JP2012217235A - 電動モータと電動モータを用いた電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータに巻線されたコイルのリード線がロータ側の空間へはみ出すことを防止する
【解決手段】ステータ１０の各スロット２６には、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相が巻線されている。三相の各コイル１３において、ロータ９に近い位置の引き出し線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は、中性点２７用の引き出し線として使用し、ロータ９から離れた位置の引き出し線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、リード線２５として使用する。リード線２５は、クラスタブロック２４に装着するために外周部１０Ａ側に大きく屈曲され、リード線２５の屈曲部にロータ９側に移行しようとする大きな力が掛かる。しかし、リード線２５として使用する引き出し線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２が、巻線されたコイル１３とスロット２６の内壁との間に挟まれているため、リード線２５はコイル１３自体によってロータ９側へ移行する力を抑制され、ロータ９側の空間３３へのはみ出しが防止される。
【選択図】図２

Description

本願発明は、ステータに三相のコイルを巻線した電動モータと、前記電動モータを用いた電動圧縮機に関する。

例えば、車両用空調装置に使用される圧縮機には、圧縮機構の駆動源として、圧縮機のハウジング内部に三相交流電力により駆動される電動モータを収納した電動圧縮機がある。電動モータは、三相のコイルを巻線したステータと永久磁石を備えたロータとロータと一体に回転する回転軸とから構成される。ステータに巻線された各相のコイルは、それぞれ２本一対の引き出し線を有するが、一方の引き出し線は中性点として３本まとめて結ばれ、ステータの外周部に留められる。各相の他方の引き出し線は、それぞれリード線として使用され、コイルエンドの整形後にステータの外方に引き出されるが、リード線の一部がロータ側の空間にはみ出す場合がある。リード線のはみ出しは、ステータとロータとの嵌合時に、リード線のはみ出し部分がロータと干渉し、リード線を断線する等の問題を生じる。

例えば、特許文献１には、圧縮機構部を備えたハウジング内にインバータから供給される三相交流電力により駆動される三相同期モータを収納した電動圧縮機が開示されている。三相同期モータは圧縮機構部に連結する回転軸に固定されたロータと、ハウジングの内部に固定されたステータに嵌合されているロータとを有する。また、ハウジングの背面側端面に固定されたインバータハウジングのインバータ収容室にインバータが備えられている。ステータに巻線された三相のコイルから引き出されたリード線は、モータハーネスによって気密端子に接続され、気密端子はインバータに接続されている。また、特許文献１の図８には、ハウジング内に嵌入されるステータの外周部に、リード線を接続したクラスタブロックを予め固定しておき、リード線と気密端子との接続を容易にした構成が開示されている。

特開２０１０−５９８０９号公報

特許文献１に開示された三相同期モータにおいて、ステータに巻線された三相のコイルからそれぞれ引き出されたリード線は、その一部がロータ側の空間に若干はみ出す恐れが有る。リード線がロータ側の空間に若干はみ出すと、ロータの組み付け時に、はみ出し部分がロータと干渉し、リード線のエナメル皮膜に傷をつけて絶縁性を低下させたり、さらに干渉によるダメージがひどい場合には断線という問題が生じる可能性がある。

特に、クラスタブロックをステータの外周部に取り付ける構成では、各コイルのリード線を折り曲げてクラスタブロックに接続しなければならない。リード線の折り曲げ状態は、ステータの外周部にクラスタブロックに取り付けた後リード線を接続する場合でも、リード線を先に接続したクラスタブロックをステータの外周部に取り付ける場合でも、同様に生じる。

このため、リード線が折り曲げられた際に、コイル付近に位置するリード線の一部がロータ側の空間にはみ出した状態となり、リード線のはみ出し部分がロータの組み付け時にロータと干渉し、リード線の断線の恐れがある。リード線のはみ出し現象は、三相のコイルの内、整形されたコイルエンドがロータに最も近い位置に配置されたコイルのリード線において顕著に発生し易い。

本願発明の目的は、ステータに巻線されたコイルのリード線がロータ側の空間へはみ出すことを防止することにある。

請求項１は、ロータ、ステータ及び前記ロータに取り付けた回転軸を有し、前記ステータの各スロットにＵ相、Ｖ相及びＷ相に対応する三相のコイルを巻線した電動モータおいて、少なくとも、コイルエンドが前記ロータに最も近い位置に配置されたコイルにおける２本の引き出し線の内、前記ロータから離れた位置の引き出し線をリード線として使用することを特徴とする。

請求項１によれば、リード線の一部がロータ側の空間にはみ出すことを確実に防止することができ、電動モータの組み付け時にリード線を断線する恐れが無い。

請求項２は、前記三相のコイルは、波巻により巻線されていることを特徴とする。請求項２によれば、他の巻き方よりもコイルエンドが小型なのでモータの体格が小さくなる分、リード線が取り回ししづらい波巻において、リード線の一部がロータ側の空間にはみ出すことを確実に防止するという本発明の効果はより有意となる。

