JPWO2020059056A1 - ステータ、電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

ステータは、中心軸を中心とする周方向に複数のコア部を連結したステータコアを有する。複数のコア部は、いずれも、周方向に延在するヨーク部と、ヨーク部から中心軸を中心とする径方向の内側に延在するティースとを有する。ヨーク部は、径方向の両端に位置する外周および内周と、周方向の端部に位置する連結面と、外周に開口を有する凹部とを有する。ティースは、ヨーク部の内周との間にコーナー部を形成する側面を有する。凹部の開口の周方向の長さＷ０は、凹部の開口よりも径方向の内側での周方向の長さＷ１よりも短い。コーナー部から凹部までの最短距離Ｔ１と、連結面の長さＴ０とは、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する。

Description

本発明は、ステータ、電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。

圧縮機に用いられる電動機では、ステータコアの外周が圧縮機の筐体の内側に固定されている。ステータコアの外周には、冷媒流路となる凹部が形成されている。凹部には、冷媒、冷凍機油あるいは空気が流れ、電動機を冷却する（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第４４８３８９５号公報（図１参照） 特許第３５８６１４５号公報（図２参照）

電動機の冷却効率を向上するためには、凹部の断面積は大きい方が望ましいが、凹部の断面積を大きくすると、ステータコアと筐体との接触面積が減少し、両者の結合強度が低下して、振動および騒音が発生する。また、凹部の断面積を大きくすることで、ステータコア内の磁路が狭くなり、磁束の集中が発生して鉄損が増加し、モータ効率が低下する。

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、振動および騒音の発生を抑制し、モータ効率の低下を抑制しながら、電動機の冷却効率を向上することを目的とする。

本発明のステータは、中心軸を中心とする周方向に複数のコア部を連結したステータコアを有する。複数のコア部は、いずれも、周方向に延在するヨーク部と、ヨーク部から中心軸を中心とする径方向の内側に延在するティースとを有する。ヨーク部は、径方向の両端に位置する外周および内周と、周方向の端部に位置する連結面と、外周に開口を有する凹部とを有する。ティースは、ヨーク部の内周との間にコーナー部を形成する側面を有する。凹部の開口の周方向の長さＷ０は、凹部の開口よりも径方向の内側での周方向の長さＷ１よりも短い。コーナー部から凹部までの最短距離Ｔ１と、連結面の長さＴ０とは、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する。

この発明では、凹部の開口の長さＷ０が径方向内側での長さＷ１よりも短いため、ステータコアと筐体との接触面積を大きく保ちながら、凹部の断面積を大きくすることができる。そのため、振動および騒音の発生を抑制し、且つ電動機の冷却効率を向上することができる。また、コーナー部から凹部までの最短距離Ｔ１と、連結面の長さＴ０とが、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足するため、ステータコアにおける磁束の集中を抑制し、鉄損を低減してモータ効率を向上することができる。

実施の形態１の電動機を示す断面図である。 実施の形態１のステータコアのコア部を示す断面図である。 コア部のコーナー部から凹部までの距離Ｔ１と連結面の長さＴ０との比Ｔ１／Ｔ０に対する鉄損の変化を示すグラフである。 コア部のコーナー部から凹部までの距離Ｔ１と連結面の長さＴ０との比Ｔ１／Ｔ０に対するモータ効率の変化を示すグラフである。 コア部のコーナー部から凹部までの距離Ｔ１と連結面の長さＴ０との比Ｔ１／Ｔ０に対するステータ温度の変化を示すグラフである。 実施の形態１のコア部における鉄損密度の分布（Ａ）を、第１の比較例（Ｂ）および第２の比較例（Ｃ）と比較して示す図である。 実施の形態１の第１の変形例のステータコアのコア部を示す断面図である。 実施の形態１の第２の変形例のステータコアのコア部を示す断面図である。 実施の形態２の電動機を示す断面図である。 実施の形態２のステータコアのコア部を示す断面図である。 実施の形態２のコア部を示す斜視図（Ａ）、コア部にインシュレータを取り付けた状態を示す斜視図（Ｂ）、およびコア部にインシュレータと絶縁フィルムを取り付けた状態を示す斜視図（Ｃ）である。 実施の形態３の電動機を示す断面図である。 実施の形態３のステータコアのコア部を示す断面図である。 各実施の形態の電動機が適用可能なロータリ圧縮機を示す断面図である。 図１４のロータリ圧縮機を備えた空気調和装置を示す図である。

実施の形態１．
＜電動機の構成＞
実施の形態１の電動機１００について説明する。図１は、実施の形態１の電動機１００を示す断面図である。電動機１００は、ロータ５に永久磁石５５が埋め込まれた永久磁石埋込型電動機であり、例えばロータリ圧縮機３００（図１４）に用いられる。

電動機１００は、インナーロータ型と呼ばれる電動機であり、ステータ１と、ステータ１の内側に回転可能に設けられたロータ５とを有する。ステータ１とロータ５との間には、例えば０．３〜１．０ｍｍのエアギャップが形成されている。

以下では、ロータ５の回転軸である中心軸Ａｘの方向を、「軸方向」と称する。また。中心軸Ａｘを中心とする周方向（図１に矢印Ｍで示す）を、「周方向」と称する。また、中心軸Ａｘを中心とする半径方向を、「径方向」と称する。なお、図１は、中心軸Ａｘに直交する面における断面図である。

＜ロータの構成＞
ロータ５は、円筒状のロータコア５０と、ロータコア５０に取り付けられた永久磁石５５と、ロータコア５０の中心に固定されたシャフト５７とを有する。シャフト５７は、例えば、圧縮機３００（図１４）のシャフトである。

