(57)【要約】  本発明に係る電動機の固定子及び電動機は、コアバック部とコアバック部から内周面に突出するティース部とを有する積層した複数の電磁鋼板からなる鉄心片と、複数の電磁鋼板を積層方向に締結する接合バンドと、を備え、接合バンドの外周面には開口部が設けられているものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアバック部と前記コアバック部から内周面に突出するティース部とを有する積層した複数の電磁鋼板からなる鉄心片と、
前記複数の電磁鋼板を積層方向に締結する接合バンドと、を備え、
前記接合バンドの外周面には開口部が設けられている電動機の固定子。
【請求項２】
前記開口部は、前記積層方向に複数配列されている請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項３】
前記開口部は、周方向に複数配列されている請求項１又は２に記載の電動機の固定子。
【請求項４】
前記開口部と非開口部が周方向にずれている請求項３に記載の電動機の固定子。
【請求項５】
前記開口部は、周方向の幅より前記積層方向に長い形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
【請求項６】
前記開口部は、前記積層方向の幅より周方向に長い形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
【請求項７】
前記開口部は、前記積層方向の中央部分に形成される開口部に比べて端部部分に形成される開口部が周方向に大きい請求項２〜６のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
【請求項８】
前記接合バンドは、比透磁率が１．０１以下のオーステナイト系ステンレス鋼又は非鉄金属で構成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
【請求項９】
前記接合バンドは、エンジニアリングプラスチックで構成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の固定子を備えた電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機やファンモーター等に使われる電動機の固定子及び電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機の固定子は、鉄心がプレス等により一体に打ち抜かれた電磁鋼板を積層して形成されている。積層した電磁鋼板を締結する方法としては、プレス金型内で電磁鋼板を半抜きすることにより、ダボを形成し上下の電磁鋼板をかしめる方法（抜きカシメ）や溶接する方法が一般的である（例えば、特許文献１及び２参照）。また、巻線の高密度化及び生産性を考慮して鉄心を複数の鉄心片に分割するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、分割した鉄心片を接合する際に接合バンドを装着して接合する固定子が開示され、この場合もカシメ等で接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４３１０２号公報
【特許文献２】特開平７−７８７５号公報
【特許文献３】特開昭５９-６７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３のように、抜きカシメや溶接を実施した場合、積層した電磁鋼板の接合部の電気的な絶縁は悪化してしまう。接合部の電気的な絶縁が悪化すると電磁鋼板間で導通し、導通している箇所で渦電流が発生してしまう。この渦電流は、鉄心内の電気抵抗により熱となって電磁エネルギーの損失（渦電流損）を生じさせる。高速運転を実現するために高周波数化した際には、渦電流損は飛躍的に上がり、電動機の効率が大きく低下する。【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、積層した電磁鋼板の締結において渦電流の発生を抑制し、エネルギー効率のよい電動機の固定子及び電動機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における電動機の固定子は、コアバック部とコアバック部から内周面に突出するティース部とを有する積層した複数の電磁鋼板からなる鉄心片と、複数の電磁鋼板を積層方向に締結する接合バンドと、を備え、接合バンドの外周面には開口部が設けられているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動機の固定子及び電動機によれば、接合バンドの外周面に開口部が設けられている。開口部には磁性体が存在しないためこの部分の透磁率が小さくなり、磁束の流れに対する抵抗（磁気抵抗）が大きくなる。そのため、磁束は開口部を迂回して流れ、接合バンドの外周面において磁束が流れる領域が狭くなる。