JP6654414B2

JP6654414B2 - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP6654414B2
Application number: JP2015230116A
Authority: JP
Inventors: 貴幸萩田; 青木　泰高; 泰高青木; 孝志中神; 幹人佐々木; 友貴一瀬; 明紀吉岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2035-11-25
Also published as: JP2017099173A

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

例えば、電動機の駆動力によって駆動される圧縮機を有する電動圧縮機は、例えば、自動車のエンジンが停止しても必要な時に運転ができるため、カーエアコンなどに使用されている。このような電動圧縮機は、例えば、冷媒の循環量が少なく電動機の回転数が低い場合や、電動機の負荷が高い場合などは、電動機を十分に冷却することが難しくなる。

例えば、特許文献１には、電動機の運転中においてコイルの温度上昇を抑えるために、ボビンカバーに風穴を設ける技術が記載されている。

特開２００２−０４４８９６号公報

この発明は、モータの温度上昇を防ぎ、電動機の効率低下を抑制し、モータの発熱による破損を防止することができる電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、電動圧縮機は、軸線方向に延在するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、軸線回りに回転することで流体を圧縮する圧縮機と、前記ハウジング内に前記ハウジングの内周面との間に隙間を有するように設けられたステータであって、前記軸線方向に積層された複数の薄板鋼板によって形成された積層体であり、円筒形状の外周面を有するステータコア本体と、前記ステータコア本体の外周面に前記軸線方向に延在するように形成されて前記流体の流路となる大凹部と、前記大凹部の外面に形成された複数の小凹部と、を有するステータコアと、を有するステータと、前記ステータの径方向内周側に配置されたロータと、を有し、前記圧縮機を前記軸線回りに回転駆動する電動機と、を備え、前記流体は前記電動機側から前記圧縮機側へ流れ、前記ステータは、前記流体の流れ方向の下流側に貫通部が形成されたコイルエンドボビンをさらに有する。

このような構成によれば、複数の小凹部によって、ステータコアの伝熱面積が大きくなる。これにより、流体によるステータの冷却効率を向上させてステータの温度上昇を抑制することができる。ステータの温度上昇が抑制され、コイルの温度上昇も抑制されることにより、電動圧縮機を構成する電動機の効率を向上し、また、モータの破損を防止することができる。

上記電動圧縮機において、前記ステータは、前記ステータコア本体の外周面に形成された複数の小凹部を有してよい。

上記電動圧縮機において、前記ステータコア本体は、内周側に形成された複数のティースを有し、前記ステータは、絶縁性を有する材料によって形成され、前記ステータコアの軸線方向の一端及び他端に設けられ、円筒形状のリング部と、前記リング部の内周側に突出して前記ティースの軸線方向の端部に配置されるフック部と、前記リング部の径方向に貫通する複数の貫通部と、を有するコイルエンドボビンと、前記複数のティースと前記フック部に巻回されたコイルと、を有してよい。

このような構成によれば、貫通部を流体が通過することによってコイルの温度上昇を抑制することができる。

上記電動圧縮機において、前記貫通部は、前記リング部の縁部に接続されてよい。

本発明によれば、複数の小凹部によって、ステータコアの伝熱面積が大きくなる。これにより、流体によるステータの冷却効率を向上させてステータの温度上昇を抑制することができる。ステータの温度上昇が抑制されることにより、電動圧縮機を構成する電動機の効率を向上し、モータの破損を防止することができる。

本発明の実施形態の電動圧縮機の縦断面図である。本発明の実施形態の電動圧縮機のステータ及びロータの正面図である。本発明の実施形態の電動圧縮機の第一コイルエンドボビンの斜視図である。本発明の実施形態の変形例の電動圧縮機の第一コイルエンドボビンの斜視図である。

以下、本発明の実施形態の電動圧縮機について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の電動圧縮機は、自動車の空調装置（カーエアコン）に用いられる比較的小型の電動圧縮機である。しかしながら、本発明の対象は、このような電動圧縮機に限定されない。
図１に示すように、本実施形態の電動圧縮機１は、外郭をなすハウジング２と、ハウジング２内に設けられた電動機７と、ハウジング２内に設けられた圧縮機２２と、ハウジング２外に設けられたインバータ装置３３と、を備えている。本実施形態の電動圧縮機１は、インバータ装置３３が一体に取り付けられているインバータ一体型の電動圧縮機１である。電動機７、及び圧縮機２２は、ハウジング２の内部に密閉されている。

