JP2009050098A - ステータおよびその製造方法ならびに圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増大が抑制されるとともに、導体占積率が高く、かつ、モータの効率低下およびモータ駆動時の電磁音の増大が抑制されたステータおよびその製造方法ならびに該ステータを備えた圧縮機を提供する。
【解決手段】ステータは、環状に並ぶように周方向に配列された複数のステータコア片３２１と、複数のステータコア片３２１の外周面との間に隙間を形成するようにステータコア片３２１の外周に設けられ、溶接によりステータコア片３２１と固定されるパイプ３２２とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、ステータおよびその製造方法ならびに圧縮機に関し、特に、周方向に並ぶ複数のコア体を含むステータおよびその製造方法ならびに該ステータを備えた圧縮機に関する。

圧縮機の駆動源として、周方向に分割された複数のステータコア片を並べて形成されたステータコアを有するモータが従来から用いられている。

たとえば、特開２００４−３６４４４４号公報（特許文献１）には、ティース部においてステータコアを分割したモータを備えた圧縮機が記載されている。

また、特開２００３−１７６７８１号公報（特許文献２）には、分割コア方式のコアからなる固定子を密閉容器に隙間嵌めまたは中間嵌めし、回転軸の軸方向の両端から押圧して固定した圧縮機が記載されている。

また、特開２０００−２３０４８４号公報（特許文献３）には、周方向に分割されたステータコア片を連結部材によって連結することによりステータを形成したモータを有する圧縮機が記載されている。
特開２００４−３６４４４４号公報 特開２００３−１７６７８１号公報 特開２０００−２３０４８４号公報

ステータコアを密閉容器に焼き嵌め固定すると、密閉容器の内面形状の影響を受けてステータが変形する場合がある。ステータが変形した結果、ロータとステータとのギャップが不均一となり、モータの効率が低下し、さらには、モータ駆動時の電磁音が増大する。

なお、特許文献１では、ティース部においてステータを分割しているため、ステータを周方向に分割した状態でコイルを巻回することができない。したがって、ステータにおける導体占積率を十分に向上させることができない。

また、特許文献２，３では、ステータを固定する押圧部材やステータコア片を連結する連結部材を設けることにより、部品点数が増大する。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、部品点数の増大が抑制されるとともに、導体占積率が高く、かつ、モータの効率低下およびモータ駆動時の電磁音の増大が抑制されたステータおよびその製造方法ならびに該ステータを備えた圧縮機を提供することにある。

本発明に係るステータは、環状に並ぶように周方向に配列された複数のコア体と、複数のコア体の外周面との間に隙間を形成するように該コア体の外周に設けられ、溶接によりコア体と固定される管状部材とを備える。

上記構成によれば、管状部材とコア体とを溶接により固定することで、コア体の固定のために部品点数が増大することを抑制することができる。また、周方向に並ぶ複数のコア体によりステータを形成することにより、ステータにおける導体占積率を向上させることができる。さらには、コア体の外周面と管状部材との間に隙間を設けることにより、管状部材の形状に対応してステータが変形することが抑制される。この結果、モータの効率低下およびモータ駆動時の電磁音の増大が抑制される。

上記ステータにおいて、１つの実施態様では、溶接は、複数のコア体どうしの接合部分に施される。

上記ステータにおいて、１つの実施態様では、コア体の複数の軸方向断面上において、溶接が施される。

上記ステータにおいて、１つの実施態様では、コア体の外周面にコア体の軸方向に延びる溝部が形成される。

本発明に係るステータの製造方法は、複数のコア体が環状に並ぶように該コア体を周方向に配列する工程と、複数のコア体の外周面と管状部材との間に隙間が形成されるように、複数のコア体を管状部材に挿入する工程と、溶接により複数のコア体と管状部材とを固定する工程とを備える。

上記方法によれば、管状部材とコア体とを溶接により固定することで、コア体の固定のために部品点数が増大することを抑制することができる。また、周方向に並ぶ複数のコア体によりステータを形成することにより、ステータにおける導体占積率を向上させることができる。さらには、コア体の外周面と管状部材との間に隙間を設けることにより、管状部材の形状に対応してステータが変形することが抑制される。この結果、モータの効率低下およびモータ駆動時の電磁音の増大が抑制される。

