JP5061576B2 - アキシャルギャップ型モータおよびそれを用いた圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、アキシャルギャップ型モータおよびそれを用いた圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、密閉容器内に圧縮機構部とアキシャルギャップ型モータとを搭載したものがある(例えば、特開昭６１−１８５０４０号公報(特許文献１)参照)。この圧縮機は、半径方向の力を発生せず、芯ずれ等による振動・騒音の問題がなく、軸方向の寸法を小さくして小型化することができる。

ところで、上記圧縮機では、ステータはコイルを樹脂成形したものであり、ステータとロータとの間に働く磁気吸引力は小さいが、コイルの磁心がないため、磁気抵抗が大きく、鎖交磁束が減少し、さらに、隣接する磁極間での漏れ磁束が多く発生する。

一方、コイルに磁心を有し、ステータの軸方向両側にロータを配置したアキシャルギャップ型モータを用いた圧縮機も開示されているが、ステータの両側にロータを設けているので、永久磁石が倍必要となる(例えば、特開２００４-５２６５７号公報(特許文献２)参照)。

そこで、このようなアキシャルギャップ型モータにおいて、一方のロータにしか永久磁石を備えていない構成にすることにより永久磁石の使用量を減らすことが考えられるが、この場合、２つのロータに対して働くスラスト力がアンバランスになって信頼性と効率が低下するという問題がある。
特開昭６１−１８５０４０号公報 特開２００４-５２６５７号公報

そこで、この発明の課題は、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成で永久磁石の使用量を低減すると共にロータに対して軸方向に働く力を低減でき、信頼性と効率を向上できるアキシャルギャップ型モータおよびそれを搭載した圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明のアキシャルギャップ型モータは、
軸方向に伸び、周方向に配置される互いに磁気的に独立した複数の磁心にコイルが巻回されたステータと、回転軸に固定され、上記ステータに軸方向両側に対向する位置に配置されたロータとを有するアキシャルギャップ型モータであって、
上記ロータの一方は、磁極面に永久磁石を備えた永久磁石ロータであり、
上記ロータの他方は、永久磁石を備えていない非永久磁石ロータであり、
上記ステータの上記磁心と上記非永久磁石ロータとの間のエアギャップ長ｄｎは、上記ステータの上記磁心と上記永久磁石ロータとの間のエアギャップ長ｄｍよりも小であることを特徴とする。

上記構成のアキシャルギャップ型モータによれば、ラジアルギャップ型モータの場合と比べて、アキシャルギャップ型モータでは回転軸に対して半径方向の力が発生せず、ステータを変形させたり、ステータを介して密閉容器を変形させたり、回転軸を半径方向に曲げたりすることがない。さらに、上記ロータの一方を、磁極面に永久磁石を備えた永久磁石ロータとし、ロータの他方を、永久磁石を備えていない非永久磁石ロータとすることによって、永久磁石の使用量を増すことなく、磁束の漏れを考慮した上で、ステータの磁心と非永久磁石ロータとの間のエアギャップ長ｄｎを、ステータの磁心と永久磁石ロータとの間のエアギャップ長ｄｍよりも小さくして、アキシャルギャップ型モータ特有のスラスト力を少なくとも部分的に打ち消し合うようにする。これにより、アキシャルギャップ型モータ特有のスラスト力を極めて小さくして、モータの軸受の摺動損失を最低限にすることができ、モータ効率が向上する。したがって、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成でロータに対して軸方向に働く力を低減でき、信頼性と効率を向上できる。

なお、コイルに磁心を有するアキシャルギャップ型モータは、ステータとロータとの間のエアギャップが軸方向であるため、ラジアルギャップ型モータと比べて軸方向の磁気吸引力をエアギャップ長さ等により調整するのが極めて容易である。

