JP2010279126A - 電動機固定子鉄心、電動機、密閉型圧縮機、冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼嵌めや圧入に起因する外殻からの圧縮応力を緩和しつつ、磁束の低減を防止できるようにする。
【解決手段】隣り合う磁極片２，２にて形成されるスロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ窪み３ａを、隣り合う磁極片２，２の結合部２ｃのスロット３に面する箇所に設け、かつ窪み３ａの大きさを、この窪み３ａにより最も薄くなるバックヨーク部２ａの結合部２ｃの径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気調和機や冷凍機に使用される圧縮機駆動用の電動機、特に電動機固定子鉄心に関する。

従来より、圧縮機等の機器を駆動するため、固定子の内周に回転子を配し、固定子の磁極と回転子の永久磁石とが対向するようにした電動機が用いられている。そして、このような電動機の固定子として、バックヨーク部から内周側径方向に突出したティース部を有する複数の磁極片を環状に形成することで、巻線作業を容易にし、コイルの高密度化を図ったものがある。

この複数の磁極片を環状に形成する際、固定子はシェル（又はコアケース）と呼ばれる外殻に焼嵌めまたは圧入される。このため、固定子には外殻からの圧縮応力による鉄損が増加する。

ところで、複数の磁極片を環状に形成してなる電動機固定子鉄心において、各バックヨーク部の分割面にギャップ部を形成することで、焼嵌めや圧入に起因する外殻からの圧縮応力を低減させて、圧縮応力による鉄損の発生を抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−５１９４１号公報（図１）

しかしながら、各バックヨーク部の分割面にギャップ部を形成することで、外殻からの圧縮応力に起因する鉄損特性の悪化を防止するようにしたものにあっては、各磁極片間のギャップ部が磁路となり、このギャップ部を磁束が通ることになるため、ギャップ部で磁束が低減してしまうという問題がある。

本発明の技術的課題は、焼嵌めや圧入に起因する外殻からの圧縮応力を緩和しつつ、磁束の低減を防止できるようにすることにある。

本発明に係る電動機固定子鉄心は、隣り合う磁極片にて形成されるスロットのバックヨーク側の面相互の交線よりもバックヨーク側にへこむ窪みが、隣り合う磁極片の結合部のスロットに面する箇所に設けられており、前記窪みの大きさは、この窪みにより最も薄くなるバックヨーク部の結合部の径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように構成されてなるものである。

ところで、ティース部を通った磁束は周方向に二手（逆向きに）に分かれ、バックヨーク部を通る。従って、本発明に係る密閉型圧縮機のように、バックヨーク部の最も薄くなる部分の径方向幅Ｄをティース中間部の径方向に直交する方向の幅Ｗの半分より大きく（Ｄ＞0.5×Ｗ）すれば、バックヨーク部の磁束密度がティース部の磁束密度より大きくなることはなく、ティース部を通る磁束を最大限有効に使うことができる。また、隣り合う磁極片相互の接触面が大きくなり、かつその接触面に磁束が通るため、磁束の低減を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心の磁極片にコイルを巻線する方法を説明するための磁極片の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心を通る磁束を表した模式図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機固定子鉄心を示す平面図である。 本発明の実施の形態３に係る電動機固定子鉄心を示す平面図である。 本発明の実施の形態５に係る密閉型圧縮機の構成を示す縦断面図である。 図６のＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心を示す平面図である。図２は本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心の磁極片にコイルを巻線する方法を説明するための磁極片の平面図である。図３は本発明の実施の形態１に係る電動機固定子鉄心を通る磁束を表した模式図である。

本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ａは、図１及び図２に示すようにバックヨーク部２ａ及びこのバックヨーク部２ａから突出するティース部２ｂを有する磁極片２を複数結合して環状に形成し、これにより隣接する磁極片２，２間に巻線用のスロット３を形成している。各磁極片２には、これらを環状に形成する前の段階で、ティース部２ｂに絶縁材４を介してコイル５（図２）が巻線されるようになっている。各磁極片２のティース部２ｂに巻線されたコイル５は、各磁極片２を結合して環状に形成した段階で、各スロット３にそれぞれ収容されるようになっている。

また、隣り合う磁極片２，２の結合部２ｃのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａが設けられている。窪み３ａの大きさ（深さ）は、この窪み３ａにより最も薄くなるバックヨーク部２ａの結合部２ｃの径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように設定されている。

