WO2022259453A1 - 電動機、送風機および空気調和装置 - Google Patents

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WO2022259453A1
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coil
stator core
electric motor
stator
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勇二 廣澤
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三菱電機株式会社
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    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure

Definitions

  • the present disclosure relates to electric motors, blowers, and air conditioners.
  • the magnetic flux emitted from the rotor interlinks with the stator coil of the electric motor, which generates driving force.
  • the magnetic flux density distribution in the virtual magnetic poles tends to be biased due to the influence of the stator magnetic field.
  • the iron loss of the stator core increases, and the temperature of the stator core tends to rise.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to suppress the temperature rise of the stator core in an electric motor using a consequent-pole rotor.
  • the electric motor of the present disclosure has a rotor and a stator.
  • the rotor has an annular rotor core centered on the axis and permanent magnets attached to the rotor core.
  • a permanent magnet constitutes a magnet magnetic pole, and a part of the rotor core constitutes a virtual magnetic pole.
  • the stator has a stator core surrounding the rotor core from the outside in a radial direction about the axis, and coils wound around the stator core.
  • the stator core has slots that accommodate the coils.
  • the stator core has a first core portion positioned at the center in the axial direction of the stator core, and a second core portion positioned at an end portion in the axial direction of the stator core. The area of the slot in the second core portion is larger than the area of the slot in the first core portion.
  • the coil can be wound so that the gap between the coil and the stator core is as narrow as possible. As a result, the heat of the stator core can be radiated via the coil, and the temperature rise of the stator core can be suppressed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the electric motor of Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric motor according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a rotor core and permanent magnets of Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a plan view showing a first core portion of the stator core of Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a plan view showing a second core portion of the stator core of Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a perspective view (A) showing the stator core of Embodiment 1, a perspective view (B) showing the stator core and insulators, and a perspective view (C) showing the stator core, insulators and insulating films;
  • FIG. 4A is a cross-sectional view (A) showing the teeth and the insulating portion of the first embodiment, and (B) is a cross-sectional view showing the teeth and the insulating portion of the comparative example;
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing a state in which coils are wound around the teeth of Embodiment 1
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing a state in which coils are wound around the teeth of the comparative example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a method of winding coils around teeth according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a coil winding state around the teeth of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a side view showing a coil wound state around the teeth of the first embodiment; 4A and 4B are diagrams (A) and (B) showing the arrangement of coil wires in each layer of the coil of the first embodiment; FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a rotor of a comparative example; FIG. 6 is a cross-sectional view showing a stator core of Embodiment 2; 10A and 10B are diagrams (A) and (B) showing a state in which the stator core of the second embodiment is linearly spread; FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the figure (A) which shows the air conditioning apparatus to which the electric motor of each embodiment is applicable, and sectional drawing (B) which shows the outdoor unit of an air conditioning apparatus.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing electric motor 2 according to Embodiment 1.
  • the electric motor 2 is used, for example, as a fan of an air conditioner, and is driven by an inverter.
  • the electric motor 2 is an IPM (internal permanent magnet) motor in which permanent magnets 55 are embedded in the rotor 5 .
  • the electric motor 2 has a shaft 6 , a rotor 5 attached to the shaft 6 , and a molded stator 3 surrounding the rotor 5 .
  • the molded stator 3 has an annular stator 1 surrounding the rotor 5 and a molded resin portion 4 covering the stator 1 .
  • a shaft 6 is a rotation axis of the rotor 5 .
  • the direction of the axis Ax which is the central axis of the shaft 6, will be referred to as the "axial direction”.
  • a circumferential direction around the axis Ax is called a “circumferential direction”
  • a radial direction around the axis Ax is called a “radial direction”.
  • a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis Ax is called a “transverse cross-sectional view”
  • a cross-sectional view taken along a plane parallel to the axis Ax is called a "vertical cross-sectional view”.
  • the shaft 6 protrudes from the molded stator 3 to the left in FIG. 1, and an attachment portion 61 formed in the protruding portion is attached with, for example, an impeller 511 (FIG. 16(A)) of a blower. Therefore, the projecting side of the shaft 6 (the left side in FIG. 1) is called the "load side”, and the opposite side (the right side in FIG. 1) is called the "anti-load side”.
  • the molded stator 3 has the stator 1 and the molded resin portion 4 as described above.
  • the mold resin portion 4 is made of thermosetting resin such as unsaturated polyester resin and epoxy resin. Unsaturated polyester resins are, for example, bulk molding compounds (BMC).
  • the molded resin portion 4 covers the radially outer side and anti-load side of the stator 1 .
  • the molded resin portion 4 has an opening portion 41 on the load side and a bearing support portion 42 on the anti-load side.
  • the rotor 5 is inserted inside the stator 1 through the opening 41 .
  • a metal bracket 65 is attached to the opening 41 of the mold resin portion 4 .
  • a first bearing 62 that supports the shaft 6 is held by the bracket 65 .
  • a waterproof cap 64 is attached to the shaft 6 so as to cover the outside of the bracket 65 .
  • a second bearing 63 that supports the shaft 6 is held in the bearing support portion 42 of the mold resin portion 4 .
  • a circuit board 45 is arranged on the anti-load side of the stator 1 .
  • the circuit board 45 is covered with the mold resin portion 4 .
  • a drive circuit 46 and a magnetic sensor required for driving the electric motor 2 are mounted on the circuit board 45 .
  • lead wires 47 electrically connected to the coils 30 of the stator 1 are wired to the circuit board 45 .
  • the lead wire 47 is drawn out from a lead wire outlet component 48 provided on the outer peripheral portion of the mold resin portion 4 .
  • a heat dissipation member 44 is preferably provided on the opposite side of the stator 1 with the circuit board 45 interposed therebetween.
  • the heat dissipation member 44 is made of metal such as aluminum, for example.
  • the heat radiating member 44 is exposed from the mold resin portion 4 on the side opposite to the stator 1 and is covered with the mold resin portion 4 on the other side.
  • the heat dissipating member 44 may be a heat sink having ribs on the portion exposed from the mold resin portion 4, or may be a plate-like heat dissipating plate.
  • the heat dissipation member 44 has a role of dissipating heat generated in the stator 1 and the circuit board 45 to the outside.
  • the electric motor 2 is not limited to one having the molded resin portion 4 .
  • the stator 1 of the electric motor 2 may be fixed inside a cylindrical shell containing iron (Fe) as a main component by shrink fitting or the like.
  • the stator 1 has a stator core 10 that radially surrounds a rotor core 50 via an air gap G, an insulating portion 20 provided on the stator core 10 , and a coil 30 wound around the stator core 10 via the insulating portion 20 . .
  • the stator core 10 is obtained by laminating a plurality of lamination elements in the axial direction and fixing them by caulking, welding, adhesion, or the like.
  • the lamination element is a magnetic thin plate, more specifically, a steel plate containing iron as a main component. More specifically, the lamination elements are electrical steel sheets.
  • the plate thickness of the laminated element is, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the stator core 10 has a yoke 11 extending annularly around the axis Ax and a plurality of teeth 12 extending radially inward from the yoke 11 .
  • the number of teeth 12 is 12 here, it is not limited to this.
  • a tip portion 12 e facing the rotor 5 is formed at the tip portion of the tooth 12 .
  • the width of the tooth tip portion 12 e in the circumferential direction is wider than the other portions of the tooth 12 .
  • the yoke 11 is formed with 12 crimped portions 10c, and each tooth 12 is also formed with a crimped portion 10d.
  • the crimped portions 10c and 10d are portions for fixing the laminated elements of the stator core 10 to each other.
  • the crimped portions 10 c and 10 d are positioned on radial straight lines passing through the center of each tooth 12 .
  • the number and arrangement of the crimped portions 10c and 10d are arbitrary, and the lamination elements may be fixed by a method other than crimping.
  • a slot 13 is formed between the teeth 12 adjacent in the circumferential direction.
  • the number of slots 13 is the same as the number of teeth 12 .
  • the coil 30 is wound around the tooth 12 via the insulating portion 20 and accommodated in the slot 13 .
  • the coil 30 has a conductor made of copper wire or aluminum wire and an insulating coating surrounding the conductor.
  • the winding method of the coil 30 includes concentrated winding and distributed winding, but concentrated winding is used here.
  • the coil 30 is not wound over a plurality of teeth 12 but is wound around each tooth 12 .
  • Such a winding method is called salient pole concentrated winding.
  • the insulating portion 20 has an insulator 21 ( FIG. 1 ) arranged on the axial end surface of the stator core 10 and an insulating film 22 arranged on the inner surface of the slot 13 .
  • a part of the mold resin portion 4 shown in FIG. 1 enters the slot 13 and covers the coil 30 together with the insulating film 22 .
  • the rotor 5 has a shaft 6 , a rotor core 50 radially surrounding the shaft 6 , and a plurality of permanent magnets 55 embedded in the rotor core 50 .
  • the number of permanent magnets 55 is five here.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the rotor core 50 and the permanent magnets 55.
  • FIG. The rotor core 50 is an annular member centered on the axis Ax.
  • the rotor core 50 has an outer circumference 50a and an inner circumference 50b, the inner circumference 50b facing the shaft 6 (FIG. 2).
  • the rotor core 50 is obtained by laminating a plurality of lamination elements in the axial direction and fixing them by caulking, welding, adhesion, or the like.
  • the lamination element is a magnetic thin plate, more specifically, a steel plate containing iron as a main component. More specifically, the lamination elements are electrical steel sheets.
  • the plate thickness of the laminated element is, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the rotor core 50 has a plurality of magnet insertion holes 51 in the circumferential direction.
  • the magnet insertion holes 51 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and at equal distances from the axis Ax.
  • the number of magnet insertion holes 51 is five here.
  • the magnet insertion holes 51 are formed along the outer circumference 50a of the rotor core 50 and penetrate the rotor core 50 in the axial direction.
  • a permanent magnet 55 is inserted into each magnet insertion hole 51 .
  • the permanent magnet 55 has a flat plate shape and has a rectangular cross section in a plane perpendicular to the axial direction.
  • the permanent magnet 55 is a rare earth magnet, more specifically a neodymium magnet containing neodymium (Nd), iron and boron (B), or a samarium magnet containing samarium (Sm) and cobalt (Co). Also, a ferrite magnet may be used instead of the rare earth magnet.
  • flux barriers 52 which are air gaps, are formed.
  • a thin portion is formed between the flux barrier 52 and the outer circumference 50 a of the rotor core 50 .
  • the thickness of the thin portion is set, for example, to be the same as the plate thickness of the lamination element in order to suppress short-circuiting of magnetic flux between adjacent permanent magnets 55 .
  • the permanent magnets 55 are arranged with the magnetic pole faces of the same polarity directed toward the outer circumference of the rotor core 50 .
  • magnetic poles having polarities opposite to those of the permanent magnets 55 are formed in regions between the permanent magnets 55 adjacent in the circumferential direction.
  • the magnet magnetic poles P1 made up of the permanent magnets 55 and the virtual magnetic poles P2 made up of a part of the rotor core 50 are alternately arranged in the circumferential direction.
  • Such a configuration is called a consequent pole type.