また、上記永久磁石ロータと非永久磁石ロータを同一の回転軸に固定することによって、非永久磁石ロータが回転磁界と同期して回転するため、鉄損を大幅に低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータは、
上記永久磁石ロータの磁極面の互いに隣接する磁極の間には、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える幅の空隙を設けた。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記永久磁石ロータの磁極面の互いに隣接する磁極の間に、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える幅の空隙を設けることによって、永久磁石ロータの磁極面から隣接する磁極面に、コイルに鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、ロータに対して軸方向に働く力を低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータは、
上記永久磁石ロータの上記永久磁石の磁化方向の厚みは、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記永久磁石ロータの上記永久磁石の磁化方向の厚みを、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える厚みにすることによって、永久磁石ロータの永久磁石の磁極面から反磁極面に、コイルに鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、ロータに対して軸方向に働く力を低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータは、上記非永久磁石ロータは、上記ステータに対向した面に突極部を有する。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記非永久磁石ロータがステータに対向した面に突極部を有することによって、電流位相を適当に設定すれば、永久磁石ロータで発生するトルクと、非永久磁石ロータで発生するトルクとの比率を調整することができ、高速化を実現する。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータは、上記突極部は、上記永久磁石ロータの上記永久磁石の磁極中心に対向する位置に設けられている。

上記実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記非永久磁石ロータの突極部を、永久磁石ロータの永久磁石の磁極中心に対向する位置に設けることによって、通常運転時は、磁気抵抗を最小とし、高速運転したい時は、電流位相を進めることで、永久磁石を弱め、マグネットトルクを減らすことにより電圧を低くし、かつ、非永久磁石ロータとの間のリラクタンストルクを増大させることができる。

また、この発明の圧縮機は、上記アキシャルギャップ型モータと上記圧縮要素が密閉容器内に収納されていることを特徴とする。

上記構成の圧縮機によれば、上記アキシャルギャップ型モータを用いることによって、圧縮機全体を小型化すると共に、モータの効率を高めつつ、圧縮要素の固定部分と可動部分の接触部分の摺動損失を最低限にすることができ、圧縮効率が向上する。

また、一実施形態の圧縮機は、上記圧縮要素に対して上記アキシャルギャップ型モータと反対の側にスラスト軸受を設けた。

上記実施形態の圧縮機によれば、上記圧縮要素に対して上記アキシャルギャップ型モータと反対の側にスラスト軸受を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

また、一実施形態の圧縮機は、上記圧縮要素と上記アキシャルギャップ型モータとの間にスラスト軸受を設けた。

上記実施形態の圧縮機によれば、上記圧縮要素とアキシャルギャップ型モータとの間にスラスト軸受を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

以上より明らかなように、この発明のアキシャルギャップ型モータによれば、アキシャルギャップ型モータ特有のスラスト力を極めて小さくして、モータの軸受の摺動損失を最低限にすることができ、モータ効率が向上する。したがって、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成で永久磁石の使用量を低減すると共にロータに対して軸方向に働く力を低減でき、信頼性と効率を向上できる。

また、上記永久磁石ロータと非永久磁石ロータを同一の回転軸に固定することによって、非永久磁石ロータが回転磁界と同期して回転するため、鉄損を大幅に低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記永久磁石ロータの磁極面の互いに隣接する磁極の間に、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える幅の空隙を設けることによって、永久磁石ロータの磁極面から隣接する磁極面に、コイルに鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、ロータに対して軸方向に働く力を低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記永久磁石ロータの上記永久磁石の磁化方向の厚みを、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える厚みにすることによって、永久磁石ロータの永久磁石の磁極面から反磁極面に、コイルに鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、ロータに対して軸方向に働く力を低減できる。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記非永久磁石ロータがステータに対向した面に突極部を有することによって、電流位相を適当に設定すれば、永久磁石ロータで発生するトルクと、非永久磁石ロータで発生するトルクとの比率を調整することができ、高速化を実現する。

また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記非永久磁石ロータの突極部を、永久磁石ロータの永久磁石の磁極中心に対向する位置に設けることによって、通常運転時は、磁気抵抗を最小とし、高速運転したい時は、電流位相を進めることで、永久磁石を弱め、マグネットトルクを減らすことにより電圧を低くし、かつ、非永久磁石ロータとの間のリラクタンストルクを増大させることができる。

また、この発明の圧縮機によれば、上記アキシャルギャップ型モータを用いて、圧縮機全体の小型化を図りつつ、簡単な構成でガス圧とスラスト力が互いに打ち消し合うようにして、ロータに対して軸方向に働く力を低減でき、信頼性と圧縮効率を向上できる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、上記圧縮要素に対して上記アキシャルギャップ型モータと反対の側にスラスト軸受を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、上記圧縮要素とアキシャルギャップ型モータとの間にスラスト軸受を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

