JP4036148B2 - 電動モータ及び電動コンプレッサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ、及び電動モータと圧縮機構とが一体化されてなる電動コンプレッサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、車両空調装置に用いられる電動モータ一体型の電動コンプレッサにおいては、電動モータを構成する円環状のステータコアを、円筒状をなすハウジングの内側に、焼き嵌めや圧入等の手法を用いて締嵌してなるものが存在する(例えば、特許文献1参照。)。締嵌によるステータコアの固定は簡便で、電動コンプレッサの低コスト化を図り得る。
【0003】
【特許文献1】
特開2003−56463号公報(第5頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記電動コンプレッサの軽量化を図るためにハウジングをアルミニウム製とした場合、鉄製のステータコアとの熱膨張率の違いから、ハウジングによるステータコアの締め具合が電動コンプレッサの温度変化によって変動してしまう(熱膨張率:アルミニウム>鉄)。ハウジングとステータコアとの締め代は、電動コンプレッサが高温となった場合でも緩まないように予め設定されている。このため、逆に、電動コンプレッサが低温となった場合には、前記締め具合が過大にきつくなって、両者のいずれかにヒビ割れ等の不具合が発生する問題があった。
【0005】
本発明の目的は、ハウジングとステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮したとしても、ヒビ割れ等の不具合が発生することを防止可能な電動モータ及び電動コンプレッサを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の電動モータは、締嵌により圧接するハウジングの内周面とステータコアの外周面との間に、両周面間の円環状領域での接触を離断するようにして複数の空隙部が設けられている。そして、電動モータの温度変化により、ハウジングとステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮した場合には、ハウジングにおいて空隙部に対応する部位であるバネ様部が、前述した熱膨張率の差に起因した応力の作用によって弾性変形される。さらに、空隙部は、ステータコアの外周面に形成されたステータコア側凹部とハウジングの内周面に形成されたハウジング側凹部とで構成されており、ステータコア側凹部とハウジング側凹部は互いに開口が向かい合うように配置されており、空隙部を構成する前記ハウジング側凹部は、隣接するハウジング側凹部のうちの一方側に対して近づけ、他方のハウジング側凹部に対して離間するように設けられている。バネ様部の弾性変形によって、ハウジングとステータコアとの膨張差又は収縮差が吸収され、ハウジングによるステータコアの締め過ぎを回避でき、該ハウジング又はステータコアにヒビ割れ等の不具合が発生することを防止できる。
請求項2の発明は請求項1において、前記ステータコアにはコイルが分布巻きされている。ステータコアにコイルが分布巻きされた電動モータは、例えば、ステータコアにコイルが集中巻きされた電動モータと比較して低騒音である。
請求項3の発明は請求項1又は2において、前記ステータコア側凹部のうちの一部のステータコア側凹部は、他のステータコア側凹部よりも周方向の長さが短く設定されている。
請求項4の発明は、ハウジングの内側に、ハウジングとは異なる熱膨張率を有する材質からなる環状のステータコアが締嵌されてなる電動モータにおいて、締嵌により圧接するハウジングの内周面とステータコアの外周面との間には、両周面間の円環状領域での接触を離断するようにして空隙部が設けられており、ハウジングとステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮した場合には、ハウジングにおいて空隙部に対応する部位であるバネ様部が弾性変形するように構成され、ステータコアの外周面には、ステータコア側凹部が形成され、ステータコア側凹部には、ステータコアのティースに巻回されたコイルの間に対応する位置に肉取り部が形成され、空隙部はステータコア側凹部と肉取り部とで構成されている。
【0007】
請求項5の発明は請求項4において、前記空隙部は、前記ステータコアの軸線周りに複数が設けられている。つまり、ハウジングには、ステータコアの軸線周りの複数箇所に、バネ様部が配置されている。従って、ハウジングとステータコアとが、熱影響によって締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮された場合、ハウジングは複数箇所のバネ様部で分担して弾性変形されることとなる。よって、例えば、空隙部が一箇所のみの場合、言い換えればハウジングが一箇所のバネ様部において集中的に弾性変形される場合と比較して、ハウジングによるステータコアの締め過ぎを確実に回避することができるし、一部における過大な弾性変形に起因したハウジングの破損も防止できる。
【0008】
請求項6の発明は請求項5において、前記空隙部は、前記ステータコアの軸線周りに3つ以上が設けられている。つまり、ハウジングとステータコアとは、ステータコアの軸線周りにおいて3箇所以上で当接されている。従って、ハウジングとステータコアとの当接部、言い換えればハウジングにおけるステータコアの支持箇所である当接部は、ステータコアの軸線周りに3箇所以上が配置されていることとなる。よって、例えば、空隙部が2つ言い換えればハウジングとステータコアとの当接部が軸線周りに2箇所である場合と比較して、ハウジングによるステータコアの支持が3箇所以上で行われることとなって、該支持が安定される。従って、電動モータの製造時においてステータコアの軸線とハウジングの軸線とを一致させ易く、電動モータの製造が容易となる。
【0009】
請求項7の発明は請求項5又は6において、前記複数の空隙部は、前記ハウジングと前記ステータコアとの当接部が前記ステータコアの軸線周りにおいて等角度間隔で配置されるように設けられている。従って、例えば、当接部が不等角度間隔で配置されている場合と比較して、ハウジングによるステータコアの支持をより安定化させることができる。また、ハウジングとステータコアとが、熱影響によって締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮された場合において、各バネ様部を均等に弾性変形させることができ、一部のバネ様部の過大な弾性変形に起因したハウジングの破損もより防止できる。
