JP7089195B2 - ステータ、モータおよび圧縮機 - Google Patents

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Description

本開示は、ステータ、モータおよび圧縮機に関する。
従来、ステータとしては、中性線と引き出し線が区分されない状態で上インシュレータに固定されたものがある(例えば、特許3824001号公報(特許文献1)参照)。
特許3824001号公報
上記ステータでは、圧縮機の密閉容器内に配置されたモータに用いられた場合、中性線と引き出し線によってコイル間の隙間が十分確保されないため、冷媒が流れるコイル間の通路断面積が不足して、コイル間を流れる冷媒の流速が速くなって油上がりが生じやすくなり、油の流出を抑制できないという問題がある。
本開示では、圧縮機のモータに用いた場合にコイル間の隙間からの油の流出を抑制できるステータを提案する。
また、本開示では、上記ステータを備えたモータを提供する。
さらに、本開示では、上記モータを備えた圧縮機を提供する。
本開示のステータは、
複数のティースを有するステータコアと、
上記ステータコアの軸方向の端面に取り付けられたインシュレータと、
上記ステータコアの上記複数のティースにそれぞれ巻回された複数のコイルと、
上記複数のコイルの一端から延びる給電線の先端部が互いに接続された第1領域と、
上記複数のコイルの他端から延びる中性線の先端部が互いに接続された第2領域と
を備え、
上記インシュレータは、上記ステータコアの径方向に間隔をあけて設けられた内壁と外壁とを有し、
上記複数のコイルのうち少なくとも一対のコイル間の隙間の上記ステータコアの軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域の重心が上記第2領域の重心よりも上記ステータコアの軸方向上方に位置すると共に、上記第1領域の径方向長さをBとし、上記第2領域の径方向長さをCとし、上記インシュレータの上記内壁と上記外壁との径方向長さをAとするとき、
B<A かつ C<A ……(式1)
の関係を満たすことを特徴とする。
本開示によれば、第1領域の重心が第2領域の重心よりもステータコアの軸方向上方に位置しているという条件と、上記式1の条件を満たすことにより、圧縮機のモータに用いた場合に冷媒が流れる少なくとも一対のコイル間の通路断面積を確保して、当該コイル間を流れる冷媒の流速を遅くでき、コイル間の隙間からの油の流出を抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
全ての上記コイル間の隙間の上記ステータコアの軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域の重心が上記第2領域の重心よりも上記ステータコアの軸方向上方に位置すると共に、上記式1の関係を満たす。
本開示によれば、圧縮機のモータに用いた場合に冷媒が流れる全てのコイル間の通路断面積を確保して、全てのコイル間を流れる冷媒の流速を遅くでき、コイル間の隙間からの油の流出を効果的に抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記ステータコア全周における上記ステータコアの軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域の重心が上記第2領域の重心よりも上記ステータコアの軸方向上方に位置する。
本開示によれば、断面形状が比較的小さい第2領域の方が第1領域よりも全体として下側に配置されるので、コイルエンドに近い側の空間が広がり、コイル間の通路断面積をより広くしつつ冷媒の流れをスムーズにして、コイル間を流れる冷媒の流速を遅くすることができる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記第1領域の下端が上記第2領域の上端よりも上記ステータコアの軸方向上方に位置する。
本開示によれば、断面形状が比較的小さい第2領域の方が第1領域よりも下側に配置されるので、コイルエンドに近い側の空間が広がり、コイル間の通路断面積をより広くしつつ冷媒の流れをスムーズにして、コイル間を流れる冷媒の流速を遅くすることができる。
また、本開示の1つの態様に係るステータでは、
上記第1領域は複数あり、
全ての上記コイル間の隙間の上記ステータコアの軸を含む平面に沿った断面において、上記複数の第1領域の径方向の最内端から最外端までの長さをLaとし、1または2以上の上記第2領域の径方向の最内端から最外端までの長さをLbとするとき、
La > Lb ……(式2)
の関係を満たす。
本開示によれば、上記式2の関係を満たすことにより、圧縮機のモータに用いた場合に冷媒が流れるコイル間の通路断面積を確保できる。
また、本開示のモータでは、
上記のいずれか1つのステータと、
上記ステータの径方向内側に配置されたロータと
を備えたことを特徴とする。
本開示によれば、信頼性の高いモータを実現できる。
また、本開示の圧縮機では、
密閉容器と、
上記密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置され、上記圧縮機構部を駆動する上記モータと
を備えたことを特徴とする。
