JP6494871B2 - 固定子、電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定子、電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置に関するものである。

電動機に使用される固定子鉄心は、巻線が巻回されるティース部とティース部の径方向外側にティース部に連続して形成されたヨーク部とを有する。特許文献１に記載の回転機用コアは、ティース部とコアバック部（ヨーク部）とを有し、ティース部は、方向性珪素鋼板（方向性電磁鋼板）で形成され、コアバック部（ヨーク部）は、無方向性珪素鋼板（無方向性電磁鋼板）で形成されている。

特開２０００−３４１８８９号公報（例えば、請求項１、段落００３１）

しかしながら、方向性電磁鋼板は、磁化容易方向と磁束の流れる方向が一致した場合、低鉄損な特性が得られるが、磁化容易方向と磁束の流れる方向にずれが生じた場合、逆に鉄損が大幅に増加するという特性がある。特許文献１に記載の回転機用コアは、ティース部内径側のティース先端部において、磁束は斜めに湾曲して流れるため、ティース先端部を流れる磁束の向きと、方向性電磁鋼板の磁化容易方向の向き（鉄損が最小となる方向）とにずれが生じることにより、鉄損が増加するという課題があった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、鉄損を低減した高効率な固定子、この固定子を有する電動機、この電動機を有する圧縮機、及びこの圧縮機を有する冷凍空調装置を得ること目的とする。

本発明の一態様に係る固定子は、積層された複数の無方向性電磁鋼板を有し、前記複数の無方向性電磁鋼板を固定子の軸方向に貫通する挿入孔を有する第１の鉄心と、前記挿入孔内に配置され、積層された複数の方向性電磁鋼板を有する第２の鉄心と、を備え、前記第１の鉄心は、前記第２の鉄心の前記固定子の軸方向に広がる側面に隣接する側壁部を有し、前記側壁部は、前記第２の鉄心の前記側面を露出させる開口部を有する。

本発明の他の態様に係る電動機は、上述した固定子と、回転子と、前記固定子が固定され、前記回転子を回転可能に支持する支持部とを有する。

本発明の他の態様に係る圧縮機は、上述した電動機を有する。

本発明の他の態様に係る冷凍空調装置は、上述した圧縮機を有する。

本発明に係る固定子及び電動機によれば、鉄損を低減した高効率な電動機を得ることができるという効果を得ることができる。また、本発明に係る圧縮機及び冷凍空調装置によれば、高効率な電動機の使用により、電力消費を抑制できるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る固定子を備えた電動機の概略的な構成を示す断面図である。 実施の形態１における第１の鉄心の概略的な構成を示す断面図である。 実施の形態１における第１の鉄心の概略的な構成を示す斜視図である。 （ａ）は、実施の形態１における第２の鉄心である第１の方向性鉄心の概略的な構成を示す断面図であり、（ｂ）は、実施の形態１における第１の方向性鉄心の概略的な構成を示す斜視図である。 実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。 実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）を流れる磁束（代表的な磁束）の向きを示す図である。 実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における固定子鉄心（第１の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における固定子鉄心（第２の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 実施の形態３における固定子鉄心（第２の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４における固定子鉄心（第２の方向性鉄心及び第３の方向性鉄心が、第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態５における固定子鉄心（第１の方向性鉄心及び第２の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態６における固定子鉄心（第１の方向性鉄心、第２の方向性鉄心、及び第３の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。 実施の形態６における第１の鉄心の概略的な構成を示す斜視図である。 実施の形態６における第２の鉄心である第１の方向性鉄心、第２の方向性鉄心、及び第３の方向性鉄心の概略的な構成を示す斜視図である。 実施の形態６における固定子鉄心（第１の方向性鉄心、第２の方向性鉄心、及び第３の方向性鉄心が第１の鉄心に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態７に係る圧縮機の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態８に係る冷凍空調装置の概略的な構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る固定子、電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置を、図を参照しながら説明する。図には、図相互の関係を理解し易くするために、ｘｙｚ直交座標系が示されている。図において、ｘ軸は、電動機の回転軸に平行な座標軸として示されている。また、図において、ｙ軸は、図１における左右方向に平行な座標軸として示されている。また、図において、ｚ軸は、図１における上下方向に平行な座標軸として示されている。

《１》実施の形態１
《１−１》構成
図１は、本発明の実施の形態１に係る固定子１００を備えた電動機３００の概略的な構成を示す断面図である。図１に示されるように、電動機３００は、固定子１００と回転子２００とを有する。固定子１００は、特定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層してなる固定子鉄心１と、図示しない絶縁材料からなる絶縁部（後述の図１７に２ａとして示される。）と、固定子鉄心１のティース部１１に絶縁部を介して巻かれる巻線２とを有している。固定子１００の内径側には、空隙３を介して回転子２００が回転可能に挿入されている。電動機３００は、固定子１００を囲うハウジング４を有している。ハウジング４は、例えば、円筒状である。ハウジング４内には、固定子１００が焼嵌、圧入、溶接等によって保持されている。また、ハウジング４内には、回転子２００が、軸受けを介して回転可能に支持されている。

