JP6636144B2 - 固定子、電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 - Google Patents

固定子、電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 Download PDF

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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。
電動機における鉄損を低減するために、固定子鉄心を、電磁鋼板よりも鉄損の小さいアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成したものが開発されている(特許文献1)。また、固定子鉄心を、圧延方向の異なる2種類の電磁鋼板を組み合わせて構成したもの(特許文献2)、および、固定子鉄心の空隙に磁性材料を充填したものも開発されている(特許文献3)。
特表2013−546301号公報(図1参照) 特開2010−207028号公報(図6参照) 特開2011−24366号公報(図2参照)
鉄損を効果的に低減するためには、特許文献1のように、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が最も望ましい。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に磁気抵抗が増加する性質を有している。そのため、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と、固定子鉄心を焼嵌め等によりフレームの内側に組み込む際に、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、アモルファス金属またはナノ結晶金属を用い、且つ圧縮応力に対する磁気抵抗の増加を抑制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ヨークと、ヨークから軸線に向かう方向に延在するティースとを有し、ティースが第1の挿入孔を有し、ヨークが第2の挿入孔を有する第1の鉄心と、第1の挿入孔内に配置された第1の部分と、第2の挿入孔内に配置された第2の部分とを有し、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。ティースは、第1の挿入孔に対して周方向の両側に側壁を有し、側壁は、第2の鉄心の第1の部分を露出させる第1の開口部を有する。ヨークは、第2の挿入孔に対して軸線の側に内周壁を有し、内周壁は、第2の鉄心の第2の部分を露出させる第2の開口部を有する。
この発明によれば、第1の鉄心の挿入孔内に、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の鉄心が配置されるため、圧縮応力が主に第1の鉄心に加わる。そのため、第2の鉄心に加わる圧縮応力を低減し、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
実施の形態1における電動機の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の第1の鉄心の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の第2の鉄心の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の構成を示す斜視図である。 実施の形態2における固定子鉄心の構成を示す斜視図である。 実施の形態2における第1の鉄心を製造するための第1の電磁鋼板(A)および第2の電磁鋼板(B)を示す平面図である。 実施の形態3における固定子鉄心の構成を示す斜視図である。 実施の形態4における固定子鉄心の構成を示す斜視図である。 実施の形態5における固定子鉄心の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の構成を示す斜視図である。 実施の形態7における固定子鉄心の構成を示す斜視図である。 実施の形態8における固定子鉄心の構成を示す斜視図である。 インシュレータの構成例を示す斜視図である。 インシュレータの構成例を示す側面図(A)および断面図(B)である。 変形例の電動機の構成を示す断面図である。 各実施の形態の電動機が適用されるロータリ圧縮機の構成を示す断面図である。 図16のロータリ圧縮機を備えた冷凍空調装置の構成を示す図である。
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300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300の構成を示す断面図である。この電動機300は、回転子200に永久磁石202を埋め込んだ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16参照)に用いられる。なお、図1は、回転子200の回転軸(軸線CL)に直交する面における断面図である。
電動機300は、インナーロータ型と呼ばれる電動機であり、固定子100と、固定子100の内側に回転可能に設けられた回転子200とを有する。固定子100と回転子200との間には、例えば0.3〜1.0mmのエアギャップ9が形成されている。
以下では、回転子200の回転軸である軸線CLの方向を、単に「軸方向」と称する。また。軸線CLを中心とする周方向を、単に「周方向」と称する。また、軸線CLを中心とする固定子100および回転子200の半径方向を、単に「径方向」と称する。後述する図2〜5、7〜13において、矢印CLは軸方向を示し、矢印R1は周方向を示す。
固定子100は、固定子鉄心1と、固定子鉄心1に巻き付けられた巻線2とを有する。固定子鉄心1は、電磁鋼板で構成される第1の鉄心10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21,22とを有している。
第1の鉄心10は、上記の軸線CLを中心とする環状のヨーク4と、ヨーク4から径方向内側(すなわち軸線CLに向かう方向)に延在する複数のティース3とを有している。ここでは、9つのティース3が周方向に一定間隔で配置されているが、ティース3の数は2以上であればよい。周方向に隣り合うティース3の間には、巻線2を収容する空間であるスロット8が形成される。
固定子鉄心1は、ティース3毎の複数(ここでは9つ)の分割コア6(図4)が周方向に連結された構成を有している。各分割コア6は、ヨーク4の周方向端部に設けられた連結部48で互いに連結されている。これにより、複数の分割コア6を帯状に展開し、また環状に組み合わせることができる。
回転磁界を発生させる巻線2は、例えばマグネットワイヤを、後述するインシュレータ5(図13)を介してティース3に巻き付けたものである。巻線2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8の断面積に応じて決定される。巻線2は、集中巻きで巻かれ、Y結線により結線されている。なお、インシュレータ5は、図1では省略されている。
巻線2の巻き付けは、上述した複数の分割コア6を帯状に展開した状態で行う。各ティース3に、例えば直径1.0mmのマグネットワイヤを、例えば80ターン巻回したのち、複数の分割コア6を環状に曲げて両端部を溶接する。
第1の鉄心10は、電動機300の円筒状のフレーム7内に、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7は、例えば、ロータリ圧縮機500(図16)の密閉容器の一部である。第2の鉄心21,22は、第1の鉄心10に形成された後述する挿入孔30,40内に配置されている。
回転子200は、円筒状の回転子鉄心201と、回転子鉄心201に取り付けられた永久磁石202と、回転子鉄心201の中央部に配置されたシャフト204とを有する。シャフト204は、例えば、ロータリ圧縮機500(図16)のシャフトである。回転子鉄心201は、厚さ0.1mm〜0.7mmの電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメにより締結したものである。
回転子鉄心201の外周面に沿って、永久磁石202が挿入される複数(ここでは6つ)の磁石挿入孔203が形成されている。磁石挿入孔203は、回転子鉄心201を軸方向に貫通する貫通孔である。磁石挿入孔203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203の間は、極間となる。
