CN101689785B

CN101689785B - 电动机和配有电动机的电器设备

Info

Publication number: CN101689785B
Application number: CN2008800215909A
Authority: CN
Inventors: 水上裕文; 渡边彰彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: EP2161816B1; EP2161816A4; US20100253158A1; US8525374B2; WO2009001546A1; JPWO2009001546A1; JP4853572B2; EP2161816A1; CN101689785A

Abstract

电动机包括：包含绕装了定子绕组(12)的定子铁心(11)的定子(10)；包含旋转体(30)和轴(16)的转子(14)；支承轴(16)的轴承(15)；以及固定轴承(15)的轴承架(17)，还包括：阻抗调整构件，调整定子绕组(12)和轴承(15)的内圈之间的阻抗、以及定子绕组(12)和轴承(15)的外圈之间的阻抗中的至少任何一个的阻抗。阻抗调整构件是使各自的阻抗匹配的匹配构件。匹配构件是设置在定子铁心(11)和轴承架(17)之间的电容器(40)。

Description

电动机和配有电动机的电器设备

技术领域

本发明涉及电动机以及配有电动机的电气设备，特别涉及进行了改善以防止发生轴承的电蚀的电动机，以及配有这种电动机的电器设备。

背景技术

近年来，电动机采用由脉宽调制(Pulse Width Modulation)方式(以下称为PWM方式)的逆变器(inverter)进行驱动的方式的情况越来越多。在这样的PWM方式的逆变器驱动的情况下，绕组的中性点电位不为零而发生共模(common mode)电压。并且，因这种共模电压而在轴承的外圈和内圈之间产生电位差(以下称为轴电压)。轴电压包含由开关(switching)造成的高频成分，若轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘击穿电压，则在轴承的内部流过高频电流，在轴承内部发生电蚀。在电蚀加重了的情况下，有时在轴承内圈或外圈的内部发生波状磨损现象而导致异常声，成为电动机中的不良状况的主要原因之一(例如，参照专利文献1)。

特别地，作为电蚀容易发生的条件，已知在电动机施加电压较高的地区(例如，商用电源240V的地区等)，在比较低的低温时，并且在作为电动机(motor)而转速变动较少的状态下长时间运转的情况下容易引起电蚀。

可是，以往，为了防止电蚀，考虑以下那样的对策。

(1)使轴承内圈和外圈为导通状态。

(2)使轴承内圈和外圈为绝缘状态。

(3)降低轴电压。

作为上述(1)的具体的方法，可列举使轴承的润滑剂具有导电性的方法。但是，导电性润滑剂存在其导电性随着时间而恶化和欠缺滑动可靠性等问题。此外，还有在旋转轴上设置电刷(brush)，并使其为导通状态的方法，但这种方法也有需要电刷磨损粉或空间等课题。

作为(2)的具体的方法，可列举将轴承内部的铁球(ball)变更为陶瓷球的方法。这种方法在防止电蚀上非常有效，但有成本较高的课题，在通用型的电动机上不能采用。

作为上述(3)的具体的方法，可列举与轴电压部分并列地设置用于轴电压降低的分压电路的方法。更具体地说，在电动机的轴上设置金属制的圆盘(导电体)，使该圆盘靠近轴承架而形成静电电容。通过这样的结构来降低轴电压的方法是公知的(例如，参照专利文献2)。

但是，在专利文献2所记载的结构中，由于需要在轴上设置圆盘，所以有零件数和制造工时数增加的课题。而且，还存在为了增加静电电容，例如需要增大圆盘的面积，变成大规模的结构，不适合电动机的小型化的课题。因此，在考虑了对被要求小型化的电动机的应用和生产率的情况下，采用专利文献2那样的方法是非常困难的。

专利文献1：特开2007-159302号公报

专利文献2：特开2000-152564号公报

发明内容

本发明的电动机包括：定子，其包含绕装了绕组的定子铁心；转子，其包含对置定子在周向上保持了多个永久磁铁的旋转体和以贯通旋转体的中央而连结了旋转体的轴；轴承，其支承轴；以及轴承架，其固定轴承，本发明的电动机还包含：阻抗调整构件，其调整绕组和轴承的内圈之间的阻抗、以及绕组和轴承的外圈之间的阻抗中的至少其中一个的阻抗。

此外，该阻抗调整构件是使定子铁心和轴承的内圈之间的阻抗与定子铁心和轴承的外圈之间的阻抗匹配的匹配构件。

根据这样的结构，通过适当地调整阻抗调整构件，能够使定子铁心和轴承的内圈之间的阻抗与定子铁心和轴承的外圈之间的阻抗匹配。通过使各个阻抗这样地匹配，在驱动了本电动机时，可以使因高频电流而在轴承的内圈和外圈上产生的电位近似或一致。即，由此，能够降低轴承的内圈和外圈之间的电位差即轴电压。因此，能够通过这样的简单的结构而防止在轴承内部发生的电蚀。

