(57)【要約】【課題】吸入した気体を圧縮する圧縮機構の回転体をモータにより回転させる電動コンプレッサにおいて、吸入した気体によりモータのステータコイルの部分を効率よく冷却する。【解決手段】ロータ５ｂの外周面５ｇに溝５ｈを形成し、吸入室７ｂに吸入された冷媒をロータ５ｂの端面５ｉから溝５ｈに流入させて、溝５ｈの冷媒をロータ５ｂの回転に伴う遠心力でロータ５ｂの径方向外側に拡散させ、ステータ５ｃの内周面に吹き付ける。また、吹き付けた冷媒を、ロータ５ｂとステータ５ｃとのエアギャップＧ等を通ってロータ５ｂの端面５ｉから吸入室７ｂに流れ出させ、ステータ５ｃのコイルエンド部から外周面側に回り込ませてステータ５ｃのコイル５ｄを冷媒により十分に冷却する。【選択図】図１
2016180312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポート（１１ｃ）から吸入室（７ｂ）に吸入され圧縮部（３）において圧縮される気体により、前記圧縮部（３）の回転体（３ｅ）を回転させる前記吸入室（７ｂ）のモータ（５）を冷却する電動コンプレッサ（１）において、
前記モータ（５）のステータ（５ｃ）の内側に配置されたロータ（５ｂ）の外周面（５ｇ）における、前記ロータ（５ｂ）の回転方向（Ｙ）において隣り合う２つの磁極（５ｆ），（５ｆ）間の部分に、前記ロータ（５ｂ）の回転軸方向（Ｘ）における両端面（５ｉ），（５ｉ）間に亘る溝（５ｈ）が形成されている、
ことを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
【請求項２】
前記溝（５ｈ）は、前記外周面（５ｇ）からロータ（５ｂ）の回転中心に向かうにつれて、前記回転方向（Ｙ）における寸法が狭くなる形状を有していることを特徴とする請求項１記載の電動コンプレッサ（１）。
【請求項３】
前記磁極（５ｆ）は、前記回転軸方向（Ｘ）に沿って前記ロータ（５ｂ）の内部に埋め込まれた永久磁石（５ｆ）で構成されており、前記溝（５ｈ）は、前記永久磁石（５ｆ）の前記回転方向（Ｙ）における端面（５ｊ）に沿った壁面（５ｋ）を有していることを特徴とする請求項２記載の電動コンプレッサ（１）。
【請求項４】
前記溝（５ｈ）は前記回転軸方向（Ｘ）から見て円弧状の断面形状を有していることを特徴とする請求項２記載の電動コンプレッサ（１）。
【請求項５】
前記外周面（５ｇ）と前記溝（５ｈ）とのなす角度は、該溝（５ｈ）の前記回転方向（Ｙ）における上流側の縁部と下流側の縁部とで異なっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動コンプレッサ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入した気体を圧縮する圧縮機構の回転体をモータにより回転させる電動コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸入した気体を圧縮する圧縮機構の回転体をモータにより回転させる電動コンプレッサでは、吸入した低温低圧の気体が通過する経路上にモータを配置してモータの発熱部分を通過気体により冷却している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４４６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸入した気体は、モータの比較的通路となりやすいロータとステータのエアギャップ部分を専ら通過するので、モータの最も発熱するステータコイルの部分を吸入気体により十分に冷却することが構造上容易ではない。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸入した気体を圧縮する圧縮機構の回転体をモータにより回転させる電動コンプレッサにおいて、吸入した気体によりモータのステータコイルの部分を効率よく冷却することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の電動コンプレッサは、
吸入ポートから吸入室に吸入され圧縮部において圧縮される気体により、前記圧縮部の回転体を回転させる前記吸入室のモータを冷却する電動コンプレッサにおいて、
前記モータのステータの内側に配置されたロータの外周面における、前記ロータの回転方向において隣り合う２つの磁極間の部分に、前記ロータの回転軸方向における両端面間に亘る溝が形成されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、吸入ポートから吸入室に吸入されて圧縮部に向かう気体が、ロータの回転軸方向における端面の開口から溝に流入し、流入した溝の気体がロータの回転に伴い、遠心力によってロータの径方向外側に拡散され、ロータの外側のステータの内周面に吹き付けられる。
【０００８】
