WO2019059037A1 - 固定子コア - Google Patents

Abstract

流体を圧縮する圧縮機（10）に組み込まれる電動機（15）に設けられる固定子コア（70）において、複数枚の電磁鋼板が積層されて構成され、巻線（50）が巻回されるティース部（42）を有したコア本体（40）を設ける。コア本体（40）に一体成形され、巻線（50）と該コア本体（40）との間を電気的に絶縁する絶縁部材（60）を設ける。絶縁部材（60）は、圧縮機（10）の運転中に、電磁鋼板の積層方向において該電磁鋼板を押圧するように形成する。

Description

固定子コア

　本発明は、電動機の固定子コアに関するものである。

　圧縮機等に用いられる電動機では、固定子コアとして電磁鋼板を積層したものが用いられることが多い（例えば特許文献１を参照）。このような固定子コアでは、積層される電磁鋼板同士は、例えばカシメ構造によって互いに固定されるのが一般的である。

特開２０１７－１２７１３５号公報

　ところで、上記のような電動機では、運転中に磁束が固定子コアに作用すると、電磁鋼板同士の隙間が増加して振動や騒音の原因となりうる場合がある。

　本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することを目的としている。

　上記の課題を解決するため、第１の態様は、流体を圧縮する圧縮機（10）に組み込まれる電動機（15）に設けられる固定子コア（70）において、
　複数枚の電磁鋼板が積層されて構成され、巻線（50）が巻回されるティース部（42）を有したコア本体（40）と、
　上記コア本体（40）に一体成形され、上記巻線（50）と該コア本体（40）との間を電気的に絶縁する絶縁部材（60）とを備え、
　上記絶縁部材（60）は、上記圧縮機（10）の運転中に、上記電磁鋼板の積層方向において該電磁鋼板を押圧するように形成されていることを特徴とする固定子コアである。

　この構成では、電磁鋼板が押圧されることで、積層された電磁鋼板同士が離れるように作用する力を抑制することが可能になる。

　また、第２の態様は、第１の態様において、
　上記絶縁部材（60）は、上記積層方向における線膨張係数が、上記電磁鋼板の線膨張係数以下であることを特徴とする固定子コアである。

　この構成では、固定子コアの温度が上昇しても、電磁鋼板を押圧する力を維持することが可能になる。

　また、第３の態様は、第２の態様において、
　上記絶縁部材（60）は、ガラス繊維を含む液晶ポリマー樹脂で構成されていることを特徴とする固定子コアである。

　また、第４の態様は、第３の態様において、
　上記ガラス繊維は、上記積層方向に配向した状態であることを特徴とする固定子コアである。

　この構成では、積層方向（軸方向）において、より大きな樹脂強度を得ることが可能になる。

　また、第５の態様は、第１から第４の態様の何れかにおいて、
　上記絶縁部材（60）において上記ティース部（42）の先端部（47）に対応する部分は、上記積層方向と直交する断面において、上記ティース部（42）の基端部（46）に対応する部分よりも厚いことを特徴とする固定子コアである。

　この構成では、基端部（46）よりも先端部（47）をより強固に押圧することが可能になる。すなわち、ティース部（42）においてより多くの磁束が作用する先端部（47）付近を強固に押圧することが可能になる。

　また、第６の態様は、第１から第５の態様の何れかの固定子コア（70）を有する電動機（15）と、
　上記電動機（15）によって駆動されて流体を圧縮する圧縮機構（12）とを備えていることを特徴とする回転式圧縮機である。

　第１の態様によれば、積層された電磁鋼板同士が離れるように作用する力を抑制できるので、電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することが可能になる。

　また、第２の態様によれば、固定子コアの温度が上昇しても、電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することが可能になる。

　また、第３の態様によれば、第２の態様における効果をより確実に得ることができる。

　また、第４の態様によれば、積層方向（軸方向）において、より大きな樹脂強度を得ることが可能になるので、より確実に電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することが可能になる。

　また、第５の態様によれば、より多くの磁束が作用する部分が強固に押圧されるので、より確実に電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することが可能になる。

