-
HINTERGRUND
-
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor für einen motorisch angetriebenen Verdichter. Die Erfindung betrifft außerdem einen motorisch angetriebenen Verdichter.
-
Die
JP 2006-180576 A offenbart einen Hermetikverdichter, der einen in einem hermetischen Gehäuse befindlichen Elektromotorabschnitt, der ein Permanentmagnet-Elektromotor ist, und einen Drehverdichtungsabschnitt aufweist, der durch den Permanentmagnet-Elektromotor über eine Kurbelwelle gedreht wird. Der Permanentmagnet-Elektromotor weist einen Stator, auf dem Magnetpolzähne für Wicklungen ausgebildet sind, und einen außerhalb des Stators angeordneten Permanentmagnet-Rotor auf. Der Permanentmagnet-Rotor weist einen auf dem Außenumfang befindlichen Rotorkern und einen harzgebundenen Permanentmagneten auf, der durch Spritzgießen auf dem Innenumfangsabschnitt des Rotorkerns montiert ist. Die Kurbelwelle ist am Rotorkern befestigt. Somit sind der Stator und der Rotor des Permanentmagnet-Elektromotors jeweils zueinander innen und außen angeordnet. Außerdem ist der Hermetikverdichter ein motorisch angetriebener Verdichter, der den Verdichtungsabschnitt und den Elektromotorabschnitt als eine Einheit aufweist.
-
Wenn die Wicklung des Stators mit Energie beaufschlagt wird, fließt entlang eines magnetischen Flusses, der von dem auf dem Innenumfang des Rotorkerns befindlichen Permanentmagneten gebildet wird, ein Strom. Dann werden der Permanentmagnet-Rotor und die am Permanentmagnet-Rotor befestigte Kurbelwelle gedreht. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, wird in dem Verdichtungsabschnitt ein Kühlmittelgas, das durch ein in dem hermetischen Gehäuse vorgesehenes Saugrohr eingesaugt wird, verdichtet und über ein Abgaberohr zur Außenseite des hermetischen Gehäuses abgegeben.
-
Gemäß der in der
JP 2006-180576 A offenbarten Technik sind auf dem Innenumfangsabschnitt des Rotorkerns Permanentmagnete vorgesehen und die Permanentmagnete sind derart angeordnet, dass die Nordpole und Südpole der Permanentmagnete in der Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd angeordnet sind. Wie in
12 gezeigt ist, haben Permanentmagnete
71 zum Beispiel eine Magnetanordnung radialer Orientierung. Gemäß dieser Anordnung sind in der Umfangsrichtung erste Magnete
71a, deren Innenumfangsfläche jeweils zum Nordpol magnetisiert ist und deren Außenumfangsflache jeweils zum Südpol magnetisiert ist, und zweite Magnete
71b, deren Innenumfangsfläche jeweils zum Südpol magnetisiert ist und deren Außenumfangsfläche jeweils zum Nordpol magnetisiert ist, abwechselnd angeordnet. In diesem Fall geht der von jedem auf dem Innenumfang befindlichen Nordpol ausgeübte Magnetfluss durch das Innere des Statorkerns
73, der innen von den Permanentmagneten
71 mit einem dazwischen ausgebildeten Spalt angeordnet ist. Der magnetische Fluss, der durch das Innere des Statorkerns
73 gegangen ist, bildet einen Strom magnetischen Flusses oder magnetische Kraftlinien zu den mit den Nordpolen benachbarten Südpolen hin. In den Permanentmagneten
71 werden der Strom magnetischen Flusses von den auf den Innenumfang der zweiten Magneten
71b befindlichen Südpolen zu den auf dem Außenumfang befindlichen Nordpolen hin und der Strom magnetischen Flusses von den auf den Außenumfang der ersten Magneten
71a befindlichen Südpolen zu den auf dem Innenumfang befindlichen Nordpolen hin gebildet. In dem Rotorkern
72 wird der Strom magnetischen Flusses von den Nordpolen zu den Südpolen gebildet. Auf diese Weise wird ein Kreislauf des magnetischen Flusses oder ein Magnetkreis gebildet, wenn der magnetische Fluss durch das Innere des Rotorkerns
72 geht. Somit können sich zum Beispiel in einem Fall, in dem der Rotorkern
72 nicht aus einem ferromagnetischen Körper wie einem Eisenmaterial gebildet ist, Motoreigenschaften, zum Beispiel die Drehmomenteigenschaften, verschlechtern, wenn sich die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagnet-Elektromotors ändern.
-
In dem motorisch angetriebenen Verdichter, in dem der Verdichtungsabschnitt und der Elektromotorabschnitt eine Einheit bilden, wird auf zum Beispiel der Drehwelle ein Ausgleichgewicht vorgesehen, um mit der Lastschwankung im Verdichtungsabschnitt zurechtzukommen. In dem Fall, dass das Ausgleichgewicht vorgesehen wird, ist jedoch ein Raum erforderlich, um das Ausgleichgewicht vorzusehen. Daher erhöht sich die Größe des motorisch angetriebenen Verdichters, was es weniger leicht machen kann, den motorisch angetriebenen Verdichter an zum Beispiel einem Fahrzeug zu montieren.
