KR20110008257A

KR20110008257A - 공기 조화기, 공기 조화기의 제조 방법 및 압축기

Info

Publication number: KR20110008257A
Application number: KR1020107026119A
Authority: KR
Inventors: 요시나리 아사노; 도모미 사카모토; 노부유키 기후지; 히로후미 히가시; 신타로우 아라키
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2011-01-26
Also published as: EP2306105A1; AU2009258615B2; CN102057229B; AU2009258615A1; WO2009151033A1; KR101324450B1; JP2009293907A; US8616016B2; EP2306105A4; US20110083467A1; JP5468215B2; CN102057229A

Abstract

본 발명은, 난방 고부하 운전시에 전기자 코일(16CR)에 고조파 전류를 흐르게 하여 희토류 자석(14MRb)을 유도 가열하고, 잔류 자속밀도를 저하시킨다. 이로 인해 래디얼 갭형 모터(10R)의 회전수를 향상시킨다. 희토류 자석(14MR)은 냉매의 동선과 대략 평행을 나타내는 냉매 통로(30P)의 근방에 설치됨으로써, 가열된 희토류 자석(14MRb)의 열을 냉매가 회수한다. 냉방 고부하 운전시에는 전류 위상 진행에 의한 약한 계자 제어에 의해 동일 토크 지령치에 대해 큰 회전수를 얻는다.

Description

공기 조화기, 공기 조화기의 제조 방법 및 압축기{AIR CONDITIONER, AIR CONDITIONER MANUFACTURING METHOD, AND COMPRESSOR}

본 발명은, 난방운전을 행하는 공기 조화기 및 압축기에 관한 것이다.

공기 조화기는, 특히 높은 난방능력을 필요로 해서, 저온시의 난방운전 개시시에, 최대 능력을 발휘하도록 설계되어 있다. 그러나, 장시간 운전을 하는 경우에는 통상, 높은 난방능력은 그다지 필요가 없다. 이것은 냉방에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 장시간 운전을 할 때의 모터능력은 특별히 높게 할 필요는 없다. 특히, 건물의 고단열화에 따라 장시간 운전하는 상태에 있어서의 부하는 해마다 작아지는 경향에 있다. 따라서, 고부하시의 난방능력의 요구를 충족시키도록 설계하면, 장시간 운전시의 운전효율이 저하한다. 환언하면, 특히 저부하의 모터효율을 향상시켜 모터의 APF(Annual Performance Factor;연중 에너지 소비효율)를 향상시키는 것이, 에너지 절약의 관점에서 바람직하다.

이와 같이, 저부하에 있어서의 모터의 효율을 높이고, 저온시의 난방운전 개시시와 같이 부하가 높은 난방능력을 필요로 할 때는, 전원의 승압을 이용하는 것이 생각된다. 그러나 그 외, 모터 전류의 위상을 어긋나게 할 수 있어서 약한 자속 제어를 이용하는 기술(특허 문헌 1), 자석의 자속을 단락하는 철편을 이용하는 기술(특허 문헌 2), 계자조정 코일을 이용하는 기술(특허 문헌 3) 등이 제안되고 있다. 또, 약한 자속 제어와 승압을, 난방운전시와 냉방운전시에서 구별해 쓰는 기술(특허 문헌 4)도 제안되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허 제 3021947호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특허 공개 평 11-275789호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 특허 공개 2006-141106호 공보 특허 문헌 4 : 일본국 특허 공개 2006-313023호 공보

모터 전류의 위상을 어긋나게 할 수 있는 약한 자속 제어에서는, 제어의 안정성이 저하하고, 운전 범위가 큰 폭으로 확대되는 것은 아니다. 또, 약한 자속을 위한 전류(이른바 d축 전류)에 의해 동손이 증가한다.

전원의 승압을 이용하는 기술에서는, 회로가 복잡화되기 때문에, 회로 작성에 드는 비용이 증대하거나, 생산 공정이 증가하거나 한다. 또, 너무 고압으로 하면, 절연 구조를 강화해야 한다.

자속을 단락하는 철편을 이용하는 기술에서는, 기계적인 가동 부분을 설치하게 되므로, 구성요소의 사이즈 등의 오차나, 조립공정에서의 미스로 인해 신뢰성이 저하한다. 또, 가동 부분의 정확한 동작을 확보하는 것에 과제가 있다.

계자 조정 코일만으로 계자를 약하게 하기 위해서는, 이에 큰 전류를 흘릴 필요가 있다.

상기의 기술을 감안해서, 본 발명의 과제는, 고부하시의 난방운전을 실현하는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제1의 발명은, 회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 샤프트(12)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능한 복수의 희토류 자석(14MA, 14MR)을 가지는 로터(14A, 14R)와, 상기 로터와 대향하는 전기자 코일(16CA, 16CR)을 가지는 스테이터(16A, 16R)를 가지는 모터(10A, 10R)를 탑재해 냉매를 압축하는 압축기(30;30A, 30R)를 구비하고, 난방운전이 가능한 공기 조화기(100)이며, 상기 난방운전으로서, 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 난방 고부하 운전의 경우에는, 상기 전기자 코일에 고조파 전류가 흘러 상기 희토류 자석을 유도 가열한다.

제2의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고, 상기 모터(10A, 10R)가 상기 난방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 유도 가열이 행해지고, 상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전을 하는 경우에는 전류 위상 진행에 의한 약한 자속 제어가 행해진다.

제3의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 모터(10A, 10R)가 상기 난방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 유도 가열이 행해지고, 상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 컨버터에 의해 상기 DC 링크부의 전압을 승압한다.

제4의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 PWM 인버터의 출력 신호의 듀티는, 상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전에 있어서의 상기 모터에 대한 상기 PWM 인버터의 출력 신호의 듀티보다도 낮고, 상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 인버터의 DC 링크부(54)의 전압은, 상기 냉방 고부하 운전에 있어서의 상기 DC 링크부의 전압보다도 높다.

제5의 발명은, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 인버터는 상기 모터(10A, 10R)에, 상기 난방 고부하 운전 이외에서는 정현파 전류를 흐르게 해, 상기 난방 고부하 운전에 있어서 과변조된 전류를 공급한다.

제6의 발명은, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 인버터는 상기 전기자 코일에, 상기 난방 고부하 운전에 있어서 구형파 전류를 흐르게 해, 상기 난방 고부하 운전 이외에 있어서 정현파 전류를 흐르게 한다.

제7의 발명은, 제6의 발명에 있어서, 상기 난방 고부하 운전에 있어서 상기 PWM 인버터(54)는 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에, 상기 구형파 통전의 무통전 구간에 고조파 전류를 중첩해 흐르게 한다.

제8의 발명은, 제 1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 인버터의 캐리어 주파수는, 상기 난방 고부하 운전 이외에서의 캐리어 주파수보다도 높다.

제9의 발명은, 제1 내지 제6 및 제8의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10A, 10R)로의 급전에는 무통전 구간이 설치되고, 상기 무통전 구간에 상기 모터에 의한 유기전압을 계측하고, 상기 유기전압에 의거해 상기 모터의 주자속(φa)을 어림잡는다.

제10의 발명은, 제9의 발명에 있어서, 상기 무통전 구간은, 상기 전기자 코일에 공급되는 전류의 상기 유기전압의 이력에 의거해 상기 유기전압이 극대가 되는 때를 포함하는 미리 정해진 기간에 설치된다.

제11의 발명은, 제9의 발명에 있어서, 상기 모터는 다상 모터이며, 상기 무통전 구간은, 상기 전기자 코일에 공급되는 전류의 각 상의 전의 이력에 의거해 상기 유기전압이 극대가 되는 때를 포함하는 미리 정해진 기간에 설치된다.

제12의 발명은, 제9 내지 제11의 발명 중 어느 하나에 있어서, 어림잡아진 상기 계자자속(φa)에 의거해, 상기 모터의 q축 인덕턴스(Lq)의 저하를 보정하는 계수(kq)를 보정한다.

제13의 발명은, 제9 내지 제12의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도 가열을 개시한 후에 상기 유기전압의 저하가 미리 정해진 역치 이상이 되었을 때에 상기 유도 가열을 정지한다.

제14의 발명은, 제1 내지 제8의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 공기 조화기는 상기 냉매의 토출관의 근방에 온도 센서(62)를 더 구비하고, 상기 온도 센서가 계측한 온도가 미리 정해진 역치 이상인 경우에는, 상기 유도 가열을 행하지 않는다.

제15의 발명은, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 유도 가열을 개시 후에, 상기 인버터의, 상기 모터(10A, 10R)로의 토크 지령치에 대응하여 상기 전기자 코일에 공급하는 전류의 증분이, 미리 정해진 역치 이상인 경우에는, 상기 유도 가열을 정지한다.

제16의 발명은, 제1 내지 제8의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 공기 조화기는 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)의 코일 온도를 검출하는 코일 온도 센서(64)를 더 구비하고, 상기 코일 온도 센서가 계측한 온도가 미리 정해진 역치 이상인 경우에는, 상기 유도 가열을 행하지 않는다.

제17의 발명은, 제1 내지 제12의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 공기 조화기는 상기 유도 가열을 개시하고 나서의 기간을 계측하는 타이머(66)를 더 구비하고, 상기 타이머가 미리 정해진 기간을 계측한 후에 상기 유도 가열을 정지한다.

제18의 발명은, 제1 내지 제12의 발명 중 어느 하나에 있어서, 순간 정전 복귀 후에는 상기 유도 가열의 개시를 유보한다.

제19의 발명은, 제 1 또는 제2의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고, 상기 공기 조화기는 상기 DC 링크부의 전압과 상기 모터(10A, 10R)에 흐르는 전류로부터 상기 로터(14)의 회전수를 얻어, 상기 회전수의 단위 시간당의 변화가 미리 정해진 역치 이하가 될 때까지 상기 유도 가열의 개시를 유보한다.

제20의 발명은, 제1 내지 제19의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 로터(14)는 로터 코어(140A, 140R)를 가지고, 상기 스테이터(16A, 16R)는 스테이터 코어(160A, 160R)를 가지며, 상기 스테이터 코어의 재질은, 상기 로터 코어의 재질보다도 철손이 작다.

제21의 발명은, 제20의 발명에 있어서, 상기 로터(14)는 상기 회전축(Q)을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있는 복수의 제1 전자강판(電磁綱板)을 가지고, 상기 스테이터(16A, 16R)는 상기 면내에 연장되어 있는 복수의 제2 전자강판을 가지고, 하나의 상기 제1 전자강판의 상기 회전축 방향의 두께는, 하나의 상기 제2 전자강판의 상기 회전축 방향의 두께보다도 크다.

제22의 발명은, 제 20 또는 제21의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 로터 코어(140A, 140R)의 재질은, 규소강판 또는 압분철심 중 어느 하나가 채용되어, 상기 스테이터 코어(160A, 160R)의 재질은, 아몰퍼스, 페라이트 코어 또는 퍼멀 로이 중 어느 하나가 채용된다.

제23의 발명은, 제1 내지 제22의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 스테이터(16A, 16R)는 상기 압축기(30;30A, 30R)의 용기(32) 내에 고정되고, 상기 용기에는, 상기 스테이터가 고정되는 위치와 대응하는 위치에 방열 핀(34)이 설치된다.

제24의 발명은, 제1 내지 제22의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10A)는 액시얼 갭형 모터이고, 상기 압축기(30A)는 상기 냉매를 압축하는 압축 기구부(36)와, 상기 압축 기구부 및 상기 모터를 격납해 고압 돔을 나타내는 용기(32)를 가지고, 상기 스테이터(16A)는 상기 용기(32)의 상기 압축 기구부(36) 측에 설치되고, 상기 압축기는 상기 용기의 상기 고압 돔 내의 상기 압축 기구부의 주위에, 또는 상기 전기자 코일(16CA)을 가지는 스테이터와 접촉하는 저압 냉매 쟈켓(38)을 더 가진다.

제25의 발명은, 제1 내지 제22의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10A)는 액시얼 갭형 모터이고, 상기 전기자 코일(16CA)은 공심 코일(16CS)이 채용된다.

제26의 발명은, 제25의 발명에 있어서, 상기 로터(14A)는, 상기 스테이터(16A)를 상기 회전축(Q) 방향에서 사이에 두고 서로 대향한다.

제27의 발명은, 제26의 발명에 있어서, 상기 공심 코일(16CS)은 자기 융착성의 평각선으로 성형된다.

제28의 발명은, 제26의 발명에 있어서, 상기 공심 코일(16CS)은 내열 수지 및 섬유 필러로 성형된다.

제29의 발명은, 제20 내지 제22의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)과 상기 스테이터 코어(160A, 160R)의 사이에는 절연체(20)인 고조파 흡수 재료(20A)가 설치된다.

제30의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)의 표면에 설치된다.

제31의 발명은, 제20 내지 제23 및 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 상기 전기자 코일(16CR)은 분포권 또는 파권의 권선 방식으로 감겨지고, 상기 전기자 코일의 코일 엔드(16CE)가 적어도 한쪽은 상기 로터 코어(140R)의 상기 회전축(Q) 방향의 단부를 향해 돌출하고, 상기 희토류 자석(14MR)의 단부는 상기 로터 코어를 통하지 않고 상기 코일 엔드와 대향한다.

제32의 발명은, 제31의 발명에 있어서, 상기 전기자 코일(16CR)은 자기 융착성 재료가 채용된다.

제33의 발명은, 제32의 발명에 있어서, 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)은 평각선이 채용된다.

제34의 발명은, 제31 내지 제33의 발명 중 어느 하나를 제조하는 방법이며, 상기 로터 코어(140R)를 설치한 후에, 상기 전기자 코일(16CR)의 상기 회전축(Q) 방향의 단부인 코일 엔드를 정형하는 공정을 구비한, 공기 조화기의 제조 방법이다.

제35의 발명은, 제32 또는 제33의 발명을 제조하는 방법이며, 상기 로터 코어(140R)를 설치한 후에, 상기 전기자 코일(16CR)의 코일 엔드를 정형하는 공정과, 상기 코일 엔드의 정형 후에 상기 자기 융착성 재료를 융착하는, 공기 조화기의 제조 방법이다.

제36의 발명은, 제31 내지 제33의 발명 중 어느 하나를 제조하는 방법이며, 상기 스테이터 코어(160R)는 티스(16T)와 요크(16Y)로 이루어지고, 상기 로터(14)를 배치한 상태로 상기 티스를 상기 로터의 주위에 배치하는 제1 공정과, 상기 제1 공정으로 배치된 상기 티스에 상기 전기자 코일(16CR)을 감는 제2 공정과, 상기 제2 공정 후에 상기 요크를 상기 티스와 연접하는 제3 공정을 구비하는, 공기 조화기의 제조 방법이다.

제37의 발명은, 제31 내지 제33의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 코일 엔드(16CE)는, 상기 회전축(Q) 방향의 한쪽의 단부만이 상기 회전축을 향해 돌출한다.

제38의 발명은, 제37의 발명에 있어서, 상기 돌출하는 상기 코일 엔드(16CE)는, 상기 압축기(30;30A, 30R)의 압축 기구부(36)측에 설치된다.

제39의 발명은, 제31 내지 제33의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10R)는, 이너 로터형 모터이며, 상기 코일 엔드(16CE)는, 상기 회전축(Q) 방향으로부터의 부감시로 선분을 나타낸다.

제40의 발명은, 제31의 발명에 있어서, 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터 코어(140A, 140R)로부터 상기 회전축(Q) 방향으로 향해 돌출한다.