以下、この発明の圧縮機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータを用いたロータリ圧縮機の断面図を示している。この第１実施形態のロータリ圧縮機は、高圧ドーム型であり、上側ロータとステータとの間と下側ロータとステータとの間のエアギャップ長が異なる。

この第１実施形態の圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１と、上記密閉容器１内に配置された圧縮要素の一例としての圧縮機構部２と、上記密閉容器１内かつ圧縮機構部２の上側に配置され、圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ３とを備えている。上記密閉容器１の下側側方に、吸入管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸入管１１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

上記アキシャルギャップ型モータ３は、密閉容器１内側に外周側の一部が固定され(図示せず)、中央部を回転軸４が貫通するステータ４０と、上記ステータ４０の軸方向の上側に配置され、回転軸４に外嵌して固定された上側ロータ３０Ａと、上記ステータ４０の軸方向の下側に配置され、回転軸４に外嵌して固定された下側ロータ３０Ｂとを有する。上記上側ロータ３０Ａは、永久磁石３２を備えた永久磁石ロータであり、下側ロータ３０Ｂは、永久磁石を備えていない非永久磁石ロータである。上記上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂが固定された回転軸４の下端側を圧縮機構部２に連結している。上記磁心は軸方向に伸び、周方向に複数配置され、その周りにコイルが配置されたステータを構成する。コイルは、複数の磁心に１つのコイルが被される分布巻の他、１つの磁心に１つのコイルが設けられる集中巻であってもよく、その他の巻線方式であってもよい。それぞれの磁心は、磁気的に独立である。磁気的に独立であるとは、後述するが、磁束の漏れが特性上無視しうる程度の距離離すか、図８に示すように、磁気的に連結されていても、連結部が容易に磁気飽和する程度の小さい幅であればよい。

また、上記圧縮機構部２は、シリンダ状の本体部２０と、この本体部２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板８および下端板９とを備える。上記回転軸４は、上端板８および下端板９を貫通して、本体部２０の内部に挿入されている。上記回転軸４は、圧縮機構部２の上端板８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端板９に設けられた軸受２２により回転自在に支持されている。上記本体部２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、そのクランクピン５に嵌合されて駆動されるピストン６とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７により圧縮を行う。ピストン６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室の容積を変化させる。

上記構成のロータリ圧縮機において、アキシャルギャップ型モータ３を回転させることにより圧縮機構部２を駆動すると、吸入管１１から圧縮機構部２に冷媒ガスが供給され、圧縮機構部２で冷媒ガスを圧縮する。そうして圧縮機構部２で圧縮された高圧冷媒ガスは、圧縮機構部２の吐出ポート２３より密閉容器１内に吐出され、回転軸４の周りに設けられた溝(図示せず)、ステータ４０および上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの内部を軸方向に貫通する穴(図示せず)、ステータ４０および上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの外周部と密閉容器１の内面との間の空間等を通ってアキシャルギャップ型モータ３の上部空間に運ばれた後、吐出管１２を介して密閉容器１の外部に吐出される。

このとき、上側ロータ３０Ａには永久磁石３２を備えているので、永久磁石３２の磁束は、上側のエアギャップを介してステータ４０の磁心を通り、下側のエアギャップを介して下側ロータ３０Ｂにわたり、再度下側のエアギャップを介してステータ４０の磁心を通り、再度上側のエアギャップを介して異なる磁極の永久磁石３２に戻る。

このとき、ステータ４０の磁心は、それぞれ磁気的に独立であるので、主磁束は上側ロータ３０Ａから磁心を通って下側ロータ３０Ｂにわたるが、永久磁石３２の磁束は、永久磁石３２の磁極面と反磁極面との間、隣接する永久磁石３２間、上側のエアギャップ、下側のエアギャップ、および、ステータ４０の磁心間で一部漏洩し、上側のエアギャップを通る磁束に比べ、下側のエアエアギャップを通る磁束は減少する。この磁束の減少は、特性上(鎖交磁束やトルク等)は十分小さくても、吸引力に対しては影響を与えるレベルである。

