JP2004064800A - アウターロータ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリカル圧縮機等の圧縮機に用いても、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、クランク機能を持たせ、バランサも配置することができて、コンパクトな圧縮機を実現できるアウターロータ型モータを提供する。
【解決手段】アウターロータ型モータは、固定軸に固定されたステータと、このステータの外周側に配置されたロータの両端側に設けられた２個のロータフレームによって固定軸に両持支持される。また、アウターロータ型モータは、ロータの片端側に設けられた１個のロータフレームによって、軸方向に複数設けられた転がり軸受によって固定軸に片持支持される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアウターロータ型モータに係わり、特に負荷に対して安定した回転が得られ圧縮機等の駆動用に適するアウターロータ型モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的なアウターロータ型モータは、回転側のロータがモータステータの一方側で片持ち支持される構造がとられている。
【０００３】
このようなアウターロータ型モータを圧縮機の駆動に用いる場合には、電動機部と圧縮機部とを分離して、電動機部の回転を駆動軸により伝達する構造がとられている。しかし、このような構造では、圧縮機に多く用いられているインナーロータ型モータに比して、アウターロータ型モータの優れた特徴を発揮できない。
【０００４】
アウターロータ型モータの特徴を活かして、ヘリカル圧縮機の小型化を図る研究がなされ、圧縮機部とアウターロータ型モータを用いた電動機部を一体にする構造が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このようにヘリカル圧縮機にアウターロータ型モータを用いコンパクト化を図る場合、アウターロータ型モータは、圧縮機部内部に配置されるが、圧縮機部のローラ内の限られた空間内での構成になるため、モータロータの支持が強固にして安定した回転を得る手段、バランサの配置、モータからの放熱、クランク機能の構成などで、改良点が存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ヘリカル圧縮機等に用いても、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、クランク機能を持たせ、バランサも配置することができて、コンパクトな圧縮機等を実現できるアウターロータ型モータが要望されていた。
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ヘリカル圧縮機等に用いても、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、クランク機能を持たせ、バランサも配置することができて、コンパクトな圧縮機等を実現できるアウターロータ型モータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、固定軸に固定されたステータと、このステータの外周側に配置されたロータとからなるアウターロータ型モータにおいて、前記ロータは、このロータの両端側に設けられた２個のロータフレームによって前記固定軸に両持ち支持されたことを特徴とするアウターロータ型モータが提供される。これにより、ヘリカル圧縮機等に用いても、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、さらに、コンパクトな圧縮機等が実現される。
【０００９】
好適な一例では、上記２個のロータフレームの一方のロータフレームの内周面にロータを固定するとともに、他方のロータフレームの外周面を嵌合させる。これにより、一方のロータフレームと他方のロータフレームを容易かつ強固に一体化できる。
【００１０】
また、他の好適な一例では、上記ロータを両端側から２個のロータフレームで挟み込み、ロータと２個のロータフレームの外周側に円筒状のキャンが挿入固定される。これにより、ロータフレームとロータ部の芯出しが容易に実現される。
【００１１】
また、他の好適な一例では、上記２個のロータフレームは、それぞれ、転がり軸受を介して中心軸に支持される。これにより、ローラスラスト面との直角度が確実に保たれ、さらに、いずれの軸受の摺動損失もなくせる。
【００１２】
また、他の好適な一例では、上記固定軸の中心には孔が形成され、この孔を介してステータへの給電用リード線は外部に導出される。これにより、リード線の外部への導出が容易になる。
【００１３】
また、他の好適な一例では、上記ロータフレームに、内部の熱を逃がすための孔が設けられる。これにより、ステータ及びロータの冷却が実現される。
【００１４】
また、他の好適な一例では、上記ロータフレームは、冷却ファン部が設けられる。これにより、ステータ及びロータの冷却が実現される。
