CN103545949B - 电动机以及具有该电动机的电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机以及具有该电动机的电气设备。在该电动机中，转子中的旋转体具有用于构成旋转体的外周部的外侧铁芯、固定连接于轴并用于构成旋转体的内周部的内侧铁芯、及配置在外侧铁芯与内侧铁芯之间的电介质层。而且，外侧铁芯具有自其内周面向内侧方向突出的凸部，内侧铁芯具有自其外周面向外侧方向突出的凸部，外侧铁芯和内侧铁芯以外侧铁芯的凸部的前端面与内侧铁芯的凸部的前端面局部相对的方式配置。

Description

电动机以及具有该电动机的电气设备

技术领域

本发明涉及电动机以及具有该电动机的电气设备，特别是涉及为了抑制在轴承上发生电腐蚀而进行改良后的电动机以及具有该电动机的电气设备。

背景技术

电动机采用利用脉宽调制（PulseWidthModulation）方式（以下，称作PWM方式）的变换器进行驱动的方式的情况越来越多。在电动机是利用这样的PWM方式的变换器驱动的情况下，绕组的中性点电位不是零，因此，在轴承的外圈与内圈之间产生电位差（以下称作轴电压）。轴电压含有由开关动作产生的高频成分，当轴电压达到轴承内部的油膜的绝缘击穿电压时，在轴承内部有微小电流流通，从而在轴承内部发生电腐蚀。当电腐蚀程度加深时，在轴承内圈、轴承外圈或者轴承滚珠上发生波形磨损现象，从而有时会导致发出异常声音，成为电动机中的不良情况的主要原因之一。

为了抑制这样的不良情况，以往提出有一种用于抑制电腐蚀的技术。例如在国际公开第2009/113311号中，通过在转子设置电介质层从而降低轴电压，从而抑制发生电腐蚀。

但是，在像上述以往例子那样的方法中，虽然能够利用电介质层所产生的静电电容抑制发生在轴承的内圈的高频电压，但是，在设定为适当的轴电压方面存在限度。

即，只要能够灵活地改变电介质层所产生的静电电容，就能够设定适当的轴电压。而且，欲改变静电电容时，能够通过改变用于形成电介质层的绝缘树脂的介电常数、改变绝缘树脂的厚度、或者改变两个铁芯之间的相对面积等方法实现。但是，电气设备用的电动机的大小已经针对每个电气设备基本定好，因而，转子的大小通常也被标准化，难以大幅度地改变其尺寸，从而也无法灵活地改变电介质层的形状等。而且，欲改变用于形成电介质层的绝缘树脂的介电常数时，需要进行改变树脂材料等方法，但是，若改变材料，则需要进行确认强度等其他项目的工作等，无法容易地改变。因此，在以往的方法中，在为了设定适当的轴电压而设定电介质层的方面存在限制。

发明内容

本发明的电动机包括：定子，其包含卷装有绕组的定子铁芯；转子，其包含旋转体和轴，该旋转体与定子相对且沿圆周方向保持有永磁铁，该轴以贯穿旋转体的中央的方式固定连接于旋转体；轴承，其用于将轴支承得能自由旋转；及支架。本电动机的旋转体具有：用于构成旋转体的外周部的外侧铁芯、固定连接于轴并用于构成旋转体的内周部的内侧铁芯、及配置在外侧铁芯与内侧铁芯之间的电介质层。外侧铁芯具有至少一个自其内周面向内侧方向突出的凸部，内侧铁芯具有至少一个自其外周面向外侧方向突出的凸部。而且，外侧铁芯和内侧铁芯以外侧铁芯的凸部的前端面与内侧铁芯的凸部的前端面在局部相对的方式配置。

采用这样的结构，能够容易地改变外侧铁芯与内侧铁芯之间的静电电容，从而能够容易地实现形成适当的轴电压那样的结构。而且，由于本发明的电动机以及具有该电动机的电气设备能够容易地实现形成适当的轴电压那样的结构，因此，能够提供有效地抑制在轴承上发生电腐蚀的电动机以及具有该电动机的电气设备。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的无刷电机的截面的结构图。

