WO2022113346A1 - ステータ、モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
Definitions
- the present disclosure relates to a stator, a motor, a compressor and a refrigeration cycle device.
- Patent Document 1 In order to reduce the cost and weight of the motor, it is being considered to use an aluminum wire instead of a copper wire as the winding of the motor (for example, Patent Document 1).
- JP-A-2017-158327 (see, for example, paragraph 0008).
- Aluminum wire has a higher electrical resistivity than copper wire, and therefore has a large amount of heat generated when energized. Therefore, it is required to efficiently dissipate the heat generated in the winding.
- the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to improve heat dissipation in a motor using an aluminum wire for winding.
- the stator of the present disclosure is a stator core having a yoke extending in the circumferential direction around the axis, teeth extending inward in the radial direction from the yoke in the radial direction, and a slot adjacent to the teeth in the circumferential direction. And an insulator provided on the inner surface of the slot, and a winding wound around the teeth via the insulator and housed in the slot.
- the winding has a conductor made of aluminum.
- the teeth have a side end that is a circumferential end and the yoke has an inner peripheral that is a radial inner end.
- the shortest distance D1 between the side end of the tooth and the winding satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- the shortest distance D2 between the inner peripheral portion of the yoke and the winding wire satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- the stator of the present disclosure is a stator core having a yoke extending in the circumferential direction around the axis, teeth extending inward in the radial direction from the yoke in the radial direction, and a slot adjacent to the teeth in the circumferential direction. And an insulator provided on the inner surface of the slot, and a winding wound around the teeth via the insulator and housed in the slot.
- the winding has a conductor made of aluminum.
- the teeth have a side end that is a circumferential end and the yoke has an inner peripheral that is a radial inner end.
- the inner circumference of the yoke is located radially outside the straight line that passes through the base of the side end of the tooth on the yoke side and is orthogonal to the side end, and at least a part of the inner circumference of the yoke is linear. It extends to.
- the amount of heat transfer from the winding to the stator core can be increased, which can improve the heat dissipation in the motor using the aluminum wire for the winding.
- FIG. It is sectional drawing which shows the motor of Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the stator of Embodiment 1.
- FIG. It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the winding of the motor of Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the circumference of the slot of the stator of Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which enlarges and shows the circumference of the slot of the stator of the comparative example.
- It is a schematic diagram for demonstrating the surface area in a slot of a stator core. It is a graph which shows the relationship between the shortest distance between a stator core and a winding, and the difference in heat transfer amount.
- FIG. 3A is a cross-sectional view showing the periphery of the slot of the stator of the third embodiment
- FIG. 3B is an enlarged view showing a part of the insulator.
- FIG. 3A is a cross-sectional view showing the periphery of the slot of the stator of the third embodiment
- FIG. 3B is an enlarged view showing a part of the insulator.
- FIG. 3A is a cross-sectional view showing the periphery of the slot of the stator of the third embodiment
- FIG. 3B is an enlarged view showing a part of the insulator.
- FIG. 4 shows the circumference of the slot of the stator of Embodiment 4.
- FIG. 4 is sectional drawing which enlarges and shows the circumference of the slot of the stator of Embodiment 4.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing the motor 100 of the first embodiment.
- the motor 100 shown in FIG. 1 is a three-phase synchronous motor.
- the motor 100 is used, for example, in the compressor 300 (FIG. 20) and is driven and controlled by the inverter 7 (FIG. 20).
- the motor 100 has a rotor 5 having a shaft 6 which is a rotation shaft, and a stator 1 provided so as to surround the rotor 5.
- An air gap of, for example, 0.3 to 1.0 mm is formed between the stator 1 and the rotor 5.
- the stator 1 is incorporated inside the closed container 301 of the compressor 300 (FIG. 20) described later.
- the direction of the axis axis Ax which is the center of rotation of the rotor 5, that is, the central axis of the shaft 6, is referred to as the "axial direction".
- the radial direction centered on the axis Ax is defined as the “diameter direction”.
- the circumferential direction centered on the axis Ax is defined as the “circumferential direction”, and is indicated by an arrow R in FIG. 1 and the like.
- the rotor 5 has a cylindrical rotor core 50 centered on the axis Ax, and a permanent magnet 55 attached to the rotor core 50.
- the rotor core 50 is composed of a laminated body in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction and fixed by caulking or the like.
- the thickness of the electrical steel sheet is 0.1 to 0.7 mm, and here it is 0.35 mm.
- a central hole 54 is formed in the radial center of the rotor core 50.
- a shaft 6 is fixed to the center hole 54 of the rotor core 50 by shrink fitting or press fitting.
- the rotor core 50 has a circumferential outer circumference.
- a plurality of magnet insertion holes 51 into which the permanent magnets 55 are inserted are formed.
- One magnet insertion hole 51 corresponds to one magnetic pole, and the space between adjacent magnet insertion holes 51 is a pole.
- the number of magnet insertion holes 51 is 6 here. In other words, the number of poles is 6. However, the number of poles is not limited to 6, and may be 2 or more.
- the magnet insertion hole 51 extends linearly in a direction orthogonal to a radial straight line passing through the polar center, that is, the circumferential center of the magnet insertion hole 51.
- One permanent magnet 55 is inserted into each magnet insertion hole 51.
- Two or more permanent magnets 55 may be arranged in each magnet insertion hole 51.
- the magnet insertion hole 51 is not limited to a linear shape, and may extend in a V shape, for example.
- the permanent magnet 55 has a flat plate shape, has a width in the circumferential direction of the rotor core 50, and has a thickness in the radial direction.
- the permanent magnet 55 is composed of, for example, a rare earth magnet containing neodymium (Nd), iron (Fe) and boron (B).
- a flux barrier 52 as a leakage flux suppressing hole is formed at both ends in the circumferential direction of the magnet insertion hole 51.
- a thin wall portion is formed between the flux barrier 52 and the outer periphery of the rotor core 50.
- the width of the thin portion is set to, for example, 0.35 mm, which is equivalent to the plate thickness of the electrical steel sheet, in order to suppress a magnetic flux short circuit between adjacent magnetic poles.
- a slit 53 is formed on the radial outer side of the magnet insertion hole 51.
- the seven slits 53 are formed symmetrically about the circumferential center of the magnet insertion hole 51, that is, the polar center.
- the number and arrangement of the slits 53 are arbitrary. Further, it is possible to configure the structure without the slit 53.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the stator 1.
- the stator 1 has a stator core 10 that surrounds the rotor core 50 from the outside in the radial direction, and a winding wire 3 wound around the stator core 10.
- the stator core 10 is composed of a laminated body in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction and fixed by caulking or the like.
- the thickness of the electrical steel sheet is 0.1 to 0.7 mm, and here it is 0.35 mm.
- the stator core 10 has an annular yoke 11 centered on the axis Ax, and a plurality of teeth 12 extending radially inward from the yoke 11.
- the yoke 11 has an inner peripheral portion 11a and an outer peripheral portion 11b.
- the teeth 12 are formed at regular intervals in the circumferential direction.
- the number of teeth 12 is 9 here.
- the number of teeth 12 is not limited to 9, and may be 2 or more.
- a slot 13, which is a space for accommodating the winding 3, is formed between the teeth 12 adjacent to each other in the circumferential direction.
- the number of slots 13 is the same as the number of teeth 12.
- the tooth 12 has a tooth tip portion 120 at an end portion on the inner side in the radial direction thereof.
- the tooth tip portion 120 protrudes on both sides in the circumferential direction from the other portion of the tooth 12.
- the tooth tip portion 120 faces the rotor 5.
- a slot opening 14 connected to the slot 13 is formed between the tooth tips 120 of the adjacent teeth 12.
- the teeth 12 has a side end portion 12a which is an end portion in the circumferential direction.
- the tooth tip portion 120 of the tooth 12 has a tooth tip tip portion 12c facing the rotor 5, an inclined end portion 12b facing the slot 13, and an opening end portion 12d facing the slot opening 14.
- the winding 3 is formed of a magnet wire and is wound around each tooth 12 in a concentrated manner.
- the number of turns of the winding 3 on one tooth 12 is, for example, 80 turns.
- the winding 3 has U-phase, V-phase, and W-phase winding portions, which are connected by a Y connection.
- An insulator 2 is attached to the inner surface of the slot 13 of the stator core 10.
- the insulator 2 is composed of, for example, an insulating film.
- the insulating film is made of a resin such as polyethylene terephthalate (PET).
- PET polyethylene terephthalate
- the insulator 2 is fixed to the inner surface of the slot 13 by, for example, adhesion.
- an insulator 29 (FIG. 19 (B)) is provided at the axial end portion of the stator core 10.
- the insulator 29 is a resin molded product such as polybutylene terephthalate (PBT).
- PBT polybutylene terephthalate
- the insulator 29 has a protrusion that fits into the fitting hole 103 formed in the teeth 12, whereby the insulator 29 is attached to the stator core 10.
- the winding 3 is wound around the teeth 12 via the insulator 2 and the insulator 29.
- FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional shape of the winding 3.
- the winding 3 has a conductor 31 and a coating 32 surrounding the conductor 31.
- the conductor 31 is made of aluminum.
- the coating 32 is made of an insulating resin such as polyesterimide or polyamideimide.
- the outer diameter of the conductor 31 can be regarded as the outer diameter d1 of the winding 3.
- the outer diameter d1 of the winding 3 is, for example, 0.75 mm.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1.
- the slot 13 is surrounded by a side end portion 12a of the teeth 12, an inclined end portion 12b, and an inner peripheral portion 11a of the yoke 11.
- a slot opening 14 is formed between the opposite opening ends 12d of the adjacent teeth 12.
- the slot opening 14 serves as an inlet through which the winding 3 is passed when the winding 3 is wound around the teeth 12, that is, when the winding 3 is arranged in the slot 13.
- the straight line extending in the radial direction through the circumferential center of the teeth 12 is defined as the teeth center line T1.
- the side end portion 12a of the teeth 12 extends parallel to the teeth center line T1.
- the inclined end portion 12b of the teeth 12 is inclined with respect to the teeth center line T1.
- the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 extends in an arc shape centered on the axis Ax (FIG. 2).
- the insulator 2 is formed so as to cover the side end portion 12a of the tooth 12, the inner peripheral portion 11a of the yoke 11, and the inclined end portion 12b of the tooth tip portion 120.
- the portion covering the side end portion 12a of the teeth 12 is referred to as the teeth insulating portion 21
- the portion covering the inclined end portion 12b is referred to as the tooth tip insulating portion 23
- the portion covering the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 is referred to.
- the tooth tip insulating portion 23 of the insulator 2 projects from the inclined end portion 12b of the tooth tip portion 120 into the slot opening 14. By projecting the tooth tip insulating portion 23 into the slot opening 14, it is possible to prevent the winding 3 in the slot 13 from falling off. Further, when the winding 3 is inserted into the slot 13 from the slot opening 14, the tooth tip insulating portion 23 is elastically deformable.
- the winding 3 is wound around the teeth 12 in a plurality of layers via the insulator 2.
- the winding 3 may be wound in a bale shape or may be wound randomly (non-aligned).
- the bale stacking will be described in the second embodiment.
- the winding 3 is shown in three layers, but the number of layers of the winding 3 is arbitrary. Further, the winding 3 is in contact with not only the tooth insulating portion 21 but also the yoke insulating portion 22.
- the shortest distance between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 is D1.
- the shortest distance D1 is the distance from the side end portion 12a of the teeth 12 to the innermost layer (innermost layer) of the winding 3.
- the shortest distance D1 is the same as the thickness of the insulator 2, more specifically, the thickness of the teeth insulating portion 21.
- the shortest distance between the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 and the winding 3 is D2.
- the shortest distance D2 is the distance from the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 to the portion of the winding wire 3 located on the outermost side in the radial direction.
- the shortest distance D2 is the same as the thickness of the insulator 2, more specifically, the thickness of the yoke insulating portion 22.
- a winding whose conductor is made of aluminum is called an aluminum wire
- a winding whose conductor is made of copper is called a copper wire.
- the winding 3 of the present embodiment is an aluminum wire as described above.
- Aluminum wire has a higher electrical resistance than copper wire, and copper loss when energized, that is, resistance loss is large, so that the amount of heat generated is large. Therefore, it is a problem to efficiently dissipate the heat in the slot 13.
