(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に一体回動可能に固定されたロータと、該ロータを回転駆動するステータとをハウジング内に備え、前記ロータ及び前記ステータのうち少なくとも該ロータは、複数の金属板が積層されるとともに各金属板を貫通する筒状のカシメ部材によって固定され、冷媒が前記カシメ部材の内部を反圧縮機構側から圧縮機構側に移動し、前記ロータは、該ロータの反圧縮機構側の端面に前記カシメ部材の開口に対応して冷媒導入補助部材を設けたことを特徴とする圧縮機用電動モータ。
【請求項２】
回転軸に一体回動可能に固定されたロータと、該ロータを回転駆動するステータとをハウジング内に備え、前記ロータ及び前記ステータのうち少なくとも該ロータは、複数の金属板が積層されるとともに各金属板を貫通する筒状のカシメ部材によって固定され、冷媒が前記カシメ部材の内部を圧縮機構側から反圧縮機構側に移動し、前記ロータは、該ロータの圧縮機構側の端面に前記カシメ部材の開口に対応して冷媒導入補助部材を設けたことを特徴とする圧縮機用電動モータ。
【請求項３】
前記ロータ及び前記ステータの対向する表面の少なくとも一方に、前記ロータの回転とともに前記回転軸方向に冷媒を案内する案内部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機用電動モータ。
【請求項４】
前記案内部は、前記ロータの前記表面に軸方向に対して斜めに設けた突条であることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機用電動モータ。
【請求項５】
前記案内部は、前記ステータの前記表面に軸方向に対して斜めに設けた溝であることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機用電動モータ。
【請求項６】
前記溝は、前記ステータの巻線スロットを兼用することを特徴とする請求項５に記載の圧縮機用電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機用電動モータに係り、詳しくは圧縮機内に備えられた電動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機用電動モータには、永久磁石型同期モータや誘導モータなどが用いられている。これらのモータの運転時には、例えば、巻線の銅損や鉄心の鉄損などによる熱が発生する。この運転が高速かつ高負荷であるとき、その発熱量は大きくなり、効率よく放熱しなければ、前記モータの温度が上昇するとともに前記巻線の絶縁が破壊され前記モータの作動不良を引き起こしてしまう。この放熱のために、モータフレームに放熱フィンを設けたり、ロータの主軸にファンを設けたり、モータフレームやステータの鉄芯内部に水冷パイプを設けたりしている。
【０００３】
また、特開２０００−２３４１５号公報には、ロータと該ロータの主軸との間に溝を設けるとともに該溝内にリブを設け、前記ロータの回転とともに前記溝内を軸方向に送風可能にした構成が開示されている。更に、この構成では、ステータとモータフレームとの間に通風可能な溝を設けることで両溝を介した循環風を形成し、主軸付近に発生する熱をモータフレームに伝熱させて放熱するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮機用電動モータは、圧縮機ハウジングに内蔵される場合が多く、この場合には、該モータは密閉構造になり、開放状態で使用される場合に比べて放熱が困難になる。また、近年は前記モータの小型化が要求されており、そのために鉄芯を磁束密度の高い状態で使用したり、巻線の電流密度の高い状態で使用したりすることが必要とされている。これら磁束及び電流の高密度状態では、前記銅損や前記鉄損による発熱量が増大する。これに加えて、前記モータの小型化による表面積の減少が、更に放熱性を悪化させるという悪循環もある。
【０００５】
また、前述のフィン、ファンまたは水冷パイプを設けた構成では、モータの小型化が困難になるとともにコストアップにもなる。更に、前記ロータ及び前記ステータの対向する表面の発熱量は大きく、前述のフィン、ファンまたは水冷パイプを設けた構成では、この部分の直接的な冷却が行われない。
【０００６】
特開２０００−２３４１５号公報に開示された構成では、ロータ内部の放熱を可能にしているものの、そのための構造が複雑でコストアップに繋がるとともに、該ロータの小型化を困難にしている。
【０００７】
