JP5428347B2 - 電動機およびその電動機を具備する電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、電動機およびその電動機を具備する電気機器に関する。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およびその電動機を具備する電気機器に関する。

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。

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次側回路側の大地とのアースとは電気的に絶縁された構成であった。

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。

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。

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。

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）。

ところで、静電容量と抵抗とを並列接続したときのインピーダンスは、Ｚ＝１／ｊωＣ＋Ｒの関係式で表される。ここで、Ｚはインピーダンス、ｊは虚数、ωは角周波数、Ｃは静電容量、Ｒは抵抗を示す。この式からわかるように、静電容量が大きくまたは抵抗が小さくなるとインピーダンスは低くなる。また、逆に静電容量が小さくまたは抵抗が大きくなるとインピーダンスは高くなる。

特許文献１では、固定鉄心とブラケットと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抑制している。

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（基礎絶縁）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。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、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。

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とを短絡させることで、その間の静電容量成分をなくし、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。

また、電動機の軸受の電食を抑制・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。
特開２００７−１５９３０２号公報

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。

また、本件出願の課題における構成は、上述したとおり、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次側回路側の大地とのアースとは電気的に絶縁された構成である。したがって、従来技術の、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、これを加味した構成によって課題解決を図ることは、電動機の仕様・特性の観点で、さらなる別の課題も考察され、難しいものがあった。

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の電動機を具備する電気機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、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回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、シャフトを回転自在に支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを備えた電動機である。回転体は、回転体の外周部を構成する外側鉄心と、シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、外側鉄心と内側鉄心との間に配置された誘電体層とを備え、外側鉄心と内側鉄心とが、鋼板を積層して形成された構成である。

このような構成により、シャフトと回転体の外周との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において、等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、回転子側のインピーダンスを高くすることが可能となる。このようにして回転子側のインピーダンスを高くすると、高インピーダンスである固定子側のインピーダンスに近似させることができ、その結果、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位が等しくなるようにバランスをとることができる。このように軸受内輪と外輪との間の電位差を少なくできるため、ＰＷＭなどによる高周波によって生じる軸受の電食の発生を抑制することが可能となる。また、誘電体層の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子側のインピーダンスを最適に設定することも可能となる。なお誘電体層とは、誘電体の誘電率および厚さや誘電体に接する導電物（電極）表面積を意図的に変化させる層のことを指し、あたかもシャフトと回転体との間に誘電素子を介在させることを意図している。

また、回転体が、外周部を構成する外側鉄心と、シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、誘電体層とを有し、外側鉄心と内側鉄心とが誘電体層を介して固着されているような構成であり、容易に製造可能な回転体の構造とすることができるため、回転子の生産性を向上することができる。

そして、外側鉄心および内側鉄心は、それぞれ鋼板を積層して形成されているため、外側鉄心と誘電体層との接合面、および内側鉄心と誘電体層との接合面において、接合強度を高めることができ、十分な信頼性を確保できる。

また、本発明の電動機は、外側鉄心と内側鉄心とが、半径方向に複数個の凸部を有する構造であり、誘電体層と鉄心との間に突起部が構成され、回転時における誘電体層の空転を抑制することができる。

また、本発明の電動機は、外側鉄心の凸部と内側鉄心の凸部とは半径方向に対向する位置に配置された構成としてもよい。

また、本発明の電動機は、外側鉄心と内側鉄心との半径方向の距離が最小となる部分における誘電体層と外側鉄心との接触面積を外側接触面積とし、外側鉄心と内側鉄心との半径方向の距離が最小となる部分における誘電体層と内側鉄心との接触面積を内側接触面積とし、シャフトと内側鉄心との接触面積をシャフト接触面積としたとき、外側接触面積および内側接触面積の少なくともいずれか一方の面積が、シャフト接触面積と略等しくなるように回転体を形成した構成である。