- the winding 3 is in contact with the side end portion 12a of the teeth 12 via the teeth insulating portion 21, and is in contact with the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 via the yoke insulating portion 22. Therefore, the shorter the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 and the shorter the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 and the winding 3, the more from the winding 3 to the yoke 11. The amount of heat transfer increases.
- the shortest distances D1 and D2 be determined so that the amount of heat transferred from the winding 3 to the teeth 12 and the yoke 11 is as large as possible without generating a leakage current.
- the shortest distance D that is, the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3.
- FIG. 5 is a diagram showing a stator 1G of a comparative example in which a copper wire is used for the winding 3.
- a copper wire is used for the winding 3
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 and the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 and the shortest distance D2 between the winding 3 and the winding 3 are both. It is set to 1.0 ⁇ 10 -3 [m].
- the compressor 300 operates under an intermediate load condition and the motor 100 using a copper wire for the winding 3 rotates at a low speed, if the current flowing through the winding 3 is 2 [A], it is 1 [from the start of operation. h] After the lapse of time, the temperature of the winding 3 rises from 20 ° C to 63 ° C.
- the copper loss when a copper wire is used for the winding 3 and the copper loss when an aluminum wire is used for the winding 3 are calculated.
- the phase resistance at room temperature of 20 ° C. is 2.44 ⁇ .
- the phase resistance refers to the resistance of one phase of the U-phase, V-phase, and W-phase of the winding 3.
- the copper loss of the winding 3 is obtained by the product of the winding resistance, which is three times the phase resistance, and the square of the current.
- the copper loss when a copper wire is used for the winding 3 is 3 ⁇ (2.44 ⁇ (234.5 + 63) / () in consideration of the increase in resistance due to the temperature change from 20 ° C to 63 ° C. It is calculated by 234.5 + 20 )) ⁇ 22 and becomes 34.28 [W].
- the copper loss when the aluminum wire is used for the winding 3 is calculated from the ratio of the electrical resistivity of the copper wire and the aluminum wire based on the copper loss when the copper wire is used for the winding 3.
- the electrical resistivity of the copper wire is 1.98 ⁇ 10-8 [ ⁇ ⁇ m]
- the electrical resistivity of the aluminum wire is 3.48 ⁇ 10-8 [ ⁇ ⁇ m].
- the copper loss when the aluminum wire is used for the winding 3 is 3 ⁇ (2.44 ⁇ (234.5 + 63) / (234.5 + 20)) ⁇ ((3.48 ⁇ 10-8 ) / 1. 98 ⁇ 10-8 ) It is calculated by 22 and becomes 60.23 [W]. That is, when the aluminum wire is used for the winding 3, the copper loss is increased by 25.94 [W] as compared with the case where the copper wire is used.
- the diameter d1 of the winding 3 is 0.75 ⁇ 10 -3 [m]
- the length of the winding 3 arranged in one slot 13 is 15.594 [m].
- the specific heat c of the copper wire is 390 [J / (Kg ⁇ ° C.)], and the density ⁇ is 8960 [kg / m 3 ].
- the specific heat c of the aluminum wire is 900 [J / (Kg ⁇ ° C.)], and the density ⁇ is 2710 [kg / m 3 ].
- the volume V [m 3 ] of the winding 3 in the slot 13 is 6.2 ⁇ 10 -5 [m 3 ].
- the temperature rise ⁇ T when a copper wire is used for the winding 3 is 0.569 ° C
- the temperature rise ⁇ T when an aluminum wire is used for the winding 3 is 1. It becomes 433 ° C.
- the heat transfer amount Q from the winding 3 to the stator core 10 is calculated. As described above, the heat of the winding 3 is transferred to the stator core 10 from the inner surface of the slot 13 via the insulator 2.
- FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the inner surface area A of the slot 13.
- the side end portion 12a of the teeth 12 and the inner peripheral portion 11a of the yoke 11, which are surfaces in contact with the winding 3 serve as heat transfer surfaces for transferring the heat of the winding 3 to the stator core 10.
- the area of this heat transfer surface is defined as the inner surface area A of the slot 13.
- the inner surface area A of the slot 13 is the sum of the length Lc of the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 on the plane orthogonal to the axial direction and twice the length Lt of the side end portion 12a of the teeth 12 (Lc + 2 ⁇ Lt). It is the product of the axial length of the stator core 10 and the number of slots 13.
- the inner surface area A of the slot 13 is 0.018024 [m 2 ].
- the thermal conductivity k of the PET forming the insulator 2 is 0.2 [W / (m ⁇ ° C.)].
- the heat transfer amount Q Al when an aluminum wire is used for the winding 3 is calculated.
- the heat transfer amount Q Al is set for each case where the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3 is changed from 0.01 ⁇ 10 -3 [m] to 0.40 ⁇ 10 -3 [m].
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3 and the heat transfer amount difference ⁇ Q.
- the horizontal axis shows the shortest distance D [m] between the stator core 10 and the winding 3, and the vertical axis shows the heat transfer amount difference ⁇ Q [W].
- the heat transfer amount difference ⁇ Q is 25.94, which is the copper loss difference between the copper wire and the aluminum wire described above. [W] or more.
- the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3 is set to 0.181 ⁇ 10 -3 [m] or less, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10 is increased, and the winding 3
- the temperature rise due to the use of aluminum wire can be suppressed in the same manner as when copper loss is used.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 is set to 0.181 ⁇ 10 -3 [m] or less, and the shortest distance between the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 and the winding 3 is set.
- the distance D2 is set to 0.181 ⁇ 10 -3 [m] or less, the amount of heat transfer from the winding 3 to the teeth 12 and the yoke 11 is increased, and the temperature rise due to the use of the aluminum wire for the winding 3 is increased. It can be suppressed.
- the capacitance C [F] between the stator core 10 and the winding 3 is the dielectric constant ⁇ [F / m] of air, the inner surface area A of the slot 13, and the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3. And are expressed by the following equation (3).
- the relative permittivity of air is 1.0, and the permittivity ⁇ is 8.854 ⁇ 10-12 .
- C ⁇ ⁇ (A / D)... (3)
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3 and the capacitance C [F].
- the horizontal axis shows the shortest distance D [m] between the stator core 10 and the winding 3
- the vertical axis shows the capacitance C [F] between the stator core 10 and the winding 3.
- the upper limit of the capacitance at which leakage current does not occur is 800 pF. From FIG. 8, it can be seen that if the shortest distance D between the stator core 10 and the winding 3 is 0.023 ⁇ 10 -3 m or more, the capacitance can be suppressed to 800 pF.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 is 0.023 ⁇ 10 -3 m or more, and the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 11a of the yoke 11 and the winding 3 is set.
- the value of the dielectric constant of air was used as the value of the dielectric constant ⁇ , but in reality, the insulator 2 also exists between the stator core 10 and the winding 3. Since the relative permittivity (2.9) of the PET forming the insulator 2 is higher than the relative permittivity of air, leakage current is less likely to occur.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m], and the yoke 11
- the winding 3 is connected to an aluminum wire. It is possible to suppress the temperature rise due to the use of the above and prevent the generation of leakage current.
- the calculation was performed using specific numerical values such as the current flowing through the winding 3, the volume V of the winding 3, and the inner surface area A of the slot 13.
- the shortest distances D1 and D2 are 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m] and 0.023 ⁇ 10 -3 . If [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m] is satisfied, it is possible to obtain the effect of reducing the temperature rise and making it difficult for the leakage current to occur.
- the stator 1 of the first embodiment has a stator core 10 having a yoke 11, a teeth 12, and a slot 13, an insulator 2 provided on the inner surface of the slot 13, and an insulator 2 on the teeth 12. It comprises a winding 3 wound through, and the winding 3 has a conductor 31 made of aluminum.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m], and the inner peripheral portion of the yoke 11
- the shortest distance D2 between 11a and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m]. Therefore, it is possible to increase the amount of heat transfer from the winding 3 to the stator core 10 while suppressing the generation of leakage current, and to suppress the temperature rise due to the use of the aluminum wire for the winding 3.
- the shortest distances D1 and D2 are the same and the thickness of the insulating film constituting the insulator 2 is the same, the shortest distances D1 and D2 are within the above range with a simpler configuration. Can be done.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1A of the second embodiment.
- the shape of the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 of the stator core 10A is different from that of the stator 1 of the first embodiment.
- the end portion of the side end portion 12a of the teeth 12 on the yoke 11 side that is, the end portion on the outer peripheral side of the side end portion 12a is referred to as the root portion A1.
- the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 extends linearly from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 on a plane orthogonal to the axial direction.
- the shape of the teeth 12 is the same as that of the first embodiment.
- the insulator 2A of the second embodiment has a tooth insulating portion 21, a yoke insulating portion 24, and a tooth tip insulating portion 23.
- the yoke insulating portion 24 covers the inner peripheral portion 11c of the yoke 11.
- the tooth insulating portion 21 and the tooth tip insulating portion 23 are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1A.
- a straight line extending from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 toward the inside of the slot 13 and orthogonal to the side end portion 12a is referred to as a straight line L1.
- the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1. That is, the angle formed by the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 and the side end portion 12a of the teeth 12 is larger than the right angle.
- the winding 3 can be easily arranged so as to be in contact with the inner peripheral portion 11c, and the winding 3 and the inner peripheral portion 11c are arranged.
- the contact area can be increased.
- the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A can be increased, and the heat dissipation can be improved.
- the bale stacking means that the winding 3 of the k + 1st layer (k ⁇ 1) for one turn (indicated by the reference numeral W in FIG. 10) is wound so as to be in contact with the winding 3 of the kth layer at two points. To tell.
- the contact area between the winding portions of the adjacent turns of the windings 3 and the winding portions of the adjacent layers increases, and the arrangement density of the windings 3 is high. Become. Therefore, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A can be further increased.
- the winding portion of the k + 1th layer of the winding 3 (indicated by the symbol W) is in contact with the winding portion of the kth layer at two contacts C. Then, the winding portion of the k + 1st layer is contacted at the two contacts C, and the winding portion of the k + 2nd layer is contacted at the two contacts C. That is, the winding 3 has a winding portion having six contacts C with the winding portion of the adjacent turn and the contact C with the winding portion of the adjacent layer.
- the more the winding portion 3 has in each slot 13 the winding portion having six contacts C with the surrounding winding portion the more the amount of heat transfer from the winding 3 to the stator core 10A increases.
- the winding 3 has at least one winding portion having six contacts C with the surrounding winding portions in each slot 13, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A can be transferred. The effect of increasing is obtained.
- the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 extends linearly, as compared with the case where the inner peripheral portion 11a (FIG. 4) extends in an arc shape as in the first embodiment. , The contact portion between the winding 3 wound in a bale shape and the inner peripheral portion 11c can be increased. Therefore, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A is further increased.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m]. It is desirable that the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- stator 1A of the second embodiment is the same as that of the stator 1 of the first embodiment except for the above points.
- the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 of the stator 1A extends linearly. Further, the inner peripheral portion 11c of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1 that passes through the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and is orthogonal to the side end portion 12a. Therefore, the winding 3 can be easily arranged so as to be in contact with the inner peripheral portion 11c, and the contact portion between the winding 3 and the inner peripheral portion 11c can be increased. As a result, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A can be increased, and heat dissipation can be improved.
- the windings 3 are wound in a bale-like manner, the contact area between the adjacent turns of the windings 3 and the winding portions of the adjacent layers is increased, and the arrangement density of the windings 3 is increased. be able to. Therefore, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A can be further increased, and the heat dissipation can be further improved.
- FIG. 11A is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1B of the third embodiment.
- the stator 1B of the third embodiment has a different structure of the insulator 2B from the stator 1A of the second embodiment.
- the configuration of the stator core 10A of the stator 1B is as described in the second embodiment.
- the folded portion 28 folded back into the slot 13 at the tip of the tooth tip insulating portion 23.
- the folded-back portion 28 is formed so as to sandwich the winding wire 3 with the tooth insulating portion 21.
- FIG. 11B is a diagram showing the teeth insulating portion 21 and the folded portion 28 of the insulator 2B together with the winding 3. Due to the elastic force of the insulator 2B, the folded-back portion 28 urges the winding 3 toward the side end portion 12a of the teeth 12 as shown by an arrow F. That is, the folded-back portion 28 functions as an urging portion that urges the winding 3 toward the side end portion 12a of the teeth 12.
