JP2020028148A - 固定子、モータ及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】近年、固定子の効率を良くするために、固定子の有する電磁鋼板の薄板化が進められている。【解決手段】固定子３０は、ステータコア４０と、第１インシュレータ３１と、第２インシュレータ３２と、を備える。ステータコア４０には、複数の電磁鋼板が積層されている。それぞれの電磁鋼板には、形状の異なる複数の切り欠きが形成されている。ステータコアは、第１部４１と、第２部４２と、第３部４３と、を有す。第１部４１は、ステータコア４０の一端の近傍に位置する。第２部４２は、ステータコア４０の他端の近傍に位置する。第３部４３は、第１部４１および前記第２部４２の間に位置する。第３部４３は、少なくとも一部において同じ形状の切り欠きが積層方向に連ならないように複数の電磁鋼板が積層される。【選択図】図２

Description

固定子、この固定子を備えたモータ、及び、このモータを備えた圧縮機に関する。

従来より、固定子を備えたモータ、及び、このモータを備えた圧縮機が存在する。

例えば、特許文献１（特開２０１４−２３３１２３号公報）の固定子、モータ及び圧縮機が存在する。

近年、圧縮機の備えるモータの効率を良くするために、固定子を形成する電磁鋼板の薄板化が進められている。

第１観点の固定子は、ステータコアと、第１インシュレータと、第２インシュレータと、を備える。ステータコアには、複数の電磁鋼板が積層されている。それぞれの電磁鋼板には、形状の異なる複数の切り欠き、又は、穴が形成されている。第１インシュレータは、ステータコアの一端に配置さる。第２インシュレータは、ステータコアの他端に配置される。ステータコアは、第１部と、第２部と、第３部と、を有す。第１部は、ステータコアの一端の近傍に位置する。第２部は、ステータコアの他端の近傍に位置する。第３部は、第１部および前記第２部の間に位置する。第１部は、第１嵌合部を有す。第１嵌合部は、複数の電磁鋼板に形成された同じ形状の切り欠き、又は、穴が積層方向に連なって形成される。第２部は、第２嵌合部を有す。第２嵌合部は、複数の電磁鋼板に形成された同じ形状の切り欠き、又は、穴が積層方向に連なって形成される。第３部は、少なくとも一部において同じ形状の切り欠き、又は、穴が積層方向に連ならないように複数の電磁鋼板が積層される。第１インシュレータは、第１突起部を有す。第２インシュレータは、第２突起部を有す。第１嵌合部は、第１突起部と嵌合する。第２嵌合部は、第２突起部と嵌合する。

ここで第３部では、複数の電磁鋼板を少なくとも一部において同じ形状の切り欠き、又は、穴が積層方向に連ならないように積層する。これによって、固定子を形成する電磁鋼板の板厚の偏差を緩和することができる。

第２観点の固定子は、第１観点の固定子であって、第３部の少なくとも一部は、同じ形状の切り欠き、又は、穴が連なっている同形状積層部を有す。第１部の積層高さ寸法は、同形状積層部の積層高さ寸法以上である。第２部の積層高さ寸法は、同形状積層部の積層高さ寸法以上である。

ここでは、第３部の同形状積層部の積層の高さを限定することで、電磁鋼板の板厚の偏差を緩和する。

第３観点の固定子は、第１観点又は第２観点の固定子であって、第３部は、電磁鋼板が１枚から１０枚ごとに転積されている。

ここでは、第３部の同形状積層部の積層の枚数を限定することで、電磁鋼板の板厚の偏差を緩和する。

第４観点の固定子は、第１観点から第３観点のいずれかの固定子であって、第１インシュレータの第１突起部は、ステータコア第１嵌合部に対して、１つの軸回転角度以外では嵌合不能である。第２インシュレータの第２突起部は、ステータコアの第２嵌合部に対して、１つの軸回転角度以外では嵌合不能である。

ここでは、突起部および嵌合部が、互いに１つの軸回転角度以外では嵌合不能である。これによって、組み立て時にインシュレータの位置合わせが容易になる。

第５観点の固定子は、第１観点から第４観点のいずれかの固定子であって、第１突起部の高さは、第１部の積層高さ寸法以下である。第２突起部の高さは、第２部の積層高さ寸法以下である。

