(57)【要約】【課題】ラジアルギャップ型の回転電機において、電磁力（引力及び斥力）による固定子の歪みを回避又は抑制し、もって回転電機の振動を回避又は抑制する技術を提供する。【解決手段】回転子１２は、シャフト１１とは別に回転軸Ｑ方向における一方側の端部において回転軸Ｑ方向に突出する凸部２２を有している。また、固定子１４は凸部２２を案内する凹部２４と、凹部２４と固定子１４との位置関係を保持する保持部２６とを有している。凹部２４は保持部２６によって固定子１４に固定され、凸部２２に沿って滑ることで、回転子１２と固定子１４とを周方向θに回動自在に保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（Ｑ）を中心として回転するシャフトに固定される回転子（１２，１２Ａ）と、
前記回転軸を中心とする径方向（Ｒ）に空隙を介して前記回転子と対向する固定子（１４）と、
前記回転子と前記固定子とを前記回転軸を中心とする周方向（θ）に回動自在に案内する案内機構（２０）と
を備え、
前記案内機構は、
前記回転子又は前記固定子の何れか一方の前記回転軸における一方側の端部に設けられて前記回転軸に平行な方向に突出する第１部（２２）と、
前記第１部を案内する第２部（２４）と、
前記回転子又は前記固定子の何れか他方に設けられて前記第２部を保持する保持部（２６）と
を有する回転電機（１０）。
【請求項２】
前記第１部（２２）が前記径方向（Ｒ）を法線として呈する第１面（３２；３２Ｓ，３２Ｎ）は一の極性の磁極を呈し、前記第２部（２４）を規定する面のうち前記第１面と対向する第２面（３４；３４Ｓ，３４Ｎ）は前記一の極性の磁極を呈する、
請求項１記載の回転電機（１０）。
【請求項３】
一の前記第１部（２２）は前記第１面（３２；３２Ｓ，３２Ｎ）を一対備え、前記第１面のそれぞれは、互いに異なる極性の磁極を呈する、
請求項２記載の回転電機（１０）。
【請求項４】
前記回転子（１２Ａ）は前記径方向（Ｒ）に磁極を呈する永久磁石（１２Ｍ）の複数を有し、
前記第１部（２２）は、前記永久磁石と磁気的に結合する、
請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子（１２）は前記径方向（Ｒ）に磁極を呈する永久磁石（１２Ｍ）の複数を有し、
前記回転子は、前記永久磁石の前記周方向（θ）の中心と前記回転軸（Ｑ）との間に空洞（１２Ｃ）を呈する、
請求項１記載の回転電機（１０）。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか記載の前記回転電機（１０）を搭載する、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機及び圧縮機に関し、特にラジアルギャップ型の回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジアルギャップ型の回転電機は、電機子と、界磁子とを備えており、これらは所定の回転軸を法線とする面内において当該回転軸と略同心を呈しており、一方が当該回転軸を中心に回転する回転子として、他方が固定子として、それぞれ採用される。ラジアルギャップ型の回転電機には、回転子の位置によって、インナーロータ型とアウターロータ型とがあり、下掲の特許文献１及び特許文献２等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１６８４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４４０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１０は従来のインナーロータ型の回転電機９０の部分断面斜視図であり、回転軸Ｑを含む１つの面での断面で切断された回転子９２と、回転軸Ｑを含む２つの面での断面で切断された固定子９４とを合成して示している。また、図１１は固定子９４に径方向の力が作用したときの歪みを誇張して例示する（回転軸Ｑに垂直な）平面図である。
