JP6409066B2 - 永久磁石モーター、冷凍圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明はモーターに関し、より詳しくは、永久磁石モーター、永久磁石モーターを有する冷凍圧縮機、および前記圧縮機を有する空気調和装置に関する。

永久磁石モーターが作動する際には、主に固定子の銅損および鉄損により、最高温度および熱が生じる。
固定子の歯の磁束密度が最も高く、それ故、損失もより大きくなり、固定子の内面と、モーターの回転子の外面とで、最高温度となる。
回転子は永久磁石で構成され、回転子により生じる熱は、実験および研究により、無視して良いと分かっている。
従って、モーター動作時は、主に熱伝導により回転子の温度上昇が生じる。
永久磁石モーターに関しては、回転子の温度があまりにも高い場合、モーターは、例えば、回転子の消磁、モーターの絶縁による熱損失、その他の隠れた危険性をはらむ。

冷凍圧縮機のための永久磁石モーターでは、通常、冷却水を噴霧するか、固定子と筐体との間に螺旋流路を備えることにより冷却がなされる。
実使用上は、以下の課題がある。
モーターにおける回転子の冷却効果は不十分である。
モーター内部の温度場は均一でない。すなわち、温度は、ある領域では高くなり、他の領域では低くなる。

従来技術の状況からみて、本発明の１つの目的は、モーターの熱交換効率を高め、熱が最も集中して発生する歯で、熱交換流体（例えば冷媒）により熱交換させることができる永久磁石モーターを提供することであり、それにより、安定してモーターの温度を制御し、永久磁石モーターの不均一な冷却という課題を解決する。

本発明のもう１つの目的は、永久磁石モーターを備えた冷凍圧縮機および、冷凍圧縮機を有する空気調和装置を提供することである。

上記の技術的な問題を解決するために、本発明は、
筐体、固定子、および回転子を備え、
固定子および回転子が筐体内に設けられ、筐体の内側空洞部を、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部に分割し、
固定子は固定子コアを備え、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部と連通する軸方向通気孔が固定子コアの歯に配置され、
各軸方向通気孔は、各歯の高さ方向に延びるテーパー形状孔であり、歯のヘッド付近にある軸方向通気孔の一端の幅は、歯の根元の近くにある軸方向通気孔の他端の幅より大きい、
永久磁石モーターを提供する。

実施例の１つにおいて、軸方向通気孔の断面の輪郭線は、歯のヘッド付近にある円弧状の第１の輪郭線と、歯の根元付近の円弧状の第２の輪郭線と、各々一端が第１の輪郭線と、他端が第２の輪郭線と接続している直線状の第３の輪郭線とからなる。

実施例の１つにおいて、第１の輪郭線の半径Ｒ１は、歯の幅Ｌ２の１／３以下である。

実施例の１つにおいて、第１の輪郭線の中心Ｏ_１から固定子の内円面までの距離Ｌは、０．５ｍｍより大きい。

実施例の１つにおいて、第２の輪郭線の中心Ｏ_２と、第１の輪郭線の中心Ｏ_１間の距離Ｌ１は、第１の輪郭線の半径Ｒ１以上である。

実施例の１つにおいて、第２の輪郭線の半径Ｒ２は、第１の輪郭線の半径Ｒ１の１／３以下である。

実施例の１つにおいて、回転子は、回転子コアおよび、回転子コアの両側軸方向に配置される回転子押輪を備え、仕切りが、回転子コアと少なくとも１つの回転子押輪との間に設けられており、仕切りの外縁部はエアギャップ内に延び、前記エアギャップは、固定子の内円面と回転子の外円面との間に形成される。