図１に示されるように、固定子鉄心１は、第１の鉄心１０と、第１の鉄心１０の鉄心挿入孔１１ｄ（第１の挿入孔）に挿入された第１の方向性鉄心２０（第２の鉄心）とを有する。第１の鉄心１０は、環状のヨーク部１２と、ヨーク部１２の内径側にヨーク部１２に連続して配置されたティース部１１とを有する。ティース部１１は、回転子２００の回転方向に一定間隔で配置され、ヨーク部１２から固定子鉄心１の中心に向かう方向に伸びている。図１に示される例では、実施の形態１に係る固定子１００は、９個のティース部１１を有している。但し、ティース部１１の数は、これに限定されるものではない。固定子鉄心１には、ティース部１１に巻回された巻線２により区画される空間である９個のスロット１９が形成されている。

上述したように、固定子鉄心１のティース部１１には、回転磁界を発生させる巻線２が巻かれている。巻線２は、例えば、マグネットワイヤを、絶縁部を介してティース部１１に直接巻き付けられる集中巻で形成され、３相Ｙ結線に結線される。巻線２の巻数及び線径は、要求される特性（回転数及びトルク等）、電圧仕様、スロットの断面積に応じて定められる。ここでは、巻線しやすいように１つのティース部１１を含むようにヨーク部１２を帯状に展開し、線径φ１．０ｍｍ程度のマグネットワイヤを各ティース部１１に８０ターン程度巻き付け、巻き付け線後に、帯状のヨーク部１２を環状に丸め、ヨーク部１２の両端が溶接されることにより環状の固定子１００が構成される。

回転子２００は、永久磁石埋込型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）であり、回転子鉄心部２０１を有する。図１に示されるように、回転子２００は、中心にシャフト２０４を有する。回転子鉄心部２０１の内部には、周方向に配置され、磁極数に対応した数の磁石挿入孔２０２が設けられている。複数の磁石挿入孔２０２には、複数の永久磁石２０３がそれぞれ挿入され、固定される。永久磁石２０３は、平板の幅広面の方向に磁化されるよう着磁されており、各磁極で回転子の径方向に同一極が向くように配置されている。なお、図１には、回転子２００の磁極数が６極の場合を例示しているが、回転子２００の磁極数は、２極以上の偶数であればいくつでもよい。永久磁石２０３には、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類磁石を用いることができる。

図１に示されるように、磁石挿入孔２０２は、空隙で構成されており、空隙の中に永久磁石２０３が挿入されている。また、磁石挿入孔２０２の周方向両端部には、互いに隣り合う異なる磁極間での漏れ磁束を低減するために、フラックスバリア２０５（漏れ磁束抑制穴）が設けられている。また、回転子鉄心部２０１は、フラックスバリア２０５と回転子２００の外周との間の隣接する永久磁石２０３間で磁束が短絡しないようにするため、磁路が狭くなるように薄肉設計された回転子側壁部２０６を有している。回転子側壁部２０６の幅は、電磁鋼板と同程度の厚さであり、例えば、０．３５ｍｍである。

図２は、実施の形態１における第１の鉄心１０の概略的な構成を示す断面図である。図３は、実施の形態１における第１の鉄心１０の概略的な構成を示す斜視図である。図４（ａ）は、実施の形態１における第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０の概略的な構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は、実施の形態１における第１の方向性鉄心２０の概略的な構成を示す斜視図である。図５は、実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心２０が第１の鉄心１０に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。図６は、実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心２０が第１の鉄心１０に埋め込まれた状態）を流れる磁束（代表的な磁束）の向きを示す図である。図７は、実施の形態１における固定子鉄心１（第１の方向性鉄心２０が第１の鉄心１０に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。

実施の形態１における固定子鉄心１は、図２に示される第１の鉄心１０と、図４（ａ）及び（ｂ）に示される第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０とを有している。第１の鉄心１０は、例えば、積層された複数の無方向性電磁鋼板で形成される。第１の方向性鉄心２０は、方向性電磁鋼板（例えば、積層された複数の方向性電磁鋼板）で形成される。無方向性電磁鋼板とは、特定の方向に磁化しないよう、結晶軸の方向が無秩序に構成された電磁鋼板である。方向性電磁鋼板とは、結晶軸の方向が特定の方向に揃えられ、特定の方向の磁化容易方向を有する電磁鋼板である。

図２で示されるように、第１の鉄心１０は、連続して一体で形成されたティース部１１とヨーク部１２とを有し、実施の形態１における固定子鉄心１の輪郭を画定している。図２に示されるように、ティース部１１は、巻線２が巻回される巻線部１１ａと、個々のティース部１１の内径側に形成され、周方向に広がる回転子対向面を含むティース先端部１１ｂとを有する。また、ティース部１１にはティースカシメ部１１ｃが形成され、電磁鋼板を軸方向に固定している。

