JP2011160575A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ方式でインバータ駆動される電動機を内蔵した空気調和機において、その電動機の軸受の電食発生を抑制する。
【解決手段】熱交換器１０２と、ファン１０３と、回転軸１６によりファン１０３を回転駆動する電動機１０４とを備えた空気調和機１００であって、少なくとも熱交換器１０２を大地アースするための接地部１１０を有する。電動機１０４は、固定子鉄心１１に巻線１２を巻装した固定子と、回転軸１６を中心に回転体３０を含む回転子と、回転軸１６を支持する軸受１５ａ、１５ｂと、軸受１５ａ、１５ｂを固定する２つの導電性のブラケット１７、１９とを備える。そして、回転軸１６と回転体３０の外周との間に誘電体層５０を設け、固定子鉄心１１を接地部１１０に電気的に接続した。
【選択図】図５

Description

本発明は、送風のための電動機を備えた空気調和機に関し、特に、内蔵した電動機の軸受における電食の発生を抑制するように改良された空気調和機に関する。

冷暖房などの空気調和を行う空気調和機は、一般に、送風を行うためのファンおよびそのファンを回転駆動するための電動機を備えている。また、近年、電動機は、いわゆるブラシレスモータを採用するケースが多くなってきている。このようなブラシレスモータは、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、適宜、ＰＷＭ方式という）のインバータが用いられる。一方、ＰＷＭ方式は、高周波のパルスを利用してスイッチングを行うため、ブラシレスモータから不要な高周波信号が輻射されやすかった。

このため、このような電動機から輻射される高周波ノイズの低減を図った空気調和機が従来提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような、空気調和機は、ノイズが輻射されやすい箇所をシールドケースで覆い、シールドケースを空気調和機内部のアース線に接続するような手法が用いられている。

また、電動機が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つとなっていた。

このように、ＰＷＭ方式を用いた電動機は、ノイズとなるような不要な高周波信号を発生しやすく、さらに、このような不要な電磁輻射によって軸受に電食が発生しやすいという課題があった。

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金属製のブラケットとを電気的に短絡させることで、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２参照）。

特許文献２では、固定子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、空気調和機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、空気調和機に使用される電動機は、通常、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、インピーダンスによる電圧降下の差が生じ、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２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。

特に、一般的なブラシレスモータの構造の場合、固定子側のインピーダンスとして、固定子鉄心から軸受の外輪までの間を考えると、通常、両間は、電気的には接続されておらず、ある程度の間隔を持って配置されるため、この間のインピーダンスは高い状態といえる。さらに、この間のインピーダンスは高いため、固定子鉄心から発生した高周波信号は減衰して軸受の外輪に達し、その結果、軸受の外輪には低電位の高周波の電圧が生じるものと考えられる。

一方、回転子側のインピーダンスとして、固定子鉄心から軸受の内輪までの間を考えると、固定子鉄心と回転子とはわずかな空隙を介して対面しているとともに、通常回転子および回転軸は導電体の金属であるため、この間のインピーダンスは低い状態といえる。さらに、この間のインピーダンスは低いため、固定子鉄心から発生した高周波信号は減衰せずに軸受の内輪に達し、その結果、軸受の内輪には高電位の高周波の電圧が生じるものと考えられる。

このように、ブラシレスモータ自体の構造によっても、回転子側と固定子側とのインピーダンスがアンバランス状態となりやすく、軸受の内輪と外輪との間に電位差、すなわち軸電圧が生じ、軸受に電食が発生すると考えられる。また、このような軸電圧を発生させる信号の発生源としては、ＰＷＭ方式の高周波のスイッチングで駆動される巻線を巻装した固定子鉄心が主な発生源と考えられる。すなわち、固定子鉄心は、高周波の電流で駆動される巻線を巻装しているため、固定子鉄心には、駆動電流によって発生する磁束とともに駆動高周波による高周波信号も発生し、発生した高周波信号が空間を介して軸受内輪および軸受外輪にも誘導されると考えられる。

