(57)【要約】【課題】ＰＷＭ方式でインバータ駆動される電動機において、軸受の電食の発生を抑制する。【解決手段】巻線を巻装した固定子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子と、前記回転子の中央を貫通するように前記回転子を締結したシャフトとを含む回転体と、前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定する２つのブラケットとを備え、前記軸受単体の耐電圧よりも、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間に現れる軸電圧が抑えられている構成とする。【選択図】図１
2013066252.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子と、前記回転子の中央を貫通するように前記回転子を締結したシャフトと、前記回転子の外周と前記シャフトとの間を絶縁するように構成した誘電体層とを含む回転体と、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、前記軸受単体を回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を増加させるための予圧を強くする構成を具備する電動機。
【請求項２】
前記軸受が呼び番号が６０８であり、予圧を４２Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記軸受が呼び番号が６２０１であり、予圧を６０Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項４】
前記軸受が呼び番号が６２０２であり、予圧を６０Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項５】
前記軸受が呼び番号が６２０４であり、予圧を６０Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項６】
前記軸受が呼び番号が６３０２であり、予圧を６０Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項７】
前記軸受が呼び番号が６００４であり、予圧を６０Ｎ以上としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項８】
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から７に記載の電動機。
【請求項９】
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から７に記載の電動機。
【請求項１０】
前記回転子は、前記固定子の内周側に回転自在に配置されていることを特徴とする請求項１から７に記載の電動機。
【請求項１１】
請求項１から１０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、電動機に関するもので、特に軸受の電食の発生を抑制するように改良された電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機はパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、ＰＷＭ方式という）のインバータにより駆動する方式を採用するケースが多くなってきている。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、巻線の中性点電位が零とならないため、軸受の外輪と内輪間に電位差（以下、軸電圧という）を発生させる。軸電圧は、スイッチングによる高周波成分を含んでおり、軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部に微小電流が流れ軸受内部に電食が発生する。電食が進行した場合、軸受内輪、軸受外輪または軸受ボールに波状摩耗現象が発生して異常音に至ることがあり、電動機における不具合の主要因の１つとなっている。
【０００３】
従来、電食を抑制するためには、以下のような対策が考えられている。
（１）軸受内輪と軸受外輪を導通状態にする。
（２）軸受内輪と軸受外輪を絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。
【０００４】
上記（１）の具体的方法としては、軸受の潤滑剤を導電性にすることが挙げられる。但し、導電性潤滑剤は、時間経過とともに導電性が悪化することや摺動信頼性に欠けるなどの課題がある。また、回転軸にブラシを設置し、導通状態にする方法も考えられるが、この方法もブラシ摩耗粉やスペースが必要となるなどの課題がある。
【０００５】
上記（２）の具体的方法としては、軸受内部の鉄ボールを非導電性のセラミックボールに変更することが挙げられる。この方法は、電食抑制の効果は非常に高いが、コストが高い課題があり、汎用的な電動機には採用できない。
【０００６】
上記（３）の具体的方法としては、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１参照）。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２参照）。
【０００７】
ところで、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。
【０００８】
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な場合がある。また玉軸受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る（このような滑り現象は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が、固定部材が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。
【０００９】
なお、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が、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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のような従来の方法は短絡させる方法なので、軸電圧が高くなってしまう場合があった。
【００１２】
また、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場合、特許文献２のように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ても、軸電圧の低減は困難であった。
【００１３】
本発明の電動機は、上記課題に鑑みなされたものであり、軸受における電食の発生を抑制した電動機およびそれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電動機は、上記目的を達成するために、巻線を巻装した固定子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子と、前記回転子の中央を貫通するように前記回転子を締結したシャフトと、前記回転子の外周と前記シャフトとの間を絶縁するように構成した誘電体層とを含む回転体と、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、前記軸受単体を回転させたときの軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を増加させるための予圧を強くする構成を具備する。
【００１５】
このような構成により、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。
