JP2020108297A

JP2020108297A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2020108297A
Application number: JP2018246599A
Authority: JP
Inventors: 浩児千葉; Kouji Chiba
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-09

Abstract

【課題】安価で高性能な圧縮機の提供。【解決手段】圧縮機構部と電動機部とを備え、電動機部の固定子１４は固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット２２ｂとの表面部分にインシュレータ２４を一体成型した構成としてある。これにより、固定子素材板の板厚偏差による効率低下を解消して高性能化できるとともに、インシュレータの厚さや長さを必要最小限のものとして巻線の周長を短くし、その巻き数を増加させて効率を向上させることができる。よって、安価で高性能な圧縮機とすることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、空調機、冷凍機、給湯機等に使用される圧縮機に関するものである。

一般に圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に収容して構成してある。そして、上記電動機部は、圧縮機構部を駆動する回転子とこの回転子を回転駆動する固定子からなり、固定子は薄い電磁鋼鈑から打ち抜いた固定子板を積層して固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心にインシュレータやスロット紙等の電気絶縁部材を介して電磁コイルを巻き付け構成してある。

上記固定子板の素材板となる電磁鋼板は冷間圧延により製造されるが、圧延方向と直角方向の板厚に差が生じる。そのため、当該電磁鋼鈑から打ち抜き形成した固定子板もその板厚に差が残ることになる。そのため、このような固定子板を積層すると、板厚の差が累積されて顕著に現れ、積層厚偏差や曲がりの大きい固定子鉄心になって電動機部の効率が低下する。

そこでこのような問題を解決すべく固定子板の厚さが薄い側に微小な突起を設け、この固定子板を積層することによって固定子鉄心を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成によれば、固定子板の板厚差を突起によって補正することができ、積層厚偏差や曲がりのない固定子鉄心を形成することができるので、電動機の効率を向上させて高性能な圧縮機とすることができる。

特開２０１０−２３３４３６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の構成では、固定子板を打ち抜き形成する前に、電磁鋼板のロット毎に固定子素材板の板厚偏差を測定して把握し、その板厚偏差に基づき、その都度、固定子板の打ち抜き金型を調整する必要がある。そのため、固定子素材板の打ち抜き前工数が増加するとともに、突起を設ける等の行程も必要となって、生産性が悪くなり、圧縮機のコストアップを引き起こすことになる。

また、上記のような構成をとらない場合は、固定鉄心を巻線から絶縁する電気絶縁部材のうちの、鉄心スロットを絶縁するスロット紙の長さを、前記積層厚偏差を見越して固定鉄心の全長寸法より若干長く設定し、固定鉄心端面を絶縁するインシュレータの厚みを厚く設定して、積層厚偏差等を吸収しインシュレータによる絶縁を確保することが実用化されているが、この構成では巻線の周長が長くなって銅損が多くなってしまい、積層厚偏差の吸収はできるものの、効率低下問題を十分に解消することができない、という課題が残っていた。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、コストアップや積層厚偏差を見越したインシュレータとすることなく安価で高性能な圧縮機を提供することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、圧縮機構部と電動機部とを備えた圧縮機において、前記電動機部の固定子は固定子鉄心の固定子板積層方向両端面と鉄心スロットとの表面部分に電気絶縁材料からなるインシュレータを一体成型した構成としてある。

これにより、固定鉄心を絶縁するインシュレータは固定子鉄心の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット表面に沿う形状で固定鉄心に一体化する形となり、固定子板の板厚差により生じる積層厚偏差を吸収する形で固定子を覆うことになる。

したがって、固定子板の素材板の厚みを事前に把握することなく板厚差のある固定子板をそのまま積層しても積層厚偏差や曲がりのない固定子鉄心とすることができ、固定子素材板のロット毎に板厚偏差を測定したり、固定子板の板厚の薄い部分に突起を設けたりする必要がなくなり、生産コストを大幅に削減することができる。しかも、固定子板の積層厚偏差を見越してインシュレータの厚さを厚くしたり、長くしたりする必要もなくなるので、インシュレータの厚さや長さを必要最小限のものとして巻線の周長を短くし、銅損を低減して効率を向上させることができる。