図２に示されるように、ヨーク部１２は、ヨーク中央部１２ｄ及びヨーク端部１２ｅを有する。ヨーク中央部１２ｄは、ヨーク部１２におけるティース部１１との連続部分である中央部分を指す。ヨーク端部１２ｅは、ヨーク部１２においてヨーク中央部１２ｄの周方向における両端側に形成されている。ヨーク部１２には、ヨークカシメ部１２ａが形成され、ヨーク部１２を構成する電磁鋼板を、軸方向に固定している。ティースカシメ部１１ｃ及びヨークカシメ部１２ａの数は、図示の数に限定されない。ヨーク部１２の周方向における右端部（＋ｙ方向側の端部）には、互いに隣り合う第１の鉄心１０のヨーク部１２同士を連結するためのヨーク連結部１２ｂが形成されている。

図２に示されるように、第１の鉄心１０のティース部１１の側面には、側壁部１１ｅが形成される。側壁部１１ｅは、第１の鉄心１０のティース部１１の側面が薄く形成された薄肉部である。側壁部１１ｅの厚さｔａ（ほぼ固定子の周方向の厚さ）は、強度が確保できる範囲で極力薄くすることが望ましい。側壁部１１ｅの厚さを薄くすることで、側壁部１１ｅに流れる磁束を抑制でき、磁束を、第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０に積極的に流すことができる。これにより、電動機３００の固定子１００における鉄損を低減することができる。側壁部１１ｅの厚さをｔａとして、第１の鉄心を構成する電磁鋼板の１枚の厚さ（板厚）をｔｍとしたとき、以下の条件式
０．５ｔｍ≦ｔａ≦２ｔｍ
が成り立つことが望ましい。側壁部１１ｅの厚さｔａは、例えば、０．２ｍｍから１ｍｍである。

また、ティース先端部１１ｂの固定子１００の径方向における厚さｔｂは、ティース部１１に設けた側壁部１１ｅの厚さよりも大きくなるように構成される。例えば、厚さｔｂは、側壁部１１ｅの厚さｔａの５倍程度である。このように、ティース先端部１１ｂの径方向における厚さｔｂを側壁部１１ｅの厚さｔａよりも大きく構成することで、ティース先端部１１ｂを湾曲して流れる磁束が第１の鉄心１０に流れるため、第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０の磁化容易方向と異なる向きの磁束が第１の方向性鉄心２０に流れるのを抑制することができる。これにより、ティース先端部１１ｂの鉄損の増加を抑制し効率の良い固定子１００が得られる。

図３に示されるように、実施の形態１における第１の鉄心１０の側壁部１１ｅは、側壁部１１ｅの軸方向の側面に開口部１１ｆを有する。また、開口部１１ｆは、第１の開口領域１１０ｆと、第２の開口領域１１１ｆとを有する。側壁部１１ｅが開口部１１ｆを有することにより、側壁部１１ｅは、上部、中部、下部に分断されて形成された上部の側壁部１１０ｅ、中部の側壁部１１１ｅ、及び下部の側壁部１１２ｅを有する。なお、図３に示される開口部１１ｆの形状は一例を示したものであって、開口部の形状及び開口領域の数は図示の例に限定されない。例えば、開口領域が３個以上あってもよい。

図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１の方向性鉄心２０は径方向に長い長方形状の上面を有する直方体状であり、磁化容易方向ｃ１は、固定子１００の径方向（ｚ方向）と平行な方向となるように形成される。第１の方向性鉄心２０の磁化容易方向ｃ１は、破線の矢印により図示される。図５に示されるように、第１の方向性鉄心２０は、第１の鉄心１０の鉄心挿入孔１１ｄに挿入される。

図６に示されるように、回転子２００から発生した磁束は、ティース先端部１１ｂの外側からティース部１１の内側に向けて回り込むように第１の鉄心内に流入し（磁束ｄ１）、ティース部１１の中央部分では径方向（＋ｚ方向）に向けて流れ（磁束ｄ２）、ヨーク部１２の中央部分ではティース部の中央部分からヨーク部の両端部に向けて湾曲して流れ（磁束ｄ３）、ヨーク部１２の両端部では周方向（＋ｙ方向及び−ｙ方向）に向けて流れる（磁束ｄ４）。この磁束の流れる向き（磁束ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）は、実施の形態１における第１の鉄心１０について説明しているが、後述する実施の形態２以降の実施の形態についても同様である。

図７に示されるように、第１の鉄心１０のティース部１１には、鉄心挿入孔１１ｄが形成され、第１の方向性鉄心２０が、すきまばめ（隙間嵌め）、しまりばめ（締り嵌め）、中間ばめ（中間嵌め）等の嵌め合いによって、鉄心挿入孔１１ｄ内に埋め込まれている。図７において、回転子２００から生じた磁束であって、第１の方向性鉄心２０を流れる磁束の向きは、一点鎖線の矢印（磁束ｄ２）にて図示される。図７に示されるように、第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０の磁化容易方向ｃ１と、第１の方向性鉄心２０を流れる磁束ｄ２の向きは、一致している。ここで、「一致している」とは、第１の方向性鉄心２０の主要な（代表的な）磁化容易方向ｃ１が、第１の方向性鉄心２０を流れる主要な（代表的な）磁束の向きとが同じ（概ね一致、又は、ほぼ同じ）である場合を含む。

