(57)【要約】  永久磁石埋込型モータ５は円筒状のフレームの内側に配置される第１の環状コアと、第１の環状コアと隣接して配置される第２の環状コアとを、フレームの軸方向に積層して構成される円筒状のステータコア５２ａと、ステータコア５２ａの内側に配置されるロータ５１と、を備え、第２の環状コアは、第２の環状コアに形成されたカシメにより第１の環状コアに固定され、隣接する第１のヨーク同士は接触しており、隣接する第２のヨーク同士は離間している。
2017033229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のフレームと、
前記円筒状のフレームの内側に配置され、第１の環状コアと第２の環状コアとを、前記円筒状のフレームの軸方向に積層して構成される円筒状のステータコアと、
前記円筒状のステータコアの内側に配置されるロータと、
を備え、
前記第１の環状コアは、それぞれが第１のヨークと前記第１のヨークから突出する第１のティースと第１のカシメとを有する複数の第１のコア片を、前記複数の第１のコア片のそれぞれが前記複数の第１のコア片の内の他の隣接する１つと接するように配列して環状に形成され、
前記第２の環状コアは、前記第１の環状コアと隣接して配置され、それぞれが第２のヨークと前記第２のヨークから突出する第２のティースと第２のカシメとを有する複数の第２のコア片を、前記複数の第２のコア片のそれぞれが前記複数の第２のコア片の内の他の隣接する１つと離間するように配列して環状に形成され、
前記第１の環状コアと前記第２の環状コアは、それぞれが前記第１のカシメと前記第２のカシメによって固定される永久磁石埋込型モータ。
【請求項２】
前記ステータコアが前記円筒状のフレームの内周面に固定された後の隣接する前記第２のヨーク同士は接触している請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
【請求項３】
前記ステータコアが前記円筒状のフレームの内周面に固定された後の前記第２のヨーク同士が接触する領域は、前記ステータコアが前記円筒状のフレームの内周面に固定される前の前記第２のヨーク同士が接する領域よりも広い請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
【請求項４】
前記周方向における前記第２のヨークの第１の端面と前記周方向における前記第２のヨークの第２の端面には、それぞれが対向するように複数の突起が形成される請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
【請求項５】
前記周方向における前記第１のヨークの第１の端面側と前記周方向における前記第１のヨークの第２の端面側には、前記隣接する前記第１のヨーク同士を連結するように、それぞれが軸方向に突き出る複数の第１の突起が形成され、
前記周方向における前記第２のヨークの前記第１の端面側には、第１の突起の凹部に挿入されるように軸方向に突き出る第２の突起が形成される請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
【請求項６】
前記第１のカシメは前記第１のヨークのみに形成され、
前記第２のカシメは前記第２のヨークのみに形成される請求項１に記載の永久磁石埋込型モータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の永久磁石埋込型モータと圧縮機構とを搭載した圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載の圧縮機を冷凍回路の構成要素として含む冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のフレームの内側に配置されるステータコアと、ステータコアの内側に配置されるロータとを備えた永久磁石埋込型モータ、圧縮機、および冷凍空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石埋込型モータは、コイルの形成が容易化されるように、複数のコア片を円環に組み合わせて構成されるステータコアに円筒状のフレームを嵌め合い固定する構造が採用される場合がある。このようにステータコアにフレームを嵌め合い固定することにより、隣接するコア片同士が接触してステータコアの剛性が高まり、ステータコアの内径真円度が良くなる。そのため複数のコア片を環状に組み合わせて構成されるステータコアにおいては、フレームの嵌め合い固定が必要な場合が多く、フレーム嵌め合い後のステータコアの磁気特性の劣化が課題であった。【０００３】