【0010】
請求項8の発明は請求項5又は6において、前記複数の空隙部は、前記ハウジングとステータコアとの当接部が前記ステータコアの軸線周りにおいて不等角度間隔で配置されるように設けられている。従って、周方向のピッチが狭い当接部間に位置するバネ様部は、周方向のピッチが広い当接部間に位置するバネ様部よりも、弾性変形し難くなっている。つまり、ハウジングとステータコアとが、熱影響によって締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮された場合、複数のバネ様部の弾性変形量は不均等となる。しかし、裏返せば、複数のバネ様部はバネ定数つまり固有振動数が異なることとなり、例えば、ステータコアの振動を受けて全てのバネ様部が同時に共振することを防止できる。よって、該共振に起因した電動モータの振動騒音の発生を低減することができる。
【0012】
請求項9の発明は請求項1〜8のいずれか一項において、電動モータの大径化及びモータ効率の低下の防止と、ハウジングにおいてバネ様部の確実な弾性変形との高次元での両立を達成可能な構成について言及するものである。即ち、前記凹部の底面において、少なくともステータコアの周方向に関して両端部に位置する領域は、ステータコアの軸線を中心とした第1仮想円筒面上に存在するよう形成されている。ステータコアの軸線を中心とし、ハウジングの内周面とステータコアの外周面との接触領域を含む円筒面を第2仮想円筒面とする。そして、前記第1仮想円筒面と第2仮想円筒面との半径差は、第2仮想円筒面の半径に対して1000分の5〜1000分の15となっている。
【0013】
つまり、電動モータの大型化につながるステータコアの大径化を防止しつつモータ効率の低下を防止するためには、第2仮想円筒面と第1仮想円筒面の半径差をできるだけ小さくし、磁気飽和の要因となる凹部を浅くする必要がある。また、ハウジングのバネ様部を確実に弾性変形させるためには、前記半径差を大きくし、ハウジングの弾性変形を許容するスペースを確保する必要がある。両者の兼ね合いで好適なのが、前述した「1000分の5〜1000分の15」の範囲なのである。
【0014】
請求項10の発明は請求項4〜9のいずれか一項において、前記空隙部は、ハウジングの内周面に凹部を形成することで設けられている。従って、例えば、ハウジングを鋳造等により製作する場合、既存の鋳型の形状を一部変更することで、従来の電動モータに対して簡単に空隙部を設定することができる。
【0015】
請求項11の発明は請求項1〜10のいずれか一項において、前記ハウジングの内周面の凹部は、前記バネ様部を径方向外側に膨出することで形成されている。従って、バネ様部の径方向への膨出によって、ハウジングはほぼ一定の肉厚で周方向に波打つ形状となるため、例えば、バネ様部の肉厚をハウジングにおけるバネ様部以外の部位の肉厚よりも薄くすることでハウジングの内周面の凹部を設ける場合と比較して、該ハウジングの剛性を高めることができる。これは電動モータの耐久性向上につながる。
【0016】
請求項12の発明は請求項11において、前記バネ様部を径方向外側に膨出させることは、前記ステータコアの軸線周りで5箇所以下とされている。従って、ハウジングとステータコアとが熱影響によって締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮された場合においても、該ハウジングによるステータコアの締め付け力が強くなり過ぎることを防止できる。
【0017】
つまり、例えば、前記ステータコアの軸線周りにバネ様部(空隙部)を6箇所以上設け、該複数のバネ様部の内の6箇所以上についてそれぞれ径方向外側に膨出させると、ハウジングの剛性が高くなり過ぎて各バネ様部が弾性変形し難くなる。従って、ハウジングとステータコアとが熱影響によって締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮された場合、該ハウジングによるステータコアの締め付け力が強くなり過ぎてしまうのである。
【0018】
請求項13の発明は請求項1〜12のいずれか一項において、前記ステータコアの軸線を中心とし前記ハウジングの内周面とステータコアの外周面との接触領域を含む仮想円筒面において、ハウジングの内周面とステータコアの外周面との接触領域の面積が非接触領域の面積よりも狭くなるように、前記空隙部が形成されている。このように、ハウジングの内周面とステータコアの外周面との接触面積を狭く設定することで、ハウジングにはバネ様部が広い領域に確保されることとなる。従って、バネ様部による弾性変形が効果的に行われ、ステータコアの締め過ぎを確実に回避でき、ヒビ割れ等の不具合が発生することをより確実に防止できる。
【0019】
請求項14の発明は請求項13において、前記ハウジングによるステータコアの締め過ぎを確実に回避するのに特に好適な、仮想円筒面における接触領域の面積の割合について言及するものである。即ち、前記仮想円筒面において、接触領域の面積が占める割合は3割以下である。
【0021】
請求項15の発明の電動コンプレッサは、請求項1〜14のいずれか一項に記載の電動モータと、前記ハウジング内に収容され、電動モータにより駆動されてガス圧縮を行う圧縮機構とからなっている。従って、本発明の電動コンプレッサにおいても、請求項1〜13のいずれか一項に記載の発明の作用効果が奏せられる。
【0022】
請求項16の発明は請求項15において、前記空隙部は、ハウジング内においてステータコアの軸線方向の両端側にそれぞれ形成された空間を連通している。
空隙部は、一方の空間側に配設された圧縮機構と、他方の空間に対応してハウジングに設けられた、外部配管の接続用の口とを接続するガス通路として利用されている。従って、空隙部を通過するガスによって電動モータが冷却され、電動モータの昇温に起因した効率低下を防止することができる。この電動モータの冷却は、空隙部を、外部配管の接続用の口たる吸入口から圧縮機構へ向かう低温な吸入ガスの通路として利用した場合に特に効果的となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両空調装置用の電動コンプレッサにおいて具体化した第1〜第7実施形態について説明する。なお、第2〜第7実施形態においては第1実施形態との相違点についてのみ説明し、同一又は相当部材には同じ番号を付して説明を省略する。
