JP7410533B2 - ロータ、モータ、圧縮機、冷凍装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態のモータ(1)の構成を例示する。モータ(1)は、ロータ(10)と、ステータ(2)とを備える。ロータ(10)は、シャフト(5)に固定される。この例では、モータ(1)は、シンクロナスリラクタンスモータを構成する。ロータ(10)には、永久磁石が設けられない。
ステータ(2)は、ロータ(10)と所定のギャップを隔てて対向する。ステータ(2)は、ステータコア(3)と、複数の巻線(4)とを有する。ステータコア(3)は、バックヨーク(3a)と、複数のティース(3b)とを有する。バックヨーク(3a)は、略円筒状に形成される。複数のティース(3b)の各々は、バックヨーク(3a)の内周面から径方向内側へ向けて延びる。複数の巻線(4)は、複数のティース(3b)に巻回される。なお、図1では、ステータコア(3)および後述するロータコア(11)のハッチングを省略している。
図2~図4は、ロータ(10)の構成を例示する。ロータ(10)は、ロータコア(11)を有する。ロータコア(11)の横断面形状は、軸方向の全長にわたって同一である。この例では、ロータコア(11)の横断面の外形状は、円形状である。
ロータコア(11)には、第1基準線(L1)と第2基準線(L2)とが定められる。
この例では、ロータ(10)は、突極方向(d軸)と非突極方向(q軸)とのインダクタンスの差に応じたリラクタンストルクにより回転する。d軸インダクタンスからq軸インダクタンスを減算して得られる差が大きくなるほど、リラクタンストルクが大きくなる。したがって、q軸インダクタンスを低下させることで、ロータ(10)に作用するリラクタンストルクを増加させることができる。
ロータコア(11)には、軸孔(15)が形成される。軸孔(15)は、ロータコア(11)の中心部に設けられ、ロータコア(11)を軸方向に貫通する。軸孔(15)の横断面形状は、ロータコア(11)の回転中心(Q)を中心とする円形状であり、ロータコア(11)の軸方向の全長にわたって同一である。軸孔(15)の壁面は、ロータコア(11)の回転中心(Q)を中心とする円筒面である。
ロータコア(11)には、ロータコア(11)の磁極毎に、径方向に並ぶ複数の空洞部(20)が形成される。この例では、ロータコア(11)の磁極毎に、5つの空洞部(20)が径方向に並ぶ。空洞部(20)は、1つまたは複数の空洞を有する。
次に、ロータコア(11)の磁極毎に設けられた複数の空洞部(20)のうち最も径方向内側の空洞部(20)について説明する。最も径方向内側の空洞部(20)は、径方向内側から数えて第1番目の空洞部(20)である。以下では、最も径方向内側の空洞部(20)を「空洞部(21)」と記載する。また、空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)を「内側壁面(30)」と記載し、空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)を「外側壁面(40)」と記載する。
空洞部(21)の内側壁面(30)は、第1基準線(L1)の近傍部分を含む中央面部(31)と、それぞれが中央面部(31)から空洞部(21)の周方向端まで延びる2つの側面部(32)とを有する。2つの側面部(32)の一方は、中央面部(31)の周方向における一端から空洞部(21)の周方向における一端まで延び、2つの側面部(32)の他方は、中央面部(31)の周方向における他端から空洞部(21)の周方向における他端まで延びる。
空洞部(21)の内側壁面(30)の中央面部(31)は、ロータコア(11)の回転中心(Q)に対して凹となるように形成される。空洞部(21)の内側壁面(30)の中央面部(31)は、曲率中心が空洞部(21)の内側壁面(30)よりも径方向内側に位置する部分を含む。
空洞部(21)の内側壁面(30)の側面部(32)は、第2基準線(L2)と軸孔(15)の壁面との交点(X)へ向けて凸となるように形成される。空洞部(21)の内側壁面(30)の側面部(32)は、曲率中心が空洞部(21)の内側壁面(30)よりも径方向外側に位置する部分を含む。
空洞部(21)の外側壁面(40)は、ロータコア(11)の回転中心(Q)へ向けて凸となる円弧状に形成される。空洞部(21)の外側壁面(40)と第2番目の空洞部(20)の径方向内側の壁面との間の距離(後述する第1番目の隔壁部(112)の幅)は、第2番目の空洞部(20)の周方向の全長にわたって同一である。
空洞部(21)の内側壁面(30)は、空洞部(21)の内側壁面(30)と外側壁面(40)との間の距離である空洞幅(W1)が空洞部(21)の内側壁面(30)のうち第1基準線(L1)の近傍部分における空洞幅(W1)よりも長い部分を含む。
