JP6937423B1 - 電動機及びそれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、電動機における軸受の電食の発生を抑制することを図る。【解決手段】固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、前記固定子に対向して周方向に複数のマグネットを保持する、又は、中央からスポーク状に複数のマグネットを保持する回転体と、前記回転体と、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、前記回転体を支持する２つの軸受と、前記２つの軸受の一方の軸受を固定する第１の金属ブラケットと、前記２つの軸受の他方の前記軸受を固定する第２の金属ブラケットとを備え、前記第１の金属ブラケットと前記第２の金属ブラケットとの間に容量性部材を設ける電動機。【選択図】図１

Description

本開示は、電動機及びその電動機を備えた電気機器に関し、軸受の電食の発生を抑制するように改良された電動機及びその電動機を備えた電気機器に関するものである。

近年、ブラシレス電動機は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、適宜、ＰＷＭ方式という）のインバータにより駆動する方式を採用するケースが多くなってきている。こうしたＰＷＭ方式のインバータ駆動の場合、固定子巻線の中性点電位がパワー素子のスイッチングによって変動する。この中性点電位の変動が、電動機の静電容量分布により、軸受の外輪側と軸受の内輪側に分圧される。

固定子巻線と軸受の外輪側の固定子側の静電容量分布と固定子巻線と軸受の内輪側の静電容量の回転子側の静電容量分布とが異なるため、軸受の外輪と軸受の内輪との間に電位差（以下、軸電圧という）が発生する。軸電圧は、スイッチングによる高周波成分を含んでおり、この軸電圧が軸受内部のグリースの油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部において、グリースの油膜の絶縁破壊による微小電流が流れ、軸受内部の金属表面に荒れを生じて、電食が発生することが知られている（例えば、非特許文献１及び特許文献１−４参照）。
又、電食が進行した場合、軸受の内輪、軸受の外輪又は軸受の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つとなっている。

「インバータ駆動ブラシレスＤＣモータの非接地コモンモード等価回路に基づく軸電圧抑制」電気学会論文誌Ｄ,２０１２年，Ｖｏｌ.１３２,Ｎｏ６,ｐｐ．６６６−６７２

特開２０１０−１５８１５２号公報 特許第４９３５９３４号公報 特開２００７−１５９３０２号公報 ＷＯ２０１５／００１７８２

本開示は、電動機及びその電動機を備えた電気機器における軸受の電食の発生を抑制することを図る。

本開示の一態様に係る電動機は、
固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向して周方向に複数のマグネットを保持する、又は、中央からスポーク状に複数のマグネットを保持する回転体と、
前記回転体と、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、
前記回転体を支持する２つの軸受と、
前記２つの軸受の一方の軸受を固定する第１の金属ブラケットと、前記２つの軸受の他方の前記軸受を固定する第２の金属ブラケットとを備え、
前記第１の金属ブラケットと前記第２の金属ブラケットとの間に容量性部材を設ける。

本開示の一態様によれば、電動機及びその電動機を備えた電気機器における軸受の電食の発生を抑制することができる。

本開示の一態様である実施形態１における電動機の断面の概略構成図である。 実施形態１の電動機の静電容量分布モデルの図である。 実施形態１の電動機の金属ブラケット間の静電容量と、軸電圧と、分圧比との関係を示すグラフである。 実施形態１の電動機を用いた電気機器の一態様の斜視図である。 実施形態１の電動機を用いた別の電気機器の一態様の斜視図である。 実施形態１の電動機を用いた別の電気機器の一態様の斜視図である。 本開示の別の一態様である実施形態１における電動機の断面の概略構成図である。 従来の電動機の断面の概略構成図である。 図８の電動機の静電容量分布モデルの図である。 従来の別の電動機の断面の概略構成図である。 図１０の電動機の静電容量分布モデルの図である。 従来の別の電動機の断面の概略構成図である。 従来の別の電動機の静電容量分布モデルの図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
従来、以下に示す文献に、軸受の電食を抑制するために、軸電圧を低減することで、軸受内部のグリースの油膜を絶縁破壊電圧以下にして、軸受のグリースの油膜の絶縁破壊を起こさない対策が、考案されている。又、軸電圧を低減することで軸受内部のグリースの油膜の絶縁破壊による放電エネルギーを小さくして、軸受内部の金属表面の損傷を小さくする対策が、以下の文献に考案されている。

、
以下、上記文献について、詳細に説明する。
図８は、特許文献１のインナーロータ型でブラシレスラジアル型の電動機５０の断面の概略構成図である。特許文献１と非特許文献１とは、同じ構成である。
図８に示すように、電動機５０は、電動機５０の両端に配置された第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２と、一対の軸受（第１及び第２の軸受）５ａ、５ｂ、シャフト４、回転子１０と、固定子１８とを有する。
回転体９は、回転子鉄心８と永久磁石であるマグネット１１とを有する。回転子１０は、回転体９とシャフト４とを有する。固定子１８は、固定子鉄心６と固定子巻線３とを有する。

