(57)【要約】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。回転子の回転体は、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配置された誘電体層と、外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備える。これにより、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスを高くし、固定子側（軸受外輪側）のインピーダンスと近似させ、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るため、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。
2011030536.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、前記固定子の内側に配置される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、前記シャフトを回転自在に支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機であって、
前記回転体は、
前記回転体の外周部を構成する外側鉄心と、
前記シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、
前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に配置された誘電体層と、
前記外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、
複数の前記挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
導電性の２つの前記ブラケットを備え、それぞれのブラケットは、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３】
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２に記載の電動機。
【請求項４】
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２に記載の電動機。
【請求項５】
前記誘電体層は、電食抑制用の絶縁物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６】
前記誘電体層は、絶縁樹脂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】
前記誘電体層は、前記シャフトの周りを周回するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項８】
前記外側鉄心と前記内側鉄心とは、前記誘電体層を介して固着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９】
前記誘電体層は、その内側と外側とを絶縁分離するよう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１０】
前記誘電体層は前記シャフトの周りを周回するように設けられた本体部と前記本体部から突出した複数の突起部を有し、前記突起部とそれぞれの前記永久磁石とが接触するよう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１１】
それぞれの前記突起部は、前記回転体の上端面と下端面との間の中間層部において前記本体部から外周方向へと突出していることを特徴とする請求項１０に記載の電動機。
【請求項１２】
それぞれの前記突起部は、前記回転体の上端面および下端面において前記本体部から外周方向へと突出していることを特徴とする請求項１０に記載の電動機。
【請求項１３】
前記固定子鉄心と前記シャフトとの間のインピーダンスが高くなるように前記誘電体層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１４】
請求項１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、永久磁石を挿入孔にそれぞれ挿入した回転子を備える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。【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（例えば、特許文献２参照）。【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、固定子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、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、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、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、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。また、他の課題として、インピーダンスを低くする方法なので、軸受内輪と軸受外輪間には常に電位が高い状態でバランスを保つ必要があることが挙げられる。このような状態の場合、電動機の使用環境や固定子と回転子の組立精度バラツキなどによって、インピーダンスのバランスが崩れてしまうと、逆に軸電圧が高くなり電食が発生しやすくなってしまうというケースも可能性として考察された。【００１７】
また、上述のように強度的な理由から金属製のブラケットを採用した場合、絶縁樹脂のようなモールド材で軸受を固定する場合と比べて、固定子側のインピーダンスが低くなる可能性がある。すなわち、樹脂ハウジングは、強固な絶縁性能のため軸受内外輪間には電流が流れない状態であったものが、導電性ブラケットを採用することで、絶縁性能が低下し軸受内外輪間に電流が流れる状態となり、電食が発生しやすくなってしまうというケースも可能性として考察された。また、導電性のブラケットの採用は、固定子のインピーダンスを低くすることになるため、軸受内輪および外輪とも電位が高くなり、これによる特許文献１と同様の課題があった。【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次側回路側の大地へ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
【特許文献２】特開２００４−２２９４２９号公報
【発明の概要】
【００２０】
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、固定子の内側に配置される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、シャフトを回転自在に支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを含む電動機である。そして、この回転体は、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配置された誘電体層と、外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えた構成である。
【００２１】
このような構成により、外側鉄心と内側鉄心との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において、等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、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。このようにして回転子側のインピーダンスを高くすると、高インピーダンスである固定子側のインピーダンスに近似させることができ、その結果、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位が等しくなるようにバランスをとることができる。そして、固定子側および回転子側のインピーダンスは高い状態であるため、軸受内輪側および外輪側の電位が低い状態でバランスをとることができ、使用環境などに影響されることなく軸電圧を抑制できる。
【００２２】
また、本発明の電動機は、導電性の２つのブラケットを備え、それぞれのブラケットが電気的に接続されるとともに固定子鉄心とは絶縁された構成である。
【００２３】
このような２つのブラケットを電気的に接続する構成とすることで、両ブラケットを同電位とすることができ、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することが可能となる。このような構成において、誘電体層を利用して回転子側のインピーダンスを適切に調整することで、それぞれの軸受に対して、内輪外輪間の電位差、すなわち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。
【００２４】
また、誘電体層の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子側のインピーダンスを最適に設定することも可能となる。なお誘電体層とは、誘電体の誘電率および厚さや誘電体に接する導電物（電極）表面積を意図的に変化させる層のことを指し、あたかもシャフトと回転体との間に誘電素子を介在させることを意図している。
【００２５】
さらに、２つのブラケットと固定子鉄心とが絶縁された構成とすることで、固定子側のインピーダンスをより高くすることができる。すなわち、固定子側のインピーダンスをこのように高くするとともに、誘電体層により回転子側のインピーダンスも高くすることで、軸受内輪側および外輪側それぞれの電位を低くできる。そして、軸受内輪側および外輪側の電位が低い状態でバランスをとることができ、使用環境などに影響されることなく軸電圧を抑制できる。
【００２６】
また、本発明の電動機は、２つのブラケットの少なくとも一方と巻線を巻装した固定子鉄心とが絶縁樹脂により一体成形された構成である。
【００２７】
このような構成により、２つの導電性ブラケットを電動機内部で接続ピンなどを介して電気的に接続することで、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することができる。
【００２８】
また、本発明の電動機は、誘電体層がシャフトの周りを周回するように設けられた構成である。
【００２９】
また、本発明の電動機は、外側鉄心と内側鉄心とが誘電体層を介して固着されているような構成である。
【００３０】
また、本発明の電動機は、誘電体層が、その内側と外側とを絶縁分離するように配置されている。
【００３１】
このような構成とすることにより、容易に製造可能な回転体の構造とすることができるため、回転子側のインピーダンスを高めた回転子の生産性を向上することができる。
【００３２】
また、本発明の電動機は、誘電体層が、シャフトの周りを周回するように設けられた本体部と本体部から突出した複数の突起部を有し、突起部とそれぞれの永久磁石とが接触するように配置された構成である。
