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電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置 - 三菱電機株式会社
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発明の名称 電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−124821(P2007−124821A)
公開日 平成19年5月17日(2007.5.17)
出願番号 特願2005−314438(P2005−314438)
出願日 平成17年10月28日(2005.10.28)
代理人 【識別番号】100099461
【弁理士】
【氏名又は名称】溝井 章司
発明者 堤 貴弘 / 及川 智明 / 風間 修
要約 課題
コイルエンド成形時、絶縁部材の連結部の付け根が切れてコイルエンドの絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる電動機の固定子を提供することを目的とする。

解決手段
この発明に係る電動機の固定子は、軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材6を有する電動機の固定子において、絶縁部材6は、コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部8と、これらの二つの絶縁部8を連結する連結部7とを備え、連結部7の絶縁部8への付け根部の少なくとも一方を、連結部7の中心付近より周方向の長さを長くしたことを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記連結部の前記絶縁部への付け根部の少なくとも一方を、該連結部の中心付近より周方向の長さを長くしたことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項2】
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記二つの絶縁部と前記連結部との結合部の少なくとも一方に、補助部材を接着又は溶着したことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項3】
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、一つの絶縁部と前記連結部とを一体に形成し、別ピースである他の一つの絶縁部は前記連結部側に突出した凸部を有し、前記連結部を別ピースである他の一つの絶縁部及び前記凸部に重なるように接着又は溶着着したことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項4】
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記連結部を、前記二つの絶縁部の両端及び中心付近に、夫々1本以上設けたことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項5】
前記二つの絶縁部の少なくとも一方の軸方向外側に逃しを設けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電動機の固定子。
【請求項6】
軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、
前記絶縁部材は、前記コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、前記連結部を複数設けると共に、複数の連結部の間隔が前記コイルエンド成形時の成形寸法の大きいコイルエンド側の前記絶縁部に向かって広くなる構成とすると共に、前記二つの絶縁部の少なくとも一方の軸方向外側に逃しを設けたことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれかに記載の電動機の固定子を用いた電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。
【請求項8】
圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を冷媒配管で接続した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機に請求項7記載の圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、多相モータでは異なる相間の絶縁、単相モータでは主巻線と補助巻線間の絶縁を確実に行う絶縁部材の形状を改良した電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、電動機の固定子では、軸方向の両端部に形成されるコイルエンドの相間に絶縁紙を挟んで各相間を絶縁している。
【0003】
例えば、固定子鉄心のスロット内に挿入され、かつ固定子鉄心の両端面から夫々外方に突出した固定子巻線によって形成されたコイルエンドの異なる相間を絶縁するシート状の相間絶縁紙及び両コイルエンドの相間絶縁紙同士をつなぐシート状の連結絶縁紙から成る固定子の相間絶縁装置において、絶縁性を有するシート材を切り取って形成された相間絶縁紙と連結絶縁紙とを溶着して一体に構成すると共に、連結絶縁紙の厚さを相間絶縁紙の厚さより厚くした固定子の相間絶縁装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、相間絶縁紙を、コイルエンド相間部と、これらを連結する連結部とから構成し、一方のコイルエンド相間部の厚さを、他方のコイルエンド相間部の厚さよりも厚くする。コイルエンドを成形する際には、大きなストレスが加わる部分と、小さなストレスしか加わらない部分とがあり、そこで、大きなストレスが加わる部分に、厚いコイルエンド相間部を配置すれば、絶縁紙破れを防ぐことができ、また、一方のコイルエンド相間部のみを厚くしているので、コイルエンドのボリュームが大きくなるのを防ぐことができる相間絶縁紙が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】実開平2−129155号公報
【特許文献2】実開平5−48555号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の相間絶縁紙は、連結部がスロットに挿入される為細い帯状となり、また、コイルを成形する際、コイルエンド絶縁部はコイルに挟まれ大きな外力を受けるので、連結部が伸びたり切断されて、コイルエンド絶縁部の位置がずれ、コイルエンドのコイルエンド絶縁部による絶縁が不十分になる。この現象は、特に、固定子鉄心からのコイル立ち上がり部で顕著に発生することが多い。また、コイルエンドの著しい変形とコイルエンド絶縁部のねじれ、反りなどによりコイルエンド絶縁部が漏れ、レイヤーショートが生じるという課題があった。
【0006】
レイヤーショートとは、電動機はコイルを複数個重ねて鉄心の間に収めるので、コイルの層(layer)が重なった状態になっている。このコイル層の間は絶縁されている必要がある、何らかの理由で絶縁抵抗が少なくなり短絡(short)することがある。つまり層間短絡(layer short)が発生する。層間短絡が発生すると電流は正規のルートを流れなくなり、その電動機の性能は低下する。レイヤーショートとは部分的短絡のことである。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイルエンド成形時、絶縁部材の連結部の付け根が切れてコイルエンドの絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる電動機の固定子及び圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る電動機の固定子は、軸方向両端部に形成されるコイルエンドの異相間を絶縁する絶縁部材を有する電動機の固定子において、絶縁部材は、コイルエンドの異相間を絶縁する二つの絶縁部と、これらの二つの絶縁部を連結する連結部とを備え、連結部の絶縁部への付け根部の少なくとも一方を、連結部の中心付近より周方向の長さを長くしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
この発明に係る電動機の固定子は、上記構成により、連結部の引張強度が向上し、コイルエンド成形時、連結部の付け根が切れて絶縁部がずれることを抑制し、レイヤーショートを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
実施の形態1.
