KR20210021070A - 전동기, 압축기 및 공기 조화 장치 - Google Patents

전동기, 압축기 및 공기 조화 장치 Download PDF

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Abstract

전동기는 회전축을 중심으로 하여 회전 가능한 로터와, 로터를 둘러싸도록 마련된 스테이터를 갖는다. 로터는 회전축의 축방향으로 적층 강판을 적층한 로터 코어와, 로터 코어에 매립된 영구 자석을 갖는다. 스테이터는 적층 강판을 축방향으로 적층한 스테이터 코어와, 스테이터 코어에 감겨진 코일을 갖는다. 스테이터 코어는 코일을 수용하는 슬롯을 갖는다. 스테이터 코어는 축방향의 단부에 위치하는 제 1 코어부와, 축방향의 중앙부에 위치하는 제 2 코어부를 갖고, 제 1 코어부에 있어서의 슬롯의 면적은 제 2 코어부에 있어서의 슬롯의 면적보다 크다. 로터 코어의 적층 강판의 판두께(T0) 및 적층 간극(L0)과, 스테이터 코어의 제 1 코어부에 있어서의 적층 강판의 판두께(T1) 및 적층 간극(L1) 사이에 T0>T1, 및 L0<L1 중 적어도 일방이 성립한다.

Description

전동기, 압축기 및 공기 조화 장치
본 발명은 전동기, 압축기 및 공기 조화 장치에 관한 것이다.
전동기의 스테이터는 코일을 감는 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어를 구비한다. 스테이터 코어의 이웃하는 티스 사이에는, 코일을 수용하는 슬롯이 형성된다. 근년, 슬롯의 면적을 크게 하기 위해, 스테이터 코어의 축방향 단부에서 티스의 폭을 좁게 한 구성이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 4 참조).
일본 특허 공개 제 2017-103850 호 공보(도 1 참조) 일본 특허 공개 제 2015-171249호 공보(도 3 참조) 일본 특허 공개 제 2017-99044 호 공보(도 5 참조) 일본 특허 공개 제 2017-17784 호 공보(도 2 참조)
티스에는 로터로부터의 자속이 유입되지만, 폭이 좁은 티스에서는 자속 밀도가 높아지기 쉽다. 폭이 좁은 티스 내에서 자속 밀도가 포화하면, 자속의 일부가 스테이터 코어 내를 축방향으로 흐른다. 그 때문에, 스테이터 코어를 구성하는 적층 강판의 판면에 수직 방향으로 자속이 흐르게 되어, 와전류가 발생하여, 와전류 손실(철 손실)에 의해 모터 효율의 저하를 초래한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 전동기에 있어서의 와전류 손실의 저감을 목적으로 한다.
본 발명의 전동기는 회전축을 중심으로 하여 회전 가능한 로터로서, 회전축의 축방향으로 적층 강판을 적층한 로터 코어와, 로터 코어에 매립된 영구 자석을 갖는 로터와, 로터를 둘러싸도록 마련된 스테이터로서, 적층 강판을 축방향으로 적층한 스테이터 코어와, 스테이터 코어에 감겨진 코일을 갖는 스테이터를 갖는다. 스테이터 코어는 코일을 수용하는 슬롯을 갖는다. 스테이터 코어는 축방향의 단부에 위치하는 제 1 코어부와, 축방향의 중앙부에 위치하는 제 2 코어부를 갖고, 제 1 코어부에 있어서의 슬롯의 면적은 제 2 코어부에 있어서의 슬롯의 면적보다 크다. 로터 코어의 적층 강판의 판두께(T0) 및 적층 간극(L0)과, 스테이터 코어의 제 1 코어부에 있어서의 적층 강판의 판두께(T1) 및 적층 간극(L1) 사이에 T0>T1, 및 L0<L1 중 적어도 일방이 성립한다.
본 발명에서는, T0>T1, 및 L0<L1 중 적어도 일방이 성립하기 때문에, 스테이터 코어 내를 축방향으로 흐르는 자속이 감소한다. 이에 의해, 와전류의 발생을 억제하고, 와전류 손실(철(鐵) 손실)을 저감하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 실시형태 1의 전동기를 도시하는 단면도이다.
도 2는 실시형태 1의 제 2 코어부를 도시하는 단면도이다.
도 3은 실시형태 1의 제 2 코어부의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는 실시형태 1의 제 1 코어부를 도시하는 단면도이다.
도 5는 실시형태 1의 제 1 코어부의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 6은 실시형태 1의 스테이터 코어의 일부를 도시하는 사시도(A) 및 스테이터 코어에 인슐레이터 및 절연 필름을 장착시킨 상태를 도시하는 사시도(B)이다.
도 7은 실시형태 1의 티스, 인슐레이터 및 절연 필름의 단면 구조(A)를, 비교예의 단면 구조(B)와 대비하여 도시하는 도면이다.
도 8은 실시형태 1의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 9는 V 코킹을 설명하기 위한 평면도(A) 및 단면도(B)이다.
도 10은 환(丸) 코킹을 설명하기 위한 평면도(A) 및 단면도(B)이다.
도 11은 비교예의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 12는 적층 강판에 있어서의 와전류의 발생을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 적층 강판의 적층 간극의 차이(L1-L0)와, 모터 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시형태 2의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 15는 실시형태 3의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 16은 적층 강판의 판두께의 차이(T0-T1)와, 모터 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시형태 4의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 18은 실시형태 5의 전동기를 도시하는 종단면도이다.
도 19는 실시형태 5의 전동기의 다른 구성 예를 도시하는 종단면도이다.
도 20은 각 실시형태의 전동기가 적용 가능한 로터리 압축기를 도시하는 단면도이다.
도 21은 도 20의 로터리 압축기를 구비한 공기 조화 장치를 도시하는 도면이다.
실시형태 1.
<전동기의 구성>
본 발명의 실시형태 1의 전동기(100)에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1의 전동기(100)를 도시하는 단면도이다. 전동기(100)는 로터(5)에 영구 자석(53)이 매립된 영구 자석 매립형 전동기이며, 예를 들면, 로터리 압축기(300)(도 20)에 이용된다.
전동기(100)는 이너 로터형으로 불리는 전동기이며, 스테이터(1)와, 스테이터(1)의 내측에 회전 가능하게 마련된 로터(5)를 갖는다. 스테이터(1)와 로터(5) 사이에는, 예를 들면, 0.3㎜ 내지 1.0㎜의 에어 갭이 형성되어 있다.
이하에서는, 로터(5)의 회전축인 중심축(C1)의 방향을, 간단히 「축방향」이라고 칭한다. 또한, 중심축(C1)을 중심으로 하는 둘레방향(도 1에 화살표(R1)로 나타냄)을, 간단히 「둘레방향」이라고 칭한다. 또한, 중심축(C1)을 중심으로 하는 반경 방향을, 간단히 「반경방향」이라고 칭한다. 또한, 도 1은 중심축(C1)에 직교하는 면에 있어서의 단면도이다.
<로터의 구성>
로터(5)는 원통 형상의 로터 코어(50)와, 로터 코어(50)에 매립된 영구 자석(53)과, 로터 코어(50)의 중앙부에 고정된 샤프트(58)를 갖는다. 샤프트(58)는 예를 들면, 압축기(300)(도 20)의 샤프트이다.
로터 코어(50)는 적층 강판(501)(도 8)을 축방향으로 적층하고, 코킹부 등에 의해 일체화한 것이다. 적층 강판(501)은 예를 들면, 전자 강판이다. 적층 강판(501)의 판두께 및 적층 간극에 대해서는 후술한다.
