JP2012013030A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機と本体ケーシングの熱膨張係数の違いにより生じやすい隙間の発生や締り嵌め時のシメシロの拡大化を防止し、小型・軽量で効率の良い電動圧縮機を提供する。
【解決手段】電動機５の固定子５ａの端面に固定された環状の固定部材７ａ、７ｂを備え、前記固定部材７ａ、７ｂの外周接触面を前記本体ケーシング１の内周に締結手段により直接固定した構成としてあり、固定部材７ａ、７ｂを介して締結する構造により、前記電動機５の固定子５ａより熱膨張係数の大きな材料である固定部材７ａ、７ｂが本体ケーシング１と電動機５の固定子５ａ間の熱膨張量差を吸収し、また固定部材７ａ、７ｂが弾性変形することにより応力を吸収するため、本体ケーシング１や固定子５ａに発生する内部応力を緩和する。その結果、本体ケーシングが小型で薄肉になり、電動機の効率を劣化させず信頼性にすぐれた電動機の固定子の締結手段となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両空調用空気調和装置等の冷媒圧縮機用に用いられる電動圧縮機に関するものである。

従来、この種の電動圧縮機はアルミニウム製のシェルに鉄製のモータ固定子を直接焼嵌した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、内壁が非真円のシェルに外力を加えて変形させ前記固定子を挿入後、外力を解除してモータ固定子を固定しているものもある（例えば、特許文献２参照）。更には、前記固定子の端面部に固定子およびシェルより熱膨張係数の大きな材料からなる固定部材を径方向に係合すると共に軸方向にはシェルで挟み込んでボルト固定した構造も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

図７は、特許文献３に記載された従来の電動圧縮機を示すものである。図７に示すように、中空状に形成された圧縮機本体１０１と、圧縮機本体１０１に吸入された流体を圧縮する圧縮部（図示せず）と、圧縮部を駆動するモータ１０２と、圧縮機本体１０１及びモータ１０２よりも熱膨張係数の高い材質からなり、周方向所定位置に前記モータ１０２を固定する二つの固定部材１０３を備え、圧縮機本体１０１を１０１ａ、１０２ｂに分割して前記二つの固定部材１０３を軸方向から挟み、ボルト１０４にて固定した構造としている。

特開平９−２８７５８５号公報 特開２００４−３３２６１４号公報 特開２００３−３４３４３８号公報

しかしながら、前記従来の構成の課題として、特許文献１，２に示す例ではモータ固定子自体を焼嵌固定しているため焼嵌や外力変形によって発生する力により、モータ３の積層板が変形してモータの効率が劣化したり、圧縮機本体（シェル）が破損したりすることがあり、シェルの肉厚を小さく出来にくい課題を有していた。また、特許文献３の場合には、固定部材１０３は圧縮機本体１０１を２分割して挟み込み、ボルトにより締結する必要があるため、締結部が突出すると共に、シール材や複数のボルトが必要などの弊害が存在するという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、圧縮機本体（シェル）の外形拡大やシール材の必要が無く、かつモータの効率劣化やシェルの厚肉化を防止し、効率が良く小型・軽量で信頼性の高い電動圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動圧縮機は、流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮部と、前記圧縮部を駆動する電動機と、前記圧縮部と前記電動機を内蔵し、前記電動機の固定子より熱膨張係数が大きな金属材料からなる本体ケーシングと、前記電動機の固定子の端面に固定された環状の固定部材からなり、前記固定部材は前記電動機の固定子より熱膨張係数の大きな材料であって、かつ、前記固定部材の外周接触面を前記本体ケーシングの内周に締結手段により直接固定した構成としたものである。

これによって、電動機や本体ケーシングが高温状態になった場合に、電動機の端面に固定された固定用部材の外周と本体ケーシングの内周の接触面を半径方向に締結したことにより、前述電動機の固定子と本体ケーシングとの構成材料の熱膨張差による隙間発生を押さえ、かつ、固定部材を介して電動機固定子を固定するため電動機固定子への応力緩和も図ることができる。