제41의 발명은, 제40의 발명에 있어서, 상기 스테이터 코어(160A, 160R)의 상기 회전축(Q) 방향의 단부에서, 상기 코일 엔드(16CE)와 상기 스테이터 코어의 사이에는 절연체(20)가 설치되고, 상기 절연체는, 상기 스테이터(16A, 16R)보다도 상기 로터측에 돌출한다.

제42의 발명은, 제40의 발명에 있어서, 상기 로터 코어(140R)는, 상기 회전축(Q) 방향의 단부에서 상기 회전축 방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있는 한 쌍의 단판(142T, 142B)과, 상기 단판으로 사이에 끼워져 상기 회전축 방향으로 적층된 복수의 제1 전자강판을 포함하고, 상기 단판은 상기 회전축 방향을 법선으로 하고, 상기 제1 전자강판이 위치하는 면에서의 상기 희토류 자석(14MR)의 단면의 최대 면적보다 작은 구멍(144)을 포함하고, 상기 희토류 자석은 상기 회전축 방향의 단부에 있어서 상기 구멍과 끼워맞추는 단차를 나타낸다.

제43의 발명은, 제31의 발명에 있어서, 상기 로터 코어(140R)는, 상기 회전축(Q) 방향의 단부에서 상기 회전축 방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있는 단판(142T, 142B)과, 상기 단판으로 사이에 끼워져 상기 회전축 방향으로 적층된 복수의 제1 전자강판을 포함하고, 상기 단판은, 상기 단판의 열용량이 상기 희토류 자석의 열용량보다도 작은 재질이 채용되고, 상기 코일 엔드(16CE)는 상기 단판을 통해 상기 희토류 자석(14MR)과 대향한다.

제44의 발명은, 제43의 발명에 있어서, 상기 로터 코어(140R)와 상기 희토류 자석(14MR)의 사이에는, 상기 로터 코어보다도 열용량이 큰 제1 단열체가 설치되고, 상기 로터 코어와 상기 단판(142T, 142B)의 사이에는, 상기 로터 코어보다도 열용량이 큰 제2 단열체가 설치된다.

제45의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10B)는 액시얼 갭형 모터이고, 상기 전기자 코일(16CB)은 분포권의 코일 방식으로 감겨지고 상기 전기자 코일의 외주측의 부위는, 상기 희토류 자석(14MA)의 외연 단부를 향해 만곡한다.

제46의 발명은, 제45의 발명에 있어서, 상기 전기자 코일(16CB)은 자기 융착성 재료가 채용된다.

제47의 발명은, 제46의 발명에 있어서, 상기 전기자 코일(16CB)은 평각선이 채용된다.

제48의 발명은, 제 46 또는 제47의 발명을 제조하는 방법에 있어서, 상기 전기자 코일(16CB)을 성형하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후에 상기 자기 융착성 재료를 융착하는 제2 공정을 구비하는, 공기 조화기의 제조 방법이다.

제49의 발명은, 제45의 발명에 있어서, 상기 스테이터(16A)는 그 외주측에서 상기 압축기(30A)의 용기(32) 내에 유지되고, 상기 전기자 코일(16CA)의 코일 엔드(16CE)의 외주측의 부위는, 상기 스테이터와 상기 회전축(Q) 방향에서 대향하는 상기 로터(14)로 향해 굴곡 한다.

제50의 발명은, 제49에 있어서, 상기 코일 엔드(16CE)의 내주측의 부위는, 상기 회전축(Q) 방향으로 향해 굴곡 한다.

제51의 발명은, 제49에 있어서, 상기 코일 엔드(16CE)의 내주측의 부위는, 상기 회전축(Q) 방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있다.

제52의 발명은, 제45의 발명에 있어서, 상기 전기자 코일(16C)과 대향하는 측에서, 상기 회전축(Q) 방향을 법선으로 하는 면내에서 상기 회전축을 중심으로 하는 반경 방향에 있어서의 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)의 외주측 단부가 노출한다.

제53의 발명은, 제45의 발명에 있어서, 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은 비자성체 홀더로 유지된다.

제54의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 하나의 상기 희토류 자석(14MR)은 복수의 자석체(14Mp)를 가지고, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140R)에 매설되고, 상기 복수의 자석체 중, 하나의 상기 자석체의 보자력은, 상기 하나의 자석체보다도 상기 회전축(Q)에 가까운 측에 설치되는 다른 상기 자석체의 보자력보다도 높다.

제55의 발명은, 제54의 발명에 있어서, 하나의 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 회전축(Q)에 평행한 대략 동일면상에 설치되는 상기 복수의 자석체(14Mp)를 가진다.

제56의 발명은, 제54의 발명에 있어서, 하나의 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 회전축(Q) 방향을 법선으로 하는 단면에서 봤을 때 상기 복수의 자석체(14Mp)가 상기 스테이터로 향해 개구하는 오목한 형상을 나타내며 설치된다.

제57의 발명은, 제54의 발명에 있어서, 상기 복수의 자석체(14Mp) 중, 하나의 상기 자석체와 다른 상기 자석체의 사이에는, 상기 자석체보다도 열용량이 큰 제3 단열체(22;22S, 22C)가 설치된다.

제58의 발명은, 제57의 발명에 있어서, 상기 제3 단열체(22)는 수지 스페이서(22S)가 채용된다.

제59의 발명은, 제57의 발명에 있어서, 상기 제3 단열체(22)는 상기 자석체(14Mp)를 덮는 수지 코팅(22C)이 채용된다.

제60의 발명은, 제57의 발명에 있어서, 상기 제3 단열체(14I)는 상기 복수의 자석체(14Mp)끼리의 사이에 설치되는 공극(14Ig)이 채용된다.

제61의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 하나의 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)에 매설된 복수의 자석체(14Mp)를 가지고, 상기 하나의 상기 희토류 자석에 있어서 상기 복수의 자석체는, 각각의 상기 스테이터측의 단점(端点)끼리를 연결하는 거리가, 각각의 상기 스테이터와 반대측의 단점끼리를 연결하는 거리보다도 길다.

제62의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)에 매설되고, 상기 희토류 자석과 상기 로터 코어의 측면의 사이에 고열 전도성 수지(24)를 설치한다.

제63의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)에 매설되고, 상기 희토류 자석과 상기 로터 코어의 측면의 사이에 다이캐스트에 의해 알루미늄이 설치된다.

제64의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 압축기(30;30A, 30R)에 흐르는 상기 냉매의 동선은, 상기 희토류 자석에 접하는 냉매 통로(30R)와 대략 평행을 나타낸다.

제65의 발명은, 제64의 발명에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 상기 로터(14)는 상기 희토류 자석(14MR)을 매설해 상기 회전축(Q)에 평행하게 연장되어 있는 로터 코어(140R)를 더 가지고, 상기 로터 코어에는 상기 희토류 자석의 상기 로터 코어의 측면측 단부를 노출시키는 공극(142)이 설치되고, 상기 냉매는 상기 공극을 흐른다.

제66의 발명은, 제64의 발명에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 상기 로터(14R)는, 상기 희토류 자석(14MR)을 노출하여 배치하는 로터 코어(140R)를 더 가지고, 상기 냉매는, 상기 래디얼 갭형 모터의 에어 갭(10G)을 흐른다.

제67의 발명은, 제65 또는 제66의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 압축기(30;30A, 30R)는, 토출 포트(42)를 구비한 압축 기구부(36)를 가지고, 상기 회전축(Q) 방향을 법선으로 하는 면내에 있어서의 상기 회전축에서 상기 토출 포트까지의 거리는, 상기 면내에 있어서의 상기 회전축에서 상기 냉매의 통로까지의 거리 이하이다.

제68의 발명은, 제1 내지 제29의 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 샤프트(12)는 상기 회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 관통공(12H)을 나타내고, 상기 관통공은 상기 로터(14)의 내부를 관통하는 방향으로 향해 분기하고 있다.

제69의 발명은, 회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 샤프트(12)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하며, 상기 둘레방향으로 교대로 극성이 다른 자극을 나타내는 로터(14C)와, 상기 자극에 계자자속을 공급하는 희토류 자석(14N, 14S;14N1, 14S1)과, 상기 회전축 방향에 있어서 상기 로터와 대향해 전기자 코일(16CA)을 가지는 제1 스테이터(16A)와, 상기 제1 스테이터와는 반대측으로부터 상기 로터와 대향하는 자성판과, 상기 계자자속을 조정하는 계자조정 코일(16F)을 가지는 제2 스테이터(402)를 구비한 모터(10C)를 이용해 냉매를 압축하고, 난방운전 및 냉방운전이 가능한 공기 조화기(100)이며, 상기 난방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 회전해 상기 냉매를 압축하는 난방 고부하 운전의 경우에는, 상기 계자조정 코일에 고조파 전류를 흐르게 해 상기 희토류 자석을 유도 가열하고, 상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 회전해 상기 냉매를 압축하는 냉방 고부하 운전의 경우에는, 상기 계자조정 코일에 전류를 흐르게 해 상기 계자자속을 약하게 한다.

제70의 발명은, 제69의 발명에 있어서, 상기 희토류 자석(14N, 14S)은 상기 둘레방향으로 교대로 극성이 다른 자극을 나타내고 상기 로터(14C)에 복수 설치된다.

제71의 발명은, 제69의 발명에 있어서, 상기 로터(14C)는, 상기 희토류 자석(14N)으로부터 N극의 계자자속을 받아 상기 회전축(Q)의 주위에 설치된 제1 자성환(14NR)과, 상기 희토류 자석(14S)으로부터 S극의 계자자속을 받아 상기 회전축의 주위에 설치된 제2 자성환(14SR)과, 상기 제1 스테이터(16A)에 대향해 상기 둘레방향으로 환형상으로 복수 배치되고, 상기 제1 자성환에 의해 서로 자기적으로 연결되고, 상기 제2 자성환과 자기적으로 분리되는 제1 자성판(14NB)과, 상기 제1 스테이터에 대향해 상기 둘레방향으로 환형상으로 복수 배치되고, 상기 제2 자성환에 의해 서로 자기적으로 연결되고, 상기 제1 자성환과 자기적으로 분리되는 제2 자성판(14SB)을 가진다.

제72의 발명은, 제71의 발명에 있어서, 상기 희토류 자석은 상기 제1 자성환(14NR)에 상기 N극의 계자자속을 공급하는 제1 자극면(14NP)을 나타내는 제1 자석(14N1)과, 상기 제2 자성환(14SR)에 상기 S극의 계자자속을 공급하는 제2 자극면(14SP)을 나타내는 제2 자석(14S1)을 가지고, 상기 로터(14C)에 설치된다.

제73의 발명은, 제71의 발명에 있어서, 상기 희토류 자석(14N1, 14S1)은, 상기 제1 자성환에 상기 N극의 계자자속을 공급하는 제1 자극면과, 상기 제2 자성환에 상기 S극의 계자자속을 공급하는 제2 자극면을 가지고, 상기 제2 스테이터(402)에 설치된다.

제74의 발명은, 회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 샤프트(12)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능한 복수의 희토류 자석(14MA, 14MR)을 가지는 로터(14A, 14R)와, 상기 로터와 대향하는 전기자 코일(16CA, 16CR)을 가지는 스테이터(16A, 16R)를 가지는 모터(10A, 10R)를 탑재해 냉매를 압축하는 압축기(30;30A, 30R)를 구비하고, 난방운전 가능한 공기 조화기(100)이며, 상기 희토류 자석과 근접하는 보조 코일(18)을 더 구비하고, 상기 난방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 난방 고부하 운전의 경우에는, 상기 보조 코일에 고조파 전류를 흘려 상기 희토류 자석을 유도 가열한다.

제75의 발명은, 제74의 발명에 있어서, 상기 모터(10A)는 액시얼 갭형 모터이고, 상기 보조 코일(18)은 상기 로터(14A)의 외주측에 배치된다.

제76의 발명은, 제74의 발명에 있어서, 상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고, 상기 보조 코일(18)은 상기 로터(14A)의 상기 회전축(Q) 방향의 단부에서 상기 희토류 자석(14MA)에 근접하여 설치된다.

제77의 발명은, 제74의 발명에 있어서, 상기 모터(10A)는 액시얼 갭형 모터이고, 상기 스테이터(16A)는 상기 회전축(Q) 방향에서 상기 로터(14A)를 사이에 두어 한 쌍 설치되고, 하나의 상기 스테이터는, 전기자 코일(16CA)이 설치된 스테이터 코어(160A)를 가지고, 다른 상기 스테이터는, 상기 로터측에 상기 보조 코일(18)이 설치된 스테이터 코어를 가진다.

제1의 발명에 의하면, 희토류 자석의 잔류 자속밀도를 유도 가열로 약하게 함으로써 고속 운전을 가능하게 하고, 희토류 자석 부근에 냉매를 흘림으로써 냉매 온도가 상승한다. 이로 인해 고부하시의 난방운전에 이바지할 수가 있다.

제2의 발명에 의하면, 냉방 고부하 운전시에는 전류 위상 진행에 의한 약한 자속 제어를 행하므로, 냉매 온도를 너무 높이지 않고 모터의 회전수를 빠르게 할 수 있다.

제3의 발명에 의하면, 냉방 고부하 운전시에는 모터에 인가하는 전압을 높이므로, 냉매 온도를 너무 높이지 않고 모터의 회전수를 빠르게 할 수 있다.

제4의 발명에 의하면, 난방운전시의 듀티를 작게 하고, DC 링크부의 전압을 높게 함으로써 전류의 고조파 성분이 증가해, 유도 가열에 이바지한다.

제 5 및 제6의 발명에 의하면, 전기자 코일에 흐르는 전류의 고조파 성분을 높여, 유도 가열에 이바지한다.

제7의 발명에 의하면, 전기자 코일에 흐르는 전류의 고조파 성분을 더욱 높인다.

제8의 발명에 의하면, 고조파 전류의 주파수를 높여, 유도 가열에 이바지한다.

제9의 발명에 의하면, 유기전압을 계측함으로써, 당해 유기전압과 모터의 회전수의 관계로부터 계자자속을 어림잡을 수 있어, 이로 인해 가열감자를 해도 센서리스 운전할 수 있다.

제10의 발명에 의하면, 유기전압의 극대치 근방에서 무통전 구간을 설치하므로, 계자자속의 견적 오차의 발생을 회피 또는 억제할 수 있다.

제11의 발명에 의하면, 계자자속의 어림잡음의 오차 발생을, 보다 효과적으로 회피 또는 억제할 수 있다.

제12의 발명에 의하면, 보다 확실히 무통전 구간을 설치할 수 있다.

제13의 발명에 의하면, 유기전압의 계측에 의해 희토류 자석의 온도를 추정할 수 있다. 따라서, 해당 유기전압이 미리 정해진 역치 이상으로 저하했을 경우에 유도 가열을 정지함으로써, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제14의 발명에 의하면, 냉매의 온도로부터 희토류 자석의 온도를 추정할 수 있으므로, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

토크 지령치에 대응해 전기자 코일에 공급되는 전류는, 계자자속이 작아질수록 증대하므로, 제15의 발명에 의하면, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제16의 발명에 의하면, 전기자 코일의 온도로부터 희토류 자석의 온도를 추정할 수 있으므로, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제17의 발명에 의하면, 과잉의 유도 가열을 회피 또는 억제하고, 이로 인해 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

기동시에 희토류 자석이 감자하고 있으면 계자자속이 저하해, 압축기의 동작이 불안정하게 된다. 또, 기동 직전에 불가역감자가 일어나기 직전이었을 경우도 생각할 수 있다. 제18의 발명에 의하면, 순간 정지 복귀 후에는 유도 가열을 행하지 않음으로써, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제19의 발명에 의하면, 압축기의 동작을 안정시킬 수 있다.