また、本発明の電動機は、外側鉄心の凸部と内側鉄心との凸部は半径方向に凹凸が対向する位置に配置された構成としてもよい。

また、本発明の電動機は、外側鉄心と内側鉄心とが、軸方向に複数個に分割され、軸方向に隣り合う複数個に分割された外側鉄心同士、または内側鉄心同士は、凹凸が対向するように配置された構成としてもよい。

このように鉄心を軸方向に複数個に分割することにより、軸方向にも誘電体層と鉄心との間に突起部が構成され、軸方向に加わる力に対しての強度を高めることができる。

また、本発明の電動機は、誘電体層が複数の空孔部を含んでいてもよい。

このように誘電体層の一部に空孔部としての空孔を形成することで、外側鉄心および内側鉄心と一体成形される場合において、成形時の樹脂ヒケを抑制することができ、回転子の生産性を向上することができる。また、低誘電率化することも可能となり、回転子側のインピーダンスをより高くすることができる。

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。

以上のように、本発明の電動機によれば、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスを高くし、固定子側（軸受外輪側）のインピーダンスと近似させ、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位のバランスをとることができ、軸受における電食の発生を抑制し、生産性がよく、信頼性の高い電動機およびその電動機を具備する電気機器を提供することができる。

以下、本発明の電動機およびその電動機を具備する電気機器について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ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電動機であるブラシレスモータ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を絶縁するためのインシュレータである樹脂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、例えばフェライト樹脂磁石などの永久磁石である磁石３２を保持している。また、回転子鉄心３１は、鋼板を積層して形成されている。そして、詳細については以下で説明するが、回転体３０は、図１に示すように、最外周部の磁石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、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。

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ベアリングである。２つの軸受１５の一方はモールド一体成形する絶縁樹脂１３に固定され、他方は金属製のブラケット１７に固定されている。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。

さらに、このブラシレスモータには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、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、制御回路の電源電圧および回転数を制御する制御電圧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。

図２は、図１に示すブラシレスモータの要部を模式的に示した図である。図２に示すように、回転体３０は、最外周部に磁石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。回転体３０は、このように、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に支承された回転子１４が構成される。

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とに間を流れることができる。

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。

本実施の形態では、鉄心のみで形成されたインピーダンスの低い回転体に対して、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１７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、回転子１４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。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少なくしている。このため、軸受内輪と軸受外輪間には常に電位が低い状態で、その電位差が少なくなるようにバランスが保たれている状態となり、これによって、軸受における電食の発生を抑制している。

また、誘電体層５０の幅や材料を変えることにより、静電容量を可変できるため、回転子１４側のインピーダンスを最適に設定することもできる。すなわち、誘電体層５０を形成する絶縁樹脂の誘電率を低くする、絶縁樹脂の厚さ（電極間距離）を大きくする、または電極面積を小さくすることなどにより、誘電体層５０による静電容量を低くできる。そして、このようにして、誘電体層５０による静電容量を低くすることで、回転子１４のインピーダンスを高くできる。

さらに、図２に示すように、誘電体層５０が外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとに分離するような回転体３０の構成とすることにより、製造工程において、シャフト１６がない状態で回転子鉄心と絶縁樹脂を一体成形することが可能となる。このため、シャフトと回転子鉄心との間に誘電体層を設けるような構造と比較して、図２に示すような構造は、シャフトがない状態で回転体３０を成形することが可能となり、生産性を高めることができる。また、図２に示すような構造であれば、シャフト１６の品種が変っても、シャフト１６をカシメまたは圧入することで固定することが可能となるため、品種切替の対応が容易となり、これによっても、生産性を向上することができる。

そして、さらに、外側鉄心３１ａおよび内側鉄心３１ｂは、それぞれ鋼板を積層して形成されている。本実施の形態では、このような構成により、外側鉄心３１ａと誘電体層５０との接合面、および内側鉄心３１ｂと誘電体層５０との接合面において、接合強度を高めている。

