CN102884716B - 电动马达和包括该电动马达的电动装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种定子、转子、轴承和导电性支架。定子具有卷绕有绕组的定子铁芯。转子具有：转动体，用于以永磁体与定子相对的方式将该永磁体保持在圆周方向上；以及轴，以所述轴贯穿该转动体的中央的方式使该转动体紧固至所述轴。输出轴侧的轴承以及与输出轴侧相对的轴承支撑该轴。这些支架其中之一固定输出轴侧的轴承，并且另一个固定与输出轴侧相对的轴承。这些支架彼此电连接，并且在转动体的外周和轴之间形成有介电层。

Description

电动马达和包括该电动马达的电动装置

技术领域

本发明涉及一种电动马达，尤其涉及一种为了抑制轴承内发生电解腐蚀而进行了改进的电动马达。

背景技术

近年来，在大多数情况下，已使用脉冲宽度调制系统(以下适当称为PWM系统)的逆变器对电动马达进行了驱动。在使用这种PWM系统的逆变器对电动马达进行驱动的情况下，绕组的中性点电位不为0，这导致在轴承的外环和内环之间出现电位差(以下称为轴电压)。该轴电压包括由于切换所引起的高频成分。在该轴电压达到轴承内部的油膜的介电击穿电压的情况下，微电流流入该轴承并且导致该轴承内部发生电解腐蚀。在该电解腐蚀继续存在的情况下，在轴承内环、轴承外环或轴承滚珠上可能发生波状磨损现象，从而产生异常声响。这是电动马达发生故障的主要原因之一。

用于使用PWM系统的逆变器来驱动电动马达的驱动电路(包括控制电路)的电源电路与该电源电路的主电路和该主电路侧的接地端电绝缘。

被视为抑制电解腐蚀的传统措施包括如下：

(1)在轴承内环和轴承外环之间提供电气连续性；

(2)在轴承内环和轴承外环之间提供电气绝缘性；以及

(3)降低轴电压。

针对(1)的具体方法的示例包括在轴承内使用导电性润滑剂。然而，该导电性润滑剂的导电性随着时间的经过而劣化，并且缺少滑动可靠性。可选地，考虑了用于在转动轴上配置刷以提供电气连续性的方法。然而，该方法产生了刷磨损粉末并且需要空间。

针对(2)的具体方法的示例包括将轴承内的铁珠改变为非导电性陶瓷珠。该方法在抑制电解腐蚀方面高度有效，但所需成本较高。因而，该方法无法用于通用电动马达。

作为针对(3)的具体方法，传统上已知有以下方法。使定子铁芯和导电性金属支架发生电短路以改变电容并降低轴电压(例如，参见专利文献1)。此外，就模制电机的结构而言，传统上已知在定子铁芯和导电性金属支架之间提供电气连续性的结构(例如，参见专利文献2)。此外，所公开的用于抑制电动马达的轴承内的电解腐蚀的很多传统技术包括该电动马达的定子铁芯电连接至接地端的结构(例如，参见专利文献3)。

通过以下关系式来表示电容并联连接至电阻时的阻抗。

Z=1/jwC+R

其中，Z是阻抗，j是虚数，w是角频率，C是电容，并且R是电阻。如通过该表达式显而易见，在电容大或电阻小的情况下，阻抗低。作为对比，在电容小或电阻大的情况下，阻抗高。

在专利文献1中，使定子铁芯和支架发生短路导致定子侧的阻抗降低，由此抑制了轴承内的电解腐蚀。

也就是说，通常，除充电部的绝缘(基本绝缘)以外，例如安装在潮湿场所的洗衣机或洗碗机/干燥机中所使用的并且由此可能引起电击穿的电动马达还需要独立绝缘(以下称为附加绝缘)。另一方面，除了上述电器以外的例如空调室内单元、空调室外单元、热水供给器和空气净化器等电器所使用的电动马达不会引起电击穿，因而无需附加绝缘。由于该原因，在空调室内单元、空调室外单元、热水供给器和空气净化器所使用的电动马达中，其转子不具有绝缘结构。因而，转子侧(轴承内环侧)的阻抗处于较低状态。作为对比，定子侧(轴承外环侧)具有绝缘结构，因而该阻抗处于较高状态。在这种情况下，尽管轴承内环侧的电位较高，但轴承外环侧的电位较低。该不平衡状态可能产生高的轴电压。这种高的轴电压可能会导致轴承内发生电解腐蚀。

为了避免这种状态，在专利文献1中，使定子铁芯和支架发生短路以消除这两者之间的电容成分。由此，定子侧(轴承外环侧)的阻抗减少并且近似为转子侧(轴承内环侧)的阻抗。

近年来，已提出了模制电机。在这类马达中，利用模具材料对诸如定子侧的定子铁芯等的固定构件进行模制以提高可靠性。之后，可以认为代替金属支架，利用这种绝缘性模具材料对轴承进行了固定，从而抑制了轴承外环侧上所产生的不必要的高频电压或者轴承的内环和外环之间流动的不必要的高频电流。然而，由于这种模具材料由树脂构成，因此其强度对于固定轴承而言不够高。此外，树脂模制所提供的尺寸精度低，因而轴承内有可能发生蠕变失效(creep failure)。也就是说，通常在轴承内，例如在外环和壳体的内周面之间存在间隙的情况下，由于传递负荷而使得向着轴施加径向上的力。在产生了这种力的情况下，径向上的相对差异很可能导致滑动现象。这种滑动现象被称为蠕变。通常，可以通过使外环牢固地固定至诸如支架等的壳体来抑制这种蠕变。此外，随着近来电动马达的输出的增加，需要更加牢固地固定至轴承。因而，采取诸如使用根据尺寸精度高的钢板预制得到的金属支架来固定轴承等的蠕变防止措施是必要的。