実施例の１つにおいて、仕切りは環状であり、そして、仕切りの外径は回転子の外円面の直径より大きく、固定子の内円面の直径より小さい。

実施例の１つにおいて、筐体は、流体入口および流体出口を備えている。流体入口は第１の内側空洞部と、流体出口は第２の内側空洞部と連通する。

本発明は、モーターを備えた冷凍圧縮機を提供し、そのモーターは上記の永久磁石モーターである。

実施例の１つにおいて、冷凍圧縮機は、遠心式冷凍圧縮機またはスクリュー式冷凍圧縮機である。

本発明は、空気調和装置を提供する。空気調和装置は、圧縮機（コンプレッサ）、凝縮器（コンデンサ）、メイン配管路のスロットル部材、および蒸発器を備える。
圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材および蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管によって接続されている。
圧縮機は、上記の冷凍圧縮機である。
上記流体入口は、分岐配管路のスロットル部材を介して凝縮器の出口と、そして上記流体出口は、圧縮機の吸気口（気体取り入れ口）と連通する。

実施例の１つにおいて、空気調和装置は、フラッシュ蒸発器をさらに備える。フラッシュ蒸発器が凝縮器と蒸発器との間に接続されるか、または、上記流体入口が、分岐配管路のスロットル部材を介してフラッシュ蒸発器の液体出口と連通する。

本発明の永久磁石モーターにおいて、固定子コアの歯に配置される軸方向通気孔は、歯の高さ方向に延びるテーパー形状孔であるので、この軸方向通気孔のおかげで、熱が最も集中的に発生する歯で、熱交換流体が熱交換することが可能となる。それにより、安定してモーターの温度を制御し、永久磁石モーターの不均一な冷却といった課題を解決し、モーター内の温度場を一定に保つ。

しかも、軸方向通気孔がテーパー形状孔であるおかげで、浸漬塗装工程中の塗料の残りは、表面張力の作用で、通気孔の狭い方の端に集まり、通気孔の広い方の端は開いたままになる。それにより、モーターを浸漬塗装する際に、軸方向通気孔が、確実に塞がれることを防止する。

本発明の追加的特徴の有益な効果については、「発明を実施するための形態」においてさらに詳細に後述する。

本発明の一実施例における、永久磁石モーターを例示する概略断面図である。 図１に示される永久磁石モーターの固定子コアを例示する構造図である。 図１に示される永久磁石モーターの固定子コア部分を例示する拡大図である。 図１に示される永久磁石モーターの仕切りを例示する構造図である。

本発明の詳細は、添付の図面および実施例を参照しながら後述される。種々の実施例およびその特徴が相反しない場合は、それらを組み合わせ得る点に留意する必要がある。

本発明の一実施例において、永久磁石モーターが提供される。
図１に示すように、永久磁石モーターは、筐体１０、固定子２０、および回転子３０を含む。
固定子２０は、筐体１０内部に固定して設けられる。固定子は、固定子コア２１、およびコイル巻線２２を含む。回転子３０は、固定子コア２１内部に設けられる。固定子２０および回転子３０は、筐体１０の内側空洞部を、左の第１の内側空洞部１０ａおよび右の第２の内側空洞部１０ｂに分割し、そして、エアギャップ１０ｃが固定子の内円面２３と回転子の外円面３５との間に形成されている。回転子３０は、回転軸３４と、回転軸３４に設けられる回転子コア３１と、回転子コア３１の両側に軸方向に配置される回転子押輪３２を含む。

図２および３に示すように、固定子コア２１は、継鉄（ヨーク）２１１、および、放射状かつ内向きに延びる複数の歯２１２を有する。
第１の内側空洞部１０ａおよび第２の内側空洞部１０ｂと連通するために、軸方向通気孔２１３が、固定子コア２１の各歯２１２に配置される。軸方向通気孔２１３は、歯の高さ方向に延びるテーパー形状孔である。
歯２１２のヘッド２１２ａ付近にある軸方向通気孔２１３の一端の幅は、歯２１２の根元２１２ｂ付近にある軸方向通気孔の他端の幅より大きい。
歯２１２の熱は、熱交換流体（例えば空気または冷媒）により、軸方向通気孔２１３を介して取り去られる。