また、近年、固定子側の固定子鉄心などの固定部材をモールド材などでモールドして、信頼性を高めたモールドモータが提案されている。そこで、金属製のブラケットに代えてこのような絶縁性のモールド材で軸受を固定し、軸受外輪側に発生する不要な高周波電圧や軸受内外輪間を流れる不要な高周波電流を抑制することが考えられる。ところが、このようなモールド材は樹脂であり軸受を固定するには強度が不十分であったり、樹脂成形のため寸法精度が悪く、軸受のクリープ不具合が発生しやすくなったりするなどの課題があった。すなわち、ベアリングのような軸受は一般的に、例えば外輪とハウジング内周面との間に隙間がある場合、伝達負荷によって回転軸にラジアル方向の力が発生する。このような力が発生すると、径方向の相対差によって滑り現象が発生しやすくなり、このような滑り現象がクリープと呼ばれている。このようなクリープは、一般的に、外輪をブラケットなどのハウジングに強固に固定することで抑制できる。また、近年の電動機の高出力化に伴い、軸受をより強固に固定することが必要となっている。このため、例えば、予め鋼板で加工され寸法精度の良好な金属製のブラケットを軸受の固定に採用するなど、クリープ対策を施すことが必要不可欠となっている。とりわけ、軸受は回転軸に対して２箇所で受ける構造が一般的であるが、ここで述べた強度的な面や実施の容易性などの理由から、２つの軸受に対して金属製のブラケットで固定することが好ましい。

特開２００７−１９８６２８号公報 特開２００７−１５９３０２号公報

電食を抑制する手法として、特許文献２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、この従来の方法は固定子側のインピーダンスを変更して軸受内輪と軸受外輪との間の電位バランスを保ち、電食を抑制しようとする方法である。このような方法の場合、電動機の使用環境によって、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。

特に、室内機としての空気調和機の場合、通常金属で形成される熱交換器が空気調和機内部を占める割合が大きい。さらに、この熱交換器に対面して、回転軸に接続されたファンが配置されることになるため、熱交換器とファンとの間で大きな静電容量が形成されやすくなる。このため、このような空気調和機の場合、この静電容量が影響して、電動機でのインピーダンスのバランスも崩れる可能性が高くなる。すなわち、例えば、固定子鉄心から輻射された高周波信号が、熱交換器およびファンを介して回転軸に高周波電流として流れ込み、軸受内輪側の電位がさらに高くなる可能性もあった。

また、上述のような強度的な理由から、２つの軸受それぞれを金属製のブラケットで固定する場合、通常、一方のブラケットと他方のブラケットとの形状や配置状態が異なるため、両ブラケットのインピーダンスは異なる。このため、一方のブラケットに誘起される電位と他方のブラケットに誘起される電位とは異なることになる。このため、２つの軸受で軸電圧も異なることとなり、一方の軸受で電食が発生しなくても、他方の軸受で電食が発生するというような不具合を生じるおそれがあった。

本発明の空気調和機は、上記課題に鑑みなされたものであり、内蔵した電動機の軸受における電食の発生を抑制した空気調和機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、本発明の空気調和機は、導電性金属部材を含み構成された熱交換を行う熱交換器と、熱交換器により空気調和された空気を送風するファンと、ファンに接続された回転軸によりファンを回転駆動する電動機とを備え、少なくとも熱交換器の導電性金属部材を大地アースするための接地部を有する。また、この電動機は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、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回転軸とを含む回転子と、回転軸を支持する軸受と、軸受を固定する２つの導電性のブラケットとを備えている。そして、回転軸と回転体の外周との間に誘電体層を設け、かつ、固定子鉄心を接地部に電気的に接続した構成である。

このような構成により、軸受内輪および軸受外輪に高周波電圧を誘導するその電圧発生源と考えられる固定子鉄心に対し、固定子鉄心は接地部に接続されるため、固定子鉄心の電位がゼロ電位となる。さらに、熱交換器も接地部に接続する構成であるため、熱交換器からファンを介し、回転軸に流れ込むような高周波電流も抑制でき、軸受内輪側の電位への影響を抑えることができる。また、固定子鉄心の接地は直接大地アースに電気的に接続しても同様の効果が得られる。さらに、回転体に誘電体層を設けることで回転子側のインピーダンスを調整することが可能となり、固定子側のインピーダンスとのバランスを保つことで、軸受内輪と軸受外輪との間の軸電圧を低減することが可能となる。このように、導電性のブラケットでそれぞれ固定された２つの軸受に対して、軸受内輪と外輪との間の電位差を低くできるため、軸受の固定強度を確保しながら、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、本発明の空気調和機は、２つのブラケットを電気的に接続した構成である。

