WO2024071067A1 - 磁気回路部品、送風機、圧縮機、及び冷凍装置 - Google Patents

磁気回路部品、送風機、圧縮機、及び冷凍装置 Download PDF

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Definitions

  • This disclosure relates to magnetic circuit components, blowers, compressors, and refrigeration devices.
  • Magnetic circuits that are composed of closed circuits containing magnetic flux have been known for some time. In magnetic circuits, vibrations occur due to changes in magnetic force. In the field of magnetic circuits, there is a challenge to reduce this vibration.
  • Patent Document 1 discloses an electric motor, which is a type of magnetic circuit.
  • the electric motor in Patent Document 1 has a stator core and a stator outer peripheral plate arranged on the outer periphery of the stator core.
  • multiple reinforcing plates are provided between the stator outer peripheral plate and the stator core.
  • the reinforcing plates have a first beam member and a second beam member that have elasticity.
  • the first beam member and the second beam member are connected by a connecting member. This structure reduces the support rigidity of the stator core and absorbs electromagnetic vibrations that occur in the stator core.
  • the purpose of this disclosure is to reduce vibrations generated in the core of a magnetic circuit component that constitutes part of a magnetic circuit while suppressing increases in product costs.
  • the first aspect is a magnetic circuit part that constitutes part of a magnetic circuit, and includes a core (32) made of a soft magnetic material and having an annular yoke portion (34), and a dynamic vibration absorber (50) that is provided on the core (32) and reduces vibration of the core (32), the dynamic vibration absorber (50) having a weight portion (51) and a connecting portion (52) that connects the weight portion (51) and the yoke portion (34) and elastically deforms, and the dynamic vibration absorber (50) is formed integrally with the core (32).
  • a dynamic vibration absorber (50) that reduces vibration of the core (32) is provided, and the dynamic vibration absorber (50) is formed integrally with the core (32). Therefore, the vibration of the core (32) can be reduced without adding any new members.
  • the second aspect is the first aspect, in which the weight portion (51) extends circumferentially around the yoke portion (34).
  • the weight portion (51) is formed to extend circumferentially around the annular yoke portion (34), so that the overall size of the core (32) can be reduced while still maintaining the magnetic path of the yoke portion (34).
  • the third aspect is the first or second aspect, in which the dynamic vibration absorber (50) is provided on the outer periphery or inside of the yoke portion (34).
  • the vibration of the core (32) is reduced by a dynamic vibration absorber (50) provided on the outer periphery or inside of the yoke portion (34).
  • the fourth aspect is any one of the first to third aspects, in which the core (32) is made of a plurality of electromagnetic steel sheets (M) stacked on top of each other, and the plurality of electromagnetic steel sheets (M) are fastened to each other at the weight portion (51).
  • the multiple electromagnetic steel sheets (M) that make up the core (32) are fastened to each other by the weight portion (51), so that the fastening portion is formed in a portion where magnetic flux does not pass. Therefore, it is possible to suppress the increase in iron loss caused by fastening.
  • the fifth aspect is any one of the first to fourth aspects, in which the magnetic circuit includes a rotor (40) configured to be rotatable around the axis of the rotating shaft (20) and a stator (31) arranged opposite the rotor (40) in the radial direction of the rotating shaft (20), the stator (31) has a stator core (32) as the core (32) and a coil (33) wound around the stator core (32), and the dynamic vibration absorber (50) is arranged on the opposite side of the rotor (40) in the radial direction.
  • the magnetic circuit includes a rotor (40) configured to be rotatable around the axis of the rotating shaft (20) and a stator (31) arranged opposite the rotor (40) in the radial direction of the rotating shaft (20), the stator (31) has a stator core (32) as the core (32) and a coil (33) wound around the stator core (32), and the dynamic vibration absorber (50) is arranged on the opposite side of the rotor (
  • the vibration of the core (32) is reduced by a dynamic vibration absorber (50) arranged on the radial side of the rotating shaft (20) opposite the rotor (40).
  • the sixth aspect is any one of the first to fifth aspects, in which the magnetic circuit components form part of the electric motor (30).
  • the seventh aspect is any one of the first to fifth aspects, in which the magnetic circuit component constitutes a part of a magnetic bearing.
  • the eighth aspect is any one of the first to fourth aspects, in which the magnetic circuit component forms part of a reactor.
  • the ninth aspect is a blower including an electric motor (30) having the magnetic circuit component of the sixth aspect, and a fan driven by the electric motor (30).
  • a blower can be provided that reduces vibration while suppressing increases in product costs.
  • the tenth aspect is a compressor equipped with a magnetic circuit component of the sixth or seventh aspect.
  • a compressor can be provided that reduces vibration while suppressing increases in product costs.
  • An eleventh aspect is a refrigeration system including the compressor (10) of the tenth aspect and a refrigerant circuit (R) through which the refrigerant compressed by the compressor (10) flows.
  • a refrigeration device can be provided that reduces vibration while suppressing increases in product costs.
  • FIG. 1 is a schematic piping diagram of a refrigeration system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an axial cross-sectional view of the compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axial direction, which diagrammatically illustrates the cross-sectional shape of the electric motor according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the frame IV in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V--V in FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of the simulation.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a main portion according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a main portion according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a main portion according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a main part according to the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a main part according to the fifth modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 5 according to the sixth modification of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 5 according to the seventh modification of the first embodiment.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a main part according to the eighth modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram corresponding to FIG. 3 according to the second embodiment.
  • a magnetic circuit component (31) of the present disclosure constitutes a part of an electric motor (30).
  • the electric motor (30) of the present embodiment is provided in a compressor (10) of a refrigeration system (1).
  • the refrigeration system (1) includes a compressor (10).
  • the refrigeration system (1) has a refrigerant circuit (R) filled with a refrigerant.
  • the refrigerant circuit (R) includes a compressor (10), a radiator (2), a pressure reduction mechanism (3), and an evaporator (4).
  • the pressure reduction mechanism (3) is an expansion valve.
  • the refrigerant circuit (R) performs a vapor compression refrigeration cycle.
  • the refrigerant compressed by the compressor (10) dissipates heat to the air in the radiator (2).
  • the refrigerant that has dissipated heat is depressurized by the pressure reduction mechanism (3) and evaporates in the evaporator (4).
  • the evaporated refrigerant is sucked into the compressor (10).
  • the refrigeration system (1) is an air conditioner.
  • the air conditioner may be a cooling only unit, a heating only unit, or an air conditioner that switches between cooling and heating.
  • the air conditioner has a switching mechanism (e.g., a four-way switching valve) that switches the circulation direction of the refrigerant.
  • the refrigeration system (1) may be a water heater, a chiller unit, a cooling device that cools the air inside the storage unit, etc.
  • the cooling device cools the air inside a refrigerator, a freezer, a container, etc.
  • the pressure reducing mechanism (3) may be composed of an electronic expansion valve, a temperature-sensitive expansion valve, an expander, or a capillary tube.
  • the compressor (10) has a casing (11), an electric motor (30), a drive shaft (20), and a compression mechanism (22).
  • the compressor (10) is a rotary type compressor. Strictly speaking, the compressor (10) is a rocking piston type compressor.
  • the compressor (10) may be a scroll type, a screw type, or a turbo type compressor.
  • the casing (11) houses the electric motor (30), the drive shaft (20), and the compression mechanism (22).
  • the casing (11) is a totally sealed container.
  • the inside of the casing (11) is filled with high-pressure refrigerant discharged from the compression mechanism (22).
  • the casing (11) is made of a metal material.
  • the casing (11) has a body (12), a bottom (13), and a top (14).
  • the body (12) is a cylindrical metal member.
  • An opening is formed at each end of the axial direction of the body (12).
  • the axial direction of the body (12) corresponds to the vertical direction.
  • the bottom (13) closes the lower opening of the body (12).
  • the top (14) closes the upper opening of the body (12).
  • the electric motor (30) shown in Fig. 2 and Fig. 3 is an example of a magnetic circuit.
  • the electric motor (30) is disposed above the compression mechanism (22).
  • the operation frequency of the electric motor (30) is controlled by an inverter device.
  • the compressor (10) is an inverter type compressor with a variable operation frequency.
  • the electric motor (30) has a stator (31) and a rotor (40).
  • the stator (31) is supported on the body (12) of the casing (11).
  • the stator (31) corresponds to the magnetic circuit component of the present disclosure.
  • the stator (31) has a stator core (32), a coil (33) wound around the stator core (32), and a dynamic vibration absorber (50).
  • the stator core (32) corresponds to the core of the present disclosure.