ロータコア５０は、積層鋼板を軸方向に積層し、カシメ部等で一体化したものである。積層鋼板は、例えば電磁鋼板であり、板厚は、例えば０．１〜０．７ｍｍである。

ロータコア５０の外周に沿って、永久磁石５５が挿入される複数の磁石挿入孔５１が形成されている。磁石挿入孔５１は、ロータコア５０を軸方向に貫通する貫通孔である。各磁石挿入孔５１は１磁極に相当し、磁石挿入孔５１の数は極数に相当する。磁石挿入孔５１の数は、ここでは６であり、従って磁極数は６である。但し、磁石挿入孔５１の数は６に限定されるものではなく、２以上であればよい。

磁石挿入孔５１は、ロータコア５０の外周に沿って直線状に形成されている。１つの磁石挿入孔５１には、永久磁石５５が１つずつ配置されている。なお、磁石挿入孔５１は、例えば径方向内側に突出するＶ字状に形成してもよく、１つの磁石挿入孔５１に２つ以上の永久磁石５５を配置してもよい。

永久磁石５５は、平板状の部材であり、ロータコア５０の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する。永久磁石５５の厚さは、例えば２ｍｍである。永久磁石５５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５５は、厚さ方向に着磁されている。

磁石挿入孔５１の周方向両端部には、フラックスバリア（漏れ磁束抑制穴）５２が形成されている。フラックスバリア５２は、隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制するものである。フラックスバリア５２とロータコア５０の外周との間のコア部分は、隣り合う磁極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、ロータコア５０の積層鋼板の厚さと同じであることが望ましい。

ロータコア５０の径方向中心には、上述したシャフト５７が固定される中心孔５６が形成されている。また、中心孔５６よりも外周側には、圧縮機３００の冷媒を通過させる貫通穴５３，５４が形成されている。ここでは、内径の小さい貫通穴５３と、内径の大きい貫通穴５４とが、周方向に交互に配置されている。なお、貫通穴の配置および形状は、任意である。

＜ステータの構成＞
ステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２に巻き付けられたコイル３とを有する。ステータコア２は、積層鋼板を軸方向に積層し、カシメ部１６により一体化したものである。積層鋼板は、例えば電磁鋼板であり、板厚は、例えば０．１〜０．７ｍｍである。ステータコア２は、圧縮機３００（図１４）の筐体４の内側に嵌合する。

ステータコア２は、中心軸Ａｘを中心とする環状のヨーク１０と、ヨーク１０から径方向内側（すなわち中心軸Ａｘに向かう方向）に延在する複数のティース１２とを有する。ここでは、９つのティース１２が周方向に一定間隔で配置されているが、ティース１２の数は２以上であればよい。周方向に隣り合うティース１２の間には、コイル３を収容する空間であるスロット１３が形成される。

また、ステータコア２は、ティース１２毎に複数のコア部９が周方向に連結された構成を有する。ここでは、ティース１２と同数の９つのコア部９が周方向に連結されている。コア部９は、連結コアまたは分割コアとも称される。これらのコア部９は、連結面１８において、溶接により互いに連結されている。

コイル３は、例えば、マグネットワイヤを、後述するインシュレータ２０および絶縁フィルム２５（図１１（Ｃ））を介してティース１２に巻き付けたものである。コイル３の線径は、例えば１．０ｍｍである。コイル３は、各ティース１２に、集中巻により例えば８０ターン巻かれている。

ステータ１の組立時には、個々のコア部９にインシュレータ２０および絶縁フィルム２５（図１１（Ｃ））を組み付け、その状態でコア部９のティース１２にコイル３を巻き付ける。その後、複数のコア部９を環状に組み合わせ、連結面１８で溶接して一体化し、ステータコア２を得る。

図２は、ステータコア２のコア部９を示す断面図である。図２には、筐体４の一部も併せて示す。図１に示した環状のヨーク１０のうち、コア部９毎に分割された円弧状の部分を、ヨーク部１１と称する。

ヨーク部１１は、径方向の両端に位置する内周１１ａおよび外周１１ｂと、周方向の両端に位置する連結面１８とを有する。内周１１ａは、ティース１２の周方向中心を通る径方向の直線Ｌに直交する平面である。外周１１ｂは、中心軸Ａｘ（図１）を中心とする円筒面である。連結面１８は、内周１１ａと外周１１ｂとの間で径方向に延在している。

ティース１２は、ヨーク部１１の周方向の中央部から径方向内側に延在している。ティース１２は、その径方向内側の端部に、ロータ５（図１）の外周に対向する歯先部１２ｂを有する。ティース１２の周方向の幅Ｗｔは、歯先部１２ｂを除き、径方向に亘って一定であり、歯先部１２ｂの幅は幅Ｗｔよりも広い。ティース１２は、周方向端部である側面１２ａを有する。側面１２ａは、スロット１３に面している。

中心軸Ａｘに直交する面内において、ヨーク部１１の内周１１ａと、ティース１２の側面１２ａとは、互いに直角をなしている。ヨーク部１１の内周１１ａとティース１２の側面１２ａとの間には、コーナー部Ｃが形成される。

上記の通り、ティース１２へのコイル３の巻き付けは、コア部９が環状に組み立てられる前に行われるため、コーナー部Ｃを直角に近付けても、コイル３を高密度に巻き付けることができる。なお、コーナー部Ｃは、必ずしも直角である必要はなく、必要に応じて曲面部を設けてもよい。

ヨーク部１１は、外周１１ｂに開口１５ａを有する凹部１５を有する。凹部１５は、開口１５ａの周方向両端から径方向内側に延在する２つの端縁１５ｂと、各端縁１５ｂの終端Ｐ２からさらに径方向内側に延在する２つの端縁１５ｃとを有する。

