(57)【要約】【課題】簡単な構成でガス圧とスラスト力が互いに打ち消し合うようにしてロータに軸方向に働く力を低減でき、信頼性と圧縮効率を向上できる圧縮機を提供する。【解決手段】  密閉容器１と、密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、密閉容器１内に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ３とを備える。上記アキシャルギャップ型モータ３は、磁性体にコイルが巻回されたステータ４０と、回転軸４に固定され、ステータ４０により回転駆動する上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂとを有する。上側ロータ３０Ａとステータ４０との間のエアギャップの長さＬ１を、下側ロータ３０Ｂとステータ４０との間のエアギャップの長さＬ２よりも短くすることにより、上側ロータ３０Ａを下側ロータ３０Ｂよりも強くステータ４０に引きつけて、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂに軸方向に働く静圧の差を少なくとも部分的にキャンセルする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器(１,２０１)と、
上記密閉容器(１,２０１)内に配置された圧縮機構部(２,２０２)と、
上記密閉容器(１,２０１)内に配置され、上記圧縮機構部(２,２０２)を回転軸(４,２０４)を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ(３,２０３)と
を備え、
上記アキシャルギャップ型モータ(３,２０３)は、磁性体にコイルが巻回されたステータ(４０,６０Ａ,６０Ｂ,１４０,２４０,３４０)と、上記回転軸(４,２０４)に固定され、上記ステータ(４０,６０Ａ,６０Ｂ,１４０,２４０,３４０)に軸方向に対向すると共に、上記密閉容器(１,２０１)内のガスの流れによって上流側と下流側とで端面に作用するガス圧が異なる位置に配置されたロータ(３０Ａ,３０Ｂ,５０,７０,１３０Ａ,１３０Ｂ,２３０Ａ,２３０Ｂ,３３０Ａ,３３０Ｂ)とを有し、
上記ステータ(４０,６０Ａ,６０Ｂ,１４０,２４０,３４０)と上記ロータ(３０Ａ,３０Ｂ,５０,７０,１３０Ａ,１３０Ｂ,２３０Ａ,２３０Ｂ,３３０Ａ,３３０Ｂ)との間の軸方向の磁気力は、上記ロータ(３０Ａ,３０Ｂ,５０,７０,１３０Ａ,１３０Ｂ,２３０Ａ,２３０Ｂ,３３０Ａ,３３０Ｂ)の端面に作用する冷媒流れの上流側と下流側とで異なるガス圧により、少なくとも一部がキャンセルされていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機において、
上記ステータ(４０,１４０,２４０,３４０)の軸方向の両側に上記ロータ(３０Ａ,３０Ｂ,１３０Ａ,１３０Ｂ,２３０Ａ,２３０Ｂ,３３０Ａ,３３０Ｂ)が夫々配置され、
下流側の上記ロータ(３０Ａ,１３０Ａ,２３０Ａ,３３０Ａ)と上記ステータ(４０,１４０,２４０,３４０)との間の軸方向の磁気吸引力が、上流側の上記ロータ(３０Ｂ,１３０Ｂ,２３０Ｂ,３３０Ｂ)と上記ステータ(４０,１４０,２４０,３４０)との間の軸方向の磁気吸引力よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮機において、
下流側の上記ロータ(３０Ａ)と上記ステータ(４０)との間の上記エアギャップの長さが、上流側の上記ロータ(３０Ｂ)と上記ステータ(４０)との間の上記エアギャップの長さよりも短いことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項２に記載の圧縮機において、
下流側の上記ロータ(１３０Ａ)と上流側の上記ロータ(１３０Ｂ)に磁石(８２,８７)を夫々有し、
下流側の上記ロータ(１３０Ａ)の磁石(８２)の厚みが、上流側の上記ロータ(１３０Ｂ)の磁石(８７)の厚みよりも厚いことを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項２に記載の圧縮機において、
下流側の上記ロータ(２３０Ａ)と上流側の上記ロータ(２３０Ｂ)に磁石(９２,９７)を夫々有し、
下流側の上記ロータ(２３０Ａ)の磁石(９２)の上記エアギャップに対向する磁極面積が、上流側の上記ロータ(２３０Ｂ)の磁石(９７)の上記エアギャップに対向する磁極面積よりも広いことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項２に記載の圧縮機において、
下流側の上記ロータと上流側の上記ロータに磁石を夫々有し、
下流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積が、上流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】
請求項１に記載の圧縮機において、
上記ロータ(５０,７０,１５０)の軸方向の両側に上記ステータ(６０Ａ,６０Ｂ,１６０Ａ,１６０Ｂ)が夫々配置され、
上記ロータ(５０,７０,１５０)と上流側の上記ステータ(６０Ｂ,１６０Ｂ)との間の軸方向の磁気吸引力が、上記ロータ(５０,７０,１５０)と下流側の上記ステータ(６０Ａ,１６０Ａ)との間の軸方向の磁気吸引力よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータ(５０,７０,１５０)は、上流側の上記ステータ(６０Ｂ,１６０Ｂ)および下流側の上記ステータ(６０Ａ,１６０Ａ)に近接した磁石を有することを特徴とする圧縮機。
【請求項９】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータ(７０)は、磁性板(７４)と、上記磁性板(７４)の軸方向の両側に固定された磁石(７２)とを有し、
上記ロータ(７０)の上流側の磁石(７２)が上流側の上記ステータに近接する一方、上記ロータ(７０)の下流側の磁石(７２)が下流側の上記ステータに近接することを特徴とする圧縮機。
【請求項１０】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータと上流側の上記ステータとの間の上記エアギャップの長さが、上記ロータと下流側の上記ステータとの間の上記エアギャップの長さよりも短いことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、
上記ロータの上流側の上記磁石の厚みが、上記ロータの下流側の上記磁石の厚みよりも厚いことを特徴とする圧縮機。
【請求項１２】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、
上記ロータの上流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積が、上記ロータの下流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積よりも広いことを特徴とする圧縮機。
【請求項１３】
請求項７に記載の圧縮機において、
上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、
上記ロータの上流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積が、上記ロータの下流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項１４】
請求項７に記載の圧縮機において、
上流側の上記ステータ(６０Ｂ)のアンペアターンが、下流側の上記ステータ(６０Ａ)のアンペアターンよりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項１５】
請求項７に記載の圧縮機において、
下流側の上記ステータ(１６０Ａ)の磁気抵抗が、上流側の上記ステータ(１６０Ｂ)の磁気抵抗よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の圧縮機において、
上記アキシャルギャップ型モータ(３)が上記密閉容器(１)内の高圧側に配置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の圧縮機において、
上記ステータまたは上記ロータの少なくとも一方に上流側から下流側に貫通するガス通路を設け、