　また、第６の態様によれば、圧縮機において、振動や騒音を低減することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る圧縮機の断面図である。 図２は、固定子コアの斜視図である。 図３は、固定子コアの横断面を示す。 図４は、ティース部の縦断面図を示す。 図５は、固定子コアの横断面におけるティース部付近の拡大図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　《発明の実施形態》
　本発明の実施形態として、圧縮機用電動機の固定子コアの例を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る圧縮機（10）の断面図である。同図に示すように、圧縮機（10）は、ケーシング（11）を有し、その内部に圧縮機構（12）、及び電動機（15）が収容されている。本実施形態の電動機（15）は、磁石埋込型の電動機である。電動機（15）の構成は、後に詳述する。また、圧縮機構（12）には、種々のものを採用可能であるが、一例としては、ロータリー式圧縮機構が挙げられる。この圧縮機構（12）と電動機（15）とは、駆動軸（13）で連結されており、電動機（15）の回転子（20）（後述）が回転すると、圧縮機構（12）が稼働する。

　圧縮機（10）では、圧縮機構（12）が稼働すると、圧縮機構（12）によって圧縮された流体（例えば冷媒）がケーシング（11）内に吐出され、ケーシング（11）内に吐出された流体は、ケーシング（11）に設けられた吐出管（14）から吐出される。圧縮機構（12）の稼働により、本実施形態では、ケーシング（11）内の温度は、高温時には例えば８０℃～１００℃程度になる。すなわち、圧縮機（10）の運転中は、電動機（15）の温度も８０℃～１００℃程度になる。

　〈電動機（15）の構成〉
　電動機（15）は、回転子（20）、及び固定子（30）を備えている。なお、以下の説明において、軸方向とは駆動軸（13）の軸心（O）の方向を意味し、また、径方向とは軸方向と直交する方向をそれぞれ意味する。外周側とは軸心（O）から遠離する側を意味し、また、内周側とは軸心（O）に近接する側をそれぞれ意味する。また、縦断面とは、軸心（O）に平行な断面を意味し、横断面とは軸心（O）に直交する断面を意味する。

　－回転子（20）－
　回転子（20）は、回転子コア（21）、及び６つの永久磁石（22）を備え、それぞれの永久磁石（22）は、回転子コア（21）を軸方向に貫通している。これらの永久磁石（22）には、例えば、焼結磁石や、いわゆるボンド磁石が用いられる。

　回転子コア（21）は、いわゆる積層コアである。具体的に、回転子コア（21）は、プレス加工機によって例えば厚さが０．２～０．５ｍｍの電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（23）が軸方向に積層されて構成されている。この例では、積層された多数枚のコア部材（23）間がカシメによって接合されることで、円筒状の回転子コア（21）が形成されている。なお、このコア部材（23）の原材料である電磁鋼板は、渦電流の発生を抑制する観点から、絶縁被覆されていることが好ましい。

　このコア部材（23）には、永久磁石（22）を収容する磁石用スロット（図示を省略）を形成するための貫通孔（図示を省略）が形成されている。また、回転子コア（21）には、その中心に軸穴（24）が形成されている。軸穴（24）には、負荷（ここでは、圧縮機構（12））を駆動するための駆動軸（13）が絞まり嵌め（例えば焼き嵌め）によって固定されている。したがって、回転子コア（21）の軸心と駆動軸（13）の軸心（O）とは同軸上に存在する。なお、一般的には、回転子（20）の軸方向両端には、端板（例えばステンレス鋼等の非磁性体の材料を用いて形成した円板状の部材）が設けられるが、図１等では、端板の図示を省略してある。

　－固定子（30）－
　固定子（30）は、コア本体（40）、巻線（50）、及び絶縁部材（60）を備えている。ここで、コア本体（40）に絶縁部材（60）を設けたもの（ただし巻線（50）は巻回されていない状態）を固定子コア（70）と呼ぶことにする。図２に、固定子コア（70）の斜視図を示す。また、図３に、固定子コア（70）の横断面を示す。コア本体（40）は、円筒状の、いわゆる積層コアである。具体的に、コア本体（40）は、プレス加工機によって例えば厚さが０．２～０．５ｍｍの電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（44）が軸方向に積層されて構成されている。積層されたコア部材（44）同士は、例えば、カシメによって接合されている。なお、コア部材（44）の原材料である電磁鋼板は、渦電流の発生を抑制する観点から、絶縁被覆されていることが好ましい。

　図３に示すように、コア本体（40）は、１つのバックヨーク部（41）、複数（この例では９つ）のティース部（42）、及び複数のツバ部（43）を備えている。バックヨーク部（41）は、コア本体（40）の外周側における、平面視で環状の部分である。コア本体（40）は、このバックヨーク部（41）の外周面がケーシング（11）の内周面に接触するように嵌め入れられることによって、ケーシング（11）内に固定される。