  • the electric motor (30) is an electromagnetic device that generates a rotational torque in the rotor (40) by passing electricity through the coil (33).
  • the stator core (32) is formed by stacking electromagnetic steel sheets (M), which are soft magnetic materials, on top of each other in the axial direction.
  • the stator core (32) is formed in a cylindrical shape. As shown in FIG. 3, the stator core (32) has an annular yoke portion (34) and a plurality of teeth portions (35) (nine in this embodiment) extending radially inward from the inner circumference of the yoke portion (34).
  • the dynamic vibration absorber (50) is provided on the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is intended to reduce vibrations of the stator core (32). Details of the stator (31) will be described later.
  • the rotor (40) is disposed inside the stator core (32).
  • the drive shaft (20) is fixed to the axis of the rotor (40).
  • the stator core (32) is disposed facing the rotor (40) in the radial direction of the drive shaft (20).
  • a plurality of permanent magnets (42) are embedded inside the rotor (40).
  • An annular gap (so-called air gap) is formed between the teeth portion (35) of the stator (31) and the rotor (40) when viewed in the axial direction.
  • the drive shaft (20) extends vertically along the axis of the casing (11).
  • the drive shaft (20) is rotationally driven by the electric motor (30).
  • the drive shaft (20) is rotatably supported by bearings (21, 29).
  • the drive shaft (20) corresponds to the rotating shaft of the present disclosure.
  • the compression mechanism (22) has a cylinder (23) and a piston (24) provided inside the cylinder (23).
  • a cylinder chamber (25) is formed between the inner peripheral surface of the cylinder (23) and the outer peripheral surface of the piston (24). In the cylinder chamber (25), the fluid is compressed by the piston (24) driven by the drive shaft (20).
  • the compressor (10) has a suction pipe (26) and a discharge pipe (27).
  • the suction pipe (26) penetrates the body (12) in the radial direction and communicates with the cylinder chamber (25).
  • Low-pressure refrigerant in the refrigerant circuit (R) is sucked into the cylinder chamber (25) through the suction pipe (26).
  • the discharge pipe (27) penetrates the top (14) in the axial direction and communicates with the internal space of the casing (11).
  • the refrigerant compressed by the compression mechanism (22) flows through the air gap of the electric motor (30) and is then sent to the refrigerant circuit (R) through the discharge pipe (27).
  • the terms "axial direction,”"circumferentialdirection,” and “radial direction” refer to the axial direction, circumferential direction, and radial direction, respectively, of the yoke portion (34) of the stator (31).
  • the axial direction of the yoke portion (34) corresponds to the axial direction of the drive shaft (20) as shown in Fig. 2.
  • the stator (31) has a stator core (32), a coil (33), and a dynamic vibration absorber (50).
  • the stator core (32) also has an annular yoke portion (34) and a plurality of teeth portions (35).
  • the teeth (35) extend radially inward from the inner circumference of the yoke (34).
  • a coil (33) is wound around each tooth (35), for example, by a concentrated winding method.
  • a coil slot (36), which is a space for accommodating the coil (33), is formed between adjacent teeth (35).
  • the multiple electromagnetic steel sheets (M) constituting the stator core (32) are fastened to each other at the yoke portion (34).
  • the electromagnetic steel sheets (M) are fastened to each other by crimping.
  • means for fastening the electromagnetic steel sheets (M) may also be welding, adhesive, or the like.
  • the stator core (32) has a plurality of supporting portions (37) (nine in this embodiment).
  • the supporting portions (37) support the stator core (32) on the trunk portion (12) of the casing (11).
  • the supporting portions (37) are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the supporting portions (37) protrude radially outward from the outer periphery of the yoke portion (34).
  • the supporting portions (37) are fitted and fixed so as to come into contact with the inner circumferential surface of the trunk portion (12). This holds the stator core (32) in the casing (11).
  • the stator (31) has a plurality of (18 in this embodiment) dynamic vibration absorbers (50). Each dynamic vibration absorber (50) is provided on the outer periphery of the yoke portion (34). Each dynamic vibration absorber (50) is disposed in a small gap (G) formed between the inner periphery of the body portion (12) and the outer periphery of the yoke portion (34). Each dynamic vibration absorber (50) is disposed on the radially opposite side to the rotor (40).
  • Adjacent dynamic vibration absorbers (50) are arranged on both sides in the circumferential direction, sandwiching one support portion (37). Note that adjacent dynamic vibration absorbers (50) may be adjacent to each other without sandwiching one support portion (37). Each dynamic vibration absorber (50) is arranged radially outward of the coil slot (36). Also, as shown in FIG. 5, each dynamic vibration absorber (50) is formed from one axial end to the other end of the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is configured to be L-shaped when viewed in the axial direction.
  • the dynamic vibration absorber (50) has a weight portion (51) and a connection portion (52).
  • the weight portion (51) extends along the circumferential direction of the yoke portion (34).
  • the weight portion (51) is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. When viewed in the axial direction, the weight portion (51) is formed in a substantially rectangular shape with the longer side in the circumferential direction and the shorter side in the radial direction.
  • the weight portion (51) does not contact the inner peripheral surface of the body portion (12). Furthermore, the weight portion (51) does not contact the outer peripheral surface of the yoke portion (34).
  • connection portion (52) connects the weight portion (51) and the yoke portion (34).
  • the connection portion (52) connects the outer periphery of the yoke portion (34) and one circumferential end portion of the weight portion (51).
  • the connection portion (52) extends in the radial direction.
  • the connection portion (52) is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the connection portion (52) elastically deforms. As shown in FIG. 4, the circumferential length W1 of the connection portion (52) is much smaller than the circumferential length W2 of the weight portion (51). Therefore, the connection portion (52) is more easily elastically deformed than the weight portion (51).
  • the dynamic vibration absorber (50) reduces the vibration of the stator core (32) by vibrating in a phase different from that of the yoke portion (34).
  • vibrating at a phase different from that of the yoke portion (34) includes vibrating at a frequency different from the natural frequency of the yoke portion (34). In this case, the phase difference between the natural vibration of the yoke portion (34) and the vibration of the dynamic vibration absorber (50) changes over time.
  • vibrationing at a different phase from the vibration of the yoke portion (34) includes vibrating at the same frequency as the natural frequency of the yoke portion (34) and at a different phase from the natural vibration of the yoke portion (34).
  • the phase difference between the natural vibration of the yoke portion (34) and the vibration of the dynamic vibration absorber (50) is 90 degrees to 270 degrees
  • the natural vibration of the yoke portion (34) and the vibration of the dynamic vibration absorber (50) vibrate so as to cancel each other out, thereby reducing the vibration of the stator core (32).
  • the phase difference between the natural vibration of the yoke portion (34) and the vibration of the dynamic vibration absorber (50) is 0 degrees to 90 degrees or 270 degrees to 360 degrees
  • the peak of the natural vibration of the yoke portion (34) and the vibration of the dynamic vibration absorber (50) shifts, thereby reducing the peak of the vibration of the stator core (32).
  • the connection portion (52) becomes a node, and the tip portion (the other end portion in the circumferential direction) of the weight portion (51) becomes an antinode, vibrating.
  • the weight portion (51) vibrates in conjunction with the vibration of the stator core (32), thereby reducing the radial vibration of the stator core (32) caused by electromagnetic force.
  • the dynamic vibration absorber (50) of the present disclosure can be considered to have a cantilever structure.
  • the natural frequency f of the cantilever can be expressed by the following equation [Equation 1].
  • Equation 1 m is the mass (kg) acting on the tip of the beam, and k is the stiffness of the cantilever beam (N/m).
  • the stiffness k of the cantilever beam can be expressed by the following formula [Equation 2].
  • Equation 2 E is Young's modulus, I is the second moment of area, and L is the length of the beam.
  • Equation 1 for example, if the circumferential length W1 of the connection part (52) is increased, the cross-sectional area of the connection part (52) increases, and the second moment of area I increases. As a result, the stiffness k of the connection part (52) increases, and the natural frequency f of the dynamic vibration absorber (50) can be increased. On the other hand, for example, if the circumferential length W2 of the weight part (51) is reduced, the mass m of the weight part (51) decreases. Therefore, in this case, the natural frequency f of the dynamic vibration absorber (50) can be increased.
  • the natural frequency f of the dynamic vibration absorber (50) can be set to a desired natural frequency by changing the circumferential length W1 of the connection part (52) and the circumferential length W2 of the weight part (51).
