JP7183428B2 - 電動機の固定子コア - Google Patents

Description

本発明は、流体を圧縮する圧縮機等に用いられる電動機の固定子コアに関するものである。

従来、圧縮機等の機器の駆動には電動機が用いられている。電動機は、複数の分割コアを環状に連結した固定子コアと、固定子コアの内側に配置された回転子とを有する。電動機は、圧縮機の密閉容器等のシェルの内壁面に固定子コアを焼嵌め又は圧入することによりシェル内に固定されている。

以上のように焼嵌め又は圧入により固定子コアをシェル内に固定する際には、固定子コアに外周から内周方向に向かう径方向圧縮応力が掛かる。このため、この圧縮応力により各分割コアが内径方向にズレることがあり、各分割コアが内径方向にズレると、固定子コアの内径真円度が悪化し、電動機の騒音及び振動の増加の原因となる。

このため、従来、各分割コア同士の連結部を径方向全体に渡って波形曲線形状とし、波形形状同士を嵌合させることで、分割コアが内径方向にずれることを抑制するようにした技術がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４－５０２１５号公報

特許文献１は、径方向圧縮応力による分割コアのズレの抑制には効果的である。しかし、固定子コアのシェルへの固定時には、径方向圧縮応力の他に、互いに周方向に押し合う周方向圧縮応力が各分割コアに作用する。特許文献１では、周方向圧縮応力についての検討が不十分で、製造誤差などに起因して波形曲線形状の嵌合部分に隙間が生じ、固定子コアの内径真円度が悪化するという問題があった。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、固定子コアの内径真円度の悪化を抑制することが可能な電動機の固定子コアを提供することを目的とする。

本発明に係る電動機の固定子コアは、環状に配置された複数の分割コアを有する電動機の固定子コアであって、複数の分割コアのそれぞれが、隣接する他の分割コアと互いの接触面で接触することで、周方向に複数の接触部を形成しており、複数の接触部のうちの一部又は全部における互いの接触面は、固定子コアの中心軸方向に見て径方向に直線状に延びる直線部を有すると共に、互いの接触面の一方に三角状凸部、他方に三角状凹部を有しており、直線部同士で接触し且つ三角状凸部と三角状凹部とが互いに係合することで、連結されており、複数の分割コアは、１箇所を除いて隣接する他の分割コアと関節部で連結されており、関節部で連結されていない２つの分割コア同士の互いの接触面に、直線部、三角状凸部及び三角状凹部が形成されており、複数の関節部のうち、固定子コアの中心軸の軸心と、関節部で連結されていない接触部の直線部と、を通る直線を中心として対称の位置にある２つの関節部の一方を第１関節部、他方を第２関節部とするとき、三角状凸部及び三角状凹部のそれぞれの三角形状は、固定子コアの中心軸方向に見て、第１関節部を中心とした円弧と第２関節部を中心とした円弧とを有するものである。

本発明によれば、固定子コアの周方向に形成された複数の接触部のうちの一部又は全部における互いの接触面は、直線部同士の接触により、固定子コアをシェルへの固定する際の周方向圧縮応力による周方向のズレを抑制できる。また、複数の接触部のうちの一部又は全部における互いの接触面は、三角状凸部と三角状凹部との係合により、固定子コアのシェルへの固定する際の径方向圧縮応力によるズレを抑制できる。その結果、固定子コアの内径真円度の悪化を抑制できる。

実施の形態１に係る電動機の固定子コアを示す平面図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアを示す平面図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアの変形例を示す平面図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアに巻線を巻回する際の模式図である。 比較例として、隣接する分割コア同士の互いの接触面が三角状凸部と三角状凹部との係合のみにより連結される構成例を示す図である。 比較例として、隣接する分割コア同士の互いの接触面の全体が直線部で構成された構成例を示す図である。 実施の形態２に係る電動機の固定子コアを示す部分図である。 図７の接触部の拡大図である。 実施の形態３に係る電動機の固定子コアを示す図である。 実施の形態３に係る電動機の固定子コアを環状に連結する前の展開状態を示す図である。 実施の形態４に係る電動機の固定子コアを示す平面図である。 実施の形態４に係る電動機の固定子コアの要部の説明図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ及び配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機の固定子コアを示す平面図である。図２は、実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアを示す平面図である。図３は、実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアの変形例を示す平面図である。

本実施の形態１の電動機の固定子コア１Ａは、図１に示すように環状に配置された複数の分割コア２と、巻線（図示せず）とを有する。各分割コア２は、外面３ａが円弧状のバックヨーク部３と、バックヨーク部３から半径方向内側に向かって突出するティース部４とを有する。隣接する分割コア２同士の間にはスロット５が形成されており、スロット５内に、ティース部４に巻回された巻線が位置するようになっている。

