WO2014141656A1

WO2014141656A1 - 電動機およびこの電動機を備えた電気機器

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Publication number: WO2014141656A1
Application number: PCT/JP2014/001281
Authority: WO
Inventors: 宏昭川崎
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN105103416A; EP2975743A1; EP2975743B1; JPWO2014141656A1; EP2975743A4; US9929617B2; JP6368917B2; US20160028289A1; CN105103416B

Abstract

本発明における電動機（４０）は、固定子（１０）と、回転体（２０）を有する回転子（１４）と、一対の軸受（１５）と、一対のブラケット（１７、２４）と、を備える。特に、回転体（２０）は、外側鉄心（２５）と、内側鉄心（２６）と、誘電体層（２３）と、を有する。外側鉄心（２５）は、回転体（２０）の外周側に設けられる。内側鉄心（２６）は、シャフト（１６）に締結される。誘電体層（２３）は、外側鉄心（２５）と内側鉄心（２６）との間に位置する。誘電体層（２３）は、誘電率が異なる２以上の誘電体で構成される。

Description

電動機およびこの電動機を備えた電気機器

　本発明は、特に、軸受における電食の発生を抑制するように改良された電動機および、この電動機を備えた電気機器に関する。

　近年、電動機の駆動方式は、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。従って、軸受の外輪と軸受の内輪との間には、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いる。軸電圧が軸受の内部に存在する油膜の絶縁破壊が生じる電圧に達すると、軸受の内部には微小な電流が流れる。この微小な電流が流れると、軸受の内部には電食が発生する。電食が進行した場合、軸受の内輪、軸受の外輪または軸受ボールには、波状の摩耗現象が発生する。波状の摩耗現象が発生すると、軸受から異常音が発生することがある。この異常音の発生が、電動機における不具合の主要因の１つとなっている。

　従来、電食を抑制するために、つぎの技術が提案されている。例えば、特許文献１において、回転子には誘電体層を有する。本構成により、軸電圧を低くして、電食の発生を抑制している。

国際公開第２００９／１１３３１１号

　本発明の電動機は、固定子と、回転子と、一対の軸受と、一対のブラケットと、を備える。

　固定子は、巻線を巻装した固定子鉄心を有する。回転子は、固定子に対向して周方向に永久磁石を有する回転体と、回転体の軸心を貫通するシャフトと、を含む。一対の軸受は、シャフトを回転自在に支持する。一対のブラケットは、軸受を固定する。

　特に、回転体は、外側鉄心と、内側鉄心と、誘電体層と、を有する。

　外側鉄心は、回転体の外周側に設けられる。内側鉄心は、シャフトに締結される。誘電体層は、外側鉄心と内側鉄心との間に位置する。誘電体層は、誘電率が異なる２以上の誘電体で構成される。

図１は、本発明の実施の形態１における電動機の断面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の斜視図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の上面図である。図２Ｃは、図２Ｂとは異なる、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の上面図である。図２Ｄは、本発明の実施の形態１における電動機の他の回転体の上面図である。図２Ｅは、本発明の実施の形態１における電動機の更に他の回転体の上面図である。図２Ｆは、図２Ｅ中に示す２Ｆ－２Ｆ断面図である。図２Ｇは、図２Ｅ中に示す２Ｇ－２Ｇ断面図である。図３Ａは、本発明の実施の形態２における電動機の回転体の斜視図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態２における電動機の回転体の断面図である。図３Ｃは、本発明の実施の形態２における電動機の他の回転体の上面図である。図４Ａは、本発明の実施の形態３における電動機の回転体の斜視図である。図４Ｂは、本発明の実施の形態３における電動機の回転体の断面図である。図４Ｃは、本発明の実施の形態３における電動機の他の回転体の上面図である。図５Ａは、本発明の実施の形態４における電動機の回転体の斜視図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態４における電動機の同回転体の断面図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態４における電動機の他の回転体の上面図である。図６は、本発明の実施の形態１から４のいずれかの形態における電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。

　本発明は、後述する実施の形態における電動機において、軸電圧を適した範囲に設定できる。具体的には、回転体には、複数の誘電体が用いられる。例えば、複数の誘電体は、誘電率が異なる樹脂を多層に配置して構成される。よって、外側鉄心と内側鉄心との間で生じる静電容量は、容易に変更できる。外側鉄心と内側鉄心との間で生じる静電容量を変更することで、適切な軸電圧を有する電動機を提供できる。

　つまり、本発明は、軸受における電食の発生が、効果的に抑制された電動機を提供できる。併せて、本発明は、軸受における電食の発生が、効果的に抑制された電動機を備えた電気機器を提供できる。

　まず、従来の電動機には、つぎの注意すべき点がある。

　すなわち、特許文献１に開示された技術では、誘電体層が有する静電容量を利用して、軸受の内輪に誘起される高周波電圧を抑制できる。しかし、この構成では、適切な軸電圧を得るために、必要とされる誘電体層を設定することは困難な場合があった。

