JP2020036454A - 電動機、圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機に用いられる絶縁端板の強度を保つとともに、成形時の不良を低減させる。【解決手段】固定子４１と、固定子の内側に配置された回転子６１を有し、固定子は、円筒状のヨークと、ヨークの内周部に周方向に間隔を存して配列されるティースとから構成される固定子鉄心４２と、固定子鉄心の両端面に取り付けられる絶縁端板５０と、巻線と、を備えている。絶縁端板は、ティースに対向して配置され巻線が巻装される胴部５３と、胴部の内周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる内側鍔部５１と、胴部の外周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる外側鍔部５２と、から構成され、少なくとも一方の絶縁端板の内側鍔部に固定子鉄心側および内周側に開かれた凹部５４が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電動機、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置等で用いられる密閉型圧縮機は、密閉容器の内部に冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機を備えている。電動機は、密閉容器に固定される固定子と、固定子の内側に隙間を介して配置される回転子を具備している。

圧縮機構部で圧縮された冷媒は、電動機の隙間等を通って密閉容器に設けられる吐出管から密閉容器外部へ吐出される。このとき、冷媒は霧状の潤滑油を含んでおり、潤滑油を分離するためのオイルセパレータが回転子の上方に設けられている。

固定子は、円筒状のヨークと、その内周部に複数のティースから構成される固定子鉄心を有する。特許文献１には、ティースに圧縮機構部で圧縮された冷媒の通路となる溝部が形成された密閉型圧縮機が開示されている。固定子鉄心の両端面には絶縁端板が取り付けられ、この絶縁端板を介してティースに巻線が巻装されている。絶縁端板は、巻線が巻装される胴部と、胴部の内周縁と外周縁とに一体的に設けられ、固定子鉄心と反対側に立ち上がる内側鍔部と外側鍔部とから構成されている。

一般に、このような絶縁端板は、固定側金型と可動側金型を使った樹脂のモールド成形によって形成されている。例えば、絶縁端板の内側鍔部の立ち上がり形状は可動側金型で成形される。金型から絶縁端板を取り外す際には、可動型金型を内側鍔部の立ち上がり方向に動かして可動型金型から内側鍔部を外すため、内側鍔部は立ち上がり形状の先端に近づくほど薄く形成されている。

一方で、内側鍔部は、胴部に巻線を巻いた際に力が強くかかるため、強度確保のために、肉厚を厚く形成することがある。したがって、固定子鉄心に近い部分は厚く形成されている。

特開２０１６−６３７２８号公報

しかしながら、樹脂成形の場合、肉厚を厚くしすぎるとヒケやボイド等の不良が生じる恐れがある。
また、固定子と回転子との隙間や、ティースに形成される溝部を通った圧縮冷媒がオイルセパレータに導かれず、潤滑油を多く含んだまま密閉圧縮機外部へ吐出される問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、電動機に用いられる絶縁端板の強度を保つとともに、成形時の不良を低減させることである。さらに、電動機の隙間を通った冷媒をオイルセパレータに導き、密閉容器外部への吐油量を減少させることである。

上記課題を達成するために、本実施形態の電動機は、固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子を有し、前記固定子は、円筒状のヨークと、前記ヨークの内周部に周方向に間隔を存して配列されるティースとから構成される固定子鉄心と、前記固定子鉄心の両端面に取り付けられる絶縁端板と、巻線と、を備えている。前記絶縁端板は、前記ティースに対向して配置され巻線が巻装される胴部と、前記胴部の内周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる内側鍔部と、前記胴部の外周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる外側鍔部と、から構成され、少なくとも一方の前記絶縁端板の前記内側鍔部に固定子鉄心側および内周側に開かれた凹部が形成されている。

この電動機を備えた密閉型圧縮機は、密閉容器内部に、電動機と回転軸で連結されて冷媒を圧縮する圧縮機構部を備え、前記回転子の上端面と対向してオイルセパレータが設けられている。前記固定子鉄心の上端面に配置された前記絶縁端板は前記凹部を有している。前記固定子鉄心の前記ティースの内周面に前記回転軸の軸方向に沿って延びるとともに少なくとも一部が前記凹部と重なる溝部が形成される。前記凹部は、その延長線が前記オイルセパレータの下面に向かう傾斜部を有している。

第１の実施形態の冷凍サイクルの概略構成及び密閉型圧縮機の内部構造を示す図である。 同実施形態の電動機である。 同実施形態の固定子鉄心である。 同実施形態の絶縁端板である。 同実施形態の電動機の断面図である。 同実施形態の１つのティースの形状を示す電動機の断面図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の冷凍サイクル装置について、図１乃至図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の冷凍サイクルの概略構成図及び密閉型圧縮機３の内部構造を示し、図２は密閉型圧縮機３内部に設けられる電動機４０を示している。

