(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機とこの電動機によって駆動される圧縮機構部とを共通のケース内に収納し、前記電動機の固定子を前記ケースに焼嵌めまたは圧入により固定してなる圧縮機において、
前記電動機は永久磁石を有する回転子と、内周側に１２個以下のスロットおよびそれに対応する磁極歯を有する固定子鉄心の前記磁極歯の周りに集中巻した固定子巻線を有し前記回転子に回転磁界を与える固定子とで構成し、
前記固定子鉄心の前記磁極歯の全部または大部分の対応する外周面部を前記ケースの内周面に対し非接触状態とし、
前記固定子鉄心は多数の電磁鋼板を磁極歯の非接触部に近い部位に設定した固着部でカシメにより積層固着するとともに前記固定子の外周面から前記スロットの底面までの距離を、前記スロットの深さよりも小さくすることにより、前記固定子の、前記ケースの内周面と接触する部分の剛性を、他の部分の剛性よりも小となるようにしたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
電動機とこの電動機によって駆動される圧縮機構部とを共通のケース内に収納し、前記電動機をパルス幅変調型インバータによって駆動する圧縮機において、
前記電動機を永久磁石を有する回転子と、内周側に１２個以下のスロットおよびそれに対応する磁極歯を有する固定子鉄心の前記磁極歯の周りに集中巻した固定子巻線を有し前記回転子に回転磁界を与える固定子で構成することにより、前記固定子の固有振動数を３ｋＨｚ未満にし、
前記インバータのキャリア周波数を３ｋＨｚ以上に設定したことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機に関し、より詳細には、永久磁石を有する回転子と、内周側に１２個以下のスロットおよびそれに対応する磁極歯を有する固定子鉄心の磁極歯の周りにスロットを通して集中巻した固定子巻線を有し回転子に回転磁界を与える固定子とからなる電動機をこれによって駆動される圧縮機構部と共に共通のケース内に収納した圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧縮機は例えば空調機における冷媒循環用として用いられ、しかも電動機をインバータにより可変速駆動することにより、空調負荷に応じた、きめ細かな運転を行い、ユーザーの快適度の向上を意図した運転方式のものが多用されている。図５は、この種の電動機を内蔵した圧縮機を示すものである。メインケース１および上部ケース２からなる密閉ケース内の下方に圧縮機の圧縮機構部３を配置し、上部にその駆動源である電動機１０を配置している。図示されている圧縮機構部３は２シリンダ式のものであって、ここから２本の吸込パイプ４，５がメインケース１を貫通して外部に導出されている。上部ケース２の中央頂部に吐出パイプ６が設けられている。電動機１０は整流子電動機を構成する同期電動機であって、図示していないインバータにより可変速運転され、固定子１１と永久磁石回転子１２とからなっている。固定子１１に設けられる固定子巻線１３は予め巻枠に巻かれたコイルをコイル挿入機により固定子鉄心１５のスロットに絶縁部材を介して挿入される分布巻巻線である。固定子鉄心１５には複数のスロットおよびそれに対応する磁極歯が形成されている。回転子１２は圧縮機構部３と共に共通のクランクシャフト７上に同軸に配置されている。回転子１２と吐出パイプ６との間に油分離ディスク８を備えている。
【０００３】
この種の用途に用いられる電動機１０の固定子巻線１３は分布巻方式のインサートタイプ巻線であり、固定子鉄心１５に形成されるスロットの数、またはスロット相互間に形成される磁極歯の数は、２０を超える３の倍数のものが多く、典型的には２４スロットのものが多い。固定子巻線１３を構成する個々のコイルは磁極歯を取囲むようにスロットに収められる構造であり、個々のスロットの大きさは比較的小さなものである。その結果、固定子１１の外周面からスロット最外周部までの距離（継鉄部の半径方向幅）が、スロット最外周部から固定子内周面までの距離（磁極歯の半径方向長さ）に対し大きくなる。また、固定子鉄心１５の外周面のうち、磁極歯の延長線相当の周方向位置はほとんどメインケース１の内周面に接触させている。固定子鉄心１５の外周面が接触するメインケース１の内周面の剛性は、他の部分とほぼ同等に構成されている。
【０００４】
さらに、この型の電動機１０の固定子鉄心１５はスロットが多数存在するため大型になり、かつ剛性も高い。固定子巻線１３のうち、固定子鉄心１５の端面上に位置するコイルエンド１４の部分に比較的長い銅線が存在するため、電動機効率を向上させる上で不利に作用する。
