電動機和具備它的電氣設備的製作方法

2023-05-05 08:39:26

專利名稱：電動機和具備它的電氣設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備在插入孔中分別插入永磁鐵的轉子的電動機，特別是涉及以抑制軸承的電蝕的發生的方式改良的電動機。
背景技術：
近年來，電動機採用由脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation)方式(以下，稱為PWM方式)的逆變器(inverter)驅動的方式的案例逐漸增多。在這樣的PWM方式的逆變器驅動的情況下，繞組的中性點電位不為零，因此，軸承的外輪和內輪之間產生電位差(以下，稱為軸電壓)。軸電壓包括切換(switching)導致的高頻成分，軸電壓達到軸承內部的油膜的絕緣破壞電壓時，在軸承內部流過微小電流，在軸承內部發生電蝕。在電蝕進行時， 軸承內輪、軸承外輪或者軸承珠發生波狀磨損現象，發生異常音，成為電動機中的不良情況的主要原因之一。其中，結構為，通過PWM方式進行逆變器驅動的驅動電路(包括控制電路等)的電源供給電路，與該電源供給電路的1次側電路和1次側電路側的接地的地線電絕緣。目前，為了抑制電蝕，存在以下的對策。(1)使軸承內輪和軸承外輪為導通狀態。(2)使軸承內輪和軸承外輪為絕緣狀態。(3)降低軸電壓。作為上述(1)的具體方法，能夠舉出使軸承的潤滑劑為導電性的方案。但是，導電性潤滑劑存在隨時間的經過其導電性逐漸惡化、滑動可靠性差等問題。此外，也考慮過在軸設置電刷，使之成為導通狀態的方法，但是該方法也存在電刷摩耗粉、需要空間等的問題。作為上述(2)的具體方法，能夠舉出將軸承內部的鐵珠變更為非導電性的陶瓷珠的方法。該方法的電蝕抑制效果非常高，但是存在成本高的問題，不能夠在通用的電動機中採用。作為上述(3)的具體方法，在現有技術中公知的有使得定子鐵心與具有導電性的金屬制的託架電短路，使靜電電容變化而降低軸電壓的方法(例如，參照專利文獻1)。此外，在抑制電動機的軸承的電蝕的現有技術中，較多地公開有將電動機的定子鐵心等與接地的地線電連接的結構(例如，參照專利文獻2)。其中，並聯連接靜電電容和電阻時的阻抗，以Z= Ι/jcoC+R的關係式表示。在此， Z表示阻抗，j表示虛數，ω表示角頻率、C表示靜電電容，R表示電阻。從該式可知，在靜電電容變大或者電阻變小時，阻抗變低。此外，相反地當靜電電容變小或電阻變大時，阻抗變
尚ο在專利文獻1中，使得定子鐵心和託架短路，降低定子側的阻抗，由此抑制軸承的電蝕。S卩，通常，在洗衣機或洗碗乾燥機等的水環境中使用、有觸電的可能的電動機，有必要在充電部的絕緣(基礎絕緣)之外，追加獨立的絕緣(以下，稱為附加絕緣)。另一方面，除此之外的空調室內機、空調室外機、熱水器、空氣淨化機等中使用的電動機，沒有觸電的危險，因此不需要附加絕緣。因此，空調室內機、空調室外機、熱水器、空氣淨化機等中使用的電動機，轉子不是絕緣結構，轉子側(軸承內輪側)的阻抗為低的狀態。與此相對，定子側(軸承外輪側)為絕緣結構，因此阻抗為高狀態。這種情況下，軸承內輪側的電位高， 軸承外輪側的電位低，因此，為不平衡的狀態，會產生高的軸電壓。由於該高的軸電壓的存在，有可能導致在軸承上發生電蝕。為了避免這種狀態，在專利文獻1中，採用如下方法使得定子鐵心和託架短路， 在其間消除靜電電容成分，如上所述，降低定子側(軸承外輪側)的阻抗，使其與轉子側 (軸承內輪側)的阻抗相近。此外，近年來，提案有定子側的定子鐵心等的固定部件由模製部件模製，可靠性提高的模製電動機。在此，代替金屬制的託架，用這樣的絕緣性的模製部件固定軸承，抑制在軸承外輪側發生的不必要的高頻電壓、流過軸承內外輪間的不必要的高頻電流。但是，這樣的模製部件為樹脂，對於固定軸承來說存在強度不充分、由於是樹脂成型因而尺寸精度差、 軸承的蠕變(ere印)容易發生等的問題。即，對於軸承部件(bearing)這樣的軸承，通常在例如外輪和外殼內周面之間存在縫隙的情況下，由於傳遞負荷而在軸上產生徑向的力。產生這樣的力時，由於徑方向的相對差而容易產生滑動現象，這樣的滑動現象稱為蠕變。這樣的蠕變，通常能夠通過在託架等的外殼上牢固固定外輪而抑制。此外，近年來伴隨著電動機的高輸出化，需要更牢固地固定軸承。因此，例如，在軸承的固定中採用預先由鋼板等加工的尺寸精度好的金屬制的託架等，蠕變的對策的實施變得非常必要。特別是，軸承相對於軸在2個位置承受的結構為通常結構，從在此所述的強度的方面、實施的容易性等的理由出發，優選對2個軸承，以金屬制的託架固定。但是，首先，專利文獻1這樣的現有的方法中，存在如下問題。即，該現有的方法為短路的方法，不能夠進行阻抗的調整，根據轉子的磁鐵材質、結構的不同，存在軸電壓變高的情況。此外，作為其他問題，能夠舉出雖然為降低阻抗的方法，但在軸承內輪和軸承外輪間電位總是為高的狀態下，需要保持平衡。這樣的狀態的情況下，考察到電動機的使用環境、定子和轉子的組合精度偏差等，阻抗的平衡被破壞時，反而會造成軸電壓增高、容易發生電蝕的情況。此外，從上述的強度的理由出發，採用金屬制的託架的情況下，與用絕緣樹脂這樣的模製部件固定軸承的情況相比，定子側的阻抗有可能變低。即，考察到，對於樹脂外殼，由於穩固的絕緣性能使得軸承內外輪間為不流過電流的狀態，但是由於採用導電性託架，絕緣性能降低，軸承內外輪間成為流過電流的狀態，容易發生電蝕。此外，導電性的託架的採用，降低了定子的阻抗，因此，軸承內輪和外輪電位變高，由此帶來與專利文獻1同樣的問題。此外，本申請的課題的結構，如上所述，是對電動機通過PWM方式以逆變器驅動的驅動電路(包括控制電路等)的電源供給電路、該電源供給電路的1次側電路和1次側電路側的接地的地線電絕緣的結構。因此，採用現有技術的電動機的將定子鐵心等與接地的地線電連接的結構，在此結構基礎上進行改良，由此來實現問題的解決，從電動機的規格、 特性的觀點出發，還考察到其他的問題，是很困難的。現有技術文獻
