專利名稱：電動馬達和包括該電動馬達的電動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動馬達，尤其涉及一種為了抑制軸承內發生電解腐蝕而進行了改進的電動馬達。
背景技術：
近年來，在大多數情況下，已使用脈沖寬度調制系統(以下適當稱為PWM系統)的逆變器對電動馬達進行了驅動。在使用這種PWM系統的逆變器對電動馬達進行驅動的情況下，繞組的中性點電位不為0，這導致在軸承的外環和內環之間出現電位差(以下稱為軸電壓)。該軸電壓包括由于切換所引起的高頻成分。在該軸電壓達到軸承內部的油膜的介電擊穿電壓的情況下，微電流流入該軸承并且導致該軸承內部發生電解腐蝕。在該 電解腐蝕繼續存在的情況下，在軸承內環、軸承外環或軸承滾珠上可能發生波狀磨損現象，從而產生異常聲響。這是電動馬達發生故障的主要原因之一。用于使用PWM系統的逆變器來驅動電動馬達的驅動電路(包括控制電路)的電源電路與該電源電路的主電路和該主電路側的接地端電絕緣。被視為抑制電解腐蝕的傳統措施包括如下(I)在軸承內環和軸承外環之間提供電氣連續性；(2)在軸承內環和軸承外環之間提供電氣絕緣性；以及(3)降低軸電壓。針對(I)的具體方法的示例包括在軸承內使用導電性潤滑劑。然而，該導電性潤滑劑的導電性隨著時間的經過而劣化，并且缺少滑動可靠性。可選地，考慮了用于在轉動軸上配置刷以提供電氣連續性的方法。然而，該方法產生了刷磨損粉末并且需要空間。針對(2)的具體方法的示例包括將軸承內的鐵珠改變為非導電性陶瓷珠。該方法在抑制電解腐蝕方面高度有效，但所需成本較高。因而，該方法無法用于通用電動馬達。作為針對(3)的具體方法，傳統上已知有以下方法。使定子鐵芯和導電性金屬支架發生電短路以改變電容并降低軸電壓(例如，參見專利文獻I)。此外，就模制電機的結構而言，傳統上已知在定子鐵芯和導電性金屬支架之間提供電氣連續性的結構(例如，參見專利文獻2)。此外，所公開的用于抑制電動馬達的軸承內的電解腐蝕的很多傳統技術包括該電動馬達的定子鐵芯電連接至接地端的結構(例如，參見專利文獻3)。通過以下關系式來表示電容并聯連接至電阻時的阻抗。Z=I/ jwC+R其中，Z是阻抗，j是虛數，w是角頻率，C是電容，并且R是電阻。如通過該表達式顯而易見，在電容大或電阻小的情況下，阻抗低。作為對比，在電容小或電阻大的情況下，阻抗聞。在專利文獻I中，使定子鐵芯和支架發生短路導致定子側的阻抗降低，由此抑制了軸承內的電解腐蝕。也就是說，通常，除充電部的絕緣(基本絕緣)以外，例如安裝在潮濕場所的洗衣機或洗碗機/干燥機中所使用的并且由此可能引起電擊穿的電動馬達還需要獨立絕緣(以下稱為附加絕緣)。另一方面，除了上述電器以外的例如空調室內單元、空調室外單元、熱水供給器和空氣凈化器等電器所使用的電動馬達不會引起電擊穿，因而無需附加絕緣。由于該原因，在空調室內單元、空調室外單元、熱水供給器和空氣凈化器所使用的電動馬達中，其轉子不具有絕緣結構。因而，轉子側(軸承內環側)的阻抗處于較低狀態。作為對比，定子側(軸承外環側)具有絕緣結構，因而該阻抗處于較高狀態。在這種情況下，盡管軸承內環側的電位較高，但軸承外環側的電位較低。該不平衡狀態可能產生高的軸電壓。這種高的軸電壓可能會導致軸承內發生電解腐蝕。為了避免這種狀態，在專利文獻I中，使定子鐵芯和支架發生短路以消除這兩者之間的電容成分。由此，定子側(軸承外環側)的阻抗減少并且近似為轉子側(軸承內環偵D的阻抗。近年來，已提出了模制電機。在這類馬達中，利用模具材料對諸如定子側的定子鐵芯等的固定構件進行模制以提高可靠性。之后，可以認為代替金屬支架，利用這種絕緣性模具材料對軸承進行了固定，從而抑制了軸承外環側上所產生的不必要的高頻電壓或者軸承 的內環和外環之間流動的不必要的高頻電流。然而，由于這種模具材料由樹脂構成，因此其強度對于固定軸承而言不夠高。此外，樹脂模制所提供的尺寸精度低，因而軸承內有可能發生螺變失效(creep failure)。也就是說,通常在軸承內，例如在外環和殼體的內周面之間存在間隙的情況下，由于傳遞負荷而使得向著軸施加徑向上的力。在產生了這種力的情況下，徑向上的相對差異很可能導致滑動現象。這種滑動現象被稱為蠕變。通常，可以通過使外環牢固地固定至諸如支架等的殼體來抑制這種蠕變。此外，隨著近來電動馬達的輸出的增加，需要更加牢固地固定至軸承。因而，采取諸如使用根據尺寸精度高的鋼板預制得到的金屬支架來固定軸承等的蠕變防止措施是必要的。特別地，通常軸承在兩個點處支撐轉動軸。由于上述的強度和易于實現的原因，優選利用金屬支架來固定兩個軸承。然而，專利文獻I所述的傳統方法存在以下問題。首先，由于該傳統方法是短路方法，因此無法進行阻抗調整。在轉子的某些磁性材料或結構中，軸電壓可能增加。其次，由于該方法使阻抗降低，因此需要使軸承內環和軸承外環之間的平衡始終保持在高電位。在這種狀態下，可以考慮以下情況在阻抗因電動馬達的使用環境或者定子和轉子的組裝精度的變化而不平衡的情況下，軸電壓反而增加，這樣容易發生電解腐蝕。此外，在由于上述強度的原因而使用金屬支架的情況下，定子側的阻抗可能低于利用諸如絕緣樹脂等模具材料來固定軸承的情況下的阻抗。