JP5538259B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、電食による騒音発生を防止する構造の電動機が室内送風機に組み込まれた空気調和機に関する。

インナーロータ型のモールドモータをインバータ回路でＰＷＭ制御を行っても、電食が発生しないモールドモータを提供するために、モールド成形されたモータフレームの内周面に導電塗料が塗布され、出力側のブラケットと反出力側のブラケットとが導電塗料によって短絡され、ベアリングの電食を防止するモールドモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８９３３８号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、以下の課題がある。
（１）固定子と回転子との間のギャップ（空隙）を大きくする必要があるため電動機の効率が低下する懸念がある。
（２）位置信号が妨げられ、誤動作する懸念がある。
（３）塗料が剥がれた場合騒音が発生する懸念がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電食の発生を防止し、長寿命で信頼性の高い電動機を用いる室内送風機が搭載された空気調和機を提供する。

この発明に係る空気調和機は、クロスフローファンと、クロスフローファンを駆動する電動機とを有する室内送風機を備えた空気調和機であって、
電動機は、一対の転がり軸受を支持する導電性の一対のブラケットを使用するものであり、
電動機を当該空気調和機の筐体に固定し、導電性の一対の電動機支持枠体と、
一対の電動機支持枠体と一対のブラケットとの間に介在する導電性の一対の防振ゴムと、を備え、
一対の電動機支持枠体が、一対の防振ゴム及び一対のブラケットを介して一対の転がり軸受を電気的に短絡するものである。

この発明に係る空気調和機は、電動機の軸受の電食の発生を防止し、長寿命で信頼性の高い室内送風機が搭載された空気調和機が得られる。

実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の構成図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の室内機５２の正面図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の室内送風機２００付近の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、電動機マウント組立１９の組立前の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、電動機マウント組立１９の断面図。 実施の形態１を示す図で、モールド電動機１の部分断面概念図。 実施の形態１を示す図で、モールド電動機１の正面図。 実施の形態１を示す図で、電動機組立１８の部分断面概念図。 実施の形態１を示す図で、電動機組立１８の正面図。 実施の形態１を示す図で、電動機組立１８に発生する電食のメカニズムを電気的モデルにて示す図。 実施の形態１を示す図で、変形例のモールド電動機１−１の部分断面概念図（モールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き３ａのない箇所における断面図）。 実施の形態１を示す図で、変形例のモールド電動機１−１の部分断面概念図（モールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き３ａのある箇所における断面図）。 実施の形態１を示す図で、変形例の第１のラバーマウント１４−１を示す図（（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図）。 実施の形態１を示す図で、変形例の電動機組立１８−１の部分断面概念図。

実施の形態１．
先ず、電食の概要とその要因等を以下に述べる。近年、空気調和機（エアコン）等に使用される電動機は、省エネが重要な訴求点となっており高効率化が要求されブラシレスＤＣモータが大半を占めるようになっている。このブラシレスＤＣモータの駆動方式はＰＷＭ方式（パルス幅変調）でありインバータによる駆動である。ブラシレスＤＣモータにインバータで高周波スイッチング電圧を印加するため、ブラシレスＤＣモータの軸受の内外輪に電位差が生じ放電することで軸受の転送面に波状磨耗が発生することを電食と呼ぶ。この現象により電動機（ブラシレスＤＣモータ）から異常音が発生し、空気調和機（特に室内機）の音不具合が発生する。

図１は実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の構成図である。空気調和機１００は、室内機５２と室外機５３とを備える。室内機５２と室外機５３とは、冷媒配管で接続されて冷媒回路（冷凍サイクル）を形成している。室内機５２には、主に空気と冷媒とが熱交換を行う室内側熱交換器（図示せず、利用側熱交換器ともいう）と、送風を行う室内送風機（後述する）とが搭載される。

また、室外機５３には、冷媒を圧縮する圧縮機（図示せず、例えばロータリ圧縮機、スクロール圧縮機等）と、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れる方向を切り替える四方弁（図示せず）と、室外空気と冷媒とが熱交換を行う室外側熱交換器（図示せず、熱源側熱交換器ともいう）と、高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする減圧装置（図示せず、通常は、電子膨張弁）と、送風を行う室外送風機とが搭載される。