  • the dynamic vibration absorber (50) is formed integrally with the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is made of the same soft magnetic material as the stator core (32), and is made of the electromagnetic steel sheets (M) that form the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is formed by punching out the electromagnetic steel sheets (M) using a die having a shape in which the portion corresponding to the stator core (32) and the portion corresponding to the dynamic vibration absorber (50) are integrated, by press working or the like, and then stacking the punched electromagnetic steel sheets (M).
  • the dynamic vibration absorber (50) can be formed simultaneously during the process of forming the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is formed integrally with the stator core (32), the dynamic vibration absorber (50) can be provided without adding any new members to the stator (31).
  • a process for assembling the dynamic vibration absorber (50) is not required separately from the process for manufacturing the stator core (32), an increase in the number of assembly processes can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce vibrations generated in the stator core (32) while suppressing an increase in the manufacturing cost of the stator (31).
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment is disposed in the small gap (G) between the inner peripheral surface of the casing (11) and the outer peripheral surface of the stator (31). Therefore, in order to provide the dynamic vibration absorber (50), it is not necessary to enlarge the electric motor (30) itself or to reduce the size of the stator core (32). Therefore, in this embodiment, it is possible to reduce the vibration generated in the stator core (32) while maintaining the performance of the electric motor (30).
  • Figure 6 is a graph showing the frequency-acceleration on the outer peripheral surface of the stator core (32) obtained from this simulation.
  • the solid line in the figure shows the results when an excitation force is applied to a conventional stator that does not have a dynamic vibration absorber.
  • the dashed line in the figure shows the results when an excitation force is applied to a stator (31) that has the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment.
  • stator (31) of this embodiment had a peak acceleration value that was reduced by approximately 98% compared to the conventional stator at 3200 Hz to 3300 Hz. This is believed to be because the dynamic vibration absorber (50) vibrates in the opposite phase to the vibration of the stator core (32), thereby reducing the vibration of the stator core (32). From this result, it was confirmed that the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment can realize a stator (31) with reduced vibration of the stator core (32).
  • the dynamic vibration absorber (50) is formed integrally with the stator core (32). Therefore, the vibration of the stator core (32) can be reduced without adding any new member.
  • the dynamic vibration absorber (50) is formed as a separate member from the stator core (32)
  • no work is required to assemble the dynamic vibration absorber (50) to the stator core (32). This makes it possible to reduce the vibration generated in the stator core (32) while suppressing an increase in the manufacturing cost of the stator (31).
  • the weight portion (51) extends circumferentially around the annular yoke portion (34), thereby making it possible to reduce the overall size of the stator core (32) while ensuring the magnetic path of the yoke portion (34).
  • the dynamic vibration absorber (50) of the present embodiment is provided on the outer periphery of the yoke portion (34). This reduces vibration of the stator core (32) at the outer periphery of the yoke portion (34). Furthermore, since the dynamic vibration absorber (50) is provided on the outer periphery of the yoke portion (34), the dynamic vibration absorber (50) can be easily formed.
  • the dynamic vibration absorber (50) of the present embodiment is disposed radially opposite the rotor (40), thereby reducing vibration of the stator core (32) in a portion radially opposite the rotor (40).
  • the stator (31) of this embodiment constitutes a part of the electric motor (30), and therefore vibration of the stator core (32) can be reduced while preventing an increase in the manufacturing cost of the electric motor (30).
  • the dynamic vibration absorber (50) of the present embodiment is disposed in the stator core (32) from one end to the other end in the axial direction, thereby making it possible to reduce vibrations occurring in the axial direction.
  • vibrations occurring in the axial direction include vibrations caused by misalignment of the center axis of the drive shaft (20) and imbalance of electromagnetic forces occurring when the drive shaft (20) is eccentric.
  • the dynamic vibration absorber (50) of the present embodiment is formed in an L-shape, which makes it easier to set the circumferential length W2 of the weight portion (51) relatively freely, and therefore makes it easier to set the natural frequency of the dynamic vibration absorber (50) to a desired natural frequency.
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment is disposed radially outward of the coil slots (36).
  • a portion located radially outward of the coil slots (36) is more susceptible to vibration than a portion located radially outward of the teeth portions (35). Therefore, in this embodiment, by disposing the dynamic vibration absorber (50) radially outward of the coil slots (36), the vibration of the stator core (32) can be further reduced.
  • the radial length of the weight (51) does not have to be constant from one circumferential end to the other circumferential end when viewed in the axial direction. This modification also provides the same effects as the above embodiment.
  • the weight portion (51) has a first weight portion (51a) and a second weight portion (51b) having different radial lengths.
  • the first weight portion (51a) is a portion of the weight portion (51) closer to the connection portion (52).
  • the second weight portion (51b) is a portion of the weight portion (51) farther from the connection portion (52).
  • the first weight portion (51a) and the second weight portion (51b) are continuous.
  • the connection portion (52) is connected to one circumferential end portion of the first weight portion (51a).
  • the radial length D2 of the second weight portion (51b) is longer than the radial length D1 of the first weight portion (51a) (D1 ⁇ D2).
  • the weight portion (51) is configured so that its tip portion is heavier than its middle portion.
  • the weight portion (51) may be configured so that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) is the same as the position of the outer edge of the second weight portion (51b) in the radial direction. In this case, the position of the inner edge of the second weight portion (51b) is located radially inward from the position of the inner edge of the first weight portion (51a).
  • the weight portion (51) may be configured such that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) and the position of the outer edge of the second weight portion (51b) are different in the radial direction.
  • the outer edge of the second weight portion (51b) is located radially outward from the outer edge of the first weight portion (51a).
  • the position of the inner edge of the second weight portion (51b) is located radially inward from the position of the inner edge of the first weight portion (51a).
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment may be configured in an I-shape when viewed in the axial direction.
  • the connection portion (52) is provided on the support portion (37) of the stator core (32).
  • the connection portion (52) connects a side edge portion of the support portion (37) and one circumferential end portion of the plumb portion (51).
  • the connection portion (52) extends in the circumferential direction.
  • the weight portion (51) may be configured such that the radial length D is the same from one circumferential end to the other circumferential end when viewed in the axial direction.
  • the weight portion (51) may have a first weight portion (51a) and a second weight portion (51b) having different radial lengths.
  • the weight portion (51) may be configured so that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) and the position of the outer edge of the second weight portion (51b) are the same in the radial direction.
  • the weight portion (51) may be configured so that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) and the position of the outer edge of the second weight portion (51b) are different in the radial direction.
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment may be configured in a T-shape when viewed in the axial direction.
  • the connection portion (52) connects the outer peripheral surface of the yoke portion (34) and the circumferential center portion of the plumb line (51). This modification also provides the same effects as the above embodiment.
  • the weight portion (51) may be configured such that the radial length D is the same from one circumferential end to the other circumferential end when viewed in the axial direction.
  • the weight portion (51) may have a first weight portion (51a) and a second weight portion (51b) having different radial lengths.
  • the weight portion (51) has one first weight portion (51a) and two second weight portions (51b).
  • the first weight portion (51a) is a portion formed in the center of the weight portion (51).
  • the second weight portions (51b) are portions formed at both circumferential ends of the first weight portion (51a).
  • the radial length D2 of the second weight portion (51b) is longer than the radial length D1 of the first weight portion (51a) (D1 ⁇ D2).
  • the weight portion (51) is configured so that the tip portions on both circumferential sides are heavier than the middle portion.
  • the weight portion (51) may be configured so that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) is the same as the position of the outer edge of the second weight portion (51b) in the radial direction. Also, as shown in FIG. 9(c), the weight portion (51) may be configured so that the position of the outer edge of the first weight portion (51a) is different from the position of the outer edge of the second weight portion (51b) in the radial direction.
  • the dynamic vibration absorber (50) may be provided inside the yoke portion (34). Specifically, a relatively small space is formed inside the yoke portion (34), and the dynamic vibration absorber (50) is accommodated in the space. In this modification, as in the above embodiment, it is possible to reduce vibrations generated in the stator core (32) while suppressing an increase in production costs. Note that, although FIG.
  • the dynamic vibration absorber (50) may be configured in an L-shape or I-shape when viewed in the axial direction as in the above embodiment and modifications 1 and 2.
  • one dynamic vibration absorber (50) may be disposed in the center of the axial direction.
  • the upper and lower electromagnetic steel sheets (M) do not have dynamic vibration absorbers (50).
  • multiple (two in this modified example) dynamic vibration absorbers (50) may be arranged in the axial direction.
  • the dynamic vibration absorbers (50) do not need to be formed continuously in the axial direction.
