WO2018138864A1 - 固定子、電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 - Google Patents
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- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
Definitions
- the present invention relates to a stator, an electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner.
- JP 2014-155347 A (see paragraphs 0014 to 0016) JP 2013-546301 Gazette (see paragraph 0005)
- Structuring the stator core with amorphous metal or nanocrystalline metal is effective in reducing iron loss.
- amorphous metal and nanocrystalline metal have a large increase in magnetoresistance when subjected to compressive stress, when the stator core is incorporated inside the frame by shrink fitting or the like, the magnetoresistance is affected by compressive stress. This may increase the iron loss.
- This invention was made in order to solve said subject, and it aims at providing the stator which can reduce an iron loss more effectively.
- the stator of the present invention includes a first yoke extending in the circumferential direction centering on the axis, and first and second teeth extending from the first yoke toward the axis.
- a first iron core made of an electromagnetic steel plate, a second yoke adjacent to the first yoke in the axial direction, and a first tooth adjacent to the first tooth and the second tooth in the axial direction.
- a second iron core made of amorphous metal or nanocrystalline metal.
- the first iron core is divided by a dividing surface formed between the first teeth and the second teeth in the first yoke, and connected on the outer peripheral surface side of the first yoke.
- the distance from the axis to the outer peripheral surface of the second yoke is smaller than the distance from the axis to the outer peripheral surface of the first yoke.
- the second iron core is made of an amorphous metal or a nanocrystalline metal, the iron loss can be reduced.
- the first iron core is divided at the dividing surface and connected on the outer peripheral side of the first yoke, when winding the teeth, both sides sandwiching the dividing surface of the first yoke
- the distance between the first tooth and the second tooth can be widened, and the winding work can be simplified.
- the distance from the axis to the outer peripheral surface of the second yoke is smaller than the distance from the axis to the outer peripheral surface of the first yoke, the external force from the frame is reduced when the stator is incorporated in a frame or the like. 1 core (electromagnetic steel sheet). Therefore, the increase in the magnetic resistance of the second iron core can be suppressed, and the effect of reducing the iron loss can be enhanced.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing the electric motor in the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram showing a stator core, an insulator, and a winding of the electric motor in the first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing the electric motor in the first embodiment.
- FIG. 3 is a plan view showing a first iron core in the first embodiment. It is a figure which shows the 1st division
- FIG. FIG. 3 is a plan view showing a second iron core in the first embodiment. It is a figure which overlaps and shows the 1st division
- FIG. 3 is a plan view showing a magnetic steel sheet for forming a first iron core in the first embodiment. It is a figure which shows the state which expand
- FIG. 4 is a plan view showing an electromagnetic steel plate for forming a second iron core in the first embodiment.
- FIG. 5 is a schematic diagram (A) and (B) for illustrating a winding process in the first embodiment.
- FIG. 3 is a plan view showing a magnetic steel sheet for forming the rotor core in the first embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view for illustrating the operation of the electric motor in the first embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an electric motor according to a first modification of the first embodiment.
- 6 is a cross-sectional view showing an electric motor according to a second modification of the first embodiment.
- FIG. FIG. 9 is a plan view showing a first iron core of a third modification example of the first embodiment. It is sectional drawing which shows the structure of the rotary compressor which can apply the electric motor of Embodiment 1 and each modification. It is a figure which shows the structure of the refrigerating air conditioner provided with the rotary compressor of FIG.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electric motor 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- This electric motor 100 is a permanent magnet embedded type electric motor in which the permanent magnet 25 is embedded in the rotor 2, and is used, for example, in a rotary compressor 500 (see FIG. 18).
- the electric motor 100 is an electric motor called an inner rotor type, and includes a stator 1 and a rotor 2 that is rotatably provided inside the stator 1.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a plane orthogonal to the rotation axis (axis C1) of the rotor 2.
- the direction of the axis C1 which is the rotation axis of the rotor 2 is simply referred to as “axial direction”. Also.
- the circumferential direction around the axis C1 is simply referred to as “circumferential direction”.
- the radial direction of the stator 1 and the rotor 2 around the axis C1 is simply referred to as “radial direction”.
- the arrow C1 indicates the axial direction
- the arrow R1 indicates the circumferential direction.
- the stator 1 has a stator core 10 and a winding 3 wound around the stator core 10.
- the stator core 10 has a first iron core 10A and a second iron core 10B (FIG. 3), which will be described later.
- the stator core 10 has an annular yoke 12 centered on the axis C1 and a plurality of teeth 11 extending from the yoke 12 inward in the radial direction (that is, in the direction toward the axis C1).
- the tooth 11 has a tooth tip 13 that faces the outer peripheral surface of the rotor 2.
- the tooth tip portion 13 is formed so that the width (length in the circumferential direction) is wider than other portions of the tooth 11. That is, the tooth tip portion 13 has projecting portions 14 projecting in the circumferential direction on both sides in the circumferential direction.
- nine teeth 11 are arranged at regular intervals in the circumferential direction, but the number of teeth 11 may be two or more. Between the teeth 11 adjacent to each other in the circumferential direction, a slot which is a space for arranging the winding 3 is formed.
- stator core 10 has a configuration in which a plurality of (here, nine) divided cores 5 are connected in the circumferential direction for each tooth 11.
- the split cores 5 are connected to each other by a connecting portion 15 provided at an end portion on the outer peripheral side of the yoke 12.
- the connection part 15 is formed by the circular crimp part, for example.
- the winding 3 that generates the rotating magnetic field is, for example, a magnet wire wound around the tooth 11 via an insulator 30 (FIG. 2) that is an insulating portion.
- the number of turns and the diameter (wire diameter) of the winding 3 are determined in accordance with required characteristics (rotation speed, torque, etc.), applied voltage, and slot cross-sectional area.
- the winding 3 is wound by concentrated winding and connected by Y connection.
- FIG. 2 is a diagram showing the stator core 10 (divided core 5), the insulator 30, and the winding 3.
- the insulator 30 is formed on the outer peripheral surface of the peripheral wall portion 31 formed on both side surfaces 111 in the circumferential direction of the tooth 11, the outer wall portion 32 formed on the inner peripheral surface 121 of the yoke 12, and the protruding portion 14 of the tooth 11.
- the inner wall portion 33 is formed.
- the winding 3 is disposed in a region surrounded by the peripheral wall portion 31, the outer wall portion 32, and the inner wall portion 33. Moreover, the surrounding wall part 31 of the insulator 30 is also formed in the both end surfaces in the axial direction of the teeth 11 (refer FIG. 3). For example, a magnet wire having a diameter of 1.0 mm is wound 80 turns on each tooth 11 via an insulator 30 to form a winding 3.
- the rotor 2 includes a cylindrical rotor core 21, a permanent magnet 25 attached to the rotor core 21, and a shaft 60 disposed at the center of the rotor core 21.
- the shaft 60 is, for example, the shaft of the rotary compressor 500 (FIG. 18).
- the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction and fastening both ends in the axial direction with fixing members 41 and 42 (FIG. 3).
- the thickness tr of the electrical steel sheet constituting the rotor core 21 is, for example, 0.35 to 0.5 mm, and the thickness t1 (0.25 to 0) of the electrical steel sheet of the first iron core 10A (FIG. 3) described later. .35 mm) or more.
- a plurality (six in this case) of magnet insertion holes 22 into which the permanent magnets 25 are inserted are formed along the outer peripheral surface of the rotor core 21.
- the magnet insertion hole 22 is a through hole that penetrates the rotor core 21 in the axial direction.
- the number of magnet insertion holes 22 (that is, the number of magnetic poles) is not limited to 6, but may be 2 or more. There is a gap between adjacent magnet insertion holes 22.
- the permanent magnet 25 is a flat plate-like member that is long in the axial direction, has a width in the circumferential direction of the rotor core 21, and has a thickness in the radial direction.
- the thickness of the permanent magnet 25 is 2 mm, for example.
- the permanent magnet 25 is composed of, for example, a rare earth magnet mainly composed of neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B).
- the permanent magnet 25 is magnetized in the thickness direction.
- one permanent magnet 25 is arranged in one magnet insertion hole 22, but a plurality of permanent magnets 25 may be arranged in the circumferential direction in one magnet insertion hole 22.
- the plurality of permanent magnets 25 in the same magnet insertion hole 22 are magnetized such that the same poles are directed radially outward.
- a flux barrier (leakage flux suppression hole) 23 is formed at both ends in the circumferential direction of the magnet insertion hole 22.
- the flux barrier 23 suppresses leakage magnetic flux between adjacent permanent magnets 25.
- the core portion between the flux barrier 23 and the outer periphery of the rotor core 21 is a thin portion in order to suppress a short circuit of magnetic flux between the adjacent permanent magnets 25.
- the thickness of the thin portion is preferably the same as the thickness of the electromagnetic steel plate constituting the rotor core 21.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of the electric motor 100 on a plane including the axis C1.
- the stator core 10 has a first iron core 10A composed of a laminated body of electromagnetic steel plates and a second iron core 10B composed of an amorphous metal or a nanocrystalline metal.
- the first iron core 10A and the second iron core 10B are alternately arranged in the axial direction (the direction of the axis C1).
- the first iron core 10 ⁇ / b> A is disposed at at least both axial ends of the stator core 10.
- the first iron cores 10A are respectively disposed on both sides and the center of the stator iron core 10 in the axial direction.
- the 2nd iron core 10B is arrange
- the thickness (axial length) of the first iron core 10A disposed at one axial end portion (the upper end portion in FIG. 3) of the stator core 10 is L1, and the thickness of the second iron core 10B adjacent thereto is L1.
- the thickness of the first iron core 10A disposed at the center in the axial direction of the stator core 10 is L3, and the thickness of the second iron core 10B adjacent thereto is L4.
- the thickness of the first iron core 10A disposed at (the lower end in FIG. 3) is L5.
- the total L0 of the thickness of the first iron core 10A and the thickness of the second iron core 10B is the same as the axial length L6 of the rotor iron core 21 here, but is not necessarily the same ( (See FIG. 16 described later).
- the first iron core 10 ⁇ / b> A protrudes radially outward from the second iron core 10 ⁇ / b> B.
- the first iron core 10A is incorporated inside the cylindrical frame 6 of the electric motor 100 by shrink fitting, press fitting, welding, or the like.
- the frame 6 is, for example, a part of a sealed container of the rotary compressor 500 (FIG. 18).
- FIG. 4 is a plan view showing the first iron core 10A.
- the first iron core 10A is composed of a laminate in which electromagnetic steel sheets having a thickness (t1) of 0.25 to 0.35 mm are laminated in the axial direction.
- t1 thickness of 0.25 to 0.35 mm
- a non-oriented electrical steel sheet is used as the electrical steel sheet, but the invention is not limited to this.
