JP3601131B2 - 電動圧縮機とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機などに組み込まれる冷媒と冷凍機油を封入した電動圧縮機に係り、特にインバータ電源で駆動される電動圧縮機とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空調機の電動圧縮機をインバータ電源で駆動する空調システムが増加している。インバータ電源の使用は、より快適な空調環境を実現するもので、空調システムの能力可変，省エネルギー，静音化を可能とし、またこれらに対する市場の要望はますます大きくなっている。電動圧縮機をインバータ電源で駆動することにより、たとえば始動時は電動圧縮機を最大回転速度で運転することにより空調システムの最大能力を引き出し、室温を設定温度にいち早く到達させることが可能となる。設定温度に到達した後は、電動圧縮機の回転速度を下げて空調システムの能力を最小限必要な能力に落として連続運転することにより、消費電力を小さくすると共に、電動圧縮機の回転速度が低いので運転音も静かになる。また、インバータ電源を使用しない一定速の電動圧縮機の場合は空調システムの能力を変えることができないので、電動圧縮機の起動と停止を繰り返して設定温度に対する室温の制御が必要であり、起動停止時の電動圧縮機の振動騒音や、設定温度に対する室温の変動が大きかった。しかし、インバータ電源で電動圧縮機を駆動する場合は電動圧縮機の回転速度を可変して空調システムの能力を広範囲且つ連続的に変えることができるので、電動圧縮機は適当な回転速度で連続運転させればよく、電動圧縮機の起動停止音もなく、設定温度に対する室温の変動も非常に少ない快適な空調が可能となる。
【０００３】
ところがインバータ電源で電動圧縮機を駆動する場合には、商用電源を使用する場合よりも漏れ電流が大きくなるという課題がある。図７は電動圧縮機の駆動に使用されるインバータ電源と商用電源の波形を比較したものであるが、インバータ電源の波形は多くの高調波成分を含むことがわかる。一方、電動圧縮機内部の電動機の溝絶縁を構成する絶縁フィルムは静電容量分をもっているが、そのインピーダンスは（数１）のように表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
（数１）によれば、インピーダンスＺは周波数ｆが高くなると小さくなるので、インバータ電源を使用した場合は、多くの高調波成分のためにインピーダンスＺが小さくなり、電流が前記静電容量分を介して巻線から接地されている鉄心へ漏れやすくなる。図５はインバータ電源で駆動される従来の電動圧縮機の漏れ電流の測定方法を説明するもので、インバータ電源２５からの印加電圧が電動圧縮機２１の対地絶縁されたガラスターミナル２４を介して内部の電動機２８の巻線５に印加される。巻線５を保持する溝６部分は、溝絶縁フィルム７（厚み数百μｍ）と楔絶縁フィルム８（厚み数百μｍ）で巻線５と鉄心１１間を絶縁している。高調波成分をもった電流は巻線５から溝絶縁フィルム７と楔絶縁フィルム８の静電容量分と直流絶縁抵抗分を介して接地された鉄心１１に漏れて、漏れ電流計２７で測定される。図６は前記で述べた漏れ電流の流れ経路を等価回路で説明するもので、前記溝６部分の絶縁フィルムの電気的機能を、静電容量分２９と直流絶縁抵抗分３０に分けて示してある。
【０００６】
前記漏れ電流を低減するために従来は、第一に図５の巻線５の線径を細くする方法、第二に溝絶縁フィルム７の厚みを増す方法によって漏れ電流を小さくしている。
【０００７】
前記第一の方法は、巻線５の線径を細くして図６の静電容量分２９を小さくすることによって漏れ電流の高調波成分を流れ難くするものであり、ここで静電容量には（数２）の関係がある。
【０００８】
【数２】
【０００９】
（数２）によれば、コンデンサの極板の面積Ｓを小さくすれば静電容量Ｃは小さくなる。図５の電動機２８で前記コンデンサの極板の表面積に相当するものは、片極は溝６の内部表面積で、もう片極は溝６部分に保持されている巻線５の表面積である。したがって巻線５の線径を細くして表面積を小さくすれば前記コンデンサの極板の面積Ｓを小さくしたことに相当し静電容量分２９を小さくできるので、（数１）によりインピーダンスＺが大きくなり漏れ電流の高調波成分が流れ難くなり総じて漏れ電流の低減に効果がある。しかしながら巻線５の線径を細くすると、巻線５の抵抗値が高くなり電流のジュール損が増大して電動機の一次銅損が増加するので電動機の効率が低下し、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果が低減するという問題がある。
【００１０】
前記第二の方法は、溝絶縁フィルム７の厚みを増して図６の静電容量分２９を小さくすることによって漏れ電流の高調波成分を流れ難くするものである。（数２）によれば、コンデンサの極板間の距離ｄを大きくすれば静電容量Ｃは小さくなる。
【００１１】
図５の電動機２８で前記コンデンサの極板間の距離に相当するものは溝絶縁フィルム７の厚みであり、したがって溝絶縁フィルム７の厚みを増すことにより静電容量分２９を小さくできるので、漏れ電流の高調波成分が流れ難くなり総じて漏れ電流の低減に効果がある。しかしながら溝絶縁フィルム７の厚みを増すと、溝６内部に巻線５を保持する有効な面積が減少して巻線５全てを納めることができなくなる。そこで巻線５の線径を細くして断面積を小さくすれば巻線５全てを納めることが可能となるが、巻線５の抵抗値は高くなるので、前記第一の方法の場合と同様に電動機の効率が低下し、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果が低減するという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の電動圧縮機の漏れ電流を小さくする方法における電動圧縮機の効率の低下という問題点を解決するもので、インバータ電源で駆動される電動機を容器に内蔵する電動圧縮機において、漏れ電流を小さくする対策を講じても効率が低下しない電動圧縮機とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋHzにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．０未満である絶縁フィルムを使用したものである。また、電動機の溝絶縁にＰＥＮフィルム，ＰＰＳフィルムを使用したものである。
【００１４】
第２の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に、不織布（例えばアラミッド紙）の両側表面をＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚のフィルムを使用したものである。
【００１５】
第３の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用したものである。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用したものである。
【００１６】
