(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】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。  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。【選択図】図１
2013243812.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、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項２】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項３】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項４】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機。
【請求項５】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項６】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項７】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項８】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機。
【請求項９】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項１０】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項１１】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機。
【請求項１２】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機。
【請求項１３】
巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように調整されてなる電動機。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電動機において、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の上限値が略４Ｖに調整された構成を具備する電動機。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の電動機において、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の上限値が略３Ｖに調整された構成を具備する電動機。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の電動機を具備する機器。
【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】
また、軸電圧が軸受単体の耐電圧と比較して十分に低くなければ、軸受内で発生する電気的な短絡現象を長期的に防止することが難しく、電食を抑制することが困難であった。
これは、軸受に軸電圧が長期に渡って印可された場合、グリスの劣化やベアリング表面の損傷によって軸受単体の耐電圧が低下する為である。よって、モータの駆動初期では軸電圧よりも軸受の耐電圧が高く、短絡現象が発生しない場合でも、長期に渡り駆動した場合、軸受単品の耐電圧が低下し、軸電圧よりも軸受単体の耐電圧が小さくなってしまうことにより、短絡現象が起こり、結果として電食の発生が起こる。
【００１４】
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】
【００１５】
第１の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００１６】
第２の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００１７】
第３の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００１８】
第４の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有し、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機である。
【００１９】
第５の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２０】
第６の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２１】
第７の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２２】
第８の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機である。
【００２３】
第９の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２４】
第１０の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略３倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２５】
第１１の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも略４倍の値となるように前記グリスの総注入量が調整されてなる電動機である。
【００２６】
第１２の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、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を有し、かつ出力軸側のブラケット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前記樹脂に埋設される構成を有するとともに、前記回転子には軸電圧調整層を有し、さらに前記軸受には軸受内部の空間容積の一部を満たすグリスを有しており、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように前記グリスの総注入量が、前記軸受内部の空間容積の略４０％〜略５０％に調整されてなる電動機である。
【００２７】
第１３の発明は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、この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、この回転子と締結したシャフトと、前記回転子の軸方向の出力軸側及び反出力軸側にて前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを含む電動機において、前記軸受単体の耐電圧は、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の値よりも高い値となるように調整されてなる電動機である。
【００２８】
