WO2023112078A1 - ステータ、モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
Definitions
- the present disclosure relates to stators, motors, compressors, and refrigeration cycle devices.
- the stator has a stator core and coils wound around the stator core.
- the stator core has an annular core back and teeth extending radially inward from the core back.
- the core back fits inside the cylindrical shell by shrink fitting or the like.
- Patent Literature 1 proposes a stator in which the area of the contact portion that contacts the shell in the outer periphery of the core back is larger than the area of the non-contact portion that does not contact the shell.
- the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to suppress stress concentration in the stator.
- a stator according to the present disclosure includes a stator core that has an annular core-back centered on an axis and a plurality of teeth that extend inward in a radial direction centered on the axis from the core-back and that fits inside a shell. have.
- the core back has an outer periphery facing the shell, and the outer periphery has a first contact portion and a second contact portion that contact the shell, and a non-contact portion that does not contact the shell.
- the first contact portion is located on the first side of the non-contact portion and the second contact portion is located on the second side of the non-contact portion.
- a plurality of teeth has a first tooth.
- the first tooth has a root portion connected to the core-back, and the root portion has a first corner portion on the first side and a second corner portion on the second side.
- the shortest distance La from the first corner portion to the outer circumference and the shortest distance Lb from the second corner portion to the outer circumference satisfy La ⁇ Lb.
- the shortest distance Da from the first corner portion to the first contact portion and the shortest distance Db from the second corner portion to the second contact portion satisfy Da>Db.
- a curvature radius Ra of the first corner portion and a curvature radius Rb of the second corner portion satisfy Ra ⁇ Rb.
- the curvature radius Rb of the second corner portion is larger than the curvature radius Ra of the first corner portion, it is possible to suppress the stress concentration on the second corner portion where the stress is most likely to concentrate in the stator core. can. Therefore, stress concentration in the stator can be suppressed.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 1;
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the rotor of Embodiment 1;
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the stator core of Embodiment 1;
- FIG. 3 is a diagram showing part of the motor of Embodiment 1.
- FIG. 3 is a diagram showing part of the motor of Embodiment 1.
- FIG. FIG. 2 shows a stator core and shell according to Embodiment 1;
- FIG. 4 is a schematic diagram showing stress concentration in the stator core of the first embodiment;
- FIG. 4 is a schematic diagram showing stress concentration in a stator core of a comparative example; 4 is a diagram showing the relationship between Lb/La and stress at each corner portion in Embodiment 1.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between (Lb/La)/(Db/Da) and the stress of each corner portion in Embodiment 1.
- FIG. 4 is a diagram showing slots and coils of the stator core of Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows the slot and coil of the stator core in a comparative example.
- FIG. 3 is a diagram showing an electromagnetic steel sheet from which stator cores and rotor cores are punched;
- FIG. 4 is a schematic diagram for explaining deformation states of a stator core and a shell;
- FIG. 10 is an enlarged view of a tooth of Embodiment 2; It is a figure (A) and (B) which show two examples of the formation method of the shell of each embodiment. It is a longitudinal section showing a compressor to which the motor of each embodiment can be applied.
- FIG. 18 is a diagram showing a refrigeration cycle device to which the compressor of FIG. 17 can be applied;
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing motor 100 of Embodiment 1.
- FIG. A motor 100 shown in FIG. 1 is a motor called an inner rotor type, and is used, for example, in the compressor 8 (FIG. 17).
- the motor 100 has a rotor 3 having a shaft 41 which is a rotating shaft, and a stator 1 provided so as to surround the rotor 3 .
- An air gap of 0.3 to 1.0 mm is formed between the stator 1 and the rotor 3, for example.
- the stator 1 is incorporated inside a shell 25, which is a cylindrical casing of a compressor 8 (FIG. 17), which will be described later.
- the direction of the axis Ax which is the center of rotation of the shaft 41, will be referred to as the "axial direction”.
- a radial direction centered on the axis Ax is defined as a “radial direction”.
- a circumferential direction about the axis Ax is defined as a “circumferential direction”.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the rotor 3.
- the rotor 3 has a cylindrical rotor core 30 centered on the axis Ax and permanent magnets 40 attached to the rotor core 30 .
- the rotor core 30 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
- the plate thickness of the electromagnetic steel plate is 0.1 to 0.7 mm, here it is 0.35 mm.
- a center hole 34 is formed in the radial center of the rotor core 30 .
- the shaft 41 is fixed to the center hole 34 of the rotor core 30 by shrink fitting, press fitting, bonding, or the like.
- Rotor core 30 has an annular outer periphery 35 .
- a plurality of magnet insertion holes 31 into which the permanent magnets 40 are inserted are formed along the outer circumference 35 of the rotor core 30 .
- One magnet insertion hole 31 corresponds to one magnetic pole.
- the center of the magnet insertion hole 31 in the circumferential direction is the pole center P.
- An interpolar portion M is formed between adjacent magnet insertion holes 31 .
- the number of magnet insertion holes 31 is six here. In other words, the number of poles is six. However, the number of poles is not limited to six, and may be two or more.
- the magnet insertion hole 31 is formed in a V shape that protrudes radially inward in a plane perpendicular to the axial direction.
- a single permanent magnet 40 is inserted into each magnet insertion hole 31 .
- the permanent magnet 40 has a flat plate shape, has a width in the circumferential direction of the rotor core 30, and has a thickness in the radial direction. Each permanent magnet 40 is magnetized in the thickness direction.
- the permanent magnet 40 is composed of, for example, a rare earth magnet.
- Rare earth magnets are, for example, neodymium magnets containing neodymium (Nd), iron (Fe) and boron (B).
- the shape of each magnet insertion hole 31 may be linear, for example, and the number of permanent magnets 40 inserted into each magnet insertion hole 31 may be one or more.
- flux barriers 32 which are holes, are formed at both ends of the magnet insertion hole 31 in the circumferential direction.
- a thin portion is formed between the flux barrier 32 and the outer circumference 35 of the rotor core 30 .
- the width of the thin portion is set to the extent that short-circuit magnetic flux flowing between adjacent magnetic poles can be suppressed.
- the width of the thin portion is set, for example, to be the same as the thickness of the electromagnetic steel sheet.
- a slit 33 is formed between the magnet insertion hole 31 and the outer circumference 35 in the rotor core 30 .
- the slit 33 is formed to arrange the distribution of magnetic flux emitted from the permanent magnet 40 .
- seven slits 33 are formed symmetrically with respect to the circumferential center (that is, pole center) of the magnet insertion hole 31 .
- the number and arrangement of the slits 33 are not limited to the example described here.
- the rotor core 30 does not necessarily have the slits 33 .
- Holes 36 and 37 are formed radially inward of the magnet insertion hole 31 in the rotor core 30 .
- the holes 36 and 37 are used as air holes through which the refrigerant passes or holes through which jigs are inserted. Both holes 36 and 37 are formed in the same number as the number of poles.
- the circumferential position of each hole portion 36 coincides with the circumferential center of the magnet insertion hole 31 .
- the circumferential position of each hole portion 37 coincides with the interpolar portion M. As shown in FIG.
- the number and arrangement of the holes 36 and 37 are not limited to the example described here.
- the rotor core 30 does not necessarily have the holes 36 and 37 .
- a crimped portion 38 for fixing the electromagnetic steel plate of the rotor core 30 is formed on the radially outer side of each hole portion 37 .
- the arrangement of the crimped portion 38 is not limited to the example described here.
- the electromagnetic steel sheets of the rotor core 30 may be fixed by a method other than caulking.
- the stator 1 has a stator core 10 surrounding a rotor core 30 from the outside in the radial direction, and windings 20 wound around the stator core 10 .
- the stator core 10 is formed by laminating a plurality of magnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
- the plate thickness of the electromagnetic steel plate is 0.1 to 0.7 mm, here it is 0.35 mm.
- the stator core 10 has an annular core back 11 centered on the axis Ax and a plurality of teeth 12 extending radially inward from the core back 11 .
- the teeth 12 are arranged at regular intervals in the circumferential direction.
- the number of teeth 12 is nine here. However, the number of teeth 12 is not limited to nine, and may be two or more.
- Slots 13, which are spaces for accommodating windings 20, are formed between teeth 12 adjacent in the circumferential direction.
- the number of slots 13 is nine, which is the same as the number of teeth 12 .
- the winding 20 is formed of a magnet wire as a coil, and is wound around each tooth 12 by concentrated winding.
- the outer diameter of the magnet wire, that is, the coil diameter is, for example, 1.0 mm.
- the number of turns of the winding 20 on one tooth 12 is, for example, 80 turns.
- an insulating section (not shown) made of resin such as polybutylene terephthalate (PBT) is provided.
- the insulating portion is formed by attaching a molded resin body to the stator core 10 or integrally molding the stator core 10 with resin.
- an insulating film made of resin such as polyethylene terephthalate (PET) may be provided on the inner surface of the slot 13 .
- FIG. 3 is a plan view showing the stator core 10.
- the teeth 12 extend radially inward from the core back 11 as described above. Teeth 12 have a pair of side portions 121 on both sides in the circumferential direction.
- the tooth 12 also has a tooth tip portion 120 facing the rotor 3 (FIGS. 1 and 2).
- the tip portion 120 is formed to protrude to both sides in the circumferential direction from the side portion 121 of the tooth 12 .
- the inner periphery 111 of the core back 11 and the side portions 121 of the teeth 12 face the slots 13 .
- a slot opening 130 is formed between adjacent tooth tips 120 .
- contact portions 14 and non-contact portions 15 are alternately formed in the circumferential direction.
- the contact portion 14 forms part of a cylindrical surface centered on the axis Ax.
- the non-contact portion 15 forms a plane parallel to the axis Ax.
- the contact portion 14 is also called an arc portion, and the non-contact portion 15 is also called a notch portion.
- non-contact portions 15 are formed at intervals of 90 degrees around the axis Ax.
- the stator core 10 fits within a square range, which is advantageous in that the yield is improved when the electromagnetic steel sheet is punched.