　つまり、従来の電動機では、誘電体層が有する静電容量を柔軟に変更できれば、適切な軸電圧が設定できる。従来の電動機では、静電容量を変更するために、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、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。

　つぎの方法は、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。

　他の方法は、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。

　ところで、電動機が用いられる電気機器において、電動機を取り付けるために許容される空間は、電気機器ごとにほぼ決められている。従って、この許容される空間に応じて、電動機の大きさが導かれる。よって、電動機で使用される回転子の大きさも、自ずと導かれる。

　一般的に、回転子の大きさは標準化されている。この標準化された大きさを、電動機の都合で、大きく変更することは困難である。また、仮に回転子の大きさを変更する場合、つぎの注意点がある。すなわち、回転子が有する鉄心の形状などを変更する場合、鉄心を作成する金型を変更しなければならない。金型の変更には、費用と工数が必要となるため、容易に変更することは困難である。また、外側鉄心は、磁石のヨークに用いられる。外側鉄心の軸心に沿った方向の長さは、電動機の効率などの特性に影響する。内側鉄心は、軸に締結される。内側鉄心の軸心に沿った方向の長さは、回転子とシャフトとが締結される強度にも影響する。よって、外側鉄心と内側鉄心とは、容易に変更することができない。

　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。しかも、軸電圧は、電動機が取り付けられるセットによっても変化する。このような軸電圧を、鉄心の形状や軸心に沿った方向の長さを変更することなく、樹脂材料を変更することのみで最適な範囲に設定することは、大変な困難を伴う。

　以下、本発明の電動機およびそれを備えた電気機器について、図面を用いて説明する。

　なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における電動機の断面を示した構造図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の斜視図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の上面図である。図２Ｃは、図２Ｂとは異なる、本発明の実施の形態１における電動機の回転体の上面図である。図２Ｄは、本発明の実施の形態１における電動機の他の回転体の上面図である。図２Ｅは、本発明の実施の形態１における電動機の更に他の回転体の上面図である。図２Ｆは、図２Ｅ中に示す２Ｆ－２Ｆ断面図である。図２Ｇは、図２Ｅ中に示す２Ｇ－２Ｇ断面図である。

　本実施の形態１では、電気機器に搭載される電動機を例示して、説明する。この電動機は、ブラシレスモータである。この電動機は、インナロータ型の電動機である。インナロータ型の電動機は、回転子が固定子の内周側に、回転自在に配置される。

　図１に示すように、本発明の実施の形態１における電動機であるブラシレスモータ４０は、固定子１０と、回転子１４と、一対の軸受１５と、一対のブラケット１７、２４と、を備える。

　固定子１０は、巻線である固定子巻線１２と、固定子巻線１２を巻装した固定子鉄心１１と、を有する。回転子１４は、回転体２０と、シャフト１６と、を含む。回転体２０は、固定子１０に対向して周方向に永久磁石を有する。なお、以下の説明において、永久磁石は、単に磁石２２という。シャフト１６は、回転体２０の軸心４２を貫通する。一対の軸受１５は、シャフト１６を回転自在に支持する。一対のブラケット１７、２４は、軸受１５を固定する。

　特に、回転体２０は、外側鉄心２５と、内側鉄心２６と、誘電体層２３と、を有する。

　外側鉄心２５は、回転体２０の外周側に設けられる。内側鉄心２６は、シャフト１６に締結される。誘電体層２３は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に位置する。誘電体層２３は、誘電率が異なる２以上の誘電体で構成される。

　具体例を図２Ａから図２Ｄに示す。図２Ａから図２Ｄに示すように、誘電体層２３は、軸心４２に対して直交する方向において、軸心４２から回転体２０の外周側に向けて、誘電体が２以上の層を形成する。図２Ｂ、図２Ｄに示すように、本実施の形態１における回転体２０において、軸心４２に対して直交する方向とは、円筒形をなす回転体２０の半径方向をいう。また、本実施の形態１における誘電体層２３は、誘電体が２層である。シャフト１６側に位置する誘電体を内側誘電体２７という。外周側に位置する誘電体を外側誘電体２８という。

　更なる具体例を図２Ｅから図２Ｇに示す。図２Ｅ、図２Ｆに示すように、誘電体である内側誘電体２７は、軸心４２に沿った方向において、内側誘電体２７を貫通する孔４１を有する。この孔４１は、外側誘電体２８に施してもよい。あるいは、この孔４１は、内側誘電体２７と外側誘電体２８の両方に施してもよい。

　あるいは、図２Ｅ、図２Ｇに示すように、誘電体である内側誘電体２７は、軸心４２に沿った方向の表面２３ａにおいて、内側誘電体２７の内側へ窪んだ凹部４１ａを有する。この凹部４１ａは、孔４１のように内側誘電体２７を貫通しない。凹部４１ａの深さは、必要とされる誘電率に応じて設定される。

