CN1471217A - 无刷电动机及具有该电动机的密封型压缩机 - Google Patents

Abstract

一种三相的整节波绕组的无刷电动机，具有的定子结构是：线圈(20)以1槽1线圈的比例插入，线圈尾端(21)，在插入第2线圈(202)与第3线圈(203)相互邻接的槽内的位置(A)，第1线圈(201)配置在所述两个线圈的外侧，在插入第1线圈(201)与第3线圈(203)相互邻接的槽内的位置(B)，第2线圈(202)配置在所述第1线圈(201)的内侧至所述第3线圈(203)的外侧，在插入第1线圈(201)与第2线圈(202)相互邻接的槽内的位置(C)，第3线圈(203)配置在所述两个线圈的内侧，并且具有轴向整形的线圈尾端(21)。本发明可提供低振动等且可抑制线圈尾端高度的无刷电动机及装载它的泄漏电流小的密闭型压缩机。

Description

无刷电动机及具有该电动机的密封型压缩机

技术领域

本发明涉及装载在空调机风机用、冰箱或汽车等各种机器上的小型、低振动、低噪声(以下用“低振动等”表示)的无刷电动机及密封型压缩机。

背景技术

机器的小型化或低振动等，是进行开发时必须解决的课题，对于装载密封型压缩机的机器来说当然也面临这样的问题。

电动机中，降低构成电动机的定子的整体高度是实现小型化的一种手段，在如图14所示的实施短距的同心分布绕线的定子中，在将线圈20插入定子铁心10的槽内后，通过从轴向整形来抑制线圈尾端的高度。

另外，作为其他的具体措施，因也有对电动机高效化的要求，故大多采用进行了突极集中绕线的定子。由此，线圈借助用于确保两者间的电气绝缘的绝缘体直接卷绕在齿上，可将线圈尾端的高度控制得极低，近年来在密闭型压缩机等机器中得到广泛的使用。

对于密闭型压缩机，近年来，作为环境问题的一环，正在使用可防止臭氧层破坏的R134a等所谓的替代制冷剂，但是，该R134a与传统的制冷剂相比，其导电率高，而使电动机线圈尾端的泄漏电流增加。因此，对制冷剂为R134a的密闭型压缩机，尤其是线圈尾端的高度低、即暴露在R134a内的面积减少的突极集中绕线的无刷电动机尤其有效。

下面，作为有关电动机的低振动等的具体措施，一种是采用正弦波驱动方式是有效的方法，而作为其他措施，还可采用所发生的磁场为光滑的分布绕线。

另外，在发电动机中多用整节波绕组(日文：全节波卷)，比如在日本专利特开昭55-157948号公报中有所揭示。

而且，有关制造方法，在日本专利特开昭62-107660号公报中有所揭示。这是：将线圈插入后，线圈尾端的径向尺寸与构成线圈的线材的厚度实质相等的情况，是以很好地散发发电动机产生的热量为目的的，(比如，参照公报第3页右上栏第15行至该页左下栏第4行的记载“发明的目的”的记载)，为了实现该目的，将各相的线圈插入后，将朝定子的径向内侧弯曲的线圈尾端(比如，参照公报第5页右上栏第6行至第8行的记载)，通过该公报中记载的“图10”中记载的制造装置，朝定子半径方向整形成笔直(比如，参照公报第5页右上栏第9行的记载)。

在特开平2-221688号公报中，揭示了无刷电动机及装载该电动机的密闭型压缩机，该无刷电动机是每1个槽、1个线圈，具有插入各相的线圈的三相整节绕组的定子(比如，参照公报第2页右下栏第14行至第3页左上栏第3行的记载及图1或图2)。

但是，像具有上述传统的短节或整节的同心分布绕组的定子那样，具有向与仅插入1个线圈的槽相邻的两个槽内插入其他线圈的线圈配置的定子，换言之，别的线圈尾端(不管是否是同一相的线圈)同心状配置在1个线圈的线圈尾端的左右的线圈结构中，通过邻接的线圈尾端各自接触，使线圈尾端朝左右的变形受到限制，使得无法降低其高度。

