(57)【要約】【課題】簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータを提供する。【解決手段】回転軸に固定されたロータと、上記ロータの軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータ１０および第２ステータ２０とを備える。第１,第２ステータ１０,２０は、バックヨーク１１,２１と、バックヨーク１１,２１のロータ側に軸方向に設けられたティース１２,２２と、ティース１２,２２に巻回されたコイル１３,２３とを有する。上記第１ステータ１０のコイル１３と第２ステータ２０のコイル２３は、集中巻であって、ロータ側から見て同一方向に巻回され、第１ステータ１０のコイル１３の巻き始めを中性点側とし、第２ステータ２０のコイル２３の巻き終わりを中性点側とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたロータ(３０,１３０,２３０,３３０,４３０)と、上記ロータ(３０,１３０,２３０,３３０,４３０)の軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータ(１０,４１０,７１０)および第２ステータ(２０,４２０,７２０)とを備えたアキシャルギャップ型モータであって、
上記第１,第２ステータ(１０,４１０,７１０,２０,４２０,７２０)は、バックヨーク(１１,２１,７１１,７２１)と、上記バックヨーク(１１,２１,７１１,７２１)の上記ロータ(３０,１３０,２３０,３３０,４３０)側に軸方向に設けられたティース(１２,２２,７１２,７２２)と、上記ティース(１２,２２,７１２,７２２)に巻回されたコイル(１３,２３,７１３,７２３)とを有し、
上記第１ステータ(１０,４１０,７１０)の上記コイル(１３,７１３)と上記第２ステータ(２０,４２０,７２０)の上記コイル(２３,７２３)は、集中巻であって、上記ロータ(３０,１３０,２３０,３３０,４３０)側から見て同一方向に巻回されており、
上記第１ステータ(１０,４１０,７１０)の上記コイル(１３,７１３)の巻き始めが中性点側であり、上記第２ステータ(２０,４２０,７２０)の上記コイル(２３,７２３)の巻き終わりが中性点側であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記ロータ(２３０)は、多極着磁された１つの磁石(２３２)を軸方向に１層だけ設け、
上記１つの磁石(２３２)の上記同一極の軸方向に面する両面が、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項３】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記ロータ(３０,１３０)は、周方向に配置された複数の磁石(３２,１３２)を軸方向に１層だけ設け、
上記各磁石(３２,１３２)の軸方向に面する両面が、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記磁石(３２,４３２,４４２)の両面に、磁極毎に磁気的に分離された磁性体鉄心(３３,３４,４３１,４４１)を設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記コイル(１３,２３,７１３,７２３)と上記バックヨーク(１１,２１,７１１,７２１)とを絶縁する絶縁物に設けられた端子預け部材のうちの中性点側接続端子と電源側接続端子の位置を、上記第１ステータ(１０,４１０,７１０)と上記第２ステータ(２０,４２０,７２０)において上記ロータ(３０,１３０,２３０,３３０,４３０)側から見て逆に設けたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記第１ステータ(１０,４１０,７１０)と上記第２ステータ(２０,４２０,７２０)は、結線以外は略同一形状であることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記コイル(１３,２３,７１３,７２３)の中性点側の結線と電源側の結線は、上記ティース(１２,２２,７１２,７２２)に対して半径方向外側で行われることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
上記コイル(４１３,４２３)の中性点側の結線と電源側の結線は、上記ティース(４１２,４２２)に対して半径方向内側で行われ、
電源側への引き出しおよび上記第１ステータ(４１０)と上記第２ステータ(４２０)との間の結線は、一旦上記バックヨークを貫通して上記第１,第２ステータ(４１０,４２０)に対して上記ロータ(４３０)と反対の側に出してから結線されることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型モータ(４０３)を搭載した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、アキシャルギャップ型モータおよび圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アキシャルギャップ型モータとしては、ロータと、上記ロータの軸方向にエアギャップを介して対向するステータとを備えたものがある(例えば、特開２００１−１３６７２１号公報(特許文献１)、特開２００５−２９５７５７号公報(特許文献２)、特開２００５−１４３２７６号公報(特許文献３)参照)。
【０００３】
上記従来のアキシャルギャップ型モータは、薄型化できる点や磁極面積を大きくすることによりトルク密度を向上できる点で望ましい。
【０００４】
また、上記アキシャルギャップ型モータでは、ロータにスラスト力が発生するが、例えば二つのロータを一つのステータに対して互いに反対側に設けたり、二つのステータを一つのロータに対して互いに反対側に設けたりして、アキシャルギャップ型モータに生じるストラス力を打ち消し合うことができる。
【０００５】
特に、一つのロータに対して二つのステータを設ける場合が望ましい。なぜなら、ロータが一つであるため、風損を低減できると共に、ロータを回転軸に対して保持することが容易であるためである。
【０００６】