- the first iron core 10A has a yoke 12A extending in the circumferential direction and a plurality (here, nine) teeth 11A extending radially inward from the yoke 12A.
- the yoke 12A has an outer peripheral surface 16A that contacts the inner peripheral surface of the frame 6 (FIG. 3).
- first iron core 10A a portion corresponding to the divided core 5 (a portion including one tooth 11A each) is referred to as a first divided iron core portion 5A. That is, the first iron core 10A is divided into a plurality (here, nine) first divided iron core portions 5A in the circumferential direction.
- connection part 15 made of, for example, a circular caulking portion is formed.
- the connection part 15 is arrange
- the connecting portion 15 is a portion that connects the first divided core portions 5A adjacent to each other in the circumferential direction.
- the plurality of first divided iron core portions 5A constituting the first iron core 10A are connected so as to be rotatable about the connecting portion 15. That is, the first iron core 10A can be developed in a strip shape (see FIG. 10) and combined in a ring shape.
- the connecting portion 15 is not limited to the crimped portion, and may be a thin portion, which will be described later.
- FIG. 5A is a plan view showing the first divided iron core portion 5A (first iron core 10A).
- first iron core 10A first iron core 10A
- the central portion in the circumferential direction of the yoke 12A is continuous with the teeth 11A.
- a tooth front end portion 13A that faces the outer peripheral surface of the rotor 2 is formed on the radially inner side of the tooth 11A.
- the teeth tip portion 13A is wider than the other portions of the teeth 11A, and has protruding portions 14A on both sides in the circumferential direction.
- the yoke 12A has an end face 17A that forms one end in the circumferential direction and an end face 18A that forms the other end in the circumferential direction.
- the connecting portion 15 is formed between the outer peripheral surface 16A and the end surface 18A.
- the end faces 17A and 18A correspond to divided surfaces.
- the end surfaces 17A and 18A of the yoke 12A of the first divided iron core portion 5A are respectively in the circumferential direction adjacent to the first divided iron core portion 5A. It contacts the end faces 18A and 17A of the yoke 12A.
- a recess (notch) 19 is formed in the outer peripheral surface 16A of the yoke 12A.
- the concave portion 19 is a portion for chucking the stator 1 with a jig in a winding step (FIG. 12) described later.
- a caulking part (tea squeezing part) 101 is formed at the radial center of the teeth 11A.
- crimped portions (yoke crimped portions) 102 and 103 are formed on both sides in the circumferential direction of the concave portion 19 of the yoke 12A.
- the caulking part 101 of the teeth 11 and the caulking parts 102 and 103 of the yoke 12 fix the electromagnetic steel sheets adjacent in the axial direction to each other.
- High dimensional accuracy and high rigidity of the first iron core 10 ⁇ / b> A (the teeth 11 ⁇ / b> A and the yoke 12 ⁇ / b> A) can be obtained by fixing the electromagnetic steel plate with the crimping portion 101 of the tooth 11 and the crimping portions 102 and 103 of the yoke 12.
- the caulking portion 101 is not limited to the central portion of the tooth 11 ⁇ / b> A, and may be provided, for example, at both circumferential ends of the tooth distal end portion 13 or the circumferential central portion of the tooth distal end portion 13.
- FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the second iron core 10B.
- the second iron core 10B is made of an amorphous metal or a nanocrystalline metal.
- the second iron core 10B is constituted by a laminated body in which thin strips having a thickness of 0.02 mm to 0.05 mm are laminated in the axial direction, or a molded body in which powder is compression-molded.
- the second iron core 10B is fixed to the first iron core 10A (FIG. 4) with an adhesive or a resin.
- the second iron core 10B when the second iron core 10B is formed of a laminate of amorphous metal ribbons, the second iron core 10B may be annealed in order to remove distortion generated during molding and improve magnetic characteristics.
- the second iron core 10B has a yoke 12B extending in the circumferential direction and a plurality (here, nine) teeth 11B extending radially inward from the yoke 12B.
- the yoke 12B has an outer peripheral surface 16B that faces the inner peripheral surface of the frame 6 (FIG. 3).
- a portion corresponding to the divided core 5 (a portion including one tooth 11B) is referred to as a second divided iron core portion 5B. That is, the second iron core 10B is divided into a plurality of (here, nine) second divided iron core portions 5B in the circumferential direction. A gap G is formed between the second divided core portions 5B adjacent in the circumferential direction.
- FIG. 5B is a plan view showing the second divided iron core portion 5B (second iron core 10B).
- the central portion in the circumferential direction of the yoke 12B is continuous with the teeth 11B.
- a tooth front end portion 13B that faces the outer peripheral surface of the rotor 2 is formed on the radially inner side of the tooth 11B.
- Teeth tip part 13B is wider than the other part of teeth 11B, and has protrusions 14B on both sides in the circumferential direction.
- the yoke 12B has an end face 17B that forms one end in the circumferential direction and an end face 18B that forms the other end in the circumferential direction.
- the teeth 11B and the yoke 12B of the second iron core 10B are not provided with the caulking portions 101, 102, 103 (FIG. 4A) of the first iron core 10A.
- FIG. 7 is a diagram showing the first divided core portion 5A and the second divided core portion 5B in an overlapping manner.
- the outer peripheral surface 16B of the yoke 12B is located radially inward from the outer peripheral surface 16A of the yoke 12A.
- the end surfaces 17B and 18B of the yoke 12B in the second divided iron core portion 5B are positioned on the inner side in the circumferential direction from the end surfaces 17A and 18A of the yoke 12A in the first divided iron core portion 5A.
- the yokes 12A and 12B have the same contour shape except for the outer peripheral surfaces 16A and 16B and both end surfaces 17A, 18A, 17B and 18B in the circumferential direction.
- the teeth 11A and 11B have the same contour shape.
- FIG. 8 is a diagram showing the positional relationship between the first iron core 10A and the second iron core 10B.
- the outer peripheral surface 16B of the yoke 12B is located radially inward with respect to the outer peripheral surface 16A of the yoke 12A.
- the distance r2 from the axis C1 to the outer peripheral surface 16B of the yoke 12B is smaller than the distance r1 from the axis C1 to the outer peripheral surface 16A of the yoke 12A.
- the outer peripheral surface 16A of the yoke 12A contacts the frame 6, but the outer peripheral surface 16B of the yoke 12B is separated from the frame 6. Accordingly, external force from the frame 6 acts on the first iron core 10A, but external force from the frame 6 does not act on the second iron core 10B.
- end surfaces 17B and 18B (FIG. 5B) of the yoke 12B in the second divided core portion 5B are more than the end surfaces 17A and 18A of the yoke 12A in the first divided core portion 5A (FIG. 5A).
- Each is located on the inner side in the circumferential direction. Therefore, a gap G (FIG. 6) is formed between the second divided core portions 5B adjacent in the circumferential direction. Accordingly, the external force from the adjacent second divided core portion 5B does not act on the second divided core portion 5B.
- the yoke 12A of the first iron core 10A is referred to as a “first yoke”, and the yoke 12B of the second iron core 10B is referred to as a “second yoke”.
- first tooth one tooth
- second tooth the adjacent tooth 11A
- third teeth the teeth 11B adjacent in the axial direction to the first teeth
- fourth teeth are referred to as “fourth teeth”.
- the first iron core 10A has split surfaces (17A, 18A) formed between adjacent teeth 11A in the yoke 12A (first yoke) (that is, between the first teeth and the second teeth). ) Can be said to be divided.
- the second iron core 10B is divided through a gap G formed between adjacent teeth 11B (that is, between the third tooth and the fourth tooth) in the yoke 12B (second yoke). You can say.
- FIG. 9 is a plan view showing a magnetic steel sheet 50 for forming the first iron core 10A.
- a plurality of steel plate portions 51 having a shape having the teeth 11 ⁇ / b> A and the yoke 12 ⁇ / b> A are punched out from the electromagnetic steel plate 50.
- a plurality of rows of nine steel plate portions 51 are punched out from the electromagnetic steel plate 50.
- the teeth 11A are oriented in opposite directions in two adjacent rows, and between the adjacent teeth 11A in one row (for example, the row indicated by reference symbol A1), the other row (for example, the row indicated by reference symbol A2). Teeth 11A is arranged. Thereby, more steel plate portions 51 can be punched out from the electromagnetic steel plate 50.
- a plurality of steel plate portions 51 punched out from the electromagnetic steel plate 50 are laminated in the axial direction and fixed by caulking portions 101, 102, 103, whereby the first divided iron core portion 5A shown in FIG. Form.
- a plurality of first divided core parts 5 ⁇ / b> A are arranged in a band shape and connected to each other by a connecting part 15, thereby forming a first iron core 10 ⁇ / b> A.
- FIG. 11 is a plan view showing a ribbon 52 of amorphous metal or nanocrystalline metal for forming the second iron core 10B.
- a plurality of ribbon portions 53 having a shape having teeth 11B and a yoke 12B are punched out from the amorphous metal or nanocrystalline metal ribbon 52.
- two rows of a plurality of strip portions 53 are punched out from the strip 52.
- the direction of teeth 11A is opposite to each other in two adjacent rows, and the teeth 11B in the other row are arranged between the adjacent teeth 11B in one row. Thereby, it is possible to punch more strip portions 53 from the strip 52.
- stator core 10 in which the divided cores 5 are arranged in a strip shape is formed.
- an insulator 30 (FIG. 2) is formed on the stator core 10.
- the insulator 30 may be molded integrally with the stator core 10 by, for example, setting the stator core 10 in a mold and filling the resin, or a pre-molded resin molded body may be molded into the stator core 10. It may be formed by fitting in.
- FIG. 12B are schematic views for explaining the winding process.
- the split cores 5 for winding are fixed to the winding positions with a jig, The split core 5 is rotated around the connecting portion 15 so that the interval between adjacent teeth 11 is widened. Thereby, a wide space is formed around the teeth 11 where the winding is performed.
- the winding 3 is wound around the teeth 11 of the split core 5 fixed at the winding position by using the winding nozzle 7 of the winding device.
- the winding nozzle 7 rotates around the teeth 11 as shown by an arrow R ⁇ b> 2 in FIG. 12B, and winds the winding 3 around the teeth 11.
- stator core 10 After winding the winding 3 around each tooth 11, the stator core 10 is assembled in an annular shape as shown in FIG. At this time, the butted portions (indicated by reference sign W in FIG. 1) of the split cores 5 at both ends of the stator core 10 are butted together and welded.
- stator 1 including the stator core 10, the insulator 30, and the winding 3 is completed. Thereafter, the stator 1 is assembled inside the frame 6 by shrink fitting, press fitting, or welding. As described above, among the stator cores 10, the first iron core 10 ⁇ / b> A contacts the frame 6, but the second iron core 10 ⁇ / b> B does not contact the frame 6.
- FIG. 13 is a view showing an electromagnetic steel plate 54 for forming the rotor core 21.
