JP2006136088A - 電動モータ及び電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】弱め界磁制御を用いることなく高回転領域（高トルク出力運転が可能な高回転領域）を広げられる新規なアウターロータ型の電動モータ及び電動圧縮機を提供する。
【解決手段】ロータ３７は、円環状のロータコア３８と、ロータコア３８の内周側に凹設されたガイド孔３８１内に収容された永久磁石３９と、ガイド孔３８１の底部３８２と永久磁石３９との間に介在されたゴム製の弾性体４０Ａ，４０Ｂとを備えている。ロータ３７が回転していないときには、永久磁石３９は、弾性体４０Ａ，４０Ｂによって所定の予荷重を付与されてステータ３６に最接近した位置に規制されている。ロータ３７の回転に伴う遠心力が弾性体４０Ａ，４０Ｂによる予荷重を上回ると、永久磁石３９がロータ３７の半径方向の内側から外側へ移動する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動モータ及び電動圧縮機に関する。

電動モータの運転可能条件は、誘起電圧と電動モータにおける電圧降下（コイルに電流が流れることによる低下）との和がインバータから電動モータに出力される出力可能電圧以下となることである。電動モータでは、ロータに設けられている永久磁石が発生する磁束と、電動モータの回転角速度とによって誘起起電力（誘起電圧）が決定される。つまり、電動モータの回転角速度が上昇すると、電動モータの誘起電圧が比例して上昇する。誘起電圧が支配的になると、電動モータに流せる電流が少なくなる。電動モータにおけるトルクは電流に比例するため、誘起電圧が支配的になる高回転領域では、高トルク出力運転が困難であった。

これを解消するため、弱め界磁制御によって高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げる手段を用いた電動モータもある。しかし、弱め界磁制御では、回転角速度に比例して上昇する誘起起電力に応じて弱め界磁制御用電流を上昇させる必要があるため、高回転領域において電動モータの効率が低下してしまう。

特許文献１に開示のインナーロータ型の電動モータでは、弱め界磁制御を用いないで高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げる手段が開示されている。この電動モータでは、ロータの主磁石Ｎ，Ｓ間にサブ磁石が配設されており、サブ磁石が遠心力によって径方向に移動可能となっている。
特開平７−２８８９４０号公報

特許文献１に開示のインナーロータ型の電動モータでは、高回転領域における電動モータの効率低下という問題を回避することができる。
本発明は、弱め界磁制御を用いることなく高回転領域（高トルク出力運転が可能な高回転領域）を広げられる新規なアウターロータ型の電動モータ及び電動圧縮機を提供することを目的とする。

請求項１の本発明は、複数の永久磁石を備えたロータがステータの周囲を回転する電動モータを対象とし、前記複数の永久磁石は、前記ロータの半径方向へ移動可能に設けられており、前記半径方向の内側から外側への前記複数の永久磁石の移動は、前記ロータの回転に伴う遠心力によって行われることを特徴とする。

電動モータが高回転になると、全ての永久磁石が低回転状態のときよりもステータから半径方向へ遠くに離れ、高回転状態のときの誘起起電力の大きさが抑制される。つまり、高回転領域における電動モータの効率低下を回避しつつ、高回転領域を広げることができる。

好適な例では、前記永久磁石を前記半径方向の外側から内側へ付勢する予荷重付与手段が設けられており、前記永久磁石は、前記予荷重付与手段によって予荷重を付与されている。

永久磁石に作用する遠心力が予荷重を上回ると、永久磁石が半径方向の内側から外側へ移動する。
好適な例では、前記予荷重付与手段は、弾性力によって前記永久磁石を前記半径方向の外側から内側へ付勢する弾性付勢手段である。

弾性付勢手段は、予荷重を適正に設定する上で好適な手段である。
好適な例では、前記永久磁石は、前記ロータを構成する環状のロータコアの内周側に凹設されたガイド孔に収容されており、前記ガイド孔は、前記永久磁石を前記半径方向へスライド可能に案内し、前記弾性付勢手段は、前記永久磁石と前記ガイド孔の底部との間に介在されている。

永久磁石とガイド孔の底部との間に弾性付勢手段を介在した構成は、永久磁石に予荷重を付与する上で簡便な構成である。
請求項５の発明は、電動モータによって駆動される回転軸の回転に基づく圧縮動作体の圧縮動作によって圧縮室内のガスを圧縮して吐出する電動圧縮機を対象とし、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動モータを用いたことを特徴とする。

圧縮機が高回転領域にあって負荷トルクが大きい場合、本発明の電動モータは、圧縮機の駆動源として好適である。

本発明は、弱め界磁制御を用いることなく高回転領域（高トルク出力運転が可能な高回転領域）を広げられる新規なアウターロータ型の電動モータ及び電動圧縮機を提供できるという優れた効果を奏する。

