JP2012139103A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアシートの歪に影響なく信頼性が高く、組立後のハウジングの変形を少なくする。
【解決手段】外周形状が円形のステータコアシートを積層して構成したステータコア３２を、モータハウジング１５内に、少なくともステータコア３２の外周の一部とモータハウジング１５の内面が接する状態で固定する。このとき、金型により電磁鋼板帯を打抜いて得たステータコアシートを、電磁鋼板帯の圧延方向を基準として１８０°回転して積層するとともに、金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し打抜かれたステータコアシートの外径寸法の差が小さい部位を固定位置とし、外径寸法が大きくなる方向における前記差が大きい部位を非固定位置にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式圧縮機に関するものである。

図６にはモータにおけるステータ１００の一例を示し、ステータ１００は円筒状のハウジング１５０内に固定されている。ステータ１００におけるステータコア１１０は複数枚のステータコアシートを積層して構成されている。なお、図６において巻線等は省略している。

図７に示すように、一般的な電磁鋼板帯１６０は圧延されて所定の厚みにされており、ステータコアシート１１１は電磁鋼板帯１６０から金型を用いて打抜かれる。そして、このステータコアシート１１１を複数枚積層してステータコア１１０とする。

一方、図８に示すように、電磁鋼板帯１６０における圧延方向に対し直交する方向には板厚偏差が存在する。そのため、直角度を要するステータコア１１０においては、打抜いたステータコアシート１１１を回転して積層（いわゆる転積）する。

このステータコア１１０のティース１１０ａ（図６参照）に銅線を巻いて、絶縁を施してモータのステータ１００とする。そのステータ１００は図６に示すようにハウジング１５０に焼き嵌め等により固定される。図６ではステータ１００はハウジング１５０によって全周固定されている様子を示している。

なお、特許文献１においては、ステータコアを真円に製造する技術が開示されている。詳しくは、圧延方向と垂直な方向に伸び、圧延方向に縮んだ楕円を、金型を補正して真円にする。また、特許文献２においては、ハウジングの内壁の複数の突起にてステータを固定している。

特開平１０−２４３３３号公報 特開２００６−２９９８３４号公報

ところが、電磁鋼板帯１６０を金型で打抜くと、図９に示すように、ステータコアシートに歪が発生する。つまり、図９は、ステータコアシートの外周金型輪郭と、打抜かれたステータコアシート外周輪郭を示しており、ステータコアシートの外周金型輪郭は真円であるが、打抜かれたステータコアシート外周輪郭は楕円となる（ステータコアシートの外周金型が円でも実際のステータコアシートは楕円になる）。詳しくは、外周が円形のステータコアシートにおいて、図９に示すように電磁鋼板の圧延方向では外径寸法が大きくなり、圧延方向に直交する方向では外径寸法が小さくなる場合と、逆に電磁鋼板の圧延方向では外径寸法が小さくなり、圧延方向に直交する方向では外径寸法が大きくなる場合がある。

そして、電磁鋼板帯１６０の金型打抜き後の歪はロット間で差があるため、ステータコア１１０の製造業者はステータコアシート１１１の外径寸法を管理することが重要となり、外径寸法公差外れ対応や工程能力の確保のために金型の調整が必要であった。

また、ハウジング１５０の外周部の一部を平面加工し、その平面部にセンサを取り付けることがある。しかしながら、ステータコア１１０の外周歪の影響でステータ１００を固定したことにより、前記平面加工部の平面度が悪化する。このような平面度が悪化した平面部にセンサを取り付けてしまうと感度不良のため、センサの意味を果たさなくなることがあった。そのため、ステータ１００をハウジング１５０に固定後、異物がハウジング１５０内部に入り込まないように処置してから平面加工をするということを余儀なくされていた。