- the positional relationship between the teeth 12 and the contact portion 14 and the non-contact portion 15 will be described. Since the number of the non-contact portions 15 is four and the number of the teeth 12 is nine, the relative positions with respect to the non-contact portions 15 differ depending on the teeth 12 .
- the nine teeth 12 are designated teeth 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, and 12I clockwise from the upper tooth 12 in the figure.
- Teeth 12A are also referred to as first teeth.
- the tooth center line T of the tooth 12A passes through the non-contact portion 15.
- a tooth center line of the tooth 12B passes through the contact portion 14 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>C passes through the non-contact portion 15 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>D passes through the contact portion 14 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>E passes through the non-contact portion 15 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>F passes through the contact portion 14 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>G passes through the boundary between the contact portion 14 and the non-contact portion 15 .
- a tooth center line of the tooth 12 ⁇ /b>H passes through the boundary between the contact portion 14 and the non-contact portion 15 .
- a tooth center line of the tooth 12I passes through the contact portion 14 .
- the tooth center line of the tooth 12C passes through the center of the non-contact portion 15 in the circumferential direction.
- the other teeth 12A, 12B, 12D to 12I pass through the contact portion 14 or the non-contact portion 15 at positions deviated from the center in the circumferential direction.
- the teeth 12A and 12E in which the tooth center line T passes through a position deviated from the center of the non-contact portion 15 in the circumferential direction will be described. Since the teeth 12A and 12E are symmetrical to each other with respect to a plane (a straight line in FIG. 3) including the axis Ax, the teeth 12A will be described.
- FIG. 4 is a diagram showing a portion including teeth 12A of stator core 10, shell 25, and rotor 3. As shown in FIG. Note that only the outer circumference of the rotor 3 is shown. A non-contact portion 15 is positioned radially outside the teeth 12A.
- the left side is the first side and the right side is the second side.
- the edge part of the 1st side be the 1st edge part 151 among the both ends of the circumferential direction of the non-contact part 15, and let the edge part of the 2nd side be the 2nd edge part 152. As shown in FIG. 4, the left side is the first side and the right side is the second side.
- the contact portion 14 positioned on the first side of the non-contact portion 15 is referred to as a first contact portion 14a.
- the contact portion 14 positioned on the second side of the non-contact portion 15 is referred to as a second contact portion 14b.
- the root portion of the tooth 12A connected to the core back 11 has a first corner portion 5a on the first side and a second corner portion 5b on the second side.
- Both the corner portions 5a and 5b are formed between the side portion 121 of the tooth 12 and the inner circumference 111 of the core back 11.
- the angle formed by the side portions 121 of the teeth 12 and the inner circumference 111 of the core back 11 is 90 degrees, but may be less than 90 degrees or greater than 90 degrees.
- the first corner portion 5a has a curved shape with a radius of curvature Ra.
- the second corner portion 5b has a curved shape with a radius of curvature Rb.
- the radius of curvature Ra of the first corner portion 5a and the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b satisfy Ra ⁇ Rb.
- the shortest distance from the first corner portion 5a to the outer circumference of the stator core 10 be the distance La.
- the shortest distance from the second corner portion 5b to the outer circumference of the stator core 10 is defined as a distance Lb.
- the distances La and Lb correspond to the width of the core back 11 at the circumferential positions of the corner portions 5a and 5b.
- the distance La is the shortest distance from the first corner portion 5a to the non-contact portion
- the distance Lb is the shortest distance from the second corner portion 5b to the non-contact portion 15.
- the shortest distance from the first corner portion 5a to the first contact portion 14a be the distance Da.
- the shortest distance from the second corner portion 5b to the second contact portion 14b is defined as a distance Db.
- Distances Da and Db correspond to the shortest distances from corner portions 5 a and 5 b to positions where stator core 10 receives stress from shell 25 .
- the distance Da can also be said to be the distance from the first corner portion 5 a to the first end portion 151 of the non-contact portion 15 .
- the distance Db can also be said to be the distance from the second corner portion 5 b to the second end portion 152 of the non-contact portion 15 .
- FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the shape of the portion of the stator core 10 including the teeth 12A.
- a straight line passing through the circumferential center of the slot 13 facing the first corner portion 5a of the two slots 13 on both sides in the circumferential direction of the tooth 12A and the axis Ax is defined as a slot center line Sa.
- a straight line passing through the circumferential center of the slot 13 facing the second corner portion 5b and the axis Ax is defined as a slot centerline Sb.
- a portion of the stator core 10 sandwiched between the tooth center line T and the slot center line Sa is defined as a first region Wa.
- a portion of the stator core 10 sandwiched between the tooth center line T and the slot center line Sb is defined as a second region Wb.
- the first region Wa and the second region Wb are formed asymmetrically with respect to the tooth center line T. As shown in FIG.
- Embodiment 1 Next, the operation of Embodiment 1 will be described. A stress acting on the stator core 10 will be described.
- the stator core 10 is fixed to the rigid shell 25 by shrink fitting. At the time of shrink fitting, the stator core 10 is inserted inside the shell 25 whose inner diameter has been expanded by heating in advance. When shell 25 is air-cooled and returns to its original inner diameter, stress from shell 25 acts on stator core 10 .
- a portion of the stator core 10 including the teeth 12A has an asymmetrical shape with respect to the tooth center line T as described above. That is, as shown in FIG. 4, the distance La from the first corner portion 5a to the outer circumference of the stator core 10 and the distance Lb from the second corner portion 5b to the outer circumference of the stator core 10 satisfy La ⁇ Lb. do. A distance Da from the first corner portion 5a to the first contact portion 14a and a distance Db from the second corner portion 5b to the second contact portion 14b satisfy Da>Db.
- the electromagnetic steel sheet which is the core material, increases its magnetic resistance when stress is concentrated. Since the second corner portion 5b is positioned in the magnetic path from the tooth 12A to the core back 11, an increase in magnetic resistance leads to a decrease in motor efficiency.
- the teeth 12 are deformed and the gap between the tooth tip portion 120 and the rotor 3 becomes narrower, causing vibration and noise when the rotor 3 rotates.
- the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b where stress tends to concentrate is made larger than the radius of curvature Ra of the first corner portion 5a. In other words, Ra ⁇ Rb is established.
- the stress concentration at the second corner portion 5b can be reduced, and the decrease in motor efficiency and the generation of vibration and noise can be suppressed.
- FIG. 6 shows the stator core 10 together with the shell 25.
- FIG. 7 is a diagram showing the stress analysis results of the portion indicated by square VII in FIG. 6 in stator core 10 of the first embodiment.
- FIG. 8 is a diagram showing stress analysis results of a portion indicated by a rectangle VII in FIG. 6 in the stator core 10C of the comparative example.
- the stator core 10C of the comparative example has the curvature radius Ra of the first corner portion 5a equal to the curvature radius Rb of the second corner portion 5b', and is otherwise the same as the stator core 10 of the first embodiment. configured similarly.
- the stress concentration at the first corner portion 5 is equivalent to that of the comparative example, but the stress concentration at the second corner portion 5b is greatly alleviated. ing.
- stress concentration is also seen in the portion including the second end portion 152 of the non-contact portion 15 . This is because the second end 152 is a boundary between the contact portion 14 that contacts the shell 25 and the non-contact portion 15 that does not contact the shell 25 . However, since the flow of magnetic flux is small in this portion, it is unlikely to lead to a decrease in motor efficiency.
- FIG. 9 shows the relationship between Lb/La and the stress of the corner portions 5a and 5b.
- the horizontal axis indicates Lb/La
- the vertical axis indicates stress [MPa].
- the stress in the first corner portion 5a decreases as Lb/La increases
- the stress in the second corner portion 5b increases as Lb/La increases.
- the stress in the second corner portion 5b is equal to and slightly smaller than the stress in the first corner portion 5a. This is because the shape of the core back 11 on the outer peripheral side of the tooth 12A becomes closer to symmetrical, and the stress at the second corner portion 5b converges to a constant value.
- the distances Da and Db also change as the distances La and Lb change.
- the distance Da changes linearly with the change in the distance La, while the distance Db becomes the minimum value when the distance Lb has a certain value. Therefore, the relationship between (Lb/La)/(Db/Da), which is the ratio of Db/Da and Lb/La, and stress changes in the corner portions 5a and 5b will be described below.
- FIG. 10 shows the relationship between (Lb/La)/(Db/Da) and the stress of the corner portions 5a and 5b.
- the horizontal axis indicates (Lb/La)/(Db/Da), and the vertical axis indicates stress [MPa].
- the stress at the first corner portion 5a decreases as (Lb/La)/(Db/Da) increases, and the stress at the second corner portion 5b decreases (Lb/La)/( It increases as Db/Da) increases.
- the effect of alleviating the stress concentration at the second corner portion 5b due to the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b satisfying Ra ⁇ Rb is such that (Lb/La)/(Db/Da) is 1 It is found to be particularly effective in the range greater than 0.95.
- a coil 21 forming the winding 20 is a conductor made of copper or aluminum covered with an insulating film. Coil 21 has an outer diameter D.
- FIG. 11 shows a configuration example in which the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b is equal to or less than the radius D/2 of the coil 21.
- FIG. FIG. 12 shows a configuration example in which the curvature radius Rb of the second corner portion 5b is larger than the radius D/2 of the coil 21. As shown in FIG. 11 and 12, the curvature radius Rb of the second corner portion 5b and the outer diameter D of the coil 21 are shown enlarged.
- the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b is large.
- the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b is larger than the radius D/2 of the coil 21 as shown in FIG. A gap G is generated between and between the coil 21 and the inner circumference 111 of the core back 11 .
- the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b satisfy Ra ⁇ Rb ⁇ D/2. If the radii of curvature Ra and Rb are within this range, it is possible to suppress the decrease in space factor in the slot 13 while suppressing stress concentration.
- FIG. 13 is a diagram showing the electromagnetic steel sheet 103 from which the stator core 10 and rotor core 30 are punched.
- the electromagnetic steel sheet forming stator core 10 is referred to as core sheet 101
- the electromagnetic steel sheet forming rotor core 30 is referred to as core sheet 301 .
- the core sheet 101 and core sheet 301 are punched out from a common electromagnetic steel sheet 103 by a press machine. Since the circular core sheet 301 is punched from the inner region of the annular core sheet 101, the electromagnetic steel sheet 103 can be effectively used.