以下、可変容量型圧縮機に本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、可変容量型圧縮機１０の制御圧室１２１を形成するフロントハウジング１２とシリンダブロック１１とには回転軸１８が回転可能に支持されている。回転軸１８には回転支持体１９が止着されていると共に、斜板２０が回転軸１８の軸方向へスライド可能かつ傾動可能に支持されている。斜板２０に止着されたガイドピン２１は、回転支持体１９に形成されたガイド孔１９１にスライド可能に嵌入されている。斜板２０は、ガイド孔１９１とガイドピン２１とのスライドガイド関係、及び回転軸１８のスライド支持作用により案内される。そして、斜板２０は、回転軸１８と一体的に回転する。

斜板２０の最大傾角は、回転支持体１９と斜板２０との当接によって規制され、斜板２０の最小傾角は、斜板２０と回転軸１８上のサークリップ３３との当接によって規制される。図１に実線で示す斜板２０の位置は、斜板傾角が最大となる位置であり、鎖線で示す斜板２０の位置は、最小傾角となる位置である。

回転軸１８と一体的に回転する斜板２０の回転運動は、シュー３４を介してシリンダボア１１１内のピストン２２の往復運動に変換され、ピストン２２がシリンダボア１１１内を往復動する。ピストン２２は、シリンダボア１１１内に圧縮室１１２を区画する。

リヤハウジング１３内には吸入室１３１及び吐出室１３２が形成されている。吸入室１３１内の冷媒は、ピストン２２の復動動作（図１において右側から左側への移動）により吸入ポート１４から吸入弁１５を押し退けて圧縮室１１２内へ吸入される。圧縮室１１２内の冷媒は、ピストン２２の往動動作（図１において左側から右側への移動という圧縮動作）により吐出ポート１６から吐出弁１７を押し退けて吐出室１３２へ吐出される。ピストン２２は、圧縮室１１２内の冷媒（ガス）を圧縮して吐出する圧縮動作体である。

吸入室１３１へ冷媒を導入する吸入通路２３と、吐出室１３２から冷媒を排出する吐出通路２４とは、外部冷媒回路２５によって接続されている。外部冷媒回路２５上には外部、冷媒から熱を奪うための熱交換器２６、膨張弁２７、及び周囲の熱を冷媒に移すための熱交換器２８が介在されている。

吐出通路２４には吐出開閉弁２９が介在されている。吐出開閉弁２９の筒形状の弁体２９１は、弁孔２４１を閉じる方向へ圧縮バネ２９２によって付勢されている。弁体２９１が図１に示す位置にあるときには、吐出室１３２内の冷媒は、弁孔２４１、迂回路２４２、通口２９３及び弁体２９１の筒内を経由して外部冷媒回路２５へ流出する。弁体２９１が弁孔２４１を閉じているときには、吐出室１３２内の冷媒が外部冷媒回路２５へ流出することはない。

吐出室１３２内の冷媒は、供給通路３０を介して制御圧室１２１へ送られる。制御圧室１２１内の冷媒は、排出通路３１を介して吸入室１３１へ排出される。供給通路３０上に介在された電磁式の容量制御弁３２は、供給される電流の値に応じた吸入圧をもたらす制御を行なう。

容量制御弁３２に対する供給電流値が高められると、容量制御弁３２における弁開度が減少し、吐出室１３２から制御圧室１２１への冷媒供給量が減る。制御圧室１２１内の冷媒は、排出通路３１を介して吸入室１３１へ流出しているため、冷媒供給量が減ると制御圧室１２１内の圧力が下がり、斜板２０の傾角が増大して吐出容量が増える。容量制御弁３２に対する供給電流値が下げられると、容量制御弁３２における弁開度が増大し、吐出室１３２から制御圧室１２１への冷媒供給量が増える。従って、制御圧室１２１内の圧力が上がり、斜板２０の傾角が減少して吐出容量が減る。

容量制御弁３２に対する電流供給値が零になると容量制御弁３２における弁開度が最大となり、斜板２０の傾角が最小となる。圧縮バネ２９２のバネ力は、斜板傾角が最小のときの吐出通路２４における吐出開閉弁２９の上流側の圧力が吐出開閉弁２９の下流側の圧力と圧縮バネ２９２のばね力との和を下回るように設定してある。従って、斜板２０の傾角が最小になったときには、弁体２９１が弁孔２４１を閉じ、外部冷媒回路２５における冷媒循環が停止する。この冷媒循環停止状態は、熱負荷低減作用の停止状態である。