第４の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムの所定の折り曲げ位置にＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記凹部筋付け部でフィルムを折り返したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の、第１の発明は電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．１未満の絶縁フィルムを使用するので、（数２）によれば比誘電率εＳが小さければ静電容量Ｃは小さくなるので、図６における静電容量分２９が小さくなり（数１）によりインピーダンスＺは大きくなるので、漏れ電流の高調波成分は流れ難くなり、総じて漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、ＰＥＮフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．９、ＰＰＳフィルムの比誘電率は３．０であり従来使用しているＰＥＴの比誘電率より小さいので、これらを電動機の溝絶縁に使用すれば、上記の理由により静電容量分２９が小さくなるので絶縁フィルムの厚さを増すことなく漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００１８】
第２の発明は、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも比誘電率の小さい不織布を使用することにより、静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の作用と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。たとえば不織布であるアラミッド紙の２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．６で、ＰＥＴフィルムの比誘電率より小さいので電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、不織布の組成は繊維を押し固めた紙のような形態になっているので、電動機製造工程中で不織布が擦られると表面が削られて屑が発生しやすい。前記屑は、電動機に付着して電動圧縮機内に持ち込まれると、電動圧縮機内の冷媒や冷凍機油によって電動機内から洗い出されて冷凍システム内を循環し、最悪の場合電動圧縮機の圧縮メカ内に入り込んでメカをロックさせる危険性がある。そこで不織布の両側表面を屑の発生しない滑り性の良いＰＥＴで覆いサンドイッチ構造として不織布の屑がでないようにした一枚のフィルムを使用することにより、電動圧縮機をロックさせることなく漏れ電流も小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００１９】
第３の発明は、電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が低く２．９のＰＥＮフィルムまたは３．０のＰＰＳフィルムを使用することにより、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の作用と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられるような応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカをロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが電動機の溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００２０】
第４の発明は、電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムは従来のＰＥＴフィルムよりも硬く加工時の応力によって層状剥離やワレが発生しやすい性質をもっている。したがってＰＥＮやＰＰＳフィルムを所定の位置で折り返す加工をする場合は、前記フィルムの所定の折り曲げ位置に、まずＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記フィルムを前記凹部筋付け部で折り返すことによって、加工時の応力で前記フィルムに層状剥離やワレが発生しない電動機の溝絶縁フィルムの製造方法が確立できる。また、電動機の溝絶縁フィルムの機能を果たすＰＥＮやＰＰＳフィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分が小さいので上記第１の発明の作用と同様の理由で漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機が提供できる。なお、前記ローラの刃先がＲ０．１未満ではＰＥＮやＰＰＳフィルムを折り返したときに凹部の筋付け位置で層状剥離やワレが発生し、Ｒ１．０以上では前記フィルムの所定の位置に凹部の筋がほとんど形成されず折り返し位置が定まらない問題が発生する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、電動圧縮機の具体例を図面により説明する。
【００２２】
図１は電動圧縮機容器１の横断面図で、内部にステータ３とロータ４から構成される電動機２８が内蔵されており、ステータ３の内周面には多数の溝６が軸方向に形成されており、溝６内には図２の電動圧縮機の分解断面図で示されるような下記各発明による溝絶縁フィルム７が装着されている。さらに溝絶縁フィルム７内には巻線５が装着されており、巻線５を挿入した溝絶縁フィルム７の開口部には図２に示されるような楔絶縁フィルム８が設けられている。溝絶縁フィルム７と楔絶縁フィルム８により、巻線５とステータ３の鉄心１１が絶縁されている。
【００２３】
図３（ｂ）の溝絶縁フィルム７のＺ部詳細その１は、第１の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、比誘電率が２５℃，１ｋＨｚにおいて３．１未満である絶縁フィルムである。また、具体的な材質Ｂとしては、比誘電率が２５℃，１ｋＨｚにおいて２．９のＰＥＮフィルム、同じく３．０のＰＰＳフィルムが適当である。
【００２４】
上記構成により、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．１未満の絶縁フィルムを使用するので、（数２）によれば比誘電率εＳが小さければ静電容量Ｃは小さくなるので、図６における静電容量分２９が小さくなり（数１）によりインピーダンスＺは大きくなるので、漏れ電流の高調波成分は流れ難くなり、総じてインバータ駆動の電動圧縮機の漏れ電流は小さくなる。また、ＰＥＮフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．９、ＰＰＳフィルムの比誘電率は３．０であり従来使用しているＰＥＴの比誘電率より小さいので、これらを電動機の溝絶縁に使用すれば、上記の理由により静電容量分２９が小さくなるので電動圧縮機の漏れ電流は小さくなる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。（表１）は、溝絶縁フィルム７の材質ＢにＰＥＮフィルムと、ＰＰＳフィルムを使用したときの図５の方法で測定された漏れ電流値である。ＰＥＴフィルムより比誘電率の小さいＰＥＮフィルムやＰＰＳフィルムを使用した方が電動圧縮機の漏れ電流が小さくなることがわかる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
図３（ｃ）の溝絶縁フィルム７のＺ部詳細その２は、第２の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、材質Ｃは不織布の一種であるアラミッド紙でその両側表面を材質Ｄ１，Ｄ２のＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚の絶縁フィルムを使用したものである。
