JP2020522225A - 圧縮機用モータ固定子、永久磁石モータ及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

圧縮機用モータ固定子（１１）、永久磁石モータ（１０）及び圧縮機（Ａ）を開示する。モータ固定子（１１）は、固定子鉄芯（１１１）と、複数のコイル群を含み、各コイルが少なくとも２つのジョイント（１１２４）を有する固定子巻線（１１２）と、外部回路と固定子巻線（１１２）とを接続するための、それぞれが少なくとも２つの異なるコイル群のジョイントに接続される複数本の引き出し線（１１３）とを含み、モータの端子間に印加される定格電圧がＵｎ、固定子鉄芯（１１１）の最大外径がＤｍａｘ、固定子鉄芯（１１１）の軸方向の長さがＬであるとき、Ｕｎ／（Ｄｍａｘ2×Ｌ）≦０．３Ｖ／ｃｍ3である。【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機の技術分野に関し、より具体的には、圧縮機用モータ固定子、永久磁石モータ及び圧縮機に関する。

圧縮機モータは、一般に、中性点を有するスター結線法によって各相が接続され、中性点を有しない多角形結線を採用しない。しかしながら、圧縮機技術の発展及び圧縮機の応用分野の拡大に伴い、電圧／モータの体積が小さい用途では、モータは大きな電流を有し、このため、関連技術では、電流密度が確実な範囲にあるように導体面積を大きく設定する必要があり、すなわち、固定子巻線には、通常直径が大きな導体が使用されるか、又は複数本の導体を同時に巻回する。しかし、太い導体の巻回又は複数本の導体の同時巻回は製造プロセスが困難であり、確実性を確保するとともに量産を行うことができない。

本発明は、従来技術に存在する技術課題の少なくとも１つを解決することを目的とする。そのために、本発明は、加工、製造が容易な圧縮機用モータ固定子を提供する。

本発明は、さらに、上記圧縮機用モータ固定子を有する永久磁石モータを提供する。

本発明は、さらに、上記永久磁石モータを有する圧縮機を提供する。

本発明の第１態様の実施例による圧縮機用モータ固定子は、周方向に沿って間隔を空けて設置された複数の固定子歯を有し、隣接する２つの前記固定子歯により固定子スロットが画定される固定子鉄芯と、前記固定子歯に巻き付けられ且つ複数のコイル群を含み、各前記コイル群が少なくとも２つのジョイントを有する固定子巻線と、外部回路と前記固定子巻線とを接続するための引き出し線であって、それぞれが少なくとも２つの異なるコイル群のジョイントに接続される複数本の引き出し線と、を含み、モータの端子間に印加される定格電圧がＵｎ、前記固定子鉄芯の最大外径がＤｍａｘ、前記固定子鉄芯の軸方向の長さがＬであるとき、Ｕｎ／（Ｄｍａｘ²×Ｌ）≦０．３Ｖ／ｃｍ³である。

本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子は、モータの端子電圧、固定子鉄芯の最大外径及び軸方向の長さが本発明の使用範囲を満たす場合、各引き出し線を少なくとも２つの異なるコイル群のジョイントに接続することで、固定子巻線のコイルの直径を減少させ、固定子巻線の製造性を改善し、モータの占積率を効果的に向上させるとともに、固定子巻線の交流抵抗を低減させ、それにより表皮効果を低減させて、モータ効率を高める。

本発明の一実施例によれば、前記コイル群の数が、前記引き出し線の数に等しい。

本発明の一実施例によれば、前記固定子巻線は、第１コイル群、第２コイル群及び第３コイル群を含み、３本の前記引き出し線を含む。

好ましくは、各前記コイル群は、２ｎ個の前記ジョイントを有し（ｎは正の整数）、一番目の引き出し線は、前記第１コイル群のｎ個のジョイント、前記第２コイル群のｎ個のジョイントに接続され、二番目の引き出し線は、前記第１コイル群の残りのｎ個のジョイント、前記第３コイル群のｎ個のジョイントに接続され、三番目の引き出し線は、前記第２コイル群の残りのｎ個のジョイント、前記第３コイル群の残りのｎ個のジョイントに接続される。

