JP5076311B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、電気機器、例えば空調機器に搭載され、送風ファンを駆動するためのモータに関する。

例えばエアコンに搭載され、送風ファンを駆動するためのファンモータは、近年、エアコン本体の省エネルギー化に伴い、高効率化が要望されている。そのファンモータは、インダクションモータに代わって、高効率のブラシレスモータが採用される場合が多くなってきている。そして、そのブラシレスモータの駆動方式として、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場合が多くなってきている。

こうしたＰＷＭ方式の駆動の採用において、モータシャフトを支承するための軸受の高周波電食（以下、単に、電食という）が進行した場合、波状磨耗現象が発生して異常音に至ることがある。

従来のこの種のブラシレスモータには、例えば日本特許出願特開２００４―２４２４１３号公報に記載されているモータ構造がある。従来のこの種のブラシレスモータについて、図３から図４を用いて説明する。図３は従来のブラシレスモータの構造断面図であり、図４は図３に示すブラシレスモータの浮遊容量略分布のモデル図である。

図３において、固定子巻線１２が巻装された固定子鉄心１１を、絶縁樹脂１３にてモールド成形をすることで固定子が構成されている。その固定子の内側には空隙を介して回転子１４が挿入されている。その回転子１４のシャフト１６には２つの軸受１５が取り付けられている。その２つの軸受１５はそれぞれ、固定子の絶縁樹脂１３とブラケット１７とに支持されている。回転子１４は、シャフト１６が２つの軸受１５に支承され回転することが可能である。

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配線板１８が内蔵されており、更にブラケット１７を固定子に圧入することにより、ブラシレスモータが形成されている。
特開２００４―２４２４１３号公報

しかしながら、従来のこの種のモータの構造においては、図４のように各構成部材間に浮遊容量Ｃ１からＣ７などが存在している。このような従来のモータの固定子巻線１２をＰＷＭ方式のインバータにより駆動した場合、浮遊容量Ｃ１からＣ７などを通じてスルー電流が流れる。その結果、各構成部材間に電位差が発生し、ある条件においては電食が発生することがあった。

特に電食が発生しやすい条件として、モータ印加電圧が高い地域（例えば商用電源２４０Ｖ地域等）で、比較的低温時、かつモータとして回転数変動が少ない状態で長時間運転した場合に起こることが知られている。電食が発生するメカニズムの一例は、次の通りである。

固定子巻線１２をＰＷＭ方式のインバータにより駆動した場合、各構成部材間の浮遊容
量Ｃ１からＣ７を通じて、固定子鉄心１１から固定子巻線１２、プリント配線板１８、ブラケット１７、軸受１５、シャフト１６、回転子１４、そして固定子鉄心１１に戻るというループ状の高周波の循環電流が発生する。

その時に、軸受１５内部で潤滑剤であるグリスの油膜が切れたり、又は油膜厚が薄くなったりすると、それに伴い局所的な絶縁破壊による放電現象が発生して軸受１５の転送面に微小の放電痕が形成され、それが長時間継続することで電食に至ることがある。なお、この放電現象の有無は、浮遊容量Ｃ１からＣ７で分圧されたときのＣ３又はＣ６、すなわちそれぞれの軸受１５にかかる電圧の大きさに密接に関係している。ここで、図中のＶｄｃは、プリント配線板１８に印加される電圧である。

そして、この電食現象が繰り返されることにより、軸受１５の転送面が荒れ、波状磨耗に至ると最終的にモータの異常音に発生につながる。これを確実に対策する方法の一例として、軸受の内輪と外輪の間に非導電物質であるセラミックボールを使用した軸受を使用する方法が挙げられる。

しかし、このセラミックボールの軸受は非常に高価であり、まだ大量生産での使用には至っていない。

また、その他の方法としては、軸受のグリスを導電性のものとしたり、固定子鉄心を接地したり、ＰＷＭ駆動のキャリア周波数を下げたりといった方法がある。

しかし、いずれの方法も信頼性やコスト、品質、使い勝手の面で必ずしも満足できるものではなく、採用には至っていないのが実情である。以上のように、電食の対策は、軸受のコストアップやモータの材料費アップ、使い勝手の低下を伴うものである。