【００１６】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６０８であり、予圧を４２Ｎ以上とした構成である。
【００１７】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００１８】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６０８であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００１９】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００２０】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６２０１であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００２１】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００２２】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６２０２であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００２３】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００２４】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６２０４であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００２５】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００２６】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６３０２であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００２７】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００２８】
また、本発明の電動機は、軸受が呼び番号が６００４であり、予圧を６０Ｎ以上とした構成である。
【００２９】
このような構成により、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量を上げることができ、分圧効果により軸電圧を抑制できる。
【００３０】
また、本発明の電動機は、２つ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。
【００３１】
このような構成により、２つのブラケットの電気的電位を同じにすることができ、軸電圧を安定させることができ、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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リード線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。
【００３４】
また、本発明の電動機は、回転子が、固定子の内周側に回転自在に配置された構成である。
【００３５】
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。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の電動機によれば、軸受における電食の発生を抑制した電動機およびそれを備えた電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】同モータの回転子の構成例を示した図
【図３】同モータの回転体の構成例を示した図
【図４】従来モータの回転体の構成例を示した図
【図５】シャフトと回転体の最外円周面間の静電容量の測定方法を示す図
【図６】回転中の軸受の外輪と内輪間の静電容量の測定方法を示す図
【図７】実施例１の軸電圧の測定方法を示す図
【図８】完全波形崩れの一例を示す図
【図９】一部波形崩れの一例を示す図
【図１０】波形崩れなしの一例を示す図
【図１１】実施例１の評価結果を示す図
【図１２】等価回路のイメージを示す図
【図１３】本発明の実施の形態１における他の構成例としてのアウタロータ型の電動機の断面を示した構造図
【図１４】本発明の実施の形態２におけるエアコン室内機の構造図
【図１５】本発明の実施の形態３におけるエアコン室外機の構造図
【図１６】本発明の実施の形態４における給湯機の構造図
【図１７】本発明の実施の形態５における空気清浄機の構造図
【図１８】軸受の内部構成図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態及び実施例によって本発明が限定されるものではない。
【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。本実施の形態では絶縁樹脂１３に不飽和ポリエステル樹脂成形材料を使用した。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、空隙を介して回転体３０が挿入されている。回転体３０は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転子１４と、回転子１４の中央を貫通するようにして回転子１４を締結したシャフト１６とを有している。回転子１４は、固定子１０の内周側に対向して周方向に永久磁石であるフェライト樹脂磁石の磁石３２を保持している。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、最外周部のフェライト樹脂磁石の磁石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磁石の磁石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。
【００４２】
回転子１４のシャフト１６には、シャフト１６を支持する２つの出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂ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玉軸受であり、出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂ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。
【００４３】
そして、これらの出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂ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が予圧バネ３３を挿入された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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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の駆動回路により固定子巻線１２が駆動される。固定子巻線１２が駆動されると、固定子巻線１２に駆動電流が流れ、固定子鉄心１１から磁界が発生する。そして、固定子鉄心１１からの磁界とフェライト樹脂磁石のん磁石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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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の突出部の内側に予圧バネ３３を挿入し出力軸側軸受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、本ブラシレスモータが形成される。