巻線は、既述したように各磁極片２を環状に形成する前の段階で行われる。すなわち、図２のようにティース部２ｂに絶縁材４を介してコイル５が巻線される。この際、コイル５の回旋方向と、ティース部２ｂの中心と電動機固定子鉄心１Ａの中心点を結んだ直線（磁極片２を複数結合して環状に形成したときの放射方向の線）とのなす角度が９０°となるように巻線が施される。従って、ここでは図２のようにティース部２ｂの側面とスロット３のバックヨーク側の面とのなす角度が９０°となるように構成している。このような角度（９０°）とすることで、コイル５の整列性がよくなり、より多くのコイル５を巻線することが可能となる。

以上のように、本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ａにおいては、隣り合う磁極片２，２の結合部２ｃのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａを設けているので、外殻に焼嵌めまたは圧入されることによる圧縮応力を緩和することができて、外殻からの圧縮応力による鉄損を抑制することができる。さらに、円弧状の窪み３ａにより、巻線部分に突起が存在しなくなるので、絶縁材４を薄くしてもティース部２ｂにコイル５を巻線する際に、コイル５や絶縁材４を傷つけることなく巻線することができ、より効率の良い電動機が得られる。

また、バックヨーク部２ａの最も薄くなる部分の径方向幅Ｄをティース中間部の径方向に直交する方向の幅Ｗの半分より大きく（Ｄ＞0.5×Ｗ）しているので、図３に示すようにティース部２ｂを通った磁束が二手に等分され、バックヨーク部２ａを通るため、バックヨーク部２ａの磁束密度がティース部２ｂの磁束密度より大きくなることはなく、ティース部２ｂを通る磁束を最大限有効に使うことができる。また、隣り合う磁極片相互の接触面が大きくなり、その接触面に磁束が通るため、磁束の低減を防止することができる。

なお、ここでは窪み３ａを円弧状としたものを例に挙げて説明しているが、これに限るものでなく、例えば三角形状などでもよく、要するに隣り合う磁極片２，２の結合部２ｃのスロット３に面する箇所にバックヨーク側への凹陥部があればよい。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る電動機固定子鉄心を示す平面図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｂは、図４のように各磁極片２のバックヨーク部２ａにそれぞれ薄肉連結部２ｄを形成して、これら薄肉連結部２ｄを介して各磁極片２が折り曲げ可能に予め連結されており、これら予め連結されている各磁極片２を折り曲げて環状に形成し、結合部となる薄肉連結部２ｄを溶接などにより固着するようにした点が前述の実施の形態１のものと異なっており、それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

すなわち、本実施の形態においても隣り合う磁極片２，２の薄肉連結部２ｄのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａが設けられている。窪み３ａの大きさ（深さ）は、この窪み３ａにより最も薄くなるバックヨーク部２ａの薄肉連結部２ｄの径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように設定されている。

また、本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｂにおいても、巻線は、各磁極片２を環状に形成する前の段階で行われる。そして、ここでもティース部２ｂの側面とスロット３のバックヨーク側の面とのなす角度が９０°となるように構成されている。このような角度（９０°）とすることで、本実施の形態においてもコイル５の整列性がよくなり、より多くのコイル５を巻線することが可能となる。

このように、本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｂにおいても、隣り合う磁極片２，２の薄肉連結部２ｄのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａを設けているので、外殻に焼嵌めまたは圧入されることによる圧縮応力を緩和することができて、外殻からの圧縮応力による鉄損を抑制することができる。さらに、円弧状の窪み３ａにより、巻線部分に突起が存在しなくなるので、絶縁材４を薄くしてもティース部２ｂにコイル５を巻線する際に、コイル５や絶縁材４を傷つけることなく巻線することができ、より効率の良い電動機が得られる。

また、バックヨーク部２ａの最も薄くなる部分すなわち薄肉連結部２ｄの径方向幅Ｄをティース中間部の径方向に直交する方向の幅Ｗの半分より大きく（Ｄ＞0.5×Ｗ）しているので、バックヨーク部２ａの磁束密度がティース部２ｂの磁束密度より大きくなることはなく、ティース部２ｂを通る磁束を最大限有効に使うことができる。また、隣り合う磁極片相互の接触面が大きくなり、その接触面に磁束が通るため、磁束の低減を防止することができる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る電動機固定子鉄心を示す平面図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｃは、図５のように各磁極片２のバックヨーク部２ａにそれぞれジョイント部２ｅを形成して、これらジョイント部２ｅを介して各磁極片２を折り曲げ可能に連結し、これら連結した各磁極片２を折り曲げて環状に形成し、結合部となるジョイント部２ｅを溶接などにより固着するようにした点が前述の実施の形態１のものと異なっており、それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

