JP5042246B2

JP5042246B2 - 電動機の回転子及び電動機及び電動機の回転子の製造方法及び空気調和機

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Publication number: JP5042246B2
Application number: JP2009000343A
Authority: JP
Inventors: 守川久保; 峰雄山本; 博幸石井; 東吾山崎; 洋樹麻生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010158141A

Description

この発明は、転がり軸受けを用いる電動機の回転子に係り、インバータにて駆動する電動機に好適な電動機の回転子に関する。また、その電動機の回転子を用いる電動機及びその電動機の回転子の製造方法及びその電動機を搭載した空気調和機に関する。

従来、電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、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。キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて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け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、転がり軸受けに電流が流れ易くなる。この転がり軸受けに流れる電流は、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、転がり軸受けの耐久性を悪化させるという課題があった。

そこで、シャフトとモータケースとの間に設けた転がり軸受けに電流が流れるのを防止し、転がり軸受けに電食が発生するのを防止できる、簡便な構成で組み立ての容易な電動機を得るために、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、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、転がり軸受けを介して回転自在に支承されるシャフトと、絶縁材を介して転がり軸受けを支持する軸受ブラケットとを有する電動機において、軸受ブラケットの絶縁材と接触する側に凹部を設け、軸受ブラケットの凹部に対応する凸部を設けた絶縁材の凸部を、軸受ブラケットの凹部に嵌合し固定するようにした電動機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、転がり軸受けの内輪はめあい面または外輪はめあい面、あるいは内輪はめあい面と外輪はめあい面の両はめあい面に絶縁被膜が形成された電食防止形転がり軸受けにおいて、内輪はめあい面の周面または外輪はめあい面の周面と面取り部との境界面はゆるいテーパ面あるいは曲率半径の大きい円弧面を呈し、少なくとも一方のはめあい面に溶射による無機化合物の絶縁被膜を有する電食防止形転がり軸受けが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１５６９５２号公報特開昭５９−１０３０２３号公報

しかしながら、上記特許文献１の電動機は、軸受ブラケットの絶縁材と接触する側に凹部を設け、軸受ブラケットの凹部に対応する凸部を設けた絶縁材の凸部を、軸受ブラケットの凹部に嵌合し固定するようにした構成であるので、簡便な構成で組み立てが容易ではあるが、その反面軸受ブラケットから絶縁材から外れやすいという課題があった。

また、上記特許文献２の電食防止形転がり軸受けは、内輪はめあい面の周面または外輪はめあい面の周面と面取り部との境界面はゆるいテーパ面あるいは曲率半径の大きい円弧面を呈し、少なくとも一方のはめあい面に溶射による無機化合物の絶縁被膜を形成しているので、コストが高くなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、軸受けの電食を抑制するために転がり軸受けとシャフトとの間の絶縁を行うシャフトに施される絶縁スリーブを、簡便な方法で確実に固定できる電動機の回転子及び電動機及び電動機の回転子の製造方法及び空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る電動機の回転子は、回転子のマグネット及びシャフトが樹脂部により一
体化され、シャフトに転がり軸受けを配置する電動機の回転子において、
シャフトと転がり軸受けとの間には、絶縁スリーブが設けられ、絶縁スリーブは、一端部に前記絶縁スリーブの外周部より径が大きい鍔部を有し、樹脂部に絶縁スリーブが一体化されるとき、樹脂部が鍔部を覆い一体化するものである。

この発明に係る電動機の回転子は、シャフトと転がり軸受けとの間に絶縁スリーブを設け、絶縁スリーブを樹脂部により一体化して固定するので、転がり軸受けを流れる軸電流を防止し、電食を抑止し異常音の発生を防止する効果がある。また、絶縁スリーブを簡便な方法で確実に固定できる効果を奏する。

