(57)【要約】【課題】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。【解決手段】電動機１００の回転軸にはクロスフローファン２０２が取り付けられており、電動機１００はエアコン制御ボックス２０４内の電動機駆動装置によって駆動される。電動機１００が回転し、それに伴いクロスフローファン２０２が回転し、金属製の熱交換器２０３によって空気調和された空気を室内に送風する。電気機器の金属構造部である熱交換器２０３と、エアコン本体アース端子２０６とが接続されている。エアコン本体アース端子２０６と電動機１００のブラケット７との間にコンデンサ２０５が接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側の軸受の外輪、前記反出力軸側の軸受の外輪又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器。
【請求項２】
一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器。
【請求項３】
一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記固定子と反出力軸側の前記軸受を固定するブラケットとを樹脂にてモールド一体成形される構成と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器。
【請求項４】
一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記固定子と反出力軸側の前記軸受を固定するブラケットとを樹脂にてモールド一体成形される構成と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部と、前記外輪導通部の一部を前記樹脂に埋設する構成とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス素子を含む電気機器。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス値の可変要素を具備する可変コンデンサを含む電気機器。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス値のトリミング部を有するキャパシタンス構成体を含む電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を搭載する電気機器に関して、特に、電動機の軸受の電食の発生を抑制するように改良された電動機及び電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、正弦波による対称三相交流回路において各相の回路条件を等しくするときは、Ｙ結線の中性点の電位は常に一定値を示し、電源側のＹ結線の中性点と負荷側のＹ結線の中性点との間には、電位差は生じない。なお、この際の三相電源の正弦波は、高調波成分を含まない無歪の正弦波であることが、前提であることは言うまでもない。
【０００３】
また、三相回路の各相の回路ループの条件が不平衡のときは、Ｙ結線の負荷側の中性点は零電位ではなく、ある値の電位を示す。これらのことは、例えば特許文献１などのとおり、良く知られている。なお、軸電圧の観測は、三相交流回路のいずれかの回路箇所や、便宜的に設けた分圧回路の中点による擬似的中性点などとの電位差として測定するなどの多少の工夫を要するものである。
【０００４】
実際の対称三相交流回路においては、種々の要因により、三相電源の不平衡や、三相電源の正弦波に若干の高調波成分を含み、電源側のＹ結線の中性点及び負荷側のＹ結線の中性点に多少の電位の発生が観測される。さらに、この中性点の電位変化に起因して、発電機の回転軸や、電動機の回転軸に誘起される電圧値、所謂、軸電圧が観測される。この軸電圧は、回転軸を回転自在に支承する軸受けの内輪へも印加されることとなる。
【０００５】
一方、軸受けの外輪は、電気的には発電機又は電動機の外郭や、接地部位と接続されているために、軸受けの内輪の電位とは、異なる電位となり、軸受けの内輪と外輪間には電位差が生じる。そして、軸受けの転動体を介して、外輪と内輪とが電気的に接続されると、外輪、転動体、内輪、これらの間に放電が起きる。この放電の箇所には放電痕が生じ、この放電痕を電食と呼称している。そして、この放電痕、つまり電食によって軸受の回転には不具合を起こす。
【０００６】
例えば、特許文献２〜４などに記されているように、三相電源の発電機には、発電機の組み立ての不整に起因する磁気回路の不平衡によって、対称三相交流が得られずに不平衡の三相交流が生じ、中性点電位発生に起因する軸電圧が発生する。
【０００７】
また、発電機の励磁巻線の励磁電源が、サイリスタ等による励磁装置である場合は、励磁巻線に高調波を多量に含む非正弦波波形の電圧が印加されることとなる。この非正弦波波形の電圧は、励磁巻線ほかの発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を介して、上述の励磁装置の励磁電力に起因する軸電圧の発生となる。
【０００８】
また、前述の特許文献などに記されているように、発電機特有の現象としては、蒸気タービンの羽に衝突した蒸気の一部がイオン化して、帯電する。そして、蒸気のイオン化による電荷は、発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を介して回転軸へと伝わり、発電機の軸電圧として現れて、軸受けの電食を招くことが知られている。
【０００９】
一方、三相交流回路における負荷側の電動機においても、例えば特許文献５などに記されているように、三相交流の不平衡に起因する軸電圧による軸受けの電食の発生が知られている。また、同文献等に記されているように、電動機をインバータ装置を用いて駆動した場合には、電源のスイッチング毎に一瞬に起こる電圧不平衡により非常に高い周波数成分（数ＭＨｚ）の中性点電位の変動に起因する軸電圧（軸電流）が発生し、電動機の軸受けの電食が生じる。
【００１０】
昨今、電動機の分野にては、インバータ装置による駆動技術が隆盛を極めている。このインバータ装置による駆動は、無歪の正弦波電圧源による駆動とは全く異なるものであり、矩形波状の電圧源を構成して、擬似的な三相駆動を図っている。インバータ装置による駆動では、上述の特許文献５ごとく、中性点電位の変動に起因する軸電流（軸電圧）が発生し、電動機の軸受けの電食が生じ易い。