特許文献１に示す従来の永久磁石式同期モータは、分割ヨーク部と分割ヨーク部から突出するティースを有する複数の分割ヨーク部を、分割ヨーク部同士が隣接するようにコアケースの周方向に配置して環状に形成された環状ヨーク部を備える。隣接する分割ヨーク部同士は突起部により相互に接触しており、この突起部は、隣接する分割ヨーク部の間を一部切り欠くことにより形成される。そして突起部が形成されることにより、隣接する分割ヨーク部の間にはギャップ部が形成される。特許文献１に示す従来の永久磁石式同期モータは、隣接する分割ヨーク部の間に突起部を設けることにより、嵌め合い固定時に隣接する分割ヨーク部の間の主磁束領域で発生する圧縮応力の増加を抑制してモータ効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、隣接する分割ヨーク部の間の突起部同士が当接する面積が小さいために、分割ヨーク部を円環状に組み立てたステータコアの剛性が弱く、音振動が大きくなり易い。また当接部がずれないよう組み合わせることが困難であり、ステータコアの内径真円度が悪化しやすく、ティース先端の位置にばらつきが出るとコギングが増えてモータ特性に悪影響を及ぼす。さらにヨーク部の磁路にギャップが存在するため、磁気抵抗の増大は避け難く、鉄損低減の効果が相殺されて十分な効果が得られるとは言い難い。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動を抑えながら効率の向上を図ることができる永久磁石埋込型モータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石埋込型モータは、円筒状のフレームと、円筒状のフレームの内側に配置され、第１の環状コアと第２の環状コアとを、円筒状のフレームの軸方向に積層して構成される円筒状のステータコアと、記円筒状のステータコアの内側に配置されるロータと、を備え、第１の環状コアは、それぞれが第１のヨークと第１のヨークから突出する第１のティースと第１のカシメとを有する複数の第１のコア片を、複数の第１のコア片のそれぞれが複数の第１のコア片の内の他の隣接する１つと接するように配列して環状に形成され、第２の環状コアは、第１の環状コアと隣接して配置され、それぞれが第２のヨークと第２のヨークから突出する第２のティースと第２のカシメとを有する複数の第２のコア片を、複数の第２のコア片のそれぞれが複数の第２のコア片の内の他の隣接する１つと離間するように配列して環状に形成され、第１の環状コアと第２の環状コアは、それぞれが第１のカシメと第２のカシメによって固定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る永久磁石埋込型モータは、振動を抑えながら効率の向上を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る永久磁石埋込型モータを内蔵した圧縮機の断面図
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図
【図３】実施の形態１に係るステータコアを構成する複数の分割コアを、帯状に展開した状態を表す図
【図４】フレームに固定される前のステータコアを構成する第１の環状コアの断面図
【図５】フレームに固定される前のステータコアを構成する第２の環状コアの断面図
【図６】フレームを嵌め合い固定する前のステータコアの積層方向における断面図
【図７】フレームを嵌め合い固定する前のステータコアを構成する第１の環状コアと第２の環状コアの部分拡大図
【図８】フレームを嵌め合い固定した後のステータコアの積層方向における断面図
【図９】フレームを嵌め合い固定した後のステータコアを構成する第１の環状コアと第２の環状コアの部分拡大図
【図１０】フレームを嵌め合い固定した後の第２の環状コアに流れる磁束を模式的に示す図
【図１１】鉄損の比率を示す図
【図１２】実施の形態１に係るステータコアの変形性を示す図
【図１３】実施の形態２に係るモータに用いられるステータコアを構成する第２の環状コアの断面図
【図１４】実施の形態３に係るモータに用いられるステータコアを構成する第１の環状コアの断面図
【図１５】実施の形態３に係るモータに用いられるステータコアを構成する第２の環状コアの断面図
【図１６】実施の形態４に係る冷凍空調装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型モータ、圧縮機、および冷凍空調装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る永久磁石埋込型モータを内蔵した圧縮機の断面図である。圧縮機１００は、図示しない蒸発器から供給される冷媒ガスと残存する液冷媒とを分離するアキュムレータ１と、円筒状のフレーム２内に設置され吸入パイプ３を介してアキュムレータ１から供給された冷媒ガスを圧縮する圧縮機構４と、フレーム２内に設置され圧縮機構４を駆動する永久磁石埋込型モータ５とを有する。以下の説明では永久磁石埋込型モータを単にモータと称する場合がある。
【００１２】