上記ステータと上記ロータとの間のエアギャップおよび上記ガス通路をガスが通ることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気調和機や冷凍機等に使用される圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機としては、密閉容器内に圧縮機構部とアキシャルギャップ型モータとを搭載したものがある(例えば、特開昭６１−１８５０４１号公報(特許文献１)参照)。この圧縮機は、半径方向の力を発生せず、芯ずれ等による振動・騒音の問題がなく、軸方向の寸法を小さくして小型化することができる。
【０００３】
ところで、上記圧縮機では、アキシャルギャップ型モータのロータにかかる冷媒ガスの静圧の差によってロータに軸方向の力が働くと共に、アキシャルギャップ型モータの磁気力により軸方向の吸引力が大きくなってロータに大きなスラスト力が働くため、軸受が摩耗したり、スラスト受けの構造を必要としたりするという問題や、圧縮機構部の固定部分と可動部分の接触部分の摺動損失が大きくなるという問題がある。
【特許文献１】特開昭６１−１８５０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この発明の目的は、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成でガス圧とスラスト力が互いに打ち消し合うようにしてロータに軸方向に働く力を低減でき、信頼性と圧縮効率を向上できる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明の圧縮機は、
密閉容器と、
上記密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置され、上記圧縮機構部を回転軸を介して駆動するアキシャルギャップ型モータと
を備え、
上記アキシャルギャップ型モータは、磁性体にコイルが巻回されたステータと、上記回転軸に固定され、上記ステータに軸方向に対向すると共に、上記密閉容器内のガスの流れによって上流側と下流側とで端面に作用するガス圧が異なる位置に配置されたロータとを有し、
上記ステータと上記ロータとの間の軸方向の磁気力は、上記ロータの端面に作用する冷媒流れの上流側と下流側とで異なるガス圧により、少なくとも一部がキャンセルされていることを特徴とする。
【０００６】
上記構成の圧縮機によれば、ラジアルギャップ型モータの場合と比べて、アキシャルギャップ型モータでは回転軸に対して半径方向の力が発生せず、ステータを変形させたり、ステータを介して密閉容器を変形させたり、回転軸を半径方向に曲げたりすることがない。さらに、上記密閉容器内のガスの流れによって上流側と下流側とで端面に作用するガス圧に抗するスラスト力を、アキシャルギャップ型モータのステータとロータとの間の軸方向の磁気力により発生させる。そうして、アキシャルギャップ型モータ特有のスラスト力とガス圧とが互いに少なくとも部分的に打ち消し合うようにするので、アキシャルギャップ型モータ特有のスラスト力を極めて小さくして、圧縮機構部の固定部分と可動部分の接触部分の摺動損失を最低限にすることができ、圧縮効率が向上する。したがって、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成でガス圧とスラスト力とが互いに少なくとも部分的に打ち消し合うにして、ロータに軸方向に働く力を低減できる。
【０００７】
なお、アキシャルギャップ型モータは、ステータとロータとの間のエアギャップが軸方向であるため、ラジアルギャップ型モータと比べて軸方向の軸方向の磁気吸引力をエアギャップ長さ等により調整するのが極めて容易である。
【０００８】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ステータの軸方向の両側に上記ロータが夫々配置され、下流側の上記ロータと上記ステータとの間の軸方向の磁気吸引力が、上流側の上記ロータと上記ステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
上記実施形態の圧縮機によれば、ステータの軸方向の両側にロータが配置されているので、ロータより製造が困難でかつ高価な銅を用いるステータが１つでよく、生産性の向上と低コスト化が図れる。
【００１０】
また、一実施形態の圧縮機は、下流側の上記ロータと上記ステータとの間の上記エアギャップの長さが、上流側の上記ロータと上記ステータとの間の上記エアギャップの長さよりも短いことを特徴とする。
【００１１】
上記実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さを、上流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さよりも短くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、アキシャルギャップ型モータでは、ロータとステータとが対向する面が平面であるので、下流側のロータとステータとの間および上流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さの調整が精度よく容易にでき、製造が容易にできる。特に、エアギャップを挟んでロータの磁心とステータの磁心が対向する場合は、より有効である。
【００１２】
また、一実施形態の圧縮機は、下流側の上記ロータと上流側の上記ロータに磁石を夫々有し、下流側の上記ロータの磁石の厚みが、上流側の上記ロータの磁石の厚みよりも厚いことを特徴とする。
【００１３】
上記実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の厚みを、上流側のロータの磁石の厚みよりも厚くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。磁石の製造方法にもよるが、特に、磁場配向の方向に直交する面で切断して製造するような場合、所望の厚さの磁石の製造が容易にできる。また、ボンド磁石(結合材により磁石粉末を結合させた磁石)でも容易に製造できる。
【００１４】
また、一実施形態の圧縮機は、下流側の上記ロータと上流側の上記ロータに磁石を夫々有し、下流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積が、上流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積よりも広いことを特徴とする。
【００１５】
上記実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積を、上流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力が、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、ステータに鎖交させる磁束を直接変化させることができるので、所望のスラスト力を発生させることが容易にできる。
【００１６】
また、一実施形態の圧縮機は、下流側の上記ロータと上流側の上記ロータに磁石を夫々有し、下流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積が、上流側の上記ロータの磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
上記実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、上流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力が、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、動作点磁束密度を変化させることで、ステータに鎖交させる磁束を直接変化させることができるので、所望のスラスト力を発生させることが容易にできる。
【００１８】
また、この発明の他の実施形態の圧縮機は、上記ロータの軸方向の両側に上記ステータが夫々配置され、上記ロータと上流側の上記ステータとの間の軸方向の磁気吸引力が、上記ロータと下流側の上記ステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
上記実施形態の圧縮機によれば、ロータの軸方向の両側にステータが配置されているので、鎖交磁束が増大して、出力が向上する。
【００２０】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータが、上流側の上記ステータおよび下流側の上記ステータに近接した磁石を有することを特徴とする。
