JP6899919B2 - 電動機、圧縮機、空気調和機、及び電動機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関する。

一般に、電動機を小型化するため、軸方向においてステータがロータよりも短くなるように設計された電動機が用いられている。磁極を形成する永久磁石がロータに固定されている場合、ロータからの磁束がステータに流入することにより、電動機内で磁気回路が形成される。ロータからステータに流入する磁束の量は、モータ効率に影響を及ぼす。したがって、上述のように、軸方向においてステータがロータよりも短くなるように設計された電動機では、ロータに対向するステータの面積が減り、ロータからステータに流入する磁束の量が減る。その結果、電動機のモータ効率が低下するという問題がある。この問題を解決するため、ロータに対向するステータの面積を大きくするように設計された電動機が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−９５１３０号公報

特許文献１に記載されたステータでは、ステータを形成する板状体に、打ち抜き加工で渦電流を小さくするための溝が形成されている。しかしながら、打ち抜き加工では、板状体の厚さよりも狭い溝を形成することが困難である。したがって、打ち抜き加工で１つの板状体に形成された溝を持つステータでは、ロータに対向するステータの表面に対して溝が占める割合が大きくなるという問題がある。その結果、ロータからステータに流入する磁束の量が減り、電動機のモータ効率が低下するという問題がある。

本発明の目的は、電動機のモータ効率を改善することである。

本発明の電動機は、軸方向における第１側にある第１コア端部と前記軸方向において前記第１側の反対側である第２側にある第２コア端部とを有するステータコア、断面Ｌ字状に形成された第１板、及び断面Ｌ字状に形成された第２板を有するステータと、ロータコア、前記ロータコアの前記第１側にある第１ロータ端部、及び前記ロータコアの前記第２側にある第２ロータ端部を有し、前記ステータの内側に配置されたロータとを備え、前記ロータコアは、前記軸方向において前記ステータコアよりも長く、前記第１ロータ端部は、前記軸方向において前記第１コア端部から外側に離れて位置しており、前記第１板及び前記第２板は、前記ステータコアの前記第１側に配置されており、前記第１板は、前記ロータコアに対向する第１対向部と、前記ステータコアの前記第１側に備えられた第１ベース部とを有し、前記第２板は、前記ロータコアに対向する第２対向部と、前記ステータコアの前記第１側に備えられた第２ベース部とを有し、前記第１対向部及び前記第２対向部は、周方向において隙間を介して隣り合っている。

本発明によれば、電動機のモータ効率を改善することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の構造を概略的に示す縦断面図である。 第１板の一部の構造を概略的に示す斜視図である。 図１に示される矢印Ａ３の方向に見た第１板、第２板、及びステータコアの構造を概略的に示す図である。 図３に示される線Ｃ４−Ｃ４に沿った断面図である。 ステータの他の構造を示す断面図である。 電動機の製造工程の一例を示すフローチャートである。 電動機の製造工程における処理の一例を示す図である。 変形例に係る電動機の構造を概略的に示す縦断面図である。 第１板の第１対向部の幅に対する加工コスト及び渦電流損の大きさを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機１の構造を概略的に示す縦断面図である。
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、電動機１のシャフト１０の軸線Ａ１（すなわち、ロータ２の回転軸）と平行な方向（「ロータ２の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう）を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。

電動機１は、例えば、インナーロータ型のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。

電動機１は、ロータ２と、ステータ３と、金属部品としての金属フレームであるフレーム４と、ベアリング５ａと、ベアリング５ｂと、圧縮バネ６とを備えている。以下、図１における上側（すなわち、＋ｚ側）を第１側（Ａ側ともいう）、下側（すなわち、−ｚ側）を第２側（Ｂ側ともいう）とそれぞれ呼ぶ。図１に示される例では、第１側が電動機１の負荷側であり、第２側が電動機１の反負荷側であるが、第２側が負荷側で、第１側が反負荷側であっても良い。

ベアリング５ａ及びベアリング５ｂは、ロータ２を回転自在に支持する。ベアリング５ａは、フレーム４の第１側（具体的には、フレーム部４ａ）に固定されており、ベアリング５ｂは、フレーム４の第２側（具体的には、フレーム部４ｂ）に固定されている。

フレーム４はステータ３を覆う。フレーム４の少なくとも一部は、電動機１の外部に露出している。フレーム４は、鉄又はアルミニウムなどの金属材料で形成されている。本実施の形態では、フレーム４は、フレーム部４ａ及び４ｂで構成されている。具体的には、フレーム４は、ロータ２の回転軸に垂直な平面で２つのフレーム（すなわち、フレーム部４ａ及び４ｂ）に分割されている。フレーム部４ａ及び４ｂの各々は、カップ状に形成されている。

フレーム４は、軸方向における一端側（図１に示される第１側）に形成された内側表面４１ａ（第１の内側表面）と、軸方向における他端側（図１に示される第２側）に形成された内側表面４１ｂ（第２の内側表面）とを有する。