로터 코어(50)의 외주면을 따라서, 영구 자석(53)이 삽입되는 복수의 자석 삽입 구멍(51)이 형성되어 있다. 자석 삽입 구멍(51)은 로터 코어(50)를 축방향으로 관통하는 관통 구멍이다. 자석 삽입 구멍(51)의 수는, 본 명세서에서는 6개이다. 단, 자석 삽입 구멍(51)의 수는 6개로 한정되는 것이 아니고, 2개 이상이면 좋다. 각 자석 삽입 구멍(51)은 1자극에 상당한다. 이웃하는 자석 삽입 구멍(51) 사이는, 간극이 된다.
자석 삽입 구멍(51)은 그 둘레방향 중앙부가 가장 중심축(C1)측으로 돌출하도록, V자 형상으로 형성되어 있다. 각 자석 삽입 구멍(51)에는, 둘레방향 중심부를 사이에 두고, 2개의 영구 자석(53)이 배치되어 있다. 자석 삽입 구멍(51) 내의 2개의 영구 자석(53)은 서로 동일한 극이 반경방향 외측을 향하도록 착자되어 있다.
영구 자석(53)은 축방향으로 긴 평판 형상의 부재이며, 로터 코어(50)의 둘레방향으로 폭을 갖고, 반경방향으로 두께를 갖는다. 영구 자석(53)의 두께는 예를 들면, 2㎜이다. 영구 자석(53)은 예를 들면, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석으로 구성되어 있다. 영구 자석(53)은 두께 방향으로 착자되어 있다.
본 명세서에서는, 각 자석 삽입 구멍(51)에 2개의 영구 자석(53)을 배치하고 있지만, 각 자석 삽입 구멍(51)에 1개씩 영구 자석(53)을 배치해도 좋다. 본 경우, 자석 삽입 구멍(51)은 상술한 V자 형상이 아니고, 직선 형상으로 형성한다.
자석 삽입 구멍(51)의 둘레방향 양단부에는, 플럭스 배리어(누설 자속 억제 구멍)(52)가 형성되어 있다. 플럭스 배리어(52)는 이웃하는 자극 사이의 누설 자속을 억제하는 것이다. 플럭스 배리어(52)와 로터 코어(50)의 외주 사이의 코어 부분은, 이웃하는 자극 사이의 자속의 단락을 억제하기 위해, 박육부로 되어 있다. 박육부의 두께는 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 두께와 동일한 것이 바람직하다.
<스테이터의 구성>
스테이터(1)는 스테이터 코어(10)와, 스테이터 코어(10)에 감겨진 코일(4)을 갖는다. 스테이터 코어(10)는 중심축(C1)을 중심으로 하는 환상의 요크(11)와, 요크(11)로부터 반경방향 내측(즉, 중심축(C1)을 향하는 방향)으로 연장되는 복수의 티스(12)를 갖는다. 티스(12)의 반경방향 내측의 단부에는, 로터(5)의 외주면에 대향하는 치선(齒先)부(13)가 형성되어 있다.
본 명세서에서는, 9개의 티스(12)가 둘레방향으로 일정 간격으로 배치되어 있지만, 티스(12)의 수는 3개 이상이면 좋다. 둘레방향으로 이웃하는 티스(12) 사이에는, 코일(4)을 수용하는 공간인 슬롯(14)이 형성된다.
또한, 스테이터 코어(10)는 각각 1개의 티스(12)를 포함하는 복수(본 명세서에서는 9개)의 분할 코어(9)가 환상으로 연결된 구성을 갖는다. 이러한 분할 코어(9)는 요크(11)에 있어서 이웃하는 2개의 티스(12)의 중간 위치에 형성된 분할면부(15)에서 서로 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 분할 코어(9)는 분할면부(15)의 외주측에 마련된 조인트 랩(joint wrap) 또는 소성 변형 가능한 박육부(도시되지 않음)에 의해 서로 연결되어 있다.
코일(4)은 마그넷 와이어를 인슐레이터(2) 및 절연 필름(3)(도 6의 (B))을 거쳐서 티스(12)에 감은 것이다. 코일(4)의 선 직경은 예를 들면, 1.0㎜이다. 코일(4)은 각 티스(12)에 집중 권(卷)에 의해 예를 들면, 80턴 감기고, 3상 Y결선(結線)으로 결선된다. 코일(4)의 선 직경 및 턴수는, 요구되는 회전수, 토크, 인가 전압 또는 슬롯(14)의 면적에 따라 결정된다. 코일(4)의 권선시에는, 스테이터 코어(10)의 분할 코어(9)를 띠 형상으로 전개함으로써, 권선 작업이 용이하게 된다.
스테이터 코어(10)는 후술하는 도 8에 도시되는 바와 같이, 축방향 양단부에 위치하는 제 1 코어부(10A)와, 축방향 중앙부에 위치하는 제 2 코어부(10B)를 갖는다. 또한, 제 1 코어부(10A)는 스테이터 코어(10)의 축방향 양단부에 한정하지 않고, 축방향의 적어도 일단부에 마련되어 있으면 좋다.
도 2는 제 2 코어부(10B)를 도시하는 평면도이다. 제 2 코어부(10B)는 적층 강판(101)을 축방향으로 적층하고, 코킹 등으로 일체화한 것이다. 적층 강판(101)은 예를 들면, 전자 강판이다. 적층 강판(101)의 판두께 및 적층 간극에 대해서는 후술한다.
제 2 코어부(10B)는 환상의 제 2 요크부(11B)와, 제 2 요크부(11B)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 복수의 제 2 티스부(12B)를 갖는다. 제 2 티스부(12B)의 수는, 본 명세서에서는 9개이다. 제 2 티스부(12B)는 그 반경방향 내측의 단부에, 제 2 티스부(12B)의 다른 부분보다 폭이 넓은 제 2 치선부(13B)를 갖는다.
제 2 코어부(10B)는 각각 1개의 제 2 티스부(12B)를 포함하는 복수의 분할 코어(9B)가 상술한 분할면부(15)에서 환상으로 연결된 구성을 갖는다.
도 3은 제 2 코어부(10B)의 1개의 분할 코어(9B)를 도시하는 도면이다. 제 2 요크부(11B)는 반경방향 외측의 외주면(110)과, 반경방향 내측의 내주면(111B)을 갖는다. 제 2 티스부(12B)는 둘레방향 양측의 측면(121B)을 갖는다. 제 2 치선부(13B)는 로터(5)에 대향하는 선단부면(130)과, 반경방향 외측의 외주면(131B)을 갖는다.
제 2 요크부(11B)의 내주면(111B)과, 제 2 티스부(12B)의 측면(121B)과, 제 2 치선부(13B)의 외주면(131B)은 슬롯(14)에 접하여 있다.
제 2 요크부(11B)의 외주면(110)에는, 오목부(19)가 형성되어 있다. 오목부(19)는 코일(4)의 권선 작업시에 스테이터 코어(10)를 보지하는 지그가 결합하는 부분이며, 또한, 전동기(100)가 압축기에 장착된 상태로 냉매 유로가 되는 부분이다. 오목부(19)는 예를 들면, 제 2 티스부(12B)의 폭방향 중심을 통과하는 반경방향의 직선 상에 위치하여 있다.
제 2 요크부(11B)에는, 후술하는 인슐레이터(2)의 돌기(26)(도 6의 (B))가 압입되는 고정 구멍(16)이 형성되어 있다. 고정 구멍(16)은 제 2 티스부(12B)의 폭방향 중심을 통과하는 반경방향의 직선 상에 위치하여 있지만, 그 위치에 한정되는 것은 아니다. 또한, 고정 구멍(16)의 단면 형상은, 본 명세서에서는 반원형이지만, 반원형으로 한정되는 것은 아니다.
