JP2008022666A - モータおよび圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータに掛かる加振力を低減して、振動や騒音を低減したモータを提供する。
【解決手段】ロータ１０と、このロータ１０の径方向外側に配置されたステータ２０とを有する。上記ロータ１０の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば空気調和機や冷蔵庫の圧縮機等に用いられるモータ、および、このモータを用いている圧縮機に関する。

従来、圧縮機に用いられるモータとしては、ロータと、このロータの径方向外側に配置されたステータとを備えている。上記ロータは、磁石を有し、上記ステータは、コイルを有し、上記コイルに電流を流して上記ステータに発生する電磁力によって、上記ロータを、回転させていた（特開２００３−３２９２１号公報：特許文献１参照）。
特開２００３−３２９２１号公報

しかしながら、この従来のモータを密閉容器内に圧縮要素と共に組み込んで圧縮機を構成したところ、上記モータが発生する電磁加振力により振動や騒音が発生していた。

このモータの振動や騒音は、上記ステータに掛かる加振力が主原因であり、この加振力の発生の主要因は、上記ロータの振れ回りと、上記ロータと上記ステータとの間に働く磁力のアンバランスとであるということを、本発明者は発見した。

そこで、この発明の課題は、上記ステータに掛かる加振力を低減して、振動や騒音を低減したモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のモータは、
ロータと、このロータの径方向外側に配置されたステータとを備え、
上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータと上記ステータとの間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたことを特徴としている。

この発明のモータによれば、上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータと上記ステータとの間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたので、上記ステータに掛かる加振力を低減できて、上記モータの振動や騒音を低減できる。

また、一実施形態のモータでは、上記ロータの振れ回り方向に直交すると共に上記ロータの回転軸を通る平面を境界として、上記ロータの振れ回り側に働く上記ロータと上記ステータとの間の磁力よりも、上記ロータの振れ回り側と反対側に働く上記ロータと上記ステータとの間の磁力を、大きくした。

ここで、「上記ロータの振れ回り方向」とは、上記ロータと上記ステータとの間に径方向にバランスのとれた磁力を生ずるようにした状態で、上記ロータの部分であって回転しながら半径方向外方に最も大きく変位しようとする部分と、上記ロータの上記回転軸とを、結ぶ半径方向の外方をいう。

この実施形態のモータによれば、上記平面を境界として、上記ロータの振れ回り側に働く上記磁力よりも、上記ロータの振れ回り側と反対側に働く上記磁力を、大きくしたので、上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスを確実にキャンセルできる。

また、一実施形態のモータでは、上記ステータは、周方向に略等間隔に配列された複数のコイルを有し、この複数のコイルのうちの少なくとも一つのコイルに流れる電流の大きさは、他のコイルに流れる電流の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにした。

この実施形態のモータによれば、上記複数のコイルのうちの少なくとも一つのコイルに流れる電流の大きさは、他のコイルに流れる電流の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたので、上記ロータの振れ回りの大きさに応じて、上記コイルに流れる電流の大きさを可変して、上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルできる。

また、一実施形態のモータでは、上記ロータは、周方向に略等間隔に配列された複数の磁石を有し、この複数の磁石のうちの少なくとも一つの磁石の磁力の大きさは、他の磁石の磁力の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにした。

この実施形態のモータによれば、上記複数の磁石のうちの少なくとも一つの磁石の磁力の大きさは、他の磁石の磁力の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたので、簡単な構成で上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルできる。

また、この発明の圧縮機は、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮要素と、
上記密閉容器内に配置され、上記圧縮要素をシャフトを介して駆動する上記モータと
を備えることを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記モータを備えるので、上記モータの振動や騒音が低減された圧縮機を実現できる。

この発明のモータによれば、上記ロータの振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータと上記ステータとの間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたので、上記ステータに掛かる加振力を低減できて、上記モータの振動や騒音を低減できる。

また、この発明の圧縮機によれば、上記モータを備えるので、上記モータの振動や騒音が低減された圧縮機を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明のモータの一実施形態である横断面図を示している。このモータは、例えば空気調和機や冷蔵庫の圧縮機等に用いられる。このモータは、ロータ１０と、このロータ１０の径方向外側にエアギャップを介して配置されたステータ２０とを備える。上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く磁力によって、上記ロータ１０は、矢印Ｒ方向に回転する。

上記ロータ１０は、ロータ本体１１と、上記ロータ本体１１に埋設されて周方向に略等間隔に配列された複数の磁石１２とを有する。上記ロータ本体１１は、円筒形状であり、例えば積層された電磁鋼板からなる。上記ロータ本体１１の中央の孔部には、シャフト３０が取り付けられている。

