JP7046170B2 - Stator, motor, compressor, and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、電動機の固定子に関する。 The present invention relates to a stator of a motor.
近年、電動機の分野では、出力の増加と小型化が求められている。電動機の出力が増加すると、固定子のコイルに流す電流が増加する。また、電動機を小型化する場合にも、同一出力を得るために必要な電流が増加する。コイルに流れる電流が増加すると、コイルの温度が上昇する。コイルの温度上昇は電動機の効率の低下を引き起こす。したがって、コイルの熱を外部へ放出することにより、コイルの温度上昇を低減することが望ましい。
例えば、圧縮機に用いる電動機において、コイルのコイルエンド部が圧縮機内の冷媒および潤滑油に接触するように、固定子を形成することができる。そのため、コイルで発生した熱は、コイルの外部に露出するコイルエンド部から放出させることが望ましい。コイルの発熱量はコイルの電気抵抗の大きさに依存するので、コイルの発熱を低減するためにはコイルの電気抵抗が小さいことが望ましい。
近年、電動機の低コスト化および軽量化のため、コイルの巻線として、銅線コイルに加えて、アルミニウム線コイルを併用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。In recent years, in the field of electric motors, there is a demand for increased output and miniaturization. As the output of the motor increases, the current flowing through the coil of the stator increases. Also, when the motor is downsized, the current required to obtain the same output increases. As the current flowing through the coil increases, the temperature of the coil rises. An increase in the temperature of the coil causes a decrease in the efficiency of the motor. Therefore, it is desirable to reduce the temperature rise of the coil by releasing the heat of the coil to the outside.
For example, in an electric motor used for a compressor, a stator can be formed so that the coil end portion of the coil comes into contact with the refrigerant and the lubricating oil in the compressor. Therefore, it is desirable that the heat generated in the coil be released from the coil end portion exposed to the outside of the coil. Since the amount of heat generated by the coil depends on the magnitude of the electric resistance of the coil, it is desirable that the electric resistance of the coil is small in order to reduce the heat generation of the coil.
In recent years, in order to reduce the cost and weight of an electric motor, it has been proposed to use an aluminum wire coil in addition to a copper wire coil as a coil winding (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、互いに異なる種類の巻線で形成されたコイルを用いた場合、従来の技術では、コイルのコイルエンド部からの放熱効率が不十分であるため、固定子の温度上昇、特にコイルの温度上昇を充分に低減できないという問題がある。 However, when coils formed of different types of windings are used, the heat dissipation efficiency from the coil end portion of the coil is insufficient in the conventional technique, so that the temperature of the stator rises, especially the temperature of the coil rises. There is a problem that it cannot be sufficiently reduced.
本発明は、コイルのコイルエンド部における放熱効率を改善することを目的とする。 An object of the present invention is to improve the heat dissipation efficiency at the coil end portion of the coil.
本発明の固定子は、固定子コアと、少なくとも１つの第１巻線と、前記少なくとも１つの第１巻線と直列に接続されており前記少なくとも１つの第１巻線とは異なる材料で形成された少なくとも１つの第２巻線とを有し、前記固定子コアに巻回されたコイルとを備え、前記少なくとも１つの第１巻線はアルミ線であり、前記少なくとも１つの第２巻線は銅線であり、前記コイルは、前記固定子コアの外側に位置するコイルエンド部を有し、前記コイルエンド部において前記コイルと前記固定子コアとの接点からの前記コイルエンド部の最大高さを２等分する直線をＰ１とし、前記直線Ｐ１を挟んで前記固定子コアの反対側である、前記コイルエンド部の第１側の総断面積をＳ１とし、前記直線Ｐ１を挟んで前記第１側の反対側である、前記コイルエンド部の第２側の総断面積をＳ２とし、前記コイルエンド部の前記第１側における前記少なくとも１つの第１巻線の総断面積をＡ１とし、前記コイルエンド部の前記第２側における前記少なくとも１つの第１巻線の総断面積をＡ２としたとき、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満たし、前記コイルエンド部の前記第１側に前記少なくとも１つの第１巻線及び前記少なくとも１つの第２巻線が配置されている。 The stator of the present invention is connected in series with the stator core, at least one first winding, and at least one first winding, and is made of a material different from the at least one first winding. It has at least one second winding and a coil wound around the stator core, the at least one first winding being an aluminum wire and the at least one second winding. Is a copper wire, the coil has a coil end portion located outside the stator core, and the maximum height of the coil end portion from the contact point between the coil and the stator core in the coil end portion. The straight line that divides the coil into two equal parts is P1, and the total cross-sectional area of the first side of the coil end portion, which is the opposite side of the stator core with the straight line P1 in between, is S1. The total cross-sectional area of the second side of the coil end portion, which is the opposite side of the first side, is S2, and the total cross-sectional area of the at least one first winding on the first side of the coil end portion is defined as S2. When A 1 is set and the total cross-sectional area of at least one first winding on the second side of the coil end portion is A 2 , (A 1 / S 1 )> (A 2 / S 2 ) is satisfied. The at least one first winding and the at least one second winding are arranged on the first side of the coil end portion.
本発明によれば、コイルのコイルエンド部における放熱効率を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the heat dissipation efficiency at the coil end portion of the coil.
実施の形態１．
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の回転子３の軸線Ａｘと平行な方向を示し、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（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａｘは、回転子３の回転中心である。軸線Ａｘと平行な方向は、「回転子３の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、軸線Ａｘと直交する方向である。
In the xyz orthogonal coordinate system shown in each figure, the z-axis direction (z-axis) indicates a direction parallel to the axis Ax of the
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平面図である。矢印Ｄ１は、軸線Ａｘを中心とする固定子２の周方向を示す。矢印Ｄ１は、軸線Ａｘを中心とする回転子３の周方向も示す。固定子２及び回転子３の周方向は、単に「周方向」ともいう。
電動機１は、固定子２と、回転子３とを有する。電動機１は、例えば、誘導電動機である。電動機１は、例えば、スクロール圧縮機などの圧縮機に用いられる。FIG. 1 is a plan view schematically showing the structure of the
The
回転子３は、固定子２の内側に回転可能に配置されている。
The
固定子２は、固定子コア２１と、コイル２２（固定子コイルともいう）とを有する。
固定子コア２１は、環状に形成されている。固定子コア２１は、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ている。複数の電磁鋼板は、互いにカシメで固定されている。複数の電磁鋼板の各々は、予め定められた形状に打ち抜かれている。複数の電磁鋼板の各々の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。The
The
固定子コア２１は、ヨーク２１ａと、複数のティース２１ｂとを有する。ヨーク２１ａは、円環状に形成されている。各ティース２１ｂは、ヨーク２１ａから径方向に延在する。言い換えると、各ティース２１ｂは、回転子３の回転中心に向けてヨーク２１ａから突出している。
The
ティース２１ｂは、周方向に等間隔で配列されている。周方向において互いに隣接するティース２１ｂ間に形成されたスペースは、スロットである。ティース２１ｂの数は、例えば、３０個である。ただし、ティース２１ｂの数は３０個に限定されない。ティース２１ｂの先端は、周方向に広がっている。
The
コイル２２は、固定子コア２１に巻回されている。具体的には、コイル２２は、ティース２１ｂに巻回されている。図１に示される例では、コイル２２は、分布巻きで固定子コア２１に巻回されている。ただし、コイル２２の巻回は、分布巻きに限定されない。例えば、コイル２２は、集中巻きで固定子コア２１に巻回されていてもよい。
The
コイル２２は、複数の束２２０を有する。各束２２０をコイル束ともいう。図１に示される例では、各束２２０が分布巻きで固定子コア２１に巻回されている。コイル２２は、固定子コア２１の外側に位置するコイルエンド部２２ａを有する。具体的には、各束２２０は、コイルエンド部２２ａを有する。コイルエンド部２２ａは、軸方向における固定子コア２１の外側に位置する。言い換えると、コイルエンド部２２ａは、コイル２２のうちの、軸方向における固定子コア２１の外側に位置する部分である。すなわち、コイルエンド部２２ａは、図１に示されるコイル２２の部分である。ただし、束２２０の数及びコイルエンド部２２ａの数は、図１に示される例に限定されない。
The
図２は、コイル２２の第１巻線２２１と第２巻線２２２との接続状態を示す図である。
コイル２２は、少なくとも１つの第１巻線２２１と、少なくとも１つの第２巻線２２２とを有する。第２巻線２２２は、第１巻線２２１と直列に接続されている。すなわち、各束２２０は、少なくとも１つの第１巻線２２１及び少なくとも１つの第２巻線２２２で形成されている。図２に示される例では、コイル２２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相を持つ３相コイルであり、コイル２２の結線は、Ｙ結線である。FIG. 2 is a diagram showing a connection state between the first winding 221 and the second winding 222 of the
The
第１巻線２２１は、第２巻線２２２とは異なる材料で形成されている。第２巻線２２２は、第１巻線２２１とは異なる材料で形成されている。すなわち、第１巻線２２１及び第２巻線２２２は、互いに異なる材料で形成されている。第２巻線２２２の電気抵抗率は第１巻線２２１よりも低い。すなわち、第２巻線２２２の熱伝導率は、第１巻線２２１よりも高い。第１巻線２２１の熱損失量は、第２巻線２２２よりも大きい。 The first winding 221 is made of a material different from that of the second winding 222. The second winding 222 is made of a material different from that of the first winding 221. That is, the first winding 221 and the second winding 222 are made of different materials. The electrical resistivity of the second winding 222 is lower than that of the first winding 221. That is, the thermal conductivity of the second winding 222 is higher than that of the first winding 221. The amount of heat loss of the first winding 221 is larger than that of the second winding 222.