永久磁石202は、軸方向に長い平板状の部材であり、回転子鉄心201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202の厚さは、例えば2mmである。永久磁石202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202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203に1つの永久磁石202を配置しているが、1つの磁石挿入孔203に複数の永久磁石202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203内の複数の永久磁石202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203の周方向両端部には、フラックスバリア(漏れ磁束抑制穴)205が形成されている。フラックスバリア205は、隣り合う永久磁石202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205と回転子鉄心201の外周との間の鉄心部分は、隣り合う永久磁石202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201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。
<第1の鉄心の構成>
次に、第1の鉄心10について説明する。図2は、第1の鉄心10の構成を示す斜視図であり、一つの分割コア6に含まれる第1の鉄心10を示している。第1の鉄心10は、厚さ0.2mm〜0.5mm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10は、上記の通り、環状のヨーク4と、ヨーク4から径方向内側に延在するティース3とを有している。ティース3は、径方向内側の端部に、ティース3の他の部分よりも周方向長さ(幅)の広いティース先端部32を有している。ティース先端部32は、回転子200(図1)の外周面に対向している。
ティース先端部32には、複数の電磁鋼板を軸方向に固定するためのカシメ部(ティースカシメ部)36が形成されている。なお、カシメ部36は、図2に示すようにティース先端部32の周方向両端にそれぞれ設けてもよく、あるいは、図1に示すようにティース先端部32の周方向中央に設けてもよい。
ティース3は、軸方向の貫通穴である挿入孔(第1の挿入孔)30を有している。挿入孔30は、軸方向に直交する面内において、径方向(ティース3の延在方向)の長さが周方向(ティース3の幅方向)の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。但し、挿入孔30の断面形状は、長方形に限らず、例えば楕円形であってもよい。
ティース3は、挿入孔30の周方向両側に、薄肉部である一対の側壁31を有している。側壁31の厚さは、強度が確保できる範囲でできるだけ薄いことが望ましく、例えば、0.2mm〜1mmの範囲にあることが望ましい。ティース3は、また、挿入孔30の径方向内側(回転子200側)に、内周壁33を有している。
ヨーク4は、周方向の中央部(ヨーク中央部47)でティース3と連続しており、ヨーク中央部47から周方向両側に延在している。ヨーク4は、軸方向の貫通穴である挿入孔(第2の挿入孔)40を有している。挿入孔40は、軸方向に直交する面内において、周方向(ヨーク4の延在方向)の長さが径方向(ヨーク4の幅方向)の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。但し、挿入孔40の断面形状は、長方形に限らず、例えば楕円形であってもよい。
ヨーク4は、挿入孔40の径方向内側に内周壁41を有し、挿入孔40の径方向外側に外周壁42を有している。外周壁42は、内周壁41よりも厚い。また、挿入孔40の周方向両側に、一対の側壁43を有している。
ヨーク4の挿入孔40とティース3の挿入孔30との間には、薄肉部である仕切り壁45が形成されている。仕切り壁45の厚さは、上述したティース3の側壁31と同様、強度が確保できる範囲で、できるだけ薄いことが望ましく、例えば0.2mm〜1mmの範囲にあることが望ましい。
側壁31および仕切り壁45の厚さを薄くすることにより、第1の鉄心10に流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心21,22に流れる磁束の量を増加させることができる。これにより、後述するように鉄損を低減することができる。
一方、ティース3の内周壁33、並びにヨーク4の内周壁41、外周壁42および側壁43は、ティース3の側壁31および仕切り壁45よりも厚く形成されており、これにより固定子鉄心1の強度を確保している。
ヨーク中央部47における外周壁42の外周面には、切欠き部が形成されている。この切り欠きの周方向両側には、複数の電磁鋼板を軸方向に固定するためのカシメ部46が形成されている。ティース3のカシメ部36およびヨーク4のカシメ部46によって複数の電磁鋼板が互いに固定されるため、第1の鉄心10(ティース3およびヨーク4)の高い寸法精度および高い剛性が得られる。
また、ヨーク4の周方向の一端部には、周方向に隣接する分割コア6のヨーク4と連結される連結部48が形成されている。この連結部48は、支軸であってもよく、塑性変形可能な薄肉部であってもよい。
<第2の鉄心の構成>
次に、第2の鉄心21,22の構成について説明する。図3は、第2の鉄心21,22の構成を示す斜視図であり、一つの分割コア6に含まれる第2の鉄心21,22を示している。第2の鉄心21は、ティース3の挿入孔30内に配置されるものであり、「第1の部分」とも称する。第2の鉄心22は、ヨーク4の挿入孔40内に配置されるものであり、「第2の部分」とも称する。
第2の鉄心21,22は、いずれも、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21,22は、いずれも、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によって構成されている。
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(樹脂)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21,22を、アモルファス金属の薄帯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21,22を焼鈍してもよい。第2の鉄心21,22の焼鈍は、ティース3およびヨーク4の挿入孔30,40への挿入前に行ってもよく、挿入後に行ってもよい。第2の鉄心21,22を挿入後に焼鈍すれば、機械的強度が低下する前に挿入孔30,40に挿入できるため、第2の鉄心21,22の挿入時の割れを防止することができる。
第2の鉄心21(第1の部分)は、ティース3の挿入孔30内に配置される。第2の鉄心21は直方体形状を有し、軸方向に直交する面内において、径方向の長さが周方向の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。具体的には、第2の鉄心21は、径方向外側の外側端面21aと、径方向内側の内側端面21bと、周方向両側の一対の側端面21cと、軸方向両側の一対の端面とを有している。但し、第2の鉄心21の形状は直方体に限らず、ティース3の挿入孔30に嵌合する形状であればよい。
第2の鉄心22(第2の部分)は、ヨーク4の挿入孔40内に配置される。第2の鉄心21は直方体形状を有し、軸方向に直交する面内において、周方向の長さが径方向の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。具体的には、第2の鉄心22は、径方向内側の内側端面22aと、径方向外側の外側端面22bと、周方向両側の一対の側端面22cと、軸方向両側の一対の端面とを有している。但し、第2の鉄心22の形状は直方体に限らず、ヨーク4の挿入孔40に嵌合する形状であればよい。
第2の鉄心21,22は、上記の通り、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。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、固定子鉄心1において、回転子200の永久磁石202からの磁束が最も多く流れる領域に第2の鉄心21,22を配置することで、鉄損を抑制することができる。
<固定子鉄心の構成および作用>
図4は、第1の鉄心10に第2の鉄心21,22を取り付けた固定子鉄心1を示す斜視図である。第2の鉄心21は、例えば隙間嵌め、締り嵌め、または中間嵌め等の嵌め合いによって、ティース3の挿入孔30に嵌め込まれている。同様に、第2の鉄心22は、例えば隙間嵌め、締り嵌め、または中間嵌め等の嵌め合いによって、ヨーク4の挿入孔40に嵌め込まれている。
回転子200の永久磁石202(図1)からの磁束は、ティース先端部32からティース3に流入し、ティース3内を径方向外側に向かって流れ、仕切り壁45を通過してヨーク4に流入する。ヨーク4に流入した磁束は、ヨーク中央部47から周方向両側に向けて流れる。このようにティース3およびヨーク4を通る磁束の通路が形成され、当該磁束と巻線2を流れる電流との作用により、回転子200を回転させるトルクが発生する。
このとき、ティース3内を流れる磁束は、側壁31内を流れる磁束を除き、第2の鉄心21内を流れる。第2の鉄心21は、アモルファス金属またはナノ結晶金属で構成されており磁気抵抗が小さいため、ティース3における鉄損を低減することができる。