-
Um die Vergrößerung des motorisch angetriebenen Verdichters zu begrenzen, hat es Versuche gegeben, das Rotationsgleichgewicht des motorisch angetriebenen Verdichters zu erreichen, indem die Form des Rotorkerns im Elektromotorabschnitt geändert wird. Wenn jedoch die Form des Rotorkerns 72 geändert wird, kann es zu der folgenden Unzulänglichkeit kommen. Und zwar wird in einem Fall, in dem die Form des Rotorkerns 72 geändert wird, indem in dem Rotorkern 72 Löcher ausgebildet werden, in den Löchern kein Strom magnetischen Flusses gebildet und die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagnet-Elektromotors ändern sich auf unerwünschte Weise. Somit wird das erforderliche Drehmoment nicht erreicht. In einem Fall, in dem die Dicke des Rotorkerns teilweise geändert wird, ändern sich die magnetischen Eigenschaften auf unerwünschte Weise und tritt das gleiche Problem auf.
-
Es ist dementsprechend eine Zielsetzung der Erfindung, einen Elektromotor für einen motorisch angetriebenen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der dazu imstande ist, das Rotationsgleichgewicht in dem Elektromotor einzustellen, während eine Vergrößerung des motorisch angetriebenen Verdichters unterbunden wird.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Um die obige Zielsetzung zu erreichen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Elektromotor für einen motorisch angetriebenen Verdichter vorgesehen. Der Elektromotor weist einen an einem Gehäuse befestigten Stator und einen außerhalb des Stators angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist auf einer Drehwelle montiert, um sich als eine Einheit mit der Drehwelle zu drehen. Der Stator weist eine Vielzahl von Schlitzen und eine um die Schlitze gewickelte Statorwicklung auf. Der Rotor weist einen an der Drehwelle befestigten Drehträger, der sich als eine Einheit mit der Drehwelle dreht, und einen von dem Drehträger getragenen Magneten auf. Die Anordnung der Magnetpole des Magneten in der Umfangsrichtung ist ein Halbach-Array.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein motorisch angetriebener Verdichter vorgesehen, der ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse untergebrachten Verdichtungsmechanismus, eine Drehwelle, die Kraft von dem Verdichtungsmechanismus überträgt, und einen Elektromotor zum Drehen der Drehwelle aufweist. Der Elektromotor weist einen an dem Gehäuse befestigten Stator und einen außerhalb des Stators angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist auf der Drehwelle montiert, um sich als eine Einheit mit der Drehwelle zu drehen. Der Stator weist eine Vielzahl von Schlitzen und eine um die Schlitze gewickelte Statorwicklung auf. Der Rotor weist einen Drehträger, der an der Drehwelle befestigt ist, um sich als eine Einheit mit der Drehwelle zu drehen, und einen Magneten auf, der von dem Drehträger getragen wird. Die Anordnung der Magnetpole des Magneten in der Umfangsrichtung ist ein Halbach-Array.
-
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft das Prinzip der Erfindung darstellen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die Merkmale der Erfindung, die als neuartig angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung lässt sich zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten anhand der folgenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstehen, wobei die Zeichnungen Folgendes zeigen:
-
1 eine Längsschnittansicht, die den Gesamtaufbau eines motorisch angetriebenen Verdichters darstellt, der mit einem Elektromotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausgestattet ist;
-
2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1;
-
3 eine Perspektivansicht, die den Elektromotor von 1 darstellt;
-
4(a) eine Perspektivansicht, die die Anordnung von Magnetgruppen in dem Elektromotor von 1 darstellt;
-
4(b) die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe in der ersten Reihe in dem Elektromotor von 1;
-
4(c) die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe in der zweiten Reihe in dem Elektromotor von 1;
-
4(d) die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe in der dritten Reihe in dem Elektromotor von 1;
-
5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptabschnitts zur Erläuterung der Magnetisierungsrichtung und des Stroms magnetischen Flusses in dem Elektromotor von 1;
-
6 eine grafische Darstellung, die die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors von 1 zeigt;
-
7 eine Perspektivansicht, die einen Elektromotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
-
8 eine Perspektivansicht, die einen Elektromotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt;
-
9 eine linksseitige Ansicht des Elektromotors von 8;
-
10 eine schematische Längsschnittansicht zur Erläuterung einer Arbeitsweise des Elektromotors von 8;
-
11 eine Perspektivansicht, die den Aufbau des Magneten in einem Elektromotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel darstellt; und
-
12 eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptabschnitts zur Erläuterung des Stroms magnetischen Flusses in einem Elektromotor gemäß einer allgemeinen Technik.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
– Erstes Ausführungsbeispiel –
-
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird nun ein Elektromotor 15 für einen motorisch angetriebenen Verdichter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
-
1 ist eine Längsschnittansicht, die den Gesamtaufbau des motorisch angetriebenen Verdichters darstellt, der mit dem Elektromotor 15 ausgestattet ist. Die linke Seite in 1 wird als Vorderseite bezeichnet, und die rechte Seite in 1 wird als Hinterseite bezeichnet.