  • the magnetic pole P1 of the magnet is assumed to be the S pole and the virtual magnetic pole P2 is assumed to be the N pole, but the reverse is also possible.
  • An interpolar portion M is formed between the magnetic poles P1 and P2 in the circumferential direction.
  • the rotor 5 has five magnet magnetic poles P1 and five virtual magnetic poles P2. That is, the rotor 5 has ten poles.
  • the ten magnetic poles P1 and P2 of the rotor 5 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction with a pole pitch of 36 degrees.
  • the number of poles of the rotor 5 is assumed to be 10 here, the number of poles may be 4 or more. That is, the number of magnet magnetic poles P1 should be two or more.
  • magnet magnetic pole P1 and the virtual magnetic pole P2 are simply referred to as "magnetic poles" when there is no particular need to distinguish them.
  • the center of the magnet magnetic pole P1 in the circumferential direction is the pole center.
  • the circumferential center of the virtual magnetic pole P2 is the pole center.
  • the outer circumference 50a of the rotor core 50 has a so-called flower circle shape in a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the outer circumference 50a of the rotor core 50 extends so that the radius of the rotor core 50 is maximized at the pole centers of the magnetic poles P1 and P2 and minimized at the inter-polar portion M.
  • the outer circumference 50a of the rotor core 50 is not limited to the flower circle shape, and may have a circular shape.
  • a slit group 53 is preferably formed in the virtual magnetic pole P2.
  • the slit group 53 uniformly disperses the magnetic flux concentrated at the pole center of the virtual magnetic pole P2 in the circumferential direction.
  • the slit group 53 has, for example, two slits 53a arranged across the pole center and two slits 53b arranged on both sides thereof.
  • Both the slits 53a and 53b are long in the radial direction. Also, the slit 53b has a larger opening area than the slit 53a. However, the number, arrangement and shape of each slit in the slit group 53 are arbitrary.
  • a hole portion 54 is formed radially inside the magnet insertion hole 51 in the rotor core 50 .
  • the hole 54 guides the magnetic flux emitted from the radially inner magnetic pole surface of the permanent magnet 55 or the magnetic flux flowing into the magnetic pole surface so as to flow uniformly in the circumferential direction.
  • a protruding portion 50d that protrudes in an arc shape along each hole portion 54 is formed on the inner circumference 50b of the rotor core 50 .
  • the inner circumference 50b of the rotor core 50 has a circular shape centered on the axis Ax, except for the protruding portion 50d. It should be noted that the rotor core 50 does not necessarily have to be provided with the hole portion 54 and the projecting portion 50d.
  • a crimped portion 50 c is formed radially inside each slit group 53 in the rotor core 50 .
  • the crimped portion 50c is a portion that fixes the laminated elements of the rotor core 50 to each other.
  • the number and arrangement of the crimped portions 50c are arbitrary, and the lamination elements may be fixed by a method other than crimping.
  • a connecting portion 56 is provided between the shaft 6 and the rotor core 50 .
  • the connecting portion 56 connects the shaft 6 and the rotor core 50 and is non-magnetic.
  • the connecting portion 56 is made of non-magnetic resin such as BMC, polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), or the like. Also, the connecting portion 56 may be made of a non-magnetic metal such as austenitic stainless steel or aluminum.
  • the consequent-pole rotor 5 has a characteristic that the magnetic flux that has passed through the virtual magnetic poles P2 easily flows to the shaft 6. to the shaft 6 is suppressed.
  • a hollow portion or a rib may be formed in the connecting portion 56 .
  • the connecting portion 56 also covers both axial end surfaces of the rotor core 50 . It is desirable that part of the connecting portion 56 also enter the inside of the magnet insertion hole 51 of the rotor core 50 . A portion of the connecting portion 56 enters the magnet insertion hole 51 , thereby suppressing positional displacement of the permanent magnet 55 within the magnet insertion hole 51 .
  • a sensor magnet 66 is arranged on the anti-load side of the rotor core 50 .
  • the sensor magnet 66 is an annular permanent magnet centered on the axis Ax and held by the connecting portion 56 .
  • the magnetic field of the sensor magnet 66 is detected by the magnetic sensor on the circuit board 45, and the rotational position of the rotor 5 is detected based on this.
  • the rotor 5 may not be provided with the sensor magnet 66 in some cases.
  • the axial length of rotor core 50 is preferably longer than the axial length of stator core 10 . With this configuration, the magnetic flux from the rotor 5 also sufficiently flows into the axial end face of the stator core 10, so that the efficiency of the motor is improved.
  • the shaft 6 may be fixed to the inner circumference 50 b of the rotor core 50 without providing the connecting portion 56 .
  • Fixing methods include press fitting, shrink fitting, and caulking.
  • the shaft 6 is preferably made of a non-magnetic material such as austenitic stainless steel or aluminum.
  • stator core 10 has annular yoke 11 and teeth 12 extending radially inward from yoke 11 .
  • Slots 13 for accommodating coils 30 are formed between adjacent teeth 12 .
  • a slot opening 14 ( FIG. 4 ) is formed inside the slot 13 in the radial direction to serve as an entrance for inserting the coil 30 into the slot 13 .
  • the stator core 10 also has a first core portion 10A (Fig. 4) located in the axial center of the stator core 10 and second core portions 10B (Fig. 5) located at both ends in the axial direction.
  • the area of the slot 13 differs between the first core portion 10A and the second core portion 10B.
  • FIG. 4 is a plan view showing the first core portion 10A of the stator core 10.
  • the teeth 12 of the first core portion 10A have side surfaces 12b at both ends in the circumferential direction.
  • Side 12 b faces slot 13 .
  • the yoke 11 of the first core portion 10A has an outer circumference 11a and an inner circumference 11b.
  • the inner circumference 11 b faces the slot 13 .
  • the width W1 in the circumferential direction of the teeth 12 of the first core portion 10A is defined by the distance between the two side surfaces 12b of the teeth 12 in the circumferential direction. Further, the radial width T1 of the yoke 11 of the first core portion 10A is defined by the radial distance between the outer circumference 11a and the inner circumference 11b of the yoke 11 .
  • FIG. 5 is a plan view showing the second core portion 10B of the stator core 10.
  • the teeth 12 of the second core portion 10B have side surfaces 12c at both ends in the circumferential direction. Side 12 c faces slot 13 .
  • the yoke 11 of the second core portion 10B has an outer circumference 11a and an inner circumference 11c. The inner circumference 11 c faces the slot 13 .
  • the circumferential width W2 of the teeth 12 of the second core portion 10B is defined by the circumferential distance between the two side surfaces 12c of the teeth 12 . Further, the radial width T2 of the yoke 11 of the second core portion 10B is defined by the radial distance between the outer circumference 11a and the inner circumference 11c of the yoke 11 .
  • the width W2 of the teeth 12 of the second core portion 10B is narrower than the width W1 of the teeth 12 of the first core portion 10A (W1>W2).
  • the width T2 of the yoke 11 of the second core portion 10B is narrower than the width T1 of the yoke 11 of the first core portion 10A (T1>T2).
  • the outer periphery 11a of the yoke 11 is located at the same radial position between the first core portion 10A and the second core portion 10B.
  • the area A2 of the slot 13 in the second core portion 10B is larger than the area A1 of the slot 13 in the first core portion 10A (A1 ⁇ A2).
  • widths W1 and W2 of the teeth 12 satisfy W1>W2 and the widths T1 and T2 of the yoke 11 satisfy T1>T2, at least the widths W1 and W2 of the teeth 12 satisfy W1>W2. as long as it satisfies
  • the side surfaces 12c (FIG. 5) of the teeth 12 of the second core portion 10B are displaced inward in the width direction of the teeth 12 with respect to the side surfaces 12b (FIG. 4) of the teeth 12 of the first core portion 10A. I wish I had.
  • the facing surface 12g (FIG. 5), which is the surface on the slot 13 side of the tooth tip portion 12e of the second core portion 10B, faces the facing surface 12f (FIG. 4) of the tooth tip portion 12e of the first core portion 10A. It is desirable to form it at a position displaced inward in the radial direction.
  • FIG. 6(A) is a perspective view showing a portion including one tooth 12 of the stator core 10 cut along a plane passing through the yoke 11.
  • FIG. A stepped portion is formed between the side surface 12b of the tooth 12 of the first core portion 10A and the side surface 12c of the tooth 12 of the second core portion 10B.
  • a stepped portion is also formed between the inner periphery 11b of the yoke 11 of the first core portion 10A and the inner periphery 11c of the yoke 11 of the second core portion 10B.
  • a stepped portion is also formed between the facing surface 12f of the tooth tip portion 12e of the first core portion 10A and the facing surface 12g of the tooth tip portion 12e of the second core portion 10B.
  • stator core 10 These stepped portions formed on the stator core 10 are engaged with the insulators 21 described below.
  • FIG. 6(B) is a perspective view showing a state where the insulator 21 is attached to the stator core 10.
  • the insulators 21 are attached to both ends of the stator core 10 in the axial direction, that is, to the second core portions 10B (FIG. 6A).
  • the insulator 21 is made of resin such as PBT, PPS, LCP, PET, or the like.
  • Each insulator 21 has a wall portion 21 a positioned on the yoke 11 , a body portion 21 b positioned on the teeth 12 , and a flange portion 21 c positioned on the tip portions 12 e of the teeth 12 .
  • the flange portion 21c and the wall portion 21a face each other in the radial direction with the body portion 21b interposed therebetween.
  • a coil 30 is wound around the trunk portion 21b.
  • the wall portion 21a and the flange portion 21c guide the coil 30 wound around the body portion 21b from both sides in the radial direction.
  • the wall portion 21a and the flange portion 21c may be provided with a stepped portion 21d for positioning the coil 30 wound around the body portion 21b.
  • FIG. 6(C) is a perspective view showing a state where the insulator 21 and the insulating film 22 are attached to the stator core 10.
  • FIG. An insulating film 22 is attached to the inner surface of the slot 13 of the second core portion 10B.
  • the insulating film 22 covers the inner periphery 11b of the yoke 11 of the second core portion 10B, the side surfaces 12b of the teeth 12, and the facing surfaces 12f of the tooth tip portions 12e (all are shown in FIG. 6(B)).
  • the insulating film 22 is made of resin such as PET, for example.
  • the thickness of the insulating film 22 is, for example, 0.35-0.4 mm.
  • the insulator 21 and the insulating film 22 electrically insulate the stator core 10 and the coil 30 from each other.
  • a combination of the insulator 21 and the insulating film 22 is called an insulating portion 20 .
  • FIG. 7(A) is a cross-sectional view of the teeth 12 and the insulating portion 20 of Embodiment 1 taken along a plane perpendicular to the direction in which the teeth 12 extend.
  • the side surfaces 12c of the teeth 12 of the second core portion 10B are positioned more inwardly in the width direction of the teeth 12 than the side surfaces 12b of the teeth 12 of the first core portion 10A.
  • stepped portions are formed on both sides of the teeth 12 of the second core portion 10B.
  • the body portion 21 b of the insulator 21 is attached so as to cover the axial end surface 12 a of the tooth 12 and is fitted to the stepped portion of the tooth 12 .
  • the insulator 21 has an engaging portion 21 h that engages with the stepped portion of the tooth 12 .
