JP2016116391A - コンプレッサ用モータ及びそれを備えたコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの剛性を維持しつつ、漏れ磁束によるトルクの低下を抑制することができるコンプレッサ用モータを提供する。【解決手段】ステータのコア２２は、隣接するティース２７の先端部２７Ａが連続しており、巻線２３が施されたティース部材２６と、このティース部材２６の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材２８とから構成され、ティース部材２６は、隣接するティース２７の先端部２７Ａ間を繋ぐブリッジ部２９を備え、このブリッジ部２９は、ティース２７の先端部２７Ａよりもティース部材２６の径方向の幅が狭く、且つ、周方向に所定の長さ寸法を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、コンプレッサの容器内に収納され、同様に容器内に収納された圧縮要素を駆動するコンプレッサ用モータ、及び、それを備えたコンプレッサに関するものである。

従来より冷凍サイクルで使用される冷媒圧縮用のコンプレッサは、容器内にスクロール式等の圧縮要素と、この圧縮要素を駆動するモータを収納して構成されている（例えば、特許文献１参照）。図１０に従来の係るコンプレッサ用モータのステータコアの部分平面図を示す（例えば、特許文献２参照）。図１１は図１０の円Ｃ部分の拡大図である。従来のモータは、図１０に示すステータ１００とその内側で回転する図示しないロータから成り、このロータが固定される回転軸で圧縮要素を駆動するものである。

図１０のステータ１００のコア１０１は、ティース部材１０２とヨーク部材１０３が分離された二分割構成とされており、ティース部材１０２は、隣接する各ティース１０４、１０４の先端部１０４Ａ、１０４Ａが相互に連続している。これにより、ティース部材１０２のスロット１０６は外方向に向けて開放し、中心方向は閉じた形状とされている。

そして、各ティース１０４に外方向から図示しない巻線が装着され、各スロット１０６内に位置する。ヨーク部材１０３は巻線が装着された後のティース部材１０２のティース１０４の外端に結合され、これにより、ステータ１００が構成されるものであった。

このように、ティース１０４の先端部１０４Ａが連続した構成のステータ１００では、ティース先端部の隙間からノズルを挿入して巻線を直巻するモータに比して巻線の密度を大きくし、性能の向上を図ることができる。また、ティース１０４の先端部１０４Ａが連続していることにより、その剛性が向上するので、ロータの回転に伴う反力によるステータ１００のコア１０１の変形量も減少することになり、振動の発生も抑制されるという利点があった。

特開２０１１−６４０９９号公報 特許第４１４７６００号公報

しかしながら、ティース１０４の先端部１０４Ａが連続していることにより、本来ヨーク部材１０３を通る磁路を通過すべき磁束がこの連続部分を通り、ショートカットしてしまう（即ち、漏れ磁束が発生する）ことに繋がる。特に、従来では図１１に示されるように先端部１０４Ａの連続部分（図１１にＸで示す）の径方向の幅（ティース部材１０２の径方向の幅）が局所的に狭くなっているだけの形状であったため、漏洩磁束が通過し易く、この連続部分Ｘを通過する漏れ磁束により、係るステータ１００ではトルクの低下を発生する問題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ステータの剛性を維持しつつ、漏れ磁束によるトルクの低下を抑制することができるコンプレッサ用モータ及びそれを用いたコンプレッサを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明のコンプレッサ用モータは、容器内に収納されて圧縮要素を駆動するものであって、ステータと、圧縮要素を駆動する回転軸に固定され、ステータの内側において回転するロータとを備え、ステータは、隣接するティースの先端が連続しており、巻線が施されたティース部材と、このティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成され、ティース部材は、隣接するティースの先端間を繋ぐブリッジ部を備え、このブリッジ部は、ティースの先端よりもティース部材の径方向の幅が狭く、且つ、周方向に所定の長さ寸法を有していることを特徴とする。

請求項２の発明のコンプレッサ用モータは、上記発明においてブリッジ部は、ティース部材の径方向の幅が一定とされていることを特徴とする。

請求項３の発明のコンプレッサ用モータは、上記発明においてブリッジ部の長さ寸法をＬｂ、幅寸法をＷｂとした場合に、この長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６としたことを特徴とする。