上記従来の課題を解決するために本発明は、例えばエアコンに搭載され、送風ファンを駆動するためのファンモータにおいて、巻線を巻装した固定子鉄心を絶縁樹脂にてモールド成形した固定子と、前記固定子の内側に配置される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、前記固定子と前記ブラケットの間に配設されたプリント基板を含み、インバータ駆動されるブラシレスモータであって、
前記固定子鉄心と、前記プリント配線側に位置する前記ブラケットを短絡する構造にしたものである。

この構造とすることで、図４における固定子鉄心とブラケット間が短絡されて同電位となるため、軸受にかかる電圧を大幅に低減することができ電食の発生を抑制することができる。

以上のように、本発明の電動機のブラシレスモータによれば、固定子鉄心とプリント配線側のブラケットを短絡する構造とすることで電食の発生を抑制することができる。

そのため、セラミックボールの軸受を使用するといった対策をすることなく比較的簡単で安価に対策が可能となり、低価格の電食対策を施したブラシレスモータを提供することができる。なお、この方法では、プリント基板側のブラケットと固定子鉄心を短絡した場合に効果が最大となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータの構造断面図であり、図２は図１に示す鉄心接続端子及びブラケット接続端子周辺部の構造断面拡大図である。

図１に示すモータ８０は、エアコン室内機用ファンモータ（以下、室内機用モータという）である。図１において、本実施の形態のモータ８０は、固定子鉄心１１と、その固定子鉄心１１に巻装した固定子巻線１２とを絶縁樹脂１３にてモールド一体成形してなる固定子７０と、シャフト１６を備えた回転子１４と、シャフト１６を支承するための第１の軸受１５１及び第２の軸受１５２、固定子７０に結合されるとともに、第１の軸受１５１又は第２の軸受１５２の少なくともどちらか一方を保持するブラケット１７と、固定子鉄心１１とブラケット１７とを短絡する鉄心導通端子１９とブラケット導通端子２０を含む。

さらに、図１及び図２を用いてモータ８０の構成を詳細に説明する。固定子鉄心１１にインシュレータ２１が挿入され、その後固定子巻線１２が巻装されており、更に鉄心接続端子１９はインシュレータ２１に固定したのち固定子鉄心１１の外周部と接触又は溶接する。

なお、固定子鉄心１１と鉄心接続端子１９との接触又は溶接は固定子巻線を施す前でも問題はない。この工程により、固定子鉄心１１と鉄心接続端子１９との導通が可能となり、更に絶縁樹脂１３にてモールド一体成型され固定子７０を形成しているが、モールド後の鉄心接続端子１９先端（ブラケット接続端子２０との勘合部）は露出される構造である。

さらに、固定子７０の少なくとも１箇所にブラケット接続端子２０を支持できる溝を設けて、位置決めされた鉄心接続端子１９にブラケット接続端子２０を挿入し、はんだ又は溶接固定をすることで、固定子鉄心１１とブラケット接続端子２０が導通可能となる。

その後、モータ８０を駆動させるための駆動回路が実装されたプリント配線板１８を付加してモールド完成体が構成されており、最終的にブラケット１７は固定子７０に圧入固定されるが、この時ブラケット接続端子２０はモールド完成品端面より突き出た構成とし、ブラケット１７を圧入されると同時にブラケット接続端子２０を変形させてブラケット１７と固定される構造である。結果、固定子鉄心１１は鉄心接続端子１９とブラケット接続端子２０を介してとブラケット１７とが短絡される構造となる。

なお、樹脂部材２１には熱可塑性樹脂（ＰＥＴやＰＢＴ等）が使用されており、絶縁樹脂１３は、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂を使用している。

一方、回転子１４には、シャフト１６が圧入固定されている。さらに、そのシャフト１
６には、そのシャフト１６を回転自在に支承する２つの軸受、すなわち、第１の軸受１５１及び第２の軸受１５２が取り付けられている。

固定子７０にプリント配線板１８を付加したモールド完成体、すなわち、固定子７０に対して、シャフト１６に第１の軸受１５１及び第２の軸受１５２が保持された回転子１４が、空隙を介して組み込まれることにより、モータ８０が構成される。第１の軸受１５１は固定子７０に形成されたハウジング３０に保持され、第２の軸受１５２はブラケット１７に保持される。

