JP2014117090A - 電動機、及び、電動機一体型圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハウジング11と、ハウジング11に保持され、複数枚の磁性鋼板が積層された鉄心42を有する固定子41と、固定子41の内側に配置され、ハウジング11に対して回転軸を中心に回転可能に支持される回転子45とを備える電動機である。そして、鉄心42は、ハウジング11に接し、かつ圧力を受けることでハウジング11に保持される第1領域と、前記第1領域を除く領域に配置され、ハウジングと間隔を隔てる第2領域とを備える。このような構成を備える電動機は、新たに部材を追加することなく、固定子鉄心に生じる圧縮応力を低減できる。
【選択図】図2
Description
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、新たに部材を追加することなく、固定子鉄心に生じる圧縮応力を低減できる電動機を提供することを目的とする。
そして本発明の電動機は、鉄心は、ハウジングに接し、かつ圧力を受けることでハウジングに保持される第1領域と、第1領域を除く領域に配置され、ハウジングと間隔を隔てる第2領域と、を備えることを特徴とする。
本発明の電動機によれば、固定子の鉄心の形態、または、電動機を収容するハウジングの形態を調整することで、鉄心を、ハウジングに接し、かつ圧力を受けることでハウジングに保持される第1領域と、第1領域を除く領域に配置され、ハウジングと間隔を隔てる第2領域と、からなる構成することができる。したがって、新たに部材を追加することなく、固定子鉄心に生じる圧縮応力を低減できる。
つまり、前者は、第1領域が、径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周に断続的に形成される第1鉄心要素からなり、第2領域が、第1鉄心要素の前記保持片の部分よりも外径が小さい第2鉄心要素からなるものとすればよい。この鉄心は、保持片がハウジングに接し、かつ圧力を受けることで、ハウジングに保持される。
一方、後者は、ハウジングが、第1領域に対応し、相対的に内径の寸法が小さい小径部と、第2領域に対応し、相対的に内径の寸法が大きい大径部と、を備えるものとすればよい。この場合、鉄心は同じ仕様のものを用いることができる。
この電動機は、第1領域が、径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周に断続的に形成される第1鉄心要素からなり、第2領域が、第1鉄心要素の前記保持片の部分よりも外径が小さい第2鉄心要素からなり、ハウジングは、第1領域と第2領域に対応し、相対的に内径の寸法が大きい大径部と、第2領域における回転軸の他方端を保持し、相対的に内径の寸法が小さい小径部と、を備える。
つまり、鉄心を、径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周の所定範囲にのみ形成される複数の第3鉄心要素が、保持片の周方向の位置をずらして積層する。つまり、保持片がハウジングから受ける圧力を部分的なものにすることができるため、圧縮応力を低減できる。
[第1実施形態]
本実施形態は、電動機40を、図1に示す縦型のスクロール型圧縮機10に適用した例について説明する。
縦型のスクロール型圧縮機10(以下、単に圧縮機)は、ステンレス鋼からなり、円筒状のハウジング11の内部に、主軸12と、主軸12とともに回転する旋回スクロール20と、ハウジング11に固定された固定スクロール30と、を備える。
スクロール型圧縮機10は、ハウジング11の一端側に形成された冷媒導入ポートP1からハウジング11内に冷媒が導入され、旋回スクロール20と固定スクロール30との間に形成される圧縮室において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング11の他端側に形成された冷媒吐出ポートP2から吐出される。
一方、固定スクロール30は、旋回スクロール20に対向する端板31には、旋回スクロール20のラップ壁22に対向して噛み合う渦巻き状のラップ壁32が形成されている。
