JP2014187754A - 電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のコストを増加させることなく、かつ、性能および品質を低下させることなく転がり軸受を流れる軸電流を防止し、電食を抑止すると共に異常音の発生を防止することが可能な電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法を得ること。
【解決手段】電動機の回転子２０は、回転子のマグネット（樹脂マグネット２２）およびシャフト２３が樹脂部２４により一体化され、シャフト２３に転がり軸受２１ａ、２１ｂが取り付けられた電動機１００の回転子２０であって、金属製のブラケット３０で支持される反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６と空洞２８を介在するよう構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法に関する。

従来の電動機は、パワー回路内のトランジスタのスイッチングに伴って発生する電動機の騒音の低減を図るため、インバータのキャリア周波数が高い値に設定されている。ただし、キャリア周波数が高くなるに従って、電動機のシャフトへの高周波誘導により発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受の内輪と外輪との間の電位差が大きくなり、転がり軸受に電流が流れ易くなる。この転がり軸受に流れる電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体（内外輪の間を転がる玉やころ）の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、転がり軸受の耐久性を悪化させるという課題があった。

従来の電動機では、上記軸受の電食が発生するのを防止するため、コイルが巻回されてなる固定子と、この固定子を固定するフレームと、前記固定子とわずかな空隙を介して対向する回転子と、この回転子が固着される回転軸と、Ｏリングを介してこの回転軸を回転自在に支承する転がり軸受と、この転がり軸受を支持する軸受ブラケットと、を有する回転電機において、前記回転軸の前記転がり軸受を支持する側または前記転がり軸受の内輪の内周面に前記Ｏリングを挿入する凹部を設けるとともに、前記転がり軸受の内輪の側面と前記回転軸の段部との間に絶縁ワッシャーを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、回転子のマグネットおよびシャフトが樹脂部により一体化され、シャフトの外周に形成される樹脂部の軸方向両端面に転がり軸受けが配置される電動機の回転子において、転がり軸受けの少なくともいずれか一方と、シャフトとの間に設けられ、樹脂部により一体化される絶縁スリーブと、絶縁スリーブの樹脂部に埋設される側の端面付近に周方向に略等間隔に形成され、端面付近に頂点を有する複数の凸部と、を備えた電動機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１５６９５２号公報 特開２０１１−２３９５０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される電動機の回転子のようにＯリングを用いて電食を防止すると、一般的にゴム等の弾性体であるＯリングは組付け時に変形をするため、Ｏリングを介して転がり軸受を回転軸に圧入固定した際にＯリングが変形し、転がり軸受と回転軸間の空隙がばらつき易く、またこれらが接触する可能性もあり、電食の防止効果を確実に得られにくいという問題がある。また、電動機運転中の外力や、電動機運転による振動によりＯリングが変形し、固定子と回転子との間のギャップが不均一になり、電動機の効率が低下する懸念がある。

上記特許文献２に示される電動機の回転子では、電動機の高効率化、低騒音化が進むにつれ増大する軸電圧、電食に対して、より効果を高めるためには、コスト増加を伴うという問題がある。例えば、電食防止効果を高めるためには絶縁スリーブの肉厚を厚くすることが挙げられるが、肉厚を厚くすると材料コストが増加するだけでなく、シャフトが細くなるので強度が低下し、品質低下も懸念される。また、より絶縁性のある、すなわち誘電率の小さい材料の絶縁スリーブを用いることでも電食防止効果は高められるが、絶縁スリーブに要求される寸法精度、強度物性から選択できる材料は少なく、コストの増加が懸念される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機のコストを増加させることなく、かつ、性能および品質を低下させることなく転がり軸受を流れる軸電流を防止し、電食を抑止すると共に、異常音の発生を防止することが可能な電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機の回転子は、回転子のマグネットおよびシャフトが樹脂部により一体化され、前記シャフトに一対の転がり軸受が取り付けられた電動機の回転子であって、少なくとも前記一対の転がり軸受の一方と前記シャフトとの間には、絶縁スリーブと空洞が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、シャフトと転がり軸受との間に絶縁スリーブと空洞を設けたので、電動機のコストを増加させることなく、かつ、性能および品質を低下させることなく転がり軸受を流れる軸電流を防止し、電食を抑止すると共に、異常音の発生を防止できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる電動機の側面断面図である。 図２は、モールド固定子の側面断面図である。 図３は、モールド固定子に回転子が挿入された状態を示す側面断面図である。 図４は、ブラケットの側面断面図である。 図５は、固定子の斜視図である。 図６は、回転子の側面断面図である。 図７は、負荷側転がり軸受および反負荷側転がり軸受を取り外した回転子の断面図である。 図８は、負荷側から見た回転子の側面図である。 図９は、シャフト組立の側面図である。 図１０は、回転子の反負荷側端部の拡大断面図である。 図１１は、回転子の樹脂マグネットを示す図である。 図１２は、位置検出用樹脂マグネットを示す図である。 図１３は、変形例１の絶縁スリーブの斜視図である。 図１４は、変形例２の絶縁スリーブの斜視図である。 図１５は、変形例３の絶縁スリーブの斜視図である。 図１６は、変形例４の絶縁スリーブの斜視図である。 図１７は、変形例５の回転子の断面図である。 図１８は、変形例６の回転子の断面図である。 図１９は、電動機を駆動する駆動回路の回路図である。 図２０は、回転子の製造工程を示す図である。 図２１は、空気調和機の構成図である。

以下に、本発明にかかる電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる電動機１００の側面断面図である。図１に示される電動機１００は、モールド固定子１０、モールド固定子１０の内周部１０ａの内側に回転自在に配置された回転子２０（電動機の回転子）、およびモールド固定子１０の軸方向一端部に取り付けられる金属製のブラケット３０を備える。ここで、モールド固定子１０は、固定子４０および固定子４０を覆うモールド樹脂５０を備えており、モールド固定子１０の軸方向は回転子２０のシャフト２３の軸方向と一致している。電動機１００は、例えば、回転子２０に永久磁石を有し、インバータで駆動されるブラシレスＤＣモータである。

なお、詳細は順次説明するが、図１では、固定子４０の構成要素として、固定子鉄心４１、固定子鉄心４１に巻回されたコイル４２、固定子鉄心４１に設けられた絶縁部４３、絶縁部４３に設けられた中性点端子４４ｂ、絶縁部４３に取り付けられた基板４５、基板４５に組み付けられたリード線口出し部品４６、リード線口出し部品４６から口出しされるリード線４７、基板４５上に実装されたＩＣ（Integrated Circuit）４９ａ、基板４５の回転子２０側の面上に実装されたホールＩＣ４９ｂ等が示されている。また、回転子２０は、シャフト組立２７、回転子本体とシャフト組立２７とを一体にする樹脂部２４、シャフト２３に取り付けられると共にモールド固定子１０の軸受支持部１１により支持された負荷側転がり軸受２１ａ、およびシャフト２３に取り付けられると共にブラケット３０により支持された反負荷側転がり軸受２１ｂを備えている。シャフト組立２７は、例えば一対の絶縁スリーブ２６−１，２６−２から成る絶縁スリーブ２６を備え、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６および空洞２８が配置されている。

図２は、モールド固定子１０の側面断面図である。なお、図２では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。モールド固定子１０には、軸方向一端部（図２の右側）に開口部１０ｂが形成され、回転子２０がこの開口部１０ｂに挿入される。モールド固定子１０の軸方向他端部（図２の左側）には、回転子２０のシャフト組立２７（図１）の径より若干大きい孔１１ａが開けられている。モールド固定子１０のその他の構成については、後述する。

図３は、モールド固定子１０に回転子２０が挿入された状態を示す側面断面図である。なお、図３では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。モールド固定子１０の開口部１０ｂ（図２参照）から挿入された回転子２０は、シャフト組立２７の負荷側（図３の左側）が孔１１ａ（図２参照）を貫通して外部（図３の左側）に引出されるよう配置される。この際、シャフト２３に取り付けられた負荷側転がり軸受２１ａは、モールド固定子１０の軸受支持部１１に当接するまで押し込まれて、軸受支持部１１により支持される。ここで、軸受支持部１１は、モールド固定子１０の軸方向端部でかつ反開口部側に設けられている。また、シャフト組立２７の反負荷側（図３の右側）には、反負荷側転がり軸受２１ｂが取り付けられている（一般的には、圧入による）。なお、詳細は後述するが、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間には、シャフト２３に取り付けられた絶縁スリーブ２６および絶縁スリーブ２６−１，２６−２間の空洞２８が設けられる。