本実施の形態は、室内機５２の室内送風機に使用される電動機に、電食による騒音発生を防止する構造の電動機を搭載する点に特徴がある。従って、室内機５２について、主に室内送風機まわりの構成について、詳細に説明する。

図２は実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の室内機５２の正面図である。室内機５２は、既に述べたように、主に利用側熱交換器である室内側熱交換器と、送風を行う室内送風機２００とを有する。室内送風機２００は、左右方向に長く延びて形成されるクロスフローファン９と、クロスフローファン９を駆動する電動機組立１８（電動機と定義する）とを備える。クロスフローファン９は、貫流送風機とも呼ばれ、羽根の幅が直径に比べて大きく、気流は軸に垂直な方向から吸い込まれる。一般に圧力は低く効率も良くないが、幅の広い膜状の吹き出し気流が得られるので、空気調和機１００の室内機５２に適する。

図３乃至図５は実施の形態１を示す図で、図３は空気調和機１００の室内送風機２００付近の分解斜視図、図４は電動機マウント組立１９の組立前の分解斜視図、図５は電動機マウント組立１９の断面図である。

モールド電動機１（後述する）に、第１のラバーマウント１４と、第２のラバーマウント１５とを取り付けて電動機組立１８とし、電動機組立１８に取り付けられたラバーマウント部分（第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５）を電動機マウント（第１の電動機マウント１６、第２の電動機マウント１７）にて支持固定する。電動機組立１８の第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５が第１の電動機マウント１６、第２の電動機マウント１７で支持されたものを電動機マウント組立１９とする（図５）。尚、図５の説明していない符号については後述する。第１の電動機マウント１６、第２の電動機マウント１７を、一対の電動機支持枠体と定義する。また、第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５を、一対の防振ゴムと定義する。

電動機マウント組立１９を室内機ベース２０に取り付け、電動機マウント組立１９のシャフト１１にクロスフローファン９を取り付ける。その後、図示しない室内熱交換器、基板（電気品箱）などを取り付けることで室内機５２が完成する。

図６、図７は実施の形態１を示す図で、図６はモールド電動機１の部分断面概念図、図７はモールド電動機１の正面図である。

図６に示すように、モールド電動機１は、固定子鉄心１０ａに絶縁部材８を取付け、絶縁部材８で絶縁された固定子鉄心１０ａのスロット（図示せず）内に巻線２を巻くことで固定子となる。

次に固定子の絶縁部材８に、基板５を取り付けることで固定子部１０を構成する。ここで、基板５にはモールド電動機１を駆動するための駆動素子などの電子部品が実装されている。この固定子部１０と第１のブラケット６をモールド樹脂３にて封入することでモールド固定子が形成される。その後、ロータ４をモールド固定子に挿入し、負荷側軸受１２を第１のブラケット６に支持させ、さらに第２のブラケット７により反負荷側軸受１３を支持させることでモールド電動機１が完成する（図７）。負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３を、一対の軸受と定義する。

負荷側軸受１２は、転動体１２ｃ（玉やころ）を二つの部品（外輪１２ａ、内輪１２ｂ）の間に置くことで荷重を支持する。また、反負荷側軸受１３も、転動体１３ｃ（玉やころ）を二つの部品（外輪１３ａ、内輪１３ｂ）の間に置くことで荷重を支持する。

図８、図９は実施の形態１を示す図で、図８は電動機組立１８の部分断面概念図、図９は電動機組立１８の正面図である。図８、図９に示すように、モールド電動機１に、第１のラバーマウント１４を第１のブラケット６側に取り付けるとともに、第２のラバーマウント１５を第２のブラケット７側に取り付けることで電動機組立１８となる。