本発明の一実施例によれば、前記固定子巻線は、集中巻線又は分布巻線である。

本発明の一実施例によれば、前記固定子巻線は、中性点無しの接続方式を用い、固定子巻線と引き出し線の接続工程を簡素化させる。モータの電圧電流特性を保持しながら、固定子巻線のコイルの直径を適切に減少でき、固定子巻線の製造性を改善し、固定子巻線の直材コスト及び製造コストを低減させるとともに、表皮効果を低減させて、固定子巻線の交流抵抗を低減させ、モータ効率を高めることができる。

本発明の一実施例によれば、前記引き出し線は、ジャンクションボックス又は導電性シートを介して外部回路に接続される。

好ましくは、前記固定子スロットの数が、３の倍数である。

本発明の第２の形態の実施例によるモータは、回転子と、上記実施例に記載の圧縮機用モータ固定子とを含む。

本発明の実施例によるモータは、上記実施例に記載の圧縮機用モータ固定子を採用することで、加工製造が容易であり、歩留まりが高く、モータの直材コスト及び製造コストの低減、モータの作動効率の向上に有利である。

本発明の一実施例によれば、前記回転子は、複数の磁石スロットを有する回転子鉄芯と、複数の前記磁石スロットにそれぞれ設けられる複数の永久磁石と、を含み、前記回転子の極対の数がＰ、前記固定子スロットの数がＺであるとき、関係式Ｚ／Ｐ＝３／２^ｋ（ｋは正の整数）を満たす。

好ましくは、前記永久磁石モータは、インバータにより給電される。

本発明の第３形態の実施例による圧縮機は、上記実施例に記載の永久磁石モータを含む。

本発明の実施例による圧縮機は、上記実施例に記載の永久磁石モータを採用することで、圧縮機のコストパフォーマンスを高めることに有利である。

本発明の追加の態様及び利点は、以下の説明において部分的に説明され、その一部は、以下の説明から明らかなになるか、又は本発明を実施することによって把握できる。

本発明の上記及び／又は追加の態様及び利点は、以下の図面を参照しながら実施例を説明することによって明らかで容易に理解できるようになる。

図１は本発明の一実施例による圧縮機用モータ固定子の正面図である。 図２は図１に示される圧縮機用モータ固定子の平面図である。 図３は図１に示される圧縮機用モータ固定子の斜視図である。 図４は本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子の歩留まりと関連技術における固定子の巻線の歩留まりとの比較図である。 図５は本発明の他の実施例による圧縮機用モータ固定子の構造模式図である。 図６は本発明の実施例による永久磁石モータの構造模式図である。 図７は本発明の実施例による永久磁石モータと関連技術におけるモータの、効率体積比較図である。 図８は本発明の実施例による永久磁石モータとインバータの接続模式図である。 図９は本発明の実施例による圧縮機の構造模式図である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。前記実施例における例が図面に示され、同一又は類似する符号は、常に同一又は類似する部品、或いは、同一又は類似する機能を有する部品を表す。図面を参照しながら以下に説明される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈することを旨とし、本発明を限定するものと理解してはいけない。

なお、本発明の説明において、「中心」、「長さ」、「幅」、「厚み」、「上」、「下」、「前」、「後」、「垂直」、「頂」、「底」「内」、「外」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利に又は簡単に説明するためのものであり、指定された装置又は部品が特定の方位にあり、特定の方位において構造され操作されると指示又は暗示するものではないので、本発明を限定するものと理解してはいけない。ただし、「第１」、「第２」が限定されている特徴は、１つ又はより多くの該特徴を含むことを明示又は暗示するものである。本発明の説明において、特に説明しない限り、「複数」とは、２つ以上を意味する。