図４は、ブラケット３０の側面断面図である。ブラケット３０は、モールド固定子１０の開口部１０ｂを閉塞するとともに、反負荷側転がり軸受２１ｂを支持するものであり、モールド固定子１０に圧入される。ブラケット３０は、軸受支持部３０ａおよびこの軸受支持部３０ａと一体に形成された圧入部３０ｂを備えている。軸受支持部３０ａは、反負荷側転がり軸受２１ｂを支持する。ブラケット３０のモールド固定子１０への圧入は、リング状でかつ断面が略コの字状の圧入部３０ｂを、モールド固定子１０の内周部１０ａの開口部１０ｂ側に圧入することでなされる。圧入部３０ｂの外径は、内周部１０ａの内径よりも、圧入代の分だけ大きくなっている。ブラケット３０は、金属製（導電性を有する）で、例えば、亜鉛メッキ鋼板から形成される。但し、これに限定されず、ブラケット３０を亜鉛メッキ鋼板以外の材料から形成することもできる。

以下、モールド固定子１０の構成を説明する。図２に示されるモールド固定子１０は、固定子４０と、モールド成形用のモールド樹脂５０とを備える。モールド樹脂５０には、例えば、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。固定子４０は、後述する基板４５等が取り付けられ、強度的に弱い構造であるため低圧成形が望ましい。そのため、モールド樹脂５０には不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

図５は、固定子４０の斜視図である。図５に示される固定子４０は、以下に示される構成である。
（１）厚さが例えば０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接、接着等で積層された帯状の固定子鉄心４１を製作する。固定子鉄心４１は、複数個のティース（図示せず）を備える。ティースは、固定子鉄心４１の内側に設けられている。
（２）ティースには、絶縁部４３が施される。絶縁部４３は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂を用いて、固定子鉄心４１と一体にまたは別体で成形される。
（３）絶縁部４３が施されたティースに例えば集中巻のコイル４２が巻回される。複数個の集中巻のコイル４２を接続して、例えば、三相のシングルＹ結線の巻線を形成する。但し、分布巻でもよい。
（４）三相のシングルＹ結線であるので、絶縁部４３の結線側には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル４２が接続される端子４４（電源が供給される電源端子４４ａおよび中性点端子４４ｂ）が組付けられる。電源端子４４ａは３個、中性点端子４４ｂは３個である。
（５）基板４５が結線側の絶縁部４３（端子４４を組付けられる側）に取り付けられる。さらに、リード線４７を口出しするリード線口出し部品４６が取り付けられた基板４５を絶縁部４３に組み付け、固定子４０とする。絶縁部４３の面取りされた角柱４８が、基板４５が備える角柱挿入穴（図示せず）に挿入されることにより、回転方向の位置決めがなされ、かつ、絶縁部４３の基板設置面（図示せず）に基板４５が設置されることにより軸方向の位置決めがなされる。また、基板４５より突出する角柱４８を熱溶着することで基板４５と絶縁部４３とが固定され、さらに、端子４４の基板４５より突出した部分に半田付けを施すことにより電気的にも接合される。基板４５には、電動機１００（例えば、ブラシレスＤＣモータ）を駆動するＩＣ４９ａ（駆動素子）、回転子２０の位置を検出するホールＩＣ４９ｂ（位置検出素子）等の電子部品が実装されている。

次に、回転子２０の構成を説明する。図６は回転子２０の側面断面図、図７は負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂを取り外した回転子２０−１の断面図、図８は負荷側から見た回転子２０−１の側面図、図９はシャフト組立２７の側面図であり、図１０は回転子２０の反負荷側端部の拡大断面図である。

図６、図７に示されるように、回転子２０（または回転子２０−１）は、ローレット２３ａ−１が施されたシャフト組立２７（図９参照）と、回転子本体を構成する回転子の樹脂マグネット２２（回転子のマグネット）と、同じく回転子本体を構成する位置検出用樹脂マグネット２５（位置検出用マグネット）と、これらを一体成形する樹脂部２４とを備えて構成される。回転子の樹脂マグネット２２および位置検出用樹脂マグネット２５は、それぞれシャフト２３を中心にリング状である。樹脂部２４は、シャフト組立２７の基部２３ｅ（図９）におけるローレット２３ａ−１を中心とした外周に形成される。なお、樹脂部２４には、位置検出用樹脂マグネット２５の内径を保持する金型の内径押さえ部２４ａ、位置検出用樹脂マグネット２５を金型（下型）にセットしやすくするためのテーパ部２４ｂ、および樹脂成形時の樹脂注入部２４ｃが設けられている。

回転子の樹脂マグネット２２、シャフト組立２７、および位置検出用樹脂マグネット２５は、縦型成形機により射出された樹脂部２４で一体化される。このとき、樹脂部２４は、図８に示されるように、シャフト組立２７の外周に形成される中央筒部２４ｇ（回転子の樹脂マグネット２２の内側に形成される）と、回転子の樹脂マグネット２２を中央筒部２４ｇに連結し、かつ、シャフト組立２７を中心として半径方向に放射状に形成されると共に軸方向に延伸する複数のリブ２４ｊとを有する。リブ２４ｊ間には、軸方向に貫通した空洞２４ｋが形成される。なお、樹脂部２４に使用される樹脂には、例えば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）等の熱可塑性樹脂が用いられる。これらの樹脂に、ガラス充填剤を配合したものも好適である。

シャフト組立２７の反負荷側（図６の右側）には、反負荷側転がり軸受２１ｂが取り付けられる（一般的には、圧入による）。また、ファン等が取り付けられるシャフト組立２７の負荷側（図６で左側）には、負荷側転がり軸受２１ａが取り付けられる。負荷側転がり軸受２１ａは、シャフト組立２７に圧入される内輪２１ａ−１と、モールド固定子１０の軸受支持部１１で支持される外輪２１ａ−２と、内輪２１ａ−１と外輪２１ａ−２との間で転動する転動体２１ａ−３とを備える。転動体２１ａ−３には、球またはころが用いられる。反負荷側転がり軸受２１ｂは、シャフト組立２７の絶縁スリーブ２６を介して圧入される内輪２１ｂ−１と、ブラケット３０の軸受支持部３０ａで支持される外輪２１ｂ−２と、内輪２１ｂ−１と外輪２１ｂ−２との間で転動する転動体２１ｂ−３とを備える。転動体２１ｂ−３には、球またはころが用いられる。

本実施の形態にかかるシャフト組立２７は、ブラケット３０で支持される反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６を介在させると共に、空洞２８が設けられるように構成されている。このように構成することにより、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間が絶縁スリーブ２６および空洞２８で絶縁される。シャフト２３と反負荷側転がり軸受２１ｂとの絶縁は、絶縁スリーブ２６と空洞２８によるコンデンサの並列接続によるため、従来のような絶縁スリーブ単体による絶縁に比べて、コンデンサ容量を小さくできる。すなわち、絶縁抵抗が大きく、絶縁性能が向上されるので、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間における軸電流の抑制効果が向上する。従って負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂの電食の発生がさらに抑制される。

図９において、シャフト組立２７は、シャフト２３と絶縁スリーブ２６とを備えて構成される。絶縁スリーブ２６は、絶縁性を有する樹脂材料から成り、シャフト２３の反負荷側に嵌め込まれている。絶縁スリーブ２６は、例えば、絶縁スリーブ２６−１（第一の絶縁スリーブ）と絶縁スリーブ２６−２（第二の絶縁スリーブ）とから成り、絶縁スリーブ２６−１，２６−２間には間隔が設けられている。本実施の形態にかかる回転子２０は、このように構成されたシャフト組立２７と、回転子の樹脂マグネット２２と、位置検出用樹脂マグネット２５とが熱可塑性樹脂である樹脂部２４によって一体成形されて成る。また、シャフト２３の外周には、基部２３ｅの中央近傍に、シャフト２３と樹脂部２４との回り止めおよび抜け止めとして機能するローレット２３ａ−１が施される。