本実施形態の冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機３と放熱器である凝縮器５と、膨張装置６と、吸熱器である蒸発器７と、アキュムレータ４を、冷媒配管２で接続している。密閉型圧縮機３は冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒にする。凝縮器５は圧縮冷媒を外部の空気と熱交換させて凝縮する。凝縮器５から出た冷媒は膨張装置６を通って減圧され、蒸発器７で気化される。蒸発器７を出た冷媒はアキュムレータ４を介して密閉型圧縮機３へ導かれる。

密閉型圧縮機３は、密閉容器１０を備え、密閉容器１０内に電動機４０と圧縮機構部２０が収容され、さらに密閉容器１０の内底部には各摺動部を潤滑する潤滑油が貯留されている。電動機４０は密閉容器１０内部の上方に配置され、圧縮機構部２０は密閉容器１０内部の下方に配置されている。電動機４０と圧縮機構部２０は回転軸１２を介して連結されている。

電動機４０としては、例えば、ブラシレスＤＣモータが用いられる。電動機４０は、密閉容器１０に固定される固定子４１と、固定子４１の内側で回転するように固定子４１の内周面と狭小の間隙を介して配置され、回転軸１２と連結された回転子６１を備えている。回転子６１の上方には、回転子６１の上端面に対向してオイルセパレータ１４が設けられている。電動機４０は、図示しない外部の電源供給部に接続され、電力の供給を受ける。

圧縮機構部２０は、回転軸１２を支持する主軸受２４と副軸受２５と、仕切板２３と、主軸受２４と仕切板２３の間と副軸受２５と仕切板２３の間に設けられ、それぞれシリンダ室２２を形成する２つのシリンダ２１を備えている。これらはボルト３０で互いに固定されている。主軸受２４と副軸受２５には、シリンダ室２２で圧縮された冷媒を密閉容器１０内に吐出する吐出孔、吐出孔を開閉する吐出弁が設けられている。

回転軸１２は、シリンダ室２２を貫通して設けられている。シリンダ室２２にはローラ２７が回転軸１２の偏心部１３に嵌合されて、ローラ２７の外周面がシリンダ２１の内周面に油膜を介して線接触しながら偏心回転するように配置されている。

シリンダ２１には、ブレード溝が形成されている。ブレード溝内には、ブレード２８が設けられている。ブレード２８は、付勢手段２９によりシリンダ室２２に向けて付勢されるとともに、先端部がローラ２７の外周壁に当接している。これによりブレード２８はローラ２７の回転動作に応じてシリンダ室２２内に進退自在に構成されている。シリンダ室２２はブレード２８により、吸込室と圧縮室に区画されている。

このような冷凍サイクル装置１は次のように運転される。電動機４０に電力が供給され、回転軸１２が回転すると圧縮機構部２０が駆動される。圧縮機構部２０のローラ２７がシリンダ室２２内で偏心回転をして、アキュムレータ４からシリンダ室２２に導かれたガス冷媒が圧縮される。圧縮室のガス冷媒が所定圧まで上昇すると、主軸受２４及び副軸受２５に設けられる吐出弁が開放され、吐出孔からガス冷媒がマフラ２６を介して密閉容器１０内に吐出される。そして、密閉容器１０上方に設けられている吐出管１１から凝縮器５へ吐出される。
凝縮器５に導かれた冷媒は凝縮液化し、膨張装置６で断熱膨張し、蒸発器７で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷却作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はアキュムレータ４を介してシリンダ室２２に吸込まれて上述の経路を循環する。

次に電動機４０について図２乃至図６を参照して詳細に説明する。
電動機４０は固定子４１と回転子６１から構成される。固定子４１は、電磁鋼板を積層した固定子鉄心４２と、固定子鉄心４２の両端に取り付けられる絶縁端板５０と、巻線６０を含んでいる。なお、図２、図４、図５では巻線を省略している。図３は固定子鉄心４２を示している。固定子鉄心４２は、円筒状のヨーク４３と、ヨーク４３に一体に設けられ、ヨーク４３の内周面に周方向に間隔を存して配列されるティース４４とから構成される。各ティース４４の間には複数のスロット４６が形成され、スロット４６内には絶縁シート４９が配設されている。ヨーク４３の外周面には複数の凹部４７，４８が形成され、凹部４７は密閉容器１０との間に隙間を形成し、冷媒通路となる。各ティース４４の内周面には回転軸１２の軸方向に延びて冷媒通路となる溝部４５が形成されている。

