JP6465496B2 - 電動ロータ及び電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動ロータ及び電動圧縮機に関する。

例えば、空調機、冷凍機などには、冷媒ガスなどの流体を圧縮するための圧縮機が具備されている。また、この種の圧縮機には、円筒形状のケースと、ケース内に収容される電動ロータ（電動モータ）と、ケース内で電動ロータに従動して駆動する圧縮機構とを備えてなる電動圧縮機が多用されている（例えば、特許文献１参照）。

より具体的に、この種の電動圧縮機は、例えば、ケース内に電動ロータ及び圧縮機構が密閉して収容され、圧縮機構に、アキュムレータなどを通じて冷媒ガスなどの流体を圧縮機構に供給するための吸入管が接続されている。

一方、電動モータは、ケースの内周面に固定されるステータと、ステータの内側に配置され、ステータに通電するとともに軸心／軸線周りに回転するロータ（電動ロータ）とを備えている。

ステータは、薄肉の磁性鋼板を多数積層してなる円筒状コアに、その周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数のスロットを通し多数の電線を巻付けて構成されている。なお、ステータの上端及び下端にそれぞれ、コイルの巻束の端部であるコイルエンドが設けられている。

ロータ１００は、例えば図１３に示すように、薄肉の磁性鋼板を多数積層してなる鉄芯１０１を備え、鉄芯１０１の周方向に所定の間隔を隔てて４本、６本等、複数の永久磁石１０２を軸線Ｏ１方向に埋設して構成されている。また、鉄芯１０１には、その所定位置に軸線Ｏ１方向に沿う複数の永久磁石挿入孔１０３が貫通形成され、これら永久磁石挿入孔１０３に挿入して永久磁石１０２が一体に埋設されている。

さらに、ロータ１００は、鉄芯１０１の中心に回転軸が貫通固定され、且つ鉄芯１０１の上端に上端板１０４、下端に下端板１０５が永久磁石挿入孔１０３と上下方向の軸線Ｏ１方向に重なるように配設されている。また、鉄芯１０１の上端側や下端側には、電動モータの駆動時にロータ１００の心振れを抑制するためのカウンタウェイト（バランスウェイト）１０６が取り付けられている。

鉄芯１０１、上端板１０４、下端板１０５、カウンタウェイト１０６には、軸線Ｏ１方向に延びて互いに連通するリベット孔１０７が貫通形成されている。そして、このリベット孔１０７にリベット１０８を挿通配置し、リベット１０８の上端部及び下端部をかしめることによって上端板１０４や下端板１０５、カウンタウェイト１０６を鉄芯１０１の上端側、下端側にそれぞれかしめ固定するように構成されている。

また、リベット１０８のかしめ部で固定された上端板１０４、下端板１０５で押え、永久磁石挿入孔１０３に挿入した永久磁石１０２をロータ１０１に埋設した状態で保持するように構成されている。

特開２００９−２４０１４６号公報

しかしながら、上記従来の電動ロータ、電動圧縮機においては、部品点数を減らし、コスト削減を図ることが望まれ、例えば永久磁石固定用の端板をなくし、この端板の機能を他部材で担うようにする手法が強く望まれていた。

本発明の電動ロータは、複数の鋼板を軸線方向に積層してなり、互いの軸線を同軸上に配して回転軸に固着される鉄芯と、前記鉄芯に前記軸線に沿って貫通形成されるとともに前記軸線の周方向に間隔をあけて形成された４つの磁石挿入孔にそれぞれ挿入して前記鉄芯に埋設される４つの磁石と、前記鉄芯の前記軸線方向の一端部と他端部との少なくとも一方に一体に設けられるカウンタウェイトと、前記鉄芯及び前記カウンタウェイトに前記軸線に沿って貫通形成された複数のリベット孔にそれぞれ挿入し、前記複数の鋼板及び前記カウンタウェイトを一体に固定するためのリベットとを備え、前記４つの磁石は、前記周方向一方側に向かって順に環状に配列された第一の磁石、第二の磁石、第三の磁石及び第四の磁石であって、前記軸線方向から見て、前記カウンタウェイトが前記第一の磁石の周方向一方側の端部から、前記第二の磁石、前記第三の磁石を経て前記第四の磁石の周方向他方側の端部まで至るように、周方向の一部の領域のみに延びていることで、該カウンタウェイトの少なくとも一部が前記第一の磁石、第二の磁石、第三の磁石及び第四の磁石と前記軸線方向に重なるように設けられ、該カウンタウェイトで前記磁石を保持するように構成されている。