-
Ein Gehäuse des in 1 gezeigten motorisch angetriebenen Verdichters wird von einem vorderen Gehäuse 11 und einem hinteren Gehäuse 12 gebildet. Das vordere Gehäuse 11 und das hintere Gehäuse 12 sind miteinander mit einer dazwischen befindlichen Trennwand 13 verbunden und aneinander durch nicht dargestellte Schrauben festgemacht.
-
Die Trennwand 13 teilt einen hermetischen Raum in dem Gehäuse in einen vorderen Raum 30 und einen hinteren Raum 31. In dem vorderen Raum 30 befindet sich ein Drehverdichtungsabschnitt 14 zum Verdichten eines Kühlmittels. Der Drehverdichtungsabschnitt 14 weist zum Beispiel einen nicht dargestellten Schneckenverdichtungsmechanismus auf. Der Elektromotor 15 befindet sich in dem hinteren Raum 31. In dem hinteren Gehäuse 12 befindet sich ein Einlass 32 für ein Kühlmittelgas. In dem vorderen Gehäuse 11 befindet sich ein Auslass 33 für das von dem Drehverdichtungsabschnitt 14 verdichtete Kühlmittelgas. In der Trennwand 13 ist eine Öffnung 13A ausgebildet, die das Kühlmittelgas, das über den Einlass 32 in den hinteren Raum 31 eingeleitet wird, zum vorderen Raum 30 führt.
-
Am zentralen Abschnitt des hinteren Gehäuses 12 befindet sich eine Drehwelle 16 des motorisch angetriebenen Verdichters. Die Drehwelle 16 wird von einem in dem hinteren Gehäuse 12 befindlichen Lager 17 und einem in der Trennwand 13 befindlichen Lager 18 getragen, sodass sie frei drehbar ist. Die Drehwelle 16 ist in dem Drehverdichtungsabschnitt 14 an einen nicht dargestellten Verdichtungsmechanismus gekoppelt. Im Fall des Schneckenverdichtungsmechanismus ist die Drehwelle 16 zum Beispiel an eine bewegliche Schnecke gekoppelt.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist der Elektromotor 15 einen Statorkern 21 und einen Drehträger 22 auf. Der Drehträger 22 ist größtenteils außerhalb des Statorkerns 21 angeordnet, und der Drehträger 22 ist außerdem auf der Drehwelle 16 montiert, um sich als eine Einheit mit der Drehwelle 16 zu drehen. Der Statorkern 21 entspricht einem Stator des Elektromotors 15, und der Drehträger 22 entspricht einem Rotor.
-
Der Statorkern 21 hat eine Zylinderform. Auf dem Umfang des Statorkerns 21 sind in Umfangsrichtung in gleichen Abständen Schlitze 19 ausgebildet. In 2 ist die Anzahl der Schlitze 19 zwölf. Um die Schlitze 19 herum ist eine Statorwicklung 20 gewickelt. 2 zeigt nur die Statorwicklung 20 um einige der Schlitze 19 herum. Die Statorwicklung 20 wird durch verteilte Wicklung oder konzentrierte Wicklung gewickelt. An die Statorwicklung 20 wird dreiphasiger Wechselstrom angelegt. Der Statorkern 21 ist an einem Trägerelement 24 festgemacht, das so auf dem Innenumfang angeordnet ist, dass es von dem hinteren Gehäuse 12 getragen wird. Und zwar weist das Trägerelement 24 einen röhrenförmigen Abschnitt, durch den die Drehwelle 16 verläuft, und einen an dem hinteren Gehäuse 12 befestigten Abschnitt auf. Das Trägerelement 24 ist an dem hinteren Gehäuse 12 durch nicht dargestellte Schrauben befestigt. Zwischen dem Trägerelement 24 und der Drehwelle 16 ist ein Spalt ausgebildet.
-
Der Drehträger 22 ist becherförmig, das heißt ein Ende des Drehträgers 22 ist offen und das andere Ende des Drehträgers 22 ist geschlossen. Und zwar ist das hintere Ende des Drehträgers 22 offen, und das vordere Ende des Drehträgers 22 ist geschlossen. Der Drehträger 22 weist einen röhrenförmigen Nabenabschnitt 22A, einen Flanschabschnitt 22B und einen zylinderförmigen Abschnitt 22C auf. Der am zentralen Abschnitt des Drehträgers 22 befindliche Nabenabschnitt 22A ist fest auf die Drehwelle 16 gepasst. Der Flanschabschnitt 22B befindet sich auf dem vorderen Ende des Nabenabschnitts 22A. Der zylinderrohrförmige Abschnitt 22C verläuft vom Umfang des Flanschabschnitts 22B aus nach hinten. Und zwar befindet sich der zylinderförmige Abschnitt 22C des Drehträgers 22 außerhalb des Statorkerns 21, und der zylinderförmige Abschnitt 22C wird von der Drehwelle 16 über den Flanschabschnitt 22B und den Nabenabschnitt 22A getragen. Der Drehträger 22 ist aus Aluminium ausgebildet. Allerdings kann der Drehträger 22 auch aus einem anderen nichtmagnetischen Metall als Aluminium ausgebildet sein.
