JP2013135587A - ステータ、モータ、圧縮機およびコイル巻回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの巻数およびコイルの占積率を増大できるステータを提供する。
【解決手段】コイル４２の内側領域４２１の輪郭の側面４２１ａは、略平坦な形状である。このため、このコイル４２の平坦な部分には、コイル４２の巻線の巻乱れなどにより発生する巻太りが存在しない。したがって、このコイル４２の平坦な部分において、コイルの巻数を増大できると共に、コイルの占積率を増大できる。
【選択図】図３

Description

この発明は、ステータ、モータ、圧縮機およびコイル巻回方法に関する。

従来、ステータとしては、複数のティース部を有するステータコアと、このステータコアの各ティース部に巻回されたコイルとを備えたものがある（特許第４４９２８００号公報：特許文献１参照）。このコイルは、ノズル巻線やフック巻線により、ステータコアに巻回されていた。

しかしながら、上記従来のステータでは、コイルの巻線の巻乱れにより、コイルにおけるステータコアの周方向の側面に、膨らみ（いわゆる、巻太り）が発生する問題があった。そして、このコイルの膨らみの部分では、コイルの巻数が低減し、コイルの占積率が低減する問題があった。

特許第４４９２８００号公報

そこで、この発明の課題は、コイルの巻数およびコイルの占積率を増大できるステータ、モータ、圧縮機およびコイル巻回方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のステータは、
円筒部と、この円筒部の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された複数のティース部とを有するステータコアと、
上記ステータコアの上記各ティース部に巻回されたコイルと
を備え、
上記各ティース部に巻回されたコイルは、内側領域と、この内側領域よりも外側にある外側領域とを有し、
上記内側領域の輪郭は、上記ステータコアの周方向の両側面を有し、この両側面のうちの少なくとも一方の側面は、上記ステータコアの径方向に直交する断面において、略平坦な形状であり、
上記外側領域の輪郭は、上記ステータコアの径方向に直交する断面において、略楕円形状であることを特徴としている。

この発明のステータによれば、上記コイルの上記内側領域の輪郭の少なくとも一方の側面は、略平坦な形状であるので、このコイルの平坦な部分には、コイルの巻線の巻乱れなどにより発生するコイルの膨らみ（いわゆる、巻太り）が存在しない。

したがって、上記コイルの平坦な部分において、コイルの巻数を増大できると共に、コイルの占積率を増大できる。

また、一実施形態のステータでは、上記内側領域の輪郭の両側面は、略平坦な形状である。

この実施形態のステータによれば、上記内側領域の輪郭の両側面は、略平坦な形状であるので、コイルの巻数およびコイルの占積率を一層増大できる。

また、一実施形態のモータでは、
ロータと、
上記ロータの外周側を囲むように配置された上記ステータと
を備えている。

この実施形態のモータによれば、コイルの巻数およびコイルの占積率が増大した上記ステータを有するので、より太い導線を巻線することが可能になり、コイル電流による損失が低減でき、モータ性能が向上する。

また、一実施形態の圧縮機では、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部を駆動する上記モータと
を備えている。

この実施形態の圧縮機によれば、性能が向上した上記モータを有するので、圧縮機の性能が向上する。

また、この発明のコイル巻回方法は、
ステータコアの各ティース部に、導線を巻回して、コイルの内側領域を形成する第１工程と、
上記内側領域の輪郭における上記ステータコアの周方向の両側面のうちの少なくとも一方の側面を、上記ステータコアの径方向に直交する断面において、略平坦な形状に成形する第２工程と、
上記内側領域の外側に、導線を巻回して、コイルの外側領域を形成する第３工程と
を備えることを特徴としている。

この発明のコイル巻回方法によれば、上記コイルの上記内側領域の輪郭の少なくとも一方の側面を、略平坦な形状に成形するので、このコイルの平坦な部分には、コイルの巻線の巻乱れなどにより発生するコイルの膨らみ（いわゆる、巻太り）が存在しない。

したがって、上記コイルの平坦な部分において、コイルの巻数を増大できると共に、コイルの占積率を増大できる。

また、一実施形態のコイル巻回方法では、上記第２工程は、上記ステータコアの周方向において隣り合う上記内側領域の間に、楔状のブレードを、上記ステータコアの軸方向に沿って、差し込んで、上記隣り合う内側領域の互いに対向する側面を、略平坦な形状に成形する。

