JP2004137903A - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素冷媒を吸入圧縮する密閉型圧縮機において、コイルエンド部に形成した絶縁層により冷凍機油が劣化することを防止することが可能な密閉型電動圧縮機を提供すること。
【解決手段】ステータのコイル１４３のコイルエンド部１４３ｂは、導体セグメントである被覆導体１４３ａの接合端部１４３ｄを覆うように粉体エポキシ樹脂を塗布硬化して形成した絶縁層１４４と、絶縁層１４４を覆うように耐冷媒性ワニスを塗布硬化して形成した保護材層１４５とを備えている。これにより、絶縁層１４４によりコイルエンド部１４３ｂを絶縁固定し、保護材層１４５により絶縁層１４４を冷媒や冷凍機油から隔離保護して絶縁層１４４中の成分溶出を防止することができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素冷媒を吸入圧縮する密閉型電動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フッ素化炭化水素（例えば、ＨＦＣ１３４ａ）からなる冷媒を吸入圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する固定子と回転子とからなるモータとを有する密閉型電動圧縮機がある。このような密閉型電動圧縮機としては、固定子のコア部（鉄心）に巻回されたコイルのうちコア部から突出するコイルエンド部を確実に絶縁および固定するために、コイルエンド部に耐冷媒ワニスを塗布硬化して絶縁層を形成したものが知られている。
【０００３】
また、重量容積の小型化に効果の高いセグメントコンダクタ巻線電動機は、主に自動車用発電機として近年市場に出回っている。このセグメントコンダクタ巻線の端部には、溶接部を絶縁するために粉体エポキシ樹脂が用いられている。
【０００４】
また、近年、二酸化炭素を冷媒とし、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる蒸気圧縮式冷凍サイクル（所謂超臨界冷凍サイクル）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者が、重量容積の小型化を目的として、上記従来技術のセグメントコンダクタ巻線電動機を密閉型電動圧縮機に搭載し、二酸化炭素を冷媒とする上記超臨界冷凍サイクルへ適用する検討を行なったところ、冷凍機油の劣化が著しく、冷媒配管の一部が閉塞状態となる場合があるという不具合が発生した。本発明者は、この不具合の原因について鋭意調査検討を行なったところ、コイルのコイルエンド部に形成した絶縁層から成分の一部が溶出し、冷凍サイクル中においてオリゴマを生成していることが明らかとなった。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、コイルエンド部に形成した絶縁層により冷媒配管の詰まりと冷凍機油が劣化することを防止することが可能な密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
二酸化炭素からなる冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（１１０）と、この圧縮機構（１１０）を駆動する回転子（１３０）と固定子（１４０）とからなるモータ（１２０）とを有する密閉型電動圧縮機（１００）であって、
固定子（１４０）は、
コア部（１４１）と、このコア部（１４１）に巻回されたコイル（１４３）と、
コイル（１４３）のうちコア部（１４１）から突出したコイルエンド部（１４３ｂ）に設けられ、粉体エポキシ樹脂を塗布硬化して形成された絶縁層（１４４）と、
絶縁層（１４４）の外面に設けられ、冷媒を絶縁層（１４４）から隔離するように形成された保護材層（１４５）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
これによると、保護材層（１４５）により、冷媒が循環するサイクル中に絶縁層（１４４）の成分が溶出することを防止することが可能であり、冷凍機油が劣化することを防止することが可能である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、密閉型電動圧縮機（１００）は、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油を用いることを特徴としている。
【００１０】
ポリアルキレングリコール系油には、粉体エポキシ樹脂を塗布硬化して形成された絶縁層（１４４）の成分の一部が溶出し易い。したがって、本発明により、冷媒配管の詰まりと冷凍機油が劣化することを防止することが可能となる効果は大きい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、保護材層（１４５）は、耐冷媒特性を有するワニスを塗布硬化して形成されることを特徴としている。
【００１２】
