WO2022130576A1 - 電動機、圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

電動機、圧縮機および冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2022130576A1
WO2022130576A1 PCT/JP2020/047210 JP2020047210W WO2022130576A1 WO 2022130576 A1 WO2022130576 A1 WO 2022130576A1 JP 2020047210 W JP2020047210 W JP 2020047210W WO 2022130576 A1 WO2022130576 A1 WO 2022130576A1
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core
rotor core
rotor
stator
gap
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PCT/JP2020/047210
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English (en)
French (fr)
Inventor
大輝 岩田
篤 松岡
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction

Definitions

  • This disclosure relates to rotors, motors, compressors and refrigeration cycle devices.
  • the motor has a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator around which a coil is wound, and the rotor is attached to a rotating shaft.
  • Torque output
  • Torque is generated by the action of the rotating magnetic field generated by the coil and the magnetic field generated by the permanent magnet. In order to improve the output of the motor, it is effective to narrow the gap between the rotor and the stator.
  • the motor when used for the compressor, one end of the rotating shaft is connected to the compression mechanism.
  • the position where the amount of deflection of the rotating shaft is maximum is not necessarily the axial center of the rotor. Therefore, it is desired to more effectively prevent the collision between the rotor and the stator.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to more effectively prevent a collision between the rotor and the stator.
  • the motor in this disclosure is provided in the compressor.
  • the motor includes a rotor with a rotary shaft, a rotor core attached to the rotary shaft, a permanent magnet attached to the rotor core, an annular stator core surrounding the rotor core, and a stator core. It comprises a stator with a wound winding.
  • One end of the rotary shaft in the axial direction is connected to the compression mechanism of the compressor.
  • the rotor core has a first portion in which the gap with the stator core is G1 and a second portion in which the gap with the stator core is G2 larger than G1.
  • the second portion is provided on the compression mechanism side with respect to the axial center of the rotor core.
  • the first portion is provided on both sides in the axial direction with respect to the second portion.
  • the second portion is located on the compression mechanism side with respect to the axial center of the rotor core, it is possible to increase the gap between the rotor and the stator at the position where the rotating shaft bends most. can. Therefore, it is possible to more effectively prevent the rotor from colliding with the stator.
  • FIG. It is a vertical sectional view which shows the electric motor of Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the electric motor of Embodiment 1.
  • FIG. It is a vertical cross section which shows the rotor of Embodiment 1.
  • It is a perspective view which shows the rotor of Embodiment 1.
  • FIG. It is a surface for explaining the bending state of the rotary shaft of Embodiment 1.
  • It is a vertical sectional view which shows the stator of Embodiment 2.
  • It is a figure which shows the compressor to which the electric motor of each embodiment is applicable.
  • It is a figure which shows the refrigerating cycle apparatus to which the electric motor of each embodiment is applicable.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the electric motor 100 of the first embodiment.
  • the electric motor 100 is a synchronous motor and is incorporated in the compressor.
  • the electric motor 100 has a rotor 1 attached to the rotary shaft 25 and a stator 5 surrounding the rotor 1. A gap is formed between the rotor 1 and the stator 5. Note that FIG. 1 also shows the compression mechanism 70 of the compressor.
  • the rotary shaft 25 is rotatably supported by bearings 71 and 72 provided in the compressor.
  • One end (upper end in FIG. 1) of the rotary shaft 25 in the axial direction is connected to the compression mechanism 70 of the compressor.
  • the compression mechanism 70 is arranged above the motor 100. A specific configuration example of the compressor will be described later with reference to FIG.
  • the direction of the axis axis Ax which is the center of rotation of the rotor 1, that is, the central axis of the rotating shaft 25, is referred to as the "axial direction".
  • the radial direction centered on the axis Ax is defined as the "diameter direction”.
  • the circumferential direction centered on the axis Ax is defined as the "circumferential direction", and is indicated by an arrow R in FIG. 2 and the like.
  • a cross-sectional view on a plane parallel to the axis Ax is a vertical cross-sectional view
  • a cross-sectional view on a plane orthogonal to the axis Ax is a cross-sectional view.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electric motor 100.
  • the stator 5 has a stator core 50 and a coil 60 wound around the stator core 50.
  • the stator core 50 is composed of a laminated body in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction and fixed by caulking or the like.
  • the plate thickness of the electromagnetic steel sheet is, for example, 0.1 to 0.7 mm.
  • the stator core 50 has an annular yoke 51 centered on the axis Ax and a plurality of teeth 52 extending radially inward from the yoke 51.
  • the teeth 52 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the number of teeth 52 is 18 here, but it may be 2 or more.
  • a slot 55 which is a space for accommodating the coil 60, is formed between the teeth 52 adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the number of slots 55 is the same as the number of teeth 52.
  • the stator core 50 has an outer circumference 53 and an inner circumference 54.
  • the outer circumference 53 is the outer circumference of the yoke 51, and here, the outer circumference 53 is a circle centered on the axis Ax.
  • the inner circumference 54 is a radial inner edge of the teeth 52, and here, it has an arc shape centered on the axis Ax.
  • the coil 60 is composed of a magnet wire and is wound around the teeth 52 by a centralized winding or a distributed winding.
  • the coil 60 has three-phase winding portions of U phase, V phase and W phase, and these winding portions are connected by Y connection or delta connection.
  • an insulating portion (not shown) made of resin is provided between the stator core 50 and the coil 60.
  • the rotor 1 has a cylindrical rotor core 10 and a permanent magnet 15 attached to the rotor core 10.
  • the rotor core 10 is composed of a laminated body in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction and fixed by caulking or the like.
  • the plate thickness of the electromagnetic steel sheet is, for example, 0.1 to 0.7 mm.
  • the rotor core 10 has an outer peripheral circumference 13 and an inner peripheral circumference 14. Both the outer circumference 13 and the inner circumference 14 are circular with the axis Ax as the center.
  • a rotary shaft 25 is fixed to the inner circumference 14 of the rotor core 10 by shrink fitting, press fitting, adhesion, or the like.
  • a plurality of magnet insertion holes 11 are formed along the outer circumference 13 of the rotor core 10.
  • six magnet insertion holes 11 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • the number of magnet insertion holes 11 is not limited to 6, and may be 2 or more.
  • Each magnet insertion hole 11 reaches from one end to the other end of the rotor core 10 in the axial direction.
  • Each permanent magnet 15 is inserted into each magnet insertion hole 11. That is, a total of six permanent magnets 15 are embedded in the rotor core 10. Each permanent magnet 15 is composed of a rare earth magnet. One permanent magnet 15 constitutes one magnetic pole, and the number of poles of the rotor 1 is 6. However, the number of poles of the rotor 1 is not limited to 6, and may be 2 or more.
  • each magnet insertion hole 11 one permanent magnet 15 is inserted in each magnet insertion hole 11, but two or more permanent magnets 15 may be inserted in each magnet insertion hole 11. Further, although each magnet insertion hole 11 extends linearly here, it may extend in a V shape that is convex toward the inner peripheral side.
  • Flux barriers 12 are formed on both sides of the rotor core 10 in the circumferential direction of each magnet insertion hole 11.
  • a thin wall portion is formed between the flux barrier 12 and the outer peripheral portion 13 of the rotor core 10.
  • the width of the thin-walled portion is set to be the same as the thickness of the magnetic steel sheet in order to suppress the short-circuit magnetic flux between adjacent magnetic poles.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view showing the rotor 1.
  • the rotor core 10 has a first core portion 10A, a second core portion 10B, and a third core portion 10C in order from the side closer to the compression mechanism 70 in the axial direction.
  • the first core portion 10A and the third core portion 10C are arranged on both sides of the second core portion 10B in the axial direction.
  • the first core portion 10A, the second core portion 10B, and the third core portion 10C are all composed of a laminated body of electrical steel sheets.
  • the first core portion 10A has an axial length L1
  • the second core portion 10B has an axial length L2
  • the third core portion 10C has an axial length L3.
  • the axial length L of the rotor core 10 is the sum of the lengths L1, L2, and L3.
  • the first core portion 10A and the third core portion 10C have the same outer diameter A1.
  • the second core portion 10B has an outer diameter A2 smaller than the outer diameter A1.