  • the teeth 12 have a corner portion C1 between the end surface 12a and the side surface 12b and a corner portion C2 between the stepped surface and the side surface 12c in a cross section orthogonal to the extending direction of the tooth 12.
  • the insulator 21 has curved corner portions 21e that cover these corner portions C1 and C2. Since the corner 21e extends to cover the corners C1 and C2, the radius of curvature of the corner 21e can be increased.
  • the wall portion 21a of the insulator 21 has an engaging portion 21i (FIG. 6C) that engages with the stepped portion of the yoke 11 in the same manner as the engaging portion 21h of the body portion 21b of the insulator 21.
  • 21c has an engaging portion 21j (FIG. 6(C)) that engages with the stepped portion of the tooth tip portion 12e.
  • FIG. 7(B) is a cross-sectional view of teeth 112 and insulator 120 of a comparative example taken along a plane perpendicular to the direction in which teeth 112 extend.
  • the tooth 112 of the comparative example has a rectangular cross section.
  • the insulators 120 are attached so as to surround the teeth 112 from both circumferential and axial sides.
  • FIG. 8(A) is a schematic diagram showing a state in which the coil 30 is wound around the teeth 12 of the first embodiment.
  • the coil 30 can be tightly wound around the insulator 21 and the insulating film 22.
  • FIG. Therefore, the distance between the teeth 12 and the coils 30 is narrowed, and heat can be transferred between the teeth 12 and the coils 30 via the insulating film 22 .
  • FIG. 8(B) is a schematic diagram showing a state in which the coil 30 is wound around the tooth 112 of the comparative example.
  • the gap B is formed between the coil 30 and the side surface of the insulator 120. occur. This gap B prevents heat transfer between the teeth 112 and the coil 30 .
  • the width of the teeth 12 of the stator core 10 is narrower in the second core portion 10B than in the first core portion 10A, so that stepped portions are formed at both ends of the teeth 12 in the axial direction. Therefore, the coil 30 can be tightly wound around the insulating portion 20 surrounding the teeth 12 . Thereby, the heat of the stator core 10 can be transferred to the coil 30 via the insulating film 22 .
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a method of winding the coil 30 of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a view of the insulator 21 viewed from one side in the axial direction. The circumferential direction is indicated by an arrow C in FIG.
  • the coil 30 is wound around the trunk portion 21b of the insulator 21 as described above.
  • the first layer of the coil 30 is wound from the flange portion 21c of the insulator 21 toward the wall portion 21a as indicated by an arrow B1. Also, the second layer of the coil 30 is wound from the wall portion 21a of the insulator 21 toward the flange portion 21c as indicated by an arrow B2. Note that the directions of the arrows B1 and B2 may be reversed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the winding pattern of the coil 30 of Embodiment 1 taken along a plane orthogonal to the axial direction.
  • arrow C indicates the circumferential direction
  • arrow R indicates the radial direction.
  • the first, second, third, and fourth layers of the coil 30 are indicated by L1, L2, L3, and L4, respectively.
  • the coil wires of each layer of the coil 30 are arranged in the radial direction without gaps. That is, the coil wires 31 forming the first layer L1 extend in parallel, and the coil wires 32 forming the second layer L2 also extend in parallel.
  • the coil wire 32 of the second layer L2 extends obliquely with respect to the coil wire 31 of the first layer L1. That is, on the end face 12a of the tooth 12, a cross point A is located where the coil wire 31 of the first layer L1 and the coil wire 32 of the second layer L2 intersect.
  • the coil wires of the odd-numbered layers (for example, the third layer L3) of the coil 30 extend parallel to the coil wires 31 of the first layer L1.
  • the coil wires of the even layers (for example, the fourth layer L4) of the coil 30 extend parallel to the coil wires 32 of the second layer L2. Therefore, where N is a natural number, the coil wire of the Nth layer and the coil wire of the (N+1)th layer intersect on the end surface 12 a of the tooth 12 .
  • FIG. 11 is a side view of the coil 30 viewed from the slot 13 side.
  • the coil wires of each layer of the coil 30 all extend in a direction (indicated by arrow Z) parallel to the axis Ax. That is, within the slot 13, all the coil wires of the coil 30 run parallel and there are no cross points.
  • FIG. 12(A) is a schematic diagram showing the stacking state of the coils 30 positioned inside the slot 13.
  • the coils 30 are stacked such that one coil wire on the N+1th layer is in contact with two coil wires on the Nth layer.
  • one coil wire 33 on the third layer L3 contacts two coil wires 32 on the second layer L2.
  • the coils 30 are laminated so that the center of one coil wire on the N+1th layer and the center of two coil wires on the Nth layer form an equilateral triangle.
  • the center of one coil wire 33 on the third layer L3 and the center of the two coil wires 32 on the second layer L2 form an equilateral triangle.
  • aligned winding Such a winding method is called aligned winding.
  • aligned winding the gaps between the coil wires forming the coils 30 are small, and the coils 30 are arranged at the highest density. Also, by winding the coil 30 in an aligned manner, the space factor of the slot 13 is improved.
  • one coil wire of the N+1th layer overlaps one coil wire of the Nth layer as shown in FIG. 12(B).
  • one coil wire 33 on the third layer L3 contacts only one of the coil wires 32 on the second layer L2.
  • the gaps between the coil wires forming the coil 30 widen, and the arrangement density of the coils 30 decreases.
  • the coil 30 is wound so that one coil wire on the N+1th layer of the coil 30 is in contact with two coil wires on the Nth layer (see FIG. 12A), except for a portion such as the cross point A. If so, it can be called aligned winding.
  • the whole coil 30 has many parts where one coil wire on the N+1th layer is wound in contact with two coil wires on the Nth layer, it can be called aligned winding.
  • the tooth 12 has the end face 12a and the side face 12b as described above, and the axial length of the side face 12b is longer than the circumferential width of the end face 12a. Therefore, the end faces 12a of the teeth 12 are also called short sides, and the side faces 12b are also called long sides.
  • a winding method in which the cross point A of the coil 30 is located on the end face 12a of the tooth 12 is called short side cross winding.
  • a winding method in which the cross point A of the coil 30 is located on the side surface 12b of the tooth 12 is called long side cross winding.
  • the winding method of the coil 30 of the first embodiment is short side cross winding.
  • the arrangement density of the coils 30 at the cross point A is low.
  • the arrangement density of the coils 30 in 13 can be increased.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a non-consequent pole type rotor 9 of a comparative example.
  • a rotor core 90 of this rotor 9 has a plurality of magnet insertion holes 91 in the circumferential direction, and a permanent magnet 95 is arranged in each magnet insertion hole 91 .
  • a shaft hole 93 is formed in the radial center of the rotor core 90 , and the shaft 6 is fixed to the shaft hole 93 .
  • Permanent magnets 95 that are adjacent in the circumferential direction have magnetic pole faces with opposite polarities on the outer peripheral side. Therefore, all magnetic poles of the rotor 9 are formed by permanent magnets 95 .
  • the number of permanent magnets 95 of the rotor 9 is ten and therefore the number of poles of the rotor 9 is ten.
  • the permanent magnet 95 a rare earth magnet capable of obtaining a high magnetic force is used, but since the rare earth magnet contains Dy (dysprosium), etc., the material cost is high. Further, since the permanent magnet 95 is formed by cutting a block-shaped magnet material, processing costs are high. Since the non-consequent pole rotor 9 has the same number of permanent magnets 95 as the number of poles, the manufacturing cost is high.
  • the rotor 5 of Embodiment 1 is of the consequent pole type, and has the magnet magnetic poles P1 and the virtual magnetic poles P2 as described with reference to FIG. Compared to the rotor 9 of the comparative example having the same number of poles, the number of permanent magnets 55 can be halved, so the manufacturing cost of the rotor 5 can be significantly reduced.
  • the consequent-pole rotor 5 has a problem that the magnetic flux density distribution tends to be biased at the virtual magnetic pole P2. That is, when the electric motor 2 operates, the magnetic flux emitted from the rotor 5 interlinks with the coils 30 (FIG. 1) of the stator 1, thereby generating an induced voltage and driving force for rotating the rotor 5.
  • the magnetic flux density distribution be symmetrical with respect to the pole center in both the magnetic poles P1 and P2 of the rotor 5.
  • the permanent magnet 55 is not provided at the virtual magnetic pole P2
  • the magnetic flux density distribution tends to be biased to one side in the circumferential direction due to the magnetic field generated by the current flowing through the coil 30 of the stator 1, that is, the stator magnetic field.
  • stator core 10 When the magnetic flux density distribution of the virtual magnetic pole P2 is biased, the harmonic components of the induced voltage increase, and as a result, iron loss called high-frequency iron loss occurs in the stator core 10 through which the magnetic flux of the rotor 5 flows. Since iron loss is converted into heat energy in stator core 10, the temperature of stator core 10 rises.
  • the width W2 (FIG. 5) of the teeth 12 of the second core portion 10B of the stator core 10 is narrower than the width W1 (FIG. 4) of the teeth 12 of the first core portion 10A.
  • the coil 30 can be tightly wound around the insulating portion 20 surrounding the teeth 12 (FIG. 8(A)).
  • the heat generated in the stator core 10 can be dissipated through the coil 30, and the temperature rise of the stator core 10 can be suppressed.
  • the temperature rise of the stator core 10 high-temperature demagnetization of the permanent magnets 55 can be suppressed, and as a result, stable operation of the electric motor 2 can be realized.
  • a part of the heat that flows from the stator core 10 to the coil 30 is radiated to the outside through the circuit board 45 and lead wires 47 (Fig. 1).
  • Another part of the heat that has flowed from the stator core 10 to the coil 30 flows to the heat radiating member 44 via the mold resin portion 4 and is radiated from the heat radiating member 44 to the outside.
  • the coils 30 are wound in alignment and arranged in the slots 13 at high density. Therefore, the slot 13 has a higher space factor, and the higher space factor reduces the copper loss.
  • the coil 30 since the coil 30 is wound in close contact with the insulating portion 20, the circumference of the coil 30 can be short, and the copper loss is also reduced by shortening the circumference of the coil 30. As a result, the temperature rise of coil 30 due to copper loss can be suppressed, and heat can be radiated from stator core 10 to coil 30 .
  • the coil 30 is wound in alignment, not only can the coil 30 and the insulating portion 20 be brought into close contact, but also the coil wires of the coil 30 can be brought into close contact. Therefore, the heat dissipation from the stator core 10 to the coil 30 can be promoted, and the effect of suppressing the temperature rise of the stator core 10 can be enhanced.
  • the gap between the coil 30 and the insulating portion 20 becomes large. and the insulating portion 20 are less likely to form a gap. Therefore, the heat dissipation from the stator core 10 to the coil 30 can be further promoted, and the effect of suppressing the temperature rise of the stator core 10 can be further enhanced.
  • the coil 30 since the coil 30 is wound with the short-side cross winding and the cross point A is located on the end surface 12a of the tooth 12, the coil 30 can be arranged at high density within the slot 13 to increase the space factor. can. As a result, the coil 30 and the insulating portion 20 can be brought into closer contact with each other, and the coil wires of the coil 30 can be brought into closer contact with each other. In addition, the copper loss of the coil 30 can be reduced by improving the space factor. As a result, heat dissipation from stator core 10 to coil 30 can be further promoted.
