JP2005532023A - リニヤモータのステータ、薄板部材の環状積層体、および電気モータのステータを形成する方法 - Google Patents

Abstract

リニヤ電気モータのステータ、薄板部材の環状積層体、および電気モータのステータを形成する方法であって、前記ステータは薄板部材（５）の環状積層体を備え、この積層体内に中空円筒形コイル（６）が取り付けられており、前記方法は、ａ）それぞれが互いに固着されて各薄板部材（１０）を完全なものになる２つの薄板部分（１３、１４）によって画定される、薄板部材（１０）を供給する段階と、ｂ）２つの相補的な環状アセンブリ（２０、３０）を形成し、各環状アセンブリ（２０、３０）の薄板部分（１３、１４）を互いに突き合わせて配置する段階と、ｃ）前記環状アセンブリ（２０、３０）のそれぞれの内側に、中空円筒形コイル（６）の各隣接端部を配置し、２つの環状アセンブリ（２０、３０）を相互に固着して、薄板部材（５）の環状積層体の形を完成させる段階とを備える。

Description

本発明はリニヤモータのステータを形成する方法、より詳細には、前記リニヤモータのコイルを収容する金属薄板の内側環状積層体の組立に関する。

リニヤモータを用いる冷却（冷凍）用の密閉型コンプレッサ（密閉圧縮機）の製造においては、コンプレッサを形成する、例えばリニヤモータなどのいくつかの構成要素がある。このタイプのモータは、リニヤモータのステータの金属薄板の環状積層体で形成され、この積層体の周りには、モータの誘導コイルを形成する銅線が巻かれている。

リニヤモータはさらに金属薄板の別のアセンブリを有し、このアセンブリも外部環状積層体として知られている径方向積層体を形成し、ステータとの間に環状空隙を構成して、この空隙内で磁気インペラを回転させる。このインペラの機能はコンプレッサのピストンの直線運動を発生することであり、この直線運動により、前記ピストンがコンプレッサのシリンダ内部で圧縮動作を実行する。

「Ｃ」または「Ｕ」型、またはデイジー（ｄａｉｓｙ）形の薄板を用いて軸対称形状を有するリニヤステータを製造する場合において、全体に薄板を使用してリニヤステータ構造体を形成し、かつ磁石を可動部分に保持している公知の方法が存在する（米国特許の第４，６０２，１７４号、第４，３４６，３１８号、第４，３４９，７５７号、第４，４５４，４２６号、第４，６２３，０８号）。このような解決策は、製造の態様に関していくつかの困難性、例えば薄板の環状構造体へのコイルの実装、国際電気絶縁規則に準拠する薄板構造体とコイルとの間の絶縁、さらに、電力システムの周波数に従う往復運動で発生する高い加速度によって大きな力が加わることを考慮して、強固に固定される必要があるコイルおよび／またはコイル巻線の固定などの困難性がある。

このような点から、本発明の目的はリニヤモータのステータを形成する方法を提供することであり、この方法により、ステータの組立、特にステータへのコイルの組込みを容易にし、前記ステータ内側の銅線の巻線量を最大にし、かつ形成される薄板積層体の金属薄板を固定して十分な強度を持たせ、リニヤモータの動作中にステータに加わる作用力に耐えることができるようにする。

本発明の別の目的は、前述のとおり、前記ステータのコイルを容易に、適正に電気的に絶縁可能にするステータを形成する方法を提供することである。

これらおよび他の目的は、リニヤ電気モータのステータを作成する方法であって、前記ステータは中空円筒形コイルを組み込む薄板部材の環状積層体を備え、前記方法は、ａ）互いに固着（ａｆｆｉｘ）されて完全なものになる２つの薄板部分によって各々が画定される薄板部材を供給する段階と、ｂ）２つの相補的な環状アセンブリを形成し、各環状アセンブリの薄板部分を互いに突き合わせて配置する段階と、ｃ）前記環状アセンブリの各々の内側に、中空円筒形コイルの各隣接端部を配置し、２つの環状アセンブリを相互に固着して、薄板部材の環状積層体の形を完成させる段階とを含む方法によって達成される。また、前述の目的は、相互に横に並べて配置された複数の薄板部材を備え、各薄板部材が内側軸方向延長部と２つの端部径方向延長部とを有し、前記環状積層体内に中空円筒形コイルが取り付けられるタイプの薄板部材の環状積層体であって、各薄板部分材が、各薄板部材を完全なものにするように、互いに固着される２つの薄板部分により画定され、前記薄板部分の少なくとも１つが、それぞれの薄板部材の内側軸方向延長部の少なくとも一部と端部の径方向延長部のうち１つとを有する、薄板部材の環状積層体により達成される。

