(57)【要約】【課題】アウターロータ型永久磁石電動機を用いた密閉型電動圧縮機の小型化，高出力，高効率化を図る。【解決手段】密閉のシェル１０内の上部に冷媒回転圧縮部１２を配置し、その下部にアウターロータ型永久磁石電動機（ＩＰＭモータ）１１を配置し、その固定子１６をメインフレーム１４の軸受部１４ａに固定するとともに、メインフレーム１４の軸受部１４ａに軸支されている回転軸１３に対して回転子１５を支持部材１７を介して連結し、回転子１５に埋め込む永久磁石を断面長方形の板状としてｄ軸磁路を確保する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉シェル内がメインフレームによって上部と下部とに区画されており、その上部に冷媒を圧縮する回転圧縮部が配置され、下部に電動機が配置され、上記メインフレームの軸受部に軸支されている回転軸を介して上記電動機により上記回転圧縮部が駆動される密閉型電動圧縮機において、
上記回転軸が上記メインフレームの軸受部のみによって軸支されているとともに、上記電動機が固定子の周りに回転子を配置してなるアウターロータ型の永久磁石電動機からなり、上記回転子がヨーク内に永久磁石を埋設してなる回転子であり、上記回転子のヨークが支持部材を介して上記回転軸に一体に連結され、上記固定子が上記メインフレームの軸受部に固定されていることを特徴とする密閉型電動圧縮機。
【請求項２】
上記回転子のヨーク内には、上記永久磁石が当該電動機の極数２ｍ（ｍ；正の整数）個分だけ円周方向に等間隔に埋め込まれており、上記固定子は、上記回転子と対向する側に円周方向に沿って等間隔に形成された３ｎ個（ｎ；正の整数）の歯を備え、その各歯にはそれぞれ巻線が施されている請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項３】
上記回転子のヨークの外形が実質的に正六角形である請求項１または２に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項４】
上記回転子のヨークは、電磁鋼板の積層体もしくは塊形として形成されており、上記ヨーク内に埋設される上記永久磁石は断面長方形の板状であり、各磁極が複数の上記永久磁石で構成され、少なくとも中央に配置される永久磁石はその長辺が上記回転子の直径線と直交し、かつ、上記回転軸方向に沿って埋設され、上記各永久磁石の短辺側の間および最外側の永久磁石と上記ヨークの内周面との間にフラックスバリアがそれぞれ設けられている請求項１，２または３に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項５】
上記回転子のヨークは、電磁鋼板の積層体もしくは塊形として形成されており、上記ヨーク内に埋設される上記永久磁石は断面長方形の板状で、その長辺が上記回転子の直径線と直交し、かつ、上記回転軸方向に沿って埋設され、上記永久磁石の短辺と上記ヨークの内周面との間にフラックスバリアが設けられている請求項１，２または３に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項６】
上記回転子を上記回転軸に連結する上記支持部材には、バランサ，放熱用ヒートシンクおよび冷媒循環用のフィンの少なくともいずれか１つが設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項７】
上記回転子のヨークと上記支持部材とが一体成形されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項８】
上記固定子の各歯に施す巻線は集中巻きである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエアコンの冷凍サイクルなどに用いられる密閉型電動圧縮機（コンプレッサ）に関し、さらに詳しく言えば、冷媒圧縮部を駆動する電動機としてアウターロータ型の永久磁石電動機を用いた密閉型電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電動圧縮機は、密閉シェル内に冷媒圧縮部とその駆動部としての電動機とを備えているが、多くの場合、電動機にはインナーロータ型のインダクションモータやブラシレスＤＣモータが用いられている。
【０００３】
ところで、モータの出力は、ロータ直径の二乗とロータの回転軸方向の長さとに比例するために、高出力を得ようとすると密閉型電動圧縮機が大型になってしまう。例えば、得ようとする出力を一定として、ロータの小径化を優先して設計すると、その分、ロータの回転軸方向長さが長くされることになるが、このようにすると軸受け部に大きな負荷がかかることになるため、回転軸の軸受を片持構造とすることが難しくなる。
【０００４】