本発明は、上記構成により、コストアップや積層厚偏差を見越したインシュレータとすることなく電動機の効率を向上させて安価で高性能な圧縮機とすることができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図同実施の形態１における圧縮機の電動機部を構成する固定子の斜視図同実施の形態１における圧縮機の電動機部の固定子から巻線を除去した状態を示す固定鉄心の斜視図同実施の形態１における圧縮機の電動機部の固定子を構成する固定鉄心の斜視図図２のＡ−Ａ断面図同実施の形態１における圧縮機の電動機部の固定子を構成する固定鉄心の巻線部分を示す拡大断面図同実施の形態１における圧縮機の電動機部を構成する固定子の要部平面図図７のＢ部を示す拡大図本発明の実施の形態２における圧縮機の電動機部の固定子を構成する固定鉄心の巻線部分を示す拡大断面図

第１の発明は、圧縮機構部と電動機部とを備えた圧縮機において、前記電動機部の固定子は固定子鉄心の固定子板積層方向両端面と鉄心スロットとの表面部分に電気絶縁材料からなるインシュレータを一体成型した構成としてある。

したがって、固定子板の素材板の厚みを事前に把握することなく板厚差のある固定子板をそのまま積層しても積層厚偏差や曲がりのない固定子鉄心とすることができ、固定子素材板のロット毎に板厚偏差を測定したり、固定子板の板厚の薄い部分に突起を設けたりする必要がなくなり、生産コストを大幅に削減することができる。しかも、固定子板の積層厚偏差を見越してインシュレータの厚さを厚くしたり、長くしたりする必要もなくなるので、インシュレータの厚さや長さを必要最小限のものとして巻線の周長を短くし、銅損を低減して効率を向上させることができる。その結果、安価で高性能な圧縮機とすることができる。

第２の発明は、圧縮機構部と電動機部とを備え、前記電動機部の固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心の磁極に巻装した巻線と、前記固定子鉄心と巻線との間を絶縁するインシュレータとからなり、前記インシュレータは、固定子鉄心の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部に鉄心スロットの表面を覆うインシュレータスロット部を一体成型した構成としてある。

これにより、前記第１の発明と同様、固定鉄心を絶縁するインシュレータは固定子鉄心の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット表面に沿う形状で固定鉄心に一体化する形となり、固定子板の板厚差により生じる積層厚偏差を吸収する形で固定子を覆うことになる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記固定子鉄心のインシュレータは固定子鉄心の鉄心スロット表面を覆うインシュレータスロット部の板厚を固定子鉄心の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部の板厚より薄くした構成としてある。

これにより、鉄心スロットのスロット面積を効果的に広くすることができて巻線の巻き数を増やすことができ、その分効率を向上させて圧縮機の高性能化を促進することができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記固定子鉄心のインシュレータは固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部の板厚を２ｍｍ以下とした構成としてある。

これにより、固定子の固定子板積層方向両端面間の全長寸法を小さくすることができ、インシュレータ主部を介する形で固定子鉄心のティースに巻き付ける巻線の周長をより短くし、銅損を低減して効率を向上させ、圧縮機を高性能化することができる。

第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記インシュレータはスーパーエンプラの液晶ポリマーで形成した構成としてある。

これにより、スーパーエンプラの液晶ポリマーが持つ良好な流動性を生かしてインシュレータとなる材料の流動性を高め、インシュレータスロット部をより薄いものとすることができるとともに、インシュレータが複雑な形状で、且つ、固定子板積層方向両端面のインシュレータ主部とインシュレータスロット部とを一体化していても、インシュレータ主部とインシュレータスロット部の全域の材料密度を均質で巣のないものとすることができる。よって、鉄心スロットのスロット面積をより広いものとして巻線の巻き数を増やし、さらなる圧縮機の高性能化を実現することができるとともに、インシュレータによる絶縁性能を良好なものとして圧縮機の信頼性も高いものとすることができる。

第６の発明は、第１〜第５の発明において、前記固定子のティース内周面側の両端縁部には肉盗み部を設け、この肉盗み部にインシュレータのインシュレータスロット部の一部が回り込んで前記肉盗み部を覆う構成としてある。

これにより、固定子鉄心のティースに巻付けた巻線とティース内周面との間の沿面距離を確保して絶縁を確実なものとし、圧縮機の信頼性をより高めることができる。

第７の発明は、第１〜第６の発明において、前記インシュレータはインシュレータ主部の巻線側の面に複数のスリット溝を設けた構成としてある。

これにより、インシュレータ主部の歪変形を防止することができ、その分板厚方向の厚み寸法を低減して巻線の周長を短くし、巻線の巻き数を増加させることができ、効率を向上させて圧縮機を高性能化することができる。