另外，具有实施有突极集中绕线的定子的电动机(以下称为“突极集中绕组电动机”)，可降低线圈尾端的高度，但存在其绕线结构会使振动增大的问题。

因此，作为对其进行改善的方法，可以考虑在突极集中绕组电动机中用正弦波驱动方式取代传统的矩形波驱动方式，但正弦波驱动方式，其开关次数增加，在如R134a那样的导电率高的环境下，通过作成突极集中绕线能减少泄漏电流的效果减半。

这就意味着在密闭型压缩机中需要确保与容器之间的绝缘距离，从而阻碍密闭型压缩机的小型化。

而且，在仅从定子的半径方向对整节绕组的线圈尾端进行整形的场合，线圈尾端的轴向高度增大很明显。

发明的概要

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种低振动等且可抑制线圈尾端高度的无刷电动机及装载该电动机的泄漏电流小的密闭型压缩机。

为了解决上述传统的课题，本发明的无刷电动机，是一种三相整节波绕组的无刷电动机，其特征在于，定子结构作成如下：具有以1个槽1个线圈的比例插入朝内的线圈，定子铁心端面的所述线圈的线圈尾端，在插入第2线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第1线圈配置在所述两个线圈的外侧，在插入第1线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第2线圈配置在所述第1线圈的内侧至所述第3线圈的外侧，在插入第1线圈与第2线圈相互邻接的槽内的位置，第3线圈配置在所述两个线圈的内侧，并具有在轴向被整形的线圈尾端。通过该线圈配置和波状绕组的插入线圈特有的线圈尾端立起部结构而可提高线圈尾端的整形性，得到线圈尾端高度低、低振动的无刷电动机。

本发明的无刷电动机，是三相整节绕组的无刷电动机，其特征在于，所述电动机的定子由轭铁、齿、形成于相邻的齿之间的槽所构成，且由所述齿的数量是转子极数3倍的定子铁心构成，在所述槽内，以1个槽1个线圈插入各相的线圈，并具有在轴向整形后的线圈尾端，可低振动等抑制线圈尾端的轴向高度。

另外，所述定子铁心的端面的各相的线圈尾端的配置，其特征是，在插入第2线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第1线圈配置在所述两个线圈的外侧，在插入第1线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第2线圈配置在所述第1线圈的内侧至所述第3线圈的外侧，在插入第1线圈与第2线圈相互邻接的槽内的位置，第3线圈配置在所述两个线圈的内侧，通过将第2线圈尾端按上述配置，可限制第1及第3线圈的变形方向，可高效地进行线圈尾端的整形，得到轴向高度更低的线圈尾端。

另外，整节波绕组的无刷电动机，通过波状绕组的插入线圈特有的线圈尾端立起部结构，可增加线圈尾端的可变形量，能得到轴向高度进一步降低的线圈尾端。

另外，其特征在于，转子的极数为6极，定子的槽数为18，通过采用6极，可在维持作为密闭型压缩机可高效采用的转速的同时，进行低振动等的运行，另外，通过采用6极的三相整节绕组的最少的槽数18，可最大限度地扩大槽的可绕线区域，实现高效的绕线。而且，通过将线圈的束数抑制在最小，可形成整形性良好的线圈尾端，得到小型、低振动等且高效的无刷电动机。

另外，所述无刷电动机是以正弦波驱动为特点的无刷电动机，可实现低振动。

本发明的机器，是装载了上述任何一种所述的无刷电动机为特点的机器，可得到小型且低振动等的机器。

本发明的密闭型压缩机，是具有上述任何一种所述的无刷电动机的密闭型压缩机，可减少来自线圈尾端的泄漏电流，故可减小与密闭容器绝缘的空间。

另外，上述密闭型压缩机，其特征在于，其制冷剂为R134a，可减少来自线圈尾端的泄漏电流。

本发明的机器，其特征在于，装载有上述任何一种所述的密闭型压缩机的机器，可得到小型且低振动等的机器。

附图的简单说明

图1是表示本发明的三相整节波绕组无刷电动机6极18槽的线圈配置的局部剖切立体图。

图2是表示本发明的三相整节波绕组无刷电动机的轴向整形后的图。

图3是表示本发明的线圈尾端的轴向整形的机构图。

图4是本发明的4极12槽的线圈配置图。

图5是传统电动机的4极12槽整节同心绕组的线圈配置图。

图6是本发明的定子的绕线制造工序图。

图7是本发明的6极18槽环状线圈绕线工序图。

图8是本发明的6极18槽用星型线圈成形工序图。

图9是各极数下转速与噪声的关系图。

图10是各极数下转速与扭矩的关系图。

图11是表示18槽和36槽的定子铁心的槽形状的图。

图12是槽数与槽有效面积的关系图。

图13是装载有本发明无刷电动机的密闭型压缩机的剖视图。

图14是传统的三相短节同心绕组无刷电动机的线圈配置图。

发明的最佳实施形态

以下根据附图1～13对本发明的各实施形态作说明。

(实施形态1)

