JP2023019881A - 電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の冷却に優れ、巻線における電気エネルギーの損失が低減された、より高効率な電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】電動機１２のティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向Ｒに突出する回転方向第一突出部５１と、回転子２２の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部５２と、を有し、絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、回転方向第一突出部５１に覆い被さる回転方向第二突出部６５と、逆転方向第一突出部５２に覆い被さる逆転方向第二突出部６６と、を有している。逆転方向第二突出部６６は、固定子２１のスロット４９に繋がる第一孔部７１を有している。
【選択図】 図３

Description

本発明に係る実施形態は、電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置に関する。

固定子と、固定子の内側に配置される回転子と、を備える電動機が知られている。固定子は、円筒状のヨーク、およびヨークの内周部に周方向に間隔をあけて配列する複数のティースを有する固定子鉄心と、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。

絶縁端板は、ティースに対向して配置される胴部と、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と、を有している。

特開２０２０－３６４５４号公報

電動機の巻線は、抵抗成分により発生する損失、いわゆる銅損を有している。銅損は、電流に依存し、銅損によって失われる電気エネルギーは、巻線を発熱させる。巻線の発熱が抑制されれば、電動機の効率は向上する。そこで一般に、圧縮機に用いられる電動機の巻線は、圧縮機内を流れる冷媒によって冷却されている。

しかしながら、従来の電動機は、巻線の冷却に改善の余地を有している。

そこで、本発明は、巻線の冷却に優れ、巻線における電気エネルギーの損失が低減された、より高効率な電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る電動機は、筒状の固定子と、前記固定子の内側に配置される回転子と、を備え、前記固定子は、筒状のヨーク、および前記ヨークの内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティースを有する鉄心と、前記鉄心のそれぞれの端面に設けられる複数の絶縁端板と、前記ティースのそれぞれと前記絶縁端板とに巻き付けられる巻線と、隣り合う前記ティースの間のそれぞれのスロットに配置されてそれぞれの前記巻線とそれぞれの前記ティースとの間に挟み込まれる複数の絶縁シートと、を有している。前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、それぞれの前記ティースの先端部は、前記回転子の回転方向に突出する回転方向第一突出部と、前記回転子の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部と、を有し、前記絶縁端板は、前記回転方向第一突出部に覆い被さる回転方向第二突出部と、前記逆転方向第一突出部に覆い被さる逆転方向第二突出部と、を有し、前記逆転方向第二突出部は、前記スロットに繋がる第一孔部、または前記スロットに繋がり、かつ前記巻線の方へ開放された第一凹部を有している。

また、本発明の実施形態に係る圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮可能な圧縮機構部と、前記密閉容器に収容され、かつ前記圧縮機構部を駆動させる前記電動機と、を備えている。

さらに、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、前記圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張装置、および前記吸熱器を接続して冷媒を流通させる冷媒配管と、を備えている。

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機の概略的な図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子の斜視図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子の平面図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心の平面図。 巻線に作用するローレンツ力の解析例の一例を示すベクトル図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子の拡大平面図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心と絶縁端板との他の例の平面図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心と絶縁端板との他の例の平面図。 本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心と絶縁端板との他の例の平面図。

本発明に係る電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置の実施形態について図１から図９を参照して説明する。なお、複数の図面中、同じまたは相当する構成には同一の符号が付されている。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機の概略的な図である。

図１に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、密閉型の圧縮機２と、放熱器３と、膨張装置５と、吸熱器６と、アキュームレータ７と、冷媒配管８と、を備えている。冷媒配管８は、圧縮機２と放熱器３と膨張装置５と吸熱器６とアキュームレータ７とを順次に接続して冷媒を流通させる。

圧縮機２は、冷媒配管８を通じて吸熱器６を通過した冷媒を吸い込み、圧縮し、冷媒配管８を通じて高温高圧の冷媒を放熱器３へ吐き出す。

圧縮機２は、縦置きされる円筒形状の密閉容器１１と、密閉容器１１内の上半部に配置される電動機１２と、密閉容器１１内の下半部に配置される圧縮機構部１３と、電動機１２の回転駆動力を圧縮機構部１３へ伝達する回転軸１５と、回転軸１５を回転自在に支持する主軸受１６と、主軸受１６と協働して回転軸１５を回転自在に支持する副軸受１７と、を備えている。

