JP2016534697A - 永久磁石モーター、冷凍圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石モーター、冷凍圧縮機および空気調和装置を提供する。【解決方法】固定子２０および回転子３０は、永久磁石モーターの筐体１０内に設けられ、筐体１０の内側空洞部を第１および第２の内側空洞部１０ａ、１０ｂに分割する。エアギャップ１０ｃが、固定子２０の内円面と回転子３０の外円面との間に形成され、第１および第２の内側空洞部１０ａ、１０ｂと連通する軸方向通気孔２１３が、固定子コア２１の歯２１２に配置される。回転子３０は回転子コア３１と回転子コア３１の両側軸方向に配置される回転子押輪３２を備え、仕切り３３は回転子コア３１と少なくとも１つの回転子押輪３２との間に配置される。仕切り３３の外縁部は、エアギャップ１０ｃ内に延び、軸方向通気孔２１３が全回路の唯一の経路を形成し、空気抑制効果を高め過多に熱交換流体がエアギャップ１０ｃに入るのを防ぎ、必要な熱交換流体量を減じ、より高い冷却効率を実現する。【選択図】 図１

Description

本発明は、モーターに関し、より詳しくは、永久磁石モーター、永久磁石モーターを有する冷凍圧縮機、および前記圧縮機を有する空気調和装置に関する。

従来技術のモーターの軸冷却システムは、大部分が、固定子の継鉄（ヨーク）に軸方向通気孔を設けることにより、構成されている。

モーターの温度の上昇は、継鉄を冷却することによって抑えられる。
モーターが作動するとき、熱の大部分は銅線により、次点では、珪素鋼板（シリコンスチールシート）の渦電流によって発生する。モーターの歯は、固定子巻線の次に高い温度域である。従って、固定子の継鉄に通気孔を配置する冷却方法では、素早く熱を下げることができない。

上記の課題を解決するために、モーターの固定子の歯に円形の通気孔を配置する冷却方法を採用する永久磁石モーターがあり、そして、歯の熱は円形の通気孔を流れる冷却水によって下げられる。
この冷却方法は、モーターの熱が最も集中的に発生する歯で熱交換流体によって熱交換をするが、エアギャップが固定子の内円面と回転子の外円面との間にあるので、熱交換流体の一部がエアギャップを介して流出する。このことにより、固定子コアの歯の熱損失に影響を及ぼし、空気摩擦損失を引き起こす。

従来技術の状況からみて、本発明の１つの目的は、高い熱交換効率を有し、空気摩擦損失を減少させることができる永久磁石モーターを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、永久磁石モーターを有する冷凍圧縮機および、冷凍圧縮機を有する空気調和装置を提供することである。

上記の技術的問題を解決するために、本発明は永久磁石モーターを提供する。そして永久磁石モーターは、筐体、固定子および回転子を備え、
固定子および回転子は筐体内に設けられ、筐体の内側空洞部を、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部に分割し、
エアギャップが、固定子の内円面と回転子の外円面との間に形成される。

固定子は固定子コアを備え、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部と連通する軸方向通気孔が固定子コアの歯に配置される。

回転子は、回転子コアおよび、回転子コアの両側軸方向に配置される回転子押輪を備える。また、仕切りが、回転子コアと少なくとも１つの回転子押輪との間に設けられており、仕切りの外縁部は、エアギャップ内に延びる。

実施例の１つにおいて、仕切りは、環状であり、そして、仕切りの外径は回転子の外円面の直径より大きく、固定子の内円面より小さい。

実施例の１つにおいて、仕切りは断熱材で作られる。

実施例の１つにおいて、溝または突出部が、回転子押輪の表面に配置され、前記表面は、仕切りの反対側にある。

実施例の１つにおいて、仕切りは、絶縁材で作られる。

実施例の１つにおいて、各軸方向通気孔は、各歯の高さ方向に延びるテーパ形状孔である。歯のヘッド付近にある軸方向通気孔の一端の幅は、歯の根元の付近にある軸方向通気孔の他端の幅より大きい。