- the folded portion 28 of the insulator 2B urges the winding 3 toward the teeth 12, the contact area between the adjacent turns of the winding 3 and the winding portions of the adjacent layers increases, and the arrangement of the winding 3 is increased. The density increases. Therefore, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10A is further increased.
- the insulator 2B is attached to the stator core 10F in which the split core 18 (FIG. 18) described later is connected in an annular shape.
- the folded portion 28 can effectively generate a force for urging the winding 3 toward the side end portion 12a of the teeth 12.
- the configuration of the stator 1B of the third embodiment is the same as that of the stator 1A of the second embodiment except for the above points.
- the folded portion 28 of the third embodiment may be provided on the insulator 2 of the first embodiment.
- the folded portion 28 of the insulator 2B urges the winding portion 3 toward the teeth 12, so that the contact area between the winding portions of the winding portion 3 is increased and the winding portion 3 is wound.
- the arrangement density of the line 3 can be improved. As a result, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10B can be increased, and the heat dissipation can be further improved.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1C of the fourth embodiment.
- the shape of the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 of the stator core 10C is different from that of the stator 1 of the first embodiment.
- the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 has a first portion 15a extending linearly from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and a first portion 15a extending linearly from the end of the first portion 15a into the slot on a plane orthogonal to the axial direction. It has a second portion 15b extending linearly toward the circumferential center P1.
- the shape of the teeth 12 is the same as that of the first embodiment.
- the insulator 2C of the fourth embodiment has a tooth insulating portion 21, a yoke insulating portion 25, and a tooth tip insulating portion 23.
- the yoke insulating portion 25 has a first portion 25a that covers the first portion 15a of the inner peripheral portion 15 of the yoke 11, and a second portion 25b that covers the second portion 15b.
- the tooth insulating portion 21 and the tooth tip insulating portion 23 are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1C.
- the entire inner peripheral portion 15 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1. Therefore, as described in the second embodiment, the winding 3 can be easily arranged so as to be in contact with the inner peripheral portion 15, and the contact portion between the winding 3 and the inner peripheral portion 15 can be increased.
- the first portion 15a of the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 extends linearly outward from the straight line L1 from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12. That is, the angle formed by the first portion 15a and the side end portion 12a of the teeth 12 is larger than the right angle.
- the boundary point between the first portion 15a and the second portion 15b of the inner peripheral portion 15 of the yoke 11, that is, the end of the first portion 15a is defined as the boundary point E1.
- the second portion 15b of the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 extends linearly between the boundary point E1 and the slot inner peripheral center P1.
- the angle formed by the second portion 15b and the side end portion 12a of the teeth 12 is smaller than the angle formed by the first portion 15a and the side end portion 12a of the teeth 12. Therefore, the boundary point E1 between the first portion 15a and the second portion 15b is located radially outside the straight line L2 connecting the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and the slot inner peripheral center P1. do.
- the boundary point E1 between the first portion 15a and the second portion 15b is located radially outside the division point E2 that divides the straight line L2 into two equal parts.
- the dividing point E2 does not necessarily have to be a point obtained by dividing the straight line L2 into two equal parts, and may be a point that divides the straight line L2 into two or more.
- the contact portion between the winding 3 and the first portion 15a even when the winding 3 is wound in a bale-like manner. Can be increased. Therefore, the amount of heat transferred from the winding wire 3 to the stator core 10C can be increased.
- the boundary point E1 between the first portion 15a and the second portion 15b is located radially outside the straight line L2 connecting the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and the slot inner peripheral center P1. Therefore, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 is not too narrow. As a result, a wide magnetic path can be secured in the yoke 11.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m]. It is desirable that the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- the winding 3 is wound in a bale-like manner. Further, it is desirable that the winding 3 has at least one winding portion having six contacts with the surrounding winding portions in each slot 13.
- the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 is divided into a first portion 15a and a second portion 15b, but it may be divided into three or more.
- stator 1C of the fourth embodiment is the same as that of the stator 1 of the first embodiment except for the above points.
- the insulator 2C has a folded-back portion 28, but the folded-back portion 28 does not necessarily have to be provided.
- the inner peripheral portion 15 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1, and the first portion 15a of the inner peripheral portion 15 is the side end portion 12a of the teeth 12. It extends linearly from the root portion A1. Therefore, the contact portion between the winding 3 and the inner peripheral portion 15 can be increased, whereby the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10C can be increased, and the heat dissipation can be improved.
- the boundary point E1 between the first portion 15a and the second portion 15b of the inner peripheral portion 15 sets the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and the slot inner peripheral center P1 on the inner peripheral portion 15. It is located radially outside the connected straight line L2. Therefore, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 does not become too narrow, and a wide magnetic path can be secured in the yoke 11.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1D of the fifth embodiment.
- the shape of the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 of the stator core 10D is different from that of the stator 1 of the first embodiment.
- the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 has a first portion 16a extending linearly from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and a first portion 16a extending linearly from the end of the first portion 16a into the slot on a plane orthogonal to the axial direction. It has a second portion 16b that curves and extends toward the circumferential center P1.
- the shape of the teeth 12 is the same as that of the first embodiment.
- the insulator 2D of the fifth embodiment has a tooth insulating portion 21, a yoke insulating portion 26, and a tooth tip insulating portion 23.
- the yoke insulating portion 26 has a first portion 26a covering the first portion 16a of the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 and a second portion 26b covering the second portion 16b.
- the tooth insulating portion 21 and the tooth tip insulating portion 23 are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1D.
- the entire inner peripheral portion 16 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1. Therefore, as described in the second embodiment, the winding 3 can be easily arranged so as to be in contact with the inner peripheral portion 16, and the contact portion between the winding 3 and the inner peripheral portion 16 can be increased.
- the first portion 16a of the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 extends linearly outward from the straight line L1 from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12. That is, the angle formed by the first portion 16a and the side end portion 12a of the teeth 12 is larger than the right angle.
- the second portion 16b of the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 extends in a curved shape that is convex outward in the radial direction between the end of the first portion 16a and the slot inner peripheral center P1.
- the second portion 16b extends, for example, in an arc shape that is convex outward in the radial direction.
- the second portion 16b is not limited to an arc shape, and may be a curved shape.
- the boundary point between the first portion 16a and the second portion 16b of the inner peripheral portion 16, that is, the end of the first portion 16a described above is defined as the boundary point E1.
- the boundary point E1 of the first portion 16a is located radially outside the straight line L2 connecting the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and the slot inner peripheral center P1.
- the boundary point E1 between the first portion 16a and the second portion 16b is located radially outside the division point E2 that divides the straight line L2 into two equal parts.
- the dividing point E2 does not necessarily have to be a point obtained by dividing the straight line L2 into two equal parts, and may be a point that divides the straight line L2 into two or more.
- the contact portion between the winding 3 and the first portion 16a even when the winding 3 is wound in a bale-like manner. Can be increased. Therefore, the amount of heat transferred from the winding 3 to the stator core 10D can be increased.
- the second portion 16b of the inner peripheral portion 16 extends in a curved shape that is convex outward in the radial direction, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 does not become too narrow, and a wide magnetic path is secured in the yoke 11. Can be done.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m]. It is desirable that the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- the winding 3 is wound in a bale-like manner. Further, it is desirable that the winding 3 has at least one winding portion having six contacts with the surrounding winding portions in each slot 13.
- the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 is divided into a first portion 16a and a second portion 16b, but it may be divided into three or more.
- stator 1D of the fifth embodiment is the same as that of the stator 1 of the first embodiment except for the above points.
- the insulator 2D has the folded-back portion 28, but the folded-back portion 28 does not necessarily have to be provided.
- the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1, and the first portion 16a of the inner peripheral portion 16 is the side end portion 12a of the teeth 12. It extends linearly from the root portion A1. Therefore, the contact portion between the winding wire 3 and the inner peripheral portion 16 can be increased, thereby increasing the amount of heat transfer from the winding wire 3 to the stator core 10D and improving the heat dissipation.
- the second portion 16b of the inner peripheral portion 16 of the yoke 11 has a curved shape that is convex outward in the radial direction, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 does not become too narrow, and a wide magnetic path is secured in the yoke 11. can do.
- FIG. 16 is a cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1E of the sixth embodiment.
- the shape of the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 of the stator core 10E is different from that of the stator 1 of the first embodiment.
- Two inner peripheral portions 17 extending from the root portion A1 of the side end portions 12a of the two teeth 12 are formed on the slot 13 side of the yoke 11.
- the inner peripheral portion 17 has a first portion 17a and a second portion 17b in order from the root portion A1 side.
- the shape of the teeth 12 is the same as that of the first embodiment.
- the insulator 2E of the sixth embodiment has a tooth insulating portion 21, a yoke insulating portion 27, and a tooth tip insulating portion 23.
- the yoke insulating portion 27 has a first portion 27a covering the first portion 17a of the inner peripheral portion 17 and a second portion 27b covering the second portion 17b.
- the tooth insulating portion 21 and the tooth tip insulating portion 23 are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the slot 13 of the stator 1E.
- the entire inner peripheral portion 17 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1. Therefore, as described in the second embodiment, the winding 3 can be easily arranged so as to be in contact with the inner peripheral portion 17, and the contact portion between the winding 3 and the inner peripheral portion 17 can be increased.
- the first portion 17a of the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 extends linearly outward from the straight line L1 from the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12. That is, the angle formed by the first portion 17a and the side end portion 12a of the teeth 12 is larger than the right angle.
- the second portion 17b of the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 extends between the boundary point E1 and the slot inner peripheral center P1 so as to form two sides of a triangle that is convex outward in the radial direction.
- the second portion 17b has a side 17c on the boundary point E1 side and a side 17d on the slot inner peripheral center P1 side.
- the intersection P2 of the two sides 17c and 17d is located radially outside the boundary point E1 and the slot inner peripheral center P1.
- the boundary point between the first portion 17a and the second portion 17b of the inner peripheral portion 17 of the yoke 11, that is, the end of the first portion 17a is defined as the boundary point E1.
- the boundary point E1 between the first portion 17a and the second portion 17b is located radially outside the straight line L2 connecting the root portion A1 of the side end portion 12a of the teeth 12 and the slot inner peripheral center P1.
- the boundary point E1 between the first portion 17a and the second portion 17b is located radially outside the division point E2 that divides the straight line L2 into two equal parts.
- the dividing point E2 does not necessarily have to be a point obtained by dividing the straight line L2 into two equal parts, and may be a point that divides the straight line L2 into two or more.
- the contact portion between the winding 3 and the first portion 17a even when the winding 3 is wound in a bale shape. Can be increased. Therefore, the amount of heat transferred from the winding wire 3 to the stator core 10E can be increased.
- the second portion 17b of the inner peripheral portion 17 extends in a shape that is convex outward in the radial direction, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 does not become too narrow, and a wide magnetic path is secured in the yoke 11. be able to.
- the shortest distance D1 between the side end portion 12a of the teeth 12 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D1 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m]. It is desirable that the shortest distance D2 between the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 and the winding 3 satisfies 0.023 ⁇ 10 -3 [m] ⁇ D2 ⁇ 0.181 ⁇ 10 -3 [m].
- the winding 3 is wound in a bale-like manner. Further, it is desirable that the winding 3 has at least one winding portion having six contacts with the surrounding winding portions in each slot 13.
- the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 is divided into a first portion 17a and a second portion 17b, but it may be divided into three or more.
- stator 1E of the sixth embodiment is the same as that of the stator 1 of the first embodiment except for the above points.
- the insulator 2E has the folded-back portion 28, but the folded-back portion 28 does not necessarily have to be provided.
- the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 is located radially outside the straight line L1, and the first portion 17a of the inner peripheral portion 17 is the root of the side end portion 12a of the teeth 12. It extends linearly from the portion A1. Therefore, it is possible to increase the number of contact portions between the winding wire 3 and the inner peripheral portion 17, thereby increasing the amount of heat transfer from the winding wire 3 to the stator core 10E and improving the heat dissipation.
- the second portion 17b of the inner peripheral portion 17 of the yoke 11 has a shape that is convex outward in the radial direction, the outer peripheral side of the slot 13 in the yoke 11 does not become too narrow, and a wide magnetic path is secured in the yoke 11. Can be done.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing a motor 101 of a modified example of each embodiment.
- the stator core 10F of the stator 1F is configured by connecting a plurality of divided cores 18 in an annular shape.
- the stator core 10F is composed of nine divided cores 18, but the number of divided cores 18 may be two or more.
