JP7258214B2 - 電動機、送風機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、電動機、送風機および空気調和装置に関する。

電動機は、シャフトを有する回転子と、固定子とを有する。シャフトを支持する軸受は、ブラケット等の軸受保持部によって保持されている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６０－１４１６５１号公報（第１図）

近年、永久磁石により磁石磁極を構成し、回転子コアの一部により仮想磁極を構成したコンシクエントポール型の回転子が開発されている。コンシクエントポール型の回転子では、磁石磁極と仮想磁極とで回転子表面における磁束密度が異なるため、回転子に径方向加振力が作用しやすい。そのため、シャフトを支持する軸受に作用する径方向荷重が大きくなる傾向がある。

シャフトを支持する軸受に大きな径方向荷重が作用すると、外周クリープが発生する可能性がある。外周クリープは、軸受の外輪が軸受保持部に対して周方向に移動する現象である。外周クリープは軸受の摩耗につながるため、外周クリープの発生を抑制することが求められる。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、外周クリープの発生を抑制することを目的とする。

本開示による電動機は、シャフトと、シャフトをその中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む回転子コアと、回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有し、永久磁石が磁石磁極を構成し、回転子コアの一部が仮想磁極を構成する回転子と、回転子を径方向の外側から囲む固定子と、シャフトを支持する第１の軸受および第２の軸受と、第１の軸受の外周面に対向する内周面を有する第１の軸受保持部と、第２の軸受の外周面に対向する内周面を有する第２の軸受保持部とを有する。シャフトの中心軸線の方向における一方の側は、負荷を受ける負荷側である。第１の軸受および第２の軸受のうち、第１の軸受が負荷側に位置する。中心軸線から第１の軸受保持部の内周面までの距離Ｄ１と、中心軸線から第２の軸受保持部の内周面までの距離Ｄ２と、中心軸線から第１の軸受の外周面までの距離ｄ１と、中心軸線から第２の軸受の外周面までの距離ｄ２とは、Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２を満足し、さらに、Ｄ１＜Ｄ２およびｄ１＝ｄ２を共に満足するか、または、ｄ１＞ｄ２を満足する。

本開示では、距離Ｄ１，Ｄ２，ｄ１，ｄ２がＤ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２を満足するため、より大きな径方向荷重が作用する第１の軸受の外輪が周方向に移動しにくくなる。そのため、外周クリープの発生を抑制することができる。

実施の形態１における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態１における電動機を示す横断面図である。 実施の形態１における回転子を示す横断面図である。 実施の形態１における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態１における第１の軸受および第１の軸受保持部を示す図（Ａ）、並びに第２の軸受および第２の軸受保持部を示す図（Ｂ）である。 実施の形態１におけるモールド固定子を負荷側から見た図である。 図６の電動機の一部を拡大して示す図である。 電動機内の磁束の流れを示す磁束線図である。 シャフトと第１の軸受とブラケットとを示す模式図である。 実施の形態１における軸電流を抑制するための構成を示す図である。 実施の形態１におけるシャフトと第２の軸受とを示す断面図である。 実施の形態２における電動機を示す部分縦断面図である。 実施の形態２における第１の軸受および第２の軸受を示す図（Ａ）、並びに第１の軸受および第２の軸受の他の例を示す図（Ｂ）である。 実施の形態３における電動機を示す縦断面図である。 実施の形態３における電動機の一部を拡大して示す縦断面図である。 各実施の形態の電動機が適用可能な空気調和装置を示す図（Ａ）およびその室外機を示す断面図（Ｂ）である。

実施の形態１．
＜電動機１００の構成＞
図１は、実施の形態１における電動機１００を示す縦断面図である。電動機１００は、例えば空気調和装置の送風機に用いられる。電動機１００は、回転子１に永久磁石１６が埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。

電動機１００は、回転軸であるシャフト１５を有する回転子１と、回転子１を囲むモールド固定子４とを有する。モールド固定子４は、回転子１を囲むように設けられた固定子５と、固定子５を覆うモールド樹脂部４０とを有する。

以下の説明では、シャフト１５の中心軸線Ｃ１の方向を「軸方向」と称する。中心軸線Ｃ１を中心とする周方向を「周方向」と称し、図２等に矢印Ｒ１で示す。中心軸線Ｃ１を中心とする半径方向を「径方向」と称する。軸方向に平行な断面における断面図を「縦断面図」と称し、軸方向に直交する断面における断面図を「横断面図」と称する。

シャフト１５は、軸方向の一方の側で負荷を受ける。より具体的には、シャフト１５は、モールド固定子４から図１における左側に突出しており、突出側の先端に形成された取付け部１５ａには、例えば送風機の羽根車５０５（図１６（Ａ））が取り付けられる。そのため、シャフト１５の突出側を「負荷側」と称し、その反対側を「反負荷側」と称する。

＜モールド固定子４の構成＞
モールド固定子４は、上記の通り、固定子５とモールド樹脂部４０とを有する。モールド樹脂部４０は、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）等の熱硬化性樹脂で形成される。また、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱可塑性樹脂で構成してもよい。