さらに、図６のような１８スロットのステータコアシートにおいて、例えば、図１０に示すように６０°転積させたステータコア１１０をハウジング１５０に焼き嵌めすると、歪により外径が大きくなった部位も６０°ずつ回転して積層されてしまうので、焼き嵌めハウジング１５０の内周とステータコア１１０の外周の接触面積はステータコア１１０が真円でできていた場合よりも小さくなってしまい、高負荷運転時にハウジング１５０の固定がモータの発生トルクに負けて、ステータ１００が回ってしまう虞があった。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、ステータコアシートの歪に影響なく信頼性が高く、組立後のハウジングの変形を少なくすることにある。

請求項１に記載の発明は、内部に圧縮機構を有すると共に、円筒状のモータハウジングの内部に環状のステータコアを締結した電動圧縮機において、前記ステータコアは、複数枚の楕円状のステータコアシートを積層することにより形成され、前記ステータコアは、前記モータハウジング内に少なくともその外周の一部と前記モータハウジングの内面が接する状態で固定され、且つ、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を含む範囲を前記モータハウジングに対する非固定位置にし、さらに、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を基準として中心周りに角度が４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる点を含む範囲を前記モータハウジングに対する固定位置にすることを要旨としている。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電動圧縮機において、前記ステータコアは、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を基準として中心周りに１８０°ずつ回転して積層することにより形成されてもよい。

本発明によれば、ステータコアシートの歪に影響なく信頼性が高く、組立後のハウジングの変形を少なくすることができる。

本実施形態におけるハウジングに固定されたステータを示す概略断面図。 ステータコアシートの転積を示す分解斜視図。 ステータコアシートの歪を示す説明図。 固定・非固定の境界を決定するための説明図。 別例のハウジングに固定されたステータを示す概略断面図。 背景技術を説明するためのハウジングに固定されたステータを示す概略断面図。 電磁鋼板帯から打抜かれるステータコアシートを説明するための平面図。 電磁鋼板帯の板厚偏差を示す斜視図。 ステータコアシートの歪を示す説明図。 積層したステータコアシートをハウジング内に配置した状態での断面図。 本実施形態における固定方法でハウジングに固定されたステータを有するモータを用いた密閉型圧縮機に具体化した概略断面図。

以下、本発明を具体化した密閉型電動圧縮機の一実施形態を図面に従って説明する。当該圧縮機においては内部に圧縮機構を有する。
最初に、電動圧縮機１０の構成について説明すると、図１１に示すように、この電動圧縮機１０を構成する密閉ハウジング１１は、例えば、アルミニウムを鍛造して形成された有底横円筒状のハウジング本体１２と、このハウジング本体１２のフロント側（図１１の右側）開口端縁に接合固定されたフロントハウジング１３とにより構成されている。前記ハウジング本体１２はフロント側の圧縮機ハウジング１４と、この圧縮機ハウジング１４の後端部に一体に形成されたモータハウジング１５と、このモータハウジング１５の後端部に一体形成されたリヤハウジング１６とにより構成されている。

前記圧縮機ハウジング１４の内部にはスクロールタイプの圧縮機構部１７が収容されている。この圧縮機構部１７は前記圧縮機ハウジング１４の内周面１４ａの段差部に嵌合固定された基板１８と、同じく圧縮機ハウジング１４のフロント側の開口部の内周面に嵌入固定された固定スクロール部材１９と、前記基板１８及び固定スクロール部材１９の間に収容された旋回スクロール部材２０とにより構成されている。前記固定スクロール部材１９及び旋回スクロール部材２０によって形成された圧縮室２１内には圧縮機ハウジング１４の内部において基板１８の背面側に形成された吸入室２２から基板１８に形成された吸入孔１８ａを通して冷媒ガスが吸入されて圧縮されるようになっている。又、圧縮された冷媒ガスは、前記固定スクロール部材１９に設けた吐出孔１９ａからフロントハウジング１３内の吐出室２３内に吐出されるようになっている。

前記フロントハウジング１３には圧縮された冷媒ガスを外部の冷房回路に供給するための導出口１３ａが形成されている。又、前記リヤハウジング１６の外周面には前記吸入室２２内に外部冷房回路から冷媒ガスを導入するための導入口１６ａが形成されている。