軸方向通気孔２１３はテーパー形状であるので、歯２１２は熱交換流体に完全に接触し、それにより、モーターの熱交換効率を高め、安定してモーターの温度を制御し、永久磁石モーターの不均一な冷却という課題を解決する。
さらにまた、軸方向通気孔２１３がテーパー形状であるため、浸漬塗装工程中に生じる塗料の残は、表面張力の作用で、通気孔の狭い方の端に集まり、通気孔２１３の広い方の端は開いたまま（開口状態）になる。そのことが、モーターが浸漬塗装される際に、軸方向通気孔２１３が確実に塞がれないようにする。

好ましくは、軸方向通気孔２１３の横断面の輪郭線は、歯２１２のヘッド２１２ａ付近の円弧状の第１の輪郭線２１３ａと、歯２１２の根元２１２ｂ付近の円弧状の第２の輪郭線２１３ｂと、各々一端が第１の輪郭線２１３ａと、他端が第２の輪郭線２１３ｂと繋がっている直線形状の第３の輪郭線２１３ｃとから構成される。

軸方向通気孔２１３の両輪郭線は、互いに円弧状に繋がっており、このことにより、歯２１２の強度を保持する一方、電荷が鋭利な角部で蓄積するのを防止する。

好ましくは、固定子コア２１の歯２１２の強度を保持するために、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１は、歯の幅Ｌ２の１／３以下である。

軸方向通気孔２１３をエアギャップに最大限に近づけるよう、好ましくは、第１の輪郭線２１３ａの中心Ｏ_１から固定子２０の内円面２３までの距離Ｌは０．５ｍｍより大きい。

軸方向通気孔２１３を最大限にテーパー形状とするために、好ましくは、第２の輪郭線２１３ｂの中心Ｏ_２と、第１の輪郭線２１３ａの中心Ｏ_１間の距離Ｌ１は、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１以上である。

モーターが浸漬塗装される際に、軸方向通気孔２１３が塞がれないように、表面張力の作用で、塗料が通気孔の狭い方の端に確実に集まるよう、好ましくは、第２の輪郭線２１３ｂの半径Ｒ２は、第１の輪郭線２１３ａの半径Ｒ１の１／３以下である。

好ましくは、回転子３０は、回転子コア３１および、回転子コア３１の両側で軸方向に配置される回転子押輪３２を含む。仕切り（図１および図４に示される）は、回転子コア３１と１つの回転子押輪３２との間に設けられるか、または回転子コア３１と各回転子押輪３２との間に設けられる。仕切り３３の外縁部３３ａは、エアギャップ１０ｃ内に延びる。

回転子３０が高速で回転する時にエアギャップ１０ｃで空気抵抗が生じ、また仕切り３３の外縁部３３ａはエアギャップ１０ｃ内に延びている。それにより、空気抵抗の効果が強化され、熱交換流体が、過多にエアーギャップ１０ｃに入るのを防ぎ、軸方向通気孔２１３が全回路の唯一の経路となり、モーターの冷却に必要となる熱交換流体の量を減少させ、冷却効率が最大限に発揮され、さらに空気摩擦損失を減少させる。

図２に示すように、仕切り３３は環状であり、仕切り３３の外径は回転子３０の外円面３５の直径より大きく、固定子２０の内円面２３の直径より小さい。

好ましくは、仕切り３３は断熱材で作られる。熱交換流体（例えば空気または冷媒）が第１の内側空洞部に流れ込むとき、回転子押輪３２上に低温面が形成され、そして回転子押輪３２の表面で凝縮効果が起こる。
回転子３０は高速回転するので、凝縮した冷媒がコイル巻線２２の端部まで飛翔し、コイル巻線２２の端部を冷却する。
好ましくは、仕切り３３の反対側の回転子押輪３２の表面には、凝縮効果と帯液（保液）効果をさらに高めるため、溝または突出部（図示せず）を有する。