複数の分割コア２のそれぞれは、隣接する他の分割コア２と互いの接触面３１で接触することで、周方向に複数の接触部８を形成している。図２に示すように接触部８において互いに接触する接触面３１の一方は、直線部３２と三角状凸部３３とを有する。直線部３２は、固定子コア１Ａの中心軸Ｏ方向に見て径方向に直線状に延びて形成されている。三角状凸部３３は、固定子コア１Ａの中心軸Ｏ方向に見て周方向に先細りで突出する三角形状に形成されている。

接触部８において互いに接触する接触面３１の他方は、直線部３４と、三角状凸部３３に係合する三角状凹部３５とを有する。直線部３４は、固定子コア１Ａの中心軸Ｏ方向に見て径方向に直線状に延びて形成されている。三角状凹部３５は、固定子コア１Ａの中心軸Ｏ方向に見て周方向に先細りで凹む三角形状に形成されている。

接触部８は、隣り合う分割コア２の互いの直線部３２及び３４同士で接触すると共に、三角状凸部３３と三角状凹部３５とが係合することにより連結されている。このように、複数の分割コア２は、隣接する分割コア２と接触部８で連結されて環状に形成されている。そして、各分割コア２は、図１の黒丸で示すように、隣接する分割コア２と接触部８の径方向外側で溶接されている。なお、図１及び図２には、各接触面３１に三角状凸部３３又は三角状凹部３５が一つの構成を示したが、図３に示すように複数あってもよい。また、接触部８の外面８ａは、バックヨーク部３の外面３ａつまり固定子コア１Ａの最外面よりも径方向内側に位置している。この理由については後述する。

また、分割コア２においてバックヨーク部３の外周部には、切欠き３６が形成されている。切欠き３６は、ティース部４に巻線を巻回する際に分割コア２を保持するために設けられている。すなわち、切欠き３６に保持治具が嵌合されて分割コア２が保持される。また、切欠き３６は、固定子コア１Ａを圧縮機に適用する場合には、冷媒流路を確保するために設けられている。

ここで、固定子コア１Ａの製造工程について簡単に説明する。
まず、各分割コア２のそれぞれにおいて、次の図４に示すようにティース部４に絶縁材６を介して巻線７を巻回する。

図４は、実施の形態１に係る電動機の固定子コアの分割コアに巻線を巻回する際の模式図である。
分割コア２においてバックヨーク部３の径方向内側の内面３ｂとティース部４の周方向の両面４ａとのなす角度は、９０°に構成されている。このため、図４に示すように、巻線７は、ティース部４の突出方向に対して直交するようにして巻回される。このようにバックヨーク部３の径方向内側の内面３ｂとティース部４の周方向の両面４ａとのなす角度を９０°とすることで、巻線７の整列性がよくなり、より多くの巻線７をティース部４に巻線できる。

以上のようにして各分割コア２のティース部４に巻線７を巻回した後、各分割コア２を接触部８で環状に連結する。各分割コア２を環状に連結することによって、各巻線７は各スロット５にそれぞれ収容される。そして、分割コア２を環状に連結した後、隣接する分割コア２同士の互いの接触面３１の径方向外側を溶接等により接合して固定する。

ここで、上述したように、接触部８の外面８ａは、バックヨーク部３の外面３ａつまり固定子コア１Ａの最外面よりも径方向内側に位置している。このため、接触部８を溶接等で接合した際に、溶接玉等の接合部が外面３ａよりも外側にはみ出ることを抑制できる。接合部が外面３ａよりも外側にはみ出ると、固定子コア１Ａをシェル内に焼嵌め又は圧入する際、シェルから受ける応力が、そのはみ出た部分に集中して各分割コアのズレを招く。これを防止するため、本実施の形態１では、接触部８の外面８ａをバックヨーク部３の外面３ａよりも径方向内側に位置する構成とした。これにより、接合部が外面３ａよりも外側にはみ出ることに起因する分割コア２のズレを抑え、固定子コア１Ａの内径真円度の悪化を抑制することが可能である。