图2是本发明的实施方式1中的旋转体的示意图。

图3A是表示本发明的实施方式1中的外侧铁芯与内侧铁芯之间的配置关系的立体图。

图3B是表示本发明的实施方式1中的外侧铁芯与内侧铁芯之间的配置关系的俯视图。

图4是表示本发明的实施方式1中的旋转体的另一结构例的示意图。

图5是本发明的实施方式2中的电气设备（空调的室内机）的结构图。

具体实施方式

以下，利用附图，对本发明的电动机以及具有该电动机的电气设备进行说明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1中的无刷电机100的截面的结构图。在本实施方式中，作为搭载于电气设备的电动机，举出无刷电机的一例进行说明。而且，在本实施方式中，举出转子以自由旋转的方式配置在定子的内周侧的内转子型的电动机的例子进行说明。

在图1中，在定子铁芯11以夹着作为用于使定子铁芯11绝缘的绝缘体的绝缘树脂13的方式卷装有定子绕组12。然后，这样的定子铁芯11与其他固定构件一体地固定于电机外壳19内，从而构成了外形呈大致圆筒状的定子10。定子10也可以是利用例如作为模制材料的绝缘树脂进行模制成形而得到的那样的结构。

定子10的内侧隔着空隙插入有转子14。转子14具有：包含金属制的转子铁芯21在内的、呈圆柱状或者圆板状的旋转体20和以贯穿旋转体20的中央的方式固定连接于旋转体20的轴16。旋转体20与定子10的内周侧相对，且沿圆周方向保持有作为例如铁氧体树脂磁铁等永磁铁的磁铁22。此外，旋转体20具有这样的构造：如图1所示，从最外周部的磁铁22朝向内周侧的轴16，依次配置有外侧铁芯25、电介质层23、内侧铁芯26，详细内容在以下内容中说明。在此，外侧铁芯25构成转子铁芯21的外周部，内侧铁芯26构成转子铁芯21的内周部。在图1中，作为旋转体20，示出了通过将这些转子铁芯21、电介质层23及磁铁22一体成形而成的结构例。这样，定子10的内周侧与旋转体20的外周侧以彼此相对的方式配置。

转子14的轴16安装有两个用于支承轴16的轴承15。轴承15是具有多个铁滚珠的轴承。两个轴承15中的其中一个轴承例如被模制树脂等固定，另一个轴承固定于金属制的支架17。采用像以上那样的结构，轴16被两个轴承15支承，转子14以自由旋转的方式旋转。

此外，将安装有驱动电路的印刷电路板18内置于该无刷电机100的电机外壳19内。在印刷电路板18连接有用于施加绕组的电源电压、控制电路的电源电压及用于控制转速的控制电压的引线、控制电路的接地线等连接线。

通过借助连接线将各电源电压及控制信号供给至如上构成的无刷电机100，从而，能够利用印刷电路板18的驱动电路驱动定子绕组12。当定子绕组12被驱动时，在定子绕组12中有驱动电流流通，而自定子铁芯11产生磁场。然后，利用来自定子铁芯11的磁场和来自转子14的磁铁22的磁场，并依据这些磁场的极性产生吸引力及排斥力，利用这些力使转子14以轴16为中心进行旋转。

接着，对如上构成的无刷电机100中的旋转体20的概况进行说明。图2是本发明的实施方式1中的旋转体20的示意图。如图2所示，在旋转体20中，在其最外周部配置有磁铁22，然后，朝向其内周侧，依次配置有用于构成转子铁芯21的外侧铁芯25、电介质层23、用于构成转子铁芯21的内侧铁芯26。而且，电介质层23是由绝缘树脂形成的层。在本实施方式中，作为用于抑制电腐蚀的手段，而设置了这样的电介质层23。旋转体20是通过这样地将磁铁22、外侧铁芯25、用于形成电介质层23的绝缘树脂、及内侧铁芯26一体形成而得到的结构。而且，在内侧铁芯26的内周形成有用于插入轴16并将其固定连接的轴插入孔26b。通过将轴16插入该轴插入孔26b，能够构成被轴承15支承的转子14。