このような構成により、両ブラケットを同電位とし、回転軸を介しての高周波電流の流れを抑制している。さらに、両ブラケットを同電位とすることで、一方の軸受内輪外輪間の電位差と他方の軸受内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一とすることが可能となる。

また、本発明の空気調和機は、電動機における２つのブラケットが、電動機内部で電気的に接続された構成としてもよい。

このような構成により、２つの導電性ブラケットを電動機内部で接続ピンなどを介して電気的に接続することで、使用環境や外部応力などに対して、信頼性の高い電気的接続とすることができる。

また、本発明の空気調和機は、電動機における互いに電気的に接続した２つのブラケットを、さらに接地部に電気的に接続した構成としてもよい。

また、本発明の空気調和機は、少なくとも電動機における固定子鉄心が、キャパシタを介して接地部に電気的に接続された構成である。

このような構成により、固定子鉄心はキャパシタを介して接地部に接続されるため、固定子鉄心の高周波的な電位がゼロ電位になる。このため、軸電圧を低減させるのみならず、固定子鉄心より発生する高周波ノイズ電圧を、キャパシタを介すことにより、空気調和機内の他の電気回路などに伝達させないため、空気調和機の誤動作を防止することができる。

また、本発明の空気調和機は、電動機における２つのブラケットの少なくとも一方と巻線を巻装した固定子鉄心とが、絶縁樹脂により一体成形された構成である。

また、本発明の空気調和機は、電動機における固定子鉄心に巻装した巻線が、パルス幅変調方式のインバータにより駆動される構成である。

以上のように、本発明の空気調和機によれば、電動機の２つの軸受に発生する軸電圧を低く抑えることができるため、内蔵した電動機の電食の発生を抑制した空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態における空気調和機の構成図 同空気調和機の電動機の断面を示した構造図 同空気調和機における電動機の回転体の構成例を示した図 同空気調和機における電動機の回転体の他の構成例を示した図 同空気調和機の構成を模式的に示した図 同空気調和機の他の構成例を模式的に示した図 同空気調和機のさらに他の構成例を模式的に示した図

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の構成図である。本実施の形態では、室内機として室内に設置される空気調和機を挙げて説明する。図１に示すように、空気調和機１００は、筐体１０１内に、熱交換器１０２とファン１０３と電動機１０４と電源部１０５とを備える。

熱交換器１０２は、導電性金属部材を含み構成され、暖房や冷房のために、吸入部から取り込んだ空気の熱交換を行う。ファン１０３は、クロスフローファンであり、熱交換器１０２により空気調和された空気を送風する。電動機１０４は、電動機１０４の回転軸を介してファン１０３に接続されており、ファン１０３を回転駆動する。また、電源部１０５は、電動機１０４やその他の電気部品を動作させるための電力を供給する。このような空気調和機１００の構成により、熱交換器１０２により空気調和された空気が、ファン１０３の回転により、例えば室内に送風される。

次に、本実施の形態における空気調和機１００に内蔵した電動機１０４の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態における空気調和機１００の電動機１０４の断面を示した構造図である。本実施の形態では、電動機１０４として、ＰＷＭ方式を利用した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ブラシレスモータの例を挙げて説明する。

図２において、固定子鉄心１１には、インシュレータなどを介在させて、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、金属製の回転子鉄心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を締結した回転軸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磁石３２を保持している。また、回転体３０は、最外周部の磁石３２から内周側の回転軸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２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の回転軸１６には、回転軸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円筒形状のベアリングであり、軸受１５の内輪側が回転軸１６に固定されている。図２では、回転軸１６が電動機１０４本体から突出した側となる出力軸側において、軸受１５ａが回転軸１６を支持し、その反対側（以下、反出力軸側と呼ぶ）において、軸受１５ｂが回転軸１６を支持している。そして、これらの軸受１５は、それぞれ導電性を有した金属製のブラケットにより、軸受１５の外輪側が固定されている。図２では、出力軸側の軸受１５ａがブラケット１７により固定され、反出力軸側の軸受１５ｂがブラケット１９により固定されている。以上のような構成により、回転軸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、電動機１０４には制御回路や駆動回路を実装したプリント基板１８が内蔵されている。また、プリント基板１８には、駆動回路の電源、グランド線や制御信号などの接続線２０が接続されている。