以上の工程を経て製造された固定子コア１Ａは、シェル内に挿入されてシェルの内壁面に焼嵌め又は圧入により固定される。

次に、上記のように構成した固定子コア１Ａの作用について説明する。
図５は、比較例として、隣接する分割コア同士の互いの接触面が三角状凸部と三角状凹部との係合のみにより連結される構成例を示す図である。
固定子コアのシェルへの固定時には、上述したように外周から内周に向かう径方向圧縮応力が分割コア２に作用する。図５に示すように三角状凸部３３０と三角状凹部３５０とによる係合は、周方向にかみ合うことによる係合であるため、径方向のズレが生じにくい。すなわち、接触部８における互いの接触面を三角状凸部と三角状凹部との係合により連結する構成とすることは、径方向圧縮応力による分割コア２の径方向のズレの抑制に効果的である。

図６は、比較例として、隣接する分割コア同士の互いの接触面の全体が直線部で構成された構成例を示す図である。
固定子コアのシェルへの固定時には、上述したように径方向圧縮応力の他に、互いに周方向に押し合う周方向圧縮応力が分割コア２に作用する。図６に示すように、各分割コア２の互いの接触面の全体が直線部３２０及び直線部３４０で構成されている場合、各分割コア２は、周方向圧縮応力を直線部で垂直方向に受ける。つまり、分割コア２を径方向に移動させる応力が分割コア２に作用しない。このため、接触部８における互いの接触面を直線部で構成することは、周方向圧縮応力による分割コアの周方向のズレの抑制に効果的である。

そこで、本実施の形態１では、これらの両方を備えた構成とした。これにより、径方向圧縮応力による分割コアの径方向のズレと、周方向圧縮応力による分割コアの周方向のズレとの両方を抑えることができる。その結果、固定子コアの内径真円度の悪化を抑制することができる。

ここで、接触部における互いの接触面を波形曲線形状とした先行技術と実施の形態１とを比較する。先行技術では、互いの接触面が波形曲線形状であることで、本実施の形態１の三角形状と比較して係合状態が緩くなりがちである。このため、波形曲線形状に製造誤差があると、周方向圧縮応力が作用した場合に、嵌合状態が外れて径方向に滑りが生じ、その結果、接触部において周方向の隙間が生じ、固定子コアの内径真円度の悪化を招く。これに対し、本実施の形態１では、三角状凸部３３と三角状凹部３５との係合であるため、波形曲線形状に比べて滑りが生じ難く、内径真円度の悪化の抑制に効果的である。

以上説明したように、本実施の形態１の電動機の固定子コア１Ａは、環状に配置された複数の分割コア２を有する。複数の分割コア２のそれぞれは、隣接する他の分割コア２と互いの接触面３１で接触することで、周方向に複数の接触部８を形成している。複数の接触部８のうちの一部又は全部における互いの接触面３１は、固定子コア１Ａの中心軸Ｏ方向に見て径方向に直線状に延びる直線部３２及び３４を有すると共に、互いの接触面３１の一方に三角状凸部３３、他方に三角状凹部３５を有している。互いの接触面３１は、直線部３２及び３２同士で接触し且つ三角状凸部３３と三角状凹部３５とが互いに係合することで、連結されている。

このように、複数の接触部８のうちの一部又は全部における互いの接触面３１は、直線部３２及び３４同士で接触するため、固定子コア１Ａを圧縮機のシェルへの固定する際の周方向のズレを抑制できる。また、複数の接触部８のうちの一部又は全部における互いの接触面３１は、三角状凸部３３と三角状凹部３５とにより係合するため、固定子コア１Ａのシェルへの固定する際の径方向圧縮応力によるズレを抑制できる。その結果、固定子コア１Ａの内径真円度の悪化を抑制でき、電動機の騒音及び振動を抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、接触面３１において直線部３２及び直線部３４が径方向外側、三角状凸部３３及び三角状凹部３５が径方向内側であったが、逆でもよい。つまり、接触面３１において直線部３２及び直線部３４が径方向外側、三角状凸部３３及び三角状凹部３５が径方向外側に形成されていてもよい。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る電動機の固定子コアを示す部分図である。図８は、図７の接触部の拡大図である。
本実施の形態２の固定子コア１Ｂでは、直線部３２及び直線部３４が円弧１１の径方向内側まで伸びている。円弧１１は、固定子コア１Ｂの中心軸Ｏ（図１参照）を中心とした円弧であって、切欠き３６の底部３６ａを通る円弧である。この構成により、直線部３２及び直線部３４の径方向の長さＬ１と、切欠き３６の径方向の長さＬ２とには、Ｌ１＞Ｌ２の関係が成り立つ。

固定子コア１Ａを製造するにあたり、上述したように各分割コア２は、隣接する分割コア２と接触部８の径方向外側で溶接される。溶接時には、各分割コア２に形成された各切欠き３６を利用して分割コア２同士を近づけた状態で行われる。図７に示した２つの分割コア２で説明すると、溶接時には、各分割コア２に形成された各切欠き３６に補助治具（図示せず）を嵌合させ、各補助治具同士を近づけて各分割コア２の接触面３１同士を密接させた上で、溶接が行われる。