《１−２》効果
実施の形態１に係る固定子１００によれば、固定子鉄心１は、積層された複数の無方向性電磁鋼板で形成された第１の鉄心１０と、方向性電磁鋼板で形成された第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０とを備え、第１の方向性鉄心２０は、第１の鉄心１０のティース部１１に形成された鉄心挿入孔１１ｄに挿入される。また、第１の方向性鉄心２０の磁化容易方向ｃ１と、第１の方向性鉄心２０を流れる磁束ｄ２の向きとは、概ね一致する。これにより、固定子鉄心１で生じる鉄損を低減することができ、効率の良い固定子１００を得ることができる。

実施の形態１に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０のティース部１１の側面には、側壁部１１ｅが形成される。側壁部１１ｅは、側壁部１１ｅの軸方向（ｘ方向）の側面に開口部１１ｆを有し、開口部１１ｆは第１の開口領域１１０ｆ及び第２の開口領域１１１ｆを有する。これにより、側壁部１１ｅに流入する磁束を抑制することができ、磁束を第１の方向性鉄心２０に積極的に流すことができる。従って、鉄損を抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

実施の形態１に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０のティース部１１と鉄心挿入孔１１ｄの間には、側壁部１１ｅが形成される。側壁部１１ｅは、側壁部１１ｅの厚さをｔａとして、電磁鋼板の一枚の厚さをｔｍとしたとき、０．５ｔｍ≦ｔａ≦２ｔｍの関係が成り立つような厚みで形成される。これにより、第１の鉄心１０である側壁部１１ｅに流れる磁束を抑制でき、磁束を方向性電磁鋼板により構成された第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０に積極的に流すことができる。従って、鉄損を低減することができる高効率な固定子１００を得ることができる。

実施の形態１に係る固定子１００によれば、ティース先端部１１ｂの径方向における厚さｔｂは、ティース部１１に設けられた側壁部１１ｅの厚さｔａよりも大きくなるように構成される。このように、ティース先端部１１ｂの径方向における厚さｔｂを側壁部１１ｅの厚さよりも大きく構成することで、ティース先端部を湾曲して流れる磁束ｄ１が無方向性電磁鋼板で形成された第１の鉄心１０に流れるため、方向性電磁鋼板で形成された第１の方向性鉄心２０の磁化容易方向ｃ１と異なる向きの磁束が第１の方向性鉄心２０に流れるのを抑制することができる。これにより、ティース先端部１１ｂにおける鉄損の増加を抑制し高効率な固定子１００を得ることができる。

《２》実施の形態２
図８は、本発明の実施の形態２における固定子鉄心１ａ（第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０ａが第１の鉄心１０ａに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。図８において、図７に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図７に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２における固定子鉄心１ａは、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａとの間を径方向（ｚ方向）に分ける境界部に、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａを嵌合するための凹凸部２１が設けられている点において、実施の形態１における固定子１００の固定子鉄心１と異なる。図示しないが、側壁部１１ｅに開口部１１ｆが設けられている点は、実施の形態１と同様である。

図８に示されるように、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａとの間の境界部には、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａを嵌合させるための嵌合部である凹部と凸部が設けられている。図６では、第１の方向性鉄心２０ａは、径方向外側に凸部２１ａを有し、径方向内側に凹部２１ｂを有している。また、第１の鉄心１０ａの鉄心挿入孔の径方向（ｚ方向）の長さに対し、第１の方向性鉄心２０ａの径方向（ｚ方向）の長さは短く設定される。

実施の形態２に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａとの間の境界部に凸部と凹部を設け、第１の鉄心１０ａと第１の方向性鉄心２０ａとは、圧入等により嵌合されている。これにより、固定子鉄心１ａの剛性を高めることができ、電動機３００の振動及び騒音の増加を抑制できる。

実施の形態２に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０ａの鉄心挿入孔の径方向（ｚ方向）の長さに対し、第１の方向性鉄心２０ａの径方向（ｚ方向）の長さは僅かに短く設定される。これにより、第１の鉄心と第１の方向性鉄心とを嵌合させた際に、第１の方向性鉄心２０ａに磁化容易方向ｃ１と同じ向きの引っ張り荷重を印加することができる。第１の方向性鉄心２０ａの磁化容易方向ｃ１と同じ向きに引っ張り荷重を印加することで、第１の方向性鉄心２０ａの磁気特性が改善し、第１の方向性鉄心２０ａの鉄損を更に低減することができる。

《３》実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３における固定子鉄心１ｂ（第２の鉄心である第２の方向性鉄心３０が第１の鉄心１０ｂに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。図１０は、実施の形態３における固定子鉄心１ｂ（第２の方向性鉄心３０が第１の鉄心１０に埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。図９において、図７に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図７に示される符号と同じ符号が付される。図１０において、図５に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図５に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態３における固定子鉄心１ｂは、第１の方向性鉄心２０の代わりに第２の方向性鉄心３０（第２の鉄心）が第１の鉄心１０ｂのヨーク端部１２ｅに設けられている点において、実施の形態１における固定子鉄心１と異なる。