此外，匹配构件是设置在定子铁心和轴承架之间的具有阻抗成分的构件。

此外，定子铁心和轴承架之间通过具有阻抗成分的构件而被电连接。

此外，具有阻抗成分的构件是介电元件和电阻元件的至少其中一个。

此外，在将定子铁心和轴承的内圈之间的阻抗作为了基准时，定子铁心和轴承的外圈之间的阻抗设在从超过基准的10％(+10％)至减少了75％(-75％)的范围内。

根据这样的结构，可以不需要形成大规模的结构，而用简单的结构防止在轴承内部发生的电蚀，可以实现适合于小型化的电动机。

此外，也可以是定子在被树脂绝缘了的定子铁心上绕装绕组，将该树脂作为阻抗调整构件，从而将树脂的介电常数设在3.0以下。

此外，也可以设有将绕装定子铁心的绕组用绝缘树脂进行了模制一体成形的壳(housing)部，轴承由一对轴承构成，将一个轴承设置在壳部的内部，将另一个轴承固定在了轴承架上，将绝缘树脂作为阻抗调整构件，从而将绝缘树脂的介电常数设在3.0以下。

此外，作为匹配构件，也可以是在旋转体的外周和轴之间设置的具有阻抗成分的构件。

根据这样的结构，也可以不需要形成大规模的结构，而用简单的结构来防止在轴承内部发生的电蚀，可以实现适合于小型化的电动机。

此外，本发明的电气设备具有装载了上述那样的电动机的结构。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电动机的构造的剖面图。

图2是无刷电动机的静电电容的概略分布模型图。

图3是用于说明电蚀发生的机理的、用等效的静电电容和电阻成分表示了各个结构构件间的等效电路图。

图4是用于说明电蚀发生的机理的、还考虑了定子侧的静电电容的等效电路图。

图5是用等效静电电容和电阻成分表示了驱动本发明的实施方式1的电动机时的各个结构构件间的等效电路图。

图6是在本发明的实施方式1中，在定子铁心和轴承架之间连接了电阻元件时的等效电路图。

图7是表示本发明的实施方式1的电动机的轴电压的测量方法的图。

图8是表示本发明的实施方式1的电动机的轴电压的电压波形的图。

图9是表示本发明的实施方式1的电动机的轴电流的测量方法的图。

图10是表示本发明的实施方式2的电动机的构造的剖面图。

图11是表示本发明的实施方式3的电动机的构造的剖面图。

图12用等效静电电容和电阻成分表示了驱动本发明的实施方式3的电动机时各个结构构件间的等效电路图。

标号说明

10定子

11定子铁心

12定子绕组

13绝缘树脂(模制材料)

14转子

15轴承

16轴

17轴承架

18印刷电路板

20地线

21、211树脂(绝缘子)

30旋转体

31转子铁心

32铁氧体树脂磁铁

40电容器

41通孔

42连接销(pin)

110、111引线

112导电性带

120探针(probe)

121探针的前端

122探针的地(ground)

130数字示波器

140绝缘变压器

150漏电电流高级检测器(leak current high tester)

311绝缘树脂

具体实施方式

以下参照附图说明用于实施本发明的优选方式。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的电动机的构造的剖面图。在本实施方式中，列举说明在作为电器设备的空调机上装载的、用于驱动送风机的无刷电动机即电动机的一例。此外，在本实施方式中，列举说明转子被旋转自由地配置在定子的内周侧的内转子型的电动机的例子。

在图1中，绕装了绕组即定子绕组12的定子铁心11通过用于模制一体成形的模制材料即绝缘树脂(以下，称为模制材料)13而被模制成形。由此，构成包括定子10的壳部。此外，在定子铁心11和定子绕组12之间，插入将定子铁心11绝缘的作为绝缘子(insulator)的树脂(以下，称为绝缘子)21。

在定子10的内侧，通过空隙而插入转子14。转子14具有：包含转子铁心31的圆板状的旋转体30；贯通旋转体30的中央而连结了旋转体30的轴16。转子铁心31在对置定子10的内周侧的周向上保持多个永久磁铁。在图1中，表示转子铁心31和永久磁铁即铁氧体树脂磁铁32被一体成形后的结构例。于是，定子10的内周侧和旋转体30的外周侧被对置地配置。

在转子14的轴16上，安装了支承轴16的两个轴承15。轴承15是具有多个铁球的轴承(bearing)。两个轴承15的一个被固定在模制一体成形的模制材料13上，另一个被固定在金属制的轴承架17上。即，轴承15的外圈侧被固定在模制材料13和轴承架17上，通过轴承15的铁球和润滑剂，在轴承15的内圈侧中，轴16被固定安装在该轴承的内圈侧。根据以上那样的结构，轴16被两个轴承15支承，转子14旋转自由地旋转。再有，根据这样的构造，定子铁心11和轴承架17由模制材料13绝缘。此外，另一个轴承15的外圈侧与轴承架17直流电连接，两轴承15的内圈侧与轴16和定子铁心31直流电连接。而且，在本电动机被驱动时，在轴承15的内圈和外圈之间产生使润滑剂或它的油膜等介于中间的绝缘状态。

而且，在该无刷电动机中内置安装了驱动电路的印刷电路板18。在该印刷电路板18中装载PWM方式的逆变器驱动电路。定子绕组12由该逆变器驱动电路驱动。在内置了这样的印刷电路板18后，通过将轴承架17压入定子10，形成无刷电动机。此外，在印刷电路板18中，施加绕组的电源电压、控制电路的电源电压和控制电压的引线和控制电路的地线20被连接。

而且，在本实施方式中，在定子铁心11和轴承架17之间电连接作为介电元件的电容器40。为了进行这样的连接，具体地说，首先，将位于定子铁心11侧面的模制材料13的一部分切削而设置通孔41，使定子铁心11的一部分露出。然后，穿过通孔41，从而连接销42的一端连接到已露出的定子铁心11的一部分。进而，电容器40的一端连接到栓销42的另一端，将电容器40的另一端连接到轴承架17。

