JP2004183499A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】カーエアコン等のＣＯＰ（冷凍サイクル効率）を向上させること。
【解決手段】本発明の電動コンプレッサは、ケーシング１内に電動モータ２とスクロール式コンプレッサ８とを直列に有する。電動モータ２の固定子コイル４はセグメント型コイルであって、両コイル端部４１，４２には整然と隙間が形成されている。冷媒吸入口１０から吸入された冷媒Ｃは、コンプレッサ８と反対側のコイル端部４２に吹き付けられてこれを冷却し、エアギャップを通ってセグメントの直線部を冷却し、さらにコイル端部４１を吹き抜けて冷却した上でコンプレッサ８に吸い込まれる。セグメント型コイルの採用により、両コイル端部４１，４２での流路抵抗が小さくなり、特にクールダウン特性を決める高速回転領域でＣＯＰが向上する。また、小型軽量化もできる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてエアコンや冷蔵庫、冷凍機などに冷媒などの作動流体（主に気体）を圧送する密閉式電動コンプレッサの技術分野に属する。本発明の電動コンプレッサは、小型軽量化および高性能化の要求が特に高い自動車用の電動エアコンに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としては、特許文献１に、冷凍機用の電動コンプレッサが開示されている。
【０００３】
この電動コンプレッサは、直立させた略円筒体状のケーシングの中に形成された内部空間をもち、この内部空間には、電動モータおよびコンプレッサが直列に収容されている。すなわち、ケーシングの下半部には直立した電動モータが収容されており、ケーシングの上部にはこの電動モータに駆動されるスクロール式のコンプレッサが収容されている。そして、この電動モータの駆動軸は、軸受けを介してこのコンプレッサの偏心軸を駆動し、可動スクロールを固定スクロールに対して偏心駆動するようになっている。
【０００４】
また、この電動コンプレッサでは、多量の潤滑油や液冷媒がいっぺんにコンプレッサに吸入されてコンプレッサを傷めることがないように、この内部空間のうち下半部に電動モータが配設されており、上部にコンプレッサが配設されている。そして潤滑油のうち大部分は、内部空間のうち電動モータを収容した部分のさらに下の底部に形成された油溜まりに溜まっている。この潤滑油は、油溜まりから回転子の軸内に形成された給油孔に吸い上げられて、潤滑油を必要とする各部に分配されるようになっている。
【０００５】
この電動モータのうち固定子コイルは、固定子コアのティースに導線を巻き付けた巻線コイルである。このことは、特許文献１の図面に記載された断面形状から、明瞭に読みとることができる。
【０００６】
一方、冷媒吸入口のうち内部空間に開いた開口部は、コンプレッサの吸入口に対して開口しており、冷媒吸入口から導入された冷媒のうち大部分は、直接的にコンプレッサに吸い込まれるようになっている。それゆえ、冷媒吸入口から導入された冷媒に、固定子コイルのコイル端部を冷却する作用を期待することは、あまりできない。
【０００７】
【特許文献１】
特公平６−７４７８７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、電動モータの冷却に対してほとんど配慮されておらず、電動モータの過熱を防ぐためには、電動モータの定格出力の割にその体格を大きくして放熱性に余裕を持たせなければならなかった。また、前述のように固定子コイルは巻線コイルであるから、固定子コイルのスロット中に占めるコイル導線の占積率は、セグメント型コイルの占積率に比べて低くならざるを得ず、その分だけ電動モータの固定子の外径を小さくすることが難しかった。さらに、固定子コイルが巻線コイルであっては、軸長方向両端のコイル端部においてコイル導線の曲げアールがきついと、コイル導線に曲げ傷が生じてコイル端部の絶縁性が損なわれる危険性があり、コイル端部の軸長方向の長さを短くすることが難しかった。
【０００９】
以上のような理由で、従来技術の電動コンプレッサでは、電動モータの大出力化と小型軽量化とを両立させることは、たいへんに難しかった。それゆえ、電動コンプレッサ全体としても、要求される定格出力を確保しながら、高効率化と小型軽量化とを両立させることが難しかった。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、要求される定格出力を確保しながら、高効率化と小型軽量化とを両立させることができる電動コンプレッサを提供することにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
【００１２】
（第１手段の構成）
本発明の第１手段は、請求項１記載の電動コンプレッサである。
【００１３】
本手段の電動コンプレッサには、次の二つの特徴がある。
【００１４】
第一の特徴は、ケーシングに内蔵された電動モータの固定子コイルは、断面形状が略矩形である導電性のコイルセグメントが複数本接続されて形成されたセグメント型コイルであることである。第二の特徴は、ケーシングの内部空間に冷媒を取り入れる冷媒吸入口は、このセグメント型コイルが軸長方向両端にもつ二つのコイル端部のうち、少なくとも一つに対して冷媒を導入する位置に開口していることである。
【００１５】
ここで、電動モータは、直流モータであると交流モータであるとを問わない。また、固定子のセグメント型コイルを形成するコイルセグメントの元の形状は、略Ｉ字形状であってもよく、略Ｕ字形状であってもよい。さらに、コンプレッサの形式は特にスクロール型に限定されるものではなく、他の形式でも良い。電動モータとコンプレッサとの位置関係は、直列に配設して直結駆動する方式が最も小型軽量化に適する場合が多いが、必ずしもこのような位置関係に限定されるものではない。
【００１６】
また、冷媒吸入口から導入された冷媒は、コイル端部に直接的に吹き付けられても良いし、間接的にコイル端部の隙間を吹き抜けさせられるようになっていても良い。さらに、冷媒吸入口から冷媒が吹き付けられるコイル端部は、セグメント型コイルの両端のコイル端部であっても良いし、いずれか一方のコイル端部であっても良い。いずれのコイル端部に吹き付けるかによって、相応の作用効果が得られる。
【００１７】
ちなみに、屈曲部でターンした略Ｕ字形状のコイルセグメントが開放端部で接合されてセグメント型コイルを形成している場合には、屈曲部と開放端部とのうちいずれのコイル端部がコンプレッサの側に配設されてもよい。さらに、冷媒がいずれのコイル端部に対して導入されても良く、それぞれに特有の作用効果が発揮される。
【００１８】
なお、本発明では、電動コンプレッサの用途を主にカーエアコンなどの冷却装置用コンプレッサ（圧縮機）に想定したので、作動流体を冷媒としてあるが、本発明の電動コンプレッサの用途は、冷却装置用圧縮機に限定されないものとする。それゆえ、冷媒吸入口から内部空間に取り入れられる冷媒が、主に気体からなる流体であるという条件さえ満たされれば、「冷媒」とあるをもっと広く一般的に「作動流体」ないし「作動気体」と読み替えることができるものとする。
【００１９】
また、本明細書中では、密閉型の電動コンプレッサのうち、電動機部を指して電動モータと呼び、圧縮機部を指してコンプレッサと呼んでいる。
【００２０】
ところで、本手段の電動コンプレッサを設置する際の姿勢は、電動モータの軸長方向が水平な横置きでも、軸長方向が垂直な縦置きでも、両者の中間の斜め置きでも可能である。本手段の電動コンプレッサは、何れの設置姿勢に対しても、潤滑油のポンプや油路などの設計改変で対応することができる。
【００２１】
（第１手段の作用効果）
本手段の電動コンプレッサでは、次の三つの作用が得られる。
【００２２】
第一に、冷媒が吹き付けられるコイル端部が、セグメント型コイルの端部であるから、そのコイル端部ではコイルセグメントの間に規則正しく隙間が形成されている。それゆえ、巻線コイルのように巻線が密集しておりその間の隙間が不規則で小さいコイル端部に比べて、固定子コイルのコイル端部を吹き抜けるにあたり、冷媒にかかる流路抵抗が小さくなっている。
【００２３】
すると、流路抵抗が小さくなった分だけ、冷媒の流れに生じる圧力損失が低減されるので、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：冷凍サイクル効率）が向上し、本手段の電動コンプレッサは、より効率的に作動する。ここで、冷凍サイクル効率の定義は、ＣＯＰ［１］＝冷凍能力［ｋＷ］／消費電力［ｋＷ］である。それゆえ、本手段の電動コンプレッサによれば、エアコンなどの冷凍サイクルの高効率化（ＣＯＰ向上）に加えて、電動コンプレッサの大出力化ないし小型軽量化をも計ることができる。
