JP6362771B2 - 回転電動機及び圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、積層鋼板からなるコアを備えた固定子を有する回転電動機及び圧縮機に関する。

近年、回転電動機としては、小型高性能化のために、ブラシレスＤＣモータの直巻き式電動機が多く用いられている。回転電動機は、主軸が挿入される回転子の外周側に、積層鋼板からなるコアを備えた固定子を有している。回転電動機を動力源とする圧縮機は、更なる高性能化、耐熱性の強化、及び冷凍機油・冷媒に対する耐油性・耐冷媒性の強化といった観点から、信頼性の向上の必要性が高まっている。圧縮機の信頼性の向上には、コイルの占積率を向上させることが有効であると一般に知られている。占積率を向上させる方法としては、コイルを構成する導線をインシュレータに規則正しく整列して巻線する整列巻が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。

整列巻を行う場合は、生産性確保のために、高速で回転する導線及び積層鋼板の動きを精度よく制御することが重要である。特許文献１には、インシュレータに巻線ガイドとなる案内溝を設けて導線の動きを規制する巻回方法が開示されている。特許文献２には、固定子鉄心に導線を重ね巻きする手法が開示されている。

また、特許文献３に記載されたインシュレータは、内径側に突出する突出部のコアと対向する面に凹部を設けることにより、突出部の内径側端部に形成された内壁部が、巻線時に外径側へ傾くように構成されている。さらに、特許文献４のように、巻線時の張力を調整することで、巻線中の導線とインシュレータとの接触力を抑制して、導線の絶縁被膜へのダメージを低減させることにより、信頼性の向上を図ろうとする技術も知られている。

特開２００６−１１５５６５号公報 特許第４７８８８８号公報 特開２０１３−１６２６１９号公報 特開２０１０−２００３９６号公報

ところで、固定子のコアは、上記の通り積層鋼板からなるため、コイルの巻線中にかかる張力により、コアの積厚が軸方向に収縮する巻締りが生じる。しかしながら、特許文献１〜４に記載された構成では、巻締りによるコアの積厚変化に追従して、インシュレータの外壁部が、径方向に直交する平面よりも内径側に傾斜することになる。したがって、コイルを構成する導線が外壁部の周辺に巻回される際に、導線が外壁部に衝突又は接触し、整列巻が妨げられる事態又は導線の絶縁被膜を損傷するといった事態が生じる。このため、インシュレータの外壁部がコイルの巻線を妨げることを抑制することが望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インシュレータの外壁部がコイルの巻線を妨げることを抑制する回転電動機及び圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電動機は、主軸と、主軸が挿入される回転子と、回転子の外周側に円環状に設けられた固定子と、を有し、固定子は、複数の電磁鋼板が積層されて形成されたコアと、コアの軸方向における一端及び他端にそれぞれ設けられたインシュレータと、導線が一端のインシュレータと他端のインシュレータとの間にコアを介して巻線されて形成されたコイルと、を有し、各インシュレータは、導線が径方向に巻線される巻線部と、巻線部の外径側に設けられ、巻線される前の状態において、内面が、軸方向に対し外径側へ設定された外傾斜角度だけ傾斜した外壁部と、を有し、巻線された後のコアは、巻線される前よりも内径側に向かうにつれて積厚が減少しており、軸方向に直交する平面に対して傾斜角度をなしており、外傾斜角度は、傾斜角度以上である。

本発明によれば、複数のインシュレータが、巻線の前において、軸方向から外径側に予め設定された外傾斜角度だけ傾斜した外壁部を有することから、インシュレータが巻締りによるコアの積厚変化に追従して内径側に傾斜しても、外壁部は、外傾斜角度の分だけ外径側に傾くため、インシュレータの外壁部がコイルの巻線を妨げることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機を模式的に示す縦断面図である。 図１の圧縮機が有する回転電動機を模式的に示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 図１の回転電動機が有する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 図１の回転電動機が有する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 従来の圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。 従来の圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。 図１５の回転子の内壁部及び外壁部に関する課題を説明するための縦断面図である。 図１５の回転子の巻線部に関する課題を説明するための縦断面図である。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に係る圧縮機を模式的に示す縦断面図である。圧縮機１０は、例えばスクロール圧縮機からなり、冷蔵庫、冷凍庫、空気調和装置、冷凍措置、及び給湯器等といった各種産業機械に用いられる冷凍サイクルの構成要素のうちの一つである。圧縮機１０は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。

図１に示すように、圧縮機１０は、外郭を構成する密閉容器２０と、密閉容器２０に冷媒ガスを吸い込む吸入管３０と、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管４０とを有している。圧縮機１０は、密閉容器２０内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部５０と、主軸２１を回転駆動させて圧縮機構部５０を駆動する回転電動機６０と、主軸２１の回転電動機６０側の端部に設けられ、潤滑油２２ａに浸漬された油ポンプ２２と、を有している。密閉容器２０は、密閉型のシェル又はケーシングからなり、圧縮機構部５０及び回転電動機６０を収容するものである。主軸２１は、回転電動機６０により回転駆動されるものである。