- the core sheet 101 can be punched out in rows and columns as shown in the X and Y directions in FIG. Since the core sheet 101 has four non-contact portions 15 at regular intervals in the circumferential direction, it fits within a square area. Therefore, the X-direction spacing and the Y-direction spacing of the core sheets 101 can be narrowed, the waste of the magnetic steel sheets 103 can be reduced, and the magnetic steel sheets 103 can be used more effectively.
- the radius of curvature Ra of the first corner portion 5a of the stator core 10 is smaller than the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b, but the radius of curvature Ra is greater than the plate thickness of the electromagnetic steel sheet 103. If it is less than H, chipping of the punch or die of the press machine may occur. If the punch of the press machine or the chipping of the die occurs, burrs are generated at the first corner portion 5a, and there is a possibility that the insulating coating of the coil 21 that constitutes the winding 20 will be damaged.
- the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b satisfy H ⁇ Ra ⁇ Rb. If the radii of curvature Ra and Rb are within this range, the reliability of the winding 20 can be improved by suppressing the occurrence of burrs at the first corner portion 5a while suppressing stress concentration.
- the above-described features of the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b are not limited to the teeth 12A and 12E, and the distances La and Lb satisfy La ⁇ Lb and the distances Da and Db satisfy Da>Db. It may be applied to other teeth 12 as long as they are teeth.
- the stator 1 of the first embodiment has the annular core back 11 and the plurality of teeth 12 extending radially inward from the core back 11 , and the stator core 10 is fitted to the shell 25 .
- the outer circumference of the core back 11 has contact portions 14 a and 14 b that contact the shell 25 and a non-contact portion 15 that does not contact the shell 25 .
- the root portion of the tooth 12A has a first corner portion 5a on the first side and a second corner portion 5b on the second side.
- the shortest distance La from the first corner portion 5a to the outer circumference of the core back 11 and the shortest distance Lb from the second corner portion 5b to the outer circumference of the core back 11 satisfy La ⁇ Lb.
- the shortest distance Da from the first corner portion 5a to the first contact portion 14a and the shortest distance Db from the second corner portion 5b to the second contact portion 14b satisfy Da>Db.
- the radius of curvature Ra of the first corner portion 5a and the radius of curvature Rb of the second corner portion 5b satisfy Ra ⁇ Rb.
- first corner portion 5a and the second corner portion 5b are arranged radially inside the non-contact portion 15, when the curvature radii Ra and Rb are equal, the second corner portion 5b is particularly stressed. is easy to concentrate. Therefore, if the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b satisfy Ra ⁇ Rb, the effect of alleviating stress concentration is particularly large.
- the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b satisfy Ra ⁇ Rb ⁇ D/2. A decrease in space factor can be suppressed, and copper loss can be reduced.
- the radii of curvature Ra and Rb satisfy H ⁇ Ra ⁇ Rb. can be prevented from occurring. As a result, burrs can be prevented from occurring in the first corner portion 5a, and damage to the winding 20 can be prevented.
- stator core 10 is fixed to the shell 25 by shrink fitting and receives stress from the shell 25 after shrink fitting. Therefore, if the radii of curvature Ra and Rb are equal, the stress tends to concentrate on the second corner portion 5b. This stress concentration can be alleviated by satisfying Ra ⁇ Rb for the curvature radii Ra and Rb of the corner portions 5a and 5b.
- Embodiment 2 Next, Embodiment 2 will be described.
- the stator 1 of the second embodiment differs from that of the first embodiment in the shape of the tooth tip portion 120 of the tooth 12 .
- 14A and 14B are schematic diagrams for explaining deformation states of the stator core 10 and the shell 25.
- FIG. 14A and 14B are schematic diagrams for explaining deformation states of the stator core 10 and the shell 25.
- the shell 25 shrinks radially inward as the temperature drops.
- the portion of the shell 25 corresponding to the non-contact portion 15 shrinks greatly, but the portion corresponding to the contact portion 14 receives resistance from the contact portion 14 and does not shrink much.
- the shape of the shell 25 is the shape shown by hatching in FIG. In FIG. 14, the shape of the shell 25 is shown to expand radially outward from the stator core 10 in order to make it easier to understand. It is in contact with the stator core 10.
- the stator core 10 receives stress from the shell 25 and deforms radially inward as indicated by the dashed line in FIG.
- the contact portion 14 of the core back 11 receives a large stress from the shell 25 , but the non-contact portion 15 receives a small stress from the shell 25 . Therefore, the radially inward displacement amount E2 of the non-contact portion 15 is smaller than the radially inward displacement amount E1 of the contact portion 14 .
- the teeth 12 of the teeth 12B, 12D, 12F, and 12I located radially inward of the contact portion 14 are largely deformed radially inward.
- the teeth 12 of the teeth 12A, 12C, and 12F positioned radially inward of the non-contact portion 15 are relatively little deformed radially inward.
- the radial positions may differ at both circumferential ends of the tooth tip portion 120 . That is, there is a possibility that the distance from the rotor 3 will be narrowed at one end in the circumferential direction of the tooth tip portion 120 and the distance from the rotor 3 will be widened at the other end in the circumferential direction.
- FIG. 15 is a diagram showing the shape of teeth 12 of the second embodiment.
- Teeth 12 of Embodiment 2 have retracted portions 123 at both ends of tooth tip portion 120 in the circumferential direction, the distance from outer periphery of rotor 3 (that is, outer periphery 35 of rotor core 30 shown in FIG. 2 ) increasing.
- the tooth top portion 120 of the tooth 12 has a tooth top surface 122 that extends in an arc shape along the outer circumference of the rotor 3 .
- retraction portions 123 that are inclined surfaces with respect to the crest 122 are formed.
- the interval between the tooth tip portion 120 and the rotor 3 at the circumferential end portion E of the tooth tip portion 120 is defined as the interval C1.
- the interval between the tooth tip portion 120 and the rotor 3 at the center of the tooth tip portion 120 in the circumferential direction (that is, on the tooth center line T) is defined as the interval C2. Since the tip portion 120 has the retracted portion 123, the gaps C1 and C2 satisfy C1>C2.
- the tip portion 120 has such a shape, interference with the rotor 3 can be prevented even if one circumferential end of the tip portion 120 protrudes radially inward. Therefore, vibration and noise during rotation of the rotor 3 can be suppressed.
- the tip portions 120 of all the teeth 12 of the stator core 10 have the retraction portions 123, but the configuration is not limited to this.
- the retraction portions 123 may be provided only in the teeth 12 (for example, the teeth 12A and 12F) having an asymmetric core back 11 on the outer peripheral side.
- the distance C1 from the tooth tip 120 to the rotor 3 at the circumferential end E of the tooth tip 120 is the distance from the tooth tip 120 to the rotor 3 at the circumferential center. Longer than C2. Therefore, even if the tooth tip portion 120 of the tooth 12 deforms asymmetrically, interference between the tooth tip portion 120 and the rotor 3 can be prevented. As a result, vibration and noise during rotation of the rotor 3 can be suppressed.
- the shell 25 to which the motor 100 of Embodiments 1 and 2 is attached will be described.
- the shell 25 is formed, for example, by deep drawing a steel plate.
- a pressing machine 70 having a die 71, a presser plate 72 and a punch 73 is used for deep drawing.
- the steel sheet is plastically deformed by the die 71 and the punch 73 to obtain the shape of the shell 25a, so the shell 25a is seamless and highly rigid.
- the die 71 and the punch 73 is required, which increases the manufacturing cost.
- FIG. 16(B) it is desirable to form the shell 25b by rolling the steel plate into a cylindrical shape and welding the joining portion 29. In this case, since maintenance of the press machine is unnecessary, the manufacturing cost can be reduced. However, since the shell 25b has a joint portion 29, its rigidity is lower than that of the shell 25a formed by deep drawing (FIG. 16(A)).
- the shell 25b formed by welding has a smaller holding force for the stator core 10.
- the shrink-fitting allowance can be increased by using the shell 25b formed by welding, and the stator core 10 can be firmly fixed to the shell 25b. can be done.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the compressor 8.
- the compressor 8 is a rotary compressor here, and includes a shell 80, a compression mechanism 9 disposed within the shell 80, a motor 100 that drives the compression mechanism 9, and power transmission between the motor 100 and the compression mechanism 9. and a shaft 90 in operable connection.
- the shaft 90 is the shaft 41 shown in FIG. 1 and the like, and fits into the center hole 34 of the rotor 3 of the motor 100.
- the shell 80 is a closed container made of steel, for example, and covers the motor 100 and the compression mechanism 9 .
- the shell 80 has an upper shell 80a and a lower shell 80b.
- the upper shell 80a has a glass terminal 81 as a terminal portion for supplying electric power to the motor 100 from the outside of the compressor 8, and a discharge pipe 85 for discharging the refrigerant compressed in the compressor 8 to the outside. is installed.
- the lower shell 80b is the shell 25 shown in FIG. 1 etc., and accommodates the motor 100 and the compression mechanism 9 therein.
- the compression mechanism 9 has annular first and second cylinders 91 and 92 along the shaft 90 .
- the first cylinder 91 and the second cylinder 92 are fixed to the inner circumference of the shell 80 (lower shell 80b).
- An annular first piston 93 is arranged on the inner peripheral side of the first cylinder 91
- an annular second piston 94 is arranged on the inner peripheral side of the second cylinder 92 .
- the first piston 93 and the second piston 94 are rotary pistons that rotate together with the shaft 90 .
- a partition plate 97 is provided between the first cylinder 91 and the second cylinder 92 .
- the partition plate 97 is a disc-shaped member having a through hole in the center.
- the cylinder chambers of the first cylinder 91 and the second cylinder 92 are provided with vanes (not shown) that divide the cylinder chambers into a suction side and a compression side.
- the first cylinder 91 , the second cylinder 92 and the partition plate 97 are integrally fixed with bolts 98 .
- An upper frame 95 is arranged above the first cylinder 91 so as to block the upper side of the cylinder chamber of the first cylinder 91 .
