JP2015023750A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【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】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

Description

本発明は、電動機に関して、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、無歪の正弦波電圧原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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、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）。

特開平８−３４０６３７号公報 特公昭４７−４１１２１号公報 特開昭５０−７６５４７号公報 特開昭５７−１６５４９号公報 特開平１０−３２９５３号公報 特公昭６１−５２６１８号公報 特開平８−２１４４８８号公報 特開２０１１−４７４９５号公報 特開２０１０−１６６６８９号公報

「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

しかしながら、特許文献９のような手法では、誘電体層による静電容量を利用して軸受の内輪に誘起される高周波電圧を抑制できるものの、適切な軸電圧となるように設定するには限度があった。

すなわち、誘電体層による静電容量を柔軟に変更可能であれば、適切な軸電圧を設定できる。また、静電容量を変更するには、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更する、絶縁樹脂の厚さを変更する、または両鉄心間の面積を変更することなどにより可能である。

ところが、電気機器用の電動機の大きさは電気機器ごとにほぼ決められており、従って回転子の大きさも一般的に標準化されており、その寸法を大きく変更することは困難であり、誘電体層の形状なども柔軟に変更できない。

また、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更するには、樹脂材料の変更などが必要となるが、材料を変更すると強度など他の項目の確認などが必要となり、容易に変更できない。このため、従来の手法では、適切な軸電圧となるように、誘電体層を設定するには限度があった。

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。

第１の発明は、巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記外側鉄心の径方向平均内径と前記内側鉄心の径方向平均外径との差が、前記外側鉄心の鋼板の積層方向及び前記内側鉄心の鋼板の積層方向で異なる構成を含む電動機である。

第２の発明は、巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記鋼板の積層方向にて前記誘電体層の径方向の厚み寸法が異なる構成を含む電動機である。

第３の発明は、巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記外側鉄心の径方向平均内径と前記内側鉄心の径方向平均外径との差が、前記外側鉄心の鋼板の積層方向及び前記内側鉄心の鋼板の積層方向で異なる構成を含み、かつ、前記鋼板の積層方向にて前記誘電体層の径方向の厚み寸法が異なる構成を含む電動機である。

第４の発明は、第１の発明、第２の発明又は第３の発明において、前記誘電体層の径方向に、少なくとも最薄部と最厚部とを含む電動機である。

第５の発明は、第１の発明、第２の発明又は第３の発明において、前記誘電体層の径方向に、少なくとも最薄部と最厚部とを含み、前記最薄部の厚み寸法に対する前記最厚部の厚み寸法の比率の下限は２である電動機である。

第６の発明は、第１の発明、第２の発明又は第３の発明において、前記外側鉄心の径方向内径形状及び／又は前記内側鉄心の径方向外径形状は、略円形又は楕円形である電動機である。

第７の発明は、第１の発明、第２の発明又は第３の発明において、前記外側鉄心の径方向内径形状及び／又は前記内側鉄心の径方向外径形状は、略多角形である電動機である。

なお、上記の発明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いる。

また、上記の発明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導通体とを有する。

本発明の電動機によれば、外側鉄心と内側鉄心との静電容量を容易に変更でき、適切な軸電圧となるような構成を容易に実現できる。このため、本発明の電動機によれば、軸受の電食発生を効果的に抑制可能である。また、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。

本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの断面図 本発明の実施例１における回転体の断面図

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。

（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。

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。

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。

回転子１４のシャフト１６には、シャフト１６を支持する出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂが取り付けられている。出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受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、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（反出力軸側）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、出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂ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が出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂに支承され、回転子１４が回転自在に回転する。

なお、出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受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。これらの出力軸側軸受１５ａ、反出力軸側軸受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。

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。

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。

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。

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。

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が出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受１５ｂで支持されるとともに、それぞれの出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受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、それぞれ出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受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出力軸側軸受１５ａ及び反出力軸側軸受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。

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。
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。

具体的には、反出力軸側ブラケット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。

なお、反出力軸側導通ピン２２ａ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、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。

そして、絶縁樹脂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、出力軸側ブラケット１７に電気接続されている。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、出力軸側導通ピン２２ｂ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と出力軸側導通ピン２２ｂとの導通が確保される。

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、反出力軸側導通ピン２２ａと出力軸側導通ピン２２ｂ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。

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。

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。

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。

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。

図２は、本発明の実施例１における回転体３０の断面を示した構造図である。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。

また、実施例１では外側鉄心３１ａは１２枚の鋼板で積層され、内側鉄心３１ｂも同様に１２枚の鋼板で積層されている。
ここで、前記外側鉄心の径方向平均内径と前記内側鉄心の径方向平均外径との差が、鋼板の積層方向で異なっている。

実施例１では、図１に示すように外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間の距離が、最厚部のＡである層（以下Ａ層とする）と最薄部のＢである層（以下Ｂ層とする）がある。Ａ層とＢ層との径方向の厚み寸法の関係であるが、Ｂ層の厚み寸法の４倍程度がＡ層の厚み寸法となっている。Ａ層では外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの距離が離れている為、鉄心間の静電容量が小さい。