圧縮機構部５０は、固定渦巻体５１ａが設けられた固定スクロール５１と、揺動渦巻体５２ａが設けられた揺動スクロール５２と、を有している。回転電動機６０は、主軸２１が挿入される回転子６１と、回転子６１の外周側に円環状に設けられた固定子７０と、を有している。固定子７０は、複数の電磁鋼板が積層されて形成されたコア７１と、コア７１の軸方向における一端及び他端にそれぞれ設けられたインシュレータ８０と、導線が一端のインシュレータ８０と他端のインシュレータ８０との間にコア７１を介して巻線されて形成されたコイル７２と、を有している。コア７１は、積層鋼板であり、電磁鋼板が複数枚積層されて構成されている。コイル７２を構成する導線は、例えばマグネットワイヤーからなり、その表面は、絶縁被膜（図示せず）で覆われている。

また、圧縮機１０は、密閉容器２０に溶接され、回転電動機６０の固定子７０からリード線２３を密閉容器２０の外側に取り出し、外部電源に電気的に接続するための密封端子２４を有している。なお、図１では、圧縮機１０として、縦置き型の密閉型スクロール圧縮機を例示したが、横置き型のものを採用してもよい。また、圧縮機１０としては、ベーン型圧縮機を採用してもよい。

次に、圧縮機１０の動作について説明する。密封端子２４に通電すると、固定子７０と回転子６１とがトルクを発生し、主軸２１が回転する。主軸２１が回転すると、主軸２１と結合した揺動スクロール５２が回転を始め、固定スクロール５１と協動して冷媒ガスの圧縮を開始する。その際、冷媒ガスは、吸入管３０より吸引されて、密閉容器２０内に流入し、固定スクロール５１と揺動スクロール５２によって形成された圧縮機構部５０へ吸入されて圧縮された後、吐出管４０を介して密閉容器２０の外部の冷媒回路に吐出される。また、主軸２１が回転すると、油ポンプ２２が駆動されて潤滑油２２ａが吸引され、主軸２１内に設けられた給油通路２１ａを通って各軸受等に給油されて潤滑された後、再び密閉容器２０の底部に戻る。

次に、図２及び図３を参照して、回転電動機６０を構成する回転子６１及び固定子７０についてより詳細に説明する。図２は、圧縮機１０が有する回転電動機６０を模式的に示す縦断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。固定子７０は、鉄等の高透磁率材料からなる電磁鋼鈑が積層された環状のコア７１を有している。コア７１は、環状のバックヨーク部７１ａと、バックヨーク部７１ａから内径側に突出する複数のティース部７１ｂと、を有している。複数のティース部７１ｂは、周方向に沿って配置されている。ティース部７１ｂの軸方向の一端及び他端には、それぞれ、樹脂成形されたインシュレータ８０が配置されている。インシュレータ８０には、コイル７２が巻回されており、コイル７２には、電源との接続線となるリード線２３が接続されている。コイル７２は、インシュレータ８０の巻線部８１（図４参照）を介してティース部７１ｂに巻線されている。

回転子６１は、鉄等の高透磁率材料からなる鋼鈑が積層されたボス６１ａと、ボス６１ａの外周に沿って、磁極に相当する数だけ円周方向に設けられた磁石挿入孔６１ｂと、磁石挿入孔６１ｂ内に埋設され、回転電動機６０の界磁の磁極を構成する永久磁石６１ｃと、非磁性体からなり、ボス６１ａの軸方向における両端部に設けられた端板６１ｄと、を有している。また、回転子６１は、ボス６１ａの軸方向における一端部又は両端部の端板６１ｄ上に配設されたバランスウエイト６１ｅと、ボス６１ａと端板６１ｄとバランスウエイト６１ｅとを貫通するリベット６１ｆと、を有している。すなわち、回転子６１では、端板６１ｄ、ボス６１ａ、及びバランスウエイト６１ｅが、リベット６１ｆによって締結されている。

次に、図４及び図５を参照して、インシュレータ８０の構成を具体的に説明する。図４は、回転電動機６０が有する固定子７０の構造のうち、巻線前の状態を模式的に示す縦断面図である。インシュレータ８０は、コイル７２とティース部７１ｂとを絶縁するものであり、コイル７２を構成する導線が径方向に巻線される巻線部（インシュレータティース部）８１を有している。また、インシュレータ８０には、コア７１から離れる方向に延在した内壁部８２と外壁部８３とが、それぞれ、ティース部７１ｂの内径側と外径側とに設けられている。本実施の形態１において、巻線部８１と内壁部８２とは互いに接しており、巻線部８１と外壁部８３とも互いに接している。

内壁部８２は、コイル７３が内径側に崩れることを防ぐものであり、外壁部８３は、コイル７３が外径側に崩れることを防ぐものである。したがって、軸方向の高さは、巻線部８１よりも内壁部８２及び外壁部８３の方が高くなっている。また、内壁部８２及び外壁部８３の高さについては、一般的に、内壁部８２よりも外壁部８３を高く設定しているものが多く、図４及び図５においても同様の構成を示しているが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、内壁部８２と外壁部８３とを等しい高さに設定してもよく、内壁部８２を外壁部８３よりも高く設定してもよい。外壁部８３は、巻線部８１の外径側に設けられ、巻線される前の状態（巻線前）において、軸方向に対し外径側へ予め設定された外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜したものである。すなわち、外壁部８３は、径方向に直交する平面Ｓに対して外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜している。外傾斜角度θ_ｏは、コア７１の積厚及び積層枚数と、固定子７０の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度θ_ＭＡＸ以上となるように構成されている。