專利文獻專利文獻1 日本特開2007-159302號公報專利文獻2 日本特開2004-2^429號公報

發明內容
本發明的電動機，具備定子，其包括以在外側纏繞有繞組的方式安裝(卷裝)的定子鐵心；轉子，其包括配置在定子的內側的旋轉體，和以貫通旋轉體的中央的方式與旋轉體連接的軸；以使軸自由旋轉的方式支承軸的軸承；和固定軸承的託架。其中旋轉體包括 構成旋轉體的外周部的外側鐵心；與軸連接的構成內周部的內側鐵心；配置在外側鐵心和內側鐵心之間的電介質層；在軸方向貫通外側鐵心的多個插入孔；和分別插入多個插入孔的永磁鐵。根據上述結構，通過在外側鐵心和內側鐵心之間設置的電介質層，在低阻抗的轉子中，成為等價於電介質層的靜電電容串聯連接的結構，能夠使得轉子側的阻抗變高。如此，使得轉子側的阻抗變高，能夠與作為高阻抗的定子側的阻抗相近，其結果是，能夠使得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻電位相等，取得平衡。定子側和轉子側的阻抗為高的狀態， 因此，軸承內輪側和軸承外輪側的電位為低的狀態，能夠取得平衡，能夠不受使用環境等影響而抑制軸電壓。此外，本發明的電動機，具備具有導電性的2個託架，各個託架電連接並且與定子鐵心絕緣。這樣的電連接2個託架的結構，能夠使得兩託架為等電位，能夠使一個軸承內輪外輪間的電位差和另一個軸承內輪外輪間的電位差相近或相同。在這樣的結構中，利用電介質層，適宜調整轉子側的阻抗，相對於各個軸承，內輪外輪間的電位差，即，軸電壓能夠變低。如此，相對於導電性的託架分別固定的2個軸承，能夠使軸承內輪和外輪間的電位差變低，能夠確保軸承的固定強度，能夠抑制由PWM等的高頻導致的軸承的電蝕的發生。此外，通過改變電介質層的寬度或材料，能夠改變靜電電容，因此，能夠適宜設定轉子側的阻抗。此外，電介質層，是指使得電介質的介電常數和厚度、與電介質連接的導電物(電極)表面積有意變化的層，恰好在軸和旋轉體之間存在電介質元件。並且，通過2個託架和定子鐵心絕緣的結構，能夠使得定子側的阻抗更高。即，定子側的阻抗如此高，並且通過電介質層轉子側的阻抗也增高，因此，能夠使軸承內輪側和外輪側各個的電位降低。軸承內輪側和外輪側的電位在低的狀態下，能夠取得平衡，能夠不受使用環境等的影響而抑制軸電壓。此外，本發明的電動機，2個託架的至少一個和以在外側纏繞有繞組的方式安裝的定子鐵心通過絕緣樹脂一體成型。根據這樣的結構，2個導電性託架在電動機內部通過連接銷等電連接，相對於使用環境、外部應力等，能夠可靠性高的電連接。此外，本發明的電動機，電介質層以圍繞軸的周圍的方式設置。此外，本發明的電動機，外側鐵心和內側鐵心隔著電介質層被固定。此外，本發明的電動機，電介質層以使其內側和外側絕緣分離的方式配置。通過這樣的結構，使其成為能夠容易地製造的旋轉體的結構，因此，能夠提高轉子側的阻抗增高的轉子的生產性。此外，本發明的電動機，電介質層具有以圍繞軸的周圍的方式設置的主體部和從主體部突出的多個突起部，突起部和各個的永磁鐵以接觸的方式配置。此外，本發明的電動機，各個突起部在旋轉體的上端面和下端面之間的中間層部從主體部向外周方向突出。此外，本發明的電動機，各個突起部在旋轉體的上端面和下端面從主體部向外周方向突出。根據這樣的結構，除了能夠通過電介質層抑制電蝕的發生，還能夠通過電介質層的突起部，固定插入至插入孔的永磁鐵，能夠容易地提高永磁鐵的保持強度。此外，本發明的電動機，設置有電介質層以使得定子鐵心和軸之間的阻抗變高。此外，本發明的電氣設備(電力設備)搭載上述電動機。


圖1為表示本發明的實施方式1的無電刷電動機的截面的結構圖。圖2為示意性的表示該無電刷電動機的主要部分的圖。圖3A為表示該無電刷電動機的旋轉體的結構的上面圖。圖;3B為表示圖3A的!3B-3B截面的圖。圖4為表示本發明的實施方式2的無電刷電動機的截面的結構圖。圖5A為表示該無電刷電動機的旋轉體的結構的上面圖。圖5B為表示圖5A中的5B-5B截面的圖。圖6為表示該無電刷電動機的其他的結構例的截面的結構圖。圖7A為表示該無電刷電動機的旋轉體的其他結構例的上面圖。圖7B為表示圖7A中的7B-7B截面的圖。圖8為表示實施例1的軸電壓的測定方法的圖。圖9為表示完全波形破壞的一例的圖。圖10為表示部分波形破壞的一例的圖。圖11為表示無波形破壞的一例的圖。圖12為表示比較例1的無電刷電動機的截面的結構圖。圖13A為表示比較例1的無電刷電動機的旋轉體的結構的上面圖。圖1 為表示圖13A中的i;3B_i;3B截面的圖。圖14為表示本發明的實施方式3的電氣設備(空調室內機)的大致結構的結構圖。圖15為表示本發明的實施方式4的電氣設備(空調室外機)的大致結構的結構圖。圖16為表示本發明的實施方式5的電氣設備(熱水器)的大致結構的結構圖。圖17為表示本發明的實施方式6的電氣設備(空氣淨化機)的大致結構的結構圖。
具體實施方式
