JP2004201428A

JP2004201428A - 電動機

Info

Publication number: JP2004201428A
Application number: JP2002367965A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hiwaki; 英治檜脇; Toshiyuki Tamamura; 俊幸玉村; Haruhiko Sumi; 治彦角; Hiroshi Ito; 浩伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Also published as: US6836051B2; CN100353643C; US20040119367A1; CN1508938A

Abstract

【課題】焼きばめ圧入による電動機の鉄損増加を抑制して高効率化を図り、さらに振動、騒音を低減した電動機を提供することを目的とする。
【解決手段】集中巻ブラシレスモータのスロット１２の外周側に位置するヨーク１６の外周に切欠き部１８を設けることで、固定子鉄心１１の外周が切欠き部１８においてハウジング３１と接触しないようにする。さらに、ティース１２の外周側に位置するヨーク１６に、軸方向に貫通する貫通穴１７を設け、この貫通穴１７の外周側に位置する固定子鉄心１１の外周を、ハウジング３１と密接させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高効率で、かつ低振動、低騒音を可能とする集中巻電動機、及びこれを搭載した高効率で、かつ低騒音、低振動な機器、例えば、密閉型圧縮機、冷凍機器（冷蔵庫、冷凍庫、製氷機、ショーケース、自販機）、空気調和機（エアーコンディショナー、除湿機）若しくは電子回路冷却システム又はカーアクチュエータ及びこれを搭載した自動車等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にエアーコンディショナーや冷蔵庫の圧縮機等に使用される集中巻電動機は、図８に示すように固定子４０と回転子５０から構成されている。
【０００３】
固定子４０は、固定子鉄心４１に設けられたティース４２と、スロット４３を有する。ティース４２には、固定子鉄心４１との間に絶縁物（絶縁フィルム、インシュレータ等：図示せず）を介して直接３相巻線４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗが施されている。
【０００４】
また、固定子鉄心４１は、回転子５０の外周に面し、ティース４２の先端に、通常幅広に設置されたティース先端幅広部４５と、各ティース間を連結する略環状のヨーク４６及び、固定子鉄心４１の外周には、貫通穴４７を有する。
【０００５】
貫通穴４７は、固定子４０が密閉型圧縮機の圧縮機ハウジング６１に焼きばめ圧入された時、ハウジング６１と固定子鉄心４１との間に形成されるもので、冷媒の通路となる（例えば、特開２００１−７８３７５号公報参照）。
【０００６】
または、固定子鉄心外周部に貫通孔を設ける場合もある（特開昭６２−１４７９２４号公報参照）。
【０００７】
巻線は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相であり、インバータで印可電圧を制御することで、正弦波駆動や矩形波駆動を行う。
【０００８】
また、回転子５０は、固定子４０の内側に、固定子４０と同心円状に、回転自在に保持されており、図８における回転子鉄心５１は、永久磁石５２が埋設されている埋め込み磁石型回転子を示している。
【０００９】
回転子鉄心５１の両端には端版（図示せず）が取り付き、回転子鉄心５１に設けられた間通孔にリベット（図示せず）を通し、かしめることで固定されている。また、軸孔５３には軸が入る。
【００１０】
回転子５０は固定子４０に施された巻線４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗに流れる電流による回転磁界によって、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合わせた回転力によって、シャフトを中心にして回転する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７８３７５号公報（図２）
【特許文献２】
特開昭６２−１４７９２４号公報（図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の集中巻電動機においては、その構造上ティース４２に磁束が集中して流れることから、固定子４０を変形しようとするラジアル力（半径方向の力）が大きくなる傾向にあった。
【００１３】
また、特に矩形波電圧あるいは矩形波電流によって駆動される電動機においては、ティース４２に施された３相巻線のうち常に２相のみに電流が流れるため、１極対当たり２本のティース４２に磁束が集中することでラジアル力が偏り、分布巻と比較して楕円振動が誘起され易くなって、より電動機の振動、騒音が増大していた。
【００１４】
また、従来は、図８に示したように、ティース４２の外周側に位置するヨーク４６に切欠き（図８では貫通穴４７）を設けてハウジング６１と接触しないようにし、ティース４２に集中するラジアル力による振動が、直接ハウジング６１に伝わらない構造とすることで、電動機の振動を抑制していた。しかし、この場合においても、互いに隣り合うティース４２の振動が、ヨーク４６を振動させ、電動機の騒音が増大することを防ぐことはできなかった。
【００１５】
さらに、固定子４０をハウジング６１に焼きばめ圧入した場合、ヨーク４６にハウジング６１からの応力が加わるために、鉄損が増加する問題があった。しかし、電動機の信頼性を確保するためには、固定子鉄心４１とハウジング６１との保持力を保たなければならないため、ヨーク４６とハウジング６１を密接させることが必要であった。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、固定子からハウジングに伝わる振動を抑制することで、振動及び騒音を低減する電動機、及びこれを搭載した高効率で、かつ低振動、低騒音な機器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、スロットの外周側に位置するヨークの外周に切欠き部を設けることで、前記切欠き部が前記ハウジングと接触せず、またティースの外周側に位置するヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接しているもので、高効率で、かつ低振動、低騒音の電動機を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の電動機は、環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記ティースの外周側に位置する前記ヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接しているもので、前記ティースに加わるラジアル力を、前記貫通穴によって分散させてハウジングへの伝達を抑制させることができるうえに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることで、固定子鉄心とハウジングとの保持力を十分に保つことができるため、信頼性が高く、振動、騒音が低い電動機を得ることができる。