- a steel plate portion 55 having the shape of the rotor core 21 having the magnet insertion hole 22, the flux barrier 23, and the center hole 26 is punched out from the electromagnetic steel plate 54 shown in FIG.
- a plurality of steel plate portions 55 punched out from the electromagnetic steel plate 54 are stacked in the axial direction, and fixed from both sides in the axial direction by the fixing members 41 and 42 (FIG. 3), whereby the rotor core 21 shown in FIG. Form.
- the rotor 2 is formed by inserting the permanent magnet 25 into the magnet insertion hole 22 of the rotor core 21 and inserting the shaft 60 into the center hole 26. Thereafter, the rotor 2 is inserted inside the stator 1 mounted in the frame 6. Thereby, the electric motor 100 shown in FIG. 1 is completed.
- the first iron core 10A, the second iron core 10B, and the rotor iron core 21 are formed in separate steps as shown in FIGS. 9, 11, and 13, although the materials or the thicknesses of the electromagnetic steel sheets are different from each other. Therefore, a high material yield can be obtained and the manufacturing cost of the electric motor 100 can be suppressed.
- FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the operation of the stator 1 of this embodiment.
- the first core 10 ⁇ / b> A made of an electromagnetic steel plate is fixed inside the frame 6 by shrink fitting, press fitting, welding, or the like.
- the second iron core 10 ⁇ / b> B made of amorphous metal or nanocrystalline metal is separated from the frame 6.
- the stator core 10 (first iron core 10A and second iron core 10B) faces the outer peripheral surface of the rotor 2. Magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 flows into the teeth 11 from the tooth tip 13 (FIG. 3), and flows in the teeth 11 outward in the radial direction. The magnetic flux that has flowed through the teeth 11 flows into the yoke 12 and further flows through the yoke 12 in the circumferential direction. In this way, a path (magnetic path) of magnetic flux passing through the teeth 11 and the yoke 12 is formed, and torque for rotating the rotor 2 is generated by the action of the magnetic flux and the current flowing through the winding 3.
- the second iron core 10B is made of an amorphous metal or a nanocrystalline metal.
- the amorphous metal is amorphous and has no directionality, and the nanocrystalline metal is refined to the order of 10 ⁇ m in crystal grains. Therefore, both have excellent magnetic properties and low magnetoresistance. Therefore, a large amount of magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 flows to the teeth 11B, so that iron loss in the teeth 11 is reduced.
- the electrical steel sheet constituting the first iron core 10A is not as remarkable as an amorphous metal, it has a property of increasing the magnetic resistance when subjected to compressive stress. Therefore, when compressive stress from the frame 6 is applied to the first iron core 10A, the magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 is less likely to flow to the teeth 11A of the first iron core 10A. As a result, the magnetic flux flowing in the teeth 11B of the second iron core 10B made of amorphous metal or nanocrystalline metal (and thus having low magnetic resistance) increases, and the iron loss in the teeth 11 can be further reduced.
- the total thickness of the first iron core 10A (L1 + L3 + L5 shown in FIG. 3) is smaller than the total thickness (L2 + L4) of the second iron core 10B, the area where the teeth 11A face the rotor 2 The area where the teeth 11B face the rotor 2 is larger than that. Therefore, the magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 flows more easily into the teeth 11B than in the teeth 11A, and the iron loss in the teeth 11 can be further reduced.
- the decrease in magnetic resistance when subjected to compressive stress is more remarkable than that of the electromagnetic steel sheet.
- the second iron core 10B has a smaller outer diameter than the first iron core 10A and does not contact the frame 6, the compressive stress applied to the second iron core 10B can be suppressed. Therefore, an increase in the magnetic resistance of the second iron core 10B can be suppressed.
- the mechanical strength of the second iron core 10B may be reduced. Since the iron core 10B does not contact the frame 6, damage to the second iron core 10B can be suppressed.
- the stator core 10 includes the first iron core 10A made of an electromagnetic steel plate and the second iron core made of an amorphous metal or a nanocrystalline metal. 10B are arranged in the axial direction. Therefore, the magnetic flux of the rotor 2 is more likely to flow to the second iron core 10B than to the first iron core 10A, and iron loss can be reduced.
- the outer diameter of the second iron core 10B is smaller than the outer diameter of the first iron core 10A.
- an external force from the frame 6 can be received by the first iron core 10A. Therefore, an increase in the magnetic resistance of the second iron core 10B can be suppressed, and the iron loss can be effectively reduced.
- the first iron core 10A is divided into a plurality of divided surfaces (17A, 18A) formed between adjacent teeth 11A, and is connected at the end on the outer peripheral surface side of the yoke 12A. Therefore, in the winding process, the split core 5 can be rotated around the connecting portion 15 to form a wide space around the teeth 11, and the winding process is simplified. In addition, a high-density winding is possible with respect to the cross-sectional area of the slot, and a highly efficient electric motor 100 can be obtained.
- the connecting portion 15 is formed of a circular crimping portion, the plurality of first divided core portions 5A of the first iron core 10A can be rotatably connected with a simple configuration.
- the first iron core 10A is disposed at both ends and the center of the stator core 10 in the axial direction, sufficient strength of the stator core 10 can be obtained.
- the second iron core 10B is divided in the circumferential direction across the gap G formed between the adjacent teeth 11B, no external force acts between the adjacent second divided iron core portions 5B. Therefore, an increase in the magnetic resistance of the second iron core 10B can be suppressed.
- the teeth 11A are larger than the area facing the rotor 2.
- the area where 11B faces the rotor 2 is larger.
- the second iron core 10B is composed of a laminated body in which a plurality of thin ribbons are laminated or a compression molding body of powder, the second iron core 10B can be easily manufactured. Further, by interposing an adhesive between the plurality of ribbons, the second iron cores 10B can be firmly integrated with each other, and eddy current loss can be reduced. Also, annealing the amorphous metal ribbon stack removes the strain generated during molding and improves the magnetic properties.
- each electromagnetic steel sheet constituting the first iron core 10A the thickness t2 of each ribbon constituting the second iron core 10B, and the thickness tr of each electromagnetic steel sheet constituting the rotor core 21 Satisfying t2 ⁇ t1 ⁇ tr, the following effects can be obtained.
- the rotor core 21 in which the change in magnetic flux is small and the iron loss is less likely to occur is composed of the electromagnetic steel sheet of the stator core 10 and the electromagnetic steel sheet that is thicker and cheaper than the ribbon, thereby reducing the manufacturing cost of the rotor core 21. can do. Further, the influence of plastic deformation due to the press working of the rotor core 21 is mitigated and the strength is improved, so that high-speed driving is possible. Further, the thin ribbon constituting the second iron core 10B in which the magnetic flux from the permanent magnet 25 is easy to flow is made thinner than the electromagnetic steel plate constituting the first iron core 10A in which the magnetic flux from the permanent magnet 25 is difficult to flow. The iron loss in the core 10 can be reduced, and the highly efficient electric motor 100 can be obtained.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the electric motor of the first modification of the first embodiment.
- the stator core 10 of the first embodiment has the first iron core 10A at both ends and the center in the axial direction (FIG. 3).
- the stator core 10 of the first modification has the first iron core 10A only at both ends in the axial direction.
- the second iron core 10B is disposed between the two first iron cores 10A.
- the total thickness (L11 + L13) of the first core 10A is the second It is smaller than the thickness (L12) of the iron core 10B. That is, the magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 tends to flow to the second iron core 10B.
- the portion of the stator core 10 excluding both axial end portions is constituted by the second iron core 10B, so that the magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 is the second iron core 10B. Easy to flow into. Therefore, iron loss can be reduced more effectively. Further, since the first iron core 10 ⁇ / b> A is disposed at both axial ends of the stator core 10, sufficient strength of the stator core 10 can be obtained.
- FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of the electric motor of the second modification of the first embodiment.
- the axial length of the stator core 10 is the same as the axial length of the rotor core 21 (FIG. 3).
- the axial length of the stator core 10 is longer than the axial length of the rotor core 21.
- the first iron cores 10 ⁇ / b> A at both axial ends of the stator core 10 are arranged on the outer side in the axial direction than both axial ends of the rotor core 21. Therefore, the area where the rotor core 21 and the second iron core 10B face each other is larger than that in the first embodiment.
- the first embodiment is the same as the first embodiment in that the total thickness of the first iron core 10A is smaller than the total thickness of the second iron core 10B.
- FIG. 16 shows an example in which the second iron core 10B is formed of a molded body obtained by compression-molding amorphous metal or nanocrystalline metal powder, but a thin ribbon laminate of amorphous metal or nanocrystalline metal. You may comprise.
- the first iron core 10A at both axial ends of the stator core 10 is disposed on the outer side in the axial direction from both axial ends of the rotor core 21, so that the rotor core 21 And the area where the second iron core 10B opposes can be increased. Therefore, the magnetic flux from the permanent magnet 25 of the rotor 2 easily flows to the second iron core 10B, and the iron loss can be reduced more effectively.
- the first iron core 10 ⁇ / b> A is provided at both ends and the center in the axial direction of the stator core 10, but in the axial direction of the stator core 10 as in the second modification (FIG. 15).
- the first iron core 10A may be provided only at both ends.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the electric motor of the third modification of the first embodiment.
- segmentation iron core part 5A of 10 A of 1st iron cores was comprised by the round crimping part (FIG. 6).
- segmentation iron core part 5A of 10 A of 1st iron cores is comprised by the thin part.
- split surfaces 81 are formed at both ends in the circumferential direction of the yoke 12A of each first split core portion 5A.
- the dividing surface 81 extends radially outward from the inner peripheral surface of the yoke 12A toward the outer peripheral surface 16A, but does not reach the outer peripheral surface 16A.
- a hole 80 is formed at the end of the dividing surface 81 (that is, the radially outer end).
- the thin portion between the hole 80 of the yoke 12A and the outer peripheral surface 16A is a plastically deformable portion, and this thin portion constitutes the connecting portion 8.
- the connecting portion 8 supports the first split core portion 5A so as to be rotatable by plastic deformation.
- the second iron core 10B is configured similarly to the first embodiment (FIG. 6), and is fixed to the first iron core 10A by bonding or the like.
- the plurality of first divided core parts 5A of the first iron core 10A are integrated by the connecting part 8 that is a thin part, so that the connecting part 8 is centered in the winding process.
- the split core 5 can be rotated to form a wide space around the teeth 11 and the winding process is simplified. Further, a high-density winding is possible with respect to the cross-sectional area of the slot, and a highly efficient electric motor can be obtained.
- the arrangement in the axial direction of the first iron core 10A described in the first modification (FIG. 15) or the second modification (FIG. 16) may be applied to the third modification.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of the rotary compressor 500.
- the rotary compressor 500 includes an airtight container 507, a compression element 501 disposed in the airtight container 507, and an electric motor 100 that drives the compression element 501.