【0024】
○第1実施形態
(電動コンプレッサの概要)
図1に示すように、電動コンプレッサの外郭をなすコンプレッサハウジング11は、第1ハウジング構成体11aと第2ハウジング構成体11bの二つのハウジング構成体からなっている。第1ハウジング構成体11aは、円筒状をなす周壁25の図面右方側に底が形成された有底円筒状をなし、アルミニウム(本実施形態においてアルミニウムは、アルミニウム合金も含むものとする)のダイカスト鋳物によって製作されている。第2ハウジング構成体11bは、図面左方側が蓋となる有蓋円筒状をなし、アルミニウムのダイカスト鋳物によって製作されている。第1ハウジング構成体11aと第2ハウジング構成体11bとを接合固定することで、コンプレッサハウジング11内には密閉空間30が形成されている。なお、図1の左方を電動コンプレッサの前方とし右方を後方とする。
【0025】
アルミニウム製のコンプレッサハウジング11は、例えば鉄製よりも軽量であり、このコンプレッサハウジング11を備えた電動コンプレッサは、車両の燃費向上等、車載用として特に好適なものとなる。また、各ハウジング構成体11a,11bを鋳造によって製作することで、例えば各ハウジング構成体11a,11bをプレス加工によって製作する場合と比較して、コンプレッサハウジング11の形状の設定の自由度が大きくなる。従って、例えば、電動コンプレッサを車両に取り付けるための取付足(図示しない)を、コンプレッサハウジング11(ハウジング構成体11a及び/又は11b)に一体形成することが容易となり、電動コンプレッサの部品点数を低減可能となる。
【0026】
前記コンプレッサハウジング11の密閉空間30内では、回転軸13が第1ハウジング構成体11aによって、前後のベアリング22,23を介して回転可能に支持されている。この回転軸13の回転中心軸線Lが、電動コンプレッサの中心軸線をなしている。第1ハウジング構成体11aの周壁25は、電動コンプレッサの中心軸線Lを中心とした円筒内面(内周面25a)を有している。
【0027】
前記コンプレッサハウジング11の密閉空間30内には、電動モータMの要素と圧縮機構Cとが収容されている。電動モータMは、第1ハウジング構成体11aにおいて周壁25の内周面25aに固定されたステータ12と、ステータ12の内方において回転軸13に設けられたロータ14とからなるブラシレスDCタイプである。電動モータMは、ステータ12のコイル15に電力の供給を受けることで回転軸13を回転させる。
【0028】
前記密閉空間30内においてステータ12の軸線L方向の両端側には、それぞれ空間30a,30bが形成されている。即ち、ステータ12よりも前方側には、圧縮機構Cとの間に前方空間30aが、ステータ12よりも後方側には後方空間30bがそれぞれ区画形成されている。第1ハウジング構成体11aには、後方空間30bに対応して吸入口18が設けられている。吸入口18は、図示しない外部冷媒回路の配管を接続するための電動コンプレッサの口である。
【0029】
前記圧縮機構Cは、固定スクロール20と可動スクロール21とを備えたスクロールタイプよりなっている。可動スクロール21は、回転軸13の回転に応じて固定スクロール20に対して旋回することで、冷媒ガスの圧縮を行う。従って、電動モータMの駆動によって圧縮機構Cが動作されると、外部冷媒回路からの低温低圧の冷媒ガスは、吸入口18から後方空間30b及び電動モータM並びに前方空間30aを経由して圧縮機構Cに吸入される。圧縮機構Cに吸入された冷媒ガスは、圧縮機構Cの圧縮作用によって高温高圧の冷媒ガスとなって、第2ハウジング構成体11bに形成された吐出口19より外部冷媒回路へと排出される。
【0030】
なお、外部冷媒回路と圧縮機構Cとの間での冷媒ガスの流通が、電動モータMを経由して行われるようにしたのは、この冷媒ガスを利用して電動モータMを冷却するためである。特に、冷凍サイクルの低圧側のガスたる吸入冷媒ガスを電動モータMを経由させることで、電動モータMの冷却が効果的に行われる。
【0031】
(電動モータ)
図1及び図2に示すように、前記電動モータMのステータ12は、ステータコア16にコイル15が巻回されてなる。ステータコア16は、プレス加工等によって成形された珪素鋼板が、軸線L方向に複数枚が積層されてなる。つまり、ステータコア16は、電動モータMのハウジングでもあるコンプレッサハウジング11とは、異なる熱膨張率を有する材質からなっている(熱膨張率:アルミニウム>珪素鋼)。ステータコア16は、軸線Lを中心とした円環状をなすバックヨーク16aと、このバックヨーク16aの内周縁から内方に向かって延出形成された、複数(本実施形態では6つ)のティース16bとからなっている。ステータコア16においてティース16bには、コイル15が集中巻きされている。
【0032】
前記ステータ12は、第1ハウジング構成体11aにおいて周壁25の内周面25aに、ステータコア16を以て締嵌により固定されている。第1ハウジング構成体11aに対するステータ12の挿入位置は、周壁25の内周面25aにおいて奥側に設けられた段差25bに、ステータコア16の後端面が当接することで規定されている。
【0033】
さて、前述したステータ12と周壁25との締嵌には、焼き嵌めや圧入等の周知の手法が用いられている。従って、従来技術において述べたように、例えば、周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16cとが、円環状領域つまり全周において接触する構成では、周壁25とステータコア16との熱膨張率の違いから、周壁25によるステータコア16の締め具合が電動コンプレッサの温度変化によって変動してしまう。周壁25とステータコア16との締め代は、電動コンプレッサが高温となった場合でも緩まないように予め設定されている。このため、逆に、電動コンプレッサが低温となった場合には、前記締め具合が過大にきつくなって、ヒビ割れ等の不具合が発生する問題を生じてしまう。
【0034】
従って、本実施形態においては、電動コンプレッサが低温となった場合においても、周壁25がステータコア16を締め過ぎないように、次のような特徴的な構成が備えられている。
【0035】
(本実施形態の特徴点)