本発明の目的は、モータの小型化が可能であるとともに放熱のための構造が簡単な圧縮機用電動モータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に一体回動可能に固定されたロータと、該ロータを回転駆動するステータとをハウジング内に備え、前記ロータ及び前記ステータのうち少なくとも該ロータは、複数の金属板が積層されるとともに各金属板を貫通する筒状のカシメ部材によって固定され、冷媒が前記カシメ部材の内部を反圧縮機構側から圧縮機構側に移動し、前記ロータは、該ロータの反圧縮機構側の端面に前記カシメ部材の開口に対応して冷媒導入補助部材を設けたことを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、回転軸に一体回動可能に固定されたロータと、該ロータを回転駆動するステータとをハウジング内に備え、前記ロータ及び前記ステータのうち少なくとも該ロータは、複数の金属板が積層されるとともに各金属板を貫通する筒状のカシメ部材によって固定され、冷媒が前記カシメ部材の内部を圧縮機構側から反圧縮機構側に移動し、前記ロータは、該ロータの圧縮機構側の端面に前記カシメ部材の開口に対応して冷媒導入補助部材を設けたことを要旨とする。
【０００９】
これらの発明によれば、筒状のカシメ部材内を冷媒が通過して冷却するため、ロータ及びステータのうち少なくともロータは、内部が前記冷媒によって冷却される。比較的冷却が困難な前記内部が冷却されることで、全体としてモータの冷却効果が上昇する。また、複数の金属板を積層してロータやステータを形成する際には、当然として各金属板を固定して一体化することが必要であるが、その一体化のためのカシメ部材をモータ冷却のための冷媒通路に利用することで、モータ冷却のための構造を小型で簡単かつ安価なものにできる。さらに、筒状のカシメ部材に冷媒が流入し易くなり、モータの冷却効果が向上する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の圧縮機用電動モータにおいて、前記ロータ及び前記ステータの対向する表面の少なくとも一方に、前記ロータの回転とともに前記回転軸方向に冷媒を案内する案内部を設けたことを要旨とする。
【００１３】
この発明によれば、案内部によってロータとステータとの隙間に発生した回転軸方向の冷媒流は、筒状のカシメ部材内を通過して循環流となるため、モータ冷却効果は更に向上する。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の圧縮機用電動モータにおいて、前記案内部は、前記ロータの前記表面に軸方向に対して斜めに設けた突条であることを要旨とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の圧縮機用電動モータにおいて、前記案内部は、前記ステータの前記表面に軸方向に対して斜めに設けた溝であることを要旨とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によればロータ表面に突条を設けることで、請求項５に記載の発明によればステータ表面に溝を設けることで、モータ冷却効果が向上するため、モータ冷却のための構造が小型で簡単かつ安価なものになる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の圧縮機用電動モータにおいて、前記溝は、前記ステータの巻線スロットを兼用することを要旨とする。
この発明によれば、モータ冷却のための前記溝を特段に設けず、ステータの巻線スロットによって前記冷却を行っているため、モータ冷却のための構造が小型で簡単かつ安価なものになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００１９】
図１に示すように、圧縮機Ｃは、密閉構造のハウジング１１を備えている。圧縮機Ｃは、ハウジング１１から図示しない外部冷却回路に接続された経路を介して該回路の冷媒を循環させている。ハウジング１１には、前記冷媒の圧縮動作を行う圧縮機構１２と、圧縮機構１２を駆動するモータ１３とが、この駆動力を伝える回転軸１４によって連結された状態で内蔵されている。ハウジング１１内は前記冷媒が満たされた状態となっており、圧縮機構１２とともにモータ１３及び回転軸１４は前記冷媒に直接触れる環境におかれている。
【００２０】
図２及び図３に示すように、モータ１３は、回転軸１４と、回転軸１４に固定されたロータ１５と、ロータ１５を回転駆動するステータ１６とを備えている。回転軸１４は、ハウジング１１側に固定された軸受（図示しない）を介して回動可能に支持されている。回転軸１４には、その外周側に、ロータ１５が一体回動可能に固定されている。ロータ１５は、金属板としての複数のほぼ同形の略円形の鋼板が積層されてほぼ円柱状に形成されている。前記複数の鋼板は、中空円筒状のカシメ部材としてのパイプリベット１７を用いることで積層状に一体固定されている。図４に示すように、パイプリベット１７は前記鋼板を貫通するように軸方向に沿って複数（この実施形態では４本）挿通され、軸方向の両端部が塑性変形加工されてかしめられている。
【００２１】