特别地，通常轴承在两个点处支撑转动轴。由于上述的强度和易于实现的原因，优选利用金属支架来固定两个轴承。

然而，专利文献1所述的传统方法存在以下问题。首先，由于该传统方法是短路方法，因此无法进行阻抗调整。在转子的某些磁性材料或结构中，轴电压可能增加。其次，由于该方法使阻抗降低，因此需要使轴承内环和轴承外环之间的平衡始终保持在高电位。在这种状态下，可以考虑以下情况：在阻抗因电动马达的使用环境或者定子和转子的组装精度的变化而不平衡的情况下，轴电压反而增加，这样容易发生电解腐蚀。

此外，在由于上述强度的原因而使用金属支架的情况下，定子侧的阻抗可能低于利用诸如绝缘树脂等模具材料来固定轴承的情况下的阻抗。树脂壳体具有高的绝缘性能，由此防止了电流在轴承的内环和外环之间流动。作为对比，导电性支架具有低的绝缘性能，并且允许电流在轴承的内环和外环之间流动。可以认为存在如下情况：由于上述原因，很可能发生电解腐蚀。此外，导电性支架的使用使定子的阻抗降低，由此使轴承内环和轴承外环的电位都增加。这会导致与专利文献1的问题相同的问题。

在存在本发明要解决的问题的结构中，如上所述，用于使用PWM系统的逆变器来驱动电动马达的驱动电路(包括控制电路)的电源电路与该电源电路的主电路和该主电路侧的接地端电绝缘。由于该原因，在使用传统技术中电动马达的定子铁芯电连接至接地端的结构来解决上述问题的情况下，考虑在电动马达的规格和特性方面所产生的附加问题。因而，该解决方案是困难的。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本特开2007-159302

专利文献2：日本专利3775370

专利文献3：日本特开2004-242412

发明内容

本发明旨在提供一种能够抑制轴承内发生电解腐蚀的电动马达以及包括该电动马达的电动装置。

本发明的电动马达包括以下元件：

定子，其具有定子铁芯，其中所述定子铁芯上卷绕有绕组；

转子，其包括：

转动体，用于以永磁体与所述定子相对的方式将所述永磁体保持在圆周方向上；以及

轴，以所述轴贯穿所述转动体的中央的方式使所述转动体紧固至所述轴；

轴承，用于支撑所述轴；以及

导电性的两个支架，用于固定所述轴承。

所述两个支架彼此电连接，并且在所述转动体的外周和所述轴之间形成有介电层。

该介电层是用于抑制电解腐蚀的绝缘体。

利用该结构，在阻抗低的转子内，由转动体的外周和轴之间形成的介电层所引起的电容等效串联连接。因而，可以增加转子侧的阻抗。在转子侧的阻抗由此增加的情况下，可以使增加后的阻抗近似为作为高阻抗的定子侧的阻抗。结果，可以使轴承内环侧和轴承外环侧上的高频电位均等并且平衡。由于定子侧和转子侧的阻抗处于较高状态，因此可以使轴承内环侧和轴承外环侧的电位在低状态下平衡。因而，例如，可以在没有使用环境的任何影响的情况下抑制轴电压。

本发明的电动装置包括上述的电动马达。

如上所述，在本发明的电动马达中，使两个支架的阻抗在没有显著下降的情况下相等。此外，使转子侧(轴承内环侧)的阻抗增加从而近似为定子侧(轴承外环侧)的两个支架的阻抗。因而，在本发明的电动马达中，可以使轴承内环侧和轴承外环侧的高频电位平衡。利用该结构，可以提供能够抑制轴承内发生电解腐蚀的电动马达以及包括该电动马达的电动装置。

附图说明

图1是示出根据本发明第一典型实施例的无刷马达的一部分的结构图。

图2是示意性示出该马达的主要部分的图。

图3是示出该马达的转动体的具体结构示例的图。

图4是示出该马达的转子的另一结构示例的图。

图5是示出示例1中的用于测量轴电压的方法的图。

图6是示出完全波形变形的示例的图。

图7是示出部分波形变形的示例的图。

图8是示出无波形变形的示例的图。

图9是示出在电流方向是从轴承外环向着轴承内环的方向时的轴电压的波形的图。

图10是示出示例1和比较例1~4的评价结果的表。

图11是示出作为根据第一典型实施例的另一结构示例的外转子型电动马达的一部分的结构图。

图12是根据本发明第二典型实施例的电动装置(空调室内单元)的结构图。

图13是根据本发明第三典型实施例的电动装置(空调室外单元)的结构图。

图14是根据本发明第四典型实施例的电动装置(热水供给器)的结构图。

图15是根据本发明第五典型实施例的电动装置(空气净化器)的结构图。

具体实施方式

在下文，将参考附图来对根据本发明的电动马达和包括该电动马达的电动装置进行说明。

实施例1

图1是示出根据本发明第一典型实施例的电动马达的一部分的结构图。在本典型实施例中，作为示例，对作为电动装置的空调中所包括的用于驱动鼓风机的电动马达即无刷马达进行说明。在本典型实施例中，作为示例，对转子可转动地配置在定子的内周侧上的内转子型电动马达进行说明。