上記特許文献１では、ロータは、互いに極性が異なる二つの磁極面を有する磁石の複数を有し、上記磁極面の一方がステータの一方に対向し、上記磁極面の他方がステータの他方に対向している。また、特許文献２では、上記ロータは、ステータの一方に対向する端面と、ステータの他方に対向する端面のそれぞれに、磁石が設けられている。また、特許文献３には、その他、この発明に関連する技術が示されている。
【０００７】
上述した特許文献１および特許文献２のいずれのアキシャルギャップ型モータにおいても、ステータに対向する磁石は、ステータとロータとの間の空隙に露出している。このため、これらの磁石は減磁界の影響を受けやすく、磁石が減磁される恐れがあった。
【０００８】
そこで、本発明者は、軸方向に対して１層の磁石の両面を磁極として用い、両側のステータ巻線に磁束を鎖交させる形態であって、磁石両面に磁極毎に磁気的に分離された鉄心を設けたアキシャルギャップ型モータを提案している(特願２００６−１９３９０９号)。なお、このアキシャルギャップ型モータは、この発明を理解しやすくするために説明するものであって、公知技術ではなく、従来技術ではない。
【０００９】
しかしながら、上記アキシャルギャップ型モータにおいては、第１磁極面と第２磁極面とは逆の磁極を呈するため、第１ステータと第２ステータは、軸方向にロータを介して対向するコイルは、ロータ側から見て、逆に巻回される必要がある。
【００１０】
その場合、第１ステータと第２ステータとで、巻線機の巻回方向を逆にするか、または、予め上下対称な巻枠にコイルを巻回した後に第１ステータと第２ステータとにそれぞれ上下逆にしてコイルを装着した巻枠をティースに挿入しなければならない。
【００１１】
しかし、上記いずれの方法も、工程が煩雑であり、巻き方向の誤りによる不良も発生しやすいという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１３６７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５７５７号公報
【特許文献３】特開２００５−１４３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータおよびそれを用いた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】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明のアキシャルギャップ型モータは、
回転軸に固定されたロータと、上記ロータの軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータおよび第２ステータとを備えたアキシャルギャップ型モータであって、
上記第１,第２ステータは、バックヨークと、上記バックヨークの上記ロータ側に軸方向に設けられたティースと、上記ティースに巻回されたコイルとを有し、
上記第１ステータの上記コイルと上記第２ステータの上記コイルは、集中巻であって、上記ロータ側から見て同一方向に巻回されており、
上記第１ステータの上記コイルの巻き始めが中性点側であり、上記第２ステータの上記コイルの巻き終わりが中性点側であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成のアキシャルギャップ型モータによれば、上記第１ステータのコイルと第２ステータのコイルが、集中巻であって、ロータ側から見て同一方向に巻回され、第１ステータのコイルの巻き始めを中性点側とし、第２ステータのコイルの巻き終わりが中性点側とすることによって、巻線機の巻回方向を同一にすることができる。これにより、第１ステータと第２ステータで巻線機の巻回方向を逆にしたり、予め上下対称な巻枠にコイルを巻回した後に第１ステータと第２ステータとにそれぞれ上下逆にしてコイルを装着した巻枠をティースに挿入したりする必要がなくなる。したがって、生産工程が単純であり、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減することができる。
【００１５】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記ロータは、多極着磁された１つの磁石を軸方向に１層だけ設け、
上記１つの磁石の上記同一極の軸方向に面する両面が、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面である。
【００１６】
上記実施形態によれば、多極着磁された１つの磁石が軸方向に１層だけ設けられ、上記１つの磁石の同一極の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００１７】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記ロータは、周方向に配置された複数の磁石を軸方向に１層だけ設け、
上記各磁石の軸方向に面する両面が、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面である。
【００１８】
上記実施形態によれば、周方向に配置された複数の磁石が軸方向に１層だけ設けられ、各磁石の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。また、磁石を小型化することにより、生産工程における磁石の破損を防止できる。
【００１９】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記磁石の両面に、磁極毎に磁気的に分離された磁性体鉄心を設けた。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記磁石の両面に、磁極毎に磁気的に分離された磁性体鉄心を設けることによって、磁石の減磁をより効率良く防止できる。
【００２１】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルと上記バックヨークとを絶縁する絶縁物に設けられた端子預け部材のうちの中性点側接続端子と電源側接続端子の位置を、上記第１ステータと上記第２ステータにおいて上記ロータ側から見て逆に設けた。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記コイルとバックヨークとを絶縁する絶縁物に設けられた端子預け部材のうちの中性点側接続端子と電源側接続端子の位置を、第１ステータと第２ステータにおいてロータ側から見て逆に設けることによって、第１ステータと第２ステータで同じように巻線作業が行え、結線のミスを容易に防止できる。