- a lower frame 96 is arranged below the second cylinder 92 so as to block the lower side of the cylinder chamber of the second cylinder 92 .
- Upper frame 95 and lower frame 96 rotatably support shaft 90 .
- Refrigerant oil (not shown) that lubricates the sliding parts of the compression mechanism 9 is stored in the bottom of the lower shell 80b of the shell 80 .
- Refrigerant oil rises through holes 90a formed in the shaft 90 in the axial direction, and is supplied to each sliding portion through oil supply holes 90b formed at a plurality of locations in the shaft 90. As shown in FIG.
- the stator 1 of the motor 100 is attached inside the shell 80 by shrink fitting.
- the windings 20 of the stator 1 are powered from glass terminals 81 attached to the upper shell 80a.
- a shaft 90 is fixed in the center hole 34 ( FIG. 1 ) of the rotor 3 .
- An accumulator 87 that stores refrigerant gas is attached to the shell 80 .
- the accumulator 87 is held, for example, by a holding portion 80c provided outside the lower shell 80b.
- a pair of suction pipes 88, 89 are attached to the shell 80, and refrigerant gas is supplied from the accumulator 87 to the cylinders 91, 92 through the suction pipes 88, 89.
- refrigerant for example, R410A, R407C, R22, or the like may be used, but from the viewpoint of global warming prevention, it is desirable to use a refrigerant with a low GWP (global warming potential).
- GWP global warming potential
- the low GWP refrigerant for example, the following refrigerants can be used.
- HFO-1234yf has a GWP of 4.
- Hydrocarbons having carbon double bonds in their composition such as R1270 (propylene) may also be used.
- R1270 has a GWP of 3, which is lower than HFO-1234yf, but more flammable than HFO-1234yf.
- a mixture containing at least either a halogenated hydrocarbon having a carbon double bond in its composition or a hydrocarbon having a carbon double bond in its composition, such as a mixture of HFO-1234yf and R32 may be used. Since HFO-1234yf described above is a low-pressure refrigerant, pressure loss tends to increase, which may lead to deterioration in the performance of the refrigeration cycle (especially the evaporator). Therefore, it is practically desirable to use a mixture with R32 or R41, which is a higher pressure refrigerant than HFO-1234yf.
- the basic operation of the compressor 8 is as follows. Refrigerant gas supplied from the accumulator 87 is supplied to each cylinder chamber of the first cylinder 91 and the second cylinder 92 through the intake pipes 88 and 89 .
- the shaft 90 rotates together with the rotor 3 .
- a first piston 93 and a second piston 94 fitted to the shaft 90 rotate eccentrically in each cylinder chamber, compressing the refrigerant in each cylinder chamber.
- the compressed refrigerant rises inside the shell 80 through the holes 36 and 37 (FIG. 2) of the rotor 3 and is discharged from the discharge pipe 85 to the outside.
- the compressor that uses the motor 100 is not limited to a rotary compressor, and may be, for example, a scroll compressor.
- the motor 100 of each embodiment has high motor efficiency by suppressing stress concentration in the stator 1, and reduces vibration and noise by preventing contact between the rotor 3 and the stator 1. Therefore, quietness and operating efficiency of the compressor 8 can be improved.
- FIG. 18 is a diagram showing a refrigeration cycle device 400.
- the refrigeration cycle device 400 is, for example, an air conditioner, but is not limited to this, and may be, for example, a refrigerator.
- a refrigeration cycle device 400 shown in FIG. 18 includes a compressor 401, a condenser 402 that condenses the refrigerant, a decompression device 403 that decompresses the refrigerant, and an evaporator 404 that evaporates the refrigerant.
- Compressor 401 , condenser 402 and decompression device 403 are provided in outdoor unit 410
- evaporator 404 is provided in indoor unit 420 .
- the compressor 401, the condenser 402, the decompression device 403 and the evaporator 404 are connected by a refrigerant pipe 407 to form a refrigerant circuit.
- Compressor 401 is composed of compressor 8 shown in FIG.
- the refrigerating cycle device 400 also includes an outdoor fan 405 facing the condenser 402 and an indoor fan 406 facing the evaporator 404 .
- the operation of the refrigeration cycle device 400 is as follows.
- the compressor 401 compresses the sucked refrigerant and sends it out as a high-temperature, high-pressure refrigerant gas.
- the condenser 402 exchanges heat between the refrigerant sent from the compressor 401 and the outdoor air sent by the outdoor fan 405, condenses the refrigerant, and sends it out as a liquid refrigerant.
- the decompression device 403 expands the liquid refrigerant sent from the condenser 402 and sends it out as a low-temperature, low-pressure liquid refrigerant.
- the evaporator 404 exchanges heat between the low-temperature, low-pressure liquid refrigerant sent out from the decompression device 403 and the indoor air, evaporates (vaporizes) the refrigerant, and sends it out as refrigerant gas.
- the air from which heat has been removed by the evaporator 404 is supplied by the indoor blower 406 into the room, which is the space to be air-conditioned.
- the motor 100 described in each embodiment can be applied to the compressor 401 of the refrigerating cycle device 400, the refrigerating cycle device 400 can be made quieter and the operating efficiency can be improved.
- stator 3 rotor, 5a first corner portion, 5b second corner portion, 8 compressor, 9 compression mechanism, 10 stator core, 11 core back, 12 teeth, 12A teeth (first teeth), 13 slots, 14 arc portion (contact portion), 14a (first contact portion), 14b contact portion (second contact portion), 15 notch portion (non-contact portion), 20 winding, 21 coil, 25 shell (rigid body) 30 rotor core 31 magnet insertion hole 32 flux barrier 34 center hole 35 outer periphery 40 permanent magnet 41 shaft 80 shell 90 shaft 100 motor 101 core sheet 103 electromagnetic steel plate 111 inner periphery 120 teeth Front part, 121 side part, 151 first end part, 152 second end part, 301 core sheet, 400 refrigeration cycle device, 401 compressor, 402 condenser, 403 decompression device, 404 evaporator, 410 indoor unit, 420 outdoor Machine, Da, Db Shortest distance, G Gap, H Board thickness, La, Lb Shortest distance, Ra, Rb Curvature radius, Sa, Sb Slot center line
Landscapes
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
ステータのステータコアは、環状のコアバックと、コアバックから径方向の内側に延在する複数のティースとを有し、シェルの内側に嵌合する。コアバックの外周は、シェルと接触する第1の接触部および第2の接触部と、シェルと接触しない非接触部とを有する。周方向において、第1の接触部は非接触部の第1の側に位置し、第2の接触部は非接触部の第2の側に位置する。複数のティースのうち、第1のティースの根元部は、第1の側に第1のコーナー部を有し、第2の側に第2のコーナー部を有する。第1のコーナー部から外周までの最短距離Laと、第2のコーナー部から外周までの最短距離Lbとは、La<Lbを満足する。第1のコーナー部から第1の接触部までの最短距離Daと、第2のコーナー部から第2の接触部までの最短距離Dbとは、Da>Dbを満足する。第1のコーナー部の曲率半径Raと、第2のコーナー部の曲率半径Rbとは、Ra<Rbを満足する。
Description
本開示は、ステータ、モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻かれたコイルとを有する。ステータコアは、環状のコアバックと、コアバックから径方向内側に延在するティースとを有する。コアバックは、焼嵌め等により、円筒状のシェルの内側に嵌合する。特許文献1には、コアバックの外周のうち、シェルに接触する接触部の面積を、シェルに接触しない非接触部の面積よりも大きくしたステータが提案されている。
しかしながら、従来のステータでは、ティースの根元のコーナー部に応力が集中する可能性がある。このような応力集中が生じると、ステータ内の磁気抵抗が局所的に増加し、モータ効率の低下の原因となる。また、応力集中によってステータの変形が生じると、ステータとロータとの間隔が狭くなり、振動および騒音発生の原因となる。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ステータにおける応力集中を抑制することを目的とする。
本開示によるステータは、軸線を中心とする環状のコアバックと、コアバックから軸線を中心とする径方向の内側に延在する複数のティースとを有し、シェルの内側に嵌合するステータコアを有する。コアバックは、シェルに対向する外周を有し、外周は、シェルと接触する第1の接触部および第2の接触部と、シェルと接触しない非接触部とを有する。軸線を中心とする周方向において、第1の接触部は非接触部の第1の側に位置し、第2の接触部は非接触部の第2の側に位置する。複数のティースは、第1のティースを有する。第1のティースは、コアバックにつながる根元部を有し、根元部は、第1の側に第1のコーナー部を有し、第2の側に第2のコーナー部を有する。第1のコーナー部から外周までの最短距離Laと、第2のコーナー部から外周までの最短距離Lbとは、La<Lbを満足する。第1のコーナー部から第1の接触部までの最短距離Daと、第2のコーナー部から第2の接触部までの最短距離Dbとは、Da>Dbを満足する。第1のコーナー部の曲率半径Raと、第2のコーナー部の曲率半径Rbとは、Ra<Rbを満足する。
本開示では、第2のコーナー部の曲率半径Rbが第1のコーナー部の曲率半径Raよりも大きいため、ステータコアにおいて最も応力が集中しやすい第2のコーナー部への応力集中を抑制することができる。そのため、ステータにおける応力集中を抑制することができる。
実施の形態1.