在本实施方式中，为了调整定子绕组12和轴承15的外圈之间的阻抗，配置具有这样的阻抗成分的元件即电容器40作为阻抗调整构件。更具体地说，为了使各自的阻抗匹配，在定子铁心11和轴承架17之间设置电容器40，以使定子铁心11和轴承15的外圈之间的阻抗与定子铁心11和轴承15的内圈之间的阻抗近似或一致。即，通过在定子铁心11和轴承架17之间，设置电容器40作为用于使各自的阻抗匹配的匹配构件，从而调整定子铁心11和轴承15的外圈之间的阻抗。而且，通过这样的调整，各自的阻抗近似或一致。

在本实施方式中，通过这样地匹配各自的阻抗，从而在驱动了本电动机时，使在轴承15的内圈和外圈上因高频电流产生的电位近似或一致，由此防止在轴承内部发生的电蚀。

这里，说明有关电蚀发生的机理的一例。

图2是图1所示的无刷电动机的静电电容的概略分布模型图。再有，在图2中为了容易地说明电蚀发生的机理，省略了定子铁心11和轴承架17之间的电容器40。

在图2中，静电电容C1是定子绕组12和印刷电路板18之间的静电电容。静电电容C1的值主要依赖于模制一体成形的绝缘树脂13的介电常数和绝缘距离。

静电电容C2是印刷电路板18和轴承架17之间的静电电容。静电电容C2的值主要依赖于空间绝缘距离。

静电电容C3是轴16和轴承架17之间的静电电容。静电电容C3的值主要依赖于轴承15内部的润滑剂的介电常数和油膜厚度。

静电电容C4是定子铁心11和转子14之间的静电电容。静电电容C4的值主要依赖于空隙距离。

静电电容C5是定子铁心11和定子绕组12之间的静电电容。静电电容C5的值主要依赖于将定子铁心绝缘的树脂21的介电常数和厚度。

静电电容C6是定子的绝缘树脂13和轴16之间的静电电容。静电电容C6的值与静电电容C3同样，主要依赖于轴承15内部的润滑剂的介电常数和油膜厚度。

静电电容C7是定子绕组12和轴承15之间的静电电容。静电电容C7的值与静电电容C1同样，主要依赖于定子的绝缘树脂13的介电常数和绝缘距离。这里，图中的Vdc是对印刷电路板18施加的电压。

在将这样结构的无刷电动机通过PWM方式的逆变器驱动了的情况下，发生共模电压，通过静电电容C1至C7和电阻成分而发生轴电压。对于该轴电压，在特定的条件下，发生轴承内部的油膜的绝缘击穿电压，并有以至于电蚀的情况。

在将定子绕组12通过PWM方式的逆变器驱动时，通过各个构成构件之间的静电电容C1至C7和电阻成分，发生环状的高频的循环电流。作为循环电流的路径(route)，例如，有从定子铁心11起经定子绕组12、印刷电路板18、轴承架17、轴承15、轴16、转子14、然后返回到定子铁心11的路径。此时，若轴承15内部作为润滑剂的油脂(grease)的油膜被截断，或油膜厚度变薄时，发生伴随它的局部性的绝缘击穿造成的放电现象。有时因这种放电现象而轴承15的传送面上形成微小的放电痕迹，因这种放电现象长时间持续而以至于电蚀。由于共模电压被静电电容C1至C7和电阻成分分压，所以这种放电现象的发生与轴承15上施加的轴电压的大小关系密切。

图3是用于说明电蚀发生的机理的、以等效的静电电容和电阻成分表示了各个构成构件间的等效电路图。在图3中，表示通过短路构件90使定子铁心11和轴承架17短路的情况下的一例。

此外，在图3中，表示由于在定子绕组12上产生的电位，在以下的两个路径流过高频的电流的等效电路。即，一个路径是从定子绕组12经将定子铁心11绝缘的树脂21和模制一体成形的绝缘树脂13、定子铁心11、轴承架17、然后到轴承15的外圈为止的路径。另一个路径是从定子绕组12经树脂21和绝缘树脂13、定子铁心11、转子14的永久磁铁、转子铁心、轴16、然后到轴承15的内圈为止的路径。

用图3所示的等效电路表示这样的路径。即，在图3中，共模电压E对应于定子绕组12上发生的电位。此外，图3所示的等效电路包含定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗Zcs、定子侧的阻抗Zst8和转子侧的阻抗Zrt。

阻抗Zcs表示从定子绕组12通过树脂21和绝缘树脂13而至定子铁心11为止的公共路径的阻抗。在图3中，作为并联连接了定子绕组12和定子铁心11之间的静电电容Ccs和电阻Rcs的等效电路产生的阻抗Zcs来表示。

定子侧的阻抗Zst8表示从定子铁心11通过短路构件90和轴承架17而至轴承15的外圈为止、与上述一个路径对应的阻抗。在图3中，作为从定子铁心11至轴承15的外圈为止的电阻Rsb产生的阻抗Zst8来表示。

转子侧的阻抗Zrt表示从定子铁心11通过转子14的永久磁铁、转子铁心和轴16而至轴承15的内圈为止、与上述另一个路径对应的阻抗。在图3中，作为串联连接了两个并联电路的各自电路的等效电路的阻抗Zrt来表示。一个并联电路是并联连接了定子铁心11和转子14之间的空隙中的静电电容Cgap和电阻Rgap的电路。此外，另一个并联电路是并联连接了从转子14的永久磁铁至轴承15的内圈为止的静电电容Cmg和电阻Rmg的电路。