従って、上記ステータ４０の磁心と非永久磁石ロータ(３０Ｂ)との間に働く軸方向の吸引力は、ステータ４０の磁心と永久磁石ロータ(３０Ａ)との間に働く軸方向の吸引力より小さくなる。しかし、上記ステータ４０の磁心(８６)と非永久磁石ロータ(３０Ｂ)との間のエアギャップ長ｄｎは、ステータ４０の磁心(８６)と永久磁石ロータ(３０Ａ)との間のエアギャップ長ｄｍよりも小であることより、この軸方向に働く吸引力の差を縮め、トータルの吸引力を極めて小さくすることができる。

なお、起動時と運転時、運転時であっても圧力が異なる場合では、ロータリ圧縮機の冷媒の圧縮に起因するスラスト力が異なる場合がある。このようなスラスト力を調整すべく、図２〜図５に示すスラスト軸受を設けてもよい。なお、図２〜図５に示すロータリ圧縮機は、スラスト軸受を除いて図１に示すロータリ圧縮機と同一の構成をしており、同一参照番号を付している。

図２に示すように、圧縮機構部２のピン部(クランクピン５)の端面をスラスト面とするスラスト軸受２３,２４により受けても良い。これによれば、もともと回転軸４(クランクピン５・ピストン６)に段差が有り、特別な部品を要しない。

図３に示すように、回転軸４の端部(下部)に設けられたスラスト軸受２５により回転軸４を支持すれば、油潤滑が容易である。

また、図４に示すように、下側ロータ３０Ｂと上部の軸受２１との間にスラスト軸受２６により設けてもよい。圧縮要素である圧縮機構部２のすぐ上であり、潤滑が容易である。

また、図５に示すように、ステータ４０と上側ロータ３０Ａとの間にスラスト軸受２６を設ける手段もある。

図６は上記図１に示すロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータ３の分解斜視図を示している。なお、下側ロータ３０Ｂは、バックヨーク３１のみからなる。図６において、磁気的な働きをする要素以外の構成要素(接着部材等)は省略している。

図６に示すように、上側ロータ３０Ａは、中央孔３１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク３１と、バックヨーク３１のステータ４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石３２とを重ね合わせて形成している。また、上記バックヨーク３１に４つの永久磁石３２を周方向に所定の間隔をあけて配置すると共に、バックヨーク３１には、永久磁石３２間の領域に対向する領域かつ中央孔３１a近傍に円孔３１bを設けている。上記永久磁石３２間の空間と、バックヨーク３１の円孔３１bで、冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。

なお、図１に示すステータ４０は、軸方向に磁束が発生し、ステータ４０と上側ロータ３０Ａとの間にトルクを発生するが、原則として、下側ロータ３０Ｂとステータ４０との間にトルクは発生しない。また、上側ロータ３０Ａにおいて、互いに隣接する永久磁石３２間の幅は、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
ｄｎ：ステータ４０の磁心と下側ロータ３０Ｂとの間のエアギャップ長
ｄｍ：ステータ４０の磁心と上側ロータ３０Ａとの間のエアギャップ長
を超える幅であることが望ましい。

図６に示すように、ステータ４０は、軸方向に伸びた複数の磁心８６に跨ってアキシャルコイル８５を巻回している(磁心群８４)。これにより、それぞれの磁心８６の表面には、１つのコイル８５が磁極を構成するか、または２つのコイル８５が協働して磁極を構成する。また、Ｖ相とＷ相が協働した場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの電流の和は０となるため、−Ｕ相磁極を構成する。従って、ステータに流れる電流による磁束も４極の磁極を呈する。図１の場合に比べ、磁心８６の表面に発生する磁極は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３通りではなく、Ｕ，Ｖ，Ｗのほかにこれらの相のうち２つの相が協働してなす極を含め、６通りの状態が存在する。これにより、磁束の変化が滑らかになり、振動や騒音を低減する作用を有する。これは、いわゆる４極１２スロットの分布巻と同一の構成である。

なお、上記１２の磁心８６は、互いに磁気的に独立であるため、軸方向両側に配置された磁性板により接続してもよい。この磁性板には、磁心８６に対向する領域間が磁気的に絶縁されるようにスリットを夫々設ける。上記アキシャルコイル８５は、例えば３相スター結線され、インバータから電流が供給される。なお、ステータ４０は、圧縮容器に磁性板で固定すると、磁束が漏洩するため、非磁性体を介して固定するのが望ましい。