图1是表示转子的极数为6极、定子的槽数为18的三相整节绕组无刷电动机的定子的线圈配置。

定子铁心端面的各相的线圈尾端的配置是，在插入第2线圈202与第3线圈203相互邻接的槽11内的位置(以下称为“A部”，与图1中的符号“A”对应)，第1线圈201配置在第2线圈202和第3线圈203的外侧，在插入第1线圈201与第3线圈203相互邻接的槽11内的位置(以下称为“B部”，与图1中的符号“B”对应)，第2线圈202配置在第1线圈201的内侧至第3线圈203的外侧，在插入第1线圈201与第2线圈202相互邻接的槽11内的位置(以下称为“C部”，与图1中的符号“C”对应)，第3线圈203配置在第1线圈201和第2线圈202的内侧(以下将该结构称为“本发明的线圈配置”)。

线圈尾端的朝轴向的整形如图3所示，主要由实线所示的线圈尾端21的立起部21a变形成如假想线所示的线圈尾端21那样朝左右退让，可对其高度降低整形。因此，线圈尾端如何向左右区域扩散是整形性是否良好的要点。

图14所示的短节同心分别绕组的传统例中，线圈20同心状配置，在线圈尾端左右同心状地存在有线圈尾端，故用所述整形机构进行整形所需的左右的区域受到限制。

在本发明的线圈配置中，B部的存在成为整形上的特征。A部及C部中，与所述短节同心分布绕组相同，相互接触、朝该方向的变形受到限制，但在A部及C部的一方一定存在B部。B部的线圈结构是，引导至为从内径侧向外径侧流动而存在的第2线圈202，显示出第1线圈201朝外径侧、第3线圈203朝内径侧线圈被扩散整形的效果。通过各处B部的存在，与图14所示的传统例子不同，起到扩大整体的线圈的整形区域的功能。

而且，因为是三相的无刷电动机，故第1、第2及第3的线圈只要各为第1相(U相)、第2相(V相)及第3相(W相)中的任何1相即可，比如，不必限定为第1线圈为第1相。

(实施形态2)

下面，对转子的极数为4极、定子的槽数为12的三相整节绕组无刷电动机的实施例作说明。

图4是4极、12槽的三相整节绕组无刷电动机的本发明的线圈配置图。图5是表示4极、12槽的三相整节绕组无刷电动机的传统例(具有特开平2-221688号公报记载的线圈组成的无刷电动机)。

图5所示的传统例中，与所述图14所示的短节同心分布绕组相同，各线圈同心状配置，线圈尾端在线圈尾端左右同心状存在，故用所述整形机构进行整形所需的左右区域受到限制。

图4为所述“本发明的线圈配置”，A部及C部的一方必然存在B部。B部的线圈结构是，引导至为从内径侧向外径侧流动而存在的第2线圈202，显示出第1线圈201朝外径侧、第3线圈203朝内径侧线圈被扩散整形的效果。通过所述“本发明的线圈配置”，与上述图5所示的传统例不同，起到扩大整体的线圈的整形区域的功能。

(实施形态3)

下面对上述实施形态1所示的6极、18槽的三相整节波状绕组无刷电动机、尤其是定子的绕组制造方法进行说明。

定子的绕线制造工序如图6所示，主要由5个工序构成。

首先，第1工序，是各个相分别卷绕成1个环状的环状线圈绕线工序，图7是该工序例子。绕线框构成体41是旋转体，具有移动绕线框架42。通过绕线框构成体41旋转，线圈20借助线圈供给口43而卷绕在移动绕线框42上，形成环状线圈。该工序的线圈长度的设定及结构是获得低线圈尾端的重要因素。