【００３３】
また、本発明の電動機は、それぞれの突起部が、回転体の上端面と下端面との間の中間層部において本体部から外周方向へと突出した構成である。
【００３４】
また、本発明の電動機は、それぞれの突起部が、回転体の上端面および下端面において本体部から外周方向へと突出した構成であってもよい。
【００３５】
このような構成とすることにより、誘電体層による電食発生の抑制に加えて、誘電体層の突起部によって、挿入孔に挿入された永久磁石を固定することができるため、容易に永久磁石の保持強度を高めることができる。
【００３６】
また、本発明の電動機は、固定子鉄心とシャフトとの間のインピーダンスが高くなるように誘電体層を設けた構成である。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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、同ブラシレスモータの要部を模式的に示した図である。
【図３Ａ】図３Ａは、同ブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａにおける３Ｂ−３Ｂ断面を示した図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態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。
【図５Ａ】図５Ａは、同ブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａにおける５Ｂ−５Ｂ断面を示した図である。
【図６】図６は、同ブラシレスモータの他の構成例の断面を示した構造図である。
【図７Ａ】図７Ａは、同ブラシレスモータの回転体の他の構成例を示した上面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａにおける７Ｂ−７Ｂ断面を示した図である。
【図８】図８は、実施例１の軸電圧の測定方法を示す図である。
【図９】図９は、完全波形崩れの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、一部波形崩れの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、波形崩れなしの一例を示す図である。
【図１２】図１２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１３Ａ】図１３Ａは、比較例１のブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａにおける１３Ｂ−１３Ｂ断面を示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３における電気機器（エアコン室内機）の概略構成を示した構造図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４における電気機器（エアコン室外機）の概略構成を示した構造図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態５における電気機器（給湯機）の概略構成を示した構造図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態６における電気機器（空気清浄機）の概略構成を示した構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。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。また、回転体３０は、その外周側が固定子１０の内周側と対向するように配置されている。そして、外側鉄心３１ａには、シャフト１６が延伸する軸方向に貫通した複数の挿入孔３３を設けている。さらに、各挿入孔３３には、永久磁石３２が挿入されている。なお、永久磁石３２は電動機の特性に応じて、希土類系、フェライト系の焼結磁石または樹脂磁石のいずれでも適応できるが、本実施の形態ではネオジウム系希土類焼結磁石を使用した。
【００４２】
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、出力軸側軸受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、反出力軸側軸受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、出力軸側軸受１５ａが出力軸側ブラケット１７により固定され、反出力軸側軸受１５ｂが反出力軸側ブラケット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。
【００４３】
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、出力軸側ブラケット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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、シャフト１６を中心に回転子１４が回転する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
具体的には、まず、反出力軸側軸受１５ｂに対して、反出力軸側軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい外周径の反出力軸側ブラケット１９により固定している。また、この反出力軸側ブラケット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反出力軸側ブラケット１９を配置し、絶縁樹脂１３とモールド一体成形している。反出力軸側ブラケット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の内周径は反出力軸側軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに反出力軸側軸受１５ｂを圧入することにより、反出力軸側軸受１５ｂは反出力軸側ブラケット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、反出力軸側軸受１５ｂの外輪側は金属製の反出力軸側ブラケット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の外周径は反出力軸側軸受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、反出力軸側軸受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。反出力軸側ブラケット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反出力軸側ブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３で反出力軸側ブラケット１９の外郭を覆うようにモールド一体成形しているため、反出力軸側軸受１５ｂから発生する騒音を抑制することもできる。
【００４９】
次に、出力軸側軸受１５ａに対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径の出力軸側ブラケット１７により固定している。出力軸側ブラケット１７は概略円板形状であり、円板の中央部に出力軸側軸受１５ａの外周径とほぼ等しい径の突出部を有しおり、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、このような出力軸側ブラケット１７の突出部の内側を出力軸側軸受１５ａに圧入するとともに、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット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、出力軸側軸受１５ａの外輪側は金属製の出力軸側ブラケット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。
【００５０】
また、反出力軸側ブラケット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、反出力軸側ブラケット１９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は絶縁樹脂１３の内部に配置され、反出力軸側ブラケット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、反出力軸側ブラケット１９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の他方の先端部が露出している。さらに、他方の先端部には、導通ピン２２を出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３が出力軸側ブラケット１７に接触し、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット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。
【００５１】
そして、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。
【００５２】
図２は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの要部を模式的に示した図である。図２に示すように、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とは導通ピン２２、２３を介して電気的に接続されており、固定子鉄心１１とは接続しない状態となっている。
【００５３】
ここで、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを接続しない場合、両ブラケット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、出力軸側ブラケット１７に誘起される電位と反出力軸側ブラケット１９に誘起される電位とにアンバランスを発生させる。この電位のアンバランスは、シャフト１６を介して出力軸側から反出力軸側または反出力軸側から出力軸側に高周波電流が流れやすい状態となることが懸念される。
【００５４】
本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット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、電位のアンバランスを抑制して、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ている。
【００５５】