(實施方式1)圖1為表示本發明實施方式1的電動機的截面的結構圖。本實施方式中，作為電氣設備舉出在空調用中搭載的、用於驅動送風風扇的無電刷電動機的電動機的一例進行說明。此外，本實施方式中，舉出轉子以能夠自由旋轉的方式配置在定子的內周側的內轉子型的電動機為例進行說明。圖1中，在定子鐵心11，隔著使定子鐵心11絕緣的作為絕緣體的樹脂21，卷裝定子繞組12。該定子鐵心11，與其他的固定部件一起，通過作為模製部件的絕緣樹脂13模製成型。本實施方式中，這些部件如上述這樣模製一體成型，由此，構成外形形成為大致圓筒形狀的定子10。定子10的內側，隔著縫隙插入轉子14。轉子14具有包括轉子鐵心31的圓板狀的旋轉體30，和貫通旋轉體30的中央與旋轉體30連接的軸16。此外，以下進行詳細說明， 但是，旋轉體30，如圖1所示，從最外周部向著內周側的軸16，依次配置有構成轉子鐵心 31的外周部的外側鐵心31a、電介質層50、構成轉子鐵心31的外周部的內側鐵心31b。此外，旋轉體30，以其外軸側與定子10的內周側相對的方式配置。外側鐵心31a上設置在軸 16延伸的在軸方向貫通的多個插入孔33。各插入孔33插入永磁鐵32。永磁鐵32，對應於電動機的特性，能夠適應稀土類、鐵氧體類的燒結磁鐵或樹脂磁鐵中的任一個，但本實施方式中使用釹系稀土類燒結磁鐵。轉子14的軸16安裝有支承軸16的2個軸承15。軸承15為具有多個鐵珠的圓筒形狀的軸承部件(bearing)，軸承15的內輪側固定在軸16。圖1中，軸16在作為從無電刷電動機主體突出的一側的輸出軸側，輸出軸側軸承1 支承軸16，在其相反側(以下，稱為反輸出軸側)，反輸出軸側軸承1 支承軸16。這些軸承15，分別通過具有導電性的金屬制的託架，固定軸承15的外輪側。圖1中，輸出軸側軸承1 通過輸出軸側託架17固定，反輸出軸側軸承1 通過反輸出軸側託架19固定。通過以上結構，軸16被支承在2個軸承 15上，轉子14能夠自由旋轉。該無電刷電動機上內置了安裝有包括控制電路的驅動電路的印刷基板18。內置該印刷基板18，將輸出軸側託架17壓入定子10，由此，形成無電刷電動機。此外，在印刷基板18上，連接施加控制繞組的電源電壓Vdc、控制電路的電源電壓Vcc和旋轉數的控制電壓 Vsp的引線、控制電路的地線等的連接線20。其中，安裝有驅動電路的印刷基板18上的零電位點部，與接地的地線和1次側 (電源)電路絕緣，接地的地線和1次側電源電路的電位，為浮置狀態。在此，零電位點部是指在印刷基板18上作為基準電位的0伏電位的配線，表示通常稱為地線的地線配線。連接線20所包括的地線，與該零電位點部，即地線配線連接。此外，安裝有驅動電路的印刷基板18上連接的供給繞組的電源電壓的電源電路、供給控制電路的電源電壓的電源電路、施加控制電壓的引線和控制電路的地線等，與相對於供給繞組的電源電路的電源電路的1次側(電源)電路、相對於供給控制電路的電源電路的1次側(電源)電路、與這些1次側 (電源)電路連接的接地的地線和獨立接地的接地的地線的任一個都電絕緣。即，相對於1 次側(電源)電路電位和接地的地線的電位，安裝在印刷基板18上的驅動電路為電絕緣狀態，因此，電位為浮起狀態。這也表現為電位被浮置的狀態，是已知的。此外，由此，供給與印刷基板18連接的繞組的電源電壓的電源電路和供給控制電路的電源電壓的電源電路的結構，稱為浮置電源，這也為已知的表現。相對於以上結構的該無電刷電動機，通過連接線20，供給各電源電壓和控制信號， 由此，以軸16為中心，轉子14旋轉。接著，對該無電刷電動機的詳細結構進行說明。首先，該無電刷電動機，如上所述，軸16由2個軸承15支承，並且各個軸承15通過託架固定、支承。為了抑制上述的蠕變造成的問題，本實施方式，各個軸承15，通過具有導電性的金屬制的託架固定。即，本實施方式，在軸承15的固定中採用預先由鋼板加工的尺寸精度良好的導電性的託架。特別是，在要求電動機的高輸出化的情況下，優選這種結構。具體來說，首先，相對於反輸出軸側軸承15b，通過與反輸出軸側軸承15b的外周徑大致相等的外周徑的反輸出軸側託架19固定。此外，該反輸出軸側託架19，與絕緣樹脂 13模製一體成型。即，如圖1所示，反輸出軸側中的絕緣樹脂13的形狀，為具有從本無電刷電動機主體向反輸出軸方向突出的主體突出部13a的形狀。該主體突出部13a的主體內部側配置反輸出軸側託架19作為內部託架，與絕緣樹脂13模製一體成型。反輸出軸側託架19具有為中空圓筒狀的罩形狀，更具體來說，具有一邊開口的圓筒部19a和從開口側的圓筒端部向外方向稍微擴展的環狀的緣部19b (軸環)。圓筒部19a的內周徑與反輸出軸側軸承1 的外周徑大致相等，在圓筒部19a壓入反輸出軸側軸承15b，由此，反輸出軸側軸承 15b經由反輸出軸側託架19固定在絕緣樹脂13上。根據這樣的結構，反輸出軸側軸承1 的外輪側固定在金屬制的反輸出軸側託架19，因此，能夠抑制蠕變帶來的問題。此外，緣部 19b的外周徑比反輸出軸側軸承1 的外周徑稍大。即，緣部19b的外周徑，比反輸出軸側軸承1 的外周徑稍大，並且至少比旋轉體30的外周徑小。反輸出軸側託架19成為如此形狀，例如與緣部超過旋轉體30的外周擴展到定子10的結構相比，能夠抑制成本高的金屬材料的使用。此外，能夠抑制這樣的金屬制的反輸出軸側託架19的面積，與絕緣樹脂13以覆蓋反輸出軸側託架19的外輪廓的方式模製一體成型，因此，能夠抑制從反輸出軸側軸承 1 產生的雜音。