この構成により、鉄心接続端子１９とブラケット接続端子２０を介して固定子鉄心１１とブラケット１７との間が短絡されて同電位となるため、２つの軸受１５１、１５２にかかる電圧を大幅に低減することができ、その結果、電食の発生を抑制することができる。したがって、セラミックボールの軸受を使用するといった対策が必要なく、比較的簡単で安価に電食対策を施したモータを提供することができる。なお、この構成においては、図２に示すように、プリント配線板１８側に配設されたブラケット１７と固定子鉄心１１とを短絡した場合に効果が大となる。
（実施の形態２）
図５は本発明の形態２における鉄心接続端子１９の側面図であり、図６はブラケット接続端子２０の側面図である。図５において鉄心接続端子１９は、寸法Ｋの距離分を曲げた形状である。これは、図２による固定子鉄心１１との接触を確実にするため一例である。また、図６においてブラケット接続端子２０は、鉄心接続端子１９との固定接続を考慮して、鉄心接続部品挿入穴２３を設けた構造である。

また、これらの部品はバネ製のある素材（例えば、燐青銅）や溶接、はんだ可能なメッキを施した黄銅等が望ましい。

この２つの接続部品を設けることで、固定子鉄心１１とブラケット１７を確実に位置決め及び短絡が可能となる。
（実施の形態３）
図７及び図８は本発明の形態３における本発明の実施の形態３におけるモー
ルド前の固定子側面図（固定子鉄心と鉄心接続端子溶接前の拡大図）とモールド前の固定子側面図（固定子鉄心と鉄心接続端子溶接後の拡大図）である。

図５に示した鉄心接続端子１９をインシュレータ２２に圧入固定することで、鉄心接続端子１９が位置決めされ、固定子鉄心１１との接触が可能である。更に図８に示す通り、固定子鉄心１１と鉄心接続端子１９とをスポット溶接等で溶接部２４を設ける構造である。
このことで、固定子鉄心１１と鉄心接続端子１９とが確実に短絡させる構造が可能である。
（実施の形態４）
図９及び図１０は本発明の形態４におけるブラケット接続端子２０挿入前の構造断面図の拡大図とブラケット１７挿入前の構造断面図の拡大図である。

図９において、モールド完成品の外周部に少なくとも１箇所の切り欠きを設けられており、その場所にブラケット接続端子２０が収納可能としている。更に、ブラケット接続端子２０が指定箇所に挿入されはんだ２４固定された後、ブラケット１７の内径側と外径側の両方で圧入固定される。このブラケット１７圧入する際、ブラケット接続端子２０は寸法Ｌの距離はモールド完成品端面より、突き出た構成とし、ブラケット１７を圧入させる時に前記寸法Ｌの距離を変形させブラケット底部と確実に接触させる構造としている。最終、固定子鉄心１１は２種類の端子（鉄心接続端子１９、ブラケット接続端子２０）を経
由してブラケット１７とを確実に短絡させる構造が可能である。

さらに、図１０の構成において、ブラケット１７の寸法Ｍよりブラケット接続端子２０の寸法Ｎが長い構造にすることで、ブラケット１７が挿入された後（モータ組立後）でもブラケット接続端子２０が見える構造であるため、ブラケット１７とブラケット接続端子１７（最終的には固定子鉄心１１）との導通（短絡）確認が可能である。
なお導通の確認方法としては導通チェック装置、例えばテスターやマルチメータ、アース導通試験装置などにて確認が可能である。
（実施の形態５）
図１１は本発明の実施の形態５における図９に示すブラケット接続端子２０挿入前の固定子完成の正面図（鉄心接続端子部１９の拡大図）、図１２は図１０に示すブラケット挿入前の固定子完成の正面図（ブラケット接続端子２０挿入部の拡大図）である。図１１において、絶縁樹脂１３の一部に切り掛けを設けて、その場所にブラケット接続端子２０を挿入し、鉄心接続端子部１９との位置決めを実施する構造としている。

