JP5807149B2

JP5807149B2 - 流体機械及び流体機械のステータ固定方法

Info

Publication number: JP5807149B2
Application number: JP2010239246A
Authority: JP
Inventors: 阪井　学; 学阪井; 岳史今西; 足立　徹; 徹足立
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: JP2012092693A

Description

本発明は、冷凍サイクル用の流体機械及びその流体機械のステータ固定方法に関するものである。

従来、冷凍サイクルに用いられるこの種の流体機械として、スクロール方式などを用いた圧縮機構を電動機によって駆動させる密閉型電動圧縮機が広く知られている。また最近では、エンジンからの駆動力でなく蓄電池から電源を供給する、例えばハイブリッド車両に搭載される冷凍サイクル用圧縮機にも、この種の密閉型電動圧縮機が用いられている。

以下、従来からあるこの種の流体機械の一つである車載用密閉型電動スクロール圧縮機用いて、図面を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。

図５は、車載用密閉型電動スクロール圧縮機の断面図であり、略円筒形のハウジング１０１とメカハウジング１０２とサイドハウジング１０３を複数のボルト１０４で接続することにより密閉容器を構成し、この内部に、電動機部１０５と圧縮機構部１０６とが設置されている。また、前記メカハウジング１０２とサイドハウジング１０３には、各々脚１０７が設けられており、車両本体（図示せず）に取り付けられる。

前記電動機部１０５は、鉄製の薄板を積み重ねたコア１０８にコイル（銅線）１０９を巻き付けた構造のステータ１１０と、ロータ１１１とから構成されており、このロータ１１１は前記圧縮機構部１０６のクランク軸１１２に焼きばめ固定されている。また、ステータ１１０の外周部を半径方向に延長して複数箇所のつば部１１６を設け、ここにそれぞれボルト１１７を通して前記ハウジング１０１に固定している。

前記サイドハウジング１０３には電極部１１３が設置してあり、この電極部１１３から前記ステータ１１０へ電源が供給される。

また、前記メカハウジング１０２とサイドハウジング１０３には、各々吸入孔１１４、吐出孔１１５とが設けられている。

上記構成の電動スクロール圧縮機は、電極部１１３に駆動回路（図示せず）から電源が供給されると、電動機部１０５により回転力が発生し、クランク軸１１２を通して圧縮機構部１０６が駆動される。その結果、吸入孔１１４から吸入された低圧流体は、圧縮機構部１０６で高温高圧の流体に圧縮され、一旦、ハウジング１０１内部に吐出された後、吐出孔１１５から吐出される。

特開２００１−３１７４７４号公報

ところで、例えば家庭用空調機に用いられる圧縮機などでは、ステータが固定されるハウジングは、従来よりほとんどが鉄製である。この場合、ステータをこのハウジングに固定する方法として、ハウジングの内径をステータ外径よりもわずかに小さくしておき、ハウジングを高温状態にすることで熱膨張させ、この熱膨張したハウジング内に常温のステ
ータを嵌合させることでハウジングが収縮してステータを締め付け固定する、いわゆる焼きばめ固定が広く用いられている。

一方、上記従来例で説明した車載用圧縮機においては、このステータ１１０が固定されるハウジング１０１は、軽量化や搭載性の面でアルミニウム製が主流である。この場合、
アルミニウム製のハウジングは、鉄製と比較して温度膨張係数が大きく、弾性係数も小さいため、運転時にハウジング内部の温度や圧力が上昇したとき、ハウジングの内径寸法の変化が大きくなり、ステータをハウジングに固定保持させることは難しかった。

特に、上記従来例で説明したような、圧縮機構部１０６から吐出される高温高圧の流体が、ハウジング１０１内部に吐出される、いわゆる高圧型圧縮機においては、ハウジング内が低圧流体で満たされる、いわゆる低圧型圧縮機に比べて、運転時のハウジング１０１の内径寸法の変化が一層大きくなる。

仮に、ハウジング内部の温度や圧力が上昇したときでも、焼きばめ固定によるステータの保持力を維持させようとすると、予め大きな焼きばめしろが必要であり、その応力によりステータのコアに大きな応力が作用するため、電動機の効率が低下したり運転音が増大したり、さらには、ハウジングにクラックが入るなどという信頼性上の課題があった。