【００２７】
上記構成により、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が２．６と小さいアラミッド紙を使用することにより、静電容量分２９が小さくなるので上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。（表１）は、溝絶縁フィルム７にアラミッド紙を使用したときの図５の方法で測定された漏れ電流値で、ＰＥＴフィルムより比誘電率の小さいアラミッド紙を使用した方が漏れ電流が小さくなることがわかる。ところが、材料Ｃのアラミッド紙の両側表面を別の材質Ｄ１，Ｄ２で覆わずに単独で使用した場合、アラミッド紙の組成は芳香族ポリアミド繊維を押し固めた紙のような形態になっているので、電動機製造工程中でアラミッド紙が擦られると表面が削られて屑が発生しやすい。前記屑が、図５の電動機２８に付着して電動圧縮機２１内に持ち込まれると、電動圧縮機２１の運転により冷媒と冷凍機油の混合液２３が撹拌されて、これにより前記屑は電動機２８内から洗い出されて冷凍システム内を循環し、最悪の場合電動圧縮機２１の圧縮メカ２２内に入り込んでメカをロックさせる危険性がある。そこで材料Ｃのアラミッド紙の両側表面を材質Ｄ１，Ｄ２の屑の発生しない滑り性の良いＰＥＴで覆いサンドイッチ構造としてアラミッド紙の屑がでないようにした一枚のフィルムを使用することにより、電動圧縮機２１をロックさせることもなく漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。
【００２８】
図４（ａ）は、第３の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、巻線側の溝絶縁フィルム７ａと鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの二重として一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。また図４（ｂ）のＹ部詳細その１は、二重のフィルムのうち巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄いＰＥＴフィルムを鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質Ｆに使用したものである。また図４（ｃ）のＹ部詳細その２は、二重のフィルムのうち巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＦにＰＥＴフィルムを使用してその少なくとも一方の端に折り返し部を設けて使用し、鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。
【００２９】
上記構成により、電動機の溝絶縁フィルムを二重とし、前記溝絶縁フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が低く２．９のＰＥＮフィルムまたは３．０のＰＰＳフィルムを使用することにより、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。また、図４（ｂ）のＹ部詳細その１で、巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄いＰＥＴフィルムを鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質Ｆに使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられる様な応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカ２２をロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、図４（ｃ）のＹ部詳細その２で、巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＦにＰＥＴフィルムを使用しその少なくとも一方の端に折り返し部を設けて使用し、鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。
【００３０】
図８は、第４の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムの製造方法を説明するものである。図８（ａ）は溝絶縁フィルム７の製造手順の一例で、まず絶縁フィルム４１の少なくとも一方の端の所定の折り曲げ位置に凹部の筋付け４２を行い、次に前記凹部筋付け位置で折り返した後に電動機の溝に挿入できる溝絶縁フィルム７の形状にする。凹部の筋付け４２の工程は図８（ｂ）で示すように絶縁フィルム４１を定盤４３の上においてローラ４０で押さえて凹部を筋付けする。ところが絶縁フィルム４１にＰＥＮやＰＰＳフィルムを使用すると、これらの材質は従来使用されているＰＥＴフィルムと比較して硬く加工時の応力によって層状剥離やワレが発生しやすい性質をもっている。したがって従来のＰＥＴフィルムで使用していたローラでは加工応力が強すぎて前記の製造手順で溝絶縁フィルム７を作成すると折り返し部にワレや層状剥離が発生し、電動機の溝絶縁フィルムの機能としての絶縁特性が低下する。本発明の製造方法ではＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの凹部の筋付け４２工程の際に、Ｒ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラ４０で前記フィルムに凹部を筋付けし、次に前記凹部筋付け部で折り返すので、折り返し部にワレや層状剥離が発生しない溝絶縁フィルムが製造できるので、電動機の溝絶縁フィルムの絶縁特性を維持できる。また、電動機の溝絶縁フィルム７の機能を果たすＰＥＮやＰＰＳフィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分が小さいので、上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、ローラ４０の刃先がＲ０．１未満ではＰＥＮやＰＰＳフィルムを折り返したときに凹部の筋付け位置で層状剥離やワレが多数発生し、Ｒ１．０以上では前記フィルムの所定の位置に凹部の筋がほとんど形成されず折り返し位置が定まらない問題が発生する。なお、望ましくはローラ４０の刃先はＲ０．２以上Ｒ０．８でより品質の安定した溝絶縁フィルム７を得られた。また本発明の製造方法は、図８（ａ）に示す溝絶縁フィルム７の折り返し部分の作成ばかりでなく、ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの単なる曲げ加工の前工程で使用しても有効である。
【００３１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、従来例に比べて以下のような効果が得られる。
【００３２】
