特許 7091764 永久磁石電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-20

(45)【発行日】2022-06-28

(54)【発明の名称】永久磁石電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/28 20060101AFI20220621BHJP

   H02K 1/30 20060101ALI20220621BHJP

   H02K 5/16 20060101ALI20220621BHJP

【ＦＩ】

H02K1/28 A

H02K1/30 Z

H02K5/16 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018058723

(22)【出願日】2018-03-26

(65)【公開番号】P2019170143

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2021-02-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】村上 正憲

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 慎悟

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２０４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１２０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０６９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／００－ １／１６

Ｈ０２Ｋ １／１８－ １／２６

Ｈ０２Ｋ １／２８－ １／３４

Ｈ０２Ｋ ５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ外郭に固定された固定子と前記固定子の内側に配置された回転子を備え、
前記回転子は、永久磁石を配置した環状の外周側鉄心と、前記外周側鉄心の内径側に位置する環状の内周側鉄心と、前記外周側鉄心と前記内周側鉄心の間に位置する絶縁部材と、前記内周側鉄心を支持し、前記モータ外郭に軸受によって回転自在に支持されたシャフトを備え、
前記絶縁部材は、軸方向の一端面に開口する第１軸方向穴と、軸方向の他端面に開口する第２軸方向穴と、前記第１軸方向穴と前記第２軸方向穴の間に形成する壁部を設け、
前記第１軸方向穴と前記第２軸方向穴のそれぞれは、内径側の側壁と外径側の側壁と底部とを有し、前記内径側の側壁と前記外径側の側壁と前記底部とは金型による成型で形成され、
前記第１軸方向穴および前記第２軸方向穴の少なくとも一方には、前記内径側の側壁と前記底部との境界部分の周辺、および、前記外径側の側壁と前記底部との境界部分の周辺に、熱応力を緩和するための２段以上の応力緩和傾斜部を形成したことを特徴とする永久磁石電動機。

【請求項2】

前記第１軸方向穴および前記第２軸方向穴の少なくとも一方の前記側壁と前記底部の境界部分の周辺には、前記壁部の軸方向の熱膨張を吸収することで熱応力を緩和することができる前記底部からの軸方向長さに相当する前記第１軸方向穴および前記第２軸方向穴の少なくとも一方の側壁の端部から軸方向に対して第１傾斜角により傾斜する第１応力緩和傾斜部が形成され、前記第１応力緩和傾斜部と前記底部の間に第２傾斜角により傾斜する第２応力緩和傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。

【請求項3】

前記第２応力緩和傾斜部の軸方向に対する第２傾斜角は、前記第１応力緩和傾斜部の軸方向に対する第１傾斜角より大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石電動機。

【請求項4】

前記第１軸方向穴と前記第２軸方向穴は、円周方向に複数設けられ、複数の前記第１軸方向穴のそれぞれの間、および、複数の前記第２軸方向穴のそれぞれの間に隔壁が形成され、前記第１軸方向穴と前記第２軸方向穴の端面形状が円周方向に沿う円弧状に形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の永久磁石電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁部材を有する回転子を備えた永久磁石電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の永久磁石電動機には、回転磁界を発生する固定子の内側に、永久磁石を有する回転子を回転可能に配置したインナーロータ型の永久磁石電動機が知られている。この永久磁石電動機は、例えば、空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するために用いられる。

【0003】

この永久磁石電動機は、高周波スイッチングを行うＰＷＭ方式のインバータで駆動すると、軸受の内輪と外輪の間に電位差（軸電圧）を生じる。この軸電圧が軸受内部の油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部に電流が流れて軸受に電食を発生させる。この軸受の電食を防止するために、例えば、絶縁部材を有する回転子を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転子は、例えば、環状の永久磁石と、永久磁石の内径側に位置する環状の外周側鉄心と、外周側鉄心の内径側に位置する環状の内周側鉄心と、外周側鉄心と内周側鉄心の間に位置する絶縁部材と、内周側鉄心の中心軸の方向に貫通する貫通孔に固着されたシャフトを備えている。

【0004】

このような回転子の絶縁部材は、例えば、外周側鉄心と内周側鉄心の間に充填された樹脂で形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－３９８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述した軸受の電食は、永久磁石電動機をＰＷＭ方式のインバータで駆動すると、固定子の巻線の中性点電位が零にならず、コモンモード電圧と呼ばれる電圧が発生する。このコモンモード電圧は、スイッチングによる高周波成分が含まれるため、永久磁石電動機の内部の浮遊容量によって、軸受の外輪と内輪の間に軸電圧を発生させる。

【0007】

コモンモード電圧は、固定子の巻線とシャフトの間の静電容量と、シャフトとインバータ駆動用回路基板の間の静電容量により、軸受の内輪側（シャフト側）の電位として分圧される。そして、コモンモード電圧は、固定子の巻線とブラケットの間の静電容量とブラケットとインバータ駆動用回路基板の間の静電容量により、軸受の外輪側（ブラケット側）の電位として分圧される。この軸受の内輪側と外輪側の電位差が軸電圧となる。

