JPWO2015059905A1 - 電動機およびこの電動機を備える電気機器 - Google Patents

電動機およびこの電動機を備える電気機器 Download PDF

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Abstract

本発明の電動機（１００）は、固定子（１０）と、回転子（１４）と、一対の軸受（１５）と、外輪導通部（２２）と、プリント配線板（１８）と、を備える。外輪導通部（２２）は、一対の軸受（１５）が含む、それぞれの外輪（１５１ａ、１５１ｂ）同士を電気的に接続する。プリント配線板（１８）は、駆動回路（４０）と、インピーダンス素子と、を有する。駆動回路（４０）は、グランド線（４２）を含む。駆動回路（４０）は、固定子巻線（１２）に流す電流を制御する。インピーダンス素子は、少なくとも一対以上の導電性パターンで形成される。インピーダンス素子を形成する一方の導電性パターンは、外輪導通部（２２）と電気的に接続する。インピーダンス素子を形成する他方の導電性パターンは、駆動回路（４０）が含むグランド線（４２）と電気的に接続する。

Description

本発明は、電動機が有する軸受において、特に、電食の発生を抑制することに関する。また、この電動機を備える電気機器に関する。
従来、正弦波による対称三相交流回路において、各相の回路ループを構成する条件を等しくする場合、Ｙ結線の中性点の電位は、常に一定の値を示す。電源側に位置するＹ結線の中性点と、負荷側に位置するＹ結線の中性点との間には、電位差は生じない。このとき、三相電源の正弦波として、高調波成分を含まない無歪の正弦波が、印加されている。
また、対称三相交流回路において、各相の回路ループを構成する条件が不平衡の場合、つぎのことが知られている。すなわち、負荷側に位置するＹ結線の中性点は、零電位ではなく、ある値の電位を示す。以上のことが、例えば、特許文献１に開示されている。
なお、軸電圧の観測は、例えば、以下に示すように、多少の工夫が求められる。すなわち、軸電圧の観測は、対称三相交流回路が有するいずれかの回路箇所や、便宜的に設定された分圧回路の中点を擬似的中性点として、その電位差が観測される。
実際の対称三相交流回路では、種々の要因により、三相電源が不平衡となることがある。あるいは、対称三相交流電源では、三相電源が供給する正弦波に、若干の高調波成分が含まれることがある。また、電源側に位置するＹ結線の中性点、及び、負荷側に位置するＹ結線の中性点において、多少の電位が生じていることが観測される。さらに、この中性点の電位が変化することに起因して、発電機に含まれる回転軸や電動機に含まれる回転軸には、電圧が誘起される。誘起された電圧は、所謂、軸電圧として観測される。この軸電圧は、回転軸を回転自在に支持する、軸受の内輪にも印加されることがある。
一方、軸受の外輪は、発電機や電動機の外郭、あるいは、接地する部分と、電気的に接続されている。よって、軸受の外輪は、軸受の内輪が有する電位とは、異なる電位になる。つまり、軸受の内輪と軸受の外輪との間には、電位差が生じる。従って、軸受が有する転動体を介して、外輪と内輪とが電気的に接続されると、外輪、転動体、内輪、の間には、各々放電が生じる。放電が生じると、放電が生じた箇所には、放電痕が残る。この放電痕を電食という。放電痕、つまり、電食が生じると、軸受が回転する際、不具合が生じる。
例えば、特許文献２〜４に開示されているように、三相電源の発電機には、発電機を組み立てる際に生じる誤差やズレ等に起因して、磁気回路が不平衡となることがある。磁気回路が不平衡になれば、対称三相交流回路を得ることができないため、不平衡の三相交流が生じる。不平衡の三相交流が生じると、中性点には電位が発生するため、軸電圧が発生する。
また、発電機が有する励磁巻線には、励磁電源が供給される。励磁電源として、サイリスタ等を用いた励磁装置が使用されることがある。この場合、励磁巻線には、高調波を多量に含む、非正弦波波形の電圧が印加される。発電機は、励磁巻線を含む、発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を有する。印加された非正弦波波形の電圧は、等価インピーダンス成分を介して、励磁装置が供給する励磁電力に起因した軸電圧を発生する。
また、前述した特許文献などに開示されているように、発電機には、つぎの特有の現象が生じる。すなわち、発電機が有する蒸気タービンの羽根には、蒸気が衝突する。衝突した蒸気の一部は、イオン化して帯電する。蒸気がイオン化して生じた電荷は、等価インピーダンス成分を介して、回転軸に伝わる。回転軸に伝えられた電荷は、発電機の軸電圧として現れる。発電機の軸電圧は、軸受の電食を招くことが知られている。
一方、特許文献５には、つぎのことが開示されている。すなわち、対称三相交流回路における負荷側の電動機では、三相交流に生じた不平衡により、軸電圧が生じる。負荷側の電動機は、生じた軸電圧により、軸受に電食が発生する。また、特許文献５には、インバータ装置を用いて、電動機を駆動する場合について、開示されている。すなわち、電動機では、電源がスイッチングする毎に、一瞬の電圧不平衡が生じる。換言すれば、電動機は、非常に高い周波数で、中性点の電位が変動する。周波数は、数ＭＨｚになることもある。よって、中性点の電位が変動するため、軸電圧が発生し、軸電流が流れる。この結果、電動機の軸受には、電食が生じる。
昨今、電動機の分野において、インバータ装置を用いた駆動技術が隆盛を極めている。インバータ装置を用いた駆動技術は、無歪の正弦波を生じる電圧源を用いた駆動技術とは全く異なるものである。つまり、インバータ装置を用いた駆動技術は、矩形波状の電圧源を構成して、擬似的な三相駆動を行っている。特許文献５には、つぎのことが開示されている。すなわち、インバータ装置を用いた駆動技術では、中性点の電位が変動することに起因して、軸電圧が発生する。軸電圧が発生すると、電動機には、軸電流が流れる。よって、電動機の軸受には、電食が生じ易い。
周知のとおり、インバータ装置を用いた駆動技術は、無歪の正弦波を電源とする対称三相交流による駆動ではない。従って、各相の電圧が互いに打ち消しあって、常に、零レベルになることは無い。つまり、電動機が有するＹ結線の中性点では、何らかの値を持った電圧が生じる。
例えば、後述する非特許文献１には、つぎのことが開示されている。すなわち、インバータ装置によって駆動される電動機は、Ｙ結線の中性点を有する。Ｙ結線の中性点には、周期的に、凸状の波形波、及び、方形波による、大きな振幅の電圧変化が生じる。凸状の波形波、及び、方形波は、最大値がインバータ装置の電源電圧値に達することもある。
非特許文献１には、「富士時報 第７２巻、第２号（１９９９年２月）」に掲載された、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧（Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９）に関するものがある。
この非特許文献１に示すように、中性点の電位変化は、回転軸の軸電圧として観測される。
非特許文献１などにも開示されるように、インバータ装置から供給される各相の駆動電圧は、つぎの経路を経て、固定子の外部に、電気的エネルギーとして伝播される。すなわち、各相の駆動電圧は、電動機が有する固定子の固定子巻線から、固定子を構成する部材のインピーダンス成分を経て、固定子の外部へ伝えられる。
電気的エネルギーは、電動機が有する、固定子と回転子との間の分布容量を介して、電動機が有する回転子へと伝播される。さらに、電気的エネルギーは、回転子を構成する部材のインピーダンス成分を経由して、回転軸に到達する。回転軸は、電動機の等価回路を含む対称三相交流回路と等価的なＹ結線の中性点に位置する。よって、電動機が有する回転軸では、何らかの電位の変化が観測される。この電位は、上述するように、軸電圧という。
対称三相交流回路には、各相に、第３次高調波成分が存在する。第３次高調波成分は、互いに相殺されることはない。第３次高調波成分は、Ｙ結線の中性点にて観測されることが知られている。また、Ｙ結線の中性点において、各相の不平衡成分も観測されることが知られている。
ところで、電動機の駆動方法は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、「ＰＷＭ方式」という）を用いたインバータ駆動が多く採用される。ＰＷＭ方式を用いたインバータ駆動の場合、巻線の中性点の電位は零とならない。上述したように、巻線の中性点には、何らかの電位が発生する。
上述した巻線の中性点において、電位が変化することを、次の観点にて解析する。すなわち、電動機は、電動機を構成する各要素を有する。電動機を構成する各要素から、等価回路が導き出される。等価回路は、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分に基いて、導き出される。導き出された等価回路は、対称三相交流回路として扱われる。
等価回路において、電動機の回転軸は、Ｙ結線の中性点と考えることができる。よって、電動機の回転軸において、何らかの電位の変化が生じ得ることがわかる。
例えば、電動機を構成する各要素から、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分が抽出される。抽出された等価インピーダンス成分より、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路が導き出される。導き出された電動機の等価回路より、軸電圧を算出することが試みられている。
特許文献５や非特許文献１などには、つぎのことが開示されている。すなわち、電動機を構成する各要素から、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分が抽出される。抽出された等価インピーダンス成分より、電動機の等価回路が導き出される。導き出された等価回路に基いて、軸電圧が発生する過程が、解析される。解析結果に基いて、電食の発生が抑制される。
電動機の等価回路を解析する手法は、つぎのものがある。すなわち、分布定数回路という考え方を用いて解析する。あるいは、分布定数回路の主要な回路素子毎に、集中定数素子化して、モデル化された集中定数回路を導き出す。モデル化された集中定数回路を用いて解析する。その他、多岐に亘る解析手法がある。
なお、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造により異なる。具体的には、固定子巻線及び固定子鉄心を絶縁性の樹脂で覆う電動機と、固定子巻線及び固定子鉄心を金属製の筐体で覆う電動機とは、明らかに電動機の等価回路が異なる。
また、電動機の等価回路は、電動機が有する回転子を構成する要素によっても異なる。例えば、回転子のバックヨークを成す回転子鉄心を有するか否かによって、等価回路は異なる。あるいは、回転子の磁極を構成する磁石において、磁石の抵抗値が高いか低いかによって、等価回路は異なる。また、これらの組み合わせによっても、明らかに電動機の等価回路は異なる。
上述したように、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造毎に異なる。従って、最適と考えられる、電食を低減する技術は、電動機の種類や電動機の構造毎に異なる。つまり、全ての種類の電動機に対して、一様に適用できる、電食を低減する技術を提供することは、極めて困難である。
そこで、一般的には、電動機の種類や電動機の構造毎に、電食を低減する技術が検討される。従来、数々の電食を低減する技術が提案されている。
インバータ駆動を行うことで軸電圧が発生すれば、軸受の外輪と、軸受の内輪との間には、電位差が生じる。軸電圧には、スイッチングによる高周波成分が含まれる。軸受の内部には、油膜が存在する。軸電圧に起因する電位差が、油膜が絶縁破壊する電圧に達すると、軸受の内部には高周波電流が流れる。軸受の内部に高周波電流が流れるため、軸受の内部には電食が発生する。電食が進行すると、軸受が有する内輪の内部、または、軸受が有する外輪の内部には、波状摩耗現象が発生し、異常音の原因となることがある。電動機において、電食は、解決が求められる代表的な不具合現象である。
上述したように、電食は、軸受を構成する部材が、アーク放電によって損傷を受ける現象である。軸電圧に起因して、軸受が有する内輪と、軸受が有する外輪との間には、電位差が発生する。軸電圧に起因する放電電流は、軸受の内輪−転動体である玉−軸受の外輪、という経路で軸電流が流れる。従って、電食の発生を抑制するために、以下のような対策が提案されている。
（１）軸受の内輪と軸受の外輪とを導通状態にする。
（２）軸受の内輪と軸受の外輪とを絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。
上記（１）を実現する具体的な方法としては、軸受に用いられる潤滑剤を、導電性を有する潤滑油にすることが挙げられる。ただし、導電性を有する潤滑剤は、時間が経過すれば、導電性が劣化する、あるいは、摺り合わせて動くことの信頼性に欠ける、などの課題がある。
上記（１）を実現する他の具体的な方法として、回転軸にブラシを設置して、導通状態にする方法も考えられる。この方法は、ブラシの摩耗粉が生じる、あるいは、ブラシを設置するスペースが必要となる、などの課題がある。
さらに、上記（１）を実現する別の具体的な方法として、軸受に、滑り軸受を用いる方法も考えられる。この方法は、滑り軸受として、金属を焼結させて、油を含ませた、含油軸受を用いることで実現できる。滑り軸受として含油軸受を用いれば、軸受を誘導状態にできる。
近年、ＰＷＭ方式によるインバータ駆動で制御される電動機では、回転子の両側に、玉軸受を用いる構成が主流である。しかし、それ以前の電動機では、回転子の両側に、滑り軸受を用いる構成が一般的であった。
例えば、特許文献６、特許文献７には、つぎのことが、開示されている。すなわち、軸受は、導通状態であるため、放電が発生することはなく、電食も生じない。
しかし、滑り軸受を用いた場合、回転するシャフトの回転精度は、玉軸受を用いた場合よりも劣る。また、滑り軸受を用いた場合、軸受による損失が大きい。従って、滑り軸受を用いた電動機は、玉軸受を用いた電動機に比べて、効率が低下する。
上記（２）を実現する具体的な方法としては、軸受の内部に位置する転動体の材質を、導電性を有する鉄などの金属材から、絶縁体であるセラミックス材などに変更することが挙げられる。この方法は、電食の発生を抑制する効果は非常に高い。しかしながら、この方法はコストが高いという、経済的な課題がある。
上記（２）を実現する別の具体的な方法としては、軸受に、絶縁性を有する滑り軸受を用いる方法も考えられる。例えば、特許文献８には、つぎのことが開示されている。すなわち、軸受として、樹脂で形成された、絶縁性を有する滑り軸受が用いられる。本構成とすれば、軸受部分を絶縁状態にできる。よって、絶縁性を有する軸受部分には、電食が生じることはない。
