Electric-powered compressor

本発明は、車両用空調装置の冷凍サイクル等に用いられる電動圧縮機に関し、駆動源として、ハウジング内に配されたアキシャルギャップ型のモータを利用する電動圧縮機に関する。

従来、この種の電動圧縮機として、下記する特許文献１乃至３に示されるものが公知となっている。
このうち、特許文献１に示される電動圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内に配置された圧縮機構部と、密閉容器内の低圧側に配置され、回転軸を介して圧縮機構部を駆動するアキシャルギャップ型モータとを備えている。 この圧縮機に用いられるアキシャルギャップ型モータは、ステータと、このステータの上側に所定のエアギャップを介して対向配置されたロータとを有して構成され、圧縮機構部は、密閉容器内に取り付けられた本体部と、この本体部に固定された固定スクロールと、この固定スクロールに噛み合う旋回スクロールとを有して構成され、旋回スクロールを回転軸の上端に接続して、この旋回スクロールを回転軸の回転により旋回させるようにしている。

また、特許文献２及び３に示される電動圧縮機は、密閉容器内の圧縮機構部の上側にアキシャルギャップ型モータを配置し、このアキシャルギャップ型モータを回転軸に固定された円盤形状のロータと、このロータの軸方向上側にエアギャップを介して対向配置された第１のステータ（上側ステータ）と、軸方向下側にエアギャップを介して対向配置された第２のステータ（下側ステータ）とを有して構成するようにし、圧縮機構部を、シリンダ状の本体部と、この本体部の両側開口端を閉塞する端板とを備え、モータのロータが固定された回転軸を両端板に設けられた軸受に回動自在に支持し、この回転軸に設けられたクランクピンを介してピストンを駆動されることにより、本体部の内側に形成される圧縮室の容積を変化させるようにしている。

このように、アキシャルギャップ型モータは、盤状のロータとこれに軸方向で対峙するステータとを備えるので、ラジアルギャップ型モータと比べて、ロータとステータとの対向面積を大きく確保できるため、比較的高トルクのモータを構築するのに適している。
しかし、前述した特許文献１の構成においては、ロータの下側にのみ所定のエアギャップを介してステータが対向配置されているため、要求されるトルクが大きくなれば、ロータやステータの径を大きくする必要がある。 このため、限られた設置スペースへの設置が要請される場合においては、圧縮器の径を大きくすることが困難になる場合があり、必要トルクを確保することが難しくなるという不都合がある。

この点、特許文献２又は３に示されるように、ロータの軸方向両側にステータを対向配置させたアキシャルギャップ型モータを利用すれば、圧縮器の径を大きくすることなく、高トルクを得ることが可能となる。

しかしながら、このようなアキシャルギャップ型モータを電動圧縮機として用いる場合には、同一シャフト上に圧縮機の可動部材が取り付けられることとなるため、シャフトの軸方向位置を正確に規定しないと、ロータとその両側に対向配置されたステータとの間のエアギャップを所定値に維持することができなくなり、モータの効率が低下する不都合がある。

