(57)【要約】固定子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２つの導電性のブラケットとを備え、２つのブラケットは電気的に接続され、かつ固定子鉄心と、この電気的に接続された２つのブラケットとの間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材としてのキャパシタを含む。
2010067616.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２つの導電性のブラケットとを備え、
前記２つのブラケットは電気的に接続され、かつ前記固定子鉄心と前記電気的に接続された２つのブラケットとの間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、前記固定子鉄心といずれか一方の前記ブラケットとの間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整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に記載の電動機。
【請求項４】
前記２つのブラケットの少なくとも一方と、前記巻線を巻装した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に記載の電動機。
【請求項５】
前記２つのブラケットは、電動機内部で電気的に接続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６】
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７】
前記整合部材は、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６に記載の電動機。
【請求項８】
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７に記載の電動機。
【請求項９】
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に記載の電動機。
【請求項１０】
請求項１から９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抑制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、適宜、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。【０００５】
（１）軸受内輪と軸受外輪を導通状態にする。【０００６】
（２）軸受内輪と軸受外輪を絶縁状態にする。【０００７】
（３）軸電圧を低減する。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
ところで、静電容量と抵抗とを並列接続したときのインピーダンスは、Ｚ＝１／ｊωＣ＋Ｒの関係式で表される。ここで、Ｚはインピーダンス、ｊは虚数、ωは角周波数、Ｃは静電容量、Ｒは抵抗を示す。この式からわかるように、静電容量が大きくまたは抵抗が小さくなるとインピーダンスは低くなる。また、逆に静電容量が小さくまたは抵抗が大きくなるとインピーダンスは高くなる。【００１２】
特許文献１では、固定鉄心とブラケットとを短絡させることにより、固定子側のインピーダンスを低くし、これによって軸受の電食を抑制している。【００１３】
すなわち、一般的に、洗濯機や食器洗い乾燥機などの水まわりで使用され、感電のおそれのある電動機は、充電部の絶縁（基礎絶縁）以外に、独立した絶縁を追加（以下、付加絶縁という）する必要がある。一方、これ以外のエアコン室内機、エアコン室外機、給湯機、空気清浄機などに使用される電動機は、感電のおそれがないため、付加絶縁は必要としない。したがって、エアコン室内機、エアコン室外機、給湯機、空気清浄機などに使用される電動機は、回転子を絶縁構造としていないために、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスは、低い状態にある。それに対して、固定子側（軸受外輪側）は、絶縁構造となっているため、インピーダンスは高い状態にある。この場合、インピーダンスによる電圧降下の差が生じ、軸受内輪側の電位は高いのに対して軸受外輪側の電位は低いためアンバランス状態となり、高い軸電圧が発生してしまうこととなる。そして、このような高い軸電圧により軸受に電食が発生する可能性があった。【００１４】
このような状態を避けるために、特許文献１は、固定子鉄心とブラケットとを短絡させることで、その間の静電容量成分をなくし、上述したように固定子側（軸受外輪側）のインピーダンスを低くし、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスに近似させる方法を採用している。【００１５】
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、ベアリング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。【００１６】
しかしながら、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、インピーダンスの調整が不可能であり、回転子の磁石材質や構造によっては、軸電圧が高くなってしまう場合があった。すなわち、従来の方法である短絡によって、固定子側のインピーダンスが回転子側のインピーダンスよりも大きく低下してしまい、これによって高い軸電圧が発生してしまう可能性があった。【００１７】
また、上述のような強度的な理由から、２つの軸受それぞれを金属製のブラケットで固定する場合、通常、一方のブラケットと他方のブラケットとの形状や配置状態が異なるため、両ブラケットのインピーダンスは異なる。このため、一方のブラケットに誘起される電位と他方のブラケットに誘起される電位とは異なることになる。このため、２つの軸受で軸電圧も異なることとなり、一方の軸受で電食が発生しなくても、他方の軸受で電食が発生するというような不具合を生じるおそれがあった。【００１８】
また、本件出願の課題における構成は、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次側回路側の大地とのアースとは電気的に絶縁された構成である。したがって、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、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・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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【発明の概要】
【００２０】