しかし、上述した方法と同様に、回転するシャフトの回転精度は、玉軸受を用いた場合よりも劣る。また、樹脂で形成された滑り軸受は、軸受による損失が大きい。従って、樹脂で形成された滑り軸受を用いた電動機は、玉軸受を用いた電動機に比べて、効率が低下する。
上記（３）を実現する具体的な方法としては、特許文献９に示されるような方法が、知られている。すなわち、回転子に誘電体層を設けることで軸電圧を低くし、電食が発生することを抑制する。
上記（３）を実現する他の具体的な方法としては、特許文献１０に示されるような方法が、知られている。すなわち、固定子鉄心と、導電性を有する金属製のブラケットとを、電気的に短絡させる。よって、固定子鉄心とブラケットとの間に生じる静電容量を変化させることで、軸電圧を低減する。
また、上記（３）を実現する別の具体的な方法としては、特許文献１１に示されるような方法が、知られている。すなわち、電動機が有する固定子鉄心などを、アースである大地に、電気的に接続する。
特開平８−３４０６３７号公報 特公昭４７−４１１２１号公報 特開昭５０−７６５４７号公報 特開昭５７−１６５４９号公報 特開平１０−３２９５３号公報 特公昭６１−５２６１８号公報 特開平８−２１４４８８号公報 特開２０１１−４７４９５号公報 特開２０１０−１６６６８９号公報 特開２００７−１５９３０２号公報 特開２００４−２２９４２９号公報
「富士時報 第７２巻、第２号（１９９９年２月）」、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧 Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９
本発明が対象とする電動機は、固定子と、回転子と、一対の軸受と、外輪導通部と、プリント配線板と、を備える。
固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に巻装された巻線と、を有する。
回転子は、回転体と、シャフトと、を有する。回転体は、永久磁石と、外側鉄心と、内側鉄心と、誘電体層と、を含む。永久磁石は、固定子に対向して周方向に位置する。外側鉄心は、外周側に位置し、鋼板を積層して形成される。内側鉄心は、内周側に位置し、鋼板を積層して形成される。誘電体層は、外側鉄心と内側鉄心との間に位置する。シャフトは、回転体の軸心を貫通して、回転体に取り付けられる。シャフトは、軸心方向において、一方を出力軸側とし、他方を反出力軸側とする。
一対の軸受は、各々内輪と外輪とを含む。一対の軸受は、軸心方向において、回転体を挟んで位置する。また、一対の軸受は、シャフトを回転自在に支持する。
外輪導通部は、一対の軸受が含む、それぞれの外輪同士を電気的に接続する。
プリント配線板は、駆動回路と、インピーダンス素子と、を有する。駆動回路は、グランド線を含む。駆動回路は、巻線に流す電流を制御する。インピーダンス素子は、少なくとも一対以上の導電性パターンで形成される。
特に、インピーダンス素子を形成する一方の導電性パターンは、外輪導通部と電気的に接続する。また、インピーダンス素子を形成する他方の導電性パターンは、駆動回路が含むグランド線と電気的に接続する。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の要部断面を示す要部断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例１を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例１を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板のさらに他の具体例１を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態１における電動機において、静電容量性の成分の静電容量値と電動機に生じる軸電圧との関係を示す特性図である。 図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例２を示す斜視図である。 図７は、図６中に示す７−７断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例２を示す斜視図である。 図９は、図８中に示す９−９断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例３を示す斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例３を示す斜視図である。 図１２は、本発明の実施の形態１で説明した電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。
本発明の実施の形態における電動機は、後述する構成により、軸受に電食が発生することを抑制する。また、本発明の実施の形態における電気機器は、後述する構成により、軸受に電食が発生することを抑制した電動機を利用できる。
つまり、従来の電動機には、つぎの改善すべき点があった。
すなわち、上述した従来のいずれかの技術を採用しても、電動機には、常に、更なる技術的向上が求められる。
電動機には、樹脂モールドモータと呼ばれるものがある。あるいは、電動機には、鋼板モータと呼ばれるものもある。樹脂モールドモータとは、樹脂を用いて、固定子等を一体にモールド成型したものである。鋼板モータとは、固定子等の外装を、金属製の筐体に収納したものである。
特許文献９で開示された技術が、樹脂モールドモータ、あるいは、鋼板モータに対して用いられることがある。このとき、従来の電動機は、誘電体層が有する静電容量性の成分が利用されるため、軸受が有する内輪において、誘起される高周波電圧が抑制される。
しかしながら、特許文献９で開示された技術を用いたとしても、従来の電動機において、適切な軸電圧を確保することは、限度があった。
なお、従来の電動機では、誘電体層が有する静電容量性の成分を変更するために、つぎの方法がある。
従来の電動機は、回転体と、シャフトと、を有する回転子を備える。従来の電動機に用いられる回転体は、外側鉄心と、内側鉄心と、外側鉄心と内側鉄心との間に位置する誘電体層と、を有する。誘電体層は、絶縁樹脂で形成される。
ひとつの方法は、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更する。絶縁樹脂の誘電率を変更すれば、静電容量が変更される。
つぎの方法は、回転体が有する外側鉄心と内側鉄心との間の距離を変更する。外側鉄心と内側鉄心との間の距離を変更すれば、絶縁樹脂の厚さが変更される。絶縁樹脂の厚さを変更すれば、静電容量が変更される。
他の方法は、外側鉄心の軸心に沿った方向の長さと内側鉄心の軸心に沿った方向の長さとを変更する。外側鉄心の軸心に沿った方向の長さと内側鉄心の軸心に沿った方向の長さとを変更すれば、両鉄心が対向する面積が変更される。両鉄心が対抗する面積を変更すれば、静電容量が変更される。
ところで、電気機器に用いられる電動機は、電動機の定格や形状などの仕様が、電気機器ごとにほぼ決められている。従って、電動機が備える固定子として許容される形状や固定子の寸法には、限りがある。一般的に、固定子の形状や固定子の寸法は、標準化されている。つまり、固定子の寸法などを大きく変更することは困難である。よって、固定子に含まれる誘電体層の形状や誘電体層の寸法なども、容易に変更できない。
また、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更する場合、樹脂材料を変更することがある。しかし、樹脂材料を変更する場合、誘電率以外の項目、例えば、強度などの項目を評価しなければならない。多数の確認を要する項目が存在するため、樹脂材料は容易に変更できない。
あるいは、出力軸側に位置するブラケットと、プリント配線板が有するグランドとの間に、コンデンサを挿入する方法もある。しかし、コンデンサを挿入する場合、プリント配線板全体の厚みが厚くなる。
本発明は、回転子に誘電体層を設ける際、妨げとなっていた上述した課題を解決するものである。
以下、本発明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、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、電気機器として、特に、顕著な作用効果を奏する、空気調和機を例示して説明する。後述する電動機は、空気調和機の室内機に搭載される。電動機は、送風ファンを駆動するブラシレス電動機である。以下の説明において、電動機は、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電動機を例示して、説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の要部断面を示す要部断面図である。
図１に示すように、電動機１００は、固定子１０と、回転子１４と、一対の軸受１５ａ、１５ｂと、外輪導通部２２と、プリント配線板１８と、を備える。
固定子１０は、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装された巻線である固定子巻線１２と、を有する。
回転子１４は、回転体３０と、シャフト１６と、を有する。回転体３０は、永久磁石である磁石３２と、外側鉄心３１ａと、内側鉄心３１ｂと、誘電体層５０と、を含む。永久磁石である磁石３２は、固定子１０に対向して周方向に位置する。外側鉄心３１ａは、外周側に位置し、鋼板を積層して形成される。内側鉄心３１ｂは、内周側に位置し、鋼板を積層して形成される。誘電体層５０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間に位置する。シャフト１６は、回転体３０の軸心１６ａを貫通して、回転体３０に取り付けられる。シャフト１６は、軸心１６ａ方向において、一方を出力軸１６ｂ側とし、他方を反出力軸１６ｃ側とする。
一対の軸受１５ａ、１５ｂは、各々内輪１５０ａ、１５０ｂと外輪１５１ａ、１５１ｂとを含む。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、軸心１６ａ方向において、回転体３０を挟んで位置する。また、一対の軸受１５ａ、１５ｂは、シャフト１６を回転自在に支持する。なお、一対の軸受１５ａ、１５ｂを総称して、軸受１５と記すこともある。
外輪導通部２２は、一対の軸受１５ａ、１５ｂが含む、それぞれの外輪１５１ａ、１５１ｂ同士を電気的に接続する。
図４に示すように、プリント配線板１８は、駆動回路４０と、インピーダンス素子４１と、を有する。駆動回路４０は、グランド線４２を含む。駆動回路４０は、巻線である固定子巻線１２に流す電流を制御する。インピーダンス素子４１は、少なくとも一対以上の導電性パターン６０、７０で形成される。図４の詳細については、後述する。
特に、インピーダンス素子４１を形成する一方の導電性パターン６０は、外輪導通部２２と電気的に接続する。また、インピーダンス素子４１を形成する他方の導電性パターン７０は、駆動回路４０が含むグランド線４２と電気的に接続する。
特に、顕著な作用、効果を奏する形態は、つぎのとおりである。
すなわち、図１に示すように、電動機１００は、一対の軸受１５ａ、１５ｂをそれぞれ保持する、一対のブラケット１７、１９を備える。一対のブラケット１７、１９は、金属で形成され、導電性を有する。
電動機１００において、インピーダンス素子４１を形成する一方の導電性パターン６０は、外輪導通部２２および一対のブラケット１７、１９のうち、少なくともいずれか一つと電気的に接続する。
また、電動機１００は、固定子１０と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９と、を一体でモールド成型する樹脂部である樹脂外装部１３を備える。ブラケット１９は、一対のブラケット１７、１９のうち、シャフト１６の反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂを保持する。
また、電動機１００において、樹脂部である樹脂外装部１３は、外輪導通部２２の少なくとも一部を埋設する。
図面を用いて、さらに、詳細に説明する。
図１に示すように、固定子鉄心１１には、巻線である固定子巻線１２が巻装される。固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間には、絶縁樹脂で形成されたインシュレータ２１が存在する。
固定子鉄心１１は、他の固定部材とともにモールド材である樹脂外装部１３にて、モールド成型される。樹脂部である樹脂外装部１３は、絶縁性の樹脂で形成される。本実施の形態１において、電動機１００は、樹脂外装部１３で、一体にモールド成型される。よって、電動機１００は、外形が概略円筒形状を成す固定子１０で構成される。
固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入される。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の軸心１６ａを貫通するシャフト１６とを有する。
回転体３０は、固定子１０の内周側に対向して、周方向に永久磁石であるフェライト樹脂の磁石３２を保持する。
図１に示すように、最外周の磁石３２から内周側のシャフト１６に向かって、回転体３０は、外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、内側鉄心３１ｂの順に配置される。外側鉄心３１ａは、回転体３０の外周側に位置する。内側鉄心３１ｂは、回転体３０の内周側に位置する。
つまり、本実施の形態１における回転体３０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとで構成される回転子鉄心３１と、誘電体層５０と、磁石３２とが一体に成型される。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とは、対向して配置される。
回転体３０と締結されるシャフト１６には、シャフト１６を支持する、一対の軸受１５ａ、１５ｂが取り付けられる。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、玉軸受である。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、転動体１５２ａ、１５２ｂとして複数の鉄ボールを有する、円筒形状のベアリングである。軸受１５ａ、１５ｂは、軸受１５ａ、１５ｂが有する内輪１５０ａ、１５０ｂが、シャフト１６に固定される。
図１に示すように、シャフト１６は、電動機１００本体から突出した部分である出力軸１６ｂを含む。本構成において、出力軸１６ｂ側に位置する軸受１５ａが、シャフト１６を支持する。その反対側である反出力軸１６ｃ側において、軸受１５ｂが、シャフト１６を支持する。