第１の発明は、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．０未満である絶縁フィルム（たとえば比誘電率２．９のＰＥＮフィルムや比誘電率３．０のＰＰＳフィルム）を使用しており、比誘電率が小さいと静電容量分２９は小さくなりインピーダンスＺは大きくなるので、電動機をインバータ電源で駆動しても電源波形の高調波成分は巻線から接地された鉄心に漏れ難くなり、従来より漏れ電流が小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線の線径を細くする必要はないので電動機の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。さらに、従来漏れ電流を小さくするために電動機の溝絶縁フィルムのＰＥＴフィルムを厚くして静電容量分２９を小さくしていた場合には、溝絶縁フィルムを本発明の比誘電率の小さい材質に変えることで、溝絶縁フィルムを薄くすることが可能となる。これにより電動機の溝内部に巻線を保持する有効な面積が増加して、巻線を従来以上に納めることができるようになり、巻線の線径を太くして断面積を大きくして巻線の抵抗値を小さくすることができるので、電流のジュール損が低下して電動機の一次銅損が減少するので電動機の効率が高くなり、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果を増大できる。また前記溝絶縁フィルムを薄くできる場合において巻線の線径を変えない場合には、溝内部に巻線を保持する有効な面積が増加する一方、巻線の総断面積は変わらないので、電動機の製造工程で巻線を溝に挿入するときの負荷が小さくなり、無理な圧力をかけずに巻線がスムーズに挿入できるようになるので、巻線相互の擦れによる表面の絶縁層の傷や、巻線が重なって押さえつけられる圧痕が発生せず、電動機の焼損の原因となる巻線時の不良が減少するので電動圧縮機の信頼性が向上する。
【００３３】
第２の発明は、電動機の溝絶縁に不織布の一種であるアラミッド紙の両側表面をＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚のフィルムを使用しているので、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が２．６と小さいので静電容量分２９が小さくなり、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、アラミッド紙は紙状の形態をしているので両側表面を屑が出ない滑り性のよいＰＥＴフィルムで覆うことで、電動機製造工程中で溝絶縁フィルムが擦られても表面が削られることがなく、電動圧縮機内部にアラミッド紙の屑が持ち込まれず圧縮メカをロックさせることがないので、漏れ電流を小さくすると共に信頼性も低下しない電動圧縮機を提供できる。また前記の効果の他、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる。
【００３４】
第３の発明は、電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が小さいＰＥＮフィルムまたはＰＰＳフィルムを使用しているので、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分２９が小さくなるので、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられるような応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカをロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、第３の発明の前記の効果の他、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる。
【００３５】
第４の発明は、電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムの所定の折り曲げ位置にＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記フィルムを前記凹部筋付け部で折り返すので、従来使用されているＰＥＴフィルムよりも硬いＰＥＮフィルムやＰＰＳフィルムを加工しても、折り返し部にワレや層状剥離が発生しない電動機の溝絶縁フィルムを提供することができる。前記溝絶縁フィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分２９が小さくなるので、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる電動圧縮機のための溝絶縁フィルムの提供が可能となる。また本発明の製造方法は、ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの単なる曲げ加工の前工程で使用した場合でも、ワレや層状剥離が発生しない絶縁フィルムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２，第３の発明の電動圧縮機の実施の形態の断面図
【図２】第１および第２，第３の発明の電動圧縮機の電動機の実施の形態の分解断面図
【図３】（ａ）第１および第２の発明の実施の形態の溝絶縁フィルム斜視図
（ｂ），（ｃ）同部分詳細図
【図４】（ａ）第３の発明の実施の形態の溝絶縁フィルム斜視図
（ｂ），（ｃ）同部分詳細図
【図５】インバータ駆動の電動圧縮機の漏れ電流測定方法を示す図
【図６】図５の等価回路図
【図７】（ａ）インバータ電源出力波形図
（ｂ）商用電源出力波形図
【図８】（ａ）本発明の製造方法による溝絶縁フィルム製造手順の説明図
（ｂ）本発明の製造方法による絶縁フィルムに凹部の筋付けを行う実施の形態を示す図
【符号の説明】
１ 電動圧縮機容器
３ ステータ
４ ロータ
５ 巻線
６ 溝
７ 溝絶縁フィルム
７ａ 巻線側の溝絶縁フィルム
７ｂ 鉄心側の溝絶縁フィルム
８ 楔絶縁フィルム
１１ 鉄心
２１ 電動圧縮機
２２ 圧縮メカ
２３ 混合液
２４ ガラスターミナル
２５ インバータ電源
２６ 商用電源
２７ 漏れ電流計
２８ 電動機
２９ 静電容量分
３０ 直流絶縁抵抗分
４０ ローラ
４１ 絶縁フィルム
４２ 凹部の筋付け
４３ 定盤
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機などに組み込まれる冷媒と冷凍機油を封入した電動圧縮機に係り、特にインバータ電源で駆動される電動圧縮機とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空調機の電動圧縮機をインバータ電源で駆動する空調システムが増加している。インバータ電源の使用は、より快適な空調環境を実現するもので、空調システムの能力可変，省エネルギー，静音化を可能とし、またこれらに対する市場の要望はますます大きくなっている。電動圧縮機をインバータ電源で駆動することにより、たとえば始動時は電動圧縮機を最大回転速度で運転することにより空調システムの最大能力を引き出し、室温を設定温度にいち早く到達させることが可能となる。設定温度に到達した後は、電動圧縮機の回転速度を下げて空調システムの能力を最小限必要な能力に落として連続運転することにより、消費電力を小さくすると共に、電動圧縮機の回転速度が低いので運転音も静かになる。また、インバータ電源を使用しない一定速の電動圧縮機の場合は空調システムの能力を変えることができないので、電動圧縮機の起動と停止を繰り返して設定温度に対する室温の制御が必要であり、起動停止時の電動圧縮機の振動騒音や、設定温度に対する室温の変動が大きかった。しかし、インバータ電源で電動圧縮機を駆動する場合は電動圧縮機の回転速度を可変して空調システムの能力を広範囲且つ連続的に変えることができるので、電動圧縮機は適当な回転速度で連続運転させればよく、電動圧縮機の起動停止音もなく、設定温度に対する室温の変動も非常に少ない快適な空調が可能となる。
【０００３】