請求項３は、前記ステータの外周部に、前記三相のコイルの各リード線を接続するクラスタブロックを取り付けたことを特徴とする。請求項３によれば、リード線をクラスタブロックに接続するために折り曲げても、リード線の一部がロータ側の空間にはみ出ることが無く、リード線の断線を防止することができる。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項に記載された電動モータが圧縮機構を収納したハウジングの内部に収納され、前記ロータの回転軸を前記圧縮機構に連結したことを特徴とする。請求項４によれば、電動圧縮機のハウジング内に電動モータをコンパクトに収納する場合に効果的である。

本願発明は、ステータに巻線されたコイルのリード線がロータ側の空間にはみ出すことを確実に防止することができる。

スクロール式圧縮機の概要を示す縦断面図である。 コイルエンドの形態を説明するステータの端面の略図である。 コイルの巻線工程を説明する略平面図である。 巻線コイルの星型成形工程を説明する略平面図である。 ステータに挿入されたＡ相のコイルを示す正面図である。

本願発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１はスクロール式電動圧縮機（以下、単に電動圧縮機とする）の例を示したもので、電動圧縮機の概要を以下に説明する。電動圧縮機は、フロント側のハウジング１とリア側のハウジング２とを複数のボルト３により一体となるように固定され、密閉されたハウジングを有する。ハウジング１、２は共にアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属性材料により形成されている。ハウジング２には、吸入ポート４が形成され、また、ハウジング１には、吐出ポート５が形成され、吸入ポート４及び吐出ポート５はそれぞれ図示しない外部冷媒回路と接続されている。

ハウジング１、２の内部２Ａには、スクロール式の圧縮機構６及び圧縮機構６を駆動する電動モータ７が収納されている。電動モータ７は、ハウジング２に軸受を介して回転可能に保持された回転軸８と回転軸８に固定されたロータ９とロータ９の外周に配置され、ハウジング２の内壁に固定されたステータ１０とにより構成されている。ロータ９は複数の磁性体からなる薄い鋼板を積層した積層鋼板により構成されるロータコア１１と複数の永久磁石１２とにより構成され、ステータ１０は三相に巻線されたコイル１３を有する。

圧縮機構６は、主要素として、ハウジング１、２の内壁に固定された固定スクロール１４と、これに対向配置された可動スクロール１５とにより構成されている。固定スクロール１４と可動スクロール１５との間には、冷媒を圧縮するための容積可変の圧縮室１６が形成されている。可動スクロール１５は、軸受及び偏心ブッシュ１７を介して回転軸８の偏心ピン１８に連結されることにより、回転軸８の回転に応じて揺動され、圧縮室１６の容積を変化させるよう構成されている。

ハウジング２の背面側の端面２Ｂには、インバータ収容室１９を形成するインバータハウジング２０が接合され、固定されている。インバータ収容室１９内では、ハウジング２の端面２Ｂに電動モータ７を駆動するためのインバータ２１及び気密端子２２が取り付けられている。気密端子２２は、インバータ収容室１９内で、コネクタ２３を介してインバータ２１と電気的に接続される。また、気密端子２２は、ハウジング２の内部２Ａでステータ１０の外周部１０Ａに取り付けられたクラスタブロック２４を介してステータ１０のコイル１３から引き出されているリード線２５と電気的に接続される。

クラスタブロック２４は予めリード線２５を接続した状態でステータ１０の外周部１０Ａに取り付けられているため、気密端子２２を端面２Ｂに取り付ければ、気密端子２２の導電性の端子ピン２２Ａがクラスタブロック２４のリード線２５に自動的に接続される。従って、クラスタブロック２４をステータ１０に予め取り付けておく構成は、電動圧縮機の組み付け作業を容易にする利点がある。なお、電動圧縮機は、三相交流電力がインバータ２１から気密端子２２及びリード線２５を介して電動モータ７のコイル１３に通電されると、ロータ９が回転され、回転軸８によって圧縮機構６が作動される。

図２は、三相波巻電動モータにおいて、ロータ９の極数を６極、ステータ１０のスロット数を１８スロットで構成し、ステータ１０に巻線された三相のコイル１３のコイルエンドが整形された形態を示している。ステータ１０の各スロット２６には、三相交流のＵ相に対応するＡ相、Ｖ相に対応するＢ相及びＷ相に対応するＣ相の各コイル１３が巻線されている。コイルエンドの整形において、Ａ相のコイルエンドはロータ９から最も離れた位置に配置され、Ｃ相のコイルエンドはロータ９に最も近い位置に配置されている。Ｂ相のコイルエンドはＡ相とＣ相の間の位置に配置されている。