電動モータＭを構成する前記モータハウジング１５の内周面には、ステータ３１が嵌入固定されている。このステータ３１は鉄製のステータコア３２と、このステータコア３２の内周側に形成されたスロット３２ａ（後記する図１参照）に巻着した巻線３３とによって構成されている。円筒状のモータハウジング１５の内部に環状のステータコア３２が締結されている。前記リヤハウジング１６の内底面に一体に形成されたボス部１６ｂと前記基板１８の背面に一体形成されたボス部１８ｂとの間には、回転軸２８がベアリング２９，３０を介して回転可能に支持されている。この回転軸２８の先端部に設けた偏心ピン３４が前記旋回スクロール部材２０の背面に一体形成されたボス部２０ａにベアリングを介して連結されている。前記回転軸２８の外周面にはロータ３５が嵌合固定されている。また、モータハウジング１５の外周部の一部は平面加工され、その平面部１５ａにインバータ５０が取り付けられている。

従って、図示しない通電機構により前記巻線３３に交流電流が通電されると、ステータ３１とロータ３５の電磁誘導作用により前記回転軸２８が回転され、前記偏心ピン３４が旋回運動されて、前記旋回スクロール部材２０が自転を阻止された状態で旋回動作される。これにより前述した圧縮機構部１７による冷媒ガスの圧縮が行われる。

次に、この発明の要部の構成について説明する。
図１には、本実施形態におけるモータのステータ側部材の概略断面を示す。図１において、モータハウジング１５内にステータ３１が配置されている。ステータ３１におけるステータコア３２は、図２に示すように電磁鋼板帯を打抜いて得たステータコアシート３２ｂを積層して構成されている。つまり、図７を用いて説明したように電磁鋼板帯１６０は圧延されて所定の厚みにされており、ステータコアシート３２ｂは電磁鋼板帯１６０から金型を用いて打抜かれて、各ステータコアシートが複数枚積層されてステータコア３２となる。ステータコア３２は、その外周形状が円形をなしている。

また、図１において積層ステータコア３２における内周面にはスロット３２ａが形成されている。図１ではステータコア３２のスロット数は「１８」である。なお、図１において巻線等は省略している。

図２に示すように、ステータコア３２におけるステータコアシート３２ｂの積層構造として、ステータコアシート３２ｂは、その鋼板圧延方向を基準として１８０°回転して積層されている。これにより、図８で説明したように電磁鋼板帯１６０における圧延方向に対し直交する方向には板厚偏差が存在するが、ステータコアシート３２ｂを回転して積層することによりステータコアシート３２ｂを垂直に積層することができる。また、積層後のステータコア３２の高さのばらつきを低減することができる。

積層構造のステータコア３２について言及する。
ステータコアシート３２ｂの外周を電磁鋼板帯１６０から円形の金型を用いて打抜く際に、図３に示すように、金型におけるステータコアシートの外周金型輪郭が真円であっても、打抜き後のステータシート又は打抜き後にさらに焼鈍を施されたステータコアシートの外周輪郭は楕円になる。特に本実施形態においては、楕円の形状として、鋼板圧延方向において長軸となるとともに、鋼板圧延方向に直交する方向において短軸となる場合を示す。

図３において、鋼板圧延方向に対する角度θが略４５°、略１３５°、略２２５°、略３１５°においては、打抜かれたステータコアシート外周輪郭（楕円）、および、ステータコアシート３２ｂの外周金型輪郭（円）が交差する。よって、ステータコアシート３２ｂの外周における角度θが略４５°、略１３５°、略２２５°、略３１５°となる部位が、金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し、打抜かれたステータコアシート３２ｂの外径寸法の差δ（バラツキ）が小さい部位となる。

このようにして、圧延方向と略４５°、略１３５°、略２２５°、略３１５°の角度を有する打抜き部位は歪の影響を受けないか、受けても極めて小さいことが分かる。
図４は、図３におけるステータコアシート外径について公差を追記したものである。

