JP7280687B2 - 電動圧縮機用モータ及びそれを備えた電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの巻線とコアの間にインシュレータを配置した電動圧縮機用モータ、及び、それを備えた電動圧縮機に関するものである。

従来より電動圧縮機の圧縮要素を駆動するためのモータは、ステータとこのステータの内側で回転するロータにより構成されている。このうちステータは、電磁鋼板を積層してなるコアと、このコアから径方向に突出する複数のティースと、各ティースに巻装された巻線から構成されるが、コアと巻線は絶縁する必要があることから、コアと巻線の間には、絶縁性の樹脂から構成されたインシュレータが配置される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－８２６２４号公報

ここで、インシュレータは通常射出成型で構成されるが、モータの軸方向に長い形状であるため、成型する際のゲートの位置は長手方向の両端部になる場合が多い。即ち、各ゲートから注入された樹脂は、ゲート間の中間部で合流することになるため、この合流部分で厚みが薄くなる可能性が高くなる。

このように、インシュレータに厚みが薄い箇所が発生し、或いは、クラックが発生した場合、巻線に高電圧が印加されると、このような欠陥箇所に電界が集中する。これは下記式（Ｉ）の放電開始電圧Ｖが、インシュレータの厚みｔが薄いところ程、高くなることに起因する。そのため、繰り返し電圧が印加されることで微小放電が発生し、インシュレータが絶縁破壊してしまう問題があった。

Ｖ＝√２×１６３×（ｔ／ε）^0.46 ・・・式（Ｉ）
但し、Ｖは放電開始電圧、ｔはインシュレータの厚み、εはインシュレータの比誘電率である。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、巻線とコアを絶縁するインシュレータの欠陥に基づく絶縁破壊の発生を効果的に抑制若しくは解消することができる電動圧縮機用モータ、及び、それを備えた電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明の電動圧縮機用モータは、ステータの巻線とコアの間にインシュレータを配置して成るものであって、ステータのコアは、隣接するティースの先端が連続しているティース部材と、このティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成されており、巻線が巻回されたインシュレータがティースに外側から装着されることによりティース部材に巻線が施され、当該巻線とティースの間にインシュレータが配置されると共に、このインシュレータは、合成樹脂の射出成型により構成されており、当該インシュレータの内壁には、複数層で構成された樹脂フィルムが配置され、この樹脂フィルムは、当該樹脂フィルムよりも誘電率が低い接着剤、又は、超音波によりインシュレータの内壁に接合されていることを特徴とする。

請求項２の発明の電動圧縮機は、上記発明のモータと圧縮要素を容器内に収納して成ることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ステータの巻線とコアの間にインシュレータを配置して成る電動圧縮機用モータにおいて、インシュレータの内壁に、複数層で構成された樹脂フィルムを配置したので、合成樹脂の射出成型により構成されるインシュレータに欠陥が生じていても、自らの欠陥が重なり合う確率が低い複数層の樹脂フィルムがインシュレータの内壁に配置されることにより、インシュレータの欠陥箇所に電界が集中することを回避し、インシュレータが絶縁破壊に至る不都合を未然に解消することができるようになる。

これにより、電動圧縮機用モータの故障の確率が低下するので、廃棄コストを向上させることができるようになると共に、従来欠陥を補うことに必要であったインシュレータの厚み寸法を、本発明によれば低減することができるようになるので、生産コストの低減と寸法の縮小を図ることもできるようになるものである。

この場合、本発明では樹脂フィルムを、当該樹脂フィルムよりも誘電率が低い接着剤、又は、超音波によりインシュレータの内壁に接合するようにしたので、組立作業を容易にすることができるようになる。

特に、ステータのコアを、隣接するティースの先端が連続しているティース部材と、このティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成しているので、巻線の密度を大きくして性能の向上を図ることができる。また、ティースの先端が連続しており、その剛性が向上するため、ロータの回転に伴う反力によるステータの変形量も減少することになり、振動の発生も抑制される。

そして、巻線が巻回されたインシュレータをティースに外側から装着することによりティース部材に巻線が施され、当該巻線とティースの間にインシュレータが配置されるので、ティース部材への巻線の巻装も極めて容易となる。

そして、請求項２の発明の如く上記発明のモータと圧縮要素を容器内に収納して電動圧縮機を構成することにより、小型で振動も少なく、高性能で故障も少ない電動圧縮機とすることが可能となる。

本発明のモータを搭載した一実施形態の電動圧縮機の縦断側面図である。 図１のモータを構成するステータの分解斜視図である。 図２のステータの要部拡大平断面図である（実施例１、実施例２）。 図２のステータのコアの平面図である。 本発明の他の実施例のステータのコアの要部拡大平面図である（実施例３）。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明のモータ４を搭載した実施例の電動圧縮機１の縦断側面図、図２はモータ４のステータ２１の分解斜視図、図３はステータ２１の要部拡大平断面図、図４はステータ２１のコア２２の平面図をそれぞれ示している。