モールド樹脂部４０は、その外周に、取付け脚４５を有する。ここでは４つの取付け脚４５が、周方向に等間隔に形成されている。取付け脚４５には、ネジを挿通する穴部４６（図６）が形成されている。取付け脚４５は、穴部４６に挿通されるネジにより、例えば空気調和装置の室外機のフレームに固定される。

モールド樹脂部４０は、負荷側に開口部４１を有する。回転子１は、開口部４１からモールド固定子４の内側の中空部分に挿入される。モールド樹脂部４０の開口部４１には、第１の軸受保持部としてのブラケット６が取り付けられている。ブラケット６は、亜鉛メッキ鋼板等の金属で形成されている。ブラケット６は、開口部４１の周囲に形成された環状の段差部４１ａに嵌合する。

ブラケット６には、シャフト１５を支持する第１の軸受２１が保持される。また、シャフト１５には、ブラケット６を外側から囲むように、第１の軸受２１への水等の侵入を防止するための防水キャップ９が取り付けられている。

モールド樹脂部４０は、反負荷側に、第２の軸受保持部としての軸受保持部４２を有する。モールド樹脂部４０の軸受保持部４２には、シャフト１５を支持する第２の軸受２２が保持される。

第２の軸受２２の径方向外側には、回路基板７が配置されている。回路基板７は、モールド樹脂部４０に覆われて保持されている。回路基板７には、電動機１００を駆動するためのパワートランジスタ等の素子７１および磁気センサ等が実装されており、リード線７３が配線されている。回路基板７のリード線７３は、モールド樹脂部４０の外周部分に取り付けられた口出し部７２から、電動機１００の外部に引き出される。

また、モールド樹脂部４０の反負荷側を覆うように、放熱板８が設けられている。放熱板８は、一部がモールド樹脂部４０に覆われ、一部がモールド樹脂部４０から露出している。放熱板８は、電動機１００で発生した熱を外部に放熱する作用を有する。なお、放熱板８を設けない構成も可能である。

＜固定子５の構成＞
図２は、電動機１００を示す横断面図である。図２に示すように、固定子５は、固定子コア５０と、固定子コア５０に設けられた絶縁部５３と、絶縁部５３を介して固定子コア５０に巻き付けられたコイル５５とを有する。固定子コア５０は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。

固定子コア５０は、中心軸線Ｃ１を中心とする環状のヨーク５１と、ヨーク５１から径方向内側に延在する複数のティース５２とを有する。ティース５２は、周方向に等間隔に配置されている。ティース５２の数は、ここでは１２であるが、１２に限定されるものではない。隣り合うティース５２の間には、コイル５５を収容する空間であるスロットが形成される。

固定子コア５０には、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の絶縁部５３が取り付けられている。絶縁部５３は、例えばＰＢＴ等の熱可塑性樹脂で形成されている。絶縁部５３は、熱可塑性樹脂を固定子コア５０と一体成形するか、あるいは熱可塑性樹脂の成形体を固定子コア５０に組み付けることによって得られる。

＜回転子１の構成＞
図３は、回転子１を示す横断面図である。図３に示すように、回転子１は、シャフト１５と、シャフト１５を径方向外側から囲む回転子コア１０と、回転子コア１０に埋め込まれた複数の永久磁石１６とを有する。

回転子コア１０は、中心軸線Ｃ１を中心とする環状の部材である。回転子コア１０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等によって固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。

回転子コア１０は、複数の磁石挿入孔１１ａを有する。磁石挿入孔１１ａは、周方向に等間隔で、且つ中心軸線Ｃ１から等距離に配置されている。磁石挿入孔１１ａの数は、ここでは５個である。磁石挿入孔１１ａは、回転子コア１０の外周に沿って形成されている。

磁石挿入孔１１ａは、周方向中心すなわち極中心を通る径方向の直線（磁極中心線と称する）に直交する方向に直線状に延在している。但し、磁石挿入孔１１ａは、このような形状に限定されるものではなく、例えばＶ字状に延在していてもよい。

磁石挿入孔１１ａの周方向の両端には、穴部であるフラックスバリア１１ｂが形成されている。フラックスバリア１１ｂと回転子コア１０の外周との間には、薄肉部が形成される。隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制するためには、薄肉部の厚さは、回転子コア１０を構成する電磁鋼板の板厚と同じであることが望ましい。

各磁石挿入孔１１ａには、永久磁石１６が挿入されている。永久磁石１６は平板状であり、軸方向に直交する断面形状は矩形状である。永久磁石１６は、希土類磁石で構成される。より具体的には、永久磁石１６は、Ｎｄ（ネオジム）－Ｆｅ（鉄）－Ｂ（ホウ素）を含むネオジム焼結磁石で構成される。

永久磁石１６は、互いに同一の磁極（例えばＮ極）を回転子コア１０の外周側に向けて配置されている。回転子コア１０において、周方向に隣り合う永久磁石の間の領域には、永久磁石とは反対の磁極（例えばＳ極）が形成される。