【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、固定軸に固定されたステータと、このステータの外周側に配置されたロータとからなるアウターロータ型モータにおいて、前記ロータは、このロータの一端側に設けられたロータフレームによって前記固定軸に支持され、前記ロータフレームは、軸方向に複数の転がり軸受によって前記固定軸に支持されたことを特徴とするアウターロータ型モータが提供される。これにより、ヘリカル圧縮機等に用いても、ロータを複数個の転がり軸受で支持することにより、ロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、コンパクトな圧縮機等が実現され、さらに、部品点数が削減され、生産性の向上及びコストダウンが実現される。
【００１６】
好適な一例では、上記ロータのロータ部は、積層鉄鈑とこの積層鉄鈑に設けられた収納溝に収納されたマグネットからなる。これにより、マグネットが容易かつ確実に保持される。
【００１７】
また、他の好適な一例では、上記ロータフレームは、軸受部に偏心部が設けられる。これにより、複雑な構造を有することなくロータに偏心部が形成される。
【００１８】
また、他の好適な一例では、上記ロータフレームは、バランサが設けられ。これにより、ロータにかかるアンバランスな力は軽減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態の縦断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本第一実施形態の圧縮機用アウターロータ型モータ１は、ステータ２と、このステータ２の外周面に所定の間隙を設けて外嵌され、ステータ２に嵌着された中心軸３に軸支されたロータ４とを有している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、このステータ２は、中空形状の中心軸３に嵌着されており、また、中心軸３には、ステータ２に給電するためのリード線５が貫通する線用孔、例えば、中心線ｃに沿って形成され、中心軸３を貫通する貫通軸孔６が設けられており、リード線５は貫通軸孔６を介して外部に導出されている。これにより、リード線５の外部への導出が容易になる。
【００２３】
上記ロータ４は、一方のロータフレーム、例えば主ロータフレーム７と他方のロータフレーム、例えば副ロータフレーム８からなる２個のロータフレームを有しており、図１及び図３に示すように、主ロータフレーム７には、リング形状の拡径部９が形成され、この拡径部９には、ロータ部１０が収納されており、図４に示すように、このロータ部１０は、円弧状に４個分割され等間隔で円周上に配置されたマグネット１１及びこのマグネット１１が埋め込まれる収納溝１２が形成された積層鉄鈑１３とからなっている。また、主ロータフレーム７は、中空容器形状をなし、主フレーム平面部１４が設けられており、この主フレーム平面部１４には、中心軸３が貫通する主フレーム貫通孔１５と外方に突出すリング形状の主フレーム軸受部１６が設けられており、さらに、主フレーム平面部１４及び主フレーム円筒部１８には内部の熱を逃がすための主フレーム放熱孔１９が設けられている。
【００２４】
また、主フレーム軸受部１６の内周円は、中心軸３の中心線ｃがその中心をなし、主フレーム軸受部１６の内周側と中心軸３間に設けられた主フレーム転がり軸受１７であるボール軸受によりロータ４が軸支されるようになっている。さらに、主フレーム軸受部１６の外周円は中心線ｃに対して偏心し、主フレーム軸受部１６には、リング形状で順次偏肉に形成された主フレーム偏心部２０が形成されている。
【００２５】
また、主ロータフレーム７の主フレーム平面部１４と同様に、図５に示すように、副ロータフレーム８には、副フレーム平面部２１が設けられており、この副フレーム平面部２１には、副フレーム貫通孔２２と副フレーム軸受部２３が設けられ、また、副フレーム平面部２１には、内部の熱を逃がすための副フレーム放熱孔２４が設けられており、副フレーム軸受部２３の内周円は中心軸３の中心線ｃがその中心をなし、副フレーム軸受部２３の内周側と中心軸３間に設けられた副フレームボール軸受２５によりロータ４が軸支され、副フレーム軸受部２３の外周円は中心線ｃに対して偏心し、副フレーム軸受部２３にはリング形状で順次偏肉に形成された副フレーム偏心部２６が、上記主フレーム軸受部１６の主フレーム偏心部２０と偏心角度が一致するように形成されている。
【００２６】
また、副ロータフレーム８の副フレーム円筒部２７の内周には、冷却用ファン部２８が設けられており、この冷却用ファン部２８は等間隔で多数立設された突条からなっている。なお、冷却用フィンは２個のロータフレームの外周に設けられてもよい。
【００２７】
次に本発明に係わる流体機械の組立方法について説明する。
【００２８】
図２に示すように、リード線５を、貫通軸孔６を介して中心軸３外に導出した後、中心軸３をステータ２に嵌着する。次に図３及び図４に示すように、マグネット１１と収納溝１２にマグネット１１が埋め込まれた積層鉄鈑１３とからなるロータ部１０を、予め主フレーム軸受部１６を介して主フレームボール軸受１６が取付けられた主ロータフレーム７に、挿入し固定する。これにより、マグネットが容易かつ確実に保持される。また、副フレーム軸受部２３を介して副フレーム軸受２１を取付ける。
