JP6357365B2

JP6357365B2 - 電動圧縮機

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Publication number: JP6357365B2
Application number: JP2014132720A
Authority: JP
Inventors: 哲也高部
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: US10298089B2; JP2016011610A; DE112015003021T5; CN106460818B; CN106460818A; DE112015003021B4; WO2015198650A1; US20170207677A1

Description

本発明は、車両用空調装置などにおいて冷媒の圧縮に用いられ、圧縮機構、圧縮機構を駆動する電動モータが一体化された電動圧縮機に関する。

この種の電動圧縮機として、例えば特許文献１に記載の電動圧縮機が知られている。特許文献１に記載の電動圧縮機は、複数の磁極を有するロータと、このロータの径方向外側に配置され複数のスロットを有する環状のステータとを有する電動モータと、電動モータによって駆動される圧縮機構とを、ケーシング内に収容している。ステータの外周面には、周方向に離間した複数個所に凹みが形成され、該凹みを除く複数個所を焼嵌めによりステータをケーシングに固定させている。

特開２０１１−１９６２１２号公報

この種の電動圧縮機では、ステータのコイルへの通電により生じる回転磁界により、ステータが振動し、該振動がステータを固定するケーシングに焼嵌め箇所を介して伝達されることによる騒音の発生が問題となる。
このため、上記のようにステータとケーシングとを周方向に断続して焼嵌め部の面積を減少し、ステータからケーシングへの振動伝達低減を図っている。
しかしながら、ステータの保持力を確保するため、各焼嵌め箇所における焼嵌め代を大きく設定すると、焼嵌め当接部に生じる応力が大きくなり焼嵌めに係る部品、特にケーシングの耐久性が低下する。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、ステータを焼嵌めにより保持する焼嵌めに係る部品（ケーシング）の耐久性と、ステータの保持力とを確保できる電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電動圧縮機は、
ロータと該ロータの径方向外側に配置されるステータとを有する電動モータが円筒状のケーシング内に収容され、該電動モータによって駆動され冷媒を圧縮する電動圧縮機であって、
前記ケーシングの内周面に周方向に離間して複数箇所に、径方向内側に突出形成される突出部を備え、前記各突出部の周方向中央部に、軸方向に延びる溝を配設し、各突出部の突出端面と前記ステータの外周面との当接部を焼嵌めにより固定し、前記溝は、前記各突出部の前記軸方向の一端側が開放されると共に他端側が閉塞され、前記当接部がＵ字状に形成されている、構成とする。

本発明に係る電動圧縮機によれば、ステータのケーシングへの複数個所の焼嵌め部において、ケーシングの突出部は、周方向両側の端縁部とステータ外周面との接触面圧が増大する。このため、焼嵌め代を増大することなく、ステータの保持力を増大でき、ケーシングなど焼嵌めに係る部品の耐久性とステータの保持力を確保することができる。

本発明の実施形態による電動圧縮機の断面図である。図１のＡ−Ａ矢視方向から見た正面図である。図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。図３からステータを除いた状態（第１ケーシング）の断面図である。ステータと第１ケーシングの分解斜視図である。ステータを第１ケーシングに収納した状態の斜視図である。上記実施形態における電動圧縮機の１２個のスロットを有するステータの変形形状を説明するための概念図である。上記実施形態における焼嵌め部に作用する力を示した断面図である。上記焼嵌め部に生じる面圧の状態を示した図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機の断面図であり、図２は図１に示すＡ−Ａ矢視方向から見た正面図である。
本実施形態による電動圧縮機１は、例えば車両用空調装置の冷媒回路に設けられ、当該車両用空調装置の冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものであり、電動モータ１０と、電動モータ１０によって駆動される圧縮機構２０と、電動モータ１０を駆動するためのインバータ３０と、これら電動モータ１０、圧縮機構２０及びインバータ３０を内部に収容するケーシング４０と、を有する。

本実施形態において、電動圧縮機１は、いわゆるインバータ一体型の圧縮機であり、図１に示すように、電動モータ１０及びインバータ３０をその内側に収容する第１ケーシング４１と、圧縮機構２０をその内側に収容する第２ケーシング４２と、インバータカバー４３と、圧縮機構カバー４４とを有する。そして、これら各ケーシング及びカバー（４１，４２，４３，４４）が、ボルトなどの締結手段（図示省略）によって一体的に締結されて電動圧縮機１のケーシング４０を構成している。

