JP7046011B2 - モータ及びこれを用いた圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及びこれを用いた圧縮機に関する。

圧縮機を駆動するモータは、ロータと、ロータを駆動するステータとを、モータケーシング内に一体にして収納して構成される。例えば特許文献１には、ロータとステータとがモータケーシング内に収納され、このロータを貫通して、旋回スクロールを駆動する駆動軸が設けられた圧縮機が開示されている。

特開２０１５－６８２４８号公報

上記したモータでは、稼働時や製造時に、モータケーシングに対して高温、高圧力がかかることがある。例えばステータを、モータケーシング内に圧入した樹脂によりモールドして設置する場合には、樹脂の圧入時に、モータケーシングに対して高温、高圧力がかかるため、モータケーシングに歪みが生じることがある。このように、モータの仕様や、稼働時の条件によっては、モータケーシングに対してより高い強度が求められることがある。

そこで、本発明の目的は、モータケーシングにおいて高い強度を得られるモータ及びこれを用いた圧縮機を提供することにある。

本発明に係るモータの好ましい実施形態としては、回転自在に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するロータと、前記ロータと前記回転軸に平行な方向に対向するステータと、前記ロータと前記ステータとを収納する筒状体であり、内周側に前記ステータが樹脂モールドされたモータケーシングと、を有するアキシャルギャップ型モータであって、前記モータケーシングは両側に開口部を有し、前記モータケーシングの外周面には、前記モータケーシングの一方の開口側から他方の開口側へと並列に延伸して複数の冷却フィンが配列され、前記モータケーシングの外周面の前記ステータに対応する位置に、前記モータケーシングの周方向に延伸するリブが設けられ、前記リブは、前記冷却フィンと交差して一体的に形成されたことを特徴とする。

また、本発明は、上記モータを用いた圧縮機としても構成される。

本発明によれば、モータケーシングにおいて高い強度を得られるモータ及びこれを用いた圧縮機を実現することができる。

実施例１に係るモータの外観斜視図である。 実施例１に係るモータの外観斜視図である。 モータカバー１１から取り外したモータケーシング１４の構成を示す斜視図である。 実施例２に係るモータのモータケーシング１４の外周面の一部を拡大して示す図である。 実施例３に係るモータのモータケーシング１４の外周面の一部を拡大して示す図である。 実施例５に係る圧縮機１００の圧縮部４０とモータ１０とを分離した状態を示す斜視図である。 実施例５に係る圧縮機１００の圧縮部４０とモータ１０とを分離した状態を示す斜視図である。 図５Ａ、５Ｂに示すモータ１０と圧縮部４０とを一体化して構成された圧縮機１００を側面から見た断面図を示す。 ロータ３２を装着する前のモータケーシング１４の内部を、モータケーシング１４の開口側から見た状態を示す写真図である。

図１Ａ、１Ｂ及び図２を用いて、実施例１に係るモータ１０の構成を説明する。図１Ａ、１Ｂに、実施例１に係るモータの外観斜視図を示す。図１Ａ、１Ｂにおいて、１１はモータカバーであり、１２は回転軸であり、１３は冷却ファンである。モータカバー１１は、ステータとロータとを収容するモータケーシング１４を有している。モータケーシング１４は、両側に開口部を有する円筒形状を有しており、一方の開口部にはフランジ１５が設けられており、他方の開口部にはエンドブラケット１６が設けられて、モータカバー１１が構成されている。冷却ファン１３は、エンドブラケット１６との対向面側に設けられた吸入孔から外気を吸込み、回転羽根の回転により、冷却風を発生させる。

モータ１０は、ロータとステータとが回転軸１２に平行な方向に対向配置されたアキシャルギャップ型であってもよく、ロータの外径側にステータが配置されたラジアルギャップ型であってもよい。モータケーシング１４内の構成については、後に詳述する。

図２は、モータカバー１１から取り外したモータケーシング１４の構成を示す斜視図である。図２に示すように、モータケーシング１４の側面２０Ａ、２０Ｂ及び下面２０Ｃには、モータケーシング１４内の熱を放熱する冷却フィン２１が、その外周面に複数本突設されている。冷却フィン２１は、それぞれモータケーシング１４の一方の開口側から他方の開口側へと並列に延伸して、複数本が配列されている。即ち、冷却フィン２１は、各フィンが互いに平行な状態で、モータケーシング１４の外周面に沿って並んで設けられている。なお、モータケーシング１４の内周面には、ステータを固定するための固定部２４が形成されている。

モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂ及び下面２０Ｃには、モータケーシング１４の周方向に延伸するリブ２２が、モータケーシング１４の外周面に突設されている。リブ２２は、冷却フィン１４の幅方向の略中央の位置において、各冷却フィン２１と交差して一体的に形成されている。

図２に示す例では、モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂにおいて、それぞれ一条のリブ２２が、最上部の冷却フィン２１ａから最下部の冷却フィン２１ｂまで交差するように設けられている。また、図示上見えないが、モータケーシング１４の下面２０Ｃにおいても同様に、リブ２２は、冷却フィン２１の幅方向の略中央の位置において、図２における左端側から右端側まで、各冷却フィン２１と交差して設けられている。

図２に示す例では、リブ２２の頂部２２１は、その全体において、冷却フィン２１の頂部２１１と同一面上に形成されている。

上記したように、モータケーシング１４の外周面にリブ２２を設けることで、モータケーシング１４は、その周方向の強度が高められている。

なお、図２では、モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂにおいて、最上部の冷却フィン２１ａから最下部の冷却フィン２１ｂまで、リブ２２を交差させて設けた構成を示した。実施例１に係るモータ１０は、これに限定されず、リブ２２を最上部の冷却フィン２１ａより下側の位置から設けてもよく、最下部の冷却フィン２１ｂより上側の位置から設けてもよい。

また、図２に示す例では、モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂ及び下面２０Ｃの中央に、それぞれ一条のリブ２２を設けた。しかし、これに限定されず、モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂ及び下面２０Ｃに、それぞれ複数条のリブを設けてもよい。これにより、モータケーシング１４の強度がより一層向上する。

また、図２に示す例では、リブ２２を、モータケーシング１４の両側面２０Ａ、２０Ｂ及び下面２０Ｃに設けた構成を示した。実施例１に係るモータ１０はこれに限定されず、モータケーシング１４の側面２０Ａ、２０Ｂのうちの一方のみにリブ２２設ける構成としてもよく、下面２０Ｃにはリブ２２を設けない構成としてもよい。

また、図１に示す構成では、リブ２２を、冷却フィン２１の幅方向の略中央の位置に設ける構成とした。しかし、これに限定されず、リブ２２を、モータケーシング１４の一方の開口側に近い位置に設けてもよい。

次に、図３及び図４を参照して実施例２に係るモータについて説明する。図３及び図４は、実施例２に係るモータのモータケーシング１４の外周面の一部を拡大して示す図である。図３に示す例では、リブ２２の一部に通風用の孔２３が設けられている。また、図４に示す例では、リブ２２の一部が凹部２２２を成している。即ち、リブ２２の一部の凹部２２２が、冷却フィン２１の頂部２１１より低い位置に設けられている。

図３及び図４に示す構成により、モータケーシング１４の周辺の外気は、リブ２２の孔２３又は凹部２２２を通過できるため、冷却ファン１３の吸入孔からの外気の吸入効率が向上する。従って、冷却ファン１３による冷却効率を向上させることができる。なお、実施例２に係るモータは、上記した点以外は、実施例１のモータ１０と同様の構成であるため、その説明を省略する。

実施例３では、実施例１に係るモータ１０のモータケーシング１４（図２参照）の作製に適した製造方法について説明する。
（工程１）まず、砂型を作製する。砂型は、図２に示すモータケーシング１４のリブ２２の位置で二分した領域それぞれについて、対応する外周面の形状を作製するための金型を作製し、この金型をそれぞれ砂地に押し付けて、主型となる左側砂型、右側砂型を作製する。さらに、モータケーシング１４の内周面の形状を作製するための中子を、主型を作製したのと同様の砂地を用いて作製する。
（工程２）次に、（工程１）で作製した中子を囲むようにして、左側砂型と右側砂型を、分割面で合わせるようにして接続する。
（工程３）次に、（工程２）で接続した砂型に金属溶湯を注ぎ込み、所定時間放置して冷却させる。金属溶湯としては、例えばＡｌの溶湯を用いることができる。
（工程４）砂型内の金属溶湯が冷却して固形化した後、砂型を外して金属成型体を取り出す。砂型は、左側砂型と右側砂型とを、それぞれ、モータケーシング１４の開口面に対して鉛直方向に引き抜きながら崩して、取り外すことができる。
（工程５）次いで、金属成型体のバリを研磨して除去する。なお、バリは、砂型内に注入した金属溶湯の一部が、砂型の接続面等からはみ出した状態で固形化したものをいう。