参考图1，定子绕组12卷绕在定子铁芯11上，而在该定子铁芯和该绕组之间插入有用于使定子铁芯11绝缘的作为绝缘体的树脂21。与作为成形材料的绝缘树脂13连同其它固定构件一起对这种定子铁芯11进行模制。在本典型实施例中，以这种方式对这些构件进行一体模制，以形成轮廓大致呈圆筒状的定子10。

在定子10的内侧上，转子14以在定子10和转子14之间设置有间隙的状态进行配置。转子14具有包括转子铁芯31的盘状转动体30，并且具有以贯穿转动体30的中央的方式紧固转动体30的轴16。转动体30以铁氧体树脂磁体32、即永磁体与定子10的内周面侧相对的方式将该磁体保持在圆周方向上。以下将给出详细说明。如图1所示，转动体30被构造成从最外周部的铁氧体树脂磁体32向着内周侧的轴16顺次具有外铁芯31a、介电层50和内铁芯31b。外铁芯31a构成转子铁芯31的外周部；内铁芯31b构成转子铁芯31的内周部。图1示出一体化地包括转子铁芯31、介电层50和铁氧体树脂磁体32的转动体30的结构示例。这样，定子10的内周侧与转动体30的外周侧相对。

用于支撑轴16的两个轴承15安装至转子14的轴16。各轴承15是包括多个铁珠的圆筒形轴承，并且轴承15的内环侧固定至轴16。参考图1，在轴16从无刷马达本体突出的输出轴侧上，轴承15a支撑轴16。在相对侧(以下称为与输出轴侧相对的侧)上，轴承15b支撑轴16。在各轴承15中，利用导电性金属支架来固定轴承15的外环侧。在图1中，利用支架17来固定输出轴侧上的轴承15a，并且利用支架19来固定与输出轴侧相对的轴承15b。利用上述结构，轴16由两个轴承15支撑，以使得转子14可转动。

此外，无刷马达包含安装有包括控制电路的驱动电路的印刷电路板18。在安装了该印刷电路板18之后，支架17被压装至定子10。因而，形成了无刷马达。此外，将包括用于施加绕组的电源电压Vdc、控制电路的电源电压Vcc和控制转数用的控制电压Vsp的引线以及控制电路的地线的连接线20连接至印刷电路板18。

安装有驱动电路的印刷电路板18上的零电位点与接地端和主(电源)电路绝缘，并且相对于接地端和主电源电路的电位浮动。这里，零电位点是印刷电路板18上的作为基准电位的0V电位的布线，并且表示通常被称为接地端的接地布线。连接线20中所包括的地线连接至该零电位点、即接地布线。例如，用于供给绕组的电源电压的电源电路、用于供给控制电路的电源电压的电源电路、用于施加控制电压的引线、以及控制电路的地线连接至安装有驱动电路的印刷电路板18，并且与接地端电绝缘。也就是说，这些电源电路例如与如下的电路或接地端中的任意一个电绝缘并且独立地接地：相对于用于供给绕组的电源电压的电源电路的主(电源)电路、相对于用于供给控制电路的电源电压的电源电路的主(电源)电路、以及连接至这些主(电源)电路的接地端。简言之，安装在印刷电路板18上的驱动电路与主(电源)电路和接地端的电位电绝缘。因而，驱动电路的电位是浮动的。该状态还被表示为众所周知的浮动电位。由于该原因，用于供给绕组的电源电压的电源电路和用于供给要连接至印刷电路板18的控制电路的电源电压的电源电路各自的结构还被称为同样作为众所周知的表述的浮动电源。

各电源电压和控制信号经由连接线20被供给至如上所构造的无刷马达。由此，定子绕组12由印刷电路板18上的驱动电路所驱动。在定子绕组12被驱动的情况下，驱动电流流经定子绕组12，并且定子铁芯11生成磁场。然后，来自定子铁芯11的磁场和来自铁氧体树脂磁体32的磁场根据这些磁场的极性而产生吸引力和排斥力。利用这些力，转子14绕位于中央的轴16转动。

接着，说明无刷马达的详细结构。

首先，在无刷马达中，如上所述，轴16由两个轴承15支撑，并且各轴承15由支架固定并支撑。此外，在本典型实施例中，为了抑制如上所述因蠕变所引起的失效，各轴承15由导电性金属支架所固定。也就是说，在本典型实施例中，使用根据尺寸精度高的钢板预制得到的导电性支架来固定轴承15。特别在要求电动马达的较高输出的情况下，该结构更为优选。

具体地，与输出轴侧相对的轴承15b是通过外周与轴承15b的外周大致相等的支架19来进行固定。将该支架19与绝缘树脂13进行一体模制。也就是说，如图1所示，与输出轴侧相对的绝缘树脂13被成形为具有相对于无刷马达本体在与输出轴相对的方向上突出的体突出部13a。在体突出部13a的内侧上，支架19被配置为内支架并且与绝缘树脂13进行一体模制。支架19具有被形成为中空圆筒形的杯状。更具体地，该支架的圆筒部19a在一侧上开口，并且其环状凸缘部19b从开口侧的圆筒端略微在向外方向上延伸。圆筒部19a的内周与轴承15b的外周大致相等。轴承15b被压装至圆筒部19a内，由此轴承15b还经由支架19固定至绝缘树脂13。利用该结构，使轴承15b的外环侧固定至金属支架19，从而可以抑制因蠕变所引起的失效。凸缘部19b的外周略大于轴承15b的外周。也就是说，凸缘部19b的外周大于轴承15b的外周并且小于转动体30的外周。例如，使支架19形成为这种形状，这使得与凸缘部向着定子10延伸超过转动体30的外周的结构相比，减少了成本高的金属材料的使用。除了这样减少金属支架19的面积以外，还对绝缘树脂13进行一体模制从而覆盖支架19的外壳。因而，还可以抑制从轴承15b产生的噪声。