本発明の電動ロータ及びこれを備えた電動圧縮機においては、従来の端板をなくして電動ロータの磁石を固定することができる。これにより、電動ロータひいては電動モータの部品点数を減らし、低コスト化を実現することが可能になる。

本発明に係る電動圧縮機の一例を示す縦断面図である。 本発明に係る電動圧縮機の圧縮機構の一例を示す横断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電動ロータを示す縦断面図である。 図３のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第１実施形態に係る電動ロータを示す下面側から平面視図である。 本発明の第１実施形態に係る電動ロータの変更例を示す下面側から平面視図である。 本発明の第２実施形態に係る電動ロータを示す縦断面図である。 図６のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第２実施形態に係る電動ロータを示す下面側から平面視図である。 本発明の第３実施形態に係る電動ロータを示す縦断面図である。 図８のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第３実施形態に係る電動ロータを示す下面側から平面視図である。 本発明の第４実施形態に係る電動ロータを示す縦断面図である。 図１０のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第４実施形態に係る電動ロータを示す下面側から平面視図である。 本発明の第４実施形態に係る電動ロータの鉄芯に具備されるオートクランプ機構を示す断面図である。 従来の電動ロータを示す縦断面図である。

以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係る電動ロータ及び電動圧縮機について説明する。

はじめに、本実施形態の電動圧縮機は、例えば、空気調和装置、冷凍機などに具備され、電動モータの駆動によって冷媒ガスなどの流体を圧縮するためのものである。

具体的に、本実施形態の電動圧縮機１は、密閉型の電動ロータリー圧縮機であり、図１に示すように、円筒形状のケース２と、ケース２内に収容される電動モータ３と、ケース２内で電動モータ３に従動して駆動する圧縮機構４とを備えて構成されている。なお、この電動圧縮機１は、例えば、凝縮器、膨張弁、蒸発器などを有する冷媒回路に組み込まれ、冷媒回路の配管内を流れる冷媒を圧縮する。

ケース２は、筒状の胴体６と、胴体６の上端に取り付けられる上蓋７と、胴体６の下端に取り付けられる下蓋８とを備え、その内部の密閉空間に電動モータ３及び圧縮機構４を収容するように構成されている。また、胴体６には、例えばアキュムレータを介して冷媒ガスを圧縮機構４に供給するための吸入管１０が接続されている。

圧縮機構４は、回転軸１１の一端部と反対の他端部に偏心して取り付けられたピストンロータ１２と、内部にピストンロータ１２が配設されるシリンダ１３と、回転軸１１を軸心（軸線）Ｏ１周りに回転可能に支持する上方軸受１４及び下方軸受１５とを備えている。この圧縮機構４は、シリンダ１３内に形成される圧縮室１６の容積をピストンロータ１２の回転に伴って順次減少、増大させ、容積を減少させることによって冷媒ガスを圧縮する。

ピストンロータ１２は、回転軸１１の軸心Ｏ１に対して偏心した形状を有し、回転軸１１の外周に嵌合して設けられている。また、ピストンロータ１２は、上方軸受１４と下方軸受１５との間の回転軸１１の偏心部に挿入され、回転軸１１の軸心Ｏ１周りに旋回するように設けられている。