- the compression element 501 includes a cylinder 502 having a cylinder chamber 503, a shaft 60 rotated by the electric motor 100, a rolling piston 504 fixed to the shaft 60, and a vane (not shown) that divides the cylinder chamber 503 into a suction side and a compression side. And an upper frame 505 and a lower frame 506 that insert the shaft 60 and close the axial end surface of the cylinder chamber 503. An upper discharge muffler 508 and a lower discharge muffler 509 are mounted on the upper frame 505 and the lower frame 506, respectively.
- the sealed container 507 is a cylindrical container formed by drawing a steel plate having a thickness of 3 mm, for example. Refrigerating machine oil (not shown) that lubricates the sliding portions of the compression element 501 is stored at the bottom of the sealed container 507.
- the shaft 60 is rotatably held by an upper frame 505 and a lower frame 506 as bearing portions.
- the cylinder 502 includes a cylinder chamber 503 inside, and the rolling piston 504 rotates eccentrically within the cylinder chamber 503.
- the shaft 60 has an eccentric shaft portion, and a rolling piston 504 is fitted to the eccentric shaft portion.
- the sealed container 507 has a cylindrical frame 6.
- the stator 1 of the electric motor 100 is incorporated inside the frame 6 by a method such as shrink fitting, press fitting, or welding. Electric power is supplied to the winding 3 of the stator 1 from a glass terminal 511 fixed to the hermetic container 507.
- the shaft 60 is fixed to a center hole 26 formed at the center of the rotor core 21 (FIG. 1) of the rotor 2.
- An accumulator 510 that stores refrigerant gas is attached to the outside of the sealed container 507.
- a suction pipe 513 is fixed to the sealed container 507, and refrigerant gas is supplied from the accumulator 510 to the cylinder 502 via the suction pipe 513.
- a discharge pipe 512 for discharging the refrigerant to the outside is provided at the upper part of the sealed container 507.
- refrigerant for example, R410A, R407C, or R22 can be used. Moreover, it is desirable to use a low GWP (global warming potential) refrigerant from the viewpoint of preventing global warming.
- GWP global warming potential
- the operation of the rotary compressor 500 is as follows.
- the refrigerant gas supplied from the accumulator 510 is supplied into the cylinder chamber 503 of the cylinder 502 through the suction pipe 513.
- the shaft 60 rotates together with the rotor 2.
- the rolling piston 504 fitted to the shaft 60 rotates eccentrically in the cylinder chamber 503, and the refrigerant is compressed in the cylinder chamber 503.
- the refrigerant compressed in the cylinder chamber 503 passes through the discharge mufflers 508 and 509, and further rises in the sealed container 507 through a hole (not shown) provided in the rotor core 21.
- the refrigerant rising in the sealed container 507 is discharged from the discharge pipe 512 and supplied to the high-pressure side of the refrigeration cycle.
- the refrigerating machine oil is mixed in the refrigerant compressed in the cylinder chamber 503, the separation of the refrigerant and the refrigerating machine oil is promoted when passing through the hole provided in the rotor core 21, and the refrigerating machine oil Inflow to the discharge pipe 512 is prevented.
- the rotary compressor 500 can be applied to the electric motor 100 described in the first embodiment and each modification, and the electric motor 100 has a small iron loss and sufficient strength. Therefore, the energy efficiency and reliability of the rotary compressor 500 can be improved.
- the electric motor 100 of Embodiment 1 and each modification can be used not only for the rotary compressor 500 but also for other types of compressors.
- FIG. 19 is a diagram showing a configuration of the refrigeration air conditioner 600.
- 19 includes a compressor (rotary compressor) 500, a four-way valve 601, a condenser 602, a decompression device (expander) 603, an evaporator 604, a refrigerant pipe 605, And a control unit 606.
- the compressor 500, the condenser 602, the decompression device 603, and the evaporator 604 are connected by a refrigerant pipe 605 to constitute a refrigeration cycle.
- the operation of the refrigerating and air-conditioning apparatus 600 is as follows.
- the compressor 500 compresses the sucked refrigerant and sends it out as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant.
- the four-way valve 601 switches the flow direction of the refrigerant.
- the refrigerant sent from the compressor 500 flows to the condenser 602.
- the condenser 602 exchanges heat between the refrigerant sent from the compressor 500 and air (for example, outdoor air), condenses and liquefies the refrigerant, and sends it out.
- the decompression device 603 expands the liquid refrigerant sent out from the condenser 602 and sends it out as a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant.
- the evaporator 604 exchanges heat between the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent out from the decompression device 603 and air (for example, indoor air), causes the refrigerant to take away the heat of the air, and evaporates (vaporizes) the gas refrigerant. Send out as.
- the air from which heat has been removed by the evaporator 604 is supplied to a target space (for example, a room) by a blower (not shown).
- the operations of the four-way valve 601 and the compressor 500 are controlled by the control unit 606.
- the electric motor 100 described in each embodiment can be applied to the compressor 500 of the refrigerating and air-conditioning apparatus 600, and the electric motor 100 has a small iron loss and sufficient strength. Therefore, the energy efficiency and reliability of the refrigeration air conditioner 600 can be improved.
- components other than the compressor 500 in the refrigerating and air-conditioning apparatus 600 are not limited to the above-described configuration example.
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Abstract
固定子(100)は、電磁鋼板で構成される第1の鉄心(10A)と、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成される第2の鉄心(10B)とを備える。第1の鉄心(10A)は、軸線(C1)を中心とする周方向に延在する第1のヨーク(12A)と、第1のヨーク(12A)から軸線(C1)に向かって延在する第1のティース(11A)および第2のティース(11A)とを有する。第2の鉄心(10B)は、第1のヨーク(12B)に対して軸線(C1)の方向に隣接する第2のヨーク(12B)と、第1のティース(11A)および第2のティース(11A)に対して軸線(C1)の方向に隣接する第3のティース(11B)および第4のティース(11B)とを有する。第1の鉄心(10A)は、第1のヨーク(12A)において第1のティース(11A)と第2のティース(11A)との間に形成された分割面で分割され、分割面よりも外周側で一体に形成されている。軸線(C1)から第2のヨーク(12B)の外周面(16B)までの距離(r2)は、軸線(C1)から第1のヨーク(12A)の外周面(16A)までの距離よりも小さい。
Description
本発明は、固定子、電動機、圧縮機、および冷凍空調装置に関する。
電動機の鉄損を低減するために、固定子鉄心の一部を、アモルファス金属またはナノ結晶金属の鉄心片の積層体で構成したものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。また、電動機の固定子鉄心を、低損失磁性材料のシートの積層体で構成したものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。
固定子鉄心をアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成することは、鉄損の低減には効果的である。しかしながら、アモルファス金属およびナノ結晶金属は、圧縮応力を受けた際の磁気抵抗の増加が大きいため、固定子鉄心を焼き嵌め等によりフレームの内側に組み込んだ場合に、圧縮応力を受けて磁気抵抗が増加し、鉄損の増加を招く可能性がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、鉄損をより効果的に低減することができる固定子を提供することを目的とする。
本発明の固定子は、軸線を中心とする周方向に延在する第1のヨークと、第1のヨークから軸線に向かって延在する第1のティースおよび第2のティースとを有し、電磁鋼板で構成された第1の鉄心と、第1のヨークに対して軸線の方向に隣接する第2のヨークと、第1のティースおよび第2のティースに対して軸線の方向に隣接する第3のティースおよび第4のティースとを有し、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心とを備える。第1の鉄心は、第1のヨークにおいて第1のティースと第2のティースとの間に形成された分割面で分割され、且つ第1のヨークの外周面側で連結される。軸線から第2のヨークの外周面までの距離は、軸線から第1のヨークの外周面までの距離よりも小さい。
この発明によれば、第2の鉄心がアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成されているため、鉄損を低減することができる。また、第1の鉄心が分割面で分割され、且つ第1のヨークの外周側で連結されているため、各ティースに巻線を行う際には、第1のヨークの分割面を挟んだ両側部分を連結部で回動させて、第1のティースと第2のティースとの間隔を広げることができ、巻線作業を簡単にすることができる。さらに、軸線から第2のヨークの外周面までの距離が、軸線から第1のヨークの外周面までの距離よりも小さいため、固定子をフレーム等に組み込んだ場合に、フレームからの外力を第1の鉄心(電磁鋼板)で受けることができる。そのため、第2の鉄心の磁気抵抗の増加を抑制することができ、鉄損の低減効果を高めることができる。
実施の形態1.