【0008】

回転子の絶縁部材の厚みの上限が構造上規制され、且つ材料としてＰＢＴ樹脂を使用しても回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスが低く、軸電圧が高い場合に、軸電圧を抑制するため、特許文献１に記載の先行技術では、絶縁部材の一部に空気層や空孔を形成するようにしている。空気の比誘電率は、ほぼ１であるため、３程度のＰＢＴに比べて小さい。したがって、空気層や空孔を設けることによって回転子の静電容量を小さくすることが可能となり、回転子側（軸受内輪側）のインピーダンスを高くするようにしている。

【0009】

しかしながら、特許文献１に記載の回転子のように、絶縁部材に空気層を形成するために空孔として貫通孔を形成する場合には、絶縁部材の強度が低下することから、貫通孔の内部に、貫通孔を絶縁部材の軸方向の一端側に開口する第１軸方向穴と、絶縁部材の軸方向の他端側に開口する第２軸方向穴に区切る壁部を設け、この壁部により絶縁部材の強度を確保することが考えられている。この壁部を設けることで、壁部の一端側には第１軸方向穴の底部が形成され、壁部の他端側には第２軸方向穴の底部が形成される。
一方で、永久磁石電動機の使用環境や駆動時の固定子巻線からの発熱によって、絶縁部材に熱応力が生じる。特に、第１軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分や、第２軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分に熱応力が集中する。熱応力が集中すると、絶縁部材の耐久性の低下や割れやクラックの発生が懸念される。この熱応力集中を緩和するために、第１軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分や、第２軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分にＲ面取りやＣ面取りを形成することが行われている。

【0010】

第１軸方向穴および第２軸方向穴は、図３及び図４に示すように、例えば、端面形状が円周方向に沿う円弧状に形成され、端面から軸方向に沿う方向に深さを有している。
しかし、半径が小さく軸方向に厚い回転子に対して静電容量を低減させる場合、第１軸方向穴および第２軸方向穴の深さを深くする必要がある。そして、絶縁部材の機械的強度や、第１軸方向穴および第２軸方向穴の成形時の金型の抜き勾配を考慮した場合、図３及び図４に示すように、第１軸方向穴および第２軸方向穴の半径方向の長さＲを十分に取ることができない。

【0011】

結果、図８（ａ）に示すように、第１軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分や、第２軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分の熱応力集中を緩和するために、Ｃ面取りによって軸方向に対して、例えば、４５度の傾斜角θ１の傾斜部を形成する。なお、第２軸方向穴は、壁部に対して第１軸方向穴と対称に形成されているので、図示を省略する。第１軸方向穴および第２軸方向穴を形成する絶縁部材は、壁部を形成する領域Ａ、傾斜部を形成する領域Ｂ、軸方向側壁を形成する領域Ｃを有する構造になっている。第１軸方向穴と第２軸方向穴はそれぞれ、傾斜部と軸方向側壁との境界部分（Ｐ３、Ｐ４）と、傾斜部と底部との境界部分（Ｐ１、Ｐ２）の間の領域Ｂが狭くなり、領域Ｂの軸方向長さＬ１を十分にとることができない。この場合には、領域Ａでの熱膨張を領域Ｂで吸収することができず、領域Ｂと領域Ｃで示す熱膨張の方向が大きく異なるため、領域Ｂと領域Ｃとの境界部分（Ｐ３、Ｐ４）に熱応力が集中してしまう。

【0012】

一方、図８（ｂ）に示すように、第１軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分や、第２軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分の熱応力集中を緩和するために、Ｃ面取りによって軸方向に対して、例えば、２２．５度の傾斜角θ２の傾斜部を形成する。第１軸方向穴と第２軸方向穴はそれぞれ、傾斜部と軸方向側壁との境界部分（Ｐ３、Ｐ４）と、傾斜部と底部との境界部分（Ｐ１、Ｐ２）の間の領域Ｂが図８（ａ）と比べて広くなり、領域Ｂの軸方向長さＬ１を十分にとることができる。この場合には、領域Ｂと領域Ｃとの境界部分（Ｐ３、Ｐ４）での熱応力集中を緩和することができる反面、領域Ａと領域Ｂでは矢印で示す熱膨張の方向が大きく異なるため、領域Ｂと領域Ａの境界部分（Ｐ１、Ｐ２）に熱応力が集中してしまう。
このように、図８（ａ）や図８（ｂ）のように、Ｃ面取りによって軸方向に対して傾斜部を形成して、第１軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分や、第２軸方向穴の軸方向側壁と底部が交わる部分の熱応力集中を緩和するようにしても、第１軸方向穴の傾斜部と軸方向側壁との境界部分（Ｐ３、Ｐ４）や、第２軸方向穴の傾斜部と軸方向側壁との境界部分（Ｐ３、Ｐ４）に熱応力が集中したり、第１軸方向穴の傾斜部と底部との境界部分（Ｐ１、Ｐ２）や、第２軸方向穴の傾斜部と底部との境界部分（Ｐ１、Ｐ２）に熱応力が集中してしまう。