以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１態様の実施例による圧縮機用モータ固定子１１を説明する。

図１〜図５に示すように、本発明の一実施例による圧縮機用モータ固定子１１は、固定子鉄芯１１１と、固定子巻線１１２と、接続外部回路と固定子巻線１１２とを接続するための引き出し線１１３とを含む。

固定子鉄芯１１１は、周方向において間隔を空けて設置された複数の固定子歯１１１２を有し、いずれかの隣接する２つの固定子歯１１１２により固定子スロット１１１３が画定される。固定子巻線１１２は、複数の固定子歯１１１２上に巻き付けられる。固定子巻線１１２は、それぞれ少なくとも２つのジョイント１１２４を有する複数のコイル群を含む。引き出し線１１３は複数本を有する。各引き出し線１１３は、複数のコイル群における少なくとも２つのジョイント１１２４に接続され、且つ各引き出し線１１３が接続する少なくとも２つのジョイント１１２４は、異なるコイル群のジョイント１１２４である。

前記モータの使用条件として、前記モータの端子間に印加される定格電圧がＵｎ、固定子鉄芯１１１の最大外径がＤｍａｘ、固定子鉄芯１１１の軸方向の長さがＬであり、Ｕｎ／（Ｄｍａｘ²×Ｌ）≦０．３Ｖ／ｃｍ³である。

本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子１１は、モータの端子電圧、固定子鉄芯１１１の最大外径及び軸方向の長さが本発明の使用範囲を満たす場合、各引き出し線１１３を少なくとも２つの異なるコイル群のジョイント１１２４に接続することで、固定子巻線１１２のコイルの直径を減少させ、固定子巻線１１２の製造性を改善し、モータの占積率を効果的に向上させるとともに、固定子巻線１１２の交流抵抗を低減させ、それにより表皮効果を低減させて、モータ効率を高める。

好ましくは、コイル群の数が引き出し線１１３の数に等しく、たとえば、固定子巻線が３個のコイル群を含むと、引き出し線は３本である。

いくつかの例では、固定子巻線１１２は、中性点無しの接続方式を用い、たとえば、固定子巻線１１２には、三角形接続法が使用可能であり、この場合、固定子巻線１１２と引き出し線１１３の接続工程を簡素化させる。モータの電圧電流特性を保持しながら、固定子巻線１１２のコイル直径を適切に減少させ、固定子巻線１１２の製造性を改善し、固定子巻線１１２の直材コスト及び製造コストを低減させるとともに、表皮効果を低減させて、固定子巻線の交流抵抗を低減させ、モータ効率を高める。

本発明のいくつかの好適実施例では、固定子巻線１１２は、集中巻線である。

具体的には、図１−図３に示すように、本実施例では、固定子巻線１１２は、第１コイル群１１２１、第２コイル群１１２２及び第３コイル群１１２３を含み、引き出し線１１３は３本である。

いくつかの例では、各コイル群は、２つのジョイント１１２４を有し、一番目の引き出し線１１３は、第１コイル群１１２１の一方のジョイント１１２４と、第２コイル群１１２２の一方のジョイント１１２４とに接続される。二番目の引き出し線１１３は、第１コイル群１１２１の他方のジョイント１１２４と、第３コイル群１１２３の一方のジョイント１１２４とに接続される。三番目の引き出し線１１３は、第２コイル群１１２２の他方のジョイント１１２４と、第３コイル群１１２３の他方のジョイント１１２４とに接続される。

つまり、固定子巻線１１２は、３つのコイル群を含み、各コイル群は、２つのジョイント１１２４を含み、即ち、固定子巻線１１２は、合計６つのジョイント１１２４を有する。６つのジョイント１１２４は、３本の引き出し線１１３に接続され、各引き出し線１１３は、２つのジョイント１１２４に接続され、且つ各引き出し線１１３が接続するジョイント１１２４は、異なるコイル群のものである。