また、図１２において、ブラケット接続端子２０がはんだ固定または溶接固定され、更にブラケット１７を圧入される際、はんだ固定または溶接固定部に応力が掛からないよう、ブラケット接続端子２０の側面部とブラケット１７側面両側（ブラケットの内側と外側：ハッチング部）が接触しない構造としている。

（実施の形態６）
図１３は本発明の形態６におけるブラシレスモータの構造断面図であり、図１４は図１３に示す鉄心接続端子１９及びブラケット接続端子２０周辺部の構造断面拡大図であり、主に空調用に室外で使用するファンモータ（以下、「室外用モータ」という）での実施例を示している。 室内用モータとの違いは、鉄心接続端子１９及びブラケット接続端子２０が図中の下方（リード線側）に位置している点と、ブラケット１７の反対側の軸受がブラケットＡ２５にて保持されていることである。

室外用モータでは、その使用環境によっては風雨に晒されることがあり、導通ピン周辺部の隙間からのモータ内への水の浸入が懸念される。これに対する対策のひとつとして、モータ取り付け時に鉄心接続端子１９及びブラケット接続端子２０を下側になるようにを位置することにより、直接的に風雨に晒されることがなくなりモータ内への水の浸入を防止することができる。

また、電食はプリント基板１８に近いほうの軸受で発生している例が多いことが広く知られているが、先に述べた理由によりブラケットＡ２５ではなくブラケット１７からブラケット接続端子２０、鉄心接続端子１９を経由して固定子鉄心１１と短絡した方が軸受にかかる電圧の低減効果が大きいため、室外用モータにおいてもそのように実施している。（実施の形態７）
本発明にかかる電気機器の例として、まず、エアコン室内機の構成を実施の形態７として、詳細に説明する。

図１５において、エアコン室内機２１０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１から実施の形態６のものが適用できる。

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モータを採用したものである。
（実施の形態８）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、エアコン室外機の構成を実施の形態８として、詳細に説明する。

図１６において、エアコン室外機３０１は、筐体３１１の内部にブラシレスモータ３０８を搭載している。そのブラシレスモータ３０８は回転軸にファン３１２を取り付けており、送風用ファンモータとして働く。

エアコン室外機３０１は、筐体３１１の底板３０２に立設した仕切り板３０４により、圧縮機室３０６と熱交換器室３０９とに区画されている。圧縮機室３０６には圧縮機３０５が配設されている。熱交換器室３０９には熱交換器３０７及び前記送風用ファンモータが配設されている。仕切り板３０４の上部には電装品箱３１０が配設されている。

その前記送風用ファンモータは、電装品箱３１０内に収容されたモータ駆動装置３０３により駆動されるブラシレスモータ３０８の回転に伴い、送風ファン３１２が回転し、熱交換器３０７を通して熱交換器室３０９に送風する。ここで、ブラシレスモータ３０８は、例えば、上記実施の形態１から実施の形態６のものが適用できる。

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。
（実施の形態９）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、給湯機の構成を実施の形態９として、詳細に説明する。

図１７において、給湯器３３０の筐体３３１内にはブラシレスモータ３３３が搭載されている。そのブラシレスモータ３３３の回転軸にはファン３３２が取り付けられている。

ブラシレスモータ３３３はモータ駆動装置３３４によって駆動される。モータ駆動装置３３４からの通電により、ブラシレスモータ３３３が回転し、それに伴いファン３３２が回転する。そのファン３３２の回転により、燃料気化室（図示せず）に対して燃焼に必要な空気を送風する。ここで、ブラシレスモータ３３３は、例えば、上記実施の形態１から実施の形態６のものが適用できる。

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モータを採用したものである。
（実施の形態１０）
次に、本発明にかかる電気機器の例として、空気清浄機の構成を実施の形態１０として、詳細に説明する。

図１８において、空気清浄機３４０の筐体３４１内にはブラシレスモータ３４３が搭載されている。そのブラシレスモータ３４３の回転軸には空気循環用ファン３４２が取り付けられている。ブラシレスモータ３４３はモータ駆動装置３４４によって駆動される。モータ駆動装置３４４からの通電により、ブラシレスモータ３４３が回転し、それに伴いファン３４２が回転する。そのファン３４２の回転により空気を循環する。