各コイル１３が巻線される際、巻き始めと巻き終りはコイル１３の厚み方向（ステータ１０における径方向）で異なる位置にある。つまり、各相において、２本一対の引き出し線は、ロータに近い側の引き出し線とロータから離れた側の引き出し線にわかれる。Ａ相、Ｂ相及びＣ相において、各コイル１３からそれぞれ引き出される２本の引き出し線の内、ロータ９に近い位置の引き出し線Ａ１、Ｂ１及びＣ１は、中性点２７用の引き出し線として使用し、３本を結んで、ステータ１０の外周部１０Ａに留められている。一方、ロータ９から離れた位置の引き出し線Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、インバータ２１及び気密端子２２等の駆動回路に電気的につなげるためのリード線２５として使用され、それぞれリード線２５の端部をステータ１０の外周部１０Ａに取り付けられたクラスタブロック２４に装着されている。

三相の各コイル１３は、図３及び図４に示した工程を経て、図５に示すように、ステータ１０の各スロット２６に波巻により巻線される。以下は、Ａ相のコイル１３の巻線工程について説明する。図３は、エナメル線１３Ａを巻回する工程を示し、矢印方向に回転可能な巻枠体２８の下面に一体化された架台３４に、巻枠体２８の半径方向に移動可能な３体の巻枠２９が設けられている。エナメル線１３Ａは、巻き始めの端部を把持部３０Ａに取り付けられ、巻枠体２８の回転によりエナメル線供給ノズル３１を介して巻枠２９の周囲に、平面で見て三角形状となるように螺旋状に巻き付けられる。巻枠２９への巻き付けが完了すると、エナメル線１３Ａの巻き終わりの端部が把持部３０Ｂに把持される（図４参照）。このようにしてコイル１３が形成される

続いて、図４に示すように、各巻枠２９の間において、架台３４に移動可能に設けられた３体の移動枠３２が巻枠体２８の中心方向に移動し、仮想線で示すコイル１３を巻枠体２８の中心側に押し付け、コイル１３の外周を実線で示した星型に成形する。なお、星型成形時に、巻枠２９は移動枠３２の移動に同期して、コイル１３の張力が弛まない程度の速度で巻枠体２８の中心方向に移動する。また、把持部３０Ｂに把持されたコイル１３はエナメル線供給ノズル３１側で切断される。

星型に成形されたコイル１３は、巻枠体２８から離れるように外されたあと、図示しない挿入治具に装着される。挿入治具は星型のコイル１３の中央（移動枠３２によって押し付けられた部位）を巻枠体２８から外された方向とは逆方向に引き伸ばしながら、２つ置きに選択された６個のスロット２６に波型に挿入する（図５参照）。スロット２６に挿入されたコイル１３は、ステータ１０の端面側に突出するコイルエンドをステータ１０の半径方向外方側に位置するように整形され、Ｂ相及びＣ相の各コイル１３の挿入を容易にする。Ｂ相及びＣ相の各コイル１３は、同様に図３及び図４の各工程を経て、それぞれ選択された他の６個のスロット２６に挿入され、整形される。

図３の工程では、エナメル線１３Ａは巻枠体２８に対して離れる方向に螺旋状に巻かれ、エナメル線１３Ａの巻き始めの端部及び巻き終わりの端部は、それぞれ引き出し線Ａ２、Ａ１として使用される。引き出し線として使用される各端部が上記の位置関係にあるコイル１３が、図４の工程で星型に成形された後、図５に示すように、ステータ１０のスロット２６に挿入されると、把持部３０Ａに把持されたコイル１３の端部は、図２に示した引き出し線Ａ２となる。また、把持部３０Ｂに把持されたコイル１３の端部は、図２に示した引き出し線Ａ１となる。なお、Ｂ相及びＣ相の各コイル１３においても、把持部３０Ａに把持されたコイル１３の端部は、図２に示した引き出し線Ｂ２及びＣ２となり、把持部３０Ｂに把持されたコイル１３の端部は、図２に示した引き出し線Ｂ１及びＣ１となる。

従って、引き出し線Ａ２、Ｂ２及びＣ２はスロット２６内の最奥部に位置する。即ち、引き出し線Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、それぞれ引き出し線Ａ１、Ｂ１及びＣ１と比較すると、ロータ９から離れた位置にあり、巻線されたコイル１３とスロット２６の内壁との間に挟まれた形態となる。このため、引き出し線Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、コイル１３自体によってロータ９側へ移行する力が抑制され、ロータ９側の空間３３へのはみ出しが防止される。

