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技術 圧縮機用電動機の回転子

出願人 三洋電機株式会社
発明者 木下知則宮内貴内堀正晴五十嵐恵司郎新井和彦
出願日 1994年12月19日 (26年0ヶ月経過) 出願番号 2000-327404
公開日 2001年6月12日 (19年6ヶ月経過) 公開番号 2001-161042
状態 特許登録済
技術分野 回転電機の鉄心 回転電機の鉄心 同期機の永久磁石界磁
主要キーワード 改良構成 ロータリーシリンダ 端面部材 積層寸法 ネオジウム系磁石 寸法縮小 クランプピン 磁石面
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2001年6月12日)のものです。
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図面 (8)

課題

所要の出力を維持しつつ、圧縮機用電動機回転子寸法縮小を図り、その信頼性及び運転効率を向上させる。

解決手段

圧縮機用電動機の回転子5は、積層された回転子鉄心26内に磁性体45を有する。磁性体45を希土類系磁石材により構成する。回転子鉄心26の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくする。

概要

背景

一般に従来の圧縮機用電動機回転子の構造としては、特開昭57−52359号公報に記載されたようなものがあった。この公報に記載されたものは金属製のパイプの中に予め積層した回転子鉄心磁性体(永久磁石)を配置した後、ダイカストによってこれらのパイプ、回転子鉄心、磁性体を一体に構成したものであった。

また他の従来技術としては、特開平2−246748号公報に記載されたようなものがあった。この公報に記載されたものも前記公報に記載されたものと同様に金属製のパイプに中に予め積層した回転子鉄心、磁性体(永久磁石)を配置した後、クランプピンによってこれらの回転子鉄心を一体に構成したものであった。この際、隣り合う磁性体間に空隙によるエアギャップ部を設けて磁性体の極分離を確保し、効率の向上を図ったものであった。

また、他の従来技術としては、特公昭60−23584号公報に記載されたようなものもあった。この公報に記載されたものは、回転子の鉄心内に磁極になる磁性体を挿入(埋め込み)したものであった。特に、この公報に記載されたものは、自己始動可能な同期電動機に関するものであった。

更に、他の従来技術としては、特開平4−185247号公報に記載されたようなものもあった。この公報に記載されたものは、突極構造を有する回転子鉄心の突極部に磁性体を埋め込んで回転子を構成したものであった。特に、この公報に記載されたものは磁性体を埋め込んだ回転子鉄心及び回転子鉄心の両端面を覆う端面部材回転軸圧入することによって一体に構成させるものであった。

概要

所要の出力を維持しつつ、圧縮機用電動機の回転子の寸法縮小を図り、その信頼性及び運転効率を向上させる。

圧縮機用電動機の回転子5は、積層された回転子鉄心26内に磁性体45を有する。磁性体45を希土類系磁石材により構成する。回転子鉄心26の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくする。

目的

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、所要の出力を維持しつつ、圧縮機用電動機の回転子の寸法縮小を図り、その信頼性及び運転効率を向上させることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機回転子において、前記磁性体を複数の希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と端部との間には、前記回転子鉄心の外周から前記端部側に切欠かれた切欠部を設け、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたことを特徴とする圧縮機用電動機の回転子。

請求項2

積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機の回転子において、前記磁性体を複数の希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と端部との間には、前記回転子鉄心の外周から前記端部側に切欠いて突極部を形成するための切欠部を設け、この突極部に前記磁性体を挿入し、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたことを特徴とする圧縮機用電動機の回転子。

請求項3

積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機の回転子において、前記磁性体を希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と回転子の外周との間には、この外周から前記端部側に切欠かれた切欠部を設け、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたことを特徴とする圧縮機用電動機の回転子。