図1、2は実施の形態1を示す図で、図1(a)は絶縁部材を挿入した3相4極固定子の平面図で、コイルと絶縁部材の配置を示す図、図1(b)はスロット3の断面図、図2は絶縁部材を示す平面図である。
図1に示すように、固定子1(電動機の固定子)は、厚さ0.2〜0.7mmの電磁鋼板を積層して構成された固定子鉄心2と、この固定子鉄心2のスロット3に挿入されるコイル4と、異相間を絶縁する絶縁部材6とを備える。絶縁部材6の連結部7(図1の黒点で示す)はスロット3に挿入される。コイル4が或るスロット3から別のスロット3へ円弧に成形されて渡る部分の全体をコイルエンド5という。
【0011】
図1の固定子は、3相4極の固定子である。その基本的な構成は周知のもであるから、詳細は割愛するが、スロット3のスロット開口部側である内側に内相コイルが挿入される。その外側に、2枚の絶縁部材6を介して中相コイルが挿入される。そして、中相コイルの外側の最外周部に2枚の絶縁部材6を介して外相コイルが挿入される。
【0012】
図2に絶縁部材6の一例を示すが、絶縁部材6は、コイルエンド5の異相間を絶縁する二つの絶縁部8と、この二つの絶縁部8を連結する連結部7を備える。絶縁部8と連結部7の付け根部分の周方向長さ(幅)W1を、連結部7の中心付近の周方向の長さ(幅)W2よりも長くしている。寸法の目安としては、連結部7の付け根部分の周方向長さ(幅)W1は、スロット3の周方向寸法L(図1(b)参照)より短く、連結部7の中心付近の周方向の長さ(幅)W2は、連結部7の付け根部分の周方向長さ(幅)W1の半分位の長さが良い。
【0013】
ここで、連結部7の付け根部分の寸法とは、連結部7と絶縁部8を繋ぐR部分(図1(B)参照)を除いた付け根部の直線部分の寸法であり、スロット3の最大周方向寸法(図1(b)に示すLの最大値)の70%〜90%の長さが良い。連結部7の付け根部分より中心付近を付け根部分より細くするのは、スロット3内の占積率を小さくし、巻線挿入時の巻線への圧力を抑えるためである。
【0014】
従って、これらは連結部7の幅がスロット開口部(スロット3の固定子鉄心2内径側に開口している部分)よりも幅広となる為、絶縁部材6をスロット3に挿入後、スロット3から飛び出すことが無くなる。
【0015】
また、絶縁部材6は挿入ミスを無くす為、左右対称とし、両方のコイルエンド5で軸方向の長さが大きいリード側のコイルエンド5の絶縁部8を軸方向に幅広くしている。絶縁部材6はコイルエンド5を成形する際、絶縁部材6がずれても相間のコイル4が接触しないよう十分に絶縁部8の長さが確保されている必要がある。
【0016】
絶縁部材6は、PET(ポリエチレンテレフタレイト)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、コイルエンド5の絶縁部8と連結部7とを別途形成した後、接着または溶着してもよい。また、絶縁部8と連結部7は異なる材料を接着または溶着して挿入しても良い。
【0017】
絶縁部材6の挿入ミスを無くす為、リード側または反リード側に小さな切り欠きを設けたり、表示をしても良い。
【0018】
また、本実施の形態では、それぞれの相間に絶縁部材6を2枚使用する例を示したが、1枚でも良いし、3枚以上の複数枚としても良い。
【0019】
また、本実施の形態では、巻線が三相の例を示したが、単相でも多相でも良い。
【0020】
以上のように、実施の形態1によれば、コイルエンド5成形時、外力により連結部7の付け根部分が切れたり、伸びたりすることを抑制でき、絶縁部8のずれを無くし、巻線のレイヤーショートを防止できる。
【0021】
実施の形態2.