本実施の形態では、第１巻線２２１はアルミ線であり、第２巻線２２２は銅線である。ただし、第１巻線２２１はアルミ線に限定されず、第２巻線２２２は銅線に限定されない。 In the present embodiment, the first winding 221 is an aluminum wire and the second winding 222 is a copper wire. However, the first winding 221 is not limited to the aluminum wire, and the second winding 222 is not limited to the copper wire.
図３は、図１に示される、線Ｃ３－Ｃ３に沿ったコイル２２の束２２０（具体的には、束２２０のコイルエンド部２２ａ）の断面図である。矢印Ｌ１は、コイルエンド部２２ａの第１側からの放熱経路を示す。矢印Ｌ２は、コイルエンド部２２ａの第２側からの放熱経路を示す。コイルエンド部２２ａの熱は、放熱経路Ｌ１及びＬ２、特に放熱経路Ｌ１に向けて放出される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
直線Ｐ１は、コイルエンド部２２ａにおいてコイル２２と固定子コア２１との接点からのコイルエンド部２２ａの最大高さを２等分する直線である。図３に示される例では、コイル２２と固定子コア２１との接点からのコイルエンド部２２ａの最大高さは２×Ｒ１で示される。コイルエンド部２２ａの最大高さは、軸方向における最大高さである。
The straight line P1 is a straight line that bisects the maximum height of the
コイルエンド部２２ａの第１側は、直線Ｐ１を挟んで固定子コア２１の反対側である。具体的には、コイルエンド部２２ａの第１側は、直線Ｐ１から＋ｚ側の第１領域２０１である。コイルエンド部２２ａの第２側は、直線Ｐ１を挟んでコイルエンド部２２ａの第１側の反対側である。具体的には、コイルエンド部２２ａの第２側は、直線Ｐ１から－ｚ側の第２領域２０２である。すなわち、コイルエンド部２２ａの断面は、ｙｚ平面において第１領域２０１及び第２領域２０２を有する。
The first side of the
第１領域２０１は、ｙｚ平面において、束２２０の第１側における外側端部に配置された各巻線（すなわち、第１巻線２２１又は第２巻線２２２）との接線で形成された外縁と直線Ｐ１で囲まれた領域である。第２領域２０２は、ｙｚ平面において、束２２０の第２側における外側端部に配置された各巻線（すなわち、第１巻線２２１又は第２巻線２２２）との接線で形成された外縁と直線Ｐ１で囲まれた領域である。
The
本実施の形態では、第１領域２０１には、少なくとも１つの第１巻線２２１及び少なくとも１つの第２巻線２２２が配置されており、第２領域２０２にも、少なくとも１つの第１巻線２２１及び少なくとも１つの第２巻線２２２が配置されている。
In the present embodiment, at least one first winding 221 and at least one second winding 222 are arranged in the
ただし、第１領域２０１には、少なくとも１つの第１巻線２２１のみが配置されてもよい。この場合、第１領域２０１には第２巻線２２２が存在しない。
However, only one first winding 221 may be arranged in the
コイルエンド部２２ａの第１側の総断面積をＳ１とする。すなわち、総断面積Ｓ１は、ｙｚ平面における第１領域２０１の面積である。コイルエンド部２２ａの第２側の総断面積をＳ２とする。総断面積Ｓ２は、ｙｚ平面における第２領域２０２の面積である。コイルエンド部２２ａの第１側における少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積をＡ１とする。言い換えると、総断面積Ａ１は、第１領域２０１に配置された各第１巻線２２１の断面積の和である。コイルエンド部２２ａの第２側における少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積をＡ２とする。言い換えると、総断面積Ａ２は、第２領域２０２に配置された各第１巻線２２１の断面積の和である。Let S1 be the total cross-sectional area of the first side of the
この場合、固定子２は、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満たす。Ａ１／Ｓ１は、総断面積Ｓ１における少なくとも１つの第１巻線２２１（具体的には、少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積Ａ１）の占める比率である。Ａ２／Ｓ２は、総断面積Ｓ２における少なくとも１つの第１巻線２２１（具体的には、少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積Ａ２）の占める比率である。これにより、固定子２における放熱効率を改善することができる。In this case, the
コイルエンド部２２ａの第１側に配置された少なくとも１つの第２巻線２２２の総断面積をＣ１とし、コイルエンド部２２ａの第２側に配置された少なくとも１つの第２巻線２２２の総断面積をＣ２とする。言い換えると、総断面積Ｃ１は、第１領域２０１に配置された各第２巻線２２２の断面積の和であり、総断面積Ｃ２は、第２領域２０２に配置された各第２巻線２２２の断面積の和である。この場合、固定子２は、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）を満たす。これにより、固定子２における放熱効率をさらに改善することができる。The total cross-sectional area of at least one second winding 222 arranged on the first side of the
さらに、固定子２は、（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）を満たすことが望ましい。これにより、固定子２における放熱効率をさらに改善することができる。Further, it is desirable that the
図４は、図１に示される、線Ｃ３－Ｃ３に沿ったコイル２２の束２２０（具体的には、束２２０のコイルエンド部２２ａ）の断面図である。
直線Ｐ２は、コイルエンド部２２ａの断面上において直線Ｐ１を２等分する直線である。したがって、コイルエンド部２２ａの断面上における直線Ｐ１の長さは、２×Ｒ２で表される。半径ｒは、コイルエンド部２２ａの断面上における直線Ｐ１及び直線Ｐ２の交点を中心とする半径である。半径ｒは、コイルエンド部２２ａの断面上における、直線Ｐ１の長さの半分（すなわち、Ｒ２）及び直線Ｐ２の長さの半分（すなわち、Ｒ１）よりも短い。FIG. 4 is a cross-sectional view of the
The straight line P2 is a straight line that bisects the straight line P1 on the cross section of the
コイルエンド部２２ａの第１側において半径ｒで囲まれた領域の外側の総断面積をＳＯ１とする。コイルエンド部２２ａの第１側において半径ｒで囲まれた領域の総断面積をＳｉ１とする。半径ｒで囲まれた領域は、ｙｚ平面において直線Ｐ１及び直線Ｐ２の交点を中心とする半径ｒの円である。総断面積ＳＯ１は、ｙｚ平面において、第１領域２０１のうちの半径ｒで囲まれた領域の外側の面積である。言い換えると、総断面積ＳＯ１は、総断面積Ｓ１から半径ｒの半円を除いて得られる面積である。総断面積Ｓｉ１は、ｙｚ平面において、第１領域２０１のうちの半径ｒで囲まれた領域の面積である。言い換えると、総断面積Ｓｉ１は、第１領域２０１における半径ｒの半円の面積である。Let SO 1 be the total cross-sectional area outside the region surrounded by the radius r on the first side of the
ｙｚ平面において、第１領域２０１のうちの半径ｒで囲まれた領域の外側に配置された少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積をＡＯ１とする。言い換えると、総断面積ＡＯ１は、第１領域２０１のうちの半径ｒで囲まれた領域の外側に配置された各第１巻線２２１の断面積の和である。ｙｚ平面において、第１領域２０１のうちの半径ｒで囲まれた領域に配置された少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積をＡｉ１とする。言い換えると、総断面積Ａｉ１は、第１領域２０１のうちの半径ｒの半円で囲まれた領域に配置された各第１巻線２２１の断面積の和である。In the yz plane, the total cross-sectional area of at least one first winding 221 arranged outside the region surrounded by the radius r in the