技術分野

0001

本発明は、回転子内磁性体を有する圧縮機用電動機に関し、特に前記回転子改良構成に関するものである。

背景技術

0002

一般に従来の圧縮機用電動機の回転子の構造としては、特開昭57−52359号公報に記載されたようなものがあった。この公報に記載されたものは金属製のパイプの中に予め積層した回転子鉄心、磁性体(永久磁石)を配置した後、ダイカストによってこれらのパイプ、回転子鉄心、磁性体を一体に構成したものであった。

0003

また他の従来技術としては、特開平2−246748号公報に記載されたようなものがあった。この公報に記載されたものも前記公報に記載されたものと同様に金属製のパイプに中に予め積層した回転子鉄心、磁性体(永久磁石)を配置した後、クランプピンによってこれらの回転子鉄心を一体に構成したものであった。この際、隣り合う磁性体間に空隙によるエアギャップ部を設けて磁性体の極分離を確保し、効率の向上を図ったものであった。

0004

また、他の従来技術としては、特公昭60−23584号公報に記載されたようなものもあった。この公報に記載されたものは、回転子の鉄心内に磁極になる磁性体を挿入(埋め込み)したものであった。特に、この公報に記載されたものは、自己始動可能な同期電動機に関するものであった。

0005

更に、他の従来技術としては、特開平4−185247号公報に記載されたようなものもあった。この公報に記載されたものは、突極構造を有する回転子鉄心の突極部に磁性体を埋め込んで回転子を構成したものであった。特に、この公報に記載されたものは磁性体を埋め込んだ回転子鉄心及び回転子鉄心の両端面を覆う端面部材回転軸圧入することによって一体に構成させるものであった。

発明が解決しようとする課題

0006

このように構成された従来の圧縮機用電動機(ブラシレスDCモータ)の回転子においては、界磁を構成する磁性体としてストロンチウムフェライト等のフェライト系磁石材が用いられていた。このフェライト系磁石材は、アルニコ系磁石材よりも保持力Hcが大きく、また、原料単位重量当たりの価格が低い等の利点があるものの、残留磁束密度Brは最大でも約0.4(T)と小さく、磁気エネルギー積は小さい。そのため、ギャップ磁束数を大きくして所要の出力を得るためには、回転子の寸法を大きくしてギャップの面積を大きくとる必要がある。

0007

ここで、回転子鉄心の直径を変更したり、圧縮機の密閉容器外径を変更することは、製造設備等の大がかりな変更に繋がるため、事実上困難である。従って、回転子の寸法拡大は一般的には回転子の直径の拡大よりも軸方向の寸法を拡張することで対処され、従来のフェライト系磁石材の場合には回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dが1.2〜1.4とされていた。

0008

しかしながら、この種圧縮機用電動機の回転軸は圧縮要素部分の軸受けで保持された片持ち式であるため、上述の如く回転子の回転軸方向の寸法が大きくなると、特に高速回転時において大きな振れが発生し、振動騒音が増大すると共に、信頼性及び運転効率が共に低下すると云う問題があった。

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、所要の出力を維持しつつ、圧縮機用電動機の回転子の寸法縮小を図り、その信頼性及び運転効率を向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機の回転子において、前記磁性体を複数の希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と端部との間には、前記回転子鉄心の外周から前記端部側に切欠かれた切欠部を設け、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたものである。

0011

また、積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機の回転子において、前記磁性体を複数の希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と端部との間には、前記回転子鉄心の外周から前記端部側に切欠いて突極部を形成するための切欠部を設け、この突極部に前記磁性体を挿入し、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたものである。

0012

また、積層された回転子鉄心内に磁性体を有する圧縮機用電動機の回転子において、前記磁性体を希土類系磁石材により構成すると共に、これら磁性体の端部と回転子の外周との間には、この外周から前記端部側に切欠かれた切欠部を設け、前記回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくしたものである。