また、図７は上記図１に示すロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータ３の上側ロータに磁性板を用いた場合の斜視図を示している。

図７に示すように、上側ロータ１３０Ａは、中央孔１３１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク１３１と、バックヨーク１３１のステータ４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石１３２と、中央孔１３３aを有する円板形状の磁性板１３３とを重ね合わせて形成している。また、上記磁性板１３３には、放射状に４つのスリット１３３bを設け、スリット１３３b間に各永久磁石３２を周方向に所定の間隔をあけて配置すると共に、バックヨーク１３１には、磁性板１３３のスリット１３３bに対向する領域かつ中央孔１３１a近傍に円孔１３１bを設けている。上記磁性板１３３のスリット１３３bと、永久磁石１３２間の空間と、バックヨーク１３１の円孔１３１bで、冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。

なお、図７に示す上側ロータ３０Ａにおいて、各磁性板１３３のスリット１３３bによって、４つの永久磁石１３２を互いに磁気的に絶縁している。なお、スリット１３３ｂの幅は、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
ｄｎ：ステータ４０の磁心と下側ロータ３０Ｂとの間のエアギャップ長
ｄｍ：ステータ４０の磁心と上側ロータ１３０Ａとの間のエアギャップ長
を超える幅であることが望ましい。

図８は、図６のステータ４０に替えて適用できる他のステータを用いたアキシャルギャップ型モータの分解斜視図を示している。

このステータ１４０は、図８に示すように、複数の磁心６３まわりに直接アキシャルコイル６２を巻回している。例えば、４極の場合、磁心６３およびコイル６２はそれぞれ６つあり、ラジアルギャップ型モータの集中巻４極６スロットに相当する。すなわち、６のコイル６２は円周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置される。なお、上記６つの磁心６３は、互いに磁気的に独立であるため、軸方向両側に配置された磁性板６１に接続されている。この磁性板６１には、磁心６３に対向する領域間が磁気的に絶縁されるようにスリットを夫々設けている。上記アキシャルコイル６２は、例えば３相スター結線され、インバータから電流が供給される。磁性板６１は、それぞれの磁心６３をスリットの両端の連結部でつながっているが、連結部の幅が、強度上は十分で、容易に磁気飽和できる程度の小ささであるとよい。ただし、その分漏れ磁束は増大するので、上側ロータ１３０Ａと下側ロータ１３０Ｂのステータ１４０との空隙長の差は、今まで述べた実施形態に比べ大きくなる。

ここで、下側ロータ１３０Ｂとステータ１４０(磁心)との間のエアギャップの長さｄｎを、上側ロータ１３０Ａとステータ１４０(磁心)との間のエアギャップの長さｄｍよりも短くしている。これによって、磁束量が多い上側のエアギャップ長は大きく、磁束量の少ない下側のエアギャップ長は小さいので、上側ロータ１３０Ａ,下側ロータ１３０Ｂに働くスラスト力を互いにキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。

ここで、ステータ１４０の磁性板６１や上側ロータ１３０Ａの磁性板は必須ではないが、ステータ１４０の磁性板６１は、各磁心６３を固定する役割のみならず、上側ロータ１３０Ａ,下側ロータ１３０Ｂの磁束をより広く集める役割をも担っている。また、上側ロータ１３０Ａ,下側ロータ１３０Ｂの磁性板は、減磁防止の役割をも有する。

一方、上側ロータ１３０Ａの永久磁石１３２の間に、さらに、永久磁石と一定距離を隔てて鉄心を設ければ、ｄ軸インダクタンス(ロータの極性が異なる磁極(すなわち、円周方向に互いに隣接する磁極)の磁極中心相互間をバックヨーク１３１を経由する磁路のインダクタンス)とｑ軸インダクタンス(円周方向に互いに隣接する磁極の境界と、バックヨーク１３１を経由する磁路のインダクタンス)の差を設ける形状にすることで、リラクタンストルクを有効に利用することも可能となる。

上記構成のアキシャルギャップ型モータによれば、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成で永久磁石の使用量を低減すると共に上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂに対して軸方向に働く力を低減でき、信頼性と効率を向上できる。