- the split core 18 is connected to each other by a caulking portion 102 or a thin-walled portion formed on the outer peripheral side of the split surface 19. Further, the split core 18 may be an independent component and welded on the split surface 19.
- FIG. 19A is a perspective view showing one split core 18.
- the split core 18 is composed of a laminated body in which electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction.
- the split core 18 includes one tooth 12 and is split by a split surface 19 formed on the yoke 11.
- FIG. 19B is a diagram showing a state in which the insulator 2 and the insulator 29 are attached to the split core 18.
- An insulator 2 is attached to the side end portion 12a and the inclined end portion 12b of the teeth 12 of the split core 18, and the inner peripheral portion 11a of the yoke 11.
- Insulators 29 are attached to both ends of the split core 18 in the axial direction.
- the insulator 29 has a body portion 29a located on the teeth 12, an outer wall portion 29b located on the yoke 11, and an inner wall portion 29c located on the tooth tip portion 120.
- the insulator 29 has a protrusion (not shown) that fits into the fitting hole 103 (FIG. 18) formed in the teeth 12, whereby the insulator 29 is attached to the stator core 10.
- the insulator 2 and the insulator 29 are attached to the split core 18 in a state where the stator core 10F to which the split core 18 is connected is spread out in a straight line. Then, the winding 3 is wound around the teeth 12 of the split core 18 via the insulator 2 and the insulator 29. Then, by assembling the stator core 10F in an annular shape, the annular stator core 10F can be obtained.
- stator core 10F of the modified example can be wound with the winding 3 in a state of being unfolded in a straight line, it can be easily wound in a bale-like manner. Therefore, the arrangement density of the winding 3 can be increased, thereby increasing the amount of heat transfer from the winding 3 to the stator core 10F, and further improving the heat dissipation.
- FIG. 20 is a vertical sectional view showing a compressor 300 to which the motor of each embodiment and modification is applicable.
- the compressor 300 is a rotary compressor and is used, for example, in the refrigeration cycle device 400 (FIG. 21).
- the compressor 300 includes a compression mechanism unit 310, a motor 100 for driving the compression mechanism unit 310, a shaft 6 for connecting the compression mechanism unit 310 and the motor 100, and a closed container 301 for accommodating these.
- the axial direction of the shaft 6 is the vertical direction
- the motor 100 is arranged above the compression mechanism unit 310.
- the closed container 301 is a container made of a steel plate.
- the stator 1 of the motor 100 is incorporated inside the closed container 301 by shrink fitting, press fitting, welding, or the like.
- a discharge pipe 307 for discharging the refrigerant to the outside and a terminal 305 for supplying electric power to the motor 100 are provided on the upper portion of the closed container 301.
- an accumulator 302 for storing the refrigerant gas is attached to the outside of the closed container 301.
- Refrigerating machine oil that lubricates the bearing portion of the compression mechanism portion 310 is stored in the bottom of the closed container 301.
- the compression mechanism unit 310 includes a cylinder 311 having a cylinder chamber 312, a rolling piston 314 fixed to the shaft 6, a vane that divides the inside of the cylinder chamber 312 into a suction side and a compression side, and both ends in the axial direction of the cylinder chamber 312. It has an upper frame 316 and a lower frame 317 that close the frame.
- Both the upper frame 316 and the lower frame 317 have a bearing portion that rotatably supports the shaft 6.
- An upper discharge muffler 318 and a lower discharge muffler 319 are attached to the upper frame 316 and the lower frame 317, respectively.
- the cylinder 311 is provided with a cylindrical cylinder chamber 312 centered on the axis Ax.
- An eccentric shaft portion 61 of the shaft 6 is located inside the cylinder chamber 312.
- the eccentric shaft portion 61 has a center eccentric with respect to the axis Ax.
- a rolling piston 314 is fitted on the outer periphery of the eccentric shaft portion 61. When the motor 100 rotates, the rolling piston 314 rotates eccentrically in the cylinder chamber 312.
- the cylinder 311 is formed with a suction port 313 for sucking the refrigerant gas in the cylinder chamber 312.
- a suction pipe 303 communicating with the suction port 313 is attached to the closed container 301, and the refrigerant gas is supplied from the accumulator 302 to the cylinder chamber 312 via the suction pipe 303.
- a low-pressure refrigerant gas and a liquid refrigerant are mixedly supplied to the compressor 300 from the refrigerant circuit of the refrigeration cycle device 400 (FIG. 21), but when the liquid refrigerant flows into the compression mechanism unit 310 and is compressed. , It causes a failure of the compression mechanism unit 310. Therefore, the accumulator 302 separates the liquid refrigerant and the refrigerant gas, and supplies only the refrigerant gas to the compression mechanism unit 310.
- a lead wire from the inverter 7 that drives and controls the motor 100 is connected to the terminal 305 of the compressor 300.
- the motor 100 is PWM (Pulse Width Modulation) controlled by the inverter 7.
- the operation of the compressor 300 is as follows.
- a current is supplied from the inverter 7 to the winding 3 of the stator 1 from the terminal 305, an attractive force and a repulsion are generated between the stator 1 and the rotor 5 due to the rotating magnetic field generated by the current and the magnetic field of the permanent magnet 55 of the rotor 5.
- a force is generated and the rotor 5 rotates.
- the shaft 6 fixed to the rotor 5 also rotates.
- the refrigerant compressed in the cylinder chamber 312 is discharged into the closed container 301 through a discharge port and discharge mufflers 318 and 319 (not shown).
- the refrigerant discharged into the closed container 301 rises in the closed container 301 through a hole or the like of the motor 100, is discharged from the discharge pipe 307, and is sent out to the refrigerant circuit of the refrigerating cycle device 400 (FIG. 21).
- the motors of each embodiment and modified examples reduce the manufacturing cost by using aluminum wire and suppress the temperature rise by improving the heat dissipation. Therefore, by using the motor as the drive source of the compressor 300, the manufacturing cost of the compressor 300 can be reduced and the reliability can be improved.
- the motor 100 is driven and controlled by the inverter 7, the load fluctuation of the motor 100 can be suppressed. As a result, stable operation of the compressor 300 can be performed.
- FIG. 21 is a diagram showing a refrigeration cycle device 400.
- the refrigeration cycle device 400 is, for example, an air conditioner, and includes a compressor 401, a condenser 402, a throttle device (decompression device) 403, and an evaporator 404.
- the compressor 401, the condenser 402, the throttle device 403 and the evaporator 404 are connected by a refrigerant pipe 407 to form a refrigeration cycle.
- the refrigerant circulates in the order of the compressor 401, the condenser 402, the throttle device 403, and the evaporator 404.
- the compressor 401, the condenser 402 and the throttle device 403 are provided in the outdoor unit 410.
- the compressor 401 is composed of the compressor 300 described with reference to FIG. 20.
- the outdoor unit 410 is provided with an outdoor blower 405 that blows air to the condenser 402.
- the evaporator 404 is provided in the indoor unit 420.
- the indoor unit 420 is provided with an indoor blower 406 that blows air to the evaporator 404.
- the operation of the refrigeration cycle device 400 is as follows.
- the compressor 401 compresses and sends out the sucked refrigerant.
- the condenser 402 exchanges heat between the refrigerant flowing in from the compressor 401 and the outdoor air, condenses the refrigerant, liquefies it, and sends it to the refrigerant pipe 407.
- the outdoor blower 405 supplies outdoor air to the condenser 402.
- the throttle device 403 adjusts the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 407.
- the evaporator 404 exchanges heat between the refrigerant reduced to a low pressure by the throttle device 403 and the air in the room.
- the refrigerant takes heat from the air, evaporates, and is sent out to the refrigerant pipe 407.
- the indoor blower 406 supplies the air that has passed through the evaporator 404 and has been deprived of heat to the room.
- the motors of each embodiment and modified examples reduce the manufacturing cost by using aluminum wire and suppress the temperature rise by improving the heat dissipation. Therefore, by using the motor for the compressor 401 of the refrigeration cycle device 400, the manufacturing cost of the refrigeration cycle device 400 can be reduced and the reliability can be improved.
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Abstract
ステータは、軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、ヨークから軸線を中心とする径方向の内側に延在するティースと、周方向においてティースに隣接するスロットとを有するステータコアと、スロットの内面に設けられた絶縁体と、ティースに絶縁体を介して巻き付けられ、スロットに収容された巻線とを備える。巻線は、アルミニウムで形成された導体を有する。ティースは、周方向の端部である側端部を有し、ヨークは、径方向の内側端部である内周部を有する。ティースの側端部と巻線との最短距離D1は、0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足する。ヨークの内周部と巻線との最短距離D2は、0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足する。
Description
本開示は、ステータ、モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
モータの低コスト化および軽量化のため、モータの巻線として、銅線に代えてアルミニウム線を利用することが検討されている(例えば、特許文献1)。
アルミニウム線は、銅線よりも電気抵抗率が高く、従って通電時の発熱量も大きい。そのため、巻線で発生した熱を効率よく放熱することが求められている。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、巻線にアルミニウム線を用いたモータにおける放熱性の向上を目的とする。
本開示のステータは、軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、ヨークから軸線を中心とする径方向の内側に延在するティースと、周方向においてティースに隣接するスロットとを有するステータコアと、スロットの内面に設けられた絶縁体と、ティースに絶縁体を介して巻き付けられ、スロットに収容された巻線とを備える。巻線は、アルミニウムで形成された導体を有する。ティースは、周方向の端部である側端部を有し、ヨークは、径方向の内側端部である内周部を有する。ティースの側端部と巻線との最短距離D1は、0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足する。ヨークの内周部と巻線との最短距離D2は、0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足する。
本開示のステータは、軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、ヨークから軸線を中心とする径方向の内側に延在するティースと、周方向においてティースに隣接するスロットとを有するステータコアと、スロットの内面に設けられた絶縁体と、ティースに絶縁体を介して巻き付けられ、スロットに収容された巻線とを備える。巻線は、アルミニウムで形成された導体を有する。ティースは、周方向の端部である側端部を有し、ヨークは、径方向の内側端部である内周部を有する。ヨークの内周部は、ティースの側端部のヨーク側の根元部を通り側端部に直交する直線よりも径方向の外側に位置し、ヨークの内周部の少なくとも一部は、直線状に延在する。
この開示によれば、巻線からステータコアへの伝熱量を増加させることができ、これにより、巻線にアルミニウム線を用いたモータにおける放熱性を向上することができる。
実施の形態1.