ところがインバータ電源で電動圧縮機を駆動する場合には、商用電源を使用する場合よりも漏れ電流が大きくなるという課題がある。図７は電動圧縮機の駆動に使用されるインバータ電源と商用電源の波形を比較したものであるが、インバータ電源の波形は多くの高調波成分を含むことがわかる。一方、電動圧縮機内部の電動機の溝絶縁を構成する絶縁フィルムは静電容量分をもっているが、そのインピーダンスは（数１）のように表される。
【０００４】
【数１】
（数１）によれば、インピーダンスＺは周波数ｆが高くなると小さくなるので、インバータ電源を使用した場合は、多くの高調波成分のためにインピーダンスＺが小さくなり、電流が前記静電容量分を介して巻線から接地されている鉄心へ漏れやすくなる。図５はインバータ電源で駆動される従来の電動圧縮機の漏れ電流の測定方法を説明するもので、インバータ電源２５からの印加電圧が電動圧縮機２１の対地絶縁されたガラスターミナル２４を介して内部の電動機２８の巻線５に印加される。巻線５を保持する溝６部分は、溝絶縁フィルム７（厚み数百μｍ）と楔絶縁フィルム８（厚み数百μｍ）で巻線５と鉄心１１間を絶縁している。高調波成分をもった電流は巻線５から溝絶縁フィルム７と楔絶縁フィルム８の静電容量分と直流絶縁抵抗分を介して接地された鉄心１１に漏れて、漏れ電流計２７で測定される。図６は前記で述べた漏れ電流の流れ経路を等価回路で説明するもので、前記溝６部分の絶縁フィルムの電気的機能を、静電容量分２９と直流絶縁抵抗分３０に分けて示してある。
【０００６】
前記漏れ電流を低減するために従来は、第一に図５の巻線５の線径を細くする方法、第二に溝絶縁フィルム７の厚みを増す方法によって漏れ電流を小さくしている。
【０００７】
前記第一の方法は、巻線５の線径を細くして図６の静電容量分２９を小さくすることによって漏れ電流の高調波成分を流れ難くするものであり、ここで静電容量には（数２）の関係がある。
【０００８】
【数２】
（数２）によれば、コンデンサの極板の面積Ｓを小さくすれば静電容量Ｃは小さくなる。図５の電動機２８で前記コンデンサの極板の表面積に相当するものは、片極は溝６の内部表面積で、もう片極は溝６部分に保持されている巻線５の表面積である。したがって巻線５の線径を細くして表面積を小さくすれば前記コンデンサの極板の面積Ｓを小さくしたことに相当し静電容量分２９を小さくできるので、（数１）によりインピーダンスＺが大きくなり漏れ電流の高調波成分が流れ難くなり総じて漏れ電流の低減に効果がある。しかしながら巻線５の線径を細くすると、巻線５の抵抗値が高くなり電流のジュール損が増大して電動機の一次銅損が増加するので電動機の効率が低下し、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果が低減するという問題がある。
【００１０】
前記第二の方法は、溝絶縁フィルム７の厚みを増して図６の静電容量分２９を小さくすることによって漏れ電流の高調波成分を流れ難くするものである。（数２）によれば、コンデンサの極板間の距離ｄを大きくすれば静電容量Ｃは小さくなる。
【００１１】
図５の電動機２８で前記コンデンサの極板間の距離に相当するものは溝絶縁フィルム７の厚みであり、したがって溝絶縁フィルム７の厚みを増すことにより静電容量分２９を小さくできるので、漏れ電流の高調波成分が流れ難くなり総じて漏れ電流の低減に効果がある。しかしながら溝絶縁フィルム７の厚みを増すと、溝６内部に巻線５を保持する有効な面積が減少して巻線５全てを納めることができなくなる。そこで巻線５の線径を細くして断面積を小さくすれば巻線５全てを納めることが可能となるが、巻線５の抵抗値は高くなるので、前記第一の方法の場合と同様に電動機の効率が低下し、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果が低減するという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の電動圧縮機の漏れ電流を小さくする方法における電動圧縮機の効率の低下という問題点を解決するもので、インバータ電源で駆動される電動機を容器に内蔵する電動圧縮機において、漏れ電流を小さくする対策を講じても効率が低下しない電動圧縮機とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋHzにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．０未満である絶縁フィルムを使用したものである。また、電動機の溝絶縁にＰＥＮフィルム，ＰＰＳフィルムを使用したものである。
【００１４】
第２の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に、不織布（例えばアラミッド紙）の両側表面をＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚のフィルムを使用したものである。
【００１５】
第３の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用したものである。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用したものである。
【００１６】
第４の発明は、電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムの所定の折り曲げ位置にＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記凹部筋付け部でフィルムを折り返したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の、第１の発明は電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．１未満の絶縁フィルムを使用するので、（数２）によれば比誘電率εＳが小さければ静電容量Ｃは小さくなるので、図６における静電容量分２９が小さくなり（数１）によりインピーダンスＺは大きくなるので、漏れ電流の高調波成分は流れ難くなり、総じて漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、ＰＥＮフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．９、ＰＰＳフィルムの比誘電率は３．０であり従来使用しているＰＥＴの比誘電率より小さいので、これらを電動機の溝絶縁に使用すれば、上記の理由により静電容量分２９が小さくなるので絶縁フィルムの厚さを増すことなく漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００１８】
第２の発明は、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも比誘電率の小さい不織布を使用することにより、静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の作用と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。たとえば不織布であるアラミッド紙の２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．６で、ＰＥＴフィルムの比誘電率より小さいので電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、不織布の組成は繊維を押し固めた紙のような形態になっているので、電動機製造工程中で不織布が擦られると表面が削られて屑が発生しやすい。前記屑は、電動機に付着して電動圧縮機内に持ち込まれると、電動圧縮機内の冷媒や冷凍機油によって電動機内から洗い出されて冷凍システム内を循環し、最悪の場合電動圧縮機の圧縮メカ内に入り込んでメカをロックさせる危険性がある。そこで不織布の両側表面を屑の発生しない滑り性の良いＰＥＴで覆いサンドイッチ構造として不織布の屑がでないようにした一枚のフィルムを使用することにより、電動圧縮機をロックさせることなく漏れ電流も小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００１９】