電動圧縮機１は、図示しない冷媒回路に接続されている。即ち、電動圧縮機１は、凝縮器、膨張弁、蒸発器などを有する冷媒回路に組み込まれており、冷媒回路の配管内を流れる冷媒を圧縮する機械である。

なお、以下の説明において、電動機７の回転軸８の軸線Ａが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、軸線Ａに直交する方向を径方向Ｄｒとし、この径方向Ｄｒで軸線Ａから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向Ｄｒで軸線Ａに近づく側を径方向内側という。また、軸線方向Ｄａにおいて、圧縮機２２側を軸線方向第一側Ｄａ１、電動機７側を軸線方向第二側Ｄａ２という。

インバータ装置３３は、電動圧縮機１の外部の蓄電池から供給される直流電流を三相交流電流に変換して電動機７に供給する。また、インバータ装置３３は、電動機７への電流供給を制御することで電動機７の動作を制御する。
インバータ装置３３と電動機７との間には、端子ケース１４が配置されている。端子ケース１４には、外部電力線と電動機７の内部電力線とを接続する端子部が収容されている。

ハウジング２は、アルミニウム合金などの金属によって形成されている。ハウジング２は、軸線方向Ｄａに延在して略円筒形状に形成されたメインハウジング３と、メインハウジング３の軸線方向第一側Ｄａ１に結合された第一端部ハウジング４と、メインハウジング３の軸線方向第二側Ｄａ２に結合された第二端部ハウジング５と、を有している。端部ハウジング４，５は、ボルト６によってメインハウジング３に固定されている。

ハウジング２には、冷媒の導入口である冷媒入口４０が形成されている。冷媒入口４０は、ハウジング２の軸線方向第二側Ｄａ２の端部近傍に設けられている。冷媒入口４０は、電動機７の軸線方向第二側Ｄａ２より冷媒を導入するように形成されている。
ハウジング２には、冷媒の排出口である冷媒出口４１が形成されている。冷媒出口４１は、ハウジング２の軸線方向第一側Ｄａ１の端部近傍に設けられている。

電動機７は、ステータ９と、ステータ９の内部に所定の間隔を介して回転自在に配置されている円筒状のロータ２７と、を有している。ステータ９の外面は円筒状をなし、メインハウジング３の内周面３ａとの間に所定の隙間Ｇを有している。
電動機７は、インバータ装置３３からの電力を受けて回転力を生成する。また、電動機７は圧縮機２２の旋回スクロール２４と回転軸８で接続されており、生成した回転力で旋回スクロール２４を軸線Ａ回りに回転駆動する。
圧縮機２２は、ハウジング２内に設けられており、固定スクロール２３と旋回スクロール２４と、を有している。

電動機７の回転軸８は、軸受３４を介してハウジング２に回転自在に支持されている。回転軸８の軸線方向第一側Ｄａ１の端部は、圧縮機２２の旋回スクロール２４の軸部２５に結合され、旋回スクロール２４を回転駆動する。圧縮機２２は、固定スクロール２３と旋回スクロール２４とが互いに偏心しながら公転運動することにより、冷媒入口４０から吸入した冷媒（流体）を圧縮するスクロール式の機構である。

ステータ９は、環状をなすステータコア１０と、ステータコア１０の軸線方向第一側Ｄａ１（圧縮機２２側）に配置されている第一コイルエンドボビン１５と、ステータコア１０の軸線方向第二側Ｄａ２に配置されている第二コイルエンドボビン１６と、ステータコア１０のティース１２（図２参照）とコイルエンドボビン１５，１６とに巻き付けられたコイル１３（巻線）と、を有している。

ロータ２７は、打抜き成形された薄い電磁鋼板（薄板鋼板）を所要枚数積層して構成される円筒状のロータコア２８（ロータ鉄心）を有している。図２に示すように、ロータコア２８の中心部には、回転軸８が嵌合される回転軸貫通孔２９が穿設されている。ロータコア２８には、その外周部位に沿って回転軸貫通孔２９を取り囲むように、電動機７の極数（本実施形態では、６極）に対応した数の磁石埋め込み用の磁石用孔３０が設けられ、それぞれの磁石用孔３０に永久磁石３１が埋め込まれている。

ステータコア１０は、環状に打抜き成形された電磁鋼板を所要枚数積層して構成されている積層体であり、円筒形状の外周面を有するステータコア本体１１と、ステータコア本体１１の外周面１１ａに軸線方向Ｄａに延在するように形成されて冷媒の流路となる複数の大凹部３５と、大凹部３５の外面３５ａ、及びステータコア本体１１の外周面１１ａに形成された複数の小凹部３６と、を有する。

