(57)【要約】  固定子は、固定子コアと、固定子コアのスロット内に配置された第１および第２のコイルとを有する。第１のコイルは、第１の金属で形成された導体を有し、第２のコイルは、第１の金属よりも電気抵抗率の低い第２の金属で形成された導体を有する。スロットは、固定子コアの内周に開口するスロット開口部と、スロット開口部に対して径方向の外側に位置する湾曲形状のスロット底部と、スロット開口部とスロット底部との間に位置し、周方向に相対する第１の側部および第２の側部とを有する。当該軸線に直交する面内において、スロット底部と第１の側部との境界と、スロット底部と第２の側部との境界とを結ぶ直線を、第１の直線とする。第１の直線とスロット底部とで囲まれた領域を、第１の領域とする。スロットにおいて、スロット開口部よりも径方向の外側で且つ第１の直線よりも径方向の内側の領域を、第２の領域とする。第１の領域の面積Ｓ１と、第１の領域内の第１のコイルの総断面積Ａ１と、第２の領域の面積Ｓ２と、第２の領域内の第１のコイルの総断面積Ａ２とは、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満足する。
2019163021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心とする周方向に延在する内周と、前記軸線を中心とする径方向において前記内周よりも外側に形成されたスロットとを有する固定子コアと、
前記スロットの内部に配置され、互いに直列に接続された第１のコイルおよび第２のコイルと
を有し、
前記第１のコイルは、第１の金属で形成された導体を有し、
前記第２のコイルは、前記第１の金属よりも電気抵抗率の低い第２の金属で形成された導体を有し、
前記スロットは、
前記固定子コアの前記内周に開口するスロット開口部と、
前記スロット開口部に対して前記径方向の外側に位置する湾曲形状のスロット底部と、
前記スロット開口部と前記スロット底部との間に位置し、前記周方向に相対する第１の側部および第２の側部と
を有し、
前記軸線に直交する面内において、前記スロット底部と前記第１の側部との境界と、前記スロット底部と前記第２の側部との境界とを結ぶ直線を、第１の直線とし、
前記第１の直線と前記スロット底部とで囲まれた領域を、第１の領域とし、
前記スロットにおいて、前記スロット開口部よりも前記径方向の外側で且つ前記第１の直線よりも前記径方向の内側の領域を、第２の領域とし、
前記第１の領域の面積Ｓ１と、前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第２の領域の面積Ｓ２と、前記第２の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ２とが、
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）
を満足する固定子。
【請求項２】
前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第１の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ１と、前記第１の領域の面積Ｓ１とが、
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）
を満足する請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第１の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ１と、前記第２の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ２と、前記第２の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ２とが、
（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）
を満足する請求項１または２に記載の固定子。
【請求項４】
前記第１の領域に、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのうち、前記第１のコイルのみが配置されている
請求項１から３までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項５】
前記第１のコイルの直径が、前記第２のコイルの直径以上である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
前記第１のコイルの直径ＤＡｌと、前記第１のコイルの電気抵抗率ρＡｌと、前記第２のコイルの直径ＤＣｕと、前記第２のコイルの電気抵抗率ρＣｕとが、
【数５】
2019163021.tif 000007
を満足する請求項１から５までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項７】