これによって、第１、第２突起部が、それぞれ第１、第２嵌合部に嵌め合うことができる。

第６観点の固定子は、第１観点から第５観点のいずれかの固定子であって電磁鋼板の厚みは、０．３ｍｍ以下である。

第７観点のモータは、第１観点から第６観点のいずれかの固定子と、固定子の内側に配置された回転子と、を備える。

第８観点の固定子は、第７観点に記載のモータと、回転子の回転によって作動する圧縮機構と、を備える。

圧縮機の縦断面図である。 固定子の斜視図である。 電磁鋼板の概略図である。 電磁鋼板の一部の拡大図である。 電磁鋼板の一部の拡大図である。 電磁鋼板の一部の拡大図である。 ３つの切り欠きを重ねた模式図である。 第１部および第２部の積層構造である。 第３部の積層構造である。 第１インシュレータの概略図である。 同形状積層部に係るステータコアの模式図である。

（１）圧縮機の全体構成
本実施形態に係る圧縮機１００は、例えば、空気調和装置の室外機に使用され、空気調和装置の冷媒回路の一部を構成する。

図１は、圧縮機１００の縦断面図である。圧縮機１００は、アキュムレータ５００から送り込まれるガス状の冷媒を圧縮する。アキュムレータ５００は、圧縮機１００に液状の冷媒が送り込まれないように、冷媒の気液分離を行う。

圧縮機１００は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、駆動機構２０と、を備える。

ケーシング１０は、円筒形の胴部１１と、ボウル形の頂部１２と、ボウル形の底部１３とから構成される。頂部１２は、胴部１１の上端部と気密状に連結されている。底部１３は、胴部１１の下端部と気密状に連結されている。

圧縮機構１５は、主として、フロントヘッド１６と、シリンダ１７と、リアヘッド１８と、ピストン１９と、を有する。圧縮機構１５は、低圧の冷媒ガスを吸引して圧縮し、高圧の冷媒ガスを吐出する。

（２）駆動機構の全体構成
駆動機構２０は、主に、モータ２１と、クランクシャフト２２と、を有する。

モータ２１は、圧縮機構１５の上方に設置されるブラシレスＤＣモータである。モータ２１は、固定子３０と、回転子２３と、を有する。

固定子３０は、ケーシング１０の胴部１１の内周面に固定される円筒形の部材である。固定子３０の詳細な構成については、後述する。

回転子２３は、固定子３０の内側に設置される円柱形の部材である。回転子２３は、クランクシャフト２２を介して、圧縮機構１５と接続されている。

クランクシャフト２２は、偏心軸部２２ａを有している。偏心軸部２２ａは、圧縮機構１５のピストン１９と連結している。クランクシャフト２２の鉛直方向上側の端部は、モータ２１の回転子２３と連結している。クランクシャフト２２は、フロントヘッド１６およびリアヘッド１８によって支持されている。

（３）固定子の詳細構成
図２は、固定子３０の斜視図である。図３は、電磁鋼板５０の概略図である。固定子３０は、主として、ステータコア４０と、第１インシュレータ３１と、第２インシュレータ３２と、を有する。ステータコア４０の鉛直方向の上端面には、第１インシュレータ３１が配置されている。ステータコア４０の鉛直方向の下端面には、第２インシュレータ３２が配置されている。

（３−１）ステータコア
ステータコア４０は、複数の電磁鋼板５０（図３）が積層されて形成された略円筒形状の部材である。電磁鋼板５０の１枚の厚みは、０．３ｍｍ以下である。ステータコア４０は、ケーシング１０の胴部１１に固定されている。

電磁鋼板５０は、図３に示すように、円筒部５６と、９個のティース５７と、３つの切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃと、を有する。それぞれのティース５７は、円筒部５６の内周面から、円筒部５６の中央部に向かって突出している。９個のティース５７は、円筒部５６の周方向に沿って、等間隔で配置されている。

円筒部５６の外周面には、それぞれ形状に異なる３つの切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが形成されている。この切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃは、円筒部５６の中心軸に対して１２０度の間隔で配置されている。切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃは、図４Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄに示すように、それぞれが異なる形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃである。

電磁鋼板５０の円筒部５６は、複数の電磁鋼板５０が積層されることによって、ステータコア４０の円筒部４６（図２）を形成する。電磁鋼板５０のティース５７は、複数の電磁鋼板５０が積層されることによって、ステータコア４０のティース４７を形成する。