第2工序是将第1工序的环状线圈的外周成形为凹凸形状的星型线圈成形工序，图8表示其工序例子。将成形移动框45插入保持环状线圈的移动绕线框42之间，通过环状线圈外侧向放射方向按压线圈，将线圈压至成形固定框44内进行成形。成形移动框45移动时，为使线圈张力不松弛，移动绕线框42同步移动，从而形成无断线和松弛的星型线圈。

第3工序是线圈插入工序，是将成为1相的上述环状线圈从所要进行卷装的槽的槽开口插入至在定子铁心内形成的槽内，上述第2工序形成的线圈装入工具后进行插入。为了得到较低的线圈尾端，其长度受到限定，并且占空因素高的波状线圈插入阻力大，造成插入工序困难，故作成可对付插入阻力的插入工具。另外，作为可维持为使第5工序中的轴向整形容易的波状的线圈尾端立起部的线圈形态的插入导向。

第4工序，是为使下面的线圈容易插入而对已插入的线圈进行整形的线圈整形工序，形成多层占空因素高的线圈的场合是不可缺少的工序。

通过3次重复以上的第1至第4工序，对3相的线圈进行插入。尤其是上述“本发明的线圈配置”的重点的第2线圈202的第4工序的整形状态影响到下面的工序效果。

第5工序是将插入后的环状线圈的线圈尾端朝轴向整形的最终整形工序，一边将外径及内径引导至规定尺寸，一边进行整形。按图1所示插入、配置的线圈在朝轴向被整形后，成为图2所示的形状，通过上述“本发明的线圈配置”及插入物的波状线圈的线圈尾端立起部结构的效果，可整形成低的线圈尾端。

(实施形态4)

下记表1，是将定子铁心的积厚为55mm、占空率为65％作成相同的、线圈的结构不同，即，具有图5所示的传统的整节绕线的无刷电动机、本发明品A(具有“本发明的线圈配置”的整节绕线的无刷电动机)及本发明品B(具有“本发明的线圈配置”的整节绕线的无刷电动机)的线圈尾端的离开定子铁心端面的整体高度以传统产品作为100的指数来表示。

(表1)

	传统产品	本发明产品A	本发明产品B
				线圈尾端高度	100	82	61

各线圈尾端的整体高度差，表示本发明的效果可比传统品更能抑制线圈尾端的高度。传统品与本发明A的比较显示了由“本发明的线圈配置”产生的效果，本发明A与本发明B的比较，表示通过波状线圈的线圈尾端立起部特有的结构，应用了在上述本发明A所产生的线圈区域效果的双重效果。

(实施形态5)

图2表示6极、18槽的三相整节波绕组无刷电动机的定子。作为密闭型压缩机，要求在所需的驱动转速范围内维持一定的效率下运行。极数的选择可考虑4极、6极、8极，但必须小型化的车载用等，要求高速旋转的规格，因此极数越少越能体现其优点。

另一方面，图9所示上述各极数下的转速与噪声的关系的图。显示出极数越多越是低振动等。

但是，如图10所示，极数越多，电的频率就越大，结果，在高速处的铁损增加，功率(额定力矩)下降。

因此，考虑到高速旋转低振动等及效率(额定力矩)的所有方面而采用6极。为了实现更低振动等，并用正弦波驱动为佳。

另外，图11(a)(b)是表示18槽和36槽的定子铁心的槽形状，图12是表示6极的适用槽数与从全槽面积除去了绝缘物的区域的有效槽面积的关系。显示槽数越少，有效槽面积越大。

这里，定子铁心10包括：轭铁；齿31A、31B、31C……；形成在邻接的齿间的朝32。33是线圈。

以上，为了得到在上述效率下绕线的最大效果，采用6极的三相整节绕组中的最少的槽数即18槽。通过将线圈的束数抑制在最小限度，具有线圈之间的干涉减少、形成整形性良好的线圈尾端的效果。

而且，这种小型、低振动等的电动机，对于装载在狭窄的空间内，并且在要求低振动等的机器中，可最大地发挥其效果。比如，适用于密闭型压缩机、电动汽车或混合汽车的驱动、或空调系统的空调机等的送风。

(实施形态6)

图13是装载了本发明的无刷电动机的密闭型压缩机。

密闭型压缩机90，由用于将压缩机内部相对于外部成密闭状态的容器91、进行压缩的机械部92、定子50及转子60构成。定子50通过热套等方式固定于容器91上，转子60利用热套或压入方式固定于从机械部92伸出的轴93上。

