特開 2022-185890 電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185890

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20221208BHJP

   H02K 1/04 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 C

H02K1/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093793

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 裕太郎

【テーマコード（参考）】

5H601

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H601AA01

5H601BB11

5H601CC01

5H601DD01

5H601DD11

5H601GB22

5H604CC01

5H604DA13

5H604PB03

(57)【要約】

【課題】絶縁シートを厚くすることなく、スロットに占める巻線の体積を減少させることなく、効率の低下、および出力トルクの低下を防ぎ、かつ巻線と鉄心との間の絶縁性能を向上させ、絶縁シートの摩耗に対する寿命を改善することが可能な電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】電動機１２のティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向Ｒに突出する回転方向第一突出部６１と、回転子２２の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部６２と、を有し、絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、回転方向第一突出部６１に覆い被さる回転方向第二突出部６５と、逆転方向第一突出部６２に覆い被さる逆転方向第二突出部６６と、を有している。逆転方向第一突出部６２は、回転方向第一突出部６１よりも小さく、回転方向第二突出部６５は、回転方向第一突出部６１よりも巻線４７に近く、逆転方向第二突出部６６は、逆転方向第一突出部６２よりも巻線４７に近い。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の固定子と、
前記固定子の内側に配置される回転子と、を備え、
前記固定子は、
筒状のヨーク、および前記ヨークの内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティースを有する鉄心と、
前記鉄心のそれぞれの端面に設けられる複数の絶縁端板と、
前記ティースのそれぞれと前記絶縁端板とに巻き付けられる巻線と、
隣り合う前記ティースの間のそれぞれのスロットに配置されてそれぞれの前記巻線とそれぞれの前記ティースとの間に挟み込まれる複数の絶縁シートと、を有し、
前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、
それぞれの前記ティースの先端部は、前記回転子の回転方向に突出する回転方向第一突出部と、前記回転子の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部と、を有し、
前記絶縁端板は、前記回転方向第一突出部に覆い被さる回転方向第二突出部と、前記逆転方向第一突出部に覆い被さる逆転方向第二突出部と、を有し、
前記逆転方向第一突出部は、前記回転方向第一突出部よりも小さく、
前記回転方向第二突出部は、前記回転方向第一突出部よりも前記巻線に近く、
前記逆転方向第二突出部は、前記逆転方向第一突出部よりも前記巻線に近い電動機。

【請求項2】

前記逆転方向第一突出部は、前記回転方向第一突出部よりも前記巻線から遠い請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記回転方向第二突出部と前記逆転方向第二突出部とは、同じ形状を有する請求項１または２に記載の電動機。

【請求項4】

前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、それぞれの前記逆転方向第一突出部の根元部分が窪んでいる請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。

【請求項5】

密閉容器と、
前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮可能な圧縮機構部と、
前記密閉容器に収容され、かつ前記圧縮機構部を駆動させる前記請求項１から４のいずれか１項に記載される電動機と、を備える圧縮機。

【請求項6】

請求項５に記載される圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張装置、および前記吸熱器を接続して冷媒を流通させる冷媒配管と、を備える冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明に係る実施形態は、電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

磁束の不均一を解消し振動や電磁騒音を低減するため、ティースの中心線に対して左右非対称な先端形状を有するティースを備える電動機が知られている。ティースの先端には、ロータ（回転子）の回転方向に突出する突起部が設けられている。

【0003】

なお、ティースの中心線とは、ロータの回転中心線に沿う方向から見て、ロータの回転方向へティースを二分する線分である。ステータ（固定子）全体では、この線分は、ティースと同数あって、それぞれの線分は、ロータの回転中心線からロータの径方向へ放射状に延びている。仮に、鉄心の径方向外側からロータを見て、ロータがティースの中心線を右から左へ横切るように回転している場合、突起部は、ティースの中心線に対して左方向へ突出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－２３６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電動機のステータは、筒状のヨーク、およびヨークの内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティースを有する鉄心と、鉄心のそれぞれの端面に設けられる複数の絶縁端板と、ティースのそれぞれと絶縁端板とに巻き付けられる巻線と、隣り合うティースの間のそれぞれのスロットに配置されて巻線とティースとの間に挟み込まれる複数の絶縁シートと、を備えている。絶縁シートは、巻線と鉄心との間に介在して両者を電気的に絶縁している。

【0006】

また、ティースの先端には、ロータの回転方向に突出する第一突起部と、ロータの逆転方向に突出する第二突起部と、が設けられている場合がある。

【0007】

ところで、電動機は、巻線への通電に伴う巻線間どうしでのローレンツ力の発生に伴い、巻線と絶縁シートとの間に周期的な変位を生じさせる。換言すると、巻線は、ローレンツ力によって振動し、そのため、巻線と絶縁シートとは擦れ合う。この巻線と絶縁シートとの擦れ合いによって、絶縁シートが摩耗する虞がある。絶縁シートが摩耗し過ぎると、巻線と鉄心とが短絡する。