本開示によれば、信頼性の高いモータを備えた圧縮機を実現できる。
本開示の第1実施形態のステータの斜視図である。 上記ステータの縦断面図である。 上記ステータのコイルの結線状態を示す図である。 図3に示すコイルの結線状態を簡略化した図である。 上記ステータの上面図である。 上記ステータの要部の断面模式図である。 上記ステータの要部の断面模式図である。 本開示の第23実施形態のステータの要部の断面模式図である。 本開示の第3実施形態のモータを備えた圧縮機の断面図である。
以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。
〔第1実施形態〕
図1は、本開示の第1実施形態のステータ1の斜視図であり、図2は、上記ステータの縦断面図である。
上記ステータ1は、図1,図2に示すように、ステータコア10と、ステータコア10の軸方向の上側の端面に取り付けられた上インシュレータ20と、ステータコア10の軸方向の下側の端面に取り付けられた下インシュレータ30と、ステータコア10と上インシュレータ20および下インシュレータ30に共に巻回されたコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4とを有する。
上記上インシュレータ20および下インシュレータ30の材料として、絶縁性を有する樹脂を用いている。
また、ステータコア10は、環状のバックヨーク11と、このバックヨーク11の内周面から径方向内側に突出する複数のティース12とを有する。
ここで、コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4は、各ティース12にそれぞれ巻かれて複数のティース12に渡って巻かれていない、いわゆる集中巻きである。
図3は、上記ステータ1のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の結線状態を示す図であり、図4は、図3に示すコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の結線状態を簡略化した図である。図3では、ステータコア10の上面図が示されているが、上インシュレータ20は省略されている。
各コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の巻線の巻き始めの部分である12本の給電線eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4は、ステータコア10の上端面から出ている。各コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の巻線の巻き終わりの部分である12本の中性線cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4も、ステータコア10の上端面から出ている。
給電線eU1,eU2の夫々は、コイルU1,U2の巻線の一方から延びてU相の接続部XUaに接続される。また、給電線eU3,eU4の夫々は、コイルU3,U4の巻線の一方から延びてU相の接続部XUbに接続される。
給電線eV1,eV2の夫々は、コイルV1,V2の巻線の一方から延びてV相の接続部XVaに接続される。また、給電線eV3,eV4の夫々は、コイルV3,V4の巻線の一方から延びてV相の接続部XVbに接続される。
給電線eW1,eW2の夫々は、コイルW1,W2の巻線の一方から延びてW相の接続部XWaに接続される。また、給電線eW3,eW4の夫々は、コイルW3,W4の巻線の一方から延びてW相の接続部XWbに接続される。
コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4は、それぞれ巻き締め固定されているので、巻き始めの部分である給電線eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4は、ステータコア10に固定する処置を行わなくても緩まない。
中性線cU1~cU4の夫々は、コイルU1~U4の巻線の他方から延びて中性点Nに接続される。中性線cV1~cV4の夫々は、コイルV1~V4の巻線の他方から延びて中性点Nに接続される。中性線cW1~cW4の夫々は、コイルW1~W4の巻線の他方から延びて中性点Nに接続される。中性点Nでは、全ての中性線cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4が電気的に接続されている。
給電線eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4および中性線cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4は、互いに電気的に接続されないように、ステータコア10の上端面に取り付けられた上インシュレータ20に係止されている。
図5は、上記ステータ1の上面図である。図5に示すように、U相の接続部XUa(図3,図4に示す)を覆う絶縁キャップ110と、U相の接続部XUb(図3,図4に示す)を覆う絶縁キャップ120とを、周方向にずらしてコイルエンド上に納めている。