すなわち、本実施の形態においても隣り合う磁極片２，２のジョイント部２ｅのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａが設けられている。窪み３ａの大きさ（深さ）は、この窪み３ａにより最も薄くなるバックヨーク部２ａのジョイント部２ｅの径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように設定されている。

また、本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｃにおいても、巻線は、各磁極片２をジョイント部２ｅによって連結する前の段階で行われる。そして、ここでもティース部２ｂの側面とスロット３のバックヨーク側の面とのなす角度が９０°となるように構成されている。このような角度（９０°）とすることで、本実施の形態においてもコイル５の整列性がよくなり、より多くのコイル５を巻線することが可能となる。

このように、本実施の形態の電動機固定子鉄心１Ｃにおいても、隣り合う磁極片２，２のジョイント部２ｅのスロット３に面する箇所に、スロット３のバックヨーク側の面相互の交線３ｂよりもバックヨーク側にへこむ円弧状の窪み３ａを設けているので、外殻に焼嵌めまたは圧入されることによる圧縮応力を緩和することができて、外殻からの圧縮応力による鉄損を抑制することができる。さらに、円弧状の窪み３ａにより、巻線部分に突起が存在しなくなるので、絶縁材４を薄くしてもティース部２ｂにコイル５を巻線する際に、コイル５や絶縁材４を傷つけることなく巻線することができ、より効率の良い電動機が得られる。

また、バックヨーク部２ａの最も薄くなる部分すなわちジョイント部２ｅの径方向幅Ｄをティース中間部の径方向に直交する方向の幅Ｗの半分より大きく（Ｄ＞0.5×Ｗ）しているので、バックヨーク部２ａの磁束密度がティース部２ｂの磁束密度より大きくなることはなく、ティース部２ｂを通る磁束を最大限有効に使うことができる。また、隣り合う磁極片相互の接触面が大きくなり、その接触面に磁束が通るため、磁束の低減を防止することができる。

実施の形態４．
本実施の形態の電動機固定子鉄心は、磁極片２のティース部２ｂとこれに巻線されるコイル５との絶縁にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等のフィルム絶縁材を用いたものである（図２参照）。それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

本実施の形態の電動機固定子鉄心においては、磁極片２のティース部２ｂとこれに巻線されるコイル５との絶縁にＰＥＴフィルム等のフィルム絶縁材を用いているので、例えば絶縁紙を用いた場合に比し、絶縁材の厚さを薄くすることができる。このため、絶縁材がフィルム絶縁材でない場合に比し、スロット３の面積を大きくすることが可能となり、より多くのコイル５を巻線することができ、より効率の良い電動機が得られる。

実施の形態５．
図６は前述の実施の形態１〜４のいずれかの電動機固定子鉄心を備えた電動機を有する密閉型圧縮機すなわち１シリンダー型ロータリ圧縮機の構成を示す縦断面図、図７は図６のＡ−Ａ線矢視断面図であり、各図中、前述の実施の形態１〜４に相当する部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の密閉型圧縮機１３０は、図６のように上部容器１０１ａと下部容器１０１ｂとで構成される密閉容器１０１内に、冷媒を圧縮する圧縮要素１０２と、この圧縮要素１０２を駆動する電動要素１０３を収納している。圧縮要素１０２と電動要素１０３とは、クランクシャフト１０４で連結され、圧縮要素１０２が密閉容器１０１の下部に、電動要素１０３が密閉容器１０１の上部に収納されている。クランクシャフト１０４は、上部の主軸部１０４ａと、下部の副軸部１０４ｂと、これらの間に形成された偏心軸部１０４ｃとから構成されている。

圧縮要素１０２は、シリンダー１０５内にクランクシャフト１０４の偏心軸部１０４ｃに勘合するローリングピストン１０９が収納され、シリンダー１０５に設けられた溝内を径方向に往復運動する図示しないベーンの一端がローリングピストン１０９の外周に当接しながら圧縮室を形成する。シリンダー１０５の軸方向両端の開口部は、主軸受１０６および副軸受１０７で閉塞されている。１０８はマフラーである。