【００２９】
しかる後、図６に示すように、中心軸３を主フレームボール軸受１７に貫通させながら、ステータ２を主ロータフレーム７に収納する。さらに、この主ロータフレーム７とは反対側から、中心軸３を副フレームボール軸受２５に貫通させながら、主ロータフレーム７に収納したステータ２の一部を収納するように、副ロータフレーム８を主ロータフレーム７に嵌合し、組み立てる。
【００３０】
この嵌合時、主ロータフレーム７に設けられた主フレーム偏心部２０と副ロータフレーム８に設けられた副フレーム偏心部２６はその偏心角度が一致するように位置合わせし、副ロータフレーム８がロータ部１０に当接するまで押し込む。これにより、主ロータフレーム７と副ロータフレーム８を容易かつ強固に一体化できるとともに、ロータ部１０の動きを防止することができる。
【００３１】
本発明に係わるアウターロータ型モータは、上述のような構造を有するので、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、クランク機能を持たせることができる。
【００３２】
また、本発明に係わるアウターロータ型モータを縦型ヘリカル圧縮機に用いた例を説明する。
【００３３】
図７に示すように、縦型ヘリカル圧縮機４１は、ヘリカル圧縮機構部４２と、このヘリカル圧縮機構部４２を駆動し、これに内装された本発明に係わるアウターロータ型モータ１とを有している。
【００３４】
上記ヘリカル圧縮機構部４２は、円筒状のシリンダ４３と、このシリンダ４３の両端部に設けられ、上部軸用孔４４を有する上部フレーム４５及び下部軸用孔４６を有する下部フレーム４７と、シリンダ４３内に旋回（公転）自在に偏心配置された環状のローラ４８と、このローラ４８とシリンダ４３間に軸方向に次第に容積が小さくなる圧縮室４９を区画する不等ピッチのヘリカルブレード５０とを有している。
【００３５】
上記ローラ４８の外周面には、所定寸法の螺旋溝５１が図７中上端の吸込側端から下端の吐出側端に向けてピッチが徐々に小さくなるように形成されており、この螺旋溝５１内には弾性を有する螺旋状の上記ヘリカルブレード５０が出没自在に嵌め込まれている。さらに、ヘリカルブレード５０は、弾性材料、プラスチックまたはテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂もしくはフッ素プラスチック等により成形されている。ヘリカルブレード５０はシリンダ４３の内周面に気密に当接され、シリンダ４３の内周面とローラ４８の外周面との環状間隙をヘリカルブレード５０により軸方向に沿って複数の上記圧縮室４９に仕切っている。
【００３６】
各圧縮室４９はヘリカルブレード５０の隣り合う２つの巻き間に規定されており、ヘリカルブレード５０に沿ってシリンダ４９の内周面とローラ４８の外周面との接触部から、次の接触部まで延びたほぼ三日月状をなしている。これら圧縮室４９の各容積はヘリカルブレード５０のピッチに対応して図７中上端の吸込側から図中下端の吐出側へ向って徐々に小さくなっている。
【００３７】
また、ローラ４８の下端には下部軸受孔５２を有する下端面部５３が形成され、上端には上部軸受孔５４を有するスリーブ５５が取付けられている。主フレーム７の主フレーム軸受部１６の外周側とスリーブ５５の上部軸受孔５４間に設けられたローラ用上部ボール軸受５６により、ローラ４８がロータ４に偏心して軸支されるようになっている。さらに、副ローラフレーム８の副フレーム軸受部２３の外周側とローラ４８の下部軸受孔５２間に設けられたローラ用下部ボール軸受５７により、ローラ４８がロータ４に偏心して軸支されるようになっている。このロータ４の主ロータフレーム７及び副ロータフレーム８に主フレーム偏心部２０及び副フレーム偏心部２６が形成されることにより、複雑な構造を有することなくローラ４８を容易に偏心させることができる。
【００３８】
本発明に係わるアウターロータ型モータをヘリカル圧縮機のローラ内に組込んで用いることにより、オイルレスタイプのヘリカル圧縮機の構成が可能になり、モータと機構部が一体に形成された非常にコンパクトな構造を実現できる。
【００３９】
さらに、次に本発明に係わるアウターロータ型モータをヘリカル圧縮機に用いた冷媒の圧縮方法について説明する。
【００４０】
図７に示すように、アウターロータ型モータ１のステータ２への通電により、ロータ４が回転すると、このロータ４の主ロータフレーム７及び副ロータフレーム８に設けられた主フレーム偏心部２０及び副フレーム偏心部２６が、ローラ用上部ボール軸受５６、ローラ用下部ボール軸受５７を介して環状のローラ４８の内周面にて摺動自在に当接しながら偏心回転する。
【００４１】
このために、ローラ４８がシリンダ４３内で旋回（公転）し、ヘリカルブレード５０の外周面がシリンダ４３の内接面に当接した状態で摺動して回転する。このときローラ４８の自転は、ローラ４８がオルダムリング５８によりシリンダ４３に係合されているので、防止される。これにより、ヘリカルブレード５０の各部はローラ４８の外周面とシリンダ４３の内周面との接触部に近付くに従って螺旋溝５１内に大きく押し込まれ、一方、離れるに従って、この接触部から外径方向に飛び出す突出量を増大させる。