　この凹部４１ａは、内側誘電体２７において、軸心４２に沿った方向の反対面に位置してもよい。凹部４１ａは、内側誘電体２７において、軸心４２に沿った方向の両面に位置してもよい。さらに、この凹部４１ａは、外側誘電体２８に施してもよい。また、この孔４１は、内側誘電体２７と外側誘電体２８の両方に施してもよい。

　また、孔４１と凹部４１ａの形状は、図２Ｅから図２Ｇに示した円形に限らない。孔４１と凹部４１ａの形状は、必要に応じて、楕円や多角形などでもよい。

　以上の各構成により、外側鉄心と内側鉄心との間で生じる静電容量を変更できる。よって、適切な軸電圧を有する電動機を提供できる。この電動機は、軸受における電食の発生が、効果的に抑制される。

　さらに、図１から図２Ｅを用いて、詳細に説明する。

　図１に示すように、固定子鉄心１１には、固定子巻線１２が巻装される。固定子鉄心１１は、固定子鉄心１１と固定子巻線１２との間を絶縁するインシュレータである絶縁樹脂１３を有する。固定子鉄心１１は、他の固定部材とともに、モータケース１９内に、一体となって固定される。よって、回転子１４は、外形が概ね円筒形状となる。固定子１０は、絶縁樹脂であるモールド材により、モールド成形されてもよい。

　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。図２Ａに示すように、回転子１４は、回転体２０と、シャフト１６とを有する。回転体２０は、円柱状である。回転体２０は、円板状でもよい。シャフト１６は、回転体２０の軸心４２を貫通して回転体２０に固定される。回転体２０は、固定子の内周側に対向して周方向に、永久磁石である磁石２２を有する。磁石２２には、例えば、フェライト樹脂磁石やフェライト焼結磁石などが用いられる。

　図１に示すように、最外周の磁石２２から内周側のシャフト１６に向かって、回転体２０は、外側鉄心２５、誘電体層２３、内側鉄心２６の順に配置される。外側鉄心２５は、回転体２０の外周側に位置する。内側鉄心２６は、回転体２０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２０は、外側鉄心２５と内側鉄心２６とで構成される回転子鉄心と、誘電体層２３と、磁石２２とが一体に成形される。このように、固定子１０の内周側と回転体２０の外周側とは、対向して配置される。

　図１に示すように、回転子１４のシャフト１６には、シャフト１６を支持する一対の軸受１５が取り付けられる。軸受１５は、複数の鉄ボールを有する円筒形状のベアリングである。一方の軸受１５は、モールド樹脂と一体に成型された金属製のブラケット１７に固定される。他方の軸受１５は、金属製のブラケット２４に固定される。

　本構成によって、シャフト１６が一対の軸受１５に支持されるため、回転子１４は回転自在になる。

　ブラシレスモータ４０は、プリント基板１８がモータケース１９内に内蔵される。プリント基板１８には、制御回路を含む駆動回路が実装される。

　プリント基板１８には、接続線が接続される。接続線は、プリント基板１８へ、固定子巻線１２の電源電圧、制御回路の電源電圧および回転数を制御する制御電圧を印加するリード線を含む。接続線は、制御回路のグランド線なども含む。

　以上のように構成されたブラシレスモータ４０に対して、接続線を介して各電源電圧および制御信号が、それぞれ供給される。供給された、それぞれの電源電圧および制御信号に基いて、固定子巻線１２へ供給される駆動電流が、プリント基板１８上に実装された駆動回路によって生成される。固定子巻線１２へ駆動電流が流されると、固定子鉄心１１から磁界が発生する。固定子鉄心１１から生じた磁界と磁石２２から生じた磁界は、これら磁界の極性に応じた吸引力および反発力を発生する。これらの吸引力および反発力によって、回転子１４はシャフト１６を中心に回転する。

　図２Ａから図２Ｄに示すように、最外周の磁石２２から内周側のシャフト１６に向かって、回転体２０は、外側鉄心２５、内側誘電体２７と外側誘電体２８とを有す誘電体層２３、内側鉄心２６の順に配置される。誘電体層２３は、絶縁樹脂で形成される層である。以降の説明において、絶縁樹脂を誘電体ともいう。本実施の形態１では、電食の発生を抑制ために、このような誘電体層２３が設けられる。回転体２０は、磁石２２と、外側鉄心２５と、誘電体層２３と、内側鉄心２６と、が一体に形成される。

　内側鉄心２６は、内側鉄心２６の内周側に、シャフト１６が挿入されるシャフト挿入孔２６ｂが形成される。シャフト１６は、シャフト挿入孔２６ｂにおいて、内側鉄心２６と締結される。シャフト１６が、シャフト挿入孔２６ｂを介して回転体２０と固定されることで、回転子１４が形成される。回転子１４は、一対の軸受に支持される。

　回転体２０において、誘電体層２３は、絶縁体である内側誘電体２７と、絶縁体である外側誘電体２８と、を有する。軸心４２に対して直交する方向において、誘電体層２３は、層を成すように内側誘電体２７と外側誘電体２８とが配置される。層状に配置された内側誘電体２７と外側誘電体２８とにより、外側鉄心２５と内側鉄心２６とは、直列的に絶縁された状態で分離される。