而且，如图3所示，使轴承15的内圈和外圈之间成为并联连接了静电电容Cbb和电阻Rbb的等效电路的结构。在该并联电路两端中，电压Vs表示轴承15的外圈的电压，电压Vr表示轴承15的内圈的电压。

这里，转子侧的阻抗Zrt为

Zrt＝Rgap/(1+jωCgapRgap)+Rmg/(1+jωCmgRmg) ...(式1)

。阻抗Zrt由定子铁心和转子永久磁铁的表面积、定子铁心和转子永久磁铁之间的空隙距离、转子所使用的永久磁铁材质、以及至转子铁心为止的永久磁铁的厚度等来决定。

此外，定子侧的阻抗Zst8为

Zst8＝Rsb ...(式2)

这里，作为定子侧，由于定子铁心11和轴承架17被短路，所以比较(式1)和(式2)，定子侧的阻抗Zst8比转子侧的阻抗Zrt低。即，成为Zrt＞Zst8的状态。也就是说，轴承15的内圈的电压Vr因为Zrt的阻抗高而为低电压，轴承15的外圈的电压Vs因为Zst8的阻抗低而为高电压。因此，在轴承15的内圈和外圈之间，发生作为电压值(Vs-Vr)的轴电压。

而且，因在轴承15的内圈和外圈之间产生的这样的轴电压而发生放电现象，因这种放电现象而产生电蚀现象。轴承15的传送面因这种电蚀现象重复发生而破裂，以至波状磨损现象时最终导致电动机的异常音的发生。此外，轴电压越高，这样的放电现象越容易发生。

此外，在以上说明中，定子侧的阻抗Zst8仅作为电阻成分即电阻Rsb进行了说明，但实际上还包含静电电容。即，除了电阻成分，还存在定子铁心11和轴承架17之间的模制材料13或印刷电路板18、进而印刷电路板18和轴承架17之间的空间等造成的静电电容。图4是还考虑了这些定子侧的静电电容的等效电路图。图4中的静电电容Csb和电阻Rsb表示这些静电电容和电阻成分。此外，该情况下的定子侧的阻抗Zst9为

Zst9＝Rsb/(1+jωCsbRsb) ...(式3)

若考虑这样的静电电容Csb，则定子侧的阻抗Zst9更低，轴承15的外圈的电压Vs仍然为高电压。

如以上说明，因从定子铁心11至轴承15的内圈为止的阻抗和外圈为止的阻抗不同而产生的轴电压成为电蚀发生的一个主要因素。

下面，说明通过上述那样构成的本实施方式的电动机而可以防止电蚀的原理。

图5是以等效的静电电容和电阻成分表示了驱动本实施方式的电动机时各个构成构件间的等效电路图。

在图5中，表示高频的电流因定子绕组12中发生的电位而通过下面那样的两个路径流过的等效电路。即，一个路径是从定子绕组12到将定子铁心11绝缘的绝缘子21和模制材料13、定子铁心11、电容器40、轴承架17、以及轴承15的外圈的路径。另一个路径是从定子绕组12到绝缘子21和模制材料13、定子铁心11、转子14的永久磁铁、转子铁心31、轴16、以及轴承15的内圈的路径。

用图5所示的等效电路表示这样的路径。在图5中，共模电压E对应于定子绕组12上发生的电位。此外，图5所示的等效电路包含定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗Zcs、定子侧的阻抗Zst1、以及转子侧的阻抗Zrt。

阻抗Zcs表示从定子绕组12通过绝缘子21和模制材料12至定子铁心11为止的公共路径中的阻抗。在图5中，作为并联连接了定子绕组13和定子铁心11之间的静电电容Ccs和电阻Rcs的等效电路产生的阻抗Zcs来表示。定子绕组12和定子铁心11由绝缘子21或模制材料13绝缘，所以静电电容Ccs成为阻抗Zcs的主要成分。

定子侧的阻抗Zst1表示从定子铁心11通过电容器40和轴承架17至轴承15的外圈为止，与上述一个路径对应的阻抗。在图5中，作为从定子铁心11至轴承15的外圈为止的电阻Rsb与定子铁心11和轴承架17之间连接的电容器40的静电电容C40串联连接产生的阻抗Zst1来表示。定子侧的阻抗Zst1为

Zst1＝(1/jωC40)+Rsb ...(式4)

。定子铁心11或轴承架17的电阻成分即电阻Rsb比较低，所以静电电容C40成为阻抗Zst1的主要成分。

转子侧的阻抗Zrt表示从定子铁心11通过转子14的永久磁铁、转子铁心31和轴16至轴承15的内圈为止，与上述另一个路径对应的阻抗。在图5中，作为串联连接了两个并联电路的各个电路的等效电路的阻抗Zrt来表示。一个并联电路是并联连接了定子铁心11和转子14之间的空隙中的静电电容Cgap和电阻Rgap的电路。此外，另一个并联电路是并联连接了从转子14的永久磁铁到轴承15的内圈为止的静电电容Cmg和电阻Rmg的电路。阻抗Zrt变成式1。定子铁心11和转子14之间为空隙，从永久磁铁至轴承15的内圈为止是连接了金属的结构，所以静电电容Cgap和电阻Rmg成为阻抗Zrt的主要成分。

