JP2011078311A

JP2011078311A - 電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2011078311A
Application number: JP2011008283A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsutsumi; 貴弘堤; Tomoaki Oikawa; 智明及川; Osamu Kazama; 修風間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】コイルエンド成形時、絶縁部材の連結部の付け根が切れてコイルエンドの絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる電動機の固定子を提供する。
【解決手段】この発明に係る電動機の固定子は、軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、絶縁部材は、コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、連結部を、二つの絶縁部の両端に等間隔に近接して２本づつ、その間に１本設けたことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、多相モータでは異なる相間の絶縁、単相モータでは主巻線と補助巻線間の絶縁を確実に行う絶縁部材の形状を改良した電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、電動機の固定子では、軸方向の両端部に形成されるコイルエンドの相間に絶縁紙を挟んで各相間を絶縁している。

例えば、固定子鉄心のスロット内に挿入され、かつ固定子鉄心の両端面から夫々外方に突出した固定子巻線によって形成されたコイルエンドの異なる相間を絶縁するシート状の相間絶縁紙及び両コイルエンドの相間絶縁紙同士をつなぐシート状の連結絶縁紙から成る固定子の相間絶縁装置において、絶縁性を有するシート材を切り取って形成された相間絶縁紙と連結絶縁紙とを溶着して一体に構成すると共に、連結絶縁紙の厚さを相間絶縁紙の厚さより厚くした固定子の相間絶縁装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、相間絶縁紙を、コイルエンド相間部と、これらを連結する連結部とから構成し、一方のコイルエンド相間部の厚さを、他方のコイルエンド相間部の厚さよりも厚くする。コイルエンドを成形する際には、大きなストレスが加わる部分と、小さなストレスしか加わらない部分とがあり、そこで、大きなストレスが加わる部分に、厚いコイルエンド相間部を配置すれば、絶縁紙破れを防ぐことができ、また、一方のコイルエンド相間部のみを厚くしているので、コイルエンドのボリュームが大きくなるのを防ぐことができる相間絶縁紙が知られている（例えば、特許文献２参照）。

実開平２−１２９１５５号公報実開平５−４８５５５号公報実開昭５６−１１３４６５号公報特開２００４−２８９９３０号公報実開昭６３−５８８５９号公報

従来の相間絶縁紙は、連結部がスロットに挿入される為細い帯状となり、また、コイルを成形する際、コイルエンド絶縁部はコイルに挟まれ大きな外力を受けるので、連結部が伸びたり切断されて、コイルエンド絶縁部の位置がずれ、コイルエンドのコイルエンド絶縁部による絶縁が不十分になる。この現象は、特に、固定子鉄心からのコイル立ち上がり部で顕著に発生することが多い。また、コイルエンドの著しい変形とコイルエンド絶縁部のねじれ、反りなどによりコイルエンド絶縁部が漏れ、レイヤーショートが生じるという課題があった。

レイヤーショートとは、電動機はコイルを複数個重ねて鉄心の間に収めるので、コイルの層（ｌａｙｅｒ）が重なった状態になっている。このコイル層の間は絶縁されている必要がある、何らかの理由で絶縁抵抗が少なくなり短絡（ｓｈｏｒｔ）することがある。つまり層間短絡（ｌａｙｅｒｓｈｏｒｔ）が発生する。層間短絡が発生すると電流は正規のルートを流れなくなり、その電動機の性能は低下する。レイヤーショートとは部分的短絡のことである。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイルエンド成形時、絶縁部材の連結部の付け根が切れてコイルエンドの絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電動機の固定子は、軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、連結部を、二つの絶縁部の両端に等間隔に近接して２本づつ、その間に１本設けたことを特徴とする。

この発明に係る電動機の固定子は、上記構成により、連結部の引張強度が向上し、コイルエンド成形時、連結部の付け根が切れて絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる。

実施の形態１を示す図で、（ａ）は絶縁部材を挿入した３相４極固定子の平面図で、コイルと絶縁部材の配置を示す図、（ｂ）はスロット３の断面図である。実施の形態１を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。実施の形態２を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。実施の形態３を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。実施の形態４を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。実施の形態５を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。実施の形態６を示す図で、冷凍サイクル装置を示す概念図である。