図3は実施の形態2を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図3に示すように、絶縁部材6は、絶縁部8と連結部7とが一体に打ち抜かれ、絶縁部8と連結部7の付け根部の少なくとも一方に補助部材9を接着または溶着して、付け根部の強度を向上させている(図3は一方の付け根部のみに補助部材9を接着または溶着したものを示している)。
【0022】
絶縁部材6は、PET(ポリエチレンテレフタレイト)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものに補助部材9を接着または溶着したものであるが、コイルエンド5の絶縁部8と連結部7とを別途形成した後、接着または溶着したものに補助部材9を接着または溶着しても良い。
【0023】
また、絶縁部8、連結部7、補助部材9は異なる材料であっても良い。
【0024】
また、絶縁部材6は左右対称でなくても良い。
【0025】
絶縁部8の軸方向の寸法(L2)、周方向の寸法(L1)は、コイルエンド5の成形寸法に合わせるのが好ましい。外径の大きいコイルエンド5には相対的に軸方向に短く、周方向に長い寸法とする。また、外径の小さいコイルエンドには、軸方向に長く、周方向に短い寸法となるのが好ましい。
【0026】
また、上記の例は絶縁部材6を2枚使用する場合であるが、1枚でも良いし、3枚以上の複数枚としても良い。
【0027】
また、本実施の形態の絶縁部材6は、単相モータだけでなく、多相モータにも適用できる。
【0028】
上記実施の形態2によれば、コイルエンド5成形時、外力により連結部7の付け根部分が切れたり、伸びたりすることを抑制でき、絶縁部8のずれを無くし、レイヤーショートを防止できる。
【0029】
実施の形態3.
図4は実施の形態3を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図4に示すように、絶縁部材6は、一方の絶縁部8と連結部7を一体に成形し、別ピースである他方の絶縁部8は連結部7側に突出した凸部10を設ける。そして、連結部7を別ピースの他方の絶縁部8及び凸部10に重なるように接着する。
【0030】
コイルエンド5成形時、コイル4の移動量が大きい方の絶縁部8に凸部10を設け、絶縁部8と凸部10と連結部7を接着し、連結部7の付け根部を2重とすることを特徴とする。これにより、成形により最も切断、伸び易い付け根部分の強度を確保するものである。
【0031】
絶縁部材6は、PET(ポリエチレンテレフタレイト)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材で構成されたものである。
【0032】
また、絶縁部材6の挿入ミスを無くす為、リード線が接続されるリード側の絶縁部8または反リード側の絶縁部8に小さな切り欠きを設けたり、表示をしても良い。リード側の絶縁部8と反リード側の絶縁部8とでは、通常は形状が異なるため、挿入ミスが起こり得るが、それを無くすためである。
【0033】
また、絶縁部材6は左右対称でなくても良い。
【0034】
また、絶縁部材6は、片方のコイルエンド5の一つの異相間に2枚使用しても良いし、1枚でも、3枚以上の複数枚としても良い。
【0035】
上述の実施の形態3によれば、コイルエンド5成形時、外力により絶縁部材6が伸びたり、切断されたりするのを抑制し、レイヤーショートを防止する。
【0036】
実施の形態4.
図5は実施の形態4を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図5に示す例では、両方のコイルエンド5の絶縁部8をつなぐ連結部7は、絶縁部材6の両端に近接して2本づつ、その間に1本設けている。連結部7が絶縁部材6の両端にだけあり、その間に連結部7がない場合、コイルエンド5成形時、外力により絶縁部8の中心が持ち上がり絶縁漏れとなる為、絶縁部8中心付近にも連結部7を設け、絶縁部8の周方向中心付近での絶縁漏れを防止するものである。
【0037】
両端及び中心付近の連結部7の夫々の数は、図5に示すものに限定されるものではなく、夫々何本でもよい。
【0038】
絶縁部材6は、PET(ポリエチレンテレフタレイト)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、コイルエンド5の絶縁部8と連結部7とを別途形成した後、接着または溶着しても良い。
【0039】
また、絶縁部8と連結部7は異なる材料を接着または溶着して挿入しても良い。
【0040】
また、絶縁部材6は、片方のコイルエンド5の一つの異相間に2枚使用しても良いし、1枚でも、3枚以上の複数枚としても良い。
【0041】
上述の実施の形態4によれば、コイルエンド5成形時、外力により絶縁部材6がずれて絶縁不足になるのを抑制し、レイヤーショートを防止する。
【0042】
実施の形態5.