本発明の電動圧縮機は、電動機の本体ケーシングへの焼嵌等によって発生する応力によって電動機の固定子の積層板が変形して電動機の効率が劣化したり、本体ケーシングが破損したりすることを防止でき、本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことが出来、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

本発明の実施の形態１における電動圧縮機の軸方向断面図 同実施の形態１における固定部材の横平面図 同実施の形態１における固定部材の固定を示す説明図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態２における電動圧縮機の固定部材の固定を示す図で、（ａ）は電動機の挿入時の横平面図、（ｂ）は回転圧入後の横平面図 本発明の実施の形態３における固定部材の横平面図 （ａ）（ｂ）同実施の形態３における固定部材の締結を示す図で、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は横平面図 従来の電動圧縮機のモータ固定を説明する軸方向断面図

第１の発明は、流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮部と、前記圧縮部を駆動する電動機と、前記圧縮部と前記電動機を内蔵し、前記電動機の固定子より熱膨張係数が大きな金属材料からなる本体ケーシングと、前記電動機の固定子の端面に固定された環状の固定部材からなり、前記固定部材は前記電動機の固定子より熱膨張係数の大きな材料であって、かつ、前記固定部材の外周接触面を前記本体ケーシングの内周に締結手段により直接固定した構成としてある。これにより、電動機や本体ケーシングが高温状態になった場合に、電動機の端面に固定された固定部材の外周と本体ケーシングの内周の接触面を半径方向に締結することで前述電動機固定子と本体ケーシングとの構成材料の熱膨張差による隙間発生を押さえると共に、締結時の本体ケーシングと電動機の固定子の応力緩和が可能な構造となり、本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことができ、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の固定部材と電動機の固定子は複数の締結部材により締結され、前記本体ケーシング内周と前記固定部材の外周は隣り合う前記締結部材に挟まれた位置の円周上接触面で、前記本体ケーシングの焼き嵌め、前記固定部材の冷やし嵌め、前記本体ケーシングまたは前記固定部材の外力による弾性変形利用固定のいずれかの締嵌め手段により固定したものであり、締嵌め時の本体ケーシングと電動機の固定子の応力緩和が従来に比べ可能となり、本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことが出来、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

第３の発明は、第１の発明の固定部材および電動機の固定子の外周部に複数の凹部を形成し、前記本体ケーシングの内周部には前記固定部材の外径より大きな外径の凹部を形成
し、前記固定部材の外周部を前記本体ケーシングの内周部に回転圧入することにより固定された電動圧縮機としたものであり、圧入時の電動機の固定子の応力緩和が可能な構造となり効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

第４の発明は、第１の発明の固定部材は前記電動機の固定子より熱膨張係数の大きな金属材料であり、前記固定部材と前記電動機の固定子は複数の締結部材により締結され、前記本体ケーシング内周と前記固定部材の外周は隣り合う前記締結部材に挟まれた位置の円周上接触面で溶接により固定された構成としたものであり、高温状態や高圧時の本体ケーシングと電動機の固定子の応力緩和が可能な構造となって本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことが出来、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

第５の発明は、前記第４の発明の固定部材を前記本体ケーシングと同一金属材料としたものであり、溶接性の優れた構成であり同様な効果が期待できる。

第６の発明は、前記第５の発明の同一金属材料はアルミニウムまたはマグネシウムまたはその両方を主成分とする合金としたものであり、小型・軽量で溶接性の優れた構成となり同様な効果が期待できる。

第７の発明は、第４，５，６発明の固定部材はその電動機の巻き線が近接する箇所に非導電性皮膜が施された構成としたもので、電動機の固定子への巻線性に優れ、絶縁性を有する固定部材とすることが出来、同様な効果が期待できる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の固定部材にはガス通路が形成されている構成としたものであり、電動機の固定子は冷媒ガスによる冷却が促進され、効率がよく信頼性に優れた電動圧縮機とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電動圧縮機の全体構造を示す軸方向断面図である。