実施の形態１．
図１、２は実施の形態１を示す図で、図１（ａ）は絶縁部材を挿入した３相４極固定子の平面図で、コイルと絶縁部材の配置を示す図、図１（ｂ）はスロット３の断面図、図２は絶縁部材を示す平面図である。
図１に示すように、固定子１（電動機の固定子）は、厚さ０．２〜０．７ｍｍの電磁鋼板を積層して構成された固定子鉄心２と、この固定子鉄心２のスロット３に挿入されるコイル４と、異相間を絶縁する絶縁部材６とを備える。絶縁部材６の連結部７（図１の黒点で示す）はスロット３に挿入される。コイル４が或るスロット３から別のスロット３へ円弧に成形されて渡る部分の全体をコイルエンド５という。

図１の固定子は、３相４極の固定子である。その基本的な構成は周知のもであるから、詳細は割愛するが、スロット３のスロット開口部側である内側に内相コイルが挿入される。その外側に、２枚の絶縁部材６を介して中相コイルが挿入される。そして、中相コイルの外側の最外周部に２枚の絶縁部材６を介して外相コイルが挿入される。

図２に絶縁部材６の一例を示すが、絶縁部材６は、コイルエンド５の異相間を絶縁する二つの絶縁部８と、この二つの絶縁部８を連結する連結部７を備える。絶縁部８と連結部７の付け根部分の周方向長さ（幅）Ｗ１を、連結部７の中心付近の周方向の長さ（幅）Ｗ２よりも長くしている。寸法の目安としては、連結部７の付け根部分の周方向長さ（幅）Ｗ１は、スロット３の周方向寸法Ｌ（図１（ｂ）参照）より短く、連結部７の中心付近の周方向の長さ（幅）Ｗ２は、連結部７の付け根部分の周方向長さ（幅）Ｗ１の半分位の長さが良い。

ここで、連結部７の付け根部分の寸法とは、連結部７と絶縁部８を繋ぐＲ部分（図１（Ｂ）参照）を除いた付け根部の直線部分の寸法であり、スロット３の最大周方向寸法（図１（ｂ）に示すＬの最大値）の７０％〜９０％の長さが良い。連結部７の付け根部分より中心付近を付け根部分より細くするのは、スロット３内の占積率を小さくし、巻線挿入時の巻線への圧力を抑えるためである。

従って、これらは連結部７の幅がスロット開口部（スロット３の固定子鉄心２内径側に開口している部分）よりも幅広となる為、絶縁部材６をスロット３に挿入後、スロット３から飛び出すことが無くなる。

また、絶縁部材６は挿入ミスを無くす為、左右対称とし、両方のコイルエンド５で軸方向の長さが大きいリード側のコイルエンド５の絶縁部８を軸方向に幅広くしている。絶縁部材６はコイルエンド５を成形する際、絶縁部材６がずれても相間のコイル４が接触しないよう十分に絶縁部８の長さが確保されている必要がある。

絶縁部材６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、コイルエンド５の絶縁部８と連結部７とを別途形成した後、接着または溶着してもよい。また、絶縁部８と連結部７は異なる材料を接着または溶着して挿入しても良い。

絶縁部材６の挿入ミスを無くす為、リード側または反リード側に小さな切り欠きを設けたり、表示をしても良い。

また、本実施の形態では、それぞれの相間に絶縁部材６を２枚使用する例を示したが、１枚でも良いし、３枚以上の複数枚としても良い。

また、本実施の形態では、巻線が三相の例を示したが、単相でも多相でも良い。

以上のように、実施の形態１によれば、コイルエンド５成形時、外力により連結部７の付け根部分が切れたり、伸びたりすることを抑制でき、絶縁部８のずれを無くし、巻線のレイヤーショートを防止できる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図３に示すように、絶縁部材６は、絶縁部８と連結部７とが一体に打ち抜かれ、絶縁部８と連結部７の付け根部の少なくとも一方に補助部材９を接着または溶着して、付け根部の強度を向上させている（図３は一方の付け根部のみに補助部材９を接着または溶着したものを示している）。