  • the inner diameter of the stator core 50 is constant in the axial direction. Therefore, the gap G2 between the second core portion 10B of the rotor core 10 and the stator core 50 is larger than the gap G1 between the first core portion 10A and the stator core 50, and the gap G1 between the third core portion 10C and the stator core 50 is larger. It is larger than the gap G1 with 50.
  • the gap G1 between the first core portion 10A and the stator core 50 and the gap G1 between the third core portion 10C and the stator core 50 are the same.
  • the first core portion 10A and the third core portion 10C having a small gap G1 with the stator core 50 are also referred to as a first portion.
  • the second core portion 10B having a large gap G2 with the stator core 50 is also referred to as a second portion.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the rotor 1.
  • a balance weight 21 is attached to the axial end of the first core portion 10A of the rotor core 10.
  • a balance weight 22 is attached to the axial end of the second core portion 10B of the rotor core 10.
  • the balance weights 21 and 22 are all made of brass, for example.
  • the balance weights 21 and 22 are fixed to the rotor core 10 by, for example, rivets or the like.
  • the balance weight 21 has a disc-shaped end plate portion 21b and a balance weight portion 21a formed on a part of the end plate portion 21b in the circumferential direction.
  • a central hole through which the rotary shaft 25 (FIG. 3) passes is formed in the center of the end plate portion 21b.
  • the balance weight portion 21a is formed, for example, in a semicircular ring centered on the axis Ax.
  • the balance weight 22 has a disc-shaped end plate portion 22b and a balance weight portion 22a formed on a part of the end plate portion 22b in the circumferential direction.
  • a central hole through which the rotary shaft 25 (FIG. 3) passes is formed in the center of the end plate portion 22b.
  • the balance weight portion 22a is formed, for example, in a semicircular ring centered on the axis Ax.
  • the two balance weight portions 21a and 22a are positioned symmetrically with respect to the axis Ax.
  • the weights of the balance weight portions 21a and 22a are determined according to the load of the compression mechanism 70 (FIG. 1).
  • the weights of the balance weight portions 21a and 22a may be the same or different.
  • the rotor 1 may have only one of the balance weight portions 21a and 22a.
  • the balance weight portion 21a and the end plate portion 21b are integrally formed here, but may be separate bodies.
  • the balance weight portion 22a and the end plate portion 22b are integrally formed here, but may be separate bodies.
  • the rotary shaft 25 is rotatably supported by a first bearing portion 71 as a first support portion and a second bearing portion 72 as a second support portion.
  • first bearing portion 71 is arranged between the compression mechanism 70 and the rotor 1
  • second bearing portion 72 is arranged on the side opposite to the first bearing portion 71 with the rotor 1 interposed therebetween. That is, the rotary shaft 25 is supported in a double-sided beam shape by the first bearing portion 71 and the second bearing portion 72.
  • the axial distance from the first bearing portion 71 to the rotor core 10 is defined as the distance D1.
  • the axial distance from the second bearing portion 72 to the rotor core 10 is defined as the distance D2.
  • the distance D1 from the first bearing portion 71 to the rotor core 10 is set smaller than the distance D2 from the second bearing portion 72 to the rotor core 10. (D1 ⁇ D2).
  • the length L1 of the first core portion 10A is shorter than the length L3 of the third core portion 10C (L1 ⁇ L3). Therefore, the second core portion 10B is located on the compression mechanism 70 side with respect to the axial center M1 of the rotor core 10. In other words, the axial center M2 of the second core portion 10B is located closer to the compression mechanism 70 than the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the axial center M1 of the rotor core 10 is a position that divides the length L of the rotor core 10 into two equal parts.
  • the axial center M2 of the second core portion 10B is a position that divides the length L2 of the second core portion 10B into two equal parts.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the bending state of the rotating shaft 25.
  • the rotary shaft 25 is supported at both ends by bearing portions 71 and 72.
  • the rotating shaft 25 is bent by a load from the compression mechanism 70 and a centrifugal force from the rotor 1. Although it is possible to reduce the deflection by attaching the balance weights 21 and 22, it is difficult to completely eliminate the deflection.
  • the distance D1 from the first bearing portion 71 to the rotor core 10 is shorter than the distance D2 from the second bearing portion 72 to the rotor core 10 (D1 ⁇ D2). Therefore, the position where the rotary shaft 25 bends most is located on the compression mechanism 70 side of the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the second core portion 10B of the rotor core 10 is arranged closer to the compression mechanism 70 than the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized (that is, the gap G2) at the position where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is maximized, and the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized. Collision with can be effectively prevented.
  • the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 is uniformly widened, the magnetic force acting between the rotor core 10 and the stator core 50 is reduced, which causes a decrease in the output of the motor 100.
  • the gap G2 is widened in the place where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is large and the gap G1 is narrowed in the other places, the rotor core is suppressed while suppressing the decrease in the output of the motor 100. It is possible to effectively prevent the collision between the 10 and the stator core 50.
  • the axial center M2 of the second core portion 10B of the rotor core 10 coincides with the position where the amount of deflection of the rotating shaft 25 is maximized.
  • the deflection angle of the rotary shaft 25 seen from the first bearing portion 71 is defined as ⁇ 1.
  • the diameter of the rotor 1 due to the deflection of the rotary shaft 25 is expressed by the following equation (1).
  • the deflection angle of the rotary shaft 25 seen from the second bearing portion 72 is defined as ⁇ 2.
  • the diameter of the rotor 1 due to the deflection of the rotary shaft 25 is expressed by the following equation (2).
  • the maximum displacement amounts E1 and E2 are the same. If the gap G2 between the second core portion 10B and the stator core 50 is larger than the maximum displacement amount E1 (and therefore larger than the maximum displacement amount E2), the collision between the second core portion 10B and the stator core 50 is effective. Can be prevented.
  • the gap G2 between the second core portion 10B and the stator core 50 satisfies the following equations (3) and (4).
  • the largest radial displacement due to the bending of the rotary shaft 25 is the end portion of the first core portion 10A on the second core portion 10B side. From the above-mentioned deflection angle ⁇ 1, the distance D1 from the first bearing portion 71 to the rotor core 10, and the length L1 of the first core portion 10A, the maximum displacement amount F1 in the radial direction of the first core portion 10A is determined. It is expressed by the following equation (5).
  • the largest radial displacement due to the bending of the rotary shaft 25 is the end portion of the third core portion 10C on the second core portion 10B side.
  • the maximum displacement amount F2 in the radial direction of the third core portion 10C is determined. It is expressed by the following equation (6).
  • the gap G1 between the first core portion 10A and the stator core 50 (that is, the third core portion 10C) It is desirable that the gap G1) between the stator core 50 and the stator core 50 is larger than the maximum displacement amounts F1 and F2 described above. Therefore, it is desirable that the gap G1 satisfies the following equations (7) and (8).
  • the gaps G1 and G2 are both 1.0 mm or less. Therefore, the desirable range of the gap G1 is 0 mm ⁇ G1 ⁇ 1.0 mm, and the more desirable range is 0.3 mm ⁇ G1 ⁇ 1.0 mm.
  • the desirable range of the gap G2 is G1 ⁇ G2 ⁇ 1.0 mm.
  • the rotor core 10 can be formed of two types of electrical steel sheets.
  • the rotor core 10 is formed by laminating laminated steel plates punched by press working. Therefore, when the rotor core 10 is formed of various types of electrical steel sheets (for example, Reference 1), a complicated press die is required, and the manufacturing cost increases.
  • the rotor core 10 is formed of two types of electrical steel sheets and the stator core 50 is formed of one type of electrical steel sheet, it is necessary to use a complicated press die. It is possible to reduce the manufacturing cost.
  • the axial center M2 of the second core portion 10B and the axial position where the amount of deflection of the rotating shaft 25 is maximum are the same, but they do not necessarily have to be the same. do not have.
  • the closer the axial center M2 of the second core portion 10B is to the axial position where the amount of deflection of the rotating shaft 25 is maximum the more the rotor core 10 and the stator core 50 collide with each other while suppressing the output decrease. The effect of prevention can be enhanced.
  • the distance from the first bearing portion 71 to the rotor core 10 is set to D1
  • the distance from the second bearing portion 72 to the rotor core 10 is set to D2.