以下、固定子鉄心４２の両端面に取り付けられる絶縁端板５０のうち、固定子鉄心４２の上端面に取り付けられる絶縁端板５０ａについて説明する。
図４は絶縁端板５０ａである。絶縁端板５０ａは、固定側金型と可動側金型を使った樹脂のモールド成形で形成されている。ティース４４に対向し、巻線６０が巻装される胴部５３と、胴部５３の内周側に位置する内側鍔部５１と、胴部５３の外周側に位置する外側鍔部５２から構成されている。内側鍔部５１と外側鍔部５２は、図２に示すように反固定子鉄心側に立ち上がって形成されている。

絶縁端板５０ａの成形時に、固定側金型から可動側金型を離す際、内側鍔部５１の立ち上がり方向に可動側金型を離し、可動側金型から絶縁端板５０ａを外している。したがって、内側鍔部５１は反固定子鉄心側の厚さが薄く形成されている。

各内側鍔部５１には、内周側に回転軸１２に面して凹部５４が形成されている。この凹部５４は、少なくとも一部が固定子鉄心４２の溝部４５と重なっている。本実施形態では各内側鍔部５１に３つの凹部５４が形成され、中央に位置する凹部５４が固定子鉄心４２の溝部４５と重なっている。凹部５４は内周側に傾斜する傾斜部５５を有している。詳細には、図５及び図６に示すように、絶縁端板５０ａの凹部５４の傾斜部５５は、その延長線Ｌが回転子６１の上方に設けられるオイルセパレータ１４の下面に向かうように傾斜している。

上述したように、絶縁端板５０ａの凹部５４と固定子鉄心４２の溝部４５は一部が重なっている。したがって、凹部５４は内側鍔部５１の固定子鉄心側に設けられている。内側鍔部５１は固定子鉄心側ほど厚く形成されており、成形時にヒケやボイドが生じやすいが、凹部５４を設けることで部分的に薄く形成されるため、ヒケやボイドの発生を抑制することができる。本実施形態では、各内側鍔部５１に３つの凹部５４を設けた。凹部５４を複数設けることにより、凹部５４と凹部５４との間にリブ５６が形成されるので、広い凹部５４を１つ設ける場合に比べて強度を確保することができる。さらに、凹部５４は傾斜部５５を有し、内側鍔部５１の厚さが薄い箇所ほど凹部５４が浅く形成されるため、絶縁端板５０ａの強度を保つことができる。

固定子鉄心４２の下端面に取り付けられる絶縁端板５０ｂは、固定子鉄心４２の上端面に取り付けられる絶縁端板５０ａと同形状のものであっても良いし、異なる形状であっても良い。また、凹部５４や傾斜部５５を備えていなくても良い。
本実施形態では絶縁端板５０ｂは絶縁端板５０ａと同形状であり、各内側鍔部５１に凹部５４が形成され、凹部５４は傾斜部５５を備えている。

絶縁端板５０は、外周面の所定の箇所に固定子鉄心４２に向かってに突出する複数の突起部５８が形成され、固定子鉄心４２に設けられる凹部４８に係合される。さらに、各内側鍔部５１の固定子鉄心４２に対向する面に突起部５９が形成され、２つの突起部５９，５９がティース４４の先端を挟むようにして固定されている。固定子鉄心４２に絶縁シート４９が配設された状態で絶縁端板５０が取り付けられ、巻線６０が巻装される。

図１に示すように、密閉容器１０内は上方に電動機４０が設けられ、下方に圧縮機構部２０が配置されている。電動機４０は固定子４１が焼嵌めなどによって密閉容器１０に固定され、その内側に回転軸１２に連結された回転子６１が設けられている。回転子６１には、回転軸１２の軸方向に向かって延びる貫通孔６２が周方向に複数個設けられている。

このように構成された密閉型圧縮機３が運転を行うと、圧縮機構部２０から吐出されたガス冷媒は霧状の潤滑油を含んで、圧縮機構部２０側から、ヨーク４３の凹部４７やティース４４の溝部４５により形成される冷媒通路や、固定子４１の内周面と回転子６１の外周面間の隙間、回転子６１の貫通孔６２等を通り、吐出管１１へ導かれる。一部の冷媒は、吐出管１１に導かれる途中で密閉容器１０の内周壁や、電動機４０に潤滑油が付着し、潤滑油と分離して吐出管１１へ導かれる。