ステータコア４０は、第１部４１と、第２部４２と、第３部４３と、を有している。第１部４１は、ステータコア４０の鉛直方向の上端の近傍に位置する。第２部４２は、ステータコア４０の鉛直方向の下端の近傍に位置する。第３部４３は、第１部４１と第２部４２との間に位置する。すなわち、ステータコア４０は、上から、第１部４１、第３部４３、第２部４２の順に重なっている。

第１部４１は、図５に示すように、複数の電磁鋼板５０に形成された同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが積層方向に連なるように積層される。これによって、切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが連なった部分には、それぞれ異なる形状の３つの第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃが形成される。第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃには、後述する、第１インシュレータ３１の第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃが嵌合する。

第２部４２は、複数の電磁鋼板５０に形成された同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが、積層方向に連なるように積層される。すなわち、第２部４２は、第１部４１と同様に積層されている。これによって、切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが連なった部分に、それぞれが異なる形状の３つの第２嵌合部４５a,４５ｂ（１つは図示を省略）が形成される。第２嵌合部４５a,４５ｂには、後述する、第２インシュレータ３２の第２突起部３５a,３５ｂが嵌合する。

第３部４３は、図６に示すように、電磁鋼板５０に形成された同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが、積層方向に連ならないように積層される。具体的には、切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが、他の形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃと積層方向に連なるように、電磁鋼板５０を１２０度ずつ回転させて転積する。すなわち、第３部４３の電磁鋼板５０は、１枚ずつ転積される。

ここで、第１部４１、第２部４２、第３部４３のそれぞれの積層方向の高さを、積層高さ寸法ｈ１,ｈ２,ｈ３とする（図２）。

（３−２）インシュレータ
図７は、第１インシュレータ３１の概略図である。第１インシュレータ３１は、ステータコア４０の鉛直方向の上端に配置される絶縁体である。第１インシュレータ３１は、略円環形状の環状部３６と、それぞれ形状の異なる３つの第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃと、を有している。

環状部３６の下端面は、ステータコア４０の円筒部４６の上端面と接触している。第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃは、環状部３６の下端面から下方向に向かって突出している。第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃは、ステータコア４０の第１部４１の第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃと嵌め合う形状に形成されている。

第２インシュレータ３２は、ステータコア４０の鉛直方向の下端に配置される絶縁体である。第２インシュレータ３２は、第１インシュレータ３１と同様の形状であるため、図面は省略する。第２インシュレータ３２は、略円環形状の環状部３７と、それぞれ形状の異なる３つの第２突起部３５a,３５ｂ（１つは図示を省略）と、を有している（図２）。

環状部３７の上端面は、ステータコア４０の円筒部４６の下端面と接触している。第２突起部３５a,３５ｂは、環状部３７の上端面から上方向に向かって突出している。３つの第２突起部３５a,３５ｂは、ステータコア４０の第２部４２の第２嵌合部４５a,４５ｂと嵌め合う形状に形成されている。

ここで、第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃが、第１部４１の第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃと嵌め合う部分の鉛直方向の高さを、高さ寸法ｈ３４とする。第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃの高さ寸法ｈ３４は、第１部４１の積層高さ寸法ｈ１以下である。同様に、第２突起部３５a,３５ｂの高さ寸法は、第２部４２の積層高さ寸法ｈ２以下である。

ステータコア４０の各ティース４７は、第１インシュレータ３１、第２インシュレータ３２と共に、巻線（図２では図示を省略）が巻き付けられている。これにより、固定子３０には、９個のコイルが形成される。巻線は、銅線等の電気伝導体である。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態の固定子３０は、ステータコア４０と、第１インシュレータ３１と、第２インシュレータ３２と、を備えている。

ステータコア４０は、複数の電磁鋼板５０を積層して形成されている。電磁鋼板５０には、それぞれ異なる形状の３つの切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが形成されている。第１インシュレータ３１はステータコア４０の上端に配置され、第２インシュレータ３２はステータコア４０の下端に配置される。

ステータコア４０は、第１部４１と、第２部４２と、第３部４３と、を有している。第３部４３は、第１部４１および第２部４２の間に配置される。第３部４３は、同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが積層方向に連ならないように複数の電磁鋼板５０が積層される。つまり、第３部は、1枚ごとに転積されている。