【００１１】
周知のとおり、インバータ装置による駆動は、無歪の正弦波による対称三相交流による駆動ではない。従って、電動機のＹ結線の中性点では、各相の電圧値が互いに打ち消しあって、常に零レベルになることは無く、何らかの電圧値が、生じていることは自ずと明らかである。
【００１２】
例えば、非特許文献１などに記されるとおり、インバータ装置によって駆動される電動機のＹ結線の中性点には、最大値はインバータ装置の電源電圧値にも達する凸状波形波及び方形波による周期的な大きな振幅の電圧変化を示す。そして、同非特許文献などに記されるとおり、この中性点の電位変化に起因して、回転軸には軸電圧が観測される。
【００１３】
非特許文献１などにも記されるように、インバータ装置からの各相の駆動電圧は、電動機の固定子の固定子巻線から固定子構成部材のインピーダンス成分を経て固定子の外部へ電気的エネルギーとして伝播する。この電気的エネルギーの伝播は、電動機の固定子及び回転子間の分布容量成分を介して、電動機の回転子へと伝播し、さらには、回転子構成部材のインピーダンス成分を経由して回転軸に到達する。ここで回転軸は、三相交流回路の等価的なＹ結線の中性点に位置することから、この回転軸には何らかの電位の変化が観測される。この電位の変化は、軸電圧と呼称されることは、上述のとおりである。
【００１４】
ところで、三相交流回路における各相の第３次高調波成分であるが、これは互いに相殺されることはなく、Ｙ結線の中性点にて観測され得ることは、周知のとおりである。またＹ結線の中性点にては、各相の不平衡成分も観測され得ることは、周知のとおりである。
【００１５】
さて、インバータ駆動であるが、具体的には、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い。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点の電位は零とならず何らかの電圧が発生する理由は、上述のとおりである。
【００１６】
また、上述の中性点の電位変化について、電動機の各構成要素の電気的な等価インピーダンス成分による等価回路を三相交流回路としての視点で解析した場合には、電動機の回転軸は前述の等価回路における等価的なＹ結線の中性点とも考察され、何らかの電位変化が回転軸に生じることはいうまでもない。
【００１７】
例えば、電動機の各構成要素の等価インピーダンス成分を抽出し、電動機の各構成要素を含めた電動機の等価回路を解析することで、軸電圧を算出することも試みられている。
【００１８】
このように、電動機の各構成要素の電気的な等価インピーダンス成分による等価回路の視点で、軸電圧の発生を解析し、電食の抑制を図ることについては、前述の特許文献５や、非特許文献１などの公知文献に散見される。電動機の等価回路は、分布定数回路の視点での解析によるものや、分布定数回路の主要な回路素子毎に集中定数素子化して集中定数回路へとモデル化して解析するなど、多岐である。
【００１９】
なお、電動機の各構成要素を含めた電動機の等価回路は、電動機の種類や構造によって異なる。具体的には、固定子巻線及び固定子鉄心を絶縁性樹脂で覆うような電動機と、固定子巻線及び固定子鉄心を金属製筐体にて覆うような電動機とは、電動機の等価回路が異なることは明らかである。
【００２０】
また、電動機の回転子の構成体によっても、電動機の等価回路は異なる。例えば、回転子のバックヨークを成す回転子鉄心の有無、磁極を構成する磁石の抵抗値が高いか低いかなど、これらの組み合わせによっても、電動機の等価回路が異なることは明らかである。
【００２１】
したがって、電動機の種類や構造毎に、電動機の各構成要素を含めた電動機の等価回路が異なることから、好適な電食の低減技術は電動機の種類や構造毎に異なり、全ての種類の電動機に対して一様に適用し得る電食の低減技術の確立は困難を極める。当然、電動機の種類や構造毎に、電食の低減技術を確立することの方が、一般的であり、これまでも数々の電食の低減技術が提案されている。
【００２２】
さて、上述のとおり、電動機のインバータ駆動による軸電圧の発生に起因して、軸受の外輪と内輪との間に電位差が発生する。この軸電圧には、スイッチングによる高周波成分を含んでいる。そして、軸電圧に起因する電位差が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受の内部に高周波電流が流れ、軸受内部には電食が発生する。この電食が進行した場合、軸受内輪または外輪の内部に波状摩耗現象が発生して異常音に至ることがあり、電動機における代表的な不具合現象となる。
【００２３】
上述のごとく、電食は、軸受材料がアーク放電によって損傷を受ける現象であり、軸電圧に起因する軸受の内輪と軸受の外輪との間に発生した電位差によって、軸受の内輪−玉−軸受の外輪という経路で軸電流が流れることによる。従って、電動機の電食を抑制するためには、以下のような対策が提案される。
（１）軸受内輪と外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と外輪を絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。
【００２４】
さて、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。ただし、導電性潤滑剤は、時間経過とともに導電性特性が劣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。
【００２５】
また、上記（１）の別の方法として、軸受を滑り軸受とする構成も考察される。例えば、金属焼結含油軸受を採用することによって、軸受部を導通状態にすることが可能である。周知のとおり、近年のＰＷＭ方式のインバータ駆動の電動機では一対の玉軸受を採用する電動機が主流となっているが、以前は一対のすべり軸受を用いる電動機が見られた。
【００２６】
例えば、特許文献６、特許文献７などに記されたものは一例である。軸受部は導通状態であるため放電の発生はなく、電食は生じないが、シャフトの回転精度は玉軸受を用いたものよりも劣り、また、軸受損失が大きいため、玉軸受を用いたものよりも電動機の効率が低下してしまうことは、周知のとおりである。