このような観点から特許文献２及び３を見ると、シリンダ状の本体部やステータは、密閉容器の内周壁に固定されているが、本体部やステータは、回転軸（シャフト）の軸方向において、どのように位置決めされているのか不明であり、また、本端部やステータのハウジングの内周壁に対する固定位置がずれると、ロータとステータと間のエアギャップを所定値に維持することができなくなる不都合がある。 このため、上述した電動圧縮器においては、本体部やステータの取り付け位置を微調整してロータとステータとの間のエアギャップを厳格に管理する必要があった。 また、特許文献２及び３の構成にあっては、回転軸の軸方向位置を規制するために、本体部に取り付けられる端板を別途用意する必要があり、構造が複雑化する不都合もある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、ロータの軸方向両側にステータが配されるアキシャルギャップ型モータを備えた電動圧縮機において、ロータの軸方向位置を簡易な構造で規制することで、ロータとその両側に対向配置されたステータとの間のエアギャップを適切に確保することができ、エアギャップの厳格な管理を不要とすることが可能な電動圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る電動圧縮機は、ハウジング内に、シャフトに固定されたロータと、前記ロータの軸方向両側にエアギャップを介して対向配置された第１のステータおよび第２のステータとを有するアキシャルギャップ型のモータを収容すると共に、前記モータにより前記シャフトを介して駆動される圧縮機構を収容して構成される電動圧縮機において、前記第１のステータと前記第２のステータとを前記ハウジングに対して軸方向に固定し、前記圧縮機構を前記第１のステータに対して前記第２のステータとは反対側に配設し、前記ハウジングに前記モータを収容する部分と前記圧縮機構を収容する部分とを仕切る仕切壁を設け、前記シャフトを、前記第１のステータを貫通させると共に前記仕切壁を貫通させて前記圧縮機構へ導き、前記圧縮機構は、前記シャフトに固定された圧縮機ロータと、前記ハウジングに対して前記シャフトの軸方向で嵌合し、前記仕切壁との間で前記圧縮機ロータを収容して該圧縮機ロータの軸方向位置を規制するシリンダ部材とを有して構成されることを特徴としている。

したがって、このような構成によれば、ロータの軸方向両側に対向配置される第１のステータと第２のステータとをハウジングに対して軸方向に固定し、また、シャフトに固定された圧縮機ロータを、シリンダ部材とこれに軸方向で嵌合するハウジングとの間に収容して該圧縮機ロータの軸方向位置を規制するようにしたので、第１及び第２のステータのハウジングに対する軸方向位置やシャフト及びこれに固定されるロータのハウジングに対する軸方向位置が一義的に決定されることとなる。 このため、ロータやステータの軸方向の位置決めについて、格別な調整、管理を行う必要がなくなり、ロータと各ステータとの間のエアギャップの管理が不要となる。
また、ハウジングに対してシリンダ部材やステータを軸方向に固定することでロータやステータの軸方向の位置決めを行うようにしたので、位置決めをするために格別な部品を必要とせず、簡易な構造で対応することが可能となる。

尚、上述した構成を実現するためのハウジングは、前記シャフトの軸方向で分割される複数のハウジング部材で構成し、前記仕切壁を、前記シリンダ部材が嵌合するハウジング部材に形成することが望ましい。
例えば、ハウジングを、シャフトの軸方向に分割された第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とから構成し、前記第１のステータを第１のハウジング部材に収容固定し、第２のステータを第２のハウジング部材に収容固定し、前記仕切壁を前記第１のハウジング部材に形成すると共に、前記シリンダ部材を前記第１のハウジング部材に嵌合するようにしてもよい。

このような構成によれば、ハウジングを複数のハウジング部材で構成する場合でも、ハウジング内部に収容されるロータ等の収容部品の軸方向の位置決めを損なうことがなく、また、収容部品のハウジングに対する固定作業も行い易いものとなる。
尚、第１のハウジング部材は、第１のステータを収容する部分と圧縮機構を収容する部分とを別々のハウジング部材で構成するようにしてもよい。

また、シャフトの軸方向の移動を確実に規制し、ロータのハウジングに対する位置決めを正確に行うために、前記圧縮機ロータは、前記シャフトを圧入することで前記シャフトに固定されることが好ましい。

上述した圧縮機ロータを用いた圧縮機構としては、ロータリ型としても、前記仕切壁と前記シリンダ部材との間に画成されるロータ収容空間に収容された前記圧縮機ロータと、この圧縮機ロータに形成されたベーン溝に摺動可能に設けられ、前記ロータ収容空間の内周壁を摺接するベーンとを備えたベーン型としてもよい。