また、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを接続する導通ピン２２を固定子鉄心１１にも接続すると、固定子側のインピーダンスが低くなる。そして、インピーダンスが低くなると、上述したように、固定子側、すなわち軸受における外輪側の電位が高い状態となる。これに対し、本実施の形態では、導通ピン２２と固定子鉄心１１とを絶縁した状態として、インピーダンスの低下を抑制し、軸受外輪側の電位を低い状態に抑えている。また、これによって、以下で説明するように、固定子側と回転子側とのインピーダンスのバランスをとりやすい状態としている。さらに、本実施の形態では、上述したように出力軸側ブラケット１７を固定子１０に圧入するのみで、固定子鉄心１１との絶縁を確保しながら、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを電気的に接続できる。このため、製造工程において、容易に、固定子側のインピーダンスの低下を抑えながら、両ブラケットを同電位とすることができる。
【００５６】
次に、回転体３０の詳細について説明する。図３Ａ、３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの回転体３０の上面およびその３Ｂ−３Ｂ断面を示した図である。
【００５７】
図３Ａ、３Ｂに示すように、回転体３０は、最外周部に配置されて複数の挿入孔３３を有している外側鉄心３１ａと、誘電体層５０と、内側鉄心３１ｂとが内周側に向かって順に配置されている。また、複数の挿入孔３３には、例えばネオジウム系希土類焼結磁石などの永久磁石３２がそれぞれ挿入されている。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３Ａ、３Ｂ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、複数の永久磁石３２を保持する外側鉄心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３５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に支承される回転子１４が構成される。
【００５８】
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り、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとを直列的に絶縁分離している。一方、誘電体層５０は、所定の誘電率を有した絶縁樹脂で形成されており、高周波電流は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間を流れることができる。
【００５９】
ところで、このような誘電体層５０を設けない場合、上述したように、固定子鉄心とブラケット間のインピーダンスは高く、逆に、回転体に電気的に接続されたシャフトと固定子鉄心間のインピーダンスは低い。このようなインピーダンス成分を有した等価回路に対して、固定子鉄心などから発生したパルス幅変調の高周波電流などが流れ込むことになる。このため、ブラケットに電気的に接続された軸受の外輪と、軸受内輪側のシャフトとの間で、高周波電流による電位差が生じる。
【００６０】
本実施の形態では、インピーダンスの低い回転子の回転体において、図２に示すような誘電体層５０を設けることにより、ブラケット側のインピーダンスに近似するように回転子１４のインピーダンスを高くしている。すなわち、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間に誘電体層５０を設けることで、回転子１４は、等価的に誘電体層５０による静電容量が直列接続された構成となり、回転子１４のインピーダンスを高くできる。そして、回転子１４のインピーダンスを高くすることにより、回転子１４からシャフト１６へと流れる高周波の電圧降下が大きくなるため、これによって、高周波電流によりシャフト１６に発生する電位を低くできる。このような原理に基づき、本実施の形態のブラシレスモータは、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９に電気的に接続された軸受１５の外輪と、軸受１５の内輪側のシャフト１６との間での高周波電流による電位差を低くしている。なお、上述したように、本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９と固定子鉄心１１とを絶縁した状態とすることで、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９のインピーダンスの低下を抑制し、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９も高いインピーダンス状態としている。このため、軸受内輪と軸受外輪間には常に電位が低い状態で、その電位差が低くなるようにバランスが保たれている状態となり、これによって、軸受における電食の発生を抑制している。
【００６１】
さらに、本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを導通ピン２２、２３を介して電気的に接続することで、両ブラケットを同電位とし、シャフトを介しての高周波電流の流れを抑制している。さらに、両ブラケットを同電位とすることで、出力軸側軸受１５ａの内輪外輪間の電位差と反出力軸側軸受１５ｂの内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一とすることが可能となる。このような構成において、誘電体層５０を利用して回転子側のインピーダンスを適切に調整することで、出力軸側軸受１５ａおよび反出力軸側軸受１５ｂそれぞれに対して、内輪外輪間の電位差、すなわち軸電圧を低くできる。よって、一方の軸受は電食を抑制できるが、他方の軸受に電食が発生するというような不具合を抑制できる。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。
【００６２】
また、誘電体層５０の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子１４側のインピーダンスを最適に設定することもできる。すなわち、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂の誘電率を低くする、絶縁樹脂の厚さ（電極間距離）を大きくする、または電極面積を小さくすることなどにより、誘電体層５０による静電容量を低くできる。そして、このようにして、誘電体層５０による静電容量を低くすることで、回転子１４のインピーダンスを高くできる。
【００６３】
また、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂として、シンジオタクチックポリスチレン（以下、ＳＰＳという）樹脂を使用することで、低誘電率化することが可能となり、絶縁樹脂の厚さが小さくても、回転子１４のインピーダンスをより高くすることができる。すなわち、一般的に電動機の絶縁樹脂に使用される樹脂は、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴという）樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などにガラス繊維などの無機充填剤で強化されたものを使用しており、その材料は誘電率が約３．５程度となっている。これに対し、ＳＰＳ樹脂の誘電率は、非強化品で２．６、強化品で２．８と一般的な樹脂よりも低誘電率である。したがって、絶縁樹脂の厚みの上限が構造上規制され、ＰＢＴ樹脂などではインピーダンスが低く足りない場合は、ＳＰＳ樹脂を使用することで静電容量を小さくすることが可能となる。
【００６４】
さらに、図３Ａ、３Ｂに示すように、誘電体層５０が外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとに分離するような回転体３０の構成とすることにより、製造工程において、シャフト１６がない状態で回転子鉄心と絶縁樹脂を一体成形することが可能となる。このため、シャフトと回転子鉄心との間に誘電体層を設けるような構造と比較して、図３Ａ、３Ｂに示すような構造は、シャフトがない状態で回転体３０を成形することが可能となり、生産性を高めることができる。また、図３Ａ、３Ｂに示すような構造であれば、シャフト１６の品種が変わっても、シャフト１６をカシメまたは圧入することで固定することが可能となるため、品種切替の対応が容易となり、これによっても、生産性を向上することができる。
【００６５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態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。また、図５Ａ、５Ｂは、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体３０の上面およびその５Ｂ−５Ｂ断面を示した図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態の電動機であるブラシレスモータは、回転体３０が実施の形態１の誘電体層５０とは異なった形状となる誘電体層６０を備えている。なお、本実施の形態において、誘電体層６０以外については実施の形態１と同一であり、これらの詳細な説明は省略する。
【００６６】
図４および図５Ａ、５Ｂに示すように、本実施の形態の回転体３０は、最外周部に配置されて複数の挿入孔３３を有している外側鉄心３１ａと、誘電体層６０と、内側鉄心３１ｂとが内周側に向かって順に配置されている。また、各挿入孔３３は、外側鉄心３１ａを軸方向に貫通しており、挿入孔３３には永久磁石３２がそれぞれ挿入されている。また、誘電体層６０は、絶縁樹脂で形成された層であり、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に形成されている。このように、本実施の形態の回転体３０は、複数の永久磁石３２を保持する外側鉄心３１ａ、誘電体層６０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３５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に支承される回転子１４が構成される。そして、誘電体層６０によって外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとを絶縁分離している。すなわち、本実施の形態でも、実施の形態１で説明した原理に基づき、電食抑制用としてこのような誘電体層６０を設けている。
【００６７】
誘電体層６０は、回転体３０の内部をその下端面から上端面まで円筒状に延伸するように配置されている。そして、より詳細には図５Ａ、５Ｂに示すように、誘電体層６０は、シャフトの周りを周回するように設けられた円筒形状の本体部６１と、本体部６１から突出した複数の突起部６２とを含む形状を成している。すなわち、誘電体層６０は、少なくとも外周側に凸の突起形状を繰り返し周回するような形状を有している。また、回転体３０は、各突起部６２と各永久磁石３２とがそれぞれに互いに接触するように構成されている。図５Ａ、５Ｂに示す回転体３０では、誘電体層６０の各突起部６２は、回転体３０の上端面と下端面との間の中間層部において本体部６１から外周方向へと突出している。そして、永久磁石３２を外周側へと押圧するように、突起部６２の突出した先端部が永久磁石３２の中間部に接触している。
【００６８】