実施例の１つにおいて、軸方向通気孔の断面の輪郭線は、歯のヘッド付近にある円弧状の第１の輪郭線と、歯の根元付近にある円弧状の第２の輪郭線と、各々一端が第１の輪郭線と、他端が第２の輪郭線と接続されている直線形の第３の輪郭線とから成る。

実施例の１つにおいて、筐体は、流体入口および流体出口を備えている。流体入口は第１の内側空洞部と、そして流体出口は第２の内側空洞部と連通する。

本発明は、モーターを備える冷凍圧縮機を提供する。そして、前記モーターは上記の永久磁石モーターである。筐体は、冷媒入口および冷媒出口を備えている。冷媒入口は第１の内側空洞部と、そして冷媒出口は第２の内側空洞部と連通する。

実施例の１つにおいて、冷凍圧縮機は、遠心式冷凍圧縮機またはスクリュー式冷凍圧縮機である。

本発明は空気調和装置を提供する。空気調和装置は圧縮機（コンプレッサ）、凝縮器（コンデンサ）、メイン配管路のスロットル部材および蒸発器から成る。圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材および蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管によって接続される。圧縮機は、上記の冷凍圧縮機である。
上記流体入口は分岐配管路のスロットル部材を介して凝縮器の出口と連通し、そして上記流体出口は圧縮機の吸気口（気体取り入れ口）と連通する。

実施例の１つにおいて、空気調和装置は、フラッシュ蒸発器を更に備える。フラッシュ蒸発器が凝縮器と蒸発器との間に接続されるか、または上記流体入口が、分岐配管路のスロットル部材を介してフラッシュ蒸発器の液体出口と連通する。

本発明により提供される永久磁石モーターにおいて、回転子が高速で回転する時にエアギャップで空気抵抗が生じ、また仕切りの外縁部はエアギャップ内に延びている。それにより、空気抵抗の効果が強化され、軸方向通気孔を回路全体の唯一の経路となるようにし、過多に熱交換流体がエアギャップに入るのを防止する。このことにより、モーターを冷却するのに必要とされる熱交換流体の量を減少させ、冷却効率が最大限に実現でき、その上、空気摩擦損失を減少させる。

本発明の追加特徴の有益な効果については、「発明を実施するための形態」においてさらに詳細に後述する。

本発明の一実施例における、永久磁石モーターを例示する概略断面図。 図１に示される永久磁石モーターの仕切りを例示する構造図。 図１に示される永久磁石モーターの固定子コアを例示する構造図。 図１に示される永久磁石モーターの固定子コアを例示する部分拡大図。

本発明の詳細は、添付の図面および実施例を参照しながら後述される。種々の実施例およびその特徴が相反しない場合は、それらを組み合わせ得る点に留意する必要がある。

本発明の一実施例において、永久磁石モーターが提供される。
図１に示すように、永久磁石モーターは、筐体１０、固定子２０および回転子３０を含む。
固定子２０は、筐体１０内部に固定して設けられる。
回転子３０は、固定子コア２１内部に設けられる。
固定子２０および回転子３０は、筐体１０の内側空洞部を、左の第１の内側空洞部１０ａおよび右の第２の内側空洞部１０ｂに分割し、エアギャップ１０ｃが固定子の内円面２３と回転子の外円面３５との間に形成される。

固定子は、固定子コア２１を含む。
第１の内側空洞部１０ａおよび第２の内側空洞部１０ｂと連通する軸方向通気孔２１３は、固定子コア２１の歯２１２に配置される。
回転子３０は、回転子コア３１および、回転子コア３１の両側で軸方向に配置される回転子押輪３２を含む。
仕切りは、回転子コア３１と１つの回転子押輪３２との間に設けられるか、または回転子コア３１と各回転子押輪３２との間に設けられる。