【００２１】
上記実施形態の圧縮機によれば、磁石の両面の磁束を両側のステータに夫々鎖交させることができるため、磁石の数が少なくて済み、コストを低減できる。なお、磁石の表面にヘッドコアがあってもよく、要するに、磁石の両面の磁束をそれぞれの側のステータに鎖交させればよい。
【００２２】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータが、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、上記ロータの上流側の磁石が上流側の上記ステータに近接する一方、上記ロータの下流側の磁石が下流側の上記ステータに近接することを特徴とする。
【００２３】
上記実施形態の圧縮機によれば、磁石のロータへの固定が容易で、回転軸への保持も容易である。また、ロータの両側の磁極分布をずらすことでスキュー効果を持たせることも可能である。なお、磁石の表面にヘッドコアがあってもよく、要するに、磁石の片側の磁束のみをそれぞれのステータに鎖交させればよい。
【００２４】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータと上流側の上記ステータとの間の上記エアギャップの長さが、上記ロータと下流側の上記ステータとの間の上記エアギャップの長さよりも短いことを特徴とする。
【００２５】
上記実施形態の圧縮機によれば、ロータと上流側のステータとの間のエアギャップの長さを、ロータと下流側のステータとの間のエアギャップの長さよりも短くすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、ロータと上流側のステータとの間およびロータと下流側のステータとの間のエアギャップの長さの調整が容易にでき、製造が容易にできる。また、アキシャルギャップ型モータは、ロータとステータとが対向する面が平面であるので、エアギャップの長さを精度よく設定できる。特に、エアギャップを挟んでロータの磁心とステータの磁心が対向する場合は、より有効である。
【００２６】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、上記ロータの上流側の上記磁石の厚みが、上記ロータの下流側の上記磁石の厚みよりも厚いことを特徴とする。
【００２７】
上記実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側のステータに近接した上記磁石の厚みを、ロータの下流側のステータに近接した磁石の厚みよりも厚くすることによって、ロータと上流側ステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。磁石の製造方法にもよるが、特に、磁場配向の方向に直交する面で切断して製造するような場合、所望の厚さの磁石の製造が容易にできる。また、ボンド磁石(結合材により磁石粉末を結合させた磁石)でも容易に製造できる。
【００２８】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、上記ロータの上流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積が、上記ロータの下流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する磁極面積よりも広いことを特徴とする。
【００２９】
上記実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、ステータに鎖交させる磁束を直接変化させることができるので、所望のスラスト力を発生させることが容易にできる。
【００３０】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ロータは、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、上記ロータの上流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積が、上記ロータの下流側の上記磁石の上記エアギャップに対向する残留磁束密度または最大エネルギー積よりも大きいことを特徴とする。
【００３１】
上記実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、動作点磁束密度を変化させることで、ステータに鎖交させる磁束を直接変化させることができるので、所望のスラスト力を発生させることが容易にできる。
【００３２】
また、一実施形態の圧縮機は、上流側の上記ステータのアンペアターンが、下流側の上記ステータのアンペアターンよりも大きいことを特徴とする。
【００３３】
上記実施形態の圧縮機によれば、上流側の上記ステータのアンペアターンを、下流側の上記ステータのアンペアターンよりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、磁石の形状を複数有することなく、上流側と下流側でステータのコイルの巻数または電流を異ならせることによって、スラスト力を発生させることができると共に、出力に応じて容易にスラスト力を調整できる。
【００３４】
また、一実施形態の圧縮機は、下流側の上記ステータの磁気抵抗が、上流側の上記ステータの磁気抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【００３５】
上記実施形態の圧縮機によれば、下流側の上記ステータの磁気抵抗を、上流側の上記ステータの磁気抵抗よりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。例えば、ステータのバックヨークの厚みを変えるだけで良く、軸方向の磁気吸引力を弱くしたい側のステータのバックヨークを薄くして飽和させることで実現できる。この場合、使用材料の削減により重量を低減でき、全長を短くすることもできる。
【００３６】
また、一実施形態の圧縮機は、上記アキシャルギャップ型モータが上記密閉容器内の高圧側に配置されていることを特徴とする。
【００３７】
上記実施形態の圧縮機によれば、アキシャルギャップ型モータが密閉容器内の高圧側に配置された高圧ドーム型は、密閉容器内の圧力や密度も高く、打ち消すべき差圧も大きいため、圧縮機構部の固定部分と可動部分の接触部分の摺動損失を最低限にすることができ、高い圧縮効率を実現できる。
【００３８】
また、一実施形態の圧縮機は、上記ステータまたは上記ロータの少なくとも一方に上流側から下流側に貫通するガス通路を設け、上記ステータと上記ロータとの間のエアギャップおよび上記ガス通路をガスが通ることを特徴とする。
【００３９】
上記実施形態の圧縮機によれば、ステータまたはロータの少なくとも一方に設けられたガス通路、および、ステータとロータとの間のエアギャップをガスが通ることによって、エアギャップを介してステータと対向するロータ表面に直接ガス圧が働き、ガス圧が作用する面も大であるため、打ち消すべきガス圧も大きくなるが、このような圧縮機において、特に本発明の効果が大きい。
【発明の効果】
【００４０】
以上より明らかなように、この発明の圧縮機によれば、アキシャルギャップ型モータを用いて小型化を図りつつ、簡単な構成でガス圧とスラスト力が互いに打ち消し合うようにしてロータに軸方向に働く力を低減でき、信頼性と圧縮効率を向上できる。
【００４１】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータの軸方向の両側にロータが夫々配置されているので、ロータより製造が困難でかつ高価な銅を用いるステータが１つでよく、生産性の向上と低コスト化を図ることができる。
【００４２】
また、一実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さを、上流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さよりも短くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、同じ形態のロータを、単にエアギャップを異ならせて配置させるだけで構成できるため、ロータ部品の点数を削減できる。
【００４３】
また、一実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の厚みを、上流側のロータの磁石の厚みよりも厚くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００４４】