本発明はさらに、リニヤ電気モータのステータを形成する形状の薄板部材の環状積層体を提供するものであり、この積層体は相互に横に並べて配置された複数の薄板部材を有し、各薄板部材は内側の軸方向延長部と２つの端部の径方向延長部を有し、前記薄板積層体内に中空円筒形コイルが組み込まれ、各薄板部材は相互に固着された２つの薄板部分により形成されて、それぞれの薄板部材を形成している。

本発明はさらに、前述の形状の薄板部材の積層体と絶縁カバーを有する中空円筒形状コイルとを備える方式の電気モータのステータを提供する。

本発明は公知の従来技術の構造に関していくつかの利点を備える。これら利点とは、例えば従来の機械にコイルを形成する銅線の巻線を施し、コイルの銅線の巻線量を増加し、前記コイルの国際電気安全規則に準拠する電気絶縁の必要条件と従来方法で得られる電気絶縁とに適合することができ、さらに全体としてコイルの銅巻線の固定の信頼性を備えることができることである。

本発明を、添付図面を参照して以下に説明する。

本発明は、冷却システムの密閉型コンプレッサに一般に使用されるリニヤ電気モータのステータの形成に適用され、前記コンプレッサは、シェル構造体内（図示せず）に、リニヤモータおよびシリンダ１により形成される非共振アセンブリと、シリンダ１内部で往復運動するピストン２により形成される共振アセンブリとを含むモータ・コンプレッサアセンブリ、ならびに、シリンダ１の外側にあり、リニヤモータの駆動で軸方向に推力を受ける磁石４を備えるアクチュエータ手段３を備え、前記アクチュエータ手段３はピストン２をリニヤモータに作動的に連結する（連動させる）。

添付の図１に示すとおり、リニヤモータはシリンダ１およびピストン２の周りに取り付けられ、内側に、互いに横に並べて配置された複数の金属薄板部材（ラミネ−ションエレメント）１０で形成される環状積層体（スタック）５を備え、さらに、このリニヤモータでは、環状積層体５が中空円筒形コイル６および外側の複数の金属薄板で形成される外側の環状積層体７に取り付けられている。

内側および外側環状積層体はそれぞれ、互いに横に並べて配置された金属薄板（一般に、鋼製）により形成され、これら積層体は、例えば、シリンダ１の周りに内側環状積層体５を取り付けるための円筒形内側表面を画定する前記積層体を形成する。

外側環状積層体７はステータとの間に環状空隙を形成し、この空隙内部で、アクチュエータ手段３が運動し、このアクチュエータ手段の作用により、シリンダ１内でピストン２の直線運動を発生させる。

コンプレッサもまた、従来の共振ばね手段８を含み、これらのばねは、共振アセンブリおよび非共振アセンブリを常に圧縮するように取り付けられ、ピストン２の移動方向に弾力的に軸方向に変形している。

各薄板部材１０は内側の軸方向延長部１１および２つの径方向端部延長部１２を有し、図のように、これらは、内側の軸方向延長部１１と一致する最小の底辺を有する、薄板部材１０の台形形状を形成している。

本発明によれば、各薄板部材１０は２つの薄板部分１３、１４により画定され、これら薄板部分の少なくとも１つは、それぞれの薄板部材１０の内側延長部１１の少なくとも一部を有し、前記薄板部分１３、１４はステータの形成において相互に固着され、以下に説明するように、それぞれの薄板部材１０を完全なものにする。

図示される構造形態によれば、各薄板部材１０は、対応する径方向延長部１３ｂ、１４ｂを含むそれぞれの内側の軸方向延長部１３ａ、１４ａを有するそれぞれの薄板部分１３、１４を備える。

薄板部分を相互に固着して、各薄板部材１０を形成するために、前記薄板部分は着座領域１５、１６を通して相互に配置され（例えば前記着座領域１５、１６を相互に嵌め込むことにより）、これら着座（シート）領域の一方は凹み１７を有し、この凹み１７は、以下に説明する通り、薄板部材５の環状積層体の組立時に、他方の着座領域１５、１６に設けられた相補的突起１８に嵌め合わされる。

本発明によれば、各薄板部分１３、１４は相互に横並びに配置されるそれぞれの径方向内側端部１３ｃ、１４ｃを有し、隣接する薄板部分１３、１４の径方向内側端部１３ｃ、１４ｃは、それぞれ複数の薄板部分１３、１４の直線配列（アラインメント）を画定する。

複数の薄板部分１３、１４のそれぞれを直線的に配列した後、これらを相互に固着して、それぞれの径方向内側端部１３ｃ、１４ｃに一致する回転軸周りに、前記各薄板部分１３、１４の関連する限定された角度変位のみが可能となるようにする。