【００４２】
これにより、吸込口５９からの冷媒等の流体が、シリンダ４３の吸込側で隣り合うヘリカルブレード５０の巻き間の圧縮室４９に順次吸い込まれ、吐出口側へ順次移送されつつ圧縮されてからシリンダ４３の下端開口の吐出口６０から吐出される。
【００４３】
上記のような冷媒の圧縮過程において、ローラ４８、ロータ４の偏心回転及び圧縮冷媒により、ローラ４８、ロータ４には大きな力が作用するが、ローラ４８はロータ用上部ボール軸受５６及びロータ用下部ボール軸受５７より、ロータ４は、主フレームボール軸受１７及び副フレームボール軸受２５により、ともに２箇所で支持されており、負荷に対して安定した構造になっている。これにより、ローラスラスト面との直角度が確実に保たれ、さらに、いずれの軸受の摺動損失もなくすことができる。
【００４４】
また、冷媒の圧縮過程で、ステータ２は発熱するが、副ロータフレーム８に設けられた冷却用フィン２８及び主フレーム放熱孔１０及び副フレーム放熱孔２４の働きで、ステータ２及びロータ４は冷却される。
【００４５】
また、本発明に係わるアウターロータ型モータの第二実施形態について説明する。
【００４６】
本第二実施形態のアウターロータ型モータは、上記第一実施形態にバランサを付加したものである。
【００４７】
例えば、図８に示すように、アウターロータ型モータ１Ａのロータ４Ａは、主ロータフレーム７Ａと副ロータフレーム８Ａからなるロータフレーム６５Ａを有しており、主ロータフレーム７Ａと副ロータフレーム８Ａには、その外周に各々段部７Ａａ、８Ａａが形成され、この各々段部７Ａａ、８Ａａには、肉厚に変化を持たせたリング形状のバランサ７Ａｂ、８Ａｂが外嵌されている。これらのバランサ７Ａｂ、８Ａｂは、肉厚側が、各々主フレーム偏心部２０Ａ及び副フレーム偏心部２６Ａと反対側に位置するように配置され、積層鉄鈑１３Ａを貫通するリベット６６Ａによって固着されている。他の構成は図１に示すアウターロータ型モータと異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００４８】
これにより、ロータ４Ａがクランク機能を有しても、ロータ４Ａにかかるアンバランスな力は軽減される。
【００４９】
さらに、本発明に係わるアウターロータ型モータの第三実施形態について説明する。
【００５０】
本第三実施形態のアウターロータ型モータは、上記第二実施形態のバランサをロータフレームの外周に設けたのに対して、ロータフレーム内に設けたものである。
【００５１】
例えば、図９に示すように、アウターロータ型モータ１Ｂのロータ４Ｂは、第１ロータフレーム７Ｂと第２ロータフレーム８Ｂからなるロータフレーム６５Ｂを有しており、ロータフレーム６５Ｂ内にはリング形状のバランサ７Ｂｂ、８Ｂｂが、設けられている。バランサ７Ｂｂ、８Ｂｂは肉厚側が、各々第１フレーム偏心部２０及び第２フレーム偏心部２６と反対側に位置するように配置され、積層鉄鈑１３Ｂを貫通するリベット６６Ｂによって固着されている。また、ロータフレーム６５Ｂとロータ部１０Ｂの外周にはキャン６７Ｂが挿入固定されて、ロータフレーム６５Ｂとロータ部１０Ｂの芯出しが容易になる。
【００５２】
これにより、ロータフレーム６５Ｂがクランク機能を有しても、ロータ４Ｂにかかるアンバランスな力は軽減される。
【００５３】
また、本発明に係わるアウターロータ型モータの第四実施形態について説明する。
【００５４】
本第四実施形態のアウターロータ型モータは、上記第一実施形態が中心軸を両持ち支持するのに対して、中心軸を片持ち支持し、かつ、バランサを付加したものである。
【００５５】
例えば、図１０に示すように、アウターロータ型モータ１Ｃの第２ロータフレーム８Ｃの平面部２１Ｃには、フレーム貫通孔２２Ｃとフレーム軸受部２３Ｃが形成されており、フレーム軸受部２３Ｃの内周円は中心軸３Ｃの中心線Ｃｃがその中心をなし、フレーム軸受部２３Ｃの内周側と中心軸３Ｃ間に設けられた複数個、例えば２個のフレームボール軸受２５Ｃによりロータ４Ｃが軸支され、フレーム軸受部２３Ｃの外周円は中心線Ｃｃに対して偏心して、フレーム軸受部２３Ｃにはフレーム偏心部２６Ｃが形成されている。
【００５６】
これにより、ロータを片持ち支持する構造にして、部品点数を削減し、生産性の向上及びコストダウンを図ることができ、さらに、ロータを複数個の転がり軸受で支持することにより、ロータを安定的に支持することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係わるアウターロータ型モータによれば、ヘリカル圧縮機等に用いても、モータロータの支持が強固に安定し、荷重に対して安定した回転ができ、また、クランク機能を持たせ、バランサも配置することができて、コンパクトな圧縮機等を実現できるアウターロータ型モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態の縦断面図。