図１において、本体ケーシング１は図１中右側を開口した略有底筒状に形成した本体ケーシングで、軽量化のためにアルミニウム等で形成してある。２は本体ケーシング１内に右開口側から組み込んだ圧縮部で、ケーシングカバー１ａにて挟み込み固定されている。圧縮部２はスクロール式の構造であり、固定スクロール３に対し、旋回スクロール４は旋回運動を行い、冷媒ガスを外周から中央部に向け圧縮する。前記旋回スクロール４は電動機５の回転子６に圧入されたシャフトにより駆動される。電動機５の固定子５ａには軸方向両端面に接して固定部材７ａ、７ｂが配置され、複数の締結部材８、例えばボルト等により固定してある。そしてこの固定部材７ａ、７ｂは固定子５ａより熱膨張係数の大きな材料で形成してある。

図２は図１の固定子５ａの本体ケーシング１への固定構造を示す平面図である。一点鎖線で示した固定子５ａ（外周５ｂ）の端面に配置された前記固定部材７（７ｂ）ａは環状であり、４本の締結部材８により固定子５ａと結合されている。前記固定部材７ａ（７ｂ）の外周には固定子５ａを冷却するためのガス通路となるＤカット状凹部７ｃが設けられ、２つの前記締結部材８間に挟まれた位置で、かつ前記本体ケーシング１の内周壁と接する外周接触面７ｄで、後述する締結手段により円周方向に締結固定される構成としている
。

図３は上記締結手段を説明するもので、締結手段としては締り嵌めを用いている。この締り嵌めの１つの例として焼嵌め時の場合の構成を示す。図中１０は誘導加熱機であり、本体ケーシング１を誘導加熱し、挿入治具１１に設置された固定子５ａを本体ケーシング１内の所定の位置に位置決め挿入した状態を示している。この焼嵌めは従来同様本体ケーシングの冷却による収縮により固定が達成されることになるが、固定部材７ａ（７ｂ）には圧入による応力発生が少なく、かつ、本体ケーシング１は固定部材の弾性変形による応力緩和が期待できる。そして、固定子５ａにはまったく力が加わらず、固定子５ａの変形等の恐れはなくなる。また、従来のように二つの本体ケーシングで挟み込むように固定するものではないので、構成の簡素化と小型化が可能になる。

以上のように構成された電動圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動機５の固定子５ａ、回転子６は鉄系珪素鋼板を積層して構成されるのが一般的で、本体ケーシング１は自動車用では軽量等の要求からアルミニウム系合金で構成される。この前提のなかで、熱膨張係数が約２倍異なる材料で構成された固定子５ａを、当該固定子５ａより熱膨張係数の大きな材料からなる固定部材７ａ、７ｂを介して、円周方向で本体ケーシング１と締結したことにより、本体ケーシング１の温度が１５０℃になった場合，更には本体ケーシング１内の圧力が１０ＭＰａになった場合であっても、前記固定部材７ａ、７ｂを介して前述した温度、圧力に打ち勝つ、例えば締り嵌め時のシメシロ確保に対する内部応力を分散させることが可能となり、本体ケーシング１の応力的負担を軽減することが出来る。

なお、締り嵌めとしては上記焼き嵌めのほかに、固定子５ａを冷やす冷やし嵌めや、本体ケーシング１を外力により変形させて固定子５ａを挿入し、外力を解除するいわゆる締り嵌め手段があるが、同様な効果が得られる。