２つの端縁１５ｂは、径方向内側ほど両者の周方向間隔が広がるように延在している。また、２つの端縁１５ｃは、径方向内側ほど両者の周方向間隔が狭まるようにＶ字状に延在し、点Ｐ１で交わっている。２つの端縁１５ｂおよび２つの端縁１５ｃは、いずれも、ティース１２の周方向中心を通る径方向の直線Ｌに対して対称に延在している。また、点Ｐ１は、直線Ｌ上に位置している。

凹部１５の開口１５ａは、周方向の長さＷ０を有する。この長さＷ０は、開口長さと称する。また、凹部１５は、開口１５ａよりも径方向内側において、周方向の長さＷ１を有する。この長さＷ１は、２つの端縁１５ｂの終端Ｐ２の周方向の距離である。また、長さＷ１は、凹部１５の最大の周方向長さである。

凹部１５は、開口長さＷ０（すなわち外周１１ｂにおける周方向長さ）よりも、径方向内側での長さＷ１が長くなる形状を有する。これにより、ヨーク部１１の外周１１ｂと筐体４との接触面積を大きく保ちながら、凹部１５の断面積を大きくすることが可能になる。すなわち、コア部９と筐体４との結合強度を高め、なお且つ、凹部１５内を流れる冷媒とコア部９との接触面積を増加させて冷却効率を向上することができる。

凹部１５の径方向の長さＤ１は、凹部１５の開口１５ａから凹部１５の径方向内側の端部（すなわち点Ｐ１）までの距離で定義される。凹部１５の径方向の長さＤ１は、凹部１５の開口長さＷ０よりも長い。このように凹部１５の径方向の長さＤを長くすることにより、凹部１５の断面積をさらに大きくし、凹部１５内を流れる冷媒とコア部９との接触面積をさらに増加させることができる。

凹部１５の周方向両側には、カシメ部１６が形成されている。カシメ部１６は、コア部９を構成する電磁鋼板の積層体を一体的に固定するものである。ここでは、凹部１５の周方向両側にカシメ部１６が形成されているが、周方向の一方の側にのみ形成されていてもよい。

上述したコーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離は、Ｔ１で表される。ここでは、最短距離Ｔ１は、コーナー部Ｃから凹部１５の端縁１５ｃ上の１点までの距離である。

次に、コア部９内の磁路について説明する。ロータ５の永久磁石５５（図１）から出た磁束は、歯先部１２ｂからティース１２に流入し、ティース１２内を径方向外側に向かって流れる。そして、ティース１２からヨーク部１１に磁束が流入し、ヨーク部１１内を周方向両側に流れる。

ヨーク部１１の磁路は、凹部１５の周囲を除くと、連結面１８で最も狭くなる。そのため、連結面１８の長さＴ０を、ヨーク部１１における最小磁路幅と考えることができる。

なお、ヨーク部１１にはカシメ部１６が形成されているが、磁束はカシメ部１６の径方向外側の領域と径方向内側の領域とを流れ、これらの領域の幅Ｂ１，Ｂ２の合計は、連結面１８の長さＴ０よりも長くなる。そのため、上記の通り、連結面１８の長さＴ０を、ヨーク部１１（凹部１５の周囲を除く）における最小磁路幅と考えることができる。

また、コーナー部Ｃと凹部１５との間の領域は、コア部９（すなわちヨーク部１１およびティース１２）において最も幅の狭い磁路となる。すなわち、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１は、コア部９における最小磁路幅に相当する。

連結面１８の長さＴ０（すなわちヨーク部１１における最小磁路幅）に対して、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１が短すぎると、コーナー部Ｃと凹部１５との間の領域で磁束が集中し、その結果、鉄損が増加し、モータ効率の低下を招く。

そこで、この実施の形態１では、磁束の集中を抑えて鉄損の増加を抑制できるように、連結面１８の長さＴ０に対する、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１の比（Ｔ１／Ｔ０）を設定する。

図３は、Ｔ１／Ｔ０を変化させた場合の鉄損の変化を示すグラフである。横軸はＴ１／Ｔ０を示し、縦軸は鉄損を示す。なお、鉄損は、Ｔ１／Ｔ０が１の場合の鉄損を基準値とし、この基準値に対する変化率（％）で表している。

図３に示すように、Ｔ１／Ｔ０の増加と共に、鉄損は低下する。例えば、Ｔ１／Ｔ０が０．４５のときの鉄損は基準値の＋２００％であるが、Ｔ１／Ｔ０が０．６５のときの鉄損は基準値の＋１０％まで低下する。そして、Ｔ１／Ｔ０が０．５を超えると鉄損の変化が緩やかになり、Ｔ１／Ｔ０が１以上になると鉄損は一定になる。

図４は、Ｔ１／Ｔ０を変化させた場合のモータ効率の変化を示すグラフである。横軸はＴ１／Ｔ０を示し、縦軸はモータ効率を示す。なお、モータ効率は、Ｔ１／Ｔ０が１の場合のモータ効率を基準値とし、この基準値に対する変化率（％）で表している。

図４に示すように、Ｔ１／Ｔ０の増加と共に、モータ効率は上昇する。例えば、Ｔ１／Ｔ０が０．４５のときのモータ効率は基準値の−５．０％であるが、Ｔ１／Ｔ０が０．６５のときのモータ効率は基準値の−０．３％まで上昇する。そして、Ｔ１／Ｔ０が０．５を超えるとモータ効率の変化が緩やかになり、Ｔ１／Ｔ０が１以上になるとモータ効率は一定になる。

図３および図４に示した結果から、Ｔ１／Ｔ０が０．６５以上であれば、鉄損が低下し、モータ効率が上昇することが分かる。また、Ｔ１／Ｔ０が１以上になると、それ以上の鉄損の低下およびモータ効率の上昇は見られないことが分かる。