【００１９】
また請求項２に記載の電動機は、環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を設けることで、前記固定子鉄心の外周が前記切欠き部において前記ハウジングと接触しないもので、前記切欠き部から前記ハウジングに振動が伝わることがなく、さらに前記ヨークに応力が加わらないことで鉄損が低下し、電動機の振動、騒音を低減させたうえに高効率化を図ることができる。
【００２０】
さらに請求項３に記載の電動機は、環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を複数個設け、少なくとも前記スロットの周方向に対する略中央部の外周側延長線上においては、前記固定子鉄心が前記ハウジングと接触しないもので、前記切欠きを複数個とすることによって、電動機の振動モードを変化させることができ、前記切欠きの略中央部がハウジングと接触しないことで、互いに隣り合うティースが互いに引き合う、あるいは反発し合う方向に振動した場合でも、最も振動が大きくなる場所がハウジングに接触しないうえに、ヨークに加わる応力を低減できるので、電動機の振動、騒音を低減させたうえに高効率化を図ることができる。
【００２１】
請求項４に記載の電動機は、環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を設けることで、前記固定子鉄心の外周が前記切欠き部において前記ハウジングと接触しないうえに、前記ティースの外周側に位置する前記ヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接しているもので、前記ティースに加わるラジアル力を、前記貫通穴によって分散させてハウジングへの伝達を抑制させることができ、さらに前記切欠き部から前記ハウジングに振動が伝わらないため、電動機の振動、騒音を低減させることができるうえに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることで、固定子鉄心とハウジングとの保持力を十分に保つことができ、さらに前記ヨークに応力が加わらないことで鉄損が低下し、高効率で、低振動、低騒音かつ信頼性の高い電動機を得ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の電動機は、スロットの外周側に位置するヨークの外周に設けた切欠き部において、前記切欠き部をハウジングと略同心円となるよう略円弧状に設けたことを特徴とした請求項２から請求項４に記載の電動機であって、切欠き部の形状を、固定子鉄心からハウジングに振動が伝わらないための最小限の寸法とすることができることから、スロットの面積を大きくすることができ、、電動機の効率が向上する。
【００２３】
請求項６に記載の電動機は、ティースの本数をＮとしたとき、ティースの外周側に位置する固定子鉄心の外周部Ｎ箇所のうち、少なくともＮ／２個所以上がハウジングと密接していることを特徴とした請求項１から請求項５に記載の電動機であって、ハウジングと密接する部分を変化させることで、固定子鉄心からハウジングに伝達される振動モードを変化させることができ、振動、騒音を低減できる。
【００２４】
本願請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機を搭載したことを特徴とする機器であり、機器の低振動、低騒音を図ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００２６】
（実施例１）
図１に示したように、エアコンや冷蔵庫の圧縮機等に使用される集中巻の電動機は、固定子１０と回転子２０からなり、固定子１０は、固定子鉄心１１に設けられたティース１２とスロット１３を有する。ティース１２には、固定子鉄心１１との間に絶縁物（絶縁フィルム、インシュレータ等：図示せず）を介して直接３相巻線１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗを施す。
【００２７】
また、固定子鉄心１１は、回転子２０外周に面し、ティース１２の先端に、通常幅広に配置されたティース先端幅広部１５と、各ティース間を連結する略環状のヨーク１６、及び固定子鉄心１１の外周には、貫通穴１７を有する。
【００２８】
貫通穴１７は、固定子１０が圧縮機のハウジング３１に焼きばめ圧入された時、ハウジング３１と固定子鉄心１１との間に貫通孔１７を有することになり、冷媒の通路となる。
【００２９】
スロット１３の外周側に位置するヨーク１６の外周には、切欠き部１８が設けられている。切欠き部１８によってヨーク１６の径方向幅が小さくなれば、鉄損が増加する、あるいはヨーク１６の幅が変わらない場合は、スロット１３の面積が従来よりも小さくなり銅損が増加するために電動機の効率が低下するので、切欠き部１８の形状を円弧状とし、固定子鉄心１１からハウジング３１に振動が伝達されない最小限の形状とすることが良い。このことで、ヨーク１６に加わる応力による鉄損を低下させることができるうえに、スロット１３の面積を十分大きくできるために銅損が低下することはなく、電動機の効率が向上する。望ましくは、切欠き部１８の径方向寸法が１ｍｍ以下であることが良い。
【００３０】
図２は、切欠き部１８を複数個設けたもので、図２の形状においても、ヨーク１６に加わる応力を低減できるうえに、ハウジング３１に伝達される振動も抑制できる。この場合、スロット１３の周方向略中央部の延長線上に、切欠き部１８を設けることが望ましい。
【００３１】
図３は、ティース１２の外周側に位置する部分に貫通穴１７を設け、固定子鉄心１１のうち、貫通穴１７の外周側に位置する部分がハウジング３１と密接しているものである。図３において、貫通穴１７をティース１２の方向に大きく広げると、鉄損が増加し、電動機の効率が低下するため、ティース１２の根元部の幅が十分に取れるように貫通穴１７の位置及び大きさを決めることが望ましい。
