JP2012213310A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動圧縮機の電動モータに設けた永久磁石の水分による腐食を防止する。
【解決手段】ロータコア１１に穿設された磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０は、縦幅、横幅及び長さの各寸法が永久磁石１２の縦幅、横幅及び長さの各寸法よりも大きな寸法に設定されている。このため、磁石挿入孔２８に隙間嵌めにより挿入された永久磁石１２は、磁石挿入孔２８内に完全に埋没した形態となり、磁石挿入空間３０の内壁面と永久磁石１２の周囲との間に空間３２が形成され、また、ロータコア１１の両端面側にも空間３３が形成される。永久磁石１２の挿入後の磁石挿入孔２８には、永久磁石１２の全表面を覆う空間３２、３３に非磁性体である樹脂３５が充填される。従って、電動圧縮機内の潤滑油の温度低下により発生した遊離水がロータコア１１の周囲に滞留しても、樹脂３５は遊離水の浸透を防止し、永久磁石１２の水分による腐食を確実に防止することができる。
【選択図】図４

Description

本願発明は、永久磁石埋め込み型の電動モータを備えた電動圧縮機に関する。

例えば、車両用空調装置に使用される圧縮機には、圧縮機構の駆動源として、圧縮機のハウジング内部に電動モータを収納した電動圧縮機がある。電動モータは、コイルを巻線したステータとロータコアに永久磁石を埋め込みにより装着したロータとから成る永久磁石埋め込み型モータで構成される。電動圧縮機では、潤滑油を含む冷媒が電動モータの周囲から圧縮機構に向けて循環するように構成されている。車両用空調装置に使用される冷媒には、少なからず水分が存在している。また、車両用空調装置に使用する配管は、狭いスペースで複雑な構造を有する車両内部において、車両用空調装置を効率良く搭載できるように、曲げや車両の振動等に影響され難い、例えばゴム管等の柔軟性のある材料により構成された管を使用している。このため、車両用空調装置の冷媒回路内には、配管から染み込む水分も存在している。

冷媒回路内の水分は、車両用空調装置の運転により電動圧縮機内の潤滑油の温度が高い状態では、潤滑油中に拡散され、問題を生じることが少ない。しかし、電動圧縮機が停止した時などのように、潤滑油の温度が下がると、潤滑油の飽和水分濃度が低下し、多量の遊離水が発生する。遊離水は、電動モータを構成するロータコアの磁石挿入孔の隙間に滞留し、磁石挿入孔に装着した永久磁石を腐食する。このため、電動圧縮機は電動モータの性能が低下し、冷却機能を低下する恐れがある。遊離水による永久磁石の腐食は、車両用空調装置が高温多湿の環境下で使用される場合に特に顕著である。

例えば、特許文献１には、冷媒の分解により生じる物質によって磁石が腐食することを防止した電動機を備えた冷凍装置の圧縮機に関する発明が開示されている。特許文献１の電動機には、表面を非磁性金属からなる被覆層によって覆われた永久磁石が設けられている。被覆層で覆われた永久磁石は回転子コアに形成された各磁石収容空間に１つずつ挿入されている。従って、永久磁石の被覆層が圧縮機内を循環する冷媒に接触するため、永久磁石は冷媒の分解により生じた物質によって腐食されることが無い。

特許文献２には、永久磁石をロータコアに挿入する際の永久磁石の割れや欠けを防止した永久磁石埋め込み型モータの発明が開示されている。特許文献２の発明によれば、スリット孔は永久磁石とその外周に配した接着剤を含浸又は塗布した接着シートが挿入できる程度の大きさに設定されている。接着シートは基材としてガラス繊維を用い、接着剤として接着性や耐薬品性に優れているエポキシ系の樹脂を主成分とした接着剤を用いる。永久磁石をロータコアに挿入する際に、接着シートが存在するため、ロータコアと永久磁石が直接接することはなく、永久磁石の割れや欠け、あるいは表面剥離を防止することができる。また、例えばネオジウム焼結磁石の場合、傷付きによる腐食の内部進行を防止することができる。なお、接着シートの接着剤は、永久磁石をスリット孔の所定の位置に挿入した後、硬化させることにより永久磁石をロータコア内に強固に固定することができる。