上記ロータ本体１１は、周方向に略等間隔に並んで配列される複数（この実施形態では６つ）のスロット１１ａを有する。このスロット１１ａは、略周方向に延びて形成されている。つまり、このスロット１１ａは、上記ロータ１０の回転軸１０ａ方向からみて、上記ロータ１０の径方向に直交する弦状に形成されている。

この各スロット１１ａ内に、上記磁石１２が一つずつ嵌め込まれている。つまり、上記磁石１２は、正六角形をなす辺のそれぞれに配置されている。上記磁石１２は、上記ロータ１０の回転軸１０ａ方向からみて、直線状の平板状であり、例えば永久磁石からなる。上記磁石１２の磁性は、上記ロータ１０の径方向外側の部分が、Ｓ極またはＮ極の一方であり、上記ロータ１０の径方向内側の部分が、Ｓ極またはＮ極の他方である。隣り合う上記磁石１２，１２の極性は、互いに、逆である。

上記ステータ２０は、上記ロータ１０の回転軸１０ａ方向からみて、環状のステータ本体２１と、このステータ本体２１の内周面から径方向内側に突出している複数（この実施形態では９つ）のティース２２と、このティース２２に巻かれて周方向に略等間隔に配列された複数のコイル２３とを有する。なお、図１では、上記コイル２３を一部省略して、描いている。

上記複数のティース２２は、上記ステータ本体２１の周方向に略等間隔に並んで配列されている。上記ステータ本体２１と上記ティース２２は、例えば鉄からなる。上記コイル２３は、上記各ティース２２に巻かれた、いわゆる集中巻きである。なお、上記コイル２３を、上記複数のティース２２にわたって巻いた、いわゆる分布巻きとしてもよい。

次に、上記構成のモータの作用を説明する。

上記コイル２３に電流を流して上記ステータ２０に発生する電磁力によって、上記ロータ１０を、上記シャフト３０と共に、矢印Ｒ方向に回転させる。このとき、上記ロータ１０の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしている。

ここで、径方向にアンバランスとなる磁力とは、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く全ての径方向の磁力の合力が、ゼロでないことをいう。

つまり、上記ロータ１０の振れ回り方向（矢印Ｆ方向）に直交すると共に上記ロータ１０の回転軸１０ａを通る平面Ｓを境界として、上記ロータ１０の振れ回り側に働く上記ロータ１０と上記ステータ２０との間の磁力よりも、上記ロータ１０の振れ回り側と反対側に働く上記ロータ１０と上記ステータ２０との間の磁力を、大きくしている。

ここで、「上記ロータ１０の振れ回り方向Ｆ」とは、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に径方向にバランスのとれた磁力を生ずるようにした状態で、上記ロータ１０の部分であって回転しながら半径方向外方に最も大きく変位しようとする部分と、上記ロータ１０の上記回転軸１０ａとを、結ぶ半径方向の外方をいう。上記ロータ１０の振れ回りは、上記ロータ１０の上記回転軸１０ａと上記ロータ１０の重心（または中心）との偏心によって発生する。

詳説すると、上記ロータ１０の振れ回り方向Ｆと反対方向よりも上記ロータ１０の回転方向（矢印Ｒ方向）と逆方向における上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く磁力を、最も大きくしている。

具体的に述べると、上記ロータ１０の振れ回り方向Ｆよりも、上記ロータ１０の回転方向Ｒと逆方向に、所定の中心角度θだけずれた位置に、中心が一致する一の上記磁石１２を、第１の磁石１２１とする。この第１の磁石１２１よりも矢印Ｒ方向の上記磁石１２を、順に、第２の磁石１２２、第３の磁石１２３、第４の磁石１２４、第５の磁石１２５、第６の磁石１２６とする。

そして、上記第１の磁石１２１から、上記ロータ１０の回転軸１０ａに関して上記第１の磁石１２１と反対側に位置する上記第４の磁石１２４へ、次第に、大きな磁力が働くようにする。つまり、上記第１の磁石１２１、上記第２の磁石１２２および上記第６の磁石１２６、上記第３の磁石１２３および上記第５の磁石１２５、上記第４の磁石１２４に、順に、大きな磁力が働くようにする。

このように、最も大きな磁力が働く上記第４の磁石１２４は、上記平面Ｓを境界として上記ロータ１０の振れ回り側と反対側で、上記ロータ１０の振れ回り方向Ｆと反対方向よりも上記ロータ１０の回転方向Ｒと逆方向に位置している。

ここで、上記複数のコイル２３のうちの少なくとも一つのコイル２３に流れる電流の大きさを、他のコイル２３に流れる電流の大きさに相違するようにして、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしてもよく、上記ロータ１０の振れ回りの大きさに応じて、上記コイル２３に流れる電流の大きさを可変して、上記ロータ１０の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルできる。