図８に示すように、第１の軸受５aの外輪は第１金属ブラケット１に接続され、第２の軸受５ｂの外輪は第２の金属ブラケット２に接続されている。第１の軸受５aの内輪と第２の軸受５ｂの内輪とは、シャフト４によって接続され、電気的に導通している。導通部材１３で、第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２とを電気的に短絡している。

特許文献１は、導通部材１３で、第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２とを電気的に短絡させ、第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２との静電容量を一致させている。さらに、特許文献１は、回転体９に誘電体層２０を設け、回転体９の静電容量を変化させて軸電圧を低減する方法である。

図９は、特許文献１の電動機５０の静電容量分布のモデル図である。特許文献１の電動機５０においては、固定子鉄心６を基準に静電容量の分布を考察するに当たり、電動機５０の電圧分布は、インピーダンスにおいて逆数となる容量性リアクタンスの影響が支配的であるため、非特許文献１の図５に記載されているように、静電容量分布モデルにて説明を行う。
固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１は、第１の軸受の電荷が貯まり、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１が上がることを模式的に表現している。第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１が上がり、軸受内部のグリース油膜の絶縁破壊電圧に達すると、絶縁破壊が発生する。固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２も静電容量Ｃ_ｓｂ１同様、第２の軸受の電荷が貯まり、第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２が上がることを模式的に表現している。第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２が上がると、絶縁破壊が発生する。

第１の軸受５ａの外輪側と駆動回路のゼロ電位基準Ｎとに生じる電圧は、駆動回路のゼロ基準電位Ｎと固定子巻線３の中性点電位Ｓとの間に発生する電圧Ｖ_ｃｏｍに対して、固定子側の静電容量分布により分圧された値となる。
又、第２の軸受５ｂの外輪側と駆動回路のゼロ電位基準Ｎ（１２）とに生じる電圧は、駆動回路のゼロ基準電位Ｎ（１２）と固定子巻線３の中性点電位Ｓとの間に発生する電圧Ｖ_ｃｏｍに対して、固定子側の静電容量分布により分圧された値となる。
第１及び第２の軸受５ａ、５ｂの内輪側（図９の４の箇所）と駆動回路のゼロ電位基準Ｎとに生じる電圧は、駆動回路のゼロ電位基準Ｎと固定子巻線３の中性点電位Ｓとの間に発生する電圧Ｖ_ｃｏｍに対して、回転子側の静電容量分布により分圧された値となる。

本発明者らは、図９の静電容量分布を考察することで、以下の知見を見出した。第１及び第２の軸電圧（Ｖ_ｓｈ１、Ｖ_ｓｈ２）は、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂの外輪側に発生する電圧と内輪側に発生する電圧の差となる。従って、第１及び第２の軸電圧（Ｖ_ｓｈ１、Ｖ_ｓｈ２）を低減するには、固定子側の静電容量の分布と回転子側の静電容量の分布を一致もしくは近似させる必要があることを見出した。

第１及び第２の軸受（５ａ、５ｂ）の外輪側と駆動回路のゼロ電位基準Ｎとに生じる電圧は、駆動回路のゼロ基準電位Ｎと第１の金属ブラケット１間の静電容量Ｃ_ｎｂ１と、固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１及び固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２の合成静電容量Ａ２との分圧比Ａ２（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ２）となる。
又、第１及び第２の軸受（５ａ、５ｂ）の内輪側と駆動回路のゼロ電位基準Ｎとに生じる電圧は、駆動回路のゼロ基準電位Ｎとシャフト４間の静電容量Ｃ_ｎｓと、固定子巻線３と固定子鉄心６との間の静電容量Ｃ_ｉ、固定子鉄心６とマグネット１１との間の静電容量Ｃ_ｇ、固定子巻線３とマグネット１１との間の静電容量Ｃ_ｓｍ及びマグネット１１の静電容量Ｃ_ｍの合成静電容量Ｂ２との分圧比Ｂ２（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ２）となる。

本発明者らは、鋭意考察した結果、第１及び第２の軸電圧（Ｖ_ｓｈ１、Ｖ_ｓｈ２）を低減するには、この分圧比Ａ２（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ２）と分圧比Ｂ２（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ２）とを一致もしくは近似させることを見出した。この分圧比Ａ２と分圧比Ｂ２とを一致もしくは近似させることを、以下、単に整合と呼ぶ。
特許文献１では、静電容量Ｃ_ｎｂ１、Ｃ_ｓｂ２、Ｃ_ｎｓは、合成静電容量Ｂ２より小さいため、静電容量を整合させるために、合成静電容量Ｂ２の静電容量を小さくする方法を取っていることが分かった。