제20의 발명에 의하면, 유도 가열을 해도 전기자의 과열을 회피 또는 억제할 수 있다.

제21의 발명에 의하면, 유도 가열을 행해도 스테이터의 과열을 회피 또는 억제할 수 있다.

제22의 발명에 의하면, 스테이터 코어의 철손이 작다.

제23의 발명에 의하면, 스테이터를 방열하고, 이로 인해 그 과열을 회피 또는 억제할 수 있다.

제24의 발명에 의하면, 스테이터가 냉각되고, 이로 인해 그 과열을 회피 또는 억제할 수 있다.

제25의 발명에 의하면, 티스를 가지지 않으므로, 로터를 효율적으로 유도 가열할 수 있다.

제26의 발명에 의하면, 공심 코일을 채용하기 쉽다.

제27 및 제28의 발명에 의하면, 공심 코일의 성형이 용이하고, 로터를 효율적으로 가열할 수 있다.

제29의 발명에 의하면, 전기자의 과열을 회피 또는 억제할 수 있다.

제30의 발명에 의하면, 로터 코어에 저해되지 않고 효율적으로 희토류 자석을 가열할 수 있다.

제31의 발명에 의하면, 로터에 설치된 희토류 자석을 효율적으로 가열할 수 있다.

제 32 및 제33의 발명에 의하면, 코일 엔드의 정형이 용이하다.

제 34 및 제35의 발명에 의하면, 제32의 발명의 모터의 제조가 용이하다.

제 36 및 제37의 발명에 의하면, 제31의 발명의 모터의 제조가 용이하다.

제38의 발명에 의하면, 압축기의 제조가 용이하다.

제39의 발명에 의하면, 코일 엔드의 정형이 용이하다.

제40의 발명에 의하면, 자석을 효율적으로 가열할 수 있다.

제41의 발명에 의하면, 절연의 연면거리를 신장할 수 있다.

제42의 발명에 의하면, 단판을 이용해 제1 전자강판의 적층을 유지하면서, 희토류 자석을 효율적으로 유도 가열할 수 있다.

제43의 발명에 의하면, 로터 코어의 단판으로서 희토류 자석보다 열용량이 작은 재질을 채용하므로, 단판을 이용해도 희토류 자석을 가열할 수 있다.

제44의 발명에 의하면, 로터 코어에 열이 확산되는 것을 회피 또는 억제해, 희토류 자석을 효율적으로 가열할 수 있다.

제45의 발명에 의하면, 효율적으로 희토류 자석을 가열할 수 있다.

제46 내지 제48의 발명에 의하면, 코일 엔드의 정형이 용이하다.

제49의 발명에 의하면, 전기자 코일이 로터에 설치된 희토류 자석에 가까워지므로, 효율적으로 자석을 가열할 수 있다. 게다가 스테이터를 외주측에서 유지하고 있으므로, 용기의 재질로서 적절한 열용량을 가지는 재질을 채용하면 스테이터의 열을 방열할 수 있다.

제50의 발명에 의하면, 회전축 방향을 법선으로 하는 면내에서 당해 회전축을 중심으로 한 반경 방향의 자속의 언밸런스를 해소할 수 있다.

제51의 발명에 의하면, 제49의 발명에 의한 코일 엔드의 구부러짐에 의한 저항을 저감 할 수 있다.

제52의 발명에 의하면, 효율적으로 희토류 자석을 가열할 수 있다.

제53의 발명에 의하면, 가열 효율을 손상하지 않고, 희토류 자석을 원심력에 저항해 유지할 수 있다.

제54의 발명에 의하면, 희토류 자석의 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제55의 발명에 의하면, 희토류 자석의 배치가 용이하다.

제56의 발명에 의하면, 다른 자석체가 스테이터로부터 떨어져서 위치하므로, 그 불가역감자를 보다 효과적으로 회피 또는 억제할 수 있다.

제57의 발명에 의하면, 하나의 자석체로부터 다른 자석체로의 열전도가 저지되어 희토류 자석의 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

제 58 및 제59의 발명에 의하면, 열전도의 저지와 자석체끼리의 고정을 겸용할 수 있다.

제60의 발명에 의하면, 공극을 통과하는 냉매 혹은 통풍에 의해, 자석체를 냉각할 수 있다.

제61의 발명에 의하면, 스테이터에 가까운 측에서 복수의 자석체의 단점이 존재하므로, 유도 가열의 효과가 자석에 일어나기 쉽다.

제62의 발명에 의하면, 희토류 자석과 로터 코어의 열전도성을 높여, 이로 인해 희토류 자석을 효율적으로 가열할 수 있다.

제63의 발명에 의하면, 희토류 자석과 로터 코어의 열전도성을 높여, 이로 인해 희토류 자석을 효율적으로 가열할 수 있다.

제64의 발명에 의하면, 희토류 자석의 열을 유효하게 냉매로 회수할 수 있다.

제65의 발명에 의하면, 공극이, 희토류 자석의 자속이 로터 코어 내에서 단락적으로 흐르는 것을 막는 자기 장벽으로서 기능함과 더불어, 냉매가 희토류 자석의 열을 회수하는 통로로서도 기능한다.

제66의 발명에 의하면, 희토류 자석의 열을 유효하게 회수할 수 있다.

제67의 발명에 의하면, 냉매를 효율적으로 희토류 자석 근방으로 이끌 수 있어, 이로 인해 희토류 자석의 열의 효율적인 회수에 이바지한다.

제68의 발명에 의하면, 희토류 자석의 열을 유효하게 회수할 수 있다. 또, 유분리에 이바지한다.

제69 내지 제73의 발명에 의하면, 전기자 코일을 가지는 제1 스테이터와, 자성판을 가지는 제2 스테이터의 사이에 자극을 나타내는 로터가 설치되므로, 스러스트력을 저감할 수 있다. 또, 계자조정 코일을 계자조정에 제공할 뿐만 아니라 유도 가열에도 제공할 수 있다.

제74 내지 제76의 발명에 의하면, 보조 코일에 고조파 전류를 흘림으로써 희토류 자석을 가열할 수 있다.

제77의 발명에 의하면, 로터와 한 쌍의 스테이터의 사이에서 작용하는, 회전축 방향의 힘이 상쇄된다. 게다가 보조 코일에서 하나의 스테이터까지의 사이에 유도 가열의 대상이 되는 희토류 자석을 가지는 로터가 개재하므로, 하나의 스테이터를 불필요하게 가열하는 것을 회피할 수 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면과에 의해, 보다 명백하게 된다.

도 1은 공기 조화기의 난방운전시의 냉매의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 2는 공기 조화기의 냉방운전시의 냉매의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 3은 액시얼 갭형 모터의 일부의 분해 사시도이다.
도 4는 액시얼 갭형 모터를 탑재한 압축기의 단면도이다.
도 5는 전원과 모터의 접속을 나타낸 도면이다.
도 6은 PWM 인버터 출력 신호의 듀티와 DC 링크부 전압의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 정현파 전류와 과변조 전류를 나타낸 전류 파형도이다.
도 8은 정현파 전류와 구형파 전류를 나타낸 전류 파형도이다.
도 9는 구형파 전류와 고조파 전류를 나타낸 전류 파형도이다.
도 10은 토크 지령치에 의거해 불가역감자를 회피하는 기법을 설명한 개념도이다.
도 11은 전원과 모터의 접속을 나타낸 도면이다.
도 12는 압축기의 단면도이다.
도 13은 액시얼 갭형 모터를 떼어낸 압축기의 단면도이다.
도 14는 코어 리스 스테이터를 채용한 액시얼 갭형 모터의 분해 사시도이다.
도 15는 래디얼 갭형 모터의 일부의 분해 사시도이다.
도 16은 SPM 모터의 로터의 평면도이다.
도 17은 IPM 모터의 로터의 평면도이다.
도 18은 래디얼 갭형 모터를 탑재한 압축기의 단면도이다.
도 19는 IPM 로터의 평면도이다.
도 20은 SPM 로터의 평면도이다.
도 21은 압축 기구부측으로부터 모터측을 보았을 때의 상단판을 나타낸 도면이다.
도 22는 래디얼 갭형 모터에 있어서의 샤프트 및 로터의 단면도이다.
도 23은 액시얼 갭형 모터에 있어서의 샤프트 및 로터의 단면도이다.
도 24는 코일 엔드를 회전축으로 향해 돌출시킨 경우의 압축기의 일부의 단면도이다.
도 25는 로터가 2극의 경우의 래디얼 갭형 모터의 평면도이다.
도 26은 래디얼 갭형 모터의 단면도이다.
도 27은 도 22의 로터의 단면도이다.
도 28은 액시얼 갭형 모터의 측면도이다.
도 29는 액시얼 갭형 모터의 측면도이다.
도 30은 액시얼 갭형 모터의 측면도이다.
도 31은 IPM 로터의 분해 사시도이다.
도 32는 IPM 로터의 평면도이다.
도 33은 IPM 로터의 평면도이다.
도 34는 액시얼 갭형 모터의 분해 사시도이다.
도 35는 도 34의 로터를 부분적으로 나타낸 단면 사시도이다.
도 36은 도 34의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 37은 도 34의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 38은 도 37의 일부를 나타낸 도면이다.
도 39는 액시얼 갭형 모터의 로터의 단면도이다.
도 40은 래디얼 갭형 모터의 로터의 단면도이다.
도 41은 비코일 스테이터를 가지는 액시얼 갭형 모터의 단면도이다.

본 발명의 기본적인 사상은, 계자를 발생시키는 영구자석의 가열감자를 이용한다. 일반적으로 영구자석은 열을 받아 잔류 자속밀도가 저하하는 성질을 가진다. 자석을 가열함으로써 잔류 자속밀도를 저하시켜 모터의 회전수를 향상시킨다.

압축기에 탑재되는 모터의 출력 한계 속도의 식은, 이하와 같이 나타난다.

즉,

단,

ωc: 출력 한계 속도(전기 각속도),

Vom: =Vam―Ra·Iam,

Vam: 전압 제한치···인버터의 출력 가능한 최대 전압,

Ra: 전기자 코일 저항,

Iam: 전류 제한치···연속 운전에서는 모터의 정격 전류에 상당,

Ψa: ={

}Ψf=(

)Ψe,

Ψf: 1상 당의 영구자석에 의한 전기자 쇄교자속의 최대치,

Ψe: 영구자석에 의한 전기자 쇄교자속의 실효치,

Ld: d축 유도계수

여기서 d축과는 모터의 회전자의 자극 방향을 나타내고, 이에 직교하는 방향을 q축으로 한다.

즉, 전류 위상을 필요 이상으로 진행하지 않고(토크를 최대로 하는 정도로) 제어했다고 해도, 잔류 자속밀도가 저하하면 Ψa가 저하해, 이로 인해 동작점 자속밀도가 저하해 전기 각속도 ωc는 커진다. 즉, 불안정하게 되는 전류 위상의 진상을 수반하지 않고 고속 회전이 가능해진다.

그리고 자석의 열이 냉매에 회수되므로 난방의 열에 이용할 수 있다. 이러한 기술에서는 모터의 운전을 고속으로 하고, 또한 냉매가 열을 회수하므로, 필요한 최대 난방능력에 대해서 통상 필요하게 되는 압축기의 최대 능력에 비해, 최대 능력이 작은 모터로 압축기를 구동한다.

도 1은 공기 조화기의 난방운전시의 냉매 회로 중의 냉매의 흐름을 나타낸 모식도이며, 도 2는 공기 조화기의 냉방운전시의 냉매 회로중의 냉매의 흐름을 나타낸 모식도이다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서는, 냉매 회로 내에서 상대적으로 압력이 높은 개소를 실선으로 나타내고, 상대적으로 압력이 낮은 개소를 일점쇄선으로 나타내고 있다.

공기 조화기(100)는 실외 유닛(200)과 실내 유닛(300)으로 크게 나눌 수 있다.

난방운전시에는, 실외 유닛(200)이 가지는 압축기(30)로 압축된 냉매(가스 냉매)가 당해 냉매의 경로를 변환하는 사방밸브(202) 및 가스 폐쇄밸브(204)를 경유해 실내 유닛(300)으로 보내진다.

실내 유닛(300)은 열교환기(302)를 가지고 있다. 난방운전시의 열교환기 (302)는, 압축기(30)에 있어서 압축되는 냉매의 응축기로서 기능하고, 응축된 냉매(액냉매)는 실외 유닛(200)측에 설치되는 액폐쇄밸브(206) 및 전동 팽창밸브(208)를 경유해 열교환기(210)로 보내진다.

난방운전시의 열교환기(210)는, 열교환기(302)에 있어서 응축된 액냉매의 증발기로서 기능하고, 증발한 냉매는 사방밸브(202)를 경유해 압축기(30)로 돌아온다. 난방운전시는 상기의 사이클을 반복한다.

즉 난방운전시에는, 실내 유닛(300)의 열교환기(302)에 고온 고압의 가스 냉매가 이끌려 실내의 공기와 열교환된다. 가스 냉매는 응축되어 실내의 공기 온도를 상승시켜, 응축된 냉매(액냉매)가 되고 전동 팽창밸브(208)에서 단열 팽창해 저온 저압이 되고, 그 후, 냉매는 기액상태가 된다. 냉매는 실외 유닛(200)의 열교환기(210)에 이끌려 바깥 공기와 열교환한 결과, 가스 냉매가 되어 압축기(30)에 흡입된다.

냉방운전시에는, 압축기(30)로 압축된 가스 냉매가 사방밸브(202)를 경유해 열교환기(210)로 보내진다. 냉방운전시의 열교환기(210)는, 압축기(30)에 있어서 압축되는 가스 냉매의 응축기로서 기능하고, 응축된 액냉매는 전동 팽창밸브(208) 및 액폐쇄밸브(206)를 경유해 열교환기(302)로 보내진다.

냉방운전시의 열교환기(302)는, 열교환기(210)에 있어서 응축된 액냉매의 증발기로서 기능하고, 증발한 가스 냉매는 가스 폐쇄밸브(204) 및 사방밸브(202)를 경유해 압축기(30)로 돌아온다. 냉방운전시는 상기의 사이클을 반복한다.

즉 냉방운전시에는, 실외 유닛(200)의 열교환기(210)에 고온 고압의 가스 냉매가 이끌려 바깥 공기와 열교환되어 액화한다. 액냉매는 전동 팽창밸브(208)에서 단열 팽창해 저온 저압이 되고, 그 후 기액상태가 된다. 냉매는 실내 유닛(300)의 열교환기(302)에 이끌려 실내의 공기와 열교환되어, 실내의 공기 온도를 저하시킨다. 그 결과, 냉매는 기화해 압축기(30)에 흡입된다.

통상, 실외 유닛(200)의 열교환기(210)의 열교환 단면적은, 실내 유닛(300)의 열교환기(302)의 열교환 단면적보다도 크다. 그 때문에, 난방운전시에는, 실외 유닛(200)을 흐르는 냉매와 실내 유닛(300)을 흐르는 냉매의 사이에 소정의 온도차가 필요하다. 이러한 온도차를 담보하기 위해서는 실외 유닛(200)을 흐르는 냉매와 실내 유닛(300)을 흐르는 냉매의 사이에 소정의 압력차가 필요하다. 따라서, 냉방운전시보다도 난방운전시가, 압축기(30)에 탑재되는 모터의 부하가 크다. 즉, 난방운전시에 모터가 최대 회전 속도를 발휘한다.