前記第１のコイルの直径ＤＡｌと、前記第１のコイルの電気抵抗率ρＡｌと、前記第２のコイルの直径ＤＣｕと、前記第２のコイルの電気抵抗率ρＣｕとが、
【数６】
2019163021.tif 000008
を満足する請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項８】
前記第１のコイルの電気抵抗ＲＡｌと、前記第２のコイルの電気抵抗ＲＣｕと、前記第２のコイルの断面積に対する前記第１のコイルの断面積の比ｋとが、
【数７】
2019163021.tif 000009
を満足する請求項１から７までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項９】
前記比ｋは、１以上である
請求項８に記載の固定子。
【請求項１０】
前記比ｋは、０．２５以上である
請求項８に記載の固定子。
【請求項１１】
前記第１の金属はアルミニウムであり、前記第２の金属は銅である
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項１２】
請求項１から１１までの何れか１項に記載の固定子と、
前記固定子の前記径方向の内側に回転可能に設けられた回転子と
を有する電動機。
【請求項１３】
前記電動機は、誘導電動機である
請求項１２に記載の電動機。
【請求項１４】
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する、請求項１２または１３に記載の電動機と
を備えた圧縮機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子、電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機の分野では、出力の増加と小型化が求められている。電動機の出力が増加すると、コイルに流す電流が増加する。また、電動機を小型化する場合にも、同一出力を得るために必要な電流が増加する。そのため、コイルで発生した熱の放熱が課題となる。【０００３】
圧縮機に用いる電動機では、固定子のコイルは圧縮機内の冷媒および潤滑油に殆ど接触していない。そのため、コイルで発生した熱は、固定子コアから放熱する必要がある。また、コイルの発熱はコイルの電気抵抗によるため、コイルの発熱を抑制するためにはコイルの電気抵抗が低いことが望ましい。【０００４】
近年、電動機の低コスト化および軽量化のため、従来の銅線コイルに加えて、アルミニウム線コイルを併用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１４／１８８４６６（図３参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アルミニウム線コイルは銅線コイルよりも電気抵抗率が高く、従って通電時の発熱量も大きい。そのため、種類の異なるコイルを用い、且つ放熱効果を高めることが求められている。【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、種類の異なるコイルを用い、且つ放熱効果を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固定子は、軸線を中心とする周方向に延在する内周と、当該軸線を中心とする径方向において内周よりも外側に形成されたスロットとを有する固定子コアと、スロットの内部に配置され、互いに直列に接続された第１のコイルおよび第２のコイルとを有する。第１のコイルは、第１の金属で形成された導体を有する。第２のコイルは、第１の金属よりも電気抵抗率の低い第２の金属で形成された導体を有する。スロットは、固定子コアの内周に開口するスロット開口部と、スロット開口部に対して径方向の外側に位置する湾曲形状のスロット底部と、スロット開口部とスロット底部との間に位置し、周方向に相対する第１の側部および第２の側部とを有する。当該軸線に直交する面内において、スロット底部と第１の側部との境界と、スロット底部と第２の側部との境界とを結ぶ直線を、第１の直線とする。第１の直線とスロット底部とで囲まれた領域を、第１の領域とする。スロットにおいて、スロット開口部よりも径方向の外側で且つ第１の直線よりも径方向の内側の領域を、第２の領域とする。第１の領域の面積Ｓ１と、第１の領域内の第１のコイルの総断面積Ａ１と、第２の領域の面積Ｓ２と、第２の領域内の第１のコイルの総断面積Ａ２とは、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満足する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のコイルおよび第２のコイルのうち、より電気抵抗率の高い第１のコイルを、第２の領域よりも固定子コアの外周に近い第１の領域に密に配置しているため、第１のコイルで発生した熱を固定子コアに効率よく伝えることができる。これにより、第１のコイルで発生した熱を効率よく放熱し、第１のコイルおよび第２のコイルの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の電動機を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の回転子を示す断面図（Ａ）および斜視図（Ｂ）である。