この場合、固定子２は、（ＡＯ１／ＳＯ１）＞（Ａｉ１／Ｓｉ１）を満たす。ＡＯ１／ＳＯ１は、総断面積ＳＯ１に占める少なくとも１つの第１巻線２２１（具体的には、少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積ＡＯ１）の占める比率である。Ａｉ１／Ｓｉ１は、総断面積Ｓｉ１に占める少なくとも１つの第１巻線２２１（具体的には、少なくとも１つの第１巻線２２１の総断面積Ａｉ１）の占める比率である。これにより、固定子２における放熱効率をさらに改善することができる。In this case, the
＜各巻線の直径＞
次に、第１巻線２２１の直径及び第２巻線２２２の直径の関係について説明する。第１巻線２２１と第２巻線２２２とは互いに直列に接続されているため、第１巻線２２１及び第２巻線２２２に流れる電流は互いに等しい。従って、電気抵抗率の高い第１巻線２２１で生じる損失は、第２巻線２２２で生じる損失よりも大きい。そのため、上述のように、放熱効率のよい第１領域２０１に、第１巻線２２１をできるだけ多く集めることが望ましい。<Diameter of each winding>
Next, the relationship between the diameter of the first winding 221 and the diameter of the second winding 222 will be described. Since the first winding 221 and the second winding 222 are connected in series with each other, the currents flowing through the first winding 221 and the second winding 222 are equal to each other. Therefore, the loss caused by the first winding 221 having a high electrical resistivity is larger than the loss caused by the second winding 222. Therefore, as described above, it is desirable to collect as many
第１巻線２２１の電気抵抗をＲＡｌ［Ω］とし、電気抵抗率をρＡｌ［Ω・ｍ］とし、直径をφＡｌ［ｍｍ］とする。第２巻線２２２の電気抵抗をＲＣｕ［Ω］とし、電気抵抗率をρＣｕ［Ω・ｍ］とし、直径をφＣｕ［ｍｍ］とする。コイルの電気抵抗は、電気抵抗率ρにコイルの長さＬを乗算し、コイルの断面積Ｓで除算して得られる（すなわちρ×Ｌ／Ｓ）。すなわち、一般に、コイルの長さＬが等しい場合、コイルの電気抵抗は、電気抵抗率が高いほど高く、断面積が大きいほど低い。The electric resistance of the first winding 221 is R Al [Ω], the electrical resistivity is ρ Al [Ω · m], and the diameter is φ Al [mm]. The electric resistance of the second winding 222 is R Cu [Ω], the electrical resistivity is ρ Cu [Ω · m], and the diameter is φ Cu [mm]. The electrical resistance of the coil is obtained by multiplying the resistivity ρ by the length L of the coil and dividing by the cross-sectional area S of the coil (that is, ρ × L / S). That is, in general, when the lengths L of the coils are equal, the electric resistance of the coils is higher as the resistivity is higher, and lower as the cross-sectional area is larger.
１本の第１巻線２２１の断面積をＳＡｌとし、１本の第２巻線２２２の断面積をＳＣｕとする。第１巻線２２１および第２巻線２２２の長さＬが互いに等しく、第１巻線２２１及び第２巻線２２２に流れる電流が１［Ａ］である場合、第１巻線２２１で発生する損失［Ｗ］、すなわち電流の２乗と電気抵抗の積は、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）で表され、第２巻線２２２で発生する損失［Ｗ］はρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）で表される。Let S Al be the cross-sectional area of one first winding 221 and S Cu be the cross-sectional area of one second winding 222. When the length L of the first winding 221 and the second winding 222 is equal to each other and the current flowing through the first winding 221 and the second winding 222 is 1 [A], it is generated in the first winding 221. The loss [W], that is, the product of the square of the current and the electric resistance is represented by ρ Al × (L / S Al ), and the loss [W] generated in the second winding 222 is ρ Cu × (L / S). It is represented by Cu ).
第１巻線２２１で生じる損失が、第２巻線２２２で生じる損失と等しくなる場合には、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）＝ρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）が成立する。この式をＳＡｌについて解くと、ＳＡｌ＝（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＳＣｕとなる。すなわち、第１巻線２２１の断面積ＳＡｌは、第２巻線２２２の断面積ＳＣｕの（ρＡｌ／ρＣｕ）倍となる。When the loss generated in the first winding 221 is equal to the loss generated in the second winding 222, ρ Al × (L / S Al ) = ρ Cu × (L / S Cu ) is established. Solving this equation for S Al gives S Al = (ρ Al / ρ Cu ) × S Cu . That is, the cross-sectional area S Al of the first winding 221 is (ρ Al / ρ Cu ) times the cross-sectional area S Cu of the second winding 222.
コイルの断面積は直径の２乗に比例するため、第１巻線２２１で生じる損失が第２巻線２２２で生じる損失と等しくなる場合の第１巻線２２１の直径φＡｌ［ｍｍ］は、第２巻線２２２の直径φＣｕ［ｍｍ］の√（ρＡｌ／ρＣｕ）倍となる。Since the cross-sectional area of the coil is proportional to the square of the diameter, the diameter φ Al [mm] of the first winding 221 when the loss generated in the first winding 221 is equal to the loss generated in the second winding 222 is The diameter of the second winding 222 is φ Cu [mm] √ (ρ Al / ρ Cu ) times.
そのため、第１巻線２２１で生じる損失を、第２巻線２２２で生じる損失以上にするためには、第１巻線２２１の直径φＡｌを第２巻線２２２の直径φＣｕの√（ρＡｌ／ρＣｕ）倍以下にすればよい。言い換えると、第１巻線２２１の直径φＡｌを、√（ρＡｌ／ρＣｕ）×φＣｕ以下にすればよい。Therefore, in order to make the loss generated in the first winding 221 equal to or greater than the loss generated in the second winding 222, the diameter φ Al of the first winding 221 is changed to the diameter φ Cu of the second winding 222 √ (ρ). Al / ρ Cu ) times or less. In other words, the diameter φ Al of the first winding 221 may be set to √ (ρ Al / ρ Cu ) × φ Cu or less.