上記のようにして作製した金属成型体においては、リブ２２の位置が左側砂型と右側砂型の接続面となるため、バリは、主にリブ２２の位置に形成される。従って、主にリブ２２の表面や、その周辺の冷却フィン２１の頂部をグラインダー等により研磨することで、バリの大半を除去することができる。従って、冷却フィン２１の奥側の面を研磨する手間を大幅に低減することができる。リブ２２の表面や冷却フィン２１の表面をグラインダー等で研磨することで、リブ２２の頂部２２１は、冷却フィン２１の頂部２１１と同一面上に形成される。

次に、実施例４に係る圧縮機の構成を、図５Ａ、５Ｂ、図６及び図７を用いて説明する。図５Ａ、５Ｂは、実施例４に係る圧縮機１００の圧縮部４０とモータ１０とを分離した状態の斜視図である。図５Ａ、５Ｂに示すように、圧縮機１００は、流体を圧縮する圧縮部４０と、圧縮部４０を駆動するモータ１０とを有している。モータ１０は、実施例１で説明したモータ１０（図１Ａ、図１Ｂ及び図２参照）を用いる。以下の説明では、モータ１０として、アキシャルギャップ型モータを採用した場合の構成を例に説明する。

図５Ａ、５Ｂに示すように、モータ１０は、モータカバー１１のフランジ１５を、圧縮部４０の本体ケーシング４１と締結することにより、圧縮部４０と一体に設けることができる。具体的には、回転軸１２を圧縮部４０の所定の位置に挿入し、モータカバー１１のフランジ１５に設けられたボルト挿通孔１５１と本体ケーシング４１に設けられたボルト挿通孔４１１とに、締結ボルト４２を挿入することにより、モータ１０のフランジ１５と本体ケーシング４１とを締結することができる。圧縮部４０における回転軸１２の挿入位置については、後述する。

図６に、図５Ａ、５Ｂに示すモータ１０と圧縮部４０とを一体化して構成された圧縮機１００を側面から見た断面図を示す。モータケーシング１４内には、円盤状のステータ３１が、円盤状の一対のロータ３２に挟まれて配置されている。回転軸１２は、ステータ３１、ロータ３２の中央部を貫通して設けられており、圧縮部４０側に設けられた主軸受３３と、ステータ３１を挟んで主軸受３３と反対側に設けられた反負荷軸受３４により回転自在に支持されている。主軸受３３と反負荷軸受３４とは同心となるように配置されている。回転軸１２は、主軸受３３側の端部に偏心部１２ａを有している。

ステータ３１とロータ３２との間には、空隙が形成されている。これにより、ステータ３１とロータ３２とは、回転軸１２に平行な方向に、空隙を挟んで対向配置された状態で、モータケーシング１４内に収容されている。

図７は、ロータ３２を装着する前のモータケーシング１４の内部を、モータケーシング１４の開口側から見た状態を示す写真図である。図７においては、ステータ３１のロータ３２との対向面が露出して示されている。

ステータ３１は、複数の鉄心片３１１が周方向に等間隔で配置されて構成されている。鉄心片３１１には、非磁性体を介して、コイルが巻回されている。周方向に配置された鉄心片３１１は、樹脂材料３１２により樹脂モールドされることにより一体成形されて、モータケーシング１４に固定されている。鉄心片３１１は、例えば電磁鋼板や、アモルファス金属により構成することができる。

ステータ３１の鉄心片３１１に巻回されたコイルに電流が流れると、ステータ３１、ロータ３２に生成された磁場により、ロータ３２に回転力が付与される。ロータ３２の回転に伴い回転軸１２が回転する。

鉄心片３１１をアモルファス金属により形成した場合には、他の磁性材料と比較して損失が大幅に低く、かつ透磁率が高いため、高いモータ効率を得られる。一方、アモルファス金属は、金属自体の硬度が高く、脆いことに加え、比較的板厚を薄くして用いられるため、打ち抜き等の加工には不向きである。

