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JP2003274591A - 集中巻式dcモータ及びそれを搭載したコンプレッサ - Google Patents

集中巻式dcモータ及びそれを搭載したコンプレッサ

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JP2003274591A
JP2003274591A JP2002074796A JP2002074796A JP2003274591A JP 2003274591 A JP2003274591 A JP 2003274591A JP 2002074796 A JP2002074796 A JP 2002074796A JP 2002074796 A JP2002074796 A JP 2002074796A JP 2003274591 A JP2003274591 A JP 2003274591A
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JP
Japan
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magnet
motor
rotor
rotor core
stator
Prior art date
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JP2002074796A
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Kazuhiko Arai
和彦 新井
Masaaki Takezawa
正昭 竹澤
Toshito Yanashima
俊人 簗島
Keishiro Igarashi
恵司郎 五十嵐
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to CNB031194834A priority patent/CN100373751C/zh
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータイナーシャを向上させて振動の低減を
図りながら、コストの高騰を抑えた集中巻式DCモータ
を提供する。 【解決手段】 ステータコア4にコイルが集中巻方式に
て巻装されるステータ3と、このステータ内で回転する
と共に、ロータコア9に形成されたスロット11内に永
久磁石12を備えるロータ2とから成る集中巻式DCモ
ータ1において、ロータコアの積厚をステータコアの積
厚よりも大きくし、永久磁石の長さをステータコアの積
厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に配置
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集中巻方式にてコ
イルが巻装されたステータと磁石内蔵のロータから成る
集中巻式DCモータ及びそれを搭載したコンプレッサ及
びそれを搭載した冷蔵庫又は空気調和機に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より冷蔵庫や空気調和機の冷媒回路
を構成するコンプレッサにおいては、小型化とエネルギ
ー効率の向上が求められており、そのため、コンプレッ
サに使用するモータも小型・高出力のものが開発されて
きている。この場合、従来一般的なコンプレッサのモー
タは分布巻方式のブラシレスDCモータが用いられてい
たが、近年では製造工程の簡素化と小型化及び効率向上
を達成できる集中巻方式のブラシレスDCモータが提案
されている。
【0003】図6に従来の集中巻方式のブラシレスDC
モータ101の断面図を示す。モータ101はステータ
102とロータ103により構成されており、ステータ
102は電磁鋼板(珪素鋼板)を積層したステータコア
104とステータコイル(図示せず)から構成される。
ステータコア104には歯部106が設けられており、
歯部106は所定の幅を有してその両脇にはロータの面
に沿って歯部先端部107が設けられている。この歯部
106にスロット部108の空間を利用してステータコ
イルを直接巻回し、集中直巻方式によってステータ10
2の磁極を形成している。
【0004】一方、ロータ103も電磁鋼板(珪素鋼
板)を積層してロータコア111が形成されている。こ
のロータコア111の外周部には切欠が四カ所形成され
ており、これら切欠間に突極形状の磁極112を四カ所
形成し、各磁極112にはスロット113が形成されて
各スロット113内に永久磁石114が埋め込まれてい
る。
【0005】尚、永久磁石114としては通常のフェラ
イト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはB
H積の大きい磁石、即ち、ネオジュウム、鉄、ボロンか
らなるネオジ磁石、又は、サマリウムコバルト系磁石な
どの、所謂希土類磁石等が用いられる。また、図中11
6はオイル分離板、117はバランスウエイト、11
8、119は非磁性体から成る端面部材であり、これら
がリベット121にて一体化されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ここで、単シリンダの