제 2 요크부(11B)에는, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)을 서로 고정하는 코킹부(17) 및 코킹부(18)가 형성되어 있다. 코킹부(17)는 고정 구멍(16)의 반경방향 내측에 형성되어 있고, 코킹부(18)는 고정 구멍(16)의 둘레방향 양측에 2개 형성되어 있다. 단, 코킹부(17, 18)의 위치는 이러한 위치에 한정되는 것은 아니다. 또한, 코킹부(17)는 환 코킹이며(도 10의 (A), (B) 참조), 코킹부(18)는 V 코킹이지만(도 9의 (A), (B) 참조), 이들로 한정되는 것은 아니다.
도 4는 제 1 코어부(10A)를 도시하는 평면도이다. 제 1 코어부(10A)는 적층 강판(101)을 축방향으로 적층하고, 코킹부 등에서 일체화한 것이다. 적층 강판(101)은 예를 들면, 전자 강판이다. 적층 강판(101)의 판두께 및 적층 간극에 대해서는 후술한다.
제 1 코어부(10A)는 환상의 제 1 요크부(11A)와, 제 1 요크부(11A)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 복수의 제 1 티스부(12A)를 갖는다. 제 1 티스부(12A)의 수는, 본 명세서에서는 9개이다. 제 1 티스부(12A)는 그 반경방향 내측의 단부에, 제 1 티스부(12A)의 다른 부분보다 폭이 넓은 제 1 치선부(13A)를 갖는다.
제 1 코어부(10A)는 각각 1개의 제 1 티스부(12A)를 포함하는 복수의 분할 코어(9A)가, 상술한 분할면부(15)에서 환상으로 연결된 구성을 갖는다.
도 5는 제 1 코어부(10A)의 하나의 분할 코어(9A)를 도시하는 도면이다. 도 5에는, 게다가, 제 2 코어부(10B)의 분할 코어(9B)(도 3)의 윤곽을 파선으로 나타내고 있다. 제 1 요크부(11A)는 반경방향 외측의 외주면(110)과, 반경방향 내측의 내주면(111A)을 갖는다. 제 1 티스부(12A)는 둘레방향 양측의 측면(121A)을 갖는다. 제 1 치선부(13A)는 로터(5)에 대향하는 선단부면(130)과, 반경방향 외측의 외주면(131A)을 갖는다.
제 1 요크부(11A)의 내주면(111A), 제 1 티스부(12A)의 측면(121A), 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)은, 모두 슬롯(14)에 접하여 있다.
제 1 요크부(11A)의 내주면(111A)은 제 2 요크부(11B)의 내주면(111B)보다 반경방향 외측에 위치하여 있다. 또한, 제 1 티스부(12A)의 측면(121A)은 제 2 티스부(12B)의 측면(121B)보다 폭방향(둘레방향) 내측에 위치하여 있다. 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)은 제 2 치선부(13B)의 외주면(131B)보다 반경방향 내측에 위치하여 있다.
즉, 제 1 요크부(11A)의 내주면(111A), 제 1 티스부(12A)의 측면(121A), 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)은 슬롯(14)의 면적을 크게 하는 방향으로 변위한 위치에 있다.
그 때문에, 제 1 요크부(11A)의 내주면(111A)에 인접하는 부분, 제 1 티스부(12A)의 측면(121A)에 인접하는 부분, 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)에 인접하는 부분에는, 단차부(125)가 형성된다. 바꿔말하면, 슬롯(14)에 접하는 단차부(125)가 형성된다.
또한, 이러한 구성에 한정되지 않고, 제 1 요크부(11A)의 내주면(111A), 제 1 티스부(12A)의 측면(121A), 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A) 중 적어도 1개(예를 들면, 제 1 티스부(12A)의 측면(121A))가, 슬롯(14)의 면적을 크게 하는 방향으로 변위하고, 거기에 단차부(125)가 마련되어 있으면 좋다.
제 1 요크부(11A)의 외주면(110)은 제 2 요크부(11B)의 외주면(110)(도 3)과 동일면 상에 있다. 또한, 제 1 치선부(13A)의 선단부면(130)은 제 2 치선부(13B)의 선단부면(130)(도 3)과 동일면 상에 있다.
제 1 요크부(11A)에는, 고정 구멍(16), 코킹부(17, 18) 및 오목부(19)가 형성되어 있지만, 이러한 배치 및 형상은 제 2 요크부(11B)(도 3)에 형성되어 있는 것 것과 동일하다.
도 6의 (A)는 스테이터 코어(10)(분할 코어(9))를 도시하는 사시도이다. 상기대로, 제 1 요크부(11A)의 내주면(111A)에 인접하는 부분, 제 1 티스부(12A)의 측면(121A)에 인접하는 부분, 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)에 인접하는 부분에는, 단차부(125)가 형성된다. 이 단차부(125)는 다음에 설명하는 인슐레이터(2)가 끼워맞춤되는 부분이다.
도 6의 (B)는 스테이터 코어(10)에 인슐레이터(2) 및 절연 필름(3)을 장착시킨 상태를 도시하는 사시도이다. 인슐레이터(2)는 스테이터 코어(10)의 축방향의 양단부(즉, 제 1 코어부(10A))에, 1개씩 장착되어 있다. 인슐레이터(2)는 예를 들면, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 수지로 구성된다.
각 인슐레이터(2)는 요크(11)에 장착되는 벽부(25)와, 티스(12)에 장착되는 몸통부(22)와, 치선부(13)에 장착되는 플랜지부(21)를 갖는다. 플랜지부(21)와 벽부(25)는 몸통부(22)를 사이에 두고 반경방향으로 서로 대향하여 있다.
몸통부(22)에는, 코일(4)이 감겨진다. 플랜지부(21) 및 벽부(25)는 몸통부(22)에 감겨진 코일(4)을 반경방향 양측으로부터 가이드한다. 플랜지부(21) 및 벽부(25)에는, 몸통부(22)에 감겨지는 코일(4)을 위치 결정하는 단차부(23)를 마련해도 좋다.
인슐레이터(2)의 벽부(25)에는, 스테이터 코어(10)의 고정 구멍(16)(도 6의 (A))에 압입되는 돌기(26)(도 6의 (B)에서는 파선으로 나타냄)가 형성되어 있다. 돌기(26)는 축방향으로 돌출하고, 반원 형상의 단면을 갖는다. 단, 돌기(26)의 단면 형상은 반원 형상으로 한정되지 않고, 고정 구멍(16)에 대응한 형상이면 좋다.
스테이터 코어(10) 중, 제 2 코어부(10B)의 슬롯(14)측의 면에는, 절연 필름(3)이 장착되어 있다. 절연 필름(3)은 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 수지로 구성된다. 절연 필름(3)은 제 2 요크부(11B)의 내주면(111B)과, 제 2 티스부(12B)의 측면(121B)과, 제 2 치선부(13B)의 외주면(131B)(도 6의 (A))을 덮고 있다.
인슐레이터(2) 및 절연 필름(3)은 스테이터 코어(10)와, 슬롯(14) 내의 코일(4)을 전기적으로 절연한다.
도 7의 (A)는 티스(12)와, 그 주위의 인슐레이터(2) 및 절연 필름(3)을 도시하는, 반경방향에 직교하는 면에 있어서의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 제 1 티스부(12A)의 둘레방향 양측에는, 단차부(125)가 형성된다. 각 인슐레이터(2)는 단차부(125)에 끼워맞춤되는 것에 의해, 티스(12)의 축방향 단부에 장착된다. 또한, 상술한 바와 같이, 단차부(125)는 제 1 요크부(11A)의 내주면(111A)(도 6의 (A))의 둘레방향 내측 및 제 1 치선부(13A)의 외주면(131A)(도 6의 (A))의 반경방향 외측에도 형성된다.
