JP2009055742A - 集中巻固定子、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線時に絶縁シートのずれや脱落を防止するとともに、確実な絶縁と、巻線の短縮で特性の向上及び製品コストの低減を図ること。
【解決手段】環状のコア２２ａから中心部に向けて複数の歯部２２ｂが形成された鉄心２２と、鉄心２２の軸方向両端に配設され、鉄心２２の歯部２２ｂの軸方向端面を覆う絶縁歯部２３ｂを有する一対の絶縁端板２３と、鉄心２２の複数の歯部２２ｂ間に形成されたスロット２２ｃ内に配設されるとともに、その軸方向長さが一対の絶縁端板２３の軸方向距離よりも長く形成された絶縁シート２４と、絶縁端板２３及び絶縁シート２４を介して鉄心２２に施された巻線２５とを具備し、鉄心２２に装着された絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂに、絶縁シート２４の軸方向の少なくとも一端側が倣うように成形されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子鉄心の絶縁部材が固定子鉄心の軸方向両端に配設される絶縁端板と固定子鉄心のスロット内に配設される絶縁シートにより構成される集中巻固定子、この集中巻固定子を有する電動機が組み込まれた密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機が組み込まれた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置等の密閉型圧縮機に組み込まれる電動機は、固定子鉄心と巻線との電気絶縁を行うために絶縁シート等の絶縁部材を介して巻線を行っている。図７は、固定子鉄心に絶縁部材を介して直接巻線を施す電動機の集中巻固定子において、絶縁部材を鉄心１００の軸方向両端に配設される絶縁端板１０１と鉄心１００のスロット内に配設される絶縁シート１０２により構成したを示す分解斜視図である。

絶縁端板１０１は鉄心１００と同じ幅を有し、スロット内周において鉄心１００との間に段部がないようになっている。絶縁シート１０２はスロット内周に鉄心の軸方向長さ以上で、絶縁端板１０１の厚さよりも出っ張らないように配設されている。

絶縁シート１０２の軸方向への移動は絶緑端板１０１のヨーク内周部１０１ａや歯先部１０１ｂに設けた段差等によって規制している。

一方、電動機において、絶縁距離は各種法規により用途や電圧区分にしたがって規定されているが、沿面距離（絶縁体の曲面を含む表面に沿った距離）は空間距離に比べて大きなものが要求されている。これは、絶縁体の表面を経由して、空間を経由する場合よりも短い距離で放電が発生するからである。

例えば、電動圧縮機に用いられる電動機において沿面距離は２．４ｍｍ以上が要求されている。ここで、鉄心積厚をＬ１±０．５ｍｍ、絶縁シートの長さをＬ２±０．２ｍｍ、絶縁シートの鉄心端面からの出っ張り量（絶縁端板の厚さにほぼ等しい）をＨ、絶縁シートの軸方向へ規制するための段部の鉄心端面からの高さをＨとすると、両段部間に絶縁シートが収まるための最大長さＬ２ｍａｘは、
Ｌ２ｍａｘ＝Ｌ１−０．５＋２Ｈ
Ｌ２ｍａｘに対応する最小長さＬｍｉｎは、
Ｌ２ｍｉｎ＝Ｌ１−０．５＋２Ｈ−０．４
＝Ｌ１＋２Ｈ−０．９
となる。

絶縁シート１０２の端面が一方の段部に接しているとすると沿面距離（絶縁シートの鉄心端面からの出っ張り量）の最小値は、
ｄ＝（Ｌ１＋２Ｈ−０．９）−（Ｌ１＋０．５＋Ｈ）
＝Ｈ−１．４
となる。したがって、常に沿面距離を２．４ｍｍ以上とするためには鉄心積厚及び絶縁シートの寸法公差を考慮して絶縁端板１０１の歯部厚さを３．８ｍｍ以上にする必要がある。

一般的に、巻線径１ｍｍ程度を使用する比較的出力の小さな電動機では、機械的強度上の絶縁端板の歯部厚さは２ｍｍ程度で十分で、歯部厚さを３．８ｍｍ以上にすると巻線の周長が長くなる。このため、巻線抵抗増大による特性低下や巻線質量増による高コストとなる等の問題が生じる。なお、絶縁シート１０２の鉄心端面からの出っ張りを絶縁端板１０１の歯部厚さよりも大きくすれば上記の問題は解消されるが、絶縁シート１０２が絶縁端板１０１よりも出っ張っていると巻線の巻始めの際に絶縁シート１０２がずれたり脱落する虞がある。また、絶縁シート１０２が突っ張ってスロット有効断面積が減少し、巻線性が悪化する虞がある。