-
Wie in 3 gezeigt ist, ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 eine Vertiefung 25 ausgebildet. Die Vertiefung 25 hat in der Achsenrichtung der Drehwelle 16 eine vorbestimmte Breite. Die Vertiefung 25 wird ausgebildet, indem ein Teil des zylinderförmigen Abschnitts 22C um einen vorbestimmten Winkel in der Umfangsrichtung des Drehträgers 22 herausgeschnitten wird. In dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 ist ein rundes Durchgangsloch 26 ausgebildet. Die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26, die als Erleichterungsabschnitte dienen, sind maschinell bearbeitete Abschnitte zum Einstellen des Rotationsgleichgewichts des motorisch angetriebenen Verdichters. Und zwar tendiert die Rotation des Drehverdichtungsabschnitts 14 des motorisch angetriebenen Verdichters aufgrund von Lastschwankungen im Zusammenhang mit der Drehung dazu, nicht im Gleichgewicht zu sein. Die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26 werden in dem Elektromotor 15 ausgebildet, um das Rotationsungleichgewicht aufzuheben. Die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26 werden an Stellen ausgebildet, an denen sich die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26 bezüglich der Achse der Drehwelle 16 nicht in Axialsymmetrie befinden.
-
Wie in den 1 und 4(a) gezeigt ist, ist an der Innenumfangsfläche des zylinderförmigen Abschnitts 22C des Drehträgers 22 ein Magnetgruppenaufbau 23 festgemacht. Der Magnetgruppenaufbau 23 wird in der Achsenrichtung aus drei aufeinanderfolgenden Reihen gebildet. Eine ringförmige Magnetgruppe in einer ersten Reihe wird als Magnetgruppe 27 bezeichnet, eine ringförmige Magnetgruppe in einer zweiten Reihe wird als Magnetgruppe 28 bezeichnet, und eine ringförmige Magnetgruppe in einer dritten Reihe wird als Magnetgruppe 29 bezeichnet. Jede der Magnetgruppen 27, 28, 29 ist derart ausgebildet, dass in der Umfangsrichtung bogenförmige Magnetstücke 23A, bogenförmige Magnetstücke 23B und bogenförmige Magnetstücke 23C abwechselnd angeordnet sind.
-
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 2 die Magnetgruppe 29 beschrieben. Die Magnetgruppe 29 weist die bogenförmigen Magnetstücke 23A, 23B, 23C auf, die in einem Halbach-Array angeordnet sind. Die bogenförmigen Magnetstücke 23A, 23B, 23C sind in der Umfangsrichtung des Drehträgers 22 angeordnet. Wie in 5 gezeigt ist, sind die bogenförmigen Magnetstücke 23A ein bogenförmiges Magnetstück in dem Halbach-Array, das derart magnetisiert ist, dass die Mitte der Innenumfangsfläche ein Südpol ist. Jedes bogenförmige Magnetstück 23B ist ein bogenförmiges Magnetstück in dem Halbach-Array, das derart magnetisiert ist, dass die Endflächen in der Umfangsrichtung ein Nordpol und ein Südpol sind. Jedes bogenförmige Magnetstück 23C ist ein bogenförmiges Magnetstück in dem Halbach-Array, das derart magnetisiert ist, dass die Mitte der Innenumfangsfläche ein Nordpol ist. Jedes bogenförmige Magnetstück 23A liegt zwischen den bogenförmigen Magnetstücken 23B, deren Südpole einander zugewandt sind. Jedes bogenförmige Magnetstück 23C liegt zwischen den bogenförmigen Magnetstücken 23B, deren Nordpole einander zugewandt sind. In dem ersten Ausführungsbeispiel bilden acht bogenförmige Magnetstücke 23A, 23B, 23C die Magnetgruppe 29 in dem Halbach-Array. Die Magnetgruppen 27, 28 entsprechen der Magnetgruppe 29. Ein Magnet mit einem Halbach-Array bezieht sich auf einen Magneten, der derart magnetisiert ist, dass sich die Magnetisierungsrichtung in dem Magneten allmählich positionsabhängig ändert und sich der magnetische Fluss in dem Magneten in der Mitte der Magnetpole konzentriert.
-
Wie in den 4(b) bis 4(d) gezeigt ist, sind die Magnetgruppen 27, 28, 29 in einem Zustand angeordnet, in dem die Phase der Magnetpole in der Umfangsrichtung nacheinander um einen vorbestimmten Winkel α versetzt ist. Das Symbol α stellt einen Versatz oder den Winkel der Phase der Magnetpole dar. In einem Fall, in dem die Phase der Magnetpole der Magnetgruppe 27 in der in 4(b) gezeigten ersten Reihe als Bezug genommen wird, ist mit anderen Worten die Phase der Magnetpole der Magnetgruppe 28 in der in 4(c) gezeigten zweiten Reihe von der Vorderseite aus gesehen im Uhrzeigersinn um beispielsweise einen vorbestimmten Winkel α versetzt. Die Phase der Magnetpole der Magnetgruppe 29 in der in 4(d) gezeigten dritten Reihe ist im Uhrzeigersinn um den vorbestimmten Winkel 2α versetzt. Das heißt, dass die Phase der Magnetpole der Magnetgruppe 29 in der in 4(d) gezeigten dritten Reihe bezüglich der Phase der Magnetpole der Magnetgruppe 28 in der in 4(c) gezeigten zweiten Reihe im Uhrzeigersinn um den vorbestimmten Winkel α versetzt ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist α auf ungefähr 10° eingestellt.