図１０は実施の形態１を示す図で、電動機組立１８に発生する電食のメカニズムを電気的モデルにて示す図である。

電動機の各部品の間にはそれぞれの浮遊容量（静電容量）が存在し、各々電気的に接続されている。駆動素子を実装した基板５から固定子の巻線２にインバータの電源を印加することで、それぞれの浮遊容量の合成により軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の内外輪の間に電圧が発生する。軸受の内外輪間において、ある電位差以上になった場合、軸受のグリス間の絶縁破壊により放電する。この放電のエネルギーにより軸受の転送面に傷がつき電食の現象となる。この放電が繰り返されることで転送面に波状磨耗が発生し、電動機として異常音が発生し、空気調和機として音不具合となる。

尚、各浮遊容量は電動機の構造によって異なり、図１０の軸受のモデルでは、軸受外輪と内輪間の浮遊容量は、軸受の内外輪間の浮遊容量と軸受内外輪に接触する系の浮遊容量の総和となる。電動機の構造が異なる場合は軸受内外輪の各系の浮遊容量が変わってくる。これら浮遊容量を減らすことで電食を防止することが可能である。

図１０の各浮遊容量を、以下に示すように定義する。
ａ．その他浮遊容量２１；
ｂ．インバータ部−固定子鉄心間浮遊容量２２（インバータ部２４−固定子鉄心１０ａ間浮遊容量）；
ｃ．固定子鉄心−ロータ間浮遊容量２３（固定子鉄心１０ａ−ロータ４間浮遊容量）；
ｄ．インバータ部−第２のブラケット間浮遊容量２６（インバータ部２４−第２のブラケット７間浮遊容量）；
ｅ．軸受内外輪間浮遊容量２７（負荷側軸受１２の外輪１２ａと内輪１２ｂとの間の浮遊容量、反負荷側軸受１３の外輪１３ａと内輪１３ｂとの間の浮遊容量）；
ｆ．固定子鉄心−第２のブラケット間浮遊容量３９（固定子鉄心１０ａ−第２のブラケット７間浮遊容量）；
ｇ．インバータ部−第１のブラケット間浮遊容量４０（インバータ部２４−第１のブラケット６間浮遊容量）；
ｈ．第１のブラケット−第２のブラケット間浮遊容量４２（第１のブラケット６−第２のブラケット７間浮遊容量）；
ｉ．固定子鉄心−第１のブラケット間浮遊容量４３（固定子鉄心１０ａ−第１のブラケット６間浮遊容量）；
尚、インバータ部２４は、回路、コイルを含む。

平行平板導体の静電容量の式は、（１）式で表すことができる。
Ｃ＝εＳ／ｄ （１）
ここで、
Ｓ：面積［ｍ^２］、ｄ：間隔［ｍ］、ε：誘電体の誘電率。

（１）式におけるＣを少なくする、あるいは軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）内部以外の系のＣのバランスをとることで電食の防止になる。これにより長期信頼性が向上し、長寿命の電動機を提供できる。

各系の浮遊容量の中でブラケット（第１のブラケット６、第２のブラケット７）間の浮遊容量をゼロにする。ブラケット（第１のブラケット６、第２のブラケット７）間の浮遊容量をゼロにするには、ブラケット（第１のブラケット６、第２のブラケット７）間を電気的に接続された状態にすればよい。

図５において、第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５は、リング状のゴムの部品であり、各ブラケット（第１のブラケット６、第２のブラケット７）に接触している。第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５は、導電性物質、例えばカーボンを含有させることで導電性を持たせる。

第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５を支持する第１の電動機マウント１６、第２の電動機マウント１７は、電動機組立１８を第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５を介して支持する構造になっている。第１の電動機マウント１６、第２の電動機マウントＢ１７は、樹脂製あるいは金属製であるが、樹脂製の場合は第１のラバーマウント１４、第２のラバーマウント１５と同様に導電性物質を含有させて導電性をもたせる。

このような構造にすることで、第１のブラケット６→第１のラバーマウント１４→第１の電動機マウント１６及び第２の電動機マウント１７（第１の電動機マウント１６と第２の電動機マウント１７とは並列に接続される）→第２のラバーマウント１５→第２のブラケット７と電気的に導通するため、第１のブラケット６、第２のブラケット７の電位が同じになる。