特許文献１では、回転子１０側の静電容量分布を回転体９に誘電体層２０を設け、静電容量Ｃ_ｄを形成している。この誘電体の静電容量Ｃ_ｄは、静電容量分布モデルにおいて、マグネットの静電容量Ｃ_ｍに、直列に静電容量Ｃ_ｄが挿入されたことになり、合成静電容量Ｂ２を小さくすることで、固定子側の静電容量分布と整合をとり、第１及び第２の軸電圧（Ｖ_ｓｈ１、Ｖ_ｓｈ２）を低減する方法であることが分かった。

誘電体層２０の静電容量Ｃ_ｄは、誘電体層２０の厚み方向の距離（図８における誘電体層２０の短い方向の距離）に反比例し、長さ（図８における誘電体層２０の長手方向の距離）に比例する。従って、静電容量Ｃ_ｄを下げるには、誘電体層２０の幅を広げる必要がある。

しかしながら、特許文献１では、図８に示す様に、誘電体層２０には回転トルクとして応力がかかるため、その強度の確保のために誘電体層２０の幅の制約を受ける場合が生じる。その場合、必要とされる静電容量が得られず、軸電圧が下がらないということが考察された。又、特許文献１では、径方向で中央からスポーク状に複数の永久磁石（マグネット）を保持する回転体９を用いた電動機５０においては、誘電体層２０の幅を取ることによって永久磁石（マグネット）１１の長さを短くする必要が生じ、電動機５０の性能が悪化するという課題があった。

次に、特許文献２について、説明する。
図１０は、特許文献２の電動機５０の断面の概略構成図である。図１１、は図１０に示す電動機５０の静電容量分布モデルの図である。
図１０に示す様に、第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２が、接続部材１３にて短絡している。固定子鉄心６と、第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２のいずれか一方との間にインピーダンス調整部材１４を挿入した構成である。

インピーダンス調整部材１４として、静電容量を持ったキャパシタを用いた場合、静電容量Ｃ_ｉ、Ｃ_ｓｂ１及びＣ_ｓｂ２の合成静電容量に対して、インピーダンス調整用キャパシタンスであるインピーダンス調整部材１４は、並列に接続される。そして、静電容量Ｃ_ｉ、Ｃ_ｓｂ１及びＣ_ｓｂ２の合成静電容量を大きくすることで、回転子側の静電容量と整合性を取っている。そのことにより、特許文献２では、第１及び第２の軸電圧（Ｖ_ｓｈ１、Ｖ_ｓｈ２）を低減することができる。

しかしながら、固定子鉄心６にインピーダンス調整部材１４を接続する工法の確立が難しい。又、上記接続後にモールドされるため、生産工程過程で、上記の接続箇所が外れるという課題が考察された。
次に、特許文献３について、説明する。
図１２は、特許文献３の電動機５０の断面の概略構成図である。
特許文献３では、固定子鉄心６と第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２のいずれか一方とを短絡部材２５で短絡させている。特許文献３の図１２では、固定子鉄心６と第１の金属ブラケット１とを短絡させて、第１の軸電圧の低減を図っている。

特許文献３の構成は、特許文献２の図１０に、同様の構成が記載されている。そして、特許文献３の構成は、特許文献２の比較例３で、軸電圧に波形崩れが発生している問題があることが開示されている。
このことは、固定子鉄心６と短絡された第１の金属ブラケット１との静電容量は大きくなるが、固定子鉄心６と短絡されていない第２の金属ブラケット２との間の静電容量は変わらないためと推察される。よって、第２の軸受の軸電圧は下がらず、電食抑制効果は少ないことが考察された。

最後に、特許文献４について、説明する。
図１３に示す電動機５０の静電容量分布モデルの図である。
図１３に示す様に、第１金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２を電気的に絶縁し、固定子鉄心６と第１の金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と、固定子鉄心６と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２とを近似あるいは一致するように設定し、軸電圧を低減する方法が開示されている。

しかしながら、以上のように、従来の実施形態においては、静電容量Ｃ_ｓｂ１と静電容量Ｃ_ｓｂ２との比の調整に当たって、部材の寸法調整および部材間の距離等の調整を必要とするため電動機の外形寸法・形状が大きくなるというという懸念が考察された。
又、回転子側の静電容量分布に対して、静電容量の整合調整機能が不十分であり、第１及び第２の軸電圧が下がりきることができない。そのため、第１及び第２の軸受のグリースの絶縁破壊現象である第１及び第２の軸電圧の波形崩れが発生し、長期の運転において電食寿命に課題があることが考察された。