そして、本実施の形態では、導通ピン２２がブラケット１９に予め電気的に接続された状態でモールド一体成形されており、固定子１０の出力軸側端面には、導通ピン２２の先端が露出し、この先端がブラケット１７と電気的に接続されている。この構成により、ブラケット１７とブラケット１９とは電動機１０４内部で互いに電気的に接続されている。

さらに、本実施の形態では、モールド材である絶縁樹脂１３の一部に貫通孔２３を設け、貫通孔２３を通して固定子鉄心１１に接続された接続ピン２４の一端を外部へ突出させている。この、接続ピン２４は、以下で詳細について説明するが、大地アースするための接地部に電気的に接続される。

以上のように構成された電動機１０４に対して、接続線２０を介して電源部１０５から各電源電圧および制御信号を供給することにより、プリント基板１８の駆動回路によって固定子巻線１２に駆動電流が流れ、固定子鉄心１１から磁界が発生する。そして、固定子鉄心１１からの磁界と磁石３２からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によって回転軸１６を中心に回転子１４が回転する。そして、回転軸１６の出力軸側にはファン１０３が接続されており、回転軸１６の回転に応じてファン１０３が回転駆動される。

次に、電動機１０４の構造におけるより詳細な構成について説明する。

まず、電動機１０４は、上述したように、回転軸１６が２つの軸受１５で支持されるとともに、それぞれの軸受１５もブラケットにより固定され、支持されている。さらに、上述したようなクリープによる不具合を抑制するため、本実施の形態では、それぞれの軸受１５が、導電性を有した金属製のブラケットにより固定されるような構成としている。すなわち、本実施の形態では、予め鋼板で加工され寸法精度の良好な導電性のブラケットを軸受１５の固定に採用している。特に、電動機１０４の高出力化が要求される場合には、このような構成とすることがより好ましい。

具体的には、まず、反出力軸側の軸受１５ｂに対して、軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい外周径のブラケット１９により固定している。また、このブラケット１９は、絶縁樹脂１３とモールド一体成形されている。すなわち、図２に示すように、反出力軸側における絶縁樹脂１３の形状は、本ブラシレスモータ本体から反出力軸方向へと突出する本体突出部１３ａを有した形状である。この本体突出部１３ａの本体内部側に、インナーブラケットとしてブラケット１９を配置し、絶縁樹脂１３とモールド一体成形している。ブラケット１９は中空円筒状となるカップ形状を有しており、より具体的には、一方を開いた円筒部１９ａと、開いた側の円筒端部から外方向に少しだけ広がった環状のつば部１９ｂとを有している。円筒部１９ａの内周径は軸受１５ｂの外周径とほぼ等しく、円筒部１９ａに軸受１５ｂを挿入することにより、軸受１５ｂはブラケット１９を介するようにして絶縁樹脂１３にも固定されることになる。このように構成することで、軸受１５ｂの外輪側は金属製のブラケット１９に固定されるため、クリープによる不具合を抑制できる。また、つば部１９ｂの外周径は軸受１５ｂの外周径よりも少しだけ大きくしている。すなわち、つば部１９ｂの外周径は、軸受１５ｂの外周径よりも大きく、かつ少なくとも回転体３０の外周径よりも小さくしている。ブラケット１９をこのような形状とすることにより、例えばつば部が回転体３０の外周を超えて固定子鉄心１１まで広がるような構造に比べて、コスト高となる金属材料の使用を抑制している。また、このように金属製のブラケット１９の面積を抑制し、さらに絶縁樹脂１３でブラケット１９の外郭を覆うようにモールド一体成形しているため、軸受１５ｂから発生する騒音を抑制することもできる。