  • the insulating film 22 is provided on the slot 13 side of the tooth 12 , the distance between the tooth 12 and the coil 30 is narrowed, and heat is easily transferred from the tooth 12 to the coil 30 via the insulating film 22 . Therefore, heat dissipation from stator core 10 to coil 30 can be further promoted.
  • the second core portions 10B are provided at both ends of the stator core 10 in the axial direction here, the second core portions 10B may be provided at least at one end portion of the stator core 10 in the axial direction.
  • the magnet insertion hole 51 of the rotor core 50 is formed linearly in the direction orthogonal to the magnetic pole center line N1
  • the magnet insertion hole 51 may be formed in a V shape.
  • two or more permanent magnets 55 may be arranged in each magnet insertion hole 51 .
  • the electric motor 2 is an IPM motor in which the permanent magnets 55 are arranged in the magnet insertion holes 51 of the rotor core 50, but it is an SPM (surface magnet type) motor in which the permanent magnets 55 are arranged on the surface of the rotor core 50.
  • the electric motor 2 of Embodiment 1 has the consequent pole type rotor 5 and the stator 1, the first core portion 10A in which the stator core 10 of the stator 1 is located in the center in the axial direction, and the shaft
  • the second core portion 10B is positioned at the direction end, and the area of the slot 13 in the first core portion 10A is larger than the area of the slot 13 in the second core portion 10B. Therefore, the coil 30 can be tightly wound around the insulating portion 20 surrounding the teeth 12 , and the heat of the stator core 10 can be radiated through the coil 30 . As a result, the temperature rise of stator core 10 can be suppressed.
  • the coil 30 is wound by regular winding, salient pole concentrated winding, and short-side cross winding, the coil 30 and the teeth 12 are brought into close contact with each other via the insulating portion 20, and the coil 30 is placed in the slot 13. can be arranged in high density. As a result, the heat of the stator core 10 can be efficiently radiated from the coils 30, and the effect of suppressing the temperature rise of the stator core 10 can be enhanced.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing stator 8 of the second embodiment.
  • a stator core 80 of the stator 8 has an annular yoke 81 centered on the axis Ax and a plurality of teeth 82 protruding radially inward from the yoke 81 .
  • a slot 83 for accommodating the coil 30 is formed between adjacent teeth 82 .
  • the stator core 80 of this Embodiment 2 is divided into a plurality of split cores 80A each including one tooth 82 .
  • the number of split cores 80A is twelve here.
  • the split core 80A is split by a split surface 85 formed on the yoke 81 . With this configuration, the stator core 80 can be extended linearly.
  • Each split core 80A is obtained by laminating a plurality of lamination elements and fixing them by caulking, welding, adhesion, or the like.
  • three crimped portions 87 and 88 are formed on each split core 80A, the crimped portion 87 is formed on the yoke 81, and the crimped portion 88 is formed on the tooth .
  • the number and arrangement of the crimped parts are arbitrary.
  • FIG. 15(A) is a diagram showing a state in which the stator core 80 is linearly spread.
  • the adjacent split cores 80A are connected to each other by a connecting portion 86 provided on the outer peripheral side of the dividing surface 85.
  • the connecting portion 86 is a thin portion that is plastically deformable or a crimped portion.
  • the insulator 21 (FIG. 6(B)) and the insulating film 22 (FIG. 6(C)) are attached to each of the split cores 80A while the stator core 80 is spread linearly.
  • the coil 30 is wound around the teeth 82 through the holes.
  • stator core 80 Since the stator core 80 is spread out linearly, the winding nozzle used for winding can be relatively freely moved without interfering with the stator core 80, and the coil 30 can be wound at a higher density.
  • the stator 8 shown in FIG. 14 is obtained by winding the coil 30 around the teeth 82 of each split core 80A, bending the stator core 80 into an annular shape, and welding both ends of the stator core 80 together.
  • FIG. 15(B) is a diagram showing another example of the stator core 80.
  • FIG. 15(B) split cores 80A forming stator core 80 are not connected to each other. These split cores 80A are integrated by being welded together at split surfaces 85 .
  • the insulator 21 (FIG. 6(B)) and the insulating film 22 (FIG. 6(C)) are attached to each split core 80A, and the coil 30 is wound around the teeth 82 via these. After that, the split cores 80A are welded together at split surfaces 85 to obtain the stator 8 shown in FIG.
  • the electric motor of the second embodiment is configured in the same manner as the electric motor 2 of the first embodiment.
  • the stator core 80 is configured by combining a plurality of split cores 80A, so the coils 30 can be wound around the teeth 82 of the split core 80A at high density. Therefore, the coil 30 can be brought into close contact with the insulating portion 20 and the coil wires of the coil 30 can be brought into close contact with each other, so that the heat of the stator core 10 can be radiated from the coil 30 more efficiently. As a result, the effect of suppressing the temperature rise of stator core 10 can be further enhanced.
  • FIG. 16(A) is a diagram showing the configuration of an air conditioner 500 to which the electric motor 2 of Embodiment 1 is applied.
  • An air conditioner 500 includes an outdoor unit 501 and an indoor unit 502 .
  • the outdoor unit 501 and the indoor unit 502 are connected by a refrigerant pipe 503 .
  • the outdoor unit 501 includes an outdoor fan 510 such as a propeller fan