而且，如图5所示，使轴承15的内圈和外圈之间成为并联连接了静电电容Cbb和电阻Rbb的等效电路的结构。在该并联电路两端中，电压Vs表示轴承15的外圈的电压，电压Vr表示轴承15的内圈的电压。

这里，如上所述，在将定子铁心11和轴承架17短路了的情况下，定子侧的阻抗比转子侧的阻抗低。相对于此，在本实施方式中，定子铁心11和轴承架17之间连接着电容器40。根据这样的结构，定子侧的阻抗Zst1用式4表示，与将定子铁心11和轴承架17短路了的情况相比，阻抗变高。即，通过调整电容器40的静电电容C40而适当地设定它的电容值，从而可以使定子侧的阻抗Zst1与转子侧的阻抗Zrt近似或一致，使各自的阻抗匹配。而且，通过使定子侧的阻抗Zst1和转子侧的阻抗Zrt近似或一致，从而轴承15的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr近似或一致。因此，可将轴承15的内圈和外圈之间产生的电位差、即电压值(Vs-Vr)的轴电压抑制得低。由此，可以抑制轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘击穿电压，所以能够防止在轴承内部发生的电蚀。

再有，以上，为了提高定子侧的阻抗，列举说明了在定子铁心11和轴承架17之间连接了作为介电元件的电容器40的结构例，但也可以形成其他的结构。

即，作为本实施方式的变形例，也可以是在定子铁心11和轴承架17之间连接电阻元件。图6是在定子铁心11和轴承架17之间连接了电阻元件时的等效电路图。如图6所示，取代图5中的静电电容C40，电阻R41串联连接到电阻Rsb。此外，作为具体的结构，可以通过取代图1中的电容器40而连接电阻器来实现。此外，此时的定子侧的阻抗Zst2为

Zst2＝R41+Rsb ...(式5)

。即，与在定子铁心11和轴承架17之间连接了电容器40的情况同样，通过调整电阻R41而适当地设定它的电阻值，可以使定子侧的阻抗Zst2匹配于转子侧的阻抗Zrt。而且，由此，使轴承15的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr近似或一致，可以将轴承15的内圈和外圈之间的轴电压抑制得低。

此外，在以上的说明中，说明了在定子铁心11和轴承架17之间连接介电元件或电阻元件的结构，但也可以是将介电元件和电阻元件并联连接或串联连接，并将它们连接在定子铁心11和轴承架17之间的结构。此外，不限定于将介电元件或电阻元件这样的部件连接在定子铁心11和轴承架17之间的结构，例如，也可以是将具有规定介电常数的树脂或具有规定的电阻值的电阻体等的构件设置在定子铁心11和轴承架17之间的结构。

以下，用实施例更具体地说明本实施方式。

(实施例1)

使用图1所示的无刷电动机，在轴承架17和连接销42之间串联地连接10pF、47pF、100pF、330pF和560pF的介电元件作为各个电容器40，并进行了轴电压和轴电流的测量。再有，就介电元件来说，使用了径向引线(radiallead)型的塑料薄膜电容器。

对各个部位的静电电容和阻抗，使用安捷伦科技有限公司(AgilentTechnology)制造的LCR测量仪4263A，并以测量电压为1V、测量频率为10kHz进行了测量。

在图7中，表示轴电压的测量方法。在轴电压测量时使用直流稳定电源，并以绕组的电源电压Vdc为391V，控制电路的电源电压Vcc为15V，控制转速的控制电压Vsp为3V，将转速设为了1000r/min的相同运转条件下进行了测量。再有，运转时的无刷电动机姿态设为了轴水平。

轴承的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr，通过数字示波器130(科技有限公司(日本)制造的TDS640A)，观测图8所示的电压波形，并将波峰值设为了测量电压。测量时的横轴时间设为了50μs/div的相同条件。再有，数字示波器130用绝缘变压器140来绝缘。

关于轴承的外圈的电压Vs的测量，在外圈附近的轴承架17上用导电性带112连接引线111，在该引线111上连接探针120的前端121，并进行测量。此时，探针120的“地”(ground)122连接到电源的“地”。关于内圈的电压Vr的测量，使引线110的一端中的导体为直径约8mm的环状，使形成了该环状的内周导电接触内圈附近的轴16的外周，在引线110的另一端连接探针120的前端121，并进行测量。此时，探针120的“地”122连接到电源的“地”。

图9表示轴电流的测量方法。关于轴电流的测量，也以与轴电压的测量同样的运转条件和电动机姿态来进行。关于电流值的测量，使用日置电机制造的3156漏电电流高级检测器150来进行。再有，电流值以铠装-铠装间漏电电流测量模式来测量AC电流值。

关于上述测量，全部使用了轴承的外圈和内圈总为绝缘状态的陶瓷球规格的轴承。在普通的铁球规格中，因轴承的外圈和内圈导通或不导通而不能进行正确的测量。

(比较例1)

以不连接电容器40，并且使轴承架17和定子铁心11不短路的状态，与实施例1同样地测量了轴电压和轴电流。

(比较例2)

以不连接电容器40，并且使轴承架17和定子铁心11短路了的状态，与实施例1同样地测量了轴电压和轴电流。

表1中表示实施例1、比较例1、比较例2的测量结果。

[表1]