第８の発明は、第１〜第７の発明において、前記固定子鉄心を構成する固定子板の板厚は０．３ｍｍ以下の薄板とした構成としてある。

これにより、固定子板の薄板化による積層厚偏差影響を解消しつつ固定子鉄心で発生する損失を減らし、効率を向上させることができ、より高性能な圧縮機とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における圧縮機の縦断面図である。

本実施の形態の圧縮機は、密閉容器１内に電動機部２と圧縮機構部３を設けて構成してある。密閉容器１は、円筒状のハウジング４と、このハウジング４の開口を閉塞する上部カバー５、下部カバー６から構成されている。そして、上記密閉容器１の下部に配置された電動機部２と上部の圧縮機構部３は回転軸７によって連結されている。

なお、密閉容器１の上部カバー５には、電動機部２に電力を供給するための端子８が設けられている。そして、密閉容器１の底部には、潤滑用のオイルを保持するためのオイル溜まり９が形成されている。

圧縮機構部３は、密閉容器１内に溶接固定した主軸受部材１０と、この主軸受部材１０上にボルト止めした固定スクロール１１と、上記固定スクロール１１と噛み合って当該固定スクロール１１との間に圧縮室１２を形成する旋回スクロール１３とで構成してある。

電動機部２は、固定子１４と回転子１５とで構成されている。回転子１５は、回転軸７に固定され回転軸７とともに回転する。回転軸７は、主軸受部材１０と下軸受部材１６とにより回転自在に支持されている。

上記電動機部２は、固定子１４の内部に回転子１５を備えた突極集中巻方式のＤＣブラシレスモータ（ノズルで銅線を巻いていく直巻（ノズル巻）ＤＣブラシレスモータ）で構成してあり、回転子１５がインバータ回路部（図示せず）によってインバータ駆動される。

電動機部２がインバータ駆動され、回転軸７が回転すると、回転軸７の偏心軸部７ａを介して旋回スクロール１３が偏心回転し、固定スクロール１１と旋回スクロール１３との間に形成されている圧縮室１２が容積を縮めながら移動して、吸入管１７から吸入した冷媒ガスを圧縮する。所定の圧力に圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１１の中央部の吐出孔１８からリード弁１９を押し開けて、密閉容器１内に吐出される。これにより、冷媒ガスの吸入、圧縮が繰り返され、圧縮された冷媒ガスが吐出管２０を介して外部に吐出される。

次に、上記電動機部２の固定子１４の構造について図２〜図８を用いて説明する。

図２は実施の形態１における圧縮機の電動機部を構成する固定子の斜視図、図３は同圧縮機の電動機部の固定子から巻線を除去した状態を示す固定鉄心の斜視図、図４は同圧縮機の電動機部の固定子を構成する固定鉄心の斜視図、図５は図２のＡ−Ａ断面図、図６は圧縮機の電動機部の固定子を構成する固定鉄心の巻線部分を示す拡大断面図、図７は圧縮機の電動機部を構成する固定子の要部平面図、図８は図７のＢ部を示す拡大図である。

本実施の形態の固定子１４は、薄い電磁鋼鈑、この例では板厚０．３ｍｍ以下の電磁鋼鈑をプレスにより打ち抜き形成した固定子板２１を積層して構成した固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２の磁極２２ａに巻装した巻線２３と、前記固定子鉄心２２と巻線２３との間を絶縁するインシュレータ２４とからなる。

前記固定子１４のインシュレータ２４は、本実施の形態では、図３に示すように、固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面（図３では固定子鉄心２２の上下両端面）を覆うインシュレータ主部２４ａと鉄心スロット２２ｂ（図４参照）を覆うインシュレータスロット部２４ｂとを一体成型した構成としてあり、固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット表面に沿う形状で固定子鉄心２２に一体化している。

即ち、本実施の形態のインシュレータ２４は、図３に示す状態の固定子鉄心２２を上金型（図示せず）と下金型（図示せず）との間に入れ、この上金型と下金型との間に電気絶縁性樹脂材料を流し込んでインシュレータ主部２４ａとインシュレータスロット部２４ｂとを一体成型してある。

ここで、上記インシュレータ２４となる電気絶縁性樹脂材料は流動性を考慮して数ある樹脂の中から特にスーパーエンプラの液晶ポリマーを用いている。

また、前記固定子鉄心２２のインシュレータ２４は、図５に示すように、固定子鉄心２２の鉄心スロット２２ｂを覆うインシュレータスロット部２４ｂの厚みを固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部２４ａの厚みより薄くした構成としてある。