密閉容器１１は、上下方向に延びる円筒形状の胴部１１ａと、胴部１１ａの上端部を塞ぐ半球状または楕円状の鏡板１１ｂと、胴部１１ａの下端部を塞ぐ半球状または楕円状の鏡板１１ｃと、を備えている。

密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂは、冷媒の吐出用の吐出管８ａを備えている。吐出管８ａは冷媒配管８に繋がれている。また、密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂは、電力供給用の密封端子部１８を備えている。

電動機１２は、圧縮機構部１３を回転させる駆動力を発生させる。電動機１２は、例えば三相誘導電動機である。電動機１２は、密閉容器１１の内壁に固定される筒状の固定子２１と、固定子２１の内側に配置され、かつ回転軸１５に固定される回転子２２と、固定子２１から引き出されて密封端子部１８に接続される複数の口出し線２３と、を備えている。

回転子２２は、磁石収容孔（図示省略）を有する回転子鉄心２５と、磁石収容孔に収容される永久磁石と、を備えている。回転子２２は、固定子２１に対して回転可能であり、かつ回転軸１５に支持されている。回転子２２および回転軸１５の回転中心線Ｃは、実質的に固定子２１の中心線Ｐに一致している。

複数の口出し線２３は、密封端子部１８を通じて固定子２１に電力を供給する配線であり、いわゆるリード線である。口出し線２３は、電動機１２の種類に応じて複数配線される。口出し線２３がオープン巻線型で利用される場合には、U相、V相、W相毎にそれぞれ２本、つまり合計６本の口出し線２３が配線される。電動機１２がスター結線で利用される場合には、U相、V相、W相にそれぞれ１本、つまり合計３本の口出し線２３が配線される。

回転軸１５は、電動機１２と圧縮機構部１３とを連結している。回転軸１５は、電動機１２が発生させる回転駆動力を圧縮機構部１３に伝達する。

回転軸１５の中間部分１５ａは、電動機１２と圧縮機構部１３とを繋ぎ、主軸受１６によって回転可能に支持されている。回転軸１５の下端部分１５ｂは、副軸受１７によって回転可能に支持されている。主軸受１６および副軸受１７は、圧縮機構部１３の一部でもある。換言すると、回転軸１５は、圧縮機構部１３を貫通している。

また、回転軸１５は、主軸受１６に支持されている中間部分１５ａと副軸受１７に支持されている下端部分１５ｂとの間に、偏心部２６を備えている。偏心部２６は、回転軸１５の回転中心線に不一致な中心を有する円盤、あるいは円柱である。

圧縮機構部１３は、冷媒、つまり単一冷媒または混合冷媒を圧縮することができる。電動機１２が回転軸１５を回転駆動することによって、圧縮機構部１３は、冷媒配管８からガス状の冷媒を吸込んで圧縮し、かつ密閉容器１１内に吐出する。

圧縮機構部１３は、円形のシリンダー室３１を有するシリンダー３２と、シリンダー室３１内に配置される環状のローラー３３と、ローラー３３の外周面に接して往復動し、シリンダー室３１内を吸込室と圧縮室とに仕切るブレード３５と、を備えている。

シリンダー３２は、密閉容器１１に複数箇所で溶接、例えばスポット溶接によって固定されている。

シリンダー室３１は、シリンダー３２の内側の空間であって、主軸受１６および副軸受１７によって閉鎖されている。シリンダー室３１は、回転軸１５の偏心部２６を収容している。

主軸受１６は、ボルトなどの締結部材３８によってシリンダー３２に固定されている。主軸受１６には、シリンダー室３１内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構（図示省略）と、吐出弁機構に覆い被さる吐出マフラー３７と、が設けられている。吐出弁機構は、圧縮機構部１３の圧縮作用にともないシリンダー室３１内の圧力と吐出マフラー３７内の圧力との圧力差が所定値に達したときに吐出ポートを開放して、圧縮された冷媒を吐出マフラー３７内に吐出する。吐出マフラー３７は、吐出マフラー３７の内外を繋ぐ吐出孔（図示省略）を有している。吐出マフラー３７内に吐出された圧縮冷媒は、吐出孔を通じて密閉容器１１内へ吐出される。

副軸受１７は、ボルトなどの締結部材３８によってシリンダー３２に固定されている。

ローラー３３は、偏心部２６の周面に嵌合されている。ローラー３３の外周面は、シリンダー室３１の内周面に線接触している。ローラー３３は、回転軸１５の回転にともなって、その外周面をシリンダー室３１の内周面に線接触させながら偏心運動する。