第３の発明は、電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が低く２．９のＰＥＮフィルムまたは３．０のＰＰＳフィルムを使用することにより、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の作用と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられるような応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカをロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが電動機の溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、漏れ電流が小さく且つ効率も低下しないインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。
【００２０】
第４の発明は、電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムは従来のＰＥＴフィルムよりも硬く加工時の応力によって層状剥離やワレが発生しやすい性質をもっている。したがってＰＥＮやＰＰＳフィルムを所定の位置で折り返す加工をする場合は、前記フィルムの所定の折り曲げ位置に、まずＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記フィルムを前記凹部筋付け部で折り返すことによって、加工時の応力で前記フィルムに層状剥離やワレが発生しない電動機の溝絶縁フィルムの製造方法が確立できる。また、電動機の溝絶縁フィルムの機能を果たすＰＥＮやＰＰＳフィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分が小さいので上記第１の発明の作用と同様の理由で漏れ電流の小さいインバータ駆動の電動圧縮機が提供できる。なお、前記ローラの刃先がＲ０．１未満ではＰＥＮやＰＰＳフィルムを折り返したときに凹部の筋付け位置で層状剥離やワレが発生し、Ｒ１．０以上では前記フィルムの所定の位置に凹部の筋がほとんど形成されず折り返し位置が定まらない問題が発生する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、電動圧縮機の具体例を図面により説明する。
【００２２】
図１は電動圧縮機容器１の横断面図で、内部にステータ３とロータ４から構成される電動機２８が内蔵されており、ステータ３の内周面には多数の溝６が軸方向に形成されており、溝６内には図２の電動圧縮機の分解断面図で示されるような下記各発明による溝絶縁フィルム７が装着されている。さらに溝絶縁フィルム７内には巻線５が装着されており、巻線５を挿入した溝絶縁フィルム７の開口部には図２に示されるような楔絶縁フィルム８が設けられている。溝絶縁フィルム７と楔絶縁フィルム８により、巻線５とステータ３の鉄心１１が絶縁されている。
【００２３】
図３（ｂ）の溝絶縁フィルム７のＺ部詳細その１は、第１の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、比誘電率が２５℃，１ｋＨｚにおいて３．１未満である絶縁フィルムである。また、具体的な材質Ｂとしては、比誘電率が２５℃，１ｋＨｚにおいて２．９のＰＥＮフィルム、同じく３．０のＰＰＳフィルムが適当である。
【００２４】
上記構成により、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．１未満の絶縁フィルムを使用するので、（数２）によれば比誘電率εＳが小さければ静電容量Ｃは小さくなるので、図６における静電容量分２９が小さくなり（数１）によりインピーダンスＺは大きくなるので、漏れ電流の高調波成分は流れ難くなり、総じてインバータ駆動の電動圧縮機の漏れ電流は小さくなる。また、ＰＥＮフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率は２．９、ＰＰＳフィルムの比誘電率は３．０であり従来使用しているＰＥＴの比誘電率より小さいので、これらを電動機の溝絶縁に使用すれば、上記の理由により静電容量分２９が小さくなるので電動圧縮機の漏れ電流は小さくなる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。（表１）は、溝絶縁フィルム７の材質ＢにＰＥＮフィルムと、ＰＰＳフィルムを使用したときの図５の方法で測定された漏れ電流値である。ＰＥＴフィルムより比誘電率の小さいＰＥＮフィルムやＰＰＳフィルムを使用した方が電動圧縮機の漏れ電流が小さくなることがわかる。
【００２５】
【表１】
図３（ｃ）の溝絶縁フィルム７のＺ部詳細その２は、第２の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、材質Ｃは不織布の一種であるアラミッド紙でその両側表面を材質Ｄ１，Ｄ２のＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚の絶縁フィルムを使用したものである。
【００２７】
上記構成により、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が２．６と小さいアラミッド紙を使用することにより、静電容量分２９が小さくなるので上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。（表１）は、溝絶縁フィルム７にアラミッド紙を使用したときの図５の方法で測定された漏れ電流値で、ＰＥＴフィルムより比誘電率の小さいアラミッド紙を使用した方が漏れ電流が小さくなることがわかる。ところが、材料Ｃのアラミッド紙の両側表面を別の材質Ｄ１，Ｄ２で覆わずに単独で使用した場合、アラミッド紙の組成は芳香族ポリアミド繊維を押し固めた紙のような形態になっているので、電動機製造工程中でアラミッド紙が擦られると表面が削られて屑が発生しやすい。前記屑が、図５の電動機２８に付着して電動圧縮機２１内に持ち込まれると、電動圧縮機２１の運転により冷媒と冷凍機油の混合液２３が撹拌されて、これにより前記屑は電動機２８内から洗い出されて冷凍システム内を循環し、最悪の場合電動圧縮機２１の圧縮メカ２２内に入り込んでメカをロックさせる危険性がある。そこで材料Ｃのアラミッド紙の両側表面を材質Ｄ１，Ｄ２の屑の発生しない滑り性の良いＰＥＴで覆いサンドイッチ構造としてアラミッド紙の屑がでないようにした一枚のフィルムを使用することにより、電動圧縮機２１をロックさせることもなく漏れ電流を小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。
【００２８】