この例では、前記固定子鉄心２２のインシュレータ２４は、固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部２４ａの厚みを２ｍｍもしくは２ｍｍ以下とし、インシュレータスロット部２４ｂの厚みを０．５ｍｍもしくは０．５ｍｍ以下としてある。

前記固定子１４のティース内周面側の両端縁部には、図７、図８に示すように、肉盗み部２５を設け、この肉盗み部２５にインシュレータ２４のインシュレータスロット部２４ｂの一部２４ｂｂが回り込んで前記肉盗み部２５を覆う構成としてある。

なお、前記固定子鉄心２２を構成する固定子板２１の板厚は０．３ｍｍ以下、この例では０．３ｍｍとした構成としてある。

また、回転子１５は固定子板２１と同じ板厚の電磁鋼鈑を打ち抜きして共取りした回転子板２６を積層して構成してあり、永久磁石（図示せず）を備えている。

以上のように構成した圧縮機は、電動機部２を構成する固定子１４が、固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット２２ｂとの表面部分に合成樹脂製のインシュレータ２４を一体成型した構成としてあるから、高性能な圧縮機とすることができる。

詳述すると、前記電動機部２の固定子１４の固定子鉄心２２と巻線２３との間を絶縁するインシュレータ２４は、固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部２４ａと鉄心スロット２２ｂの表面を覆うインシュレータスロット部２４ｂとを一体成型しているので、インシュレータ主部２４ａの板厚が固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面に沿う形状となり、固定子板２１の板厚差により生じる積層厚偏差を吸収して固定子を覆う形となっている。つまり、上記インシュレータ２４は固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面と鉄心スロット表面に沿う形状で固定子鉄心２２に一体化して、固定子板２１の板厚差により生じる積層厚偏差を吸収しつつ固定子鉄心２２を覆う形となっている。

したがって、固定子板２１の素材板厚を事前に把握することなく板厚差のある固定子板２１をそのまま積層しても積層厚偏差や曲がりのない固定子鉄心２２とすることができ、固定子素材板のロット毎に板厚偏差を測定したり、固定子板２１の板厚の薄い部分に突起を設けたりする必要がなくなる。よって、生産コストを大幅に削減することができる。そして、固定子板２１の積層厚偏差等のない固定子鉄心２２とすることができるので、電動機部２の効率を向上させ、高性能な圧縮機とすることができる。

また、固定子板２１の積層厚偏差を見越してインシュレータ主部２４ａの厚さを厚くしたり、インシュレータスロット部２４ｂの長さを長くしたりする必要もなくなるので、インシュレータ２４の厚さや長さを必要最小限のものとして巻線２３の周長を短くすることで銅損を低減し、積層厚偏差解消のための効率低下を招くようなことなく効率を向上させることができる。

特に、本実施の形態では、前記固定子鉄心２２のインシュレータ２４は固定子鉄心２２の鉄心スロット２２ｂの表面を覆うインシュレータスロット部２４ｂの板厚を固定子鉄心２２の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部２４ａの板厚より薄くしてある。

これにより、鉄心スロット２２ｂのスロット面積を効果的に広くすることができ、巻線２３の巻き数を増やしてその分効率を向上させ、圧縮機の高性能化を促進することができる。

また、前記固定子鉄心２２のインシュレータ２４は固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部２４ａの板厚を２ｍｍ以下としてある。

これにより、固定子１４の固定子板積層方向両端面間の全長寸法を小さくすることができ、インシュレータ主部２４ａを介する形で固定子鉄心２２の磁極２２ａに巻き付ける巻線２３の周長をより短くし、銅損を低減して効率を向上させ、圧縮機を高性能化することができる。

また、前記インシュレータ２４はスーパーエンプラの液晶ポリマーで形成してある。

これにより、インシュレータ２４となる材料の流動性を高めてインシュレータスロット部２４ｂの厚さをより薄く、この例では、インシュレータスロット部２４ｂの厚みを０．５ｍｍ以下と薄くすることができ、既述したように鉄心スロット２２ｂのスロット面積をより広いものとして巻線２３の巻き数を増やし、効率を向上させて圧縮機のさらなる高性能化を実現することができる。