-
Wie in den 1 und 5 gezeigt ist, ist zwischen der Innenumfangsfläche der Magnetgruppen 27, 28, 29 und der Außenumfangsfläche des Statorkerns 21 ein Spalt G ausgebildet.
-
Es wird nun die Arbeitsweise des wie oben beschrieben ausgebildeten Elektromotors 15 beschrieben.
-
Wie in 5 gezeigt ist, geht der magnetische Fluss, der von dem auf dem Innenumfang des bogenförmigen Magnetstücks 23C befindlichen Nordpol ausgeübt wird, durch den Statorkern 21, der über den Spalt G innen von der Magnetgruppe 29 angeordnet ist. Der magnetische Fluss bildet einen Strom magnetischen Flusses, das heißt magnetische Kraftlinien zu den Südpolen hin, die sich auf dem Innenumfang der bogenförmigen Magnetstücke 23A befinden. In jedem der bogenförmigen Magnetstücke 23A läuft der magnetische Fluss außerdem von dem Südpol, der sich auf dem Innenumfang des bogenförmigen Magnetstücks 23A befindet, zu dem Nordpol, der sich auf dem Außenumfang des bogenförmigen Magnetstücks 23A befindet. In jedem der bogenförmigen Magnetstücke 23B läuft der magnetische Fluss außerdem von dem Südpol an der Endfläche des bogenförmigen Magnetstücks 23B zum Nordpol an der Endfläche des bogenförmigen Magnetstücks 23B hin. In jedem der bogenförmigen Magnetstücke 23C läuft der magnetische Fluss außerdem von dem Südpol, der sich auf dem Außenumfang des bogenförmigen Magnetstücks 23C befindet, zum Nordpol hin, der sich auf dem Innenumfang des bogenförmigen Magnetstücks 23C befindet.
-
Indem die in dem Halbach-Array angeordnete Magnetgruppe 29 verwendet wird, läuft der von dem Nordpol ausgeübte magnetische Fluss durch den Statorkern 21 gehend zu den benachbarten Südpolen hin und fließt direkt von den Südpolen der bogenförmigen Magnetstücke 23A innerhalb der bogenförmigen Magnetstücke 23A, 23B, 23C zu den Nordpolen der bogenförmigen Magnetstücke 23C hin. Somit bildet der magnetische Fluss einen Magnetflusskreislauf, das heißt einen Magnetkreis, der kaum durch den zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 geht. Die Statorwicklung 20 ist um die Schlitze 19 des Statorkerns 21 gewickelt, so dass sie mit dem magnetischen Fluss verknüpft ist. Da in der wie oben beschrieben gewickelten Statorwicklung 20 Strom fließt, wird auf den Drehträger 22 eine Kraft aufgebracht. Dadurch drehen sich der Drehträger 22 und die Drehwelle 16.
-
Da der Strom magnetischen Flusses in dem Elektromotor 15 somit trotz der in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C ausgebildeten Vertiefung 25 nicht beeinträchtigt wird, ändern sich die Motoreigenschaften, zum Beispiel die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors 15, nicht. Daher kann neben dem in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 ausgebildeten Durchgangsloch 26 in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 die Vertiefung 25 ausgebildet werden. Das Ausbilden des Durchgangslochs 26 und der Vertiefung 25 erlaubt es, in dem Elektromotor 15 das Rotationsgleichgewicht des motorisch angetriebenen Verdichters einzustellen.
-
Da das Ausbilden der Vertiefung 25 und des Durchgangslochs 26 in dem Drehträger 22 erlaubt, das Rotationsgleichgewicht einzustellen, ist es nicht nötig, auf zum Beispiel der Drehwelle 16 ein Ausgleichgewicht anzuordnen. Dies unterbindet, dass sich die Größe des motorisch angetriebenen Verdichters erhöht.
-
Darüber hinaus kann der Drehträger 22 ausgebildet werden, ohne einen ferromagnetischen Körper wie ein Eisenmaterial zu verwenden. Der Drehträger 22 kann aus einem nichtmagnetischen Metall wie Aluminium ausgebildet sein. Aluminium hat unter den nichtmagnetischen Metallen insbesondere Festigkeit und eine geringe relative Dichte. Somit verringert die Verwendung von Aluminium das Gewicht des Elektromotors 15 und das Trägheitsmoment im Zusammenhang mit der Drehung.
-
6 ist eine grafische Darstellung, die die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors 15 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Die horizontale Achse stellt einen Drehwinkel (°) dar, und die vertikale Achse stellt ein Drehmoment (beliebige Einheit) dar. Die durchgezogene Linie T1 zeigt die Drehmomenteigenschaften des Aufbaus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das heißt des Aufbaus, in dem die Magnetgruppen 27, 28, 29 in der Achsenrichtung nacheinander in drei Reihen angeordnet sind und die Phasen der Magnetpole in der Umfangsrichtung um den vorbestimmten Winkel α versetzt sind. Die Strichellinie T2 zeigt als ein Vergleichsbeispiel die Drehmomenteigenschaften des Aufbaus, in dem die Magnetgruppen 27, 28, 29 nacheinander in der Achsenrichtung in drei Reihen angeordnet sind und die Phasen der Magnetpole in der Umfangsrichtung nicht versetzt sind.