そして、磁束が流れる領域が狭くなるため渦電流の発生領域も狭くなり、渦電流を抑制することができる。また、渦電流は低周波では導体全体に流れるが、高周波では導体の表面に多く流れる。また、一般に発生する渦電流は電気的な絶縁抵抗が高い部分では小さくなる。本発明に係る電動機の固定子及び電動機によれば、高周波時の渦電流に対し、接合バンドの外周面の開口部で抵抗を大きくし渦電流を流れにくくすることができる。そのため、渦電流損が抑制され、電動機のエネルギー損失が減り、効率が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子を用いた電動機の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の鉄心片の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の鉄心片の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の正面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の左側面図である。
【図８】従来の電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子を用いた電動機の平面図である。電動機３００は、固定子１００と、回転子１５０とを有する。回転子１５０は、磁石１５１を有し、固定子１００は、巻線２を有する。電動機３００は、永久磁石式電動機であるが、電磁石式、リラクタンス式、ヒステリス式等他の種類の電動機であってもよい。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の平面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の鉄心片の平面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の鉄心片の正面図である。図２〜図４の固定子１００は、円弧形状の複数の鉄心片１０１を円環状に接合している。なお、図２では、９個の鉄心片１０１が、円環上に接合されているが、円環を構成する鉄心片の数は任意であり、また、分割されていない１つの円環状の鉄心片でもよい。
【００１２】
鉄心片１０１は、複数の電磁鋼板１０４を上下方向（図４のＺ軸方向）に積層して形成されている。鉄心片１０１は、固定子１００の外周側に位置し固定子１００を形成した際にコアバックとなるコアバック部１０３と、コアバック部１０３から内周面に突出するティース部１０２とを有している。
【００１３】
ティース部１０２には、絶縁部材１を介し、巻線２が巻き回される（図１及び図２参照）。コアバック部１０３の外周は、電磁鋼板１０４の積層方向（図４のＺ軸方向）に延びる溝１０５が形成されている。なお、図２及び図３に示されている溝１０５は、角溝であるが、これに限定されるものではなく、同一の機能を行うことができる限りＵ字溝、Ｖ字溝、半円状の丸溝等各種断面形状の溝に変更することができる。
【００１４】
図５は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の平面図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の正面図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の接合バンドを挿入した鉄心片の左側面図である。図５〜図７は、図３及び図４の鉄心片１０１の溝１０５に接合バンド３が挿入されたものである。接合バンド３は、電磁鋼板１０４の積層方向（図４及び図６のＺ軸方向）に延びる角柱であり、積層方向の上端部４及び下端部５が内周面方向に突出する略コの字形状に形成されている。接合バンド３は、図３で示した溝１０５に挿入され、上端部４及び下端部５により鉄心片１０１を構成する積層された電磁鋼板１０４をかしめて締結する。
【００１５】
接合バンド３の外周面部６の表面には、開口部７が形成されている。具体的には、開口部７の配置は、電磁鋼板１０４の積層方向（図６のＺ軸方向）に複数配列されている。また、開口部７の配置は、周方向（図６のＸ軸方向）に単数である。さらに、開口部７は、周方向の幅より積層方向に長い形状を有する。なお、開口部７の配置や形状は、図面に記載されたものに限定されるものではなく、同一の機能を行うことができる限り各種形状に変更することができる。例えば、開口部７の配置は、電磁鋼板１０４の積層方向（図６のＺ軸方向）に単数であってもよい。また、周方向（図６のＸ軸方向）に複数配列されてもよい。さらに、開口部７は、積層方向の幅より周方向に長い形状を有してもよい。また、積層方向の幅と周方向の幅が同一であってもよい。さらに、開口部７は、接合バンド３の外周面部６の表面に開口があればよく、開口は内周面方向に凹んだ窪みであってもよく、貫通孔でもよい。
【００１６】
