JP4942259B2

JP4942259B2 - 電動機

Info

Publication number: JP4942259B2
Application number: JP2001210071A
Authority: JP
Inventors: 英治檜脇; 能成浅野; 久和片岡; 直橋本; 進一奥山; 浩村上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: US20040195926A1; DE60238122D1; WO2003007457A1; JP2003032939A; EP1414132B1; US6952064B2; EP1414132A4; EP1414132A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低騒音、低振動を実現する集中巻電動機およびそれを用いた密閉型圧縮機などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアコンや冷蔵庫の圧縮機などに使用される集中巻電動機は、図１０〜図１２に示すように構成されている。
【０００３】
これは、固定子６０とその内側で回転自在に支持された回転子８０からなり、図１０と図１２に示す固定子６０は、固定子鉄心６１を積層して構成されている。この固定子鉄心６１は、巻線が施されるティース６２と、ティース６２の外周部をつなぐ略環状のヨーク６４から形成されている。ティース６２の先端には、固定子鉄心内径部に沿って周方向に突出したティース先端突出部６５が形成されている。
【０００４】
固定子鉄心６１に設けられた６本のティース６２に施される巻線は、図１０では３相巻線６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗで表されているが、この３相巻線６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗの寸法形状は正確に表記されていない。正確に寸法形状を表記すると、図１１に示すように巻装されている。
【０００５】
図１１は図１０のＸ−Ｘ′線に沿う断面図で、３相巻線６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗを表す巻線６３は、フィルム状または樹脂成形されたインシュレータからなる絶縁物６７を介して固定子鉄心の前記ティース６２に施されている。
【０００６】
３相巻線６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗは、互いにスター結線されており、同時に３相中の２相が通電して駆動される１２０°矩形波通電である。また、印加電圧はＰＷＭ制御によって変化させられる。
【０００７】
また、この形状の固定子鉄心６１は、スキューを形成せずに軸方向にまっすぐに積層されている。固定子鉄心６１の外周に形成された切り欠き６６は、固定子６０が圧縮機のシェル９０の内側に焼きばめ圧入された状態で、前記シェル９０と固定子鉄心６１との間に貫通孔として作用することになり、冷媒の通路となる。
【０００８】
回転子８０は、固定子６０の内側に、固定子６０と同心円状に、回転自在に保持されている。回転子８０は、回転子鉄心８１に永久磁石８２が埋め込まれている。回転子鉄心８１の両端には端板（図示せず）が取り付き、回転子鉄心に設けられた貫通孔にリベット（図示せず）を通しかしめることで、両端の端板が固定されている。また、軸孔８３にはシャフトが入る。
【０００９】
したがって、回転子８０は固定子６０に施された３相巻線６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗに流れる電流による回転磁界によって、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合わせた回転力によって、前記シャフトを中心にして回転する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、スキューを形成せずに、軸方向にまっすぐに積層される固定子６０では、互いに隣接したティース先端突出部６５の間に、作用する互いに引き合うあるいは反発する応力が増加するために、分布巻に比べて振動が増加する傾向にある。これには、回転方向の振動のみならず、半径方向の振動も大きく影響を及ぼしている。
【００１１】
特に、ＰＷＭ制御を行う場合、さらには３相中２相のみに通電する１２０°矩形波通電では振動の増加が顕著であった。これは、正弦波駆動に比べて、巻線に流れる電流に高調波を多く含むためである。また、１２０°矩形波通電では、電流の変化が急峻であることから、ティース先端突出部には強い加振力が発生し、振動が増大する。
【００１２】
回転力のムラを低減し、振動低減を図る方法として、スキュー形成が有効であることが従来から知られている。スキューは固定子についてのみならず、例えば、特開２０００−１７５３８０号には、回転子、または固定子と回転子との両方へのスキュー形成について開示されており、スキューを形成することによって前述の図１０に示す集中巻電動機に発生する振動を低減することが可能である。
【００１３】
しかし、固定子にスキューを形成することにより、回転力のムラを低減させると共に、固定子鉄心を、ヨークを形成する円環の内径にティースを形成するリブを有する形状を考えた場合には、スキューによりリブが斜めになり、円環振動の発生を低減することはできるが、単に固定子にスキューすることのみでは、完全になくすことは不可能である。そして、発生するわずかな円環振動に対して、非接触状態で同一巻線用溝内に収納される巻線は質量となり、振動を増幅させていることが判明した。
【００１４】