また、ステータの内周面に吹き付けられた気体の一部は、ロータとステータとのエアギャップやステータの内周面に開放されたティース間の空間を通ってロータの回転軸方向に流れ、やがてロータの端面から外側の吸入室に流れ出る。
【０００９】
即ち、吸入室には、ロータの端面から溝に流入してステータの内周面に吹き付けられ、さらに、ロータとステータとのエアギャップやステータのティース間の空間を通って再びロータの端面の外側に流れ出すという、吸入された気体の循環経路が形成される。なお、再び吸入室に戻った気体は、ロータとステータとのエアギャップを迂回してステータのコイルエンド部から外周面側に回り込む。
【００１０】
したがって、吸入室に吸入された気体がステータの内周面に吹き付けられると共にコイルエンド部を経て外周面側にも回り込むので、ステータコイルの部分を吸入気体により十分に冷却することができる。
【００１１】
また、ロータの外周面に形成する溝をロータの回転方向において隣り合う２つの磁極間の部分に配置していることから、両磁極間に跨がる磁路がロータに形成されるのを、溝の存在によって抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサを示す断面図である。
【図２】図１の電動モータのロータを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は図２のロータの溝を別形状とする場合のロータの要部を拡大して示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は図２のロータの溝を別形状とする場合のロータの要部を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す正断面図である。
【００１５】
そして、電動コンプレッサ１は、圧縮機構３及び電動モータ５の他、これらが収容されるハウジング７と、電動モータ５の駆動回路であるインバータ回路９が収容されるインバータケース１１とを有している。
【００１６】
圧縮機構３は、一対のサイドブロック３ａ，３ｂと、これらによって挟持されたシリンダブロック３ｃと、シリンダブロック３ｃの内部に形成された楕円形のシリンダ室３ｄに収容した円柱状のロータ３ｅ（請求項中の回転体に相当）とを有している。ロータ３ｅの周面には、複数のベーン（図示せず）が出没可能に支持されている。
【００１７】
ロータ３ｅが電動モータ５によりシリンダ室３ｄ内で回転されると、ロータ３ｅの各ベーンがシリンダ室３ｄの内周面に倣って出没し、ロータ３ｅと隣り合う２つのベーンとシリンダ室３ｄとで構成される空間の容積が変化する。そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック３ａに形成した吸入口（図示せず）を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、サイドブロック３ｂに形成した吐出口（図示せず）から吐出される。
【００１８】
電動モータ５（請求項中のモータに相当）は、回転軸５ａに取り付けられたロータ５ｂ（請求項中のロータに相当）と、ロータ５ｂの外側にエアギャップＧを介して配置されたステータ５ｃとを有している。ステータ５ｃは複数の極に対応したティース（図示せず）を有しており、各ティースにはコイル５ｄがそれぞれ巻回されている。
【００１９】
図２は電動モータ５のロータ５ｂを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。ロータ５ｂは、回転軸５ａが不図示のカラーを介して圧入される貫通孔５ｅを中心に有している。
【００２０】
本実施形態では、ロータ５ｂは、埋込磁石形（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet ）のものを用いている。具体的には、図２（ａ）に示すように、ロータ５ｂの内部に埋め込んだ４つの永久磁石５ｆが、貫通孔５ｅを中心とする円周上に等間隔に配置されて、ロータ５ｂの磁極をそれぞれ構成している。これにより、ロータ５ｂの外周面５ｇは、Ｎ極とＳ極とが交互に現れる４つの極に着磁されている。
【００２１】
ロータ５ｂの外周面５ｇには４つの溝５ｈが形成されている。各溝５ｈは、回転軸５ａが圧入される貫通孔５ｅの貫通方向Ｘ（請求項中の回転軸方向に相当）に沿って、ロータ５ｂの両端面５ｉ，５ｉ間に亘って形成されている。即ち、各溝５ｈはロータ５ｂの各端面５ｉに開口している。
【００２２】
また、各溝５ｈは、図２（ｂ）に示すように、ロータ５ｂの端面５ｉから見て矩形の断面形状を有しており、ロータ５ｂの回転方向Ｙにおいて隣り合う２つの永久磁石５ｆ，５ｆ間の部分に形成されている。この溝５ｈにより、両永久磁石５ｆ，５ｆ間に跨がる磁路がロータ５ｂに形成されることが抑止される。
【００２３】
なお、溝５ｈの側面と底面が交わる隅部にテーパ面やＲ面（図示せず）を設けてもよい。