そのため、第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌ［Ｗ／ｍ］および直径φＡｌ［ｍｍ］と、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕ［Ｗ／ｍ］および直径φＣｕ［ｍｍ］とが、以下の式（１）を満足することが最も望ましい。
第１巻線２２１の直径φＡｌが√（ρＡｌ／ρＣｕ）×φＣｕ以下であれば、第１巻線２２１の電気抵抗が第２巻線２２２の電気抵抗以下となり、従って第１巻線２２１で生じる損失が第２巻線２２２で生じる損失以上となる。すなわち、第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失（すなわち発熱）が生じ、その熱が第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ放出されるため、特に高い放熱効果が得られる。If the diameter φ Al of the first winding 221 is √ (ρ Al / ρ Cu ) × φ Cu or less, the electric resistance of the first winding 221 is equal to or less than the electric resistance of the second winding 222, and therefore the first volume. The loss caused by the
例えば、第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌを２．８２×１０－８［Ω・ｍ］とし、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕを１．６８×１０－８［Ω・ｍ］とすると、第１巻線２２１の直径φＡｌ［ｍｍ］の上限は、第２巻線２２２の直径φＣｕ［ｍｍ］の１．２９６倍となる。第１巻線２２１の直径φＡｌが１．２９６×φＣｕよりも小さければ、特に高い放熱効果が得られる。For example, the electrical resistivity ρ Al of the first winding 221 is 2.82 × 10 -8 [Ω · m], and the electrical resistivity ρ Cu of the second winding 222 is 1.68 × 10 -8 [Ω · m]. If m], the upper limit of the diameter φ Al [mm] of the first winding 221 is 1.296 times the diameter φ Cu [mm] of the second winding 222. If the diameter φ Al of the first winding 221 is smaller than 1.296 × φ Cu , a particularly high heat dissipation effect can be obtained.
また、式（１）では、第１巻線２２１の直径φＡｌの下限を、第２巻線２２２の直径φＣｕと等しくしている。第１巻線２２１の単位断面積当たりの機械的強度は第２巻線２２２よりも低いため、巻線工程において第１巻線２２１の十分な強度を確保するためには、第１巻線２２１の直径φＡｌが第２巻線２２２の直径φＣｕ以上（すなわちφＣｕ≦φＡｌ）であることが望ましいためである。Further, in the formula (1), the lower limit of the diameter φ Al of the first winding 221 is equal to the diameter φ Cu of the second winding 222. Since the mechanical strength per unit cross-sectional area of the first winding 221 is lower than that of the second winding 222, in order to secure sufficient strength of the first winding 221 in the winding process, the first winding 221 This is because it is desirable that the diameter φ Al of the second winding 222 is equal to or larger than the diameter φ Cu of the second winding 222 (that is, φ Cu ≦ φ Al ).
このように、第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌおよび直径φＡｌと、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕおよび直径φＣｕとが式（１）を満足すれば、第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失を発生させ、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効率よく放出することができる。さらに、巻線工程での第１巻線２２１の十分な強度を確保することができる。As described above, if the electrical resistivity ρ Al and the diameter φ Al of the first winding 221 and the electrical resistivity ρ Cu and the diameter φ Cu of the second winding 222 satisfy the equation (1), the first region A high loss can be generated in the first winding 221 collected in 201, and the heat can be efficiently discharged from the
なお、式（１）を導出する際に、第１巻線２２１及び第２巻線２２２に流れる電流を１［Ａ］と仮定したが、電流は１［Ａ］に限定されない。第１巻線２２１及び第２巻線２２２に流れる任意の電流をＩ［Ａ］と表すと、第１巻線２２１で生じる損失が第２巻線２２２で生じる損失と等しくなる場合には、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）×Ｉ２＝ρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）×Ｉ２が成立し、上記のＳＡｌ＝（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＳＣｕが得られ、ここから式（１）が導出されるためである。When deriving the equation (1), it is assumed that the current flowing through the first winding 221 and the second winding 222 is 1 [A], but the current is not limited to 1 [A]. When any current flowing in the first winding 221 and the second winding 222 is expressed as I [A], when the loss generated in the first winding 221 is equal to the loss generated in the second winding 222, ρ Al × (L / S Al ) × I 2 = ρ Cu × (L / S Cu ) × I 2 is established, and the above S Al = (ρ Al / ρ Cu ) × S Cu is obtained, from which the formula is obtained. This is because (1) is derived.
また、第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌおよび直径φＡｌと、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕおよび直径φＣｕとの関係は、上記の式（１）に限定されるものではなく、以下の式（２）を満足するようにしてもよい。
式（２）における第１巻線２２１の直径φＡｌの上限は、式（１）と同様である。理由は、上述した通りである。一方、式（２）における第１巻線２２１の直径φＡｌの下限は、０．５×φＣｕ、すなわち、第２巻線２２２の直径φＣｕの１／２である。The upper limit of the diameter φAl of the first winding 221 in the formula (2) is the same as that in the formula (1). The reason is as described above. On the other hand, the lower limit of the diameter φ Al of the first winding 221 in the equation (2) is 0.5 × φ Cu , that is, 1/2 of the diameter φ Cu of the second winding 222.
第１巻線２２１と第２巻線２２２とが互いに直列に接続されたコイル２２を固定子コア２１のティース２１ｂに巻き付ける工程では、工程の複雑化を回避するため、共通の巻線機を用いることが望ましい。一方、第１巻線２２１と第２巻線２２２とで直径が互いに異なる場合には、巻線機の巻線ノズルのノズル径を、太い方の巻線に合わせる必要がある。
In the process of winding the
第１巻線２２１の直径φＡｌが、第２巻線２２２の直径φＣｕの１／２よりも小さい場合、巻線ノズルに第１巻線２２１が２列に挿入される可能性があり、第１巻線２２１が損傷を受ける可能性がある。また、巻線機は、第１巻線２２１の巻回時と第２巻線２２２の巻回時とで同じ張力を付与するため、第１巻線２２１が細すぎると断線の可能性がある。If the diameter φ Al of the first winding 221 is smaller than 1/2 the diameter φ Cu of the second winding 222, the first winding 221 may be inserted into the winding nozzle in two rows. The first winding 221 may be damaged. Further, since the winding machine applies the same tension at the time of winding the first winding 221 and at the time of winding the second winding 222, if the first winding 221 is too thin, there is a possibility of disconnection. ..
以上の理由から、式（２）では、第１巻線２２１の直径φＡｌ［ｍｍ］を、０．５×φＣｕ［ｍｍ］以上としている。これにより、第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失を発生させ、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効果的に放出すると共に、巻線工程での第１巻線２２１の損傷および断線を防止することができる。For the above reasons, in the formula (2), the diameter φ Al [mm] of the first winding 221 is set to 0.5 × φ Cu [mm] or more. As a result, a high loss is generated in the first winding 221 collected in the
＜各巻線の断面積比＞
１本の第２巻線２２２の断面積ＳＣｕに対する１本の第１巻線２２１の断面積ＳＡｌの比、すなわちＳＡｌ／ＳＣｕを、断面積比ｋとする。断面積ＳＡｌはπ×（φＡｌ／２）２であり、断面積ＳＣｕはπ×（φＣｕ／２）２であるため、断面積比ｋは、ｋ＝（φＡｌ／φＣｕ）２と表すことができる。断面積比ｋを用いると、式（１）のφＣｕ≦φＡｌは、１≦ｋと表される。また、式（２）の０．５×φＣｕ≦φＡｌは、ｋ≦０．２５と表される。<Cross section ratio of each winding>
The ratio of the cross-sectional area S Al of one first winding 221 to the cross-sectional area S Cu of one second winding 222, that is, S Al / S Cu is defined as the cross-sectional area ratio k. Since the cross-sectional area S Al is π × (φ Al / 2) 2 and the cross-sectional area S Cu is π × (φ Cu / 2) 2 , the cross-sectional area ratio k is k = (φ Al / φ Cu ). It can be expressed as 2 . Using the cross-sectional area ratio k, φ Cu ≦ φ Al in the formula (1) is expressed as 1 ≦ k. Further, 0.5 × φ Cu ≦ φ Al in the formula (2) is expressed as k ≦ 0.25.