好ましくは、仕切り３３は、絶縁材で作られる。絶縁材は磁気的に非伝導性であり、磁化されることがなく、モーターの磁界を変えない。よって、付加損が生じない。

好ましくは、筐体１０は、流体入口（図示せず）および流体出口（図示せず）を備える。流体入口は第１の内側空洞部１０ａと連通し、流体出口は第２の内側空洞部１０ｂと連通する。

モーターが作動するとき、熱交換流体（好ましくは液冷媒）が、流体入口を介して第１の内側空洞部１０ａに入り、その熱交換流体が軸方向通気孔２１３を通過する時に熱交換が行われ、このプロセスの間、熱交換流体は、相転移のために熱を吸収し、相転移によって熱を取り去り、更に、モーターの熱交換効率を高める。

本発明の第２実施例において、冷凍圧縮機が提供される。冷凍圧縮機は、モーターを含み、前記モーターは、上記の実施例に記載される永久磁石モーターである。
筐体１０は、第１の内側空洞部１０ａと連通する冷媒入口（図示せず）、および、第２の内側空洞部１０ｂと連通する冷媒出口（図示せず）を備える。

このようにして、熱交換流体は、冷媒入口を介して第１の内側空洞部１０ａに入り、そして、熱交換流体が軸方向通気孔２１３を通過するときに、歯２１２の熱交換を行い、それから熱交換流体は第２の内側空洞部１０ｂに流れ込み、最後に、冷媒出口から放出される。
このように、モーター内部の冷媒は、圧縮機の動作下では、独立循環システムで循環する。好ましくは、冷凍圧縮機は、遠心式冷凍圧縮機またはスクリュー式冷凍圧縮機である。

本発明の第３実施例において、空気調和装置（図示せず）が提供される。空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材、フラッシュ蒸発器および蒸発器を含む。
圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材、フラッシュ蒸発器および蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管を介して接続される。圧縮機は、上記の冷凍圧縮機である。

冷媒入口は、分岐配管路のスロットル部材を介して凝縮器の液体出口と連通するか、または分岐配管路のスロットル部材を介してフラッシュ蒸発器の液体出口と連通する。
冷媒出口は、圧縮機の吸気口（気体取り入れ口）と連通する。

液冷媒が分岐配管路に配置されたスロットル部材を通過したあと、液冷媒は低温の気冷媒となり、第１の内側空洞部１０ａに吹き付けられる。
低温の気冷媒の一部は、直接、軸方向通気孔２１３を通って歯２１２の熱交換を行い、固定子の熱を取り去る。
モーターが作動するとき、主に固定子の銅損および鉄損によって熱が生じる。回転子３０は永久磁石で作られているので、回転子３０によって生じる熱は無視して良い。従って、永久磁石モーターが作動するときに、回転子３０の温度上昇は主に熱伝達によって生じる。

この実施例によれば、永久磁石モーターの固定子からの熱が直接交換され、それにより、永久磁石モーター内部の温度場を均一にし、そして、例えば、高温により消磁される永久磁石回転子、永久磁石モーターの絶縁による熱損失といった隠れた危険性を除去する。
低温の気冷媒の残りの部分は、回転子押輪３２の表面上で凝縮液化する。
回転子３０は高速で回転するので、凝縮液冷媒はコイル巻線２２の端まで飛翔し、コイル巻線２２の末端を冷却する。

上記記載は本発明のいくつかの実施例である。そして、上記記載は具体的で詳細であるが、本発明の範囲を制限しない。さまざまな修正および改良が本発明の概念を逸脱しない範囲でなされることができることは当業者によく理解されており、すべてのこれらの修正および改良は本発明の範囲内である。

１０ 筐体
１０ａ 第１の内側空洞部
１０ｂ 第２の内側空洞部
１０ｃ エアギャップ
２０ 固定子
２１ 固定子コア
２１１ 継鉄
２１２ 歯
２１２ａ ヘッド
２１２ｂ 根元
２１３ 軸方向通気孔
２１３ａ 第１の輪郭線
２１３ｂ 第２の輪郭線
２１３ｃ 第３の輪郭線
２２ コイル巻線
２３ 固定子の内円面
３０ 回転子
３１ 回転子コア
３２ 回転子押輪
３３ 仕切り
３３ａ 仕切りの外縁部
３４ 回転軸
３５ 固定子の外円面