フレーム部４ａは、開口側に形成されたフランジ部４２ａと、内側表面４１ａとを有する。フレーム部４ａは、ベアリング５ａを介してロータ２の第１側を支持する。

フレーム部４ｂは、開口側に形成されたフランジ部４２ｂと、内側表面４１ｂと、有底部分４２ｃとを有する。フレーム部４ｂは、ベアリング５ｂを介してロータ２の第２側を支持する。フレーム部４ｂ内には、ステータ３が固定されている。

フレーム部４ａのフランジ部４２ａは、フレーム部４ｂのフランジ部４２ｂに接触しており、フレーム部４ａのフランジ部４２ａは、例えば、接着剤、ねじ、又は溶接でフレーム部４ｂのフランジ部４２ｂに固定されている。

圧縮バネ６は、フレーム部４ｂの有底部分４２ｃとベアリング５ｂとの間に配置されている。圧縮バネ６は、ベアリング５ｂに予圧を与えている。これにより、ベアリング５ａにも予圧が与えられる。圧縮バネ６としては、例えば、ウェーブワッシャなどが用いられる。

ロータ２は、ロータコア７と、永久磁石８と、端板９ａと、端板９ｂと、シャフト１０とを有する。ロータ２は、ステータ３の内側に配置されている。

ロータコア７は、ロータコア７の第１側にある第１ロータ端部７１と、ロータコア７の第２側にある第２ロータ端部７２とを有する。ロータコア７は、例えば、予め定められた形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより形成される。ロータコア７の断面形状（すなわち、軸方向に直交する平面形状）は、円形である。ロータコア７には、シャフト穴１１及び磁石挿入穴１２が形成されている。

シャフト穴１１は、軸方向に形成された貫通穴である。シャフト穴１１には、シャフト１０が挿入されている。ロータ２の径方向（「ステータ３の径方向」又は、単に「径方向」ともいう）におけるシャフト穴１１の中心は、径方向におけるロータコア７の中心と一致する。

本実施の形態では、複数の磁石挿入穴１２がロータコア７に、軸線Ａ１を中心とするロータ２の周方向（「ステータ３の周方向」又は、単に「周方向」ともいう）に等間隔で形成されている。磁石挿入穴１２は、軸方向に形成された貫通穴である。各磁石挿入穴１２は、シャフト穴１１よりもロータコア７の外周面の近くに形成されている。各磁石挿入穴１２には、永久磁石８が挿入されている。

永久磁石８は、例えば希土類磁石である。永久磁石８の形状は、例えば、直方体である。

端板９ａ及び９ｂは、磁石挿入穴１２の第１側及び第２側の開口部をそれぞれ塞ぐ。これにより、永久磁石８が磁石挿入穴１２から外れることを防ぐ。

シャフト１０の断面形状（すなわち、軸方向に直交する平面形状）は、例えば円形である。シャフト１０は、ベアリング５ａ及びベアリング５ｂにより回転自在に支持されている。

ステータ３は、円環状に形成されたステータコア１７と、巻線１８を絶縁するインシュレータ１６と、インシュレータ１６、第１板１９、及び第２板２０を介してステータコア１７に巻かれた巻線１８と、第１板１９と、第２板２０とを有する。ステータ３は、周方向に円環状に形成されている。ステータ３（具体的には、ステータコア１７）は、フレーム４（具体的には、フレーム部４ｂ）によって保持されている。ステータ３の内側に、ロータ２が回転自在に備えられている。

ステータ３は、圧入又は溶接などの手段でフレーム４（具体的には、フレーム部４ｂ）内に固定されており、ステータコア１７の外周面は、フレーム部４ｂの内側に接触している。

ステータコア１７は、予め定められた形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより形成される。ステータコア１７は、例えば、少なくとも１つのヨーク部（コアバックともいう）と、径方向における内側に向けて突出する複数のティース部とを有する。この場合、複数のティース部は、軸線Ａ１を中心として放射状に配列されており、これらのティース部は、周方向に等間隔で配列されている。ティース部の径方向内側の先端は、ロータ２に対向している。ティース部の先端とロータ２との間には、エアギャップが形成されている。

ステータコア１７は、第１コア端部１７ａと、第２コア端部１７ｂとを有する。第１コア端部１７ａは、軸方向における第１側にある。第２コア端部１７ｂは、軸方向において第１側の反対側である第２側にある。

ロータコア７は、軸方向においてステータコア１７よりも長い。ロータコア７の両端部のうちの少なくとも一方は、軸方向においてステータコア１７の一端部から外側に離れて位置している。本実施の形態では、第１ロータ端部７１が、軸方向においてステータコア１７の第１コア端部１７ａから外側に離れて位置している。第１ロータ端部７１の代わりに、第２ロータ端部７２が、軸方向においてステータコア１７の第２コア端部１７ｂから外側に離れて位置していてもよい。

第１板１９及び第２板２０は、ステータコア１７の第１側に配置されている。第２板２０は、第１板１９に軸方向に重ねられている。

図２は、第１板１９の一部の構造を概略的に示す斜視図である。第２板２０の構造は、第１板１９の構造と同じである。

第１板１９は、例えば、電磁鋼板で形成されている。第１板１９は、断面Ｌ字状に形成されている。言い換えると、図１に示されるように、ｚｙ平面上における断面形状がＬ字状に形成されている。第１板１９のｘｙ平面上における形状は、例えば、ステータコア１７のティース部のｘｙ平面上における形状と同じ形状に形成される。

