定した。図５は、回転体静電容量Ｃｒの測定方法を示す図である。図５では、サンプル９である回転子９４に対しての測定方法を示している。回転体静電容量Ｃｒの測定は、図５に示すように、回転体９０の最外円周面に銅箔６３を貼り付け、銅箔６３とシャフト１６との間の静電容量をＬＣＲメータ６０で測定している。このときの条件としては、測定周波数１０ｋＨｚ、測定温度２０℃、測定電圧１Ｖとしている。また、測定時には厚さ２０ｍｍの木製板の上にシャフト１６を固定し測定した。サンプル１〜８の回転子１４についても同様に、回転子１４の最外円周面に銅箔６３を貼り付け、サンプル９と同条件で、銅箔６３とシャフト１６との間の静電容量を測定した。
【００４５】
また、回転時における軸受１５の外輪と内輪との間の静電容量、すなわち軸受静電容量Ｃｂについては、次のようにして測定した。ここで、使用した軸受１５はミネベア製６０８（グリースはちょう度２３９のものを使用）である。また、図６は、軸受１５の軸受静電容量Ｃｂの測定方法を示す図である。測定は、外部駆動により軸受１５を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させ、図６に示すように、ＬＣＲメータ６０を使用して測定している。このときの条件としては、測定周波数１０ｋＨｚ、測定温度２０℃、測定電圧１Ｖとしている。このような状態で、軸受外輪６１と、軸受内輪６２に機械的かつ電気的に接触しているシャフト１６との間の静電容量を測定した。また、測定時には、外部駆動装置とシャフト１６との間に肉厚２０ｍｍ以上の絶縁樹脂製カップリングを使用した。また、２０ｍｍの木製板の上に肉厚２０ｍｍ以上の絶縁樹脂製台座を設置し、この絶縁樹脂製台座の上に外部駆動装置、シャフト１６および軸受１５を配置した。このような測定環境において、軸受単体を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させたとき、軸受内輪６２と軸受外輪６１との間の軸受静電容量Ｃｂは５０ｐＦであった。
【００４６】
このようなサンプル１〜９の回転子において、軸受静電容量Ｃｂに対する回転体静電容量Ｃｒの容量比率Ｒｃを求めるとともに、さらに、軸電圧、軸電圧の波形崩れ状態、誘起電圧および耐久試験後の騒音について測定した。
【００４７】
図７は、各サンプルに対する軸電圧の測定方法を示す図である。軸電圧の測定は、各サンプルの回転子をブラシレスモータとして組み込むことで行っている。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とし、回転数１０００ｒ／ｍｉｎの同一運転条件下でそれぞれの軸電圧の測定を行った。なお、回転数は制御電圧Ｖｓｐにて調整し、運転時のブラシレスモータ姿勢はシャフト水平とした。また、ブラシレスモータは、厚さ２０ｍｍの木製板の上に設置した。軸電圧の測定は、デジタルオシロスコープ１３０（テクトロニクス製ＤＰＯ７１０４）と高電圧差動プローブ１２０（テクトロニクス製Ｐ５２０５）とにより、電圧波形を観測して、ピーク−ピーク間の測定電圧を軸電圧とした。このとき、デジタルオシロスコープ１３０は、図７に示すように、絶縁トランス１４０にて絶縁している。さらに、高電圧差動プローブ１２０の＋側１２０ａは、長さ約３０ｃｍのリード線１１０を介し、リード線の導体を直径約１５ｍｍのループ状にして、その内周をシャフト１６の外周に導電接触させることで、シャフト１６に電気的に接続している。高電圧差動プローブ１２０の−側１２０ｂは、長さ約３０ｃｍのリード線１１１を介し、ブラケット１７にリード線１１１の先端を導電性テープ１１２にて導電接触させることで、ブラケット１７に電気的に接続している。このような構成で、ブラケット１７とシャフト１６との間の電圧、すなわち出力軸側の軸受１５ａの軸電圧の測定を実施した。また、このとき、電圧波形を観測して、波形崩れが発生したかどうかの確認も行っている。
【００４８】
軸電圧の波形崩れについては、完全波形崩れ、一部波形崩れ、波形崩れなしの３分類に区分けを行った。波形崩れなしの状態は、軸受１５内部の油膜が絶縁破壊を起こしていない状態であり、電食の発生を防止できる状態である。また、波形崩れの状態は、軸受１５内部の油膜が絶縁破壊を起こしている状態であり、運転時間によっては電食を発生させる状態である。
【００４９】
図８から図１０は、このような波形例を示す図であり、図８は完全波形崩れ、図９は一部波形崩れ、図１０は波形崩れなしの場合の波形例を示している。図８から図１０において、測定時の横軸時間は５０μｓ／ｄｉｖの同一条件としている。
【００５０】
また、誘起電圧に関しては、各サンプルの回転子を組み入れたブラシレスモータを外部駆動で１０００ｒ／ｍｉｎで回転させ、中性点とＵ相との間の誘起電圧を測定している。このとき、それぞれの回転子に対して同一の固定子１０を使用し、それぞれの回転子を入れ替える方法で測定を実施した。
【００５１】