　各ティース部（42）は、コア本体（40）において径方向に伸びる直方体状の部分である。各ティース部（42）には、絶縁部材（60）を介して、巻線（50）が例えば集中巻方式で巻回される。相互に隣接するティース部（42）間の空間は、巻回される巻線（50）を収容するためのコイル用スロット（45）として機能する。なお、巻線（50）は、例えば、被覆導線を用いて構成すればよい。以上により、各ティース部（42）には電磁石が構成されている。

　ツバ部（43）は、各ティース部（42）の内周側に連続して両側に張り出した部分である。したがって、ツバ部（43）は、ティース部（42）よりも幅（周方向の長さ）が大きく形成されている。ツバ部（43）は、内周側の面が円筒面であり、その円筒面は、回転子（20）の外周面（円筒面）と所定の距離（エアギャップ（G））をもって対向している。

　－絶縁部材（60）－
　絶縁部材（60）は、本来的には巻線（50）とコア本体（40）との間を電気的に絶縁するために設けられるものであるが、本実施形態の絶縁部材（60）は、圧縮機（10）の運転中に、コア部材（44）（電磁鋼板）の積層方向において該コア部材（44）を、固定子コア（70）の軸方向両端から挟み込む（以下、「押圧」という）ように形成されている。本実施形態では、絶縁部材（60）でコア部材（44）を押圧することによって、コア部材（44）の積層方向におけるコア部材（44）の振動を規制するのである。

　ここで、図４にティース部（42）の縦断面図を示す。図４は、図２におけるIV-IV断面に相当する。また、図５は、固定子コア（70）の横断面におけるティース部（42）付近の拡大図である。この例では、図２～図５に示すように、絶縁部材（60）は、各ティース部（42）と、バックヨーク部（41）の軸方向の両端面とを覆うように設けられている。より具体的には、絶縁部材（60）は、各ティース部（42）に対しては、コイル用スロット（45）に対向する面（側面（S1））と、軸方向の両端面とを覆っている（図４、図５を参照）。なお、ティース部（42）における、回転子（20）への対向面（S2）は、絶縁部材（60）には覆われていない（図２等を参照）。

　また、絶縁部材（60）は、ティース部（42）付近の形状に工夫を加えてある。図５に示すように、絶縁部材（60）においてティース部（42）の先端部（47）に対応する部分は、積層方向と直交する断面において、ティース部（42）の基端部（46）に対応する部分よりも厚くなるように形成されている。このように絶縁部材（60）の厚さを設定することで、基端部（46）よりも先端部（47）をより強固に押圧することが可能になる。すなわち、ティース部（42）においてより多くの磁束が作用する先端部（47）付近を強固に押圧することが可能になる。

　上記構造を有する絶縁部材（60）は、いわゆるインサート成形によって、絶縁部材（60）となる樹脂材料（後述）がコア本体（40）に一体成形されることによって形成されている。このインサート成形では、コア本体（40）に対して、固定子コア（70）（コア部材（44））が振動しない十分な力（後述）が加えられた状態で、絶縁部材（60）用の樹脂材料の温度が圧縮機（10）の運転中の温度に相当する温度まで低下したところで当該樹脂材料を硬化させている。具体的に本実施形態では、インサート成形時に金型によってコア本体（40）を所定の加圧力（例えば数十Ｎ（ニュートン）の力）で押さえ込んで、コア部材（44）同士を互いに密着させ、その状態で樹脂材料を金型に注入し硬化させてている。以上により、コア本体（40）（すなわち複数のコア部材（44）同士）は、軸方向（すなわち積層方向）において、絶縁部材（60）によって押圧されることになる。

　なお、「固定子コア（70）が振動しない十分な力」は、固定子コア（70）が振動する原因、圧縮機（10）の用途や仕様等によって異なってくる。実際には、上記加圧力の設定を種々に変えて固定子コア（70）の試作品を作成して該固定子コア（70）における振動の低減効果を確認すれば製造条件を定めることができる。そして、その製造条件を用いれば、圧縮機（10）の運転中の温度において、「固定子コア（70）が振動しない十分な力」でコア部材（44）が押圧された状態となる固定子コア（70）を得ることができる。なお、固定子コア（70）が振動する原因の一例としては、電動機（15）に電力を供給する電力変換装置で用いられるキャリア信号に起因する固定子コア（70）の振動が挙げられ、「固定子コア（70）が振動しない十分な力」として、この振動を低減するように定めることが考えられる。