そのため、回転子１には、永久磁石１６で構成される５つの磁石磁極Ｐ１と、回転子コア１０で構成される５つの仮想磁極Ｐ２とが形成される。このような構成を、コンシクエントポール型と称する。以下では、単に「磁極」という場合、磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２の両方を含むものとする。回転子１は、１０個の磁極を有する。

ここでは回転子１の極数を１０としたが、極数は４以上の偶数であればよい。また、ここでは１つの磁石挿入孔１１ａに１つの永久磁石１６を配置しているが、１つの磁石挿入孔１１ａに２つ以上の永久磁石１６を配置してもよい。磁石磁極Ｐ１をＳ極とし、仮想磁極Ｐ２をＮ極としてもよい。

回転子コア１０の外周は、軸方向に直交する断面において、いわゆる花丸形状を有する。言い換えると、回転子コア１０の外周は、磁極Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの極中心で外径が最大となり、極間Ｍで外径が最小となり、極中心から極間Ｍまでが弧状となる。回転子コア１０の外周は、花丸形状に限らず、円形状であってもよい。

回転子コア１０において磁石挿入孔１１ａの径方向内側には、カシメ部１４が設けられている。カシメ部１４は、回転子コア１０を構成する複数の電磁鋼板を固定する部分である。

回転子コア１０の内周とシャフト１５との間には、樹脂部３０が設けられている。樹脂部３０は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂で形成される。樹脂部３０は、シャフト１５に固定される環状の内筒部３１と、回転子コア１０の内周に固定される環状の外筒部３３、内筒部３１と外筒部３３とを連結する複数のリブ３２とを有する。

樹脂部３０の内筒部３１の内側には、シャフト１５が固定されている。リブ３２は、周方向に等間隔で配置され、内筒部３１から径方向外側に放射状に延在している。周方向に隣り合うリブ３２間には、空洞部３５が形成される。ここでは、リブ３２の数が極数の半分であり、リブ３２の周方向位置が仮想磁極Ｐ２の極中心と一致しているが、このような数および配置に限定されるものではない。

図１に戻り、回転子コア１０の反負荷側には、センサマグネット１７が配置されている。センサマグネット１７は、樹脂部３０によって保持されている。センサマグネット１７の磁界は、回路基板７に実装された磁気センサによって検出され、これにより回転子１の回転位置が検出される。

＜軸受２１，２２とその支持構造＞
次に、シャフト１５を回転可能に支持する軸受２１，２２とその支持構造について説明する。図４は、電動機１００を示す部分縦断面図である。シャフト１５は、上記の通り、第１の軸受２１および第２の軸受２２によって回転可能に支持される。第１の軸受２１は負荷側に配置され、第２の軸受２２は反負荷側に配置されている。

第１の軸受２１は、内輪２１ａと、外輪２１ｂと、複数の転動体２１ｃとを有する。内輪２１ａは、圧入によりシャフト１５に固定されている。外輪２１ｂは、ブラケット６の筒状部６１（後述）に、隙間ばめにより固定されている。転動体２１ｃは、例えばボールであり、内輪２１ａと外輪２１ｂとの間に配置されている。内輪２１ａ、外輪２１ｂおよび転動体２１ｃは、いずれも金属製である。

第２の軸受２２は、内輪２２ａと、外輪２２ｂと、複数の転動体２２ｃとを有する。内輪２２ａは、圧入によりシャフト１５に固定されている。外輪２２ｂは、モールド樹脂部４０の軸受保持部４２に、隙間ばめにより固定されている。転動体２２ｃは、例えばボールであり、内輪２２ａと外輪２２ｂとの間に配置されている。内輪２２ａ、外輪２２ｂおよび転動体２２ｃは、いずれも金属製である。

図５（Ａ）は、第１の軸受２１およびブラケット６を示す断面図である。ブラケット６は、第１の軸受２１を囲む筒状部６１と、筒状部６１から径方向外側に延在するフランジ部６２とを有する。筒状部６１の内周面６１ａは、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周面２１ｄ（第１の軸受２１の外周面２１ｄとも称する）に対向する。

フランジ部６２の外周には、モールド樹脂部４０の段差部４１ａ（図４）に嵌合する環状の嵌合部６３が形成されている。嵌合部６３が段差部４１ａに嵌合することにより、ブラケット６がモールド樹脂部４０に固定される。

ブラケット６は、さらに、第１の軸受２１の軸方向端面に対向する端面部６４を有する。端面部６４の中央には、シャフト１５を挿通するシャフト挿通穴６５が形成されている。また、端面部６４と第１の軸受２１との間には、第１の軸受２１の外輪２１ｂを軸方向に付勢するワッシャ６６が配置されている。

中心軸線Ｃ１から第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周面２１ｄまでの距離を、距離ｄ１とする。中心軸線Ｃ１からブラケット６の筒状部６１の内周面６１ａまでの距離を、距離Ｄ１とする。距離Ｄ１は、距離ｄ１よりも大きい。

距離Ｄ１と距離ｄ１との差（Ｄ１－ｄ１）は、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周面２１ｄと、ブラケット６の筒状部６１の内周面６１ａとの隙間であり、例えば５μｍである。