이와 같이 구성되어 있기 때문에, 인슐레이터(2)는 티스(12)로부터 슬롯(14)측으로 돌출하지 않도록 장착된다. 이에 의해, 슬롯(14)의 면적을 크게 하고, 코일(4)의 권수를 많게 할 수 있다.
도 7의 (B)는 비교예의 티스(12)와 인슐레이터(200)를 도시하는, 도 7의 (A)에 대응하는 단면도이다. 비교예에서는, 티스(12)가 직사각형상의 단면을 갖고, 이 티스(12)를 축방향 양단과 둘레방향 양단(즉, 양측면)으로부터 둘러싸도록 인슐레이터(200)가 마련된다. 본 비교예에서는, 인슐레이터(200)가 슬롯(14)측으로 돌출하기 때문에, 도 7의 (A)에 도시한 구성과 비교하여, 슬롯(14)의 면적이 작아진다.
<와전류 손실을 저감하기 위한 구성>
다음에, 와전류 손실을 저감하기 위한 구성에 대해서 설명한다. 도 8은 전동기(100)를 도시하는 종단면도이다. 상기대로, 스테이터 코어(10)는 복수의 적층 강판(101)을 축방향으로 적층한 것이며, 로터 코어(50)는 복수의 적층 강판(501)을 축방향으로 적층한 것이다. 스테이터 코어(10) 및 로터 코어(50)는 축방향의 길이가 서로 동일하다. 또한, 도 8에서는, 도시의 편의상, 적층 강판(101, 501)의 두께를 두껍게 도시하고 있다.
적층 강판(501)의 판두께(T0) 및 적층 간극(L0)은 로터 코어(50)의 축방향의 전역에 걸쳐서 일정하다. 판두께(T0)란, 적층 강판(501)의 1매의 두께를 말한다. 적층 간극(L0)이란, 축방향으로 겹쳐지는 2매의 적층 강판(501) 사이의 간극(갭)을 말한다.
로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)는 예를 들면, 0.1㎜ 내지 0.7㎜(일례로서는, 0.35㎜)이다. 또한, 판두께(T0)가 0.35㎜인 경우, 적층 간극(L0)은 예를 들면, 0.003㎜이다.
스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1) 및 적층 간극(L1)은, 모두, 스테이터 코어(10)의 축방향의 전역에 걸쳐서 일정하다. 판두께(T1)란, 적층 강판(101)의 1매의 두께를 말한다. 적층 간극(L1)이란, 축방향으로 겹쳐지는 2매의 적층 강판(101) 사이의 간극(갭)을 말한다.
적층 강판(101)의 판두께(T1)는 예를 들면, 0.1㎜ 내지 0.7㎜(일례로서는, 0.35㎜)이다. 또한, 적층 강판(101)의 판두께(T1)가 0.35㎜인 경우, 적층 간극(L1)은 예를 들면, 0.01㎜이다.
예를 들어, 스테이터 코어(10)의 축방향 길이가 45㎜인 경우, 제 1 코어부(10A)의 축방향 길이는 각각 5㎜이며, 제 2 코어부(10B)의 축방향 길이는 35㎜이다.
본 실시형태 1에서는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)는 동일하다. 한편, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)과, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)은 L0<L1의 관계에 있다.
적층 강판(101)의 적층 간극(L1)은 코킹부(17, 18)(도 1)의 형상에 의해서 조정할 수 있다. 도 9의 (A) 및 (B)는 V 코킹인 코킹부(18)를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도이다. 코킹부(18)는 적층 강판(101)의 프레스 가공에 의해 형성된다. 예를 들어, 적층 강판(101)의 이면에 형성한 V자 형상의 볼록부(18a)를, 그 하측의 적층 강판(101)의 표면에 형성한 V자 형상의 오목부(18b)에 끼워맞춤시킴으로써, 복수의 적층 강판(101)을 서로 고정한다. 프레스 가공시에 볼록부(18a)의 돌출량, 즉, 오목부(18b)의 깊이(코킹 깊이라고 칭함)(P)를 조정하는 것에 의해, 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)을 조정할 수 있다.
도 10의 (A) 및 (B)는 환 코킹인 코킹부(17)를 모식적으로 도시하는 평면도 및 단면도이다. 코킹부(17)는 적층 강판(101)의 프레스 가공에 의해 형성된다. 예를 들어, 적층 강판(101)의 이면에 형성한 원통 형상의 볼록부(17a)를, 그 하측의 적층 강판(101)의 표면에 형성한 원통 형상의 오목부(17b)에 끼워맞춤시킴으로써, 복수의 적층 강판(101)을 서로 고정한다. 프레스 가공시에 볼록부(17a)의 돌출량, 즉, 오목부(17b)의 깊이(코킹 깊이라고 칭함)(P)를 조정하는 것에 의해, 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)을 조정할 수 있다.
도 9 및 도 10에는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 코킹부(17, 18)를 도시했지만, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)도 이와 마찬가지로 조정할 수 있다. 본 실시형태 1에서는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 코킹 깊이는 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 코킹 깊이보다 깊다.
<작용>
다음에, 본 실시형태 1의 전동기(100)의 작용에 대해서 설명한다. 도 11은 비교예의 전동기(100F)를 도시하는 종단면도이다. 설명의 편의상, 비교예의 전동기(100F)의 구성요소에도, 실시형태 1의 전동기(100)의 구성요소와 마찬가지의 부호를 부여하여 설명한다.
비교예의 전동기(100F)의 스테이터 코어(10)는, 판두께(T1)의 적층 강판(101)을 적층 간극(L1)으로 축방향으로 적층한 것이지만, 본 적층 간극(L1)은 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)과 동일하다(L1=L0). 전동기(100F)의 다른 구성은 전동기(100)와 마찬가지이다.
비교예의 전동기(100F)의 스테이터 코어(10)는, 실시형태 1과 마찬가지로, 제 1 코어부(10A)와 제 2 코어부(10B)를 갖고, 제 1 코어부(10A)의 제 1 티스부(12A)는 제 2 코어부(10B)의 제 2 티스부(12B)보다 폭이 좁다(도 5 참조). 그 때문에, 로터(5)의 영구 자석(53)으로부터 나온 자속이 제 1 티스부(12A)에 유입되면, 제 1 티스부(12A)에서는 자속 밀도가 높아지기 쉽다.
제 1 티스부(12A)에서 자속 밀도가 포화하면, 자속의 일부가 폭이 넓은 제 2 티스부(12B)를 향해서 축방향으로 흐른다. 즉, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판면에 수직인 방향으로 자속이 흐르기 때문에, 와전류가 발생할 가능성이 있다.
도 12는 적층 강판(101)에 있어서의 와전류의 발생을 설명하기 위한 모식도이다. 적층 강판(101)은 판두께(T1)가 0.1㎜ 내지 0.7㎜로 얇기 때문에, 화살표(F1)로 나타내는 바와 같이 적층 강판(101)의 단부면으로부터 자속이 침입해도, 와전류는 생기기 어렵다. 이에 대해, 화살표(F2)로 나타내는 바와 같이 적층 강판(101)의 판면에 수직으로 자속이 침입하면, 와전류가 생기기 쉽다.
그 때문에, 도 11에 도시한 비교예와 같이, 스테이터 코어(10) 내를 제 1 티스부(12A)로부터 제 2 티스부(12B)를 향해서 자속이 축방향으로 흐르면, 와전류 손실(철 손실)이 생기고, 모터 효율의 저하를 초래할 가능성이 있다.
이에 대해, 본 실시형태 1의 전동기(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(10)를 구성하는 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)이 로터 코어(50)를 구성하는 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)보다 크다(L0<L1).