本発明は、集中巻電動機の運転時の振動、騒音を抑制することであり、高効率で低振動、低騒音である電動機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の電動機は、集中巻線を施してなる固定子と回転子の少なくとも一方にスキューを形成し、かつ前記巻線用溝内の前記巻線間に巻線制振体が前記巻線と直接または絶縁物を介して接触するように挿入し、巻線用溝内の巻線を巻線制振体で支持したものである。
【００１６】
また、極数がＮｐである場合、固定子と回転子により形成される相対的なスキュー角度が、４°以上（１２０／Ｎｐ）°以下としたものである。
このような構成により、集中巻線電動機の運転時の振動、騒音を抑制した高効率の電動機を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の電動機は、環状のヨークと前記ヨークの内周部に等間隔に半径方向に配置された複数のティースを有して隣接するティースの間に巻線用溝が設けられ前記ティースにそれぞれ巻線を集中巻線してなる固定子と、前記巻線用溝において隣接する前記巻線が間接的に互いが接触するように隣接する前記巻線の間に介装された塊の巻線制振体と、前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し回転自在に保持された回転子により構成される電動機であって、前記固定子にスキューが形成され、かつスキューされた前記巻線は、各隣接した前記巻線の外形で定義される面と平行で、前記スキューに対して平行な前記巻線制振体を介して接触し、前記ティースおよび前記巻線の振動を抑制または減衰させたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、巻線の占積率が低い場合であっても、巻線用溝内で巻線を巻線制振体で支持することで、固定子の強度を向上させ、巻線の振動を抑制または減衰できる。固定子にスキューを形成するだけでなく回転子にもスキューを形成した場合には、固定子に形成するスキュー角度を小さくしてもコギングトルクおよびトルク脈動を低減できる。
【００１９】
本発明の請求項２に記載の電動機は、請求項１において、巻線制振体を、非磁性体あるいは導電率：σがσ＜１×１０^-5Ω^-1ｍ^-1の材料で構成したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項３に記載の電動機は、請求項１または請求項２において、巻線制振体の熱膨張係数：αが、α＞１．１×１０^-5ｋ^-1であることを特徴とする。この構成によると、固定子鉄心よりも熱膨張係数を大きくすることで、電動機運転時の発熱によってティース間をより強固に保持できる。
【００２１】
本発明の請求項４に記載の電動機は、請求項１〜請求項３において、前記回転子には回転子鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれていることを特徴とする。この構成によると、永久磁石によるマグネットトルクとロータの突極性に起因するリラクタンストルクを有効に利用できる。
【００２２】
本発明の請求項５に記載の電動機は、請求項４において、回転子スキューは、回転子軸方向に磁石埋め込み孔が設けられ、かつ回転子軸方向に少なくとも２つに分割された回転子鉄心ユニットが、それぞれの前記磁石埋め込み孔に永久磁石を埋め込むとともに円周方向に任意の角度回転させ一体に形成された回転子鉄心に形成されていることを特徴とする。この構成によると、永久磁石の漏れ磁束を低減できる。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の電動機は、請求項５において、回転子鉄心の軸方向分割、および回転子鉄心ユニットを円周方向への回転角度は回転子鉄心ユニットごとに等間隔であることを特徴とする。この構成によると、部品点数を削減できる。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の電動機は、請求項１〜請求項６において、前記回転子の極数がＮｐである場合、固定子と回転子により形成される相対的なスキュー角度が、４°以上、（１２０／Ｎｐ）°以下であることを特徴とする。この構成によると、固定子、回転子鉄心の円環振動を抑制できる。また、固定子および回転子にスキューを形成した場合、各々に形成すべきスキュー角度を小さくできる。
【００２５】
本発明の請求項８に記載の電動機は、請求項１〜請求項７において、前記巻線が自己融着電線からなることを特徴とする。この構成によると、巻線および固定子鉄心を含めた固定子の剛性が向上できる。
【００２６】
本発明の請求項９に記載の電動機は、請求項１〜請求項８において、前記固定子が、打ち抜いた電磁鋼板を積層してなり、スキュー角度をθｓ、電磁鋼板の積層枚数をＮｓとしたとき、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に、回転中心に対してθｈ＝θｓ÷Ｎｓ（°）ピッチの小穴を少なくとも同一円周上にＮｓ個設けたことを特徴とする。この構成によると、固定子鉄心のスキュー角度を、容易に精度良く固定できる。
【００２７】
本発明の請求項１０に記載の電動機は、請求項１〜請求項８において、前記固定子が、打ち抜いた電磁鋼板を積層してなり、スキュー角度をθｓとしたとき、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に、回転中心に対して、θｈ＝θｓ＋α（°）の角度にわたって同一円周上に伸びた長孔を設けたことを特徴とする。この構成によると、固定子鉄心のスキュー角度を、容易に精度良く固定できる。
【００２８】
