JP2002112472A

JP2002112472A - モータ及びそれを用いた圧縮機及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002112472A
Application number: JP2000296284A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Asano; 能成浅野; Naoaki Morino; 修明森野; Hisakazu Kataoka; 久和片岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】エアコンや冷蔵庫の圧縮機等に使用される集
中巻のモータにおいてキャリア周波数付近の音を低減さ
せることを目的とする。【解決手段】ティース１２のそれぞれの内周部のロー
タ回転中心からの距離が、軸方向に、少なくとも２通り
以上の値を有するものであり、同一ティース１２であっ
ても、積厚方向に異なるエアギャップを有するため磁気
吸引力の大きさが異なり、積厚方向で振動量が異なるた
め、振動を抑制する効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本件発明は、集中巻モータの
構造に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術について図７を用いて説明す
る。

【０００３】従来の、エアコンや冷蔵庫の圧縮機等に使
用される集中巻のモータは図７に示すように、ステータ
６０とロータ８０からなり、ステータ６０はステータコ
ア６１に設けられた６本のティース６２に、絶縁物（絶
縁フィルム、インシュレータ等：図示せず）を介して直
接３相巻線を施してなる。

【０００４】ステータコア６１は巻線が施されているテ
ィース本体部６４と、ロータ外周に面し、前記ティース
本体部６４の先端に、通常ティース本体部６４より幅広
に配置されたティース先端部６５と、前記ティース本体
部６４の外周部をつなぐ略環状のヨーク部６６からな
る。

【０００５】ロータ８０は、ロータコア８１内部に設け
られた永久磁石埋設用孔８８に永久磁石８２を埋設して
なり、軸方向の両端に端板（図示せず）を配し、リベッ
トピン（図示せず）を通し、かしめることで固定されて
いる。

【０００６】ロータ８０はステータコア６１に施された
巻線に流れる電流による回転磁界によって、シャフト８
４を中心にして回転している。

【０００７】巻線は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相であり、互い
に星型結線されており、同時に３相中の２相が通電して
駆動される１２０°矩形波通電である。また、印加電圧
はキャリア周波数を２０ｋＨｚ以下のＰＷＭ制御によっ
て変化させられる。

【０００８】ステータコア６１の外周には、切り欠き６
７を有する。これは、ステータ６０が圧縮機のシェル
（図示せず）に焼きバメ圧入された時、圧縮機のシェル
とステータコア６１との間に貫通孔を有することにな
り、冷媒の通路となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】Ｕ相からＶ相に向かっ
て電流が流れているとき、Ｕ相巻線を施したティースが
Ｎ極（またはＳ極）、Ｖ相巻線を施したティースがＳ極
（またはＮ極）である。Ｗ相は極性を有さない。このと
き、Ｎ極からＳ極に磁束が流れるため、Ｕ相巻線を施し
たティースとＶ相巻線を施したティースは先端部におい
て互いに引き合う。このとき、Ｕ相巻線を施したティー
スとＶ相巻線を施したティースが互いに引き合う方向に
ティースに応力がかかり、その力がヨーク部に伝わり、
ヨーク部を主として振動させている。

【００１０】この力はＰＷＭ駆動の場合、キャリア周波
数によって加振させられる。

【００１１】これにより分布巻と比較して集中巻は、ヨ
ークの円環振動（楕円振動）が発生しやすく、キャリア
周波数付近の音が増大する可能性がある。特に４極のモ
ータの場合は、１８０度対称位置の２箇所に上記のよう
な力が集中するため、特に楕円振動が発生しやすく、音
となりやすい。

【００１２】対策として、ステータとロータの間のエア
ギャップを大きくする方法があるが、パーミアンス係数
が低下し磁束量が減少するため、電流が増加し効率が低
下するという課題があった。

【００１３】本発明はこの電磁騒音を、モータ特性を犠
牲にすることなく、可能な限り低減させることを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、ティースのそれぞれの内周部のロ
ータ回転中心からの距離が、軸方向に、少なくとも２通
り以上の値を有するものであり、同一ティースであって
も、積厚方向に異なるエアギャップを有するため磁気吸
引力の大きさが異なり、積厚方向で振動量が異なるた
め、振動を抑制する効果を有する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、環状ヨークと複数のティースにより構成されるステ
ータコアシートを積層してなるステータコアのティース
に絶縁物を介して直接巻線を施されたステータと、前記
ティースに対向するように回転自在に支持されたロータ
を有するモータにおいて、前記ティースのそれぞれの内
周部のロータ回転中心からの距離が、軸方向に、少なく
とも２通り以上の値を有するモータであり、軸方向でス
テータ内周部を加振する力が異なるため、円環振動を抑
制し、騒音を低減することができる。