これにより、旋回スクロール20、固定スクロール30の外周側から圧縮室50に導入された冷媒は、固定スクロール30に対する旋回スクロール20の公転により、外周側から内周側に順次送られて圧縮される。圧縮室50で圧縮された冷媒は、ハウジング11の他端側に形成された冷媒吐出ポートP2から吐出される。
また、主軸12には、ハウジング11の底部のオイル溜りから吸い上げた潤滑油を主軸12の上端部から主軸12と凹部23との間のドライブブッシュ24に供給するための潤滑油流路が形成されている。
電動機40は、ハウジング11に焼嵌めにより保持される固定子41と、固定子41の内側に配置される回転子45と、を備えている。ハウジング11は、図1より明らかなように、固定子41を保持するのに加えて、スクロール型圧縮機10の外殻をなしている。なお、ハウジング11の、内径をDhとする。また、回転子45は、永久磁石と鉄心を要素として含む周知の構成を備えている。
本実施形態では、鉄心42が、第1鋼板43と第2鋼板44の2種類からなる。
第1鋼板43は、円環状の鋼板本体43Aと、鋼板本体43Aの内周から鋼板本体43Aの中心に向けて突き出した複数のティース43Bと、鋼板本体43Aの外周から径方向の外側に向けて突出する複数の突出部43Cと、から構成されている。ティース43B及び突出部43Cは、各々、等間隔に形成されているが、ティース43Bと突出部43Cはお互いに径方向にずれて配置されている。また、ティース43Bと突出部43Cとは同じ数だけ設けられている。第1鋼板43は、固定子41の軸方向の両端部に複数枚配置される
第2鋼板44は、突出部43Cが形成されていない点以外は、第1鋼板43と同様な構成をとる。同様の構成部分には、第1鋼板43と同じ符号を付している。第2鋼板44は、当該両端部の間に挟まれ配置される。
第1鋼板43と第2鋼板44は、各々個別に作製することもできるが、第1鋼板43を作成した後に、突出部43Cの外周から所定範囲までを切断により削除することで第2鋼板44を作製することが好ましい。突出部43Cの切断工程以外は、第1鋼板43と共通の工程で製造できるとともに、突出部43Cを切断する金型を追加するだけで足りる。
したがって、第1鋼板43の外径をDa、第2鋼板44の外径をDbとすると、上記の通りであるから、Da>Db となる。この外径は、突出部43Cの部分で特定される。また、この径は、常温における寸法で特定される。
また、第1鋼板43が焼嵌めによりハウジング11の内周に保持されるので、第1鋼板43の外径Daは、ハウジング11の内径Dhよりも大きく、Da>Dh となる。一方、第2鋼板44はハウジング11に接しないので、第2鋼板44の外径Dbは、ハウジング11の内径Dhよりも小さく、Db<Dh となる。
焼嵌めによりハウジング11に鉄心42が保持させるが、第1鉄心42Aの突出部43Cにはハウジング11から圧縮の力が加えられるが、第2鉄心42Bの外周面には、ハウジング11の内周との間に隙間が形成されるため、ハウジング11から圧縮の力が加わらない。
つまり、第1鉄心42Aが配置されている固定子41の軸方向の両端部のみにハウジング11からの力を受けて圧縮応力が生じる。
また、本実施形態の固定子41は、ハウジング11に鉄心42を保持させるのに、特許文献1のリング部材のような他の部材を必要としない。本実施形態は、第1鋼板43に加えて第2鋼板44を用意するが、前述したように、切断の工程を加えるだけで足りるので、リング部材を鉄心に取り付ける作業よりも負担が小さい。
さらに、第2鋼板44は、第1鋼板43の外周縁をわずかに切断するだけであり、基本的な形態は第1鋼板43と変わらない。つまり、本実施形態によれば、圧縮応力を低減させるために、鉄心42に特別な形状変更をする必要がないため、形状変更にともなう新たな磁気的な損失を招くこともないため、鉄心42が占める体積を有効利用できる。
そして、鉄心42に対する各第1鉄心42A、各第2鉄心42Bの積層割合を、第1鉄心42Aは5%(合計で15%)、第2鉄心42Bは42.5%(合計で85%)とする。このような構成を備える固定子41は、ハウジング11と接触しない領域が大きくなるので、鉄心42の全体としての透磁率の低下及び鉄損の増大を抑制することができる。