特許文献３には、時計を駆動するモータに関する発明が開示されている。時計駆動用モータのロータは、非磁性材のロータ軸に圧入する環状のロータ磁石により構成されている。このため、環状のロータ磁石の圧入時にロータ軸やロータ磁石が削られて切削粉や磁石粉が生じ、この切削粉や磁石粉が軸受部に入り込み、ロータ磁石の回転を損ね、モータを停止する問題があった。特許文献３の発明では、ロータ軸に、弾性の高い非磁性材により一体成形された有底筒状保持部及びロータカナを嵌合する。ロータ軸と有底筒状保持部及びロータカナは、ロータ軸に形成した係合溝に有底筒状保持部の軸孔に形成した突条を係合することにより一体回転するように連結されている。ロータ軸に遊嵌させた環状のロータ磁石は、有底筒状保持部の内周壁に密着するとともに、下端面を有底筒状保持部の底面に位置し、上端面を有底筒状保持部の開口縁より内側に位置するように収納される。有底筒状保持部の開口縁と環状のロータ磁石の上端面との間に形成される空間に接着剤が注入され、また、接着剤は環状のロータ磁石の中心孔とロータ軸との間の僅かな間隙に流入して、ロータ軸と環状のロータ磁石との接着面積を大きくし、接着強度を高めている。

特開２００９−２２５６３６号公報 特開平９−１６３６４９号公報 実公昭５９−１８８５２号公報

特許文献１では、永久磁石の被覆層は、その製造上、ピンホールの発生を完全に無くすことができず、また、磁石を磁石収容空間に圧入等により挿入すると、被覆層に傷が付く。このため、電動圧縮機で使用した場合、被覆層のピンホールや傷を通して永久磁石に水分が付着、滞留し、永久磁石の腐食が進行する問題がある。特に、回転子コアは電磁鋼板の積層により構成されているため、水分は、電磁鋼板間の僅かな隙間からも磁石収容空間に浸透し、被覆層のピンホールや傷を通して永久磁石に付着し、永久磁石を腐食する恐れがある。

特許文献２では、永久磁石をロータコアに挿入する際の傷付きを防止するために接着シートを使用する発明であるため、傷付きが生じない永久磁石の端面（ロータコアの端面側）には接着シートが無く、水分による腐食の問題は解決されない。また、永久磁石に接着シートを巻き付けたとしても、永久磁石を接着シートとともにロータコアに圧入により挿入した場合、永久磁石に傷が付かなくても接着シートに傷が付くため、水分は接着シートの傷を通して浸透し、永久磁石に付着するため、永久磁石の腐食を防止することができない。また、ロータコアは積層鋼板により構成される。このため、特許文献１と同様に、水分が積層鋼板間の僅かな隙間から接着シートの傷を通して浸透して永久磁石に付着、滞留し、永久磁石を腐食する恐れがある。

特許文献３は、環状のロータ磁石をロータ軸に圧入する際の問題を解消するため、環状のロータ磁石をロータ軸に遊嵌できるように有底筒状保持部を使用し、接着剤により固定した発明である。従って、永久磁石の下端面側と有底筒状保持部の底部との間に接着剤を注入する必要が無い。このため、特許文献３の発明を、水分を問題とする電動圧縮機等に使用した場合、ロータ軸の係合溝と有底筒状保持部の軸孔に形成した突条との係合部を介して永久磁石の下端面に水分が付着し、永久磁石を腐食する恐れがある。

本願発明は、電動圧縮機の電動モータに設けた永久磁石の水分による腐食を防止することを目的とする。

請求項１は、ハウジングの内部に収納された圧縮機構及び前記圧縮機構を駆動する電動モータと、前記電動モータの回転軸に固定されたロータと、前記ロータの周囲に配置され、前記ハウジングに固定されたステータと、複数の鋼板を積層して構成されたロータコアと、前記ロータコアに貫通孔として形成された複数の磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に隙間嵌めにより挿入された複数の永久磁石と、前記ロータコアの両端面に固定された端板とを備えた電動圧縮機において、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に埋没する状態で隙間嵌めし、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に生じる空間及び前記磁石挿入孔の前記ロータコアの両端面側に生じる空間に樹脂を充填したことを特徴とする。