<モータの構成>
図1は、実施の形態1のモータ100を示す横断面図である。図1に示すモータ100は、3相同期モータである。モータ100は、例えば圧縮機300(図20)に用いられ、インバータ7(図20)によって駆動制御される。
<モータの構成>
図1は、実施の形態1のモータ100を示す横断面図である。図1に示すモータ100は、3相同期モータである。モータ100は、例えば圧縮機300(図20)に用いられ、インバータ7(図20)によって駆動制御される。
モータ100は、回転軸であるシャフト6を有するロータ5と、ロータ5を囲むように設けられたステータ1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。ステータ1は、後述する圧縮機300(図20)の密閉容器301の内側に組み込まれている。
以下では、ロータ5の回転中心、すなわちシャフト6の中心軸である軸線Axの方向を「軸方向」とする。軸線Axを中心とする径方向を「径方向」とする。軸線Axを中心とする周方向を「周方向」とし、図1等に矢印Rで示す。
<ロータの構成>
ロータ5は、軸線Axを中心とする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とを有する。ロータコア50は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定した積層体で構成されている。
ロータ5は、軸線Axを中心とする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とを有する。ロータコア50は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定した積層体で構成されている。
電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。ロータコア50の径方向の中心には中心孔54が形成されている。ロータコア50の中心孔54には、シャフト6が焼嵌めまたは圧入により固定されている。ロータコア50は、円周状の外周を有する。
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。1つの磁石挿入孔51は1磁極に相当し、隣り合う磁石挿入孔51の間は極間となる。磁石挿入孔51の数は、ここでは6である。言い換えると、極数は6である。但し、極数は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、極中心、すなわち磁石挿入孔51の周方向中心を通る径方向の直線に直交する方向に直線状に延在する。各磁石挿入孔51には、永久磁石55が1つずつ挿入されている。なお、各磁石挿入孔51には、2つ以上の永久磁石55を配置してもよい。また、磁石挿入孔51は、直線状に限らず、例えばV字状に延在していてもよい。
永久磁石55は、平板状であり、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は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびボロン(B)を含む希土類磁石で構成されている。
ロータコア50において、磁石挿入孔51の周方向両端部には、漏れ磁束抑制穴としてのフラックスバリア52が形成されている。フラックスバリア52とロータコア50の外周との間には、薄肉部が形成される。薄肉部の幅は、隣り合う磁極間の磁束短絡を抑制するため、電磁鋼板の板厚と同等の、例えば0.35mmに設定される。
ロータコア50において、磁石挿入孔51の径方向外側には、スリット53が形成されている。ここでは、7つのスリット53が、磁石挿入孔51の周方向中心すなわち極中心を中心として対称に形成されている。但し、スリット53の数および配置は任意である。また、スリット53を設けない構成も可能である。
<ステータの構成>
図2は、ステータ1を示す断面図である。ステータ1は、ロータコア50を径方向外側から囲むステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線3とを有する。ステータコア10は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定した積層体で構成される。電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。
図2は、ステータ1を示す断面図である。ステータ1は、ロータコア50を径方向外側から囲むステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線3とを有する。ステータコア10は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定した積層体で構成される。電磁鋼板の板厚は0.1~0.7mmであり、ここでは0.35mmである。
ステータコア10は、軸線Axを中心とする環状のヨーク11と、ヨーク11から径方向内側に延在する複数のティース12とを有する。ヨーク11は、内周部11aおよび外周部11bを有する。
ティース12は、周方向に一定間隔で形成されている。ティース12の数は、ここでは9である。但し、ティース12の数は9に限定されるものではなく、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、巻線3を収容する空間であるスロット13が形成される。スロット13の数は、ティース12の数と同じである。
ティース12は、その径方向内側の端部に、歯先部120を有する。歯先部120は、ティース12の他の部分よりも周方向両側に突出している。歯先部120は、ロータ5に対向する。隣り合うティース12の歯先部120の間には、スロット13につながるスロット開口14が形成される。
ティース12は、周方向端部である側端部12aを有する。ティース12の歯先部120は、ロータ5に対向する歯先先端部12cと、スロット13に面する傾斜端部12bと、スロット開口14に面する開口端部12dとを有する。
巻線3は、マグネットワイヤで形成されており、各ティース12に集中巻きで巻かれている。1つのティース12への巻線3の巻き数は、例えば80ターンである。巻線3は、U相、V相およびW相の巻線部を有し、これらはY結線で結線されている。
ステータコア10のスロット13の内面には、絶縁体2が取り付けられている。絶縁体2は、例えば、絶縁フィルムで構成される。絶縁フィルムは、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂で構成される。絶縁体2は、例えば接着により、スロット13の内面に固定されている。
また、ステータコア10の軸方向端部には、インシュレータ29(図19(B))が設けられている。インシュレータ29は、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂成形体である。インシュレータ29は、ティース12に形成された嵌合穴103に嵌合する突起を有し、これによりステータコア10に取り付けられる。巻線3は、絶縁体2およびインシュレータ29を介して、ティース12に巻き付けられる。
図3は、巻線3の断面形状を示す図である。巻線3は、導体31と、導体31を囲む被膜32とを有する。導体31は、アルミニウムで形成されている。被膜32は、絶縁性の樹脂、例えばポリエステルイミドまたはポリアミドイミドで形成されている。
被膜32の厚さは導体31の外径に比べて薄いため、導体31の外径は巻線3の外径d1とみなすことができる。巻線3の外径d1は、例えば0.75mmである。
図4は、ステータ1のスロット13の周囲を示す断面図である。スロット13は、ティース12の側端部12aと、傾斜端部12bと、ヨーク11の内周部11aとで囲まれている。
隣り合うティース12の相対する開口端部12dの間には、スロット開口14が形成される。スロット開口14は、ティース12に巻線3を巻き付ける際、すなわちスロット13内に巻線3を配置する際に、巻線3を通過させる入口となる。
ティース12の周方向中心を通って径方向に延在する直線を、ティース中心線T1と定義する。ティース12の側端部12aは、ティース中心線T1と平行に延在する。ティース12の傾斜端部12bは、ティース中心線T1に対して傾斜している。ヨーク11の内周部11aは、軸線Ax(図2)を中心とする円弧状に延在する。
絶縁体2は、ティース12の側端部12aと、ヨーク11の内周部11aと、歯先部120の傾斜端部12bとを覆うように形成されている。絶縁体2のうち、ティース12の側端部12aを覆う部分をティース絶縁部21と称し、傾斜端部12bを覆う部分を歯先絶縁部23と称し、ヨーク11の内周部11aを覆う部分をヨーク絶縁部22と称する。
絶縁体2の歯先絶縁部23は、歯先部120の傾斜端部12bからスロット開口14内に突出している。歯先絶縁部23がスロット開口14内に突出することで、スロット13内の巻線3の脱落を防止することができる。また、スロット開口14からスロット13内に巻線3を挿入する際には、歯先絶縁部23は弾性変形可能である。
巻線3は、絶縁体2を介してティース12に複数層に巻き付けられている。巻線3は、俵積み状に巻かれていても良く、ランダム(非整列)に巻かれていてもよい。俵積みについては、実施の形態2で説明する。図4では、図示の便宜上、巻線3を3層に示しているが、巻線3の層数は任意である。また、巻線3は、ティース絶縁部21だけでなく、ヨーク絶縁部22にも接触している。
ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離を、D1とする。最短距離D1は、ティース12の側端部12aから、巻線3の最も内側に巻かれた層(最内層)までの距離である。最短距離D1は、絶縁体2の厚さ、より具体的にはティース絶縁部21の厚さと同じである。
ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離を、D2とする。最短距離D2は、ヨーク11の内周部11aから、巻線3の最も径方向外側に位置する部分までの距離である。最短距離D2は、絶縁体2の厚さ、より具体的にはヨーク絶縁部22の厚さと同じである。
絶縁体2が絶縁フィルムで形成されている場合には、最短距離D1,D2が同じであり、距離D1(=D2)が絶縁フィルムの厚さと同じであることが望ましい。
<最短距離D1,D2の範囲>
次に、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1、およびヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2の望ましい範囲について説明する。
次に、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1、およびヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2の望ましい範囲について説明する。
導体がアルミニウムで形成された巻線をアルミニウム線と称し、導体が銅で形成された巻線を銅線と称する。本実施の形態の巻線3は、上記の通りアルミニウム線である。アルミニウム線は銅線よりも電気抵抗が高く、通電時の銅損すなわち抵抗損が大きいため、発熱量が多い。そのため、スロット13内の熱を効率よく放熱することが課題となる。
巻線3は、ティース絶縁部21を介してティース12の側端部12aに接触し、ヨーク絶縁部22を介してヨーク11の内周部11aに接触している。そのため、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1を短くし、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2を短くするほど、巻線3からヨーク11への伝熱量が増加する。
一方、最短距離D1が短すぎると、ティース12の側端部12aと巻線3との間の浮遊静電容量により、漏洩電流が発生する可能性がある。同様に、最短距離D2が短すぎると、ヨーク11の内周部11aと巻線3との間の浮遊静電容量により、漏洩電流が発生する可能性がある。
そのため、最短距離D1,D2は、漏洩電流を発生させずに、巻線3からティース12およびヨーク11への伝熱量ができるだけ大きくなるように決定することが望まれる。以下では、最短距離D1,D2の共通の要件を説明する際には、これらを最短距離D(すなわち、ステータコア10と巻線3との最短距離D)と称する。
図5は、巻線3に銅線を用いた比較例のステータ1Gを示す図である。巻線3に銅線を用いた場合、一般に、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1、およびヨーク11の内周部11aと巻線3と最短距離D2は、いずれも1.0×10-3[m]に設定される。
一般に、圧縮機300が中間負荷条件で運転を行い、巻線3に銅線を用いたモータ100が低速回転する場合、巻線3に流す電流を2[A]とすると、運転開始から1[h]経過後に巻線3の温度が20℃から63℃まで上昇する。
この一般的な運転条件において、巻線3に銅線を用いた場合の銅損と、巻線3にアルミニウム線を用いた場合の銅損を算出する。
巻線3に銅線を用いた場合、室温20℃での相抵抗は2.44Ωである。相抵抗とは、巻線3のU相、V相およびW相の1相分の抵抗を言う。巻線3の銅損は、相抵抗の3倍である巻線抵抗と、電流の2乗との積で求められる。
そのため、巻線3に銅線を用いた場合の銅損は、20℃から63℃までの温度変化による抵抗の増加分を加味して、3×(2.44×(234.5+63)/(234.5+20))×22で求められ、34.28[W]となる。
これに対し、巻線3にアルミニウム線を用いた場合の銅損は、巻線3に銅線を用いた場合の銅損に基づき、銅線とアルミニウム線との電気抵抗率の比から算出される。銅線の電気抵抗率は1.98×10-8[Ω・m]であり、アルミニウム線の電気抵抗率は3.48×10-8[Ω・m]である。
そのため、巻線3にアルミニウム線を用いた場合の銅損は、3×(2.44×(234.5+63)/(234.5+20))×((3.48×10-8)/1.98×10-8)22で求められ、60.23[W]となる。すなわち、巻線3にアルミニウム線を用いた場合には、銅線を用いた場合と比較して、銅損が25.94[W]だけ増加する。
次に、巻線3の温度変化を算出する。巻線3の直径d1を0.75×10-3[m]とし、1スロット13内に配置された巻線3の長さを15.594[m]とする。9つのスロット13内に配置された巻線3の長さの合計は、15.594×9=140.5[mm]となる。この巻線3の長さに巻線3の面積を掛けると、スロット13内の巻線3の体積Vは6.2×10-5[m3]となる。
巻線3に2[A]の電流が流れた際の銅損P[W]と、モータ100の起動からの経過時間t[h]と、起動時から経過時間tまでの温度上昇ΔT[℃]と、巻線3の比熱c[J/(Kg・℃)]と、巻線3の密度ρ[kg/m3]と、スロット13内の巻線3の体積V[m3]との間には、以下の式(1)が成立する。
ΔT=P×t/(0.278×c×ρ×V) …(1)
ΔT=P×t/(0.278×c×ρ×V) …(1)
銅線の比熱cは390[J/(Kg・℃)]であり、密度ρは8960[kg/m3]である。アルミニウム線の比熱cは900[J/(Kg・℃)]であり、密度ρは2710[kg/m3]である。また、上記の通り、スロット13内の巻線3の体積V[m3]は6.2×10-5[m3]である。
これらの値を式(1)に代入すると、巻線3に銅線を用いた場合の温度上昇ΔTは0.569℃となり、巻線3にアルミニウム線を用いた場合の温度上昇ΔTは1.433℃となる。このように、巻線3にアルミニウム線を用いた場合、銅線を用いた場合よりも温度が上昇する。
次に、巻線3からステータコア10への伝熱量Qを算出する。上記の通り、巻線3の熱は、絶縁体2を介してスロット13の内面からステータコア10に伝熱される。
巻線3の温度がΔTだけ上昇すると、絶縁体2の巻線3側の面とステータコア10側の面との間に、温度差ΔTが生じることになる。このときの伝熱量Qは、温度差ΔTと、絶縁体2の熱伝導率kと、スロット13の内表面積Aと、ステータコア10と巻線3との最短距離Dとを用いて、以下の式(2)で表される。
Q=k×ΔT×(A/D) …(2)