図1及び図2に示すように、前記締嵌により圧接する周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16cとの間には、両周面16c,25a間の軸線Lを中心とした円環状領域での接触を離断するようにして空隙部32が設けられている。空隙部32は、軸線L方向(図2の紙面表裏方向)に延在されており、該空隙部32は、密閉空間30内において前方空間30aと後方空間30bとを連通する吸入ガス通路の一部をなしている。
【0036】
図2に示すように、前記空隙部32は、ステータコア16の軸線L周りに複数(本実施形態においては6つ)が設けられている。空隙部32は、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成することで設けられている。即ち、空隙部32は、凹部17と周壁25との間に形成される空間によって構成されている。ステータコア16の外周面16cに凹部17を複数形成することで、該外周面16cには角柱状の凸部31が複数残存している。
【0037】
前記ステータコア16の外周面16cは、各凸部31の円弧凸面たる先端面31aを以て、周壁25の内周面25aに当接されている。ステータコア16における凸部31の先端面31aと、周壁25の内周面25aにおいて凸部31の先端面31aに対する接触領域とが、ステータコア16と周壁25との当接部33を構成している。
【0038】
前記複数の凸部31は、軸線L周りにおいて等角度間隔で配置されている。従って、当接部33は、ステータコア16の軸線L周りに複数(本実施形態においては6つ)が等角度間隔で設けられている。よって、隣接する当接部33間のピッチPは何れの箇所も同じとなっている。つまり、複数の空隙部32は、周壁25とステータコア16との当接部33がステータコア16の軸線L周りにおいて等角度間隔で配置されるように設けられていると言える。
【0039】
前記凹部17の底面は、ステータコア16の周方向に関して両端側に位置する領域17a、言い換えれば、凸部31に隣接する領域17aが、ステータコア16の軸線Lを中心とした第1仮想円筒面S1上に存在するよう円弧面に形成されている。凹部17の底面においてステータコア16の周方向の中央部には、前記第1仮想円筒面S1を窪ませるようにして、凹曲面状に肉取り部17bが設けられている。
【0040】
前記肉取り部17bは、ステータコア16において磁束密度が比較的低くなる、ティース16bの基端付近に対応した部位の肉盗みであり、ステータコア16の軽量化を主たる目的とする。また、凹部17の底面に肉取り部17bを形成することは、空隙部32における吸入冷媒ガスの通過断面積の増大につながり、圧縮機構Cの吸入効率の向上及び電動モータMの冷却効率の向上も期待できる。
【0041】
ここで、前記ステータコア16の軸線Lを中心とするとともに、軸線L方向の長さがステータコア16と同じでかつ、周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16c(凸部31の先端面31a)との接触領域(当接部33)を含む円筒面を、第2仮想円筒面S2とする。そして、この第2仮想円筒面S2と第1仮想円筒面S1との半径差、言い換えれば第1仮想円筒面S1からの凸部31の突出高さは、第2仮想円筒面S2の半径に対して1000分の5〜1000分の15に設定されている。本実施形態の電動コンプレッサは、前記第2仮想円筒面S2の半径が約50mmに設定されているため、第1仮想円筒面S1からの凸部31の突出高さは、0.25〜0.75mm程度となっている。なお、図1及び図2において凸部31の突出高さは、誇張して描いてある。
【0042】
前記空隙部32は、第2仮想円筒面S2において、周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16cとの接触領域の面積を、非接触領域の面積よりも狭くするように設定されている。特に、本実施形態では、第2仮想円筒面S2において接触領域が占める面積の割合は、3割以下となっている。
【0043】
上記構成の本実施形態においては、次のような作用効果を奏する。
(1)第1ハウジング構成体11aの周壁25の内周面25aと、ステータコア16の外周面16cとの間に、両周面16c,25a間の円環状領域での接触を離断するようにして空隙部32が設けられている。従って、電動コンプレッサの低温化によって、アルミニウム製の周壁25と珪素鋼製のステータコア16とが、両者16,25間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に収縮されると、周壁25において空隙部32に対応する部位たる湾曲板状のバネ様部25dが、この空隙部32側へ板バネの様に弾性変形されることとなる。
【0044】
このバネ様部25dの弾性変形によって、周壁25とステータコア16との収縮差が吸収されて、周壁25によるステータコア16の締め過ぎが回避される。よって、周壁25又はステータコア16にヒビ割れ等の不具合が発生することを防止でき、これは電動コンプレッサの耐久性向上につながる。
【0045】
(2)空隙部32は、ステータコア16の軸線L周りに複数が設けられている。つまり、コンプレッサハウジング11の周壁25には、ステータコア16の軸線L周りの複数箇所に、バネ様部25dが配置されている。従って、周壁25とステータコア16とが、電動コンプレッサの低温化によって締め具合がきつくなる方向に収縮された場合、周壁25は複数のバネ様部25dで分担して弾性変形されることとなる。よって、例えば、空隙部32が一箇所のみに設定されている場合、言い換えれば周壁25が一箇所のバネ様部25dにおいて集中的に弾性変形される場合と比較して、周壁25によるステータコア16の締め過ぎを確実に回避することができる。また、周壁25の一部(一箇所のバネ様部25d)における過大な弾性変形に起因した、周壁25(コンプレッサハウジング11)の破損も防止できる。
【0046】
(3)空隙部32は、ステータコア16の軸線L周りに3つ以上が設けられている。つまり、コンプレッサハウジング11の周壁25とステータコア16とは、ステータコア16の軸線L周りにおいて3箇所以上で当接されている。従って、周壁25におけるステータコア16の支持箇所である当接部33は、ステータコア16の軸線L周りに3箇所以上が配置されていることとなる。よって、例えば、空隙部32が2つ、言い換えれば周壁25とステータコア16との当接部33が軸線L周りに2箇所である場合と比較して、周壁25によるステータコア16の支持が3箇所以上で行われることとなって、該支持が安定される。
【0047】