この実施形態のコイル巻回方法によれば、上記第２工程は、隣り合う内側領域の間に、楔状のブレードを、ステータコアの軸方向に沿って、差し込んで、隣り合う内側領域の互いに対向する側面を、略平坦な形状に成形するので、ブレードの挿入の一工程だけで、隣り合う内側領域の互いに対向する側面を、同時に、略平坦にできる。

この発明のステータによれば、上記コイルの上記内側領域の輪郭の少なくとも一方の側面は、略平坦な形状であるので、コイルの巻数およびコイルの占積率を増大できる。

この発明のモータによれば、上記ステータを有するので、モータの性能が向上する。

この発明の圧縮機によれば、上記モータを有するので、圧縮機の性能が向上する。

この発明のコイル巻回方法によれば、上記コイルの上記内側領域の輪郭の少なくとも一方の側面を、略平坦な形状に成形するので、コイルの巻数およびコイルの占積率を増大できる。

本発明の第１実施形態のステータを有する圧縮機の断面図である。 圧縮機の要部の断面図である。 ステータの径方向内側からみた断面図である。 コイルの巻回方法について説明する平面図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた断面図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた断面図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた断面図である。 他のコイルの巻回方法について説明する平面図である。 本発明の第２実施形態のステータを示すステータの径方向内側からみた断面図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた断面図である。 コイルの巻回方法について説明するステータの径方向内側からみた断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態のステータを有する圧縮機の断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮機構部２およびモータ３とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。

上記密閉容器１の下側側方に、吸入管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸入管１１から供給される冷媒は、上記圧縮機構部２の吸込側に導かれる。この冷媒は、例えば、二酸化炭素やＲ４１０ＡやＲ２２である。

上記モータ３は、上記圧縮機構部２の上側に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動する。上記モータ３は、上記圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器１内の高圧領域に配置されている。

上記密閉容器１内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部１０が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部１０から、上記回転軸４に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮機構部２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。

冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いる。この潤滑油としては、粘度が４０℃において５〜３００ｃＳｔの潤滑油を用いる。潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。

上記圧縮機構部２は、シリンダ状の本体部２０と、この本体部２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端部８および下端部９とを備える。

上記回転軸４は、上端部８および下端部９を貫通して、本体部２０の内部に挿入されている。上記回転軸４は、圧縮機構部２の上端部８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端部９に設けられた軸受２２により回転自在に支持されている。

上記本体部２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、このクランクピン５に嵌合されて駆動されるピストン６とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７により圧縮を行う。ピストン６は、偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

上記モータ３は、ロータ３０と、上記ロータ３０の外周側を囲むように配置されたステータ４０とを有する。ロータ３０は、円筒形状であり、回転軸４に固定されている。つまり、このモータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ロータ３０は、ロータコア３１と、このロータコア３１に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された複数の磁石３２とを有する。

図１と図２に示すように、上記ステータ４０は、ステータコア４１と、上記ステータコア４１の軸方向の両端面のそれぞれに対向して配置されたインシュレータ４３と、上記ステータコア４１および上記インシュレータ４３に共に巻き付けられたコイル４２とを有する。なお、図２では、インシュレータ４３を一部省略して描いている。

上記ステータコア４１は、積層された複数の鋼板からなり、上記密閉容器１に、焼き嵌めなどによって、嵌め込まれている。上記ステータコア４１は、円筒部４１１と、この円筒部４１１の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に等間隔に配列された複数（本実施形態では６つ）のティース部４１２とを有する。隣り合うティース部４１２，４１２の間の空間が、スロット部４１３となる。

上記インシュレータ４３は、ステータコア４１とコイル４２との間に挟持され、ステータコア４１とコイル４２とを絶縁している。インシュレータ４３は、環状部４３１と、環状部４３１の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された複数（本実施形態では６つ）のティース部４３２とを有する。

上記インシュレータ４３の環状部４３１は、上記ステータコア４１の円筒部４１１に対向して接触し、上記インシュレータ４３の複数のティース部４３２は、それぞれ、上記ステータコア４１の複数のティース部４１２に対向して接触している。

上記ステータコア４１のティース部４１２と、上記インシュレータ４３のティース部４３２とは、ステータコア４１の軸方向からみて、略同じ形状である。

上記コイル４２は、上記ステータコア４１の各ティース部４１２にそれぞれ巻かれて複数のティース部４１２に渡って巻かれていない、いわゆる集中巻きである。コイル４２に電流を流してステータ４０に発生する電磁力によって、ロータ３０を、回転軸４と共に、回転させる。