図５は、回転電動機６０が有する固定子７０の構造のうち、巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。巻線された後のコア７１は、巻線時の巻締りにより内径側に向かうにつれて積厚が減少し、軸方向に直交する平面Ｔ（巻線前におけるコア７１とインシュレータ８０との接触面）に対して傾斜角度θをなしている。

ここで、傾斜角度θ及び基準傾斜角度θ_ＭＡＸについて説明する。コア７１の巻締りの量は、積層鋼板からなるコア７１の積層間隙間の総和以上にはならないことから、傾斜角度θの最大値である基準傾斜角度θ_ＭＡＸは、下記の式１によって求めることができる。

上記式１において、Ｈ［ｍｍ］は、積層鋼板であるコア７１の積厚である。Ｘ［枚］は、コア７１を構成する電磁鋼板の積層枚数である。δ［ｍｍ］は、積層された電磁鋼板の間の隙間（積層間隙間）である。φ_Ｏ［ｍｍ］は、固定子７０の外径であり、φ_ｉ［ｍｍ］は、固定子７０の内径である。本実施の形態１の外傾斜角度θ_ｏは、コイル７２を構成する導線とインシュレータ８０との接触を回避するために、式１で求まる基準傾斜角度θ_ＭＡＸを下限値とした設定（θ_ｏ≧θ_ＭＡＸ）となっている。なお、傾斜角度θは基準傾斜角度θ_ＭＡＸ以下（θ≦θ_ＭＡＸ）となる。

コア７１が、巻締りにより傾斜角度θだけ傾斜すると、外壁部８３もコア７１の傾斜に追従して内径側に傾斜角度θだけ傾斜する。しかし、本実施の形態１における外壁部８３は、巻線前において、基準傾斜角度θ_ＭＡＸ以上である外傾斜角度θ_ｏ分の傾斜を外径側にもつ形状であるため、導線の回転軌道上に外壁部８３が位置することがない。つまり、図５に示すように、軸方向に直交する平面Ｔと外壁部８３の内径側の側面（内面）とのなす角度が９０度以下となる。このため、整列巻による巻線時において、外壁部８３の近傍に巻回される導線が、外壁部８３に接触することを回避することができる。

以上のように、回転電動機６０は、複数のインシュレータ８０が、巻線の前において、軸方向に対し外径側へ外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜した外壁部８３を有している。このため、巻締りによるコアの積厚変化に追従してインシュレータ８０が内径側に傾斜しても、外壁部８３は、外傾斜角度θ_ｏの分だけ外径側に傾くことから、外壁部８３がコイル７２の巻線を妨げることを抑制することができる。したがって、回転電動機６０によれば、巻線部８１に巻回される導線と外壁部８３との衝突を要因とする巻乱れ及び導線の表面の絶縁被膜の損傷を回避することができる。

すなわち、回転電動機６０及び圧縮機１０によれば、高精度の整列巻を実現することができるため、モータ効率の向上を図ることができる。また、導線と外壁部８３とが接触しないことから、巻線速度を高速化することができるため、生産性の向上を図ることができる。さらに、導線の絶縁被膜の製造劣化を抑制することができることから、信頼性の向上を図ることができる。

回転電動機６０を搭載する圧縮機１０において、圧縮機１０内の温度環境は、冷媒ガス又は固定子７０の発熱等の影響を受ける。このため、運転条件によっては、圧縮機１０内の温度が−５０℃〜１５０℃となることから、広い温度帯で信頼性を確保する必要がある。樹脂材料を主とする絶縁被膜によって覆われたコイル７２の導線については、特に高温時の信頼性確保が必須であり、巻線時の絶縁被膜の損傷は回避しなければならない。

特に、昨今の冷媒動向から、従来使用されているＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ冷媒等よりも、圧縮時の温度及び圧力上昇が高い性質を持つＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒、例えばＨＦＣ−３２冷媒を使用する際には、圧縮機１０内の温度上昇への対応が求められており、高精度の整列巻によるモータ効率向上、巻線時の絶縁被膜の損傷低減による信頼性向上が求められている。

この点、本実施の形態１における回転電動機６０及び圧縮機１０では、巻線によるコア７１の変形を考慮して、外壁部８３を予め外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜させていることから、整列巻を精度よく行うことができるため、モータ効率の向上を図ることができる。また、巻線時の絶縁被膜の損傷を防ぐことができるため、信頼性が向上されている。したがって、圧縮機１０は、冷凍サイクルを循環させる冷媒として、ＨＦＯ−１１２３からなる単一冷媒又はＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒等を使用することができる。