<モータの構成>
まず、実施の形態1について説明する。図1は、実施の形態1のモータ100を示す断面図である。図1に示すモータ100は、インナロータ型と呼ばれるモータであり、例えば圧縮機8(図17)に用いられる。
<モータの構成>
まず、実施の形態1について説明する。図1は、実施の形態1のモータ100を示す断面図である。図1に示すモータ100は、インナロータ型と呼ばれるモータであり、例えば圧縮機8(図17)に用いられる。
モータ100は、回転軸であるシャフト41を有するロータ3と、ロータ3を囲むように設けられたステータ1とを有する。ステータ1とロータ3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。ステータ1は、後述する圧縮機8(図17)の円筒状の筐体であるシェル25の内側に組み込まれている。
以下では、シャフト41の回転中心である軸線Axの方向を「軸方向」とする。軸線Axを中心とする径方向を「径方向」とする。軸線Axを中心とする周方向を「周方向」とする。
<ロータの構成>
図2は、ロータ3を示す断面図である。図2に示すように、ロータ3は、軸線Axを中心とする円筒状のロータコア30と、ロータコア30に取り付けられた永久磁石40とを有する。ロータコア30は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。
図2は、ロータ3を示す断面図である。図2に示すように、ロータ3は、軸線Axを中心とする円筒状のロータコア30と、ロータコア30に取り付けられた永久磁石40とを有する。ロータコア30は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。
電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。ロータコア30の径方向中心には中心孔34が形成されている。ロータコア30の中心孔34には、上記のシャフト41が、焼嵌め、圧入または接着等により固定されている。ロータコア30は、環状の外周35を有する。
ロータコア30の外周35に沿って、永久磁石40が挿入される複数の磁石挿入孔31が形成されている。1つの磁石挿入孔31は、1磁極に相当する。磁石挿入孔31の周方向中心は極中心Pとなる。隣り合う磁石挿入孔31の間は極間部Mとなる。磁石挿入孔31の数は、ここでは6である。言い換えると、極数は6である。但し、極数は6に限定されるものではなく、2以上であればよい。磁石挿入孔31は、軸方向に直交する面内において、径方向内側に凸となるV字状に形成されている。
各磁石挿入孔31には、1つの永久磁石40が挿入されている。永久磁石40は、平板状であり、ロータコア30の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する。各永久磁石40は、厚さ方向に着磁されている。
永久磁石40は、例えば、希土類磁石で構成される。希土類磁石は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびボロン(B)を含有するネオジム磁石である。なお、各磁石挿入孔31の形状は例えば直線状であってもよく、各磁石挿入孔31に挿入される永久磁石40の数は1つ以上であればよい。
ロータコア30において、磁石挿入孔31の周方向両端部には、穴部であるフラックスバリア32が形成されている。フラックスバリア32とロータコア30の外周35との間には、薄肉部が形成される。薄肉部の幅は、隣り合う磁極間を流れる短絡磁束を抑制できる程度に設定される。薄肉部の幅は、例えば、電磁鋼板の板厚と同じに設定される。
ロータコア30において、磁石挿入孔31と外周35との間には、スリット33が形成されている。スリット33は、永久磁石40から出た磁束の分布を整えるために形成される。ここでは7つのスリット33が、磁石挿入孔31の周方向中心(すなわち極中心)に対して対称に形成されている。但し、スリット33の数および配置はここで説明した例には限定されない。また、ロータコア30は必ずしもスリット33を有さなくてもよい。
ロータコア30において、磁石挿入孔31よりも径方向内側には、穴部36,37が形成されている。穴部36,37は、冷媒を通過させる風穴または治具を挿通する穴として用いられる。穴部36,37はいずれも、極数と同数だけ形成されている。各穴部36の周方向位置は、磁石挿入孔31の周方向中心と一致している。各穴部37の周方向位置は、極間部Mと一致している。但し、穴部36,37の数および配置はここで説明した例には限定されない。また、ロータコア30は必ずしも穴部36,37を有さなくてもよい。
また、各穴部37の径方向外側には、ロータコア30の電磁鋼板を固定するカシメ部38が形成されている。但し、カシメ部38の配置はここで説明した例には限定されない。また、ロータコア30の電磁鋼板は、カシメ以外の方法で固定されていてもよい。
<ステータの構成>
図1に示すように、ステータ1は、ロータコア30を径方向外側から囲むステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線20とを有する。ステータコア10は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。
図1に示すように、ステータ1は、ロータコア30を径方向外側から囲むステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線20とを有する。ステータコア10は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。
ステータコア10は、軸線Axを中心とする環状のコアバック11と、コアバック11から径方向内側に延在する複数のティース12とを有する。ティース12は、周方向に一定間隔で配置されている。ティース12の数は、ここでは9である。但し、ティース12の数は9に限定されるものではなく、2以上であればよい。周方向に隣り合うティース12の間には、巻線20を収容する空間であるスロット13が形成される。スロット13の数は、ティース12の数と同じ9である。
巻線20は、コイルとしてのマグネットワイヤで形成されており、各ティース12に集中巻きで巻かれている。マグネットワイヤの外径すなわちコイル径は、例えば1.0mmである。1つのティース12への巻線20の巻き数は、例えば80ターンである。
ステータコア10と巻線20との間には、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂で構成された図示しない絶縁部が設けられている。絶縁部は、樹脂の成形体をステータコア10に取り付けるか、またはステータコア10を樹脂で一体成形することで形成される。また、スロット13の内面に、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂で構成された絶縁フィルムを設けてもよい。
図3は、ステータコア10を示す平面図である。ティース12は、上記の通り、コアバック11から径方向内側に延在している。ティース12は、その周方向の両側に一対の側部121を有する。
ティース12は、また、ロータ3(図1,2)に対向する歯先部120を有する。歯先部120は、ティース12の側部121よりも周方向両側に突出するように形成されている。コアバック11の内周111とティース12の側部121とは、スロット13に面している。隣り合う歯先部120の間に、スロット開口部130が形成される。
ステータコア10のコアバック11の外周には、接触部14と非接触部15とが周方向に交互に形成されている。接触部14は、軸線Axを中心とする円筒面の一部をなしている。非接触部15は、軸線Axと平行な平面をなしている。接触部14は円弧部とも称し、非接触部15は切欠き部とも称する。
軸線Axを中心とした90度間隔で、4つの非接触部15が形成されている。4つの非接触部15を形成することで、ステータコア10が正方形の範囲に収まり、電磁鋼板を打ち抜き加工する際の歩留まりが向上するという利点がある。
次に、ティース12と接触部14および非接触部15との位置関係について説明する。非接触部15の数は4であり、ティース12の数は9であるため、ティース12によって非接触部15との相対位置が異なる。図3において、9個のティース12を、図中上側のティース12から時計回りに、ティース12A,12B,12C,12D,12E,12F,12G,12H,12Iとする。
ティース12の周方向中心と軸線Axとを通る直線を、ティース中心線と称する。図3では、ティース12Aのティース中心線を符号Tで示す。ティース12B~12Iのティース中心線は破線で示す。ティース12Aは、第1のティースとも称する。
ティース12Aのティース中心線Tは、非接触部15を通る。ティース12Bのティース中心線は、接触部14を通る。ティース12Cのティース中心線は、非接触部15を通る。ティース12Dのティース中心線は、接触部14を通る。ティース12Eのティース中心線は、非接触部15を通る。ティース12Fのティース中心線は、接触部14を通る。ティース12Gのティース中心線は、接触部14と非接触部15との境界を通る。ティース12Hのティース中心線は、接触部14と非接触部15との境界を通る。ティース12Iのティース中心線は、接触部14を通る。
ティース12Cのティース中心線は、非接触部15の周方向中心を通る。それ以外のティース12A,12B,12D~12Iは、接触部14あるいは非接触部15の、周方向中心からずれた位置を通る。
ここでは、ティース中心線Tが非接触部15の周方向中心からずれた位置を通るティース12A,12Eについて説明する。なお、ティース12A,12Eは、軸線Axを含む平面(図3では直線)に対して互いに対称であるため、ティース12Aについて説明する。
図4は、ステータコア10のティース12Aを含む部分と、シェル25と、ロータ3とを示す図である。なお、ロータ3は、その外周のみを示している。ティース12Aの径方向外側には、非接触部15が位置している。
図4において左側を第1の側とし、右側を第2の側とする。非接触部15の周方向の両端部のうち、第1の側の端部を第1端部151とし、第2の側の端部を第2端部152とする。
また、非接触部15を挟んで周方向両側の接触部14のうち、非接触部15の第1の側に位置する接触部14を、第1の接触部14aと称する。また、非接触部15の第2の側に位置する接触部14を、第2の接触部14bと称する。
ティース12Aのコアバック11につながる根元部は、第1の側に第1のコーナー部5aを有し、第2の側に第2のコーナー部5bを有する。
コーナー部5a,5bはいずれも、ティース12の側部121とコアバック11の内周111との間に形成される。なお、ティース12の側部121とコアバック11の内周111とのなす角は90度であるが、90度未満でもよく、90度より大きくてもよい。
第1のコーナー部5aは、曲率半径Raの湾曲形状を有している。第2のコーナー部5bは、曲率半径Rbの湾曲形状を有している。第1のコーナー部5aの曲率半径Raと、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbとは、Ra<Rbを満足する。
第1のコーナー部5aからステータコア10の外周までの最短距離を、距離Laとする。第2のコーナー部5bからステータコア10の外周までの最短距離を、距離Lbとする。距離La,Lbは、コーナー部5a,5bの周方向位置におけるコアバック11の幅に相当する。
ここでは、距離Laは第1のコーナー部5aから非接触部15までの最短距離であり、距離Lbは第2のコーナー部5bから非接触部15までの最短距離である。
また、第1のコーナー部5aから第1の接触部14aまでの最短距離を、距離Daとする。第2のコーナー部5bから第2の接触部14bまでの最短距離を、距離Dbとする。距離Da,Dbは、コーナー部5a,5bから、ステータコア10がシェル25から応力を受ける位置までの最短距離に相当する。