従って、電動コンプレッサの製造時においてステータコア16の軸線Lと周壁25の軸線Lとを一致させ易く、例えば、回転軸13をコンプレッサハウジング11(ベアリング22,23)に対して組み付ける際に、回転軸13と一体のロータ14がステータコア16に干渉し難くなる等、電動コンプレッサの製造が容易となる。
【0048】
(4)コンプレッサハウジング11の周壁25とステータコア16との当接部33は、軸線L周りにおいて等角度間隔で配置されている。従って、例えば当接部33が不等角度間隔で配置されている場合と比較して、周壁25によるステータコア16の支持をより安定化させることができる。また、周壁25とステータコア16とが熱影響によって締め具合がきつくなる方向に収縮された場合において、各バネ様部25dを均等に弾性変形させることができ、一部のバネ様部25dの過大な弾性変形に起因した周壁25の破損もより防止できる。
【0049】
(5)空隙部32は、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成することで設けられている。従って、従来の電動コンプレッサに本発明を適用する場合、ステータコアを製作するための既存のプレス型の形状を一部変更することで、簡単に空隙部32を設定することができる。
【0050】
(6)第1仮想円筒面S1からの凸部31の突出高さは、第2仮想円筒面S2の半径に対して1000分の5〜1000分の15となっている。従って、電動コンプレッサの大径化及び電動モータMのモータ効率の低下の防止と、周壁25においてバネ様部25dの確実な弾性変形との高次元での両立が達成可能になる。
【0051】
つまり、電動コンプレッサの大型化につながるステータコア16の大径化を防止しつつ電動モータMのモータ効率の低下を防止するためには、第2仮想円筒面S2と第1仮想円筒面S1との半径差を小さくして、磁気飽和の要因となる凹部17(肉取り部17b以外の領域17a)を浅くする必要ある。また、周壁25のバネ様部25dを確実に弾性変形させるためには、前記半径差つまり第1仮想円筒面S1からの凸部31の突出高さを大きくして、周壁25の弾性変形を許容するスペース(凹部17の深さ)を確保する必要がある。両者の兼ね合いで好適なのが、前述した「1000分の5〜1000分の15」の範囲なのである。
【0052】
(7)周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16cとの間においては、接触領域の面積が非接触領域の面積よりも狭くなるように、空隙部32が形成されている。このように、周壁25の内周面25aとステータコア16の外周面16cとの接触面積を狭く設定することで、周壁25にはバネ様部25dが広い領域に確保されることとなる。従って、バネ様部25dによる弾性変形が効果的に行われ、ステータコア16の締め過ぎを確実に回避でき、ヒビ割れ等の不具合が発生することをより確実に防止できる。
【0053】
特に、前記第2仮想円筒面S2において、接触領域の面積が占める割合を3割以下とすることで、周壁25によるステータコア16の締め過ぎの回避がより確実となる。
【0054】
(8)空隙部32は、吸入口18と圧縮機構Cとを接続する吸入冷媒ガス通路の一部をなしている。従って、空隙部32を通過する低温な吸入冷媒ガスによって電動モータMが効果的に冷却され、電動モータMの昇温に起因した効率低下を防止することができる。
【0055】
(9)空隙部32に吸入冷媒ガス通路を兼ねさせることができたのは、空隙部32の通過断面積の多くを占める肉取り部17bの存在が大きい。ここで、例えば、周壁25の内周面25a側にのみ凹部を設けて空隙部32を形成する場合、前記肉取り部17bに相当する冷媒ガスの通過断面積を確保しようとすると、その分だけ周壁25が大径となって電動コンプレッサが大型化してしまう。
【0056】
しかし、ステータコア16の外周面16cに凹部17を設けて空隙部32を形成する本実施形態においては、ティース16bに対応する位置(磁気飽和を生じない位置)に肉取り部17bを設けることで、この肉取り部17bを有することでのステータコア16の大径化つまり電動コンプレッサの大型化はない。また、ステータコア16において、ティース16bに対応する位置に肉取り部17bを設けても磁気飽和が生じないのは、ティース16bに対してコイル15が集中巻きされるステータ構造によるものである。
【0057】
従って、例えば、ティース16bにコイル15を分布巻きするステータ構造では、ステータコア16への肉取り部17bの形成によって磁気飽和が生じる虞があるため、それを防止するためには、肉取り部17bの分だけステータコア16を大径とする必要がある。つまり、ティース16bに対してコイル15が集中巻きされる構造の電動モータMを有した電動コンプレッサにおいては、ステータコア16の外周面16cに凹部17を設けて空隙部32を形成する手法を採用することで、その大型化なくして空隙部32に吸入冷媒ガス通路を兼ねさせる態様の実現が可能となる。
【0058】
○第2実施形態
図3においては第2実施形態を示す。本実施形態において電動モータMのステータコア16は、第1実施形態のそれと比較して、ティース16bが小型でかつ数が多く(本実施形態では24本)なっている。これは、ステータコア16のティース16bに対するコイル15の巻回構造に、分布巻きを採用したからである。ティース16bにコイル15が分布巻きされた電動モータMは、集中巻きされた電動モータと比較して低騒音である。
【0059】
また、本実施形態において空隙部32は、ステータコア16の外周面16cではなく、周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで設けられている。凹部36は、軸線L周りに複数(本実施形態においては6つ)が等角度間隔で形成されている。各凹部36は、コンプレッサハウジング11の密閉空間30において、前方空間30aと後方空間30bとを連通すべく、ステータコア16の軸線L方向の全長よりも長く形成されている。
【0060】
前記周壁25の内周面25aは、凹部36を複数形成することで凸部37が複数残存し、この各凸部37の円弧凹面たる先端面37aを以て、ステータコア16の円筒外面たる外周面16cに当接されている(当接部33)。各凹部36の底面36aは全体が凹曲面状をなしている。従って、周壁25の内周面25aは周方向に波打つ形状をなしており、該周壁25はバネ様部25dが、当接部33に対応する部位よりも薄肉となっている。
【0061】