なお、ローラー３３とシリンダー３２との接触は直接的な接触ではなく、潤滑油３９の油膜（図示省略）を介在させた間接的なものであるが、説明の便宜のために、これら油膜を介した接触を単に「接触」と表現する。ローラー３３と偏心部２６との間、ローラー３３と主軸受１６との間、およびローラー３３と副軸受１７との間も同じである。

吸込管７ａは、密閉容器１１を貫いて、シリンダー３２のシリンダー室３１に接続されている。シリンダー３２は、吸込管７ａに繋がってシリンダー室３１に到達する吸込孔（図示省略）を有している。

密閉容器１１の下部は潤滑油３９で満たされている。圧縮機構部１３の大部分は、密閉容器１１内の潤滑油３９中に浸されている。

次いで、電動機１２の固定子２１について詳しく説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子の斜視図である。

図３は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子の平面図である。

図４は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心の平面図である。

図２から図４に示すように、本実施形態に係る電動機１２は、三相９スロットタイプである。説明を容易にするために以下、三相９スロットタイプの電動機１２について説明する。なお、電動機１２は、三相３Ｎスロットタイプ（Ｎは正の整数）であれば良い。本実施形態に係る電動機１２のようにＮ＝３であっても良いし、Ｎ≧４であっても良いし、Ｎ≦２であっても良い。つまり、電動機１２は、三相３スロットタイプであっても良いし、三相１２スロットタイプであっても良いし、三相１５スロットタイプであっても良いし、それら以上のスロットを有していても良い。

本実施形態に係る電動機１２の固定子２１は、集中巻固定子である。固定子２１は、筒状のヨーク４１（いわゆる継鉄）、およびヨーク４１の内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティース４２を有する固定子鉄心４３と、固定子鉄心４３のそれぞれの端面４３ａ、４３ｂに設けられる複数の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂと、ティース４２のそれぞれと絶縁端板４５Ａ、４５Ｂとに巻き付けられる巻線４７と、それぞれの巻線４７とそれぞれのティース４２との間に挟み込まれる複数の絶縁シート４８と、を備えている。

固定子２１の中心線Ｐの延伸方向を「軸方向」と呼ぶ。固定子２１の中心線Ｐは、実質的に回転子２２の回転中心線Ｃに一致している。また、固定子２１の中心線Ｐに直交する平面において、固定子２１の中心線Ｐを通る方向を「径方向」と呼び、固定子２１の中心線Ｐを中心とする円周方向、つまり径方向に直交する方向を「周方向」と呼ぶ。

固定子鉄心４３は、電磁鋼板の積層体である。固定子鉄心４３は、軸方向に積層され、かつ一体化された複数の薄板（図示省略）を有している。それぞれの薄板は、例えばプレスで打ち抜かれた電磁鋼板である。固定子鉄心４３は、平行な一対の端面４３ａ、４３ｂを有している。一対の端面４３ａ、４３ｂの法線は、軸方向に延びている。固定子鉄心４３の一方の端面４３ａは、固定子２１の上方側の面、つまり、密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂに近い。固定子鉄心４３の他方の端面４３ｂは、固定子２１の下方側の面、つまり、密閉容器１１の下方側の鏡板１１ｃに近く、かつ一方の端面４３ａよりも圧縮機構部１３に近い。一方の端面４３ａには、絶縁端板４５Ａが設けられ、他方の端面４３ｂには、絶縁端板４５Ｂが設けられている。

ヨーク４１、および周方向に隣接する２つのティース４２は、スロット４９を画定している。スロット４９は、ティース４２と同数ある。スロット４９は、固定子２１の中心線Ｐに平行に延び、かつ固定子鉄心４３の一対の端面４３ａ、４３ｂ、および隣接する２つのティース４２のティース先端部４２ｂの間に開放される空間である。

筒状のヨーク４１の中心線は、固定子２１の中心線Ｐに一致している。

複数のティース４２は、固定子２１の周方向へ実質的に等間隔、かつ放射状に並んでいる。それぞれのティース４２は、固定子２１の径方向内側へ向かってヨーク４１から延びている。それぞれのティース４２は、固定子２１の径方向内側へ向かってヨーク４１から突出するティース基部４２ａと、ティース４２の最内周部であるティース先端部４２ｂと、を有している。