从表1可知，通过在定子铁心11和轴承架17之间串联地连接塑料薄膜电容器，可以使定子铁心11和轴承架17(轴承的外圈)之间的阻抗近似于定子铁心11和轴16(轴承的内圈)之间的阻抗。此外，如表1所示，对于轴电流，也可以同样地降低。特别地，在以定子铁心11和轴承的内圈之间的阻抗作为了基准时，对于该基准，如果定子铁心11和轴承的外圈之间的阻抗在从超过基准的10％(+10％)至比基准减少了75％(-75％)的范围内，则与比较例1和比较例2相比，可以减小轴电压或轴电流。

(实施例2)

使用与实施例1相同规格的无刷电动机，在轴承架17和连接销42之间串联地分别连接470kΩ、220kΩ、170kΩ、100kΩ、56kΩ的电阻元件，用与实施例1同样的方法，进行了轴电压和轴电流的测量。再有，就电阻元件来说，使用了引线型的碳膜固定电阻器。

表2中表示实施例2、比较例1、比较例2的测量结果。

[表2]

从表2可知，通过在定子铁心11和轴承架17之间串联地连接碳膜固定电阻器，可以使定子铁心11和轴承架17(轴承的外圈)之间的阻抗近似于定子铁心11和轴16(轴承的内圈)之间的阻抗。此外，如表2中所示，对于轴电流也可以同样地降低。特别地，在以定子铁心11和轴承的内圈之间的阻抗设为了基准时，对于该基准，如果定子铁心11和轴承的外圈之间的阻抗在超过基准的10％(+10％)至比基准减少了65％(-65％)的范围内，则与比较例1和比较例2相比，可以减小轴电压或轴电流。

(实施方式2)

图10是表示本发明的实施方式3的电动机的构造的剖面图。在与实施方式1的比较中，在本实施方式中，未设置电容器40、通孔41和连接销42。而且，在本实施方式中，将用于对定子铁心11进行绝缘的树脂即绝缘子设为介电常数为3.0以下的绝缘子211。再有，在图10中，对与图1相同的结构要素附加相同的标号并省略详细的说明。

在本实施方式中，为了调整定子绕组12和轴承15的外圈之间的阻抗，将这样的介电常数为3.0以下的绝缘子211作为阻抗调整构件配置在定子铁心11和定子绕组12之间。在本实施方式中，通过降低绝缘子的介电常数，在驱动了本电动机时，降低因高频电流而在轴承15的内圈和外圈产生的电位，由此防止在轴承内部发生的电蚀。

以下，说明通过这样构成的本实施方式的电动机而可以防止电蚀的原理。

例如，如图5的等效电路图所示，由于共模电压E介于绝缘子之间，所以与绝缘子对应的静电电容Ccs和电阻Rcs分别对轴承15的内圈的电压Vr和外圈的电压Vs产生影响。定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗Zcs为

Zcs＝Rcs/(1+jωCcsRcs) ...(式6)

一般地，电动机所使用的绝缘子的介电常数在1MHz的频率测量条件下为3.2～4.0左右。相对于此，在本实施方式中，选择绝缘子211的介电常数为3.0以下的低介电常数的材料。即，通过这样的选择，降低将定子铁心11绝缘的绝缘子的静电电容Ccs，由此，提高绝缘子的阻抗Zcs。此外，绝缘子的阻抗Zcs分别与定子侧的阻抗和转子侧的阻抗串联连接。因此，若提高绝缘子的阻抗Zcs，则绝缘子中的分担电压升高。其结果，轴承15的内圈的电压Vr和外圈的电压Vs分别变低。即，若使用阻抗高的绝缘子211，则可以降低各个电压Vr和电压Vs，所以也可以降低电压Vr和电压Vs之间的电位差即轴电压。由此，可以抑制轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘击穿电压，所以可以防止在轴承内部发生的电蚀。

再有，以上列举说明了使绝缘子211为低介电常数的一例，但定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗Zcs实际上也受到绝缘树脂即模制材料13的影响。即，共模电压E介于绝缘子211和模制材料13之间，所以模制材料13产生的静电电容和电阻成分也对轴承15的内圈的电压Vr和外圈的电压Vs产生影响。因此，作为阻抗调整构件，也可以选择模制材料13的介电常数为3.0以下的低介电常数的材料。此外，作为阻抗调整构件，也可以是选择介电常数为3.0以下的绝缘子和介电常数为3.0以下的模制材料的结构。

以下，用实施例更具体地说明本实施方式。

(实施例3)

使用与实施例1相同规格的无刷电动机，使用仅绝缘子211的材料的介电常数变更到2.8的材料，并使轴承架17和定子铁心11为短路的状态，从而用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。就绝缘子211的材料来说，使用了出光石油化学株式会社制造的间规聚苯乙烯(SPS)树脂(ザレックS120)。

再有，比较例2的绝缘子材料为以往使用的普通的聚对苯二甲酸乙二醇树脂(PET)树脂的成形材料，并且介电常数为3.6。

(比较例3)

使用与实施例1同样规格的无刷电动机，使用仅绝缘子211的材料的介电常数变更到5.8的材料，并使轴承架17和定子铁心11为短路的状态，从而用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。就绝缘子211的材料来说，使用了闻亭聚合物株式会社制造的聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂(ジュラネックス6320T)。

表3中表示实施例3、比较例2、比较例3的测量结果。

[表3]

从表3可知，通过使用绝缘子211的介电常数为3.0以下的低介电常数材料，定子绕组12和定子铁心11之间的静电电容变低，可以提高定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗。而且，由此，可以同时降低轴承的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr，其结果可以降低轴电压。此外，关于轴电流，也可以随着轴电压的下降而降低。

(实施例4)