このため、溶接時には、各切欠き３６部分に、矢印で示した周方向の応力がかかる。具体的には、各切欠き３６の内面において互いに周方向に対向する面３６ｂにおいて周方向の力がかかる。したがって、接触部８において面３６ｂと同じ径方向の長さ領域には、互いに周方向に押し合う周方向圧縮応力が作用する。この周方向圧縮応力による分割コア２のズレを抑えるため、直線部３２及び直線部３４を円弧１１の径方向内側まで伸ばした構成としている。この構成とすることで、各切欠き３６の各面３６ｂに作用する周方向圧縮応力を、より広い直線部３２で垂直方向に受けることになり、分割コア２を径方向にずらす力が働かない。これにより、分割コア２が径方向にズレることを更に抑制できる。

本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、直線部３２及び３４が円弧１１の径方向内側まで伸びた構成を有することで、接触面３１での分割コア２のズレを抑えることができ、固定子コア１Ａの内径真円度の悪化を抑制することができる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る電動機の固定子コアを示す図である。図１０は、実施の形態３に係る電動機の固定子コアを環状に連結する前の展開状態を示す図である。
本実施の形態３の固定子コア１Ｃは、図１０に示すように、各分割コア２が、１箇所を除いて隣接する他の分割コア２とバックヨーク部３の関節部２１で連結され、各関節部２１を屈曲することにより環状に形成されている。関節部２１は、連結ピンによる連結部又はカシメ等により構成されている。

固定子コア１Ｃにおいて関節部２１で連結されている分割コア２部分は、圧縮機のシェルへの固定時のズレが生じ難いが、関節部２１で連結されていない両端の２つの分割コア２でズレが生じやすい。このため、実施の形態３では、両端の２つの分割コア２の接触部８に、実施の形態１と同様の構成を備えている。すなわち、接触部８を構成する２つの接触面３１の一方が直線部３２と三角状凸部３３を有し、他方が直線部３４と三角状凹部３５を有する。

本実施の形態３によれば、複数の分割コア２が、１箇所を除いて隣接する他の分割コア２と関節部２１で連結されている。関節部２１で連結されていない２つの分割コア２同士の互いの接触面３１の一方に、直線部３２及び三角状凸部３３が形成され、他方に、直線部３４及び三角状凹部３５が形成されている。これにより、複数の分割コア２が、１箇所を除いて隣接する他の分割コア２と関節部２１で連結された構成の固定子コア１Ａにおいても、固定子コア１Ａをシェルに固定する際の分割コア２のズレを抑制できる。その結果、固定子コア１Ａの内径真円度の悪化を抑制することができる。

実施の形態４．
本実施の形態４は、実施の形態３の固定子コア１Ｃに適用される形態であり、三角状凸部３３及び三角状凹部３５の形状を更に具体的に特定するものである。

図１１は、実施の形態４に係る電動機の固定子コアを示す平面図である。図１２は、実施の形態４に係る電動機の固定子コアの要部の説明図である。以下、説明の便宜上、各分割コア２を図１１において０時の位置から時計回りに分割コア２ａ～２ｉとして区別する。
上記実施の形態３において図１０に示した一列の状態から環状に構成する際には、２つの関節部２１、図１１の例では第１関節部２１ａ及び第２関節部２１ｂを支点として屈曲することで行われる。つまり、分割コア２ａから分割コア２ｃの３つの分割コア２を、各関節部２１で屈曲して円弧状に形成した後、この円弧状の３つの分割コア２をまとめて、第１関節部２１ａを支点に回転させる。また、同様にして分割コア２ｇから分割コア２ｉの３つの分割コア２を、各関節部２１で屈曲して円弧状に形成した後、この円弧状の３つの分割コアをまとめて、第２関節部２１ｂを支点に回転させる。

固定子コア１Ｃは、以上のような手順で環状に形成されるため、実施の形態４では、分割コア２ａと分割コア２ｉとの接触部８において接触面３１同士が接触する際に三角状凸部３３と三角状凹部３５とが干渉しないように以下の構成を作用している。ここで、三角状凸部３３は、図１２に示すように径方向外側の第１部３３ａと、径方向内側の第２部３３ｂと、これらを繋ぐ第３部３３ｃとを有している。三角状凹部３５は、径方向外側の第１部３５ａと径方向内側の第２部３５ｂとこれらを繋ぐ第３部３５ｃとを有している。