ステータコア本体１１の内周側には、コイル１３を巻装するためのティース１２が形成されている。ティース１２は、本実施形態の場合、ステータコア１０の内周側に略等間隔で９箇所に設けられ、各々のティース１２間にスロット３２を打抜きすることにより、ティース１２にコイル１３が巻装可能とされている。

大凹部３５は、ステータコア本体１１の外周面１１ａに周方向に等間隔に３つ形成されている。大凹部３５は、軸線方向Ｄａから見て、径方向内周側に凸の円弧状をなす切欠きである。大凹部３５の形状は円弧状のみならず、矩形状としてもよい。大凹部３５の周方向の位置は、いずれかのティース１２の周方向の位置と同じである。大凹部３５の数、及び大凹部３５の径方向Ｄｒの深さは、冷媒の量などに応じて適宜変更することができる。

小凹部３６は、大凹部３５の外面３５ａ及びステータコア本体１１の外周面１１ａに複数形成されている矩形状の溝である。小凹部３６は、ステータコア本体１１を構成する全ての電磁鋼板に同様に形成されているが、必ずしも全ての電磁鋼板に形成する必要はない。小凹部３６は、矩形状のみならず、半円状してよもいし、台形状としてもよい。
また、図２の符号Ｂで示すような磁束密度が集中する狭い部分には、小凹部３６を設けないことが好ましい。

次に、第一コイルエンドボビン１５の詳細構造について説明する。
図３に示すように、第一コイルエンドボビン１５は、円筒状のリング部１７と、リング部１７の内周側に、周方向に略等間隔に設けられた複数のフック部１８と、を有している。第一コイルエンドボビン１５の外径は、ステータコア１０の外径よりもやや小さく、第一コイルエンドボビン１５の内径は、ステータコア１０の内径よりもやや大きい。フック部１８の数、及び周方向の位置は、ティース１２に対応している。

第一コイルエンドボビン１５は、絶縁性を有する材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂によって形成されている。
フック部１８は、板状をなし、リング部１７の軸線方向第二側Ｄａ２の端部から径方向内周側に突出するフック本体部１９と、フック本体部１９の径方向内側の端部より軸線方向第一側Ｄａ１に突出するコイル保持部２０と、を有している。即ち、第一コイルエンドボビン１５を構成する、リング部１７及びフック部は、周方向から見てＵ字状をなしている。

リング部１７の外径は、ステータコア１０の外径よりもやや小さい。リング部１７の軸線方向Ｄａの幅は、コイル１３の巻き数によって設定される。リング部１７の軸線方向Ｄａの幅は、図１に示すように、コイル１３が巻かれた状態において、コイル１３がリング部１７の軸線方向第一側Ｄａ１の端部よりもはみ出さない長さである。

コイル保持部２０は、軸線方向Ｄａから見て、リング部１７と平行となるように湾曲された板状をなしている。コイル保持部２０の先端側（フック本体部１９とは反対側、軸線方向第一側Ｄａ１）は、周方向の両端側に向かうに従って、漸次軸線方向Ｄａの幅が狭くなるように形成されている。コイル保持部２０の先端側の端辺には、周方向の端部に向かうに従って漸次軸線方向Ｄａの幅が狭くなるように形成されている斜面２１が形成されている。

第一コイルエンドボビン１５のリング部１７には、複数の貫通溝３７（貫通部）が形成されている。貫通溝３７は、径方向Ｄｒに貫通する溝である。貫通溝３７は、リング部１７の周方向において、フック部１８とは異なる位置に形成されている。貫通溝３７は、周方向に隣り合うフック部１８の中間の位置に形成されている。貫通溝３７は、リング部１７の軸線方向第一側Ｄａ１の縁部１７ａに接続されている。
貫通溝３７は、一対の溝斜面３８と、一対の溝斜面３８を接続する底部３９とを有している。底部３９の深さＬ（リング部１７の軸線方向第一側Ｄａ１の縁部１７ａからの深さ）は、リング部１７の軸線方向Ｄａの幅Ｗの約１／２である。貫通溝３７の開口率、即ち、貫通溝３７を形成していないリング部１７の面積に対する複数の貫通溝３７の面積の割合は、２０％−４０％とすることができる。

第二コイルエンドボビン１６は、第一コイルエンドボビン１５と、貫通溝３７の有無を除いて同形状である。

次に、冷媒の流れについて説明する。
冷媒入口４０より吸引された冷媒は、密閉されたハウジング２内の電動機７を冷却しながら圧縮機２２に到達し、圧縮機２２で圧縮されて冷媒出口４１より吐出される。冷媒の多くは、電動機７を通過する際、大凹部３５を流れる。