また、側壁31は厚さ0.2mm〜1mmの薄肉部であるため、ティース3を流れる磁束の大部分が第2の鉄心21を通って流れる。そのため、ティース3における鉄損をさらに低減することができる。
また、ヨーク4に流入した磁束は、ヨーク中央部47で向きを変え、周方向両側に向けて流れる。このとき、ヨーク4内を流れる磁束は、内周壁41内を流れる磁束を除き、第2の鉄心22内を流れる(外周壁42内を流れる磁束はごく僅かである)。そのため、ヨーク4における鉄損を低減することができる。
また、第2の鉄心21,22の間には仕切り壁45が配置されているが、仕切り壁45は厚さ0.2mm〜1mmの薄肉部であるため、磁束が仕切り壁45を通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、図2に示すように、ティース3のカシメ部36を第2の鉄心21の周方向両側に配置した場合には、内周壁33の厚さを特に薄くすることができる。これにより、磁束が内周壁33を通過することによる磁気抵抗の増加を抑制し、鉄損を低減することができる。
ここで、第2の鉄心21,22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に磁気特性が低下し、磁気抵抗が増加する性質を有している。また、固定子鉄心1には、電動機300を焼嵌め等によってフレーム7(図1)に組み込む際に、外周側から圧縮応力が作用する。
しかしながら、第2の鉄心21,22は第1の鉄心10の挿入孔30,40に挿入されている(すなわち第1の鉄心10によって外側から囲まれている)ため、第2の鉄心21,22に加わる圧縮応力を低減することができる。従って、圧縮応力に起因する第2の鉄心21,22の磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、上記のように第2の鉄心21,22をアモルファス金属の薄帯で構成し、焼鈍を行った場合には、第2の鉄心21,22の機械的強度が低下し、損傷し易くなる可能性がある。しかしながら、この実施の形態1では、第2の鉄心21,22が第1の鉄心10によって外側から囲まれているため、第2の鉄心21,22を焼鈍した場合であっても、損傷を抑制することができる。
第1の鉄心10のうち、ティース3の内周壁33、ヨーク4の内周壁41、外周壁42および側壁43は比較的厚いが、磁束が最も多く流れる領域の外側に位置しているため、鉄損への影響は少ない。これらの壁33,41,42,43が圧縮応力を受けることにより、第2の鉄心21,22に加わる圧縮応力を低減することができる。
<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、第1の鉄心10の挿入孔30,40内に、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21,22が配置されている。そのため、永久磁石202から第1の鉄心10に流入した磁束を、第2の鉄心21,22に流すことができ、鉄損を低減することができる。また、第2の鉄心21,22に加わる圧縮応力を低減し、圧縮応力に起因する第2の鉄心21,22の磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、ティース3の挿入孔30内に第2の鉄心21が配置され、ヨーク4の挿入孔40内に第2の鉄心22が配置されているため、永久磁石202からの磁束の大部分が第2の鉄心21,22を通って流れる。そのため、鉄損を効果的に低減することができる。
また、ティース3の挿入孔30が径方向に長い形状を有し、ヨーク4の挿入孔40が周方向に長い形状を有しているため、ティース3内の磁路に沿って第2の鉄心21を配置し、ヨーク4内の磁路に沿って第2の鉄心22を配置することができる。これにより、鉄損を効果的に低減することができる。特に、第2の鉄心21,22が、軸方向に直交する面内において四角形の断面形状を有しているため、第2の鉄心21,22の製造が容易になり、製造コストを低減することができる。
また、ティース3が挿入孔30の周方向両側に側壁31を有し、ヨーク4が挿入孔40の径方向両側に内周壁41および外周壁42を有しているため、鉄損を低減しながら、ティース3およびヨーク4の強度を確保することができる。
また、ティース3の挿入孔30とヨーク4の挿入孔40との間に、仕切り壁45が形成されているため、例えば直方体形状の第2の鉄心21,22を、仕切り壁45を挟んで対向させて配置することができる。
また、第1の鉄心10は、複数の電磁鋼板を積層した積層体で構成されているため、固定子鉄心1の強度を向上することができる。さらに、ティース3およびヨーク4は、複数の電磁鋼板を互いに固定するカシメ部36,46をそれぞれ有しているため、複数の電磁鋼板を強固に一体化することができる。
また、第2の鉄心21,22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21,22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21,22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。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図5は、実施の形態2の固定子鉄心1Aを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。この実施の形態2は、ティース3Aの側壁31およびヨーク4Aの内周壁41の形状において、実施の形態1と異なっている。
図5に示すように、実施の形態2の固定子鉄心1Aは、ティース3Aおよびヨーク4Aを有する第1の鉄心10Aと、ティース3Aおよびヨーク4Aの挿入孔30,40内に配置された第2の鉄心21,22とを有している。
ティース3Aの側壁31は、軸方向の一端に位置する側壁部31aと、軸方向の他端に位置する側壁部31bとを有している。軸方向において側壁部31a,31bの間には、側壁部31a側から順に、側壁部31cおよび側壁部31dが形成されている。
側壁部31a,31b,31c,31dは、厚さが0.2mm〜1.0mmの薄肉部であり、互いに同じ幅(軸方向の長さ)を有し、互いに平行に延在している。側壁部31a,31cの間には開口部31eが形成され、側壁部31c,31dの間には開口部31fが形成され、側壁部31d,31bの間には開口部31gが形成されている。開口部31e,31f,31gは、互いに同じ幅を有し、互いに平行に延在している。
また、ヨーク4Aの内周壁41は、軸方向の一端に位置する内周壁部41aと、軸方向の他端に位置する内周壁部41bとを有している。軸方向において内周壁部41a,41bの間には、内周壁部41a側から順に、内周壁部41cおよび内周壁部41dが形成されている。
内周壁部41a,41b,41c,41dは、互いに同じ幅(軸方向の長さ)を有し、互いに平行に延在している。内周壁部41a,41cの間には開口部41eが形成され、内周壁部41c,41dの間には開口部41fが形成され、内周壁部41d,41bの間には開口部41gが形成されている。開口部41e,41f,41gは、互いに同じ幅を有し、互いに平行に延在している。
第1の鉄心10Aを製造する際には、図6(A)に示す第1の電磁鋼板61と、図6(B)に示す第2の電磁鋼板62とを積層する。なお、図6(A)および(B)は、いずれも、環状の電磁鋼板のうち1つの分割コア6に対応する部分を示している。
図6(A)に示す第1の電磁鋼板61は、側壁31(側壁部31aまたは側壁部31b)とティース先端部32(内周壁33を含む)とを有するティース3Aと、ヨーク4Aとを有している。なお、上述した実施の形態1の第1の鉄心10(図2)は、この第1の電磁鋼板61のみを軸方向に積層することによって形成される。
図6(B)に示す第2の電磁鋼板62は、ティース3Aのうちティース先端部32(内周壁33を含む)とヨーク4Aとを有している。ティース3Aの側壁31が存在しないため、ティース先端部32とヨーク4Aとは互いに離れている。しかしながら、積層されるティース先端部32は、カシメ部36によって互いに固定される。同様に、積層されるヨーク4Aは、カシメ部46によって互いに固定される。
第1の鉄心10Aを形成する際には、第1の電磁鋼板61を枚数A1(図5)だけ積層し、その上に、第2の電磁鋼板62を枚数A2だけ積層する。さらに、第1の電磁鋼板61を枚数A3だけ積層し、その上に、第2の電磁鋼板62を枚数A4だけ積層する。さらに、第1の電磁鋼板61を枚数A5だけ積層し、第2の電磁鋼板62を枚数A6だけ積層し、その上に、第1の電磁鋼板61を枚数A7だけ積層する。ここでは、枚数A1〜A7は同じ枚数であるが、互いに異なる枚数であってもよい。
これにより、ティース3Aの側壁31に開口部31e,31f,31gを有し、ヨーク4Aの内周壁41に開口部41e,41f,41gを有する第1の鉄心10Aが形成される。
