(57)【要約】【課題】ロータの絶縁部材に形成された凹部への液体の残留を抑制するモータ及びそのモータを有する空気調和装置を提供する。【解決手段】モータは、シャフト７と、シャフト７に固定され、永久磁石３１を有するロータ１１と、ロータ１１を収納し、回転磁界を発生するステータ１２と、を備え、ロータ１１は、シャフト７に締結された内周側ロータ３３と、ロータ１１の外周部を構成し、永久磁石３１を保持する外周側ロータ３２と、絶縁体によって形成され、内周側ロータ３３と外周側ロータ３２との間に設けられた絶縁部材３４と、を備え、絶縁部材３４は、シャフト７の軸方向に窪んだ凹部３５が形成され、凹部３５の外周側ロータ３２側の壁面３５ａは、シャフト７の軸に対して傾斜していることを特徴とする。【選択図】図５
2015019514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトに固定され、磁石を有するロータと、
前記ロータを収納し、回転磁界を発生するステータと、
を備え、
前記ロータは、
前記シャフトに締結された内周側ロータと、
前記ロータの外周部を構成し、前記磁石を保持する外周側ロータと、
絶縁体によって形成され、前記内周側ロータと前記外周側ロータとの間に設けられた絶縁部材と、
を備え、
前記絶縁部材は、
前記シャフトの軸方向に窪んだ凹部が形成され、
前記凹部の前記外周側ロータ側の壁面は、前記シャフトの軸に対して傾斜している
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記絶縁部材は、射出成形によって形成され、
前記凹部の前記外周側ロータ側の壁面は、前記シャフトの軸に対して、前記射出成形の抜き勾配よりも傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記絶縁部材は、
前記凹部の底面に、前記絶縁部材を前記シャフトの軸方向に連通する貫通穴が形成された
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
前記絶縁部材は、熱可塑性樹脂によって構成された
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のモータを有する送風機、圧縮機、第１の熱交換器及び膨張手段を備える室外機と、
第２の熱交換器を備える室内機と、を有し、
前記圧縮機、前記第１の熱交換器、前記膨張手段及び前記第２の熱交換器が、配管接続され、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている
ことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及びそのモータを用いた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータを用いてモータを運転するとき、回路に実装されたトランジスタのスイッチング動作に伴って、モータから騒音が発生する。このモータから発生する騒音を低減するため、インバータのキャリア周波数を高く設定することが、従来から行われている。モータのシャフトには、電磁誘導に基づいて軸電圧が発生しているが、インバータのキャリア周波数が高くなるに従って、この軸電圧が増大し、シャフトを支持するベアリングの内輪と外輪との電位差が大きくなる。このため、ベアリングに多大な電流が流れ、ベアリングの内輪及び外輪の周方向の軌道面、内輪と外輪との間に配置された転動体の転動面に電食といわれる腐食が発生する。そして、ベアリングに電食が発生すると、このベアリングから異音が発生したり、ベアリングの耐久性が劣化したりする。このようなベアリングの電食を抑制するため、以下のような技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、固定子鉄心と、ベアリングを支持するブラケットとが、鉄心接続端子（ケーブル）及びブラケット接続端子（ケーブル）を介して短絡されたブラシレスモータが開示されている。この従来技術は、固定子鉄心とブラケットとが短絡されることにより、ベアリングにかかる電圧を低減し、ベアリングの電食を抑制しようとするものである。しかし、この従来技術は、ロータ（回転子）のインピーダンスとステータ（固定子）のインピーダンスとがアンバランス状態となり、高い軸電圧が発生する場合があり、このような高い軸電圧によりベアリングに電食が発生する可能性があった。
【０００４】