絶縁部材６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものに補助部材９を接着または溶着したものであるが、コイルエンド５の絶縁部８と連結部７とを別途形成した後、接着または溶着したものに補助部材９を接着または溶着しても良い。

また、絶縁部８、連結部７、補助部材９は異なる材料であっても良い。

また、絶縁部材６は左右対称でなくても良い。

絶縁部８の軸方向の寸法（Ｌ２）、周方向の寸法（Ｌ１）は、コイルエンド５の成形寸法に合わせるのが好ましい。外径の大きいコイルエンド５には相対的に軸方向に短く、周方向に長い寸法とする。また、外径の小さいコイルエンドには、軸方向に長く、周方向に短い寸法となるのが好ましい。

また、上記の例は絶縁部材６を２枚使用する場合であるが、１枚でも良いし、３枚以上の複数枚としても良い。

また、本実施の形態の絶縁部材６は、単相モータだけでなく、多相モータにも適用できる。

上記実施の形態２によれば、コイルエンド５成形時、外力により連結部７の付け根部分が切れたり、伸びたりすることを抑制でき、絶縁部８のずれを無くし、レイヤーショートを防止できる。

実施の形態３．
図４は実施の形態３を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図４に示すように、絶縁部材６は、一方の絶縁部８と連結部７を一体に成形し、別ピースである他方の絶縁部８は連結部７側に突出した凸部１０を設ける。そして、連結部７を別ピースの他方の絶縁部８及び凸部１０に重なるように接着する。

コイルエンド５成形時、コイル４の移動量が大きい方の絶縁部８に凸部１０を設け、絶縁部８と凸部１０と連結部７を接着し、連結部７の付け根部を２重とすることを特徴とする。これにより、成形により最も切断、伸び易い付け根部分の強度を確保するものである。

絶縁部材６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材で構成されたものである。

また、絶縁部材６の挿入ミスを無くす為、リード線が接続されるリード側の絶縁部８または反リード側の絶縁部８に小さな切り欠きを設けたり、表示をしても良い。リード側の絶縁部８と反リード側の絶縁部８とでは、通常は形状が異なるため、挿入ミスが起こり得るが、それを無くすためである。

また、絶縁部材６は左右対称でなくても良い。

また、絶縁部材６は、片方のコイルエンド５の一つの異相間に２枚使用しても良いし、１枚でも、３枚以上の複数枚としても良い。

上述の実施の形態３によれば、コイルエンド５成形時、外力により絶縁部材６が伸びたり、切断されたりするのを抑制し、レイヤーショートを防止する。

実施の形態４．
図５は実施の形態４を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図５に示す例では、両方のコイルエンド５の絶縁部８をつなぐ連結部７は、絶縁部材６の両端に近接して２本づつ、その間に１本設けている。連結部７が絶縁部材６の両端にだけあり、その間に連結部７がない場合、コイルエンド５成形時、外力により絶縁部８の中心が持ち上がり絶縁漏れとなる為、絶縁部８中心付近にも連結部７を設け、絶縁部８の周方向中心付近での絶縁漏れを防止するものである。

両端及び中心付近の連結部７の夫々の数は、図５に示すものに限定されるものではなく、夫々何本でもよい。

絶縁部材６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、コイルエンド５の絶縁部８と連結部７とを別途形成した後、接着または溶着しても良い。

また、絶縁部８と連結部７は異なる材料を接着または溶着して挿入しても良い。

上述の実施の形態４によれば、コイルエンド５成形時、外力により絶縁部材６がずれて絶縁不足になるのを抑制し、レイヤーショートを防止する。

実施の形態５．
図６は実施の形態５を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図６に示すように、連結部７の間隔をコイルエンド５成形時の成形寸法の大きいコイルエンド５側の絶縁部８に向かって広くなる形状であり、且つ成形寸法の大きいコイルエンド５側の絶縁部８の外周に逃し１１を設けたものである。