なお、ここでは、ティース3Aの側壁31が軸方向に4つの側壁部31a〜31dを有し、ヨーク4の内周壁41が軸方向に4つの内周壁部41a〜41dを有しているが、側壁部の数および内周壁部の数は4に限定されるものではなく、2,3または5以上でもよい。また、側壁31の数と内周壁41の数とが異なっていてもよい。また、側壁31および内周壁41のいずれか一方のみが開口部を有していてもよい。また、側壁部31a〜31dが互いに異なる幅を有していてもよく、内周壁部41a〜41dが互いに異なる幅を有していてもよい。
第2の鉄心21,22の構成は、実施の形態1で説明したとおりである。なお、第2の鉄心21の側端面21cは、ティース3Aの開口部31e,31f,31gから露出している。また、第2の鉄心22の内側端面22aは、ヨーク4Aの開口部41e,41f,41gから露出している。
永久磁石202からティース3Aに流入した磁束は、大部分が第2の鉄心21内を流れるが、一部はティース3Aの側壁31にも流れる。ティース3Aの側壁31が開口部31e,31f,31gを有しているため、ティース3Aの側壁31に流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心21内を流れる磁束の量を増加させることができる。
また、ティース3Aからヨーク4Aに流入した磁束は、大部分が第2の鉄心22内を流れるが、一部はヨーク4Aの内周壁41にも流れる。ヨーク4Aの内周壁41が開口部41e,41f,41gを有しているため、ヨーク4Aの内周壁41に流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心22内を流れる磁束の量を増加させることができる。
なお、ティース3Aの側壁31およびヨーク4Aの内周壁41は、後述するインシュレータ5(図13)によって覆われる。側壁31の開口部31e〜31gおよび内周壁41の開口部41e〜41gは、空間のままであってもよいが、樹脂を配置してもよい。例えば、インシュレータ5に、開口部31e〜31gおよび開口部41e〜41gに嵌合する凸部(絶縁部)を設けてもよい。このようにすれば、第2の鉄心21,22を強固に保持し、がたつきを防止し、振動および騒音の発生を抑制することができる。
また、側壁31と内周壁41の全体をインシュレータ5で覆うことによって、上記効果に加えて、第1の鉄心10と巻線2との間の絶縁性を改善することができる。
実施の形態2の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態2の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態2では、ティース3Aの側壁31が開口部(第1の開口部)31e〜31gを有し、ヨーク4Aの内周壁41が開口部(第2の開口部)41e〜41gを有しているため、側壁31および内周壁41を流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心21,22に流れる磁束の量を増加させることができる。そのため、鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース3Aの軸方向両端に側壁部31a,31bが配置され、ヨーク4Aの軸方向両端に内周壁部41a,41bが配置されているため、第2の鉄心21,22を安定した状態で保持することができる。
また、側壁31の開口部31e〜31gおよび内周壁41の開口部41e〜41gに絶縁部を配置することにより、第2の鉄心21,22を強固に保持し、振動および騒音の発生を抑制することができる。
なお、第2の鉄心21,22はアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心21、22よりも高強度の材料であればよい。
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。図7は、実施の形態3の固定子鉄心1Bを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。この実施の形態3は、第2の鉄心23が一体化されている点で、実施の形態1と異なっている。ティース3Bの側壁31およびヨーク4Bの内周壁41の形状においても、実施の形態1と異なっている。
図7に示すように、実施の形態3の固定子鉄心1Bは、ティース3Bおよびヨーク4Bを有する第1の鉄心10Bと、ティース3Bおよびヨーク4Bの挿入孔30,40に挿入された第2の鉄心23とを有している。
ティース3Bの挿入孔30とヨーク4Bの挿入孔40とは、互いに連続しており、軸方向に見てT字形状の一つの挿入孔をなしている。この挿入孔30,40には、軸方向に見てT字形状の第2の鉄心23が挿入されている。第2の鉄心23は、ティース3Bの挿入孔30に挿入される鉄心部23Aと、ヨーク4Bの挿入孔40に挿入される鉄心部23Bとを有している。
鉄心部23Aは、図3に示した第2の鉄心21と同様の形状を有している。但し、鉄心部23Aの径方向の長さは、図3に示した第2の鉄心21よりも、実施の形態1で説明した仕切り壁45(図2)の分だけ長い。鉄心部23Bは、図3に示した第2の鉄心22と同様の形状を有している。第2の鉄心23(鉄心部23A,23B)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。
このように、鉄心部23Aと鉄心部23Bとが互いに一体化されており、挿入孔30,40に仕切り壁45(図2)が存在しないため、磁束が鉄心部23Aから鉄心部23Bに流入する際に仕切り壁45を通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができる。
ティース3Bの側壁31は、軸方向の一端に位置する側壁部31aと、軸方向の他端に位置する側壁部31bとを有している。側壁部31a,31bは、厚さが0.2mm〜1.0mmの薄肉部であり、ここでは互いに同じ幅(軸方向の長さ)を有し、互いに平行に延在している。但し、側壁部31a,31bが異なる幅を有していてもよい。側壁部31a,31bの間には、開口部31hが設けられている。開口部31hは、側壁31の軸方向中央に配置されている。
ヨーク4Bの内周壁41は、軸方向の一端に位置する内周壁部41aと、軸方向の他端に位置する内周壁部41bとを有している。内周壁部41a,41bは、互いに同じ幅(軸方向の長さ)を有し、互いに平行に延在している。但し、内周壁部41a,41bが異なる幅を有していてもよい。内周壁部41a,41bの間には、開口部41hが設けられている。開口部41hは、内周壁41の軸方向中央に配置されている。
ティース3Bの側壁31およびヨーク4Bの内周壁41は、後述するインシュレータ5(図13)によって覆われる。開口部31hおよび開口部41hは、空洞のままであってもよいし、インシュレータ5に、開口部31hおよび開口部41hに嵌合する凸部(絶縁部)を設けてもよい。
第1の鉄心10Bを製造する際には、図6(A)および(B)を参照して説明した第1の電磁鋼板61および第2の電磁鋼板62から仕切り壁45を取り除いたものを用いる。まず第1の電磁鋼板61を枚数B1枚だけ積層し、その上に、第2の電磁鋼板62を枚数B2枚だけ積層し、その上に、第1の電磁鋼板61を枚数B3枚だけ積層する。ここでは、枚数B1,B3が互いに同一であり、枚数B2は枚数B1,B3よりも多い。但し、枚数は、この例に限定されるものではない。
このように、ティース3Bの側壁31に開口部31hが形成されているため、側壁31に流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心23の鉄心部23Aに流れる磁束の量を増加させることができる。また、ヨーク4Bの内周壁41に開口部41hが形成されているため、内周壁41に流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心23の鉄心部23Bに流れる磁束の量を増加させることができる。
実施の形態3の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態3の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態3では、ティース3Bの挿入孔30とヨーク4Bの挿入孔40とが連続して形成され、鉄心部23A,23Bが一体化した第2の鉄心23が配置されているため、鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース3Bの側壁31の軸方向中央部に開口部31hを形成し、ヨーク4Bの内周壁41の軸方向中央部に開口部41hを形成しているため、第2の鉄心23(鉄心部23A,23B)に流れる磁束をより多くすることができる。そのため、鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース3の軸方向両端に側壁部31a,31bが配置され、ヨーク4の軸方向両端に内周壁部41a,41bが配置されているため、第2の鉄心21,22を安定した状態で保持することができる。
なお、第2の鉄心23はアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心23よりも高強度の材料であればよい。