図１において、実施例の電動圧縮機１は、容器２内にスクロール圧縮要素３と本発明のモータ４を収納してなるスクロール電動圧縮機である。圧縮要素の実施例としてのスクロール圧縮要素３は、容器２に固定された固定スクロール６と、モータ４の回転軸８により、固定スクロール６に対して回転せずに公転運動される可動スクロール７とから成り、固定スクロール６に形成された渦巻き状のラップ１１と可動スクロール７に形成された渦巻き状のラップ１２とが噛み合うように配置されている。

容器２内には図示しない冷媒導入通路から冷媒が導入され、両ラップ１１、１２間に構成される圧縮室に外側から吸い込まれる。この圧縮室は可動スクロール７の公転運動により中心に向けて狭くなるため、吸い込まれた冷媒は圧縮され、中心部から吐出室１４、図示しない冷媒吐出通路を経て吐出されることになる。また、容器２内は低圧となるため、モータ４の周囲にも冷媒が通過することになり、この冷媒でモータ４は冷却されるかたちとなる。

次に、本発明のモータ４について説明する。実施例のモータ４は永久磁石同期モータであり、コア２２と巻線２３から成るステータ２１と、回転軸８に固定されてステータ２１の内側で回転する磁石内蔵型のロータ２４（複数枚の電磁鋼板を積層して成る）とから構成されている。

ステータ２１のコア２２は、複数（極数に応じた数。実施例では１２個）のティース２７を有するティース部材２６（内側コア）と、ヨーク部材２８（外側コア）とが分離された二分割構成とされており、ティース部材２６の隣接するティース２７、２７の各先端部２７Ａ、２７Ａは、ブリッジ部２９により相互に連続した構成とされている。これにより、ティース部材２６の各ティース２７間のスロット３１は、外方向に向けて開放し、中心方向が閉じた形状とされている。

係るティース部材２６及びヨーク部材２８は複数枚の電磁鋼板を積層し、結合して構成されている。また、ヨーク部材２８の内側には、ティース部材２６のティース２７と同数の嵌合凹所３２が形成されている。

一方、巻線２３は絶縁体から成るインシュレータ（ボビン）３３に予め巻回されており、このインシュレータ３３の内側にはティース部材２６のティース２７が差し込まれる装着孔３４が形成されている。インシュレータ３３は、実施例ではＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、又は、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の合成樹脂の射出成型により構成されている。

そして、ステータ２１を組み立てる際には、先ず、電磁鋼板を積層して結合することにより、ティース部材２６とヨーク部材２８を構成する。また、巻線２３をインシュレータ３３に巻回し、それを１２個用意する。次に、巻線２３を巻回した各インシュレータ３３の装着孔３４内にティース部材２６のティース２７を挿入するかたちでインシュレータ３３を全てのティース２７に外側から装着する（計１２個装着する）。

このようにしてティース部材２６に巻線２３が巻装される。次に、巻線２３が施されたティース部材２６をヨーク部材２８内に嵌め込む。この際、ティース部材２６の各ティース２７の外端部がヨーク部材２８の各嵌合凹所３２内に嵌着されることでティース部材２６とヨーク部材２８は一体化される（図４）。尚、各インシュレータ３３の巻線２３は所定の電気回路を構成するように配線されるものとする。また、図４ではこのインシュレータ３３と巻線２３の表示を省略している。

このように、ステータ２１はティース２７の先端部２７Ａが連続しており、外方に開放したスロット３１に外側から巻線２３を装着するため、ティース先端部の隙間からノズルを挿入して巻線を直巻するモータに比べて巻線の密度を大きくし、性能の向上を図ることができる。

また、隣接するティース２７、２７の先端部２７Ａ、２７Ａがブリッジ部２９で連続しており、その剛性が向上するため、ロータ２４の回転に伴う反力によるステータ２７の変形量も減少することになり、振動の発生も抑制される。更に、巻線２３が巻回されたインシュレータ３３をティース２７に外側から装着することによりティース部材２６に巻線２３が施され、当該巻線２３とティース２７の間にインシュレータ３３が配置されるようにしているので、ティース部材２６への巻線２３の巻装も極めて容易となる。

そして、上記構成のモータ４とスクロール圧縮要素３を容器２内に収納して構成された実施例の電動圧縮機１は、小型で振動も少ない高性能なものとなる。

次に、図３を参照しながら上記インシュレータ３３の構成について詳述する。前述した如く、実施例のインシュレータ３３は射出成型で構成されており、モータ４の軸方向に長い形状となっている。そのため、インシュレータ３３を成型する際のゲート（合成樹脂を注入するゲート）の位置は、例えば、インシュレータ３３の長手方向の両端部になる。即ち、各ゲートから注入された合成樹脂は、ゲート間の中間部で合流することになるため、この合流部分で厚みが薄くなる可能性がある。

このような樹脂射出成型品に内在する欠陥としてはクラック等もあるが、インシュレータ３３に厚みが薄い箇所が発生したり、クラックが発生していると、巻線２３に高電圧が印加された場合、このような欠陥箇所に電界が集中する。そして、ＰＷＭ制御により繰り返し電圧が印加されることで微小放電が発生し、インシュレータ３３が絶縁破壊してしまう。