図１０において、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄでは、その外周が絶縁スリーブ２６の肉厚分（すなわちシャフト２３の基部２３ｅの外径ｄ１と絶縁スリーブ２６の内径との差分）切削されている。詳細には、反負荷側端部２３ｄは、例えば、段差２３ｃ−１，２３ｃ−２により二段に絞られ、基部２３ｅの外径ｄ１よりも小径の外径ｄ２−１を有する小径部２３ｄ−１（第一の小径部）と、小径部２３ｄ−２よりも反負荷側に設けられ、小径部２３ｄ−２の外径ｄ２−１よりも小径の外径ｄ２−２を有する小径部２３ｄ−２（第二の小径部）とを備えており、絶縁スリーブ２６−１は小径部２３ｄ−１に組み付けられ、絶縁スリーブ２６−２は小径部２３ｄ−２に組み付けられている。すなわち、絶縁スリーブ２６−１が組み付けられる小径部２３ｄ−１の外径ｄ２−１は、シャフト２３の基部２３ｅの外径ｄ１より細く、従って、基部２３ｅと小径部２３ｄ−１との間には、段差２３ｃ−１が形成される。また、絶縁スリーブ２６−２が組み付けられる小径部２３ｄ−２の外径ｄ２−２は、外径ｄ２−１より細く、従って、小径部２３ｄ−１と小径部２３ｄ−２との間には、段差２３ｃ−２が形成される。後述するように、段差２３ｃ−１，２３ｃ−２は、絶縁スリーブ２６−１，２６−２間に一定の距離を確保するための位置決めに利用される。また、反負荷側端部２３ｄの外周、具体的には、例えば小径部２３ｄ−１の外周の一部および小径部２３ｄ−２の外周には、反負荷側端部２３ｄと絶縁スリーブ２６との回り止めおよび抜け止めとして機能するローレット２３ａ−２が施される。なお、図１０の例では、シャフト２３の反負荷側端面２３ｆが露出している。

絶縁スリーブ２６は、絶縁性を有する樹脂で成形され、所定の肉厚ｔ１および軸方向長さで形成され、かつ、外径ｄ３のリング状に形成される。肉厚ｔ１（図１０では、絶縁スリーブ２６−１についてのみ示しているが、絶縁スリーブ２６−２についても同様。）は、例えば、１〜２ｍｍであるが、この範囲に限定されるものではない。軸方向長さは、絶縁スリーブ２６−１のうち樹脂部２４から露出した部分の軸方向長さＬ１と、絶縁スリーブ２６−２の軸方向長さＬ２との和が、反負荷側転がり軸受２１ｂの厚み（軸方向長さ）より短い寸法となるものであればよい。外径ｄ３は、シャフト２３の基部２３ｅの外径ｄ１と概略同一である。絶縁スリーブ２６−１の内径は小径部２３ｄ−１の外径ｄ２−１と略同一であり、絶縁スリーブ２６−２の内径は小径部２３ｄ−２の外径ｄ２−２と略同一である。絶縁スリーブ２６−１は段差２３ｃ−１に当接するまで小径部２３ｄ−１に挿入されて組付けられ、また、絶縁スリーブ２６−２は段差２３ｃ−２に当接するまで小径部２３ｄ−２に挿入されて組付けられ、シャフト組立２７となる。絶縁スリーブ２６−１，２６−２は段差２３ｃ−１，２３ｃ−２により位置決めされ、軸方向に一定の距離を隔てて設けられるため、絶縁スリーブ２６−１，２６−２が組み付けられた反負荷側端部２３ｄにさらに反負荷側転がり軸受２１ｂを組付けることで、シャフト２３と反負荷側転がり軸受２１ｂの間に、絶縁スリーブ２６と共に空洞２８が設けられる（図６）。

絶縁スリーブ２６−１の外周面２６ａには、シャフト２３の段差２３ｃ−１付近にて、幅ｔ２で軸方向に伸び、かつ、高さｈの樹脂注入口が設けられる。この樹脂注入口は、成形後に切断され、シャフト２３の軸中心から樹脂部２４に向けて突状のゲート切断部２６ｂとして外周面２６ａに残る。但し、このゲート切断部２６ｂは樹脂部２４に埋設され、絶縁スリーブ２６−１の外周面２６ａのうち樹脂部２４から反負荷側に露出した部分に、反負荷側転がり軸受２１ｂが挿入される。

なお、絶縁スリーブ２６−１の外周面２６ａのうち樹脂部２４から露出した部分にゲート切断部２６ｂが残った場合、反負荷側転がり軸受２１ｂの挿入時に反負荷側転がり軸受２１ｂの内径部とゲート切断部２６ｂとが接触して、想定外の応力が発生し、またゲート切断部２６ｂが切断されてゴミとして付着することよる品質の低下が予想される。しかしながら、樹脂注入口を樹脂部２４に埋設される部分に設けることにより、このような問題を解消できる。また、ゲート切断部２６ｂが、シャフト２３の軸中心から樹脂部２４に向けて突状（あるいは樹脂部２４からシャフト２３の軸中心に向けて突状）に設けられている場合でも、樹脂が注入されることにより、ゲート切断部２６ｂが絶縁スリーブ２６の回り止めとして機能するため、品質の向上を図ることができる。

絶縁スリーブ２６−２の樹脂注入口は反負荷側の面取り部に設けられる（図示しない）。面取り部に設けることで、ゲート切断後に外周側への突出を防止できるため、反転がり軸受２１ｂ挿入時に反負荷側転がり軸受２１ｂの内径部とゲート切断部とが接触することなく、品質低下が防止される。

絶縁スリーブ２６の材料には、シャフト２３の材料とほぼ同じ線膨張係数の樹脂材料を使用することが好ましい。シャフト２３は例えば鉄を材料とする。そのような樹脂材料として、例えば、熱硬化性樹脂のＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）樹脂が挙げられる。ＢＭＣ樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂に各種の添加剤が加えられた塊粘土状の熱硬化性樹脂である。ＢＭＣ樹脂は、以下に示される特徴がある。
（１）エポキシ樹脂に比べ硬化時間が短いため生産性が良い。
（２）材料のコストと特性のバランスが良い。
（３）低圧での成形が可能。
（４）寸法の安定性が高い。
（５）表面硬さが高く、キズが付きにくい。
（６）金属に比べ軽く、複雑形状の成形性に優れ、かつ、吸振性にも優れている。

電動機の回転子において、熱の上昇、下降の熱履歴を受ける場合、シャフト２３と樹脂の線膨張係数が異なる場合には、応力が発生する。そのため、樹脂にはクリープ現象（一定の荷重のもとで、材料の変形が時間とともに増加していく現象）が発生し、軸受が挿入される部分は、初期の寸法を維持できなくなることがある。その場合、軸受の内輪のクリープ（内輪と軸とに微小隙間が発生し１回転ごとに円周の差だけ接触位置がずれる現象）を引き起こす可能性があり、品質の低下が懸念される。これに対し、耐クリープ性の高い熱硬化性樹脂を使用することと、シャフト２３と線膨張係数が近い熱硬化性樹脂のＢＭＣ樹脂を使用することで品質の向上を図ることができる。

このように、本実施の形態の回転子２０では、絶縁スリーブ２６−１，２６−２を軸方向に離隔した態様で反負荷側端部２３ｄに組み付けてシャフト組立２７を構成し、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６−１，２６−２を配置するようにしたので、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６と共に空洞２８が設けられる。このような構成によれば、絶縁スリーブ２６と空洞２８とにより、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３とが絶縁されることになるので、絶縁スリーブ２６単体で絶縁する場合に比べて絶縁抵抗が大きくなり、軸電流の抑制効果が向上し、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂの電食の発生がさらに抑制される。なお、本実施の形態では、位置検出用樹脂マグネット２５が用いられているが、本実施の形態の構造は、位置検出用樹脂マグネット２５が用いられていない回転子２０にも適用可能である。