  • the dynamic vibration absorbers (50) are formed on the upper and lower electromagnetic steel sheets (M) among the electromagnetic steel sheets (M) that constitute the stator core (32).
  • the mass of the weight portion (51) is changed by changing the axial length of the weight portion (51). This allows the natural frequency of the dynamic vibration absorber (50) to be changed to a desired natural frequency.
  • Modification 7 Axial Shape of Dynamic Vibration Absorber
  • the dynamic vibration absorber (50) may be configured in a T-shape when viewed in the radial direction. Specifically, in the dynamic vibration absorber (50) of this modification, the axial length of the weight portion (51) is longer than the axial length of the connection portion (52).
  • the mass of the weight portion (51) is changed by changing the axial length of the weight portion (51). This allows the natural frequency of the dynamic vibration absorber (50) to be changed to a desired natural frequency.
  • Modification 8 Fastening Position of Electromagnetic Steel Sheets
  • the multiple electromagnetic steel sheets (M) constituting the stator core (32) may be fastened to one another at the weight portion (51) of the dynamic vibration absorber (50).
  • the electromagnetic steel sheets (M) are fastened to one another by crimping.
  • a fastening portion (38) formed by crimping is provided in the central portion of the weight portion (51).
  • the multiple electromagnetic steel sheets (M) constituting the stator core (32) are fastened to each other at the weight portion (51), so that the fastening portion (38) is formed in a portion where magnetic flux does not pass. This makes it possible to suppress an increase in iron loss due to fastening. Note that multiple electromagnetic steel sheets (M) can be fastened to the weight portion (51) even when the means for fastening the electromagnetic steel sheets (M) is welding, adhesive, or the like.
  • the electric motor (30) of the first embodiment is an inner rotor type in which the rotor (40) is disposed inside the stator (31).
  • the electric motor (30) of the second embodiment is an outer rotor type in which the rotor (40) is disposed outside the stator (31).
  • the electric motor (30) of the second embodiment will be described in terms of differences from the electric motor (30) of the first embodiment.
  • the stator core (32) has an annular yoke portion (34) and teeth portions (35) extending radially outward from the yoke portion (34).
  • the teeth portions (35) are provided with coils (33).
  • the stator core (32) further has a plurality of support portions (37) (four in this embodiment).
  • the stator core (32) is supported on the shaft (28) by the support portions (37).
  • Each support portion (37) protrudes radially inward from the inner circumference of the yoke portion (34).
  • Each support portion (37) is fixed in contact with the outer circumferential surface of the shaft (28).
  • the stator (31) has multiple (eight in this embodiment) dynamic vibration absorbers (50). Each dynamic vibration absorber (50) is provided on the inner circumference of the yoke portion (34). Each dynamic vibration absorber (50) is disposed in a small gap (G) formed between the inner circumference of the yoke portion (34) and the outer circumference of the shaft (28). Each dynamic vibration absorber (50) is disposed on the radially opposite side to the rotor (40). The configuration of each dynamic vibration absorber (50) is the same as in embodiment 1.
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment as in the first embodiment, when the yoke portion (34) of the stator core (32) vibrates at its natural frequency, it vibrates in a phase different from the vibration of the yoke portion (34). This reduces the vibration of the stator core (32). In this way, the weight portion (51) vibrates in conjunction with the vibration of the stator core (32), thereby reducing the radial vibration of the stator core (32) caused by electromagnetic force.
  • the dynamic vibration absorber (50) of this embodiment is formed integrally with the stator core (32). Therefore, the dynamic vibration absorber (50) can be provided without adding any new members to the stator (31).
  • a process for assembling the dynamic vibration absorber (50) is not required separately from the process for manufacturing the stator core (32), an increase in the number of assembly processes can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce vibrations generated in the stator core (32) while suppressing an increase in the manufacturing cost of the stator (31).
  • the electric motor (30) in each of the above embodiments may be applied to devices other than the compressor (10).