樹脂殼體具有高的絕緣性能，由此防止了電流在軸承的內環和外環之間流動。作為對比，導電性支架具有低的絕緣性能，并且允許電流在軸承的內環和外環之間流動。可以認為存在如下情況由于上述原因，很可能發生電解腐蝕。此外，導電性支架的使用使定子的阻抗降低，由此使軸承內環和軸承外環的電位都增加。這會導致與專利文獻I的問題相同的問題。在存在本發明要解決的問題的結構中，如上所述，用于使用PWM系統的逆變器來驅動電動馬達的驅動電路(包括控制電路)的電源電路與該電源電路的主電路和該主電路側的接地端電絕緣。由于該原因，在使用傳統技術中電動馬達的定子鐵芯電連接至接地端的結構來解決上述問題的情況下，考慮在電動馬達的規格和特性方面所產生的附加問題。因而，該解決方案是困難的。引f列表專利文獻專利文獻I :日本特開2007-159302專利文獻2 日本專利3775370專利文獻3 日本特開2004-24241
發明內容
本發明旨在提供一種能夠抑制軸承內發生電解腐蝕的電動馬達以及包括該電動馬達的電動裝置。 本發明的電動馬達包括以下元件定子，其具有定子鐵芯，其中所述定子鐵芯上卷繞有繞組；轉子，其包括轉動體，用于以永磁體與所述定子相對的方式將所述永磁體保持在圓周方向上；以及軸，以所述軸貫穿所述轉動體的中央的方式使所述轉動體緊固至所述軸；軸承，用于支撐所述軸；以及導電性的兩個支架，用于固定所述軸承。所述兩個支架彼此電連接，并且在所述轉動體的外周和所述軸之間形成有介電層。該介電層是用于抑制電解腐蝕的絕緣體。利用該結構，在阻抗低的轉子內，由轉動體的外周和軸之間形成的介電層所引起的電容等效串聯連接。因而，可以增加轉子側的阻抗。在轉子側的阻抗由此增加的情況下，可以使增加后的阻抗近似為作為高阻抗的定子側的阻抗。結果，可以使軸承內環側和軸承外環側上的高頻電位均等并且平衡。由于定子側和轉子側的阻抗處于較高狀態，因此可以使軸承內環側和軸承外環側的電位在低狀態下平衡。因而，例如，可以在沒有使用環境的任何影響的情況下抑制軸電壓。本發明的電動裝置包括上述的電動馬達。如上所述，在本發明的電動馬達中，使兩個支架的阻抗在沒有顯著下降的情況下相等。此外，使轉子側(軸承內環側)的阻抗增加從而近似為定子側(軸承外環側)的兩個支架的阻抗。因而，在本發明的電動馬達中，可以使軸承內環側和軸承外環側的高頻電位平衡。利用該結構，可以提供能夠抑制軸承內發生電解腐蝕的電動馬達以及包括該電動馬達的電動裝置。
圖I是示出根據本發明第一典型實施例的無刷馬達的一部分的結構圖。圖2是示意性示出該馬達的主要部分的圖。圖3是示出該馬達的轉動體的具體結構示例的圖。圖4是示出該馬達的轉子的另一結構示例的圖。
圖5是示出示例I中的用于測量軸電壓的方法的圖。圖6是示出完全波形變形的示例的圖。圖7是示出部分波形變形的示例的圖。圖8是示出無波形變形的示例的圖。圖9是示出在電流方向是從軸承外環向著軸承內環的方向時的軸電壓的波形的圖。圖10是示出示例I和比較例廣4的評價結果的表。圖11是示出作為根據第一典型實施例的另一結構示例的外轉子型電動馬達的一部分的結構圖。圖12是根據本發明第二典型實施例的電動裝置(空調室內單元)的結構圖。圖13是根據本發明第三典型實施例的電動裝置(空調室外單元)的結構圖。圖14是根據本發明第四典型實施例的電動裝置(熱水供給器)的結構圖。圖15是根據本發明第五典型實施例的電動裝置(空氣凈化器)的結構圖。
具體實施例方式在下文，將參考附圖來對根據本發明的電動馬達和包括該電動馬達的電動裝置進行說明。·
實施例I圖I是示出根據本發明第一典型實施例的電動馬達的一部分的結構圖。在本典型實施例中，作為示例，對作為電動裝置的空調中所包括的用于驅動鼓風機的電動馬達即無刷馬達進行說明。在本典型實施例中，作為示例，對轉子可轉動地配置在定子的內周側上的內轉子型電動馬達進行說明。參考圖1，定子繞組12卷繞在定子鐵芯11上，而在該定子鐵芯和該繞組之間插入有用于使定子鐵芯11絕緣的作為絕緣體的樹脂21。與作為成形材料的絕緣樹脂13連同其它固定構件一起對這種定子鐵芯11進行模制。在本典型實施例中，以這種方式對這些構件進行一體模制，以形成輪廓大致呈圓筒狀的定子10。在定子10的內側上，轉子14以在定子10和轉子14之間設置有間隙的狀態進行配置。轉子14具有包括轉子鐵芯31的盤狀轉動體30，并且具有以貫穿轉動體30的中央的方式緊固轉動體30的軸16。轉動體30以鐵氧體樹脂磁體32、即永磁體與定子10的內周面側相對的方式將該磁體保持在圓周方向上。以下將給出詳細說明。如圖I所示，轉動體30被構造成從最外周部的鐵氧體樹脂磁體32向著內周側的軸16順次具有外鐵芯31a、介電層50和內鐵芯31b。外鐵芯31a構成轉子鐵芯31的外周部；內鐵芯31b構成轉子鐵芯31的內周部。圖I示出一體化地包括轉子鐵芯31、介電層50和鐵氧體樹脂磁體32的轉動體30的結構示例。這樣，定子10的內周側與轉動體30的外周側相對。用于支撐軸16的兩個軸承15安裝至轉子14的軸16。各軸承15是包括多個鐵珠的圓筒形軸承，并且軸承15的內環側固定至軸16。