なお、ゲート切断部２６ｂは、一つに限定されるものではなく、絶縁スリーブ２６の外周面２６ａにおいて、樹脂部２４に埋設される部分に複数設けてもよい。また、絶縁スリーブ２６の外周面２６ａのうち樹脂部２４に埋設される部分にゲート切断部２６ｂと異なる複数の突起をつけてもよい。このことにより、回り止め、抜け止めがさらに確実になり、品質の向上を図ることができる。

また、絶縁スリーブ２６を設けることによって反負荷側転がり軸受２１ｂを流れる軸電流が小さくなり、これに伴い負荷側転がり軸受２１ａを流れる軸電流も小さくなる。そのため、負荷側転がり軸受２１ａ側におけるシャフト２３の絶縁は不要である。

また、図１０において、樹脂部２４の中央筒部２４ｇの反負荷側端部には、反負荷側転がり軸受２１ｂをシャフト組立２７に組み付ける際の軸方向の位置決めとなる軸受当接面２４ｄが形成されている。また、中央筒部２４ｇの外周面と軸受当接面２４ｄとの間には、段差部２４ｅが設けられる。段差部２４ｅは、中央筒部２４ｇの外周面よりも一段内径側に下がった外周面２４ｆと、軸受当接面２４ｄと平行な反負荷側端面２４ｈとから構成される。外周面２４ｆの直径ｄ４は、反負荷側転がり軸受２１ｂの外輪２１ｂ−２の内径よりも小さく形成することができ、例えば、図６に示されるように、反負荷側転がり軸受２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径と略同じか、若干小さく形成することが望ましい。

一般的に、転がり軸受は、転がり軸受の内部からグリースが外に漏れないように、もしくは外部からごみ等が浸入しないように外輪と内輪との間にカバーを設けている。このカバーは、転がり軸受の両端面より内側に位置する。そのため、直径ｄ４を、反負荷側転がり軸受２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径よりも大きくしても、内輪２１ｂ−１の外径よりも大きい部分は、反負荷側転がり軸受２１ｂに接触しない。従って、直径ｄ４は、反負荷側転がり軸受２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径と略同じか、若干小さくする程度が実用的である。

また、この段差部２４ｅを設けることにより、シャフト組立２７、回転子の樹脂マグネット２２、および位置検出用樹脂マグネット２５を樹脂で一体成形する際に、樹脂部２４の中央筒部２４ｇの軸受当接面２４ｄをイレコ（入れ子）で形成する場合、段差部２４ｅまで前記イレコで形成する。そのため、金型の合わせ面は中央筒部２４ｇの反負荷側端面２４ｈに位置する。そうすると、金型の合わせ面にバリが発生した場合でも、反負荷側転がり軸受２１ｂは金型の合わせ面となる反負荷側端面２４ｈに対して段差部２４ｅの軸方向長さ分だけ離れるため、このバリは、反負荷側転がり軸受２１ｂに当接しない。従って、このバリが反負荷側転がり軸受２１ｂに悪影響を及ぼす虞が少ない。

また、回転子２０が、熱衝撃を受けると樹脂部２４の中央筒部２４ｇが割れる場合もある。そのような場合でも、中央筒部２４ｇの両端（負荷側と反負荷側）にそれぞれ段差部２４ｅを設け、段差部２４ｅの径方向の寸法はそれぞれ一定とし、両端の段差部２４ｅ間の中央筒部２４ｇの径方向の厚さを大きくして対処することができる。

また、段差部２４ｅを中央筒部２４ｇの両端（負荷側と反負荷側）に設けた場合、段差部２４ｅを構成する外周面２４ｆの直径ｄ４が、負荷側転がり軸受２１ａの外輪２１ａ−２の内径よりも小さく、かつ、反負荷側転がり軸受２１ｂの外輪２１ｂ−２の内径よりも小さく形成することができる。この場合、段差部２４ｅ間の中央筒部２４ｇの径方向の厚さは、外輪２１ａ−２，２１ｂ−２の内径よりも大きくすることも可能である。

図１１は回転子の樹脂マグネット２２を示す図であり、図１１（ａ）は左側面図、図１１（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図１１（ｃ）は右側面図である。図１１を参照しながら、回転子の樹脂マグネット２２の構成を説明する。回転子の樹脂マグネット２２には、その内径側の軸方向一端部（図１１（ｂ）では右側）に、樹脂成形時の型締め時にシャフト組立２７と回転子の樹脂マグネット２２との同軸を確保するための切欠き２２ａが形成されている。図１１（ｃ）の例では、切欠き２２ａは例えば周方向に略等間隔で８箇所に形成されている。

また、回転子の樹脂マグネット２２には、軸方向他端部（図１１（ｂ）では左側）の端面に、位置検出用樹脂マグネット２５を据える台座２２ｂが、例えば周方向に略等間隔で形成されている。台座２２ｂは、回転子の樹脂マグネット２２の内径側に形成され、位置決め用突起２２ｃが台座２２ｂから回転子の樹脂マグネット２２の外径側に向かって延びている。位置決め用突起２２ｃは、樹脂部２４による回転子の樹脂マグネット２２、位置検出用樹脂マグネット２５およびシャフト組立２７の一体成形時に、回転子の樹脂マグネット２２の周方向（回転方向）の位置決めに利用される。

図１２を参照しながら、位置検出用樹脂マグネット２５の構成を説明する。図１２は、位置検出用樹脂マグネット２５を示す図であり、図１２（ａ）は左側面図、図１２（ｂ）は正面図、図１２（ｃ）は（ｂ）のＤ部拡大図である。位置検出用樹脂マグネット２５は、内径側の軸方向両端部に段差２５ｂを備える。回転子２０の軸方向端部側となる段差２５ｂには、樹脂部２４の一部が充填され、この段差２５ｂは位置検出用樹脂マグネット２５の軸方向の抜け止めとして機能する。

図１２には、一例として軸方向両端部に段差２５ｂを備えた位置検出用樹脂マグネット２５が示されているが、いずれか一方の軸方向端部に段差２５ｂが設けられ、それが回転子２０の軸方向端部側に位置すればよい。但し、軸方向両端部に段差２５ｂを備えるものは、回転子２０の樹脂部２４による一体成形時に、金型（下型）に位置検出用樹脂マグネット２５をセットする際に、裏表を気にせずにセットできるので作業性に優れる。

また、位置検出用樹脂マグネット２５は、樹脂部２４に埋設されたときに周方向の回り止めとなるリブ２５ａ（断面が略三角）を周方向に略等間隔に８個備える。リブ２５ａは段差２５ｂの形成箇所に配置されている。但し、リブ２５ａの数、形状、配置間隔は図示例に限定されず任意でよい。

なお、図６に示されるように、樹脂部２４には、位置検出用樹脂マグネット２５の内径を保持する金型の内径押さえ部２４ａ、位置検出用樹脂マグネット２５を金型（下型）にセットしやすくするためのテーパ部２４ｂ、樹脂成形時の樹脂注入部２４ｃが樹脂成形後に形成される。

回転子の樹脂マグネット２２は、熱可塑性樹脂に磁性材が混合されて成形されたもので、図１１に示される通り、内径側に軸方向一端面からテーパ状に切欠き２２ａを設け、また、切欠き２２ａのある軸方向一端面の反対側の軸方向他端面に、位置検出用樹脂マグネット２５を据える台座２２ｂを備えている。シャフト組立２７と一体に成形される回転子の樹脂マグネット２２の台座２２ｂによって、位置検出用樹脂マグネット２５を回転子の樹脂マグネット２２の端面から離すことが可能となり、位置検出用樹脂マグネット２５の肉厚を最小、かつ、任意の位置に配置することが可能となり、回転子の樹脂マグネット２２より安価な熱可塑性樹脂を充填することで、コストの低減が可能となる。

位置検出用樹脂マグネット２５は、図１２に示される通り、厚み方向の両側に段差２５ｂを備え、かつ、樹脂で埋設されたとき回り止めとなるリブ２５ａを両側の段差２５ｂに備えている。また、位置検出用樹脂マグネット２５の内径と位置検出用樹脂マグネット２５の外径との同軸度は精度良く作られている。