바꿔말하면, 스테이터 코어(10)의 단위 길이(보다 구체적으로는, 축방향에 있어서의 단위 길이) 당 적층 강판(101)의 매수가, 로터 코어(50)의 단위 길이 당 적층 강판(501)의 매수보다 적다. 그 때문에, 스테이터 코어(10)에서는, 로터 코어(50)와 비교하여, 축방향의 자기 저항이 크고, 자속이 축방향으로 흐르기 어렵다.
따라서, 제 1 티스부(12A)에서 자속 밀도가 포화하면, 자속의 일부는 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 축방향으로 흐르고 나서, 제 2 티스부(12B)에 침입한다. 제 2 티스부(12B)는 폭이 넓고 자기 포화가 생기기 어렵기 때문에, 축방향의 자속의 흐름은 생기기 어렵다.
그 결과, 스테이터 코어(10) 내를 축방향으로 흐르는 자속을 저감할 수 있고, 이에 의해, 도 12를 참조하여 설명한 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실을 억제하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 상기대로, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 자속이 축방향으로 흐르지만, 로터 코어(50)에 있어서의 영구 자석(53)의 위치는 변화하지 않기 때문에, 로터(5)의 회전에 따른 로터 코어(50) 내의 자속 밀도 변화가 작다. 그 때문에, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 자속이 축방향으로 흘러도, 이에 기인하는 와전류 손실의 증가는 비교적 작다.
이에 대해, 스테이터 코어(10)에서는, 로터(5)의 회전에 따라, 티스(12)와 영구 자석(53)의 위치 관계가 변화하기 때문에, 로터(5)의 회전에 따른 스테이터 코어(10) 내의 자속 밀도 변화가 크다. 그 때문에, 스테이터 코어(10) 내를 자속이 축방향으로 흐르면, 이에 기인하여 와전류 손실이 증가하기 쉽다. 그래서, 본 실시형태 1에서는, 스테이터 코어(10)를, 로터 코어(50)보다 자속이 축방향으로 흐르기 어려운 구성으로 하여, 와전류 손실을 저감하고 있다.
도 13은 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)의 차이(L1-L0)와, 모터 효율의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 명세서에서는, 적층 간극(L0)을 0.003㎜로 하고, 적층 간극(L1)을 변화시켰을 경우의 모터 효율의 변화를 나타낸다. 모터 효율은 L1=L0=0.003㎜인 경우의 모터 효율에 대한 비율로 나타내고 있다.
도 13으로부터, 적층 간극의 차이(L1-L0)가 0.004㎜ 내지 0.012㎜인 범위에 있을 때에는, 특히 높은 모터 효율(100.07% 이상)이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이는, 적층 간극의 차이(L1-L0)가 증가할수록, 스테이터 코어(10) 내를 자속이 축방향으로 흐르기 어려워져서 와전류 손실이 저감하지만, 적층 간극(L1)이 너무 커지면, 스테이터 코어(10) 자체의 철 손실이 증가하기 때문이다. 그 때문에, 적층 간극의 차이(L1-L0)는 0.004㎜ 내지 0.012㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
<실시형태의 효과>
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1에서는, 스테이터 코어(10)가 축방향 단부의 제 1 코어부(10A)와 축방향 중앙부의 제 2 코어부(10B)를 갖고, 제 1 코어부(10A)에서는 제 2 코어부(10B)보다 슬롯(14)의 면적이 크다. 또한, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)과, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1) 사이에, L0<L1가 성립한다. 그 때문에, 스테이터 코어(10)에서는, 로터 코어(50)보다 축방향의 자기 저항이 크고, 자속이 축방향으로 흐르기 어렵다. 이에 의해, 제 1 코어부(10A)의 제 1 티스부(12A)에서 자기 포화가 생겼을 경우에서도, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)에서의 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)에 있어서의 제 1 티스부(12A)의 둘레방향의 폭이, 제 2 코어부(10B)에 있어서의 제 2 티스부(12B)의 둘레방향의 폭보다 좁기 때문에, 제 1 티스부(12A)의 측방에 단차부(125)를 형성할 수 있고, 이 단차부(125)에 인슐레이터(2)를 끼워맞춤시킬 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 코킹 깊이가 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 코킹 깊이보다 깊기 때문에, 간단한 구성으로, 상술한 적층 간극(L0, L1)의 관계(L0<L1)를 실현할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)과 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극의 차이(L1-L0)가, 0.004㎜≤L1-L0≤0.012㎜를 만족하는 것에 의해, 와전류 손실의 저감 효과를 높이고, 모터 효율을 더욱 향상할 수 있다.
또한, 영구 자석(53)이 희토류 자석이며, 잔류 자속 밀도가 높기 때문에, 제 1 티스부(12A)에서 자기 포화가 생기기 쉽다. 그 때문에, 본 실시형태 1에 의한 와전류 손실의 억제 효과가 보다 유효하게 발휘된다.
또한, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)은 둘레방향 중앙부가 반경방향 내측으로 돌출하도록 V자 형상으로 형성되어 있기 때문에, 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 자속이 축방향으로 흐르기 쉽다. 그 때문에, 스테이터 코어(10)에서의 와전류 손실의 저감 효과를 높일 수 있다.
또한, 인슐레이터(2)가 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)와 제 2 코어부(10B) 사이의 단차부(125)에 끼워맞춤되기 때문에, 인슐레이터(2)의 슬롯(14)측으로의 돌출량을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 슬롯(14)의 면적을 크게 하고, 코일(4)의 권수를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 코일 저항(즉, 구리 손실)을 저감하고, 모터 효율을 더욱 향상할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 슬롯(14)의 내면에, 절연 필름(3)이 마련되어 있기 때문에, 슬롯(14)의 면적을 확보하면서, 코일(4)과 스테이터 코어(10)를 절연할 수 있다.
실시형태 2.
도 14는 실시형태 2의 전동기(100A)를 도시하는 종단면도이다. 상술한 실시형태 1에서는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)이 일정한 적층 간극(L1)으로 적층되어 있었다. 이에 대해, 본 실시형태 2에서는, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)와 제 2 코어부(10B)에서, 적층 강판(101)의 적층 간극이 상이하다.
보다 구체적으로는, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L2)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)은, L0≤L2<L1의 관계를 만족한다.
바꿔말하면, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 코킹 깊이는, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 코킹 깊이보다 깊고, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 코킹 깊이는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 코킹 깊이 이상이다.
게다가 바꿔말하면, 제 1 코어부(10A)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수는, 제 2 코어부(10B)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수보다 적다. 또한, 제 2 코어부(10B)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수는, 로터 코어(50)의 단위 길이 당 적층 강판(501)의 매수 이하이다.
그 때문에, 본 실시형태 2에서는, 제 1 코어부(10A)에 있어서의 축방향의 자기 저항이 제 2 코어부(10B)에 있어서의 축방향의 자기 저항보다 크고, 제 2 코어부(10B)에 있어서의 축방향의 자기 저항이 로터 코어(50)에 있어서의 축방향의 자기 저항 이상이다.
본 실시형태 2에서는, 상술한 L0≤L2<L1의 관계에 의해, 제 1 코어부(10A)에서 자속이 축방향으로 가장 흐르기 어렵고, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역에서 자속이 축방향으로 가장 흐르기 쉽다. 따라서, 제 1 티스부(12A)에서 자기 포화가 생겼을 경우에는, 자속은 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 축방향으로 흐른다.