本発明は、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。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永久磁石を保持した回転体とその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２つの導電性のブラケットとを備え、２つのブラケットは電気的に接続され、かつ固定子鉄心と、この電気的に接続された２つのブラケットとの間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構成である。
【００２１】
このような構成により、２つのブラケットを電気的に接続することで、両ブラケットを同電位とし、一方の軸受内輪外輪間の電位差と他方の軸受内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一としている。さらに、固定子鉄心と、互いに接続されたブラケットとの間にインピーダンス調整部材を設けることで、固定子側のインピーダンスが調整できる。すなわち、上述したように、従来の構成では回転子側のインピーダンスは低く、固定子側のインピーダンスは高かった。これに対し、本発明では、固定子側において、両ブラケットを同電位とし、さらにインピーダンス調整部材を設けて固定子側のインピーダンスを低下させ、固定子側のインピーダンスを、低インピーダンスの回転子側のインピーダンスに整合させるような構成としている。このため、軸受内輪の電位と、それぞれの軸受の外輪の電位とをほぼ等しくでき、それぞれの軸受に対して軸電圧を低くできる。このように、導電性のブラケットでそれぞれ固定された２つの軸受に対して、軸受内輪と外輪との間の電位差を低くできるため、軸受の固定強度を確保しながら、ＰＷＭなどによる高周波によって生じる軸受の電食の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図２】図２は、実施例１の軸電圧の測定方法を示す図である。
【図３】図３は、完全波形崩れの一例を示す図である。
【図４】図４は、一部波形崩れの一例を示す図である。
【図５】図５は、波形崩れなしの一例を示す図である。
【図６】図６は、電流方向が軸受外輪から軸受内輪の場合の軸電圧の波形を示す図である。
【図７】図７は、比較例１のブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図８】図８は、比較例１のブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図９】図９は、比較例２のブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図１０】図１０は、比較例３のブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図１１】図１１は、比較例３のブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【図１２】図１２は、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）の構造図である。
【図１３】図１３は、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）の構造図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態４における電気機器（給湯機）の構造図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態５における電気機器（空気清浄機）の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ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電動機であるブラシレスモータ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ブラシレスモータの例を挙げて説明する。
【００２５】
図１において、固定子鉄心１１には、固定子鉄心１１を絶縁するための樹脂であるインシュレータ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。
【００２６】
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、金属製の鉄心である回転子鉄心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、例えばフェライト樹脂磁石などの永久磁石である磁石３２を保持している。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。
【００２７】
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ベアリングであり、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。
【００２８】
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、駆動回路の電源、グランド線や制御信号などの接続線２０が接続されている。
【００２９】
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、大地のアースから絶縁されている。すなわち、これら電源回路やグランド線などは、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である。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る。
【００３１】
そして、本実施の形態では、絶縁された導通ピン２２がブラケット１９に予め電気的に接続された状態でモールド一体成形されており、固定子１０の出力軸側端面には、導通ピン２２の先端が露出した状態となっている。また、導通ピン２２の先端には、ブラケット１７と電気接続するために中継部を有する導通ピン２３がさらに接続されており、ブラケット１７を固定子１０に圧入する際にブラケット１７と導通ピン２３の導通が確保される構成となっている。これらの構成により、ブラケット１７とブラケット１９とはモータ内部で固定子鉄心１１とは絶縁された状態で電気的に接続される。
【００３２】
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を電気的に接続したことを特徴としている。このような接続を行うため、モールド材である絶縁樹脂１３の一部に貫通孔４１を設け、貫通孔４１を通して固定子鉄心１１に接続された接続ピン４２の一端を突出させている。そして、接続ピン４２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、本ブラシレスモータ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の本体内部側に、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。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を挿入することにより、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。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鉄心１１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。プリント基板１８を内蔵したのち、ブラケット１７の突出部の内側に軸受１５ａが配置されるように挿入するとともに、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。