第１４の発明は、上記発明の電動機において、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の上限値が略４Ｖに調整された構成を具備する電動機である。
【００２９】
第１５の発明は、上記発明の電動機において、前記軸受の軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧の上限値が略３Ｖに調整された構成を具備する電動機である。
【００３０】
第１６の発明は、上記発明の電動機を具備する機器である。
【発明の効果】
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの断面を示した構造図
【図２】波形崩れの無い状態の軸電圧の波形図
【図３】波形崩れの有る状態の軸電圧の波形図
【図４】軸受の軸方向断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、軸電圧調整層としての誘電体層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。
【００３８】
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１５ａ及び軸受１５ｂが取り付けられている。軸受１５ａ及び軸受１５ｂ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１５ａ及び軸受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、軸受１５ａがシャフト１６を支持し、その反対側（以下、反出力軸側と呼ぶ）において、軸受１５ｂがシャフト１６を支持している。
【００３９】
そして、これらの軸受１５ａ及び軸受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１５ａ及び軸受１５ｂの外輪側が固定されている。図１では、出力軸側の軸受１５ａが出力軸側ブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受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が軸受１５ａ及び軸受１５ｂに支承され、回転子１４が回転自在に回転する。
【００４０】
なお、軸受１５ａ及び軸受１５ｂは、その軸受内部の内部空間の一部を満たすグリスが充填されている。図４には、軸受の一例として、軸線方向断面図を示す。さて、この軸受１５ａ（軸受１５ｂ）は、「両側シールド形の玉軸受」と呼称され、軸受分野にては「呼び記号」の項目で「ＺＺ」と標記され、広く知られているものである。
【００４１】
図４において、外輪１５１と内輪１５３との間に転動体１５２を配設し、この転動体１５２は外輪１５１と内輪１５３との間に配設した保持器１５４によって保持される。外輪１５１の内周面の軸方向の両端部に設けたシールド溝１５１ａに密封板として金属板製のシールド１５５を取付けている。
【００４２】
このシールド１５５は内輪１５３のシール面１５３ａにシール隙間を介して対向し、シールド形（ＺＺ）の玉軸受となっている。外輪１５１と内輪１５３と一対のシールド１５５で構成された軸受内部の内部空間の一部を満たす潤滑剤としてグリスなどが充填されている。
【００４３】
さらに、本実施例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。
【００４５】
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。
【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。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１５ａ及び軸受１５ｂで支持されるとともに、それぞれの軸受１５ａ及び軸受１５ｂ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１５ａ及び軸受１５ｂ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１５ａ及び軸受１５ｂ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。
【００４９】
具体的には、まず、反出力軸側の軸受１５ｂに対して、軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい外周径の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。
【００５０】
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。
【００５１】
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の内周径は軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、ブラケットの円筒部１９ａに軸受１５ｂを圧入することにより、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。
【００５２】
このように構成することで、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、ブラケットのつば部１９ｂの外周径は軸受１５ｂの外周径よりも少しだけ大きくしている。
【００５３】
すなわち、ブラケットのつば部１９ｂの外周径は、軸受１５ｂの外周径よりも大きく、かつ少なくとも回転体３０の外周径よりも小さくしている。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。
【００５４】
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、軸受１５ｂから発生する騒音を抑制することもできる。
【００５５】
次に、出力軸側の軸受１５ａに対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径の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ブラケット１７の突出部の内側を軸受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。
【００５６】
このように構成することで、組立作業の容易化を図るとともに、軸受１５ａの外輪側は金属製の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。
【００５７】
また、本実施例のブラシレスモータには、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。
【００５８】
具体的には、反出力軸側ブラケット１９に、第１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、反出力軸側ブラケット１９のブラケットのつば部１９ｂに第１の導通ピン２２の一方の反出力軸側先端部２２ａが接続されている。第１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。
【００５９】