接著，相對於輸出軸側軸承15a，通過與定子10的外周徑大致相等的外周徑的輸出軸側託架17固定。輸出軸側託架17為大約圓板形狀，在圓板的中央部具有與輸出軸側軸承15a的外周徑大致相等的徑長的突出部，該突出部的內側為中空。內置印刷基板18， 將這樣的輸出軸側託架17的突出部的內側壓入輸出軸側軸承15a，並且將輸出軸側託架17 壓入定子10，使得在輸出軸側託架17的外周設置的連接端部和定子10的連接端部嵌合，由此，形成本無電刷電動機。根據這樣的結構，能夠實現組裝操作的容易化，並且輸出軸側軸承15a的外輪側固定在金屬制的輸出軸側託架17，因此能夠抑制蠕變的問題。此外，在反輸出軸側託架19，預先電連接導通銷22。即，如圖1所示，在反輸出軸側託架19連接導通銷22的一個前端部。導通銷22配置在絕緣樹脂13的內部，與反輸出軸側託架19同樣，與絕緣樹脂13模製一體成型。此外，導通銷22在電動機內部配置在絕緣樹脂13的內部，由此防止導通銷22生鏽，或者遠離外力等，相對於使用環境、外部應力等， 可靠性高地電連接。導通銷22在絕緣樹脂13的內部，從反輸出軸側託架19向本無電刷電動機的外周方向延伸，從本無電刷電動機的外周附近幾乎與軸16平行地向輸出軸側進一步延伸。導通銷22的另一個前端部，從絕緣樹脂13的輸出軸側的端面露出。在另一個前端部，連接有用於將導通銷22和輸出軸側託架17電連接的導通銷23。即，將輸出軸側託架17壓入定子10時，導通銷23與輸出軸側託架17接觸，確保輸出軸側託架17和導通銷23 導通。根據上述結構，輸出軸託架17和反輸出軸側託架19這2個託架，通過導通銷22電連接。此外，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19，在通過絕緣樹脂13與定子鐵心11絕緣的狀態下，該2個託架電連接。本實施方式，在旋轉體30中，在軸16和旋轉體30的外周之間設置電介質層50。圖2為示意性的表示本發明的實施方式1中無電刷電動機的主要部分的圖。如圖 2所示，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19通過導通銷22、23電連接，為與定子鐵心11 不連接的狀態。在此，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19不連接的情況下，兩託架的形狀、配置狀態不同，因此，兩託架的阻抗不同。因此，在輸出軸側託架17感應的電位與在反輸出軸側託架19感應的電位發生不平衡。該電位的不平衡，有可能導致成為通過軸16從輸出軸側到反輸出軸側或者從反輸出軸側到輸出軸側容易流過高頻電流的狀態。在本實施方式中，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19電連接，由此使兩託架為同電位，能夠抑制電位的不平衡，成為為通過軸16難以流過高頻電流的狀態。此外，連接輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19的導通銷22與定子鐵心11連接，定子側的阻抗變低。在阻抗變低時，如上所述，在定子側，即軸承中的外輪側的電位為高的狀態。與此相對，本實施方式中，導通銷22和定子鐵心11為絕緣狀態，能夠抑制阻抗的降低，抑制軸承外輪側的電位為低狀態。此外，由此，如以下說明，成為容易取得定子側和轉子側的阻抗的平衡的狀態。再者，本實施方式，如上所述，僅通過將輸出軸側託架17壓入定子10，就能夠在確保與定子鐵心11的絕緣的同時，能夠電連接輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19。因此，在製造工序中，能夠容易抑制定子側的阻抗的降低，並且能夠使得兩託架為同電位。接著，對旋轉體30詳細說明。圖3A、3B為表示本發明的實施方式1中的無電刷電動機的旋轉體30的上面和其: -; 截面的圖。如圖3A JB所示，旋轉體30，朝向內周側依次配置配置在最外周部的具有多個插入孔33的外側鐵心31a、電介質層50、內側鐵心31b。此外，在多個插入孔33分別插入例如釹系稀土類燒結磁鐵等的永磁鐵32。此外，電介質層50為由絕緣樹脂形成的層。本實施方式中，作為電蝕抑制用，設置這樣的電介質層50。在圖3A、3B中，電介質層50，表示為在旋轉體30的內周側和外周側之間圍繞軸16的周圍、形成為環狀的一例。旋轉體30，如此，為保持多個永磁鐵32的外側鐵心31a、形成電介質層50的絕緣樹脂和內側鐵心31b —體形成的結構。此外，在內側鐵心31b的內周的連接部35中，旋轉體30與軸16連接。由此，構成支承在軸承15上的轉子14。在旋轉體30中，電介質層50，為由作為絕緣物的絕緣樹脂形成的層，外側鐵心31a 和內側鐵心31b串聯絕緣分離。另一方面，電介質層50由具有規定的介電常數的絕緣樹脂形成，高頻電流能夠流過外側鐵心31a和內側鐵心31b之間。在未設置這樣的電介質層50的情況下，如上所述，定子鐵心和託架之間的阻抗高，相反，與轉子電連接的軸和定子鐵心之間的阻抗低。相對於這樣的具有阻抗成分的等價電路，會流入從定子鐵心等產生的脈衝寬度調製的高頻電流等。因此，在與託架電連接的軸承的外輪、軸承內輪側的軸之間，因高頻電流而產生電位差。