近年、モータは、効率を良くするために固定子を形成する電磁鋼板の厚みを薄くする傾向がある。本開示の電磁鋼板５０は、０．３ｍｍ以下である。厚みの薄い電磁鋼板で固定子を形成ことによって、電磁鋼板の積層枚数は増加する。そのため、電磁鋼板の厚みのわずかな偏差が、固定子に与える影響が大きくなる。本実施形態では、第３部５３を転積することによって、固定子３０を形成する電磁鋼板５０の厚みの偏差を緩和することができる。これにより、モータを備える圧縮機１００の効率を良くすることができる。

（４−２）
第１部４１および第２部４２は、複数の電磁鋼板５０に形成された同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが積層方向に連なっている。これによって、第１部４１には、それぞれ異なる形状の３つの第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃが形成される。第２部４２には、それぞれ異なる形状の３つの第２嵌合部４５a,４５ｂが形成される。

また、第１インシュレータ３１には、それぞれ異なる形状の３つの第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃが形成されている。第２インシュレータ３２には、それぞれ異なる形状の３つの第２突起部３５a,３５ｂが形成されている。

これによって、第１、第２嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃ、４５a,４５ｂおよび第１、第２インシュレータ３４a,３４ｂ,３４ｃ、３５a,３５ｂは、互いに嵌合する。

また、切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃは、３つの異なる形状である。そのため、第１嵌合部４４a,４４ｂ,４４ｃは、１つの軸回転角度以外では、第１突起部３４a,３４ｂ,３４ｃと嵌合不能である。第２嵌合部４５a,４５ｂも同様に、１つの軸回転角度以外では、第２突起部３５a,３５ｂと嵌合不能である。これによって、ステータコア４０と、第１、第２インシュレータ３１、３２と、の嵌め合いの位置合わせが容易になり、作業効率が良くなる。

（５）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、互いに矛盾しない範囲で、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（５−１）変形例１
図８は、変形例に係るステータコアの模式図である。上記実施形態では、ステータコア４０の第３部４３は、電磁鋼板５０が１枚ずつ転積されているが、第３部の一部は、同形状積層部４８を有していても良い。同形状積層部４８は、複数の電磁鋼板５０の同じ形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃが連なった部分である。

（５−２）変形例２
図８に示すように、同形状積層部４８の積層高さ寸法ｈ３１は、第１部１４１の積層高さ寸法ｈ１、および、第２部１４２の積層高さ寸法ｈ２以下である。

第３部１４３の同形状積層部４８の積層高さ寸法ｈ３１を限定することによって、上記実施形態と同様に、固定子を形成する電磁鋼板の厚みの偏差を緩和することができる。

（５−３）変形例３
第３部４３の電磁鋼板５０は、２枚以上１０枚以下ごとに転積しても良い。電磁鋼板５０の積層の枚数を限定することによって、上記実施形態と同様に、固定子を形成する電磁鋼板５０の厚みの偏差を緩和することができる。

（５−４）変形例４
上記実施形態では、電磁鋼板５０に３つの異なる形状の切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃを形成しているが、切り欠き５１a,５１ｂ,５１ｃの代わりに、穴を電磁鋼板に形成してもよい。電磁鋼板に形成される穴は、それぞれが異なる３つの形状である。

ステータコアの第１部は、複数の電磁鋼板に形成された同じ形状の穴が積層方向に連なるように積層される。これによって、穴が連なった部分に、３つの第１嵌合部が形成される。第１嵌合部には、第１インシュレータの第１突起部が嵌合する。

第２部は、複数の電磁鋼板に形成された同じ形状の穴が、積層方向に連なるように積層されている。これによって、穴が連なった部分に、３つの第２嵌合部が形成される。第２嵌合部には、第２インシュレータの第２突起部が嵌合する。

第３部は、電磁鋼板に形成された同じ形状の穴が、積層方向に連ならないように積層される。以下の構造は上記の本実施形態と同様である。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

２３ 回転子
３０ 固定子
３１ 第１インシュレータ
３２ 第２インシュレータ
３４a，３４ｂ，３４ｃ 第１突起部
３５a，３５ｂ 第２突起部
４０ ステータコア
４１ 第１部
４２ 第２部
４３ 第３部
４４a，４４ｂ，４４ｃ 第１突起部
４５a，４５ｂ 第２突起部
５０ 電磁鋼板
５１a，５１ｂ，５１ｃ 切り欠き
ｈ１ 第１部の積層高さ寸法
ｈ２ 第２部の積層高さ寸法
ｈ３ 第３部の積層高さ寸法
１００ 圧縮機