-
Gemäß der Strichellinie T2 als Vergleichsbeispiel ist der Maximalwert des Drehmoments groß, doch ist auch die Drehmomentwelligkeit groß. Somit ist in diesem Vergleichsbeispiel eine Verschlechterung der Geräusch- und Schwingungseigenschaften (NV-Eigenschaften) des Elektromotors zu erwarten. Gemäß der durchgezogenen Linie T1 wird die Drehmomentwelligkeit deutlich verringert. Die Drehmomentwelligkeit ist ein Schwankungsbereich des Drehmoments, wenn sich der Motor dreht.
-
Somit verbessern sich die NV-Eigenschaften des Elektromotors 15, wenn für den Drehträger 22 Aluminium verwendet wird, die Magnetgruppen 27, 28, 29 in dem Halbach-Array in der Achsenrichtung nacheinander in drei Reihen angeordnet werden und die Magnetgruppen 27, 28, 29 in einem Zustand angeordnet werden, in dem die Phasen der Magnetpole in der Umfangsrichtung um den vorbestimmten Winkel α versetzt sind.
-
Der Magnetgruppenaufbau 23 wird ausgebildet, indem nacheinander die drei Magnetgruppen 27, 28, 29 in drei Reihen angeordnet werden. Somit verringert eine kleine Anzahl Magnete wirksam die Drehmomentwelligkeit. Der vorbestimmte Winkel α wird beruhend auf der Anzahl der Magnetpole und der Anzahl der Schlitze bestimmt. In einem Fall, in dem zum Beispiel die Anzahl der Magnetpole vier beträgt und die Anzahl der Schlitze 12 beträgt, ist wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Einstellung auf α ≈ 10° geeignet. Das heißt, dass die Drehmomentwelligkeit minimiert wird, wenn die Magnetgruppen 27, 28, 29 nacheinander derart in drei Reihen angeordnet werden, dass die Phasen um 10° versetzt sind. Und zwar werden die Magnetgruppe 27 und die Magnetgruppe 28 derart angeordnet, dass die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe 27 und der Magnetgruppe 28 um 10° versetzt sind. Darüber hinaus werden die Magnetgruppe 28 und die Magnetgruppe 29 derart angeordnet, dass die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe 28 und der Magnetgruppe 29 um 10° versetzt sind. Das heißt, dass sich die Magnetgruppe 27 und die Magnetgruppe 29 in einem solchen Lagezusammenhang befinden, dass die Phasen der Magnetpole der Magnetgruppe 27 und der Magnetgruppe 29 um 20° versetzt sind.
-
Im Fall eines Motors mit 6 Polen und 18 Schlitzen ist α ≈ 6,7° geeignet. In einem Zustand, in dem die Magnetgruppen 27, 28, 29 derart in drei aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sind, dass die Phasen um 6,7° versetzt sind, wird die Drehmomentwelligkeit minimiert. Im Fall eines Motors mit 8 Polen und 12 Schlitzen ist α ≈ 5° geeignet. In einem Zustand, in dem die Magnetgruppen 27, 28, 29 derart in drei aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sind, dass die Phasen um 5° versetzt sind, wird die Drehmomentwelligkeit minimiert.
-
Der Elektromotor 15 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
- (1) Da die Anordnung der Magnetpole des Magnetgruppenaufbaus 23 in der Umfangsrichtung ein Halbach-Array ist, geht der magnetische Fluss kaum in das Innere des Drehträgers 22. Daher werden die magnetischen Eigenschaften des Elektromotors 15 selbst in einem Fall, in dem das Rotationsgleichgewicht des Verdichters eingestellt wird, indem die Form des Drehträgers 22 geändert wird, kaum beeinträchtigt und die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors 15 ändern sich kaum. Somit wird das Rotationsgleichgewicht in dem Elektromotor 15 eingestellt, während die Größe des motorisch angetriebenen Verdichters begrenzt wird. Der Drehträger 22 ist aus Aluminium ausgebildet, das ein nichtmagnetisches Metall ist. Verglichen mit einem Fall, in dem der Drehträger 22 aus einem ferromagnetischen Körper ausgebildet ist, ist der Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des Elektromotors 15 auch dann, wenn die Form des Drehträgers geändert wird, drastisch geringer. Daher können das Durchgangsloch 26 in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 und die Vertiefung 25 in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 ausgebildet werden. Das Rotationsgleichgewicht des motorisch angetriebenen Verdichters wird in dem Elektromotor 15 durch Ausbilden des Durchgangslochs 26 und der Vertiefung 25 eingestellt.