上記の通り、第１巻線２２１と第２巻線２２２とは互いに直列に接続され、電気抵抗率の高い第１巻線２２１で生じる損失は第２巻線２２２で生じる損失よりも高い。したがって、コイルエンド部２２ａの第１領域２０１には、損失の高い第１巻線２２１が密に配置されることが望ましい。これより、第１巻線２２１の熱を放熱経路Ｌ１へ効率よく放出することができる。
As described above, the first winding 221 and the second winding 222 are connected in series with each other, and the loss caused by the first winding 221 having a high electrical resistivity is higher than the loss caused by the second winding 222. Therefore, it is desirable that the first winding 221 having a high loss is densely arranged in the
ここで、損失密度について説明する。損失密度［Ｗ／ｍｍ２］は、コイルで生じる損失を、コイルの１本あたりの断面積で除算した値である。ここでは、第１巻線２２１の損失密度が第２巻線２２２の損失密度に対してどのような範囲にあれば高い放熱効果が向上するか、検討する。Here, the loss density will be described. The loss density [W / mm 2 ] is a value obtained by dividing the loss generated in the coil by the cross-sectional area per coil. Here, it is examined in what range the loss density of the first winding 221 is with respect to the loss density of the second winding 222 to improve the high heat dissipation effect.
１本の第１巻線２２１の断面積ＳＡｌ［ｍｍ２］と、１本の第２巻線２２２の断面積ＳＣｕ［ｍｍ２］とは、断面積比ｋの定義（ｋ＝ＳＡｌ／ＳＣｕ）から、ＳＡｌ＝ｋ×ＳＣｕの関係にある。コイル２２に流れる電流を１［Ａ］とすると、第１巻線２２１で生じる損失［Ｗ］はＲＡｌであり、第２巻線２２２で生じる損失［Ｗ］はＲＣｕである。The cross-sectional area S Al [mm 2 ] of one first winding 221 and the cross-sectional area S Cu [mm 2 ] of one second winding 222 are definitions of the cross-sectional area ratio k (k = S Al ). From / S Cu ), there is a relationship of S Al = k × S Cu . Assuming that the current flowing through the
そのため、第１巻線２２１の損失密度［Ｗ／ｍ２］は、ＲＡｌ／ＳＡｌであり、断面積比ｋを用いると、ＲＡｌ／（ｋ×ＳＣｕ）と表される。一方、第２巻線２２２の損失密度［Ｗ／ｍ２］は、ＲＣｕ／ＳＣｕである。Therefore, the loss density [W / m 2 ] of the first winding 221 is R Al / S Al , and is expressed as R Al / (k × S Cu ) when the cross-sectional area ratio k is used. On the other hand, the loss density [W / m 2 ] of the second winding 222 is R Cu / S Cu .
第２巻線２２２の損失密度に対する第１巻線２２１の損失密度の比を、損失密度比と定義する。損失密度比は、｛ＲＡｌ／（ｋ×ＳＣｕ）｝／｛ＲＣｕ／ＳＣｕ｝であるため、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）と表される。The ratio of the loss density of the first winding 221 to the loss density of the second winding 222 is defined as the loss density ratio. Since the loss density ratio is {R Al / (k × S Cu )} / {R Cu / S Cu }, it is expressed as R Al / (k × R Cu ).
図５は、第１巻線２２１と第２巻線２２２について、断面積［ｍｍ２］、断面積比、電気抵抗［Ω／ｋｍ］、電流［Ａ］、損失［Ｗ］、損失密度［Ｗ／ｍｍ２］および損失密度比を示す表である。FIG. 5 shows the cross-sectional area [mm 2 ], the cross-sectional area ratio, the electrical resistivity [Ω / km], the current [A], the loss [W], and the loss density [W] for the first winding 221 and the second winding 222. / Mm 2 ] and a table showing the loss density ratio.
損失密度比が１以上の場合、すなわち、第１巻線２２１の損失密度が第２巻線２２２の損失密度以上である場合には、第１領域２０１に配置された第１巻線２２１で高い損失を発生させ、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効率よく放出することができる。そのため、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）であることが望ましい。When the loss density ratio is 1 or more, that is, when the loss density of the first winding 221 is equal to or higher than the loss density of the second winding 222, the first winding 221 arranged in the
また、第１巻線２２１の単位断面積当たりの機械的強度は第２巻線２２２よりも低いため、共通の巻線機を用いた巻線工程での十分な強度確保のため、第１巻線２２１の直径φＡｌは第２巻線２２２の直径φＣｕ以上であることが望ましい。そのため、１≦ｋであることが望ましい。Further, since the mechanical strength per unit cross-sectional area of the first winding 221 is lower than that of the second winding 222, the first winding is to ensure sufficient strength in the winding process using a common winding machine. It is desirable that the diameter φ Al of the
以上から、断面積比ｋと、第１巻線２２１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、第２巻線２２２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とが以下の式（３）、（４）を満足することにより、第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失を発生させ、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効率よく放出し、なお且つ、巻線工程での第１巻線２２１の十分な強度を確保することができる。From the above, the cross-sectional area ratio k, the electric resistance R Al [Ω] of the first winding 221 and the electric resistance R Cu [Ω] of the second winding 222 have the following equations (3) and (4). Satisfaction causes a high loss in the first winding 221 collected in the
ここで、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ｋに１を代入したＲＡｌ／ＲＣｕである。例えば、第２巻線２２２の直径φＣｕを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＣｕを２７．１［Ω］とし、第１巻線２２１の直径φＡｌを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＡｌを７３．７２［Ω］とした場合、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ＲＡｌ／ＲＣｕ＝１．６７９となる。そのため、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦１．６７９と表される。Here, the upper limit of the loss density ratio R Al / (k × R Cu ) is R Al / R Cu in which 1 is substituted for k. For example, the diameter φ Cu of the second winding 222 is 0.9 [mm], the electric resistance R Cu is 27.1 [Ω], and the diameter φ Al of the first winding 221 is 0.9 [mm]. When the electric resistance R Al is 73.72 [Ω], the upper limit of R Al / (k × R Cu ) is R Al / R Cu = 1.679. Therefore, the desirable range of the loss density ratio R Al / (k × R Cu ) is expressed as 1 ≦ R Al / (k × R Cu ) ≦ 1.679.
図６は、第２巻線２２２の直径φＣｕを０．９［ｍｍ］に設定し、第１巻線２２１の直径φＡｌを変化させた場合の、断面積比ｋと損失密度比との関係を示すグラフである。図６に示すように、第２巻線２２２の直径φＣｕを０．９［ｍｍ］とした場合の損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦１．６７９である。FIG. 6 shows the cross-sectional area ratio k and the loss density ratio when the diameter φ Cu of the second winding 222 is set to 0.9 [mm] and the diameter φ Al of the first winding 221 is changed. It is a graph which shows the relationship. As shown in FIG. 6, the desirable range of the loss density ratio R Al / (k × R Cu ) when the diameter φ Cu of the second winding 222 is 0.9 [mm] is 1 ≦ R Al / (. k × R Cu ) ≦ 1.679.
また、断面積比ｋと、第１巻線２２１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、第２巻線２２２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とは、以下の式（５）、（６）を満足するようにしてもよい。式（５）は、上述した式（３）と同じである。
上記の通り、第１巻線２２１と第２巻線２２２とを共通の巻線機で巻回する場合、巻線機の巻線ノズルのノズル径を太い方の巻線に合わせる必要がある。第１巻線２２１の直径φＡｌが第２巻線２２２の直径φＣｕの１／２以下の場合、第１巻線２２１が巻線ノズルに２列に挿入されて損傷を受ける可能性がある。また、巻線機は、第１巻線２２１の巻回時と第２巻線２２２の巻回時とで同じ張力を付与するため、第１巻線２２１が細すぎると断線の可能性がある。As described above, when the first winding 221 and the second winding 222 are wound by a common winding machine, it is necessary to match the nozzle diameter of the winding nozzle of the winding machine with the thicker winding. If the diameter φ Al of the first winding 221 is ½ or less of the diameter φ Cu of the second winding 222, the first winding 221 may be inserted into the winding nozzle in two rows and damaged. .. Further, since the winding machine applies the same tension at the time of winding the first winding 221 and at the time of winding the second winding 222, if the first winding 221 is too thin, there is a possibility of disconnection. ..