【００２３】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記第１ステータと上記第２ステータは、結線以外は略同一形状である。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記第１ステータと第２ステータが結線以外は略同一形状であることによって、２つのステータの磁気抵抗を略同一にすることができ、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００２５】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線は、上記ティースに対して半径方向外側で行われる。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線を、ティースに対して半径方向外側で行うことによって、２つのステータ間での結線が容易となる。
【００２７】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、
上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線は、上記ティースに対して半径方向内側で行われ、
電源側への引き出しおよび上記第１ステータと上記第２ステータとの間の結線は、一旦上記バックヨークを貫通して上記第１,第２ステータに対して上記ロータと反対の側に出してから結線される。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線を、ティースに対して半径方向内側で行い、電源側への引き出しおよび第１ステータと第２ステータとの間の結線を、一旦バックヨークを貫通して第１,第２ステータに対してロータと反対の側に出してから結線することによって、わたり線の長さが短くなると共に、空間の有効利用ができる。
【００２９】
また、この発明の圧縮機では、上記のいずれか１つのアキシャルギャップ型モータを搭載したことを特徴とする。
【００３０】
上記構成の圧縮機によれば、生産工程が単純であり、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータを搭載することにより、生産性を向上でき、低コスト化が図れる圧縮機を実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上より明らかなように、この発明のアキシャルギャップ型モータによれば、簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータ実現することができる。
【００３２】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、多極着磁された１つの磁石が軸方向に１層だけ設けられ、上記１つの磁石の同一極の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００３３】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、周方向に配置された複数の磁石が軸方向に１層だけ設けられたロータにおいて、各磁石の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００３４】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記ロータの磁石の両面に、磁極毎に磁気的に分離された磁性体鉄心を設けることによって、磁石の減磁をより効率良く防止することができる。
【００３５】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルとバックヨークとを絶縁する絶縁物に設けられた端子預け部材のうちの中性点側接続端子と電源側接続端子の位置を、第１ステータと第２ステータにおいてロータ側から見て逆に設けることによって、第１ステータと第２ステータで同じように巻線作業が行え、結線のミスを容易に防止することができる。
【００３６】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記第１ステータと第２ステータを結線以外は略同一形状とすることによって、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００３７】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線を、ティースに対して半径方向外側で行うことによって、２つのステータ間の結線を容易に行うことができる。
【００３８】
また、一実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、上記コイルの中性点側の結線と電源側の結線を、ティースに対して半径方向内側で行い、電源側への引き出しおよび第１ステータと第２ステータとの間の結線を、一旦バックヨークを貫通して第１,第２ステータに対してロータと反対の側に出してから結線することによって、わたり線の長さが短くなると共に、空間の有効利用ができる。
【００３９】
また、この発明の圧縮機によれば、簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータを搭載することにより、生産性を向上でき、低コスト化が図れる圧縮機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、この発明のアキシャルギャップ型モータおよび圧縮機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４１】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータを展開してロータ側から見た平面図を示している。この第１実施形態のアキシャルギャップ型モータは、回転軸(図示せず)に固定されたロータ３０(図２に示す)と、上記ロータ３０の軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータ１０および第２ステータ２０とを備えている。図１に示すように、第１ステータ１０は、円板形状のバックヨーク１１と、そのバックヨーク１１のロータ側に立設されたティース１２と、上記ティース１２に巻回されたコイル１３とを有している。また、第２ステータ２０は、円板形状のバックヨーク２１と、そのバックヨーク２１のロータ側に立設されたティース２２と、上記ティース２２に巻回されたコイル２３とを有している。なお、図１は、第１ステータ１０と第２ステータ２０の間の折り曲げ線(一点鎖線)を基準にして、第１ステータ１０と第２ステータ２０を展開した図である。また、図１において、第１ステータ１０のティースＴ１(Ｕ相)と第２ステータ２０のティースＴ２(Ｕ相)とが対向し、第１ステータ１０のＴ１(Ｕ相)から時計回りにＶ相,Ｗ相,…の順に、第２ステータ２０のＴ２(Ｕ相)から反時計回りに各相のティースが対向している。