なお、距離Daは、第1のコーナー部5aから非接触部15の第1端部151までの距離ということもできる。距離Dbは、第2のコーナー部5bから非接触部15の第2端部152までの距離ということもできる。
図5は、ステータコア10のティース12Aを含む部分の形状を説明するための模式図である。ティース12Aの周方向両側の2つのスロット13のうち、第1のコーナー部5aが面するスロット13の周方向中心と軸線Axとを通る直線を、スロット中心線Saとする。第2のコーナー部5bが面するスロット13の周方向中心と軸線Axとを通る直線を、スロット中心線Sbとする。
ステータコア10のうち、ティース中心線Tとスロット中心線Saとの間に挟まれた部分を、第1領域Waとする。ステータコア10のうち、ティース中心線Tとスロット中心線Sbとの間に挟まれた部分を、第2領域Wbとする。第1領域Waと第2領域Wbとは、ティース中心線Tに対して非対称に形成されている。
<作用>
次に、実施の形態1の作用について説明する。ステータコア10に作用する応力について説明する。ステータコア10は、焼き嵌めによって剛体であるシェル25に固定される。焼き嵌めの際には、予め加熱して内径を拡大したシェル25の内側にステータコア10を挿入する。シェル25が空冷されて元の内径に戻ると、ステータコア10にはシェル25からの応力が作用する。
次に、実施の形態1の作用について説明する。ステータコア10に作用する応力について説明する。ステータコア10は、焼き嵌めによって剛体であるシェル25に固定される。焼き嵌めの際には、予め加熱して内径を拡大したシェル25の内側にステータコア10を挿入する。シェル25が空冷されて元の内径に戻ると、ステータコア10にはシェル25からの応力が作用する。
ステータコア10のティース12Aを含む部分は、上記の通り、ティース中心線Tに対して非対称な形状を有する。すなわち、図4に示したように、第1のコーナー部5aからステータコア10の外周までの距離Laと、第2のコーナー部5bからステータコア10の外周までの距離Lbとが、La<Lbを満足する。また、第1のコーナー部5aから第1の接触部14aまでの距離Daと、第2のコーナー部5bから第2の接触部14bまでの距離Dbとが、Da>Dbを満足する。
そのため、第2のコーナー部5bには第1のコーナー部5aよりも大きな応力が集中する。コア材料である電磁鋼板は、応力が集中すると磁気抵抗が増加する。第2のコーナー部5bはティース12Aからコアバック11への磁路中に位置するため、磁気抵抗の増加はモータ効率の低下につながる。
また、第2のコーナー部5bに応力が集中すると、ティース12が変形し、歯先部120とロータ3との間隔が狭くなり、ロータ3の回転時に振動および騒音が発生する原因となる。
そこで、本実施の形態では、応力が集中しやすい第2のコーナー部5bの曲率半径Rbを、第1のコーナー部5aの曲率半径Raよりも大きくしている。言い換えると、Ra<Rbが成立するようにしている。
これにより、第2のコーナー部5bでの応力集中を低減し、モータ効率の低下、並びに振動および騒音の発生を抑制することができる。
ここで、応力分布の解析結果について説明する。図6は、ステータコア10をシェル25と共に示す図である。図7は、実施の形態1のステータコア10において、図6に四角形VIIで示した部分の応力解析結果を示す図である。図8は、比較例のステータコア10Cにおいて、図6に四角形VIIで示した部分の応力解析結果を示す図である。
比較例のステータコア10Cは、第1のコーナー部5aの曲率半径Raと第2のコーナー部5b’の曲率半径Rbとを等しくしたものであり、それ以外の点では実施の形態1のステータコア10と同様に構成されている。
図8に示すように、比較例のステータコア10では、第1のコーナー部5aの応力集中は僅かであるが、第2のコーナー部5b’に大きな応力集中が見られる。
一方、図7に示すように、実施の形態1のステータコア10では、第1のコーナー部5の応力集中は比較例と同等であるが、第2のコーナー部5bにおける応力集中が大幅に緩和されている。
なお、図7,8では、非接触部15の第2端部152を含む部分でも応力集中が見られる。第2端部152は、シェル25に接触する接触部14とシェル25に接触しない非接触部15との境界であるためである。但し、この部分は磁束の流れが少ないため、モータ効率の低下にはつながりにくい。
次に、距離La,Lbの比であるLb/Laを変化させ、第1のコーナー部5aおよび第2のコーナー部5bの応力を解析した結果について説明する。
図9には、Lb/Laとコーナー部5a,5bの応力との関係を示す。横軸はLb/Laを示し、縦軸は応力[MPa]を示す。図9に示すように、第1のコーナー部5aの応力はLb/Laが増加するほど低下し、第2のコーナー部5bの応力はLb/Laが増加するほど上昇する。
これは、Lb/Laが大きいほど、ティース12Aの外周側のコアバック11の形状の非対称性が増すため、第2のコーナー部5bでの応力集中が大きくなることによるものである。特に、Lb/Laが1.16より大きい範囲では、第2のコーナー部5bの応力が第1のコーナー部5aの応力よりも大きい。
一方、Lb/Laが1.16より小さい範囲では、第2のコーナー部5bの応力は第1のコーナー部5aの応力と同等で僅かに小さい。これは、ティース12Aの外周側のコアバック11の形状が対称に近づき、第2のコーナー部5bでの応力が一定値に収束するためである。
そのため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することによる第2のコーナー部5bでの応力集中の緩和効果は、Lb/Laが1.16よりも大きい範囲で特に有効であることが分かる。
上記の解析では、距離La,Lbの変化に伴って距離Da,Dbも変化している。距離Daは距離Laの変化に対して一次関数的に変化するのに対し、距離Dbは距離Lbがある値で最小値となる。そのため、以下では、Db/DaとLb/Laとの比である(Lb/La)/(Db/Da)と、コーナー部5a,5bの応力変化との関係について説明する。
図10には、(Lb/La)/(Db/Da)とコーナー部5a,5bの応力との関係を示す。横軸は(Lb/La)/(Db/Da)を示し、縦軸は応力[MPa]を示す。図10に示すように、第1のコーナー部5aの応力は(Lb/La)/(Db/Da)が増加するほど低下し、第2のコーナー部5bの応力は(Lb/La)/(Db/Da)が増加するほど上昇する。
また、(Lb/La)/(Db/Da)が1.95より大きい範囲では、第2のコーナー部5bの応力が第1のコーナー部5aの応力よりも大きい。(Lb/La)/(Db/Da)が1.95より小さい範囲では、第1のコーナー部5aの応力が第2のコーナー部5bの応力よりも大きい。
そのため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することによる第2のコーナー部5bでの応力集中の緩和効果は、(Lb/La)/(Db/Da)が1.95より大きい範囲で特に有効であることが分かる。
次に、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbと、巻線20のコイル径との関係について説明する。図11および図12は、ステータコア10の第2のコーナー部5bを含む部分を拡大して示す図である。巻線20を構成するコイル21は、銅またはアルミニウムで形成された導体を絶縁被膜で覆ったものである。コイル21は、外径Dを有する。
図11は、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbがコイル21の半径D/2以下である構成例を示す。図12は、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbがコイル21の半径D/2より大きい構成例を示す。なお、図11,12では、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbおよびコイル21の外径Dを大きく図示している。
上記の通り、第2のコーナー部5bの応力集中を抑制するためには、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbが大きいことが望ましい。一方、図12に示すように第2のコーナー部5bの曲率半径Rbがコイル21の半径D/2より大きい場合、第2のコーナー部5bに配置されたコイル21とティース12の側部121との間に隙間Gが生じ、当該コイル21とコアバック11の内周111との間にも隙間Gが生じる。
このような隙間Gが生じると、ティース12に巻かれる1層目のコイル21が直線状に並ばず、2層目以降のコイル21を整列させて巻き付けることが難しくなる。その結果、スロット13における占積率の低下を招く。スロット13における占積率の低下は銅損の増加につながる。
これに対し、図11に示すように第2のコーナー部5bの曲率半径Rbがコイル21の半径D/2以下である場合には、第2のコーナー部5bに配置されたコイル21とティース12の側部121との間にも、当該コイル21とコアバック11の内周111との間にも隙間Gが生じない。そのため、ティース12にコイル21を整列させて巻き付けることができ、スロット13における占積率の低下を抑制することができる。
そのため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,Rbは、Ra<Rb≦D/2を満足することが望ましい。曲率半径Ra,Rbがこの範囲内にあれば、応力集中を抑制しつつ、スロット13内の占積率低下を抑制することができる。
図13は、ステータコア10およびロータコア30が打ち抜かれる電磁鋼板103を示す図である。図13において、ステータコア10を構成する電磁鋼板をコアシート101と称し、ロータコア30を構成する電磁鋼板をコアシート301と称する。
コアシート101およびコアシート301は、共通の電磁鋼板103からプレス加工機によって打ち抜かれる。環状のコアシート101の内側の領域から円形のコアシート301が打ち抜かれるため、電磁鋼板103を有効に利用することができる。
コアシート101は、図13にX方向およびY方向で示すように行列に打ち抜くことができる。コアシート101は、周方向に等間隔に4つの非接触部15を有するため、正方形の領域に収まる。そのため、コアシート101のX方向の間隔およびY方向の間隔を狭くすることができ、電磁鋼板103の無駄が少なくなり、電磁鋼板103をさらに有効に利用することができる。
図4を参照して説明したように、ステータコア10の第1のコーナー部5aの曲率半径Raは第2のコーナー部5bの曲率半径Rbよりも小さいが、曲率半径Raが電磁鋼板103の板厚H未満の場合、プレス加工機のパンチあるいはダイのチッピングが生じる可能性がある。プレス加工機のパンチあるいはダイのチッピングが生じると、第1のコーナー部5aにバリが生じ、巻線20を構成するコイル21の絶縁被膜の損傷を招く可能性がある。
そのため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,Rbは、H≦Ra<Rbを満足することが望ましい。曲率半径Ra,Rbがこの範囲内にあれば、応力集中を抑制しつつ、第1のコーナー部5aでのバリの発生を抑制して巻線20の信頼性を向上することができる。
なお、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,Rbに関する上記各特徴は、ティース12A,12Eに限らず、距離La,LbがLa<Lbを満足し且つ距離Da,DbがDa>Dbを満足するティースであれば、他のティース12に適用してもよい。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態1のステータ1は、環状のコアバック11と、コアバック11から径方向内側に延在する複数のティース12とを有し、シェル25に嵌合するステータコア10を有する。コアバック11の外周は、シェル25と接触する接触部14a,14bと、シェル25と接触しない非接触部15とを有する。ティース12Aの根元部は、第1の側に第1のコーナー部5aを有し、第2の側に第2のコーナー部5bを有する。第1のコーナー部5aからコアバック11の外周までの最短距離Laと、第2のコーナー部5bからコアバック11の外周までの最短距離Lbとは、La<Lbを満足する。第1のコーナー部5aから第1の接触部14aまでの最短距離Daと、第2のコーナー部5bから第2の接触部14bまでの最短距離Dbとは、Da>Dbを満足する。第1のコーナー部5aの曲率半径Raと、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbとは、Ra<Rbを満足する。