【0013】

そこで、本発明は、上記特許文献１に記載された先行技術の課題に着目してなされたものであり、絶縁部材の貫通孔の内部に第１軸方向穴と第２軸方向穴に区切る壁部を設け、壁部の一端側に第１軸方向穴の底部が形成され、壁部の他端側に第２軸方向穴の底部が形成される場合に、第１軸方向穴および第２軸方向穴の少なくとも一方の軸方向側壁と底部の境界部分や、第１軸方向穴および第２軸方向穴の傾斜部と軸方向側壁の境界部分や、第１軸方向穴および第２軸方向穴の傾斜部と底部との境界部分に対する熱応力の集中を緩和できる永久磁石電動機を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明の永久磁石電動機の一態様は、モータ外郭に固定された固定子と固定子の内側に配置された回転子を備え、回転子は、永久磁石を配置した環状の外周側鉄心と、外周側鉄心の内径側に位置する環状の内周側鉄心と、外周側鉄心と内周側鉄心の間に位置する絶縁部材と、内周側鉄心を支持し、モータ外郭に軸受によって回転自在に支持されたシャフトを備え、絶縁部材は、軸方向の一端面に開口する第１軸方向穴と、軸方向の他端面に開口する第２軸方向穴と、第１軸方向穴と第２軸方向穴の間に形成する壁部を設け、第１軸方向穴と前記第２軸方向穴のそれぞれは、内径側の側壁と外径側の側壁と底部とを有し、内径側の側壁と外径側の側壁と底部とは金型による成型で形成され、第１軸方向穴および第２軸方向穴の少なくとも一方には、内径側の側壁と底部との境界部分の周辺、および、外径側の側壁と底部との境界部分の周辺に、熱応力を緩和するための２段以上の応力緩和傾斜部を形成した永久磁石電動機である。

【発明の効果】

【0015】

本発明の永久磁石電動機の一態様によれば、軸受の電食を防止するために、絶縁部材に軸方向に延びる第１軸方向穴と第２軸方向穴に区切る壁部を設け、壁部の一端側に第１軸方向穴の底部が形成され、壁部の他端側に第２軸方向穴の底部が形成される場合に、第１軸方向穴および第２軸方向穴の軸方向側壁と底部の境界部分や、第１軸方向穴および第２軸方向穴の傾斜部と軸方向側壁の境界部分や、第１軸方向穴および第２軸方向穴の傾斜部と底部との境界部分に対する熱応力の集中を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る永久磁石電動機を示す説明図である。

【図2】本発明に係る永久磁石電動機の回転子の第１実施形態を示す斜視図である。

【図3】図２の回転子の平面図である。

【図4】図２の回転子の底面図である。

【図5】図３のＡ－Ａ断面図である。

【図6】図５のＣ部の部分断面図である。

【図7】外周側鉄心に永久磁石を装着した状態を示す回転子の平面図である。

【図8】従来の第１軸方向穴の底部周辺における熱応力集中と、本発明の第１軸方向穴の底部周辺における熱応力集中の緩和を説明する図であり、（ａ）と（ｂ）は従来の説明図であり、（ｃ）は本発明の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成部品については以下の説明を参酌して判断すべきものである。

【0018】

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0019】

以下に、本発明の一実施形態に係る永久磁石電動機について説明する。

【0020】

＜電動機の全体構成＞
図１乃至図６は、第１実施形態における永久磁石電動機１の構成を説明する図である。図１乃至図６に示すように、この永久磁石電動機１は、例えば、ブラシレスＤＣモータである。この永久磁石電動機１は、空気調和機の室内機に搭載される送風ファンを回転駆動するために用いられる。

【0021】

以下では、回転磁界を発生する固定子２の内部に、永久磁石３１を有する回転子３を回転可能に配置したインナーロータ型の永久磁石電動機１を例に説明する。本実施形態における永久磁石電動機１は、固定子２と、回転子３と、モータ外郭６を備えている。

【0022】

＜固定子と回転子＞
固定子２は、円筒形状のヨーク部とヨーク部から内径側に延びる複数のティース部を有した固定子鉄心２１と、インシュレータ２２を介してティース部に巻回された巻線２３を備えている。この固定子２は、固定子鉄心２１の内周面を除いて、樹脂で形成されたモータ外郭６で覆われている。

【0023】

回転子３は、固定子２の固定子鉄心２１の内周側に所定の空隙（ギャップ）を持って回転自在に配置されている。この回転子は、固定子鉄心２１に対向する外周面に環状に永久磁石３１を配置した表面磁石形である。永久磁石３１は、後述する外周側鉄心３２、絶縁部材３３および内周側鉄心３４を介してシャフト３５の周囲に固定されている。このシャフト３５は、第１軸受４１および第２軸受４２によって支持され、第１軸受４１が第１ブラケット５１に、第２軸受４２が第２ブラケット５２にそれぞれ支持されることで、回転子３が回転自在に支持されている。

