JP7046155B2 - 固定子、電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1の電動機100を示す断面図である。図1に示す電動機100は、誘導電動機であり、例えば空気調和装置の圧縮機に用いられる。電動機100は、固定子1と、固定子1の内側に回転可能に設けられた回転子5とを有する。固定子1と回転子5との間には、エアギャップが設けられている。
図2(A)および(B)は、回転子5を示す断面図および斜視図である。図2(A)に示すように、回転子5は、複数のスロット51を備えた回転子コア50と、回転軸であるシャフト55と、回転子コア50の各スロット51に挿入されたバー60とを有する。
図3は、固定子1の一部を拡大して示す断面図である。固定子1は、固定子コア10と、固定子コア10に巻かれたコイル3とを有する。コイル3は、第1のコイルとしてのアルミニウム線コイル31と、第2のコイルとしての銅線コイル32とを有する。アルミニウム線コイル31および銅線コイル32については、後述する。
次に、実施の形態1の作用について説明する。電動機100の出力が増加すると、コイル3に流れる電流が増加し、これによりコイル3の発熱量が増加する。スロット13に配置されたコイル3は、冷媒、潤滑油および空気との接触面積が小さいため、コイル3の熱は固定子コア10を介して放熱される。コイル3の温度上昇を抑えるためには、コイル3の熱を固定子コア10から効果的に放熱する必要がある。
次に、コイル31,32の直径の関係について説明する。アルミニウム線コイル31と銅線コイル32とは直列に接続されているため、両コイル31,32に流れる電流は等しい。従って、電気抵抗率の高いアルミニウム線コイル31で生じる損失は、銅線コイル32で生じる損失よりも高い。そのため、放熱効率のよい第1の領域101に、アルミニウム線コイル31をできるだけ多く集めることが望ましい。
銅線コイル32の1本当たりの断面積SCuに対するアルミニウム線コイル31の1本当たりの断面積SAlの比、すなわちSAl/SCuを、断面積比kと称する。断面積SAlはπ×(DAl/2)2であり、断面積SCuはπ×(DCu/2)2であるため、断面積比kは、k=(DAl/DCu)2と表すことができる。断面積比kを用いると、式(1)のDCu≦DAlは、1≦kと表される。また、式(2)の0.5×DCu≦DAlは、k≦0.25と表される。
実施の形態1の電動機100は、上記の通り、誘導電動機である。すなわち、固定子1のコイル3の電流によって回転磁界を生じさせ、これにより回転子5のかご型二次導体6に誘導電流を発生させ、誘導電流と回転磁界との作用によりトルクを発生する。
以上説明したように、本発明の実施の形態1では、スロット13の第1の領域101の面積S1と、第1の領域101内のアルミニウム線コイル31(すなわち第1のコイル)の総断面積A1と、第2の領域102の面積S2と、第2の領域102内のアルミニウム線コイル31の総断面積A2とが、(A1/S1)>(A2/S2)を満足する。このように、より電気抵抗率の高いアルミニウム線コイル31を、スロット13において径方向外側の第1の領域101に密に配置することにより、アルミニウム線コイル31の熱を固定子コア10のヨーク部11から効率よく放熱し、温度上昇を抑制することができる。また、電動機100の放熱効果により、コイル3により多くの電流を流すことが可能になるため、電動機100の出力を増加させることができる。
図11は、実施の形態1の変形例の固定子のスロット13を含む部分を拡大して示す図である。上述した実施の形態1では、スロット13の第1の領域101にアルミニウム線コイル31および銅線コイル32が配置され、なお且つ、アルミニウム線コイル31の方が銅線コイル32よりも高い占有密度を有していた。
次に、実施の形態1および変形例で説明した電動機100が適用される圧縮機としてのスクロール圧縮機300について説明する。図12は、スクロール圧縮機300を示す断面図である。スクロール圧縮機300は、密閉容器307と、密閉容器307内に配置された圧縮機構305と、圧縮機構305を駆動する電動機100と、圧縮機構305と電動機100とを連結するシャフト55と、シャフト55の下端部(すなわち圧縮機構305側と反対側の端部)を支持するサブフレーム308とを備えている。