軸受１５ａ、１５ｂは、軸受１５ａ、１５ｂが有する外輪１５１ａ、１５１ｂで、それぞれのブラケット１７、１９に固定される。ブラケット１７、１９は、導電性を有する金属で形成される。図１に示すように、軸受１５ａは、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７に固定される。軸受１５ｂは、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９に固定される。以上の構成により、シャフト１６が２つの軸受１５ａ、１５ｂに支持され、回転子１４が回転自在となる。
さらに、図１に示すように、本実施の形態１におけるブラシレス電動機である電動機１００には、制御回路を含む駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８が内蔵される。電動機１００は、プリント配線板１８が内蔵された後、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７が固定子１０に圧入される。このようにして、ブラシレス電動機が形成される。
プリント配線板１８には、多くの接続線２０が接続される。接続線２０を介して、プリント配線板１８には、固定子巻線１２に印加される電源電圧Ｖｄｃ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃ、および、回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐが供給される。さらに、プリント配線板１８には、制御回路のグランド線４２なども供給される。
ところで、駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８上のゼロ電位点は、大地のアース、および、１次側電源回路とは絶縁されている。つまり、ゼロ電位点は、大地のアース、および、１次側電源回路とは、フローティングされた状態となる。
ここで、ゼロ電位点とは、プリント配線板１８上における基準電位としての０ボルト電位をいう。ゼロ電位点は、通常、グランドと呼ばれるグランド配線を示す。接続線２０に含まれるグランド線は、このゼロ電位点、すなわち、グランド配線と接続される。
駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８には、固定子巻線１２の電源電圧を供給する電源回路が接続される。この電源回路は、１次側電源回路、および、１次側電源回路が接続された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
制御回路には、電源電圧を供給する電源回路が接続される。この電源回路は、１次側電源回路、および、１次側電源回路が接続された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
また、制御電源は、リード線と接続される。その他、制御回路は、グランド線と接続される。これらのリード線やグランド線は、独立して接地された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
つまり、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、１次側電源回路の電位や大地のアースの電位に対して、電気的に絶縁された状態である。換言すれば、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、１次側電源回路の電位や大地のアースの電位に対して、電位が浮いた状態となる。この状態は、電位がフローティングされた状態ともいう。
従って、つぎの電源回路は、フローティング電源ともいう。すなわち、対象となる電源回路は、プリント配線板１８に接続される固定子巻線１２の電源電圧を供給するものがある。あるいは、他の電源回路は、制御回路の電源電圧を供給するものがある。
以上のように構成された、本実施の形態１におけるブラシレス電動機に対して、接続線２０を介して、各電源電圧および制御信号が供給される。各電源電圧や制御信号が供給されると、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、固定子１０に巻装された固定子巻線１２に通電する。固定子１０に巻装された固定子巻線１２が通電されると、固定子巻線１２には、駆動電流が流れる。固定子巻線１２で生じた磁界は、固定子鉄心１１を介して、まとまった磁界となる。
固定子鉄心１１を介した磁界と、フェライト樹脂の磁石３２から発生した磁界との間では、各磁界の極性に応じて、吸引力および反発力が生じる。これらの吸引力および反発力により、シャフト１６を中心に、回転子１４が回転する。
次に、本実施の形態１におけるブラシレス電動機について、より詳細な構成を説明する。
上述したように、ブラシレス電動機である電動機１００は、シャフト１６が、一対の軸受１５で支持される。また、それぞれの軸受１５ａ、１５ｂも、各々のブラケット１７、１９により、固定される。ブラケット１７、１９は、導電性を有する金属で形成される。
具体的には、つぎの手順で形成される。まず、反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂに対して、ブラケット１９が取り付けられる。
ブラケット１９の外周径は、軸受１５ｂが有する外輪１５１ｂの外周径とほぼ等しい。軸受１５ｂは、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９に圧入されることで、固定される。軸受１５ｂが圧入されたブラケット１９は、樹脂外装部１３と一体となるよう、モールド成型される。
すなわち、図１に示すように、反出力軸１６ｃ側における樹脂外装部１３は、電動機１００本体の中央部から反出力軸１６ｃ方向へと突出する突出部１３ａを有する。この突出部１３ａの内部には、インナーブラケットとして、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９が配置される。ブラケット１９は、樹脂外装部１３と一体で、モールド成型される。
また、本実施の形態１における電動機１００は、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９との間を、導通体である外輪導通部２２によって、電気的に導通される。導通体である外輪導通部２２の一部は、樹脂外装部１３を形成する樹脂に埋設される。
具体的には、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９は、予め、反出力軸側導通ピン２２ａが電気的に接続される。図１に示すように、ブラケット１９は、つば部１９ｂに、反出力軸側導通ピン２２ａの一端が接続される。反出力軸側導通ピン２２ａは、樹脂外装部１３の内部に配置される。反出力軸側導通ピン２２ａは、ブラケット１９と同様に、樹脂外装部１３を形成する樹脂と一体に、モールド成型される。
反出力軸側導通ピン２２ａは、電動機１００内部に位置する部品として、樹脂外装部１３の内部に配置される。本構成とすれば、反出力軸側導通ピン２２ａは、錆や外力などの不具合から、予防できる。よって、電動機１００が使用される環境や、電動機１００に加えられる、外部からの応力などに対して、高い信頼性を有する電気的接続を確保できる。
反出力軸側導通ピン２２ａは導線２２ｃと接続される。導線２２ｃは、樹脂外装部１３の内部において、つば部１９ｂからブラシレス電動機である電動機１００の外周方向へと延伸される。また、導線２２ｃは、シャフト１６が延伸される方向と平行して、電動機１００の外周近辺から出力軸１６ｂ側へと、さらに延伸される。導線２２ｃは、樹脂外装部１３の出力軸１６ｂ側の端面から露出している。
樹脂外装部１３から露出した導線２２ｃは、プリント配線板１８上に取り付けられた出力軸側導通ピン２２ｂと電気的に接続される。また、導線２２ｃは、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と接する出力軸側導通ピン２２ｂを介して、ブラケット１７とも電気的に接続される。
以上の構成により、一対のブラケット１７、１９は、外輪導通部２２を介して、電気的に接続される。本実施の形態１において、外輪導通部２２は、反出力軸側導通ピン２２ａ、導線２２ｃ、出力軸側導通ピン２２ｂで、形成される。
また、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９とは、樹脂外装部１３によって固定子鉄心１１とは絶縁された状態で、外輪導通部２２により、互いのブラケット１７、１９が電気的に接続される。
反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９は、中空円筒状となるカップ形状の円筒部１９ａを有する。円筒部１９ａは、一方に開口を有する。ブラケット１９は、円筒部１９ａを中心として、外周方向に広がった、環状のつば部１９ｂを有する。つば部１９ｂは、円筒部１９ａが開口した部分より、外周方向に広がっている。円筒部１９ａの内周径は、軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい。軸受１５ｂは、円筒部１９ａに圧入されることで、ブラケット１９に固定される。また、軸受１５ｂは、ブラケット１９を介して、樹脂外装部１３にも固定される。
本構成とすれば、反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂが有する外輪１５１ｂは、金属製のブラケット１９に圧入されて、固定される。よって、本実施の形態１における電動機１００は、クリープによる不具合も抑制できる。
また、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９が有するつば部１９ｂの外周径は、軸受１５ｂの外周径よりも大きい。しかも、ブラケット１９が有するつば部１９ｂの外周径は、少なくとも、回転体３０の外周径よりも小さい。
ブラケット１９を、このような構成とすれば、金属材料を少なくできる。具体的には、つば部１９ｂが、回転体３０の外周径よりも大きく、固定子１０を覆う構成とした場合、多くの金属材料が必要となる。そこで、ブラケット１９を上述した構成とすれば、金属材料の使用を抑制でき、コストの増加を抑制できる。
また、上述したように、金属材料を用いる、ブラケット１９の面積を抑制するとともに、ブラケット１９の外郭は、樹脂外装部１３で一体に覆われて、モールド成型される。よって、軸受１５ｂから発生した騒音は、抑制される。
つぎに、出力軸１６ｂ側に位置する軸受１５ａは、固定子１０の外周径とほぼ等しい、外周径を有するブラケット１７により、固定される。出力軸１６ｂ側に取り付けられるブラケット１７は、概略、円板形状である。出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７は、中央部分に、軸受１５ａの外周径とほぼ等しい内周径を有する、突出部２３が形成される。この突出部２３の内側は、中空である。
固定子１０に、プリント配線板１８が取り付けられる。出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７に形成された突出部２３の内部には、軸受１５ａが圧入される。また、ブラケット１７の外周に形成された接続端部と、固定子１０の接続端部とが、嵌め合わされるように、ブラケット１７が、固定子１０に圧入される。よって、本実施の形態１におけるブラシレス電動機が形成される。
本構成とすれば、組立作業が容易となる。
さらに、プリント配線板１８は、固定子巻線１２に流す電流を制御する、駆動回路４０を有する。駆動回路４０は、グランド線４２を含む。
図４に示すように、プリント配線板１８は、一対以上の導電性パターン６０、７０で形成される、インピーダンス素子４１も有する。プリント配線板１８は、一対以上、すなわち、複数以上の導電性パターンを有する。インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とする。インピーダンス素子４１は、キャパシタンス素子４３とほぼ等価な回路素子で構成される。
なお、上述した実施の形態１では、導電性を有する金属で形成された、ブラケット１７、１９を採用する構成について説明した。
一対の軸受１５が有する外輪１５１ａ、１５１ｂが、電気的に接続されていれば、つぎの構成としてもよい。
すなわち、ブラケット１７、１９は、金属材料に代えて、絶縁性材料や、樹脂などで形成してもよい。また、いずれか一方のブラケットは、導電性を有する金属で形成し、他方のブラケットは、絶縁性材料や樹脂などで形成してもよい。
また、上述した実施の形態１では、固定子１０とブラケット１９等が、樹脂で一体にモールド成型された電動機１００について説明した。このような電動機１００は、樹脂モールドモータと呼ばれる。
なお、本発明は、外装となる固定子等が、金属製の筐体に収納される構成でも、有効である。このような電動機は、鋼板モータと呼ばれる。
つぎに、図２〜図１１を用いて、本実施の形態１における電動機１００が、さらに、顕著な、作用、効果を奏する具体例について、説明する。
（具体例１）
図２は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例１を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例１を示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板のさらに他の具体例１を示す斜視図である。図５は、本発明の実施の形態１のおける電動機において、静電容量性の成分の静電容量値と電動機に生じる軸電圧との関係を示す特性図である。
図２から図４に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図２から図４に示すように、インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子４３である。
図２あるいは図３に示すように、各々の導電性パターン６０、７０は、プリント配線板１８の片面に位置する。各々の導電性パターン６０、７０は、インピーダンス素子４１を形成する。
あるいは、図４に示すように、各々の導電性パターン６０、７０は、プリント配線板１８の両面に位置する。
図２から図４を用いて、さらに、詳細に説明する。
図２、図４に示すように、プリント配線板１８は、上面側に出力軸側導通ピン２２ｂと、出力軸側導通ピン２２ｂと電気的に接続された導電性パターン６０と、を有する。以下の説明において、説明を分かり易くするために、図中、上側に位置するプリント配線板１８の面を上面という。同様に、図中、下側に位置するプリント配線板１８の面を下面という。
また、本具体例１において、導電性パターン６０、７０の材料は、すべて銅が用いられる。