參考圖I,在軸16從無刷馬達本體突出的輸出軸側上，軸承15a支撐軸16。在相對側(以下稱為與輸出軸側相對的側)上，軸承15b支撐軸16。在各軸承15中，利用導電性金屬支架來固定軸承15的外環側。在圖I中，利用支架17來固定輸出軸側上的軸承15a，并且利用支架19來固定與輸出軸側相對的軸承15b。利用上述結構，軸16由兩個軸承15支撐，以使得轉子14可轉動。此外，無刷馬達包含安裝有包括控制電路的驅動電路的印刷電路板18。在安裝了該印刷電路板18之后，支架17被壓裝至定子10。因而，形成了無刷馬達。此外，將包括用于施加繞組的電源電壓Vdc、控制電路的電源電壓Vcc和控制轉數用的控制電壓Vsp的引線以及控制電路的地線的連接線20連接至印刷電路板18。安裝有驅動電路的印刷電路板18上的零電位點與接地端和主(電源)電路絕緣，并且相對于接地端和主電源電路的電位浮動。這里，零電位點是印刷電路板18上的作為基準電位的OV電位的布線，并且表示通常被稱為接地端的接地布線。連接線20中所包括的地線連接至該零電位點、即接地布線。例如，用于供給繞組的電源電壓的電源電路、用于供給控制電路的電源電壓的電源電路、用于施加控制電壓的引線、以及控制電路的地線連接至安裝有驅動電路的印刷電路板18，并且與接地端電絕緣。也就是說，這些電源電路例如與如下的電路或接地端中的任意一個電絕緣并且獨立地接地相對于用于供給繞組的電源電壓 的電源電路的主(電源)電路、相對于用于供給控制電路的電源電壓的電源電路的主(電源)電路、以及連接至這些主(電源)電路的接地端。簡言之，安裝在印刷電路板18上的驅動電路與主(電源)電路和接地端的電位電絕緣。因而，驅動電路的電位是浮動的。該狀態還被表示為眾所周知的浮動電位。由于該原因，用于供給繞組的電源電壓的電源電路和用于供給要連接至印刷電路板18的控制電路的電源電壓的電源電路各自的結構還被稱為同樣作為眾所周知的表述的浮動電源。各電源電壓和控制信號經由連接線20被供給至如上所構造的無刷馬達。由此，定子繞組12由印刷電路板18上的驅動電路所驅動。在定子繞組12被驅動的情況下，驅動電流流經定子繞組12，并且定子鐵芯11生成磁場。然后，來自定子鐵芯11的磁場和來自鐵氧體樹脂磁體32的磁場根據這些磁場的極性而產生吸引力和排斥力。利用這些力，轉子14繞位于中央的軸16轉動。接著，說明無刷馬達的詳細結構。首先，在無刷馬達中，如上所述，軸16由兩個軸承15支撐，并且各軸承15由支架固定并支撐。此外，在本典型實施例中，為了抑制如上所述因蠕變所引起的失效，各軸承15由導電性金屬支架所固定。也就是說，在本典型實施例中，使用根據尺寸精度高的鋼板預制得到的導電性支架來固定軸承15。特別在要求電動馬達的較高輸出的情況下，該結構更為優選。具體地，與輸出軸側相對的軸承15b是通過外周與軸承15b的外周大致相等的支架19來進行固定。將該支架19與絕緣樹脂13進行一體模制。也就是說，如圖I所示，與輸出軸側相對的絕緣樹脂13被成形為具有相對于無刷馬達本體在與輸出軸相對的方向上突出的體突出部13a。在體突出部13a的內側上，支架19被配置為內支架并且與絕緣樹脂13進行一體模制。支架19具有被形成為中空圓筒形的杯狀。更具體地，該支架的圓筒部19a在一側上開口，并且其環狀凸緣部19b從開口側的圓筒端略微在向外方向上延伸。圓筒部19a的內周與軸承15b的外周大致相等。軸承15b被壓裝至圓筒部19a內，由此軸承15b還經由支架19固定至絕緣樹脂13。利用該結構，使軸承15b的外環側固定至金屬支架19，從而可以抑制因蠕變所引起的失效。凸緣部19b的外周略大于軸承15b的外周。也就是說，凸緣部19b的外周大于軸承15b的外周并且小于轉動體30的外周。例如，使支架19形成為這種形狀，這使得與凸緣部向著定子10延伸超過轉動體30的外周的結構相比，減少了成本高的金屬材料的使用。除了這樣減少金屬支架19的面積以外，還對絕緣樹脂13進行一體模制從而覆蓋支架19的外殼。因而，還可以抑制從軸承15b產生的噪聲。接著，通過外周與定子10的外周大致相等的支架17來固定輸出軸側的軸承15a。支架17大致呈盤狀，并且在該盤狀支架的中央具有直徑與軸承15a的外周的直徑大致相等的突出部。該突出部的內部呈中空。在安裝了印刷電路板18之后，如此形成的支架17的突出部的內部被壓裝至軸承15a。此外，支架17被壓裝至定子10，以使得形成在支架17的外周上的連接端裝配至定子10的連接端。因而，形成了無刷馬達。利用這種結構，便于進行組裝工作并且使軸承15a的外環側固定至金屬支架17。因而，抑制了由于蠕變所引起的失效。導電銷22預先電連接至支架19。也就是說，如圖I所示，導電銷22的一端22a連接至支架19的凸緣部1%。導電銷22配置在絕緣樹脂13的內部，并且與支架19相同，該導電銷22與絕緣樹脂13進行一體化模制。導電銷22配置在絕緣樹脂13的內部、即電動 馬達的內部。利用該結構，防止了導電銷22生銹和遭受外力，并且提供了對于使用環境和外部應力而言高度可靠的電氣連接。導電銷22在絕緣樹脂13的內部從凸緣部19b向著無刷馬達的外周一直延伸，并且進一步從無刷馬達的外周附近向著輸出軸側以與軸16大致平行的方式延伸。