JP2011120315A - 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】巻線の巻装時に絶縁シートの端部に亀裂を生じさせることなく、しかも、巻装される巻線の周長を長くすることのないようにする。
【解決手段】集中巻固定子は、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、鉄心の歯部の軸方向端面を覆う絶縁歯都２３ｂを有する一対の絶縁端板２３と、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を介して上記鉄心に施された巻線とを具備した集中巻固定子において、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂは、反鉄心側の端面Ｔと側面Ｓを結ぶコーナー部が曲面Ｒに形成されるとともに、外周側の厚さが内周側より厚く形成され、絶縁シート２４は、端部が絶縁歯部２３ｂの内周側の曲面Ｒと重なり外周側の曲面Ｒには重ならない長さに形成され、巻線は絶縁歯部２３ｂの外周側から巻き始められる。
【選択図】図７

Description

本発明は、鉄心とこの鉄心の軸方向両端に配設される絶縁端板と鉄心のスロット内に配設される絶縁シートと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る密閉型圧縮機、及びこの密閉型圧縮機が組み込まれる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、集中巻固定子を備えている。この集中巻固定子は、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を有し、この鉄心の軸方向両端には一対の絶縁端板が配置されている。この絶縁端板には上記鉄心の歯部の軸方向端面を覆う絶縁歯都が形成されている。

また、鉄心の複数の歯部間にはスロットが形成され、これらスロット内には絶縁シートが配設されている。そして、鉄心には絶縁端板及び絶縁シートを介して巻線が巻装されている。

また、絶縁端板の絶縁歯部の反鉄心側の端面と側面を結ぶコーナー部には曲面が形成され、このコーナー部の曲面に沿って巻線が巻装されるようになっている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００９−５５７４２号公報 特開２００３−３２４８８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、絶縁シートの端部が絶縁端板の絶縁歯部の上面から突出するため、巻線の巻装時には絶縁シートの端部が大きく変形し、亀裂が生じてしまう不都合があった。

また、特許文献２に記載のものは、絶縁端板の絶縁歯部の厚さを大きくして絶縁シートの端部が絶縁端板の絶縁歯部の上面から突出しないようにするため、絶縁シートの端部と絶縁端板の絶縁歯部の上面との間の距離が長くなり、巻装される巻線の周長が長くなり、効率が悪くなるという問題があった。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、巻線の巻装時に絶縁シートの端部に亀裂を生じさせることなく、しかも、巻装される巻線の周長を長くすることのないようにした集中巻固定子、密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の集中巻固定子は、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都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た集中巻固定子において、上記絶縁端板の絶縁歯部は、反鉄心側の端面と側面を結ぶコーナー部が曲面に形成されるとともに、外周側の厚さが内周側より厚く形成され、上記絶縁シートは、端部が上記絶縁歯部の内周側の曲面と重なり外周側の曲面には重ならない長さに形成され、上記巻線は上記絶縁歯部の外周側から巻き始められることを特徴とする。

請求項４記載の密閉型圧縮機は、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。
請求項５記載の密閉型圧縮機は、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、巻線の巻装時に絶縁シートの端部に亀裂を生じさせることなく、しかも、巻装される巻線の周長を長くすることのないようにした集中巻固定子、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を備えた冷凍サイクル装置を示す構成図。 図１の集中巻固定子の要部を鉄心の歯部側から示す斜視図。 図２の鉄心を示す平面図。 図１の集中巻固定子を分解して示す側面図。 図４の絶縁端板を示す斜視図。 図５の絶縁端板の絶縁歯部を拡大して示す斜視図。 図６中ａ−ａ線に沿って示す断面図。 図７中ｂ−ｂ線に沿って示す断面図。 図７中ｃ−ｃ線に沿って示す断面図。 図８の鉄心の歯部に絶縁歯部及び絶縁シートを介して巻線が巻装される状態を示す図。 図５中のＡ部を示す断面図。 図５中Ｂ部、Ｃ部を拡大して示す図。 図４の固定子コア、絶縁端板及び絶縁シーの長さ関係を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

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を示す構成図である。

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、密閉ケース１１を有している。密閉ケース１１内の上部側には回転駆動部２０、下部側には圧縮機構部３０が収容されている。回転駆動部２０と圧縮機構部３０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れ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、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、電力の供給を受ける。

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４１及び副軸受４２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。

ところで、上記した集中巻固定子２１は、図２に示すように、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。

鉄心２２の複数の歯部２２ｂ間には図３に示すようにスロット２２ｃが形成され、このスロット２２ｃ内には、絶縁シート２４が配設される。鉄心２２には、絶縁端板２３及び絶縁シート２４を介して巻線２５（図１参照）が巻装される。図４は、上記した一対の絶縁端板２３、絶縁シート２４及び鉄心２２を分解して示すものである。

次に、上記した絶縁端板２３について詳述する。

図５は絶縁端板２３の全体を示す外観斜視図で、図６はその一部を拡大して示すものである。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を備えている。