【００１６】本発明の請求項２に記載の発明は、ｍ個の
ティースの内周部のロータ回転中心からの距離が、少な
くとも２通り以上の値を有する請求項１記載のモータで
あり、同一のステータコアシート内でそれぞれのティー
スに働く加振力が異なるため、円環振動モードがくず
れ、振動を低減することができる。

【００１７】本発明の請求項３に記載の発明は、ステー
タコアを形成するそれぞれのステータコアシートにおい
て、少なくとも１８０°対称位置にあるティースの内周
部のロータ中心からの距離は互いに異なる値をとる請求
項２記載のモータであり、特に楕円の円環モードが発生
しにくくなり、騒音を低減することができる。

【００１８】本発明の請求項４に記載の発明は、ｍ個の
ティースのうちのそれぞれのティースにおいて、ティー
ス内周部のロータ回転中心からの距離の全積厚方向の平
均値が、ｍ個のティース全てにおいて略同一である請求
項２または請求項３記載のモータであり、ロータ回転軸
に働く加振力が各ティースでバランスがとれ、釣り合い
がとれるため、特定の方向に力が働くことによるアンバ
ランス振動を防ぐことができる。

【００１９】本発明の請求項５に記載の発明は、それぞ
れのティースの内周部のロータ回転中心からの距離の軸
方向配置が、積厚の中心面に対して面対称である請求項
４記載のモータであり、ロータ回転軸が正規の軸から傾
くことなく、アンバランス振動を防ぐことができる。

【００２０】本発明の請求項６に記載の発明は、ｍが偶
数であるとき、ティースの内周部のロータ回転中心から
の距離が２通りあり、積厚をＬとしたとき、両側からＬ
／４の範囲において、少なくともティースの内周部のロ
ータ回転中心からの距離が軸方向で等しく、残りの積
厚、すなわち、軸方向の中央部Ｌ／２の範囲において、
ティースの内周部のロータ回転中心からの距離が他の部
分と異なる値をとる請求項５記載のモータであり、ステ
ータコアの種類を最小限にでき、生産性が向上する。

【００２１】本発明の請求項７に記載の発明は、ティー
スがｍ個である時、ロータは永久磁石を有し、その極数
は（２／３）ｍであり、ステータには星型結線の３相巻
線が施され、３相中２相が通電される１２０°矩形波通
電により駆動される、請求項１から請求項６のいずれか
に記載のモータであり、特にステータを加振する力が大
きくなるため、本発明を用いることで、騒音低減と高効
率化を両立させることができる。

【００２２】本発明の請求項８に記載の発明は、キャリ
ア周波数が２０ｋＨｚ以下のＰＷＭ駆動であることを特
徴とする請求項７記載のモータであって、円環振動を発
生させやすい加振力が含まれているにもかかわらず、騒
音低減と高効率化を両立させることができる。

【００２３】本発明の請求項９に記載の発明は、ステー
タコアが全て略同一のパターンのステータコアシートか
らなり、ステータコアシートを必要に応じて（３６０°
／ｍ）毎に回転しながら（ｍはティースの数）積層し
て、ステータコアを形成する請求項１から請求項８のい
ずれかに記載のモータの製造方法であり、ステータコア
シートの金型が１通りでよく、設備が小さくなる。

【００２４】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項１から請求項９のいずれかに記載のモータを搭載し、
かつ、ステータをシェルに焼バメ圧入してなる圧縮機で
あり、ステータコア形状にて低振動化が実現できるた
め、冷媒や冷凍機油との影響によりごみや劣化の可能性
がなく、騒音低減を実現することができる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施例におけるモータ
の斜視図である。

【００２７】図２は、本発明の一実施例におけるモータ
の平面図である。

【００２８】図３は、本発明の一実施例におけるモータ
の縦断面図である。

【００２９】図４は、本発明の一実施例におけるモータ
のステータコアシートの図である。

【００３０】図５は、本発明の一実施例における圧縮機
の横断面図である。

【００３１】これらの図は、巻線及び巻線とステータコ
アとを絶縁する絶縁フィルム等は省略している。また、
ロータの端板や保持するためのリベットピン等も省略し
てある。

【００３２】ロータについては、従来の技術において説
明した内容と同一であり、同一の記号を付して説明を省
略する。

【００３３】エアコンや冷蔵庫の圧縮機等に使用される
集中巻のモータはステータ１０とロータ８０からなり、
ステータ１０はステータコア１１に設けられた６本のテ
ィース１２に、絶縁物（絶縁フィルム、インシュレータ
等／図示せず）を介して直接３相巻線を施してなる。