シリンダ１３は、ピストンロータ１２の外周面の一部がその円筒面状の内周面に摺接するように設けられている。また、シリンダ１３はその内周面１３ａの軸心が回転軸１１の軸心Ｏ１と同軸上に配され、シリンダ１３の内周面１３ａの内側の空間が上方軸受１４と下方軸受１５で密閉されて圧縮室１６を形成している。

また、シリンダ１３には、図２に示すように、その周方向の一箇所で径方向に貫通するスロット２０が形成されている。スロット２０には、板状のブレード２１が挿入されている。また、ブレード２１は、その基端がコイルバネ２２によって径方向内側に押圧／付勢されている。そして、コイルバネ２２による押圧力と、ケース２内の圧縮冷媒の圧力とにより、ブレード２１の先端がピストンロータ１２の外周面に常に押し付けられ、ブレード２１がピストンロータ１２に従動してスロット２０に沿ってシリンダ１３内部に対して出没／進退するように構成されている。

また、ブレード２１は、ピストンロータ１２の軸方向の寸法と同等の高さに形成されており、図２に示すように、シリンダ１３の内周面１３ａとピストンロータ１２の外周面との間に形成される断面三日月状空間の圧縮室１６を二つに仕切る。これにより、ブレード２１で仕切られる二つの空間はピストンロータ１２の回転角に応じてその容積が按分されることになる。

本実施形態の電動モータ３は、図１に示すように、ケース２の内周面に固定されるステータ２５と、ステータ２５の内側に配置され、ステータ２５に通電するとともに回転するロータ（電動ロータ）Ａとを備えて構成されている。また、ステータ２５の上端及び下端にはそれぞれ、コイルの巻束の端部であるコイルエンド１７が設けられている。

ステータ２５は、薄肉の磁性鋼板を多数積層してなる円筒状コアに、その周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数のスロットを通して多数の電線を巻付けて構成されている。

一方、本実施形態のロータ（電動ロータ）Ａは、図３及び図４に示すように、薄肉の磁性鋼板を多数積層してなる鉄芯２６を備え、鉄芯２６に周方向に所定の間隔を隔てて複数（本実施形態では４個）貫通形成された磁石挿入孔２８にそれぞれ、永久磁石２７（本実施形態では４個の永久磁石２７）を挿入し、磁極が周方向に向かうように各永久磁石２７を鉄芯２６に埋設して構成されている。また、鉄芯２６の中心に回転軸１１が貫通して固定される。

さらに、本実施形態のロータＡには、鉄芯２６に貫通形成されたリベット孔２９にリベット３０を挿通配置し、このリベット３０の上端部及び下端部をかしめ、鉄芯２６の複数の磁性鋼板を一体に固定している。

ここで、本実施形態の電動ロータＡにおいては、リベット３０がリベット孔２９に挿通されるリベット本体３０ａと、リベット本体３０ａの上端部及び下端部側に形成され、鉄芯２６の上端部側及び下端部側（ロータＡの軸線Ｏ１方向一端部側及び他端部側）をかしめ固定する一対のかしめ部３０ｂとを備えている。そして、少なくとも一部のリベット３０のかしめ部３０ｂが磁石挿入孔２８ひいては永久磁石２７と軸線Ｏ１方向に重なるように設けられ、このかしめ部３０ｂに当接することによって永久磁石２７を固定／保持するように構成されている。

したがって、本実施形態の電動ロータＡ及び電動圧縮機１においては、リベット３０のかしめ部３０ｂによって永久磁石２７を固定／保持することができるため、従来の永久磁石固定用の端板１０４、１０５をなくすことができる。これにより、電動ロータＡひいては電動モータ３、電動圧縮機１の部品点数を減らし、低コスト化を実現することが可能になる。