このような理由により、上記従来例で説明したように、ステータ１１０の外周部を半径方向に延長して複数箇所のつば部１１６を設け、ここにボルト１１７を通すことにより、ステータ１１０をハウジング１０１に固定していた。

しかしながら、このような従来の電動圧縮機では、ステータ１１０の外周部につば部１１６を設けるため、その分、ハウジング１０１を半径方向に大きくせざるを得なかった。

特に、車載用圧縮機においては、車両の限られたスペースに取り付けなければならず、寸法の制限を受け易いという課題があった。また、ステータやハウジングが大型化することにより、重量の増加や、その分のコストアップにもなるといった課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、特に、ハウジングとステータの材質が異なる場合において、ハウジングにステータを容易に、かつ確実に固定する方法、および、それを用いた流体機械を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明は、ハウジング内部に、ステータとロータとからなる電動機部と、この電動機部によって駆動される流体機構部とを設置した流体機械であって、前記ステータは外周部に複数の切り欠き部を備え、前記ハウジングは、内周の軸方向に前記ステータの軸方向一端が当接する段差部と、前記ハウジング内周に前記ステータ外周部の切り欠き部に当接する１カ所以上のリブを備え、前記ステータの切り欠き部と、前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入し、これらスペーサの一端を前記流体機構部に当接させたものである。

これにより、ステータは、ハウジング内周の軸方向段差部と、スペーサのテーパ面とでハウジングの軸方向に固定されるとともに、ハウジング内周のリブと、ステータの切り欠き部とでハウジングの円周方向に固定されるので、ハウジングにステータを確実に固定することができる。

また、従来のようにボルトでステータを固定するような必要がなく、少なくとも３個の
スペーサをステータの切り欠き部とハウジングとの間に挿入するだけでハウジングに対してステータの軸中心を合わせた状態で容易に固定することができる。

本発明の流体機械および流体機械のステータ固定方法によれば、特にハウジングとステータの材質が異なる場合においても、ハウジングにステータを容易に、かつ確実に固定することができ、ステータやハウジングの寸法や重量を増加させることなくコンパクトな流体機械を得ることができる。

本発明の実施の形態１における車載用密閉型電動スクロール圧縮機の縦断面図図１におけるＡ−Ａ’での横断面図図１におけるＢ−Ｂ’での横断面図本発明の実施の形態１におけるスペーサの斜視図従来の車載用密閉型電動スクロール圧縮機の縦断面図

第１の発明は、ハウジング内部に、ステータとロータとからなる電動機部と、この電
動機部によって駆動される流体機構部とを設置した流体機械であって、前記ステータは外周部に複数の切り欠き部を備え、前記ハウジングは、内周の軸方向に前記ステータの軸方向一端が当接する段差部と、前記ハウジング内周に前記ステータ外周部の切り欠き部に当接する１カ所以上のリブを備え、前記ステータの切り欠き部と、前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入し、これらスペーサの一端を前記流体機構部に当接させた構成としてあり、ステータは、ハウジング内周の軸方向段差部と、スペーサのテーパ面とでハウジングの軸方向に固定されるとともに、ハウジング内周のリブと、ステータの切り欠き部とでハウジングの円周方向に固定されるので、ハウジングにステータを確実に固定することができるとともに、従来のようにボルトでステータを固定するような必要がないため、その分、ステータやハウジングの小型化を図ることができ、重量の増加やコストアップを抑えた流体機械を得ることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、ステータが鉄製、ハウジングがアルミニウム製等の要に材質が異なる組み合わせとしたものであり、運転時にハウジング内部の温度や圧力が上昇したとき、ハウジングの内径寸法の変化が大きい場合でも、ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入してあるので、ステータをハウジングに固定保持させておくことができる。