【００３４】ステータコア１１は巻線が施されているテ
ィース本体部１４と、ロータ外周に面し、前記ティース
本体部の先端に、通常ティース本体部より幅広に配置さ
れたティース先端部１５と、前記ティース本体部の外周
部をつなぐ略環状のヨーク部１６からなる。

【００３５】ロータ極数は４、ステータスロット数が６
の永久磁石埋込型モータである。埋込磁石型において
は、インダクタンスが大きくなるため、同一電流におけ
る磁束量が増加し、加振力が増加する傾向にある。さら
に、永久磁石を希土類磁石（ネオジ−鉄−ボロン系）を
用いた場合、保磁力が大きいため、加振力がさらに増加
する。

【００３６】３相巻線は、互いにスター結線されてお
り、同時に３相中の２相が通電して駆動される１２０°
矩形波通電である。ここで、３相中１相を常に無通電と
することにより、誘起電圧の検出を可能とし、センサレ
ス制御が可能である。上記駆動方式は、ホール素子等の
センサをモータに具備する必要がなく、冷媒や冷凍機油
に曝され高温で運転される圧縮機等に好適である。しか
し、矩形波通電であると、通電の入り切り時には、巻線
に流れる電流が短時間に大きく変化するため、ここで大
きな加振力となる。特に、集中巻では、１本のティース
に集中されて１つの相のみの巻線が施されているため、
電流の入り切りがそのままティースに発生する磁束の変
化に影響し、振動及び騒音が特に顕著となる。

【００３７】また、印加電圧はキャリア周波数を２０ｋ
Ｈｚ以下のＰＷＭ制御によって変化させられる。キャリ
ア周波数は小さいほどスイッチング損失が小さくなり、
モータの回路込み効率が高くなる。通常、２ｋＨｚ以上
１０ｋＨｚ以下といった範囲で設定されることが多い
が、２０ｋＨｚ以下であると、可聴周波数領域となるの
で、キャリア周波数による騒音が聞こえることになる。
特に、デューティー比が小さくなる低負荷運転時におい
ては、キャリア周波数による騒音が顕著となる。エアコ
ンや冷蔵庫の圧縮機の場合、安定運転時の負荷は年々減
少しており（エアコンの場合は室内の断熱性の向上、冷
蔵庫の場合庫内の断熱性の向上による）、安定運転時の
デューティー比は低下している。

【００３８】ステータコアシート２１ａ、２１ｂは２種
類あり、それぞれ、厚みの異なるティース先端部１５
ａ、１５ｂを交互に有する。ティース先端部１５ａ、１
５ｂの内周部のロータ回転中心からの距離はそれぞれｒ
１、ｒ２であり、ｒ１＞ｒ２の関係がある。２種類のス
テータコアシート２１ａ、２１ｂが、ある一定の厚みを
もって交互に積層され、結果として、それぞれのティー
スを軸方向にみると、内周部のロータ回転中心からの距
離がｒ１とｒ２の２通りの値をとることになる。ロータ
の外周部の半径をｒ３とすると、エアギャップの値は、
ｒ１−ｒ３とｒ２−ｒ３の２通りとることになり、ｒ１
−ｒ３＞ｒ２−ｒ３となる。

【００３９】これにより、まず、それぞれのティースに
ついて、軸方向にエアギャップの値が異なるため、それ
ぞれに働く加振力が異なり、振動モードが異なる。従っ
て、振動を抑制することができ、騒音を低減できる。ま
た、１つのステータコアシート内で見れば、エアギャッ
プがティース毎に２通りの値をとるため、円環振動の形
状がくずれ、振動しにくくなる。

【００４０】また、１８０°対称位置にあるティースの
内周部のロータ中心からの距離、すなわちエアギャップ
の大きさが異なるようにしてある。これにより、１８０
°対称位置にあるティースの内周部を同時に大きく加振
することがなく、円環振動モード、特に楕円モードを発
生させにくくしている。通常、家庭用のエアコンや冷蔵
庫に用いられるようなステータの楕円振動モードの固有
振動数は、１．５ｋＨｚ〜５ｋＨｚの範囲内であり、こ
の範囲内にキャリア周波数を設定する場合、特に有効で
ある。

【００４１】このとき、１つのステータコアシート内で
見れば、隣接するティース同士が異なるエアギャップを
とるようにしてあり、それぞれ、１２０°毎の等間隔と
しているため、１枚のステータコアシート内部で、エア
ギャップに働く力は互いにバランスし、特定の方向に力
が加わることがない。仮に、ここで、隣接する３つのテ
ィースのエアギャップをｒ１−ｒ３とし、残りの隣接す
る３つのティースのエアギャップをｒ２−ｒ３とする
と、エアギャップの小さいティースの集中する方向にロ
ータは吸引され、アンバランス振動を発生させるおそれ
がある。