【０００５】
近年、空調機の省エネルギー性・快適性が追求され、空調機に用いられる圧縮機は回転速度を調整できる、いわゆるインバータ駆動式のものが主流になってきている。ここで、インバータ駆動式というのは、圧縮機を駆動する電動機を交流電動機とし、この電動機を出力周波数可変のインバータにより駆動するものである。図７は、電動機１０および圧縮機構部３からなる圧縮機９を駆動する電気系統を示すものである。
【０００６】
図７のシステムでは、交流電源２１から受電した交流を整流器２２で直流に変換し、得られた直流をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御型インバータ２３で任意周波数の交流に再変換して電動機１０に供給し、結果として電動機１０およびこれに直結された圧縮機構部３を任意の回転速度で駆動する。なお、電動機１０は、すでに述べたように整流子電動機を構成する同期電動機であって、回転子位置を検出する手段を備え、検出された回転子位置に基づいて得られた回転周波数と電動機入力周波数とが同期関係を保つように運転される。
【０００７】
一方、固定子鉄心１５は一般的に直径１５０ｍｍ以下の、高い剛性を有する電磁鋼板を積層して構成され、その固有振動数は一般に３ｋＨｚ以上である。電動機１０をＰＷＭ制御型のインバータ２３により可変速駆動するタイプのものでは、ＰＷＭのキャリア周波数を２．５から５ｋＨｚの範囲内に固定するか、その範囲内で切換運転をする場合が多い。因みに、ディジタル制御方式では、インバータ２３の出力周波数が高い場合、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高めに設定しないと制御が追従できなくなるばかりでなく、キャリア周波数と電動機１０の固有振動数とが一致すると、大きな騒音を発することになりかねない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電動機１０では、スロット数が比較的多いため、固定子１１の電磁鋼板部分が大形で、しかも剛性が高い。固定子鉄心１５はその外周面でメインケース１に焼バメ等によって固着される。そのため、固定子鉄心１５がメインケース１に固着された部分の両端面部分の、固定子鉄心１５の内周面側は、図６（ａ），（ｂ）に図５のＡ，Ｂ部の拡大図として示すように、部分的に外周側の焼バメ等のストレスに対応して内周側すなわち回転子１２側に向かって変形する変形部１５Ｕ，１５Ｄを生ずることが多い。圧縮機組立時には電動機１０の磁気空隙、すなわち固定子鉄心１５と回転子１２との間の空隙を均一にする必要があり、そのとき基準となる固定子鉄心１５の内周面が変形していると、磁気空隙は不均一となりやすく、電動機性能の低下をきたしたり、高速運転時に回転子・固定子間に接触故障を生じて信頼性低下をきたしたりしやすい。
【０００９】
また、固定子１１の外周面とケースとの間は圧縮ガス等の通路となり、ガス循環量に見合った断面積が必要となる。そのため、ケース内周面に接している固定子鉄心磁極歯部が多数存在する従来型のものではガス通流用の断面積を確保する必要があることから、磁極歯部の総てを鉄心外周部でケースと非接触とすることは困難である。
【００１０】
２０個を超えるスロットを有する固定子鉄心１４は電磁鋼板の占める割合も大きい。その結果、固有振動数は比較的高いものとなっている。また圧縮機つまりは電動機１０を可変速駆動するためのインバータ２３はＰＷＭ制御型のものが多く、その場合、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数が固定子の固有振動数と一致すると共振現象が起こり、大きな騒音を発することがある。この種の電動機を含めた圧縮機に対しては、住宅事情もあって低騒音化への要求も強い。
【００１１】
電動機効率等により決まる固定子１２の固有振動数（通常３ｋＨｚ）とＰＷＭ制御型インバータ２３のキャリア周波数とを遠ざけようとする場合、運転周波数によって変化するキャリア周波数（２．５〜５．０ｋＨｚ）を、固有振動数と重複しないように例えば上方へシフトしなければならなくなる。しかし、それではインバータ効率の低下による省エネルギー性の低下を生ずる。
