JP6109312B2 - モータ及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及びそのモータを用いた空気調和装置に関する。

インバータを用いてモータを運転するとき、回路に実装されたトランジスタのスイッチング動作に伴って、モータから騒音が発生する。このモータから発生する騒音を低減するため、インバータのキャリア周波数を高く設定することが、従来から行われている。モータのシャフトには、電磁誘導に基づいて軸電圧が発生しているが、インバータのキャリア周波数が高くなるに従って、この軸電圧が増大し、シャフトを支持するベアリングの内輪と外輪との電位差が大きくなる。このため、ベアリングに多大な電流が流れ、ベアリングの内輪及び外輪の周方向の軌道面、内輪と外輪との間に配置された転動体の転動面に電食といわれる腐食が発生する。そして、ベアリングに電食が発生すると、このベアリングから異音が発生したり、ベアリングの耐久性が劣化したりする。このようなベアリングの電食を抑制するため、以下のような技術が提案されている。

特許文献１には、固定子鉄心と、ベアリングを支持するブラケットとが、鉄心接続端子（ケーブル）及びブラケット接続端子（ケーブル）を介して短絡されたブラシレスモータが開示されている。この従来技術は、固定子鉄心とブラケットとが短絡されることにより、ベアリングにかかる電圧を低減し、ベアリングの電食を抑制しようとするものである。

また、特許文献２には、金属製のモータケースと、このモータケースの内部に設置されたベアリングとの間に、絶縁体を介在させたファン駆動用電動モータが開示されている。シャフトを流れる電流が、シャフトを支持するベアリングの内輪に到達し、その後、電流は、この内輪から転動体を介して外輪に到達し、外輪からモータケースに流れる。この特許文献２は、ベアリングの外輪とモータケースとの間に絶縁体を介在させることにより、外輪からモータケースに電流が流れることを抑制し、ベアリングの電食を抑えようとするものである。

特開２００７−１５９３０２号公報（請求項１、図１） 特開平１０−７５５５１号公報（請求項１、図２）

しかしながら、特許文献１に開示されたブラシレスモータは、固定子鉄心とブラケットとを短絡する鉄心接続端子及びブラケット接続端子が必要となるため、ブラシレスモータの構造が複雑化し、また、コストが増大する。また、特許文献２に開示されたファン駆動用モータは、金属製のモータケースと、ベアリングとの間に絶縁体を介在させているが、モータを駆動する電圧が高くなるに従って、この絶縁体にも微弱の電流が流れるため、ベアリングの電食の抑制としては不十分である。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、簡易な構造でベアリングの電食を抑制するモータ及びそのモータを有する空気調和装置を提供するものである。

本発明に係るモータは、回転磁界を発生させてシャフトを回転させるモータ本体と、シャフトを支持するベアリングと、ベアリングの外周を覆い、ベアリングを保持する非導電性のブラケットと、を有し、ブラケットは、不飽和ポリエステル樹脂を主成分とし、不飽和ポリエステル樹脂に繊維を含むバルクモールディングコンパウンドで形成されており、ブラケットの外周には、導電性部材が接触しておらず、ベアリングの外周が、ブラケットに接触して保持されている。

本発明によれば、ベアリングを保持するブラケットの外周に、導電性部材が接触していない。このため、ベアリングに電流が流れることを抑制し、ベアリングの電食を抑制することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置１を示す概略図である。 実施の形態１に係るモータ２を示す斜視図である。 実施の形態１に係るモータ２を示す断面図である。 実施の形態１におけるブラケット６を示す斜視図である。 実施の形態１におけるブラケット６を示す断面図である。 比較例１におけるモータ５１の作用を示す断面図である。 実施の形態１に係るモータ２の作用を示す断面図である。 実施の形態２に係るモータ２を示す断面図である。 実施の形態３に係るモータ２を示す断面図である。

以下、本発明に係るモータ及び空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１を示す概略図である。この図１に基づいて、空気調和装置１について説明する。図１に示すように、空気調和装置１は、室外機１ａと室内機１ｂとを備えている。このうち、室外機１ａには、送風機２１、圧縮機２２、第１の熱交換器２３及び膨張手段２４が設けられており、室内機１ｂには、第２の熱交換器２５が設けられている。送風機２１は、第１の熱交換器２３で熱交換された空気を、室外機１ａの外部に排出するものである。そして、これらの圧縮機２２、第１の熱交換器２３、膨張手段２４及び第２の熱交換器２５が、配管接続され、この配管に冷媒が循環している。これにより、冷媒回路が構成されている。