【００４２】
上記第１ステータ１０のコイル１３と第２ステータ２０のコイル２３は、集中巻であって、第１,第２ステータ１０,２０に軸方向両側から挟まれるロータ３０(図２に示す)側から見て同一方向に巻回されており、第１ステータ１０のコイル１３の巻き始めを中性点側(図１の１５に示す)とし、第２ステータ２０のコイル２３の巻き終わりが中性点側(図１の２５に示す)としている。
【００４３】
また、図２は上記アキシャルギャップ型モータのロータ３０の分解斜視図を示している。ロータ３０は、界磁部３１と連結部３５とを備え、回転軸(図示せず)を中心として回転可能である。なお、図２では、界磁部３１と連結部３５とが回転軸に沿ってずれて示されている。実際には、ロータ３０は、軸方向両側から図１に示す第１ステータ１０と第２ステータ２０により挟まれた状態で配置される。
【００４４】
上記界磁部３１は、磁石３２と磁性体鉄心の一例としての磁性体板３３,３４とを有する。磁石３２は、軸方向両側に互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面を有する。例えば、第１磁極面はＮ極を呈し、第２磁極面はＳ極を呈する。
【００４５】
上記磁石３２には、磁束密度が大きくするため、焼結された希土類磁石を採用することが望ましい。この場合、希土類磁石、特に焼結した磁石は導電率が高く、渦電流損が生じやすいが、後述する磁性体板３３,３４に、希土類磁石に比べて導電率の小さい磁性材を用いることで、渦電流損の発生を抑制することができる。
【００４６】
また、上記磁性体板３３,３４はそれぞれ、磁石３２の第１磁極面および第２磁極面に設けられる。このとき、磁性体板３３,３４は、接着剤等を用いて磁石３２に固定する。
【００４７】
上記磁性体板３３,３４の軸方向の厚みを、接着剤の分だけ小さくすることで、界磁部３１の軸方向の厚みの増加が回避できる。しかし、磁性体板３３,３４の厚みが減少した分だけ、磁気特性が低下する恐れがあるので、接着剤には、磁性材から成るものを採用することが望ましい。磁性材からなる接着剤を用いることにより、磁性体板３３,３４の厚みを減少したことによる磁気特性の低下を補うことができる。
【００４８】
磁性体板３３,３４には、磁気的に等方性を有する圧粉磁心を採用すること、特に圧粉鉄心を採用することにより、磁性体板３３,３４で渦電流損が生じにくくできる。
【００４９】
上記界磁部３１は、回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置され、周方向に沿って互いに離間している。このとき、磁石３２についてみれば、磁石３２も回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置される。
【００５０】
周方向において互いに隣接する磁石３２は、軸方向両側において互いに異なる極性を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。軸方向の他方側においても同様である。ただし、この発明はこれに限定されるものではない。
【００５１】
また、上記連結部３５は、非磁性体から成り、界磁部３１同士を連結する。上記連結部３５の非磁性体は、樹脂などの非金属であっても良いし、アルミやステンレスなどの金属であっても良い。上記連結部３５に非金属を採用すれば、連結部３５で渦電流損が生じない。他方、上記連結部３５に金属を採用すれば、連結部３５の強度が高まる。
【００５２】
なお、ロータは、軸方向両側に現れる磁極が逆になればよい。そのために、最小の構成は、軸方向における磁石の層数が１である。また、磁石両側にコア(磁性体板)が存在するのは、磁石内部の渦電流を低減するためである。特に、ＰＷＭ制御のキャリア成分の磁束の変化による渦電流損を低減できる。
【００５３】
図３Ａは上記アキシャルギャップ型モータに用いることができる他のロータ１３０の平面図を示し、図３Ｂは図３ＡのIIIB−IIIB線から見た断面図を示している。
【００５４】
図３Ａ,図３Ｂに示すように、ロータ１３０は、円筒形状の連結部１３５から半径方向外向に放射状に設けられたコア１３１と、上記コア１３１の間に周方向に配置された磁石１３２とを有している。また、磁石１３２の軸方向の両端にもコア１３１が配置される。コア１３１は、磁石に接する部分と、磁石間に半径方向に放射状に設けられる部分とは、磁束の漏洩を防止するため、スリット１３１aで隔てられる。上記磁石１３２の間にコア１３１を設けることによって、ｑ軸インダクタンスが高くなり、電流位相をｑ軸から所定角度進めることにより、q軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差に比例して発生するリラクタンストルクを利用することができる。
【００５５】
また、図４は上記アキシャルギャップ型モータに用いることができる他のもう一つのロータ２３０の斜視図を示している。
【００５６】
図４に示すように、ロータ２３０は、１枚の磁石２３２を有し、その磁石２３２を周方向に多極着磁して利用する。この場合、磁石の内径を小さくして直接回転軸(図示せず)に勘合させても良いが、非磁性体の磁石ホルダー(図示せず)を介して回転軸に勘合させてもよい。
【００５７】
また、図５は上記アキシャルギャップ型モータに用いることができる他のもう一つのロータ３３０の斜視図を示している。
【００５８】
図５に示すように、ロータ３３０は、バックヨーク３３１と、そのバックヨーク３３１の軸方向両側に周方向に配置された複数の磁石３３２とを有している。この磁石３３２を軸方向に２層に設けているが、磁極の配置は上記図２のロータ３０と同一である。こうすることにより、バックヨーク３３１の厚みを小さくすることができる。バックヨーク３３１は、磁石３３２を保持し、かつ、内周に設けられた円穴３３１aに回転軸(図示せず)を勘合するために用いられる。例えば、周方向に隣接する磁極へ流れずに、軸方向に対向する磁石へ磁束が流れるためである。