ティース基部４２ａは、固定子２１の径方向へ延びる中心線に対して実質的に一定の幅寸法を有している。

それぞれのティース４２のティース先端部４２ｂは、ティース基部４２ａの最内周部の突出端部に一体である。ティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向（図２中の実線矢印Ｒ方向）へ突出する回転方向第一突出部５１と、ティース基部４２ａの先端から回転子２２の回転方向の逆方向へ突出する逆転方向第一突出部５２と、を有している。ティース先端部４２ｂは、ヨーク４１の内側を臨むティース先端面４２ｃを有している。ティース先端面４２ｃは、固定子２１を臨んでいる。

それぞれのティース先端面４２ｃは、固定子２１の中心線Ｐを中心とする円弧形状に形成されている。回転子２２は、複数のティース先端面４２ｃによって画定される回転子収容空間４３ｃ内に配置されている。回転子２２の外周面とティース先端面４２ｃとの間には、空隙が隔てられている。

また、固定子鉄心４３は、固定子鉄心４３の一方の端面４３ａから他方の端面４３ｂへ達する第一孔を有している。第一孔は、固定子鉄心４３の外周縁部、かつティース４２の根元部分に配置されている。第一孔は、固定子２１の中心線Ｐに実質的に平行して延びている。

絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer、Liquid Crystal Plastic、ＬＣＰ、半・全芳香族ポリエステル）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、またはポリアミド（ＰＡ）の一体成型品である。絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは同じ構成を有している。そこで、以下の説明では絶縁端板４５Ｂの説明を省略し、絶縁端板４５Ａについて説明する。

絶縁端板４５Ａは、環状の外壁部６１と、外壁部６１の内側に配置され、かつ間隔を空けて周方向へ並ぶ複数の内壁部６２と、外壁部６１とそれぞれの内壁部６２を連結する複数の架設部６３と、を備えている。

外壁部６１は、固定子２１の径方向に薄く、固定子２１の軸方向に延び、かつ固定子２１の周方向にひと続きのリングである。

それぞれの内壁部６２は、固定子２１の径方向に薄く、固定子２１の軸方向および固定子２１の周方向へ延びる円弧状の板体である。複数の内壁部６２は、環状に並んでいる。それぞれの内壁部６２は、回転子２２の回転中心線Ｃに沿う方向から見て、ティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部５１に覆い被さる回転方向第二突出部６５と、ティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部５２に覆い被さる逆転方向第二突出部６６と、を有している。回転方向第二突出部６５は、固定子２１の径方向内側、および固定子２１の周方向においてティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部５１に実質的に一致する形状を有する一方で、固定子２１の径方向外側へ向かってティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部５１よりも突出している。逆転方向第二突出部６６は、固定子２１の径方向内側、および固定子２１の周方向においてティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部５２に実質的に一致する形状を有する一方で、固定子２１の径方向外側へ向かってティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部５２よりも突出している。

架設部６３は、外壁部６１の内周面と内壁部６２の径方向外側の面との間に架け渡されている。

外壁部６１、複数の内壁部６２、および複数の架設部６３は、巻線４７を収容する複数の空間を区画している。それぞれの空間は、固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、ティース４２に重なっている

また、絶縁端板４５Ａは、固定子鉄心４３の端面４３ａに接する端面（図示省略）を有している。絶縁端板４５Ａの端面は、外壁部６１、内壁部６２、および架設部６３に跨がっている。

固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、複数の内壁部６２の径方向内側の面６２ａ（内周面６２ａ）に画定される空間４５ａは、固定子鉄心４３の回転子収容空間４３ｃに対向している。固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、外壁部６１、隣接する２つの内壁部６２および架設部６３によって画定される空間４５ｂは、固定子鉄心４３のスロット４９に対向している。

絶縁端板４５Ａの外壁部６１、内壁部６２、および架設部６３は、それぞれ固定子鉄心４３のヨーク４１、ティース４２のティース先端部４２ｂ、およびティース基部４２ａに隣り合うように配置されている。つまり、絶縁端板４５Ａの外壁部６１は、固定子鉄心４３のヨーク４１に隣り合わせに配置され、内壁部６２は、固定子鉄心４３のティース４２のティース先端部４２ｂに隣り合わせに配置され、架設部６３は、固定子鉄心４３のティース４２のティース基部４２ａに隣り合わせに配置されている。