また、一実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積を、上流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００４５】
また、一実施形態の圧縮機によれば、下流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、上流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくすることによって、下流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、上流側のロータとステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００４６】
また、この発明の他の実施形態の圧縮機によれば、ロータの軸方向の両側にステータが夫々配置されていることによって、鎖交磁束が増大して、出力を向上できる。
【００４７】
また、一実施形態の圧縮機によれば、上記ロータが、上流側の上記ステータおよび下流側の上記ステータに近接した磁石を有するので、磁石の両面の磁束を両側のステータに夫々鎖交させることができ、磁石の数が少なくて済み、コストを低減することができる。
【００４８】
また、一実施形態の圧縮機によれば、上記ロータが、磁性板と、上記磁性板の軸方向の両側に固定された磁石とを有し、上記ロータの上流側の磁石が上流側の上記ステータに近接する一方、上記ロータの下流側の磁石が下流側の上記ステータに近接するので、磁石のロータへの固定や回転軸への保持も容易にできる。さらに、１のロータで、上下の磁気回路を独立とできるため、磁気吸引力の差をより容易に設けることが可能である。
【００４９】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータと上流側のステータとの間のエアギャップの長さを、ロータと下流側のステータとの間のエアギャップの長さよりも短くすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００５０】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側の上記磁石の厚みを、ロータの下流側の磁石の厚みよりも厚くすることによって、ロータと上流側ステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００５１】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積を、上ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００５２】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００５３】
また、一実施形態の圧縮機によれば、上流側の上記ステータのアンペアターンを、下流側の上記ステータのアンペアターンよりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。また、磁石の形状を複数有することなく、上流側と下流側でステータのコイルの巻数または電流を異ならせることによって、スラスト力を発生させることができると共に、出力に応じて容易にスラスト力を調整できる。
【００５４】
また、一実施形態の圧縮機によれば、下流側の上記ステータの磁気抵抗が、上流側の上記ステータの磁気抵抗よりも大きくすることによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００５５】
また、一実施形態の圧縮機によれば、アキシャルギャップ型モータが密閉容器内の高圧側に配置された高圧ドーム型であれば、密閉容器内の圧力や密度も高く、打ち消すべき差圧も大きいため、圧縮機構部の固定部分と可動部分の接触部分の摺動損失を最低限にすることができ、高い圧縮効率を実現することができる。
【００５６】
また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータまたはロータの少なくとも一方に設けられたガス通路、および、ステータとロータとの間のエアギャップをガスが通る圧縮機において、ロータの表面に直接ガス圧が働き、ガス圧が作用する面も大であるため、打ち消すべき差圧も大きくなっても、ロータに働くスラスト力とガス圧を効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、この発明の圧縮機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５８】
(第１実施形態)
図１はこの発明の第１実施形態の圧縮機の断面図を示している。この第１実施形態の圧縮機は、高圧ドーム型であり、ロータとステータとの間のエアギャップ長が異なる。
【００５９】
この第１実施形態の圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１と、上記密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、上記密閉容器１内かつ圧縮機構部２の上側に配置され、圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ３とを備えている。上記密閉容器１の下側側方に、吸入管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸入管１１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部２の吸込側に導かれる。
【００６０】
上記アキシャルギャップ型モータ３は、密閉容器１内側に外周側の一部が固定され、中央部を回転軸４が貫通するステータ４０と、上記ステータ４０の軸方向の上側に配置され、回転軸４に外嵌して固定された上側ロータ３０Ａ(下流側)と、上記ステータ４０の軸方向の下側に配置され、回転軸４に外嵌して固定された下側ロータ３０Ｂ(上流側)とを有する。上記上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂが固定された回転軸４の下端側を圧縮機構部２に連結している。
【００６１】
また、上記圧縮機構部２は、シリンダ状の本体部２０と、この本体部２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板８および下端板９とを備える。上記回転軸４は、上記上端板８および下端板９を貫通して、本体部２０の内部に挿入されている。上記回転軸４は、圧縮機構部２の上端板８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端板９に設けられた軸受２２により回転自在に支持されている。上記本体部２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、そのクランクピン５に嵌合され駆動されるピストンとそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７により圧縮を行う。ピストンは偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室の容積を変化させる。
【００６２】
上記構成の圧縮機において、アキシャルギャップ型モータ３を回転させることにより圧縮機構部２を駆動すると、吸入管１１から圧縮機構部２に冷媒ガスが供給され、圧縮機構部２で冷媒ガスを圧縮する。そうして圧縮機構部２で圧縮された高圧冷媒ガスは、圧縮機構部２の吐出ポート２３より密閉容器１内に吐出され、回転軸４の周りに設けられた溝(図示せず)、ステータ４０および上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの内部を軸方向に貫通する穴(図示せず)、ステータ４０および上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの外周部と密閉容器１の内面との間の空間等を通ってアキシャルギャップ型モータ３の上部空間に運ばれた後、吐出管１２を介して密閉容器１の外部に吐出される。
【００６３】
