WO2022180664A1 - モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置 Download PDF

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恵実 塚本
昌弘 仁吾
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Mitsubishi Electric Corp
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Definitions

  • the present disclosure relates to motors, compressors, and refrigeration cycle devices.
  • a motor has a rotor with permanent magnets and an annular stator surrounding the rotor.
  • the stator has a plurality of slots, and windings are accommodated in the slots (for example, Patent Document 1).
  • Aluminum wires are increasingly being used for windings instead of conventional copper wires.
  • the magnetic flux emitted from the permanent magnets of the rotor flows around the slots of the stator and returns to the rotor. That is, a magnetic path is formed so as to surround the slot.
  • the length of the magnetic path tends to be long and iron loss tends to be large.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to suppress a decrease in motor efficiency.
  • the motor of the present disclosure includes a rotor having an annular rotor core centered on the axis, permanent magnets attached to the rotor core, a core back surrounding the rotor from the outside in a radial direction centered on the axis, and a core back extending from the rotor. and a stator core having a tooth extending toward and a slot adjacent to the tooth in the circumferential direction around the axis, an insulating part attached to the tooth, and a conductor made of aluminum and having an insulating part and a stator having windings wound on the teeth.
  • the rotor core radius Dr, the stator core radius Ds, and the slot area S satisfy 25 mm ⁇ Dr ⁇ 30 mm, 0.47 ⁇ Dr/Ds ⁇ 0.56, and 0.089 ⁇ S/Dr 2 ⁇ 0.224. do.
  • iron loss and copper loss can be reduced, thereby suppressing a decrease in motor efficiency.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing part of the stator of Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing teeth, insulating portions, and windings of Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a winding according to Embodiment 1;
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing a motor of Comparative Example 1, and
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a part of a stator;
  • FIG. 8A is a sectional view showing a motor of Comparative Example 2
  • FIG. 8B is a sectional view showing a part of a stator;
  • FIG. 8A is a sectional view showing a motor of Comparative Example 2
  • FIG. 8B is a sectional view showing a part of a stator;
  • FIG. 8A
  • FIG. 8A is a sectional view showing a motor of Comparative Example 3, and FIG. 8B is a sectional view showing a part of a stator;
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a motor of Comparative Example 4, and
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing a part of a stator;
  • 4 is a graph showing the relationship between the radius ratio Dr/Ds between the rotor core and the stator core and iron loss.
  • 4 is a graph showing the relationship between the ratio S/Dr 2 of the slot area S and the square of the radius of the rotor core and iron loss.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 2;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 2;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 2;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a motor according to Em
  • FIG. 7A is a cross-sectional view (A) showing a part of the stator of Embodiment 2, and a cross-sectional view (B) showing teeth, an insulating portion, and windings.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing teeth, an insulator, and an insulating film in one configuration example of Embodiment 2; It is sectional drawing (A) which shows some stators of a comparative example, and sectional drawing (B) which shows teeth, an insulating part, and winding.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a motor according to Embodiment 3; It is a cross-sectional view showing a motor of a modification.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a compressor to which the motors of the embodiments and modifications are applicable;
  • FIG. 18 is a diagram showing a refrigeration cycle device to which the compressor of FIG. 17 can be applied;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing motor 100 of Embodiment 1.
  • FIG. Motor 100 shown in FIG. 1 is a three-phase synchronous motor.
  • a motor 100 is used, for example, in a compressor 300 ( FIG. 17 ), and is driven and controlled by an inverter 7 .
  • the motor 100 has a rotor 5 having a shaft 6 which is a rotating shaft, and a stator 1 provided so as to surround the rotor 5 .
  • the stator 1 is incorporated inside a closed container 301 of a compressor 300 (FIG. 17), which will be described later.
  • the direction of the axis Ax which is the center of rotation of the rotor 5, that is, the central axis of the shaft 6, will be referred to as the "axial direction".
  • a radial direction centered on the axis Ax is defined as a “radial direction”.
  • a circumferential direction centered on the axis Ax is defined as a “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 permanent magnets 55 attached to the rotor core 50 .
  • the rotor core 50 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
  • the plate thickness of the electromagnetic steel plate is 0.1 to 0.7 mm, here it is 0.35 mm.
  • a center hole 53 is formed in the radial center of the rotor core 50 .
  • the shaft 6 is fixed to the center hole 53 of the rotor core 50 by shrink fitting or press fitting.
  • the rotor core 50 has a circular outer periphery.
  • the rotor core 50 has a radius Dr.
  • Radius Dr is the distance from axis Ax to the outer circumference of rotor core 50 .
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 25-30 mm, and for example is 29.25 mm.
  • a plurality of magnet insertion holes 51 into which permanent magnets 55 are inserted are formed along the outer circumference of the rotor core 50 .
  • One magnet insertion hole 51 corresponds to one magnetic pole, and the space between the adjacent magnet insertion holes 51 is a pole-to-pole portion.
  • the number of magnet insertion holes 51 is six here. In other words, the number of poles is six. However, the number of poles is not limited to six, and may be two or more.
  • the magnet insertion hole 51 extends linearly in a direction orthogonal to a radial straight line passing through its circumferential center, that is, the pole center.
  • 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 be linear, and may be V-shaped, for example.
  • the permanent magnet 55 is flat and has a width in the circumferential direction of the rotor core 50 and a thickness in the radial direction.
  • the permanent magnets 55 are made of rare earth magnets containing, for example, neodymium (Nd), iron (Fe) and boron (B).
  • Rare earth magnets have the property that their coercive force decreases as the temperature rises, and the rate of decrease is -0.5 to -0.6%/K.
  • a coercive force of 1100 to 1500 A/m is required to prevent demagnetization of the rare earth magnets at the maximum load expected in the compressor.
  • the coercive force at room temperature that is, at 20°C must be 1800 to 2300 A/m.
  • Dy dysprosium
  • the coercive force of the rare earth magnet at room temperature is 1800 A/m without adding Dy, and becomes 2300 A/m with the addition of 2 wt % Dy.
  • the addition of Dy causes an increase in manufacturing cost and a decrease in residual magnetic flux density. Therefore, it is desirable not to add Dy or to add as little Dy as possible.
  • flux barriers 52 are formed as leakage magnetic flux suppression holes at both circumferential ends of the magnet insertion holes 51 .
  • a thin portion is formed between the flux barrier 52 and the outer circumference of the rotor core 50 .
  • the width of the thin portion is set to be the same as the plate thickness of the electromagnetic steel plate of the rotor core 50 in order to suppress magnetic flux short-circuiting between adjacent magnetic poles.
  • the stator 1 has a stator core 10 surrounding a rotor core 50 from the outside in the radial direction, and windings 3 wound around the stator core 10 .
  • the stator core 10 is formed by laminating a plurality of magnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or the like.
  • the plate thickness of the electromagnetic steel sheet is 0.1 to 0.7 mm, and 0.35 mm is particularly desirable.
  • the stator core 10 has an annular core back 11 centered on the axis Ax and a plurality of teeth 12 extending radially inward from the core back 11 .
  • Core back 11 has an inner periphery 11a (FIG. 2) and an outer periphery 11b.
  • the stator core 10 has a radius Ds.
  • the radius Ds is the distance from the axis Ax to the outer circumference 11b of the core back 11 .
  • a radius Ds of the stator core 10 is, for example, 53.5 mm.
  • the teeth 12 are formed at regular intervals in the circumferential direction.
  • the number of teeth 12 is nine here. However, the number of teeth 12 is not limited to nine, and may be two or more.
  • Slots 13, which are spaces for accommodating windings 3, are formed between teeth 12 adjacent in the circumferential direction. The number of slots 13 is the same as the number of teeth 12, here nine.
  • the area of the slot 13 on the plane perpendicular to the axis Ax is simply referred to as "the area of the slot 13". Also, the total area of the nine slots 13 of the stator core 10 is referred to as "slot area S".
  • the slot area S in the stator core 10 of Embodiment 1 is, for example, 93.5 mm 2 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing part of the stator 1.
  • FIG. A radial straight line passing through the circumferential centers of the teeth 12 is defined as a tooth center line T.
  • the tooth 12 has a tooth crest 12a at its radially inner end.
  • the tooth crest 12 a faces the rotor 5 .
  • the tip portion including the crest surface 12 a of the tooth 12 protrudes to both sides in the circumferential direction from the other portion of the tooth 12 .
  • the teeth 12 have side surfaces 12b at both ends in the circumferential direction.
  • the side surface 12b is parallel to the teeth centerline T.
  • An inclined surface 12c inclined with respect to the tooth center line T is formed radially inward of the side surface 12b of the tooth 12, that is, on the rotor 5 side, and an end surface 12d is formed between the inclined surface 12c and the tooth top surface 12a.
  • the inner periphery 11a of the core back 11 extends linearly from the base of the side surface 12b of the tooth 12 at an angle of 90 degrees with respect to the side surface 12b.
  • the inner circumference 11a of the core back 11 may extend in an arc shape from the root portion of the side surface 12b of the tooth 12 .
  • the insulating film 20 is attached to the inner surface of the slot 13 of the stator core 10 as an insulating portion.
  • the insulating film 20 is made of resin such as polyethylene terephthalate (PET).