次に、出力軸側の軸受１５ａに対しては、固定子１０の外周径とほぼ等しい外周径のブラケット１７により固定している。ブラケット１７は概略円板形状であり、円板の中央部に軸受１５ａの外周径とほぼ等しい径の突出部を有しており、この突出部の内側は中空となっている。プリント基板１８を内蔵したのち、ブラケット１７の突出部の内側に軸受１５ａが配置されるように挿入するとともに、ブラケット１７の外周に設けた接続端部と固定子１０の接続端部とが嵌合するように、ブラケット１７を固定子１０に圧入することにより、電動機１０４が形成される。このように構成することで、軸受１５ａの外輪側は金属製のブラケット１７に固定されるため、クリープによる不具合を抑制できる。

次に、本実施の形態における電食を抑制するための構成について説明する。本実施の形態では、概略、次のようにして電食を抑制している。まず、電動機１０４の回転体３０において誘電体層５０を設けることにより、回転子側のインピーダンスを高くし、インピーダンスの高い固定子側に近似させている。これによって、軸受の内輪と外輪との間の電位差、すなわち軸電圧を低くしている。また、この誘電体層５０を設けた構成によって、固定子鉄心１１で発生した高周波信号がファン１０３や熱交換器１０２まで伝達するのを抑制し、ファン１０３などからの不要な輻射による軸電圧を低減している。そして、さらに、固定子鉄心１１を接地部１１０に電気的に接続することで、固定子鉄心１１から発生する高周波信号を減衰させ、これによっても軸電圧を低減している。また、ブラケット１７とブラケット１９とを電気的に接続した構成とすることで、両ブラケットが同電位となるようにし、一方のブラケットの軸電圧が高くなるような不具合を抑制している。

以下、このようにして電食を抑制するための詳細な構成について説明する。

図３は、本実施の形態の空気調和機１００における電動機１０４の回転体３０の構成例を示した図である。図３は、回転体３０を上面から見た構成を示している。図３に示すように、回転体３０は、回転軸１６と回転体３０の外周との間に誘電体層５０を設けた構成である。

すなわち、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。図３では、誘電体層５０が、回転体３０の内周側と外周側との間で回転軸１６の周りを周回するようなリング状に形成された一例を示している。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３５において、回転体３０が回転軸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。本実施の形態では、このような誘電体層５０を設けることにより、回転子側のインピーダンスが固定子側のインピーダンスに近似するように、回転子側のインピーダンスを高くしている。なお、ここで、固定子側のインピーダンスは、固定子鉄心１１から軸受１５の外輪までの間のインピーダンスであり、回転子側のインピーダンスは、固定子鉄心１１から回転子１４を介して軸受１５の内輪までの間のインピーダンスである。

このように、回転体３０の中間部に誘電体層５０を設けることで、回転子側の等価回路として、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、固定子鉄心１１で発生した高周波信号が回転体３０を介して回転軸１６へと高周波電流として流れる経路において、回転子１４のインピーダンスを高くすることにより、高周波の電圧降下が大きくなる。なお、このような高周波信号は、ＰＷＭ方式に基づくスイッチングなどにより主に固定子鉄心１１から発生する信号である。

このため、高周波電流により回転軸１６に発生する電位、すなわち軸受１５の内輪側の電位を低くできる。そして、軸受１５の内輪側の電位を低くして、軸受１５の外輪側の電位に近似させ、軸受内外輪間の電位差、すなわち軸電圧を低く抑えている。これによって、軸受内輪と軸受外輪との間は、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る。本実施の形態では、このようにして軸電圧を低く抑え、軸電圧による軸受の電食の発生を防止している。特に、本実施の形態では、軸受内外輪それぞれの電位が低い状態で軸電圧を低く抑える構成であるため、軸受内外輪それぞれの電位が高い状態で軸電圧のバランスをとるような手法に比べて、電位差が少なくなるようにバランスをとりやすい。また、バランスが崩れたとしても低電圧であるため、電食発生に対する影響は少なくてすむ。

また、固定子鉄心１１で発生した高周波信号は、回転体３０から回転軸１６を経由してファン１０３まで伝達しやすく、さらにファン１０３から熱交換器１０２まで伝達したりする。特に、本実施の形態のような室内機としての空気調和機１００の場合、ファン１０３や熱交換器１０２は面積や体積が大きいため、これらに伝達した高周波信号は不要な信号として輻射されやすく、輻射された信号が軸受１５に回り込み軸電圧に影響を与える可能性がある。このような不具合に対し、誘電体層５０は固定子鉄心１１からファン１０３までの間に直列接続されたインピーダンス成分として作用するため、誘電体層５０によって、ファン１０３まで伝達する高周波信号を減衰させることができる。すなわち、ファン１０３や熱交換器１０２からの不要な輻射による軸電圧の発生も抑制することができる。