図４において、線Ａは、ステータコアシート外径公差中央値輪郭であって、具体的には直径Ａｍｍの真円である。線Ｂは、ステータコアシート外径公差上限輪郭であって、直径Ａ＋ａｍｍ（公差）の真円であり、線Ｃは、ステータコアシート外径公差下限輪郭であって、直径Ａ−ａｍｍ（公差）の真円である。このように、線Ｂは、金型におけるステータコアシート用外径寸法についてその公差が最大の円であり、線Ｃは、金型におけるステータコアシート用外径寸法についてその公差が最小の円である。

図４において、線Ｄは、打抜かれたステータコアシート３２ｂの外周形状を表す楕円である（楕円となったステータコアシートの外周輪郭である）。具体的には、一般的な厚み０．３５ｍｍの電磁鋼板帯を例にとると、円形の金型でステータ外周を打抜いた場合、直径の約０．０５％程度の歪が電磁鋼板の圧延方向、および、圧延方向に直交する方向に発生してしまう。直径Ａｍｍのステータコアシートで０．０５％の歪が発生すると、圧延方向では直径がＡ＋０．０００５Ａｍｍ、圧延方向に直交する方向では直径がＡ−０．０００５Ａｍｍとなる。よって、図４の線Ｄで示す楕円は、圧延方向における長軸の長さがＡ＋０．０００５Ａｍｍであり、圧延方向に直交する方向における短軸の長さがＡ−０．０００５Ａｍｍである。線Ｄで示す楕円の中心と線Ａで示す理想的な真円の中心が一致している。なお、本実施形態において０．０００５Ａ＞ａとなっている。

このようにして、図４ではステータコアシートの直径がＡｍｍ、ステータコアシートの外径公差が±ａｍｍ、歪量が０．０５％の場合について描いている。
ここで、線Ｂで示す真円と線Ｄで示す楕円との交点は、Ｐｉ１，Ｐｉ４，Ｐｉ５，Ｐｉ８である。また、線Ｃで示す真円と線Ｄで示す楕円との交点は、Ｐｉ２，Ｐｉ３，Ｐｉ６，Ｐｉ７である。各交点Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３，Ｐｉ４，Ｐｉ５，Ｐｉ６，Ｐｉ７，Ｐｉ８は、鋼板圧延方向に対する角度θとして、それぞれθ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６，θ７，θ８となっている。なお、図３，４についてはステータコア３２の楕円形状は実際よりも強調して描かれている。

このことを考慮して図１においては、モータハウジング１５の内面にはステータコア固定用突起４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが設けられている。このステータコア固定用突起４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの先端面においてステータコア３２の外周面と接触している。つまり、ステータコア３２をモータハウジング１５内に、少なくともステータコア３２の外周の一部とモータハウジング１５の内面が接する状態で固定している。

ここで、ステータコア固定用突起４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの側面（立上りエッジ）は次のように決められている。鋼板圧延方向を基準として、第１のステータコア固定用突起４１ａについて、その側面の角度は図４でのθ１およびθ２である。同様に、第２のステータコア固定用突起４１ｂについて、その側面の角度は図４でのθ３およびθ４である。第３のステータコア固定用突起４１ｃについて、その側面の角度は図４でのθ５およびθ６である。第４のステータコア固定用突起４１ｄについて、その側面の角度は図４でのθ７およびθ８である。

このようにして、金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し打抜かれたステータコアシート３２ｂの外径寸法の差δが小さい部位を固定位置とすべく、モータハウジング１５でのステータコア３２の固定範囲を、鋼板圧延方向を基準としてθ１〜θ２間、θ３〜θ４間、θ５〜θ６間、θ７〜θ８間としている。また、外径寸法が大きくなる方向における差（金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し打抜かれたステータコアシート３２ｂの外径寸法の差）δが大きい部位を非固定位置にすべく、モータハウジング１５でのステータコア３２の非固定範囲を、鋼板圧延方向を基準としてθ８〜θ１間、θ４〜θ５間、および、これに加えてθ２〜θ３間、θ６〜θ７間としている。