圧縮機構４は、フレーム２の内部に固定されアキュムレータ１からの冷媒ガスが供給されるシリンダ４１と、回転軸６の他端側が挿入されシリンダ４１の軸方向一端を閉塞する上部フレーム４２と、上部フレーム４２に装着された上部吐出マフラ４３と、シリンダ４１の軸方向他端を閉塞する下部フレーム４４と、下部フレーム４４に装着された下部吐出マフラ４５と、シリンダ４１に配置され回転軸６に設置された偏心部７と共にシリンダ４１内を偏心回転運動するピストン４６とを備える。
【００１３】
回転軸６の一端側は、モータ５を構成するロータコア５１ａに挿入され、回転軸６の他端側は、シリンダ４１の内部空間を貫通して上部フレーム４２および下部フレーム４４により回転自在な状態で保持される。また回転軸６の他端側にはピストン４６と共に冷媒を圧縮する偏心部７が形成されている。
【００１４】
モータ５はステータ５２とロータ５１を備える。
【００１５】
ステータ５２は、厚さが０．２から０．５ｍｍの電磁鋼板から打ち抜かれた複数の鉄心片を積層した円筒の積層体であり、後述する第１の環状コアと第２の環状コアとを積層して構成され、フレーム２の内周面に嵌め合い固定される円筒状のステータコア５２ａと、ステータコア５２ａを覆うインシュレータ５２ｂと、インシュレータ５２ｂを介してステータコア５２ａに集中巻方式または分布巻方式で巻かれ、フレーム２に固定されるガラス端子４７から供給される電力で磁界を発生するコイル５２ｃとで構成される。嵌め合い固定の例としては焼嵌め、冷嵌め、または圧入がある。
【００１６】
例えば焼嵌めでは、常温においてステータコア５２ａの外径がフレーム２の内径よりも僅かに大きくなるようにステータコア５２ａを製作し、フレーム２を３００℃程度に加熱して膨張させておき、膨張したフレーム２をステータコア５２ａに嵌め込む。その後、フレーム２の温度が下がるとフレーム２が収縮し、フレーム２の内周面にステータコア５２ａが固定される。インシュレータ５２ｂは、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）、液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）といった絶縁性の樹脂または紙で構成される。
【００１７】
ロータ５１は、電磁鋼板から打ち抜かれた複数の鉄心片を積層して成り、ステータコア５２ａの内側に配置されるロータコア５１ａと、ロータコア５１ａに埋め込まれた複数の永久磁石５１ｂとを有する。ロータコア５１ａの中心には回転エネルギーを伝達するための回転軸６が嵌め合い固定される。
【００１８】
このように構成されたモータ５では、指令回転数に同期した周波数の電流がコイル５２ｃに通電されることにより、回転磁界が発生してロータ５１が回転する。ロータ５１が回転しているときの圧縮機１００では、アキュムレータ１から供給された冷媒ガスがフレーム２に固定された吸入パイプ３よりシリンダ４１内へ吸入される。ロータ５１が回転することにより偏心部７がシリンダ４１内で回転して、ピストン４６では冷媒の圧縮が行われる。圧縮された高温の冷媒は、上部吐出マフラ４３および下部吐出マフラ４５を経た後、ロータ５１とステータ５２との間の隙間を通ってフレーム２内を上昇し、フレーム２に設けられた吐出パイプ４８を通って図示しない冷凍サイクル装置内の冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
【００１９】
図２は図１に示すＡ−Ａ断面図である。図２に示すようにロータコア５１ａは、周方向に離間して形成される長方形状の複数の磁石挿入孔５１ａ１と、回転軸６が挿入されるシャフト孔５１ａ２と、複数の磁石挿入孔５１ａ１のそれぞれとシャフト孔５１ａ２との間に形成された冷媒の流路となる複数の風穴５１ａ３と、複数の磁石挿入孔５１ａ１のそれぞれの外側に形成される複数のスリット５１ａ４とを有する。複数の磁石挿入孔５１ａ１の各々にはそれぞれ永久磁石５１ｂが挿入される。永久磁石５１ｂは平板形状の希土類永久磁石またはフェライト磁石である。ロータコア５１ａの外周面とステータコア５２ａの内周面との間には０．３ｍｍから１．０ｍｍの隙間８が形成される。
【００２０】
ステータコア５２ａは、バックヨーク５２ａ１とバックヨーク５２ａ１から突出するティース５２ａ２とを有する複数の分割コア５２ａ３を、バックヨーク５２ａ１同士が隣接するようにフレームの周方向に配置して環状に形成される。ステータコア５２ａには、バックヨーク５２ａ１とティース５２ａ２で区画される複数のスロット５２ａ４が形成される。図２のステータコア５２ａには９個のスロット５２ａ４が形成されている。複数のティース５２ａ２の各々にはコイル５２ｃが巻かれている。ティース５２ａ２の先端部は両端が周方向に広がる傘状に形成される。
【００２１】
隣接するティースの先端部同士の間にはスロットオープニング５２ａ５が形成される。スロットオープニング５２ａ５の幅は、ロータで発生する磁石磁束がステータに鎖交し易い幅、またはコギングトルクが小さくなる最適な幅に設定され、例えば１ｍｍから５ｍｍである。
【００２２】