図３は、回転体３０の一部断面を模式的に示した図である。なお、図３は回転体３０の様子をわかりやすくするため模式的に示した図であり、寸法などは実際と異なる。図３に示すように、外側鉄心３１ａは、鋼板３１１ａを複数枚積層して構成される。内側鉄心３１ｂは、鋼板３１１ｂを複数枚積層して構成される。そして、誘電体層５０は外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間に配置される。このような構成において、鋼板３１１ａ、３１１ｂを積層することによって鉄心側の接合面４１には鋼板３１１ａ、３１１ｂごとに微小な凹凸ができる。一方、誘電体層５０は樹脂で形成されるため、鋼板３１１ａ、３１１ｂに比べてある程度の弾性を有している。そして、このような鉄心と誘電体層５０とを接合すると、鉄心と誘電体層５０との接合面４１において、図３に示すように、誘電体層５０が鋼板間の凹部に食い込むことになる。このため、外側鉄心３１ａおよび内側鉄心３１ｂと誘電体層５０との密着性がよくなり、接合強度を高めることができ、特に、抜け強度や軸方向に加わる力に対しての強度を高めることができる。このように、回転体３０に誘電体層５０を設けるような構成であっても十分な強度を得ることができ、電食の発生を防止するとともに、十分な信頼性も確保できる。なお、さらに接合強度が必要な場合には、接合面に接着剤などを用いてより強固に接合してもよい。

図４および図５は、本実施の形態におけるブラシレスモータの回転体３０の具体的な構成例を示した図である。図４は回転体３０の外観斜視図、図５は、図４に示す回転体３０の展開斜視図である。図４および図５に示す回転体３０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとが、半径方向に複数個の凸部を有している。具体的には、外側鉄心３１ａは概略環状をしており、より詳細には外周側が円形であるとともに、内周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。また、内側鉄心３１ｂも概略環状をしており、より詳細には内周側が円形であるとともに、外周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。そして、外側鉄心３１ａの凸部と内側鉄心３１ｂの凸部とが互いに対向する位置に配置されている。さらに、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの径方向の間には、回転子鉄心３１と一体成形された誘電体層５０が、凸の突起形状と凹の突起形状とを繰り返し周回するような形状となって存在している。

誘電体層５０を完全なリング形状とした場合、回転時における空転などのおそれがある。これに対し、図４および図５に示すような誘電体層５０の形状とすることにより、空転抑制のための突起が誘電体層５０と鉄心との間に挿入された構造となり、空転抑制とともに回転強度を高めることができる。

また、図４および図５に示す回転体３０は、誘電体層５０がその一部の領域に略円形の空孔である空孔部４０を含む構成例を示している。

回転体３０のインピーダンスを高くするためには、誘電体層５０の半径方向の厚みを大きくすることが好ましい。ところが、回転子鉄心３１と一体成形で生成される誘電体層５０の成形時のヒケを抑制するためには、誘電体層５０の半径方向の厚みを小さく、均一にすることが必要となる。これに対し、本実施の形態では、空孔部４０を、誘電体層５０の肉厚部に設けることにより、成形時のヒケを抑制している。なお、ヒケとは、成形時の溶けた状態の樹脂に比べて冷えて取り出された樹脂が収縮している現象である。

また、空気の誘電率は、１程度であるため、絶縁樹脂に比べて非常に小さい。すなわち、絶縁樹脂の一部に空気層や空孔を形成させることで、静電容量を小さくすることができる。したがって、絶縁樹脂の厚みの上限が構造上規制され、比誘電率の低い樹脂を使用しても回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスが低く、軸電圧が高い場合や絶縁樹脂の使用量が多く高コストになる場合など、空孔部４０を設けることによって、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスをより高くすることができるという利点も有している。