【図３】実施の形態１の固定子の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】実施の形態１のアルミニウム線コイルおよび銅線コイルの接続状態を示す模式図である。
【図５】実施の形態１のアルミニウム線コイルおよび銅線コイルの断面構造を示す模式図である。
【図６】実施の形態１の固定子の一部を拡大して示す断面図である。
【図７】実施の形態１の固定子のスロットからの放熱作用を示す模式図である。
【図８】比較例の固定子の一部を拡大して示す断面図である。
【図９】実施の形態１のアルミニウム線コイルおよび銅線コイルの特性を示す表である。
【図１０】アルミニウム線コイルと銅線コイルとの断面積比および損失密度比を示すグラフである。
【図１１】実施の形態１の変形例の固定子の一部を拡大して示す断面図である。
【図１２】実施の形態１の電動機が適用される圧縮機を示す図である。
【図１３】図１２の圧縮機を備えた空気調和装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の電動機１００を示す断面図である。図１に示す電動機１００は、誘導電動機であり、例えば空気調和装置の圧縮機に用いられる。電動機１００は、固定子１と、固定子１の内側に回転可能に設けられた回転子５とを有する。固定子１と回転子５との間には、エアギャップが設けられている。
【００１２】
以下では、回転子５の回転中心である軸線Ｃの方向を、「軸方向」と称する。また、軸線Ｃを中心とする周方向（図１等に矢印Ｒ１で示す）を、「周方向」と称し、軸線Ｃを中心とする径方向を、「径方向」と称する。
【００１３】
＜回転子５の構成＞
図２（Ａ）および（Ｂ）は、回転子５を示す断面図および斜視図である。図２（Ａ）に示すように、回転子５は、複数のスロット５１を備えた回転子コア５０と、回転軸であるシャフト５５と、回転子コア５０の各スロット５１に挿入されたバー６０とを有する。
【００１４】
回転子コア５０は、例えば厚さ０．１〜０．７ｍｍの電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により一体化したものである。回転子コア５０の径方向の中心には、円形のシャフト孔５４が形成されている。シャフト孔５４には、シャフト５５が圧入により固定されている。シャフト５５の中心軸線は、回転子５の回転中心をなす軸線Ｃである。
【００１５】
回転子コア５０は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。回転子コア５０の外周５３に沿って、複数のスロット５１（回転子スロットとも称する）が周方向に等間隔に形成されている。スロット５１の数は、ここでは３４個であるが、これに限定されるものではない。スロット５１は、径方向に延在する溝であり、回転子コア５０を軸方向に貫通している。周方向に隣接するスロット５１の間には、ティース５２（回転子ティースとも称する）が形成されている。
【００１６】
図２（Ｂ）に示すように、回転子５は、回転子コア５０の軸方向両端に、一対のエンドリング６１，６２を有する。エンドリング６１，６２は、バー６０の軸方向両端に連結され、バー６０と一体に形成されている。バー６０およびエンドリング６１，６２は、かご型二次導体６を構成している。
【００１７】
かご型二次導体６は、非磁性で導電性を有する材料、例えばアルミニウムで構成される。かご型二次導体６のエンドリング６１，６２およびバー６０は、回転子コア５０の両端およびスロット５１内にアルミニウムを鋳込むことで形成される。なお、アルミニウムの代わりに、銅を用いてもよい。
【００１８】
バー６０は、長手方向の一端が他端に対して周方向に変位するように傾斜して延在している。なお、図２（Ｂ）では一本のバー６０のみを破線で示している。回転子５のバー６０に固定子１の磁束が鎖交すると、バー６０に二次電流が発生する。この二次電流と固定子１の磁束とにより、回転子５を回転させるトルクが発生する。
【００１９】
＜固定子１の構成＞
図３は、固定子１の一部を拡大して示す断面図である。固定子１は、固定子コア１０と、固定子コア１０に巻かれたコイル３とを有する。コイル３は、第１のコイルとしてのアルミニウム線コイル３１と、第２のコイルとしての銅線コイル３２とを有する。アルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２については、後述する。
【００２０】