ところで、図４及び図５の例では、外壁部８３の全体が外傾斜角度θ_ｏをなすように構成されているが、外壁部８３の内径側の側面（コイル７２との接触面）のみが外傾斜角度θ_ｏをなすように構成してもよい。すなわち、外壁部８３の断面が、例えばテーパ状となるようにしてもよい。また、外壁部８３の内径側の側面は、外径側に反った曲面であってもよい。上記各構成を採っても、コイル７２を構成する導線とインシュレータ８０との接触を防止することができる。

また、外壁部８３の内径側の側面であり、かつコイル７２を構成する導線と衝突する一部分のみが外傾斜角度θ_ｏをなすように構成してもよい。すなわち、例えば、外壁部８３の先端部とコイル７２との接触部とが異なる傾斜角度をなしていてもよく、また、外壁部８３の内径側及び外径側の側面が曲面となっていてもよい。このようにしても、導線とインシュレータ８０との衝突を防止することができる。ただし、外壁部８３の厚さは、巻線時の張力に耐えうる強度と、成型時の離型性及び焼け等を考慮した上で設定する必要がある。

［実施の形態２］
続いて、図６及び図７に基づき、本実施の形態２の回転電動機について説明する。図６及び図７は、それぞれ、本実施の形態２に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前及び巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態２のインシュレータ１８０は、コイル７２を構成する導線が巻線される巻線部１８１と、巻線部１８１の内径側に設けられ、巻線前において、軸方向に対し外径側へ予め設定された内傾斜角度θ_ｉだけ傾斜した内壁部１８２と、巻線部１８１の外径側に設けられ、径方向に直交する平面Ｓに対して外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜している外壁部８３と、を有している。内壁部１８２の内面は、コア７１側に位置する内内下縁部１８２ａと、先端に位置する内内先端部１８２ｂと、を有している。

内壁部１８２の内傾斜角度θ_ｉは、回転子６１との接触を回避可能とする回避角度θｄを下限値とし、かつ、上記式１で求まる基準傾斜角度θ_ＭＡＸを上限値とした設定（θｄ≦θ_ｉ≦θ_ＭＡＸ）とすればよい。なお、内傾斜角度θ_ｉが、基準傾斜角度θ_ＭＡＸを下限値として設定された場合（θ_ｉ＞θ_ＭＡＸ）には、内壁部１８２が、その近傍に巻線される導線の回転軌道上に飛び出した状態となるため、導線とインシュレータ１８０との衝突を回避することができない。

また、回転子６１との接触を回避可能とする回避角度θｄは、巻線の前の内壁部１８２の内内下縁部１８２ａと内内先端部１８２ｂとの径方向の距離である内壁内径傾斜量Ｄｉが、回転子６１と内内下縁部１８２ａとの距離（回転子６１との最短距離）Ｄ_ｍｉｎ以上（Ｄ_ｍｉｎ≦Ｄｉ）となるように設定すればよい。このように設定すれば、巻線後における回転子６１と内内先端部１８２ｂとの径方向の距離が０以上となるため、内壁部１８２が内径側に飛び出すことを防止し、回転子６１と内壁部１８２との接触を回避することができる。

上記のように、本実施の形態２におけるインシュレータ１８０は、巻線の前において、内壁部１８２が外径方向に予め内傾斜角度θ_ｉだけ傾斜しており、外壁部８３が外径方向に外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜している。このため、内壁部１８２及び外壁部８３と、これらの近傍に巻線される導線との接触を回避することができる。つまり、図７に示すように、軸方向に直交する平面Ｔと内壁部１８２の外径側の側面及び外壁部８３の内径側の側面とのなす角度が９０度以下となる。また、インシュレータ１８０は、内壁内径傾斜量Ｄｉが回転子６１と内内下縁部１８２ａとの距離Ｄ_ｍｉｎ以上となるように構成されているため、回転子６１と内壁部１８２との接触を回避することができる。

したがって、本実施の形態２における回転電動機及び圧縮機によれば、より高精度な整列巻を実現することができるため、モータ効率の向上を図ることができる。また、導線と内壁部１８２及び外壁部８３が接触しないことから、巻線速度の高速化による生産性の向上を図ることができる。そして、導線の絶縁被膜の製造劣化を抑制することができるため、回転子６１と内壁部１８２との接触を回避できるという効果と相俟って、信頼性の向上を図ることができる。

ところで、図６及び図７の例では、内壁部１８２の全体が内傾斜角度θ_ｉをなすという構成を採っているが、内壁部１８２の外径側の側面の傾斜と、内壁部１８２の内径側の側面の傾斜とを個別に設定するようにしてもよい。すなわち、内壁部１８２の内径側の側面の傾斜角度は、巻線後に、内内先端部１８２ｂが回転子６１と接触しないように設定すればよい。また、内壁部１８２の外径側の側面の傾斜角度は、θ_ｉ ＜θの範囲内で、巻線時の導線との接触を回避できるように設定すればよい。