また、図５において、外側接触面積Ｓａは、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの半径方向の距離が最小となる部分の、誘電体層５０と外側鉄心３１ａとの接触部の面積である。内側接触面積Ｓｂは、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの半径方向の距離が最小となる部分の、誘電体層５０と内側鉄心３１ｂとの接触部の面積である。また、シャフト接触面積Ｓｉは、シャフト１６と内側鉄心３１ｂとの接触部の面積である。本実施の形態では、外側接触面積Ｓａおよび内側接触面積Ｓｂの少なくともいずれか一方の面積が、シャフト接触面積Ｓｉと略等しくなるように回転体３０を形成している。すなわち、外側接触面積Ｓａおよび内側接触面積Ｓｂの少なくともいずれか一方の面積が、シャフト接触面積Ｓｉよりわずかに大きいか、同等以下となるようにした構成とすることにより、シャフトと回転子鉄心間の誘電体層を設けるような構造と同じように回転体のインピーダンスを高くすることができる。

（実施の形態２）
図６および図７は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体３０の具体的な構成例を示した図である。図６は回転体３０の外観斜視図、図７は、図６に示す回転体３０の展開斜視図である。図６および図７に示す回転体３０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとが、半径方向に複数個の凸部を有している。具体的には、外側鉄心３１ａは概略環状をしており、より詳細には外周側が円形であるとともに、内周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。また、内側鉄心３１ｂも概略環状をしており、より詳細には内周側が円形であるとともに、外周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。そして、外側鉄心３１ａの凸部は内側鉄心３１ｂの凹部と対向する位置に配置されている。さらに、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂの径方向の間には、回転子鉄心３１と一体成形された誘電体層５０が、凸の突起形状と凹の突起形状とを繰り返し周回するような形状となって存在している。

実施の形態２の構成とした場合でも、実施の形態１の構成と同じく空転防止のための突起が誘電体層５０と鉄心との間に挿入された構造となり、空転防止とともに回転強度を高めることができる。

（実施の形態３）
図８および図９は、本発明の実施の形態３におけるブラシレスモータの回転体３０の具体的な構成例を示した図である。図８は回転体３０の外観斜視図、図９は、図８に示す回転体３０の展開斜視図である。図８および図９に示す回転体３０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとが、半径方向に複数個の凸部を有する構造である。具体的には、外側鉄心３１ａは概略環状をしており、より詳細には外周側が円形であるとともに、内周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。また、内側鉄心３１ｂも概略環状をしており、より詳細には内周側が円形であるとともに、外周側において半径方向の凸部を等間隔に有している。また、軸方向にも複数個（本実施の形態においては３分割）に分割されている。そして、軸方向に隣り合う外側鉄心３１ａ１の凸部と外側鉄心３１ａ２の凹部は交互に対向するように配置している。内側鉄心３１ｂも外側鉄心３１ａと同様に、軸方向に複数個に分割され、軸方向に隣り合う内側鉄心３１ｂ１の凸部と内側鉄心３１ｂ２の凹部は交互に対向するように配置している。なお、軸方向に分割されたそれぞれの分割鉄心は、１枚の鋼板であってもよく、あるいは複数枚の鋼板を積層して形成した積層体であってもよい。また、誘電体層５０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの径方向の間に、回転子鉄心３１と一体成形され、凸の突起形状と凹の突起形状が、半径方向には繰り返し周回するような形状となって存在し、軸方向には交互に積み重なるような形状となって存在している。

このような構成とすることにより、実施の形態１、２に示した回転方向での空転防止、回転強度が向上することに加え、軸方向にも抜け防止のための突起を設けているため、軸方向に荷重が加わるような使用状況においても、信頼性の高い電動機を提供することができる。