【００２４】
電動モータ５は、各コイル５ｄに所定のパターンで電圧を印加しステータ５ｃに回転磁界を発生させることで、ロータ５ｂを回転させる。
【００２５】
ハウジング７は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング７には圧縮機構３が収容されており、収容された圧縮機構３によりハウジング７の内部は、サイドブロック３ｂが露出する閉塞側の密閉された吐出室７ａと、サイドブロック３ａが露出する開口側の吸入室７ｂとに仕切られている。吸入室７ｂには電動モータ５が収容されており、吸入室７ｂは、ハウジング７の開口７ｃに取り付けたインバータケース１１によって密閉されている。
【００２６】
上述した吸入室７ｂは、圧縮機構３によって圧縮する低温低圧の冷媒が、電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの蒸発器）から後述する吸入ポート１１ｃを介して吸入される空間である。
【００２７】
また、圧縮機構３によって吸入室７ｂと気密に仕切られた吐出室７ａは、圧縮機構３によって圧縮された高温高圧の冷媒を、不図示の吐出ポートを介して電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの凝縮器）に吐出する空間である。この吐出室７ａの下部には、潤滑油１３が貯留される液溜まり部７ｄが形成されている。この液溜まり部７ｄには、吐出室７ａ内の液相の冷媒（図示せず）も滞留される。
【００２８】
液溜まり部７ｄの潤滑油１３は、吐出室７ａの冷媒の圧力によりサイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給されて、軸受部３ｆ，３ｇが軸受する回転軸５ａの潤滑に用いられる。軸受部３ｆ，３ｇは、サイドブロック３ａ，３ｂの回転軸５ａが貫通する貫通孔の内周面に形成された環状溝からなる。
【００２９】
サイドブロック３ａの軸受部３ｆには、サイドブロック３ｂの通路３ｈと、シリンダブロック３ｃの通路３ｉと、サイドブロック３ａの通路３ｊとを介して、液溜まり部７ｄの潤滑油１３が供給される。サイドブロック３ｂの軸受部３ｇには、サイドブロック３ｂの通路３ｋを介して液溜まり部７ｄの潤滑油１３が供給される。
【００３０】
サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給された潤滑油１３は、不図示の通路を経て、吐出室７ａの液溜まり部７ｄに回収される。また、サイドブロック３ｂの軸受部３ｇに供給された潤滑油１３の一部は、シリンダ室３ｄ等を経て、吐出室７ａに吐出される高圧の冷媒に混入する。そこで、吐出室７ａには、高圧の冷媒から潤滑油１３を分離する油分離器７ｅが設けられている。油分離器７ｅによって冷媒から分離された潤滑油１３は、吐出室７ａ内の液相の冷媒（図示せず）と共に、吐出室７ａの下部の液溜まり部７ｄに滞留される。
【００３１】
インバータケース１１は、ハウジング７の開口７ｃを塞いで吸入室７ｂを密閉する蓋部１１ａと、蓋部１１ａが密閉した吸入室７ｂ（ハウジング７）の外側に配置されてインバータ回路９が収容される回路収容部１１ｂとを有している。
【００３２】
蓋部１１ａは、ハウジング７の開口７ｃを塞いだ状態でハウジング７の外部と吸入室７ｂと連通する吸入ポート１１ｃと、吸入室７ｂと回路収容部１１ｂとを仕切る仕切壁１１ｄとを有している。電動コンプレッサ１の外部（例えば蒸発器）からの低温低圧の冷媒は、吸入ポート１１ｃから吸入室７ｂに吸入され、圧縮機構３によって圧縮される。回路収容部１１ｂには、インバータ回路９が固定される。回路収容部１１ｂはキャップ１１ｅによって密閉される。
【００３３】
次に、電動モータ５のロータ５ｂが回転しているときの吸入ポート１１ｃから吸入室７ｂに吸入された冷媒の流れについて説明する。
【００３４】
吸入室７ｂに吸入された冷媒は電動モータ５を越えて圧縮機構３に向かう際に、図１中に示す太線の矢印のように、電動モータ５のロータ５ｂの端面５ｉの開口から溝５ｈに流入する。流入した溝５ｈの冷媒は、ロータ５ｂの回転に伴い、図１の太線の矢印のように、遠心力によってロータ５ｂの径方向外側に拡散され、ロータ５ｂの外側に配置されたステータ５ｃの内周面に吹き付けられる。
【００３５】
また、ステータ５ｃの内周面に吹き付けられた冷媒の一部は、ロータ５ｂとステータ５ｃとのエアギャップＧやステータ５ｃの内周面に開放された不図示のティース間の空間を通ってロータ５ｂの回転軸方向に流れ、やがてロータ５ｂの端面５ｉから外側の吸入室７ｂに流れ出る。
【００３６】
即ち、吸入室７ｂには、ロータ５ｂの端面５ｉから溝５ｈに流入してステータ５ｃの内周面に吹き付けられ、さらに、ロータ５ｂとステータ５ｃとのエアギャップＧやステータ５ｃのティース間の空間を通って再びロータ５ｂの端面５ｉから溝５ｈの外側に流れ出すという、吸入冷媒の循環経路が形成される。なお、再び吸入室７ｂに戻った冷媒は、ロータ５ｂとステータ５ｃとのエアギャップＧを迂回して、図１の太線の矢印のように、ステータ５ｃのコイルエンド部から外周面側に回り込む。