本実施例において、仕切りは、回転子コア３１と各回転子押輪３２との間に設けられている。仕切り３３の外縁部３３ａは、エアギャップ１０ｃ内に延びている。

モーターが作動するときに、熱は、熱交換流体（例えば空気または冷媒）により、軸方向通気孔２１３を介して歯２１２から取り去られる。
回転子３０が高速で回転する時にエアギャップ１０ｃで空気抵抗が生じ、また仕切り３３の外縁部３３ａはエアギャップ１０ｃ内に延びている。それにより、空気抵抗の効果が強化され、熱交換流体が、過多にエアーギャップ１０ｃに入るのを防ぎ、軸方向通風孔２１３が全回路の唯一の経路となり、モーターの冷却に必要となる熱交換流体の量を減少させ、冷却効率が最大限に実現でき、さらに空気摩擦損失を減少させる。

図２に示すように、好ましくは、仕切り３３は環状であり、仕切り３３の外径は、回転子３０の外円面３５の直径より大きく、固定子２０の内円面２３の直径より小さい。

好ましくは、仕切り３３は、断熱材で作られる。
熱交換流体（例えば空気または冷媒）が第１の内側空洞部に流れ込むとき、回転子押輪３２の上に低温面が形成され、そして、回転子押輪３２の表面で凝縮効果が起こる。
回転子３０が高速回転するので、凝縮した冷媒がコイル巻線２２の端部まで飛翔し、コイル巻線２２の端部を冷却する。
好ましくは、仕切り３３の反対側の回転子押輪３２の表面には、凝縮効果と帯液（保液）効果をさらに高めるため、溝または突出部（図示せず）を有する。

好ましくは、仕切り３３は、絶縁材で作られる。絶縁材は磁気的に非伝導性であり、磁化されることなく、モーターの磁界を変えない。よって、付加損が生じない。

図３および４に示すように、固定子コア２１は、継鉄（ヨーク）２１１、および、放射状かつ内向きに延びる複数の歯２１２を有する。
軸方向通気孔２１３は、熱交換流体がそこを流れるよう、固定子コア２１の各歯２１２に配置される。軸方向通気孔２１３は、歯の高さ方向に延びるテーパ形状孔である。
歯２１２のヘッド２１２ａ付近にある軸方向通気孔２１３の一端の幅は、歯２１２の根元２１２ｂ付近にある軸方向通気孔の他端の幅より大きい。
熱は、熱交換流体（例えば空気または冷媒）により、軸方向通気孔２１３を介して歯２１２から取り去られる。

軸方向通気孔２１３はテーパー形状であるので、歯２１２は熱交換流体に完全に接触し、それにより、熱交換効率を高め、永久磁石モーター内部の温度場を確実に均一にし、温度を一定にする。さらにまた、軸方向通気孔２１３がテーパー形状であるので、浸漬塗装工程中の塗料の残りは、表面張力の作用で、通気孔の狭い方の端に集まり、通気孔の広い方の端は開いたままになる。それにより、モーターを浸漬塗装する際に、軸方向通気孔が、確実に塞がれることを防止する。

好ましくは、軸方向通気孔２１３の断面の輪郭線は、歯２１２のヘッド２１２ａ付近にある円弧状の第１の輪郭線２１３ａと、歯２１２の根元２１２ｂ付近にある円弧状の第２の輪郭線２１３ｂと、各々一端で第１の輪郭線２１３ａと、他端では第２の輪郭線２１３ｂと接続されている直線形の第３の輪郭線２１３ｃとから構成されている。

軸方向通気孔２１３の断面の輪郭線は、互いに円弧状に繋がっており、このことにより、歯２１２の強度を保持する一方、電荷が鋭利な角部で蓄積するのを防止する。

好ましくは、固定子コア２１の歯２１２の強度を保持するために、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１は、歯の幅Ｌ２の１／３以下である。