本実施の形態での回転体３０はこのように構成されており、特に、誘電体層６０が突起部６２を有しているため、回転体３０の回転時において、誘電体層６０と外側鉄心３１ａとの空転防止を図ることができる。さらに、突起部６２によって、永久磁石３２を固定するような構成であるため、永久磁石３２と外側鉄心３１ａとの接合強度を高めることができ、永久磁石３２の抜けなどの不都合を防止できる。また、例えば接着剤などの接着手段を用いずに、外側鉄心３１ａに永久磁石３２を固定することも可能である。さらに、着磁時の衝撃による磁石の破損を防止することもできる。
【００６９】
なお、誘電体層６０の突起部６２のような凸の突起形状は内側鉄心３１ｂ側にも設けたほうが、空転防止などに対してより効果的であり、好ましい。
【００７０】
また、誘電体層６０と永久磁石３２とが接触する場所や形状は任意に設定できる。このような変形の一例として、図６は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの他の構成例の断面を示した構造図である。また、図７Ａ、７Ｂは、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体３０の他の構成例の上面およびその７Ｂ−７Ｂ断面を示した図である。この一例では、図６および図７Ａ、７Ｂに示すように、誘電体層７０が、回転体３０の上端面および下端面において本体部７１から外周方向へと突出した突起部７２を有している。なお、本体部７１は上述した本体部６１と同様の形状を有している。そして、上下の突起部７２は、永久磁石３２を外周側へと押圧するように、永久磁石３２に接触している。このため、図５Ａ、５Ｂのような構成と同様に、空転防止や、永久磁石３２の抜けなどの不都合を防止できる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態の誘電体層６０、７０はシャフト１６の周りを周回するように設けられた本体部６１、７１と本体部６１、７１から突出した複数の突起部６２、７２を有し、突起部６２、７２とそれぞれの永久磁石３２とが接触するように配置されている。このため、誘電体層６０、７０を設けた構成によって、電食の抑制が可能であるとともに、空転防止を図ったり、永久磁石３２の保持強度を高めたりすることが可能となる。
【００７２】
以下、本発明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。
【００７３】
（実施例１）
図５Ａ、５Ｂに示すような構成で、誘電体層６０には誘電率３．６のＰＢＴ樹脂を使用し、最小部の樹脂厚を４ｍｍの回転体３０として、図４に示すような構成のブラシレスモータを作製し、軸電圧を測定した。
【００７４】
図８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、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。
【００７５】
軸電圧の測定は、デジタルオシロスコープ１３０と高電圧差動プローブ１２０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。
【００７６】
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。
【００７７】
図９から図１１は、このような波形崩れの一例を示す図であり、図９は完全波形崩れ、図１０は一部波形崩れ、図１１は波形崩れなしの場合の波形を示している。図９から図１１において、測定時の横軸時間は５０μｓ／ｄｉｖの同一条件としており、Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれのゼロ電圧ラインである。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。
【００７８】
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、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７に電気的に接続している。このような構成で、出力軸側ブラケット１７とシャフト１６との間の電圧である出力軸側軸受１５ａの軸電圧の測定を実施した。
【００７９】
（比較例１）
図５Ａ、５Ｂと同一の形状の回転子で、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間が絶縁されていない、すなわち誘電体層を有しないものを使用した。図１２は、比較例１のブラシレスモータの断面を示した構造図、また、図１３Ａ、１３Ｂは、比較例１のブラシレスモータの上面およびその１３Ｂ−１３Ｂ断面を示した図である。図１２の断面図に示すように、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とが電気的に接続されていない図１と同一の形状で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。
【００８０】
実施例１と比較例１の評価結果を、以下の表１に示す。
【００８１】
【表１】
2011030536.tif 000003
【００８２】
表１の評価結果から明らかなように、誘電体層５０、６０、７０を設け、インピーダンスを調整することにより、軸電圧を低くすることができる。
【００８３】
以上説明したように、本発明の電動機は、回転子の回転体が、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配置された誘電体層と、外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えた構成である。
【００８４】
このため、シャフトと回転体の外周との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、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。その結果、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。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。
【００８５】
なお、上述した実施の形態では、誘電体層の形状として上述したような形状の例を挙げて説明したが、これ以外の形状であってもよく、誘電体層の静電容量により回転子のインピーダンスを高くできればよい。
【００８６】
（実施の形態３）
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３として、詳細に説明する。
【００８７】
図１４は、本発明の実施の形態３における電気機器の構造図である。
【００８８】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【００８９】
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。
【００９０】
一般に、エアコン室内機等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、エアコン室内機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、エアコン室内機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【００９１】
（実施の形態４）
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４として、詳細に説明する。
【００９２】
図１５は、本発明の実施の形態４における電気機器の構造図である。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【００９６】
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。
【００９７】
一般に、エアコン室外機等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、エアコン室外機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、エアコン室外機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【００９８】
（実施の形態５）
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５として、詳細に説明する。
【００９９】
図１６は、本発明の実施の形態５における電気機器の構造図である。
【０１００】
図１６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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
一般に、給湯機等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、給湯機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、給湯機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【０１０３】
（実施の形態６）
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６として、詳細に説明する。
【０１０４】
図１７は、本発明の実施の形態６における電気機器の構造図である。
【０１０５】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【０１０６】
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。
【０１０７】
一般に、空気清浄機等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、空気清浄機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、空気清浄機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【０１０８】
上述の実施の形態３〜６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。
【０１０９】
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るものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
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】
【０１１１】
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    軸受
１５ａ    出力軸側軸受
１５ｂ    反出力軸側軸受
１６    シャフト
１７    出力軸側ブラケット
１８    プリント基板
１９    反出力軸側ブラケット
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    永久磁石
３３    挿入孔
３５    締結部
５０，６０，７０    誘電体層
６１，７１    本体部
６２，７２    突起部
Ｌ１〜Ｌ３    ゼロ電圧ライン
【図１】