  • the insulating film 20 has a first portion 21 covering the side surface 12b of the tooth 12, a second portion 22 covering the inner periphery 11a of the core back 11, and a third portion 23 covering the inclined surface 12c and the end surface 12d of the tooth 12. have.
  • An insulator 25 (see FIG. 12(B)) is provided as an insulating portion at the axial end of the stator core 10 .
  • the insulator 25 is made of resin such as polybutylene terephthalate (PBT). Winding 3 is wound around tooth 12 via insulating film 20 and insulator 25 .
  • the winding 3 is made of magnet wire and wound around each tooth 12 by concentrated winding.
  • the number of turns of the winding 3 on one tooth 12 is, for example, 80 turns.
  • the windings 3 are connected by a three-phase Y-connection.
  • the wire diameter and number of turns of the winding 3 are set according to the required characteristics of the motor 100, the supply voltage, and the area of the slot 13. FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing teeth 12, insulating film 20 and winding 3.
  • FIG. The windings 3 are wound around the side surfaces 12b of the teeth 12 in a bale-like manner.
  • Bale stacking means that one winding portion (indicated by symbol W in FIG. 3) of the k+1th layer (k ⁇ 1) of the winding 3 is wound so as to be in contact with two winding portions of the kth layer. Say things.
  • the space factor of the windings 3 in the slot 13 can be increased.
  • the space factor is the ratio of the total cross-sectional area of the winding portion in the slot 13 to the area of the slot 13 .
  • the contact area between the winding parts increases, the heat of the windings 3 can be efficiently radiated to the stator core 10, and the temperature rise of the windings 3 can be reduced. Suppressed.
  • the windings 3 are shown in four layers for convenience of illustration, but the number of layers of the windings 3 is arbitrary. Moreover, the winding 3 may be in contact with not only the first portion 21 of the insulating film 20 but also the second portion 22 and the third portion 23 .
  • FIG. 4 is a diagram showing the cross-sectional shape of the winding 3.
  • the winding 3 has a conductor 31 and a coating 32 surrounding the conductor 31 .
  • Conductor 31 is made of aluminum.
  • the coating 32 is made of an insulating resin such as polyesterimide or polyamideimide. Such a winding whose conductor is made of aluminum is also called an aluminum wire.
  • the winding 3 has an outer diameter d1 of 0.7 to 1.2 mm.
  • Embodiment 1 Next, the operation of Embodiment 1 will be described.
  • the magnetic flux that has flowed into the stator core 10 from the rotor 5 flows around the slots 13 and returns to the rotor 5 as indicated by L in FIG. Therefore, a magnetic path is formed in stator core 10 so as to surround slot 13 .
  • Iron loss generated in stator 1 depends on the length of the magnetic path in stator core 10 . Therefore, the larger the slot area S, the larger the iron loss, and the smaller the slot area S, the smaller the iron loss.
  • the motors 100 of Configuration Examples 1 to 3 of Embodiment 1 have the shape described with reference to FIG. 1, and the radius Dr and slot area S of the rotor core 50 are different.
  • Motor 100 of Configuration Example 1 of Embodiment 1 has radius Dr of rotor core 50 of 29.25 mm, radius Ds of stator core 10 of 53.5 mm, and slot area S of 93.5 mm 2 .
  • radius ratio the ratio of radii of rotor core 50 to stator core 10 (hereinafter simply referred to as radius ratio) Dr/Ds is 0.55.
  • the ratio S/Dr2 between the slot area S and the square of the radius Dr of the rotor core 50 is 0.109.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 30.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 80.0 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.56
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.089.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 25.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 140.0 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.47
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.224.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing the motor 101 of Comparative Example 1.
  • FIG. The motor 101 of Comparative Example 1 has 6 poles and 9 slots.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 24.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 132.0 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.45
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.229.
  • FIG. 5(B) is a sectional view showing part of the stator 1 of the motor 101 of Comparative Example 1.
  • FIG. The inner periphery 11a of the core-back 11 of Comparative Example 1 extends linearly from the root portion of the side surface 12b of the tooth 12 at an angle of 90 degrees with respect to the side surface 12b.
  • the windings 3 are shown in simplified form in FIG. 5(B), they are wound around the teeth 12 in a bale-like manner.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the motor 102 of Comparative Example 2.
  • FIG. The motor 102 of Comparative Example 2 has 6 poles and 9 slots.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 24.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 144.6 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.45
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.251.
  • FIG. 6(B) is a sectional view showing part of the stator 1 of the motor 102 of Comparative Example 2.
  • FIG. The inner periphery 11a of the core-back 11 of Comparative Example 2 extends linearly from the root portion of the side surface 12b of the tooth 12 at an angle of 90 degrees with respect to the side surface 12b.
  • the windings 3 are shown in simplified form in FIG. 6(B), they are wound around the teeth 12 in a bale-like manner.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing the motor 103 of Comparative Example 3.
  • FIG. The motor 103 of Comparative Example 3 has 6 poles and 9 slots.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 32.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 79.2 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.60
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.077.
  • FIG. 7(B) is a cross-sectional view showing part of the stator 1 of the motor 103 of Comparative Example 3.
  • FIG. The inner periphery 11a of the core-back 11 of Comparative Example 3 extends linearly from the root portion of the side surface 12b of the tooth 12 at an angle of 90 degrees with respect to the side surface 12b.
  • the windings 3 are shown in simplified form in FIG. 7(B), they are wound around the teeth 12 in the form of bales.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing the motor 104 of Comparative Example 4.
  • FIG. The motor 104 of Comparative Example 4 has 6 poles and 9 slots.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 32.0 mm
  • the radius Ds of the stator core 10 is 53.5 mm
  • the slot area S is 69.9 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.60
  • the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.068.
  • FIG. 8(B) is a sectional view showing part of the stator 1 of the motor 104 of Comparative Example 4.
  • FIG. The inner periphery 11a of the core back 11 of Comparative Example 4 extends linearly from the root portion of the side surface 12b of the tooth 12 at an angle of 90 degrees with respect to the side surface 12b.
  • the windings 3 are shown in simplified form in FIG. 8(B), they are wound around the teeth 12 in a bale-like manner.
  • the motor of Comparative Example 5 has the same shape as the motor 102 of Comparative Example 2 (FIG. 6A), the rotor core 50 has a radius Dr of 22.0 mm, and the stator core 10 has a radius Ds of 53.5 mm. and the slot area S is 150.0 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.41, and the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.310.
  • the motor of Comparative Example 6 has the same shape as the motor 102 of Comparative Example 2 (FIG. 6A), the rotor core 50 has a radius Dr of 20.0 mm, and the stator core 10 has a radius Ds of 53.5 mm. and the slot area S is 154.0 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.37, and the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.385.
  • the motor of Comparative Example 7 has the same shape as the motor 104 of Comparative Example 4 (FIG. 8A), the rotor core 50 has a radius Dr of 34.0 mm, and the stator core 10 has a radius Ds of 53.5 mm. and the slot area S is 69.9 mm 2 .
  • the radius ratio Dr/Ds is 0.64, and the ratio S/Dr2 of the slot area S to the square of the radius Dr is 0.060.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the radius ratio Dr/Ds between rotor core 50 and stator core 10 and iron loss.
  • the horizontal axis indicates the radius ratio Dr/Ds
  • the vertical axis indicates the core loss W.
  • data of Configuration Examples 1 to 3 of Embodiment 1 are indicated by points E1 to E3
  • data of Comparative Examples 1 to 7 are indicated by points C1 to C7.
  • iron loss is most reduced when the radius ratio Dr/Ds between rotor core 50 and stator core 10 is in the range of 0.47 to 0.56. Iron loss increases when the radius ratio Dr/D2 is less than 0.47, and increases when it exceeds 0.56.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the iron loss and the ratio S/Dr 2 of the slot area S to the square of the radius Dr.
  • the horizontal axis indicates the ratio S/Dr 2 of the slot area S and the square of the radius Dr, and the vertical axis indicates the core loss W.
  • data of Configuration Examples 1 to 3 of Embodiment 1 are indicated by points E1 to E3
  • data of Comparative Examples 1 to 7 are indicated by points C1 to C7.
  • the slot area S is as large as 144.6 mm 2 , so the space factor of the windings 3 is small.
  • the space factor of the windings 3 decreases, the contact area between the windings in the slots 13 decreases, the heat dissipation decreases, and the temperature of the windings 3 rises.
  • the temperature of the winding 3 rises the winding resistance increases, the copper loss increases, and the motor efficiency decreases.
  • radius Dr of rotor core 50, radius Ds of stator core 10, and slot area S are 0.47 ⁇ Dr/Ds ⁇ 0.56 and 0.089 ⁇ S/ Dr 2 ⁇ 0.224 is satisfied. Therefore, iron loss in the stator 1 can be reduced as shown in FIGS.
  • the radius Dr of the rotor core 50 is 25 mm to 30 mm, the permanent magnet 55 having a sufficient size can be attached to the rotor core 50, and a decrease in motor output can be suppressed. Moreover, since the radial dimension of the stator core 10 does not become too small, an increase in magnetic resistance in the stator core 10 can be suppressed.
  • the slot area S is 80 mm 2 or more, a sufficient number of turns of the winding 3 can be secured, and a decrease in motor output can be suppressed.