（実施の形態２）
図４（ａ）（ｂ）は締結手段の他の例を示し、固定子５ａの回転圧入を実現するための構造である。この図のなかで本体ケーシング１の内壁には、前述した固定部材７ａ、７ｂのガス通路となるＤカット状凹部７ｃを除いた外周部より大きな半径の凹部１ｂが設けられているが、その他の内周の直径は前記固定部材７ａ、７ｂの外周直径より、圧入シロ分小さく設定されている。図４（ａ）は本体ケーシング１に固定部材７ａ（７Ｂ）を固定した固定子５ａが接触しない状態に角度位置決め挿入された状態を示している。そして図４ｂは本体ケーシング１を約９０度回転させ、前記固定部材７ａ（７Ｂ）の円周部が本体ケーシング１の内壁の円周部分に回転圧入された状態を示している。

この締結手段では前述したと同様に固定部材７ａ（７Ｂ）には圧入による応力発生が少なく、本体ケーシング１は固定部材の弾性変形による応力緩和が期待できる。また、少ない回転角で圧入することができると共に、焼き嵌め時のように加熱、冷却をする必要がない。

以上のように、本実施の形態においては前記本体ケーシング１の内周と前記固定部材７ａ（７ｂ）の外周の接触面とが半径方向に固定された電動圧縮機としたことにより、電動機や本体ケーシングが高温状態になった場合に、電動機の端面に固定された固定部材７ａ（７ｂ）の外周と本体ケーシング１の内周の接触面を半径方向に締結することで前述電動機と本体ケーシングの構成材料の熱膨張差による隙間発生を抑制すると共に、締結時の本体ケーシングと電動機の固定子の応力緩和が可能となり本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことができる。

また、本体ケーシング内周と前記固定部材７ａ（７ｂ）の外周は隣り合う締結部材８に挟まれた位置の円周上接触面で、前記本体ケーシング１の焼き嵌め、前記固定部材の冷やし嵌、前記本体ケーシングまたは前記固定部材の外力による弾性変形利用のいずれかの締嵌め手段により固定したことにより、締嵌め時の本体ケーシング１と電動機の固定子５ａの応力緩和が可能となり本体ケーシング１の外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことができ、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

また、固定部材７ａ（７ｂ）の外周部に複数の凹部７ｃを形成する一方、前記本体ケーシングの内周部には前記固定部材７ａ（７ｂ）の外径より大きな内径の凹部１ｂを形成し、前記固定部材７ａ（７ｂ）の外周部を前記本体ケーシング１の内周部に回転圧入により固定したことにより、圧入時の電動機の固定子５ａの応力緩和が可能となり、効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機とすることができる。

（実施の形態３）
図５は本発明の第２の実施の形態の電動圧縮機を示し、電動機５の固定子５ａと固定部材７ａ（７ｂ）および本体ケーシング１との連結関係示す。

前記固定部材７は金属材料で構成され、内周部９は固定子５ａに線を巻く際、巻き線が固定子５ａの角部に当たり、皮膜が破損しないように保護する形状に形成されている。また、巻き線が接触する内周部９には非導電性皮膜９ａが形成されている。そして、この実施の形態では、固定部材７の材料を本体ケーシング１と同じとし、溶接しやすい材料としている。具体的にはアルミニウムまたはマグネシウムを主成分とする合金である。上記以外は実施の形態１と同様な構成である。

次に図６を用いて固定部材７ａ（７ｂ）の固定について説明する。図６において、固定子５ａは治具１０に設置され、本体ケーシング１内に位置決めされている。１２はレーザー溶接機のビームを表す摸式図であり、本体ケーシング１と固定部材７ａ（７ｂ）の外周接触面７ｄに溶接部１３を設けてレーザー光線の焦点を合わせて照射し、両部材のごく一部の近接部はビームにより加熱溶融され、溶接される。溶接部１３は前記固定部材７ａ（７ｂ）の外周部で二つの前記締結部材８の中間に設定している。
この実施の形態でも前述したと同様に固定子５ａには溶接による応力発生が少なく、本体ケーシング１は固定部材７ａ（７ｂ）の弾性変形による応力緩和が期待できる。よって、本体ケーシングの外径や肉厚を大きくすること無く、電動機と本体ケーシングの固定・締結を行うことが出来、小型・軽量で効率が良く、かつ信頼性の高い電動圧縮機にすることができる。