なお、内壁部６２の内周面６２ａは、ティース４２のティース先端面４２ｃより回転子２２側、つまり径方向内側に突出しない。また、外壁部６１の径方向外側の面６１ａ（外周面６１ａ）は、ヨーク４１の外周面４１ａより外側、つまり径方向外側に突出しない。

ティース先端面４２ｃは、固定子鉄心４３の内周面であり、ヨーク４１の外周面４１ａは、固定子鉄心４３の外周面である。内壁部６２の内周面６２ａは、絶縁端板４５Ａの内周面であり、外壁部６１の外周面６１ａは、絶縁端板４５Ａの外周面である。

それぞれの絶縁シート４８は、それぞれのスロット４９に挿入されている。絶縁シート４８は、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）をシート状に形成したものである。絶縁シート４８は、固定子鉄心４３の軸方向へ固定子鉄心４３の端面４３ａ、４３ｂよりも突出している。固定子鉄心４３の端面４３ａ、４３ｂから固定子鉄心４３の軸方向へ突出している絶縁シート４８の縁の部分は、絶縁端板４５Ａ、４５Ｂに重なっている。そのため、絶縁シート４８は、固定子鉄心４３の端面４３ａと絶縁端板４５Ａとの境界部分、および固定子鉄心４３の端面４３ｂと絶縁端板４５Ｂとの境界部分における絶縁不良を防止することができる。

巻線４７は、集中巻き方式により、固定子鉄心４３のティース４２のティース基部４２ａ、絶縁端板４５Ａの架設部６３、および絶縁端板４５Ｂの架設部６３に巻き付けられている。巻線４７は、固定子鉄心４３のスロット４９を通じて一対の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの間に巻き付けられている。

電動機１２の回転子２２は、通電された巻線４７に発生するローレンツ力によって回転駆動する。この巻線４７に発生するローレンツ力は、周期的に変動する。そこで、発明者らは、回転子２２の回転駆動にともなって巻線４７に作用するローレンツ力を解析した。

図５は、巻線に作用するローレンツ力の解析例の一例を示すベクトル図である。

図５に示すように、それぞれのティース４２のティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向（図５中の実線矢印Ｒ方向）に突出する回転方向第一突出部５１と、回転子２２の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部５２と、を有している。

なお、図５の解析モデルにおける回転方向第一突出部５１と逆転方向第一突出部５２とは、回転子２２の回転中心Ｃから径方向へ延びてティース４２を回転子２２の回転方向Ｒへ二分する仮想線ＶＬを対称線とする対称形状を有している。仮想線ＶＬは、ティース４２の中心線である。

巻線４７に作用するローレンツ力は、図５中に符号のない、長さと向きの異なる多数の実線矢印、つまりベクトルで示されている。

巻線４７に加わるローレンツ力は、巻線４７に通電され電流の周波数にともなって変動する。発明者らの解析によって、巻線４７に加わるローレンツ力の変動幅は、巻線４７の部位毎に偏りを有することが分かった。このローレンツ力の変動幅は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍において特に大きい。逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍におけるローレンツ力の大きな変動は、巻線４７を顕著に発熱させる。一方、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍を含む巻線４７の他の部位では、ローレンツ力の変動幅は、それほど過大ではない。したがって、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍を含む巻線４７の他の部位では、巻線４７は、それほど大きく発熱しない。

なお、ローレンツ力は、回転子２２の回転駆動と巻線４７への通電とで発生する電機子磁束の変動にともなって増減し、方向を変化させる。図５は、回転子２２の回転のある時点でのローレンツ力の状態を図示したものである。説明の便宜のため、以下、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の巻線４７を、巻線４７の高ローレンツ力発生領域ＨＬＡと呼ぶ。巻線４７の高ローレンツ力発生領域ＨＬＡの発熱量は、巻線４７の他の部位の発熱量よりも大きい。したがって、巻線４７の高ローレンツ力発生部位を重点的に冷却することで、巻線４７における電気エネルギーの損失が低減され、電動機１２の効率を向上させることができる。

図６は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子の拡大平面図である。

そこで、図３および図６に示すように、本実施形態に係る電動機１２の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの逆転方向第二突出部６６は、スロット４９に繋がる第一孔部７１を有している。

第一孔部７１は、固定子２１の軸方向へ穿たれて逆転方向第二突出部６６を貫通し、スロット４９に繋がっている。固定子２１を軸方向から見ると、第一孔部７１を通じてスロット４９を見通すことができる。第一孔部７１は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍に通じている。