本実施例では、モータの使用条件として、モータの端子間の定格動作電圧がＵｎ、固定子の最大外径がＤｍａｘ、前記固定子的軸方向の長さがＬであり、Ｕｎ／（Ｄｍａｘ²×Ｌ）≦０．３Ｖ／ｃｍ³を満たす。前述使用条件の場合、本発明の圧縮機用モータ固定子１１を使用すると、固定子巻線１１２の導体の直径を効果的に低減させ、固定子巻線１１２の製造性を改善できる。また、固定子巻線１１２の導体の直径が減少するため、導体の表皮効果の減少に有利であり、さらにモータの交流抵抗を減少させ、モータの性能を高める。

いくつかの例では、固定子スロット１１１３の数が、３の倍数である。

いくつかの具体例では、圧縮機用モータ固定子１１の固定子鉄芯１１１は、９つの固定子スロット１１１３と９つの固定子歯１１１２を有する。固定子巻線１１２は、３つのコイル群に分けられ、各コイル群は、２つのジョイント１１２４を有し、異なるコイル群のジョイント１１２４は、２つずつ組み合わせられて引き出し線１１３により接続される。もちろん、本考案の各コイル群のジョイント１１２４の数は、２つに制限されない。

いくつかの具体例では、各コイル群のジョイント１１２４の数は、偶数（２ｎ、ｎ＝１、２、３……）であってもよく、固定子巻線１１２がｍ個のコイル群を有する場合、固定子巻線１１２のジョイント１１２４の総数は、２ｍｎである。

一番目の引き出し線１１３は、第１コイル群１１２１のｎ個のジョイント、第２コイル群１１２２のｎ個のジョイントに接続され、二番目の引き出し線１１３は、第１コイル群１１２１の残りのｎ個のジョイント、第３コイル群１１２３のｎ個のジョイントに接続され、三番目の引き出し線１１３は、第２コイル群１１２２の残りのｎ個のジョイントと、第３コイル群１１２３の残りのｎ個のジョインとトに接続されるようにしてもよい。

図３に示すように、いくつかの例では、圧縮機用モータ固定子１１は、固定子巻線１１２と固定子鉄芯１１１、異なる相の固定子巻線１１２の間の電気的絶縁のための絶縁材料をさらに含む。

図４は、上記実施例の圧縮機用モータ固定子１１と関連技術における圧縮機用モータ固定子のコイルの巻回歩留まりの比較図である。

関連技術では、固定子巻線の導体断面の寸法が大きい場合、固定子巻線の高占積率が実現されにくく、且つ占積率がある臨界点を超えると、製造合格率が占積率の上昇に伴い急減に低下し、さらに製造できなくなることがわかった。

それに対して、本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子１１の構造を採用すると、一方、固定子巻線１１２の導体直径を効果的に低減させ、固定子巻線１１２の高占積率を実現しやすくなる。他方、導体の線径の増大に伴い、表皮効果による影響のため、導体の交流抵抗／直流抵抗が増大し、モータの性能に影響を及ぼす。

本発明の別の好適実施例によれば、固定子巻線１１２は、分布巻線である。

図５に示すように、いくつかの例では、固定子鉄芯１１１は、１８個の固定子スロット１１１３と１８個の固定子歯１１１２を有する。モータの端子電圧、固定子鉄芯１１１の最大外径及び軸方向の長さが本発明の応用範囲にある場合、本発明の固定子巻線１１２のジョイント１１２４と引き出し線１１３の接続方法を採用すると、同様な優れた効果は得られる。

いくつかの好適例では、引き出し線１１３の一端には、ジャンクションボックスが接続され、引き出し線１１３は、ジャンクションボックスを介して外部回路に接続される。別の好適例では、引き出し線１１３の一端には、導電性シートが接続され、引き出し線１１３は、導電性シートを介して外部回路に接続され、それによよって、簡便に接続でき、操作しやすくなる。