このようなことから、ロータ直径が大きく、ロータの慣性モーメントが大きいアウタータロータ型の永久磁石電動機を用いる提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、ロータ直径が大きければ、回転軸方向の長さが短くとも、同じロータ出力が得られ、また、その回転軸方向の寸法を短くすることにより、軸受けにかかる負担が軽減されるという利点もあるからである。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６０―３１１７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１による密閉型電動圧縮機が用いている永久磁石電動機は、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータであることから、永久磁石を回転子の内周面に沿った断面円弧形状とする必要があるため磁石材料が制限される。すなわち、フェライト系磁石であれば断面円弧形状に成形し易いが、それよりも高磁力の希土類磁石などでは断面円弧形状に成形することが難しい。
【０００７】
しかも、永久磁石電動機は、電機子磁束鎖交の変化を利用してのマグネットトルクのみしか発生しないこともあって、高磁力の磁石材料を用いなければ小型化を実現しても高出力が得にくい。
【０００８】
また、回転子ヨークの外形は通常円形状であるため、そのヨークを電磁鋼板を打ち抜いて積層して得る場合、多くの無駄が生じ材料の歩留まりが悪い。特に、高グレードの電磁鋼板を用いる場合、廃棄される捨て鋼板の材料コストを無視できないため、結果的にモータコストが上昇することになる。
【０００９】
したがって、本発明の課題は、アウタータロータ型の永久磁石電動機を用いる密閉型電動圧縮機において、その永久磁石電動機の小型化，低コスト化および高出力化を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、密閉シェル内がメインフレームによって上部と下部とに区画されており、その上部に冷媒を圧縮する回転圧縮部が配置され、下部に電動機が配置され、上記メインフレームの軸受部に軸支されている回転軸を介して上記電動機により上記回転圧縮部が駆動される密閉型電動圧縮機において、上記回転軸が上記メインフレームの軸受部のみによって軸支されているとともに、上記電動機が固定子の周りに回転子を配置してなるアウターロータ型の永久磁石電動機からなり、上記回転子がヨーク内に永久磁石を埋設してなる回転子であり、上記回転子のヨークが支持部材を介して上記回転軸に一体に連結され、上記固定子が上記メインフレームの軸受部に固定されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、回転軸の軸受が片持軸受であるため、回転軸の両端を軸支する構造の従来例に比べて、下方の軸受を必要としない分、軸方向寸法を小さくすることができる。また、回転子のヨークが正多角形（好ましくは正六角形，角が丸められたものを含む）であるため、電磁鋼板から打ち抜く場合の材料ロス分をより少なくすることができる。
【００１２】
また、シェルと回転子の間には冷媒の循環通路が確保されるため、密閉シェルの特に電動機室内の過度の温度上昇も防ぐことができる。さらには、固定子と回転子とが共通の軸受により支持されているため、それらの間の磁気ギャップが高精度に維持される。
【００１３】
本発明において、上記回転子のヨーク内には、上記永久磁石が当該電動機の極数２ｍ（ｍ；正の整数）個分だけ円周方向に等間隔に埋め込まれており、上記固定子は、上記回転子と対向する側に円周方向に沿って等間隔に形成された３ｎ個（ｎ；正の整数）の歯を備え、その各歯にはそれぞれ巻線が施されている。
【００１４】
本発明には、上記ヨーク内に埋設される上記永久磁石は断面長方形の板状であり、各磁極が複数の上記永久磁石で構成され、少なくとも中央に配置される永久磁石はその長辺が上記回転子の直径線と直交し、かつ、上記回転軸方向に沿って埋設され、上記各永久磁石の短辺側の間および最外側の永久磁石と上記ヨークの内周面との間にフラックスバリアがそれぞれ設けられている態様が含まれる。
【００１５】
また、別の態様として、上記ヨーク内に埋設される上記永久磁石は断面長方形の板状で、その長辺が上記回転子の直径線と直交し、かつ、上記回転軸方向に沿って埋設され、上記永久磁石の短辺と上記ヨークの内周面との間にフラックスバリアが設けられている態様も本発明に含まれる。
【００１６】
これらの態様によれば、磁石材料としてはフェライト系磁石だけなく、高磁力の希土類磁石も使用可能であり、したがって、マグネットトルクが大きくなり、しかもリラクタンストルクも発生し、かつ、ギャップ高調波の改善も図ることができる。
【００１７】
本発明によれば、部品点数を削減するため、上記回転子を上記回転軸に連結する上記支持部材に、バランサ，放熱用ヒートシンクおよび冷媒循環用のフィンの少なくともいずれか１つの機能を持たせることができる。また、上記回転子のヨークを例えば鋳込みなどにより製造する場合には、そのヨークと上記支持部材とを一体成形することが好ましい。
【００１８】
また、上記固定子の各歯に施す巻線は集中巻きであることが好ましく、これによれば、コイルエンドが大幅に低減されるため銅損を抑えて高効率化が図れるとともに、回転軸方向の寸法が短縮され軸受け機構の高信頼性化も図れることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