また、前記固定部材は前記本体ケーシングと同一金属材料としてあるから、溶接性に優れるし、同一金属材料としてはアルミニウムまたはマグネシウムまたはその両方を主成分とした合金であるから、より小型・軽量で溶接性の優れたものとすることができる。

更に、前記金属の固定部材７ａ（７ｂ）において電動機の巻き線が近接する箇所には非導電性皮膜を形成しているので、電動機の固定子５ａへの巻線性に優れ、かつ、絶縁性を有する固定部材７ａ（７ｂ）とすることが出来、いわゆるインシュレータ機能を併せ持つ固定部材となって合理的な構成とすることができる。

また固定部材７ａ（７ｂ）にはガス通路となる凹部７ｃが形成されているから、電動機の固定子５ａは冷媒ガスによる冷却が促進され、効率がよく信頼性に優れた電動圧縮機とすることができる。

以上のように、本発明にかかる電動圧縮機は、小型・軽量で効率が良く、信頼性に優れた電動機の本体ケーシングへの固定方法が実現できるため、自動車の空気調和機用電動圧縮機のみならず、小型・軽量が求められるルームエアコンや給湯器用などの家電分野等の用途にも適用できる。

１ 本体ケーシング
１ｂ 本体ケーシング凹部
２ 圧縮部
５ 電動機
５ａ 固定子
６ 回転子
７、７ａ、７ｂ 固定部材
７ｃ ガス通路（Ｄカット状凹部）
７ｄ 外周接触面
８ 締結部材
９ａ 非導電性皮膜
１３ 溶接部

Claims (8)

1. 流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮部と、前記圧縮部を駆動する電動機と、前記圧縮部と前記電動機を内蔵し、前記電動機の固定子より熱膨張係数が大きな金属材料からなる本体ケーシングと、前記電動機の固定子の端面に固定された環状の固定部材からなり、前記固定部材は前記電動機の固定子より熱膨張係数の大きな材料であって、かつ、前記固定部材の外周接触面を前記本体ケーシングの内周に締結手段により直接固定した電動圧縮機。
2. 前記固定部材と前記電動機の固定子は複数の締結部材により締結され、前記本体ケーシング内周と前記固定部材の外周は隣り合う前記締結部材に挟まれた位置の円周上接触面で、前記本体ケーシングの焼き嵌、前記固定部材の冷やし嵌、前記本体ケーシングまたは前記固定部材の外力による弾性変形利用のいずれかの締嵌め手段により固定された請求項１記載の電動圧縮機。
3. 前記固定部材および前記電動機の固定子の外周部には複数の凹部が形成され、前記本体ケーシングの内周部には前記固定部材の外径より大きな外径の凹部が形成され、前記固定部材の外周部が前記本体ケーシングの内周部に回転圧入により固定された請求項１記載の電動圧縮機。
4. 前記固定部材と前記電動機の固定子は複数の締結部材により締結され、前記本体ケーシング内周と前記固定部材の外周は隣り合う前記締結部材に挟まれた位置の円周上接触面で溶接により固定された請求項１記載の電動圧縮機。
5. 前記固定部材は前記本体ケーシングと同一金属材料である請求項４記載の電動圧縮機。
6. 前記同一金属材料はアルミニウムまたはマグネシウムまたはその両方を主成分とする合金である請求項５記載の電動圧縮機。
7. 前記金属の固定部材は固定子の巻き線が近接する箇所に非導電性皮膜が施されている請求項４〜６のいずれか１項記載の電動圧縮機。
8. 前記固定部材は環状に形成され、かつ、ガス通路が形成されている請求項１〜７のいずれか１項記載の電動圧縮機。