請求項４の発明のコンプレッサ用モータは、上記各発明においてブリッジ部は、ティース部材の円弧に沿った円弧形状とされていることを特徴とする。

請求項５の発明のコンプレッサ用モータは、請求項１乃至請求項３の発明において、ブリッジ部は、直線形状とされていることを特徴とする。

請求項６の発明のコンプレッサ用モータは、上記各発明において隣接するティースに連続するブリッジ部の両端部外側には、湾曲した面取り加工が施されていることを特徴とする。

請求項７の発明のコンプレッサ用モータは、上記各発明においてステータは、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されていることを特徴とする。

請求項８の発明のコンプレッサ用モータは、上記各発明において巻線が巻回されたボビンを備え、このボビンがティースに外側から装着されることにより、ティース部材に巻線が施されることを特徴とする。

請求項９の発明のコンプレッサは、請求項１乃至請求項８のうちの何れか発明のモータと圧縮要素を容器内に収納して成ることを特徴とする。

本発明によれば、容器内に収納されて圧縮要素を駆動するコンプレッサ用モータにおいて、ステータと、圧縮要素を駆動する回転軸に固定され、ステータの内側において回転するロータとを備え、ステータを、隣接するティースの先端が連続しており、巻線が施されたティース部材と、このティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成したので、巻線の密度を大きくして性能の向上を図ることができる。また、ティースの先端が連続しており、その剛性が向上するため、ロータの回転に伴う反力によるステータの変形量も減少することになり、振動の発生も抑制される。

特に本発明ではティース部材に、隣接するティースの先端間を繋ぐブリッジ部を設け、このブリッジ部が、ティースの先端よりもティース部材の径方向の幅が狭く、且つ、周方向に所定の長さ寸法を有するものとしたので、ブリッジ部を磁束が通過し難くなり、ティースの先端間をショートカットする磁束の漏洩を著しく減少させ、漏れ磁束によるトルクの低下も効果的に抑制することが可能となるものである。

この場合、請求項２の発明の如くブリッジ部の、ティース部材の径方向の幅を一定とすることで、応力集中による剛性低下も解消することができる。

また、請求項３の発明の如くブリッジ部の長さ寸法をＬｂ、幅寸法をＷｂとした場合に、この長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６とすることにより、ステータの剛性を維持しつつ、漏れ磁束によるトルクの低下を効果的に抑制することができるようになる。

上記ブリッジ部は、請求項４の発明の如くティース部材の円弧に沿った円弧形状とされてもよく、請求項５の発明の如く直線形状としてもよい。但し、請求項４の如く円弧形状とすれば、ティースの先端とブリッジ部とでロータとの間のギャップを均一化することが可能となる。

また、請求項６の発明の如く隣接するティースに連続するブリッジ部の両端部外側に、湾曲した面取り加工を施すことで、ブリッジ部の両端部に応力が集中することも抑制でき、更なる剛性の向上を図ることが可能となる。

上記構成は、請求項７の発明の如く複数枚の電磁鋼板を積層して構成されるステータにおいて、その剛性の向上に特に有効なものとなる。

また、請求項８の発明の如く巻線が巻回されたボビンをティースに外側から装着することにより、ティース部材に巻線を施すようにすれば、ティース部材への巻線の巻装も極めて容易となる。

そして、請求項９の発明の如く上記各発明のモータと圧縮要素を容器内に収納してコンプレッサを構成することにより、小型で振動も少ない高性能なコンプレッサとすることが可能となる。

本発明を適用した一実施形態のコンプレッサの縦断側面図である。 図１のコンプレッサのモータを構成するステータの分解斜視図である。 図２のステータの要部拡大平断面図である。 図２のステータのコアの平面図である。 図４のコアの要部拡大平面図である。 図５の円Ａ部分の拡大図である。 図５の円Ｂ部分の拡大図である。 図４のコアの磁路を説明する図である。 図４のコアのブリッジ部の長さ寸法と幅寸法の比を変化させた場合の磁束漏洩とコアの変形量を説明する図である。 従来のステータのコアの部分平面図である。 図１０の円Ｃ部分の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１において、実施例のコンプレッサ１は、容器２内にスクロール圧縮要素３と本発明のモータ４を収納してなるスクロールコンプレッサである。スクロール圧縮要素３は、容器２に固定された固定スクロール６と、モータ４の回転軸８により、固定スクロール６に対して回転せずに公転運動される可動スクロール７とから成り、固定スクロール６に形成された渦巻き状のラップ１１と可動スクロール７に形成された渦巻き状のラップ１２とが噛み合うように配置されている。