【００５１】
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、予圧バネによりシャフト１６の振れや共振による異音を防止している。
【００５２】
また、反出力軸側のブラケット１９には、反出力軸側ブラケットの導通ピン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、反出力軸側のブラケット１９のつば部１９ｂに反出力軸側ブラケットの導通ピン２２の一方の先端部２２ａが接続されている。反出力軸側ブラケットの導通ピン２２は絶縁樹脂１３の内部に配置され、反出力軸側のブラケット１９と同様に絶縁樹脂１３とモールド一体成形されている。
【００５３】
なお、反出力軸側ブラケットの導通ピン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、反出力軸側ブラケットの導通ピン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。反出力軸側ブラケットの導通ピン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。
【００５４】
そして、絶縁樹脂１３の出力軸側の端面から、反出力軸側ブラケットの導通ピン２２の他方の先端部２２ｂが露出している。さらに、先端部２２ｂには、反出力軸側ブラケットの導通ピン２２を出力軸側のブラケット１７に電気接続するための出力軸側ブラケットの導通ピン２３が接続されている。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、出力軸側ブラケットの導通ピン２３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と出力軸側ブラケットの導通ピン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、反出力軸側ブラケットの導通ピン２２を介して電気的に接続される。
【００５５】
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、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。
【００５６】
そして、本実施の形態で使用した軸受１５は、呼び番号６０８の軸受であり、予圧バネ３３により４２Ｎの予圧を受けており、軸受単体を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させたときの軸受の内輪６２と軸受の外輪６１との間の静電容量（測定周波数が１０ｋＨｚ）が６３ｐＦのものを使用した。
【００５７】
そして、シャフト１６と回転体３０の最外円周面との間の静電容量（測定周波数１０ｋＨｚ）を５．０ｐＦに調整し、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。本実施の形態では誘電体層５０を設けて、その誘電体層材料の比誘電率や樹脂肉厚を調整して、５ｐＦの静電容量としたが、フェライト樹脂磁石の磁石３２の樹脂成分の重量比率を調整する方法でも可能であり、前述の方法に限定するものではない。
【００５８】
本発明はこのような構成にすることにより、小さな軸電圧にすることで電食を防止することができる。
【００５９】
本実施の形態では、出力軸側のブラケット１７と反出力軸側のブラケット１９とを電気的に接続し両ブラケットを同電位とすることで、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。
【００６０】
次に、図１８に示すように、軸受１５は、軸受の内輪６２と軸受の外輪６１と軸受玉７０とグリースより構成されており、グリースは予圧バネ３３からの予圧Ｆによりグリース油膜７１を形成し、軸受の内輪６２と軸受の外輪６１および軸受玉７０が接触面積Ｓの面積で油膜厚さｈｃのグリース油膜７１を介し、潤滑されている。
【００６１】
このグリースは絶縁体であり、軸受の導電体によりコンデンサを形成しており、その静電容量Ｃは、以下の（式１）により表される。
【００６２】
【数１】
2013066252.tif 000003
【００６３】
すなわち、軸受１５の静電容量Ｃは、軸受内輪６２と軸受外輪６１および軸受玉７０により構成される接触面積Ｓに比例し、グリース油膜７１の油膜厚さｈｃに反比例の関係にある。
【００６４】
また、Ｈａｍｒｏｃｋ−Ｄｏｗｓｏｎによれば、油膜厚さｈｃは以下の（式２）により表される。
【００６５】
【数２】
2013066252.tif 000004
【００６６】
すなわち、油膜厚さｈｃは、速度の０．６８乗に比例し、予圧の−０．０７３乗に比例し、予圧による影響はほぼ無視できる。
【００６７】
また、Ｈｅｒｔｚによれば、接触面積Ｓは以下の（式３）により表される。
【００６８】
【数３】
2013066252.tif 000005
【００６９】
すなわち、接触面積Ｓは予圧の２／３乗に比例する。
【００７０】
このように、軸受１５の静電容量は、速度が一定とすると予圧Ｆの変化により油膜厚さｈｃも一定となり影響がほぼ無く、接触面積Ｓが予圧の２／３乗に比例し変化する。
【００７１】
また、予圧バネ３３による予圧Ｆ（Ｎ）は、以下の（式４）により表される。
【００７２】
【数４】
2013066252.tif 000006
【００７３】
すなわち、式（１）と（２）と（３）より、軸受１５の静電容量Ｃを上げるには予圧Ｆを上げることが最も影響があり、予圧バネ３３の板厚ｔ、波数Ｎがそれぞれ３乗、４乗で影響があり、板厚ｔと波数Ｎを調整することで予圧を調整することが可能である。
【００７４】
次に、図２に示すように、回転体３０は、最外周部にフェライト樹脂磁石３２を配置し、さらに、内周側に向かって、回転子鉄心３１を構成する外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、回転子鉄心３１を構成する内側鉄心３１ｂと順に配置されている。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。
【００７５】
図２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、フェライト樹脂磁石３２、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。本実施の形態ではフェライト樹脂磁石のＳＰＭロータで説明したが、フェライト焼結磁石や希土類ネオジウム系焼結磁石でも同様の結果が得られる。また、ＩＰＭロータでも同様の結果が得られる。
【００７６】
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。
【００７７】
（実施例１）
図１に示すような構成で、予圧を式（４）に基づき、板厚ｔと波数Ｎを任意に調整し、２８Ｎ、３５Ｎ、４２Ｎ、４９Ｎ、５６Ｎの予圧がかかるよう電動機を構成した。
【００７８】
また、使用した軸受１５はミネベア製６０８（グリースはちょう度２３９のものを使用）であり、軸受単体を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させたときの軸受内輪６２と軸受外輪６１との間の静電容量は５０ｐＦであった。
【００７９】
軸受単体の静電容量の測定は、図６に示すように、外部駆動により軸受１５を１０００ｒ／ｍｉｎで回転させ、ＬＣＲメータＺ６０を使用し、測定周波数１０ｋＨｚ、測定温度２０℃、測定電圧１Ｖで測定した。測定は軸受外輪６１と、軸受内輪６２と機械的かつ電気的に接触しているシャフト１６間を測定した。また測定時には外部駆動装置とシャフト間には肉厚２０ｍｍ以上の絶縁樹脂製カップリングを使用した。また、外部駆動装置とシャフト、軸受は２０ｍｍの木製板の上に肉厚２０ｍｍ以上の絶縁樹脂製台座の上に設置した。