　また、誘電体層２３を形成する内側誘電体２７と外側誘電体２８とは、互いに異なる誘電率を有する絶縁樹脂で形成される。各々の誘電率は、所定の範囲内で設定される。高周波電流は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間を流れる。

　ところで、本実施の形態１で用いられる誘電体層２３を有さない回転体が用いられた場合、つぎの理由により、軸受に電食が生じる。

　すなわち、各種電動機の構造により差異はあるものの、一般的に、固定子鉄心と一対のブラケットとの間で生じるインピーダンスは高い。このインピーダンスを固定子鉄心側インピーダンスという。一方、回転体とシャフトとの間で生じるインピーダンスは低い。このインピーダンスを回転体側インピーダンスという。

　固定子鉄心側インピーダンスは、主に二つのインピーダンスを有する。つまり、固定子鉄心を基準として、一方のブラケットと固定子鉄心との間に生じるインピーダンスと、他方のブラケットと固定子鉄心との間に生じるインピーダンスと、が存在する。なお、一対のブラケットには、各々対応する、一対の軸受の外輪が固定される。

　回転体側インピーダンスは、誘電体層を有さない回転体と、この回転体が固定されるシャフトとの間に生じるインピーダンスである。回転体とシャフトとは電気的に接続されるため、回転体側インピーダンスは低い。なお、シャフトには、一対の軸受の内輪が固定される。

　ブラシレスモータ内には、固定子鉄心側インピーダンスと回転体側インピーダンスとを変換した等価回路が形成された状態となる。このような状態において、ブラシレスモータには、ＰＷＭ方式を用いたインバータ駆動が施される。このとき、固定子鉄心などから、パルス幅変調に起因する高周波電流が発生する。発生した高周波電流は、固定子鉄心側インピーダンスと回転体側インピーダンスとが変換された等価回路へ流れ込む。この結果、各々のブラケットと電気的に接続された軸受の外輪と、シャフトと電気的に接続された軸受の内輪との間で、高周波電流による電位差が生じる。この電位差が高い場合、軸受に電食が生じる。

　上述した電食が発生する要因に着目して、本実施の形態１では、回転体のインピーダンスを高くすることで、電食の発生を抑制する。

　具体的には、図１に示すように、回転体２０が有する鉄心は、外側鉄心２５と内側鉄心２６とで形成される。回転体２０が有する鉄心は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に誘電体層２３を有する。回転体２０は、誘電体層２３を設けることにより、静電容量が直列に接続された回路と等価になる。このように、回転体２０のインピーダンスを高くすれば、回転子１４が有するインピーダンスは高くなる。

　換言すれば、鉄心のみで形成された、インピーダンスが低い回転体を有する回転子は、インピーダンスが低い。本実施の形態１を用いれば、回転子１４のインピーダンスを高くすることができる。高いインピーダンスとは、ブラケット１７と軸受１５等が電気的に接続されることで得られるインピーダンスと同程度をいう。

　回転子１４のインピーダンスが高くなれば、回転体２０からシャフト１６へと流れる高周波電流による電圧降下は大きくなる。よって、高周波電流によりシャフト１６に発生していた電位は、低くすることができる。

　つまり、軸受１５の外輪は、ブラケット１７に電気的に接続される。軸受１５の内輪は、シャフト１６と電気的に接続される。上述した動作原理に基いて、ブラシレスモータ４０は、軸受１５の外輪と、軸受１５の内輪との間において、高周波電流による電位差が少なくなる。よって、軸受１５の内輪と軸受１５の外輪との間は、電位差が低くなるように保たれる。この結果、軸受１５における電食の発生は抑制される。

　回転体２０について、詳細に説明する。

　図２Ａ、図２Ｂに示すように、回転体２０は、複数の層を有する略円筒形状をなす。本実施の形態１において、複数の層は、シャフト１６が位置する内周側から磁石２２が位置する外周側に向けて、鉄心からなる内側鉄心２６と、誘電体からなる誘電体層２３と、鉄心からなる外側鉄心２５と、磁石２２と、を有する。ここで、内側鉄心２６と外側鉄心２５と、を形成する鉄心と、誘電体層２３を形成する誘電体と、磁石２２とは、材料が異なる。上述したように、誘電体は絶縁樹脂で形成される。

　そこで、鉄心と絶縁樹脂、あるいは、鉄心と磁石とを締結するにあたり、その強度を向上させるために、つぎの構成とした。すなわち、図２Ｂに示すように、外側鉄心２５と磁石２２とが接する境界部４３には、軸心４２に対して直交する方向において、複数の凸部４４と、この凸部４４と嵌合する凹部４５とを有する。本構成により、隣り合う外側鉄心２５と磁石２２とが締結する力が強くなる。

　図２Ｃに示すように、複数の凸部４４と、凸部４４と嵌合する凹部４５とは、鉄心と絶縁樹脂とが接する境界部４６に施してもよい。また、凸部４４と凹部４５とを入れ替える構成でもよい。