압축기(30)에는 모터가 탑재되어 있고, 당해 모터는 액시얼 갭형과 래디얼 갭형으로 분류 된다.

이하에서는, 우선 본 발명의 제1 실시형태로서, 압축기(30)가 액시얼 갭형의 모터를 탑재했을 경우를 예로 도면을 참조하면서 설명하고, 다음에 본 발명의 제2 실시형태로서, 압축기(30)가 래디얼 갭형의 모터를 탑재했을 경우를 예로 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 제1 및 제2 실시형태의 변형예를 나타낸다. 또한, 도 1을 비롯한 이하의 도면에는, 본 발명에 관계하는 요소만을 나타낸다.

〈제1 실시형태〉

〈액시얼 갭형 모터(10A)의 구성〉

도 3은 액시얼 갭형 모터(10A)의 분해 사시도이며, 회전축 Q를 따라 분해해 나타내고 있다. 액시얼 갭형 모터(10A)는 예를 들면, 계자자인 로터(14A)와 전기자인 스테이터(16A) 및 자성체(400)를 구비하고 있다. 실제의 구성에서는, 로터 (14A)는 회전축 Q방향에서 약간의 공극을 통해 스테이터(16A)와 자성체(400)에 끼워진다.

로터(14A)는 희토류 자석(14MA)과, 희토류 자석(14MA)의 스테이터(16A)측을 덮는 로터 코어(140A)를 가지고 있다. 희토류 자석(14MA)은 회전축 Q의 주위에서 환형상으로 배치되고, 로터 코어(140A)는 비자성체로 이루어지는 유지패널(도시 생략)을 통해 샤프트(12)(도 4 참조)를 유지하는 구멍(14HA)이 회전축 Q근방에 설치되어 있다. 희토류 자석(14MA)과 로터 코어(140A0는 자극마다 독립하기 때문에, 수지 등의 비자성체로 일체화될 필요가 있다. 이것은, 상술한 유지패널과 겸용한다.

스테이터(16A)는, 스테이터 코어(160A)와 그에 유지되는 티스(16TA) 및 전기자 코일(16CA)을 가지고 있다.

스테이터 코어(160A)는 회전축 Q방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있고, 로터(14A)에 유지되는 샤프트(12)를 관통시키는 구멍(16HA)이 설치되어 있다. 또한, 구멍(16HA)에 베어링을 설치해 로터(14A)를 유지해도 된다.

티스(16TA)는 스테이터 코어(160A)의 회전축 Q를 법선으로 하는 주면 중, 로터(14A)와 대향하는 측의 주면에 있어서 회전축 Q의 주위에서 환형상으로 배치되고, 전기자 코일(16CA)이 감겨지는 심으로서 기능한다.

전기자 코일(16CA)은, 티스(16TA)에 절연체(도시 생략)를 통해 감겨진다. 또한, 본원에서 특별히 미리 알리지 않는 한, 전기자 코일(16CA)은, 이것을 구성하는 도선의 한 줄 한 줄을 가리키는 것이 아니라, 도선이 한 묶음으로 감겨진 양태를 가리키는 것으로 한다. 이것은 도면에 있어서도 동일하다. 또, 감기 시작하는 부분 및 감기가 끝나는 부분의 인출선 및 이들의 결선도 도면에 있어서는 생략했다.

자성체(400)는 코일을 가지지 않는 스테이터로 파악할 수 있다. 예를 들면, 샤프트(12)를 관통시키는 구멍(400H)이 회전축 Q근방에 설치되어 있다. 로터 (14A)와 자성체(400)의 사이에는 자기적인 흡인력이 작용하므로, 로터(14A)와 스테이터(16A)의 사이에 작용하는 스러스트력을 캔슬할 수 있다. 스러스트력은, 샤프트(12)를 지지하는 베어링(도시 생략)에 작용하므로, 스러스트력을 캔슬함으로써 베어링 손실을 저감할 수 있다. 또한, 자성체(400)를, 스테이터(16A)와 같은 구성으로 치환해서, 양측의 스테이터를 더불어 전기자라고 해도 된다.

〈압축기(30A)의 구성〉

도 4는 압축기(30A)의 단면도이다. 압축기(30A)는, 액시얼 갭형 모터(10A)와 용기(32)와 압축 기구부(36)를 구비하고 있다. 단, 액시얼 갭형 모터(10A)에 대해서는 측면을 나타내고 있다. 압축 기구부(36)는 용기(32) 내에 배치되고, 용기(32) 내 또는 압축 기구부(36)의 상측에 액시얼 갭형 모터(10A)가 배치된다. 그리고 압축 기구부(36)는, 샤프트(12)를 통해 액시얼 갭형 모터(10A)에 의해 구동된다.

용기(32)의 하측 측방에는 흡입관(41)이 접속되는 한편, 용기(32)의 상측에는 토출관(42)이 접속되어 있다. 흡입관(41)으로부터 공급되는 냉매는, 압축 기구부(36)로 이끌린다. 흡입관(41) 및 토출관(42)도, 도 4에 있어서는 그 측면이 나타나 있다.

용기(32) 내측에 스테이터 코어(160A) 및 자성체(400)의 외주측이 고정되고, 액시얼 갭형 모터(10A)가 고정된다. 샤프트(12)의 하단측이 압축 기구부(36)에 연결되어 있다.

압축 기구부(36)는, 실린더 형상의 본체부(70)와, 상단판(71T) 및 하단판 (71B)을 구비한다. 상단판(71T) 및 하단판(71B)은, 각각 본체부(70)의 개구측의 상측과 하측에 부착된다. 샤프트(12)는, 상단판(71T) 및 하단판(71B)을 관통하고, 본체부(70)의 내부에 삽입되어 있다.

샤프트(12)는, 압축 기구부(36)의 상단판(71T)에 설치된 베어링(72T)과, 압축 기구부(36)의 하단판(71B)에 설치된 베어링(72B)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 본체부(70) 내의 샤프트(12)에는 크랭크 핀(73)이 설치된다. 크랭크 핀 (73)에는 피스톤(74)이 끼워맞춰져 구동된다. 피스톤(74) 및 이에 대응하는 실린더의 사이에 형성된 압축실(75)에서, 냉매가 압축된다. 피스톤은 편심한 상태로 회전자, 또는 공전 운동을 행하고, 압축실(75)의 용적을 변화시킨다.

액시얼 갭형 모터(10A)가 회전함으로써, 압축 기구부(36)가 구동되면, 흡입관(41)으로부터 압축 기구부(36)에 냉매가 공급되고, 압축 기구부(36)(특히 압축실 (75))에서 냉매를 압축한다. 압축 기구부(36)에서 압축된 고압 냉매는, 압축 기구부(36)의 토출 포트(43)에서 용기(32) 내로 토출된다. 또한 고압 냉매는, 샤프트( 12)의 주위에 설치된 홈(도시 생략), 로터(14A) 및 스테이터(16A)의 내부를 회전축 Q방향으로 관통하는 구멍(도시 생략), 스테이터(16A) 및 로터(14A)의 외주부와 용기(32)의 내면의 사이의 공간 등을 지나, 액시얼 갭형 모터(10A)의 상부 공간에 옮겨진다. 그 후, 토출관(42)을 통해 용기(32)의 외부로 토출된다.

〈공기 조화기의 운전 방법〉

도 5는 전원(PS)과 모터(10A)의 접속을 나타낸 도면이다. 공기 조화기(100)가 구비하는 압축기(30)에 탑재되는 모터(10A), 특히 전기자 코일(16CA)에는 전원 (PS)으로부터 인버터(50)를 통해 전류가 공급된다. 구체적으로는 우선, 전원(PS)으로부터 공급되는 교류를 컨버터(52)가 직류로 변환하고, 컨버터(52)로부터 얻어지는 직류를 PWM 인버터(54)가 교류로 변환해 전기자 코일(16CA)에 공급한다. 컨버터(52)와 PWM 인버터(54)는 DC 링크부(56)에서 접속되어 있다. 전원(PS)은 3상이어도 되고, 단상이어도 된다.

상술과 같은 모터(10A)에 있어서, 난방운전시의 최고 회전수, 또는 미리 정해진 회전수 이상의 부하 영역(이하, 「난방 고부하 운전」이라고 칭한다)에서 희토류 자석(14MA)을 가열감자하고, 상대적으로 모터(10A)에 인가하는 전압을 상승시킨다. 구체적으로는, 희토류 자석(14MA)을 가열하면 희토류 자석(14MA)의 잔류 자속밀도가 저하해, 동작점 자속밀도도 저하한다. 그러면, 액시얼 갭형 모터(10A)의 유기전압이 DC 링크부(56)의 전압에 비해 충분히 작아지기 때문에, 보다 고속으로 의 운전이 가능해진다. 환언하면, 희토류 자석(14MA)의 잔류 자속밀도를 유도 가열로 약하게 함으로써 고속 운전을 가능하게 한다.

자석을 가열하는 방법으로서는 유도 가열(IH;Induction Heating)이 알려져 있다. 유도 가열에 있어서는, 희토류의 소결 자석(특히 네오디뮴계 소결 자석)의 도전율이 높고, 내부에 와전류가 발생하기 쉽다. 한편, 로터 코어(140A)나 스테이터 코어(160A)는 철손을 저감하기 위해서, 적층강판이나 압분철심으로 형성되는 것이 많고, 와전류는 발생하기 어렵다. 따라서, 희토류 자석(14MA)은 로터 코어 (140A)나 스테이터 코어(160A) 이상으로 발열하기 쉽다.

희토류 소결 자석은, 고온에서 불가역감자가 발생하는데, 모터는 통상, 기동 불량이나 오일 공급 중단 등에 의한 로크시의 불가역감자를 상정해 설계되어 있다. 따라서 안정되게 운전하고 있을 때는, 감자에 대해서 비교적 여유가 있다. 반대로, 약한 계자 제어 때문에 불안정한 진각을 하는 경우에는, 탈조하기 쉬워지기 때문에 불가역감자에 민감하게 된다.

그래서, 난방 고부하 운전시에 있어, 유도 가열에 의해 희토류 자석(14MA)을 가열한다. 또한, 희토류 자석(14MA)보다도 저온인 냉매를 희토류 자석(14MA)근방에 흘림으로써 냉매 온도를 상승시키므로 난방운전에 이바지한다. 예를 들면, 종래와 동일한 난방능력을 실현하려고 하면, 그 열의 양만큼 압축기(30)의 능력을 작게 할 수 있다. 따라서, 장시간 운전하는 저부하 운전에 대해서, 난방 고부하 운전시의 액시얼 갭형 모터(10A)의 부하가 그다지 커지지 않기 때문에, 저부하 운전시의 모터효율, 나아가서는 압축기(30)의 압축 효율이 향상한다.

냉방운전시에는, 전류 위상 진행에 의해 계자를 약하게 해 냉방운전시의 모터(10A)의 최고 회전수, 또는 미리 정해진 회전수 이상의 부하 영역(이하, 「냉방 고부하 운전」이라고 칭한다)에서의 운전을 행한다. 또는 냉방 고부하 운전시에는, DC 링크부(56)의 전압을 승압시켜도 된다.

〈가열감자의 기법〉

〈전류 파형〉

희토류 자석(14MA)을 가열감자하기 위해서 전기자 코일(16CA)에 공급되는 전류는 이하와 같이 하는 것이 바람직하다.

난방 고부하 운전시의 가열감자는, 예를 들면, 전기자 코일(16CA)에 고조파 전류를 중첩함으로써 실현될 수 있다. 구체적인 예를 들면, PWM 인버터의 캐리어 주파수보다 충분히 높은 주파수의 전류를 중첩하면 된다. 또는, 난방 고부하 운전시의 PWM 인버터(54)의 출력 신호의 듀티를, 냉방 고부하 운전시의 PWM 인버터(54)의 출력 신호의 듀티보다도 작게하기 위해서, 난방 고부하 운전시의 DC 링크부(56)의 전압을, 냉방 고부하 운전시의 DC 링크부(56)의 전압보다도 높게 하면 된다. 즉, 난방운전시의 듀티를 작게하기 위해, DC 링크부(56)의 전압을 높게 함으로써, 전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류의 고조파 성분이 증가하고, 유도 가열에 이바지한다.

도 6은 PWM 인버터(54)의 출력 신호의 듀티(이 도면(a))와 전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류(이 도면(b))의 관계를 나타낸 도면이다. PWM 인버터(54)의 출력 신호의 듀티가 큰 경우(도면에서 쇄선으로 나타낸다)와, 작은 경우(도면에서 실선으로 나타낸다)를 비교하면, 후자의 경우가, 전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류의 전류 파형에 급준한 피크가 나타난다. 이것은 당해 전류의 고조파 성분이 증가한 것을 나타내고 있다. 단, DC 링크부(56)의 전압이 낮은 상태로는 당해 피크도 작기 때문에, 난방 고부하시에 PWM 인버터(54)의 출력 신호의 듀티를 작게 하는 경우에는, DC 링크부(56)의 전압을 높이는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에서는, 희토류 자석(14MA)의 스테이터(16A)측에 로터 코어(140A)가 있는데, 희토류 자석(14MA)을 스테이터(16A)측에 노출시켜도 되고, 그 경우에는 보다 효율적으로 희토류 자석(14MA)을 유도 가열할 수 있다.

도 7은 정현파 전류(SC1)와 과변조 전류(MC1)를 가리키는 전류 파형도이다. 난방 고부하 운전시에는, PWM 인버터(54)에 있어서 과변조해 출력되는 과변조 전류 (MC1)를 전기자 코일(16CA)에 공급한다. 난방 고부하 운전시 이외의 때(이하, 「정상 운전시」라고 칭한다)에는 정현파 전류(SC1)를 전기자 코일(16CA)에 공급한다. 과변조 전류(MC1)는 구형파에 가까워지고 크게 비뚤어지므로, 전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류에 고조파 전류가 중첩되고 있다고 파악할 수 있다. 또한, 액시얼 갭형 모터(10A)의 전원(PS)은 예를 들면 U상, V상, W상의 3상 교류 전원이 채용되기 때문에, 전류 파형도는 각 상에서 다르지만, 도 7에서는 하나의 상에 대해서만 나타내고 있다.

도 8은 정현파 전류(SC2)와 구형파 전류(BC2)를 나타낸 전류 파형도이다. 도 8에 있어서도 도 7과 동일하게 하나의 상에 대한 전류 파형도를 나타내고 있다. 난방 고부하 운전시에는, 구형파 전류(BC2)를 전기자 코일(16CA)에 공급한다. 정상 운전시에는 정현파 전류(SC2)를 전기자 코일(16CA)에 공급한다. 구형파 전류(BC2)는 과변조 전류(MC1)보다도 고조파 성분이 커지므로, 유도 가열에는 보다 바람직하다. 또한, 도 7 또는 도 8과 같이 정상 운전시에 정현파 전류를 공급하는 경우에는, 전류 파형과 자속 파형이 일치하는 전류 제어가 바람직하다.

도 9는 구형파 전류(BC3)와 고조파 전류(HC3)를 나타낸 전류 파형도이다. 난방 고부하 운전시에는 구형파 전류(BC3)의 무통전 구간에 고조파 전류(HC3)를 흘림으로써, 희토류 자석(14MA)을 더 유도 가열할 수 있다. 또한, 고조파 전류(HC3)를 흘릴 때에는, 인버터(50)의 캐리어 주파수를 높임으로써 유도 가열을 촉진할 수 있다. 이 파형에서는 구형파가 존재하고 있지만, 본 실시형태에 있어서는, 고조파 전류(HC3)를 캐리어 주파수보다 충분히 크게 하는 것이 바람직하고, 진폭 또는 듀티비는 작아도 된다.