図３は実施の形態１に係るステータコアを構成する複数の分割コアを、帯状に展開した状態を表す図である。隣接するバックヨーク５２ａ１の間には連結部５２ａ６が形成されている。連結部５２ａ６は、後述する第１の環状コアを構成する複数のコア片の内、隣接するコア片に形成されたものである。図２に示すステータコア５２ａを得るためには、まず図３に示すように帯状に展開した分割コア５２ａ３群の各々のティース５２ａ２にコイル５２ｃが施される。
【００２３】
その後、帯状に展開した分割コア５２ａ３群は、連結部５２ａ６を継ぎ目として、複数のティース５２ａ２の各々の先端部が対向するように折り曲げられ、分割コア５２ａ３群の両端に設けられた鉄心合わせ面５２ａ７をつきあわせた後、鉄心合わせ面５２ａ７に溶接を施して固定する。
【００２４】
一般的なステータコアは、電磁鋼板から打ち抜かれた環状の鉄心片を複数積層して円筒状に形成されている。そのため一般的なステータコアでは、ティースにマグネットワイヤを施す際、マグネットワイヤをスロットオープニングから挿入する必要がある。ところがスロットオープニングは狭いため、コイル５２ｃの製作工程に制約があり、スロットに設けられるコイルの量にも制約が生じる。一方、モータ駆動時には、コイルに電流が流れることにより回転磁界が発生するため、コイル部分に銅損が生じる。銅損を低減してモータ効率を向上させるためには、コイルの抵抗を小さくする必要があり、コイルの断面積を大きくし、スロット内部に高密度でコイルを巻くことが有効である。
【００２５】
実施の形態１のステータコア５２ａは、図３に示すように帯状に展開した分割コア５２ａ３群の各々のティース５２ａ２にコイル５２ｃを施すことができる。そのためティース５２ａ２にコイル５２ｃを施す際、図２に示すスロットオープニング５２ａ５からマグネットワイヤを挿入する必要がなく、コイル５２ｃの整列性が向上し、断面積の大きなコイル５２ｃをスロットへ高密度に施すことが可能となる。
【００２６】
以下では、ステータコア５２ａを構成する第１の環状コアと第２の環状コアの構成を詳細に説明する。
【００２７】
図４はフレームに固定される前のステータコアを構成する第１の環状コアの断面図である。第１の環状コア５１ａ−１は、それぞれが第１のヨーク５２ａ１２と第１のヨーク５２ａ１２から突出する第１のティース５２ａ１３と第１のカシメ５２ａ１７とを有する複数の第１のコア片５２ａ１１を、第１のヨーク５２ａ１２のそれぞれの第１の端面５２ａ１４が隣接した１つの第１のヨーク５２ａ１２の第２の端面５２ａ１５と接触するように、図示しないフレームの周方向に配置して環状に形成して得られる。
【００２８】
複数の第１のコア片５２ａ１１の各々は電磁鋼板から打ち抜かれたＴ字状に形成されている。第１のティース５２ａ１３の周方向幅は、第１のヨーク５２ａ１２から第１のティース５２ａ１３の先端部にかけて同一である。第１のヨーク５２ａ１２の周方向の第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５は、それぞれが平らに形成されており、複数の第１のコア片５２ａ１１を環状に組み合わせた際、隣接する第１のヨーク５２ａ１２同士の第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５が面接触する。
【００２９】
以下では第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５とが接する箇所を当接部５２ａ１６と称する。第１のヨーク５２ａ１２には周方向に離間した２つの第１のカシメ５２ａ１７が設けられているが、第１のティース５２ａ１３にはカシメが設けられていない。このように第１のヨーク５２ａ１２のみに複数の第１のカシメ５２ａ１７が設けられている理由は後述する。
【００３０】
図５はフレームに固定される前のステータコアを構成する第２の環状コアの断面図である。第２の環状コア５１ａ−２は、それぞれが第２のヨーク５２ａ２２と第２のヨーク５２ａ２２から突出する第２のティース５２ａ２３と第２のカシメ５２ａ２７とを有する複数の第２のコア片５２ａ２１を、第２のヨーク５２ａ２２のそれぞれの第１の端面５２ａ２４が隣接した１つの第２のヨーク５２ａ２２の第２の端面５２ａ２５と離間するように、図示しないフレームの周方向に配置して環状に形成して得られる。
【００３１】
複数の第２のコア片５２ａ２１の各々は電磁鋼板から打ち抜かれたＴ字状に形成されている。第２のティース５２ａ２３の周方向幅は、第２のヨーク５２ａ２２から第２のティース５２ａ２３の先端部にかけて同一である。第２のヨーク５２ａ２２の周方向の第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５は、それぞれが平らに形成されている。
【００３２】