【００５９】
上記ロータ３０(１３０,２３０,３３０)の軸方向の一方の側に、わずかな空隙(エアギャップ)を隔てて第１ステータ１０が対向すると共に、ロータ３０(１３０,２３０,３３０)の軸方向の他方の側に、わずかな空隙(エアギャップ)を隔てて第２ステータ２０が対向する。
【００６０】
この発明のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータは、円盤状のバックヨークから、回転軸の周りで周方向に沿ってかつ互いに離間して配置された磁性体からなる複数のティースが設けられ、ティースに対してそれぞれ単独にコイルが巻回される集中巻である。
【００６１】
このアキシャルギャップ型モータのロータの極数と第１,第２ステータのティース数の関係は、回転磁界を発生してロータが回転する限りにおいて任意であるが、３相巻線が施される場合、２ｎ／３ｎ、８ｎ／９ｎ、１０ｎ／１２ｎ(ｎは自然数)等が考えられるが、この第１実施形態においては、ロータの極数と第１,第２ステータのティース数の関係は８／１２である。
【００６２】
この場合、ティースには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に巻回される。それぞれの相は、通常スター結線、または、場合によってはデルタ結線され、その端子を、３相電源として機能するインバータ出力端子に接続される。
【００６３】
なお、同一ロータ内の同一相のコイルは、直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。
【００６４】
図６に示すように、同一相のコイルを並列に接続した場合、いずれのコイルも一方が直接電源側につながれ、他方が中性点側につながれる。すなわち、図６では、コイルＵ1,Ｕ2,Ｕ3,Ｕ4の一端が電源側に接続され、コイルＶ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4の一端が電源側に接続され、コイルＷ1,Ｗ2,Ｗ3,Ｗ4の一端が電源側に接続される一方、コイルＵ1,Ｕ2,Ｕ3,Ｕ4の他端とコイルＶ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4の他端とコイルＷ1,Ｗ2,Ｗ3,Ｗ4の他端が中性点側で接続されている。
【００６５】
一方、図７に示すように、同一相のコイルを直列に接続した場合、一のコイルの巻き始めが他のコイルの巻き終わりに接続される。すなわち、図７では、直列接続されたコイルＵ1,Ｕ2,Ｕ3,Ｕ4の一端が電源側に接続され、直列接続されたコイルＶ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4の一端が電源側に接続され、直列接続されたコイルＷ1,Ｗ2,Ｗ3,Ｗ4の一端が電源側に接続される一方、直列接続されたコイルＵ1,Ｕ2,Ｕ3,Ｕ4の他端と直列接続されたコイルＶ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4の他端と直列接続されたコイルＷ1,Ｗ2,Ｗ3,Ｗ4の他端が中性点側で接続されている。
【００６６】
この説明では、より電源側に近いか、中性点側に近いかで、「電源側」「中性点側」という表現を用いる。
【００６７】
この発明のアキシャルギャップ型モータの第１ステータと第２ステータとの結線も、同一相のコイルを直列に接続してもよいし、同一相のコイルを並列に接続してもよい。並列の場合、第１ステータと第２ステータとは単独に中性点接続ができる。
【００６８】
上記第１ステータと第２ステータのティースのうち、軸方向に対してロータを介して対向するティース(例えば図１におけるＴ１とＴ２)に巻回されたコイルは、ロータ側から見て同一方向にそれぞれ巻回された同一相となっている。それぞれのコイルに対向するロータの磁極が反対となるので、ロータ側から見て、対向するコイルに対して異なる方向に電流を流す必要がある。なお、両ティースは、例えばコギングトルクを低減するために少しずれていても良い。通常、ずれ角度は、最大でもティースピッチの半分以下程度である。
【００６９】
このとき、ティースに対して巻回方向を逆にするのではなく、巻回方向はロータ側から見て同一とし、結線において、一方のステータは、コイルの巻き始めが電源側に結線し、他方のステータは、コイルの巻き終わりが電源側に結線する。
【００７０】
また、コイルの「巻き始め」とは、文字通り、巻回を始めた側であるが、コイルとして完成した状態においては、コイルの最もティース(巻芯)側から引き出されている部分となる。
【００７１】
これにより、結線前までの工程、すなわち、ティースにコイルが装着された状態において、２つのステータは、同一の形状の状態である。したがって、いずれのステータであるかを意識せずに製造すればよい。また、ティースに直接巻回する場合(例えばノズル巻)であれば、ノズルの旋回方向が常に同一であり、ティースを回しながら巻回する場合(例えばスピンドル巻)であれば、常に同じ方向からティースにボビンを、または、コイルを巻いたティースをヨークに嵌めればよい。
【００７２】
図８に示すように、結線のとき、コイルの巻き始めおよび巻き終わりを、端子預け箱や接続端子に預けるが、この工程では、２つのステータにおいて預ける場所が異なる。例えば、図１ではティース１２の内周側に結線を設けているが、図８では、ティース１２の外周側で結線をする場合について示している。例えば、中性点を短絡するパターンが蒸着された結線板に、接続端子が立てられている場合である。つまり、結線板上には、電源側接続端子Ｐ１と中性点側接続端子Ｐ２が同一に設けられているが、それを預けるコイル端が、巻き始めか、巻き終わりかが異なる。
【００７３】
なお、図１においては、ティース１２の内周側で結線しているが、中性点は、外部に端子を引き出さない場合は、ティースの内周側で閉じれば、結線のための渡りが短くなり、抵抗値も減るという利点がある。外部に引き出す端子は、バックヨークを貫通して、ステータに対してロータと反対の側に引き出して接続する。
【００７４】