特開２０１４−２３３１２３号公報

Claims (8)

1. 複数の電磁鋼板（５０）が積層されているステータコア（４０）と、
   前記ステータコア（４０）の一端に配置される第１インシュレータ（３１）と、
   前記ステータコア（４０）の他端に配置される第２インシュレータ（３２）と、
   を備え、
   それぞれの前記電磁鋼板（５０）には、形状の異なる複数の切り欠き（５１a,５１ｂ,５１ｃ）又は穴が形成され、
   前記ステータコア（４０）は、前記ステータコア（４０）の一端の近傍に位置する第１部（４１）と、前記ステータコア（４０）の他端の近傍に位置する第２部（４２）と、前記第１部（４１）および前記第２部（４２）の間に位置する第３部（４３）と、を有し、
   前記第１部（４１）は、複数の前記電磁鋼板（５０）に形成された同じ形状の前記切り欠き（５１a,５１ｂ,５１ｃ）又は前記穴が積層方向に連なった第１嵌合部（４４a,４４ｂ,４４ｃ）を有し、
   前記第２部（４２）は、複数の前記電磁鋼板（５０）に形成された同じ形状の前記切り欠き（５１a,５１ｂ,５１ｃ）又は前記穴が積層方向に連なった第２嵌合部（４２）を有し、
   前記第３部（４３）は、少なくとも一部において同じ形状の前記切り欠き（５１a,５１ｂ,５１ｃ）又は前記穴が積層方向に連ならないように複数の前記電磁鋼板（５０）が積層され、
   前記第１インシュレータ（３１）は、第１突起部（３４a,３４ｂ,３４ｃ）を有し、
   前記第２インシュレータ（３２）は、第２突起部（３５a,３５ｂ）を有し、
   前記第１嵌合部（４４a,４４ｂ,４４ｃ）は、前記第１突起部（３４a,３４ｂ,３４ｃ）と嵌合し、
   前記第２嵌合部（４５a,４５ｂ）は、前記第２突起部（３５a,３５ｂ）と嵌合する、
   固定子。
2. 前記第３部（４３）の少なくとも一部は、同じ形状の前記切り欠き（５１a,５１ｂ,５１ｃ）又は前記穴が連なっている同形状積層部（４８）を有し、
   前記第１部(４１)の積層高さ寸法（ｈ１）が、前記同形状積層部（４８）の積層高さ寸法（ｈ３１）以上であり、
   前記第２部（４２）の積層高さ寸法（ｈ２）が、前記同形状積層部４８）の積層高さ寸法（ｈ３１）以上である、
   請求項１に記載の固定子。
3. 前記第３部（４３）は、前記電磁鋼板（５０）が１枚から１０枚ごとに転積されている、
   請求項１又は２に記載の固定子。
4. 前記第１インシュレータ（３１）の前記第１突起部（３４a,３４ｂ,３４ｃ）は、前記ステータコア（４０）の前記第１嵌合部（４４a,４４ｂ,４４ｃ）に対して１つの軸回転角度以外では嵌合不能であり、
   前記第２インシュレータ（３２）の前記第２突起部（３５a,３５ｂ）は、前記ステータコア（４０）の前記第２嵌合部（４５a,４５ｂ）に対して１つの軸回転角度以外では嵌合不能である、
   請求項１から３のいずれかに記載の固定子。
5. 前記第１突起部（３４a,３４ｂ,３４ｃ）の高さ（ｈ３４）は、前記第１部（４１）の積層高さ寸法（ｈ１）以下であり、
   前記第２突起部（３５a,３５ｂ）の高さは、前記第２部（４２）の積層高さ寸法（ｈ２）以下である、
   請求項１から４のいずれかに記載の固定子。
6. 前記電磁鋼板（５０）の厚みは、０．３ｍｍ以下である、
   請求項１から５のいずれかに記載の固定子。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の固定子と、
   前記固定子（３０）の内側に配置された回転子（２３）と、
   を備えるモータ。
8. 請求項７に記載のモータと、
   前記回転子（２３）の回転によって作動する圧縮機構（１５）と、
   を備える圧縮機。

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