電動機およびそれを備えた電気機器
【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設けた永久磁石と、中央を貫通するシャフトと、前記永久磁石と接する外側鉄心と、前記シャフトに接する内側鉄心と、前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に設けた誘電体層とからなる回転子と、
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、
前記巻線を駆動する駆動回路を設けたプリント基板とを備え、
前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した電動機。
【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設けた永久磁石と、中央を貫通するシャフトと、前記永久磁石と接する外側鉄心と、前記シャフトに接する内側鉄心と、前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に設けた誘電体層とからなる回転子と、
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、
前記巻線を駆動する駆動回路を設けたプリント基板とを備え、
前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機およびそれを備えた電気機器に関するもので、特に軸受の電食の発生を防止するように改良された電動機およびそれを備えた電気機器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。
【０００３】
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、軸受内輪または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。
【０００４】
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。
【０００５】
従来、電食を防止するためには、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、電食防止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。
【０００８】
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。
【０００９】
特許文献１では、固定鉄心とブラケット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防止している。
【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（以下、基礎絶縁という）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。
【００１１】
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に、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、インピーダンスによる電圧降下の差が生じ、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。
【００１２】
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を短絡させることで、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、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との間には常に電位が高い状態でバランスが保たれている状態で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。
【００１８】
また、反出力軸側にも導電性ブラケットを採用することで、従来、絶縁樹脂で固定していた際のインピーダンスよりも低い状態となる課題も懸念される。すなわち、これまでの
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、反出力軸側の軸受も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。
【００１９】
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防止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】
【００２０】
前記従来の課題を解決するために、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、固定子に対向して周方向に永久磁石を保持した回転体と回転体の中央を貫通するように締結されたシャフトとを含み、かつ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を有し、前記外側鉄心と前記内側鉄心とが前記誘電体層を介して電気的に絶縁された状態で固着されている回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定する２つの導電性のブラケットと、巻線を駆動する駆動回路を搭載したプリント基板とを備え、回転体の外周とシャフトとの間に誘電体層を設け、２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、２つのブラケットとプリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した構成である。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。
【００２１】
軸電圧は、軸受が回転中に軸受内のグリースで潤滑効果を発生させることにより、内輪と玉、かつ、外輪と玉の間に静電容量が発生し、電動機の中性点電位とアース間に発生するコモンモード電圧が電動機内部に存在する静電容量と軸受けの静電容量との分圧により軸受けの静電容量の両端に軸電圧が発生する。
【００２２】
この軸受に発生する静電容量より小さな静電容量を回転体に付与し、かつ軸受けの外輪と前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続することで、静電容量による分圧効果により軸電圧を抑制できるとともにグランドと外輪を誘電素子で接続することにより、外輪に誘起される高周波ノイズ電圧を誘電素子を介して前記グランドにて吸収させる、すなわち抑制することにより軸電圧を低減することができる。
【００２３】
また、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、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、前記回転体の中央を貫通するように締結されたシャフトとを含み、かつ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を有し、前記外側鉄心と前記内側鉄心とが前記誘電体層を介して電気的に絶縁された状態で固着されている回転子と、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、前記巻線を駆動する駆動回路を搭載したプリント基板とを備え、前記回転体の外周と前記シャフトとの間に誘電体層を設け、前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを並列に構成された誘電素子と抵抗素子を介して接続した構成である。
【００２４】
このような構成により、軸電圧の低減させることに加えて、外輪に誘起される高周波ノイズ電圧を抵抗素子の抵抗成分を介して電流としてグランドにて吸収させることにより更に軸電圧を低減することができる。
【００２５】
また、本発明の電動機は、固定子鉄心に巻装した巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えた構成である。
【００２６】
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】
【００２７】
以上のように、本発明の電動機によれば、軸電圧を低減できるため、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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機の断面図
【図２】同電動機の回転体の構成を示す図
【図３】同電動機の要部を示す図
【図４】本発明の実施の形態２における電動機の断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるエアコン室内機の構造図
