JP2869930B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧縮機ハウジング内の一端部に圧縮機本体
を設け、中間部に永久磁石式電動機部をハウジングに密
着させ、このハウジングの一端部に設けられたガス吸込
口を通してガスを吸い込み、上記圧縮機でガスを圧縮
し、中間部に設けられた上記電動機部を通してハウジン
グの他端部に設けられたガス吐出口を通してガスを吐き
出させる電動圧縮機の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

圧縮機のガス流路面積拡大については、実公昭61−20
311号公報に、固定子の外縁部のスロットとスロット間
を通る電動機軸中心からの放射線上に上記外縁部全周に
わたってガス（または油）の流通路を設けたものが記載
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、ステータコア背部の磁気的
な通路を確保する必要があるが、スロット間の放射状外
縁部にこのガス通路を設けるための通路面積の拡大が難
しいという問題があった。

本発明の目的は、永久磁石式電動機を使用した電動機
圧縮機において、スロット数を低減してガス流通路の確
保を容易にし、ガス流通路の断面積を極力大きくし、こ
れにより圧縮機性能の向上を図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、圧縮機ハウジン
グ内側に設けられた圧縮機本体と、圧縮機ハウジング内
側にステータコアの外周の一部が密接して保持され前記
圧縮機本体を駆動する永久磁石式電動機を有し、前記圧
縮機ハウジングの一端部に設けられたガス吸込口から前
記圧縮機本体に取り入れられたガスを前記圧縮機本体で
圧縮し、前記永久磁石式電動機に設けられた軸方向に貫
通する風穴を介して前記圧縮機ハウジングの他端部に設
けられた吐出口から吐き出すよう構成された電動圧縮機
において、前記永久磁石式電動機のステータの毎極毎相
のスロット数を１とし且つ各相コイルをステータ磁極の
磁極ピッチに等しいフルピッチで跨らせるようにしたも
のである。

〔作用〕

電動圧縮機において、前記永久磁石式電動機のステー
タの毎極毎相のスロット数を１とし且つ各相コイルをス
テータ磁極のフルピッチで跨らせるようにしたので、少
ないスロット数でコイルの導体断面を大きくとることが
できる。これによりステータコアに余裕ができ、ステー
タコアの利用率の向上、多く確保されたガス流通路の効
果により圧縮機の出力および効率が向上する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第６図により説明する。

第１図は本発明を適用した電動圧縮機の全体断面図
（但しロータ部を省略）である。コイル６は電動機が３
相４極のときの一配置例を示す。

第２図は本発明が適用される電動圧縮機の一例で、そ
の横断面を示している。ここで、１は永久磁石式電動機
のステータコア、２はスロット、３はスロット歯部、４
はガス流通穴、５はステータコアのカット部、６は電動
機コイル、９は永久磁石ロータ、10は圧縮機ハウジン
グ、11は圧縮機本体、12はガスの流れ、13はガス吸込
口、14はガス吐出口、15は圧縮機本体弁、17はステータ
ロータのキャップを示している。

圧縮機ハウジング10内の一端部に圧縮機本体11を設
け、中間部に電動機部16をハウジング10に密着させて保
持し、このハウジング10の一端部に設けられたガス吸込
口13を通してガスを吸い込み、上記圧縮機本体11でガス
を圧縮し、中間部に設けられた上記電動機部16を通して
ハウジング10の他端部に設けられたガス吐出口14を通し
てガスを吐き出させる第２図に示されるような電動圧縮
機の構造においては、コイル６を挿入するスロット２、
磁路の確保、ガス流通路の確保、及び圧縮機とステータ
コア１の接触面積も同時に確保する必要がある。この中
で特に全体構成を考慮してスロット２を有効に活用する
ことが全体のバランス向上につながる。このための手段
としてはコイル数（スロット数）を減らすことが有効で
ある。また、永久磁石式電動機において、ロータの磁石
と、ステータの巻線を有効に使用するためには、一極当
たりの永久磁石とコイルの相対角度を同一として永久磁
石の発生する磁束を漏れなくトルクとして利用できるよ
うにすればよい。このようにすると電動機の性能向上を
図ることができる。