接合バンド３は、比透磁率が１．０１以下のオーステナイト系ステンレス鋼又は非鉄金属で構成されるのが望ましい。例えば、接合バンド３は、ＳＵＳ３０４板、銅板、黄銅板、アルミ板等で構成されるのが望ましい。このような、比透磁率が１．０１以下の材料で接合バンド３を構成していれば、電磁鋼板に対して、磁気抵抗が十分に高く、接合バンド３には磁束が流れない。しかも、これらの金属は適切な強度及び耐熱性を持っているため接合バンド３の厚さや幅を増す必要もなく構成することができる。
【００１７】
接合バンド３は、エンジニアリングプラスチックで構成されてもよい。例えば、接合バンド３は、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ材で構成される。このような、エンジニアリングプラスチックは金属部材に対し、比透磁率も十分に低く、電磁鋼板に対して、磁気抵抗が十分に高くなり、接合バンド３には磁束が流れない。さらに加えて金属に対して、軽量であり、かつ電気的な耐食性は高いため高寿命で軽量な電動機も得ることができる。
【００１８】
ここで、固定子の運転中の磁束の流れ及び渦電流の流れについて説明する。図８は、従来の電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。固定子１１０を流れる磁束は、中心から円周に向かう外向半径方向磁束１１１と、周方向に流れる周方向磁束１１２と、円周から中心方向に向かう内向半径方向磁束１１３とを有する。電動機に印加する電圧の＋と−が変化することで磁束の向きが変わり、また、空間的にＮ極とＳ極の配置が移動して、回転磁界が発生する。そして、回転磁界の発生により、回転子（図示せず）を回転させるトルクが発生する。この時、磁束の流れる方向に直交して渦電流が発生する。接合バンド３３においては、周方向磁束１１２と内向半径方向磁束１１３等により、その磁束に直交する周方向渦電流１２２及び内向半径方向渦電流１２３が発生する。なお、図示はしていないが同様に外向半径方向磁束１１１に対して外向半径方向渦電流が発生している。
【００１９】
図９は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。固定子１００を流れる磁束は、中心から円周に向かう外向半径方向磁束１１と、周方向に流れる周方向磁束１２と、円周から中心方向に向かう内向半径方向磁束１３とを有する。周方向渦電流２２は、接合バンド３において周方向磁束１２によって発生する渦電流であり、内向半径方向渦電流２３は、内向半径方向磁束１３によって発生する渦電流である。なお、図示はしていないが同様に外向半径方向磁束１１に対して外向半径方向渦電流が発生している。
【００２０】
本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子では、接合バンド３に開口部７が設けられている。開口部７には磁性体が存在しないためこの部分の透磁率が小さくなり、周方向磁束１２の流れに対する抵抗（磁気抵抗）が大きくなる。そのため、周方向磁束１２は開口部７を迂回して非開口部８を流れ、接合バンド３において周方向磁束１２が流れる領域が狭くなる。そして、周方向磁束１２が流れる領域が狭くなるため周方向渦電流２２の発生領域も狭くなり、周方向渦電流２２の発生を抑制することができる。また、渦電流は低周波では導体全体に流れるが、高周波では導体の表面に多く流れる。また、一般に、発生する渦電流は電気的な絶縁抵抗が高い部分では小さくなる。本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子では、接合バンド３に開口部７を設けることにより高周波時の渦電流に対し電気的に絶縁抵抗が高い部分を作り出している。そのため、周方向磁束１２と、外向半径方向磁束１１及び内向半径方向磁束１３によって発生する周方向渦電流２２、内向半径方向渦電流２３及び外向半径方向渦電流（図示せず）は発生しても電気的な絶縁抵抗が高い開口部７では流れにくく、渦電流を抑制することができる。そのため、渦電流損が抑制され、電動機のエネルギー損失が減り、効率が良くなる。
【００２１】
また、鉄心片１０１の溝１０５に接合バンド３挿入することにより、電磁鋼板１０４の位置が固定され、電磁鋼板１０４のずれが生じにくくなる。そのため、電磁鋼板１０４を積層した鉄心片１０１は倒れや曲がりが生じず、鉄心片１０１の積層方向の形状精度を良好にすることができる。よって、形状精度に起因する巻線等の生産性が良くなり、また、電動機の機械的振動、騒音を低減かつ安定化させることが可能となる。従って高効率、低振動、低騒音で生産性の高い電動機を得ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。図１０において図２〜図９の固定子と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１０に示すように、固定子１２０を流れる磁束は、中心から円周に向かう外向半径方向磁束２１１と、周方向磁束２１２と、円周から中心方向に向かう内向半径方向磁束２１３を有する。