軸方向通気孔２１３をエアギャップから最大限に近づけるよう、好ましくは、第１の輪郭線２１３ａの中心Ｏ_１から固定子２０の内円面２３までの距離Ｌは、０．５ｍｍより大きい。

軸方向通気孔２１３を最大限に先細り形にするために、好ましくは、第２の輪郭線２１３ｂの中心Ｏ_２と、第１の輪郭線２１３ａの中心Ｏ_１間の距離Ｌ１は、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１以上である。

モーターが浸漬塗装される際、軸方向通気孔２１３が塞がれないように、表面張力の作用で、塗料が通気孔の狭いほうの端に確実に集まるよう、好ましくは、第２の輪郭線２１３ｂの半径Ｒ２は、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１の１／３以下である。

好ましくは、筐体１０は、流体入口（図示せず）および流体出口（図示せず）を備える。
流体入口は第１の内側空洞部１０ａと連通し、流体出口は第２の内側空洞部１０ｂと連通する。

モーターが作動するとき、熱交換流体（好ましくは液冷媒）が流体入口を介して第１の内側空洞部１０ａに入り、それからその熱交換流体が軸方向通気孔２１３を通過する時に熱交換が行われ、このプロセスの間、熱交換流体は、相転移のために熱を吸収し、相転移によって熱を取り去り、更に、モーターの熱交換効率を高める。

本発明の他の実施例において、冷凍圧縮機が提供される。冷凍圧縮機は、モーターを含み、前記モーターは、上記の実施例に記載される永久磁石モーターである。
筐体１０は、第１の内側空洞部１０ａと連通する冷媒入口（図示せず）、および、第２の内側空洞部１０ｂと連通する冷媒出口（図示せず）を備える。

このようにして、熱交換流体は、冷媒入口を介して第１の内側空洞部１０ａに入り、熱交換流体が軸方向通気孔２１３を通過するときに、歯２１２と熱交換を行い、その後、熱交換流体は第２の内側空洞部１０ｂに流れ込み、最後に、冷媒出口から放出される。
このように、モーター内部の冷媒は、圧縮機の動作下、独立循環システムで循環する。好ましくは、冷凍圧縮機は、遠心式冷凍圧縮機またはスクリュー式冷凍圧縮機である。

本発明の他の実施例において、空気調和装置（図示せず）が提供される。空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材、フラッシュ蒸発器および蒸発器を含む。
圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材、フラッシュ蒸発器および蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管を介して接続される。圧縮機は、上記の冷凍圧縮機である。

冷媒入口は、分岐配管路のスロットル部材を介して凝縮器の液体出口と連通するか、または分岐配管路のスロットル部材を介してフラッシュ蒸発器の液体出口と連通する。
冷媒出口は、圧縮機の吸気口（気体取り入れ口）と連通する。

液冷媒が分岐配管路に配置されるスロットル部材を通過したあと、液冷媒は低温の気冷媒となり、第１の内側空洞部１０ａに吹き付けられる。
低温の気冷媒の一部は、直接、軸方向通気孔２１３を通って歯２１２の熱交換を行い、固定子の熱を取り去る。
モーターが作動するとき、主に固定子の銅損および鉄損によって熱が生じる。回転子３０は永久磁石で作られているので、回転子３０によって生じる熱は無視してよい。
従って、永久磁石モーターが作動するとき、回転子３０の温度の上昇は主に熱伝導によって生じる。

この実施例によれば、永久磁石モーターの固定子からの熱が直接交換され、それにより、モーター内の温度場を均一にし、そして、例えば、高温による永久磁石回転子の消磁、永久磁石モーターの絶縁による熱損失といった隠れた危険性を除去する。
低温の気冷媒の残りは、回転子押輪３２の表面上で凝縮液化される。回転子３０は高速で回転するので、凝縮液冷媒はコイル巻線２２の端部まで飛翔し、コイル巻線２２の端部を冷却する。