0013

図7は界磁を構成する磁性体として使用する永久磁石であるフィライト系磁石材と希土類系磁石材の減磁曲線を示し、縦軸磁束密度B、横軸は保持力Hcを示している。尚、同図中、破線で示したのが一般的なフェライト系磁石材の場合、実線で示したのが一般的な希土類系磁石材の場合で、T1は+25℃、T2は+150℃の各場合である。同図より分かる通り、希土類系磁石材は、フェライト系磁石材に比して残留磁束密度Br及び保持力Hc共に大きく、磁気エネルギー積もきわめて大きい。従って、磁石面積を小さくしても必要なギャップ磁束数を確保でき、所要の出力を得ることが可能となる。

0014

そこで、本発明では積層された回転子鉄心26内に設ける磁性体45を係る希土類系磁石材としたので、従来の如きフェライト系磁石材を用いた場合に比して、所要の出力を維持しつつ、回転子鉄心26の寸法を縮小することができるようになり、回転子5の振れによって発生する振動・騒音を低減して信頼性及び運転効率の向上を図ることが可能となる。

0015

特に、回転子鉄心26の直径Dと回転軸6方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくして、回転子鉄心26の寸法縮小を専ら回転軸6方向の寸法Lの縮小に当てたので、回転子鉄心26の直径、或いは圧縮機Cの密閉容器1の外径変更による製造設備等の変更の必要性を解消することができるようになる。

0016

また、請求項2の如く磁性体45の厚さ寸法tと回転軸6方向の寸法lとの比t/lを0.08より小さくすれば、比較的高価な希土類系磁石材を用いたことによるコストの高騰を解消若しくは最小限に抑えることができる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。図1は本発明を適用する圧縮機Cの縦断側面図である。この図において、1は密閉容器であり、内部の上側に電動機(ブラシレスDCモータ)2、下側にこの電動機2で回転駆動される圧縮要素3が収納されている。密閉容器1は予め2分割されたものに電動機2、圧縮要素3を収納した後、高周波溶着などによって密閉されたものである。

0018

電動機2は、密閉容器1の内壁に固定された固定子4と、この固定子4の内側に回転軸6を中心にして回転自在に支持された回転子5とから構成されている。そして、固定子4は回転子5に回転磁界を与える固定子巻線7を備えている。

0019

圧縮要素3は中間仕切板8で仕切られた第1のロータリーシリンダ9及び第2のロータリーシリンダ10を備えている。各のシリンダ9、10には回転軸6で回転駆動される偏心部11、12が取り付けられており、これら偏心部11、12は偏心位置がお互いに180度位相がずれている。

0020

13、14はそれぞれシリンダ9、10内を回転する第1のローラ、第2のローラであり、それぞれ偏心部11、12の回転でシリンダ内を回る。15、16はそれぞれ第1の枠体、第2の枠体であり、第1の枠体15は仕切板8との間にシリンダ9の閉じた圧縮空間を形成させ、第2の枠体16は同様に仕切板8との間にシリンダ10の閉じた圧縮空間を形成させている。また、第1の枠体15、第2の枠体16はそれぞれ回転軸6の下部を回転自在に軸支する軸受部17、18を備えている。

0021

9、20は吐出マフラーであり、それぞれ第1の枠体15、第2の枠体16を覆うように取付られている。尚、シリンダ9と吐出マフラー19は第1の枠体15に設けられた図示しない吐出孔にて連通されており、シリンダ10と吐出マフラー20も第2の枠体16に設けられた図示しない吐出孔にて連通されている。21は密閉容器1の外部に設けられたバイパス管であり、吐出マフラー20の内部に連通している。

0022

22は密閉容器1の上に設けられた吐出管であり、23、24はそれぞれシリンダ9、10へつながる吸入管である。また、25は密閉ターミナルであり、密閉容器1の外部から固定子4の固定子巻線7へ電力を供給するものである(密閉ターミナル25と固定子巻線7とをつなぐリード線は図示せず)。

