JP3900994B2 - 密閉型圧縮機用電動機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉型圧縮機用電動機に係り、より詳しくは、フッ素系冷媒を用い、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油、ポリオールエステル系油、ポリビニルエーテル系油を用いる密閉型圧縮機用電動機において固定子コイル導体エンドその他の遊離導体の絶縁を確保する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に小型、高出力、低騒音を兼ね備えた発電機を開発し、特許第２９２７２８８号として開示した。この発電機は、固定子のコアに巻回するコイルを複数の導体セグメントで構成し、コアから突出する導体セグメントの端部（コイルエンド）を相互に接合してコイルを形成している構造を有する固定子を具備するものである。この発電機は、低速回転からの出力を確保できる回転子と固定子巻線の構造、及び固定子巻線のコイルエンドにおける新規な冷却のための構成を提供することにより、車両用交流発電機に要求される高出力を確保でき、しかも発熱による効率低下、出力低下を抑えた車両用交流発電機であり、また、固定子巻線のスロット内における占積率を向上させ、その一方でスロットの外において回転子と協働により高い冷却性と低騒音とを発揮する車両用交流発電機であり、さらに、局所的な固定子巻線の温度上昇を抑え、磁気騒音の発生をも抑制した車両用交流発電機である。
【０００３】
本発明は、この新規な構造の発電機、特にその固定子の構造を全密閉形圧縮機用電動機に応用する際に発生した問題の解決に関するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、上記の発電機の固定子の構造を、１，１，１，２−テトラフロロエタンなどのフッ素化炭化水素（ＨＦＣ）を冷媒として用いる全密閉形圧縮機用電動機に応用することにより、小型、高出力、低騒音を兼ね備えた全密閉形圧縮機用電動機を開発した。
【０００５】
しかし、全密閉形圧縮機用電動機では、１，１，１，２−テトラフロロエタンなどのフッ素化炭化水素（ＨＦＣ）が冷媒として使用されるので、また冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油などが用いられるので、絶縁材料が劣化し易いという問題があることが知られている。この問題に関しては、特開平５−２３６６９３号公報が、１，１，１，２−テトラフロロエタンを冷媒として使用し、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油を用い、絶縁フィルムとしてポリエチレンテレフタレートを用い、導体絶縁層としてポリエステル系ワニスを採用することを開示している。この開示によれば、１，１，１，２−テトラフロロエタンなどのフッ素化炭化水素（ＨＦＣ）を冷媒として使用し、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油を使用する場合にも、上記構成を採用することにより、従来の市場で安定使用されている全密閉形圧縮機用電動機と同等以上の寿命を保持できるとされている。
【０００６】
しかし、特開平５−２３６６９３号公報の開示にしたがって本発明の全密閉形圧縮機用電動機を作製したところ、次のような問題が見出された。
【０００７】
用いた全密閉形圧縮機用電動機は、固定子鉄心が積層板を貫いて延びる複数のスロットが形成された積層鉄心を備え、多相固定子巻線が複数の導体セグメントを備え、これら複数の導体セグメントが、スロット内に互いに絶縁して収納されており、スロット外においては、固定子鉄心の端面側に延び出して配置されており、回転子のＮＳ磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する接続パターンによってコイルエンドを形成しており、その結果固定子鉄心の端面側には前記接続パターンを主として繰り返すコイルエンド群が形成されており、コイルエンドが互いに離間して配置されている構成を有する。この全密閉形圧縮機用電動機の固定子コイルエンドは互いに離間して配置されて絶縁されているので絶縁層は必ずしも必要ではないが、そこを含めて、全密閉形圧縮機用電動機の導体全般にポリエステル系ワニスを絶縁層として適用した。
【０００８】