同様に、V相の接続部(図示せず)を覆う絶縁キャップ110と、V相の接続部(図示せず)を覆う絶縁キャップ120とを、V相の絶縁キャップ110,120に対して周方向にずらしてコイルエンド上に納めている。
また、同様に、W相の接続部(図示せず)を覆う絶縁キャップ110と、W相の接続部(図示せず)を覆う絶縁キャップ120とを、W相の絶縁キャップ110,120に対して周方向にずらしてコイルエンド上に納めている。
引き出し線111、引き出し線121、絶縁キャップ110、絶縁キャップ120、および他の引き出し線を複数の結束糸(図示せず)により上インシュレータ20に固定している。
図5において、Yは、コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間の隙間であり、Zは、その隙間Wの上方への通路が形成される開口の径方向長さである。この流路が形成される通路の断面積(通路断面積)は、ほぼY×Zである。
図6,図7は、ステータ1の要部の断面模式図である。図6,図7において、図1,図2と同一の構成部には同一参照番号を付している。また、図6,図7は、複数のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4のうちコイルU1のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面である。
ステータ1は、複数のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の一端から延びる給電線eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4の先端部が互いに接続された第1領域S1と、複数のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4の他端から延びる中性線cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4の先端部が互いに接続された第2領域S2とを備える。
上インシュレータ20は、ステータコア10の径方向に間隔をあけて設けられた内壁20aと外壁20bとを有する。
図6の断面おいて、第1領域S1の重心O1が第2領域S2の重心O2よりもステータコア10の軸方向上方に位置している(第1条件)。この第1実施形態では、第1領域S1の重心O1と第2領域S2の重心O2との高さの差をHとしている。ここで、第1領域S1の重心O1と第2領域S2の重心O2は、それぞれの断面形状の重心とする。
また、図7の断面おいて、第1領域S1の径方向長さをBとし、第2領域S2の径方向長さをCとし、上インシュレータ20の内壁20aと外壁20bとの径方向長さをAとするとき、
B<A かつ C<A ……(式1)
の関係を満たす(第2条件)。
複数のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4のうち少なくとも一対のコイル間の隙間のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1条件と上記第2条件を満たすことにより、後述する圧縮機200に用いた場合に冷媒が流れるコイル間の通路断面積を確保して、当該コイル間を流れる冷媒の流速を遅くでき、コイル間の隙間からの油の流出を抑制できる。
この第1実施形態では、一対のコイル間の隙間のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1条件と上記第2条件を満たしたが、2以上のコイル間の隙間のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1条件と上記第2条件を満たしていればよい。
また、全てのコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間の隙間のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1条件と上記第2条件を満たすようにしてもよい。これにより、全てのコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間の通路断面積を確保して、全てのコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間を流れる冷媒の流速を遅くでき、コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間の隙間からの油の流出を効果的に抑制できる。
また、ステータコア10全周におけるステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、第1領域S1の重心O1が第2領域S2の重心O2よりもステータコア10の軸方向上方に位置するようにしてもよい。これにより、断面形状が比較的小さい第2領域S2の方が第1領域S1よりも全体として下側に配置されるので、コイルエンドに近い側の空間が広がり、コイル間の通路断面積をより広くしつつ冷媒の流れをスムーズにして、コイル間を流れる冷媒の流速を遅くすることができる。