また、上記各仕様での電食抑制効果を確認するために、それぞれの回転子を組み入れたブラシレスモータを準備し、電食耐久試験にて電食抑制の効果確認を実施した。
【００５２】
電食耐久試験は、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１０００ｒ／ｍｉｎ（制御電圧Ｖｓｐにて調整）、ブラシレスモータ姿勢をシャフト水平、雰囲気温度を１０℃の条件とした。そして、無負荷の条件下で２００００時間回転させ、試験前と試験後の騒音測定により軸受１５の電食発生度合いを確認した。なお、試験前の騒音測定では、各サンプルともほぼ２９ｄＢであった。
【００５３】
図１１は、サンプル１から９それぞれの測定結果を示す図である。図１１の「軸電圧の波形崩れ状態」において、「完全」は図８のように完全波形崩れを示し、「一部」は図９のように一部波形崩れを示し、「なし」は図１０のように波形崩れなしを示している。
【００５４】
図１１から明らかなように、回転体静電容量Ｃｒを５０ｐＦ以下、すなわち容量比率Ｒｃを１以下にすることで、軸電圧の波形飛びの状態が完全波形飛びではなくなっている。さらに、容量比率Ｒｃが１以下の場合、耐久試験後の騒音は３６ｄＢ以下であり、実使用上、不快な騒音レベルではなく、問題なく使用することが可能である。これより、回転体静電容量Ｃｒは、軸受静電容量Ｃｂよりも小さくすることが好ましい。
【００５５】
また、容量比率Ｒｃを１／５以下にすることで、軸電圧の波形飛びの状態が波形崩れなしとなり、かつ、耐久試験後の騒音は３０ｄＢ未満となり、試験前の騒音値２９ｄＢと比較し、ほとんど変化していない。これより、容量比率Ｒｃを１／５以下とすることがより好適であり、効果的に電食を抑制することができる。なお、以上の説明では、回転体静電容量Ｃｒによって容量比率Ｒｃを調整する例を挙げているが、軸受１５内の油膜厚さを調整することも有効である。
【００５６】
また、容量比率Ｒｃを１／５０未満にすると、図１１に示すように、誘起電圧が著しく低下する。すなわち、回転体静電容量Ｃｒを０．５ｐＦにするためには、フェライト樹脂磁石３２と誘電体層５０のみの構成となり、バックヨークの役割を果たす回転子鉄心３１を使用できないからである。よって、効率に代表されるモータ特性を十分に確保するためには、回転体静電容量Ｃｒを１ｐＦ以上、すなわち容量比率Ｒｃを１／５０以上とすることが好ましい。
【００５７】
以上、電食抑制効果および電動機の効率確保の観点より、容量比率Ｒｃを、１／５０から１／５までの範囲とすることが好適である。
【００５８】
また、図１２は、回転体静電容量Ｃｒと軸受静電容量Ｃｂとの等価回路である。図１２では、コモンモード電圧をＶとしたときの軸電圧Ｖｂを示している。図１２から、回転体静電容量Ｃｒを小さくすれば軸電圧Ｖｂは小さくなることが計算でき、図１１に示した結果の傾向と同じである。
【００５９】
これらの結果からもわかるように、本発明の電動機は、従来の電動機に比べて、軸電圧が低減し、電動機の軸受電食の発生抑制に極めて優れた効果を持つ。
【００６０】
また、本発明の電動機を電気機器に組み込むことにより、軸受における電食の発生を抑制した電動機を備えた電気機器を提供することができる。
【００６１】
なお、以上の説明では、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ブラシレスモータである電動機の例を挙げて説明したが、回転子が固定子の外周側に配置されたアウタロータ型の電動機にも本発明を適用することができる。
【００６２】
図１３は、本実施の形態における他の構成例としてのアウタロータ型の電動機の断面を示した構造図である。なお、図１３において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付している。図１３において、固定子巻線１２が巻装された固定子鉄心１１は絶縁樹脂１３にてモールド成形されて、固定子１０が構成されている。さらに、固定子１０にはブラケット１７およびブラケット１９が一体成形されており、ブラケット１７に軸受１５ａが固定され、ブラケット１９に軸受１５ｂが固定されている。軸受１５ａおよび軸受１５ｂの内輪側にはシャフト１６が貫通し、シャフト１６の一方の端部に中空円筒形状の回転体３０が締結されている。また、回転体３０の内周側中空部に固定子鉄心１１が配置される。そして、回転体３０において、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとで挟むようにして、環状の誘電体層５０を設けている。また、軸受１５ａと軸受１５ｂとのそれぞれの外輪を導通ピン２２などで電気的に接続している。そして、それぞれの外輪は、固定子鉄心１１と絶縁された状態である。