또는, 난방 고부하 운전시에는, 정상 운전시보다도 인버터(50)의 캐리어 주파수를 높게 하도록 해도 된다. 난방 고부하 운전시에는 통상, 액시얼 갭형 모터 (10A)의 회전수가 높아지므로, 캐리어 주파수를 높게 함으로써, 정현파 전류 파형이 매끄럽게 된다고 하는 이점이 있다.

전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류에 의해 유도 가열되는 영역은, 전기자 코일(16CA)로부터 표피 깊이 δ의 범위로서, 일반적으로 차식으로 나타난다.

여기서,

ω: =전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류의 각주파수,

μ: =전기자 코일(16CA)을 구성하는 도선의 절대 투자율,

σ: =전기자 코일(16CA)을 구성하는 도선의 도전율

만일, 주파수 ω/2π를 5kHz로 하면, 표피 깊이 δ는 수 밀리미터 정도가 된다. 즉, 캐리어 주파수를 이 정도의 주파수로 설정하면, 전기자 코일(16CA)로부터 희토류 자석(14MA)까지의 거리가 수 밀리미터가 되어도 유도 가열의 효과를 얻을 수 있다.

〈φa의 관측·보정〉

유도 가열에 의해 계자자속(φa)이 감소하면, 로터 코어(140A) 내부의 자속밀도가 저하한다. 또 과도의 유도 가열은 후술하는 불가역감자를 초래한다. 일반적으로 q축 유도계수는 계자자속(φa)이 클수록 저하한다. 이것은, 계자자속(φa)이 증대함으로써 로터 코어(140A)가 자기 포화하기 때문이다. 따라서, 가열감자가 진행됨에 따라 q축 유도계수가 커진다. 그래서, 유도 가열을 행하는 경우에는, 계자자속(φa)의 저하를 계측하고, q축 유도계수(Lq)를 보정하는 것이 바람직하다. 이로써 로터(14A)의 위치를 검출하는 위치 센서를 이용하지 않는 센서리스 운전을, 안정되어 행하는 것이 가능해진다.

일반적으로 모터의 유기전압(V0)에는, 전출의 모터 역유기전압(φ), 회전각속도(ω), d축 전류(id), q축 전류(iq), d축 유도계수(Ld) 및 q축 유도계수(Lq)에 대해 차식이 성립하는 것이 알려져 있다.

지금, d축 전류(id), q축 전류(iq) 중 어느 하나든지 0으로 하면, 식 (3)으로부터 d축 유도계수(Ld) 및 q축 유도계수(Lq)의 영향을 제거할 수 있다. 또, 유기전압(V0)과 회전각속도(ω)는 용이하게 계측 가능하므로, 이들부터 계산해 계자자속(φa)을 얻을 수 있다. 환언하면, 계자자속(φa)을 관측하기 위해서는, 그 관측을, 전기자 전류가 흐르지 않는 무통전 구간에서 행하는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8과 같이 정현파 전류(SC1, SC2)를 공급하는 경우에는, 유기전압(V0)가 최대치를 취할 때에 통전을 강제적으로 휴지하여 무통전 구간을 설치하고, 당해 무통전 구간에 있어서 계자자속(φa)을 얻도록 해도 된다. 유기전압(V0)이 최대치를 취할 때 무통전 구간을 설치함으로써, 얻어지는 계자자속(φa)의 오차를 작게 할 수가 있다.

무통전 구간을 설치하는 경우, 액시얼 갭형 모터(10A)에 접속되는 U, V, W의 각 상 중 어느 쪽이든 하나의 상의 유기전압(V0)이 최대치를 취할 때 무통전 구간을 설치한다. 또는, 각 상 모두의 유기전압(V0)을 계측하면, 120°마다 최대치를 취하므로, 계자자속(φa)을 얻을 기회가 증가해, 그 측정 정밀도가 향상한다.

〈불가역감자방지〉

희토류 자석(14MA)은 과도하게 유도 가열을 행하면, 역자계를 제거해도 자속량이 회복되지 않는 불가역감자라고 하는 현상이 발생한다. 이것은 특히 네오디뮴계의 희토류 자석에서 현저한 현상이다. 불가역감자가 발생하면, 난방·냉방을 불문하고 정상 운전 및 고부하 운전이 불안정하게 되고, 또, 효율도 저하한다. 그래서, 불가역감자를 방지하는 방책을 강구하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 압축 기구부(36)로부터 나온 냉매 온도보다도 희토류 자석(14MA)의 온도가 높으면, 토출관(42)으로부터 나오는 냉매가 희토류 자석(14MA)의 열을 회수해 냉매 온도를 올릴 수 있다. 환언하면, 냉매에 의해 희토류 자석(14MA)의 열을 회수하여, 과도하게 가열되는 것을 회피 또는 억제할 수 있다.

또, 불가역감자를 방지하는 방책으로서는, 희토류 자석(14MA)의 온도를 추정 또는 계측하여, 미리 정해진 온도 역치를 넘는 경우에 유도 가열을 정지하는 방법이 생각된다. 또는, 불가역감자가 일어날 때의 계자자속을 실험적으로 구해 역치로서 기억하고, 운전중에 얻어지는 계자자속(φa)과 당해 역치를 비교해 유도 가열을 정지할 방법이 생각된다.

〈온도 추정에 의한 불가역감자의 회피〉

희토류 자석(14MA)의 온도로 판단하는 경우에는 예를 들면, 압축기(30A)의 토출관(42)의 근방에 온도 센서(62)를 설치해 냉매 온도를 검지한다. 냉매는 희토류 자석(14MA)과 열교환하고 있으므로, 당해 냉매 온도를 검지함으로써, 희토류 자석(14MA)의 온도를 추정할 수 있다.

〈토크 지령치에 의거하는 불가역감자의 회피〉

운전중에 얻어지는 계자자속(φa)과 미리 정해진 역치를 비교하는 경우에는 예를 들면, 인버터(50) 내부의 토크 지령치에 대한 전류의 증분에 의해 희토류 자석(14MA)의 온도의 증감을 검지한다.

도 10은 모터 제어 기술을 예시하는 블럭도이다. 액시얼 갭형 모터(10A)의 모터 제어장치(80)는, 속도 제어부(81), 전류 지령부(82), 전류 제어부(83) 및 위치 검출부(84)를 구비하고 있다.

속도 제어부(81)와 전류 지령부(82)는 더불어, 액시얼 갭형 모터(10A)의 로터(14A)의 회전각속도(ω)와 그 지령치(ω*)에 의거해, d축 전류 지령치(id*)와 q축 전류 지령치(iq*)를 생성한다.

구체적으로는, 속도 제어부(81)가 회전각속도(ω)와 그 지령치(ω*)에 의거해, 토크 지령치(τ*)를 생성한다. 이 때, 회전각속도(ω)의 지령치(ω*)가 상승해도, 전류 지령부(82), 전류 제어부(83)로부터 각각 회전각속도(ω)를 저하시키는 수하 지령(S2, S3) 중 어느 한쪽이 주어지면, 토크 지령치(τ*)의 상승은 행하지 않는다.

전류 지령부(82)는 토크 지령치(τ*)와 전류 위상 지령치(β*)에 의거해 d축 전류 지령치(id*)와 q축 전류 지령치(iq*)를 생성한다. 여기서, 전류 위상 지령치(β*)와 d축 전류 지령치(id*) 및 q축 전류 지령치(iq*)의 사이에는 차식의 관계가 유지된다.

이 때, 액시얼 갭형 모터(10A)에 주어지는 전압의 절대치가, 소정치(Vt)를 넘으면 전류 제어부(83)로부터 과전압을 검출한 것을 나타내는 과전압 검출 신호(S1)가 전류 지령부(82)에 주어져, 전류 위상 지령치(β*)를 증대시켜 약한 계자제어를 행한다.

전류 제어부(83)는, 전류 지령부(82)로부터 얻어지는 d축 전류 지령치(id*)및 q축 전류 지령치(iq*) 및 로터(14A)의 위치각(θ)에 의거해 액시얼 갭형 모터(10A)의 회전을 제어하는 전류(ix)를 공급한다.

위치 검출부(84)는, 액시얼 갭형 모터(10A)에 공급된 전류(ix)나 전압(vx)에 의거해 위치각(θ)을 추정에 의해 검출하고, 또 회전각속도(ω)도 구한다.

전류(ix) 및 전압(vx)은, 액시얼 갭형 모터(10A)가 U, V, W상의 각 상에 대한 모터이면, U상 전류 iu, V상 전류 iv, W상 전류 iw의 총칭 및 U상 전압 vu, V상 전압 vv, W상 전압 vw의 총칭에, 각각 상당한다.

일반적으로, 모터의 토크는 모터에 흐르는 전류와 계자자속의 크기에 비례하므로, 토크 지령치(τ*)가 일정함에도 불구하고, 전류(ix)가 증대했을 경우에는, 계자자속(φa)이 감소하고 있다고 판단할 수 있다.

불가역감자를 방지하는 방책으로서는, 상기 외에 예를 들면 이하와 같은 기법이 생각된다.

희토류 자석(14MA)과 밀착한 로터 코어(140A)는, 전기자 코일(16CA)과 약간의 공극을 통해 대향하고 있으므로, 전기자 코일(16CA)의 온도를 검출함으로써, 희토류 자석(14MA)의 온도를 추정할 수 있다. 따라서, 예를 들면 유도 가열 개시전에 전기자 코일(16CA)의 온도를 검출해서, 당해 온도가 미리 정해진 온도 역치를 넘고 있는 경우에는 유도 가열을 행하지 않음으로써, 불가역감자를 방지할 수 있다.

도 11은 전원(PS)과 액시얼 갭형 모터(10A)의 접속을 나타낸 도면이다. 불가역 감자방지를 위해서는, 액시얼 갭형 모터(10A)에 유도 가열의 개시시부터의 기간을 계측하는 타이머(66)를 더 구비하고, 유도 가열 개시부터 미리 정해진 기간이 경과한 후에 유도 가열을 정지하도록 해도 된다.

또, 순간 정지가 발생했을 경우에는, 순간 정지가 발생하기 직전까지 유도 가열을 행했던 경우를 고려해, 복귀 직후의 유도 가열은 행하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 계속해서 유도 가열을 행하면 과도한 가열이 될 가능성이 있기 때문이다.

액시얼 갭형 모터(10A)가 센서리스 운전을 하고 있는 경우, 기동시의 희토류 자석(14MA)의 계자자속(φa)은 일정량 이상 있는 것이 안정되게 운전하는데 있어서 바람직하다. 따라서, 로터(14A)의 회전수를 계측하고, 계측된 회전수의 단위시간 당의 변화정도가 미리 정해진 역치 이하가 될 때까지 유도 가열을 행하지 않는다. 환언하면, 액시얼 갭형 모터(10A)의 운전이 안정될 때까지는 유도 가열의 개시를 유보한다.

이상과 같은 방책을 강구함으로써, 희토류 자석(14MA)을 과도하게 가열하는 것을 회피 또는 억제해, 이로 인해 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

〈스테이터의 과열 방지〉

전기자 코일(16CA)에 흐르는 전류에 고조파 전류가 중첩한 경우, 희토류 자석(14MA) 뿐만 아니라 다른 요소도 유도 가열된다. 로터 코어(140A)가 가열되는 경우에는 희토류 자석(14MA)의 가열에 가세하므로 특별한 지장은 없지만, 스테이터 (16A)를 가열하면, 전기자 코일(16CA)의 온도도 상승해 전기 저항값이 올라, 동손이 증대한다고 하는 문제가 있다. 따라서, 희토류 자석(14MA)을 가열하면서도 스테이터(16A)의 가열은 억제하는 것이 바람직하다.

그래서, 이하, 스테이터(16A)의 가열을 억제하는 기법에 대해 설명한다. 또한, 이하의 기법은 적절하게 조합해서 채용할 수 있다.

스테이터(16A)의 가열을 억제하는 제1의 기법으로서는, 스테이터 코어(160A)와 로터 코어(140A)를 비교한 경우, 스테이터 코어(160A)가 철손이 작아지도록 한다. 예를 들면, 로터 코어(140A)의 재질로서 규소강판이나 압분철심 등을 채용하고, 스테이터(16A)의 재질로서 아몰퍼스, 페라이트 코어 또는 퍼멀 로이 등의 철손이 작은 재질을 채용해도 된다.

또, 스테이터(16A)의 가열을 억제하는 제2의 기법으로서, 전기자 코일(16CA)과 스테이터 코어(160A)의 사이에 절연체인 고조파 흡수 재료(20A)를 배설해도 된다.

도 12는 압축기(30A)의 단면도이다. 스테이터(16A)의 가열을 억제하는 제3의 기법은, 모터가 이너 로터식의 래디얼 갭형 모터나 액시얼 갭형 모터(10A)인 경우에 채용할 수 있다. 액시얼 갭형 모터(10A)를 예를 들어 설명하면, 그 스테이터 (16A)가, 압축기(30A)의 용기(32)의 내주측에 끼워맞춰져 유지되고, 스테이터(16A)를 유지하고 있는 부위에 대응하는 용기(32)의 외측에 방열 핀(34) 등의 방열 기구를 더 설치한다. 방열 핀(34)에 의해 스테이터(16A)를 효율적으로 냉각한다. 또한, 방열 핀(34)을 전기자 코일(16CA)의 위치에 대응하는 위치까지 연장해서, 혹은 전기자 코일(16CA)의 위치에 대응하는 위치에 별도로 설치하여, 전기자 코일(16CA)도 효율적으로 냉각해도 된다. 또한, 압축기(30)(도 1, 도 2 참조)가 래디얼 갭형 모터를 탑재하는 양태에 대해서는 후에 상술한다.

도 13은 액시얼 갭형 모터를 떼어낸 압축기(30)의 단면도이다. 스테이터 (16A)의 가열을 억제하는 제4의 기법은, 압축기(30)에 탑재되는 모터가 액시얼 갭형 모터(10A)나 아우터 로터식의 래디얼 갭형 모터이며, 그 스테이터(16A)를 기구부(36)측에 고정한다. 이에 의해 압축 기구부(36)를 통해 스테이터(16A)로부터 용기(32)로 방열된다. 이 경우, 고압 돔을 나타내는 용기(32) 내에 압축 기구부(36)의 상부에 저압 냉매 쟈켓(38)을 더 설치하여 저온으로 흡입한 냉매를 스테이터(16A)에 밀착시킴으로써, 희토류 자석(14MA)부근에 이르기 전의 냉매와 스테이터 (16A)를 열교환시켜 스테이터를 적극적으로 냉각해도 된다. 스테이터(16A)의 냉각에 의해, 전기자 코일(16CA)의 온도 상승을 억제해 동손을 억제한다. 여기서, 저압 냉매 쟈켓(38)은, 압축기의 흡입 가스를 일단 모아서, 압축 기구부(36)에 냉매를 공급하기 위한 것으로서, 고압 돔 내에 있어, 저압 냉매 쟈켓(38)의 부분만 주위에 비해 온도가 낮다.

이상, 액시얼 갭형 모터(10A)를 탑재하는 압축기(30A)를 예로, 희토류 자석 (14MA)을 유도 가열해 감자하는 기법에 대해 설명했는데, 당해 기법을 실현하기에 있어서, 압축기(30)에 탑재되는 모터의 종류에 의해, 장치 구성의 양태는 다르다. 압축기(30)에 탑재되는 모터가 래디얼 갭형인 경우에 대해서는 후에 상술한다.