そのため、第１巻線２２１の直径φＡｌ［ｍｍ］の下限を、０．５×φＣｕ［ｍｍ］とすることが望ましい。これを断面積比ｋで表すと、０．２５≦ｋとなる。Therefore, it is desirable that the lower limit of the diameter φ Al [mm] of the first winding 221 is 0.5 × φ Cu [mm]. Expressing this in terms of cross-sectional area ratio k, 0.25 ≦ k.
以上から、断面積比ｋと、第１巻線２２１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、第２巻線２２２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とが式（５）、（６）を満足することにより、コイルエンド部２２ａの第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失を発生させ、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効率よく放出することができ、なお且つ、巻線工程での第１巻線２２１の十分な損傷および断線を防止することができる。From the above, the cross-sectional area ratio k, the electric resistance R Al [Ω] of the first winding 221 and the electric resistance R Cu [Ω] of the second winding 222 satisfy the equations (5) and (6). As a result, a high loss is generated in the first winding 221 collected in the
ここで、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ｋに０．２５を代入したＲＡｌ／（０．２５×ＲＣｕ）である。例えば、第２巻線２２２の直径φＣｕを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＣｕを２７．１［Ω］とし、第１巻線２２１の直径φＡｌを０．４５［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＡｌを１７４．９［Ω］とした場合、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ＲＡｌ／（０．２５×ＲＣｕ）＝２５．８１５である。この場合、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦２５．８１５と表される。Here, the upper limit of the loss density ratio R Al / (k × R Cu ) is R Al / (0.25 × R Cu ) in which 0.25 is substituted for k. For example, the diameter φ Cu of the second winding 222 is 0.9 [mm], the electric resistance R Cu is 27.1 [Ω], and the diameter φ Al of the first winding 221 is 0.45 [mm]. When the electric resistance R Al is 174.9 [Ω], the upper limit of R Al / (k × R Cu ) is R Al / (0.25 × R Cu ) = 25.815. In this case, the desirable range of the loss density ratio R Al / (k × R Cu ) is expressed as 1 ≦ R Al / (k × R Cu ) ≦ 25.815.
＜誘導電動機＞
実施の形態１で説明した電動機１は、例えば、誘導電動機である。<Induction motor>
The
一般に、誘導電動機は、インバータを用いずに駆動される場合が多い。すなわち、電動機１を制御する制御部は、コイル２２に一定電圧を供給して電動機１を駆動する場合が多い。そのため、電動機１の負荷または供給電圧の変動により、コイル２２を流れる電流が大幅に増加し、コイル２２の温度が上昇する場合がある。
In general, induction motors are often driven without the use of an inverter. That is, the control unit that controls the
実施の形態１に係る固定子２を有する電動機１は、上記の通り、高い放熱効果を有し、コイル２２の温度上昇を低減することができるため、電流の変動の大きい誘導電動機で特に大きな効果を発揮する。なお、電動機１は、誘導電動機以外の電動機、例えば、同期電動機であっても高い放熱効果が得られる。
As described above, the
＜実施の形態１の効果＞
<Effect of
例えば、熱損失量の大きい巻線を、コイルエンド部２２ａの第１側よりも第２側に密に配置した場合、固定子２の熱（例えば、固定子コア２１の熱及びコイル２２の熱）が第２側から第１側へ伝達されにくい。この場合、固定子２の熱が固定子２の外部へ放出されにくいため、固定子２の温度上昇を低減することが困難である。したがって、固定子２の熱は、放熱経路Ｌ２よりも放熱経路Ｌ１へ放出させることが望ましい。コイル２２の周囲に液体（例えば、冷媒）などの媒質が存在する場合、コイル２２の熱をその媒質へ放出しやすい。この場合、コイル２２の熱は放熱経路Ｌ２よりも放熱経路Ｌ１へ放出されやすい。したがって、熱が放熱経路Ｌ１へ放出されやすいように、コイル２２を形成することが望ましい。
For example, when the winding having a large amount of heat loss is densely arranged on the second side of the
本実施の形態に係る固定子２では、第２巻線２２２が第１巻線２２１と直列に接続されており、熱損失量の大きい第１巻線２２１をコイルエンド部２２ａの第２側よりも第１側に多く配置し、熱損失量の小さい第２巻線２２２をコイルエンド部２２ａの第１側よりも第２側に多く配置している。具体的には、固定子２は、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満たす。すなわち、コイルエンド部２２ａの第１側、すなわち、第１領域２０１における第１巻線２２１の密度は、コイルエンド部２２ａの第２側、すなわち、第２領域２０２における第１巻線２２１の密度よりも大きい。In the
したがって、熱損失量の大きい第１巻線２２１が、コイルエンド部２２ａの第１側に密に配置される。これにより、固定子２の熱、特にコイル２２の熱がコイルエンド部２２ａの第２側から第１側へ効率的に伝達され、第１側から放熱経路Ｌ１へ放出されるので、コイル２２のコイルエンド部２２ａにおける放熱効率を改善することができ、電動機１の高速回転時の固定子２（特に、コイル２２）における温度上昇を低減することができる。その結果、固定子２を有する電動機１の出力を高めることができる。
Therefore, the first winding 221 having a large amount of heat loss is densely arranged on the first side of the
さらに、固定子２は、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）を満たすことが望ましい。これにより、コイル２２の熱が第１側から放熱経路Ｌ１へ効率的に放出されるので、固定子２における放熱効率をさらに改善することができ、固定子２における温度上昇を低減することができる。Further, it is desirable that the
さらに、固定子２は、（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）を満たすことが望ましい。これにより、固定子２の熱、特にコイル２２の熱がコイルエンド部２２ａの第２側から第１側へ効率的に伝達され、その熱を第１側から放熱経路Ｌ１へ容易に放出させることができる。その結果、固定子２における放熱効率をさらに改善することができ、固定子２における温度上昇を低減することができる。Further, it is desirable that the
コイルエンド部２２ａの第１側には、少なくとも１つの第１巻線２２１のみが配置されてもよい。この場合、コイルエンド部２２ａの第１側には第２巻線２２２が存在しない。これにより、コイルエンド部２２ａの第１側、すなわち第１領域２０１には、熱損失量の大きい第１巻線２２１のみが配置されるので、コイル２２の熱を第１側から放熱経路Ｌ１へ容易に放出させることができる。その結果、固定子２における放熱効率をさらに改善することができ、固定子２における温度上昇を低減することができる。
At least one first winding 221 may be arranged on the first side of the
さらに、固定子２は、（ＡＯ１／ＳＯ１）＞（Ａｉ１／Ｓｉ１）を満たすことが望ましい。これにより、コイル２２の外側に露出する領域に、熱損失量の大きい第１巻線２２１を多く配置することができる。すなわち、第１領域２０１において、半径ｒで囲まれた領域の外側に多く第１巻線２２１を配置することができる。その結果、固定子２における放熱効率をさらに改善することができ、固定子２における温度上昇を低減することができる。Further, it is desirable that the