第１板１９は、第１ベース部１９ａと、少なくとも１つの第１対向部１９ｂと、少なくとも１つの第１スリット１９ｃとを有する。

第１ベース部１９ａは、ステータコア１７の第１側（具体的には、第１コア端部１７ａ）に備えられている。複数の第１板１９がステータコア１７の第１側に備えられていてもよい。第１対向部１９ｂは、ロータコア７に対向している。第１対向部１９ｂは、軸方向に延在している。

第１スリット１９ｃは、２つの第１対向部１９ｂの間において径方向に形成されている。言い換えると、第１スリット１９ｃは、第１ベース部１９ａの径方向内側に形成されている。すなわち、第１スリット１９ｃは、径方向に延在している。これにより、互いに隣接する２つの第１対向部１９ｂの間に、軸方向に貫通する隙間が形成されている。

第２板２０は、例えば、電磁鋼板で形成されている。第２板２０は、断面Ｌ字状に形成されている。言い換えると、図１に示されるように、ｚｙ平面上における断面形状がＬ字状に形成されている。第２板２０のｘｙ平面上における形状は、例えば、ステータコア１７のティース部のｘｙ平面上における形状と同じ形状に形成される。第１板１９及び第２板２０の材料は、互いに異なっていてもよい。

第２板２０は、第２ベース部２０ａと、少なくとも１つの第２対向部２０ｂと、少なくとも１つの第２スリット２０ｃ（図３）とを有する。

第２ベース部２０ａは、ステータコア１７の第１側に備えられている。具体的には、第２ベース部２０ａは、軸方向において第１ベース部１９ａに重ねられている。複数の第２板２０がステータコア１７の第１側に備えられていてもよい。第２対向部２０ｂは、ロータコア７に対向している。第２対向部２０ｂは、軸方向に延在している。

第２スリット２０ｃは、２つの第２対向部２０ｂの間において径方向に形成されている。言い換えると、第２スリット２０ｃは、第２ベース部２０ａの径方向内側に形成されている。すなわち、第２スリット２０ｃは、径方向に延在している。これにより、互いに隣接する２つの第２対向部２０ｂの間に、軸方向に貫通する隙間が形成されている。

図３は、図１に示される矢印Ａ３の方向に見た第１板１９、第２板２０、及びステータコア１７の構造を概略的に示す図である。
図４は、図３に示される線Ｃ４−Ｃ４に沿った断面図である。

第２板２０の第２スリット２０ｃ内に第１対向部１９ｂの一部が位置している。これにより、図３に示されるように、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂは、周方向において隙間を介して隣り合っている。図４に示されるように、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂは、軸方向においてステータコア１７の外側に延在するロータコア７の一部に対向している。

第１対向部１９ｂ、第２対向部２０ｂ、及び径方向におけるステータコア１７の内側表面は、ロータ２に対向するステータ３の内側表面を形成する。

本実施の形態では、第１板１９は複数の第１対向部１９ｂを有し、第２板２０も複数の第２対向部２０ｂを有する。したがって、図３に示されるように、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂは、周方向において隙間を介して交互に配列されている。周方向における複数の隙間の幅は、互いに異なっていてもよい。

軸方向において、第１対向部１９ｂの端部、第２対向部２０ｂの端部、及び第１ロータ端部７１は、互いに一致している。

軸方向における第１ベース部１９ａの厚さをｔ１とし、周方向における第１対向部１９ｂの幅をｗ１としたとき、ｔ１及びｗ１の関係は、ｗ１≧（２／３）×ｔ１を満たす。同様に、軸方向における第２ベース部２０ａの厚さをｔ２とし、周方向における第２対向部２０ｂの幅をｗ２としたとき、ｔ２及びｗ２の関係は、ｗ２≧（２／３）×ｔ２を満たす。

さらに、ｔ１及びｗ１の関係は、ｔ１≧ｗ１を満たすことが望ましい。同様に、ｔ２及びｗ２の関係は、ｔ２≧ｗ２を満たすことが望ましい。

本実施の形態では、第１対向部１９ｂの幅ｗ１は、第２対向部２０ｂの幅ｗ２と等しい（すなわち、ｗ１＝ｗ２）。ただし、幅ｗ１及びｗ２は、互いに異なっていてもよく、厚さｔ１及びｔ２も互いに異なっていてもよい。

図５は、ステータ３の他の構造を示す断面図である。
ステータ３は、インシュレータ１６の代わりに、樹脂２３を有してもよい。樹脂２３は、第２板２０を第１板１９と一体化させる。すなわち、第２板２０は、樹脂２３によって第１板１９と一体化される。これにより、樹脂２３は、第２対向部２０ｂを第１対向部１９ｂと一体化させる。樹脂２３は、第１板１９と巻線１８との間に備えられている。同様に、樹脂２３は、第２板２０と巻線１８との間にも備えられている。樹脂２３は、例えば、第１板１９及び第２板２０を絶縁させる材料である。