図５は、Ｔ１／Ｔ０を変化させた場合のステータ温度の変化を示すグラフである。横軸はＴ１／Ｔ０を示し、縦軸はステータ温度を示す。なお、ステータ温度は、コイル３に規定電流を流した場合のステータ１の温度であり、Ｔ１／Ｔ０が１の場合のステータ温度を基準値とし、この基準値に対する変化率（％）で表している。

図５に示すように、Ｔ１／Ｔ０の増加と共に、ステータ温度は直線的に上昇する。例えば、Ｔ１／Ｔ０が０．６５のときのモータ効率は基準値の−５．５％であり、Ｔ１／Ｔ０が１．０のときのモータ効率は基準値±０％であり、Ｔ１／Ｔ０が１．２のときのモータ効率は基準値の＋３．０％である。

これは、Ｔ１／Ｔ０が大きくなるほど、凹部１５の断面積が小さくなり、凹部１５内の冷媒とコア部９との接触面積が減少し、冷却効率が低下することによる。冷却効率が低下すると、電動機１００の温度が上昇し、永久磁石５５の減磁が生じる可能性がある。

そのため、図３〜５に矢印Ｅで示すように、鉄損の低減効果およびモータ効率の向上効果が最も顕著に表れ、なお且つＴ１／Ｔ０をできるだけ小さくすることができる、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１．０の範囲が望ましいことが分かる。

複数のコア部９を環状に連結するステータコア２の場合、コイル３の巻き付けは、複数のコア部９をステータコア２に組み立てる前に行われる。この場合、一体構造のステータコアと比較してコイル３の巻き付けが容易であるため、ヨーク部１１の内周１１ａとティース１２の側面１２ａとの間のコーナー部Ｃを直角に近付ける場合が多く、コーナー部Ｃと凹部１５との距離が短くなりやすい。そのため、凹部１５の断面積を大きくすると、コーナー部Ｃと凹部１５との間で磁束が集中しやすい。

この実施の形態１では、凹部１５の開口長さＷ０を径方向内側での長さＷ１よりも短くし、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１と連結面１８の長さＴ０とが０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足するように構成している。この構成は、複数のコア部９を連結したステータコア２において、特に効果が大きい。

図２に戻り、ティース１２からヨーク部１１に流入した磁束は、ヨーク部１１で周方向の両側に分かれて流れる。ティース１２からヨーク部１１に流入する磁束をできるだけ遮らないようにするためには、凹部１５の最大幅である幅Ｗ１が、ティース１２の幅Ｗｔよりも短いことが望ましい。すなわち、Ｗ１＜Ｗｔを満足することが望ましい。

また、凹部１５の断面積を大きくするためには、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１が、ティース１２の幅Ｗｔの１／２より短いことが望ましい。すなわち、Ｔ１＜Ｗｔ×１／２を満足することが望ましい。

また、凹部１５の２つの端縁１５ｃを含む部分は、コーナー部Ｃからの距離が最短距離Ｔ１となる位置から、径方向内側にＶ字状に突出している。そのため、コーナー部Ｃからの凹部１５までの最短距離Ｔ１をできるだけ短くせずに、凹部１５の断面積を大きくすることができる。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は、コア部９における鉄損密度の解析結果を示す図である。図６（Ａ）は、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する実施の形態１のコア部９における鉄損密度分布を示す図である。図６（Ｂ）は、Ｔ１／Ｔ０＞１を満足する第１の比較例のコア部における鉄損密度分布を示す図である。図６（Ｃ）は、Ｔ１／Ｔ０＜０．６５を満足する第２の比較例のコア部における鉄損密度分布を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）では、鉄損密度の高低を、ドットの粗密で示している。

図６（Ｂ）に示すように、Ｔ１／Ｔ０が１よりも大きい第１の比較例では、ティース１２の歯先部１２ｂ以外では鉄損密度の増加が見られない。これは、凹部１５が小さいため、ティース１２の歯先部１２ｂ以外に、磁路の狭い箇所がないことによるものである。但し、この第１の比較例では、凹部１５の断面積が小さいため、十分な冷却効率を得ることはできない。

一方、図６（Ｃ）に示すように、Ｔ１／Ｔ０が０．６５よりも小さい第２の比較例では、コーナー部Ｃと凹部１５との間の領域を中心として、鉄損密度の高い部分が見られる。これは、コーナー部Ｃと凹部１５との間の磁路が狭くなり、磁束が集中したことによるものである。この第２の比較例では、凹部１５の断面積が大きいため十分な冷却効率が得られるが、鉄損の増加によりモータ効率が低下する。

これに対し、図６（Ａ）に示すように、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１．０を満足する実施の形態１のコア部９では、コーナー部Ｃの周囲に僅かに鉄損密度の高い部分が見られるが、図６（Ｃ）と比較して、鉄損密度の高い部分が少ないことが分かる。これは、コーナー部Ｃと凹部１５との間の磁路を狭くし過ぎないことにより、磁束の集中が抑えられたことによるものである。すなわち、この実施の形態１では、凹部１５の断面積を大きくして冷却効率を向上し、なお且つ、鉄損の増加を抑えてモータ効率を向上することができる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、実施の形態１では、ステータコア２を構成するコア部９のヨーク部１１が、その外周１１ｂに開口する凹部１５を有する。凹部１５の開口長さＷ０は、より径方向内側での長さＷ１よりも短く、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１と、連結面１８の長さＴ０とが、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する。そのため、凹部１５の断面積を大きくして冷却効率を向上すると共に、ステータコア２と筐体４との接触面積を大きくして両者の結合強度を高め、振動および騒音を低減することができる。また、磁束の集中を抑制して鉄損を低減し、モータ効率を向上することができる。