【0008】

そこで、絶縁シートをより厚くすることで、巻線と鉄心との間の絶縁性能が向上し、絶縁シートの摩耗に対する寿命が改善する。

【0009】

しかしながら、絶縁シートをより厚くすると、巻線を収容するスロットと呼ばれる空間に占める絶縁シートの体積が増加し、ロータの回転中心線に直行する断面視における絶縁シートの断面積が増加する。換言すると、絶縁シートの厚みを厚くすると、スロットに占める巻線の体積が減少し、ロータの回転中心線に直行する断面視における巻線の断面積が減少する。そうすると、電動機の効率および出力トルクは、低下してしまう。

【0010】

そこで、本発明は、絶縁シートを厚くすることなく、スロットに占める巻線の体積を減少させることなく、効率の低下、および出力トルクの低下を防ぎ、かつ巻線と鉄心との間の絶縁性能を向上させ、絶縁シートの摩耗に対する寿命を改善することが可能な電動機、圧縮機、およ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】

【0011】

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る電動機は、筒状の固定子と、前記固定子の内側に配置される回転子と、を備え、前記固定子は、筒状のヨーク、および前記ヨークの内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティースを有する鉄心と、前記鉄心のそれぞれの端面に設けられる複数の絶縁端板と、前記ティースのそれぞれと前記絶縁端板とに巻き付けられる巻線と、隣り合う前記ティースの間のそれぞれのスロットに配置されてそれぞれの前記巻線とそれぞれの前記ティースとの間に挟み込まれる複数の絶縁シートと、を有し、前記回転子の回転中心線に沿う方向から見て、それぞれの前記ティースの先端部は、前記回転子の回転方向に突出する回転方向第一突出部と、前記回転子の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部と、を有し、前記絶縁端板は、前記回転方向第一突出部に覆い被さる回転方向第二突出部と、前記逆転方向第一突出部に覆い被さる逆転方向第二突出部と、を有し、前記逆転方向第一突出部は、前記回転方向第一突出部よりも小さく、前記回転方向第二突出部は、前記回転方向第一突出部よりも前記巻線に近く、前記逆転方向第二突出部は、前記逆転方向第一突出部よりも前記巻線に近い。

【0012】

また、本発明の実施形態に係る圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮可能な圧縮機構部と、前記密閉容器に収容され、かつ前記圧縮機構部を駆動させる前記電動機と、を備えている。

【0013】

さらに、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、前記圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張装置、および前記吸熱器を接続して冷媒を流通させる冷媒配管と、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機の概略的な図。

【図2】本発明の実施形態に係る電動機の固定子の概略的な分解斜視図。

【図3】本発明の実施形態に係る電動機の固定子の概略的な平面図。

【図4】巻線に作用するローレンツ力の解析例の一例を示すベクトル図。

【図5】本発明の実施形態に係る電動機の要部を示す図。

【図6】本発明の実施形態に係る電動機において、回転方向第一突出部と逆転方向第一突出部との断面積比とトルクリップルの増減との関係を示す図。

【図7】本発明の実施形態に係る電動機の要部の他の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る電動機、圧縮機、および冷凍サイクル装置の実施形態について図１から図７を参照して説明する。なお、複数の図面中、同じまたは相当する構成には同一の符号が付されている。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機の概略的な図である。

【0017】

図１に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、密閉型の圧縮機２と、放熱器３と、膨張装置５と、吸熱器６と、アキュームレータ７と、冷媒配管８と、を備えている。冷媒配管８は、圧縮機２と放熱器３と膨張装置５と吸熱器６とアキュームレータ７とを順次に接続して冷媒を流通させる。

【0018】

圧縮機２は、冷媒配管８を通じて吸熱器６を通過した冷媒を吸い込み、圧縮し、冷媒配管８を通じて高温高圧の冷媒を放熱器３へ吐き出す。

【0019】

圧縮機２は、縦置きされる円筒形状の密閉容器１１と、密閉容器１１内の上半部に配置される電動機１２と、密閉容器１１内の下半部に配置される圧縮機構部１３と、電動機１２の回転駆動力を圧縮機構部１３へ伝達する回転軸１５と、回転軸１５を回転自在に支持する主軸受１６と、主軸受１６と協働して回転軸１５を回転自在に支持する副軸受１７と、を備えている。

【0020】

密閉容器１１は、上下方向に延びる円筒形状の胴部１１ａと、胴部１１ａの上端部を塞ぐ半球状または楕円状の鏡板１１ｂと、胴部１１ａの下端部を塞ぐ半球状または楕円状の鏡板１１ｃと、を備えている。

【0021】

密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂには、冷媒の吐出用の吐出管８ａが接続されている。吐出管８ａは冷媒配管８に繋がれている。また、密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂには、電力供給用の密封端子部１８が設けられている。

【0022】

電動機１２は、圧縮機構部１３を回転させる駆動力を発生させる。電動機１２は、例えば三相誘導電動機である。電動機１２は、密閉容器１１の内壁に固定される筒状の固定子２１と、固定子２１の内側に配置され、かつ回転軸１５に固定される回転子２２と、固定子２１から引き出されて密封端子部１８に接続される複数の口出し線２３と、を備えている。

【0023】

回転子２２は、磁石収容孔（図示省略）を有する回転子鉄心２５と、磁石収容孔に収容される永久磁石と、を備えている。回転子２２は、固定子２１に対して回転可能であり、かつ回転軸１５に支持されている。回転子２２および回転軸１５の回転中心線Ｃは、実質的に固定子２１の中心線Ｐに一致している。