次に、電動機１の製造方法について説明する。
図６は、電動機１の製造工程の一例を示すフローチャートである。電動機１の製造方法は、以下に説明されるステップを含む。

ステップＳ１では、ステータコア１７を形成する。例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより、ステータコア１７を形成する。

ステップＳ２では、第１板１９をステータコア１７に固定する。具体的には、第１板１９の第１対向部１９ｂがロータコア７と対向するように第１板１９の第１ベース部１９ａをステータコア１７の第１側（具体的には、第１コア端部１７ａ）に配置する。例えば、接着剤で第１ベース部１９ａを第１コア端部１７ａに固定する。

図７は、電動機１の製造工程のステップＳ３における処理の一例を示す図である。
ステップＳ３では、第２板２０を第１板１９と組み合わせる。具体的には、図７に示されるように、第２板２０の一部（すなわち、第２対向部２０ｂ）が周方向において隙間を介して第１板１９の一部（具体的には、第１対向部１９ｂ）と隣り合うように且つロータコア７と対向するように、第２板２０を第１板１９と組み合わせる。例えば、接着剤で第２板２０の第２ベース部２０ａを第１板１９の第１ベース部１９ａに固定する。

ステップＳ４では、第１板１９及び第２板２０の第１側にインシュレータ１６を配置し、ステータコア１７の第２側にもインシュレータ１６を配置する。

ステップＳ５では、巻線１８を、インシュレータ１６、第１板１９、及び第２板２０を介してステータコア１７に巻き付ける。これにより、ステータ３を作製することができる。

ステップＳ６では、ステータ３をフレーム４内に固定する。具体的には、圧入又は溶接などの手段でステータ３をフレーム部４ｂ内に固定する。

ステップＳ７では、ロータ２を作製する。例えば、ロータコア７に形成されたシャフト穴１１にシャフト１０を挿入し、ロータ２を得る。磁極を形成する永久磁石８を、予めロータコア７に取り付けておいてもよい。

ステップＳ８では、シャフト１０をベアリング５ａ及び５ｂに挿入する。

ステップＳ１からステップＳ８までの順序は、図６に示される順序に限られない。例えば、ステップＳ１からステップＳ６までのステップと、ステップＳ７とは、互いに並行して行うことができる。ステップＳ７は、ステップＳ１からステップＳ６までのステップよりも先に行われてもよい。

ステップＳ９では、フレーム部４ｂの有底部分４２ｃに圧縮バネ６を配置し、ステータ３の内側に、ロータ２をベアリング５ａ及び５ｂと共に挿入する。具体的には、ロータコア７の第１ロータ端部７１が軸方向においてステータコア１７の第１コア端部１７ａから外側に離れて位置するように、ロータ２をステータ３の内側に挿入する。

ステップＳ１０では、フレーム部４ａをフレーム部４ｂと組み合わせることにより、フレーム４を組み立てる。

以上に説明した工程により電動機１が組み立てられる。

変形例．
図８は、変形例に係る電動機１ａの構造を概略的に示す縦断面図である。
変形例に係る電動機１ａにおけるステータ３ａの構造は、実施の形態１に係る電動機１におけるステータ３の構造と異なる。具体的には、ステータ３ａは、ステータコア１７、インシュレータ１６、巻線１８、第１板１９、及び第２板２０に加えて第３板２１及び第４板２２を有する。さらに、ロータ２の第２ロータ端部７２は、軸方向においてステータコア１７の第２コア端部１７ｂから外側に離れて位置している。これらの点を除き、電動機１ａは電動機１と同じである。

第３板２１及び第４板２２は、ステータコア１７の第２側に配置されている。第４板２２は、第３板２１に軸方向に重ねられている。さらに、インシュレータ１６は、第４板２２に軸方向に重ねられている。

第３板２１及び第４板２２の構造は、第１板１９の構造と同じである。すなわち、第３板２１は、断面Ｌ字状に形成されている。言い換えると、図８に示されるように、ｚｙ平面上における断面形状がＬ字状に形成されている。第３板２１のｘｙ平面上における形状は、例えば、ステータコア１７のティース部のｘｙ平面上における形状と同じ形状に形成される。

図２に示される第１板１９と同様に、第３板２１は、ベース部（第３ベース部ともいう）と、少なくとも１つの対向部（第３対向部ともいう）と、少なくとも１つのスリット（第３スリットともいう）とを有する。第３板２１のベース部は、ステータコア１７の第２側に備えられている。複数の第３板２１がステータコア１７の第２側に備えられていてもよい。第３板２１の対向部は、ロータコア７に対向している。第３板２１の対向部は、軸方向に延在している。

第３板２１のスリットは、第３板２１の２つの対向部の間において径方向に形成されている。言い換えると、第３板２１のスリットは、第３板２１のベース部の径方向内側に形成されている。すなわち、第３板２１のスリットは、径方向に延在している。これにより、第３板２１において、互いに隣接する２つの対向部の間に、軸方向に貫通する隙間が形成されている。

第４板２２は、断面Ｌ字状に形成されている。言い換えると、図８に示されるように、ｚｙ平面上における断面形状がＬ字状に形成されている。第４板２２のｘｙ平面上における形状は、例えば、ステータコア１７のティース部のｘｙ平面上における形状と同じ形状に形成される。