  • the slot area S is 140 mm 2 or less, the space factor of the windings 3 in the slots 13 can be increased, and the contact area between the windings can be increased to improve heat dissipation. As a result, an increase in copper loss due to a temperature rise can be suppressed, and a decrease in motor output can be suppressed.
  • the windings 3 are wound around the teeth 12 in a bale shape within the slots 13, the contact area between the windings 3 is increased, and the heat generated in the windings 3 is efficiently dissipated to the stator core 10. be able to. As a result, an increase in copper loss due to a temperature rise can be suppressed, and a decrease in motor efficiency can be suppressed.
  • the plate thickness of the electromagnetic steel plate of the stator core 10 is 0.1 to 0.7 mm, but 0.35 mm is particularly desirable. The thicker the electromagnetic steel sheet, the lower the cost and the higher the strength, but the more likely iron loss occurs. If the plate thickness of the magnetic steel sheet of the stator core 10 is 0.35 mm, iron loss can be reduced without increasing the manufacturing cost and reducing the strength.
  • the thickness of the electromagnetic steel sheet of rotor core 50 may be greater than the thickness of the electromagnetic steel sheet of stator core 10 .
  • the magnetic flux flowing in from the rotor 5 changes greatly due to the rotation of the rotor 5.
  • the permanent magnet 55 is fixed to the rotor core 50, and the magnetic flux changes in the rotor core 50 as the rotor 5 rotates. is small, and therefore the iron loss generated in the rotor core 50 is relatively small.
  • the winding 3 is an aluminum wire and has a higher resistance than a copper wire
  • the wire diameter of the winding 3 is 0.7 to 1.2 mm, which is thicker than a general copper wire. , an increase in winding resistance can be suppressed.
  • the slot area S is 80 to 140 mm 2 as described above, it is possible to increase the space factor of the windings 3 in the slots 13, thereby suppressing a decrease in motor efficiency.
  • the permanent magnets 55 of the rotor 5 are made of rare earth magnets, which are easily demagnetized at high temperatures. As described above, the heat generated in the windings 3 is efficiently dissipated and the temperature rise of the entire motor 100 is suppressed, so that demagnetization of the permanent magnets 55 at high temperatures can be suppressed.
  • the demagnetization resistance is improved, but the electrical frequency is increased and iron loss is increased. Since the motor 100 of Embodiment 1 has 6 poles and 9 slots, the iron loss can be reduced without lowering the demagnetization resistance.
  • the slot area S is 140 mm 2 or less, the space factor of the windings 3 in the slot 13 can be increased, and heat dissipation can be improved. As a result, it is possible to suppress an increase in copper loss due to an increase in winding resistance due to temperature rise. Further, since the slot area S is 80 mm 2 or more, a sufficient number of turns of the winding 3 can be ensured, and a decrease in motor output can be suppressed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing motor 100A of the second embodiment.
  • Motor 100A of the second embodiment differs from motor 100 of the first embodiment in that teeth 12 of stator 1A have stepped portions 121 .
  • FIG. 12(A) is a sectional view showing part of the stator 1A of the motor 100A.
  • FIG. 12(B) is a cross-sectional view of the tooth 12 shown in FIG. 12(A) in a plane perpendicular to the tooth center line T.
  • FIG. 12(A) is a sectional view showing part of the stator 1A of the motor 100A.
  • FIG. 12(B) is a cross-sectional view of the tooth 12 shown in FIG. 12(A) in a plane perpendicular to the tooth center line T.
  • the axial end faces of the teeth 12 are referred to as axial end faces 12e.
  • Stepped portions 121 are formed on both sides in the circumferential direction of the axial end face 12e of the tooth 12 (that is, on both sides in the width direction of the tooth 12).
  • the stepped portion 121 is formed at a corner portion where the axial end surface 12e of the tooth 12 and the side surface 12b intersect.
  • An insulator 25 is attached to the axial end surface 12 e of the tooth 12 .
  • the insulator 25 is a resin molding, and is attached so as to cover the axial end face 12e of the tooth 12 .
  • the insulator 25 has engaging portions 25a on both sides in the circumferential direction, that is, on both sides in the width direction of the teeth 12, which engage with the stepped portions 121 of the stator 1A.
  • the insulator 25 is attached to the tooth 12 by the engagement between the engaging portion 25 a and the stepped portion 121 .
  • the insulator 25 has curved surfaces 25b on both sides in the circumferential direction so that the windings 3 wound around it are not damaged. As a result, damage to the windings 3 wound around the insulators 25 can be suppressed.
  • the insulating film 20 described in Embodiment 1 is attached to the side surfaces 12b of the teeth 12. As shown in FIG. The insulating film 20 covers the inner circumference 11 a of the core back 11 , the inclined surfaces 12 c and the end surfaces 12 d of the teeth 12 in addition to the side surfaces 12 b of the teeth 12 .
  • the winding 3 is wound around the tooth 12 via the insulating film 20 and insulator 25 . Since the insulating film 20 is thin, it is easy to wind the wire 3 around the teeth 12 . Therefore, it is possible to increase the space factor of the windings 3 in the slot 13, improve heat dissipation, and suppress copper loss.
  • the insulator 25 is made of PBT.
  • PBT has a higher thermal conductivity than the liquid crystal polymer (LCP) commonly used for insulators. Therefore, the heat generated in windings 3 can be easily transferred to stator core 10 via insulator 25 . As a result, an increase in winding resistance due to a temperature rise can be suppressed, and a decrease in motor efficiency can be suppressed.
  • LCP liquid crystal polymer
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing one configuration example of the insulator 25. As shown in FIG.
  • the insulator 25 may be formed with a groove portion 25c as a holding portion for holding the axial end portion of the insulating film 20 .
  • the insulating film 20 can be held by the grooves 25c of the insulator 25, so that the insulating film 20 can be attached to the stator core 10 easily.
  • a hollow portion 25d may be formed inside the insulator 25 .
  • the heat dissipation surface area is increased, the heat dissipation is improved, and the weight of the insulator 25 is also reduced.
  • the formation position of the hollow part 25d in the insulator 25 is arbitrary.
  • FIG. 14(A) is a cross-sectional view showing part of the stator of the motor of the comparative example.
  • FIG. 14(B) is a cross-sectional view of the tooth 12 shown in FIG. 14(A) in a plane orthogonal to the tooth center line T.
  • FIG. 14(A) is a cross-sectional view showing part of the stator of the motor of the comparative example.
  • FIG. 14(B) is a cross-sectional view of the tooth 12 shown in FIG. 14(A) in a plane orthogonal to the tooth center line T.
  • the axial end surface 12e of the tooth 12 is not provided with a stepped portion.
  • An insulator 26 is attached to the axial end face 12 e of the tooth 12 .
  • the insulator 26 has curved surfaces 26b on both sides in the circumferential direction so as not to damage the windings 3 wound around it. Therefore, the insulator 26 needs to have an axial height sufficient to form the curved surface 26b. As a result, as shown in FIG. 14B, the axial dimension L2, which is the sum of the teeth 12 and the insulators 26 on both sides in the axial direction, becomes longer.
  • the tooth 12 has the stepped portion 121 on the axial end face 12e, and the insulator 25 has the engaging portion 25a that engages with the stepped portion 121.
  • the curved surface 25b can be formed on the insulator 25 .
  • the axial dimension L1 of the teeth 12 and the insulators 25 on both sides in the axial direction can be shortened.
  • the circumference of the winding 3 can be shortened.
  • the winding resistance can be reduced and the copper loss can be reduced.
  • the formation of the stepped portions 121 narrows the magnetic path, which may increase iron loss due to magnetic saturation.
  • the radius Dr of rotor core 50, the radius Ds of stator core 10, and the slot area S are 25 mm ⁇ Dr ⁇ 30 mm, 0.47 ⁇ Dr/Ds ⁇ 0.56, and 0.089 ⁇ S/Dr 2 ⁇ 0.224 is satisfied, it is possible to suppress an increase in iron loss in the stator 1A and a decrease in motor efficiency.
  • the stepped portion 121 is formed on the side surface 12b side of the teeth 12, but the stepped portion may be formed on the inner circumference 11a side of the core back 11. Alternatively, a stepped portion may be formed on the inclined surface 12c side or the end surface 12d side of the tooth 12 . In other words, it suffices if a stepped portion is formed on the axial end face of the stator core 10 and at the portion facing the slot 13 .
  • the insulators 25 are attached to both ends of the teeth 12 in the axial direction here, the insulators 25 may be attached to only one end of the teeth 12 in the axial direction.
  • the motor 100A of the second embodiment is configured in the same manner as the motor 100 of the first embodiment except for the above points.
  • the insulating film 20 is attached to the side surface 12b of the tooth 12, and the insulator 25 is attached to the axial end surface 12e. can be wound with the winding 3.
  • the stepped portion 121 is formed in the axial end face of the stator core 10 at the portion facing the slot 13 , and the insulator 25 has the engagement portion 25 a that engages with the stepped portion 121 , so that the insulator 25 can be easily attached to the teeth 12 . can be installed. Moreover, the axial dimension of the insulator 25 and the teeth 12 together can be shortened, so that the circumference of the winding 3 can be shortened and the copper loss can be reduced.
  • the insulator 25 has the groove portion 25c as a holding portion for holding the insulating film 20, the insulating film 20 can be attached to the stator core 10 easily.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing motor 100B of the third embodiment.