前記第１ケーシング４１は、環状の周壁部４１ａと仕切壁部４１ｂとから構成される。この仕切壁部４１ｂは、第１ケーシング４１内を、電動モータ１０を収容する空間とインバータ３０を収容する空間とに仕切る隔壁をなす。周壁部４１ａの一端側（図１中、左側）の開口を介してインバータ３０が第１ケーシング４１内に収容され、当該開口はインバータカバー４３によって閉塞される。また、周壁部４１ａの他端側（図１中、右側）の開口を介して電動モータ１０が第１ケーシング４１内に収容され、当該開口は第２ケーシング４２（後述の底壁部４２ｂ）によって閉塞される。仕切壁部４１ｂには、その径方向中央部に電動モータ１０の後述する回転軸２ａの一端部を支持するための筒状の支持部４１ｂ１が、周壁部４１ａの他端側に向って突設されている。

また、図２に示すように、第１ケーシング４１の他端側の端部には、第２ケーシング４２との締結用の締結部４１ｃ（ボス）が周壁部４１ａの周方向に離間して複数個所（６箇所）に形成されている。

また、第１ケーシング４１の周壁部にて、周方向に離間し、締結部４１ｃが形成される周方向の角度位置とずらした３箇所に、突出形成される突出部４１ｆを備えている。各突出部４１ｆは、詳しくは、その内周面から径方向内側に向かって、例えば、締結部４１ｃよりも径方向内方に突出して形成されると共に、第１ケーシング４１の軸方向に延設されている。

より具体的には、図２に示すように、突出部４１ｆの突出端面（内周面）４１ｆ１は電動モータ１０のステータ３（詳しくはバックヨーク３ａ）の外周面の形状と合わせて円弧状に形成され、各突出端面４１ｆ１に沿う内径円と締結部４１ｃの内側面との間には隙間がある。

図３は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図、図４は、図３からステータを除いた状態（第１ケーシング）の断面図、図５は、ステータと第１ケーシングの分解斜視図、図６は、ステータを第１ケーシングに収納した状態の斜視図である。
上記図３〜図５に示すように、各突出部４１ｆには、周方向中央部に、軸方向の一端側（インバータ３０側）から他端部側（圧縮機構２０側）に延びる溝４１ｆ２を配設する。該溝４１ｆ２は、軸方向の一端側が開放され、他端側は閉塞され、突出部４１ｆの軸方向全長の半分程度の長さを有して形成される。これにより、突出部４１ｆの突出端面４１ｆ１はＵ字状となる。

突出端面４１ｆ１は、溝４１ｆ２の軸方向の一端側（インバータ３０側）が開放される軸方向の一端部がステータ３の外周面と非当接で露出し、軸方向の他端部（圧縮機構２０側）はステータ３の外周面と当接する（図４に、焼嵌めされるＵ字状の当接領域をハッチングで示す）。突出端面４１ｆ１に沿う内径円の直径が、焼嵌め代を考慮して、焼嵌めされるステータ３外周面の外径より小さくなるように形成されている。
このように、突出部４１ｆの突出端面４１ｆ１とステータ３外周面との当接部の焼嵌めを介して、ステータ３がケーシング４０（第１ケーシング４１）に固定される。

前記第２ケーシング４２は、第１ケーシング４１の端部において周方向に離間して複数個所に形成される締結部４１ｃを介して第１ケーシング４１に締結される。第２ケーシング４２は、例えば、第１ケーシング４１との締結側とは反対側が開口した、一端開口の筒状に形成されており、当該開口を介して圧縮機構２０が第２ケーシング４２内に収容されるようになっている。第２ケーシング４２の開口は、圧縮機構カバー４４によって閉塞される。

また、第２ケーシング４２は、円筒部４２ａとその一端側の底壁部４２ｂとから構成され、これら円筒部４２ａと底壁部４２ｂとによって区画される空間内に圧縮機構２０が収容される。底壁部４２ｂは、第１ケーシング４１内と第２ケーシング４２内とを仕切る隔壁をなす。また底壁部４２ｂには、その径方向中央部に電動モータ１０の回転軸２ａの他端部を挿通させる貫通孔が開設されると共に、この回転軸２ａの他端側を支持するベアリング４５を嵌合させる嵌合部が形成される。

また、図示を省略するが、ケーシング４０には、前記冷媒の吸入ポート及び吐出ポートが形成されており、例えば、吸入ポートから吸入される冷媒は第１ケーシング４１内を通流した後、第２ケーシング４２内に吸入される。これにより、電動モータ１０は吸入冷媒により冷却される。