本発明の請求項１１に記載の電動機は、請求項１〜請求項８において、固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、かつ内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した円筒枠を固定子鉄心に係合させてスキューを形成したことを特徴とする。この構成によると、固定子のスキュー角度を、容易に精度良く固定できる。
【００２９】
本発明の請求項１２に記載の密閉型圧縮機は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の電動機を搭載したことを特徴とする。この構成によると、低振動、低騒音の密閉型圧縮機を実現できる。
【００３０】
本発明の請求項１３に記載の密閉型圧縮機は、請求項１２において、電動機の固定子は、ティースに対応した固定子鉄心の外周に冷媒通路用の切り欠きを形成したことを特徴とする。この構成によると、磁束が通過するために必要な磁路を確保しつつ、固定子が圧縮機のシェルに焼きばめ圧入された時、圧縮機のシェルと固定子鉄心との間に冷媒通過用の貫通孔を形成できる。
【００３１】
本発明の請求項１４に記載の密閉型圧縮機は、請求項１０に記載の電動機を用いた密閉型圧縮機であって、前記円筒枠が密閉型圧縮機のシェルを兼ねていることを特徴とする。この構成によると、固定子にスキューを形成するための特別な治具を必要せず、組立工数を削減できる。
【００３２】
本発明の請求項１５に記載の密閉型圧縮機は、請求項１２〜請求項１４において、冷媒としてＨＦＣまたは自然冷媒を使用したことを特徴とする。この構成によると、環境負荷を低減できる。
【００３３】
本発明の請求項１６に記載の密閉型圧縮機は、請求項１２〜請求項１５において、電動機の巻線の端子間にかかる電圧が５０ボルト以下であることを特徴とする。この構成によると、バッテリー駆動が可能な、低振動、低騒音の密閉型圧縮機を実現できる。
【００３４】
本発明の請求項１７に記載の冷凍サイクルは、請求項１２から請求項１６のいずれかに記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする。この構成によると、低振動、低騒音の冷凍サイクルを実現できる。
【００３５】
本発明の請求項１８に記載の空気調和機は、請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする。この構成によると、低振動、低騒音の空気調和機を実現できる。
【００３６】
本発明の請求項１９に記載の自動車は、請求項１８に記載の空気調和機を搭載したことを特徴とする。この構成によると、低振動、低騒音の自動車を実現できる。
【００３７】
本発明の請求項２０に記載の自動車は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の電動機をアクチュエータとして搭載し、かつ前記電動機の巻線の端子間にかかる電圧が５０ボルト以下であることを特徴とする。この構成によると、低振動、低騒音の自動車を実現できる。
【００３８】
本発明の請求項２１に記載の電動機の製造方法は、請求項９記載の電動機を製造するに際し、電磁鋼板に形成された前記小穴を１つずつずらしながら前記電磁鋼板を積層し、積層された電磁鋼板の前記小穴にピンを挿通して前記電磁鋼板を固定してスキューが形成された固定子を製造することを特徴とする。
【００３９】
本発明の請求項２２に記載の電動機の製造方法は、請求項１０記載の電動機を製造するに際し、打ち抜いた電磁鋼板の前記長孔にピンを挿通して積層し、固定子の下層に対して上層を軸心回りに捻って固定子にスキューを形成し、積層された電磁鋼板の外周を溶接または接着あるいは加圧によりが固定して固定子を製造することを特徴とする。
【００４０】
本発明の請求項２３に記載の密閉型圧縮機の製造方法は、請求項１１記載の電動機を使用した密閉型圧縮機を製造するに際し、固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、かつ内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した円筒枠の密閉型圧縮機シェルに固定子鉄心を係合させてスキューを形成することを特徴とする。
【００４１】
本発明の請求項２４に記載の密閉型圧縮機の製造方法は、請求項１１記載の電動機を使用した密閉型圧縮機を製造するに際し、固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、円筒枠でその円周方向に少なくとも２以上に分割でき内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した治具に、固定子鉄心を係合させてスキューを形成し、スキューが形成された固定子を前記治具から取り外して密閉型圧縮機シェルの内側に取り付けることを特徴とする。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図９に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明の実施例の集中巻電動機を示す。図１０〜図１２に示した従来の集中巻の電動機では固定子鉄心６１を軸方向にまっすぐに積層してスキューが形成されていないため、ティース先端突出部６５の周方向の端部６５ａは、軸方向に沿って延びる直線状であったが、この実施の形態では、固定子鉄心１０のティース先端突出部１５の周方向の端部１５ａが軸方向に対して傾くように積層してスキューが形成されている。
【００４３】
また、ティースへの巻線状態は図３に示すように、巻線用溝１９内で異なる相の巻線同士１３の間に巻線制振体１８が介装されて互いに接触しており、図１１の従来の巻線状態のように、巻線用溝内で異なる相の巻線同士６３−６３の間に隙間１００があるものとは異なっている。