【００２７】
さて、上記（２）の具体的方法としては、軸受内部の転動体の材質を導電性材料の鉄などの金属材から絶縁体のセラミックス材などに置換することが挙げられる。この方法は、電食の防止には非常に効果はあるが、セラミックス材の場合はコストが高く、経済的側面の課題を招く。
【００２８】
また、上記（２）の別の方法として、軸受を絶縁性の滑り軸受とする構成も考察される。例えば、特許文献８などに記された樹脂を用いた絶縁性の滑り軸受を採用することによって、軸受部を絶縁状態にすることが可能である。絶縁性を有する軸受部には、電食は生じることはない。しかし、上述と同様に、シャフトの回転精度は玉軸受を用いたものよりも劣り、また、軸受損失が大きいため、玉軸受を用いたものよりも電動機の効率が低下してしまうことは、周知のとおりである。
【００２９】
さて、上記（３）の具体的方法としては、回転子に誘電体層を設けることで軸電圧を低くし、電食の発生を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献９参照）。
【００３０】
また、上記（３）の別の方法として、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知られている（例えば、特許文献１０参照）。また、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知られている（例えば、特許文献１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開平８−３４０６３７号公報
【特許文献２】特公昭４７−４１１２１号公報
【特許文献３】特開昭５０−７６５４７号公報
【特許文献４】特開昭５７−１６５４９号公報
【特許文献５】特開平１０−３２９５３号公報
【特許文献６】特公昭６１−５２６１８号公報
【特許文献７】特開平８−２１４４８８号公報
【特許文献８】特開２０１１−４７４９５号公報
【特許文献９】特開２０１０−１６６６８９号公報
【特許文献１０】特開２００７−１５９３０２号公報
【特許文献１１】特開２００４−２２９４２９号公報
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】「富士時報  第７２巻、第２号（１９９９年２月）」、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧  Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、特許文献９のような従来の方法は、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。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明の電動機及び電気機器は、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】
【００３６】
第１の発明は、一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側の軸受の外輪、前記反出力軸側の軸受の外輪又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器である。
【００３７】
第２の発明は、一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器である。
【００３８】
第３の発明は、一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記固定子と反出力軸側の前記軸受を固定するブラケットとを樹脂にてモールド一体成形される構成と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器である。
【００３９】
第４の発明は、一つ又は複数の、導電性を有する構成部材と、回転負荷体と、前記回転負荷体に接続された出力軸により前記回転負荷体を回転駆動する電動機とを備える電気機器であり、
前記電動機は、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、前記回転体を締結したシャフトとを備える電動機において、前記回転体は、前記回転体の外周部を構成する鋼板が積層された外側鉄心と、前記シャフトに締結された内周部を構成する鋼板が積層された内側鉄心と、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、前記回転体の軸方向の出力軸側にて前記シャフトを支持する出力軸側の軸受と、前記回転体の軸方向の反出力軸側にて前記シャフトを支持する反出力軸側の軸受と、前記出力軸側の軸受を固定する出力軸側のブラケットと、前記反出力軸側の軸受を固定する反出力軸側のブラケットと、前記固定子と反出力軸側の前記軸受を固定するブラケットとを樹脂にてモールド一体成形される構成と、前記出力軸側の軸受の外輪と前記反出力軸側の軸受の外輪とを電気的に導通する外輪導通部と、前記外輪導通部の一部を前記樹脂に埋設する構成とを含み、
少なくとも１つの前記導電性を有する構成部材と前記出力軸側のブラケット、前記反出力軸側のブラケット又は前記外輪導通部との間をインピーダンス素子にて電気的に接続する構成とを含む電気機器である。
【００４０】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス素子を含む電気機器である。
【００４１】
第６の発明は、第１の発明から第４の発明の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス値の可変要素を具備する可変コンデンサを含む電気機器である。
【００４２】
第７の発明は、第１の発明から第４の発明の電気機器において、
前記インピーダンス素子に替えて、キャパシタンス値のトリミング部を有するキャパシタンス構成体を含む電気機器である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の電動機によれば、軸受における電食騒音を抑制した電動機およびそれを備えた電気機器を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例における電気機器に搭載の電動機の断面図