2011030536.tif 000004
【図２】
2011030536.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2011030536.tif 000012
【図７Ｂ】
2011030536.tif 000013
【図８】
2011030536.tif 000014
【図９】
2011030536.tif 000015
【図１０】
2011030536.tif 000016
【図１１】
2011030536.tif 000017
【図１２】
2011030536.tif 000018
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
2011030536.tif 000021
【図１５】
2011030536.tif 000022
【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年1月6日(2012.1.6)
【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、永久磁石を挿入孔にそれぞれ挿入した回転子を備える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】
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。
【０００９】
特許文献１では、固定子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。
【００１０】
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、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、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。また、他の課題として、インピーダンスを低くする方法なので、軸受内輪と軸受外輪間には常に電位が高い状態でバランスを保つ必要があることが挙げられる。このような状態の場合、電動機の使用環境や固定子と回転子の組立精度バラツキなどによって、インピーダンスのバランスが崩れてしまうと、逆に軸電圧が高くなり電食が発生しやすくなってしまうというケースも可能性として考察された。
【００１４】
また、上述のように強度的な理由から金属製のブラケットを採用した場合、絶縁樹脂のようなモールド材で軸受を固定する場合と比べて、固定子側のインピーダンスが低くなる可能性がある。すなわち、樹脂ハウジングは、強固な絶縁性能のため軸受内外輪間には電流が流れない状態であったものが、導電性ブラケットを採用することで、絶縁性能が低下し軸受内外輪間に電流が流れる状態となり、電食が発生しやすくなってしまうというケースも可能性として考察された。また、導電性のブラケットの採用は、固定子のインピーダンスを低くすることになるため、軸受内輪および外輪とも電位が高くなり、これによる特許文献１と同様の課題があった。
【００１５】
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次側回路側の大地へ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】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９４２９号公報
【発明の概要】
【００１７】
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、固定子の内側に配置される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、シャフトを回転自在に支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを含む電動機である。そして、この回転体は、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配置された誘電体層と、外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えた構成である。
【００１８】
このような構成により、外側鉄心と内側鉄心との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において、等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、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。このようにして回転子側のインピーダンスを高くすると、高インピーダンスである固定子側のインピーダンスに近似させることができ、その結果、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位が等しくなるようにバランスをとることができる。そして、固定子側および回転子側のインピーダンスは高い状態であるため、軸受内輪側および外輪側の電位が低い状態でバランスをとることができ、使用環境などに影響されることなく軸電圧を抑制できる。
【００１９】
また、本発明の電動機は、導電性の２つのブラケットを備え、それぞれのブラケットが電気的に接続されるとともに固定子鉄心とは絶縁された構成である。
【００２０】
このような２つのブラケットを電気的に接続する構成とすることで、両ブラケットを同電位とすることができ、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することが可能となる。このような構成において、誘電体層を利用して回転子側のインピーダンスを適切に調整することで、それぞれの軸受に対して、内輪外輪間の電位差、すなわち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。
【００２１】
また、誘電体層の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子側のインピーダンスを最適に設定することも可能となる。なお誘電体層とは、誘電体の誘電率および厚さや誘電体に接する導電物（電極）表面積を意図的に変化させる層のことを指し、あたかもシャフトと回転体との間に誘電素子を介在させることを意図している。
【００２２】
さらに、２つのブラケットと固定子鉄心とが絶縁された構成とすることで、固定子側のインピーダンスをより高くすることができる。すなわち、固定子側のインピーダンスをこのように高くするとともに、誘電体層により回転子側のインピーダンスも高くすることで、軸受内輪側および外輪側それぞれの電位を低くできる。そして、軸受内輪側および外輪側の電位が低い状態でバランスをとることができ、使用環境などに影響されることなく軸電圧を抑制できる。
【００２３】
また、本発明の電動機は、２つのブラケットの少なくとも一方と巻線を巻装した固定子鉄心とが絶縁樹脂により一体成形された構成である。
【００２４】
このような構成により、２つの導電性ブラケットを電動機内部で接続ピンなどを介して電気的に接続することで、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することができる。
【００２５】
また、本発明の電動機は、誘電体層がシャフトの周りを周回するように設けられた構成である。
【００２６】
また、本発明の電動機は、外側鉄心と内側鉄心とが誘電体層を介して固着されているような構成である。
【００２７】
また、本発明の電動機は、誘電体層が、その内側と外側とを絶縁分離するように配置されている。
【００２８】
このような構成とすることにより、容易に製造可能な回転体の構造とすることができるため、回転子側のインピーダンスを高めた回転子の生産性を向上することができる。
【００２９】
また、本発明の電動機は、誘電体層が、シャフトの周りを周回するように設けられた本体部と本体部から突出した複数の突起部を有し、突起部とそれぞれの永久磁石とが接触するように配置された構成である。
【００３０】
また、本発明の電動機は、それぞれの突起部が、回転体の上端面と下端面との間の中間層部において本体部から外周方向へと突出した構成である。
【００３１】
また、本発明の電動機は、それぞれの突起部が、回転体の上端面および下端面において本体部から外周方向へと突出した構成であってもよい。
【００３２】
このような構成とすることにより、誘電体層による電食発生の抑制に加えて、誘電体層の突起部によって、挿入孔に挿入された永久磁石を固定することができるため、容易に永久磁石の保持強度を高めることができる。
【００３３】
また、本発明の電動機は、固定子鉄心とシャフトとの間のインピーダンスが高くなるように誘電体層を設けた構成である。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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
【図２】同ブラシレスモータの要部を模式的に示した図
【図３Ａ】同ブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図
【図３Ｂ】図３Ａにおける３Ｂ−３Ｂ断面を示した図
【図４】本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの断面を示した構造図
【図５Ａ】同ブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図
【図５Ｂ】図５Ａにおける５Ｂ−５Ｂ断面を示した図
【図６】同ブラシレスモータの他の構成例の断面を示した構造図
【図７Ａ】同ブラシレスモータの回転体の他の構成例を示した上面図
【図７Ｂ】図７Ａにおける７Ｂ−７Ｂ断面を示した図
【図８】実施例１の軸電圧の測定方法を示す図
【図９】完全波形崩れの一例を示す図
【図１０】一部波形崩れの一例を示す図
【図１１】波形崩れなしの一例を示す図
【図１２】比較例１のブラシレスモータの断面を示した構造図
【図１３Ａ】比較例１のブラシレスモータの回転体の構成を示した上面図
【図１３Ｂ】図１３Ａにおける１３Ｂ−１３Ｂ断面を示した図
【図１４】本発明の実施の形態３における電気機器（エアコン室内機）の概略構成を示した構造図
【図１５】本発明の実施の形態４における電気機器（エアコン室外機）の概略構成を示した構造図
【図１６】本発明の実施の形態５における電気機器（給湯機）の概略構成を示した構造図
【図１７】本発明の実施の形態６における電気機器（空気清浄機）の概略構成を示した構造図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。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。また、回転体３０は、その外周側が固定子１０の内周側と対向するように配置されている。そして、外側鉄心３１ａには、シャフト１６が延伸する軸方向に貫通した複数の挿入孔３３を設けている。さらに、各挿入孔３３には、永久磁石３２が挿入されている。なお、永久磁石３２は電動機の特性に応じて、希土類系、フェライト系の焼結磁石または樹脂磁石のいずれでも適応できるが、本実施の形態ではネオジウム系希土類焼結磁石を使用した。
【００３９】