接着，通过外周与定子10的外周大致相等的支架17来固定输出轴侧的轴承15a。支架17大致呈盘状，并且在该盘状支架的中央具有直径与轴承15a的外周的直径大致相等的突出部。该突出部的内部呈中空。在安装了印刷电路板18之后，如此形成的支架17的突出部的内部被压装至轴承15a。此外，支架17被压装至定子10，以使得形成在支架17的外周上的连接端装配至定子10的连接端。因而，形成了无刷马达。利用这种结构，便于进行组装工作并且使轴承15a的外环侧固定至金属支架17。因而，抑制了由于蠕变所引起的失效。

导电销22预先电连接至支架19。也就是说，如图1所示，导电销22的一端22a连接至支架19的凸缘部19b。导电销22配置在绝缘树脂13的内部，并且与支架19相同，该导电销22与绝缘树脂13进行一体化模制。导电销22配置在绝缘树脂13的内部、即电动马达的内部。利用该结构，防止了导电销22生锈和遭受外力，并且提供了对于使用环境和外部应力而言高度可靠的电气连接。导电销22在绝缘树脂13的内部从凸缘部19b向着无刷马达的外周一直延伸，并且进一步从无刷马达的外周附近向着输出轴侧以与轴16大致平行的方式延伸。导电销22的另一端22b从绝缘树脂13在输出轴侧的端面暴露。此外，用于使导电销22电连接至支架17的导电销23与端22b相连接。也就是说，在支架17被压装至定子10的情况下，使导电销23接触支架17并且在支架17和导电销23之间确保了电气连续性。利用这种结构，支架17和支架19这两个支架经由导电销22电连接。此外，在利用绝缘树脂13使支架17和支架19与定子铁芯11绝缘的情况下，这两个支架彼此电连接。

此外，在本典型实施例中，在转动体30中，在轴16和转动体30的外周之间形成有介电层50。

图2是示意性示出图1的无刷马达的主要部分的图。如图2所示，支架17和支架19彼此电连接，并且没有连接至定子铁芯11。

在支架17和支架19没有相连接的情况下，由于这两个支架的形状和配置不同，因此这两个支架具有不同的阻抗。这使得支架17内感应的电位和支架19内感应的电位不平衡。可以认为，该电位不平衡使得高频电流有可能经由轴16从输出轴侧向着与该输出轴侧相对的一侧流动，反之亦然。

在本典型实施例中，电连接的支架17和支架19使这两个支架处于等电位，抑制了电位不平衡，并且防止了高频电流流经轴16。

在用于使支架17和支架19相连接的导电销22还连接至定子铁芯11的情况下，定子侧的阻抗减少。如上所述，在该阻抗变低的情况下，定子侧、即轴承的外环侧的电位变高。为了解决该问题，在本典型实施例中，导电销22与定子铁芯11绝缘。该结构抑制了阻抗的减少并且使轴承外环侧的电位保持为低。如以下所述，该结构能够容易使定子侧的阻抗和转子侧的阻抗平衡。此外，在本典型实施例中，如上所述，简单地使支架17压装至定子10使得可以在确保了支架17和支架19与定子铁芯11之间的绝缘的情况下使这两个支架电连接。因而，在制造过程中，可以在抑制定子侧的阻抗减少的情况下容易地使这两个支架处于等电位。

接着，如图2所示，在转动体30中，在最外周部中形成铁氧体树脂磁体32。此外，向着内周侧顺次形成构成转子铁芯31的外铁芯31a、介电层50和构成转子铁芯31的内铁芯31b。介电层50是由绝缘树脂形成的层。在本典型实施例中，这种介电层50是为了抑制电解腐蚀所形成的。图2示出如下示例：介电层50以环绕轴16的环形形成在转动体30的内周侧和外周侧之间。这样，转动体30由铁氧体树脂磁体32、外铁芯31a、构成介电层50的绝缘树脂、以及内铁芯31b一体形成。在内铁芯31b的内周上的紧固部51中，使转动体30紧固至轴16。因而，形成了利用轴承15支撑的转子14。

在转动体30中，介电层50是由绝缘树脂、即绝缘体构成的层，并且使外铁芯31a和内铁芯31b以绝缘方式顺次分开。另一方面，介电层50由具有预定介电常数的绝缘树脂构成，并且高频电流可以在外铁芯31a和内铁芯31b之间流动。

如上所述，在没有形成这种介电层50的情况下，这些支架之间相对于定子铁芯的阻抗较高，并且作为对比，电连接至转动体的轴之间的阻抗较低。例如，从定子铁芯产生的PWM高频电流流入具有这些阻抗成分的等效电路。该高频电流可能导致与支架电连接的外环和轴承内环侧的轴之间出现电位差。

在本典型实施例中，如图2所示的介电层50形成在阻抗低的转子的转动体中。由此，使转子14的阻抗增加从而近似为支架侧的阻抗。也就是说，在外铁芯31a和内铁芯31b之间形成介电层50，这使得转子14具有因介电层50所引起的电容等效串联连接的结构。因而，可以增加转子14的阻抗。增加后的转子14的阻抗使从转子14向着轴16流动的高频波的电压下降增加，由此降低了因高频电流而在轴16内产生的电位。根据这种原理，在本典型实施例的无刷马达中，由于高频电流而在与支架17和支架19电连接的轴承15的外环以及轴承15的内环侧上的轴16之间所产生的电位差得以降低。此外，如上所述，在本典型实施例中，支架17和19与定子铁芯11绝缘。该状态抑制了支架17和19的阻抗下降并且使支架17和19的阻抗保持在高状态。因而，使轴承内环和轴承外环的电位平衡，以使该电位在电位差低的情况下保持在低电位。该状态抑制了轴承内发生电解腐蚀。