電動要素１０３は、図６及び図７のように固定子１と回転子６とを備え、例えばブラシレスＤＣモーターである。固定子１のリード線９は、密閉容器外部から電力を供給できるように、上部容器１０１ａに設けられたガラス端子１１９に接続される。また、固定子鉄心は、外径が下部容器１０１ｂの中間部の内径よりも大きく、下部容器１０１ｂに焼嵌めされ、固定されている。

回転子６は、固定子１と同様に薄板状の電磁鋼板から打抜き形成された回転子鉄心シートを複数積層して構成され、磁石挿入孔２２、風穴２３を有する回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の両端部に夫々配置され、永久磁石２４の飛散を防止する役割を兼ねた上バランスウェイト２５ａ（密閉型圧縮機１３０において、回転子鉄心２１の上端部に配置される）及び下バランスウェイト２５ｂ（密閉型圧縮機１３０において、回転子鉄心２１の下端部に配置される）と、上バランスウェイト２５ａ、下バランスウェイト２５ｂ、及び回転子鉄心２１を固定するリベット２６とを備える。リベット２６はリベット孔２７に挿入される。上バランスウェイト２５ａ及び下バランスウェイト２５ｂと端板は別部品でもよい。風穴２３は、圧縮要素１０２のマフラー１０８の吐出口１０８ａから吐出された冷媒ガスを密閉容器１０１の上部へ導く機能と、密閉容器１０１の上部へ導いた冷媒ガスをフード状の邪魔板４０にぶつけることで、冷媒ガスと共に密閉容器１０１の上部に導かれた冷凍機油を冷媒ガスから分離させて密閉容器１０１内の下部に落とす機能を有している。

回転子鉄心２１の内径はクランクシャフト１０４外径より小さく、回転子鉄心２１はクランクシャフト１０４の主軸部１０４ａに焼嵌め固定される。

図６に示すように、密閉容器１０１に隣接して、液冷媒を貯留するアキュームレーターと冷媒音を消音する役割を有する吸入マフラー１２７が設けられ、吸入マフラー１２７は吸入連結管１２８によりシリンダー１０５に連結されている。

シリンダー１０５で圧縮された冷媒ガスは、密閉容器１０１内に吐出され、電動要素１０３を通り、吐出管１２９から冷凍サイクル装置へ送り出される。

また窪み３ａにより、コイル５付近に冷媒ガスが流れる流路を大きく取れるため、冷凍機油の密閉型圧縮機１３０内から冷凍回路内への持ち出しを低減することができる。このため、圧縮要素１０２の信頼性が高まり、かつ持ち出された冷凍機油による熱交換効率の低下を防ぐことができて、高負荷時のコイル５の温度上昇を冷媒により抑える効果が高まる。

なお、ここでは密閉型圧縮機１３０の一例として、ロータリ型圧縮機を例に挙げて説明したが、スクロール型、レシプロ型等、電動機が密閉容器内に配置される密閉型圧縮機であれば本発明を適用可能であり、その圧縮構造を問わない。

実施の形態６．
図８は前述の実施の形態１〜４のいずれかの電動機固定子鉄心を備えた電動機を有する密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態５に相当する部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の冷凍サイクル装置２００は、図８のように前述の実施の形態５で説明した密閉型圧縮機１３０と、密閉型圧縮機１３０からの冷媒の流れを切換える四方切換弁１３１と、室外側熱交換器１３２と、電動膨張弁等の減圧装置１３３と、室内側熱交換器１３４と、密閉型圧縮機１３０の吸入側配管に接続されて冷媒を貯留するアキュームレーター１３５と、吸入マフラー１２７とを備え、これら機器が配管を介して順次接続されて構成されている。

次に、以上のように構成された冷凍サイクル装置２００の運転動作について、暖房運転動作、冷房運転動作の順で説明する。
暖房運転が開始されると、四方切換弁１３１は図８の実線側に接続される。これにより、密閉型圧縮機１３０で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内側熱交換器１３４に流れ、凝縮し、液化した後、減圧装置すなわち電動膨張弁１３３で絞られ、低温低圧の二相状態となり、室外側熱交換器１３２へ流れ、蒸発し、ガス化して四方切換弁１３１、アキュームレーター１３５を通って吸入マフラー１２７から再び密閉型圧縮機１３０に戻る。即ち、図８の実線矢印に示すように冷媒は循環する。