図２に示される第１板１９と同様に、第４板２２は、ベース部（第４ベース部ともいう）と、少なくとも１つの対向部（第４対向部ともいう）と、少なくとも１つのスリット（第４スリットともいう）とを有する。第４板２２のベース部は、ステータコア１７の第２側に備えられている。具体的には、第４板２２のベース部は、軸方向において第３板２１のベース部に重ねられている。複数の第４板２２がステータコア１７の第２側に備えられていてもよい。第４板２２の対向部は、ロータコア７に対向している。第４板２２の対向部は、軸方向に延在している。

第４板２２のスリットは、第４板２２の２つの対向部の間において径方向に形成されている。言い換えると、第４板２２のスリットは、第４板２２のベース部の径方向内側に形成されている。すなわち、第４板２２のスリットは、径方向に延在している。これにより、第４板２２において、互いに隣接する２つの対向部の間に、軸方向に貫通する隙間が形成されている。

第４板２２のスリット内に第３板２１の対向部の一部が位置している。これにより、図３に示される第１板１９及び第２板２０と同様に、第３板２１の対向部及び第４板２２の対向部は、周方向において隙間を介して隣り合っている。第３板２１の対向部及び第４板２２の対向部は、軸方向においてステータコア１７の外側に延在するロータコア７の一部に対向している。

第３板２１の対向部、第４板２２の対向部、及び径方向におけるステータコア１７の内側表面は、ロータ２に対向するステータ３の内側表面を形成する。

第３板２１は複数の対向部を有し、第４板２２も複数の対向部を有する。第３板２１の対向部及び第４板２２の対向部は、周方向において隙間を介して交互に配列されている。

軸方向において、第３板２１の対向部の端部、第４板２２の対向部の端部、及び第２ロータ端部７２は、互いに一致している。

上述のように、第４板２２の第３板２１に対する位置関係は、第２板２０の第１板１９に対する位置関係と同じである。

軸方向における第３板２１のベース部の厚さと、周方向における第３板２１の対向部の幅との関係は、第１板１９の第１ベース部１９ａの厚さｔ１と、第１板１９の第１対向部１９ｂの幅ｗ１との関係と同じである。同様に、第４板２２のベース部の厚さと、周方向における第４板２２の対向部の幅との関係は、第２板２０の第２ベース部２０ａの厚さｔ２と、第２板２０の第２対向部２０ｂの幅ｗ２との関係と同じである。周方向における第３板２１の対向部の幅は、周方向における第４板２２の対向部の幅と等しい。

実施の形態１に係る電動機１（変形例を含む）及び電動機１の製造方法の効果を以下に説明する。
電動機１では、第１ロータ端部７１が、軸方向においてステータコア１７の第１コア端部１７ａから外側に離れて位置している。したがって、軸方向において、ステータコア１７は、ロータコア７よりも短い。これにより、巻線１８の長さを短くすることができるので、巻線１８のコストを低減することができるとともに、銅損を低減することができる。さらに、電動機１を小型化することができる。しかしながら、一般に、軸方向において、ステータコアがロータコアよりも短い場合、ロータコアからステータに流入する磁束が減るため、モータ効率が低下する。

本実施の形態では、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂがロータコア７に対向している。すなわち、ロータコア７に対向するステータ３の面積が増加する。したがって、ステータコア１７に加えて、ロータコア７からの磁束が第１板１９及び第２板２０にも流入し、ステータ３に流入する磁束が増加する。これにより、電動機１のモータ効率を改善することができる。

第１対向部１９ｂと第２対向部２０ｂとの間に隙間が存在しない場合、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂにおいて渦電流損が生じやすい。一方、本実施の形態では、第１対向部１９ｂ及び第２対向部２０ｂは、周方向において隙間を介して交互に配列されている。これにより、ステータ３における渦電流損を低減することができ、モータ効率を改善することができる。

さらに、第２板２０は第１板１９と組み合わされるので、第１対向部１９ｂと第２対向部２０ｂとの間の隙間を調整することが容易である。断面Ｌ字状に形成された１つの板に隙間又は溝を加工して得られる構造に比べて、ロータコア７に対向するステータ３の面積を大きくすることができ、モータ効率を容易に改善することができる。さらに、断面Ｌ字状に形成された１つの板に隙間又は溝を加工する方法に比べて、加工コストを低減することができる。

例えば、断面Ｌ字状に形成された１つの板に打ち抜き加工で溝を形成する場合、板の厚さよりも狭い溝を形成することが困難である。これに対し、本実施の形態では、第２板２０を第１板１９と組み合わせることにより、第１対向部１９ｂと第２対向部２０ｂとの間に狭い隙間を容易に形成することができる。これにより、ステータ３における渦電流損を低減することができ、モータ効率を改善することができる。

軸方向において、第１対向部１９ｂの端部、第２対向部２０ｂの端部、及び第１ロータ端部７１が互いに一致しているとき、ロータコア７からの磁束の漏れを低減することができる。すなわち、ステータ３が小型化された場合でも、多くの磁束がロータコア７からステータ３に流入される。これにより、電動機１のモータ効率を改善することができる。