しかし、ポリエステル系ワニスは液状成分を主体としたものであるため、導体を強固に位置規定する保持力がないので、固定子にワニスを塗布した後、圧縮機に装着するまでの取り扱いの際に、作業者の乱暴な扱いや運搬時の衝撃などで、遊離導体部分が変形することがあり、その結果、導体同士が摩擦接触して絶縁不良が発生してしまうことがあった。特に上記に全密閉形圧縮機用電動機の固定子コイルエンドは遊離突出しているので、変形して絶縁不良が発生し易かった。運搬時と同様の衝撃は製品完成後にも被る可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みて、１，１，１，２−テトラフロロエタン等を冷媒として使用し、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる全密閉形圧縮機用電動機において、遊離導体を化学的に安定で、絶縁性にも優れた絶縁材料で強固に固定絶縁した構造の全密閉形圧縮機用電動機を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を見出し、この問題を解決すべく鋭意検討した結果、下記の発明により解決できることを見出したものである。
【００１１】
（１）冷媒としてフッ素化炭化水素を用いる密閉型圧縮機用電動機において、複数の遊離導体をエポキシ樹脂で相互に絶縁固定したことを特徴とする密閉型圧縮機用電動機。
【００１２】
（２）前記エポキシ樹脂が紛体エポキシ樹脂を適用硬化させたものである（１）記載の密閉型圧縮機用電動機。
【００１３】
（３）冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタンを用いる（１）（２）記載の密閉型圧縮機用電動機。
【００１４】
（４）前記密閉型圧縮機用電動機が冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる（１）〜（３）記載の密閉型圧縮機用電動機。
【００１５】
（５）前記密閉型圧縮機用電動機が、固定子のコアに巻回するコイルを複数の導体セグメントで構成し、コアから突出する導体セグメントの端部（コイルエンド）を相互に接合してコイルを形成している構造を有する固定子を具備するものであり、前記複数のコイルエンドを相互に固定絶縁したものである（１）〜（４）記載の密閉型圧縮機用電動機。
【００１６】
（６）前記密閉型圧縮機用電動機が、外周部に界磁磁石を有してＮＳ磁極を形成する積層電磁鋼板製回転子鉄心を備え、固定子鉄心は積層板を貫いて延びる複数のスロットが形成された積層鉄心を備え、多相固定子巻線は、複数の導体セグメントを備え、前記スロット内に互いに絶縁して収納されており、前記スロット外においては、固定子鉄心の端面側に延び出して配置されており、前記回転子のＮＳ磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する接続パターンによってコイルエンドを形成しており、その結果前記固定子鉄心の端面側には前記接続パターンを主として繰り返すコイルエンド群が形成されており、前記コイルエンドは互いに離間して配置されている構成を有する電動機であり、前記離間配置されたコイルエンドを紛体エポキシ樹脂で相互に絶縁固定している（１）〜（５）記載の密閉型圧縮機用電動機。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、冷媒としてフッ素化炭化水素を用いる密閉型圧縮機用電動機の複数の遊離導体をエポキシ樹脂で相互に絶縁固定したことを特徴とする密閉型圧縮機用電動機である。
【００１８】
冷媒として用いるフッ素化炭化水素としては、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）が代表的であるが、これに限らず、Ｒ４１０ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ３２，Ｒ１２５などを用いる場合にも本発明は有効である。
【００１９】
本発明では、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いることが好ましい。冷媒として使用するフッ素化炭化水素はこれらの冷凍機油に溶解し易いからである。
【００２０】
このように、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、特に併せて冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる場合には、導体絶縁材料の劣化が激しいという問題がある。そこで、従来技術では導体絶縁材料としてポリエステル系ワニスを用いることが提案されていた。しかし、従来技術の欄で述べたように、導体絶縁材料としてポリエステル系ワニスを用いた場合には、密閉型圧縮機用電動機の製造組み立ての際のハンドリング性が悪く、遊離導体の変形によって導体間の絶縁が不良になる場合があるという問題があった。本発明では、密閉型圧縮機用電動機の導体材料としてエポキシ樹脂を用いれば、上記のような環境でも使用でき、化学的に安定であり、また絶縁性も優れているのみならず、遊離導体間を固定した形でかつ強固に絶縁できることを見出した。
【００２１】