図７は図６中ａ−ａ線に沿って示す断面図である。

絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂは、反鉄心側の端面Ｔと側面Ｓを結ぶコーナー部に曲面Ｒが形成されるとともに、外周側の厚さｈ２が内周側の厚さｈ１より厚く形成されている。

図８は、図７中ｂ−ｂ線に沿って示す断面図で、図９は図７中ｃ−ｃ線に沿って示す断面図である。

絶縁シート２４は、その端部が図９に示すように絶縁歯部２３ｂの内周側の曲面Ｒと重なり、図８に示すように外周側の曲面Ｒには重ならない長さに形成されている。絶縁歯部２３ｂに絶縁シート２４を介して巻装される巻線２５は図１０に示すように絶縁歯部２３ｂの外周側から巻き始められる。

図１１は、図５中のＡ部を一部断面して示すものである。

即ち、絶縁歯部２３ｂの内周側には、絶縁シート２４の端部を挟んで係止させる係止部３１が設けられている。この係止部３１は、絶縁シート２４の端部を係止させたときに、その端部が絶縁歯部２３ｂの上面より飛び出すことがないとともに、曲面Ｒにかかるように位置決めするようになっている。

図１２は、図５中のＢ部、Ｃ部を示すものである。

即ち、一対の絶縁端板２３の一方の円周部で、かつ、巻線２５の巻き終わりの近傍には、巻線２５の端部を嵌め込んで仮止めするスリット状の仮止め部３３及び切込部３５、さらにキャビティの隙間３４が設けられている。

巻線２５の巻き終わり側の端部は仮止め部３３にはめ込まれて仮り固定されたのち、絶縁端板２３の円周外側に沿って引き回されたのち、すぐに切込部３５から内側に戻されてキャビティの隙間３４にはめ込まれて固定され、この固定後、マグメイトにより固定される。

なお、上記した絶縁端板２３は、ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ）、絶縁シート２４は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、あるいはアラミド(全芳香族ポリアミド)ポリマーから作られたシートなどによって成形されている。

図１３は、固定子コア２２ａ、絶縁端板２３、及び絶縁シー２４トの長さ関係を示すものである。

一般的に、固定子コア２２ａの積厚公差は、±０．５ｍｍ、絶縁シート２４の幅の寸法公差は±０．２ｍｍである。絶縁端板２３の厚みを３．８ｍｍ、曲面Ｒの半径を２．０ｍｍ、側面の直線部の長さを１．８ｍｍ、絶縁シート２３の一端側が当接する係止部３１の絶縁シート２３との当接部と絶縁端板２３の反鉄心側の端面との距離を１．０ｍｍとする。また、コア２２ａの長さをＬ１、絶縁シート２４の幅をＬ２とし、Ｌ２＝Ｌ１＋５．９とすると、絶縁シート２３の幅最小Ｌ２ｍｉｎ＝Ｌ１＋５．７、最大Ｌ２ｍａｘ＝Ｌ１＋６．１となる。

次に、絶縁シートの他端側の絶縁端板２３の曲面Ｒにかかる長さをｄ（ｍｍ）とし、ｄを算出する。

コア２２ａの積厚が最小で、絶縁シート２３の幅が最小のとき
ｄ＝Ｌ２ｍｉｎ−(Ｌ１−０．５)−２．８−１．８
＝Ｌ１＋５．７−Ｌ１＋０．５−２．８−１．８
＝１．６
コア２２ａの積厚が最小で、絶縁シート２３の幅が最大のとき
ｄ＝Ｌ２ｍａｘ−（Ｌ１−０．５)−２．８−１．８
＝Ｌ１＋６．１−Ｌ１＋０、５−２．８−１．８
＝２．０
コア２２ａの積厚が最大で、絶縁シート２３の幅が最小のとき
ｄ＝Ｌ２ｍｉｎ−（Ｌ１＋０、５）−２．８−１．８
＝Ｌ１＋５．７−Ｌ１−０．５−２．８−１．８
＝０．６
コア２２ａの積厚が最大で、絶縁シート２３の幅が最大のとき
ｄ＝Ｌ２ｍａｘ−（Ｌ１＋０．５）−２．８−１．８
＝Ｌ１＋６．１−Ｌ１−０．５−２．８−１．８
＝１．０
となり、公差の上限及び下限を考慮しても、上下ともに曲面Ｒ内に絶縁シートの端部が位置する。

また、
本実施例の場合、絶縁シート２３の一端側が絶縁端板２３と接する長さは、２．８ｍｍ（３．８ｍｍ−１．０ｍｍ）、絶縁シート２３の他端側が絶縁端板２３が接する長さは、上記ｄが最小でも０．６ｍｍであるから直線部１．８ｍｍとあわせ２．４ｍｍであり、電動機で必要とする沿面距離２．４ｍｍを確保することができる。この例は一般的な公差であり、固定子の公差を±０．３５ｍｍにすれば、絶縁端板２３の厚さを３．８ｍｍ未満にすることも可能である。