第１ベース部１９ａの厚さｔ１及び第１対向部１９ｂの幅ｗ１の関係は、ｗ１≧（２／３）×ｔ１を満たす。同様に、第２ベース部２０ａの厚さｔ２及び第２対向部２０ｂの幅ｗ２の関係は、ｗ２≧（２／３）×ｔ２を満たす。これにより、第１板１９及び第２板２０を、プレス加工（例えば、打ち抜き加工）で容易に成形することができる。その結果、切削加工に比べて加工コストを低減することができ、加工精度を向上させることができる。

図９は、第１板１９の第１対向部１９ｂの幅ｗ１に対する加工コスト及び渦電流損の大きさを示す図である。図９に示される第１軸（すなわち、左側の縦軸）は、加工コストの大きさを示し、第２軸（すなわち、右側の縦軸）は、第１板１９に生じる渦電流損の大きさを示す。すなわち、曲線Ｌ１は、幅ｗ１に対する加工コストの大きさを示し、曲線Ｌ２は、幅ｗ１に対する渦電流損の大きさを示す。

例えば、ファインブランキング加工を用いることにより、ｔ１≧ｗ１≧（２／３）×ｔ１を満たすように第１板１９を加工することができる。ただし、幅ｗ１が（２／３）×ｔ１に近い範囲では、金型の精度を高める必要があるので、図９に示されるように加工コストが大きい。幅ｗ１が大きくなるにつれて、加工コストが低減する。

図９に示されるように、幅ｗ１が（２／３）×ｔ１以上であるとき、加工コストを効果的に低減させることができる。ただし、ｗ１＞ｔ１の範囲では、金型の精度が緩和されるので、加工コストを低減させる効果が小さい。一方、第１板１９における渦電流損の大きさは、幅ｗ１の２乗に比例して増加する。したがって、図９に示されるように、幅ｗ１が大きくなるにつれて、第１板１９における渦電流損が増加する。

図９に示されるように、第１ベース部１９ａの厚さｔ１及び第１対向部１９ｂの幅ｗ１の関係が、ｔ１≧ｗ１≧（２／３）×ｔ１を満たすとき、第１板１９の加工コストを低減しつつ、第１板１９における渦電流損を低減することができる。第２板２０は、図９に示される第１板１９の特性と同じ特性を持つ。したがって、第２ベース部２０ａの厚さｔ２及び第２対向部２０ｂの幅ｗ２の関係が、ｔ２≧ｗ２≧（２／３）×ｔ２を満たすとき、第１板１９と同様に、第２板２０の加工コストを低減しつつ、第２板２０における渦電流損を低減することができる。

さらに、第１ベース部１９ａの径方向内側に第１スリット１９ｃが形成されており、第２ベース部２０ａの径方向内側に第２スリット２０ｃが形成されている。これにより、第２板２０を第１板１９と組み合わせた状態において、互いに隣接する第１対向部１９ｂと第２対向部２０ｂとの間に、軸方向に貫通する隙間を形成することができる。その結果、ステータ３における渦電流損を低減することができ、モータ効率を改善することができる。

第２板２０を樹脂２３で第１板１９と一体化させることにより、第１板１９及び第２板２０の位置ずれを防ぐことができる。さらに、樹脂２３が第１板１９と巻線１８との間及び第２板２０と巻線１８との間に備えられている場合、インシュレータ１６を用いずに、第１板１９及び第２板２０を絶縁させることができる。この場合、樹脂２３は、第１板１９及び第２板２０を絶縁させる材料である。したがって、樹脂２３をインシュレータ１６の代わりに用いることにより、部品数及び部品コストが削減され、第１板１９及び第２板２０の位置ずれを防ぐことができる。

変形例に係る電動機１ａによれば、ロータ２の第２ロータ端部７２は、軸方向においてステータコア１７の第２コア端部１７ｂから外側に離れて位置している。すなわち、軸方向におけるロータコア７の両側が、軸方向においてステータコア１７の外側に離れて位置している。したがって、実施の形態１に係る電動機１に比べて、巻線１８の長さを短くすることができるので、巻線１８のコストを低減することができるとともに、銅損を低減することができる。さらに、実施の形態１に係る電動機１に比べて、電動機１ａを小型化することができる。

変形例では、第３板２１の対向部及び第４板２２の対向部がロータコア７に対向している。これにより、ロータコア７からステータ３ａに流入する磁束の減少を防ぎ、小型化された電動機１ａのモータ効率を改善することができる。

電動機１の製造方法によれば、第２板２０を第１板１９と組み合わせることにより、ロータコア７に対向するステータ３の面積を増加させることができ、周方向における第１板１９（具体的には、第１対向部１９ｂ）と第２板２０（具体的には、第２対向部２０ｂ）との間の隙間を調整することが容易である。これにより、ステータ３における渦電流損を低減することができ、モータ効率を改善することができる。さらに、上述のように、１つの板に隙間を加工する方法に比べて、加工コストを低減することができ、第１板１９と第２板２０との間に狭い隙間を形成することが容易である。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る空気調和機５０について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機５０の構成を概略的に示す図である。

実施の形態２に係る空気調和機５０（例えば、冷凍空調装置）は、送風機（第１の送風機）としての室内機５１と、冷媒配管５２と、冷媒配管５２によって室内機５１に接続された送風機（第２の送風機）としての室外機５３とを備える。