回転軸１８は、フロントハウジング１２の筒部１２２を通って外部に突出しており、回転軸１８の突出端部にはハブ３５が止着されている。フロントハウジング１２にはプーリ４１がラジアルベアリング４７を介して回転可能に支持されており、外部駆動源としての車両エンジンＥ側の駆動プーリ（図示略）とプーリ４１とにはベルト４２が掛けられている。ハブ３５のフランジ３５１とプーリ４１との間にはワンウェイクラッチ４３が介在されている。車両エンジンＥの回転力は、ベルト４２、プーリ４１、ワンウェイクラッチ４３及びハブ３５を介して回転軸１８へ伝わり、回転軸１８及び斜板２０が一体的に回転される。

ハブ３５のフランジ３５１と筒部１２２との間には電動モータＭが設けられている。筒部１２２にはステータ３６が設けられており、フランジ３５１にはロータ３７が設けられている。ステータ３６は、複数のステータコア３６１と、各ステータコア３６１に巻き付けられたコイル３６２とからなる。ロータ３７は、コイル３６２への通電によって回転し、ハブ３５、回転軸１８及び斜板２０は、ロータ３７と一体的に回転する。圧縮機の回転数（回転軸１８の回転数）は、電動モータＭの回転数に一致する。

コイル３６２への通電は、車両エンジンＥが停止しているときに行われる。ステータ３６及びロータ３７から構成される電動モータＭの回転力（ロータ３７の回転力）は、ワンウェイクラッチ４３の存在によって、車両エンジンＥ側へ伝達されることはない。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、ロータ３７は、円環状のロータコア３８と、ロータコア３８の内周側に凹設されたガイド孔３８１内に収容された永久磁石３９と、ガイド孔３８１の底部３８２と永久磁石３９との間に介在されたゴム製の弾性体４０Ａ，４０Ｂとを備えている。弾性体４０Ａ，４０Ｂは、ガイド孔３８１の底部３８２又は永久磁石３９に止着されている。永久磁石３９及び弾性体４０Ａ，４０Ｂを収容するガイド孔３８１は、円環状のロータコア３８の周方向に等間隔に複数設けられている。つまり、ロータコア３８には複数の永久磁石３９がロータコア３８の周方向に等間隔に設けられている。但し、ロータコア３８の周方向に隣り合う永久磁石３９同士は、ステータ３６に対向する側の磁極が異なるようにしてある。

ガイド孔３８１の開口側には係止部３８３が形成されている。係止部３８３は、永久磁石３９がガイド孔３８１から脱落するのを防止すると共に、ステータ３６の周面に対する永久磁石３９の最接近位置を規定する。

図２（ａ）は、電動モータＭが回転していないときの状態を示す。この状態では、弾性体４０Ａ，４０Ｂが弾性変形しており、弾性変形に伴う弾性力が永久磁石３９を係止部３８３に押接している。つまり、全ての永久磁石３９は、弾性体４０Ａ，４０Ｂによって所定の予荷重を付与されて前記最接近位置に規制されている。

図２（ｂ）は、電動モータＭが高回転で回転している状態を示す。全ての永久磁石３９は、ロータ３７の回転に伴う遠心力によって、ロータ３７の半径方向の内側から外側へ付勢される。ロータ３７の回転に伴う遠心力が弾性体４０Ａ，４０Ｂによる予荷重を上回ると、永久磁石３９がロータ３７の半径方向の内側から外側へ移動する。図２（ｂ）の状態では、全ての永久磁石３９は、ロータ３７の高回転に伴う遠心力によって、係止部３８３から離間した位置にあり、弾性体４０Ａ，４０Ｂが図２（ａ）の場合よりもさらに大きく弾性変形している。

弾性体４０Ａ，４０Ｂは、永久磁石３９をロータ３７の半径方向の外側から内側へ付勢する弾性付勢手段である。又、弾性体４０Ａ，４０Ｂは、永久磁石３９に予荷重を付与する予荷重付与手段である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１−１）電動モータＭの回転数が高回転領域になると、全ての永久磁石３９は、ステータ３６から遠ざかるように図２（ａ）に示す最接近位置から離れる。そのため、磁束の最大値が低減し、高回転状態のときの誘起起電力の大きさが抑制される。つまり、電動モータＭの効率低下を回避しつつ、高回転領域（高トルク出力運転が可能な高回転領域）を広げることができる。

（１−２）永久磁石３９に作用する遠心力が予荷重を上回ると、永久磁石３９がロータ３７の半径方向の内側から外側へ移動する。誘起起電力の大きさを抑制開始する回転数は、予荷重の大きさの選択によって適宜選択できる。このような予荷重の設定は、電動モータＭの回転数に応じて誘起起電力の大きさを適正に抑制する上で好ましい。