使用与实施例1同样规格的无刷电动机，使用仅模制材料13的介电常数变更到2.1的材料，并使轴承架17和定子铁心11为短路的状态，从而用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。就模制材料13来说，在不饱和聚酯(UP)树脂中，添加玻璃气球(glass balloon)作为填充剂，进行低介电常数化。

再有，比较例2的模制材料13为，以往使用的添加了普通玻璃纤维或碳酸钙等的填充剂的不饱和聚酯(UP)树脂的成形材料，介电常数为3.9。

(比较例4)

使用与实施例1同样规格的无刷电动机，使用仅模制材料13的介电常数变更到5.7的材料，并使轴承架17和定子铁心11为短路的状态，从而用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。就模制材料13来说，在不饱和聚酯(UP)树脂中，添加氧化钛作为填充剂，进行高介电常数化。

上述树脂材料的介电常数的确认，以JIS K 6911为标准，在23℃、50％RH、1MHz的条件下进行了测量。

表4中表示实施例4、比较例2、比较例4的测量结果。

[表4]

从表4可知，通过使用模制材料13的介电常数为3.0以下的低介电常数材料，定子绕组12和定子铁心11之间的静电电容变低，可以提高定子绕组12和定子铁心11之间的阻抗。而且，由此，可以同时降低轴承的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr，其结果可以降低轴电压。此外，关于轴电流，也可以随着轴电压的下降而降低。

(实施方式3)

图11是表示本发明的实施方式3的电动机的构造的剖面图。在与实施方式1的比较中，在本实施方式中，未设置电容器40、通孔41和连接销42。而且，在本实施方式中，具有阻抗成分的绝缘树脂311介于转子铁心31和轴16之间。取代在实施方式1中调整了定子绕组12和轴承15的外圈之间的阻抗，在本实施方式中，成为使绝缘树脂介于中间，调整定子绕组12和轴承15的内圈之间的阻抗的结构。再有，在图11中，对与图1相同的结构要素附加相同的标号并省略详细的说明。

在本实施方式中，为了调整定子绕组12和轴承15的外圈之间的阻抗，作为阻抗调整构件，使具有阻抗成分的绝缘树脂311介于转子铁心31和轴16之间。更具体地说，为了使各自的阻抗匹配，以使定子铁心11和轴承15的内圈之间的阻抗近似为定子铁心11和轴承15的外圈之间的阻抗，使绝缘分离各个阻抗的绝缘树脂311介于转子铁心31和轴16之间。通过将这样的绝缘树脂311介于中间作为匹配构件，调整定子铁心11和轴承15的内圈之间的阻抗。

图12是以等效的静电电容和电阻成分表示了在驱动本电动机时各个结构构件间的等效电路图。

在图12中，表示定子侧的阻抗Zst3表示从定子铁心11通过轴承架17而到轴承15的外圈为止的阻抗。在图12中，作为从定子铁心11到轴承15的外圈为止的电阻Rsb与定子铁心11和轴承架17之间的静电电容Csb的串联连接产生的阻抗Zst3来表示。即，由于定子铁心11和轴承架17之间不进行电连接，所以与图3中所示的阻抗Zst8相比，阻抗Zst3一方较高。

此外，转子侧的阻抗Zrt3表示从定子铁心11通过转子14的永久磁铁、转子铁心31、作为阻抗调整构件的绝缘树脂311、轴16到轴承15的内圈为止的阻抗。如图12所示，例如与图5的转子侧的阻抗Zrt比较，阻抗Zrt3还包含对应于绝缘树脂311的静电电容Cpl和电阻Rpl。转子侧的阻抗Zrt3为

Zrt3＝Rgap/(1+jωCgapRgap)+Rmg/(1+jωCmgRmg)+Rpl/(1+jωCplRpl) ...(式7)

。即，与没有绝缘树脂311的情况相比，可提高转子侧的阻抗。

因此，在不将定子铁心11和轴承架17之间短路的情况下，定子侧的阻抗Zst3升高。因此，在本实施方式中，通过使绝缘树脂311介于转子铁心31和轴16之间，转子侧的阻抗Zrt3也升高，从而使各自的阻抗近似或一致。即，调整介于转子铁心31和轴16之间的绝缘树脂311产生的静电电容，适当地设定它的电容值，从而可以使转子侧的阻抗Zrt3近似定子侧的阻抗Zst3或与其一致，可以使各个阻抗匹配。而且，通过使转子侧的阻抗Zrt3和定子侧的阻抗Zst3近似或一致，从而轴承15的外圈的电压Vs和内圈的电压Vr近似或一致。因此，可将轴承15的内圈和外圈之间产生的轴电压抑制得低。由此，可以抑制轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘击穿电压，所以可以防止在轴承内部发生电蚀。

以下用实施例更具体地说明本实施方式。

(实施例5)

在与实施例1相同定子规格的无刷电动机中，成为将转子与轴16和其内径比轴外径大2mm的转子铁心31一体成形，使绝缘树脂介于轴16和转子铁心31之间1mm的规格。使这样的转子规格的无刷电动机成为轴承架17和定子铁心11不短路的状态，用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。就一体成形中使用的材料来说，使用了介电常数为2.8的出光石油化学株式会社制造的间规聚苯乙烯(SPS)树脂(Zarekku S120)和介电常数为3.6的聚对苯二酸丁二酯(PBT)树脂。此外，在转子铁心31的外周上，粘结了在稀土类磁铁粉末中混合约3wt％的环氧树脂，环状地成形、加热固化所得的稀土类树脂磁铁。