スロット４９は、固定子２１の軸方向、および径方向内側へ向かって開放されている。そのため、圧縮機構部１３から吐出された冷媒は、スロット４９内で隣り合う巻線４７の隙間および固定子２１と回転子２２との隙間を通じて圧縮機構部１３から吐出管８ａへ向かって、下方から上方へ向かって流れる。このとき、固定子２１の内側では回転子２２が回転しているため、固定子２１と回転子２２との隙間を通る冷媒は、回転子２２の回転に引き込まれる。この回転子２２による冷媒の引き込みは、冷媒の粘性によってスロット４９内で隣り合う巻線４７の隙間を通過する冷媒にも作用し、この隙間に固定子２１の軸方向へ螺旋状に旋回する流れを生じさせる（図６の二点鎖線矢印Ｆ）。

なお、説明の便宜のため、以下、スロット４９内で隣り合う巻線４７の隙間を「巻線間隙間」と呼び、固定子２１と回転子２２との隙間を「環状隙間」と呼ぶ。

巻線間隙間における冷媒の螺旋流は、図６の二点鎖線矢印Ｆに示すように、回転子２２の回転方向（図６中の実線矢印Ｒ方向）の逆方向へ渦を巻く。この渦は、逆転方向第一突出部５２の根元の近傍から巻線４７に沿ってヨーク４１へ向かい、ヨーク４１の内周面に沿って隣の巻線４７へ向かう。その後、渦はさらにヨーク４１から巻線４７に沿って回転方向第一突出部５１の根元の近傍へ向かう。回転方向第一突出部５１の根元の近傍に達した渦は、環状隙間の流れに引き込まれるようにして再び逆転方向第一突出部５２の根元の近傍へ向かい、旋回を続ける。そして、逆転方向第一突出部５２の根元の近傍、および回転方向第一突出部５１の根元の近傍では、突出部５１、５２と巻線４７との間に冷媒の流れが滞留しやすいポケット状の領域がある。このポケット状の領域における冷媒の停滞は、発熱量が高い、逆転方向第一突出部５２の根元の近傍の冷却を阻害する要因になる。なお、逆転方向第一突出部５２と巻線４７との間に生じるポケット状の領域Ｐ＿Ａを二点鎖線で図６に示した。

そこで、絶縁端板４５Ｂの第一孔部７１は、圧縮機構部１３から吐出された冷媒をスロット４９内の逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍へ誘い込み、また、絶縁端板４５Ａの第一孔部７１は、スロット４９内に流れ込んだ冷媒を逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍から円滑に流出させる。これら絶縁端板４５Ｂの第一孔部７１および絶縁端板４５Ａの第一孔部７１は、ポケット状の領域Ｐ＿Ａに通じ、固定子２１の中心線Ｐに沿う方向に見て、絶縁端板４５Ｂの第一孔部７１、絶縁端板４５Ａの第一孔部７１、およびポケット状の領域Ｐ＿Ａは、直線状に並び、見通すことができる。つまり、絶縁端板４５Ｂの第一孔部７１および絶縁端板４５Ａの第一孔部７１は、スロット４９内、かつ逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍における冷媒の流れを円滑にする。この逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍における円滑な冷媒の流れは、当該箇所の冷却を促進して巻線４７における電気エネルギーの損失を低減させる。

また、第一孔部７１を有する絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの逆転方向第二突出部６６は、巻線４７を巻き付ける固定子２１に巻き付ける際に、固定子２１の径方向内側へ向かって巻線４７が倒れ込むことを機械的に防ぎ、巻線４７の製造製を向上させる。

第一孔部７１は、巻線４７をワニス（バーニッシュ、Varnish）でコーティングする際にワニスを流し込む通路として利用することもできる。逆転方向第二突出部６６が、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の巻線４７へのワニスの供給を阻害する場合がある。そこで、第一孔部７１を塞がない範囲で巻線４７へワニスを供する通路として利用することができる。逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の巻線４７には、図５に示すようにローレンツ力が大きく作用する。そのため、第一孔部７１を介して十分な量のワニスを確実に供給し、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の巻線４７を確実にコーティングすることによって、電動機１２の絶縁性能を高め、かつ高寿命化に寄与できる。

図７は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心と絶縁端板との他の例の平面図である。

図７に示すように、本実施形態に係る電動機１２の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの逆転方向第二突出部６６は、スロット４９に繋がり、かつ巻線４７の方へ開放された第一凹部７２を有していても良い。