【０００５】
従来の回転電機９０は、回転軸Ｑに平行な方向（以下「回転軸Ｑ方向」と称す）に延在するシャフト９１に固定された回転子９２と、軸受９３によってシャフト９１との位置関係を保持する固定子９４とを備えている。つまり、回転子９２と固定子９４との位置関係はシャフト９１及び軸受９３を介して保たれている。しかしながら、回転力（トルク）の発生時には電磁力によって、回転子９２と固定子９４との間で、径方向において引力と斥力とが生じる。ここで、回転軸Ｑにおいて当該引力及び斥力のそれぞれのベクトル総和はゼロとなる。つまり、回転軸Ｑにおいては当該引力及び斥力は相殺される。これは例えば、回転電機が６極９スロットモータの場合等のように回転軸Ｑを中心として１２０°ずつの３方向に引力及び斥力が作用する場合も同様である。
【０００６】
回転子９２は、その中心がシャフト９１で支持されている。したがって、回転子９２に対して径方向の電磁力が作用してもシャフト９１の中心（回転軸Ｑ）で相殺される。そして通常、インナーロータ型で採用される回転子９２は中実状に形成されるので、その径方向における変形は小さい。
【０００７】
一方、固定子９４は、軸受９３によってシャフト９１との位置関係を保持されているものの、トルク発生時の電磁力は軸受９３とは回転軸Ｑ方向で異なる位置において生じる。そして通常、インナーロータ型で採用される回転子９２は環状に形成されるので、固定子９４に対して径方向の電磁力が作用すると、図１１に示す如く変形する。この電磁力は、回転子９２の回転に伴い、回転軸Ｑを中心とする周方向の位置が移動するので、固定子９４の変形も周方向に移動する。これにより回転電機９０は振動する。なお、図１１では径方向の電磁力（引力）をブロック矢印で示している。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、ラジアルギャップ型の回転電機において、固定子と回転子との間に働く電磁力による歪みを回避又は抑制し、もって回転電機の振動を回避又は抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明に係る回転電機の第１の態様は、回転軸（Ｑ）を中心として回転するシャフトに固定される回転子（１２）と、前記回転軸を中心とする径方向（Ｒ）に空隙を介して前記回転子と対向する固定子（１４）と、前記回転子と前記固定子とを前記回転軸を中心とする周方向（θ）に回動自在に案内する案内機構（２０）とを備え、前記案内機構は、前記回転子又は前記固定子の何れか一方の前記回転軸における一方側の端部に設けられて前記回転軸に平行な方向に突出する第１部（２２）と、前記第１部を案内する第２部（２４）と、前記回転子又は前記固定子の何れか他方に設けられて前記第２部を保持する保持部（２６）とを有する回転電機（１０）である。
【００１０】
本発明に係る回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記第１部（２２）が前記径方向（Ｒ）を法線として呈する第１面（３２；３２Ｓ，３２Ｎ）は一の極性の磁極を呈し、前記第２部（２４）を規定する面のうち前記第１面と対向する第２面（３４；３４Ｓ，３４Ｎ）は前記一の極性の磁極を呈する。
【００１１】
本発明に係る回転電機の第３の態様は、その第２の態様であって、一の前記第１部（２２）は前記第１面（３２；３２Ｓ，３２Ｎ）を一対備え、前記第１面のそれぞれは、互いに異なる極性の磁極を呈する。
【００１２】
本発明に係る回転電機の第４の態様は、その第２の態様であって、前記回転子（１２）は前記径方向（Ｒ）に磁極を呈する永久磁石（１２Ｍ）の複数を有し、前記第１部（２２）は、前記永久磁石と磁気的に結合する。
【００１３】