そこで、この実施例ではインシュレータ３３の装着孔３４を構成する内壁、即ち、インシュレータ３３が配置されるティース２７に対向する内壁（図３に３４Ａで示す）に、絶縁性の樹脂フィルム３６を配置している。この樹脂フィルム３６もＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、又は、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の合成樹脂から構成されており、更に、複数層で構成されている。

樹脂フィルム３６は複数層で構成されることにより、各層の欠陥同士が重なり合う確立が非常に低くなっている。そして、樹脂フィルム３６は、この実施例では当該樹脂フィルム３６よりも誘電率が低い接着剤か、或いは、超音波によりインシュレータ３３の内壁３４Ａに接合されている。

このように、自らの欠陥が重なり合う確率が低い複数層の樹脂フィルム３６をインシュレータ３３の内壁３４Ａに配置することにより、インシュレータ３３の欠陥箇所に電界が集中することを回避し、インシュレータ３３が絶縁破壊に至る不都合を未然に解消することができるようになる。

これによって、モータ４の故障の確率が低下するので、廃棄コストを向上させることができるようになると共に、従来欠陥を補うことに必要であったインシュレータ３３の厚み寸法も低減することができるようになるので、生産コストの低減と寸法の縮小を図ることもできるようになる。

また、この実施例の如く樹脂フィルム３６を、当該樹脂フィルム３６よりも誘電率が低い接着剤、又は、超音波によりインシュレータ３３の内壁３４Ａに接合するようにすることで、組立作業を容易にすることができるようになる。

尚、上記実施例では接着剤等により樹脂フィルム３６をインシュレータ３３の内壁３４Ａに接合するようにしたが、インシュレータ４４を射出成型により構成する際に、樹脂フィルム３６をインシュレータ３３の内壁３４Ａにインサート成型により配置してもよい。そのようにすれば、インシュレータ３３の成型と同時に樹脂フィルム３６をインシュレータ３３の表面、若しくは、内部に配置することができるようになるので、上記実施例の如く接着剤等で接合する場合に比べて、モータ４の生産性が一層向上する。

次に、図５を参照しながら本発明の参考例について説明する。上記実施例ではインシュレータ３３の内壁３４Ａに絶縁フィルム３６を配置するようにしたが、それに代えて、図５に示す如くコア２２を構成するティース部材２６の各ティース２７に絶縁テープ３７を複数回（複数周）巻き付けるようにしてもよい。

この絶縁テープ３７はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、又は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂から構成されている。そして、ティース２７に複数回（複数周）巻き付けられることにより、各層の絶縁テープ３７の欠陥同士が重なり合う確立が非常に低くなっている。

この場合には、図５の如く絶縁テープ３７が巻き付けられたティース２７に、外側からインシュレータ３３を装着することになる。それにより、ティース２７とインシュレータ３３の間には、自らの欠陥が重なり合う確率が低くなるよう複数回巻装された絶縁テープ３７が配置されることになる。従って、前述同様にインシュレータ３３に欠陥が生じていても、インシュレータ３３の欠陥箇所に電界が集中することを回避し、インシュレータ３３が絶縁破壊に至る不都合を未然に解消することができるようになる。

そして、同様にモータ４の故障の確率が低下するので、廃棄コストを向上させることができるようになると共に、従来欠陥を補うことに必要であったインシュレータ３３の厚み寸法も低減することができるようになり、生産コストの低減と寸法の縮小を図ることもできるようになる。

そして、上記の各構成のモータ４とスクロール圧縮要素３を容器２内に収納して構成された実施例の電動圧縮機１は、小型で振動も少ない高性能なものとなる。

尚、実施例では本発明をスクロール電動圧縮機に採用したが、それに限らず、ロータリ電動圧縮機など、種々の電動圧縮機に本発明のモータ４は好適である。

１ 電動圧縮機
２ 容器
３ スクロール圧縮要素
４ モータ
８ 回転軸
２１ ステータ
２２ コア
２３ 巻線
２４ ロータ
２６ ティース部材
２７ ティース
２７Ａ 先端部
２８ ヨーク部材
２９ ブリッジ部
３１ スロット
３３ インシュレータ
３４Ａ 内壁
３６ 樹脂フィルム
３７ 絶縁テープ

Claims (2)

1. ステータの巻線とコアの間にインシュレータを配置して成る電動圧縮機用モータにおいて、
   前記ステータのコアは、隣接するティースの先端が連続しているティース部材と、該ティース部材の外側に結合して磁路を形成するヨーク部材とから構成されており、前記巻線が巻回された前記インシュレータが前記ティースに外側から装着されることにより前記ティース部材に巻線が施され、当該巻線と前記ティースの間に前記インシュレータが配置されると共に、
   該インシュレータは、合成樹脂の射出成型により構成されており、
   当該インシュレータの内壁には、複数層で構成された樹脂フィルムが配置され、
   該樹脂フィルムは、当該樹脂フィルムよりも誘電率が低い接着剤、又は、超音波により前記インシュレータの内壁に接合されていることを特徴とする電動圧縮機用モータ。
2. 請求項１に記載のモータと圧縮要素を容器内に収納して成ることを特徴とする電動圧縮機。
   

Images