  • the distance from 71 to the balance weight 21 may be D1
  • the distance from the second bearing portion 72 to the balance weight 22 may be D2.
  • one end of the rotary shaft 25 in the axial direction is connected to the compression mechanism 70.
  • the gap between the first core portion 10A and the third core portion 10C (first portion) where the gap between the stator core 50 and the stator core 50 is G1 and the gap between the stator core 50 and the stator core 50 are larger than G1.
  • It has two core portions 10B (second portion).
  • the second core portion 10B is provided on the compression mechanism 70 side with respect to the axial center of the rotor core 10, and the first core portion 10A and the third core portion 10C are located on both sides of the second core portion 10B in the axial direction. It is provided.
  • the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized (G2) at the position where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is maximized.
  • G2 the gap between the rotor core 10 and the stator core 50
  • the gaps G1 and G2 with the stator core 50 described above can be realized with a simple configuration.
  • the distance D1 from the first bearing portion 71 on the compression mechanism 70 side to the rotor core 10 and the distance D2 from the second bearing portion 72 on the opposite side of the compression mechanism 70 to the rotor core 10 are D1 ⁇ .
  • D2 the distance from the second bearing portion 72 on the opposite side of the compression mechanism 70 to the rotor core 10
  • the second core portion 10C has a simple configuration.
  • the core portion 10B can be positioned on the compression mechanism 70 side with respect to the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the balance weight 21 (22) is attached to at least one end of the rotor core 10 in the axial direction, the amount of bending of the rotating shaft 25 when the compressor is operated can be reduced to some extent.
  • FIG. 6 is a vertical sectional view showing the electric motor 101 of the second embodiment.
  • the outer diameter of the rotor core 10 is constant in the axial direction. That is, the rotor core 10 of the electric motor 101 is composed of a laminated body of one type of electrical steel sheet.
  • FIG. 7 is a vertical sectional view showing the stator 5 of the second embodiment.
  • the stator core 50 has a first core portion 50A, a second core portion 50B, and a third core portion 50C in order from the side closer to the compression mechanism 70 in the axial direction.
  • the first core portion 50A and the third core portion 50C are arranged on both sides of the second core portion 50B in the axial direction.
  • the first core portion 50A, the second core portion 50B, and the third core portion 50C are all composed of a laminated body of electrical steel sheets.
  • the first core portion 50A has an axial length L1
  • the second core portion 50B has an axial length L2
  • the third core portion 50C has an axial length L3.
  • the axial length L of the stator core 50 is the sum of the lengths L1, L2, and L3.
  • the first core portion 50A and the third core portion 50C have the same inner diameter B1.
  • the second core portion 50B has an inner diameter B2 larger than the inner diameter B1.
  • the gap G2 between the second core portion 50B of the stator core 50 and the rotor core 10 is larger than the gap G1 between the first core portion 50A and the rotor core 10, and is the third. It is larger than the gap G1 between the core portion 50C and the rotor core 10.
  • the gap G1 between the first core portion 50A and the rotor core 10 and the gap G1 between the third core portion 50C and the rotor core 10 are the same.
  • the first bearing portion 71 is arranged between the rotor 1 and the compression mechanism 70, and the second bearing portion 72 is located on the opposite side of the rotor 1 from the compression mechanism 70. Have been placed.
  • the distance D1 from the first bearing portion 71 to the rotor core 10 is smaller than the distance D2 from the second bearing portion 72 to the rotor core 10 (D1 ⁇ D2). Therefore, the position where the rotary shaft 25 bends most is located on the compression mechanism 70 side of the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the length L1 of the first core portion 50A of the stator core 50 is shorter than the length L3 of the third core portion 50C (L1 ⁇ L3). Therefore, the second core portion 50B of the stator core 50 is located on the compression mechanism 70 side with respect to the axial center M1 of the rotor core 10. More specifically, the axial center of the second core portion 50B of the stator core 50 is located closer to the compression mechanism 70 than the axial center M1 of the rotor core 10.
  • the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized (that is, the gap G2) at the position where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is maximum, and the rotor can be used. Collision between the core 10 and the stator core 50 can be effectively prevented.
  • stator core 50 can be formed of two types of electrical steel sheets having different inner diameters, and the rotor core 10 can be formed of one type of electrical steel sheet. Therefore, it is not necessary to use a complicated press die in the manufacturing process, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the equations (10) and (12) described in the first embodiment are between the lengths L1, L2, L3, the distances D1, D2, and the gaps G1 and G2 of the core portions 50A, 50B, and 50C of the stator core 50. ) Is desirable.
  • the desirable range of the gap G1 is 0 mm ⁇ G1 ⁇ 1.0 mm, and the more desirable range is 0.3 mm ⁇ G1 ⁇ 1.0 mm.
  • the desirable range of the gap G2 is G1 ⁇ G2 ⁇ 1.0 mm. This makes it possible to particularly suppress a decrease in magnetic force while preventing collision between the rotor core 10 and the stator core 50.
  • the portion of the stator core 50 facing the first core portion 50A is referred to as the first core portion 10A
  • the portion facing the second core portion 50B is referred to as the first core portion 50B
  • the portion facing the third core portion 50C is referred to as a second core portion 10B, and is referred to as a third core portion 10C.
  • the first core portion 10A and the third core portion 10C form the first portion of the rotor core 10.
  • the second core portion 10B constitutes the second portion of the rotor core 10.
  • the electric motor 101 of the second embodiment is configured in the same manner as the electric motor 100 of the first embodiment except for the above-mentioned points.
  • the inner diameter B2 of the second core portion 50B of the stator core 50 is larger than the inner diameter B1 of the first core portion 50A and the third core portion 50C (B1 ⁇ B2). ..
  • the second core portion 50B is located closer to the compression mechanism 70 than the axial center M1 of the rotor core 10. Therefore, the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized (gap G2) at the position where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is maximum. As a result, it is possible to effectively prevent the collision between the rotor core 10 and the stator core 50 while suppressing the decrease in the output of the electric motor 101.
  • stator core 50 can be formed of two types of electrical steel sheets and the rotor core 10 can be formed of one type of electrical steel sheet, the manufacturing cost can be reduced.
  • the outer diameter of the rotor core 10 is constant over the axial direction, but as described in the first embodiment, the outer diameter A2 of the second core portion 10B of the rotor core 10 is the first. It may be smaller than the outer diameters A1 and A3 of the core portion 10A and the third core portion 10C.
  • FIG. 8 is a vertical sectional view showing a modified example.
  • the compression mechanism 70 is arranged on the upper side of the electric motor 100 (101).
  • the compression mechanism 70 is arranged under the electric motor 100.
  • a first bearing portion 71 is arranged between the compression mechanism 70 and the motor 100.
  • a second bearing portion 72 is arranged on the side opposite to the compression mechanism 70 with the motor 100 interposed therebetween.
  • the distance D1 from the first bearing portion 71 to the electric motor 100 is shorter than the distance D2 from the electric motor 100 to the second bearing portion 72 (D1 ⁇ D2).
  • the rotor core 10 has a first core portion 10A, a second core portion 10B, and a third core portion 10C in order from the side closer to the compression mechanism 70.
  • the configurations of the core portions 10A to 10C are as described in the first embodiment.
  • the gap G2 between the second core portion 10B and the stator core 50 is larger than the gap G1 between the first core portion 10A and the stator core 50, and the gap G1 between the third core portion 10C and the stator core 50. Greater than.
  • the second core portion 10B of the rotor core 10 is located on the compression mechanism 70 side (lower side) of the axial center M1 of the rotor core 10. Therefore, the gap between the rotor core 10 and the stator core 50 can be maximized (gap G2) at the position where the amount of deflection of the rotary shaft 25 is maximum. As a result, it is possible to prevent the rotor core 10 and the stator core 50 from colliding with each other while suppressing the decrease in the output of the electric motor 100.
  • FIG. 8 shows an example in which the compression mechanism 70 is arranged under the electric motor 100 of the first embodiment
  • the compression mechanism 70 may be arranged under the electric motor 101 of the second embodiment. ..
  • FIG. 9 is a vertical sectional view showing the compressor 300.
  • the compressor 300 is, but is not limited to, a scroll compressor here.