容器２内には図示しない冷媒導入通路から冷媒が導入され、両ラップ１１、１２間に構成される圧縮室に外側から吸い込まれる。この圧縮室は可動スクロール７の公転運動により中心に向けて狭くなるため、吸い込まれた冷媒は圧縮され、中心部から吐出室１４、図示しない冷媒吐出通路を経て吐出されることになる。また、容器２内は低圧となるため、モータ４の周囲にも冷媒が通過することになり、この冷媒でモータ４は冷却されるかたちとなる。

次に、本発明のモータ４について説明する。実施例のモータ４は永久磁石同期モータであり、コア２２と巻線２３から成るステータ２１と、回転軸８に固定されてステータ２１の内側で回転する磁石内蔵型のロータ２４（複数枚の電磁鋼板を積層して成る）とから構成されている。

ステータ２１のコア２２は、複数（極数に応じた数。実施例では１２個）のティース２７を有するティース部材２６（内側コア）と、ヨーク部材２８（外側コア）とが分離された二分割構成とされており、ティース部材２６の隣接するティース２７、２７の各先端部２７Ａ、２７Ａは、ブリッジ部２９により相互に連続した構成とされている。これにより、ティース部材２６の各ティース２７間のスロット３１は、外方向に向けて開放し、中心方向が閉じた形状とされている。

係るティース部材２６及びヨーク部材２８は複数枚の電磁鋼板を積層し、結合して構成されている。また、ヨーク部材２８の内側には、ティース部材２６のティース２７と同数の嵌合凹所３２が形成されている。一方、巻線２３は予め絶縁体から成るボビン３３に巻回されており、このボビン３３にはティース部材２６のティース２７が差し込まれる装着孔３４が形成されている。

そして、ステータ２１を組み立てる際には、先ず、電磁鋼板を積層して結合することにより、ティース部材２６とヨーク部材２８を構成する。また、巻線２３をボビン３３に巻回し、それを１２個用意する。次に、巻線２３を巻回した各ボビン３３の装着孔３４内にティース部材２６のティース２７を挿入するかたちでボビン３３を全てのティース２７に外側から装着する（計１２個装着する）。

このようにしてティース部材２６に巻線２３が巻装される。次に、巻線２３が施されたティース部材２６をヨーク部材２８内に嵌め込む。この際、ティース部材２６の各ティース２７の外端部がヨーク部材２８の各嵌合凹所３２内に嵌着されることでティース部材２６とヨーク部材２８は一体化される（図７）。尚、各ボビン３３の巻線２３は所定の電気回路を構成するように配線されるものとする。また、図４以降ではこのボビン３３と巻線２３の表示を省略している。

このように、ステータ２１はティース２７の先端部２７Ａが連続しており、外方に開放したスロット３１に外側から巻線２３を装着するため、ティース先端部の隙間からノズルを挿入して巻線を直巻するモータに比して巻線の密度を大きくし、性能の向上を図ることができる。

次に、図６、図８、図９を参照しながらステータ２１のティース部材２６のブリッジ部２９について説明する。ティース部材２６は各ティース２７の先端部２７Ａがブリッジ部２９により連続していることにより、その剛性が向上するので、ロータ２４の回転に伴う反力によるステータ２１のコア２２の変形量も減少することになり、振動の発生も抑制されるという利点があるが、各ティース２７の連続部分を通過する漏れ磁束によるトルクの低下が問題となる。

この磁束漏洩はブリッジ部２９の形状や寸法で変化する。単純にブリッジ部２９の幅（ティース部材２６の径方向の幅）を狭くすれば磁束は通過し難くなるが、それではブリッジ部２９の剛性及び強度が低下してしまう。そこで、本発明ではブリッジ部２９の形状と寸法を検証した。図８はティース部材２６とヨーク部材２８から成るコア２２を模式的に示したものである。図中Ｗｔはティース部材２６のティース２７の幅寸法、Ｌｔはティース部材２６のティース２７とヨーク部材２８を通過する磁路の長さ寸法、Ｌｂはブリッジ部の周方向（ティース部材２６の周方向）の長さ寸法、Ｗｂはブリッジ部の径方向（ティース部材２６の径方向）の幅寸法である。