【0024】

＜軸受とブラケット＞
第１軸受４１は、回転子３のシャフト３５の一端側（出力側）を支持している。第２軸受４２は、回転子３のシャフト３５の他端側（反出力側）を支持している。第１軸受４１および第２軸受４２は、例えば、ボールベアリングが用いられる。

【0025】

第１ブラケット５１は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、モータ外郭６の一端側すなわちシャフト３５の出力側に固定されている。この第１ブラケット５１は、一端を開放し、他端を底面板部５１０で閉塞した円筒形状のブラケット本体５１１と、底面板部５１０に設けられ第１軸受４１を収容するための第１軸受収容部５１２を有する。ブラケット本体５１１は、開放端側がモータ外郭６の外周面に圧入されている。第１軸受収容部５１２は、底面板部５１０の中央部からモータ外郭６とは反対側に突出された底部を有する円筒状に形成されている。この第１軸受収容部５１２の円筒内面に第１軸受４１の外輪が圧入され、この第１軸受４１の内輪に支持されたシャフト３５の出力側が底部の中央に形成された貫通孔から外部に突出されている。

【0026】

第２ブラケット５２は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、モータ外郭６の他端側すなわちシャフト３５の反出力側に配置されている。この第２ブラケット５２は、第２軸受４２を収容するための第２軸受収容部５２１と、第２軸受収容部５２１の開放端から周りに広がるフランジ部５２２を有する。第２軸受収容部５２１は、底部を有する円筒形状に形成されており、第２ブラケット５２のフランジ部５２２は、モータ外郭６の成形時にインサート成形され、モータ外郭６と一体になっている。

【0027】

第１軸受４１は、第１ブラケット５１に設けられた第１軸受収容部５１２に収容され、第２軸受４２は、第２ブラケット５２に設けられた第２軸受収容部５２１に収容されている。そして、第１軸受４１と第１軸受収容部５１２、第２軸受４２と第２軸受収容部５２１はそれぞれ電気的に導通している。

【0028】

＜回転子の具体的な構成＞
以上のように構成された永久磁石電動機１では、第１軸受４１や第２軸受４２に電食が生じないようにするため、図１に示すように、回転子３の一部に絶縁部材３３を備えている。以下、回転子３の具体的構成について説明する。

【0029】

回転子３は、図１乃至図６に示すように、外径側から内径側に向かって、永久磁石３１と、外周側鉄心３２と、絶縁部材３３と、内周側鉄心３４と、シャフト３５を備えている。

【0030】

永久磁石３１は、図１及び図７に示すように、Ｎ極とＳ極が周方向に等間隔に交互に表れるように複数（例えば８個）の永久磁石片３１１で環状に形成されている。なお、永久磁石３１は、磁石粉末を樹脂で固めることで環状に形成されたプラスチックマグネットを用いてもよい。

【0031】

外周側鉄心３２は、図３に示すように、環状に形成されており、永久磁石３１の内径側に位置している。外周側鉄心３２には、図示を省略するが、後述する絶縁部材３３との回り止めの機能を確保するために、内周面３２１（図５参照）から内径側に突出する複数（例えば４個）の外周側凸部と内周面３２１から外径側に凹む外周側凹部を備えている。複数の外周側凸部および外周側凹部は、中心軸Ｏの方向に延びるとともに周方向に等間隔に配置されている。

【0032】

内周側鉄心３４は、図３に示すように、環状に形成されており、外周側鉄心３２の内径側に位置している。内周側鉄心３４には、図示を省略するが、後述する絶縁部材３３との回り止めの機能を確保するために、外周面３４１（図５参照）から内径側に凹む複数（例えば８個）の内周側凹部を備えている。複数の内周側凹部は、中心軸Ｏの方向に延びるとともに周方向に等間隔に配置されている。そして、内周側鉄心３４には、中心に中心軸Ｏの方向に貫通する貫通穴３４３を備えている。

【0033】

絶縁部材３３は、ＰＢＴやＰＥＴなどの誘電体の樹脂で形成されており、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４の間に位置している。絶縁部材３３は、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４の間に樹脂が充填されることで、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４と一体に成形されている。この絶縁部材３３は、外周側鉄心３２と内周側鉄心３４の間の静電容量（固定子２の巻線２３とシャフト３５の間の静電容量の一部）を小さくして第１軸受４１および第２軸受４２の内輪側の電位を下げて内輪側と外輪側の電位を合わせている。

【0034】

シャフト３５は、内周側鉄心３４に備えた貫通穴３４３に圧入やカシメなどによって固着されている。

【0035】

＜本発明に係る回転子の構造、作用および効果＞
次に、本実施形態における永久磁石電動機１において、図２乃至図５を用いて、本発明に係る回転子３の構造やその作用および効果について説明する。