　その他、内側鉄心２６と外側鉄心２５とが、誘電体層２３を介して、互いに噛み合うような構成であってもよい。

　また、軸心４２に沿った方向において、外側鉄心２５の長さと内側鉄心２６の長さは、同じ長さでよい。あるいは、必要に応じて、外側鉄心２５の長さと内側鉄心２６の長さは、異なっていてもよい。

　次に、誘電体層２３を構成する、内側誘電体２７と外側誘電体２８とは、それぞれ異なる誘電率を有する。各々が有する誘電率は、誘電率を示す値が大きく離れているほうが好ましい。誘電率を示す値が大きく離れていれば、誘電体層２３として得ることができる静電容量の範囲が広くなる。

　図２Ｂ、図２Ｄを用いて、詳細に説明する。

　本実施の形態１において、内側誘電体２７と外側誘電体２８とは、それぞれ異なる誘電率を有する。

　図２Ｂに示すように、内側誘電体２７と外側誘電体２８とは、軸心４２と直交する方向において、異なる厚みを有する。図２Ｂにおいて、軸心４２と直交する方向を半径方向という。図中、半径方向において、内側誘電体２７の厚みＴ１ａは、外側誘電体２８の厚みＴ２ａよりも厚い。

　このとき、内側誘電体２７が有する誘電率が、外側誘電体２８が有する誘電率よりも大きい場合、誘電体層２３が得ることができる静電容量は、最大の値となる。

　一方、図２Ｄに示すように、半径方向において、内側誘電体２７の厚みＴ１ｂは、外側誘電体２８の厚みＴ２ｂよりも薄い。

　このとき、内側誘電体２７が有する誘電率が、外側誘電体２８が有する誘電率よりも大きい場合、すなわち、半径方向において、誘電率が小さい外側誘電体２８の厚みＴ２ｂが、誘電率が大きい内側誘電体２７の厚みＴ１ｂよりも厚い場合、誘電体層２３が得ることができる静電容量は、最小の値となる。

　換言すれば、内側誘電体２７が有する誘電率と、外側誘電体２８とが有する誘電率とを大きく異ならせる。本特性を有する誘電体層２３は、半径方向において、内側誘電体２７と外側誘電体２８との厚みを変更すれば、所望の静電容量を容易に得ることができる。上述したように、誘電率の値の差異が大きければ大きい程、静電容量が設定できる範囲は広くなる。また、所望の静電容量を得るにあたり、内側誘電体２７の厚みと外側誘電体２８の厚みに関する比率の調整も容易となる。

　また、本実施の形態１における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向において、誘電体を貫通する孔を有する。

　図２Ｅ、図２Ｆに示すように、誘電体層２３は、内側誘電体２７と外側誘電体２８とを有する。本実施の形態１において、内側誘電体２７は、孔４１を有する。孔４１は、軸心４２に沿った方向において、内側誘電体２７を貫通する。孔４１を有することで、内側誘電体２７は、内側誘電体２７を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、孔４１を有することで、内側誘電体２７は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　あるいは、本実施の形態１における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向の表面において、誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する。

　図２Ｅ、図２Ｇに示すように、内側誘電体２７は、凹部４１ａを有する。凹部４１ａは、軸心４２に沿った方向の表面２３ａにおいて、誘電体の内側へ窪んでいる。凹部４１ａを有することで、孔４１と同様、内側誘電体２７は、内側誘電体２７を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、凹部４１ａを有することで、内側誘電体２７は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　つぎに、誘電体層２３は、誘電体層２３に用いられる絶縁樹脂の材料として、この誘電体層２３を含むブラシレスモータが備える共振点に近い周波数成分を減衰する材料が用いられる。具体的には、誘電体層２３を構成する、内側誘電体２７に用いられる絶縁樹脂の材料と、外側誘電体２８に用いられる絶縁樹脂の材料と、のいずれか一方か、あるいは、その両方を適切な材料とする。本構成とすれば、ブラシレスモータは、振動や騒音が低減される。

　周波数成分は、ブラシレスモータに代えて、ブラシレスモータが組み込まれる電気機器が備える共振点に近い周波数成分としても、同様の効果を得ることができる。

　以上の説明から明らかなように、本実施の形態１における電動機の主たる構成として、回転体は、外側鉄心と、内側鉄心と、誘電体層と、を有する。

　本構成により、誘電体層が有する静電容量成分によって、回転体のインピーダンスが高くなる。回転体のインピーダンスが高くなるため、回転子のインピーダンスも高くなる。回転子のインピーダンスが高くなれば、回転体からシャフトを経由して軸受の内輪側へと流れる高周波電流を抑制できる。軸受の内輪側へ流れ込む高周波電流を抑制できるため、軸受の内輪側の電位が高くなることを防ぐことができる。高周波電流は、電動機を駆動することで生じる。