また、内壁部１８２の外径側の側面であり、かつコイル７２を構成する導線と衝突する一部分のみが内傾斜角度θ_ｉをなすように構成してもよい。すなわち、例えば、内壁部１８２の先端部とコイル７２との接触部とが異なる傾斜角度をなしていてもよく、また、内壁部１８２の内径側及び外径側の側面が曲面であってもよい。このようにしても、導線とインシュレータ８０との衝突を防止することができ、かつ回転子６１と内壁部１８２との接触を回避することができる。ただし、上記のように構成する場合、内壁部１８２の厚みは、巻線時の張力に耐えうる強度と、成型時の離型性及び焼け等を考慮した上で設定する必要がある。

［実施の形態３］
続いて、図８及び図９に基づき、本実施の形態３の回転電動機について説明する。図８及び図９は、それぞれ、本実施の形態３に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前及び巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。実施の形態１及び２と同一の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態３のインシュレータ２８０は、導線が巻線される巻線部２８１と、巻線部２８１の内径側に設けられ、巻線前において、軸方向に対し外径側へ内傾斜角度θ_ｉだけ傾斜した内壁部１８２と、巻線部２８１の外径側に設けられ、径方向に直交する平面Ｓに対して外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜している外壁部８３と、を有している。なお、内壁部１８２の内傾斜角度θ_ｉ及び外壁部８３の外傾斜角度θ_ｏの設定については、上述した実施の形態１及び２と同様である。

また、本実施の形態３では、巻線部２８１の厚みが、内径側に向けて厚くなるように構成されている。すなわち、巻線部２８１の軸方向の巻線面２８１ａは、軸方向に直交する平面Ｔに対し、予め設定された巻線面傾斜角度θｔをなしている。本実施の形態３では、巻線時における張力の径方向への分力を発生させないために、巻線面傾斜角度θｔが基準傾斜角度θ_ＭＡＸと等しくなるように設定されている（θｔ＝θ_ＭＡＸ）。

上記のように、本実施の形態３におけるインシュレータ２８０は、巻線の前において、内壁部１８２が外径方向に内傾斜角度θ_ｉだけ傾斜しており、外壁部８３が外径方向に外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜しているため、内壁部１８２及び外壁部８３と、これらの近傍に巻線される導線との接触を回避することができる。また、インシュレータ２８０は、内壁内径傾斜量Ｄｉが回転子６１と内内下縁部１８２ａとの距離Ｄ_ｍｉｎ以上となるように構成されているため、回転子６１と内壁部１８２との接触も回避することができる。

本実施の形態３では、巻線部２８１の軸方向の巻線面２８１ａが、軸方向に直角な平面Ｔに対して巻線面傾斜角度θｔをなしている。このため、図９に示すように、巻線後においては、巻線面２８１ａが、軸方向に直交する平面Ｔに平行になるように構成することができる。すなわち、巻線時のコア７１の収縮に追従して巻線部２８１が傾斜することにより、巻線後には、巻線面傾斜角度θｔが相殺され、巻線面２８１ａが平面Ｔと平行な状態となる。ところで、巻線時における巻締りの量は、コイル７２の一層目を巻線した時点で安定し、二層目以降を巻線する際にはほぼ変化しない。つまり、一層目を巻線した時点で、巻線面２８１ａが平面Ｔとほぼ平行な状態となる。したがって、本実施の形態３の回転電動機によれば、巻線面２８１ａが平面Ｔとほぼ平行となった状態で、二層目以降を巻線することができるため、巻線時の張力の分力が径方向に発生することを防止することができ、巻線が滑って巻崩れが生じるという事態を防ぐことができる。

以上から、本実施の形態３における回転電動機及び圧縮機によれば、より高精度な整列巻を実現することができるため、モータ効率の向上を図ることができる。また、導線と内壁部１８２及び外壁部８３が接触しないことから、巻線速度の高速化による生産性の向上を図ることができる。そして、導線の絶縁被膜の製造劣化を抑制することができ、回転子６１との接触も回避することができため、信頼性の向上を図ることができる。なお、積層鋼板からなるコア７１の積厚は、巻線後に、全ての積層間隙間δの分だけ収縮するとは限らず、また、コア７１の外径側が収縮することも想定される。よって、巻線面傾斜角度θｔは、基準傾斜角度θ_ＭＡＸよりも予め設定された一定角度だけ小さくなるように設定してもよい。

［実施の形態４］
続いて、図１０及び図１１に基づき、本実施の形態４の回転電動機について説明する。図１０及び図１１は、それぞれ、本実施の形態４に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前及び巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。本実施の形態４の回転電動機は、インシュレータと巻線時における導線との衝突幅が導線の線径の半分以下である、という整列巻の必要条件を満たすように構成した点に特徴がある。実施の形態１〜３と同一の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態４のインシュレータ３８０は、導線が巻線される巻線部３８１と、巻線部３８１の内径側に設けられた内壁部８２と、巻線部３８１の外径側に設けられ、径方向に直交する平面Ｓに対して予め設定された外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜している外壁部３８３と、を有している。外壁部８３の内面は、コア７１側に位置する外内下縁部３８３ａと、先端に位置する外内先端部３８３ｂと、を有している。巻線の後のコア７１は、巻線時の巻締りの張力の影響により、内径側に向かうにつれて積厚が減少し、軸方向に直交する平面Ｔに対して傾斜角度θをなしている。

