(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、該ステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、
前記ロータコアの積厚を前記ステータコアの積厚よりも大きくし、前記磁石の長さを前記ステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置すると共に、
前記ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、一方の端面部材には前記スロット内に進入して前記磁石を位置決めするための突起を形成し、前記磁石の他方の端面部材側のスロットには当該磁石を係止するための係止部を前記ロータコアに形成し、且つ、前記ステータコアの前記ロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したことを特徴とする集中巻式ＤＣモータ。
【請求項２】
ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、該ステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、
前記ロータコアの積厚を前記ステータコアの積厚よりも大きくし、前記磁石の長さを前記ステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置すると共に、
前記ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、両端面部材には前記スロット内に進入して前記磁石を位置決めするための突起をそれぞれ形成し、且つ、前記ステータコアの前記ロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したことを特徴とする集中巻式ＤＣモータ。
【請求項３】
前記磁石を希土類磁石としたことを特徴とする請求項１又は請求項２の集中巻式ＤＣモータ。
【請求項４】
前記ロータコアの端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、該端面部材には前記スロット内に進入して前記磁石を位置決めするための突起を形成したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の集中巻式ＤＣモータ。
【請求項５】
インバータによりトルク制御されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の集中巻式ＤＣモータ。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の集中巻式ＤＣモータを搭載した冷蔵庫用のコンプレッサ。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の集中巻式ＤＣモータを搭載した空気調和機用のコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集中巻方式にてコイルが巻装されたステータと磁石内蔵のロータから成る集中巻式ＤＣモータ及びそれを搭載した冷蔵庫又は空気調和機用のコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より冷蔵庫や空気調和機の冷媒回路を構成するコンプレッサにおいては、小型化とエネルギー効率の向上が求められており、そのため、コンプレッサに使用するモータも小型・高出力のものが開発されてきている。この場合、従来一般的なコンプレッサのモータは分布巻方式のブラシレスＤＣモータが用いられていたが、近年では製造工程の簡素化と小型化及び効率向上を達成できる集中巻方式のブラシレスＤＣモータが提案されている。
【０００３】
図６に従来の集中巻方式のブラシレスＤＣモータ１０１の断面図を示す。モータ１０１はステータ１０２とロータ１０３により構成されており、ステータ１０２は電磁鋼板（珪素鋼板）を積層したステータコア１０４とステータコイル（図示せず）から構成される。ステータコア１０４には歯部１０６が設けられており、歯部１０６は所定の幅を有してその両脇にはロータの面に沿って歯部先端部１０７が設けられている。この歯部１０６にスロット部１０８の空間を利用してステータコイルを直接巻回し、集中直巻方式によってステータ１０２の磁極を形成している。
【０００４】
一方、ロータ１０３も電磁鋼板（珪素鋼板）を積層してロータコア１１１が形成されている。このロータコア１１１の外周部には切欠が四カ所形成されており、これら切欠間に突極形状の磁極１１２を四カ所形成し、各磁極１１２にはスロット１１３が形成されて各スロット１１３内に永久磁石１１４が埋め込まれている。
【０００５】
尚、永久磁石１１４としては通常のフェライト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはＢＨ積の大きい磁石、即ち、ネオジュウム、鉄、ボロンからなるネオジ磁石、又は、サマリウムコバルト系磁石などの、所謂希土類磁石等が用いられる。また、図中１１６はオイル分離板、１１７はバランスウエイト、１１８、１１９は非磁性体から成る端面部材であり、これらがリベット１２１にて一体化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、単シリンダのロータリコンプレッサやレシプロコンプレッサなどの一回転中の負荷変動の大きいコンプレッサで集中巻式ＤＣモータを使用した場合、トルク変動の大きさによる振動・騒音の増大が問題となる。係る問題を解決するためにはロータ１０３のイナーシャ（慣性）を大きくすることが必要となるが、そのためにロータコア１１１の積厚を拡大して図６の如くステータコア１０６の積厚も同様に拡大し、永久磁石１１４の長さをロータコア１１１の積厚と同等とすると、ステータコア１０６及び永久磁石１１４が必要以上に拡大されてしまい、モータ特性の低下やコストの高騰を引き起こす。
【０００７】
また、図７の如く永久磁石１１４の長さをそのままとした場合、鉄損は減るものの、同様にステータコア１０６が必要以上に拡大されて銅損が増えて特性の低下が問題となる。特に、図７の如く永久磁石１１４を持ち上げてロータ１０３の上部に保持すると、ステータ１０２からの磁束が下側に抜けてしまって減磁し易くなり、モータ電流が増大する欠点がある。
【０００８】