固定子コア１０は、例えば厚さ０．１〜０．７ｍｍの電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により一体化したものである。固定子コア１０は、軸線Ｃを中心とする周方向に延在する内周１０ｂと、この内周１０ｂに対して径方向外側に位置する外周１０ａとを有する。固定子コア１０には、内周１０ｂに開口する複数のスロット１３が、周方向に等間隔に形成されている。スロット１３には、コイル３が収容される。スロット１３の数は、ここでは３０個であるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
また、固定子コア１０は、環状のヨーク部（コアバックとも称する）１１と、ヨーク部１１から径方向内側に突出する複数のティース１２とを有する。ティース１２は、周方向に等間隔に配置されている。上記のスロット１３は、周方向に隣り合うティース１２の間に形成される。ティース１２の数は、スロット１３の数と同じ（ここでは３０個）である。ティース１２には、コイル３が巻き付けられる。
【００２２】
ティース１２は、径方向内側の先端に、ティース１２の他の部分よりも幅（すなわち周方向の寸法）の広いティース先端部１２ａを有する。ティース先端部１２ａの先端は、円弧状であり、固定子コア１０の上記の内周１０ｂをなしている。
【００２３】
図４は、コイル３のアルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２の接続状態を示す図である。コイル３のアルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とは、直列に接続されている。また、コイル３は、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のコイル部分を有し、各コイル部分がＹ結線により結線されている。
【００２４】
図５は、アルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２の断面構造を示す模式図である。アルミニウム線コイル３１は、第１の金属としてのアルミニウムで形成された導体３１ａを有し、導体３１ａの周囲は絶縁性樹脂の被膜３１ｂによって覆われている。導体３１ａを構成する第１の金属は、ここではアルミニウムであるが、アルミニウムに限定されるものではない。
【００２５】
アルミニウム線コイル３１の導体３１ａの電気抵抗をＲＡｌとし、電気抵抗率をρＡｌとする。また、アルミニウム線コイル３１の直径（線径とも称する）をＤＡｌとする。なお、被膜３１ｂの厚さは導体３１ａの直径と比較して薄いため、直径ＤＡｌは導体３１ａの直径と同等と考えることができる。
【００２６】
銅線コイル３２は、第１の金属よりも電気抵抗率が低い第２の金属としての銅で形成された導体３２ａを有し、導体３２ａの周囲は絶縁性の被膜３２ｂによって覆われている。導体３２ａを構成する第２の金属は、ここでは銅であるが、銅に限定されるものではない。
【００２７】
銅線コイル３２の導体３２ａの電気抵抗をＲＣｕとし、電気抵抗率をρＣｕとする。また、銅線コイル３２の直径をＤＣｕとする。被膜３２ｂの厚さは導体３２ａの直径と比較して薄いため、直径ＤＣｕは導体３２ａの直径と同等と考えることができる。
【００２８】
図６は、固定子１のスロット１３を含む部分を拡大して示す図である。スロット１３は、固定子コア１０の内周１０ｂにつながるスロット開口部１４と、スロット開口部１４に対して径方向外側に位置する湾曲形状のスロット底部１３ａを有する。また、スロット１３は、径方向においてスロット開口部１４とスロット底部１３ａとの間に位置する第１の側部１３ｂおよび第２の側部１３ｃを有する。第１の側部１３ｂと第２の側部１３ｃとは、周方向に相対する。
【００２９】
スロット開口部１４は、周方向に隣り合うティース先端部１２ａの間に形成される。スロット開口部１４は、ティース１２にコイル３を巻き付ける際、すなわちスロット１３内にコイル３を配置する際に、コイル３を通過させる入口となる。
【００３０】
スロット底部１３ａは、周方向中心が周方向両端よりも径方向外側に突出する湾曲形状（より具体的には、円弧形状）を有する。スロット底部１３ａの周方向の長さは、スロット開口部１４の周方向の長さよりも長い。
【００３１】
側部１３ｂ，１３ｃは、スロット開口部１４からスロット底部１３ａに向けて延在している。側部１３ｂ，１３ｃは、これらの周方向の間隔が径方向外側に向かって広がるように延在している。
【００３２】
第１の側部１３ｂは、スロット開口部１４につながる部分に、湾曲部１３１を有する。湾曲部１３１は、スロット開口部１４に近づくほどスロット１３の周方向内側に変位するように湾曲している。第２の側部１３ｃは、スロット開口部１４につながる部分に、湾曲部１３２を有する。湾曲部１３２は、スロット開口部１４に近づくほどスロット１３の周方向内側に変位するように湾曲している。
【００３３】
スロット１３の内面には、絶縁部２が設けられている。絶縁部２は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂で構成されている。絶縁部２は、スロット１３内のコイル３と固定子コア１０とを電気的に絶縁する。絶縁部２は、スロット底部１３ａを覆う第１部分２１と、第１の側部１３ｂを覆う第２部分２２と、第２の側部１３ｃを覆う第３部分２３とを有する。