図３、図４に示すように、プリント配線板１８は、上面側に出力軸側導通ピン２２ｂを有する。プリント配線板１８は、下面側に導電性パターン７０を有する。導電性パターン７０は、接続線２０が有するグランド線、及び、制御回路が含むグランド線と、電気的に接続される。
すなわち、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、プリント配線板１８が有するグランドとの間には、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが対向して形成されることにより、静電容量性の成分が存在する。導電性パターン６０は、プリント配線板１８の上面側に位置する。導電性パターン７０は、プリント配線板１８の下面側に位置する。
静電容量性の成分は、つぎの要素により、変化させることができる。すなわち、第１の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが、対向して形成する対向面積である。
第２の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０との間に位置する、プリント配線板１８の厚みである。
第３の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０との間に位置する、プリント配線板１８の誘電率である。
静電容量性の成分を変化させれば、電動機に生じる軸電圧を制御できる。
静電容量性の成分を変化させて、電動機に生じる軸電圧を制御した、具体例を以下に示す。
図５に示すように、本実施の形態１において、静電容量性の成分が１４．５ｐＦのとき、軸電圧は、最小の値となった。
なお、本実施の形態１において、測定したプリント配線板１８は、つぎの値であった。すなわち、プリント配線板１８の厚みは、１．２ｍｍであった。プリント配線板１８の比誘電率は、４．５であった。プリント配線板１８において、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが対向して形成した対向面積は、４３７ｍｍ2であった。
（具体例２）
図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例２を示す斜視図である。図７は、図６中に示す７−７断面図である。図８は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例２を示す斜視図である。図９は、図８中に示す９−９断面図である。
図６から図９に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図６から図９に示すように、プリント配線板１８は多層基板である。各々の導電性パターン６１、６２は、多層基板が有する層間に位置する。各々の導電性パターン６１、６２は、インピーダンス素子４１を形成する。
図６、図７を用いて、さらに、詳細に説明する。
具体例１において、プリント配線板１８は、片面に導電性パターン６０、７０を有する、片面基板を用いた。併せて、具体例１において、プリント配線板１８は、両面に導電性パターン６０、７０を有する、両面基板を用いた。
具体例２において、図６、図７に示すように、プリント配線板１８は、層間に導電性パターン６１、６２を有する、多層基板を用いる。
多層基板を用いる場合、図６、図７に示すように、第１の内層に位置する導電性パターン６１と、第２の内層に位置する導電性パターン６２とを対向させる。静電容量性の成分は、導電性パターン６１と導電性パターン６２とを対向して形成される対向面積に基いて、生成される。
他の具体例２として、図８、図９に示すように、プリント配線板１８は、外層に位置する導電性パターン６０と、内層である第１の内層に位置する導電性パターン６１とを対向させてもよい。本構成とすれば、静電容量性の成分は、導電性パターン６０と導電性パターン６１とを対向して形成される対向面積に基いて、生成される。
上述したいずれの具体例であっても、静電容量性の成分は、対向面積を変化することで調整できる。
（具体例３）
図１０は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例３を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例３を示す斜視図である。
図１０、図１１に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図１０、図１１に示すように、インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子４３である。インピーダンス素子４１は、各々の導電性パターン８０で形成される。各々の導電性パターン８０は、少なくとも２以上のブロックパターン８１、８１ａを有する。ブロックパターン８１、８１ａは、電気的な接続部８２または電気的な切断部８３、を含む。各々の導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ間を接続、または、ブロックパターン８１、８１ａ間を切断することで、静電容量性の成分を調整する。
図１０、図１１を用いて、さらに、詳細に説明する。
図１０に示すように、具体例３は、具体例１、２と比較して、次の点が異なる。すなわち、本具体例３では、プリント配線板１８の上面側に位置する導電性パターン８０は、複数のブロックパターン８１、８１ａに分割される。５つに分割された導電性パターン８０のうち、ブロックパターン８１ａは、出力軸側導通ピン２２ｂを介して、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と電気的に接続する。
本具体例３において、ブロックパターン８１、８１ａの面積は、各々等しい。具体的には、１つのブロックパターン８１、８１ａの面積は、１５０ｍｍ２であった。また、１つのブロックパターン８１と、プリント配線板１８の下面側に位置する導電性パターン７０との間に生じる静電容量性の成分は、５．０ｐＦであった。
以上の構成において、導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ同士を、はんだやリード線等の接続部８２を介して、電気的に接続される。よって、導電性パターン８０が用いられた電動機は、静電容量性の成分を増加する方向に調整できる。
本具体例３で示した導電性パターン８０が用いられた電動機は、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、プリント配線板１８が有するグランドとの間に生じる静電容量性の成分を、５ｐＦ〜２５ｐＦの間で調節できた。
あるいは、次の構成とすれば、導電性パターン８０が用いられる電動機は、静電容量性の成分を減少する方向に調整できる。
すなわち、図１１に示すように、導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ間を電気的に接続している、切断部である導電性パターン８３を有する。所望の静電容量性の成分を得るために、適切な位置に存在する導電性パターン８３が切断できる。導電性パターン８３は、レーザー光や超音波カッターなどで切断される。
さらに、図１０に示した構成と、図１１に示した構成とを、併用してもよい。この場合、導電性パターン８０は、静電容量性の成分を増加する方向と、減少する方向との、両方の方向に調整できる。
以上の説明から明らかなように、電動機が搭載される電気機器によって、軸電圧が変化することがある。このような場合であっても、電動機が搭載される機器に応じて、軸電圧を容易に変化できる。
換言すれば、本実施の形態１における電動機は、回転子が有する誘電体層の面積や、誘電体層を形成する絶縁樹脂の材質や形状を変更して、軸電圧を調節するよりも、容易に軸電圧を調節できる。よって、簡単な構成で、汎用性が高い電動機を提供できる。この結果、本実施の形態１における電動機は、産業的価値が高くなる。
また、本実施の形態１における電動機は、プリント配線板が有する導電性パターンを用いて、静電容量性の成分を調整する。よって、電動機内の空間を有効に利用することができる。つまり、従来の電動機では、コンデンサを挿入することでプリント配線板の厚みが厚くなるという課題があった。しかし、本実施の形態１における電動機では、プリント配線板の厚みを厚くすることなく、静電容量性の成分を調整できる。しかも、本実施の形態１における電動機は、新たにコンデンサを実装する必要がないため、安価に電食の対策ができる。
上述した構成において、プリント配線板は、片面に導電性パターンを有する片面基板を用いる。
このとき、上述した構成以外に、つぎの構成としてもよい。すなわち、プリント配線板の片面に形成される導電性パターンは、一対の導電性パターンが近接して配置される。一対の導電性パターンは、櫛歯状、蛇行状、渦巻状などの形状であれば、静電容量性の成分が生じる。
さらに、本実施の形態１における電動機は、プリント配線板が有する導電性パターンに基く静電容量性の成分と、コンデンサ部品とを組合せて、並列回路や直列回路、並列回路と直列回路とが組合せられた回路、という構成で、形成してもよい。
なお、プリント配線板の絶縁層を構成する材料は、一般的に、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ）系が、使用される。その他、プリント配線板の絶縁層を構成する材料は、フッ素樹脂（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｎ）系、無機質（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）系などの材料でもよい。
ところで、本実施の形態１における電動機の等価回路として、導電性パターンによる静電容量性の成分を示す等価的な回路を接続する箇所は、回転子に誘電体層を設けることにより得られる静電容量性の成分の回路を接続する箇所とは異なる。
しかしながら、本実施の形態１における電動機において、静電容量性の成分を調整する箇所は、電動機に生じる軸電圧の電圧値を増減して調整するには、適した位置である。この知見は、本発明の発明者が行った技術的試行と、電動機の等価回路を解析した結果により、導き出されたものである。
また、上述したとおり、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造によって異なる。例えば、電動機の等価回路は、固定子巻線と固定子鉄心とを絶縁性の樹脂で覆う電動機と、固定子巻線と固定子鉄心とを金属製の筐体で覆う電動機とで、明らかに異なる。
さらに、電動機の等価回路は、電動機が有する回転子の構造によっても異なる。例えば、電動機の等価回路は、回転子が含むバックヨークを成す回転子鉄心の有無や、磁極を構成する磁石の抵抗値の高低や、回転子のバックヨークを成す固定子鉄心の有無と、磁極を構成する磁石の抵抗値の高低との組み合わせなどにより、異なる。
よって、電動機の電食を低減する対策は、電動機の種類や電動機の構造毎に、各々異なるものと考えられる。
従って、電動機毎に、静電容量性の成分を個別に調整できる本実施の形態は、電動機の電食対策に有用である。
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態１で説明した電動機が、電気機器に搭載された形態について、図面を用いて説明する。なお、後述する説明において、電気機器の具体例として、エアコンの室内機を示す。
図１２は、本発明の実施の形態１で説明した電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。
図１２に示すように、本発明の実施の形態２における電気機器であるエアコン室内機２１０は、電動機２０１と、電動機２０１を駆動する駆動部である電動機駆動装置２１３と、を備える。
図面とともに、詳細に説明する。
図１２に示すように、エアコン室内機２１０の筐体２１１内には、電動機２０１が搭載される。電動機２０１が有するシャフト２１６には、クロスフローファン２１２が取り付けられる。筐体２１１内には、熱交換器が配置される。
電動機２０１は、駆動部である電動機駆動装置２１３によって駆動される。電動機２０１には、電動機駆動装置２１３から駆動信号が出力される。この駆動信号により、電動機２０１が回転する。電動機２０１が回転すれば、クロスフローファン２１２も回転する。クロスフローファン２１２が回転すれば、熱交換器で空気調和された空気を、エアコン室内機が設置された居室内に送風できる。電動機２０１は、上述した実施の形態１で示したブラシレス電動機が利用できる。
なお、上述した説明では、本発明の実施の形態２における電気機器の具体例として、エアコン室内機を例示した。本具体例の他に、エアコン室外機など、各種の情報機器や産業機器などに使用される電動機にも適用できる。
本発明の電動機は、軸電圧を減少させることで、軸受に生じる電食の発生を効果的に抑制する。このため、主に、電動機の低価格化および高寿命化が要望される電気機器、例えば、エアコン室内機、エアコン室外機、その他、情報機器や産業機器などに搭載される電動機に有用である。
１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線（巻線）
１３ 樹脂外装部（樹脂部）
１３ａ，２３ 突出部
１４ 回転子
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１６，２１６ シャフト
１６ａ 軸心
１６ｂ 出力軸
１６ｃ 反出力軸
１７，１９ ブラケット
１８ プリント配線板
１９ａ 円筒部
１９ｂ つば部
２０ 接続線
２１ インシュレータ
２２ 外輪導通部
２２ａ 反出力軸側導通ピン
２２ｂ 出力軸側導通ピン
２２ｃ 導線
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３１ａ 外側鉄心
３１ｂ 内側鉄心
３２ 磁石（永久磁石）
４０ 駆動回路
４１ インピーダンス素子
４２ グランド線
４３ キャパシタンス素子
５０ 誘電体層
６０，６１，６２，７０，８０ 導電性パターン
８１，８１ａ ブロックパターン
８２ 接続部
８３ 導電性パターン（切断部）
１００，２０１ 電動機
１５０ａ，１５０ｂ 内輪
１５１ａ，１５１ｂ 外輪
１５２ａ，１５２ｂ 転動体
２１０ エアコン室内機（電気機器）
２１１ 筐体
２１２ クロスフローファン
２１３ 電動機駆動装置
本発明は、電動機が有する軸受において、特に、電食の発生を抑制することに関する。また、この電動機を備える電気機器に関する。
従来、正弦波による対称三相交流回路において、各相の回路ループを構成する条件を等しくする場合、Ｙ結線の中性点の電位は、常に一定の値を示す。電源側に位置するＹ結線の中性点と、負荷側に位置するＹ結線の中性点との間には、電位差は生じない。このとき、三相電源の正弦波として、高調波成分を含まない無歪の正弦波が、印加されている。