【図６】本発明の実施の形態４におけるエアコン室外機の構造図
【図７】本発明の実施の形態５における給湯機の構造図
【図８】本発明の実施の形態６における空気清浄機の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の電動機およびそれを備えた電気機器について、図面を用いて説明する。
【００３０】
（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す構造図である。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。また、この電動機の形態は、回転子に永久磁石を有するブラシレスモータを一例に挙げて説明する。本発明の電動機は、必ずしもこれらの一例に限定されるものではない。
【００３１】
図１において、固定子鉄心１１には、固定子鉄心１１を絶縁するための樹脂であるインシュレータ２１が介在して、巻線である固定子巻線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。
【００３２】
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フェライト樹脂磁石である永久磁石３２を保持している。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態における電動機の回転体３０の構成を示す図である。図２では、回転体３０をシャフト１６の長手方向から見た構成を示している。詳細については以下で説明するが、回転体３０は、図１および図２に示すように、最外周部の永久磁石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。また、図１および図２では、回転体３０として、これらの回転子鉄心３１、誘電体層５０および永久磁石３２が一体成形された構成例を示している。このような回転体３０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。
【００３４】
また、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、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。
【００３５】
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、出力軸側の軸受１５ａがブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受１５ｂがブラケット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。
【００３６】
さらに、外部や固定子鉄心１１から絶縁された導通ピン２２が、ブラケット１９に予め電気的に接続された状態で絶縁樹脂１３にモールド一体成形されている。そして、固定子１０の出力軸側端面には、導通ピン２２の先端が絶縁樹脂１３から露出した状態となっている。また、導通ピン２２の先端には、ブラケット１７と電気接続するための導通ピン２３がさらに接続されており、ブラケット１７を固定子１０に圧入する際にブラケット１７と導通ピン２３の導通が確保される構成となっている。これらの構成により、モータ内部で、ブラケット１７とブラケット１９とが固定子鉄心１１とは絶縁された状態で、ブラケット１７とブラケット１９とは電気的に接続される。
【００３７】
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。駆動回路には、固定子巻線１２を駆動するパルス幅変調方式のインバータなどが含まれる。このプリント基板１８を内蔵したのち、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。
【００３８】
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グランド線２０ｇなどを含む接続線２０が接続されている。接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、プリント基板１８上のグランドＧＮＤに接続される。グランドＧＮＤはプリント基板１８において、ゼロボルトとする基準電位を設定しておくためのゼロ電位点部（ゼロ電位基準）であり、プリント基板１８上にグランド配線としての配線パターンが配置されている。
【００３９】
すなわち、接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、プリント基板１８上のグランド配線に接続される。そして、本実施の形態のブラシレスモータは、誘電素子であるキャパシタンス４０を介して、電気的に接続されたブラケット１７とブラケット１９をプリント基板１８上のゼロ電位基準であるグランド配線に電気的に接続している。
【００４０】
なお、駆動回路を実装したプリント基板１８上のグランドＧＮＤ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。接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、ゼロ電位点部である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。
【００４１】
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、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からの磁界と永久磁石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。
【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。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。
【００４４】
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径のブラケット１９により固定している。また、このブラケット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。
【００４５】
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の内周径は軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに軸受１５ｂを圧入することにより、軸受１５ｂはブラケット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。
【００４６】
このように構成することで、軸受１５ｂの外輪側は金属製のブラケット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、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。すなわち、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。
【００４７】
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ブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３でブラケット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。
【００４８】
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ブラケット１７により固定している。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、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、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。
【００４９】
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、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、ブラケット１９のつば部１９ｂ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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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、露出した先端部には、導通ピン２２をブラケット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、ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３がブラケット１７に接触し、ブラケット１７と導通ピン２３との導通が確保される。