第１の環状コア５１ａ−１との違いは、第２の環状コア５１ａ−２は、複数の第２のコア片５２ａ２１を環状に組み合わせた際、隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士の第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５との間には隙間５２ａ２６が生じるように構成されている点である。隙間５２ａ２６の周方向の幅は３０μｍである。第２のヨーク５２ａ２２には周方向に離間した２つの第２のカシメ５２ａ２７が設けられているが、第２のティース５２ａ２３にはカシメが設けられていない。このように第２のヨーク５２ａ２２のみに複数の第２のカシメ５２ａ２７が設けられている理由は後述する。
【００３３】
なお図５に示す第２の環状コア５１ａ−２では、隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士の間に隙間５２ａ２６が設けられているが、第２の環状コア５１ａ−２の形状はこれに限定されるものではなく、以下のように構成してよい。すなわち、フレームをステータコアに嵌め合い固定する前の図４の第１のヨーク５２ａ１２同士が接する領域を第１の接触領域とし、フレームをステータコアに嵌め合い固定する前の図５の第２のヨーク５２ａ２２同士が接する領域を第２の接触領域としたときに、フレームをステータコアに嵌め合い固定する前の第２の環状コア５１ａ−２は、第２の接触領域が第１の接触領域よりも狭くなるように構成される。
【００３４】
このように第２の環状コア５１ａ−２は、フレームをステータコアに嵌め合い固定する前において、第２のヨーク５２ａ２２同士の間に隙間５２ａ２６が生じるように構成してもよい、第２の接触領域が第１の接触領域よりも狭くなるように構成してもよい。
【００３５】
図６はフレームを嵌め合い固定する前のステータコアの積層方向における断面図である。図６に示すステータコア５２ａは、図４に示す第１の環状コア５１ａ−１と図５に示す第２の環状コア５１ａ−２を交互に積層し、第１のカシメ５２ａ１７と第２のカシメ５２ａ２７により隣接する環状コア同士を締結したものである。このように第１の環状コア５１ａ−１と第２の環状コア５１ａ−２は、第１のカシメ５２ａ１７と第２のカシメ５２ａ２７によって固定される。
【００３６】
図７はフレームを嵌め合い固定する前のステータコアを構成する第１の環状コアと第２の環状コアの部分拡大図である。
【００３７】
フレームを嵌め合い固定する前の第１の環状コア５１ａ−１では、第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５とが接している。それに対して、フレームを嵌め合い固定する前の第２の環状コア５１ａ−２では、第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５とが離れている。そのため、第１の環状コア５１ａ−１には第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５の間に当接部５２ａ１６が設けられ、第２の環状コア５１ａ−２には第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５の間に隙間５２ａ２６が生じている。
【００３８】
図８はフレームを嵌め合い固定した後のステータコアの積層方向における断面図である。フレームをステータコアに嵌め合い固定することにより、第２の環状コア５１ａ−２が圧縮され、隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士が部分接触するようにステータコア５２ａが変形する。そのため図８に示す第２の環状コア５１ａ−２では図６に示す隙間５２ａ２６がなくなり、隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士が接触しているように見える。
【００３９】
具体的には、フレームをステータコアに嵌め合い固定する前の第２のヨーク５２ａ２２同士が接する領域を第２の接触領域とし、フレームをステータコアに嵌め合い固定した後の第２のヨーク５２ａ２２同士が接する領域を第３の接触領域としたとき、第２の環状コア５１ａ−２は、第３の接触領域が第２の接触領域よりも広くなるように構成されている。
【００４０】
図９はフレームを嵌め合い固定した後のステータコアを構成する第１の環状コアと第２の環状コアの部分拡大図である。図９には隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士が部分接触している様子が示される。ここで、フレームを嵌め合い固定した後の隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士が非接触状態である場合、隙間が磁気抵抗となり第２のヨーク５２ａ２２における磁束の流れが妨げられる。実施の形態１のステータコア５２ａは、フレームを嵌め合い固定した際、隣接する第２のヨーク５２ａ２２同士が部分接触するように隙間５２ａ２６が調整されている。
【００４１】
そのためフレームを嵌め合い固定した後のステータコア５２ａでは、第２のヨーク５２ａ２２同士が接する部分に作用する圧縮応力が、第１のヨーク５２ａ１２同士が接する部分に作用する圧縮応力よりも小さくなる。