在旋转体20中，电介质层23是由作为绝缘物的绝缘树脂形成的层，其将外侧铁芯25与内侧铁芯26之间串联地绝缘分开。另一方面，电介质层23是由具有规定的介电常数的绝缘树脂形成的，高频电流能够在外侧铁芯25与内侧铁芯26之间流动。

但是，在不设置这样的电介质层23的情况下，以定子铁芯为基准的支架侧的阻抗较高，相反，与旋转体电连接的轴侧的阻抗较低。自定子铁芯等产生的脉宽调制的高频电流等会流入具有这样的阻抗成分的等效电路。因此，在与支架电连接的轴承的外圈与轴承内圈侧的轴之间产生因高频电流所形成的电位差，当该电位差较高时，在轴承上发生电腐蚀。

在本实施方式中，为了抑制发生这样的电腐蚀，通过在仅由铁芯形成的、阻抗较低的旋转体设置如图2所示那样的电介质层23，从而，使转子14的阻抗变高以接近支架17侧的阻抗。即，通过在外侧铁芯25与内侧铁芯26之间设置电介质层23，从而，转子14成为等效地串联连接有电介质层23所产生的静电电容而成的结构，能够提高转子14的阻抗。然后，通过提高转子14的阻抗，从转子14流向轴16的高频的电压大幅度地下降，由此，能够利用高频电流使在轴16产生的电位降低。根据这样的原理，本实施方式的无刷电机100减少了轴承15的与支架17电连接的外圈与位于轴承15的内圈侧的轴16之间的、因高频电流而产生的电位差。因此，在轴承内圈与轴承外圈之间始终是电位较低的状态下，该电位差成为以其变少的方式持续保持平衡的状态，由此，抑制了在轴承上发生电腐蚀。

接着，对这样的旋转体20的更详细的构造进行说明。图3A是表示外侧铁芯25与内侧铁芯26之间的配置关系的立体图，图3B是同样表示外侧铁芯25与内侧铁芯26之间的配置关系的俯视图。如图3A及图3B所示，旋转体20的外侧铁芯25和内侧铁芯26沿半径方向具有多个凸部。

具体地讲，外侧铁芯25呈大致圆筒状的形状，更详细地讲，外侧铁芯25的外周侧为圆形，并且，在其内周侧具有多个自外侧铁芯25的内周面进一步向内侧方向突出的凸部251。凸部251在圆周方向上具有规定的宽度，其呈自外侧铁芯25的下表面以细长状笔直地延伸至上表面的形状，并以这样的形状自内周面向内侧突出。这样的各凸部251在圆周方向上以等间隔的方式配置。在本实施方式中，示出了设有三个这样的凸部251的例子。

而且，内侧铁芯26呈大致圆筒状的形状，更详细地讲，在内侧铁芯26的内周侧具有轴插入孔26b，并且，在其外周侧具有多个自内侧铁芯26的外周面进一步向外侧方向突出的凸部261。凸部261在圆周方向上具有规定的宽度，其呈自内侧铁芯26的下表面以细长状笔直地延伸至上表面的形状，并以这样的形状自内侧铁芯26的外周面向外侧突出。这样的各凸部261在圆周方向上以等间隔的方式配置。在本实施方式中，示出了设有三个这样的凸部261的一例。

如图3A所示，在这样的外侧铁芯25的内侧空腔内配置内侧铁芯26。然后，在形成在外侧铁芯25的内周侧与内侧铁芯26的外周侧之间的空隙部进行注入绝缘树脂等成形，从而，能够形成电介质层23。此外，通过将环形状的磁铁22嵌入外侧铁芯25的外周，能够形成旋转体20。

此外，在本实施方式中，在旋转体20中，以图3A及图3B所示那样的配置关系配置着这样的构造的外侧铁芯25和内侧铁芯26。即，在本实施方式中，并不是以凸部251与凸部261彼此正对的方式配置两方的凸部，而是以在凸部251的前端面与凸部261的前端面在圆周方向上错开的状态下彼此相对的方式配置。在图3B中，示出了这样的例子：以使内侧铁芯26中的凸部261的圆周方向中心相对于外侧铁芯25中的凸部251的圆周方向中心旋转角度p的方式，使二者的中心沿圆周方向错开。