室内機５１は、電動機５１ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、電動機５１ａによって駆動されることにより、送風する送風部５１ｂと、電動機５１ａ及び送風部５１ｂを覆うハウジング５１ｃとを有する。送風部５１ｂは、例えば、電動機５１ａによって駆動される羽根５１ｄを有する。例えば、羽根５１ｄは、電動機５１ａのシャフト（例えば、シャフト１０）に固定されており、気流を生成する。

室外機５３は、電動機５３ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、送風部５３ｂと、圧縮機５４と、熱交換器（図示しない）とを有する。送風部５３ｂは、電動機５３ａによって駆動されることにより、送風する。送風部５３ｂは、例えば、電動機５３ａによって駆動される羽根５３ｄを有する。例えば、羽根５３ｄは、電動機５３ａのシャフト（例えば、シャフト１０）に固定されており、気流を生成する。圧縮機５４は、電動機５４ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、電動機５４ａによって駆動される圧縮機構５４ｂ（例えば、冷媒回路）と、電動機５４ａ及び圧縮機構５４ｂを覆うハウジング５４ｃとを有する。

空気調和機５０において、室内機５１及び室外機５３の少なくとも１つは、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）を有する。具体的には、送風部の駆動源として、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明した電動機１が適用される。さらに、圧縮機５４の電動機５４ａとして、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）を用いてもよい。

空気調和機５０は、例えば、室内機５１から冷たい空気を送風する冷房運転、又は温かい空気を送風する暖房運転等の運転を行うことができる。室内機５１において、電動機５１ａは、送風部５１ｂを駆動するための駆動源である。送風部５１ｂは、調整された空気を送風することができる。

実施の形態２に係る空気調和機５０によれば、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）が適用されるので、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、空気調和機５０の効率を改善することができる。

さらに、送風機（例えば、室内機５１）の駆動源として、実施の形態１に係る電動機１（変形例を含む）を用いることにより、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、送風機の効率を改善することができる。実施の形態１に係る電動機１と電動機１によって駆動される羽根（例えば、羽根５１ｄ又は５３ｄ）とを有する送風機は、送風する装置として単独で用いることができる。この送風機は、空気調和機５０以外の機器にも適用可能である。

さらに、圧縮機５４の駆動源として、実施の形態１に係る電動機１（変形例を含む）を用いることにより、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、圧縮機５４の効率を改善することができる。

実施の形態１で説明した電動機１は、空気調和機５０以外に、換気扇、家電機器、又は工作機など、駆動源を有する機器に搭載できる。

以上に説明した各実施の形態における特徴及び変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。

１，５１ａ，５４ａ 電動機、 ２ ロータ、 ３ ステータ、 ４ フレーム、 ５ａ，５ｂ ベアリング、 ６ 圧縮バネ、 ７ ロータコア、 １６ インシュレータ、 １７ ステータコア、 １７ａ 第１コア端部、 １７ｂ 第２コア端部、 １８ 巻線、 １９ 第１板、 １９ａ 第１ベース部、 １９ｂ 第１対向部、 １９ｃ 第１スリット、 ２０ 第２板、 ２０ａ 第２ベース部、 ２０ｂ 第２対向部、 ２０ｃ 第２スリット、 ２１ 第３板、 ２２ 第４板、 ２３ 樹脂、 ５０ 空気調和機、 ５１ 室内機、 ５３ 室外機、 ５４ 圧縮機、 ５４ｂ 圧縮機構、 ７１ 第１ロータ端部、 ７２ 第２ロータ端部。

Claims (15)