【００５３】
このような構成により、ブラケット１７とブラケット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、ブラケット１７およびブラケット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。
【００５４】
次に、回転体３０の詳細について説明する。本実施の形態では、上述したように、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。図３は、本発明の実施の形態における電動機の要部を示す図である。図３では、図１に示す本ブラシレスモータの要部を模式的に示している。図３に示すように、ブラケット１７とブラケット１９とは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。
【００５５】
ここで、ブラケット１７とブラケット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、ブラケット１７に誘起される電位とブラケット１９に誘起される電位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。
【００５６】
本実施の形態では、ブラケット１７とブラケット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。
【００５７】
ここで、ブラケット１７とブラケット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、インピーダンスの極端な低下を抑制し、軸受外輪側の電位を低い状態に抑えている。
【００５８】
なお、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。また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、キャパシタンス４０によって、固定子側と回転子側とのインピーダンスの微調整もさらに可能としている。そして、両ブラケットを同電位とすることで、インピーダンス調整はどちらか一方のブラケットだけでよくなるため、一方のブラケットにインピーダンス調整部材を接続するのみで、２つの軸受それぞれに対して軸電圧を低く抑えている。
【００５９】
図２に示すように、回転体３０は、最外周部に永久磁石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。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、永久磁石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。また、内側鉄心３１ｂの内周の締結部５１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、固定子鉄心を基準とした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。
【００６２】
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、回転体３０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。
【００６３】
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、ブラケット１７および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。
【００６４】
次に、電気的に接続されたブラケット１７とブラケット１９をプリント基板１８上のグランドＧＮＤに電気的に接続した構成の詳細について説明する。
【００６５】
本実施の形態では、上述したような構成に加えて、発生した軸電圧の一方の電位であるブラケット１７とブラケット１９に誘起された軸電圧を、キャパシタンス４０を介してプリント基板１８上のグランドＧＮＤで、グランド線２０ｇに電気的に接続している。このような構成とすることにより、ブラケット１７とブラケット１９のＡＣ（交流）成分の高
周波の電位がゼロ電位となり、ブラケット１７とブラケット１９に発生した高周波信号を減衰させることができる。すなわち、軸電圧をさらに抑制でき、電食を発生させるエネルギーを低減できる。
【００６６】
（実施の形態２）
実施の形態１のような、ブラケット１７とブラケット１９を電気的にキャパシタンス４０を介してグランド線２０ｇに接続する構成に代えて、図４に示すように、誘電素子であるキャパシタンス４０と抵抗素子４３を併用して接続するような構成としてもよい。
【００６７】
上記の構成により、グランドとブラケット１７および１９がキャパシタンス４０によりＡＣ的な接続がされノイズ等の除去効果はあるが、ブラケット１７および１９の電位が確定しないため輻射ノイズ等は発生があり得る。抵抗素子４３は上記課題に対応するため数ＭΩの抵抗で持ってＤＣ的にグランドとブラケット１７および１９を接続する。それによりブラケット１７および１９がほぼグランドと同電位となり、不要な電圧による輻射ノイズの発生を防止でき、かつキャパシタンス４０の効果である高周波信号を減衰させることも可能となる。
【００６８】
なお、上記実施の形態１および２の図１および図４において、キャパシタンス４０と抵抗素子４３は、説明の便宜上、電動機外部（ブラケット１７の外側）に設けているが、電動機内部に収納して設けてもよく、この場合は構成がより簡単になる。
【００６９】
（実施の形態３）
上述の実施の形態１および２の電動機を電気機器に適用した例として、まず、エアコン室内機の構成を説明する。
【００７０】
図５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または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７１】
（実施の形態４）
次に、電気機器の例として、エアコン室外機の構成を説明する。図６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。
【００７２】
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および上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。
【００７３】
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、上記実施の形態１または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７４】
（実施の形態５）
次に、電気機器の例として、給湯機の構成を説明する。図７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または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７５】
（実施の形態６）
次に、電気機器の例として、空気清浄機の構成を説明する。図８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または２のブラシレスモータが適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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、軸受の電食発生を防止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】
【００７７】
１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線
１３ 絶縁樹脂
１３ａ 本体突出部
１４ 回転子
１５、１５ａ、１５ｂ 軸受
１６ シャフト
１７，１９ ブラケット
１８ プリント基板
１９ａ 円筒部
２０ 接続線
２０ｇ グランド線
２１ インシュレータ
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
４０ キャパシタンス
４３ 抵抗素子
５０ 誘電体層
５１ 締結部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機およびそれを備えた電気機器に関するもので、特に軸受の電食の発生を防止するように改良された電動機およびそれを備えた電気機器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。
【０００３】
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、軸受内輪または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。