本発明で用いる絶縁材料はエポキシ樹脂である。本発明者らは、エポキシ樹脂であれば上記のフッ素系冷媒等の環境で使用できる化学的安定性を有し、かつ絶縁性も優れていること、さらに、エポキシ樹脂は硬化性樹脂であるので複数の導体間を強固に固定できる効果があることを見出した。従来技術では、液状のポリエステル系ワニスしか知られていなかったが、本発明により、固体（硬化物）タイプの絶縁材料でありながらフッ素系冷媒等の環境で使用できる化学的安定性と優れた絶縁性能を有する絶縁材料が提供される。固体（硬化物）タイプの絶縁材料としてフェノール樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂なども検討したが、フッ素系冷媒等の上記環境では不安定で使用できなかった。冷凍圧縮機の場合、絶縁材料から分解、抽出される成分は、冷凍サイクル内のキャピラリチューブを閉塞するおそれもある。
【００２２】
エポキシ樹脂の種類、遊離導体への適用方法は特に制限されないが、好ましくは、用いるエポキシ樹脂は所謂紛体エポキシ樹脂である。紛体エポキシ樹脂はエポキシ紛体塗料とも呼ばれるが、紛体状のエポキシ樹脂であって、塗工表面に肉厚に適用でき、また加熱などによって硬化する際に流動変形が低い特徴を有する塗装可能な樹脂材料である。例えば、ビスフェノール型などのエポキシ樹脂に溶融シリカなどの固形フィラーと任意に酸無水物などを配合して構成されている。従って、本発明の遊離導体間の固定絶縁を行う目的に最適である。紛体エポキシ樹脂は知られており、例えば、３Ｍ社の“スコッチキャスト ”（登録商標）紛体エポキシレジンシリーズ（レジンNo.260, No.262, No.263, No.265）、ソマール株式会社の“エピフォーム”Ｆ−６９７５（商標）を例示することができる。
【００２３】
紛体エポキシ樹脂を遊離導体に被覆するには、遊離導体を紛体エポキシ樹脂に含浸固着する方法が簡便である。
【００２４】
本発明において、エポキシ樹脂で固定絶縁されるものは、フッ化炭化水素を冷媒とする密閉型圧縮機用電動機中の導体一般であることができるが、本発明では特に遊離導体に適用してそれを固定絶縁する場合に効果が発揮される。
【００２５】
なかでも、本発明は先に特許第２９２７２８８号に開示した発電機と基本的に同じ構造の固定子を持つ、密閉型圧縮機用電動機の遊離導体、特にその特異な構造をもつ固定子のコイルエンドの絶縁固定にエポキシ樹脂を用いる場合に顕著な効果を発揮する。具体的には、固定子鉄心は、積層板を貫いて延びる複数のスロットが形成された積層鉄心を備え、多相固定子巻線は、複数の導体セグメントを備え、前記スロット内に互いに絶縁して収納されており、前記スロット外においては、前記固定子鉄心の端面側に延び出して配置されており、回転子のＮＳ磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する接続パターンによってコイルエンドを形成しており、その結果前記固定子鉄心の端面側には前記接続パターンを主として繰り返すコイルエンド群が形成されており、前記コイルエンドは互いに離間して配置されている構成を有する密閉型圧縮機用電動機において、前記離間配置されたコイルエンドをエポキシ樹脂、特に紛体エポキシ樹脂で相互に絶縁固定する。
【００２６】
この構造の密閉型圧縮機用電動機のように、回転子のＮＳ磁極ピッチに対応して離間した異なるスロット内に異なる層として配置された２つの前記導体セグメントを直列接続する接続パターンを採用することで、一のスロット内の所定の層をなす導体セグメントと、他のスロット内の上記所定層とは異なる層をなす導体セグメントとが直列接続される。これにより、各相のコイルエンドの干渉を抑止でき、固定子巻線の高占積化を図ることができるので、出力を向上する効果がある。また、導体セグメントのスロット内の位置に起因する各相の固定子巻線の導体長さ、漏れインダクタンスは均一化されるので、固定子巻線に流れる電流が均一化され、各相の発熱量も同じとなる。よって、局部的な固定子巻線の発熱や起磁力アンバランスを防止でき、温度低減、低騒音化を図ることができる。
【００２７】
また、前記コイルエンドは、第１スロットから延び出す第１電気導体の端部と、前記第２スロットから延び出す第２電気導体の端部とを接合して構成されており、第１電気導体と第２電気導体とは、別体の導体製のセグメントにより提供されており、一方の電気導体の端部が、磁極ピッチの半分の距離を少なくとも周回する角度と長さとを持っているという構成を採用することができる。これによれば、セグメントをスロット内から延び出して配置し、他のセグメントと接合することでコイルエンドが形成される。このような接合を伴う構成を採用することにより、セグメントを採用できる。なお、接合とは、超音波溶接、ア−ク溶接、ろう付けなどによる電気的接続をいう。
【００２８】