更に、図８の如くステータコア１０６の積厚はそのままでロータコア１１１の積厚及び永久磁石１１４の長さのみ拡大した場合でも、やはり永久磁石１１４が必要以上に拡大され、コストが高騰すると共に、磁束密度が集中して鉄損が増える問題がある。
【０００９】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ロータイナーシャを向上させて振動の低減を図りながら、コストの高騰を抑えた集中巻式ＤＣモータ及びそれを搭載したコンプレッサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、このステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、ロータコアの積厚をステータコアの積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置したので、コストの高騰も抑えることができるようになるものである。
【００１１】
また、ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、一方の端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起を形成し、磁石の他方の端面部材側のスロットには当該磁石を係止するための係止部をロータコアに形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の突起とロータコアの係止部により規定できる。これにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコアの係止部の分ロータの重量が増えるので、イナーシャが向上する効果もある。また、ロータコアの係止部にて磁石を係止するので、他方の端面部材は通常のもので済み、汎用性が増すものである。
【００１２】
更に、ステータコアのロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したので、モータのロータのロータコアの中心側に働く力の変化の幅が小さくなり、時間的な変動率も少なくなる。これにより、トルクの変動を低減でき、モータの回転時の振動を低減できるようになる。総じて、モータの特性を大幅に改善することができるようになる。
【００１３】
請求項２の発明では、ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、このステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、ロータコアの積厚をステータコアの積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置したので、コストの高騰も抑えることができるようになるものである。
【００１４】
また、ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、両端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起をそれぞれ形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を両端面部材の突起により規定できる。これにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコアを変更する必要が無くなるので、ロータコアの汎用性が増すものである。
【００１５】
更に、ステータコアのロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したので、モータのロータのロータコアの中心側に働く力の変化の幅が小さくなり、時間的な変動率も少なくなる。これにより、トルクの変動を低減でき、モータの回転時の振動を低減できるようになる。総じて、モータの特性を大幅に改善することができるようになる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１又は請求項２に加えて磁石を希土類磁石としたので、比較的小型の磁石で十分成る能力を確保することが可能となるものである。
【００１７】
請求項４の発明では、上記各発明に加えてロータコアの端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、この端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起を形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の突起により規定できるようになり、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。
【００１８】
請求項５の発明では、上記各発明の集中巻式ＤＣモータをインバータによりトルク制御するに際して、上述の如くモータ電流が低減されることから、運転範囲が拡大し、トルク制御による効率低下も抑制することができるようになるものである。
【００１９】
請求項６又は請求項７の発明では、上記各発明の集中巻式ＤＣモータを冷蔵庫や空気調和機用のコンプレッサに搭載したので、騒音・振動の少ない高品質・高効率の冷蔵庫又は空気調和機を提供することができるようになるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した実施例の集中巻式ブラシレスＤＣモータ１の平面図（コイルを除く）、図２は図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図、図３は図２の円Ａ部分の拡大図である。実施例のモータ１は、例えば冷蔵庫や空気調和機の冷媒回路を構成する単シリンダのロータリコンプレッサ或いはレシプロコンプレッサの駆動モータとして搭載される集中巻方式のブラシレスＤＣモータであり、ステータ３とこのステータ３内で回転するロータ２とから構成され、インバータによりトルク制御が行われる。
【００２１】
ステータ３は、電磁鋼板（珪素鋼板）を積層して構成されたステータコア４とこのステータコア４に巻装された図示しないステータコイルとから構成される。ステータコア４には所定の幅を有した歯部６が設けられており、この歯部６の先端は両脇に延長されてロータ２の面に沿った歯部先端部７が形成されている。そして、この歯部６にスロット部８の空間を利用してステータコイル（図示せず）を直接巻回し、集中直巻方式によってステータ３の磁極を形成している。