図９に示されるように、実施の形態３における固定子鉄心１ｂのヨーク端部１２ｅには、第２の方向性鉄心３０が埋め込まれている。第２の方向性鉄心３０は、第１の方向性鉄心２０と同様に方向性電磁鋼板により形成される。ここで、固定子鉄心１ｂのヨーク端部１２ｅを流れる磁束の方向を１点鎖線の矢印（磁束ｄ４）にて示す。破線の矢印により示されるように、固定子鉄心のヨーク部１２においては、磁束は周方向に流れる。第２の方向性鉄心の磁化容易方向ｃ２は、破線の矢印により示される。図９に示されるように、固定子鉄心１ｂのヨーク端部１２ｅを流れる磁束ｄ４の方向と、第２の方向性鉄心３０の磁化容易方向ｃ２は概ね一致している。

また、第１の鉄心１０ｂの第２の方向性鉄心３０が挿入される鉄心挿入孔１２ｃ（第２の挿入孔）の内径側には、第１の鉄心の側壁部１２ｆが形成されている。側壁部１２ｆの厚さをｔｃとして、第１の鉄心を構成する複数の電磁鋼板の内の１枚の電磁鋼板の厚さ（板厚）をｔｍとしたとき、０．５ｔｍ≦ｔｃ≦２ｔｍの関係が成り立つことが望ましい。側壁部１２ｆの厚さｔｃは、例えば、０．２ｍｍから１ｍｍである。また、厚さｔｃは、実施の形態１及び２における厚さｔａと等価であり、ｔａと表記してもよい。

図１０に示されるように、実施の形態３における第１の鉄心１０の側壁部１２ｆの軸方向の側面には、開口部１２ｇが形成されている。また、開口部１２ｇは、第１の開口領域１２０ｇと、第２の開口領域１２１ｇとを有する。側壁部１２ｆが開口部１２ｇを有することにより、側壁部１２ｆは、上部、中部、下部に分断されて形成された上部の側壁部１２０ｆ、中部の側壁部１２１ｆ、及び下部の側壁部１２２ｆを有する。なお、図１０に示される開口部１２ｇの形状は一例を示したものであって、開口部の形状及び開口領域の数は図示の例に限定されない。例えば、開口領域が３個以上あってもよい。

実施の形態３に係る固定子１００によれば、固定子鉄心１ｂは第２の鉄心としての第２の方向性鉄心３０を有し、固定子鉄心１ｂのヨーク端部１２ｅを流れる磁束ｄ４の方向と、第２の方向性鉄心３０の磁化容易方向ｃ２は概ね一致している。これにより、鉄損を抑制した高効率な固定子を得ることができる。

実施の形態３に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０ｂのティース部１１の側面には、側壁部１２ｆが形成される。側壁部１２ｆは、側壁部１２ｆの軸方向（ｘ方向）の側面に開口部１２ｇを有し、開口部１２ｇは第１の開口領域１２０ｇ及び第２の開口領域１２１ｇを有する。これにより、側壁部１２ｆに流入する磁束を抑制することができ、磁束を第２の方向性鉄心３０に積極的に流すことができる。従って、鉄損を抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

実施の形態３に係る固定子１００によれば、第１の鉄心１０ｂの、第２の方向性鉄心３０が挿入される鉄心挿入孔１２ｃの内径側には、第１の鉄心の側壁部としての側壁部１２ｆが形成されている。側壁部１２ｆの厚さをｔｃとして、電磁鋼板の１枚の厚さ（板厚）をｔｍとしたとき、０．５ｔｍ≦ｔｃ≦２ｔｍの関係が成り立つ。これにより、第１の鉄心の一部である側壁部１２ｆに流れる磁束を減らし、方向性電磁鋼板により構成された第２の方向性鉄心３０に磁束を積極的に増やすことができる。従って、鉄損を低減した高効率な固定子１００を得ることができる。

《４》実施の形態４
図１１は、本発明の実施の形態４における固定子鉄心１ｃ（第２の鉄心としての第２の方向性鉄心３０及び第２の鉄心としての第３の方向性鉄心４０が、第１の鉄心１０ｃに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。図１１において、図９に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図９に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態４における固定子鉄心１ｃは、第３の方向性鉄心４０（第２の鉄心）が第１の鉄心１０ｃのヨーク中央部１２ｄに設けられている点において、実施の形態３における固定子鉄心１ｂと異なる。

図１１に示されるように、実施の形態４における固定子鉄心１ｃのヨーク中央部１２ｄには、概ね直角三角形状の上面を有する三角柱状の第３の方向性鉄心４０が、２箇所の鉄心挿入孔（第３の挿入孔）１２ｈに埋め込まれている。第２の鉄心としての第３の方向性鉄心４０は、第１の方向性鉄心２０と同様に方向性電磁鋼板により形成される。ここで、固定子鉄心１ｃのヨーク中央部１２ｄを流れる磁束ｄ３の方向を１点鎖線の矢印にて示す。

図１１に示されるように、実施の形態４における固定子鉄心１ｃのヨーク中央部１２ｄを流れる磁束ｄ３の方向は、第１の鉄心挿入孔１１ｄの中央部分から、第２の鉄心挿入孔１２ｃの中央部分に向かって湾曲した方向である。第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向ｃ３は、点線の矢印により示される。図１１に示されるように、第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向ｃ３は、第１の鉄心挿入孔１１ｄの中央部分から、第２の鉄心挿入孔１２ｃの中央部分に向かう斜めの方向である。図１１に示されるように、実施の形態４における固定子鉄心１ｃの第３の方向性鉄心４０部分を流れる磁束ｄ３の方向と、第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向ｃ３とは概ね一致している。