【図２】本発明の実施例における電気機器（エアコン室内機）の構造図
【図３】本発明の実施例における電動機と電気機器との間のコンデンサの容量を変化させたときの電動機の軸電圧の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００４６】
図１は、本発明の実施例における電動機１００の断面を示した構造図である。本実施例では、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、本実施例では、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。
【００４７】
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樹脂外装部１３にてモールド成形されている。本実施例では、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。
【００４８】
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の磁石３２を保持している。
【００４９】
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の磁石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の磁石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。
【００５０】
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がブラシレス電動機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、それぞれのブラケットにより、軸受の外輪側が固定されている。図１では、出力軸側軸受１５ａが出力軸側のブラケット１７により固定され、反出力軸側軸受１５ｂが反出力軸側のブラケット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。
【００５１】
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、出力軸側のブラケット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。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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の磁石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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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のブラケット１９により固定している。また、この反出力軸側のブラケット１９は、樹脂外装部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樹脂外装部１３の形状は、本ブラシレス電動機本体から反出力軸方向へと突出する本体突出部を有した形状である。この本体突出部の本体内部側に、インナーブラケットとして反出力軸側のブラケット１９を配置し、樹脂外装部１３とモールド一体成形している。
【００５９】
また、本実施例の電動機には、出力軸側及び反出力軸側のブラケット間を電気的に導通させる導通体の一部が樹脂に埋設される構成を有する。
【００６０】
具体的には、反出力軸側のブラケット１９に、反出力軸側導通ピン２２ａ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、反出力軸側のブラケット１９のブラケットのつば部１９ｂに反出力軸側導通ピン２２ａが接続されている。反出力軸側導通ピン２２ａは樹脂外装部１３の内部に配置され、反出力軸側のブラケット１９と同様に樹脂外装部１３によってモールド一体成形されている。
【００６１】
なお、反出力軸側導通ピン２２ａを電動機内部として樹脂外装部１３の内部に配置することで、反出力軸側導通ピン２２ａ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。反出力軸側導通ピン２２ａは導線と接続され、樹脂外装部１３の内部において、ブラケットのつば部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、樹脂外装部１３の出力軸側の端面から、出力軸側導通ピン２２ｂが露出しており、出力軸側のブラケット１７に電気接続されている。
【００６２】
すなわち、出力軸側のブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、出力軸側導通ピン２２ｂが出力軸側のブラケット１７に接触し、出力軸側のブラケット１７と出力軸側導通ピン２２ｂとの導通が確保される。
【００６３】
このような構成により、出力軸側のブラケット１７と反出力軸側のブラケット１９との２つのブラケットは、反出力軸側導通ピン２２ａと２２ｂを介して電気的に接続される。また、出力軸側のブラケット１７および反出力軸側のブラケット１９は、樹脂外装部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。
【００６４】
反出力軸側のブラケット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、一方を開いたブラケットの円筒部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ブラケットのつば部１９ｂとを有している。ブラケットの円筒部１９ａの内周径は反出力軸側軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、ブラケットの円筒部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は反出力軸側のブラケット１９を介するようにして樹脂外装部１３にも固定されることになる。