特許文献２には、上記特許文献１に開示された技術の課題を解決するため、シャフトとロータの外周との間に、絶縁樹脂で形成した誘電体層を設けた電動機が開示されている。この従来技術は、誘電体層によってロータのインピーダンスを高くすることで、回転子のインピーダンスを、高インピーダンスであるステータのインピーダンスに近似させる。その結果、ベアリングの内輪と外輪との間の電位差を少なくし、ベアリングの電食を抑制しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】国際公開第２００９／１１３３１１号（請求項１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロータの内周側と外周側との間に設ける絶縁部材には、以下のような理由から、シャフトの軸方向に窪んだ凹部を形成するのが望ましい。例えば射出成形によって絶縁部材を形成する場合、部材の厚みが大きいほど成形後の収縮（ヒケ）が生じ易い。このような収縮によって絶縁部材とロータとの剥離を避けるため、いわゆる肉盗みとして凹部を形成する。また、凹部を形成することで、射出成形時の冷却効率を向上することができる。また、絶縁部材に凹部を形成することで、絶縁部材を形成する材料の使用量を削減でき、製品コストを低減できる。
【０００７】
しかしながら、絶縁部材に形成された凹部には、モータ内部が高湿度となると空気中の水分が結露した結露水などの液体が溜まる場合があり、絶縁部材の劣化、つまりモータの絶縁劣化を促す要因となる。また、絶縁部材に形成された凹部に液体が溜まることにより、ロータの荷重にアンバランスが生じ、ロータの回転に偏心が生じて騒音が発生する。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、ロータの絶縁部材に形成された凹部への液体の残留を抑制するモータ及びそのモータを有する空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るモータは、シャフトと、前記シャフトに固定され、磁石を有するロータと、前記ロータを収納し、回転磁界を発生するステータと、を備え、前記ロータは、前記シャフトに締結された内周側ロータと、前記ロータの外周部を構成し、前記磁石を保持する外周側ロータと、絶縁体によって形成され、前記内周側ロータと前記外周側ロータとの間に設けられた絶縁部材と、を備え、前記絶縁部材は、前記シャフトの軸方向に窪んだ凹部が形成され、前記凹部の前記外周側ロータ側の壁面は、前記シャフトの軸に対して傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、絶縁体の凹部の外周側ロータ側の壁面は、シャフトの軸に対して傾斜している。このため、ロータの絶縁部材に形成された凹部への液体の残留を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る空気調和装置１を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るモータ２を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るモータ２を示す断面図である。
【図４】実施の形態１におけるロータ１１を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１におけるロータ１１を示す断面図である。
【図６】比較例１におけるロータ５１の作用を示す断面図である。
【図７】実施の形態１におけるロータ１１の作用を示す断面図である。
【図８】実施の形態２におけるロータ１１を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るモータ及び空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１を示す概略図である。この図１に基づいて、空気調和装置１について説明する。図１に示すように、空気調和装置１は、室外機１ａと室内機１ｂとを備えている。このうち、室外機１ａには、送風機２１、圧縮機２２、第１の熱交換器２３及び膨張手段２４が設けられており、室内機１ｂには、第２の熱交換器２５が設けられている。送風機２１は、第１の熱交換器２３で熱交換された空気を、室外機１ａの外部に排出するものである。そして、これらの圧縮機２２、第１の熱交換器２３、膨張手段２４及び第２の熱交換器２５が、配管接続され、この配管に冷媒が循環している。これにより、冷媒回路が構成されている。
【００１４】
次に、送風機２１に使用されるモータ２について説明する。図２は、実施の形態１に係るモータ２を示す斜視図である。図２に示すように、モータ２は、回転磁界を発生させてシャフト７を回転させるモータ本体２ａと、モータ本体２ａが載置された基台３とを備えている。この基台３は、例えば、四角形状をなしており、周縁部は屈曲して屈曲部３ａとなっている。そして、基台３には、端子ケーブル４の一端部が取り付けられており、この端子ケーブル４の他端部は、室外機１ａの内部に設置された電源（図示せず）に接続されている。そして、この電源から、端子ケーブル４を介して、モータ２に電力が供給される。
【００１５】