一般式にまとめると、絶縁端板２３の厚みをＤ、固定子コアの積厚公差Ｈ１、絶縁シートの幅寸法公差Ｈ２とすると、
Ｄ≧２Ｈ１＋２Ｈ２＋２．４
絶縁シート２４の係止部３１と絶縁端板２３の上面との距離をｄ２（上の例では１．０ｍｍ）とすると、
Ｄ−ｄ≧２．４、Ｄ−ｄ≧２．４
Ｌ２≦Ｌ１＋２Ｄ−ｄ２
Ｌ２≧Ｌ１＋２Ｄ−ｄ２−ｄ１となる。

上記したように、この実施の形態によれば、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの外周側の厚さを内周側より厚く形成し、絶縁シート２４をその端部が絶縁歯部２３ｂの内周側の曲面Ｒと重なり、外周側の曲面Ｒには重ならない長さに形成するため、絶縁シート２４の端部が絶縁端部２３の上面より飛び出すことがなく、巻線２５の巻装時には絶縁シート２４の端部は、絶縁歯部２３ｂ側面部Ｓまたは曲面Ｒに倣うだけであり、大きな変形がなく、絶縁シート２４の端部に亀裂等が生ずることがない。

従って、柔軟性に乏しい材料であるＰＥＮやアラミド(全芳香族ポリアミド)ポリマーから作られたシートなどを絶縁シートとして用いることも可能となる。

また、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの外周側の厚さのみを厚く形成し、内周側の厚さは外周側よりも薄く形成するため、絶縁歯部２３ｂの厚さをその外周側から内周側に亘って全て厚く形成する場合と比較して巻装される巻線２５の周長を短くでき、効率を向上できるとともに、コストの低減を図ることができる。

さらに、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの外周側の曲面Ｒには絶縁シート２４の端部が重ならないようにするため、絶縁歯部２３ｂと絶縁シート２４との間に隙間が生じることがなく、また、巻線２５を絶縁歯部２３ｂの外周側から巻き始めるため、絶縁シート２４の端部が絶縁歯部２３ｂの外周側で固定されたのち、巻線２５が内周側に向かって巻かれていく。従って、絶縁シート２４の端部を絶縁歯部２３ｂの内周側の曲面Ｒに重ねても巻線２５に巻き込まれることがない。

また、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂの内周側に係止部３１を設け、この係止部３１により、絶縁シート２４の端部を絶縁歯部２３ｂの上面と曲面Ｒとの間に位置決めするため、絶縁シート２４の端部が絶縁端板２３の上面より飛び出すことを確実に防止でき、かつ、絶縁歯部２３ｂの曲面Ｒにかかるように確実に配置できる利点がある。

また、絶縁端板２３の円周部かつ、巻装された巻線２５の巻き終わりの略上部に、巻装された巻線２５の端部を仮り固定するスリット状の仮止め部３３を設けるため、巻線２５の巻き終わ側を最短で固定でき、巻線２５の弛みがなく、隣の巻装された巻線２５に接触することを防止できる。

従来においては、巻線２５の巻き終わ側を直接キャビティの隙間３４に固定していたため、弛んで隣の巻装された巻線に接触するといった不良が発生し易かった。

また、絶縁端板２３をＰＰＳ、絶縁シート２４をＰＥＮフィルムとするため、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒を用いる密閉型圧縮機で使用している成形型、絶縁シートの切断治具、成形冶具等が共用でき、安価に製造することが可能となる。

さらに、冷媒としてＣＯ２を用いる圧縮機では、耐熱性を必要とし、ＰＰＳ材、ＰＥＮ材等の材料が必須となるので、効果が大きい。

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。

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、Ｔ…反鉄心側の端面、Ｓ…側面、Ｒ…曲面、２４…絶縁シート、２５…巻線、３０…圧縮機構部、３１…係止部、３３…仮止め部、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都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
   を具備した集中巻固定子において、
   上記絶縁端板の絶縁歯部は、反鉄心側の端面と側面を結ぶコーナー部が曲面に形成されるとともに、外周側の厚さが内周側より厚く形成され、
   上記絶縁シートは、端部が上記絶縁歯部の内周側の曲面と重なり外周側の曲面には重ならない長さに形成され、
   上記巻線は上記絶縁歯部の外周側から巻き始められることを特徴とする集中巻固定子。
2. 上記絶縁歯部の内周側に上記絶縁シートの端部を係止させる係止部を設けたことを特徴とする請求項１記載の集中巻固定子。
3. 上記一対の絶縁端板の一方の円周部で、かつ、上記巻線の巻き終わりの近傍に設けられ、上記巻線の端を仮止めするスリット状の仮止め部を備えたことを特徴とする請求項１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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