【００４２】また、２種類のステータコアシート２１
ａ、２１ｂは、一方を６０°回転させれば互いに同一形
状であるため、同一形状のステータコアシートを回転さ
せながら積層すれば、ステータコアの金型を簡略化する
ことができる。

【００４３】２種類のステータコアシート２１ａ、２１
ｂは、積厚をＬとすると、片端からＬ／４の厚みにおい
てステータコアシート２１ａ（図４の（ａ））を、次の
Ｌ／２の厚みにおいてステータコアシート２１ｂ（図４
の（ｂ））を、残りのＬ／４の厚みにおいてステータコ
アシート２１ａ（図４の（ａ））を配置している。これ
により、それぞれのティースについて、積層の中心面Ｓ
ｃに対してエアギャップの大きさの軸方向配置が面対称
とすることができる。本構成により、ロータ回転軸が、
正規の軸から倒れることがない。仮に、面対称ではなか
ったとすると、例えば、あるティースについて、積厚方
向の一方においてエアギャップが小さく、他方において
エアギャップが大きいとすると、エアギャップが小さい
方が磁気吸引力が大きいため、エアギャップの小さいほ
うにロータの回転軸が倒れようとすることにより、アン
バランス振動を発生させることになる。

【００４４】さらに、それぞれのティースについて、テ
ィース内周部のロータ回転中心からの距離の全積厚にお
ける平均値が、６個のティースで同一になる。この例に
おいては、（ｒ１＋ｒ２）／２となる。これにより、６
個全てのティースにおいて、平均のエアギャップ長も
（ｒ１＋ｒ２）／２−ｒ３となり、特定の一方にロータ
が吸引され、アンバランス振動を発生することを防止す
ることができる。

【００４５】モータをシェル３１に焼きバメ圧入してな
る圧縮機の場合、ステータコアの振動がそのままシェル
に伝わるため、ステータコアの振動を押さえる必要があ
る。そこで、上記のようなモータを使用することで、振
動レベルを押さえることができるので、騒音を低減する
ことが可能である。

【００４６】なお、図６に示すように、１枚毎に異なる
ステータコアシート２１ａ、２１ｂを交互に積層して
も、必ず接するステータコアシートのエアギャップ長が
異なるため、ステータコアシート間に摩擦が生じ、振動
を吸収するため、好適である。異なるステータコアシー
トの積層パターンは、上記以外であってもよい。

【００４７】なお、ロータ形状やステータ形状、モータ
の極数は自由である。また、圧縮機は、ステータコア外
周を、シェルに焼きバメした場合に限らず、ボルト締め
等でもよい。

【００４８】また、エアギャップ長は、一方が他方の
１．４倍程度以上の差をもっていればよい。すなわち、
エアギャップ長の一例として、０．５ｍｍと０．７ｍｍ
といった組合せをとってもよい。

【００４９】ここで、それぞれのステータコアシート内
の各ティースのステータ内周部の先端付近が切り欠か
れ、または丸められている場合があるが、その部分のロ
ータ回転中心からの距離は他の部分のロータ回転中心か
らの距離より長くなるが、無視してよい。また、回転時
のトルク脈動低減のため、ティース中央部でエアギャッ
プが小さく、ティース端部に向かってエアギャップを大
きくする方法がとられることがあるが、この場合、その
ティース内周部のロータ回転中心からの距離は、そのテ
ィースにおける平均を採用すればよい。

【００５０】なお、各ステータコアシート間は、カラマ
セ等によって固着させておく必要があるが、できるだけ
ステータコアの外周部付近に設けたい。

【００５１】また、以上の説明ではインナーロータタイ
プのモータについて説明したが、インナーロータタイプ
のモータに限定するものではなく、アウターロータタイ
プのモータに関しても応用可能であり、同様の効果を得
ることができる。

【００５２】

【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
本発明の請求項１に記載の発明によれば、軸方向でステ
ータ内周部を加振する力が異なるため、円環振動を抑制
し、騒音を低減することができる。

【００５３】本発明の請求項２に記載の発明によれば、
同一のステータコアシート内でそれぞれのティースに働
く加振力が異なるため、円環振動モードがくずれ、振動
を低減することができる。