  • the indoor unit 502 includes an indoor fan 520 such as a cross-flow fan.
  • the outdoor fan 510 has an impeller 511 and an electric motor 2A for driving the same.
  • the indoor fan 520 has an impeller 521 and an electric motor 2B that drives it. Both the electric motors 2A and 2B are configured with the electric motor 2 described in the first embodiment.
  • FIG. 16A also shows a compressor 504 that compresses the refrigerant.
  • FIG. 16(B) is a cross-sectional view of the outdoor unit 501.
  • the electric motor 2 is supported by a frame 509 arranged inside the housing 508 of the outdoor unit 501 .
  • An impeller 511 is attached to the shaft 6 of the electric motor 2 via a hub 512 .
  • the impeller 511 is rotated by the electric motor 2A to blow air outdoors.
  • the heat released when the refrigerant compressed by the compressor 504 is condensed by the condenser (not shown) is released to the outside by the outdoor fan 510.
  • the impeller 521 is rotated by the electric motor 2B to blow air into the room.
  • the indoor blower 520 blows air into the room from which heat has been removed when the refrigerant evaporates in an evaporator (not shown).
  • the electric motors 2A and 2B are configured with the electric motor 2 of Embodiment 1, stable operation is possible by suppressing the temperature rise of the stator core 10. Therefore, the operational reliability of outdoor fan 510 and indoor fan 520 can be improved.
  • the electric motors 2A and 2B are not limited to the electric motor 2 of the first embodiment, and may have the electric motor of the second embodiment. Moreover, although the electric motor of each embodiment is used for both the outdoor fan 510 and the indoor fan 520 here, it may be used for only one of them.
  • the electric motor 2 described in each embodiment is not limited to a blower, and may be used as a compressor of an air conditioner. may be used for

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Abstract

電動機は、ロータとステータとを有する。ロータは、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。永久磁石が磁石磁極を構成し、ロータコアの一部が仮想磁極を構成する。ステータは、軸線を中心とする径方向の外側からロータコアを囲むステータコアと、ステータコアに巻かれたコイルとを有する。ステータコアは、コイルを収容するスロットを有する。ステータコアは、当該ステータコアの軸線の方向の中央に位置する第１コア部と、当該ステータコアの軸線の方向の端部に位置する第２コア部とを有する。第２コア部におけるスロットの面積は、第１コア部におけるスロットの面積よりも大きい。

Description

電動機、送風機および空気調和装置
　本開示は、電動機、送風機および空気調和装置に関する。
　近年、コンシクエントポール型のロータを有する電動機が開発されている。コンシクエントポール型のロータでは、ロータコアに取り付けられた永久磁石によって磁石磁極が構成され、ロータコアの一部によって仮想磁極が構成される（例えば、特許文献１参照）。
国際公開ＷＯ２０１８／０３７４４９号（図９参照）
　ロータから出た磁束は、電動機のステータのコイルに鎖交し、これにより駆動力が発生する。ここで、ロータの仮想磁極には永久磁石が存在しないため、ステータ磁界の影響で、仮想磁極における磁束密度分布に偏りが生じやすい。このような磁束密度分布の偏りが生じると、ステータコアの鉄損の増加を招き、ステータコアの温度が上昇しやすくなる。
　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、コンシクエントポール型のロータを用いた電動機におけるステータコアの温度上昇の抑制を目的とする。
　本開示の電動機は、ロータとステータとを有する。ロータは、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。永久磁石が磁石磁極を構成し、ロータコアの一部が仮想磁極を構成する。ステータは、軸線を中心とする径方向の外側からロータコアを囲むステータコアと、ステータコアに巻かれたコイルとを有する。ステータコアは、コイルを収容するスロットを有する。ステータコアは、当該ステータコアの軸線の方向の中央に位置する第１コア部と、当該ステータコアの軸線の方向の端部に位置する第２コア部とを有する。第２コア部におけるスロットの面積は、第１コア部におけるスロットの面積よりも大きい。
　本開示によれば、ステータコアの第１コア部におけるスロットの面積が第２コア部におけるスロットの面積よりも大きいため、コイルとステータコアとの間隔ができるだけ狭くなるようにコイルを巻き付けることができる。その結果、ステータコアの熱をコイルを介して放熱することができ、ステータコアの温度上昇を抑制することができる。
実施の形態１の電動機を示す縦断面図である。 実施の形態１の電動機を示す横断面図である。 実施の形態１のロータコアおよび永久磁石を示す横断面図である。 実施の形態１のステータコアの第１コア部を示す平面図である。 実施の形態１のステータコアの第２コア部を示す平面図である。 実施の形態１のステータコアを示す斜視図（Ａ）、ステータコアおよびインシュレータを示す斜視図（Ｂ）、並びに、ステータコア、インシュレータおよび絶縁フィルムを示す斜視図（Ｃ）である。 実施の形態１のティースおよび絶縁部を示す断面図（Ａ）および比較例のティースおよび絶縁部を示す断面図（Ｂ）である。 実施の形態１のティースにコイルを巻き付けた状態を示す模式図（Ａ）および比較例のティースにコイルを巻き付けた状態を示す模式図（Ｂ）である。 実施の形態１のティースへのコイルの巻き付け方法を示す模式図である。 実施の形態１のティースへのコイルの巻き付け状態を示す断面図である。 実施の形態１のティースへのコイルの巻き付け状態を示す側面図である。 実施の形態１のコイルの各層のコイル線の配置を示す図（Ａ），（Ｂ）である。 比較例のロータを示す横断面図である。 実施の形態２のステータコアを示す横断面図である。 実施の形態２のステータコアを直線状に広げた状態を示す図（Ａ），（Ｂ）である。 各実施の形態の電動機が適用可能な空気調和装置を示す図（Ａ）、および空気調和装置の室外機を示す断面図（Ｂ）である。
実施の形態１．
＜電動機２の構成＞
　図１は、実施の形態１における電動機２を示す縦断面図である。電動機２は、例えば空気調和装置の送風機に用いられ、インバータで駆動される。また、電動機２は、ロータ５に永久磁石５５が埋め込まれたＩＰＭ（永久磁石埋込型）モータである。
　電動機２は、シャフト６と、シャフト６に取り付けられたロータ５と、ロータ５を囲むモールドステータ３とを有する。モールドステータ３は、ロータ５を囲む環状のステータ１と、ステータ１を覆うモールド樹脂部４とを有する。シャフト６は、ロータ５の回転軸である。
　以下の説明では、シャフト６の中心軸である軸線Ａｘの方向を、「軸方向」と称する。軸線Ａｘを中心とする周方向を「周方向」と称し、軸線Ａｘを中心とする径方向を「径方向」と称する。軸線Ａｘに垂直な面における断面図を「横断面図」と称し、軸線Ａｘと平行な面における断面図を「縦断面図」と称する。
　シャフト６は、モールドステータ３から図１における左側に突出しており、その突出部に形成された取付け部６１には、例えば送風機の羽根車５１１（図１６（Ａ））が取り付けられる。そのため、シャフト６の突出側（図１における左側）を「負荷側」と称し、反対側（図１における右側）を「反負荷側」と称する。
＜モールドステータ３の構成＞
　モールドステータ３は、上記の通り、ステータ１とモールド樹脂部４とを有する。モールド樹脂部４は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成される。不飽和ポリエステル樹脂は、例えばバルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）である。
　モールド樹脂部４は、ステータ１の径方向外側および反負荷側を覆っている。モールド樹脂部４は、負荷側に開口部４１を有し、反負荷側に軸受支持部４２を有する。ロータ５は、開口部４１からステータ１の内部に挿入される。
　モールド樹脂部４の開口部４１には、金属製のブラケット６５が取り付けられている。ブラケット６５には、シャフト６を支持する第１の軸受６２が保持される。シャフト６には、ブラケット６５の外側を覆うように防水キャップ６４が取り付けられている。モールド樹脂部４の軸受支持部４２には、シャフト６を支持する第２の軸受６３が保持される。
　ステータ１の反負荷側には、回路基板４５が配置されている。回路基板４５はモールド樹脂部４に覆われている。回路基板４５には、電動機２の駆動に必要な駆動回路４６および磁気センサ等が実装されている。
　また、回路基板４５には、ステータ１のコイル３０に電気的に接続されたリード線４７が配線されている。リード線４７は、モールド樹脂部４の外周部分に設けられたリード線口出し部品４８から外部に引き出される。
　回路基板４５を挟んでステータ１と反対側には、放熱部材４４が設けられていることが望ましい。放熱部材４４は、例えばアルミニウム等の金属で構成される。放熱部材４４は、ステータ１と反対側がモールド樹脂部４から露出し、それ以外はモールド樹脂部４に覆われている。
　放熱部材４４は、モールド樹脂部４から露出した部分にリブを有するヒートシンクであってもよく、板状の放熱板であってもよい。放熱部材４４は、ステータ１および回路基板４５で発生した熱を外部に放熱する役割を有する。
　なお、電動機２はモールド樹脂部４を有するものには限定されない。例えば、電動機２のステータ１を、鉄（Ｆｅ）を主成分とする円筒状のシェルの内側に、焼嵌め等によって固定してもよい。
　図２は、電動機２のステータ１とロータ５を示す横断面図である。図２では、モールド樹脂部４は図示していない。ステータ１は、ロータコア５０をエアギャップＧを介して径方向外側から囲むステータコア１０と、ステータコア１０に設けられた絶縁部２０と、絶縁部２０を介してステータコア１０に巻き付けられたコイル３０とを有する。
　ステータコア１０は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等によって固定したものである。積層要素は、磁性を有する薄板であり、より具体的には、鉄を主成分とする鋼板である。さらに具体的には、積層要素は電磁鋼板である。積層要素の板厚は、例えば、０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。