【００２４】
その結果、本手段の電動コンプレッサでは、高速回転領域でのＣＯＰなどの効率の向上により、カーエアコンなどの冷凍サイクルが同じクールダウン特性を発揮しても、消費電力が低減されるので、運用費のコストダウンになる。さらに、コンプレッサ出力の割に電動コンプレッサ全体の小型軽量化がなされるので、電動コンプレッサの材料費が抑制されるうえに成形型や加工装置が小さくて済む分だけ、製品価格のコストダウンにもなる。
【００２５】
ここで、冷媒にかかる流路抵抗の大きさは、冷媒の流速の二乗におおむね比例すると考えられる。それゆえ、本手段の電動コンプレッサでは、特にカーエアコンのクールダウン特性を計測するために、高速回転領域で全力運転している状態において、ＣＯＰの向上効果がいっそう顕著になる。冷凍サイクルのうち、カーエアコンでは特にクールダウン特性が重要な性能指標であり、高速回転領域での効率や出力が問われることを考慮すると、流路抵抗の低減による冷媒の流れに生じる圧力損失の抑制による性能向上効果は大きい。
【００２６】
第二に、電動モータの固定子コイルをセグメント型コイルとしたから、従来の巻線コイルに比べて固定子コアのスロット内における導体の占積率が向上する。その結果、同じ材料の導体を使っていても固定子コイルの電気抵抗が低くなり、同一の軸出力であれば発熱量が低下するので固定子を小型軽量化することができる。逆に、発熱量を同一にすれば、軸出力を向上させることができばかりではなく、コイル端部の軸長方向の寸法をやや短くすることができるので、やはりいくらか固定子を小型軽量化することができる。
【００２７】
第三に、冷媒吸入口から導入された冷媒が、固定子コイルのうち少なくとも一方のコイル端部に吹き付けられるから、固定子コイルのうち少なくともコイル端部とその周辺部とは、冷媒によって冷却される。すると、固定子コイルを形成している導体のうち少なくとも一部の温度が下がり、その電気伝導率が向上するから、ジュール熱の発生が抑制される。
【００２８】
その結果、ジュール熱による電力損失が少なくなる分だけ電動モータの効率が向上し、電動コンプレッサ全体としても効率が向上して性能向上につながる。そればかりではなく、固定子コイルでのジュール熱の発生が抑制される分と、冷媒による固定子コイルの冷却作用が得られる分だけ、電動モータの放熱に要するケーシングの容積が小さくて済むようになり、小型軽量化につながる。
【００２９】
以上のように、本手段の電動コンプレッサでは、電動モータの固定子コイルにセグメント型コイルを採用したことと、そのコイル端部に冷媒を吹きつけるようにしたこととにより、両者の作用が相まって特有の相乗効果が得られる。
【００３０】
すなわち、本手段の電動コンプレッサによれば、カーエアコンなどの冷凍サイクルに要求されるクールダウン特性を確保しながら、ＣＯＰなどの作動効率の向上と小型軽量化とを両立させることができるという効果がある。そして、このような効果は、製品価格のコストダウン効果と、消費電力の低減による運用費のコストダウン効果とにつながる。そればかりではなく、この電動コンプレッサを搭載した車両等の価格低減および性能向上にまで波及する。
【００３１】
（第２手段）
本発明の第２手段は、前述の第１手段において、冷媒吸入口は、両コイル端部のうちコンプレッサから遠い方に対して開口していることを特徴とする電動コンプレッサである。なお、コンプレッサから遠いか近いかの判定は、コンプレッサの吸入口からみて冷媒の流路が長いか短いかで判定されるものとする。
【００３２】
本手段では、固定子のセグメント型コイル両端に形成された二つのコイル端部のうち、コンプレッサに近い方ではなくて、コンプレッサから遠い方に対して、冷媒吸入口が開口している。それゆえ、冷媒吸入口から導入された冷媒は、ケーシングの内部空間に入ってコンプレッサから遠い方のコイル端部を冷却した後、軸長方向に沿って電動モータの内部を流通してからコンプレッサに吸引される。このように冷媒がほぼ軸長方向に沿って電動モータの内部を流通する際に、電動モータに生じた熱を冷媒が吸収して電動モータが冷却されるので、電動モータの冷却が効率的に行われる。その結果、電動モータに要求される軸出力の割には、電動モータの体格が小さくて済み、小型軽量化が図れる。さらに、特別な加工方法や高価な構成要素を新たに必要とせずに電動モータが小型軽量化されるから、材料費が抑制されるうえに、成形型や加工装置が小さくて済む分だけ、電動コンプレッサの製品価格も低減される。
【００３３】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、前述の第１手段の効果（高効率化および小型軽量化、ならびに製品価格および運用費のコストダウン）がいっそう強化されるという効果がある。
【００３４】
（第３手段）
本発明の第３手段は、前述の第２手段において、次の二つの特徴をもつ電動コンプレッサである。すなわち、第一の特徴は、冷媒吸入口が、両コイル端部のうちコンプレッサから遠い方の外周側に開口していることである。そして、第二の特徴は、コンプレッサの吸入口が、逆にコンプレッサに近い方のコイル端部の外周側に開口していることである。
【００３５】
本手段では、冷媒吸入口から導入された冷媒が、一方のコイル端部の外周側から内周側へと流入し、固定子と回転子とのエアギャップなどを通って軸長方向に流れ、他方のコイル端部の内周側に達する。そして、この冷媒が、他方のコイル端部では逆に内周側から外周側へと流れ出して、コンプレッサの吸入口に吸い込まれるに至る。このように冷媒が流れる間に、この冷媒は次の三段階にわたって電動モータの全体を冷却する。
【００３６】
先ず、冷媒吸入口から導入された冷媒が、コンプレッサから遠い方のコイル端部の外周側から内周側へと流入する。この際に、冷媒のうち少なくとも一部が、セグメント型コイルのコイル端部の隙間を通り抜けるので、このコイル端部が冷媒によって冷却される。このように冷媒がコイル端部を通り抜けるにあたり、セグメント型コイルのコイル端部には整然と隙間が形成されているので、冷媒の流れに生じる圧力損失は比較的小さい。
【００３７】
次に、冷媒が固定子と回転子とのエアギャップを通って軸長方向に流れる際には、スロットに収容されたコイルセグメントのうち最内層の直線部と、固定子コアの内周面とから、熱を奪っていく。それゆえ、全てのコイルセグメントのうち、固定子のスロットに複数の層を成して収容された直線部分も、間接的に冷媒によって冷却される。
【００３８】
この際、電動モータの固定子や回転子に、軸長方向に連通した貫通孔がいくつか形成されていると、冷媒がこれらの貫通孔を流れて冷却が促進されるうえに、圧力損失がより小さくなる。また、電動モータが、一部のブラシレスＤＣモータのように回転子が永久磁石をもち回転子の外周面に軸長方向に沿った溝があると、これらの溝が冷媒の流路になるので、冷媒の流れに生じる圧力損失はいっそう小さくなる。
【００３９】
なお、回転子が電機子コイルをもつ場合やかご型回転子である場合などには、回転子の導体も冷媒によって冷却されるので、回転子においてもジュール熱の発生が抑制され、電動モータの効率が向上する。一方、回転子が永久磁石をもつ場合には、永久磁石が冷媒によって冷却され、永久磁石の過熱が防止されるので、永久磁石の磁力が高く保たれ、やはり電動モータの効率が向上する。
【００４０】
最後に、冷媒が、コンプレッサに近い方のコイル端部に達っする際には、先ずエアギャップなどからこのコイル端部の内周側に流入する。そして次に、このコイル端部の内周側から外周側へと流れ出して、コンプレッサの吸入口に達するに至る。この際、やはり冷媒のうち少なくとも一部はこのコイル端部の隙間を吹き抜けるので、このコイル端部が冷媒によって冷却される。前述のように、冷媒がこのコイル端部を通り抜けるにあたっては、セグメント型コイルのコイル端部に整然と隙間が形成されているので、冷媒の流れに生じる圧力損失は比較的小さくて済む。
【００４１】
以上のように、冷媒吸入口からケーシングの内部空間に吸入された冷媒は、三つの段階を経て電動モータの全体を冷却し、特に両コイル端部を含む固定子のセグメント型コイルを冷却する。それゆえ、セグメント型コイルの導体がもつ温度が低くなり、電気伝導性が上がってジュール熱による損失が低減されるので、電動モータの効率が向上する。また、固定子コイルにセグメント型コイルを採用しており、コイル端部で整然とした隙間が得られるので、過熱しやすいコイル端部の温度が低減されるばかりではなく、圧力損失も比較的小さく抑制される。それゆえ、冷凍サイクル用の電動コンプレッサとしてのＣＯＰ（冷凍サイクル効率）などの効率も向上する。