また、軸方向の中間にも第1鉄心42Aを配置することにより、全体としての第1鉄心42Aの積層割合の増加を最小限に抑えながら、ハウジング11による固定子41の保持力を確保できる。さらに、各々の第1鉄心42Aが受け持つ保持に必要な力を低減できるので、構造上の安定性を確保することができる。
このように、第1鉄心42A、第2鉄心42Bの配置、配列、および、構成割合を調整することにより、鉄損の増加を最大限抑制することができる。
第2実施形態では、鉄心に生ずる圧縮応力をより低減できる例について、図5を参照して説明する。なお、第1実施形態と同じ部分については、図2と同じ符号を図5に付している。
第2実施形態に係る電動機140の固定子141は、図5(a)に示すように、径の大きい第1鉄心142Aを上端部のみに配置し、それよりも下方は径の小さい第2鉄心142Bを備える。ただし、第1鉄心142Aが上端部にしかないと、ハウジング111が鉄心142を保持する力が不足するおそれがある。そこで、ハウジング111に階段状の支持部112を設け、そこに鉄心142の下端を載せることで、鉄心142をハウジング111に確実に保持する。
したがって、第2実施形態にかかる電動機140は、固定子141の上端部の限られた領域にしか圧縮応力が生じないので、第1実施形態よりさらに効率が向上する。
なお、下方から鉄心142を支持するのは階段状の支持部112に限定されるものではなく、例えば、図5(b)に示すように、支持部112をテーパ状とすることによっても、上記と同様な効果を享受することができる。
以上説明した第1実施形態と第2実施形態は、径の大きい第1鉄心42Aと径の小さい第2鉄心42Bの2種類を必要としているが、ハウジングの形態、具体的には内径を変更することにより、径の等しい一種類の鉄心242を用いても、第1実施形態、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、図6(a)に示すように、ハウジング211が、固定子241の上端部及び下端部に対応する領域の内径が小さい小径部211Aと、上端部と下端部に挟まれる領域の内径が大きい大径部211Bと、を備える。そうすることで、圧縮応力が生ずる範囲を小径部211Aに対応する鉄心242の領域に限定できる。なお、小径部211A、大径部211Bの内径、鉄心242の外径は、焼嵌めをすること、鉄心242を十分な力で保持することを考慮して設定されることは言うまでもない。
さらに、図6(b)に示すように、固定子241の下端部に対応する領域の小径部211Aの内径を鉄心242の外径よりも小さくして、階段状の支持部212を設ければ、鉄心242の下端を支持することができる。
本実施形態では、ハウジングの形態を代えることなく、一種類の鉄心342で圧縮応力を低減させる手段について説明する。
本実施形態は、図7に示すように、鉄心342を構成する鋼板343の外周に突出部343Cを1つだけ設ける。この突出部343Cは、鋼板343の外周の限られた範囲に設けられる。ここでは、突出部343Cは、外周(円周)を9等分した範囲、つまり中心角が40度になるように形成されている。
本実施形態は、複数枚の鋼板343を、突出部343Cの周方向の位置を併せて、つまり同位相にして積層する。これを積層ユニットということにする。本実施形態は、この積層ユニットを9つ用意する。各々を、積層ユニットU1〜U9とする。
鉄心342は、積層ユニットU1〜U9を積層して得られる。ただし、積層ユニットU1〜U9は、前述した中心角の値だけ、周方向の位置をずらして積層される。例えば、図7に示すように、積層ユニットU1がその突出部343Cが正午の位置になるように配置したとすると、積層ユニットU2はその突出部343Cが正午の位置から40度だけ反時計回りに回転させた位置に配置し、次に、積層ユニットU3はその突出部343Cが積層ユニットU2の位置からさらに40度だけ反時計回りに回転させた位置に配置する。この配置関係を、積層ユニットU9まで同様に適用することで、鉄心342が形成される。ここで、各積層ユニットU1〜U9の突出部343Cを平面視すると、突出部343Cは円周状を周方向に均等間隔で配置される。
