JP3581909B2 - ブラシレスｄｃモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はブラシレスＤＣモータに関し、さらに詳細にいえば、圧縮機のケーシング内に組み込まれて圧縮機本体を駆動すべく回転軸が圧縮機本体と接続された回転子として、回転軸寄りの所定位置に永久磁石が設けられてなる構成のものを採用するブラシレスＤＣモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機などに用いられる圧縮機のケーシング内にブラシレスＤＣモータを組み込む場合には、冷媒、潤滑油を循環させるために、モータ部に、固定子コアカット部、固定子と回転子との間のギャップ、回転子風穴を設けることが要求される。ここで、冷媒は圧縮機のケーシングから吐出され、必要な経路を経て再び圧縮機のケーシングに戻るのであるが、潤滑油は、機械的な動作部、接触部がある圧縮機本体を十分に潤滑しなければならないので、圧縮機のケーシングから吐出されることなく、このケーシングの内部で効率よく循環させることが要求される。
【０００３】
具体的には、ケーシングの内部で潤滑油を効率よく循環させるために、モータ部に、固定子コアカット部、固定子と回転子との間のギャップ、回転子風穴を設けることになるが、回転子風穴については、内径が小さすぎるとモータの上部と下部との間の圧力差が大きくなりすぎて潤滑油が圧縮機本体側に戻りにくくなり、逆に、回転子風穴の内径が大きくなりすぎると、潤滑油がケーシングから吐出されてしまい、圧縮機本体を十分には潤滑することができなくなってしまう。したがって、圧縮機の容量などにより定まる適切な内径の回転子風穴を形成しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記圧縮機のケーシング内に組み込まれるブラシレスＤＣモータとして、回転子の表面に永久磁石を設けてなる構成のものを採用する場合には、回転子の任意の位置に任意の内径の風穴を形成しても、固定子と回転子との間の磁束に影響を及ぼすことがないのであるから、圧縮機の容量などにより定まる内径の回転子風穴を簡単に形成することができ、しかも回転子風穴によってブラシレスＤＣモータの性能が悪化されるという不都合も生じない。
【０００５】
しかし、圧縮機のケーシング内に組み込まれるブラシレスＤＣモータとして、回転子の回転軸寄りに永久磁石を設けてなる構成のもの（以下、埋込ＤＣモータと略称する）を採用する場合には、永久磁石によるトルクと、永久磁石よりも表面側にある鉄心によるリラクタンストルクとにより高効率、高トルクを実現しているのであるから、永久磁石よりも表面側に風穴を形成すれば鉄心の量が減少してモータの性能劣化、永久磁石の減磁を生じさせる可能性が高い。特に、永久磁石の減磁を生じさせる状態においては、永久磁石よりも表面側にある鉄心部の磁束密度が高く、風穴が磁束の流れに大きな影響を及ぼしてしまう。そして、風穴により影響された固定子からの磁束の流れによって永久磁石の減磁が一層顕著になるので、永久磁石の量を必要以上に増加させなければならなくなる。
【０００６】
また、回転子に風穴を形成する代わりに、固定子と回転子との間のギャップを大きくすることが考えられるが、ギャップを大きくすると、モータ性能の悪化が生じる。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の減磁を殆ど発生させることなく所望の内径の回転子風穴を形成することができる埋込ＤＣモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１のブラシレスＤＣモータは、圧縮機のケーシング内に組み込まれて圧縮機本体を駆動すべく回転軸が圧縮機本体と接続された回転子として、回転軸寄りの所定位置に永久磁石が設けられてなる構成のものを採用するブラシレスＤＣモータであって、
回転子の、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間の近傍における磁束密度よりも風穴形成位置近傍における磁束密度が小さくなるように所定位置に風穴が形成してある。
【０００９】
請求項２のブラシレスＤＣモータは、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間の、回転軸と直交する平面内における長さＬ２と、上記平面内における永久磁石の１／２、および上記平面内において１対の磁束短絡防止用空間の外端部と対応する部分により区画される回転子の表面の１／２を、それぞれ中央側からｎ：（ｎ−１）に内分する点どうしの距離Ｌｃと、風穴の等価的な内径Ｌｋとの間で１／Ｌ２≧ｎ／（Ｌｃ−Ｌｋ）の関係を満足するように所定形状の風穴を形成してある。
【００１０】
【作用】