ロータリコンプレッサやレシプロコンプレッサなどの一
回転中の負荷変動の大きいコンプレッサで集中巻式DC
モータを使用した場合、トルク変動の大きさによる振動
・騒音の増大が問題となる。係る問題を解決するために
はロータ103のイナーシャ(慣性)を大きくすること
が必要となるが、そのためにロータコア111の積厚を
拡大して図6の如くステータコア106の積厚も同様に
拡大し、永久磁石114の長さをロータコア111の積
厚と同等とすると、ステータコア106及び永久磁石1
14が必要以上に拡大されてしまい、モータ特性の低下
やコストの高騰を引き起こす。
【0007】また、図7の如く永久磁石114の長さを
そのままとした場合、鉄損は減るものの、同様にステー
タコア106が必要以上に拡大されて銅損が増えて特性
の低下が問題となる。特に、図7の如く永久磁石114
を持ち上げてロータ103の上部に保持すると、ステー
タ102からの磁束が下側に抜けてしまって減磁し易く
なり、モータ電流が増大する欠点がある。
【0008】更に、図8の如くステータコア106の積
厚はそのままでロータコア111の積厚及び永久磁石1
14の長さのみ拡大した場合でも、やはり永久磁石11
4が必要以上に拡大され、コストが高騰すると共に、磁
束密度が集中して鉄損が増える問題がある。
【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、ロータイナーシャを向上
させて振動の低減を図りながら、コストの高騰を抑えた
集中巻式DCモータ及びそれを搭載したコンプレッサを
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、ステータコ
アにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータと、こ
のステータ内で回転すると共に、ロータコアに形成され
たスロット内に磁石を備えるロータとから成る集中巻式
DCモータにおいて、ロータコアの積厚をステータコア
の積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャを向上
させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を低減さ
せてモータ特性の改善を図ることが可能となる。また、
磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくして、当
該ステータコアの範囲内に配置したので、コストの高騰
も抑えることができるようになるものである。
【0011】請求項2の発明では、上記に加えて磁石を
希土類磁石としたので、比較的小型の磁石で十分なる性
能を確保することが可能となるものである。
【0012】請求項3の発明では、上記各発明に加えて
ロータコアの端面に非磁性体から成る端面部材を取り付
け、この端面部材にはスロット内に進入して磁石を位置
決めするための突起を形成したので、ロータコアの積厚
よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の突起
により規定できるようになり、磁石の組み込み位置不良
を防止してモータ特性を確保することが可能となる。
【0013】請求項4の発明では、請求項1又は請求項
2に加えてロータコアの両端面に非磁性体から成る端面
部材を取り付け、一方の端面部材にはスロット内に進入
して磁石を位置決めするための突起を形成すると共に、
磁石の他方の端面部材側のスロットには当該磁石を係止
するための係止部をロータコアに形成したので、ロータ
コアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面
部材の突起とロータコアの係止部により規定できる。こ
れにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特
性を確保することが可能となる。特に、ロータコアの係
止部の分ロータの重量が増えるので、イナーシャが向上
する効果もある。また、ロータコアの係止部にて磁石を
係止するので、他方の端面部材は通常のもので済み、汎
用性が増すものである。
【0014】請求項5の発明では、請求項1又は請求項
2に加えてロータコアの両端面に非磁性体から成る端面
部材を取り付け、両端面部材にはスロット内に進入して
磁石を位置決めするための突起をそれぞれ形成したの
で、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み
位置を両端面部材の突起により規定できる。これによ
り、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確
保することが可能となる。特に、ロータコアを変更する
必要が無くなるので、ロータコアの汎用性が増すもので
ある。
【0015】請求項6の発明では、上記各発明の集中巻
式DCモータをインバータによりトルク制御するに際し
て、上述の如くモータ電流が低減されることから、運転
範囲が拡大し、トルク制御による効率低下も抑制するこ
とができるようになるものである。
【0016】請求項7の発明では、上記各発明の集中巻