また、対称三相交流回路において、各相の回路ループを構成する条件が不平衡の場合、つぎのことが知られている。すなわち、負荷側に位置するＹ結線の中性点は、零電位ではなく、ある値の電位を示す。以上のことが、例えば、特許文献１に開示されている。
なお、軸電圧の観測は、例えば、以下に示すように、多少の工夫が求められる。すなわち、軸電圧の観測は、対称三相交流回路が有するいずれかの回路箇所や、便宜的に設定された分圧回路の中点を擬似的中性点として、その電位差が観測される。
実際の対称三相交流回路では、種々の要因により、三相電源が不平衡となることがある。あるいは、対称三相交流電源では、三相電源が供給する正弦波に、若干の高調波成分が含まれることがある。また、電源側に位置するＹ結線の中性点、及び、負荷側に位置するＹ結線の中性点において、多少の電位が生じていることが観測される。さらに、この中性点の電位が変化することに起因して、発電機に含まれる回転軸や電動機に含まれる回転軸には、電圧が誘起される。誘起された電圧は、所謂、軸電圧として観測される。この軸電圧は、回転軸を回転自在に支持する、軸受の内輪にも印加されることがある。
一方、軸受の外輪は、発電機や電動機の外郭、あるいは、接地する部分と、電気的に接続されている。よって、軸受の外輪は、軸受の内輪が有する電位とは、異なる電位になる。つまり、軸受の内輪と軸受の外輪との間には、電位差が生じる。従って、軸受が有する転動体を介して、外輪と内輪とが電気的に接続されると、外輪、転動体、内輪、の間には、各々放電が生じる。放電が生じると、放電が生じた箇所には、放電痕が残る。この放電痕を電食という。放電痕、つまり、電食が生じると、軸受が回転する際、不具合が生じる。
例えば、特許文献２〜４に開示されているように、三相電源の発電機には、発電機を組み立てる際に生じる誤差やズレ等に起因して、磁気回路が不平衡となることがある。磁気回路が不平衡になれば、対称三相交流回路を得ることができないため、不平衡の三相交流が生じる。不平衡の三相交流が生じると、中性点には電位が発生するため、軸電圧が発生する。
また、発電機が有する励磁巻線には、励磁電源が供給される。励磁電源として、サイリスタ等を用いた励磁装置が使用されることがある。この場合、励磁巻線には、高調波を多量に含む、非正弦波波形の電圧が印加される。発電機は、励磁巻線を含む、発電機の構成部材による等価インピーダンス成分を有する。印加された非正弦波波形の電圧は、等価インピーダンス成分を介して、励磁装置が供給する励磁電力に起因した軸電圧を発生する。
また、前述した特許文献などに開示されているように、発電機には、つぎの特有の現象が生じる。すなわち、発電機が有する蒸気タービンの羽根には、蒸気が衝突する。衝突した蒸気の一部は、イオン化して帯電する。蒸気がイオン化して生じた電荷は、等価インピーダンス成分を介して、回転軸に伝わる。回転軸に伝えられた電荷は、発電機の軸電圧として現れる。発電機の軸電圧は、軸受の電食を招くことが知られている。
一方、特許文献５には、つぎのことが開示されている。すなわち、対称三相交流回路における負荷側の電動機では、三相交流に生じた不平衡により、軸電圧が生じる。負荷側の電動機は、生じた軸電圧により、軸受に電食が発生する。また、特許文献５には、インバータ装置を用いて、電動機を駆動する場合について、開示されている。すなわち、電動機では、電源がスイッチングする毎に、一瞬の電圧不平衡が生じる。換言すれば、電動機は、非常に高い周波数で、中性点の電位が変動する。周波数は、数ＭＨｚになることもある。よって、中性点の電位が変動するため、軸電圧が発生し、軸電流が流れる。この結果、電動機の軸受には、電食が生じる。
昨今、電動機の分野において、インバータ装置を用いた駆動技術が隆盛を極めている。インバータ装置を用いた駆動技術は、無歪の正弦波を生じる電圧源を用いた駆動技術とは全く異なるものである。つまり、インバータ装置を用いた駆動技術は、矩形波状の電圧源を構成して、擬似的な三相駆動を行っている。特許文献５には、つぎのことが開示されている。すなわち、インバータ装置を用いた駆動技術では、中性点の電位が変動することに起因して、軸電圧が発生する。軸電圧が発生すると、電動機には、軸電流が流れる。よって、電動機の軸受には、電食が生じ易い。
周知のとおり、インバータ装置を用いた駆動技術は、無歪の正弦波を電源とする対称三相交流による駆動ではない。従って、各相の電圧が互いに打ち消しあって、常に、零レベルになることは無い。つまり、電動機が有するＹ結線の中性点では、何らかの値を持った電圧が生じる。
例えば、後述する非特許文献１には、つぎのことが開示されている。すなわち、インバータ装置によって駆動される電動機は、Ｙ結線の中性点を有する。Ｙ結線の中性点には、周期的に、凸状の波形波、及び、方形波による、大きな振幅の電圧変化が生じる。凸状の波形波、及び、方形波は、最大値がインバータ装置の電源電圧値に達することもある。
非特許文献１には、「富士時報 第７２巻、第２号（１９９９年２月）」に掲載された、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧（Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９）に関するものがある。
この非特許文献１に示すように、中性点の電位変化は、回転軸の軸電圧として観測される。
非特許文献１などにも開示されるように、インバータ装置から供給される各相の駆動電圧は、つぎの経路を経て、固定子の外部に、電気的エネルギーとして伝播される。すなわち、各相の駆動電圧は、電動機が有する固定子の固定子巻線から、固定子を構成する部材のインピーダンス成分を経て、固定子の外部へ伝えられる。
電気的エネルギーは、電動機が有する、固定子と回転子との間の分布容量を介して、電動機が有する回転子へと伝播される。さらに、電気的エネルギーは、回転子を構成する部材のインピーダンス成分を経由して、回転軸に到達する。回転軸は、電動機の等価回路を含む対称三相交流回路と等価的なＹ結線の中性点に位置する。よって、電動機が有する回転軸では、何らかの電位の変化が観測される。この電位は、上述するように、軸電圧という。
対称三相交流回路には、各相に、第３次高調波成分が存在する。第３次高調波成分は、互いに相殺されることはない。第３次高調波成分は、Ｙ結線の中性点にて観測されることが知られている。また、Ｙ結線の中性点において、各相の不平衡成分も観測されることが知られている。
ところで、電動機の駆動方法は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式（以下、「ＰＷＭ方式」という）を用いたインバータ駆動が多く採用される。ＰＷＭ方式を用いたインバータ駆動の場合、巻線の中性点の電位は零とならない。上述したように、巻線の中性点には、何らかの電位が発生する。
上述した巻線の中性点において、電位が変化することを、次の観点にて解析する。すなわち、電動機は、電動機を構成する各要素を有する。電動機を構成する各要素から、等価回路が導き出される。等価回路は、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分に基いて、導き出される。導き出された等価回路は、対称三相交流回路として扱われる。
等価回路において、電動機の回転軸は、Ｙ結線の中性点と考えることができる。よって、電動機の回転軸において、何らかの電位の変化が生じ得ることがわかる。
例えば、電動機を構成する各要素から、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分が抽出される。抽出された等価インピーダンス成分より、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路が導き出される。導き出された電動機の等価回路より、軸電圧を算出することが試みられている。
特許文献５や非特許文献１などには、つぎのことが開示されている。すなわち、電動機を構成する各要素から、各要素が有する電気的な等価インピーダンス成分が抽出される。抽出された等価インピーダンス成分より、電動機の等価回路が導き出される。導き出された等価回路に基いて、軸電圧が発生する過程が、解析される。解析結果に基いて、電食の発生が抑制される。
電動機の等価回路を解析する手法は、つぎのものがある。すなわち、分布定数回路という考え方を用いて解析する。あるいは、分布定数回路の主要な回路素子毎に、集中定数素子化して、モデル化された集中定数回路を導き出す。モデル化された集中定数回路を用いて解析する。その他、多岐に亘る解析手法がある。
なお、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造により異なる。具体的には、固定子巻線及び固定子鉄心を絶縁性の樹脂で覆う電動機と、固定子巻線及び固定子鉄心を金属製の筐体で覆う電動機とは、明らかに電動機の等価回路が異なる。
また、電動機の等価回路は、電動機が有する回転子を構成する要素によっても異なる。例えば、回転子のバックヨークを成す回転子鉄心を有するか否かによって、等価回路は異なる。あるいは、回転子の磁極を構成する磁石において、磁石の抵抗値が高いか低いかによって、等価回路は異なる。また、これらの組み合わせによっても、明らかに電動機の等価回路は異なる。
上述したように、電動機を構成する各要素を含む、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造毎に異なる。従って、最適と考えられる、電食を低減する技術は、電動機の種類や電動機の構造毎に異なる。つまり、全ての種類の電動機に対して、一様に適用できる、電食を低減する技術を提供することは、極めて困難である。
そこで、一般的には、電動機の種類や電動機の構造毎に、電食を低減する技術が検討される。従来、数々の電食を低減する技術が提案されている。
インバータ駆動を行うことで軸電圧が発生すれば、軸受の外輪と、軸受の内輪との間には、電位差が生じる。軸電圧には、スイッチングによる高周波成分が含まれる。軸受の内部には、油膜が存在する。軸電圧に起因する電位差が、油膜が絶縁破壊する電圧に達すると、軸受の内部には高周波電流が流れる。軸受の内部に高周波電流が流れるため、軸受の内部には電食が発生する。電食が進行すると、軸受が有する内輪の内部、または、軸受が有する外輪の内部には、波状摩耗現象が発生し、異常音の原因となることがある。電動機において、電食は、解決が求められる代表的な不具合現象である。
上述したように、電食は、軸受を構成する部材が、アーク放電によって損傷を受ける現象である。軸電圧に起因して、軸受が有する内輪と、軸受が有する外輪との間には、電位差が発生する。軸電圧に起因する放電電流は、軸受の内輪−転動体である玉−軸受の外輪、という経路で軸電流が流れる。従って、電食の発生を抑制するために、以下のような対策が提案されている。
（１）軸受の内輪と軸受の外輪とを導通状態にする。
（２）軸受の内輪と軸受の外輪とを絶縁状態にする。
（３）軸電圧を低減する。
上記（１）を実現する具体的な方法としては、軸受に用いられる潤滑剤を、導電性を有する潤滑油にすることが挙げられる。ただし、導電性を有する潤滑剤は、時間が経過すれば、導電性が劣化する、あるいは、摺り合わせて動くことの信頼性に欠ける、などの課題がある。
上記（１）を実現する他の具体的な方法として、回転軸にブラシを設置して、導通状態にする方法も考えられる。この方法は、ブラシの摩耗粉が生じる、あるいは、ブラシを設置するスペースが必要となる、などの課題がある。
さらに、上記（１）を実現する別の具体的な方法として、軸受に、滑り軸受を用いる方法も考えられる。この方法は、滑り軸受として、金属を焼結させて、油を含ませた、含油軸受を用いることで実現できる。滑り軸受として含油軸受を用いれば、軸受を誘導状態にできる。
近年、ＰＷＭ方式によるインバータ駆動で制御される電動機では、回転子の両側に、玉軸受を用いる構成が主流である。しかし、それ以前の電動機では、回転子の両側に、滑り軸受を用いる構成が一般的であった。
例えば、特許文献６、特許文献７には、つぎのことが、開示されている。すなわち、軸受は、導通状態であるため、放電が発生することはなく、電食も生じない。
しかし、滑り軸受を用いた場合、回転するシャフトの回転精度は、玉軸受を用いた場合よりも劣る。また、滑り軸受を用いた場合、軸受による損失が大きい。従って、滑り軸受を用いた電動機は、玉軸受を用いた電動機に比べて、効率が低下する。
上記（２）を実現する具体的な方法としては、軸受の内部に位置する転動体の材質を、導電性を有する鉄などの金属材から、絶縁体であるセラミックス材などに変更することが挙げられる。この方法は、電食の発生を抑制する効果は非常に高い。しかしながら、この方法はコストが高いという、経済的な課題がある。
上記（２）を実現する別の具体的な方法としては、軸受に、絶縁性を有する滑り軸受を用いる方法も考えられる。例えば、特許文献８には、つぎのことが開示されている。すなわち、軸受として、樹脂で形成された、絶縁性を有する滑り軸受が用いられる。本構成とすれば、軸受部分を絶縁状態にできる。よって、絶縁性を有する軸受部分には、電食が生じることはない。
しかし、上述した方法と同様に、回転するシャフトの回転精度は、玉軸受を用いた場合よりも劣る。また、樹脂で形成された滑り軸受は、軸受による損失が大きい。従って、樹脂で形成された滑り軸受を用いた電動機は、玉軸受を用いた電動機に比べて、効率が低下する。
上記（３）を実現する具体的な方法としては、特許文献９に示されるような方法が、知られている。すなわち、回転子に誘電体層を設けることで軸電圧を低くし、電食が発生することを抑制する。
上記（３）を実現する他の具体的な方法としては、特許文献１０に示されるような方法が、知られている。すなわち、固定子鉄心と、導電性を有する金属製のブラケットとを、電気的に短絡させる。よって、固定子鉄心とブラケットとの間に生じる静電容量を変化させることで、軸電圧を低減する。
また、上記（３）を実現する別の具体的な方法としては、特許文献１１に示されるような方法が、知られている。すなわち、電動機が有する固定子鉄心などを、アースである大地に、電気的に接続する。
特開平８−３４０６３７号公報 特公昭４７−４１１２１号公報 特開昭５０−７６５４７号公報 特開昭５７−１６５４９号公報 特開平１０−３２９５３号公報 特公昭６１−５２６１８号公報 特開平８−２１４４８８号公報 特開２０１１−４７４９５号公報 特開２０１０−１６６６８９号公報 特開２００７−１５９３０２号公報 特開２００４−２２９４２９号公報
「富士時報 第７２巻、第２号（１９９９年２月）」、インバータ駆動誘導電動機の軸電圧 Ｐ．１４４〜Ｐ．１４９
本発明が対象とする電動機は、固定子と、回転子と、一対の軸受と、外輪導通部と、プリント配線板と、を備える。
固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に巻装された巻線と、を有する。