これによると、保護材層（１４５）を容易に形成することが可能である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、具体的には、ワニスは、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂を含有するワニスとすることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明では、コイル（１４３）は、複数の導体セグメント（１４３ａ）を有し、コイルエンド部（１４３ｂ）において複数の導体セグメント（１４３ａ）の端部（１４３ｄ）を相互に接合してコイル（１４３）を形成していることを特徴としている。
【００１５】
コイル（１４３）を複数の導体セグメント（１４３ａ）で形成するときには、複数の導体セグメント（１４３ａ）の端部（１４３ｄ）を相互に接合する必要があり、導体セグメント（１４３ａ）に絶縁皮膜が形成されている場合には、接合部となる端部（１４３ｄ）の絶縁皮膜を除去する必要がある。したがって、本発明により、接合部となるコイルエンド部（１４３ｂ）に絶縁層（１４４）と保護材層（１４５）とを備え、コイルエンド部（１４３ｂ）を絶縁固定しつつ、冷凍機油が劣化することを防止することが可能となる効果は大きい。
【００１６】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る密閉型電動圧縮機（以下、圧縮機と略す。）１００を用いた二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とし、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクル１の概略構成を示す模式図である。
【００１９】
図１中、１００は、冷媒を圧縮する圧縮機であり、２００は、圧縮機１００にて圧縮された冷媒を冷却する放熱器（ガスクーラ）である。３００は、放熱器２００から流出する冷媒を減圧するとともに、高圧側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁である。なお、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機１００の吐出側から圧力制御弁３００の冷媒入口側に至る圧力制御弁３００にて減圧される前の冷媒圧力を言うものである。
【００２０】
４００は、圧力制御弁３００にて減圧された（液相の）冷媒を蒸発させる蒸発器であり、５００は、蒸発器４００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に流出させるとともに、冷凍サイクル１中の余剰冷媒を蓄えるアキュームレータ（気液分離手段）である。
【００２１】
６００は、アキュームレータ５００から流出する低圧側の冷媒と圧力制御弁３００にて減圧される前の高圧側の冷媒とを熱交換する内部熱交換器であり、この内部熱交換器６００により蒸発器４００入口側での冷媒のエンタルピを低下させて、冷凍サイクル１の冷凍能力を向上させている。
【００２２】
ここで、圧縮機１００の構造について説明する。
【００２３】
図２は、圧縮機１００の縦断面図である。
【００２４】
図１、図２に示すように、圧縮機１００は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構１１０（本例ではスクロール型圧縮機構）と、この圧縮機構１１０を駆動する電気式のモータ１２０とを備えている。
【００２５】
１１１は、圧縮機構１１０を収納する圧縮機構ハウジングであり、１２１は、モータ１２０を収納するモータハウジングである。圧縮機構ハウジング１１１とモータハウジング１２１とにより、圧縮機１００の密閉容器を構成している。
【００２６】
図１、図２に示すように、モータハウジング１２１には、内部熱交換器６００の冷媒出口側に接続される吸入口１２３が形成されており、圧縮機構ハウジング１１１には、放熱器２００の冷媒入口側に接続される吐出口１１２が形成されている。
【００２７】
図２に示すように、スクロール型の圧縮機構１１０は、固定スクロール１１０ａに対して旋回スクロール１１０ｂを旋回稼働させることにより作動室１１０ｃの体積を拡大縮小させて冷媒を吸入圧縮するもので、固定スクロール１１０ａは圧縮機構ハウジング１１１の一部を兼ねている。
【００２８】
モータ１２０は、ロータ（回転子）１３０とステータ（固定子）１４０とにより構成されており、ロータ１３０は、旋回スクロール１１０ｂに接続された回転シャフト１２２の外周に一体的に配置されている。一方、ステータ１４０は、モータハウジング１２１の内側に内接するように配置されている。
【００２９】
ステータ１４０は、積層鉄心であるコア部１４１と、コイル１４１に巻回されたコイル１４３とを備えている。コア部１４１には鉄心積層方向に貫いて延びる複数のスロット１４１ａが形成されており、コイル１４３は、これらのスロット１４１ａ内にポリエチレンテレフタレート製のインシュレータ１４２を介して挿設されている。なお、コイル１４３の導体端部は図示しない給電端子であるターミナル部に接続している。