그 결과, 실시형태 1과 마찬가지로, 스테이터 코어(10) 내를 축방향으로 흐르는 자속을 저감하고, 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실(철 손실)을 억제하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)의 차이(L1-L0)는, 실시형태 1과 마찬가지로, 0.004㎜ 내지 0.012㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
실시형태 2의 전동기(100A)의 구성은 스테이터 코어(10)의 구성을 제외하고, 실시형태 1의 전동기(100)(도 8)와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 2에서는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)과, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L2)이, L0≤L2<L1의 관계를 만족하기 때문에, 제 1 코어부(10A)에서는 자속이 축방향으로 가장 흐르기 어렵고, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역에서는 자속이 축방향으로 가장 흐르기 쉽다. 따라서, 스테이터 코어(10) 내의 축방향의 자속의 흐름을 저감하고, 이에 의해 와전류 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
실시형태 3.
도 15는 실시형태 3의 전동기(100B)를 도시하는 종단면도이다. 상술한 실시형태 1에서는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)와, 로터 코어(50)의 적층 강판(101)의 판두께(T0)가 동일하였다. 이에 대해, 본 실시형태 3에서는, 스테이터 코어(10)와 로터 코어(50)에서, 적층 강판(101, 501)의 판두께가 상이하다.
보다 구체적으로는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)보다 두껍다. 바꿔말하면, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)는, T0>T1의 관계를 만족한다.
로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)는 예를 들면, 0.35㎜이며, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)는 예를 들면, 0.25㎜이다.
또한, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)은 본 명세서에서는 동일(L0=L1)하다.
적층 강판의 판두께가 얇을수록, 단위 길이 당 적층 매수가 많아진다. 그 때문에, 적층 강판(101, 501)의 적층 간극(L0, L1)이 동일해도, 적층 강판(101)의 단위 길이 당 적층 간극(L1)의 합계는, 적층 강판(501)의 단위 길이 당 적층 간극(L0)의 합계보다 커진다.
그 때문에, 스테이터 코어(10)에서는, 로터 코어(50)와 비교하여, 축방향의 자기 저항이 크고, 자속이 축방향으로 흐르기 어렵다. 따라서, 제 1 티스부(12A)에서 자속 밀도가 포화하면, 자속은 로터 코어(50) 내를 축방향으로 흐른다.
그 결과, 실시형태 1과 마찬가지로, 스테이터 코어(10) 내를 축방향으로 흐르는 자속을 저감하고, 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실을 억제하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
도 16은 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)의 차이(T0-T1)와, 모터 효율의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 명세서에서는, 판두께(T0)를 0.35㎜로 하고, 판두께(T1)를 변화시켰을 경우의 모터 효율의 변화를 나타내고 있다. 또한, 모터 효율은 T0=T1=0.35㎜인 경우의 모터 효율에 대한 비율로 나타내고 있다.
도 16으로부터, 판두께의 차이(T0-T1)가 0.05㎜ 내지 0.15㎜의 범위에 있을 때에는, 특히 높은 모터 효율(100.10% 이상)이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 이는, 판두께의 차이(T0-T1)가 증가할수록, 스테이터 코어(10) 내를 자속이 축방향으로 흐르기 어려워져서 와전류 손실이 저감하지만, 판두께(T1)가 너무 얇아지면, 스테이터 코어(10)의 히스테리시스 손실이 증가하기 때문이다. 그 때문에, 판두께의 차이(T0-T1)는 0.05㎜ 내지 0.15㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태 3의 전동기(100A)의 구성은 스테이터 코어(10)의 구성을 제외하고, 실시형태 1의 전동기(100)(도 8)와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 3에서는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1) 사이에, T0>T1가 성립한다. 그 때문에, 스테이터 코어(10)에서는, 로터 코어(50)와 비교하여 자속이 축방향으로 흐르기 어렵다. 이에 의해, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)에 있어서의 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)과 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께의 차이(T0-T1)가, 0.05㎜≤T0-T1≤0.15㎜를 만족함으로써, 와전류 손실의 저감 효과를 높이고, 모터 효율을 더욱 향상할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)은 본 명세서에서는 동일(L0=L1)하지만, 실시형태 1과 같이, L0<L1를 만족하도록 해도 좋다. 본 경우, 적층 간극의 차이(L1-L0)는 0.004㎜ 내지 0.012㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태 2와 같이, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L2)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)이 L0≤L2<L1의 관계를 만족하도록 해도 좋다.
실시형태 4.
도 17은 실시형태 4의 전동기(100C)를 도시하는 종단면도이다. 상술한 실시형태 3에서는, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)가 일정하였다. 이에 대해, 본 실시형태 4에서는, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)와 제 2 코어부(10B)에서, 적층 강판(101)의 판두께가 상이하다.
보다 구체적으로는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)와, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 판두께(T2)는, T0≥T2>T1의 관계를 만족한다.
바꿔말하면, 제 1 코어부(10A)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수는, 제 2 코어부(10B)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수보다 적다. 또한, 제 2 코어부(10B)의 단위 길이 당 적층 강판(101)의 매수는, 로터 코어(50)의 단위 길이 당 적층 강판(501)의 매수 이하이다.
그 때문에, 본 실시형태 4에서는, 제 1 코어부(10A)에 있어서의 축방향의 자기 저항이 제 2 코어부(10B)에 있어서의 축방향의 자기 저항보다 크고, 또한, 제 2 코어부(10B)에 있어서의 축방향의 자기 저항이 로터 코어(50)에 있어서의 축방향의 자기 저항 이상이다.
본 실시형태 4에서는, 상술한 T0≥T2>T1의 관계에 의해, 제 1 코어부(10A)에서 자속이 축방향으로 가장 흐르기 어렵고, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역에서 자속이 축방향으로 가장 흐르기 쉽다. 따라서, 제 1 티스부(12A)에서 자기 포화가 생겼을 경우에는, 자속은 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역을 축방향으로 흐른다.
그 결과, 실시형태 1과 마찬가지로, 스테이터 코어(10) 내를 축방향으로 흐르는 자속을 저감하고, 와전류의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 와전류 손실을 억제하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 실시형태 4의 전동기(100A)의 구성은 스테이터 코어(10)의 구성을 제외하고, 실시형태 1의 전동기(100)(도 8)와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 4에서는, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 스테이터 코어(10)의 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)와, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 판두께(T2)가 T0≥T2>T1의 관계를 만족하기 때문에, 제 1 코어부(10A)에서는 자속이 축방향으로 가장 흐르기 어렵고, 로터 코어(50)의 자석 삽입 구멍(51)보다 외주측의 영역에서는 자속이 축방향으로 가장 흐르기 쉽다. 따라서, 스테이터 코어(10) 내의 축방향의 자속의 흐름을 저감하고, 이에 의해 와전류 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상할 수 있다.
또한, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)은 본 명세서에서는 동일(L0=L1)하지만, 실시형태 1과 같이, L0<L1를 만족하도록 해도 좋다. 본 경우, 적층 간극의 차이(L1-L0)는 0.004㎜ 내지 0.012㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태 2와 같이, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)과, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L2)과, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)이 L0≤L2<L1의 관계를 만족하도록 해도 좋다.
실시형태 5.
도 18은 실시형태 5의 전동기(100D)를 도시하는 종단면도이다. 상술한 실시형태 1 내지 4에서는, 로터 코어(50)의 축방향 길이와 스테이터 코어(10)의 축방향 길이가 서로 동일하였다. 이에 대해, 본 실시형태 5에서는, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 길다.
도 18에 도시되는 바와 같이, 로터 코어(50)의 축방향 양단부는 스테이터 코어(10)로부터 축방향으로 돌출하여 있다. 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)는 예를 들면, 50㎜이며, 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)는 예를 들면, 45㎜이다.
다른 구성은 실시형태 4에서 설명한 대로이다. 즉, 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 판두께(T0)와, 제 1 코어부(10A)의 적층 강판(101)의 판두께(T1)와, 제 2 코어부(10B)의 적층 강판(101)의 판두께(T2)가 T0≥T2>T1의 관계를 만족한다.