実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4について説明する。図8は、実施の形態4の固定子鉄心1Cを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。実施の形態3は、ティース3Cの側壁31およびヨーク4Cの内周壁41の形状において、実施の形態1と異なっている。また、第2の鉄心24,25が異なる材料で形成されている点でも、実施の形態1と異なっている。
図8に示すように、実施の形態4の固定子鉄心1Cは、ティース3Cおよびヨーク4Cを有する第1の鉄心10Cと、ティース3Cおよびヨーク4Cの挿入孔30,40に挿入された第2の鉄心24,25とを有している。
ティース3Cの側壁31は、軸方向の一端に位置する開口部31jと、軸方向の他端に位置する開口部31kと、開口部31j,31kの間に形成された側壁部31iとを有している。側壁部31iは、側壁31の軸方向の中央部に位置している。側壁部31iは、厚さが0.2mm〜1.0mmの薄肉部である。
ヨーク4Cの内周壁41は、軸方向の一端に位置する開口部41jと、軸方向の他端に位置する開口部41kと、開口部41j,41kの間に形成された内周壁部41iとを有している。内周壁部41iは、内周壁41の軸方向の中央部に位置している。
ティース3Cの側壁31およびヨーク4Cの内周壁41は、後述するインシュレータ5(図13)によって覆われる。開口部31j,31kおよび開口部41j,41kは、空洞のままであってもよいし、インシュレータ5に、開口部31j,31kおよび開口部41j,41kに嵌合する凸部(絶縁部)を設けてもよい。
第1の鉄心10Cを製造する際には、図6(A)および(B)を参照して説明した第1の電磁鋼板61および第2の電磁鋼板62から仕切り壁45を取り除いたものを用いる。まず第2の電磁鋼板62を枚数C1枚だけ積層し、その上に、第1の電磁鋼板61を枚数C2枚だけ積層し、その上に、第2の電磁鋼板62を枚数C3枚だけ積層する。ここでは、枚数C1,C3が互いに同一であり、枚数C2は枚数C1,C3よりも少ない。但し、枚数は、この例に限定されるものではない。
ティース3Cの挿入孔30およびヨーク4Cの挿入孔40は、実施の形態2で説明したように、互いに連続して形成されている。また、実施の形態1で説明した仕切り壁45(図2)は設けられていない。
この実施の形態4では、ティース3Cの挿入孔30に挿入される第2の鉄心24と、ヨーク4Cの挿入孔40に挿入される第2の鉄心25とが、互いに異なる材料で構成されている。ここでは、ティース3Cの挿入孔30に挿入される第2の鉄心24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。一方、ヨーク4Cの挿入孔40に挿入される第2の鉄心25は、例えば、磁化容易方向を周方向とする電磁鋼板で形成されている。
第2の鉄心24は、実施の形態1で説明した第2の鉄心21と同様の形状を有し、第2の鉄心25は、実施の形態1で説明した第2の鉄心22と同様の形状を有している。但し、第2の鉄心24の径方向の長さは、実施の形態1で説明した第2の鉄心21よりも、実施の形態1の仕切り壁45(図2)の分だけ長い。
電磁鋼板は、アモルファス金属またはナノ結晶金属よりも強度が高い。そのため、電磁鋼板で構成された第2の鉄心25を、ティース3Cよりも圧縮応力を受け易いヨーク4C内に配置することで、ティース3C内の第2の鉄心24に加わる圧縮応力をさらに低減し、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24の外側端面24aと第2の鉄心25の内側端面25aとは、互いに接している。そのため、磁束が第2の鉄心24から第2の鉄心25に流入する際の磁気抵抗の増加を抑え、鉄損を低減することができる。
なお、ここでは、互いに別体で材料の異なる第2の鉄心24,25を用いたが、第2の鉄心24,25の代わりに、実施の形態3のような一体化した第2の鉄心23(図7)を用いてもよい。このようにすれば、第2の鉄心内に磁気抵抗を増加させる境界部分がなくなるため、鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース3Cの挿入孔30とヨーク4Cの挿入孔40との間に、実施の形態1で説明した仕切り壁45(図2)を配置することにより、強度を向上してもよい。
実施の形態4の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態4の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態4では、ティース3Cの側壁31の軸方向両端に開口部31j,31kが形成され、ヨーク4Cの内周壁41の軸方向両端に開口部41j,41kが形成されている。そのため、側壁31および内周壁41を流れる磁束の量を抑制し、第2の鉄心24に流れる磁束の量を増加させることができる。そのため、鉄損をさらに低減することができる。
また、ティース3Cに配置される第2の鉄心24がアモルファス金属またはナノ結晶合金で形成され、ヨーク4Cに配置される第2の鉄心25が第2の鉄心24よりも高強度の材料で構成されているため、鉄損を抑制し、且つ、第2の鉄心24に加わる圧縮応力を低減することができる。また、第2の鉄心24,25が互いに接しているため、鉄損をさらに低減することができる。
なお、上述した実施の形態1(図4)において、ティース3の挿入孔30に挿入される第2の鉄心21とヨーク4の挿入孔40に挿入される第2の鉄心22とを、互いに異なる材料で構成してもよい。また、実施の形態2(図5)において、ティース3Aの挿入孔30に挿入される第2の鉄心21とヨーク4Aの挿入孔40に挿入される第2の鉄心22とを、互いに異なる材料で構成してもよい。
また、第2の鉄心24はアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第2の鉄心25も電磁鋼板に限定されるものではない。ヨーク4Cに配置される第2の鉄心25の強度が、ティース3Cに配置される第2の鉄心24の強度よりも高ければ、どのような材料の組み合わせであってもよい。
実施の形態5.
次に、本発明の実施の形態5について説明する。図9は、実施の形態5の固定子鉄心1Dを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。この実施の形態5は、ヨーク4Dの挿入孔40の形状において、実施の形態1と異なっている。
図9に示すように、実施の形態5の固定子鉄心1Dは、ティース3Dおよびヨーク4Dを有する第1の鉄心10Dと、ティース3Dおよびヨーク4Dの挿入孔30,40内に配置された第2の鉄心21,22Aとを有している。
第2の鉄心22Aは、軸方向に直交する面内において四角形(例えば長方形)の断面形状を有し、四隅に面取り部221を有している。また、ヨーク4Dの挿入孔40は、第2の鉄心22Aの面取り部221に対向する位置に、傾斜面401を有している。挿入孔40の傾斜面401は、第2の鉄心22Aの面取り部221に接するように形成されている。
実施の形態5では、ティース3Dの挿入孔30とヨーク4Dの挿入孔40との間に、実施の形態1と同様の仕切り壁45が形成されている。但し、仕切り壁45を設けずに、第2の鉄心21,22Aを一体化してもよいし、あるいは第2の鉄心21,22Aを互いに接するように配置してもよい。また、第2の鉄心21,22Aを互いに異なる材料で構成してもよい。
ティース3Dの側壁31は、実施の形態3と同様、軸方向両端に側壁部31a,31bを有し、側壁部31a,31bの間に開口部31hを有している。ヨーク4Dの内周壁41は、実施の形態3と同様、軸方向両端に内周壁部41a,41bを有し、内周壁部41a,41bの間に開口部41hを有している。電磁鋼板の積層方法は、実施の形態3で説明したとおりである。
但し、実施の形態1のように側壁31および内周壁41が開口部を有さない構成も可能である。また、実施の形態2のように、各側壁31および各内周壁41が、それぞれ複数の開口部を有する構成も可能である。また、実施の形態4のように、側壁31および内周壁41が、それぞれの軸方向両端に開口部を有する構成も可能である。
実施の形態5の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態5の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態5では、第2の鉄心22Aが角部に面取り部221を有し、挿入孔40が面取り部221に対応する傾斜面401を有しているため、第2の鉄心22Aの角部への圧縮応力の集中を緩和することができる。これにより、第2の鉄心22Aに加わる圧縮応力を低減し、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
なお、第2の鉄心21,22Aはアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心21,22Aよりも高強度の材料であればよい。
実施の形態6.