このように、固定範囲（θ１≦θ≦θ２、θ３≦θ≦θ４、θ５≦θ≦θ６、θ７≦θ≦θ８）はステータコア３２の外径の許容公差により異なり、図４のＢ，Ｃの円と、Ｄの楕円の式をそれぞれ連立方程式で解くことで交点を求めて図１のモータハウジング１５の内壁の突起設計に反映すればよい。即ち、金型におけるステータコアシート用外径寸法について公差が最大・最小の円（図４でのＢおよびＣ）と、ステータコアシート３２ｂの外径寸法について中心が円の中心と同じ楕円（図４でのＤ）との交点Ｐｉ１〜Ｐｉ８を、固定位置と非固定位置の境界とする。

従来、電磁鋼板帯１６０の金型打抜き後の歪はロット間で差があるため、ステータコア１１０の製造業者はステータコアシート１１１の外径寸法を管理することが重要となり、外径寸法公差外れ対応や工程能力の確保のために金型の調整が必要であった。これに対し本実施形態では、電磁鋼板帯ロット間の歪量の大小に関わらず、ステータコアシート３２ｂの外径寸法の差δが小さい部位をモータハウジング１５内に固定する際の固定位置とすることにより、ステータコアシート３２ｂの歪の影響がなくなり信頼性が高く、金型によるステータコアシート３２ｂの外径寸法管理に伴う金型の調整が不要となる。

また、図１において、モータハウジング１５の外周部の一部を平面加工し、その平面部にインバータ５０を取り付けている。このとき、ステータコア３２の外周歪があってもステータ３１を固定したときに平面加工部の平面度が悪化することもない。つまり、平面度が悪化した平面部１５ａにインバータ５０を取り付けてしまうとインバータ５０の固定不良が生じることがあるが、本実施形態ではこれを回避することができる。その結果、ステータ３１をモータハウジング１５に固定後に異物がモータハウジング１５内部に入り込まないように処置してから平面加工を施す必要も無くなる。即ち、電磁鋼板帯ロット間の歪量の大小に関わらず、ステータコアシートの外径寸法の差δが小さい部位をハウジング内に固定する際の固定位置とすることにより、ステータコアをハウジング内に固定した後、即ち、組立後のハウジングの変形が少なくなり（インバータ５０の取り付け用のハウジング平面加工部の平面度もステータ固定後も悪化することはなくなり）、ステータ固定後に平面加工をする必要がなくなる。

さらに、従来では、図６のような１８スロットのステータコアシートにおいて、例えば、図１０に示すように６０°転積させたステータコアをハウジング１５０に焼き嵌めすると、歪により外径が大きくなった部位も６０°ずつ回転して積層されてしまうので、焼き嵌めハウジング１５０の内周とステータコア１１０の外周の接触面積はステータコア１１０が真円でできていた場合よりも小さくなってしまい、高負荷運転時にハウジング１５０の固定がモータの発生トルクに負けて、ステータが回ってしまう虞があった。これに対し本実施形態では、電磁鋼板帯ロット間の歪量の大小に関わらず、転積角度をステータコアの外径寸法の差（バラツキ）δが小さい部位が重なるように決め、しかもその部位をハウジング固定の固定位置としているので安定した接触面積を得ることができる。よって、転積角度１８０°の転積ステータコアにおいて、ハウジング内に固定する時にハウジング内周とステータコア外周の安定した接触面積の確保が可能なため、モータの発生トルクにハウジング内での固定力が負けてステータ（ステータコア）が回ってしまう虞がなく、信頼性が高い。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ステータコア３２をモータハウジング１５内に、少なくともステータコア３２の外周の一部とモータハウジング１５の内面が接する状態で固定する方法として、図１，３を用いて説明したように、金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し打抜かれたステータコアシート３２ｂの外径寸法の差δが小さい部位を固定位置（図１でのθ１≦θ≦θ２、θ３≦θ≦θ４、θ５≦θ≦θ６、θ７≦θ≦θ８）とし、外径寸法が大きくなる方向における前記差δが大きい部位（図１でのθ８＜θ＜θ１、θ４＜θ＜θ５）を非固定位置にする。よって、ステータコアシート３２ｂの歪に影響なく信頼性が高く、組立後のハウジングの変形が少ないステータコアの固定方法を提供することができる。また、この固定方法を用いた密閉型圧縮機においては、インバータ５０をモータハウジング１５に固定する際の固定不良を防ぐことができる。