実施の形態１を示す図で、電動機１００の断面図。実施の形態１を示す図で、固定子４０の斜視図。実施の形態１を示す図で、回転子２０の断面図。実施の形態１を示す図で、シャフト２３の反負荷側端部の拡大断面図。実施の形態１を示す図で、絶縁スリーブ２６を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）。実施の形態１を示す図で、回転子の樹脂マグネット２２を示す図（（ａ）は左側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は右側面図）。実施の形態１を示す図で、位置検出用樹脂マグネット２５を示す図（（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部拡大図）。実施の形態１を示す図で、変形例１の回転子２０の断面図。実施の形態１を示す図で、変形例２の回転子２０の断面図。実施の形態１を示す図で、変形例２の回転子２０に使用する絶縁スリーブ２６の正面図。実施の形態１を示す図で、変形例３の回転子２０の断面図。実施の形態１を示す図で、変形例４の回転子２０の断面図。実施の形態１を示す図で、電動機１００を駆動する駆動回路２００の構成図。実施の形態１を示す図で、回転子２０の製造工程を示す図。実施の形態２を示す図で、空気調和機３００の構成図。

実施の形態１．
図１乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図１は電動機１００の断面図、図２は固定子４０の斜視図、図３は回転子２０の断面図、図４はシャフト２３の反負荷側端部の拡大断面図、図５は絶縁スリーブ２６を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）、図６は回転子の樹脂マグネット２２を示す図（（ａ）は左側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は右側面図）、図７は位置検出用樹脂マグネット２５を示す図（（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部拡大図）、図８は変形例１の回転子２０の断面図、図９は変形例２の回転子２０の断面図、図１０は変形例２の回転子２０に使用する絶縁スリーブ２６の正面図、図１１は変形例３の回転子２０の断面図、図１２は変形例４の回転子２０の断面図、図１３は電動機１００を駆動する駆動回路２００の構成図、図１４は回転子２０の製造工程を示す図である。

電動機１００の構成を説明する。図１に示すように、電動機１００は、モールド固定子１０と、回転子２０（電動機の回転子と定義する）と、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とを備える。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。

モールド固定子１０は、軸方向一端部（図１の右側）が開口している。回転子２０がこの開口部から挿入される。モールド固定子１０の軸方向他端部（図１の左側）には、回転子２０のシャフト２３の径より若干大きい孔（図示せず）が開けられている。モールド固定子１０の軸方向一端部から挿入された回転子２０は、負荷側のシャフト２３がモールド固定子１０の軸方向他端部の孔から外部（図１の左側）に出る。そして、回転子２０の負荷側転がり軸受け２１ａ（転がり軸受けの一例）が、モールド固定子１０の反開口部側の軸方向端部の軸受け支持部１１に当接するまで押し込まれる。このとき、負荷側転がり軸受け２１ａは、モールド固定子１０の反開口部側の軸方向端部に形成された軸受け支持部１１で支持される。

回転子２０は、反負荷側のシャフト２３（図１の右側）に反負荷側転がり軸受け２１ｂ（転がり軸受けの一例）が取り付けられる（一般的には、圧入による）。

詳細は後述するが、反負荷側転がり軸受け２１ｂと反負荷側のシャフト２３との間に、絶縁スリーブ２６が設けられる。

モールド固定子１０の開口部を閉塞するとともに、反負荷側転がり軸受け２１ｂを支持するブラケット３０をモールド固定子１０に圧入する。ブラケット３０は、軸受け支持部３０ａで反負荷側転がり軸受け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、ブラケット３０の略リング状で、断面がコの字状の圧入部３０ｂを、モールド固定子１０の内周部１０ａ（モールド樹脂部）の開口部側に圧入することでなされる。ブラケット３０の圧入部３０ｂの外径は、モールド固定子１０の内周部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の材質は、金属製で、例えば、亜鉛メッキ鋼板である。但し、亜鉛メッキ鋼板には限定されない。