【図２】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態に用いられるステータの縦断面図。
【図３】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態に用いられる主ロータフレーム及びロータ部の縦断面図。
【図４】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態に用いられる主ロータフレーム及びロータ部の横断面図。
【図５】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態に用いられる副ロータフレームの縦断面図。
【図６】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態の組立状態を示す概念図。
【図７】本発明に係わるアウターロータ型モータの第一実施形態を適用したヘリカル圧縮機の縦断面図。
【図８】本発明に係わるアウターロータ型モータの第二実施形態の縦断面図。
【図９】本発明に係わるアウターロータ型モータの第三実施形態の縦断面図。
【図１０】本発明に係わるアウターロータ型モータの第四実施形態の縦断面図。
【符号の説明】
１　圧縮機用アウターロータ型モータ
２　ステータ
３　中心軸
４　ロータ
５　リード線
６　貫通軸孔
７　主ロータフレーム
８　副ロータフレーム
９　拡径部
１０　ロータ部
１１　マグネット
１２　収納溝
１３　積層鉄鈑
１４　主フレーム平面部
１５　主フレーム貫通孔
１６　主フレーム軸受部
１７　主フレーム転がり軸受
１８　主フレーム円筒部
１９　主フレーム放熱孔
２０　主フレーム偏心部
２１　副フレーム平面部
２２　副フレーム貫通孔
２３　副フレーム軸受部
２４　副フレーム放熱孔
２５　副フレーム転がり軸受
２６　副フレーム偏心部
２７　副フレーム円筒部
２８　冷却用フィン
ｃ　中心線

Claims (11)

1. 固定軸に固定されたステータと、このステータの外周側に配置されたロータとからなるアウターロータ型モータにおいて、前記ロータは、このロータの両端側に設けられた２個のロータフレームによって前記固定軸に両持ち支持されたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
2. 請求項１に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記２個のロータフレームの一方のロータフレームの内周面にロータを固定するとともに、他方のロータフレームの外周面を嵌合させたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
3. 請求項１に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータを両端側から２個のロータフレームで挟み込み、ロータと２個のロータフレームの外周側に円筒状のキャンが挿入固定されたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記２個のロータフレームは、それぞれ、転がり軸受を介して中心軸に支持されたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記固定軸の中心には孔が形成され、この孔を介してステータへの給電用リード線は外部に導出されたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータフレームは、内部の熱を逃がすための孔が設けられたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータフレームは、冷却ファン部が設けられたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
8. 固定軸に固定されたステータと、このステータの外周側に配置されたロータとからなるアウターロータ型モータにおいて、前記ロータは、このロータの一端側に設けられたロータフレームによって前記固定軸に支持され、前記ロータフレームは、軸方向に複数の転がり軸受によって前記固定軸に支持されたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
9. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータのロータ部は、積層鉄鈑とこの積層鉄鈑に設けられた収納溝に収納されたマグネットからなるアウターロータ型モータ。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータフレームは、軸受部に偏心部が設けられたことを特徴とするアウターロータ型モータ。
11. 請求項１０に記載のアウターロータ型モータにおいて、上記ロータフレームは、バランサが設けられたことを特徴とするアウターロータ型モータ。

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