  • Motor 100B of the third embodiment differs from motor 100A of the second embodiment in that groove 14 is formed in outer circumference 11b of core back 11 of stator 1B.
  • the groove portion 14 formed in the outer periphery 11b of the core back 11 extends axially over the entire length of the stator core 10 . Therefore, when the motor 100B is attached to the compressor 300 (FIG. 17), a channel is formed between the closed container 301 (FIG. 17) of the compressor 300 and the groove portion 14 for axially flowing the refrigerant.
  • the windings 3 arranged radially inward (closer to the rotor 5) in the slots 13 are easily cooled by the coolant flowing through the gap between the stator 1B and the rotor 5.
  • the windings 3 arranged radially outside (closer to the core back 11) in the slot 13 are less likely to be cooled.
  • Embodiment 3 since the coolant flows through the grooves 14 of the outer circumference 11b of the core back 11, the heat generated by the windings 3 arranged radially outward in the slots 13 can be dissipated. Thereby, the temperature rise of winding 3 can be controlled.
  • the grooves 14 of the core back 11 are desirably formed on a radial straight line passing through the circumferential centers of the teeth 12, that is, on the tooth center line T.
  • the motor 100B of the third embodiment is configured similarly to the motor 100A of the second embodiment.
  • Embodiment 3 since the groove portion 14 is formed in the outer circumference 11b of the core back 11 of the stator 1B, the heat dissipation of the winding 3 can be improved. It is possible to suppress the decrease in motor efficiency by suppressing the temperature rise.
  • a groove similar to the groove 14 of the third embodiment may be formed on the outer circumference 11b (FIG. 1) of the core back 11 of the stator 1 of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a sectional view showing a modified motor 100C.
  • a motor 100C of a modified example is constructed by annularly connecting a plurality of split cores 17 in a stator core 10 of a stator 1C.
  • the stator core 10 is composed of nine split cores 17, but the number of split cores 17 may be two or more.
  • Each split core 17 has one tooth 12 .
  • a split surface 18 is formed between adjacent split cores 17 .
  • the split cores 17 are connected to each other at a crimped portion 19 or a thin portion formed on the outer peripheral side of the split surface 18 .
  • the split cores 17 may be formed as independent components and welded at the split surfaces 18 .
  • the insulating film 20 described in Embodiment 1 is attached to the inner surface of the slot 13 of the split core 17 .
  • the insulator 25 (FIG. 12(B)) described in the second embodiment may be attached to the axial end surface of the split core 17 .
  • stepped portion 121 described in Embodiment 2 may be formed in the portion facing the slot 13 on the axial end surface of the split core 17 (FIG. 12(A)).
  • the insulating film 20 and the insulator 25 are attached to the split cores 17 while the stator core 10 connected to the split cores 17 is linearly spread. Then, winding 3 is wound around teeth 12 of split core 17 via insulating film 20 and insulator 25 . After that, by assembling the stator cores 10 in an annular shape, the annular stator core 10 is obtained.
  • the insulating film 20 and the insulator 25 can be attached and the winding wire 3 can be wound while the split core 17 is linearly spread. Therefore, the insulating film 20 and the insulator 25 can be easily attached, and the windings 3 can be easily wound in the form of bales. As a result, the space factor of the windings 3 can be increased, and heat dissipation can be further improved.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a compressor 300 to which the motors of the embodiments and modifications are applicable.
  • Compressor 300 is a rotary compressor, and is used, for example, in refrigeration cycle device 400 (FIG. 18).
  • the compressor 300 includes a compression mechanism section 310, a motor 100 that drives the compression mechanism section 310, a shaft 6 that connects the compression mechanism section 310 and the motor 100, and an airtight container 301 that houses them.
  • the axial direction of the shaft 6 is the vertical direction
  • the motor 100 is arranged above the compression mechanism section 310 .
  • the closed container 301 is a container made of a steel plate.
  • the stator 1 of the motor 100 is incorporated inside the sealed 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 in the upper part of the sealed container 301 .
  • An accumulator 302 for storing refrigerant gas is attached to the outside of the sealed container 301 .
  • Refrigerating machine oil that lubricates the bearings of the compression mechanism 310 is stored in the bottom of the sealed container 301 .
  • the compression mechanism portion 310 includes a cylinder portion 311 having a cylinder chamber 312 , a rolling piston 314 fixed to the shaft 6 , vanes dividing the inside of the cylinder chamber 312 into a suction side and a compression side, and axially opposite ends of the cylinder chamber 312 . It has an upper frame 316 and a lower frame 317 closing the part.
  • Both the upper frame 316 and the lower frame 317 have bearings that rotatably support the shaft 6 .
  • An upper discharge muffler 318 and a lower discharge muffler 319 are attached to the upper frame 316 and lower frame 317, respectively.
  • the cylinder portion 311 is provided with a cylindrical cylinder chamber 312 centered on the axis Ax.
  • the eccentric shaft portion 61 of the shaft 6 is positioned inside the cylinder chamber 312 .
  • the eccentric shaft portion 61 has a center that is eccentric with respect to the axis Ax.
  • a rolling piston 314 is fitted to the outer circumference of the eccentric shaft portion 61 . As the motor 100 rotates, the rolling piston 314 rotates eccentrically within the cylinder chamber 312 .
  • the cylinder portion 311 is formed with an intake port 313 for sucking the refrigerant gas into the cylinder chamber 312 .
  • a suction pipe 303 communicating with a suction port 313 is attached to the sealed container 301 , and refrigerant gas is supplied from an accumulator 302 to a cylinder chamber 312 via this suction pipe 303 .
  • the stroke volume of the compression mechanism portion 310 that is, the volume of the cylinder portion 311 is 6-18cc.
  • Compressor 300 is supplied with a mixture of low-pressure refrigerant gas and liquid refrigerant from the refrigerant circuit of refrigeration cycle device 400 (FIG. 18). , may cause the compression mechanism 310 to malfunction. Therefore, the accumulator 302 separates the liquid refrigerant and the refrigerant gas, and supplies only the refrigerant gas to the compression mechanism section 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. When current is supplied from the inverter 7 to the windings 3 of the stator 1 from the terminals 305 , the rotor 5 rotates due to the action of the rotating magnetic field generated by the current and the magnetic field of the permanent magnets 55 of the rotor 5 .
  • a low-pressure refrigerant gas is sucked into the cylinder chamber 312 of the compression mechanism 310 from the accumulator 302 through the suction port 313 .
  • the eccentric shaft portion 61 of the shaft 6 and the rolling piston 314 attached thereto rotate eccentrically to compress the refrigerant in the cylinder chamber 312 .
  • the refrigerant compressed in the cylinder chamber 312 is discharged into the sealed container 301 through a discharge port and discharge mufflers 318 and 319 (not shown).
  • Refrigerant discharged into closed container 301 rises in closed container 301 through the hole of motor 100 and the like, is discharged from discharge pipe 307, and is delivered to the refrigerant circuit of refrigeration cycle device 400 (FIG. 18).
  • the motors of the embodiments and modified examples have high motor efficiency by suppressing iron loss and copper loss. Therefore, by using the motor as a drive source for the compressor 300, the operating efficiency of the compressor 300 can be improved.
  • the torque of motor 100 decreases as the stroke volume of compression mechanism 310 increases.
  • the radius Dr of rotor core 50, the radius Ds of stator core 10, and the slot area S are 25 mm ⁇ Dr ⁇ 30 mm, 0.47 ⁇ Dr/Ds ⁇ 0.56, and 0.089.
  • the motor 100 is driven and controlled by the inverter 7, the load fluctuation of the motor 100 can be suppressed. Thereby, stable operation of the compressor 300 can be performed.
  • FIG. 18 is a diagram showing a refrigeration cycle device 400.
  • the refrigeration cycle device 400 is an air conditioner, for example, and includes a compressor 401 , a condenser 402 , an expansion device (decompression device) 403 , and an evaporator 404 .
  • Compressor 401, condenser 402, expansion device 403, and evaporator 404 are connected by refrigerant pipe 407 to form a refrigeration cycle.
  • Refrigerant circulates through compressor 401 , condenser 402 , throttle device 403 and evaporator 404 in this order.
  • the compressor 401 , the condenser 402 and the expansion device 403 are provided in the outdoor unit 410 .
  • Compressor 401 is composed of compressor 300 described with reference to FIG.
  • the outdoor unit 410 is provided with an outdoor fan 405 that blows air to the condenser 402 .
  • Evaporator 404 is provided in indoor unit 420 .
  • This 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. Compressor 401 compresses the sucked refrigerant and sends it out.
  • the condenser 402 exchanges heat between the refrigerant flowing from the compressor 401 and the outdoor air, condenses and liquefies the refrigerant, and sends the liquefied refrigerant to the refrigerant pipe 407 .
  • Outdoor fan 405 supplies outdoor air to condenser 402 .
  • the expansion device 403 adjusts the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 407 .
  • the evaporator 404 exchanges heat between the refrigerant brought to a low pressure state by the expansion device 403 and the indoor air.
  • the refrigerant takes heat from the air, evaporates, and is sent to the refrigerant pipe 407 .
  • the indoor air blower 406 supplies the air that has passed through the evaporator 404 and has been deprived of heat into the room.