このとき、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂには、上流側と下流側との静圧の差により軸方向上側に向かって力が働く。また、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの軸方向に対して垂直な面には、上側に向かって冷媒ガスの流れによる圧力が作用する。この圧縮機は、高圧ドーム型であるので、密閉容器１内部の圧力も高く、アキシャルギャップ型モータ３の上流側と下流側の静圧の差は大となる。特に、この圧縮機では、下側ステータ４０に圧縮機構部２から吐出された高圧冷媒ガスが直接作用する。
【００６４】
図２は上記上側ロータ３０Ａの斜視図を示している。なお、下側ロータ３０Ｂも、上側ロータ３０Ａと同様の構成をしている(上下が逆)。
【００６５】
図２に示すように、上側ロータ３０Ａは、中央孔３１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク３１と、バックヨーク３１のステータ４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石３２と、中央孔３３aを有する円板形状の磁性板３３とを重ね合わせて形成している。また、上記磁性板３３には、放射状に４つのスリット３３bを設け、スリット３３b間に各永久磁石３２を周方向に所定の間隔をあけて配置すると共に、バックヨーク３１には、磁性板３３のスリット３３bに対向する領域かつ中央孔３１a近傍に円孔３１bを設けている。上記磁性板３３のスリット３３bと、永久磁石３２間の空間と、バックヨーク３１の円孔３１bで、冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。
【００６６】
上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂは、４つの永久磁石３２を円周方向に磁極が交互になるように配置している。なお、ステータ４０は、軸方向に磁束が発生するため、ステータ４０を介して対向する上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの永久磁石３２のステータに対向する面の磁極は反対の極性である。また、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂにおいて、各磁性板３３のスリット３３bによって、４つの永久磁石３２を互いに磁気的に絶縁している。
【００６７】
また、ステータ４０は、複数の磁心まわりに直接アキシャルコイルを巻回している。例えば、４極の場合、磁心およびコイルはそれぞれ６つあり、ラジアルギャップ型モータの集中巻４極６スロットに相当する。すなわち、６のコイルは円周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置される。なお、上記６つの磁心は、互いに磁気的に独立であるため、軸方向両側に配置された磁性板に接続されている。この磁性板には、磁心に対向する領域間が磁気的に絶縁されるようにスリットを夫々設けている。上記アキシャルコイルは、例えば３相スター結線され、インバータから電流が供給される。
【００６８】
上記ステータ４０と上側ロータ３０Ａとの間のエアギャップおよびステータ４０と下側ロータ３０Ｂとの間のエアギャップにおいて、ステータ４０の磁性板と上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの磁性板３３同士が近接して対向しているため、軸方向の磁気吸引力は大きくなる。
【００６９】
さらに、上側ロータ３０Ａ(下流側)とステータ４０との間のエアギャップの長さＬ１を、下側ロータ３０Ｂ(上流側)とステータ４０との間のエアギャップの長さＬ２よりも短くすることにより、上側ロータ３０Ａが下側ロータ３０Ｂよりも強くステータ４０に引きつけられる。したがって、上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂには、軸方向下側に向かってスラスト力が働く。このスラスト力と、密閉容器１内の冷媒ガスの流れによって上流側と下流側とで上側ロータ３０Ａと下側ロータ３０Ｂの端面に作用する冷媒ガスの差圧とが少なくとも部分的に相殺され、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂに働くスラスト力をキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。
【００７０】
なお、エアギャップの長さを調整せずに、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくしてもよい。これによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００７１】
ここで、ステータ４０の磁性板や上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの磁性板３３は必須ではないが、ステータ４０の磁性板は、各磁心を固定する役割のみならず、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの磁束をより広く集める役割をも担っている。また、上側ロータ３０Ａ,下側ロータ３０Ｂの磁性板３３は、減磁防止のほかに、ｄ軸インダクタンス(ロータの極性が異なる磁極(すなわち、円周方向に互いに隣接する磁極)の磁極中心相互間をバックヨーク３１を経由する磁路のインダクタンス)とｑ軸インダクタンス(円周方向に互いに隣接する磁極の境界と、バックヨーク３１を経由する磁路のインダクタンス)の差を設ける形状にすることで、リラクタンストルクを有効に利用することも可能となる。
【００７２】
(第２実施形態)
図３はこの発明の第２実施形態の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータの分解斜視図を示している。この第２実施形態の圧縮機は、アキシャルギャップ型モータを除いて第１実施形態の圧縮機の構成と同一の構成をしており、同一構成部については図と説明を省略する。この第２実施形態の圧縮機は、高圧ドーム型であり、ロータの永久磁石の厚みが異なる。
【００７３】
図３に示すように、この第２実施形態の圧縮機のアキシャルギャップ型モータは、ステータ１４０と、上記ステータ１４０の軸方向の上側に配置された上側ロータ１３０Ａと、上記ステータ１４０の軸方向の下側に配置された下側ロータ１３０Ｂとを有する。上側ロータ１３０Ａは、中央孔８１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク８１と、上記バックヨーク８１のステータ１４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石８２とを重ね合わせて形成している。また、下側ロータ１３０Ｂは、中央孔８１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク８１と、上記バックヨーク８１のステータ１４０に対向する面側に、上記バックヨーク８１のステータ１４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石８７とを重ね合わせて形成している。また、上記バックヨーク８１には、周方向に配列された永久磁石８２間の空間に対向する領域かつ中央孔８１a近傍に円孔８１bを設けている。ステータ１４０にも、回転軸が貫通する中央孔の近傍に円孔(図示せず)を設けている。上記永久磁石８２間の空間と、永久磁石８７間の空間と、バックヨーク８１の円孔８１bと、ステータ１４０の円孔で冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。
【００７４】
また、上記ステータ１４０は、図３に示すように複雑な形をしているが、単純には、軸方向に伸びた複数の磁心８６に跨ってコイル８５を巻回している(磁心群８４に巻回)。これにより、それぞれの磁心の表面には、１つのコイルが磁極を構成するか、または２つのコイルが協働して磁極を構成する。また、Ｖ相とＷ相が協働した場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ層それぞれの電流の和は０となるため、−Ｕ相磁極を構成する。従って、ステータに流れる電流による磁束も４極の磁極を呈する。図１の場合に比べ、磁心の表面に発生する磁極は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３通りではなく、Ｕ，Ｖ，Ｗのほかにこれらの相のうち２つの相が協働してなす極を含め、６通りの状態が存在する。これにより、磁束の変化が滑らかになり、振動や騒音を低減する作用を有する。これは、いわゆる４極１２スロットの分布巻と同一の構成である。