薄板部分１３、１４を直線配列に固着した後、これら薄板部分に対して、前記配列を環状構造に変形する段階を実施し、この段階を、複数の薄板部分１３、１４の各該当する配列の端部薄板部分１３、１４が、前記複数の薄板の、他方の対向する端部薄板部分１３、１４に着座するまで続ける。この変形により、径方向内側端部１３ｃ、１４ｃはそれぞれの環状アセンブリ２０、３０の内側円筒形表面を画定し、前記環状アセンブリ２０、３０が相互に相補的に組み合わさり、薄板部材５の環状積層体を形成する。各環状アセンブリの内側円筒形表面は、電気モータ内に前記積層体を組み込むための領域の寸法に応じて、形成されるべき薄板部材５の環状積層体の予め計算された直径を有するように生成される。

本発明によれば、各環状アセンブリ２０、３０を形成後、各アセンブリは中空円筒形コイル６のそれぞれの端部部分を収容して、相補的着座領域１５、１６を相互に着座させて固着し、薄板部材５の環状積層体の形状を完全なものにする。

図８に示す本発明の実施形態によれば、中空円筒形コイル６の端部部分は、環状アセンブリ２０、３０の一方の内部に最初に配置され、その後、この端部を他方の環状アセンブリ２０、３０の前記中空円筒形コイル６の他端部分に取り付ける。別の実施形態においては、各環状アセンブリ２０、３０は中空円筒形コイル６の近接の端部部分に同時に配置される。

本発明を実行する１つの方法によれば、２つの環状アセンブリ２０、３０を交互に固着して、薄板部材５の環状積層体を形成することは、各環状アセンブリ２０、３０を形成する複数の薄板部分１３、１４の少なくとも１つの着座領域１５、１６に接着剤のビード（図示せず）を設けることによりもたらされ、前記接着剤は、例えば張力下で硬化される。

本発明のステータの構造の機能として、中空円筒形コイル６は、このコイルを薄板部材５の環状積層体内に配置する前に、例えば（図５）プラスチック製のリール５０内に各銅線４０を巻くことにより得られ、コイルを形成する巻線の端部の絶縁を実現する手段を備える。巻線作業の終了時に、例えば溶接（溶着）により前記端部を導体６０に接続し、前記導体を操作して、中空円筒形コイル６を電源ケーブル（図示せず）に接続する。本発明の構造においては、銅線巻線４０およびリール５０で構成されるアセンブリには、例えば射出成形されたプラスチック材料（図６）で製作される絶縁カバー７０が設けられ、電気モータの強磁性構造体とコイル間の絶縁を確保する。銅線巻線４０およびリール５０で構成されるアセンブリと絶縁カバー７０とで、中空円筒形コイル６を画定し、このコイルは環状アセンブリ２０と３０との間に配置され、例えば接着剤により固着される（図８）。

リニヤモータの縦断面図であり、従来技術の公知のステータ構造を示しており、単一部品の薄板を複数用いて形成される薄板の環状積層体を有する。 図１の薄板の環状積層体に使用される単一部品の薄板の形状を示す側面図である。 本発明により形成される薄板の環状積層体の２つの薄板部分の側面図である。 本発明により形成される薄板積層体の薄板部分の環状配列体の斜視図である。 コイルの形成に用いるリールの斜視図であり、リールにコイルを組み込んだ後、本発明のステータ内にリールを配置する。 コイルの形成に用いるリールの斜視図であり、電気的に絶縁され、接触端子を設けた後、本発明のステータ内にリールを配置する。 本発明の薄板積層体を形成するために、薄板部分の１つの環状配列体に組み込まれたコイルの斜視図である。 本発明の薄板積層体を形成するために、薄板部分の２つの環状配列体の間に組み込まれたコイルの斜視図である。

Claims (15)