　ステータコア１０は、軸線Ａｘを中心とする環状に延在するヨーク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。ティース１２の数は、ここでは１２であるが、これに限定されるものではない。ティース１２の先端部には、ロータ５に対向する歯先部１２ｅが形成されている。歯先部１２ｅの周方向の幅は、ティース１２の他の部分よりも広い。
　ヨーク１１には１２個のカシメ部１０ｃが形成され、各ティース１２にもカシメ部１０ｄが形成されている。カシメ部１０ｃ，１０ｄは、ステータコア１０の積層要素を互いに固定する部分である。カシメ部１０ｃ，１０ｄは、各ティース１２の中心を通る径方向の直線上に位置している。但し、カシメ部１０ｃ，１０ｄの数および配置は任意であり、カシメ以外の方法で積層要素を固定してもよい。
　周方向に隣り合うティース１２の間には、スロット１３が形成される。スロット１３の数は、ティース１２の数と同数である。コイル３０は、絶縁部２０を介してティース１２に巻き付けられ、スロット１３に収容される。コイル３０は、銅線またはアルミニウム線で形成された導体と、導体を囲む絶縁被膜とを有する。
　コイル３０の巻き付け方法には集中巻きと分布巻きがあるが、ここでは集中巻きを用いる。特に、コイル３０を複数本のティース１２に跨って巻き付けるのではなく、ティース１２の１本ずつに巻き付ける。このような巻き付け方法は、突極集中巻きと呼ばれる。
　絶縁部２０は、ステータコア１０の軸方向端面に配置されるインシュレータ２１（図１）と、スロット１３の内面に配置される絶縁フィルム２２とを有する。なお、スロット１３には、図１に示したモールド樹脂部４の一部が入り込み、絶縁フィルム２２と共にコイル３０を覆っている。
＜ロータ５の構成＞
　図２に示すように、ロータ５は、シャフト６と、シャフト６を径方向外側から囲むロータコア５０と、ロータコア５０に埋め込まれた複数の永久磁石５５とを有する。永久磁石５５の数は、ここでは５個である。
　図３は、ロータコア５０と永久磁石５５とを示す横断面図である。ロータコア５０は、軸線Ａｘを中心とする環状の部材である。ロータコア５０は、外周５０ａおよび内周５０ｂを有し、内周５０ｂはシャフト６（図２）に対向している。
　ロータコア５０は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等によって固定したものである。積層要素は、磁性を有する薄板であり、より具体的には、鉄を主成分とする鋼板である。さらに具体的には、積層要素は電磁鋼板である。積層要素の板厚は、例えば、０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。
　ロータコア５０は、周方向に複数の磁石挿入孔５１を有する。磁石挿入孔５１は、周方向に等間隔で、且つ軸線Ａｘから等距離に配置されている。磁石挿入孔５１の数は、ここでは５個である。磁石挿入孔５１は、ロータコア５０の外周５０ａに沿って形成され、ロータコア５０を軸方向に貫通している。
　各磁石挿入孔５１には、永久磁石５５が挿入されている。永久磁石５５は平板状であり、軸方向に直交する面において矩形状の断面を有する。永久磁石５５は、希土類磁石であり、より具体的には、ネオジム（Ｎｄ）、鉄およびホウ素（Ｂ）を含むネオジム磁石、あるいはサマリウム（Ｓｍ）およびコバルト（Ｃｏ）を含むサマリウム磁石である。また、希土類磁石の代わりに、フェライト磁石を用いてもよい。
　磁石挿入孔５１の周方向の両端には、空隙であるフラックスバリア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５０ａとの間には、薄肉部が形成される。薄肉部の厚さは、隣り合う永久磁石５５の間の磁束の短絡を抑制するため、例えば積層要素の板厚と同じに設定されている。
　永久磁石５５は、同一極性の磁極面をロータコア５０の外周側に向けて配置されている。ロータコア５０において、周方向に隣り合う永久磁石５５の間の領域には、永久磁石５５とは反対極性の磁極が形成される。
　そのため、ロータ５には、永久磁石５５で構成される磁石磁極Ｐ１と、ロータコア５０の一部で構成される仮想磁極Ｐ２とが、周方向に交互に配列される。このような構成を、コンシクエントポール型と称する。ここでは、磁石磁極Ｐ１をＳ極とし、仮想磁極Ｐ２をＮ極とするが、逆であってもよい。周方向において磁極Ｐ１，Ｐ２の間には、極間部Ｍが形成される。
　ロータ５は、５つの磁石磁極Ｐ１と、５つの仮想磁極Ｐ２とを有する。すなわち、ロータ５の極数は１０である。ロータ５の１０個の磁極Ｐ１，Ｐ２は、極ピッチを３６度として、周方向に等角度間隔に配置される。ここではロータ５の極数を１０としたが、極数は４以上であればよい。すなわち、磁石磁極Ｐ１の数は２つ以上であればよい。
　以下では、磁石磁極Ｐ１および仮想磁極Ｐ２は、特に区別する必要がない場合には、単に「磁極」と称する。磁石磁極Ｐ１の周方向の中心は、極中心である。同様に、仮想磁極Ｐ２の周方向の中心は、極中心である。
　ロータコア５０の外周５０ａは、軸方向に直交する断面において、いわゆる花丸形状を有する。言い換えると、ロータコア５０の外周５０ａは、ロータコア５０の半径が磁極Ｐ１，Ｐ２の各極中心で最大となり、極間部Ｍで最小となるように延在している。なお、ロータコア５０の外周５０ａは、花丸形状に限らず、円形状を有してもよい。
　仮想磁極Ｐ２には、スリット群５３が形成されていることが望ましい。スリット群５３は、仮想磁極Ｐ２の極中心に集中する磁束を周方向に均一に分散させるものである。スリット群５３は、例えば、極中心を挟んで配置された２つのスリット５３ａと、その両側に配置された２つのスリット５３ｂとを有する。
　スリット５３ａ，５３ｂはいずれも径方向に長い。また、スリット５３ｂはスリット５３ａよりも開口面積が大きい。但し、スリット群５３の各スリットの数、配置および形状は、任意である。
　また、ロータコア５０において磁石挿入孔５１の径方向内側には、穴部５４が形成されている。穴部５４は、永久磁石５５の径方向内側の磁極面から出た磁束、あるいは当該磁極面に流入する磁束が、周方向に均等に流れるようにガイドするものである。
　ロータコア５０の内周５０ｂには、各穴部５４に沿って円弧状に突出する突出部５０ｄが形成されている。ロータコア５０の内周５０ｂは、突出部５０ｄを除き、軸線Ａｘを中心とする円形状である。なお、ロータコア５０には、必ずしも穴部５４および突出部５０ｄを設けなくてもよい。
　ロータコア５０において各スリット群５３の径方向内側には、カシメ部５０ｃが形成されている。カシメ部５０ｃは、ロータコア５０の積層要素を互いに固定する部分である。但し、カシメ部５０ｃの数および配置は任意であり、カシメ以外の方法で積層要素を固定してもよい。
　図２に示すように、シャフト６とロータコア５０との間には、連結部５６が設けられている。連結部５６は、シャフト６とロータコア５０とを連結するものであり、非磁性である。
　連結部５６は、例えば、ＢＭＣ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の非磁性の樹脂で形成されている。また、連結部５６は、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム等の非磁性の金属で形成してもよい。
　コンシクエントポール型のロータ５は、仮想磁極Ｐ２を通過した磁束がシャフト６に流れ易いという特性を有するが、ロータコア５０とシャフト６との間に非磁性の連結部５６を設けることにより、ロータコア５０からシャフト６への磁束漏れが抑制される。連結部５６に、空洞部あるいはリブを形成してもよい。
　図１に示すように、連結部５６は、ロータコア５０の軸方向の両端面も覆っている。連結部５６の一部は、ロータコア５０の磁石挿入孔５１の内部にも入り込んでいることが望ましい。連結部５６の一部が磁石挿入孔５１内に入り込むことにより、磁石挿入孔５１内での永久磁石５５の位置ずれが抑制される。
　ロータコア５０に対して反負荷側には、センサマグネット６６が配置されている。センサマグネット６６は、軸線Ａｘを中心とする環状の永久磁石であり、連結部５６により保持されている。センサマグネット６６の磁界は、回路基板４５の磁気センサによって検出され、これに基づいてロータ５の回転位置が検出される。ロータ５には、センサマグネット６６を設けない場合もある。
　なお、ロータコア５０の軸方向長さは、ステータコア１０の軸方向長さよりも長いことが望ましい。このように構成すれば、ステータコア１０の軸方向端面にもロータ５からの磁束が十分に流入するため、電動機効率が向上する。
　ここでは、ロータコア５０とシャフト６との間に連結部５６を設けているが、連結部５６を設けずに、シャフト６をロータコア５０の内周５０ｂに固定してもよい。固定方法は、圧入、焼嵌め、コーキング等である。この場合、ロータコア５０からシャフト６への磁束漏れを抑制するため、シャフト６は、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム等の非磁性材料で形成することが望ましい。
＜ステータコア１０にコイル３０を巻き付けるための構成＞
　図２を参照して説明したように、ステータコア１０は、環状のヨーク１１と、ヨーク１１から径方向内側に延在するティース１２とを有する。隣り合うティース１２の間には、コイル３０を収容するスロット１３が形成される。スロット１３の径方向内側には、コイル３０をスロット１３に挿入する入り口となるスロット開口１４（図４）が形成されている。
　ステータコア１０は、また、当該ステータコア１０の軸方向の中央に位置する第１コア部１０Ａ（図４）と、軸方向の両端部に位置する第２コア部１０Ｂ（図５）とを有する。第１コア部１０Ａと第２コア部１０Ｂとでは、スロット１３の面積が異なる。
　図４は、ステータコア１０の第１コア部１０Ａを示す平面図である。第１コア部１０Ａのティース１２は、その周方向両端に側面１２ｂを有する。側面１２ｂは、スロット１３に面している。第１コア部１０Ａのヨーク１１は、外周１１ａと内周１１ｂとを有する。内周１１ｂは、スロット１３に面している。
　第１コア部１０Ａのティース１２の周方向の幅Ｗ１は、ティース１２の２つの側面１２ｂの周方向の距離で規定される。また、第１コア部１０Ａのヨーク１１の径方向の幅Ｔ１は、ヨーク１１の外周１１ａと内周１１ｂとの径方向の距離で規定される。
　図５は、ステータコア１０の第２コア部１０Ｂを示す平面図である。第２コア部１０Ｂのティース１２は、その周方向両端に側面１２ｃを有する。側面１２ｃは、スロット１３に面している。第２コア部１０Ｂのヨーク１１は、外周１１ａと内周１１ｃとを有する。内周１１ｃは、スロット１３に面している。
　第２コア部１０Ｂのティース１２の周方向の幅Ｗ２は、ティース１２の２つの側面１２ｃの周方向の距離で規定される。また、第２コア部１０Ｂのヨーク１１の径方向の幅Ｔ２は、ヨーク１１の外周１１ａと内周１１ｃとの径方向の距離で規定される。
　第２コア部１０Ｂのティース１２の幅Ｗ２は、第１コア部１０Ａのティース１２の幅Ｗ１よりも狭い（Ｗ１＞Ｗ２）。また、第２コア部１０Ｂのヨーク１１の幅Ｔ２は、第１コア部１０Ａのヨーク１１の幅Ｔ１よりも狭い（Ｔ１＞Ｔ２）。ヨーク１１の外周１１ａは、第１コア部１０Ａと第２コア部１０Ｂとで同じ径方向位置にある。
　このように構成されているため、第２コア部１０Ｂにおけるスロット１３の面積Ａ２は、第１コア部１０Ａにおけるスロット１３の面積Ａ１よりも広い（Ａ１＜Ａ２）。
　なお、ここではティース１２の幅Ｗ１，Ｗ２がＷ１＞Ｗ２を満足し、且つヨーク１１の幅Ｔ１，Ｔ２がＴ１＞Ｔ２を満足しているが、少なくともティース１２の幅Ｗ１，Ｗ２がＷ１＞Ｗ２を満足していればよい。
　言い換えると、第２コア部１０Ｂのティース１２の側面１２ｃ（図５）が、第１コア部１０Ａのティース１２の側面１２ｂ（図４）に対して、ティース１２の幅方向内側に変位した位置にあればよい。
　加えて、第２コア部１０Ｂの歯先部１２ｅのスロット１３側の面である対向面１２ｇ（図５）を、第１コア部１０Ａの歯先部１２ｅの対向面１２ｆ（図４）に対して径方向内側に変位した位置に形成することが望ましい。
　図６（Ａ）は、ステータコア１０の１つのティース１２を含む部分を、ヨーク１１を通る平面で切断して示す斜視図である。第１コア部１０Ａのティース１２の側面１２ｂと第２コア部１０Ｂのティース１２の側面１２ｃとの間には、段差部が形成される。
　また、第１コア部１０Ａのヨーク１１の内周１１ｂと第２コア部１０Ｂのヨーク１１の内周１１ｃとの間にも、段差部が形成される。第１コア部１０Ａの歯先部１２ｅの対向面１２ｆと第２コア部１０Ｂの歯先部１２ｅの対向面１２ｇとの間にも、段差部が形成される。
　ステータコア１０に形成されたこれらの段差部に、次に説明するインシュレータ２１が係合する。
　図６（Ｂ）は、ステータコア１０にインシュレータ２１を取り付けた状態を示す斜視図である。インシュレータ２１は、ステータコア１０の軸方向の両端部、すなわち第２コア部１０Ｂ（図６（Ａ））に取り付けられる。インシュレータ２１は、例えば、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＴ等の樹脂で構成される。
　各インシュレータ２１は、ヨーク１１上に位置する壁部２１ａと、ティース１２上に位置する胴部２１ｂと、ティース１２の歯先部１２ｅ上に位置するフランジ部２１ｃとを有する。フランジ部２１ｃと壁部２１ａとは、胴部２１ｂを挟んで径方向に対向している。