在此，如上所述，在本实施方式中，利用电介质层23所形成的静电电容成分，提高转子14的阻抗，抑制经由轴16向轴承15的内圈侧流入的高频电流，降低了轴承15的内圈侧的电位。而且，欲更有效地抑制电腐蚀的发生，需要获取平衡而使轴承内圈与轴承外圈之间的电位差变少。即，通过适当地设定电介质层23所产生的静电电容，能够获得轴承内圈与轴承外圈之间的电位差即轴电压为最低那样的最佳状态。

为了获得这样的、轴电压为最佳的状态，在本实施方式中，使凸部251的前端面与凸部261的前端面沿圆周方向错开。即，通过调整图3B所示的角度p，改变凸部251与凸部261彼此相对的面积，能够容易地改变静电电容。然后通过这样地改变静电电容，能够获得轴电压为最低的最佳静电电容、即转子14侧的最佳阻抗。

接着，对外侧铁芯25和内侧铁芯26的配置结构的详细内容进行说明。首先，在像图3A及图3B所示的那样的构造中，凸部251的前端面与凸部261的前端面处于彼此靠近的配置关系，因此，两者的前端面的相对面积成为决定静电电容的主要原因。即，在两者的前端面的相对面积最大的配置关系的情况下，静电电容最大，在两方的前端面不相对的配置关系的情况下，静电电容最小。而且，通过将两方的前端面以局部彼此相对的方式配置，能够改变相对面积，从而，静电电容也随着相对面积的变化而变化。由此，通过沿圆周方向渐渐错开角度p以改变两者的前端面的相对面积，从而，能够容易地改变静电电容。另一方面，例如在凸部261位于两个凸部251之间那样的配置关系的情况下，即使沿圆周方向错开了角度p，静电电容也不会发生变化。即，以外侧铁芯25的凸部251的前端面与内侧铁芯26的凸部261的前端面局部相对的方式配置外侧铁芯25和内侧铁芯26。由此，能够增大或减小相对面积，从而也能够与该增大或减小相对面积相对应地改变静电电容。在本实施方式中，采用利用这样的原理的转子14侧的阻抗设定方法，能够使外侧铁芯25与内侧铁芯26之间的静电电容发生变化，从而获得转子14侧的最佳的阻抗。

而且，只要将这样的阻抗设定方法以以下的方式应用于电动机，抑制在电动机中发生电腐蚀即可。即，首先，准备多个旋转体20的样品，该多个旋转体20的样品将图3B所示的角度p例如设为以1度为单位进行变化。将这些样品搭载于作为对象种类的代表电动机，并对每个样品测定其轴电压。然后，在生产阶段，将轴电压最小的样品的角度p应用于作为对象种类的各电动机。通过这样地应用本阻抗设定方法，能够容易地应用于不同种类的电动机，从而，即使电动机种类发生变化，也能够分别有效地抑制在其中发生电腐蚀。

另外，在以上的说明中，举出为了改变凸部251的前端面与凸部261的前端面的相对面积而使两方的前端面沿圆周方向错开角度p的结构例进行了说明，但是，只要能够容易地改变相对面积，也可以是其他结构。例如，通过将外侧铁芯25和内侧铁芯26的高度做成互不相同的高度，也能够改变凸部251的前端面与凸部261的前端面的相对面积，由此，能够改变静电电容。图4表示将外侧铁芯25和内侧铁芯26的高度做成互不相同的高度的结构例。特别是通过将外侧铁芯25、内侧铁芯26做成通过将多块钢板层叠起来而成的层叠钢板，从而，能够通过改变钢板块数来容易地改变高度。而且，在该情况下，从不改变旋转体20的形状、大小这样的观点考虑，优选使内侧铁芯26的高度低于外侧铁芯25的高度。而且，也可以做成这样的结构：通过设定为这样的高度，定下粗略的静电电容，然后通过使两者的前端面沿圆周方向错开角度p，来对静电电容进行细微调整。总而言之，只要是做成外侧铁芯25和内侧铁芯26以外侧铁芯25的凸部251的前端面和内侧铁芯26的凸部261的前端面局部相对的方式配置那样的结构，能够容易地改变彼此相对的面积那样的结构即可。