- (2) Das Rotationsgleichgewicht wird eingestellt, indem in dem Drehträger 22 die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26 ausgebildet werden. Es ist daher nicht nötig, auf zum Beispiel der Drehwelle 16 ein Ausgleichgewicht anzuordnen, und eine Vergrößerung des motorisch angetriebenen Verdichters wird unterbunden. Obwohl das Durchgangsloch 26 in dem Drehträger 22 ausgebildet ist, werden die magnetischen Eigenschaften des Elektromotors 15 nicht beeinträchtigt. In einem Fall, in dem als Permanentmagnet ein gebundener Magnet eingesetzt wird, in dem ein pulverförmiger Magnetkörper mit Harz verfestigt wird, wird, falls das Durchgangsloch 26 in dem zylinderförmigen Abschnitt 22c ausgebildet ist, ein Teil des Magnets nicht begrenzt und kann sich durch Zentrifugalkraft radial nach außen verformen. Allerdings tritt ein solches Problem nicht auf, wenn in dem zylinderförmigen Abschnitt 22c die Vertiefung 25 ausgebildet wird.
- (3) Der Drehträger 22 muss nicht aus einem ferromagnetischen Körper wie einem Eisenmaterial ausgebildet sein. Der Drehträger 22 kann aus einem nichtmagnetischen Metall wie Aluminium ausgebildet sein. Aluminium hat unter den nichtmagnetischen Metallen insbesondere Festigkeit und eine geringe relative Dichte. Die Verwendung eines nichtmagnetischen Metalls wie Aluminium verringert somit das Gewicht des Elektromotors 15 und das Trägheitsmoment im Zusammenhang mit der Drehung.
- (4) Die Drehmomentwelligkeit wird deutlich verringert, wenn für den Drehträger 22 Aluminium verwendet wird, die Magnetgruppen 27, 28, 29 in dem Halbach-Array in der Achsenrichtung in drei Reihen angeordnet werden und die Magnetgruppen 27, 28, 29 in einem Zustand angeordnet werden, in dem die Phasen der Magnetpole in der Umfangsrichtung um den vorbestimmten Winkel α versetzt sind. Somit werden die NV-Eigenschaften des Elektromotors 15 verbessert.
- (5) Der Magnetgruppenaufbau 23 wird ausgebildet, indem die drei Magnetgruppen 27, 28, 29 nacheinander in drei Reihen angeordnet werden. Somit verringert eine geringe Anzahl Magnete wirksam die Drehmomentwelligkeit.
- (6) Da das Durchgangsloch 26 dem Kühlmittel erlaubt, leicht durch den Elektromotor 15 zu gehen, wird die Kühlleistung des Statorkerns 21 verbessert. Das Kühlmittel geht durch den Spalt G zwischen dem Statorkern 21 und dem Drehträger 22 hindurch.
-
– Zweites Ausführungsbeispiel –
-
Unter Bezugnahme auf 7 wird nun ein Elektromotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Form des Drehträgers 22 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geändert, während der übrige Aufbau der gleiche bleibt.
-
Aus Darstellungsgründen werden einige Bezugszahlen, die in der vorstehenden Beschreibung verwendet wurden, gemeinsam verwendet. Die Beschreibung des Aufbaus, der mit dem des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam ist, wird weggelassen, und es werden nur Abwandlungen beschrieben.
-
Wie in 7 gezeigt ist, sind in einem Elektromotor 40 des zweiten Ausführungsbeispiels wie im ersten Ausführungsbeispiel in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 die Vertiefung 25 und in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 das Durchgangsloch 26 ausgebildet. In der Vertiefung 25 und dem Durchgangsloch 26 sind Messingelemente eingebettet. Und zwar ist in der Vertiefung 25 ein bogenförmiges erstes Element 41 aus Messing und in dem Durchgangsloch 26 ein kreisplattenförmiges zweites Element 42 aus Messing eingebettet. Das erste Element 41 und das zweite Element 42 sind Ausgleicher zum Einstellen des Rotationsgleichgewichts.
-
Da der übrige Aufbau dem des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, werden die Erläuterungen weggelassen.
-
In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind in der Vertiefung 25 und dem Durchgangsloch 26 jeweils das erste Element 41 und das zweite Element 42 aus Messing eingebettet. Das erste Element 41 und das zweite Element 42 sind aus einem nichtmagnetischen Metall ausgebildet, das von Aluminium verschieden ist, das das Material des Drehträgers 22 ist. Verglichen mit einem Fall, in dem nur die Vertiefung 25 und/oder das Durchgangsloch 26 ausgebildet werden/wird, lässt sich das Rotationsgleichgewicht noch leichter verbessern. Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung, und die relative Dichte von Messing ist unter den nichtmagnetischen Metallen groß. Da das Rotationsgleichgewicht des motorisch angetriebenen Verdichters leichter verbessert wird, kann der motorisch angetriebene Verdichter auf eine größere Lastschwankung in dem Drehverdichtungsabschnitt 14 reagieren. Außerdem gleichen das erste Element 41 und das zweite Element 42 die Abnahme der Steifheit des Drehträgers 22 aus, die durch das Vorsehen der Vertiefung 25 und des Durchgangslochs 26 hervorgerufen wird.
-
Die übrige Arbeitsweise und die Vorteile sind die gleichen wie in (1) bis (5) im ersten Ausführungsbeispiel.
-
- Drittes Ausführungsbeispiel –
-
Unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 wird nun ein Elektromotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
In dem dritten Ausführungsbeispiel sind in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 des ersten Ausführungsbeispiels Durchgangslöcher ausgebildet, und der übrige Aufbau ist gleich.