Claims (11)

1. 筐体、固定子および回転子を備え、
   前記固定子および前記回転子は、前記筐体内に設けられ、前記筐体の内側空洞部を、第１の内側空洞部および第２の内側空洞部に分割し、
   前記固定子は固定子コアを備え、
   前記第１の内側空洞部および前記第２の内側空洞部と連通する軸方向通気孔が前記固定子コアの歯に配置され、
   各前記軸方向通気孔は、その全てが、各前記歯の高さ方向に延びる先細り形のテーパ孔であり、
   前記歯のヘッドの付近にある前記軸方向通気孔の一端の幅は、前記歯の根元の付近にある前記軸方向通気孔の他端の幅より大きいと共に、
   前記軸方向通気孔の横断面の輪郭線は、前記歯のヘッド付近にある円弧状の第１の輪郭線と、前記歯の根元付近にある円弧状の第２の輪郭線と、直線形である第３の輪郭線から成り、前記第３の輪郭線の各々は一端で前記第１の輪郭線と、他端では前記第２の輪郭線と接続され、かつ、前記第２の輪郭線の中心Ｏ _２ と、前記第１の輪郭線の前記中心Ｏ _１ 間の距離Ｌ１が、前記第１の輪郭線の半径Ｒ１以上である
   ことを特徴とする、永久磁石モーター。
2. 前記第１の輪郭線の半径Ｒ１は、前記歯の幅Ｌ２の１／３以下であることを特徴とする、
   請求項１記載の永久磁石モーター。
3. 前記第１の輪郭線の中心Ｏ_１から前記固定子の内円面までの距離Ｌが０．５ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１記載の永久磁石モーター。
4. 前記第２の輪郭線の半径Ｒ２が、前記第１の輪郭線の半径Ｒ１の１／３以下であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モーター。
5. 前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアの両側軸方向に配置される回転子押輪とを備え、
   前記回転子コアと少なくとも１つの前記回転子押輪との間に仕切りが設けられ、
   前記仕切りの外縁部がエアギャップ内に延び、
   前記エアギャップは、前記固定子の内円面と前記回転子の外円面との間に形成されることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の永久磁石モーター。
6. 前記仕切りは環状であり、
   前記仕切りの外径は前記回転子の外円面の直径より大きく、前記固定子の内円面の直径より小さいことを特徴とする請求項５記載の永久磁石モーター。
7. 前記筐体は流体入口および流体出口を備えており、
   前記流体入口は前記第１の内側空洞部と連通し、前記流体出口は前記第２の内側空洞部と連通することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の永久磁石モーター。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の永久磁石モーターを備えたことを特徴とする冷凍圧縮機。
9. 前記冷凍圧縮機は、冷凍遠心式圧縮機または冷凍スクリュー式圧縮機であることを特徴とする、請求項８記載の冷凍圧縮機。
10. 圧縮機、凝縮器、メイン配管路のスロットル部材および蒸発器を備え、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記メイン配管路の前記スロットル部材および前記蒸発器は、冷媒の循環回路を形成する配管によって接続され、
    前記圧縮機は、請求項８又は請求項９記載の冷凍圧縮機であり、
    前記流体入口は、分岐配管路の前記スロットル部材を介して凝縮器の出口と連通し、前記流体出口は、圧縮機の吸気口と連通することを特徴とする空気調和装置。
11. フラッシュ蒸発器を更に備え、
    前記フラッシュ蒸発器は、前記凝縮器と前記蒸発器との間に接続されるか、または、
    前記流体入口が、前記分岐配管路の前記スロットル部材を介して前記フラッシュ蒸発器の液体出口と連通することを特徴とする、請求項１０記載の空気調和装置。

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