  • the electric motor (30) in each of the above embodiments may be applied to a blower.
  • the blower includes an electric motor (30) and a fan driven by the electric motor (30).
  • the fan is not limited to a specific fan, and may be, for example, a centrifugal fan or a propeller fan.
  • the structures of the above embodiments may be adopted in other electromagnetic devices as magnetic circuits.
  • the other electromagnetic devices include a magnetic bearing that generates a levitation force on the rotor by passing current through a coil, and a reactor that smooths current pulses by passing current through a coil.
  • the present disclosure is useful for magnetic circuit components, blowers, compressors, and refrigeration devices.
  • Refrigeration equipment 10 Compressor 20 Drive shaft (rotating shaft) 30 Electric motor (magnetic circuit) 31 Stator (magnetic circuit part) 32 Stator core (core) 33 Coil 34 York 40 Rotor 50 Dynamic vibration absorber 51 Plume 52 Connection part M Electromagnetic steel plate R Refrigerant circuit

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Abstract

磁気回路部品(31)は、軟磁性材料で構成され、環状のヨーク部(34)を有するコア(32)と、コア(32)に設けられ、該コア(32)の振動を低減する動吸振器(50)とを備える。動吸振器(50)は、錘部(51)と、該錘部(51)とヨーク部(34)とを接続するとともに弾性変形する接続部(52)とを有する。動吸振器(50)は、前記コア(32)と一体に形成される。

Description

磁気回路部品、送風機、圧縮機、及び冷凍装置
 本開示は、磁気回路部品、送風機、圧縮機、及び冷凍装置に関する。
 従来より、磁束を含む閉回路で構成される磁気回路が知られている。磁気回路では、磁力の変化に起因して振動が発生する。磁気回路の分野において、この振動を低減したいという課題がある。
 特許文献1では、磁気回路の一種である電動機が開示されている。特許文献1の電動機は、固定子鉄心と、該固定子鉄心の外周に配置された固定子外周板とを有する。この電動機では、固定子外周板と固定子鉄心との間に複数の補強板が設けられる。この補強板は、弾性を有する第1はり部材と第2はり部材とを有する。第1はり部材と第2はり部材とは、連結部材で結合される。このような構造により、固定子鉄心の支持剛性を低減し、固定子鉄心に発生する電磁振動を吸収している。
特開2009-254012号公報
 上記特許文献1の電動機では、複数の補強板を設けることにより振動を低減できる一方、補強板の追加に伴ってコストが増加する。加えて、製造工程においても、電動機に補強板を組み付ける工程が追加となるため、更にコストが増加するという問題があった。
 本開示の目的は、磁気回路の一部を構成する磁気回路部品において、製品コストの増加を抑制しつつ、コアで発生する振動を低減することである。
 第1の態様は、磁気回路の一部を構成する磁気回路部品であって、軟磁性材料で構成され、環状のヨーク部(34)を有するコア(32)と、前記コア(32)に設けられ、該コア(32)の振動を低減する動吸振器(50)とを備え、前記動吸振器(50)は、錘部(51)と、該錘部(51)と前記ヨーク部(34)とを接続するとともに弾性変形する接続部(52)とを有し、前記動吸振器(50)は、前記コア(32)と一体に形成される。
 第1の態様では、コア(32)の振動を低減する動吸振器(50)を備え、動吸振器(50)がコア(32)と一体に形成される。そのため、新たな部材を追加することなく、コア(32)の振動を低減できる。加えて、本態様では、動吸振器(50)がコア(32)と別部材で構成される場合に比べて、コア(32)に動吸振器(50)を組み付ける作業も生じない。これにより、磁気回路部品(31)の製品コストの増加を抑制しつつ、コア(32)で発生する振動を低減できる。
 第2の態様は、第1の態様において、前記錘部(51)は、前記ヨーク部(34)の周方向に沿って延びる。
 第2の態様では、錘部(51)は環状のヨーク部(34)の周方向に沿って延びるように形成されるので、ヨーク部(34)の磁路を確保しつつ、コア(32)全体の大きさを小さくできる。
 第3の態様は、第1又は第2の態様において、前記動吸振器(50)は、前記ヨーク部(34)の外周又は内部に設けられる。
 第3の態様では、ヨーク部(34)の外周又は内部に設けられる動吸振器(50)によって、コア(32)の振動が低減される。
 第4の態様は、第1~第3のいずれか1つの態様において、前記コア(32)は、互いに積層される複数の電磁鋼板(M)によって構成され、前記複数の電磁鋼板(M)は、前記錘部(51)において互いに締結される。
 第4の態様では、コア(32)を構成する複数の電磁鋼板(M)が錘部(51)で互いに締結されるので、磁束が通らない部分に締結部が形成される。そのため、締結に起因する鉄損の増加を抑制できる。
 第5の態様は、第1~第4のいずれか1つの態様において、前記磁気回路は、回転軸(20)の軸心を中心に回転可能に構成されるロータ(40)と、該回転軸(20)の径方向において前記ロータ(40)と対向して配置されるステータ(31)とを備え、前記ステータ(31)は、前記コア(32)としてのステータコア(32)と、該ステータコア(32)に巻き回されるコイル(33)とを有し、前記動吸振器(50)は、前記径方向において前記ロータ(40)と反対側に配置される。
 第5の態様では、回転軸(20)の径方向においてロータ(40)と反対側に配置される動吸振器(50)によって、コア(32)の振動が低減される。
 第6の態様は、第1~第5のいずれか1つの態様において、前記磁気回路部品は、電動機(30)の一部を構成する。
 第6の態様では、電動機(30)の製品コストの増加を抑制しつつ、コア(32)の振動を低減できる。
 第7の態様は、第1~第5のいずれか1つの態様において、前記磁気回路部品は、磁気軸受の一部を構成する。
 第7の態様では、磁気軸受の製品コストの増加を抑制しつつ、コア(32)の振動を低減できる。
 第8の態様は、第1~第4のいずれか1つの態様において、前記磁気回路部品は、リアクトルの一部を構成する。
 第8の態様では、リアクトルの製品コストの増加を抑制しつつ、コア(32)の振動を低減できる。
 第9の態様は、第6の態様の磁気回路部品を備える電動機(30)と、前記電動機(30)によって駆動されるファンとを備える送風機である。
 第9の態様では、製品コストの増加を抑制しつつ振動を低減した送風機を提供できる。
 第10の態様は、第6又は第7の態様の磁気回路部品を備える圧縮機である。
 第10の態様では、製品コストの増加を抑制しつつ振動を低減した圧縮機を提供できる。
 第11の態様は、第10の態様の圧縮機(10)と、前記圧縮機(10)で圧縮された冷媒が流れる冷媒回路(R)とを備える冷凍装置である。
 第11の態様では、製品コストの増加を抑制しつつ振動を低減した冷凍装置を提供できる。
図1は、実施形態1に係る冷凍装置の概略の配管系統図である。 図2は、実施形態1に係る圧縮機の軸方向断面図である。 図3は、実施形態1に係る電動機の断面形状を模式的に示す軸方向に垂直な方向における断面図である。 図4は、図3の枠IVの拡大図である。 図5は、図4のVーV線矢視断面図である。 図6は、シミュレーションの結果を示すグラフである。 図7は、実施形態1の変形例1に係る要部の拡大図である。 図8は、実施形態1の変形例2に係る要部の拡大図である。 図9は、実施形態1の変形例3に係る要部の拡大図である。 図10は、実施形態1の変形例4に係る要部の拡大図である。 図11は、実施形態1の変形例5に係る要部の拡大図である。 図12は、実施形態1の変形例6に係る図5に相当する図である。 図13は、実施形態1の変形例7に係る図5に相当する図である。 図14は、実施形態1の変形例8に係る要部の拡大図である。 図15は、実施形態2に係る図3に相当する図である。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比または数を誇張または簡略化して表す場合がある。
 《実施形態1》
 実施形態1について説明する。本開示の磁気回路部品(31)は、電動機(30)の一部を構成する。本実施形態の電動機(30)は、冷凍装置(1)の圧縮機(10)に設けられる。
 (1)冷凍装置の概要
 図1に示すように、冷凍装置(1)は、圧縮機(10)を備える。冷凍装置(1)は、冷媒が充填された冷媒回路(R)を有する。冷媒回路(R)は、圧縮機(10)、放熱器(2)、減圧機構(3)、及び蒸発器(4)を有する。減圧機構(3)は、膨張弁である。冷媒回路(R)は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。
 冷凍サイクルでは、圧縮機(10)によって圧縮された冷媒が、放熱器(2)において空気に放熱する。放熱した冷媒は、減圧機構(3)によって減圧され、蒸発器(4)において蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機(10)に吸入される。