アキシャルギャップ型モータでは、ステータ３１を、比較的容易に作成できる扇形形状（図７参照）の箔帯を積層した鉄心片３１１により構成することができる。従って、アキシャルギャップ型モータは、複雑な形状の打ち抜き加工を行うことなくステータ３１を作成できるため、アモルファス金属の使用に適している。

アキシャルギャップ型のモータを製造する際には、上記したように、鉄心片３１１をモータケーシング１４内に周方向に配置した後、樹脂材料３１２で樹脂モールドすることにより、ステータ３１を形成する手法が多く採用されている。この場合、樹脂モールド時には、樹脂材料を高温とし、かつ４ＭＰａ程度の高圧をかけてモータケーシング１４内に圧入される（トランスファーモールド）。従って、モータケーシング１４には、内周側から高圧力が負荷される。

実施例４に係る圧縮機１００では、実施例１で説明したモータ１０を用いているため、モータケーシング１４において、周方向の強度が高められている。従って、樹脂モールド時にかかる圧力によりモータケーシング１４に変形や亀裂が生じるのが抑制され、モータ１０として適正な外形を得ることができる。

圧縮部４０は、図６に示すように、固定スクロール４３と、固定スクロール４３と対向配置された旋回スクロール４４とを有している。固定スクロール４３及び旋回スクロール４４は、本体ケーシング４１内に収納されている。

本体ケーシング４１は、両端に開口部を有する筒状体であり、一方の開口部に固定スクロール４３が取り付けられ、他方の開口部４９（図５Ｂ参照）にモータ１０が取り付けられている。

固定スクロール４３及び旋回スクロール４４は、それぞれ、鏡板４３Ａ、４４Ａの表面に、渦巻き状のラップ部４３Ｂ、４４Ｂが形成されている。固定スクロール４３のラップ部４３Ｂと、旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂとが互いに噛み合わされることにより、圧縮室４５が形成されている。固定スクロール４３のラップ部４３Ｂ及び旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂには、それぞれの先端にチップシール４３Ｃ、４４Ｃが設けられている。

旋回スクロール４４の背面には、ボス部４６に旋回軸受４７が設けられている。回転軸１２の偏心部１２ａは、旋回軸受４７に挿入されており、これにより回転軸１２の偏心部１２ａが、旋回スクロール４４に支持されている。

回転軸１２の偏心部１２ａは、回転軸１２の回転運動に伴い偏心運動する。従って、回転軸１２がモータ１０により回転駆動されると、偏心部１２ａと接続された旋回スクロール４４が旋回運動する。旋回スクロール４４が旋回運動すると、固定スクロール４３のラップ部４３Ｂと旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂとの間に画成された圧縮室４５が連続的に縮小される。これにより、圧縮室４５内に導入された流体が圧縮され、圧縮空気が圧縮部４０の外部に吐出される。なお、図示省略しているが、複数の圧縮室４５のうちの一つが、流体の吸入口となっており、複数の圧縮室４５のうちの一つが、圧縮流体の吐出口となっている。

以上説明した圧縮機１００においては、回転軸１２端部の偏心部１２ａが、旋回スクロール４４の背面部に直接接続されており、回転軸１２の駆動力が、旋回スクロール４４に直接伝わることで、旋回スクロール４４が旋回運動する。このため、旋回スクロール４４の円滑な旋回運動を実現するためには、回転軸１２の偏心部１２ａが、旋回スクロール４４の背面に対して適正な状態で支持されることが求められる。このため、主軸受３３や反負荷軸受３４、旋回軸受４７等の各部材は、設計段階において、その設置位置が高い精度で調整されている。この場合、モータ１０の製造時にモータケーシング１４に歪みが生じると、これらの設置位置にずれが生じ、回転軸１２が圧縮部４０に対して適正な状態で支持されなくなる。この場合、旋回スクロール４４の旋回運動に支障が生じる場合がある。

実施例４に係る圧縮機１００は、モータ１０として、モータケーシング１４の外周面にリブ２２を設けたものを用いている。このため、モータケーシング１４は、周方向の強度が高められており、変形や亀裂等の発生が抑制されている。従って、上記した弊害が生じ難く、所謂一軸型のスクロール式の圧縮機１００において、円滑な圧縮動作を実現することができる。