図５（Ｂ）は、第２の軸受２２および軸受保持部４２を示す断面図である。軸受保持部４２は、第２の軸受２２を囲む内周面４２ａと、軸方向において第２の軸受２２の外輪２２ｂに当接する端面４２ｂとを有する。軸受保持部４２の内周面４２ａは、第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周面２２ｄ（第２の軸受２２の外周面２２ｄとも称する）に対向する。

中心軸線Ｃ１から第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周面２２ｄまでの距離を、距離ｄ２とする。中心軸線Ｃ１から軸受保持部４２の内周面４２ａまでの距離を、距離Ｄ２とする。距離Ｄ２は、距離ｄ２よりも大きい。

距離Ｄ２と距離ｄ２との差（Ｄ２－ｄ２）は、第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周面２２ｄと、軸受保持部４２の内周面４２ａとの隙間であり、例えば１０μｍである。

実施の形態１では、Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２が成立する。すなわち、負荷側の第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周側の隙間は、反負荷側の第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周側の隙間よりも狭い。

図６は、モールド固定子４を負荷側から見た図である。図６では、モールド固定子４に回転子１が挿入されていないため、モールド樹脂部４０の開口部４１を介して、軸受保持部４２が露出している。

図７は、図６に示したモールド固定子４の径方向中央部を拡大して示す図である。図７には、軸受保持部６，４２の内周面６１ａ，４２ａを表す円と、軸受２１，２２の外輪２１ｂ，２２ｂの外周面２１ｄ，２２ｄを表す円を合わせて示す。

＜作用＞
次に、実施の形態１の作用について説明する。図８は、コンシクエントポール型の回転子１を有する電動機１００における磁束の流れを示す磁束線図である。

コンシクエントポール型の回転子１は、上記の通り、永久磁石１６が設けられた磁石磁極Ｐ１と、永久磁石１６が設けられていない仮想磁極Ｐ２とを有する。回転子１の表面における磁束密度は、磁石磁極Ｐ１では高くなり、仮想磁極Ｐ２では低くなる。

そのため、磁石磁極Ｐ１とティース５２との間に作用する力は、仮想磁極Ｐ２とティース５２との間に作用する力よりも大きくなり、回転子１には径方向加振力が作用する。回転子１に作用する径方向加振力は、シャフト１５に作用する。

図９は、シャフト１５と、第１の軸受２１と、これを保持するブラケット６とを示す模式図である。なお、図９では、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周面２１ｄと、ブラケット６の内周面６１ａとの間の隙間（Ｄ１－ｄ１）を誇張して図示している。

第１の軸受２１の内輪２１ａは圧入によりシャフト１５に固定されているが、外輪２１ｂは隙間ばめによりブラケット６に固定されている。そのため、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周面２１ｄの周長と、ブラケット６の内周面６１ａの周長との間には、差がある。

第１の軸受２１に径方向荷重Ｆｒが作用した状態でシャフト１５が矢印Ｒ２で示す方向に回転すると、径方向荷重Ｆｒと周長差により、外輪２１ｂが矢印Ｆ１で示すようにブラケット６の内周面６１ａに対して周方向に移動する。このような現象を、外周クリープと称する。

特に、負荷側に配置された第１の軸受２１には、回転子１で発生する径方向加振力に加えて、シャフト１５に取り付けられた羽根車５０５の重量が作用する。そのため、第１の軸受２１に作用する径方向荷重Ｆｒは、第２の軸受２２に作用する径方向荷重Ｆｒよりも大きい。

そこで、実施の形態１では、上記の距離Ｄ１，Ｄ２，ｄ１，ｄ２がＤ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２を満足するように、軸受２１，２２および軸受保持部６，４２を構成している。すなわち、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外周側の隙間を、第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周側の隙間よりも狭くしている。

これにより、第１の軸受２１の外輪２１ｂが、ブラケット６内で周方向に移動しにくくなる。すなわち、より大きな径方向荷重Ｆｒが作用する第１の軸受２１において、外周クリープの発生を抑制することができる。

上記の関係Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２が成立する場合として、例えば、距離Ｄ１，Ｄ２がＤ１＜Ｄ２を満足する場合と、距離ｄ１，ｄ２がｄ１＞ｄ２を満足する場合が考えられる。

例えば、ブラケット６の筒状部６１の内径を、軸受保持部４２の内径よりも小さくすれば、距離Ｄ１，Ｄ２がＤ１＜Ｄ２を満足する。この場合、Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２が成立する限り、距離ｄ１，ｄ２の大小は問わない。例えば、距離ｄ１，ｄ２を同じ（ｄ１＝ｄ２）にしてもよい。このようにすれば、軸受２１，２２を同一外径に構成できるため、製造コストを低減することができる。

また、第１の軸受２１の外輪２１ｂの外径を、第２の軸受２２の外輪２２ｂの外径よりも大きくすれば、距離ｄ１，ｄ２がｄ１＞ｄ２を満足する。この場合、Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２が成立する限り、距離Ｄ１，Ｄ２の大小は問わない。例えば、距離Ｄ１，Ｄ２を同じ（Ｄ１＝Ｄ２）にしてもよい。このようにすれば、ブラケット６の筒状部６１と軸受保持部４２とを同一内径を有するように構成できるため、製造コストを低減することができる。