ここで、本実施形態では、電動モータ３の駆動時にロータＡの心振れを抑制するためのカウンタウェイト（バランスウェイト）を設けずに電動ロータＡ、電動モータ３を構成するようにしているが、勿論、カウンタウェイトを設けても構わない。
また、カウンタウェイトを設けない場合において、電動モータ３の電動ロータＡに軸線Ｏ１方向に貫通して圧縮室１６と連通する複数の貫通孔を形成し、これら複数の貫通孔を形成によって電動モータ３の駆動時におけるロータＡの心振れを抑制するようにしてもよい。すなわち、鉄芯２６に貫通孔を設け、ピストンロータ１２による遠心力と同方向の遠心力を生じさせるカウンタウェイトと同様の機能を発揮させるようにしてもよい。さらに、ロータＡの磁性鋼板の積層数を調整するなどしてカウンタウェイトと同様の機能を発揮させるように構成しても構わない。

以上、本発明に係る電動ロータ及び電動圧縮機の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、電動ロータＡが電動圧縮機１に具備されるものとして説明を行ったが、本発明に係る電動ロータＡは圧縮機１に限定して適用する必要はない。

また、本実施形態では、電動ロータＡが４極式ロータ（４個の磁石２７を備えたロータ）であるものとしたが、例えば、図５に示すように６極式ロータ（６個の磁石２７を備えたロータ）であってもよく、特に磁石２７の数を限定する必要はない。

次に、図６及び図７（図１、図２）を参照し、本発明の第２実施形態に係る電動ロータ及び電動圧縮機について説明する。ここで、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、本発明に係る電動ロータ、電動圧縮機が空気調和装置、冷凍機などに具備されるものとして説明を行う。よって、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の電動圧縮機１／電動モータ３は、第１実施形態と同様、図１に示すように、ケース２の内周面に固定されるステータ２５と、ステータ２５の内側に配置され、ステータ２５に通電することにより回転するロータＡとを備えて構成されている。

一方、本実施形態のロータ（電動ロータ）Ａにおいては、図６及び図７に示すように、鉄芯２６の上端部側と下端部側のそれぞれの所定位置に、電動モータ３の駆動時にロータＡの心振れを抑制するためのカウンタウェイト（バランスウェイト）３１が一体に取り付けられている。

ここで、各カウンタウェイト３１には、リベット孔３１ｂが形成されており、ロータＡのリベット孔２９とカウンタウェイト３１のリベット孔３１ｂにリベット本体３０ａを挿通し、リベット３０の上端部及び下端部をそれぞれかしめて各カウンタウェイト３１がロータＡに一体に取り付けられている。

そして、本実施形態の電動ロータＡにおいては、このとき、リベット３０のかしめ部３０ｂでかしめ固定されるカウンタウェイト３１が磁石挿入孔２８ひいては永久磁石２７と軸線Ｏ１方向に重なるように設けられ、カウンタウェイト３１に当接することによって永久磁石２７を固定／保持するように構成されている。

したがって、本実施形態の電動ロータＡ及び電動圧縮機１においては、リベット３０のかしめ部３０ｂによってロータＡの所定位置にカウンタウェイト３１を固定し、このカウンタウェイト３１によって永久磁石２７を固定／保持することができる。これにより、第１実施形態と同様、従来の永久磁石固定用の端板１０４、１０５をなくすことができ、電動ロータＡひいては電動モータ３、電動圧縮機１の部品点数を減らし、低コスト化を実現することが可能になる。

以上、本発明に係る電動モータ及び圧縮機の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、第１実施形態でも説明した通り、例えば、図５に示すように６極式ロータ（６個の磁石２７を備えたロータ）であってもよく、特に磁石２７の数を限定する必要はない。また、このように磁石２７の数を増やした場合などでは、上端部側や下端部側に設けるカウンタウェイト３１の形状、厚さを適宜部分的に変化させるなどして、確実に電動モータ３の駆動時にロータＡの心振れを抑制できるようにすることも考え得る。