【００７５】
上記ステータ１４０の磁心８６は、計１２あるが、片側で１つのコイルに囲まれた３つの磁心８６は合体させたり、モールド等により接続されたりしている。なお、磁心８６を２４設け、コイルはＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれ４ずつ、５の磁心ピッチにて巻回してもよい。これは、いわゆる４極２４スロットの分布巻と同一の構成である。
【００７６】
図４に示すように、上側ロータ１３０Ａの永久磁石８２の厚みＬ３を、下側ロータ１３０Ｂの永久磁石８７の厚みよりも厚くすることにより、上側ロータ１３０Ａは、動作点磁束密度が高くなり、軸方向の磁気吸引力が大きくなるので、上側ロータ１３０Ａが下側ロータ１３０Ｂよりも強くステータ１４０に引きつけられる。したがって、上側ロータ１３０Ａと下側ロータ１３０Ｂには、軸方向下側に向かってスラスト力が働く。このスラスト力と、上側ロータ１３０Ａ,下側ロータ１３０Ｂの端面に作用する冷媒ガスの差圧とが少なくとも部分的に相殺され、スラスト力をキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。
【００７７】
(第３実施形態)
図５はこの発明の第３実施形態の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータの分解斜視図を示しており、この発明の第３実施形態の圧縮機は、高圧ドーム型であり、ロータの永久磁石の磁極面積が異なる。なお、この第３実施形態の圧縮機は、ロータとステータを除いて第１実施形態の圧縮機と同一の構成をしており、図と説明を省略する。
【００７８】
図５に示すように、この第２実施形態の圧縮機のアキシャルギャップ型モータは、ステータ２４０と、上記ステータ２４０の軸方向の上側に配置された上側ロータ２３０Ａと、上記ステータ２４０の軸方向の下側に配置された下側ロータ２３０Ｂとを有する。上側ロータ２３０Ａは、中央孔９１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク９１と、上記バックヨーク９１のステータ２４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石９２とを重ね合わせて形成している。また、下側ロータ２３０Ｂは、中央孔９１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク９１と、上記バックヨーク９１のステータ２４０に対向する面側に、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石９７とを重ね合わせて形成している。また、上記バックヨーク９１には、周方向に配列された永久磁石９２間の空間に対向する領域かつ中央孔９１a近傍に円孔９１bを設けている。ステータ２４０にも、回転軸が貫通する中央孔の近傍に円孔(図示せず)を設けている。上記永久磁石９２間の空間と、永久磁石９７間の空間と、バックヨーク９１の円孔９１bと、ステータ２４０の円孔で冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。
【００７９】
上記ステータ２４０は、図５に示すように、軸方向に伸びた複数の磁心９６に跨ってコイル９５を巻回している(磁心群９４に巻回)。
【００８０】
図６に示すように、上側ロータ２３０Ａの４つの永久磁石９２が形成する円形の直径Ｌ５を、下側ロータ２３０Ｂの４つの永久磁石９７が形成する円形の直径Ｌ６よりも大きくしている。このように、上側ロータ２３０Ａ(下流側) の永久磁石９２の磁極面積を下側ロータ２３０Ｂ(上流側) の永久磁石９７の磁極面積をよりも広くすることによって、上側ロータ２３０Ａとステータ２４０との間の軸方向の磁気吸引力が大きくなるので、上側ロータ２３０Ａが下側ロータ２３０Ｂよりも強くステータ２４０に引きつけられる。したがって、上側ロータ２３０Ａと下側ロータ２３０Ｂには、軸方向下側に向かってスラスト力が働く。このスラスト力と、上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂの端面に作用する冷媒ガスの差圧とが少なくとも部分的に相殺され、スラスト力をキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。
【００８１】
図１〜図６に示す第１〜第３実施形態の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータのステータであれば、巻線が容易で占積率も高くできるので、容易にモータ効率を向上でき、圧縮効率を向上させることができる。
【００８２】
さらに、図７は上記第１〜第３実施形態の圧縮機において置き換えが可能なアキシャルギャップ型モータの斜視図を示している。
【００８３】
図７に示すように、このアキシャルギャップ型モータは、ステータ３４０と、上記ステータ３４０の軸方向の上側に配置された上側ロータ３３０Ａと、上記ステータ３４０の軸方向の下側に配置された下側ロータ３３０Ｂとを有する。上側ロータ３３０Ａは、中央孔１０１aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク１０１と、円周に沿って配列された略半円形状の２つの永久磁石１０２とを重ね合わせて形成している。下側ロータ３３０Ｂも、同様に、バックヨーク１０１と、２つの永久磁石１０２とを重ね合わせて形成している。
【００８４】
また、上記ステータ３４０のコイル１０４は、中央孔１０３aを有する円環(リング)形状の磁心１０３の周りにトロイダル状に巻回されている。このコイル１０４に電流を流すことにより、磁心１０３内部に円周方向に磁束を発生させる。隣接するコイル１０４に流れる電流により発生する磁束の差により、その間に磁極を発生させる。
【００８５】
上記コイル１０４がトロイダル状に巻回されたステータ３４０は、図７に示すようにエアギャップを２面設ける場合であっても、エアギャップ１面の場合と同一の巻線でよく、巻線の周長を短くすることができるため、銅量の低減や巻線抵抗の低減に寄与し、さらには、エアギャップ磁束の円周方向の変化および時間的変化が滑らかであるため、振動や騒音を低減することも可能である。
【００８６】
(第４実施形態)
図８はこの発明の第４実施形態の圧縮機の断面図を示している。この第４実施形態の圧縮機は、アキシャルギャップ型モータを除いて第１実施形態の圧縮機の構成と同一の構成をしており、同一構成部については図と説明を省略する。この圧縮機は、高圧ドーム型であり、２つのステータのアンペアターンが異なる。
【００８７】
図８に示すように、アキシャルギャップ型モータは、ロータ５０と、上記ロータ５０の軸方向の上側に配置された上側ステータ６０Ａと、上記ロータ５０の軸方向の下側に配置された下側ステータ６０Ｂとを有する。上記ロータ５０は、図２に示す永久磁石３２を、その永久磁石３２の軸方向両側から磁性板３３で挟むように重ね合わせて形成している。
【００８８】
また、図９は上記下側ステータ６０Ｂの斜視図を示している。なお、上側ステータ６０Ａは、下側ステータ６０Ｂと同様の構成をしている(上下が逆)。
【００８９】
図９に示すように、下側ステータ６０Ｂは、中央孔６１aを有する円板形状の磁性板６１と、磁性体からなる基板６３と、上記基板６３上に円周に沿って立設された６つの磁心６４に巻回されたコイル６２とを有している。一方、上側ステータ６０Ａは、コイル６２と磁心６４の厚みが薄いのを除いて下側ステータ６０Ｂと同じ構成をしている。上記上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂの各磁性板６１には、複数の磁心６４を互いに磁気的に絶縁するためのスリット６１bを放射状に設けている。
【００９０】
上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂは、軸方向に伸びた磁心６４まわりに直接アキシャルコイルが巻回されている。上記６つの磁心６４は、基板６３によって互いに磁気的に接続され、基板６３と反対側(ロータに対向する側)では、磁性体６１により接続されている。上記コイル６２は、例えば３相スター結線され、インバータから電流を供給する。
【００９１】
上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂ夫々のロータ５０に対向する位置には、互いに逆の極性が発生するようにコイル６２が巻回される。すなわち、軸方向の一方の方向から見て同一方向に巻回されたコイルが設けられることになる。