1. ステータが互いに横に並べて配置された薄板部材（５）の環状積層体から成り、各薄板部材（５）が内側の軸方向延長部（１１）と２つの径方向延長部（１２）とを有し、前記環状積層体内に中空円筒形コイル（６）が装着される、リニヤ電気モータのステータを形成する方法であって、
   ａ）互いに固着されて完全なものになる２つの薄板部分（１３、１４）によって各々が画定される薄板部材（１０）を供給する段階であって、該薄板部分（１３、１４）の少なくとも一方が各薄板部材（１０）の内側軸方向延長部（１１）の少なくとも一部分を有している、段階と、
   ｂ）２つの相補的な環状アセンブリ（２０、３０）を形成し、各環状アセンブリ（２０、３０）の薄板部分（１３、１４）を互いに突き合わせて配置する段階と、
   ｃ）前記環状アセンブリ（２０、３０）の各々の内側に、中空円筒形コイル（６）の各隣接端部を配置し、２つの環状アセンブリ（２０、３０）を相互に固着して、薄板部材（５）の環状積層体の形を完成させる段階とを備えることを特徴とする、前記方法。
2. 段階ｃ）において、薄板部材（１０）の２つの環状アセンブリ（２０、３０）が、着座領域（１５、１６）で相互嵌合により互いに固着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 薄板部分（１３、１４）の相互固定が、環状アセンブリ（２０、３０）の少なくとも一方の相互嵌合した着座領域（１５、１６）に対して接着剤を供給する段階により得られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 張力下で接着剤を硬化させ、２つの環状アセンブリ（２０、３０）の薄板部分（１３、１４）を互いに固着する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 段階ａ）において、各薄板部材（１０）の薄板部分（１３、１４）の一方の着座領域（１５、１６）に、他方の薄板部分（１３、１４）のための凹み（１７）が設けられ、他方の薄板部分の着座領域（１５、１６）には、２つの環状アセンブリ（２０、３０）を固定するとき、前記凹み（１７）に嵌め合わされる相補的な突起（１８）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 段階ｃ）には、
   中空円筒形コイル（６）の各端部を前記環状アセンブリ（２０、３０）の一方の内側に載置する段階と、
   前記環状アセンブリ（２０、３０）の他方を中空円筒形コイル（６）の残りに取り付け、２つの環状アセンブリ（２０、３０）を互いに固着して、薄板部材（５）の環状積層体の形状を完全なものにする段階とがさらに備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 中空円筒形コイル（６）に絶縁カバー（７０）を設けるさらなる段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 絶縁カバー（７０）が中空円筒形コイル（６）の周り射出されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 中空円筒形コイル（６）が環状アセンブリ（２０、３０）の間に固着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 中空円筒形コイル（６）が環状アセンブリ（２０、３０）に接着剤で固着されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 段階ａ）の後、
    径方向内側の軸方向端部（１３ｃ、１４ｃ）を呈する複数の薄板部分（１３、１４）のそれぞれの直線配列を与える段階であって、前記薄板部分（１３、１４）は互いに横に並べて配置され、これらの径方向内側の軸方向端部（１３ｃ、１４ｃ）が平坦面を画定する段階と、
    複数の薄板部分（１３、１４）のそれぞれの直線配列の薄板部分（１３、１４）の径方向内側の軸方向端部（１３ｃ、１４ｃ）を互いに固着し、径方向内側の軸方向端部（１３ｃ、１４ｃ）の部分の周りに、各薄板部分（１３、１４）の相対的に限定された角度変位のみを可能にする段階と、
    互いに固着された複数の薄板部分（１３、１４）のそれぞれの配列を環状形状に変形する段階であって、各径方向内側の軸方向端部（１３ｃ、１４ｃ）が各環状アセンブリ（２０、３０）の内側の円筒表面を画定する段階とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. リニヤ電気モータのステータを形成し、相互に横に並べて配置された複数の薄板部材（１０）を備え、各薄板部材（１０）が内側軸方向延長部（１１）と２つの端部径方向延長部（１２）とを有し、前記環状積層体内に中空円筒形コイル（６）が取り付けられるタイプの薄板部材の環状積層体であって、各薄板部材（１０）が、各薄板部材（１０）を完全なものにするように、互いに固着される２つの薄板部分（１３、１４）により画定され、前記薄板部材（１３、１４）の少なくとも１つが、それぞれの薄板部材の内側軸方向延長部（１１）の少なくとも一部と端部径方向延長部（１２）の１つとを有することを特徴とする、薄板部材の環状積層体。
13. 各薄板部分（１３、１４）が、２つの環状アセンブリ（２０、３０）を互いに固定するとき、他方の薄板部分（１３、１４）に相互嵌合するための各着座領域（１５、１６）を呈することを特徴とする、請求項８に記載の薄板の積層体。
14. 各薄板部材（１０）の薄板部分（１３、１４）の一方が、各着座領域（１３ｃ、１４ｃ）に、他方の薄板部分（１３、１４）に設けられた相補的な突起（１８）を嵌め合わせるための凹み（１７）を備えており、２つの環状アセンブリ（２０、３０）が互いに固定されたとき、各薄板部材（１０）を完全なものにすることを特徴とする、請求項９に記載の薄板の積層体。
15. 相互に横並びに配置された複数の薄板部材（１０）を備えるタイプの電気モータのステータであって、各薄板部材（１０）は内側の軸方向延長部（１１）と２つの端部の径方向延長部（１２）を有し、前記ステータ内に中空円筒形コイル（６）が組み込まれており、各薄板部材（１０）は相互に固着された２つの薄板部分（１３、１４）により形成されて、それぞれの薄板部材（１０）を構成し、前記薄板部材（１３、１４）の少なくとも１つは、それぞれの薄板部材（１０）の内側軸方向延長部（１１）の少なくとも一部および端部の径方向延長部（１２）のうち１つを有し、中空円筒状コイル（６）はその上に絶縁カバー（７０）を備えていることを特徴とする、電気モータのステータ。

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