-
Aus Darstellungsgründen werden einige der Bezugszahlen, die in der vorstehenden Beschreibung verwendet wurden, gemeinsam verwendet. Die Beschreibung des Aufbaus, der mit dem des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam ist, wird weggelassen, und es werden nur Abwandlungen beschrieben.
-
Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, sind in einem Elektromotor 50 des dritten Ausführungsbeispiels in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 Durchgangslöcher 51 ausgebildet. In der Umfangsrichtung sind in gleichen Abständen, das heißt in Abständen von 90°, vier Durchgangslöcher 51 ausgebildet. In 9 sind die radiale Lage und die Größe der Durchgangslöcher 51 derart festgelegt, dass durch jedes der Durchgangslöcher 51 hindurch ein Teil des Spalts G gesehen werden kann.
-
Da der übrige Aufbau dem des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, werden die Erläuterungen weggelassen.
-
Unter Verwendung von 10 wird nun die Arbeitsweise des wie oben beschrieben ausgebildeten Elektromotors 50 beschrieben.
-
Zwischen der Innenumfangsfläche der Magnetgruppen 27, 28, 29 des Elektromotors 50 in der Außenumfangsfläche des Statorkerns 21 ist der Spalt G ausgebildet. Das durch den Einlass 32 eingesaugte Kühlmittelgas geht, wie durch die Pfeile K in 10 gezeigt ist, weiter durch den Spalt G. Das Kühlmittelgas wird dann über die Durchgangslöcher 51 in den Drehverdichtungsabschnitt 14 abgegeben.
-
Indem die Durchgangslöcher 51 ausgebildet werden, geht das Kühlmittelgas auf diese Weise leichter durch den Spalt G, und der Statorkern 21 wird gekühlt. Somit kann eine Temperaturerhöhung des Statorkerns 21 unterbunden werden, ohne die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors 50 zu ändern.
-
Die übrige Arbeitsweise und die Vorteile sind die gleichen wie in (3) bis (5) des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung abgewandelt werden. Zum Beispiel kann die Erfindung mit den folgenden Abwandlungen ausgeführt werden.
-
Im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ist der Drehträger 22 aus Aluminium ausgebildet. Allerdings kann auch ein anderes nichtmagnetisches Metall als Aluminium verwendet werden.
-
Im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel sind die Magnetgruppen 27, 28, 29 in dem Halbach-Array nacheinander in drei Reihen und in einem Zustand angeordnet, in dem die Phasen der Magnetpole in der Umfangsrichtung um den vorbestimmten Winkel α versetzt sind. Allerdings kann, wie in 11 gezeigt ist, auch ein einzelner zylinderförmiger Magnet 61 verwendet werden, der derart ausgebildet ist, dass die Anordnung der Magnetpole in der Umfangsrichtung das Halbach-Array ist. Der zylinderförmige Magnet 61 ist derart magnetisiert, dass die Phase der Magnetpole bezüglich der Achsenrichtung der Drehwelle 16 spiralförmig versetzt ist. In diesem Fall ist es unnötig, in der Achsenrichtung mehrere Magnetgruppen nacheinander anzuordnen, und die Montage ist einfach.
-
Im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel werden die Magnetgruppen 27, 28, 29 angeordnet, indem die bogenförmigen Magnetstücke 23A, 23B, 23C in dem Halbach-Array in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet werden. Allerdings können die Magnetgruppen 27, 28, 29 auch durch einen einzelnen zylinderförmigen Magneten in dem Halbach-Array ausgebildet werden. Zum Beispiel kann der zylinderförmige Magnet ein gebundener Magnet sein, der durch Verfestigen eines pulverförmigen Magnetkörpers mit Harz ausgebildet wird. Da die Steifheit des gebundenen Magneten gering ist, ist es, falls in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C ein Durchgangsloch ausgebildet wird, notwendig, den Magneten derart auszubilden, dass sich der Teil des Magneten, der den zylinderförmigen Abschnitt 22C berührt, nicht durch eine Zentrifugalkraft radial nach außen verformt, da dieser Teil des Magneten nicht begrenzt wird. Allerdings tritt ein solches Problem nicht mit der Vertiefung auf.
-
Im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 und in dem Flanschabschnitt 22B des Drehträgers 22 jeweils genau eine Vertiefung 25 und genau ein Durchgangsloch 26 ausgebildet. Allerdings können auch zwei oder mehr Vertiefungen oder zwei oder mehr Durchgangslöcher ausgebildet werden. Es können auch nur die Vertiefungen oder nur die Durchgangslöcher ausgebildet werden. Die Vertiefung 25 und das Durchgangsloch 26 können jede beliebige Form haben.
-
Im ersten bis zweiten Ausführungsbeispiel ist in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C des Drehträgers 22 die Vertiefung 25 ausgebildet. Allerdings kann in dem zylinderförmigen Abschnitt 22C anstelle der Vertiefung 25 auch ein Durchgangsloch ausgebildet werden.
-
Im zweiten Ausführungsbeispiel sind in der Vertiefung 25 und dem Durchgangsloch 26 jeweils des erste Element 41 und das zweite Element 42 aus Messing eingebettet. Allerdings können das erste Element 41 und das zweite Element 42 auch aus einem beliebigen anderen nichtmagnetischen Metall als Messing ausgebildet sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2006-180576 A [0002, 0004]
