JP2014110660A - モータ及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの外周に切欠き部を設けることにより、ロータの振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑えた従来のモータでは、モータのトルクが大きく低下する問題が生じるおそれがある。
【解決手段】モータ８は、ステータ３０と、ステータ３０の内側に配置され、圧縮機構を駆動するシャフト７が固定されたロータ２０とを有しており、ステータ３０の内径ｒは、圧縮機構側から離れるにつれて大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータとロータを有するモータ、及びこのモータを備える圧縮機に関する。

従来から、圧縮機として、ステータとロータを有するモータと、ロータに固定されたシャフトとを備え、このシャフトを介して、モータの駆動力を圧縮機構に伝達するものが知られている（例えば特許文献１参照）。シャフトは、偏心部を有し、偏心部は、その中央部が回転軸に対して偏心しており、シリンダの圧縮室内に配置されている。そして、シャフトが回転することにより、圧縮室内の空間の容積が変化して冷媒が圧縮される。

このような圧縮機では、偏心部とロータとの偏心回転により回転バランスの不均衡が生じ、ロータが高速回転する場合などにおいて、シャフトがたわみ、シャフトと共に回転するロータが振れ回る問題がある。ロータの振れ回りは、圧縮機構から離れたロータの上部ほど大きくなる。その結果、ロータの上部側では、ステータとロータとが接触したり、ステータとロータとのエアギャップが小さくなることによってこれらの間に余分な電磁力が生じることで、振動や騒音が発生する。

特開２００３−７４４８５号公報

そこで、特許文献１に記載の圧縮機においては、ロータ上部側の外周に切欠き部を設け、この切欠き部によって、ロータが振れ回る際にステータとロータとが接触しないようにされている。しかしながら、ロータ側は磁束が集中するため、ロータの外周に切欠き部を設ける上記技術では、モータのトルクが大きく低下する問題が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、モータのトルクの低下を防止しつつ、ロータの振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑制できるモータを提供することを目的とする。

第１の発明に係るモータは、ステータと、前記ステータの内側に配置され、圧縮機構を駆動するシャフトが固定されたロータとを有し、前記ステータの内径は、前記圧縮機構側から離れるにつれて大きいことを特徴とする。

このモータでは、ステータの内径が圧縮機構側から離れるにつれて大きいので、ステータとロータとのエアギャップが圧縮機構側から離れるにつれて大きくなる。よって、ロータ上部側でのロータの振れ回り量が従来と同じであっても、ロータが振れ回る際におけるステータとロータとのエアギャップは従来に比べて大きくなる。その結果、ステータとロータとの間に余分な電磁力が生じたり、ステータとロータとが接触することを防止でき、これらに起因する振動や騒音の発生を抑制できる。
また、ロータ側に比べて磁束の集中が小さいステータ側の内径を大きくし、磁束が集中するロータ側は、従来と同じ形状としているので、従来技術のようにロータに切欠き部を設けてロータの外径を小さくする場合に比べて、モータのトルクの低下を抑制できる。

第２の発明に係るモータは、第１の発明において、前記ステータの内周面が、階段状に形成されていることを特徴とする。

このモータでは、ステータの内周面が階段状に形成されているので、内径が異なる複数種の薄板を複数の金型により各々製造し、これら薄板を積層することでステータのコア部を製作することができる。その結果、ステータの内径を大きくするために、当該コア部を後加工等する必要がなく、上記モータを容易に製造できる。

第３の発明に係る圧縮機は、第１又は第２の発明に記載のモータを備えることを特徴とする。

この圧縮機では、ロータの振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑制できるモータを備えた圧縮機を提供できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、ステータの内径が圧縮機構側から離れるにつれて大きいので、ステータとロータとのエアギャップが圧縮機構側から離れるにつれて大きくなる。よって、ロータ上部側でのロータの振れ回り量が従来と同じであっても、ロータが振れ回る際におけるステータとロータとのエアギャップは従来に比べて大きくなる。その結果、ステータとロータとの間に余分な電磁力が生じたり、ステータとロータとが接触することを防止でき、これらに起因する振動や騒音の発生を抑制できる。
また、ロータ側に比べて磁束の集中が小さいステータ側の内径を大きくし、磁束が集中するロータ２０側は、従来と同じ形状としているので、従来技術のようにロータに切欠き部を設けてロータの外径を小さくする場合に比べて、モータのトルクの低下を抑制できる。