【００４４】
なお、固定子の構造、３相巻線１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの結線状態、３相巻線１３Ｕ〜１３Ｗの通電駆動状態などは従来例と同様である。
以下に、詳しく説明する。
【００４５】
空気調和機や冷蔵庫の圧縮機などに使用される図１に示す電動機は、固定子１０と回転子２０からなり、固定子１０は、固定子鉄心１１に設けられた６本のティース１２に、図３に示すように巻線１３と固定子鉄心１１の間にフィルム状またはインシュレータ等の絶縁物１７を介して３相巻線１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗが施されている。
【００４６】
固定子鉄心１１の外周部には切り欠き１６が形成されており、この切り欠き１６は、固定子１０が圧縮機のシェル９０の内側に焼きばめ圧入された状態で、前記シェルと固定子鉄心１１との間に貫通孔として作用することになり冷媒の通路となる。
【００４７】
回転子鉄心１１に形成した孔に配置される回転子２０は、回転子鉄心２１に永久磁石２２が埋め込まれて構成されている。なお、永久磁石２２は、図１に示すものに制限するものではなく、例えば、少なくとも１層以上に逆円弧状に複数配置（埋め込む）したものであっても良い。
【００４８】
図２は図１に示した平面形状の固定子鉄心１１を積層して構成される固定子１０にスキューを形成した状態を示している。なお、固定子鉄心１１以外の構成部品、例えば、巻線１３を構成する１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗなどは、その描画を省略してある。
【００４９】
巻線１３の巻線工法としては、ノズル巻工法、あるいはインサータ工法、あるいは銅線（巻線）の先端が固定子鉄心の天面側及び底面側の巻線用溝端を複数回通過して、ティース１２に巻線を巻回する巻線工法のいずれによっても製造できる。
【００５０】
ノズル巻工法によって巻線１３を施す場合、整列巻線が可能であり占積率が向上すると共に、電動機の軸方向長さを小さく抑えることが可能である、一方、巻回後に前記スキューを固定子１０に形成する場合、固定子１０にスキューを形成することによって巻線１３に引張力が作用する。しかし、あらかじめ緩めに巻線１３を施す、あるいは固定子鉄心１１の軸方向の両端面または片端面に、スキューに対応する長さ分の空間を設けることで、引張力を緩和することが可能である。また、積層した固定子鉄心１１にノズル巻工法を行う場合、巻線用溝１９内にノズル移動するスペースが必要であり、隣接するティース１２に巻回された同一巻線用溝１９内に収納される巻線１３同士の接触が、前述の所定のスキュー角度範囲において十分確保できないような場合、巻線制振体１８を用いると良い。
【００５１】
次に、インサータ工法によって巻線１３を施す場合、巻線用溝１９開口部の幅（隣接するティース先端突出部１５間の隙間の幅）をノズル巻工法に比べて小さくできるため有効に磁束を鎖交させることができ、占積率も向上させることが可能であり、電動機の効率を向上できる。また、通常、挿入前の巻線１３は、ティース先端突出部１５の幅より大きく仮巻されており、かつその内周長はティース１２（ティース先端突出部１５より固定子鉄心１１の外径側部）外周長より長くしてあるため、巻線用溝１９内に装填したとき、固定子鉄心１１の軸方向端部と巻線１３の軸方向端部の内周部との間に、スペースが形成され、巻線後に固定子１０にスキューを形成しても巻線１３に引張力は作用しない。したがって、生産性および信頼性上有利となる。
【００５２】
最後に、銅線（巻線１３）の先端が固定子１１の天面側及び底面側の巻線用溝１９端を複数回通過して、ティース１２に巻線１３を巻回する巻線工法の場合、巻線用溝１９の開口部から巻線１３を挿入する必要が無いため、巻線用溝１９の開口部の大きさを自由に設定でき、整列巻線を施すのも容易である。特に、固定子１０にスキューを形成することにより、巻線用溝１９の内周側の開口部から巻き線用ノズルが入らない、あるいは、仮巻した巻線１３が挿入できないような場合であっても、巻回が可能である。特に、巻数の少ない場合に有効であり、太線、平角線などを使用する場合に適している。
【００５３】
固定子鉄心１１は、巻線１３が巻回されているティース１２と、回転子２０外周に面し、ティース１２の先端に、通常幅広に配置されたティース先端突出部１５と、各ティース１２間を連結する略環状のヨーク１４からなる。
【００５４】
図２は図１に示した固定子１０にスキューを形成した状態を示している。なお、本図においては、固定子鉄心１１以外の部分、例えば巻線１３などは、その描画を省略してある。
【００５５】
固定子１０にスキューを形成することによって、主に回転力のムラによる振動を緩和できる。
しかし、騒音、振動の原因としては半径方向の加振力や、特に集中巻の場合には隣接するティース１２間における吸引力の影響があるため、スキューのみでは振動を十分に低減することができない。
【００５６】
なお、固定子鉄心１１には、その外周に切り欠き１６が形成されている。切り欠き１６はティース１２に対応した位置、すなわちティース１２と同一線（固定子鉄心１２の中心を通る径方向線）上に形成されており、ティース１２と同様の角度が付されている。
【００５７】
図３は固定子１０にスキューを形成し、かつ隣接するティースに巻回された同一巻線用溝１９内に収納される巻線１３同士が巻線制振体１８を介して接触する状態を示したものである。
【００５８】