<電動機の構成>
本発明の実施の形態1の電動機100について説明する。図1は、本発明の実施の形態1における電動機100の構成を示す断面図である。この電動機100は、回転子2に永久磁石25が埋め込まれた永久磁石埋込型電動機であり、例えばロータリ圧縮機500(図18参照)に用いられる。
<電動機の構成>
本発明の実施の形態1の電動機100について説明する。図1は、本発明の実施の形態1における電動機100の構成を示す断面図である。この電動機100は、回転子2に永久磁石25が埋め込まれた永久磁石埋込型電動機であり、例えばロータリ圧縮機500(図18参照)に用いられる。
電動機100は、インナーロータ型と呼ばれる電動機であり、固定子1と、固定子1の内側に回転可能に設けられた回転子2とを有する。固定子1と回転子2との間には、例えば0.3~1.0mmのエアギャップが形成されている。なお、図1は、回転子2の回転軸(軸線C1)に直交する面における断面図である。
以下では、回転子2の回転軸である軸線C1の方向を、単に「軸方向」と称する。また。軸線C1を中心とする周方向を、単に「周方向」と称する。また、軸線C1を中心とする固定子1および回転子2の半径方向を、単に「径方向」と称する。他の図においても、矢印C1は軸方向を示し、矢印R1は周方向を示す。
固定子1は、固定子鉄心10と、固定子鉄心10に巻き付けられた巻線3とを有する。固定子鉄心10は、第1の鉄心10Aおよび第2の鉄心10B(図3)を有するが、これについては後述する。
固定子鉄心10は、軸線C1を中心とする環状のヨーク12と、ヨーク12から径方向内側(すなわち軸線C1に向かう方向)に延在する複数のティース11とを有している。ティース11は、回転子2の外周面に対向するティース先端部13を有している。ティース先端部13は、幅(周方向の長さ)がティース11の他の部分よりも広く形成されている。すなわち、ティース先端部13は、周方向の両側に、周方向に突出する突出部14を有している。
ここでは、9つのティース11が周方向に一定間隔で配置されているが、ティース11の数は2以上であればよい。周方向に隣り合うティース11の間には、巻線3を配置する空間であるスロットが形成される。
また、固定子鉄心10は、ティース11毎に複数(ここでは9つ)の分割コア5が周方向に連結された構成を有している。分割コア5は、ヨーク12の外周側の端部に設けられた連結部15で互いに連結されている。連結部15は、例えば、円形のカシメ部で形成されている。
回転磁界を発生させる巻線3は、例えばマグネットワイヤを、絶縁部であるインシュレータ30(図2)を介してティース11に巻き付けたものである。巻線3の巻き数および直径(線径)は、要求される特性(回転数、トルク等)、印加電圧およびスロットの断面積に応じて決定される。巻線3は、集中巻きで巻かれ、Y結線により結線されている。
図2は、固定子鉄心10(分割コア5)とインシュレータ30と巻線3とを示す図である。インシュレータ30は、ティース11の周方向の両側面111に形成された周壁部31と、ヨーク12の内周面121に形成された外側壁部32と、ティース11の突出部14の外周面に形成された内側壁部33とを有している。
周壁部31と外側壁部32と内側壁部33とで囲まれた領域に、巻線3が配置される。また、インシュレータ30の周壁部31は、ティース11の軸方向における両端面にも形成されている(図3参照)。各ティース11には、インシュレータ30を介して、例えば直径1.0mmのマグネットワイヤが80ターン巻き付けられ、巻線3を構成する。
図1に戻り、回転子2は、円筒状の回転子鉄心21と、回転子鉄心21に取り付けられた永久磁石25と、回転子鉄心21の中央部に配置されたシャフト60とを有する。シャフト60は、例えば、ロータリ圧縮機500(図18)のシャフトである。回転子鉄心21は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、その軸方向の両端部を固定部材41,42(図3)で締結したものである。
回転子鉄心21を構成する電磁鋼板の厚さtrは、例えば0.35~0.5mmであり、後述する第1の鉄心10A(図3)の電磁鋼板の厚さt1(0.25~0.35mm)以上であることが望ましい。
回転子鉄心21の外周面に沿って、永久磁石25が挿入される複数(ここでは6つ)の磁石挿入孔22が形成されている。磁石挿入孔22は、回転子鉄心21を軸方向に貫通する貫通孔である。磁石挿入孔22の数(すなわち磁極数)は6に限らず、2以上であればよい。隣り合う磁石挿入孔22の間は、極間となる。
永久磁石25は、軸方向に長い平板状の部材であり、回転子鉄心21の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有している。永久磁石25の厚さは、例えば2mmである。永久磁石25は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびボロン(B)を主成分とする希土類磁石で構成されている。永久磁石25は、厚さ方向に着磁されている。
ここでは、1つの磁石挿入孔22に1つの永久磁石25を配置しているが、1つの磁石挿入孔22に複数の永久磁石25を周方向に並べて配置してもよい。この場合、同じ磁石挿入孔22内の複数の永久磁石25は、互いに同一の極が径方向外側を向くように着磁される。
磁石挿入孔22の周方向両端部には、フラックスバリア(漏れ磁束抑制穴)23が形成されている。フラックスバリア23は、隣り合う永久磁石25の間の漏れ磁束を抑制するものである。フラックスバリア23と回転子鉄心21の外周との間の鉄心部分は、隣り合う永久磁石25の間の磁束の短絡を抑制するため、薄肉部となっている。薄肉部の厚さは、回転子鉄心21を構成する電磁鋼板の厚さと同じであることが望ましい。
図3は、電動機100の構成を示す、軸線C1を含む面における断面図である。固定子鉄心10は、電磁鋼板の積層体で構成される第1の鉄心10Aと、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成される第2の鉄心10Bとを有している。第1の鉄心10Aおよび第2の鉄心10Bは、軸方向(軸線C1の方向)に交互に配置されている。特に、固定子鉄心10の少なくとも軸方向の両端部に、第1の鉄心10Aが配置されている。
ここでは、固定子鉄心10の軸方向の両側と中央に、第1の鉄心10Aがそれぞれ配置されている。そして、軸方向に隣り合う第1の鉄心10Aに挟み込まれるように、第2の鉄心10Bが配置されている。
固定子鉄心10の軸方向一端部(図3における上端部)に配置される第1の鉄心10Aの厚さ(軸方向の長さ)をL1とし、これに隣接する第2の鉄心10Bの厚さをL2とする。固定子鉄心10の軸方向中央に配置される第1の鉄心10Aの厚さをL3とし、これに隣接する第2の鉄心10Bの厚さをL4とし、固定子鉄心10の軸方向他端部(図3における下端部)に配置される第1の鉄心10Aの厚さをL5とする。
第1の鉄心10Aの厚さの合計(=L1+L3+L5)は、第2の鉄心10Bの厚さ(=L2+L4)の合計よりも小さい。回転子2の永久磁石25からの磁束が第2の鉄心10Bに流れやすくするためである。なお、第1の鉄心10Aの厚さと第2の鉄心10Bの厚さの合計L0は、ここでは回転子鉄心21の軸方向の長さL6と同じであるが、必ずしも同じである必要は無い(後述する図16参照)。
固定子鉄心10のうち、第1の鉄心10Aは、第2の鉄心10Bよりも径方向外側に突出している。第1の鉄心10Aは、電動機100の円筒状のフレーム6の内側に、焼き嵌め、圧入または溶接等によって組み込まれている。このフレーム6は、例えば、ロータリ圧縮機500(図18)の密閉容器の一部である。
図4は、第1の鉄心10Aを示す平面図である。第1の鉄心10Aは、厚さ(t1)が0.25~0.35mmの電磁鋼板を軸方向に積層した積層体で構成される。電磁鋼板としては、例えば無方向性電磁鋼板が用いられるが、これに限定されるものではない。
第1の鉄心10Aは、周方向に延在するヨーク12Aと、ヨーク12Aから径方向内側に延在する複数(ここでは9つ)のティース11Aとを有している。ヨーク12Aは、フレーム6(図3)の内周面に当接する外周面16Aを有している。
第1の鉄心10Aのうち、分割コア5に相当する部分(それぞれ1つのティース11Aを含む部分)を、第1の分割鉄心部5Aと称する。すなわち、第1の鉄心10Aは、周方向に複数(ここでは9つ)の第1の分割鉄心部5Aに分割されている。
ヨーク12Aの外周側の端部には、例えば円形のカシメ部で構成された連結部15が形成されている。連結部15は、それぞれの第1の分割鉄心部5Aの周方向の一端部に配置されている。連結部15は、周方向に隣り合う第1の分割鉄心部5Aを互いに連結する部分である。
この構成により、第1の鉄心10Aを構成する複数の第1の分割鉄心部5Aは、連結部15を中心として回動可能に連結される。すなわち、第1の鉄心10Aを帯状に展開し(図10参照)、また環状に組み合わせることができる。なお、連結部15は、カシメ部に限定されるものではなく、薄肉部であってもよいが、これについては後述する。
図5(A)は、第1の分割鉄心部5A(第1の鉄心10A)を示す平面図である。第1の分割鉄心部5Aでは、ヨーク12Aの周方向の中央部がティース11Aと連続している。ティース11Aの径方向内側には、回転子2の外周面に対向するティース先端部13Aが形成されている。ティース先端部13Aは、ティース11Aの他の部分よりも幅が広く、周方向の両側に突出部14Aを有している。
また、第1の分割鉄心部5Aでは、ヨーク12Aが、周方向の一端をなす端面17Aと、周方向の他端をなす端面18Aとを有している。なお、上記の連結部15は、外周面16Aと端面18Aとの間に形成されている。端面17A,18Aは、分割面に相当する。
第1の鉄心10Aを図4に示したように環状に組み合わせると、第1の分割鉄心部5Aのヨーク12Aの端面17A,18Aは、それぞれ、周方向に隣接する第1の分割鉄心部5Aのヨーク12Aの端面18A,17Aに当接する。
ヨーク12Aの外周面16Aには、凹部(切り欠き部)19が形成されている。凹部19は、後述する巻線工程(図12)において、固定子1を治具でチャックする部分である。
ティース11Aの径方向の中央部には、カシメ部(ティースカシメ部)101が形成されている。ヨーク12Aの凹部19の周方向の両側には、カシメ部(ヨークカシメ部)102,103が形成されている。
ティース11のカシメ部101およびヨーク12のカシメ部102,103は、軸方向に隣り合う電磁鋼板を互いに固定するものである。ティース11のカシメ部101およびヨーク12のカシメ部102,103で電磁鋼板を固定することにより、第1の鉄心10A(ティース11Aおよびヨーク12A)の高い寸法精度および高い剛性が得られる。
なお、カシメ部101は、ティース11Aの中央部に限らず、例えば、ティース先端部13の周方向両端部、あるいはティース先端部13の周方向中央部に設けてもよい。
図6は、第2の鉄心10Bの構成を示す平面図である。第2の鉄心10Bは、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成されている。また、第2の鉄心10Bは、厚さが0.02mm~0.05mmの薄帯を軸方向に積層した積層体、または粉体を圧縮成形した成形体で構成されている。第2の鉄心10Bは、接着剤または樹脂によって第1の鉄心10A(図4)に固定される。
アモルファス金属またはナノ結晶金属の薄帯を積層する場合には、電磁鋼板のようなカシメ部による固定は難しいため、積層する薄帯の間に接着剤を供給することで、複数の薄帯を互いに固定する。この場合、積層される薄帯の間に接着剤が介在するため、渦電流損を抑制する効果も得られる。
なお、第2の鉄心10Bを、アモルファス金属の薄帯の積層体によって形成する場合、成形時に生じた歪の除去と磁気特性の向上のため、第2の鉄心10Bを焼鈍してもよい。
第2の鉄心10Bは、周方向に延在するヨーク12Bと、ヨーク12Bから径方向内側に延在する複数(ここでは9つ)のティース11Bとを有している。ヨーク12Bは、フレーム6(図3)の内周面に対向する外周面16Bを有している。