【００３０】
コイル１４３のうち、コア部１４１の端部から突出した部分はコイルエンド部１４３ｂ、１４３ｃとなっており、後述する導体セグメントをなす被覆導体１４３ａの端部接合点は図２中右側（冷媒吸入側）のコイルエンド部１４３ｂに形成されている。図３は、コイルエンド部１４３ｂの一部を示す斜視図である。
【００３１】
図３に示すように、コイル１４３は、導体セグメントをなす複数の略Ｕ字状の被覆導体１４３ａの端部１４３ｄ相互を接合加工により電気的に接続して形成されている。接合方法としては超音波溶接、アーク溶接、ろう付け等を採用することができる。なお、被覆導体１４３ａは、絶縁被覆としてポリアミドイミド樹脂層を有する平角銅線である。上記のコイル１４３形成方法（所謂セグメントコンダクタ方式）により、ステータ１４０は製造性、占積率等に優れるものとなっている。
【００３２】
コア部１４１のスロット１４１ａ内にはインシュレータ１４２を介して被覆導体１４３ａが挿設され、コイルエンド部１４３ｂにおいて接合されている被覆導体１４３ａの端部１４３ｄは、接合時に絶縁被覆が除去されている。そして、コイルエンド部１４３ｂには、接合された端部１４３ｄを覆うように粉体エポキシ樹脂を塗布硬化した絶縁層１４４が形成され、コイルエンド部１４３ａを確実に絶縁するとともに、接合端部が固定されて位置規制されている。
【００３３】
さらに、絶縁層１４４の外側には、絶縁層１４４の全域を覆うように、耐冷媒特性を有するワニスを塗布硬化した保護材層１４５が形成されている。なお、絶縁層１４４および保護材層１４５は、被覆導体１４３ａのＵ字状部からなる圧縮機構側のコイルエンド部１４３ｃにも形成されている。
【００３４】
ここで、コイルエンド部１４３ｂへの絶縁層１４４および保護材層１４５の形成方法を簡単に説明する。
【００３５】
絶縁層１４４は、例えば、ビスフェノール型のエポキシ樹脂を主成分とする粉体エポキシ樹脂（本例では、ソマール社製のエピフォームＦ−６９７５（商標））を、１９０℃雰囲気で約４０分間予熱したステータ１４０のコイルエンド部１４３ｂに塗布した後、１９０℃で約２０分間加熱して硬化することにより形成している。
【００３６】
保護材層１４５は、例えば、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂を主成分とするワニス（本例では、菱電化成社製のＹＥ−２ＬＨ３（商標））を、絶縁層１４４を形成したステータ１４０のコイルエンド部１４３ｂに塗布した後、１５０〜１６０℃で約４０分加熱硬化することにより形成している。
【００３７】
次に、上記構成に基づき圧縮機１００の作動について説明する。
【００３８】
圧縮機１００のモータ１２０が給電により駆動すると、モータ１２０は回転シャフト１２２に連結した圧縮機構１１０を駆動し、圧縮機構１１０に冷媒を吸入する。これに伴ない、吸入口１２３からガス状の低温冷媒（吸入冷媒）が流入する。吸入口１２３から流入した冷媒は、モータハウジング１２１内を流れながらモータ１２０を冷却した後、圧縮機構１１０に吸入圧縮され、高温のガス状冷媒となって吐出口１１２から吐出されるようになっている。
【００３９】
また、圧縮機１００内に封入された冷凍機油は、一部が冷媒とともにサイクル中を循環するものの、残部は圧縮機構ハウジング１１１およびモータハウジング１２１の下方側に溜まり、圧縮機１００の作動に伴なって圧送され、各種摺動部において潤滑剤として機能し、一部ではシール材としても機能する。
【００４０】
したがって、圧縮機１００の作動時には、ステータ１４０のコイルエンド部１４３ｂ、１４３ｃは、冷媒と冷凍機油とにさらされる。
【００４１】
上述の構成および作動によれば、ステータ１４０のコイルエンド部１４３ｂ、１４３ｃは、圧縮機１００の作動時には冷媒と冷凍機油とにさらされるが、保護材層１４５により、二酸化炭素冷媒とポリアルキレングリコール系冷凍機油が循環するサイクル中に絶縁層１４４の成分が溶出することを防止することができる。したがって、溶出成分により冷凍機油が劣化することを防止することが可能である。
【００４２】
また、絶縁層１４４は粉体エポキシ樹脂の塗布硬化により、保護材層１４５はワニスの塗布硬化により容易に形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態のコイル１４３は、製造性向上、高占積化等を目的として所謂セグメントコンダクタ方式により形成されている。コイル１４３を複数の導体セグメント１４３ａで形成するときには、複数の導体セグメント１４３ａの端部１４３ｄを相互に接合する必要があり、接合部となる端部１４３ｄの絶縁皮膜は接合時に除去される。したがって、この接合端部に絶縁層１４４を形成してコイルエンド部１４３ｂを確実に絶縁するとともに固定することができるので、信頼性を向上することが可能である。なお、コイルエンド部１４３ｃも確実に絶縁するとともに固定することができる。
【００４４】