【0024】

複数の口出し線２３は、密封端子部１８を通じて固定子２１に電力を供給する配線であり、いわゆるリード線である。口出し線２３は、電動機１２の種類に応じて複数配線される。口出し線２３がオープン巻線型で利用される場合には、U相、V相、W相毎にそれぞれ２本、つまり合計６本の口出し線２３が配線される。電動機１２がスター結線で利用される場合には、U相、V相、W相にそれぞれ１本、つまり合計３本の口出し線２３が配線される。

【0025】

回転軸１５は、電動機１２と圧縮機構部１３とを連結している。回転軸１５は、電動機１２が発生させる回転駆動力を圧縮機構部１３に伝達する。

【0026】

回転軸１５の中間部分１５ａは、電動機１２と圧縮機構部１３とを繋ぎ、主軸受１６によって回転可能に支持されている。回転軸１５の下端部分１５ｂは、副軸受１７によって転可能に支持されている。主軸受１６および副軸受１７は、圧縮機構部１３の一部でもある。換言すると、回転軸１５は、圧縮機構部１３を貫通している。

【0027】

また、回転軸１５は、主軸受１６に支持されている中間部分１５ａと副軸受１７に支持されている下端部分１５ｂとの間に、偏心部２６を備えている。偏心部２６は、回転軸１５の回転中心線に不一致な中心を有する円盤、あるいは円柱である。

【0028】

圧縮機構部１３は、冷媒、つまり単一冷媒または混合冷媒を圧縮することができる。電動機１２が回転軸１５を回転駆動することによって、圧縮機構部１３は、冷媒配管８からガス状の冷媒を吸込んで圧縮し、かつ密閉容器１１内に吐出する。

【0029】

圧縮機構部１３は、円形のシリンダー室３１を有するシリンダー３２と、シリンダー室３１内に配置される環状のローラー３３と、ローラー３３の外周面に接して往復動し、シリンダー室３１内を吸込室と圧縮室とに仕切るブレード３５と、を備えている。

【0030】

シリンダー３２は、密閉容器１１に複数箇所で溶接、例えばスポット溶接によって固定されている。

【0031】

シリンダー室３１は、シリンダー３２の内側の空間であって、主軸受１６および副軸受１７によって閉鎖されている。シリンダー室３１は、回転軸１５の偏心部２６を収容している。

【0032】

主軸受１６は、ボルトなどの締結部材３８によってシリンダー３２に固定されている。主軸受１６には、シリンダー室３１内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構（図示省略）と、吐出弁機構に覆い被さる吐出マフラー３７と、が設けられている。吐出弁機構は、圧縮機構部１３の圧縮作用にともないシリンダー室３１内の圧力と吐出マフラー３７内の圧力との圧力差が所定値に達したときに吐出ポートを開放して、圧縮された冷媒を吐出マフラー３７内に吐出する。吐出マフラー３７は、吐出マフラー３７の内外を繋ぐ吐出孔（図示省略）を有している。吐出マフラー３７内に吐出された圧縮冷媒は、吐出孔を通じて密閉容器１１内へ吐出される。

【0033】

副軸受１７は、ボルトなどの締結部材３８によってシリンダー３２に固定されている。

【0034】

ローラー３３は、偏心部２６の周面に嵌合されている。ローラー３３の外周面は、シリンダー室３１の内周面に線接触している。ローラー３３は、回転軸１５の回転にともなって、その外周面をシリンダー室３１の内周面に線接触させながら偏心運動する。

【0035】

なお、ローラー３３とシリンダー３２との接触は直接的な接触ではなく、潤滑油３９の油膜（図示省略）を介在させた間接的なものであるが、説明の便宜のために、これら油膜を介した接触を単に「接触」と表現する。ローラー３３と偏心部２６との間、ローラー３３と主軸受１６との間、およびローラー３３と副軸受１７との間も同じである。

【0036】

吸込管７ａは、密閉容器１１を貫いて、シリンダー３２のシリンダー室３１に接続されている。シリンダー３２は、吸込管７ａに繋がってシリンダー室３１に到達する吸込孔
（図示省略）を有している。

【0037】

密閉容器１１の下部は潤滑油３９で満たされている。圧縮機構部１３の大部分は、密閉容器１１内の潤滑油３９中に浸されている。

【0038】

次いで、電動機１２の固定子２１について詳しく説明する。

【0039】

図２は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子の概略的な分解斜視図である。

【0040】

図３は、本発明の実施形態に係る電動機の固定子の概略的な平面図である。

【0041】

図２および図３に示すように、本実施形態に係る電動機１２は、三相３Ｎスロットタイプ（Ｎは正の整数）である。図２および図３の電動機１２は、三相９スロットタイプ（Ｎ＝３）である。なお、説明を容易にするために以下、三相９スロットタイプの電動機１２について説明するが、Ｎ≧４であっても良いし、Ｎ≦２であっても良い。つまり、電動機１２は、三相１２スロットタイプであっても良いし、三相１５スロットタイプであっても良いし、それら以上のスロットを有していても良い。