２つの第１,第２ステータのコイル端を結線する場合は、少なくともロータの外周を通っていくしかない。そこで、ティースの外周側で結線するのがより好適であるが、ティースの外周側ほど周長が長くなるため、ティースもできるだけ外周部に配置させたい。そうすると、結線を内周に持ってくる方が、特性の面からは望ましい。
【００７５】
図９は、上記ステータと置き換え可能なステータ１１０の鉄心形状を示す。図９に示すステータの鉄心形状は、バックヨーク１１１と、バックヨーク１１１に立設されたティース１１２と、そのティース１１２の先端に配置された幅広コア１１３を有する。
【００７６】
また、図１０は図９に示す幅広コア１１３の平面図を示している。図１０に示すように、幅広コア１１３を設けることによって、空隙面積が増大し、ロータの磁束をより多くステータに鎖交させることができる。この幅広コア１１３は、隣接する幅広コア１１３間を、短絡しない程度に離す必要がある。例えば、隣接する幅広コアの間隔は、ロータと幅広コアとの間の空隙長の２倍を超えることが望ましい。
【００７７】
また、図１１は、図９における幅広コアの別の形態を示している。図１１に示すように、幅広コア２１３は、外周および内周において薄肉部２１３aで連結されることにより一体として扱うことができる。また、この場合、ロータと幅広コアとの間の空隙面の精度も良好である。
【００７８】
図１２は、図２に示すロータ３０と図１に示す第１,第２ステータ１０,２０を、磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図である。
【００７９】
図１２に示すように、磁気回路としては、第１ステータ１０からロータ３０を貫通して第２ステータ２０に渡るという磁路を通ることになる。第１ステータ１０と第２ステータ２０を同一形状、また、同一巻数、同一電流を流し、２面の空隙長を略同一とすることで、２面の空隙にほぼ同一のトルクが働くと共に、スラスト力が働く。この第１ステータ１０と第２ステータ２０の磁気力によるスラスト力は軸方向逆向きであるので、両者は互い打ち消し合ってキャンセルされる。
【００８０】
また、図１３は、図３に示すロータ１３０と図１に示す第１,第２ステータ１０,２０を、磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図を示している。
【００８１】
また、図１４は、図４に示すロータ２３０と図１に示す第１,第２ステータ１０,２０を、磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図を示している。
【００８２】
また、図１５は、図５に示すロータ３３０と図１に示す第１,第２ステータ１０,２０を、磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図を示している。
【００８３】
上記第１実施形態のアキシャルギャップ型モータによれば、簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータ実現することができる。
【００８４】
また、図４に示すように、多極着磁された１つの磁石２３２が軸方向に１層だけ設けられ、その１つの磁石２３２の同一極の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００８５】
また、図２,図３Ａ,図３Ｂに示すように、周方向に配置された複数の磁石３２,１３２が軸方向に１層だけ設けられたロータ３０,１３０において、各磁石３２,１３２の軸方向に面する両面を、互いに異なる極性を呈する第１磁極面および第２磁極面とすることによって、磁石量を低減でき、生産性を更に向上させることができると共に、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００８６】
また、図２に示すように、ロータ３０の磁石３２の両面に、磁極毎に磁気的に分離された磁性体鉄心である磁性体板３３,３４を設けることによって、磁石３２の減磁をより効率良く防止することができる。
【００８７】
また、コイルとバックヨークとを絶縁する絶縁物に設けられた端子預け部材のうちの中性点側接続端子と電源側接続端子の位置を、第１ステータと第２ステータにおいてロータ側から見て逆に設けることによって、第１ステータと第２ステータで同じように巻線作業が行え、結線のミスを容易に防止することができる。
【００８８】
また、上記第１ステータ１０と第２ステータ２０を結線以外は略同一形状とすることによって、２つのステータに略同一量の磁束を鎖交させることができる。
【００８９】
〔第２実施形態〕
図１６Ａはこの発明の第２実施形態のアキシャルギャップ型モータを搭載したロータリ圧縮機の縦断面図である。このロータリ圧縮機は、高圧ドーム型である。なお、この第２実施形態のロータリ圧縮機には、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータを用いる。
【００９０】
この第２実施形態のロータリ圧縮機は、図１６Ａに示すように、密閉容器４０１と、上記密閉容器４０１内に配置された圧縮機構部４０２と、上記密閉容器４０１内かつ圧縮機構部４０２の上側に配置され、圧縮機構部４０２を回転軸４０４を介して駆動するアキシャルギャップ型モータ４０３とを備えている。上記密閉容器４０１の下側側方に、吸入管４４１を接続する一方、密閉容器４０１の上側に吐出管４４２を接続している。上記吸入管４４１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部４０２の吸込側に導かれる。
【００９１】
上記アキシャルギャップ型モータ４０３は、密閉容器４０１内側に外周側の一部が固定され、中央部を回転軸４０４が貫通する２つの上側の第１ステータ４１０,下側の第２ステータ４２０と、上記第１ステータ４１０, 第２ステータ４２０の軸方向の間に配置され、回転軸４０４に外嵌して固定されたロータ４３０を有する。上記ロータ４３０が固定された回転軸４０４の下端側を圧縮機構部２に連結している。
【００９２】