以上のような問題に対応するため、例えば絶縁端板の鉄心側に突起を設け、絶縁シートを鉄心との間に挟み込むようにする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、鉄心のスロット開口端部に一定の軸方向長さに亘って段部を設け、該段部に絶縁端板の突起部を嵌め込み、スロット内周において鉄心との間に段部がないようにする方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１８３３１号公報 特開２００１−１１２２０５号公報

上述した集中巻固定子では、次のような問題があった。すなわち、絶縁端板の鉄心側に突起を設けたものは、沿面距離は絶縁端板の鉄心側への出っ張り量で決まるため歯部の厚さを小さくできる。しかし、絶縁端板の突起部が絶縁シートに被さってスロット側に出っ張ることになり、スロットの有効断面積を小さくすることになって巻線性が悪化する。また、巻線の歯幅方向の長さが長くなり、特性低下やコストアップの問題が残る。

鉄心のスロット開口端部に段部を設けたものは、沿面距離は絶縁端板の鉄心側への出っ張り量で決まるため絶縁端板の歯部の厚さを小さくできる。また、絶縁端板がスロット側に出っ張ることがないため、巻線性が悪化する問題は生じない。しかし、スロットの開口部に段部を設けるためには２種類のスロット打ち抜き型を用意する必要があり、順送型においては構造が複雑で大型となり、コストが高くなる問題がある。また、軸方向の一定の長さの範囲に限定されるものの、鉄心磁路が狭められ、鉄損増大によって特性が低下するという問題もある。

そこで本発明は、巻線時に絶縁シートがずれや脱落を防止するとともに、確実な絶縁と、巻線の短縮で特性の向上及び製品コストの低減を図ることができる集中巻固定子、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の集中巻固定子、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置は次のように構成されている。

環状のコアから中心部に向けて複数の歯部が形成された鉄心と、この鉄心の軸方向両端に配設され、上記鉄心の歯部の軸方向端面を覆う絶縁歯部を有する一対の絶縁端板と、上記鉄心の複数の歯部間に形成されたスロット内に配設されるとともに、その軸方向長さが上記一対の絶縁端板の軸方向距離よりも長く形成された絶縁シートと、上記絶縁端板及び上記絶縁シートを介して上記鉄心に施された巻線とを具備し、上記鉄心に装着された上記絶縁端板の絶縁歯部に、上記絶縁シートの軸方向の少なくとも一端側が倣うように成形されていることを特徴とする。

上記構成の集中巻固定子を有する電動機と、この電動機によって駆動される圧縮機構部とを密閉ケース内に収納したことを特徴とする。

上記構成の密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、巻線時に絶縁シートがずれや脱落を防止するとともに、確実な絶縁と、巻線の短縮で特性の向上及び製品コストの低減を図ることが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る集中巻固定子２１が組み込まれた密閉型回転式圧縮機１０の断面構造と、この密閉型回転式圧縮機１０を備えた冷凍サイクル装置１の冷凍サイクル構成図、図２は密閉型回転式圧縮機１０に組み込まれた集中巻固定子２１の要部を鉄心２２の歯部２２ａ側から示す斜視図、図３は集中巻固定子２１の要部を模式的に示す縦断面図、図４は集中巻固定子２１の要部を模式的に示す説明図、図５は集中巻固定子２１を分解して示す側面図、図６は集中巻固定子２１に組み込まれた鉄心を示す平面図である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、冷媒を凝縮する凝縮器２と、この凝縮器２に接続された膨張装置３と、この膨張装置３に接続され、冷媒を気化する蒸発器４と、この蒸発器４の出口側に接続された密閉型回転式圧縮機１０とを備えている。

密閉型回転式圧縮機１０は、ツインタイプのローリングピストン形圧縮機であり、密閉ケース１１を有している。密閉ケース１１内には、上部側に設けられた回転駆動部２０と、下部側に設けられた圧縮機構部３０とが収容されており、回転駆動部２０と圧縮機構部３０とは、回転軸５０を介して連結されている。密閉型回転式圧縮機１０は、回転軸５０が鉛直方向に沿って設けらている縦置型のものである。

回転駆動部２０は、例えばブラシレスＤＣモータが用いられていて、密閉ケース１１の内面に固定される集中巻固定子２１と、この集中巻固定子２１の内側に所定の間隙を存して配置され、回転軸５０に嵌着されるロータ２９とを備えている。回転駆動部２０は、外部の電源供給部（不図示）に接続され、電力の供給を受けている。