ロータ１５の外周面上には、突条１８が軸方向の両端間に亘って回転軸１４を周回するように螺旋状に形成されている。この螺旋の向きは、ロータ１５が回転したときにロータ１５とステータコア１９との間の冷媒を圧縮機構１２側から反圧縮機構側へ移動させる向き、この実施形態では左ネジの向きに形成されている。
【００２２】
ステータ１６は、ステータコア１９と巻線（図示しない）とで構成されている。ステータコア１９は、ロータ１５の外周に沿うように、ステータコア１９の内周面とロータ１５の外周面との間に一定間隔の隙間を形成するように配置されている。ステータコア１９の前記内周面と突条１８の先端との間には、微小な間隔の隙間が確保されている。
【００２３】
ステータコア１９は、金属板としての複数の同形の略円環形状の鋼板が積層されてほぼ中空円筒状に形成されている。前記複数の鋼板は、中空円筒状のカシメ部材としてのパイプリベット２０を用いることで積層状に一体固定されている。ロータ１５の場合と同様に、パイプリベット２０は前記鋼板を貫通するように軸方向に沿って複数（この実施形態では４本）挿通され、軸方向の両端部が塑性変形加工されてかしめられている。パイプリベット２０は、後述の各巻線スロット２１間に位置するように挿通されている。ステータコア１９の内周面には、ステータコア１９を軸方向に沿って貫通するように案内部としての溝を構成する複数の巻線スロット２１が形成されている。巻線スロット２１には、前記巻線がほぼ軸方向に複数回挿通されるように巻き付けられる。この巻線を必要回数巻き付けた後にも、前記巻線はステータコア１９の内周面よりも中心側には突出せず、巻線スロット２１の開口側がステータコア１９を軸方向に貫通する溝を構成するようになっている。上述のように構成されたステータ１６は、ステータコア１９の外周面側がハウジング１１の内側に固定される。
【００２４】
次に、前述のように構成された圧縮機用電動モータの作用について説明する。
前記巻線に電源からの電流が供給されると、ステータコア１９の内周面に磁界が発生し、電磁力によってロータ１５が回転駆動される。この回動にともなって突条１８も回動するため、モータ１３の圧縮機構１２側の冷媒がロータ１５の外周面とステータコア１９の内周面との隙間に吸引される。吸引された前記冷媒は、該冷媒がロータ１５の外周面、ステータコア１９の内周面及び前記巻線の熱を奪った後、モータ１３の反圧縮機構側に排出される。この昇温した冷媒は、パイプリベット１７，２０を通過してモータ１３の圧縮機構１２側に移動する。これにより、モータ１３冷却のためのハウジング１１内の冷媒循環が形成される。このとき、パイプリベット１７を通過する冷媒は、ロータ１５とステータ１６との隙間での前記冷却作用に加え、更にロータ１５の内部に発生する熱を奪う。また、パイプリベット２０は、圧縮機Ｃ外部への放熱部であるハウジング１１に接近しており比較的低温であるため、このパイプリベット２０を通過する冷媒が該パイプリベット２０よりも高温な場合はこの冷媒から熱を奪い、ハウジング１１側に放熱させる伝熱作用を行う。なお、パイプリベット２０を通過する冷媒が該パイプリベット２０よりも低温な場合はこの冷媒がパイプリベット２０から熱を奪って冷却作用を行うことは言うまでもない。
【００２５】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）  ロータ１５及びステータ１６には、それぞれ内部を貫通する中空状のパイプリベット１７，２０が設けられているため、ロータ１５及びステータ１６の内部を効率的に冷却することができる。
【００２６】
（２）  パイプリベット１７，２０は、それぞれロータ１５及びステータコア１９を積層固定するカシメ部材であるとともに、それぞれロータ１５及びステータ１６を冷却する冷媒循環通路及び伝熱部も兼ねている。即ち、モータ１３冷却のための構造を簡単なものにするとともに、コストダウンに貢献する。
【００２７】
（３）  パイプリベット２０を各巻線スロット２１間に配置したため、ステータコア１９の外形寸法を小さくできる。即ち、モータ１３の小型化を可能にする。
【００２８】
（４）  螺旋状の突条１８がロータ１５とステータ１６との隙間に軸方向に貫通する冷媒の流れを強制的に作るようにしたため、高温になりがちな前記隙間の冷却効果を向上させるとともに、該隙間に発生していた冷媒の風損を低減することができる。この冷媒の風損は、ロータ１５及びステータ１６と、両者の隙間に存在する冷媒との摩擦抵抗や、ロータ１５の周方向に移動する冷媒が巻線スロット２１に垂直に当たることによる抵抗が引き起こすロータ１５の回動負荷損を指している。
【００２９】
（５）  突条１８によってロータ１５とステータ１６との隙間をモータ１３の圧縮機構１２側から反圧縮機構側に移動させられた冷媒を、パイプリベット１７，２０によって前記圧縮機構１２側に循環させるようにした。これにより、モータ１３冷却のための冷媒循環がスムーズに行われる。即ち、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００３０】