0023

図2図1に示した回転子5の一部縦断側面図、図3は平面図である(回転軸6に圧入する前の状態)。各図において、26は回転子鉄心であり、厚さ0.3mm〜0.7mmの電磁鋼板から図4の如き形状に打ち抜いた回転子用鉄板27を複数枚積層し、お互いにかしめて一体に積層されている(尚、かしめによらずに溶接にて一体化しても良い)。

0024

この回転子用鉄板27は、図4に示す如く四極の磁極を構成する突極部28〜31が形成されるように電磁鋼板から打ち抜かれており、32〜35はそれぞれの突極部28〜31間に突極部が形成されるように設けられた切欠部である。このとき、各突極部28〜31の頂点間の外径Dは40mm〜70mmの範囲とされ、実施例では例えば50mmである。

0025

41〜44は後述する磁性体45(永久磁石)を圧入するための挿入孔であり、各突極部28〜31に対応し、回転子用鉄板27の外周側において、回転軸6の軸方向に沿って同心円上に穿設されている。そして、各挿入孔41〜44と隣接する突極部28〜31の側壁間の狭路幅dは0.3mm以上0.5mm未満とされている。

0026

また、46は回転子用鉄板27の中心に形成され、回転軸6が焼バメされる孔である。47〜50は後述するかしめ用のリベット51〜54が通される大きさと形状の貫通孔であり、各挿入孔41〜44の内側に対応して穿設されている。56〜59は各回転子用鉄板27相互をかしめ固定するためのかしめ部であり、各貫通孔47〜50とほぼ同心円上で各挿入孔41〜44の間に形成されている。更に、61〜64は各かしめ部56〜59の内側に穿設されたオイル通路を形成するための孔である。

0027

各回転子用鉄板27は複数枚積層され、前記かしめ部56〜59において相互にかしめられて一体化されることにより、図5の側面図に示す如き回転子鉄心26が形成される。このとき、回転子鉄心26の外径は前述の回転子用鉄板27の外径D(50mm)であり、回転軸6方向の積層寸法Lは例えば40mmとされている。ここで、前記外径Dと寸法Lの比L/Dは1.1より小さくなるように形成し、実施例では0.8となる。即ち、回転軸6方向の寸法Lが小さくなるように設定する。

0028

一方、磁性体45は、例えばプラセオジウム系磁石、若しくは表面にニッケルメッキを施したネオジウム系磁石等の希土類系磁石材にて構成されており、その外形図6に示す如き矩形状とされている。そして、磁性体45の厚さtは例えば2.65mmとし、その回転軸6方向の寸法lは前述の寸法Lと同じ40mmとする。ここで、前記厚さtと寸法lの比t/lは0.08より小さくなるように形成し、実施例では0.066となる(尚、各挿入孔41〜44は、この磁性体45がきっちり圧入される大きさとされている)。

0029

66、67は回転子鉄心26の上下端に取りつけられる平板状の端面部材であり、アルミ樹脂材料等の非磁性材料により、前記回転子用鉄板27と略同形状に成形されている。尚、この端面部材66、67の外径は前記回転子鉄心26の外径Dと同一若しくは若干小さくする。また、端面部材66、67には前記貫通孔47〜50に対応する位置に貫通孔71〜74が穿設され、前記孔59及び61〜64に対応する位置に孔76及び77〜80が穿設されている。

0030

そして、回転子鉄心26の挿入孔41〜44内に前記磁性体45を圧入した後、上下の端面部材66、67をセットして挿入孔41〜44の上下を塞ぐ。この状態で貫通孔47〜50及び71〜74は回転子鉄心26及び端面部材66、67を回転軸6方向に沿って貫通している。また、孔61〜64及び77〜80は回転子鉄心26と端面部材66、67を貫通している。その後、前記リベット51〜54を各貫通孔47〜50及び71〜74に挿通させ、上下をかしめて一体に構成する。尚、Aはバランスウエイトであり、上方の端面部材66と共にリベット51にて回転子鉄心26に固定されている。