上記ステータの製造方法において、１つの実施態様では、溶接は、複数のコア体どうしの接合部分に施される。

上記ステータの製造方法において、１つの実施態様では、コア体の複数の軸方向断面上において、溶接が施される。

上記ステータの製造方法において、１つの実施態様では、複数のコア体を周方向に配列する工程は、円柱部材の周囲に複数のコア体を配列する工程と、コア体の外周面に形成された該コア体の軸方向に延びる溝部に挿入された治具により複数のコア体を円柱部材に向けて押圧する工程とを含み、複数のコア体を管状部材に挿入する工程は、治具により円柱部材に向けて押圧された状態で複数のコア体を管状部材に挿入する工程を含む。そして、上記ステータの製造方法は、溶接により複数のコア体と管状部材とが固定された後、治具を溝部から取り外す工程をさらに備える。

本発明に係る圧縮機は、上述したステータ、または、上述したステータの製造方法により製造されたステータを含むモータを備える。

本発明によれば、ステータの部品点数の増大を抑制するとともに、ステータにおける導体占積率を向上させ、さらには、モータの効率低下および電磁音の増大を抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る圧縮機を示す正面断面図である。図１を参照して、本実施の形態に係る圧縮機１００は、高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、ケーシング１と、ケーシング１内に設けられた圧縮部２およびモータ３とを含んで構成される。なお、ケーシング１内では、圧縮部２が下側に、モータ３が上側に配置されている。このモータ３は、駆動軸４を介して圧縮部２を駆動する。

圧縮部２は、図示しないアキュムレータから吸入管５を介して冷媒ガスを吸入する。この冷媒ガスは、圧縮機１００とともに冷凍システムを構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって得られる。

圧縮機１００は、圧縮した高温高圧の吐出ガスを、圧縮部２から吐出してケーシング１の内部に満たすとともに、モータ３のステータとロータとの間の隙間に該冷媒ガスを流動させてモータ３を冷却した後、吐出管６から該冷媒ガスを外部に吐出するようにしている。ケーシング１内の高圧領域の下部には、潤滑油７が溜められている。

圧縮部２は、シリンダ本体２１と、このシリンダ本体２１の上下の開口端のそれぞれに取り付けられている上側の端板部材２２および下側の端板部材２３とを含んで構成される。シリンダ本体２１、端板部材２２，２３によって、シリンダ室２４が形成される。

端板部材２２は、円板状の本体部２２Ａと、この本体部２２Ａの中央から上方に突出するように設けられたボス部２２Ｂとを有する。本体部２２Ａおよびボス部２２Ｂは、駆動軸４に挿通されている。本体部２２Ａには、シリンダ室２４に連通する吐出口２２Ｃが設けられている。

本体部２２Ａに対してシリンダ本体２１と反対側に位置するように、本体部２２Ａに吐出弁２５が取り付けられている。この吐出弁２５は、吐出口２２Ｃを開閉する。

本体部２２Ａには、吐出弁２５を覆うように、カップ型のマフラ本体２６が取り付けられている。マフラ本体２６は、（ボルト等の）固定部材によって、本体部２２Ａに固定されている。マフラ本体２６は、ボス部２２Ｂに挿通されている。

マフラ本体２６および上側の端板部材２２によって、マフラ室２７が形成される。マフラ室２７とシリンダ室２４とは、吐出口２２Ｃを介して連通されている。

マフラ本体２６は、孔部（図示せず）を有する。この孔部は、マフラ室２７とマフラ本体２６の外側とを連通する。

下側の端板部材２３は、円板状の本体部２３Ａと、この本体部２３Ａの中央から下方に突出するように設けられたボス部２３Ｂとを有する。本体部２３Ａおよびボス部２３Ｂは、駆動軸４に挿通されている。

駆動軸４の支持端側には、シリンダ室２４内に位置するように、偏心ピン２８が設けられている。この偏心ピン２８は、ローラ２９に嵌合している。このローラ２９は、シリンダ室２４内で公転可能に配置される。ローラ２９の公転運動により、後述する圧縮作用が実現される。

駆動軸４の一端部は、偏心ピン２８の両側において、上側の端板部材２２および下側の端板部材２３に支持されている。すなわち、駆動軸４は、片持ち構造を有する。駆動軸４の一端部（支持端側）は、シリンダ室２４の内部に進入している。

モータ３は、ロータ３１と、ステータ３２と、ステータ３２に巻回されたコイル３３とを含んで構成される。モータ３を駆動させることにより、ロータ３１とともに駆動軸４が回転し、ローラ２９の公転運動が実現される。