なお、シャフト組立２７と一体に成形される際、位置検出用樹脂マグネット２５の外周にはテーパ状に樹脂（樹脂部２４）が充填され、位置検出用樹脂マグネット２５の外径のばらつきにも対応し、充填される樹脂は位置検出用樹脂マグネット２５の片側の軸方向端面（外側）と回転子の樹脂マグネット２２の軸方向両端面でせき止めるため、回転子の樹脂マグネット２２の外径にバリが発生するのを抑えることが可能となり、品質の向上が図られている。

また、シャフト組立２７との一体成形時のゲート口を回転子の樹脂マグネット２２の内径よりもさらに内側に配置し、樹脂注入部２４ｃを凸形状で配置することで、圧力の集中を緩和し、樹脂の充填が容易に、また、樹脂注入部２４ｃの凸部を位置決めに利用することも可能となっている。

図１３は、本実施の形態の変形例１の絶縁スリーブの斜視図である。図１３（ａ）は、絶縁スリーブ２６−１，２６−２をシャフト２３に組み付ける前の状態を示し、図１３（ｂ）は、絶縁スリーブ２６−１，２６−２をシャフト２３に組み付けた後の状態を示している。図１３において、図６で示される絶縁スリーブ２６と異なる点は、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の端面に軸方向に突出した支持部２６−１ａ，２６−２ａを設け、互いに支持するよう組付けることで、絶縁スリーブ２６−１，２６−２を一定の間隔に位置決めする点である。すなわち、絶縁スリーブ２６−１の反負荷側端面は円環状に形成され、この反負荷側端面には軸方向に伸びる支持部２６−１ａが設けられている。また、絶縁スリーブ２６−２の負荷側端面は円環状に形成され、この負荷側端面には軸方向に伸びる支持部２６−２ａが設けられている。絶縁スリーブ２６−１，２６−２の軸方向の長さは等しい。絶縁スリーブ２６−１，２６−２は、互いの支持部２６−１ａ，２６−２ａが干渉しないよう周方向に位相をずらして配置される。図示例では、支持部２６−１ａ、２６−２ａは周方向に例えば１８０°位相をずらして配置されている。絶縁スリーブ２６−１の支持部２６−１ａが絶縁スリーブ２６−２の負荷側端面に当接すると共に、絶縁スリーブ２６−２の支持部２６−２ａが絶縁スリーブ２６−１の反負荷側端面に当接することにより、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の位置決めがなされて、絶縁スリーブ２６−１，２６−２がシャフト２３の反負荷側端部２３ｄに組付けられる。なお、絶縁スリーブ２６−１の負荷側の外周面上には、ゲート切断部２６ｂおよび周方向に複数の突起２６ｅが設けられている。

なお、支持部２６−１ａ，２６−２ａはそれぞれ一つずつ絶縁スリーブ２６−１，２６−２に設けられているとしたが、少なくとも一方に一つ以上設ける構成も可能である。

図１３に示されるように、本変形例では、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の内径が同一である。すなわち、支持部２６−１ａ，２６−２ａにより絶縁スリーブ２６−１，２６−２の位置決めがなされるので、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−２を設ける必要がなく、反負荷側端部２３ｄの外径は一定ｄ２（＝ｄ２−１＝ｄ２−２）であり、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の内径も同一とすることができる。よって、シャフト加工が簡略化され、コスト低減を図ることができる。

図１４は、変形例２の絶縁スリーブの斜視図である。図１４において、図６で示される絶縁スリーブ２６と異なる点は、絶縁スリーブ２６を二つに分離せずに一体構造とし、略円筒状の絶縁スリーブ２６の側面に軸方向に伸びるスリット２６ｃが入った点である。スリット２６ｃは、例えば、反負荷側転がり軸受２１ｂの軸方向長さと同じ長さで、一定の幅となっている。また、スリット２６ｃは、例えば、絶縁スリーブ２６の反負荷側端面から軸方向に一定の長さで設けられている。

本変形では、変形例１と同様、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体構造にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストを低減することができる。さらに、絶縁スリーブ２６は一体構造で、樹脂部２４で一体に成形されるため、ゲート切断部２６ｂおよび突起２６ｅで回り止め、抜け止めされ、簡便な方法で確実に固定でき、品質が向上する。また、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄのローレット２３ａ−２を廃止でき、かつ組立も簡略化されるので、さらにコスト低減を図ることができる。なお、図１４では、スリット２６ｃを１本としたが、複数本でもよい。これにより、より絶縁性能が高められ、電食抑制効果を高められる。

図１５は、変形例３の絶縁スリーブの斜視図である。図１５において、図６で示される絶縁スリーブ２６と異なる点は、絶縁スリーブ２６を二つに分離せずに一体構造とし、略円筒状の絶縁スリーブ２６の側面に軸方向に伸びる複数のスリット２６ｃを設けると共に、これらの複数のスリット２６ｃを、絶縁スリーブ２６の反負荷側端面から軸方向に伸びるものと絶縁スリーブ２６の負荷側端面から軸方向に伸びるものとが周方向に交互に配置されるように形成した点である。図示例では、絶縁スリーブ２６の反負荷側端面から軸方向に伸びるスリット２６ｃ−１と、絶縁スリーブ２６の負荷側端面から軸方向に伸びるスリット２６ｃ−２とが周方向に交互に４個ずつ形成されている。このような構成によれば、絶縁スリーブ２６の各端部でのスリット２６ｃの個数を減らすことができ、絶縁スリーブ２６の外径寸法の精度が保たれやすい。なお、絶縁スリーブ２６の負荷側の外周面上には、ゲート切断部２６ｂおよび周方向に複数の突起２６ｅが設けられている。

本変形では、変形例１と同様、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体構造にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストを低減することができる。さらに、絶縁スリーブ２６は一体構造で、樹脂部２４で一体に成形されるため、ゲート切断部２６ｂおよび突起２６ｅで回り止め、抜け止めされ、簡便な方法で確実に固定でき、品質が向上する。また、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄのローレット２３ａ−２を廃止でき、かつ組立も簡略化されるので、さらにコスト低減を図ることができる。

図１６は、変形例４の絶縁スリーブの斜視図である。図１６において、図６で示される絶縁スリーブ２６と異なる点は、絶縁スリーブ２６を構成する絶縁スリーブ２６−１，２６−２を別体とせずに、連結部２６ｄにより一体構造とした点である。すなわち、絶縁スリーブ２６−１の円環状の負荷側端面の一部と絶縁スリーブ２６−２の円環状の反負荷側端面の一部とが軸方向に伸びる連結部２６ｄで連結されている。本変形例では、同様に絶縁スリーブ２６が一体の構成である変形例２，３に比べ、空洞２８を大きくできるため、電食抑制効果も高められている。なお、図１６では、絶縁スリーブ２６−１の負荷側の外周面上には、ゲート切断部２６ｂおよび周方向に複数の突起２６ｅが設けられている。

また、本変形では、変形例１と同様、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体構造にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストを低減することができる。さらに、絶縁スリーブ２６は一体構造で、樹脂部２４で一体に成形されるため、ゲート切断部２６ｂおよび突起２６ｅで回り止め、抜け止めされ、簡便な方法で確実に固定でき、品質が向上する。また、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄのローレット２３ａ−２を廃止でき、かつ組立も簡略化されるので、さらにコスト低減を図ることができる。

図１７は、変形例５の回転子２０ａの断面図である。図１７において、図６に示される回転子２０と異なる点は、シャフト組立２７の反負荷側端面にセンタ穴２３ｂが形成されている点である。金型（上型）には、センタ穴２３ｂの中心との同軸度が合わされた突起（図示せず）が設けられ、シャフト組立２７、回転子の樹脂マグネット２２、および位置検出用樹脂マグネット２５を樹脂部２４で一体化（成形）する際に、金型が閉じられたとき、金型の突起がシャフトのセンタ穴２３ｂに嵌まり込むことにより、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト組立２７との同軸度が向上する。なお、センタ穴２３ｂは、シャフト２３の両端部に形成してもよい。

図１８は、変形例６の回転子２０ｂの断面図である。図１８において、図６に示される回転子２０と異なる点は、負荷側転がり軸受２１ａとシャフト２３との間にも絶縁スリーブ２６が設けられ、絶縁スリーブ１６−１，２６−２間に空洞２８が設けられている点である。このように、負荷側転がり軸受２１ａとシャフト２３との間にも絶縁スリーブ２６を設けることにより、負荷側転がり軸受２１ａにおける軸電流をさらに低減できる。さらに、外郭にモールド以外の材質（例えば外郭に鋼板フレーム）が使用され、かつ、負荷側および反負荷側に金属製のブラケットが使用された電動機の場合でも、その軸電流を低減することができる。