本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子１１は、固定子巻線１１２のコイルと引き出し線１１３が簡単に接続でき、且つ同程度のモータの電圧電流特性を保持しながら、モータの製造性を改善する。また、固定子巻線１１２の導体の断面サイズが大きいため表皮効果が生じやすく、その結果、モータの効率を下げ、それに対して、本発明の実施例の圧縮機用モータ固定子１１は、固定子巻線１１２の導体の断面サイズを減少させ、導体の表皮効果を低減させ、モータ効率を高めることができる。

図６−図８に示すように、本発明の第２態様の実施例による永久磁石モータ１０は、回転子と、上記実施例による圧縮機用モータ固定子１１とを含む。

本発明の実施例による圧縮機用モータ固定子１１が上記技術的効果を有するため、本発明の実施例による永久磁石モータ１０も、上記技術的効果を有し、即ち、前記永久磁石モータ１０は、構造がシンプルであり、直材コスト及び製造コストが低く、加工製造が容易であり、歩留まりが高く、モータの作動効率が高く、性能が良好である。

図６に示すように、いくつかの例では、固定子鉄芯１１１の中央部にはチャンネル１１１１を有し、回転子は、チャンネル１１１１内に回動可能に設けられる。

回転子は、回転子鉄芯１２と複数の永久磁石１３を含む。回転子鉄芯１２は、周方向において間隔を空けて設置された複数の磁石スロット１２１を有する。複数の永久磁石１３は、それぞれ複数の磁石スロット１２１に設けられ、回転子の極対の数がＰ、固定子スロット１１１３の数がＺであり、関係式Ｚ／Ｐ＝３／２^ｋ（式中、ｋは、正の整数である）を満たす。たとえば、固定子スロット１１１３の数Ｚが９であり、回転子の極対の数Ｐは、６である。

図７は、本発明の実施例による永久磁石モータ１０と関連技術におけるモータの効率−体積比較図である。

本発明の実施例における永久磁石モータ１０の固定子が高占積率を有し、また、固定子巻線１１２の導体の断面積が小さいので表皮効果を低減させ、このため、異なる体積では、関連技術におけるモータ構造に比べて、より高い性能を有することが分かった。

図８に示すように、本発明の一実施例によれば、永久磁石モータ１０は、インバータ２０により給電される。インバータ２０の入力側は、直流電流であってもよく、交流電流であってもよい。インバータ２０の出力側は、永久磁石モータ１０に接続されて永久磁石モータ１０へ給電し、それによって、永久磁石モータ１０の周波数可変制御が実現される。

本発明の第３態様の実施例による圧縮機Ａは、上記実施例による前記永久磁石モータ１０を含む。本発明の実施例による永久磁石モータ１０が上記技術的効果を有するため、本発明の実施例による圧縮機Ａも、上記技術的効果を有し、即ち、前記圧縮機Ａの加工、製造が容易であり、作動効率が高い。

図９に示すように、本発明の一実施例によれば、圧縮機Ａは、ケース３０、クランクシャフト４０、シリンダ５０、ピストン６０、主軸受け７１、副軸受け７２及び上記実施例のモータを含む。

ケース３０は、垂直方向（図９に示した上下方向）に延びており、ケース３０内には、その軸方向に延びている収納室が画定されている。クランクシャフト４０は、収納室内に設置され且つケース３０の軸方向に沿って配置される。クランクシャフト４０の下端は、シリンダ５０を貫通し、主軸受け７１及び副軸受け７２は、それぞれシリンダ５０の上下両端に設けられて、シリンダ５０とともに密閉圧縮室を画定する。クランクシャフト４０は、シリンダ５０に入った部分が偏心部となり、且つそれにピストン６０が套設されている。クランクシャフト４０の上端は、モータの回転子鉄芯１２に接続される。

本発明の実施例のモータ、圧縮機Ａの他の構造と操作は、当業者にとっては既知のものであるので、ここでは詳しい説明が省略される。

本明細書の説明において、「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」又は「いくつかの例」などの用語を参考した説明とは、当該実施例又は例に合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語に対する例示的な説明は必ずしも同一の実施例又は例を示すことではない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料、又は特性は、いずれか１つ又は複数の実施例又は例において適切な形態で結合することができる。