つぎに、図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１および図２に示すように、本発明による密閉型電動圧縮機において、密閉シェル１０の内部は、軸受部１４ａを有するメインフレーム１４によって上部空間と下部空間とに区画されており、上部空間には冷媒を圧縮する例えばスクロール式の回転圧縮部１２が収納され、下部空間にはアウターロータ型の永久磁石電動機（ＩＰＭモータ）１１が収納されており、上記軸受部１４ａにて軸支されている回転軸１３を介して永久磁石電動機１１により回転圧縮部１２を駆動することにより、冷媒入口１７から戻された低圧冷媒が圧縮処理して高圧冷媒ガスとして出力される。
【００２１】
上記永久磁石電動機１１は固定子１６と、その周りに配置された回転子１５とを含み、固定子１６はメインフレーム１４の軸受部１４ａに固定されている。回転子１５は、その下部に設けられている支持部材１７を介して回転軸１３に連結されている。支持部材１７は、固定子１６の下部を避けるように皿形状として形成されており、その底部中央に回転軸１３に対する連結孔を備えている。
【００２２】
図２を参照して、回転子１５は、その外形を六角形として内側を中空としたヨーク１５ａを備えている。ヨーク１５ａには、各磁極ごとに複数個、この例では３個の永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが埋め込まれている。
【００２３】
各永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、円弧形状などの曲線より遙かに成形し易い断面長方形として形成され、中央の永久磁石１５ｂは長辺を回転子１５の直径線と直交する状態で回転軸１３の軸方向に沿って埋め込まれている。両側の永久磁石１５ｃ，１５ｄは、その一方の各端部が回転子１５の内周面側に向け傾斜するようにハ字形状に設けられている。
【００２４】
各永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの各短辺側の間には、フラックスバリア１５ｅ，１５ｆが設けられており、また、永久磁石１５ｃ，１５ｄの短辺側と回転子１５の内周面と間にも、フラックスバリア１５ｇ，１５ｈが設けられている。
【００２５】
各永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、２ｍ極数（ｍ；正の整数、例えば６個）分だけ円周方向に等間隔で埋め込まれ、その隣接する磁極を異極としてなる。永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの磁石材料としては、フェライト系磁石であってもよいが、その形状が板状であることから、希土類磁石を容易に使用することもできる。
【００２６】
回転子１５のヨーク１５ａは、電磁鋼板を中空の正六角形に打ち抜いて積層するが、低グレートの塊形を用いてもよい。電磁鋼板を打ち抜きに際しては、六角形に打ち抜くことから、円形として打ち抜く場合よりも電磁鋼板の無駄が省け、材料歩留まりが改善され、また、密閉シェル１０の外形が円形であることから、その密閉シェル１０との間に冷媒通路を設けることができる。
【００２７】
なお、この例ではヨーク１５ａは６極であることから正六角形としているが、例えば極数に応じてその外形を正多角形としてもよい。また、各頂点部分の角を丸めるか、もしくは各頂点部分の角を直線的のカットすることにより、ロータ外径を小さくすることができる。このように角が加工されたものも、実質的に正多角形として本発明に含まれる。
【００２８】
このように、ヨーク１５ａの外形を正多角形とすることにより、密閉シェル１０とヨーク１５ａとの間に冷媒循環通路が確保され、永久磁石１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの温度上昇が緩和され、高温状態でみられるフラックス低下に伴う効率への悪影響が抑えられ、減磁に対するマージンが増して信頼性の向上が図れる。
【００２９】
固定子１６は、中心に軸受部１４ａと嵌合する孔を有し、回転子１５の内周面に対向した歯１６ａを３ｎ個（ｎ；正の整数、例えば９個）だけ円周方向に等間隔に設け、各歯１６ａに絶縁部材１６ｂを介して巻線１６ｃを集中巻き（直巻き）してなる。なお、固定子１６のヨークについては、回転子１５のヨーク１５ａと同様であり、電磁鋼板を打ち抜いて積層してなるが、塊形としてもよい。また、巻線１６ｃは三相集中巻きが好ましい。
【００３０】
上記支持部材１７は、肉厚の皿形状の底部側に冷媒循環用のフィン１７ａおよび複数の孔１７ｂ設けてあるだけなく、例えばコンプレッサ構成上偏心荷重を有することからも、その皿状外形を変えてそのバランスを調整するバランサ機能、固定子１６の巻線１６ａ部分で発生するロス（銅損、鉄損）の放熱用のヒートシンク機能を持たせることができる。
【００３１】
これによって、それら機能を果たすための追加部品を必要とせず、コスト上昇が抑えられる。また、フィン１７ａおよび複数の孔１７ｂにより、冷媒が回転子１５の内径側にも循環することから、密閉シェル１０とヨーク１５ａとによる冷媒循環通路の効果がより大きなものになる。なお、回転子１５のヨーク１５ａを鋳込みで作る場合には、ヨーク１５ａと支持部材１７とを一体成形することが好ましい。
【００３２】