第２の発明では、ステータの内周面が階段状に形成されているので、内径が異なる複数種の薄板を複数の金型により各々製造し、これら薄板を積層することでステータのコア部を製作することができる。その結果、ステータの内径を大きくするために、当該コア部を後加工等する必要がなく、上記モータを容易に製造できる。

第３の発明では、ロータの振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑制できるモータを備えた圧縮機を提供できる。

本発明の実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。 図１に示した圧縮機の要部断面図である。 （ａ）は、図２に示したステータコアのIII(ａ)−III（ａ）断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したティース部の拡大図である。 （ａ）は、図１に示した圧縮機に備えられたロータが振れ回る際の図２相当図であり、（ｂ）は、（ａ）の断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。

［圧縮機１］
圧縮機１は、図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機構６と、圧縮機構６の上方に配置され、圧縮機構６を駆動するモータ８と、これらを収容するケーシング２とを備えている。この圧縮機１は、吸入管３から導入された冷媒（例えばＣＯ_２）を圧縮して排出管４から排出する。また、この圧縮機１は、例えば空調装置などの冷凍サイクルに組み込まれて使用され、図１に示す向き、即ち、シャフト７の向きが上下方向となる向きに設置される。

ケーシング２の上部には、圧縮機構６で圧縮された冷媒を排出するための排出管４と、モータ８の後述するステータ３０のコイル３３に電流を供給するためのターミナル端子５とが設けられている。なお、図１では、このコイル３３とターミナル端子５とを接続する配線を省略している。また、ケーシング２の側部には、圧縮機１に冷媒を導入するための吸入管３が設けられている。ケーシング２内の底部には、圧縮機構６の摺動部の動作を滑らかにすると共に、圧縮機構６の隙間をシールするための潤滑油Ｌが貯留されている。

＜圧縮機構６＞
圧縮機構６は、シリンダ１１と、シリンダ１１の内部に配置されるピストン１２と、シリンダ１１の上側に配置されるフロントヘッド１３と、フロントヘッド１３の上側に配置されるマフラ部材１４と、シリンダ１１の下側に配置されるリアヘッド１５とを備えている。

＜モータ８＞
モータ８は、シャフト７が固定された円筒状のロータ２０と、このロータ２０の径方向外側にエアギャップσを介して配置された略円筒状のステータ３０とを備えている。

＜ロータ２０＞
ロータ２０は、シャフト７の外周面を固定する円筒状のロータコア２１と、このロータコア２１に埋設された複数の永久磁石（図示省略）と、このロータコア２１の上下両端部に一体的に取り付けられた環状の端板２２と、このロータコア２１の上下両端部に配置された上および下バランスウェイト２３、２４とを有する。コイル３３を流れる電流と、ロータコア２１に生じる磁束とによって発生した電磁力によって、ロータ２０はシャフト７と共に回転する。

＜ステータ３０＞
ステータ３０は、ケーシング２の内周面に固定された略円筒状のステータコア３１と、ステータコア３１の上下両端部に取り付けられたインシュレータ３２と、ステータコア３１およびインシュレータ３２の内周部に巻回されたコイル３３とを有する。ステータコア３１の外周部には、上下方向に延びる複数の溝部（図示省略）が形成されており、この溝部とケーシング２との間を冷媒および潤滑油が通過する。インシュレータ３２は、ステータコア３１とコイル３３とを絶縁するために設けられている。

このステータ３０は、図２から好適に理解されるように、ステータ３０の内径ｒが上方に向かうにつれて大きくなっている。具体的には、ステータコア３１の内周面３１ａ（即ち、ステータ３０の内周面）が３段の段差を有する階段状に形成されている。このステータコア３１は、内周面３１ａのうち最も小さい内径ｒ１を有する下端部Ｓ１と、最も大きい内径ｒ３を有する上端部Ｓ３と、内径ｒ１よりも大きく内径ｒ３よりも小さい内径ｒ２を有する中間部Ｓ２とからなる。なお、内径ｒ１と内径ｒ３との差は、例えば０．０２〜０．２ｍｍである。