上記構成の本実施形態においては第1実施形態の(1)〜(4)、(7)及び(8)と同様な作用効果も奏する他、次のような作用効果も奏する。
(10)空隙部32は、第1ハウジング構成体11aにおいて周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで設けられている。従って、従来の電動コンプレッサに本発明を適用する場合、第1ハウジング構成体11aを製作するための既存の鋳型の形状を一部変更することで、簡単に空隙部32を設定することができる。
【0062】
(11)ステータコア16のティース16bにコイル15を分布巻きする本実施形態のステータ構造では、仮にステータコア16の外周面16cに前記第1実施形態のような凹部17を形成すると、磁気飽和が生じる虞がある。従って、磁気飽和を防止するためには、凹部17が形成された分だけステータコア16を大径とする必要がある。しかし、本実施形態においては、周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで空隙部32が設けられているため、例えば、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成して空隙部32を設ける場合と比較して、ステータコア16を小径とすることつまり電動モータMを小型化することが可能になる。
【0063】
○第3〜第5実施形態
図4〜図6においては、上記第2実施形態の変更例である第3〜第5実施形態を示す。第3〜第5実施形態において空隙部32は、軸線L周りに5つ以下(第3実施形態では3つ(図4参照)、第4実施形態では4つ(図5参照)、第5実施形態では5つ(図6参照))が設けられている。
【0064】
つまり、前記コンプレッサハウジング11の周壁25とステータコア16とは、ステータコア16の軸線L周りにおいて5箇所以下で当接されている。従って、周壁25におけるステータコア16の支持箇所である当接部33は、ステータコア16の軸線L周りに5箇所以下(第3実施形態では3箇所(図4参照)、第4実施形態では4箇所(図5参照)、第5実施形態では5箇所(図6参照))が配置されていることとなる。
【0065】
また、第3〜第5の各実施形態において、前記周壁25の内周面25aに形成された凹部36は、バネ様部25dを径方向外側に膨出させることで形成されている。従って、周壁25の外周面25cは、例えば円周面をなしていた上記第2実施形態とは異なり、内周面25aと同様に周方向へ波打つ形状をなしている。つまり、周壁25は、ほぼ一定の肉厚で周方向に波打つ形状をなしており、該周壁25の肉厚は、当接部33に対応する部位とバネ様部25dとでほぼ同じとなっている。
【0066】
上記構成の第3〜第5実施形態においては、上記作用効果(1)〜(4)、(7)、(8)、(10)及び(11)と同様な作用効果を奏する他、次のような作用効果も奏する。
【0067】
(12)周壁25の内周面25aの凹部36は、該周壁25のバネ様部25dを径方向外側に膨出することで形成されている。従って、バネ様部25dの径方向への膨出によって、周壁25がほぼ一定の肉厚で周方向に波打つ形状となるため、例えば、バネ様部25dの肉厚を当接部33に対応する部位の肉厚よりも薄くすることで周壁25の内周面25aに凹部36を設ける場合と比較して、該周壁25(第1ハウジング構成体11a)の剛性を高めることができる。これは電動コンプレッサの耐久性向上につながる。
【0068】
(13)周壁25において、バネ様部25dを径方向外側に膨出させることは、ステータコア16の軸線L周りで5箇所以下とされている。従って、周壁25とステータコア16とが熱影響によって締め具合がきつくなる方向に収縮された場合においても、該周壁25によるステータコア16の締め付け力が強くなり過ぎることを防止できる。
【0069】
つまり、周壁25に外側への膨出部を形成した場合、該膨出部を形成しない場合よりも周壁25の剛性が低下するにも拘わらず、例えば、前記ステータコア16の軸線L周りにバネ様部25d(空隙部32)を6箇所以上設け、該複数のバネ様部25dの内の6箇所以上についてそれぞれ径方向外側に膨出させると、周壁25の剛性が高くなり過ぎて各バネ様部25dが弾性変形し難くなる。従って、周壁25とステータコア16とが熱影響によって締め具合がきつくなる方向に収縮された場合、該周壁25によるステータコア16の締め付け力が強くなり過ぎてしまうのである。
【0070】
○第6実施形態
図7においては、上記第4実施形態(空隙部32が4つ設けられた態様)の変更例たる第6実施形態を示す。本実施形態においては、前記周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで、周壁25とステータコア16との間に空隙32aが設けられている。この凹部36は、周壁25のバネ様部25dにおいて凹部36に対応する一部を、径方向外側に膨出することで形成されている。また、ステータコア16の外周面16cに凹部17を設けることで、周壁25とステータコア16との間に空隙32bが形成されている。なお、凹部17からは肉取り部17b(第1実施形態(図2参照))が削除されている。
【0071】
前記ステータコア16側の凹部17は、周壁25側の凹部36よりも周方向に長く設定されている。凹部36は、凹部17の一部に開口が向かい合わせとなるように配置されている。従って、凹部36により設けられた空隙32aは、凹部17により設けられた空隙32bの一部を半径方向外側へ膨出するような形態で該空隙32bに連続されている。つまり、両空隙32a,32bによって一つの空隙部32が構成されている。
【0072】
前記各空隙部32は、隣接する空隙部32のうちの一方側に対して、互いの空隙32aを近づけるようにして設けられている。従って、各空隙部32は、隣接する空隙部32のうちの他方に対しては、互いの空隙32aが周方向に大きく離間して配置されている。よって、周壁25が、複数のバネ様部25dの膨出によって周方向に波打つ形状は、各波の頂点が軸線L周りにおいて不等角度間隔で配置されている。
【0073】
上記構成の本実施形態においては、上記作用効果(1)〜(8)、(10)、(12)及び(13)と同様な作用効果を奏する他、次のような作用効果も奏する。
【0074】