回転子は、回転体と、シャフトと、を有する。回転体は、永久磁石と、外側鉄心と、内側鉄心と、誘電体層と、を含む。永久磁石は、固定子に対向して周方向に位置する。外側鉄心は、外周側に位置し、鋼板を積層して形成される。内側鉄心は、内周側に位置し、鋼板を積層して形成される。誘電体層は、外側鉄心と内側鉄心との間に位置する。シャフトは、回転体の軸心を貫通して、回転体に取り付けられる。シャフトは、軸心方向において、一方を出力軸側とし、他方を反出力軸側とする。
一対の軸受は、各々内輪と外輪とを含む。一対の軸受は、軸心方向において、回転体を挟んで位置する。また、一対の軸受は、シャフトを回転自在に支持する。
外輪導通部は、一対の軸受が含む、それぞれの外輪同士を電気的に接続する。
プリント配線板は、駆動回路と、インピーダンス素子と、を有する。駆動回路は、グランド線を含む。駆動回路は、巻線に流す電流を制御する。インピーダンス素子は、少なくとも一対以上の導電性パターンで形成される。
特に、インピーダンス素子は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子である。インピーダンス素子は、各々の導電性パターンで形成される。各々の導電性パターンは、少なくとも２以上のブロックパターンを有する。ブロックパターンは、電気的な接続部または電気的な切断部、を含む。各々の導電性パターンは、ブロックパターン間を接続、または、ブロックパターン間を切断することで、静電容量性の成分を調整する。
さらに、インピーダンス素子を形成する一方の導電性パターンは、外輪導通部と電気的に接続する。また、インピーダンス素子を形成する他方の導電性パターンは、駆動回路が含むグランド線と電気的に接続する。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の要部断面を示す要部断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例１を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例１を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板のさらに他の具体例１を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態１における電動機において、静電容量性の成分の静電容量値と電動機に生じる軸電圧との関係を示す特性図である。 図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例２を示す斜視図である。 図７は、図６中に示す７−７断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例２を示す斜視図である。 図９は、図８中に示す９−９断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例３を示す斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例３を示す斜視図である。 図１２は、本発明の実施の形態１で説明した電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。
本発明の実施の形態における電動機は、後述する構成により、軸受に電食が発生することを抑制する。また、本発明の実施の形態における電気機器は、後述する構成により、軸受に電食が発生することを抑制した電動機を利用できる。
つまり、従来の電動機には、つぎの改善すべき点があった。
すなわち、上述した従来のいずれかの技術を採用しても、電動機には、常に、更なる技術的向上が求められる。
電動機には、樹脂モールドモータと呼ばれるものがある。あるいは、電動機には、鋼板モータと呼ばれるものもある。樹脂モールドモータとは、樹脂を用いて、固定子等を一体にモールド成型したものである。鋼板モータとは、固定子等の外装を、金属製の筐体に収納したものである。
特許文献９で開示された技術が、樹脂モールドモータ、あるいは、鋼板モータに対して用いられることがある。このとき、従来の電動機は、誘電体層が有する静電容量性の成分が利用されるため、軸受が有する内輪において、誘起される高周波電圧が抑制される。
しかしながら、特許文献９で開示された技術を用いたとしても、従来の電動機において、適切な軸電圧を確保することは、限度があった。
なお、従来の電動機では、誘電体層が有する静電容量性の成分を変更するために、つぎの方法がある。
従来の電動機は、回転体と、シャフトと、を有する回転子を備える。従来の電動機に用いられる回転体は、外側鉄心と、内側鉄心と、外側鉄心と内側鉄心との間に位置する誘電体層と、を有する。誘電体層は、絶縁樹脂で形成される。
ひとつの方法は、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更する。絶縁樹脂の誘電率を変更すれば、静電容量が変更される。
つぎの方法は、回転体が有する外側鉄心と内側鉄心との間の距離を変更する。外側鉄心と内側鉄心との間の距離を変更すれば、絶縁樹脂の厚さが変更される。絶縁樹脂の厚さを変更すれば、静電容量が変更される。
他の方法は、外側鉄心の軸心に沿った方向の長さと内側鉄心の軸心に沿った方向の長さとを変更する。外側鉄心の軸心に沿った方向の長さと内側鉄心の軸心に沿った方向の長さとを変更すれば、両鉄心が対向する面積が変更される。両鉄心が対抗する面積を変更すれば、静電容量が変更される。
ところで、電気機器に用いられる電動機は、電動機の定格や形状などの仕様が、電気機器ごとにほぼ決められている。従って、電動機が備える固定子として許容される形状や固定子の寸法には、限りがある。一般的に、固定子の形状や固定子の寸法は、標準化されている。つまり、固定子の寸法などを大きく変更することは困難である。よって、固定子に含まれる誘電体層の形状や誘電体層の寸法なども、容易に変更できない。
また、誘電体層を形成する絶縁樹脂の誘電率を変更する場合、樹脂材料を変更することがある。しかし、樹脂材料を変更する場合、誘電率以外の項目、例えば、強度などの項目を評価しなければならない。多数の確認を要する項目が存在するため、樹脂材料は容易に変更できない。
あるいは、出力軸側に位置するブラケットと、プリント配線板が有するグランドとの間に、コンデンサを挿入する方法もある。しかし、コンデンサを挿入する場合、プリント配線板全体の厚みが厚くなる。
本発明は、回転子に誘電体層を設ける際、妨げとなっていた上述した課題を解決するものである。
以下、本発明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、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、電気機器として、特に、顕著な作用効果を奏する、空気調和機を例示して説明する。後述する電動機は、空気調和機の室内機に搭載される。電動機は、送風ファンを駆動するブラシレス電動機である。以下の説明において、電動機は、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電動機を例示して、説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の要部断面を示す要部断面図である。
図１に示すように、電動機１００は、固定子１０と、回転子１４と、一対の軸受１５ａ、１５ｂと、外輪導通部２２と、プリント配線板１８と、を備える。
固定子１０は、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装された巻線である固定子巻線１２と、を有する。
回転子１４は、回転体３０と、シャフト１６と、を有する。回転体３０は、永久磁石である磁石３２と、外側鉄心３１ａと、内側鉄心３１ｂと、誘電体層５０と、を含む。永久磁石である磁石３２は、固定子１０に対向して周方向に位置する。外側鉄心３１ａは、外周側に位置し、鋼板を積層して形成される。内側鉄心３１ｂは、内周側に位置し、鋼板を積層して形成される。誘電体層５０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとの間に位置する。シャフト１６は、回転体３０の軸心１６ａを貫通して、回転体３０に取り付けられる。シャフト１６は、軸心１６ａ方向において、一方を出力軸１６ｂ側とし、他方を反出力軸１６ｃ側とする。
一対の軸受１５ａ、１５ｂは、各々内輪１５０ａ、１５０ｂと外輪１５１ａ、１５１ｂとを含む。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、軸心１６ａ方向において、回転体３０を挟んで位置する。また、一対の軸受１５ａ、１５ｂは、シャフト１６を回転自在に支持する。なお、一対の軸受１５ａ、１５ｂを総称して、軸受１５と記すこともある。
外輪導通部２２は、一対の軸受１５ａ、１５ｂが含む、それぞれの外輪１５１ａ、１５１ｂ同士を電気的に接続する。
図４に示すように、プリント配線板１８は、駆動回路４０と、インピーダンス素子４１と、を有する。駆動回路４０は、グランド線４２を含む。駆動回路４０は、巻線である固定子巻線１２に流す電流を制御する。インピーダンス素子４１は、少なくとも一対以上の導電性パターン６０、７０で形成される。図４の詳細については、後述する。
特に、インピーダンス素子４１を形成する一方の導電性パターン６０は、外輪導通部２２と電気的に接続する。また、インピーダンス素子４１を形成する他方の導電性パターン７０は、駆動回路４０が含むグランド線４２と電気的に接続する。
特に、顕著な作用、効果を奏する形態は、つぎのとおりである。
すなわち、図１に示すように、電動機１００は、一対の軸受１５ａ、１５ｂをそれぞれ保持する、一対のブラケット１７、１９を備える。一対のブラケット１７、１９は、金属で形成され、導電性を有する。
電動機１００において、インピーダンス素子４１を形成する一方の導電性パターン６０は、外輪導通部２２および一対のブラケット１７、１９のうち、少なくともいずれか一つと電気的に接続する。
また、電動機１００は、固定子１０と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９と、を一体でモールド成型する樹脂部である樹脂外装部１３を備える。ブラケット１９は、一対のブラケット１７、１９のうち、シャフト１６の反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂを保持する。
また、電動機１００において、樹脂部である樹脂外装部１３は、外輪導通部２２の少なくとも一部を埋設する。
図面を用いて、さらに、詳細に説明する。
図１に示すように、固定子鉄心１１には、巻線である固定子巻線１２が巻装される。固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間には、絶縁樹脂で形成されたインシュレータ２１が存在する。
固定子鉄心１１は、他の固定部材とともにモールド材である樹脂外装部１３にて、モールド成型される。樹脂部である樹脂外装部１３は、絶縁性の樹脂で形成される。本実施の形態１において、電動機１００は、樹脂外装部１３で、一体にモールド成型される。よって、電動機１００は、外形が概略円筒形状を成す固定子１０で構成される。
固定子１０の内側には、空隙を介して回転子１４が挿入される。回転子１４は、回転子鉄心３１を含む円板状の回転体３０と、回転体３０の軸心１６ａを貫通するシャフト１６とを有する。
回転体３０は、固定子１０の内周側に対向して、周方向に永久磁石であるフェライト樹脂の磁石３２を保持する。
図１に示すように、最外周の磁石３２から内周側のシャフト１６に向かって、回転体３０は、外側鉄心３１ａ、誘電体層５０、内側鉄心３１ｂの順に配置される。外側鉄心３１ａは、回転体３０の外周側に位置する。内側鉄心３１ｂは、回転体３０の内周側に位置する。
つまり、本実施の形態１における回転体３０は、外側鉄心３１ａと内側鉄心３１ｂとで構成される回転子鉄心３１と、誘電体層５０と、磁石３２とが一体に成型される。このように、固定子１０の内周側と回転体３０の外周側とは、対向して配置される。
回転体３０と締結されるシャフト１６には、シャフト１６を支持する、一対の軸受１５ａ、１５ｂが取り付けられる。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、玉軸受である。一対の軸受１５ａ、１５ｂは、転動体１５２ａ、１５２ｂとして複数の鉄ボールを有する、円筒形状のベアリングである。軸受１５ａ、１５ｂは、軸受１５ａ、１５ｂが有する内輪１５０ａ、１５０ｂが、シャフト１６に固定される。
図１に示すように、シャフト１６は、電動機１００本体から突出した部分である出力軸１６ｂを含む。本構成において、出力軸１６ｂ側に位置する軸受１５ａが、シャフト１６を支持する。その反対側である反出力軸１６ｃ側において、軸受１５ｂが、シャフト１６を支持する。
軸受１５ａ、１５ｂは、軸受１５ａ、１５ｂが有する外輪１５１ａ、１５１ｂで、それぞれのブラケット１７、１９に固定される。ブラケット１７、１９は、導電性を有する金属で形成される。図１に示すように、軸受１５ａは、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７に固定される。軸受１５ｂは、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９に固定される。以上の構成により、シャフト１６が２つの軸受１５ａ、１５ｂに支持され、回転子１４が回転自在となる。
さらに、図１に示すように、本実施の形態１におけるブラシレス電動機である電動機１００には、制御回路を含む駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８が内蔵される。電動機１００は、プリント配線板１８が内蔵された後、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７が固定子１０に圧入される。このようにして、ブラシレス電動機が形成される。
プリント配線板１８には、多くの接続線２０が接続される。接続線２０を介して、プリント配線板１８には、固定子巻線１２に印加される電源電圧Ｖｄｃ、制御回路の電源電圧Ｖｃｃ、および、回転数を制御する制御電圧Ｖｓｐが供給される。さらに、プリント配線板１８には、制御回路のグランド線４２なども供給される。
ところで、駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８上のゼロ電位点は、大地のアース、および、１次側電源回路とは絶縁されている。つまり、ゼロ電位点は、大地のアース、および、１次側電源回路とは、フローティングされた状態となる。
ここで、ゼロ電位点とは、プリント配線板１８上における基準電位としての０ボルト電位をいう。ゼロ電位点は、通常、グランドと呼ばれるグランド配線を示す。接続線２０に含まれるグランド線は、このゼロ電位点、すなわち、グランド配線と接続される。