なお、第１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、第１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。第１の導通ピン２２は、絶縁樹脂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。
【００６０】
そして、絶縁樹脂１３の出力軸側の端面から、第１の導通ピン２２の出力軸側先端部２２ｂが露出している。さらに、出力軸側先端部２２ｂには、第１の導通ピン２２を出力軸側ブラケット１７に電気接続するための第２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、第２の導通ピン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と第２の導通ピン２３との導通が確保される。
【００６１】
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、第１の導通ピン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。
【００６２】
そして、本実施例のブラシレスモータには、回転体３０において、シャフト１６と回転体３０の外周との間に軸電圧調整層としての誘電体層５０を設けている。
【実施例１】
【００６３】
図１に示すようなブラシレスモータの構成にて、軸受にＪＩＳ呼び番号が６０８である単列深溝玉軸受を用いた。軸受に封入するグリスは基油にエステル系オイル、増ちょう剤にリチウム石鹸を用いたものを使用し、グリスの封入量は軸受内部の空間容積の４０〜５０％として軸受を作成する。この軸受の耐電圧は１２．０Ｖである。
【００６４】
耐電圧の測定は交流安定化電源を使用し、軸受を回転させながら軸受内輪と軸受外輪に交流電圧を０Ｖから０．１Ｖ／ｓｅｃの速度で昇圧印可し、短絡が発生する手前の電圧を耐電圧とする。測定は気温が２０℃、軸受の回転数を１０００ｒ／ｍｉｎとして行う。また、印可電圧は２０ｋＨｚの矩形波で行い、出力インピーダンスを５０Ωにして測定を行う。
【００６５】
そして、作成した軸受を使用し、軸受の耐電圧が電動機の軸電圧の４倍，３倍，２倍となるように、電動機の軸電圧をそれぞれ、３．０Ｖ，４．０Ｖ，６．０Ｖに調節して電動機を作成する。軸電圧の調整は、回転体に形成された軸電圧調整層としての誘電体層５０の形状又は／及び寸法値や、誘電体層５０を構成する材質の誘電率を調整しており、誘電体層５０の静電容量がそれぞれ、３．８ｐＦ，５ｐＦ，７．５ｐＦとなるとき、電動機の軸電圧が３．０Ｖ，４．０Ｖ，６．０Ｖとなる。誘電体５０の静電容量を３．８ｐＦとしたときの電動機の軸電圧波形を図２に示す。図２のように誘電体５０の静電容量を３．８ｐＦにしたとき、軸電圧が３．０Ｖとなる。
この軸電圧調整層としての誘電体層５０の静電容量は回転体３０の外周とシャフト１６との間を、ＬＣＲメーターを使用し、測定周波数１０ｋＨｚ、測定温度２０℃、測定電圧１Ｖで測定した結果である。
【００６６】
軸電圧測定は、気温が２０℃、回転数１０００ｒ／ｍｉｎの同一運転条件下で測定を行った。なお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、軸電圧の測定は、デジタルオシロスコープ（テクトロニクス製ＤＰＯ７１０４）と高電圧差動プローブ（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。なお、デジタルオシロスコープは、絶縁トランスにて絶縁している。
【００６７】
また、高電圧差動プローブの＋側は、長さ約３０ｃｍのリード線を介し、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の外周に導電接触させることで、シャフトに電気的に接続している。高電圧差動プローブの−側は、長さ約３０ｃｍのリード線を介し、出力軸側ブラケット１７にリード線の先端を導電性テープにて導電接触させることで、ブラケットに電気的に接続している。
【００６８】
本実施例では作成した電動機を用いて、ランニング試験を行い、各時間毎の電動機の軸電圧波形を計測した。ランニング試験は各モータの外部気温が２０℃、回転数は１０００ｒ／ｍｉｎの同一運転条件下になるようにし、４００００時間まで試験を行い、それぞれ１００００時間後，１５０００時間後，２００００時間後，２５０００時間後，３００００時間後，３５０００時間後，４００００時間後にて軸電圧波形を計測する。なお運転時のブラシレスモータ姿勢はシャフト水平とする。
【００６９】
計測した軸電圧波形は、波形崩れ、及び波形崩れなしの２分類に区分けして考察する。波形崩れは軸電圧のパルス状の波形がなくなっている状態であり、波形崩れなしは軸電圧のパルス状の波形が連続して発生しておりかつ一部部分でもなくなっていない状態とする。
【００７０】
図２は波形崩れが無い状態であり、図３に波形崩れが起こった場合の軸電圧波形を示す。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。
【００７１】
表１はこれらの結果をまとめたものであるが、軸電圧よりも耐電圧が４倍高い電動機（軸電圧３Ｖ品）は４００００時間後において波形崩れが無く、電食は生じていない。
【００７２】
また、軸電圧よりも耐電圧が３倍高い電動機（軸電圧４Ｖ品）は３００００時間後においては波形崩れが無く、電食は生じていないが、３５０００時間後では波形崩れが起こり、電食が生じている。
【００７３】
また、軸電圧よりも耐電圧が４倍高い電動機（軸電圧６Ｖ品）は１００００時間後においては波形崩れが無く、電食は生じていないが、１５０００時間後では波形崩れが起こり、電食が生じている。
【００７４】
本実施例の電動機はエアコンなどの機器に搭載され、送風ファンを駆動するためのブラシレスモータであり、電動機は本試験条件におけるランニング耐久時間として、３００００時間を要する。
【００７５】
よって、これらの結果からもわかるように、軸受に発生する軸電圧より３倍以上高い耐電圧の軸受とした構成にすることで、長期に渡り、軸電圧が耐電圧を超えることで発生する軸受内輪と軸受外輪の電気的な短絡現象を防止し、電食を抑制することができる。
【００７６】
【表１】
2013243812.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の電動機は、軸受の電食発生を抑制したものであり、主に電動機の低価格化および高寿命化が要望されるエアコン室内機などの機器に搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００７８】
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
１５ａ  軸受
１５ｂ  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
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）
２２  第１の導通ピン
２２ａ  反出力軸側先端部
２２ｂ  出力軸側先端部
２３  第２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
【図１】
2013243812.tif 000004
【図２】
2013243812.tif 000005
【図３】
2013243812.tif 000006
【図４】
2013243812.tif 000007