第３の発明は、ハウジング内部にステータとロータとからなる電動機部を挿入するステップと、前記電動機のステータの軸方向一端をハウジング内周の軸方向の段差部に当接させるステップと、前記ステータ外周部の切り欠き部と前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入するとともに、前記ハウジング内周の１カ所以上のリブを前記ステータ外周部の切り欠き部に当接させるステップと、前記ハウジング内部に前記電動機部によって駆動される流体機構部を挿入して当該流体機構部を前記スペーサの一端に当接させるステップからなり、少なくとも３個のスペーサをステータの切り欠き部とハウジングとの間に挿入するだけでハウジングに対してステータの軸中心を合わせた状態で容易に固定することができる。

以下、本発明の実施の形態について車載用密閉型電動スクロール圧縮機を例に取り、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるもので
はない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における車載用密閉型電動スクロール圧縮機の縦断面図、図２および図３は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’での横断面図である。

図１において、この圧縮機は、略円筒形のハウジング１とメカハウジング２とサイドハウジング３を複数のボルト４で接続することにより密閉容器を構成し、この内部に、電動機部５と流体機構部となる圧縮機構部６とが設置されている。また、前記ハウジング１とサイドハウジング３には、各々取り付け孔７が設けられており、車両本体（図示せず）に取り付けられる。

ここで、ステータ１０が固定されるハウジング１、およびメカハウジング２、サイドハウジング３は、車両に搭載されるため、軽量化や搭載性の目的でアルミニウム製としている。

前記電動機部５は、鉄製の薄板を積み重ねたコア８にコイル（銅線）９を巻き付けた構造のステータ１０と、ロータ１１とから構成されており、このロータ１１は前記圧縮機構部６のクランク軸１２に焼きばめ固定されている。

前記メカハウジング２には電極部１３が設置してあるとともに、この電極部１３を通して圧縮機と一体に組み込まれた駆動回路１４からの電源が前記ステータ１０へ供給される。

また、前記メカハウジング２とサイドハウジング３には、各々吸入孔、吐出孔（図示せず）とが設けられている。

上記構成により、駆動回路１４へ圧縮機外部よりから電源が供給されると、電動機部５により回転力が発生し、クランク軸１２を通して圧縮機構部６が駆動される。その結果、吸入孔から吸入された低圧流体は、圧縮機構部６で高温高圧の流体に圧縮され、一旦、ハウジング１内部に吐出された後、吐出孔から吐出される。

次に前記電動機部５のステータ固定について説明する。前記ハウジング１内周の軸方向には段差部１５が設けられており、この段差部１５に前記ステータ１０のコア８の一端を当接させている。また、ステータ１０外周部に切り欠き部１６を複数箇所設け、これらステータ１０の切り欠き部１６と、前記ハウジング１内周との少なくとも３カ所の隙間１７に、それぞれスペーサ１８を、締まりしろを有する状態で挿入している。なお、ハウジング１内周に対して、ステータ１０のコア８外径はわずかに小さく、すきましろを有する状態にしてある。

前記スペーサ１８には、図４に示すように、ハウジング１の内周と同じ半径Ｒを有するＲ面１９と、軸方向に対して数度の角度を有するテーパ面２０と、端面２１が設けられている。前記Ｒ面１９は、ハウジング１の内周に、前記端面２１は、圧縮機構部６の一端６ａに、また、前記テーパ面２０は、ステータ１０の切り欠き部１６に設けた角部２２にそれぞれ接している。

一方、前記ハウジング内周の段差部１５近くにはリブ２３が３カ所設けられており、これらリブ２３に前記ステータ１０の切り欠き部１６をそれぞれ当接させている。

次に前記電動機部５のステータ固定の手順を説明していくと、まずハウジング１内部にステータとロータとからなる電動機部５を挿入し、前記電動機部のステータ１０の軸方向一端をハウジング内周の軸方向の段差部１５に当接させる。その後、前記ステータ外周部の切り欠き部１６と前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサ１８を各々締まりしろを有する状態で挿入するとともに、前記ハウジング内周の１カ所以上のリブ２３を前記ステータ外周部の切り欠き部１６に当接させる。次に、前記ハウジング内部に前記電動機部５によって駆動される圧縮機構部６を挿入して当該圧縮機構部６を前記スペーサ１８の一端に当接させ、その後メカハウジング２をハウジング１に取付固定することにより完了する。