（６）  パイプリベット１７を通過する冷媒は、ロータ１５とステータ１６との隙間での冷却作用に加え、更にロータ１５の内部に発生する熱を奪う。つまり、前記冷媒は、モータ１３冷却のための冷媒循環において一巡で２度の冷却作用を行う。従って、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００３１】
（７）  パイプリベット２０を通過する冷媒が該パイプリベット２０よりも高温な場合は、この冷媒から熱を奪い、ハウジング１１側に放熱させる伝熱作用を行うようにしたため、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００３２】
（８）  巻線スロット２１は、突条１８によってロータ１５とステータ１６との隙間に作られる冷媒流の軸方向についての案内部になっている。つまり、該冷媒流をスムーズにする。更に、巻線スロット２１に巻かれた巻線の冷却も可能にしている。従って、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００３３】
（９）  上述の構成により、フィンやファンなどを用いることなくモータ１３を冷却している。即ち、モータ１３を小型化するとともに、モータ１３冷却のための構造を簡単なものにすることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
この第２の実施形態の圧縮機用電動モータは、前記第１の実施形態においてロータ及びステータの構成を変更したものであり、その他の点では第１の実施形態の圧縮機用電動モータと同一の構成になっている。従って、第１の実施形態と共通する構成部分については図面上に同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、ステータコア１９の内周面に設けられた複数（この実施形態では１６本）の巻線スロット２１は、軸方向に対して斜めに形成されている。この傾斜の方向は、ロータ１５の回転によりロータ１５の周方向に沿って回転方向に冷媒が移動したとき、巻線スロット２１内に入った前記冷媒を圧縮機構１２側から反圧縮機構側に案内するように設定されている。なお、本実施形態のステータコア１９は、前記第１の実施形態でのパイプリベット２０によるカシメ積層固定構造は採用せず、複数の鋼板の接着による積層固定構造を採用している。
【００３６】
また、本実施形態のロータ１５は、外周面に突条１８を持たない円柱状のものとする。なお、ロータ１５の積層固定構造は、前記第１の実施形態と同様に、パイプリベット１７のカシメによるものを採用する。
【００３７】
前記巻線（図５においても図示なし）に電源からの電流が供給されてロータ１５が回転駆動されると、ロータ１５とステータ１６との隙間には、ロータ１５の周方向に沿って回転方向に冷媒が移動する。この冷媒の一部は、巻線スロット２１内に入り、巻線スロット２１に案内されてモータ１３の反圧縮機構側に排出される。つまり、ロータ１５の回動に伴って、ロータ１５とステータ１６との隙間に、圧縮機構１２側から反圧縮機構側への冷媒の流れが発生する。そして、反圧縮機構側に至った前記冷媒は、パイプリベット１７を通過して圧縮機構１２側に移動し、これにより、モータ１３冷却のための冷媒循環が行われる。
【００３８】
本実施形態では、ロータ１５に関する上記の（１），（２）及び（６）の効果と、（９）の効果の他に、以下のような効果を得ることができる。
（１０）  ステータコア１９の内周面に、軸方向に対して斜めに形成された巻線スロット２１を設けた。これにより、ロータ１５の回動とともにロータ１５とステータ１６との隙間にステータ１６の軸方向の両端面間を貫通する冷媒の流れを作るようにしたため、高温になりがちな前記隙間の冷却効果を向上させるとともに、該隙間に発生していた冷媒の前記風損を低減することができる。
【００３９】
（１１）  ロータ１５の回動によりロータ１５とステータ１６との隙間をモータ１３の圧縮機構１２側から反圧縮機構側に移動させられた冷媒を、パイプリベット１７によって前記圧縮機構１２側に循環させるようにした。これにより、モータ１３冷却のための冷媒循環がスムーズに行われる。即ち、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００４０】
（１２）  巻線スロット２１内を冷媒がスムーズに流れるため、巻線スロット２１に巻かれた巻線の冷却効果が向上する。従って、モータ１３の冷却効果を向上させることができる。
【００４１】