본 실시형태 5에서는, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 길다. 그 때문에, 코일(4)의 선 길이를 길게 하는 일없이, 코일(4)에 쇄교하는 영구 자석(53)의 자속을 증가시킬 수 있다. 즉, 코일 저항을 작게 하고, 모터 효율을 더 향상할 수 있다.
한편, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 길기 때문에, 스테이터 코어(10)의 축방향 양단부(즉, 제 1 코어부(10A))에서의 자속 밀도가 높아지고, 그 결과, 로터 코어(50)로부터 제 1 티스부(12A)에 흐르는 자속이 증가한다. 그 때문에, 제 1 티스부(12A)에서의 자기 포화에 의해서 축방향의 자속 흐름이 생기기 쉽고, 상술한 와전류 손실이 특히 발생하기 쉽다.
본 실시형태 5에서는, 상술한 T0≥T2>T1의 관계에 의해, 스테이터 코어(10)에서의 와전류 손실의 발생을 억제하고 있지만, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 전동기(10D)에서는, 이 와전류 손실의 억제 효과가 특히 유효하게 발휘된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 5에서는, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 길기 때문에, 상술한 T0≥T2>T1의 관계에 의한 와전류 손실의 저감 효과(즉, 모터 효율의 향상 효과)가 특히 유효하게 발휘된다.
또한, 본 실시형태 5에서는, 상술한 실시형태 4에서 설명한 전동기에 있어서, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 구성을 채용하였다. 그렇지만, 실시형태 1 내지 3에서 설명한 전동기에 있어서, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 구성을 채용해도 좋다.
도 19는 실시형태 1에서 설명한 전동기(100)(도 8)에 있어서, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 구성을 채용한 전동기(100E)를 도시하는 종단면도이다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 로터 코어(50)의 축방향 양단은 스테이터 코어(10)로부터 축방향으로 돌출하여 있다.
스테이터 코어(10) 및 로터 코어(50)는 축방향 길이가 상이한 것을 제외하고, 실시형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 스테이터 코어(10)의 적층 강판(101)의 적층 간극(L1)은 로터 코어(50)의 적층 강판(501)의 적층 간극(L0)보다 넓다(L0<L1).
상술한 L0<L1의 관계에 의해, 스테이터 코어(10)에서의 와전류 손실의 발생을 억제할 수 있지만, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 전동기(10E)에서는, 이 와전류 손실의 억제 효과가 특히 유효하게 발휘된다.
또한, 실시형태 2 및 3에서 설명한 전동기에, 로터 코어(50)의 축방향 길이(Hr)가 스테이터 코어(10)의 축방향 길이(Hs)보다 긴 구성을 채용했을 경우도, 와전류 손실의 억제 효과가 특히 유효하게 발휘된다.
<로터리 압축기>
다음에, 상술한 각 실시형태의 전동기가 적용 가능한 로터리 압축기(300)에 대해서 설명한다. 도 20은 로터리 압축기(300)를 도시하는 단면도이다. 로터리 압축기(300)는 프레임(301)과, 프레임(301) 내에 배치된 압축 기구(310)와, 압축 기구(310)를 구동하는 전동기(100)를 구비한다.
압축 기구(310)는 실린더실(312)을 갖는 실린더(311)와, 전동기(100)의 샤프트(58)에 고정된 롤링 피스톤(314)과, 실린더실(312) 내를 흡입측과 압축측으로 나누는 베인(도시되지 않음)과, 샤프트(58)가 삽입되어서 실린더실(312)의 축방향 단부면을 폐쇄하는 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)을 갖는다. 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)에는, 상부 토출 머플러(318) 및 하부 토출 머플러(319)가 각각 장착되어 있다.
프레임(301)은 예를 들면, 두께 3㎜의 강판을 드로잉 가공하여 형성된 원통 형상의 용기이다. 프레임(301)의 바닥부에는, 압축 기구(310)의 각 미끄럼운동부를 윤활하는 냉동기유(도시되지 않음)가 저류되어 있다. 샤프트(58)는 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)에 의해서 회전 가능하게 보지되어 있다.
실린더(311)는 내부에 실린더실(312)을 구비하고 있다. 롤링 피스톤(314)은 실린더실(312) 내에서 편심 회전한다. 샤프트(58)는 편심축부를 갖고 있고, 그 편심축부에 롤링 피스톤(314)이 끼워맞춤되어 있다.
전동기(100)의 스테이터 코어(10)는 수축 끼워맞춤에 의해 프레임(301)의 내측에 장착되어 있다. 스테이터 코어(10)에 권회된 코일(4)에는, 프레임(301)에 고정된 유리 단자(305)로부터 전력이 공급된다. 로터(5)의 샤프트 구멍(55)(도 1)에는, 샤프트(58)가 고정되어 있다.
프레임(301)의 외부에는, 냉매 가스를 저장하는 어큐물레이터(302)가 장착되어 있다. 프레임(301)에는 흡입 파이프(303)가 고정되고, 이 흡입 파이프(303)를 거쳐서 어큐물레이터(302)로부터 실린더(311)에 냉매 가스가 공급된다. 또한, 프레임(301)의 상부에는, 냉매를 외부에 토출하는 토출 파이프(307)가 마련되어 있다.
냉매로서는, 예를 들면, R410A, R407C 또는 R22 등을 이용할 수 있다. 또한, 지구 온난화 방지의 관점에서는, 저GWP(지구 온난화 계수)의 냉매를 이용하는 것이 바람직하다. 저GWP의 냉매로서는, 예를 들면, 이하의 냉매를 이용할 수 있다.
(1) 우선, 조성 중에 탄소의 이중 결합을 갖는 할로겐화 탄화수소, 예를 들면, HFO(Hydro-Fluoro-Orefin)-1234yf(CF3CF=CH2)를 이용할 수 있다. HFO-1234yf의 GWP는 4이다.
(2) 또한, 조성 중에 탄소의 이중 결합을 갖는 탄화수소, 예를 들면, R1270(프로필렌)을 이용해도 좋다. R1270의 GWP는 3이며, HFO-1234yf보다 낮지만, 가연성은 HFO-1234yf보다 높다.
(3) 또한, 조성 중에 탄소의 이중 결합을 갖는 할로겐화 탄화수소 또는 조성 중에 탄소의 이중 결합을 갖는 탄화수소가 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물, 예를 들면, HFO-1234yf와 R32의 혼합물을 이용해도 좋다. 상술한 HFO-1234yf는 저압 냉매 때문에 압력손실이 커지는 경향이 있고, 냉동 사이클(특히, 증발기)의 성능 저하를 초래할 가능성이 있다. 그 때문에, HFO-1234yf보다 고압 냉매인 R32 또는 R41의 혼합물을 이용하는 것이 실용 상은 바람직하다.
로터리 압축기(300)의 동작은 이하대로이다. 어큐물레이터(302)로부터 공급된 냉매 가스는 흡입 파이프(303)를 통해서 실린더(311)의 실린더실(312) 내에 공급된다. 전동기(100)가 구동되어서 로터(5)가 회전하면, 로터(5)와 함께 샤프트(58)가 회전한다. 그리고, 샤프트(58)에 끼워맞춤되는 롤링 피스톤(314)이 실린더실(312) 내에서 편심 회전하고, 실린더실(312) 내에서 냉매가 압축된다. 압축된 냉매는 토출 머플러(318, 319)를 통해, 게다가 전동기(100)에 마련된 구멍(도시되지 않음)을 통해서 프레임(301) 내를 상승하고, 토출 파이프(307)로부터 토출된다.