도 14는 코어 레스 스테이터를 채용한 액시얼 갭형 모터(10B)의 분해 사시도이며, 회전축 Q방향을 따라 분해해 나타내고 있다. 스테이터(16A)의 가열을 억제하는 제5의 기법으로서 상술한 스테이터(16A)를 대신해, 티스(16TA) 및 요크를 가지지 않는 공심 코일(16CS)을 채용해, 이른바 갭 와인딩 모터로 해도 된다.

액시얼 갭형 모터(10B)는, 2개의 로터(14A)가 회전축 Q방향을 따라 공심 코일(16CS)을 사이에 두고 대향하고 있다. 공심 코일(16CS)은 자기 융착성을 가지는 평각형의 도선을 채용함으로써 용이하게 성형할 수 있다. 또는, 도선으로 공심 코일(16CS)을 성형한 후에 내열 수지 및 섬유 필러로 몰드함으로써 용이하게 얻을 수 있다.

전기자 코일(16CS)을 이용해 희토류 자석(14MA)을 가열하므로, 희토류 자석 (14MA)과 전기자 코일(16CS)은 가능한 한 근접하는 것이 바람직하다. 이 관점으로 보아, 희토류 자석(14MA)이 로터 코어(140A)의 표면에 설치되는 것이 통상인, 액시얼 갭형 모터를 채용하는 것이 매우 적합하다.

〈제2 실시형태〉

〈모터 형태 특유의 적용〉

본 실시형태에서는, 압축기(30)가 래디얼 갭형 모터(10R)를 탑재하는 양태에 대해 설명한다.

도 15는 래디얼 갭형 모터(10R)의 일부의 분해 사시도이며, 회전축 Q를 중심으로서 반경 방향으로 분해해 나타내고 있다.

〈래디얼 갭형 모터(10R)의 구성〉

래디얼 갭형 모터(10R)는 예를 들면, 계자자인 로터(14R)와 전기자인 스테이터(16R)를 구비하고 있다. 실제의 래디얼 갭형 모터에서는 로터(14R)는 회전축 Q를 중심으로 하는 반경 방향으로 약간의 공극을 통해 스테이터(16R)와 대향하고 있다.

스테이터(16R)는, 요크(16Y)와 그에 유지되는 티스(16TR) 및 티스(16TR)를 심으로서 감겨지는 전기자 코일(16CR)를 가지고 있다. 여기에서는 티스(16TR)는 2개만 도시했는데, 실제의 모터(10R)에서는, 티스(16TR)는 회전축 Q의 주위에서 환형상으로 배치되어 로터(14R)를 둘러싼다. 전기자 코일(16CR)은, 예를 들면 복수의 티스(16TR)에 걸친 분포권방식 또는 파권방식으로 감겨진다.

로터(14R)는 희토류 자석(14MR)과, 희토류 자석(14MR)을 유지하는 대략 원주형의 로터 코어(140R)를 가지고, 로터 코어(140R)에는, 회전축 Q방향을 따라 샤프트(12)가 관삽되어 있다.

희토류 자석(14MR)은 회전축 Q방향으로부터의 평면에서 봤을 때 원호형상의 주상체로 형성되어 있고, 로터 코어(140R)에 측면에 설치되어 있다. 구체적으로는, 희토류 자석(14MR)은, 회전축 Q를 중심으로 하는 내경이 로터 코어(140R)의 원의 반경과 동일하고, 외경이 미리 정해진 길이로 형성되어 있다. 그리고, 당해 내경을 나타내는 표면이 로터 코어(140R)의 측면에 설치된다. 즉 여기에서는 모터(10R)로서 SPM(Surface Permanent Magnet;표면 자석형) 모터를 예시하고 있다.

도 16은 SPM 모터의 로터(14Ra)의 평면도이다. 로터(14Ra)는, 로터 코어 (140Ra)와 희토류 자석(14MR)과 유지 부재(14HR)를 가지고 있다. 상기 로터(14R)를 대신해, 도 16에 나타낸 바와 같은 로터(14Ra)를 채용해도 된다.

유지 부재(14HR)는, 회전축 Q를 중심으로 한 대략 원통형상으로 형성되고, 그 내측에서 로터 코어(140Ra) 및 희토류 자석(14MR)을 유지한다. 구체적으로는, 유지 부재(14HR)의 내측에 희토류 자석(14MR)이 내측 표면을 따라 균등하게 설치되고, 로터 코어(140Ra)가 유지 부재(14HR) 및 희토류 자석(14MR)으로 둘러싸이는 영역을 점하도록 형성된다. 또한, 유지 부재(14HR)는 자기적으로 에어 갭으로서 기능하기 위해서, 얇은 것이 바람직하다.

환언하면, 로터 코어(140Ra)는 대략 원주체의 측면에 회전축 Q방향을 따라 홈을 나타내고, 당해 홈에 희토류 자석(14MR)를 설치함으로써 평면에서 봤을 때 대략 원형상을 나타낸다. 그리고, 로터 코어(140Ra) 및 희토류 자석(14MR)의 외측에 대략 원통형상의 유지 부재(14HR)를 끼워맞춤으로써, 로터(14Ra)의 회전에 기인한 원심력에 저항해 희토류 자석(14MR)을 강고하게 유지한다.

이 경우, 희토류 자석(14MR)을 자기적으로 단락 시키지 않도록, 유지 부재 (14HR)는 비자성체로 형성한다. 또 희토류 자석(14MR)을 유도 가열하는 것을 방해하지 않도록, 유지 부재(14HR)에는 와전류손이 작은 재료를 채용한다. 혹은 희토류 자석(14MR)을 간접적으로 가열하는 것을 감안하면, 유지 부재(14HR)에는 열전도율이 높은 재료를 채용한다. 예를 들면, 희토류 자석(14MR)에는 SUS를 채용할 수 있다.

도 17은 IPM(Interior Permanent Magnet;자석 매입형) 모터의 로터(14Rb)의 평면도이다. 상기 로터(14R, 14Ra)를 대신해, 도 17에 나타낸 바와 같은 로터(14Rb)를 채용해도 된다. 로터(14Rb)는, 로터 코어(140Rb)와 희토류 자석(14MRb)을 가지고 있고, 로터 코어(140Rb)가 회전축 Q방향으로 연장되어 있는 구멍을 나타내고, 당해 구멍에 희토류 자석(14MRb)이 매설된다. 이 때, 희토류 자석(14MRb)은 그 자극면을, 반경 방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있다.

도 18은 래디얼 갭형 모터(10R)를 탑재한 압축기(30R)의 단면도이며, 로터 (14Rb)를 채용한 양태를 나타내고 있다. 또한, 상기 제1 실시형태와 동일한 기능을 가지는 요소에 대해서는 동일 부호를 달아 그 설명을 생략한다.

압축기(30R)는 용기(32)의 내부에 래디얼 갭형 모터(10R)와 압축 기구부(36)를 구비하고 있다.

전기자 코일(16CR)이 분포권방식이나 파권방식으로 감겨져 있는 경우, 전기자 코일(16CR)은 코일로서 정형된 후에 티스(16TR)로 관삽된다. 따라서 전기자 코일(16CR) 중 회전축 Q방향의 단부에서 티스(16TR)의 단면으로부터 돌출하는 부분인 코일 엔드(16CE)는, 집중권방식으로 감겨지는 경우에 비해 가효성이 높다.

래디얼 갭형 모터(10R)에 있어서는, 희토류 자석(14MR)의 표면 중, 회전축 Q를 중심으로 하는 직경 방향 외측의 표면은, 로터(14Ra)와 같이 유지 부재(14HR)로 덮여 있거나, 로터(14Rb)와 같이 로터 코어의 내부에 희토류 자석(14MR)이 매설되어 있거나 해서, 노출하지 않는 것이 있다. 그러나, 이러한 양태를 채용했을 경우에도, 희토류 자석(14MR)의 표면 중 회전축 Q방향의 단부는, 로터 코어 표면에 노출되어 있다.

따라서, 코일 엔드(16CE)가 나타내는 가효성을 이용해, 코일 엔드(16CE)를 희토류 자석(14MR)을 향해 돌출하는 형상으로 정형함으로써, 유지 부재(14HR)나 로터 코어(140R)를 통하지 않고, 희토류 자석(14MR, 14MR)을 유도 가열할 수 있다. 예를 들면 전기자 코일(16CR)은 자기 융착성을 가지는 평각형의 도선을 채용하고, 코일 엔드(16CE)를 위에서 상술한 바와 같이 성형한 후에 융착시킨다.

또한, 스테이터의 가열을 억제하기 위해서는, 스테이터 코어(160R)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께와 로터 코어(140R)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께를 비교한 경우, 스테이터 코어(160R)의 철손이 작아지도록, 예를 들면, 스테이터 코어(160R)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께가 로터 코어(140R)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께보다도 얇게 하는 것이 좋다.

래디얼 갭형 모터(10R)에 있어서는, 희토류 자석(14MR, 14MRb)의 근방에, 냉매의 동선이 연신하는 방향과 대략 평행한 냉매 통로(30P)가 확보되고 있는 것이 바람직하다. 즉, 냉매 통로(30P)는 냉매의 동선과 대략 평행을 나타내고 있는 것이 바람직하다.

도 19는 IPM 로터(14Rm)의 평면도이다. IPM 로터(14Rm)는, 로터 코어(140R)에 희토류 자석(14MRb)가 매설되고, 회전축 Q방향으로부터의 평면에서 봤을 때 봤을 때 희토류 자석(14MRb)의 긴 방향의 양단에 공극(142)을 마련하고 있으며, 희토류 자석(14MRb)의 측면의 일부가 노출한다.

공극(142)은, 희토류 자석(14MRb)의 자속이 로터 코어(140R) 내에서 단락적으로 흐르는 것을 막는 자기 장벽, 이른바 플럭스 배리어로 해도 기능한다. 이 공극(142)을 냉매 통로(30P)로 함으로써, 희토류 자석(14MRb)의 열을 효율적으로 회수할 수 있다.

도 20은 SPM 로터(14Rn)의 평면도이며, SPM 로터(14Rn)의 주위에 설치되는 스테이터는 생략하고, 당해 스테이터와 SPM 로터(14Rn)의 사이에 형성되는 에어 갭 (10G)을 가상적으로 나타내고 있다.

SPM 로터(14Rn)는, 대략 원주형을 나타내는 로터 코어(140R)의 측면으로 희토류 자석(14MR)이 설치되어 있고, 그 주위에 에어 갭(10G)을 나타내고 있다. 이 에어 갭(10G)을 냉매 통로(30P)로 함으로써, 희토류 자석(14MR)의 열을 효율적으로 회수할 수 있다.

도 21은 압축 기구부(36)측에서 모터측을 보았을 때의 상단판(71T)을 나타낸 도면이다. 상기 도 19 및 도 20 중 어느 한 양태에 있어서도, 회전축 Q를 중심으로 한 압축 기구부(36)의 토출 포토(43)까지의 거리는, 동심원으로 냉매 통로(30P)까지의 거리보다도 짧은 것이 바람직하다. 이것은, 냉매에 원심력이 작용하기 때문에, 냉매가 반경 방향 외측으로부터 반경 방향 내측으로 향하는 것이 곤란하기 때문이다.

도 22는 래디얼 갭형 모터(10R)에 있어서의 샤프트(12) 및 로터(14R)의 단면도이며, 도 23은 액시얼 갭형 모터(10A)에 있어서의 샤프트(12) 및 로터(14A)의 단면도이다. 도 22 및 도 23에 나타낸 바와 같이 샤프트(12)에 관통공(12H)을 설치하여, 관통공(12H)을 냉매 통로(30P)로서 연통시켜도 된다.

구체적으로는, 래디얼 갭형 모터(10R)의 경우는 샤프트(12)에 관통공(12H)을 설치해 적절한 위치에서 회전축 Q방향으로부터 반경 방향 외측으로 향하는 방향으로 분기시켜 로터 코어(140R) 내를 지나 희토류 자석(14MR)으로 이끈다.

액시얼 갭형 모터(10A)의 경우는 샤프트(12)에 관통공(12H)을 설치해 희토류 자석(14MA)을 유지하는 로터 코어(140A)에 대응하는 위치에서 회전축 Q방향으로부터 반경 방향 외측으로 향하는 방향으로 분기시켜 로터 코어(140A)내를 지나 희토류 자석(14MA)으로 이끈다.

어느 양태에 있어서도, 희토류 자석(14MA, 14 MR)으로 이끌린 냉매는 스테이터(16A, 16 R)측으로 빠져 토출관(42)으로 향한다.

이와 같이, 냉매 통로(30P)를 샤프트(12) 내에 설치하고, 원심력으로 반경 방향 외측으로 이끄므로, 냉매유의 분리에도 이바지한다.

도 24는 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 향해 돌출시킨 경우의 모터(10R) 및 이에 의해 구동되는 압축 기구부(36)의 단면도이다. 또한, 각 요소는 각각 간략화되어 있다. 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 향해 돌출시킨 경우에는, 티스(16TR)의 회전축 Q방향의 양단에 형성되는 코일 엔드(16CE) 중, 적어도 압축 기구부(36) 측의 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 항해 돌출시키는 것이 바람직하다. 희토류 자석 (14MR)(혹은 희토류 자석 (14MRb))을 유도 가열하기 위해서 회전축 Q로 향해 돌출시킨 코일 엔드(16CE)로서, 압축 기구부(36)측의 코일 엔드(16CE)를 선택함으로써, 스테이터(16R)를 압축기(30R)의 용기(32) 내에 설치한 다음에 로터(14R, 14Ra, 14 Rb)를 삽입하는 것이 용이하다.

또한, 희토류 자석(14MR, 14MRb)의 회전축 Q방향의 길이를 로터 코어 (140R, 140Rb)의 이 방향의 길이보다도 길게 하고, 로터 코어(140R, 140Rb)의 단면으로부터 희토류 자석(14MR, 14MRb)을 돌출시켜도 된다.

코일 엔드(16CE)가 희토류 자석(14MR, 14MRb)을 향해 돌출하는 래디얼 갭형 모터(10R)를 제조하기 위해서, 예를 들면 이하와 같은 공정으로 제조한다.

우선, 전기자 코일(16CR)을 티스(16TR)에 감아서(구체적으로는 코일 형상으로 미리 형성된 전기자 코일(16CR)을 티스(16TR)의 주위에 배치한다), 요크(16Y)를 티스(16TR)에 설치한다(도 15 참조). 회전축 Q방향 중 어느 한 측의 코일 엔드(16CE), 예를 들면, 압축기(30R)에 설치하는 경우에 압축 기구부(36)(도 18 참조)와 대향하는 측의 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 향해 돌출시킨다(도 24 참조).

그 후, 회전축 Q방향의 타방측으로부터 로터(14R)를 스테이터(16R)로 둘러싸이는 공간에 삽입하고, 샤프트(12)와 압축 기구부(36)를 끼워맞춘다. 그런 후에, 회전축 Q방향의 타방측의 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 돌출시키는 것이 바람직하다. 이 위치에서의 코일 엔드(16CE)도 유도 가열에 이바지하기 때문이다.