上記各ティース部４１２に巻回されたコイル４２は、内側領域４２１と、この内側領域４２１よりも外側にある外側領域４２２とを有する。この内側領域４２１は、導線（マグネットワイヤ）を少なくとも３層有する。

図３の断面図に示すように、上記コイル４２の上記内側領域４２１の輪郭は、上記ステータコア４１の周方向の両側面４２１ａ，４２１ａを有する。この両側面４２１ａ，４２１ａは、ステータコア４１の径方向に直交する断面において（つまり、ステータコア４１の径方向内側からみて）、略平坦な形状である。この側面４２１ａは、ティース部４１２の周方向の側面に、平行である。つまり、内側領域４２１の輪郭は、小判型である。

上記コイル４２の上記外側領域４２２の輪郭は、上記ステータコア４１の径方向に直交する断面において（つまり、ステータコア４１の径方向内側からみて）、略楕円形状である。つまり、外側領域４２２におけるステータコア４１の周方向の側面の曲率は、内側領域４２１の側面４２１ａ，４２１ａの曲率よりも、大きい。

上記構成のステータ４０によれば、上記コイル４２の上記内側領域４２１の輪郭の側面４２１ａは、略平坦な形状であるので、このコイル４２の平坦な部分には、コイル４２の巻線の巻乱れなどにより発生するコイル４２の膨らみ（いわゆる、巻太り）が存在しない。

したがって、上記コイル４２の平坦な部分において、コイル４２の巻数を増大できると共に、コイル４２の占積率を増大できる。

上記構成のモータ３によれば、コイル４２の巻数およびコイル４２の占積率が増大した上記ステータ４０を有するので、より太い導線を巻線することが可能になり、コイル電流による損失が低減でき、モータ性能が向上する。

上記構成の圧縮機によれば、性能が向上した上記モータ３を有するので、圧縮機の性能が向上する。

次に、上記コイル４２の巻回方法について説明する。

まず、図４Ａに示すように、ステータコア４１の軸方向の両端面にインシュレータ４３を取り付けた状態で、ステータコア４１の各ティース部４１２に、導線を巻回する。このとき、ノズル１００から導線を導出しながら、ノズル１００を、（実線にて示すように）ティース部４１２に隣接する一方のスロット部４１３から、（仮想線にて示すように）ティース部４１２に隣接する他方のスロット部４１３に移動し、さらに、図４Ｂに示すように、ノズル１００を、（矢印に示すように）ティース部４１２の周囲に沿って移動して、導線をティース部４１２に巻き付ける。

なお、ノズル１００の数量は、一本に限らず、複数本であってもよい。ティース部４１２の径方向外側の部分においては、図示しないフックに導線を引っ掛けて、このティース部４１２の部分に導線を巻き付けるようにしてもよい。このフック巻線方法については、例えば特許第４４９２８００号公報に示される方法であり、公知であるため、詳細な説明を省略する。

そして、図５Ａに示すように、ステータコア４１の各ティース部４１２に、導線を少なくとも３層巻回して、コイル４２の内側領域４２１を形成する。このとき、内側領域４２１の両側面４２１ａ，４２１ａは、巻太りのため、円弧形状となっている。つまり、内側領域４２１の輪郭は、略楕円形状である。

その後、図５Ｂに示すように、ステータコア４１の周方向において隣り合う内側領域４２１，４２１の間（つまり、スロット部４１３）に、楔状のブレード１０１を、ブレード１０１の先端側から、矢印に示すようにステータコア４１の軸方向に沿って、差し込む。このブレード１０１の挿入により、隣り合う内側領域４２１，４２１の互いに対向する側面４２１ａ，４２１ａを、仮想線から実線に示すように、ステータコア４１の径方向に直交する断面において（つまり、ステータコア４１の径方向内側からみて）、略平坦な形状に成形する。そして、全ての内側領域４２１の両側面４２１ａ，４２１ａを、略平坦な形状に成形する。つまり、内側領域４２１の輪郭は、小判型である。

そして、図５Ｃに示すように、内側領域４２１の外側に、導線を巻回して、外側領域４２２を形成する。外側領域４２２の輪郭は、略楕円形状となる。

上記構成のコイル巻回方法によれば、上記コイル４２の上記内側領域４２１の輪郭の両側面４２１ａ，４２１ａを、略平坦な形状に成形するので、このコイル４２の平坦な部分には、コイル４２の巻線の巻乱れなどにより発生するコイル４２の膨らみ（いわゆる、巻太り）が存在しない。