なお、図１には、モールド固定子１０側が負荷側となり、ブラケット３０側が反負荷側となるように構成された電動機１００が示されているが、電動機１００は、負荷側と反負荷側とが逆となるように構成した場合でも、同様の効果を得ることができる。従って、一般に、絶縁スリーブ２６は、負荷側転がり軸受２１ａとシャフト２３との間もしくは反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間、または負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂの双方とシャフト２３との間に設ける構造が可能である。また、図６、図１７、図１８に示される回転子２０，２０ａ，２０ｂは、永久磁石として熱可塑性樹脂に磁性材を混合して成形された回転子の樹脂マグネット２２を使用したが、その他の永久磁石（希土類磁石（ネオジム、サマリウム鉄）、フェライト焼結等）を用いてもよい。また、位置検出用樹脂マグネット２５も同様に、その他の永久磁石（希土類磁石（ネオジム、サマリウム鉄）、フェライト焼結等）を用いてもよい。

既に述べたように、インバータを用いて電動機の運転を行なう場合、パワー回路内のトランジスタのスイッチングに伴って発生する電動機の騒音の低減を図るため、インバータのキャリア周波数が高い値に設定される。キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトへの高周波誘導により発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受の内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなるので、転がり軸受に電流が流れ易くなる。この転がり軸受に流れる電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体（内外輪の間を転がる玉やころ）の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、転がり軸受の耐久性を悪化させる。

本実施の形態の回転子２０では、絶縁スリーブ２６と空洞２８により、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂの少なくとも一方とシャフト２３との間が絶縁され、軸電流が抑制される。このように本実施の形態の回転子２０は、インバータを用いて電動機１００の運転を行う場合に発生する軸電流の低減に特に有効である。

図１９は、電動機１００に内蔵される駆動回路１の回路図である。図１９に示されるように、電動機１００の外部に設けられた商用交流電源２から交流の電力が駆動回路１に供給される。商用交流電源２から供給される交流電圧は、整流回路３で直流電圧に変換される。整流回路３で変換された直流電圧は、インバータ主回路４で可変周波数の交流電圧に変換されて電動機１００に印加される。電動機１００は、インバータ主回路４から供給される可変周波数の交流電力により駆動される。なお、整流回路３には、商用交流電源２から印加される電圧を昇圧するチョッパー回路や整流した直流電圧を平滑にする平滑コンデンサなどが設けられている。

インバータ主回路４は、三相ブリッジのインバータ回路であり、インバータ主回路４のスイッチング部は、インバータ主素子となる６つのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と６つのフライホイルダイオード（ＦＲＤ）としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いたＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆ（ショットキーバリアダイオード）を備えている。ＦＲＤであるＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆは、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆが電流をＯＮからＯＦＦする時に生じる逆起電力を抑制する逆電流防止手段である。

なお、本実施の形態では、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆとＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆが同一リードフレーム上に実装されエポキシ樹脂でモールドされてパッケージされたＩＣモジュールが用いられているものとする。ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆは、シリコンを用いたＩＧＢＴ（Si-IGBT）に代えてＳｉＣ、ＧａＮを用いたＩＧＢＴであってもよい。また、ＩＧＢＴに代えて、ＳｉもしくはＳｉＣ、ＧａＮを用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの他のスイッチング素子を使用してもよい。

整流回路３とインバータ主回路４との間には、直列に接続された２つの分圧抵抗８ａ、８ｂが設けられており、分圧抵抗８ａ，８ｂによる分圧回路によって高圧直流電圧が低圧化される。駆動回路１には、この低圧化された電気信号をサンプリングし保持する直流電圧検出部８が設けられている。

また、電動機１００には、本実施の形態にかかる回転子２０（図６）およびモールド固定子１０（図２）が用いられ、固定子１０は、インバータ主回路４から供給される交流電力により回転子２０を回転する。モールド固定子１０には、回転子２０の近傍に位置検出用樹脂マグネット２５を検出するためのホールＩＣ４９ｂと、ホールＩＣ４９ｂからの電気信号を処理して回転子２０の位置情報に変換する回転子位置検出部１１０とが設けられている。

回転子位置検出部１１０で検出される回転子２０の位置情報は、出力電圧演算部１２０に出力される。この出力電圧演算部１２０は、駆動回路１の外部から与えられる目標回転数Ｎの指令（回転子２０の回転速度を指令する速度指令信号）若しくは装置の運転条件の情報と、回転子２０の位置情報とに基づいて、電動機１００に加えられるべき最適なインバータ主回路４の出力電圧を演算する。出力電圧演算部１２０は、この出力電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号生成部１３０に出力する。ＰＷＭ信号生成部１３０は、出力電圧演算部１２０から与えられた出力電圧となるようなＰＷＭ信号を、インバータ主回路４のそれぞれのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆを駆動する主素子駆動回路４ａに出力し、インバータ主回路４のＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはそれぞれ主素子駆動回路４ａによってスイッチングされる。なお、本実施の形態ではインバータ主回路４を三相ブリッジとしているが単相など他のインバータ回路でもよい。

ここでワイドバンドギャップ半導体について説明する。ワイドバンドギャップ半導体はＳｉよりもバンドギャップが大きい半導体の総称であって、ＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆに使用しているＳｉＣはワイドバンドギャップ半導体の一つであり、その他には窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドなどがある。さらにワイドバンドギャップ半導体、特にＳｉＣはＳｉに比べて耐熱温度や絶縁破壊強度や熱伝導率が大きい。なお、本実施の形態ではＳｉＣをインバータ回路のＦＲＤに用いる構成としているが、ＳｉＣに代えてその他のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

図２０は回転子２０の製造工程を示す図である。図２０により、回転子２０の製造工程の一例について説明する。
（１）ＢＭＣ樹脂で絶縁スリーブ２６の成形を行う。また、位置検出用樹脂マグネット２５および回転子の樹脂マグネット２２の成形を行った後、脱磁を行う。また、シャフト２３の加工を行う。シャフト２３には、基部２３ｅの中央付近と反負荷側端部２３ｄにローレット２３ａ−２が施される。また、反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−１，２３ｃ−２が形成される（ステップ１）。
（２）シャフト２３に絶縁スリーブ２６を組付け、シャフト組立２７とする。詳細には、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに絶縁スリーブ２６−１，２６−２をそれぞれ段差２３−１，２３−２に当接するまで挿入することで、絶縁スリーブ２６−１，２６−２をシャフト２３に組付ける（ステップ２）。
（３）位置検出用樹脂マグネット２５を、段差２５ｂを有する端部を下にして下型にセットし、下型に設けられた内径押え部２４ａに位置検出用樹脂マグネット２５の内径を保持させる（ステップ３）。
（４）回転子の樹脂マグネット２２の位置決め用突起２２ｃを下型に設けられた位置決め用突起挿入部に嵌め合わせて下型にセットする（ステップ４）。
（５）シャフト組立２７を下型にセットし、回転子の樹脂マグネット２２の切欠き２２ａを、上型の切欠き押さえ部で押し当てるように型締めする（ステップ５）。
（６）樹脂（樹脂部２４）成形する（ステップ６）。回転子の樹脂マグネット２２、位置検出用樹脂マグネット２５、およびシャフト組立２７を樹脂部２４により一体に成形する際に、シャフト組立２７と負荷側転がり軸受２１ａまたは反負荷側転がり軸受２１ｂの少なくとも一つとの間に、絶縁スリーブ２６が介在するように一体成形を行う。
（７）位置検出用樹脂マグネット２５および回転子の樹脂マグネット２２の着磁を行う（ステップ７）。
（８）シャフト組立２７に、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂを組付ける（ステップ８）。

上述の製造工程によれば、回転子の樹脂マグネット２２、絶縁スリーブ２６が組付けられたシャフト組立２７と位置検出用樹脂マグネット２５とを樹脂（樹脂部２４）にて一体にする際、全ての部品を金型にセットして樹脂成形することから、作業工程の低減により回転子２０のコストの低減が図られる。