また、凹部１５の径方向の長さＤ１が開口長さＷ０よりも長いため、ステータコア２と筐体４との接触面積をより大きくし、且つ、凹部１５の断面積を大きくして冷却効率を向上することができる。

また、凹部１５の開口１５ａよりも径方向内側での長さＷ１が、ティース１２の周方向の幅Ｗｔよりも短いため、ティース１２からヨーク部１１に流入する磁束をできるだけ遮らないようにすることができる。これにより、磁束の集中を抑制して鉄損を低減し、モータ効率を向上することができる。

また、凹部１５は、コーナー部Ｃからの距離が最短距離Ｔ１となる位置から径方向内側に突出する突出形状部（すなわち２つの端縁１５ｃを有するＶ字状の部分）を有するため、コーナー部Ｃからの凹部１５までの最短距離Ｔ１をできるだけ短くせずに、凹部１５の断面積を大きくすることができる。

また、永久磁石５５が希土類磁石で構成されているため、ティース１２に流入する磁束量が増加し、ティース１２およびヨーク部１１の磁路幅の減少を抑えたことの効果が顕著に表れる。また、希土類磁石は高温で減磁しやすいため、凹部１５の断面積を大きくしたことによる冷却効率の向上により、減磁の抑制効果が顕著に表れる。

第１の変形例．
図７は、実施の形態１の第１の変形例のコア部９を示す断面図である。第１の変形例のコア部９は、凹部１５の形状において、実施の形態１のコア部９と異なる。すなわち、実施の形態１の凹部１５は、コーナー部Ｃからの距離が最短距離Ｔ１となる位置から径方向内側に突出する突出形状部（すなわち２つの端縁１５ｃを含む部分）を有していたが、第１の変形例の凹部１５は、径方向内側の端縁１５ｃが直線状に延在している。

具体的には、第１の変形例の凹部１５は、開口１５ａと、開口１５ａの周方向両端から径方向内側に延在する２つの端縁１５ｂと、２つの端縁１５ｂの終端Ｐ２を直線状に結ぶ端縁１５ｃとを有する。

この第１の変形例では、コーナー部Ｃから凹部１５の直線状の端縁１５ｃまでの距離が、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１となり、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

第２の変形例．
図８は、実施の形態１の第２の変形例のコア部９を示す断面図である。第２の変形例のコア部９は、凹部１５の形状において、実施の形態１のコア部９と異なる。すなわち、実施の形態１の凹部１５は、コーナー部Ｃからの距離が最短距離Ｔ１となる位置から径方向内側に突出する突出形状部（すなわち２つの端縁１５ｃを含む部分）を有していたが、第２の変形例の凹部１５は、突出形状部がさらに湾曲形状を有する。

具体的には、第１の変形例の凹部１５は、開口１５ａと、開口１５ａの周方向両端から径方向内側に延在する２つの端縁１５ｂと、２つの端縁１５ｂの終端Ｐ２を直線状に結ぶ端縁１５ｃと、端縁１５ｃから径方向内側に円弧状に延在する端縁１５ｄとを有する。

この第２の変形例では、コーナー部Ｃから凹部１５の湾曲した端縁１５ｄまでの距離が、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１となり、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図９は、実施の形態２の電動機１００Ａを示す断面図である。実施の形態２の電動機１００Ａは、ステータコア２の凹部１５に隣接して穴部１７が形成されている点で、実施の形態１の電動機１００と異なる。

図１０は、ステータコア２を構成するコア部９Ａを示す断面図である。コア部９Ａのヨーク部１１は、外周１１ｂに開口する凹部１５と、凹部１５の径方向内側に隣接して形成された穴部１７とを有する。

凹部１５は、実施の形態１の第１の変形例（図７）で説明したように、開口１５ａと、開口１５ａの周方向両端から径方向内側に延在する２つの端縁１５ｂと、２つの端縁１５ｂの終端をつなぐ直線状の端縁１５ｃとを有する。凹部１５の開口長さＷ０は、より径方向内側での長さＷ１よりも短い。

穴部１７は、径方向外側に位置する外側端縁１７ａと、径方向内側に位置する内側端縁１７ｂと、周方向両側に位置する側端縁１７ｃとを有する。外側端縁１７ａは、凹部１５の端縁１５ｃに対向している。外側端縁１７ａと内側端縁１７ｂは、いずれも湾曲形状を有するが、これに限定されるものではない。

穴部１７の周方向の幅Ｗｓは、凹部１５の開口長さＷ０よりも短い。なお、幅Ｗｓは、穴部１７の２つの端縁１５ｃの周方向の距離である。また、ヨーク部１１の外周１１ｂから穴部１７の径方向内側の端部までの距離Ｄ２は、開口長さＷ０よりも長い。

穴部１７は、コア部９Ａに取り付けられるインシュレータ２０を固定するために用いられる。ここで、インシュレータ２０について説明する。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、コア部９Ａへのインシュレータ２０の取り付けを示す斜視図である。図１１（Ａ）は、コア部９Ａを示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、コア部９Ａにインシュレータ２０を取り付けた状態を示す斜視図である。図１１（Ｃ）は、コア部９Ａにインシュレータ２０と絶縁フィルム２５とを取り付けた状態を示す斜視図である。

図１１（Ａ）に示すように、コア部９Ａの軸方向両端には、段差部１０１が形成されている。段差部１０１は、例えば、ティース１２の側面１２ａおよびヨーク部１１の内周１１ａに沿って形成されている。

図１１（Ｂ）に示すように、コア部９Ａの軸方向両端には、インシュレータ２０が取り付けられる。インシュレータ２０は、ヨーク部１１に取り付けられる壁部２１と、ティース１２の主部に取り付けられる胴部２２と、ティース１２の歯先部１２ｂに取り付けられるフランジ部２３とを有する。壁部２１とフランジ部２３とは、胴部２２を挟んで径方向に互いに対向している。

