CN102369652A - 电动机和具有该电动机的电设备 - Google Patents

Abstract

提供一种电动机，其具有：将包含卷装有绕组的定子铁心的固定部件用绝缘树脂模铸一体成型的定子；以轴为中心与定子相对配置的转子；以使轴旋转自如的方式支承轴的两个轴承；固定轴承的支架；和安装有使电流流过绕组、驱动转子的驱动电路的驱动电路基板。而且，两个轴承的任一单侧的轴承的外轮和内轮之间为电绝缘状态。

Description

电动机和具有该电动机的电设备

技术领域

本发明涉及电动机和具有该电动机的电设备，特别是涉及改良以抑制轴承的电蚀的发生的电动机和具有该电动机的电设备。

背景技术

近年来，电动机采用通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)方式(PWM方式)的逆变器驱动的方式的例子变多。在像这样的PWM方式的变频驱动的情况下，由于绕组的中性点电位不为零，所以轴承的外轮和内轮之间产生电位差(以下，称为轴电压)。轴电压包括由开关产生的高频成分，当轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘破坏电压时，微小电流(以下，称为轴电流)流过轴承内部，在轴承内部发生电蚀。在电蚀进行的情况下，轴承内轮、轴承外轮或轴承珠上发生波状磨损现象，以至出现异常音，成为电动机的故障的主要原因之一。

现有技术中，为了抑制电蚀，考虑有如下的对策。

(1)使轴承内轮与轴承外轮为导通状态。

(2)降低轴电压。

(3)使轴承内轮与轴承外轮为绝缘状态。

作为上述(1)的具体方法，可以举出使轴承的润滑剂为导电性的方法。但是，导电性润滑剂存在随着时间经过导电性变差和缺乏滑动可靠性等课题。此外，虽然可以考虑在旋转轴设置电刷，使之成为导通状态的方法，但是该方法也存在需要电刷磨损粉和空间等课题。

作为上述(2)的具体方法，通过使定子铁心与具有导电性的金属制的支架(bracket)短路，使静电电容变化来降低轴电压的方法，在现有技术中是公知的(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，通过使定子铁心与支架短路，降低定子铁心侧的阻抗，由此抑制轴承的电蚀。

即，一般而言，在洗衣机、洗碗干燥机等的用水的地方使用、有触电风险的电动机，在充电部的绝缘(基础绝缘)之外，有必要追加独立的绝缘(以下，称为附加绝缘)。另一方面，此外的空调室内机、空调室外机、热水器、空气净化器等所使用的电动机，由于没有触电的风险，所以不需要附加绝缘。因此，空调室内机、空调室外机、热水器、空气净化器等所使用的电动机，转子不是绝缘结构，所以转子侧(轴承内轮侧)的阻抗处于低的状态。与此相对地，定子侧(轴承外轮侧)为绝缘结构，所以阻抗处于高的状态。在这种情况下，由于与轴承内轮侧的电位高相对地，轴承外轮侧的电位低，所以变为不平衡状态，会产生高的轴电压。而且，由于这种高的轴电压，有可能在轴承上发生电蚀。

为了规避这种状态，专利文献1中采用如下方法：通过使定子铁心与支架短路，使它们之间的静电电容成分消失，如上所述降低定子侧(轴承外轮侧)的阻抗。而且，通过使定子侧的阻抗与转子侧(轴承内轮侧)的阻抗近似，作为轴承的内外轮间的电位差的轴电压也降低。

但是，专利文献1的方法，由于降低阻抗，所以电压下降变少，除了轴承的内轮侧的电压，外轮侧的电压也变高。因此可以考察如下可能性：如果因电动机的使用环境或定子和转子的组装精度偏差等而使阻抗的平衡受到破坏，则反而轴电压增大，电蚀也变得容易发生