また、前記セグメントは、２本の電気導体を固定子鉄心の一方の端部でターン部により連続的に接続してなるＵ字状のセグメントであり、第１の電気導体の端部としての第１のＵ字状セグメントの端部と、第２の電気導体の端部としての第２のＵ字状セグメントの端部との接合を、接続パターンとしてコイルエンドが形成されているという構成を採用することが望ましい。かかる構成によると、導体の部品点数及び接合箇所が半減でき製造工程が容易となる。また、接合部を固定子の軸方向片側にそろえることからも、生産工程が容易となる効果がある。
【００２９】
また、前記セグメントは、スロットの両側から突出する２つの端部をもったセグメントであり、固定子鉄心の一方の端部において、第１電気導体の端部としての第１セグメントの一方の端部と、第２電気導体の端部としての第２セグメントの一方の端部との接合を、接続パターンとして一方のコイルエンドが形成され、固定子鉄心の他方の端部において、第１電気導体の端部としての第１セグメントの他方の端部と、他の第２電気導体の端部としての第３セグメントの他方の端部との接合を、接続パターンとして他方のコイルエンドが形成されているという構成を採用してもよい。これによれば、導体セグメントは一方向に延びる単純形状にできるので、導体セグメント自体の製造工程が容易となる。また、あらかじめ成形した導体セグメントを径方向内周側からスロットへ押し込むことができるので、軸方向から挿入する場合に比べコイルエンド部の加工が不要となり製造工程が容易になるとともに、さらに高占積率化が可能となる。
【００３０】
上記のように、固定子のコアに巻回するコイルを複数の導体セグメントで構成し、コアから突出する導体セグメントの端部（コイルエンド）を相互に接合してコイルを形成している構造を有する固定子を具備する密閉型圧縮機用電動機では、先に述べたように、固定子のその遊離コイルエンドにＨＦＣ１３４ａ用として公知の絶縁材料であるポリオールエステル系液状ワニスを塗布して絶縁した場合、遊離コイルエンドが固定子の組み立て作業中の不注意あるいは運搬中の衝撃により容易に変形してコイルエンド間の絶縁不良が発生する問題が見出された。運搬中の衝撃は電動機の製造過程のみならず、完成後でもあり得ることである。本発明はこのような問題を解決することを目的として開発されたものであり、従って、このような構造の固定子のコイル構造を有する密閉型圧縮機用電動機において、最もよく効果を発揮するものである。しかし、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、併せて冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる場合に、導体絶縁材料が化学的に安定であるという効果を有し、さらに硬化物（固体）タイプの絶縁材料であるという特徴を有するので、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、さらに冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる密閉型圧縮機用電動機では、その導体全般の絶縁用途に用いて、従来にない効果を奏することができるものである。冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、さらに冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる密閉型圧縮機用電動機では、従来、ポリオールエステル系液状ワニスしか知られていないので、本発明により同様の用途に硬化物（固体）タイプの絶縁材料が提供されることの意義は大なるものがある。
【００３１】
【実施例】
図面を参照して本発明の密閉型圧縮機用電動機の構造を説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施例の密閉型圧縮機用電動機の縦断面図である。図１において、１２は圧縮ポンプ部、１３は電動機部、１４はハーメチックターミナル、１５はシャフトである。この電動機の固定子の一部を図２に示す。図に於いて２１は固定子端板、２２は平角銅線、２３は絶縁紙、２５は固定子積層シートである。
【００３３】
図３に、図２の固定子のコイルエンド部分を示す。固定子コア４は積層板からなるが、それを貫いて延びる複数のスロットが形成されており、そのスロットに平角銅線からなる複数の導体セグメント１ａ，１ｂ，１ｃが挿入され、導体セグメントの端部どうしが溶接により接合されて固定子コイルが形成されている。
【００３４】
図３ではこのような固定子のコイルエンド部分に液状ポリエステル系ワニス３を塗布した様子が示されている。このような固定子を電動機に取り付け作業する際に、図の矢印６で示したような衝撃によって、コイルエンド同士が変形７して接触すると、ワニスは液状であるためコイルエンドの導体同士が接触することを阻止することができずに絶縁不良が発生した。
【００３５】