壁部２１には、コア部９Ａの穴部１７に嵌合する突起２４が形成されている。突起２４が穴部１７に嵌合することにより、インシュレータ２０がコア部９Ａに対して位置決めされる。胴部２２は、コイル３が巻き付けられる部分である。

図１１（Ｃ）に示すように、ティース１２の側面１２ａおよびヨーク部１１の内周１１ａを覆うように、絶縁フィルム２５が取り付けられる。この状態で、インシュレータ２０の胴部２２に、コイル３が巻き付けられる。インシュレータ２０および絶縁フィルム２５は、コア部９Ａとコイル３とを絶縁する。壁部２１およびフランジ部２３は、コイル３を径方向両側からガイドする。

このようにしてコイル３を巻き付けた複数のコア部９Ａを環状に組み合わせ、連結面１８で溶接することにより、図９に示したステータ１Ａが得られる。

図１０に戻り、この実施の形態２では、コーナー部Ｃから穴部１７までの最短距離Ｔ２は、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１よりも短い。すなわちＴ１＞Ｔ２が成立する。従って、コーナー部Ｃと穴部１７との間の領域は、コア部９Ａにおいて最も狭い磁路となる。

そのため、実施の形態２では、コーナー部Ｃから穴部１７までの最短距離Ｔ２と、ヨーク部１１の連結面１８の長さＴ０とは、０．６５≦Ｔ２／Ｔ０＜１を満足する。０．６５≦Ｔ２／Ｔ０を満足することにより、実施の形態１で説明したように、磁束の集中を抑制して、鉄損を低減することができる。また、Ｔ２／Ｔ０＜１を満足することにより、穴部１７の断面積を大きくし、コア部９Ａにインシュレータ２０を確実に位置決めすることができる。

また、コーナー部Ｃと凹部１５との間の領域は、コア部９Ａにおいて２番目に狭い磁路となるため、コーナー部Ｃから凹部１５までの最短距離Ｔ１と、ヨーク部１１の連結面１８の長さＴ０とは、０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１を満足することが望ましい。

また、ヨーク部１１の外周１１ｂから穴部１７の径方向内側の端部までの距離Ｄ２は、凹部１５の開口長さＷ０よりも長いことが望ましい。これにより、コア部９Ａと筐体４との接触面積を大きくして両者の結合強度を高め、なお且つ、凹部１５および穴部１７の断面積を大きくすることができる。

また、凹部１５の開口１５ａよりも径方向内側での長さＷ１は、ティース１２の周方向の幅Ｗｔよりも短いことが望ましい。これにより、実施の形態１でも説明したように、ティース１２からヨーク部１１に流入する磁束をできるだけ遮らないようにすることができ、磁束の集中を抑制して鉄損を低減することができる。

また、凹部１５および穴部１７の断面積を大きくするためには、コーナー部Ｃから穴部１７までの最短距離Ｔ２が、ティース１２の幅Ｗｔの１／２より短いことが望ましい。すなわち、Ｔ２＜Ｗｔ×１／２を満足することが望ましい。

実施の形態２の電動機１００Ａの他の構成は、実施の形態１の電動機１００と同様である。また、実施の形態２の電動機１００Ａは、例えば、圧縮機３００（図１４）に用いられる。

なお、図９〜１１に示した例では、凹部１５が、実施の形態１の第１の変形例（図７）で説明した形状を有しているが、実施の形態１（図２）で説明した形状を有していてもよく、また、第２の変形例（図８）で説明した形状を有していてもよい。

以上説明したように、実施の形態２では、ステータコア２を構成するコア部９Ａのヨーク部１１が、その外周１１ｂに開口する凹部１５を有し、凹部１５の径方向内側に穴部１７を有する。凹部１５の開口長さＷ０は、凹部１５の開口１５ａよりも径方向内側での長さＷ１よりも短い。また、コーナー部Ｃから穴部１７までの最短距離Ｔ２と、連結面１８の長さＴ０とが、０．６５≦Ｔ２／Ｔ０＜１を満足する。そのため、凹部１５の断面積を大きくして冷却効率を向上し、穴部１７の断面積を大きくしてインシュレータ２０の位置ずれを防止すると共に、コア部９Ａと筐体４との接触面積を確保し、振動および騒音を低減することができる。また、磁束の集中を抑制して鉄損を低減し、モータ効率を向上することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図１２は、実施の形態３の電動機１００Ｂを示す断面図である。実施の形態３の電動機１００Ｂは、ステータコア２の外周に窪み部１９が形成されている点で、実施の形態１の電動機１００と異なる。

図１３は、ステータコア２を構成するコア部９Ｂを示す断面図である。コア部９Ｂのヨーク部１１は、その外周１１ｂと連結面１８との角部に、窪み部１９を有する。そのため、ヨーク部１１の磁路の幅を規定する連結面１８の長さＴ０は、実施の形態１よりも短くなる。

窪み部１９は、複数のコア部９Ｂの連結面１８を溶接によって接合する際に、溶融した金属を収容するために設けられる。窪み部１９に溶融した金属が収容されることにより、ヨーク部１１の外周１１ｂよりも外側に金属がはみ出すことが防止され、外周１１ｂの真円度の低下を抑制することができる。これにより、ステータコア２と筐体４との結合強度を高めることができる。

実施の形態３の電動機１００Ｂの他の構成は、実施の形態１の電動機１００と同様である。また、実施の形態３の電動機１００Ｂは、例えば、圧縮機３００（図１４）に用いられる。

なお、図１２〜１３に示した例では、凹部１５は、実施の形態１（図２）で説明した形状を有していたが、第１の変形例（図７）または第２の変形例（図８）で説明した形状を有していてもよい。また、実施の形態２で説明したように、凹部１５の径方向内側に穴部１７（図１０）を形成してもよい。