このように、本実施形態によると、鉄心342には圧縮応力が部分的にしか生じないので、圧縮応力を低減できる。しかも、生ずる圧縮応力は、周方向及び軸方向に均等であるから、磁気的バランスが悪化するのを防止できる。さらに、本実施形態によると、寸法の等しい鋼板343だけを用意すれば足りるので、2種類の鋼板を用意するのに比べて、鋼板の製造コストを下げることができる。
なお、2つの突出部443Cが隣接するのは一例であり、他の配置、例えば対称の位置に2つの突出部443Cを設けることもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
11 ハウジング
12 主軸
13,14 軸受
20 旋回スクロール
21 端板
22 ラップ壁
23 凹部
30 固定スクロール
40 電動機
41 固定子
42 鉄心
42A 第1鉄心
42B 第2鉄心
43 第1鋼板
43A 鋼板本体
43B ティース
43C 突出部
44 第2鋼板
45 回転子
111 ハウジング
112 支持部
140,150 電動機
141 固定子
142 鉄心
142A,142B 鉄心
211 ハウジング
211A 小径部
211B 大径部
212 支持部
241 固定子
242,342,442 鉄心
343,443 鋼板
343C,443C 突出部
Da,Db 外径
Dh 内径
P1 冷媒導入ポート
P2 冷媒吐出ポート
U1〜U9 積層ユニット
Claims (7)
- ハウジングと、
前記ハウジングに保持され、複数枚の磁性鋼板が積層された鉄心を有する固定子と、
前記固定子の内側に配置され、前記ハウジングに対して回転軸を中心に回転可能に支持される回転子と、を備える電動機であって、
前記鉄心は、
前記ハウジングに接し、かつ圧力を受けることで前記ハウジングに保持される第1領域と、
前記第1領域を除く領域に配置され、前記ハウジングと間隔を隔てる第2領域と、を備える、
ことを特徴とする電動機。 - 前記第1領域は、前記回転軸の軸方向の一方端及び他方端の各々に配置され、
前記第2領域は、前記一方端の前記第1領域と前記他方端の前記第1領域の間に配置される、
請求項1に記載の電動機。 - 前記第1領域は、径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周に断続的に形成される第1鉄心要素からなり、
前記第2領域は、前記第1鉄心要素の前記保持片の部分よりも外径が小さい第2鉄心要素からなる、
請求項2に記載の電動機。 - 前記第1領域は、前記回転軸の軸方向の一方端に配置され、
前記第1領域は、径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周に断続的に形成される第1鉄心要素からなり、
前記第2領域は、前記第1鉄心要素の前記保持片の部分よりも外径が小さい第2鉄心要素からなり、
前記ハウジングは、
前記第1領域と前記第2領域に対応し、相対的に内径の寸法が大きい大径部と、
前記第2領域における前記回転軸の他方端を保持し、相対的に内径の寸法が小さい小径部と、を備える、
請求項1に記載の電動機。 - 前記ハウジングは、
前記第1領域に対応し、相対的に内径の寸法が小さい小径部と、
前記第2領域に対応し、相対的に内径の寸法が大きい大径部と、を備える、
請求項2に記載の電動機。 - 前記鉄心は、
径方向の外側に向けて突出する保持片が、外周の所定範囲にのみ形成される複数の第3鉄心要素が、前記保持片の周方向の位置をずらして積層される、
請求項1に記載の電動機。 - 圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する電動機と、を備え、
前記電動機が、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電動機からなり、
前記圧縮機構が前記ハウジングに収容される、
ことを特徴とする電動機一体型圧縮機。
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