在本實施方式中，在阻抗低的轉子的旋轉體中，如圖2所示設置電介質層50，由此，提高轉子14的阻抗使得其與託架側的阻抗相近。即，在外側鐵心31a和內側鐵心31b 之間設置電介質層50，由此，轉子14等價於通過電介質層50靜電電容串聯連接的結構，能夠提高轉子14的阻抗。通過提高轉子14的阻抗，從轉子14流到軸16的高頻的電壓下降變大，因此，由此能夠使得因高頻電流而在軸16產生的電位變低。基於上述原理，本實施方式的無電刷電動機，與輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19電連接的軸承15的外輪、軸承15的內輪側的與軸16之間的因高頻電流導致的電位差降低。如上所述，在本實施方式中，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19與定子鐵心11為絕緣狀態，能夠抑制輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19的阻抗的降低，輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19也成為高的阻抗狀態。因此，在軸承內輪和軸承外輪之前總是電位為低的狀態，成為使得該電位差變低以確保平衡的狀態，由此，抑制軸承上電蝕的產生。在本實施方式中，通過導通銷22、23電連接輸出軸側託架17和反輸出軸側託架 19，由此，兩託架為同電位，能夠抑制經由軸的高頻電流的流動。兩託架同電位，能夠使得輸出軸側軸承15a的內輪外輪間的電位差與反輸出軸側軸承15b的內輪外輪間的電位差相近或相同。根據這樣的結構，利用電介質層50適宜調整轉子側的阻抗，由此，相對於輸出軸側軸承1 和反輸出軸側軸承15b的各個，內輪外輪間的電位差，即軸電壓能夠降低。由此， 能夠抑制雖然一個軸承的電蝕得到抑制，但在另一個軸承上發生電蝕這樣的問題。如此，相對於在導電性的託架分別固定的2個軸承，能夠降低軸承內輪和外輪之間的電位差，因此， 能夠確保軸承的固定強度，並且能夠抑制PWM等由高頻導致的軸承的電蝕的發生。此外，通過改變電介質層50的寬度或材料，能夠改變靜電電容，因此，能夠適宜設定轉子14側的阻抗。即，通過降低形成電介質層50的絕緣樹脂的介電常數，增大絕緣樹脂的厚度(電極間的距離)，或者縮小電極面積等，能夠降低電介質層50的靜電電容。如此， 能夠降低電介質層50的靜電電容，提高轉子14的阻抗。此外，作為形成電介質層50的絕緣樹脂，通過使用間規聚苯乙烯(Syndiotactic Polystyrene,以下，稱為SPQ，能夠低介電常數化，即使絕緣樹脂的厚度小，也能夠進一步提高轉子14的阻抗。即，通常電動機的絕緣樹脂使用的樹脂，使用在聚對苯二甲酸丁二酯 (以下，稱為PBT)樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂等中以玻璃纖維等的無機填充劑強化的樹脂，該材料的介電常數在約3. 5左右。與此相對，SPS樹脂的介電常數，非強化品在2. 6，強化品在2. 8，為比通常的樹脂低的介電常數。因此，絕緣樹脂的厚度上限由結構上規定，能夠在使用PBT樹脂時阻抗不夠低的情況下，通過使用SPS樹脂來縮小靜電電容。如圖3AJB所示，通過電介質層50在外側鐵心31a和內側鐵心31b分離的旋轉體 30的結構，在製造工藝中，能夠在沒有軸16的狀態下使轉子鐵心和絕緣樹脂一體成型。因此，與在軸和轉子鐵心之間設置電介質層的結構相比較，在如圖3A JB所示的結構中，能夠在沒有軸的狀態下使旋轉體30成型，能夠提高生產性。此外，如果是圖3A JB所示的結構， 即使在改變軸16的品種時，也能夠通過鉚接或壓入來固定軸16，因此，品種替換的對應變得容易，由此能夠提高生產性。(實施方式2)圖4為表示本發明實施方式2中的無電刷電動機的截面的結構圖。此外，圖5A、5B 為表示本發明的實施方式2中的無電刷電動機的旋轉體30的上面和其5B-5B的截面的圖。與實施方式1相比較，作為本實施方式的電動機的無電刷電動機，旋轉體30具備與實施方式1的電介質層50不同形狀的電介質層60。此外，在本實施方式中，除電介質層60以外， 與實施方式1相同，省略詳細說明。如圖4和圖5A、5B所示，本實施方式的旋轉體30，朝向內周側依次配置配置在最外周部的具有多個插入孔33的外側鐵心31a、電介質層60、內側鐵心31b。此外，在各插入孔33，在軸方向將外側鐵心31a貫通，插入孔33內分別插入永磁鐵32。此外，電介質層60， 為絕緣樹脂形成的層，在旋轉體30的內周側和外周側之間包圍軸16的周圍而形成。如此， 本實施方式的旋轉體30，為保持多個永磁鐵32的外側鐵心31a、形成電介質層60的絕緣樹脂以及內側鐵心31b —體形成的結構。此外，在內側鐵心31b的內周的連接部35，旋轉體 30與軸16連接。由此，構成在軸承15支承的轉子14。通過電介質層60，外側鐵心31a和內側鐵心31b絕緣分離。即，本實施方式中，基於實施方式1說明的原理，作為電蝕抑制用設置這樣的電介質層60。電介質層60，從旋轉體30內部的下端面到上端面延伸為圓筒狀配置。更詳細而言，如圖5A、5B所示，電介質層60形成包括包圍軸的周圍而設置的圓筒形狀的主體部61 ； 從主體部61突出的多個突起部62的形狀。S卩，電介質層60，將具有至少在外周側重複凸的突起形狀而包圍的形狀。此外，旋轉體30構成為各突起部62和各永磁鐵32分別相互接觸。圖5A、5B所示的旋轉體30中，電介質層60的各突起部62，在旋轉體30的上端面和下端面之間的中央層部中，從主體部61向外周方向突出。