請求項１のブラシレスＤＣモータであれば、回転子の、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間の近傍における磁束密度よりも風穴形成位置近傍における磁束密度が小さくなるように所定位置に風穴が形成してあるので、固定子からの磁束と永久磁石からの磁束とが集中し易い磁束短絡防止用空間の近傍における磁束密度よりも風穴形成位置近傍における磁束密度を小さくすることができ、風穴形成位置近傍において磁束が飽和しないので、永久磁石が減磁されてしまうという不都合の発生を未然に防止することができ、しかもこの回転子風穴が形成されたことに伴なって潤滑油を効率よく循環させることができる。
【００１１】
請求項２のブラシレスＤＣモータであれば、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間の、回転軸と直交する平面内における長さＬ２と、上記平面内における永久磁石の１／２、および上記平面内において１対の磁束短絡防止用空間の外端部と対応する部分により区画される回転子の表面の１／２を、それぞれ中央側からｎ：（ｎ−１）に内分する点どうしの距離Ｌｃと、風穴の等価的な内径Ｌｋとの間で１／Ｌ２≧ｎ／（Ｌｃ−Ｌｋ）の関係を満足するように所定形状の風穴を形成してあるので、固定子からの磁束と永久磁石からの磁束とが集中し易い磁束短絡防止用空間から十分に離れた位置に回転子風穴が形成されることになる。この結果、回転子風穴近傍では、磁束短絡防止用空間よりも磁束が集中せず、磁束が飽和しないので、永久磁石が減磁されてしまうという不都合の発生を未然に防止することができ、しかもこの回転子風穴が形成されたことに伴なって潤滑油を効率よく循環させることができる。
【００１２】
さらに詳細に説明する。
回転子の永久磁石よりも表面側に回転子風穴が形成されていない状態においては、図１に示すように、永久磁石からの磁束と固定子からの磁束とが共に磁束短絡防止用空間を通り、この部分に磁束が集中して鉄心部が飽和し易くなる。したがって、図２に示すように、飽和し易い鉄心部（磁束短絡防止用空間の近傍）に回転子風穴が形成されていれば、風穴が形成された分だけ磁束が通れる鉄心部の断面積が減少するので、この部分が一層飽和し易くなってしまう。この結果、固定子からの磁束が永久磁石に向かうように影響されてしまい、永久磁石を減磁させてしまうことになる。しかし、図３に示すように、飽和し易い部分から離れた箇所に回転子風穴を形成すれば、風穴形成部において鉄心部が飽和しないのであるから、固定子からの磁束の流れに殆ど影響を及ぼさず、この結果、永久磁石の減磁も発生しない。
【００１３】
図４は回転子風穴の位置および内径を示す概略図である。なお、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間の、回転軸と直交する平面内における長さをＬ２、上記平面内における永久磁石の１／２、および上記平面内において１対の磁束短絡防止用空間の外端部と対応する部分により区画される回転子の表面の１／２を、それぞれ中央側からｎ：（ｎ−１）（ただし、ｎは１以下の値）に内分する点どうしの距離をＬｃ、風穴の等価的な内径をＬｋ、回転子の積厚をＬ、永久磁石からの磁束をφｍ、固定子からの磁束をφｓとしている。
【００１４】
この条件下で、磁束短絡防止用空間を通る磁束は、φｓ＋φｍである。また、内分点どうしの間を通る磁束は、φｓ・ｎ＋φｍ・ｎである。したがって、内分点どうしの間を磁束短絡防止用空間よりも飽和させないようにするためには、
（φｓ＋φｍ）／Ｌ２・Ｌ≧（φｓ・ｎ＋φｍ・ｎ）／（Ｌｃ−Ｌｋ）・Ｌ
であればよい。この式を簡略化することにより、数１の関係が得られる。
【００１５】
【数１】
１／Ｌ２≧ｎ／（Ｌｃ−Ｌｋ）
すなわち、この関係を満足する回転子風穴を形成することにより、永久磁石に減磁を生じさせることなく、潤滑油を効率よく循環させることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例を示す添付図面によってこの発明の実施例を詳細に説明する。
図６はこの発明のブラシレスＤＣモータが圧縮機のケーシング内に組み込まれた状態を示す概略図であり、ケーシング１０の下部に潤滑油槽１１、圧縮機本体１２がこの順に設けられているとともに、圧縮機本体１２の上方に埋込ＤＣモータ１３が設けられている。この埋込ＤＣモータ１３は、回転子１３ａの回転軸１３ｂが圧縮機本体１２と連結されている。なお、１４は吸入管、１５は吐出管、１６は固定子コアカット部、１７はギャップ、１８は回転子風穴である。また、冷媒、潤滑油の流れを矢印で示している。
【００１７】
図４はこの発明のブラシレスＤＣモータの一実施例を示す概略図であり、回転子の要部のみを示している。なお、固定子の構成は従来公知のブラシレスＤＣモータと同様であるから、図示および説明を省略する。
この回転子１は、回転軸（図示せず）寄りの所定位置に、半径方向と直交する方向に延びる永久磁石収容空間を形成してあるとともに、永久磁石収容空間に連続させて、回転子１の表面側に延びる磁束短絡防止用空間２を形成してあり、永久磁石収容空間に永久磁石３を収容してある。なお、この永久磁石３は、適宜手段によって永久磁石収容空間内に固定されている。そして、数１の関係を満足する回転子風穴４を形成してある。また、回転子風穴４は、円形、楕円形、多角形など適宜の形状とすることができ、円形以外の場合には、等価的な内径が数１の関係を満足するようにすればよい。さらに、複数個の回転子風穴４を形成することが可能であり、この場合には、全ての回転子風穴４を１つの回転子風穴に換算した状態の内径が数１の関係を満足すればよい。