  • the motors of the embodiments and modified examples have high motor efficiency by suppressing iron loss and copper loss. Therefore, by using the motor for the compressor 401 of the refrigerating cycle device 400, the operating efficiency of the refrigerating cycle device 400 can be improved.

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Abstract

モータは、軸線を中心とする環状のロータコアと、ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有するロータと、軸線を中心とする径方向の外側からロータを囲むコアバックと、コアバックからロータに向けて延在するティースと、軸線を中心とする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、ティースに取り付けられた絶縁部と、アルミニウムで形成された導体を有し絶縁部を介してティースに巻かれた巻線とを有するステータとを有する。ロータコアの半径Ｄｒ、ステータコアの半径Ｄｓ、およびスロットの面積Ｓは、２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４を満足する。

Description

モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置
　本開示は、モータ、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
　モータは、永久磁石を有するロータと、ロータを囲む環状のステータとを有する。ステータは複数のスロットを有し、スロットには巻線が収容される（例えば、特許文献１）。巻線には、従来の銅線に代えて、アルミニウム線が用いられる場合が増えている。
国際公開２０２０／０４４４２０号（例えば、図２参照）
　ここで、ロータの永久磁石から出た磁束は、ステータのスロットを囲むように流れてロータに戻る。すなわち、スロットを囲むように磁路が形成される。従来のモータでは、スロットの面積が比較的大きいため、磁路の長さが長く、鉄損が大きくなる傾向がある。
　一方、スロットの面積を小さくすると、巻線で発生した熱がスロット内にこもって巻線の温度が上昇しやすくなる。アルミニウム線は銅線よりも電気抵抗が高く、発熱しやすい。巻線の温度が上昇すると、電気抵抗が上昇して銅損が増加し、モータ効率の低下を招く。
　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、モータ効率の低下を抑制することを目的とする。
　本開示のモータは、軸線を中心とする環状のロータコアと、ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有するロータと、軸線を中心とする径方向の外側からロータを囲むコアバックと、コアバックからロータに向けて延在するティースと、軸線を中心とする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、ティースに取り付けられた絶縁部と、アルミニウムで形成された導体を有し絶縁部を介してティースに巻かれた巻線とを有するステータとを有する。ロータコアの半径Ｄｒ、ステータコアの半径Ｄｓ、およびスロットの面積Ｓは、２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４を満足する。
　本開示によれば、鉄損および銅損を低減し、これによりモータ効率の低下を抑制することができる。
実施の形態１のモータを示す断面図である。 実施の形態１のステータの一部を示す断面図である。 実施の形態１のティース、絶縁部および巻線を示す断面図である。 実施の形態１の巻線の断面構造を示す模式図である。 比較例１のモータを示す断面図（Ａ）およびステータの一部を示す断面図（Ｂ）である。 比較例２のモータを示す断面図（Ａ）およびステータの一部を示す断面図（Ｂ）である。 比較例３のモータを示す断面図（Ａ）およびステータの一部を示す断面図（Ｂ）である。 比較例４のモータを示す断面図（Ａ）およびステータの一部を示す断面図（Ｂ）である。 ロータコアとステータコアとの半径比Ｄｒ／Ｄｓと、鉄損との関係を示すグラフである。 スロット面積Ｓとロータコアの半径の２乗との比Ｓ／Ｄｒ２と、鉄損との関係を示すグラフである。 実施の形態２のモータを示す断面図である。 実施の形態２のステータの一部を示す断面図（Ａ）、並びにティース、絶縁部および巻線を示す断面図（Ｂ）である。 実施の形態２の一構成例におけるティース、インシュレータおよび絶縁フィルムを示す模式図である。 比較例のステータの一部を示す断面図（Ａ）、並びにティース、絶縁部および巻線を示す断面図（Ｂ）である。 実施の形態３のモータを示す断面図である。 変形例のモータを示す断面図である。 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を示す縦断面図である。 図１７の圧縮機が適用可能な冷凍サイクル装置を示す図である。
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１７）に用いられ、インバータ７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１７）の密閉容器３０１の内側に組み込まれる。
　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ものである。
　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５３が形成されている。ロータコア５０の中心孔５３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は、半径Ｄｒを有する。半径Ｄｒは、軸線Ａｘからロータコア５０の外周までの距離である。ロータコア５０の半径Ｄｒは２５～３０ｍｍであり、一例としては２９．２５ｍｍである。
　ロータコア５０の外周に沿って、永久磁石５５が挿入される複数の磁石挿入孔５１が形成されている。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の間は極間部となる。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、その周方向中心すなわち極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、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を含む希土類磁石で形成されている。
　なお、希土類磁石は、温度の上昇と共に保磁力が低下する性質を有し、低下率は－０．５～－０．６％／Ｋである。圧縮機で想定される最大負荷発生時に希土類磁石の減磁が生じないようにするためには、１１００～１５００Ａ／ｍの保磁力が必要である。この保磁力を１５０℃の雰囲気温度下で確保するためには、常温すなわち２０℃での保磁力が１８００～２３００Ａ／ｍであることが必要である。
　そのため、希土類磁石には、ディスプロシウム（Ｄｙ）を添加してもよい。希土類磁石の常温での保磁力は、Ｄｙを添加していない状態で１８００Ａ／ｍであり、２ｗｔ％のＤｙを添加することで２３００Ａ／ｍとなる。但し、Ｄｙの添加は製造コストの増加の原因となり、また残留磁束密度の低下を招く。そのため、Ｄｙを添加しないか、またはＤｙの添加量ができるだけ少ないことが望ましい。
　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、ロータコア５０の電磁鋼板の板厚と同じに設定される。
＜ステータの構成＞
　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に巻かれた巻線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ものである。電磁鋼板の板厚は０．１～０．７ｍｍであり、特に０．３５ｍｍが望ましい。
　ステータコア１０は、軸線Ａｘを中心とする環状のコアバック１１と、コアバック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。コアバック１１は、内周１１ａ（図２）と外周１１ｂとを有する。
　ステータコア１０は、半径Ｄｓを有する。半径Ｄｓは、軸線Ａｘからコアバック１１の外周１１ｂまでの距離である。ステータコア１０の半径Ｄｓは、例えば５３．５ｍｍである。
　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の数と同じであり、ここでは９である。
　軸線Ａｘに直交する面におけるスロット１３の面積を、単に「スロット１３の面積」と称する。また、ステータコア１０の９つのスロット１３の面積の合計を、「スロット面積Ｓ」と称する。実施の形態１のステータコア１０におけるスロット面積Ｓは、例えば９３．５ｍｍ２である。
　図２は、ステータ１の一部を示す断面図である。ティース１２の周方向中心を通る径方向の直線を、ティース中心線Ｔとする。ティース１２は、その径方向内側の端部に、歯先面１２ａを有する。歯先面１２ａは、ロータ５に対向する。ティース１２の歯先面１２ａを含む先端部は、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。
　ティース１２は、その周方向の両端に側面１２ｂを有する。側面１２ｂは、ティース中心線Ｔに平行である。ティース１２の側面１２ｂに対して径方向内側すなわちロータ５側に、ティース中心線Ｔに対して傾斜した傾斜面１２ｃが形成され、傾斜面１２ｃと歯先面１２ａとの間には端面１２ｄが形成されている。
　コアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から、当該側面１２ｂに対して９０度の角度で直線状に延在している。但し、コアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から円弧状に延在していてもよい。
　ステータコア１０のスロット１３の内面には、絶縁部としての絶縁フィルム２０が取り付けられている。絶縁フィルム２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂で形成される。
　絶縁フィルム２０は、ティース１２の側面１２ｂを覆う第１部分２１と、コアバック１１の内周１１ａを覆う第２部分２２と、ティース１２の傾斜面１２ｃおよび端面１２ｄを覆う第３部分２３とを有する。
　また、ステータコア１０の軸方向端部には、絶縁部としてのインシュレータ２５（図１２（Ｂ）参照）が設けられている。インシュレータ２５は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂で形成されている。巻線３は、絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を介して、ティース１２に巻き付けられる。
　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、３相Ｙ結線で結線されている。巻線３の線径およびターン数は、モータ１００の要求特性、供給電圧、およびスロット１３の面積に応じて設定される。