상술한 각 실시형태에서 설명한 전동기는 와전류의 억제에 의해 높은 모터 효율을 갖는다. 그 때문에, 압축기(300)의 구동원에 각 실시형태에서 설명한 전동기를 이용함으로써, 압축기(300)의 운전 효율을 향상할 수 있다.
<공기 조화 장치>
다음에, 도 20에 도시한 압축기(300)를 구비한 공기 조화 장치(400)에 대해서 설명한다. 도 21은 공기 조화 장치(400)를 도시하는 도면이다. 도 21에 도시한 공기 조화 장치(400)는 압축기(401)와, 응축기(402)와, 스로틀 장치(감압 장치)(403)와, 증발기(404)를 구비한다. 압축기(401), 응축기(402), 스로틀 장치(403) 및 증발기(404)는 냉매 배관(407)에 의해서 연결되고, 냉동 사이클을 구성하고 있다. 즉, 압축기(401), 응축기(402), 스로틀 장치(403) 및 증발기(404)의 순서로, 냉매가 순환한다.
압축기(401), 응축기(402) 및 스로틀 장치(403)는 실외기(410)에 마련되어 있다. 압축기(401)는 도 20에 도시한 로터리 압축기(300)로 구성되어 있다. 실외기(410)에는, 응축기(402)에 실외의 공기를 공급하는 실외측 송풍기(405)가 마련되어 있다. 증발기(404)는 실내기(420)에 마련되어 있다. 본 실내기(420)에는, 증발기(404)에 실내의 공기를 공급하는 실내측 송풍기(406)가 마련되어 있다.
공기 조화 장치(400)의 동작은 다음과 같다. 압축기(401)는 흡입한 냉매를 압축하여 송출한다. 응축기(402)는 압축기(401)로부터 유입한 냉매와 실외의 공기의 열교환을 실행하고, 냉매를 응축하여 액화시켜서 냉매 배관(407)에 송출한다. 실외측 송풍기(405)는 응축기(402)에 실외의 공기를 공급한다. 스로틀 장치(403)는 개방도를 변화시키는 것에 의해서, 냉매 배관(407)을 흐르는 냉매의 압력 등을 조정한다.
증발기(404)는 스로틀 장치(403)에 의해 저압 상태로 된 냉매와 실내의 공기의 열교환을 실행하고, 냉매에 공기의 열을 빼앗아서 증발(기화)시켜서, 냉매 배관(407)에 송출한다. 실내측 송풍기(406)는 증발기(404)에 실내의 공기를 공급한다. 이에 의해, 증발기(404)에서 열이 빼앗긴 냉풍이 실내에 공급된다.
공기 조화 장치(400)는 각 실시형태에서 설명한 전동기의 적용에 의해 운전 효율을 향상한 압축기(401)를 이용하여 있다. 그 때문에, 공기 조화 장치(400)의 운전 효율을 향상할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종의 개량 또는 변형을 실행할 수 있다.
1 : 스테이터, 2 : 인슐레이터, 3 : 절연 필름, 4 : 코일, 5 : 로터, 9, 9A, 9B : 분할 코어, 10 : 스테이터 코어, 10A : 제 1 코어부, 10B : 제 2 코어부, 11 : 요크, 11A : 제 1 요크부, 11B : 제 2 요크부, 12 : 티스, 12A : 제 1 티스부, 12B : 제 2 티스부, 13 : 치선부, 13A : 제 1 치선부, 13B : 제 2 치선부, 14 : 슬롯, 16 : 구멍, 17, 18 : 코킹부, 20 : 몸통부, 21 : 플랜지부, 25 : 벽부, 26 : 돌기, 50 : 로터 코어, 51 : 자석 삽입 구멍, 52 : 플럭스 배리어, 53 : 영구 자석, 55 : 샤프트 구멍, 58 : 샤프트, 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E : 전동기, 101 : 적층 강판, 111A, 111B : 내주면, 121A, 121B : 측면, 125 : 단차부, 131A, 131B : 외주면, 300 : 로터리 압축기(압축기), 301 : 프레임, 310 : 압축 기구, 400 : 공기 조화 장치, 401 : 압축기, 402 : 응축기, 403 : 스로틀 장치, 404 : 증발기, 405 : 실외측 송풍기, 406 : 실내측 송풍기, 407 : 냉매 배관, 410 : 실외기, 420 : 실내기, 501 : 적층 강판

Claims (14)

  1. 회전축을 중심으로 하여 회전 가능한 로터로서, 회전축의 축방향으로 적층 강판을 적층한 로터 코어와, 상기 로터 코어에 매립된 영구 자석을 갖는 로터와,
    상기 로터를 둘러싸도록 마련된 스테이터로서, 적층 강판을 상기 축방향으로 적층한 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어에 감겨진 코일을 갖는 스테이터를 갖고,
    상기 스테이터 코어는 상기 코일을 수용하는 슬롯을 갖고,
    상기 스테이터 코어는 상기 축방향의 단부에 위치하는 제 1 코어부와, 상기 축방향의 중앙부에 위치하는 제 2 코어부를 갖고,
    상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 슬롯의 면적은, 상기 제 2 코어부에 있어서의 상기 슬롯의 면적보다 크고,
    상기 로터 코어의 상기 적층 강판의 판두께(T0) 및 적층 간극(L0)과, 상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 판두께(T1) 및 적층 간극(L1) 사이에,
    T0>T1, 및 L0<L1
    중 적어도 일방이 성립하는
    전동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 상기 회전축을 중심으로 하는 둘레방향으로 연장되는 요크와, 상기 요크로부터 상기 회전축을 향해서 연장되는 티스를 갖고,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 티스의 상기 둘레방향의 폭은, 상기 제 2 코어부에 있어서의 상기 티스의 상기 둘레방향의 폭보다 좁은
    전동기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 코킹 깊이가, 상기 로터 코어의 상기 적층 강판의 코킹 깊이보다 깊은
    전동기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 코어의 상기 적층 강판의 적층 간극(L0)과,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 적층 간극(L1)과,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 2 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 적층 간극(L2)이
    L0≤L2<L1
    을 만족하는
    전동기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 간극(L1)과 상기 적층 간극(L0)의 차이(L1-L0)가
    0.004㎜≤L1-L0≤0.012㎜
    를 만족하는
    전동기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 코어의 상기 적층 강판의 판두께(T0)와,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 판두께(T1)와,
    상기 스테이터 코어의 상기 제 2 코어부에 있어서의 상기 적층 강판의 판두께(T2)가
    T0≥T2>T1
    을 만족하는
    전동기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판두께(T0)와 상기 판두께(T1)의 차이(T0-T1)가
    0.05㎜≤T0-T1≤0.15㎜
    를 만족하는
    전동기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 코어의 상기 축방향의 길이가 상기 스테이터 코어의 상기 축방향의 길이보다 긴
    전동기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 희토류 자석인
    전동기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 코어는 상기 영구 자석을 삽입하는 자석 삽입 구멍을 갖고,
    상기 자석 삽입 구멍은 상기 회전축을 중심으로 하는 둘레방향의 중앙부가 상기 회전축을 향해서 돌출하도록, V자 형상으로 형성되어 있는
    전동기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치된 인슐레이터를 더 구비하고,
    상기 인슐레이터는 상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부와 상기 제 2 코어부 사이에 형성되는 단차부에 끼워맞춤되어 있는
    전동기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인슐레이터는 상기 스테이터 코어의 상기 제 1 코어부에 배치되고,
    상기 스테이터 코어의 상기 슬롯의 내면에는, 절연 필름이 배치되어 있는
    전동기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전동기와, 상기 전동기에 의해서 구동되는 압축 기구를 구비한
    압축기.
  14. 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 구비하고,
    상기 압축기는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전동기와, 상기 전동기에 의해서 구동되는 압축 기구를 구비한
    공기 조화 장치.
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