【0036】

空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するために用いられる永久磁石電動機１は、ＰＷＭ方式のインバータで駆動されるため、巻線の中性点電位が零にならず、コモンモード電圧と呼ばれる電圧が発生する。このコモンモード電圧に起因して、永久磁石電動機１の内部の浮遊容量によって、第１軸受４１や第２軸受４２の外輪と内輪の間に電位差（軸電圧）が発生する。この軸電圧が軸受内部油膜の絶縁破壊電圧に達すると、軸受内部に電流が流れて軸受内部に電食を発生させる。

【0037】

上記した回転子３の構成において、絶縁部材３３は、図２乃至図４に示すように、円筒形状を有し、回転子３の静電容量を低減させるために、軸方向の一端に第１軸方向穴３３１が形成され、軸方向の他端に同様に回転子３の静電容量を低減させるための第２軸方向穴３３２が形成されている。これらの第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２は、円周方向に等間隔に複数（例えば８個）形成されている。複数の第１軸方向穴３３１のそれぞれの間、および、複数の第２軸方向穴３３２のそれぞれの間には、隔壁３３４が形成され、隣接する第１軸方向穴３３１同士、および、隣接する第２軸方向穴３３２同士を区切っている。

【0038】

さらに、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２は、図３乃至図５に示すように、軸方向で互いに対向しており、軸方向中央位置で互いの深さが同じになるように区切る壁部３３３が設けられている。この壁部３３３を設けることで、壁部３３３の一端側には第１軸方向穴３３１の底部３３５ｃが形成され、壁部３３３の他端側には第２軸方向穴３３２の底部３３５ｃが形成されている。そして、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２のそれぞれの底部３３５ｃから軸方向に沿って側壁３３５ａおよび側壁３３５ｂが形成されている。このように、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２は、壁部３３３と隔壁３３４の形成によって、端面形状が円周方向に沿う円弧状に形成され、端面から軸方向に沿う方向に深さを有する構造になっており、それぞれが等間隔に複数（例えば８個）形成されている。

【0039】

ここで、例えば、半径が小さく軸方向に厚い回転子３に対して第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２を形成するときは、回転子３の半径が小さくなるので、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の半径方向の長さ（幅）Ｒも小さくなる。このような回転子３の静電容量を低減させるには、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の深さを深くする必要がある。しかしながら、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の深さを深くしすぎると、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２を区切る壁部３３３の厚さが薄くなり、絶縁部材３３の機械的強度が低下することから、機械的強度を確保するためには適当な厚さの壁部３３３が必要となる。

【0040】

したがって、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の深さは、回転子３の静電容量の低減と機械的強度の確保の両方を考慮して設定する。

【0041】

そして、絶縁部材３３は、ＰＢＴやＰＥＴなどの誘電体の樹脂を外周側鉄心３２および内周側鉄心３４とともに一体成型することから、回転子３の機械的強度や、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の成型時の金型の抜き勾配を考慮した場合には、上記で説明したように、図２乃至図５に示すように、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２は、壁部３３３と隔壁３３４の形成により、端面形状が円周方向に沿う円弧状に形成され、端面から軸方向に沿う方向に深さを有する構造になっており、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の半径方向の長さ（幅）Ｒを十分にとることができない。

【0042】

ところで、一般的に、絶縁部材３３の線膨張係数は、周囲の金属製の外周側鉄心３２および内周側鉄心３４の線膨張係数に比較して大きく、温度上昇時の膨張量や温度降下時の収縮量が外周側鉄心３２および内周側鉄心３４に比較して大きくなる。

【0043】

絶縁部材３３は、図６に示すように、絶縁部材３３における側壁３３５ａ、３３５ｂの膨張量や収縮量は、側壁３３５ａ、３３５ｂが半径方向に薄く、軸方向に厚いため、半径方向に比較して軸方向の方が大きくなる。

【0044】

また、絶縁部材３３の壁部３３３の膨張量や収縮量は、半径方向の成分と軸方向の成分に分けられるが、半径方向は外周側鉄心３２および内周側鉄心３４によって規制されるので、半径方向の膨張や収縮に比べて軸方向の膨張や収縮の方が大きくなる。

【0045】

このため、温度上昇による壁部３３３の膨張を考えたときに、半径方向への膨張に比べて軸方向への膨張が多くなり、この壁部３３３の膨張の影響により、第１軸方向穴３３１の底部３３５ｃと側壁３３５ａおよび３３５ｂが交わる部分や、第２軸方向穴３３２の底部３３５ｃと側壁３３５ａおよび３３５ｂが交わる部分に熱応力が集中する。

【0046】

ここで、第１軸方向穴３３１について熱応力の集中度合いを検討する。通常は、図８（ａ）で点線図示のように、第１軸方向穴３３１を形成する絶縁部材３３の互いに対向する側壁３３５ａおよび３３５ｂに対して底部３３５ｃがほぼ直角となっており、第１軸方向穴３３１を形成する絶縁部材３３は、壁部３３３を形成する領域Ａ、側壁３３５ａおよび３３５ｂを形成する領域Ｃを有するものとなり、このままでは、領域Ａと領域Ｃで矢印が示す熱膨張の方向が大きく異なるため、側壁３３５ａと底部３３５ｃとの境界部分Ｐ０ａおよび側壁３３５ｂと底部３３５ｃとの境界部分Ｐ０ｂで熱応力が集中する。