即ち、図１０において、ブラケット間の電気的接続４１となる配線を追加したことになり、第１のブラケット−第２のブラケット間浮遊容量４２がゼロとなる。

第１のブラケット６、第２のブラケット７は、夫々負荷側軸受１２の外輪１２ａ、反負荷側軸受１３の外輪１３ａに電気的に接触している。

図５のように構成し、ブラケット間の電気的接続４１となる配線を追加することにより、負荷側軸受１２の外輪１２ａと反負荷側軸受１３の外輪１３ａとが同電位となる。従って、シャフト１１位に対して軸受外輪（負荷側軸受１２の外輪１２ａ、反負荷側軸受１３の外輪１３ａ）電位がバランスされ、結果軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）内での放電が抑制される。

以上のように、本実施の形態によれば、構造の変化による効率（性能）の低下や品質を悪化させることなく、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）内での電食の発生を防止することが可能となる。

この方式にすることで、空気調和機１００において、電動機の仕様が変更されても（例えば、電動機の構造変更や寸法変更）、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の電食の防止効果を実現することができる。

また、図５に示すように、アース配線６０を第２の電動機マウント１７に取付け、アース配線６０をユニットのアース部分に接続することで、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の外輪（外輪１２ａ、外輪１３ａ）が接地されて、対地に対する電位差がなくなり、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の電食を防止する。

図１０の簡略的に表した電動機組立１８の電気回路のモデルにおいて、アース接続４４の回路が追加される。これにより軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の外輪（外輪１２ａ、外輪１３ａ）がアース接続され、対地に対する電位差がなくなり軸受の電食が防止される。

図５に示すように、アース配線６０を第２の電動機マウント１７に取付け、アース配線６０をユニットのアース部分に接続する方法によれば、直接電動機にアースを設置する場合の欠点（接続線が長くなる、接続線の固定による部品点数の増加、接続線の信頼性）が発生しない。

負荷側軸受１２のみに電食が発生した場合には、第１のラバーマウント１４に導電性を持たせ、アース接続することで負荷側軸受１２の電食を抑制する。

また、反負荷側軸受１３のみに電食が発生した場合には、第２のラバーマウント１５に導電性を持たせ、アース接続することで反負荷側軸受１３の電食を抑制する。

図１１乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図１１は変形例のモールド電動機１−１の部分断面概念図（モールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き３ａのない箇所における断面図）、図１２は変形例のモールド電動機１−１の部分断面概念図（モールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き３ａのある箇所における断面図）、図１３は変形例の第１のラバーマウント１４−１を示す図（（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図）、図１４は変形例の電動機組立１８−１の部分断面概念図である。

図１１乃至図１４を参照しながら、変形例のモールド電動機１−１、変形例の電動機組立１８−１について説明する。変形例のモールド電動機１−１は、図１１、図１２に示すように、負荷側軸受１２をモールド樹脂３の軸受支持部３ｂで支持し、負荷側にはブラケットを使用していない。そして、モールド樹脂３の軸受支持部３ｂは、一部が負荷側軸受１２の外輪１２ａが露出するように、切欠き部３ａで切欠かれている。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、変形例の第１のラバーマウント１４−１は、全体形状が略ドーナッツ状で、内周部にモールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き部３ａに対応する突出部１４−１ａが形成されている。

図１４に示すように、変形例の電動機組立１８−１は、ラバーマウント１４−１の突出部１４−１ａが、モールド樹脂３の軸受支持部３ｂの切欠き部３ａに嵌合して、負荷側軸受１２の外輪１２ａ（図６参照）に接触する。

このように構成することにより、変形例の電動機組立１８−１は、図８に示す電動機組立１８と同様の効果を奏する。

変形例の電動機組立１８−１の場合も、図５と同じように、アース配線６０を第２の電動機マウント１７に取付け、アース配線６０をユニットのアース部分に接続することで、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の外輪（外輪１２ａ、外輪１３ａ）が接地されて、対地に対する電位差がなくなり、軸受（負荷側軸受１２、反負荷側軸受１３）の電食を防止する。