このようなアウタロータ型の電動機においても、図１のような構成と同様、図１３に示すように誘電体層５０を設け、かつブラケット１７とブラケット１９とを電気的に接続する構造を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、以上の説明では、誘電体層５０を設けて、その誘電体層材料の比誘電率や樹脂肉厚を調整して、容量比率Ｒｃを設定したが、フェライト樹脂磁石３２の樹脂成分の重量比率を調整する方法でも可能である。また、ボンド磁石であれば、樹脂成分の体積分量を増加させることや、シンジオタクチックポリスチレン等の低誘電率材料を使用する方法がある。さらに、図２の締結部５１に例えば樹脂などによる絶縁層を設けて、シャフトと回転体鉄心とを固定するとともに、所望の回転体静電容量Ｃｒが得られるように絶縁分離するような構成としてもよく、誘電体層５０を設けた方法に限定するものではない。
【００６４】
また、以上の説明では、フェライト樹脂磁石のＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ：表面磁石貼付型）ロータで説明したが、フェライト焼結磁石や希土類ネオジウム系焼結磁石でも同様の結果が得られる。また、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ：内部磁石埋込型）ロータでも同様の結果が得られる。
【００６５】
また、静電容量などの測定は、ＰＷＭ方式の駆動周波数にあわせた周波数で測定することが好ましい。近年のＰＷＭ方式のインバータにより駆動する電動機の駆動周波数が概ね１０ＫＨｚであり、これにあわせて、例えば５ＫＨｚから２０ＫＨｚまでの範囲が好適である。本実施の形態では、上述した測定条件のように測定周波数を１０ＫＨｚとした。また、軸受の静電容量は、１０００ｒ／ｍｉｎで回転しているときに測定することが好ましい。家電用の電動機が概ね１０００ｒ／ｍｉｎで回転するからである。本発明では測定周波数１０ｋＨｚや回転数１０００ｒ／ｍｉｎに限定するものではない。
【００６６】
（実施の形態２）
本発明にかかる電気機器の例として、まず、エアコン室内機の構成を実施の形態２として、詳細に説明する。
【００６７】
図１４において、エアコン室内機２１０の筐体２１１内には電動機２０１が搭載されている。その電動機２０１の回転軸にはクロスフローファン２１２が取り付けられている。電動機２０１は電動機駆動装置２１３によって駆動される。電動機駆動装置２１３からの通電により、電動機２０１が回転し、それに伴いクロスフローファン２１２が回転する。そのクロスフローファン２１２の回転により、室内機用熱交換器（図示せず）によって空気調和された空気を室内に送風する。ここで、電動機２０１は、例えば、上記実施の形態１のものが適用できる。
【００６８】
本発明の電気機器は、電動機と、その電動機が搭載された筐体とを備え、電動機として上記構成の本発明の電動機を採用したものである。
【００６９】
（実施の形態３）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、エアコン室外機の構成を実施の形態３として、詳細に説明する。
【００７０】
図１５において、エアコン室外機３０１は、筐体３１１の内部に電動機３０８を搭載している。その電動機３０８は回転軸にファン３１２を取り付けており、送風用電動機として機能する。
【００７１】
エアコン室外機３０１は、筐体３１１の底板３０２に立設した仕切り板３０４により、圧縮機室３０６と熱交換器室３０９とに区画されている。圧縮機室３０６には圧縮機３０５が配設されている。熱交換器室３０９には熱交換器３０７および上記送風用電動機が配設されている。仕切り板３０４の上部には電装品箱３１０が配設されている。
【００７２】
その送風用電動機は、電装品箱３１０内に収容された電動機駆動装置３０３により駆動される電動機３０８の回転に伴い、ファン３１２が回転し、熱交換器３０７を通して熱交換器室３０９に送風する。ここで、電動機３０８は、例えば、上記実施の形態１のものが適用できる。
【００７３】
本発明の電気機器は、電動機と、その電動機が搭載された筐体とを備え、電動機として上記構成の本発明の電動機を採用したものである。
【００７４】
（実施の形態４）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、給湯機の構成を実施の形態４として、詳細に説明する。
【００７５】
図１６において、給湯器３３０の筐体３３１内には電動機３３３が搭載されている。その電動機３３３の回転軸にはファン３３２が取り付けられている。電動機３３３は電動機駆動装置３３４によって駆動される。電動機駆動装置３３４からの通電により、電動機３３３が回転し、それに伴いファン３３２が回転する。そのファン３３２の回転により、燃料気化室（図示せず）に対して燃焼に必要な空気を送風する。ここで、電動機３３３は、例えば、上記実施の形態１のものが適用できる。
【００７６】