上記実施形態によれば、複数の小凹部３６によって、ステータコア１０の伝熱面積が大きくなる。これにより、冷媒によるステータ９の冷却効率を向上させてステータ９の温度上昇を抑制することができる。

また、第一コイルエンドボビン１５に形成された貫通溝３７が形成されていることによって、冷媒がコイル１３側に流れ易くなる。これにより、コイル１３の冷却性を向上させることができる。
また、貫通溝３７が冷媒の流れ方向の下流側である、第一コイルエンドボビン１５に形成されていることによって、より温度上昇が激しいコイルエンドを冷却することができる。
また、貫通溝３７の周方向の位置が、コイル１３の位置と異なる位置になっていることによって、コイル１３の絶縁性を確保することができる。

次に、本実施形態の変形例の電動圧縮機について説明する。
図４に示すように、本実施形態の変形例の電動圧縮機の第一コイルエンドボビン１５Ｂには、実施形態の貫通溝３７（図３参照）の代替として、貫通孔４３が形成されている。貫通孔４３は、リング部１７の軸線方向Ｄａの中央近傍に形成された、楕円形の孔である。即ち、貫通孔４３は、リング部１７の軸線方向第一側Ｄａ１の縁部１７ａに接続されていない。
このような形状の第一コイルエンドボビン１５Ｂとすることによって、第一コイルエンドボビン１５Ｂの強度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態の小凹部３６は、全周に亘って形成されているが、これに限ることはなく、ステータコア１０の発熱状況に応じて、一部のみに形成することもできる。
また、インバータ装置３３の取り付け位置は、図１に示す位置に限ることはない。例えば、電動圧縮機１の上方に設けてもよい。

１電動圧縮機
２ハウジング
３メインハウジング
３ａ内周面
４第一端部ハウジング
５第二端部ハウジング
６ボルト
７電動機
８回転軸
９ステータ
１０ステータコア
１１ステータコア本体
１１ａ外周面
１２ティース
１３コイル
１４端子ケース
１５第一コイルエンドボビン
１６第二コイルエンドボビン
１７リング部
１７ａ縁部
１８フック部
１９フック本体部
２０コイル保持部
２１斜面
２２圧縮機
２３固定スクロール
２４旋回スクロール
２５軸部
２７ロータ
２８ロータコア
２９回転軸貫通孔
３０磁石用孔
３１永久磁石
３２スロット
３３インバータ装置
３４軸受
３５大凹部
３５ａ外面
３６小凹部
３７貫通溝（貫通部）
３８溝斜面
３９底部
４０冷媒入口
４１冷媒出口
４３貫通孔（貫通部）
Ａ軸線
Ｄａ軸線方向
Ｄｒ径方向

Claims

軸線方向に延在するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、軸線回りに回転することで流体を圧縮する圧縮機と、
前記ハウジング内に前記ハウジングの内周面との間に隙間を有するように設けられたス
テータであって、
前記軸線方向に積層された複数の薄板鋼板によって形成された積層体であり、円筒形状
の外周面を有するステータコア本体と、
前記ステータコア本体の外周面に前記軸線方向に延在するように形成されて前記流体の
流路となる大凹部と、
前記大凹部の外面に形成された複数の小凹部と、を有するステータコアと、
を有するステータと、
前記ステータの径方向内周側に配置されたロータと、を有し、
前記圧縮機を前記軸線回りに回転駆動する電動機と、を備え、
前記流体は前記電動機側から前記圧縮機側へ流れ、
前記ステータは、前記流体の流れ方向の下流側に貫通部が形成されたコイルエンドボビンをさらに有する電動圧縮機。
前記ステータは、前記ステータコア本体の外周面に形成された複数の小凹部を有する請求項１に記載の電動圧縮機。
前記ステータコア本体は、内周側に形成された複数のティースを有し、
前記ステータは、
絶縁性を有する材料によって形成され、前記ステータコアの軸線方向の一端及び他端に設けられ、
円筒形状のリング部と、
前記リング部の内周側に突出して前記ティースの軸線方向の端部に配置されるフック部と、
前記リング部の径方向に貫通する複数の貫通部と、を有するコイルエンドボビンと、
前記複数のティースと前記フック部に巻回されたコイルと、を有する請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。
前記貫通部は、前記リング部の縁部に接続されている請求項３に記載の電動圧縮機。