本実施の形態は、回転子２０の構造に特徴があるので、モールド固定子１０については簡単に説明する。

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とからなる。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を使用する。固定子４０は、後述する基板等が取り付けられ、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、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２に示す固定子４０は、以下に示す構成である。
（１）厚さが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。帯状の固定子鉄心４１は、複数個のティース（図示せず）を備える。後述する集中巻のコイル４２が施されている内側がティースである。
（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と一体に又は別体で成形される。
（３）絶縁部４３が施されたティースに集中巻のコイル４２が巻回される。複数個の集中巻のコイル４２を接続して、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及び中性点端子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。リード線４７を口出しするリード線口出し部品４６が組付けられた基板４５を絶縁部４３に組付け、固定子４０となる。固定子鉄心４１に形成された絶縁部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が決められる。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が固定され、かつ、固定子４０が備える端子４４の基板４５より突出した部分を半田付けする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）等が実装されている。ＩＣ４９ａやホールＩＣ４９ｂ等を電子部品と定義する。

次に、回転子２０の構成を説明する。図３に示すように、回転子２０は、ローレット２３ａが施されたシャフト２３、リング状の回転子の樹脂マグネット２２（回転子のマグネットの一例）、リング状の位置検出用樹脂マグネット２５（位置検出用マグネットの一例）、そしてこれらを一体成形する樹脂部２４で構成される。

リング状の回転子の樹脂マグネット２２と、シャフト２３と、位置検出用樹脂マグネット２５とを樹脂部２４で一体化する。このとき、樹脂部２４は、シャフト２３の外周に形成される、後述する中央筒部２４ｇ（回転子の樹脂マグネット２２に対応する部分）と、回転子の樹脂マグネット２２を中央筒部２４ｇに連結する、シャフト２３を中心として半径方向に放射状に形成された軸方向の複数のリブ（図示せず）を有する。リブ間には、軸方向に貫通した空洞が形成される。

樹脂部２４に使用される樹脂には、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。

反負荷側のシャフト２３（図３で右側）には、反負荷側転がり軸受け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負荷側のシャフト２３（図３で左側）には、負荷側転がり軸受け２１ａが取り付けられる。

負荷側転がり軸受け２１ａ及び反負荷側転がり軸受け２１ｂは、公知の転がり軸受けである。

負荷側転がり軸受け２１ａは、シャフト２３に圧入される内輪２１ａ−１と、モールド固定子１０の軸受け支持部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、球又はころが用いられる。

反負荷側転がり軸受け２１ｂは、シャフト２３に絶縁スリーブ２６を介して圧入される内輪２１ｂ−１と、ブラケット３０の軸受け支持部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、球又はころが用いられる。

本実施の形態は、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け２１ｂとシャフト２３との間に、絶縁スリーブ２６を介在させ、絶縁スリーブ２６が絶縁となり軸電流を抑制することにより反負荷側転がり軸受け２１ｂの電食の発生を抑制する点に特徴がある。

さらに、反負荷側転がり軸受け２１ｂとシャフト２３との間に設ける絶縁スリーブ２６は、シャフト２３の反負荷側端部付近に挿入され、シャフト２３、リング状の回転子の樹脂マグネット２２、リング状の位置検出用樹脂マグネット２５を樹脂部２４で一体化する際に、絶縁スリーブ２６も一体化される。

このように、シャフト２３に挿入された絶縁スリーブ２６が樹脂部２４で一体化されて固定されるので、絶縁スリーブ２６の固定が極めて簡便になり、且つ確実に固定されシャフト２３から絶縁スリーブ２６が外れる恐れが少なくなる。

尚、本実施の形態は、リング状の位置検出用樹脂マグネット２５を持たない回転子２０も含む。

負荷側転がり軸受け２１ａは、外輪２１ａ−２がモールド固定子１０の軸受け支持部１１（モールド樹脂５０からなる）で支持されるので、軸受け支持部１１が絶縁材のため浮遊容量が極めて小さいため、シャフト２３を絶縁しなくても軸受けを流れる軸電流は極めて小さい。

図４はシャフト２３の反負荷側端部を拡大して示す断面図である。図４において、反負荷側転がり軸受け２１ｂが樹脂部２４を介して保持されるシャフト２３の反負荷側端部２３ｄの直径ｄ２は、回転子の樹脂マグネット２２が樹脂部２４を介して保持される中心部２３ｅの直径ｄ１より小さくして段差２３ｃを設けている。

シャフト２３の反負荷側端面２３ｆ（軸方向端面の一例）と段差２３ｃとの間の寸法は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの厚み（軸方向長）より長い寸法となる。シャフト２３の反負荷側端面２３ｆは、図４の例では、露出している。

樹脂部２４には、反負荷側転がり軸受け２１ｂのシャフト２３の反負荷側端部２３ｄへの挿入時の軸方向の位置決めとなる軸受け当接面２４ｄが、シャフト２３のローレット部を中心とした外周に形成される樹脂部２４の中央筒部２４ｇの反負荷側端部に形成されている。

そして、シャフト２３のローレット部を中心とした外周に形成される樹脂部２４の中央筒部２４ｇ（には、中央筒部２４ｇの外周部と軸受け当接面２４ｄとの間に段差部２４ｅが設けられる。

段差部２４ｅの直径は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの外輪２１ｂ−２の内径よりも小さいことが必須である。図３に示す回転子２０では、段差部２４ｅの直径は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径と略同じか、若干小さくしている。

一般的に、転がり軸受けは、転がり軸受け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、転がり軸受けの両端面より内側に位置する。

従って、段差部２４ｅの直径を、反負荷側転がり軸受け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け２１ｂに接触しない。従って、段差部２４ｅの直径は、反負荷側転がり軸受け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。

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及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の軸受け当接面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け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の分離れているので、バリは反負荷側転がり軸受け２１ｂに当接しない。そのてめ、反負荷側転がり軸受け２１ｂに悪影響を及ぼす恐れが少ない。

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。

段差部２４ｅの直径を、負荷側転がり軸受け２１ａ及び反負荷側転がり軸受け２１ｂの外輪２１ａ−２，２１ｂ−２の内径よりも小さくしているので、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５により、絶縁スリーブ２６の構成を説明する。図５に示すように、絶縁スリーブ２６は略円筒形である。絶縁スリーブ２６は、樹脂部２４の中央筒部２４ｇ側の端部に、絶縁スリーブ２６の外周部２６ａより径が大きい鍔部２６ｂ（図５（ａ）、（ｂ））を設けている。樹脂部２４に絶縁スリーブ２６が一体化されるときに、中央筒部２４ｇが絶縁スリーブ２６の鍔部２６ｂを覆い一体化するので、絶縁スリーブ２６の軸方向の移動を抑制している。

また、図５（ｂ）に示すように、絶縁スリーブ２６の鍔部２６ｂは、例えば、４箇所に略平面の切欠き部２６ｂ−１を周方向に略等間隔に備える。これにより、絶縁スリーブ２６の周方向の移動を抑制している。尚、切欠き部２６ｂ−１の個数、形状、配置間隔は任意でよい。

絶縁スリーブ２６の材料には、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）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等を使用する。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。

絶縁スリーブ２６の径方向の厚さｄ（図５（ａ））は、例えば、１〜１．５ｍｍである。但し、この範囲に限定されるものではない。

図６は回転子の樹脂マグネット２２を示す図で、図６（ａ）は左側面図、図６（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は右側面図である。図６を参照しながら、リング状の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、その内径の軸方向一端部（図６（ｂ）では右側）に、樹脂成形時の型締め時にシャフト２３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６の例では、切欠き２２ａは周方向に略等間隔で８箇所に形成されている（図６（ｃ））。

また、回転子の樹脂マグネット２２には、軸方向他端部（図６（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、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の内径付近から外径に向かって形成され、台座２２ｂの先端から位置決め用突起２２ｃが径方向に回転子の樹脂マグネット２２の外周部に向かって、その近くまで延びている。位置決め用突起２２ｃは、樹脂部２４による回転子のマグネット、位置検出用マグネット及びシャフトの一体成形時に、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７を参照しながら、リング状の位置検出用樹脂マグネット２５の構成を説明する。図７（ａ）は位置検出用樹脂マグネット２５の左側面図、図７（ｂ）は位置検出用樹脂マグネット２５の正面図、図７（ｃ）は（ｂ）のＡ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。この段差２５ｂは、回転子２０の軸方向端部側となる段差２５ｂに樹脂部２４の一部が充填されて、位置検出用樹脂マグネット２５の軸方向の抜け止めとなるために必要である。

図７では、両端部に段差２５ｂを備えるものを示したが、いずれか一方の端部に段差２５ｂがあり、それが回転子２０の軸方向端部側に位置すればよい。但し、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、段差２５ｂに樹脂部２４に埋設されると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。但し、リブ２５ａの数、形状、配置間隔は任意でよい。

尚、図３に示すように、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成形されたもので、図６に示す通り、内径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２３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７に示す通り、厚み方向の両側に段差２５ｂを持ち、かつ、樹脂で埋設されると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。

尚、シャフト２３と一体に成形される際には、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２３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８は変形例１の回転子２０の断面図である。図３に示す回転子２０と異なるのは、シャフト２３の反負荷側端部にセンタ穴２３ｂが形成されている点である。

シャフト２３、回転子の樹脂マグネット２２及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、シャフト２３のセンタ穴２３ｂを金型（上型）にセットすることにより、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト２３との同軸度が向上する。

尚、センタ穴２３ｂは、シャフト２３の両端部に形成してもよい。

図９は変形例２の回転子２０の断面図である。図３に示す回転子２０と異なるのは、絶縁スリーブ２６がシャフト２３の反負荷側端部２３ｄの全体を覆う点である。

図１０に示すように、絶縁スリーブ２６は、軸方向の一端が開口し、他端が閉じたキャップ状である。従って、回転子２０の樹脂部２４による成形時に、絶縁スリーブ２６の端面２６ｃを金型で押さえることになる。

図１０に示す絶縁スリーブ２６の長所は、反負荷側転がり軸受け２１ｂが絶縁スリーブ２６を介して保持されるシャフト２３の反負荷側端部２３ｄの直径ｄ２と、中央筒部２４ｇのシャフト直径ｄ１とが同一で段差２３ｃ（図４）がない場合でも、シャフト２３に絶縁スリーブ２６を挿入するときに、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄの端面に絶縁スリーブ２６が当接するまで押し込むことで、絶縁スリーブ２６のシャフト２３に対する軸方向の位置が決まることである。

図３、図８に示す絶縁スリーブ２６は、シャフト２３に段差２３ｃ（図４）がない場合は、シャフト２３に絶縁スリーブ２６を挿入するときに、絶縁スリーブ２６のシャフト２３に対する軸方向の位置決めが難しい。

図１１はの回転子２０の断面図である。図９に示す回転子２０と異なるのは、シャフト２３の反負荷側端部にセンタ穴２３ｂが形成されている点である。

絶縁スリーブ２６が挿入されたシャフト２３、回転子の樹脂マグネット２２及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、シャフト２３のセンタ穴２３ｂを金型（上型）にセットすることにより、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト２３との同軸度が向上する。

図１２は変形例４の回転子２０の断面図である。図３に示す回転子２０と異なる点は、負荷側転がり軸受け２１ａとシャフト２３との間にも、絶縁スリーブ２６を介在させてその間を絶縁している点である。

図１２のように構成することにより、負荷側転がり軸受け２１ａにおける軸電流をさらに低減できる。さらに、モールド固定子１０以外の、例えば、外郭に鋼板フレームを用い、負荷側及び反負荷側に金属製のブラケットを使用する電動機の軸電流を低減することができる。

図１１に示す回転子２０は、シャフト２３の反負荷側端部２３ｄの構成は図３と同様であるが、図８、図９、図１１に示すその他の構成にしてもよい。

尚、図１に示す電動機１００は、モールド固定子１０側が負荷側で、ブラケット３０側が反負荷側になるものを示したが、その逆でもよい。

また、図３、図８、図９、図１１、図１２に示す回転子２０は、永久磁石に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、サマリウムコバルト）、フェライト等）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、サマリウムコバルト）、フェライト等）を用いてもよい。

既に述べたように、電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、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。キャリア周波数を高く設定するに伴って、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて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け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、転がり軸受けに電流が流れ易くなる。この転がり軸受けに流れる電流は、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、転がり軸受けの耐久性を悪化させる。

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。

図１３は電動機１００を駆動する駆動回路２００の構成図である。図１３に示すように、インバータ方式の駆動回路２００は、位置検出回路１１０、波形生成回路１２０、プリドライバ回路１３０、パワー回路１４０から構成される。

位置検出回路１１０は、回転子２０の位置検出用樹脂マグネット２５の磁極をホールＩＣ４９ｂを用いて検出する。

波形生成回路１２０は、回転子２０の回転速度を指令する速度指令信号、位置検出回路１１０からの位置検出信号に基づいて、インバータ駆動するためのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、プリドライバ回路１３０に出力する。

プリドライバ回路１３０は、パワー回路１４０のトランジスタ１４１（６個）を駆動するトランジスタ駆動信号を出力する。

パワー回路１４０は、直流電源入力部、インバータ出力部を備え、トランジスタ１４１とダイオード１４２とを並列接続し、更にこれらを直列接続したアームからなる。

電動機１００は３相のため、３アームのインバータ出力部が夫々のコイル４２に接続されている。直流電源入力部には、商用電源の交流１００Ｖ又は２００Ｖを整流して得られる１４０Ｖ又は２８０Ｖの直流電源＋、−が接続される。

速度指令信号が駆動回路２００に入力されると、波形生成回路１２０は位置検出信号に応じて３相の各コイル４２への通電タイミングを設定するとともに速度指令信号の入力に応じたＰＷＭ信号を生成、出力し、そのＰＷＭ信号を入力したプリドライバ回路１３０はパワー回路１４０内のトランジスタ１４１を駆動する。

インバータ出力部は、トランジスタ１４１を駆動することでコイル４２に電圧を印加し、コイル４２に電流が流れ、トルクが発生して回転子２０が回転する。速度指令信号に応じた電動機１００の回転速度となる。電動機１００の停止も速度指令信号にて行う。

図１４に回転子２０の製造工程を示す。
（１）位置検出用樹脂マグネット２５及び回転子の樹脂マグネット２２の成形、脱磁。シャフト２３の加工、絶縁スリーブ２６の成形を行う（ステップ１）。
（２）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２）。
（３）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３）。
（４）絶縁スリーブ２６を挿入したシャフト２３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４）。
（５）樹脂（樹脂部２４）成形する（ステップ５）。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及びシャフト２３を樹脂部２４により一体に成形する際に、シャフト２３と負荷側転がり軸受け２１ａ又は反負荷側転がり軸受け２１ｂの少なくとも一つとの間に、樹脂部２４が介在するように一体成形を行う。
（６）位置検出用樹脂マグネット２５及び回転子の樹脂マグネット２２の着磁を行う（ステップ６）。
（７）シャフト２３に、負荷側転がり軸受け２１ａ及び反負荷側転がり軸受け２１ｂを組付ける（ステップ７）。

上述の製造工程によれば、回転子の樹脂マグネット２２、シャフト２３、及び位置検出用樹脂マグネット２５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、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。

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をセットの際に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２３及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２３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。

以上のように、本実施の形態は、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け２１ｂとシャフト２３との間に、絶縁スリーブ２６を介在させ、この絶縁スリーブ２６を樹脂部２４と一体化する。絶縁スリーブ２６により、反負荷側転がり軸受け２１ｂとシャフト２３とが絶縁され軸電流を抑制することにより反負荷側転がり軸受け２１ｂの電食の発生を抑制することができる。但し、リング状の位置検出用樹脂マグネット２５を、シャフト２３、リング状の回転子の樹脂マグネット２２とともに樹脂部２４で一体化するものでも、同様の効果が得られる。

また、シャフト２３の中心部２３ｅの外周に形成される樹脂部２４の中央筒部２４ｇと軸受け当接面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及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の軸受け当接面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け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の分離れているので、バリは反負荷側転がり軸受け２１ｂに当接しない。そのてめ、反負荷側転がり軸受け２１ｂに悪影響を及ぼす恐れが少ない。

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、図８に示す変形例１の回転子２０のように、シャフト２３の反負荷側端部にセンタ穴２３ｂを形成することにより、シャフト２３、回転子の樹脂マグネット２２及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）に備えたシャフト挿入部との同軸が確保されたセンタ穴２３ｂに嵌め合わせる突起を嵌め合わせることで、シャフト２３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２３との同軸度が向上する。

また、図９は変形例２の回転子２０のように、絶縁スリーブ２６がシャフト２３の反負荷側端部２３ｄの全体を覆うようにしてもよく、絶縁スリーブ２６は、軸方向の一端が開口し、他端が閉じたキャップ状であるので、回転子２０の樹脂部２４による成形時に、絶縁スリーブ２６の端面２０ｃを金型で押さえることになる。

また、図１１は変形例３の回転子２０のように、絶縁スリーブ２６がシャフト２３の反負荷側端部２３ｄの全体を覆うとともに、シャフト２３の反負荷側端部にセンタ穴２３ｂを形成することにより、絶縁スリーブ２６が挿入されたシャフト２３、回転子の樹脂マグネット２２及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、シャフト２３のセンタ穴２３ｂを金型（上型）にセットすることにより、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト２３との同軸度が向上する。

また、図１２は変形例４の回転子２０のように、負荷側転がり軸受け２１ａとシャフト２３との間にも、絶縁スリーブ２６を介在させてその間を絶縁する構成にすることにより、負荷側転がり軸受け２１ａにおける軸電流をさらに低減できる。また、インバータのキャリア周波数を更に高く設定することもできる。さらに、モールド固定子１０以外の、例えば、外郭に鋼板フレームを用い、負荷側及び反負荷側に金属製のブラケットを使用する電動機の軸電流を低減することができる。

また、電動機をインバータを用いて運転を行なう場合、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、電動機のシャフトに高周波誘導に基づいて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け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、転がり軸受け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を用いず、駆動回路２００を電動機１００の外部に設け、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１２０にマイコンなどを用いて電動機１００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。

また、図１４に示す製造工程によれば、回転子の樹脂マグネット２２、絶縁スリーブ２６が挿入されたシャフト２３、及び位置検出用樹脂マグネット２５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、下型の位置検出用樹脂マグネット２５をセットの際に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、作業工程の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。

実施の形態２．
図１５は実施の形態２を示す図で、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）、室外機３２０には室外機用送風機３３０を搭載している。

そして、室外機用送風機３３０及び室内機用送風機は、駆動源として上記実施の形態１の電動機１００を備える。

上記実施の形態１の電動機１００を、空気調和機３００の主用部品である室外機用送風機３３０及び室内機用送風機に搭載することにより、空気調和機３００の耐久性が向上する。

本発明の電動機１００の活用例として、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。

１０モールド固定子、１０ａ内周部、１１軸受け支持部、２０回転子、２１ａ負荷側転がり軸受け、２１ａ−１内輪、２１ａ−２外輪、２１ａ−３転動体、２１ｂ反負荷側転がり軸受け、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ローレット、２３ｂセンタ穴、２３ｃ段差、２３ｄ反負荷側端部、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当接面、２４ｅ段差部、２４ｇ中央筒部、２４ｈ反負荷側端面、２５位置検出用樹脂マグネット、２５ａリブ、２５ｂ段差、２６絶縁スリーブ、２６ａ外周部、２６ｂ鍔部、２６ｂ−１切欠き部、２６ｃ端面、３０ブラケット、３０ａ軸受け支持部、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、４９ａＩＣ、４９ｂホールＩＣ、５０モールド樹脂、１００電動機、１１０位置検出回路、１２０波形生成回路、１３０プリドライバ回路、１４０パワー回路、１４１トランジスタ、１４２ダイオード、２００駆動回路、３００空気調和機、３１０室内機、３２０室外機、３３０室外機用送風機。

Claims

回転子のマグネット及びシャフトが樹脂部により一体化され、前記シャフトに転がり軸受けを配置する電動機の回転子において、
前記シャフトと前記転がり軸受けとの間には、絶縁スリーブが設けられ、
前記絶縁スリーブは、一端部に前記絶縁スリーブの外周部より径が大きい鍔部を有し、
前記樹脂部に前記絶縁スリーブが一体化されるとき、前記樹脂部が前記鍔部を覆い一体化することを特徴とする電動機の回転子。
前記転がり軸受けは、負荷側転がり軸受け及び反負荷側転がり軸受けで構成され、
前記絶縁スリーブは、前記負荷側転がり軸受け又は前記反負荷側軸受けの少なくとも一つと前記シャフトとの間に介在することを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子。
前記絶縁スリーブは、前記負荷側転がり軸受け又は前記反負荷側転がり軸受けのうちの、金属製のブラケットで支持される転がり軸受けと前記シャフトとの間に介在することを特徴とする請求項２記載の電動機の回転子。
前記絶縁スリーブの前記鍔部は、切欠き部を備えることを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子。
前記シャフトのローレット部を中心にした外周に形成された前記樹脂部の中央筒部の端部には、前記転がり軸受けの前記シャフトへの挿入時の軸方向の位置決めとなる軸受け当接面が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機の回転子。
前記シャフトのローレット部を中心にした外周に形成された前記樹脂部の中央筒部の外周部と前記軸受け当接面との間には、直径が前記転がり軸受けの外輪の内径よりも小さい段差部が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機の回転子。
前記絶縁スリーブは、前記シャフトの軸方向端面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動機の回転子。
前記シャフトは、軸方向両端部の少なくとも一方にセンタ穴を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電動機の回転子。
前記絶縁スリーブは、熱可塑性樹脂にガラス充填剤を配合したものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電動機の回転子。
請求項１乃至９のいずれか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。
前記回転子の磁極を位置検出素子を用いて検出する位置検出回路と、
前記回転子の回転速度を指令する速度指令信号、前記位置検出回路からの位置検出信号に基づいて、インバータ駆動するためのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する波形生成回路と、
前記波形生成回路の出力により駆動信号を生成するプリドライバ回路と、
トランジスタとダイオードとを並列接続し、これらを直列接続したアームを有するパワー回路とから構成されるインバータ方式の駆動回路を備えることを特徴とする請求項１０記載の電動機。
請求項１０又は請求項１１記載の電動機を、送風機用電動機に用いることを特徴とする空気調和機。
回転子のマグネット及びシャフトを樹脂部により一体に成形し、前記シャフトに転がり軸受けを配置する電動機の回転子の製造方法において、
前記シャフトと前記転がり軸受けとの間には、絶縁スリーブが設けられ、
前記絶縁スリーブは、一端部に前記絶縁スリーブの外周部より径が大きい鍔部を有し、
前記樹脂部に前記絶縁スリーブが一体化されるとき、前記樹脂部が前記鍔部を覆い一体化することを特徴とする電動機の回転子の製造方法。