【０００４】
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。
【０００５】
従来、電食を防止するためには、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、電食防止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。
【０００８】
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。
【０００９】
特許文献１では、固定鉄心とブラケット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防止している。
【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（以下、基礎絶縁という）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。
【００１１】
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に、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、インピーダンスによる電圧降下の差が生じ、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。
【００１２】
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を短絡させることで、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１５９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、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との間には常に電位が高い状態でバランスが保たれている状態で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。
【００１８】
また、反出力軸側にも導電性ブラケットを採用することで、従来、絶縁樹脂で固定していた際のインピーダンスよりも低い状態となる課題も懸念される。すなわち、これまでの
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、反出力軸側の軸受も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。
【００１９】
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防止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】
【００２０】
前記従来の課題を解決するために、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、固定子に対向して周方向に永久磁石を保持した回転体と回転体の中央を貫通するように締結されたシャフトとを含み、かつ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を有し、前記外側鉄心と前記内側鉄心とが前記誘電体層を介して電気的に絶縁された状態で固着されている回転子と、シャフトを支持する軸受と、軸受を固定する２つの導電性のブラケットと、巻線を駆動する駆動回路を搭載したプリント基板とを備え、回転体の外周とシャフトとの間に誘電体層を設け、２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、２つのブラケットとプリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した構成である。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。
【００２１】
軸電圧は、軸受が回転中に軸受内のグリースで潤滑効果を発生させることにより、内輪と玉、かつ、外輪と玉の間に静電容量が発生し、電動機の中性点電位とアース間に発生するコモンモード電圧が電動機内部に存在する静電容量と軸受けの静電容量との分圧により軸受けの静電容量の両端に軸電圧が発生する。
【００２２】
この軸受に発生する静電容量より小さな静電容量を回転体に付与し、かつ軸受けの外輪と前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続することで、静電容量による分圧効果により軸電圧を抑制できるとともにグランドと外輪を誘電素子で接続することにより、外輪に誘起される高周波ノイズ電圧を誘電素子を介して前記グランドにて吸収させる、すなわち抑制することにより軸電圧を低減することができる。
【００２３】
また、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、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、前記回転体の中央を貫通するように締結されたシャフトとを含み、かつ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を有し、前記外側鉄心と前記内側鉄心とが前記誘電体層を介して電気的に絶縁された状態で固着されている回転子と、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、前記巻線を駆動する駆動回路を搭載したプリント基板とを備え、前記回転体の外周と前記シャフトとの間に誘電体層を設け、前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを並列に構成された誘電素子と抵抗素子を介して接続した構成である。
【００２４】
このような構成により、軸電圧の低減させることに加えて、外輪に誘起される高周波ノイズ電圧を抵抗素子の抵抗成分を介して電流としてグランドにて吸収させることにより更に軸電圧を低減することができる。
【００２５】
また、本発明の電動機は、固定子鉄心に巻装した巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えた構成である。
【００２６】
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】
【００２７】
以上のように、本発明の電動機によれば、軸電圧を低減できるため、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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機の断面図
【図２】同電動機の回転体の構成を示す図
【図３】同電動機の要部を示す図
【図４】本発明の実施の形態２における電動機の断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるエアコン室内機の構造図
【図６】本発明の実施の形態４におけるエアコン室外機の構造図
【図７】本発明の実施の形態５における給湯機の構造図
【図８】本発明の実施の形態６における空気清浄機の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の電動機およびそれを備えた電気機器について、図面を用いて説明する。
【００３０】
（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す構造図である。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。また、この電動機の形態は、回転子に永久磁石を有するブラシレスモータを一例に挙げて説明する。本発明の電動機は、必ずしもこれらの一例に限定されるものではない。
【００３１】
図１において、固定子鉄心１１には、固定子鉄心１１を絶縁するための樹脂であるインシュレータ２１が介在して、巻線である固定子巻線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。
【００３２】
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フェライト樹脂磁石である永久磁石３２を保持している。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態における電動機の回転体３０の構成を示す図である。図２では、回転体３０をシャフト１６の長手方向から見た構成を示している。詳細については以下で説明するが、回転体３０は、図１および図２に示すように、最外周部の永久磁石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。また、図１および図２では、回転体３０として、これらの回転子鉄心３１、誘電体層５０および永久磁石３２が一体成形された構成例を示している。このような回転体３０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。