図２に示すように、集中巻固定子２１は、環状のコア２２ａから中心部に向けて複数の歯部２２ｂが形成された鉄心２２を備えている。この鉄心２２の軸方向両端には、鉄心２２の歯部２２ｂの軸方向端面を覆う絶縁歯部（絶縁端板の歯部）２３ｂを有する一対の絶縁端板２３が設けられている。さらに、鉄心２２の複数の歯部２２ｂ間に形成されたスロット２２ｃ（図６参照）内には、その軸方向長さが一対の絶縁端板２３，２３の軸方向距離よりも長く形成された絶縁シート２４が配設されている。さらに、絶縁端板２３及び絶縁シート２４を介して鉄心２２に施された巻線２５（図３参照）とを具備している。なお、絶縁端板２３及び絶縁シート２４により絶縁部材が構成されている。

絶縁端板２３は、コア２２ａに取り付けられる端板本体２３ａと、この端板本体２３ａから中心側に延設された絶縁歯部２３ｂが設けられている。

絶縁シート２４は、その軸方向の両端側が絶縁歯部２３ｂに倣うように成形されている。すなわち、絶縁シート２４は絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂ厚さよりも出っ張る長さにしてあり、ス口ット２２ｃに挿入後に成型して絶縁歯部２３ｂに沿うようにしている。これにより、図３に示すように、絶縁シート２４は絶縁歯部２３ｂの形状に沿って曲げられ、歯部２２ｂの上方（下方）に延伸されている。

なお、絶縁シート２４の成型は熱を加えて行うほうが望ましく、高温のガスを吹き付けて温度を上げた後に所定の形状の押圧子を押しつけるによって成型される。あるいは、一定の温度に加熱された所定の形状の押圧子を押しつけることによって成型される。押圧子は金属製で、絶縁シート２４との引っ付き防止や摩擦の軽減のためにテフ口ン等の撥性コーティングを施したものの使用が望ましい。

圧縮機構部３０は、２組の圧縮機構４０と、主軸受４１及び副軸受４２とを備え、主軸受４１側に設けられたバルブカバー４３と、副軸受４２側に設けられたバルブカバー４４とともにボルト４５にてネジ止めされている。主軸受４２及び副軸受４３は、それぞれ回転軸５０を回転自在に支持している。

各圧縮機構４０には、シリンダ室４６が設けられるとともに、後述するローラ５２が偏心配置されており、このローラ５２の動作によりシリンダ室４６が吸込室側と圧縮室側とに区画され、圧縮動作が行われる。回転軸５０は、シリンダ室４６に対応する位置に設けられたクランク軸部５１と、このクランク軸部５１の外周に嵌合されたローラ５２とを備えている。

このように構成された冷凍サイクル装置１では、次のように運転される。すなわち、回転駆動部２０に電力が供給され、回転軸５０が回転駆動され、圧縮機構部３０が駆動される。

圧縮機構部３０では、ローラ５２がシリンダ室４６内で偏心回転を行うことで、シリンダ室４６に導かれた冷媒ガスが徐々に圧縮される。回転軸５０が継続して回転され、シリンダ室４６における圧縮室の容量がさらに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁が開放する。高圧ガスはバルブカバー４３を介して密閉ケース１１内に吐出され充満する。そして、密閉ケース１１から吐出される。

密閉ケース１１から吐出された高圧ガスは、凝縮器２に導かれて凝縮液化し、膨張装置３で断熱膨張し、蒸発器４で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷房作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はアキュムレータ５を介してシリンダ室４０に吸込まれて上述の経路を循環する。

このように構成された集中巻固定子２１では、絶縁シート２４は巻線前に予め歯部２２ｂ及びスロット２２ｃの形状に成型されており、巻線２５を施す際にずれたり脱落したりすることがなくなる。

また、絶縁歯部２３ｂ厚さを大きくすることなく沿面距離を大きくすることが可能であり、確実な絶縁を行うことができる。さらに、絶縁端板２３の厚さを小さくでき、巻線２５の周長が短くなることにより巻線抵抗が小さくなって効率が向上し、また、巻線質量が小さくなってコストが安くなる。

一方、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの厚さを法規上必要とされる沿面距離（２．４ｍｍ以上）よりも小さくし、歯部２２ｂの厚さを強度上あるいは製造上の最小にでき、巻線２５の周長を最短にできる。