  • the compressor 300 is a sub that supports a compression mechanism 310, an electric motor 100 that drives the compression mechanism 310, a rotary shaft 25 that connects the compression mechanism 310 and the motor 100, and a lower end portion (sub-shaft portion) of the rotary shaft 25. It has a frame 303 and a closed container 301 in which these are housed. Refrigerating machine oil 304 is stored in the oil sump 305 at the bottom of the closed container 301.
  • the compression mechanism 310 corresponds to an example of the compression mechanism 70 shown in FIG. 1 and the like.
  • the compression mechanism 310 includes a fixed scroll 311 and a swing scroll 312, an old dam ring 313, a compliant frame 314, and a guide frame 315. Both the fixed scroll 311 and the swing scroll 312 have plate-shaped spiral teeth and are combined to form a compression chamber 316.
  • the fixed scroll 311 has a discharge port 311a for discharging the refrigerant compressed in the compression chamber 316. Further, a suction pipe 306 penetrating the closed container 301 is press-fitted into the fixed scroll 311. Further, a discharge pipe 307 is provided so as to penetrate the closed container 301 to discharge the high-pressure refrigerant gas discharged from the discharge port 311a of the fixed scroll 311 to the outside.
  • the electric motor 100 is incorporated by shrink fitting inside the closed container 301. Further, a glass terminal 308 for electrically connecting the stator 5 of the motor 100 and the drive circuit is fixed to the closed container 301 by welding.
  • the rotary shaft 25 is rotatably supported by a main bearing portion 41 provided in the compliant frame 314 and an auxiliary bearing portion 42 provided in the subframe 303.
  • the main bearing portion 41 corresponds to an example of the first bearing portion 71 shown in FIG. 1 and the like.
  • the auxiliary bearing portion 42 corresponds to an example of the second bearing portion 72 shown in FIG. 1 and the like.
  • the operation of the compressor 300 is as follows.
  • the electric motor 100 rotates
  • the rotary shaft 25 rotates together with the rotor 1.
  • the swing scroll 312 swings, changing the volume of the compression chamber 316 between the fixed scroll 311 and the swing scroll 312.
  • the refrigerant gas is sucked into the compression chamber 316 from the suction pipe 306 and compressed.
  • the high-pressure refrigerant gas compressed in the compression chamber 316 is discharged into the closed container 301 from the discharge port 311a of the fixed scroll 311 and discharged to the outside from the discharge pipe 307. Further, a part of the refrigerant gas discharged from the compression chamber 316 into the closed container 301 passes through the hole provided in the motor 100 and cools the motor 100.
  • the electric motor 100 of each of the above embodiments and modifications prevents the rotor 1 from colliding with the stator 5 while suppressing the output decrease. Therefore, the noise of the compressor 300 provided with the motor 100 can be reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the refrigeration cycle device 400.
  • the refrigeration cycle device 400 includes a compressor 401, a condenser 402, a throttle device (decompression device) 403, and an evaporator 404.
  • the compressor 401, the condenser 402, the throttle device 403 and the evaporator 404 are connected by a refrigerant pipe 407 to form a refrigeration cycle. That is, the refrigerant circulates in the order of the compressor 401, the condenser 402, the throttle device 403, and the evaporator 404.
  • the compressor 401, the condenser 402, and the throttle device 403 are provided in the outdoor unit 410.
  • the compressor 401 is composed of the compressor 300 described with reference to FIG.
  • the outdoor unit 410 is provided with an outdoor blower 405 that blows air to the condenser 402.
  • the evaporator 404 is provided in the indoor unit 420.
  • the indoor unit 420 is provided with an indoor blower 406 that blows air to the evaporator 404.
  • the operation of the refrigeration cycle device 400 is as follows.
  • the compressor 401 compresses and sends out the sucked refrigerant.
  • the condenser 402 exchanges heat between the refrigerant flowing in from the compressor 401 and the outdoor air, condenses the refrigerant, liquefies it, and sends it to the refrigerant pipe 407.
  • the outdoor blower 405 supplies outdoor air to the condenser 402.
  • the throttle device 403 adjusts the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 407.
  • the evaporator 404 exchanges heat between the refrigerant reduced to a low pressure by the throttle device 403 and the air in the room.
  • the refrigerant takes heat from the air, evaporates (vaporizes), and is sent to the refrigerant pipe 407.
