JP2023019881A - 電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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JP2021124936A JP2023019881A (ja) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置 |
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