尚、前記第１のハウジング部材と前記第２のハウジング部材とは、前記シャフトに固定される前記ロータの端面よりも前記圧縮機構側で接合されることが好ましい。
上述のような電動圧縮機の組み付けにおいて、シャフトに固装された圧縮機ロータにより、ハウジングに対するシャフトの軸方向位置が規定されるので、シリンダ部材とこれが嵌合するハウジング部材とによって圧縮機ロータの軸方向位置を規制した後に、このシャフトにモータのロータを組み付けることが望ましいが、その場合に、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材を、シャフトに固定されるロータの端面よりも圧縮機構側で接合させる構成とすることで、ロータとステータとのエアギャップを目視等により確認しやすくなり、また、ロータのシャフトへの組み付け時にロータのエッジがハウジング部材に当たる不都合を避けることが可能となる。

以上述べたように、本発明の電動圧縮機によれば、ロータの軸方向両側に対向配置される第１のステータと第２のステータとをハウジングに対して軸方向に固定し、
また、ハウジングのモータを収容する部分と圧縮機構を収容する部分との間に仕切壁を設け、シャフトに固定された圧縮機ロータをハウジングに対してシャフトの軸方向で嵌合されたシリンダ部材とハウジングの前記仕切壁との間に収容して該圧縮機ロータの軸方向位置を規制するようにしたので、シャフトの軸方向の移動が規制されて、ロータのハウジングに対する軸方向の位置が一義的に決定されると共に、第１のステータや第２のステータもハウジングに対する軸方向の位置が一義的に決定されるので、ロータとこれに対峙するステータとの間のエアギャップを適切に確保することが可能となる。 このため、ロータとステータとの間のエアギャップの厳格な管理が不要となり、また、格別な部品を用いることなく簡易な構造で適切にエアギャップを得ることが可能となる。

図１は、本発明に係る電動圧縮機の全体構成を示す図であり、（ａ）は、その側断面図であり（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した図を示し、（ｂ）は、（ａ）の電動圧縮機を左方から見た図である。

図２（ａ）は、図１（ａ）のロータの部分をシャフトの軸に対して垂直となる面、即ち、Ｂ−Ｂ線で切断した断面図であり、図２（ｂ）は、図１（ａ）のステータの部分をシャフトの軸に対して垂直となる面、即ち、Ｃ−Ｃ線で切断した断面図である。

図３は、本発明に係る電動圧縮機のモータ部分の分解斜視図を示す図である。

図４は、本発明に係る電動圧縮機の圧縮機構の分解斜視図を示す図である。

以下、本発明に係る電動圧縮機について、図面を参照しながら説明する。
図１において、電動圧縮機１は、例えば、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに用いられるものであり、アルミ合金で構成されたハウジング２内に、図中左方においてアキシャルギャップ型のモータ３を配設し、また、図中右側において前記モータ３により駆動される圧縮機構４を配設している。 尚、図１において、図中左側を電動圧縮機１の前方、図中右側を圧縮機の後方としている。

ハウジング２は、この例では、リア側の第１のハウジング部材５とフロント側の第２のハウジング部材６とから構成され、これら２つのハウジング部材５，６がボルト９により軸方向に締結されている。

第１のハウジング部材５は、中程に仕切壁５ａが形成された筒状形状のもので、仕切壁５ａよりもフロント側にフロント端が開口されたモータ収容側筒状部５ｂが形成され、また、仕切壁５ａよりもリア側にリア端が開口された圧縮機構収容側筒状部５ｃが形成されている。 仕切壁５ａには、後述するバックヨーク１３ａの軸方向位置を規定するためのスラスト面５ｅ及び後述するシャフト１１を貫通支持するボス部５ｄが一体形成され、また、圧縮機構収容側筒状部５ｃには、圧縮機構４で圧縮した冷媒を吐出する吐出口７が形成されている。

第２のハウジング部材６は、フロント側が閉塞された有底円筒形状のもので、フロント端を閉塞する底壁６ａとこの底壁６ａよりリア側へ延設されてリア端が開口されたモータ収容側筒状部６ｂが形成されている。 底壁６ａには、バックヨーク１４ａの軸方向位置を規定するためのスラスト面６ｄ及びモータ３のシャフト１１を支持するボス部６ｃが一体形成され、また、モータ収容側筒状部６ｂには、圧縮機構４で圧縮する冷媒を吸入する吸入口８が形成されている。