【００４２】
以下に図１０と図１１を用いてヨーク同士が接する部分に作用する圧縮応力と本発明の効果について具体的に説明する。
【００４３】
図１０はフレームを嵌め合い固定した後の第１の環状コアおよび第２の環状コアに流れる磁束を模式的に示す図である。図１０ではフレームとロータの図示を省略している。フレームを嵌め合い固定した後の第１の環状コア５１ａ−１および第２の環状コア５１ａ−２では、ロータからティース先端部に流れる磁束はヨークで周方向に分岐する。そのためティースとヨークの各々の磁路幅、すなわち鉄心の磁束が流れる幅が同じである場合、ヨークに対してティースの磁束密度が高くなる。
【００４４】
一方、フレームをステータコアに嵌め合い固定すると、ステータコアを構成する第１の環状コアと第２の環状コアには嵌め合いによる圧縮応力が発生する。特に実施の形態１のように複数のコア片を環状に組み合わせたステータコアでは、隣接するコア片同士が接する部分に大きな圧縮応力が働く。
【００４５】
ステータコアの磁束密度は透磁率と磁界の強さとの積で表すことができるため、磁界の強さを一定の値にした場合、圧縮応力が高まるほどヨーク同士が接する部分における透磁率、すなわち磁束密度が低下する。従って、複数のコア片を環状に組み合わせたステータコアでは、嵌め合いによる圧縮応力に起因してコアの磁気特性が劣化し、モータのトルクが低下し、鉄損の増加をもたらし、モータ特性が低下する。
【００４６】
ただし、複数のコア片を環状に組み合わせたステータコアにフレームを嵌め合い固定することにより、隣接するコア片同士が接触してステータコアの剛性が高まり、ステータコアの内径真円度が良くなる。そのため複数のコア片を環状に組み合わせたステータコアにおいては、製造上の嵌め合い工程は必須である。このように、ステータコアにおけるコイルの巻き易さと良好なモータ特性を得ることとはトレードオフの関係にある。
【００４７】
実施の形態１では、フレームをステータコア５２ａに嵌め合い固定する前において、第１の環状コア５１ａ−１は隣接する第１のヨーク５２ａ１２同士が接するように形成され、第２の環状コア５１ａ−２は第２のヨーク５２ａ２２同士の間に隙間５２ａ２６が生じるように構成され、または第２の環状コア５１ａ−２は第２の接触領域が第１の接触領域よりも狭くなるように構成される。
【００４８】
この構成により、フレームをステータコア５２ａに嵌め合い固定した際、第１の環状コア５１ａ−１の隣接するヨーク同士が接する部分には従来のステータコアと同様の圧縮応力が発生する。ところが第２の環状コア５１ａ−２の隣接するヨーク同士が接する部分に作用する圧縮応力は、第１の環状コア５１ａ−１の隣接するヨーク同士が接する部分に作用する圧縮応力よりも小さくなる。
【００４９】
一方、第２の環状コア５１ａ−２では、隣接するヨーク同士が接する部分における接触力が低下するため、第２の環状コア５１ａ−２の剛性と真円度の悪化が懸念される。このような問題の対策として、第１の環状コア５１ａ−１と第２の環状コア５１ａ−２をカシメにより締結した場合には、カシメの周辺領域における圧縮応力が増加し、モータ特性が低下する。
【００５０】
そこで実施の形態１のステータコア５２ａではヨークのみにカシメが設けられている。ヨークのみにカシメを設けることにより、第２の環状コア５１ａ−２が第１の環状コア５１ａ−１によって固定されて第２の環状コア５１ａ−２の剛性と真円度が確保される。またヨークのみにカシメを設けることにより、フレームをステータコアに嵌め合い固定した際、圧縮応力がヨークのカシメに分散されるため、圧縮応力の影響を受けやすいティースの透磁率、すなわち磁束密度の低下が抑制され、モータ特性の低下を抑制することができる。
【００５１】
なお第２の環状コア５１ａ−２を第１の環状コア５１ａ−１へ固定する方法としては、カシメによる固定以外にも嵌合、接着といった方法もあるが、第２の環状コア５１ａ−２の剛性と真円度を確保しながらモータ特性の低下を抑制するためには、第２のヨーク５２ａ２２に形成された第２のカシメ５２ａ２７により第２の環状コア５１ａ−２を第１の環状コア５１ａ−１へ固定することが望ましい。
【００５２】
図１１は鉄損の比率を示す図である。図１１には、フレームを嵌め合い固定した後の従来の永久磁石埋込型モータ５Ａに生じる鉄損の比率を１００％とし、フレームを嵌め合い固定した後の実施の形態１に係るモータ５のステータコアに生じる鉄損の比率が示される。
【００５３】
図１１から明らかなように、実施の形態１に係る永久磁石埋込型モータ５では、フレームを嵌め合い固定した後のステータコアで発生する鉄損が従来の永久磁石埋込型モータ５Ａよりも６％低減される。これはステータコアの内部に作用する圧縮応力が低減されたことにより鉄損が改善されたことを表し、このように実施の形態１に係るモータ５ではモータの効率を向上させることが可能である。
【００５４】
なお、実施の形態１のステータコアは第１の環状コア５１ａ−１と第２の環状コア５１ａ−２を交互に積層したものに限定されず、以下のように構成してもよい。