固定子１０にスキューを形成する場合、スキュー角度と巻回されている巻線１３の量により、あるスキュー角度を境にして隣接する各ティース１２と、これらに巻回された巻線１３が同一巻線用溝１９内で、巻線制振体１８を介して互いに接触するため、固定子１０（固定子鉄心１１）の強度を向上させると共に、巻線１３により、ティース１２の振動を抑制する固定子１０の強度を向上できる。さらに、巻線制振体１８を介して互いに接触する各巻線１３のダンバ効果により、ティース１２および巻線１３の振動を抑制または減衰させられ、電動機の騒音、振動を低減できる。
【００５９】
特に、電動機の仕様により巻線量が少ない（占積率が低い）場合、巻線１３の間に巻線制振体１８を挿入することで、上記のような作用効果を確実かつ容易に得ることができる。
【００６０】
巻線制振体１８としては、非磁性体あるいは導電率：σが
σ ＜１×１０^-5Ω^-1ｍ^-1
である材料で、さらに前記特性を有する材料で、かつ熱膨張係数：αが
α ＞１．１×１０^-5ｋ^-1
である材料を使用することにより、振動を抑制できる。
【００６１】
導電率：σが σ ＜１×１０^-5Ω^-1ｍ^-1である材料を使用した場合、隣接するティース１２間で発生する磁束の変動による誘導電流の発生を抑制できるため、ジュール発熱を抑制した状態でティース１２の振動を低減できる。
【００６２】
熱膨張係数：がα＞１．１×１０^-5ｋ^-1である材料を使用した場合、固定子鉄心１１を構成する鉄系材料よりも熱膨張係数を大きくすることで、電動機運転時の発熱によってティース１２の間をより強固に保持することができ、よりティース１２の振動を抑制可能となる。特に高温で使用される場合には効果が大きくなる。
【００６３】
非磁性の巻線制振体１８としてＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＡ、ＰＴＦＥなどの樹脂成形品を使用することで固定子１０の剛性を向上させる共に、振動の減衰効果を得ることも期待できる。特に、これらのポリエステル系樹脂は、密閉型圧縮機などのように、冷媒中で使用される場合に特に好適である。
【００６４】
なお、巻線１３はティース１２に絶縁物１７（絶縁フィルム、インシュレータなど）を介して巻回すると良い。特に、密閉型圧縮機などのように、冷媒中で使用される場合、絶縁物１７としてはポリエステル系のフィルムが好適である。冷媒としては、具体的にはＨＦＣなどが使用でき、自然冷媒を使用することもできる。
【００６５】
固定子鉄心１１と巻線１３の絶縁にフィルムを用いる場合、コイルエンドと固定子鉄心１１の軸方向の端面との空間絶縁距離を確保するために、フィルムの軸方向両端を所定の幅で折り返し、その端部が固定子鉄心１１の端部に引っかかるようにすると良い。また、固定子鉄心１１と巻線１３を絶縁するフィルムを巻線用溝１９に沿わせ、その端部を延長して、同一巻線用溝１９内の異なる相の巻線１３間の絶縁も同時に行っても良い。
【００６６】
また、固定子鉄心１１と巻線１３の絶縁には樹脂にて成形したインシュレータを巻線用溝１９に沿わせて用いても良い。
さらに、巻線１３と絶縁支持部材１８間に絶縁物１７を挿入することも可能である。
【００６７】
図４は、固定子鉄心外周部変位量（電動機運転時の加振力を固定子内径に設定）と固定子鉄心に形成されるスキュー角度、図５は、トルク脈動とスキュー角度の関係を示す。
【００６８】
図４は、固定子鉄心１１を、ヨークを形成する円環の内側にティースを形成する突起、即ちリブを設けたものとして考えるとき、リブが軸方向にまっすぐではなく、円周方向にスキュー角度４°以上で捻られていることにより、円環振動が抑制される。
【００６９】
なお、図４は任意の一定荷重に対する固定子の外周変位量を示したものであり、例えば、荷重の増減により、図中に示す線図は上下に平行移動するが、どのような荷重においても、スキュー角度４°で、変位量は一定となる関係にある。
【００７０】
また、図５によれば、回転子２０の極数がＮｐ＝４である場合にスキュー角度を３０（１２０／Ｎｐ）°以上で、トルク脈動が増大することが確認できる。
従って、スキュー角度を４°以上、（１２０／Ｎｐ）°以下とすることにより、トルク脈動を低減しつつ、円環振動の固有振動数が高くなり、固定子鉄心の振動の変位量が低下するため、運転時の振動や騒音が低減できる。
【００７１】
巻線１３を自己融着電線とし、固定子１０にスキューを形成した後に、巻線１３を加熱または通電することにより巻線１３を固着させることで、巻線用溝１９内で同相の巻線１３同士がより強固に接触、固着するため、巻線１３そのものの振動を抑制できる。
【００７２】
次に、本発明の電動機の固定子に適用されるスキュー形成について説明する。
固定子１０にスキューを形成する方法としては、二通りの方法が考えられる。
一方は、巻回（前述のインサータ工法による巻線１３の挿入含む。以下同様）後にスキューを形成する方法であり、他方は、固定子１０にスキューを形成した後に巻回する方法である。
【００７３】
前者による場合、巻線用溝１９の開口部が軸方向にまっすぐであるので巻回が容易であり、生産性が良好である。
後者による場合、固定子鉄心１１をスキューした状態で巻回することから、巻回後、固定子１０にスキューを形成する際に、巻線１３を損傷することなく、絶縁性の良好な電動機の製造が可能である。
【００７４】
図６に固定子１０にスキューを形成する具体例を示す。
スキュー角度をθｓ、電磁鋼板４０の積層枚数をＮｓとしたとき、打ち抜いた電磁鋼板からなる固定子鉄心１１の外周部付近に、回転中心に対してθｈピッチの小穴４１を少なくとも同一円周上にＮｓ個設ける。θｈは、θｈ＝θｓ÷Ｎｓ（°）である。
【００７５】
この小穴４１を１つずつずらしながら固定子１０にスキューを形成し、小穴４１にピン３１を通して固定子鉄心１１を固定することで、容易に固定子鉄心１１のスキュー角度を精度良く決め、固定できる。
【００７６】