作为上述(3)的具体方法，目前公知有对电动机所使用的多个轴承全部，将内部的铁转动体变更为电绝缘材料的陶瓷(例如，参照专利文献2)。该方法虽然电蚀抑制的效果非常高，但是存在成本变高的问题。

但是，近年来，例如专利文献1中公开的那样，提案有将定子侧的定子铁心等固定部件用模铸材料等一体模铸，来提高可靠性的模铸电动机。而且，通过用作为模铸的一部分的树脂外壳(housing)也来固定轴承的结构，能够以简单的结构实现模铸电动机。另一方面，在考虑固定轴承的强度的情况下，与利用树脂等模铸材料的固定相比，利用金属制的支架的固定强度更高。因此，近年来，与对电动机要求的固定强度相应地，选择性地通过金属制支架或模铸材料来固定轴承。即，提案有：例如在对轴承的固定强度要求不是那么高的反输出轴侧用一体成型的模铸的一部分固定轴承，在要求固定强度的输出侧用金属制的支架固定轴承的模铸电动机。

但是，电动机通常用两个轴承支承轴，当在像上述的模铸电动机那样用金属制的支架固定一侧的轴承，用树脂外壳固定相反侧的轴承的情况下，从发生电蚀的观点出发，存在如下问题。即，与金属制的支架是导电性的相对地，树脂外壳具有强的绝缘性能。因此，可以考察如下状况：与在树脂外壳侧的轴承的内外轮间难以流过轴电流相对地，在导电性的支架侧绝缘性能降低而成为在轴承内外轮间容易流过电流的状态，在支架侧的轴承容易发生电蚀。像这样，如果例如两个轴承的固定部件的材质不同，则存在电蚀容易集中发生在一方的轴承上的问题。而且，在例如两个轴承分别用金属制的支架固定的情况下，由支架的大小和位置不同绝缘性能也会不平衡，也有可能电蚀容易集中在一方的轴承上。如果产生这种现象，则电动机的寿命依赖于一方的轴承。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-159302号公报

专利文献2：日本特开2007-16846号公报

发明内容

本发明提供一种抑制了起因于轴承的电蚀的电动机的劣化的电动机和具有该电动机的电设备。

本发明的电动机，电动机，具有：将包含卷装有绕组的定子铁心的固定部件用绝缘树脂模铸一体成型的定子；以轴为中心与定子相对配置的转子；以使轴旋转自如的方式支承轴的两个轴承；固定轴承的支架；和安装有使电流流过绕组、驱动转子的驱动电路的驱动电路基板，其中两个轴承的任一单侧的轴承的外轮和内轮之间为电绝缘状态。

此外，本发明的电动机，轴承在外轮和内轮之间具有配置多个的转动体，在单侧的轴承中，其外轮、其内轮和其转动体中的至少一个由电绝缘材料形成。

根据这样的结构，在处于绝缘状态的一侧的轴承难以流过轴电流，能够抑制电蚀导致的劣化的进行。即，通过在容易发生电蚀的一侧的轴承使用这种处于绝缘状态的轴承，在难以发生电蚀的一侧的轴承使用具有一般的铁转动体的轴承，能够使轴承的电蚀造成的相互的寿命接近。其结果是，能够延长电动机的寿命。

此外，本发明的电动机，两个轴承中，一个轴承固定于支架，另一个轴承固定于绝缘树脂。

此外，本发明的电动机，也可以两个轴承固定于大小不同的各个支架。

根据这样的结构，即使两个轴承的绝缘性能不平衡，通过在容易发生电蚀的一侧的轴承使用处于绝缘状态的轴承，在难以发生电蚀的一侧的轴承使用具有一般的铁转动体的轴承，能够使轴承的电蚀造成的相互的寿命接近，能够抑制起因于轴承的电蚀的电动机的劣化。

此外，本发明的电设备，装载有上述电动机。

如上所述，根据本发明的电动机和具有该电动机的电设备，能够使两个轴承因电蚀而导致的寿命接近，能够延长电动机的寿命。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电动机的截面的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1的其他结构的电动机的截面的结构图。