【００３４】
なお、スロット１３の内部には、コイル３（すなわちアルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２）を囲むように、熱伝導率の高い樹脂を充填してもよい。樹脂としては、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いることができる。
【００３５】
ここでは、スロット１３の内部は、第１の領域１０１と、第２の領域１０２とに分けられる。この点について、以下に説明する。
【００３６】
軸線Ｃに直交する面において、スロット１３のスロット底部１３ａと第１の側部１３ｂとの境界を、第１の点Ｐ１とする。スロット１３のスロット底部１３ａと第２の側部１３ｃとの境界を、第２の点Ｐ２とする。これらの点Ｐ１，Ｐ２は、スロット１３のスロット底部１３ａの周方向の両端に相当する。第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２とを結んだ直線を、第１の直線Ｌ１とする。第１の直線Ｌ１とスロット底部１３ａとで囲まれた領域を、第１の領域１０１とする。
【００３７】
また、軸線Ｃに直交する面において、スロット開口部１４の径方向外側の端部で、第１の側部１３ｂ側に位置する点を、第３の点Ｐ３とする。スロット開口部１４の径方向外側の端部で、第２の側部１３ｃ側に位置する点を、第４の点Ｐ４とする。第３の点Ｐ３と第４の点Ｐ４とを結んだ直線を、第２の直線Ｌ２とする。この第２の直線Ｌ２と第１の直線Ｌ１とで囲まれた領域が、第２の領域１０２となる。言い換えると、スロット１３において、スロット開口部１４よりも径方向外側で、且つ、第１の直線Ｌ１よりも径方向内側の領域が、第２の領域１０２となる。
【００３８】
なお、スロット１３の内側には絶縁部２が設けられているため、絶縁部２の内面上で点Ｐ１〜Ｐ４を定義してもよい。すなわち、第１の点Ｐ１を、絶縁部２の第１部分２１の内面と第２部分２２の内面との境界と定義し、第２の点Ｐ３を、絶縁部２の第１部分２１の内面と第３部分２３の内面との境界と定義してもよい。また、点Ｐ３，Ｐ４を、絶縁部２の第２部分２２の内面および第３部分２３の内面でそれぞれ最もスロット開口部１４側の点と定義してもよい。
【００３９】
第１の領域１０１の面積をＳ１とし、第２の領域１０２の面積をＳ２とする。第１の領域１０１に配置されたアルミニウム線コイル３１の総断面積をＡ１とし、第２の領域１０２に配置されたアルミニウム線コイル３１の総断面積をＡ２とする。第１の領域１０１に配置された銅線コイル３２の総断面積をＣ１とし、第２の領域１０２に配置された銅線コイル３２の総断面積をＣ２とする。
【００４０】
なお、コイルの総断面積とは、ある領域に配置されたコイルの断面積の合計である。言い換えると、コイルの総断面積は、コイルの１本当たりの断面積と、当該領域内に配置されたコイルの本数との積である。
【００４１】
第１の領域１０１の面積Ｓ１と、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ１と、第２の領域１０２の面積Ｓ２と、第２の領域１０２内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ２とは、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満足する。
【００４２】
すなわち、アルミニウム線コイル３１は、第１の領域１０１における占有密度が第２の領域１０２における占有密度よりも高くなるように配置されている。言い換えると、アルミニウム線コイル３１は、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１に密に配置されている。
【００４３】
また、第１の領域１０１の面積Ｓ１と、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ１と、第１の領域１０１内の銅線コイル３２の総断面積Ｃ１とは、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）を満足する。
【００４４】
すなわち、第１の領域１０１では、アルミニウム線コイル３１の占有密度が銅線コイル３２の占有密度よりも高い。言い換えると、第１の領域１０１には、アルミニウム線コイル３１が銅線コイル３２よりも密に配置されている。
【００４５】
また、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ１および銅線コイル３２の総断面積Ｃ１と、第２の領域１０２内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ２および銅線コイル３２の総断面積Ｃ２とは、（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）を満足する。すなわち、銅線コイル３２の総断面積に対するアルミニウム線コイル３１の総断面積の割合は、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１で高い。