【００９２】
また、上側ステータ６０Ａに比べて、下側ステータ６０Ｂのほうがアンペアターンを増やしている。例えば、線径同一で巻数を変化させている。図８では、上側ステータ６０Ａ(下流側)のコイル厚Ｌ７よりも下側ステータ６０Ｂ(上流側)のコイル厚Ｌ８が厚くなっている。
【００９３】
この場合、例えば、上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂの同一相のコイル６２を直列結線すれば、電流が同一で巻数が異なるので、下側ステータ６０Ｂのアンペアターンのほうが大きくなり、ロータ５０が下側ステータ６０Ｂにより強く吸引される。したがって、ロータ５０には、軸方向下側に向かってスラスト力が働く。このスラスト力と、上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂの端面に作用する冷媒ガスの差圧とが少なくとも部分的に相殺され、スラスト力をキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。上側ステータ６０Ａと下側ステータ６０Ｂの巻線のうち、同一相のものを並列に接続する場合は、巻数同一で線径を異ならせれば、電流値が異なるため、巻数が同一でもアンペアターンを異ならせることが可能である。前記いずれの方法も、モータを駆動するインバータは１でよい。
【００９４】
上記アキシャルギャップ型モータでは、ロータ５０の永久磁石の両面で上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂの磁束が夫々鎖交するため、トルクが向上する。
【００９５】
上記ロータ５０と上側ステータ６０Ａとの間のエアギャップおよびロータ５０と下側ステータ６０Ｂとの間のエアギャップにおいて、ロータ５０の磁性板と上側ステータ６０Ａ,下側ステータ６０Ｂの磁性板６１同士が近接して対向しているため、軸方向の磁気吸引力は大きくなる。
【００９６】
その他の作用は、第１実施形態の圧縮機と同様である。
【００９７】
なお、この第４実施形態の圧縮機のようにロータの軸方向の両側に２つのステータが配置されたアキシャルギャップ型モータにおいて、ロータと上流側のステータとの間のエアギャップの長さを、ロータと下流側のステータとの間のエアギャップの長さよりも短くしたり、ロータの上流側のステータに近接した上記磁石の厚みを、ロータの下流側のステータに近接した磁石の厚みよりも厚くしたり、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くしたり、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくしたりしてもよい。これによって、ロータと上流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力を、ロータと下流側のステータとの間の軸方向の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
【００９８】
なお、図１０に別の構成例のロータ７０の分解斜視図を示している。このロータ７０は、図１０に示すように、中央孔７３aを有する磁性体からなる円板形状のバックヨーク７３の軸方向の一方の側に、扇形状の２つの永久磁石７２を円周に沿って配列し、バックヨーク７３の軸方向の他方の側に、扇形状の２つの永久磁石７２を円周に沿って配列している。上記バックヨーク７３の両側の永久磁石７２を対向する位置に配置している。上記バックヨーク７３の両側には、周方向に配列された２つの永久磁石７２の間の領域に磁性体７４を設けている。上記永久磁石７２が配列されたバックヨーク７３の軸方向両側から、中央孔７１aを有する円板形状の磁性板７１により挟んで、バックヨーク７３と永久磁石７２および磁性板７１を重ね合わせている。また、上記磁性板７１には、放射状に４つのスリット７１bを設け、スリット７１b間に永久磁石７２と磁性体７４を交互に配置している。
【００９９】
上記ロータ７０の構成では、永久磁石７２の固定が容易にでき、ロータ７０を回転軸に保持することも容易にできる。また、ロータ７０の両側の磁極分布をずらすことによってスキュー効果を持たせることも可能である。なお、バックヨーク７３の軸方向両側の永久磁石７２の磁極は、同一でも反対でもよいが、磁極がいずれであるかによって、ステータのコイルの配置が異なる。両側の磁極が同一である場合は、バックヨーク７３の厚みが重要であるが、反対である場合は、バックヨーク７３は、軸方向のみに磁束を通せば十分である。また、上記ロータ７０では、上側ステータに作用する磁石と下側ステータに作用する磁石とが独立であるため、軸方向の力を発生する手段が、磁石の厚み、磁極面積、最大エネルギー積などを変えるものでも可能である。この場合、両側の永久磁石の磁極は同一のほうがより効果があるが、両側の永久磁石の磁極が反対であってもよい。
【０１００】
(第５実施形態)
図１１はこの発明の第５実施形態の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータの側面図を示している。この第５実施形態の圧縮機は、アキシャルギャップ型モータを除いて第１実施形態の圧縮機の構成と同一の構成をしており、同一構成部については図と説明を省略する。この圧縮機は、高圧ドーム型であり、アキシャルギャップ型モータの２つのステータの磁気抵抗が異なる。
【０１０１】
図１１に示すように、下側ステータ１６０Ｂのバックヨーク厚Ｌ１０を、上側ステータ１６０Ａのバックヨーク厚Ｌ９よりも厚くしている。さらに、上側ステータ１６０Ａのバックヨークは、容易に磁気飽和を発生するような厚みであれば、結果的に上側ステータ１６０Ａの表面に現れる磁束が少なくなるため、ロータ１５０が下側ステータ１６０Ｂにより強く吸引される。
【０１０２】
この第５実施形態の圧縮機では、ステータのバックヨーク厚を変えるだけで良く、軸方向の磁気吸引力を弱くしたい側のステータのバックヨークを薄くして飽和させることで実現でき、この場合、使用材料を削減でき、重量を低減できると共に全長を短くすることもできる。
【０１０３】
(第６実施形態)
図１２はこの発明の第６実施形態の圧縮機の断面図を示しており、この圧縮機は、低圧ドーム型であり、アキシャルギャップ型モータの２つのロータの磁石の厚みが異なる。
【０１０４】
図１２に示すように、この第６実施形態の圧縮機は、密閉容器２０１と、上記密閉容器２０１内に配置された圧縮機構部２０２と、上記密閉容器２０１内かつ圧縮機構部２０２の下側に配置され、圧縮機構部２０２を回転軸２０４を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ２０３とを備えている。
【０１０５】
上記アキシャルギャップ型モータ２０３は、密閉容器２０１内の圧縮機構部２０２の吸込側の低圧空間に配置されている。この圧縮機は、いわゆる、低圧ドーム型である。
【０１０６】
上記アキシャルギャップ型モータ２０３は、ステータ２４０と、このステータ２４０の軸方向両側に配置された上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂとを有している。この上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂを回転軸２０４に外嵌して固定し、上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂの回転力を回転軸２０４を介して圧縮機構部２０２に伝達する。
【０１０７】
また、上記圧縮機構部２０２は、密閉容器２０１内に取り付けられた本体部２２０と、本体部２２０に固定された固定スクロール２２４と、その固定スクロール２２４に噛み合う旋回スクロール２２３とを有する。上記固定スクロール２２４と旋回スクロール２２３は、鏡板に立設された渦捲き状のラップを夫々有し、固定スクロール２２４と旋回スクロール２２３とが互いに噛み合って複数の圧縮室２２５を形成する。上記旋回スクロール２２３は、アキシャルギャップ型モータ２０３の回転軸２０４の上端に接続され、回転軸２０４の回転により旋回する。
【０１０８】
上記本体部２２０は、挿通された回転軸２０４の上端側を回転自在に支持している。上記密閉容器２０１内かつアキシャルギャップ型モータ２０３の下側に、回転軸２０４の下端側を回動自在に支持する保持部２０５が設けられている。
【０１０９】