前記アキシャルギャップ型のモータ３は、前記第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６とを組み付けた際に、第１のハウジング部材５の仕切壁５ａとモータ収容側筒状部５ｂ、及び、第２のハウジング部材６の底壁６ａとモータ収容側筒状部６ｂによって囲まれて構成されるモータ収容空間１０に収容され、前記圧縮機構４は、第１のハウジング部材５の圧縮機構収容側筒状部５ｃに収容されている。 モータ収容空間１０は、前記吸入口８と連通しており、圧縮機構４へ冷媒を導く低圧経路を構成している。

アキシャルギャップ型のモータ３は、図２及び図３にも示されるように、シャフト１１に固定された円盤形状のロータ１２と、このロータ１２のリア側に軸方向にエアギャップを介して対向配置された第１のステータ１３と、ロータ１２のフロント側に軸方向にエアギャップを介して対向配置された第２のステータ１４とを有している。

ロータ１２は、その両面に円周に沿って扇状の永久磁石１５が複数（例えば、８つ）配列されており、中央にシャフト１１を挿通させる通孔１５ａが形成されている。

第１のステータ１３と第２のステータ１４は、同様の構成を有しているもので、中央に孔を有する磁性体からなる円盤状のバックヨーク１３ａ，１４ａと、このバックヨーク１３ａ，１４ａからロータ側に向かって軸方向に立設し、周方向に等間隔に配設された複数のティース１３ｂ，１４ｂと、この複数のティース１３ｂ，１４ｂのそれぞれに差し込めるように、予め巻回して形成された三相の励磁コイル１３ｃ，１４ｃとを有して構成され、図示しないインバータから各ハウジング部材に設けられたコネクタ１６，１７を介して励磁コイル１３ｃ，１４ｃに電流が供給されるようになっている。

そして、第１のステータ１３は、第１のハウジング部材５の仕切壁５ａに設けられた位置決めピン１８により径方向の位置が決められ、仕切り壁５ａに形成されたスラスト面５ｅにより軸方向の位置が決められる。 具体的には、ボルト１９によってバックヨーク１３ａをモータ収容空間１０側から（フロント側から）スラスト面５ｅに固定することで第１のハウジング部材５に収容固定されている。 また、第２のステータ１４は、第２のハウジング部材６の底壁６ａに設けられた位置決めピン４０により径方向の位置が決められ、底壁６ａに形成されたスラスト面６ｄにより軸方向の位置が決められる。 具体的には、ボルト４１によってバックヨーク１４ａをモータ収容空間１０側から（リア側から）スラスト面６ｄに固定することで第２のハウジング部材６に収容固定されている。

モータ３のシャフト１１は、リア側が第１のステータ１３を貫通すると共に第１のハウジング部材５の仕切壁５ａに形成されたボス部５ｄを貫通して圧縮機構４に延設されているもので、ボス部５ｄを貫通する部分でプレーンベアリング２１を介して回転自在に軸支されている。 また、シャフト１１のフロント側は、第２のステータ１４を貫通して第２のハウジング部材６の底壁６ａから立設されたボス部６ｃにボールベアリング２２を介して回転自在に軸支されている。

前記ロータ１２は、シャフト１１の外周面とロータの通孔１５ａの内周面に形成されたキー溝に係合させたキー２３を介してシャフト１１の所定の軸方向の位置に固定されており、キー２３を介してロータ１２の回転がシャフト１１に伝達されるようになっている。 なお、ロータ１２からシャフト１１への回転力の伝達は、キーを用いないでシャフト１１の外周面とロータの内周面に形成したスプラインまたはネジを係号させて直接伝達するようにしてもよい。

圧縮機構４は、図４にも示されるように、仕切壁５ａを貫通して圧縮機構収容側筒状部５ｃ内に突出されたシャフト１１の所定位置に圧入により固装された圧縮機ロータ２５と、第１のハウジング部材５の圧縮機構収容側筒状部５ｃにシャフト１１の軸方向で嵌合してこのハウジング部材５と共に前記圧縮機ロータ２５を収容するシリンダ部材２６と、圧縮機ロータ２５に設けられた複数のベーン溝２７に摺動自在に挿入され、シリンダ部材２６の内周面（下記するロータ収容部３１の内周壁）に摺接して圧縮室３０を画成するベーン２８とを備えている。