駆動回路４０が実装されたプリント配線板１８には、固定子巻線１２の電源電圧を供給する電源回路が接続される。この電源回路は、１次側電源回路、および、１次側電源回路が接続された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
制御回路には、電源電圧を供給する電源回路が接続される。この電源回路は、１次側電源回路、および、１次側電源回路が接続された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
また、制御電源は、リード線と接続される。その他、制御回路は、グランド線と接続される。これらのリード線やグランド線は、独立して接地された大地のアースとは、電気的に絶縁される。
つまり、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、１次側電源回路の電位や大地のアースの電位に対して、電気的に絶縁された状態である。換言すれば、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、１次側電源回路の電位や大地のアースの電位に対して、電位が浮いた状態となる。この状態は、電位がフローティングされた状態ともいう。
従って、つぎの電源回路は、フローティング電源ともいう。すなわち、対象となる電源回路は、プリント配線板１８に接続される固定子巻線１２の電源電圧を供給するものがある。あるいは、他の電源回路は、制御回路の電源電圧を供給するものがある。
以上のように構成された、本実施の形態１におけるブラシレス電動機に対して、接続線２０を介して、各電源電圧および制御信号が供給される。各電源電圧や制御信号が供給されると、プリント配線板１８に実装された駆動回路４０は、固定子１０に巻装された固定子巻線１２に通電する。固定子１０に巻装された固定子巻線１２が通電されると、固定子巻線１２には、駆動電流が流れる。固定子巻線１２で生じた磁界は、固定子鉄心１１を介して、まとまった磁界となる。
固定子鉄心１１を介した磁界と、フェライト樹脂の磁石３２から発生した磁界との間では、各磁界の極性に応じて、吸引力および反発力が生じる。これらの吸引力および反発力により、シャフト１６を中心に、回転子１４が回転する。
次に、本実施の形態１におけるブラシレス電動機について、より詳細な構成を説明する。
上述したように、ブラシレス電動機である電動機１００は、シャフト１６が、一対の軸受１５で支持される。また、それぞれの軸受１５ａ、１５ｂも、各々のブラケット１７、１９により、固定される。ブラケット１７、１９は、導電性を有する金属で形成される。
具体的には、つぎの手順で形成される。まず、反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂに対して、ブラケット１９が取り付けられる。
ブラケット１９の外周径は、軸受１５ｂが有する外輪１５１ｂの外周径とほぼ等しい。軸受１５ｂは、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９に圧入されることで、固定される。軸受１５ｂが圧入されたブラケット１９は、樹脂外装部１３と一体となるよう、モールド成型される。
すなわち、図１に示すように、反出力軸１６ｃ側における樹脂外装部１３は、電動機１００本体の中央部から反出力軸１６ｃ方向へと突出する突出部１３ａを有する。この突出部１３ａの内部には、インナーブラケットとして、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９が配置される。ブラケット１９は、樹脂外装部１３と一体で、モールド成型される。
また、本実施の形態１における電動機１００は、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９との間を、導通体である外輪導通部２２によって、電気的に導通される。導通体である外輪導通部２２の一部は、樹脂外装部１３を形成する樹脂に埋設される。
具体的には、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９は、予め、反出力軸側導通ピン２２ａが電気的に接続される。図１に示すように、ブラケット１９は、つば部１９ｂに、反出力軸側導通ピン２２ａの一端が接続される。反出力軸側導通ピン２２ａは、樹脂外装部１３の内部に配置される。反出力軸側導通ピン２２ａは、ブラケット１９と同様に、樹脂外装部１３を形成する樹脂と一体に、モールド成型される。
反出力軸側導通ピン２２ａは、電動機１００内部に位置する部品として、樹脂外装部１３の内部に配置される。本構成とすれば、反出力軸側導通ピン２２ａは、錆や外力などの不具合から、予防できる。よって、電動機１００が使用される環境や、電動機１００に加えられる、外部からの応力などに対して、高い信頼性を有する電気的接続を確保できる。
反出力軸側導通ピン２２ａは導線２２ｃと接続される。導線２２ｃは、樹脂外装部１３の内部において、つば部１９ｂからブラシレス電動機である電動機１００の外周方向へと延伸される。また、導線２２ｃは、シャフト１６が延伸される方向と平行して、電動機１００の外周近辺から出力軸１６ｂ側へと、さらに延伸される。導線２２ｃは、樹脂外装部１３の出力軸１６ｂ側の端面から露出している。
樹脂外装部１３から露出した導線２２ｃは、プリント配線板１８上に取り付けられた出力軸側導通ピン２２ｂと電気的に接続される。また、導線２２ｃは、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と接する出力軸側導通ピン２２ｂを介して、ブラケット１７とも電気的に接続される。
以上の構成により、一対のブラケット１７、１９は、外輪導通部２２を介して、電気的に接続される。本実施の形態１において、外輪導通部２２は、反出力軸側導通ピン２２ａ、導線２２ｃ、出力軸側導通ピン２２ｂで、形成される。
また、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９とは、樹脂外装部１３によって固定子鉄心１１とは絶縁された状態で、外輪導通部２２により、互いのブラケット１７、１９が電気的に接続される。
反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９は、中空円筒状となるカップ形状の円筒部１９ａを有する。円筒部１９ａは、一方に開口を有する。ブラケット１９は、円筒部１９ａを中心として、外周方向に広がった、環状のつば部１９ｂを有する。つば部１９ｂは、円筒部１９ａが開口した部分より、外周方向に広がっている。円筒部１９ａの内周径は、軸受１５ｂの外周径とほぼ等しい。軸受１５ｂは、円筒部１９ａに圧入されることで、ブラケット１９に固定される。また、軸受１５ｂは、ブラケット１９を介して、樹脂外装部１３にも固定される。
本構成とすれば、反出力軸１６ｃ側に位置する軸受１５ｂが有する外輪１５１ｂは、金属製のブラケット１９に圧入されて、固定される。よって、本実施の形態１における電動機１００は、クリープによる不具合も抑制できる。
また、反出力軸１６ｃ側に位置するブラケット１９が有するつば部１９ｂの外周径は、軸受１５ｂの外周径よりも大きい。しかも、ブラケット１９が有するつば部１９ｂの外周径は、少なくとも、回転体３０の外周径よりも小さい。
ブラケット１９を、このような構成とすれば、金属材料を少なくできる。具体的には、つば部１９ｂが、回転体３０の外周径よりも大きく、固定子１０を覆う構成とした場合、多くの金属材料が必要となる。そこで、ブラケット１９を上述した構成とすれば、金属材料の使用を抑制でき、コストの増加を抑制できる。
また、上述したように、金属材料を用いる、ブラケット１９の面積を抑制するとともに、ブラケット１９の外郭は、樹脂外装部１３で一体に覆われて、モールド成型される。よって、軸受１５ｂから発生した騒音は、抑制される。
つぎに、出力軸１６ｂ側に位置する軸受１５ａは、固定子１０の外周径とほぼ等しい、外周径を有するブラケット１７により、固定される。出力軸１６ｂ側に取り付けられるブラケット１７は、概略、円板形状である。出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７は、中央部分に、軸受１５ａの外周径とほぼ等しい内周径を有する、突出部２３が形成される。この突出部２３の内側は、中空である。
固定子１０に、プリント配線板１８が取り付けられる。出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７に形成された突出部２３の内部には、軸受１５ａが圧入される。また、ブラケット１７の外周に形成された接続端部と、固定子１０の接続端部とが、嵌め合わされるように、ブラケット１７が、固定子１０に圧入される。よって、本実施の形態１におけるブラシレス電動機が形成される。
本構成とすれば、組立作業が容易となる。
さらに、プリント配線板１８は、固定子巻線１２に流す電流を制御する、駆動回路４０を有する。駆動回路４０は、グランド線４２を含む。
図４に示すように、プリント配線板１８は、一対以上の導電性パターン６０、７０で形成される、インピーダンス素子４１も有する。プリント配線板１８は、一対以上、すなわち、複数以上の導電性パターンを有する。インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とする。インピーダンス素子４１は、キャパシタンス素子４３とほぼ等価な回路素子で構成される。
なお、上述した実施の形態１では、導電性を有する金属で形成された、ブラケット１７、１９を採用する構成について説明した。
一対の軸受１５が有する外輪１５１ａ、１５１ｂが、電気的に接続されていれば、つぎの構成としてもよい。
すなわち、ブラケット１７、１９は、金属材料に代えて、絶縁性材料や、樹脂などで形成してもよい。また、いずれか一方のブラケットは、導電性を有する金属で形成し、他方のブラケットは、絶縁性材料や樹脂などで形成してもよい。
また、上述した実施の形態１では、固定子１０とブラケット１９等が、樹脂で一体にモールド成型された電動機１００について説明した。このような電動機１００は、樹脂モールドモータと呼ばれる。
なお、本発明は、外装となる固定子等が、金属製の筐体に収納される構成でも、有効である。このような電動機は、鋼板モータと呼ばれる。
つぎに、図２〜図１１を用いて、本実施の形態１における電動機１００が、さらに、顕著な、作用、効果を奏する具体例について、説明する。
（具体例１）
図２は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例１を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例１を示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板のさらに他の具体例１を示す斜視図である。図５は、本発明の実施の形態１のおける電動機において、静電容量性の成分の静電容量値と電動機に生じる軸電圧との関係を示す特性図である。
図２から図４に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図２から図４に示すように、インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子４３である。
図２あるいは図３に示すように、各々の導電性パターン６０、７０は、プリント配線板１８の片面に位置する。各々の導電性パターン６０、７０は、インピーダンス素子４１を形成する。
あるいは、図４に示すように、各々の導電性パターン６０、７０は、プリント配線板１８の両面に位置する。
図２から図４を用いて、さらに、詳細に説明する。
図２、図４に示すように、プリント配線板１８は、上面側に出力軸側導通ピン２２ｂと、出力軸側導通ピン２２ｂと電気的に接続された導電性パターン６０と、を有する。以下の説明において、説明を分かり易くするために、図中、上側に位置するプリント配線板１８の面を上面という。同様に、図中、下側に位置するプリント配線板１８の面を下面という。
また、本具体例１において、導電性パターン６０、７０の材料は、すべて銅が用いられる。
図３、図４に示すように、プリント配線板１８は、上面側に出力軸側導通ピン２２ｂを有する。プリント配線板１８は、下面側に導電性パターン７０を有する。導電性パターン７０は、接続線２０が有するグランド線、及び、制御回路が含むグランド線と、電気的に接続される。
すなわち、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、プリント配線板１８が有するグランドとの間には、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが対向して形成されることにより、静電容量性の成分が存在する。導電性パターン６０は、プリント配線板１８の上面側に位置する。導電性パターン７０は、プリント配線板１８の下面側に位置する。
静電容量性の成分は、つぎの要素により、変化させることができる。すなわち、第１の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが、対向して形成する対向面積である。
第２の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０との間に位置する、プリント配線板１８の厚みである。
第３の要素は、導電性パターン６０と導電性パターン７０との間に位置する、プリント配線板１８の誘電率である。
静電容量性の成分を変化させれば、電動機に生じる軸電圧を制御できる。
静電容量性の成分を変化させて、電動機に生じる軸電圧を制御した、具体例を以下に示す。
図５に示すように、本実施の形態１において、静電容量性の成分が１４．５ｐＦのとき、軸電圧は、最小の値となった。
なお、本実施の形態１において、測定したプリント配線板１８は、つぎの値であった。すなわち、プリント配線板１８の厚みは、１．２ｍｍであった。プリント配線板１８の比誘電率は、４．５であった。プリント配線板１８において、導電性パターン６０と導電性パターン７０とが対向して形成した対向面積は、４３７ｍｍ2であった。
（具体例２）
図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例２を示す斜視図である。図７は、図６中に示す７−７断面図である。図８は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例２を示す斜視図である。図９は、図８中に示す９−９断面図である。
図６から図９に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図６から図９に示すように、プリント配線板１８は多層基板である。各々の導電性パターン６１、６２は、多層基板が有する層間に位置する。各々の導電性パターン６１、６２は、インピーダンス素子４１を形成する。
図６、図７を用いて、さらに、詳細に説明する。