【００５４】本発明の請求項３に記載の発明によれば、
特に楕円の円環モードが発生しにくくなり、騒音を低減
することができる。

【００５５】本発明の請求項４に記載の発明によれば、
ロータ回転軸に働く加振力が各ティースでバランスがと
れ、釣り合いがとれるため、特定の方向に力が働くこと
によるアンバランス振動を防ぐことができる。

【００５６】本発明の請求項５に記載の発明によれば、
ロータ回転軸が正規の軸から傾くことなく、アンバラン
ス振動を防ぐことができる。

【００５７】本発明の請求項６に記載の発明によれば、
ステータコアの種類を最小限にでき、生産性が向上す
る。

【００５８】本発明の請求項７に記載の発明によれば、
特にステータを加振する力が大きくなるため、本発明を
用いることで、騒音低減と高効率化を両立させることが
できる。

【００５９】本発明の請求項８に記載の発明によれば、
円環振動を発生させやすい加振力が含まれているにもか
かわらず、騒音低減と高効率化を両立させることができ
る。

【００６０】本発明の請求項９に記載の発明によれば、
ステータコアシートの金型が１通りでよく、設備が小さ
くなる。

【００６１】本発明の請求項１０に記載の発明によれ
ば、ステータコア形状にて低振動化が実現できるため、
冷媒や冷凍機油との影響によりごみや劣化の可能性がな
く、騒音低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるモータの斜視図

【図２】本発明の一実施例におけるモータの平面図

【図３】本発明の一実施例におけるモータの縦断面図

【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例におけるモー
タのステータコアシートの図

【図５】本発明の一実施例における圧縮機の横断面図

【図６】本発明の一実施例における他の例のステータコ
アの分解斜視図

【図７】従来のモータの横断面図

【符号の説明】

１０ステータ１１ステータコア１２ティース１５ａ、１５ｂティース先端部３１シェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ (72)発明者片岡久和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H003 AC03 BA00 CF05 CF06 5H002 AA04 AB06 AC02 AC03 AC10 AE08 5H621 AA04 BB10 GA01 GA04 GA12 GA14 GA16 HH09 JK05 PP02 PP10 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB05 CB06 DD02 PP10 PP11 PP19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環状ヨークと複数のティースにより構成
されるステータコアシートを積層してなるステータコア
のティースに絶縁物を介して直接巻線を施されたステー
タと、前記ティースに対向するように回転自在に支持さ
れたロータを有するモータにおいて、前記ティースのそ
れぞれの内周部のロータ回転中心からの距離が、軸方向
に、少なくとも２通り以上の値を有するモータ。
【請求項２】ｍ個のティースの内周部のロータ回転中
心からの距離が、少なくとも２通り以上の値を有する請
求項１記載のモータ。
【請求項３】ステータコアを形成するそれぞれのステ
ータコアシートにおいて、少なくとも１８０°対称位置
にあるティースの内周部のロータ中心からの距離は互い
に異なる値をとる請求項２記載のモータ。
【請求項４】ｍ個のティースのうちのそれぞれのティ
ースにおいて、ティース内周部のロータ回転中心からの
距離の全積厚方向の平均値が、ｍ個のティース全てにお
いて略同一である請求項２または請求項３記載のモー
タ。
【請求項５】それぞれのティースの内周部のロータ回
転中心からの距離の軸方向配置が、積厚の中心面に対し
て面対称である請求項４記載のモータ。
【請求項６】ｍが偶数であるとき、ティースの内周部
のロータ回転中心からの距離が２通りあり、積厚をＬと
したとき、両側からＬ／４の範囲において、少なくとも
ティースの内周部のロータ回転中心からの距離が軸方向
で等しく、残りの積厚、すなわち、軸方向の中央部Ｌ／
２の範囲において、ティースの内周部のロータ回転中心
からの距離が他の部分と異なる値をとる請求項５記載の
モータ。
【請求項７】ティースがｍ個である時、ロータは永久
磁石を有し、その極数は（２／３）ｍであり、ステータ
には星型結線の３相巻線が施され、３相中２相が通電さ
れる１２０°矩形波通電により駆動される、請求項１か
ら請求項６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】キャリア周波数が２０ｋＨｚ以下のＰＷ
Ｍ駆動であることを特徴とする請求項７記載のモータ。
【請求項９】ステータコアが全て略同一のパターンの
ステータコアシートからなり、ステータコアシートを必
要に応じて、（３６０°／ｍ）毎に回転しながら（ｍは
ティースの数）積層して、ステータコアを形成する請求
項１から請求項８のいずれかに記載のモータの製造方
法。
【請求項１０】請求項１から請求項９のいずれかに記
載のモータを搭載し、かつ、ステータをシェルに焼バメ
圧入してなる圧縮機。