次に、モータ本体２ａ、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂ及びブラケット６について説明する。図３は、実施の形態１に係るモータ２を示す断面図である。モータ本体２ａの下面には、非導電性のブラケット６が取り付けられており、このブラケット６は、基台３の上面に、ネジ１６で締結されている。そして、ブラケット６の中心には、棒状のシャフト７が設けられており、このシャフト７の基端には、第１のベアリング５ａが取り付けられ、シャフト７が第１のベアリング５ａによって支持されている。ブラケット６は、この第１のベアリング５ａの外周を覆い、第１のベアリング５ａを保持している。また、ブラケット６の中心には、シャフト７に対し平行の方向に、水抜き孔１７が設けられており、この水抜き孔１７は、水等がモータ２の内部に侵入した場合、この水等を、モータ２の外部に排出するものである。
【００１６】
また、ブラケット６の上方（矢印Ｚ１方向）において、シャフト７の周囲には、円筒状のロータ１１がシャフト７と同軸に固定されている。更に、このロータ１１の周囲には、円筒状のステータ１２がシャフト７と同軸に設けられている。このステータ１２は、ステータコイル１３と、ステータコイル１３が巻回されたインシュレータ１４とから構成されている。ステータ１２は、ステータコイル１３に流れる電流によって回転磁界を発生し、この回転磁界と同じ周期でロータ１１を回転させる。そして、ロータ１１が回転することによって、このロータ１１の中心に設置されているシャフト７も回転する。
【００１７】
また、ロータ１１の上方（矢印Ｚ１方向）には、第２のベアリング５ｂが設けられている。この第２のベアリング５ｂと上記の第１のベアリング５ａとによって、シャフト７の回転を円滑なものとしている。また、ハウジング１５は、これらのロータ１１、ステータ１２、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂを保護するものであり、モータ２の外殻を構成する。このハウジング１５は、これらの部材を封止するモールドとしてもよい。
【００１８】
また、ハウジング１５は、シャフト７に沿って突出しており、第２のベアリング５ｂを収納するベアリングハウジング１５ａを有する。そして、このベアリングハウジング１５ａの上方（矢印Ｚ１方向）には、このベアリングハウジング１５ａを覆うように、有底円筒状のフリンガ８がシャフト７に固定されている。このフリンガ８は、モータ２の内部、即ちハウジング１５の内部に水等の異物が混入することを抑制するものである。
【００１９】
次に、ロータ１１について詳細に説明する。図４は、実施の形態１におけるロータ１１を示す斜視図、図５は、実施の形態１におけるロータ１１を示す断面図である。図４及び図５に示すように、ロータ１１は、シャフト７に締結された内周側ロータ３３と、ロータ１１の外周部を構成する外周側ロータ３２と、内周側ロータ３３と外周側ロータ３２との間に設けられた絶縁部材３４とを備えている。
【００２０】
外周側ロータ３２は、円筒状に形成され、シャフト７と同軸に配置されている。また外周側ロータ３２の外周には、ステータ１２と対向して複数の永久磁石３１が設けられている。外周側ロータ３２は、磁性材料によって形成され、永久磁石３１の磁束を増加させるヨークとして機能する。内周側ロータ３３は、円筒状に形成され、シャフト７と同軸に締結されている。なお、内周側ロータ３３の材料は、磁性材料又は非磁性材料の何れの材料でも良い。絶縁部材３４は、絶縁体によって形成されている。例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの熱可塑性樹脂によって形成されている。この絶縁部材３４は、外周側ロータ３２と内周側ロータ３３との間を絶縁することで、ロータ１１のインピーダンスを高くし、軸電位の低減を図るものである。
【００２１】
また、絶縁部材３４には、シャフト７の軸方向に窪んだ凹部３５が形成されている。凹部３５は、ロータ１１の上面側と下面側にそれぞれ複数設けられている。なお、本実施の形態１においては、凹部３５を複数設ける場合を説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば重力方向に対して上側となる面にのみ設けても良い。また、凹部３５を周方向に連続して設けなくても良い。
【００２２】
凹部３５の外周側ロータ３２側の壁面３５ａは、シャフト７の軸７ａに対して傾斜している。絶縁部材３４は例えば射出成形によって成形される。例えば、内周側ロータ３３と外周側ロータ３２とを同軸に配置した状態で、絶縁部材３４の形状に対応する金型を配置し、軟化した熱可塑性樹脂を金型に充填することで絶縁部材３４を成形する。ここで、射出成形においては成形品から金型の離型を容易にするため、成形品の凹凸部分に抜き勾配を設ける場合がある。このような抜き勾配は、一般に０．５°〜１．０°程度あれば十分である。一方、本実施の形態１における絶縁部材３４は、凹部３５の壁面３５ａは、シャフト７の軸に対して、射出成形の抜き勾配よりも傾斜している。例えば３°以上傾斜している。なお、凹部３５の内周側ロータ３３側の壁面３５ｂは、射出成形の抜き勾配程度傾斜させても良いし、抜き勾配よりも傾斜させるようにしても良い。