图3是表示作为本发明的实施方式2的电设备的例子的空调室内机的结构的示意图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的电动机和具有该电动机的电设备进行说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的电动机截面的结构图。在本实施方式中，举出作为装载于作为电设备的空调，用于驱动室内机的送风风扇的无刷电动机的一个例子进行说明。此外，在本实施方式中，举出转子旋转自如地配置于定子的内周侧的内转子(inner rotor)型的无刷电动机的例子进行说明。

在图1中，在定子铁心11，间隔作为用于将定子铁心11绝缘的树脂的绝缘体(insulator)22，卷装有作为绕组的定子绕组12。而且，这种定子铁心11，与其他的固定部件一起，用作为模铸材料的绝缘树脂13模铸成型。在本实施方式中，通过将这些部件像这样模铸一体成型，构成外形为大致圆筒形状的定子10。

在定子10的内侧间隔空隙插入转子14。转子14具有：包含转子铁心31的圆板状的旋转体30；和贯通旋转体30的中央固接旋转体30的轴16。转子铁心31与定子10的内周侧相对，在周方向上保持多个永久磁铁。在图1中，表示了转子铁心31和作为永久磁铁的铁素体树脂磁铁32一体成型的结构例。像这样，定子10的内周侧和旋转体30的外轴侧相对地配置。

在旋转体14的轴16安装有支承轴16的两个轴承15。轴承15是在外轮和内轮之间具有多个铁珠的圆筒形状的轴承(bearing)，轴承15的内轮侧固定于轴16。在图1中，在成为轴16从无刷电动机主体突出的一侧的输出轴侧，轴承15a支承轴16，在其相反侧(以下，称为反输出轴侧)，轴承15b支承轴16。而且，输出轴侧的轴承15a，通过具有导电性的金属制的支架17，将轴承15a的外轮侧固定。另外，反输出轴侧的轴承15b通过模铸一体成型的绝缘树脂13，其外轮侧被固定。通过如上所述的结构，轴16被两个轴承15支承，转子14旋转自如地旋转。

在该无刷电动机中内置有安装了包含控制电路的驱动电路的印刷电路板18。在内置该驱动电路基板18之后，将支架17压入到定子10，由此形成无刷电动机。

此外，在驱动电路基板18连接有连接线50，该连接线50包括施加对绕组的电源电压、控制电路的电源电压和转速进行控制的控制电压的导线和地线51。连接线50所含的地线51，与驱动电路基板18上的地电位连接。地电位，在驱动电路基板18中，是预先设定为零伏的基准电位用的零电位基准，在驱动电路基板18上配置有作为地电位配线的配线图案。即，连接线50所含的地线51，与驱动电路基板18上的地电位配线连接。

另外，安装有驱动电路的驱动电路基板18上的地电位，与大地的地线和一次侧(电源)电路绝缘，大地的地线和一次侧电源电路的电位，为浮置状态。供给与安装有驱动电路的驱动电路基板18连接的绕组的电源电压的电源电路、供给控制电路的电源电压的电源电路、施加控制电压的导线和地线51等，与一次侧电路连接的大地的地线电绝缘。即，这些电源电路等，与供给绕组的电源电压的电源电路所对应的一次侧(电源)电路、供给控制电路的电源电压的电源电路所对应的一次侧(电源)电路、与这些一次侧(电源)电路连接的接地的地线和独立接地的地线的任一个都电绝缘。即，相对于一次侧(电源)电路电位和大地的接地的电位，安装于印刷电路板18的驱动电路为电绝缘状态，所以电位为浮置(floating)状态。这也表现为电位浮置状态，为大家所熟知。此外，由此可知，供给与驱动电路基板18连接的绕组的电源电压的电源电路和供给控制电路的电源电压的电源电路的结构，也被称为浮置电源，这也是大家所熟知的表现方式。