シリンダ部材２６は、圧縮機構収容側筒状部５ｃへの挿入先端側となるフロント側に圧縮機ロータ２５を収容するロータ収容部３１が形成され、第１のハウジング部材５の仕切壁５ａに位置決めピン３２により位置決めされ、ボルト３３をモータ収容空間側（フロント側）から軸方向に仕切壁５ａを介して螺合させることで第１のハウジング部材５に対して軸方向に固定されている。 前記シャフト１１は、圧縮機ロータ２５から突出したリア側端がシリンダ部材２６の中央に形成された軸受孔３４に挿入され、この軸受孔３４にプレーンベアリング３５を介して回転自在に軸支されている。

したがって、圧縮機ロータ２５は第１のハウジング部材５の仕切壁５ａとシリンダ部材２６とによってハウジング２に対する軸方向位置が規定され、これにより、ハウジング２に対するシャフト１１の軸方向位置が規定されるようになっており、圧縮機構４が組み付けられた状態においては、シャフト１１に固定される前記ロータ１２のハウジング２に対する軸方向位置が規定されるようになっている。

このような電動圧縮機は、前記モータ収容空間１０に吸入口８を介して流入された冷媒がモータ３を冷却しつつ仕切壁５ａに形成された図示しない通路を介して圧縮機構４の圧縮室３０に導かれ、圧縮機ロータ２５の回転により吸入された冷媒を圧縮して図示しない吐出経路を介して吐出口７から吐出されるようになっている。

尚、第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６とを突き合わせる接合位置は、ロータ１２のリア側端面よりも圧縮機構側へ寄った位置に形成され、ロータ１２の第１のステータ１３と対峙する面の周縁がロータ１２の組付け時に第１のハウジング部材５と干渉することがないようにしている。

以上の構成において、上述した電動圧縮機１を組み立てるには、先ず、圧縮機ロータ２５にシャフト１１を圧入してシャフト１１に圧縮機ロータ２５を固定し、この圧縮機ロータ２５が固定されたシャフト１１のリア端をシリンダ部材２６の軸受孔３４にプレーンベアリング３５を介して挿着すると共に圧縮機ロータ２５のベーン溝２７にベーン２８を挿入し、その状態で、シャフト１１を第１のハウジング部材５のリア側からプレーンベアリング２１を介して仕切壁５ａのボス部５ｄに挿通させ、シリンダ部材２６を第１のハウジング部材５の仕切壁５ａに位置決めピン３２により位置決めしつつ、第１のハウジング部材５に軸方向に嵌合させる。 そして、この状態を保持するために、仕切壁５ａのフロント側からボルト３３を該仕切壁５ａを貫通させてシリンダ部材２６に螺合させ、第１のハウジング部材５（仕切壁５ａ）にシリンダ部材２６を軸方向に固定する。

以上のようにして、第１のハウジング部材５に圧縮機構４を組み付けた後に、第１のステータ１３を第１のハウジング部材５のモータ収容側筒状部５ｂ内に挿入し、この第１のステータ１３を第１のハウジング部材５（仕切壁５ａ）に設けた位置決めピン１８により径方向の位置を規定しつつ、ボルト１９によって仕切壁５ａに形成したスラスト面５ｅに固定することにより軸方向位置を規定する。 また、第２のステータ１４を第２のハウジング部材６のモータ収容側筒状部６ｂ内に挿入し、この第２のステータ１４を第２のハウジング部材６（底壁６ａ）に設けた位置決めピン４０によって径方向の位置を規定しつつ、ボルト４１によって底壁６ａに形成したスラスト面６ｄに固定することにより軸方向位置を規定する。