特に、ステータ１０の外周部１０Ａにクラスタブロック２４を取り付ける構成では、リード線２５、即ち、引き出し線Ａ２、Ｂ２及びＣ２をクラスタブロック２４に予め装着しなければならない。このため、リード線２５は、ステータ１０の外周部１０Ａ側に大きく屈曲され、リード線２５の屈曲部にロータ９側に移行しようとする大きな力が掛かる。しかし、リード線２５は、コイル１３自体によって移行を抑制されるため、ロータ９側の空間３３へのはみ出しを確実に防止され、ロータ９の組み付け時にリード線２５がロータと干渉してエナメル皮膜に傷がついたり、断線する恐れは全く無い。

本願発明は、前記した実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のような、他の実施形態で実施することができる。

（１）図２において、整形されたＡ相の引き出し線Ａ１、Ａ２は、Ｂ相及びＣ相のコイルエンドの存在によって、また、Ｂ相の引き出し線Ｂ１、Ｂ２は、Ｃ相のコイルエンドの存在によって、ロータ９側の空間３３へ比較的はみ出し難い形態にある。従って、Ａ相及びＢ相のリード線２５は、引き出し線Ａ１、Ａ２及び引き出し線Ｂ１、Ｂ２のいずれを使用しても良く、少なくともＣ相のリード線２５は引き出し線Ｃ２を使用するように構成すれば、各リード線２５のロータ９側の空間へのはみ出しを防止することが可能である。

（２）コイル１３の巻線の方法は、波巻に限らず、分布巻の一種である同心巻あるいは他の種類の集中巻等を利用しても良い。
（３）コイル１３の巻線の方法は、１本でなく複数本のエナメル線１３Ａをまとめて巻回して形成しても良い。この場合、各相において引き出し線は２本ではなく、２ｎ本（ｎはまとめて巻回したエナメル線１３Ａの本数）となり、ロータに近い側の引き出し線とロータから離れた側の引き出し線にそれぞれｎ本づつわかれる。
（４）前記実施形態におけるクラスタブロック２４は、ステータ１０から分離してハウジング２の内部２Ａに自由状態で配置する構成にしても良い。
（５）インバータ２１は、ハウジング２の端面２Ｂに設ける構成に限らず、ハウジング２の外周面上に設けるように構成しても良い。また、この場合に、クラスタブロック２４はステータ１０の外周部１０Ａに取り付けた構成にしても、ステータ１０から分離してハウジング２の内部２Ａに自由状態で配置する構成にしても良い。

（６）前記実施形態における電動モータ７は、外側に配置したステータ１０にロータ９を嵌合するインナーロータの構成を示したが、外側に配置したロータにステータを嵌合するアウターロータの構成であっても、本願発明を実施することができる。
（７）前記実施形態の電動モータ７は、ロータ９の極数を６極、ステータ１０のスロット数を１８スロットの例を示したが、それ以外の極数、スロット数でもよく、例えばロータの極数を４極、ステータのスロット数を１２スロットで構成した電動モータで実施しても良い。

（７）前記実施形態では、電動モータ７が吸入ポート４側に配置され、吸入冷媒雰囲気下にあるよう構成したが、電動モータ７は吐出ポート５側に配置され、吐出冷媒雰囲気下にあるように構成しても良い。
（８）前記実施形態では、スクロール式電動圧縮機に実施した例を示したが、電動圧縮機はベーン式、スクリュー式等の他の回転式圧縮機やスワッシュ式、ワッブル式等の往復式圧縮機に電動モータを内蔵した電動圧縮機において本願発明を実施することができる。

１、２ ハウジング
４ 吸入ポート
５ 吐出ポート
６ 圧縮機構
７ 電動モータ
９ ロータ
１０ ステータ
１０Ａ 外周部
１３ コイル
１４ 固定スクロール
１５ 可動スクロール
２１ インバータ
２２ 気密端子
２４ クラスタブロック
２５ リード線
２６ スロット
２７ 中性点
２８ 巻枠体
２９ 巻枠
３０Ａ、３０Ｂ 把持部
３１ コイル供給ノズル
３２ 移動枠
３３ 空間
３４ 架台
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２ 引き出し線

Claims (4)

1. ロータ、ステータ及び前記ロータに取り付けた回転軸を有し、前記ステータの各スロットに複数相のコイルを巻線した電動モータおいて、
   少なくとも、前記複数相のコイルのうち前記ロータに最も近い位置に配置されたコイルにおける一対の引き出し線の内、前記ロータから離れた位置にある方の引き出し線を前記コイルと駆動回路を電気的につなげるためのリード線として使用することを特徴とする電動モータ。
2. 前記複数相のコイルは、波巻により巻線されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記ステータの外周部に、前記複数相のコイルの各リード線の前記駆動回路側端部を接続するクラスタブロックを取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された電動モータが圧縮機構を収納したハウジングの内部に収納され、前記ロータの回転軸を前記圧縮機構に連結したことを特徴とする電動圧縮機。

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