　図３は、ティース１２、絶縁フィルム２０および巻線３を示す断面図である。巻線３は、ティース１２の側面１２ｂに、俵積み状に巻かれている。俵積みとは、巻線３のｋ＋１層目（ｋ≧１）の１つの巻線部分（図３に符号Ｗで示す）が、ｋ層目の２つの巻線部分に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、スロット１３における巻線３の占積率を高めることができる。占積率とは、スロット１３の面積に対する、当該スロット１３内の巻線部分の断面積の合計の割合である。また、巻線３が俵積み状に巻かれることで、巻線部分同士の接触面積が増加し、巻線３の熱をステータコア１０に効率よく放熱することができ、巻線３の温度上昇が抑制される。
　図３では、図示の便宜上、巻線３を４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、絶縁フィルム２０の第１部分２１だけでなく、第２部分２２および第３部分２３に接していても良い。
　図４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。このように導体がアルミニウムで形成された巻線は、アルミニウム線とも称する。
　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、０．７～１．２ｍｍである。
＜作用＞
　次に、実施の形態１の作用について説明する。ロータ５からステータコア１０に流入した磁束は、図１に符号Ｌで示すようにスロット１３の周囲を流れてロータ５に戻る。そのため、ステータコア１０内には、スロット１３の周囲を囲むように磁路が形成される。ステータ１で生じる鉄損は、ステータコア１０内の磁路の長さに依存する。そのため、スロット面積Ｓが大きいほど鉄損が大きく、スロット面積Ｓが小さいほど鉄損が小さい。
　また、ロータ５の断面積（Ｄｒ２×π）が大きいほど、ロータ５に搭載される永久磁石５５が大きくなり、ステータコア１０に流入する磁束が増加する。そこで、ここでは、ステータ１における鉄損の生じやすさを表す指標として、スロット面積Ｓをロータコア５０の半径Ｄｒの２乗で乗算したＳ／Ｄｒ２を用いる。
　ここで、実施の形態１のモータ１００に含まれる具体的な構成例１～３について説明する。実施の形態１の構成例１～３のモータ１００は、図１を参照して説明した形状を有しており、ロータコア５０の半径Ｄｒとスロット面積Ｓが異なるものである。
　実施の形態１の構成例１のモータ１００は、ロータコア５０の半径Ｄｒが２９．２５ｍｍ、ステータコア１０の半径Ｄｓが５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓが９３．５ｍｍ２である。この場合、ロータコア５０とステータコア１０との半径の比（以下、単に半径比と称する）Ｄｒ／Ｄｓは、０．５５である。また、スロット面積Ｓとロータコア５０の半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は、０．１０９である。
　構成例２のモータ１００は、ロータコア５０の半径Ｄｒが３０．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓが５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓが８０．０ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．５６であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．０８９である。
　構成例３のモータ１００は、ロータコア５０の半径Ｄｒが２５．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓが５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓが１４０．０ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．４７であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．２２４である。
　次に、実施の形態１の構成例１～３と対比する比較例１～７について説明する。
　図５（Ａ）は、比較例１のモータ１０１を示す断面図である。比較例１のモータ１０１は、６極９スロットである。ロータコア５０の半径Ｄｒは２４．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは１３２．０ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．４５であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．２２９である。
　図５（Ｂ）は、比較例１のモータ１０１のステータ１の一部を示す断面図である。比較例１のコアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から、側面１２ｂに対して９０度の角度で直線状に延在している。巻線３は、図５（Ｂ）では簡略化して示しているが、ティース１２に俵積み状に巻かれている。
　図６（Ａ）は、比較例２のモータ１０２を示す断面図である。比較例２のモータ１０２は、６極９スロットである。ロータコア５０の半径Ｄｒは２４．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは１４４．６ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．４５であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．２５１である。
　図６（Ｂ）は、比較例２のモータ１０２のステータ１の一部を示す断面図である。比較例２のコアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から、側面１２ｂに対して９０度の角度で直線状に延在している。巻線３は、図６（Ｂ）では簡略化して示しているが、ティース１２に俵積み状に巻かれている。
　図７（Ａ）は、比較例３のモータ１０３を示す断面図である。比較例３のモータ１０３は、６極９スロットである。ロータコア５０の半径Ｄｒは３２．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは７９．２ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．６０であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．０７７である。
　図７（Ｂ）は、比較例３のモータ１０３のステータ１の一部を示す断面図である。比較例３のコアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から、側面１２ｂに対して９０度の角度で直線状に延在している。巻線３は、図７（Ｂ）では簡略化して示しているが、ティース１２に俵積み状に巻かれている。
　図８（Ａ）は、比較例４のモータ１０４を示す断面図である。比較例４のモータ１０４は、６極９スロットである。ロータコア５０の半径Ｄｒは３２．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは６９．９ｍｍ２である。この場合、半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．６０であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．０６８である。
　図８（Ｂ）は、比較例４のモータ１０４のステータ１の一部を示す断面図である。比較例４のコアバック１１の内周１１ａは、ティース１２の側面１２ｂの根元部から、側面１２ｂに対して９０度の角度で直線状に延在している。巻線３は、図８（Ｂ）では簡略化して示しているが、ティース１２に俵積み状に巻かれている。
　比較例５のモータは、比較例２のモータ１０２（図６（Ａ））と同様の形状を有し、ロータコア５０の半径Ｄｒは２２．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは１５０．０ｍｍ２である。半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．４１であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．３１０である。
　比較例６のモータは、比較例２のモータ１０２（図６（Ａ））と同様の形状を有し、ロータコア５０の半径Ｄｒは２０．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは１５４．０ｍｍ２である。半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．３７であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．３８５である。
　比較例７のモータは、比較例４のモータ１０４（図８（Ａ））と同様の形状を有し、ロータコア５０の半径Ｄｒは３４．０ｍｍであり、ステータコア１０の半径Ｄｓは５３．５ｍｍであり、スロット面積Ｓは６９．９ｍｍ２である。半径比Ｄｒ／Ｄｓは０．６４であり、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２は０．０６０である。
　次に、実施の形態１の構成例１～３および比較例１～７のモータの鉄損の測定結果について説明する。鉄損は、ＪＩＳ＿Ｃ２５５０に基づくエプスタイン試験により測定したものである。構成例１～３および比較例１～７のモータの軸方向長さは、共通である。
　図９は、ロータコア５０とステータコア１０との半径比Ｄｒ／Ｄｓと、鉄損との関係を示すグラフである。横軸は半径比Ｄｒ／Ｄｓを示し、縦軸は鉄損Ｗを示す。また、図９において、実施の形態１の構成例１～３のデータは点Ｅ１～Ｅ３で示し、比較例１～７のデータは点Ｃ１～Ｃ７で示す。
　図９から、ロータコア５０とステータコア１０との半径比Ｄｒ／Ｄｓが０．４７～０．５６の範囲にある場合に、鉄損が最も低減されていることが分かる。半径比Ｄｒ／Ｄ２が０．４７より小さくなると鉄損が増加し、０．５６より大きくなっても鉄損が増加する。
　図１０は、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２と、鉄損との関係を示すグラフである。横軸はスロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２を示し、縦軸は鉄損Ｗを示す。また、図１０において、実施の形態１の構成例１～３のデータは点Ｅ１～Ｅ３で示し、比較例１～７のデータは点Ｃ１～Ｃ７で示す。
　図１０から、スロット面積Ｓと半径Ｄｒの２乗との比Ｓ／Ｄｒ２が０．０８９～０．２２４の範囲にある場合に、鉄損が最も低減されていることが分かる。半径比Ｄｒ／Ｄ２が０．０８９より小さくなると鉄損が増加し、０．２２４より大きくなっても鉄損が増加する。
　比較例１のモータ１０１（図５（Ａ））では、スロット面積Ｓが大きく、スロット１３を囲む磁路が長いため、図９，１０に示したように鉄損が大きい。また、ロータコア５０の半径Ｄｒが２４ｍｍと小さいため、ロータ５に取り付け可能な永久磁石５５が小さくなり、モータ出力が低下する。
　比較例２のモータ１０２（図６（Ａ））では、スロット面積Ｓが大きく、スロット１３を囲む磁路が長いため、図９，１０に示したように鉄損が大きい。また、ロータコア５０の半径Ｄｒが２４ｍｍと小さいため、比較例１と同様にモータ出力が低下する。
　加えて、この比較例２では、スロット面積Ｓが１４４．６ｍｍ２と大きいため、巻線３の占積率が小さくなる。巻線３の占積率が小さくなると、スロット１３内の巻線部分同士の接触面積が減少して放熱性が低下し、巻線３の温度が上昇する。巻線３の温度が上昇すると、巻線抵抗が増加し、銅損が増加してモータ効率が低下する。