而且，在以上的说明中，举出外侧铁芯25具有多个凸部251、内侧铁芯26具有多个凸部261的例子进行了说明，但是，只要是能够改变外侧铁芯25与内侧铁芯26之间的静电电容的结构即可，因此，也可以仅分别设置一个凸部251和一个凸部261。即，只要是外侧铁芯25具有至少一个凸部251、内侧铁芯26具有至少一个凸部261的结构即可。

实施方式2

作为本发明的电气设备的例子，将空调的室内机的结构作为实施方式2来详细地进行说明。在图5中，在空调的室内机210的壳体211内搭载有电动机201。在该电动机201的旋转轴安装有横流式风扇212。电动机201由电动机驱动装置213驱动。通过自电动机驱动装置213通电，电动机201旋转，与此相伴随，横流式风扇212旋转。通过该横流式风扇212旋转，并利用室内机用换热器（未图示）将被进行过空调调节的空气送至室内。在此，电动机201能够应用例如上述实施方式1的无刷电机100。

另外，在上述说明中，作为本发明的电气设备的实施方式，提出了搭载于空调的室外机、空调的室内机等的电动机，但是，当然也能够应用于用在其他各种信息设备、工业设备等的电动机。

如上所述，在本发明的电动机是这样的结构：转子中的旋转体包括用于构成旋转体的外周部的外侧铁芯、用于固定连接于轴且用于构成旋转体的内周部的内侧铁芯、及配置在外侧铁芯与内侧铁芯之间的电介质层。而且，外侧铁芯具有多个自其内周面向内侧方向突出的凸部，内侧铁芯具有多个自其外周面向外侧方向突出的凸部，外侧铁芯和内侧铁芯以外侧铁芯的凸部的前端面与内侧铁芯的凸部的前端面局部相对的方式配置。采用这样的结构，能够容易地改变外侧铁芯与内侧铁芯之间的静电电容，从而能够容易地实现达到适当的轴电压那样的结构。因此，采用本发明的电动机，能够有效地抑制在轴承上发生电腐蚀。

而且，本发明的电气设备具有本发明的电动机。因此，能够提供一种具有有效地抑制在轴承上发生电腐蚀的电动机的电气设备。

本发明的电动机能够减少轴电压，从而能够有效地抑制在轴承上发生电腐蚀。因此，主要在搭载于期望电动机的低价格化及高寿命化的设备中的、例如空调的室内机、空调的室外机等的电动机中有效。

Claims (5)

1.一种电动机，其包括：

定子，其包含卷装有绕组的定子铁芯；

转子，其包含旋转体和轴，该旋转体与上述定子相对且沿圆周方向保持有永磁铁，该轴以贯穿上述旋转体的中央的方式固定连接于上述旋转体；

轴承，其用于将上述轴支承得能自由旋转；及

支架；

其特征在于，

上述旋转体具有：

用于构成上述旋转体的外周部的外侧铁芯、用于固定连接于上述轴且用于构成上述旋转体的内周部的内侧铁芯、及配置在上述外侧铁芯与上述内侧铁芯之间的电介质层，

上述外侧铁芯具有至少一个自其内周面向内侧方向突出的凸部，

上述内侧铁芯具有至少一个自其外周面向外侧方向突出的凸部，

上述外侧铁芯和上述内侧铁芯以上述外侧铁芯的凸部的前端面与上述内侧铁芯的凸部的前端面局部地彼此相对的方式配置。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，

上述外侧铁芯和上述内侧铁芯以上述内侧铁芯的凸部的圆周方向中心相对于上述外侧铁芯的凸部的圆周方向中心在圆周方向上错开规定的角度的方式配置。

3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，

上述内侧铁芯的高度低于上述外侧铁芯的高度。

4.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于，

上述内侧铁芯的高度低于上述外侧铁芯的高度。

5.一种电气设备，其特征在于，

该电气设备包括权利要求1～4中任一项所述的电动机。