【0047】

このため、境界部分Ｐ０ａおよびＰ０ｂへの熱応力の集中を緩和するために、図８（ａ）に示すように、側壁３３５ａおよび３３５ｂと底部３３５ｃの間に、例えば４５度の角度でカットするＣ面取りを行って傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成することが考えられる。この場合には、第１軸方向穴３３１を形成する絶縁部材３３は、壁部３３３を形成する領域Ａ、傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成する領域Ｂ、側壁３３５ａおよび３３５ｂを形成する領域Ｃを有するものとなり、傾斜部３３５ｄの形成によって、底部３３５ｃと側壁３３５ａの境界部分Ｐ０ａでの熱応力の緩和を行い、傾斜部３３５ｅの形成によって、底部３３５ｃと側壁３３５ｂの境界部分Ｐ０ｂでの熱応力の緩和を行い、熱応力の集中を抑制することができる。

【0048】

ところで、第１軸方向穴３３１を形成する絶縁部材３３は、壁部３３３を形成する領域Ａの軸方向厚さや、側壁３３５ａおよび３３５ｂを形成する領域Ｃの径方向厚さや、回転子３の半径の長さや、面取りの形状によっては、傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成する領域Ｂの軸方向長さＬ１を、壁部３３３を形成する領域Ａの軸方向の熱膨張を吸収することで熱応力を緩和することができる軸方向長さＬＳにすることができないことがある。例えば、領域Ａの軸方向厚さが領域Ｃの径方向厚さよりも十分に大きく、回転子３の半径の長さも十分大きいものとした場合、第１軸方向穴３３１の半径方向の長さＲが十分大きくなるため、４５度の角度でカットするＣ面取りによって傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成する領域Ｂの軸方向長さＬ１を長く形成することができるので、この軸方向長さＬ１を熱応力を緩和することができる軸方向長さＬＳに設定することができる。
しかしながら、図８（ａ）に示すように、第１軸方向穴３３１の半径方向の長さＲが小さいとき、領域Ｂの軸方向長さに相当する、側壁３３５ａと傾斜部３３５ｄの境界部分Ｐ３と、側壁３３５ａと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ａとの間と、側壁３３５ｂと傾斜部３３５ｅの境界部分Ｐ４と、側壁３３５ｂと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ｂとの間のそれぞれの軸方向長さＬ１が熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓに比較して短くなる。このため、側壁３３５ａと傾斜部３３５ｄの境界部分Ｐ３と、側壁３３５ｂと傾斜部３３５ｅの境界部分Ｐ４に熱応力が集中してしまう。

【0049】

この側壁３３５ａと傾斜部３３５ｄの境界部分Ｐ３および側壁３３５ｂと傾斜部３３５ｄの境界部分Ｐ４での熱応力の集中を緩和するためには、図８（ｂ）に示すように、境界部分Ｐ３およびＰ４と底部３３５ｃの間の軸方向長さＬ１を熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓに設定する必要がある。このように、軸方向長さＬ１を熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓに設定するため、例えば、図８（ｂ）に示す寸法により２２．５度の面取りを行って傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成すると、傾斜部３３５ｄの側壁３３５ａに対する傾斜角θ２と、傾斜部３３５ｅの側壁３３５ｂに対する傾斜角θ２がそれぞれ、図８（ａ）に示す傾斜角θ１より緩やかとなり、側壁３３５ａと傾斜部３３５ｄの境界部分Ｐ３と、側壁３３５ｂと傾斜部３３５ｅの境界部分Ｐ４での熱応力の集中を緩和することができる。しかしながら、傾斜部３３５ｄと底部３３５ｃの境界部分Ｐ１と、傾斜部３３５ｅと底部３３５ｃの境界部分Ｐ２では、図８（ｂ）で熱膨張の方向が矢印で示すように、底部３３５ｃでは軸方向となるのに対して傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅでは熱膨張の方向がＣ面に相当する傾斜面に対して垂直方向となって、その方向が軸方向に対して９０度近く大きく異なるため、境界部分Ｐ１およびＰ２に熱応力が集中してしまう。

【0050】

このように、側壁３３５ａおよび３３５ｂと底部３３５ｃの間に一箇所に面取りを行ってＣ面に相当する傾斜面を有する傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成する場合には、側壁３３５ａ側の境界部分Ｐ３および側壁３３５ｂ側の境界部分Ｐ４に熱応力が集中するか、または、底部３３５ｃ側の境界部分Ｐ１およびＰ２に熱応力が集中することになる。図８（ａ）のＣ面取りに代えてＲ面取りを行った場合でも、Ｒ面取りの湾曲部と側壁３３５ａおよび３３５ｂの境界部分は、Ｃ面取りの傾斜部３３５ｄと側壁３３５ａの境界部分Ｐ３および傾斜部３３５ｅと側壁３３５ｂの境界部分Ｐ４と同じ位置となり、境界部分Ｐ３およびＰ４と底部３３５ｃの間の軸方向長さＬ１は熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓより短くなり、熱応力緩和を十分に行うことができない。