Q=k×ΔT×(A/D) …(2)
図6は、スロット13の内表面積Aを説明するための模式図である。スロット13の内面のうち、巻線3に接触する面であるティース12の側端部12aおよびヨーク11の内周部11aは、巻線3の熱をステータコア10に伝える伝熱面となる。この伝熱面の面積を、スロット13の内表面積Aとする。
スロット13の内表面積Aは、軸方向に直交する面におけるヨーク11の内周部11aの長さLcと、ティース12の側端部12aの長さLtの2倍との和(Lc+2×Lt)と、ステータコア10の軸方向長さと、スロット13の数との積である。ここでは、スロット13の内表面積Aは、0.018024[m2]である。絶縁体2を形成するPETの熱伝導率kは、0.2[W/(m・℃)]である。
巻線3に銅線を用いた比較例(図5)では、ステータコア10と巻線3との最短距離Dは、1.0×10-3[m]である。この値を式(2)に代入すると、巻線3に銅線を用いた場合の伝熱量QCuは、2.0518[W]となる。
次に、巻線3にアルミニウム線を用いた場合の伝熱量QAlを算出する。ここでは、ステータコア10と巻線3との最短距離Dを0.01×10-3[m]から0.40×10-3[m]まで変化させた場合のそれぞれについて、伝熱量QAlを求める。この伝熱量QAlと比較例の伝熱量QCu(=2.0518[W])との差を、伝熱量差ΔQとする。
図7は、ステータコア10と巻線3との最短距離Dと、伝熱量差ΔQとの関係を示すグラフである。横軸はステータコア10と巻線3との最短距離D[m]を示し、縦軸は伝熱量差ΔQ[W]を示す。
図7に示すように、ステータコア10と巻線3との最短距離Dと伝熱量差ΔQとは、y=4.2566218x-1.0584160の曲線で表される関係にある。ステータコア10と巻線3との最短距離Dが短いほど、伝熱量差ΔQが大きい。
特に、ステータコア10と巻線3との最短距離Dが0.181×10-3[m]以下になると、伝熱量差ΔQが、上述した銅線とアルミニウム線の銅損差である25.94[W]以上となる。
このことから、ステータコア10と巻線3との最短距離Dを0.181×10-3[m]以下とすることにより、巻線3からステータコア10への伝熱量を増加させ、巻線3にアルミニウム線を用いたことによる温度上昇を、銅損を用いた場合と同等に抑制することができる。
より具体的には、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1を0.181×10-3[m]以下とし、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2を0.181×10-3[m]以下とすることで、巻線3からティース12およびヨーク11への伝熱量を増加させ、巻線3にアルミニウム線を用いたことによる温度上昇を抑制することができる。
但し、ステータコア10と巻線3との最短距離Dが短すぎると、ステータコア10と巻線3との間の浮遊静電容量によって漏洩電流が発生する可能性がある。ステータコア10と巻線3との間には空気および絶縁体2が存在するが、ここでは最も漏洩電流が発生しやすい場合を想定し、ステータコア10と巻線3との間に空気のみが存在するものと仮定する。
ステータコア10と巻線3との間の静電容量C[F]は、空気の誘電率ε[F/m]と、スロット13の内表面積Aと、ステータコア10と巻線3との最短距離Dとを用い、以下の式(3)で表される。空気の比誘電率は1.0であり、誘電率εは8.854×10-12である。
C=ε×(A/D) …(3)
C=ε×(A/D) …(3)
図8は、ステータコア10と巻線3との最短距離Dと、静電容量C[F]との関係を示すグラフである。横軸はステータコア10と巻線3との最短距離D[m]を示し、縦軸はステータコア10と巻線3との間の静電容量C[F]を示す。
図8に示すように、ステータコア10と巻線3との最短距離Dと静電容量Cとは、y=17.7321049x-1.0000000の曲線で表される関係にある。一般に、漏洩電流が生じない静電容量の上限は800pFである。図8から、ステータコア10と巻線3との最短距離Dが0.023×10-3m以上であれば、静電容量が800pFに抑えられることが分かる。
より具体的には、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1を0.023×10-3m以上とし、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2を0.023×10-3m以上とすることで、漏洩電流の発生を抑制することができる。
ここでは、誘電率εの値として空気の誘電率の値を用いたが、実際にはステータコア10と巻線3との間には絶縁体2も存在する。絶縁体2を形成するPETの比誘電率(2.9)は空気の比誘電率よりも高いため、さらに漏洩電流は生じにくくなる。
このように、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2が0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足することにより、巻線3にアルミニウム線を用いたことによる温度上昇を抑制し、なお且つ漏洩電流の発生を防止することができる。
ここでは、巻線3に流す電流、巻線3の体積V、スロット13の内表面積A等の具体的な数値を用いて計算を行った。しかしながら、これらの数値が異なる場合であっても、最短距離D1,D2が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]および0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足していれば、温度上昇を低減し、漏洩電流の発生を生じにくくする効果を得ることができる。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態1のステータ1は、ヨーク11とティース12とスロット13とを有するステータコア10と、スロット13の内面に設けられた絶縁体2と、ティース12に絶縁体2を介して巻き付けられた巻線3とを備え、巻線3はアルミニウムで形成された導体31を有する。ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1は0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2は0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足する。そのため、漏洩電流の発生を抑制しながら、巻線3からステータコア10への伝熱量を増加させ、巻線3にアルミニウム線を用いたことによる温度上昇を抑制することができる。
以上説明したように、実施の形態1のステータ1は、ヨーク11とティース12とスロット13とを有するステータコア10と、スロット13の内面に設けられた絶縁体2と、ティース12に絶縁体2を介して巻き付けられた巻線3とを備え、巻線3はアルミニウムで形成された導体31を有する。ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1は0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部11aと巻線3との最短距離D2は0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足する。そのため、漏洩電流の発生を抑制しながら、巻線3からステータコア10への伝熱量を増加させ、巻線3にアルミニウム線を用いたことによる温度上昇を抑制することができる。
また、上記の最短距離D1,D2が同じであり、絶縁体2を構成する絶縁フィルムの厚さと同じである場合には、より簡単な構成で、最短距離D1,D2を上記の範囲に収めることができる。
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のステータ1Aのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態2のステータ1Aは、ステータコア10Aのヨーク11の内周部11cの形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
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のステータ1Aのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態2のステータ1Aは、ステータコア10Aのヨーク11の内周部11cの形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
ティース12の側端部12aのヨーク11側の端部、すなわち側端部12aの外周側の端部を、根元部A1とする。ヨーク11の内周部11cは、軸方向に直交する面において、ティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する。
隣り合うティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する2つの内周部11cは、スロット13の周方向中心に位置する点(スロット内周中心)P1で互いに交わる。ティース12の形状は、実施の形態1と同様である。
実施の形態2の絶縁体2Aは、ティース絶縁部21と、ヨーク絶縁部24と、歯先絶縁部23とを有する。ヨーク絶縁部24は、ヨーク11の内周部11cを覆う。ティース絶縁部21および歯先絶縁部23は、実施の形態1と同様である。
図10は、ステータ1Aのスロット13の周囲を拡大して示す断面図である。ティース12の側端部12aの根元部A1からスロット13内に向けて延在し、側端部12aに直交する直線を、直線L1とする。ヨーク11の内周部11cは、直線L1よりも径方向外側に位置する。すなわち、ヨーク11の内周部11cとティース12の側端部12aとのなす角は、直角よりも大きい。
このようにヨーク11の内周部11cが直線L1よりも径方向外側に位置するため、巻線3を内周部11cに接触するように配置し易くなり、巻線3と内周部11cとの接触部分を多くすることができる。その結果、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量を増加させ、放熱性を向上することができる。
巻線3は、ティース12の側端部12aに、俵積み状に巻かれていることが望ましい。俵積みとは、k+1層目(k≧1)の1ターンの巻線3(図10に符号Wで示す)が、k層目の巻線3に2箇所で接触するように巻かれることを言う。
巻線3が俵積み状に巻かれることにより、巻線3の隣り合うターンの巻線部分同士および隣り合う層の巻線部分同士の接触面積が増加し、また巻線3の配置密度が高くなる。そのため、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量をさらに増加させることができる。
巻線3が俵積み状に巻かれている場合、巻線3のk+1層目のあるターンの巻線部分(符号Wで示す)は、k層目の巻線部分と2つの接点Cで接触し、k+1層目の巻線部分と2つの接点Cで接触し、k+2層目の巻線部分と2つの接点Cで接触する。すなわち、巻線3は、隣接するターンの巻線部分との接点Cおよび隣接する層の巻線部分との接点Cを合わせて6つ有する巻線部分を有する。
このように、巻線3が、各スロット13内に、周囲の巻線部分との6つの接点Cを有する巻線部分を多く有するほど、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量が増加する。但し、巻線3が、各スロット13内に、周囲の巻線部分との6つの接点Cを有する巻線部分を少なくとも1つ有していれば、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量を増加させる効果は得られる。
上記の通りヨーク11の内周部11cが直線状に延在しているため、実施の形態1のように内周部11a(図4)が円弧状に延在している場合と比較して、俵積み状に巻かれた巻線3と内周部11cとの接触部分を多くすることができる。そのため、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量がさらに増加する。
実施の形態2においても、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部11cと巻線3との最短距離D2が0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足することが望ましい。
実施の形態2のステータ1Aの構成は、以上の点を除き、実施の形態1のステータ1と同様である。
以上説明したように、実施の形態2では、ステータ1Aのヨーク11の内周部11cが直線状に延在している。また、ヨーク11の内周部11cは、ティース12の側端部12aの根元部A1を通り側端部12aに直交する直線L1よりも径方向外側に位置する。そのため、巻線3を内周部11cに接触するように配置し易くなり、巻線3と内周部11cとの接触部分を多くすることができる。これにより、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量を増加させ、放熱性を向上することができる。
また、巻線3が俵積み状に巻かれているため、巻線3の隣り合うターンおよび隣り合う層の巻線部分同士の接触面積を増加させ、また、巻線3の配置密度を高くすることができる。そのため、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量をさらに増加させ、放熱性をさらに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11(A)は、実施の形態3のステータ1Bのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態3のステータ1Bは、絶縁体2Bの構成が、実施の形態2のステータ1Aと異なる。ステータ1Bのステータコア10Aの構成は、実施の形態2で説明した通りである。
次に、実施の形態3について説明する。図11(A)は、実施の形態3のステータ1Bのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態3のステータ1Bは、絶縁体2Bの構成が、実施の形態2のステータ1Aと異なる。ステータ1Bのステータコア10Aの構成は、実施の形態2で説明した通りである。
絶縁体2Bは、実施の形態2で説明したティース絶縁部21、ヨーク絶縁部24および歯先絶縁部23に加えて、歯先絶縁部23の先端に、スロット13内に折り返された折り返し部28を有する。折り返し部28は、ティース絶縁部21との間で巻線3を挟み込むように形成されている。
図11(B)は、絶縁体2Bのティース絶縁部21および折り返し部28を、巻線3と共に示す図である。絶縁体2Bの弾性力により、折り返し部28は、矢印Fで示すように巻線3をティース12の側端部12aに向けて付勢する。すなわち、折り返し部28は、巻線3をティース12の側端部12aに向けて付勢する付勢部として機能する。
絶縁体2Bの折り返し部28が巻線3をティース12側に付勢するため、巻線3の隣り合うターンおよび隣り合う層の巻線部分同士の接触面積が増加し、また巻線3の配置密度が高くなる。そのため、巻線3からステータコア10Aへの伝熱量がさらに増加する。
絶縁体2Bは、後述する分割コア18(図18)を円環状に連結したステータコア10Fに取り付けられるのが特に望ましい。この場合、直線状に広げたステータコア10Fを円環状に組み立てる際に、折り返し部28が巻線3をティース12の側端部12aに向けて付勢する力を効果的に発生させることができる。
実施の形態3のステータ1Bの構成は、以上の点を除き、実施の形態2のステータ1Aと同様である。なお、実施の形態3の折り返し部28は、実施の形態1の絶縁体2に設けてもよい。
以上説明したように、実施の形態3では、絶縁体2Bの折り返し部28が巻線3をティース12側に付勢するため、巻線3の巻線部分同士の接触面積を増加させ、また巻線3の配置密度を向上することができる。これにより、巻線3からステータコア10Bへの伝熱量を増加させ、放熱性をさらに向上することができる。
実施の形態4.