密闭型压缩机90在运行时，容器91内是制冷剂环境，从暴露在该环境下的线圈尾端21产生泄漏电流。尤其是R134a制冷剂，其导电率明显地比传统的比如R12制冷剂要低，因此来自线圈尾端21的泄漏电流成为很大的问题。

但是，在本发明的线圈尾端高度低的无刷电动机中，R134a制冷剂中暴露的表面积减少，可与其成比例地减少泄漏电流。

另外，在密闭型压缩机要求低振动等的场合，如将无刷电动机正弦波驱动，不会显著增大泄漏电流，可实现更低振动等。

如上所述，本发明的无刷电动机，由于具有在轴向整形后的线圈尾端，故可抑制线圈尾端的轴向高度，实现无刷电动机的小型化。

通过本发明的线圈配置，可扩大整体的线圈的整形区域，可进一步抑制线圈尾端的轴向高度。而且通过做成波状绕组线圈，而可使其效果更为显著。

另外，在具有上述无刷电动机的密闭型压缩机中，上述无刷电动机，其线圈尾端的轴向高度低，故来自线圈尾端的泄漏电流小，可减小用于与密闭容器绝缘的空间，其结果，可使密闭型压缩机小型化。这在导电率高的R134a制冷剂时尤其有效。

另外，尤其需要低振动等的密闭型压缩机时，如将无刷电动机用正弦波驱动，就不会显著增大泄漏电流，成为实现更低振动等的密闭型压缩机。

而且，可使装载有具有上述特有的效果的无刷电动机或密闭型压缩机的空调机的送风用、冰箱、汽车及其他设备小型且低振动等。

Claims (22)

1.一种三相的整节绕组的无刷电动机，其特征在于，所述电动机的定子由轭铁、齿、形成于相邻的齿间的槽构成，由所述齿数为转子极数的三倍的定子铁心构成，以1个槽1个线圈的比例将各项的线圈插入所述槽中，并具有在轴向整形的线圈尾端。

2.如权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，定子铁心端面的各相线圈尾端的配置是，在插入第2线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第1线圈配置在所述两个线圈的外侧，在插入第1线圈与第3线圈相互邻接的槽内的位置，第2线圈配置在所述第1线圈的内侧至所述第3线圈的外侧，在插入第1线圈与第2线圈相互邻接的槽内的位置，第3线圈配置在所述两个线圈的内侧。

3.如权利要求1或2所述的无刷电动机，其特征在于，是整节的波状绕组。

4.如权利要求1或2所述的无刷电动机，其特征在于，转子的极数为6极，定子的槽数为18槽。

5.如权利要求3所述的无刷电动机，其特征在于，转子的极数为6极，定子的槽数为18槽。

6.如权利要求1或2所述的无刷电动机，其特征在于，为正弦波驱动。

7.如权利要求3所述的无刷电动机，其特征在于，为正弦波驱动。

8.如权利要求4所述的无刷电动机，其特征在于，为正弦波驱动。

9.一种机器，其特征在于，装载有权利要求1或2所述的无刷电动机。

10.一种机器，其特征在于，装载有权利要求3所述的无刷电动机。

11.一种机器，其特征在于，装载有权利要求4所述的无刷电动机。

12.一种机器，其特征在于，装载有权利要求6所述的无刷电动机。

13.一种密闭型压缩机，其特征在于，具有权利要求1或2所述的无刷电动机。

14.一种密闭型压缩机，其特征在于，具有权利要求3所述的无刷电动机。

15.一种密闭型压缩机，其特征在于，具有权利要求4所述的无刷电动机。

16.一种密闭型压缩机，其特征在于，具有权利要求6所述的无刷电动机。

17.如权利要求13所述的密闭型压缩机，其特征在于，密闭型压缩机的制冷剂为R134a。

18.如权利要求13所述的密闭型压缩机，其特征在于，内藏有整节波绕组的无刷电动机，制冷剂为R134a。

19.如权利要求13所述的密闭型压缩机，其特征在于，内藏有整节波绕组的无刷电动机。

20.一种机器，其特征在于，装载有权利要求13所述的密闭型压缩机。

21.一种机器，其特征在于，装载有权利要求17所述的密闭型压缩机。

22.如权利要求21所述的机器，其特征在于，内藏在密闭形型压缩机内的无刷电动机是整节波绕组。

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