再有，比较例1的转子是在转子铁心31的内径中压入轴16，所以在轴16和转子铁心31之间处于没有树脂的状态。此外，在转子铁心31的外周上，将与实施例5相同的稀土类树脂磁铁粘结在转子铁心31的外径上。

(比较例5)

在与实施例1相同的定子规格的无刷电动机中，转子在转子铁心31的内径中压入了轴16，所以在轴16和转子铁心31之间处于没有树脂的状态。此外，在转子铁心31的外周上，形成在转子铁心31的外径上粘结了铁氧体树脂磁铁的规格。使这样的转子规格的无刷电动机不处于轴承架17和定子铁心11为短路的状态，用与实施例1同样的方法，测量了轴电压和轴电流。铁氧体树脂磁铁是在铁氧体磁铁中混合约10wt％的聚酰胺树脂，环状地成形了的磁铁，与上述稀土类树脂磁铁相比，具有约4倍的厚度。

表5中表示实施例5、比较例1、比较例5的测量结果。

[表5]

从表5可知，通过使绝缘树脂311介于转子铁心31和轴16之间，定子铁心11和轴16(轴承的内圈)之间的静电电容变低，转子侧的阻抗Zrt3提高。由此，轴承15的内圈的电压Vr变低，其结果可以降低轴电压。此外，关于轴电流，也可以随着轴电压的下降而降低。此外，通过在转子铁心31和轴16之间的绝缘树脂311上选择介电常数为3.0以下的材料，可以进一步降低轴电压和轴电流。

再有，在以上的说明中，列举说明了在作为电器设备的空调中装载的无刷电动机即电动机的一例，但除了这样的空调室外机或空调室内机以外，也适用于热水器、空气清洁机、餐具清洗干燥机等各种信息设备上所装载的电动机、以及工业设备中所使用的电动机。

工业实用性

本发明的电动机可减少轴电压，最适合于防止轴承的电蚀发生。因此，在主要被期望电动机的低价格和长寿命的电器设备中，例如对在空调室内机、空调室外机、热水器、空气清洁机、餐具清洗干燥机等上所装载的电动机是有效的。

Claims

1.电动机，其特征在于，包括：

定子，其包含绕装了绕组的定子铁心；

转子，其包含面对所述定子在周向上保持了多个永久磁铁的旋转体和以贯通所述旋转体的中央而连结了所述旋转体的轴；

轴承，其支承所述轴；以及

轴承架，其固定所述轴承，

所述电动机还包含：

阻抗调整构件，其具有阻抗成分，调整所述绕组和所述轴承的内圈之间的阻抗、以及所述绕组和所述轴承的外圈之间的阻抗中的至少其中一个的阻抗，

所述阻抗调整构件是介电元件和电阻元件的至少其中之一。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述阻抗调整构件是使所述定子铁心和所述轴承的内圈之间的阻抗与所述定子铁心和所述轴承的外圈之间的阻抗近似或一致的匹配构件。

3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述定子铁心和所述轴承架之间通过具有所述阻抗成分的构件而被电连接。

4.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，在以所述定子铁心和所述轴承的内圈之间的阻抗作为了基准时，所述定子铁心和所述轴承的外圈之间的阻抗相对于所述基准设在了从+10％至-75％的范围内。

5.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，设置将绕装所述定子铁心的所述绕组用绝缘树脂进行了模制一体成形的壳部，

所述轴承由一对轴承构成，

将一个所述轴承设置在所述壳部的内部，将另一个所述轴承固定在了所述轴承架上。

6.如权利要求5所述的电动机，其特征在于，所述定子铁心和所述轴承架之间通过具有所述阻抗成分的构件而被电连接。

7.如权利要求5所述的电动机，其特征在于，在将所述定子铁心和所述轴承的内圈之间的阻抗作为了基准时，所述定子铁心和所述轴承的外圈之间的阻抗相对于所述基准设在了从+10％至-75％的范围内。

8.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述定子在被树脂绝缘了的所述定子铁心上绕装所述绕组，将所述树脂作为所述阻抗调整构件，从而将所述树脂的介电常数设在了3.0以下。

9.如权利要求8所述的电动机，其特征在于，设有将绕装所述定子铁心的所述绕组用绝缘树脂进行了模制一体成形的壳部，

所述轴承由一对轴承构成，

10.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述定子在被树脂绝缘了的所述定子铁心上绕装所述绕组，设置将绕装所述定子铁心的所述绕组用绝缘树脂进行了模制一体成形的壳部，

所述轴承由一对轴承构成，

将一个所述轴承设置在所述壳部的内部，将另一个所述轴承固定在了所述轴承架上，

将所述绝缘树脂作为所述阻抗调整构件，从而将所述绝缘树脂的介电常数设在了3.0以下。

11.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述匹配构件是在所述旋转体的内周和所述轴之间设置的具有阻抗成分的构件。

12.如权利要求11所述的电动机，其特征在于，所述匹配构件将所述旋转体的内周和所述轴绝缘分离。

13.如权利要求12所述的电动机，其特征在于，所述匹配构件是将所述旋转体的内周和所述轴绝缘分离的绝缘树脂。

14.如权利要求1至权利要求13中任何一项所述的电动机，其特征在于，设有驱动在所述定子铁心上绕装了的所述绕组的脉宽调制方式的逆变器。

15.电器设备，其特征在于，装载了权利要求1至权利要求13中任何一项所述的电动机。