第一凹部７２は、固定子２１の軸方向へ穿たれて逆転方向第二突出部６６を貫通し、スロット４９に繋がっている。固定子２１を軸方向から見ると、第一凹部７２を通じてスロット４９を見通すことができる。第一凹部７２は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍に通じている。

第一凹部７２は、第一孔部７１と異なり、巻線４７の方へ開放されている。つまり、逆転方向第二突出部６６は、第一凹部７２の径方向内側を閉じる壁を有していない。第一凹部７２は、第一孔部７１に比べて圧力損失が低いので、冷媒が流れやすく、冷却性や巻線４７へのワニスの供給性にも優れている。

なお、第一凹部７２は、巻線４７が入り込まない形状を有することが好ましい。製造時に巻線４７を巻きまわす行程においては、巻線４７が第一凹部７２に脱落しないことが好ましい。

図８および図９は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子鉄心と絶縁端板との他の例の平面図である。

図８に示すように、本実施形態に係る電動機１２の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、第一孔部７１を有する逆転方向第二突出部６６と、第二孔部７５を有する回転方向第二突出部６５と、を備えていても良い。

第二孔部７５は、固定子２１の軸方向へ穿たれて回転方向第二突出部６５を貫通し、スロット４９に繋がっている。固定子２１を軸方向から見ると、第二孔部７５を通じてスロット４９を見通すことができる。第二孔部７５は、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍に通じている。

冷媒の滞留、巻線４７の発熱の観点で、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍よりも穏やかな環境に属しているが、第二孔部７５は、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍における冷媒の流れやすさを改善し、巻線４７の冷却をさらに促進させる。

なお、図９に示すように、本実施形態に係る電動機１２の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの回転方向第二突出部６５は、第一孔部７１に代わる第一凹部７２のように、スロット４９に繋がり、かつ巻線４７の方へ開放された第二凹部７６を有していても良い。

冷媒の滞留、巻線４７の発熱の観点で、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍よりも穏やかな環境に属しているので、第二孔部７５および第二凹部７６は、第一孔部７１および第一凹部７２よりも開口面積が小さくても良い。なお、開口面積とは、固定子２１の軸方向における第二孔部７５、第二凹部７６、第一孔部７１、および第一凹部７２の投影面積である。このような開口面積の大小関係は、第二孔部７５および第二凹部７６を通過する冷媒の流量を下げ、第一孔部７１および第一凹部７２を通過する冷媒の流量を上げる。つまり、相対的に回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍よりも逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍に、より多くの冷媒が振り分けわれる。そのような流量の差異は、温度が上昇しやすい逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の冷却を損なうことなく、回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍の冷却を両立させる。

また、電動機１２の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、第一孔部７１を有する逆転方向第二突出部６６と、第二凹部７６を有する回転方向第二突出部６５と、を有していても良いし、第一凹部７２を有する逆転方向第二突出部６６と、第二孔部７５を有する回転方向第二突出部６５と、を有していても良い。

さらに、第二孔部７５、第二凹部７６、第一孔部７１、および第一凹部７２は、固定子２１を軸方向において流路断面積が異なっていても良い。例えば、固定子鉄心４３に近づくほど流路断面積が小さくなるテーパー形状を有していても良い。テーパー形状の第二孔部７５、第二凹部７６、第一孔部７１、および第一凹部７２は、絶縁端板４５Ａ、４５Ｂの成型性を向上させ、冷媒の流れやすさを向上させ、ワニスの供給性を向上させる。

また、回転方向第二突出部６５は、固定子２１の径方向内側、固定子２１の周方向、および固定子２１の径方向外側においてティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部５１に実質的に一致する形状を有していても良い。逆転方向第二突出部６６は、固定子２１の径方向内側、固定子２１の周方向、および固定子２１の径方向外側においてティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部５２に実質的に一致する形状を有していても良い。そのような形状の回転方向第二突出部６５および逆転方向第二突出部６６は、孔部７１、７５や凹部７２、７６を有する第二突出部６５、６６同様に冷媒を流通させることができる。

以上で説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転子２２の回転中心線に沿う方向から見て、スロット４９に繋がる第一孔部７１、またはスロット４９に繋がり、かつ巻線４７の方へ開放された第一凹部７２を有する逆転方向第二突出部６６を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、スロット４９内、かつ逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍における冷媒の流れを円滑にする。この逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍における円滑な冷媒の流れは、当該箇所の冷却を促進して巻線４７における電気エネルギーの損失を低減させる。