しかも、インシュレータ２４が複雑な形状で、且つ、固定子板積層方向両端面のインシュレータ主部２４ａとインシュレータスロット部２４ｂとが一体化したものであっても、スーパーエンプラの液晶ポリマーが持つ良好な流動性を生かして、インシュレータ主部２４ａとインシュレータスロット部２４ｂの全域の材料密度を均質で巣のないものとすることができる。よって、インシュレータ２４による絶縁性能を良好なものとすることができ、圧縮機の信頼性も高いものとすることができる。

また、前記固定子１４のティース内周面側の両端縁部には肉盗み部２５を設け、この肉盗み部２５にインシュレータ２４のインシュレータスロット部２４ｂの一部２４ｂｂが回り込んで前記肉盗み部２５を覆う構成としてある。

これにより、固定子鉄心２２の磁極２２ａに巻付けた巻線２３とティース内周面との間の沿面距離を図８のＢで示すように長くして絶縁を確実なものとし、圧縮機の信頼性をより高めることができる。

また、前記固定子鉄心２２を構成する固定子板２１の板厚は０．３ｍｍ以下とした構成としてある。

これにより、固定子鉄心２２の磁束密度を上げることができるので、固定子板２１の薄板化による積層厚偏差影響を解消しつつ効率を向上させることができ、より高性能な圧縮機とすることができる。

（実施の形態２）
図９は実施の形態２における圧縮機の電動機部を示す拡大断面図である。

本実施の形態における圧縮機は、インシュレータ主部２４ａの巻線２３側の面に複数のスリット溝２８を設けた構成としてある。

これにより、インシュレータ主部２４ａの歪変形を防止し、インシュレータ主部２４ａの強度と寸法精度を確保することができる。よって、その分、巻線２３の巻き数を増加させることができ、効率を向上させて圧縮機を高性能化することができる。

なお、その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

以上、本発明に係る圧縮機について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、スクロール式の圧縮機を例にして説明したが、これはロータリ式圧縮機であってもよいし、他の圧縮形式、例えば、レシプロ式などの容積式圧縮機、もしくは、遠心式圧縮機等、いずれの圧縮機であってもよいものである。

以上のように、本発明は、コストアップや積層厚偏差を見越したインシュレータとすることなく電動機の効率を向上させて安価で高性能な圧縮機とすることができる。したがって、空調機、冷凍機、給湯機等、各種機器の冷凍システムの圧縮機として使用することができる。

１密閉容器
２電動機部
３圧縮機構部
４ハウジング
７回転軸
７ａ偏心軸部
９オイル溜まり
１０主軸受部材
１１固定スクロール
１２圧縮室
１３旋回スクロール
１４固定子
１５回転子
１６下軸受部材
１７吸入管
１８吐出孔
１９リード弁
２０吐出管
２１固定子板
２２固定子鉄心
２２ａ磁極
２２ｂ鉄心スロット
２３巻線
２４インシュレータ
２４ａインシュレータ主部
２４ｂインシュレータスロット部
２４ｂｂ一部
２５肉盗み部
２６回転子板
２８スリット溝

Claims

圧縮機構部と電動機部とを備え、前記電動機部の固定子は固定子鉄心の固定子板積層方向両端面と鉄心スロットとの表面部分に電気絶縁材料からなるインシュレータを一体成型した圧縮機。
圧縮機構部と電動機部とを備え、前記電動機部の固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心のティースに巻装した巻線と、前記固定子鉄心と巻線との間を絶縁するインシュレータとからなり、前記インシュレータは、固定子鉄心の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部に鉄心スロットの表面を覆うインシュレータスロット部を一体成型した圧縮機。
インシュレータは、固定子鉄心の鉄心スロット表面を覆うインシュレータスロット部の板厚を固定子鉄心の固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部の板厚より薄くした請求項１又は２に記載の圧縮機。
固定子鉄心のインシュレータは、固定子板積層方向両端面を覆うインシュレータ主部の板厚を２ｍｍ以下とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
インシュレータは、スーパーエンプラの液晶ポリマーで形成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機。
固定子のティース内周面側の両端縁部には肉盗み部を設け、この肉盗み部にインシュレータのインシュレータスロット部の一部が回り込んで前記肉盗み部を覆う請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機。
インシュレータはインシュレータ主部の巻線側の面に複数のスリット溝を設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮機。
固定子鉄心を構成する固定子板の板厚は０．３ｍｍ以下とした請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧縮機。