【0051】

そこで、本実施形態では、図８（ｃ）に示すように、底部３３５ｃから熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓに相当する側壁３３５ａおよび３３５ｂの端部から軸方向に対して、例えば、図８（ｃ）に示す寸法により約６．４度の面取りを行って第１傾斜角θ３の第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂを形成し、底部３３５ｃ側については応力緩和を行うことができる図８（ａ）に示すような、例えば、図８（ｃ）に示す寸法により４５度の面取りを行って第２傾斜角θ４の第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄを形成している。４５度の面取りを行った第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄの形成によって、第２応力緩和傾斜部３３６ｃと側壁３３５ａとの間と、第２応力緩和傾斜部３３６ｄと側壁３３５ｂとの間の角度θ４はそれぞれ４５度に形成され、第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄと底部３３５ｃとの間の角度θ５は４５度に形成される。これにより、第１軸方向穴３３１の側壁３３５ａおよび３３５ｂと底部３３５ｃの間には、第１応力緩和傾斜部３３６ａと第２応力緩和傾斜部３３６ｃ、第１応力緩和傾斜部３３６ｂと第２応力緩和傾斜部３３６ｄの組合わせにより、それぞれ２段の応力緩和傾斜部３３６が形成されている。したがって、絶縁部材３３に形成される第１軸方向穴３３１の側壁３３５ａと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ａの周辺や、第１軸方向穴３３１の側壁３３５ｂと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ｂの周辺には、壁部３３３を形成する領域Ａ、第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄを形成する領域Ｂ－１と、第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂを形成する領域Ｂ－２と、側壁３３５ａおよび３３５ｂを形成する領域Ｃを有するものとなる。なお、半径方向に対向する側壁３３５ａおよび３３５ｂと底部３３５ｃの間に２段の応力緩和傾斜部３３６を形成する場合に限らず、円周方向の両端部の側壁３３４にも底部３３５ｃとの間に２段の応力緩和傾斜部を形成してもよい。

【0052】

また、上記のように、第２応力緩和傾斜部３３６ｃ、３３６ｄの軸方向に対する第２傾斜角θ４は、第１応力緩和傾斜部３３６ａ、３３６ｂの軸方向に対する第１傾斜角θ３より大きく設定されている。そして、図８（ｃ）に示すように、第１傾斜角θ３および第２傾斜角θ４は、壁部３３３の熱膨張による軸方向の膨張量に応じて熱応力の集中を緩和可能な角度に設定されている。

【0053】

このように、２段の応力緩和傾斜部３３６を形成することにより、側壁３３５ａと第１応力緩和傾斜部３３６ａの境界部分Ｐ１３と底部３３５ｃの間、および、側壁３３５ｂと第１応力緩和傾斜部３３６ｂの境界部分Ｐ１４と底部３３５ｃの間の軸方向長さＬ１を熱応力を緩和することができる軸方向長さＬｓとすることができるとともに、第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂを形成する領域Ｂ－２と、側壁３３５ａおよび３３５ｂを形成する領域Ｃの間で熱膨張の方向の変化が小さくなるため、境界部分Ｐ１３およびＰ１４での壁部３３３の軸方向の熱膨張による熱応力の集中を緩和することができる。

【0054】

そして、底部３３５ｃと第２応力緩和傾斜部３３６ｃの境界部分Ｐ１１と、底部３３５ｃと第２応力緩和傾斜部３３６ｄの境界部分Ｐ１２においても、壁部３３３を形成する領域Ａと、第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄを形成する領域Ｂ－１の間で熱膨張の方向の変化が図８（ｂ）に比べて小さく、熱膨張の方向が大きく変化するのを抑制するため、境界部分Ｐ１１およびＰ１２での壁部３３３の軸方向の熱膨張による熱応力の集中を緩和することができる。

【0055】

さらに、第１応力緩和傾斜部３３６ａと第２応力緩和傾斜部３３６ｃの境界部分と、第１応力緩和傾斜部３３６ｂと第２応力緩和傾斜部３３６ｄの境界部分においても、第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄを形成する領域Ｂ－１と、第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂを形成する領域Ｂ－２の間で熱膨張の方向の変化が大きく変化するのを抑制するため、第１応力緩和傾斜部３３６ａと第２応力緩和傾斜部３３６ｃの境界部分Ｐ１５、第１応力緩和傾斜部３３６ｂと第２応力緩和傾斜部３３６ｄの境界部分Ｐ１６での壁部３３３の軸方向の熱膨張による熱応力の集中を緩和することができる。

【0056】

本出願人により実際に熱応力解析を行った結果では、第１軸方向穴３３１の半径方向の長さＲを例えば３ｍｍしか取れない構造であっても、図８（ａ）および図８（ｂ）のように、１段の面取りを行って傾斜部３３５ｄおよび３３５ｅを形成した場合に比較して熱応力を約３分の２まで低下させることが可能となった。