以上説明したように、実施の形態３では、ステータコア２を構成するコア部９Ｂの外周１１ｂと連結面１８の交わる部分に、窪み部１９を有する。そのため、実施の形態１で説明した効果に加えて、溶融時にヨーク部１１の外周１１ｂの外側に金属がはみ出すことを防止することができ、外周１１ｂの真円度の低下を抑制することができる。これにより、ステータコア２と筐体４との結合強度を高めることができる。

＜ロータリ圧縮機＞
次に、上述した実施の形態１〜３の電動機１００（１００Ａ，１００Ｂ）が適用可能なロータリ圧縮機３００について説明する。図１４は、ロータリ圧縮機３００の構成を示す縦断面図である。ロータリ圧縮機３００は、例えば空気調和装置に用いられるものであり、密閉容器３０７と、密閉容器３０７内に配設された圧縮機構３０１と、圧縮機構３０１を駆動する電動機１００とを備えている。図１に示した筐体４は、密閉容器３０７の一部である。

圧縮機構３０１は、シリンダ室３０３を有するシリンダ３０２と、電動機１００のシャフト５７と、シャフト５７に固定されたローリングピストン３０４と、シリンダ室３０３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５７が挿入されてシリンダ室３０３の軸方向端面を閉鎖する上部フレーム３０５および下部フレーム３０６とを有する。上部フレーム３０５および下部フレーム３０６には、上部吐出マフラ３０８および下部吐出マフラ３０９がそれぞれ装着されている。

密閉容器３０７は、円筒状の容器である。密閉容器３０７の底部には、圧縮機構３０１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５７は、軸受部としての上部フレーム３０５および下部フレーム３０６によって回転可能に保持されている。

シリンダ３０２は、内部にシリンダ室３０３を備えており、ローリングピストン３０４は、シリンダ室３０３内で偏心回転する。シャフト５７は偏心軸部を有し、その偏心軸部にローリングピストン３０４が嵌合している。

電動機１００のステータ１は、焼き嵌め、圧入または溶接等の方法により、密閉容器３０７の筐体４の内側に組み込まれている。ステータ１のコイル３には、密閉容器３０７に固定されたガラス端子３１１から電力が供給される。シャフト５７は、ロータ５のロータコア５０（図２）の中央に形成された中心孔に固定されている。

密閉容器３０７の外部には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ３１０が取り付けられている。密閉容器３０７には吸入パイプ３１３が固定され、この吸入パイプ３１３を介してアキュムレータ３１０からシリンダ３０２に冷媒ガスが供給される。また、密閉容器３０７の上部には、冷媒を外部に吐出する吐出パイプ３１２が設けられている。

アキュムレータ３１０から供給された冷媒ガスは、吸入パイプ３１３を通ってシリンダ３０２のシリンダ室３０３内に供給される。インバータの通電によって電動機１００が駆動されてロータ５が回転すると、ロータ５と共にシャフト５７が回転する。そして、シャフト５７に嵌合するローリングピストン３０４がシリンダ室３０３内で偏心回転し、シリンダ室３０３内で冷媒が圧縮される。シリンダ室３０３で圧縮された冷媒は、吐出マフラ３０８，３０９を通り、さらにロータ５の貫通穴５３，５４およびステータ１の凹部１５（図２）を通って密閉容器３０７内を上昇する。密閉容器３０７内を上昇した冷媒は、吐出パイプ３１２から吐出され、冷凍サイクルの高圧側に供給される。

上述した実施の形態１〜３の電動機１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、永久磁石５５の減磁の抑制により、高いモータ効率を有しており、また、ステータコア２と筐体４との結合強度の向上により、振動および騒音を抑制している。そのため、この電動機１００をロータリ圧縮機３００に適用することにより、ロータリ圧縮機３００の運転効率を向上し、静音性を向上することができる。

なお、実施の形態１〜３の電動機１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、ロータリ圧縮機３００に限らず、他の種類の圧縮機にも利用することができる。

＜空気調和装置＞
次に、上述したロータリ圧縮機３００を備えた空気調和装置４００（冷凍サイクル装置）について説明する。図１５は、空気調和装置４００の構成を示す図である。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、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。

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、図１４に示したロータリ圧縮機３００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する送風機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送風機４０６が設けられている。

空気調和装置４００の動作は、次の通りである。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。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。

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蒸発（気化）させて、冷媒配管４０７に送り出す。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。

空気調和装置４００の圧縮機３００は、上述した実施の形態１〜３の電動機１００（１００Ａ，１００Ｂ）が適用可能であり、これにより高い運転効率と静音性を有している。そのため、空気調和装置４００のエネルギー効率を向上し、静音性を向上することができる。

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 ステータ、 ２ インシュレータ、 ３ コイル、 ４ 筐体、 ５ ロータ、 ９，９Ａ，９Ｂ コア部、 １０ ステータコア、 １１ ヨーク、 １１ａ 内周、 １１ｂ 外周、 １２ ティース、 １２ａ 側面、 １２ｂ 歯先部、 １３ スロット、 １５ 凹部、 １５ａ 開口、 １５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 縁部、 １６ カシメ部、 １７ 穴部、 １７ａ 外側端縁、 １７ｂ 内側端縁、 １７ｃ 側縁部、 １８ 連結面、 １９ 窪み部、 ２４ 突起、 ５０ ロータコア、 ５１ 磁石挿入孔、 ５５ 永久磁石、 ５７ シャフト、 １００，１００Ａ，１００Ｂ 電動機、 １１０ ヨーク部、 ３００ ロータリ圧縮機（圧縮機）、 ３０１ フレーム、 ３１０ 圧縮機構、 ４００ 空気調和装置、 ４０１ 圧縮機、 ４０２ 凝縮器、 ４０３ 絞り装置、 ４０４ 蒸発器、 ４１０ 室外機、 ４２０ 室内機。