【００３２】
図４は、図１に示した切欠き１８と、図３に示した貫通穴１７を組み合わせたものである。この形状とすることで、電動機の効率を向上したうえで、大きく低振動、低騒音化を図れる。また、図２に示した、複数個の切欠き１８を設けることも可能である。
【００３３】
図５は、ティース１２の本数が６で、ティース１２の外周側に位置する固定子鉄心１１の外周部６箇所のうち、４箇所（Ｎ／２＝３個所以上）がハウジング３１と密接しているものである。固定子鉄心１１とハウジング３１が密接する部分変更することで振動の伝達の仕方が変わるため、電動機の使用環境に合わせて密接する個所を選択することができる。
【００３４】
（実施例２）
図６は本発明の電動機を搭載した密閉型圧縮機を示している。図６において、密閉型圧縮機３０は、圧縮機内部を外部に対して密閉状態とするためのハウジング３１と圧縮を行うメカ部３２と固定子１０及び回転子２０から構成されている。固定子１０は圧縮機ハウジング３１に対して焼きばめあるいは圧入によって固定されており、回転子２０は、メカ部３２から伸びている軸３３に対して焼きばめあるいは圧入によって固定されている。
【００３５】
使用される冷媒の種類には関わらず、機器の高効率、低振動、低騒音化を実現することが可能だが、対環境について考慮すれば、ＨＦＣや自然冷媒（ＣＯ₂、アンモニアなど）などが好適である。
【００３６】
また、カーアクチュエータに用いた場合も同様に、機器の高効率、低振動、低騒音化を実現することが可能であり、このカーアクチュエータを自動車に用いることで、自動車の高効率、低振動、低騒音化を実現できる。
【００３７】
さらに、図７は前記密閉型圧縮機を具備する冷凍サイクルを示すものであり、密閉型圧縮機、凝縮器及び蒸発器から構成されており、各種機器に搭載される。冷凍機器（冷蔵庫、冷凍庫、製氷機、ショーケース、自販機）、空気調和機（エアーコンディショナー、除湿機）若しくは電子回路冷却システム等に搭載されている。
【００３８】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、ティースの外周側に位置するヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する固定子鉄心の外周が、ハウジングと密接していることで、前記ティースに加わるラジアル力を前記貫通穴によって分散させてハウジングへの伝達を抑制させることができ、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることで、固定子鉄心とハウジングとの保持力を十分に保つことができるため、信頼性が高く、振動、騒音が低い電動機が得られる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、スロットの外周側に位置するヨークの外周に切欠き部を設け、前記切欠き部においてハウジングと接触しないため、前記切欠き部から前記ハウジングに振動が伝わることがなく、さらに前記ヨークに応力が加わらないことで鉄損が低下し、電動機の振動、騒音を低減させたうえに高効率化を図ることができる。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、スロットの外周側に位置するヨークの外周に切欠き部を複数個設け、少なくとも前記スロットの周方向に対する略中央部の外周側延長線上においては、固定子鉄心がハウジングと接触しないことにより、電動機の振動モードを変化させることができ、ヨークからハウジングに伝達する振動を抑制でき、ヨークに加わる応力を低減できるので、電動機の振動、騒音を低減させたうえに高効率化を図ることができる。
【００４１】
請求項４に記載の発明によれば、スロットの外周側に位置するヨークの外周に切欠き部を設けることで、固定子鉄心の外周が前記切欠き部においてハウジングと接触しないうえに、ティースの外周側に位置するヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることにより、前記ティースに加わるラジアル力を、前記貫通穴によって分散させてハウジングへの伝達を抑制させることができ、さらに前記切欠き部から前記ハウジングに振動が伝わらないため、電動機の振動、騒音を低減させることができるうえに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることで、固定子鉄心とハウジングとの保持力を十分に保つことができ、さらに前記ヨークに応力が加わらないことで鉄損が低下し、高効率で、低振動、低騒音かつ信頼性の高い電動機を得ることができる。
【００４２】
請求項５に記載の発明によれば、スロットの外周側に位置するヨークの外周に設けた切欠き部において、前記切欠き部をハウジングと略同心円となるよう略円弧状に設けることにより、切欠き部の形状を、固定子鉄心からハウジングに振動が伝わらないための最小限の寸法とすることができることから、スロットの面積を大きくすることができ、電動機の効率が向上する。
【００４３】
また、前記特有の効果を有する本発明による電動機を密閉型圧縮機、冷凍機器、空気調和機若しくは電子回路冷却システム又はカーアクチュエータ及びこれを搭載した自動車等に搭載することで、これら機器の高効率、低振動、低騒音化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヨークに切欠きを設けた電動機の断面図
【図２】本発明の実施例１におけるヨークに複数個の切欠きを設けた電動機の断面図
【図３】本発明の実施例１におけるティース根元のヨークに貫通穴を設け、その外周がハウジングに密接した電動機の断面図
【図４】本発明の実施例１におけるティース根元のヨークに貫通穴を設け、スロット外周側のヨークに切欠きを設けた電動機の断面図
【図５】本発明の実施例１における貫通穴外周側の固定子鉄心の一部がハウジングを密接しない電動機の断面図
【図６】本発明の電動機を搭載した密閉型圧縮機を示す図
【図７】本発明の密閉型圧縮機を具備した冷凍サイクルを示す図
【図８】従来の集中巻電動機の断面図
【符号の説明】
１０固定子
１１固定子鉄心
１２ティース
１３スロット
１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ巻線
１５ティース先端幅広部
１６ヨーク
１７貫通穴
１８切欠き部
２０回転子
２１回転子鉄心
２２永久磁石
２３軸
３１ハウジング