次に、送風機２１に使用されるモータ２について説明する。図２は、実施の形態１に係るモータ２を示す斜視図である。図２に示すように、モータ２は、回転磁界を発生させてシャフト７を回転させるモータ本体２ａと、モータ本体２ａが載置された基台３とを備えている。この基台３は、例えば、四角形状をなしており、周縁部は屈曲して屈曲部３ａとなっている。そして、基台３には、端子ケーブル４の一端部が取り付けられており、この端子ケーブル４の他端部は、室外機１ａの内部に設置された電源（図示せず）に接続されている。そして、この電源から、端子ケーブル４を介して、モータ２に電力が供給される。

次に、モータ本体２ａ、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂ及びブラケット６について説明する。図３は、実施の形態１に係るモータ２を示す断面図である。モータ本体２ａの下面には、非導電性のブラケット６が取り付けられており、このブラケット６は、基台３の上面に、ネジ１６で締結されている。そして、ブラケット６の中心には、棒状のシャフト７が設けられており、このシャフト７の基端には、第１のベアリング５ａが取り付けられ、シャフト７が第１のベアリング５ａによって支持されている。ブラケット６は、この第１のベアリング５ａの外周を覆い、第１のベアリング５ａを保持している。また、ブラケット６の中心には、シャフト７に対し平行の方向に、水抜き孔１７が設けられており、この水抜き孔１７は、水等がモータ２の内部に侵入した場合、この水等を、モータ２の外部に排出するものである。

また、ブラケット６の上方（矢印Ｚ１方向）において、シャフト７の周囲には、円筒状のロータ１１がシャフト７と同軸に固定されている。更に、このロータ１１の周囲には、円筒状のステータ１２がシャフト７と同軸に設けられている。このステータ１２は、ステータコイル１３と、ステータコイル１３が巻回されたインシュレータ１４とから構成されている。ステータ１２は、ステータコイル１３に流れる電流によって回転磁界を発生し、この回転磁界と同じ周期でロータ１１を回転させる。そして、ロータ１１が回転することによって、このロータ１１の中心に設置されているシャフト７も回転する。

また、ロータ１１の上方（矢印Ｚ１方向）には、第２のベアリング５ｂが設けられている。この第２のベアリング５ｂと上記の第１のベアリング５ａとによって、シャフト７の回転を円滑なものとしている。また、ハウジング１５は、これらのロータ１１、ステータ１２、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂを保護するものであり、モータ２の外殻を構成する。このハウジング１５は、これらの部材を封止するモールドとしてもよい。

また、ハウジング１５は、シャフト７に沿って突出しており、第２のベアリング５ｂを収納するベアリングハウジング１５ａを有する。そして、このベアリングハウジング１５ａの上方（矢印Ｚ１方向）には、このベアリングハウジング１５ａを覆うように、有底円筒状のフリンガ８がシャフト７に固定されている。このフリンガ８は、モータ２の内部、即ちハウジング１５の内部に水等の異物が混入することを抑制するものである。

次に、ブラケット６について詳細に説明する。図４は、実施の形態１におけるブラケット６を示す斜視図、図５は、実施の形態１におけるブラケット６を示す断面図である。図４に示すように、ブラケット６は、例えば、その中心に設けられた円筒状のブラケット本体６ａと、ブラケット本体６ａの外周縁部から周方向に延びるフランジ６ｂとを備えている。このうち、ブラケット本体６ａの内部には、図５に示すように、第１のベアリング５ａが設置される。この第１のベアリング５ａは、外周がブラケット６に保持された外輪３２と、この外輪３２に回転自在に連結され、シャフト７に固定された内輪３１と、内輪３１と外輪３２との間に介在し、内輪３１と外輪３２とを連結する部材である転動体３３とを備えている。そして、ブラケット６は、その外周に、導電性部材が接触していない。このブラケット６は、前述の如く、非導電性を有しており、シャフト７から流れる電流が、第１のベアリング５ａの内輪３１を介して外輪３２におけるブラケット６との接触面から、外部へ漏電することを抑制する絶縁体として機能するものである。

また、フランジ６ｂには、例えば、ブラケット本体６ａから離間した位置にネジ穴６ｂａが設けられ、このネジ穴６ｂａにネジ１６が挿通されて、ブラケット６と基台３とが締結される。更に、フランジ６ｂには、その側面に側面位置決めピン６ｂｂが設けられており、この側面位置決めピン６ｂｂによって、ブラケット６とハウジング１５との固定位置が決定される。更にまた、フランジ６ｂには、その下面に下面位置決めピン６ｂｃが設けられており、この下面位置決めピン６ｂｃによって、ブラケット６と基台３との固定位置が決定される。