次に、図２を用いて、圧縮部２による圧縮作用について説明する。図２は、圧縮機１００に含まれる圧縮部２の平面図である。図２に示すように、上記ローラ２９に一体に設けられたブレード２９Ａにより、シリンダ室２４内が仕切られている。すなわち、図２中において、ブレード２９Ａの右側では、吸入管５がシリンダ室２４に開口して、吸入室（低圧室）２４Ａが形成されている。他方、図２中において、ブレード２９Ａの左側では、吐出口２２Ｃ（図１参照）がシリンダ室２４の内面に開口して、吐出室（高圧室）２４Ｂが形成されている。

ブレード２９Ａの両面には、半円形状の２つのブッシュ２９Ｂが密着している。これにより、シリンダ室２４Ａがシールされる。ブレード２９Ａとブッシュ２９Ｂとの間では、潤滑油７による潤滑が行なわれている。

モータ３によって駆動軸４が駆動されると、偏心ピン２８が駆動軸４とともに偏心回転し、偏心ピン２８に嵌合したローラ２９が、その外周面をシリンダ本体２１の内周面に接触させながら公転する。

シリンダ室２４内でローラ２９が公転するのに伴なって、ブレード２９Ａは、その両側面を２つのブッシュ２９Ｂによって保持されながら進退動する。この結果、吸入管５から低圧の冷媒ガスが吸入室２４Ａに吸入され、吐出室２４Ｂにおいて圧縮されて高圧にされた後、吐出口２２Ｃ（図１参照）から高圧の冷媒ガスが吐出される。吐出口２２Ｃから吐出された冷媒ガスは、マフラ室２７を経由して、マフラ本体２６の外側に排出される。

次に、図３〜図６を用いて、本実施の形態に係るステータおよびその製造方法について説明する。

図３〜図６を参照して、本実施の形態に係るステータは、周方向（矢印ＤＲ１方向）に並ぶ複数のステータコア片３２１と、ステータコア片３２１の外周に設けられたパイプ３２２とを含んで構成される。

ステータコア片３２１は、径方向に延在するティース部と、該ティース部の径方向外方に形成されたヨーク部とを有する。本実施の形態では、各々のステータコア片３２１ごとに、１つずつのティース部が形成されている。本実施の形態のように、ヨーク部においてステータを分割することで、各々のティース部にそれぞれコイルを巻回した後にステータコア片を周方向に並べることができる。これにより、コイル導体の占積率の高いステータを得ることができる。

パイプ３２２は、典型的には、上述した圧縮機１００におけるケーシング１に相当するが、パイプ３２２は、ケーシング１とは別体に設けられたものであってもよい。

図３を参照して、ステータコア片３２１は、ダミーロータ３１０の周囲に並べられる。これにより、円環状のステータが形成される。この状態から、ステータコア片３２１およびダミーロータ３１０は、図４に示すように、パイプ３２０に挿入される。そして、溶接部３２１Ａにおいて、ステータコア片３２１とパイプ３２２とが溶接により固定される。なお、ダミーロータ３１０の内部は空洞であってもよい。

図４に示すように、溶接部３２１Ａは、ステータコア片３２１における２箇所の断面Ａ，Ｂ上に設けられている。すなわち、本実施の形態では、ステータコア片３２１の複数の軸方向断面上において溶接が施される。このようにすることで、パイプ３２２によるステータの保持力を高めることができる。なお、断面Ａ上に位置する複数の溶接部３２１Ａは、典型的には、すべて同時に形成される。同様に、断面Ｂ上に位置する複数の溶接部３２１Ａは、典型的には、すべて同時に形成される。

図５に示すように、ステータコア片３２１の外周面には、ステータコア片３２１の軸方向に延びる溝部３２１Ｂが形成されている。溝部３２１Ｂには、ステータコア片３２１をパイプ３２２に挿入する際に、ステータコア片３２１をダミーロータ３１０に向けて押し付けるための治具が挿入される。

図６に示すように、ステータコア片３２１の外周面とパイプ３２２との間には、隙間が形成されている。当該隙間を設けることにより、パイプ３２２の内周面が若干変形したとしても、ステータコア片３２１の配置が影響を受けにくくなる。

また、溶接部３２１Ａは、複数のステータコア片３２１どうしの接合部分に設けられる。このようにすることで、パイプ３２２に固定されたステータの剛性を高めることができる。