請求項１によれば、電動圧縮機において、潤滑油からの遊離水はロータコアに挿入された永久磁石に付着することが無いため、水分による永久磁石の腐食を防止することができる。

請求項２は、前記永久磁石には、耐腐食性材料によるコーティング層が形成されていることを特徴とする。請求項２によれば、樹脂による磁石挿入孔の充填状態が完全で無い場合が生じたとしても、永久磁石のコーティング層との二重構造により、水分による永久磁石の腐食を防止する効果がより高められる。

請求項３は、前記空間に充填する樹脂は、耐水性のある熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする。請求項３によれば、磁石挿入孔に充填する樹脂自体の劣化が少ないので、永久磁石の寿命をより高めることができる。

本願発明は、電動圧縮機の電動モータに設けた永久磁石の水分による腐食を防止することができる。

第１の実施形態におけるスクロール式圧縮機の概要を示す縦断面図である。 ロータコアを示す正面図である。 図２の磁石挿入孔と永久磁石を示す正面図で、（ａ）は樹脂の充填前の状態を示す拡大図、（ｂ）は樹脂の充填後の状態を示す拡大図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 永久磁石の挿入方法を説明する説明図である。 樹脂の充填方法を説明する一部断面した説明図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１はスクロール式電動圧縮機（以下、単に電動圧縮機とする）の例を示したもので、電動圧縮機の概要を以下に説明する。電動圧縮機は、フロント側のハウジング１とリア側のハウジング２とを複数のボルト３により一体となるように固定され、密閉されたハウジングを有する。ハウジング１、２は共にアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属性材料により形成されている。ハウジング２には、吸入ポート４が形成され、また、ハウジング１には、吐出ポート５が形成され、吸入ポート４及び吐出ポート５はそれぞれ図示しない外部冷媒回路と接続されている。

ハウジング１、２の内部２Ａには、スクロール式の圧縮機構６及び圧縮機構６を駆動する電動モータ７が収納されている。電動モータ７は、ハウジング２に軸受を介して回転可能に保持された回転軸８と回転軸８に固定されたロータ９とロータ９の外周に配置され、ハウジング２の内壁に固定されたステータ１０とにより構成されている。ロータ９は複数の磁性体からなる薄い鋼板を積層した積層鋼板により構成されるロータコア１１と複数の永久磁石１２とにより構成され、ステータ１０は三相に巻線されたコイル１３を有する。

圧縮機構６は、主要素として、ハウジング１、２の内壁に固定された固定スクロール１４と、これに対向配置された可動スクロール１５とにより構成されている。固定スクロール１４と可動スクロール１５との間には、冷媒を圧縮するための容積可変の圧縮室１６が形成されている。可動スクロール１５は、軸受及び偏心ブッシュ１７を介して回転軸８の偏心ピン１８に連結されることにより、回転軸８の回転に応じて揺動され、圧縮室１６の容積を変化させるよう構成されている。

一方、ハウジング２の外周壁の一部には、インバータ収容室１９を形成するインバータハウジング２０が接合され、固定されている。インバータ収容室１９内には、ハウジング２の外周壁にモータを駆動するためのインバータ２１及び気密端子２２が取り付けられている。気密端子２２は、インバータ収容室１９内で、インバータ側のコネクタ２３を介してインバータ２１と電気的に接続され、また、ハウジング２の内部２Ａでクラスタブロック２４を介してステータ１０のコイル１３から引き出されているリード線（図示せず）と電気的に接続されている。従って、インバータ２１から気密端子２２を介して電動モータ７のコイル１３に通電されると、ロータ９が回転され、回転軸８によって圧縮機構６が作動される。