実施の形態４に係る固定子１００によれば、固定子鉄心１ｃは第３の方向性鉄心４０を有し、固定子鉄心１ｃの第３の方向性鉄心４０部分を流れる磁束の方向ｄ３と、第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向ｃ３とは概ね一致している。これにより、鉄損を抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

《５》実施の形態５
図１２は、本発明の実施の形態５における固定子鉄心１ｄ（第１の方向性鉄心２０及び第２の方向性鉄心３０が第１の鉄心１０ｄに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。図１２において、図７及び図９に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図７及び図９に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態５における固定子鉄心１ｄは、第１の鉄心１０ｄ及び第１の方向性鉄心２０に加えて、第２の方向性鉄心３０を更に有する点において実施の形態１における固定子鉄心１と異なる。言い換えれば、実施の形態５に係る固定子鉄心１ｄは、実施の形態１における固定子鉄心１と実施の形態３における固定子鉄心１ｂとを組み合わせた形態を示している。

実施の形態５における固定子鉄心１ｄによれば、固定子鉄心１ｄは第１の鉄心１０ｄ、第１の方向性鉄心２０及び第２の方向性鉄心３０を有し、固定子鉄心１ｄのティース部１１及びヨーク端部１２ｅを流れる磁束ｄ２，ｄ４の方向と、第１の方向性鉄心２０及び第２の方向性鉄心３０の磁化容易方向ｃ１，ｃ２とは概ね一致している。これにより、実施の形態１における固定子鉄心１及び実施の形態３における固定子鉄心１ｂを用いた固定子１００と比較して、更に鉄損を抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

《６》実施の形態６
図１３は、本発明の実施の形態６における固定子鉄心１ｅ（第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０が第１の鉄心１０ｅに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す断面図である。図１４は、本発明の実施の形態６における第１の鉄心１０ｅの概略的な構成を示す斜視図である。図１５は、実施の形態６における第２の鉄心である第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０の概略的な構成を示す斜視図である。図１６は、実施の形態６における固定子鉄心１ｅ（第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０が第１の鉄心１０ｅに埋め込まれた状態）の概略的な構成を示す斜視図である。

図１３において、図７及び図１１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図７及び図１１に示される符号と同じ符号が付される。図１４において、図３に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図３に示される符号と同じ符号が付される。図１５において、図４に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図４に示される符号と同じ符号が付される。図１６において、図５に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図５に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態６における固定子鉄心１ｅは、第１の鉄心１０ｅ及び第１の方向性鉄心２０に加えて、第２の方向性鉄心３０及び第３の方向性鉄心４０を更に有する点において実施の形態１における固定子鉄心１と異なる。言い換えれば、実施の形態６における固定子鉄心１ｅは、実施の形態１における固定子鉄心１と実施の形態４における固定子鉄心１ｃとを組み合わせた形態を示している。

図１３に示されるように、実施の形態６における固定子鉄心１ｅは、第１の鉄心１０ｅ及び第１の方向性鉄心２０に加えて、第２の方向性鉄心３０及び第３の方向性鉄心４０を有する。図１３において、第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向は、図１１及び図１２に示された磁化容易方向と同じであるため、記載を省略する。また、固定子鉄心１ｅを流れる磁束の方向についても、図６に示された方向と同じであるため記載を省略する。

図１３に示されるように、実施の形態６における第１の鉄心１０ｅは、ティース部１１に形成された側壁部１１ｅを有する。図１４から図１６に示されるように、側壁部１１ｅの軸方向の側面には、開口部１１ｆが形成されている。開口部１１ｆは、第１の開口領域１１０ｆと、第２の開口領域１１１ｆとを有する。なお、図１４に示される開口部１１ｆの形状は一例を示したものであって、開口部の形状及び開口領域の数は図示の例に限定されない。例えば、開口領域が３個以上あってもよい。

図１３に示されるように、実施の形態６における第１の鉄心１０ｅは、ヨーク部１２に形成された側壁部１２ｆを有する。図１４から図１６に示されるように、側壁部１２ｆの軸方向の側面には、開口部１２ｇが形成されている。開口部１２ｇは、第１の開口領域１２０ｇと、第２の開口領域１２１ｇとを有する。なお、図１４に示される開口部１２ｇの形状は一例を示したものであって、開口部の形状及び開口領域の数は図示の例に限定されない。例えば、開口領域が３個以上あってもよい。

実施の形態６における固定子鉄心１ｅによれば、固定子鉄心１ｅは第１の鉄心１０ｅ、第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０を有し、固定子鉄心１ｅのティース部１１及びヨーク部１２を流れる磁束ｄ２，ｄ３，ｄ４の方向と、第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０の磁化容易方向ｃ１，ｃ２，ｃ３とは概ね一致している。これにより、実施の形態１における固定子鉄心１、実施の形態３における固定子鉄心１ｂ、及び実施の形態４における固定子鉄心１ｃを用いた固定子１００と比較して更に鉄損を抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