此外，在本典型实施例中，支架17和支架19经由导电销22电连接。这使得这两个支架处于等电位并且抑制了高频电流经由轴的流动。此外，通过使这两个支架处于等电位，使轴承15a的内环和外环之间的电位差近似为或等于轴承15b的内环和外环之间的电位差。在该结构中，使用介电层50来适当调整转子侧的阻抗可以减少轴承15a和15b各自的内环和外环之间的电位差、即轴电压。因而，可以防止电解腐蚀在一个轴承中得以抑制但在另一轴承中发生的失效。这样，在利用导电支架所固定的两个轴承的每一个中，可以减少相应轴承的内环和外环之间的电位差。由此，在确保了轴承的固定强度的情况下，可以抑制例如由于PWM所引起的高频波而导致在轴承内发生电解腐蚀。

此外，可以通过改变介电层50的宽度或材料来改变电容。因而，可以最佳地设置转子14侧的阻抗。也就是说，例如可以通过以下方法来降低因介电层50所引起的电容：降低构成介电层50的绝缘树脂的介电常数；增加绝缘树脂的厚度(电极间距)；或者缩小电极面积。通过以这样的方式来降低因介电层50所引起的电容，可以增加转子14的阻抗。

使用对位性聚苯乙烯(以下称为SPS)树脂作为构成介电层50的绝缘树脂，这可以降低介电常数。因而，即使在厚度较小的绝缘树脂的情况下，也可以增加转子14的阻抗。通常，作为电动马达所使用的绝缘树脂，例如，利用诸如玻璃纤维等的无机填料来增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(以下称为PBT)树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为PET)树脂。这种材料的介电常数约为3.5。作为对比，SPS树脂的介电常数低于一般树脂的介电常数：介电常数对于非增强制品而言为2.6，并且对于增强制品而言为2.8。因此，在绝缘树脂的厚度的上限值受结构所限制并且PB T树脂无法提供充分高的阻抗的情况下，使用SPS树脂可以降低电容。

此外，如图2所示，转动体30被构造成介电层50使外铁芯31a和内铁芯31b分离。利用该结构，在制造过程中，可以在没有安装轴16的情况下一体地形成转子铁芯和绝缘树脂。因而，在图2的结构中，可以在没有安装轴的情况下形成转动体30，由此与在轴和转子铁芯之间形成介电层的结构相比可以提高生产率。此外，在图2的结构中，不同类型的轴16甚至可以通过嵌塞或压装来固定。因而，该结构可以便于切换类型，并且提高生产率。

图3是示出根据本发明第一典型实施例的无刷马达的转动体的具体结构示例的图。图3示出从顶部观看该转动体的结构示例。图3的转动体沿着径向在外铁芯31a和内铁芯31b之间具有如下形状的介电层50，其中在该形状中，组合了径向宽度不同的多种弧。也就是说，介电层50在外周侧和内周侧至少任一侧上具有凸状突起和凹状突起以圆形重复的形状。外铁芯31a和内铁芯31b以这种形状与介电层50嵌合。

在如图2所示使介电层50的形状形成为完整环形的情况下，在转动期间可能发生滑动。作为对比，在使介电层50形成为图3的形状的情况下，在介电层50和铁芯之间插入防滑突起。该结构不仅防止了滑动还增强了转动强度。更具体地，这些防滑突起以相应的突起彼此相对的方式各自形成在外铁芯31a和内铁芯31b中。

图4是示出根据本发明第一典型实施例的无刷马达的转子的另一结构示例的图。

在图4的转动体30中，在最外周部中形成铁氧体树脂磁体32。此外，向着内周侧依次形成转子铁芯31和绝缘树脂的介电层50。这样，图4的转动体30由铁氧体树脂磁体32、转子铁芯31和构成介电层50的绝缘树脂一体形成。在介电层50的内周上的紧固部51中，使转动体30紧固至轴16。也就是说，使转动体30经由介电层50紧固至轴16。转子14也可以具有这种结构。在该结构中，因介电层50所引起的电容在转子铁芯31和轴16之间串联连接，并且可以增加转子14的阻抗。

以下将参考示例来具体说明本发明。本发明不限于以下示例。本发明不受这些示例所限制，只要本发明的要点没有改变即可。

示例1

使用介电常数为3.6的PBT树脂和介电常数为2.8的SPS树脂作为介电层来制造如图3所示进行构造的转子，以使得最小树脂厚度为2.5mm。制造包括这些转子并且如图1所示进行构造的无刷马达，并且测量这些无刷马达的轴电压。

在该测量中，使用一个定子，并且各转子交换位置。作为轴承，使用(具有稠度为239的润滑脂的)Minebea 608。

图5是示出用于测量示例1的轴电压的方法的图。在轴电压的测量期间，使用直流稳定电源。在与以下相同的工作条件下进行该测量：绕组的电源电压Vdc被设置为391V；控制电路的电源电压Vcc被设置为15V；并且转数被设置为1000r/min。在控制电压Vsp下调整转数，并且工作期间各无刷马达的轴呈水平。

为了测量轴电压，利用数字示波器130(Tektronix DPO7104)和高电压差分探头120(Tektronix P5205)来监视电压波形，并且检查任何波形变形。将各峰之间测量得到的电压确定为轴电压。