　胴部２１ｂには、コイル３０が巻き付けられる。壁部２１ａおよびフランジ部２１ｃは、胴部２１ｂに巻き付けられたコイル３０を径方向両側からガイドする。壁部２１ａおよびフランジ部２１ｃには、胴部２１ｂに巻き付けられるコイル３０を位置決めする段付部２１ｄを設けてもよい。
　図６（Ｃ）は、ステータコア１０にインシュレータ２１および絶縁フィルム２２を取り付けた状態を示す斜視図である。第２コア部１０Ｂのスロット１３の内面には、絶縁フィルム２２が取り付けられている。
　絶縁フィルム２２は、第２コア部１０Ｂのヨーク１１の内周１１ｂと、ティース１２の側面１２ｂと、歯先部１２ｅの対向面１２ｆ（いずれも図６（Ｂ））とを覆っている。絶縁フィルム２２は、例えばＰＥＴ等の樹脂で構成される。絶縁フィルム２２の厚さは、例えば０．３５～０．４ｍｍである。
　インシュレータ２１および絶縁フィルム２２は、ステータコア１０とコイル３０とを電気的に絶縁するものである。インシュレータ２１と絶縁フィルム２２とを合わせて、絶縁部２０と称する。
　図７（Ａ）は、実施の形態１のティース１２および絶縁部２０の、ティース１２の延在方向に直交する面における断面図である。図７（Ａ）に示すように、第２コア部１０Ｂのティース１２の側面１２ｃは、第１コア部１０Ａのティース１２の側面１２ｂよりも、ティース１２の幅方向内側に位置している。
　そのため、第２コア部１０Ｂのティース１２の両側には、段差部が形成される。インシュレータ２１の胴部２１ｂは、ティース１２の軸方向の端面１２ａを覆うように取り付けられ、ティース１２の段差部に嵌合する。言い換えると、インシュレータ２１は、ティース１２の段差部に係合する係合部２１ｈを有している。
　ティース１２は、当該ティース１２の延在方向に直交する断面において、端面１２ａと側面１２ｂとの間の角部Ｃ１、および段差面と側面１２ｃとの間の角部Ｃ２を有する。インシュレータ２１は、これらの角部Ｃ１，Ｃ２を覆う湾曲形状の角部２１ｅを有する。角部２１ｅは角部Ｃ１，Ｃ２を覆うように延在するため、角部２１ｅの曲率半径を大きくすることができる。
　なお、インシュレータ２１の胴部２１ｂの係合部２１ｈと同様に、インシュレータ２１の壁部２１ａはヨーク１１の段差部に係合する係合部２１ｉ（図６（Ｃ））を有し、フランジ部２１ｃは歯先部１２ｅの段差部に係合する係合部２１ｊ（図６（Ｃ））を有している。
　図７（Ｂ）は、比較例のティース１１２およびインシュレータ１２０の、ティース１１２の延在方向に直交する面における断面図である。図７（Ｂ）に示すように、比較例のティース１１２は矩形状の断面を有する。インシュレータ１２０は、ティース１１２を周方向両側および軸方向両側から囲むように取り付けられる。
　比較例１では、ティース１１２の断面が矩形状であるため、インシュレータ１２０の角部１２１の曲率半径は比較的小さい。インシュレータ１２０の角部１２１の曲率半径を大きくすると、インシュレータ１２０の角部１２１とティース１１２の角部との距離ｄが短くなり、絶縁を確保することが難しいためである。
　図８（Ａ）は、実施の形態１のティース１２にコイル３０を巻き付けた状態を示す模式図である。図７（Ａ）を参照して説明したように、インシュレータ２１の角部２１ｅの曲率半径が大きいため、コイル３０をインシュレータ２１および絶縁フィルム２２に密着させて巻き付けることができる。そのため、ティース１２とコイル３０との間隔が狭くなり、ティース１２とコイル３０との間で絶縁フィルム２２を介した伝熱が可能になる。
　図８（Ｂ）は、比較例のティース１１２にコイル３０を巻き付けた状態を示す模式図である。図７（Ｂ）を参照して説明したように、インシュレータ１２０の角部１２１の曲率半径が小さいため、コイル３０をインシュレータ１２０に巻き付けると、コイル３０とインシュレータ１２０の側面との間に隙間Ｂが生じる。この隙間Ｂのため、ティース１１２とコイル３０との間の伝熱が妨げられる。
　このように、実施の形態１では、ステータコア１０のティース１２の幅が第１コア部１０Ａよりも第２コア部１０Ｂで狭く、これによりティース１２の軸方向両端部に段差部が形成される。そのため、コイル３０をティース１２を囲む絶縁部２０に密着させて巻き付けることができる。これにより、ステータコア１０の熱を、絶縁フィルム２２を介してコイル３０に伝えることが可能になる。
　次に、スロット１３内にコイル３０をより高密度で配置するための構成について説明する。図９は、実施の形態１のコイル３０の巻き付け方法を示す模式図である。この図９は、インシュレータ２１を軸方向の一方の側から見た図である。図９には、周方向を矢印Ｃで示す。コイル３０は、上記の通り、インシュレータ２１の胴部２１ｂに巻かれる。
　コイル３０の１層目は、矢印Ｂ１で示すように、インシュレータ２１のフランジ部２１ｃから壁部２１ａに向けて巻き付けられる。また、コイル３０の２層目は、矢印Ｂ２で示すように、インシュレータ２１の壁部２１ａからフランジ部２１ｃに向けて巻き付けられる。なお、矢印Ｂ１，Ｂ２の方向は、逆であってもよい。
　図１０は、実施の形態１のコイル３０の巻き付けパターンを示す、軸方向に直交する面における断面図である。図１０には、周方向を矢印Ｃで示し、径方向を矢印Ｒで示す。また、コイル３０の１層目、２層目、３層目、４層目を、それぞれ符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で示す。
　コイル３０の各層のコイル線は、径方向に隙間なく並べられる。すなわち、第１層Ｌ１を構成するコイル線３１同士は平行に延在し、第２層Ｌ２を構成するコイル線３２同士も平行に延在する。
　但し、ティース１２の軸方向の両端面１２ａのうち、一方の端面１２ａ上では、第２層Ｌ２のコイル線３２が、第１層Ｌ１のコイル線３１に対して傾斜して延在する。すなわち、ティース１２の端面１２ａ上には、第１層Ｌ１のコイル線３１と第２層Ｌ２のコイル線３２とが交差するクロスポイントＡが位置する。
　コイル３０の奇数層（例えば第３層Ｌ３）のコイル線は、第１層Ｌ１のコイル線３１と平行に延在する。コイル３０の偶数層（例えば第４層Ｌ４）のコイル線は、第２層Ｌ２のコイル線３２と平行に延在する。そのため、Ｎを自然数とすると、第Ｎ層のコイル線と、第Ｎ＋１層のコイル線とが、ティース１２の端面１２ａ上で交差する。
　図１１には、コイル３０をスロット１３側から見た側面図である。スロット１３内では、コイル３０の各層のコイル線は、いずれも軸線Ａｘと平行な方向（矢印Ｚで示す）に延在している。すなわち、スロット１３内では、コイル３０の全てのコイル線が平行に延在し、クロスポイントは存在しない。
　図１２（Ａ）は、スロット１３内に位置するコイル３０の積層状態を示す模式図である。スロット１３内では、第Ｎ＋１層の１つのコイル線が、第Ｎ層の２つのコイル線に接するように、コイル３０が積層される。例えば、第３層Ｌ３の１つのコイル線３３は、第２層Ｌ２の２つのコイル線３２に接する。
　言い換えると、第Ｎ＋１層の１つのコイル線の中心と、第Ｎ層の２つのコイル線の中心とが、正三角形をなすように、コイル３０が積層される。例えば、第３層Ｌ３の１つのコイル線３３の中心と、第２層Ｌ２の２つのコイル線３２の中心とは、正三角形をなす。
　このような巻き付け方式を、整列巻きと称する。整列巻きでは、コイル３０を構成するコイル線の間の隙間が小さく、コイル３０が最も高密度で配置される。また、コイル３０を整列巻きで巻き付けることにより、スロット１３の占積率が向上する。
　一方、上述したクロスポイントＡ（図１０）では、図１２（Ｂ）に示すように、第Ｎ層の１つのコイル線上に第Ｎ＋１層の１つのコイル線が重なる。例えば、第３層Ｌ３の１つのコイル線３３は、第２層Ｌ２のコイル線３２のうちの１つのみに接する。クロスポイントＡでは、コイル３０を構成するコイル線の隙間が広がり、コイル３０の配設密度が低下する。
　一般に、クロスポイントＡのような一部分を除き、コイル３０の第Ｎ＋１層の１つのコイル線が第Ｎ層の２つのコイル線に接するように（図１２（Ａ）参照）コイル３０が巻かれていれば、整列巻きと呼ぶことができる。
　すなわち、コイル３０全体のうち、第Ｎ＋１層の１つのコイル線が第Ｎ層の２つのコイル線に接するように巻かれている部分が多ければ、整列巻きと呼ぶことができる。
　ティース１２は、上記の通り端面１２ａおよび側面１２ｂを有しており、側面１２ｂの軸方向長さが端面１２ａの周方向幅よりも長い。そのため、ティース１２の端面１２ａは短辺とも呼ばれ、側面１２ｂは長辺とも呼ばれる。
　コイル３０のクロスポイントＡがティース１２の端面１２ａ上に位置する巻き付け方式を、短辺クロス巻きと称する。これに対し、コイル３０のクロスポイントＡがティース１２の側面１２ｂ上に位置する巻き付け方式を、長辺クロス巻きと称する。この実施の形態１のコイル３０の巻き付け方式は、短辺クロス巻きである。
　図１２（Ａ），（Ｂ）を参照して説明したように、クロスポイントＡではコイル３０の配設密度が低下するため、クロスポイントＡをティース１２の端面１２ａ上に配置することで、スロット１３内のコイル３０の配設密度を高めることができる。
＜作用＞
　次に、実施の形態の作用について説明する。まず、比較例の非コンシクエントポール型のロータ９について説明する。
　図１３は、比較例の非コンシクエントポール型のロータ９を示す横断面図である。このロータ９のロータコア９０は、周方向に複数の磁石挿入孔９１を有し、各磁石挿入孔９１に永久磁石９５が配置されている。ロータコア９０の径方向中心にはシャフト孔９３が形成され、シャフト孔９３にはシャフト６が固定されている。
　周方向に隣り合う永久磁石９５は、外周側に互いに逆極性の磁極面を有する。そのため、ロータ９の全磁極が、永久磁石９５で形成される。ロータ９の永久磁石９５の数は１０であり、従ってロータ９の極数は１０である。
　永久磁石９５には、高磁力が得られる希土類磁石が用いられるが、希土類磁石はＤｙ（ディスプロシウム）等を含有するため、材料コストがかかる。また、永久磁石９５はブロック状の磁石材料の切削により形成されるため、加工コストもかかる。非コンシクエントポール型のロータ９は、極数と同数の永久磁石９５を有するため、製造コストが高い。
　一方、実施の形態１のロータ５はコンシクエントポール型であり、図３を参照して説明したように磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２とを有する。同じ極数の比較例のロータ９と比較して、永久磁石５５の数を半分にすることができるため、ロータ５の製造コストを大幅に低減することができる。
　一方、コンシクエントポール型のロータ５には、仮想磁極Ｐ２で磁束密度分布に偏りが生じやすいという課題がある。すなわち、電動機２の動作時には、ロータ５から出た磁束がステータ１のコイル３０（図１）に鎖交し、これにより誘起電圧が発生し、これによりロータ５を回転させる駆動力が発生する。
　ロータ５の磁極Ｐ１，Ｐ２のいずれにおいても、磁束密度分布は極中心に対して対称であることが望ましい。しかしながら、仮想磁極Ｐ２には永久磁石５５が設けられていないため、ステータ１のコイル３０を流れる電流によって生じる磁界すなわちステータ磁界によって、磁束密度分布が周方向の一方に偏り易い。
　仮想磁極Ｐ２の磁束密度分布に偏りが生じると、誘起電圧の高調波成分が増加し、その結果、ロータ５の磁束が流れるステータコア１０において高周波鉄損と呼ばれる鉄損が発生する。鉄損はステータコア１０で熱エネルギーに変化するため、ステータコア１０の温度が上昇する。
　実施の形態１では、ステータコア１０の第２コア部１０Ｂのティース１２の幅Ｗ２（図５）が、第１コア部１０Ａのティース１２の幅Ｗ１（図４）よりも狭いため、上述したようにコイル３０をティース１２を囲む絶縁部２０に密着させて巻き付けることができる（図８（Ａ））。
　そのため、ステータコア１０で発生した熱をコイル３０を介して放熱することができ、ステータコア１０の温度上昇を抑制することができる。ステータコア１０の温度上昇を抑制することで、永久磁石５５の高温減磁を抑制することができ、その結果、安定した電動機２の運転を実現することができる。
　ステータコア１０からコイル３０に流れた熱の一部は、回路基板４５およびリード線４７（図１）を介して外部に放熱される。また、ステータコア１０からコイル３０に流れた熱の別の一部は、モールド樹脂部４を経由して放熱部材４４に流れ、放熱部材４４から外部に放熱される。
　なお、コイル３０には電流が流れるため、銅損によりコイル３０の温度も上昇する。コイル３０の温度が上昇すると、ステータコア１０からコイル３０に熱が伝わりにくくなる。
　この実施の形態１では、コイル３０が整列巻きで巻かれ、スロット１３内に高密度で配置される。そのため、スロット１３における占積率が高くなり、占積率が高くなることで銅損が低下する。また、コイル３０が絶縁部２０に密着した状態で巻かれるため、コイル３０の周長が短くて済み、コイル３０の周長が短くなることでも銅損が低下する。その結果、銅損によるコイル３０の温度上昇を抑えることができ、ステータコア１０からコイル３０への放熱が可能になる。
　また、コイル３０が整列巻きで巻かれているため、コイル３０と絶縁部２０とを密着させるだけでなく、コイル３０のコイル線同士も密着させることができる。そのため、ステータコア１０からコイル３０への放熱を促進することができ、ステータコア１０の温度上昇の抑制効果を高めることができる。