第2の鉄心10Bのうち、分割コア5に対応する部分(それぞれ1つのティース11Bを含む部分)を、第2の分割鉄心部5Bと称する。すなわち、第2の鉄心10Bは、周方向に複数(ここでは9つ)の第2の分割鉄心部5Bに分割されている。周方向に隣り合う第2の分割鉄心部5Bの間には、空隙Gが形成される。
図5(B)は、第2の分割鉄心部5B(第2の鉄心10B)を示す平面図である。第2の分割鉄心部5Bでは、ヨーク12Bの周方向の中央部がティース11Bと連続している。ティース11Bの径方向内側には、回転子2の外周面に対向するティース先端部13Bが形成されている。ティース先端部13Bは、ティース11Bの他の部分よりも幅が広く、周方向の両側に突出部14Bを有している。
また、第2の分割鉄心部5Bでは、ヨーク12Bが、周方向の一端をなす端面17Bと、周方向の他端をなす端面18Bとを有している。なお、第2の鉄心10Bのティース11Bおよびヨーク12Bには、第1の鉄心10Aのカシメ部101,102,103(図4(A))は設けられていない。
図7は、第1の分割鉄心部5Aと第2の分割鉄心部5Bとを重ね合わせて示す図である。ヨーク12Bの外周面16Bは、ヨーク12Aの外周面16Aよりも径方向内側に位置している。また、第2の分割鉄心部5Bにおけるヨーク12Bの端面17B,18Bは、第1の分割鉄心部5Aにおけるヨーク12Aの端面17A,18Aよりも、それぞれ周方向内側に位置している。
ヨーク12A,12Bは、外周面16A,16Bおよび周方向の両端面17A,18A,17B,18Bを除き、互いに同一の輪郭形状を有している。ティース11A,11Bは、互いに同一の輪郭形状を有している。
図8は、第1の鉄心10Aと第2の鉄心10Bとの位置関係を示す図である。上記の通り、ヨーク12Bの外周面16Bは、ヨーク12Aの外周面16Aに対して径方向内側に位置している。言い換えると、軸線C1からヨーク12Aの外周面16Aまでの距離r1よりも、軸線C1からヨーク12Bの外周面16Bまでの距離r2が小さい。
そのため、ヨーク12Aの外周面16Aはフレーム6に当接するが、ヨーク12Bの外周面16Bはフレーム6から離間している。従って、第1の鉄心10Aにはフレーム6からの外力が作用するが、第2の鉄心10Bにはフレーム6からの外力は作用しない。
また、第2の分割鉄心部5Bにおけるヨーク12Bの端面17B,18B(図5(B))は、第1の分割鉄心部5Aにおけるヨーク12Aの端面17A,18A(図5(A))よりもそれぞれ周方向内側に位置している。そのため、周方向に隣り合う第2の分割鉄心部5Bの間には、空隙G(図6)が形成される。従って、第2の分割鉄心部5Bには、隣接する第2の分割鉄心部5Bからの外力が作用しない。
ここで、第1の鉄心10Aのヨーク12Aを「第1のヨーク」と称し、第2の鉄心10Bのヨーク12Bを「第2のヨーク」と称する。また、第1の鉄心10Aの9つのティース11Aのうち、1つのティースを「第1のティース」と称し、これに隣接するティース11Aを「第2のティース」と称する。同様に、第2の鉄心10Bの9つのティース11Bのうち、第1のティースに対して軸方向に隣接するティース11Bを「第3のティース」と称し、第2のティースに対して軸方向に隣接するティース11Bを「第4のティース」と称する。
この場合、第1の鉄心10Aは、ヨーク12A(第1のヨーク)において隣り合うティース11Aの間(すなわち第1のティースと第2のティースとの間)に形成された分割面(17A,18A)で分割されている、と言うことができる。
一方、第2の鉄心10Bは、ヨーク12B(第2のヨーク)において隣り合うティース11Bの間(すなわち第3のティースと第4のティースとの間)に形成された空隙Gを介して分割されている、と言うことができる。
<電動機の製造工程>
次に、電動機100の製造工程について説明する。図9は、第1の鉄心10Aを形成するための電磁鋼板50を示す平面図である。まず、電磁鋼板50から、ティース11Aとヨーク12Aとを有する形状の複数の鋼板部分51を打ち抜く。
次に、電動機100の製造工程について説明する。図9は、第1の鉄心10Aを形成するための電磁鋼板50を示す平面図である。まず、電磁鋼板50から、ティース11Aとヨーク12Aとを有する形状の複数の鋼板部分51を打ち抜く。
ここでは、電磁鋼板50から、9つの鋼板部分51の列を複数列打ち抜く。また、隣り合う2つの列でティース11Aの向きを互いに逆向きにし、一方の列(例えば符号A1で示す列)で隣り合うティース11Aの間に、他方の列(例えば符号A2で示す列)のティース11Aを配置する。これにより、電磁鋼板50からより多くの鋼板部分51を打ち抜くことができる。
次に、電磁鋼板50から打ち抜いた鋼板部分51を軸方向に複数枚積層し、カシメ部101,102,103で固定することにより、図5(A)に示した第1の分割鉄心部5Aを形成する。そして、図10に示すように、複数の第1の分割鉄心部5Aを帯状に配列し、連結部15で互いに連結することにより、第1の鉄心10Aを形成する。
図11は、第2の鉄心10Bを形成するためのアモルファス金属またはナノ結晶金属の薄帯52を示す平面図である。このアモルファス金属またはナノ結晶金属の薄帯52から、ティース11Bとヨーク12Bとを有する形状の複数の薄帯部分53を打ち抜く。
ここでは、薄帯52から、複数の薄帯部分53の列を2列打ち抜く。また、隣り合う2つの列でティース11Aの向きを互いに逆向きにし、一方の列で隣り合うティース11Bの間に、他方の列のティース11Bを配置する。これにより、薄帯52からより多くの薄帯部分53を打ち抜くことができる。
次に、薄帯52から打ち抜いた薄帯部分53を軸方向に複数枚積層し、接着により互いに固定することにより、図5(B)に示した第2の分割鉄心部5Bを形成する。そして、複数の第2の分割鉄心部5Bを、第1の鉄心10Aの各第1の分割鉄心部5A(図10)に固定する。これにより、分割コア5を帯状に配列した固定子鉄心10が形成される。
次に、固定子鉄心10にインシュレータ30(図2)を形成する。インシュレータ30は、例えば、固定子鉄心10を金型内にセットして樹脂を充填することにより固定子鉄心10と一体に成形してもよく、あるいは、予め成型した樹脂成型体を固定子鉄心10に嵌め込んで形成してもよい。
固定子鉄心10にインシュレータ30を形成したのち、巻線を行う。図12(A)および(B)は、巻線工程を説明するための模式図である。まず、図12(B)に示すように、複数の分割コア5を帯状に配列した固定子鉄心10のうち、巻線を行う分割コア5を巻線位置に治具で固定し、その両側の分割コア5を、隣り合うティース11の間隔が広がるように、連結部15を中心として回動させる。これにより、巻線を行うティース11の周囲に広い空間を形成する。
この状態で、巻線位置に固定した分割コア5のティース11の周囲に、巻線装置の巻線ノズル7を用いて巻線3を巻き付ける。巻線ノズル7は、図12(B)に矢印R2で示すようにティース11の周囲を回転し、ティース11の周囲に巻線3を巻き付ける。
各ティース11に巻線3を巻き付けたのち、図12(A)に示すように、固定子鉄心10を環状に組み立てる。このとき、固定子鉄心10の両端の分割コア5の突き合わせ部(図1に符号Wで示す)を互いに突き合わせ、溶接する。
これにより、固定子鉄心10とインシュレータ30と巻線3とを備えた固定子1が完成する。その後、固定子1をフレーム6の内側に、焼き嵌め、圧入、または溶接によって組み込む。上述したように、固定子鉄心10のうち、第1の鉄心10Aはフレーム6に当接するが、第2の鉄心10Bはフレーム6に当接しない。
図13は、回転子鉄心21を形成するための電磁鋼板54を示す図である。図13に示した電磁鋼板54から、磁石挿入孔22、フラックスバリア23および中心孔26を有する回転子鉄心21の形状を有する鋼板部分55を打ち抜く。次に、電磁鋼板54から打ち抜いた鋼板部分55を軸方向に複数枚積層し、固定部材41,42(図3)で軸方向両側から固定することにより、図3に示した回転子鉄心21を形成する。
さらに、回転子鉄心21の磁石挿入孔22に永久磁石25を挿入し、中心孔26にシャフト60を挿入することにより、回転子2を形成する。その後、回転子2を、フレーム6内に取り付けられた固定子1の内側に挿入する。これにより、図1に示した電動機100が完成する。
第1の鉄心10A、第2の鉄心10Bおよび回転子鉄心21は、互いに材料あるいは電磁鋼板の厚さが異なるが、図9、図11および図13に示したように別々の工程で形成されるため、高い材料歩留りを得ることができ、電動機100の製造コストを抑制することができる。
<固定子の作用>
図14は、この実施の形態の固定子1の作用を説明するための断面図である。上記の通り、固定子鉄心10のうち、電磁鋼板で構成された第1の鉄心10Aは、焼き嵌め、圧入または溶接等によって、フレーム6の内側に固定されている。一方、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心10Bは、フレーム6から離間している。
図14は、この実施の形態の固定子1の作用を説明するための断面図である。上記の通り、固定子鉄心10のうち、電磁鋼板で構成された第1の鉄心10Aは、焼き嵌め、圧入または溶接等によって、フレーム6の内側に固定されている。一方、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心10Bは、フレーム6から離間している。
固定子鉄心10(第1の鉄心10Aおよび第2の鉄心10B)は、回転子2の外周面に対向している。回転子2の永久磁石25からの磁束は、ティース先端部13(図3)からティース11に流入し、ティース11内を径方向外側に向かって流れる。ティース11内を流れた磁束は、ヨーク12に流入し、さらにヨーク12内を周方向に流れる。このようにして、ティース11およびヨーク12を通る磁束の通路(磁路)が形成され、磁束と巻線3を流れる電流との作用により、回転子2を回転させるトルクが発生する。
ここで、第2の鉄心10Bはアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成されているが、アモルファス金属は原子が非晶質で方向性を持たず、ナノ結晶金属は結晶粒が10μmオーダーまで微細化されているため、いずれも磁気特性に優れ、磁気抵抗が小さい。そのため、回転子2の永久磁石25からの磁束がティース11Bに多く流れることで、ティース11における鉄損が低減する。
また、第1の鉄心10Aを構成する電磁鋼板は、アモルファス金属ほど顕著ではないものの、圧縮応力を受けると磁気抵抗が増加する性質を有する。そのため、第1の鉄心10Aにフレーム6からの圧縮応力が加わると、回転子2の永久磁石25からの磁束が、第1の鉄心10Aのティース11Aには流れにくくなる。その結果、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された(従って磁気抵抗が小さい)第2の鉄心10Bのティース11Bに流れる磁束が増加し、ティース11における鉄損をさらに低減することができる。
また、第1の鉄心10Aの厚さの合計(図3に示したL1+L3+L5)は、第2の鉄心10Bの厚さの合計(L2+L4)よりも小さいため、ティース11Aが回転子2に対向する面積よりも、ティース11Bが回転子2に対向する面積の方が大きい。そのため、回転子2の永久磁石25からの磁束は、ティース11Aよりもティース11Bに流れやすく、ティース11における鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース11Bを流れた磁束は、その外周側のヨーク12Bに流入するため、回転子2の永久磁石25からの磁束の多くは、ヨーク12Aよりもヨーク12Bに流れる。そのため、ティース11と同様、ヨーク12における鉄損も低減することができる。