導電銷22的另一端22b從絕緣樹脂13在輸出軸側的端面暴露。此外，用于使導電銷22電連接至支架17的導電銷23與端22b相連接。也就是說，在支架17被壓裝至定子10的情況下，使導電銷23接觸支架17并且在支架17和導電銷23之間確保了電氣連續性。利用這種結構，支架17和支架19這兩個支架經由導電銷22電連接。此外，在利用絕緣樹脂13使支架17和支架19與定子鐵芯11絕緣的情況下，這兩個支架彼此電連接。此外，在本典型實施例中，在轉動體30中，在軸16和轉動體30的外周之間形成有介電層50。圖2是示意性示出圖I的無刷馬達的主要部分的圖。如圖2所示，支架17和支架19彼此電連接，并且沒有連接至定子鐵芯11。在支架17和支架19沒有相連接的情況下，由于這兩個支架的形狀和配置不同，因此這兩個支架具有不同的阻抗。這使得支架17內感應的電位和支架19內感應的電位不平衡。可以認為，該電位不平衡使得高頻電流有可能經由軸16從輸出軸側向著與該輸出軸側相對的一側流動，反之亦然。在本典型實施例中，電連接的支架17和支架19使這兩個支架處于等電位，抑制了電位不平衡，并且防止了高頻電流流經軸16。在用于使支架17和支架19相連接的導電銷22還連接至定子鐵芯11的情況下，定子側的阻抗減少。如上所述，在該阻抗變低的情況下，定子側、即軸承的外環側的電位變高。為了解決該問題，在本典型實施例中，導電銷22與定子鐵芯11絕緣。該結構抑制了阻抗的減少并且使軸承外環側的電位保持為低。如以下所述，該結構能夠容易使定子側的阻抗和轉子側的阻抗平衡。此外，在本典型實施例中，如上所述，簡單地使支架17壓裝至定子10使得可以在確保了支架17和支架19與定子鐵芯11之間的絕緣的情況下使這兩個支架電連接。因而，在制造過程中，可以在抑制定子側的阻抗減少的情況下容易地使這兩個支架處于等電位。接著，如圖2所示，在轉動體30中，在最外周部中形成鐵氧體樹脂磁體32。此外，向著內周側順次形成構成轉子鐵芯31的外鐵芯31a、介電層50和構成轉子鐵芯31的內鐵芯31b。介電層50是由絕緣樹脂形成的層。在本典型實施例中，這種介電層50是為了抑制電解腐蝕所形成的。圖2示出如下示例介電層50以環繞軸16的環形形成在轉動體30的內周側和外周側之間。這樣，轉動體30由鐵氧體樹脂磁體32、外鐵芯31a、構成介電層50的絕緣樹脂、以及內鐵芯31b —體形成。在內鐵芯31b的內周上的緊固部51中，使轉動體30緊固至軸16。因而，形成了利用軸承15支撐的轉子14。在轉動體30中，介電層50是由絕緣樹脂、即絕緣體構成的層，并且使外鐵芯31a和內鐵芯31b以絕緣方式順次分開。另一方面，介電層50由具有預定介電常數的絕緣樹脂構成，并且聞頻電流可以在外鐵芯31a和內鐵芯31b之間流動。如上所述，在沒有形成這種介電層50的情況下，這些支架之間相對于定子鐵芯的 阻抗較高，并且作為對比，電連接至轉動體的軸之間的阻抗較低。例如，從定子鐵芯產生的PWM高頻電流流入具有這些阻抗成分的等效電路。該高頻電流可能導致與支架電連接的外環和軸承內環側的軸之間出現電位差。在本典型實施例中，如圖2所示的介電層50形成在阻抗低的轉子的轉動體中。由此，使轉子14的阻抗增加從而近似為支架側的阻抗。也就是說，在外鐵芯31a和內鐵芯31b之間形成介電層50，這使得轉子14具有因介電層50所引起的電容等效串聯連接的結構。因而，可以增加轉子14的阻抗。增加后的轉子14的阻抗使從轉子14向著軸16流動的高頻波的電壓下降增加，由此降低了因高頻電流而在軸16內產生的電位。根據這種原理，在本典型實施例的無刷馬達中，由于高頻電流而在與支架17和支架19電連接的軸承15的外環以及軸承15的內環側上的軸16之間所產生的電位差得以降低。此外，如上所述，在本典型實施例中，支架17和19與定子鐵芯11絕緣。該狀態抑制了支架17和19的阻抗下降并且使支架17和19的阻抗保持在高狀態。因而，使軸承內環和軸承外環的電位平衡，以使該電位在電位差低的情況下保持在低電位。該狀態抑制了軸承內發生電解腐蝕。此外，在本典型實施例中，支架17和支架19經由導電銷22電連接。這使得這兩個支架處于等電位并且抑制了高頻電流經由軸的流動。此外，通過使這兩個支架處于等電位，使軸承15a的內環和外環之間的電位差近似為或等于軸承15b的內環和外環之間的電位差。在該結構中，使用介電層50來適當調整轉子側的阻抗可以減少軸承15a和15b各自的內環和外環之間的電位差、即軸電壓。因而，可以防止電解腐蝕在一個軸承中得以抑制但在另一軸承中發生的失效。這樣，在利用導電支架所固定的兩個軸承的每一個中，可以減少相應軸承的內環和外環之間的電位差。由此，在確保了軸承的固定強度的情況下，可以抑制例如由于PWM所引起的高頻波而導致在軸承內發生電解腐蝕。此外，可以通過改變介電層50的寬度或材料來改變電容。因而，可以最佳地設置轉子14側的阻抗。也就是說，例如可以通過以下方法來降低因介電層50所引起的電容降低構成介電層50的絕緣樹脂的介電常數；增加絕緣樹脂的厚度(電極間距)；或者縮小電極面積。