（２）図１，４を用いて説明したように、金型におけるステータコアシート用外径寸法についてその公差が最大の円（図４のＢ）と、打抜かれたステータコアシート３２ｂの外周形状を表す楕円（図４のＤ）との交点Ｐｉ１，Ｐｉ４，Ｐｉ５，Ｐｉ８から、固定位置と非固定位置の境界を決定すると、ステータコアシートの外径公差を考慮した設計を行うことができる。

（３）図１，４を用いて説明したように、金型におけるステータコアシート用外径寸法についてその公差が最大の円（図４のＢ）と金型におけるステータコアシート用外径寸法についてその公差が最小の円（図４のＣ）と、打抜かれたステータコアシート３２ｂの外周形状を表す楕円（図４のＤ）との式をそれぞれ連立方程式で解くことにより、その交点を求めてモータハウジング１５の突起の設計に反映できるので、モータハウジング１５の固定位置の寸法公差管理が設計的に容易となる。

（４）図１，３を用いて説明したように、金型におけるステータコアシート用外径寸法に対し打抜かれたステータコアシート３２ｂの外径寸法の差δが大きい部位でステータコア３２の固定に影響のない部分（図１でのθ２＜θ＜θ３、θ６＜θ＜θ７）を非固定位置にしている。従って、密閉ハウジング１１を軽量化できるとともに製造コストの低廉化を達成できる。また、本実施形態のように密閉型電動式の圧縮機に本モータを使用する場合において、インバータ５０はモータハウジング１５の外周面において、ステータコア固定用突起４１ａと４１ｂとの間の非固定位置に対応する位置に配置されている。従って、圧縮機の作動時には、冷媒ガスが導入口１６ａから吸入室２２へ導入する際に、ステータコア固定用突起４１ａと４１ｂとの間を通過させることができるので、インバータ５０を効率的に冷却できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
圧延方向の外径歪がハウジング変形に寄与していることに注目し、図１に代わり図５に示すように、モータハウジング１５でのステータコア３２の固定範囲を、鋼板圧延方向を基準としてθ１〜θ４間、θ５〜θ８間とし、圧延方向の外径歪部のみを固定しないようにしてもよい。

また、ステータコア３２のスロット３２ａの数が「１８」の場合について説明したが、これに限ることなく、他のスロット数であってもよい。

１１…ハウジング、３１…ステータ、３２…ステータコア、３２ｂ…ステータコアシート、４１ａ…第１のステータコア固定用突起、４１ｂ…第２のステータコア固定用突起、４１ｃ…第３のステータコア固定用突起、４１ｄ…第４のステータコア固定用突起、δ…外径寸法の差。

Claims (2)

1. 内部に圧縮機構を有すると共に、円筒状のモータハウジングの内部に環状のステータコアを締結した電動圧縮機において、
   前記ステータコアは、複数枚の楕円状のステータコアシートを積層することにより形成され、
   前記ステータコアは、前記モータハウジング内に少なくともその外周の一部と前記モータハウジングの内面が接する状態で固定され、且つ、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を含む範囲を前記モータハウジングに対する非固定位置にし、さらに、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を基準として中心周りに角度が４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる点を含む範囲を前記モータハウジングに対する固定位置にすることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記ステータコアは、前記ステータコアシートの外周輪郭において長軸との交点を基準として中心周りに１８０°ずつ回転して積層することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。