以上説明した実施例４では、モータ１０として、実施例１に係るモータ１０を用いた構成を例に説明した。実施例４に係る圧縮機１００はこれに限定されず、実施例２で説明したモータを用いることも可能である。

また、実施例４では、スクロール方式の圧縮部４０を備えた圧縮機１００の構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レシプロ式の圧縮部を、実施例１に係るモータ１０と組み合わせた構成とすることも可能である。

１０…モータ、１００…圧縮機、１１…モータカバー、１２…回転軸、１２ａ…偏心部、１３…冷却ファン、１４…モータケーシング、１５…フランジ、１５１、４１１…ボルト挿通孔、１６…エンドブラケット、２０Ａ、２０Ｂ…側面、２０Ｃ…下面、２１…冷却フィン、２１ａ…最上部の冷却フィン、２１ｂ…最下部の冷却フィン、２１１…頂部、２２…リブ、２２１…頂部、２３…孔、３１…ステータ、３１１…鉄心片、３１２…樹脂材料、３２…ロータ、３３…主軸受、３４…反負荷軸受、４０…圧縮部、４１…本体ケーシング、４２…締結ボルト、４３…固定スクロール、４４…旋回スクロール、４３Ａ、４４Ａ…鏡板、４３Ｂ、４４Ｂ…渦巻き状のラップ部、４３Ｃ、４４Ｃ…チップシール、４５…圧縮室、４６…ボス部、４７…旋回軸受

Claims (12)

1. 回転自在に設けられた回転軸と、
   前記回転軸と一体に回転するロータと、
   前記ロータと前記回転軸に平行な方向に対向するステータと、
   前記ロータと前記ステータとを収納する筒状体であり、内周側に前記ステータが樹脂モールドされたモータケーシングと、
   を有するアキシャルギャップ型モータであって、
   前記モータケーシングは両側に開口部を有し、前記モータケーシングの外周面には、前記モータケーシングの一方の開口側から他方の開口側へと並列に延伸して複数の冷却フィンが配列され、
   前記モータケーシングの外周面の前記ステータに対応する位置に、前記モータケーシングの周方向に延伸するリブが設けられ、
   前記リブは、前記冷却フィンと交差して一体的に形成されたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記リブの頂部は、前記冷却フィンの頂部と同一面上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記リブには、孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記リブは、凹部形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 前記リブは、前記モータケーシングの側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
6. 前記リブは、前記モータケーシングの下面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. 前記ステータは、コイルが巻回された鉄心片が周方向に複数配置されて構成されており、
   前記ステータと前記ロータとは、前記回転軸に平行な方向に、空隙を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
8. 前記鉄心片は、アモルファス金属により形成されていることを特徴とする請求項７に記載のモータ。
9. 流体を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動するモータとを有する圧縮機であって、
   前記モータは、
   回転自在に設けられた回転軸と、
   前記回転軸と一体に回転するロータと、
   前記ロータと前記回転軸に平行な方向に対向するステータと、
   前記ロータと前記ステータとを収納する筒状体であり、内周側に前記ステータが樹脂モールドされたモータケーシングと、
   を有するアキシャルギャップ型モータであって、
   前記モータケーシングは両側に開口部を有し、前記モータケーシングの外周面には、前記モータケーシングの一方の開口側から他方の開口側へと並列に延伸して複数の冷却フィンが配列され、
   前記モータケーシングの外周面の前記ステータに対応する位置に、前記モータケーシングの周方向に延伸するリブが設けられ、
   前記リブは、前記冷却フィンと交差して一体的に形成されたことを特徴とする圧縮機。
10. 前記圧縮部は、前記回転軸の端部を支持し、該回転軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールと対向配置された固定スクロールと、を有し、
    前記旋回スクロールと前記固定スクロールとは、それぞれ鏡板と、前記鏡板に立設された渦巻状のラップ部とを有し、前記ラップ部が互いに噛み合わされて設けられていることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
11. 前記ステータは、コイルが巻回された鉄心片は周方向に複数配置されて構成されており、
    前記ステータと前記ロータとは、前記回転軸に平行な方向に、空隙を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
12. 前記鉄心片は、アモルファス金属により形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。

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