例えば、４極６巻線用溝の場合において、１５°のスキューを形成する場合、０．５ｍｍの厚みの電磁鋼板４０を８０枚積層し４０ｍｍの積厚とする場合、θｈ＝１５÷８０＝０．１８７５°ピッチの微少な穴を少なくとも８０個設けると良い。特に、容量の大きい、例えば、パッケージエアコンの圧縮機などに適用可能である。さらに、これらの穴は１８０°対称位置にも設けると、スキューの工程がより確実に行える。また、小穴４１にピン３１を通した後、固定子１０外周を溶接または接着または加圧（かしめ）により積層間の固着を行うことも可能である。この場合、巻線１３の張力が強い場合であっても、固定子鉄心１１の積層間の固着を保つことができる。
【００７７】
このような製造方法では、積層枚数が異なった場合には同一の打ち抜き形状の固定子鉄心１１を使用できないが、図７に示す製造方法ではこの点を改善できる。
【００７８】
図７に示す製造方法では、図６における小穴４１の代わりに、同一円周上に伸びた長孔４２を、回転中心に対してθｈ＝θｓ＋α（°）（αはピンの幅に相当する角度）の角度にわたって設け、この長孔４２にピン３２を挿入した状態で積層した固定子鉄心１１の下層に対して上層を軸心回りに捻って固定子１０にスキューを形成した後、積層した固定子鉄心１１の外周を溶接または接着または加圧（かしめ）により積層間の固着を行うことで、固定子鉄心１１のスキュー角度を精度良く決め、固定する。
【００７９】
このように、積層が変更されても同一の打ち抜き形状を用いることができ、部品の共用化を図ることが可能である。なお、図７では長孔４２は固定子鉄心１１の周方向に１個しか設けていなかったが、複数個を設けて構成することもできる。
【００８０】
図８は固定子１０にスキューを形成する他の具体例を示している。
なお、図８において、巻線１３などの固定子１０を構成する要素の描画は省略している。
【００８１】
固定子鉄心１１の外周部の少なくとも１箇所に溝４３を設け、スキューを形成する前は、溝４３が同一箇所に揃えられている。一方、固定子鉄心１１の外側に嵌合するシェル９０の内側には、溝４３の位置に対応して、所定のスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起５１が設けられており、前記シェル９０に固定子鉄心１１をシェル９０に収める際に、固定子１０にスキューを形成する。
【００８２】
このような製造方法により、固定子１０に容易にスキューを形成できるため、生産性が向上する。この時、固定子鉄心１１は圧入や焼きばめでも良いが、打ち抜いた電磁鋼板の１枚１枚が強く固着しているわけではないので、シメ代は小さい方が望ましい。また、隙間嵌めの場合は、シェル９０と固定子鉄心１１を固定する手段が必要である。
【００８３】
上記の説明では、固定子鉄心１１の外側に嵌合するシェル９０は、圧縮機のシェルであったので、固定子１０にスキューを形成するための特別な治具を必要とせず、そのまま部品として利用でき使用材料の低減や生産設備の簡素化ができ、生産性が向上する。
【００８４】
このシェル９０に固定子１０を収める前に、このシェル９０と同様の筒状で、その円周方向に少なくとも２以上に分割することができ、内周面に溝４３の位置に対応して、所定のスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起５１が設けられた治具を使用し、この治具を使用してスキューが形成された固定子１０を形成し、これをシェル９０に収めるようにも構成できる。
【００８５】
さらに、固定子１０にスキューを形成した場合について記載したが、図１に示すような永久磁石を埋め込んだ回転子２０にスキューを形成した場合も、電動機の振動を抑制する、あるいはスキューを形成されていない回転子と比較し、有利な作用効果を得ることが可能となる。
【００８６】
そして、さらに、スキュー角度は固定子１０と回転子２０により形成される相対的な角度であるため、回転子２０にスキューを形成した場合、固定子１０に形成するスキュー角度を小さくすることができ、固定子１０の製造がより容易になる。このときの相対的な角度は４°以上、（１２０／Ｎｐ）°以下であり、固定子１０のスキューの傾き方向と回転子２０のスキューの傾き方向とは、逆方向に形成される。
【００８７】
上記の各実施例では、固定子鉄心１１に溝４３を形成し、シェル９０または前記治具に前記溝４３に係合する突起５１を形成したが、固定子鉄心１１に突起を形成し、シェル９０または前記治具に固定子鉄心１１の側の突起に係合する溝を形成しても同様に構成できる。
【００８８】
上記の各実施例では、固定子鉄心１１が取り付けられるシェル９０は密閉圧縮機のシェル９０であったが、各種装置のアクチュエータとして使用される電動機のシェルであっても同様に実施できる。
【００８９】
図９にスキューを形成した回転子２０を示す。
スキューが形成された回転子２０は、回転子２０の軸方向に２つに分割された回転子鉄心ユニット２１Ａ，２１Ｂで構成されている。回転子鉄心ユニット２１Ａ，２１Ｂは、いずれも、回転子２０の軸方向に磁石埋め込み孔２３が設けられている。
【００９０】
回転子鉄心ユニット２１Ａと回転子鉄心ユニット２１Ｂとは、それぞれの磁石埋め込み孔２３に永久磁石２２Ａ，２２Ｂを埋め込み、円周方向に任意の角度回転だけずらせて一体に形成した回転子鉄心２１によって構成されている。
【００９１】
このように構成したため、回転子２０は、永久磁石２２Ａ，２２Ｂが上下に分割はされているものの、回転子２０の端面側から投影した場合、Ｘ状に配置されており、例えば、永久磁石２２Ａの一方側面（例えば、Ｎ極）から永久磁石２２Ｂの他方側面（前記永久磁石２２Ａの一方側面がＮ極の場合、Ｓ極）に磁束が流れ、漏れ磁束を低減できる。
【００９２】
また、回転子２０へのスキュー形成は、固定子１０へのスキュー形成と同様に連続的に行っても良く、このような場合、永久磁石２２Ａ，２２Ｂは射出成形などが可能である樹脂磁石とすると、その製造が容易となる。
【００９３】