　比較例３のモータ１０３（図７（Ａ））では、ステータコア１０の半径Ｄｓに対してロータコア５０の半径Ｄｒが大きいため、ステータコア１０の径方向寸法が小さく、磁気抵抗が増加する結果、図９，１０に示したように鉄損が大きくなる。また、スロット面積Ｓが７９．２ｍｍ２と小さいため、巻線３の巻き数が少なくなり、モータ出力が低下する。また、スロット１３に巻線３を無理に収容すると、巻線３が損傷する可能性がある。
　比較例４のモータ１０４（図８（Ａ））では、ステータコア１０の半径Ｄｓに対してロータコア５０の半径Ｄｒが大きいため、ステータコア１０の径方向寸法が小さく、磁気抵抗が増加する結果、図９，１０に示したように鉄損が大きくなる。また、スロット面積Ｓが６９．９ｍｍ２と小さいため、比較例３と同様にモータ出力が低下する。また、スロット１３内に熱がこもりやすく、放熱性が低下する。
　また、比較例５～７のモータについても、図９，１０に示したように鉄損が大きい。
　これに対し、実施の形態１のモータ１００は、ロータコア５０の半径Ｄｒとステータコア１０の半径Ｄｓとスロット面積Ｓとが、０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４を満足する。そのため、図９，図１０に示したようにステータ１における鉄損を低減することができる。
　また、ロータコア５０の半径Ｄｒが２５ｍｍ～３０ｍｍであるため、ロータコア５０に十分な大きさの永久磁石５５を取り付けることができ、モータ出力の低下を抑制することができる。また、ステータコア１０の径方向寸法が小さくなり過ぎないため、ステータコア１０における磁気抵抗の増加を抑制することができる。
　また、スロット面積Ｓが８０ｍｍ２以上であるため、巻線３の十分な巻き数を確保することができ、モータ出力の低下を抑制することができる。また、スロット面積Ｓが１４０ｍｍ２以下であるため、スロット１３内の巻線３の占積率を高めることができ、巻線部分同士の接触面積を増加させて放熱性を高めることができる。これにより、温度上昇による銅損の増加を抑制し、モータ出力の低下を抑制することができる。
　また、スロット１３内では、巻線３がティース１２に俵積み状に巻かれているため、巻線部分同士の接触面積を増加させ、巻線３で発生した熱を効率よくステータコア１０に放熱することができる。これにより、温度上昇による銅損の増加を抑制し、モータ効率の低下を抑制することができる。
　なお、ステータコア１０の電磁鋼板の板厚は０．１～０．７ｍｍであるが、０．３５ｍｍが特に望ましい。電磁鋼板は、厚いほど安価で高強度であるが、鉄損は発生しやすくなる。ステータコア１０の電磁鋼板の板厚が０．３５ｍｍであれば、製造コストの上昇と強度低下を生じさせずに、鉄損を低減することができる。
　一方、ロータコア５０の電磁鋼板の板厚は、ステータコア１０の電磁鋼板の板厚より厚くてもよい。ステータコア１０では、ロータ５から流入する磁束がロータ５の回転により大きく変化するのに対し、ロータコア５０には永久磁石５５が固定されており、ロータ５の回転に伴うロータコア５０内での磁束の変化は小さく、従ってロータコア５０で生じる鉄損が比較的小さいためである。
　また、巻線３はアルミニウム線であり、銅線よりも高抵抗であるが、巻線３の線径が０．７～１．２ｍｍであり、一般的の銅線の線径よりも太いため、巻線抵抗の増加を抑制することができる。特に、上記の通りスロット面積Ｓが８０～１４０ｍｍ２であるため、スロット１３内における巻線３の占積率を高めることができ、モータ効率の低下を抑制することができる。
　また、ロータ５の永久磁石５５が希土類磁石で形成されており、希土類磁石は高温で減磁しやすい。上記の通り巻線３で発生した熱が効率よく放熱され、モータ１００全体の温度上昇が抑制されるため、永久磁石５５の高温での減磁を抑制することができる。
　また、ロータ５の極数を増加させると、減磁耐力は向上するが、電気周波数が増加して鉄損が増加する。実施の形態１のモータ１００は６極９スロットであるため、減磁耐力を低下させることなく、鉄損を低減することができる。
＜実施の形態の効果＞
　以上説明したように、実施の形態１のステータ１は、ロータコア５０の半径Ｄｒとステータコア１０の半径Ｄｓとスロット面積Ｓとが、
　２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、
　０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および
　０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４を満足する。
　そのため、ステータ１の鉄損および銅損を低減し、モータ出力の低下を抑制することができる。
　また、スロット面積Ｓが１４０ｍｍ２以下であるため、スロット１３内の巻線３の占積率を高め、放熱性を向上することができる。その結果、温度上昇による巻線抵抗の増加による銅損の増加を抑制することができる。また、スロット面積Ｓが８０ｍｍ２以上であるため、巻線３の十分な巻き数を確保し、モータ出力の低下を抑制することができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２について説明する。図１１は、実施の形態２のモータ１００Ａを示す断面図である。実施の形態２のモータ１００Ａは、ステータ１Ａのティース１２が段差部１２１を有する点で、実施の形態１のモータ１００と異なる。
　図１２（Ａ）は、モータ１００Ａのステータ１Ａの一部を示す断面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示したティース１２のティース中心線Ｔに直交する面における断面図である。
　図１２（Ｂ）に示すように、ティース１２の軸方向の端面を、軸方向端面１２ｅと称する。ティース１２の軸方向端面１２ｅの周方向両側（すなわちティース１２の幅方向両側）には、段差部１２１が形成されている。段差部１２１は、ティース１２の軸方向端面１２ｅと側面１２ｂとが交わるコーナー部分に形成されている。
　ティース１２の軸方向端面１２ｅには、インシュレータ２５が取り付けられている。インシュレータ２５は樹脂成形体であり、ティース１２の軸方向端面１２ｅを覆うように取り付けられている。
　また、インシュレータ２５は、その周方向両側、すなわちティース１２の幅方向両側に、ステータ１Ａの段差部１２１に係合する係合部２５ａを有する。係合部２５ａと段差部１２１との係合により、インシュレータ２５がティース１２に取り付けられる。
　インシュレータ２５は、その周囲に巻かれる巻線３に損傷が生じないように、周方向両側に曲面２５ｂを有する。これにより、インシュレータ２５に巻かれる巻線３の損傷を抑制することができる。
　図１２（Ａ）に示すように、ティース１２の側面１２ｂには、実施の形態１で説明した絶縁フィルム２０が取り付けられている。絶縁フィルム２０は、ティース１２の側面１２ｂの他に、コアバック１１の内周１１ａ、ティース１２の傾斜面１２ｃおよび端面１２ｄを覆っている。
　巻線３は、絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を介して、ティース１２に巻かれている。絶縁フィルム２０は厚さが薄いため、ティース１２への巻線３の巻き付けが容易である。そのため、スロット１３における巻線３の占積率を高め、放熱性を向上して、銅損を抑制することができる。
　インシュレータ２５は、ＰＢＴで形成されている。ＰＢＴは、一般的なインシュレータに用いられる液晶ポリマー（ＬＣＰ）よりも高い熱伝導率を有する。そのため、巻線３で発生した熱を、インシュレータ２５を介してステータコア１０に伝えやすい。これにより、温度上昇による巻線抵抗の増加を抑制し、モータ効率の低下を抑制することができる。
　図１３は、インシュレータ２５の一構成例を示す模式図である。インシュレータ２５には、絶縁フィルム２０の軸方向の端部を保持する保持部としての溝部２５ｃを形成してもよい。
　このように構成すれば、インシュレータ２５の溝部２５ｃによって絶縁フィルム２０を保持することができるため、ステータコア１０への絶縁フィルム２０の取り付けを簡単に行うことができる。
　また、インシュレータ２５の内部に、空洞部２５ｄを形成してもよい。空洞部２５ｄを形成することで、放熱表面積が増加して放熱性が向上し、また、インシュレータ２５の重量も軽量化される。なお、インシュレータ２５における空洞部２５ｄの形成位置は、任意である。
　図１４（Ａ）は、比較例のモータのステータの一部を示す断面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示したティース１２のティース中心線Ｔに直交する面における断面図である。
　図１４（Ａ），（Ｂ）に示す比較例では、ティース１２の軸方向端面１２ｅに段差部が設けられていない。ティース１２の軸方向端面１２ｅには、インシュレータ２６が取り付けられる。
　インシュレータ２６は、その周囲に巻かれる巻線３に損傷が生じないように、周方向両側に曲面２６ｂを有する。そのため、インシュレータ２６には、曲面２６ｂを形成するだけの軸方向高さが必要である。その結果、図１４（Ｂ）で示すように、ティース１２とその軸方向両側のインシュレータ２６とを合わせた軸方向寸法Ｌ２が長くなる。
　これに対し、実施の形態２では、ティース１２が軸方向端面１２ｅに段差部１２１を有し、インシュレータ２５が段差部１２１に係合する係合部２５ａを有する。そのため、インシュレータ２５の軸方向高さが低くても、インシュレータ２５に曲面２５ｂを形成することができる。その結果、図１２（Ｂ）で示すように、ティース１２とその軸方向両側のインシュレータ２５とを合わせた軸方向寸法Ｌ１を短くすることができる。
　このように、ティース１２とインシュレータ２５とを合わせた軸方向寸法Ｌ１を短くすることにより、巻線３の周長を短くすることができる。巻線３の周長を短くすることで、巻線抵抗を低減し、銅損を低減することができる。
　ここで、ティース１２の軸方向両端では、段差部１２１の形成により磁路が狭くなるため、磁気飽和により鉄損が増加する可能性がある。しかしながら、実施の形態１で説明したように、ロータコア５０の半径Ｄｒとステータコア１０の半径Ｄｓとスロット面積Ｓとが、
　２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、
　０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および
　０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４
を満足することにより、ステータ１Ａにおける鉄損の増加を抑制し、モータ効率の低下を抑制することができる。
　ここでは、ティース１２の側面１２ｂ側に段差部１２１を形成したが、コアバック１１の内周１１ａ側に段差部を形成してもよい。あるいは、ティース１２の傾斜面１２ｃ側あるいは端面１２ｄ側に段差部を形成してもよい。言い換えると、ステータコア１０の軸方向端面で且つスロット１３に面する部分に、段差部が形成されていればよい。
　また、ここでは、ティース１２の軸方向両端にインシュレータ２５を取り付けたが、ティース１２の軸方向一端のみにインシュレータ２５を取り付けてもよい。
　上記の点を除き、実施の形態２のモータ１００Ａは、実施の形態１のモータ１００と同様に構成されている。
　以上説明したように、実施の形態２では、ティース１２の側面１２ｂに絶縁フィルム２０が取り付けられ、軸方向端面１２ｅにインシュレータ２５が取り付けられているため、絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を介してティース１２に巻線３を巻き付けることができる。
　また、ステータコア１０の軸方向端面で且つスロット１３に面する部分に段差部１２１が形成され、インシュレータ２５が段差部１２１に係合する係合部２５ａを有するため、インシュレータ２５をティース１２に簡単に取り付けることができる。また、インシュレータ２５とティース１２とを合わせた軸方向寸法を短くすることができ、これにより巻線３の周長を短くし、銅損を低減することができる。