【００２２】
この歯部先端部７は、図１に示されるように、その一部Ｐ１、Ｐ２がカットされて除去されている（図ではＰ１、Ｐ２を一カ所ずつ示すが全ての歯部先端部７が同様にカットされている）。カット部分はロータ２の回転が向かう方向の歯部先端部７のみ、例えばＰ１の片側で十分であるが、モータの組立時にステータ３のどちらの方向からもロータ２を挿入できるように、歯部先端部７の他方Ｐ２もカットする。このように、両側の歯部先端部７をカットしてもモータのトルク特性に与える影響は無視できる程度である。
【００２３】
係る構成により、ロータ２の外周面に沿ってロータ２との距離が一様に等間隔とはならなくなるので、歯部先端部７の所ではロータ２との距離がカットした分だけ大きくなることにより、カットした部分での磁気抵抗が大きくなり、ロータ２の回転が向かう方向の歯部先端部７に磁束の集中が生じることなく平均化される。
【００２４】
このカットがない場合には、モータ１のロータ２のロータコア９（後述）の中心側に働く力のピーク値が大きくなり、力の変化の幅も大きくなって時間的な変動率が増加し、モータの振動の要因となる。これに対して、カットがある場合は、ピーク値が大きくならず比較的なだらかな曲線となるので、力の変化の幅も小さくなり時間的な変動率も少なくなるために、モータ１の振動を抑制できる。
【００２５】
その結果、モータ１のロータ回転角とトルクの関係は、高調波成分を少なくして滑らかな波形となり、トルクの変動を低減でき、モータ１の回転時の振動を低減できるようになる。
【００２６】
一方、ロータ２は同様の電磁鋼板（珪素鋼板）を積層して構成されたロータコア９と、このロータコア９に形成されたスロット１１・・・内に埋め込まれた永久磁石１２・・・と、非磁性体から成る端面部材１３、１４と、バランスウエイト１６とオイル分離板１７から構成され、これらがリベット１８にて一体化されて構成されている（図２）。
【００２７】
この場合、ロータ２のロータコア９の積厚は、ステータ３のステータコア４の積厚よりも大きくされている（図３）。更に、永久磁石１２の長さはステータコア４の積厚よりも小さくされている。また、上下の端面部材１３、１４にはスロット１１・・・内に進入する突起１３Ａ、１４Ａがそれぞれ切り起こし形成されており、これらの突起１３Ａ、１４Ａが図３の如く各永久磁石１２の上下面に当接して各永久磁石１２をスロット１１内で動かないように保持する。
【００２８】
この場合、端面部材１３、１４の突起１３Ａ、１４Ａの長さは同一とされ、それによって、永久磁石１２はステータコア４の範囲内に配置されると共に、永久磁石１２の中心はロータコア９及びステータコア４の軸方向の中心と合致するように規定される。係る構成によりステータ３からの磁束が永久磁石１２の上下に均等に抜けるようになるため、減磁し難くなる。
【００２９】
尚、永久磁石１２としては通常のフェライト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはＢＨ積の大きい磁石、即ち、ネオジュウム、鉄、ボロンからなるネオジ磁石、又は、サマリウムコバルト系磁石などの、所謂希土類磁石等が用いられる。
【００３０】
このように、ロータコア９の積厚をステータコア４の積厚よりも大きくしたので、ロータ２のイナーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、永久磁石１２の長さをステータコア４の積厚よりも小さくして、当該ステータコア４の範囲内に配置しているので、コストの高騰も抑えることができるようになる。
【００３１】
また、永久磁石１２を上述の希土類磁石とすれば、比較的小型の永久磁石で十分なる性能を確保することが可能となる。
【００３２】
更に、ロータ２の端面部材１３、１４に、スロット１１内に進入して永久磁石１２を位置決めするための突起１３Ａ、１４Ａを形成しているので、ロータコア９の積厚よりも小さくなる永久磁石１２の組み込み位置を端面部材１３、１４の突起１３Ａ、１４Ａにより規定できるようになり、永久磁石１２の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。
【００３３】
特に、端面部材１３、１４の突起１３Ａ、１４Ａの分ロータの重量が増えれば、ロータ２のイナーシャが向上する。また、この場合ロータコア９自体に永久磁石１２を保持する構造を施す必要が無いので、ロータコア９の汎用性が増す。
【００３４】
次に、図４及び図５は本発明の他の実施例を示している。各図において図１乃至図３と同一符号は同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合、一方（上側）の端面部材１３には突起１３Ａが形成されているが、他方（下側）の端面部材１４には突起は形成されない。その代わりに、永久磁石１２の端面部材１４側に位置するスロット１１部分のロータコア９には、当該スロット１１側に突出する係止部９Ａが形成されている。
【００３５】
この係止部９Ａは図５の如くスロット１１に面するロータコア９の両面若しくは一方の面の全て若しくは一部をスロット１１側に突出させる（例えば電磁鋼板の１枚のスロット内寸を縮小するなど）ことで構成される。
【００３６】
この場合、端面部材１３の突起１３Ａの長さとロータコア９の端面部材１４側の面から係止部９Ａまでの寸法は同一とされ、それによって、永久磁石１２はステータコア４の範囲内に配置されると共に、永久磁石１２の中心はロータコア９及びステータコア４の軸方向の中心と合致するように規定される。係る構成により同様にステータ３からの磁束が永久磁石１２の上下に均等に抜けるようになるため、減磁し難くなる。
【００３７】
このように、この場合の実施例では一方の端面部材１３にスロット１１内に進入して永久磁石１２を位置決めするための突起１３Ａを形成すると共に、永久磁石１２の他方の端面部材１４側のスロット１１には永久磁石１２を係止するための係止部９Ａをロータコア９に形成したので、ロータコア９の積厚よりも小さくなる永久磁石１２の組み込み位置を端面部材１３の突起１３Ａとロータコア９の係止部９Ａにより規定できる。
【００３８】
これにより、永久磁石１２の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコア９の係止部９Ａの分ロータ２の重量が増えるので、イナーシャが向上する効果もある。また、ロータコア９の係止部９Ａにて永久磁石１２を係止するので、他方の端面部材１４は通常のもので済み、汎用性が増す。
【００３９】