このステータコア３１は、金属材料からなる複数の薄板３４が上下方向に積層されると共に、溶接などによって互いに接合されることによって形成されている。より具体的には、ステータコア３１の下端部Ｓ１は、内径ｒ１を有する複数の薄板３４ａが上下方向に複数枚積層されて形成され、中間部Ｓ２は、内径ｒ２を有する複数の薄板３４ｂが上下方向に複数枚積層されて形成され、上端部Ｓ３は、内径ｒ３を有する薄板３４ｃが上下方向に複数枚積層されて形成される。なお、各薄板３４（３４ａ〜３４ｃ）は、その半径が異なる以外は同一形状とされている。

次に、ステータコア３１の平面形状について図３を参照しつつ説明する。ステータコア３１は、図３（ａ）に示すように、略円筒状であり、環状のバックヨーク部４１と、このバックヨーク部４１から径方向内側に突出する６個のティース部４２Ａ〜４２Ｆとを有する。ステータコア３１の略中央部分には、上下方向に延びた貫通孔Ｈが形成されている。この貫通孔Ｈの内部には、上記したロータ２０が配置される。なお、図３（ａ）においては、ステータコア３１の断面を示すハッチングを省略して図示している。

ティース部４２Ａ〜４２Ｆの各々は、バックヨーク部４１の内周面から径方向内側に延在する突出部４３Ａ〜４３Ｆと、この突出部４３Ａ〜４３Ｆの先端に設けられ、突出部４３Ａ〜４３Ｆより周方向に幅広に形成される先端部４４Ａ〜４４Ｆとを有する。先端部４４Ａ〜４４Ｆは、その内周面４５Ａ〜４５Ｆの各々がロータ２０との間に上記したエアギャップσを有するように形成されている。また、６個の突出部４３Ａ〜４３Ｆの各々には、上記したコイル３３が巻き回されている。

ここで、上記したステータ３１の内周面３１ａとは、各先端部４４Ａ〜４４Ｆの各内周面４５Ａ〜４５Ｆを意味する。また、上記したステータ３０の内径ｒは、水平断面において、各内周面４５Ａ〜４５Ｆのうちの任意の一つの内周面と当該任意の一つの内周面と対向配置された内周面との距離である。なお、対向配置された内周面４５Ａと内周面４５Ｄとの距離、内周面４５Ｂと内周面４５Ｅとの距離、及び内周面４５Ｃと内周面４５Ｆとの距離は全て同じ（内径ｒ）とされている。

このステータ３０の内径ｒは、図３（ｂ）に示すように、各薄板３４（３４ａ〜３４ｃ）によって、各々異なる（内径ｒ１〜内径ｒ３）。その結果、先端部４４Ａ（先端部４４Ｂ〜４４Ｆも同じ）の内周面４５Ａ（内周面４５Ｂ〜４５Ｆも同じ）は、各薄板３４（３４ａ〜３４ｃ）毎に径方向外側にずれている。なお、図３（ｂ）において、内周面４５Ａ１は、薄板３４ａの内周面を示し、内周面４５Ａ２は、薄板３４ｂの内周面を示し、内周面４５Ａ３は、薄板３４ｃの内周面を示している。

なお、本実施形態においては、ステータ３０の内径ｒを、先端部４４Ａ（先端部４４Ｂ〜４４Ｆも同じ）と突出部４３Ａ（突出部４４Ｂ〜４４Ｆも同じ）との境界Ｌよりも径方向外側まで大きくしないようにしている。ステータ３０の内径ｒを、境界Ｌよりも径方向外側まで大きくすると、突出部４３Ａ（突出部４３Ｂ〜４３Ｆも同じ）へのコイル３３の巻き量が低減するためである。