【００４２】
そして、前述のように、カーエアコンの性能がクールダウン特性で評価され、クールダウン特性の測定に際しては、本手段の電動コンプレッサは、全力で運転される。すると、冷媒の流速が高まり、冷媒の流れに生じる圧力損失は、流速の約二乗に比例するので、クールダウン特性の計測時における圧力損失の低減によるＣＯＰの向上効果は大きい。
【００４３】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、前述の第２手段の効果（ＣＯＰ等の高効率化および本体の小型軽量化、ならびに製品価格および運用費のコストダウン）が、よりいっそう強化されるという効果がある。
【００４４】
（第４手段）
本発明の第４手段は、前述の第１手段において、次の二つの特徴を持つ電動コンプレッサである。すなわち、第一の特徴は、固定子のセグメント型コイルは、複数の略Ｕ字形状のコイルセグメントのうち開放端部が互いに先端部で溶接されて形成されていることである。そして、第二の特徴は、各コイルセグメントの開放端部は、その先端部のうち溶接された部分を覆い絶縁性の樹脂などからなる絶縁部材をもつ絶縁保護部と、この絶縁保護部よりも前記固定子コアに近く前記内部空間に露出した露出部とをもつことである。ただし、露出部といえども、コイルセグメント全体に施されるエナメル被覆などの薄い絶縁被覆はあってもかまわない。
【００４５】
本手段では、略Ｕ字形状のコイルセグメントのうち溶接で接続される開放端部が形成する方のコイル端部は、先端部の被溶接部分を覆う絶縁部材をもつ絶縁保護部と、この絶縁部材に覆われておらず内部空間に露出した露出部とからなる。すなわち、一方のコイル端部を形成しているコイルセグメントの開放端部のうち、溶接された先端部の方だけが絶縁部材に覆われており、固定子コアに近い基端部の方は内部空間に露出している。
【００４６】
それゆえ、コイルセグメントの開放端部のうち、エナメル被覆などがなくそのままでは短絡しやすい先端部の方だけが、絶縁性樹脂などからなる絶縁部材に覆われて絶縁性が確保されている。一方、開放端部のうち比較的短絡しにくい基端部の方は、絶縁部材に覆われていない分だけ細くなって放熱性がよいうえに、隙間が広いので風通しが良くなっている。
【００４７】
その結果、溶接された方のコイル端部において、電動モータに要求される絶縁性が確保されるうえに、冷媒の流通によるコイル端部の冷却が良くなるとともに、冷媒の流通に伴う圧力損失が小さく抑制される。前述のように、冷媒の圧力損失が低減される効果は、特にクールダウン特性が測定される高速回転領域において著しい。ちなみに、このような作用がより良く発揮されるためには、なるべく露出部が長い方が望ましい。すなわち、絶縁保護部は、溶接のためにエナメル被覆などがない裸導体の部分だけに限定されていることが望ましい。
【００４８】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、溶接側のコイル端部においても、放熱性が良いうえに冷媒の流れの圧力損失が小さいので、前述の第１手段の効果（高効率化および小型軽量化、ならびに製品価格および運用費のコストダウン）が向上する。
【００４９】
（第５手段）
本発明の第５手段は、前述の第１手段において、固定子コアのコイルセグメントは、略Ｕ字形状をしていて屈曲部と一対の開放端部とを持ち、冷媒吸入口は、コイルセグメントの屈曲部からなる方のコイル端部に対して開口していることを特徴とする電動コンプレッサである。
【００５０】
本手段では、冷媒吸入口がコイルセグメントの屈曲部からなる方のコイル端部に対して開口しているので、冷媒は屈曲部からなる方のコイル端部に吹き付けられる。ここで、屈曲部の方のコイル端部には溶接部がなく、溶接部を覆う絶縁部材もないので、コイル端部の間の隙間が大きく、風通しがよい。それゆえ、コイル端部を流通する際に、冷媒の流れに生じる圧力損失が小さく、放熱性にも優れている。
【００５１】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、屈曲部の方のコイル端部において、放熱性が良いうえに冷媒の流れに生じる圧力損失がいっそう小さいので、前述の第１手段の効果（高効率化および小型軽量化、ならびに製品価格および運用費のコストダウン）が、より向上する。
【００５２】
（第６手段）
本発明の第６手段は、前述の第１手段において、電動モータの固定子がもつセグメント型コイルの両コイル端部のうち少なくとも一方と、これに最も近接する導電性の部材との間の距離が、ＪＩＳ（日本工業規格）に定められた絶縁距離の一倍以上二倍以内であることを特徴とする電動コンプレッサである。
【００５３】
ここで、コイル端部と導電性部材との最短距離を絶縁距離以上と定めた根拠は、もちろん空中放電などによる短絡や漏電を防ぐためである。一方、コイル端部と導電性部材との最短距離を絶縁距離の二倍以内と定めたのは、適正な安全率を見越してのことである。すなわち、安全な絶縁距離を確保したうえでサイズ、特に軸長方向の寸法を抑制するためには、二倍程度以内に抑えることが必要であると判断したからである。
【００５４】
本手段では、コイル端部からケーシングなどへの漏電を防ぐことができながら、電動コンプレッサのサイズ、とりわけ軸長方向の全長をできるだけ小さく抑制することができる。そればかりではなく、コイル端部の内部を冷媒の一部が流通するようにしながら、残りの冷媒がコイル端部と導電性部材との間に形成された隙間をバイパスすることができるようになっている。それゆえ、冷媒の流通によるコイル端部の冷却と、冷媒の流れに生じる圧力損失の低減との間で、適当なバランスが取られるようになっている。
【００５５】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、前述の第１手段の効果に加えて、コイル端部からの漏電を十分に防ぎつつ、電動コンプレッサの外形寸法、とりわけ軸長方向の全長をできるだけ小さく抑制することができるという効果がある。
【００５６】
（第７手段）
本発明の第７手段は、前述の第１手段において、冷媒吸入口は、ケーシングの内部空間に向かい冷媒をコイル端部の外周に沿って略周方向に吹き付ける位置に開口していることを特徴とする電動コンプレッサである。
【００５７】
本手段では、冷媒は冷媒吸入口の開口からコイル端部に直接的に吹き付けるのではなく、全体形状がリング状のコイル端部の周囲を巡りつつ、コイル端部の外周側から内周側へと流入していく。すると、コイル端部の一部に半径方向外側から冷媒を吹き付ける場合とは異なり、コイル端部の全体が周方向に沿ってほぼ均一に冷却され、温度分布が均一化される。それゆえ、コイル端部が部分的に過熱することが防止され、電動モータの信頼性が向上するとともに、電動モータの効率も向上する。
【００５８】
したがって、本手段の電動コンプレッサによれば、前述の第１手段の効果に加えて、少なくとも一方のコイル端部が部分的に過熱することが防止されるので、電動モータの信頼性および効率がさらに向上するという効果がある。
【００５９】
【発明の実施の形態】
本発明の電動コンプレッサがもつ好ましい実施形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
【００６０】
［実施例１］
（実施例１の構成概要）
本発明の実施例１としての電動コンプレッサは、自動車の車載エアコン（カーエアコン）用の電動コンプレッサである。
【００６１】
本実施例の電動コンプレッサは、図１に示すように、大きく分けて、ケーシング１、電動モータ２、ベアリングホルダ７、コンプレッサ８およびアウタケーシング９を有する。
【００６２】
先ず、ケーシング１は、冷凍サイクルに連なる外部に連通して冷媒Ｃを取り入れる冷媒吸入口１０と、逆に冷媒Ｃを冷凍サイクルに連なる外部に吐出する冷媒吐出口２０とをもち、所定の内部空間１００を形成している略中空円筒状の容器である。それゆえ、本実施例の電動コンプレッサは、いわゆる密閉型の電動コンプレッサであり、前述の自動車用エアコンなど冷凍サイクルの一部を形成すべき製品である。
【００６３】
そして、ケーシング１は、軸長方向を水平に設置されており、一方に電動モータ２を収容し、他方にコンプレッサ８を収容している。ここでは便宜上、コンプレッサ８のある方を前方と呼び、電動モータ２のある方を後方と呼ぶことにする。ここで、ケーシング１は、前述の従来技術とは異なって一体部材ではなく、略有底中空円筒体状のモータケーシング２１と、ベアリングホルダ７の外周部と、コンプレッサ８の外周部と、アウタケーシング９とが、隙間なく軸長方向に連結されて構成されている。それゆえ、ケーシングが電動モータやコンプレッサとは別体になっている従来技術の電動コンプレッサよりも、本実施例の電動コンプレッサの方が、小型軽量化されている。