また、上記上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂを同一の回転軸４に固定することによって、非永久磁石ロータである下側ロータ３０Ｂが回転磁界と同期して回転するため、鉄損を大幅に低減することができる。

また、上記永久磁石ロータである上側ロータ３０Ａ,１３０Ａの磁極面の互いに隣接する磁極の間に、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える幅の空隙を設けることによって、上側ロータ３０Ａ,１３０Ａの磁極面から隣接する磁極面にステータ４０,１４０のコイル８５,６２に鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂに対して軸方向に働く力を低減することができる。

また、上記永久磁石ロータである上側ロータ３０Ａ,１３０Ａの永久磁石３２,１３２の磁化方向の厚みを、
２×(ｄｎ+ｄｍ)
を超える厚みにすることによって、上側ロータ３０Ａ,１３０Ａの永久磁石３２,１３２の磁極面から反磁極面にステータ４０,１４０のコイル８５,６２に鎖交せずに漏洩する磁束を減少させて、トルクを増大できる共に、上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂに対して軸方向に働く力を低減することができる。

また、上記アキシャルギャップ型モータ３を用いて、ロータリ圧縮機全体の小型化を図りつつ、簡単な構成で信頼性と圧縮効率の高いロータリ圧縮機を実現することができる。

また、上記圧縮機構部２に対してアキシャルギャップ型モータ３と反対の側にスラスト軸受２５を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

また、上記圧縮機構部２とアキシャルギャップ型モータ３との間にスラスト軸受２６を設けることによって、起動時と運転時の差圧の違いによるスラスト力等を緩和することができる。

〔第２実施形態〕
図９はこの発明の第２実施形態のアキシャルギャップ型モータの分解斜視図を示しており、第１実施形態の図１に示すロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータと交換可能なものである。この第２実施形態のアキシャルギャップ型モータは、下側ロータを除いて図６に示すアキシャルギャップ型モータと同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付している。

図９に示すように、下側ロータ２３０Ｂは永久磁石がないが、中央孔２３１aを有する磁性体からなる円板形状のコア２３１に周方向に所定の間隔をあけて４つの突極部２３２を有する。また、コア２３１には、突極部２３２間の領域かつ中央孔２３１a近傍に円孔２３１bを設けている。

なお、この第２実施形態では、突極部２３２を設けることにより、下側ロータ２３０Ｂに突極性を備えたが、複数のフラックスバリアによっても同様に実現できる。

上記突極部２３２の中心は、上側ロータ３０Ａの永久磁石３２の磁極中心に一致する。これにより、起動時には、突極部２３２を好んで磁束が通るので、磁気抵抗を低減でき、永久磁石３２の動作点を向上させることにより起動時センサレス運転に移るまでの同期運転における始動トルクを増大させる。

また、上記非永久磁石ロータである下側ロータ２３０Ｂにステータ４０に対向した面に突極部２３２を有することによって、電流位相を適当に設定すれば、上側ロータ３０Ａで発生するトルクと、下側ロータ２３０Ｂで発生するトルクとの比率を調整することができ、高速化を実現する。

なお、磁気装荷に比べて、電気装荷が無視できないレベルであれば、下側ロータ２３０Ｂの突極部２３２は、上側ロータ３０Ｂの永久磁石３２の磁極中心より進めた方がよい。

また、上記非永久磁石ロータである下側ロータ２３０Ｂの突極部２３２を、上側ロータ３０Ａの永久磁石３２の磁極中心に対向する位置より２２．５°(４５°÷極対数)回転方向に進めれば、大きいトルクが必要とされる時や、電流を減らすことで銅損を低減する必要があるときには、電流位相０(進角０)で運転すれば、マグネットトルクやリラクタンストルクも最大となる位相で運転でき、高速運転したい時は、電流位相を進めることで、上側ロータ３０Ａの永久磁石３２弱め、マグネットトルクを減らすことにより電圧を低くし、かつ、ステータ４０と下側ロータ２３０Ｂとの間のリラクタンストルクを増大させることができる。ここでいう電流位相とは、上側ロータ３０Ａ(永久磁石ロータ)のｑ軸を基準としている。

なお、上記第１実施形態のロータリ圧縮機の内部は、特に高圧ドームでは温度が高くなり、マグネットトルクは減少するので、その分をリラクタンストルクでカバーするという点でも優れる。また、高速ほどリラクタンストルクを主に利用した方が優れている。