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、出力軸側軸受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、反出力軸側軸受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、出力軸側軸受１５ａが出力軸側ブラケット１７により固定され、反出力軸側軸受１５ｂが反出力軸側ブラケット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。
【００４０】
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、出力軸側ブラケット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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、シャフト１６を中心に回転子１４が回転する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
具体的には、まず、反出力軸側軸受１５ｂに対して、反出力軸側軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい外周径の反出力軸側ブラケット１９により固定している。また、この反出力軸側ブラケット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反出力軸側ブラケット１９を配置し、絶縁樹脂１３とモールド一体成形している。反出力軸側ブラケット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の内周径は反出力軸側軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに反出力軸側軸受１５ｂを圧入することにより、反出力軸側軸受１５ｂは反出力軸側ブラケット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、反出力軸側軸受１５ｂの外輪側は金属製の反出力軸側ブラケット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の外周径は反出力軸側軸受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、反出力軸側軸受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。反出力軸側ブラケット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反出力軸側ブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３で反出力軸側ブラケット１９の外郭を覆うようにモールド一体成形しているため、反出力軸側軸受１５ｂから発生する騒音を抑制することもできる。
【００４６】
次に、出力軸側軸受１５ａに対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径の出力軸側ブラケット１７により固定している。出力軸側ブラケット１７は概略円板形状であり、円板の中央部に出力軸側軸受１５ａの外周径とほぼ等しい径の突出部を有しおり、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、このような出力軸側ブラケット１７の突出部の内側を出力軸側軸受１５ａに圧入するとともに、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット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、出力軸側軸受１５ａの外輪側は金属製の出力軸側ブラケット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。
【００４７】
また、反出力軸側ブラケット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、反出力軸側ブラケット１９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は絶縁樹脂１３の内部に配置され、反出力軸側ブラケット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、反出力軸側ブラケット１９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の他方の先端部が露出している。さらに、他方の先端部には、導通ピン２２を出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３が出力軸側ブラケット１７に接触し、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット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。
【００４８】
そして、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。
【００４９】
図２は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの要部を模式的に示した図である。図２に示すように、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とは導通ピン２２、２３を介して電気的に接続されており、固定子鉄心１１とは接続しない状態となっている。
【００５０】
ここで、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを接続しない場合、両ブラケット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、出力軸側ブラケット１７に誘起される電位と反出力軸側ブラケット１９に誘起される電位とにアンバランスを発生させる。この電位のアンバランスは、シャフト１６を介して出力軸側から反出力軸側または反出力軸側から出力軸側に高周波電流が流れやすい状態となることが懸念される。
【００５１】
本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット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、電位のアンバランスを抑制して、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ている。
【００５２】
また、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを接続する導通ピン２２を固定子鉄心１１にも接続すると、固定子側のインピーダンスが低くなる。そして、インピーダンスが低くなると、上述したように、固定子側、すなわち軸受における外輪側の電位が高い状態となる。これに対し、本実施の形態では、導通ピン２２と固定子鉄心１１とを絶縁した状態として、インピーダンスの低下を抑制し、軸受外輪側の電位を低い状態に抑えている。また、これによって、以下で説明するように、固定子側と回転子側とのインピーダンスのバランスをとりやすい状態としている。さらに、本実施の形態では、上述したように出力軸側ブラケット１７を固定子１０に圧入するのみで、固定子鉄心１１との絶縁を確保しながら、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを電気的に接続できる。このため、製造工程において、容易に、固定子側のインピーダンスの低下を抑えながら、両ブラケットを同電位とすることができる。
【００５３】
次に、回転体３０の詳細について説明する。図３Ａ，３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの回転体３０の上面およびその３Ｂ−３Ｂ断面を示した図である。
【００５４】
図３Ａ，３Ｂに示すように、回転体３０は、最外周部に配置されて複数の挿入孔３３を有している外側鉄心３１ａと、誘電体層５０と、内側鉄心３１ｂとが内周側に向かって順に配置されている。また、複数の挿入孔３３には、例えばネオジウム系希土類焼結磁石などの永久磁石３２がそれぞれ挿入されている。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３Ａ，３Ｂ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、複数の永久磁石３２を保持する外側鉄心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３５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に支承される回転子１４が構成される。
【００５５】
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り、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとを直列的に絶縁分離している。一方、誘電体層５０は、所定の誘電率を有した絶縁樹脂で形成されており、高周波電流は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間を流れることができる。
【００５６】
ところで、このような誘電体層５０を設けない場合、上述したように、固定子鉄心とブラケット間のインピーダンスは高く、逆に、回転体に電気的に接続されたシャフトと固定子鉄心間のインピーダンスは低い。このようなインピーダンス成分を有した等価回路に対して、固定子鉄心などから発生したパルス幅変調の高周波電流などが流れ込むことになる。このため、ブラケットに電気的に接続された軸受の外輪と、軸受内輪側のシャフトとの間で、高周波電流による電位差が生じる。
【００５７】
本実施の形態では、インピーダンスの低い回転子の回転体において、図２に示すような誘電体層５０を設けることにより、ブラケット側のインピーダンスに近似するように回転子１４のインピーダンスを高くしている。すなわち、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間に誘電体層５０を設けることで、回転子１４は、等価的に誘電体層５０による静電容量が直列接続された構成となり、回転子１４のインピーダンスを高くできる。そして、回転子１４のインピーダンスを高くすることにより、回転子１４からシャフト１６へと流れる高周波の電圧降下が大きくなるため、これによって、高周波電流によりシャフト１６に発生する電位を低くできる。このような原理に基づき、本実施の形態のブラシレスモータは、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９に電気的に接続された軸受１５の外輪と、軸受１５の内輪側のシャフト１６との間での高周波電流による電位差を低くしている。なお、上述したように、本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９と固定子鉄心１１とを絶縁した状態とすることで、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９のインピーダンスの低下を抑制し、出力軸側ブラケット１７および反出力軸側ブラケット１９も高いインピーダンス状態としている。このため、軸受内輪と軸受外輪間には常に電位が低い状態で、その電位差が低くなるようにバランスが保たれている状態となり、これによって、軸受における電食の発生を抑制している。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とを導通ピン２２、２３を介して電気的に接続することで、両ブラケットを同電位とし、シャフトを介しての高周波電流の流れを抑制している。さらに、両ブラケットを同電位とすることで、出力軸側軸受１５ａの内輪外輪間の電位差と反出力軸側軸受１５ｂの内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一とすることが可能となる。このような構成において、誘電体層５０を利用して回転子側のインピーダンスを適切に調整することで、出力軸側軸受１５ａおよび反出力軸側軸受１５ｂそれぞれに対して、内輪外輪間の電位差、すなわち軸電圧を低くできる。よって、一方の軸受は電食を抑制できるが、他方の軸受に電食が発生するというような不具合を抑制できる。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。