外傾斜角度θ_ｏは、コア７１の積厚及び積層枚数と、固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度θ_ＭＡＸ（θo＜θ_ＭＡＸ）未満となり、かつ、巻線後の外壁部３８３の外内下縁部３８３ａと外内先端部３８３ｂとの径方向の距離である外壁内径傾斜量Ｄｏは、導線の半径以下となるように設定されている。

ここで、外壁部３８３の内径側の側面（コイル７２との接触面）の高さをＬ_Ｏとすると、外壁内径傾斜量Ｄｏは、Ｌo×ｓｉｎ（θ−θo）と表すことができる。すなわち、本実施の形態４では、導線の半径をφm／２としたとき、「Ｌo×ｓｉｎ（θ−θo）≦φm／２」との関係が成り立つように外傾斜角度θ_ｏを設定することで、外壁内径傾斜量Ｄｏを導線の半径以下とすることができる。したがって、インシュレータと巻線時の巻線との衝突幅を、導線の線径の半分以下に抑えることができるため、巻線性の向上を図ると共に、導線の絶縁被膜の信頼性を確保することができる。

［実施の形態５］
続いて、図１２及び図１３に基づき、本実施の形態５の回転電動機について説明する。図１２及び図１３は、それぞれ、本実施の形態５に係る圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前の状態及び巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。実施の形態１〜４と同一の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態５のインシュレータ４８０は、導線が巻線される巻線部４８１と、巻線部３８１の内径側に設けられ、巻線前において、軸方向に対し外径側へ予め設定された内傾斜角度θ_ｉだけ傾斜した内壁部４８２と、巻線部４８１の外径側に設けられた外壁部８３と、を有している。内壁部４８２の外面は、コア７１側に位置する内外下縁部４８２ａと、先端に位置する内外先端部４８２ｂと、を有している。巻線の後のコア７１は、巻線時の巻締りの張力の影響により、内径側に向かうにつれて積厚が減少し、軸方向に直交する平面Ｔに対して傾斜角度θをなしている。

内傾斜角度θ_ｉは、コア７１の積厚及び積層枚数と、固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度θ_ＭＡＸより大きくなり（θ_ｉ＞θ_ＭＡＸ）、かつ、巻線後の内壁部４８２の内外下縁部４８２ａと内外先端部４８２ｂとの径方向の距離である内壁外径傾斜量Ｄｉｏは、導線の半径以下となるように設定されている。

ここで、内壁部４８２の外径側の側面（コイル７２との接触面）の高さをＬ_ｉとすると、内壁外径傾斜量Ｄｉｏは、Ｌ_ｉ×ｓｉｎ（θ_ｉ−θ）と表すことができる。すなわち、実施の形態５では、「Ｌ_ｉ×ｓｉｎ（θ_ｉ−θ）≦φm／２」との関係が成立するように内傾斜角度θ_ｉを設定することで、内壁外径傾斜量Ｄｉｏを導線の半径以下とすることができる。したがって、インシュレータと巻線時の巻線との衝突幅を、導線の線径の半分以下に抑えることができるため、巻線性の向上を図ると共に、導線の絶縁被膜の信頼性を確保することができる。

（実施の形態１〜５の効果）
ここで、図１４〜図１７を参照して、上記実施の形態１〜５における回転電動機及び圧縮機によって得られる効果を更に詳細に説明する。図１４及び図１５は、それぞれ、従来の圧縮機が内包する固定子の構造のうち、巻線前及び巻線後の状態を模式的に示す縦断面図である。図１６は、図１５の回転子の内壁部及び外壁部に関する課題を説明するための縦断面図である。図１７は、図１５の回転子の巻線部に関する課題を説明するための縦断面図である。

まず、巻締りについて説明する。積層鋼板からなるコア７１は、複数枚の電磁鋼板が積層されて構成されているため、各電磁鋼板間には若干の積層間隙間δが生じる。巻線時には、導線にかかる張力が、コア７１を軸方向に圧縮する外力として働くことから、積層間隙間δが狭まるため、コア７１の総隙間量を上限として、コア７１に収縮が起こる。この収縮が巻締りである。また、コイル７２は、コア７１のティース部７１ｂにのみ施されることから、バックヨーク部７１ａからティース部７１ｂの先端にかけて巻締り量が大きくなるため、コア７１は、内径方向に傾斜した形状となる。なお、上述した通り、巻締りには、一層目を巻線した時点で巻締り量が安定し、二層目以降はほぼ変化しないという特徴がある。

コア７１の巻締りを抑制する方法としては、コア７１を構成する電磁鋼板に数点の丸形又はV字形のカシメ部を設け、積層時にプレス等で圧力をかけてかしめることで、径方向及び軸方向の双方向に固定する方法が知られている。しかし、かかる方法によっても、圧力解放後のスプリングバックのため、巻締りを０とすることは困難である。また、カシメ部の圧入代又は数を増やすことによりカシメ力を向上させて、スプリングバックを抑制し、積層間隙間を低減させる方法も知られているが、カシメ部の圧入代又は数を増やした場合には、回転電動機の駆動中に積層鋼板内に発生する軸方向の渦電流を増大し、モータ効率が低下してしまうという課題が生じる。したがって、巻締りの影響を軽減させる上記実施の形態１〜５のような回転電動機が望まれていた。