【００６４】
さて、ケーシング１のうち後半部を構成するモータケーシング２１のうち、リヤ部２３に近い円筒部２２の後端部付近には、冷媒吸入口１０が直上から内部空間１００に冷媒Ｃを導入する位置に開口している。一方、ケーシング１の最前部を構成するアウタケーシング９には、コンプレッサ８から吐出チャンバ９０内に吐出された冷媒Ｃが直上に向かって排出される方向に、冷媒吐出口２０が開口している。
【００６５】
次に、電動モータ２は、ケーシング１内に配設されており、ケーシング１に対して固定された固定子コア３１および固定子コイル４をもつ固定子３と、固定子３に回転駆動される回転子５とをもつ同期型永久磁石モータ（ＩＰＭモータ）である。ここで、回転子５の外周部には複数の図示しない永久磁石が埋設されており、回転子５の外周面の形状はほぼ円筒面状である。
【００６６】
また、回転子５を軸支しているシャフト６の後端部６３は、モータケーシング２１のリヤ部２３の中央に保持されたリヤベアリング２４に回転自在に軸支されている。一方、シャフト６の前端部付近には大径部６２が形成されており、大径部６２がベアリングホルダ７に保持されたフロントベアリング７１に回転自在に軸支されている。すなわち、電動モータ２のシャフト６は、前方の大径部６２ではフロントベアリング７１によって、後端部６３ではリヤベアリング２４によって回転自在に軸支されている。そして、電動モータ２のシャフト６は、回転子５に生じた回転駆動力をコンプレッサ８に伝達する作用をもつ。なお、シャフト６の先端部には、シャフト６の回転軸とは所定距離だけ平行に偏心した偏心軸６１が形成されている。
【００６７】
そして、コンプレッサ８は、ケーシング内に配設されており、電動モータ２の軸出力により駆動されて、冷媒吸入口１０から内部空間１００に入った冷媒Ｃを圧縮し、冷媒吐出口２０から吐出する機能をもつ。
【００６８】
すなわち、コンプレッサ８は、固定スクロール８１と可動スクロール８２とをもち、両者８１，８２の間に圧縮室８０を形成するスクロール式コンプレッサである。このようにコンプレッサ８はスクロール式であるから、可動スクロール８２の外周部にコンプレッサ８の吸入口（図略）がある。そして、この吸入口は、ベアリングホルダ７を通じ、モータケーシング２１の内部空間１００の外周部に連通している。それゆえ、内部空間１００のうちモータケーシング２１の前方に入っている冷媒Ｃは、外周部付近からベアリングホルダ７を通じてコンプレッサ８に吸引される。
【００６９】
さて、コンプレッサ８のうち固定スクロール８１と可動スクロール８２とは、互いに対向して突出した螺旋状のスクロール羽根をもつ。そして、両スクロール８１，８２のスクロール羽根は、互いに摺接して両スクロールの８１，８２の間に圧縮室８０を形成する。そして、可動スクロール８２は、そのスクロール羽根と背向する後方に、円周状に突出して中央に凹部を形成する凸部をもち、この凹部に嵌り込んだスライドブッシュ８３を介して、前述のシャフト６の偏心軸６１に回動させられる。この際、スライドブッシュ８３を介して、カウンタバランサ８４も可動スクロール８２および偏心軸６１と同期して回転し、可動スクロール８２等の重心位置の偏心による振動の発生を抑制する。
【００７０】
なお、固定スクロール８１および可動スクロール８２のスクロール羽根の先端部に沿ってそれぞれ形成された溝には、チップシール８５が嵌め込まれていて、両スクロール８１，８２の間の気密性が適度に保たれている。また、ベアリングホルダ７およびコンプレッサ８には、可動スクロール８２等の回転に伴って、モータケーシング２１およびアウタケーシング９の内部空間１００のうち底部に溜まった潤滑油Ｏを、潤滑が必要な部分に行き渡らせる油路が形成されている。すなわち、ベアリングホルダ７には、オイル通路７２，７３、固定絞り７４および減圧弁７５などが形成されており、一方、固定スクロール８１には、オイル通路８８などが形成されている。
【００７１】
ところで、本実施例の電動コンプレッサのように自動車用エアコン用のコンプレッサとして使用される場合、時としてモータケーシング２１の内部空間１００の大半が、液相を取った冷媒Ｃと潤滑油Ｏとの混合液によって満たされてしまうこともある。そこで、このような混合液をコンプレッサ８が大量に吸い込んでも破損することがないように、コンプレッサ８のトレーランス等は、ある程度の余裕を持って設計されている。
【００７２】
最後に、コンプレッサ８に吸引された冷媒Ｃは、圧縮室８０で圧縮されつつ外周部から中心部に集められ、吐出ポート８６から逆止弁である吐出バルブ８７を通じて、アウタケーシング９の内部の吐出チャンバ９０に吐出される。そして、コンプレッサ８から吐出チャンバ９０に送り込まれた冷媒Ｃは、ほぼ圧縮されたままの高温高圧を保ちつつ、冷媒吐出口２０から配管等（図略）を通じて外部の冷凍サイクルに送り出される。
【００７３】
（実施例１の構成上の特徴）
本実施例の電動コンプレッサは、電動モータ２の固定子コイル４と、冷媒吸入口１０の位置および方向との二点に特徴がある。
【００７４】
第一の特徴は、電動モータ２の固定子コイル４が、セグメント型コイルであることである。
【００７５】
すなわち、固定子コイル４は、断面形状が略矩形である導電性のコイルセグメント４が多数本接続されて形成されたセグメント型コイルである。このセグメント型コイルは、図２に示すように、多数の略Ｕ字形状のコイルセグメント４のうち、固定子コア３１から突出した開放端部４３が互いに先端部で溶接されて形成されている。溶接部Ｗの形状は、ある程度バラツキがあるものの、所定の許容寸法の範囲に収まっている。なお、各コイルセグメント４は、銅製の平角棒からなり、開放端部４３のうち溶接されるべき先端部分を除いて全体が薄くエナメル被覆されている。
【００７６】
これらの開放端部４３は、再び図１に示すように、これらの先端部のうち溶接部Ｗを覆う樹脂製の絶縁部材４４をもつ絶縁保護部４５と、絶縁保護部４５よりも固定子コア３１に近く内部空間１００に露出した露出部４６とをもつ。なお、露出部４６は全てエナメル被覆されており、エナメル被覆のない先端部分は全て絶縁部材４４に覆われた絶縁保護部４５である。なお、絶縁保護部４５を覆っている絶縁部材４４は、絶縁保護部４５から冷媒Ｃへの放熱をなるべく良くするために、できるだけ薄く形成されている。
【００７７】
さらに、前述のセグメント型の固定子コイル４には、コイルセグメントの屈曲部で形成されている前方のコイル端部４１と、コイルセグメントの開放端部４３が曲げ捩り成形された後に互いに先端部で溶接されて形成されている後方のコイル端部４２とがある。図示はされていないが、セグメント型の固定子コイル４には、固定子コア３１のスロット内に収容されており、両コイル端部４１，４２を結ぶ直線部がある。
【００７８】
そして、再び図１および図２に示すように、固定子コア３１の各スロット内には、各コイルセグメントの直線部が四層に重なって挿置されている。さらに、各コイルセグメントの断面形状は略矩形であり、そのエナメル被覆の厚みはごく薄いものであるから、各スロットの断面積に占めるコイルセグメントの占積率は、１００％に近い。
【００７９】
前述の両コイル端部４１，４２と、これらに最も近接する導電性の部材との間の距離は、ＪＩＳ（日本工業規格）に定められた絶縁距離の一倍以上二倍以内に設定されている。すなわち、再び図１に示すように、前方のコイル端部４１とベアリングホルダ７との間の最接近距離は、ＪＩＳに定められた絶縁距離の１．５倍程度であり、コイルセグメント毎に多少のバラツキはあっても、一倍以上二倍以内に収まっている。一方、後方のコイル端部４２のうち金属部分とモータケーシング２１のリヤ部２３との間の最接近距離も、ＪＩＳに定められた絶縁距離の１．５倍程度であり、コイルセグメント毎に多少のバラツキはあっても、やはり一倍以上二倍以内に収まっている。
【００８０】
第二の特徴は、冷媒Ｃを後方のコイル端部４１，４２に直接吹き付ける冷媒吸入口１０の位置および方向と、冷媒Ｃを吸い込むコンプレッサ８の吸い込み口がモータケーシング２１の内部空間１００の外周部にあることとである。
【００８１】
先ず、冷媒吸入口１０は、セグメント型の固定子コイル４がもつ両コイル端部４１，４２のうち、コンプレッサ８から遠い後方のコイル端部４２に対し、遠心方向から求心方向へ半径線に沿って冷媒Ｃを吹き付けるように開口している。すなわち、冷媒吸入口１０は、両コイル端部４１，４２のうちコンプレッサ８から遠い方の外周側に対して開口している。
【００８２】