なお、最厚部及び最薄部の他に、最厚部と最薄部との間の寸法値を有する中間部を複数備える構成を有しても良い。

実施例１では、Ａ層は鉄心の鋼板１枚当たり０．４ｐＦとなっている。Ｂ層では外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの距離が近い為、鉄心間の静電容量が大きい。実施例１では、Ｂ層は鉄心の鋼板１枚当たり１．６ｐＦとなっている。

実施例１ではＡ層が鋼板６枚、Ｂ層が鋼板６枚で積層しているため、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの全体の静電容量は約１０ｐＦとなった。本発明の特徴はＡ層とＢ層に使用する鋼板の枚数を変化させることで、新たな種類の部品を必要とすることなく、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂ間の静電容量を制御することができる。

実施例１の場合、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂの鋼板をすべてＡ層にした場合、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂ間の静電容量は４．８ｐＦとなる。ここで、鉄心の鋼板をＡ層からＢ層に１枚変えるごとに、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂ間の静電容量は１．２ｐＦ増加する。

外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂの鋼板をすべてＢ層にした場合、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂ間の静電容量は１９．２ｐＦとなる。よって、Ａ層とＢ層の鋼板の枚数を変えることにより、４．８ｐＦ〜１９．２ＰＦまでの範囲で静電容量を調整することが可能である。これは静電容量値で４倍範囲まで調節することが出来るということである。

また、静電容量の調節範囲は、ＡとＢとの距離差によって変化し、ＡがＢよりも２倍大きい場合、静電容量の調節範囲は、静電容量値で２倍の範囲となる。

同様に実施例１ではＡがＢよりも４倍大きいため、上記結果のように静電容量値で４倍の範囲となった。

これらのエアコン等の電機機器に搭載される電動機の場合、電動機の製造バラツキや搭載電機機器との影響等を考慮すると、調整する静電容量の範囲が最低でも２倍値必要であるため、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂ間の距離は関係式Ａ≧２Ｂとなることが必要である。

また、実施例１では、外側鉄心３１ａの積層鋼板と内側鉄心３１ｂの積層鋼板との間の距離を、Ａ層、Ｂ層に分割するために、外側鉄心の鋼板を１種類、内側鉄心の鋼板を２種類用いたが、外側鉄心の鋼板を２種類、内側鉄心の鋼板を１種類にしても可能である。

また、実施例１では、外側鉄心３１ａの積層鋼板と内側鉄心３１ｂの積層鋼板との間の距離を、Ａ層、Ｂ層という２種類の層に分割したが、３種類以上の層を用いることも可能である。但し、その場合、鋼板の種類が増加し、必要な製造金型の種類が増加することから、価格が増加してしまう。

また、上記のように外側鉄心３１ａの積層鋼板と内側鉄心３１ｂの積層鋼板との間の距離を、Ａ層、Ｂ層に分割することにより、誘電体層５０と内側鉄心３１ｂとの間の接着面積が増加し、接着強度が向上する効果もある。
このような構成により、外側鉄心と内側鉄心との間の静電容量を容易に変更でき、適切な軸電圧となるような構成を容易に実現できる。このため、本発明の電動機によれば、軸受の電食発生を効果的に抑制することができる。

また、本発明の電気機器は、本発明の電動機を具備している。このため、軸受の電食発生を効果的に抑制する電動機を具備した電気機器を提供できる。

なお、外側鉄心の径方向内径形状及び内側鉄心の径方向外径形状は、適宜選択可能であり、略円形・楕円・略多角形・略四角形・略星形など、多種多様である。

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用である。

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 出力軸側軸受
１５ｂ 反出力軸側軸受
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）
２２ａ 反出力軸側導通ピン
２２ｂ 出力軸側導通ピン
３０ 回転体
３１ａ 外側鉄心
３１ｂ 内側鉄心
３２ 磁石
５０ 誘電体層

Claims (7)

1. 巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記外側鉄心の径方向平均内径と前記内側鉄心の径方向平均外径との差が、前記外側鉄心の鋼板の積層方向及び前記内側鉄心の鋼板の積層方向で異なる構成を含む電動機。
2. 巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記鋼板の積層方向にて前記誘電体層の径方向の厚み寸法が異なる構成を含む電動機。
3. 巻線を巻装した固定子と、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を備え、前記外側鉄心の径方向平均内径と前記内側鉄心の径方向平均外径との差が、前記外側鉄心の鋼板の積層方向及び前記内側鉄心の鋼板の積層方向で異なる構成を含み、かつ、前記鋼板の積層方向にて前記誘電体層の径方向の厚み寸法が異なる構成を含む電動機。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の電動機において、前記誘電体層の径方向に、少なくとも最薄部と最厚部とを含む電動機。
5. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の電動機において、前記誘電体層の径方向に、少なくとも最薄部と最厚部とを含み、前記最薄部の厚み寸法に対する前記最厚部の厚み寸法の比率の下限は２である電動機。
6. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の電動機において、前記外側鉄心の径方向内径形状及び／又は前記内側鉄心の径方向外径形状は、略円形又は楕円形である電動機。
7. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の電動機において、前記外側鉄心の径方向内径形状及び／又は前記内側鉄心の径方向外径形状は、略多角形である電動機。

Images