具体例１において、プリント配線板１８は、片面に導電性パターン６０、７０を有する、片面基板を用いた。併せて、具体例１において、プリント配線板１８は、両面に導電性パターン６０、７０を有する、両面基板を用いた。
具体例２において、図６、図７に示すように、プリント配線板１８は、層間に導電性パターン６１、６２を有する、多層基板を用いる。
多層基板を用いる場合、図６、図７に示すように、第１の内層に位置する導電性パターン６１と、第２の内層に位置する導電性パターン６２とを対向させる。静電容量性の成分は、導電性パターン６１と導電性パターン６２とを対向して形成される対向面積に基いて、生成される。
他の具体例２として、図８、図９に示すように、プリント配線板１８は、外層に位置する導電性パターン６０と、内層である第１の内層に位置する導電性パターン６１とを対向させてもよい。本構成とすれば、静電容量性の成分は、導電性パターン６０と導電性パターン６１とを対向して形成される対向面積に基いて、生成される。
上述したいずれの具体例であっても、静電容量性の成分は、対向面積を変化することで調整できる。
（具体例３）
図１０は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の具体例３を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるプリント配線板の他の具体例３を示す斜視図である。
図１０、図１１に示すように、電動機１００が備えるプリント配線板１８は、つぎのインピーダンス素子４１を有する。
すなわち、図１０、図１１に示すように、インピーダンス素子４１は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子４３である。インピーダンス素子４１は、各々の導電性パターン８０で形成される。各々の導電性パターン８０は、少なくとも２以上のブロックパターン８１、８１ａを有する。ブロックパターン８１、８１ａは、電気的な接続部８２または電気的な切断部８３、を含む。各々の導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ間を接続、または、ブロックパターン８１、８１ａ間を切断することで、静電容量性の成分を調整する。
図１０、図１１を用いて、さらに、詳細に説明する。
図１０に示すように、具体例３は、具体例１、２と比較して、次の点が異なる。すなわち、本具体例３では、プリント配線板１８の上面側に位置する導電性パターン８０は、複数のブロックパターン８１、８１ａに分割される。５つに分割された導電性パターン８０のうち、ブロックパターン８１ａは、出力軸側導通ピン２２ｂを介して、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と電気的に接続する。
本具体例３において、ブロックパターン８１、８１ａの面積は、各々等しい。具体的には、１つのブロックパターン８１、８１ａの面積は、１５０ｍｍ２であった。また、１つのブロックパターン８１と、プリント配線板１８の下面側に位置する導電性パターン７０との間に生じる静電容量性の成分は、５．０ｐＦであった。
以上の構成において、導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ同士を、はんだやリード線等の接続部８２を介して、電気的に接続される。よって、導電性パターン８０が用いられた電動機は、静電容量性の成分を増加する方向に調整できる。
本具体例３で示した導電性パターン８０が用いられた電動機は、出力軸１６ｂ側に位置するブラケット１７と、プリント配線板１８が有するグランドとの間に生じる静電容量性の成分を、５ｐＦ〜２５ｐＦの間で調節できた。
あるいは、次の構成とすれば、導電性パターン８０が用いられる電動機は、静電容量性の成分を減少する方向に調整できる。
すなわち、図１１に示すように、導電性パターン８０は、ブロックパターン８１、８１ａ間を電気的に接続している、切断部である導電性パターン８３を有する。所望の静電容量性の成分を得るために、適切な位置に存在する導電性パターン８３が切断できる。導電性パターン８３は、レーザー光や超音波カッターなどで切断される。
さらに、図１０に示した構成と、図１１に示した構成とを、併用してもよい。この場合、導電性パターン８０は、静電容量性の成分を増加する方向と、減少する方向との、両方の方向に調整できる。
以上の説明から明らかなように、電動機が搭載される電気機器によって、軸電圧が変化することがある。このような場合であっても、電動機が搭載される機器に応じて、軸電圧を容易に変化できる。
換言すれば、本実施の形態１における電動機は、回転子が有する誘電体層の面積や、誘電体層を形成する絶縁樹脂の材質や形状を変更して、軸電圧を調節するよりも、容易に軸電圧を調節できる。よって、簡単な構成で、汎用性が高い電動機を提供できる。この結果、本実施の形態１における電動機は、産業的価値が高くなる。
また、本実施の形態１における電動機は、プリント配線板が有する導電性パターンを用いて、静電容量性の成分を調整する。よって、電動機内の空間を有効に利用することができる。つまり、従来の電動機では、コンデンサを挿入することでプリント配線板の厚みが厚くなるという課題があった。しかし、本実施の形態１における電動機では、プリント配線板の厚みを厚くすることなく、静電容量性の成分を調整できる。しかも、本実施の形態１における電動機は、新たにコンデンサを実装する必要がないため、安価に電食の対策ができる。
上述した構成において、プリント配線板は、片面に導電性パターンを有する片面基板を用いる。
このとき、上述した構成以外に、つぎの構成としてもよい。すなわち、プリント配線板の片面に形成される導電性パターンは、一対の導電性パターンが近接して配置される。一対の導電性パターンは、櫛歯状、蛇行状、渦巻状などの形状であれば、静電容量性の成分が生じる。
さらに、本実施の形態１における電動機は、プリント配線板が有する導電性パターンに基く静電容量性の成分と、コンデンサ部品とを組合せて、並列回路や直列回路、並列回路と直列回路とが組合せられた回路、という構成で、形成してもよい。
なお、プリント配線板の絶縁層を構成する材料は、一般的に、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ）系が、使用される。その他、プリント配線板の絶縁層を構成する材料は、フッ素樹脂（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｎ）系、無機質（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）系などの材料でもよい。
ところで、本実施の形態１における電動機の等価回路として、導電性パターンによる静電容量性の成分を示す等価的な回路を接続する箇所は、回転子に誘電体層を設けることにより得られる静電容量性の成分の回路を接続する箇所とは異なる。
しかしながら、本実施の形態１における電動機において、静電容量性の成分を調整する箇所は、電動機に生じる軸電圧の電圧値を増減して調整するには、適した位置である。この知見は、本発明の発明者が行った技術的試行と、電動機の等価回路を解析した結果により、導き出されたものである。
また、上述したとおり、電動機の等価回路は、電動機の種類や電動機の構造によって異なる。例えば、電動機の等価回路は、固定子巻線と固定子鉄心とを絶縁性の樹脂で覆う電動機と、固定子巻線と固定子鉄心とを金属製の筐体で覆う電動機とで、明らかに異なる。
さらに、電動機の等価回路は、電動機が有する回転子の構造によっても異なる。例えば、電動機の等価回路は、回転子が含むバックヨークを成す回転子鉄心の有無や、磁極を構成する磁石の抵抗値の高低や、回転子のバックヨークを成す固定子鉄心の有無と、磁極を構成する磁石の抵抗値の高低との組み合わせなどにより、異なる。
よって、電動機の電食を低減する対策は、電動機の種類や電動機の構造毎に、各々異なるものと考えられる。
従って、電動機毎に、静電容量性の成分を個別に調整できる本実施の形態は、電動機の電食対策に有用である。
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態１で説明した電動機が、電気機器に搭載された形態について、図面を用いて説明する。なお、後述する説明において、電気機器の具体例として、エアコンの室内機を示す。
図１２は、本発明の実施の形態１で説明した電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。
図１２に示すように、本発明の実施の形態２における電気機器であるエアコン室内機２１０は、電動機２０１と、電動機２０１を駆動する駆動部である電動機駆動装置２１３と、を備える。
図面とともに、詳細に説明する。
図１２に示すように、エアコン室内機２１０の筐体２１１内には、電動機２０１が搭載される。電動機２０１が有するシャフト２１６には、クロスフローファン２１２が取り付けられる。筐体２１１内には、熱交換器が配置される。
電動機２０１は、駆動部である電動機駆動装置２１３によって駆動される。電動機２０１には、電動機駆動装置２１３から駆動信号が出力される。この駆動信号により、電動機２０１が回転する。電動機２０１が回転すれば、クロスフローファン２１２も回転する。クロスフローファン２１２が回転すれば、熱交換器で空気調和された空気を、エアコン室内機が設置された居室内に送風できる。電動機２０１は、上述した実施の形態１で示したブラシレス電動機が利用できる。
なお、上述した説明では、本発明の実施の形態２における電気機器の具体例として、エアコン室内機を例示した。本具体例の他に、エアコン室外機など、各種の情報機器や産業機器などに使用される電動機にも適用できる。
本発明の電動機は、軸電圧を減少させることで、軸受に生じる電食の発生を効果的に抑制する。このため、主に、電動機の低価格化および高寿命化が要望される電気機器、例えば、エアコン室内機、エアコン室外機、その他、情報機器や産業機器などに搭載される電動機に有用である。
１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 固定子巻線（巻線）
１３ 樹脂外装部（樹脂部）
１３ａ，２３ 突出部
１４ 回転子
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１６，２１６ シャフト
１６ａ 軸心
１６ｂ 出力軸
１６ｃ 反出力軸
１７，１９ ブラケット
１８ プリント配線板
１９ａ 円筒部
１９ｂ つば部
２０ 接続線
２１ インシュレータ
２２ 外輪導通部
２２ａ 反出力軸側導通ピン
２２ｂ 出力軸側導通ピン
２２ｃ 導線
３０ 回転体
３１ 回転子鉄心
３１ａ 外側鉄心
３１ｂ 内側鉄心
３２ 磁石（永久磁石）
４０ 駆動回路
４１ インピーダンス素子
４２ グランド線
４３ キャパシタンス素子
５０ 誘電体層
６０，６１，６２，７０，８０ 導電性パターン
８１，８１ａ ブロックパターン
８２ 接続部
８３ 導電性パターン（切断部）
１００，２０１ 電動機
１５０ａ，１５０ｂ 内輪
１５１ａ，１５１ｂ 外輪
１５２ａ，１５２ｂ 転動体
２１０ エアコン室内機（電気機器）
２１１ 筐体
２１２ クロスフローファン
２１３ 電動機駆動装置

Claims (9)

  1. 固定子鉄心と、
    前記固定子鉄心に巻装された巻線と、
    を有する固定子と、
    前記固定子に対向して周方向に位置する永久磁石と、
    外周側に位置し、鋼板を積層して形成する外側鉄心と、
    内周側に位置し、鋼板を積層して形成する内側鉄心と、
    前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に位置する誘電体層と、
    を含む回転体と、
    前記回転体の軸心を貫通して前記回転体に取り付けられ、前記軸心方向において、一方を出力軸側とするとともに、他方を反出力軸側とするシャフトと、
    を有する回転子と、
    各々内輪と外輪とを含み、前記軸心方向において、前記回転体を挟んで位置するとともに、前記シャフトを回転自在に支持する、一対の軸受と、
    前記一対の軸受が含む、それぞれの前記外輪同士を電気的に接続する外輪導通部と、
    グランド線を含むとともに、前記巻線に流す電流を制御する駆動回路と、
    少なくとも一対以上の導電性パターンで形成されるインピーダンス素子と、
    を有するプリント配線板と、
    を備え、
    前記インピーダンス素子を形成する一方の前記導電性パターンは、前記外輪導通部と電気的に接続し、かつ、
    前記インピーダンス素子を形成する他方の前記導電性パターンは、前記駆動回路が含む前記グランド線と電気的に接続する、電動機。
  2. 金属で形成され、導電性を有するとともに、前記一対の軸受をそれぞれ保持する、一対のブラケットをさらに備え、
    前記インピーダンス素子を形成する一方の前記導電性パターンは、前記外輪導通部および前記一対のブラケットのうち、少なくともいずれか一つと電気的に接続する、請求項１に記載の電動機。
  3. 前記固定子と、前記一対のブラケットのうち、前記シャフトの前記反出力軸側に位置する軸受を保持する前記反出力軸側に位置するブラケットと、を一体でモールド成型する樹脂部をさらに備える、請求項２に記載の電動機。
  4. 前記樹脂部は、前記外輪導通部の少なくとも一部を埋設する、請求項３に記載の電動機。
  5. 前記インピーダンス素子は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
  6. 前記インピーダンス素子を形成する各々の前記導電性パターンは、前記プリント配線板の片面または両面に位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
  7. 前記プリント配線板は多層基板であり、
    前記インピーダンス素子を形成する各々の前記導電性パターンは、前記多層基板が有する層間に位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
  8. 前記インピーダンス素子は、静電容量性の成分を主たる成分とするキャパシタンス素子であり、
    前記インピーダンス素子を形成する各々の前記導電性パターンは、電気的な接続部または電気的な切断部、を含む、少なくとも２以上のブロックパターンを有し、前記ブロックパターン間を接続、または、前記ブロックパターン間を切断することで前記静電容量性の成分を調整する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
  9. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動機と、前記電動機を駆動する駆動部と、を備える電気機器。
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