突起部62的突出的前端部與永磁鐵32的中間部接觸，使得永磁鐵32被按壓向外周側。本實施方式的旋轉體30為這樣的結構，特別是，電介質層60具有突起部62，因此， 在旋轉體30旋轉時，能夠實現電介質層60和外側鐵心31a的空轉防止。還有，通過突起部 62，為固定永磁鐵32的結構，因此，能夠提高永磁鐵32和外側鐵心31a的接合強度，能夠防止永磁鐵32的脫落等的問題。此外，例如，能夠不使用粘合劑等的粘合方法而在外側鐵心 31a固定永磁鐵32。並且，能夠防止在著磁時的衝擊引發的磁鐵的破損。此外，從防止空轉等更有效的方面考慮，優選如電介質層60的突起部62那樣的凸的突起形狀也設置在內側鐵心31b側。此外，電介質層60和永磁鐵32接觸的位置、形狀能夠任意設定。作為這樣的變形的一例，圖6為表示本發明的實施方式2中的無電刷電動機的其他的結構例的截面的結構圖。此外，圖7A、7B為表示本發明的實施方式2的無電刷電動機的旋轉體30的其他的結構例的上面和7B-7B截面的圖。該例中，如圖6和圖7A、7B所示，電介質層70具有在旋轉體 30的上端面和下端面中從主體部71向外周方向突出的突起部72。此外，主體部71具有與上述的主體部61同樣的形狀。上下的突起部72，以向外周側按壓永磁鐵32的方式與永磁鐵32接觸。因此，與圖5A、5B的結構同樣，能夠防止空轉、永磁鐵32的脫落等的問題。如以上說明，本實施方式的電介質層60、70按照具有以包圍(繞軸)軸16的周圍的方式設置的主體部61、71和從主體部61、71突出的多個突起部62、72，突起部62、72和各個永磁鐵32接觸的方式配置。因此，通過設置電介質層60、70的結構，能夠抑制電蝕，實現防止空轉，提高永磁鐵32的保持強度。以下，對本發明使用實施例進行更具體的說明。此外，本發明不限於以下的實施例，只要不變更本發明的主旨，就不受這些實施例的限制。
(實施例1)以圖5A、5B所示的結構，在電介質層60使用介電常數為3. 6的PBT樹脂作為最小部分的樹脂厚度為4mm的旋轉體30，製作圖4所示的結構的無電刷電動機，測定軸電壓。圖8為表示實施例1的軸電壓的測定方法的圖。在軸電壓測定時使用直流穩定化電源，繞組的電源電壓Vdc為391V、控制電路的電源電壓Vcc為15V，旋轉數lOOOr/min的同一運轉條件下進行測定。其中，旋轉數通過控制電壓Vsp調整，運轉時的無電刷電動機的姿勢為軸水平。軸電壓的測定，通過數字示波器130和高電壓差動探針120，觀測電壓波形，進行是否發生波形破壞的確認，將峰-峰之間的測定電壓作為軸電壓。此外，針對軸電壓的波形破壞，分為完全波形破壞、部分波形破壞、無波形破壞3 種。從圖9到圖11，為表示這樣的波形破壞的一例的圖，圖9表示完全波形破壞的情況下的波形，圖10表示部分波形破壞的情況下的波形，圖11表示無波形破壞的情況下的波形。從圖9到圖11中，測定時的橫軸時間為50μ s/div這一相同條件，Ll L3分別為零電壓線。其中，數字示波器130通過絕緣變換器140絕緣。此外，高電壓差動探針120的+側120a，通過長度約為30cm的引線110，引線的導體為直徑約15mm的環狀，其內周與軸16的外周導電接觸，由此與軸16電連接。高電壓差動探針120的一側120b，通過長度約30cm的引線111，引線111的前端通過導電性帶112 與輸出軸側託架17導電接觸，由此與輸出軸側託架17電連接。在這樣的結構中，實施對作為輸出軸側託架17和軸16之間的電壓的輸出軸側軸承15a的軸電壓的測定。(比較例1)以與圖5A、5B同樣形狀的轉子，外側鐵心31a和內側鐵心31b之間不絕緣，即使用沒有電介質層的製品。圖12為表示比較例1的無電刷電動機的截面的結構圖，圖13A、i;3B 為表示比較例1的無電刷電動機的上面和其UB-UB截面的圖。如圖12的截面圖所示，以輸出軸側託架17和反輸出軸側託架19未電連接的與圖1相同的形狀製作無電刷電動機， 以與實施例1同樣的方法實施評價。以下的表1表示實施例1和比較例1的評價結果。[表1]
比較例1實施例1軸電壓(V)27. 5-6. 2波形的狀態完全波形破壞無波形破壞從表1的評價結果可知，通過設置電介質層50、60、70，調整阻抗，能夠降低軸電壓。如以上說明，在本發明的電動機中，轉子的旋轉體具備構成旋轉體外周部的外側鐵心；與軸連接、構成內周部的內側鐵心；在外側鐵心和內側鐵心之間配置的電介質層；在軸方向貫通外側鐵心的多個插入孔；以及分別插入多個插入孔的永磁鐵。
因此，通過在軸和旋轉體的外周之間設置的電介質層，在低阻抗的轉子中，等價於電介質層的靜電電容串聯連接，由此能夠提高轉子側的阻抗。其結果是，能夠使得軸承內輪側和軸承外輪側的阻抗相近。由此，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻電位的平衡， 能夠抑制PWM等的高頻引起的軸承的電蝕的發生。因此，根據本發明的電動機，能夠提供抑制軸承的電蝕的發生的電動機。此外，通過將本發明的電動機組合在電氣設備中，能夠提供具備抑制軸承的電蝕的發生的電動機的電氣設備。其中，上述實施方式中，作為電介質層的形狀舉出了上述的形狀的例子進行說明， 但是也可以是除此之外的形狀，只要是通過電介質層的靜電電容能夠提高轉子的阻抗就可以。(實施方式3)作為本發明的電氣設備的例子，首先以空調室內機的結構作為實施方式3，詳細說明。圖14為本發明的實施方式3的電氣設備的結構圖。圖14中，空調室內機210的框體211內搭載電動機201。