JP6005296B2 - 電動機またはそれを用いた圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機またはそれを用いた圧縮機に関するものである。

従来から電動機の界磁巻線を巻回した固定子として、固定子の極歯に直接、巻線を巻回する集中巻固定子がある。集中巻固定子は、巻線の端部（コイルエンド部）を短くすることにより電動機の小型化、軽量化が可能である。また、巻線の電気抵抗も小さくなるので、電巻線電流と電気抵抗によって生じる銅損を抑えることができるため、高効率な電動機を得ることができる。さらに、その巻線を整列させることにより占積率を高め、巻線抵抗を下げることができる高効率な電動機を実現できる。

これを実現する一方式として、一極歯毎に分割した固定子に巻線を整列巻し、その後これら極歯を円環状に接続して、固定子とする方式がある（例えば特許文献１参照）。
この巻線を巻回した極歯同士の接続には、隣り合う極歯同士を、溶接したり、接着剤を用いて接着したり、一極歯毎に設けた凹凸部を圧入するなどして一体化し、円環状の固定子を構成している。

特許第４７４７４２３号

しかし、特許文献１に記載の電動機の固定子は、隣り合う極歯同士を溶接して接続しているため、局所的に磁気特性を悪化させたり、溶接の入熱により予め巻回した巻線を機械的に劣化させたりしてしまう可能性があった。

また、他の接続方法として、接着剤を用いる方法もあるが、運転中の熱などでガス化して接着力の低下が懸念される。特に、冷媒中で運転される圧縮機用の電動機では、接着剤が冷媒により劣化したり、逆に接着剤が冷媒や冷凍機油を劣化させたりすることが懸念される。

さらにその他の接続方法として、極歯に凹凸形状を設け、その凹凸部を圧入する方法もあるが、圧入による応力が極歯に発生して磁気特性を悪化させることが懸念される。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、高効率かつ信頼性の高い電動機を提供することを目的としている。

本発明に係る電動機は、分割された極歯毎に絶縁部材を介して巻線が集中巻された固定子を備えた電動機であって、前記絶縁部材は周方向の両端に突起部を有し、前記固定子は、両端に穴部を有し、隣り合う前記突起部を前記穴部に嵌め合わせて前記極歯同士を接続する接続部材を備え、周方向に隣り合う前記極歯同士を前記接続部材で接続して円環状に構成されているものである。

本発明に係る電動機によれば、溶接、接着、及び圧入することなく、接続部材で極歯同士を円環状に接続して固定子とするため、高効率かつ高信頼性を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の上面図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機の上面図である。 本発明の実施の形態４に係る回転圧縮機の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の上面図である。
本実施の形態１に係る電動機は、例えば冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器などの冷凍サイクルの構成要素となる圧縮機などに用いられるものであり、固定子１と図示省略の回転子とで構成される。
固定子１は、端部２ａを有する極歯２と、突起部３ａを有する絶縁部材３と、巻線４と、穴部５ａを有する接続部材５と、で構成される。

極歯２は、所定厚さの電磁鋼板が所定枚数積層されて形成され、周方向に複数に分割されている（図１では９分割）。また、極歯２毎には絶縁体で形成された絶縁部材３を介して巻線４が巻回されて、１つの極を構成している。また、極歯２は、互いに隣り合う端部２ａ同士が密着し、円環状に並んで固定子１の鉄心として構成される。また、極歯２毎に巻回された巻線４の端末同士に適切な結線を施すことにより、電動機としての図示省略の電気回路を構成している。

絶縁部材３は、極歯２と巻線４との間に位置し、それらの絶縁性を確保しながら巻線４を通電することで、極歯２に磁力を発生できるようにするものである。また、絶縁部材３は周方向の両端側に突起部３ａが形成されている。ここで、絶縁部材３の両端側には、極歯２の端部２ａ上に位置する部分は含まれないものとする。
巻線４は導電性のコイルであり、極歯２毎に絶縁部材３を介して集中巻されている。
接続部材５は、例えば樹脂製の角丸長方形（長方形で角が丸くなった形状）であり、長手方向の両端側に穴部５ａが形成されている。この穴部５ａに、隣り合う絶縁部材３の突起部３ａを嵌め合わせて極歯２同士を接続する。この接続部材５により、所定の強度及び精度で円環状の固定子１を構成することができる。

ここで、固定子１は、絶縁部材３同士が接続部材５で接続されて円環状に構成されているため、極歯２同士は、端部２ａで接触しているが直接的には接続されていない。そのため、電動機の解体が容易となり、各種部材のリサイクルがしやすい、または、極歯２同士が相対的に振動する際に、電動機全体の振動を絶縁部材３によって減衰させることができるなどの効果が得られる。
なお、接続部材５の材質や形状は上記に限定されるものではない。また、長さは隣り合う絶縁部材３の突起部３ａを嵌め合わせて極歯２同士を接続することができればよく、厚さは、極歯２同士を接続するための強度を有していればよい。

本実施の形態１に係る固定子１は、分割された極歯２に絶縁部材３を介して直接的に巻線４を巻回することができるので、巻回し易く巻きムラ（巻き乱れともいう）をなくすことができ、巻線４の端部（コイルエンド部）の高さを極小にすることができる。また、巻線４を整列させて巻回することにより占積率を高めることができるため、または、太い巻線４で巻回することができるため、巻線抵抗を下げることができる。