式DCモータを冷蔵庫や空気調和機用のコンプレッサに
搭載したので、騒音・振動の少ない高品質・高効率の冷
蔵庫又は空気調和機を提供することができるようになる
ものである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明を適用した実施
例の集中巻式ブラシレスDCモータ1の平面図(コイル
を除く)、図2は図1のA−O−A断面図、図3は図2
の円A部分の拡大図である。実施例のモータ1は、例え
ば冷蔵庫や空気調和機の冷媒回路を構成する単シリンダ
のロータリコンプレッサ或いはレシプロコンプレッサの
駆動モータとして搭載される集中巻方式のブラシレスD
Cモータであり、ステータ3とこのステータ3内で回転
するロータ2とから構成され、インバータによりトルク
制御が行われる。
【0018】ステータ3は、電磁鋼板(珪素鋼板)を積
層して構成されたステータコア4とこのステータコア4
に巻装された図示しないステータコイルとから構成され
る。ステータコア4には所定の幅を有した歯部6が設け
られており、この歯部6の先端は両脇に延長されてロー
タ2の面に沿った歯部先端部7が形成されている。そし
て、この歯部6にスロット部8の空間を利用してステー
タコイル(図示せず)を直接巻回し、集中直巻方式によ
ってステータ3の磁極を形成している。
【0019】この歯部先端部7は、図1に示されるよう
に、その一部P1、P2がカットされて除去されている
(図ではP1、P2を一カ所ずつ示すが全ての歯部先端
部7が同様にカットされている)。カット部分はロータ
2の回転が向かう方向の歯部先端部7のみ、例えばP1
の片側で十分であるが、モータの組立時にステータ3の
どちらの方向からもロータ2を挿入できるように、歯部
先端部7の他方P2もカットする。このように、両側の
歯部先端部7をカットしてもモータのトルク特性に与え
る影響は無視できる程度である。
【0020】係る構成により、ロータ2の外周面に沿っ
てロータ2との距離が一様に等間隔とはならなくなるの
で、歯部先端部7の所ではロータ2との距離がカットし
た分だけ大きくなることにより、カットした部分での磁
気抵抗が大きくなり、ロータ2の回転が向かう方向の歯
部先端部7に磁束の集中が生じることなく平均化され
る。
【0021】このカットがない場合には、モータ1のロ
ータ2のロータコア9(後述)の中心側に働く力のピー
ク値が大きくなり、力の変化の幅も大きくなって時間的
な変動率が増加し、モータの振動の要因となる。これに
対して、カットがある場合は、ピーク値が大きくならず
比較的なだらかな曲線となるので、力の変化の幅も小さ
くなり時間的な変動率も少なくなるために、モータ1の
振動を抑制できる。
【0022】その結果、モータ1のロータ回転角とトル
クの関係は、高調波成分を少なくして滑らかな波形とな
り、トルクの変動を低減でき、モータ1の回転時の振動
を低減できるようになる。
【0023】一方、ロータ2は同様の電磁鋼板(珪素鋼
板)を積層して構成されたロータコア9と、このロータ
コア9に形成されたスロット11・・・内に埋め込まれ
た永久磁石12・・・と、非磁性体から成る端面部材1
3、14と、バランスウエイト16とオイル分離板17
から構成され、これらがリベット18にて一体化されて
構成されている(図2)。
【0024】この場合、ロータ2のロータコア9の積厚
は、ステータ3のステータコア4の積厚よりも大きくさ
れている(図3)。更に、永久磁石12の長さはステー
タコア4の積厚よりも小さくされている。また、上下の
端面部材13、14にはスロット11・・・内に進入す
る突起13A、14Aがそれぞれ切り起こし形成されて
おり、これらの突起13A、14Aが図3の如く各永久
磁石12の上下面に当接して各永久磁石12をスロット
11内で動かないように保持する。
【0025】この場合、端面部材13、14の突起13
A、14Aの長さは同一とされ、それによって、永久磁
石12はステータコア4の範囲内に配置されると共に、
永久磁石12の中心はロータコア9及びステータコア4
の軸方向の中心と合致するように規定される。係る構成
によりステータ3からの磁束が永久磁石12の上下に均
等に抜けるようになるため、減磁し難くなる。
【0026】尚、永久磁石12としては通常のフェライ
ト系の磁石でもよいが、モータの小型化のためにはBH
積の大きい磁石、即ち、ネオジュウム、鉄、ボロンから
なるネオジ磁石、又は、サマリウムコバルト系磁石など
の、所謂希土類磁石等が用いられる。
【0027】このように、ロータコア9の積厚をステー
タコア4の積厚よりも大きくしたので、ロータ2のイナ
ーシャを向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最
大値を低減させてモータ特性の改善を図ることが可能と
なる。また、永久磁石12の長さをステータコア4の積
厚よりも小さくして、当該ステータコア4の範囲内に配
置しているので、コストの高騰も抑えることができるよ
うになる。
【0028】また、永久磁石12を上述の希土類磁石と
すれば、比較的小型の永久磁石で十分なる性能を確保す
ることが可能となる。
【0029】更に、ロータ2の端面部材13、14に、
スロット11内に進入して永久磁石12を位置決めする
ための突起13A、14Aを形成しているので、ロータ