また、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄにローレット２３ａ−２を施し絶縁スリーブ２６を圧入しシャフト組立２７としたので、絶縁スリーブ２６の軸方向および周方向の移動を抑制することができる。

また、回転子の樹脂マグネット２２の台座２２ｂにより、位置検出用樹脂マグネット２５を回転子の樹脂マグネット２２の端面から離すことができ、位置検出用樹脂マグネット２５の肉厚を最小、かつ、任意の位置に配置することが可能となり、回転子の樹脂マグネット２２より安価な熱可塑性樹脂を充填することで、コストの低減が可能となる。

また、位置検出用樹脂マグネット２５は厚み方向に対称であるため、向きを合わせることなく金型にセットすることが可能である。

また、下型の位置検出用樹脂マグネット２５をセットする際、外径が通過する部分を開口部が広くなるテーパにしているため（樹脂部２４のテーパ部２４ｂ）、下型に引っ掛かることなくセットが可能なため、作業工程が簡素化により生産性の向上に伴いコストの低減が可能となっている。

また、位置検出用樹脂マグネット２５は下型にセットされた時、下型に備える内径押え部に内径を保持されることにより、シャフト組立２７および回転子の樹脂マグネット２２との同軸度の精度が確保される。

また、上型に備える切欠き押さえ部が、回転子の樹脂マグネット２２の内径に備える切欠き２２ａを押し当てることにより、シャフト組立２７と回転子の樹脂マグネット２２との同軸度の精度が確保される。

図２１は、空気調和機３００の構成図である。空気調和機３００は、室内機３１０と、室内機３１０と接続される室外機３２０とを備える。室内機３１０には室内機用送風機（図示せず）が搭載され、室外機３２０には室外機用送風機３３０が搭載されている。そして、室外機用送風機３３０および室内機用送風機には、その駆動源として本実施の形態の電動機１００が使用されている。空気調和機３００の主用部品である室外機用送風機３３０および室内機用送風機に電動機１００を用いることにより、空気調和機３００の耐久性を向上させることが可能である。

なお、本実施の形態にかかる電動機１００は、空気調和機３００以外の電気機器（例えば換気扇、家電機器、工作機など）に搭載して利用することができる。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる電動機の回転子２０は、回転子のマグネット（樹脂マグネット２２）およびシャフト２３が樹脂部２４により一体化され、シャフト２３に転がり軸受２１ａ、２１ｂが取り付けられた電動機１００の回転子２０であって、金属製（導電性を有する）のブラケット３０で支持される反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６と空洞２８を介在するようにしたので、絶縁スリーブ２６と空洞２８によって反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３とが絶縁され、軸電流の抑制効果が高められるだけでなく、コスト増加も抑制でき、より高効率、低騒音化の電動機の電食を防止することができる。その結果、電動機１００の品質、性能の向上および低コスト化を図ることが可能である。

また、絶縁スリーブ２６の樹脂注入口を樹脂部２４に埋設される部分に備えることで、樹脂注入口が絶縁スリーブ２６の外周面のうち樹脂部２４から露出した部分にあり、ゲート切断部２６ｂが凸（突出部）として残る場合の懸念が払拭される。

また、絶縁スリーブ２６の樹脂注入口を面取り部に備えることで、ゲート切断後に外周側への突出を防止できるため、ゲート切断部が突出部として残る場合の懸念が払拭される。

また、絶縁スリーブ２６の外周面のうち樹脂部２４に埋設される部分に複数の突起２６ｅを備えることで、絶縁スリーブ２６の軸方向および周方向の移動をさらに抑制することができる。

また、絶縁スリーブ２６を、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に介在するようにした場合、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂにおける軸電流をさらに低減できる。外郭にモールド以外の材質（例えば外郭に鋼板フレーム）が使用され、かつ、負荷側および反負荷側に金属製のブラケット３０が使用された電動機の場合は、その軸電流を低減することができる。

また、絶縁スリーブ２６の材料には、シャフト２３と略同じ線膨張係数の樹脂材料が用いられているので、軸受内輪と絶縁スリーブ２６との間におけるクリープの発生が抑制され、電動機１００の品質の向上を図ることができる。

また、絶縁スリーブ２６の材料には、例えば熱硬化性樹脂のＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）樹脂が用いられているので、軸受内輪と絶縁スリーブ２６との間におけるクリープの発生が抑制され、電動機１００の品質の向上を図ることができる。

また、本実施の形態にかかる電動機の回転子２０は、シャフト２３の基部２３ｅの外周面に形成される樹脂部２４の中央筒部２４ｇと軸受当接面２４ｄとの間に、段差部２４ｅを設けることにより、シャフト２３、回転子の樹脂マグネット２２、および位置検出用樹脂マグネット２５を樹脂で一体成形する際に、樹脂部２４の中央筒部２４ｇの軸受当接面２４ｄをイレコで形成する場合、段差部２４ｅまで前記イレコで形成する。そのため、金型の合わせ面は中央筒部２４ｇの反負荷側端面２４ｈになるので、金型の合わせ面にバリが発生しても反負荷側転がり軸受２１ｂは金型の合わせ面となる反負荷側端面２４ｈに対して段差部２４ｅの軸方向長さ分離れているので、バリは反負荷側転がり軸受２１ｂに当接しない。そのため、反負荷側転がり軸受２１ｂに悪影響を及ぼす虞が少ない。

また、回転子２０が、熱衝撃を受けると樹脂部２４の中央筒部２４ｇが割れる場合もあるが、中央筒部２４ｇの両端に段差部２４ｅを設け、段差部２４ｅ間の中央筒部２４ｇの径方向の厚さを大きくして対処することができる。

また、絶縁スリーブ２６は、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の端面に軸方向に突出した支持部２６−１ａ，２６−２ａを設け、これらの支持部２６−１ａ，２６−２ａで互いに支持するよう組付け、絶縁スリーブ２６−１，２６−２を一定の間隔に位置決めして組付けてもよい。この場合、絶縁スリーブ２６−１，２６−２の内径を同一とすることができ、シャフト２３の段差２３ｃ−２は設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化され、コスト低減を図ることができる。

また、絶縁スリーブ２６は、二つに分離せずに一体で構成し、略円筒状のその側面に軸方向に延伸するスリット２６ｃを入れるようにしてもよい。この場合、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄに段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストが低減され、組立も簡略化され、さらにコスト低減を図ることができる。なお、スリット２６ｃは複数設けてもよい。これにより、より絶縁性能が高められ、電食抑制効果を高められる。

また、絶縁スリーブ２６は、二つに分離せずに一体で構成し、略円筒状の絶縁スリーブ２６の側面に軸方向に伸びる複数のスリット２６ｃを設けると共に、これらの複数のスリット２６ｃを、絶縁スリーブ２６の反負荷側端面から軸方向に伸びるものと絶縁スリーブ２６の負荷側端面から軸方向に伸びるものとが周方向に交互に配置することで、軸方向に互い違いにスリット２６ｃを入れてもよい。これにより、絶縁スリーブ２６の各端部でスリット２６ｃの個数を減らすことができ、絶縁スリーブ２６の外径寸法の精度が保たれやすい。また、シャフト２３の段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストが低減し、組立も簡略化され、さらにコスト低減を図ることができる。

また、絶縁スリーブ２６は、絶縁スリーブ２６を構成する絶縁スリーブ２６−１，２６−２を別体とせずに、連結部２６ｄで連結し、一体の構成としてもよい。この場合、空洞２８が大きくできるため、電食抑制効果も高められる。また、シャフト２３に段差２３ｃ−２を設けなくてもよく、シャフト加工が簡略化される。また、絶縁スリーブ２６を一体にしたので、絶縁スリーブ２６の製作コストが低減し、組立も簡略化され、さらにコスト低減を図ることができる。

また、図１７に示される回転子２０ａのように、シャフト２３の反負荷側端面にセンタ穴２３ｂを形成することにより、シャフト組立２７、回転子の樹脂マグネット２２および位置検出用樹脂マグネット２５を樹脂で一体成形する際に、シャフト２３のセンタ穴２３ｂに、金型（上型、および、下型）に備えた突起を嵌め合わせることで、シャフト組立２７を同軸が確保された状態で保持することが可能となり、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト組立２７との同軸度が向上する。