前記圧縮機構２０は、電動モータ１０によって駆動され冷媒を圧縮するものであり、第２ケーシング４２内に収容されて、ロータ２の回転軸２ａの他端側に配置される。
本実施形態において、圧縮機構２０は、スクロール式圧縮機であり、固定スクロール２１と、可動スクロール２２とを含んで構成される。可動スクロール２２が固定スクロール２１に対して旋回駆動することにより、冷媒が圧縮される。圧縮機構２０にて圧縮された冷媒は、吐出ポートより吐出される。

前記電動モータ１０は、図１に示すように、複数の磁極（図示省略）を有するロータ２と、ロータ２の径方向外側に配置される円環状のステータ３と、ステータ３の端部に配置され電気的絶縁性を有するボビン４と、ボビン４及びステータ３に巻回されるコイル５とを含んで構成され、例えば、三相交流モータが適用される。例えば車両のバッテリ（図示省略）からの直流電流は、インバータ３０により交流電流に変換されて電動モータ１０へ給電されている。

本実施形態では、ロータ２には、Ｎ極の永久磁石が４個、Ｓ極の永久磁石が４個埋設されており、８個の磁極を等間隔に有している。
また、本実施形態において、ステータ３は、図２に示すように、１２個のティース３ｂと１２個のスロット３ｃを交互に等間隔に有している。

ここで、本実施形態に係る８極（磁極）１２スロットタイプの電動モータ１０において、ステータ３に電磁力が負荷されているときの、ステータ３の変形形状について解析した結果を、図７を参照して説明する。なお、図７は、ステータ３のある瞬間における変形形状を示し、その変形をより明確にするために、変形寸法を拡大（誇張）して示している。

図７に２点鎖線で示すように、ステータ３は、電磁力が負荷されていないとき、円形の外形をなしている。ステータ３は、電磁力が負荷されると、概略正方形の外形形状をなして変形していることが分かる。また、図示を省略するが、別の瞬間においても、ステータ３は概略正方形の外径形状をなして変形するが、概略正方形の４つの角部Ｃの位置が電流の位相等に応じてロータ２の回転軸線Ｏ周りに同時に移動する。ステータ３は、その材質及び電磁力の大きさ等に応じた振幅ｒで振動する。

次に、本実施形態に係る電動圧縮機１の振動伝達の抑制作用について簡単に説明する。
インバータ３０から交流電流が電動モータ１０へ給電されると、ステータ３に電磁力が作用する。このとき、ステータ３は、図７に示すように、概略正方形の外形形状をなして変形して、ステータ３の外周の各ポイントにおいて振幅ｒで径方向にそれぞれ振動する。この振動は、突出部４１ｆを介して第１ケーシング４１に伝達され、その後、周壁部４１ａの薄肉部を振動させて振動エネルギーを減少させつつ、第１ケーシング４１と車両との各固定部に伝達される。しかし、ステータ３の振動によって生じた振動エネルギーは、この振動伝達過程において、十分に低減されているため、各固定部を介して車両へ伝達されるときには、その振動エネルギーは十分に低減されている。

３点焼嵌めである本実施形態の電動圧縮機１においては、ある瞬間において、単に、４つの角部Ｃのうちの１つが３箇所の突出部４１ｆ１のうちの１つに重なるだけである。そして、残りの３つの角部Ｃは、空隙部４６（図１参照）の領域に位置し、第１ケーシング４１を振動させることなくフリーな状態となっている。このため、ステータ３で発生する振動のケーシング４０への伝達量を抑制することができる。その結果、８極１２スロットタイプで３点焼嵌めの電動圧縮機１は、振動伝達を低減させることができる上、ケーシング４０の振動による放射音の発生も抑制することができる。

一方、上記のように振動伝達低減のため、焼嵌め箇所を最小限の３箇所に設定した場合、焼嵌め箇所を４箇所以上とした場合と比較して、１箇所当たりのステータ３の保持力を大きくする必要がある。焼嵌め代（ステータ３が第１ケーシング４１に非収納状態での焼嵌め部におけるステータ３の外径−突出端面４１ｆ１の内径）を大きくすると、低温時に焼嵌め代が増大し、焼嵌めにかかる部品、特にケーシング４０（第１ケーシング４１）に生じる応力が過大となって耐久性が低下することが懸念される。

かかる状況を回避するため、本実施形態では、既述したように、各突出部４１ｆの周方向中央部に、軸方向の一端側から他端部側に延びる溝４１ｆ２を配設している。
このように、突出部４１ｆに溝４１ｆ２を設けたことにより、焼嵌め後、図８に実線矢印で示すように、突出部４１ｆの溝４１ｆ２が形成されて薄肉となる周方向中央部に外径方向に作用する力を生じつつ、溝４１ｆ２の両側部分は周方向両外側に引張り力を生じる。この結果、図８に点線矢印で示すように、突出部４１ｆの周方向両側の端縁部が溝４１ｆ２部を中心として内側に折れ曲がる方向のモーメント力を生じる。これにより、突出端面４１ｆ１の周方向両側の端縁部とステータ３外周面との接触面圧が増大する。