通過以這樣的方式來降低因介電層50所引起的電容，可以增加轉子14的阻抗。使用對位性聚苯乙烯(以下稱為SPS)樹脂作為構成介電層50的絕緣樹脂，這可以降低介電常數。因而，即使在厚度較小的絕緣樹脂的情況下，也可以增加轉子14的阻抗。通常，作為電動馬達所使用的絕緣樹脂，例如，利用諸如玻璃纖維等的無機填料來增強聚對苯二甲酸丁二醇酯(以下稱為PBT)樹脂或聚對苯二甲酸乙二醇酯(以下稱為PET)樹脂。這種材料的介電常數約為3. 5。作為對比，SPS樹脂的介電常數低于一般樹脂的介電常數介電常數對于非增強制品而言為2. 6，并且對于增強制品而言為2. 8。因此，在絕緣樹脂的厚度的上限值受結構所限制并且PB T樹脂無法提供充分高的阻抗的情況下，使用SPS樹脂可以降低電容。此外，如圖2所示，轉動體30被構造成介電層50使外鐵芯31a和內鐵芯31b分離。利用該結構，在制造過程中，可以在沒有安裝軸16的情況下一體地形成轉子鐵芯和絕緣樹月旨。因而，在圖2的結構中，可以在沒有安裝軸的情況下形成轉動體30，由此與在軸和轉子鐵芯之間形成介電層的結構相比可以提高生產率。此外，在圖2的結構中，不同類型的軸16甚至可以通過嵌塞或壓裝來固定。因而，該結構可以便于切換類型，并且提高生產率。圖3是示出根據本發明第一典型實施例的無刷馬達的轉動體的具體結構示例的圖。圖3示出從頂部觀看該轉動體的結構示例。圖3的轉動體沿著徑向在外鐵芯31a和內 鐵芯31b之間具有如下形狀的介電層50，其中在該形狀中，組合了徑向寬度不同的多種弧。也就是說，介電層50在外周側和內周側至少任一側上具有凸狀突起和凹狀突起以圓形重復的形狀。外鐵芯31a和內鐵芯31b以這種形狀與介電層50嵌合。在如圖2所示使介電層50的形狀形成為完整環形的情況下，在轉動期間可能發生滑動。作為對比，在使介電層50形成為圖3的形狀的情況下，在介電層50和鐵芯之間插入防滑突起。該結構不僅防止了滑動還增強了轉動強度。更具體地，這些防滑突起以相應的突起彼此相對的方式各自形成在外鐵芯31a和內鐵芯31b中。圖4是示出根據本發明第一典型實施例的無刷馬達的轉子的另一結構示例的圖。在圖4的轉動體30中，在最外周部中形成鐵氧體樹脂磁體32。此外，向著內周側依次形成轉子鐵芯31和絕緣樹脂的介電層50。這樣，圖4的轉動體30由鐵氧體樹脂磁體32、轉子鐵芯31和構成介電層50的絕緣樹脂一體形成。在介電層50的內周上的緊固部51中，使轉動體30緊固至軸16。也就是說，使轉動體30經由介電層50緊固至軸16。轉子14也可以具有這種結構。在該結構中，因介電層50所引起的電容在轉子鐵芯31和軸16之間串聯連接，并且可以增加轉子14的阻抗。以下將參考示例來具體說明本發明。本發明不限于以下示例。本發明不受這些示例所限制，只要本發明的要點沒有改變即可。示例 I使用介電常數為3. 6的PBT樹脂和介電常數為2. 8的SPS樹脂作為介電層來制造如圖3所示進行構造的轉子，以使得最小樹脂厚度為2. 5mm。制造包括這些轉子并且如圖I所示進行構造的無刷馬達，并且測量這些無刷馬達的軸電壓。在該測量中，使用一個定子，并且各轉子交換位置。作為軸承，使用(具有稠度為239的潤滑脂的)Minebea 608。圖5是示出用于測量示例I的軸電壓的方法的圖。在軸電壓的測量期間，使用直流穩定電源。在與以下相同的工作條件下進行該測量繞組的電源電壓Vdc被設置為391V ；控制電路的電源電壓Vcc被設置為15V ;并且轉數被設置為1000r/min。在控制電壓Vsp下調整轉數，并且工作期間各無刷馬達的軸呈水平。
為了測量軸電壓，利用數字示波器130(Tektronix DP07104)和高電壓差分探頭120 (Tektronix P5205)來監視電壓波形，并且檢查任何波形變形。將各峰之間測量得到的電壓確定為軸電壓。該波形變形被分類成以下三種類型完全波形變形；部分波形變形；以及無波形變形。圖6 圖8是示出這種波形變形的示例的圖。圖6示出完全波形變形的波形，圖7示出部分波形變形的波形，并且圖8示出無波形變形的波形。在8中，測量期間沿著橫軸的時間處于50ms/div的相同條件下。利用隔離變壓器140使數字示波器130隔離。高電壓差分探頭120的正側120a采用以下方式經由約為30cm長的引線110電連接至軸16。該引線的導管被形成為直徑約為15_的環形，并且使該環的內周與軸16的外周導電接觸。通過使約為30cm長的引線111的端部經由導電帶112與支架17導電接觸，使高電壓差分探頭120的負側120b經由引線111電連接至支架17。利用這種結構，對支架 17和軸16之間的電壓、即輸出軸側的軸承15a的軸電壓進行測量。同樣，測量與輸出軸側相對的軸承15b的軸電壓。高電壓差分探頭120的正側120a采用以下方式經由約為30cm長的引線110電連接至軸16。該引線的導管被形成為直徑約為15mm的環形，并且使該環的內周與軸16的外周導電接觸。高電壓差分探頭120的負側120b采用以下方式經由約為30cm長的引線111電連接至支架19。對樹脂部進行部分切割以使支架19的一部分露出，并且使引線111的端部經由導電帶112與支架19的露出部分導電接觸。