次に、コンプレッサ８の吸入口は、前述のように、ベアリングホルダ７を介して、コンプレッサ８により近い前方のコイル端部４１の外周側に対して開口している。それゆえ、コンプレッサ８により近い前方のコイル端部４１の付近では、内部空間１００のうち外周部付近からコンプレッサ８に冷媒Ｃが吸引されていくことになる。
【００８３】
（実施例１の作用効果）
本実施例の電動コンプレッサは、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。
【００８４】
先ず、本実施例の電動コンプレッサでは、次の三つの作用が得られる。
【００８５】
第一の作用は、固定子コイル４をセグメント型コイルとしたので、両コイル端部４１，４２に整然とした隙間が形成され、冷媒Ｃが両コイル端部４１，４２を吹き抜ける際に圧力損失が少なくて済むという作用である。
【００８６】
すなわち、冷媒Ｃが吹き付けられる後方のコイル端部４２が、前述のようにセグメント型コイルの端部であるから、再び図２に示すように、コイルセグメントの間に規則正しく隙間が形成されている。また、図示はされていないが、コイルセグメントの屈曲部からなる前方のコイル端部４１でも、同様にコイルセグメントの間に規則正しく隙間が形成されている。
【００８７】
それゆえ、巻線コイルのように巻線が密集しておりその間の隙間が不規則で小さいコイル端部に比べて、本実施例では、固定子コイル４の両コイル端部４１，４２を冷媒Ｃが吹き抜けるにあたり、冷媒Ｃの流れに生じる流路抵抗が小さくて済む。その結果、特に高速回転領域でのＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：冷凍サイクル効率）が向上し、本実施例の電動コンプレッサがより効率的に作動するから、カーエアコン全体の高効率化に加えて、大出力化ないし小型軽量化も計れる。
【００８８】
ここで、本実施例の電動コンプレッサはカーエアコン用であり、カーエアコンにおいては、クールダウン特性が最も重要な性能指標である。そして、クールダウン特性の測定は、電動コンプレッサの全力運転状態ないし高速回転領域で行われるので、本実施例により高速回転領域でＣＯＰが改善されれば、そのままカーエアコンの性能の向上につながる。
【００８９】
その結果、本実施例の電動コンプレッサによれば、特に高速回転領域でのＣＯＰなどの効率の向上により、カーエアコンが同じクールダウン特性を発揮しても消費電力が低減され、運用費のコストダウンになる。さらに、コンプレッサ出力の割に小型軽量化がなされるので、材料費が抑制されるうえに成形型や加工装置が小さくて済む分だけ、製品価格のコストダウンにもなる。
【００９０】
第二の作用は、固定子コイル４をセグメント型コイルとしたことから、固有に生じる作用である。
【００９１】
本実施例では、電動モータ２の固定子コイル４をセグメント型コイルとしたから、従来の巻線コイルに比べて固定子コア３１のスロット内における導体の占積率が向上する。その結果、同じ材料の導体を使っていても固定子コイル４の電気抵抗が低くなり、同一の軸出力であれば発熱量が低下するので固定子３を小型軽量化することができる。より具体的には、固定子コア３１およびモータケーシング２１の直径を小さくすることができ、併せて両端部１１，１２を含む固定子３およびモータケーシング２１の軸長方向の寸法を短くすることができる。逆に、発熱量を同一にすれば、電動モータ２の軸出力を向上させることができばかりではなく、両コイル端部４１，４２の軸長方向の寸法をやや短くすることができるので、やはりいくらか固定子３を小型軽量化することができる。
【００９２】
すなわち、固定子コイル４をセグメント型コイルにすることにより、スロット内での固定子コイル４の占積率が向上するので、電動モータ２の高効率化、大出力化および小型軽量化が可能になる。そして、ひいては本実施例の電動コンプレッサとしても、同様の作用効果が得られる。
【００９３】
第三の作用は、冷媒Ｃを導入する冷媒吸入口１０が、内部空間１００に向かっては、後方のコイル端部４２に直接的に冷媒を吹き付けるように配設されていることから起こる作用である。
【００９４】
すなわち、再び図１に示すように、冷媒吸入口１０から導入された冷媒Ｃが、後方のコイル端部４２に直接吹き付けられて、コイル端部４２を冷却する。さらに後述するように、冷媒Ｃは固定子コイル４の全体を冷却してから、コンプレッサ８に吸い込まれる。すると、固定子コイル４を形成している全てのコイルセグメントが全体的に温度が下がり、その電気伝導率が向上するから、固定子コイル４でのジュール熱の発生が抑制される。
【００９５】
その結果、ジュール熱による電力損失が少なくなる分だけ電動モータ２の効率が向上し、本実施例の電動コンプレッサ全体としても効率が向上して性能向上につながる。そればかりではなく、固定子コイル４でのジュール熱の発生が抑制される分と、冷媒Ｃによる固定子コイル４の冷却作用が得られる分だけ、電動モータ２の放熱に要するケーシング１の容積が小さくて済むようになる。その結果、本実施例の電動コンプレッサの体格がいっそう小さくて済み、やはり小型軽量化につながる。
【００９６】
すなわち、セグメント型の固定子コイル４の全体を冷媒Ｃで冷却し、固定子コイル４全体の導体温度を下げることにより、ジュール熱による損失が低減されるので、電動モータ２の高効率化、大出力化、ならびに小型軽量化が可能になる。そして、ひいては本実施例の電動コンプレッサとしても、同様の作用効果が得られる。
【００９７】
以上のように、本実施例の電動コンプレッサでは、電動モータ２の固定子コイル４にセグメント型コイルを採用したことと、その後方のコイル端部４２に冷媒を吹きつけるようにしたこととにより、両者の作用が相まって特有の相乗効果が得られる。
【００９８】
したがって、本実施例の電動コンプレッサによれば、要求される定格出力を確保しながら、ＣＯＰなどの作動効率の向上と小型軽量化とを両立させることができるという効果がある。ここで、カーエアコンのＣＯＰ向上効果は、特にクールダウン特性に影響する高速回転領域で顕著である。そして、このような効果は、製品価格のコストダウン効果と、消費電力の低減による運用費のコストダウン効果とにもつながる。そればかりではなく、この電動コンプレッサを搭載した車両等の価格低減および性能向上にまで波及する。
【００９９】
次に、前述の第三の作用をより詳しく説明する。
【０１００】
前述の第三の作用は、冷媒吸入口１０が、コンプレッサ８から遠い方の後方のコイル端部４２の外周側に向かって開口しており、しかもコンプレッサ８の吸入口が、コンプレッサ８に近い方の前方のコイル端部４１の外周側に開口していることから生じる作用である。
【０１０１】
すなわち、冷媒吸入口１０から導入された冷媒が、後方のコイル端部４２の外周側から内周側へと流入し、固定子３と回転子５との間に形成されたエアギャップなどを通って軸長方向に沿って前方へ流れ、前方のコイル端部４１の内周側に達する。そして冷媒Ｃが、前方のコイル端部４１では、逆に内周側から外周側へと流れ出して、コンプレッサ８の吸入口（図略）に吸い込まれるに至る。このように冷媒Ｃが流れる間に、冷媒Ｃは次の三段階にわたって電動モータ２の全体を冷却する。
【０１０２】
第一段階では、冷媒吸入口１０から導入された冷媒Ｃが、コンプレッサ８から遠い方のコイル端部４２の外周側から内周側へと流入する。この際に、冷媒Ｃのうち一部は、絶縁保護部４５とモータケーシング２１のリヤ部２３と間の隙間を通ってコイル端部４２の外周側から内周側へと達する。しかし、この隙間はＪＩＳの定める絶縁距離の二倍以下に制限されており、ごく狭いので、冷媒Ｃの大部分は、セグメント型コイルのコイル端部４２の隙間を通り抜ける。それゆえ、コイル端部４２が冷媒Ｃによって効率よく冷却される。
【０１０３】
すなわち、このように冷媒Ｃのうち大半が、コイル端部４２の露出部４６の間の隙間を通り抜け、一方で、冷媒Ｃのうち一部は絶縁保護部４５を乗り越えてコイル端部４２をバイパスしていく。このような現象は、冷媒Ｃが冷媒吸入口１０から直接吹き付けられるコイル端部４２の一部で最も強く起こるが、その一部からコイル端部４２の両周方向へ冷媒Ｃが分かれて回り込むので、コイル端部４２の全周でも起こっている。そして、このように冷媒Ｃがコイル端部４２を通り抜けるにあたり、再び図２に示すように、セグメント型コイル４のコイル端部４２には整然と隙間が形成されているので、冷媒Ｃの流れに生じる圧力損失は比較的小さくて済む。
【０１０４】
第二段階では、冷媒Ｃが、固定子３と回転子５との間に形成されたエアギャップを通って、軸長方向の速度成分をもって前方に向かって流れる。この際には、固定子コア３１のスロット（図略）に収容されたコイルセグメント４のうち最内層の直線部と、固定子コア３１の内周面とから、冷媒Ｃが熱を奪っていく。それゆえ、全てのコイルセグメント４のうち固定子３のスロットに四層を成して収容された直線部分の奥の層も、コイルセグメント４と固定子コア３１とを通じての熱伝導によって、間接的に冷媒Ｃに冷却される。