そこで、毎極毎相のスロット数を極力減らし、ｑ＝z/
（ｐ×ｍ）＝１とし、また永久磁石とコイルが角度２π
/pで対応するように各相コイルを跨らすようにすれば上
記条件を満足でき最適である。但しここでｑは毎極毎相
当たりのスロット数、ｚは全スロット数、ｐは極数、ｍ
は相数である。例えば３相、４極の電動機であれば永久
磁石の毎極当たりの角度は２π/p＝２π/4＝π/2（即ち
機械角で90゜）であるから、この機械角90゜に対応する
ように全スロット数ｚを決めるとｚ＝12となる。即ち全
スロット数ｚ＝12とすればｑ＝z/（ｐ×ｍ）＝12/（４
×３）＝１となり、毎極毎相のスロット数ｑ＝１とな
る。この場合、一極当たりの永久磁石および各コイル６
が挿入されるスロットの跨がり角度は機械角で90゜で同
一となり、上記条件とすることができる。第１図はこの
例を示すものである。

第１図においては、毎極毎相のスロット数ｑ＝12/
（４×３）＝１とし、各相コイル６は２π/4＝π/2、即
ち機械角で90゜に配置している。第１図の場合４極であ
るから、極ピッチは機械角で90゜で、そして各コイル６
は上記のようにこの機械角90゜に等しくなるように配置
されている。このような磁極ピッチに等しくなるような
コイルの跨がりを以下フルピッチと呼ぶことにする。こ
のように各コイルは、第１図から分かるように１スロッ
ト１コイルで、ステータ磁極のフルピッチで配置されて
おり、少ないスロット数でコイル６の導体断面を大きく
とることができ、ステータコア１を有効に活用できる。
即ち、第１図に示す配置例は、内側に３つのコイル、外
側に３つのコイルを巻装した３相４極の巻線を行った配
列を示すが、この場合、各コイル６はフルピッチで配置
されているため集中巻となり、一般的な手法である分布
巻に比較して巻線係数がよくなるためコイルの実装巻数
と一致する。つまり、集中巻に比較して分布巻ではコイ
ルの無効部（実装巻数に対する有効巻数の低下）が増加
するために、これを補うため実装巻数を増加する必要が
ある。これに対して第１図に示す集中巻では分布巻に比
較して同じ有効巻数を得る場合、実装巻数を少なくでき
ることからコイルの導体断面積を大きくとれるものであ
る。また第１図の構成は、一極当たりの永久磁石のコイ
ルの相対角度を同一として永久磁石の発生する磁束を漏
れなくトルクとして利用でき、ロータの磁石と、ステー
タの巻線を有効に使用することができ、電動機の性能向
上を図ることができる。

また第２図に示されるように、ガスの流れ２は吸込口
13より圧縮機本体11に入り、圧縮されたガスは弁15より
ステータコア１とハウジング10の空隙5,ステータコアの
ガス流通穴４、ステータとロータのギャップ17を介して
吐出口14より吐き出される。ここでステータコアはハウ
ジングに密接して保持されており、ガス流通量を増加す
るためのステータコアのカット部５を拡大することはこ
の保持強度を低下させる。また、このためステータコア
にガス流通穴を不規則にとるとステータコアの磁路が不
均一となり電動機特性の低下につながる。そこで、この
対策のため、第３図で示したように、スロット２とガス
流通穴４の間に位置するスロット背部の肉厚Ｂを先に示
した条件式Ｂ＝ｗ×ｚ×k/πｐによって均一化するもの
である。ここでｗはスロット歯幅、ｚはスロット数、ｋ
は寸法差を表す係数、ｐは極数である。更に図のように
全周に渡ってガス流通穴を設けることにより電動機の特
性を維持しガス流通穴面積も大きくとれる。この関係を
更に詳しくいえば次のようになる。