次に、本発明の実施の形態6について説明する。図10は、実施の形態6の固定子鉄心1Eを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。この実施の形態6は、ヨーク4Eの挿入孔40の形状において、実施の形態1と異なっている。
図10に示すように、実施の形態6の固定子鉄心1Eは、ティース3Eおよびヨーク4Eを有する第1の鉄心10Eと、ティース3Eおよびヨーク4Eの挿入孔30,40内に配置された第2の鉄心21,22Bとを有している。
第2の鉄心22Bは、周方向両端に湾曲面222を有している。湾曲面222は、周方向外側に向けて凸となるように湾曲した面であり、例えば円筒面である。ヨーク4Eの挿入孔40は、第2の鉄心22Bの湾曲面222に対向する位置、すなわち周方向両端に、湾曲面402を有している。挿入孔40の湾曲面402は、第2の鉄心22Aの湾曲面222に接するように形成されている。
なお、ここでは、第2の鉄心22Bの周方向両端の全体に湾曲面222が形成されているが、第2の鉄心22Bの四隅に湾曲面が形成されていればよい。同様に、挿入孔40の四隅に湾曲面が形成されていればよい。
実施の形態6では、ティース3Eの挿入孔30とヨーク4Eの挿入孔40との間に、実施の形態1と同様の仕切り壁45が形成されている。但し、仕切り壁45を設けずに、第2の鉄心21,22Bを一体化してもよいし、あるいは第2の鉄心21,22Bを互いに接するように配置してもよい。
ティース3Eの側壁31は、実施の形態3と同様、軸方向両端に側壁部31a,31bを有し、その間に開口部31hが形成されている。また、ヨーク4Eの内周壁41は、実施の形態3と同様、軸方向両端に内周壁部41a,41bを有し、その間に開口部41hが形成されている。電磁鋼板の積層方法は、実施の形態3で説明したとおりである。
但し、実施の形態1のように、側壁31および内周壁41が開口部を有さない構成も可能である。また、実施の形態2のように、各側壁31および各内周壁41が、それぞれ複数の開口部を有する構成も可能である。また、実施の形態4のように、側壁31および内周壁41が、それぞれの軸方向両端に開口部を有する構成も可能である。また、第2の鉄心21,22Bが、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
実施の形態6の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態6の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態6では、ヨーク4Eの第2の鉄心22Bが周方向両端(四隅を含む部分)に湾曲面222を有し、挿入孔40が湾曲面222に対応する湾曲面402を有しているため、第2の鉄心22Bの両端への圧縮応力の集中を緩和することができる。これにより、第2の鉄心22Bに加わる圧縮応力を低減し、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
なお、第2の鉄心21,22Bはアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心21,22Bよりも高強度の材料であればよい。
実施の形態7.
次に、本発明の実施の形態7について説明する。図11は、実施の形態7の固定子鉄心1Fを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。実施の形態7は、第2の鉄心27,26の構成において、実施の形態1と異なっている。
図11に示すように、実施の形態7の固定子鉄心1Fは、ティース3Fおよびヨーク4Fを有する第1の鉄心10Fと、ティース3Fおよびヨーク4Fの挿入孔30,40内に配置された第2の鉄心27,26とを有している。
ティース3Fの挿入孔30とヨーク4Fの挿入孔40とは、実施の形態3と同様に、互いに連続して形成されている。ティース3Fの挿入孔30内に配置された第2の鉄心27は、さらにヨーク4Fの挿入孔40内に侵入し、外周壁42まで達している。また、ヨーク4Fの挿入孔40内には、第2の鉄心27の周方向両側に位置するように、一対の第2の鉄心26が配置されている。
第2の鉄心27は直方体形状を有し、軸方向に直交する面内において、径方向の長さが周方向の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。具体的には、第2の鉄心27は、径方向外側の外側端面27aと、径方向内側の内側端面27bと、周方向両側の一対の側端面27cと、軸方向両側の一対の端面とを有している。第2の鉄心27の外側端面27aは、ヨーク4Fの外周壁42に接している。内側端面27bは、ティース3Fの内周壁33に接している。各側端面27cは、ティース3Fの側壁31と第2の鉄心26とに接している。
第2の鉄心26は直方体形状を有し、軸方向に直交する面内において、周方向の長さが径方向の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。具体的には、第2の鉄心26は、径方向内側の内側端面26aと、径方向外側の外側端面26bと、周方向両側の一対の側端面26cと、軸方向両側の一対の端面とを有している。外側端面26bはヨーク4Fの外周壁42に接し、内側端面26aは内周壁41に接している。一対の側端面26cは、ヨーク4Fの側壁43と第2の鉄心25の側端面27cとにそれぞれ接している。
第1の鉄心10は、例えば電磁鋼板で構成され、第2の鉄心27,26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。但し、第2の鉄心27をアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成し、第2の鉄心26をより強度の高い材料(例えば電磁鋼板)で構成してもよい。第2の鉄心27,26が側端面27c,26cで互いに接しているため、磁気抵抗を低減することができる。
ティース3Fの側壁31は、実施の形態2と同様、側壁部31a,31b,31c,31dおよび開口部31e,31f,31gを有している。ヨーク4Fの内周壁41は、実施の形態2と同様、内周壁部41a,41b,41c,41dおよび開口部41e,41f,41gを有している。電磁鋼板の積層方法は、実施の形態2で説明したとおりである。
但し、実施の形態1のように、側壁31および内周壁41が開口部を有さない構成も可能である。また、実施の形態3のように、各側壁31および各内周壁41が、それぞれ単一の開口部を有する構成も可能である。また、実施の形態4のように、側壁31および内周壁41が、それぞれの軸方向両端に開口部を有する構成も可能である。
また、実施の形態5のように、第2の鉄心26に面取り部221(図9)を設け、挿入孔40に傾斜面401(図9)を設けてもよい。あるいは、実施の形態6のように、第2の鉄心26に湾曲面222(図10)を設け、挿入孔40に湾曲面402(図10)を設けてもよい。また、実施の形態4のように、第2の鉄心27,26を互いに異なる材料で構成してもよい。
実施の形態7の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態7の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態7では、ヨーク4Fの挿入孔40内で第2の鉄心27,26が接するように配置されているため、第2の鉄心27,26の間に第1の鉄心10を介在させた場合と比較して、磁気抵抗を低減し、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、ティース3Fの挿入孔30からヨーク4Fの挿入孔40に延在する第2の鉄心27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により、鉄損をさらに低減することができる。
なお、第2の鉄心27,26はアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心27,26よりも高強度の材料であればよい。
実施の形態8.