以上説明したように、実施の形態1のステータ1は、環状のコアバック11と、コアバック11から径方向内側に延在する複数のティース12とを有し、シェル25に嵌合するステータコア10を有する。コアバック11の外周は、シェル25と接触する接触部14a,14bと、シェル25と接触しない非接触部15とを有する。ティース12Aの根元部は、第1の側に第1のコーナー部5aを有し、第2の側に第2のコーナー部5bを有する。第1のコーナー部5aからコアバック11の外周までの最短距離Laと、第2のコーナー部5bからコアバック11の外周までの最短距離Lbとは、La<Lbを満足する。第1のコーナー部5aから第1の接触部14aまでの最短距離Daと、第2のコーナー部5bから第2の接触部14bまでの最短距離Dbとは、Da>Dbを満足する。第1のコーナー部5aの曲率半径Raと、第2のコーナー部5bの曲率半径Rbとは、Ra<Rbを満足する。
このように最短距離La,LbがLa<Lbを満足し、最短距離Da,DbがDa>Dbを満足するため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,Rbが等しければ第2のコーナー部5bに応力が集中するが、上記のようにRa<Rbの関係にあるため第2のコーナー部5bにおける応力集中を抑制することができる。ステータコア10における応力集中の抑制により、磁気抵抗の局所的な増加が抑えられ、モータ効率を向上することができる。
また、最短距離La,LbがLb/La≧1.16を満足するため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することによる応力集中の緩和効果が特に大きい。
また、最短距離La,Lb,Da,Dbが、(Lb/La)/(Db/Da)≧1.95を満足するため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することによる応力集中の緩和効果が特に大きい。
また、第1のコーナー部5aおよび第2のコーナー部5bが非接触部15の径方向内側に配置されているため、曲率半径Ra,Rbが等しい場合には第2のコーナー部5bに特に応力が集中し易い。そのため、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することによる応力集中の緩和効果が特に大きい。
また、巻線20を構成するコイル21の外径をDとすると、コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rb≦D/2を満足するため、スロット13内における巻線20の占積率の低下を抑制し、銅損を低減することができる。
また、ステータコア10を構成する電磁鋼板103の板厚をHとすると、曲率半径Ra,RbがH≦Ra<Rbを満足するため、電磁鋼板103の打ち抜き加工時におけるプレス加工機のパンチ等のチッピングの発生を防止することができる。これにより、第1のコーナー部5aにバリが生じることを防止し、巻線20の損傷を防止することができる。
また、ステータコア10は焼嵌めによってシェル25に固定されており、焼嵌め後にシェル25から応力を受けるため、曲率半径Ra,Rbが等しい場合には第2のコーナー部5bに応力が集中し易い。コーナー部5a,5bの曲率半径Ra,RbがRa<Rbを満足することにより、この応力集中を緩和することができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態2のステータ1は、ティース12の歯先部120の形状が実施の形態1と異なる。図14は、ステータコア10およびシェル25の変形状態を説明するための模式図である。
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態2のステータ1は、ティース12の歯先部120の形状が実施の形態1と異なる。図14は、ステータコア10およびシェル25の変形状態を説明するための模式図である。
実施の形態1で説明したように、ステータコア10をシェル25に焼嵌めした後、シェル25は温度低下に伴って径方向内側に収縮する。シェル25が収縮すると、シェル25のうち、非接触部15に対応する部分は大きく収縮するが、接触部14に対応する部分は接触部14からの抵抗を受けてあまり収縮しない。
そのため、シェル25の形状は図14にハッチングで示したような形状となる。なお、図14ではシェル25の形状を分かり易く示すため、ステータコア10よりも径方向外側に膨らんでいるように示しているが、実際にはシェル25は径方向内側に収縮し、接触部14でステータコア10に接触している。
ステータコア10は、シェル25からの応力を受けて、図14に破線で示すように径方向内側に変形する。コアバック11の接触部14がシェル25から受ける応力は大きいが、非接触部15がシェル25から受ける応力は小さい。そのため、接触部14の径方向内側への変位量E1に対し、非接触部15の径方向内側への変位量E2は小さい。
そのため、接触部14の径方向内側に位置するティース12B,12D,12F,12Iのティース12は径方向内側に大きく変形する。一方、非接触部15の径方向内側に位置するティース12A,12C,12Fのティース12は、径方向内側への変形が比較的小さい。
このようにティース12によって変形量が異なるため、歯先部120の周方向両端で径方向位置が異なる可能性がある。すなわち、歯先部120の周方向一端でロータ3との間隔が近くなり、周方向他端でロータ3との間隔が広くなる可能性がある。
図15は、実施の形態2のティース12の形状を示す図である。実施の形態2のティース12は、歯先部120の周方向両端に、ロータ3の外周(すなわち図2に示したロータコア30の外周35)からの距離が広がる退避部123を有する。
具体的には、ティース12の歯先部120は、ロータ3の外周に沿って円弧状に延在する歯先面122を有する。この歯先面122の周方向両側には、歯先面122に対して傾斜した傾斜面である退避部123が形成されている。
歯先部120の周方向端部Eにおける歯先部120とロータ3との間隔を、間隔C1とする。歯先部120の周方向中心(すなわちティース中心線T上)における歯先部120とロータ3との間隔を、間隔C2とする。歯先部120が退避部123を有しているため、間隔C1,C2は、C1>C2を満足する。
歯先部120がこのような形状を有するため、歯先部120の周方向一端が径方向内側に突出した場合であっても、ロータ3との干渉を防止することができる。そのため、ロータ3の回転時の振動および騒音を抑制することができる。
ここでは、ステータコア10の全てのティース12の歯先部120が退避部123を有しているが、このような構成には限定されない。例えば、ステータコア10のティース12のうちで、外周側のコアバック11の形状が非対称なティース12(例えば、ティース12A,12F)にのみ退避部123を設けてもよい。
以上説明したように、実施の形態2では、歯先部120の周方向端部Eにおける歯先部120からロータ3までの距離C1が、周方向中心における歯先部120からロータ3までの距離C2よりも長い。そのため、ティース12の歯先部120が非対称に変形した場合であっても、歯先部120とロータ3との干渉を防止することができる。その結果、ロータ3の回転時の振動および騒音を抑制することができる。
<シェルの構成>
次に、実施の形態1,2のモータ100が取り付けられるシェル25について説明する。シェル25は、例えば、鋼板の深絞り成形によって形成される。図16(A)に示すように、深絞り成形には、ダイ71と押え板72とパンチ73とを備えたプレス加工機70を用いる。
次に、実施の形態1,2のモータ100が取り付けられるシェル25について説明する。シェル25は、例えば、鋼板の深絞り成形によって形成される。図16(A)に示すように、深絞り成形には、ダイ71と押え板72とパンチ73とを備えたプレス加工機70を用いる。
深絞り成形では、鋼板をダイ71とパンチ73とで塑性変形させてシェル25aの形状を得るため、継ぎ目がなく剛性の高いシェル25aが得られる。しかしながら、シェル25aの内径を高精度に管理するためには、ダイ71およびパンチ73のメンテナンスが必要であり、製造コストが高くなる。
そこで、図16(B)に示したように、鋼板を円筒状に丸めて接合部分29を溶接することでシェル25bを形成することが望ましい。この場合、プレス加工機のメンテナンスが不要であるため、製造コストを低減することができる。しかしながら、シェル25bには接合部分29が存在するため、深絞り成形で形成されたシェル25a(図16(A))と比較して剛性が低い。
そのため、深絞り成形で形成したシェル25aと溶接加工で形成したシェル25bに、同一の焼き嵌め代でステータコア10を固定した場合、溶接加工で形成したシェル25bの方がステータコア10の保持力が小さくなる。
溶接加工で形成したシェル25bを用い、深絞り成形で形成したシェル25aと同様の保持力を得るためには、焼き嵌め代を大きくする必要があるが、その場合には、ステータコア10がシェル25bから受ける応力が増加する。
実施の形態1,2では、ステータコア10における応力集中が緩和されるため、溶接加工で形成したシェル25bを用いて焼嵌め代を大きくすることができ、ステータコア10をシェル25bに強固に固定することができる。
<圧縮機>
次に、モータ100を用いた圧縮機8について説明する。図17は、圧縮機8の構成を示す断面図である。圧縮機8は、ここではロータリー圧縮機であり、シェル80と、シェル80内に配設された圧縮機構9と、圧縮機構9を駆動するモータ100と、モータ100と圧縮機構9とを動力伝達可能に連結するシャフト90とを有する。シャフト90は、図1等に示したシャフト41であり、モータ100のロータ3の中心孔34に嵌合する。
次に、モータ100を用いた圧縮機8について説明する。図17は、圧縮機8の構成を示す断面図である。圧縮機8は、ここではロータリー圧縮機であり、シェル80と、シェル80内に配設された圧縮機構9と、圧縮機構9を駆動するモータ100と、モータ100と圧縮機構9とを動力伝達可能に連結するシャフト90とを有する。シャフト90は、図1等に示したシャフト41であり、モータ100のロータ3の中心孔34に嵌合する。
シェル80は、例えば鋼板で形成された密閉容器であり、モータ100および圧縮機構9を覆う。シェル80は、上部シェル80aと下部シェル80bとを有している。上部シェル80aには、圧縮機8の外部からモータ100に電力を供給するための端子部としてのガラス端子81と、圧縮機8内で圧縮された冷媒を外部に吐出するための吐出管85とが取り付けられている。下部シェル80bは、図1等に示したシェル25であり、モータ100および圧縮機構9が収容されている。
圧縮機構9は、シャフト90に沿って、円環状の第1シリンダ91および第2シリンダ92を有している。第1シリンダ91および第2シリンダ92は、シェル80(下部シェル80b)の内周部に固定されている。第1シリンダ91の内周側には、円環状の第1ピストン93が配置され、第2シリンダ92の内周側には、円環状の第2ピストン94が配置されている。第1ピストン93および第2ピストン94は、シャフト90と共に回転するロータリーピストンである。
第1シリンダ91と第2シリンダ92との間には、仕切板97が設けられている。仕切板97は、中央に貫通穴を有する円板状の部材である。第1シリンダ91および第2シリンダ92のシリンダ室には、シリンダ室を吸入側と圧縮側とに分けるベーン(図示せず)が設けられている。第1シリンダ91、第2シリンダ92および仕切板97は、ボルト98によって一体に固定されている。