第１巻線２２１及び第２巻線２２２は、互いに直列に接続されているので、第１巻線２２１及び第２巻線２２２に流れる電流値は互いに等しい。第１巻線２２１の電気抵抗ＲＡｌは、第２巻線２２２の電気抵抗ＲＣｕよりも大きいので、第１巻線２２１に生じる熱損失量は、第２巻線２２２に生じる熱損失量よりも大きい。したがって、上述のように、第１巻線２２１の多くを第１領域２０１に配置することにより、コイルエンド部２２ａにおける放熱効率を改善することができる。Since the first winding 221 and the second winding 222 are connected in series with each other, the current values flowing through the first winding 221 and the second winding 222 are equal to each other. Since the electric resistance R Al of the first winding 221 is larger than the electric resistance R Cu of the second winding 222, the amount of heat loss generated in the first winding 221 is larger than the amount of heat loss generated in the second winding 222. Is also big. Therefore, as described above, by arranging most of the first winding 221 in the
第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌ［Ω・ｍ］および直径φＡｌ［ｍｍ］と、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕ［Ω・ｍ］および直径φＣｕ［ｍｍ］とが、上記の式（１）を満足する。これにより、第１領域２０１に集められた第１巻線２２１で高い損失（すなわち発熱）が生じ、その熱が第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ放出されるため、放熱効果をさらに高めることができる。さらに、第１巻線２２１の直径φＡｌが第２巻線２２２の直径φＣｕ以上であるので、巻線工程での第１巻線２２１の十分な強度を確保することができる。The electrical resistivity of the first winding 221 ρ Al [Ω · m] and the diameter φ Al [mm], and the electrical resistivity ρ Cu [Ω · m] and the diameter φ Cu [mm] of the second winding 222 are , The above equation (1) is satisfied. As a result, a high loss (that is, heat generation) occurs in the first winding 221 collected in the
また、第１巻線２２１の電気抵抗率ρＡｌ［Ω・ｍ］および直径φＡｌ［ｍｍ］と、第２巻線２２２の電気抵抗率ρＣｕ［Ω・ｍ］および直径φＣｕ［ｍｍ］とが、上記の式（２）を満足する。これにより、放熱効果をさらに高めることができる。さらに、第１巻線２２１の直径φＡｌが第２巻線２２２の直径φＣｕの１／２以上であるとき、巻線工程での第１巻線２２１の損傷および断線を防止することができる。Further, the electrical resistivity ρ Al [Ω · m] and the diameter φ Al [mm] of the first winding 221 and the electrical resistivity ρ Cu [Ω · m] and the diameter φ Cu [mm] of the second winding 222. Satisfies the above equation (2). This makes it possible to further enhance the heat dissipation effect. Further, when the diameter φ Al of the first winding 221 is ½ or more of the diameter φ Cu of the second winding 222, damage and disconnection of the first winding 221 in the winding process can be prevented. ..
また、第１巻線２２１の電気抵抗ＲＡｌと、第２巻線２２２の電気抵抗ＲＣｕと、第２巻線２２２の断面積ＳＣｕに対する第１巻線２２１の断面積ＳＡｌの比である断面積比ｋとが、上記の式（３）を満足する。すなわち、第１巻線２２１の損失密度が第２巻線２２２の損失密度以上となる。したがって、損失密度が大きい第１巻線２２１の多くが第１領域２０１に配置される。その結果、第１巻線２２１で高い損失が発生するので、その熱を第１領域２０１から放熱経路Ｌ１へ効率的に放出することができ、放熱効果をさらに高めることができる。Further, the ratio of the electric resistance R Al of the first winding 221, the electric resistance R Cu of the second winding 222, and the cross-sectional area S Al of the first winding 221 to the cross-sectional area S Cu of the second winding 222. A certain cross-sectional area ratio k satisfies the above equation (3). That is, the loss density of the first winding 221 is equal to or higher than the loss density of the second winding 222. Therefore, most of the first winding 221 having a large loss density is arranged in the
また、断面積比ｋが１以上であれば、共通の巻線機を用いた巻線工程において、第１巻線２２１の十分な強度を確保することができる。また、断面積比ｋが０．２５以上であれば、共通の巻線機を用いた巻線工程において、第１巻線２２１の破損および断線を防止することができる。 Further, when the cross-sectional area ratio k is 1 or more, sufficient strength of the first winding 221 can be secured in the winding process using a common winding machine. Further, when the cross-sectional area ratio k is 0.25 or more, it is possible to prevent the first winding 221 from being damaged or broken in the winding process using a common winding machine.
実施の形態１に係る固定子２を有する電動機１は、上述の固定子２の効果を有する。さらに、実施の形態１に係る固定子２を有する電動機１を、誘導電動機に適用することにより、特に高い効果が得られる。
The
実施の形態２．
＜スクロール圧縮機＞
次に、実施の形態１で説明した電動機１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７は、スクロール圧縮機３００を示す断面図である。
<Scroll compressor>
Next, the
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the
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１と、圧縮機構３０５と電動機１とを連結するシャフト３０６と、シャフト３０６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。
The
圧縮機構３０５は、渦巻部分を有する固定スクロール３０１と、固定スクロール３０１の渦巻部分との間に圧縮室を形成する渦巻部分を有する揺動スクロール３０２と、シャフト３０６の上端部を保持するコンプライアンスフレーム３０３と、密閉容器３０７に固定されてコンプライアンスフレーム３０３を保持するガイドフレーム３０４とを備える。
The
固定スクロール３０１には、密閉容器３０７を貫通する吸入管３１０が圧入されている。また、密閉容器３０７には、固定スクロール３０１から吐出される高圧の冷媒ガスを外部に吐出する吐出管３１１が設けられている。この吐出管３１１は、密閉容器３０７の圧縮機構３０５と電動機１との間に設けられた図示しない開口部に連通している。
A
電動機１は、固定子２を密閉容器３０７に嵌め込むことにより密閉容器３０７に固定されている。電動機１の構成は、上述した通りである。密閉容器３０７には、電動機１に電力を供給するガラス端子３０９が溶接により固定されている。
The
電動機１が回転すると、その回転が揺動スクロール３０２に伝達され、揺動スクロール３０２が揺動する。揺動スクロール３０２が揺動すると、揺動スクロール３０２の渦巻部分と固定スクロール３０１の渦巻部分とで形成される圧縮室の容積が変化する。そして、吸入管３１０から冷媒ガスが吸入され、圧縮されて、吐出管３１１から吐出される。
When the
電動機１の回転時には、コイル２２に電流が流れて、コイル２２で発熱する。コイル２２で発生した熱は、実施の形態１で説明したように、固定子２の外部へ放出される。
When the
スクロール圧縮機３００は、実施の形態１で説明した電動機１を有するので、実施の形態１で説明した効果を有する。さらに、実施の形態１に係る固定子２を有する電動機１は高い放熱効果を有するため、スクロール圧縮機３００の内部の温度上昇を低減することができる。さらに、実施の形態１で説明したように、電動機１の出力を高めることができるので、スクロール圧縮機３００の出力も高めることができる。
Since the
実施の形態１で説明した電動機１は、スクロール圧縮機３００以外の圧縮機に適用してもよい。
The
実施の形態３．
＜空気調和装置＞
次に、実施の形態１で説明した電動機１が適用される空気調和装置４００について説明する。
図８は、空気調和装置４００（冷凍サイクル装置ともいう）を示す図である。
<Air conditioner>
Next, the
FIG. 8 is a diagram showing an air conditioner 400 (also referred to as a refrigeration cycle device).