【００５５】
図１２は実施の形態１に係るステータコアの変形性を示す図である。図１２に示すステータコア５２ａは、２つの第１の環状コア５１ａ−１を１組とし、２つの第２の環状コア５１ａ−２を１組としたとき、各々の組を交互に積層して、ヨークに形成されたカシメにより隣接する環状コア同士を締結したものである。このように構成してもステータコア内の圧縮応力が低減され、モータの効率を向上させることが可能である。
【００５６】
また実施の形態１では、圧縮機用モータを例に説明したが、実施の形態１に係るステータコアの構造は圧縮機用モータ以外のモータ、例えば永久磁石を用いないインダクションモータにも適用でき、当該モータにおいても同様の効果を得ることができる。なお圧縮機用モータ以外のモータには、圧縮機用のフレーム２の代わりに、円筒状のフレームが用いられるものとする。また実施の形態１では磁極数が６極のロータを用いているが、ロータの磁極数は２極以上であればいくつでもよい。また実施の形態１では、第１のヨーク５２ａ１２の周方向の第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５がそれぞれが平らに形成されているが、第１のヨーク５２ａ１２の両端部の形状はこれらに限定されず、例えば湾曲形状または凹凸形状でもよい。同様に、実施の形態１では、第２のヨーク５２ａ２２の周方向の第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５がそれぞれが平らに形成されているが、第２のヨーク５２ａ２２の両端部の形状はこれらに限定されず、例えば湾曲形状または凹凸形状でもよい。
【００５７】
実施の形態２．
図１３は実施の形態２に係るモータに用いられるステータコアを構成する第２の環状コアの断面図である。図１３ではフレームに固定される前の第２の環状コア５１ａ−２Ａが示される。実施の形態１との相違点は、周方向における第２のヨーク５２ａ２２の第１の端面５２ａ２４と周方向における第２の端面５２ａ２５とのそれぞれに突起９が設けられている点である。
【００５８】
突起９は、第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５とが対向する位置に設けられている。突起９の周方向幅は、フレームを嵌め合い固定した際、第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５が部分接触するような大きさに設定されている。図１３では第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５との間に隙間５２ａ２６が形成されている。
【００５９】
また突起９の径方向幅は、各々の端面の径方向の幅よりも狭くなるように形成されていればよい。なお図１３では各々の端面の径方向外側に突起９が形成されているが、突起９の位置はこれに限定されず、各々の端面の径方向中央または径方向内側でもよい。
【００６０】
図４に示す第１の環状コア５１ａ−１と図１３に示す第２の環状コア５１ａ−２Ａを交互に積層し、図４に示す第１のカシメ５２ａ１７と図１３に示す第２のカシメ５２ａ２７を締結することによりステータコアが形成される。
【００６１】
フレームの嵌め合い固定が行われることにより、隣接する突起９同士が圧縮されて変形する。このとき突起９が設けられていない第１の端面５２ａ２４と第２の端面５２ａ２５が接する部分に生じる圧縮応力は、突起９に生じる圧縮応力よりも小さく、かつ、第１のヨーク５２ａ１２同士が接する部分に作用する圧縮応力よりも小さくなる。
【００６２】
このように第２の環状コア５１ａ−２Ａを用いて構成されたモータでは、実施の形態１のモータと同様の効果を得ることができると共に、隣接する突起９同士が接しているため、ステータコアの剛性が高まり、ステータコアの内径真円度がより一層良くなる。
【００６３】
実施の形態３．
図１４は実施の形態３に係るモータに用いられるステータコアを構成する第１の環状コアの断面図である。図１４ではフレームに固定される前の第１の環状コア５１ａ−１Ｂが示される。実施の形態１との相違点は、第１の端面５２ａ１４と第２の端面５２ａ１５がそれぞれ湾曲状に形成され、周方向における第１の端面５２ａ１４側と周方向における第２の端面５２ａ１５側には、それぞれ軸方向に突き出る第１の突起であるダボ１０が形成されていることである。
【００６４】
ダボ１０は、隣接する第１のヨーク５２ａ１２同士をつなぎ合わせる際に使用する突起であり、第１のヨーク５２ａ１２の軸方向の一端面を押圧することで、第１のヨーク５２ａ１２の軸方向の他端面側に突出する構造である。例えば隣接する２つの第１のヨーク５２ａ１２の内、一方の第１のヨーク５２ａ１２に形成されたダボ１０の凸部を、他方の第１のヨーク５２ａ１２に形成されたダボ１０の凹部に挿入することにより、隣接する第１のヨーク５２ａ１２同士が連結される。
【００６５】