本発明に係る回転電機の第５の態様は、その第１の態様であって、前記回転子（１２）は前記径方向（Ｒ）に磁極を呈する永久磁石（１２Ｍ）の複数を有し、前記回転子は、前記永久磁石の前記周方向（θ）の中心と前記回転軸（Ｑ）との間に空洞（１２Ｃ）を呈する。
【００１４】
本発明に係る圧縮機の第１の態様は、本発明に係る回転電機（１０）の第１ないし第５の態様の何れかを搭載する圧縮機（１００）である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る回転電機の第１の態様によれば、磁気的な相互作用によって回転子と固定子との間に働く径方向の斥力による回転電機の歪みを回避又は抑制できる。もって固定子の振動を回避又は抑制できる。
【００１６】
本発明に係る回転電機の第２の態様によれば、回転子と固定子との間に働く径方向の磁気的斥力による回転電機の歪みの回避又は抑制に資する。また、凸部と凹部とが接触しないので、回転電機の効率を損なわない。
【００１７】
本発明に係る回転電機の第３の態様によれば、回転子と固定子との間に働く径方向の磁気的斥力による回転電機の歪みの回避又は抑制に資する。また、凸部と凹部とが接触しないので、回転電機の効率を損なわない。
【００１８】
本発明に係る回転電機の第４の態様によれば、永久磁石の磁極を用いて第１部を構成できる。
【００１９】
本発明に係る回転電機の第５の態様によれば、回転子と固定子との間に働く斥力を空洞が吸収するので、回転電機の歪みを回避又は抑制できる。
【００２０】
本発明に係る圧縮機の第１の態様によれば、圧縮機の振動を回避又は抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の部分斜視図である。
【図２】回転子の部分斜視図である。
【図３】固定子の部分斜視図である。
【図４】凸部を例示する部分拡大図である。
【図５】凹部を例示する部分拡大図である。
【図６】回転子の部分断面図である。
【図７】回転子を例示する平面図である。
【図８】圧縮機の断面図である。
【図９】本発明の変形例に係る回転電機の部分断面図である。
【図１０】従来の回転電機の部分断面斜視図である。
【図１１】固定子に径方向の力が作用したときの歪みを例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。
【００２３】
〈装置構成の概要〉
図１は本発明の実施形態に係る回転電機１０の部分断面斜視図であり、図２、図３はそれぞれ回転子１２又は固定子１４の部分断面斜視図である。シャフト１１及び回転子１２については回転軸Ｑ方向と回転軸Ｑを中心とする直径方向（径方向Ｒ）とで規定される面における断面を示し、固定子１４については回転軸Ｑ方向と一の径方向Ｒ１とで規定される面における断面と、回転軸Ｑ方向と他の径方向Ｒ２とで規定される面における断面とを示している。
【００２４】
図１に示す如く、回転電機１０は回転子１２と固定子１４と案内機構２０とを備えていると把握できる。具体的には、回転子１２は回転軸Ｑを中心として回転するシャフト１１に固定される。また、固定子１４は周方向θの何れの位置においても径方向Ｒに空隙を介して回転子１２と対向する。案内機構２０は回転子１２を周方向θに回動自在としつつも固定子１４との間の距離を一定にするための機構である。
【００２５】
より具体的には例えば、案内機構２０は、回転子１２において設けられ、シャフト１１とは別に回転軸Ｑ方向における一方側の端部において回転軸Ｑ方向に突出する凸部（課題を解決するための手段における「第１部」に相当する）２２を有している。また、案内機構２０は、凸部２２を案内する凹部（課題を解決する手段における「第２部」に相当する）２４と、凹部２４と固定子１４との位置関係を保持する保持部２６とを有している。具体的には保持部２６は固定子１４に設けられ、凹部２４は保持部２６によって固定子１４に保持されることで、その位置が固定される。凸部２２は凹部２４に沿って滑ることで、回転子１２が固定子１４に対して周方向θに回動自在に保持される。