而且，本实施方式的无刷电动机，输出轴侧的轴承15a的外轮41和内轮42为电绝缘状态，所以其特征在于，两个轴承15中，单侧的轴承15a的转动体40由电绝缘材料的陶瓷材料构成。另一方面，轴承15b，内轮、外轮和转动体由一般的铁材料形成。即，本实施方式的无刷电动机，两个轴承15中，将外轮41和内轮42之间为电绝缘状态的一个轴承15a用金属制的支架17固定，将另一个轴承15b用绝缘树脂13固定。

对以上结构的本无刷电动机，经由连接线50，供给各电源电压和控制信号，由此，由驱动电路基板18的驱动电路，使驱动电流在定子绕组12流过，从定子铁心11产生磁场。而且，通过来自定子铁心11的磁场和来自铁素体树脂磁铁32的磁场，与这些磁场的极性对应地产生引力和斥力，由这些力，使转子14以轴16为中心旋转。

接着，对本无刷电动机更详细的结构进行说明。

首先，本无刷电动机，如上所述，轴16由两个轴承15支承，并且一个轴承15a通过金属制的支架17固定，另一个轴承15b通过绝缘树脂13固定。

具体来说，首先，反输出轴侧的轴承15b，通过与轴承15b的外周径大致相等的绝缘树脂13的中空圆筒部固定。即，如图1所示，反输出轴侧的绝缘树脂13的形状，是具有从本无刷电动机主体向反输出轴侧突出的主体突出部13a的形状。主体突出部13a的内侧具有成为中空圆筒状的形状。该中空圆筒状的中空圆筒部的直径与轴承15b的外周径大致相等，通过在该中空圆筒部插入轴承15b，将轴承15b固定于绝缘树脂13。像这样，在该主体突出部13a的主体内部侧配置轴承15b。

接着，输出轴侧的轴承15a，通过与定子10的外周径大致相等的外周径的支架17固定。支架17为大致圆板形状，在圆板的中央部具有与轴承15a的外周径大致相等的直径的突出部，该突出部的内侧为中空。在内置驱动电路基板18后，将这样的支架17的突出部的内侧插入到轴承15a，并将支架17压入到定子10以使设置于支架17的外周的连接端部与定子10的连接端部嵌合，由此形成本无刷电动机。通过这样的结构，能够实现组装作业的容易化，并且轴承15a的外轮侧由金属制的支架17固定，所以能够牢固地固定轴承15a。

接着，从电方面看以上结构的无刷电动机，首先，作为产生轴电压的信号的发生源，考虑以PWM方式的高频的开关驱动的卷装有定子绕组12的定子铁心11为主要的发生源。而且，如上所述，转子侧(轴承内轮侧)的阻抗为低的状态，定子侧(轴承外轮侧)为高的状态。即，作为转子侧的阻抗，考虑从定子铁心11到轴承15的内轮之间，定子铁心11和旋转体30间隔很小的空隙相对，并且旋转体30和轴16为导电体，所以可以说它们之间的阻抗为低状态。而且，由于它们之间的阻抗为低，所以从定子铁心11产生的高频信号不衰减地传递到轴承15的内轮，其结果是，可以认为在轴承15的内轮产生高电位的高频电压。

与此相对地，作为定子侧的阻抗，考虑从定子铁心11到轴承15的外轮之间，例如与轴承15b的外轮连接的绝缘树脂13的主体突出部13a，从定子铁心11隔开某程度的间隔而不隔着导电性材料等地配置，所以它们之间的阻抗为高状态。此外，由于与轴承15a的外轮41连接的金属制的支架17是导电体，所以轴承15a侧的阻抗，比轴承15b侧的阻抗低。而且，它们之间的阻抗比转子侧的阻抗高。因此，从定子铁心11产生的高频电流衰减，到达轴承15的外轮，其结果是，可以认为在轴承15的外轮产生比转子侧更低电位的高频电压。