【0042】

本実施形態に係る電動機１２の固定子２１は、集中巻固定子である。固定子２１は、筒状のヨーク４１（いわゆる継鉄）、およびヨーク４１の内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティース４２を有する固定子鉄心４３と、固定子鉄心４３のそれぞれの端面４３ａ、４３ｂに設けられる複数の絶縁端板４５Ａ、４５Ｂと、ティース４２のそれぞれと絶縁端板４５Ａ、４５Ｂとに巻き付けられる巻線４７と、それぞれの巻線４７とそれぞれのティース４２との間に挟み込まれる複数の絶縁シート４８と、を備えている。

【0043】

なお、図２では、巻線４７が省略され、図３では、絶縁シート４８が省略されている。

【0044】

固定子２１の中心線Ｐの延伸方向を「軸方向」と呼ぶ。固定子２１の中心線Ｐは、実質的に回転子２２の回転中心線Ｃに一致している。また、固定子２１の中心線Ｐに直交する平面において、固定子２１の中心線Ｐを通る方向を「径方向」と呼び、固定子２１の中心線Ｐを中心とする円周方向、つまり径方向に直交する方向を「周方向」と呼ぶ。

【0045】

固定子鉄心４３は、電磁鋼板の積層体である。つまり、固定子鉄心４３は、軸方向に積層され、かつ一体化された複数の薄板（図示省略）を有している。それぞれの薄板は、例えばプレスで打ち抜かれた電磁鋼板である。固定子鉄心４３は、平行な一対の端面４３ａ、４３ｂを有している。一対の端面４３ａ、４３ｂの法線は、軸方向に延びている。固定子２１の上方側の面、つまり、密閉容器１１の上側の鏡板１１ｂに近い。固定子鉄心４３の他方の端面４３ｂは、固定子２１の下方側の面、つまり、密閉容器１１の下方側の鏡板１１ｃに近く、かつ一方の端面４３ａよりも圧縮機構部１３に近い。一方の端面４３ａには、絶縁端板４５Ａが設けられ、他方の端面４３ｂには、絶縁端板４５Ｂが設けられている。

【0046】

筒状のヨーク４１の中心線は、固定子２１の中心線Ｐに一致している。

【0047】

複数のティース４２は、固定子２１の周方向へ実質的に等間隔、かつ放射状に並んでいる。それぞれのティース４２は、ヨーク４１から径方向内側へ向かって延びている。それぞれのティース４２は、ヨーク４１の径方向内側へ向かってヨーク４１から突出するティース基部４２ａと、ティース基部４２ａの先端部に設けられて周方向へ延びるティース先端部４２ｂと、を有している。ティース基部４２ａの先端は、固定子２１の最内周に配置されている。ティース先端部４２ｂは、ヨーク４１の内側を臨むティース先端面４２ｃを有している。ティース先端面４２ｃは、固定子２１を臨んでいる。

【0048】

それぞれのティース４２のティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向（図２中の実線矢印Ｒ方向）に突出する回転方向第一突出部６１と、回転子２２の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部６２と、を有している。

【0049】

それぞれのティース先端面４２ｃは、固定子２１の中心線Ｐを中心とする円弧形状に形成されている。回転子２２は、複数のティース先端面４２ｃによって画定される回転子収容空間４３ｃ内に配置されている。回転子２２の外周面とティース先端面４２ｃとの間には、空隙が隔てられている。

【0050】

ヨーク４１、および周方向に隣接する２つのティース４２は、スロット４９を画定している。スロット４９は、ティース４２と同数ある。スロット４９は、隣接する２つのティース４２のティース先端部４２ｂの間にスロット開口部を有している。

【0051】

また、固定子鉄心４３は、固定子鉄心４３の一方の端面４３ａから他方の端面４３ｂへ達する第一孔を有している。第一孔は、固定子鉄心４３の外周縁部、かつティース４２の根元部分に配置されている。第一孔は、固定子２１の中心線Ｐに実質的に平行して延びている。

【0052】

絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer、Liquid Crystal Plastic、ＬＣＰ、半・全芳香族ポリエステル）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、またはポリアミド（ＰＡ）の一体成型品である。絶縁端板４５Ａ、４５Ｂは同じ構成を有している。そこで、以下の説明では絶縁端板４５Ｂの説明を省略し、絶縁端板４５Ａについて説明する。

【0053】

絶縁端板４５Ａは、環状の外壁部５１と、外壁部５１の内側に配置され、かつ間隔を空けて周方向へ並ぶ複数の内壁部５２と、外壁部５１とそれぞれの内壁部５２を連結する複数の架設部５３と、を備えている。

【0054】

外壁部５１は、径方向に薄く、軸方向に延び、かつ周方向にひと続きのリングである。

【0055】

それぞれの内壁部５２は、径方向に薄く、軸方向および周方向へ延びる円弧状の板体である。複数の内壁部５２は、環状に並んでいる。それぞれの内壁部５２は、回転子２２の回転中心線Ｃに沿う方向から見て、ティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部６１に覆い被さる回転方向第二突出部６５と、ティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部６２に覆い被さる逆転方向第二突出部６６と、を有している。