第1シリンダ91の上側には、第1シリンダ91のシリンダ室の上側を塞ぐように、上部フレーム95が配置されている。第2シリンダ92の下側には、第2シリンダ92のシリンダ室の下側を塞ぐように、下部フレーム96が配置されている。上部フレーム95および下部フレーム96は、シャフト90を回転可能に支持している。
シェル80の下部シェル80bの底部には、圧縮機構9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。冷凍機油は、シャフト90の内部に軸方向に形成された孔90a内を上昇し、シャフト90の複数箇所に形成された給油孔90bから各摺動部に供給される。
モータ100のステータ1は、焼き嵌めによりシェル80の内側に取り付けられている。ステータ1の巻線20には、上部シェル80aに取り付けられたガラス端子81から電力が供給される。ロータ3の中心孔34(図1)には、シャフト90が固定されている。
シェル80には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ87が取り付けられている。アキュムレータ87は、例えば、下部シェル80bの外側に設けられた保持部80cによって保持されている。シェル80には、一対の吸入パイプ88,89が取り付けられ、この吸入パイプ88,89を介してアキュムレータ87からシリンダ91,92に冷媒ガスが供給される。
冷媒としては、例えば、R410A、R407CまたはR22等を用いてもよいが、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。低GWPの冷媒としては、例えば、以下の冷媒を用いることができる。
(1)まず、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、例えばHFO(Hydro-Fluoro-Orefin)-1234yf(CF3CF=CH2)を用いることができる。HFO-1234yfのGWPは4である。
(2)また、組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えばR1270(プロピレン)を用いてもよい。R1270のGWPは3であり、HFO-1234yfより低いが、可燃性はHFO-1234yfより高い。
(3)また、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えばHFO-1234yfとR32との混合物を用いてもよい。上述したHFO-1234yfは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル(特に蒸発器)の性能低下を招く可能性がある。そのため、HFO-1234yfよりも高圧冷媒であるR32またはR41との混合物を用いることが実用上は望ましい。
(2)また、組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えばR1270(プロピレン)を用いてもよい。R1270のGWPは3であり、HFO-1234yfより低いが、可燃性はHFO-1234yfより高い。
(3)また、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えばHFO-1234yfとR32との混合物を用いてもよい。上述したHFO-1234yfは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル(特に蒸発器)の性能低下を招く可能性がある。そのため、HFO-1234yfよりも高圧冷媒であるR32またはR41との混合物を用いることが実用上は望ましい。
圧縮機8の基本動作は、以下の通りである。アキュムレータ87から供給された冷媒ガスは、吸入パイプ88,89を通って第1シリンダ91および第2シリンダ92の各シリンダ室に供給される。モータ100が駆動されてロータ3が回転すると、ロータ3と共にシャフト90が回転する。そして、シャフト90に嵌合する第1ピストン93および第2ピストン94が各シリンダ室内で偏心回転し、各シリンダ室内で冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、ロータ3の穴部36,37(図2)を通ってシェル80内を上昇し、吐出管85から外部に吐出される。
なお、モータ100が用いられる圧縮機は、ロータリー圧縮機に限定されるものではなく、例えばスクロール圧縮機等であってもよい。
各実施の形態のモータ100は、ステータ1の応力集中の抑制により高いモータ効率を有し、またロータ3とステータ1との接触防止により振動および騒音を低減している。そのため、圧縮機8の静音性および運転効率を向上することができる。
<冷凍サイクル装置>
次に、図17に示した圧縮機8を有する冷凍サイクル装置400について説明する。図18は、冷凍サイクル装置400を示す図である。冷凍サイクル装置400は、例えば空気調和装置であるが、これには限定されず、例えば冷蔵庫であってもよい。
次に、図17に示した圧縮機8を有する冷凍サイクル装置400について説明する。図18は、冷凍サイクル装置400を示す図である。冷凍サイクル装置400は、例えば空気調和装置であるが、これには限定されず、例えば冷蔵庫であってもよい。
図18に示した冷凍サイクル装置400は、圧縮機401と、冷媒を凝縮する凝縮器402と、冷媒を減圧する減圧装置403と、冷媒を蒸発させる蒸発器404とを備える。圧縮機401、凝縮器402および減圧装置403は室外機410に設けられ、蒸発器404は室内機420に設けられる。
圧縮機401、凝縮器402、減圧装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結され、冷媒回路を構成している。圧縮機401は、図17に示した圧縮機8で構成される。冷凍サイクル装置400は、また、凝縮器402に対向する室外送風機405と、蒸発器404に対向する室内送風機406とを備える。
冷凍サイクル装置400の動作は、次の通りである。圧縮機401は、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒ガスとして送り出す。凝縮器402は、圧縮機401から送り出された冷媒と、室外送風機405により送られた室外空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液冷媒として送り出す。減圧装置403は、凝縮器402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404は、減圧装置403から送り出された低温低圧の液冷媒と室内空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発(気化)させ、冷媒ガスとして送り出す。蒸発器404で熱が奪われた空気は、室内送風機406により、空調対象空間である室内に供給される。
冷凍サイクル装置400の圧縮機401には、各実施の形態で説明したモータ100が適用可能であるため、冷凍サイクル装置400の静音性をよび運転効率を向上することができる。
以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、各種の改良または変形を行なうことができる。
1 ステータ、 3 ロータ、 5a 第1のコーナー部、 5b 第2のコーナー部、 8 圧縮機、 9 圧縮機構、 10 ステータコア、 11 コアバック、 12 ティース、 12A ティース(第1のティース)、 13 スロット、 14 円弧部(接触部)、 14a (第1の接触部)、 14b 接触部(第2の接触部)、 15 切欠き部(非接触部)、 20 巻線、 21 コイル、 25 シェル(剛体)、 30 ロータコア、 31 磁石挿入孔、 32 フラックスバリア、 34 中心孔、 35 外周、 40 永久磁石、 41 シャフト、 80 シェル、 90 シャフト、 100 モータ、 101 コアシート、 103 電磁鋼板、 111 内周、 120 歯先部、 121 側部、 151 第1端部、 152 第2端部、 301 コアシート、 400 冷凍サイクル装置、 401 圧縮機、 402 凝縮器、 403 減圧装置、 404 蒸発器、 410 室内機、 420 室外機、 Da,Db 最短距離、 G 隙間、 H 板厚、 La,Lb 最短距離、 Ra,Rb 曲率半径、 Sa,Sb スロット中心線、 T ティース中心線、 Wa 第1領域、 Wb 第2領域。
Claims (13)
- 軸線を中心とする環状のコアバックと、前記コアバックから前記軸線を中心とする径方向の内側に延在する複数のティースとを有し、シェルの内側に嵌合するステータコアを有し、
前記コアバックは、前記シェルに対向する外周を有し、前記外周は、前記シェルと接触する第1の接触部および第2の接触部と、前記シェルと接触しない非接触部とを有し、
前記軸線を中心とする周方向において、前記第1の接触部は前記非接触部の第1の側に位置し、前記第2の接触部は前記非接触部の第2の側に位置し、
前記複数のティースは、第1のティースを有し、
前記第1のティースは、前記コアバックにつながる根元部を有し、前記根元部は、前記第1の側に第1のコーナー部を有し、前記第2の側に第2のコーナー部を有し、
前記第1のコーナー部から前記外周までの最短距離Laと、前記第2のコーナー部から前記外周までの最短距離Lbとが、La<Lbを満足し、
前記第1のコーナー部から前記第1の接触部までの最短距離Daと、前記第2のコーナー部から前記第2の接触部までの最短距離Dbとが、Da>Dbを満足し、
前記第1のコーナー部の曲率半径Raと、前記第2のコーナー部の曲率半径Rbとが、Ra<Rbを満足する
ステータ。 - 前記最短距離Laと前記最短距離Lbとが、Lb/La≧1.16を満足する
請求項1に記載のステータ。 - 前記最短距離La、前記最短距離Lb、前記最短距離Daおよび前記最短距離dbが、
(Lb/La)/(Db/Da)≧1.95を満足する
請求項1または2に記載のステータ。 - 前記第1のコーナー部および前記第2のコーナー部は、前記非接触部の前記径方向の内側に配置されている
請求項1から3までのいずれか1項に記載のステータ。 - 前記ステータに巻かれた巻線をさらに有し、
前記巻線を構成するコイルの外径をDとすると、前記曲率半径Raおよび前記曲率半径Rbが、Ra<Rb≦D/2を満足する
請求項1から4までのいずれか1項に記載のステータ。 - 前記ステータコアを構成する電磁鋼板の板厚をHとすると、前記曲率半径Raおよび前記曲率半径Rbが、H≦Ra<Rbを満足する
請求項1から5までのいずれか1項に記載のステータ。 - 前記ステータコアは、焼嵌めにより前記シェルに固定されている
請求項1から6までのいずれか1項に記載のステータ。 - 前記シェルは、金属板を円筒状に曲げ加工して溶接したものである
請求項1から7までのいずれか1項に記載のステータ。 - 前記複数のティースの少なくとも1つは、歯先部を有し、
前記歯先部の前記周方向の両端部には、前記軸線から離間する方向に傾斜した傾斜部が形成されている
請求項1から8までのいずれか1項に記載のステータ。 - 請求項1から9までのいずれか1項に記載のステータと、
前記ステータの内側に配置されたロータと
を備えたモータ。 - 前記複数のティースの少なくとも1つは、前記ロータに対向する歯先部を有し、
前記歯先部の前記周方向の端部から前記ロータまでの距離C1は、前記歯先部の前記周方向の中心から前記ロータまでの距離C2よりも長い
請求項10に記載のモータ。 - 請求項11に記載のモータと、
前記モータによって駆動される圧縮機構と
を備えた圧縮機。 - 請求項12に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた
冷凍サイクル装置。
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