【００５９】
また、誘電体層５０の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子１４側のインピーダンスを最適に設定することもできる。すなわち、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂の誘電率を低くする、絶縁樹脂の厚さ（電極間距離）を大きくする、または電極面積を小さくすることなどにより、誘電体層５０による静電容量を低くできる。そして、このようにして、誘電体層５０による静電容量を低くすることで、回転子１４のインピーダンスを高くできる。
【００６０】
また、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂として、シンジオタクチックポリスチレン（以下、ＳＰＳという）樹脂を使用することで、低誘電率化することが可能となり、絶縁樹脂の厚さが小さくても、回転子１４のインピーダンスをより高くすることができる。すなわち、一般的に電動機の絶縁樹脂に使用される樹脂は、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴという）樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などにガラス繊維などの無機充填剤で強化されたものを使用しており、その材料は誘電率が約３．５程度となっている。これに対し、ＳＰＳ樹脂の誘電率は、非強化品で２．６、強化品で２．８と一般的な樹脂よりも低誘電率である。したがって、絶縁樹脂の厚みの上限が構造上規制され、ＰＢＴ樹脂などではインピーダンスが低く足りない場合は、ＳＰＳ樹脂を使用することで静電容量を小さくすることが可能となる。
【００６１】
さらに、図３Ａ、３Ｂに示すように、誘電体層５０が外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとに分離するような回転体３０の構成とすることにより、製造工程において、シャフト１６がない状態で回転子鉄心と絶縁樹脂を一体成形することが可能となる。このため、シャフトと回転子鉄心との間に誘電体層を設けるような構造と比較して、図３Ａ、３Ｂに示すような構造は、シャフトがない状態で回転体３０を成形することが可能となり、生産性を高めることができる。また、図３Ａ、３Ｂに示すような構造であれば、シャフト１６の品種が変わっても、シャフト１６をカシメまたは圧入することで固定することが可能となるため、品種切替の対応が容易となり、これによっても、生産性を向上することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態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。また、図５Ａ、５Ｂは、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体３０の上面およびその５Ｂ−５Ｂ断面を示した図である。実施の形態１との比較において、本実施の形態の電動機であるブラシレスモータは、回転体３０が実施の形態１の誘電体層５０とは異なった形状となる誘電体層６０を備えている。なお、本実施の形態において、誘電体層６０以外については実施の形態１と同一であり、これらの詳細な説明は省略する。
【００６３】
図４および図５Ａ、５Ｂに示すように、本実施の形態の回転体３０は、最外周部に配置されて複数の挿入孔３３を有している外側鉄心３１ａと、誘電体層６０と、内側鉄心３１ｂとが内周側に向かって順に配置されている。また、各挿入孔３３は、外側鉄心３１ａを軸方向に貫通しており、挿入孔３３には永久磁石３２がそれぞれ挿入されている。また、誘電体層６０は、絶縁樹脂で形成された層であり、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に形成されている。このように、本実施の形態の回転体３０は、複数の永久磁石３２を保持する外側鉄心３１ａ、誘電体層６０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３５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に支承される回転子１４が構成される。そして、誘電体層６０によって外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとを絶縁分離している。すなわち、本実施の形態でも、実施の形態１で説明した原理に基づき、電食抑制用としてこのような誘電体層６０を設けている。
【００６４】
誘電体層６０は、回転体３０の内部をその下端面から上端面まで円筒状に延伸するように配置されている。そして、より詳細には図５Ａ、５Ｂに示すように、誘電体層６０は、シャフトの周りを周回するように設けられた円筒形状の本体部６１と、本体部６１から突出した複数の突起部６２とを含む形状を成している。すなわち、誘電体層６０は、少なくとも外周側に凸の突起形状を繰り返し周回するような形状を有している。また、回転体３０は、各突起部６２と各永久磁石３２とがそれぞれに互いに接触するように構成されている。図５Ａ、５Ｂに示す回転体３０では、誘電体層６０の各突起部６２は、回転体３０の上端面と下端面との間の中間層部において本体部６１から外周方向へと突出している。そして、永久磁石３２を外周側へと押圧するように、突起部６２の突出した先端部が永久磁石３２の中間部に接触している。
【００６５】
本実施の形態での回転体３０はこのように構成されており、特に、誘電体層６０が突起部６２を有しているため、回転体３０の回転時において、誘電体層６０と外側鉄心３１ａとの空転防止を図ることができる。さらに、突起部６２によって、永久磁石３２を固定するような構成であるため、永久磁石３２と外側鉄心３１ａとの接合強度を高めることができ、永久磁石３２の抜けなどの不都合を防止できる。また、例えば接着剤などの接着手段を用いずに、外側鉄心３１ａに永久磁石３２を固定することも可能である。さらに、着磁時の衝撃による磁石の破損を防止することもできる。
【００６６】
なお、誘電体層６０の突起部６２のような凸の突起形状は内側鉄心３１ｂ側にも設けたほうが、空転防止などに対してより効果的であり、好ましい。
【００６７】
また、誘電体層６０と永久磁石３２とが接触する場所や形状は任意に設定できる。このような変形の一例として、図６は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの他の構成例の断面を示した構造図である。また、図７Ａ、７Ｂは、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体３０の他の構成例の上面およびその７Ｂ−７Ｂ断面を示した図である。この一例では、図６および図７Ａ、７Ｂに示すように、誘電体層７０が、回転体３０の上端面および下端面において本体部７１から外周方向へと突出した突起部７２を有している。なお、本体部７１は上述した本体部６１と同様の形状を有している。そして、上下の突起部７２は、永久磁石３２を外周側へと押圧するように、永久磁石３２に接触している。このため、図５Ａ、５Ｂのような構成と同様に、空転防止や、永久磁石３２の抜けなどの不都合を防止できる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態の誘電体層６０、７０はシャフト１６の周りを周回するように設けられた本体部６１、７１と本体部６１、７１から突出した複数の突起部６２、７２を有し、突起部６２、７２とそれぞれの永久磁石３２とが接触するように配置されている。このため、誘電体層６０、７０を設けた構成によって、電食の抑制が可能であるとともに、空転防止を図ったり、永久磁石３２の保持強度を高めたりすることが可能となる。
【００６９】
以下、本発明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。
【００７０】
（実施例１）
図５Ａ、５Ｂに示すような構成で、誘電体層６０には誘電率３．６のＰＢＴ樹脂を使用し、最小部の樹脂厚を４ｍｍの回転体３０として、図４に示すような構成のブラシレスモータを作製し、軸電圧を測定した。
【００７１】
図８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、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。
【００７２】
軸電圧の測定は、デジタルオシロスコープ１３０と高電圧差動プローブ１２０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。
【００７３】
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。
【００７４】
図９から図１１は、このような波形崩れの一例を示す図であり、図９は完全波形崩れ、図１０は一部波形崩れ、図１１は波形崩れなしの場合の波形を示している。図９から図１１において、測定時の横軸時間は５０μｓ／ｄｉｖの同一条件としており、Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれのゼロ電圧ラインである。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。
【００７５】
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、出力軸側ブラケット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、出力軸側ブラケット１７に電気的に接続している。このような構成で、出力軸側ブラケット１７とシャフト１６との間の電圧である出力軸側軸受１５ａの軸電圧の測定を実施した。
【００７６】
（比較例１）