ロータコア(11)は、基部(110)と、複数の突極部(111)とを有する。突極部(111)の数は、ロータコア(11)に定められた第2基準線(L2)の数と同一である。この例では、突極部(111)の数は、4つである。
基部(110)は、円筒状に形成される。この例では、基部(110)の幅(径方向における長さ)は、基部(110)の全周にわたって同一である。基部(110)の内周面は、軸孔(15)の壁面を構成する。
複数の突極部(111)は、周方向において等間隔に配置される。この例では、複数の突極部(111)の各々は、その突極部(111)の中心線が第2基準線(L2)に沿うように、基部(110)から径方向に延びる。また、突極部(111)の幅(延伸方向と直交する方向における長さ)は、突極部(111)の先端へ向かうに連れて次第に短くなる。突極部(111)の基端部(突極部(111)と基部(110)との接続部)は、丸み付けされる。
ロータコア(11)の磁極毎に設けられた複数の隔壁部(112)は、径方向に並ぶ。これらの複数の隔壁部(112)の各々は、第1基準線(L1)と交差するように延び、第1基準線(L1)を軸として線対称となるように形成される。この例では、4つの隔壁部(112)の各々は、同様の構成を有する。隔壁部(112)は、ロータコア(11)の回転中心(Q)へ向けて凸となる円弧状に形成される。隔壁部(112)の幅(周方向と直交する方向における長さ)は、隔壁部(112)の周方向の全長にわたって同一である。
ロータコア(11)の磁極毎に設けられた複数のサイドブリッジ(113)には、2種類のサイドブリッジ(113)が含まれる。以下では、一方の種類のサイドブリッジ(113)を「第1サイドブリッジ(113)」と記載し、他方の種類のサイドブリッジ(113)を「第2サイドブリッジ(113)」と記載する。
ロータコア(11)の磁極毎に設けられたセンタブリッジ(114)は、ロータコア(11)の回転中心(Q)に対して凹となる円弧状に湾曲し、複数の隔壁部(112)のうち最も径方向外側に位置する隔壁部(112)の周方向両端を繋ぐ。
第1番目の空洞部(20)である空洞部(21)は、基部(110)と、周方向において隣り合う2つの突極部(111)と、2つの突極部(111)の間に位置する第1番目の隔壁部(112)と、2つの突極部(111)の先端と第1番目の隔壁部(112)の周方向における両端とを繋ぐ2つのサイドブリッジ(113)とにより構成される。
ロータコア(11)は、ロータコア(11)の磁極毎に、センタリブ(50)を有する。この例では、ロータコア(11)の磁極毎に設けられた複数の空洞部(20)のうち最も径方向外側に位置する第5番目の空洞部(20)を除く残りの空洞部(20)の各々に、センタリブ(50)が設けられる。
また、ロータコア(11)は、ロータコア(11)の磁極毎に、補強リブ(60)を有する。この例では、ロータコア(11)の磁極毎に設けられた複数の空洞部(20)のうち第1番目~第3番目の空洞部(20)の各々に、補強リブ(60)が設けられる。
次に、図2と図5とを参照して、実施形態と比較例1とを対比する。
次に、図8と図9とを参照して、実施形態と比較例2とを対比する。
以上のように、実施形態では、空洞部(21)の内側壁面(30)の中央面部(31)は、ロータコア(11)の回転中心(Q)に対して凹となるように形成される。空洞部(21)の内側壁面(30)の側面部(32)は、第2基準線(L2)と軸孔(15)の壁面との交点(X)へ向けて凸となるように形成される。
図10は、実施形態の変形例1のロータ(10)の要部の構成を例示する。実施形態の変形例1のロータ(10)では、径方向内側から数えて第5番目の空洞部(20)が省略されている。実施形態の変形例1のロータ(10)のその他の構成は、実施形態のロータ(10)の構成と同様である。
図11は、実施形態の変形例2のロータ(10)の要部の構成を例示する。実施形態の変形例2のロータ(10)は、空洞部(21)の内側壁面(30)の構成が実施形態のロータ(10)と異なる。また、実施形態の変形例2のロータ(10)では、径方向内側から数えて第5番目の空洞部(20)が省略されている。実施形態の変形例2のロータ(10)のその他の構成は、実施形態のロータ(10)の構成と同様である。なお、図11では、補強リブ(60)の図示を省略している。
図12は、実施形態の変形例3のロータ(10)の要部の構成を例示する。実施形態の変形例3のロータ(10)は、ロータコア(11)の極数が実施形態のロータ(10)と異なる。実施形態の変形例3のロータ(10)のその他の構成は、実施形態のロータ(10)の構成と同様である。
図13は、実施形態の変形例4のロータ(10)の要部の構成を例示する。実施形態の変形例4のロータ(10)は、ロータコア(11)の磁極毎に設けられた空洞部(20)の数と空洞部(21)の内部構造が実施形態の変形例3のロータ(10)と異なる。実施形態の変形例4のロータ(10)のその他の構成は、実施形態の変形例3のロータ(10)の構成と同様である。