根據軸電壓波形的方向來確定電流方向。圖6 圖8的電壓波形在零電壓線以上。這表示軸16(軸承內環)側的電位高于支架17或支架19(軸承外環)側的電位。因此，關于電流方向，判斷為電流從軸承內環側向著軸承外環側流動。作為對比，在如圖9所示電壓波形為零電壓線以下的情況下，判斷為電流從軸承外環側向著軸承內環側流動。采用以下方式，使用NF株式會社的LCR測試儀ZM2353和測試線2325A來測量阻抗。在連接線20中，用于施加繞組的電源電壓Vdc、控制電路的電源電壓Vcc和對轉數進行控制所用的控制電壓Vsp的引線以及控制電路的地線發生短路并且相結合。對如下各種阻抗進行測量這些結合線(以下稱為電源引線)和輸出軸側的支架17之間的阻抗(以下稱為輸出軸側的支架的阻抗)；電源引線和與輸出軸側相對的支架19之間的阻抗(以下稱為與輸出軸側相對的支架的阻抗)；以及電源引線和軸16之間的阻抗(以下稱為轉子側的阻抗)。以無刷馬達的軸呈水平的方式，在電壓為IV且頻率為IOkHz的情況下進行該測量。在沒有轉動的情況下進行該測量，由此在軸和支架之間提供了電氣連續性。為了防止該情況，針對阻抗的測量，以模擬方式在軸和支架之間提供絕緣。具體地，使用代替金屬珠即導體而包括陶瓷珠即絕緣體的軸承來進行阻抗測量。此外，為了使根據上述規格來抑制電解腐蝕的效果有效，準備了各無刷馬達，并且在電解腐蝕測試中使電解腐蝕抑制效果有效。在以下條件下進行電解腐蝕測試繞組的電源電壓Vdc被設置為391V ;控制電路的電源電壓Vcc被設置為15V;轉數被設置為(以控制電壓Vsp進行調整得到的)1000r/min ;無刷馬達的軸被配置成水平；環境溫度被設置為10度；并且無負載。此外，為了使電解腐蝕與通常相比加速，安裝如下的特殊軸承，其中在各特殊軸承中，七個鐵珠中僅留下一個并且其余鐵珠被陶瓷珠所代替。關于電解腐蝕的判斷，在確認了軸承內部的聲音異常和波狀磨損的情況下判斷耐受電解腐蝕的壽命。比較例I使用外鐵芯31a和內鐵芯31b沒有絕緣的、在形狀上與圖3中的轉子相同的轉子。利用該轉子，以支架17和支架19沒有電連接的方式制造在形狀上與圖I的無刷馬達相同的無刷馬達。以與示例I相同的方式對該無刷馬達進行評價。比較例2 使用外鐵芯31a和內鐵芯31b沒有絕緣的、在形狀上與圖3中的轉子相同的轉子。利用該轉子，以支架17和支架19電連接的方式制造在形狀上與圖I的無刷馬達相同的無刷馬達。以與示例I相同的方式對無刷馬達進行評價。比較例3使用PBT樹脂作為介電層50來制造在形狀上與圖3的轉子相同的轉子。利用該轉子，以支架17和支架19沒有電連接的方式制造在形狀上與圖I的無刷馬達相同的無刷馬達。以與示例I相同的方式對無刷馬達進行評價。比較例4使用SPS樹脂作為介電層50來制造在形狀上與圖3的轉子相同的轉子。利用該轉子，以支架17和支架19沒有電連接的方式制造在形狀上與圖I的無刷馬達相同的無刷馬達。以與示例I相同的方式對無刷馬達進行評價。圖10是示出示例I和比較例廣4的評價結果的圖。根據圖10顯而易見，形成介電層50使轉子側的阻抗得以增加。此外，可以使轉子側的阻抗與輸出軸側的支架的阻抗和與輸出軸側相對的支架的阻抗相匹配，由此可以降低軸電壓。在將轉子側的阻抗調整成約為輸出軸側的支架的阻抗或與輸出軸側相對的支架的阻抗的兩倍的情況下，可以使這些阻抗相匹配，由此降低軸電壓。這被認為是由于以下原因。轉子側的阻抗與輸出軸側的支架的阻抗和與輸出軸側相對的支架的阻抗并聯連接。因而，即使在輸出軸側的支架的阻抗和與輸出軸側相對的支架的阻抗各自約為轉子側的阻抗的50%的情況下，也可以使這些阻抗相匹配。IOkHz時的阻抗低于IkHz時的阻抗(約為1/10)，并且高于IOOkHz時的阻抗(約為10倍)。由于在IkHz IOOkHz的范圍內確認出阻抗無諧振點，因此可以認為在該頻率范圍內，在阻抗成分中，電容成分相對于電感成分占主導。降低軸電壓使波形變形的數量(軸承內部的油膜的介電擊穿電壓)大大減少。可以提高用于對軸承內發生電解腐蝕進行抑制的效果。此外，通過使支架17和支架19電連接，使輸出軸側的支架的阻抗和與輸出軸側相對的支架的阻抗合成用作一個阻抗。因而，電流沿著同一方向流動，并且支架17和支架19處于等電位，這使得電流沒有流經軸16。由于該原因，可以提高對軸承內發生電解腐蝕進行抑制的效果。此外，用作絕緣材料的SPS樹脂與絕緣厚度相同的PBT樹脂相比，可以提供較高的阻抗。此外，在電解腐蝕測試中，形成介電層50并使支架17和支架19電連接可以使耐受電解腐蝕的壽命大約變為2飛倍。根據這些結果顯而易見，本發明的電動馬達的軸電壓得以降低，并且本發明的電動馬達與傳統的電動馬達相比，在抑制電動馬達的軸承內發生電解腐蝕方面是有效的。如上所述，本發明的電動馬達具有以下元件定子，其具有定子鐵芯，其中所述定子鐵芯上卷繞有繞組；轉子，其具有以下元件轉動體，用于以永磁體與所述定子相對的方式將所述永磁體保持在圓周方向上；以及軸，以所述軸貫穿所述轉動體的中央的方式使所述轉動體緊固至所述軸；軸承，用于支撐所述軸；以及 導電性的兩個支架，用于固定所述軸承。所述兩個支架彼此電連接，并且在所述轉動體的外周和所述軸之間形成有介電層。