【００３４】
また、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、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。
【００３５】
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、出力軸側の軸受１５ａがブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受１５ｂがブラケット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。
【００３６】
さらに、外部や固定子鉄心１１から絶縁された導通ピン２２が、ブラケット１９に予め電気的に接続された状態で絶縁樹脂１３にモールド一体成形されている。そして、固定子１０の出力軸側端面には、導通ピン２２の先端が絶縁樹脂１３から露出した状態となっている。また、導通ピン２２の先端には、ブラケット１７と電気接続するための導通ピン２３がさらに接続されており、ブラケット１７を固定子１０に圧入する際にブラケット１７と導通ピン２３の導通が確保される構成となっている。これらの構成により、モータ内部で、ブラケット１７とブラケット１９とが固定子鉄心１１とは絶縁された状態で、ブラケット１７とブラケット１９とは電気的に接続される。
【００３７】
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。駆動回路には、固定子巻線１２を駆動するパルス幅変調方式のインバータなどが含まれる。このプリント基板１８を内蔵したのち、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。
【００３８】
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グランド線２０ｇなどを含む接続線２０が接続されている。接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、プリント基板１８上のグランドＧＮＤに接続される。グランドＧＮＤはプリント基板１８において、ゼロボルトとする基準電位を設定しておくためのゼロ電位点部（ゼロ電位基準）であり、プリント基板１８上にグランド配線としての配線パターンが配置されている。
【００３９】
すなわち、接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、プリント基板１８上のグランド配線に接続される。そして、本実施の形態のブラシレスモータは、誘電素子であるキャパシタンス４０を介して、電気的に接続されたブラケット１７とブラケット１９をプリント基板１８上のゼロ電位基準であるグランド配線に電気的に接続している。
【００４０】
なお、駆動回路を実装したプリント基板１８上のグランドＧＮＤ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。接続線２０に含まれるグランド線２０ｇは、ゼロ電位点部である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。
【００４１】
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、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からの磁界と永久磁石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。
【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。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。
【００４４】
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径のブラケット１９により固定している。また、このブラケット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。
【００４５】
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の内周径は軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに軸受１５ｂを圧入することにより、軸受１５ｂはブラケット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。
【００４６】
このように構成することで、軸受１５ｂの外輪側は金属製のブラケット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、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。すなわち、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。
【００４７】
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ブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３でブラケット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。
【００４８】
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ブラケット１７により固定している。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、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、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。
【００４９】
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、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、ブラケット１９のつば部１９ｂ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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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、露出した先端部には、導通ピン２２をブラケット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、ブラケット１７を固定子１０に圧入したとき、導通ピン２３がブラケット１７に接触し、ブラケット１７と導通ピン２３との導通が確保される。
【００５３】
このような構成により、ブラケット１７とブラケット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、ブラケット１７およびブラケット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。
【００５４】
次に、回転体３０の詳細について説明する。本実施の形態では、上述したように、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。図３は、本発明の実施の形態における電動機の要部を示す図である。図３では、図１に示す本ブラシレスモータの要部を模式的に示している。図３に示すように、ブラケット１７とブラケット１９とは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。
【００５５】
ここで、ブラケット１７とブラケット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、ブラケット１７に誘起される電位とブラケット１９に誘起される電位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。
【００５６】
本実施の形態では、ブラケット１７とブラケット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。
【００５７】
ここで、ブラケット１７とブラケット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、インピーダンスの極端な低下を抑制し、軸受外輪側の電位を低い状態に抑えている。
【００５８】