Claims

環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記ティースの外周側に位置する前記ヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることを特徴とした電動機。
環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を設けることで、前記固定子鉄心の外周が前記切欠き部において前記ハウジングと接触しないことを特徴とした電動機。
環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を複数個設け、少なくとも前記スロットの周方向に対する略中央部の外周側延長線上においては、前記固定子鉄心が前記ハウジングと接触しないことを特徴とした電動機。
環状のヨークと前記ヨークの内周部に配置された複数のティースとを有し、複数の前記ティース間にスロットが設けられた固定子鉄心の前記ティースに３相集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心内部あるいは表面に永久磁石を設けてなる回転子により構成され、前記固定子鉄心の外周の一部が密接してハウジングに保持されているブラシレスモータにおいて、前記スロットの外周側に位置する前記ヨークの外周に切欠き部を設けることで、前記固定子鉄心の外周が前記切欠き部において前記ハウジングと接触しないうえに、前記ティースの外周側に位置する前記ヨークに、軸方向に貫通する貫通穴を設けるとともに、前記貫通穴の外周側に位置する前記固定子鉄心の外周が、前記ハウジングと密接していることを特徴とした電動機。
スロットの外周側に位置するヨークの外周に設けた切欠き部において、前記切欠き部をハウジングと略同心円となるよう略円弧状に設けたことを特徴とした請求項２から請求項４に記載の電動機。
ティースの本数をＮとしたとき、ティースの外周側に位置する固定子鉄心の外周部Ｎ箇所のうち、少なくともＮ／２個所以上がハウジングと密接していることを特徴とした請求項１から請求項５に記載の電動機。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機を搭載したことを特徴とした機器。