一般に、電動機の損失は主として銅損、鉄損、機械損
からなるが、鉄損低減にはステータコアの磁束分布をで
きるだけ均一化することが望ましい。磁気飽和による鉄
損の急激な増加は磁気回路上の磁束分布を極力均一化す
ることで抑制することができ、これにより電動機の効率
低下を抑制することができる。ここで磁気回路とはステ
ータコア１での磁気回路を指し、スロット背部の肉厚Ｂ
をｗ×ｚ×k/πｐ（ｋ＝0.9〜1.1）とすることにより当
初目的の磁束の均一化が図れる。即ち、スロット背部で
の磁束密度の最大値を示すカ所は相隣り合う磁極の隣接
部で生じる。また磁極での磁束分布は周方向に疑似的な
正弦波分布となるから、スロット歯部３での磁束密度の
最大値は疑似正弦波磁束分布の基本波最大値付近で生じ
る。このスロット背部を通るときの磁束の最大密度がス
ロット歯部３の磁束密度の最大値に等しければ、スロッ
ト背部とスロット歯部３の磁束飽和の条件が同じになり
均一化が図れる。磁極での磁束が周方向に疑似的な正弦
波に分布するので、ある磁極から隣接する一方の磁極に
流れる磁束の平均値は疑似正弦波磁束分布の基本波最大
値に対しほぼ2/π倍となる。また、ある磁極から隣の磁
極に流れる磁束に寄与するスロット歯部３の寸法の総和
はｗ×z/2pとなるから、Ｂ×（2/π）＝ｗ×z/2pの関係
になればスロット背部とスロット歯部３の磁束飽和の条
件が同じになる。これからＢ＝ｗ×ｚ×k/πｐが得られ
るが、この関係式は磁気飽和を考慮するとその寸法差は
±10％（ｋ＝0.9〜1.1で示す）が適正な許容範囲とな
る。以上説明のようにスロット背部の肉厚ＢはＢ＝ｗ×
ｚ×k/πｐ（ｋ＝0.9〜1.1）とするのが適切である。

また、ガス流通穴の外周部は、ステータコア外径との
距離を電動機に通常使用される積厚鉄心板厚ｔの２倍以
上にすると、鉄心打抜時の変形、取扱時の変形に対する
強度が確保できる。即ち、スロット背部に設けるガス流
通穴とステータコア外周との最短距離については、鉄心
の打ち抜き作業上から一般的に鉄心の板厚以上に確保す
ればよい。しかし、本発明における電動機においては、
焼きバメ作業により圧縮機ハウジングにステータコアの
外周面が締め代を持って直接固定されるため締付応力に
対向できる鉄心の強度が必要不可欠となる。特に第１図
に示した如くガス流通穴を長方形としたものにおいては
ステータコアの固定を確実なものとするために板厚×２
倍以上の距離を確保するものである。第３図は、上に述
べた内容の関係を表した部分拡大図である。

第４図はガス流通穴を大きくとるために長形状にし、
ハウジングへの保持強度を高めるために外周側のコーナ
Ｒを大きくとり非対称とした場合の実施例で、そのステ
ータコア部分の拡大図である。ステータコアは圧縮機ハ
ウジングに密着しハウジングの締め付け力で保持される
が、風穴面積を大きくするために長形状とした場合は、
図に示したように、この保持力を受けるために外周側の
コーナーR1を大きくし内周側R2を小さくすることが強度
面積の確保に有効な手段となる。

第５図に示した実施例は本発明の他の実施例を示して
いる。毎極毎相のスロット数ｑ＝１とするスロット数の
設定によりステータコアの利用率を向上させることがで
きてスロット歯幅も大きくすることができる。前に述べ
たように、スロット数を少なくした場合は、一般に歯部
はスロット数が少なくなった分広くとれるため、ステー
タ内側面にガスを通すためスロット歯部内周端部に切欠
きを設けることができ、ガス流通面積を増やすことに有
効である。第５図に示した実施例は、このことを利用し
て内周側スロット端部に切欠７を設けたものである。

第６図はスロット歯部にスロット８を設けた更に他の
実施例を示している。上記Ｂ＝ｗ×ｚ×k/πｐ（ｋ＝0.
9〜1.1）で示した関係式は、スロット歯部にスリットを
設けない密な状態を想定したものであるが、更にガス流
通面積を増加させる必要がある場合は、Ｂ＝ｗ×ｚ×k/
πｐ（ｋ＝0.9〜1.1）で得られるＢの値を同じくしてｋ
＝0.9未満となるようにすると、ｋ＝0.9〜1.1とした場
合に比べこの分スロット歯幅ｗを大きくとることができ
ので、スロット歯幅ｗが磁気飽和に対し余裕ができ、こ
のスロット歯部にスリットを設けて対応することができ
る。第６図に示した実施例は、このことを利用してスロ
ット歯部にスリット８を設けたものである。但しこのス
リットの歯は上記余裕分以内の幅であることは言うまで
もない。