また、第1領域S1の下端が第2領域S2の上端よりもステータコア10の軸方向上方に位置するようにするのが好ましい。これにより、断面形状が比較的小さい第2領域S2の方が第1領域S1よりも下側に配置されるので、コイルエンドに近い側の空間が広がり、コイル間の通路断面積をより広くしつつ冷媒の流れをスムーズにして、コイル間を流れる冷媒の流速を遅くすることができる。
次に、第1領域S1および第2領域S2の詳細について説明する。
まず、図5のステータ1の上面図に示すように、ティース12に巻回されたコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4上に、引き出し線111と引き出し線121が配置されている。このステータ1の周方向の位置によって、引き出し線を含む第1領域S1および中性線を含む第2領域S2の形態が異なる。
例えば、ステータ1の周方向のある位置の第1領域S1では、U相のコイルU1,U2の一端から延びた給電線eU1,eU2(図3,図4に示す)の先端部と、引き出し線111とが互いに接続されていると共に、U相のコイルU3,U4の一端から延びた給電線eU3,eU4(図3,図4に示す)の先端部と、引き出し線121とが互いに接続されている。
なお、給電線eU1,eU2と引き出し線111とが接続された接続部XUa(図3,図4に示す)では、ロール状の絶縁キャップ110により覆われている。また、給電線eU3,eU4と引き出し線121とが接続された接続部XUb(図3,図4に示す)では、ロール状の絶縁キャップ120により覆われている。
給電線eU1,eU2、給電線eU3,eU4、引き出し線111、引き出し線121などを結束糸(図示せず)により上インシュレータ20に固定している。
また、第2領域S2では、U相のコイルU1,U2の他端から延びた中性線cU1,cU2(図3,図4に示す)の先端部と、U相のコイルU3,U4の他端から延びた中性線cU3,cU4(図3,図4に示す)の先端部とが互いに接続されている。
〔第2実施形態〕
図8は、本開示の第2実施形態のステータ1の要部の断面模式図である。全てのコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4間の隙間のステータコア10の軸を含む平面に沿った断面において、図8に示すように、4つの第1領域S1の径方向の最内端から最外端までの長さをLaとし、2つの第2領域S2の径方向の最内端から最外端までの長さをLbとするとき、
La > Lb ……(式2)
の関係を満たす。
上記式2の関係を満たすことにより、圧縮機のモータに用いた場合に冷媒が流れるコイル間の通路断面積を確保できる。
上記第2実施形態のステータ1は、第1実施形態のステータ1と同様の効果を有する。
なお、図8では、4つの第1領域S1と、2つの第2領域S2としたが、これに限らず、複数の第1領域S1と、1または2以上の第2領域S2を備えたステータに本開示を適用できる。
〔第3実施形態〕
図9は、本開示の第3実施形態のモータ240を備えた圧縮機200の断面図である。この圧縮機は、スクロール型圧縮機である。
この第3実施形態の圧縮機200は、図9に示すように、密閉容器201と、固定スクロール210と可動スクロール220を含む圧縮機構部230と、圧縮機構部230を駆動するモータ240と、圧縮機構部230とモータ240を連結するクランクシャフト250と、クランクシャフト250の下端部を回転可能に支持する下部軸受260とを備える。
上記密閉容器201は、上下が開口した略円筒状の円筒部材202と、円筒部材202の上端および下端にそれぞれ設けられた上蓋203および下蓋204とを有する。
上記モータ240は、第1実施形態のステータ1と、ステータ1の径方向内側に配置されたロータ2とを有する。このモータ240は、インナーロータ型のモータであって、いわゆる8極12スロットである。なお、モータの極数およびスロット数はこれに限らない。
上記モータ240では、ステータ1からの複数の引き出し線が、密閉容器201の円筒部材202に設けられたターミナル部270の端子に接続されている。
上記モータ240のステータ1のコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4(図3,図4に示す)に電流を流してステータ1に発生する電磁力によって、クランクシャフト250と共にロータ2を回転させる。
上記第3実施形態のモータ240は、第1実施形態のステータ1を用いることにより信頼性を向上できる。これにより、信頼性の高い圧縮機200を実現することができる。
上記第3実施形態では、スクロール型圧縮機について説明したが、ロータリ型圧縮機などの他の構成の圧縮機に本開示のモータを適用してもよい。
上記第1~第3実施形態では、三相交流電圧がコイルに印加されるステータについて説明したが、三相交流電圧に限らず、二相または四相以上の交流電圧がコイルに印加されるステータに本開示のステータを適用してもよい。
本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第1~第3実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。
1…ステータ
2…ロータ
11…バックヨーク
12…ティース
10…ステータコア
20…上インシュレータ
30…下インシュレータ
110…絶縁キャップ
111…引き出し線