【０１０５】
なお、電動モータ２の固定子３や回転子５には、図示されていないが、軸長方向に連通した貫通孔がいくつか形成されている。それゆえ、冷媒Ｃがこれらの貫通孔を流れると、固定子３および回転子５の冷却が促進されるうえに、流路が拡がり流速が遅くなって、冷媒Ｃの流れに生じる圧力損失がより小さくなる。回転子５では、永久磁石（図略）が冷媒によって冷却され、永久磁石の温度が下がって過熱が防止されるので、永久磁石の磁力が高く保たれ、やはり電動モータ２の効率が向上する。
【０１０６】
第三段階では、冷媒Ｃが、エアギャップなどからコンプレッサ８に近い前方のコイル端部４１の内周側に流入する。そして次に、コイルセグメント４の屈曲部からなるコイル端部４１の内周側から外周側へと流れ出して、コンプレッサ８の吸入口（図略）に達する。この際、やはり冷媒Ｃのうち大半は、整列したコイル端部４１の隙間を吹き抜けるので、コイル端部４１もまた冷媒Ｃによって冷却される。前述のように、冷媒Ｃがコイル端部４１を通り抜けるにあたり、セグメント型コイルのコイル端部に整然と隙間が形成されているので、冷媒Ｃの流れに生じる圧力損失は比較的小さくて済む。なお、冷媒Ｃのうち一部は、コイル端部４１とベアリングホルダ７との間の隙間を抜けるが、この隙間は、前述のようにＪＩＳの定める絶縁距離の二倍以内に制限されているので、この隙間を抜けていく冷媒Ｃはそれほど多くはない。
【０１０７】
以上のように、冷媒吸入口１０からケーシング１の内部空間１００に吸入された冷媒Ｃは、三つの段階を経て電動モータ２の全体を冷却し、特に両コイル端部４１，４２を含む固定子３のセグメント型コイル４を冷却する。それゆえ、セグメント型コイル４の導体がもつ温度が低くなり、セグメント型コイル４の電気伝導性が上がってジュール熱による損失が低減されるので、電動モータ２の効率が向上する。また、固定子コイル４にセグメント型コイルを採用しており、前述のように両コイル端部４１，４２で整然とした隙間が得られるので、冷却なしには過熱しやすい両コイル端部４１，４２の温度が低減されるばかりではなく、圧力損失も比較的小さく抑制される。それゆえ、本実施例の電動コンプレッサによれば、冷凍サイクル用の電動コンプレッサとしてのＣＯＰ（冷凍サイクル効率）などの効率も向上する。
【０１０８】
その結果、電動モータに要求される軸出力の割には、電動モータの体格が小さくて済み、電動コンプレッサの小型軽量化が図れる。さらに、特別な加工方法や高価な構成要素を新たに必要とせずに電動モータが小型軽量化されるから、材料費が抑制されるうえに、成形型や加工装置が小さくて済む分だけ、電動コンプレッサの製品価格も低減される。
【０１０９】
したがって、本実施例の電動コンプレッサによれば、特にクールダウン特性に影響する高速回転領域でのＣＯＰなどの高効率化と、小型軽量化という効果が得られる。そればかりではなく、製品価格および運用費のコストダウンという効果も得られる。
【０１１０】
最後に、以下に述べるように第四の作用と第五の作用とがある。
【０１１１】
第四の作用は、後方のコイル端部４２における冷媒Ｃによる放熱が良好であるという作用である。
【０１１２】
なぜならば、後方のコイル端部４２を形成しているコイルセグメント４の開放端部４３のうち、樹脂からなる絶縁部材４４の厚さもなるべく薄くなっており、絶縁部材４４に覆われている絶縁保護部４５の領域は最低限に抑えられているからである。すなわち、コイルセグメントの開放端部４３のうち、エナメル被覆などがなくそのままでは短絡しやすい先端部の方だけが、絶縁性樹脂からなる絶縁部材４４に薄く覆われて絶縁性が確保されている。一方、開放端部４３のうち比較的短絡しにくい露出部４６の方は、絶縁部材４４に覆われていない分だけ細くなって放熱性がよいうえに、隙間が広く規則正しく並んでおり、風通しが良くなっている（冷媒Ｃの流路抵抗が低減されている）。
【０１１３】
その結果、溶接された方の後方のコイル端部４２において、電動モータ２に要求される絶縁性が確保されるうえに、冷媒Ｃの流通によるコイル端部４２の冷却が良くなるとともに、冷媒Ｃの流通に伴う圧力損失が抑制される。このような作用がより良く発揮されるために、前述のように、なるべく露出部４６が長く形成されており、逆に絶縁保護部４５は、溶接のためにエナメル被覆がない裸導体の部分だけにほぼ限定されている。
【０１１４】
第五の作用は、両コイル端部４１，４２とその直近の導電性部材７，２３との間の距離が、ＪＩＳに定めた絶縁距離の一倍以上二倍以内であることによる作用である。すると、両コイル端部４１，４２からの漏電を防ぐことができながら、本実施例の電動コンプレッサのサイズ、とりわけ軸長方向の全長をできるだけ小さくすることができる。そればかりではなく、前述のように、冷媒Ｃのうち大半が、両コイル端部４１，４２の内部を流通するようにしながら、残りの冷媒Ｃが両コイル端部４１，４２とその直近の導電性部材７，２３との間に形成された隙間をバイパスすることができる。それゆえ、冷媒Ｃの流通による両コイル端部４１，４２の冷却と、冷媒の流れに生じる圧力損失の低減との間で、適当なバランスが取られる。
【０１１５】
したがって、本実施例の電動コンプレッサによれば、前述の数々の効果に加えて、コイル端部からの漏電を十分に防ぎつつ、軸長方向の全長をできるだけ小さくすることができるという効果がある。
【０１１６】
以上詳述したように、本実施例の電動コンプレッサによれば、次の五つの効果が発揮される。
【０１１７】
第一に、冷媒Ｃの流路抵抗が小さく特に高速回転領域での圧力損失が低減されているので、本実施例の電動コンプレッサの効率が向上している。したがって、本実施例の電動コンプレッサを用いた冷凍サイクルとしてのカーエアコンのＣＯＰ（冷凍サイクル効率）が向上するという効果がある。特に、カーエアコンの性能を決定するクールダウン特性は、電動モータ２の全力運転時または高速回転領域で測られるので、冷媒の圧力損失が低減される効果は、クールダウン特性の改善に大きく反映される。
【０１１８】
第二に、電動モータ２の効率が向上しているので、電動コンプレッサとしてより大きな出力を発揮できるようになりながら、その一方で小型軽量化ができるという効果がある。すなわち、電動コンプレッサに要求される定格出力を確保しながら、高効率化と小型軽量化とを両立させることができるようになったという効果がある。
【０１１９】
第三に、特殊な加工方法や高価な材料を必要とはせず、さらに加工の難しい形状や材料の部品をも必要としないので、小型軽量化した分だけ材料費や加工費が低減され、製品価格のコストダウンができるという効果がある。
【０１２０】
第四に、前述のように、流路抵抗が低減されているので冷媒Ｃの圧力損失が小さくなっており、カーエアコンのクールダウン特性を評価するにあたって、電動モータ２の消費電力が低減されているという効果がある。それゆえ、運用費のコストダウンができるという効果がある。
【０１２１】
第五に、自動車などのビークルに搭載して使用する際に、電動コンプレッサが小型化している分だけ搭載スペースに余裕が生まれる。また、電動コンプレッサが軽量化している分と電動コンプレッサを支持する部材が軽量化できる分だけ、ビークル全体を軽量化することができる。その結果、本実施例の電動コンプレッサを搭載したビークルは、電動コンプレッサが小型軽量化している分だけ、ビークル自体も小型軽量化ができる。すると、搭載ビークルの加速性や運動性が向上するうえに燃費も向上するので、搭載ビークル自体の性能も向上するという効果がある。そればかりではなく、搭載ビークルの価格や運用費も相応に低減できるという効果もある。
【０１２２】
（実施例１と比較例との比較試験）
発明者らは、本実施例の電動コンプレッサが、従来の巻線コイルに替えてセグメント型コイルを固定子コイル４に採用したことによる効果を実証する目的で、本実施例の電動コンプレッサとその比較例たる電動コンプレッサとの両者を試作した。そして両者を同一条件で運転させる比較試験を行った。
【０１２３】
比較例の電動コンプレッサは、図３に示すように、冷媒吸入口１０の配置も含めて本実施例と同じ構成であるが、固定子コイルとして従来技術と同じ巻線コイル４’を採用している点だけが、本実施例とは異なっている。
【０１２４】
比較例の固定子コイル４’は巻線コイルであるので、図４に示すように、その両コイル端部４１’，４２’では導線がかなり密集しており、整然とした隙間は形成されていない。それゆえ、再び図３の右上部に示すように、冷媒吸入口１０から内部空間１００に吸引された冷媒Ｃの流れは、あまり両コイル端部４１’，４２’を透過せず、主に両コイル端部４１’，４２’の先端部とケーシング１との間の隙間を通り抜けるものと考えられる。