即，将定子侧和转子侧比较时，定子侧和转子侧的阻抗为不平衡状态，所以在轴承15的内轮和外轮之间产生电位差，即轴电压，在轴承15流过轴电流。而且，由于这样的轴电流的流动，内轮和外轮之间的磨损加速，可以认为进行了被称为电蚀的磨损劣化。

而且，将用金属制的支架17固定的轴承15a和用绝缘树脂13固定的轴承15b比较时，两轴承15都假定配置有铁转动体，可以考察到，与轴承15b相比，成为阻抗低侧的轴承15a的轴电流流得多。

像这样，由于定子侧(轴承外轮侧)的结构不同，所以输出轴侧的轴承15a和反输出轴侧的轴承15b的阻抗为不平衡状态，两个轴承15流过的轴电流的值各个不同。而且可以认为有如下状况：在用绝缘树脂13固定的轴承15b的内外轮间难以流过轴电流，与之相对地，在用导电性的支架17固定的轴承15a的内外轮间容易流过轴电流。

因此，本实施方式的无刷电动机，在用同一轴承进行比较的情况下，使认为轴电流变大侧的轴承，即轴承15a的转动体40为陶瓷材料，增强轴承15a的外轮41和内轮42之间的电绝缘。由此，能够抑制在轴承15a的内外轮间流过的轴电流，所以能够抑制由轴电流产生的电蚀的进行。另一方面，由于是在轴承15b的内外轮间难以流过轴电流的结构，所以轴承15b的转动体即使是一般的铁转动体也难以发生电蚀。由此，在考虑直到由电蚀造成的轴承劣化的寿命的情况下，轴承15a和轴承15b相互的寿命相近，所以结果是，能够延长本无刷电动机的寿命。而且，由于只要一个轴承使用陶瓷材料的转动体即可，所以与轴承全部使用陶瓷材料的转动体的结构相比，能够抑制成本。

如以上说明的那样，本发明的电动机，具有：将包含卷装有绕组的定子铁心的固定部件用绝缘树脂模铸一体成型的定子；以轴为中心与定子相对配置的转子；以使轴旋转自如的方式支承轴的两个轴承；固定轴承的支架；和安装有使电流流过绕组、驱动转子的驱动电路的驱动电路基板，其中两个轴承的任一单侧的轴承的外轮和内轮之间为电绝缘状态。因此，在使用陶瓷材料等的绝缘状态的一侧的轴承难以流过轴电流，能够抑制电蚀导致的劣化的进行。由此，能够使该一侧轴承的寿命与具有一般的铁转动体的另一侧的轴承的寿命相近，其结果是，能够延长电动机的寿命。因此，根据本发明的电动机，能够提供抑制了起因于轴承的电蚀的电动机劣化的电动机。

另外，在以上的说明中，举了由于流过输出轴侧的轴承15a的轴电流，比流过反输出轴侧的轴承15b的轴电流大，所以使轴承15a的转动体40为陶瓷材料的例子进行说明。但是，例如，由固定轴承15a的支架的大小和形状，进而由从定子铁心11到轴承15a的间隔和到轴承15b的间隔之差，其间的绝缘树脂13的状态等的结构不同，而使输出轴侧的轴承15a和反输出轴侧的轴承15b的阻抗不同。即，与上述例子相反，在同一轴承的比较中，也存在在用金属制的支架固定的一侧的轴承流过的轴电流小的情况。因此，自不必说，此时使不用金属制的支架固定的一侧的轴承的转动体为陶瓷材料。

此外，在以上说明中，两个轴承15中，举了仅轴承15a用金属制的支架17固定的一例进行了说明，但是，也可以是例如两个轴承15分别用金属制的支架固定的结构。

图2是表示本发明的实施方式1的其他结构的电动机的截面的结构图。图2表示两个轴承15分别用金属制的支架固定的结构例。即，如图2所示，反输出轴侧的轴承15b经由比支架17的直径小的支架19固定于绝缘树脂13。像这样，即使是两个轴承15分别用金属制的支架固定的结构，由支架的大小等和电动机的结构的不同，而使输出轴侧的轴承15a和反输出轴侧的轴承15b的阻抗不同，轴电流也不同。即，即使是这样的结构，只要轴电流大的一方的轴承的转动体使用陶瓷材料即可。