ところで、インシュレータ９８０の外壁部９８３は、巻線時の回転軌道Ｒに対し平行となることが好ましい。よって、従来は、図１４に示すように、巻線前の状態において、外壁部９８３が回転軌道Ｒに平行となるようにインシュレータ９８０が形成されている。しかしながら、巻線工程においては、上記のように巻締りが生じ、コア７１の収縮量は、外径側よりも内径側の方が大きくなる。このため、コア７１の一端及び他端に巻枠として設置されるインシュレータ９８０の姿勢も追従して径方向に傾斜する。すなわち、図１５に示すように、軸方向に直交する平面Ｔに対するコア７１の軸方向の端面の傾斜角度θの分だけ、巻線部９８１、内壁部９８２、及び外壁部９８３も傾斜する。

したがって、従来の構成では、巻線中において、コイル７２を構成する導線７２ａが外壁部９８３の近傍を通る際（図１６参照）、導線７２ａがインシュレータ９８０に高速で衝突するため、巻線の動きを制御することができず、整列巻を行うことが出来なくなる。また、導線７２ａと外壁部９８３との衝突により、導線７２ａの絶縁被膜を損傷することになることから、生産性、信頼性の両面での課題がある。さらに、従来の構成では、内壁部９８２が、固定子７０の内径以上に飛び出して回転子６１と接触する。また、図１７に示すように、コアの巻締りに追従して巻線部９８１が傾斜するため、巻線時の軸方向への張力ＴＳと、巻線が滑り落ちる方向への分力ＴＳｄが発生する。このため、巻線された導線７２ａが、分力ＴＳｄの方向に滑り、巻崩れを起こしてしまう。

この点、上記各実施の形態における回転電動機及び圧縮機によれば、複数のインシュレータ８０、１８０、２８０、３８０、及び４８０が、巻線前において、軸方向に対し外径側へ予め設定された外傾斜角度θ_ｏだけ傾斜した外壁部を有することから、インシュレータ８０、１８０、２８０、３８０、及び４８０が巻締りによるコア７１の積厚変化に追従して内径側に傾斜しても、外壁部８３及び３８３は、外傾斜角度θ_ｏの分だけ外径側に傾くため、巻締りに起因して外壁部が内径側に傾斜することを抑制することができ、コイル７２を構成する導線７２ａの損傷等を防ぐことができる。

なお、上述した各実施形態は、回転電動機及び圧縮機における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態では、基準傾斜角度θ_ＭＡＸを基準として、外傾斜角度θ_ｏ及び内傾斜角度θ_ｉを設定しているが、これに限定されず、基準傾斜角度θ_ＭＡＸから所定の閾値（積層間隙間δの収縮量等をもとに決定した閾値）を加算又は減算した値を基準として、外傾斜角度θ_ｏ及び内傾斜角度θ_ｉを設定するようにしてもよい。

１０ 圧縮機、２０ 密閉容器、２１ 主軸、２１ａ 給油通路、２２ 油ポンプ、２２ａ 潤滑油、２３ リード線、２４ 密封端子、３０ 吸入管、４０ 吐出管、５０ 圧縮機構部、５１ 固定スクロール、５１ａ 固定渦巻体、５２ 揺動スクロール、５２ａ 揺動渦巻体、６０ 回転電動機、６１ 回転子、６１ａ ボス、６１ｂ 磁石挿入孔、６１ｃ 永久磁石、６１ｄ 端板、６１ｅ バランスウエイト、６１ｆ リベット、７０ 固定子、７１ コア、７１ａ バックヨーク部、７１ｂ ティース部、７２ コイル、７２ａ 導線、７３ コイル、８０、１８０、２８０、３８０、４８０、９８０ インシュレータ、８１、１８１、２８１、３８１、４８１、９８１ 巻線部、８２、１８２、４８２、９８２ 内壁部、８３、３８３、９８３ 外壁部、１８２ａ 内内下縁部、１８２ｂ 内内先端部、２８１ａ 巻線面、３８３ａ 外内下縁部、３８３ｂ 外内先端部、４８２ａ 内外下縁部、４８２ｂ 内外先端部、Ｄｉ 内壁内径傾斜量、Ｄｉｏ 内壁外径傾斜量、Ｄｍｉｎ 距離、Ｄｏ 外壁内径傾斜量、Ｒ 回転軌道、Ｓ 平面、Ｔ 平面、ＴＳ 張力、ＴＳｄ 分力、δ 積層間隙間、θ 傾斜角度、θ_ＭＡＸ 基準傾斜角度、θｄ 回避角度、θｉ 内傾斜角度、θｏ 外傾斜角度、θｔ 巻線面傾斜角度。

Claims (14)