　特に、高周波電流に起因する電食の発生を抑制するためには、軸受の内輪と軸受の外輪との間に生じる電位差を少なくすることが効果的である。軸受の内輪と軸受の外輪との間に生じる電位差が少なくなるように、回転子のインピーダンスを調整する。回転子のインピーダンスを調整するには、誘電体層が有する静電容量を最適化する必要がある。誘電体層を誘電率が異なる２以上の誘電体で構成すれば、誘電体層２３が有する静電容量を最適化できる。

　具体的には、誘電体層は、軸心に対して直交する方向において、軸心から回転体の外周側に向けて、誘電体が２以上の層を形成する。特に、軸心に対して直交する方向において、各誘電体の厚みを調整する。

　各誘電体が有する誘電率と、各誘電体の厚みとを調整すれば、誘電体層が有する静電容量を容易に最適化できる。

　さらに、各誘電体は、軸心に沿った方向において、誘電体を貫通する孔を有する。あるいは、各誘電体は、軸心に沿った方向の表面において、誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する。この孔、あるいは、凹部を施すことで、誘電体層が有する静電容量を、より最適化できる。

　なお、本発明の実施の形態１では、具体例として、外側鉄心に磁石が貼り付けられた表面磁束型モータにて説明した。言うまでもなく、外側鉄心に磁石が埋設された磁石埋め込み型モータなどの他の構成においても、同様の効果が得られる。

　（実施の形態２）
　次に、実施の形態１にて説明したものとは異なる形態について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を援用する。

　図３Ａは、本発明の実施の形態２における電動機の回転体の斜視図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態２における電動機の回転体の断面図である。図３Ｃは、本発明の実施の形態２における電動機の他の回転体の上面図である。

　図３Ａ、図３Ｂに示すように、本発明の実施の形態２における電動機に用いられる誘電体層２３は、軸心４２に沿った方向において、誘電体が２以上の層を形成する。

　図面とともに、詳細に説明する。

　図３Ａには、磁石が取り外され、外側鉄心２５が現された回転体が示される。誘電体層２３は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に配置される。

　図３Ｂに示すように、誘電体層２３は、軸心に沿った方向において、２以上の層が形成される。図中、上から下の順に、誘電体２９、誘電体３０が配置される。誘電体２９と誘電体３０とは、それぞれ異なる誘電率を有する。誘電体２９と誘電体３０とは、軸心に沿った方向において、それぞれ所定の長さを有する。このとき、各々が有する誘電率は、誘電率を示す値が大きく離れているほうが好ましい。誘電率を示す値が大きく離れていれば、誘電体層２３として得ることができる静電容量の範囲が広くなる。

　具体的には、図３Ｂに示すように、軸心に沿った方向において、誘電体３０は、誘電体２９よりも長さが長い。このとき、誘電体３０が有する誘電率が、誘電体２９が有する誘電率よりも大きい場合、誘電体層２３が得ることができる静電容量は、最大の値となる。

　逆に、図３Ｂに示す誘電体層２３の構成で、誘電体３０が有する誘電率が、誘電体２９が有する誘電率よりも小さい場合、誘電体層２３が得ることができる静電容量は、最小の値となる。

　換言すれば、誘電体２９が有する誘電率と、誘電体３０とが有する誘電率とを大きく異ならせる。本特性を有する誘電体層２３は、軸心に沿った方向において、誘電体２９と誘電体３０との長さを変更すれば、所望の静電容量を容易に得ることができる。上述したように、誘電率の値の差異が大きければ大きい程、静電容量が設定できる範囲は広くなる。また、所望の静電容量を得るにあたり、誘電体２９の長さと誘電体３０の長さに関する比率の調整も容易となる。

　上記説明では、軸心４２に沿った方向において、誘電体層２３は、誘電体２９、誘電体３０の２層で形成された実施の形態が示された。当然のことながら、本実施の形態２の作用効果は、３層以上であってもよい。

　また、本実施の形態２における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向において、誘電体を貫通する孔を有する。

　図３Ｃに示すように、誘電体層２３は、誘電体２９と誘電体３０とを有する。本実施の形態２において、誘電体２９と誘電体３０とは、孔４１を有する。孔４１は、軸心４２に沿った方向において、誘電体２９と誘電体３０とを貫通する。孔４１を有することで、誘電体２９と誘電体３０とは、誘電体層２３を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、孔４１を有することで、誘電体層２３は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　また、本実施の形態２における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向の表面において、誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する。

　具体的には、図３Ｃに示す孔４１に代えて、凹部４１ａを有してもよい。凹部４１ａは、軸心４２に沿った方向の表面２３ａにおいて、誘電体の内側へ窪んでいる。凹部４１ａを有することで、孔４１と同様、内側誘電体２７は、内側誘電体２７を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、凹部４１ａを有することで、内側誘電体２７は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　（実施の形態３）
　つぎに、実施の形態２にて説明した形態のうち、特に、顕著な効果を得る形態について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、２と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を援用する。

　図４Ａは、本発明の実施の形態３における電動機の回転体の斜視図である。図４Ｂは、本発明の実施の形態３における電動機の回転体の断面図である。図４Ｃは、本発明の実施の形態３における電動機の他の回転体の上面図である。