また、回転子１５を支持部材１７を介して回転軸１３に固定し、固定子１６を回転子１３の軸受部１４ａに固定することにより、回転子１５と固定子１６は同軸基準で配置され、ギャップ精度の確保が図られる。さらに、回転軸１３が軸受部１４ａのみによって軸支される構成であるため、回転軸方向の寸法をより小さくできるとともに、軸受の構造も簡素化が図れる。
【００３３】
上記構成としたアウターロータ型の永久磁石電動機（ブラシレスＤＣモータ）１１にあっては、回転子１５の部分における鉄損ロスが軽微であることから、固定子１６のヨーク用の電磁鋼板のみ、あるいは回転子１５の一部に高グレード材を使用すればよく、高グレード電磁鋼板の使用量を最小必要限に抑えることが可能であり、コストダウンが図れる。
【００３４】
ここに、上記永久磁石電動機（ＩＰＭモータ）１１においては、ＳＰＭモータと同様に電機子磁束鎖交の変化を利用したマグネットトルクが発生する他に、（自己インダクタンス＋相互インダクタンス）の変化を利用したリラクタンストルクが発生する。すなわち、回転子１５の隣接する磁極の間には、隣接するフラックスバリア１５ｃ，１５ｄの間を空け、ｄ軸方向には永久磁石１５ｂなどが介在することにより、ｑ軸インダクタンスが大きく、ｄ軸インダクタンスが小さくなるからである。
【００３５】
また、上記隣接する磁極間がフラックスバリア１５ｃ，１５ｄおよびｄ軸磁路によって分離されていることから、ギャップ高調波の改善がはかられる。これらにより、モータの高出力化、高効率化が実現される。
【００３６】
図３は、変形例としての永久磁石電動機２０を示す概略的横断面図である。なお、図中、図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、また密閉型電動機圧縮機の他の部分にはついては図１を参照されたい。
【００３７】
この永久磁石電動機２０は、上記実施例と同じアウターロータ型のＩＰＭモータであり、回転子２１に埋設する永久磁石の数が上記実施例よりも少ないことを特徴としている。なお、固定子側は上記実施例と同じであってよい。
【００３８】
回転子２１は、正六角形の角を平らにカットしたヨーク２１ａを備え、このヨーク２１ａには各磁極ごとに１つの永久磁石２１ｂが埋設されている。永久磁石２１ｂは断面長方形の板体からなり、その長辺が回転子２０の直径線と直交するようにして回転軸１３の軸線方向に沿って埋設され、その両短辺側には蟹足の形として回転子２０の内周面側に延びたフラックスバリア２１ｃ，２１ｄが形成されている。
【００３９】
なお、ヨーク２１ａは上記実施例で説明した回転子１５のヨーク１５ａと同様に、電磁鋼板の積層体、あるいは塊形状のいずれであってもよい。また、隣接する磁極の永久磁石２１ｂは異極とする。永久磁石２１ｂの磁石材料を希土類磁石とすることにより、電機子磁束鎖交の変化を利用して発生するマグネットトルクの大きさが上記実施例と比較して劣ることもない。
【００４０】
また、各磁極の間、隣接するフラックスバリア２１ｃ，２１ｄの間は永久磁石２１ｂによって磁束が阻止されるため、ｑ軸インダタンスが大きく、ｄ軸インダクタンスが小さくなり、そのインダクタンスの差によりリラクタンストルクが発生する。このように、上記変形例によれば、上記実施例と同様にマグネットトルクが発生するだけなく、リラクタンストルクが併用されるため、高出力化が図られる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、密閉のシェル内の上部に冷媒回転圧縮部を配置し、その下部にアウターロータ型永久磁石電動機（ＩＰＭモータ）を配置し、その固定子をメインフレームの軸受部に固定するとともに、メインフレームの軸受部に軸支されている回転軸に対して回転子を支持部材を介して連結し、回転子に埋め込む永久磁石を断面長方形の板状としてマグネットトルクの他に、リラクタンストルクも併用して小型大出力モータが実現でき、また、組み立て工数の削減や材料費の削減を可能として低コスト化が図られ、さらには、ギャップ精度が高精度に確保されることにより信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による密閉型電動圧縮機の一実施形態を示す概略的側断面図。
【図２】上記密閉型電動圧縮機の概略的横断面図。
【図３】上記密閉型電動圧縮機の変形例を示す概略的横断面図。
【符号の説明】
１０  密閉シェル
１１，２０  永久磁石電動機（ブラシレスＤＣモータ）
１２  回転圧縮部
１３  回転軸
１４  メインフレーム
１４ａ  軸受部
１５，２１  回転子
１５ａ，２１ａ  ヨーク
１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，２１ｂ  永久磁石
１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，２１ｃ，２１ｄ  フラックスバリア
１６  固定子
１６ａ  歯
１６ｂ  絶縁部材
１６ｃ  巻線
１７  支持部材
１７ａ  冷媒循環用フィン
１７ｂ  孔
【図１】
2004301038.tif 000003
【図２】
2004301038.tif 000004
【図３】
2004301038.tif 000005