ここで、ブラシレスモータ３４３は、例えば、上記実施の形態１から実施の形態６のも
のが適用できる。

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モータを採用したものである。
上述の説明では、本発明にかかる電気機器の実施例として、エアコン室外機、エアコン室内機、給湯機、空気清浄機などに搭載されるファンモータを取り上げたが、その他のモータにも、また、各種情報機器に搭載されるブラシレスモータや、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。

本発明にかかるブラシレスモータは、絶縁樹脂にてモールドされたブラシレスモータの固定子において、固定子鉄心とブラケットを鉄心接続端子とブラケット接続端子を介して短絡させる構造にすることで軸受にかかる電圧を減少させることが可能であり、軸受の電食および波状磨耗現象を防止することを目的とする。

主に電動機の低価格で高寿命が要望される機器で、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ファンモータ等の電動機のブラシレスモータに有効である。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの構造断面図 図１に示す鉄心接続端子及びブラケット接続端子周辺部の構造断面拡大図 従来のブラシレスモータの構造断面図 ブラシレスモータの浮遊容量略分布のモデル図 本発明の実施の形態２における鉄心接続端子側面図 本発明の実施の形態２におけるブラケット接続端子側面図 本発明の実施の形態３におけるモールド前の固定子側面図（固定子鉄心と鉄心接続端子溶接前の拡大図） 本発明の実施の形態３におけるモールド前の固定子側面図（固定子鉄心と鉄心接続端子溶接後の拡大図） 本発明の実施の形態４におけるブラケット接続端子挿入前の構造断面図の拡大図 本発明の実施の形態４におけるブラケット挿入前の構造断面図の拡大図 本発明の実施の形態５における図９に示すブラケット接続端子挿入前の固定子完成の正面図（鉄心接続端子部の拡大図） 本発明の実施の形態５における図１０に示すブラケット挿入前の固定子完成の正面図（ブラケット接続端子挿入部の拡大図） 本発明の実施の形態６におけるブラシレスモータの構造断面図 図１３に示す鉄心接続端子及びブラケット接続端子周辺部の構造断面拡大図 本発明の実施の形態７における電気機器（エアコン室内機）の構造図 本発明の実施の形態８における電気機器（エアコン室外機）の構造図 本発明の実施の形態９における電気機器（給湯機）の構造図 本発明の実施の形態１０における電気機器（空気清浄機）の構造図

符号の説明

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
１９ 鉄心接続端子
２０ ブラケット接続端子
２１ インシュレータ
２２ はんだ
２３ 鉄心接続部品挿入穴
２４ 溶接部
２５ ブラケットＡ
３０ ハウジング
７０ 固定子
８０ モータ
１５１ 第１の軸受
１５２ 第２の軸受
２０１ ブラシレスモータ
２１０ エアコン室内機
２１１ 筐体
２１２ クロスフローファン
２１３ モータ駆動装置
３０１ エアコン室外機
３０２ 底板
３０３ モータ駆動装置
３０４ 仕切り板
３０５ 圧縮機
３０６ 圧縮機室
３０７ 熱交換器
３０８ ブラシレスモータ
３０９ 熱交換器室
３１０ 電装品箱
３１１ 筐体
３１２ ファン
３３０ 給湯器
３３１ 筐体
３３２ ファン
３３３ ブラシレスモータ
３３４ モータ駆動装置
３４０ 空気清浄機
３４１ 筐体
３４２ ファン
３４３ ブラシレスモータ
３４４ モータ駆動装置

Claims (3)

1. 巻線を巻装した固定子鉄心を絶縁樹脂にてモールド成形した固定子と、前記固定子の内側に配置される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、前記固定子と前記ブラケットの間にプリント基板を含み、ＰＷＭ駆動方式で駆動されるブラシレスモータであって、
   前記固定子鉄心と前記ブラケットを短絡するための接続端子の一端が、前記固定子鉄心に接触固定され、他端が前記プリント基板が配設された空間に露出して前記ブラケットと接触するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記接続端子の一部が、前記固定子と前記ブラケットで構成される外郭の外部に露出していることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータを搭載したことを特徴とする電気機器。

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