なお、誘電体層５０は不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリブチレンテレフタレートやポリアミドなどの熱可塑性樹脂、エラストマーや加硫型ゴムのような弾性体を使用している。このような誘電体層５０の材料を変えることに加えて、その形状や肉厚なども変えることによって任意にインピーダンスを調整することができるため、回転子側のインピーダンスを最適に設定することもできる。

図４は、本実施の形態の空気調和機１００における電動機１０４の回転体３０の他の構成例を示した図である。図４は、他の構成例としての回転体３０の上面およびそのＡ−Ａ断面を示した図である。図３では、回転体３０の外周表面に磁石を設けたいわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、表面磁石）型構造であるのに対し、図４では、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、埋込磁石）型構造の回転子１４である。図４に示す回転体３０は、最外周部に配置されて複数の挿入孔３３を有している外側鉄心３１ａと、誘電体層５０と、内側鉄心３１ｂとが内周側に向かって順に配置されている。また、複数の挿入孔３３には、例えばネオジウム系希土類焼結磁石などの永久磁石である磁石３２がそれぞれ挿入されている。電動機１０４は、このような構成であってもよい。

さらに、本実施の形態では、電食を抑制するために、次に説明するような構成を有している。

図５は、本発明の実施の形態における空気調和機１００の構成を模式的に示した図である。以下、図５を参照しながら、本実施の形態における電食を抑制するための構成について、さらに説明する。

まず、図５に示すように、熱交換器１０２は、大地アースするための接地部１１０を有している。この接地部１１０は、接地線を介して、大地アースするための接地棒などに電気的に接続される。具体的には、例えば接地線が室外機まで延伸され、室外機から大地に接地棒を用いて接地される。

このように熱交換器１０２を接地することにより、熱交換器１０２に誘導された高周波信号は大地へと流れ込むため、熱交換器１０２の電位をゼロにできる。さらに、固定子鉄心１１から回転体３０を介して軸受１５の内輪に達した高周波の電圧も、回転軸１６およびファン１０３から熱交換器１０２へと伝達し、その結果、軸受１５の内輪に発生する電位も抑えることができる。

また、図５に示すように、軸電圧を発生させる高周波信号の主な発生源である固定子鉄心１１は、接続ピン２４を介して接地部１１０に電気的に接続されている。このため、固定子鉄心１１から発生する高周波信号も大地へと流れ込むため、固定子鉄心１１に発生する高周波信号を減衰させることができ、軸受の内輪と外輪に生じる電位を抑えることができる。

さらに、本実施の形態では、２つのブラケット、すなわち、ブラケット１７とブラケット１９とを導通ピン２２により電気的に接続した構成としている。このような構成とすることで、両ブラケットを同電位とし、回転軸を介しての高周波電流の流れを抑制している。さらに、両ブラケットを同電位とすることで、軸受１５ａの内輪外輪間の電位差と軸受１５ｂの内輪外輪間の電位差とを近似あるいは同一とすることが可能となる。このため、一方のブラケットのみに電食が集中して発生するような不具合を抑制することができる。

以上説明したように、空気調和機１００は、熱交換器１０２を大地アースするための接地部１１０を有するとともに、回転体３０に誘電体層５０を設け、さらに固定子鉄心１１も接地部１１０に電気的に接続している。さらに、ブラケット１７とブラケット１９と互いに電気的に接続している。このため、軸受１５ａおよび軸受１５ｂそれぞれの軸電圧を低く抑えることができ、これによって電食の発生を抑制することが可能となる。また、固定子鉄心の接地は直接大地アースに電気的に接続しても同様の効果が得られる。