したがって、上記コイル４２の平坦な部分において、コイル４２の巻数を増大できると共に、コイル４２の占積率を増大できる。

また、上記隣り合う内側領域４２１，４２１の間に、楔状のブレード１０１を、ステータコア４１の軸方向に沿って、差し込んで、隣り合う内側領域４２１，４２１の互いに対向する側面４２１ａ，４２１ａを、略平坦な形状に成形するので、ブレードの挿入の一工程だけで、隣り合う内側領域４２１，４２１の互いに対向する側面４２１ａ，４２１ａを、同時に、略平坦にできる。

本願発明では、上記コイル４２を内側領域４２１と外側領域４２２に分け、内側領域４２１を小判状に形成しているが、これは、そもそも、コイル４２の内側ほど、導線間の隙間が大きくて、コイル４２を大きく変形できることに起因している。すなわち、内側領域４２１では、導線間の隙間が大きくて、コイル４２を大きく変形できるため、内側領域４２１を小判状に変形させており、一方、外側領域４２２では、導線間の隙間が小さくて、コイル４２を大きく変形できないため、外側領域４２２を小判状に変形させていない。

また、コイル４２を全て巻いてから、コイル４２を変形させようとすると、非常に大きな力が必要になり、厚みの薄いブレード１０１の挿入だけでは、ブレード１０１にかかる力が大きくなって、ブレード１０１が破損するおそれがある。

このように、本願発明では、変形できる余地を有する内側領域４２１のみを小判状に変形させることで、ブレード１０１の挿入という非常に小さな力によって、内側領域４２１を変形でき、さらに、この内側領域４２１の外側に、変形できる余地の少ない外側領域４２２を形成して、この結果、コイル４２の巻数を増大して、コイル４２の占積率を増大できる。

これに対して、例えば、コイルの巻線工程を終えてから、コイル全体を小判状に変形させようとすると、非常に大きな力が必要になる。この結果、コイルを変形させるコイル変形部材が、それ自体の剛性を向上させるために、大型になり、さらに、コイル変形部材を、スロット内に一旦配置してから、ティース方向に加圧させる必要がある。したがって、
大型のコイル変形部材をスロット内に配置させるスペースが必要となって、コイルの巻数が減少して、コイルの占積率が低減する。

なお、内側領域４２１の導線と外側領域４２２の導線とを連続して、ステータコア４１の各ティース部４１２に導線を巻き付けるようにしてもよく、または、内側領域４２１の導線と外側領域４２２の導線とを切断して、ステータコア４１の各ティース部４１２に導線を巻き付けるようにしてもよい。

また、図６に示すように、ノズル１００の数量を、ステータコア４１のスロット部４１３の数量と同じにして、全てのノズル１００にて同時に、ステータコア４１の各ティース部４１２に導線を巻き付けるようにしてもよい。つまり、６本のノズル１００を、矢印方向に同時に移動して、ティース部４１２に導線を巻き付ける。この巻線方法については、例えば特許第４０１９７８６号公報に示される方法であり、公知であるため、詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図７は、この発明のステータの第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、コイルの形状が相違する。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図７に示すように、コイル４２Ａの内側領域４２１Ａの両側面４２１ａ，４２１ａのうち一方の側面４２１ａのみが、略平坦な形状である。したがって、このコイル４２Ａの平坦な部分には、巻太りが存在しないため、コイルの巻数を増大できると共に、コイルの占積率を増大できる。

次に、上記コイル４２Ａの巻回方法について説明する。

まず、図８Ａに示すように、ステータコア４１の各ティース部４１２に、導線を少なくとも３層巻回して、コイル４２Ａの内側領域４２１Ａを形成する。このとき、内側領域４２１Ａの両側面４２１ａ，４２１ａは、巻太りのため、円弧形状となっている。つまり、内側領域４２１Ａの輪郭は、略楕円形状である。

その後、薄板状のブレード１０１Ａをスロット部４１３に差し込み、このブレード１０１Ａを、矢印に示す周方向に移動して、図８Ｂに示すように、内側領域４２１Ａの一方の側面４２１ａのみを、略平坦な形状に成形する。