次に、上述した実施の形態1および変形例の電動機が適用される空気調和装置について説明する。図13は、空気調和装置400(冷凍サイクル装置)を示す図である。空気調和装置400は、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(減圧装置)403と、蒸発器404とを備えている。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404の順に、冷媒が循環する。
Claims (16)
- 軸線を中心とする周方向に延在する内周と、前記軸線を中心とする径方向において前記内周よりも外側に形成されたスロットと、前記スロットに対して前記径方向の外側に形成された環状のヨーク部とを有する固定子コアと、
前記スロットの内部に配置され、互いに直列に接続された第1のコイルおよび第2のコイルと
を有し、
前記第1のコイルは、第1の金属で形成された導体を有し、
前記第2のコイルは、前記第1の金属よりも電気抵抗率の低い第2の金属で形成された導体を有し、
前記スロットは、
前記固定子コアの前記内周に開口するスロット開口部と、
前記スロット開口部に対して前記径方向の外側に位置し、前記ヨーク部につながる湾曲形状のスロット底部と、
前記スロット開口部と前記スロット底部との間に位置し、前記周方向に相対する第1の側部および第2の側部と
を有し、
前記軸線に直交する面内において、前記スロット底部と前記第1の側部との境界と、前記スロット底部と前記第2の側部との境界とを結ぶ直線を、第1の直線とし、
前記第1の直線と前記スロット底部とで囲まれた領域を、第1の領域とし、
前記スロットにおいて、前記スロット開口部よりも前記径方向の外側で且つ前記第1の直線よりも前記径方向の内側の領域を、第2の領域とし、
前記第1の領域の面積S1と、前記第1の領域内の前記第1のコイルの総断面積A1と、前記第2の領域の面積S2と、前記第2の領域内の前記第1のコイルの総断面積A2とが、
(A1/S1)>(A2/S2)
を満足する固定子。 - 前記第1の領域内の前記第1のコイルの総断面積A1と、前記第1の領域内の前記第2のコイルの総断面積C1と、前記第1の領域の面積S1とが、
(A1/S1)>(C1/S1)
を満足する請求項1に記載の固定子。 - 前記第1の領域内の前記第1のコイルの総断面積A1と、前記第1の領域内の前記第2のコイルの総断面積C1と、前記第2の領域内の前記第1のコイルの総断面積A2と、前記第2の領域内の前記第2のコイルの総断面積C2とが、
(A1/C1)>(A2/C2)
を満足する請求項1または2に記載の固定子。 - 前記第1の領域に、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのうち、前記第1のコイルのみが配置されている
請求項1から3までのいずれか1項に記載の固定子。 - 前記第1のコイルの直径が、前記第2のコイルの直径以上である
請求項1から4までのいずれか1項に記載の固定子。 - 前記比kは、1以上である
請求項8に記載の固定子。 - 前記比kは、0.25以上である
請求項8に記載の固定子。 - 前記第1の金属はアルミニウムであり、前記第2の金属は銅である
請求項1から9までのいずれか1項に記載の固定子。 - 前記ヨーク部は、前記固定子が収容される密閉容器に接触する外周を有し、
前記ヨーク部の前記外周から前記密閉容器に熱が放熱される
請求項1から11までのいずれか1項に記載の固定子。 - 請求項1から12までの何れか1項に記載の固定子と、
前記固定子の前記径方向の内側に回転可能に設けられた回転子と
を有する電動機。 - 前記電動機は、誘導電動機である
請求項13に記載の電動機。 - 密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する、請求項13または14に記載の電動機と
を備えた圧縮機。 - 請求項15に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた空気調和装置。
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