【００１２】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、第一には、高効率かつ組込み精度のよい圧縮機を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、低騒音の圧縮機を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、電動機とこの電動機によって駆動される圧縮機構部とを共通のケース内に収納し、電動機の固定子をケースに焼嵌めまたは圧入により固定してなる圧縮機において、電動機は永久磁石を有する回転子と、内周側に１２個以下のスロットおよびそれに対応する磁極歯を有する固定子鉄心の磁極歯の周りに集中巻した固定子巻線を有し回転子に回転磁界を与える固定子とで構成し、固定子鉄心の磁極歯の全部または大部分の対応する外周面部をケースの内周面に対し非接触状態とし、固定子鉄心は多数の電磁鋼板を磁極歯の非接触部に近い部位に設定した固着部でカシメにより積層固着するとともに固定子の外周面からスロットの底面までの距離を、スロットの深さよりも小さくすることにより、固定子の、ケースの内周面と接触する部分の剛性を、他の部分の剛性よりも小となるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、電動機とこの電動機によって駆動される圧縮機構部とを共通のケース内に収納し、電動機をパルス幅変調型インバータによって駆動する圧縮機において、電動機を永久磁石を有する回転子と、内周側に１２個以下のスロットおよびそれに対応する磁極歯を有する固定子鉄心の磁極歯の周りに集中巻した固定子巻線を有し回転子に回転磁界を与える固定子で構成することにより、固定子の固有振動数を３ｋＨｚ未満にし、インバータのキャリア周波数を３ｋＨｚ以上に設定したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による圧縮機の一実施形態の全体構造を示す縦断面図であり、図２は図１の電動機部分を拡大して示した横断面図である。メインケース１および上部ケース２からなる密閉ケース内の下方に圧縮機の圧縮機構部３を配置し、上部にその駆動源である電動機１０を配置する基本構造は図５の場合と同様である。圧縮機構部３として、ここには２シリンダ式のものが図示されており、ここから２本の吸込パイプ４，５がメインケース１を貫通して外部に導出されている。上部ケース２の中央頂部に吐出パイプ６が設けられている。電動機１０は整流子電動機を構成する同期電動機であって、固定子１１と永久磁石回転子１２とからなり、インバータにより可変速駆動される。固定子鉄心１５には、その内周側に開口する複数のスロット１６およびその間に対応する磁極歯１７を形成している。固定子巻線１３は固定子鉄心１５の磁極歯１７上に絶縁部材を介しスロットを通して直接巻線される集中巻方式の巻線である。回転子１２は圧縮機構部３と共に共通のクランクシャフト７上に同軸に配置されている。この圧縮機では、回転子１２と吐出パイプ６との間に油分離ディスクは備えられていない。
【００２０】
この圧縮機の特徴は、固定子１１をメインケース１に焼嵌めまたは圧入により固定すると共に、固定子鉄心１５の、磁極歯１７に対応する外周面部１７ｇをメインケース１の内周面から離したこと、すなわち非接触状態としたことにある。固定鉄心１５を構成する多数の電磁鋼板の積層方向の固着は磁極歯１７の非接触部に近い部位に設定した固着部１８でカシメで行う。固定子鉄心１５の、磁極歯１７相互間に存在する継鉄部をメインケース１との接触部とし、焼嵌めによって固定する。さらに、固定子鉄心１５は、その外周面からスロット１６の底面までの距離すなわち継鉄部１９の径方向の幅ａを、磁極歯１７の径方向の距離に対応するスロット１６の深さｂよりも小さくしている。こうすることにより、固定子１２ないし固定子鉄心１５は、ケース１の内周面に接触するスロット１６の径方向外周側に位置する継鉄部１９の部分の剛性をより小さく、磁極歯１７を径方向に見た構造部分の剛性をより大きくする。
【００２１】
この実施形態によれば、固定子鉄心１５とメインケース１との固定時に発生する歪みは集中的に両者の接触部すなわち継鉄部１９に生ずる。しかしながら、この継鉄部１９はスロット１６の延長線上に位置し、磁極歯１７および固定子巻線１３にはほとんど影響を与えないため、固定子鉄心１５の内周面に変形があったとしてもそれを許容することができる。因みに従来装置（図５，６）では、この変形が固定子鉄心１５の内周面すなわち磁極歯１７の先端部に影響を及ぼしていたのに対し、本発明においては、磁極歯１７の延長線上では固定子鉄心１５の外周面はケース１の内周面に非接触であり、かつ、剛性が高いため、組立時の変形を受け難いものとすることができる。かくして、組立精度および生産性の良好な高効率の圧縮機を提供することができる。