図４（ａ）は、第３の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムを説明するもので、巻線側の溝絶縁フィルム７ａと鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの二重として一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。また図４（ｂ）のＹ部詳細その１は、二重のフィルムのうち巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄いＰＥＴフィルムを鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質Ｆに使用したものである。また図４（ｃ）のＹ部詳細その２は、二重のフィルムのうち巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＦにＰＥＴフィルムを使用してその少なくとも一方の端に折り返し部を設けて使用し、鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したものである。
【００２９】
上記構成により、電動機の溝絶縁フィルムを二重とし、前記溝絶縁フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が低く２．９のＰＥＮフィルムまたは３．０のＰＰＳフィルムを使用することにより、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分が小さくなるので上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくなる。また、図４（ｂ）のＹ部詳細その１で、巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄いＰＥＴフィルムを鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質Ｆに使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられる様な応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカ２２をロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、図４（ｃ）のＹ部詳細その２で、巻線側の溝絶縁フィルム７ａの材質ＦにＰＥＴフィルムを使用しその少なくとも一方の端に折り返し部を設けて使用し、鉄心側の溝絶縁フィルム７ｂの材質ＥにＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線５の線径を細くする必要はないので電動機２８の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。
【００３０】
図８は、第４の発明の実施の形態による電動圧縮機に内蔵される電動機の溝絶縁フィルムの製造方法を説明するものである。図８（ａ）は溝絶縁フィルム７の製造手順の一例で、まず絶縁フィルム４１の少なくとも一方の端の所定の折り曲げ位置に凹部の筋付け４２を行い、次に前記凹部筋付け位置で折り返した後に電動機の溝に挿入できる溝絶縁フィルム７の形状にする。凹部の筋付け４２の工程は図８（ｂ）で示すように絶縁フィルム４１を定盤４３の上においてローラ４０で押さえて凹部を筋付けする。ところが絶縁フィルム４１にＰＥＮやＰＰＳフィルムを使用すると、これらの材質は従来使用されているＰＥＴフィルムと比較して硬く加工時の応力によって層状剥離やワレが発生しやすい性質をもっている。したがって従来のＰＥＴフィルムで使用していたローラでは加工応力が強すぎて前記の製造手順で溝絶縁フィルム７を作成すると折り返し部にワレや層状剥離が発生し、電動機の溝絶縁フィルムの機能としての絶縁特性が低下する。本発明の製造方法ではＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの凹部の筋付け４２工程の際に、Ｒ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラ４０で前記フィルムに凹部を筋付けし、次に前記凹部筋付け部で折り返すので、折り返し部にワレや層状剥離が発生しない溝絶縁フィルムが製造できるので、電動機の溝絶縁フィルムの絶縁特性を維持できる。また、電動機の溝絶縁フィルム７の機能を果たすＰＥＮやＰＰＳフィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分が小さいので、上記第１の発明の実施の形態と同様の理由で電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、ローラ４０の刃先がＲ０．１未満ではＰＥＮやＰＰＳフィルムを折り返したときに凹部の筋付け位置で層状剥離やワレが多数発生し、Ｒ１．０以上では前記フィルムの所定の位置に凹部の筋がほとんど形成されず折り返し位置が定まらない問題が発生する。なお、望ましくはローラ４０の刃先はＲ０．２以上Ｒ０．８でより品質の安定した溝絶縁フィルム７を得られた。また本発明の製造方法は、図８（ａ）に示す溝絶縁フィルム７の折り返し部分の作成ばかりでなく、ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの単なる曲げ加工の前工程で使用しても有効である。
【００３１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、従来例に比べて以下のような効果が得られる。
【００３２】
第１の発明は、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムの２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率３．１〜３．３よりも小さい比誘電率３．０未満である絶縁フィルム（たとえば比誘電率２．９のＰＥＮフィルムや比誘電率３．０のＰＰＳフィルム）を使用しており、比誘電率が小さいと静電容量分２９は小さくなりインピーダンスＺは大きくなるので、電動機をインバータ電源で駆動しても電源波形の高調波成分は巻線から接地された鉄心に漏れ難くなり、従来より漏れ電流が小さいインバータ駆動の電動圧縮機を提供できる。また、従来の方法のように漏れ電流を小さくするために巻線の線径を細くする必要はないので電動機の損失は増加せず、電動圧縮機の効率も低下しない。さらに、従来漏れ電流を小さくするために電動機の溝絶縁フィルムのＰＥＴフィルムを厚くして静電容量分２９を小さくしていた場合には、溝絶縁フィルムを本発明の比誘電率の小さい材質に変えることで、溝絶縁フィルムを薄くすることが可能となる。これにより電動機の溝内部に巻線を保持する有効な面積が増加して、巻線を従来以上に納めることができるようになり、巻線の線径を太くして断面積を大きくして巻線の抵抗値を小さくすることができるので、電流のジュール損が低下して電動機の一次銅損が減少するので電動機の効率が高くなり、電動圧縮機に求められる省エネルギーの効果を増大できる。また前記溝絶縁フィルムを薄くできる場合において巻線の線径を変えない場合には、溝内部に巻線を保持する有効な面積が増加する一方、巻線の総断面積は変わらないので、電動機の製造工程で巻線を溝に挿入するときの負荷が小さくなり、無理な圧力をかけずに巻線がスムーズに挿入できるようになるので、巻線相互の擦れによる表面の絶縁層の傷や、巻線が重なって押さえつけられる圧痕が発生せず、電動機の焼損の原因となる巻線時の不良が減少するので電動圧縮機の信頼性が向上する。
【００３３】