120…絶縁キャップ
121…引き出し線
200…圧縮機
201…密閉容器
210…固定スクロール
220…可動スクロール
230…圧縮機構部
240…モータ
250…クランクシャフト
260…下部軸受
270…ターミナル部
cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4…中性線
eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4…給電線
U1~U4,V1~V4,W1~W4…コイル
Ua,XVa,XWa…接続部
Ub,XVb,XWb…接続部

Claims (7)

  1. 圧縮機の密閉容器(201)内に配置されたモータ(240)に用いられるステータであって、
    複数のティース(12)を有するステータコア(10)と、
    上記ステータコア(10)の軸方向の端面に取り付けられたインシュレータ(20)と、
    上記ステータコア(10)の上記複数のティース(12)にそれぞれ巻回された複数のコイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)と、
    上記複数のコイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)の一端から延びる給電線(eU1~eU4,eV1~eV4,eW1~eW4)の先端部が互いに接続された第1領域(S1)と、
    上記複数のコイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)の他端から延びる中性線(cU1~cU4,cV1~cV4,cW1~cW4)の先端部が互いに接続された第2領域(S2)と
    を備え、
    上記インシュレータ(20)は、上記ステータコア(10)の径方向に間隔をあけて設けられた内壁(20a)と外壁(20b)とを有し、
    上記第1領域(S1)の一部と上記第2領域(S2)の一部とは、上記インシュレータ(20)の上記内壁(20a)と上記外壁(20b)との間の上記ステータコア(10)の軸方向上方に位置しており、
    上記複数のコイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)のうち少なくとも一対のコイル間の隙間の上記ステータコア(10)の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域(S1)の重心(O1)が上記第2領域(S2)の重心(O2)よりも上記ステータコア(10)の軸方向上方に位置すると共に、上記第1領域(S1)の径方向長さをBとし、上記第2領域(S2)の径方向長さをCとし、上記インシュレータ(20)の上記内壁(20a)と上記外壁(20b)との径方向長さをAとするとき、
    B<A かつ C<A ……(式1)
    の関係を満たすことを特徴とするステータ。
  2. 請求項1に記載のステータにおいて、
    全ての上記コイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)間の隙間の上記ステータコア(10)の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域(S1)の重心(O1)が上記第2領域(S2)の重心(O2)よりも上記ステータコア(10)の軸方向上方に位置すると共に、上記式1の関係を満たすことを特徴とするステータ。
  3. 請求項1に記載のステータにおいて、
    上記ステータコア(10)全周における上記ステータコア(10)の軸を含む平面に沿った断面において、上記第1領域(S1)の重心(O1)が上記第2領域(S2)の重心(O2)よりも上記ステータコア(10)の軸方向上方に位置することを特徴とするステータ。
  4. 請求項1から3までのいずれか1つに記載されたステータにおいて、
    上記第1領域(S1)の下端が上記第2領域(S2)の上端よりも上記ステータコア(10)の軸方向上方に位置することを特徴とするステータ。
  5. 請求項1から4までのいずれか1つに記載されたステータにおいて、
    上記第1領域(S1)は複数あり、
    全ての上記コイル(U1~U4,V1~V4,W1~W4)間の隙間の上記ステータコア(10)の軸を含む平面に沿った断面において、上記複数の第1領域(S1)の径方向の最内端から最外端までの長さをLaとし、1または2以上の上記第2領域(S2)の径方向の最内端から最外端までの長さをLbとするとき、
    La > Lb ……(式2)
    の関係を満たすことを特徴とするステータ。
  6. 請求項1から5までのいずれか1つに記載のステータ(1)と、
    上記ステータ(1)の径方向内側に配置されたロータ(2)と
    を備えたことを特徴とするモータ。
  7. 上記密閉容器(201)と、
    上記密閉容器(201)内に配置された圧縮機構部(230)と、
    上記密閉容器(201)内に配置され、上記圧縮機構部(230)を駆動する請求項6のモータ(240)と
    を備えたことを特徴とする圧縮機。
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