ティース４４の溝部４５を通った冷媒は、絶縁端板５０ａの凹部５４に沿って電動機４０の上方へ吐出される。凹部５４は、傾斜部５５の延長線Ｌがオイルセパレータ１４の下面に向かう方向に傾いて形成されている。したがって、冷媒はオイルセパレータ１４の下面に衝突し、潤滑油は遠心力により周囲に飛ばされ、密閉容器１０の内周面に衝突し、密閉容器１０の内底部に戻る。潤滑油と分離された冷媒は、オイルセパレータ１４と絶縁端板５０の隙間を通って吐出管１１に導かれる。

回転子６１の貫通孔６２を通った冷媒は、電動機４０上方に吐出され、オイルセパレータ１４に衝突する。冷媒はオイルセパレータ１４によって、潤滑油と分離され、オイルセパレータ１４と絶縁端板５０の隙間を通って吐出管１１に導かれる。

このように、圧縮機構部２０から吐出される冷媒から潤滑油を分離し、吐出管１１から潤滑油が吐出されるのを抑制することができる。さらに、冷媒が通過する隙間は、油戻し通路としても機能し、冷媒と分離した潤滑油を電動機４０の下方へ流通させ、圧縮機構部２０の潤滑油切れを防止することができる。

以上説明した実施形態の電動機４０によれば、絶縁端板５０の内側鍔部５１のうち、肉厚が厚く形成される固定子鉄心側に凹部５４が形成されるので、成形時のヒケ等の発生を抑制し、絶縁端板５０の不良を防ぐことが可能となる。また、各内側鍔部５１に複数の凹部５４を設け、凹部５４と凹部５４との間にリブを備えることにより、強度を保つことができる。

上述した電動機４０を密閉型圧縮機３に用いた場合には、回転子６１の上方にオイルセパレータ１４が設けられ、回転子６１のティース４４の内周面に溝部４５が設けられている。絶縁端板５０に設けられる凹部５４の少なくとも一部は、溝部４５に重なっているため、溝部４５を通ったガス冷媒が凹部５４を介して吐出される。オイルセパレータ１４に近い絶縁端板５０の凹部５４には傾斜部５５が設けられ、その延長線Ｌがオイルセパレータ１４の下面に向かって形成されている。したがって、凹部５４を通ったガス冷媒はオイルセパレータ１４に衝突して、ガス冷媒に含まれる潤滑油と分離させ、密閉容器１０からの吐油量を抑えることができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…冷凍サイクル装置、２…冷媒配管、３…圧縮機、５…アキュムレータ、６…凝縮器、７…蒸発器、１０…密閉容器、１２…回転軸、１４…オイルセパレータ、２０…圧縮機構部、４０…電動機、４１…固定子、４２…固定子鉄心、４３…ヨーク、４４…ティース、４５…溝部、５０…絶縁端板、５１…内側鍔部、５２…外側鍔部、５３…胴部、５４…凹部、５５…傾斜部、６１…回転子、Ｌ…傾斜部の延長線

Claims (5)

1. 固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子を有し、
   前記固定子は、円筒状のヨークと、前記ヨークの内周部に周方向に間隔を存して配列されるティースとから構成される固定子鉄心と、前記固定子鉄心の両端面に取り付けられる絶縁端板と、巻線と、を備え、
   前記絶縁端板は、前記ティースに対向して配置され前記巻線が巻装される胴部と、前記胴部の内周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる内側鍔部と、前記胴部の外周側に位置し反固定子鉄心側に立ちあがる外側鍔部と、から構成され、
   少なくとも一方の前記絶縁端板の前記内側鍔部に固定子鉄心側および内周側に開かれた凹部が形成されている電動機。
2. 前記凹部は、各前記内側鍔部に複数設けられる請求項１に記載の電動機。
3. 密閉容器と、前記密閉容器の内部で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部と回転軸で連結され、前記圧縮機構部を駆動する請求項１又は請求項２に記載の電動機と、を備えた密閉型圧縮機。
4. 前記電動機は、前記圧縮機構部の上方に配置され、
   前記回転子の上端面と対向してオイルセパレータが設けられ、
   前記固定子鉄心の上端面に配置された前記絶縁端板は前記凹部を有し、
   前記固定子鉄心の前記ティースの内周面に前記回転軸の軸方向に沿って延びるとともに少なくとも一部が前記凹部と重なる溝部が形成され、
   前記凹部は、その延長線が前記オイルセパレータの下面に向かう傾斜部を有する請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項３乃至請求項４のいずれかに記載の密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続される放熱器と、前記放熱器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記密閉型圧縮機の間に接続される吸熱器を備える冷凍サイクル装置。

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