また、図５（Ａ）および（Ｂ）に示したように、中心軸線Ｃ１から第１の軸受２１の内輪２１ａの内周面までの距離ｅ１と、中心軸線Ｃ１から第２の軸受２２の内輪２２ａの内周面までの距離ｅ２とは、同じである。言い換えると、第１の軸受２１の内径（２×ｅ１）と、第２の軸受２２の内径（２×ｅ２）とは、同じである。

そのため、シャフト１５において、第１の軸受２１に支持される部分の外径と、第２の軸受２２に支持される部分の外径とを同じにすることができる。これにより、製造コストを低減することができる。

＜軸電流を抑制するための構成＞
次に、電動機１００における軸電流の抑制について説明する。電動機１００をインバータによって駆動する場合、スイッチングに伴う騒音を抑制する目的で、キャリア周波数を可聴周波数よりも高い周波数に設定する。しかしながら、キャリア周波数が高くなると、高周波誘導によって、シャフト１５内に軸電圧と呼ばれる電圧が発生する。

軸電圧が大きくなると、シャフト１５を支持する軸受２１，２２の内輪２１ａ，２２ａと外輪２１ｂ，２２ｂとの電位差が大きくなり、軸受２１，２２を通ってシャフト１５に電流が流れやすくなる。この電流を軸電流と称する。軸電流が発生すると、内輪２１ａ，２２ａおよび外輪２１ｂ，２２ｂの軌道面、並びに転動体２１ｃ，２２ｃの転動面に、電食と呼ばれる損傷が発生する。

図１０は、軸電流発生時の電流の流れを説明するための模式図である。図１０に矢印で示すように、固定子５からブラケット６および第１の軸受２１を経由してシャフト１５に流れる経路Ａ１と、固定子５から回路基板７および第２の軸受２２を経由してシャフト１５に流れる経路Ａ２と、固定子５から回転子コア１０を経由してシャフト１５に流れる経路Ａ３とがある。

実施の形態１では、図１１に示すように、シャフト１５と第２の軸受２２との間に、絶縁体１８を設けている。より具体的には、シャフト１５の反負荷側の端部１５ｂの外径を細くし、この端部１５ｂに円筒状の絶縁体１８を取り付けている。絶縁体１８は、例えばＢＭＣ等の熱可塑性樹脂で形成されている。

絶縁体１８により、シャフト１５と第２の軸受２２とを電気的に絶縁することができるため、経路Ａ２を通る電流の流れを抑制することができる。

また、回転子１では、回転子コア１０とシャフト１５との間に樹脂部３０が配置されているため、回転子コア１０からシャフト１５への電流の流れを抑制することができる。すなわち、経路Ａ３を通る電流の流れを抑制することができる。

電流の３つの経路Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち、経路Ａ２および経路Ａ３を通る電流の流れが抑制されるため、経路Ａ１を通る電流の流れも抑制される。これにより、軸電流の発生を抑制し、軸受２１，２２における電食の発生を抑制することができる。

絶縁体１８がシャフト１５の端部１５ｂに取り付けられるため、シャフト１５の端部１５ｂを細く加工して円筒状の絶縁体１８を取付ければよく、製造コストを低減することができる。

なお、絶縁体１８は、シャフト１５と第２の軸受２２との間に限らず、シャフト１５と第１の軸受２１との間に設けてもよい。また、シャフト１５と第１の軸受２１との間およびシャフト１５と第２の軸受２２との間の両方に、それぞれ絶縁体１８を設けてもよい。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、実施の形態１の電動機１００は、コンシクエントポール型の回転子１と、回転子１を径方向外側から囲む固定子５と、回転子１のシャフト１５を支持する第１の軸受２１および第２の軸受２２と、第１の軸受２１の外周面２１ｄに対向する内周面６１ａを有するブラケット６（第１の軸受保持部）と、第２の軸受２２の外周面２２ｄに対向する内周面４２ａを有する軸受保持部４２（第２の軸受保持部）とを有する。第１の軸受２１は負荷側に位置し、第２の軸受２２は反負荷側に位置する。中心軸線Ｃ１からブラケット６の内周面６１ａまでの距離Ｄ１と、中心軸線Ｃ１から軸受保持部４２の内周面４２ａまでの距離Ｄ２と、中心軸線Ｃ１から第１の軸受２１の外周面２１ｄまでの距離ｄ１と、中心軸線Ｃ１から第２の軸受２２の外周面２２ｄまでの距離ｄ２とは、Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２を満足する。

そのため、より大きな径方向荷重が作用する第１の軸受２１の外周側の隙間を、他方の第２の軸受２２の外周側の隙間よりも小さくし、第１の軸受２１の外輪２１ｂを周方向に移動しにくくすることができる。これにより、外周クリープの発生を抑制することができ、電動機１００の性能を向上することができる。