第2の鉄心10Bを構成するアモルファス金属またはナノ結晶金属は、圧縮応力を受けた際の磁気抵抗の低下が、電磁鋼板よりも顕著である。しかしながら、第2の鉄心10Bは第1の鉄心10Aよりも外径が小さく、フレーム6に当接しないため、第2の鉄心10Bに加わる圧縮応力を抑制することができる。そのため、第2の鉄心10Bの磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、第2の鉄心10Bをアモルファス金属粉末の圧縮成形体で構成した場合には、第2の鉄心10Bの機械的強度が低下する可能性があるが、この実施の形態1では、第2の鉄心10Bがフレーム6に当接しないため、第2の鉄心10Bの損傷を抑制することができる。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、固定子鉄心10が、電磁鋼板で構成された第1の鉄心10Aと、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心10Bとを軸方向に配列して構成されている。そのため、回転子2の磁束が第1の鉄心10Aよりも第2の鉄心10Bに流れやすくなり、鉄損を低減することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、固定子鉄心10が、電磁鋼板で構成された第1の鉄心10Aと、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心10Bとを軸方向に配列して構成されている。そのため、回転子2の磁束が第1の鉄心10Aよりも第2の鉄心10Bに流れやすくなり、鉄損を低減することができる。
また、アモルファス金属およびナノ結晶金属は、圧縮応力を受けると磁気抵抗が増加する性質を有するが、第2の鉄心10Bの外径が第1の鉄心10Aの外径よりも小さいため、固定子鉄心10をフレーム6に組み込むと、フレーム6からの外力を第1の鉄心10Aで受けることができる。そのため、第2の鉄心10Bの磁気抵抗の増加を抑制することができ、鉄損を効果的に低減することができる。
また、第1の鉄心10Aは、隣り合うティース11Aの間に形成された分割面(17A,18A)で複数に分割され、ヨーク12Aの外周面側の端部で連結されている。そのため、巻線工程において、連結部15を中心として分割コア5を回動させ、ティース11の周囲に広い空間を形成することができ、巻線工程が簡単になる。また、スロットの断面積に対して高密度の巻線が可能になり、高効率の電動機100が得られる。
また、連結部15が円形のカシメ部で形成されているため、簡単な構成で、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aを回動可能に連結することができる。
また、第1の鉄心10Aが、固定子鉄心10の軸方向の両端部および中央部に配置されているため、固定子鉄心10の十分な強度を得ることができる。
また、第2の鉄心10Bが、隣り合うティース11Bの間に形成された空隙Gを隔てて周方向に分割されているため、隣り合う第2の分割鉄心部5Bの間に外力が作用しない。そのため、第2の鉄心10Bの磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、第1の鉄心10Aの軸方向の長さ(厚さの合計)が、第2の鉄心10Bの軸方向の長さよりも小さいため、ティース11Aが回転子2に対向する面積よりも、ティース11Bが回転子2に対向する面積の方が大きくなる。その結果、回転子2の永久磁石25からの磁束が、固定子鉄心10のうち第2の鉄心10Bに流れやすくなり、鉄損を効果的に低減することができる。
また、第2の鉄心10Bが、複数の薄帯を積層した積層体、または粉体の圧縮成形体で構成されているため、第2の鉄心10Bの製造が容易になる。また、複数の薄帯の間に接着剤を介在させることで、第2の鉄心10Bをそれぞれ強固に一体化させ、また、渦電流損を低減することができる。また、アモルファス金属の薄帯の積層体を焼鈍することで、成形時に生じた歪を除去し、磁気特性を向上することができる。
また、第1の鉄心10Aを構成する各電磁鋼板の厚さt1と、第2の鉄心10Bを構成する各薄帯の厚さt2と、回転子鉄心21を構成する各電磁鋼板の厚さtrとが、t2<t1≦trを満足することにより、次の効果が得られる。
すなわち、磁束変化が小さく鉄損の発生しにくい回転子鉄心21を、固定子鉄心10の電磁鋼板および薄帯よりも厚く安価な電磁鋼板で構成することにより、回転子鉄心21の製造コストを低減することができる。また、回転子鉄心21のプレス加工による塑性変形の影響が緩和され、強度が向上するため、高速での駆動が可能となる。また、永久磁石25からの磁束が流れ易い第2の鉄心10Bを構成する薄帯を、永久磁石25からの磁束が流れにくい第1の鉄心10Aを構成する電磁鋼板よりも薄くすることで、固定子鉄心10における鉄損を低減することができ、高効率の電動機100を得ることができる。
第1の変形例.
図15は、実施の形態1の第1の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1の固定子鉄心10は、軸方向の両端部と中央部に第1の鉄心10Aを有していた(図3)。これに対し、この第1の変形例の固定子鉄心10は、軸方向の両端部のみに第1の鉄心10Aを有している。第2の鉄心10Bは、2つの第1の鉄心10Aの間に配置されている。
図15は、実施の形態1の第1の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1の固定子鉄心10は、軸方向の両端部と中央部に第1の鉄心10Aを有していた(図3)。これに対し、この第1の変形例の固定子鉄心10は、軸方向の両端部のみに第1の鉄心10Aを有している。第2の鉄心10Bは、2つの第1の鉄心10Aの間に配置されている。
固定子鉄心10の第1の鉄心10Aの厚さをそれぞれL11,L13とし、回転子鉄心21の厚さをL12とすると、第1の鉄心10Aの厚さの合計(L11+L13)は、第2の鉄心10Bの厚さ(L12)よりも小さい。すなわち、回転子2の永久磁石25からの磁束は第2の鉄心10Bに流れやすい。
この第1の変形例では、固定子鉄心10の軸方向の両端部を除く部分が第2の鉄心10Bで構成されているため、回転子2の永久磁石25からの磁束が第2の鉄心10Bに流れやすい。そのため、鉄損をより効果的に低減することができる。また、固定子鉄心10の軸方向の両端部に第1の鉄心10Aが配置されているため、固定子鉄心10の十分な強度を得ることができる。
第2の変形例.
図16は、実施の形態1の第2の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1では、固定子鉄心10の軸方向の長さが、回転子鉄心21の軸方向の長さと同じであった(図3)。これに対し、この第2の変形例では、固定子鉄心10の軸方向の長さが、回転子鉄心21の軸方向の長さよりも長い。
図16は、実施の形態1の第2の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1では、固定子鉄心10の軸方向の長さが、回転子鉄心21の軸方向の長さと同じであった(図3)。これに対し、この第2の変形例では、固定子鉄心10の軸方向の長さが、回転子鉄心21の軸方向の長さよりも長い。
すなわち、この第2の変形例では、固定子鉄心10の軸方向両端部の第1の鉄心10Aは、回転子鉄心21の軸方向両端部よりも軸方向外側に配置されている。そのため、回転子鉄心21と第2の鉄心10Bとが対向する面積は、実施の形態1よりも大きい。なお、第1の鉄心10Aの厚さの合計が第2の鉄心10Bの厚さの合計よりも小さい点は、実施の形態1と同様である。
なお、図16では、第2の鉄心10Bを、アモルファス金属またはナノ結晶金属の粉体を圧縮成形した成形体で構成した例を示しているが、アモルファス金属またはナノ結晶金属の薄帯の積層体で構成してもよい。
この第2の変形例では、固定子鉄心10の軸方向両端部の第1の鉄心10Aが、回転子鉄心21の軸方向両端部よりも軸方向外側に配置されているため、回転子鉄心21と第2の鉄心10Bとの対向する面積を大きくすることができる。そのため、回転子2の永久磁石25からの磁束が第2の鉄心10Bに流れやすくなり、鉄損をより効果的に低減することができる。
図16では、固定子鉄心10の軸方向の両端部と中央部に第1の鉄心10Aを設けているが、第2の変形例(図15)と同様に、固定子鉄心10の軸方向の両端部のみに第1の鉄心10Aを設けてもよい。
第3の変形例.
図17は、実施の形態1の第3の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1では、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aを連結する連結部15が、円形のカシメ部で構成されていた(図6)。これに対し、この第3の変形例では、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aを連結する連結部8が、薄肉部で構成されている。
図17は、実施の形態1の第3の変形例の電動機の構成を示す断面図である。実施の形態1では、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aを連結する連結部15が、円形のカシメ部で構成されていた(図6)。これに対し、この第3の変形例では、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aを連結する連結部8が、薄肉部で構成されている。
具体的には、第1の鉄心10Aにおいて、それぞれの第1の分割鉄心部5Aのヨーク12Aの周方向両端部には、分割面81が形成されている。分割面81は、ヨーク12Aの内周面から外周面16Aに向けて径方向外側に延在するが、外周面16Aには到達しない。分割面81の終端(すなわち径方向外側の端部)には、穴80が形成されている。
ヨーク12Aの穴80と外周面16Aとの間の薄肉部は塑性変形可能な部分であり、この薄肉部が連結部8を構成している。連結部8は、塑性変形することによって第1の分割鉄心部5Aを回動可能に支持する。なお、第2の鉄心10Bは、実施の形態1(図6)と同様に構成されており、第1の鉄心10Aに接着等によって固定されている。
この第3の変形例では、第1の鉄心10Aの複数の第1の分割鉄心部5Aが、薄肉部である連結部8で一体化されているため、巻線工程において、連結部8を中心として分割コア5を回動させ、ティース11の周囲に広い空間を形成することができ、巻線工程が簡単になる。また、スロットの断面積に対して高密度の巻線が可能になり、高効率の電動機が得られる。
この第3の変形例に、第1の変形例(図15)または第2の変形例(図16)で説明した第1の鉄心10Aの軸方向における配置を適用してもよい。
<ロータリ圧縮機>
次に、実施の形態1および各変形例の電動機100が適用可能なロータリ圧縮機500について説明する。図18は、ロータリ圧縮機500の構成を示す断面図である。ロータリ圧縮機500は、密閉容器507と、密閉容器507内に配設された圧縮要素501と、圧縮要素501を駆動する電動機100とを備えている。
次に、実施の形態1および各変形例の電動機100が適用可能なロータリ圧縮機500について説明する。図18は、ロータリ圧縮機500の構成を示す断面図である。ロータリ圧縮機500は、密閉容器507と、密閉容器507内に配設された圧縮要素501と、圧縮要素501を駆動する電動機100とを備えている。
圧縮要素501は、シリンダ室503を有するシリンダ502と、電動機100によって回転するシャフト60と、シャフト60に固定されたローリングピストン504と、シリンダ室503内を吸入側と圧縮側に分けるベーン(図示せず)と、シャフト60が挿入されてシリンダ室503の軸方向端面を閉鎖する上部フレーム505および下部フレーム506とを有する。上部フレーム505および下部フレーム506には、上部吐出マフラ508および下部吐出マフラ509がそれぞれ装着されている。
密閉容器507は、例えば厚さ3mmの鋼板を絞り加工して形成された円筒状の容器である。密閉容器507の底部には、圧縮要素501の各摺動部を潤滑する冷凍機油(図示せず)が貯留されている。シャフト60は、軸受部としての上部フレーム505および下部フレーム506によって回転可能に保持されている。
シリンダ502は、内部にシリンダ室503を備えており、ローリングピストン504は、シリンダ室503内で偏心回転する。シャフト60は偏心軸部を有しており、その偏心軸部にローリングピストン504が嵌合している。
密閉容器507は、円筒状のフレーム6を有している。電動機100の固定子1は、焼き嵌め、圧入または溶接等の方法により、フレーム6の内側に組み込まれている。固定子1の巻線3には、密閉容器507に固定されたガラス端子511から電力が供給される。シャフト60は、回転子2の回転子鉄心21(図1)の中央に形成された中心孔26に固定されている。
