JP2008278673A - 回転電機及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアとケースとの溶接する際に、当該溶接による絶縁フィルムの熱損傷を抑制できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機はケース１０と、ステータコア２０とを備えている。ステータコア２０は複数のティース２１と、バックヨーク２２とを備えている。バックヨーク２２の外周面２２０には、回転軸Ｐと反対側に開口する凹部２２１がティース２１ごとに設けられている。回転軸Ｐを中心とする周方向において隣り合う凹部２２１の２者の間の各々で、ケース１０とステータコア２０が溶接固定される。ティース２１の根元と凹部２２１との最小距離は径方向におけるバックヨークの幅よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機及び圧縮機に関し、特に集中巻きにより巻線が巻回された回転電機に関する。

冷媒を圧縮する圧縮機構と、当該圧縮機構を駆動する電動機とが一体でケースに収納された圧縮機が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１〜３のいずれにおいても、電動機が有する固定子の外周面には切り欠き部が設けられており、固定子の外周面とケースの内周面とが当接する部分で電動機とケースが焼き嵌め等により固定されている。冷媒は切り欠き部を通って圧縮機構へと運ばれる。固定子が有するティースには絶縁フィルムを介して巻線が巻回されている。

特開２００１−２６８８２４号公報 特開２００５−２４５１０１号公報 特開２００３−３２９８５号公報

冷媒が二酸化炭素冷媒である場合、一般的にその圧力が高く固定子とケースとは溶接により固定される。固定子とケースとを溶接するに際して溶接による熱がティースへと伝達する。そして、巻線が集中巻によりティースに巻回される場合、絶縁フィルムはティース側へと付勢されるので、ティース側で絶縁フィルムを損傷する可能性があった。

そこで、本発明は、絶縁フィルムの熱損傷を抑制する回転電機を提供することを目的とする。

本発明にかかる回転電機の第１の態様は、所定の軸（Ｐ）を中心として放射状に配置され、前記軸を中心とした径方向において前記軸とは反対側に一端（２１０）を有する複数のティース（２１）と、環状の外周面（２２０）と、前記一端同士を連結する円筒状の内周面（２２２）とを有し、前記外周面には、前記径方向について前記軸と反対側に向かって開口した複数の凹部（２２１）が、前記径方向で前記ティースと重なる位置にそれぞれ設けられたバックヨーク（２２）と、集中巻で前記ティースに巻回される巻線（３０）と、前記ティース及び前記バックヨークと前記巻線との間に挟まれた絶縁フィルム（４０）と、前記外周面のうち前記複数の前記凹部の隣り合う二者の間でそれぞれ前記バックヨークと溶接固定されるケース（１０）とを備え、外部に露出している前記ティースの露出面（２１３）から前記凹部までの最小距離（Ｂ）が、前記バックヨークのうち前記凹部が設けられていない部分の前記径方向における幅（Ａ）よりも小さい。

本発明にかかる回転電機の第２の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、円弧状の形状を有しており、前記円弧状の中心が前記軸を中心とした周方向において前記ティース（２１）同士の間にある。

本発明にかかる回転電機の第３の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、面取りされている。

本発明にかかる回転電機の第４の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、円弧状の形状を有しており、前記円弧は突出している。

本発明にかかる回転電機の第５の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１２）は、階段状の形状を有している。

本発明にかかる回転電機の第６の態様は、第１乃至第５のいずれか一つの態様にかかる回転電機であって、前記径方向における前記ティース（２１）の他端（２１１）から前記凹部（２２１）までの長さと、前記径方向における前記他端から前記一端（２１０）までの前記ティース（２１）の長さとの差の最小値の絶対値（Ｆ）が１．５ｍｍ以上である。

本発明にかかる回転電機の第７の態様は、第１乃至第６のいずれか一つの態様にかかる回転電機であって、前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において、前記凹部（２２１）は、前記凹部が設けられていない前記外周面（２２０）と滑らかに連続する。

本発明にかかる圧縮機の第１の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記凹部（２２１）を通って前記冷媒が圧縮機構へと流れ、前記圧縮機構を駆動する請求項１乃至７のいずれか一つに記載の回転電機（１）とを備え、前記凹部は前記軸に垂直な面で半円状の形状を有し、前記半円状の直径（２・Ｒ）は前記軸を中心とした周方向において前記ティース（２１）の幅（Ｔ）よりも大きい。

集中巻で巻線が巻回された回転電機において、絶縁フィルムとティースとの接触性は絶縁フィルムとバックヨークとの接触性に比べて高い。即ち、バックヨークとケースとを溶接により固定するに際して、溶接点からバックヨークの内部を伝達した熱によって、ティース側の絶縁フィルムが損傷する可能性が高い。本発明に係る回転電機の第１の態様によれば、ティースの露出面と凹部との最小距離が小さいので、ティースへと伝達される熱を低減でき、以って絶縁フィルムの熱損傷を抑制できる。