该波形变形被分类成以下三种类型：完全波形变形；部分波形变形；以及无波形变形。

图6~图8是示出这种波形变形的示例的图。图6示出完全波形变形的波形，图7示出部分波形变形的波形，并且图8示出无波形变形的波形。在图6~图8中，测量期间沿着横轴的时间处于50ms/div的相同条件下。利用隔离变压器140使数字示波器130隔离。

高电压差分探头120的正侧120a采用以下方式经由约为30cm长的引线110电连接至轴16。该引线的导管被形成为直径约为15mm的环形，并且使该环的内周与轴16的外周导电接触。通过使约为30cm长的引线111的端部经由导电带112与支架17导电接触，使高电压差分探头120的负侧120b经由引线111电连接至支架17。利用这种结构，对支架17和轴16之间的电压、即输出轴侧的轴承15a的轴电压进行测量。

同样，测量与输出轴侧相对的轴承15b的轴电压。高电压差分探头120的正侧120a采用以下方式经由约为30cm长的引线110电连接至轴16。该引线的导管被形成为直径约为15mm的环形，并且使该环的内周与轴16的外周导电接触。高电压差分探头120的负侧120b采用以下方式经由约为30cm长的引线111电连接至支架19。对树脂部进行部分切割以使支架19的一部分露出，并且使引线111的端部经由导电带112与支架19的露出部分导电接触。

根据轴电压波形的方向来确定电流方向。图6~图8的电压波形在零电压线以上。这表示轴16(轴承内环)侧的电位高于支架17或支架19(轴承外环)侧的电位。因此，关于电流方向，判断为电流从轴承内环侧向着轴承外环侧流动。作为对比，在如图9所示电压波形为零电压线以下的情况下，判断为电流从轴承外环侧向着轴承内环侧流动。

采用以下方式，使用NF株式会社的LCR测试仪ZM2353和测试线2325A来测量阻抗。在连接线20中，用于施加绕组的电源电压Vdc、控制电路的电源电压Vcc和对转数进行控制所用的控制电压Vsp的引线以及控制电路的地线发生短路并且相结合。对如下各种阻抗进行测量：这些结合线(以下称为电源引线)和输出轴侧的支架17之间的阻抗(以下称为输出轴侧的支架的阻抗)；电源引线和与输出轴侧相对的支架19之间的阻抗(以下称为与输出轴侧相对的支架的阻抗)；以及电源引线和轴16之间的阻抗(以下称为转子侧的阻抗)。以无刷马达的轴呈水平的方式，在电压为1V且频率为10kHz的情况下进行该测量。在没有转动的情况下进行该测量，由此在轴和支架之间提供了电气连续性。为了防止该情况，针对阻抗的测量，以模拟方式在轴和支架之间提供绝缘。具体地，使用代替金属珠即导体而包括陶瓷珠即绝缘体的轴承来进行阻抗测量。

此外，为了使根据上述规格来抑制电解腐蚀的效果有效，准备了各无刷马达，并且在电解腐蚀测试中使电解腐蚀抑制效果有效。

在以下条件下进行电解腐蚀测试：绕组的电源电压Vdc被设置为391V；控制电路的电源电压Vcc被设置为15V；转数被设置为(以控制电压Vsp进行调整得到的)1000r/min；无刷马达的轴被配置成水平；环境温度被设置为10度；并且无负载。

此外，为了使电解腐蚀与通常相比加速，安装如下的特殊轴承，其中在各特殊轴承中，七个铁珠中仅留下一个并且其余铁珠被陶瓷珠所代替。

关于电解腐蚀的判断，在确认了轴承内部的声音异常和波状磨损的情况下判断耐受电解腐蚀的寿命。

比较例1

使用外铁芯31a和内铁芯31b没有绝缘的、在形状上与图3中的转子相同的转子。利用该转子，以支架17和支架19没有电连接的方式制造在形状上与图1的无刷马达相同的无刷马达。以与示例1相同的方式对该无刷马达进行评价。

比较例2

使用外铁芯31a和内铁芯31b没有绝缘的、在形状上与图3中的转子相同的转子。利用该转子，以支架17和支架19电连接的方式制造在形状上与图1的无刷马达相同的无刷马达。以与示例1相同的方式对无刷马达进行评价。

比较例3

使用PBT树脂作为介电层50来制造在形状上与图3的转子相同的转子。利用该转子，以支架17和支架19没有电连接的方式制造在形状上与图1的无刷马达相同的无刷马达。以与示例1相同的方式对无刷马达进行评价。

比较例4

使用SPS树脂作为介电层50来制造在形状上与图3的转子相同的转子。利用该转子，以支架17和支架19没有电连接的方式制造在形状上与图1的无刷马达相同的无刷马达。以与示例1相同的方式对无刷马达进行评价。

图10是示出示例1和比较例1~4的评价结果的图。

根据图10显而易见，形成介电层50使转子侧的阻抗得以增加。此外，可以使转子侧的阻抗与输出轴侧的支架的阻抗和与输出轴侧相对的支架的阻抗相匹配，由此可以降低轴电压。在将转子侧的阻抗调整成约为输出轴侧的支架的阻抗或与输出轴侧相对的支架的阻抗的两倍的情况下，可以使这些阻抗相匹配，由此降低轴电压。这被认为是由于以下原因。转子侧的阻抗与输出轴侧的支架的阻抗和与输出轴侧相对的支架的阻抗并联连接。因而，即使在输出轴侧的支架的阻抗和与输出轴侧相对的支架的阻抗各自约为转子侧的阻抗的50%的情况下，也可以使这些阻抗相匹配。10kHz时的阻抗低于1kHz时的阻抗(约为1/10)，并且高于100kHz时的阻抗(约为10倍)。由于在1kHz~100kHz的范围内确认出阻抗无谐振点，因此可以认为：在该频率范围内，在阻抗成分中，电容成分相对于电感成分占主导。