コイルエンド部の構成として、冷凍機油を劣化させる成分を含む粉体エポキシ樹脂からなる絶縁層１４４を形成せず、耐冷媒性を有するワニスからなる保護材層１４５のみ形成して、保護材層１４５によりコイルエンド部の絶縁を確保する構成も考えられるが、本発明者は評価試験を行ない、ワニスからなる保護材層１４５は、破断強度、破断伸びとも絶縁層１４４の約１０分の１であり、コイルエンド部に保護材層のみ形成した場合には、圧縮機製造時等にコイルエンド部に変形応力が付勢されたときに、保護材層は簡単に亀裂を発生しコイルエンド部から剥離しやすいことを確認している。
【００４５】
したがって、コイルエンド部を絶縁固定する絶縁層１４４と、この絶縁層１４４を冷媒や冷凍機油から隔離保護する保護材層１４５とからなる構成が好ましい。
【００４６】
（他の実施形態）
上記一実施形態において、圧縮機１００に用いる冷凍機油はポリアルキレングリコール系油であったが、二酸化炭素冷媒を溶解し易い冷凍機油であれば本発明を適用することができる。
【００４７】
また、上記一実施形態において、コイル１４３を構成する導体セグメントとして被覆平角銅線を採用していたが、占積率等を満足するのであれば平角以外の形状の導体であってもよい。
【００４８】
また、上記一実施形態において、コイル１４３の両コイルエンド部１４３ｂ、１４３ｃに絶縁層１４４と保護材層１４５とを形成したが、接合端部ではないコイルエンド部１５３ｃにおいては、絶縁性向上や固定等が必要なければ、絶縁層１４４および保護材層１４５を省略するものであってもよい。
【００４９】
また、上記一実施形態において、コイル１４３を導体セグメントをなす複数の被覆導体１４３ａを接合する所謂セグメントコンダクタ方式で形成し、このコイルエンド部を絶縁固定されるものであったが、セグメントコンダクタ方式以外で形成したコイルであっても、コイルエンド部の絶縁と固定とを必要とするものにおいては、本発明を適用することが可能である。
【００５０】
また、上記一実施形態において、圧縮機構１１０は、スクロール型であったが、これに限らず、ベーン型や斜板式可変容量型等としても良い。また、吐出口１１２、吸入口１２３の位置は、吸入冷媒がモータハウジング１２１内を流れる構造であるならば上記一実施形態の位置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における密閉型電動圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における密閉型電動圧縮機の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における密閉型電動圧縮機の要部であるコイルエンド部の斜視図である。
【符号の説明】
１００　密閉型電動圧縮機
１１０　圧縮機構
１２０　モータ
１３０　ロータ（回転子）
１４０　ステータ（固定子）
１４１　コア部
１４３　コイル
１４３ａ　被覆導体（導体セグメント）
１４３ｂ、１４３ｃ　コイルエンド部
１４３ｄ　端部
１４４　絶縁層
１４５　保護材層

Claims (5)

1. 二酸化炭素からなる冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（１１０）と、
   前記圧縮機構（１１０）を駆動する回転子（１３０）と固定子（１４０）とからなるモータ（１２０）とを有する密閉型電動圧縮機（１００）であって、
   前記固定子（１４０）は、
   コア部（１４１）と、
   前記コア部（１４１）に巻回されたコイル（１４３）と、
   前記コイル（１４３）のうち前記コア部（１４１）から突出したコイルエンド部（１４３ｂ）に設けられ、粉体エポキシ樹脂を塗布硬化して形成された絶縁層（１４４）と、
   前記絶縁層（１４４）の外面に設けられ、前記冷媒を前記絶縁層（１４４）から隔離するように形成された保護材層（１４５）とを備えることを特徴とする密閉型電動圧縮機。
2. 冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油を用いることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
3. 前記保護材層（１４５）は、耐冷媒特性を有するワニスを塗布硬化して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型電動圧縮機。
4. 前記ワニスは、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂を含有することを特徴とする請求項３に記載の密閉型電動圧縮機。
5. 前記コイル（１４３）は、複数の導体セグメント（１４３ａ）を有し、
   前記コイルエンド部（１４３ｂ）において前記複数の導体セグメント（１４３ａ）の端部（１４３ｄ）を相互に接合して前記コイル（１４３）を形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の密閉型電動圧縮機。

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