　また、インシュレータ２５が、絶縁フィルム２０を保持する保持部としての溝部２５ｃを有するため、ステータコア１０への絶縁フィルム２０の取り付けを簡単に行うことができる。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３について説明する。図１５は、実施の形態３のモータ１００Ｂを示す断面図である。実施の形態３のモータ１００Ｂは、ステータ１Ｂのコアバック１１の外周１１ｂに溝部１４が形成されている点で、実施の形態２のモータ１００Ａと異なる。
　コアバック１１の外周１１ｂに形成された溝部１４は、ステータコア１０の長さの全域に亘って軸方向に延在している。そのため、モータ１００Ｂを圧縮機３００（図１７）に取り付けると、圧縮機３００の密閉容器３０１（図１７）と溝部１４との間に、冷媒を軸方向に流す流路が形成される。
　スロット１３内において径方向内側（ロータ５に近い側）に配置された巻線３は、ステータ１Ｂとロータ５との間のギャップを流れる冷媒によって冷却されやすい。これに対し、スロット１３内において径方向外側（コアバック１１に近い側）に配置された巻線３は、冷却されにくい。
　実施の形態３では、コアバック１１の外周１１ｂの溝部１４を冷媒が流れるため、スロット１３内において径方向外側に配置された巻線３で発生した熱を放熱することができる。これにより、巻線３の温度上昇を抑制することができる。
　コアバック１１の溝部１４は、ティース１２の周方向中心を通る径方向の直線、すなわちティース中心線Ｔ上に形成されていることが望ましい。溝部１４をこのように配置することで、溝部１４がステータコア１０内の磁束をできるだけ遮らないようにすることができ、鉄損の増加を抑制することができる。
　上記の点を除き、実施の形態３のモータ１００Ｂは、実施の形態２のモータ１００Ａと同様に構成されている。
　以上説明したように、実施の形態３では、ステータ１Ｂのコアバック１１の外周１１ｂに溝部１４が形成されているため、巻線３の放熱性を向上することができ、これにより巻線３の温度上昇を抑制してモータ効率の低下を抑制することができる。
　なお、実施の形態１のステータ１のコアバック１１の外周１１ｂ（図１）に、実施の形態３の溝部１４と同様の溝部を形成してもよい。
変形例．
　次に、実施の形態１～３に対する変形例について説明する。図１６は、変形例のモータ１００Ｃを示す断面図である。変形例のモータ１００Ｃは、ステータ１Ｃのステータコア１０が、複数の分割コア１７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１０が９つの分割コア１７で構成されているが、分割コア１７の数は２つ以上であればよい。
　分割コア１７は、それぞれ１つずつティース１２を有する。隣り合う分割コア１７の間には、分割面１８が形成されている。分割コア１７は、分割面１８の外周側に形成されたカシメ部１９あるいは薄肉部で互いに連結されている。また、分割コア１７を互いに独立した部品とし、分割面１８で溶接してもよい。
　分割コア１７のスロット１３の内面には、実施の形態１で説明した絶縁フィルム２０が取り付けられている。また、分割コア１７の軸方向端面に、実施の形態２で説明したインシュレータ２５（図１２（Ｂ））を取り付けてもよい。
　また、分割コア１７の軸方向端面においてスロット１３に面する部分に、実施の形態２で説明した段差部１２１を形成してもよい（図１２（Ａ））。
　ステータ１Ｃの組み立て時には、分割コア１７を連結したステータコア１０を直線状に広げた状態で、分割コア１７に絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を取り付ける。そして、分割コア１７のティース１２に絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を介して巻線３を巻き付ける。その後、ステータコア１０を円環状に組み立てることにより、環状のステータコア１０が得られる。
　この変形例では、分割コア１７を直線状に広げた状態で、絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５の取り付けと巻線３の巻き付けを行うことができる。そのため、絶縁フィルム２０およびインシュレータ２５を簡単に取り付け、また巻線３を俵積み状に簡単に巻き付けることができる。これにより、巻線３の占積率を高め、放熱性をさらに向上することができる。
＜圧縮機＞
　図１７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１８）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を有するシリンダ部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。
　シリンダ部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。
　シリンダ部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。
　圧縮機構部３１０のストロークボリューム、すなわちシリンダ部３１１の容積は、６～１８ｃｃである。
　圧縮機３００には、冷凍サイクル装置４００（図１８）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。
　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の磁界との作用により、ロータ５が回転する。
　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１８）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、鉄損および銅損の抑制により、高いモータ効率を有する。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の運転効率を向上することができる。
　モータ１００の回転数を一定とすると、圧縮機構部３１０のストロークボリュームを大きくするほど、モータ１００のトルクが低下する。実施の形態１で説明したように、ロータコア５０の半径Ｄｒとステータコア１０の半径Ｄｓとスロット面積Ｓとが、２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４を満足するモータ１００を用いれば、ストロークボリュームが６～１８ｃｃの範囲で、鉄損および銅損を低減することができる。
　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１７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１８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、鉄損および銅損の抑制により、高いモータ効率を有する。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の運転効率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　ステータ、　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、　２　絶縁体、　３　巻線、　５　ロータ、　６　シャフト、　７　インバータ、　１０　ステータコア、　１１　コアバック、　１２　ティース、　１２ｂ　側面、　１２ｅ　軸方向端面、　１３　スロット、　１４　溝部、　２０　絶縁フィルム、　２５　インシュレータ、　２５ｃ　溝部、　３１　導体、　３２　被膜、　５０　ロータコア、　５１　磁石挿入孔、　５２　フラックスバリア、　５３　中心孔、　５５　永久磁石、　１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　モータ、　１２１　段差部、　３００　圧縮機、　３０１　密閉容器、　３１０　圧縮機構部、　３１１　シリンダ部、　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。
 

Claims (16)

  1. 　軸線を中心とする環状のロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有するロータと、
    　前記軸線を中心とする径方向の外側から前記ロータを囲むコアバックと、前記コアバックから前記ロータに向けて延在するティースと、前記軸線を中心とする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、前記ティースに取り付けられた絶縁部と、アルミニウムで形成された導体を有し前記絶縁部を介して前記ティースに巻かれた巻線とを有するステータと
    　を有し、
    　前記ロータコアの半径Ｄｒ、前記ステータコアの半径Ｄｓ、および前記スロットの面積Ｓが、
    　２５ｍｍ≦Ｄｒ≦３０ｍｍ、
    　０．４７≦Ｄｒ／Ｄｓ≦０．５６、および
    　０．０８９≦Ｓ／Ｄｒ２≦０．２２４
    　を満足するモータ。
  2. 　さらに、前記スロットの面積Ｓが、８０ｍｍ２以上、１４０ｍｍ２以下である
    　請求項１に記載のモータ。
  3. 　前記絶縁部は、前記ティースの前記軸線の方向の端面に配置されたインシュレータを有する
    　請求項１または２に記載のモータ。
  4. 　前記ステータコアの前記軸線の方向の端面において、前記スロットに面する部分に段差部が形成され、
    　前記インシュレータは、前記段差部に係合する係合部を有する
    　請求項３に記載のモータ。
  5. 　前記絶縁部は、前記ティースの前記周方向の端面に配置された絶縁フィルムを有し、
    　前記インシュレータは、前記絶縁フィルムを保持する保持部を有する
    　請求項３または４に記載のモータ。
  6. 　前記インシュレータが、ポリブチレンテレフタレートで形成されている。
    　請求項３から５までのいずれか１項に記載のモータ。
  7. 　前記巻線の線径が、０．７ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下である
    　請求項１から６までの何れか１項に記載のモータ。
  8. 　前記巻線が、前記ティースに俵積み状に巻き付けられている
    　請求項１から７までのいずれか１項に記載のモータ。
  9. 　前記ロータは、６個の磁極を有し、
    　前記ステータは、９個のスロットを有する
    　請求項１から８までのいずれか１項に記載のモータ。
  10. 　前記ステータコアは、電磁鋼板の積層体で形成され、
    　前記電磁鋼板の板厚は、０．３５ｍｍである
    　請求項１から９までのいずれか１項に記載のモータ。
  11. 　前記ステータの外周には、前記軸線の方向に延在する溝部が形成され、
    　前記溝部は、前記ティースの中心を通る前記径方向の直線上に位置する
    　請求項１から１０までのいずれか１項に記載のモータ。
  12. 　前記ロータの前記永久磁石が、希土類磁石で形成されている
    　請求項１から１１までのいずれか１項に記載のモータ。
  13. 　インバータによって制御される
    　請求項１から１２までのいずれか１項に記載のモータ。
  14. 　請求項１から１３までのいずれか１項に記載のモータと、
    　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。
  15. 　前記圧縮機構部は、シリンダ部を有し、
    　前記シリンダ部の容積が、６ｃｃ～１８ｃｃである
    　請求項１４に記載の圧縮機。
  16. 　請求項１４または１５に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた
    　冷凍サイクル装置。
     
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