 冷凍装置(1)は、空気調和装置である。空気調和装置は、冷房専用機、暖房専用機、あるいは冷房と暖房とを切り換える空気調和装置であってもよい。この場合、空気調和装置は、冷媒の循環方向を切り換える切換機構(例えば四方切換弁)を有する。冷凍装置(1)は、給湯器、チラーユニット、庫内の空気を冷却する冷却装置などであってもよい。冷却装置は、冷蔵庫、冷凍庫、コンテナなどの内部の空気を冷却する。減圧機構(3)は、電子膨張弁、感温式膨張弁、膨張機、またはキャピラリーチューブで構成されてもよい。
 (2)圧縮機
 図2に示すように、圧縮機(10)は、ケーシング(11)と、電動機(30)と、駆動軸(20)と、圧縮機構(22)とを有する。圧縮機(10)は、ロータリ型の圧縮機である。厳密には、圧縮機(10)は揺動ピストン型の圧縮機である。圧縮機(10)は、スクロール型、スクリュー型、あるいはターボ型の圧縮機であってもよい。
 (2-1)ケーシング
 ケーシング(11)は、電動機(30)、駆動軸(20)、及び圧縮機構(22)を収容する。ケーシング(11)は全密閉型の容器である。ケーシング(11)の内部は、圧縮機構(22)から吐出された高圧の冷媒で満たされる。
 ケーシング(11)は、金属材料で構成される。ケーシング(11)は、胴部(12)、底部(13)、及び頂部(14)を有する。胴部(12)は、金属製の円筒状の部材である。胴部(12)の軸方向の両端にはそれぞれ開口が形成される。本実施形態では、胴部(12)の軸方向が鉛直方向に対応する。底部(13)は、胴部(12)の下側の開口を閉塞する。頂部(14)は、胴部(12)の上側の開口を閉塞する。
 (2-2)電動機
 図2及び図3に示す電動機(30)は、磁気回路の一例である。電動機(30)は、圧縮機構(22)の上方に配置される。電動機(30)は、インバータ装置によって運転周波数が制御される。言い換えると、圧縮機(10)は、運転周波数が可変なインバータ式である。
 図2に示すように、電動機(30)は、ステータ(31)と、ロータ(40)とを有する。ステータ(31)は、ケーシング(11)の胴部(12)に支持される。ステータ(31)は、本開示の磁気回路部品に対応する。
 図3に示すように、ステータ(31)は、ステータコア(32)と、ステータコア(32)に巻き回されるコイル(33)と、動吸振器(50)とを有する。ステータコア(32)は、本開示のコアに対応する。電動機(30)は、コイル(33)に通電することにより、ロータ(40)に回転トルクを発生させる電磁装置である。
 ステータコア(32)は、軟磁性材料である電磁鋼板(M)が軸方向に互いに積層されて構成される。ステータコア(32)は、筒状に構成される。図3に示すように、ステータコア(32)は、環状のヨーク部(34)と、ヨーク部(34)の内周から径方向内方に延びる複数(本実施形態では、9つ)のティース部(35)とを有する。
 動吸振器(50)は、ステータコア(32)に設けられる。動吸振器(50)は、ステータコア(32)の振動を低減するためのものである。ステータ(31)の詳細については、後述する。
 ロータ(40)は、ステータコア(32)の内側に配置される。ロータ(40)の軸心には駆動軸(20)が固定される。言い換えると、ステータコア(32)は、駆動軸(20)の径方向においてロータ(40)と対向して配置される。ロータ(40)の内部には、複数の永久磁石(42)が埋め込まれる。ステータ(31)のティース部(35)とロータ(40)との間には、軸方向視において環状の空隙(いわゆる、エアギャップ)が形成される。
 (2-3)駆動軸
 駆動軸(20)は、ケーシング(11)の軸心に沿って鉛直方向に延びる。駆動軸(20)は、電動機(30)によって回転駆動される。駆動軸(20)は、軸受け(21,29)によって回転可能に支持される。駆動軸(20)は、本開示の回転軸に対応する。
 (2-4)圧縮機構
 圧縮機構(22)は、シリンダ(23)と、シリンダ(23)の内部に設けられるピストン(24)とを有する。シリンダ(23)の内周面とピストン(24)の外周面との間にシリンダ室(25)が形成される。シリンダ室(25)では、駆動軸(20)によって駆動されるピストン(24)により流体が圧縮される。
 (2-5)吸入管及び吐出管
 圧縮機(10)は、吸入管(26)及び吐出管(27)を有する。吸入管(26)は、胴部(12)を径方向に貫通し、シリンダ室(25)と連通する。冷媒回路(R)の低圧冷媒が、吸入管(26)を介してシリンダ室(25)に吸い込まれる。吐出管(27)は、頂部(14)を軸方向に貫通し、ケーシング(11)の内部空間と連通する。圧縮機構(22)で圧縮された冷媒は、電動機(30)のエアギャップを流れた後、吐出管(27)より冷媒回路(R)へ送られる。
 (3)ステータの詳細
 ステータ(31)の詳細について、図3~図5を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、「軸方向」、「周方向」、及び「径方向」は、ステータ(31)のヨーク部(34)における軸方向、周方向、及び径方向をそれぞれ意味する。本実施形態では、ヨーク部(34)の軸方向は、図2に示すように駆動軸(20)の軸方向に相当する。
 ステータ(31)は、上述のように、ステータコア(32)と、コイル(33)と、動吸振器(50)とを有する。また、ステータコア(32)は、環状のヨーク部(34)と、複数のティース部(35)とを有する。
 ティース部(35)は、ヨーク部(34)の内周から径方向内方に延びる。各ティース部(35)には、例えば集中巻方式によってコイル(33)が巻き回されている。互いに隣接するティース部(35)の間には、コイル(33)を収容するための空間であるコイル用スロット(36)が形成される。
 本実施形態では、ステータコア(32)を構成する複数の電磁鋼板(M)は、ヨーク部(34)において互いに締結される。本実施形態では、電磁鋼板(M)同士は、カシメによって締結される。なお、電磁鋼板(M)を締結する手段としては、カシメ以外に、溶接、接着などであってもよい。
 (3-1)支持部
 図3に示すように、ステータコア(32)は、複数(本実施形態では、9つ)の支持部(37)を有する。支持部(37)によって、ステータコア(32)は、ケーシング(11)の胴部(12)に支持される。各支持部(37)は、周方向に所定の間隔を空けて互いに配置される。各支持部(37)は、ヨーク部(34)の外周から径方向外方に突出している。各支持部(37)は、胴部(12)の内周面に接触するように嵌め入れられて、固定されている。これにより、ステータコア(32)がケーシング(11)に保持される。
 (3-2)動吸振器
 ステータ(31)は、複数(本実施形態では、18)の動吸振器(50)を有する。各動吸振器(50)は、ヨーク部(34)の外周に設けられる。各動吸振器(50)は、胴部(12)の内周面とヨーク部(34)の外周面との間に形成される僅かな隙間(G)に配置される。各動吸振器(50)は、径方向においてロータ(40)と反対側に配置される。
 隣り合う動吸振器(50)は、一つの支持部(37)を挟んで周方向の両側に配置される。なお、隣り合う動吸振器(50)は、一つの支持部(37)を挟むことなく、隣接してもよい。各動吸振器(50)は、コイル用スロット(36)の径方向外方に配置される。また、図5に示すように、各動吸振器(50)は、ステータコア(32)における軸方向の一端から他端に亘って形成される。
 図4に示すように、動吸振器(50)は、軸方向視でL字状に構成される。動吸振器(50)は、錘部(51)と、接続部(52)とを有する。錘部(51)は、ヨーク部(34)の周方向に沿って延びる。錘部(51)は、略直方体状に形成される。錘部(51)は、軸方向視で、周方向を長辺とし、径方向を短辺とする略矩形状に形成される。錘部(51)は、胴部(12)の内周面と接触しない。また、錘部(51)は、ヨーク部(34)の外周面とも接触しない。
 接続部(52)は、錘部(51)とヨーク部(34)とを接続する。詳細には、接続部(52)は、ヨーク部(34)の外周と、錘部(51)の周方向一端部とを接続する。接続部(52)は、径方向に延びる。接続部(52)は、略直方体状に形成される。接続部(52)は、弾性変形する。図4に示すように、接続部(52)の周方向の長さW1は、錘部(51)の周方向の長さW2よりも極めて小さい。したがって、接続部(52)は、錘部(51)よりも弾性変形しやすい。
 動吸振器(50)は、ステータコア(32)のヨーク部(34)が固有振動数で振動したとき、該ヨーク部(34)の振動と異なる位相で振動することにより、ステータコア(32)の振動を低減する。
 なお、ここでいう「ヨーク部(34)の振動と異なる位相で振動する」とは、ヨーク部(34)の固有振動数と異なる周波数で振動することを含む。この場合、ヨーク部(34)の固有振動と動吸振器(50)の振動との位相の差は、時間と共に変化する。
 また、「ヨーク部(34)の振動と異なる位相で振動する」とは、ヨーク部(34)の固有振動数と同じ周波数且つヨーク部(34)の固有振動と位相の異なる位相で振動することを含む。この場合、例えば、ヨーク部(34)の固有振動と動吸振器(50)の振動の位相の差が90度から270度のとき、ヨーク部(34)の固有振動と動吸振器(50)の振動が互いに打ち消し合うように振動することで、ステータコア(32)の振動が低減される。例えば、ヨーク部(34)の固有振動と動吸振器(50)の振動の位相の差が0度から90度、又は270度から360度のとき、ヨーク部(34)の固有振動と動吸振器(50)の振動とのピークがずれることで、ステータコア(32)の振動のピークが低減される。
 ロータ(40)が回転すると、ロータ(40)とステータ(31)との間に磁気吸引力が発生する。この力を電磁力という。電磁力がステータコア(32)に作用することにより、ステータコア(32)が振動する。
 本実施形態の動吸振器(50)では、ステータコア(32)が振動すると、接続部(52)が節となり、錘部(51)の先端部(周方向他端部)が腹となって振動する。このように、ステータコア(32)の振動に連動して錘部(51)が振動することにより、電磁力に起因するステータコア(32)の径方向の振動を低減できる。
 ここで、本開示の動吸振器(50)は、片持ち梁の構造とみなすことができる。片持ち梁の固有振動数fは、以下の式[数1]で表すことができる。
 上記式[数1]において、mは梁先端に作用する質量(kg)であり、kは片持ち梁の剛性(N/m)である。なお、片持ち梁の剛性kは、以下の式[数2]で表すことができる。
 上記式[数2]において、Eはヤング率であり、Iは断面二次モーメントであり、Lは梁の長さである。
 上記式[数1]によれば、例えば、接続部(52)の周方向の長さW1を大きくすると、接続部(52)の断面積が増加するので断面二次モーメントIが増加する。その結果、接続部(52)の剛性kが増加することで、動吸振器(50)の固有振動数fを大きくできる。一方、例えば、錘部(51)の周方向の長さW2を小さくすると、錘部(51)の質量mが小さくなる。そのため、この場合の動吸振器(50)の固有振動数fを大きくできる。このように、本実施形態の動吸振器(50)では、接続部(52)の周方向の長さW1及び錘部(51)の周方向の長さW2を変更することにより、動吸振器(50)の固有振動数fを所望の固有振動数に設定できる。