1. 軸方向における第１側にある第１コア端部と前記軸方向において前記第１側の反対側である第２側にある第２コア端部とを有するステータコア、断面Ｌ字状に形成された第１板、及び断面Ｌ字状に形成された第２板を有するステータと、
   ロータコア、前記ロータコアの前記第１側にある第１ロータ端部、及び前記ロータコアの前記第２側にある第２ロータ端部を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
   を備え、
   前記ロータコアは、前記軸方向において前記ステータコアよりも長く、
   前記第１ロータ端部は、前記軸方向において前記第１コア端部から外側に離れて位置しており、
   前記第１板及び前記第２板は、前記ステータコアの前記第１側に配置されており、
   前記第１板は、
   前記ロータコアに対向する第１対向部と、
   前記ステータコアの前記第１側に備えられた第１ベース部と
   を有し、
   前記第２板は、
   前記ロータコアに対向する第２対向部と、
   前記ステータコアの前記第１側に備えられた第２ベース部と
   を有し、
   前記第１対向部及び前記第２対向部は、周方向において隙間を介して隣り合っている
   電動機。
2. 前記軸方向において、前記第１対向部の端部、前記第２対向部の端部、及び前記第１ロータ端部は、互いに一致している請求項１に記載の電動機。
3. 前記軸方向における前記第１ベース部の厚さをｔ１とし、前記周方向における前記第１対向部の幅をｗ１としたとき、
   ｗ１≧（２／３）×ｔ１
   を満たす請求項１又は２に記載の電動機。
4. ｔ１≧ｗ１を満たす請求項３に記載の電動機。
5. 前記軸方向における前記第２ベース部の厚さをｔ２とし、前記周方向における前記第２対向部の幅をｗ２としたとき、
   ｗ２≧（２／３）×ｔ２
   を満たす請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機。
6. ｔ２≧ｗ２を満たす請求項５に記載の電動機。
7. 前記周方向における前記第１対向部の幅をｗ１とし、前記周方向における前記第２対向部の幅をｗ２としたとき、
   ｗ１＝ｗ２を満たす
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電動機。
8. 前記第１板は、前記第１ベース部の径方向内側に形成された第１スリットを有する請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機。
9. 前記第２板は、前記第２ベース部の径方向内側に形成された第２スリットを有する請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機。
10. 前記第２スリット内に前記第１対向部の一部が位置している請求項９に記載の電動機。
11. 前記ステータは、
    巻線と、
    前記第２対向部を前記第１対向部と一体化させる樹脂とを有し、
    前記樹脂は、前記第１板と前記巻線との間及び前記第２板と前記巻線との間に備えられている
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動機。
12. 前記第２ロータ端部は、前記軸方向において前記第２コア端部から外側に離れて位置しており、
    前記ステータは、断面Ｌ字状に形成された第３板及び断面Ｌ字状に形成された第４板を有し、
    前記第３板及び前記第４板は、前記ステータコアの前記第２側に配置されており、
    前記第３板は、
    前記ロータに対向する第３対向部と、
    前記ステータコアの前記第２側に備えられた第３ベース部と
    を有し、
    前記第４板は、
    前記ロータに対向する第４対向部と、
    前記ステータコアの前記第２側に備えられた第４ベース部と
    を有し、
    前記第３対向部及び前記第４対向部は、前記周方向において隙間を介して隣り合っている
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の電動機。
13. 電動機と、
    前記電動機によって駆動される圧縮機構と
    を備え、
    前記電動機は、
    軸方向における第１側にある第１コア端部と前記軸方向において前記第１側の反対側である第２側にある第２コア端部とを有するステータコア、断面Ｌ字状に形成された第１板、及び断面Ｌ字状に形成された第２板を有するステータと、
    ロータコア、前記ロータコアの前記第１側にある第１ロータ端部、及び前記ロータコアの前記第２側にある第２ロータ端部を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
    を有し、
    前記ロータコアは、前記軸方向において前記ステータコアよりも長く、
    前記第１ロータ端部は、前記軸方向において前記第１コア端部から外側に離れて位置しており、
    前記第１板及び前記第２板は、前記ステータコアの前記第１側に配置されており、
    前記第１板は、
    前記ロータコアに対向する第１対向部と、
    前記ステータコアの前記第１側に備えられた第１ベース部と
    を有し、
    前記第２板は、
    前記ロータコアに対向する第２対向部と、
    前記ステータコアの前記第１側に備えられた第２ベース部と
    を有し、
    前記第１対向部及び前記第２対向部は、周方向において隙間を介して隣り合っている
    圧縮機。
14. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つは電動機を有し、
    前記電動機は、
    軸方向における第１側にある第１コア端部と前記軸方向において前記第１側の反対側である第２側にある第２コア端部とを有するステータコア、断面Ｌ字状に形成された第１板、及び断面Ｌ字状に形成された第２板を有するステータと、
    ロータコア、前記ロータコアの前記第１側にある第１ロータ端部、及び前記ロータコアの前記第２側にある第２ロータ端部を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
    を有し、
    前記ロータコアは、前記軸方向において前記ステータコアよりも長く、
    前記第１ロータ端部は、前記軸方向において前記第１コア端部から外側に離れて位置しており、
    前記第１板及び前記第２板は、前記ステータコアの前記第１側に配置されており、
    前記第１板は、
    前記ロータコアに対向する第１対向部と、
    前記ステータコアの前記第１側に備えられた第１ベース部と
    を有し、
    前記第２板は、
    前記ロータコアに対向する第２対向部と、
    前記ステータコアの前記第１側に備えられた第２ベース部と
    を有し、
    前記第１対向部及び前記第２対向部は、周方向において隙間を介して隣り合っている
    空気調和機。
15. 軸方向における第１側にある第１コア端部と前記軸方向において前記第１側の反対側である第２側にある第２コア端部とを有するステータコア、断面Ｌ字状に形成された第１板、及び断面Ｌ字状に形成された第２板を有するステータと、前記軸方向において前記ステータコアよりも長いロータコア、前記ロータコアの前記第１側にある第１ロータ端部、及び前記ロータコアの前記第２側にある第２ロータ端部を有するロータとを有する電動機の製造方法であって、
    前記第１板を、前記ロータコアと対向するように前記第１コア端部に配置するステップと、
    前記第２板の一部が周方向において隙間を介して前記第１板の一部と隣り合うように且つ前記ロータコアと対向するように、前記第２板を前記第１板と組み合わせるステップと、
    前記第１ロータ端部が前記軸方向において前記第１コア端部から外側に離れて位置するように、前記ロータを前記ステータの内側に挿入するステップと
    を備える
    電動機の製造方法。

Images