図２〜図４に示すように、ロータコア１１には、一方の端面２５から他方の端面２６に向けて、回転軸孔２７、永久磁石１２を隙間嵌めにより挿入する４箇所の磁石挿入孔２８及び４箇所のリベット孔２９が貫通孔として穿設されている。回転軸孔２７はロータコア１１の中心に同心状に穿設され、回転軸８が回転軸孔２７に圧入等により嵌合され、一体となるように固定される。磁石挿入孔２８は、断面長方形の磁石挿入空間３０と磁石挿入空間３０の縦方向両側に接続する磁石機能向上のための貫通した空隙部３１とにより構成され、回転軸孔２７の周囲に４ヶ所設けられている。磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０における縦幅、横幅及び長さの各寸法は、直方体に形成された永久磁石１２の縦幅、横幅及び長さの各寸法よりも大きな寸法に設定されている。なお、縦幅は図２のようにロータコア１１の端面２５側から見て、寸法の長い側の距離を指し、横幅は寸法の短い側の距離を指すものとする。また、長さはロータコア１１の端面２５側から端面２６側に延びる距離を指すものとする。従って、磁石挿入孔２８に隙間嵌めにより挿入された永久磁石１２は、磁石挿入孔２８内に完全に埋没した形態となる。このため、磁石挿入空間３０の内壁面と永久磁石１２の周囲との間に空間３２が形成され（図３（ａ）参照）、また、ロータコア１１の端面２５、２６側にも永久磁石１２の両端面との間に空間３３が形成される（図４参照）。

永久磁石１２は、ネオジウム磁石あるいはサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石により構成されている。また、永久磁石１２の表面には、耐腐食性材料として、ニッケルあるいはアルミニウム等の無機系材料によりコーティング層３４が形成されている。なお、希土類磁石は上記以外の種類の希土類磁石を使用することも可能である。また、永久磁石１２は希土類磁石に限らず、アルニコ (Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ) 磁石や鉄・クロム・コバルト（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ）磁石等の合金磁石あるいはフェライト磁石等、他の種類の磁石を用いることができる。

永久磁石１２の挿入後の磁石挿入孔２８には、永久磁石１２の全表面を覆う空間３２、３３に非磁性体である樹脂３５が充填される。樹脂３５は、耐水性のある樹脂を使用しており、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはフッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。

図５及び図６に基づき、樹脂３５の充填方法の概要を説明する。図５に示したように、ロータコア１１は端面２５、２６が上下となるようにして載置台３６上に置かれる。ロータコア１１の４箇所に穿設した磁石挿入孔２８には、表面にコーティング層３４が形成された４個の永久磁石１２が磁石挿入孔２８内に完全に埋没されるように、隙間嵌めにより挿入される。なお、永久磁石１２は磁力により磁石挿入孔２８の内壁面に吸着し、挿入状態を維持することができる。

図６に示したように、ロータコア１１の端面２５の上方には、樹脂３５を貯留した樹脂タンク３７が上下動可能に配設される。樹脂タンク３７の下端には、磁石挿入孔２８の２箇所の空隙部３１と対向する位置に２本の樹脂注入針３８が配設されている。樹脂タンク３７の内部には、図示しない加圧機に連結するピストンロッド４０と結合したピストン３９が設けられている。

樹脂タンク３７が下動することにより、２本の樹脂注入針３８はそれぞれ磁石挿入孔２８の２箇所の空隙部３１に侵入する。樹脂タンク３７はさらに下動し、樹脂注入針３８がロータコア１１の端面２６付近に達した時点で停止する。続いて、図示しない加圧機が作動し、ピストン３９が樹脂３５を加圧することにより、樹脂注入針３８から樹脂３５が抽出され、端面２６側における磁石挿入孔２８の空間３２、３３及び空隙部３１が樹脂３５により充填される。その後も、樹脂注入針３８から樹脂３５を抽出させながら樹脂タンク３７を徐々に上動することにより、磁石挿入孔２８の空間３２、３３及び空隙部３１全体を樹脂３５により充填することができる。充填された樹脂３５は、例えば、熱処理あるいは冷却等により硬化される。従って、永久磁石１２は、全体を樹脂３５により覆われた状態で磁石挿入孔２８に固定される。

永久磁石１２を磁石挿入孔２８に固定したロータコア１１は、図４に示されるように、端面２５と端面２６にそれぞれ端板４１、４２を合わせ、端板４１、４２にリベット孔２９と一致するように穿設された孔（図示せず）及びリベット孔２９にリベット４３を貫通してリベット締めする。リベット４３の締結により、ロータコア１１と端板４１、４２とが強固に固定され、ロータ９が構成される。