先ず、ブリッジ部２９の幅寸法Ｗｂはティース２７の先端部２７Ａの径方向の幅よりも十分に狭いものとする。また、ブリッジ部２９の内側（ロータ２４側）の面は、ティース２７の先端部２７Ａの内側（ロータ２４側）の面と連続するようにする。更に、ティース２７の先端部２７Ａはロータ２４との間のギャップを一定とするように円弧形状とされているが、ブリッジ部２９も先端部２７Ａの円弧に沿った円弧形状とする。

尚、ブリッジ部２９の幅寸法Ｗｂがティース２７の先端部２７Ａの幅よりも狭いことから、ブリッジ部２９の外側の面（スロット３１側の面）は、先端部２７Ａの外側の面よりも内側（ロータ２４側）となる。そのため、ティース２７の先端部２７Ａに連続するブリッジ部２９の両端部外側と先端部２７Ａの側面（ブリッジ部２９側の面）が交わる箇所には角ができる（図６にＲで示す）。実施例ではこの角Ｒに、湾曲した面取り加工が施されている。

そして、ブリッジ部２９をティース２７の周方向に渡って所定の長さ（長さ寸法Ｌｂ）で構成し、且つ、その幅寸法Ｗｂを全長（Ｌｂ）に渡って一定する。これにより、ブリッジ部２９の内側の面（ロータ２４側の面）と外側の面（スロット３１側の面）は平行となる。係る条件で、次に、ブリッジ部２９の長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを変化させた場合に、コア２２の変形量ΔＬとブリッジ部２９を通過する磁束漏洩がどのように変化するかを計測した。

この場合、磁束漏洩はブリッジ部２９を通過する磁束量φｂと、ティース２７とヨーク部材２８を通る磁路（長さＬｔ）を通過する磁束量φｔとの比φｂ／φｔで判断する。この磁束量比φｂ／φｔは下記式（１）で算出される。
φｂ／φｔ＝（Ｗｂ×Ｌｔ）／（Ｗｔ×Ｌｂ）×γ ・・・（１）
但し、γは等価回路係数（磁場解析より算出）。

また、コア２２の変化量ΔＬは、下記式（２）で算出される。
ΔＬ＝（Ｐ／Ｅ）×（Ｌｂ／（Ｗｂ×Ｔ）） ・・・（２）
但し、Ｐはコア２２の荷重、Ｅはコア２２の弾性係数、Ｔはコア２２の積厚である。

図９はブリッジ部２９の長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂの値に対する前記磁束漏洩（磁束量比φｂ／φｔ）と変化量ΔＬの変化を示している。ブリッジ部２９の長さ寸法Ｌｂを長くして比Ｌｂ／Ｗｂを大きくすると、ブリッジ部２９に磁束が流れ難くなるため、磁束漏洩（磁束量比φｂ／φｔ）は減少する。しかしながら、剛性は低下するため、変形量ΔＬは大きくなる。

一方、ブリッジ部２９の幅寸法Ｗｂを大きくして比Ｌｂ／Ｗｂを小さくすると、剛性が向上するため、変形量ΔＬは小さくなるが、ブリッジ部２９に磁束が流れ易くなるため、磁束漏洩（磁束量比φｂ／φｔ）は増大する。一方、此の種コンプレッサにおけるコア２２の変形量ΔＬの最大許容量を０．０００６２とし、ブリッジ部２９における磁束漏洩の最大許容量（磁束量比φｂ／φｔの最大許容値）を０．１４５とすると、ブリッジ部２９の長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６とすることで、変形量ΔＬと磁束漏洩の双方を許容範囲内に抑えることが可能となる。そこで、実施例では比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６の範囲で決定するものとした。