【００１８】
したがって、この実施例の場合には、永久磁石に減磁を生じさせることなく、潤滑油を効率よくケーシング内で循環させることができる。
【００１９】
【実施例２】
図５はこの発明のブラシレスＤＣモータの他の実施例を示す概略図であり、回転子の要部のみを示している。なお、固定子の構成は従来公知のブラシレスＤＣモータと同様であるから、図示および説明を省略する。
この回転子が図４の回転子と異なる点は、永久磁石収容空間と磁束短絡防止用空間とが、回転子の外周と逆向きの円弧状に形成されている点のみである。
【００２０】
したがって、この実施例の場合にも、永久磁石に減磁を生じさせることなく、潤滑油を効率よくケーシング内で循環させることができる。
もちろん、図７に示すように、永久磁石より回転軸寄りにも回転子風穴を設けることが可能であり、この場合には任意の位置に任意の内径の回転子風穴を形成することができる。ただし、埋込ＤＣモータの場合には、永久磁石よりも回転軸寄りの部分は余りスペースがないので、一般的には、図４または図５の構成を採用することになる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、固定子からの磁束と永久磁石からの磁束とが集中し易い磁束短絡防止用空間の近傍における磁束密度よりも風穴形成位置近傍における磁束密度を小さくすることができ、風穴形成位置近傍において磁束が飽和しないので、永久磁石が減磁されてしまうという不都合の発生を未然に防止することができ、しかもこの回転子風穴が形成されたことに伴なって潤滑油を効率よく循環させることができるという特有の効果を奏する。
【００２２】
請求項２の発明は、回転子風穴近傍では、磁束短絡防止用空間よりも磁束が集中せず、磁束が飽和しないので、永久磁石が減磁されてしまうという不都合の発生を未然に防止することができ、しかもこの回転子風穴が形成されたことに伴なって潤滑油を効率よく循環させることができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転子の永久磁石よりも表面側に回転子風穴が形成されていない状態における磁束の状態を概略的に示す図である。
【図２】回転子の永久磁石よりも表面側であって、磁束短絡防止用空間に近接する位置に回転子風穴が形成されている状態における磁束の状態を概略的に示す図である。
【図３】回転子の永久磁石よりも表面側であって、磁束短絡防止用空間から離れた位置に回転子風穴が形成されている状態における磁束の状態を概略的に示す図である。
【図４】この発明のブラシレスＤＣモータの一実施例における回転子の一部を示す概略図である。
【図５】この発明のブラシレスＤＣモータの他の実施例における回転子の一部を示す概略図である。
【図６】ブラシレスＤＣモータを圧縮機のケーシングに組み込んだ状態を示す概略図である。
【図７】ブラシレスＤＣモータの変更例の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１３ａ 回転子 ２ 磁束短絡防止用空間
３ 永久磁石 ４，１８ 回転子風穴
１０ ケーシング １２ 圧縮機本体
１３ｂ 回転軸

Claims (2)

1. 圧縮機のケーシング（１０）内に組み込まれて圧縮機本体（１２）を駆動すべく回転軸（１３ｂ）が圧縮機本体（１２）と接続された回転子（１）（１３ａ）として、回転軸寄りの所定位置に永久磁石（３）が設けられてなる構成のものを採用するブラシレスＤＣモータ（１３）であって、
   回転子（１）（１３ａ）の、永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間（２）の近傍における磁束密度よりも風穴（４）（１８）形成位置近傍における磁束密度が小さくなるように所定位置に風穴（４）（１８）が形成してあることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
2. 永久磁石収容空間に続く磁束短絡防止用空間（２）の、回転軸（１３ｂ）と直交する平面内における長さＬ２と、上記平面内における永久磁石（３）の１／２、および上記平面内において１対の磁束短絡防止用空間（２）の外端部と対応する部分により区画される回転子（１）の表面の１／２を、それぞれ中央側からｎ：（ｎ−１）に内分する点どうしの距離Ｌｃと、風穴（４）（１８）の等価的な内径Ｌｋとの間で１／Ｌ２≧ｎ／（Ｌｃ−Ｌｋ）の関係を満足するように所定形状の風穴（４）（１８）を形成してある請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。

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