次に、図８及び図９（図１、図２）を参照し、本発明の第３実施形態に係る電動ロータ及び圧縮機について説明する。ここで、本実施形態においても、第１、第２実施形態と同様に、本発明に係る電動ロータ、圧縮機が空気調和装置、冷凍機などに具備されるものとして説明を行う。よって、本実施形態では、第１、第２実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の電動圧縮機１／電動モータ３は、第１、第２実施形態と同様、図１に示すように、ケース２の内周面に固定されるステータ２５と、ステータ２５の内側に配置されるとともにステータ２５への通電により回転するロータＡとを備えて構成されている。

また、本実施形態のロータ（電動ロータ）Ａは、図８及び図９に示すように、鉄芯２６に貫通形成されたリベット孔２９にリベット３０を挿通配置し、このリベット３０の上端部及び下端部をかしめ、複数の磁性鋼板を一体に固定して形成されている。

一方、本実施形態のロータＡにおいては、ロータＡの上端部側及び／又は下端部側に、上端部及び／又は下端部から軸線Ｏ１方向に延びるかしめ用孔３２が設けられている。また、このかしめ用孔３２は、複数の磁石挿入孔２８のそれぞれの側近に形成されている。

そして、リベット３０の上端部及び下端部をかしめ、複数の磁性鋼板を一体に固定し、且つ、各磁石挿入孔２８に永久磁石２７を挿入して埋設した状態で、例えば、かしめ用孔３２にかしめ用工具を挿入し、かしめ用孔３２から側近の永久磁石２７側に向けて鉄芯２６の磁性鋼板にかしめ力を負荷する。これにより、鉄芯２６の磁性鋼板が変形して永久磁石２７に強固に固着し、各永久磁石２７を磁性鋼板のかしめ固定部３３によってかしめ固定することができる。

したがって、本実施形態の電動ロータＡ及び電動圧縮機１においては、ロータＡにかしめ用孔３２を設け、このかしめ用孔３２を利用して永久磁石２７に鉄芯２６からかしめ力を作用させ、各永久磁石２７をかしめ固定することができる。これにより、第１、第２実施形態と同様、従来の永久磁石固定用の端板１０４、１０５をなくすことができ、電動ロータＡ、電動モータ３、電動圧縮機１の部品点数を減らし、低コスト化を実現することが可能になる。

以上、本発明に係る電動モータ及び圧縮機の第３実施形態について説明したが、本発明は上記の第３実施形態に限定されるものではなく、第１、第２実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態と、第１、第２実施形態の構成を適宜選択的に組み合わせて永久磁石２７を固定するようにしてもよい。

次に、図１０から図１２（図１、図２）を参照し、本発明の第４実施形態に係る電動ロータ及び圧縮機について説明する。ここで、本実施形態においても、第１、第２、第３実施形態と同様に、本発明に係る電動ロータ、圧縮機が空気調和装置、冷凍機などに具備されるものとして説明を行う。よって、本実施形態では、第１、第２、第３実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の電動圧縮機１／電動モータ３は、第１、第２、第３実施形態と同様、ステータ２５とロータＡとを備えて構成されている。

一方、本実施形態のロータ（電動ロータ）Ａにおいては、図１２（図１０、図１１）に示すように、鉄芯２６の下端部側（及び／又は上端部側）の磁石挿入孔２８の側近に、打出し（以下、オートクランプという）３４が設けられている。すなわち、鉄芯２６の下端部側（及び／又は上端部側）には、磁石挿入孔２８の側近に凹凸部よりなるオートクランプ３４が打出された薄肉の磁性鋼板２６ａが用いられている。また、この打出し凸部を、重なり合う隣層の薄肉の磁性鋼板２６ａにおける凸部背面の凹部に嵌合させて加圧することにより、上下の鋼板２６ａ同士相互を固着させ所定の厚さに積層して鉄芯２６ひいてはロータＡが形成されている。