なお、以上の説明では、固定子鉄心１１を接地部１１０に電気的に接続するような例を挙げて説明したが、互いに電気的に接続したブラケット１７とブラケット１９とをさらに、接地部１１０に電気的に接続するような構成としてもよい。図６は、本発明の実施の形態における空気調和機１００の他の構成例を模式的に示した図である。図６に示す構成では、接続ピン２４と導通ピン２２とを、さらに電気的に接続し、この接続を接地部１１０に電気的に接続している。このような構成とすることにより、ブラケット１７、１９も大地アースされ、ブラケット１７、１９に発生する高周波の電圧を抑えることができ、軸電圧を低くすることができる。

また、図７は、本発明の実施の形態における空気調和機１００のさらに他の構成例を模式的に示した図である。図７に示す構成では、接続ピン２４と導通ピン２２とを電気的に接続し、キャパシタを介して、この接続を接地部１１０に電気的に接続している。このような構成とすることにより、キャパシタ１１１を介して、高周波信号のみ大地アースされるため、電食の抑制とともに、ノイズの低減も図ることが可能となる。なお、図５の構成に対して、固定子鉄心１１のみキャパシタ１１１を介して接地部１１０に電気的に接続するような構成であってもよい。

以上説明したように、本発明の空気調和機は、導電性金属部材を含み構成された熱交換を行う熱交換器と、熱交換器により空気調和された空気を送風するファンと、ファンに接続された回転軸によりファンを回転駆動する電動機とを備え、少なくとも熱交換器の導電性金属部材を大地アースするための接地部を有する。また、この電動機は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、回転軸を中心に固定子に対向して配置された回転子と、誘電体層を設けた回転体と、回転軸を支持する軸受と、軸受を固定する２つの導電性のブラケットとを備える。そして、回転軸と回転体の外周との間に誘電体層を設け、かつ、固定子鉄心を接地部に電気的に接続した構成である。

このような構成により、固定子鉄心は接地部に接続されるため、固定子鉄心の電位がゼロ電位となり、軸電圧を低減させることができる。さらに、熱交換器も接地部に接続されているため、熱交換器からファンを介して回転軸へと回り込むような高周波信号も減衰させることができる。さらに、固定子側と回転子側のインピーダンスバランスを保つことができ、軸電圧を低減させることができる。このため、軸受の外輪と内輪間に電位差、すなわち軸電圧を極めて低く抑えることができ、電食の発生も抑制できる。したがって、本発明によれば、内蔵した電動機の軸受における電食の発生を抑制した空気調和機を提供することができる。

本発明の空気調和機は、内蔵した電動機の軸電圧を低減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、空気調和機の室内機などに有効である。

１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線
１３ 絶縁樹脂
１３ａ 本体突出部
１４ 回転子
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１６ 回転軸
１７，１９ ブラケット
１８ プリント基板
２０ 接続線
２２ 導通ピン
２３ 貫通孔
２４ 接続ピン
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３１ａ 外側鉄心
３１ｂ 内側鉄心
３２ 磁石
３５ 締結部
５０ 誘電体層
１００ 空気調和機
１０１ 筐体
１０２ 熱交換器
１０３ ファン
１０４ 電動機
１０５ 電源部
１１０ 接地部
１１１ キャパシタ

Claims (7)

1. 導電性金属部材を含み構成された熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器により空気調和された空気を送風するファンと、前記ファンに接続された回転軸により前記ファンを回転駆動する電動機とを備えた空気調和機であって、
   少なくとも前記熱交換器の導電性金属部材を大地アースするための接地部を有し、
   前記電動機は、
   固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、
   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前記回転軸とを含む回転子と、
   前記回転軸を支持する軸受と、
   前記軸受を固定する２つの導電性のブラケットとを備え、
   前記回転軸と前記回転体の外周との間に誘電体層を設け、かつ、前記固定子鉄心を前記接地部に電気的に接続したことを特徴とする空気調和機。
2. 前記２つのブラケットを互いに電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記２つのブラケットは、前記電動機内部で電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 互いに電気的に接続した前記２つのブラケットを、さらに前記接地部に電気的に接続したことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
5. 少なくとも前記固定子鉄心は、キャパシタを介して前記接地部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和機。
6. 前記２つのブラケットの少なくとも一方と、前記巻線を巻装した前記固定子鉄心とは、絶縁樹脂により一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
7. 前記固定子鉄心に巻装した前記巻線は、パルス幅変調方式のインバータにより駆動されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の空気調和機。

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