そこで、衝撃を受けてもコイルエンドの導体同士が接触することなく、絶縁不良を防止できるように、コイルエンド相互間を固定絶縁することを考え、フェノール樹脂を用いて絶縁を試みたが、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる場合、絶縁材料の劣化が激しくて使用できなかった。特に絶縁材料からオリゴマーが抽出されて冷凍サイクル内のキャピラリチューブが閉塞するおそれがあった。そのほかいくつかの硬化性樹脂で絶縁を試みたがやはり化学的安定性が劣っていた。
【００３６】
図４は本発明の実施例を示し、図３と同様の固定子のコイルエンド部分１ａ，１ｂ，１ｃを紛体エポキシ樹脂２で固定絶縁したものである。紛体エポキシ樹脂で固定絶縁することにより、コイルエンド同士は相互に強固に固定され、衝撃を受けてもコイルエンド同士が接触して絶縁不良が発生することはなくなった。具体的には、用いた紛体エポキシ樹脂はソマール製「紛体エポキシ樹脂Ｆ６９７５」（ビスフェノール型エポキシ（含有率３６．８±３ｗｔ％）、溶融シリカ（含有率５１．５±３ｗｔ％）、酸無水物（含有率９．１±１．０ｗｔ％）の配合組成で、かさ比重０．７５±０．２０ｇ／ｃｍ³）であり、固定子のコイルエンドを１９０℃、４０分のワーク予熱後、紛体エポキシ樹脂の入った槽に浸漬して紛体エポキシ樹脂を固定子のコイルエンド部に塗布し、１９０℃、２０分加熱して硬化させた。
【００３７】
さらに、図４の固定子を図１の密閉型圧縮機用電動機に取り付けて、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いて実際に運転を行ったところ、絶縁材料の劣化は認められなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）などのフッ素化炭化水素を用い、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用いる密閉型圧縮機用電動機において、化学的に安定であり、絶縁性に優れ、かつ硬化性絶縁材料である絶縁材料が提供され、遊離導体部の絶縁に用いると衝撃で絶縁破壊されることを防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の密閉型圧縮機用電動機の縦断面図である。
【図２】図１の密閉型圧縮機用電動機の固定子の一部を示す。
【図３】図２の固定子のコイルエンド部分を示し、コイルエンド絶縁材料は液状ワニスである。
【図４】図２の固定子のコイルエンド部分を紛体エポキシ樹脂で固定絶縁した実施例を示す。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ…固定子コイルエンド
２…紛体エポキシ樹脂
３…ワニス
４…固定子コア
６…衝撃
７…変形方向
１２…圧縮ポンプ
１３…電動機
２１…固定子端板
２２…平角銅線
２３…絶縁紙
２５…固定子積層シート

Claims (3)

1. 固定子のコアに巻回するコイルを複数の導体セグメントで構成し、コアから突出する導体セグメントの端部（コイルエンド）を相互に接合してコイルを形成している構造を有する固定子を具備し、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油またはポリオールエステル系油またはポリビニルエーテル系油を用い、冷媒としてフッ素化炭化水素を用いる密閉型圧縮機用電動機において、エポキシ樹脂中に溶融シリカを含有率５１．５±３ｗｔ％で配合した紛体エポキシ樹脂を、周方向に隣り合う前記複数のコイルエンドの接合部の間を前記エポキシ樹脂で埋めて硬化させ、前記エポキシ樹脂により周方向に隣り合うコイルエンドの接合部を相互に固定絶縁したことを特徴とする密閉型圧縮機用電動機。
2. 冷媒として１，１，１，２−テトラフルオロエタンを用いる請求項１に記載の密閉型圧縮機用電動機。
3. 前記密閉型圧縮機用電動機が、固定子鉄心は、積層板を貫いて延びる複数のスロットが形成された積層鉄心を備え、多相固定子巻線は、複数の導体セグメントを備え、前記スロット内に互いに絶縁して収納されており、前記スロット外においては、固定子鉄心の端面側に延び出して配置されており、回転子のＮＳ磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する接続パターンによってコイルエンドを形成しており、その結果前記固定子鉄心の端面側には前記接続パターンを主として繰り返すコイルエンド群が形成されており、前記コイルエンドは互いに離間して配置されている構成を有する電動機であり、前記離間配置されたコイルエンドを紛体エポキシ樹脂で相互に絶縁固定している請求項１または２に記載の密閉型圧縮機用電動機。

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