【００８０】
また、電動機に組立て、外部駆動で１０００ｒ／ｍｉｎで回転させたときの中性点とＵ相間の誘起電圧も測定した。
【００８１】
また測定は、同一固定子を使用し、それぞれの回転子を入れ替える方法で測定を実施した。
【００８２】
図７は、本実施例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。また、ブラシレスモータは厚さ２０ｍｍの木製板の上に設置した。
【００８３】
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（テクトロニクス製Ｐ５２０５）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。
【００８４】
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。波形崩れなしの状態は軸受内部の油膜が絶縁破壊を起こしていない状態であり、電食の発生を防止できる状態である。また、波形崩れの状態は軸受内部の油膜が絶縁破壊を起こしている状態であり、運転時間によっては電食を発生させる状態である。
【００８５】
図８から図１０は、このような波形崩れの一例を示す図であり、図８は完全波形崩れ、図９は一部波形崩れ、図１０は波形崩れなしの場合の波形を示している。図８から図１０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。
【００８６】
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１５ａの軸電圧の測定を実施した。
【００８７】
図１１は、実施例１の評価結果を示す図である。
【００８８】
図１１から明らかなように、静電容量Ｃは予圧Ｆの増加に伴い、増加する。また、静電容量Ｃの増加に伴い、軸電圧が減少する。
【００８９】
また、結果より、図１２のような等価回路のイメージ図を作成することができる。シャフト１６と回転体３０の最外円周面との間の静電容量をＣ１，軸受１５の静電容量をＣ２、また、コモンモード電圧をＶとしたときの軸電圧Ｖ２を示したものである。図１２から、軸受１５の静電容量Ｃ２を大きくすれば軸電圧Ｖ２は小さくなることが計算でき、結果の傾向と同じである。
【００９０】
すなわち、軸受内輪と軸受外輪との間の静電容量より大きくすることで、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
また、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である電動機の例を挙げて説明したが、回転子が固定子の外周側に配置されたアウタロータ型の電動機にも本発明を適用することができる。図１３は、本実施の形態における他の構成例としてのアウタロータ型の電動機の断面を示した構造図である。
【００９４】
なお、図１３において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付している。図１３において、固定子巻線１２が巻装された固定子鉄心１１は絶縁樹脂１３にてモールド成形されて、固定子１０が構成されている。さらに、固定子１０にはブラケット１７およびブラケット１９が一体成形されており、ブラケット１７に軸受１５ａが固定され、ブラケット１９に軸受１５ｂが固定されている。軸受１５ａおよび軸受１５ｂの内輪側にはシャフト１６が貫通し、シャフト１６の一方の端部に中空円筒形状の回転体３０が締結されている。また、回転体３０の内周側中空部に固定子鉄心１１が配置される。
【００９５】
そして、回転体３０において、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとで挟むようにして、環状の誘電体層５０を設けている。また、軸受１５ａと軸受１５ｂとを導通ピン２２などで電気的に接続している。このようなアウタロータ型の電動機においても、図１のような構成と同様、図１３に示すように誘電体層５０を設け、かつブラケット１７とブラケット１９を電気的に接続する構造を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、予圧を上げる方法は、式（４）による各項目を調整することで説明したが、予圧バネを複数枚を重ねることでも予圧を上げることができ、同様の効果を得ることができる。
【００９７】
（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。
【００９８】
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、上記実施の形態１のものが適用できる。
【００９９】
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。
【０１００】
（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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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および前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。
【０１０３】
その前記送風用電動機は、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のものが適用できる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
（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。
【０１０６】
図１６において、給湯器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のものが適用できる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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、上記実施の形態１のものが適用できる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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】
【０１１３】
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したもので、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】
【０１１４】
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
２０    接続線
２１    樹脂（インシュレータ）
２２    反出力軸側ブラケットの導通ピン
２３    出力軸側ブラケットの導通ピン
３０    回転体
３１    回転子鉄心
３１ａ    外側鉄心
３１ｂ    内側鉄心
３２    磁石
３３    予圧バネ
５０    誘電体層
６１    軸受の外輪
６２    軸受の内輪
７０    軸受玉
７１    グリース油膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【図１８】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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