また、距離Ｄ１を距離Ｄ２よりも小さくした場合には、同じ外径の第１の軸受２１および第２の軸受２２を用いることが可能になるため、製造コストを低減することができる。

また、距離ｄ１を距離ｄ２よりも大きくした場合には、ブラケット６の筒状部６１および軸受保持部４２を同じ内径を有するように形成することが可能になるため、製造コストを低減することができる。

また、ブラケット６が金属で形成され、軸受保持部４２が樹脂で形成されるため、より大きな径方向負荷が作用する第１の軸受２１をブラケット６で高い位置精度で保持することができる。また、軸受保持部４２を樹脂で形成することにより、製造コストを低減することができる。

また、第１の軸受２１の内径と第２の軸受２２の内径とが同じであるため、シャフト１５における第１の軸受２１に保持される部分の外径と第２の軸受２２に保持される部分の外径とを同じにすることができ、製造コストを低減することができる。

また、第１の軸受２１および第２の軸受２２のうちの少なくとも一方と、シャフト１５との間に絶縁体１８が設けられているため、軸電流の発生を抑制し、軸受２１，２２における電食の発生を抑制することができる。

また、回転子コア１０とシャフト１５との間に樹脂部３０が設けられているため、軸電流の発生を抑制し、軸受２１，２２における電食の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図１２は、実施の形態２の電動機１００Ａを示す部分縦断面図である。実施の形態２の電動機１００Ａは、第１の軸受２１の転動体または第２の軸受２２の転動体の材質が、実施の形態１の電動機１００と相違する。

図１２に示すように、シャフト１５と第２の軸受２２との間には、実施の形態１で説明した絶縁体１８（図１１）は設けられていない。すなわち、シャフト１５の表面には、第２の軸受２２の内周面が接している。

図１３（Ａ）は、実施の形態２の第１の軸受２１および第２の軸受２２を拡大して示す図である。実施の形態２の第１の軸受２１は、内輪２１ａと、外輪２１ｂと、複数の転動体２１ｅとを有する。

第１の軸受２１の転動体２１ｅは、セラミックスで形成されている。セラミックスの一例としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）がある。但し、アルミナに限らず、転動体に要求される強度を有し、且つ絶縁性を有するセラミックスであればよい。

第１の軸受２１の内輪２１ａおよび外輪２１ｂの構成は、実施の形態１で説明した通りである。また、第２の軸受２２の構成は、実施の形態１で説明した通りである。

第１の軸受２１の転動体２１ｅがセラミックスで形成されているため、内輪２１ａと外輪２１ｂとを電気的に絶縁することができる。すなわち、実施の形態１で説明した経路Ａ１を通る電流の流れを抑制することができる。

また、実施の形態１で説明したように、経路Ａ３を通る電流の流れは、回転子コア１０とシャフト１５との間に配置された樹脂部３０によって抑制される。

電流の３つの経路Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち、経路Ａ１および経路Ａ３を通る電流の流れが抑制されるため、経路Ａ２を通る電流の流れも抑制される。これにより、軸電流の発生を抑制し、軸受２１，２２における電食の発生を抑制することができる。

また、負荷側の第１の軸受２１は、大きな径方向荷重を受けるため、転動体２１ｅの周囲の潤滑油の油膜が薄くなりやすい。油膜が薄くなるほど、導通による電食が発生しやすくなる。第１の軸受２１の転動体２１ｅをセラミックスで形成することにより、油膜が薄くなった場合であっても、電食の発生を抑制することができる。

なお、ここでは第１の軸受２１の転動体２１ｅをセラミックスで形成し、第２の軸受２２の転動体２１ｃを金属で形成しているが、軸受２１，２２の少なくとも一方の転動体がセラミックスで形成されていればよい。

例えば、図１３（Ｂ）に示すように、第１の軸受２１の転動体２１ｅと、第２の軸受２２の転動体２２ｅとを共にセラミックスで形成してもよい。この構成では、軸電流の発生をより効果的に抑制し、電食の発生を抑制する効果を高めることができる。

また、シャフト１５と第２の軸受２２との間に、実施の形態１で説明したように絶縁体１８を設けてもよい。

上述した点を除き、実施の形態２の電動機１００Ａは、実施の形態１の電動機１００と同様に構成されている。

以上説明したように、実施の形態２では、シャフト１５を保持する第１の軸受２１および第２の軸受２２の少なくとも一方が、セラミックスで形成された転動体を有する。そのため、軸電流の発生を効果的に抑制し、電食の発生を抑制する効果を高めることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図１４は、実施の形態３の電動機１００Ｂを示す部分縦断面図である。実施の形態３の電動機１００Ｂは、第２の軸受保持部としての金属製の軸受保持部材８０を有し、放熱板８（図１）を有さない点で、実施の形態１の電動機１００と相違する。

軸受保持部材８０は、モールド固定子４の反負荷側を覆うように設けられている。軸受保持部材８０は金属で形成される。より具体的には、軸受保持部材８０は、溶融亜鉛－アルミニウム－マグネシウム合金めっき鋼板で構成される。溶融亜鉛－アルミニウム－マグネシウム合金めっき鋼板は、プレス加工が可能であり、また、高い寸法精度を得やすいという利点がある。