  • the indoor blower 406 supplies the air deprived of heat by the refrigerant by the evaporator 404 into the room.
  • the electric motor 100 of each of the above embodiments and modifications prevents the rotor 1 from colliding with the stator 5 while suppressing the output decrease. Therefore, by using the electric motor 100 for the compressor 401 of the refrigeration cycle device 400, the noise of the refrigeration cycle device 400 can be reduced.

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Abstract

電動機は、圧縮機に設けられる。電動機は、回転シャフトと、回転シャフトに取り付けられた回転子コアと、回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有する回転子と、回転子コアを囲む環状の固定子コアと、固定子コアに巻かれた巻線とを有する固定子とを備える。回転シャフトは、その軸方向の一端が圧縮機の圧縮機構に連結される。回転子コアは、固定子コアとの隙間がＧ１となる第１部分と、固定子コアとの隙間がＧ１より大きいＧ２となる第２部分とを有する。第２部分は、回転子コアの軸方向の中心に対して圧縮機構側に設けられる。第１部分は、第２部分に対して軸方向の両側に設けられている。

Description

電動機、圧縮機および冷凍サイクル装置
　本開示は、回転子、電動機、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
　電動機は、永久磁石を搭載する回転子と、コイルが巻き付けられた固定子とを有し、回転子は回転シャフトに取付けられる。コイルで発生する回転磁界と永久磁石による磁界との作用により、トルク（出力）が発生する。電動機の出力を向上するためには、回転子と固定子との隙間を狭くすることが有効である。
　一方、回転子と固定子との隙間を狭くした場合、回転シャフトの撓みにより、回転子と固定子とが衝突して騒音を生じる可能性がある。そこで、回転子と固定子との隙間を、回転子の軸方向中心で広くし、回転子の軸方向端部で狭くした電動機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２－２７２０７３号公報（図２参照）
　ここで、電動機が圧縮機に用いられる場合、回転シャフトの一端が圧縮機構に連結される。この場合、回転シャフトの撓み量が最大となる位置は、回転子の軸方向中心とは限らない。そのため、より効果的に回転子と固定子との衝突を防止することが望まれている。
　本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、より効果的に回転子と固定子との衝突を防止することを目的とする。
　本開示における電動機は、圧縮機に設けられる。電動機は、回転シャフトと、回転シャフトに取り付けられた回転子コアと、回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有する回転子と、回転子コアを囲む環状の固定子コアと、固定子コアに巻かれた巻線とを有する固定子とを備える。回転シャフトは、その軸方向の一端が圧縮機の圧縮機構に連結される。回転子コアは、固定子コアとの隙間がＧ１となる第１部分と、固定子コアとの隙間がＧ１より大きいＧ２となる第２部分とを有する。第２部分は、回転子コアの軸方向の中心に対して圧縮機構側に設けられる。第１部分は、第２部分に対して軸方向の両側に設けられている。
　本開示によれば、第２部分が回転子コアの軸方向中心に対して圧縮機構側に位置するため、回転シャフトが最も大きく撓む位置で、回転子と固定子と隙間を大きくすることができる。そのため、より効果的に回転子と固定子との衝突を防止することができる。
実施の形態１の電動機を示す縦断面図である。 実施の形態１の電動機を示す横断面図である。 実施の形態１の回転子を示す縦断面である。 実施の形態１の回転子を示す斜視図である。 実施の形態１の回転シャフトの撓み状態を説明するための面である。 実施の形態２の電動機を示す縦断面図である。 実施の形態２の固定子を示す縦断面図である。 変形例の電動機を示す縦断面図である。 各実施の形態の電動機が適用可能な圧縮機を示す図である。 各実施の形態の電動機が適用可能な冷凍サイクル装置を示す図である。
実施の形態１．
＜電動機の構成＞
　図１は、実施の形態１の電動機１００を示す横断面図である。電動機１００は、同期電動機であり、圧縮機に組み込まれる。電動機１００は、回転シャフト２５に取り付けられた回転子１と、回転子１を囲む固定子５とを有する。回転子１と固定子５との間には、空隙が形成されている。なお、図１には、圧縮機の圧縮機構７０も併せて示している。
　回転シャフト２５は、圧縮機に設けられた軸受部７１，７２によって回転可能に支持されている。回転シャフト２５の軸方向の一端（図１では上端）は、圧縮機の圧縮機構７０に連結されている。ここでは、圧縮機構７０が電動機１００の上方に配置されている。なお、圧縮機の具体的な構成例については、図９を参照して後述する。
　以下では、回転子１の回転中心、すなわち回転シャフト２５の中心軸である軸線Ａｘの方向を「軸方向」とする。軸線Ａｘを中心とする径方向を「径方向」とする。軸線Ａｘを中心とする周方向を「周方向」とし、図２等に矢印Ｒで示す。軸線Ａｘと平行な面における断面図を縦断面図とし、軸線Ａｘに直交する面における断面図を横断面図とする。
　図２は、電動機１００を示す断面図である。固定子５は、固定子コア５０と、固定子コア５０に巻き付けられたコイル６０とを有する。固定子コア５０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定した積層体で構成される。電磁鋼板の板厚は、例えば０．１～０．７ｍｍである。
　固定子コア５０は、軸線Ａｘを中心とする環状のヨーク５１と、ヨーク５１から径方向内側に延在する複数のティース５２とを有する。ティース５２は、周方向に等間隔に配置されている。ティース５２の数はここでは１８であるが、２以上であればよい。周方向に隣り合うティース５２の間には、コイル６０を収容する空間であるスロット５５が形成される。スロット５５の数は、ティース５２の数と同じである。
　固定子コア５０は、外周５３および内周５４を有する。外周５３は、ヨーク５１の外周であり、ここでは軸線Ａｘを中心とする円形である。内周５４は、ティース５２の径方向内側の端縁であり、ここでは軸線Ａｘを中心とする円弧状である。
　コイル６０はマグネットワイヤで構成され、集中巻または分布巻によりティース５２に巻き付けられる。コイル６０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相の巻線部を有し、これらの巻線部はＹ結線またはデルタ結線で結線されている。固定子コア５０とコイル６０とを絶縁するため、固定子コア５０とコイル６０との間には、樹脂で形成された図示しない絶縁部が設けられる。
　回転子１は、円筒状の回転子コア１０と、回転子コア１０に取り付けられた永久磁石１５とを有する。回転子コア１０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等で固定した積層体で構成される。電磁鋼板の板厚は、例えば０．１～０．７ｍｍである。
　回転子コア１０は、外周１３および内周１４を有する。外周１３および内周１４はいずれも、軸線Ａｘを中心とする円形である。回転子コア１０の内周１４には、回転シャフト２５が、焼嵌め、圧入または接着等により固定されている。
　回転子コア１０の外周１３に沿って、複数の磁石挿入孔１１が形成されている。ここでは６つの磁石挿入孔１１が周方向に等間隔に形成されている。磁石挿入孔１１の数は６に限定されるものではなく、２以上であればよい。各磁石挿入孔１１は、回転子コア１０の軸方向の一端から他端に達している。
　各磁石挿入孔１１に、永久磁石１５が１つずつ挿入されている。すなわち、回転子コア１０には、合計６つの永久磁石１５が埋め込まれている。各永久磁石１５は、希土類磁石で構成されている。１つの永久磁石１５は１磁極を構成し、回転子１の極数は６である。但し、回転子１の極数は６に限定されるものではなく、２以上であればよい。
　ここでは、各磁石挿入孔１１に１つの永久磁石１５が挿入されているが、各磁石挿入孔１１に２つ以上の永久磁石１５が挿入されていてもよい。また、各磁石挿入孔１１は、ここでは直線状に延在しているが、内周側に凸となるＶ字状に延在していてもよい。
　回転子コア１０において各磁石挿入孔１１の周方向両側には、フラックスバリア１２が形成されている。フラックスバリア１２と回転子コア１０の外周１３との間には、薄肉部が形成される。薄肉部の幅は、隣り合う磁極間の短絡磁束を抑制するため、電磁鋼板の板厚と同等に設定されている。
　図３は、回転子１を示す縦断面図である。図３に示すように、回転子コア１０は、軸方向において圧縮機構７０に近い側から順に、第１コア部１０Ａと、第２コア部１０Ｂと、第３コア部１０Ｃとを有する。第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃは、軸方向において第２コア部１０Ｂの両側に配置されている。
　第１コア部１０Ａ、第２コア部１０Ｂおよび第３コア部１０Ｃはいずれも、電磁鋼板の積層体で構成される。第１コア部１０Ａは軸方向の長さＬ１を有し、第２コア部１０Ｂは軸方向の長さＬ２を有し、第３コア部１０Ｃは軸方向の長さＬ３を有する。回転子コア１０の軸方向の長さＬは、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３の合計である。
　第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃは、同一の外径Ａ１を有する。第２コア部１０Ｂは、外径Ａ１よりも小さい外径Ａ２を有する。
　図１に示すように、固定子コア５０の内径は、軸方向に亘って一定である。そのため、回転子コア１０の第２コア部１０Ｂと固定子コア５０との隙間Ｇ２は、第１コア部１０Ａと固定子コア５０との隙間Ｇ１よりも大きく、第３コア部１０Ｃと固定子コア５０との隙間Ｇ１よりも大きい。第１コア部１０Ａと固定子コア５０との隙間Ｇ１と、第３コア部１０Ｃと固定子コア５０との隙間Ｇ１とは、同じである。
