(57)【要約】【課題】ＰＷＭ方式でインバータ駆動される電動機において、軸受の電食の発生を抑制する。【解決手段】巻線を巻装した固定子と、前記固定子に対向して周方向に永久磁石を保持した回転体と、前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、前記シャフトを回転自在に支持する２つの軸受を備えたインバータ駆動電動機であって、前記電動機の外周部に導電材からなる静電シールドが施され、静電シールドによって電動機を固定する電気機器からの静電容量を遮断し、電動機内の軸電圧を安定させ、電食抑制の信頼性を向上させた電動機である。【選択図】図１
2014107998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻装した固定子と、前記固定子に対向して周方向に永久磁石を保持した回転体と、前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、前記シャフトを回転自在に支持する２つの軸受を備えた電動機であって、
前記電動機の外周部に導電材からなる静電シールドを設け、前記静電シールドと軸受、及び前記静電シールドと固定子は電気的に絶縁されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記静電シールドが電動機を搭載する機器のアースに接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記回転体は、内側鉄心と、外側鉄心と、前記内側鉄心と前記外側鉄心との間に設けた誘電体層とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
【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。
【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】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
上記（３）の具体的方法としては、回転子鉄心を外側鉄心と内側鉄心の二つに分解し、外側鉄心と内側鉄心の間に誘電体層を設け、回転子の静電容量を調整することによって、軸電圧を低減する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１６６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１による方法は電食抑制の効果は大きいが、固定子と回転子とのインピーダンスのバランスを取り、静電容量を調整する方法する方法なので、電動機単体では軸電圧を低減することができても、電動機を取り付ける電気機器本体と電動機内の固定子や回転子との間に静電容量が発生した場合、電動機単体の状態で調整されていた静電容量のバランスが崩れ、軸電圧が変動し、場合によっては軸電圧が高くなり、軸電圧が軸受の絶縁耐電圧を上回った場合、軸受内で放電損傷が起こり、電食が発生してしまうという課題があった。
【０００９】
また、電動機内の固定子と回転子とのインピーダンスのバランスを、電動機を取り付け
る電気機器本体の構成によって、予め調整しておく方法もあるが、その場合、電動機の仕様を、電動機を取り付ける電気機器本体によって変更しなければならず、電動機の汎用性が損なわれてしまうという問題があった。
【００１０】
また、電気機器本体の運転モード（電気機器本体がエアコンである場合、冷房モード、暖房モード、送風モード等が存在する）によって、電気機器本体の発生する静電容量が変化する場合がある為、電動機内の固定子と回転子とのインピーダンスのバランスを、一つの運転モードで調整した場合、他の運転モードでは静電容量のバランスが変化することから、軸電圧が変化してしまうという課題もあった。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明の電動機は、上記目的を達成するために、巻線を巻装した固定子と、前記固定子に対向して周方向に永久磁石を保持した回転体と、前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、前記シャフトを回転自在に支持する２つの軸受を備えた電動機であって、前記電動機の外周部に導電材からなる静電シールドが施され、前記静電シールドと前記２つの軸受、及び前記固定子との間に絶縁層を設け、静電シールドと軸受、及び静電シールドと固定子は電気的に絶縁されていることを特徴とした電動機である。
【００１３】
また、前記導電材からなる静電シールドが電動機を搭載する機器のアースに接続されていることを特徴としている。さらに、前記回転体の外周部を構成する外側鉄心と、シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、外側鉄心と内側鉄心との間に誘電体層が配置された電動機である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電動機によれば、軸受における電食の発生を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】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態におけるブラシレス電動機の断面を示した構造図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態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電動機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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、回転子鉄心の外周部を構成する外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、回転子鉄心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。
【００２１】
図１では、回転体３０として、内側鉄心３１ｂ、誘電体層５０、外側鉄心３１ａ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。
【００２２】
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１５ａ、１５ｂが取り付けられている。軸受は、複数の鉄ボールを有した円筒形状のベアリングであり、軸受１５ａ、１５ｂの内輪側がシャフト１６に固定されている。