また、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍の巻線４７を容易、かつ確実にコーティングして電動機１２の絶縁性能を高め、かつ高寿命化に寄与できる。

また、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転子２２の回転中心線に沿う方向から見て、スロット４９に繋がる第二孔部７５、またはスロット４９に繋がり、かつ巻線４７の方へ開放された第二凹部７６を有する回転方向第二突出部６５を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、第一孔部７１、および第一凹部７２が奏する効果を回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍においても発揮できる。

さらに、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転子２２の回転中心線に沿う方向から見て、第一孔部７１および第一凹部７２よりも開口面積が小さい第二孔部７５または第二凹部７６を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、逆転方向第一突出部５２の根元部分の近傍における冷却、および回転方向第一突出部５１の根元部分の近傍における冷却を、適宜に両立させる。

したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２によれば、巻線４７の冷却に優れ、巻線４７における電気エネルギーの損失を低減して、より効率を向上できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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…圧縮機、３…放熱器、５…膨張装置、６…吸熱器、７…アキュームレータ、７ａ…吸込管、８…冷媒配管、８ａ…吐出管、１１…密閉容器、１１ａ…胴部、１１ｂ、１１ｃ…鏡板、１２…電動機、１３…圧縮機構部、１５…回転軸、１５ａ…中間部分、１５ｂ…下端部分、１６…主軸受、１７…副軸受、１８…密封端子部、２１…固定子、２２…回転子、２３…口出し線、２５…回転子鉄心、２６…偏心部、３１…シリンダー室、３２…シリンダー、３３…ローラー、３５…ブレード、３８…締結部材、３７…吐出マフラー、３９…潤滑油、４１…ヨーク、４１ａ…ヨークの外周面、４２…ティース、４２ａ…ティース基部、４２ｂ…ティース先端部、４２ｃ…ティース先端面、４３…固定子鉄心、４３ａ、４３ｂ…固定子鉄心の端面、４３ｃ…回転子収容空間、４５Ａ、４５Ｂ…絶縁端板、４７…巻線、４８…絶縁シート、４９…スロット、５１…回転方向第一突出部、５２…逆転方向第一突出部、６１…絶縁端板の外壁部、６１ａ…外周面、６２…絶縁端板の内壁部、６２ａ…内周面、６３…絶縁端板の架設部、６５…回転方向第二突出部、６６…逆転方向第二突出部、７１…第一孔部、７２…第一凹部、７５…第二孔部、７６…第二凹部。

Claims (5)

1. 筒状の固定子と、
   前記固定子の内側に配置される回転子と、を備え、
   前記固定子は、
   筒状のヨーク、および前記ヨークの内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティースを有する鉄心と、
   前記鉄心のそれぞれの端面に設けられる複数の絶縁端板と、
   前記ティースのそれぞれと前記絶縁端板とに巻き付けられる巻線と、
   隣り合う前記ティースの間のそれぞれのスロットに配置されてそれぞれの前記巻線とそれぞれの前記ティースとの間に挟み込まれる複数の絶縁シートと、を有し、
   前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、
   それぞれの前記ティースの先端部は、前記回転子の回転方向に突出する回転方向第一突出部と、前記回転子の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部と、を有し、
   前記絶縁端板は、前記回転方向第一突出部に覆い被さる回転方向第二突出部と、前記逆転方向第一突出部に覆い被さる逆転方向第二突出部と、を有し、
   前記逆転方向第二突出部は、前記スロットに繋がる第一孔部、または前記スロットに繋がり、かつ前記巻線の方へ開放された第一凹部を有する電動機。
2. 前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、
   前記回転方向第二突出部は、前記スロットに繋がる第二孔部、または前記スロットに繋がり、かつ前記巻線の方へ開放された第二凹部を有する請求項１に記載の電動機。
3. 前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、
   前記第二孔部および前記第二凹部は、前記第一孔部および前記第一凹部よりも開口面積が小さい請求項２に記載の電動機。
4. 密閉容器と、
   前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮可能な圧縮機構部と、
   前記密閉容器に収容され、かつ前記圧縮機構部を駆動させる前記請求項１から３のいずれか１項に記載される電動機と、を備える圧縮機。
5. 請求項４に記載される圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張装置、および前記吸熱器を接続して冷媒を流通させる冷媒配管と、を備える冷凍サイクル装置。

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