【００２２】
図３および図４は第２の実施の形態を示すものである。図示の圧縮機は内部支持型のレシプロ型圧縮機である。この実施の形態では、下部ケース１Ｌと上部ケー上ス２Ｕとで密閉ケースを構成し、その内部の下部に電動機１０を配置し、上部に圧縮機構部３０を配置したものである。電動機１０と圧縮機構部３０とはクランク機構部３１を介して連結されている。下部ケース１Ｌの内部底面上に弾性体３２を介して円環状固定板３３が配設され、この固定板３３の上に固定子１１がボルト３４により固定される。この実施の形態の特徴は、固定子１１を固定板３３に固定するのにボルト３４を用い、しかも、固定子１１ないし固定子鉄心１５のボルト３４を通すためのボルト孔３５の位置を、磁極歯１７の延長線上を避けてここから周方向にずらし、磁極歯１７相互間、すなわちスロット１６の底面と鉄心外周面との間に存在する継鉄部１９に設けたことにある。
【００２３】
この実施の形態によれば、ボルト３４を締め付けることにより、固定子鉄心１５を構成する電磁鋼板が締付けトルクに応じて圧縮され、それにより固定子鉄心１５がその内周側および外周側に変形する。その場合、固定子鉄心１５の内周側への変形は電動機磁気空隙を均一にするための位置決めに対して不安定要因となる。しかし、図３および図４の実施の形態においては、磁極歯１７をボルト締付け部からずらしてあるため、上述の通り、変形の影響を受け難いという利点がある。
【００２４】
なお、固定子鉄心１５の一部をケース１の内周面に接触しないようにし、かつ固定子巻線を集中巻方式としてスロット数を１２以下に減らすことにより、電動機１０の固有振動数を、電動機１０を駆動するインバータ２３（図７参照）のＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下回る値とすることができる。例えば、図示のごとくスロット数が６でも、固定子鉄心１５は電磁鋼板の占める割合が小さく、その結果、固有振動数を２．５ｋＨｚにすることができる。そこで、電動機１０を駆動するインバータ２３のＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を従来の２．５〜５ｋＨｚから３ｋＨｚ以上、例えば３〜５．５ｋＨｚへシフトするだけで、固有振動数とキャリア周波数との重複を回避することができ、その結果、インバータ効率の低下による省エネルギー効果の低下を抑制することができる。かくして、電動機１０を介して圧縮機を駆動するインバータのキャリア周波数と電動機１０の固有振動数とが一致して生ずる共振現象を未然に防止し、低騒音化を達成することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電動機固定子の改善により、高効率かつ組込み精度のよい圧縮機を提供することができる。さらに低騒音化に有益な圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧縮機の一実施形態の全体構造を示す縦断面図。
【図２】図１の電動機部分を拡大して示した横断面図。
【図３】本発明による圧縮機の他の実施形態の全体構造を示す一部断面正面図。
【図４】図３の電動機の固定子鉄心を拡大して示す横断面図。
【図５】従来の圧縮機の内部構成を示す縦断面図。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のＡ，Ｂ部の拡大図。
【図７】圧縮機を駆動する電気系統を示すブロック図。
【符号の説明】
１  メインケース
２  上部ケース
３  圧縮機構部
４，５  吸込パイプ
６  吐出パイプ
７  クランクシャフト
８  油分離ディスク
１０  電動機
１１  固定子
１２  回転子
１３  固定子巻線
１４  コイルエンド
１５  固定子鉄心
１６  スロット
１７  磁極歯
１８  固着部
１９  継鉄部
２３  ＰＷＭ制御型インバータ
１Ｌ  メインケース
２Ｕ  上部ケース
３０  圧縮機構部
３３  固定板
３４  ボルト
３５  ボルト孔
【図１】
0003586145.tif 000002
【図２】
0003586145.tif 000003
【図３】
0003586145.tif 000004
【図４】
0003586145.tif 000005
【図５】
0003586145.tif 000006
【図６】
0003586145.tif 000007
【図７】
0003586145.tif 000008