図９では回転子鉄心２１が、２つの回転子鉄心ユニット２１，２１Ｂで構成したが、回転子２０の軸方向に少なくとも２つに分割され、円周方向に任意の角度回転だけずらせて一体に形成して構成すればよい。
【００９４】
上記の各実施例では、固定子１０または固定子１０と回転子２０の両方にスキューを形成したが、回転子２０にだけスキューを形成して構成することもできる。
【００９５】
なお、これらの電動機は密閉型圧縮機だけでなく、移動体（例えば、自動車、電動車椅子、電気自転車、あるいは電動配膳車など）のアクチュエータや、移動体に搭載された空気調和機の冷凍サイクルに使用することができ、同一の移動体に搭載されたバッテリーによる駆動に際しても、電動機の効率が高いため、バッテリーの電力消費を低減できる。また、電動機の効率が高いので、同じ出力を得るために必要な電動機の大きさを従来よりも小さくできる。
【００９６】
また、電動機運転用の電源がバッテリーである場合、すなわち、電動機の巻線の端子間にかかる電圧が５０ボルト以下、例えば、１２、２４または４２ボルトなどである時、電動機の効率が高いためバッテリーの電力消費を低減でき、長時間運転ができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定子と回転子の少なくとも一方にスキューが形成され、かつ前記固定子の巻線用溝内の巻線間に巻線制振体を挿入したので、固定子の強度を向上させ、さらに、ティースおよび巻線の振動を抑制または減衰させることが可能であり、低振動、低騒音を実現できる。また、特に占積率が低い場合であっても、容易に巻線用溝内の巻線を支持できる。
【００９８】
また、回転子は回転子鉄心内部に永久磁石が埋め込まれているので、永久磁石によるマグネットトルクとロータの突極性に起因するリラクタンストルクを有効に利用することができ、電動機の高効率化を実現できる。さらに、回転子にスキューを形成しているので、コギングトルクおよびトルク脈動を低減でき、かつ固定子に形成するスキュー角度を小さくできる。さらにまた、回転子スキューは、回転子軸方向に少なくとも２つに分割された回転子鉄心ユニットを、円周方向に任意の角度回転させ一体的に形成された固定子鉄心に永久磁石を埋め込み形成されているので、漏れ磁束を低減することができ、さらなる高効率を実現できる。
【００９９】
また、スキュー角度は、極数がＮｐである場合、固定子と回転子により形成される相対的なスキュー角度が、４°以上、（１２０／Ｎｐ）°以下としたので、円環振動が抑制され、かつ固有振動数が高くなり、固定子鉄心振動の変位量が低下し、運転時の振動や騒音が低減できる。さらに、固定子と回転子共にスキューを形成した場合、各々に形成するスキュー角度を小さくすることができ、生産性を向上できる。
【０１００】
また、自己融着電線を用いているので、巻線を含めた固定子の剛性を向上させることができ、さらなる巻線の振動を抑制または減衰できる。
また、固定子は、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に設けたθｈ＝θｓ÷Ｎｓ（°）ピッチの小穴を１つずつずらしながらスキューが形成され、かつ電磁鋼板外周部付近に設けた小穴にピンが挿通され、あるいは、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に、回転中心に対して、θｈ＝θｓ＋α（°）（αはピンの幅に相当する角度）の角度にわたって、同一円周上に伸びた長穴を１個または複数個設け、前記長穴にピンを挿入した状態で固定子にスキューを形成し、かつ固定子外周を溶接または溶着あるいは加圧により積層された電磁鋼板を固定することにより、固定子鉄心のスキュー角度を容易に精度良く形成できる。
【０１０１】
また、上記特有の効果を有する本発明による電動機を密閉型圧縮機あるいはカーアクチュエータ、または前記密閉型圧縮機を冷凍サイクルあるいは空気調和機、または自動車に用いているので、これら機器の低振動、低騒音を実現できる。
【０１０２】
さらに、これら機器に用いられている密閉型圧縮機用の電動機の固定子鉄心のティースに対応した外周に冷媒通過用の切り欠きを形成しているので、磁束が通過するために必要な磁路を確保することが可能であり、電動機の効率低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の集中巻線電動機の断面図
【図２】同実施例の固定子の斜視図
【図３】同実施例の固定子鉄心のティースおよび巻線用溝部の断面図
【図４】同実施例の固定子鉄心外周部変位量と固定子鉄心に形成されるスキュー角度の特性図
【図５】同実施例のトルク脈動とスキュー角度の特性図
【図６】本発明の電動機を構成する固定子の第一の製造方法を示す斜視図
【図７】本発明の電動機を構成する固定子の第二の製造方法を示す斜視図
【図８】本発明の電動機を構成する固定子の第三の製造方法を示す斜視図
【図９】本発明のスキューを形成した回転子を示す図
【図１０】従来の集中巻電動機の断面図
【図１１】従来の集中巻電動機における固定子鉄心のティースおよび巻線用溝部の断面図
【図１２】従来の集中巻電動機における固定子鉄心の斜視図
【符号の説明】
１０固定子
１１固定子鉄心
１２ティース
１３巻線
１４ティース根元のヨーク
１５ティース先端突出部
１６切り欠き
１７絶縁物
１８巻線制振体
１９巻線用溝
２０回転子
２１回転子鉄心
２１Ａ，２１Ｂ回転子鉄心ユニット
２２永久磁石

Claims

環状のヨークと前記ヨークの内周部に等間隔に半径方向に配置された複数のティースを有して隣接するティースの間に巻線用溝が設けられ前記ティースにそれぞれ巻線を集中巻線してなる固定子と、
前記巻線用溝において隣接する前記巻線が間接的に互いが接触するように隣接する前記巻線の間に介装された塊の巻線制振体と、