降低轴电压使波形变形的数量(轴承内部的油膜的介电击穿电压)大大减少。可以提高用于对轴承内发生电解腐蚀进行抑制的效果。此外，通过使支架17和支架19电连接，使输出轴侧的支架的阻抗和与输出轴侧相对的支架的阻抗合成用作一个阻抗。因而，电流沿着同一方向流动，并且支架17和支架19处于等电位，这使得电流没有流经轴16。由于该原因，可以提高对轴承内发生电解腐蚀进行抑制的效果。此外，用作绝缘材料的SPS树脂与绝缘厚度相同的PBT树脂相比，可以提供较高的阻抗。

此外，在电解腐蚀测试中，形成介电层50并使支架17和支架19电连接可以使耐受电解腐蚀的寿命大约变为2~6倍。

根据这些结果显而易见，本发明的电动马达的轴电压得以降低，并且本发明的电动马达与传统的电动马达相比，在抑制电动马达的轴承内发生电解腐蚀方面是有效的。

如上所述，本发明的电动马达具有以下元件：

定子，其具有定子铁芯，其中所述定子铁芯上卷绕有绕组；

转子，其具有以下元件：

转动体，用于以永磁体与所述定子相对的方式将所述永磁体保持在圆周方向上；以及

轴，以所述轴贯穿所述转动体的中央的方式使所述转动体紧固至所述轴；

轴承，用于支撑所述轴；以及

导电性的两个支架，用于固定所述轴承。

所述两个支架彼此电连接，并且在所述转动体的外周和所述轴之间形成有介电层。该结构使输出轴侧的轴承外环和与输出轴侧相对的轴承外环处于等电位，并且可以形成输出轴侧的轴承和与输出轴侧相对的轴承之间没有电流流动的电路。此外，由于使两个轴承的外环侧的阻抗合成为一个阻抗，因此可以容易地使该阻抗近似为轴承内环侧的阻抗。此外，在阻抗低的转子内，由转动体的外周和轴之间形成的介电层所引起的电容等效串联连接。因而，可以增加转子侧的阻抗。结果，可以使轴承内环侧的阻抗近似为轴承外环侧的阻抗。因而，可以使轴承内环侧和轴承外环侧的高频电位平衡，并且可以抑制例如由于PWM所引起的高频波而导致在轴承内发生电解腐蚀。因此，本发明可以提供一种能够抑制轴承内发生电解腐蚀的电动马达。此外，通过将本发明的电动马达并入电动装置内，可以提供一种包括能够对轴承内发生电解腐蚀进行抑制的电动马达的电动装置。

在本典型实施例中，已使用图1~图4所示的形状作为介电层的形状的示例进行了说明。还可以使用其它形状，只要由介电层所引起的电容可以使转子的阻抗增加即可。

此外，已使用转子可转动地配置在定子的内周侧的内转子型无刷马达作为示例进行了说明。本发明还可适用于转子可转动地配置在定子的外周侧的外转子型电动马达。图11是示出作为本典型实施例的另一结构示例的外转子型电动马达的一部分的结构图。在图11中，利用相同的附图标记来表示与图1相同的元件。参考图11，利用绝缘树脂13对卷绕有定子绕组12的定子铁芯11进行模制以形成定子10。此外，定子10与支架17和支架19一体形成。轴承15a固定至支架17，并且轴承15b固定至支架19。轴16贯穿轴承15a和轴承15b的内环侧。中空圆筒形的转动体30被紧固至轴16的一端。此外，在转动体30的中空部的内周侧上配置定子铁芯11。在转动体30中，环形的介电层50以插入到外铁芯31a和内铁芯31b之间的方式形成。轴承15a和轴承15b例如经由导电销22电连接。此外，在这种外转子型电动马达中，可以通过形成介电层50并且在与图1相同的结构中提供如图11所示的支架17和支架19的电气连接的结构来获得相同的优点。

实施例2

作为本发明的电动装置的示例，首先详细说明空调室内单元的结构作为第二典型实施例。

参考图12，电动马达201容纳在空调室内单元210的壳体211中。横流扇212安装至电动马达201的转动轴。电动马达201由电动马达驱动单元213所驱动。通过对电动马达驱动单元213进行通电，使电动马达201转动，由此使横流扇212转动。通过横流扇212的转动，该室内单元所用的热交换器(未示出)调节后的空气被吹入到房间内。作为电动马达201，例如可以使用上述的第一典型实施例的电动马达。

本发明的电动装置具有电动马达以及容纳该电动马达的壳体。作为电动马达，电动装置使用如上所述进行构造的本发明的电动马达。

实施例3

作为本发明的电动装置的示例，接着详细说明空调室外单元的结构作为第三典型实施例。

参考图13，空调室外单元301包括位于壳体311内部的电动马达308。电动马达308具有安装至转动轴的扇312，并且用作鼓风机用马达。

空调室外单元301由竖立于壳体311的基板302上的隔板304分隔成压缩机室306和热交换器室309。在压缩机室306内配置压缩机305。在热交换器室309内配置热交换器307和上述的鼓风机用马达。在隔板304的上方配置电气组件盒310。

在鼓风机用马达中，通过由容纳于电气组件盒310内的马达驱动单元303所驱动的马达308的转动来使扇312转动。然后，该鼓风机用马达使空气经由热交换器307吹入热交换器室309。作为电动马达308，例如可以使用上述的第一典型实施例的电动马达。