なお、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。また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、キャパシタンス４０によって、固定子側と回転子側とのインピーダンスの微調整もさらに可能としている。そして、両ブラケットを同電位とすることで、インピーダンス調整はどちらか一方のブラケットだけでよくなるため、一方のブラケットにインピーダンス調整部材を接続するのみで、２つの軸受それぞれに対して軸電圧を低く抑えている。
【００５９】
図２に示すように、回転体３０は、最外周部に永久磁石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。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、永久磁石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。また、内側鉄心３１ｂの内周の締結部５１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、固定子鉄心を基準とした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。
【００６２】
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、回転体３０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。
【００６３】
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、ブラケット１７および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。
【００６４】
次に、電気的に接続されたブラケット１７とブラケット１９をプリント基板１８上のグランドＧＮＤに電気的に接続した構成の詳細について説明する。
【００６５】
本実施の形態では、上述したような構成に加えて、発生した軸電圧の一方の電位であるブラケット１７とブラケット１９に誘起された軸電圧を、キャパシタンス４０を介してプリント基板１８上のグランドＧＮＤで、グランド線２０ｇに電気的に接続している。このような構成とすることにより、ブラケット１７とブラケット１９のＡＣ（交流）成分の高
周波の電位がゼロ電位となり、ブラケット１７とブラケット１９に発生した高周波信号を減衰させることができる。すなわち、軸電圧をさらに抑制でき、電食を発生させるエネルギーを低減できる。
【００６６】
（実施の形態２）
実施の形態１のような、ブラケット１７とブラケット１９を電気的にキャパシタンス４０を介してグランド線２０ｇに接続する構成に代えて、図４に示すように、誘電素子であるキャパシタンス４０と抵抗素子４３を併用して接続するような構成としてもよい。
【００６７】
上記の構成により、グランドとブラケット１７および１９がキャパシタンス４０によりＡＣ的な接続がされノイズ等の除去効果はあるが、ブラケット１７および１９の電位が確定しないため輻射ノイズ等は発生があり得る。抵抗素子４３は上記課題に対応するため数ＭΩの抵抗で持ってＤＣ的にグランドとブラケット１７および１９を接続する。それによりブラケット１７および１９がほぼグランドと同電位となり、不要な電圧による輻射ノイズの発生を防止でき、かつキャパシタンス４０の効果である高周波信号を減衰させることも可能となる。
【００６８】
なお、上記実施の形態１および２の図１および図４において、キャパシタンス４０と抵抗素子４３は、説明の便宜上、電動機外部（ブラケット１７の外側）に設けているが、電動機内部に収納して設けてもよく、この場合は構成がより簡単になる。
【００６９】
（実施の形態３）
上述の実施の形態１および２の電動機を電気機器に適用した例として、まず、エアコン室内機の構成を説明する。
【００７０】
図５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または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７１】
（実施の形態４）
次に、電気機器の例として、エアコン室外機の構成を説明する。図６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。
【００７２】
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および上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。
【００７３】
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、上記実施の形態１または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７４】
（実施の形態５）
次に、電気機器の例として、給湯機の構成を説明する。図７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または２のブラシレスモータが適用できる。
【００７５】
（実施の形態６）
次に、電気機器の例として、空気清浄機の構成を説明する。図８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または２のブラシレスモータが適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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、軸受の電食発生を防止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】
【００７７】
１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線
１３ 絶縁樹脂
１３ａ 本体突出部
１４ 回転子
１５、１５ａ、１５ｂ 軸受
１６ シャフト
１７，１９ ブラケット
１８ プリント基板
１９ａ 円筒部
２０ 接続線
２０ｇ グランド線
２１ インシュレータ
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
４０ キャパシタンス
４３ 抵抗素子
５０ 誘電体層
５１ 締結部
【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保持した永久磁石と、中央を貫通するシャフトと、前記永久磁石に接する外側鉄心と、前記シャフトに接する内側鉄心と、前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に設けた誘電体層とからなる回転子と、
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、
前記巻線を駆動する駆動回路を設けたプリント基板とを備え、
前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した電動機。
【請求項２】
前記誘電素子と並列に抵抗素子をさらに接続したことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記固定子鉄心に巻装した前記巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機を搭載した電気機器。
【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保持した永久磁石と、中央を貫通するシャフトと、前記永久磁石に接する外側鉄心と、前記シャフトに接する内側鉄心と、前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に設けた誘電体層とからなる回転子と、
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、
前記巻線を駆動する駆動回路を設けたプリント基板とを備え、
前記２つのブラケットを電気的に接続し、かつ、前記２つのブラケットと前記プリント基板上のゼロ電位基準であるグランドとを誘電素子を介して接続した電動機。
【請求項２】
前記誘電素子と並列に抵抗素子をさらに接続したことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記固定子鉄心に巻装した前記巻線を駆動するパルス幅変調方式のインバータを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機を搭載した電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３８８６９（Ｐ２０１３−３８８６９Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１５７１（Ｐ２０１１−１７１５７１）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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