(14)各空隙部32は、バネ様部25dの一部を半径方向外側に膨出することで形成された凹部36による空隙32aと、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成することで設けられた空隙32bとで構成されている。従って、バネ様部25dの所定の弾性変形特性を実現するにあたり、該バネ様部25dの全体を径方向外側に膨出する必要がない。よって、例えば、電動コンプレッサの外観形状の凹凸を抑えたい要求、詳しくは周壁25の外周面25cの形状が波打つことを抑えたい要求に答えつつ、周壁25の剛性が外側への膨出部によって低下する度合いが必要以上となることを、周壁25において該膨出部を一部に限定することで防止することと、バネ様部25dの所定の弾性変形特性を実現することとを両立することができ、適切な締め付け力を得ることができる。
【0075】
○第7実施形態
図8においては、上記第6実施形態の変更例たる第7実施形態を示す。本実施形態においては、複数(本実施形態においては4つ)の凹部17のうちの一部(本実施形態においては2つ)について、残りの凹部17よりも周方向の長さが短く設定されている。従って、ステータコア16の凸部31つまり周壁25とステータコア16との当接部33は、軸線L周りにおいて不等角度間隔で配置されている。よって、隣接する当接部33間のピッチPは、箇所によって異なることとなっている(P1>P2)。ピッチPが「P2」で狭い当接部33間に位置するバネ様部25dは、ピッチPが「P1」で広い当接部33間に位置するバネ様部25dよりも、弾性変形し難くなっている。
【0076】
上記構成の本実施形態においては、上記作用効果(1)〜(3)、(5)〜(8)、(10)及び(12)〜(14)と同様な作用効果を奏する他、次のような作用効果も奏する。
【0077】
(15)複数の空隙部32は、周壁25とステータコア16との複数の当接部33が、軸線L周りにおいて不等角度間隔で配置されるように設けられている。従って、周壁25とステータコア16とが、熱影響によって締め具合がきつくなる方向に収縮された場合、複数のバネ様部25dの弾性変形量は不均等となる。しかし、裏返せば、複数のバネ様部25dはバネ定数つまり固有振動数が異なることとなり、例えば、ステータコア16の振動を受けて全てのバネ様部25dが同時に共振することを防止できる。よって、該共振に起因した電動コンプレッサの振動騒音の発生を低減することができる。
【0078】
本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施可能である。
○コンプレッサハウジング11(周壁25)は、ステータコア16と異なる熱膨張率を有する材料であれば、アルミニウム以外の金属材料からなっていてもよいし、金属材料以外の例えば樹脂材料からなっていてもよい。
【0079】
○上記各実施形態において、コンプレッサハウジング11(周壁25)とステータコア16とは、電動コンプレッサの低温化による両者16,25の収縮によって締め具合がきつくなる熱膨張率の大小関係を有していた。これを変更し、コンプレッサハウジング11とステータコア16とを、電動コンプレッサの高温化による両者の膨張によって締め具合がきつくなる熱膨張率の大小関係を有するように構成してもよい。つまり、コンプレッサハウジング11を、ステータコア16よりも熱膨張率が小さい材質からなるものとしてもよい。
【0080】
○上記第1及び第2実施形態において空隙部32は6つ、上記第3実施形態において空隙部32は3つ、上記第4、第6、第7実施形態において空隙部32は4つ、上記第5実施形態において空隙部32は5つ設けられていたが、空隙部32は3〜6を設けることに限らず、1つ、2つ又は7つ以上を設けるようにしてもよい。
【0081】
○上記第1〜第5実施形態を変更し、複数の空隙部32を、周壁25とステータコア16との当接部33が軸線L周りにおいて不等角度間隔で配置されるように設けること。このようにすれば、上記作用効果(15)と同様な作用効果を奏する。
【0082】
○上記第2〜第7実施形態においてコイル15は分布巻きとされていたが、これを変更して集中巻きとすること。
○上記第6及び第7実施形態においては、周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで設けられた空隙32aと、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成することで設けられた空隙32bとが周方向に連続することで、一つの空隙部32が構成されていた。これを変更し、周壁25の内周面25aに凹部36を形成することで設けられた空隙32aと、ステータコア16の外周面16cに凹部17を形成することで設けられた空隙32bとを周方向に分離し、両空隙32a,32bをそれぞれ独立した空隙部とすること。つまりこの態様を適用した上記第6及び第7実施形態においては、ステータコア16の軸線L周りに8つの空隙部32が設けられることとなる。
【0083】
○圧縮機構Cを、ピストンタイプやベーンタイプやヘリカルタイプ等、スクロールタイプ以外に変更すること。
○本発明を、上記各実施形態のような電動モータと回転機械(上記各実施形態においては圧縮機構C)とが一体化されてなる電動機器ではなく、単なる電動モータにおいて具体化すること。
【0084】
上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について記載すると、前記空隙部は、前記ステータコアの外周面に凹部を形成することで設けられた空隙と、前記ハウジングの内周面に凹部を形成することで設けられた空隙とで構成されている電動モータ。
【0085】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ハウジングとステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮したとしても、ヒビ割れ等の不具合が発生することを防止可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態の電動コンプレッサの縦断面図。