次に、冷房運転について説明する。冷房運転が開始されると、四方切換弁１３１は図８の点線側に接続される。これにより、密閉型圧縮機１３０で圧縮された高温高圧の冷媒は、室外側熱交換器１３２に流れ、凝縮し、液化した後、電動膨張弁１３３で絞られ、低温低圧の二相状態となり、室内側熱交換器１３４へ流れ、蒸発し、ガス化して四方切換弁１３１、アキュームレーター１３５を通って吸入マフラー１２７から再び密閉型圧縮機１３０に戻る。即ち、暖房運転から冷房運転に変わると、室内側熱交換器１３４が凝縮器から蒸発器に変わり、室外側熱交換器１３２が蒸発器から凝縮器に変わり、図８の波線矢印に示すように冷媒は循環する。

このような冷凍サイクル装置において、密閉型圧縮機の内部も含め冷媒流路は分解整備ができない構造であるため、部品の信頼性を向上させる必要がある。また、熱交換器の効率を維持できるようにするため、密閉型圧縮機から持ち出される圧縮機油は少ないほうが望ましい。

本実施の形態の冷凍サイクル装置２００においては、密閉型圧縮機として前述の実施の形態５で説明した密閉型圧縮機１３０を用いているので、既述したように密閉型圧縮機１３０から持ち出される冷凍機油を少なくすることができる。このため、信頼性が高く、かつ持ち出された冷凍機油による熱交換効率の低下を防ぐことができる効率のよい冷凍サイクル装置を提供することができる。

１ 固定子、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電動機固定子鉄心、２ 磁極片、２ａ バックヨーク部、２ｂ ティース部、２ｃ 結合部、２ｄ 薄肉連結部、２ｅ ジョイント部、３ スロット、３ａ 窪み、３ｂ 交線、４ 絶縁材、５ コイル、６ 回転子、９ リード線、２１ 回転子鉄心、２２ 磁石挿入孔、２３ 風穴、２４ 永久磁石、２５ バランスウェイト、２６ リベット、２７ リベット穴、１０１ 密閉容器、１０２ 圧縮要素、１０３ 電動要素、１０４ クランクシャフト、１０５ シリンダー、１０６ 主軸受、１０７ 副軸受、１０８ マフラー、１０９ ローリングピストン、１１９ ガラス端子、１２７ 吸入マフラー、１２８ 吸入連結管、１２９ 吐出管、１３０ 密閉型圧縮機、１３１ 四方切換弁、１３２ 室外側熱交換器、１３３ 減圧装置、１３４ 室内側熱交換器、１３５ アキュームレーター、２００ 冷凍サイクル装置。

Claims (7)

1. バックヨーク部およびこのバックヨーク部から突出するティース部を有する磁極片を複数結合して、隣接する磁極片間に巻線用のスロットを形成してなる電動機固定子鉄心において、
   隣り合う磁極片にて形成される前記スロットのバックヨーク側の面相互の交線よりもバックヨーク側にへこむ窪みが、前記隣り合う磁極片の結合部の前記スロットに面する箇所に設けられており、
   前記窪みの大きさは、該窪みにより最も薄くなる前記バックヨーク部の結合部の径方向幅をＤ、ティース中間部の径方向に直交する方向の幅をＷとしたとき、Ｄ＞0.5×Ｗの関係となるように構成されてなることを特徴とする電動機固定子鉄心。
2. 各前記磁極片が前記バックヨーク部の窪みにより最も薄くなる部分を介して互いに折り曲げ可能に予め連結されていることを特徴とする請求項１記載の電動機固定子鉄心。
3. 各前記磁極片が前記バックヨーク部の窪みにより最も薄くなる部分に形成されたジョイント部を介して折り曲げ可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の電動機固定子鉄心。
4. 各前記磁極片のティースに巻線されるコイルと各磁極片との絶縁にフィルム絶縁材を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動機固定子鉄心。
5. 請求項１から４のいずれかの電動機固定子鉄心を備えたことを特徴とする電動機。
6. 請求項５の電動機を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
7. 請求項６に記載の密閉型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。

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