本発明に係る回転電機の第２の態様によれば、根元の形状に沿って通る磁束が滑らかになり、以って鉄損の増大を抑制できる。

本発明に係る回転電機の第３の態様によれば、銅損を低減できる。

本発明に係る回転電機の第４の態様によれば、磁路を大きくでき、以って磁気飽和を防止できる。

本発明に係る回転電機の第５の態様によれば、巻線を整列巻で巻回でき、占積率を向上することができる。

本発明に係る回転電機の第６の態様によれば、巻線を容易に固定することができる。

本発明に係る回転電機の第７の態様によれば、バックヨークにかかる応力を低減でき、信頼性の高い回転電機を提供できる。

本発明に係る圧縮機の第１の態様によれば、凹部の断面積が大きくなるので、冷媒が通りやすい。また、ティースと対向して配置される回転子にも冷媒流路として貫通孔が設けられる場合があるが、本圧縮機によれば、このような貫通孔を不要にでき、以って生産コストを低減できる。

実施の形態．
本発明に係る実施の形態の回転電機について説明する。図１は回転軸Ｐに垂直な断面における回転電機の概念的な構成図である。

本回転電機１は、ケース１０と、ステータコア２０と、巻線３０と、絶縁フィルム４０とを備えている。

ステータコア２０は、複数のティース２１と、バックヨーク２２とを備えている。複数のティース２１は回転軸Ｐを中心として放射状に配置され、回転軸Ｐを中心とした径方向において、回転軸Ｐと反対側に一端を有している。図１においては、９個のティース２１が例示されている。

バックヨーク２２は、環状の外周面２２０と、当該一端同士を連結する円筒状の内周面２２２とを有している。外周面２２０には、径方向について回転軸Ｐと反対側に向かって開口した複数の凹部（以下、切り欠き部と呼ぶ）２２１が、径方向で９個のティース２１の各々と重なる位置にそれぞれ設けられている。即ち、切り欠き部２２１がティース２１ごとに設けられている。この場合であれば、切り欠き部２２１は、バックヨーク２２を介してティース２１同士を繋ぐ磁路を阻害しにくいため、ティース２１の磁気飽和を抑制できる。

図１においては、回転軸Ｐに垂直な面で略半円状の形状を有する切り欠き部２２１が例示されている。また、回転軸Ｐを中心とした周方向において、切り欠き部２２１は、切り欠き部２２１が設けられていない外周面２２０と滑らかに連続している。これは必須の要件ではないが、これによりバックヨーク２２にかかる応力を低減することができ、信頼性の高い回転電機を提供することができる。

巻線３０は各ティース２１に絶縁フィルム４０を介して集中巻で巻回されている。なお、図１においては示されないが、回転軸Ｐに平行な方向におけるティース２１の一端又は両端には、巻線３０の巻線崩れを防止するインシュレータ（後述する）が配置されている。絶縁フィルム４０は、ティース２１と巻線３０との間、及びバックヨーク２２と巻線３０との間に介在している。

ケース１０は例えば円筒状の形状を有しており、ステータコア２０、巻線３０、絶縁フィルム４０を収納している。そして、図示しない回転子が回転軸Ｐを含む領域に、ティース２１と対向するように配置され、当該回転子の回転により図示しない圧縮機構を駆動することができる。回転子及び圧縮機構はケース１０に収納されており、切り欠き部２２１を通路として二酸化炭素冷媒が圧縮機構へと流れる。圧縮機構は当該二酸化炭素冷媒を圧縮する。これらの構成により冷媒圧縮機を実現できる。

二酸化炭素冷媒を用いる冷媒圧縮機においては内圧が高いため、ケース１０の内周面とステータコア２０の外周面が溶接により固定される。より具体的には、バックヨーク２２の外周面２２０のうち、切り欠き部２２１の隣り合う２者の間でそれぞれケース１０の内周面に当接する。そして、ケース１０とバックヨーク２２とは、当接した各位置（以下、溶接点Ｗと呼ぶ）で溶接（例えばスポット溶接）される。即ち、回転軸Ｐを中心として回転対称な位置で溶接される。

このような構成の回転電機１において、巻線３０が集中巻によりティース２１に巻回されているので、絶縁フィルム４０は巻線３０によってティース２１側へと付勢されるのに対し、バックヨーク２２側へはほとんど付勢されない。つまり、絶縁フィルム４０とティース２１との接触性は絶縁フィルム４０とバックヨーク２２との接触性よりも良好である。