図５Ａ、５Ｂと同一の形状の回転子で、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間が絶縁されていない、すなわち誘電体層を有しないものを使用した。図１２は、比較例１のブラシレスモータの断面を示した構造図、また、図１３Ａ、１３Ｂは、比較例１のブラシレスモータの上面およびその１３Ｂ−１３Ｂ断面を示した図である。図１２の断面図に示すように、出力軸側ブラケット１７と反出力軸側ブラケット１９とが電気的に接続されていない図１と同一の形状で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。
【００７７】
実施例１と比較例１の評価結果を、以下の表１に示す。
【００７８】
【表１】
2011030536.tif 000025
【００７９】
表１の評価結果から明らかなように、誘電体層５０、６０、７０を設け、インピーダンスを調整することにより、軸電圧を低くすることができる。
【００８０】
以上説明したように、本発明の電動機は、回転子の回転体が、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配置された誘電体層と、外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、複数の挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えた構成である。
【００８１】
このため、シャフトと回転体の外周との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、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。その結果、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。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。
【００８２】
なお、上述した実施の形態では、誘電体層の形状として上述したような形状の例を挙げて説明したが、これ以外の形状であってもよく、誘電体層の静電容量により回転子のインピーダンスを高くできればよい。
【００８３】
（実施の形態３）
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３として、詳細に説明する。
【００８４】
図１４は、本発明の実施の形態３における電気機器の構造図である。
【００８５】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【００８６】
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。
【００８７】
一般に、エアコン室内機等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、エアコン室内機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、エアコン室内機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【００８８】
（実施の形態４）
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４として、詳細に説明する。
【００８９】
図１５は、本発明の実施の形態４における電気機器の構造図である。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【００９３】
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。
【００９４】
一般に、エアコン室外機等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、エアコン室外機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、エアコン室外機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【００９５】
（実施の形態５）
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５として、詳細に説明する。
【００９６】
図１６は、本発明の実施の形態５における電気機器の構造図である。
【００９７】
図１６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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【００９８】
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。
【００９９】
一般に、給湯機等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、給湯機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、給湯機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【０１００】
（実施の形態６）
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６として、詳細に説明する。
【０１０１】
図１７は、本発明の実施の形態６における電気機器の構造図である。
【０１０２】
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、上述した実施の形態１、２のものを適用できる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
一般に、空気清浄機等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、空気清浄機等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、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、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。そのため、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が、上記実施の形態の電動機を適用することにより、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これにより、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るため、空気清浄機等に使用される電動機で発生する軸受の電食を抑制することが可能となる。
【０１０５】
上述の実施の形態３〜６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。
【０１０６】
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るものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
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】
【０１０８】
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  軸受
１５ａ  出力軸側軸受
１５ｂ  反出力軸側軸受
１６  シャフト
１７  出力軸側ブラケット
１８  プリント基板
１９  反出力軸側ブラケット
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  永久磁石
３３  挿入孔
３５  締結部
５０，６０，７０  誘電体層
６１，７１  本体部
６２，７２  突起部
Ｌ１〜Ｌ３  ゼロ電圧ライン
【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、前記固定子の内側に配置される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、前記シャフトを回転自在に支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機であって、
前記回転体は、
前記回転体の外周部を構成する外側鉄心と、
前記シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、
前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に配置された誘電体層と、
前記外側鉄心を軸方向に貫通する複数の挿入孔と、
複数の前記挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
導電性の２つの前記ブラケットを備え、それぞれのブラケットは、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３】
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２に記載の電動機。
【請求項４】
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２に記載の電動機。
【請求項５】
前記誘電体層は、電食抑制用の絶縁物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６】
前記誘電体層は、絶縁樹脂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】
前記誘電体層は、前記シャフトの周りを周回するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項８】
前記外側鉄心と前記内側鉄心とは、前記誘電体層を介して固着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９】
前記誘電体層は、その内側と外側とを絶縁分離するよう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１０】
前記誘電体層は前記シャフトの周りを周回するように設けられた本体部と前記本体部から突出した複数の突起部を有し、前記突起部とそれぞれの前記永久磁石とが接触するよう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１１】
それぞれの前記突起部は、前記回転体の上端面と下端面との間の中間層部において前記本体部から外周方向へと突出していることを特徴とする請求項１０に記載の電動機。
【請求項１２】
それぞれの前記突起部は、前記回転体の上端面および下端面において前記本体部から外周方向へと突出していることを特徴とする請求項１０に記載の電動機。
【請求項１３】
前記固定子鉄心と前記シャフトとの間のインピーダンスが高くなるように前記誘電体層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１４】
請求項１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】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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