上記構成により、ステータ１０は、ハウジング１に対して、段差部１５とスペーサ１８のテーパ面２０とで軸方向に固定されるとともに、リブ２３により円周方向に回転しないように固定されるので、ステータ１０をハウジング１に確実に固定することができる。

また、ステータ１０をハウジング１に組み付けるときに、スペーサ１８の端面２１が同時に圧縮機構部６の一端で押すために、それぞれのスペーサ１８のテーパ面２０がステータ１０の角部１６を同じ量だけ軸中心方向に向かって押す力が作用する。従って、特別な治具などを使う必要がなく、スペーサ１８を挿入固定するだけで、ハウジング１に対してステータ１０の軸中心を容易に合わせて固定することができ、組立性の向上を図ることができる。

また、上述した通り、ステータ１０のコア８は鉄製の薄板を積み重ねた構成であるために、その軸方向長さである積厚の公差が他の部品の公差に比べてかなり大きい。したがって、コア８の圧縮機構部側端面と、圧縮機構部の一端との距離にバラツキが生じる可能性がある。しかしながら、スペーサ１８には軸方向に対して数度の角度を有するテーパ面２０を設けてあり、このテーパ面２０でコア８の角部２２を締まりしろを有する状態で押す構成にしているので、コア８の積厚が多少異なっていても積厚の公差を吸収することができる。

なお、上記本発明の実施の形態１においては、車載用密閉型電動スクロール圧縮機を用いて説明したが、これに限られるものではなく、例えば家庭空調機器用などに、また、スクロール圧縮機でなくロータリー圧縮機等種々の圧縮機に適用することができる。また、流体機構部が圧縮機構部やスクロール方式以外であっても本発明が適用できることは言うまでもない。

また、同じく本発明の実施の形態１においては、ステータ１０の切り欠き部１６は６カ所、隙間に設置されるスペーサ１８は３個、ハウジング１のリブ２３は３カ所として説明したが、スペーサ１８はハウジング１中心に対して１８０度を超える範囲に３カ所以上配置されていれば、ハウジング１に対してステータ１０の軸中心を合わせて固定することができ、望ましくはハウジング１中心に対してほぼ均等にスペーサ１８を配置するのがよい。また、リブ２３は少なくとも１カ所設けられていればハウジング１に対してステータ１０が回転しない作用を得ることができる。

以上のように、本発明はハウジングにステータを容易に、かつ確実に固定することができる、かつ、ステータやハウジングの寸法や重量を増加させることなくコンパクトな流体機械とすることができる。よって、車載用圧縮機のみならず、電動機で駆動される機構部を有する機械にも応用することが可能である。

１ハウジング
５電動機部
６圧縮機構部（流体機構部）
８コア
１０ステータ
１１ロータ
１２クランク軸
１５段差部
１６切り欠き部
１７隙間
１８スペーサ
１９Ｒ面
２０テーパ面
２１端面
２２角部
２３リブ

Claims

ハウジング内部に、ステータとロータとからなる電動機部と、この電動機部によって駆動される流体機構部とを設置した流体機械において、
前記ステータは外周部に複数の切り欠き部を備え、
前記ハウジングは、内周の軸方向に前記ステータの軸方向一端が当接する段差部と、前記ハウジング内周に前記ステータ外周部の切り欠き部に当接する１カ所以上のリブを備え、
前記ステータの切り欠き部と、前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入し、これらスペーサの一端を前記流体機構部に当接させたことを特徴とする流体機械。
ハウジングがアルミニウム製であるとした請求項１に記載の流体機械。
ハウジング内部にステータとロータとからなる電動機部を挿入するステップと、前記電動機のステータの軸方向一端をハウジング内周の軸方向の段差部に当接させるステップと、前記ステータ外周部の切り欠き部と前記ハウジング内周との少なくとも３カ所の隙間にテーパ面を設けたスペーサを各々締まりしろを有する状態で挿入するとともに、前記ハウジング内周の１カ所以上のリブを前記ステータ外周部の切り欠き部に当接させるステップと、前記ハウジング内部に前記電動機部によって駆動される流体機構部を挿入して当該流体機構部を前記スペーサの一端に当接させるステップからなる流体機械のステータ固定方法。