（１３）  ステータコア１９を複数の鋼板の接着による積層構造としたため、ステータコア１９の外形寸法の拡大を防ぐことができ、モータ１３の大型化を防止できる。パイプリベット２０によるカシメ固定を行った場合、巻線スロット２１が軸方向に対して斜めに形成されているため、パイプリベット２０を各巻線スロット２１間に配置することができず、外側にパイプリベット２０の挿通箇所を確保する必要が生じる。接着による積層構造は、この挿通箇所の確保を必要としないため、前記効果を奏することができる。
【００４２】
（１４）  ステータコア１９を構成する複数の鋼板にはパイプリベット２０を挿通するための孔を形成しない。この場合、各鋼板を積層する際に、重なり合う鋼板の位相を順々にずらして接着することにより、巻線スロット２１をステータコア１９に軸方向に対して斜めに形成すればよい。したがって、各鋼板は同一形状とすることができる。
【００４３】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態でも実施できる。
○  ロータ１５とステータコア１９との間を流れる冷媒流の方向は圧縮機構１２側から反圧縮機構側に向かうのものに限らず、その逆であってもよい。
【００４４】
○  ロータ１５の回動方向は、反圧縮機構側から見て反時計回り方向に限らず、その逆であってもよい。ロータ１５の回動方向を逆転させるときは、前記第１の実施形態での突条１８及び前記第２の実施形態での巻線スロット２１の傾斜方向を反転すれば、モータ１３冷却のための冷媒流の方向は逆転しない。
【００４５】
○  パイプリベット１７，２０の本数は、４本に限らず、ロータ１５及びステータコア１９を構成する鋼板のカシメ強度に問題がない限りは、何本であってもよい。パイプリベット１７，２０の本数を変化させることで、モータ１３の冷却効果を調節することができる。
【００４６】
○  パイプリベット１７の開口近傍に冷媒導入補助部材を設けてもよい。例えば、図６，図７に示すように、ロータ１５の軸方向の端面上のパイプリベット１７の開口近傍に冷媒導入補助部材としてのルーバ２２を設ける。ルーバ２２はプレス加工により形成されている。ルーバ２２は、ロータ１５の回動とともに冷媒をパイプリベット１７内に案内するようになっている。これにより、パイプリベット１７内に冷媒が流入し易くなり、ロータ１５内部の冷却効果が向上する。
【００４７】
○  パイプリベット１７，２０は、断面が円形状でなくてもよい。例えば、断面が多角形状であってもよい。
○  ロータ１５及びステータコア１９を積層固定するカシメ部材は、パイプリベット１７，２０のような中空状でなくてもよい。例えば、ロッドなどの中実状であってもよい。
【００４８】
○  ロータ１５及びステータコア１９は、カシメ部材によって固定されていなくてもよい。例えば、接着によって複数の鋼板が積層状に固定されていてもよい。
【００４９】
○  ロータ１５の外周面に、案内部として軸方向に対して傾斜した溝を設けてもよい。
○  ステータ１６の内周面上に、案内部として軸方向に対して傾斜した突条を設けてもよい。
【００５０】
○  第２の実施形態で、ロータ１５の外周面上に突条を設けた構成としてもよい。この突条は、軸方向に対して傾斜していても平行に形成されていてもどちらでもよい。軸方向に対して平行に形成されている場合でも、ロータ１５の周方向に沿った冷媒流を発生させる能力が向上するため、ステータコア１９に軸方向に対して斜めに形成された巻線スロット２１の作用により、ステータ１６の軸方向の両端面間を貫通する冷媒流の効率が生じやすくなる。
【００５１】
○  ステータ１６はハウジング１１に直に接触した状態で装着されていなくてもよい。例えば、ステータ１６は緩衝材などを介してハウジング１１に装着されていてもよい。
【００５２】
○  巻線スロット２１は、１６本に限定されない。必要な駆動力が得られる構成であれば、何本であってもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によれば、圧縮機用電動モータにおいて、モータの小型化を可能にするとともに放熱のための構造を簡単なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の圧縮機の概要を示す断面図。
【図２】第１の実施形態のモータの要部を示す一部破断模式図。
【図３】同じくモータの要部を示す正面図。
【図４】同じくロータの要部を示す模式断面図。
【図５】第２の実施形態のステータの要部を示す模式斜視図。
【図６】別例のロータの要部を示す部分模式斜視図。
【図７】図６のロータの要部を示す部分拡大図。
【符号の説明】
１１…ハウジング、１４…回転軸、１５…ロータ、１６…ステータ、１７，２０…カシメ部材としてのパイプリベット、１８…案内部としての突条、２１…案内部としての溝を構成する巻線スロット。
【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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