本发明的电动装置具有电动马达以及容纳该电动马达的壳体。作为电动马达，电动装置使用如上所述进行构造的本发明的电动马达。

实施例4

作为本发明的电动装置的示例，接着详细说明热水供给器的结构作为第四典型实施例。

参考图14，电动马达333容纳在热水供给器330的壳体331内。扇332安装至电动马达333的转动轴。电动马达333由电动马达驱动单元334所驱动。通过对电动马达驱动单元334进行通电，使电动马达333转动，由此使扇332转动。通过扇332的转动，燃烧所需的空气被吹入燃料挥发室(未示出)。作为电动马达333，例如可以使用上述的第一典型实施例的电动马达。

本发明的电动装置具有电动马达以及容纳该电动马达的壳体。作为电动马达，电动装置使用如上所述进行构造的本发明的电动马达。

实施例5

作为本发明的电动装置的示例，接着详细说明空气净化器的结构作为第五典型实施例。

参考图15，电动马达343容纳在空气净化器340的壳体341内。空气循环扇342安装至电动马达343的转动轴。电动马达343由电动马达驱动单元344所驱动。通过对电动马达驱动单元344进行通电，使电动马达343转动，由此使扇342转动。通过扇342的转动，使空气循环。作为电动马达343，例如可以使用上述的第一典型实施例的电动马达。

本发明的电动装置具有电动马达以及容纳该电动马达的壳体。作为电动马达，电动装置使用如上所述进行构造的本发明的电动马达。

在上述说明中，对于本发明的电动装置的典型实施例，例如使用空调室内单元、空调室外单元、热水供给器或空气净化器内所容纳的电动马达。不必说，本发明还可适用于其它电动马达、容纳在各种信息技术装置中的电动马达、以及工业设备中所使用的电动马达。

在本发明典型实施例的结构中，如上所述，用于使用PWM系统的逆变器来驱动电动马达的(包括控制电路的)驱动电路的电源电路与该电源电路的主电路和主电路侧的接地端电绝缘。即使在没有使用电动马达的定子铁芯电连接至接地端的传统结构的情况下，也可以获得对轴承内的电解腐蚀进行抑制的优点。

产业上的可利用性

本发明的电动马达能够降低轴电压，并且最适合抑制轴承内的电解腐蚀的发生。由于该原因，在例如空调室内单元、空调室外单元、热水供给器和空气净化器等的对电动马达要求低成本和长寿命的电动装置内所主要容纳的电动马达中，本发明是有效的。

附图标记说明

10 定子

11 定子铁芯

12 定子绕组

13 绝缘树脂

14 转子

15a 输出轴侧的轴承

15b 与输出轴侧相对的轴承

16 轴

17 (输出轴侧的)支架

18 印刷电路板

19 (与输出轴侧相对的)支架

20 连接线

21 树脂(绝缘体)

22 (与输出轴侧相对的)支架所用的导电销

23 (输出轴侧的)支架所用的导电销

30 转动体

31 转子铁芯

31a 外铁芯

31b 内铁芯

32 磁体

50 介电层

51 紧固部

110、111 引线

112 导电带

120 差分探头

130 数字示波器

140 隔离变压器

201、308、333、343 电动马达

210 空调室内单元

211、311、331、341 壳体

212 横流扇

213、303、334、344 电动马达驱动单元

301 空调室外单元

302 基板

304 隔板

305 压缩机

306 压缩机室

307 热交换器

309 热交换器室

310 电动组件盒

312、332、342 扇

330 热水供给器

340 空气净化器

Claims (13)

1.一种电动马达，包括：

定子，利用绝缘树脂对卷绕有绕组的定子铁芯进行模制以形成该定子；

转子，其包括：

转动体，用于以永磁体与所述定子相对的方式将所述永磁体保持在圆周方向上；以及

轴，以所述轴贯穿所述转动体的中央的方式使所述转动体紧固至所述轴；

轴承，用于支撑所述轴；以及

导电性的两个支架，用于固定所述轴承，

其中，所述两个支架经由配置在对所述定子铁芯进行模制的所述绝缘树脂的内部的电气连接的结构彼此电连接，

所述两个支架利用对所述定子铁芯进行模制的所述绝缘树脂与所述定子铁芯电绝缘，并且

在所述转动体的外周和所述轴之间形成有介电层。

2.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述两个支架至少之一以及卷绕有所述绕组的所述定子铁芯与绝缘树脂进行一体模制。

3.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述两个支架在所述电动马达的内部电连接。

4.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层是用于抑制电解腐蚀的绝缘体。

5.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层是绝缘树脂。

6.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层以环绕所述轴的外周的方式形成在所述轴和所述转动体之间。

7.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层以环绕所述轴的外周的方式形成在所述转动体的内周侧和外周侧之间。

8.根据权利要求1所述的电动马达，其中，

所述转动体具有构成外周部的外铁芯、构成紧固至所述轴的内周部的内铁芯、以及所述介电层，以及

所述外铁芯和所述内铁芯经由所述介电层彼此固定。

9.根据权利要求8所述的电动马达，其中，所述介电层具有组合了径向宽度不同的多种类型的弧的形状。

10.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层被配置成以绝缘方式使所述介电层的内侧和外侧分离。

11.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述转子能够转动地配置在所述定子的内周侧。

12.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述介电层是为了增加所述转子的阻抗而形成的。

13.一种电动装置，包括根据权利要求1至12中任一项所述的电动马达。