コア9の積厚よりも小さくなる永久磁石12の組み込み
位置を端面部材13、14の突起13A、14Aにより
規定できるようになり、永久磁石12の組み込み位置不
良を防止してモータ特性を確保することが可能となる。
【0030】特に、端面部材13、14の突起13A、
14Aの分ロータの重量が増えれば、ロータ2のイナー
シャが向上する。また、この場合ロータコア9自体に永
久磁石12を保持する構造を施す必要が無いので、ロー
タコア9の汎用性が増す。
【0031】次に、図4及び図5は本発明の他の実施例
を示している。各図において図1乃至図3と同一符号は
同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場
合、一方(上側)の端面部材13には突起13Aが形成
されているが、他方(下側)の端面部材14には突起は
形成されない。その代わりに、永久磁石12の端面部材
14側に位置するスロット11部分のロータコア9に
は、当該スロット11側に突出する係止部9Aが形成さ
れている。
【0032】この係止部9Aは図5の如くスロット11
に面するロータコア9の両面若しくは一方の面の全て若
しくは一部をスロット11側に突出させる(例えば電磁
鋼板の1枚のスロット内寸を縮小するなど)ことで構成
される。
【0033】この場合、端面部材13の突起13Aの長
さとロータコア9の端面部材14側の面から係止部9A
までの寸法は同一とされ、それによって、永久磁石12
はステータコア4の範囲内に配置されると共に、永久磁
石12の中心はロータコア9及びステータコア4の軸方
向の中心と合致するように規定される。係る構成により
同様にステータ3からの磁束が永久磁石12の上下に均
等に抜けるようになるため、減磁し難くなる。
【0034】このように、この場合の実施例では一方の
端面部材13にスロット11内に進入して永久磁石12
を位置決めするための突起13Aを形成すると共に、永
久磁石12の他方の端面部材14側のスロット11には
永久磁石12を係止するための係止部9Aをロータコア
9に形成したので、ロータコア9の積厚よりも小さくな
る永久磁石12の組み込み位置を端面部材13の突起1
3Aとロータコア9の係止部9Aにより規定できる。
【0035】これにより、永久磁石12の組み込み位置
不良を防止してモータ特性を確保することが可能とな
る。特に、ロータコア9の係止部9Aの分ロータ2の重
量が増えるので、イナーシャが向上する効果もある。ま
た、ロータコア9の係止部9Aにて永久磁石12を係止
するので、他方の端面部材14は通常のもので済み、汎
用性が増す。
【0036】そして何れの場合にも、集中巻式DCモー
タ1をインバータによりトルク制御するに際して、上述
の如くモータ電流が低減されることから、運転範囲が拡
大し、トルク制御による効率低下も抑制することができ
るようになる。
【0037】また、係る集中巻式DCモータ1を冷蔵庫
や空気調和機用のコンプレッサに搭載することで、騒音
・振動の少ない高品質・高効率の冷蔵庫又は空気調和機
を提供することができるようになる。
【0038】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、ステ
ータコアにコイルが集中巻方式にて巻装されるステータ
と、このステータ内で回転すると共に、ロータコアに形
成されたスロット内に磁石を備えるロータとから成る集
中巻式DCモータにおいて、ロータコアの積厚をステー
タコアの積厚よりも大きくしたので、ロータイナーシャ
を向上させて振動の低減を図り、モータ電流の最大値を
低減させてモータ特性の改善を図ることが可能となる。
また、磁石の長さをステータコアの積厚よりも小さくし
て、当該ステータコアの範囲内に配置したので、コスト
の高騰も抑えることができるようになるものである。
【0039】請求項2の発明によれば、上記に加えて磁
石を希土類磁石としたので、比較的小型の磁石で十分な
る性能を確保することが可能となるものである。
【0040】請求項3の発明によれば、上記各発明に加
えてロータコアの端面に非磁性体から成る端面部材を取
り付け、この端面部材にはスロット内に進入して磁石を
位置決めするための突起を形成したので、ロータコアの
積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を端面部材の
突起により規定できるようになり、磁石の組み込み位置
不良を防止してモータ特性を確保することが可能とな
る。
【0041】請求項4の発明によれば、請求項1又は請
求項2に加えてロータコアの両端面に非磁性体から成る
端面部材を取り付け、一方の端面部材にはスロット内に
進入して磁石を位置決めするための突起を形成すると共
に、磁石の他方の端面部材側のスロットには当該磁石を
係止するための係止部をロータコアに形成したので、ロ
ータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込み位置を
端面部材の突起とロータコアの係止部により規定でき
る。これにより、磁石の組み込み位置不良を防止してモ
ータ特性を確保することが可能となる。特に、ロータコ
アの係止部の分ロータの重量が増えるので、イナーシャ
が向上する効果もある。また、ロータコアの係止部にて