　図４Ａ、図４Ｂに示すように、本発明の実施の形態３における電動機に用いられる誘電体層２３は、誘電体２９、３０が少なくとも３以上の層を形成する。軸心４２に沿った方向において、誘電体２９、３０のうち両端に位置する誘電体３０は、同じ誘電率を有する。

　図面とともに、詳細に説明する。

　図４Ａ、図４Ｂに示すように、軸心に沿った方向において、誘電体層２３は、誘電体３０が誘電体２９を覆うように配置される。図４Ａ、図４Ｂ中、誘電体３０が、上下方向から誘電体２９を覆うように配置された場合、回転体２０の成型が容易となる。つまり、誘電体層２３と磁石２２とを併せて、回転体２０を一体成型する作業が容易となる。具体的には、磁石２２は、フェライト磁石が焼結されたフェライト焼結磁石などが用いられる。回転体２０には、複数枚の磁石２２が取り付けられる。

　このとき、外側鉄心２５に対して、磁石２２が、接着剤などで貼り付けられると、つぎの不具合が生じる虞がある。つまり、回転子１４が高速回転された場合、回転体２０から磁石２２が外れて、磁石２２が飛散することが考えられる。そこで、回転体２０から磁石２２が外れることを防止するために、磁石２２を含む回転体２０が一体で成型される。

　ところで、つぎの手順で、回転体２０を成型すれば、容易に一体で成型できる。まず、誘電体２９は、外側鉄心２５と内側鉄心２６とで挟まれる。軸心４２に沿った方向において、誘電体２９は、所定の長さを有する。次に、磁石２２が外側鉄心２５に取り付けられた状態で、誘電体３０が成型される。誘電体３０は、磁石２２とともに、一体で成型される。この手順であれば、誘電体層２３は、軸心４２に沿った方向において、誘電体２９、３０を３以上の層に形成できる。

　このとき、つぎの対応により、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に生じる静電容量を変更できる。すなわち、軸心４２に沿った方向において、誘電体２９が有する長さと、誘電体２９に隣接する誘電体３０の長さとで得られる誘電体長さの比率を調整する。この誘電体長さの比率を調整することで、所望の静電容量を得ることができる。

　また、本実施の形態３における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向において、誘電体を貫通する孔を有する。

　図４Ｃに示すように、誘電体層２３は、誘電体２９と誘電体３０とを有する。本実施の形態３において、誘電体２９と誘電体３０とは、孔４１を有する。孔４１は、軸心４２に沿った方向において、誘電体２９と誘電体３０とを貫通する。孔４１を有することで、誘電体２９と誘電体３０とは、誘電体層２３を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、孔４１を有することで、誘電体層２３は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　また、本実施の形態３における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向の表面において、誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する。

　具体的には、図４Ｃに示す孔４１に代えて、凹部４１ａを有してもよい。凹部４１ａは、軸心４２に沿った方向の表面２３ａにおいて、誘電体の内側へ窪んでいる。凹部４１ａを有することで、孔４１と同様、内側誘電体２７は、内側誘電体２７を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、凹部４１ａを有することで、内側誘電体２７は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　（実施の形態４）
　つぎに、実施の形態１から３にて説明した形態とは異なる形態について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１から３と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を援用する。

　図５Ａは、本発明の実施の形態４における電動機の回転体の斜視図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態４における電動機の同回転体の断面図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態４における電動機の他の回転体の上面図である。

　図５Ａ、図５Ｂに示すように、本発明の実施の形態４における電動機に用いられる誘電体層２３は、軸心４２に沿った方向において、誘電体層２３の長さが、外側鉄心２５と内側鉄心２６のうちいずれか短い方の鉄心の長さよりも短い構成である。

　図面とともに、詳細に説明する。

　上述した実施の形態１から３で示した形態よりも、さらに小さい静電容量が望まれることがある。外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量をさらに小さくしたい場合、つぎの形態で実現できる。すなわち、図５Ａ、図５Ｂに示すように、軸心に沿った方向の長さにおいて、誘電体層２３の長さが、外側鉄心２５と内側鉄心２６のうち、いずれか短い方の鉄心の長さよりも短い。具体的には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、軸方向に沿った方向において、誘電体層２３の長さは、誘電体２９と誘電体３０とにより構成される。誘電体層２３の長さは、誘電体２９の長さと誘電体３０の長さとの合計である。誘電体層２３の長さが、外側鉄心２５、あるいは、内側鉄心２６よりも短い。または、誘電体層２３の長さが、外側鉄心２５と内側鉄心２６の両方の長さよりも短い。