以上、本発明の実施例を示して説明したが、なお、当業者であれば、本発明の精神と範疇から逸脱することなくこれらの実施例に対して様々な変更、修正、取り替え及び変形を行うことができ、本発明の範囲は特許請求の範囲とその等価物により限定される。

Ａ 圧縮機、
１０ 永久磁石モータ、
１１ 固定子、
１１１ 固定子鉄芯、
１１１１ チャンネル、
１１１２ 固定子歯、
１１１３ 固定子スロット、
１１２ 固定子巻線、
１１２１ 第１コイル群、
１１２２ 第２コイル群、
１１２３ 第３コイル群、
１１２４ ジョイント、
１１３ 引き出し線、
１２ 回転子鉄芯、
１２１ 磁石スロット、
１３ 永久磁石、
２０ インバータ、
３０ ケース、
４０ クランクシャフト、
５０ シリンダ、
６０ ピストン、
７１ 主軸受け、
７２ 副軸受け。

Claims (12)

1. 周方向に沿って間隔を空けて設置された複数の固定子歯を有し、隣接する２つの前記固定子歯により固定子スロットが画定される固定子鉄芯と、
   前記固定子歯に巻き付けられ、複数のコイル群を含み、各前記コイル群が少なくとも２つのジョイントを有する固定子巻線と、
   外部回路と前記固定子巻線とを接続するための引き出し線であって、それぞれが少なくとも２つの異なるコイル群のジョイントに接続される複数本の引き出し線と、を含み、
   モータの端子間に印加される定格電圧がＵｎ、前記固定子鉄芯の最大外径がＤｍａｘ、前記固定子鉄芯の軸方向の長さがＬであるとき、Ｕｎ／（Ｄｍａｘ²×Ｌ）≦０．３Ｖ／ｃｍ³である、
   ことを特徴とする圧縮機用モータ固定子。
2. 前記コイル群の数が、前記引き出し線の数に等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機用モータ固定子。
3. 前記固定子巻線は、第１コイル群、第２コイル群及び第３コイル群を含み、３本の前記引き出し線を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機用モータ固定子。
4. 各前記コイル群は、２ｎ個の前記ジョイントを有し（ｎは正の整数）、
   一番目の引き出し線は、前記第１コイル群のｎ個のジョイントと、前記第２コイル群のｎ個のジョイントとに接続され、
   二番目の引き出し線は、前記第１コイル群の残りのｎ個のジョイントと、前記第３コイル群のｎ個のジョイントとに接続され、
   三番目の引き出し線は、前記第２コイル群の残りのｎ個のジョイントと、前記第３コイル群の残りのｎ個のジョイントとに接続される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機用モータ固定子。
5. 前記固定子巻線は、集中巻線又は分布巻線である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機用モータ固定子。
6. 前記固定子巻線は、中性点無しの接続方式を採用する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機用モータ固定子。
7. 前記引き出し線は、ジャンクションボックス又は導電性シートを介して外部回路に接続される、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機用モータ固定子。
8. 前記固定子スロットの数が、３の倍数である、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧縮機用モータ固定子。
9. 回転子と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮機用モータ固定子と、を含む、
   ことを特徴とする永久磁石モータ。
10. 前記回転子は、
    複数の磁石スロットを有する回転子鉄芯と、
    複数の前記磁石スロットにそれぞれ設けられる複数の永久磁石と、を含み、
    前記回転子の極対の数がＰ、前記固定子スロットの数がＺであるとき、関係式Ｚ／Ｐ＝３／２^ｋ（ｋは正の整数）を満たす、
    ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁石モータ。
11. 前記永久磁石モータは、インバータにより給電される、
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の永久磁石モータ。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の永久磁石モータを含む、
    ことを特徴とする圧縮機。