【００２３】
図１０に示すように、接合バンド４３において、開口部１７は周方向に複数に配列され、開口部１７と非開口部１８がずれている構造となっている。このように開口部１７が配置しているため、周方向への経路が遮断され周方向磁束２１２はさらに流れにくく、周方向渦電流２２２を抑制できる。また、電気的に絶縁抵抗が高い開口部１７をずれて有しており、電流が流れる箇所を複数で遮断できるので、内向半径方向磁束２１３に対する内向半径方向渦電流２２３の流れも更に阻害し渦電流を抑制することができる。なお、図示はしていないが外向半径方向磁束２１１に対する外向半径方向渦電流も同様に抑制できる。そのため、渦電流損が抑制され、電動機のエネルギー損失が減り、効率が良くなる。
【００２４】
また、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子と同様に、形状精度に起因する巻線等の生産性が良くなり、また、電動機の機械的振動、騒音を低減かつ安定化させることが可能となる。従って高効率、低振動、低騒音で生産性の高い電動機を得ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る電動機の固定子の磁束の流れを説明する図である。図１１において図２〜図９の固定子と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
図１１の巻線２は、鉄心片１０１の上面及び下面からはみ出しているコイルエンド部９を有する。コイルエンド部９には、電磁鋼板は存在しないが、コイルエンド部９の周りにも磁束１４が発生する。コイルエンド部の磁束１４は、直下の電磁鋼板を通り、回転磁界を発生させるのにも寄与している。よって、各鉄心片１０１の上面及び下面では接合バンド５３を半径方向に通る磁束１５が発生する。
【００２７】
本発明の実施の形態３に係る電動機の固定子１３０は、電磁鋼板の積層方向において、接合バンド５３の中央部分に形成される開口部７に比べて端部部分に形成される開口部２７が周方向に大きく形成されている。
【００２８】
接合バンド５３の端部部分の形成される開口部２７が、中央部部分に形成される開口部７に比べて周方向に大きく形成されているため、コイルエンド部９で発生する磁束１４による渦電流損を低減することができる。
【００２９】
また、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子１００と同様に、接合バンド５３の周方向に磁束が流れにくくなり、渦電流損を減らすことができる。さらに、半径方向磁束については発生してもそれに直行する渦電流が開口部７及び開口部２７により、流れにくく、同様に渦電流を低減することができる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子１００と同様に、形状精度に起因する巻線等の生産性が良くなり、また、電動機の機械的振動、騒音を低減かつ安定化させることが可能となる。従って高効率、低振動、低騒音で生産性の高い電動機を得ることができる。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態１〜３に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、接合バンドは、外周面が曲面で形成されていてもよい。また、開口部７の表面形状は、矩形状、円形状、楕円形状、オーバル形状等種々の形状であってもよく、積層方向から周方向に角度を有していてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  絶縁部材、２  巻線、３  接合バンド、４  上端部、５  下端部、６  外周面部、７  開口部、８  非開口部、９  コイルエンド部、１１  外向半径方向磁束、１２  周方向磁束、１３  内向半径方向磁束、１４  磁束、１５  磁束、１７  開口部、１８  非開口部、２２  周方向渦電流、２３  内向半径方向渦電流、２７  開口部、３３  接合バンド、４３  接合バンド、５３  接合バンド、１００  固定子、１０１  鉄心片、１０２  ティース部、１０３  コアバック部、１０４  電磁鋼板、１０５  溝、１１０  固定子、１１１  外向半径方向磁束、１１２  周方向磁束、１１３  内向半径方向磁束、１２０  固定子、１２２  周方向渦電流、１２３  内向半径方向渦電流、１３０  固定子、１５０  回転子、１５１  磁石、２１１  外向半径方向磁束、２１２  周方向磁束、２１３  内向半径方向磁束、２２２  周方向渦電流、２２３  内向半径方向渦電流、３００  電動機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2017154087.tif 000014
2017154087.tif 000015