（１−３）大きな占有スペースを必要としないゴム製の弾性体４０Ａ，４０Ｂは、予荷重を適正に設定する上で好適な弾性付勢手段である。
（１−４）永久磁石３９をロータ３７の半径方向へスライド可能に案内するガイド孔３８１は、弾性付勢手段（弾性体４０Ａ，４０Ｂ）を配設する場所として好適である。底部３８２と永久磁石３９との間に弾性体４０Ａ，４０Ｂを介在した構成は、弾性体４０Ａ，４０Ｂに予荷重を付与する上で簡便な構成である。

（１−５）斜板２０が最大傾角で高速回転する場合には吐出圧が大きく、圧縮機における負荷トルクが大きい。圧縮機が高回転領域にあって負荷トルクが大きい場合、高トルク出力運転可能な電動モータＭは、圧縮機の駆動源として好適である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
（１）図３（ａ），（ｂ）に示すように、収容孔４４内に収容されたレバー４５に永久磁石３９Ａを止着し、レバー４５と収容孔４４の底部との間に圧縮バネ４６を介在してもよい。レバー４５は、支軸４５１を中心にして回動可能である。

図３（ａ）は、電動モータＭが回転していないときの状態を示す。この状態では、圧縮バネ４６のバネ力が永久磁石３９Ａを係止部３８３に押接している。つまり、永久磁石３９Ａは、圧縮バネ４６によって所定の予荷重を付与されてステータ３６に最接近した位置に規制されている。

図３（ｂ）は、電動モータＭが高回転で回転している状態を示す。この状態では、永久磁石３９Ａは、ロータ３７Ａの高回転に伴う遠心力によって、係止部３８３から離間した位置にある。永久磁石３９Ａは、ロータ３７Ａの回転に伴う遠心力によって、ロータ３７Ａの半径方向の内側から外側へ付勢される。ロータ３７Ａの回転に伴う遠心力が圧縮バネ４６による予荷重を上回ると、永久磁石３９Ａが支軸４５１を中心にしてロータ３７の半径方向の内側から外側へ回動する。

圧縮バネ４６は、永久磁石３９Ａをロータ３７の半径方向の外側から内側へ付勢する弾性付勢手段である。又、圧縮バネ４６は、永久磁石３９Ａに予荷重を付与する予荷重付与手段である。

（２）第１の実施形態において、ゴム製の弾性体４０Ａ，４０Ｂの代わりにコイル形状の圧縮バネを用いてもよい。
（３）固定容量型の電動圧縮機に本発明を適用すること。

第１の実施形態を示す圧縮機の側断面図。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は、永久磁石が最接近位置から移動した状態を示す要部断面図。 第２の実施形態を示し、（ａ）は、永久磁石が最接近位置にある要部断面図。（ｂ）は、永久磁石が最接近位置から移動した状態を示す要部断面図。

符号の説明

１０…可変容量型圧縮機。１１２…圧縮室。１８…回転軸。２２…圧縮動作体としてのピストン。３６…ステータ。３７，３７Ａ…ロータ。３８…ロータコア。３８１…ガイド孔。３８２…底部。３９，３９Ａ…永久磁石。４０Ａ，４０Ｂ…予荷重付与手段及び弾性付勢手段としての弾性体。４６…予荷重付与手段及び弾性付勢手段としての圧縮バネ。Ｍ…電動モータ。

Claims (5)

1. 複数の永久磁石を備えたロータがステータの周囲を回転する電動モータにおいて、
   前記複数の永久磁石は、前記ロータの半径方向へ移動可能に設けられており、前記半径方向の内側から外側への前記複数の永久磁石の移動は、前記ロータの回転に伴う遠心力によって行われる電動モータ。
2. 前記永久磁石を前記半径方向の外側から内側へ付勢する予荷重付与手段が設けられており、前記複数の永久磁石は、前記予荷重付与手段によって予荷重を付与されている請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記予荷重付与手段は、弾性力によって前記永久磁石を前記半径方向の外側から内側へ付勢する弾性付勢手段である請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記永久磁石は、前記ロータを構成する環状のロータコアの内周側に凹設されたガイド孔に収容されており、前記ガイド孔は、前記永久磁石を前記半径方向へスライド可能に案内し、前記弾性付勢手段は、前記永久磁石と前記ガイド孔の底部との間に介在されている請求項３に記載の電動モータ。
5. 電動モータによって駆動される回転軸の回転に基づく圧縮動作体の圧縮動作によって圧縮室内のガスを圧縮して吐出する電動圧縮機において、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動モータを用いた電動圧縮機。

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