次に、本発明の実施の形態8について説明する。図12は、実施の形態8の固定子鉄心1Gを示す斜視図であり、一つの分割コアを構成する部分を示している。この実施の形態8は、ティース3Gの挿入孔30の形状において、実施の形態1と異なっている。
図12に示すように、実施の形態8の固定子鉄心1Gは、ティース3Gおよびヨーク4Gを有する第1の鉄心10Gと、ティース3Gおよびヨーク4Gの挿入孔34,40内に配置された第2の鉄心28,29とを有している。
ティース3Gには、周方向に2つの挿入孔34が形成されている。2つの挿入孔34は、互いに同一の形状を有している。各挿入孔34は、軸方向に直交する断面において、径方向の長さが周方向よりも長い、例えば長方形の断面形状を有している。
ティース3Gの周方向中央には、2つの挿入孔34を互いに隔てる分離壁35が設けられている。各挿入孔34とヨーク4Gの挿入孔40との間には、実施の形態1と同様の仕切り壁45が形成されている。分離壁35は、ティース3Gの周方向中央部に形成され、仕切り壁45から内周壁33まで径方向に延在している。
各挿入孔34内には、第2の鉄心28がそれぞれ配置されている。第2の鉄心28は直方体形状を有し、軸方向に直交する面内において、径方向の長さが周方向の長さよりも長い長方形の断面形状を有している。具体的には、第2の鉄心28は、径方向外側の外側端面28aと、径方向内側の内側端面28bと、周方向両側の一対の側端面28cと、軸方向両側の一対の端面とを有している。第2の鉄心28の外側端面28aは、仕切り壁45に接している。内側端面28bは、ティース3Gの内周壁33に接している。一対の側端面28cは、側壁31および分離壁35に接している。
実施の形態8のティース3Gでは、2つの第2の鉄心28の間に分離壁35が配置されているため、固定子鉄心1Gの剛性が向上する。特に、電動機300の駆動時(回転子200の回転時)のティース3Gの周方向の変形に対する剛性が向上し、振動および騒音が抑制される。なお、ここでは、各ティース3Gに周方向に2つの第2の鉄心28が配置されているが、周方向に3つ以上の第2の鉄心28が配置されていてもよい。
分離壁35は、側壁31と同様の薄肉部であることが望ましい。具体的には、分離壁35の厚さは、例えば、0.2mm〜1mmの範囲にあることが望ましい。このように構成すれば、ティース3に流入した磁束の大部分が第2の鉄心28に流れるため、鉄損を低減することができる。
ティース3Gの側壁31は、実施の形態3と同様、軸方向両端に側壁部31a,31bを有し、その間に開口部31hが形成されている。また、ヨーク4Gの内周壁41は、実施の形態3と同様、軸方向両端に内周壁部41a,41bを有し、その間に開口部41hが形成されている。電磁鋼板の積層方法は、実施の形態3で説明したとおりである。
但し、実施の形態1のように、側壁31および内周壁41が開口部を有さない構成も可能である。また、実施の形態2のように、各側壁31および各内周壁41が、それぞれ複数の開口部を有する構成も可能である。また、実施の形態4のように、側壁31および内周壁41が、それぞれの軸方向両端に開口部を有する構成も可能である。
ティース3G内の第2の鉄心29は、実施の形態5で説明した第2の鉄心22Aと同様に、面取り部221を有している。また、ヨーク4Gの挿入孔40は、第2の鉄心29の面取り部221に対向する位置に、傾斜面401を有している。挿入孔40の傾斜面401は、第2の鉄心29の面取り部221に接するように形成されている。
但し、実施の形態1のように、第2の鉄心29に面取り部を設けず、挿入孔40に傾斜面を設けなくてもよい。また、実施の形態6のように、第2の鉄心29に湾曲面222(図10)を設け、挿入孔40に湾曲面402(図10)を設けてもよい。また、実施の形態4のように、第2の鉄心28,29を互いに異なる材料で構成してもよい。
第1の鉄心10は、例えば電磁鋼板で構成され、第2の鉄心28,29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。但し、第2の鉄心28をアモルファス金属またはナノ結晶金属で構成し、第2の鉄心29をより高強度の材料(例えば電磁鋼板)で構成してもよい。
実施の形態8の固定子の他の構成および回転子の構成は、実施の形態1と同様である。また、実施の形態8の固定子および回転子を有する電動機300(図1参照)は、例えばロータリ圧縮機500(図16参照)に用いられる。
以上説明したように、この実施の形態8では、ティース3G内に周方向に複数の第2の鉄心28が配置され、その間に分離壁35が配置されている。そのため、固定子鉄心1Gの剛性、特にティース3Gの周方向の変形に対する剛性を向上し、振動および騒音を抑制することができる。
また、分離壁35の厚さを0.2mm〜1mmとすることにより、ティース3内に流入した磁束の大部分が第2の鉄心28を通って流れるため、鉄損を低減することができる。
なお、第2の鉄心28,29はアモルファス金属またはナノ結晶金属に限定されるものではなく、第1の鉄心10よりも鉄損の小さい材料であればよい。また、第1の鉄心10は、第2の鉄心28,29よりも高強度の材料であればよい。
<インシュレータの構成>
次に、固定子鉄心に取り付けるインシュレータ5の構成について説明する。ここでは、実施の形態4の固定子鉄心1C(図8)に取り付けるインシュレータ5を例にとって説明する。
インシュレータ5は、ティース3Cを囲むように配置された巻き付け部51を有している。巻き付け部51は、ティース3Cの周方向両側に配置された(すなわち一対の側壁31に対向する)一対の壁部51aと、ティース3Cの軸方向両側に配置された一対の壁部51bとを有している。この巻き付け部51には、巻線2が巻き付けられる。
巻き付け部51の径方向内側(軸線CL側)の端部には、ティース先端部32の周囲を囲むように配置された第1のフランジ部52が形成されている。第1のフランジ部52は、ティース先端部32の周方向両側および軸方向両側に延在している。第1のフランジ部52は、巻き付け部51に巻き付けられる巻線2に対し、径方向内側のガイドとなる。
巻き付け部51の径方向外側(軸線CLと反対側)の端部には、第1のフランジ部52と平行な第2のフランジ部53が形成されている。第2のフランジ部53は、ヨーク4C(図8)の第2の鉄心25の内側端面25aを覆い、さらに周方向両側および軸方向両側に延在している。第2のフランジ部53は、巻き付け部51に巻き付けられる巻線2に対し、径方向外側のガイドとなる。
図14(A)は、インシュレータ5を側方から見た側面図である。図14(B)は、インシュレータ5を、図14(A)に矢印14Aで示した矢視方向の断面図である。図14(A)に示すように、巻き付け部51の周囲において、第1のフランジ部52と第2のフランジ部53との間には、巻線2の巻き付け領域が形成される。
第2のフランジ部53の径方向外側(ヨーク4C側)の面には、ヨーク4Cの開口部41j,41k(図8)に嵌合する凸部53a,53bと、ヨーク4Cの内周壁部41i(図8)に嵌合する凹部53cとが形成されている。また、図14(B)に示すように、巻き付け部51の壁部51aの内面には、ティース3Cの開口部31j,31k(図8)に嵌合する凸部51c,51dと、側壁部31i(図8)に嵌合する凹部51eとが形成されている。
このように、インシュレータ5が、ティース3の開口部31j,31kに嵌合する凸部(絶縁部)51c,51dと、ヨーク4Cの開口部41j,41kに嵌合する凸部(絶縁部)53a,53bとを有しているため、第2の鉄心24,25を強固に保持することができる。すなわち、がたつきを防止し、振動および騒音の発生を抑制することができる。
インシュレータ5は、例えば、射出成型機のキャビティ内に固定子鉄心1Cを設置し、固定子鉄心1Cの周囲に樹脂を注入することによって形成することができる。また、インシュレータ5を軸方向に2分割し、固定子鉄心1Cに軸方向両側から嵌め込んでもよい。
ここでは、実施の形態4の固定子鉄心1Cに取り付けるインシュレータ5について説明したが、実施の形態1〜3,5〜8の固定子鉄心に取り付けるインシュレータも、それぞれの固定子鉄心の形状に合わせて形成することができる。
<変形例>
上述した実施の形態1〜8では、ティースおよびヨークの両方に第2の鉄心を配置したが、ティースおよびヨークのいずれか一方にのみ第2の鉄心を配置してもよい。
図15は、実施の形態1〜8の変形例の電動機300を示す断面図である。図15に示した電動機300では、第1の鉄心10Hのティース3には第2の鉄心21を配置しているが、ヨーク4Hには第2の鉄心を配置していない。すなわち、ティース3は第2の鉄心21を挿入する挿入孔30を有しているが、ヨーク4Hは挿入孔40(図2)を有していない。
第1の鉄心10Hは、例えば電磁鋼板で構成され、第2の鉄心21は、例えば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。但し、第2の鉄心21は、アモルファス金属またはナノ結晶金属に限らず、できるだけ鉄損が小さい材料であればよい。第1の鉄心10Hは、第2の鉄心21よりも高強度の材料であればよい。
図15に示した構成においても、ティース3内に流入した磁束の多くが第2の鉄心21を流れるため、鉄損を低減することができる。また、第2の鉄心21が、強度の高い第1の鉄心10Hに囲まれているため、第2の鉄心21に加わる圧縮応力を低下させ、圧縮応力に起因する磁気抵抗の増加を抑制することができる。
<ロータリ圧縮機>