図14は、圧縮機(CC)の構成を例示する。圧縮機(CC)は、モータ(1)と、ケーシング(CC1)と、圧縮機構(CC2)とを備える。
図15は、冷凍装置(RR)の構成を例示する。冷凍装置(RR)は、冷媒が循環する冷媒回路(RR1)を備える。具体的には、冷媒回路(RR1)は、モータ(1)を有する圧縮機(CC)と、第1熱交換器(RR5)と、第2熱交換器(RR6)と、減圧機構(RR7)と、四方切換弁(RR8)とを有する。この例では、膨張機構(RR7)は、電子膨張弁である。冷媒回路(RR1)は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。例えば、第1熱交換器(RR5)は、熱源熱交換器であり、室外に設けられる。第2熱交換器(RR6)は、利用熱交換器であり、室内に設けられる。
次に、図16を参照して、ロータコア(11)の回転中に補強リブ(60)に作用する力について説明する。図16の例では、補強リブ(60)として、第1リブ(61)と第2リブ(62)とが設けられている。
次に、図16,図17,図18を参照して、ロータコア(11)の回転中に補強リブ(60)に作用する力の方向について説明する。
以上の説明では、モータ(1)がシンクロナスリラクタンスモータである場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、モータ(1)は、永久磁石を有するロータ(10)を備える永久磁石モータであってもよい。具体的には、ロータ(10)の空洞部(20)に永久磁石が挿入されてもよい。
10 ロータ
11 ロータコア
20 空洞部
21 空洞部
30 内側壁面(空洞部の径方向内側の壁面)
31 中央面部
32 側面部
32a 円弧面部分
32b 平面部分
32c 接続面部分
40 外側壁面(空洞部の径方向外側の壁面)
50 センタリブ
60 補強リブ
61 第1リブ
62 第2リブ
63 第3リブ
64 第4リブ
110 基部
111 突極部
112 隔壁部
113 サイドブリッジ
114 センタブリッジ
CC 圧縮機
RR 冷凍装置
Claims (11)
- 軸孔(15)と、磁極毎に設けられた空洞を有する空洞部(21)とが形成されたロータコア(11)を備え、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)と前記空洞部(21)の周方向両端のそれぞれとを結んだ2線が成す角を二等分する第1基準線(L1)の近傍部分を含む中央面部(31)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)に対して凹となるように形成され、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記中央面部(31)から前記空洞部(21)の周方向端まで延びる側面部(32)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)から径方向に延びる基準線であり前記第1基準線(L1)との間の角度が180°を前記ロータコア(11)の極数で除算して得られる角度となる第2基準線(L2)と前記軸孔(15)の壁面との交点(X)へ向けて凸となるように形成され、
前記ロータコア(11)は、前記空洞部(21)の前記空洞と、当該空洞と周方向で隣り合う前記空洞との間に、前記空洞部(21)の径方向内側から前記空洞部(21)の径方向外側まで延びる補強リブ(60)を有し、
前記補強リブ(60)は、前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)および前記空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)と一体に形成される
ロータ。 - 請求項1のロータにおいて、
前記空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)へ向けて凸となる円弧状に形成され、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)は、前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)と前記空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)との間の距離である空洞幅(W1)が前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記第1基準線(L1)の近傍部分における空洞幅(W1)よりも長い部分を含む