【００６５】
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、ブラケットのつば部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、ブラケットのつば部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。反出力軸側のブラケット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。
【００６６】
また、このように金属製の反出力軸側のブラケット１９の面積を抑制し、さらに樹脂外装部１３で反出力軸側のブラケット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。
【００６７】
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のブラケット１７により固定している。出力軸側のブラケット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、このような出力軸側のブラケット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、出力軸側のブラケット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、出力軸側のブラケット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。
【００６８】
図２は本発明の実施例における電気機器（エアコン室内機）の構造図である。図２において、エアコン室内機２００の筐体２０１内に電動機１００が搭載されている。電動機１００の回転軸にはクロスフローファン２０２が取り付けられており、電動機１００はエアコン制御ボックス２０４内の電動機駆動装置によって駆動される。電動機１００が回転し、それに伴いクロスフローファン２０２が回転し、金属製の熱交換器２０３によって空気調和された空気を室内に送風する。
【００６９】
ここで、本実施例では、電気機器の金属構造部である熱交換器２０３と、エアコン本体アース端子２０６とが接続されている。また、エアコン本体アース端子２０６は、熱交換器２０３以外の、エアコン室内機の筐体２０１内に配置されるすべての他の金属構造部とも接続し、浮遊容量を纏めることが望ましい。
【００７０】
さらに、エアコン本体アース端子２０６と電動機１００のブラケット７との間にコンデンサ２０５が接続されている。このようにすることで、エアコン室内機２００内の熱交換器２０３を含む金属構造部と、電動機の軸受１５の外輪とが、可変式のコンデンサ２０５を介して接続される。
【００７１】
上記構成により、コンデンサ２０５の静電容量を変化させることで軸電圧を調節することが可能である。
【００７２】
図３は、本発明の実施例における電動機のコンデンサ２０５の静電容量を変化させたときの電動機の軸電圧の大きさを示している。図２から解るように、コンデンサの容量を変化させることにより、電動機の軸電圧を制御することが可能である。軸電圧が軸受の絶縁破壊耐電圧を超えると、軸受内で放電現象が起こり、電食が発生する。よって、コンデンサの容量を変化させることにより軸電圧を制御し、軸受の絶縁破壊耐電圧以下にすることで、電食を防止することが可能である。
【００７３】
本実施例の場合、軸受の絶縁破壊耐電圧は１．５Ｖであり、図２より、コンデンサ２０５の容量を５ｐＦ〜３５ｐＦにすることにより、軸電圧を絶対値で１．５Ｖにすることができるため、軸受内で放電が起こらず、電食を防止することが可能となる。
【００７４】
上記の構成により、電動機を搭載する電気機器の種類が異なっても、キャパシタンス値の可変式のコンデンサ２０５の静電容量を変化させることにより、電気機器に搭載した電動機の軸電圧を調整することが出来る。
【００７５】
また、上述の実施例のいずれにおいても、巻線を巻装した固定子は、他の固定部材とともにモールド材としての絶縁樹脂にてモールド成形されて、樹脂外装部１３が設けられている。
【００７６】
また、上述の実施例のいずれにおいても、シャフトを回転自在に支承する一対の軸受と、各軸受を収容するブラケットと、各ブラケット同士を電気的に接続する外輪導通部とを有する。
【００７７】
なお、上述の説明では、本発明にかかる電気機器の実施形態として、エアコン室内機に搭載される電動機を取り上げたが、エアコン室外機や、その他の各種情報機器や産業機器など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。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
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、軸受の電食発生を効果的に抑制することができる。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、エアコン室外機や、その他の各種情報機器や産業機器など及びこれらの電気機器に搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  固定子
１１  固定子鉄心
１２  固定子巻線
１３  樹脂外装部
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  出力軸側のブラケット
１８  プリント基板
１９  反出力軸側のブラケット
１９ａ  ブラケットの円筒部
１９ｂ  ブラケットのつば部
２０  接続線
２１  樹脂（インシュレータ）
２２ａ  反出力軸側導通ピン
２２ｂ  出力軸側導通ピン
３０  回転体
３１  回転子鉄心
３１ａ  外側鉄心
３１ｂ  内側鉄心
３２  磁石
５０  誘電体層
１００  電動機
２００  エアコン室内機
２０１  筐体
２０２  クロスフローファン
２０３  熱交換器
２０４  エアコン制御ボックス
２０５  コンデンサ
２０６  エアコン本体アース端子
【図１】
2015056970.tif 000003
【図２】
2015056970.tif 000004
【図３】
2015056970.tif 000005