また、上記本体部２２０は、下側の低圧空間と圧縮室２２５とを連通する吸入孔２２１を有し、固定スクロール２２４は、上側の高圧空間と圧縮室２２５とを連通する吐出孔２２６を有する。
【０１１０】
上記密閉容器２０１の下側側面には、アキシャルギャップ型モータ２０３の下側ロータ２３０Ｂの近傍に吸入管２１１を接続する一方、密閉容器２０１の上部に吐出管２１２を接続している。
【０１１１】
上記構成の圧縮機において、アキシャルギャップ型モータ２０３により回転軸２０４を介して圧縮機構部２０２を駆動すると、吸入管２１１から供給された冷媒ガスは、アキシャルギャップ型モータ２０３を冷却しながらアキシャルギャップ型モータ２０３のエアギャップや軸方向に設けられたガス通路(図示せず)を通過し、吸入孔２２１を介して供給された冷媒ガスを圧縮機構部２０２で圧縮する。そうして圧縮された冷媒ガスは、圧縮機構部２０２の吐出孔２２６から上部空間に吐出され、吐出管２１２を介して密閉容器２０１の外部に吐出される。
【０１１２】
このとき、上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂには、上流側と下流側との静圧の差により軸方向上側に向かって力が働く。また、上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂの軸方向に対して垂直な面には、上側に向かって冷媒ガスの流れによる圧力が作用する。
【０１１３】
上記アキシャルギャップ型モータ２０３については、図３に示すアキシャルギャップ型モータと同様に、上側ロータ２３０Ａの永久磁石の厚みＬ１１を、下側ロータ２３０Ｂの永久磁石の厚みＬ１２よりも厚くしている。これにより、上側ロータ２３０Ａが下側ロータ２３０Ｂよりも強くステータ２４０に引きつけられる。したがって、上側ロータ２３０Ａと下側ロータ２３０Ｂには、軸方向下側に向かってスラスト力が働く。このスラスト力と、上側ロータ２３０Ａ,下側ロータ２３０Ｂの端面に作用する冷媒ガスの差圧とが少なくとも部分的に相殺され、スラスト力をキャンセル、または、極めて小さくすることによって、スラスト力による音や軸受の磨耗、軸受の摺動損失を低減することができる。
【０１１４】
上記第１〜第６実施形態では、ロータリー圧縮機およびスクロール圧縮機について説明したが、この発明の圧縮機はこれに限らず、密閉容器と、密閉容器内に配置された圧縮機構部と、密閉容器内に配置され、圧縮機構部を回転軸を介して駆動するアキシャルギャップ型モータとを備え、アキシャルギャップ型モータは、磁性体にコイルが巻回されたステータと、回転軸に固定され、ステータにより回転駆動するロータとを有するものであればよい。
【０１１５】
また、上記第１〜第６実施形態では、ロータと回転軸の自重の影響については言及していないが、ロータと回転軸の自重が軸方向に作用する場合は、ステータとロータとの間の磁気力によりロータに軸方向に働く静圧の差をキャンセルするときに、ロータと回転軸の自重の影響もキャンセルされるようにするのが望ましい。
【０１１６】
また、上記第１〜第６実施形態では、アキシャルギャップ型モータに永久磁石を用いたが、他の磁石であってもよい。しかしながら、永久磁石を用いた方が、磁束密度が高くなって出力が向上し、効率が向上するので好ましい。
【０１１７】
なお、この発明の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータのステータやロータの構成は、この第１〜第６実施形態に限らない。また、この発明の圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータは、他に例えばラジアルギャップを共に有していてもよい。すなわち、軸方向に作用する力を容易にキャンセル可能なアキシャルギャップを少なくとも２面有していればよい。
【０１１８】
また、この発明では、ステータの軸方向の両側にロータが夫々配置された圧縮機において、下流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さを、上流側のロータとステータとの間のエアギャップの長さよりも短くする構成、下流側のロータのステータに近接した上記磁石の厚みを、上流側のロータのステータに近接した磁石の厚みよりも厚くする構成、下流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積を、上流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くする構成、下流側のロータの磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、上流側のロータの磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくする構成のうち、組み合わせ可能な２以上の構成を適宜適用してもよい。
【０１１９】
同様に、ロータの軸方向の両側にステータが夫々配置された圧縮機において、ロータと上流側のステータとの間のエアギャップの長さを、ロータと下流側のステータとの間のエアギャップの長さよりも短くする構成、ロータの上流側のステータに近接した上記磁石の厚みを、ロータの下流側のステータに近接した磁石の厚みよりも厚くする構成、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する磁極面積を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する磁極面積よりも広くする構成、ロータの上流側の磁石の上流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)を、ロータの下流側の磁石の下流側のエアギャップに対向する残留磁束密度(または最大エネルギー積)よりも大きくする構成、上流側のステータのアンペアターンが、下流側のステータのアンペアターンよりも大きくする構成、および、下流側のステータの磁気抵抗が、上流側のステータの磁気抵抗よりも大きくする構成のうち、組み合わせ可能な２以上の構成を適宜適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の圧縮機の断面図である。
【図２】図２は上記圧縮機のロータの斜視図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態の圧縮機のロータとステータの分解斜視図である。
【図４】図４は上記圧縮機のステータの側面図である。
【図５】図５はこの発明の第３実施形態の圧縮機のロータとステータの分解斜視図である。
【図６】図６は上記圧縮機のステータの側面図である。
【図７】図７は置き換え可能なアキシャルギャップ型モータの斜視図である。
【図８】図８はこの発明の第４実施形態の圧縮機の断面図である。
【図９】図９は上記圧縮機のステータの斜視図である。
【図１０】図１０は別のロータを示す分解斜視図である。
【図１１】図１１はこの発明の第５実施形態の圧縮機のステータの側面図である。
【図１２】図１２はこの発明の第６実施形態の圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１…密閉容器
２…圧縮機構部
３…アキシャルギャップ型モータ
４…回転軸
５…クランクピン
６…ローラ
７…圧縮室
８…上端板
９…下端板
１１…吸入管
１２…吐出管
２０…本体部
２１,２２…軸受
２３…吐出ポート
３０Ｂ…下側ロータ
３０Ａ…上側ロータ
３１…バックヨーク
３２…永久磁石
３３…磁性板
３３b…スリット
３１b…円孔
４０…ステータ
５０…ロータ
６０Ａ…上側ステータ
６０Ｂ…下側ステータ
６１…磁性板
６１b…スリット
６２…コイル
６３…基板
６４…磁心
７０…ロータ
７１…磁性板
７１a…中央孔
７１b…スリット
７２…永久磁石
７３…バックヨーク
７３a…中央孔
７４…磁性体７４
８１…バックヨーク
８１a…中央孔
８１b…円孔
８２…永久磁石
８４…磁心群
８５…コイル
８６…磁心
８７…永久磁石
９１…バックヨーク
９２…永久磁石
９４…磁心群
９５…コイル
９６…磁心
９７…永久磁石
１０１…バックヨーク
１０２…永久磁石
１０３…磁心
１０４…コイル
１４０…ステータ
１３０Ａ…上側ロータ
１３０Ｂ…下側ロータ
２４０…ステータ
２３０Ａ…上側ロータ
２３０Ｂ…下側ロータ
３４０…ステータ
３３０Ａ…上側ロータ
３３０Ｂ…下側ロータ
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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