即ち、図１を参照して、ステータコア２０とケース１０とを溶接により固定するに際して、溶接点Ｗから生じる熱がバックヨーク２２の内部を介してティース２１へと伝達し、ティース２１と接する部分において絶縁フィルム４０が損傷する可能性がある。

本実施の形態においては、溶接点Ｗからの熱がティース２１へと伝達しにくい構成を有している。具体的に図２を参照して説明する。図２は図１に示すステータコア２０のうち、一のティース２１付近を拡大した概念的な構成図である。図２に示すように、バックヨーク２２側のティース２１の根元２１４から切り欠き部２２１までの最小距離Ｂは、バックヨーク２２のうち切り欠き部２２１が設けられていない部分の径方向における幅Ａよりも小さい。なお、最小距離Ｂは、外部に露出しているティース２１の露出面２１３から、切り欠き部２２１までの最小距離と把握できる。

ここで、一般的に、熱抵抗＝（熱が伝わる方向の長さ）／（熱が伝わる方向に垂直な面積）／（物質固有の値である熱伝導率）であることを考慮すると、溶接により生じた熱がバックヨーク２２の内部を伝達する際のバックヨーク２２の断面積に比べて、ティース２１へと伝達する部分（最小距離Ｂの部分）の断面積が小さくなり、以ってこの部分の熱抵抗が増大する。よって、ティース２１へと伝達する熱を低減でき、以ってティース２１と接する絶縁フィルム４０の熱損傷を抑制することができる。

また図２においては、根元２１４は円弧状の形状を有しており、当該円弧状の中心は周方向で隣り合うティース２１同士の間にある。この形状であれば、ティース２１に生じる磁束が根元２１４に沿って滑らかにバックヨーク２２へと伝達されるので、ステータコア２０の鉄損を低減することができる。

また、切り欠き部２２１の直径（＝２・Ｒ）は、周方向におけるティース２１の幅Ｔよりも大きいことが望ましい。この場合であれば、冷媒が切り欠き部２２１を通過しやすい。一般的に、図示しない回転子にも冷媒を通過させるための貫通孔を設ける場合があるが、切り欠き部２２１によって十分に冷媒を通過させることができるので、このような貫通孔を不要にできる。よって生産コストの上昇を防止できる。

図３は図１に示す回転電機におけるＡ−Ａ断面を示している。図３に示すように、回転軸Ｐに平行な方向におけるティース２１の少なくとも一端には、インシュレータ５０が配置されている。インシュレータ５０は、例えば樹脂により成形され、径方向において巻線３０を挟む形状を有している。例えば図３に示すように、径方向におけるティース２１の両端側で回転軸Ｐに平行な方向に延在した突部５０ａ，５０ｂを有している。これにより巻線３０が崩れるのを防ぐことができる。

また、冷媒の通路を確保するために、インシュレータ５０は回転軸Ｐに平行な方向において、切り欠き部２２１とは重ならない位置に配置される。また、巻線３０をティース２１に巻回するに際して径方向に長く巻回できるように、突部５０ａ，５０ｂ間の距離は長いほうが好ましい。

このようなインシュレータ５０が配置される場合、回転軸Ｐを中心とし、バックヨーク２２の内周面２２２（図２の鎖線をも参照）と、切り欠き部２２１との間の最小距離Ｆは１．５ｍｍ以上であることが望ましい。この最小距離Ｆが小さいと、冷媒の通路及び突部５０ａ，５０ｂ間の距離を確保するために、突部５０ｂの径方向の幅を薄くする必要があり、巻線３０による径方向の外力（図３においてブロック矢印で示す）によって突部５０ｂのティース２１側の根元が損傷しやすくなるためである。なお、最小距離Ｆは、径方向において回転軸Ｐ側に位置するティース２１の端２１１から切り欠き部２２１までの径方向についての長さと、径方向において回転軸Ｐと反対側に位置するティース２１の端２１０から、端２１１までの径方向についての長さの差の最小値の絶対値と把握できる。

第１の変形例．
第１の変形例にかかる回転電機について説明する。第１の変形例にかかる回転電機は、根元２１４の形状を除いて実施の形態にかかる回転電機と同一である。

図４は、第１の変形例にかかる回転電機において、一のティース２１付近を拡大したステータコア２０の概念的な構成図である。図４に示すように、根元２１４は面取りされている。この場合であっても、根元２１４の形状が略直角形状を有している場合に比べて、ティース２１に生じる磁束が根元２１４に沿って滑らかにバックヨーク２２へと伝達されるので、ステータコア２０の鉄損を低減することができる。