　また、絶縁部材（60）用の樹脂材料の選定においては、圧縮機（10）に組み込まれる電動機（15）では、該圧縮機（10）の運転中における電動機（15）の温度を考慮して絶縁部材（60）用の材料を選定することで、絶縁部材（60）によってコア本体（40）をより効果的に押圧することができる。例えば、絶縁部材（60）用の樹脂材料には、圧縮機（10）の運転中における、絶縁部材（60）の積層方向における「伸び」が、コア本体（40）の積層方向における伸びよりも小さい樹脂材料を用いるのが望ましい。このような「伸び」の特性を実現できる絶縁部材（60）用の樹脂材料としては、積層方向における線膨張係数が、コア本体（40）の材料（電磁鋼板）の線膨張係数以下であるものを選定することが考えられる。なお、絶縁部材（60）用の樹脂材料は、樹脂温度が圧縮機（10）の運転中の温度よりも低くなった場合の強度も考慮すべきであり、樹脂温度が圧縮機（10）の運転中の温度よりも低くなっても、当該温度低下に伴う樹脂材料の伸縮によって樹脂材料自体が破断しないものを選定する。

　本実施形態では、一例として、絶縁部材（60）用の樹脂材料にガラス繊維を含む液晶ポリマー樹脂を挙げる。ガラス繊維の含有量は、絶縁部材（60）に求められる強度等に応じて適宜決めれば良いが、本実施形態では、一例として３０％のガラス繊維を含有させた。樹脂材料にガラス繊維を含有させた場合には、インサート成形の際に、ガラス繊維が積層方向に配向した状態となるように、樹脂材料を注入するとよい。具体的には、コア本体（40）の軸方向端面側から樹脂材料を注入するとよい。こうすることで、絶縁部材（60）では、積層方向（軸方向）がガラス繊維の引っ張り方向となり、積層方向（軸方向）において、より大きな樹脂強度を得ることが可能になるからである。

　〈本実施形態における効果〉
　電動機（15）が稼働状態になると、固定子（30）では、巻線（50）によって生じた磁束によって、コア部材（44）同士が互いに離れるように力が働く。そのような力に対して、本実施形態では、コア本体（40）を構成するコア部材（44）を、積層方向において、十分な力で押圧することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、電動機の固定子コアによる振動や騒音を低減することが可能になる。

　《その他の実施形態》
　なお、絶縁部材（60）用の樹脂材料は例示であり、液晶ポリマー樹脂には限定されない。

　また、絶縁部材（60）の形状も例示であり、上記実施形態で示した形状に限らず、積層方向においてコア本体（40）を押圧できるような構造であればよい。

　また、固定子（30）の極数（ティース部（42）の数）等の電動機（15）における構造も例示である。

　本発明は、電動機の固定子コアとして有用である。

　１０　　　圧縮機
　１２　　　圧縮機構
　１５　　　電動機
　４０　　　コア本体
　４２　　　ティース部
　４６　　　基端部
　４７　　　先端部
　５０　　　巻線
　６０　　　絶縁部材
　７０　　　固定子コア

Claims (6)

1. 　流体を圧縮する圧縮機（10）に組み込まれる電動機（15）に設けられる固定子コア（70）において、
   　複数枚の電磁鋼板が積層されて構成され、巻線（50）が巻回されるティース部（42）を有したコア本体（40）と、
   　上記コア本体（40）に一体成形され、上記巻線（50）と該コア本体（40）との間を電気的に絶縁する絶縁部材（60）とを備え、
   　上記絶縁部材（60）は、上記圧縮機（10）の運転中に、上記電磁鋼板の積層方向において該電磁鋼板を押圧するように形成されていることを特徴とする固定子コア。
2. 　請求項１において、
   　上記絶縁部材（60）は、上記積層方向における線膨張係数が、上記電磁鋼板の線膨張係数以下であることを特徴とする固定子コア。
3. 　請求項２において、
   　上記絶縁部材（60）は、ガラス繊維を含む液晶ポリマー樹脂で構成されていることを特徴とする固定子コア。
4. 　請求項３において、
   　上記ガラス繊維は、上記積層方向に配向した状態であることを特徴とする固定子コア。
5. 　請求項１から請求項４の何れかにおいて、
   　上記絶縁部材（60）において上記ティース部（42）の先端部（47）に対応する部分は、上記積層方向と直交する断面において、上記ティース部（42）の基端部（46）に対応する部分よりも厚いことを特徴とする固定子コア。
6. 　請求項１から請求項５の何れかの固定子コア（70）を有する電動機（15）と、
   　上記電動機（15）によって駆動されて流体を圧縮する圧縮機構（12）とを備えていることを特徴とする回転式圧縮機。

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