または、上記複数の磁石１２のうちの少なくとも一つの磁石１２の磁力の大きさを、他の磁石１２の磁力の大きさに相違するようにして、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしてもよく、簡単な構成で上記ロータ１０の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルできる。

上記構成のモータによれば、上記ロータ１０の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたので、上記ステータ２０の上記ティース２２に掛かる加振力を低減できて、上記モータの振動や騒音を低減できる。

要するに、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く磁力のアンバランスと、上記ロータ１０の振れ回りとの個々では、上記ステータ２０に加振力が掛かるが、本発明では、上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く磁力のアンバランスを利用して、上記ロータ１０の振れ回りによる加振力を低減した。

また、上記ロータ１０の振れ回り方向Ｆと反対方向よりも上記ロータ１０の回転方向Ｒと逆方向における上記ロータ１０と上記ステータ２０との間に働く磁力を、最も大きくしたので、上記ロータ１０の振れ回りによる加振力を一層低減できて、上記モータの振動や騒音を一層低減できる。なお、上記中心角度θが４０°〜７０°であるときに、次数７Ｎの加振力が最小になる。

（第２の実施形態）
図２は、この発明の圧縮機の一実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器２０１と、この密閉容器２０１内に配置された圧縮要素２０２と、上記密閉容器２０１内に配置され、上記圧縮要素２０２を上記シャフト３０を介して駆動する上記第１実施形態のモータ１とを備えている。

この圧縮機は、いわゆる高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、上記密閉容器２０１内に、上記圧縮要素２０２を下に、上記モータ１を上に、配置している。このモータ１のロータ１０によって、上記シャフト３０を介して、上記圧縮要素２０２を駆動するようにしている。

上記圧縮要素２０２は、図示しないアキュムレータから吸入管２１１を通して冷媒ガスを吸入する。この冷媒ガスは、この圧縮機とともに、冷凍システムの一例としての空気調和機を構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって得られる。

上記圧縮機は、圧縮した高温高圧の吐出ガスを、上記圧縮要素２０２から吐出して密閉容器２０１の内部に満たすと共に、上記モータ１のステータ２０とロータ１０との間の隙間を通して、上記モータ１を冷却した後、吐出管２１３から外部に吐出するようにしている。上記密閉容器２０１内の高圧領域の下部に、潤滑油２０９を溜めている。

上記圧縮要素２０２は、シリンダ本体２２１と、このシリンダ本体２２１の上下の開口端のそれぞれに取り付けられている上側の端板部材２５０および下側の端板部材２６０とを備える。上記シリンダ本体２２１、上記上側の端板部材２５０および上記下側の端板部材２６０によって、シリンダ室２２２を形成する。

上記上側の端板部材２５０は、円板状の本体部２５１と、この本体部２５１の中央に上方へ設けられたボス部２５２とを有する。上記本体部２５１および上記ボス部２５２は、上記シャフト３０に挿通されている。上記本体部２５１には、上記シリンダ室２２２に連通する上記吐出口２５１ａが設けられている。

上記本体部２５１に関して上記シリンダ本体２２１と反対側に位置するように、上記本体部２５１に吐出弁２３１が取り付けられている。この吐出弁２３１は、例えば、リード弁であり、上記吐出口２５１ａを開閉する。

上記本体部２５１には、上記吐出弁２３１を覆うように、カップ型のマフラ本体２４０が取り付けられている。このマフラ本体２４０は、（ボルト等の）固定部材２３５によって、上記本体部２５１に固定されている。上記マフラ本体２４０は、上記ボス部２５２に挿通されている。

上記マフラ本体２４０および上記上側の端板部材２５０によって、マフラ室２４２を形成する。上記マフラ室２４２と上記シリンダ室２２２とは、上記吐出口２５１ａを介して、連通されている。

上記マフラ本体２４０は、孔部２４３を有する。この孔部２４３は、上記マフラ室２４２と上記マフラ本体２４０の外側とを連通する。

上記下側の端板部材２６０は、円板状の本体部２６１と、この本体部２６１の中央に下方へ設けられたボス部２６２とを有する。上記本体部２６１および上記ボス部２６２は、上記シャフト３０に挿通されている。

要するに、上記シャフト３０の一端部は、上記上側の端板部材２５０および上記下側の端板部材２６０に支持されている。すなわち、上記シャフト３０は、片持ちである。上記シャフト３０の一端部（支持端側）は、上記シリンダ室２２２の内部に進入している。

上記シャフト３０の支持端側には、上記圧縮要素２０２側の上記シリンダ室２２２内に位置するように、偏心ピン２２６を設けている。この偏心ピン２２６は、ローラ２２７に嵌合している。このローラ２２７は、上記シリンダ室２２２内で、公転可能に配置され、このローラ２２７の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。