【００３７】
したがって、吸入室７ｂに吸入された冷媒がステータ５ｃの内周面に吹き付けられると共にコイルエンド部を経て外周面側にも回り込むので、ステータ５ｃのコイル５ｄの部分を吸入冷媒により十分に冷却することができる。
【００３８】
なお、ロータ５ｂの外周面５ｇに形成する溝５ｈの端面５ｉから見た断面形状は、例えばＶ字状であってもよい。その場合、図３（ａ）に示すように、ロータ５ｂの回転方向Ｙにおける永久磁石５ｆの端面５ｊに沿った壁面５ｋを溝５ｈが有するように構成してもよい。
【００３９】
そのように構成すれば、溝５ｈの壁面５ｋと永久磁石５ｆの端面５ｊとの間に局所的な薄肉部分が存在しなくなるので、溝５ｈの壁面５ｋ及び永久磁石５ｆの端面５ｊ間におけるロータ５ｂの強度を確保することができる。
【００４０】
また、溝５ｈ及び永久磁石５ｆ間におけるロータ５ｂの強度に支障がない限り、例えば図３（ｂ）に示すような円弧状の断面形状で溝５ｈを構成してもよい。
【００４１】
そのように構成すれば、ロータ５ｂの回転に伴う遠心力で、円弧状の溝５ｈの各部からその法線上に冷媒が拡散されるので、ステータ５ｃの内周面に対して冷媒を様々な向きで拡散される。このため、ステータ５ｃの内周面がティースの開口等により複雑な凹凸形状を呈していても、その各所に冷媒を到達させて冷却効率を高めることができる。
【００４２】
また、上述した三角形や円弧状の断面形状だけでなく、溝５ｈの断面形状は、外周面５ｇから貫通孔５ｅ（ロータ５ｂの回転中心）に向かうにつれて、ロータ５ｂの回転方向Ｙにおける寸法が狭くなる各種の形状としてもよい。
【００４３】
具体的には、ロータ５ｂの回転方向Ｙにおける溝５ｈの上流側の縁部と下流側の縁部とで、外周面５ｇと溝５ｈとのなす角度を異ならせてもよい。その一例として、図４（ａ）に示すように、外周面５ｇと溝５ｈとのなす角度を、上流側の縁部よりも下流側の縁部を大きく構成してもよい。そのように構成すれば、上流側の縁部で回折して溝５ｈに流入した冷媒を、回転方向Ｙにおける溝５ｈの下流側の壁面５ｌによって、ロータ５ｂの径方向に近い向きに反射さえて、ステータ５ｃの内周面に向けて効率よく拡散させることができる。
【００４４】
反対に、外周面５ｇと溝５ｈとのなす角度を、下流側の縁部よりも上流側の縁部を大きく構成してもよい。その一例として、図４（ｂ）に示すように、ロータ５ｂの回転方向Ｙにおける溝５ｈの上流側の縁部にＲ面５ｍを形成してもよい。上流側の縁部にＲ面５ｍを設ければ、溝５ｈの上流側の冷媒をＲ面５ｍによりガイドして溝５ｈに容易に流入させ、ステータ５ｃの内周面に向けてより多くの冷媒を拡散させることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、電動モータ５が、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet ）のロータ５ｂを用いたＩＰＭモータである場合について説明した。しかし、例えば、永久磁石を表面に露出させた表面磁石形（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）のロータ５ｂを用いたＳＰＭモータを電動モータ５に用いてもよい。
【００４６】
また、以上の実施形態では、シリンダ室３ｄ内でロータ３ｅを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する電動コンプレッサ１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電動コンプレッサ
３  圧縮機構
３ａ，３ｂ  サイドブロック
３ｃ  シリンダブロック
３ｄ  シリンダ室
３ｅ  ロータ（回転体）
３ｆ，３ｇ  軸受部
３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ  通路
５  電動モータ（モータ）
５ａ  回転軸
５ｂ  ロータ
５ｃ  ステータ
５ｄ  コイル
５ｅ  貫通孔
５ｆ  永久磁石
５ｇ  外周面
５ｈ  溝
５ｉ  ロータ端面
５ｊ  溝端面
５ｋ，５ｌ  溝壁面
５ｍ  Ｒ面
７  ハウジング
７ａ  吐出室
７ｂ  吸入室
７ｃ  開口
７ｄ  液溜まり部
７ｅ  油分離器
９  インバータ回路
１１  インバータケース
１１ａ  蓋部
１１ｂ  回路収容部
１１ｃ  吸入ポート
１１ｄ  仕切壁
１１ｅ  キャップ
１３  潤滑油
Ｘ  貫通方向（回転軸方向）
Ｙ  回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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