【００３８】
ところで、２つの軸受１５に対し、内輪側は金属製のシャフト１６を挿入する構成となるため、必然的に軸受１５の内輪同士は電気的に同電位となる。一方、２つの軸受１５の外輪は、それぞれブラケット１７とブラケット１９とに納まる構造となるが、ブラケット１７は出力軸側、ブラケット１９は反出力軸側というように、固定子のほぼ両側に配置される。このため、一般的には２つのブラケットは同電位にはならない。本実施の形態においては、２つのブラケット、すなわち、ブラケット１７とブラケット１９とを同電位とするため、導通ピン２２および導通ピン２３により両ブラケットを電気的に接続した構成としている。
【００３９】
ブラケット１７とブラケット１９とを接続するため、まず、ブラケット１９には、導通部材としての導通ピン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の一方の先端部が接続されている。導通ピン２２は、電動機内部として絶縁樹脂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。このように、導通ピン２２を絶縁樹脂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、導通ピン２２の他方の先端部は、絶縁樹脂１３の出力軸側の端面から露出している。この導通ピン２２の他方の先端部に、ブラケット１９と電気接続するための導通ピン２３がさらに接続され、この導通ピン２３が出力軸側へと延伸している。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の先端部がブラケット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および導通ピン２３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。
【００４０】
また、固定子鉄心１１とブラケット１７とをキャパシタ４０を介して接続するため、具体的には、まず、固定子鉄心１１の側面に位置する絶縁樹脂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。
【００４１】
本実施の形態では、固定子鉄心１１と出力軸側の軸受１５ａおよび反出力軸側の軸受１５ｂ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と出力軸側の軸受１５ａおよび反出力軸側の軸受１５ｂの外輪との間のインピーダンスが、固定子鉄心１１と出力軸側の軸受１５ａおよび反出力軸側の軸受１５ｂ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と出力軸側の軸受１５ａおよび反出力軸側の軸受１５ｂ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。
【００４２】
このように、本実施の形態のブラシレスモータは、２つのブラケットであるブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続され、かつ固定子鉄心１１と、電気的に接続された２つのブラケットとの間にインピーダンス調整部材であるキャパシタ４０を含む構成である。このような構成により、ブラケット１７とブラケット１９とを電気的に接続することで、両ブラケットを同電位とし、軸受１５ａの内輪外輪間の電位差と軸受１５ｂの内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一としている。さらに、上述のように接続されたキャパシタ４０を設けることで、固定子１０側のインピーダンスを調整できる。このインピーダンスを調整することにより、固定子１０側のインピーダンスを適切に低下させて、固定子１０側のインピーダンスを、低インピーダンスである回転子１４側のインピーダンスに整合させることができる。そして、このように固定子１０側と回転子１４側とのインピーダンスを整合させることによって、軸受１５それぞれの内輪の電位と、軸受１５それぞれの外輪の電位とをほぼ等しくでき、軸受１５ａおよび軸受１５ｂのそれぞれに対して軸電圧を低くできる。このように、導電性のブラケット１７で固定された軸受１５ａおよび導電性のブラケット１９で固定された軸受１５ｂに対して、軸受内輪と外輪との間の電位差、すなわち軸電圧を低くできるため、軸受の固定強度を確保しながら、ＰＷＭなどによる高周波によって生じる軸受の電食の発生を抑制することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施の形態ではインピーダンス調整部材であるキャパシタ４０の一端をブラケット１７に接続するような一例を挙げて説明したが、ブラケット１７に代えて、キャパシタ４０の一端をブラケット１９、導通ピン２２、あるいは導通ピン２３に接続するような構成であってもよい。また、インピーダンス調整部材は、誘電素子であるキャパシタに限定されず、誘電素子と抵抗素子との少なくともいずれかであってもよい。また、このようなインピーダンス調整部材を複数個用いて、固定子鉄心１１と、ブラケット１７、ブラケット１９、導通ピン２２、あるいは導通ピン２３とに接続するような構成であってもよい。
【００４４】
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。なお、本発明は以下の実施例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、これらの実施例によって限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１）
図１に示すような構成で、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、１０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、１５０ｐＦ、３００ｐＦの誘電素子をそれぞれキャパシタ４０として接続し、軸電圧を測定した。なお、誘電素子には、任意に容量が調整できるエアバリコン（可変コンデンサ）を使用した。
【００４６】
また、回転子１４が保持する磁石３２として、フェライト樹脂磁石を使用した。また、軸受１５には、ミネベア社製６０８（グリースはちょう度２３９のものを使用）を使用した。
【００４７】
図２は、実施例１の軸電圧の測定方法を示す図である。軸電圧測定時には直流安定化電源を使用し、固定子巻線の電源電圧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。
【００４８】