【０１２５】
その結果、もともと絶縁被覆が厚いために占積率が低い上に放熱性の悪い巻線コイル４’の導線は、冷媒Ｃが両コイル端部４１，４２を吹き抜けないので、いっそう冷却されにくくなる。その結果、巻線コイル４’でのジュール熱による損失が増えることなどにより、電動モータ２’の効率などの性能が低下することが予想された。そればかりではなく、前述のように冷媒Ｃの流路が狭められ、電動コンプレッサの内部での冷媒Ｃの流れに生じる圧力損失が大きくなるから、冷凍サイクル全体の効率（ＣＯＰ）が低下することが予測された。
【０１２６】
本実施例の電動コンプレッサと比較例の電動コンプレッサとは、前述のように固定子コイル４の構成が異なるだけで、次のように諸元ないし規格を互いに合致させてある。
（供試電動コンプレッサの仕様）
・コンプレッサ８のシリンダ容積：２０ｃｃ／ｒｅｖ
・電動モータ２の最大出力：３ｋＷ（回転数８６００ｒｐｍにて）
・電動モータ２の定格出力：２．２５ｋＷ（定格回転数６７００ｒｐｍにて）
・冷媒３の成分：Ｒ１３４ａ（ＨＦＣ系冷媒）
・潤滑油Ｏの成分：合成冷凍機油ＰＯＥ（ポリオールエステル）
・冷凍サイクルの冷凍能力：最大で６ｋＷ、定格で４．５ｋＷにて設計
・電動コンプレッサの外形寸法：直径１１０ｍｍ×全長２２０ｍｍの略円筒体
両者の比較試験は、同じ構成の冷凍サイクルを接続して同じ運転条件で行い、ＣＯＰなどの性能の測定は同一の二次冷媒式カロリーメータでの計測結果から算定した。両者の比較試験を行った際の運転条件は、次のように統一して設定されていた。
（比較試験の運転条件）
・吸入圧力：０．１９６ＭＰａ（２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２ ）
・吐出圧力：１．４７ＭＰａ（１５ｋｇｆ／ｃｍ^２ ）
・スーパーヒート（過熱度）：１０℃
・サブクール（過冷却度）：５℃
・周囲温度：２５℃
・オイルレート：２％±０．５％（重量比）
なお、オイルレートとは、冷凍サイクルを循環している冷媒中に占める冷凍機油の割合のことである。
【０１２７】
以上のような同一の運転条件の下で電動モータ２の回転数をパラメータとして両者の比較試験を行った結果、性能の指標としてＣＯＰ（冷凍サイクル効率）を縦軸にとって、図５に示す線グラフが得られた。
【０１２８】
図５に示された比較試験の結果を見ると、回転数が定格値の６７００ｒｐｍ付近では、実施例１と比較例との間にＣＯＰの差はほとんどない。しかしながら、最高回転数の８６００ｒｐｍ付近では、ＣＯＰにおいて実施例１が明らかに比較例を凌駕している。そして、カーエアコンの性能は、定格回転数や定格出力のみで測られるのではなく、クールダウン特性も重要な要素とされる。クールダウン特性の測定時には、電動コンプレッサは全力運転させられることを考慮すると、高速回転領域でＣＯＰが改善されているという効果は、カーエアコン用の電動コンプレッサの性能指標の改善に直結している。
【０１２９】
ここでさらに、最高回転数を超えて試験を行い、さらに回転数の高い領域にまでグラフを外挿すれば、回転数が高くなればなるほどＣＯＰのおいて本実施例が比較例を大きく引き離して優れた性能を発揮しうることが推測される。この推測は、冷媒Ｃの圧力損失による冷凍サイクルでのエネルギー損失が冷媒Ｃの流速の二乗に比例するという流体力学上の常識と、本実施例の方が比較例よりも両コイル端部４１，４２付近での流路が広いという事実とに基づき、極めて合理性の高いものである。
【０１３０】
このように、この比較試験の結果から、回転数が高くなればなるほど本実施例の方が比較例よりも優れた性能を発揮するという傾向があると言える。そして、前述のように、カーエアコンの性能はクールダウン特性が重要な評価指標の一つであり、この場合ＣＯＰの評価も、電動コンプレッサが全力運転している状態で測られるのであるから、高速回転時のＣＯＰ向上効果は、高く評価されるべきである。それゆえ、本実施例のような構成をもつ電動コンプレッサは、全力運転時のクールダウン特性が重要な性能指標であるカーエアコンに好適であることが分かった。
【０１３１】
さらに、一般的に言って、冷凍サイクルで使用される密閉式電動コンプレッサが徐々に小型軽量化していき、それに伴って高速回転化していくという傾向も、事実としてある。そこで、この試験結果と高速回転化の傾向とを照らし合わせれば、本実施例の電動コンプレッサは、将来においていっそうその特長を発揮し、カーエアコンなどの冷凍サイクルの効率を向上させることができることが当然の帰結として予想される。
【０１３２】
一方、同じく図５に示すように、定格回転数以下の所定の領域では、実施例１よりも比較例の方がＣＯＰがわずかながら高い。しかしながら、このような低回転領域では、電動モータ２の消費電力もかなり小さく、冷凍サイクルの冷却熱量もやはりかなり小さいので、若干の効率の良し悪しは実運用上、ほとんど問題にはならない。
【０１３３】
以上詳述したように、実施例１と比較例１との比較試験により、本発明の実施例１の構成をもつ電動コンプレッサを使用した方が、高速回転領域において冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）が高くなることが実証された。このことから、本実施例の電動コンプレッサの適用を想定しているカーエアコンにおいては、特にクールダウン特性を決める高速回転領域での性能が大切であるから、重要な性能改善効果が得られたものと言える。さらに、将来的にはより高速回転化するであろうことを考慮すると、本実施例の電動コンプレッサは将来的にも有望であることが分かった。
【０１３４】
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、前述の実施例１において、セグメント型の固定子コイル４の前後を逆転して配設した電動コンプレッサの実施が可能である。
【０１３５】
すなわち、本変形態様の電動コンプレッサでは、固定子コイル４は実施例１と同じく略Ｕ字形状のコイルセグメントから形成されているが、コイルセグメントの屈曲部からなる方のコイル端部４１が、実施例１とは逆に後方に配設されている。それゆえ、本変形態様では、実施例１と同様の冷媒吸入口１０が、コイルセグメントの屈曲部からなる方のコイル端部４１に対して開口している（図１から想像されたい）。
【０１３６】
それゆえ、本変形態様では、冷媒Ｃが、屈曲部からなる方のコイル端部４１に直接的に吹き付けられる。ここで、コイルセグメントの屈曲部からなるコイル端部４１には溶接部Ｗがないばかりではなく、溶接部Ｗを覆う絶縁部材４４もないので、コイル端部４１の間の隙間が大きく、コイル端部４１での風通しがよい。それゆえ、冷媒Ｃがコイル端部４１を吹き抜ける際に、冷媒Ｃの流れに生じる圧力損失が実施例１よりも小さく、放熱性にも優れている。その結果、圧力損失が低減される分だけ、特にクールダウン特性を決める高速回転時のＣＯＰ（冷凍サイクル効率）向上効果が、さらに顕著になる。
【０１３７】
したがって、本変形態様の電動コンプレッサによれば、屈曲部の方のコイル端部４１において、実施例１よりも放熱性が良いうえに冷媒の流れに生じる圧力損失が小さくなる。そして、最も冷媒Ｃの流速が高い部分での圧力損失が小さいので、電動コンプレッサ全体としての圧力損失も実施例１よりもやや小さくなる。それゆえ、前述の実施例１の効果のうち冷凍サイクルの高効率化（カーエアコンなどのＣＯＰを向上させる効果）が、よりいっそう向上する。
【０１３８】
（実施例１の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、図６に示すように、実施例１の冷媒吸入口１０の位置を変更した電動コンプレッサの実施が可能である。本変形態様の電動コンプレッサでは、冷媒吸入口１０’がケーシング１の内部空間１００の周辺部１００’に向かって開口しており、冷媒Ｃは、後方のコイル端部４２の外周に沿って周方向に吹き付られる。
【０１３９】
本変形態様では、前述の実施例１とは異なって、冷媒Ｃは冷媒吸入口１０’の開口から、後方のコイル端部４２に直接的に吹き付けられるのではない。そうではなく、冷媒Ｃは、冷媒吸入口１０から、いったん全体形状がリング状をしたコイル端部４２の外周空間１００’に吸入され、外周空間１００’を渦状に巡る。そして、冷媒Ｃは、外周空間１００’から、後方のコイル端部４２を外周側から内周側へと吹き抜け、コイル端部４２に囲まれた内周空間１００”に流入していく。しかる後、冷媒Ｃは、内周空間１００”から、固定子３と回転子５との間に形成されたエアギャップに流入する。