また、上記圧縮機構部４０２は、シリンダ状の本体部４４０と、この本体部４４０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板４０８および下端板４０９とを備える。上記回転軸４０４は、上端板４０８および下端板４０９を貫通して、本体部４４０の内部に挿入されている。上記回転軸４０４は、圧縮機構部４０２の上端板４０８に設けられた軸受４５１と、圧縮機構部４０２の下端板４０９に設けられた軸受４５２により回転自在に支持されている。上記本体部４４０内の回転軸４０４にクランクピン４０５が設けられ、そのクランクピン４０５に嵌合され駆動されるピストン４０６とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室４０７により圧縮を行う。ピストン４０６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室４０７の容積を変化させる。
【００９３】
上記構成のロータリ圧縮機において、アキシャルギャップ型モータ４０３を回転させることにより圧縮機構部４０２を駆動すると、吸入管４４１から圧縮機構部４０２に冷媒ガスが供給され、圧縮機構部４０２で冷媒ガスを圧縮する。そうして圧縮機構部４０２で圧縮された高圧冷媒ガスは、圧縮機構部４０２の吐出ポート４２３より密閉容器４０１内に吐出され、回転軸４０４の周りに設けられた溝(図示せず)、第１ステータ４１０, 第２ステータ４２０およびロータ４３０の内部を軸方向に貫通する穴(図示せず)、第１ステータ４１０, 第２ステータ４２０およびロータ４３０の外周部と密閉容器４０１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４０３の上部空間に運ばれた後、吐出管４４２を介して密閉容器４０１の外部に吐出される。
【００９４】
図１６Ｂは上記ロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータのホルダーを用いたロータ構造を説明するための模式図である。図１６Ｂにおいて、右側が回転軸側、左側がロータ外周側である。図１６Ｂに示すロータ４３０の構造は、非磁性体からなるホルダー４３３に、軸方向両側から磁性体鉄心の一例としてのコア４３１,４３１に挟まれた磁石４３２が埋め込まれている。
【００９５】
また、図１６Ｃは上記ロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータの樹脂モールドを用いたロータ構造を説明するための模式図である。図１６Ｃにおいて、右側が回転軸側、左側がロータ外周側である。図１６Ｃに示すロータ４４０の構造は、軸方向両側から磁性体鉄心の一例としてのコア４４１,４４１に挟まれた磁石４４２が樹脂４４３によりモールドされている。
【００９６】
上記第２実施形態のロータリ圧縮機において、アキシャルギャップ型モータ４０３の第１ステータ４１０,第２ステータ４２０は、位置合わせのための位置決め手段を設けると良い。
【００９７】
例えば、図１７に示すように、第１,第２ステータのバックヨーク５１１,５２１に位置決め手段の一例としての切り欠き５１１a,５２１aを夫々設け、切り欠き５１１a,５２１aの位置を合わせるように組み立てる等である。図１７において、ティースやコイルは省略し、バックヨークのみ示している。このステータのバックヨーク５１１,５２１の切り欠き５１１a,５２１aは、圧縮機に搭載した場合、冷凍機油を戻す通路としても用いられる。図１７において、５１２,５２２は結線板であり、実際はティースが貫通する孔や蒸着された配線パターンが設けられるが、図では省略し、バックヨークとの関係のみを示している。バックヨークと同じ位置に切り欠きを有し、位置合わせを行う。
【００９８】
なお、コイルとコアの絶縁物を２つのステータで変更する場合、それぞれ間違えないよう目印が必要である。
【００９９】
例えば、図１８に示すように、第１,第２ステータのバックヨーク６１１,６２１に、外周の切り欠き６１１a,６２１aと外周付近の穴６１１b,６２１bがあり、切り欠き６１１a,６２１aと穴６１１b,６２１bに対応した絶縁物を設ければ、取り違えがない。上記切り欠き６１１a,６２１aと穴６１１b,６２１bが位置決め手段である。
【０１００】
この第２実施形態のロータリ圧縮機によれば、簡単な生産工程で、コイルの巻き方向誤りやコイル端部の結線ミスといった不良を低減できるアキシャルギャップ型モータ４０３を搭載することにより、生産性を向上でき、低コスト化が図れる圧縮機を実現することができる。
【０１０１】
また、上記第１ステータ４１０と第２ステータ４２０のコイル４１３,４２３の中性点側と電源側の結線は、ティース４１２,４２２に対して半径方向内側で行われ、電源側への引き出しおよび第１ステータ４１０と第２ステータ４２０との間の結線は、一旦、第１ステータ４１０と第２ステータ４２０のコイル４１３,４２３の電源側に接続された配線Ｌ１,Ｌ２が、バックヨーク４１１,４２１を貫通して第１,第２ステータ４１０,４２０に対してロータ４３０と反対の側に出してから結線されることによって、わたり線の長さが短くなると共に、空間の有効利用ができる。
【０１０２】
上記第２実施形態では、ロータリ圧縮機について説明したが、スクロール圧縮機等の他の構成の圧縮機にこの発明を適用してもよい。
【０１０３】
〔第３実施形態〕
図１９はこの発明の第３実施形態のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータを展開してロータ側から見た平面図を示している。この第３実施形態のアキシャルギャップ型モータは、回転軸(図示せず)に固定されたロータ(図２に示す)と、上記ロータの軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータ７１０および第２ステータ７２０とを備えている。図１９に示すように、第１ステータ７１０は、円板形状のバックヨーク７１１と、そのバックヨーク７１１のロータ側に立設されたティース７１２と、上記ティース７１２に巻回されたコイル７１３とを有している。図１９において、コイル７１３は厚みを省略して示し、ティース７１２の外形線と一致している。また、第２ステータ７２０は、円板形状のバックヨーク７２１と、そのバックヨーク７２１のロータ側に立設されたティース７２２と、上記ティース７２２に巻回されたコイル７２３とを有している。
【０１０４】
この第３実施形態のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータ７１０,７２０は、ティース７１２,７２２の外周側に電源側結線のパターン７１４,７２４と中性点結線のパターン７１５,７２５とが蒸着された結線板７１６,７２６に、電源側端子Ｕ,Ｖ,Ｗと中性点側端子Ｎが立てられている。電源側端子Ｕ,Ｖ,Ｗは、第１ステータと第２ステータを合わせて、３相電源に導かれる。また、中性点側端子Ｎは、第１ステータと第２ステータとの間で接続され、必要に応じて中性点信号を引き出す。これにより、第１ステータ及び第２ステータそれぞれ内部では同一相のコイルが直列に接続され、第１ステータと第２ステータ間は並列のコイル構成となる。なお、中性点端子Ｎの第１ステータと第２ステータ間の接続は必須ではない。