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（テクトロニクス社製Ｐ５２０５）とにより、電圧波形を観測して、波形崩れが発生しないかどうか確認を行い、ピーク−ピーク間の測定電圧を軸電圧とした。
【００４９】
また、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。
【００５０】
図３から図５は、このような波形崩れの一例を示す図であり、図３は完全波形崩れ、図４は一部波形崩れ、図５は波形崩れなしの場合の波形を示している。図３から図５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。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。
【００５１】
また、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との間の電圧である出力軸側の軸受の軸電圧の測定を実施した。
【００５２】
また、反出力軸側の軸受の軸電圧も同様に、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、樹脂部分を一部切削しブラケット１９の一部を露出させた部分に長さ約３０ｃｍのリード線１１１を介し、ブラケット１９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１９に電気的に接続している。なお、ブラケット１７とブラケット１９が電気的に接続されている場合は、出力軸側の軸受の軸電圧と同一となることから、測定は省略している。
【００５３】
また、電流方向については、軸電圧波形の向きから判断している。図３から図５に記載している電圧波形はゼロ電圧ラインよりも上向きであることから、シャフト１６（軸受内輪）側の電位がブラケット１７またはブラケット１９（軸受外輪）側よりも高いことがわかる。したがって、電流の方向は軸受内輪側から軸受外輪側へ流れているものと判断できる。逆に、図６のように電圧波形がゼロ電圧ラインよりも下向きの場合は、電流の方向は軸受外輪側から軸受内輪側へ流れているものと判断している。
【００５４】
（比較例１）
図７および図８は、比較例１におけるブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【００５５】
図７に示すように、ブラケット１７と接続ピン４２とは接続していない状態で、かつブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続されていない状態のブラシレスモータと、図８に示すように、ブラケット１７と接続ピン４２とは接続していない状態で、ブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続されている状態のブラシレスモータを作製し、実施例１と同様な方法で評価を実施した。
【００５６】
（比較例２）
図９は、比較例２におけるブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【００５７】
図９に示すように、ブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続されていない状態のブラシレスモータでブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に、１０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、１５０ｐＦ、３００ｐＦの誘電素子をそれぞれキャパシタ４０として接続し、実施例１と同様な方法で評価を実施した。
【００５８】
（比較例３）
図１０および図１１は、比較例３におけるブラシレスモータの断面を示した構造図である。
【００５９】
図１０に示すように、ブラケット１７と接続ピン４２とは導通リード線９０によって短絡されている状態で、ブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続されていない状態のブラシレスモータと、図１１に示すように、ブラケット１７と接続ピン４２とは導通リード線９０によって短絡されている状態で、かつブラケット１７とブラケット１９とが電気的に接続されている状態のブラシレスモータを作製し、実施例１と同様な方法で評価を実施した。
【００６０】
表１に、実施例１と比較例１〜３との評価結果を示す。
【００６１】
【表１】
2010067616.tif 000003
【００６２】
表１から明らかなように、ブラケット１７とブラケット１９を電気的に接続し、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に５０ｐＦから１５０ｐＦの容量を接続すれば、インピーダンスの整合性が図れ、軸電圧を低くすることができる。軸電圧を低くすることで、波形崩れ（軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧）の回数は極端に減少しており、軸受の電食発生を抑制する効果をより高めることができる。さらに、ブラケット１７とブラケット１９を電気的に接続することにより、同電位となるため電流方向が同一となっている。電流方向が同一であり、かつブラケット１７とブラケット１９が同電位となることでシャフト１６を介して、電流が流れなくなるため、軸受の電食発生を抑制する効果をより高めることができる。
【００６３】
（実施例２）
実施例２では、回転子１４が保持する磁石３２の種類を変えて評価を行った。磁石３２の種類はフェライト樹脂磁石とネオジ磁石として評価した。図１に示すような構成で、回転子１４がフェライト樹脂磁石を保持する場合は、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に１００ｐＦの誘電素子をキャパシタ４０として接続した。また、回転子１４がネオジ磁石を保持する場合は、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に１５０ｐＦの誘電素子をキャパシタ４０として接続した。このような２種類のブラシレスモータを作製し、実施例１と同様な方法で評価を実施した。
【００６４】
また、上記仕様での電食抑制効果を確認するために、それぞれの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。
【００６５】
なお、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、制御電圧Ｖｓｐを３Ｖ、回転数を１０００ｒ／ｍｉｎ、ブラシレスモータ姿勢をシャフト水平、雰囲気温度を１０℃とし、無負荷の条件下で試験を実施した。
【００６６】
また、電食を通常よりも加速するため、軸受の鉄ボール７個の内１個のみを鉄ボールとして残りをセラミックボールとする特殊な軸受を取り付けた。
【００６７】
また、電食の判定は、聴感での異常とベアリング内部の波状摩耗を確認した時点で、電食寿命と判断している。
【００６８】
（比較例４）
図７および図１０に示すような構成で、回転子がフェライト樹脂磁石のものと、回転子がネオジ磁石のブラシレスモータをそれぞれ作製し、実施例２と同様な方法で評価を実施した。