本発明の電気機器は、電動機と、その電動機が搭載された筐体とを備え、電動機として上記構成の本発明の電動機を採用したものである。
【００７７】
（実施の形態５）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、空気清浄機の構成を実施の形態５として、詳細に説明する。
【００７８】
図１７において、空気清浄機３４０の筐体３４１内には電動機３４３が搭載されている。その電動機３４３の回転軸には空気循環用ファン３４２が取り付けられている。電動機３４３は電動機駆動装置３４４によって駆動される。電動機駆動装置３４４からの通電により、電動機３４３が回転し、それに伴いファン３４２が回転する。そのファン３４２の回転により空気を循環する。ここで、電動機３４３は、例えば、上記実施の形態１のものが適用できる。
【００７９】
本発明の電気機器は、電動機と、その電動機が搭載された筐体とを備え、電動機として上記構成の本発明の電動機を採用したものである。
【００８０】
上述の説明では、本発明にかかる電気機器の実施例として、エアコン室外機、エアコン室内機、給湯機、空気清浄機などに搭載される電動機を取り上げたが、その他の電動機にも、また、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ことは言うまでもない。
【００８１】
また、本件出願の実施の形態における構成は、上述したとおり、電動機をＰＷＭ方式にてインバータ駆動する駆動回路（制御回路などを含む）の電源供給回路と、その電源供給回路の１次側回路および１次側回路側の大地のアースとは電気的に絶縁された構成である。そして、従来技術の、電動機の固定子鉄心などを大地のアースへ電気的に接続する構成を採用しなくとも、軸受の電食を抑制する効果が得られている。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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、軸受の電食発生を抑制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、空気清浄機などに搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００８３】
１０    固定子
１１    固定子鉄心
１２    固定子巻線
１３    絶縁樹脂
１４    回転子
１５，１５ａ，１５ｂ    軸受
１６    シャフト
１７，１９    ブラケット
１８    プリント基板
２０    接続線
２１    樹脂
２２，２３    導通ピン
３０    回転体
３１    回転子鉄心
３１ａ    外側鉄心
３１ｂ    内側鉄心
３２    フェライト樹脂磁石
５０    誘電体層
５１    締結部
６０    ＬＣＲメータ
６１    軸受外輪
６２    軸受内輪
６３    銅箔
１１０，１１１    リード線
１１２    導電性テープ
１２０    差動プローブ
１３０    デジタルオシロスコープ
１４０    絶縁トランス
２０１    電動機
２１０    エアコン室内機
２１１    筐体
２１２    クロスフローファン
２１３    電動機駆動装置
３０１    エアコン室外機
３０２    底板
３０３    電動機駆動装置
３０４    仕切り板
３０５    圧縮機
３０６    圧縮機室
３０７    熱交換器
３０８    電動機
３０９    熱交換器室
３１０    電装品箱
３１１    筐体
３１２    ファン
３３０    給湯器
３３１    筐体
３３２    ファン
３３３    電動機
３３４    電動機駆動装置
３４０    空気清浄機
３４１    筐体
３４２    ファン
３４３    電動機
３４４    電動機駆動装置
【図１】
0005502822.tif 000002
【図２】
0005502822.tif 000003
【図３】
0005502822.tif 000004
【図４】
0005502822.tif 000005
【図５】
0005502822.tif 000006
【図６】
0005502822.tif 000007
【図７】
0005502822.tif 000008
【図１２】
0005502822.tif 000009
【図１３】
0005502822.tif 000010
【図１４】
0005502822.tif 000011
【図１５】
0005502822.tif 000012
【図１６】
0005502822.tif 000013
【図１７】
0005502822.tif 000014
【図８】
0005502822.tif 000015
【図９】
0005502822.tif 000016
【図１０】
0005502822.tif 000017
【図１１】
0005502822.tif 000018