以上のように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）空気調和機１００において、電動機（電動機組立１８）の構造が変更となっても電食の防止効果を得る。構造設計の自由度が拡大する。電食を防止、騒音の発生を防止し、長寿命で高信頼性の電動機組立１８を提供する。
（２）空気調和機１００におけるアース接続による電食防止が容易（部品増加最低限、信頼性が十分確保）となる。電食を防止、騒音の発生を防止し、長寿命で高信頼性の電動機（電動機組立１８）を提供する。
（３）軸受の位置（負荷側、反負荷側）での電食の発生レベルに応じた対応が可能となる。電食を防止、騒音の発生を防止し、長寿命で高信頼性の電動機組立を提供する。

１ モールド電動機、２ 巻線、３ モールド樹脂、４ ロータ、５ 基板、６ 第１のブラケット、７ 第２のブラケット、８ 絶縁部材、９ クロスフローファン、１０ 固定子部、１０ａ 固定子鉄心、１１ シャフト、１２ 負荷側軸受、１２ａ 外輪、１２ｂ 内輪、１２ｃ 転動体、１３ 反負荷側軸受、１３ａ 外輪、１３ｂ 内輪、１３ｃ 転動体、１４ 第１のラバーマウント、１５ 第２のラバーマウント、１６ 第１の電動機マウント、１７ 第２の電動機マウント、１８ 電動機組立、１９ 電動機マウント組立、２０ 室内機ベース、２１ その他浮遊容量、２２ インバータ部−固定子鉄心間浮遊容量、２３ 固定子鉄心−ロータ間浮遊容量、２６ インバータ部−第２のブラケット間浮遊容量、２７ 軸受内外輪間浮遊容量、３９ 固定子鉄心−第２のブラケット間浮遊容量、４０ インバータ部−第１のブラケット間浮遊容量、４１ ブラケット間の電気的接続、４２ 第１のブラケット−第２のブラケット間浮遊容量、４３ 固定子鉄心−第１のブラケット間浮遊容量、４４ アース接続、５２ 室内機、５３ 室外機、６０ アース配線、１００ 空気調和機、２００ 室内送風機。

Claims (3)

1. クロスフローファンと、前記クロスフローファンを駆動する電動機とを有する室内送風機を備えた空気調和機であって、
   前記電動機は、一対の転がり軸受を支持する導電性の一対のブラケットを使用するものであり、
   前記電動機を当該空気調和機の筐体に固定し、導電性の一対の電動機支持枠体と、
   前記一対の電動機支持枠体と前記一対のブラケットとの間に介在する導電性の一対の防振ゴムと、を備え、
   前記一対の電動機支持枠体が、前記一対の防振ゴム及び前記一対のブラケットを介して前記一対の転がり軸受を電気的に短絡し、
   前記一対の電動機支持枠体の少なくとも一方に、アース配線を取付け、前記アース配線を前記筐体のアース部分に接続することを特徴とする空気調和機。
2. クロスフローファンと、前記クロスフローファンを駆動する電動機とを有する室内送風機を備えた空気調和機であって、
   前記電動機は、固定子がモールド樹脂で成形され、反負荷側転がり軸受を導電性のブラケットで支持し、負荷側転がり軸受を前記モールド樹脂で支持するものであり、
   前記電動機を当該空気調和機の筐体に固定し、導電性の一対の電動機支持枠体と、
   前記一対の電動機支持枠体と前記負荷側転がり軸受との間に介在する導電性の第１の防振ゴムと、を備え、
   前記一対の電動機支持枠体と前記ブラケットとの間に介在する導電性の第２の防振ゴムと、を備え、
   前記一対の電動機支持枠体が、前記第１の防振ゴム並びに前記第２の防振ゴム及び前記ブラケットを介して前記負荷側転がり軸受と前記反負荷側転がり軸受とを電気的に短絡することを特徴とする空気調和機。
3. 前記一対の電動機支持枠体の少なくとも一方に、アース配線を取付け、前記アース配線を前記筐体のアース部分に接続することを特徴とする請求項２記載の空気調和機。

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