此外，在以上说明中，是轴承15的转动体使用陶瓷材料的结构，但是，在外轮、内轮的任一个或者包括转动体的全部为电绝缘材料，例如为陶瓷材料的情况下，也能够得到同样的效果。

此外，在以上说明中，举了转子在定子的内周侧旋转自如地配置的内转子型的电动机为例进行了说明，但是转子配置在定子的外周侧的外转子型、以及在内外周两侧配置有转子的双转子(twin rotor)型的电动机中，如上所述，通过使轴电流大的一方的轴承的外轮和内轮为电绝缘状态的结构，也能够得到同样的效果。

(实施方式2)

在本实施方式中，作为本发明的电设备的例子，对空调室内机的结构进行说明。

图3是表示本发明的实施方式2的电设备的例子的空调室内机的结构的示意图。

在图3中，在空调室内机210的框体211内装载有无刷电动机201。在该无刷电动机201的旋转轴安装有横流扇(crossflow fan)212。无刷电动机201由电动机驱动装置213驱动。利用来自电动机驱动装置213的通电，无刷电动机201旋转，随之横流扇212旋转。通过该横流扇212的旋转，将由室内机用热交换器(未图示)进行空气调节后的空气向室内送风。在此，无刷电动机201能够应用例如上述实施方式所示的电动机。

本发明的电设备，具有无刷电动机和装载有该无刷电动机的框体，电动机采用上述结构的本发明的电动机。

在以上说明中，作为本发明的电设备的实施例，采用了装载于空调室内机、空调室外机、热水器、空气净化器等的电动机，但也能够应用其他的电动机，例如各种家电用设备所用的无刷电动机、装载于各种信息设备的电动机、工业设备所用的电动机。

产业上的利用可能性

本发明的电动机，能够抑制起因于电蚀的电动机的劣化，所以对主要期望电动机的高寿命和低价格的设备，例如空调室内机、空调室外机、热水器、空气净化器等所装载的电动机是有效的。

附图符号说明

10    定子

11    定子铁心

12    定子绕组

13    绝缘树脂

13a   主体突出部

14    转子

15、15a、15b  轴承

16    轴

17、19  支架

18   驱动电路基板

22   绝缘体

30   转动体

31   转动体铁心

32   铁素体树脂磁铁

40   转动体

41   外轮

42   内轮

50   连接线

51   地线

201  无刷电动机

210  空调室内机

211  框体

212  横流扇

213  电动机驱动装置

Claims (7)

1.一种电动机，其特征在于，包括：

将包含卷装有绕组的定子铁心的固定部件用绝缘树脂模铸一体成型的定子；

以轴为中心与所述定子相对配置的转子；

以使所述轴旋转自如的方式支承所述轴的两个轴承；

固定所述轴承的支架；和

安装有使电流流过所述绕组、驱动转子的驱动电路的驱动电路基板，其中

所述两个轴承的任一单侧的轴承的外轮和内轮之间为电绝缘状态。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于：

所述轴承在外轮和内轮之间具有配置多个的转动体，

在所述单侧的轴承中，其外轮、其内轮和其转动体中的至少一个由电绝缘材料形成。

3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于：

所述电绝缘材料是陶瓷材料。

4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述两个轴承中，一个轴承固定于所述支架，另一个轴承固定于所述绝缘树脂。

5.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述两个轴承固定于大小不同的各个支架。

6.如权利要求4或5所述的电动机，其特征在于，

所述支架是金属制的。

7.一种电设备，其特征在于：

装载有权利要求1～5中任一项所述的电动机。

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