実施の形態６に係る固定子鉄心１ｅによれば、第１の鉄心１０ｅのティース部１１の側壁部１１ｅは、開口部１１ｆを有し、開口部１１ｆは第１の開口領域１１０ｆ及び第２の開口領域１１１ｆを有する。また、第１の鉄心１０ｅのヨーク部１２の側壁部１２ｆは、開口部１２ｇを有し、開口部１２ｇは第１の開口領域１２０ｇ及び第２の開口領域１２１ｇを有する。これにより、ティース部１１の側壁部１１ｅ及びヨーク部１２の側壁部１２ｆに流入する磁束を更に抑制することができ、磁束を第１の方向性鉄心２０、第２の方向性鉄心３０、及び第３の方向性鉄心４０に積極的に流すことができる。従って、実施の形態１における固定子鉄心１、実施の形態３における固定子鉄心１ｂ、及び実施の形態４における固定子鉄心１ｃを用いた固定子１００と比較して鉄損を更に抑制した高効率な固定子１００を得ることができる。

《７》実施の形態７
図１７は、本発明の実施の形態１０に係る圧縮機４００の概略的な構成を示す断面図である。実施の形態１０に係る圧縮機４００は、上述した実施の形態９に係る電動機３００を搭載したロータリ圧縮機である。なお、本発明は、上述した実施の形態何れかの永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機を含むものであるが、圧縮機の種別は、ロータリ圧縮機に限定されるものではない。また、電動機３００についても永久磁石埋込型電動機に限定されるものではない。なお、図１７において、図１から図１６に記載された構成と同一又は対応する構成には、同一の符号が付される。

圧縮機４００は、密閉容器４０８内に、電動機３００（永久磁石埋込型電動機）と、圧縮要素４０１とを備えている。図示はしないが、密閉容器の底部に、圧縮要素各摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。圧縮要素４０１は、主な要素として、上下積層状態に設けられたシリンダ４０２と、電動機３００（永久磁石埋込型電動機）により回転するシャフトである回転軸４０３と、回転軸４０３に嵌挿されるピストン４０４と、シリンダ内を吸入側と圧縮側に分けるベーン（図示せず）と、回転軸４０３が回転自在に嵌挿され、シリンダ４０２の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム４０５及び下部フレーム４０６と、上部フレーム４０５及び下部フレーム４０６にそれぞれ装着されたマフラ４０７とを含んでいる。

電動機３００の固定子１００は、密閉容器４０８に焼嵌または溶接等の方法により直接取り付けられ保持されている。固定子１００のコイルには、密閉容器４０８に固定されるガラス端子から電力が供給される。回転子２００は、固定子１００の内径側に、空隙３を介して配置されており、回転子２００の中心部の回転軸２０４（シャフト）を介して圧縮要素４０１の軸受け部（上部フレーム４０５及び下部フレーム４０６）により回転自在な状態で保持されている。

次に、かかる圧縮機４００の動作について説明する。アキュムレータ４０９から供給された冷媒ガスは、密閉容器４０８に固定された吸入パイプ４１０よりシリンダ内へ吸入される。インバータの通電によって電動機３００が回転されていることで、回転軸２０４に嵌合されたピストン４０４がシリンダ４０２内で回転される。それにより、シリンダ４０２内では冷媒の圧縮が行われる。冷媒は、マフラ４０７を経た後、密閉容器４０８内を上昇する。このとき、圧縮された冷媒には冷凍機油が混入している。この冷媒と冷凍機油との混合物は、ロータ鉄心に設けた風穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離を促進され、冷凍機油が吐出パイプ４１１へ流入するのを防止できる。このようにして、圧縮された冷媒が、密閉容器４０８に設けられた吐出パイプ４１１を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。

なお、圧縮機４００の冷媒には、既知の冷媒であるＨＦＣ（ハイドロ フルオロカーボン）であるＲ４１０Ａ及びＲ４０７Ｃ、ＨＣＦＣ（ハイドロ クロロフルオロカーボン）であるＲ２２等を用いてもよいが、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒等いかなる冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ冷媒が望まれている。低ＧＷＰ冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。

（１）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−１２３４ｙｆ（ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｏｌｅｆｉｎの略であり、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは、４である。

（２）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）である。なお、ＧＷＰは３で、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより小さいが、可燃性はＨＦＯ−１２３４ｙｆより大きい。

（３）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いずれかを含む混合物：例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＲ３２との混合物等である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル（特に、蒸発器において）の性能が低下しやすい。そのため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１等との混合物が実用上は有力になる。

このように電動機３００を圧縮機４００に組込んで構成することで、効率、信頼性に優れた圧縮機４００を提供できる。

《８》実施の形態８
図１８は、本発明の実施の形態１１に係る冷凍空調装置５００の概略的な構成を示す図である。本発明は、上述した圧縮機４００を冷凍回路の構成要素として含む、冷凍空調装置５００として実施することも可能である。以下、圧縮機４００を搭載した冷凍空調装置５００について説明する。