1. 主軸と、
   前記主軸が挿入される回転子と、
   前記回転子の外周側に円環状に設けられた固定子と、を有し、
   前記固定子は、
   複数の電磁鋼板が積層されて形成されたコアと、
   前記コアの軸方向における一端及び他端にそれぞれ設けられたインシュレータと、
   導線が一端の前記インシュレータと他端の前記インシュレータとの間に前記コアを介して巻線されて形成されたコイルと、を有し、
   前記各インシュレータは、
   前記導線が径方向に巻線される巻線部と、
   前記巻線部の外径側に設けられ、前記巻線される前の状態において、内面が、軸方向に対し外径側へ設定された外傾斜角度だけ傾斜した外壁部と、を有し、
   前記巻線された後の前記コアは、前記巻線される前よりも内径側に向かうにつれて積厚が減少しており、軸方向に直交する平面に対して傾斜角度をなしており、
   前記外傾斜角度は、前記傾斜角度以上である、回転電動機。
2. 前記傾斜角度は、前記コアの積厚及び積層枚数と、前記固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度である請求項１に記載の回転電動機。
3. 主軸と、
   前記主軸が挿入される回転子と、
   前記回転子の外周側に円環状に設けられた固定子と、を有し、
   前記固定子は、
   複数の電磁鋼板が積層されて形成されたコアと、
   前記コアの軸方向における一端及び他端にそれぞれ設けられたインシュレータと、
   導線が一端の前記インシュレータと他端の前記インシュレータとの間に前記コアを介して巻線されて形成されたコイルと、を有し、
   前記各インシュレータは、
   前記導線が径方向に巻線される巻線部と、
   前記巻線部の外径側に設けられ、前記巻線される前の状態において、内面が、軸方向に対し外径側へ設定された外傾斜角度だけ傾斜した外壁部と、を有し、
   前記外傾斜角度は、前記コアの積厚及び積層枚数と、前記固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度未満であり、
   前記外壁部の内面は、前記コア側に位置する外内下縁部と、先端に位置する外内先端部と、を有し、
   前記巻線された後の前記外内下縁部と前記外内先端部との径方向の距離である外壁傾斜量は、前記導線の半径以下である、回転電動機。
4. 主軸と、
   前記主軸が挿入される回転子と、
   前記回転子の外周側に円環状に設けられた固定子と、を有し、
   前記固定子は、
   複数の電磁鋼板が積層されて形成されたコアと、
   前記コアの軸方向における一端及び他端にそれぞれ設けられたインシュレータと、
   導線が一端の前記インシュレータと他端の前記インシュレータとの間に前記コアを介して巻線されて形成されたコイルと、を有し、
   前記各インシュレータは、
   前記導線が径方向に巻線される巻線部と、
   前記巻線部の外径側に設けられ、前記巻線される前の状態において、内面が、軸方向に対し外径側へ設定された外傾斜角度だけ傾斜した外壁部と、を有し、
   複数の前記インシュレータは、前記巻線部の内径側に設けられ、前記巻線される前の状態において、外面が、軸方向に対し外径側へ設定された内傾斜角度だけ傾斜した内壁部をさらに有する
   回転電動機。
5. 複数の前記インシュレータは、前記巻線部の内径側に設けられ、前記巻線される前の状態において、外面が、軸方向に対し外径側へ設定された内傾斜角度だけ傾斜した内壁部をさらに有する請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電動機。
6. 前記内傾斜角度は、前記コアの積厚及び積層枚数と、前記固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度以下である請求項４又は５に記載の回転電動機。
7. 前記内壁部の内面は、前記コア側に位置する内内下縁部と、先端に位置する内内先端部と、を有し、
   前記巻線される前の前記内内下縁部と前記内内先端部との径方向の距離である内壁内径傾斜量は、前記回転子と前記内内下縁部との距離以上である請求項６に記載の回転電動機。
8. 前記内傾斜角度は、前記コアの積厚及び積層枚数と、前記固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度より大きく、
   前記内壁部の外面は、前記コア側に位置する内外下縁部と、先端に位置する内外先端部と、を有し、
   前記巻線された後の前記内外下縁部と内外先端部との径方向の距離である内壁外径傾斜量は、前記導線の半径以下である請求項４又は５に記載の回転電動機。
9. 前記内壁部は、全体が前記内傾斜角度を有している請求項４〜８の何れか一項に記載の回転電動機。
10. 前記外壁部は、全体が前記外傾斜角度を有している請求項１〜９の何れか一項に記載の回転電動機。
11. 前記巻線部の軸方向の巻線面は、軸方向に直交する平面に対し予め設定された巻線面傾斜角度をなしている請求項１〜１０の何れか一項に記載の回転電動機。
12. 前記巻線面傾斜角度は、前記コアの積厚及び積層枚数と、前記固定子の外径及び内径とをもとに算出される基準傾斜角度と等しい請求項１１に記載の回転電動機。
13. 外殻を構成する密閉容器と、
    前記密閉容器内に配置され、流体を圧縮する圧縮機構部と、
    前記密閉容器内に配置され、前記主軸を回転駆動させて前記圧縮機構部を駆動する回転電動機と、を有し、
    前記回転電動機として、請求項１〜１２の何れか一項に記載の回転電動機を実装した圧縮機。
14. ＨＦＯ−１１２３からなる単一冷媒又はＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒を使用する請求項１３に記載の圧縮機。

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