上述したように本実施の形態に係る集中巻固定子２１によれば、巻線時に絶縁シート２４が歯部２２ｂからずれたり、脱落したりすることを防止するとともに、確実な絶縁と、巻線２５の短縮で特性の向上及び製品コストの低減を図ることができ、また、このようなメリットを有する密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置が得られる。

図４は、一対の絶縁端板２３のうち下側の端板本体２３ａには絶縁シート２４の軸方向の位置決めを行う段差２３ｃが設けられている。

下側の絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの厚さを法規上必要とされる沿面距離よりも少し大きくし、上側の絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの厚さを法規上必要とされる沿面距離よりも小さくし、絶縁シート２４を下側の絶縁端板２３に設けた規制のための段差２３ｃに突き当て、絶縁シート２４の上側の端部を絶縁歯部２３ｂに倣うように成型したものである。

このように構成されていると、絶縁シート２４は下側の絶緑端板２３の段差２３ｃに突き当てられるのでコア２２ａの積厚や絶縁シート２４の長さのばらつきによらず鉄心２２からの一定の突き出し量を確保でき、下側の絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの厚さを法規上必要な最小にすることができる。

なお、絶縁シート２４上側の鉄心２２からの突き出し量は前記ばらつきの影響を受けるが、最悪の場合でも法規上必要とされる沿面距離よりも大きな突き出し量が確保できるような長さに設定しておけばよい。絶縁シート２４の上側は絶縁端板２３の高さよりも出っ張り量が大きくなるが、端部を絶縁端板２３に沿うように成型することでずれたり脱落したりすることはない。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、空調用の冷凍サイクル装置で、密閉型圧縮機１０は２シリンダタイプのものを適用して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば冷凍用の冷凍サイクル装置であってもよく、１シリンダタイプやまたは３シリンダ、もしくはそれ以上のシリンダを備えた密閉型圧縮機であってもよい。

そして、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるとともに、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明の一実施の形態に係る集中巻固定子が組み込まれた密閉型回転式圧縮機の断面構造と、この密閉型回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を示す説明図。 同密閉型回転式圧縮機に組み込まれた集中巻固定子の要部を鉄心の歯部側から示す斜視図。 同集中巻固定子の要部を模式的に示す縦断面図。 同集中巻固定子の要部を模式的に示す説明図。 同集中巻固定子を分解して示す側面図。 同集中巻固定子に組み込まれた鉄心を示す平面図。 従来の集中巻固定子の要部を示す分解斜視図。

符号の説明

１…冷凍サイクル装置、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、１０…密閉型回転式圧縮機、１１…密閉ケース、２０…回転駆動部、２１…集中巻固定子、２２…鉄心、２２ａ…コア、２２ｂ…歯部、２２ｃ…スロット、２３…絶縁端板、２３ａ…端板本体、２３ｂ…絶縁歯部、２４…絶縁シート、２５…巻線、３０…圧縮機構部、４０…圧縮機構、５０…回転軸。

Claims (5)

1. 環状のコアから中心部に向けて複数の歯部が形成された鉄心と、
   この鉄心の軸方向両端に配設され、上記鉄心の歯部の軸方向端面を覆う絶縁歯部を有する一対の絶縁端板と、
   上記鉄心の複数の歯部間に形成されたスロット内に配設されるとともに、その軸方向長さが上記一対の絶縁端板の軸方向距離よりも長く形成された絶縁シートと、
   上記絶縁端板及び上記絶縁シートを介して上記鉄心に施された巻線とを具備し、
   上記鉄心に装着された上記絶縁端板の絶縁歯部に、上記絶縁シートの軸方向の少なくとも一端側が倣うように成形されていることを特徴とする集中巻固定子。
2. 上記絶縁歯部の厚さは、法規上必要とされる沿面距離よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集中巻固定子。
3. 上記一対の絶縁端板のうち、一方の絶縁端板の絶縁歯部厚さを法規上必要とされる沿面距離よりも大きくするとともに、規制のための段差を設け、
   他方の絶縁端板の絶縁歯部厚さを法規上必要とされる沿面距離よりも小さくするとともに、
   上記絶縁シートの軸方向の上記一方の絶縁端板側の端部は上記段差に突き当てられ、上記絶縁シートの軸方向の上記他方の絶縁端板側の端部は上記絶縁歯部に倣うように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の集中巻固定子。
4. 請求項１〜３のいずれか記載の集中巻固定子を有する電動機と、この電動機によって駆動される圧縮機構部とを密閉ケース内に収納したことを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項４記載の密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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