 動吸振器(50)は、ステータコア(32)と一体に形成される。具体的には、動吸振器(50)は、ステータコア(32)と同じ軟磁性材料で構成され、ステータコア(32)を構成する電磁鋼板(M)によって構成される。動吸振器(50)は、プレス加工等により、ステータコア(32)に相当する部分と動吸振器(50)に相当する部分とが一体となった形状の金型を用いて電磁鋼板(M)を打ち抜き、該打ち抜いた電磁鋼板(M)を積層することにより形成される。言い換えると、ステータコア(32)を形成する過程において、同時に動吸振器(50)を形成できる。
 上記によれば、動吸振器(50)がステータコア(32)と一体に形成されるので、ステータ(31)に新たな部材を追加することなく、動吸振器(50)を設けることができる。加えて、ステータコア(32)を製造する工程とは別に動吸振器(50)を組み付ける工程を必要としないので、組み付け工程の増加を抑制できる。したがって、ステータ(31)の製造コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 また、上記構造によれば、ステータコア(32)に動吸振器(50)を組み付ける工程を必要としないため、動吸振器(50)の組み付け精度のばらつきが生じない。そのため、ステータ(31)ごとに動吸振器(50)の性能にばらつきが生じることを抑制できる。
 加えて、本実施形態の動吸振器(50)は、ケーシング(11)の内周面とステータ(31)の外周面との間の僅かな隙間(G)に配置される。このため、動吸振器(50)を設けるために、例えば、電動機(30)自体を大きくする必要や、ステータコア(32)を小さくする必要がない。そのため、本実施形態では、電動機(30)としての性能を維持しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 (4)シミュレーション
 本実施形態の動吸振器(50)の振動低減効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。本シミュレーションは、6極9スロットモータを対象とする。本シミュレーションでは、ステータ(31)の固有振動数(共振周波数)の加振力をステータ(31)に印加した場合におけるステータコア(32)の外周面の加速度を調べた。
 図6は、本シミュレーションから得られたステータコア(32)の外周面における周波数-加速度を示すグラフである。図中の実線は、動吸振器を備えない従来のステータに加振力を加えた場合の結果である。図中の破線は、本実施形態の動吸振器(50)を備えるステータ(31)に加振力を加えた場合の結果である。
 同図における3200Hz~3300Hzでは、従来のステータに比べて、本実施形態のステータ(31)は、加速度のピーク値が約98%低減していることが確認された。これは、動吸振器(50)がステータコア(32)の振動に対して逆位相で振動することにより、ステータコア(32)の振動を低減できたと考えられる。この結果から、本実施形態の動吸振器(50)によって、ステータコア(32)の振動を低減したステータ(31)を実現できることが確認された。
 (5)特徴
 (5-1)
 本実施形態のステータ(31)では、動吸振器(50)がステータコア(32)と一体に形成される。そのため、新たな部材を追加することなく、ステータコア(32)の振動を低減できる。加えて、動吸振器(50)がステータコア(32)と別部材で構成される場合に比べて、ステータコア(32)に動吸振器(50)を組み付ける作業も生じない。これにより、ステータ(31)の製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 (5-2)
 本実施形態の錘部(51)は、環状のヨーク部(34)の周方向に沿って延びる。そのため、ヨーク部(34)の磁路を確保しつつ、ステータコア(32)全体の大きさを小さくできる。
 (5-3)
 本実施形態の動吸振器(50)は、ヨーク部(34)の外周に設けられる。これにより、ヨーク部(34)の外周においてステータコア(32)の振動が低減される。また、動吸振器(50)がヨーク部(34)の外周に設けられるので、動吸振器(50)を簡単に形成できる。
 (5-4)
 本実施形態の動吸振器(50)は、径方向においてロータ(40)と反対側に配置される。これにより、径方向におけるロータ(40)と反対側の部分において、ステータコア(32)の振動が低減される。
 (5-5)
 本実施形態のステータ(31)は、電動機(30)の一部を構成する。そのため、電動機(30)の製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)の振動を低減できる。
 (5-6)
 本実施形態の動吸振器(50)は、ステータコア(32)において、軸方向の一端から他端に亘って配置される。これにより、軸方向に生じる振動を低減できる。軸方向に生じる振動とは、例えば、駆動軸(20)の中心軸ずれや、偏心時における電磁力のアンバランスなどに起因する振動が含まれる。
 (5-7)
 本実施形態の動吸振器(50)は、L字状に形成される。これによれば、錘部(51)の周方向の長さW2を比較的自由に設定しやすいので、動吸振器(50)の固有振動数を所望の固有振動数に設定しやすい。
 (5-8)
 本実施形態の動吸振器(50)は、コイル用スロット(36)の径方向外方に配置される。ここで、ステータコア(32)において、コイル用スロット(36)の径方向外方に位置する部分は、ティース部(35)の径方向外方に位置する部分に比べて振動しやすい。そのため、本実施形態では、動吸振器(50)がコイル用スロット(36)の径方向外方に配置されることにより、ステータコア(32)の振動をより低減できる。
 (6)変形例
 上記実施形態については以下のような変形例としてもよい。なお、以下の説明では、原則として上記実施形態と異なる点について説明する。
 (6-1)変形例1:錘部の形状
 図7に示すように、本実施形態の動吸振器(50)では、錘部(51)は、軸方向視において、径方向の長さが周方向一端から他端に亘って同じでなくてもよい。本変形例においても上記実施形態と同様の効果を奏する。
 具体的には、錘部(51)は、径方向の長さが異なる第1錘部(51a)と第2錘部(51b)を有する。第1錘部(51a)は、錘部(51)において接続部(52)寄りの部分である。第2錘部(51b)は、錘部(51)において接続部(52)から離れた部分である。第1錘部(51a)と第2錘部(51b)は連続している。接続部(52)は、第1錘部(51a)の周方向一端部に接続される。第2錘部(51b)の径方向の長さD2は、第1錘部(51a)の径方向の長さD1よりも長い(D1<D2)。言い換えると、錘部(51)は、その先端部が中途部分よりも重くなるように構成されている。
 本変形例では、例えば、図7(a)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが同じになるように構成されてもよい。この場合、第2錘部(51b)の内縁部の位置は、第1錘部(51a)の内縁部の位置よりも径方向内方に位置する。
 また、本変形例では、図7(b)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが異なるように構成されてもよい。図7(b)では、第2錘部(51b)の外縁部は、第1錘部(51a)の外縁部よりも径方向外方に位置する。この場合、第2錘部(51b)の内縁部の位置は、第1錘部(51a)の内縁部の位置よりも径方向内方に位置する。
 (6-2)変形例2:錘部の形状
 図8に示すように、本実施形態の動吸振器(50)は、軸方向視でI字状に構成されてもよい。この場合、接続部(52)は、ステータコア(32)の支持部(37)に設けられる。接続部(52)は、支持部(37)の側縁部と錘部(51)の周方向一端部とを接続する。接続部(52)は、周方向に延びる。本変形例においても上記実施形態と同様の効果を奏する。
 本変形例では、例えば図8(a)に示すように、錘部(51)は、軸方向視において、径方向の長さDが周方向の一端から他端に亘って同じに構成されてもよい。
 また、本変形例では、図8(b)及び図8(c)に示すように、上記変形例1と同様に、錘部(51)が、径方向の長さが異なる第1錘部(51a)と第2錘部(51b)を有してもよい。この場合、図8(b)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが同じになるように構成されてもよい。また、図8(c)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが異なるように構成されてもよい。
 (6-3)変形例3:錘部の形状
 図9に示すように、本実施形態の動吸振器(50)は、軸方向視でT字状に構成されてもよい。この場合、接続部(52)は、ヨーク部(34)の外周面と、錘部(51)の周方向中央部とを接続する。本変形例においても上記実施形態と同様の効果を奏する。
 本変形例では、例えば図9(a)に示すように、錘部(51)は、軸方向視において、径方向の長さDが周方向の一端から他端に亘って同じに構成されてもよい。
 また、本変形例では、図9(b)及び図9(c)に示すように、上記変形例1と同様に、錘部(51)は、径方向の長さが異なる第1錘部(51a)と第2錘部(51b)を有してもよい。本変形例では、錘部(51)は、一つの第1錘部(51a)と二つの第2錘部(51b)とを有する。第1錘部(51a)は、錘部(51)において中央に形成される部分である。各第2錘部(51b)は、第1錘部(51a)の周方向両端部のそれぞれに形成される部分である。第2錘部(51b)の径方向の長さD2は、第1錘部(51a)の径方向の長さD1よりも長い(D1<D2)。言い換えると、錘部(51)は、その周方向両側の先端部が中途部分よりも重くなるように構成されている。
 本変形例では、図9(b)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが同じになるように構成されてもよい。また、図9(c)に示すように、錘部(51)は、径方向において、第1錘部(51a)の外縁部の位置と第2錘部(51b)の外縁部の位置とが異なるように構成されてもよい。
 (6-4)変形例4:動吸振器の配置