【0057】

したがって、側壁３３５ａおよび３３５ｂと底部３３５ｃの間に２段の応力緩和傾斜部３３６を形成することにより、壁部３３３の軸方向の熱膨張による第１軸方向穴３３１の底部３３５ｃの周辺（底部周辺）における熱応力の集中を解消することができ、絶縁部材３３の繰り返しの熱応力の集中による耐久性の低下を抑制することができ、割れやクラックの発生を抑制して長寿命化することができる。ここで、第１軸方向穴３３１の底部３３５ｃの周辺（底部周辺）とは、第１軸方向穴３３１の側壁３３５ａと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ａの周辺や、第１軸方向穴３３１の側壁３３５ｂと底部３３５ｃの境界部分Ｐ０ｂの周辺のことを示す。以下の説明では底部周辺と省略して表記することとする。

【0058】

また、第１軸方向穴３３１と同様に、第２軸方向穴３３２についても、第２軸方向穴３３２の底部周辺には、第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂと、第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄが形成されており、２段の応力緩和傾斜部３３６を形成することにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。

【0059】

以上のとおり説明してきた本実施形態によれば、回転子３の直径が小さく、回転子３の静電容量を低減させる場合で、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の底部周辺に十分な大きさの１段の面取りを行うことができないときでも、熱応力の集中を緩和して絶縁部材３３の第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２の底部周辺の熱応力を低減させて、絶縁部材３３を割れやクラックか発生しづらくさせることができ、耐久性を向上させることができる。

【0060】

上記説明では、永久磁石電動機１の使用環境や駆動状態で固定子２の巻線２３での発熱によって壁部３３３が熱膨張する場合について説明したが、永久磁石電動機１の使用環境や駆動状態によって温度降下する際の熱収縮時にも第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の底部周辺における熱応力の集中を緩和することができる。

【0061】

したがって、シャフト３５を支持する第１軸受４１および第２軸受４２の電食を防止するために回転子３に絶縁部材３３を配置し、絶縁部材３３に第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２を形成した場合に、直径の小さな回転子３を製作する際に問題となる絶縁部材３３に発生する熱応力の集中を緩和させることができる。結果、回転子３の静電容量を低減するとともに、耐久性を有する小型の回転子３を製作することができ、永久磁石電動機１自体も小型化することができる。

【0062】

なお、上記実施形態では、第１応力緩和傾斜部３３６ａおよび３３６ｂと第２応力緩和傾斜部３３６ｃおよび３３６ｄを、それぞれ平面による面取りの形状とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平面による面取りに代えて湾曲面による面取りを適用することもできる。

【0063】

また、上記実施形態では、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の底部周辺に２段の熱応力緩和傾斜部３３６を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３段以上の熱応力傾斜部を形成するようにしてもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の端面形状は、円周方向に沿う円弧状に形成する場合に限らず、円周方向の両端部を半円形状とすることができる。また、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の個数は８個に限定されるものではなく、絶縁部材３３の機械的強度を確保できれば、任意の個数とすることができる。また、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２の個数は、複数に限定されるものではなく、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２を１個の穴として円周方向に連続する形状に形成する場合でもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２を壁部３３３に対して対称形状に形成しているので、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２のそれぞれの底部周辺に応力緩和傾斜部３３６を形成するようにしたが、これに限定されるものではなく、第１軸方向穴３３１と第２軸方向穴３３２を壁部３３３に対して非対称形状に形成した場合には、第１軸方向穴３３１および第２軸方向穴３３２のいずれか一方の、熱応力の集中度合いの強い方の底部周辺に応力緩和傾斜部を形成してもよい。

【0066】

さらに、上記実施形態では、外周側鉄心３２の外周面に永久磁石３１を配置した表面磁石形の回転子３に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外周側鉄心３２の外周面に対する弦位置に軸方向に延長するスロットを形成し、このスロット内に永久磁石を配置した埋込磁石形の回転子にも本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0067】

１…永久磁石電動機
２…固定子
２１…固定子鉄心
２２…インシュレータ
２３…巻線
３…回転子
３１…永久磁石
３１１…永久磁石片
３２…外周側鉄心
３２１…内周面
３３…絶縁部材
３３ａ…一端面
３３ｂ…他端面
３３１…第１軸方向穴
３３２…第２軸方向穴
３３３…壁部
３３４…隔壁
３３５ａ，３３５ｂ…側壁
３３５ｃ…底部
３３５ｄ、３３５ｅ…傾斜部
３３６…応力緩和傾斜部
３３６ａ，３３６ｂ…第１応力緩和傾斜部
３３６ｃ，３３６ｄ…第２応力緩和傾斜部
３４…内周側鉄心
３４１…外周面
３４３…貫通穴
３５…シャフト
４１…第１軸受
４２…第２軸受
５１…第１ブラケット
５１１…ブラケット本体
５１２…第１軸受収容部
５２…第２ブラケット
５２１…第２軸受収容部
５２２…フランジ部
Ｏ…中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】