図6は実施の形態5を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
図6に示すように、連結部7の間隔をコイルエンド5成形時の成形寸法の大きいコイルエンド5側の絶縁部8に向かって広くなる形状であり、且つ成形寸法の大きいコイルエンド5側の絶縁部8の外周に逃し11を設けたものである。
【0043】
絶縁部8と連結部7の付け根部の強度を向上した場合、成形後、絶縁部8の張りが大きくなるが、逃し11を設けることで絶縁部8の張りを抑え、絶縁部8がコイル4にフィットする。
【0044】
また、逃し11により、コイルエンド5成形による絶縁部8の張りを抑え、絶縁部材6の破れ、伸びを抑制する。逃し11は緩やかな曲線により構成したものである。逃し11は両コイルエンド5に設けても良いし、片側のみでも良い。
【0045】
絶縁部材6は、PET(ポリエチレンテレフタレイト)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、芳香族系アラミド紙等の絶縁性薄板材から全体を打ち抜いて形成したものであるが、絶縁部8と連結部7とを別途形成した後、接着しても良い。
【0046】
また、絶縁部8と連結部7は異なる材料を接着または溶着して挿入しても良い。
【0047】
また、絶縁部材6は、片方のコイルエンド5の一つの異相間に2枚使用しても良いし、1枚でも、3枚以上の複数枚としても良い。
【0048】
上述の実施の形態5によれば、コイルエンド5成形時、外力により絶縁部材6がずれて絶縁不足になるのを抑制し、レイヤーショートを防止する。
【0049】
尚、実施の形態1乃至4における絶縁部材6の絶縁部8の少なくとも一方に、逃し11を設けてもよい。逃し11により、コイルエンド5成形による絶縁部8の張りを抑え、絶縁部材6の破れ、伸びを抑制する。
【0050】
実施の形態6.
図7は実施の形態6を示す図で、冷凍サイクル装置を示す概念図である。
図7において、圧縮機12は、単相または3相の電源14に接続された電動機13により駆動される。電動機13は、上記実施の形態1乃至5の何れかに記載された絶縁部材6を使用した固定子1を用いたものである。
【0051】
この圧縮機12は、一般に用いられる冷凍サイクル(圧縮機12→四方弁→室外熱交換器又は室内熱交換器→絞り装置→室内熱交換器又は室外熱交換器→四方弁→圧縮機12の順に冷媒配管で順次接続された冷凍サイクル)中に組み込まれ、冷媒としてはR134a、R410a、R407c等に代表されるHFC系冷媒、および、R744(二酸化炭素)、R717(アンモニア)、R600a(イソブタン)、R290(プロパン)等に代表される自然冷媒が、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油又はエステル油に代表される相溶性の油が使用される。
【0052】
圧縮機12はレシプロ、ロータリ、スクロール式などが使用可能である。圧縮機12に組込まれた電動機13は外気と遮断され、冷媒が充填されているため、耐冷媒性の仕様とする必要がある。冷媒は、気温が下がり液化した場合には特に絶縁抵抗が低下し、コイル4間の絶縁抵抗を低下させ、電動機13のレイヤーショートが発生しやすくなるので、実施の形態1乃至4の絶縁部材6を用いてレイヤーショート耐力が大きい圧縮機12を冷凍サイクルに使用することが有効である。
【0053】
また、図7では三相または単相の電源14を圧縮機12に直入れしているが、インバータを用いた駆動方法でも良い。
【0054】
また、電動機13はブラシレスDCモータ、誘導機、同期電動機でも良く、固定子にて回転子の磁石を磁化する圧縮機12においては、着磁によりコイル4へ大きな外力が働く為、ブラシレスDCモータのレイヤーショート防止には、更に実施の形態1乃至4の絶縁部材6を使用した圧縮機12が有効である。
【0055】
上記のように構成された圧縮機12では、レイヤーショートを防止でき、品質と安全性を向上させている。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】実施の形態1を示す図で、(a)は絶縁部材を挿入した3相4極固定子の平面図で、コイルと絶縁部材の配置を示す図、(b)はスロット3の断面図である。
【図2】実施の形態1を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
【図3】実施の形態2を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
【図4】実施の形態3を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
【図5】実施の形態4を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
【図6】実施の形態5を示す図で、絶縁部材を示す平面図である。
【図7】実施の形態6を示す図で、冷凍サイクル装置を示す概念図である。
【符号の説明】
【0057】
1 固定子、2 固定子鉄心、3 スロット、4 コイル、5 コイルエンド、6 絶縁部材、7 連結部、8 絶縁部、9 補助部材、10 凸部、11 逃し、12 圧縮機、13 電動機、14 電源。




 

 


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