さらに、本実施形態の電動ロータＡにおいては、複数個のオートクランプ３４によって、積層固着された鉄芯２６の磁石挿入孔２８に永久磁石２７を挿入した後、鉄芯２６を積層固着する際の圧力より大きい再加圧力で鉄芯２６を積層方向に再度加圧する。
このとき、オートクランプ３４が磁石挿入孔２８に近接して設けてあるため、この再加圧によってオートクランプ３４が相互に更に深くかみ合うと同時に、オートクランプ３４の近傍の鉄芯２６に位置する磁石挿入孔２８の壁面に積層方向全域に亘ってふくらみ部３５が生じる。そして、ふくらみ部３５によって永久磁石２７が押圧され、磁石挿入孔２８内にかしめ固定される。

したがって、本実施形態の電動ロータＡ及び電動圧縮機１においては、オートクランプ（オートクランプ機構）３４によって永久磁石２７をかしめ固定することができる。これにより、従来の永久磁石固定用の端板１０４、１０５をなくすことができ、電動ロータＡ、電動モータ３、電動圧縮機１の部品点数を減らし、低コスト化を実現することが可能になる。

以上、本発明に係る電動ロータ及び電動圧縮機の第４実施形態について説明したが、本発明は上記の第３実施形態に限定されるものではなく、第１、第２、第３実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態と、第１から第３実施形態の構成を適宜選択的に組み合わせて永久磁石２７を固定するようにしてもよい。

１ 電動圧縮機
２ ケース
３ 電動モータ
４ 圧縮機構
６ 胴体
７ 上蓋
８ 下蓋
１０ 吸入管
１１ 回転軸
１２ ピストンロータ
１３ シリンダ
１３ａ 内周面
１４ 上方軸受
１５ 下方軸受
１６ 圧縮室
１７ コイルエンド
２０ スロット
２１ ブレード
２５ ステータ
２６ 鉄芯
２６ａ 磁性鋼板（鋼板）
２７ 永久磁石（磁石）
２８ 磁石挿入孔
２９ リベット孔
３０ リベット
３０ａ リベット本体
３０ｂ かしめ部
３１ カウンタウェイト
３１ａ リベット孔
３２ かしめ用孔
３３ かしめ固定部
３４ オートクランプ
３５ ふくらみ部
Ａ 電動ロータ（ロータ）
Ｏ１ 軸線

Claims (2)

1. 複数の鋼板を軸線方向に積層してなり、互いの軸線を同軸上に配して回転軸に固着される鉄芯と、
   前記鉄芯に前記軸線に沿って貫通形成されるとともに前記軸線の周方向に間隔をあけて形成された４つの磁石挿入孔にそれぞれ挿入して前記鉄芯に埋設される４つの磁石と、
   前記鉄芯の前記軸線方向の一端部と他端部との少なくとも一方に一体に設けられるカウンタウェイトと、
   前記鉄芯及び前記カウンタウェイトに前記軸線に沿って貫通形成された複数のリベット孔にそれぞれ挿入し、前記複数の鋼板及び前記カウンタウェイトを一体に固定するためのリベットとを備え、
   前記４つの磁石は、前記周方向一方側に向かって順に環状に配列された第一の磁石、第二の磁石、第三の磁石及び第四の磁石であって、
   前記軸線方向から見て、前記カウンタウェイトが前記第一の磁石の周方向一方側の端部から、前記第二の磁石、前記第三の磁石を経て前記第四の磁石の周方向他方側の端部まで至るように、周方向の一部の領域のみに延びていることで、該カウンタウェイトの少なくとも一部が前記第一の磁石、第二の磁石、第三の磁石及び第四の磁石と前記軸線方向に重なるように設けられ、該カウンタウェイトで前記磁石を保持するように構成されている電動ロータ。
2. ケース内に収容される電動モータと、前記ケース内で前記電動モータに従動して駆動する圧縮機構とを備え、
   且つ、前記電動モータが、前記ケースの内周面に固定されるステータと、前記ステータの内側に配置され、前記ステータに通電するとともに回転する電動ロータとを備え、
   前記電動ロータが請求項１に記載の電動ロータである電動圧縮機。

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