도 25는 스테이터(16)가 2극 분포권인 경우의 래디얼 갭형 모터(10R)의 평면도이며, 회전축 Q방향으로부터의 부감도를 나타내고 있다. 전기자 코일(16CR)이 수납되는 슬롯 등의 상세부는 생략하고 있다. 전기자 코일(16CR)은 1상만을 나타내고 그 외의 상은 생략하고 있다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 위에서 상술한 바와 같이 하여 제조되는 래디얼 갭형 모터(10R)에 있어서는, 회전축 Q방향으로부터의 평면에서 봤을 때 봤을 때 코일 엔드(16CE)는 선분을 나타내는 것이 바람직하다. 이러한 형태에 의해 코일 엔드(16CE)는, 로터 14R(14Rb)에 구비된 희토류 자석(도시 생략)에 가까워지기 쉽고, 유도 가열의 효과도 높다.

도 26은 래디얼 갭형 모터(10R)의 단면도이다. 전기자 코일(16CR)에는 고전압이 인가되기 때문에, 전기자 코일(16CR)과 로터 코어(140R)의 전기적인 거리가 짧을수록 절연 파괴가 생기기 쉽다. 유도 가열의 목적으로 코일 엔드(16CE)를 회전축 Q로 향해 돌출시키면, 상기의 거리가 짧아지므로, 전기자 코일(16CR)과 스테이터 코어(160R)의 사이에 설치되는 절연체(20)를 설치하고, 당해 절연체(20)는 회전축 Q로 향해 돌출하는 코일 엔드(16CE)를 따라 회전축 Q로 향해 돌출하는 것이 바람직하다. 이로써 이른바 절연의 연면거리를 확보할 수 있어 절연 파괴를 회피 또는 억제할 수 있다.

도 27은 도 26의 로터(14Rb)의 단면도이다. 로터 코어(140Rb)는 회전축 Q방향을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있는 한 쌍의 단판(142T, 142B)과 당해 단판(142T, 142B)으로 끼워져 회전축 Q방향으로 적층된 복수의 제1 전자강판(146)을 포함하고 있다. 제1 전자강판(146)의 적층체는 그 적층 방향으로 관통하는 구멍 (146H)을 나타내고 있으며, 구멍(146H)에는 희토류 자석(14MRb)이 관삽된다.

희토류 자석(14MRb)의 회전축 Q방향의 길이는 상기 적층체의 회전축 Q방향의 길이보다도 길고, 희토류 자석(14MRb) 중 상기 적층체로부터 돌출하는 돌출부위 (14Mp)는 단차를 나타낸다. 돌출부위(14Mp)의 회전축 Q방향을 법선으로 하는 면내에서의 면적은, 구멍(146H)의 회전축 Q방향을 법선으로 하는 면내에서의 면적보다도 작다.

단판(142T, 142B)은 각각 돌출부위(14Mp)와 정합하는 구멍(144)을 나타내고 있으며, 구멍(144, 146H)이 형성하는 단차는 돌출부위(14Mp)가 나타내는 단차와 결합한다. 단판(142T, 142B)은 회전축 Q방향의 양방향으로부터 상기 적층체 및 희토류 자석(14MRb)을 사이에 두고 로터(14Rb)를 형성한다.

따라서, 코일 엔드(16CE)는 단판(142T, 142B)을 통해 희토류 자석(14MRb)과 대향한다. 여기서, 단판(142T, 142B)의 재질은 희토류 자석(14MRb)보다도 열용량이 작은 재질을 채용함으로써, 단판(142T, 142B)을 이용해도 가열 효율이 크게 저하되는 것을 회피한다.

희토류 자석(14MRb)은 단판(142T, 142B)을 통해 유도 가열되므로, 희토류 자석(14MRb)과 단판(142T, 142B)은 열적으로 결합하고 있는 것이 바람직하지만, 희토류 자석(14MRb)으로부터 로터 코어(140Rb)로 방열되는 것은 억제할 필요가 있다. 따라서, 로터 코어(140Rb)와 희토류 자석(14MRb)의 사이, 즉 구멍(146H)의 표면에는, 로터 코어(140Rb)보다도 열용량이 큰 제1 단열체(152)를 설치하고, 로터 코어( 140Rb)와 단판(142T, 142B)의 사이, 즉 제1 전자강판(146)의 적층체의 단면에는, 로터 코어(140Rb)보다 열용량이 큰 제2 단열체(154)를 설치한다.

구체적으로는, 제1 단열체(152) 및 제2 단열체(154)의 설치는, 제1 전자강판(146)의 적층체에 단열 필름을 부착하거나 당해 적층체를 코팅하거나 해서 실현될 수 있다.

따라서, 단판(142T, 142B)에 의해 제1 전자강판(146)의 적층을 유지하면서, 희토류 자석(14MRb)을 효율적으로 유도 가열할 수 있다.

〈변형예〉

이상, 본 발명의 바람직한 양태에 대해 설명했는데, 본 발명은 상술한 양태에 한정되는 것은 아니고, 이하에 나타나는 여러 가지 양태를 채용할 수 있다.

〈액시얼 갭형 모터〉

도 28 내지 도 30은 액시얼 갭형 모터(10B)의 측면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 로터와 스테이터가 각각 하나씩 대향하는 형태이다. 로터는, 로터 코어(140A)의 스테이터측에 복수개의 희토류 자석(14MA)이 둘레방향으로 교대로 자극을 나타내도록 배치된다. 로터 코어(140A)는 희토류 자석(14MA)의 백 요크로서 작동한다. 액시얼 갭형 모터(10B)는, 전기자 코일(16CB)이 분포권방식으로 감겨지고, 도 28에 나타낸 바와 같이 전기자 코일(16CB)의 외주측의 부위(16Co)가 희토류 자석(14MA)의 외연 단부를 향해 만곡한다. 환언하면, 로터 코어(140A)에 복수의 전기자 코일(16CB) 및 복수의 티스(16TA)가, 환형상으로 설치되면, 각 전기자 코일( 16CB)의 부위(16Co)가 전체적으로, 환형상으로 설치된 복수의 희토류 자석(14MA)을 덮도록 정형된다.

이 때, 전기자 코일(16CB)의 내주측의 부위(16Ci)가 로터(14A)와는 반대측으로 만곡함으로써, U, V, W의 각 상의 반경 방향의 언밸런스를 완화할 수 있다.

또는, 도 29에 나타낸 바와 같이 전기자 코일(16CB)의 내주측의 부위(16Ci)가 희토류 자석(14MA)의 내연 단부를 향해 만곡한다. 즉, 로터 코어(140A)에 설치된 복수의 전기자 코일(16CB)이 전체적으로, 복수의 희토류 자석(14MA)의 외연 단부 및 내연 단부를 덮도록 정형되어도 된다.

또는, 도 30에 나타낸 바와 같이 전기자 코일(16CB)의 내주측의 부위(16Ci)는 만곡시키지 않아도 된다.

이러한 양태는, 상 마다의 언밸런스의 완화, 만곡에 의한 저항의 억제, 가열 효율 등을 고려해 적절하게 선택할 수 있다.

또, 이러한 양태는 전기자 코일(16CB)을, 자기 융착성을 가지는 평각형의 도선으로 정형하고, 정형 후에 융착시킴으로써 용이하게 실현될 수 있다. 희토류 자석(14MA)을 로터(14A)가 유지할 때에, 예를 들면 SUS 등의 비자성체 홀더로 유지하면, 가열 효율을 손상하지 않고, 희토류 자석(14MA)을 원심력에 저항해 유지할 수 있다.

〈IPM 모터〉

도 31은 IPM 로터(14Ri)의 분해 사시도이다. IPM 로터(14Ri)는 래디얼 갭형 모터(10R)에 탑재되는 로터이다. 희토류 자석(14MR)은 예를 들면, 2개의 제1 자석체(14Mp1)와 제2 자석체(14Mp2)를 가지고, 2개의 제1 자석체(14Mp1)가 제2 자석체 (14Mp2)를 사이에 두고 직선상에 늘어선 상태로 로터 코어(140R)에 매설된다. 이 때, 제2 자석체(14Mp2)는 제1 자석체(14Mp1)보다도 회전축 Q에 가깝다.

여기서, 제1 자석체(14Mp1)의 보자력을 제2 자석체(14Mp2)의 보자력보다도 높게 함으로써 희토류 자석(14MR)의 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

도 32는 IPM 로터(14Rj)의 평면도이다. IPM 로터(14Rj)는 제1 자석체(14Mp1) 및 제2 자석체(14Mp2)가, 평면에서 봤을 때 봤을 때 로터 코어(140R)의 외주측(즉 스테이터측)에 개구하는 오목형상을 나타내며 매설된다. 여기서, 보자력이 상대적으로 높은 2개의 제1 자석체(14Mp1)의 각각이, 제2 자석체(14Mp2)의 연장된 방향의 양단으로부터 근접해 당해 오목형상을 나타낸다. 이 때, 제2 자석체(14Mp2)는, 상대적으로 스테이터(도시 생략)로부터 떨어져 위치하므로, 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다.

또한, 제1 자석체(14Mp1)와 제2 자석체(14Mp2)의 사이에, 어느 자석체보다도 열용량이 큰 단열체(22)를 설치해도 된다. 구체적인 예를 들면, 수지 스페이서 (22S)를 제1 자석체(14Mp1)와 제2 자석체(14Mp2)의 사이에 삽입해도 되고, 제1 자석체(14Mp1) 및 제2 자석체(14Mp2)에 수지 코팅(22C)을 실시해도 된다.

또는, 제1 자석체(14Mp1)와 제2 자석체(14Mp2)의 사이에 공극을 설치해도 된다. 공극을 설치한 경우에는, 당해 공극을 통과하는 냉매 혹은 통풍에 의해, 제1 자석체(14Mp1) 및 제2 자석체(14Mp2)를 냉각할 수 있다.

이에 의해, 제1 자석체(14Mp1)로부터 제2 자석체(14Mp2)로의 열전도가 저지되므로, 희토류 자석(14MR)의 불가역감자를 회피 또는 억제할 수 있다. 특히 제1 자석체(14Mp1)의 보자력을 크게 하고, 여기서 주로 유도 가열에 의한 약한 자속을 실시하는 것으로서 제2 자석체(14Mp2)는 잔류 자속밀도가 높은 자석을 채용할 수 있다.

도 33은 IPM 로터(14Rk)의 평면도이다. IPM 로터(14Rk)에 설치되는 희토류 자석(14MR)은 2개의 자석체(14Mp)를 가진다.

2개의 자석체(14Mp) 중, 한쪽의 자석체(14Mp)에 있어서 스테이터(도시 생략)에 가장 가까운 점과, 다른 쪽의 자석체(14Mp)에 있어서 스테이터에 가장 가까운 점을 연결한 거리를 거리 d1로 한다. 또, 한쪽의 자석체(14Mp)에 있어서 스테이터로부터 가장 먼 점과, 다른 쪽의 자석체(14Mp)에 있어서 스테이터로부터 가장 먼 점을 연결한 거리를 거리 d2로 하면, 거리 d1가 거리 d2보다도 길다.

요컨대, 희토류 자석(14MR)은, 2개의 자석체(14Mp)가 대략 V자 형상을 나타내며 로터 코어(140R)에 매설되고, 게다가 당해 V자를 구성하는 2개의 주변의 개구측에 상당하는 부위가 가장 스테이터에 가까워지도록 매설되어 있다.

희토류 자석(14MR), 특히 자석체(14Mp)를 이상과 같이 설치하면, 단점이 스테이터에 근접하므로, 주로 당해 단점을 선택적으로 유도 가열할 수 있다.

IPM 모터의 경우, 로터 코어(140R)를 통해 가열하도록 해도 된다. 그 경우, 자석체(14Mp)와 로터 코어(140R)의 사이에 고열 전도성 수지(24)를 설치하는지, 또는 자석체(14Mp)와 로터 코어(140R)의 사이에 다이캐스트에 의해 알루미늄(26)을 설치해도 된다.

〈자석으로부터의 열의 회수〉

가열감자에 의해 소정의 제어를 실행한 후에, 유도 가열된 희토류 자석 (14MA, 14MR, 14MRb)의 열을 회수할 필요가 있다. 가열된 희토류 자석(14MA, 14MR, 14MRb)의 온도는 난방운전시의 냉매 온도보다도 높은, 즉, 난방운전시에도 냉매 온도는 가열된 희토류 자석(14MA, 14MR, 14MRb)의 온도보다도 낮다. 여기에서 본 발명에서는, 희토류 자석(14MA, 14MR, 14MRb)의 부근에 냉매 통로를 설치한다.

〈계자조정 코일의 적용-1〉

도 34는 액시얼 갭형 모터(10C)의 분해 사시도이며, 회전축 Q방향을 따라 분리해 나타내고 있다. 액시얼 갭형 모터(10C)는, 예를 들면 제2 스테이터(402)가 로터(14C)와 대향하는 측의 주면에 계자조정 코일(16F)을 구비하고 있다. 제2 스테이터(402)는 자성체로 이루어지고, 제2 스테이터(400)에 대해 회전축 Q를 중심축으로 해 로터(14C)측에 개구하는 원형의 홈(404)이 설치되고, 계자조정 코일 (16F)은 홈(404)에 있어서 회전축 Q를 축으로 해서 감겨진다.

계자조정 코일(16F)은, 둘레방향으로 감겨진 코일이며, 전기자 코일(16CA)에 쇄교하는 계자자속을 발생시켜 약한 계자제어를 행하기 위해 설치되어 있다. 계자조정 코일(16F)에 직류를 공급함으로써 발생하는 자속에 의해 희토류 자석(14MA)의 자속을 약하게 할 수 있다.

액시얼 갭형 모터(10C)가 난방 고부하 운전을 행하고 있는 경우에는, 이 계자조정 코일(16F)에 고조파 전류(HC)를 공급함으로써 희토류 자석(14MA)을 유도 가열할 수 있다. 또, 액시얼 갭형 모터(10C)가 냉방 고부하 운전을 행하고 있는 경우에는, 이 계자조정 코일(16F)에 직류를 공급함으로써 약한 계자제어를 할 수 있다.

또한, 액시얼 갭형 모터(10C)의 로터(14C)는 다음과 같은 구성을 가진다. 즉 로터(14C)는, 복수의 희토류 자석(14N, 14S)과, 제1 자성판(14NB) 및 제2 자성판(14SB)과, 제1 자성환(14NR) 및 제2 자성환(14SR)을 가지고 있다.

구체적으로는, 전기자 코일(16CA)측에 N극의 자극면을 나타내는 희토류 자석(14N)의 복수와, 전기자 코일(16CA)측에 S극의 자극면을 나타내는 희토류 자석 (14S)의 복수가, 회전축 Q를 중심으로서 둘레방향으로 교대로 배열하고 있다.

희토류 자석(14N)의 각각은 전기자 코일(16CA)과 반대측(S극측)에서, 복수의 제1 자성판(14NB)의 각각과 회전축 Q방향으로 쌓인 구조를 나타내고, 또한 복수의 제1 자성판(14NB)의 각각은 전기자 코일(16CA)과 반대측에서 제1 자성환(14NR)에 의해 서로 자기적으로 연결된다. 이와 같이, 희토류 자석(14S)의 각각은 전기자 코일(16CA)과 반대측(N극측)에서, 복수의 제2 자성판(14SB)의 각각과 회전축 Q방향으로 쌓인 구조를 나타내고, 또한 복수의 제2 자성판(14SB)의 각각은 전기자 코일(16CA)과 반대측에서 제2 자성환(14SR)에 의해 서로 자기적으로 연결된다. 즉, 제1 자성환(14NR)과 제2 자성환(14SR)는 회전축 Q를 중심으로 한 동심환을 나타내고, 각각 제1 자성판(14NB) 또는 제2 자성판(14SB)과 연결되어 있다.