＜エアギャップ＞
本実施形態に示すモータ８は、ステータ３０の内径ｒが上方に向かうにつれて大きくなっているので、ステータ３０とロータ２０とのエアギャップσは、図２に示すように、上方に向かうにつれて大きくなる。その結果、ロータ２０が高速回転する場合などにおいて、シャフト７がたわみ、シャフト７と共に回転するロータ２０が振れ回っても、ロータ２０が振れ回る際におけるステータ３０とロータ２０との最小エアギャップσ’は従来の場合に比べて大きくなる。

ここで、最小エアギャップσ’とは、図４（ｂ）に示すように、水平断面において、ロータ２０が振れ回る状態におけるロータ２０とステータ３０との最小の隙間をいう。図４（ｂ）においては、先端部４４Ｆの内周面４５Ｆとロータ２０の外周面２０ａとの隙間が最小エアギャップσ’である。

［本実施形態のモータ８及び圧縮機１の特徴］
本実施形態のモータ８及び圧縮機１には、以下の特徴がある。

本実施形態のモータ８では、ステータ３０の内径ｒが圧縮機構６側から離れるにつれて大きいので、ステータ３０とロータ２０とのエアギャップσが圧縮機構６側から離れるにつれて大きくなる。よって、ロータ２０の上部側でのロータ２０の振れ回り量が従来と同じであっても、ロータ２０が振れ回る際におけるステータ３０とロータ２０とのエアギャップσは従来に比べて大きくなる。その結果、ステータ３０とロータ２０との間に余分な電磁力が生じたり、ステータ３０とロータ２０とが接触することを防止でき、これらに起因する振動や騒音の発生を抑制できる。
また、ロータ２０側に比べて磁束の集中が小さいステータ３０側の内径ｒを大きくし、磁束が集中するロータ２０側は、従来と同じ形状としているので、従来技術のようにロータに切欠き部を設けてロータの外径を小さくする場合に比べて、モータ８のトルクの低下を抑制できる。

また、本実施形態のモータ８では、ステータ３０の内周面が、階段状に形成されているので、内径が異なる複数種の薄板３４ａ、３４ｂ、３４ｃを製造し、これら薄板３４ａ、３４ｂ、３４ｃを積層することでステータコア３１を製作することができる。そのため、複数種の薄板３４ａ、３４ｂ、３４ｃの形状に各々対応した金型を用意すれば、ステータコア３１の製作が可能となる。その結果、ステータ３０の内径ｒを大きくするために、ステータコア３１の後加工などが不要となり、例えば、ステータコア３１の内径ｒをテーパ状に形成する場合などに比べて、上記モータ８を容易に製造できる。

また、本実施形態の圧縮機１では、上記のモータ８を備えているので、ロータ２０の振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑制できる圧縮機１を提供できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

本実施形態では、ステータコア３１の内周面３１ａ（即ち、ステータ３０の内周面）が２段の段差を有する階段状に形成したが、段数は、２段に限られず、１段であってもよいし、３段以上であってもよい。

また、本実施形態では、ステータコア３１の内周面３１ａを階段状に形成したが、ステータ３０の内径ｒが圧縮機構６側から離れるにつれて大きくなるのであれば、内周面の形状はその他の形状であってよい。例えば、内周面３１ａがテーパ状に形成されていてもよいし、内周面３１ａが垂直断面において曲線状となるよう形成されていてもよい。

また、本実施形態では、コイル３３の巻き量が低減するのを抑制する観点から、ステータ３０の内径ｒを、境界Ｌよりも径方向外側まで大きくしないようにしたが、突出部４３Ａ（先端部４３Ｂ〜４３Ｆも同じ）部分まで、ステータ３０の内径ｒを大きくしてもよい。

本発明を利用すれば、モータのトルクの低下を防止しつつ、ロータの振れ回りに起因する振動や騒音の発生を抑制できる。

１ 圧縮機
６ 圧縮機構
７ シャフト
８ モータ
２０ロータ
３０ ステータ
３１ａ 内周面

Claims (3)

1. ステータと、
   前記ステータの内側に配置され、圧縮機構を駆動するシャフトが固定されたロータとを有し、
   前記ステータの内径は、前記圧縮機構側から離れるにつれて大きいことを特徴とするモータ。
2. 前記ステータの内周面が、階段状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータを備えることを特徴とする圧縮機。
   

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