【0056】

架設部５３は、外壁部５１の内周面と内壁部５２の径方向外側の面との間に架け渡されている。

【0057】

外壁部５１、複数の内壁部５２、および複数の架設部５３は、巻線４７を収容する複数の空間を区画している。それぞれの空間は、固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、ティース４２に重なっている

【0058】

また、絶縁端板４５Ａは、固定子鉄心４３の端面４３ａに接する端面（図示省略）を有している。絶縁端板４５Ａの端面は、外壁部５１、内壁部５２、および架設部５３に跨がっている。

【0059】

固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、複数の内壁部５２の径方向内側の面５２ａ（内周面５２ａ）に画定される空間４５ａは、固定子鉄心４３の回転子収容空間４３ｃに対向している。固定子２１の中心線Ｐに沿う方向において、外壁部５１、隣接する２つの内壁部５２および架設部５３によって画定される空間４５ｂは、固定子鉄心４３のスロット４９に対向している。

【0060】

絶縁端板４５Ａの外壁部５１、内壁部５２、および架設部５３は、それぞれ固定子鉄心４３のヨーク４１、ティース４２のティース先端部４２ｂ、およびティース基部４２ａに隣合わさるように配置される。

【0061】

絶縁端板４５Ａの外壁部５１は、固定子鉄心４３のヨーク４１に隣り合わせて配置され、内壁部５２は、固定子鉄心４３のティース４２のティース先端部４２ｂに隣り合わせて配置され、架設部５３は、固定子鉄心４３のティース４２のティース基部４２ａに隣合わせて配置されている。

【0062】

なお、内壁部５２の内周面５２ａは、ティース４２のティース先端面４２ｃより回転子２２側、つまり径方向内側に突出しない。また、外壁部５１の径方向外側の面５１ａ（外周面５１ａ）は、ヨーク４１の外周面４１ａより外側、つまり径方向外側に突出しない。

【0063】

ティース先端面４２ｃは、固定子鉄心４３の内周面であり、ヨーク４１の外周面４１ａは、固定子鉄心４３の外周面である。内壁部５２の内周面５２ａは、絶縁端板４５Ａの内周面であり、外壁部５１の外周面５１ａは、絶縁端板４５Ａの外周面である。

【0064】

それぞれの絶縁シート４８は、それぞれのスロット４９に挿入されている。絶縁シート４８は、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）をシート状に形成したものである。絶縁シート４８は、固定子鉄心４３の端面４３ａ、４３ｂから軸方向に突出している。そのため、絶縁シート４８は、固定子鉄心４３の端面４３ａと絶縁端板４５Ａとの境界部分、および固定子鉄心４３の端面４３ｂと絶縁端板４５Ｂとの境界部分における絶縁不良を防止することができる。

【0065】

なお、図２では、絶縁シート４８は、スロット４９に差し込まれる途中の状態で図示されている。

【0066】

巻線４７は、集中巻き方式により、固定子鉄心４３のティース４２のティース基部４２ａ、絶縁端板４５Ａの架設部５３、および絶縁端板４５Ｂの架設部５３に巻き付けられている。

【0067】

ところで、電動機１２は、巻線４７への通電にともなって巻線４７に周期的に変動するローレンツ力が作用する。そこで、発明者らは、回転子２２の回転駆動にともなって巻線４７に作用するローレンツ力について解析を行った。

【0068】

図４は、巻線に作用するローレンツ力の解析例の一例を示すベクトル図である。

【0069】

図５は、本発明の実施形態に係る電動機の要部を示す図である。

【0070】

図５は、回転子２２の回転中心線Ｃ、つまり固定子２１の中心線Ｐに沿い、かつ固定子鉄心４３側から絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）側へ固定子２１を見た図であり、ティース先端部４２ｂおよび絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）を詳細に示す図である。

【0071】

先ず、図４に示すように、それぞれのティース４２のティース先端部４２ｂは、回転子２２の回転方向（図２中の実線矢印Ｒ方向）に突出する回転方向第一突出部６１と、回転子２２の回転方向の逆方向に突出する逆転方向第一突出部６２と、を有している。

【0072】

なお、図４の解析モデルにおける回転方向第一突出部６１と逆転方向第一突出部６２とは、回転子２２の回転中心Ｃから径方向へ延びてティース４２を回転子２２の回転方向Ｒへ二分する仮想線ＶＬを対称線として対称形状を有している。

【0073】

発明者らは、巻線４７に作用するローレンツ力（図４中、符号のない、長さと向きの異なる多数の矢印で示されるベクトル）が、逆転方向第一突出部６２の根元（逆転方向第一突出部６２とティース基部４２ａとの境界部分）の近傍で大きく発生することを見出した。なお、図４は、回転子２２の回転のある時点でのローレンツ力の状態を図示したものである。

【0074】

ローレンツ力は、回転子２２の回転駆動と巻線４７への通電とで発生する電機子磁束の変動にともなって増減し、方向も変化する。そのため、逆転方向第一突出部６２の根元とその近傍の巻線４７との間には、周期的な変位、つまり振幅が生じる。この振幅は、ティース４２と巻線４７との間に挟み込まれている絶縁シート４８を摩耗させる力を生じる。絶縁シート４８が摩耗し過ぎると、巻線４７と固定子鉄心４３とが短絡する。