【００６９】
表２に、実施例２と比較例４の評価結果を示す。
【００７０】
【表２】
2010067616.tif 000004
【００７１】
表２から明らかなように、回転子の磁石種類を変更した場合、ブラケット１７と接続ピン４２との間に直列に接続する容量を変更することで、容易に軸電圧を低くすることができる。
【００７２】
また、電食耐久試験結果においても、固定子鉄心１１とブラケット１７間に適切な容量を接続し、ブラケット１７とブラケット１９を電気的に接続することで、電食寿命を３〜６倍程度にすることができる。なお、表２に示す電食耐久試験は、電食寿命を時間（ｈ）で示している。
【００７３】
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。
【００７４】
以上説明したように、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２つの導電性のブラケットとを備え、２つのブラケットは電気的に接続され、かつ固定子鉄心と、電気的に接続された２つのブラケットとの間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めた構成である。このため、出力軸側と反出力軸側の軸受外輪が同電位となり、出力軸側の軸受と反出力軸側の軸受間での電流が流れない回路とすることができる。また、２つの軸受外輪のインピーダンスを同一としているため、軸受内輪のインピーダンスと近似させることが容易となる。また、固定子鉄心とブラケットとの間の容量を調整することで、インピーダンスの整合が図れ、その結果、軸電圧を低減することが可能となる。これによって、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位のバランスをとることができ、ＰＷＭなどによる高周波によって生じる軸受の電食の発生を抑制することが可能となる。したがって、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を提供することができる。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。
【００７５】
なお、本実施の形態では、エアバリコン（可変コンデンサ）での例を挙げて説明したが、これ以外の誘電素子や抵抗素子であってもよく、インピーダンスの整合を図れることができればよい。
【００７６】
また、本実施の形態では、インピーダンス調整部材を電動機の外部に取り付けているが、電動機内部さらにはプリント基板のパターン上に設けても同様な効果が得られる。
【００７７】
（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。
【００７８】
図１２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のブラシレスモータが適用できる。
【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】
（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。
【００８１】
図１３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は回転軸にファンを取り付けており、送風用電動機として機能する。
【００８２】
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。
【００８３】
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のブラシレスモータが適用できる。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
図１４において、給湯機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のブラシレスモータが適用できる。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
図１５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のブラシレスモータが適用できる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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】
【００９３】
本発明の電動機は、軸電圧を低減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、空気清浄機などに搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００９４】
１０    固定子
１１    固定子鉄心
１２    固定子巻線
１３    絶縁樹脂
１３ａ    本体突出部
１４    回転子
１５    軸受
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）
２０    接続線
２１    インシュレータ
２２，２３    導通ピン
３０    回転体
３１    回転子鉄心
３２    磁石
４０    キャパシタ
４１    貫通孔
４２    接続ピン
９０      導通リード線
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
２０１，３０８，３３３，３４３    電動機
２１０    エアコン室内機
２１１，３１１，３３１，３４１    筐体
２１２    クロスフローファン
２１３，３０３，３３４，３４４    電動機駆動装置
３０１    エアコン室外機
３０２    底板
３０４    仕切り板
３０５    圧縮機
３０６    圧縮機室
３０７    熱交換器
３０９    熱交換器室
３１０    電装品箱
３１２，３３２，３４２    ファン
３３０    給湯機
３４０    空気清浄機
【図１】
2010067616.tif 000005
【図２】
2010067616.tif 000006
【図３】
2010067616.tif 000007
【図４】
2010067616.tif 000008
【図５】
2010067616.tif 000009
【図６】
2010067616.tif 000010
【図７】
2010067616.tif 000011
【図８】
2010067616.tif 000012
【図９】
2010067616.tif 000013
【図１０】
2010067616.tif 000014
【図１１】
2010067616.tif 000015
【図１２】
2010067616.tif 000016
【図１３】
2010067616.tif 000017
【図１４】
2010067616.tif 000018
【図１５】
2010067616.tif 000019
【国際調査報告】
2010067616.tif 000020
2010067616.tif 000021