【００２３】
次に、本実施の形態１に係るモータ２の作用について説明する。本実施の形態１のモータ２の作用についてわかりやすく説明するために、本実施の形態１のモータ２の比較例１と比較して説明する。図６は、比較例１におけるロータ５１の作用を示す断面図、図７は、実施の形態１おけるロータ１１の作用を示す断面図である。先ず、比較例１におけるロータ５１について説明する。図６に示すように、比較例１におけるロータ５１は、シャフト７に締結された内周側ロータ３３と、ロータ５１の外周部を構成し永久磁石３１を保持する外周側ロータ３２と、内周側ロータ３３と外周側ロータ３２との間に設けられた絶縁部材５２とを備えている。絶縁部材５２には、シャフト７の軸方向に窪んだ凹部５３が形成されている。この凹部５３の壁面は、シャフト７の軸７ａと略平行に形成されている。
【００２４】
比較例１におけるロータ５１において、モータ本体２ａ内での結露又はモータ本体２ａ外からの水分の進入等により、凹部５３内に液体αが溜まる場合がある。このような状態でロータ５１が回転すると、液体αには回転に伴い遠心力Ｆが作用する。しかし、凹部５３の壁面は、シャフト７の軸７ａと略平行に形成されているため、遠心力Ｆの方向が凹部５３の壁面と略垂直となり、液体αは壁面に押さえつけられるのみで、凹部５３から排出されることはない。
【００２５】
これに対し、本実施の形態１におけるロータ１１は、凹部３５の外周側ロータ３２側の壁面３５ａは、シャフト７の軸７ａに対して傾斜している。このため、図７に示すように、ロータ１１が回転すると、凹部３５に溜まった液体αが排出される。即ち、ロータ１１が回転すると、液体αには回転に伴い遠心力Ｆが作用する。この遠心力Ｆの方向と凹部３５の壁面３５ａとの角度が鋭角（垂直より小さい角度）となる。つまり、凹部３５の外周側ロータ３２側の壁面３５ａは、遠心力Ｆの方向に対して傾斜している。このため、液体αは遠心力Ｆの作用により壁面３５ａ上を移動し、凹部３５外へ排出される。
【００２６】
なお、シャフト７の軸７ａが重力方向に対して傾斜している場合には、ロータ１１が回転しない状態においても、凹部３５に溜まった液体αを排出することができる。例えば、シャフト７の軸７ａが水平方向に配置される場合、結露等により凹部３５内発生した液体αは、凹部３５の壁面３５ａ又は壁面３５ｂの傾斜によって凹部３５外へ排出される。
【００２７】
以上のように本実施の形態１においては、絶縁部材３４に形成された凹部３５への液体αの残留を抑制することができる。よって、ロータ１１の絶縁部材３４の劣化を抑制し、モータ２の絶縁劣化を抑制することができる。また、絶縁部材３４に形成された凹部３５への液体αの残留に起因するロータ１１の偏心を抑制することができ、騒音の発生を抑制することができる。
【００２８】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るモータ２について説明する。図８は、実施の形態２におけるロータ１１を示す断面図である。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２９】
本実施の形態２では、図８に示すように、絶縁部材３４の凹部３５の底面３５ｃに、絶縁部材３４をシャフト７の軸方向に連通する貫通穴４０が形成されている。このような構成により本実施の形態２では、実施の形態１で得られる効果に加え、ロータ１１が回転しない状態においても、凹部３５に溜まった液体を貫通穴４０から排出することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  空気調和装置、１ａ  室外機、１ｂ  室内機、２  モータ、２ａ  モータ本体、３  基台、３ａ  屈曲部、４  端子ケーブル、５ａ  第１のベアリング、５ｂ  第２のベアリング、６  ブラケット、７  シャフト、７ａ  軸、８  フリンガ、１１  ロータ、１２  ステータ、１３  ステータコイル、１４  インシュレータ、１５  ハウジング、１５ａ  ベアリングハウジング、１６  ネジ、１７  水抜き孔、２１  送風機、２２  圧縮機、２３  第１の熱交換器、２４  膨張手段、２５  第２の熱交換器、３１  永久磁石、３２  外周側ロータ、３３  内周側ロータ、３４  絶縁部材、３５  凹部、３５ａ  壁面、３５ｂ  壁面、３５ｃ  底面、４０  貫通穴、５１  ロータ、５２  絶縁部材、５３  凹部。
【図１】
2015019514.tif 000003
【図２】
2015019514.tif 000004
【図３】
2015019514.tif 000005
【図４】
2015019514.tif 000006
【図５】
2015019514.tif 000007
【図６】
2015019514.tif 000008
【図７】
2015019514.tif 000009
【図８】
2015019514.tif 000010