図９は、溝４１ｆ２を形成した突出端面４１ｆ１の面圧分布を示したもので、ステータ３の保持に有効に作用する所定以上の面圧を有した有効面圧領域を図で濃く示してある。溝を有しない場合、一点鎖線の外側が突出端面の有効面圧領域となり、溝４１ｆ２を設けることにより、有効面圧領域が拡大し、特に、突出端面４１ｆ１の溝４１ｆ２が開放された側の両側端縁部において、有効面圧領域を大きく拡大できることが確認された。
なお、突出端面４１ｆ１の軸方向の他端部（圧縮機構２０側）では、端縁部は外側からの引張力を受けず内側へ変形する力が作用するため、所定以上の面圧領域が確保される。

以上のように、各突出部４１ｆの周方向中央部に、軸方向の一端側から他端部側に延びる溝４１ｆ２を配設した構成により、焼嵌め代を増大することなく、突出端面４１ｆ１とステータ３外周面との焼嵌め部における面圧を増大することができ、焼嵌めにかかる部品、特に第１ケーシング４１の耐久性を良好に維持しつつステータ３の保持力を良好に確保することができる。

なお、溝４１ｆ２の長さを適切に設定することにより、適度に面圧を増大することが可能であるが、例えば、突出部の軸方向両端を貫いて溝を形成した場合は、溝の両側に２つの突出部が分離されてしまい、上記作用（溝を中心として内側に折れ曲がる方向のモーメント力の発生）は得られない。
また、溝を両端部とも閉塞して形成した場合は、一端のみ開放した溝４１ｆ２と同様の作用をある程度以上得ることは可能であろうが、溝を鋳抜きで形成することが難しく、別途、切削加工が必要となる。

したがって、本実施形態のように、一端部は開放し他端部は閉塞した溝４１ｆ２を形成して、焼嵌め部の当接領域をＵ字状とすることが、機能的に優れ、製造上も有利である。
また、本実施形態は、８極（磁極）１２スロットタイプの電動モータ１０において、ステータ３からケーシング４０への振動伝達低減のため、焼嵌め箇所を３箇所に減らしたものに適用したため、振動伝達低減効果も良好に維持できる。この他、６極（磁極）９スロットタイプの電動モータにおいて、焼嵌め箇所を４箇所に減らしたものにも適用できる。

ただし、本願発明は、電動モータの磁極の数，スロットの数によらず、焼嵌め代の増大を抑制しつつ焼嵌め部の面圧を増大させて、ケーシングなど焼嵌めに係る部品の耐久性を良好に維持しつつステータ保持力を確保することができるという効果が得られる。

また、電動圧縮機１の圧縮機構２０としては、スクロール式圧縮機を用いた場合で説明したが、これに限らず、斜板式圧縮機等の適宜形式の電動圧縮機を用いることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

１・・・・・電動圧縮機
２・・・・・ロータ
３・・・・・ステータ
１０・・・・電動モータ
２０・・・・圧縮機構
４０・・・・ケーシング
４１・・・・第１ケーシング
４１ｃ・・・締結部
４１ｆ・・・突出部
４１ｆ１・・突出端面
４１ｆ２・・溝

Claims

ロータと該ロータの径方向外側に配置されるステータとを有する電動モータが円筒状のケーシング内に収容され、該電動モータによって駆動され冷媒を圧縮する電動圧縮機であって、
前記ケーシングの内周面に周方向に離間して複数箇所に、径方向内側に突出形成される突出部を備え、
前記各突出部の周方向中央部に、軸方向に延びる溝を配設し、
前記各突出部の突出端面と前記ステータの外周面との当接部を焼嵌めにより固定し、
前記溝は、前記各突出部の前記軸方向の一端側が開放されると共に他端側が閉塞され、前記当接部がＵ字状に形成されていることを特徴とする、電動圧縮機。
前記電動モータは、８個の磁極を有するロータと、該ロータ側に開口する１２個のスロットを有するステータとを有し、
前記ケーシングの突出部は、周方向に離間した３箇所に突出形成される、請求項１に記載の電動圧縮機。
前記電動モータは、６個の磁極を有するロータと、該ロータ側に開口する９個のスロットを有するステータとを有し、
前記ケーシングの突出部は、周方向に離間した４箇所に突出形成される、請求項１に記載の電動圧縮機。