【００２６】
ここで凸部２２は、回転軸Ｑ方向を法線とする面内で回転軸Ｑを中心とする円周に沿って延在することが望ましいが、必ずしも当該円周の全体に延在する必要はない。例えば、回転軸Ｑに対して対称な位置で突出する２つの凸部２２を１組として複数組設けるようにしても良い。このとき、凹部２４は当該円周の全体に延在する必要がある。あるいは凸部２２を当該円周の全体に設け、凹部２４を周方向において離散的に設けてもよい。
【００２７】
このように案内機構２０によって、回転子１２と固定子１４との間で、径方向のおける位置関係を保持しつつ周方向において回動自在となっている。また、案内機構２０とは別に、従来のように軸受９３（図１０参照）を採用し、これによって固定子１４とシャフト１１との位置関係を保持してもよい。
【００２８】
〈案内機構の例示１〉
次に、案内機構２０の詳細について一例を挙げて説明する。
【００２９】
図４は凸部２２を例示する部分拡大図であり、図２の領域Ａに相当する領域の拡大図である。また、図５は凹部２４を例示する部分拡大図であり、回転子１２（図示省略）の中心近傍から見た拡大図である。また、図６は回転電機１０の部分断面図であり、回転軸Ｑ方向と径方向Ｒとで規定される面における断面のうち、回転子１２及び固定子１４を含む断面について径方向Ｒの一方側で示している。
【００３０】
凸部２２が径方向Ｒを法線として呈する第１面３２は２つあり、凹部２４は第１面３２と対向する２つの第２面３４を有する。第１面３２及び第２面３４のそれぞれは１つの極性の磁極を呈する。具体例を挙げれば、２つの第１面３２のうち、径方向Ｒの内側で呈する一方を第１面３２Ｎとし、径方向Ｒの外側で呈する他方を第１面３２Ｓとすると、第１面３２ＮはＮ極を呈し、第１面３２ＳはＳ極を呈する。また、２つの第２面３４のうち、径方向Ｒの内側で呈する一方を第２面３４Ｎとし、径方向Ｒの外側で呈する他方を第２面３４Ｓとすると、第２面３４ＮはＮ極を呈し、第２面３４ＳはＳ極を呈する。
【００３１】
図５に示す如く、Ｎ極を呈する第２面３４Ｎ及び、Ｓ極を呈する第２面３４Ｓは、それぞれ磁石３５Ｎ，３５Ｓを配置することによって構成できる。なお、図５ではブロック状の磁石３５Ｎ，３５Ｓの複数を環状に配置しているが、環状を呈する磁石（図示省略）を採用しても良い。
【００３２】
つまり、第１面３２Ｎは第２面３４Ｎと対向し、第１面３２Ｓは第２面３４Ｓと対向する。要するに凸部２２と凹部２４とは磁気的な斥力によって周方向には接触せず、回転子１２と固定子１４とは周方向の位置関係が保持される。もって回転子１２と固定子１４とを回動自在に保持しつつ、凸部２２と凹部２４との摩擦による回転電機１０の効率低下を回避又は抑制に資する。なお、凸部２２と凹部２４とが回転軸Ｑ方向においても接触しないように、保持部２６を設計することは容易に実施可能である。
【００３３】
２つの第１面３２が何れも同じ極性の磁極を呈しても良い。この場合、２つの第２面３４が呈する磁極は、何れも第１面３２が呈する磁極と同極性となる。
【００３４】
なお、回転子１２が界磁子として機能する場合、凸部２２のうち第１面３２よりも回転子１２側に位置する部分２２Ｊは非磁性体であることが望ましい。部分２２Ｊによって第１面３２と回転子１２との間での磁気的干渉を遮断することが望ましいからである。
【００３５】
〈案内機構の例示２〉
次に、案内機構２０の他の例、特に凸部２２についての他の例を挙げて説明する。
【００３６】
図７は回転子１２Ａを例示する平面図であり、回転軸Ｑ方向からの平面視を示している。回転子１２Ａは例えば、径方向Ｒに磁極を呈する永久磁石１２Ｍの複数を有し、凸部２２Ａは永久磁石１２Ｍと磁気的に結合する。
【００３７】