密閉容器507の外部には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ510が取り付けられている。密閉容器507には吸入パイプ513が固定され、この吸入パイプ513を介してアキュムレータ510からシリンダ502に冷媒ガスが供給される。また、密閉容器507の上部には、冷媒を外部に吐出する吐出パイプ512が設けられている。
冷媒としては、例えば、R410A、R407CまたはR22等を用いることができる。また、地球温暖化防止の観点からは、低GWP(地球温暖化係数)の冷媒を用いることが望ましい。
ロータリ圧縮機500の動作は、以下の通りである。アキュムレータ510から供給された冷媒ガスは、吸入パイプ513を通ってシリンダ502のシリンダ室503内に供給される。インバータの通電によって電動機100が駆動されて回転子2が回転すると、回転子2と共にシャフト60が回転する。そして、シャフト60に嵌合するローリングピストン504がシリンダ室503内で偏心回転し、シリンダ室503内で冷媒が圧縮される。シリンダ室503で圧縮された冷媒は、吐出マフラ508,509を通り、さらに回転子鉄心21に設けられた穴(図示せず)を通って密閉容器507内を上昇する。密閉容器507内を上昇した冷媒は、吐出パイプ512から吐出され、冷凍サイクルの高圧側に供給される。
なお、シリンダ室503で圧縮された冷媒には冷凍機油が混入しているが、回転子鉄心21に設けられた穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離が促進され、冷凍機油の吐出パイプ512への流入が防止される。
このロータリ圧縮機500は、実施の形態1および各変形例で説明した電動機100が適用可能であり、電動機100は鉄損が小さく十分な強度を有している。そのため、ロータリ圧縮機500のエネルギー効率および信頼性を向上することができる。
なお、実施の形態1および各変形例の電動機100は、ロータリ圧縮機500に限らず、他の種類の圧縮機にも利用することができる。
<冷凍空調装置>
次に、上述したロータリ圧縮機500を備えた冷凍空調装置600について説明する。図19は、冷凍空調装置600の構成を示す図である。図19に示した冷凍空調装置600は、圧縮機(ロータリ圧縮機)500と、四方弁601と、凝縮器602と、減圧装置(膨張器)603と、蒸発器604と、冷媒配管605と、制御部606とを備えている。圧縮機500、凝縮器602、減圧装置603および蒸発器604は、冷媒配管605によって連結され、冷凍サイクルを構成している。
次に、上述したロータリ圧縮機500を備えた冷凍空調装置600について説明する。図19は、冷凍空調装置600の構成を示す図である。図19に示した冷凍空調装置600は、圧縮機(ロータリ圧縮機)500と、四方弁601と、凝縮器602と、減圧装置(膨張器)603と、蒸発器604と、冷媒配管605と、制御部606とを備えている。圧縮機500、凝縮器602、減圧装置603および蒸発器604は、冷媒配管605によって連結され、冷凍サイクルを構成している。
冷凍空調装置600の動作は、次の通りである。圧縮機500は、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒として送り出す。四方弁601は、冷媒の流れ方向を切り換えるものであるが、図19に示した状態では、圧縮機500から送り出された冷媒を凝縮器602に流す。凝縮器602は、圧縮機500から送り出された冷媒と空気(例えば、室外の空気)との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて送り出す。減圧装置603は、凝縮器602から送り出された液冷媒を膨張させて、低温低圧の液冷媒として送り出す。
蒸発器604は、減圧装置603から送り出された低温低圧の液冷媒と空気(例えば、室内の空気)との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発(気化)させ、ガス冷媒として送り出す。蒸発器604で熱が奪われた空気は、図示しない送風機により、対象空間(例えば室内)に供給される。なお、四方弁601および圧縮機500の動作は、制御部606によって制御される。
冷凍空調装置600の圧縮機500は、各実施の形態で説明した電動機100が適用可能であり、電動機100は鉄損が小さく十分な強度を有している。そのため、冷凍空調装置600のエネルギー効率および信頼性を向上することができる。
なお、冷凍空調装置600における圧縮機500以外の構成要素は、上述した構成例に限定されるものではない。
以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。
1 固定子、 2 回転子、 3 巻線、 5 分割コア、 5A 第1の分割鉄心部、 5B 第2の分割鉄心部、 6 フレーム、 7 巻線ノズル、 8 連結部(薄肉部)、 10 固定子鉄心、 10A 第1の鉄心、 10B 第2の鉄心、 11 ティース、 11A ティース(第1のティース、第2のティース)、 11B ティース(第3のティース、第4のティース)、 12 ヨーク、 12A ヨーク(第1のヨーク)、 12B ヨーク(第2のヨーク)、 13,13A,13B ティース先端部、 15 連結部(カシメ部)、 16A,16B 外周面、 17A,18A 端面(分割面)、 17B,18B 端面、 21 回転子鉄心、 22 磁石挿入孔、 23 フラックスバリア、 25 永久磁石、 26 中心孔、 30 インシュレータ、 41,42 固定部材、 50 電磁鋼板、 52 薄帯、 54 電磁鋼板、 60 シャフト、 80 分割面、 81 穴、 100 電動機、 101,102,103 カシメ部、 500 ロータリ圧縮機(圧縮機)、 600 冷凍空調装置。
Claims (14)
- 軸線を中心とする周方向に延在する第1のヨークと、前記第1のヨークから前記軸線に向かって延在する第1のティースおよび第2のティースとを有し、電磁鋼板で構成された第1の鉄心と、
前記第1のヨークに対して前記軸線の方向に隣接する第2のヨークと、前記第1のティースおよび前記第2のティースに対して前記軸線の方向に隣接する第3のティースおよび第4のティースとを有し、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心と
を備え、
前記第1の鉄心は、前記第1のヨークにおいて前記第1のティースと第2のティースとの間に形成された分割面で分割され、且つ前記第1のヨークの外周面側で連結され、
前記軸線から前記第2のヨークの外周面までの距離は、前記軸線から前記第1のヨークの外周面までの距離よりも小さい
固定子。 - 前記第1の鉄心は、前記第1のヨークの外周側の端部に形成されたカシメ部または薄肉部で連結されている
請求項1に記載の固定子。 - 前記第1の鉄心は、前記軸線の方向において前記固定子の少なくとも両端部に配置され、
前記第2の鉄心は、前記第1の鉄心に挟み込まれるように配置されている
請求項1または2に記載の固定子。 - 前記第2の鉄心は、前記第2のヨークにおいて前記第3のティースと前記第4のティースとの間に形成された空隙部を隔てて分割されている
請求項1から3までの何れか1項に記載の固定子。 - 前記軸線の方向における前記第1の鉄心の長さが、前記軸線の方向における前記第2の鉄心の長さよりも小さい
請求項1から4までの何れか1項に記載の固定子。 - 前記第1の鉄心は、前記第1のヨークおよび前記第1のティースおよび前記第2のティースのそれぞれに、カシメ部を有する
請求項1から5までの何れか1項に記載の固定子。 - 前記第2の鉄心は、前記電磁鋼板よりも薄い薄帯の積層体で構成されている
請求項1から6までの何れか1項に記載の固定子。 - 前記第2の鉄心は、接着剤によって互いに固定された複数の薄帯の積層体で構成されている
請求項7に記載の固定子。 - 前記第2の鉄心は、粉体の圧縮成形体で構成されている
請求項1から6までの何れか1項に記載の固定子。 - 固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子とを備え、
前記固定子は、
軸線を中心とする周方向に延在する第1のヨークと、前記第1のヨークから前記軸線に向かって延在する第1のティースおよび第2のティースとを有し、電磁鋼板で構成された第1の鉄心と、
前記第1のヨークに対して前記軸線の方向に隣接する第2のヨークと、前記第1のティースおよび前記第2のティースに対して前記軸線の方向に隣接する第3のティースおよび第4のティースとを有し、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心と
を備え、
前記第1の鉄心は、前記第1のヨークにおいて前記第1のティースと第2のティースとの間に形成された分割面で分割され、且つ前記第1のヨークの外周面側で連結され、
前記軸線から前記第2のヨークの外周面までの距離は、前記軸線から前記第1のヨークの外周面までの距離よりも小さい
電動機。 - 前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に取り付けられた永久磁石とを備える
請求項10に記載の電動機。 - 前記第1の鉄心は、厚さt1の電磁鋼板で形成され、
前記第2の鉄心は、厚さt2の薄帯で形成され、
前記回転子鉄心は、厚さtrの電磁鋼板で形成され、
厚さtr、厚さt2および厚さtrは、t2<t1≦trを満足する
請求項11に記載の電動機。 - 電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮要素とを備え、
前記電動機は、固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子とを備え
前記固定子は、
軸線を中心とする周方向に延在する第1のヨークと、前記第1のヨークから前記軸線に向かって延在する第1のティースおよび第2のティースとを有し、電磁鋼板で構成された第1の鉄心と、
前記第1のヨークに対して前記軸線の方向に隣接する第2のヨークと、前記第1のティースおよび前記第2のティースに対して前記軸線の方向に隣接する第3のティースおよび第4のティースとを有し、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心と
を備え、
前記第1の鉄心は、前記第1のヨークにおいて前記第1のティースと第2のティースとの間に形成された分割面で分割され、且つ前記第1のヨークの外周面側で連結され、
前記軸線から前記第2のヨークの外周面までの距離は、前記軸線から前記第1のヨークの外周面までの距離よりも小さい
圧縮機。 - 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、
前記圧縮機は、電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮要素とを備え、
前記電動機は、固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子とを備え
前記固定子は、
軸線を中心とする周方向に延在する第1のヨークと、前記第1のヨークから前記軸線に向かって延在する第1のティースおよび第2のティースとを有し、電磁鋼板で構成された第1の鉄心と、
前記第1のヨークに対して前記軸線の方向に隣接する第2のヨークと、前記第1のティースおよび前記第2のティースに対して前記軸線の方向に隣接する第3のティースおよび第4のティースとを有し、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成された第2の鉄心と
を備え、
前記第1の鉄心は、前記第1のヨークにおいて前記第1のティースと第2のティースとの間に形成された分割面で分割され、且つ前記第1のヨークの外周面側で連結され、
前記軸線から前記第2のヨークの外周面までの距離は、前記軸線から前記第1のヨークの外周面までの距離よりも小さい
冷凍空調装置。
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