該結構使輸出軸側的軸承外環和與輸出軸側相對的軸承外環處于等電位，并且可以形成輸出軸側的軸承和與輸出軸側相對的軸承之間沒有電流流動的電路。此外，由于使兩個軸承的外環側的阻抗合成為一個阻抗，因此可以容易地使該阻抗近似為軸承內環側的阻抗。此外，在阻抗低的轉子內，由轉動體的外周和軸之間形成的介電層所引起的電容等效串聯連接。因而，可以增加轉子側的阻抗。結果，可以使軸承內環側的阻抗近似為軸承外環側的阻抗。因而，可以使軸承內環側和軸承外環側的高頻電位平衡，并且可以抑制例如由于PWM所引起的高頻波而導致在軸承內發生電解腐蝕。因此，本發明可以提供一種能夠抑制軸承內發生電解腐蝕的電動馬達。此外，通過將本發明的電動馬達并入電動裝置內，可以提供一種包括能夠對軸承內發生電解腐蝕進行抑制的電動馬達的電動裝置。在本典型實施例中，已使用圖f圖4所示的形狀作為介電層的形狀的示例進行了說明。還可以使用其它形狀，只要由介電層所引起的電容可以使轉子的阻抗增加即可。此外，已使用轉子可轉動地配置在定子的內周側的內轉子型無刷馬達作為示例進行了說明。本發明還可適用于轉子可轉動地配置在定子的外周側的外轉子型電動馬達。圖11是示出作為本典型實施例的另一結構示例的外轉子型電動馬達的一部分的結構圖。在圖11中，利用相同的附圖標記來表示與圖I相同的元件。參考圖11，利用絕緣樹脂13對卷繞有定子繞組12的定子鐵芯11進行模制以形成定子10。此外，定子10與支架17和支架19 一體形成。軸承15a固定至支架17，并且軸承15b固定至支架19。軸16貫穿軸承15a和軸承15b的內環側。中空圓筒形的轉動體30被緊固至軸16的一端。此外，在轉動體30的中空部的內周側上配置定子鐵芯11。在轉動體30中，環形的介電層50以插入到外鐵芯31a和內鐵芯31b之間的方式形成。軸承15a和軸承15b例如經由導電銷22電連接。此夕卜，在這種外轉子型電動馬達中，可以通過形成介電層50并且在與圖I相同的結構中提供如圖11所示的支架17和支架19的電氣連接的結構來獲得相同的優點。實施例2作為本發明的電動裝置的示例，首先詳細說明空調室內單元的結構作為第二典型實施例。參考圖12，電動馬達201容納在空調室內單元210的殼體211中。橫流扇212安裝至電動馬達201的轉動軸。電動馬達201由電動馬達驅動單元213所驅動。通過對電動馬達驅動單元213進行通電，使電動馬達201轉動，由此使橫流扇212轉動。通過橫流扇212的轉動，該室內單元所用的熱交換器(未示出)調節后的空氣被吹入到房間內。作為電動馬達201，例如可以使用上述的第一典型實施例的電動馬達。本發明的電動裝置具有電動馬達以及容納該電動馬達的殼體。作為電動馬達，電動裝置使用如上所述進行構造的本發明的電動馬達。實施例3作為本發明的電動裝置的示例，接著詳細說明空調室外單元的結構作為第三典型實施例。參考圖13，空調室外單元301包括位于殼體311內部的電動馬達308。電動馬達308具有安裝至轉動軸的扇312，并且用作鼓風機用馬達。空調室外單元301由豎立于殼體311的基板302上的隔板304分隔成壓縮機室306和熱交換器室309。在壓縮機室306內配置壓縮機305。在熱交換器室309內配置熱交換器307和上述的鼓風機用馬達。在隔板304的上方配置電氣組件盒310。 在鼓風機用馬達中，通過由容納于電氣組件盒310內的馬達驅動單元303所驅動的馬達308的轉動來使扇312轉動。然后，該鼓風機用馬達使空氣經由熱交換器307吹入熱交換器室309。作為電動馬達308，例如可以使用上述的第一典型實施例的電動馬達。本發明的電動裝置具有電動馬達以及容納該電動馬達的殼體。作為電動馬達，電動裝置使用如上所述進行構造的本發明的電動馬達。實施例4作為本發明的電動裝置的示例，接著詳細說明熱水供給器的結構作為第四典型實施例。參考圖14，電動馬達333容納在熱水供給器330的殼體331內。扇332安裝至電動馬達333的轉動軸。電動馬達333由電動馬達驅動單元334所驅動。通過對電動馬達驅動單元334進行通電，使電動馬達333轉動，由此使扇332轉動。通過扇332的轉動，燃燒所需的空氣被吹入燃料揮發室(未示出)。作為電動馬達333，例如可以使用上述的第一典型實施例的電動馬達。本發明的電動裝置具有電動馬達以及容納該電動馬達的殼體。作為電動馬達，電動裝置使用如上所述進行構造的本發明的電動馬達。實施例5作為本發明的電動裝置的示例，接著詳細說明空氣凈化器的結構作為第五典型實施例。參考圖15，電動馬達343容納在空氣凈化器340的殼體341內。空氣循環扇342安裝至電動馬達343的轉動軸。電動馬達343由電動馬達驅動單元344所驅動。通過對電動馬達驅動單元344進行通電，使電動馬達343轉動，由此使扇342轉動。通過扇342的轉動，使空氣循環。作為電動馬達343，例如可以使用上述的第一典型實施例的電動馬達。本發明的電動裝置具有電動馬達以及容納該電動馬達的殼體。作為電動馬達，電動裝置使用如上所述進行構造的本發明的電動馬達。在上述說明中，對于本發明的電動裝置的典型實施例，例如使用空調室內單元、空調室外單元、熱水供給器或空氣凈化器內所容納的電動馬達。