　回転子コア１０において、固定子コア５０との隙間Ｇ１が小さい第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃは、第１部分とも称する。回転子コア１０において、固定子コア５０との隙間Ｇ２が大きい第２コア部１０Ｂは、第２部分とも称する。
　図４は、回転子１を示す斜視図である。回転子コア１０の第１コア部１０Ａの軸方向端部には、バランスウエイト２１が取り付けられている。回転子コア１０の第２コア部１０Ｂの軸方向端部には、バランスウエイト２２が取り付けられている。
　バランスウエイト２１，２２はいずれも、例えば真鍮で形成されている。バランスウエイト２１，２２は、例えばリベット等により、回転子コア１０に固定されている。
　バランスウエイト２１は、円板状の端板部２１ｂと、周方向において端板部２１ｂの一部に形成されたバランスウエイト部２１ａとを有する。端板部２１ｂの中心には、回転シャフト２５（図３）を通過させる中心孔が形成されている。バランスウエイト部２１ａは、例えば、軸線Ａｘを中心とする半円環状に形成されている。
　同様に、バランスウエイト２２は、円板状の端板部２２ｂと、周方向において端板部２２ｂの一部に形成されたバランスウエイト部２２ａとを有する。端板部２２ｂの中心には、回転シャフト２５（図３）を通過させる中心孔が形成されている。バランスウエイト部２２ａは、例えば、軸線Ａｘを中心とする半円環状に形成されている。
　２つのバランスウエイト部２１ａ，２２ａは、軸線Ａｘに対して互いに対称な位置にある。バランスウエイト部２１ａ，２２ａの重量は、圧縮機構７０（図１）の負荷に応じて決定される。バランスウエイト部２１ａ，２２ａの重量は同じでもよく、異なっていてもよい。また、回転子１は、バランスウエイト部２１ａ，２２ａの一方だけを有していてもよい。
　バランスウエイト部２１ａおよび端板部２１ｂは、ここでは一体に形成されているが、別体であってもよい。同様に、バランスウエイト部２２ａおよび端板部２２ｂは、ここでは一体に形成されているが、別体であってもよい。
＜作用＞
　図３に示すように、回転シャフト２５は、第１支持部としての第１軸受部７１と、第２支持部としての第２軸受部７２とにより、回転可能に支持されている。軸方向において、第１軸受部７１は圧縮機構７０と回転子１との間に配置され、第２軸受部７２は回転子１を挟んで第１軸受部７１と反対側に配置されている。すなわち、回転シャフト２５は、第１軸受部７１と第２軸受部７２とによって両持ち梁状に支持される。
　第１軸受部７１から回転子コア１０までの軸方向の距離を、距離Ｄ１とする。第２軸受部７２から回転子コア１０までの軸方向の距離を、距離Ｄ２とする。
　回転子コア１０の重心位置をできるだけ圧縮機構７０に近づけるため、第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１は、第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２よりも小さく設定されている（Ｄ１＜Ｄ２）。
　第１コア部１０Ａの長さＬ１は、第３コア部１０Ｃの長さＬ３よりも短い（Ｌ１＜Ｌ３）。そのため、第２コア部１０Ｂは、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１に対して、圧縮機構７０側に位置する。言い換えると、第２コア部１０Ｂの軸方向中心Ｍ２が、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に位置している。
　なお、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１は、回転子コア１０の長さＬを２等分する位置である。一方、第２コア部１０Ｂの軸方向中心Ｍ２は、第２コア部１０Ｂの長さＬ２を２等分する位置である。
　図５は、回転シャフト２５の撓み状態を説明するための模式図である。回転シャフト２５は、上記の通り、軸受部７１，７２によって両端で支持されている。圧縮機の動作時には、回転シャフト２５には、圧縮機構７０から負荷および回転子１からの遠心力により、撓みが発生する。バランスウエイト２１，２２を取り付けることで撓みを低減することはできるが、撓みを完全に無くすことは難しい。
　上記の通り、第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１は、第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２よりも短い（Ｄ１＜Ｄ２）。そのため、回転シャフト２５が最も大きく撓む位置は、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に存在する。
　実施の形態１では、回転子コア１０の第２コア部１０Ｂを、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に配置している。これにより、回転シャフト２５の撓み量が最大となる位置で、回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を最大（すなわち隙間Ｇ２）にすることができ、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を一律に広げた場合には、両者の間に作用する磁力が低下し、電動機１００の出力低下を招く。この実施の形態１では、回転シャフト２５の撓み量が大きい箇所では隙間Ｇ２を広くし、それ以外の箇所は隙間Ｇ１を狭くしているため、電動機１００の出力低下を抑制しながら、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　特に、回転子コア１０の第２コア部１０Ｂの軸方向中心Ｍ２が、回転シャフト２５の撓み量が最大となる位置と一致することが最も望ましい。
　ここで、回転子コア１０のコア部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、距離Ｄ１，Ｄ２と、隙間Ｇ１，Ｇ２との関係について、さらに説明する。
　図５に示すように、第１軸受部７１から見た回転シャフト２５の撓み角を、α１とする。第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１、第１コア部１０Ａの長さＬ１、および第２コア部１０Ｂの長さＬ２を用いると、回転シャフト２５の撓みによる回転子１の径方向の最大変位量Ｅ１は、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、第２軸受部７２から見た回転シャフト２５の撓み角を、α２とする。第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２、第２コア部１０Ｂの長さＬ２、および第３コア部１０Ｃの長さＬ３を用いると、回転シャフト２５の撓みによる回転子１の径方向の最大変位量Ｅ２は、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　最大変位量Ｅ１，Ｅ２は同じである。第２コア部１０Ｂと固定子コア５０との隙間Ｇ２が最大変位量Ｅ１よりも大きければ（従って最大変位量Ｅ２よりも大きければ）、第２コア部１０Ｂと固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　そのため、第２コア部１０Ｂと固定子コア５０との隙間Ｇ２は、以下の式（３），（４）を満足することが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、第１コア部１０Ａにおいて、回転シャフト２５の撓みによって最も大きく径方向に変位するのは、第１コア部１０Ａの第２コア部１０Ｂ側の端部である。上記の撓み角α１と、第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１と、第１コア部１０Ａの長さＬ１とから、第１コア部１０Ａの径方向の最大変位量Ｆ１は、以下の式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　同様に、第３コア部１０Ｃにおいて、回転シャフト２５の撓みによって最も大きく径方向に変位するのは、第３コア部１０Ｃの第２コア部１０Ｂ側の端部である。上記の撓み角α２と、第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２と、第３コア部１０Ｃの長さＬ３とから、第３コア部１０Ｃの径方向の最大変位量Ｆ２は、以下の式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃと固定子コア５０との衝突を効果的に防止するためには、第１コア部１０Ａと固定子コア５０との隙間Ｇ１（すなわち第３コア部１０Ｃと固定子コア５０との隙間Ｇ１）が、上記の最大変位量Ｆ１，Ｆ２よりも大きいことが望ましい。そのため、隙間Ｇ１は、以下の式（７），（８）を満足することが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　式（３）および式（７）から角度α１を消去すると、以下の式（９）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　この式（９）を変形すると、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２との比は、以下の式（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　同様に、式（４）および式（８）から角度α２を消去すると、以下の式（１１）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　この式（１１）を変形すると、隙間Ｇ１と隙間Ｇ２との比は、以下の式（１２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　隙間Ｇ１，Ｇ２を、式（１０）および式（１２）を満足するように決定することで、回転シャフト２５の撓みが生じた場合でも、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を最も効果的に防止することができる。
　なお、磁力の低下を抑制する上では、隙間Ｇ１，Ｇ２がいずれも１．０ｍｍ以下であることが望ましい。そのため、隙間Ｇ１の望ましい範囲は、０ｍｍ＜Ｇ１≦１．０ｍｍであり、より望ましい範囲は０．３ｍｍ＜Ｇ１≦１．０ｍｍである。隙間Ｇ２の望ましい範囲は、Ｇ１＜Ｇ２≦１．０ｍｍである。
　また、この実施の形態１では、第１コア部１０Ａと第３コア部１０Ｃが同じ外径Ａ１を有し、第２コア部１０Ｂが外径Ａ２（＜Ａ１）を有するため、回転子コア１０を２種類の電磁鋼板で形成することができる。
　回転子コア１０は、プレス加工によって打ち抜かれた積層鋼板を積層することによって形成される。そのため、回転子コア１０が多種類の電磁鋼板で形成される場合には（例えば引用文献１）、複雑なプレス金型が必要になり、製造コストが上昇する。