【００２３】
図１では、シャフト１６がブラシレス電動機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１５ａ、１５ｂは、それぞれのブラケットにより、軸受の外輪側が固定されている。
【００２４】
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１５ａ、１５ｂに支承され、回転子１４が回転自在に回転する。
【００２５】
さらに、このブラシレス電動機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、ブラシレス電動機が形成される。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
以上のように構成された本ブラシレス電動機に対して、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の駆動回路により固定子巻線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。
【００３２】
次に、本ブラシレス電動機のより詳細な構成について説明する。
【００３３】
まず、本ブラシレス電動機は、上述したように、シャフト１６が２つの軸受１５ａ、１５ｂで支持されるとともに、それぞれの軸受１５ａ、１５ｂもブラケットにより固定され、支持されている。
【００３４】
具体的には、まず、反出力軸側の軸受１５ｂに対して、軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい外周径のブラケット１９により固定している。また、このブラケット１９は、絶縁樹脂１３とモールド一体成形されている。すなわち、図１に示すように、反出力軸側における絶縁樹脂１３の形状は、本ブラシレス電動機の本体から反出力軸方向へと突出する本体突出部１３ａを有した形状である。この本体突出部１３ａの内部側に、インナーブラケットとしてブラケット１９を配置し、絶縁樹脂１３とモールド一体成形している。
【００３５】
ブラケット１９は中空円筒状となるカップ形状を有しており、より具体的には、一方を開いた円筒部１９ａと、開いた側の円筒端部から外方向に少しだけ広がった環状のつば部１９ｂとを有している。円筒部１９ａの内周径は軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに軸受１５ｂを圧入することにより、軸受１５ｂはブラケット１９を介するようにして絶縁樹脂１３にも固定されることになる。このように構成することで、軸受１５ｂの外輪側は金属製のブラケット１９に固定されるため、クリープによる不具合を抑制できる。
【００３６】
また、つば部１９ｂの外周径は軸受１５ｂの外周径よりも少しだけ大きくしている。すなわち、つば部１９ｂの外周径は、軸受１５ｂの外周径よりも大きく、かつ少なくとも回転体３０の外周径よりも小さくしている。ブラケット１９をこのような形状とすることにより、例えばつば部が回転体３０の外周を超えて固定子１０まで広がるような構造に比べて、コスト高となる金属材料の使用を抑制している。また、このように金属製のブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３でブラケット１９の外郭を覆うようにモールド一体成形しているため、軸受１５ｂから発生する騒音を抑制することもできる。
【００３７】
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。
【００３８】
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、本ブラシレス電動機が形成される。このように構成することで、組立作業の容易化を図る。
【００３９】
また、本実施の形態では、回転体３０において、シャフト１６と回転体３０の外周との間に誘電体層５０を設けている。
【００４０】
次に電動機の絶縁樹脂１３の外側には導電性の静電シールド２２が設けられており、静電シールド２２と軸受１５ｂ、及び静電シールド２２と固定子鉄心１１は電気的に絶縁されている。また、ブラケット１７は軸受挿入部の内面に絶縁塗装２３が施されており、静電シールド２２と軸受１５ａは絶縁されている。また、ブラケット１７は固定子１０に圧入されることにより、静電シールド２２と電気的に接続している。さらに静電シールド２２は、電動機を取り付ける電気機器本体のアース２４と接続されている。
【００４１】
このようにすることで、電動機を電気機器本体に搭載した場合、電気機器本体からの静電容量の影響を受け難い電動機となる。これは、電動機外周の静電シールドが電気機器本体からの静電容量を遮断し、且つ静電シールドは界磁コアや軸受と絶縁されている為、界磁コアや軸受が電気機器本体からの静電容量の影響を受け難くなるためである。
【００４２】
また、静電シールドを電気機器本体のアースと接続した方が、接続しない場合よりも、電気機器本体からの静電容量を遮断する効果が高い。これは、静電シールドにアースをすることで、静電シールドと界磁コア間や、静電シールドと軸受間とで発生する静電容量の影響を小さくすることができる為である。
【００４３】
電動機が電気機器本体からの静電容量の影響を受け難くなることで、電動機があらゆる種類の電気機器本体に設置した場合や、電気機器本体のあらゆる種類の運転モードの場合においても、電動機内の軸電圧が変化し難くなるため、電食抑制の信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の電動機は、軸受の電食発生を抑制したものであり、各種電気機器に利用可能であり、特に電動機の低価格化および高寿命化が要望されるエアコン室内機に搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００４５】
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
１５ａ  軸受（出力軸側）
１５ｂ  軸受（反出力軸側）
１６  シャフト
１７  ブラケット（出力軸側）
１８  プリント基板
１９  ブラケット（反出力軸側）
１９ａ  円筒部
１９ｂ  つば部
２０  接続線
２１  樹脂
２２  静電シールド
２３  絶縁塗装
２４  アース
３０  回転体
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
【図１】
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