その後、ロータ１２をシャフト１１の所定位置にキー溝にキー２３を挿着させることによって位置決め固定し、第２のステータ１４が取付けられた第２のハウジング部材６の開口端をロータ１２を覆うように第１のハウジング部材５の開口端に近づけ、シャフト１１の先端部をボス部６ｃに取り付けられたボールベアリング２２に挿入すると共に、第２のステータ１４をロータ１２に対して対峙させるよう互いのハウジング部材の開口端を突き合わせる。 そして、突き合わせた第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６とをボルト９によって軸方向に固定する。

この際、第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６との突き合わせ部分（接合部分）は、第１のステータ１３のリア側端面より圧縮機構側へ寄った位置に形成されているので、ロータ１２のシャフト１１への組み付け時において、第１のステータ１３と対峙するロータ１２の面の周縁が第１のハウジング部材５と干渉することを回避することが可能となる。

以上のようにして組み立てられた電動圧縮機１において、シャフト１１に固装された圧縮機ロータ２５は、第１のハウジング部材５の仕切壁５ａとこの第１のハウジング部材５に軸方向で嵌合するシリンダ部材２６とによって、ハウジング２に対する軸方向位置が規定されるため、シャフト１１の軸方向の移動は規制され、シャフト１１に取り付けられるロータ１２は、シャフト１１に取り付けた段階でハウジング２に対する軸方向位置が予め決められた所定位置に固定される。 また、第１のステータ１３と第２のステータ１４もそれぞれ第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６に形成したスラスト面５ｅ、６ｄに対して軸方向に固定されているので、それぞれのステータは、ハウジング２に対する軸方向位置が予め決められた所定位置に固定される。 このため、ロータ１２やステータ１３，１４の軸方向の位置決めについて、格別な調整、管理を行う必要がなくなり、ロータ１２と第１のステータ１３及び第２のステータ１４との間のエアギャップは、予め決められた所定値に設定されることとなる。
したがって、ロータ１２と各ステータ１３、１４との間のエアギャップの厳格な管理が不要となり、また、ハウジング２に対してシリンダ部材２６やステータ１３，１４を軸方向に固定することでロータ１２やステータ１３，１４の軸方向位置を規制するようにしているので、位置決めをするために格別な部品を用いる必要がなく、簡易な構造で対応することが可能となる。

また、第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６とをボルト９によって軸方向に固定するようにしているので、ハウジング部材が複数の部材（２つの部材）で構成される場合でも、ハウジング内部に収容されるロータ等の収容部品の軸方向の位置決めを損なうことがなく、シャフト１１やロータ１２のハウジング２に対する軸方向位置を精度よく規定することができ、また、ロータ１２等の収容部品のハウジング２に対する固定作業も行い易いものとなる。

なお、上述の構成においては、第１のステータ１３、第２のステータ１４のスラスト面５ｅ、６ｄへの固定はボルト１９、４１によって行う例を示したが、スナップリングによりステータの軸方向の位置を固定してもよい。 また、それぞれのステータを、それぞれのハウジングのスラスト面５ｅ、６ｄに接しさせた状態で、ステータとハウジングの間に溶融した樹脂を流し込み、いわゆる樹脂モールドによりステータの軸方向に位置を固定してもよい。

また、上述の構成においては、ハウジング２を第１のハウジング部材５と第２のハウジング部材６との２つの部材によって構成した例を示したが、軸方向に分割された３つ以上のハウジング部材によって構成するようにしてもよい。 たとえば、第１のハウジング部材５を、第１のステータ１３を収容固定する部材と圧縮機構４を収容固定する部材とにさらに分割し、これらを軸方向で組付けるようにしてもよい。

１ 電動圧縮機 ２ ハウジング ３ モータ ４ 圧縮機構 ５ 第１のハウジング部材 ５ａ 仕切壁 ５ｅ スラスト面 ６ 第２のハウジング部材 ６ａ 底壁 ６ｄ スラスト面 １１ シャフト １２ ロータ １３ 第１のステータ １４ 第２のステータ ２５ 圧縮機ロータ ２６ シリンダ部材 ２７ ベーン溝 ２８ ベーン