該電動機201的旋轉軸上安裝有橫流(貫流)風機212。電動機201通過電動機驅動裝置213被驅動。通過來自電動機驅動裝置213的通電，電動機201旋轉，伴隨於此，橫流風機212旋轉。通過該橫流風機212的旋轉，室內機用熱交換器(未圖示)將經過空氣調和的空氣送到室內。在此，電動機201，例如能夠適用上述實施方式1、2。本發明的電氣設備，具備電動機和搭載該電動機的框體，作為電動機，採用上述結構的本發明的電動機。通常，在空調室內機等中使用的電動機，不會有觸電的危險，因此不需要附加絕緣。因此，空調室內機等中使用的電動機，轉子不是絕緣結構，因此，轉子側(軸承內輪側) 的阻抗，為低狀態。與此相對，定子側(軸承外輪側)為絕緣結構，因此，阻抗為高狀態。這種情況下，軸承內輪側的電位高，軸承外輪側的電位低，因此，為不平衡狀態，會產生高的軸電壓。因此，通過這樣的高的軸電壓有可能發生軸承的電蝕，但是通過適用上述實施方式的電動機，能夠使軸承內輪側和軸承外輪側的阻抗相近。由此，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻的電位的平衡，因此，能夠抑制在空調室內機等中使用的電動機發生的軸承的電蝕。(實施方式4)接著，作為本發明的電氣設備，以空調室外機的結構作為實施方式4，進行詳細說明。圖15為本發明的實施方式4的電氣設備的結構圖。圖15中，空調室外機301，在框體311內部搭載電動機308。該電動機308在旋轉軸安裝風扇312，作為送風用電動機起作用。空調室外機301，通過在框體311的底板302立起設置的隔板304，劃分為壓縮機室306和熱交換器室309。在壓縮機室306配設壓縮機305。在熱交換器室309配設熱交換器307和送風用電動機。在隔板304的上部配設電裝品箱310。該送風用電動機，伴隨著在電裝品箱310內收納的電動機驅動裝置303驅動的電動機308的旋轉，風扇312旋轉，通過熱交換器307送風到熱交換器室309。在此，電動機308，例如能夠使用上述的實施方式1、2。本發明的電氣設備，具備電動機和搭載該電動機的框體，作為電動機採用上述結構的本發明的電動機。通常，空調室外機等中使用的電動機，沒有觸電的危險，因此不需要附加絕緣。因此，空調室外機等中使用的電動機，轉子不是絕緣結構，因此，轉子側(軸承內輪側)的阻抗，為低狀態。與此相對，定子側(軸承外輪側)為絕緣結構，因此，阻抗為高狀態。這種情況下，軸承內輪側的電位高，軸承外輪側的電位低，因此，為不平衡狀態，會產生高的軸電壓。因此，通過這樣的高的軸電壓有可能發生軸承的電蝕，但是通過適用上述實施方式的電動機，能夠使軸承內輪側和軸承外輪側的阻抗相近。由此，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻的電位的平衡，因此，能夠抑制空調室外機等中使用的電動機發生的軸承的電蝕。(實施方式5)接著，作為本發明的電氣設備，以熱水器的結構為實施反式5進行詳細說明。圖16為本發明實施方式5的電氣設備的結構圖。圖16中，熱水器330的框體331內搭載電動機333。該電動機333的軸上安裝風扇332。電動機333通過電動機驅動裝置334被驅動，通過來自電動機驅動裝置334的通電，電動機333旋轉，伴隨於此，風扇332旋轉。通過該風扇332的旋轉，對燃料氣化室(未圖示)輸送燃燒所需要的空氣。在此，電動機333，例如能夠適用上述實施方式1、2。本發明的電氣設備，具備電動機和搭載該電動機的框體，作為電動機採用上述結構的本發明的電動機。通常，熱水器等中使用的電動機，沒有觸電的危險，因此不需要附加絕緣。因此，熱水器等中使用的電動機，轉子不是絕緣結構，因此，轉子側(軸承內輪側)的阻抗為低狀態。 與此相對，定子側(軸承外輪側)為絕緣結構，因此，阻抗為高狀態。這種情況下，軸承內輪側的電位高，軸承外輪側的電位低，因此，為不平衡狀態，會產生高的軸電壓。因此，這樣的高的軸電壓有可能導致發生軸承的電蝕，但是通過適用上述實施方式的電動機，能夠使軸承內輪側和軸承外輪側的阻抗相近。由此，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻的電位的平衡，因此，能夠抑制熱水器等中使用的電動機發生的軸承的電蝕。(實施方式6)接著，作為本發明的電氣設備，以空氣淨化機的結構作為實施方式6，進行詳細說明。圖17為本發明的實施方式6的電氣設備的結構圖。圖17中，空氣淨化機340的框體341內搭載電動機343。該電動機343的軸上安裝空氣循環用風扇342。電動機343由電動機驅動裝置344驅動。通過來自電動機驅動裝置344的通電，電動機343旋轉，伴隨於此，風扇342旋轉。通過該風扇342的旋轉使空氣循環。在此，電動機343，例如能夠適用上述實施方式1、2。本發明的電氣設備，具備電動機和搭載該電動機的框體，作為電動機採用上述結構的本發明的電動機。通常，空氣淨化機等中使用的電動機，沒有觸電的危險，因此不需要附加絕緣。因此，空氣淨化機等中使用的電動機，轉子不是絕緣結構，因此，轉子側(軸承內輪側)的阻抗，為低狀態。與此相對，定子側(軸承外輪側)為絕緣結構，因此，阻抗為高狀態。這種情況下，軸承內輪側的電位高，軸承外輪側的電位低，因此，為不平衡狀態，會產生高的軸電壓。因此，這樣的高的軸電壓有可能導致發生軸承的電蝕，但是通過適用上述實施方式的電動機，能夠使軸承內輪側和軸承外輪側的阻抗相近。