このブラケット６は、前述の如く、非導電性を有しているが、その材質は、例えば熱硬化性樹脂とすることができる。更に、熱硬化性樹脂としては、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）であることが好ましい。このＢＭＣは、不飽和ポリエステル樹脂を主成分として、低収縮剤としての熱可塑性ポリマー、硬化剤、充填剤、離型剤を均一に混合したマトリクスに、補強材として繊維を使用したものである。ＢＭＣは、機械的強度、電気的性能、耐熱性及び耐水性に優れており、特に、寸法精度に優れている。なお、ブラケット６は、熱硬化性樹脂に限らず、熱可塑性樹脂としてもよい。この熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂に比べて、寸法精度が若干劣るが、追加工等を施して、所望の寸法精度を確保すればよい。

次に、本実施の形態１に係るモータ２の作用について説明する。本実施の形態１のモータ２の作用についてわかりやすく説明するために、本実施の形態１のモータ２の比較例１と比較して説明する。図６は、比較例１におけるモータ５１の作用を示す断面図、図７は、実施の形態１に係るモータ２の作用を示す断面図である。先ず、比較例１におけるモータ５１について説明する。図６に示すように、比較例１におけるモータ５１は、板状のアルミニウムからなる金属ブラケット５２の中央に、円筒状の金属ブラケット本体５２ａが設けられており、この金属ブラケット本体５２ａの内周壁に沿って、有底円筒状の例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる絶縁体５３が設けられている。そして、この絶縁体５３の内部に、第１のベアリング５ａが設置されており、第１のベアリング５ａにシャフト７が挿通されている。この第１のベアリング５ａは、内輪３１、外輪３２、及び内輪３１と外輪３２との間に設置された転動体３３を備えている。

比較例１におけるモータ５１において、シャフト７に流れる電流は、第１のベアリング５ａの内輪３１に到達し、その後、電流は、この内輪３１から転動体３３を介して外輪３２に到達する。この外輪３２と、金属ブラケット５２との間には絶縁体５３が設けられているため、シャフト７に流れる電流が微弱である場合は、外輪３２に到達した電流は、金属ブラケット５２に至らない。しかし、モータ５１の駆動電圧が増大すると、それに伴って、シャフト７に流れる電流も増加するため、外輪３２にまで到達した電流が、絶縁体５３で絶縁しきれず、矢印αのように、金属ブラケット５２に至る虞がある。なお、第１のベアリング５ａは、外輪３２の周方向の軌道面の方が、外輪３２の軸方向の端面よりも面積が広いため、端面から流出する電流よりも、軌道面から流出する電流の方が多い。

これに対し、本実施の形態１に係るモータ２は、図７に示すように、ブラケット６の外周に、金属ブラケット５２のような導電性部材が接触していない。このため、シャフト７と、第１のベアリング５ａの外輪３２との間に電位差が生じず、外輪３２から電流が漏電することが抑制される。即ち、本実施の形態１に係るモータ２においては、第１のベアリング５ａに電流が流れ難い。具体的には、比較例１におけるモータ５１と、本実施の形態１に係るモータ２とに、同じ駆動電圧を印加した場合、本実施の形態１に係るモータ２のシャフト７に流れる軸電流は、比較例１におけるモータ５１の軸電流の１／１０以下である。このように、本実施の形態１に係るモータ２は、シャフト７に流れる軸電流を低減することができる。従って、本実施の形態１は、第１のベアリング５ａの電食を抑制し、第１のベアリング５ａの耐久性を向上させることができる。