　また、コイル３０が複数のティース１２に跨って巻かれている場合には、コイル３０と絶縁部２０との隙間が大きくなるが、コイル３０が突極集中巻きで巻かれているため、コイル３０と絶縁部２０との隙間が生じにくい。そのため、ステータコア１０からコイル３０への放熱をさらに促進することができ、ステータコア１０の温度上昇の抑制効果をさらに高めることができる。
　また、コイル３０が短辺クロス巻きで巻かれており、クロスポイントＡがティース１２の端面１２ａ上に位置するため、スロット１３内でコイル３０を高密度に配置し、占積率を高めることができる。これにより、コイル３０と絶縁部２０とをより密着させ、コイル３０のコイル線同士をより密着させることができる。加えて、占積率の向上により、コイル３０の銅損も低減することができる。その結果、ステータコア１０からコイル３０への放熱をさらに促進することができる。
　また、ティース１２のスロット１３側に絶縁フィルム２２が設けられているため、ティース１２とコイル３０との間隔が狭くなり、絶縁フィルム２２を介してティース１２からコイル３０に熱が伝わりやすくなる。そのため、ステータコア１０からコイル３０への放熱をさらに促進することができる。
　なお、ここでは、ステータコア１０の軸方向両端部に第２コア部１０Ｂが設けられていたが、ステータコア１０の少なくとも軸方向一端部に第２コア部１０Ｂが設けられていればよい。
　また、ロータコア５０の磁石挿入孔５１が磁極中心線Ｎ１に直交する方向に直線状に形成されていたが、磁石挿入孔５１はＶ字状に形成されていてもよい。また、各磁石挿入孔５１に２つ以上の永久磁石５５を配置してもよい。
　また、電動機２は、上記の通り、ロータコア５０の磁石挿入孔５１に永久磁石５５を配置したＩＰＭモータであるが、ロータコア５０の表面に永久磁石５５を配置したＳＰＭ（表面磁石型）モータであってもよい。
＜実施の形態の効果＞
　以上説明したように、実施の形態１の電動機２は、コンシクエントポール型のロータ５とステータ１とを有し、ステータ１のステータコア１０が軸方向中央に位置する第１コア部１０Ａと、軸方向端部に位置する第２コア部１０Ｂとを有し、第１コア部１０Ａにおけるスロット１３の面積が第２コア部１０Ｂにおけるスロット１３の面積よりも大きい。そのため、コイル３０をティース１２を囲む絶縁部２０に密着させて巻き付けることができ、ステータコア１０の熱をコイル３０を介して放熱することができる。その結果、ステータコア１０の温度上昇を抑制することができる。
　特に、コイル３０が、整列巻き、突極集中巻き、および短辺クロス巻きで巻かれているため、コイル３０とティース１２とを絶縁部２０を介して密着させ、また、スロット１３内にコイル３０を高密度で配置することができる。その結果、ステータコア１０の熱を効率よくコイル３０から放熱することができ、ステータコア１０の温度上昇の抑制効果を高めることができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２について説明する。図１４は、実施の形態２のステータ８を示す横断面図である。ステータ８のステータコア８０は、軸線Ａｘを中心とする環状のヨーク８１と、ヨーク８１から径方向内側に突出する複数のティース８２とを有する。隣り合うティース８２の間には、コイル３０を収容するスロット８３が形成される。
　この実施の形態２のステータコア８０は、それぞれ１つのティース８２を含む複数の分割コア８０Ａに分割されている。分割コア８０Ａの数は、ここでは１２である。分割コア８０Ａは、ヨーク８１に形成された分割面８５で分割されている。このように構成されているため、ステータコア８０を直線状に広げることができる。
　各分割コア８０Ａは、複数の積層要素を積層し、カシメ、溶接、または接着等で固定したものである。ここでは、各分割コア８０Ａに３か所のカシメ部８７，８８が形成されており、カシメ部８７はヨーク８１に形成され、カシメ部８８はティース８２に形成されている。但し、カシメ部の数および配置は任意である。
　図１５（Ａ）は、ステータコア８０を直線状に広げた状態を示す図である。図１５（Ａ）に示した例では、隣り合う分割コア８０Ａは、分割面８５の外周側に設けられた連結部８６で互いに連結されている。連結部８６は、塑性変形可能な薄肉部、あるいはカシメ部である。
　ステータ８を形成する際には、ステータコア８０を直線状に広げた状態で、各分割コア８０Ａにインシュレータ２１（図６（Ｂ））および絶縁フィルム２２（図６（Ｃ））を取り付け、これらを介してティース８２にコイル３０を巻き付ける。
　ステータコア８０を直線状に広げているため、巻き付けに使用される巻線ノズルをステータコア８０に干渉させずに比較的自由に移動させることができ、より高密度にコイル３０を巻き付けることができる。
　各分割コア８０Ａのティース８２にコイル３０を巻き付けた後、ステータコア８０を環状に折り曲げて、ステータコア８０の両端を溶接することにより、図１４に示したステータ８が得られる。
　図１５（Ｂ）は、ステータコア８０の他の例を示す図である。図１５（Ｂ）に示した例では、ステータコア８０を構成する分割コア８０Ａは、互いに連結されていない。これらの分割コア８０Ａは、分割面８５で互いに溶接されることにより一体化する。
　この場合も、各分割コア８０Ａにインシュレータ２１（図６（Ｂ））および絶縁フィルム２２（図６（Ｃ））を取り付け、これらを介してティース８２にコイル３０を巻き付ける。その後、各分割コア８０Ａを分割面８５で互いに溶接することにより、図１４に示したステータ８が得られる。
　以上の点を除き、実施の形態２の電動機は、実施の形態１の電動機２と同様に構成されている。
　実施の形態２では、ステータコア８０が複数の分割コア８０Ａを組み合わせて構成されるため、分割コア８０Ａの各ティース８２に高密度にコイル３０を巻き付けることができる。そのため、コイル３０を絶縁部２０に密着させ、またコイル３０のコイル線同士を密着させることができ、ステータコア１０の熱をより効率よくコイル３０から放熱することができる。その結果、ステータコア１０の温度上昇の抑制効果をさらに高めることができる。
＜空気調和装置＞
　次に、上述した各実施の形態の電動機が適用可能な空気調和装置について説明する。図１６（Ａ）は、実施の形態１の電動機２を適用した空気調和装置５００の構成を示す図である。空気調和装置５００は、室外機５０１と室内機５０２とを備える。室外機５０１と室内機５０２とは、冷媒配管５０３で接続されている。
　室外機５０１は、例えばプロペラファンである室外送風機５１０を備え、室内機５０２は、例えばクロスフローファンである室内送風機５２０を備える。室外送風機５１０は、羽根車５１１と、これを駆動する電動機２Ａとを有する。室内送風機５２０は、羽根車５２１と、これを駆動する電動機２Ｂとを有する。電動機２Ａ，２Ｂはいずれも、実施の形態１で説明した電動機２で構成される。なお、図１６（Ａ）には、冷媒を圧縮する圧縮機５０４も示されている。
　図１６（Ｂ）は、室外機５０１の断面図である。電動機２は、室外機５０１のハウジング５０８内に配置されたフレーム５０９によって支持されている。電動機２のシャフト６には、ハブ５１２を介して羽根車５１１が取り付けられている。
　室外送風機５１０では、電動機２Ａによって羽根車５１１が回転し、室外に送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、圧縮機５０４で圧縮された冷媒が凝縮器（図示せず）で凝縮する際に放出された熱を、室外送風機５１０の送風によって室外に放出する。
　室内送風機５２０（図１６（Ａ））では、電動機２Ｂによって羽根車５２１が回転し、室内に送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、冷媒が蒸発器（図示せず）で蒸発する際に熱が奪われた空気を、室内送風機５２０の送風によって室内に送風する。
　電動機２Ａ，２Ｂは、実施の形態１の電動機２で構成されているため、ステータコア１０の温度上昇の抑制により安定した運転が可能である。そのため、室外送風機５１０および室内送風機５２０の運転の信頼性を向上することができる。
　電動機２Ａ，２Ｂには、実施の形態１の電動機２に限らず、実施の形態２の電動機を有してもよい。また、各実施の形態の電動機は、ここでは室外送風機５１０および室内送風機５２０の両方に用いられているが、いずれか一方のみに用いられていてもよい。
　各実施の形態で説明した電動機２は、送風機に限らず、空気調和装置の圧縮機に用いてもよく、また、空気調和装置以外の電気機器、例えば、家庭用電気機器、換気扇、工作機械等に用いてもよい。
　以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、これらの実施の形態には各種の改良または変形を行なうことができる。
　１　ステータ、　２，２Ａ，２Ｂ　電動機、　３　モールドステータ、　４　モールド樹脂部、　５　ロータ、　６　シャフト、　８　ステータ、　９　ロータ、　１０　ステータコア、　１０Ａ　第１コア部、　１０Ｂ　第２コア部、　１１　ヨーク、　１１ａ　外周、　１１ｂ　内周、　１１ｃ　内周、　１２　ティース、　１２ａ　端面、　１２ｂ　側面、　１２ｃ　側面、　１２ｅ　歯先部、　１２ｆ　対向面、　１２ｇ　対向面、　１３　スロット、　２０　絶縁部、　２１　インシュレータ、　２２　絶縁フィルム、　３０　コイル、　３１，３２，３３　コイル線、　４４　放熱部材、　４５　回路基板、　５０　ロータコア、　５１　磁石挿入孔、　５５　永久磁石、　８０　ステータコア、　８０Ａ　分割コア、　８１　ヨーク、　８２　ティース、　８３　スロット、　８５　分割面、　８６　連結部、　５００　空気調和装置、　５０１　室外機、　５０２　室内機、　５０４　圧縮機、　５１０　室外送風機、　５１１　羽根車、　５２０　室内送風機、　５２１　羽根車、　Ａ　クロスポイント、　Ｐ１　磁石磁極、　Ｐ２　仮想磁極。

Claims (13)

  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し、前記永久磁石が磁石磁極を構成し、前記ロータコアの一部が仮想磁極を構成するロータと、
    　前記軸線を中心とする径方向の外側から前記ロータコアを囲むステータコアと、前記ステータコアに巻かれたコイルとを有するステータと
    　を備え、
    　前記ステータコアは、前記コイルを収容するスロットを有し、
    　前記ステータコアは、当該ステータコアの前記軸線の方向の中央に位置する第１コア部と、当該ステータコアの前記軸線の方向の端部に位置する第２コア部とを有し、
    　前記第２コア部における前記スロットの面積は、前記第１コア部における前記スロットの面積よりも大きい
    　電動機。
  2. 　前記ステータコアは、前記軸線を中心とする周方向において前記スロットに隣接するティースとを有し、
    　前記第１コア部における前記ティースの前記周方向の幅は、前記第２コア部における前記ティースの前記周方向の幅よりも広い
    　請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記ステータコアと前記コイルとの間に絶縁部が設けられ、
    　前記絶縁部は、前記ティースの前記幅が変化する部分に形成される段差部に係合する
    　請求項２に記載の電動機。
  4. 　前記ステータコアの前記ティースには、前記コイルが整列巻きで巻かれている
    　請求項２または３に記載の電動機。
  5. 　前記ステータコアの前記ティースには、前記コイルが突極集中巻きで巻かれている
    　請求項２から４までのいずれか１項に記載の電動機。
  6. 　前記ステータコアには、前記コイルが複数層をなすように巻かれており、
    　前記ティースの前記軸線の方向の一端面上で、前記コイルの互いに異なる層のコイル線が交差している
    　請求項２から５までのいずれか１項に記載の電動機。
  7. 　前記スロットの内部では、前記コイルを構成するコイル線は前記軸線と平行に延在している
    　請求項１から６までのいずれか１項に記載の電動機。
  8. 　前記ステータコアの前記スロット側の面に、絶縁フィルムが設けられている
    　請求項１から７までのいずれか１項に記載の電動機。
  9. 　前記ステータコアは、それぞれ１つのティースを含む複数の分割コアを、前記軸線を中心とする周方向に組み合わせて構成される
    　請求項１から８までのいずれか１項に記載の電動機。
  10. 　前記ステータを囲むモールド樹脂部をさらに備える
    　請求項１から９までのいずれか１項に記載の電動機。
  11. 　前記コイルに接続され、前記モールド樹脂部に覆われた回路基板をさらに備える
    　請求項１０に記載の電動機。
  12. 　請求項１から１１までのいずれか１項に記載の電動機と、
    　前記電動機によって回転する羽根車と
    　を備えた送風機。
  13. 　室外機と室内機とを備え、
    　前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
    　請求項１２に記載の送風機を有する
    　空気調和装置。
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