次に、実施の形態4について説明する。図12は、実施の形態4のステータ1Cのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態4のステータ1Cは、ステータコア10Cのヨーク11の内周部15の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
次に、実施の形態4について説明する。図12は、実施の形態4のステータ1Cのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態4のステータ1Cは、ステータコア10Cのヨーク11の内周部15の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
ヨーク11の内周部15は、軸方向に直交する面において、ティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する第1部分15aと、第1部分15aの終端からスロット内周中心P1に向けて直線状に延在する第2部分15bとを有する。
隣り合うティース12の側端部12aの根元部A1から延在する2つの内周部15は、スロット内周中心P1で互いに交わる。ティース12の形状は、実施の形態1と同様である。
実施の形態4の絶縁体2Cは、ティース絶縁部21と、ヨーク絶縁部25と、歯先絶縁部23とを有する。ヨーク絶縁部25は、ヨーク11の内周部15の第1部分15aを覆う第1部分25aと、第2部分15bを覆う第2部分25bとを有する。ティース絶縁部21および歯先絶縁部23は、実施の形態1と同様である。
図13は、ステータ1Cのスロット13の周囲を拡大して示す断面図である。ヨーク11の内周部15は、その全体が、直線L1よりも径方向外側に位置する。そのため、実施の形態2でも説明したように、巻線3を内周部15に接触するように配置し易くなり、巻線3と内周部15との接触部分を多くすることができる。
ヨーク11の内周部15の第1部分15aは、ティース12の側端部12aの根元部A1から、直線L1よりも径方向外側に直線状に延在する。すなわち、第1部分15aとティース12の側端部12aとのなす角は、直角よりも大きい。
ヨーク11の内周部15の第1部分15aと第2部分15bとの境界点、すなわち第1部分15aの終端を、境界点E1とする。ヨーク11の内周部15の第2部分15bは、境界点E1とスロット内周中心P1との間で直線状に延在する。
また、第2部分15bとティース12の側端部12aとのなす角は、第1部分15aとティース12の側端部12aとのなす角よりも小さい。そのため、ティース12の側端部12aの根元部A1とスロット内周中心P1とを結んだ直線L2よりも径方向外側に、第1部分15aと第2部分15bとの間の境界点E1が位置する。
ここでは、直線L2を2等分した分割点E2に対して径方向外側に、第1部分15aと第2部分15bとの境界点E1が位置する。但し、分割点E2は、必ずしも直線L2を2等分した点である必要はなく、直線L2を2以上に分割する点であればよい。
内周部15の第1部分15aが直線状に延在しているため、巻線3が俵積み状に巻かれている場合であっても、巻線3と第1部分15aとの接触部分を多くすることができる。そのため、巻線3からステータコア10Cへの伝熱量を増加させることができる。
また、第1部分15aと第2部分15bとの間の境界点E1が、ティース12の側端部12aの根元部A1とスロット内周中心P1とを結んだ直線L2よりも径方向外側に位置するため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎない。これにより、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
実施の形態4においても、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部15と巻線3との最短距離D2が0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足することが望ましい。
また、巻線3は俵積み状に巻かれていることが望ましい。また、巻線3が、各スロット13内に、周囲の巻線部分との6つの接点を有する巻線部分を少なくとも1つ有することが望ましい。
ここでは、ヨーク11の内周部15が第1部分15aと第2部分15bとに分割されていたが、3つ以上に分割されていてもよい。
実施の形態4のステータ1Cの構成は、以上の点を除き、実施の形態1のステータ1と同様である。
図12および図13に示した例では、絶縁体2Cが折り返し部28を有しているが、必ずしも折り返し部28を有さなくても良い。
以上説明したように、実施の形態4では、ヨーク11の内周部15が直線L1よりも径方向外側に位置し、内周部15の第1部分15aが、ティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する。そのため、巻線3と内周部15との接触部分を多くすることができ、これにより巻線3からステータコア10Cへの伝熱量を増加させ、放熱性を向上することができる。
また、内周部15の第1部分15aと第2部分15bとの間の境界点E1が、ティース12の側端部12aの根元部A1と内周部15上のスロット内周中心P1とを結んだ直線L2よりも径方向外側に位置する。そのため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎず、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
実施の形態5.
次に、実施の形態5について説明する。図14は、実施の形態5のステータ1Dのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態5のステータ1Dは、ステータコア10Dのヨーク11の内周部16の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
次に、実施の形態5について説明する。図14は、実施の形態5のステータ1Dのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態5のステータ1Dは、ステータコア10Dのヨーク11の内周部16の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
ヨーク11の内周部16は、軸方向に直交する面において、ティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する第1部分16aと、第1部分16aの終端からスロット内周中心P1に向けて湾曲して延在する第2部分16bとを有する。
隣り合うティース12の側端部12aの根元部A1から延在する2つの内周部16は、スロット内周中心P1で互いに交わる。ティース12の形状は、実施の形態1と同様である。
実施の形態5の絶縁体2Dは、ティース絶縁部21と、ヨーク絶縁部26と、歯先絶縁部23とを有する。ヨーク絶縁部26は、ヨーク11の内周部16の第1部分16aを覆う第1部分26aと、第2部分16bを覆う第2部分26bとを有する。ティース絶縁部21および歯先絶縁部23は、実施の形態1と同様である。
図15は、ステータ1Dのスロット13の周囲を拡大して示す断面図である。ヨーク11の内周部16は、その全体が、直線L1よりも径方向外側に位置する。そのため、実施の形態2でも説明したように、巻線3を内周部16に接触するように配置し易くなり、巻線3と内周部16との接触部分を多くすることができる。
ヨーク11の内周部16の第1部分16aは、ティース12の側端部12aの根元部A1から、直線L1よりも径方向外側に直線状に延在する。すなわち、第1部分16aとティース12の側端部12aとのなす角は、直角よりも大きい。
ヨーク11の内周部16の第2部分16bは、第1部分16aの終端とスロット内周中心P1との間で、径方向外側に凸となる湾曲形状に延在する。第2部分16bは、例えば、径方向外側に凸となる円弧状に延在する。但し、第2部分16bは円弧状に限定されるものではなく、湾曲形状であればよい。
内周部16の第1部分16aと第2部分16bとの境界点、すなわち上述した第1部分16aの終端を、境界点E1とする。ティース12の側端部12aの根元部A1とスロット内周中心P1とを結んだ直線L2よりも径方向外側に、第1部分16aの境界点E1が位置する。
ここでは、直線L2を2等分した分割点E2に対して径方向外側に、第1部分16aと第2部分16bとの境界点E1が位置する。但し、分割点E2は、必ずしも直線L2を2等分した点である必要はなく、直線L2を2以上に分割する点であればよい。
内周部16の第1部分16aが直線状に延在しているため、巻線3が俵積み状に巻かれている場合であっても、巻線3と第1部分16aとの接触部分を多くすることができる。そのため、巻線3からステータコア10Dへの伝熱量を増加させることができる。
また、内周部16の第2部分16bが径方向外側に凸となる湾曲形状に延在するため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎず、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
実施の形態5においても、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部16と巻線3との最短距離D2が0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足することが望ましい。
また、巻線3は俵積み状に巻かれていることが望ましい。また、巻線3が、各スロット13内に、周囲の巻線部分との6つの接点を有する巻線部分を少なくとも1つ有することが望ましい。
ここでは、ヨーク11の内周部16が第1部分16aと第2部分16bとに分割されていたが、3つ以上に分割されていてもよい。
実施の形態5のステータ1Dの構成は、以上の点を除き、実施の形態1のステータ1と同様である。
図14および図15に示した例では、絶縁体2Dが折り返し部28を有しているが、必ずしも折り返し部28を有さなくても良い。
以上説明したように、実施の形態5では、ヨーク11の内周部16が直線L1よりも径方向外側に位置し、内周部16の第1部分16aが、ティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する。そのため、巻線3と内周部16との接触部分を多くすることができ、これにより巻線3からステータコア10Dへの伝熱量を増加させ、放熱性を向上することができる。
また、ヨーク11の内周部16の第2部分16bが、径方向外側に凸となる湾曲形状を有するため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎず、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
実施の形態6.
次に、実施の形態6について説明する。図16は、実施の形態6のステータ1Eのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態6のステータ1Eは、ステータコア10Eのヨーク11の内周部17の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
次に、実施の形態6について説明する。図16は、実施の形態6のステータ1Eのスロット13の周囲を示す断面図である。実施の形態6のステータ1Eは、ステータコア10Eのヨーク11の内周部17の形状が、実施の形態1のステータ1と異なる。
ヨーク11のスロット13側には、2つのティース12の側端部12aの根元部A1から延在する2つの内周部17が形成されている。内周部17は、根元部A1側から順に、第1部分17aと第2部分17bとを有する。
隣り合うティース12の側端部12aの根元部A1から延在する2つの内周部17は、スロット内周中心P1で互いに交わる。ティース12の形状は、実施の形態1と同様である。
実施の形態6の絶縁体2Eは、ティース絶縁部21と、ヨーク絶縁部27と、歯先絶縁部23とを有する。ヨーク絶縁部27は、内周部17の第1部分17aを覆う第1部分27aと、第2部分17bを覆う第2部分27bとを有する。ティース絶縁部21および歯先絶縁部23は、実施の形態1と同様である。
図17は、ステータ1Eのスロット13の周囲を拡大して示す断面図である。ヨーク11の内周部17は、その全体が、直線L1よりも径方向外側に位置する。そのため、実施の形態2でも説明したように、巻線3を内周部17に接触するように配置し易くなり、巻線3と内周部17との接触部分を多くすることができる。
ヨーク11の内周部17の第1部分17aは、ティース12の側端部12aの根元部A1から、直線L1よりも径方向外側に直線状に延在する。すなわち、第1部分17aとティース12の側端部12aとのなす角は、直角よりも大きい。
ヨーク11の内周部17の第2部分17bは、境界点E1とスロット内周中心P1との間で、径方向外側に凸となる三角形の2辺をなすように延在する。
より具体的には、第2部分17bは、境界点E1側の辺17cと、スロット内周中心P1側の辺17dとを有する。2つの辺17c,17dの交点P2は、境界点E1およびスロット内周中心P1よりも径方向外側に位置する。
ヨーク11の内周部17の第1部分17aと第2部分17bとの境界点、すなわち第1部分17aの終端を、境界点E1とする。ティース12の側端部12aの根元部A1とスロット内周中心P1とを結んだ直線L2よりも径方向外側に、第1部分17aと第2部分17bとの間の境界点E1が位置する。
ここでは、直線L2を2等分した分割点E2に対して径方向外側に、第1部分17aと第2部分17bとの境界点E1が位置する。但し、分割点E2は、必ずしも直線L2を2等分した点である必要はなく、直線L2を2以上に分割する点であればよい。
内周部17の第1部分17aが直線状に延在しているため、巻線3が俵積み状に巻かれている場合であっても、巻線3と第1部分17aとの接触部分を多くすることができる。そのため、巻線3からステータコア10Eへの伝熱量を増加させることができる。
また、内周部17の第2部分17bが径方向外側に凸となる形状に延在しているため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎず、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
実施の形態6においても、ティース12の側端部12aと巻線3との最短距離D1が0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]を満足し、ヨーク11の内周部17と巻線3との最短距離D2が0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]を満足することが望ましい。
また、巻線3は俵積み状に巻かれていることが望ましい。また、巻線3が、各スロット13内に、周囲の巻線部分との6つの接点を有する巻線部分を少なくとも1つ有することが望ましい。
ここでは、ヨーク11の内周部17が第1部分17aと第2部分17bとに分割されていたが、3つ以上に分割されていてもよい。
実施の形態6のステータ1Eの構成は、以上の点を除き、実施の形態1のステータ1と同様である。
図16および図17に示した例では、絶縁体2Eが折り返し部28を有しているが、必ずしも折り返し部28を有さなくても良い。
以上説明したように、実施の形態6では、ヨーク11の内周部17が直線L1よりも径方向外側に位置し、内周部17の第1部分17aがティース12の側端部12aの根元部A1から直線状に延在する。そのため、巻線3と内周部17との接触部分を多くすることができ、これにより巻線3からステータコア10Eへの伝熱量を増加させ、放熱性を向上することができる。
また、ヨーク11の内周部17の第2部分17bが径方向外側に凸となる形状を有するため、ヨーク11におけるスロット13の外周側が狭くなり過ぎず、ヨーク11に広い磁路を確保することができる。
変形例.