本発明者らは、上記した課題を見出し、その課題解決について、鋭意研究を図り、以下の開示に至った。
図１は、本開示の電動機５０の断面の概略構成図である。
図１に示すように、電動機５０の両端に配置された第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２と、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂ、シャフト４、回転子１０と、固定子１８とを有する。回転体９は、回転子鉄心８と永久磁石であるマグネット１１とを有する。回転子１０は、回転体９とシャフト４とを有する。固定子１８は、固定子鉄心６と固定子巻線３とを有する。第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２との間に、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の容量性部材１５を配置している。

図２は、本開示の電動機５０の静電容量分布モデルを示した図である。
第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２との間に、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の容量性部材１５を挿入することで、固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との直列回路が形成される。さらに、この直列回路と、固定子巻線３と第１金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１との並列回路が形成される。この容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を調整することで、合成静電容量Ａ１を調整することができる。ここで、合成静電容量Ａ１は、静電容量Ｃ_ｓｂ１と、静電容量Ｃ_ｓｂ２と、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との合成静電容量のことである。合成静電容量Ｂ１は、固定子巻線３と固定子鉄心間６との間の静電容量Ｃ_ｉと、固定子鉄心６とマグネット１１との間の静電容量Ｃ_ｇと、固定子巻線３とマグネット１１との間の静電容量Ｃ_ｓｍと、マグネット１１の静電容量Ｃ_ｍとの合成静電容量のことである。
具体的には、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を大きくすることで、合成静電容量Ａ１を大きくし、分圧比Ａ１（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と分圧比Ｂ１（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ１）とを一致もしくは近似させることを見出した。その結果、固定子側の静電容量分布と、回転子側の静電容量分布との整合をとり、軸電圧を低減する方法に想到した。
以上の考察に基づき、本発明者らは、以下に説明する本開示の態様に想到した。

本開示の一態様に係る電動機は、
固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向して周方向に複数のマグネットを保持する、又は、中央からスポーク状に複数のマグネットを保持する回転体と、
前記回転体と、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、
前記回転体を支持する２つの軸受と、
前記２つの軸受の一方の軸受を固定する第１の金属ブラケットと、前記２つの軸受の他方の前記軸受を固定する第２の金属ブラケットとを備え、
前記第１の金属ブラケットと前記第２の金属ブラケットとの間に容量性部材を設ける。
上記態様によれば、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を大きくすることで、合成静電容量Ａ１を大きくし、分圧比Ａ１（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と分圧比Ｂ１（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ１）とを近づけることにより、電動機における軸受の電食の発生を抑制することができる。

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態１）
以下、本開示の一態様を示す電動機について図面を用いて説明する。

図１は、本開示の一態様を示すインナーロータ型でブラシレスラジアル型の電動機５０の断面の概略構成図である。
図１に示すように、電動機５０の両端には、導電性を有する第１の金属ブラケット１と導電性を有する第２の金属ブラケット２とが配置されている。第１の金属ブラケット１の外径は、第２の金属ブラケット２の外径と同じか、又は大きい。そのことにより、安定に軸受が支承されシャフト４を回転できる。
第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２の中央部には、第１の金属ブラケット１に固定された第１の軸受５ａと、第２の金属ブラケット２に固定された第２の軸受５ｂが配置されている。シャフト４は、第１の軸受５ａと第２の軸受５ｂとにより、支持され回転する。シャフト４は、第１の金属ブラケット１から突出している。
固定子１８は、回転磁界を発生させ、回転磁界により回転子１０を回転させるものである。固定子１８の内側には、固定子１８と空隙を介して回転子１０が挿入されている。
固定子１８は、固定子鉄心６と巻線である固定子巻線３とを有する。固定子鉄心６には、固定子鉄心６を絶縁するための樹脂７が介在して、固定子巻線３が巻装されている。そして、このような固定子鉄心６は、第１及び第２の金属ブラケット等の他の固定部材ともに樹脂でモールド材にて成型されている。実施形態１では、これらの部材をこのようにモールド一体成型することにより、外形が概略円筒形状をなす固定子が構成されている。モールド一体成型したものは、電動機５０の筐体としての機能としても働く。又、第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２は、固定子鉄心６と、空間により絶縁されていてもよい。
回転子１０は、電動機５０において回転するもので、シャフト４と回転体９とを有する。回転体９は、回転子鉄心８とフェライト磁石である永久磁石のマグネット１１とを有する。回転子１０は、回転子鉄心８の外周に複数のマグネット１１を保持し、回転子鉄心８の中央を貫通するようにシャフト４を有する。又、回転子１０は、固定子１８に対向して中央からスポーク状に複数のマグネット１１を保持していてもよい。

シャフト４には、シャフト４を支持する第１及び第２の軸受５ａ、５ｂが取り付けられている。第１及び第２の軸受５ａ、５ｂ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、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂの内輪側が、シャフト４に固定されている。

そして、これらの軸受５ａ、５ｂは、それぞれ導電性を有した第１及び第２の金属ブラケット１、２により、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂの外輪側が固定されている。図１では、第１の金属ブラケット１に第１の軸受５ａが固定され、第２の金属ブラケット２に第２の軸受５ｂが固定され、シャフト４は２つの軸受に支持され、回転子１０が回転自在に回転する。

さらに、この電動機５０の内部に、回転磁界を発生させる駆動回路を実装したプリント基板１２が、回転子１０と第１の金属ブラケット１との間に配置されている。例えば、駆動回路には、固定子巻線３に電圧を印加するためにインバータ回路等が実装されている。

以上のように構成された電動機５０に対して、駆動回路より電圧を固定子巻線３に印加することにより、固定子巻線３に電流が流れ、固定子鉄心６から磁界が発生する。そして、固定子鉄心６からの回転磁界とマグネット１１から磁界とにより、それらの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シャフト４を中心に回転子１０が回転する。

そして、図１に示すように、短絡線である導通部材１３の一方の端部が、第２の金属ブラケット２と電気的に接続され、導通部材１３の他方の端部が、容量性部材１５と電気的に接続されている。短絡線である導通部材１３の一方の端部が、容量性部材１５と電気的に接続され、導通部材１３の他方の端部が、第１の金属ブラケット１と電気的に接続されている。例えば、導通部材１３は、第１の金属ブラケット１側の空間に配置されている。例えば、導通部材１３は、固定子鉄心６と第１の金属ブラケット１との間の空間に配置されている。

容量性部材１５は、例えば、セラミックコンデンサである。又、容量性部材１５は、例えば、ＰＢＴ等の樹脂の両側に電極を設けた成型品である。容量性部材１５は、電荷を蓄えるものであればよく、特に形態は限定されない。容量性部材１５は、電動機５０の内部であればどこに配置されていてもよく、例えば、電動機５０の筐体の内壁に配置されている。
この構成により、電動機５０の内部において、第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット２との間に位置し、第１の金属ブラケット１及び第２の金属ブラケット２と容量性部材１５とを電気的に接続することができる。

図２は、実施形態１の静電容量分布モデル図である。第１の金属ブラケット1と第２の金属ブラケット２との間に挿入された容量性部材１５の静電容量をＣ_{ｓｂ１ｓｂ２}とする。静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}は、固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と直列回路を構成する。さらに、この直列回路は、固定子巻線３と第１金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と並列回路を構成し、直並列合成静電容量Ａ１（以下、合成静電容量Ａ１と言う）となる。又、固定子巻線３と固定子鉄心間６との間の静電容量Ｃ_ｉと、固定子鉄心６とマグネット１１との間の静電容量Ｃ_ｇと、固定子巻線３とマグネット１１間の静電容量Ｃ_ｓｍと、マグネット１１の静電容量Ｃ_ｍとは、直列及び／又は並列に回路構成され、直並列合成静電容量Ｂ１（以下、合成静電容量Ｂ１と言う）となる。

固定子１８側の静電容量分布と回転子１０側の静電容量の分布を近似させるためには、軸受５ａ、５ｂの内輪及び外輪を基準とし、駆動回路のゼロ基準電位Ｎと第１の金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｎｂ１と合成静電容量Ａ１の比（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と、駆動回路のゼロ基準電位Ｎとシャフト４との間の静電容量Ｃ_ｎｓと合成静電容量Ｂ１の比（Ｃ_ｎｓ／合成容量Ｂ１）とを近似させる。

図３は、容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の値を変えて、第１の軸受５aの軸電圧Ｖ_ｓｈ１（以下、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１と言う）及び第２の軸受５ｂの第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２（以下、第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ１と言う）を測定した実験結果である。
実験において、マグネット１１の静電容量Ｃ_ｍが２１ｐＦ、回転子１０の直径が５１ｍｍ、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂには、ミネベア製６０８を使用した。第１及び第２の軸受５ａ、５ｂのグリースは、ちょう度が２３９のものを使用した。固定子巻線３の電源電圧を３９１Ｖとし、回転数１０００ｒ／ｍｉｎにて、回転子１０を回転させた。

図３において、横軸は、容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の値、左側の縦軸は、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２である。図３の右側の縦軸は、（合成静電容量Ａ１／Ｃ_ｎｂ１）と（合成静電容量Ｂ１／Ｃ_ｎｓ）との比（分圧比）を計算し、その分圧比の値である。
第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２の測定は、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂの外輪を基準に内輪の電圧を測定し、外輪に対し内輪の電圧が高い場合をプラス、外輪に対し内輪の電圧が低い場合をマイナスとした。

図３から明らかなように、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の値が小さい場合は、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ1はブラスの大きな電圧となり、第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ2はマイナスの大きな電圧となる。静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の値を大きくしていくと、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ1は徐々に小さな値となり、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ1は、徐々に第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２に近づいて行くことが分かる。又、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の値を大きくしていくと、第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２も徐々にマイナスの小さな値となることが分かる。
第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２は、第１の軸受５ａ及び第２の軸受５ｂの外輪と内輪との電圧の電圧差であり、これらの電位差は徐々に低減されている。
図３に示す様に、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を調整することで、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２は、一般的な軸受のグリースの絶縁破壊の目安とされる５Ｖ以下まで減少させることができることが分かった。又、第１及び第２の軸受５ａ、５ｂのグリース油膜の絶縁破壊の現象である軸電圧波形の波形崩れが、生じないことも確認した。

図３において、（合成静電容量Ｂ１／Ｃ_ｎｓ）は０．４８である。図３に示す様に、（合成静電容量Ａ１／Ｃ_ｎｂ１）と（合成静電容量Ｂ１／Ｃ_ｎｓ）との比が０．７から１．１の範囲で、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２の絶対値が５Ｖ以下に低減することが可能であることが分かった。
つまり、（合成静電容量Ａ１／Ｃ_ｎｂ１）と（合成静電容量Ｂ１／Ｃ_ｎｓ）とを近似、又は一致させることで、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２を低減させることが可能である。

上記のメカニズムについて、図２を用いて詳細に説明する。
固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}とは直列回路であるため、第２の金属ブラケット２の第２の電圧Ｖ_ｓｈ２は、固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１に対し、容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}の両端に分圧された電圧が加わる。
容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}が大きくなると、その両端に分圧される電圧が小さくなり、第２の軸受５ｂの外輪に生じる第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２は、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１の値に近づくため、第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２も低減することができる。
つまり、固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の静電容量Ｃ_ｓｂ１、固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量Ｃ_ｓｂ２、容量性部材１５の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との合成静電容量Ａ１を大きくし、固定子１８側の合成性静電容量分布と回転子１０側の合成性静電容量分布との整合性を取ることで、第１の軸電圧Ｖ_ｓｈ１及び第２の軸電圧Ｖ_ｓｈ２を低減することができる。

このように、実施形態１において、第１の金属ブラケット１と第２の金属ブラケット間２に容量性部材１５を挿入し、固定子１８側の静電容量分布及び回転子１０側の静電容量分布の整合性を取ることで、第１の軸電圧及び第２の軸電圧を低減し電食を抑制する効果が得られる。

以上説明したように、固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の静電容量、固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量、容量性部材１５の静電容量を調整し、固定子側の静電容量分布と回転子側の静電容量分布と整合性を取ることで、第１の軸受５ａの軸電圧を低減することができる。さらに固定子巻線３と第２の金属ブラケット２との間の静電容量と容量性部材１５は直列回路であるため、第２の金属ブラケット２の電圧は、固定子巻線３と第１の金属ブラケット１との間の電圧に対し、容量性部材１５の静電容量成分の両端に分圧された電圧が加わる。容量性部材１５の静電容量が大きくなると、その両端に分圧される電圧が小さくなり、第２の軸受５ｂの外輪に生じる電圧は、第１の軸受５ａの軸電圧の値に近づくため、第２の軸受５ｂの軸電圧も低減することができる。よって、実施形態１に係る電動機５０は、軸受電食の発生抑制に極めて優れた効果を有する。
又、実施形態１に係る電動機５０は、電動機５０の内部の空いた箇所に、容量性部材１５を容易に取り付けることができるので、製造性に優れている。
又、実施形態１に係る電動機５０は、容量性部材１５がコンパクトであるため、電動機５０の外径寸法、形状が大きくなることもない。

（実施形態２）
本開示にかかる電気機器の例として、エアコン室内機の構成を実施形態２として、詳細に説明する。本開示にかかる電気機器は、必ずしもこれらの一例に限定されるものではない。

図４において、エアコン室内機１１０の筐体１１１内には、ブラシレスモータ１０１が備えられている。そのブラシレスモータ１０１の回転軸には、送風ファンであるクロスフローファン１１２が取り付けられている。ブラシレスモータ１０１は、モータ駆動装置１１３によって駆動される。モータ駆動装置１１３からの通電により、ブラシレスモータ１０１が回転し、それに伴いクロスフローファン１１２が回転する。そのクロスフローファン１１２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１０１は、例えば、上記した実施形態１の電動機が適用できる。

本開示の電気機器は、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、上記した実施形態１の電動機を採用したものである。

（実施形態３）
本開示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形態３として、詳細に説明する。

図５において、エアコン室外機２０１は、筐体２１１の内部にブラシレスモータ２０８を備えている。そのブラシレスモータ２０８は、回転軸に送風ファン２１２を取り付けている。

エアコン室外機２０１は、筐体２１１の底板２０２に立設した仕切り板２０４により、圧縮機室２０６と熱交換器室２０９とに区画されている。圧縮機室２０６には、圧縮機２０５が設けられている。熱交換器室２０９には、熱交換器２０７及び送風ファンモータが配設されている。仕切り板２０４の上部には電装品箱２１０が設けられている。

その送風用ファンモータは、電装品箱２１０内に収容されたモータ駆動装置により、駆動されるブラシレスモータ２０８の回転に伴い、送風ファン２１２が回転し、熱交換器２０７を通して熱交換器室２０９に送風する。ここで、ブラシレスモータ２０８は、例えば、上記した実施形態１の電動機が適用できる。

本開示の電気機器は、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、上記した実施形態１の電動機を採用したものである。

（実施形態４）
本開示にかかる電気機器の例として、給湯器の構成を実施形態４として、詳細に説明する。

図６において、給湯器３３０の筐体３３１内には、ブラシレスモータ３３３を備えている。そのブラシレスモータ３３３の回転軸には、送風ファン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、それに伴い送風ファン３３２が、回転する。その送風ファン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、上記した実施形態１の電動機が適用できる。

本開示の電気機器は、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、上記した実施形態１の電動機を採用したものである。

尚、実施形態１の図１において、容量性部材１５を電動機５０の内部に配置したが、図７に示すように、容量性部材１５は、電動機５０の外部に配置してもよい。容量性部材１５は、電動機５０の外部であればどこに配置されていてもよく、例えば、電動機５０の筐体の外壁に配置されている。又、容量性部材１５は、例えば、電動機５０から離れた位置に設けてもよい。このことにより、さらに電動機をコンパクトにできる。図７の態様は、実施形態１に限られることなく、実施形態２〜４にも適用可能である。
尚、実施形態１の図１において、駆動回路を備えたプリント基板１２を電動機５０の内部に設けたが、駆動回路を備えたプリント基板１２を電動機５０の外部に設けてもよい。その場合、電動機５０をコンパクトにできる。
尚、実施形態２〜４に、電動機が回転するものとして、送風ファンを使用したが、回転されるものは、特に限定されない。

以上のように、本開示は、以下の項目に記載の電動機及びその電動機を備えた電気機器を含む。
〔項目１〕
固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向して周方向に複数のマグネットを保持する、又は、中央からスポーク状に複数のマグネットを保持する回転体と、
前記回転体と、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、
前記回転体を支持する２つの軸受と、
前記２つの軸受の一方の軸受を固定する第１の金属ブラケットと、前記２つの軸受の他方の前記軸受を固定する第２の金属ブラケットとを備えた電動機。
上記態様によれば、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を大きくすることで、合成静電容量Ａ１を大きくし、分圧比Ａ１（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と分圧比Ｂ１（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ１）とを調整して、電動機における軸受の電食の発生を抑制することができる。
〔項目２〕
前記容量性部材の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}と、前記固定子巻線と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と、前記固定子巻線と前記第２の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ２を含む固定子側の合成静電容量の値を大きくして、前記固定子側の合成静電容量Ａ１と、前記固定子巻線に電圧を加える駆動回路のゼロ基準電位と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ _ｎｂ１ の比と、前記固定子巻線と前記固定子鉄心との間の静電容量Ｃ_ｉと、前記固定子鉄心と前記マグネットとの間の静電容量Ｃ_ｇと、前記固定子巻線と前記マグネットとの間の静電容量Ｃ_ｓｍと、前記マグネットの静電容量Ｃ_ｍを含む回転子側の合成静電容量Ｂ１と、前記駆動回路のゼロ基準電位と前記シャフト間との間の静電容量Ｃ_ｎｓの比を近似又は一致させる項目１に記載の電動機。
上記態様によれば、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}を大きくすることで、合成静電容量Ａ１を大きくし、分圧比Ａ１（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と分圧比Ｂ１（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ１）との比を近似又は一致させて、電動機における軸受の電食の発生を抑制することができる。
〔項目３〕
前記第１の金属ブラケット及び前記第２の金属ブラケットは、前記固定子の固定子鉄心と、絶縁樹脂又は空間により絶縁されている項目１又は２に記載の電動機。
上記態様によれば、絶縁されていることより、回転子磁界を生成し易い。
〔項目４〕
前記容量性部材が、前記電動機の外部に設けられた項目１乃至３のいずれかに記載の電動機。
上記態様によれば、容量性部材のスペースの制約を受けず、電動機をコンパクトにできる。
〔項目５〕
前記容量性部材が、前記電動機の内部に設けられた項目１乃至３のいずれかに記載の電動機。
上記態様によれば、電動機外部のスペースに影響を与えない。
〔項目６〕
前記容量性部材の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}によって、前記固定子巻線と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と、前記固定子巻線と前記第２の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と、前記静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との合成静電容量Ａ１を大きくして、前記軸受の内輪と前記軸受の外輪との間に発生する電位差を小さくする項目１乃至５に記載の電動機。
上記態様によれば、静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}によって、前記固定子巻線と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と、前記固定子巻線と前記第２の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と、前記容量性部材Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との合成静電容量Ａ１を大きくして、分圧比Ａ１（Ｃ_ｎｂ１／合成静電容量Ａ１）と分圧比Ｂ１（Ｃ_ｎｓ／合成静電容量Ｂ１）との比を近似又は一致させて、電動機における軸受の電食の発生を抑制することができる。
〔項目７〕
前記駆動回路を備えたプリント基板が、前記電動機の内部に設けられた項目１乃至６のいずれかに記載の電動機。
上記態様によれば、電動機外部のスペースに影響を与えない。
〔項目８〕
前記第１の金属ブラケットの外径は、前記第２の金属ブラケットの外径と同じか、又は大きい項目１乃至７のいずれかに記載の電動機。
上記態様によれば、第２の金属ブラケットの外径と等しいか、又は大きい外形を有する第１の金属ブラケットとすることで、安定にシャフトを回転できる。
〔項目９〕
前記駆動回路を備えたプリント基板が、前記電動機の外部に設けられた項目１乃至６、又は８に記載の電動機。
〔項目１０〕
項目１乃至９のいずかに記載の電動機と前記電動機により駆動される送風ファンとを搭載した電気機器。
上記態様によれば、送風ファンを備えた電気機器の電動機の軸受の電食の発生を抑制することができる。

１ 第１の金属ブラケット
２ 第２の金属ブラケット
３ 固定子巻線
４ シャフト
５ａ 第１の軸受
５ｂ 第２の軸受
６ 固定子鉄心
７ 樹脂
８ 回転子鉄心
９ 回転体
１０ 回転子
１１ マグネット
１２ プリント基板
１３ 導通部材
１４ インピーダンス調整部材
１５ 容量性部材
１８ 固定子
２０ 誘電体層
５０ 電動機

Claims (9)

1. 固定子巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
   前記固定子に対向して周方向に複数のマグネットを保持する、又は、中央からスポーク状に複数のマグネットを保持する回転体と、
   前記回転体と、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、
   前記回転体を支持する２つの軸受と、
   前記２つの軸受の一方の軸受を固定する第１の金属ブラケットと、前記２つの軸受の他方の前記軸受を固定する第２の金属ブラケットとを備えた電動機であって、
   前記第１の金属ブラケットと前記第２の金属ブラケットとの間に容量性部材を設け、
   前記容量性部材の静電容量Ｃ _{ｓｂ１ｓｂ２} と、前記固定子巻線と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ _ｓｂ１ と、前記固定子巻線と前記第２の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ _ｓｂ２ を含む固定子側の合成静電容量の値Ａ１を大きくして、前記固定子側の合成静電容量Ａ１と、前記固定子巻線に電圧を加える駆動回路のゼロ基準電位と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ _ｎｂ１ の比と、前記固定子巻線と前記固定子鉄心との間の静電容量Ｃ _ｉ と、前記固定子鉄心と前記マグネットとの間の静電容量Ｃ _ｇ と、前記固定子巻線と前記マグネットとの間の静電容量Ｃ _ｓｍ と、前記マグネットの静電容量Ｃ _ｍ を含む回転子側の合成静電容量Ｂ１と、前記駆動回路のゼロ基準電位と前記シャフト間との間の静電容量Ｃ _ｎｓ の比を近似又は一致させる電動機。
2. 前記第１の金属ブラケット及び前記第２の金属ブラケットは、前記固定子の固定子鉄心と、絶縁樹脂又は空間により絶縁されている請求項１に記載の電動機。
3. 前記容量性部材が、前記電動機の外部に設けられた請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記容量性部材が、前記電動機の内部に設けられた請求項１又は２に記載の電動機。
5. 前記容量性部材の静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}によって、前記固定子巻線と前記第１の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ１と、前記固定子巻線と前記第２の金属ブラケットとの間の静電容量Ｃ_ｓｂ２と、前記静電容量Ｃ_{ｓｂ１ｓｂ２}との合成静電容量Ａ１を大きくして、前記軸受の内輪と前記軸受の外輪との間に発生する電位差を小さくする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機。
6. 前記駆動回路を備えたプリント基板が、前記電動機の内部に設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機。
7. 前記駆動回路を備えたプリント基板が、前記電動機の外部に設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機。
8. 前記第１の金属ブラケットの外径は、前記第２の金属ブラケットの外径と同じか、又は大きい請求項１乃至７のいずれかに記載の電動機。
9. 請求項１乃至８のいずかに記載の電動機と前記電動機により駆動される送風ファンとを搭載した電気機器。

Images