冷凍空調装置５００は、主たる要素として、圧縮機４００と、四方弁５０１と、圧縮機４００において圧縮された高温高圧の冷媒ガスの熱を空気と熱交換して凝縮し液冷媒にする凝縮器５０２と、液冷媒を膨張させて低温低圧の液冷媒にする膨張器５０３と、低温低圧の液冷媒から吸熱して低温低圧のガス冷媒にする蒸発器５０４と、圧縮機４００、膨張器５０３、及び四方弁５０１を制御する制御部５０６とで構成される。圧縮機４００、四方弁５０１、凝縮器５０２、膨張器５０３、及び蒸発器５０４は、各々冷媒配管５０５により接続され冷凍サイクルを構成する。

このように圧縮機４００を冷凍空調装置５００に組み込んで構成することで、効率及び信頼性に優れた冷凍空調装置５００を提供できる。なお、冷凍空調装置５００の冷凍回路における、圧縮機４００以外の構成要素の構成は、特に、限定されるものではない。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、上記の実施の形態同士を組み合わせることも可能であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 固定子鉄心、 ２ 巻線、 ２ａ 絶縁部、 ３ 空隙、 ４ ハウジング、 １０ 第１の鉄心、 １１ ティース部、 １１ａ 巻線部、 １１ｂ ティース先端部、 １１ｃ ティースカシメ部、 １１ｄ 鉄心挿入孔、 １１ｅ 側壁部、 １２ ヨーク部、 １２ａ ヨークカシメ部、 １２ｂ ヨーク連結部、 １２ｄ ヨーク中央部、 １２ｅ ヨーク端部、 １２ｆ 側壁部、 ２０ 第１の方向性鉄心（第２の鉄心）、 ３０ 第２の方向性鉄心（第２の鉄心）、 ４０ 第３の方向性鉄心（第２の鉄心）、 １００ 固定子、 ２００ 回転子、 ３００ 電動機、 ４００ 圧縮機、 ４０１ 圧縮要素、 ４０２ シリンダ、 ４０３ 回転軸、 ４０４ ピストン、 ４０５ 上部フレーム、 ４０６ 下部フレーム、 ４０７ マフラ、 ４０８ 密閉容器、 ５００ 冷凍空調装置、 ５０１ 四方弁、 ５０２ 凝縮器、 ５０３ 膨張器、 ５０４ 蒸発器、 ５０５ 冷媒配管。

Claims (10)

1. 積層された複数の無方向性電磁鋼板を有し、前記複数の無方向性電磁鋼板を固定子の軸方向に貫通する挿入孔を有する第１の鉄心と、
   前記挿入孔内に配置され、積層された複数の方向性電磁鋼板を有する第２の鉄心と、
   を備え、
   前記第１の鉄心は、前記第２の鉄心の前記固定子の軸方向に広がる側面に隣接する側壁部を有し、
   前記側壁部は、前記第２の鉄心の前記側面を露出させる開口部を有する固定子。
2. 前記開口部は第１の開口領域と、前記第１の開口領域と離れて配置された第２の開口領域とを有する請求項１に記載の固定子。
3. 前記第１の鉄心は、ティース部を有し、
   前記挿入孔は、前記ティース部に形成された第１の挿入孔を有し、
   前記第２の鉄心は、前記ティース部の前記第１の挿入孔内に備えられた第１の方向性鉄心を有し、前記第１の方向性鉄心の前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記第１の挿入孔を通過する前記固定子の径方向に平行である
   請求項１又は２に記載の固定子。
4. 前記第１の挿入孔と前記第２の鉄心の前記径方向の境界部には、前記第１の鉄心と前記第２の鉄心とを嵌合する嵌合部が備えられる
   請求項３に記載の固定子。
5. 前記第１の鉄心は、ヨーク中央部と前記ヨーク中央部の周方向両側に位置するヨーク端部とを含むヨーク部を有し、
   前記挿入孔は、前記ヨーク端部に形成された第２の挿入孔を有し、
   前記第２の鉄心は、前記第２の挿入孔内に備えられた第２の方向性鉄心を有し、
   前記第２の方向性鉄心の前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記第１の挿入孔を通過する前記固定子の径方向に直交する方向に平行である
   請求項４に記載の固定子。
6. 前記挿入孔は、前記ヨーク中央部に形成された第３の挿入孔を更に有し、
   前記第２の鉄心は、前記ヨーク中央部の前記第３の挿入孔内に備えられた第３の方向性鉄心を更に有し、
   前記第３の方向性鉄心の前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記第１の挿入孔の中心と前記第２の挿入孔の中心とを結ぶ直線の方向と平行な方向である
   請求項５に記載の固定子。
7. 前記第１の鉄心の前記ティース部を覆う絶縁部と、
   前記絶縁部を介して前記ティース部に巻回された巻線と、
   を更に有する請求項３から６のいずれか１項に記載の固定子。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の固定子と、
   回転子と、
   前記固定子が固定され、前記回転子を回転可能に支持する支持部と
   を有する電動機。
9. 請求項８に記載の電動機を備えた圧縮機。
10. 請求項９に記載の圧縮機を備えた冷凍空調装置。

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