具体的には例えば、回転子１２ＡはＩＰＭ（Interior Permanent Magnet；埋込磁石型）ロータが採用され、ロータコア１３の内部に複数の永久磁石１２Ｍが回転軸Ｑ方向に沿って埋設される。永久磁石１２Ｍの磁極を呈する主面１２Ｎ，１２Ｓはその中心における法線と径方向Ｒとが平行を呈する。隣接する永久磁石１２Ｍの主面１２Ｎ，１２Ｓは互いに磁極が異なっており、一の永久磁石１２Ｍの外側の主面１２ＮがＮ極を呈する場合には、それに隣接する他の永久磁石１２Ｍの外側の主面１２ＳはＳ極を呈する。
【００３８】
凸部２２Ａは例えば、回転軸Ｑを中心として永久磁石１２Ｍよりも外周側で、ロータコア１３と連接する。より具体的には、永久磁石１２Ｍが外周側でＮ極を呈する主面１２Ｎよりも外周側で凸部２２Ａがロータコア１３と連接する。これにより、凸部２２Ａと主面１２Ｎとは磁気的に結合し、もって永久磁石１２Ｍの磁極を凸部２２Ａで利用することができる。
【００３９】
なお、凸部２２Ａがロータコア１３と連接する部位は必ずしも永久磁石１２Ｍより外周側である必要はなく、内周側で連接しても良い。この場合、永久磁石１２Ｍが内周側でＳ極を呈するならば凸部２２ＡはＳ極の磁極を呈することになる。
【００４０】
このように永久磁石１２Ｍの磁極を利用する場合、凸部２２Ａは周方向の全周にわたって設けることは望ましくない。上述のように主面１２Ｎ，１２Ｓは相互に極性が異なる磁極を呈しており、凸部２２Ａが磁束を短絡させるからである。さらに、全ての凸部２２Ａが同一の極性で磁極を呈する必要がある。よって、通常、凸部２２Ａが連接されるロータコア１３に対応する永久磁石１２Ｍは、１つ置きに存在する。
【００４１】
〈他の機構〉
回転子１２と固定子１４との間に働く電磁力による歪みを回避又は抑制するには、以下のようにすることが更に望ましい。
【００４２】
すなわち、図７に示す如く回転子１２Ａが、永久磁石１２Ｍよりも回転軸Ｑ側で空洞１２Ｃを呈することが望ましい。具体的には、ロータコア１３が、永久磁石１２Ｍと回転軸Ｑに沿って延在するシャフト（図示省略）との間で空洞１２Ｃを呈する。
【００４３】
永久磁石１２Ｍの回転軸Ｑ側で空洞１２Ｃを呈することによって、回転子１２Ａと固定子１４（図１参照）との間に働く電磁力による歪みを回転子１２Ａ側で緩和できる。換言すれば、従来は電磁力によって主として固定子９４に歪みが生じていたが、回転子１２Ａが歪むことによって固定子１４の歪みを回避又は抑制する。
【００４４】
〈圧縮機への適用〉
図８は圧縮機１００の断面図であり、回転軸Ｑに沿った面における断面を示している。本実施形態における圧縮機１００は、ラジアルギャップ型の回転電機１０とケーシング６０と圧縮機構部７０とを備えている。圧縮機構部７０はケーシング６０内に配置され、ケーシング６０内かつ圧縮機構部７０の上側に回転電機１０が配置される。そして圧縮機構部７０は、シャフト１１を介して回転電機１０によって駆動される。
【００４５】
ケーシング６０の下側下方には吸入管６１が接続される一方、ケーシング６０の上側には吐出管６２が接続されている。吸入管６１から供給される冷媒は、圧縮機構部７０に導かれる。
【００４６】
ケーシング６０内側に回転電機１０が固定され、シャフト１１の下端側が圧縮機構部７０に連結されている。
【００４７】
圧縮機構部７０は、シリンダ状の本体部７１と、上端板７２及び下端板７３とを備える。上端板７２及び下端板７３は、それぞれ本体部７１の開口側の上側と下側に取付けられる。シャフト１１は、上端板７２及び下端板７３を貫通して、本体部７１の内部に挿入されている。
【００４８】
シャフト１１は、圧縮機構部７０の上端板７２に設けられた軸受７４と、圧縮機構部７０の下端板７３に設けられた軸受７５により回転自在に支持されている。本体部７１内のシャフト５１にはクランクピン７６が設けられる。クランクピン７６にはピストン７７が嵌合して駆動される。ピストン７７及びこれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７８において、冷媒が圧縮される。ピストンは偏芯した状態で回転し、又は公転運動を行い、圧縮室７８の容積を変化させる。