　これに対し、この実施の形態１では、回転子コア１０が２種類の電磁鋼板で形成され、固定子コア５０が１種類の電磁鋼板で形成されるため、複雑なプレス金型を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
　なお、図５に示した例では、第２コア部１０Ｂの軸方向中心Ｍ２と、回転シャフト２５の撓み量が最大となる軸方向位置とが一致しているが、必ずしも一致している必要はない。但し、第２コア部１０Ｂの軸方向中心Ｍ２が、回転シャフト２５の撓み量が最大となる軸方向位置に近いほど、出力低下を抑制しながら回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を防止する効果を高めることができる。
　また、図５に示した例では、第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離をＤ１とし、第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離をＤ２としたが、第１軸受部７１からバランスウエイト２１までの距離をＤ１とし、第２軸受部７２からバランスウエイト２２までの距離をＤ２としてもよい。
＜実施の形態の効果＞
　以上説明したように、この実施の形態１の電動機１００では、回転シャフト２５の軸方向の一端が圧縮機構７０に連結される。回転子コア１０は、固定子コア５０との隙間がＧ１となる第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃ（第１部分）と、固定子コア５０との隙間がＧ１より大きいＧ２となる第２コア部１０Ｂ（第２部分）とを有する。第２コア部１０Ｂは、回転子コア１０の軸方向の中心に対して圧縮機構７０側に設けられ、第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃは、第２コア部１０Ｂの軸方向両側に設けられている。この構成により、回転シャフト２５の撓み量が最大になる位置で、回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を最大（Ｇ２）にすることができる。その結果、電動機１００の出力低下を抑制しながら、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　また、回転子コア１０の第２コア部１０Ｂ（第２部分）の外径Ａ２が、第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃ（第１部分）の外径Ａ１よりも小さいため（Ａ１＞Ａ２）、上述した固定子コア５０との隙間Ｇ１，Ｇ２を簡単な構成で実現することができる。
　また、圧縮機構７０側の第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１と、圧縮機構７０とは反対側の第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２とが、Ｄ１＜Ｄ２を満足するため、回転子コア１０の重心位置を圧縮機構７０に近づけ、回転子１の回転を安定させることができる。
　また、回転子コア１０のコア部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの軸方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、隙間Ｇ１，Ｇ２と、距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３との間に、上述した式（１０）および（１２）が成立するため、回転シャフト２５の撓みに対して、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　また、回転子コア１０の第１コア部１０Ａの軸方向の長さＬ１が、第３コア部１０Ｃの軸方向の長さＬ３よりも短いため（Ｌ１＜Ｌ３）、簡単な構成で、第２コア部１０Ｂを回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１に対して圧縮機構７０側に位置させることができる。
　また、回転子コア１０の軸方向の少なくとも一端にバランスウエイト２１（２２）が取り付けられているため、圧縮機の作動時の回転シャフト２５の撓み量をある程度まで低減することができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２の電動機１０１を示す縦断面図である。実施の形態２の電動機１０１では、回転子コア１０の外径は軸方向に亘って一定である。すなわち、電動機１０１の回転子コア１０は、１種類の電磁鋼板の積層体で構成されている。
　図７は、実施の形態２の固定子５を示す縦断面図である。図７に示すように、固定子コア５０は、軸方向において圧縮機構７０に近い側から順に、第１コア部５０Ａと、第２コア部５０Ｂと、第３コア部５０Ｃとを有する。第１コア部５０Ａおよび第３コア部５０Ｃは、軸方向において第２コア部５０Ｂの両側に配置されている。
　第１コア部５０Ａ、第２コア部５０Ｂおよび第３コア部５０Ｃはいずれも、電磁鋼板の積層体で構成される。第１コア部５０Ａは軸方向の長さＬ１を有し、第２コア部５０Ｂは軸方向の長さＬ２を有し、第３コア部５０Ｃは軸方向の長さＬ３を有する。固定子コア５０の軸方向の長さＬは、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３の合計である。
　第１コア部５０Ａおよび第３コア部５０Ｃは、同一の内径Ｂ１を有する。第２コア部５０Ｂは、内径Ｂ１よりも大きい内径Ｂ２を有する。
　そのため、図６に示すように、固定子コア５０の第２コア部５０Ｂと回転子コア１０との隙間Ｇ２は、第１コア部５０Ａと回転子コア１０との隙間Ｇ１よりも大きく、第３コア部５０Ｃと回転子コア１０との隙間Ｇ１よりも大きい。第１コア部５０Ａと回転子コア１０との隙間Ｇ１と、第３コア部５０Ｃと回転子コア１０との隙間Ｇ１とは、同じである。
　実施の形態１で説明した通り、回転子１と圧縮機構７０との間には第１軸受部７１が配置され、回転子１に対して圧縮機構７０と反対側には第２軸受部７２が配置されている。
　第１軸受部７１から回転子コア１０までの距離Ｄ１は、第２軸受部７２から回転子コア１０までの距離Ｄ２よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。そのため、回転シャフト２５が最も大きく撓む位置は、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に存在する。
　固定子コア５０の第１コア部５０Ａの長さＬ１は、第３コア部５０Ｃの長さＬ３よりも短い（Ｌ１＜Ｌ３）。そのため、固定子コア５０の第２コア部５０Ｂは、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１に対して、圧縮機構７０側に位置する。より具体的には、固定子コア５０の第２コア部５０Ｂの軸方向中心が、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に位置する。
　これにより、図６に示すように、回転シャフト２５の撓み量が最大となる位置で、回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を最大（すなわち隙間Ｇ２）にすることができ、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　また、固定子コア５０は、内径の異なる２種類の電磁鋼板で形成することができ、回転子コア１０は１種類の電磁鋼板で形成することができる。そのため、製造工程において複雑なプレス金型を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
　固定子コア５０のコア部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３、距離Ｄ１，Ｄ２、および隙間Ｇ１，Ｇ２の間には、実施の形態１で説明した式（１０），（１２）が成立することが望ましい。
　隙間Ｇ１の望ましい範囲は０ｍｍ＜Ｇ１≦１．０ｍｍであり、より望ましい範囲は０．３ｍｍ＜Ｇ１≦１．０ｍｍである。一方、隙間Ｇ２の望ましい範囲はＧ１＜Ｇ２≦１．０ｍｍである。これにより、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を防止しながら、磁力の低下を特に抑制することができる。
　なお、図６に示すように、回転子コア１０のうち、固定子コア５０の第１コア部５０Ａに対向する部分を第１コア部１０Ａと称し、第２コア部５０Ｂに対向する部分を第２コア部１０Ｂと称し、第３コア部５０Ｃに対向する部分を第３コア部１０Ｃと称する。第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃは、回転子コア１０の第１部分を構成する。第２コア部１０Ｂは、回転子コア１０の第２部分を構成する。
　実施の形態２の電動機１０１は、上述した点を除き、実施の形態１の電動機１００と同様に構成されている。
　以上説明したように、この実施の形態２では、固定子コア５０の第２コア部５０Ｂの内径Ｂ２が、第１コア部５０Ａおよび第３コア部５０Ｃの内径Ｂ１よりも大きい（Ｂ１＜Ｂ２）。第２コア部５０Ｂは、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側に位置する。そのため、回転シャフト２５の撓み量が最も大きくなる位置で、回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を最大（隙間Ｇ２）にすることができる。これにより、電動機１０１の出力低下を抑制しながら、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を効果的に防止することができる。
　また、固定子コア５０が２種類の電磁鋼板で形成することができ、回転子コア１０が１種類の電磁鋼板で形成することができるため、製造コストを低減することができる。
　なお、ここでは、回転子コア１０の外径を軸方向に亘って一定としたが、実施の形態１で説明したように、回転子コア１０の第２コア部１０Ｂの外径Ａ２を第１コア部１０Ａおよび第３コア部１０Ｃの外径Ａ１，Ａ３より小さくしてもよい。
変形例．
　図８は、変形例を示す縦断面図である。上述した実施の形態１，２では、電動機１００（１０１）の上側に圧縮機構７０が配置されていた。これに対し、変形例では、電動機１００の下側に圧縮機構７０が配置されている。
　圧縮機構７０と電動機１００との間には、第１軸受部７１が配置される。電動機１００を挟んで圧縮機構７０と反対側には、第２軸受部７２が配置される。回転子１の重心位置を圧縮機構７０に近づけるため、第１軸受部７１から電動機１００までの距離Ｄ１は、電動機１００から第２軸受部７２までの距離Ｄ２よりも短い（Ｄ１＜Ｄ２）。