0031

以上の構成で固定子2の固定子巻線7に直流電流通電すると、磁性体45から生ずる磁界との反発・吸引作用により、回転子5は固定子巻線7に印加される電圧負荷とがバランスする速度(例えば印加電圧を変えることによって500rpm〜10000rpmの範囲で可変される)で前述の如く図4時計回りに回転する。回転子5の回転によって回転軸6は回転し、それによって偏心部11、12が回転することにより、第1及び第2のローラ13、14が回転して圧縮作用を発揮する。

0032

このとき、回転軸6は前述の如く下部の軸受部17、18によって軸支された片持ち式であるため、回転子5の回転軸6方向の寸法が大きくなると、前述した如く特に高速回転時において大きな振れが発生し、振動・騒音が増大すると共に、信頼性及び運転効率が共に低下する。

0033

しかしながら、本発明では回転子鉄心26内に設ける磁石材45を、フェライト系磁石材に比して残留磁束密度Br及び保持力Hc共に大きく、磁気エネルギー積もきわめて大きい希土類系磁石材としているので、従来の如きフェライト系磁石材を用いた場合に比して、所要の出力を維持しつつ、回転子鉄心26の寸法を縮小することができる。従って、回転子5の振れにより発生する振動・騒音を低減し、信頼性及び運転効率の向上を図ることができる。

0034

特に、前述の如く回転子鉄心26の直径Dと回転軸6方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくして、回転子鉄心26の寸法縮小を専ら回転軸6方向の寸法Lの縮小に当てたので、回転子鉄心26の直径、或いは圧縮機Cの密閉容器1の外径変更による製造設備等の変更の必要性を解消することができるようになる。

0035

また、希土類系磁石材の係る特性を生かして、磁性体45の厚さ寸法tと回転軸6方向の寸法lとの比t/lを0.08より小さくすれば、比較的高価な希土類系磁石材を用いたことによるコストの高騰を解消、若しくは最小限に抑えることもできる。

発明の効果

0036

以上詳述した如く、本発明では積層された回転子鉄心内に設ける磁性体を希土類系磁石材としたので、従来の如きフェライト系磁石材等を用いた場合に比して、所要の電動機出力を維持しつつ、回転子鉄心の寸法を縮小することができるようになる。従って、回転子の振れによって発生する振動・騒音を低減し、信頼性、及び、運転効率の向上を図ることが可能となる。

0037

特に、回転子鉄心の直径Dと回転軸方向の寸法Lとの比L/Dを1.1より小さくして、回転子鉄心の寸法縮小を専ら回転軸方向の寸法Lの縮小に当てたので、回転子鉄心の直径、或いは圧縮機の密閉容器の外径変更による製造設備等の変更の必要性を解消することができるものである。

0038

しかも、磁性体の端部に切欠部を設けているので、磁性体の端部における磁束のショートを防止でき、流れる磁束を回転力として有効に使用し、運転効率の高い回転子とすることができる。特に、この回転子を圧縮機用電動機として使用した場合は、運転効率を高くできると共に、この切欠きにより冷媒通路が拡大されて冷媒流速を遅くすることができ、冷媒と共に圧縮機外に運ばれる潤滑油の量を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

0039

図1本発明を適用する圧縮機の縦断側面図である。
図2本発明の回転子の一部縦断側面図である。
図3本発明の回転子の平面図である。
図4本発明の回転子を構成する回転子用鉄板の平面図である。
図5本発明の回転子を構成する回転子鉄心の側面図である。
図6本発明の回転子を構成する磁性体の斜視図である。
図7磁性体として使用される永久磁石の減磁曲線を示す図である。

--

0040

C圧縮機
2電動機
4固定子
5回転子
6回転軸
26回転子鉄心
27回転子用鉄板
32、33、34、35切欠部
45磁性体

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