第２の発明は、電動機の溝絶縁に不織布の一種であるアラミッド紙の両側表面をＰＥＴで覆いサンドイッチ構造とした一枚のフィルムを使用しているので、電動機の溝絶縁に従来使用されているＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が２．６と小さいので静電容量分２９が小さくなり、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、アラミッド紙は紙状の形態をしているので両側表面を屑が出ない滑り性のよいＰＥＴフィルムで覆うことで、電動機製造工程中で溝絶縁フィルムが擦られても表面が削られることがなく、電動圧縮機内部にアラミッド紙の屑が持ち込まれず圧縮メカをロックさせることがないので、漏れ電流を小さくすると共に信頼性も低下しない電動圧縮機を提供できる。また前記の効果の他、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる。
【００３４】
第３の発明は、電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＴフィルムよりも２５℃，１ｋＨｚにおける比誘電率が小さいＰＥＮフィルムまたはＰＰＳフィルムを使用しているので、二枚ともＰＥＴフィルムを使用する場合よりも合計の静電容量分２９が小さくなるので、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で巻線が鉄心側に押しつけられるような応力がかかってもＰＥＴフィルムは屈曲性がＰＥＮやＰＰＳフィルムよりも優れているので、ＰＥＴフィルムが鉄心の角に当たる部分で破れて絶縁が保たれなくなったり、表面が層状剥離してフィルムの屑が出て圧縮メカをロックさせる危険性もなく、且つ比誘電率の大きいＰＥＴフィルムの厚みの方がＰＥＮまたはＰＰＳフィルムより薄いので、厚みの比率が逆の時よりも電動圧縮機の漏れ電流を小さくできる。また、二重のフィルムのうち一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用した場合は、電動機製造工程中で前記二重のフィルムが溝から抜け落ちるような応力がかかってもＰＥＴフィルムの端を鉄心側に折り返して鉄心に引っかかるようにすることで脱落を防止でき、且つ二重のフィルム全てにＰＥＴフィルムを使用したときよりも電動圧縮機の漏れ電流が小さくできる。また、第３の発明の前記の効果の他、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる。
【００３５】
第４の発明は、電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの製造方法に関して、前記フィルムの所定の折り曲げ位置にＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記フィルムを前記凹部筋付け部で折り返すので、従来使用されているＰＥＴフィルムよりも硬いＰＥＮフィルムやＰＰＳフィルムを加工しても、折り返し部にワレや層状剥離が発生しない電動機の溝絶縁フィルムを提供することができる。前記溝絶縁フィルムの加工が可能となることにより、ＰＥＮやＰＰＳフィルムの比誘電率は従来のＰＥＴフィルムよりも低く静電容量分２９が小さくなるので、インバータ電源で駆動される従来より漏れ電流の小さい電動圧縮機を提供できる。また、上記第１の発明の効果と同様な効果が得られる電動圧縮機のための溝絶縁フィルムの提供が可能となる。また本発明の製造方法は、ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムの単なる曲げ加工の前工程で使用した場合でも、ワレや層状剥離が発生しない絶縁フィルムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２，第３の発明の電動圧縮機の実施の形態の断面図
【図２】第１および第２，第３の発明の電動圧縮機の電動機の実施の形態の分解断面図
【図３】（ａ）第１および第２の発明の実施の形態の溝絶縁フィルム斜視図
（ｂ），（ｃ）同部分詳細図
【図４】（ａ）第３の発明の実施の形態の溝絶縁フィルム斜視図
（ｂ），（ｃ）同部分詳細図
【図５】インバータ駆動の電動圧縮機の漏れ電流測定方法を示す図
【図６】図５の等価回路図
【図７】（ａ）インバータ電源出力波形図
（ｂ）商用電源出力波形図
【図８】（ａ）本発明の製造方法による溝絶縁フィルム製造手順の説明図
（ｂ）本発明の製造方法による絶縁フィルムに凹部の筋付けを行う実施の形態を示す図
【符号の説明】
１ 電動圧縮機容器
３ ステータ
４ ロータ
５ 巻線
６ 溝
７ 溝絶縁フィルム
７ａ 巻線側の溝絶縁フィルム
７ｂ 鉄心側の溝絶縁フィルム
８ 楔絶縁フィルム
１１ 鉄心
２１ 電動圧縮機
２２ 圧縮メカ
２３ 混合液
２４ ガラスターミナル
２５ インバータ電源
２６ 商用電源
２７ 漏れ電流計
２８ 電動機
２９ 静電容量分
３０ 直流絶縁抵抗分
４０ ローラ
４１ 絶縁フィルム
４２ 凹部の筋付け
４３ 定盤
Claims (8)
- インバータ電源で駆動される電動機を容器内に内蔵する電動圧縮機において、前記電動機の溝絶縁に比誘電率が２５℃，１ｋＨｚにおいて３．０未満である絶縁フィルムを使用したことを特徴とする電動圧縮機。
- 電動機の溝絶縁にポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮと称する）フィルムを使用したことを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
- 電動機の溝絶縁にポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと称する）フィルムを使用したことを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
- インバータ電源で駆動される電動機を容器内に内蔵する電動圧縮機において、前記電動機の溝絶縁に不織布の両側表面をポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）で覆いサンドイッチ構造とした一枚のフィルムを使用したことを特徴とする電動圧縮機。
- インバータ電源で駆動される電動機を容器内に内蔵する電動圧縮機において、前記電動機の溝絶縁に使用するフィルムを二重とし、前記フィルムの一枚にＰＥＴフィルムを使用し、他の一枚にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用したことを特徴とする電動圧縮機。
- 電動機の溝絶縁に二重のフィルムを使用したものについて、前記フィルムの一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを巻線側に使用し、前記ＰＥＮまたはＰＰＳフィルムよりも薄い他の一枚のＰＥＴフィルムを鉄心側に使用したことを特徴とする請求項５記載の電動圧縮機。
- 電動機の溝絶縁に二重のフィルムを使用したものについて、前記フィルムの一枚のＰＥＴフィルムの少なくとも一方の端に折り返し部を設けて巻線側に使用し、他の一枚のＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを鉄心側に使用したことを特徴とする請求項５記載の電動圧縮機。
- インバータ電源で駆動される電動機を容器内に内蔵する電動圧縮機の製造工程において、前記電動機の溝絶縁にＰＥＮまたはＰＰＳフィルムを使用する場合のフィルムの形成工程で、前記フィルムの所定の折り曲げ位置にＲ０．１以上Ｒ１．０以下の刃先をもつローラで凹部を筋付けし、次に前記フィルムを前記凹部筋付け部で折り返したことを特徴とする電動圧縮機の製造方法。
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