軸受保持部材８０は、また、ＡＤＣ１２（ＪＩＳ Ｈ５３０２）などのアルミニウム合金で構成してもよい。ＡＤＣ１２などのアルミニウム合金は、ダイカストによる加工が可能であるため、押し出し成形等による場合と比較して形状の自由度が高い。

軸受保持部材８０は、第２の軸受２２の径方向外側に位置するフランジ部８１と、第２の軸受２２の反負荷側に位置する板状部８２とを有する。

図１５は、軸受保持部材８０の一部を拡大して示す図である。軸受保持部材８０のフランジ部８１には、第２の軸受２２の外輪２２ｂの外周面２２ｄに当接する内周面８３が形成されている。板状部８２には、外輪２２ｂの軸方向端面に当接する端面８４と、内輪２２ａの軸方向端面に距離をあけて対向する対向面８５とが形成されている。

軸受保持部材８０は、モールド樹脂部４０により保持されている。軸受保持部材８０のフランジ部８１の外周側は、モールド樹脂部４０に覆われている。軸受保持部材８０と回路基板７とは離れており、軸受保持部材８０と固定子５との間にはモールド樹脂部４０が介在している。すなわち、軸受保持部材８０と回路基板７および固定子５とが接触しないように構成されている。

軸受保持部材８０が金属で形成されるため、ブラケット６の内周面６１ａと同様に、軸受保持部材８０の内周面８３を高い寸法精度で形成することができる。そのため、実施の形態１で説明したＤ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２を満足しつつ、第２の軸受２２の外周側の隙間（Ｄ２－ｄ２）も狭くし、外周クリープの発生を抑制することができる。

また、軸受保持部材８０の一部がモールド樹脂部４０に覆われており、回路基板７および固定子５とは接触していないため、軸電流の発生を抑制することができる。

また、軸受保持部材８０は外輪２２ｂには接触するが、内輪２２ａには接触しないため、内輪２２ａと外輪２２ｂとの間の電流の流れを抑制することができる。

また、軸受保持部材８０が金属で形成され、その一部がモールド樹脂部４０から露出しているため、コイル５５あるいは回路基板７で発生した熱を外部に放熱する放熱効果も発揮することができる。

上述した点を除き、実施の形態３の電動機１００Ｂは、実施の形態１の電動機１００と同様に構成されている。

以上説明したように、実施の形態３では、金属製の軸受保持部材８０（第２の軸受保持部）で第２の軸受２２を保持しているため、第２の軸受２２の外周側の隙間を狭くし、第２の軸受２２の外周クリープの発生を抑制することができる。

なお、実施の形態１では、第１の軸受保持部としてのブラケット６を金属で形成し、第２の軸受保持部としての軸受保持部４２を樹脂で形成した。実施の形態３では、ブラケット６と軸受保持部材８０をいずれも金属で形成した。しかしながら、第１の軸受保持部および第２の軸受保持部を共にＢＭＣ等の樹脂で形成してもよく、第１の軸受保持部を樹脂で形成し、第２の軸受保持部を金属で形成してもよい。

＜空気調和装置＞
次に、上述した実施の形態１～３の電動機１００，１００Ａ，１００Ｂが適用可能な空気調和装置について説明する。図１６（Ａ）は、実施の形態１の電動機１００を適用した空気調和装置５００の構成を示す図である。空気調和装置５００は、室外機５０１と、室内機５０２と、これらを接続する冷媒配管５０３とを備える。

室外機５０１は、例えばプロペラファンである室外送風機５１０と、圧縮機５０４と、熱交換器５０７とを有する。室外送風機５１０は、羽根車５０５と、これを駆動する電動機１００とを有する。電動機１００の構成は、実施の形態１で説明した通りである。

図１６（Ｂ）は、室外機５０１の断面図である。電動機１００は、室外機５０１のハウジング５０８内に配置されたフレーム５０９に、ネジ４８によって取り付けられている。電動機１００のシャフト１５には、ハブ５０６を介して羽根車５０５が取り付けられている。

室外送風機５１０では、電動機１００の回転により羽根車５０５が回転し、熱交換器５０７に送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、圧縮機５０４で圧縮された冷媒が熱交換器５０７（凝縮器）で凝縮する際に放出された熱を、室外送風機５１０の送風によって室外に放出する。

室内機５０２（図１６（Ａ））は、例えばクロスフローファンである室内送風機５２０と、熱交換器５２３とを有する。室内送風機５２０は、羽根車５２１と、これを駆動する電動機５２２とを有する。

室内送風機５２０では、電動機５２２の回転により羽根車５２１が回転し、室内に送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、冷媒が熱交換器５２３（蒸発器）で蒸発する際に熱が奪われた空気を、室内送風機５２０の送風によって室内に送風する。

実施の形態１で説明した電動機１００では外周クリープの発生が抑制されるため、室外送風機５１０の運転を長期間に亘って安定させることができ、空気調和装置５００の信頼性を向上することができる。

ここでは、室外送風機５１０に実施の形態１の電動機１００を用いたが、室外送風機５１０および室内送風機５２０の少なくとも一方に実施の形態１の電動機１００を用いていればよい。また、実施の形態１の電動機１００の代わりに、実施の形態２～３の電動機１００Ａ，１００Ｂのいずれかを用いてもよい。