図３に示すように、Ｔ１／Ｔ０の増加と共に、鉄損は低下する。例えば、Ｔ１／Ｔ０が０．４５のときの鉄損は基準値の＋２００％であるが、Ｔ１／Ｔ０が０．６５のときの鉄損は基準値の＋１０％まで低下する。そして、Ｔ１／Ｔ０が０．６５を超えると鉄損の変化が緩やかになり、Ｔ１／Ｔ０が１以上になると鉄損は一定になる。

図４に示すように、Ｔ１／Ｔ０の増加と共に、モータ効率は上昇する。例えば、Ｔ１／Ｔ０が０．４５のときのモータ効率は基準値の−５．０％であるが、Ｔ１／Ｔ０が０．６５のときのモータ効率は基準値の−０．３％まで上昇する。そして、Ｔ１／Ｔ０が０．６５を超えるとモータ効率の変化が緩やかになり、Ｔ１／Ｔ０が１以上になるとモータ効率は一定になる。

穴部１７の周方向の幅Ｗｓは、凹部１５の開口長さＷ０よりも短い。なお、幅Ｗｓは、穴部１７の２つの端縁１７ｃの周方向の距離である。また、ヨーク部１１の外周１１ｂから穴部１７の径方向内側の端部までの距離Ｄ２は、開口長さＷ０よりも長い。

Claims (17)

1. 中心軸を中心とする周方向に複数のコア部を連結したステータコアを有し、
   前記複数のコア部は、いずれも、前記周方向に延在するヨーク部と、前記ヨーク部から前記中心軸を中心とする径方向の内側に延在するティースとを有し、
   前記ヨーク部は、前記径方向の両端に位置する外周および内周と、前記周方向の端部に位置する連結面と、前記外周に開口を有する凹部とを有し、
   前記ティースは、前記ヨーク部の前記内周との間にコーナー部を形成する側面を有し、
   前記凹部の前記開口の前記周方向の長さＷ０は、前記凹部の前記開口よりも前記径方向の内側での前記周方向の長さＷ１よりも短く、
   前記コーナー部から前記凹部までの最短距離Ｔ１と、前記連結面の長さＴ０とが、
   ０．６５≦Ｔ１／Ｔ０＜１
   を満足するステータ。
2. 前記凹部は、前記径方向の長さＤ１を有し、
   前記長さＤ１は、前記長さＷ０よりも長い
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記長さＷ１は、前記ティースの前記周方向の幅Ｗｔよりも短い
   請求項１または２に記載のステータ。
4. 前記最短距離Ｔ１は、前記ティースの前記周方向の幅Ｗｔの１／２よりも短い
   請求項１から３までの何れか１項に記載のステータ。
5. 前記凹部は、前記コーナー部からの距離が前記最短距離Ｔ１となる位置よりも、前記径方向の内側に突出する突出形状部を有する
   請求項１から４までの何れか１項に記載のステータ。
6. 前記突出形状部は、湾曲形状を有する
   請求項５に記載のステータ。
7. 前記凹部は、前記径方向の内側ほど前記周方向の長さが長くなる形状を有する
   請求項１から４までの何れか１項に記載のステータ。
8. 前記ヨーク部は、前記外周と前記連結面とが交わる部分に、窪み部を有する
   請求項１から７までの何れか１項に記載のステータ。
9. 前記ヨーク部は、前記凹部に対して前記径方向の内側に穴部を有し、
   前記コーナー部から前記穴部までの最短距離Ｔ２と、前記連結面の長さＴ０とが、
   ０．６５≦Ｔ２／Ｔ０＜１
   を満足する請求項１から８までの何れか１項に記載のステータ。
10. 中心軸を中心とする周方向に複数のコア部を連結したステータコアを有し、
    前記複数のコア部は、いずれも、前記周方向に延在するヨーク部と、前記ヨーク部から前記中心軸を中心とする径方向の内側に延在するティースとを有し、
    前記ヨーク部は、前記径方向の両端に位置する外周および内周と、前記周方向の端部に位置する連結面と、前記外周に開口を有する凹部と、前記凹部に対して前記径方向の内側に位置する穴部とを有し、
    前記ティースは、前記ヨーク部の前記内周との間にコーナー部を形成する側面を有し、
    前記凹部の前記開口の前記周方向の長さＷ０は、前記凹部の前記開口よりも前記径方向の内側での前記周方向の長さＷ１よりも短く、
    前記コーナー部から前記穴部までの最短距離Ｔ２と、前記連結面の長さＴ０とが、
    ０．６５≦Ｔ２／Ｔ０＜１
    を満足するステータ。
11. 前記凹部の前記開口から、前記穴部の前記径方向の内側端部までの距離Ｄ２は、前記長さＷ０よりも長い
    請求項１０に記載のステータ。
12. 前記長さＷ１は、前記ティースの前記周方向の幅Ｗｔよりも短い
    請求項１０または１１に記載のステータ。
13. 前記最短距離Ｔ２は、前記ティースの前記周方向の幅Ｗｔの１／２よりも短い
    請求項１０から１２までの何れか１項に記載のステータ。
14. 請求項１から１３までの何れか１項に記載のステータと、
    前記ステータに囲まれ、前記中心軸を中心として回転可能なロータと
    を備えた電動機。
15. 前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有し、
    前記永久磁石は、ネオジウム、鉄およびボロンを含む希土類磁石である
    請求項１４に記載の電動機。
16. 請求項１４または１５に記載の電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備えた圧縮機。
17. 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、
    前記圧縮機は、請求項１４または１５に記載の電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備える
    空気調和装置。

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