そして何れの場合にも、集中巻式ＤＣモータ１をインバータによりトルク制御するに際して、上述の如くモータ電流が低減されることから、運転範囲が拡大し、トルク制御による効率低下も抑制することができるようになる。
【００４０】
また、係る集中巻式ＤＣモータ１を冷蔵庫や空気調和機用のコンプレッサに搭載することで、騒音・振動の少ない高品質・高効率の冷蔵庫又は空気調和機を提供することができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１の発明によれば、ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、このステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、ロータコアの積厚をステータコアの積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置したので、コストの高騰も抑えることができるようになるものである。
【００４２】
また、ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、一方の端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起を形成し、磁石の他方の端面部材側のスロットには当該磁石を係止するための係止部をロータコアに形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の突起とロータコアの係止部により規定できる。これにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコアの係止部の分ロータの重量が増えるので、イナーシャが向上する効果もある。また、ロータコアの係止部にて磁石を係止するので、他方の端面部材は通常のもので済み、汎用性が増すものである。
【００４３】
更に、ステータコアのロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したので、モータのロータのロータコアの中心側に働く力の変化の幅が小さくなり、時間的な変動率も少なくなる。これにより、トルクの変動を低減でき、モータの回転時の振動を低減できるようになる。総じて、モータの特性を大幅に改善することができるようになる。
【００４４】
請求項２の発明によれば、ステータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、このステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式ＤＣモータにおいて、ロータコアの積厚をステータコアの積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置したので、コストの高騰も抑えることができるようになるものである。
【００４５】
また、ロータコアの両端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、両端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起をそれぞれ形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を両端面部材の突起により規定できる。これにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコアを変更する必要が無くなるので、ロータコアの汎用性が増すものである。
【００４６】
更に、ステータコアのロータの外周面に沿って形成された歯部先端部の一部をカットして除去したので、モータのロータのロータコアの中心側に働く力の変化の幅が小さくなり、時間的な変動率も少なくなる。これにより、トルクの変動を低減でき、モータの回転時の振動を低減できるようになる。総じて、モータの特性を大幅に改善することができるようになる。
【００４７】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて磁石を希土類磁石としたので、比較的小型の磁石で十分なる性能を確保することが可能となるものである。
【００４８】
請求項４の発明によれば、上記各発明に加えてロータコアの端面に非磁性体から成る端面部材を取り付け、この端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置決めするための突起を形成したので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の突起により規定できるようになり、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。
【００４９】
請求項５の発明によれば、上記各発明の集中巻式ＤＣモータをインバータによりトルク制御するに際して、上述の如くモータ電流が低減されることから、運転範囲が拡大し、トルク制御による効率低下も抑制することができるようになるものである。
【００５０】
請求項６又は請求項７の発明によれば、上記各発明の集中巻式ＤＣモータを冷蔵庫や空気調和機用のコンプレッサに搭載したので、騒音・振動の少ない高品質・高効率の冷蔵庫又は空気調和機を提供することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の集中巻式ブラシレスＤＣモータの平面図である。
【図２】  図１のモータのＡ−Ｏ−Ａ線断面図である。
【図３】  図１の円Ａ部分の拡大図である。
【図４】  図１のモータの他の実施例の断面図である。
【図５】  図４の円Ａ部分の拡大図である。
【図６】  従来のモータの断面図である。
【図７】  もう一つの従来のモータの断面図である。
【図８】  更にもう一つの従来のモータの断面図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  ロータ
３  ステータ
４  ステータコア
６  歯部
７  歯部先端部
９  モータコア
９Ａ  係止部
１１  スロット
１２  永久磁石
１３、１４  端面部材
１３Ａ、１４Ａ  突起
【図１】
0003877620.tif 000002
【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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