空気調和装置４００は、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、絞り装置（減圧装置ともいう）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。
The
圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、実施の形態２で説明したスクロール圧縮機３００である。ただし、圧縮機４０１は、実施の形態１で説明した固定子２を有する電動機１を有すれば、スクロール圧縮機以外の圧縮機でもよい。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する室外側送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に室内の空気を供給する室内側送風機４０６が設けられている。
The
空気調和装置４００の動作の一例を説明する。圧縮機４０１は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器４０２は、圧縮機４０１から流入した冷媒と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冷媒配管４０７に送り出す。室外側送風機４０５は、凝縮器４０２に室外の空気を供給する。絞り装置４０３は、開度を変化させることによって、冷媒配管４０７を流れる冷媒の圧力等を調整する。
An example of the operation of the
蒸発器４０４は、絞り装置４０３により低圧状態にされた冷媒と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気化させて、冷媒配管４０７に送り出す。室内側送風機４０６は、蒸発器４０４に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器４０４で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。
The
空気調和装置４００は、実施の形態１で説明した電動機１を有するので、実施の形態１で説明した効果を有する。さらに、空気調和装置４００は、圧縮機４０１として、実施の形態２で説明したスクロール圧縮機３００を用いるので、実施の形態２で説明した効果を有する。上記の通り、実施の形態１で説明した電動機１は高い放熱効果を有するため、圧縮機４０１内の温度上昇を低減することができ、空気調和装置４００の安定した運転が可能となる。また、電動機１の出力増加に伴う圧縮機４０１の出力増加によって、空気調和装置４００の出力も増加させることができる。
Since the
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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements or modifications are made without departing from the gist of the present invention. be able to.
１ 電動機、 ２ 固定子、 ３ 回転子、 ２１ 固定子コア、 ２１ａ ヨーク、 ２１ｂ ティース、 ２２ コイル、 ２２ａ コイルエンド部、 ２０１ 第１領域、 ２０２ 第２領域、 ２２１ 第１巻線、 ２２２ 第２巻線、 ３００ スクロール圧縮機（圧縮機）、 ３０５ 圧縮機構、 ３０７ 密閉容器、 ４００ 空気調和装置、 ４０１ 圧縮機、 ４０２ 凝縮器、 ４０３ 絞り装置（減圧装置）、 ４０４ 蒸発器。 1 motor, 2 stator, 3 rotor, 21 stator core, 21a yoke, 21b teeth, 22 coil, 22a coil end, 201 1st region, 202 2nd region, 221 1st winding, 222 2nd volume Wire, 300 Scroll Compressor (Compressor), 305 Compressor, 307 Closed Container, 400 Air Conditioner, 401 Compressor, 402 Condenser, 403 Squeezer (Decompressor), 404 Evaporator.
Claims (13)
少なくとも１つの第１巻線と、前記少なくとも１つの第１巻線と直列に接続されており前記少なくとも１つの第１巻線とは異なる材料で形成された少なくとも１つの第２巻線とを有し、前記固定子コアに巻回されたコイルと
を備え、
前記少なくとも１つの第１巻線はアルミ線であり、
前記少なくとも１つの第２巻線は銅線であり、
前記コイルは、前記固定子コアの外側に位置するコイルエンド部を有し、
前記コイルエンド部において前記コイルと前記固定子コアとの接点からの前記コイルエンド部の最大高さを２等分する直線をＰ１とし、前記直線Ｐ１を挟んで前記固定子コアの反対側である、前記コイルエンド部の第１側の総断面積をＳ１とし、前記直線Ｐ１を挟んで前記第１側の反対側である、前記コイルエンド部の第２側の総断面積をＳ２とし、前記コイルエンド部の前記第１側における前記少なくとも１つの第１巻線の総断面積をＡ１とし、前記コイルエンド部の前記第２側における前記少なくとも１つの第１巻線の総断面積をＡ２としたとき、
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）
を満たし、
前記コイルエンド部の前記第１側に前記少なくとも１つの第１巻線及び前記少なくとも１つの第２巻線が配置されている
固定子。 With the stator core,
It has at least one first winding and at least one second winding connected in series with the at least one first winding and made of a material different from the at least one first winding. And with a coil wound around the stator core,
The at least one first winding is an aluminum wire.
The at least one second winding is copper wire.
The coil has a coil end located outside the stator core.
In the coil end portion, a straight line that divides the maximum height of the coil end portion from the contact point between the coil and the stator core into two equal parts is defined as P1, and is on the opposite side of the stator core with the straight line P1 interposed therebetween. The total cross-sectional area of the first side of the coil end portion is S 1 , and the total cross-sectional area of the second side of the coil end portion, which is opposite to the first side of the straight line P1, is S 2 . The total cross-sectional area of the at least one first winding on the first side of the coil end portion is A1, and the total cross-sectional area of the at least one first winding on the second side of the coil end portion is A1. When is A 2 ,
(A 1 / S 1 )> (A 2 / S 2 )
The filling,
A stator in which the at least one first winding and the at least one second winding are arranged on the first side of the coil end portion.
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）
を満たす
請求項１に記載の固定子。 When the total cross-sectional area of at least one second winding arranged on the first side of the coil end portion is C 1 .
(A 1 / S 1 )> (C 1 / S 1 )
The stator according to claim 1.
（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）
を満たす
請求項１又は２に記載の固定子。 The total cross-sectional area of the at least one second winding arranged on the first side of the coil end portion is C 1 , and the at least one second volume arranged on the second side of the coil end portion. When the total cross section of the line is C 2 ,
(A 1 / C 1 )> (A 2 / C 2 )
The stator according to claim 1 or 2.
（ＡＯ１／ＳＯ１）＞（Ａｉ１／Ｓｉ１）
を満たす
請求項１から４のいずれか１項に記載の固定子。 The straight line that divides the straight line P1 into two equal parts on the cross section of the coil end portion is defined as P2, and the radius centered on the intersection of the straight line P1 and the straight line P2 on the cross section of the coil end portion is defined as r. r is shorter than half the length of the straight line P1 and half the length of the straight line P2 on the cross section of the coil end portion, and is surrounded by the radius r on the first side of the coil end portion. The total cross-sectional area outside the region is SO 1 , and the total cross-sectional area of the region surrounded by the radius r on the first side of the coil end portion is Si 1 , which occupies the total cross-sectional area SO 1 . When the ratio of at least one of the first windings is AO 1 / SO 1 and the ratio of at least one of the first windings in the total cross-sectional area Si 1 is Ai 1 / Si 1 .
(AO 1 / SO 1 )> (Ai 1 / Si 1 )
The stator according to any one of claims 1 to 4.
請求項１から５のいずれか１項に記載の固定子。 The diameter of the first winding is φ Al [mm], the diameter of the second winding is φ Cu [mm], and the electrical resistivity of the first winding is ρ Al [Ω · m]. When the electrical resistivity of the second winding is ρ Cu [Ω · m]
請求項１から５のいずれか１項に記載の固定子。 The diameter of the first winding is φ Al [mm], the diameter of the second winding is φ Cu [mm], and the electrical resistivity of the first winding is ρ Al [Ω · m]. When the electrical resistivity of the second winding is ρ Cu [Ω · m]
１≦｛ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）}且つ１≦ｋ
を満たす
請求項１から７のいずれか１項に記載の固定子。 The electric resistance of the first winding is R Al [Ω], the electric resistance of the second winding is R Cu [Ω], and the cross-sectional area of one first winding is S Al . When the cross-sectional area of the second winding is S Cu and the ratio S Al / S Cu of the cross-sectional area S Al to the cross-sectional area S Cu is k.
1 ≦ {R Al / (k × R Cu )} and 1 ≦ k
The stator according to any one of claims 1 to 7.
１≦｛ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）}且つ０．２５≦ｋ
を満たす
請求項１から７のいずれか１項に記載の固定子。 The electric resistance of the first winding is R Al [Ω], the electric resistance of the second winding is R Cu [Ω], and the cross-sectional area of one first winding is S Al . When the cross-sectional area of the second winding is S Cu and the ratio S Al / S Cu of the cross-sectional area S Al to the cross-sectional area S Cu is k.
1 ≦ {R Al / (k × R Cu )} and 0.25 ≦ k
The stator according to any one of claims 1 to 7.
前記固定子の内側に回転可能に配置された回転子と
を備える
電動機。 The stator according to any one of claims 1 to 9 , and the stator.
An electric motor including a rotor rotatably arranged inside the stator.
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１０又は１１に記載の電動機と
を備える
圧縮機。 With a closed container
The compression mechanism arranged in the closed container and
A compressor comprising the motor according to claim 10 or 11 , which drives the compression mechanism.
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