また、根元２１４を面取りすることで、巻線３０と根元２１４との間の空隙を低減できる。よって、スロット面積（隣り合うティース２１の２つ及びバックヨーク２２で囲まれる空間の回転軸Ｐに垂直な断面に相当）に対する巻線断面積（巻線３０の回転軸Ｐに垂直な断面に相当）の占める割合を向上でき、以って銅損を低減できる。

第２の変形例．
第２の変形例にかかる回転電機について説明する。第２の変形例にかかる回転電機は、根元２１４の形状を除いて実施の形態にかかる回転電機と同一である。

図５は、第２の変形例にかかる回転電機において、一のティース２１付近を拡大したステータコア２０の概念的な構成図である。図５に示すように、根元２１４は円弧状の形状を有しており、当該円弧状の中心は内周面２２２に対してティース２１と反対側にある。即ち、当該円弧は突出していると把握できる。

この場合であれば、根元２１４を通る磁路を大きくできるのでティース２１が磁束飽和することを抑制することができる。

第３の変形例．
第３の変形例にかかる回転電機について説明する。第３の変形例にかかる回転電機は、根元２１４の形状を除いて実施の形態にかかる回転電機と同一である。

図６は、第３の変形例にかかる回転電機において、一のティース２１付近を拡大したステータコア２０の概念的な構成図である。図６示すように、根元２１４は階段状の形状を有している。なお、図６においては絶縁フィルム４０を省略して、巻線３０の一部を示している。この場合であれば、階段状の段差に沿って巻線３０をティース２１に巻回することで、巻線３０を容易に整列巻方式で巻回でき、以って占積率を向上することができる。

実施の形態にかかる回転電機の概念的な構成図である。 一のティースに相当する部分を拡大したステータコアの構成図である。 図１に示す回転電機におけるＡ−Ａ断面図である。 一のティースに相当する部分を拡大したステータコアの構成図である。 一のティースに相当する部分を拡大したステータコアの構成図である。 一のティースに相当する部分を拡大したステータコアの構成図である。

符号の説明

１０ ケース
２１ ティース
２２ バックヨーク
３０ 巻線
４０ 絶縁フィルム
２１４ 根元
２２０ 外周面
２２１ 凹部
２２２ 内周面
Ａ バックヨークの幅
Ｂ 根元から凹部までの最小距離
Ｆ 内周面から凹部までの最小距離
Ｐ 回転軸
Ｒ 凹部の径
Ｔ ティースの幅

Claims (8)

1. 所定の軸（Ｐ）を中心として放射状に配置され、前記軸を中心とした径方向において前記軸とは反対側に一端（２１０）を有する複数のティース（２１）と、
   環状の外周面（２２０）と、前記一端同士を連結する円筒状の内周面（２２２）とを有し、前記外周面には、前記径方向について前記軸と反対側に向かって開口した複数の凹部（２２１）が、前記径方向で前記ティースと重なる位置にそれぞれ設けられたバックヨーク（２２）と、
   集中巻で前記ティースに巻回される巻線（３０）と、
   前記ティース及び前記バックヨークと前記巻線との間に挟まれた絶縁フィルム（４０）と、
   前記外周面のうち前記複数の前記凹部の隣り合う二者の間でそれぞれ前記バックヨークと溶接により固定されるケース（１０）と
   を備え、
   外部に露出している前記ティースの露出面（２１３）から前記凹部までの最小距離（Ｂ）が、前記バックヨークのうち前記凹部が設けられていない部分の前記径方向における幅（Ａ）よりも小さい、回転電機（１）。
2. 前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、円弧状の形状を有しており、前記円弧状の中心が前記軸を中心とした周方向において前記ティース（２１）同士の間にある、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、面取りされている、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、円弧状の形状を有しており、前記円弧は突出している、請求項１に記載の回転電機。
5. 前記バックヨーク（２２）側の前記ティース（２１）の根元（２１４）は、階段状の形状を有している、請求項１に記載の回転電機。
6. 前記径方向における前記ティース（２１）の他端（２１１）から前記凹部（２２１）までの長さと、前記径方向における前記他端から前記一端（２１０）までの前記ティース（２１）の長さとの差の最小値の絶対値（Ｆ）が１．５ｍｍ以上である、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の回転電機。
7. 前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において、前記凹部（２２１）は、前記凹部が設けられていない前記外周面（２２０）と滑らかに連続する、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の回転電機。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記凹部（２２１）を通って前記冷媒が圧縮機構へと流れ、前記圧縮機構を駆動する請求項１乃至７のいずれか一つに記載の回転電機（１）と
   を備え、
   前記凹部は前記軸に垂直な面で半円状の形状を有し、前記半円状の直径（２・Ｒ）は前記軸を中心とした周方向において前記ティース（２１）の幅（Ｔ）よりも大きい、圧縮機。

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