ロータ。 - 請求項1のロータにおいて、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記中央面部(31)は、曲率中心が前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)よりも径方向内側に位置する部分を含み、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記側面部(32)は、曲率中心が前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)よりも径方向外側に位置する部分を含む
ロータ。 - 請求項1のロータにおいて、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記側面部(32)は、前記第2基準線(L2)に沿うように延びる平面部分(32b)を含む
ロータ。 - 請求項1のロータにおいて、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記中央面部(31)は、前記軸孔(15)の壁面に沿うように湾曲する
ロータ。 - 請求項1のロータにおいて、
前記空洞部(21)は、複数の前記空洞を有し、
前記第1基準線(L1)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)と前記空洞部(21)の複数の空洞の集合の周方向両端のそれぞれとを結んだ2線が成す角を二等分し、
前記補強リブ(60)は、前記第1基準線(L1)上を避けて設けられ、前記ロータコア(11)の回転中に前記補強リブ(60)に作用する力の方向に沿うように前記空洞部(21)の径方向内側から前記空洞部(21)の径方向外側まで延びる直線部を含む
ロータ。 - 軸孔(15)と、磁極毎に設けられた空洞を有する空洞部(21)とが形成されたロータコア(11)を備え、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)と前記空洞部(21)の周方向両端のそれぞれとを結んだ2線が成す角を二等分する第1基準線(L1)の近傍部分を含む中央面部(31)は、曲率中心が前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)よりも径方向内側に位置する部分を含み、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記中央面部(31)から前記空洞部(21)の周方向端まで延びる側面部(32)は、曲率中心が前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)よりも径方向外側に位置する部分を含み、
前記ロータコア(11)は、前記空洞部(21)の前記空洞と、当該空洞と周方向で隣り合う前記空洞との間に、前記空洞部(21)の径方向内側から前記空洞部(21)の径方向外側まで延びる補強リブ(60)を有し、
前記補強リブ(60)は、前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)および前記空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)と一体に形成される
ロータ。 - 軸孔(15)と、磁極毎に設けられた空洞を有する空洞部(21)とが形成されたロータコア(11)を備え、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)と前記空洞部(21)の周方向両端のそれぞれとを結んだ2線がなす角を二等分する第1基準線(L1)の近傍部分を含む中央面部(31)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)に対して凹となるように形成され、
前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)のうち前記中央面部(31)から前記空洞部(21)の周方向端まで延びる側面部(32)は、前記ロータコア(11)の回転中心(Q)から径方向に延びる基準線であり前記第1基準線(L1)との間の角度が180°を前記ロータコア(11)の極数で除算して得られる角度となる第2基準線(L2)に沿うように延びる平面部分(32b)を含み、
前記ロータコア(11)は、前記空洞部(21)の前記空洞と、当該空洞と周方向で隣り合う前記空洞との間に、前記空洞部(21)の径方向内側から前記空洞部(21)の径方向外側まで延びる補強リブ(60)を有し、
前記補強リブ(60)は、前記空洞部(21)の径方向内側の壁面(30)および前記空洞部(21)の径方向外側の壁面(40)と一体に形成される
ロータ。 - 請求項1~8のいずれか1つのロータを備えるモータ。
- 請求項9のモータを備える圧縮機。
- 請求項10の圧縮機を備える冷凍装置。
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