【0075】

なお、図４中に、絶縁シート４８の摩耗の虞が高い部位を二点鎖線領域ＨＲＡで示した。

【0076】

発明者らの解析では、巻線４７を通電する電流の周波数に伴う各巻線に加わるローレンツ力の変動幅は偏りを有し、特に、逆転方向第一突出部６２の付け根部分近傍において、ローレンツ力の変動幅が大きい。このローレンツ力の大きな変動にともない、逆転方向第一突出部６２の付け根部分近傍では、巻線４７と絶縁シート４８との摩擦の発生が顕著であることが分かった。一方、回転方向第一突出部６１近傍においては、根本部分でのローレンツ力の変動幅はそれほど過大とはならない。したがって、回転方向第一突出部６１近傍では、巻線４７と絶縁シート４８との摩擦は、それほど発生しないことが分かった。先端部でのローレンツ力の変動幅が比較的に大きくなる傾向が分かった。

【0077】

そこで、図５に示すように、本実施形態に係るティース先端部４２ｂの逆転方向第一突出部６２は、ティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部６１よりも小さく、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の回転方向第二突出部６５は、回転方向第一突出部６１よりも巻線４７に近く、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の逆転方向第二突出部６６は、逆転方向第一突出部６２よりも巻線４７に近い。

【0078】

回転方向第一突出部６１と逆転方向第一突出部６２とは、回転子２２の回転中心Ｃから径方向へ延びてティース４２を回転子２２の回転方向Ｒへ二分する仮想線ＶＬを対称線として非対称形状を有している。回転子２２の回転中心線Ｃに沿う方向へ見て、逆転方向第一突出部６２の断面積は、回転方向第一突出部６１の断面積よりも小さく、かつ仮想線ＶＬでティース４２を折り返して回転方向第一突出部６１と逆転方向第一突出部６２とを重ねると、逆転方向第一突出部６２は、回転方向第一突出部６１に納まる。

【0079】

ティース基部４２ａは、固定子２１の径方向内側へ向かって実質的に一様な幅で延びている。ティース基部４２ａは、仮想線ＶＬを基準として回転子２２の回転方向Ｒおよび逆転方向に同じ幅寸法を有して仮想線ＶＬに沿って延びている。

【0080】

ティース先端部４２ｂの回転方向第一突出部６１および逆転方向第一突出部６２は、いずれも固定子鉄心４３の最内周面であって円弧形状のティース先端面４２ｃに連続している。また、ティース基部４２ａを基準とする逆転方向第一突出部６２の突出量は、ティース基部４２ａを基準とする回転方向第一突出部６１の突出量と実質的に同じである。逆転方向第一突出部６２の突出量は、回転子２２の逆転方向への突出長さであり、回転方向第一突出部６１の突出量は、回転子２２の回転方向Ｒへの突出長さである。したがって、固定子鉄心４３の径方向外側を向き、巻線４７を臨む、逆転方向第一突出部６２の径方向外側の面６２ａが、固定子鉄心４３の径方向外側を向き、巻線４７を臨む、回転方向第一突出部６１の径方向外側の面６１ａよりも固定子２１の中心側に位置しているので、逆転方向第一突出部６２は、回転方向第一突出部６１よりも小さい。

【0081】

巻線４７は、ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状に巻かれている。そのため、回転方向第一突出部６１より小さい逆転方向第一突出部６２は、回転方向第一突出部６１よりも巻線４７から遠い。

【0082】

ティース先端部４２ｂの近傍における巻線４７の位置は、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の内壁部５２によって決まる。ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状に巻線４７を巻くために、回転方向第二突出部６５と逆転方向第二突出部６６とは、ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状を有している。なお、固定子鉄心４３の径方向外側を向き、巻線４７を臨む、逆転方向第二突出部６６の径方向外側の面６６ａと固定子鉄心４３の径方向外側を向き、巻線４７を臨む、回転方向第二突出部６５の径方向外側の面６５ａとが、ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状であれば、巻線４７は、ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状に巻かれる。換言すると、ティース４２の仮想線ＶＬを対称線として対称形状に巻線４７を巻くために、回転方向第二突出部６５と逆転方向第二突出部６６とは、少なくとも仮想線ＶＬを対称線として対称形状を有する径方向外側の面６５ａ、６６ａを有していれば良い。

【0083】

先の説明の通り、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の回転方向第二突出部６５は、ティース４２の回転方向第一突出部６１よりも巻線４７に近く、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の逆転方向第二突出部６６は、ティース４２の逆転方向第一突出部６２よりも巻線４７に近い。つまり、逆転方向第二突出部６６の径方向外側の面６６ａは、逆転方向第一突出部６２の径方向外側の面６２ａよりも巻線４７に近く、回転方向第二突出部６５の径方向外側の面６５ａは、回転方向第一突出部６１の径方向外側の面６１ａよりも巻線４７に近い。そのため、固定子鉄心４３の中心線Pに沿って固定子鉄心４３側から絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）を見ると、図５に示すように、回転方向第二突出部６５の一部は、回転方向第一突出部６１の径方向外側に位置し、逆転方向第二突出部６６の一部は、逆転方向第一突出部６２の径方向外側に位置する。これらの部位は、巻線４７を絶縁シート４８から離れさせ、かつティース４２と巻線４７との間に絶縁シート４８が挟み込まれることを防いでいる。特に、逆転方向第二突出部６６は、巻線４７と逆転方向第一突出部６２との間に、巻線４７と回転方向第一突出部６１との間よりも、より大きな隙間を形成する。