絶縁部８と連結部７の付け根部の強度を向上した場合、成形後、絶縁部８の張りが大きくなるが、逃し１１を設けることで絶縁部８の張りを抑え、絶縁部８がコイル４にフィットする。

また、逃し１１により、コイルエンド５成形による絶縁部８の張りを抑え、絶縁部材６の破れ、伸びを抑制する。逃し１１は緩やかな曲線により構成したものである。逃し１１は両コイルエンド５に設けても良いし、片側のみでも良い。

絶縁部材６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、絶縁部８と連結部７とを別途形成した後、接着しても良い。

上述の実施の形態５によれば、コイルエンド５成形時、外力により絶縁部材６がずれて絶縁不足になるのを抑制し、レイヤーショートを防止する。

尚、実施の形態１乃至４における絶縁部材６の絶縁部８の少なくとも一方に、逃し１１を設けてもよい。逃し１１により、コイルエンド５成形による絶縁部８の張りを抑え、絶縁部材６の破れ、伸びを抑制する。

実施の形態６．
図７は実施の形態６を示す図で、冷凍サイクル装置を示す概念図である。
図７において、圧縮機１２は、単相または３相の電源１４に接続された電動機１３により駆動される。電動機１３は、上記実施の形態１乃至５の何れかに記載された絶縁部材６を使用した固定子１を用いたものである。

この圧縮機１２は、一般に用いられる冷凍サイクル（圧縮機１２→四方弁→室外熱交換器又は室内熱交換器→絞り装置→室内熱交換器又は室外熱交換器→四方弁→圧縮機１２の順に冷媒配管で順次接続された冷凍サイクル）中に組み込まれ、冷媒としてはＲ１３４ａ、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ等に代表されるＨＦＣ系冷媒、および、Ｒ７４４（二酸化炭素）、Ｒ７１７（アンモニア）、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ２９０（プロパン）等に代表される自然冷媒が、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油又はエステル油に代表される相溶性の油が使用される。

圧縮機１２はレシプロ、ロータリ、スクロール式などが使用可能である。圧縮機１２に組込まれた電動機１３は外気と遮断され、冷媒が充填されているため、耐冷媒性の仕様とする必要がある。冷媒は、気温が下がり液化した場合には特に絶縁抵抗が低下し、コイル４間の絶縁抵抗を低下させ、電動機１３のレイヤーショートが発生しやすくなるので、実施の形態１乃至４の絶縁部材６を用いてレイヤーショート耐力が大きい圧縮機１２を冷凍サイクルに使用することが有効である。

また、図７では三相または単相の電源１４を圧縮機１２に直入れしているが、インバータを用いた駆動方法でも良い。

また、電動機１３はブラシレスＤＣモータ、誘導機、同期電動機でも良く、固定子にて回転子の磁石を磁化する圧縮機１２においては、着磁によりコイル４へ大きな外力が働く為、ブラシレスＤＣモータのレイヤーショート防止には、更に実施の形態１乃至４の絶縁部材６を使用した圧縮機１２が有効である。

上記のように構成された圧縮機１２では、レイヤーショートを防止でき、品質と安全性を向上させている。

１固定子、２固定子鉄心、３スロット、４コイル、５コイルエンド、６絶縁部材、７連結部、８絶縁部、９補助部材、１０凸部、１１逃し、１２圧縮機、１３電動機、１４電源。

Claims

軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記連結部を、前記二つの絶縁部の両端に等間隔に近接して２本づつ、その間に１本設けたことを特徴とする電動機の固定子。
前記二つの絶縁部の少なくとも一方の軸方向外側に逃しを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記連結部を複数設けると共に、複数の連結部の間隔が前記コイルエンド成形時の成形寸法の大きいコイルエンド側の前記絶縁部に向かって広くなる構成とすると共に、前記二つの絶縁部の少なくとも成形寸法の大きいコイルエンド側の絶縁部の軸方向外側に逃しを設けたことを特徴とする電動機の固定子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機の固定子を用いた電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。
圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を冷媒配管で接続した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機に請求項４記載の圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。