도 35는 도 34의 로터(14C)를 부분적으로 나타낸 단면 사시도이며, 제1 자성환(14NR) 및 제2 자성환(14SR)과, 제1 자성판(14NB) 및 제2 자성판(14SB)과, 희토류 자석(14N, 14S)과, 자성판(15NB, 15SB)이 회전축 Q방향을 따라 쌓인 구조를 나타내고 있다.

제1 자성환(14NR)은 제2 자성환(14SR)의 내주측에 배치되거나, 외주측에 배치되어도 괜찮다.

또, 복수의 희토류 자석(14N)의 각각에 대해 전기자 코일(16CA)측의 자극면에 자성판(15NB)을 겹쳐 쌓고, 복수의 희토류 자석(14S)의 각각에 대해 전기자 코일(16CA)측의 자극면에 자성판(15SB)을 겹쳐 쌓아도 된다. 자성판(15NB, 15SB)을 가지고 있으면, 전기자 코일(16CA)에 의해 발생하는 자계가 희토류 자석(14N, 14S)에 주는 감자를 억제할 수 있다.

〈계자조정 코일의 적용-2〉

도 36은 도 34의 제1의 변형예를 나타낸 액시얼 갭형 모터(10D)의 분해 사시도이며, 회전축 Q방향을 따라 분리해 나타내고 있다. 액시얼 갭형 모터(10D)는, 상술한 액시얼 갭형 모터(10C)에서 나타낸 희토류 자석(14N, 14S) 및 자성판(15NB, 15SB)을 대신해, 제2 스테이터(402)에 환형상의 희토류 자석(14N1, 14S1)을 가지고 있다. 즉, 자성환(14NR, 14SR) 및 자성판(14NB, 14SB)이 액시얼 갭형 모터(10D)의 회전자로서 기능한다.

구체적으로는, 제2 스테이터(402)가 회전축 Q방향을 법선으로 하는 면내에 나타내는 주면 중, 회전자와 대향하는 측의 주면상에, 회전축 Q를 중심으로 하는 환형상의 희토류 자석(14N1, 14S1)을 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 회전자를 구성하는 제1 자성환(14NR)과 희토류 자석(14N1)이 대향하고, 제2 자성환(14SR)과 희토류 자석(14S1)이 대향하고 있다.

도 36에서는, 계자코일(16F)을, 희토류 자석(14N1)과 희토류 자석(14S1)의 사이에 배치하고 있는 경우를 예시하고 있는데, 희토류 자석(14N1)의 외주측이나, 희토류 자석(14S1)의 내주측에 배치해도 된다.

〈계자 조정 코일의 적용-3〉

도 37은 도 34의 제2의 변형예를 나타낸 액시얼 갭형 모터(10E)의 분해 사시도이며, 회전축 Q방향을 따라 분리해 나타내고 있다. 또, 도 38은 도 37에 나타낸 제2 스테이터(402)를 전기자 코일(16CA)측에서 본 사시도이다.

환형상의 희토류 자석(14N1, 14S1)은 반드시 제2 스테이터(402)에 설치될 필요는 없고, 회전자(14E)에, 보다 구체적으로는 자성환(14NR, 14SR)에 전기자 코일 (16CA)과는 반대측으로부터 설치되어 있어도 된다.

구체적으로는, 제1 자성환(14NR)이 나타내는 주면 중 제 2 스테이터(402)와 대향하는 주면상에 희토류 자석(14N1)을 설치하고, 제2 자성환(14SR)이 나타내는 주면 중 제 2 스테이터(402)와 대향하는 주면상에 희토류 자석(14S1)을 설치해도 된다.

도 34∼도 38에 나타낸 것 중 어느 하나의 양태도, 제1 자성환(14NR) 및 제2 자성환(14SR), 나아가서는 제1 자성판(14NB) 및 제2 자성판(14SB)은, 희토류 자석(14N, 14S)(혹은 희토류 자석(14N1, 14S1))으로부터, N극 및 S극의 계자자속을 받고 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 계자조정 코일(16F)을 적용한 양태에 저압 냉매 쟈켓(38)(도 13 참조)을 채용하는 경우에는, 전기자 코일(16CA)을 가지는 스테이터(16A)를 압축 기구부(36)측에 고정한다. 이에 의해 압축 기구부(36)을 통해 스테이터(16A)로부터 용기(32)로 방열된다. 이 경우, 고압 돔을 나타내는 용기(32) 내에 압축 기구부(36)의 상부에 저압 냉매 쟈켓(38)을 설치해 저온으로 흡입한 냉매를 스테이터(16A)에 밀착시킴으로써, 희토류 자석(14N, 14S, 14N1, 14S1)부근에 이르기 전의 냉매와 스테이터(16A)를 열교환시켜 스테이터를 적극적으로 냉각해도 된다. 스테이터(16A)의 냉각에 의해, 전기자 코일(16CA)의 온도 상승을 억제하고, 동손을 억제한다.

〈유도 가열 전용 코일〉

도 39는 액시얼 갭형 모터(10A)의 로터(14A)의 단면도이다. 본 발명은 반드시 전기자 코일(16CA, 16CB, 16CR)이나 계자코일(16F)에 고조파 전류(HC)를 중첩할 필요는 없고, 유도 가열 전용의 보조 코일(18)을 별도로 설치해도 된다. 예를 들면, 액시얼 갭형 모터(10A)에 보조 코일(18)을 설치하는 경우에는, 도 39에 나타낸 바와 같이, 로터(14A)가 연장되어 있는 면내에서 로터(14A)의 주위에 보조 코일 (18)을 더 설치해 고조파 전류(HC)를 흐르게 해도 된다.

도 40은 래디얼 갭형 모터(10R)의 로터(14R)의 단면도이다. 래디얼 갭형 모터(10R)에 보조 코일(18)을 설치하는 경우에는, 도 40에 나타낸 바와 같이, 로터(14R)의 회전축 Q방향의 단부에 보조 코일(18)을 더 설치해 고조파 전류(HC)를 흐르게 해도 된다.

도 41은 비코일 스테이터(402)를 가지는 액시얼 갭형 모터(10D)의 단면도이다. 도 3에서 설명한 제2 스테이터(400)와 같이 전기자 코일을 가지지 않는 스테이터(402)를 가지는 모터의 경우에는, 제2 스테이터(400)에 보조 코일(18)을 더 설치해 고조파 전류(HC)를 흐르게 해도 된다.

이상으로 나타낸 여러 가지 양태는 적절히 조합해서 채용할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 상세하게 설명되었는데, 상술한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것이라고 해석된다.

Claims

회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 샤프트(12)의 주위에서 둘레 방향으로 회전 가능한 복수의 희토류 자석(14MA, 14MR)을 가지는 로터(14A, 14R)와, 상기 로터와 대향하는 전기자 코일(16CA, 16CR)을 가지는 스테이터(16A, 16R)를 가지는 모터(10A, 10R)를 탑재해 냉매를 압축하는 압축기(30;30A, 30R)를 구비하여, 난방운전 가능한 공기 조화기(100)로서,
상기 난방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 난방 고부하 운전의 경우에는, 상기 전기자 코일에 고조파 전류가 흘러 상기 희토류 자석을 유도 가열하는, 공기 조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고,
상기 모터(10A, 10R)가 상기 난방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 유도 가열이 행해지고,
상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전을 하는 경우에는 전류 위상 진행에 의한 약한 자속 제어가 행해지는, 공기 조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고,
상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고,
상기 모터(10A, 10R)가 상기 난방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 유도 가열이 행해지고,
상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전을 하는 경우에는 상기 컨버터에 의해 상기 DC 링크부의 전압을 승압하는, 공기 조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 조화기는 또한 냉방운전이 가능하고,
상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고,
상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 PWM 인버터의 출력 신호의 듀티는, 상기 냉방운전에 있어서 상기 모터가 미리 정해진 회전수 이상의 회전수로 상기 압축기를 운전하는 냉방 고부하 운전에 있어서의 상기 모터에 대한 상기 PWM 인버터의 출력 신호의 듀티보다 낮고,
상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 인버터의 DC 링크부(54)의 전압은, 상기 냉방 고부하 운전에 있어서의 상기 DC 링크부의 전압보다 높은, 공기 조화기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 공기 조화기는, 전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(52)와, 상기 컨버터로부터 얻어지는 직류를 교류로 변환해 상기 전기자 코일(16CA, 16CR)에 공급하는 PWM 인버터(54)와, 상기 컨버터와 상기 PWM 인버터를 접속하는 DC 링크부(56)를 가지는 인버터(50)를 더 구비하고,
상기 난방 고부하 운전에 있어서의 상기 인버터의 캐리어 주파수는, 상기 난방 고부하 운전 이외에서의 캐리어 주파수보다 높은, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(14)는 로터 코어(140A, 140R)를 가지고,
상기 스테이터(16A, 16R)는 스테이터 코어(160A, 160R)를 가지고,
상기 스테이터 코어의 재질은, 상기 로터 코어의 재질보다도 철손이 작은, 공기 조화기.
청구항 6에 있어서,
상기 로터(14)는 상기 회전축(Q)을 법선으로 하는 면내에 연장되어 있는 복수의 제1 전자강판(電磁綱板)을 가지고,
상기 스테이터(16A, 16R)는 상기 면내에 연장되어 있는 복수의 제2 전자강판을 가지고,
하나의 상기 제1 전자강판의 상기 회전축 방향의 두께는, 하나의 상기 제2 전자강판의 상기 회전축 방향의 두께보다도 큰, 공기 조화기.
청구항 6에 있어서,
상기 로터 코어(140A, 140R)의 재질은, 규소강판 또는 압분철심 중 어느 하나가 채용되고,
상기 스테이터 코어(160A, 160R)의 재질은, 아몰퍼스, 페라이트 코어 또는 퍼멀로이 중 어느 하나가 채용되는, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터(16A, 16R)는 상기 압축기(30;30A, 30R)의 용기(32) 내에 고정되고,
상기 용기에는, 상기 스테이터가 고정되는 위치와 대응하는 위치에 방열 핀(34)이 설치되는, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터(10A)는 액시얼 갭(axial gap)형 모터로서,
상기 압축기(30A)는 상기 냉매를 압축하는 압축 기구부(36)와, 상기 압축 기구부 및 상기 모터를 격납해 고압 돔을 나타내는 용기(32)를 가지고,
상기 스테이터(16A)는 상기 용기(32)의 상기 압축 기구부(36) 측에 설치되고,
상기 압축기는 상기 용기의 상기 고압 돔 내의 상기 압축 기구부의 주위에, 또는 상기 전기자 코일(16CA)을 가지는 상기 스테이터와 접촉하는 저압 냉매 쟈켓(38)을 더 가지는, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터(10A)는 액시얼 갭형의 모터이고,
상기 전기자 코일(16CA)은 공심 코일(16CS)이 채용되는, 공기 조화기
청구항 11에 있어서,
상기 로터(14A)는, 상기 스테이터(16A)를 상기 회전축(Q) 방향에 있어서 사이에 두고 서로 대향하는, 공기 조화기.
청구항 12에 있어서,
상기 공심 코일(16CS)은 자기 융착성의 평각선으로 성형되는, 공기 조화기.
청구항 12에 있어서,
상기 공심 코일(16CS)은 내열 수지 및 섬유 필러로 성형되는, 공기 조화기.
청구항 6에 있어서,
상기 전기자 코일(16CA, 16CR)과 상기 스테이터 코어(160A, 160R)의 사이에는 절연체(20)인 고조파 흡수 재료(20A)가 설치되는, 공기 조화기.
청구항 6에 있어서,
상기 모터(10R)는 래디얼 갭(radial gap)형 모터이며,
상기 전기자 코일(16CR)은 분포권 또는 파권의 권선 방식으로 감겨지고,
상기 전기자 코일의 코일 엔드(16CE)의 적어도 한쪽은 상기 로터 코어(140R)의 상기 회전축(Q) 방향의 단부를 향해 돌출하고,
상기 희토류 자석(14MR)의 단부는 상기 로터 코어를 통하지 않고 상기 코일 엔드와 대향하는, 공기 조화기.
청구항 16에 있어서,
상기 전기자 코일(16CR)은 자기 융착성 재료가 채용되는, 공기 조화기.
청구항 17에 있어서,
상기 전기자 코일(16CA, 16CR)은 평각선이 채용되는, 공기 조화기.
청구항 17에 기재된 공기 조화기(100)를 제조하는 방법으로서,
상기 로터 코어(140R)를 설치한 후에, 상기 전기자 코일(16CR)의 코일 엔드를 정형하는 공정과,
상기 코일 엔드의 정형 후에 상기 자기 융착성 재료를 융착하는, 공기 조화기의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터(10B)는 액시얼 갭형 모터이고,
상기 전기자 코일(16CB)은 분포권의 권선 방식으로 감겨지고,
상기 전기자 코일의 외주측의 부위는, 상기 희토류 자석(14MA)의 외연 단부로 향해 만곡하는, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고,
하나의 상기 희토류 자석(14MR)은 복수의 자석체(14Mp)를 가지고, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140R)에 매설되고,
상기 복수의 자석체 중, 하나의 상기 자석체의 보자력(保磁力)은, 상기 하나의 자석체보다도 상기 회전축(Q)에 가까운 측에 설치되는 다른 상기 자석체의 보자력보다도 높은, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고,
하나의 상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)에 매설된 복수의 자석체(14Mp)를 가지고,
상기 하나의 상기 희토류 자석에 있어서 상기 복수의 자석체는, 각각의 상기 스테이터측의 단점(端点)끼리를 연결하는 거리가, 각각의 상기 스테이터와 반대측의 단점끼리를 연결하는 거리보다도 긴, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 희토류 자석(14MA, 14MR)은, 상기 로터(14)가 가지는 로터 코어(140A, 140R)에 매설되고,
상기 희토류 자석과 상기 로터 코어의 측면의 사이에 열전도성체(24)가 설치되는, 공기 조화기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기(30;30A, 30R)에 흐르는 상기 냉매의 동선은, 상기 희토류 자석에 접하는 냉매 통로(30R)와 대략 평행을 나타내는, 공기 조화기.
청구항 24에 있어서,
상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고,
상기 로터(14)는 상기 희토류 자석(14MR)을 매설해 상기 회전축(Q)에 평행으로 연장되어 있는 로터 코어(140R)를 더 가지고,
상기 로터 코어에는 상기 희토류 자석의 상기 로터 코어의 측면측 단부를 노출시키는 공극(142)이 형성되고,
상기 냉매는 상기 공극을 흐르는, 공기 조화기.
청구항 24에 있어서,
상기 모터(10R)는 래디얼 갭형 모터이고,
상기 로터(14R)는, 상기 희토류 자석(14MR)을 노출해 배치하는 로터 코어(140R)를 더 가지고,
상기 냉매는, 상기 래디얼 갭형 모터의 에어 갭(10G)을 흐르는, 공기 조화기.
회전축(Q) 방향으로 연장되어 있는 샤프트(12)의 주위에서 둘레 방향으로 회전 가능한 복수의 희토류 자석(14MA, 14MR)을 가지는 로터(14A, 14R)와, 상기 로터와 대향하는 전기자 코일(16CA, 16CR)을 가지는 스테이터(16A, 16R)를 가지는 모터(10A, 10R)를 탑재해 냉매를 압축하는 압축기(30;30A, 30R)로서,
상기 압축기는, 상기 냉매를 압축하는 압축 기구부(36)와, 상기 압축 기구부 및 상기 모터를 격납해 고압 돔을 나타내는 용기(32)를 더 가지는, 압축기.