次に、実施の形態1〜8の電動機300が適用可能なロータリ圧縮機500について説明する。図16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300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300によって回転するシャフト204(図1)と、シャフト204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204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204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を備えている。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204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7を有している。電動機300の固定子100は、焼き嵌めまたは溶接等の方法により、フレーム7の内側に取り付けられている。固定子100の巻線2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204は、回転子200の回転子鉄心201(図1)の中央に形成されたシャフト孔に固定されている。
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300が駆動されて回転子200が回転すると、回転子200と共にシャフト204が回転する。そして、シャフト204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201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201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、各実施の形態で説明した電動機300が適用可能であり、電動機300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1〜8で説明した電動機300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17は、冷凍空調装置600の構成を示す図である。図17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17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300が適用可能であり、電動機300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。
1,1A,1B,1C,1D,1F,1G 固定子鉄心、 2 巻線、 3,3A,3B,3C,3D,3F,3G ティース、 4,4A,4B,4C,4D,4E,4F,4G ヨーク、 5 インシュレータ、 7 フレーム、 10 第1の鉄心、 21,23,24,27,28 第2の鉄心(第1の部分)、 22,22A,22B,23,25,26,29 第2の鉄心(第2の部分)、 23A 鉄心部(第1の部分)、 23B (第2の部分)、 30,34 挿入孔(第1の挿入孔)、 31 側壁、 31a,31b,31c,31d,31i 側壁部、 31e,31f,31g,31h 開口部、 32 ティース先端部、 33 内周壁、 35 仕切り壁、 36 カシメ部、 40 挿入孔(第2の挿入孔)、 41 内周壁、 41a,41b,41c,41d,41i 内周壁部、 41e,41f,41g,41h 開口部、 42 外周壁、 43 側端、 45 仕切り壁、 46 カシメ部、 51 巻き付け部、 52 第1のフランジ部、 53 第2のフランジ部、 61,62 電磁鋼板、 100 固定子、 200 回転子、 201 回転子鉄心、 202 永久磁石、 300 電動機、 500 圧縮機、 600 冷凍空調装置。

Claims (27)

  1. 軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、前記ヨークから前記軸線に向かう方向に延在するティースとを有し、前記ティースが第1の挿入孔を有し、前記ヨークが第2の挿入孔を有する第1の鉄心と、
    前記第1の挿入孔内に配置された第1の部分と、前記第2の挿入孔内に配置された第2の部分とを有し、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、
    前記ティースは、前記第1の挿入孔に対して前記周方向の両側に側壁を有し、前記側壁は、前記第2の鉄心の前記第1の部分を露出させる第1の開口部を有し、
    前記ヨークは、前記第2の挿入孔に対して前記軸線の側に内周壁を有し、前記内周壁は、前記第2の鉄心の前記第2の部分を露出させる第2の開口部を有する
    固定子。
  2. 前記第1の挿入孔は、前記軸線に直交する面内において、前記周方向の長さが前記周方向に直交する方向の長さよりも短く、
    前記第2の挿入孔は、前記軸線に直交する面内において、前記周方向の長さが前記周方向に直交する方向の長さよりも長い、
    請求項1に記載の固定子。
  3. 前記第1の開口部は、前記側壁の前記軸線の方向の中央部に形成されている、
    請求項1または2に記載の固定子。
  4. 前記第1の開口部は、前記側壁の前記軸線の方向の両端部に形成されている、
    請求項1または2に記載の固定子。
  5. 前記第1の開口部に配置される絶縁部をさらに備えた、
    請求項1から4までの何れか1項に記載の固定子。
  6. 前記第2の開口部は、前記内周壁の前記軸線の方向の中央部に形成されている、
    請求項1から5までの何れか1項に記載の固定子。
  7. 前記第2の開口部は、前記内周壁の前記軸線の方向の両端部に形成されている、
    請求項1から5までの何れか1項に記載の固定子。
  8. 前記第2の開口部に配置される絶縁部をさらに備えた、
    請求項1から7までの何れか1項に記載の固定子。
  9. 前記ヨークは、前記第2の挿入孔を挟んで前記内周壁と反対側に、前記内周壁よりも厚い外周壁を有する、
    請求項1から8までの何れか1項に記載の固定子。
  10. 前記第1の鉄心は、前記第1の挿入孔と前記第2の挿入孔との間に、仕切り壁を有する、
    請求項1からまでの何れか1項に記載の固定子。
  11. 前記第1の挿入孔は、周方向に複数の部分に分割されており、
    前記第1の鉄心は、前記第1の挿入孔の前記複数の部分を互いに隔てる分離壁を有する、
    請求項1から10までの何れか1項に記載の固定子。
  12. 前記第2の挿入孔が、前記軸線に直交する面内において、四角形の四隅を面取りし、または湾曲させた形状を有する、
    請求項1から11までの何れか1項に記載の固定子。
  13. 前記第1の挿入孔と前記第2の挿入孔とは、連続して形成されている、
    請求項1から12までの何れか1項に記載の固定子。
  14. 前記第2の鉄心の前記第1の部分と前記第2の部分とは、一体に構成されている
    請求項13に記載の固定子。
  15. 前記第2の鉄心の前記第1の部分は、前記第1の挿入孔から前記第2の挿入孔内に延在し、
    前記第2の鉄心の前記第2の部分は、前記第2の挿入孔内において、前記第2の鉄心の前記第1の部分に周方向に隣接するように配置されている、
    請求項13に記載の固定子。
  16. 前記第2の鉄心の前記第1の部分と前記第2の部分とは、互いに別体である
    請求項1から13までの何れか1項に記載の固定子。
  17. 前記第2の鉄心の前記第1の部分と前記第2の部分とは、互いに異なる材料で構成されている
    請求項16に記載の固定子。
  18. 前記第1の鉄心は、複数の電磁鋼板が積層された積層体で構成されている、
    請求項1から17までの何れか1項に記載の固定子。
  19. 前記ティースおよび前記ヨークは、いずれもカシメ部を有し、
    前記ティースの前記カシメ部および前記ヨークの前記カシメ部によって、前記複数の電磁鋼板が互いに固定されている、
    請求項18に記載の固定子。
  20. 前記第2の鉄心は、複数の薄帯が積層された積層体で構成され、
    前記複数の薄帯のそれぞれの厚さは、0.02mm〜0.05mmである、
    請求項1から19までの何れか1項に記載の固定子。
  21. 前記複数の薄帯の間に接着剤が介在している、
    請求項20に記載の固定子。
  22. 前記第2の鉄心は、粉体の成形体で構成されている、
    請求項1から19までの何れか1項に記載の固定子。
  23. 前記複数の薄帯は、アモルファス金属の薄帯であり、
    前記第2の鉄心は、前記複数の薄帯の前記積層体を焼鈍したものである、
    請求項20または21に記載の固定子。
  24. 請求項1から23までの何れか1項に記載の固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子とを備え電動機。
  25. 前記固定子が内側に嵌合する円筒状のフレームをさらに備える、
    請求項24に記載の電動機。
  26. 請求項24または25に記載の電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮要素とを備え圧縮機。
  27. 請求項26に記載の圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を備え冷凍空調装置。
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