【0084】

つまり、本実施形態に係る電動機１２は、巻線４７と逆転方向第一突出部６２との間に、より大きな隙間を形成することで、巻線４７に周期的、かつ局所的に大きく作用するローレンツ力で、巻線４７と固定子鉄心４３との間に設けられる絶縁シート４８が摩耗することを防いでいる。

【0085】

また、これらの部位は、固定子鉄心４３の端面から突出している絶縁シート４８の縁の一部を保持するシート保持溝７１を有している。

【0086】

シート保持溝７１は、固定子鉄心４３の端面に実質的に面一な絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の端面に設けられた溝であって、固定子鉄心４３から離れる方向へ窪んだ溝である。シート保持溝７１は、ティース４２の回転方向第一突出部６１の近傍、およびティース４２の逆転方向第一突出部６２の近傍において、巻線４７と絶縁シート４８との間に隙間を形成し、ティース４２と巻線４７との間に絶縁シート４８が挟み込まれることを確実に防いでいる。

【0087】

また、巻線４７がローレンツ力の影響を受けやすい逆転方向第一突出部６２側よりも回転方向第一突出部６１側の断面積を大きくすることで、固定子鉄心４３全体の電機子磁束を確保することができる。

【0088】

また、図６は、本発明の実施形態に係る電動機において、回転方向第一突出部と逆転方向第一突出部との断面積比とトルクリップルの増減との関係を示す図である。

【0089】

回転子２２の回転駆動にともなって出力トルクが周期的に増加または減少するトルクリップルが発生する。

【0090】

図６の横軸は、固定子鉄心４３の中心線Ｐに直交する断面において、回転方向第一突出部６１の断面積を分母とし、逆転方向第一突出部６２の断面積を分子とする断面積比ＡＲである。つまり、断面積比ＡＲ＝（逆転方向第一突出部６２の断面積）÷（回転方向第一突出部６１の断面積）で算出される。図６の縦軸は、断面積比ＡＲ＝１の場合のトルクリップルで正規化された比率であり、トルクリップル比αと表現する。

【0091】

図６に示すように、断面積比ＡＲが１より小さい、すなわち逆転方向第一突出部６２の断面積が回転方向第一突出部６１の断面積より小さい場合には、トルクリップル比αは、１より低下する。他方、断面積比ＡＲが１より大きい、すなわち逆転方向第一突出部６２の断面積が回転方向第一突出部６１の断面積より大きい場合には、トルクリップル比αは、１より増加する。したがって、断面積比ＡＲを１より小さくすることで、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転子２２と固定子２１の空隙における磁束変化をなだらかにし、トルクリップルを低減できることが分かる。トルクリップルが低減されると、回転子２２の回転にともなう騒音や振動の原因が抑制され、圧縮機２の信頼性および静粛性が向上する。

【0092】

図７は、本発明の実施形態に係る電動機の要部の他の例を示す図である。

【0093】

図７に示すように、本実施形態に係る固定子２１Ａの固定子鉄心４３Ａでは、回転子２２の回転中心線Ｃに沿う方向から見て、それぞれの逆転方向第一突出部６２の根元部分が、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）よりもティース４２Ａを回転子２２の回転方向Ｒへ二分する仮想線ＶＬへ向かって窪んでいる。固定子鉄心４３Ａのティース４２Ａは、根元部から突出端部まで一様な幅で延びる固定子鉄心４３のティース４２と異なり、それぞれの逆転方向第一突出部６２の根元部分に仮想線ＶＬへ向かって窪んだ溝状の凹部７５を有している。

【0094】

他方、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の架設部５３は、ティース４２Ａのティース基部４２ａの大部分と実質的に同じ、かつ一様な幅で延びている。そのため、巻線４７は、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）の架設部５３に阻まれてティース４２Ａの凹部７５に入り込むことなくティース４２Ａに巻き付けられる。したがって、逆転方向第一突出部６２の根元部分では、絶縁端板４５Ａ（４５Ｂ）よりもティース４２の方が仮想線ＶＬに近い。そのため、ティース４２Ａと巻線４７とは、凹部７５の部分に隙間を隔てる。この隙間は、逆転方向第一突出部６２の根元部分において、ティース４２と巻線４７との間で絶縁シート４８が挟み込まれることを確実に防いでいる。

【0095】

以上で説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転方向第一突出部６１よりも小さい逆転方向第一突出部６２を有するティース４２と、回転方向第一突出部６１よりも巻線４７に近い回転方向第二突出部６５、および逆転方向第一突出部６２よりも巻線４７に近い逆転方向第二突出部６６を有する絶縁端板４５Ａ、４５Ｂと、を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、巻線４７に周期的に作用するローレンツ力で、巻線４７と固定子鉄心４３との間に設けられる絶縁シート４８が摩耗することを防ぐ。つまり、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、絶縁シート４８を厚くすることなく、スロット４９に占める巻線４７の体積を減少させることなく、効率の低下、および出力トルクの低下を防ぎ、かつ巻線４７と固定子鉄心４３との間の絶縁性能を向上させ、絶縁シート４８の摩耗に対する寿命を改善できる。