（実施の形態４）
図１０および図１１は、本発明の実施の形態４におけるブラシレスモータの回転体３０の具体的な構成例を示した図である。図１０は回転体３０の外観斜視図、図１１は、図１０に示す回転体３０の展開斜視図である。本実施の形態の回転体３０も実施の形態３と同様に、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとは、軸方向に複数個（本実施の形態においては３分割）に分割されている。外側鉄心３１ａは、半径方向に実施の形態３などと同様の複数個の凸部を有する外側鉄心３１ａ１と略円形の外側鉄心３１ａ３とで構成される。そして、外側鉄心３１ａは、軸方向に外側鉄心３１ａ１と外側鉄心３１ａ３とを交互に配置している。また、内側鉄心３１ｂは、半径方向に実施の形態３などと同様の複数個の凸部を有する内側鉄心３１ｂ１と略円形の内側鉄心３１ｂ３とで構成される。そして、内側鉄心３１ｂは、軸方向に内側鉄心３１ｂ１と内側鉄心３１ｂ３とを交互に配置している。

通常、回転子の鉄心は、電磁鋼板をプレス機にて打ち抜き、プレス機内で積層、カシメを行うことが一般的である。

本実施の形態に示すように単純形状の組合せとした場合、プレス金型の構成が容易となり、生産性が向上するという利点を有している。また、このような構造にした場合においても、実施の形態３に示したのと同様に、回転方向での空転防止、回転強度向上のための突起、および軸方向の抜け防止のための突起を設けているため、回転方向での空転防止、回転強度向上および、軸方向の抜け防止を図り、信頼性の高い電動機を提供することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明における電気機器の例としてエアコン室内機の構成について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態５における電気機器の例としてのエアコン室内機の構成を示した模式図である。

図１２において、エアコン室内機２００の筐体２１１内にはブラシレスモータ２０１が搭載されている。そのブラシレスモータ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。ブラシレスモータ２０１はモータ駆動装置２１３によって駆動される。モータ駆動装置２１３からの通電により、ブラシレスモータ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、ブラシレスモータ２０１は、例えば、上記実施の形態で示すブラシレスモータが適用できる。

本発明の電気機器は、ブラシレスモータと、そのブラシレスモータが搭載された筐体とを備え、ブラシレスモータとして上記構成の本発明のブラシレスモータを採用したものである。

以上の説明では、本発明にかかる電気機器の実施例として、エアコン室内機に搭載されるブラシレスモータを取り上げたが、エアコン室外機に搭載されるブラシレスモータ、その他の電気機器に搭載されるブラシレスモータ、例えば、各種家電用機器に使用されるブラシレスモータや、各種情報機器に搭載されるブラシレスモータ、産業機器に使用されるブラシレスモータにも適用できることは言うまでもない。

以上説明したように、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回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、シャフトを回転自在に支持する軸受と、軸受を固定するブラケットとを備えた電動機である。回転体は、回転体の外周部を構成する外側鉄心と、シャフトに締結された内周部を構成する内側鉄心と、外側鉄心と内側鉄心との間に配置された誘電体層とを備え、外側鉄心と内側鉄心とは、鋼板を積層して形成されている。

このため、シャフトと回転体の外周との間に設けた誘電体層により、低インピーダンスの回転子において、等価的に誘電体層による静電容量が直列接続された構成となり、回転子側のインピーダンスを高くすることが可能となる。その結果、軸受内輪側と軸受外輪側とのインピーダンスを近似させることができる。これによって、軸受内輪側と軸受外輪側との高周波的な電位のバランスをとることができ、ＰＷＭなどによる高周波によって生じる軸受の電食の発生を防止することが可能となる。また、外側鉄心と内側鉄心とが誘電体層を介して固着されているような構成であり、容易に製造可能な回転体の構造とすることができ、回転子の生産性を向上することができる。そして、外側鉄心および内側鉄心は、それぞれ鋼板を積層して形成されているため、外側鉄心と誘電体層との接合面、および内側鉄心と誘電体層との接合面において、接合強度を高めることができ、十分な信頼性を確保できる。

また、外側鉄心と内側鉄心とは、半径方向に複数個の凸部を有する構造であり、誘電体層と鉄心との間に突起部が構成され、回転時における誘電体層の空転を防止することができる。