三角状凸部３３の第１部３３ａは、第２関節部２１ｂを支点とした円弧２２ｂを有する円弧面で構成される。また、三角状凸部３３の第２部３３ｂは、第１関節部２１ａを支点とした円弧２２ａを有する円弧面で構成される。第１部３３ａ及び第２部３３ｂは、共に外側に凸の円弧面で構成される。

三角状凹部３５は、三角状凸部３３に沿う形状に構成される。このため、三角状凹部３５の第１部３５ａは、三角状凸部３３の第１部３３ａに沿う円弧面、三角状凹部３５の第２部３５ｂは、三角状凸部３３の第２部３３ｂに沿う円弧面で構成される。

このように構成したことにより、固定子コア１Ｃを環状に形成する際に、三角状凸部３３と三角状凹部３５とが干渉することを防ぐことができる。

なお、ここでは、複数の関節部２１のうち、分割コア２ｃと分割コア２ｄとの間の関節部２１と、分割コア２ｆと分割コア２ｇとの間の関節部２１とを支点としたが、支点とする関節部はこれらの関節部に限られたものではない。複数の関節部２１のうち、関節部２１で連結されていない接触部８の直線部３２及び３４と、固定子コア１Ｃの中心軸Ｏと、を通る線１０を中心として対称の位置にある２つの関節部２１を支点とすればよい。

本実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果が得られると共に、固定子コア１Ｃを環状に形成する際に、分割コア２ａと分割コア２ｉとの接触部８で三角状凸部３３と三角状凹部３５とが干渉することを防ぐことができ、固定子コア１Ｃの製造性が向上する。

１Ａ 固定子コア、１Ｂ 固定子コア、１Ｃ 固定子コア、２（２ａ～２ｉ） 分割コア、３ バックヨーク部、３ａ 外面、３ｂ 内面、４ ティース部、４ａ 両面、５ スロット、６ 絶縁材、７ 巻線、８ 接触部、８ａ 外面、１１ 円弧、２１ 関節部、２１ａ 第１関節部、２１ｂ 第２関節部、２２ａ 円弧、２２ｂ 円弧、３１ 接触面、３２ 直線部、３３ 三角状凸部、３３ａ 第１部、３３ｂ 第２部、３３ｃ 第３部、３４ 直線部、３４ａ 第１部、３４ｂ 第２部、３４ｃ 第３部、３５ 三角状凹部、３６ 切欠き、３６ａ 底部、３６ｂ 面、３２０ 直線部、３３０ 三角状凸部、３４０ 直線部、３５０ 三角状凹部、Ｏ 中心軸。

Claims (4)

1. 環状に配置された複数の分割コアを有する電動機の固定子コアであって、
   前記複数の分割コアのそれぞれが、隣接する他の分割コアと互いの接触面で接触することで、周方向に複数の接触部を形成しており、
   前記複数の接触部のうちの一部又は全部における前記互いの接触面は、前記固定子コアの中心軸方向に見て径方向に直線状に延びる直線部を有すると共に、前記互いの接触面の一方に三角状凸部、他方に三角状凹部を有しており、前記直線部同士で接触し且つ前記三角状凸部と前記三角状凹部とが互いに係合することで、連結されており、
   前記複数の分割コアは、１箇所を除いて隣接する他の分割コアと関節部で連結されており、前記関節部で連結されていない２つの前記分割コア同士の互いの接触面に、前記直線部、前記三角状凸部及び前記三角状凹部が形成されており、
   複数の前記関節部のうち、前記固定子コアの前記中心軸の軸心と、前記関節部で連結されていない前記接触部の前記直線部と、を通る直線を中心として対称の位置にある２つの関節部の一方を第１関節部、他方を第２関節部とするとき、
   前記三角状凸部及び前記三角状凹部のそれぞれの三角形状は、前記固定子コアの中心軸方向に見て、前記第１関節部を中心とした円弧と前記第２関節部を中心とした円弧とを有する電動機の固定子コア。
2. 前記互いの接触面の一方には前記三角状凸部が複数形成され、他方には複数の前記三角状凸部に係合する複数の前記三角状凹部が形成されている請求項１記載の電動機の固定子コア。
3. 前記分割コアの外周部には切欠きが形成されており、
   前記直線部は、前記固定子コアの前記中心軸を中心として前記切欠きの底部を通る円弧よりも径方向内側まで伸びて形成されている請求項１又は請求項２記載の電動機の固定子コア。
4. 前記接触部の径方向外側の外面は、前記固定子コアの径方向外側の最外面よりも径方向内側に位置している請求項１～請求項３の何れか一項に記載の電動機の固定子コア。

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