前記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し回転自在に保持された回転子により構成される電動機であって、
前記固定子にスキューが形成され、かつスキューされた前記巻線は、各隣接した前記巻線の外形で定義される面と平行で、前記スキューに対して平行な前記巻線制振体を介して接触し、前記ティースおよび前記巻線の振動を抑制または減衰させた
電動機。
巻線制振体を、非磁性体あるいは導電率：σがσ＜１×１０^−５Ω^−１ｍ^−１の材料で構成した
請求項１記載の電動機。
巻線制振体の熱膨張係数：αが、α＞１．１×１０^−５ｋ^−１である
請求項１または請求項２の何れかに記載の電動機。
前記回転子には回転子鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれている
請求項１〜請求項３の何れかに記載の電動機。
回転子スキューは、回転子軸方向に磁石埋め込み孔が設けられ、かつ回転子軸方向に少なくとも２つに分割された回転子鉄心ユニットが、それぞれの前記磁石埋め込み孔に永久磁石を埋め込むとともに円周方向に任意の角度回転させ一体に形成された回転子鉄心に形成されている
請求項４に記載の電動機。
回転子鉄心の軸方向分割、および回転子鉄心ユニットを円周方向への回転角度は回転子鉄心ユニットごとに等間隔であることを特徴とする
請求項５に記載の電動機。
前記回転子の極数がＮｐである場合、固定子と回転子により形成される相対的なスキュー角度が、４°以上、（１２０／Ｎｐ）°以下であることを特徴とする
請求項１から請求項６のいずれかに記載の電動機。
前記巻線が自己融着電線からなることを特徴とする
請求項１から請求項７のいずれかに記載の電動機。
前記固定子が、打ち抜いた電磁鋼板を積層してなり、スキュー角度をθｓ、電磁鋼板の積層枚数をＮｓとしたとき、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に、回転中心に対してθｈ＝θｓ÷Ｎｓ（°）ピッチの小穴を少なくとも同一円周上にＮｓ個設けた
請求項１から請求項８のいずれかに記載の電動機。
前記固定子が、打ち抜いた電磁鋼板を積層してなり、スキュー角度をθｓとしたとき、打ち抜いた電磁鋼板の外周部付近に、回転中心に対して、θｈ＝θｓ＋α（°）の角度にわたって同一円周上に伸びた長孔を設けた
請求項１から請求項８のいずれかに記載の電動機。
固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、かつ内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した円筒枠を固定子鉄心に係合させてスキューを形成した
請求項１から請求項８のいずれかに記載の電動機。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の電動機を搭載した密閉型圧縮機。
電動機の固定子は、ティースに対応した固定子鉄心の外周に冷媒通路用の切り欠きを形成した
請求項１２に記載の密閉型圧縮機。
請求項１１に記載の電動機を用いた密閉型圧縮機であって、前記円筒枠が密閉型圧縮機のシェルを兼ねていることを特徴とする
密閉型圧縮機。
冷媒としてＨＦＣまたは自然冷媒を使用したことを特徴とする
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
電動機の巻線の端子間にかかる電圧が５０ボルト以下であることを特徴とする
請求項１２から請求項１５のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
請求項１２から請求項１６のいずれかに記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル。
請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする空気調和機。
請求項１８に記載の空気調和機を搭載したことを特徴とする
自動車。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の電動機をアクチュエータとして搭載し、かつ前記電動機の巻線の端子間にかかる電圧が５０ボルト以下であることを特徴とする
自動車。
請求項９記載の電動機を製造するに際し、
電磁鋼板に形成された前記小穴を１つずつずらしながら前記電磁鋼板を積層し、
積層された電磁鋼板の前記小穴にピンを挿通して前記電磁鋼板を固定してスキューが形成された固定子を製造する
電動機の製造方法。
請求項１０記載の電動機を製造するに際し、打ち抜いた電磁鋼板の前記長孔にピンを挿通して積層し、
固定子の下層に対して上層を軸心回りに捻って固定子にスキューを形成し、
積層された電磁鋼板の外周を溶接または接着あるいは加圧により固定して固定子を製造する
電動機の製造方法。
請求項１１記載の電動機を使用した密閉型圧縮機を製造するに際し、
固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、かつ内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した円筒枠の密閉型圧縮機シェルに固定子鉄心を係合させてスキューを形成する
密閉型圧縮機の製造方法。
請求項１１記載の電動機を使用した密閉型圧縮機を製造するに際し、
固定子鉄心の外周に溝または突起を形成し、
円筒枠でその円周方向に少なくとも２以上に分割でき内周に固定子鉄心の外周の前記溝または前記突起に対応してスキュー角度だけ軸方向の回り方向に捻られた突起または溝を形成した治具に、固定子鉄心を係合させてスキューを形成し、
スキューが形成された固定子を前記治具から取り外して密閉型圧縮機シェルの内側に取り付ける
密閉型圧縮機の製造方法。