　つまり、軸心４２に沿った方向において、外側鉄心２５の長さや内側鉄心２６の長さよりも、誘電体２９の長さと誘電体３０の長さとを合計した誘電体層２３の長さを短くする。本構成により、軸心４２に沿った方向において、外側鉄心２５と内側鉄心２６とで構成される回転子鉄心より、絶縁樹脂による誘電層が短くなる。換言すれば、外側鉄心２５と内側鉄心２６の間には、絶縁樹脂で形成される誘電体層２３に代わって、空気層が形成される。一般的に、絶縁樹脂が有する誘電率よりも、空気が有する誘電率は低い。よって、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に生じる空間中、軸心４２に沿った方向に位置する誘電体が調整される。具体的には、誘電体層２３に対して空気層が占める比率が高くなる。外側鉄心２５と内側鉄心２６との間に生じる空間において、空気層の比率が高くなると、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量は小さくなる。

　また、本実施の形態４における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向において、誘電体を貫通する孔を有する。

　図５Ｃに示すように、誘電体層２３は、誘電体２９と誘電体３０とを有する。本実施の形態４において、誘電体２９と誘電体３０とは、孔４１を有する。孔４１は、軸心４２に沿った方向において、誘電体２９と誘電体３０とを貫通する。孔４１を有することで、誘電体２９と誘電体３０とは、誘電体層２３を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、孔４１を有することで、誘電体層２３は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　また、本実施の形態４における電動機に用いられる誘電体は、軸心に沿った方向の表面において、誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する。

　具体的には、図５Ｃに示す孔４１に代えて、凹部４１ａを有してもよい。凹部４１ａは、軸心４２に沿った方向の表面２３ａにおいて、誘電体の内側へ窪んでいる。凹部４１ａを有することで、孔４１と同様、内側誘電体２７は、内側誘電体２７を構成する絶縁樹脂の収縮に対応できる。また、凹部４１ａを有することで、内側誘電体２７は、外側鉄心２５と内側鉄心２６との間で生じる静電容量を調整できる。

　（実施の形態５）
　つぎに、実施の形態１から４にて説明した電動機が、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６は、本発明の実施の形態１から４のいずれかの形態における電動機を搭載したエアコン室内機の概略図である。

　図６に示すように、本発明の実施の形態５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６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が有する回転軸には、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から４で示したブラシレスモータが適用できる。

　なお、上述の説明では、本発明の実施の形態５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。

　また、本発明の実施の形態５では、一例として、外側鉄心に磁石が取り付けられる表面磁石型モータを示した。その他、外側鉄心に磁石が埋設された磁石埋め込み型モータであっても、同様の効果が得られる。

　本発明の実施の形態における電動機は、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、エアコン室外機などに搭載される電動機に有効である。

　１０　　固定子
　１１　　固定子鉄心
　１２　　固定子巻線
　１３　　絶縁樹脂（インシュレータ）
　１４　　回転子
　１５　　軸受
　１６　　シャフト
　１７，２４　　ブラケット
　１８　　プリント基板
　１９　　モータケース
　２０　　回転体
　２２　　磁石（永久磁石）
　２３　　誘電体層
　２３ａ　　表面
　２５　　外側鉄心
　２６　　内側鉄心
　２６ｂ　　シャフト挿入孔
　２７　　内側誘電体
　２８　　外側誘電体
　２９，３０　　誘電体
　４０　　ブラシレスモータ（電動機）
　４１　　孔
　４１ａ　　凹部
　４２　　軸心
　４３，４６　　境界部
　４４　　凸部
　４５　　凹部
　２０１　　電動機
　２１０　　エアコン室内機
　２１１　　筐体
　２１２　　クロスフローファン
　２１３　　電動機駆動装置（駆動部）

Claims

巻線を巻装した固定子鉄心を有する固定子と、
前記固定子に対向して周方向に永久磁石を有する回転体と、前記回転体の軸心を貫通するシャフトと、を含む回転子と、
前記シャフトを回転自在に支持する、一対の軸受と、
前記軸受を固定する、一対のブラケットと、を備え、
前記回転体は、前記回転体の外周側に設けられた外側鉄心と、前記シャフトに締結される内側鉄心と、前記外側鉄心と前記内側鉄心との間に位置するとともに、誘電率が異なる２以上の誘電体で構成される誘電体層と、を有する電動機。
前記誘電体層は、前記軸心に対して直交する方向において、前記軸心から前記回転体の外周側に向けて、前記誘電体が２以上の層を形成する請求項１に記載の電動機。
前記誘電体層は、前記軸心に沿った方向において、前記誘電体が２以上の層を形成する請求項１に記載の電動機。
前記誘電体層は、前記誘電体が少なくとも３以上の層を形成し、前記軸心に沿った方向において、前記誘電体のうち両端に位置する前記誘電体が同じ誘電率を有する請求項３に記載の電動機。
前記誘電体は、前記軸心に沿った方向において、前記誘電体を貫通する孔を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機。
前記誘電体は、前記軸心に沿った方向の表面において、前記誘電体の内側へ窪んだ凹部を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機。
前記誘電体層は、前記軸心に沿った方向において、前記誘電体層の長さが、前記外側鉄心と前記内側鉄心のうちいずれか短い方の鉄心の長さよりも短い請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機。
請求項１から７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、を備えた電気機器。