【０１０５】
上記第１ステータ７１０のコイル７１３と第２ステータ７２０のコイル７２３は、集中巻であって、第１,第２ステータ７１０,７２０に軸方向両側から挟まれるロータ(図示せず)側から見て同一方向に巻回されており、第１ステータ７１０のコイルの巻き始めを中性点側(図１９の７１５に示す)とし、第２ステータ７２０のコイル７２３の巻き終わりが中性点側(図１９の７２５に示す)としている。
【０１０６】
上記第３実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様の効果を有する。
【０１０７】
また、上記コイル７１３,７２３の中性点側の結線と電源側の結線を、ティース７１２,７２２に対して半径方向外側で行うことによって、２つのステータ間の結線を容易に行うことができる。
【０１０８】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータを展開してロータ側から見た平面図である。
【図２】図２は上記アキシャルギャップ型モータのロータの分解斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは上記アキシャルギャップ型モータの他のロータの平面図を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３ＡのIIIB−IIIB線から見た断面図である。
【図４】図４は上記アキシャルギャップ型モータの他のもう一つのロータの斜視図を示している。
【図５】図５は上記アキシャルギャップ型モータの他のもう一つのロータの斜視図を示している。
【図６】図６は同一相のコイルが並列に接続された図である。
【図７】図７は同一相のコイルが直列に接続された図である。
【図８】図８は結線のときのコイルの巻き始めおよび巻き終わりを説明するための図である。
【図９】図９は上記ステータと置き換え可能なステータの鉄心形状を示す図である。
【図１０】図１０は図９に示す幅広コアの平面図である。
【図１１】図１１は図９に示す幅広コアの別の形態を示す図である。
【図１２】図１２は図２に示すロータとステータを磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図である。
【図１３】図１３は図３に示すロータとステータを磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図である。
【図１４】図１４は図４に示すロータとステータを磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図である。
【図１５】図１５は図５に示すロータとステータを磁石を含む円筒面で切断した部分を展開した断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは上記アキシャルギャップ型モータを搭載したロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは上記ロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータのホルダーを用いたロータ構造を説明するための模式図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは上記ロータリ圧縮機のアキシャルギャップ型モータの樹脂モールドを用いたロータ構造を説明するための模式図である。
【図１７】図１７は上記アキシャルギャップ型モータのロータの切り欠きによる位置を合わせについて説明するための斜視図である。
【図１８】図１８は上記アキシャルギャップ型モータのロータの切り欠きと穴による位置を合わせについて説明するための斜視図である。
【図１９】図１９はこの発明の第３実施形態のアキシャルギャップ型モータの第１,第２ステータを展開してロータ側から見た平面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０,７１０…第１ステータ
１１,７１１…バックヨーク
１２,７１２…ティース
１３,７１３…コイル
２０,７２０…第２ステータ
２１,７２１…バックヨーク
２２,７２２…ティース
２３,７２３…コイル
３０…ロータ
３１…界磁部
３５…連結部
３２…磁石
３３,３４…磁性体板
１１０…ステータ
１１１…バックヨーク
１１２…ティース
１１３…幅広コア
１３０…ロータ
１３１…コア
１３２…磁石
１３５…連結部
２３０…ロータ
２３１…幅広コア
２３１a…薄肉部
２３２…磁石
３３０…ロータ
３３１…バックヨーク
３３２…磁石
３３１a…円穴
４０１…密閉容器
４０２…圧縮機構部
４０３…アキシャルギャップ型モータ
４０４…回転軸
４０５…クランクピン
４０６…ピストン
４０７…圧縮室
４１０…第１ステータ
４１１…バックヨーク
４１２…ティース
４１３…コイル
４２０…第２ステータ
４２１…バックヨーク
４２２…ティース
４２３…コイル
４３０…ロータ
４０８…上端板
４０９…下端板
４４０…本体部
４４１…吸入管
４４２…吐出管
４５１,４５２…軸受
７１６,７２６…結線板
Ｕ1,Ｕ2,Ｕ3,Ｕ4,Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4,Ｗ1,Ｗ2,Ｗ3,Ｗ4…コイル
Ｌ１,Ｌ２…配線
【図１】
2008172859.tif 000003
【図２】
2008172859.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008172859.tif 000018
【図１６Ａ】
2008172859.tif 000019
【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
2008172859.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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