言い換えると、上記シャフト３０の一端部は、上記偏心ピン２２６の両側において、上記圧縮要素２０２のハウジング２０７で支持されている。このハウジング２０７は、上記上側の端板部材２５０および上記下側の端板部材２６０を含む。

ここで、上記シリンダ室２２２の圧縮作用を説明する。

図３に示すように、上記ローラ２２７に一体に設けたブレード２２８で上記シリンダ室２２２内を仕切っている。すなわち、上記ブレード２２８の右側の室は、上記吸入管２１１が上記シリンダ室２２２の内面に開口して、吸入室（低圧室）２２２ａを形成している。一方、上記ブレード２２８の左側の室は、（図２に示す）上記吐出口２５１ａが上記シリンダ室２２２の内面に開口して、吐出室（高圧室）２２２ｂを形成している。

上記ブレード２２８の両面には、半円形状のブッシュ２２５，２２５が密着して、シールを行っている。上記ブレード２２８と上記ブッシュ２２５，２２５との間は、上記潤滑油２０９で潤滑を行っている。

そして、上記偏心ピン２２６が、上記シャフト３０と共に、偏心回転して、上記偏心ピン２２６に嵌合した上記ローラ２２７が、このローラ２２７の外周面を上記シリンダ室２２２の内周面に接して、公転する。

上記ローラ２２７が、上記シリンダ室２２２内で公転するに伴って、上記ブレード２２８は、このブレード２２８の両側面を上記ブッシュ２２５，２２５によって保持されて進退動する。すると、上記吸入管２１１から低圧の冷媒ガスを上記吸入室２２２ａに吸入して、上記吐出室２２２ｂで圧縮して高圧にした後、（図２に示す）上記吐出口２５１ａから高圧の冷媒ガスを吐出する。

その後、図２に示すように、上記吐出口２５１ａから吐出された冷媒ガスは、上記マフラ室２５２を経由して、上記マフラ本体２４０の外側に排出される。

上記構成の圧縮機によれば、上記第１の実施形態のモータ１を備えるので、上記モータ１の振動や騒音が低減された圧縮機を実現できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記磁石１２や上記ティース２２の数量の増減は自由である。上記圧縮要素２０２として、上記ローラと上記ブレードが別体であるロータリタイプでもよい。上記圧縮要素２０２として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。

本発明のモータの一実施形態を示す横断面図である。 本発明の圧縮機の一実施形態を示す縦断面図である。 圧縮機の要部の平面図である。

符号の説明

１ モータ
１０ ロータ
１０ａ 回転軸
１１ ロータ本体
１２ 磁石
２０ ステータ
２１ ステータ本体
２２ ティース
２３ コイル
３０ シャフト
２０１ 密閉容器
２０２ 圧縮要素
Ｒ ロータの回転方向
Ｆ ロータの振れ回り方向
Ｓ 平面
θ 中心角度

Claims (5)

1. ロータ（１０）と、このロータ（１０）の径方向外側に配置されたステータ（２０）とを備え、
   上記ロータ（１０）の振れ回りによる磁力アンバランスをキャンセルするように、上記ロータ（１０）と上記ステータ（２０）との間に、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   上記ロータ（１０）の振れ回り方向（Ｆ）に直交すると共に上記ロータ（１０）の回転軸（１０ａ）を通る平面（Ｓ）を境界として、上記ロータ（１０）の振れ回り側に働く上記ロータ（１０）と上記ステータ（２０）との間の磁力よりも、上記ロータ（１０）の振れ回り側と反対側に働く上記ロータ（１０）と上記ステータ（２０）との間の磁力を、大きくしたことを特徴とするモータ。
3. 請求項１に記載のモータにおいて、
   上記ステータ（２０）は、周方向に略等間隔に配列された複数のコイル（２３）を有し、
   この複数のコイル（２３）のうちの少なくとも一つのコイル（２３）に流れる電流の大きさは、他のコイル（２３）に流れる電流の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたことを特徴とするモータ。
4. 請求項１に記載のモータにおいて、
   上記ロータ（１０）は、周方向に略等間隔に配列された複数の磁石（１２）を有し、
   この複数の磁石（１２）のうちの少なくとも一つの磁石（１２）の磁力の大きさは、他の磁石（１２）の磁力の大きさに相違し、径方向にアンバランスとなる磁力を生じるようにしたことを特徴とするモータ。
5. 密閉容器（２０１）と、
   この密閉容器（２０１）内に配置された圧縮要素（２０２）と、
   上記密閉容器（２０１）内に配置され、上記圧縮要素（２０２）をシャフト（３０）を介して駆動する請求項１に記載のモータ（１）と
   を備えることを特徴とする圧縮機。

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