なお、本実施の形態１において、ブラケット６がＢＭＣで構成されていれば、このＢＭＣは、前述の如く、寸法精度に優れているため、ブラケット６における第１のベアリング５ａを保持する性能が高い。このため、比較例１におけるモータ５１のように、導電性部材である金属ブラケット５２で、第１のベアリング５ａを保持する力を補完する必要がなく、従って、ブラケット６の外周に、金属ブラケット５２のような導電性部材を配置する必要がない。更に、ブラケット６がＢＭＣで構成されていれば、ブラケット６のフランジ６ｂも、高い寸法精度で形成することができる。このため、このフランジ６ｂとハウジング１５とを嵌合することにより、精度良く、モータ２を組み立てることができる。従って、モータ２を構成する第１のベアリング５ａ、第２のベアリング５ｂ及びシャフト７の同軸度の公差域を狭めることができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るモータ２について説明する。図８は、実施の形態２に係るモータ２を示す断面図である。本実施の形態２は、ブラケット６にフランジ６ｂが形成されていない点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態２では、図８に示すように、ブラケット６にフランジ６ｂが形成されておらず、ブラケット６は、ブラケット本体６ａのみを備えている。前述の如く、第１のベアリング５ａを流れる電流は、端面から流出する量よりも、軌道面から流出する量の方が多い。本実施の形態２では、フランジ６ｂを省いているものの、ブラケット本体６ａは第１のベアリング５ａの外輪３２に接触している。本実施の形態２では、実施の形態１で得られる効果に加え、フランジ６ｂを製造するためのコストを削減することができるという効果を奏する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係るモータ２について説明する。図９は、実施の形態３に係るモータ２を示す断面図である。本実施の形態３は、ブラケット６が、ブラケット本体６ａの外周に、非導電性部材である補強ブラケット６ｃを備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態３では、図９に示すように、ブラケット６が、補強ブラケット６ｃを備えている。即ち、ブラケット６は、ブラケット本体６ａ、フランジ６ｂ及び補強ブラケット６ｃを備えており、これらのブラケット本体６ａ、フランジ６ｂ及び補強ブラケット６ｃは、いずれも非導電性部材のみから構成されている。本実施の形態３では、補強ブラケット６ｃを設けているため、実施の形態１で得られる効果に加え、ブラケット６における第１のベアリング５ａを保持する性能を更に向上させることができる。

なお、以上の説明においては、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂが、ボールベアリング（転がり軸受）からなる場合を例示したが、第１のベアリング５ａ及び第２のベアリング５ｂは、すべり軸受であってもよい。この場合も、ボールベアリングの場合と同様に、電流の流れを抑制し、電食を抑えることができるという効果を奏する。

１ 空気調和装置、１ａ 室外機、１ｂ 室内機、２ モータ、２ａ モータ本体、３ 基台、３ａ 屈曲部、４ 端子ケーブル、５ａ 第１のベアリング、５ｂ 第２のベアリング、６ ブラケット、６ａ ブラケット本体、６ｂ フランジ、６ｂａ ネジ穴、６ｂｂ 側面位置決めピン、６ｂｃ 下面位置決めピン、６ｃ 補強ブラケット、７ シャフト、８ フリンガ、１１ ロータ、１２ ステータ、１３ ステータコイル、１４ インシュレータ、１５ ハウジング、１５ａ ベアリングハウジング、１６ ネジ、１７ 水抜き孔、２１ 送風機、２２ 圧縮機、２３ 第１の熱交換器、２４ 膨張手段、２５ 第２の熱交換器、３１ 内輪、３２ 外輪、３３ 転動体、５１ モータ、５２ 金属ブラケット、５２ａ 金属ブラケット本体、５３ 絶縁体。

Claims (7)

1. 回転磁界を発生させてシャフトを回転させるモータ本体と、
   前記シャフトを支持するベアリングと、
   前記ベアリングの外周を覆い、前記ベアリングを保持する非導電性のブラケットと、を有し、
   前記ブラケットは、不飽和ポリエステル樹脂を主成分とし、前記不飽和ポリエステル樹脂に繊維を含むバルクモールディングコンパウンドで形成されており、
   前記ブラケットの外周には、導電性部材が接触しておらず、
   前記ベアリングの外周が、前記ブラケットに接触して保持されている
   モータ。
2. 前記シャフトの端部は、前記ブラケットで覆われた前記ベアリングと固定されている
   請求項１記載のモータ。
3. 前記ベアリングは、外輪と、前記外輪に回転自在に連結され、前記シャフトに固定された内輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在し、前記内輪と前記外輪とを連結する転動体と、を備えている
   請求項１又は２記載のモータ。
4. 前記ブラケットは、
   その外周縁部から周方向に延びるフランジを有する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記フランジは、
   隣り合う部材との固定位置を決定する位置決めピンを有する
   請求項４記載のモータ。
6. 前記ベアリングは、
   外周が前記ブラケットに保持された外輪と、
   前記外輪に回転自在に連結され、前記シャフトに固定された内輪と、を有し、
   前記ブラケットは、
   前記シャフトから流れる電流が、前記内輪を介して前記外輪における前記ブラケットとの接触面から外部へ漏電することを抑制する絶縁体として機能するものである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータを有する送風機、圧縮機、第１の熱交換器及び膨張手段を備える室外機と、
   第２の熱交換器を備える室内機と、を有し、
   前記圧縮機、前記第１の熱交換器、前記膨張手段及び前記第２の熱交換器が、配管接続され、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている
   空気調和装置。

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