 図10に示すように、動吸振器(50)は、ティース部(35)の径方向外方に配置されてもよい。図10では、隣り合う動吸振器(50)は、一つの支持部(37)を挟むことなく隣接しているが、本変形例では、隣り合う動吸振器(50)は、一つの支持部(37)を挟んで周方向の両側に配置されてもよい。本変形例においても、上記実施形態と同様に、製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 (6-5)変形例5:動吸振器の配置
 図11に示すように、動吸振器(50)は、ヨーク部(34)の内部に設けられてもよい。具体的には、ヨーク部(34)の内部に比較的小さな空間を形成し、該空間に動吸振器(50)が収容される。本変形例においても、上記実施形態と同様に、製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。なお、図11では、軸方向視でT字状に構成された動吸振器(50)を例として図示したが、上記実施形態及び変形例1、2のように軸方向視でL字状又はI字状に構成される動吸振器(50)であってもよい。
 (6-6)変形例6:動吸振器の軸方向の配置
 図12に示すように、動吸振器(50)は、ステータコア(32)における軸方向の一端から他端に亘って形成されなくてもよい。この場合、動吸振器(50)の軸方向の長さは、ステータコア(32)の軸方向の長さよりも短い。本変形例においても、上記実施形態と同様に、製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 本変形例では、例えば、図12(a)に示すように、軸方向において一つの動吸振器(50)が、軸方向の中央部に配置されてもよい。この場合、ステータコア(32)を構成する電磁鋼板(M)のうち、上側及び下側の電磁鋼板(M)には、動吸振器(50)が形成されていない。
 また、本変形例では、図12(b)に示すように、軸方向において複数(本変形例では、2つ)の動吸振器(50)が配置されてもよい。言い換えると、動吸振器(50)は、軸方向に連続して形成される必要はない。図12(b)では、ステータコア(32)を構成する電磁鋼板(M)のうち、上側及び下側の電磁鋼板(M)に動吸振器(50)が形成されている。
 本変形例によれば、錘部(51)の軸方向の長さを変更することにより、錘部(51)の質量が変更される。これにより、動吸振器(50)の固有振動数を所望の固有振動数に変更できる。
 (6-7)変形例7:動吸振器の軸方向の形状
 図13に示すように、動吸振器(50)は、径方向視において、T字状に構成されてもよい。具体的には、本変形例の動吸振器(50)では、錘部(51)の軸方向の長さが、接続部(52)の軸方向の長さよりも長い。
 本変形例においても、上記実施形態と同様に、製品コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。加えて、上記変形例6と同様に、錘部(51)の軸方向の長さを変更することにより、錘部(51)の質量が変更される。これにより、動吸振器(50)の固有振動数を所望の固有振動数に変更できる。
 (6-8)変形例8:電磁鋼板の締結位置
 図14に示すように、ステータコア(32)を構成する複数の電磁鋼板(M)は、動吸振器(50)の錘部(51)において互いに締結されてもよい。本変形例では、電磁鋼板(M)同士は、カシメによって締結される。例えば、図14に破線で示すように、錘部(51)の中央部分にカシメによって形成される締結部(38)が設けられる。
 本変形例によれば、ステータコア(32)を構成する複数の電磁鋼板(M)が、錘部(51)で互いに締結されるので、磁束が通らない部分に締結部(38)が形成される。そのため、締結に起因する鉄損の増加を抑制できる。なお、電磁鋼板(M)を締結する手段としては、溶接、接着などである場合においても、錘部(51)において複数の電磁鋼板(M)を締結可能である。
 《実施形態2》
 実施形態2について説明する。実施形態1の電動機(30)は、ステータ(31)の内側にロータ(40)が配置されるインナーロータ型であった。これに対し、本実施形態の電動機(30)は、ステータ(31)の外側にロータ(40)が配置されるアウターロータ型の電動機である。ここでは、本実施形態の電動機(30)について、実施形態1の電動機(30)と異なる点を説明する。
 図15に示すように、ステータコア(32)は、環状のヨーク部(34)と、該ヨーク部(34)から径方向外方に延びるティース部(35)とを有する。ティース部(35)には、コイル(33)が備えられている。ステータコア(32)は、複数(本実施形態では、4つ)の支持部(37)を更に有する。支持部(37)によって、ステータコア(32)は、軸(28)に支持される。各支持部(37)は、ヨーク部(34)の内周から径方向内方に突出している。各支持部(37)は、軸(28)の外周面に接触して固定される。
 ステータ(31)は、複数(本実施形態では、8つ)の動吸振器(50)を有する。各動吸振器(50)は、ヨーク部(34)の内周に設けられる。各動吸振器(50)は、ヨーク部(34)の内周面と軸(28)の外周面との間に形成される僅かな隙間(G)に配置される。各動吸振器(50)は、径方向においてロータ(40)と反対側に配置される。各動吸振器(50)の構成は、実施形態1と同様である。
 本実施形態の動吸振器(50)においても、実施形態1と同様に、ステータコア(32)のヨーク部(34)が固有振動数で振動したとき、該ヨーク部(34)の振動と異なる位相で振動する。これにより、ステータコア(32)の振動を低減する。このように、ステータコア(32)の振動に連動して錘部(51)が振動することによって、電磁力に起因するステータコア(32)の径方向の振動を低減できる。
 また、本実施形態の動吸振器(50)は、ステータコア(32)と一体に形成される。そのため、ステータ(31)に新たな部材を追加することなく、動吸振器(50)を設けることができる。加えて、ステータコア(32)を製造する工程とは別に動吸振器(50)を組み付ける工程を必要としないので、組み付け工程の増加を抑制できる。したがって、ステータ(31)の製造コストの増加を抑制しつつ、ステータコア(32)で発生する振動を低減できる。
 また、上記構造によれば、ステータコア(32)に動吸振器(50)を組み付ける工程を必要としないため、動吸振器(50)の組み付け精度のばらつきが生じない。そのため、ステータ(31)ごとに動吸振器(50)の性能にばらつきが生じることを抑制できる。なお、本実施形態においても、実施形態1の変形例1~8を適用できる。
 《その他の実施形態》
 上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
 上記各実施形態の電動機(30)は、圧縮機(10)以外に適用されてもよい。例えば、上記各実施形態の電動機(30)は、送風機に適用されてもよい。送風機は、電動機(30)と該電動機(30)によって駆動されるファンとを備える。ファンは、特定のファンには限定されず、例えばシロッコファンやプロペラファンなどであってもよい。
 上記各実施形態の構造は、磁気回路としての他の電磁装置に採用されてもよい。具体的には、他の電磁装置は、コイルに通電することでロータに浮上力が発生する磁気軸受や、コイルに通電することで電流パルスを平滑化するリアクトルを含む。これにより、上記実施形態と同様に、電磁装置の製品コストの増加を抑制しつつ、コア(32)の振動を低減できる。
 以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
 以上に述べた「第1」、「第2」、「第3」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。
 以上説明したように、本開示は、磁気回路部品、送風機、圧縮機、及び冷凍装置について有用である。
 1 冷凍装置
10 圧縮機
20 駆動軸(回転軸)
30 電動機(磁気回路)
31 ステータ(磁気回路部品)
32 ステータコア(コア)
33 コイル
34 ヨーク部
40 ロータ
50 動吸振器
51 錘部
52 接続部
 M 電磁鋼板
 R 冷媒回路

Claims (11)

  1.  磁気回路の一部を構成する磁気回路部品であって、
     軟磁性材料で構成され、環状のヨーク部(34)を有するコア(32)と、
     前記コア(32)に設けられ、該コア(32)の振動を低減する動吸振器(50)とを備え、
     前記動吸振器(50)は、錘部(51)と、該錘部(51)と前記ヨーク部(34)とを接続するとともに弾性変形する接続部(52)とを有し、
     前記動吸振器(50)は、前記コア(32)と一体に形成される
     磁気回路部品。
  2.  前記錘部(51)は、前記ヨーク部(34)の周方向に沿って延びる
     請求項1に記載の磁気回路部品。
  3.  前記動吸振器(50)は、前記ヨーク部(34)の外周又は内部に設けられる
     請求項1又は2に記載の磁気回路部品。
  4.  前記コア(32)は、互いに積層される複数の電磁鋼板(M)によって構成され、
     前記複数の電磁鋼板(M)は、前記錘部(51)において互いに締結される
     請求項1~3のいずれか1つに記載の磁気回路部品。
  5.  前記磁気回路は、回転軸(20)の軸心を中心に回転可能に構成されるロータ(40)と、該回転軸(20)の径方向において前記ロータ(40)と対向して配置されるステータ(31)とを備え、
     前記ステータ(31)は、前記コア(32)としてのステータコア(32)と、該ステータコア(32)に巻き回されるコイル(33)とを有し、
     前記動吸振器(50)は、前記径方向において前記ロータ(40)と反対側に配置される
     請求項1~4のいずれか1つに記載の磁気回路部品。
  6.  前記磁気回路部品は、電動機(30)の一部を構成する
     請求項1~5のいずれか1つに記載の磁気回路部品。
  7.  前記磁気回路部品は、磁気軸受の一部を構成する
     請求項1~5のいずれか1つに記載の磁気回路部品。
  8.  前記磁気回路部品は、リアクトルの一部を構成する
     請求項1~4のいずれか1つに記載の磁気回路部品。
  9.  請求項6に記載の磁気回路部品を備える電動機(30)と、
     前記電動機(30)によって駆動されるファンとを備える
     送風機。
  10.  請求項6又は7に記載の磁気回路部品を備える
     圧縮機。
  11.  請求項10に記載の圧縮機(10)と、
     前記圧縮機(10)で圧縮された冷媒が流れる冷媒回路(R)とを備える
     冷凍装置。
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