磁石を係止するので、他方の端面部材は通常のもので済
み、汎用性が増すものである。
【0042】請求項5の発明によれば、請求項1又は請
求項2に加えてロータコアの両端面に非磁性体から成る
端面部材を取り付け、両端面部材にはスロット内に進入
して磁石を位置決めするための突起をそれぞれ形成した
ので、ロータコアの積厚よりも小さくなる磁石の組み込
み位置を両端面部材の突起により規定できる。これによ
り、磁石の組み込み位置不良を防止してモータ特性を確
保することが可能となる。特に、ロータコアを変更する
必要が無くなるので、ロータコアの汎用性が増すもので
ある。
【0043】請求項6の発明によれば、上記各発明の集
中巻式DCモータをインバータによりトルク制御するに
際して、上述の如くモータ電流が低減されることから、
運転範囲が拡大し、トルク制御による効率低下も抑制す
ることができるようになるものである。
【0044】請求項7の発明によれば、上記各発明の集
中巻式DCモータを冷蔵庫や空気調和機用のコンプレッ
サに搭載したので、騒音・振動の少ない高品質・高効率
の冷蔵庫又は空気調和機を提供することができるように
なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の集中巻式ブラシレスDCモー
タの平面図である。
【図2】図1のモータのA−O−A線断面図である。
【図3】図1の円A部分の拡大図である。
【図4】図1のモータの他の実施例の断面図である。
【図5】図4の円A部分の拡大図である。
【図6】従来のモータの断面図である。
【図7】もう一つの従来のモータの断面図である。
【図8】更にもう一つの従来のモータの断面図である。
【符号の説明】
1 モータ 2 ロータ 3 ステータ 4 ステータコア 6 歯部 7 歯部先端部 9 モータコア 9A 係止部 11 スロット 12 永久磁石 13、14 端面部材 13A、14A 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 29/06 H02K 29/06 Z (72)発明者 簗島 俊人 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 五十嵐 恵司郎 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 3H003 AA00 AB00 AC03 CF04 5H002 AA07 AA08 AB08 AC03 AC06 AC08 5H019 AA02 AA06 AA10 CC03 DD01 EE01 5H621 AA02 BB07 GA01 GA04 HH01 5H622 AA02 CA02 CA05 CB01 CB04 DD02 PP03 PP11

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステータコアにコイルが集中巻方式にて
    巻装されるステータと、該ステータ内で回転すると共
    に、ロータコアに形成されたスロット内に磁石を備える
    ロータとから成る集中巻式DCモータにおいて、 前記ロータコアの積厚を前記ステータコアの積厚よりも
    大きくすると共に、前記磁石の長さを前記ステータコア
    の積厚よりも小さくして、当該ステータコアの範囲内に
    配置したことを特徴とする集中巻式DCモータ。
  2. 【請求項2】 前記磁石を希土類磁石としたことを特徴
    とする請求項1の集中巻式DCモータ。
  3. 【請求項3】 前記ロータコアの端面に非磁性体から成
    る端面部材を取り付け、該端面部材には前記スロット内
    に進入して前記磁石を位置決めするための突起を形成し
    たことを特徴とする請求項1又は請求項2の集中巻式D
    Cモータ。
  4. 【請求項4】 前記ロータコアの両端面に非磁性体から
    成る端面部材を取り付け、一方の端面部材には前記スロ
    ット内に進入して前記磁石を位置決めするための突起を
    形成すると共に、前記磁石の他方の端面部材側のスロッ
    トには当該磁石を係止するための係止部を前記ロータコ
    アに形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2の
    集中巻式DCモータ。
  5. 【請求項5】 前記ロータコアの両端面に非磁性体から
    成る端面部材を取り付け、両端面部材には前記スロット
    内に進入して前記磁石を位置決めするための突起をそれ
    ぞれ形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2の
    集中巻式DCモータ。
  6. 【請求項6】 インバータによりトルク制御されること
    を特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4
    又は請求項5の集中巻式DCモータ。
  7. 【請求項7】 請求項1、請求項2、請求項3、請求項
    4、請求項5又は請求項6の集中巻式DCモータを搭載
    した冷蔵庫又は空気調和機用のコンプレッサ。
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