図18は、各実施の形態の変形例のモータ101を示す断面図である。変形例のモータ101は、ステータ1Fのステータコア10Fが、複数の分割コア18を環状に連結することにより構成されている。ここでは、ステータコア10Fが9つの分割コア18で構成されているが、分割コア18の数は2つ以上であればよい。
図18は、各実施の形態の変形例のモータ101を示す断面図である。変形例のモータ101は、ステータ1Fのステータコア10Fが、複数の分割コア18を環状に連結することにより構成されている。ここでは、ステータコア10Fが9つの分割コア18で構成されているが、分割コア18の数は2つ以上であればよい。
分割コア18は、分割面19の外周側に形成されたカシメ部102あるいは薄肉部で互いに連結されている。また、分割コア18を互いに独立した部品とし、分割面19で溶接してもよい。
図19(A)は、1つの分割コア18を示す斜視図である。分割コア18は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体で構成されている。分割コア18は、1つのティース12を含み、ヨーク11に形成された分割面19で分割されている。
図19(B)は、分割コア18に絶縁体2およびインシュレータ29を取り付けた状態を示す図である。分割コア18のティース12の側端部12aおよび傾斜端部12b、並びにヨーク11の内周部11aには、絶縁体2が取り付けられる。
分割コア18の軸方向両端には、インシュレータ29が取り付けられる。インシュレータ29は、ティース12上に位置する胴部29aと、ヨーク11上に位置する外壁部29bと、歯先部120上に位置する内壁部29cとを有する。インシュレータ29は、ティース12に形成された嵌合穴103(図18)に嵌合する図示しない突起を有し、これによりステータコア10に取り付けられる。
ステータ1の組み立て時には、分割コア18を連結したステータコア10Fを直線状に広げた状態で、分割コア18に絶縁体2およびインシュレータ29を取り付ける。そして、分割コア18のティース12に絶縁体2およびインシュレータ29を介して巻線3を巻き付ける。その後、ステータコア10Fを円環状に組み立てることにより、環状のステータコア10Fが得られる。
変形例のステータコア10Fは、直線状に広げた状態で巻線3の巻き付けを行うことができるため、俵積み状の巻き付けを容易に行うことができる。そのため、巻線3の配置密度を高くし、これにより巻線3からステータコア10Fへの伝熱量を増加させ、放熱性をさらに向上することができる。
<圧縮機>
図20は、各実施の形態および変形例のモータが適用可能な圧縮機300を示す縦断面図である。圧縮機300は、ロータリ圧縮機であり、例えば冷凍サイクル装置400(図21)に用いられる。
図20は、各実施の形態および変形例のモータが適用可能な圧縮機300を示す縦断面図である。圧縮機300は、ロータリ圧縮機であり、例えば冷凍サイクル装置400(図21)に用いられる。
圧縮機300は、圧縮機構部310と、圧縮機構部310を駆動するモータ100と、圧縮機構部310とモータ100とを連結するシャフト6と、これらを収容する密閉容器301とを備える。ここでは、シャフト6の軸方向は鉛直方向であり、モータ100は圧縮機構部310に対して上方に配置されている。
密閉容器301は、鋼板で形成された容器である。モータ100のステータ1は、焼き嵌め、圧入または溶接等により、密閉容器301の内側に組み込まれている。密閉容器301の上部には、冷媒を外部に吐出する吐出管307と、モータ100に電力を供給するための端子305とが設けられている。また、密閉容器301の外部には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ302が取り付けられている。密閉容器301の底部には、圧縮機構部310の軸受部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
圧縮機構部310は、シリンダ室312を有するシリンダ311と、シャフト6に固定されたローリングピストン314と、シリンダ室312の内部を吸入側と圧縮側に分けるベーンと、シリンダ室312の軸方向両端部を閉鎖する上部フレーム316および下部フレーム317とを有する。
上部フレーム316および下部フレーム317は、いずれも、シャフト6を回転可能に支持する軸受部を有する。上部フレーム316および下部フレーム317には、上部吐出マフラ318および下部吐出マフラ319がそれぞれ取り付けられている。
シリンダ311には、軸線Axを中心とする円筒状のシリンダ室312が設けられている。シリンダ室312の内部には、シャフト6の偏心軸部61が位置している。偏心軸部61は、軸線Axに対して偏心した中心を有する。偏心軸部61の外周には、ローリングピストン314が嵌合している。モータ100が回転すると、ローリングピストン314がシリンダ室312内で偏心回転する。
シリンダ311には、シリンダ室312内に冷媒ガスを吸入する吸入口313が形成されている。密閉容器301には、吸入口313に連通する吸入管303が取り付けられ、この吸入管303を介してアキュムレータ302からシリンダ室312に冷媒ガスが供給される。
圧縮機300には、冷凍サイクル装置400(図21)の冷媒回路から低圧の冷媒ガスと液冷媒とが混在して供給されるが、液冷媒が圧縮機構部310に流入して圧縮されると、圧縮機構部310の故障の原因となる。そのため、アキュムレータ302で液冷媒と冷媒ガスとを分離し、冷媒ガスのみを圧縮機構部310に供給する。
圧縮機300の端子305には、モータ100を駆動制御するインバータ7からの引き出し線が接続されている。モータ100は、インバータ7によってPWM(Pulse Width Modulation)制御される。
次に、圧縮機300の動作は、次の通りである。インバータ7から端子305からステータ1の巻線3に電流が供給されると、電流によって生じる回転磁界とロータ5の永久磁石55の磁界とにより、ステータ1とロータ5との間に吸引力および反発力が発生し、ロータ5が回転する。これに伴い、ロータ5に固定されたシャフト6も回転する。
圧縮機構部310のシリンダ室312には、吸入口313を介してアキュムレータ302から低圧の冷媒ガスが吸入される。シリンダ室312内では、シャフト6の偏心軸部61とこれに取り付けられたローリングピストン314が偏心回転し、シリンダ室312内で冷媒を圧縮する。
シリンダ室312で圧縮された冷媒は、図示しない吐出口および吐出マフラ318,319を通って密閉容器301内に吐出される。密閉容器301内に吐出された冷媒は、モータ100の穴部等を通って密閉容器301内を上昇し、吐出管307から吐出され、冷凍サイクル装置400(図21)の冷媒回路に送り出される。
各実施の形態および変形例のモータは、アルミニウム線の使用により製造コストを低減し、放熱性の向上によって温度上昇を抑制している。そのため、圧縮機300の駆動源に当該モータを用いることで、圧縮機300の製造コストを低減し、信頼性を向上することができる。
また、モータ100がインバータ7によって駆動制御されるため、モータ100の負荷変動を抑えることができる。これにより、圧縮機300の安定した運転を行うことができる。
<冷凍サイクル装置>
次に、図20の圧縮機300が適用可能な冷凍サイクル装置400について説明する。図21は、冷凍サイクル装置400を示す図である。冷凍サイクル装置400は、例えば空気調和装置であり、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(減圧装置)403と、蒸発器404とを備えている。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。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。
次に、図20の圧縮機300が適用可能な冷凍サイクル装置400について説明する。図21は、冷凍サイクル装置400を示す図である。冷凍サイクル装置400は、例えば空気調和装置であり、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(減圧装置)403と、蒸発器404とを備えている。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。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20を参照して説明した圧縮機300で構成されている。室外機410には、凝縮器402に空気を送風する室外送風機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に空気を送風する室内送風機406が設けられている。
冷凍サイクル装置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。室外送風機405は、凝縮器402に室外の空気を供給する。絞り装置403は、冷媒配管407を流れる冷媒の圧力を調整する。
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う。冷媒は空気の熱を奪って蒸発し、冷媒配管407に送り出される。室内送風機406は、蒸発器404を通過して熱を奪われた空気を、室内に供給する。
各実施の形態および変形例のモータは、アルミニウム線の使用により製造コストを低減し、放熱性の向上によって温度上昇を抑制している。そのため、冷凍サイクル装置400の圧縮機401に当該モータを用いることで、冷凍サイクル装置400の製造コストを低減し、信頼性を向上することができる。
以上説明した各実施の形態の特徴および各変形例の特徴は、互いに組み合わせることができる。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F ステータ、 2,2A,2B,2C,2D,2E 絶縁体、 3 巻線、 5 ロータ、 6 シャフト、 7 インバータ、 10,10A,10C,10D,10E,10F ステータコア、 11 ヨーク、 11a,11c 内周部、 11b 外周部、 12 ティース、 12a 側端部、 12b 傾斜端部、 12c 歯先先端部、 12d 開口端部部、 13 スロット、 14 スロット開口、 15 内周部、 15a,16a,17a 第1端部、 15b,16b,17b 第2端部、 17c,17d 辺、 18 分割コア、 19 分割面、 21 ティース絶縁部、 22,24,25,26,27 ヨーク絶縁部、 23 歯先絶縁部、 25a,26a,27a 第1部分、 25b,26b,27b 第2部分、 28 折り返し部(付勢部)、 29 インシュレータ、 31 導体、 32 被膜、 50 ロータコア、 51 磁石挿入孔、 55 永久磁石、 100 モータ、 120 歯先部、 300 圧縮機、 301 密閉容器、 310 圧縮機構部、 400 冷凍サイクル装置、 401 圧縮機、 402 凝縮器、 403 絞り装置、 404 蒸発器、 407 冷媒配管、 410 室外機、 420 室内機。
Claims (19)
- 軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、前記ヨークから前記軸線を中心とする径方向の内側に延在するティースと、前記周方向において前記ティースに隣接するスロットとを有するステータコアと、
前記スロットの内面に設けられた絶縁体と、
前記ティースに前記絶縁体を介して巻き付けられ、前記スロットに収容された巻線と
を備え、
前記巻線は、アルミニウムで形成された導体を有し、
前記ティースは、前記周方向の端部である側端部を有し、前記ヨークは、前記径方向の内側端部である内周部を有し、
前記ティースの前記側端部と前記巻線との最短距離D1が、
0.023×10-3[m]≦D1≦0.181×10-3[m]
を満足し、
前記ヨークの前記内周部と前記巻線との最短距離D2が、
0.023×10-3[m]≦D2≦0.181×10-3[m]
を満足するステータ。 - 前記最短距離D1と前記最短距離D2とは同じである
請求項1に記載のステータ。 - 前記最短距離D1および前記最短距離D2は、絶縁体の厚さである
請求項2に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部は、前記ティースの前記側端部の前記ヨーク側の根元部を通り前記ティースの前記側端部に直交する直線よりも前記径方向の外側に位置し、
前記ヨークの前記内周部の少なくとも一部は、直線状に延在する
請求項1から3までの何れか1項に記載のステータ。 - 軸線を中心とする周方向に延在するヨークと、前記ヨークから前記軸線を中心とする径方向の内側に延在するティースと、前記周方向において前記ティースに隣接するスロットとを有するステータコアと、
前記スロットの内面に設けられた絶縁体と、
前記ティースに前記絶縁体を介して巻き付けられ、前記スロットに収容された巻線と
を備え、
前記巻線は、アルミニウムで形成された導体を有し、
前記ティースは、前記周方向の端部である側端部を有し、前記ヨークは、前記径方向の内側端部である内周部を有し、
前記ヨークの前記内周部は、前記ティースの前記側端部の前記ヨーク側の根元部を通り前記側端部に直交する直線よりも前記径方向の外側に位置し、
前記ヨークの前記内周部の少なくとも一部は、直線状に延在する
ステータ。 - 前記ヨークの前記内周部が、前記根元部から直線状に延在する第1部分を有する
請求項4または5に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部が、前記第1部分の終端から、前記スロットの前記周方向の中心に向かって延在する第2部分をさらに有する
請求項6に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部において、前記スロットの前記周方向の中心に位置する点をスロット内周中心とすると、
前記ヨークの前記内周部の前記第1部分と前記第2部分との境界点が、前記ティースの前記根元部と前記スロット内周中心とを結ぶ直線よりも、前記径方向の外側に位置する
請求項7に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部の前記第2部分は、直線状に延在する
請求項7または8に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部の前記第2部分は、前記径方向の外側に凸となる湾曲形状を有する
請求項7または8に記載のステータ。 - 前記ヨークの前記内周部の前記第2部分は、前記径方向の外側に凸となるように組み合わせられた少なくとも2つの辺を有する
請求項7または8に記載のステータ。 - 前記絶縁体は、前記巻線を前記ティースに向けて付勢する付勢部を有する
請求項1から11までの何れか1項に記載のステータ。 - 前記巻線は、前記ティースに俵積み状に巻かれている
請求項1から12までの何れか1項に記載のステータ。 - 前記巻線が、周囲の巻線部分との6つの接点を有する巻線部分を、前記スロット内に少なくとも1つ有する
請求項1から13までの何れか1項に記載のステータ。 - 前記絶縁体は、フィルムである
請求項1から14までの何れか1項に記載のステータ。 - 請求項1から15までの何れか1項に記載のステータと、
前記ステータの前記径方向の内側に配置されたロータと
を備えたモータ。 - インバータによって制御される
請求項16に記載のモータ。 - 請求項16または17に記載のモータと、
前記モータによって駆動される圧縮機構部と
を備えた圧縮機。 - 請求項18に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた
冷凍サイクル装置。
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20963610 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |