JP2012060772A - 電動機の回転子及び電動機及び空気調和機及び電動機の回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受けの電食が安価な方法で抑制される電動機の回転子を提供する。
【解決手段】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であって、転がり軸受けは、シャフトに圧入される内輪と、固定子の軸受け支持部で支持される外輪と、内輪と外輪との間で転動する転動体とを備え、転がり軸受けのいずれか一方が、内輪、外輪、転動体の少なくとも一つがセラミック等の絶縁材で構成されるセラミック製軸受けであることを特徴とする。
【選択図】図６

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を搭載した空気調和機及びその電動機の回転子の製造方法に関する。

従来、電動機をインバータ駆動する場合、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、軸受けの電食が抑制される安価な電動機の回転子及び電動機及び空気調和機及び電動機の回転子の製造方法を提供する。

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であって、
転がり軸受けは、シャフトに圧入される内輪と、固定子の軸受け支持部で支持される外輪と、内輪と外輪との間で転動する転動体とを備え、
転がり軸受けのいずれか一方が、内輪、外輪、転動体の少なくとも一つがセラミック等の絶縁材で構成されるセラミック製軸受けであることを特徴とする。

この発明に係る電動機の回転子は、転がり軸受けのいずれか一方が、内輪、外輪、転動体の少なくとも一つがセラミック等の絶縁材で構成されるセラミック製軸受けであることにより、軸受けの電食が抑制され、且つ安価な電動機の回転子が得られる。

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、モールド固定子１０の断面図。 実施の形態１を示す図で、モールド固定子１０に回転子２０が挿入された状態を示す断面図。 実施の形態１を示す図で、ブラケット３０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、負荷側転がり軸受け２１ａ及び反負荷側転がり軸受け２１ｂを取り外した回転子樹脂組立２０−１の断面図。 実施の形態１を示す図で、負荷側から見た回転子樹脂組立２０−１の側面図。 実施の形態１を示す図で、回転子樹脂組立２０−１の反負荷側端部の拡大断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子２０の反負荷側端部の拡大断面図。 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Ｃ−Ｃ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Ｄ部拡大図）。 実施の形態１を示す図で、電動機１００に内蔵された電動機内蔵駆動回路１の回路図。 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．
以下、この発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図１は実施の形態１を示す図で、電動機１００の断面図である。図１に示す電動機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。尚、図１には、モールド固定子１０、回転子２０を構成する各要素に符号を付しているが、ここでは説明しない。それらの符号については、後述する。

図２は実施の形態１を示す図で、モールド固定子１０の断面図である。モールド固定子１０は、軸方向一端部（図２の右側）が開口していて、ここに開口部１０ｂが形成されている。回転子２０がこの開口部１０ｂから挿入される（図２の矢印参照）。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２３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は実施の形態１を示す図で、モールド固定子１０に回転子２０が挿入された状態を示す断面図である。モールド固定子１０の軸方向一端部の開口部１０ｂ（図２参照）から挿入された回転子２０は、シャフト２３の負荷側がモールド固定子１０の軸方向他端部の孔１１ａ（図２参照）から外部（図３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、シャフト２３の反負荷側（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）。

図４は実施の形態１を示す図で、ブラケット３０の断面図である。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１０ｂ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。

図２に示すモールド固定子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５は実施の形態１を示す図で、固定子４０の斜視図である。図５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、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（スター結線）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が組付けられる側）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（図５では見えていないが、本体部は角柱である）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、且つ絶縁部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、且つ、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：図３参照）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、本実施の形態の特徴部分である回転子２０の構成を説明する。図６乃至図８は実施の形態１を示す図で、図６は回転子２０の断面図、図７は負荷側転がり軸受け２１ａ及び反負荷側転がり軸受け２１ｂを取り外した回転子樹脂組立２０−１の断面図、図８は負荷側から見た回転子樹脂組立２０−１の側面図である。

図６に示すように、回転子２０は、回転子樹脂組立２０−１と、負荷側転がり軸受け２１ａと、反負荷側転がり軸受け２１ｂとを備える。

図７に示すように、回転子樹脂組立２０−１、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、縦型成形機により射出された樹脂部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２４ｊ（図８参照）を有する。リブ２４ｊ間には、軸方向に貫通した空洞２４ｋ（図８参照）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。

シャフト２３の反負荷側（図６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シャフト２３の負荷側（図６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り詳細な説明は省略するが、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。

負荷側転がり軸受け２１ａの内輪２１ａ−１、外輪２１ａ−２、転動体２１ａ−３は転がり軸受け用鋼製で導電性なので、内輪２１ａ−１、外輪２１ａ−２、転動体２１ａ−３は絶縁されない（導通する）。

反負荷側転がり軸受け２１ｂの内輪２１ｂ−１、外輪２１ｂ−２は、転がり軸受け用鋼製で負荷側転がり軸受け２１ａと同様に導電性である。

反負荷側転がり軸受け２１ｂの転動体２１ｂ−３は、セラミック製で絶縁性を有する。転動体２１ｂ−３をセラミックで構成した反負荷側転がり軸受け２１ｂを、以下、「セラミック製転動体軸受け」（広義には、「セラミック製軸受け」とする）と呼ぶ。内輪２１ｂ−１、外輪２１ｂ−２はセラミック製で絶縁性を有する転動体２１ｂ−３で絶縁される。

本実施の形態は、リング状の回転子の樹脂マグネット２２及びシャフト２３を樹脂部２４により一体化し回転子の樹脂マグネット２２とシャフト２３の間が絶縁されること、及び、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を、「セラミック製転動体軸受け」とし内輪２１ｂ−１と外輪２１ｂ−２が絶縁されることで軸電流を抑制することにより、負荷側転がり軸受け２１ａ及び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。

負荷側転がり軸受け２１ａを流れる軸電流は、反負荷側転がり軸受け２１ｂを、「セラミック製転動体軸受け」とし、内輪２１ｂ−１と外輪２１ｂ−２が絶縁され反負荷側転がり軸受け２１ｂを流れる軸電流が小さくなることに伴って小さくなるため、負荷側転がり軸受けをセラミック製転導体軸受けとし、内輪２１ａ−１と外輪２１ａ−２を絶縁しなくても良い。

尚、反負荷側転がり軸受け２１ｂの転動体２１ｂ−３を絶縁性のあるセラミックとしたが、内輪２１ｂ−１、外輪２１ｂ−２、転動体２１ｂ−３の少なくとも一つをセラミック等の絶縁材にすることで同様の効果を得られる。

また、絶縁材はセラミックだけでなく、他の絶縁材でも同様の効果が得られる。さらに、反負荷側転がり軸受け２１ｂを、「セラミック製軸受け」とする例を示したが、負荷側転がり軸受け２１ａを、「セラミック製軸受け」としても同様である。即ち、負荷側転がり軸受け２１ａ、反負荷側転がり軸受け２１ｂのいずれか一方を、「セラミック製軸受け」にすることで同様の効果が得られる。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。

図９乃至図１０は実施の形態１を示す図で、図９は回転子樹脂組立２０−１の反負荷側端部の拡大断面図、図１０は回転子２０の反負荷側端部の拡大断面図である。

図９において、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（樹脂部）の反負荷側端部に形成されている。

そして、シャフト２３のローレット部を軸方向の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ｄ３は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの外輪２１ｂ−２の内径ｄ４よりも小さいことが必須である。図１０に示す回転子２０では、段差部２４ｅの直径ｄ３は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径ｄ５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ｄ３を、反負荷側転がり軸受け２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径ｄ５よりも大きくしても、内輪２１ｂ−１の外径ｄ５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ｄ３は、反負荷側転がり軸受け２１ｂの内輪２１ｂ−１の外径ｄ５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の分だけ離れているので、バリは反負荷側転がり軸受け２１ｂに当接しない。そのため、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の径方向の寸法を一定とし、両端の段差部２４ｅ（負荷側と反負荷側）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ｄ３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ｄ４よりも小さくしているので、段差部２４ｅ間の中央筒部２４ｇの直径ｄ６を、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、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、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１１（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１１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１１（ｃ））。

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、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は実施の形態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Ｄ部拡大図）である。図１２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。

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１２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（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、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６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１１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る。それにより、位置検出用樹脂マグネット２５の肉厚を最小、且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に示す通り、厚み方向の両側に段差２５ｂを持ち、且つ、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。

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６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、電動機がインバータを用いて運転される場合、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がインバータにより運転される場合の軸電流の低減に特に有効である。

図１３は実施の形態１を示す図で、電動機１００の電動機内蔵駆動回路１の回路図である。図１３を参照しながら、電動機内蔵駆動回路１について説明する。図１３に示すように、電動機１００の外部に設けられた商用交流電源２から交流の電力が電動機内蔵駆動回路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。尚、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を有する。

インバータ主回路４は３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、単にトランジスタと定義する）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、単にダイオードと定義する）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。

尚、本実施の形態１ではＩＧＢＴ６ａ〜６ｆとＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆは同一リードフレーム上に各チップが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としてもよく、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、この分圧抵抗８ａ，８ｂによる分圧回路にて高圧直流電圧を低圧化し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は、回転子２０（図６）とモールド固定子１０（図１）とを備えており、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が回転する。モールド固定子１０の回転子２０に近傍には、位置検出用樹脂マグネット２５を検出するホールＩＣ４９ｂが設けられており、そのホール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が設けられている。

回転子位置検出部１１０が検出する回転子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は電動機内蔵駆動回路１の外部から与えられる目標回転数Ｎの指令若しくは装置の運転条件の情報と回転子２０の位置情報に基づいて電動機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はその演算した出力電圧をＰＷＭ信号生成部１３０に出力する。ＰＷＭは、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略語である。

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。

尚、本実施の形態１ではインバータ主回路４を３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。尚、本実施の形態１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１４は実施の形態１を示す図で、回転子２０の製造工程を示す図である。図１４により、回転子２０の製造工程について説明する。
（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）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。
（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）。反負荷側転がり軸受けは、「セラミック製転動体軸受け」とする。

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、且つ、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、リング状の回転子の樹脂マグネット２２と、シャフト２３とを、縦型成形機により射出された樹脂部２４で一体化し、回転子の樹脂マグネット２２とシャフト２３の間が絶縁されること、及び、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を、「セラミック製転動体軸受け」とすることで内輪２１ｂ−１と外輪２１ｂ−２とが絶縁され、軸電流を抑制する。それにより、負荷側転がり軸受け２１ａ、及び、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。そのため、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、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、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。

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、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、且つ、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。

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。

１ 電動機内蔵駆動回路、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 軸受け支持部、１１ａ 孔、２０ 回転子、２０−１ 回転子樹脂組立、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、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、２４ｆ 嵌合部、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、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、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 (6)

1. 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であって、
   前記転がり軸受けは、前記シャフトに圧入される内輪と、固定子の軸受け支持部で支持される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で転動する転動体とを備え、
   前記転がり軸受けのいずれか一方が、前記内輪、前記外輪、前記転動体の少なくとも一つがセラミック等の絶縁材で構成されるセラミック製軸受けであることを特徴とする電動機の回転子。
2. 請求項１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。
3. 当該電動機の回転子は、位置検出用マグネットを備え、
   以下の要素を備えた電動機内蔵駆動回路により駆動されることを特徴とする請求項２記載の電動機，
   （１）当該電動機に可変周波数の交流電力を供給して当該電動機を駆動する、トランジスタとダイオードとからなるインバータ主回路；
   （２）前記位置検出用マグネットを位置検出素子により検出し、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部；
   （３）当該電動機内蔵駆動回路の外部から与えられる目標回転数の指令若しくは装置の運転条件の情報と、前記回転子位置検出部の前記回転子の位置情報に基づいて当該電動機に加えられるべき最適な前記インバータ主回路の出力電圧を演算する出力電圧演算部；
   （４）前記出力電圧演算部から与えられる前記出力電圧となるようなＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成するＰＷＭ信号生成部；
   （５）前記インバータ主回路の前記トランジスタを駆動する主素子駆動回路。
4. 前記ダイオードに、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）を用いたショットキーバリアダイオードを用いることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の電動機を、送風機用電動機に用いることを特徴とする空気調和機。
6. 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、前記シャフトの外周に形成される前記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の製造方法であって、
   前記転がり軸受けは、前記シャフトに圧入される内輪と、固定子の軸受け支持部で支持される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で転動する転動体とを備え、
   前記内輪、前記外輪、前記転動体の少なくとも一つがセラミック等の絶縁材で構成されるセラミック製軸受けを、前記転がり軸受けのいずれか一方に組付けることを特徴とする電動機の回転子の製造方法。

Images