【００４９】
回転電機１０が回転することにより、圧縮機構部７０が駆動されると、吸入管６１から圧縮機構部７０に冷媒が供給され、圧縮機構部７０（とりわけ圧縮室７８）で冷媒を圧縮する。圧縮機構部７０で圧縮された高圧冷媒は、圧縮機構部７０の吐出ポート７９からケーシング６０内に吐出される。さらに高圧冷媒は、シャフト１１の周りに設けられた溝（図示省略）、回転子１０及び固定子２０の内部を回転軸Ｑ方向に貫通する孔（図示省略）、固定子２０及び回転子１０の外周部とケーシング６０の内面との間の空間等を通って回転電機１０の上部空間に運ばれる。その後、吐出管６２を介してケーシング６０の外部に吐出される。
【００５０】
圧縮機１００に回転電機１０を搭載することによって圧縮機１００の振動を回避又は抑制できる。
【００５１】
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては回転軸方向の一方側で固定子１４に保持部２６及び凹部２４が固定されていたが、固定子１４の回転軸Ｑ方向の他方側にも凸部２２を設け、回転子の当該他方側にも保持部２６及び凹部２４を固定しても良い。
【００５２】
図９は本発明の変形例に係る回転電機１０Ｂの部分断面図であり、回転軸Ｑ方向と径方向Ｒとで規定される面における断面のうち、回転子１２Ｂ及び固定子１４Ｂを含む断面について径方向Ｒの一方側を示している。なお、上述の実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図９に示す如く、回転電機１０Ｂは回転軸Ｑ方向の一方側に案内機構２０を有し、他方側に案内機構２０Ｂを有していても良い。
【００５４】
具体的には、回転電機１０Ｂは回転子１２Ｂと固定子１４Ｂと案内機構２０，２０Ｂとを備えている。固定子１４Ｂには上述の固定子１４に対して、保持部２６が設けられている端部とは反対側の端部において、回転軸Ｑ方向に突出する凸部２２Ｂが設けられている。また、回転子１２Ｂには上述の回転子１２に対して、保持部２６Ｂが設けられており、保持部２６Ｂが凹部２４Ｂを保持している。これにより、保持部２６Ｂは凹部２４Ｂと回転子１２Ｂとの位置関係を保持し、凹部２４Ｂは保持部２６Ｂによって回転子１２Ｂに固定される。凹部２４Ｂは凸部２２Ｂを案内する。案内機構２０Ｂは保持部２６Ｂ、凸部２２Ｂ及び凹部２４Ｂを有する。
【００５５】
このように、回転軸Ｑ方向の両端で案内機構２０，２０Ｂを有していれば、電磁力による歪みをより効果的に回避又は抑制できる。
【００５６】
回転軸Ｑ方向の一方側で固定子１４Ｂに設けられる凹部２４及び保持部２６は回転せず、他方側で回転子１２Ｂに設けられる凹部２４Ｂ及び保持部２６Ｂは回転する。したがって、例えば固定子１４Ｂが電機子巻線（図示省略）を有している場合には、凹部２４及び保持部２６が回転しない当該一方側から電機子巻線に結線することができ、回転電機１０Ｂの組立を阻害しない。
【符号の説明】
【００５７】
Ｑ  回転軸
Ｒ  径方向
θ  周方向
１０  回転電機
１２，１２Ａ  回転子
１２Ｃ  空洞
１２Ｍ  永久磁石
１４  固定子
２０  案内機構
２２  第１部（凸部）
２４  第２部（凹部）
２６  保持部
３２；３２Ｓ，３２Ｎ  第１面
３４；３４Ｓ，３４Ｎ  第２面
【図１】
2010206975.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010206975.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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