そして、図７に示すように、内側領域４２１Ａの外側に、導線を巻回して、外側領域４２２Ａを形成する。

このように、上記コイル４２Ａの上記内側領域４２１Ａの輪郭の一方の側面４２１ａを、略平坦な形状に成形するので、このコイル４２の平坦な部分には、巻太りが存在しない。したがって、このコイル４２の平坦な部分において、コイルの巻数を増大できると共に、コイルの占積率を増大できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１、上記第２の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。また、コイルの内側領域の側面をブレードにて平坦にする方法としては、ブレードを機械や手作業にて動かすようにしてもよい。また、ステータコアのスロット部に挿入したブレードの一端を支点として、このブレードの他端側を揺動するようにして、このブレードにより内側領域の側面を平坦にするようにしてもよい。また、コイルの内側領域の側面を平坦にする方法としては、様々な方法を用いてよい。

また、ステータコアのティース部の数量の増減は自由である。また、インシュレータとして、絶縁紙などを用いてもよい。また、インシュレータの形状は自由である。また、圧縮機構部として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。また、圧縮機として、縦置き型以外に、横置き型であってもよい。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ モータ
４ 回転軸
５ クランクピン
６ ピストン
７ 圧縮室
８ 上端部
９ 下端部
１０ 油溜まり部
１１ 吸入管
１２ 吐出管
２０ 本体部
２１，２２ 軸受
３０ ロータ
３１ ロータコア
３２ 磁石
４０ ステータ
４１ ステータコア
４１１ 円筒部
４１２ ティース部
４１３ スロット部
４２，４２Ａ コイル
４２１，４２１Ａ 内側領域
４２１ａ 側面
４２２，４２２Ａ 外側領域
４３ インシュレータ
４３１ 環状部
４３２ ティース部
１００ ノズル
１０１，１０１Ａ ブレード

Claims (6)

1. 円筒部（４１１）と、この円筒部（４１１）の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された複数のティース部（４１２）とを有するステータコア（４１）と、
   上記ステータコア（４１）の上記各ティース部（４１２）に巻回されたコイル（４２，４２Ａ）と
   を備え、
   上記各ティース部（４１２）に巻回されたコイル（４２，４２Ａ）は、内側領域（４２１，４２１Ａ）と、この内側領域（４２１，４２１Ａ）よりも外側にある外側領域（４２２，４２２Ａ）とを有し、
   上記内側領域（４２１，４２１Ａ）の輪郭は、上記ステータコア（４１）の周方向の両側面（４２１ａ，４２１ａ）を有し、この両側面（４２１ａ，４２１ａ）のうちの少なくとも一方の側面（４２１ａ）は、上記ステータコア（４１）の径方向に直交する断面において、略平坦な形状であり、
   上記外側領域（４２２，４２２Ａ）の輪郭は、上記ステータコア（４１）の径方向に直交する断面において、略楕円形状であることを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   上記内側領域（４２１）の輪郭の両側面（４２１ａ，４２１ａ）は、略平坦な形状であることを特徴とするステータ。
3. ロータ（３０）と、
   上記ロータ（３０）の外周側を囲むように配置された請求項１または２に記載のステータ（４０）と
   を備えることを特徴とするモータ。
4. 密閉容器（１）と、
   この密閉容器（１）内に配置された圧縮機構部（２）と、
   上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮機構部（２）を駆動する請求項３に記載のモータ（３）と
   を備えることを特徴とする圧縮機。
5. ステータコア（４１）の各ティース部（４１２）に、導線を巻回して、コイル（４２，４２Ａ）の内側領域（４２１，４２１Ａ）を形成する第１工程と、
   上記内側領域（４２１，４２１Ａ）の輪郭における上記ステータコア（４１）の周方向の両側面（４２１ａ，４２１ａ）のうちの少なくとも一方の側面（４２１ａ）を、上記ステータコア（４１）の径方向に直交する断面において、略平坦な形状に成形する第２工程と、
   上記内側領域（４２１，４２１Ａ）の外側に、導線を巻回して、コイル（４２，４２Ａ）の外側領域（４２２，４２２Ａ）を形成する第３工程と
   を備えることを特徴とするコイル巻回方法。
6. 請求項５に記載のコイル巻回方法において、
   上記第２工程は、上記ステータコア（４１）の周方向において隣り合う上記内側領域（４２１，４２１）の間に、楔状のブレード（１０１）を、上記ステータコア（４１）の軸方向に沿って、差し込んで、上記隣り合う内側領域（４２１，４２１）の互いに対向する側面（４２１ａ，４２１ａ）を、略平坦な形状に成形することを特徴とするコイル巻回方法。

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