図１５は実施の形態３に係るモータに用いられるステータコアを構成する第２の環状コアの断面図である。図１５ではフレームに固定される前の第２の環状コア５１ａ−２Ｂが示される。実施の形態１との相違点は、第１の端面５２ａ２４が湾曲凸状に形成され、第２の端面５２ａ２５が湾曲凹状に形成され、第１の端面５２ａ２４側には、軸方向に突き出る第２の突起であるダボ１１が形成されていることである。
【００６６】
ダボ１１は、第２のヨーク５２ａ２２の軸方向の一端面を押圧することで、第２のヨーク５２ａ２２の軸方向の他端面側に突出する構造である。ダボ１１は、前述したダボ１０の凹部に挿入されるように第１の端面５２ａ２４の近くに形成される。
【００６７】
図１４に示す第１の環状コア５１ａ−１Ｂと図１５に示す第２の環状コア５１ａ−２Ｂを交互に積層し、ダボ１０にダボ１１を挿入すると共に、第１のカシメ５２ａ１７と第２のカシメ５２ａ２７を締結することによりステータコアが形成される。
【００６８】
実施の形態３に係るモータでは実施の形態１のモータと同様の効果を得ることができると共に、第１の環状コア５１ａ−１Ｂのダボ１０が連結部となり、複数の第１のコア片５２ａ１１で構成されるコア片群を自由に展開することができ、ステータコアの組立が容易化される。
【００６９】
以上に説明したように実施の形態１から３に係るモータ５は、円筒状のフレームと、円筒状のフレームの内側に配置され、第１の環状コアと第２の環状コアとを、フレームの軸方向に積層して構成される円筒状のステータコアと、円筒状のステータコアの内側に配置されるロータと、を備え、第１の環状コアは、それぞれが第１のヨークと第１のヨークから突出する第１のティースと第１のカシメとを有する複数の第１のコア片を、複数の第１のコア片のそれぞれが前記複数の第１のコア片の内の他の隣接する１つと接するように配列して環状に形成され、第２の環状コアは、第１の環状コアと隣接して配置され、それぞれが第２のヨークと第２のヨークから突出する第２のティースと第２のカシメとを有する複数の第２のコア片を、複数の第２のコア片のそれぞれが複数の第２のコア片の内の他の隣接する１つと離間するように配列して環状に形成され、第１の環状コアと第２の環状コアは、それぞれが第１のカシメと第２のカシメによって固定される。
【００７０】
この構成により、フレームに嵌め合い固定されるステータコアの磁気特性の劣化を最小限に抑えながらステータコアの剛性および内径真円度の向上を図ることができる。そのためティース先端の位置のばらつきが抑えられ、コギングが抑制されモータ特性が改善される。また従来技術ではヨーク部の磁路にギャップが存在したが、実施の形態１から３に係るモータ５ではそのようなギャップが存在しないため、磁気抵抗の増大が抑制され、モータ効率を向上させることができる。
【００７１】
実施の形態４．
図１６は実施の形態４に係る冷凍空調装置の構成図である。冷凍空調装置の一例である空気調和機２００は、室内機２１０と、室内機２１０に接続される室外機２２０とを備える。空気調和機２００では、実施の形態１から３の何れかに示されるモータ５を内蔵した圧縮機１００が、室内機２１０と室外機２２０で構成される冷凍回路の構成要素として用いられる。これにより、振動が抑えらると共に高効率の冷凍空調装置を得ることができる。
【００７２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  アキュムレータ、２  フレーム、３  吸入パイプ、４  圧縮機構、５，５Ａ  永久磁石埋込型モータ、６  回転軸、７  偏心部、８  隙間、９  突起、  １０，１１  ダボ、４１  シリンダ、４２  上部フレーム、４３  上部吐出マフラ、４４  下部フレーム、４５  下部吐出マフラ、４６  ピストン、４７  ガラス端子、４８  吐出パイプ、５１  ロータ、５１ａ  ロータコア、５１ａ−１，５１ａ−１Ｂ  第１の環状コア、５１ａ−２，５１ａ−２Ａ，５１ａ−２Ｂ  第２の環状コア、５１ａ１  磁石挿入孔、５１ａ２  シャフト孔、５１ａ３  風穴、５１ａ４  スリット、５１ｂ  永久磁石、５２  ステータ、５２ａ  ステータコア、５２ａ１  バックヨーク、５２ａ１１  第１のコア片、５２ａ１２  第１のヨーク、５２ａ１３  第１のティース、５２ａ１４  第１の端面、５２ａ１５  第２の端面、５２ａ１６  当接部、５２ａ１７  第１のカシメ、５２ａ２  ティース、５２ａ２１  第２のコア片、５２ａ２２  第２のヨーク、５２ａ２３  第２のティース、５２ａ２４  第１の端面、５２ａ２５  第２の端面、５２ａ２６  隙間、５２ａ２７  第２のカシメ、５２ａ３  分割コア、５２ａ４  スロット、５２ａ５  スロットオープニング、５２ａ６  連結部、５２ａ７  鉄心合わせ面、５２ｂ  インシュレータ、５２ｃ  コイル、１００  圧縮機。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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