次に、図７を用いて、溶接部３２１Ａを形成する方法について説明する。図７を参照して、本実施の形態に係る溶接工程において用いられる装置は、チャンバ４００と、プローブ５００と、ワイヤ６００と、固定台７００とを含んで構成される。

チャンバ４００内では、ＣＯ₂（２０％程度）とＡｒとの混合ガス雰囲気が形成されている。プローブ５００の印加電圧はたとえば２２Ｖ程度であり、電流はたとえば２４０Ａ程度である。プローブ５００に自動で送られるワイヤ６００は、たとえば銅メッキが施されたＦｅワイヤであり、線径はたとえば１．２ｍｍ程度である。

図７に示されるように、パイプ３２２におけるステータコア片３２１に対向する部分には、切れ目が設けられている。そして、ステータコア片３２１が取り付けられる固定台７００は、アースされている。したがって、プローブ５００とステータコア片３２１との間に放電が生じる。これにより、ワイヤ６００が溶け出し、パイプ３２２の切れ目を介してステータコア片３２１に達する。これにより、ステータコア片３２１がパイプ３２２に固定される。なお、上記放電の時間は、たとえば１．２秒程度であり、ワイヤ６００とパイプ３２２とのギャップ（Ｄ）は、１２ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度である。

図８は、本実施の形態に係るステータの製造方法をまとめたフロー図である。図８を参照して、まずステップ１１（以下、「Ｓ１１」のように略す。）において、ダミーロータ３１０の周囲に複数（９個）のステータコア片３２１が配列される。次に、Ｓ１２において、ステータコア片３２１の外周面に形成されたステータコア片３２１の軸方向に延びる溝部３２１Ｂに治具が挿入され、当該治具により、複数のステータコア片３２１がダミーロータ３１０に向けて押圧される。

次に、Ｓ２０において、複数のステータコア片３２１の外周面とパイプ３２２との間に隙間が形成されるように、複数のステータコア片３２１がパイプ３２２に挿入される。より具体的には、治具によりダミーロータ３１０に向けて押圧された状態で、複数のステータコア片３２１がパイプ３２２に挿入される。

次に、Ｓ３０において、溶接により複数のステータコア片３２１とパイプ３２２とが固定される。そして、Ｓ４０において、上記の治具が溝部３２１Ｂから取り外されるとともに、ダミーロータ３１０も取り外される。以上の工程により、上述したステータを製造することができる。

本実施の形態に係るステータおよびその製造方法によれば、パイプ３２２とステータコア片３２１とを溶接により固定することで、ステータコア片３２１の固定のために部品点数が増大することを抑制することができる。また、周方向（矢印ＤＲ１方向）に並ぶ複数のステータコア片３２１によりステータを形成することにより、ステータにおける導体占積率を向上させることができる。さらには、ステータコア片３２１の外周面とパイプ３２２との間に隙間を設けることにより、パイプ３２２の形状に対応してステータが変形することが抑制される。この結果、モータの効率低下およびモータ駆動時の電磁音の増大が抑制される。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るステータ３２は、環状に並ぶように周方向（矢印ＤＲ１方向）に配列された複数の「コア体」としてのステータコア片３２１と、複数のステータコア片３２１の外周面との間に隙間を形成するようにステータコア片３２１の外周に設けられ、溶接によりステータコア片３２１と固定される「管状部材」としてのパイプ３２２とを備える。

本実施の形態に係るステータの製造方法は、図８に示すように、複数のステータコア片３２１が環状に並ぶようにステータコア片３２１を周方向（矢印ＤＲ１方向）に配列する工程（Ｓ１０）と、複数のステータコア片３２１の外周面とパイプ３２２との間に隙間が形成されるように、複数のステータコア片３２１をパイプ３２２に挿入する工程（Ｓ２０）と、溶接により複数のステータコア片３２１とパイプ３２２とを固定する工程（Ｓ３０）と、溶接により複数のステータコア片３２１とパイプ３２２とが固定された後、治具を溝部から取り外す工程（Ｓ４０）とを備える。複数のステータコア片３２１を周方向に配列する工程（Ｓ１０）は、「円柱部材」としてのダミーロータ３１０の周囲に複数のステータコア片３２１を配列する工程（Ｓ１１）と、ステータコア片３２１の外周面に形成されたステータコア片３２１の軸方向に延びる溝部３２１Ｂに挿入された治具により複数のステータコア片３２１をダミーロータ３１０に向けて押圧する工程（Ｓ１２）とを含む。複数のステータコア片３２１をパイプ３２２に挿入する工程（Ｓ２０）は、治具によりダミーロータ３１０に向けて押圧された状態で複数のステータコア片３２１をパイプ３２２に挿入することを含む。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係るステータを含む圧縮機を示す正面断面図である。 図１に示される圧縮機に含まれる圧縮部の平面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの製造方法の第１工程を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの製造方法の第２工程を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータを構成する複数のステータ片を周方向に並べた状態を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの平面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの製造方法における溶接工程を説明する図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの製造方法を説明するフロー図である。