由此，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻的電位的平衡，因此，能夠抑制在空氣淨化機等中使用的電動機發生的軸承的電蝕。在上述實施方式3 6的說明中，作為本發明的電氣設備的實施例，舉出了安裝在空調室外機、空調室內機、熱水器、空氣淨化機等中搭載的電動機，但是顯然其他的電動機， 或者各種信息設備中搭載的電動機、工業設備中使用的電動機，也能夠適用。此外，本申請的實施方式的結構，如上所述，為對電動機以PWM方式逆變器驅動的驅動電路(包括控制電路等)的電源供給電路、與該電源供給電路的1次側電路和1次側電路側的接地的地線為電絕緣的結構。即使不採用現有技術的電動機的定子鐵心等與接地的地線電連接的結構，也能夠得到抑制軸承的電蝕的效果。產業上的可利用性本發明的電動機，適合於能夠減少軸電壓，抑制軸承的電蝕發生。因此，在主要期望電動機的低價格化和高壽命化的設備中，例如空調室內機、空調室外機、熱水器、空氣淨化機等中搭載的電動機有效。
0144]符號說明0145]10定子0146]11定子鐵心0147]12定子繞組0148]13絕緣樹脂0149]14轉子0150]15軸承0151]1 輸出軸側軸承0152]15b反輸出軸側軸承0153]16軸0154]17輸出軸側託架0155]18印刷基板0156]19反輸出軸側託架0157]20連接線0158]21樹脂0159]22、23導通銷0160]30旋轉體0161]31轉子鐵心0162]31a外側鐵心0163]31b內側鐵心0164]32永磁鐵0165]33插入孔0166]35連接部
50,60,70 電介質層61、71 主體部62、72 突起部Ll L3零電壓線
權利要求
1.一種電動機，其特徵在於，具備定子，其包括以在外側纏繞有繞組的方式安裝的定子鐵心；轉子，其包括配置在所述定子的內側的旋轉體，和以貫通所述旋轉體的中央的方式與所述旋轉體連接的軸；以使所述軸自由旋轉的方式支承所述軸的軸承；和固定所述軸承的託架，其中所述旋轉體包括構成所述旋轉體的外周部的外側鐵心； 與所述軸連接的構成內周部的內側鐵心； 配置在所述外側鐵心和所述內側鐵心之間的電介質層； 在軸方向貫通所述外側鐵心的多個插入孔；和分別插入多個所述插入孔的永磁鐵。
2.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於，具備具有導電性的2個所述託架，其中各個託架電連接，並且與所述定子鐵心絕緣。
3.如權利要求2所述的電動機，其特徵在於所述2個託架的至少一個和以在外側纏繞有所述繞組的方式安裝的所述定子鐵心通過絕緣樹脂一體成型。
4.如權利要求2所述的電動機，其特徵在於 所述2個託架在電動機內部電連接。
5.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於 所述電介質層為電蝕抑制用的絕緣物。
6.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於 所述電介質層為絕緣樹脂。
7.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於 所述電介質層以圍繞所述軸的周圍的方式設置。
8.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於所述外側鐵心和所述內側鐵心隔著所述電介質層被固定。
9.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於所述電介質層以使其內側和外側絕緣分離的方式配置。
10.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於所述電介質層具有以圍繞所述軸的周圍的方式設置的主體部和從所述主體部突出的多個突起部，所述突起部和各個所述永磁鐵以接觸的方式配置。
11.如權利要求10所述的電動機，其特徵在於各個所述突起部在所述旋轉體的上端面和下端面之間的中間層部從所述主體部向外周方向突出。
12.如權利要求10所述的電動機，其特徵在於各個所述突起部在所述旋轉體的上端面和下端面從所述主體部向外周方向突出。
13.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於設置有電介質層以使得所述定子鐵心和所述軸之間的阻抗變高。
14. 一種電氣設備，其特徵在於 搭載有權利要求1所述的電動機。
全文摘要
本發明提供一種以PWM方式驅動逆變器的電動機，其抑制軸承的電蝕的發生。轉子的旋轉體具備構成旋轉體的外周部的外側鐵心；與軸連接的構成內周部的內側鐵心；配置在外側鐵心和內側鐵心之間的電介質層；在軸方向貫通外側鐵心的多個插入孔；和分別插入多個插入孔的永磁鐵。由此，提高轉子側(軸承內輪側)的阻抗，使其與定子側(軸承外輪側)的阻抗相近，能夠取得軸承內輪側和軸承外輪側的高頻電位的平衡，因此，能夠提供抑制軸承的電蝕的發生的電動機和具備該電動機的電氣設備。
文檔編號H02K11/00GK102577040SQ20108004048
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月7日 優先權日2009年9月10日
發明者水上裕文, 渡邊彰彥, 角治彥, 近藤元輝, 長谷川武彥 申請人:松下電器產業株式會社