不必說，本發明還可適用于其它電動馬達、容納在各種信息技術裝置中的電動馬達、以及工業設備中所使用的電動馬達。在本發明典型實施例的結構中，如上所述，用于使用PWM系統的逆變器來驅動電動馬達的(包括控制電路的)驅動電路的電源電路與該電源電路的主電路和主電路側的接地端電絕緣。即使在沒有使用電動馬達的定子鐵芯電連接至接地端的傳統結構的情況下，也可以獲得對軸承內的電解腐蝕進行抑制的優點。產業h的可利用件本發明的電動馬達能夠降低軸電壓，并且最適合抑制軸承內的電解腐蝕的發生。由于該原因，在例如空調室內單元、空調室外單元、熱水供給器和空氣凈化器等的對電動馬達要求低成本和長壽命的電動裝置內所主要容納的電動馬達中，本發 明是有效的。附圖標記說明10 定子11定子鐵芯12定子繞組13絕緣樹脂14 轉子15a輸出軸側的軸承15b與輸出軸側相對的軸承16 軸17 (輸出軸側的)支架18印刷電路板19 (與輸出軸側相對的)支架20連接線21樹脂(絕緣體)22 (與輸出軸側相對的)支架所用的導電銷23 (輸出軸側的)支架所用的導電銷30轉動體31轉子鐵芯31a外鐵芯31b內鐵芯32 磁體50介電層51緊固部110U11 引線112導電帶120差分探頭130數字示波器140隔離變壓器201、308、333、343 電動馬達210空調室內單元211、311、331、341 殼體212橫流扇
213、303、334、344電動馬達驅動單元301空調室外單元302 基板304 隔板305壓縮機306壓縮機室307熱交換器309熱交換器室 310電動組件盒312、332、342 扇330熱水供給器340空氣凈化器
權利要求
1.一種電動馬達，包括 定子，其具有定子鐵芯，其中所述定子鐵芯上卷繞有繞組； 轉子，其包括 轉動體，用于以永磁體與所述定子相對的方式將所述永磁體保持在圓周方向上；以及 軸，以所述軸貫穿所述轉動體的中央的方式使所述轉動體緊固至所述軸； 軸承，用于支撐所述軸；以及 導電性的兩個支架，用于固定所述軸承， 其中，所述兩個支架彼此電連接，并且在所述轉動體的外周和所述軸之間形成有介電層。
2.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述兩個支架彼此電連接，并且與所述定子鐵芯絕緣。
3.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述兩個支架至少之一以及卷繞有所述繞組的所述定子鐵芯與絕緣樹脂進行一體模制。
4.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述兩個支架在所述電動馬達的內部電連接。
5.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層是用于抑制電解腐蝕的絕緣體。
6.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層是絕緣樹脂。
7.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層以環繞所述軸的外周的方式形成在所述軸和所述轉動體之間。
8.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層以環繞所述軸的外周的方式形成在所述轉動體的內周側和外周側之間。
9.根據權利要求I所述的電動馬達，其中， 所述轉動體具有構成外周部的外鐵芯、構成緊固至所述軸的內周部的內鐵芯、以及所述介電層，以及 所述外鐵芯和所述內鐵芯經由所述介電層彼此固定。
10.根據權利要求9所述的電動馬達，其中，所述介電層具有組合了徑向寬度不同的多種類型的弧的形狀。
11.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層被配置成以絕緣方式使所述介電層的內側和外側分離。
12.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述轉子能夠轉動地配置在所述定子的內周側。
13.根據權利要求I所述的電動馬達，其中，所述介電層是為了增加所述轉子的阻抗而形成的。
14.一種電動裝置，包括根據權利要求I至13中任一項所述的電動馬達。
全文摘要
提供了一種定子、轉子、軸承和導電性支架。定子具有卷繞有繞組的定子鐵芯。轉子具有轉動體，用于以永磁體與定子相對的方式將該永磁體保持在圓周方向上；以及軸，以所述軸貫穿該轉動體的中央的方式使該轉動體緊固至所述軸。輸出軸側的軸承以及與輸出軸側相對的軸承支撐該軸。這些支架其中之一固定輸出軸側的軸承，并且另一個固定與輸出軸側相對的軸承。這些支架彼此電連接，并且在轉動體的外周和軸之間形成有介電層。
文檔編號H02K15/02GK102884716SQ20108006674
公開日2013年1月16日 申請日期2010年5月12日 優先權日2010年5月12日
發明者水上裕文, 渡邊彰彥, 長谷川武彥, 角治彥 申請人:松下電器產業株式會社