なお各相コイルをステータ磁極のフルピッチで跨らせ
た上記実施例によれば、永久磁石ロータの着磁をステー
タの巻線に通電することにより実施できるので、圧縮機
の外部からの着磁が可能となり、着磁ロータを組み立て
る場合に比べ鉄粉などの吸着による異物の圧縮機内持ち
込みなどを低減できるなどの効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スロット数を低減することができる
ので、ガス流通路の確保が容易になり、ガス流通路面積
を従来より更に大きくすることができる。

これにより圧縮機性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を適用した電動圧縮機の全体断
面図である。 第２図は電動圧縮機と電動機の固定状態を示す横断面図
である。 第３図は異なる実施例の部分拡大図である。 第４図は第３図の実施例の部分拡大図である。 第５図、第６図は更に異なる実施例の部分拡大図であ
る。 符号の説明 １……モータステータコア、２……スロット、３……ス
ロット歯部、４……ガス流通穴、５……ステータコアカ
ット部、６……電動機コイル、７……スロット歯に設け
た内径切欠き、８……ロット歯のスリット、９……永久
磁石ロータ、10……圧縮機ハウジング、11……圧縮機本
体、12……ガスの流れ、13……ガス吸込口、14……ガス
吐出口、15……圧縮機本体弁、17……ステータロータの
ギャップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 39/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機ハウジング内側に設けられた圧縮機
   本体と、圧縮機ハウジング内側にステータコアの外周の
   一部が密接して保持され前記圧縮機本体を駆動する永久
   磁石式電動機を有し、前記圧縮機ハウジングの一端部に
   設けられたガス吸込口から前記圧縮機本体に取り入れら
   れたガスを前記圧縮機本体で圧縮し、前記永久磁石式電
   動機に設けられた軸方向に貫通する風穴を介して前記圧
   縮機ハウジングの他端部に設けられた吐出口から吐き出
   すよう構成された電動圧縮機において、 前記永久磁石式電動機のステータの毎極毎相のスロット
   数を１とし且つ各相コイルをステータ磁極の磁極ピッチ
   に等しいフルピッチで跨らせたことを特徴とする電動機
   圧縮機。
2. 【請求項２】前記ステータコアのスロット底部に接する
   円の円周からステータコア外周部側に、係数ｋを0.9〜
   1.1の範囲の値として、 Ｂ＝スロット歯幅ｗ×スロット数ｚ×係数k/（π×極数
   ｐ） なる第１の式で得られるＢの距離に形成される第１の円
   周と、 前記ステータコア外周部から前記ステータコアのスロッ
   ト底部側に、 ｃ＝積厚鉄心板厚ｔ×２ なる第２の式で得られるｃ以上の距離をもって形成され
   る第２の円周とで挟まれる範囲に、全周にわたって、軸
   方向に貫通する複数個の前記風穴を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の電動圧縮機。
3. 【請求項３】前記風穴の形状を長方形とし、外周側のコ
   ーナＲを内周側のコーナＲより大きくしたことを特徴と
   する請求項２記載の電動圧縮機。
4. 【請求項４】前記ステータコアのスロット歯部の内周側
   に、切欠きを設け、ガスの流通量を増加させたことを特
   徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
5. 【請求項５】前記ステータコアのスロット底部に接する
   円の円周からステータコア外周部側に、係数ｋを0.9未
   満の範囲の値として Ｂ＝スロット歯幅ｗ×スロット数ｚ×係数k/（π×極数
   ｐ） なる式で得られるＢの距離をもって形成されるステータ
   コア背部の肉厚部と、上記式において、上記Ｂの値を固
   定し係数ｋ＝0.9〜1.1の範囲の値となるようにｋの値と
   スロット歯幅ｗを変化せしめたときに得られる仮のスロ
   ット歯幅と実際のスロット歯幅の差分以内の幅で前記ス
   ロット歯部に軸方向に貫通するスリットを設けたことを
   特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。