なお、電動機をインバータ駆動する場合、電動機の騒音の低減を図る目的から、インバータのキャリア周波数を高く設定するようにしているが、キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトへの高周波誘導により発生する軸電圧が増大し、シャフトを支持している転がり軸受の内輪と外輪との間に存在する電位差が大きくなるので、転がり軸受に流れる電流も増加する。従って、本実施の形態の回転子２０は、電動機１００をインバータを用いて運転を行う場合の軸電流の低減に特に有効である。ここでは回転子２０の位置検出用樹脂マグネット２５の磁極を検出するためのセンサであるホールＩＣ４９ｂを用いて検出する方法を述べたが、位置検出用樹脂マグネット２５およびホールＩＣ４９ｂを用いず、コイルを流れる電流を電流検出器（図示せず）にて検出し、波形生成回路にマイコンなどを用いて電動機を運転するセンサレス駆動方式においても同様の効果があることは言うまでもない。

なお、本発明の実施の形態にかかる電動機の回転子、電動機、空気調和機、および電動機の回転子の製造方法は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、電動機の回転子に適用可能であり、特に、電動機の性能、品質の低下、およびコストを増加させることなく軸受の電食を抑制することができる発明として有用である。

１ 駆動回路、２ 商用交流電源、３ 整流回路、４ インバータ主回路、４ａ 主素子駆動回路、６ａ〜６ｆ ＩＧＢＴ、７ａ〜７ｆ ＳｉＣ−ＳＢＤ、８ 直流電圧検出部、８ａ 分圧抵抗、８ｂ 分圧抵抗、１０ モールド固定子、１０ａ 内周部、１０ｂ 開口部、１１ 軸受支持部、１１ａ 孔、２０，２０ａ，２０ｂ，２０−１ 回転子、２１ａ 負荷側転がり軸受、２１ａ−１ 内輪、２１ａ−２ 外輪、２１ａ−３ 転動体、２１ｂ 反負荷側転がり軸受、２１ｂ−１ 内輪、２１ｂ−２ 外輪、２１ｂ−３ 転動体、２２ 回転子の樹脂マグネット、２２ａ 切欠き、２２ｂ 台座、２２ｃ 位置決め用突起、２３ シャフト、２３ａ−１，２３ａ−２ ローレット、２３ｂ センタ穴、２３ｃ−１，２３ｃ−２ 段差、２３ｄ 反負荷側端部、２３ｄ−１，２３ｄ−２ 小径部、２３ｅ 基部、２３ｆ 反負荷側端面、２４ 樹脂部、２４ａ 内径押さえ部、２４ｂ テーパ部、２４ｃ 樹脂注入部、２４ｄ 軸受当接面、２４ｅ 段差部、２４ｆ 外周面、２４ｇ 中央筒部、２４ｈ 反負荷側端面、２４ｊ リブ、２４ｋ 空洞、２５ 位置検出用樹脂マグネット、２５ａ リブ、２５ｂ 段差、２６，２６−１，２６−２ 絶縁スリーブ、２６−１ａ，２６−２ａ 支持部、２６ａ 外周面、２６ｂ ゲート切断部、２６ｃ スリット、２６ｄ 連結部、２６ｅ 突起、２７ シャフト組立、２８ 空洞、３０ ブラケット、３０ａ 軸受支持部、３０ｂ 圧入部、４０ 固定子、４１ 固定子鉄心、４２ コイル、４３ 絶縁部、４４ 端子、４４ａ 電源端子、４４ｂ 中性点端子、４５ 基板、４６ リード線口出し部品、４７ リード線、４８ 角柱、４９ａ ＩＣ、４９ｂ ホールＩＣ、５０ モールド樹脂、１００ 電動機、１１０ 回転子位置検出部、１２０ 出力電圧演算部、１３０ ＰＷＭ信号生成部、３００ 空気調和機、３１０ 室内機、３２０ 室外機、３３０ 室外機用送風機。

Claims (16)

1. 回転子のマグネットおよびシャフトが樹脂部により一体化され、前記シャフトに一対の転がり軸受が取り付けられた電動機の回転子であって、
   少なくとも前記一対の転がり軸受の一方と前記シャフトとの間には、絶縁スリーブと空洞が設けられていることを特徴とする電動機の回転子。
2. 前記絶縁スリーブの材料には、前記シャフトと略同じ線膨張係数の樹脂材料が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機の回転子。
3. 前記絶縁スリーブは、前記シャフトの軸方向に一定の距離で配置される第一および第二の絶縁スリーブから成り、前記第一の絶縁スリーブと前記第二の絶縁スリーブとの間に前記空洞が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の回転子。
4. 前記第一および第二の絶縁スリーブは互いに分離しており、前記シャフトの軸方向の一端部には前記軸方向に離隔して二つの段差が設けられており、一方の段差に前記第一の絶縁スリーブを当接し、他方の段差に前記第二の絶縁スリーブを当接することで、前記第一および第二の絶縁スリーブの軸方向の位置決めがされていることを特徴とする請求項３に記載の電動機の回転子。
5. 前記第一および第二の絶縁スリーブは互いに分離しており、前記第一および第二の絶縁スリーブの端面にはそれぞれ軸方向に伸びる同じ長さの支持部が設けられており、前記第一の絶縁スリーブの支持部が前記第二の絶縁スリーブの前記端面に当接すると共に前記第二の絶縁スリーブの支持部が前記第一の絶縁スリーブの前記端面に当接することで、前記第一および第二の絶縁スリーブの軸方向の位置決めがされていることを特徴とする請求項３に記載の電動機の回転子。
6. 前記第一の絶縁スリーブと前記第二の絶縁スリーブとが前記軸方向に伸びる連結部により連結されて一体に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機の回転子。
7. 前記絶縁スリーブには、前記空洞として、前記軸方向に伸びる一または複数のスリットが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の回転子。
8. 前記絶縁スリーブは略円筒状であり、前記絶縁スリーブの側面には前記軸方向に伸びる複数のスリットが設けられており、これらの複数のスリットは、前記絶縁スリーブの一端面から軸方向に伸びるものと前記絶縁スリーブの他端面から軸方向に伸びるものとが周方向に交互に配置されたものであることを特徴とする請求項７に記載の電動機の回転子。
9. 前記絶縁スリーブは、前記樹脂部で一体に成形されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
10. 前記絶縁スリーブの材料には、熱硬化性樹脂であるＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）樹脂が用いられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
11. 前記シャフトには、前記絶縁スリーブが配置される部分の少なくとも一部にローレットが施されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
12. 前記シャフトには、少なくとも一方の端面にセンタ穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の電動機の回転子を用いることを特徴とする電動機。
14. 絶縁部が施された固定子鉄心の複数のティースに巻線してコイルが形成された固定子と、
    この固定子に組付けられ、電子部品が実装されると共にリード線を口出しするリード線口出し部品が取り付けられた基板と、
    前記固定子と前記基板とを熱硬化性樹脂でモールド成形してなるモールド固定子と、
    前記モールド固定子の開口部に嵌め込まれ、一方の前記転がり軸受を支持するブラケットと、
    を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の電動機。
15. 請求項１３または１４に記載の電動機を送風機用電動機として用いることを特徴とする空気調和機。
16. 回転子のマグネットおよびシャフトを樹脂部により一体に成形し、前記シャフトに一対の転がり軸受を取り付けて成る電動機の回転子の製造方法において、
    前記回転子のマグネットを成形し、前記シャフトを加工し、かつ、絶縁スリーブを成形するステップと、
    少なくとも前記一対の転がり軸受の一方と前記シャフトとの間に前記絶縁スリーブと空洞が設けられるようにして前記絶縁スリーブを前記シャフトに組付けるステップと、
    少なくとも前記回転子のマグネットおよび前記絶縁スリーブが組付けられた前記シャフトを熱可塑性樹脂で一体成形して回転子を製造するステップと、
    前記シャフトに前記一対の転がり軸受を組付けるステップと、
    を含むことを特徴とする電動機の回転子の製造方法。

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