【0096】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転方向第一突出部６１の近傍、および逆転方向第一突出部６２の近傍で、巻線４７を絶縁シート４８から離れさせ、両者の距離を広げる。つまり、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、充電部（正常使用状態で電圧が印加される導体および導電性の部分）と非充電部との距離を広げて回転方向第一突出部６１の近傍、および逆転方向第一突出部６２の近傍における部分放電開始電圧を向上し、放電による絶縁シート４８の劣化を防ぐことができる。

【0097】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転方向第一突出部６１よりも巻線４７から遠い逆転方向第一突出部６２を有するティース４２を備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、ローレンツ力が顕著に大きく作用する逆転方向第一突出部６２の根元近傍の巻線４７と固定子鉄心４３との間における絶縁シート４８の摩耗を確実に防ぐことができる。

【0098】

また、仮に、ローレンツ力の増減による巻線４７どうしの摩耗、および巻線４７と絶縁シート４８との摩擦によって、絶縁シート４８や巻線４７の被膜が摩耗した場合でも、巻線４７と固定子鉄心４３との絶縁距離が確保される。巻線４７と固定子鉄心４３との絶縁距離が確保されると、部分放電による絶縁シート４８や巻線４７の絶縁部の更なる摩耗や劣化を防止することができる。これにより、絶縁シート４８や巻線４７の摩耗や劣化を抑制し、短絡の発生を防止し、電動機１２の故障を防止することができる。

【0099】

さらに、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、回転方向第二突出部６５と同じ形状の逆転方向第二突出部６６を有する絶縁端板４５Ａ、４５Ｂを備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、中心を通る仮想線ＶＬに対して非対称形状を有するティース４２に、実質的に対称形状の巻線４７を巻き付けて、ローレンツ力が顕著に大きく作用する逆転方向第一突出部６２の根元近傍の巻線４７と固定子鉄心４３との間における絶縁シート４８の摩耗を確実に防ぐことができる。

【0100】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、逆転方向第一突出部６２の根元部分が絶縁端板４５Ａ、４５Ｂよりも中心を通る仮想線ＶＬに近いティース４２Ａを備えている。そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、そのため、冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、ローレンツ力が顕著に大きく作用する逆転方向第一突出部６２の根元近傍の巻線４７と固定子鉄心４３との間における絶縁シート４８の摩耗をより確実に防ぐことができる。

【0101】

したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２によれば、絶縁シート４８を厚くすることなく、スロット４９に占める巻線４７の体積を減少させることなく、ティース４２Ａでの体積低下を最小に抑えた固定子鉄心４３を備えることが可能であって、効率の低下、および出力トルクの低下を防ぎ、かつ巻線４７と固定子鉄心４３、４３Ａとの間の絶縁性能を向上させ、絶縁シート４８の摩耗に対する寿命を改善することができる。また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、圧縮機２、および電動機１２は、絶縁シート４８や巻線４７の被膜の摩耗を抑制できるとともに、絶縁シート４８や巻線４７の被膜が摩耗した場合であっても、摩耗した箇所での部分放電を抑制し、絶縁シート４８や巻線４７の被膜の更なる摩耗や劣化の進行を抑え、巻線４７と固定子２１、２１Ａとの間の短絡を防止することができる。つまり、冷凍サイクル装置１、および圧縮機２は、より信頼性の高い電動機１２を備えることができる。

【0102】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0103】

１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機、３…放熱器、５…膨張装置、６…吸熱器、７…アキュームレータ、７ａ…吸込管、８…冷媒配管、８ａ…吐出管、１１…密閉容器、１１ａ…胴部、１１ｂ、１１ｃ…鏡板、１２…電動機、１３…圧縮機構部、１５…回転軸、１５ａ…中間部分、１５ｂ…下端部分、１６…主軸受、１７…副軸受、１８…密封端子部、２１、２１Ａ…固定子、２２…回転子、２３…口出し線、２５…回転子鉄心、２６…偏心部、３１…シリンダー室、３２…シリンダー、３３…ローラー、３５…ブレード、３６…締結部材、３７…吐出マフラー、３８…締結部材、３９…潤滑油、４１…ヨーク、４１ａ…外周面、４２、４２Ａ…ティース、４２ａ…ティース基部、４２ｂ…ティース先端部、４２ｃ…ティース先端面、４３、４３Ａ…固定子鉄心、４３ａ、４３ｂ…端面、４３ｃ…回転子収容空間、４５Ａ…絶縁端板、４５Ｂ…絶縁端板、４５ａ、４５ｂ…空間、４７…巻線、４８…絶縁シート、４９…スロット、５１…外壁部、５１ａ…外周面、５２…内壁部、５２ａ…内周面、５３…架設部、６１…回転方向第一突出部、６１ａ…径方向外側の面、６２…逆転方向第一突出部、６２ａ…径方向外側の面、６５…回転方向第二突出部、６５ａ…径方向外側の面、６６…逆転方向第二突出部、６６ａ…径方向外側の面、７１…シート保持溝、７５…凹部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】