上記記載は本発明のいくつかの実施例である。そして、上記記載は具体的で詳細であるが、本発明の範囲を制限しない。さまざまな修正および改良が本発明の概念を逸脱しない範囲でなされることができることは当業者によく理解されており、すべてのこれらの修正および改良は本発明の範囲内である。

１０ 筐体
１０ａ 第１の内側空洞部
１０ｂ 第２の内側空洞部
１０ｃ エアギャップ
２０ 固定子
２１ 固定子コア
２１１ 継鉄
２１２ 歯
２１２ａ ヘッド
２１２ｂ 根元
２１３ 軸方向通気孔
２１３ａ 第１の輪郭線
２１３ｂ 第２の輪郭線
２１３ｃ 第３の輪郭線
２２ コイル巻線
２３ 固定子の内円面
３０ 回転子
３１ 回転子コア
３２ 回転子押輪
３３ 仕切り
３３ａ 仕切りの外縁部
３４ 回転軸
３５ 固定子の外円面

Claims (12)

1. 筐体、固定子および回転子を備え、
   前記固定子および前記回転子は、筐体内に設けられ、前記筐体の内側空洞部を、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部に分割し、
   エアギャップが、前記固定子の内円面と前記回転子の外円面との間に形成され、
   前記固定子は、固定子コアを備え、
   前記第１の内側空洞部および前記第２の内側空洞部と連通する軸方向通気孔が前記固定子コアの歯に配置され、
   前記回転子は、前記回転子コアおよび、前記回転子コアの両側軸方向に配置される回転子押輪を備え、
   仕切りが、前記回転子コアと少なくとも１つの前記回転子押輪との間に設けられ、
   前記仕切りの外縁部が前記エアギャップ内に延びることを特徴とする永久磁石モーター。
2. 前記仕切りは環状であり、
   前記仕切りの外径は前記回転子の外円面の直径より大きく、前記固定子の内円面の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モーター。
3. 前記仕切りは断熱材で作られることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モーター。
4. 溝または突出部が、前記回転子押輪の表面に配置され、前記表面は前記仕切りの反対側にあることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石モーター。
5. 前記仕切りは絶縁材で作られることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モーター。
6. 各前記軸方向通気孔は、各前記歯の高さ方向に延びるテーパ形状孔であり、
   前記歯のヘッド付近にある前記軸方向通気孔の一端の幅は、前記歯の根元付近にある前記軸方向通気孔の他端の幅より大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の永久磁石モーター。
7. 前記軸方向通気孔の断面の輪郭線は、前記歯のヘッド付近にある円弧状の第１の輪郭線と、前記歯の根元付近にある円弧状の第２の輪郭線と、直線形である第３の輪郭線とから成り、前記第３の輪郭線の各々は、一端で前記第１の輪郭線と、他端で第２の輪郭線と接続されることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石モーター。
8. 前記筐体は流体入口および流体出口を備えており、
   前記流体入口は、前記第１の内側空洞部と連通し、前記流体出口は、前記第２の内側空洞部と連通することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の永久磁石モーター。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の永久磁石モーターを備えたことを特徴とする冷凍圧縮機。
10. 前記冷凍圧縮機は、冷凍遠心式圧縮機または冷凍スクリュー式圧縮機であることを特徴とする請求項９に記載の冷凍圧縮機。
11. 圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材および蒸発器を備え、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記メイン配管路のスロットル部材および前記蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管によって接続され、
    前記圧縮機は、請求項９または１０に記載の前記冷凍圧縮機であり、
    冷媒入口は、分岐配管路のスロットル部材を介して前記凝縮器の出口と連通し、冷媒出口は、前記圧縮機の吸気口と連通することを特徴とする空気調和装置。
12. フラッシュ蒸発器をさらに備え、
    前記フラッシュ蒸発器は、前記凝縮器と前記蒸発器の間に接続されるか、または、
    前記流体入口が、前記分岐配管路のスロットル部材を介して前記フラッシュ蒸発器の液体出口と連通することを特徴とする請求項１１に記載の空気調和装置。

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