また、実施の形態１～３で説明した電動機１００，１００Ａ，１００Ｂは、空気調和装置の送風機以外の電気機器に搭載することもできる。

以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。

１ 回転子、 ４ モールド固定子、 ５ 固定子、 ６ ブラケット（第１の軸受保持部）、 ７ 回路基板、 ８ 放熱板、 ９ 防水キャップ、 １０ 回転子コア、 １５ シャフト、 １６ 永久磁石、 １８ 絶縁体、 ２１ 第１の軸受、 ２１ａ 内輪、 ２１ｂ 外輪、 ２１ｃ 転動体、 ２１ｄ 外周面、 ２１ｅ 転動体、 ２２ 第２の軸受、 ２２ａ 内輪、 ２２ｂ 外輪、 ２２ｃ 転動体、 ２２ｄ 外周面、 ２２ｅ 転動体、 ３０ 樹脂部、 ３１ 内筒部、 ３２ リブ、 ３３ 外筒部、 ４０ モールド樹脂部、 ４１ 開口部、 ４２ 軸受保持部（第２の軸受保持部）、 ４２ａ 内周面、 ４２ｂ 端面、 ４５ 取付け脚、 ５０ 固定子コア、 ５５ コイル、 ６１ 筒状部、 ６１ａ 内周面、 ６２ 環状部、 ６３ 嵌合部、 ６４ 端面部、 ７１ 駆動回路、 ７２ 口出し部、 ７３ リード線、 ８０ 軸受保持部材（第２の軸受保持部）、 ８１ フランジ部、 ８２ 板状部、 ８３ 内周面、 ８４ 端面、 ８５ 対向面、 １００，１００Ａ，１００Ｂ 電動機、 ５００ 空気調和装置、 ５０１ 室外機、 ５０２ 室内機、 ５０３ 冷媒配管、 ５０５ 羽根車、 ５０９ フレーム、 ５１０ 室外送風機、 ５２０ 室内送風機。

Claims (13)

1. シャフトと、前記シャフトをその中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む回転子コアと、前記回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有し、前記永久磁石が磁石磁極を構成し、前記回転子コアの一部が仮想磁極を構成する回転子と、
   前記回転子を前記径方向の外側から囲む固定子と、
   前記シャフトを支持する第１の軸受および第２の軸受と、
   前記第１の軸受の外周面に対向する内周面を有する第１の軸受保持部と、
   前記第２の軸受の外周面に対向する内周面を有する第２の軸受保持部と
   を有し、
   前記シャフトの前記中心軸線の方向における一方の側は、負荷を受ける負荷側であり、
   前記第１の軸受および前記第２の軸受のうち、前記第１の軸受が前記負荷側に位置し、
   前記中心軸線から前記第１の軸受保持部の前記内周面までの距離Ｄ１と、
   前記中心軸線から前記第２の軸受保持部の前記内周面までの距離Ｄ２と、
   前記中心軸線から前記第１の軸受の前記外周面までの距離ｄ１と、
   前記中心軸線から前記第２の軸受の前記外周面までの距離ｄ２とが、
   Ｄ１－ｄ１＜Ｄ２－ｄ２
   を満足し、
   さらに、Ｄ１＜Ｄ２およびｄ１＝ｄ２を共に満足するか、または、ｄ１＞ｄ２を満足する
   電動機。
2. さらに、Ｄ１＝Ｄ２を満足する
   請求項１に記載の電動機。
3. 前記第１の軸受保持部は金属で形成され、
   前記第２の軸受保持部は樹脂で形成される
   請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記第１の軸受保持部は金属で形成され、
   前記第２の軸受保持部は金属で形成される
   請求項１または２に記載の電動機。
5. 前記第１の軸受保持部と前記第２の軸受保持部とを保持するモールド樹脂部をさらに有する
   請求項４に記載の電動機。
6. 前記第１の軸受および前記第２の軸受は、同一の内径を有する
   請求項１から５までの何れか１項に記載の電動機。
7. 前記第１の軸受および前記第２の軸受のうちの少なくとも一方と、前記シャフトとの間に、絶縁体を有する
   請求項１から６までの何れか１項に記載の電動機。
8. 前記回転子は、前記回転子コアと前記シャフトとの間に、樹脂部を有する
   請求項１から７までの何れか１項に記載の電動機。
9. 前記第１の軸受および前記第２の軸受のうちの少なくとも一方は、セラミックスで形成された転動体を有する
   請求項１から８までの何れか１項に記載の電動機。
10. 前記第１の軸受は、セラミックスで形成された転動体を有する
    請求項９に記載の電動機。
11. 前記第１の軸受および前記第２の軸受はいずれも、セラミックスで形成された転動体を有する
    請求項１０に記載の電動機。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載の電動機と、
    前記電動機によって回転駆動される羽根車と
    を備えた送風機。
13. 室外機と、前記室外機に冷媒配管を介して接続された室内機とを備え、
    前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
    請求項１２に記載の送風機を有する
    空気調和装置。

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