符号の説明

１ ケーシング、２ 圧縮部、３ モータ、４ 駆動軸、５ 吸入管、６ 吐出管、７ 潤滑油、２１ シリンダ本体、２２，２３ 端板部材、２２Ａ，２３Ａ 本体部、２２Ｂ，２３Ｂ ボス部、２２Ｃ 吐出口、２４ シリンダ室、２４Ａ 吸入室、２４Ｂ 吐出室、２５ 吐出弁、２６ マフラ、２７ マフラ室、２８ 偏芯ピン、２９ ローラ、２９Ａ ブレード、２９Ｂ ブッシュ、３１ ロータ、３２ ステータ、３３ コイル、１００ 圧縮機、３１０ ダミーロータ、３２１ ステータコア片、３２１Ａ 溶接部、３２１Ｂ 溝部、３２２ パイプ、４００ チャンバ、５００ プローブ、６００ ワイヤ、７００ 固定台。

Claims (9)

1. 環状に並ぶように周方向に配列された複数のコア体（３２１）と、
   複数の前記コア体（３２１）の外周面との間に隙間を形成するように該コア体（３２１）の外周に設けられ、溶接により前記コア体（３２１）と固定される管状部材（３２２）とを備えた、ステータ。
2. 前記溶接は、複数の前記コア体（３２１）どうしの接合部分に施される、請求項１に記載のステータ。
3. 前記コア体（３２１）の複数の軸方向断面（Ａ，Ｂ）上において、前記溶接が施される、請求項１または請求項２に記載のステータ。
4. 前記コア体（３２１）の外周面に前記コア体（３２１）の軸方向に延びる溝部（３２１Ｂ）が形成された、請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータ。
5. 複数のコア体（３２１）が環状に並ぶように該コア体（３２１）を周方向に配列する工程（Ｓ１０）と、
   複数の前記コア体（３２１）の外周面と管状部材（３２２）との間に隙間が形成されるように、複数の前記コア体（３２１）を前記管状部材（３２２）に挿入する工程（Ｓ２０）と、
   溶接により複数の前記コア体（３２１）と前記管状部材（３２２）とを固定する工程（Ｓ３０）とを備えた、ステータの製造方法。
6. 前記溶接は、複数の前記コア体（３２１）どうしの接合部分に施される、請求項５に記載のステータの製造方法。
7. 前記コア体（３２１）の複数の軸方向断面（Ａ，Ｂ）上において、前記溶接が施される、請求項５または請求項６に記載のステータの製造方法。
8. 複数の前記コア体（３２１）を周方向に配列する工程（Ｓ１０）は、円柱部材（３１０）の周囲に複数の前記コア体（３２１）を配列する工程（Ｓ１１）と、前記コア体（３２１）の外周面に形成された該コア体（３２１）の軸方向に延びる溝部（３２１Ｂ）に挿入された治具により複数の前記コア体（３２１）を前記円柱部材（３１０）に向けて押圧する工程（Ｓ１２）とを含み、
   複数の前記コア体（３２１）を前記管状部材（３２２）に挿入する工程（Ｓ２０）は、前記治具により前記円柱部材（３１０）に向けて押圧された状態で複数の前記コア体（３２１）を前記管状部材（３２２）に挿入する工程を含み、
   前記ステータの製造方法は、前記溶接により複数の前記コア体（３２１）と前記管状部材（３２２）とが固定された後、前記治具を前記溝部（３２１Ｂ）から取り外す工程（Ｓ４０）をさらに備える、請求項５から請求項７のいずれかに記載のステータの製造方法。
9. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータ、または、請求項５から請求項８のいずれかに記載のステータの製造方法により製造されたステータを含むモータを備えた、圧縮機。

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