【０１４０】
すると、実施例１のように後方のコイル端部４２の一部に半径方向外側から直接的に冷媒を吹き付ける場合とは異なり、本変形態様では、コイル端部４２の全体がほぼ均一に冷却され、温度分布が周方向に沿って均一化される。それゆえ、後方のコイル端部４２に吹き付けられる冷媒Ｃの圧力損失が低減され、カーエアコンなどのＣＯＰがより向上する。さらに、後部のコイル端部４２のうち上部以外が部分的に過熱することがなくなり、コイル端部４２で過熱不具合が防止されるので、電動モータ２の信頼性が向上する。それとともに、後方のコイル端部４２が全体的にほぼ均一に冷却されるので、ジュール熱の発生も抑制され、電動モータ２の効率が向上する。
【０１４１】
したがって、本変形態様の電動コンプレッサによれば、前述した実施例１の効果に加えて、後部のコイル端部４２が部分的に過熱することが防止されるので、電動モータ２の信頼性および効率がさらに向上するという効果がある。そればかりではなく、特に後方のコイル端部４２において冷媒Ｃの圧力損失が低減されるので、カーエアコン等のＣＯＰ（冷凍サイクル効率）が向上する効果がより大きくなる。
【０１４２】
（実施例１の変形態様３）
本実施例の変形態様３として、図７に示すように、実施例１と同様の冷媒吸入口１０に加えて、前方のコイル端部４１に冷媒Ｃを吹き付ける位置に開口した第二の冷媒吸入口１０”をもつ電動コンプレッサの実施が可能である。
【０１４３】
本変形態様の電動コンプレッサでは、両コイル端部４１，４２に、二つの冷媒吸入口１０，１０”からそれぞれ直接的に冷媒Ｃが吹き付けられるので、前方のコイル端部４１がよりよく冷却されるようになる。それゆえ、本変形態様では、前方のコイル端部４１に過熱をよりよく防止する効果がある。あるいは、何らかの理由で電動コンプレッサに冷媒Ｃを戻す流路が二本になってしまった場合に、流路を一本にまとめる合流部材が不要になり、部品点数の低減とコストダウンとに効果がある。
【０１４４】
（実施例１の変形態様４）
本実施例の変形態様４として、コンプレッサ８の吸入口（図略）が、電動モータ２の前方にある内部空間１００のうち前方のコイル端部４１のあたり、またはその内周側に向かって開口している電動コンプレッサの実施が可能である。
【０１４５】
本変形態様の電動コンプレッサでは、コンプレッサ８の吸入口に至るまでに、冷媒Ｃが前方のコイル端部４１を通り抜けなくても済むので、流路抵抗が減って冷媒の流れの圧力損失が低減される。その結果、カーエアコンなどのＣＯＰ（冷凍サイクル効率）がさらに向上するという効果が得られる。
【０１４６】
なお、エアギャップを通り抜けてきた冷媒Ｃは、流れの速度に旋回成分をもっている。それゆえ、冷媒Ｃのうち少なくとも一部は、その遠心力の作用により、前方のコイル端部４１に自ら吹き付けられ、前方のコイル端部４１が適正に冷却される。その結果、後方のコイル端部４２だけではなく、前方のコイル端部４１も適度に冷却されるので、両コイル端部４１，４２のうちいずれも過熱する恐れはない。
【０１４７】
（実施例１の変形態様５）
本実施例の変形態様５として、前述の図７において、後方の冷媒吸入口１０を廃止して、前方の冷媒吸入口１０”だけから冷媒Ｃが吸入される構成とした電動コンプレッサの実施が可能である。
【０１４８】
本変形態様の電動コンプレッサでは、前方のコイル端部４１を収容しており、コンプレッサ８の吸入口が開口した内部空間１００に、直接的に冷媒Ｃが導入される。それゆえ、冷媒Ｃの流路抵抗が減って圧力損失が最低限に抑えられ、カーエアコンなどのＣＯＰ（冷凍サイクル効率）がよりいっそう向上するという効果が得られる。
【０１４９】
なお、後方のコイル端部４２の放熱性を改善するには、モータケーシング２１の表面のうち適当な部分に放熱フィンを形成するなどの対応策を採ればよい。あるいは、本変形態様の電動コンプレッサの設置姿勢を縦置き式とし、これに伴って潤滑油Ｏの流路を設計改変してもよい。こうすれば、後方のコイル端部４２は循環する潤滑油Ｏに浸って適正に冷却される。
【０１５０】
（実施例１のその他の変形態様）
前述の実施例１に対し、その変形態様１ないし変形態様５を適正に組み合わせて各種の他の変形態様を実施することもでき、それ相応の作用効果が得られるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１としての電動コンプレッサの全体構成を示す正断面図
【図２】実施例１における後方のコイル端部の形状を示す斜視図
【図３】比較例としての電動コンプレッサの全体構成を示す正断面図
【図４】比較例における両コイル端部の形状を示す斜視図
【図５】実施例１と比較例との比較試験の結果を示す線グラフ
【図６】実施例１の変形態様２の要部構成を示す後部断面図
【図７】実施例１の変形態様３の全体構成を示す正断面図
【符号の説明】
１：ケーシング
１０，１０’，１０”：冷媒吸入口 ２０：冷媒吐出口
１００，１００’，１００”：内部空間
２：電動モータ
２１：モータケーシング
２２：円筒部 ２３：リヤ部 ２４：リヤベアリング
２５，２６：オイル溜まり
３：固定子 ３１：固定子コア
４：固定子コイル（セグメント型コイル）、コイルセグメント
４１：コイル端部（コイルセグメントの屈曲部側で形成）
４２：コイル端部（コイルセグメントの開放端部で形成）
４３：開放端部 ４４：絶縁部材（樹脂製）
４５：絶縁保護部 ４６：露出部
５：回転子
６：シャフト（回転子軸）
６１：偏心軸 ６２：大径部 ６３：後端部
７：ベアリングホルダ
７１：フロントベアリング ７２，７３：オイル通路
７４：固定絞り ７５：減圧弁
８：コンプレッサ（スクロール式コンプレッサ）
８０：圧縮室
８１：固定スクロール
８６：吐出ポート ８７：吐出バルブ ８８：オイル通路
８２：可動スクロール
８３：スライドブッシュ ８４：カウンタバランサ
８５：チップシール
９：アウタケーシング
９０：吐出チャンバ ９１：オイル溜まり
Ｃ：冷媒（ＨＦＣ系冷媒） Ｏ：潤滑油（冷凍機油） Ｗ：被溶接部

Claims (7)

1. 外部に連通して冷媒を取り入れる冷媒吸入口と、この冷媒を外部に吐出する冷媒吐出口とをもち、所定の内部空間を形成しているケーシングと、
   このケーシング内に配設されており、このケーシングに対して固定された固定子コアおよび固定子コイルをもつ固定子とこの固定子に回転駆動される回転子とをもつ電動モータと、
   このケーシング内に配設されており、この電動モータの軸出力により駆動されて、この冷媒吸入口からこの内部空間に入ったこの冷媒を圧縮し、この冷媒吐出口から吐出するコンプレッサと、
   を有する密閉式の電動コンプレッサにおいて、
   前記固定子コイルは、断面形状が略矩形である導電性のコイルセグメントが複数本接続されて形成されたセグメント型コイルであり、
   前記冷媒吸入口は、このセグメント型コイルが軸長方向両端にもつ二つのコイル端部のうち、少なくとも一つに対して前記冷媒を導入する位置に開口していることを特徴とする、
   電動コンプレッサ。
2. 前記冷媒吸入口は、両前記コイル端部のうち前記コンプレッサから遠い方に対して開口している、
   請求項１記載の電動コンプレッサ。
3. 前記冷媒吸入口は、両前記コイル端部のうち前記コンプレッサから遠い方の外周側に対して開口しており、
   このコンプレッサの吸入口は、これらのコイル端部のうちこのコンプレッサに近い方の外周側に対して開口している、
   請求項２記載の電動コンプレッサ。
4. 前記セグメント型コイルは、複数の略Ｕ字形状の前記コイルセグメントのうち開放端部が互いに先端部で溶接されて形成されており、
   これらの開放端部は、これらの先端部のうち溶接された部分を覆う絶縁部材をもつ絶縁保護部と、この絶縁保護部よりも前記固定子コアに近く前記内部空間に露出した露出部とをもつ、
   請求項１記載の電動コンプレッサ。
5. 前記コイルセグメントは、略Ｕ字形状をしていて屈曲部と一対の開放端部とを持ち、
   前記冷媒吸入口は、これらの屈曲部からなる方の前記コイル端部に対して開口している、
   請求項１記載の電動コンプレッサ。
6. 両前記コイル端部のうち少なくとも一方と、これに最も近接する導電性の部材との間の距離は、ＪＩＳ（日本工業規格）に定められた絶縁距離の一倍以上二倍以内である、
   請求項１記載の電動コンプレッサ。
7. 前記冷媒吸入口は、前記内部空間に向かい前記冷媒を前記コイル端部の外周に沿って略周方向に吹き付ける位置に開口している、
   請求項１記載の電動コンプレッサ。

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