また、接続部材５で極歯２同士を接続することにより、極歯２同士は端部２ａで互いに密着しているため磁気回路の通路になるが、隣り合う端部２ａ間のエアギャップによる磁気抵抗の影響も小さくすることができる。
このように固定子１が構成されることにより、電気抵抗及び磁気抵抗を小さくすることができるので、電動機の銅損及び鉄損を小さくすることができ、高効率な電動機を実現できる。

以上のように電動機は構成されているので、極歯２を接続する際に、溶接による積層された電磁鋼板の導通による渦電流損の発生、及び、圧入での電磁鋼板の応力発生によるヒステリシス損の発生がなく、極歯２の磁気特性を悪化させることがないため、高効率状態を維持することができる。

また、溶接ひずみや圧入工程での積層した電磁鋼板の変形によって整列している巻線４を緩ませたり、乱れさせたりすることを防止できるので、信頼性の高い電動機を実現できる。
また、接着剤などを使用することも不要であるので、生産性の悪化や信頼性の悪化の要因を減らすことができる。
よって、安価で生産性の高い電動機を実現できる。

実施の形態２．
以下、本実施の形態２について説明するが、本実施の形態１と重複するものについては省略する。
本実施の形態２に係る電動機は、接続部材の材質として、熱収縮性樹脂（例えばポリエチレン）を採用している。
本実施の形態２に係る電動機は、接続部材の穴部に、隣り合う絶縁部材３の突起部３ａを嵌め合わせた後、加熱工程を加えることにより、接続部材は収縮し、極歯２の隣り合う端部２ａ同士を密着させようとする荷重が発生する。よって、電動機の機械的な精度が向上し、極歯２同士の密着性が高まることにより、隣り合う端部２ａ間のエアギャップをなくすことができる。そのため、磁気抵抗をさらに小さくすることができ、さらに高効率な電動機を実現できる。

実施の形態３．
図２は、本発明の実施の形態３に係る電動機の上面図である。
以下、本実施の形態３について説明するが、本実施の形態１及び２と重複するものについては省略する。
図２に示すように固定子７の外周側に、固定子７を保持するハウジング６が装着されている。このハウジング６は、固定子７の外周側に焼き嵌めや圧入により装着されており、固定子７の半径方向に圧縮する荷重を与えることができる。その荷重により、安定的に密着力を制御でき、また、極歯２同士の密着性がさらに高まるため、磁気抵抗をさらに小さくすることができ、さらに高効率な電動機を実現できる。さらに、ハウジング６は電動機としての剛性を高めることができ、防塵、防水などの機能を有することができる。剛性を高めることにより、電動機の騒音や振動を小さくすることができる。

実施の形態４．
図３は、本発明の実施の形態４に係る回転圧縮機１００の縦断面図である。
以下、本実施の形態４について説明するが、本実施の形態１〜３と重複するものについては省略する。
実施の形態１〜３に係る電動機は、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器などの冷凍サイクルの構成要素となる圧縮機などに用いられる。例えば、図３に示す回転圧縮機１００である。

本発明の実施の形態４に係る回転圧縮機１００は、密閉容器１０内に、固定子１１ａと回転子１１ｂとからなる電動機１１と、電動機１１により駆動される圧縮機構部１２とを収納している。電動機１１の回転力は、クランク軸１３を介して圧縮機構部１２に伝達される。また、密閉容器１０内には、圧縮機構部１２の潤滑する潤滑油（冷凍機油）が貯留されている。
クランク軸１３は、電動機１１の回転子１１ｂに固定される主軸１３ａと、主軸１３ａの反対側に設けられる副軸１３ｂと、主軸１３ａと副軸１３ｂとの間に形成される偏芯部１３ｃとを有する。

このクランク軸１３は、主軸受１４及び副軸受１５によって回転自在に支持されている。詳しくは、主軸受１４は、圧縮機構部１２の上部に設けられており、クランク軸１３の主軸１３ａを回転自在に支持する。また、副軸受１５は、圧縮機構部１２の下部に設けられており、クランク軸１３の副軸１３ｂを回転自在に支持する。
また、圧縮機構部１２は、シリンダ１６、ピストン１７、及び図示省略のベーンなどを備える。

密閉容器１０の上部には、冷媒ガスを密閉容器１０内から外部に送り出す吐出管１８が設けられており、また、密閉容器１０に隣接してアキュムレータ１９が設けられている。このアキュムレータ１９は、吸入連結管２０を介して、シリンダ１６のシリンダ室と連通している。

１、固定子、２ 極歯、２ａ （極歯の）端部、３ 絶縁部材、３ａ （絶縁部材の）突起部、４ 巻線、５ 接続部材、５ａ （接続部材の）穴部、６ ハウジング、７ 固定子、１０ 密閉容器、１１ 電動機、１１ａ 固定子、１１ｂ 回転子、１２ 圧縮機構部、１３ クランク軸、１３ａ 主軸、１３ｂ 副軸、１３ｃ 偏芯部、１４ 主軸受、１５ 副軸受、１６ シリンダ、１７ ピストン、１８ 吐出管、１９ アキュムレータ、２０ 吸入連結管、１００ 回転圧縮機。

Claims (4)

1. 分割された極歯毎に絶縁部材を介して巻線が集中巻された固定子を備えた電動機であって、
   前記絶縁部材は周方向の両端に突起部を有し、
   前記固定子は、
   両端に穴部を有し、隣り合う前記突起部を前記穴部に嵌め合わせて前記極歯同士を接続する接続部材を備え、
   周方向に隣り合う前記極歯同士を前記接続部材で接続して円環状に構成されている
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記接続部材は、熱収縮性樹脂で構成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記固定子は、
   外周側にハウジングが装着された
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機を備えた圧縮機。

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