また、上記第１,第２実施形態では、ロータリ圧縮機について説明したが、この発明の圧縮機はこれに限らず、スクロール圧縮機等の他の構成の圧縮機でもよい。

図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータを用いたロータリ圧縮機の断面図である。 図２はスラスト軸受を設けたロータリ圧縮機の断面図である。 図３はスラスト軸受を設けた他のロータリ圧縮機の断面図である。 図４はスラスト軸受を設けた他のロータリ圧縮機の断面図である。 図５はスラスト軸受を設けた他のロータリ圧縮機の断面図である。 図６は上記第１実施形態のアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 図７は上記第１実施形態のアキシャルギャップ型モータの他の上側ロータの斜視図である。 図８は図６のステータに替えて適用できる他のステータを用いたアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 図９はこの発明の第２実施形態のアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。

１…密閉容器
２…圧縮機構部
３…アキシャルギャップ型モータ
４…回転軸
５…クランクピン
６…ピストン
７…圧縮室
８…上端板
９…下端板
１１…吸入管
１２…吐出管
２０…本体部
２１,２２…軸受
２３〜２７…スラスト軸受
３０Ａ,１３０Ａ…上側ロータ
３０Ｂ,１３０Ｂ,２３０Ｂ…下側ロータ
３１,１３１…バックヨーク
３２,１３２…永久磁石
４０,１４０…ステータ
６１…磁性板
６２,８５…コイル
６３,８６…磁心
８４…磁心群
１３３…磁性板
２３１…コア
２３２…突極部

Claims (8)

1. 軸方向に伸び、周方向に配置される互いに磁気的に独立した複数の磁心(６３,８６)にコイル(６２,８５)が巻回されたステータ(４０,１４０)と、回転軸(４)に固定され、上記ステータ(４０,１４０)に軸方向両側に対向する位置に配置されたロータとを有するアキシャルギャップ型モータであって、
   上記ロータの一方は、磁極面に永久磁石(３２,１３２)を備えた永久磁石ロータ(３０Ａ,１３０Ａ)であり、
   上記ロータの他方は、永久磁石を備えていない非永久磁石ロータ(３０Ｂ,１３０Ｂ,２３０Ｂ)であり、
   上記永久磁石ロータ(３０Ａ,１３０Ａ)と上記非永久磁石ロータ(３０Ｂ,１３０Ｂ,２３０Ｂ)とは、同一の上記回転軸(４)に固定されており、
   上記ステータ(４０,１４０)の上記磁心(６３,８６)と上記非永久磁石ロータ(３０Ｂ,１３０Ｂ,２３０Ｂ)との間のエアギャップ長ｄｎは、上記ステータ(４０,１４０)の上記磁心(６３,８６)と上記永久磁石ロータ(３０Ａ,１３０Ａ)との間のエアギャップ長ｄｍよりも小であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記永久磁石ロータ(３０Ａ,１３０Ａ)の磁極面の互いに隣接する磁極の間には、
   ２×(ｄｎ+ｄｍ)
   を超える幅の空隙を設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
3. 請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記永久磁石ロータ(３０Ａ,１３０Ａ)の上記永久磁石(３２,１３２)の磁化方向の厚みは、
   ２×(ｄｎ+ｄｍ)
   を超えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記非永久磁石ロータ(２３０Ｂ)は、上記ステータ(４０)に対向した面に突極部(２３２)を有することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
5. 請求項４に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
   上記突極部(２３２)は、上記永久磁石ロータ(３０Ａ)の上記永久磁石(３２)の磁極中心に対向する位置に設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータ(３)により圧縮要素(２)を駆動し、
   上記アキシャルギャップ型モータ(３)と上記圧縮要素(２)が密閉容器(１)内に収納されていることを特徴とした圧縮機。
7. 請求項６に記載の圧縮機において、
   上記圧縮要素(２)に対して上記アキシャルギャップ型モータ(３)と反対の側にスラスト軸受(２５)を設けたことを特徴とする圧縮機。
8. 請求項６に記載の圧縮機において、
   上記圧縮要素(２)と上記アキシャルギャップ型モータ(３)との間にスラスト軸受(２６)を設けたことを特徴とする圧縮機。

Images