このように、ティース部材２６に、隣接するティース２７、２７の先端部２７Ａ、２７Ａ間を繋ぐブリッジ部２９を設け、このブリッジ部２９を、ティース２７の先端部２７Ａよりもティース部材２６の径方向の幅が狭く、且つ、周方向に所定の長さ寸法を有するものとしたので、ブリッジ部２９を磁束が通過し難くなり、ティース２７の先端部２７Ａ間をショートカットする磁束の漏洩を著しく減少させ、漏れ磁束によるトルクの低下も効果的に抑制することが可能となる。

この場合、ブリッジ部２９の、ティース部材２６の径方向の幅Ｗｂを一定としているので、応力集中による剛性低下も解消することができる。また、ブリッジ部２９の長さ寸法をＬｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６としているので、ステータ２１のコア２２の剛性を維持しつつ、漏れ磁束によるトルクの低下を効果的に抑制することができるようになる。

また、ブリッジ部２９は、ティース部材２６のティース２７の先端部２７Ａの円弧に沿った円弧形状としているので、ティース２７の先端部２７Ａとブリッジ部２９とでロータ２４との間のギャップを均一化することが可能となる。

また、隣接するティース２７、２７の先端部２７Ａ、２７Ａに連続するブリッジ部２９の両端部外側に、湾曲した面取り加工（Ｒ）を施しているので、ブリッジ部２９の両端部に応力が集中することも抑制でき、更なる剛性の向上を図ることが可能となる。

上記構成は、実施例の如く複数枚の電磁鋼板を積層して構成されるステータ２１において、その剛性の向上に特に有効なものとなる。また、実施例では巻線２３が巻回されたボビン３３をティース２７に外側から装着することにより、ティース部材２６に巻線２３を施すようにしているので、ティース部材２６への巻線２３の巻装も極めて容易となる。

そして、係る構成のモータ４とスクロール圧縮要素３を容器２内に収納して構成された実施例のコンプレッサ１は、小型で振動も少ない高性能なものとなる。

尚、実施例ではブリッジ部２９を円弧形状としたが、直線形状であってもよい。また、実施例では本発明をスクロールコンプレッサに採用したが、それに限らず、ロータリコンプレッサなど、種々のコンプレッサに本発明のモータ４は好適である。

１ コンプレッサ
２ 容器
３ スクロール圧縮要素
４ モータ
８ 回転軸
２１ ステータ
２２ コア
２３ 巻線
２４ ロータ
２６ ティース部材
２７ ティース
２７Ａ 先端部
２８ ヨーク部材
２９ ブリッジ部
３１ スロット

Claims (9)

1. 容器内に収納されて圧縮要素を駆動するコンプレッサ用モータにおいて、
   ステータと、前記圧縮要素を駆動する回転軸に固定され、前記ステータの内側において回転するロータとを備え、
   前記ステータは、
   隣接するティースの先端が連続しており、巻線が施されたティース部材と、
   該ティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成され、
   前記ティース部材は、隣接する前記ティースの先端間を繋ぐブリッジ部を備え、該ブリッジ部は、前記ティースの先端よりも前記ティース部材の径方向の幅が狭く、且つ、周方向に所定の長さ寸法を有していることを特徴とするコンプレッサ用モータ。
2. 前記ブリッジ部は、前記ティース部材の径方向の幅が一定とされていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ用モータ。
3. 前記ブリッジ部の長さ寸法をＬｂ、幅寸法をＷｂとした場合に、この長さ寸法Ｌｂと幅寸法Ｗｂの比Ｌｂ／Ｗｂを、５．７≦Ｌｂ／Ｗｂ≦１８．６としたことを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサ用モータ。
4. 前記ブリッジ部は、前記ティース部材の円弧に沿った円弧形状とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のコンプレッサ用モータ。
5. 前記ブリッジ部は、直線形状とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のコンプレッサ用モータ。
6. 隣接する前記ティースに連続する前記ブリッジ部の両端部外側には、湾曲した面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載のコンプレッサ用モータ。
7. 前記ステータは、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載のコンプレッサ用モータ。
8. 前記巻線が巻回されたボビンを備え、
   該ボビンが前記ティースに外側から装着されることにより、前記ティース部材に巻線が施されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載のコンプレッサ用モータ。
9. 請求項１乃至請求項８のうちの何れかに記載のモータと前記圧縮要素を前記容器内に収納して成るコンプレッサ。

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