また、鉄心を軸方向に複数個に分割することにより、軸方向にも誘電体層と鉄心との間に突起部が構成され、軸方向に加わる力に対しての強度を高めることができる。

また、誘電体層の一部に空孔部としての空孔を形成することで、外側鉄心、内側鉄心と一体成形される場合において、成形時の樹脂ヒケを抑制することができ、回転子の生産性を向上することができる。また、低誘電率化することも可能となり、回転子側のインピーダンスをより高くすることができる。

したがって、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を提供することができる。また、本発明の電動機を電気機器に組み込むことにより、軸受における電食の発生を抑制した電動機を具備した電気機器を提供することができる。

また、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したが、回転子が固定子の外周側に配置されたアウタロータ型、さらには内外周両側に回転子を配置したツインロータ型の電動機において上述したような誘電体層を設けることによっても、同様の効果を得ることができる。

また、外側鉄心と内側鉄心の半径方向の距離が最小となる部分の、誘電体層と外側鉄心、または誘電体層と内側鉄心との接触面積が、シャフトと内側鉄心との接触面積よりわずかに大きいか、同等以下となるようにした構成であり、回転子のインピーダンスを大きくすることができる。

また、本件出願の実施の形態における構成は、上述したとおり、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次側回路側の大地のアースとは電気的に絶縁された構成である。そして、従来技術の、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なくとも、軸受の電食を抑制する効果が得られている。

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、軸受の電食発生を抑制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電気機器で、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用である。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの断面を示した構造図 同モータの要部を模式的に示した図 同モータの回転体の一部断面を模式的に示した図 同モータの回転体の具体的な構成例を示した外観斜視図 同モータの回転体の具体的な構成例を示した展開斜視図 本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータの回転体の具体的な構成例を示した外観斜視図 同モータの回転体の具体的な構成例を示した展開斜視図 本発明の実施の形態３におけるブラシレスモータの回転体の具体的な構成例を示した外観斜視図 同モータの回転体の具体的な構成例を示した展開斜視図 本発明の実施の形態４におけるブラシレスモータの回転体の具体的な構成例を示した外観斜視図 同モータの回転体の具体的な構成例を示した展開斜視図 本発明の実施の形態５における電気機器の例としてのエアコン室内機の構成を示した模式図

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
１５ 軸受
１６ シャフト
１７ ブラケット
１８ プリント基板
２０ 接続線
２１ 樹脂（インシュレータ）
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３１ａ，３１ａ１，３１ａ２，３１ａ３ 外側鉄心
３１ｂ，３１ｂ１，３１ｂ２，３１ｂ３ 内側鉄心
３２ 磁石
４０ 空孔部
４１ 接合面
５０ 誘電体層
５１ 締結部
２００ エアコン室内機
２０１ ブラシレスモータ
２１１ 筐体
２１２ クロスフローファン
２１３ モータ駆動装置
３１１ａ，３１１ｂ 鋼板

Claims (2)

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前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、前記シャフトを回転自在に支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットとを備えた電動機であって、
   前記回転体は、
   前記回転体の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、
   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、
   前記外側鉄心と前記内側鉄心とは、半径方向に複数個の凸部を有し、
   前記外側鉄心と前記内側鉄心との半径方向の距離が最小となる部分における前記誘電体層と前記外側鉄心との接触面積を外側接触面積とし、
   前記外側鉄心と前記内側鉄心との半径方向の距離が最小となる部分における前記誘電体層と前記内側鉄心との接触面積を内側接触面積とし、
   前記シャフトと前記内側鉄心との接触面積をシャフト接触面積としたとき、
   前記外側接触面積および前記内側接触面積の少なくともいずれか一方の面積が、前記シャフト接触面積と等しいことを特徴とする電動機。
2. 請求項１に記載の電動機を具備することを特徴とする電気機器。

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