　また、回転子コア１０は、圧縮機構７０に近い側から順に、第１コア部１０Ａと、第２コア部１０Ｂと、第３コア部１０Ｃとを有する。各コア部１０Ａ～１０Ｃの構成は、実施の形態１で説明した通りである。
　そのため、第２コア部１０Ｂと固定子コア５０との隙間Ｇ２は、第１コア部１０Ａと固定子コア５０との隙間Ｇ１よりも大きく、第３コア部１０Ｃと固定子コア５０との隙間Ｇ１よりも大きい。
　回転子コア１０の第２コア部１０Ｂは、回転子コア１０の軸方向中心Ｍ１よりも圧縮機構７０側（下側）に位置する。そのため、回転シャフト２５の撓み量が最も大きくなる位置で、回転子コア１０と固定子コア５０との隙間を最大（隙間Ｇ２）にすることができる。これにより、電動機１００の出力低下を抑制しながら、回転子コア１０と固定子コア５０との衝突を防止することができる。
　なお、図８には、実施の形態１の電動機１００の下側に圧縮機構７０を配置した例を示したが、実施の形態２の電動機１０１の下側に圧縮機構７０を配置してもよい。
＜圧縮機＞
　次に、各実施の形態および変形例の電動機が適用可能な圧縮機３００について説明する。図９は、圧縮機３００を示す縦断面図である。圧縮機３００は、ここではスクロール圧縮機であるが、これに限定されるものではない。
　圧縮機３００は、圧縮機構３１０と、圧縮機構３１０を駆動する電動機１００と、圧縮機構３１０と電動機１００とを連結する回転シャフト２５と、回転シャフト２５の下端部（副軸部）を支持するサブフレーム３０３と、これらが収容された密閉容器３０１とを有する。密閉容器３０１の底部の油だめ３０５には、冷凍機油３０４が貯留されている。
  圧縮機構３１０は、図１等に示した圧縮機構７０の一例に相当する。圧縮機構３１０は、固定スクロール３１１および揺動スクロール３１２と、オルダムリング３１３と、コンプライアントフレーム３１４と、ガイドフレーム３１５とを備える。固定スクロール３１１および揺動スクロール３１２はいずれも板状渦巻歯を有し、圧縮室３１６を形成するように組み合わせられている。
  固定スクロール３１１は、圧縮室３１６で圧縮された冷媒を吐出する吐出ポート３１１ａを有する。また、固定スクロール３１１には、密閉容器３０１を貫通する吸入管３０６が圧入されている。また、密閉容器３０１を貫通するように、固定スクロール３１１の吐出ポート３１１ａから吐出された高圧の冷媒ガスを外部に吐出する吐出管３０７が設けられている。
　密閉容器３０１の内側には、電動機１００が焼嵌めによって組み込まれる。また、密閉容器３０１には、電動機１００の固定子５と駆動回路とを電気的に接続するためのガラス端子３０８が溶接により固定されている。
　回転シャフト２５は、コンプライアントフレーム３１４に設けられた主軸受部４１と、サブフレーム３０３に設けられた副軸受部４２とによって回転可能に支持されている。主軸受部４１は、図１等に示した第１軸受部７１の一例に相当する。副軸受部４２は、図１等に示した第２軸受部７２の一例に相当する。
　圧縮機３００の動作は、以下の通りである。電動機１００が回転すると、回転子１と共に回転シャフト２５が回転する。回転シャフト２５が回転すると、揺動スクロール３１２が揺動し、固定スクロール３１１と揺動スクロール３１２との間の圧縮室３１６の容積を変化させる。これにより、吸入管３０６から圧縮室３１６に冷媒ガスを吸入して圧縮する。
　圧縮室３１６内で圧縮された高圧の冷媒ガスは、固定スクロール３１１の吐出ポート３１１ａから密閉容器３０１内に排出され、吐出管３０７から外部に排出される。また、圧縮室３１６から密閉容器３０１内に排出された冷媒ガスの一部は、電動機１００に設けられた穴部を通過し、電動機１００を冷却する。
　上記の各実施の形態および変形例の電動機１００は、出力低下を抑制しながら、回転子１と固定子５との衝突を防止している。そのため、電動機１００を備えた圧縮機３００の騒音を低減することができる。
＜冷凍サイクル装置＞
　次に、各実施の形態および変形例の電動機を備えた圧縮機が適用可能な冷凍サイクル装置４００について説明する。冷凍サイクル装置は、ここでは空気調和装置であるが、これに限定されるものではない。図１０は、冷凍サイクル装置４００の構成を示す図である。
　冷凍サイクル装置４００は、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、絞り装置（減圧装置）４０３と、蒸発器４０４とを備えている。圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４は、冷媒配管４０７によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４の順に、冷媒が循環する。
　圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、図９を参照して説明した圧縮機３００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に空気を送風する室外送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に空気を送風する室内送風機４０６が設けられている。
　冷凍サイクル装置４００の動作は、次の通りである。圧縮機４０１は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器４０２は、圧縮機４０１から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管４０７に送り出す。室外送風機４０５は、凝縮器４０２に室外の空気を供給する。絞り装置４０３は、冷媒配管４０７を流れる冷媒の圧力を調整する。
　蒸発器４０４は、絞り装置４０３により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行う。冷媒は、空気の熱を奪って蒸発（気化）し、冷媒配管４０７に送り出される。室内送風機４０６は、蒸発器４０４で冷媒に熱を奪われた空気を、室内に供給する。
　上記の各実施の形態および変形例の電動機１００は、出力低下を抑制しながら、回転子１と固定子５との衝突を防止している。そのため、冷凍サイクル装置４００の圧縮機４０１に電動機１００を用いることで、冷凍サイクル装置４００の騒音を低減することができる。
　以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、各種の改良または変形を行なうことができる。
　１　回転子、　５　固定子、　１０　回転子コア、　１０Ａ　第１コア部（第１部分）、　１０Ｂ　第２コア部（第２部分）、　１０Ｃ　第３コア部（第１部分）、　１１　磁石挿入孔、　１５　永久磁石、　２１　バランスウエイト、　２２　バランスウエイト、　２５　回転シャフト、　５０　固定子コア、　５０Ａ　第１コア部、　５０Ｂ　第２コア部、　５０Ｃ　第３コア部、　５１　ヨーク、　５２　ティース、　５５　コイル、　７０　圧縮機構、　７１　第１軸受部（第１支持部）、　７２　第２軸受部（第２支持部）、　１００，１０１　電動機、　３００　圧縮機、　３０１　密閉容器、　３０３　サブフレーム、　３１０　圧縮機構、　３１１　固定スクロール、　３１２　揺動スクロール、　３１３　オルダムリング、　３１４　コンプライアントフレーム、　３１５　ガイドフレーム、　３１６　圧縮室、　４００　冷凍サイクル装置、　４０１　圧縮機、　４０２　凝縮器、　４０３　絞り装置、　４０４　蒸発器、　４１０　室外機、　４２０　室内機。

Claims (11)

  1. 　圧縮機に設けられた電動機であって、
    　回転シャフトと、
    　前記回転シャフトに取り付けられた回転子コアと、前記回転子コアに取り付けられた永久磁石とを有する回転子と、
    　前記回転子コアを囲む環状の固定子コアと、前記固定子コアに巻かれた巻線とを有する固定子と
    　を備え、
    　前記回転シャフトは、その軸方向の一端が前記圧縮機の圧縮機構に連結され、
    　前記回転子コアは、
    　前記固定子コアとの隙間がＧ１となる第１部分と、
    　前記固定子コアとの隙間がＧ１より大きいＧ２となる第２部分と
    　を有し、
    　前記第２部分は、前記回転子コアの前記軸方向の中心に対して前記圧縮機構側に設けられ、
    　前記第１部分は、前記第２部分に対して前記軸方向の両側に設けられている
    　電動機。
  2. 　前記回転子コアの前記第２部分の外径は、前記回転子コアの前記第１部分の外径よりも小さい
    　請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記固定子コアは、前記回転子コアの前記第１部分に対向する第１部分と、前記回転子コアの前記第２部分に対向する第２部分とを有し、
    　前記固定子コアの前記第２部分の内径は、前記固定子コアの前記第１部分の内径よりも大きい
    　請求項１または２に記載の電動機。
  4. 　前記回転シャフトは、前記軸方向において前記回転子コアと前記圧縮機との間に位置する第１支持部と、前記軸方向において前記回転子コアと反対側に位置する第２支持部とで支持され、
    　前記第１支持部から前記回転子コアまでの距離Ｄ１と、前記第２支持部から前記回転子コアまでの距離Ｄ２とが、Ｄ１＜Ｄ２を満足する
    　請求項１から３までの何れか１項に記載の電動機。
  5. 　前記第１部分のうち、前記第２部分よりも前記圧縮機構側に位置する部分の前記軸方向の長さをＬ１とし、
    　前記第２部分の前記軸方向の長さをＬ２とし、
    　前記第１部分のうち、前記第２部分に対して前記圧縮機構と反対側に位置する部分の前記軸方向の長さをＬ３とすると、以下の式（１）および（２）の関係が成立する
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　請求項４に記載の電動機。
  6. 　前記長さＬ１と前記長さＬ３とが、Ｌ１＜Ｌ３を満足する
    　請求項５に記載の電動機。
  7. 　前記隙間Ｇ１は、０ｍｍ＜Ｇ１≦１ｍｍを満足し、
    　前記隙間Ｇ２は、Ｇ１＜Ｇ２≦１ｍｍを満足する
    　請求項１から６までの何れか１項に記載の電動機。
  8. 　前記回転子コアの前記第２部分は、前記軸方向において、前記回転シャフトの最も大きく撓む位置を含むように形成されている
    　請求項１から７までの何れか１項に記載の電動機。
  9. 　前記回転子コアの前記軸方向の少なくとも一端に、バランスウエイトが取り付けられている
    　請求項１から８までの何れか１項に記載の電動機。
  10. 　請求項１から９までの何れか１項に記載の電動機と、
    　前記電動機によって駆動される前記圧縮機構と
    　を備えた圧縮機。
  11. 　請求項１０に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。
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