以上のように構成された第１の実施形態は以下の作用及び効果を有する。
電動圧縮機の運転中、吸入ポート４から吸入された冷媒は、電動モータ７側から圧縮機構６へ流通し、圧縮機構６において圧縮され、吐出ポート５から外部冷媒回路（図示せず）に供給される。冷媒と共に冷媒回路内を循環する潤滑油は、電動圧縮機の運転中、潤滑油の温度が高い状態にあるため、電動圧縮機内に存在する多くの水分は潤滑油中に拡散され、問題になることがない。

電動圧縮機が停止したような場合、潤滑油の温度が下がるため、潤滑油の飽和水分濃度が低下し、多量の遊離水が発生する。これらの遊離水は電動圧縮機内部に滞留し、電動モータ７のロータ９の周囲にも滞留する。ロータ９に滞留する遊離水はロータコア１１の周囲やロータコア１１を構成する積層鋼板の僅かな隙間にも浸透し、滞留する。しかし、磁石挿入孔２８内で永久磁石１２の周囲全体に充填した樹脂３５は、永久磁石１２への遊離水の浸透を確実に防止することができる。従って、永久磁石１２は遊離水の発生する電動圧縮機においても、水分による腐食が無く、電動モータ７の性能を維持し、電動圧縮機の安定した運転を持続することができる。

また、磁石挿入孔２８内を充填した樹脂３５に、万が一、不完全な箇所が存在したとしても、永久磁石１２の表面にコーティング層３４を施すことにより、二重の耐水構造を構成しているため、永久磁石１２の腐食をほぼ完全に防止することができる。

本願発明は、前記した第１の実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のような、その他の実施形態で実施することができる。

（１）第１の実施形態は、表面に耐腐食性材料によりコーティング層３４が形成した永久磁石１２を磁石挿入孔２８に埋没するように挿入し、磁石挿入孔２８に樹脂３５を充填することにより永久磁石１２全体を樹脂３５で覆うように構成したが、本願発明では、コーティング層３４を形成しない永久磁石１２を樹脂３５で覆うように構成しても、永久磁石１２の水分による腐食を防止することができる。
（２）空隙部３１は、磁石挿入孔２８の磁石挿入空間３０に接続する形態で設けられているため、第１の実施形態では、空隙部３１を利用して樹脂３５の充填を行っているが、空隙部３１は磁石挿入空間３０から分離した形態で設けても良い。空隙部３１を分離して設ける実施形態の場合は、磁石挿入孔２８を形成する磁石挿入空間３０の空間３２又は空間３３に樹脂３５を直接注入することにより、磁石挿入孔２８に樹脂３５を充填することができる。
（３）第１の実施形態では、スクロール式電動圧縮機に実施した例を示したが、電動圧縮機はベーン式、スクリュー式等の他の回転式圧縮機やスワッシュ式、ワッブル式等の往復式圧縮機に電動モータを内蔵した電動圧縮機において本願発明を実施することができる。

１、２ ハウジング
４ 吸入ポート
５ 吐出ポート
６ 圧縮機構
７ 電動モータ
９ ロータ
１０ ステータ
１１ ロータコア
１２ 永久磁石
１３ コイル
１４ 固定スクロール
１５ 可動スクロール
２１ インバータ
２２ 気密端子
２４ クラスタブロック
２８ 磁石挿入孔
２９ リベット孔
３０ 磁石挿入空間
３１ 空隙部
３２、３３ 空間
３４ コーティング層
３５ 樹脂
３６ 載置台
３７ 樹脂タンク
３８ 樹脂注入針
４１、４２ 端板
４３ リベット

Claims (3)

1. ハウジングの内部に収納された圧縮機構及び前記圧縮機構を駆動する電動モータと、前記電動モータの回転軸に固定されたロータと、前記ロータの周囲に配置され、前記ハウジングに固定されたステータと、複数の鋼板を積層して構成されたロータコアと、前記ロータコアに貫通孔として形成された複数の磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に隙間嵌めにより挿入された複数の永久磁石と、前記ロータコアの両端面に固定された端板とを備えた電動圧縮機において、
   前記永久磁石を前記磁石挿入孔に埋没する状態で隙間嵌めし、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に生じる空間及び前記磁石挿入孔の前記ロータコアの両端面側に生じる空間に樹脂を充填したことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記永久磁石には、耐腐食性材料によるコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記空間に充填する樹脂は、耐水性のある熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。

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