【図2】 図1の1−1線断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図3】 第2実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図4】 第3実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図5】 第4実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図6】 第5実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図7】 第6実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【図8】 第7実施形態の電動コンプレッサにおいて要部を示す横断面図でありロータ及び回転軸を外した状態の図。
【符号の説明】
11…ハウジングとしてのコンプレッサハウジング、15…コイル、16…ステータコア、16c…ステータコアの外周面、17…ステータコアの外周面に形成された凹部、17a…凹部の底面においてステータコアの周方向の両端側に位置する領域、18…外部配管の接続用の口としての吸入口、25…コンプレッサハウジングの一部を構成する周壁、25a…ハウジングの内周面としての周壁の内周面、25d…バネ様部、30a,30b…ハウジング内においてステータコアの軸線方向の両端側にそれぞれ形成された空間、32…空隙部、33…当接部、36…ハウジングの内周面に形成された凹部、C…圧縮機構、L…ステータコアの軸線、M…電動モータ、S1…第1仮想円筒面、S2…第2仮想円筒面。
Claims (16)
- ハウジングの内側に、該ハウジングとは異なる熱膨張率を有する材質からなる環状のステータコアが締嵌されてなる電動モータにおいて、
前記締嵌により圧接する前記ハウジングの内周面と前記ステータコアの外周面との間には、両周面間の円環状領域での接触を離断するようにして複数の空隙部が設けられており、前記ハウジングと前記ステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮した場合には、前記ハウジングにおいて前記空隙部に対応する部位であるバネ様部が弾性変形するように構成され、
前記空隙部は、前記ステータコアの外周面に形成されたステータコア側凹部と前記ハウジングの内周面に形成されたハウジング側凹部とで構成されており、前記ステータコア側凹部と前記ハウジング側凹部は互いに開口が向かい合うように配置されており、
前記空隙部を構成する前記ハウジング側凹部は、隣接するハウジング側凹部のうちの一方側に対して近づけ、他方のハウジング側凹部に対して離間するように設けられていることを特徴とする電動モータ。 - 前記ステータコアにはコイルが分布巻きされている請求項1に記載の電動モータ。
- 前記ステータコア側凹部のうちの一部のステータコア側凹部は、他のステータコア側凹部よりも周方向の長さが短く設定されている請求項1又は2に記載の電動モータ。
- ハウジングの内側に、該ハウジングとは異なる熱膨張率を有する材質からなる環状のステータコアが締嵌されてなる電動モータにおいて、
前記締嵌により圧接する前記ハウジングの内周面と前記ステータコアの外周面との間には、両周面間の円環状領域での接触を離断するようにして空隙部が設けられており、前記ハウジングと前記ステータコアとが両者間の熱膨張率の差に起因して締め具合がきつくなる方向に膨張又は収縮した場合には、前記ハウジングにおいて前記空隙部に対応する部位であるバネ様部が弾性変形するように構成され、
前記ステータコアの外周面には、ステータコア側凹部が形成され、
前記ステータコア側凹部には、前記ステータコアのティースに巻回されたコイルの間に対応する位置に肉取り部が形成され、
前記空隙部は前記ステータコア側凹部と前記肉取り部とで構成されている電動モータ。 - 前記空隙部は、前記ステータコアの軸線周りに複数が設けられている請求項4に記載の電動モータ。
- 前記空隙部は、前記ステータコアの軸線周りに3つ以上が設けられている請求項5に記載の電動モータ。
- 前記複数の空隙部は、前記ハウジングと前記ステータコアとの当接部が前記ステータコアの軸線周りにおいて等角度間隔で配置されるように設けられている請求項5又は6に記載の電動モータ。
- 前記複数の空隙部は、前記ハウジングと前記ステータコアとの当接部が前記ステータコアの軸線周りにおいて不等角度間隔で配置されるように設けられている請求項5又は6に記載の電動モータ。
- 前記凹部の底面において、少なくとも前記ステータコアの周方向に関して両端側に位置する領域は、前記ステータコアの軸線を中心とした第1仮想円筒面上に存在するよう形成されており、前記ステータコアの軸線を中心とし前記ハウジングの内周面と前記ステータコアの外周面との接触領域を含む円筒面を第2仮想円筒面とすると、前記第1仮想円筒面と前記第2仮想円筒面との半径差は、前記第2仮想円筒面の半径に対して1000分の5〜1000分の15となっている請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動モータ。
- 前記空隙部は、前記ハウジングの内周面にハウジング側凹部を形成することで設けられている請求項4〜9のいずれか一項に記載の電動モータ。
- 前記ハウジングの内周面の凹部は、前記バネ様部を径方向外側に膨 出することで形成されている請求項1〜10のいずれか一項に記載の電動モータ。
- 前記バネ様部を径方向外側に膨出させることは、前記ステータコアの軸線周りで5箇所以下とされている請求項11に記載の電動モータ。
- 前記の軸線を中心とするとともに軸線方向の長さが該ステータコアと同じでかつ、前記ハウジングの内周面と前記ステータコアの外周面との接触領域を含む仮想円筒面において、前記ハウジングの内周面と前記ステータコアの外周面との接触領域の面積が非接触領域の面積よりも狭くなるように、前記空隙部が形成されている請求項1〜12のいずれかに記載の電動モータ。
- 前記仮想円筒面において、前記接触領域が占める面積の割合は3割以下である請求項13に記載の電動モータ。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の電動モータと、前記ハウジング内に収容され、前記電動モータにより駆動されてガス圧縮を行う圧縮機構とからなることを特徴とする電動コンプレッサ。
- 前記空隙部は、前記ハウジング内において前記ステータコアの軸線方向の両端側にそれぞれ形成された空間を連通しており、前記空隙部は、一方の前記空間側に配設された前記圧縮機構と、他方の前記空間に対応して前記ハウジングに設けられた、外部配管の接続用の口とを接続するガス通路として利用されている請求項15に記載の電動コンプレッサ。
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