【００４６】
＜作用＞
次に、実施の形態１の作用について説明する。電動機１００の出力が増加すると、コイル３に流れる電流が増加し、これによりコイル３の発熱量が増加する。スロット１３に配置されたコイル３は、冷媒、潤滑油および空気との接触面積が小さいため、コイル３の熱は固定子コア１０を介して放熱される。コイル３の温度上昇を抑えるためには、コイル３の熱を固定子コア１０から効果的に放熱する必要がある。
【００４７】
図７は、固定子１におけるスロット１３からの放熱作用を示す模式図である。図７に示すように、固定子１のスロット１３内のコイル３で発生した熱は、矢印Ｈ１で示すようにスロット１３から径方向外側のヨーク部１１に向かう放熱経路と、矢印Ｈ２で示すようにスロット１３から周方向両側のティース１２に向かう放熱経路とを通って放熱される。
【００４８】
これらの放熱経路のうち、ティース１２は面積が狭く、１つのティース１２にその両側のスロット１３から熱が伝わるため、熱が蓄積されやすい。これに対し、ヨーク部１１は面積が広く、外周１０ａ（図１）が圧縮機の密閉容器（後述）等に接触しているため、固定子１の外部に熱が放熱されやすい。すなわち、スロット１３において、ヨーク部１１に隣接する第１の領域１０１の方が、ティース１２に隣接する第２の領域１０２よりも、放熱効率がよい。
【００４９】
アルミニウム線コイル３１は、銅線コイル３２よりも電気抵抗率が高く、従って発熱量が大きい。また、アルミニウム線コイル３１は、銅線コイル３２よりも熱伝導率が低く、従って温度が上昇しやすい。
【００５０】
そのため、この実施の形態１では、アルミニウム線コイル３１は、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１に密に配置されている。すなわち、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）が成り立つ。温度が上昇しやすいアルミニウム線コイル３１を、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１に密に配置することにより、アルミニウム線コイル３１の熱がヨーク部１１から効率よく放熱される。
【００５１】
また、アルミニウム線コイル３１同士の接触面積、およびアルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２との接触面積が増加し、さらに、アルミニウム線コイル３１と固定子コア１０との距離が短縮されるため、アルミニウム線コイル３１の熱が固定子コア１０に伝わり易くなる。これにより、アルミニウム線コイル３１の温度上昇を抑制することができる。
【００５２】
また、第１の領域１０１では、アルミニウム線コイル３１の占有密度が銅線コイル３２の占有密度よりも高い。すなわち、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）が成り立つ。このように、第１の領域１０１においてアルミニウム線コイル３１を銅線コイル３２よりも密に配置することにより、アルミニウム線コイル３１の熱がヨーク部１１から放熱されやすくなり、放熱効果をさらに高めることができる。
【００５３】
また、銅線コイル３２に総断面積に対するアルミニウム線コイル３１の総断面積の割合は、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１で高い。すなわち、（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）が成り立つ。このように、銅線コイル３２に対するアルミニウム線コイル３１の総断面積の割合を第１の領域１０１で高くすることにより、アルミニウム線コイル３１の熱がヨーク部１１から放熱されやすくなり、放熱効果をさらに高めることができる。
【００５４】
図８は、比較例の固定子２０１の一部を拡大して示す図である。比較例の固定子２０１の固定子コア２１０は、環状のヨーク部２１１と、ヨーク部２１１から径方向内側に延在する複数のティース２１２とを有し、隣り合うティース２１２の間にスロット２１３が形成されている。スロット２１３の内面には、絶縁部２０２が形成されている。
【００５５】
スロット２１３には、アルミニウム線コイル２３１と、銅線コイル２３２とが配置されている。但し、実施の形態１のコイル３１，３２と異なり、アルミニウム線コイル２３１はスロット２１３の周方向の一方の側（図８における右側）に配置され、銅線コイル２３２はスロット２１３の周方向の他方の側（図８における左側）に配置されている。
【００５６】
そのため、比較例の固定子２０１では、アルミニウム線コイル２３１の熱の多くが、ティース２１２を経由して放熱されることになる。上記のように、ヨーク部２１１と比較してティース２１２の放熱効率は低いため、アルミニウム線コイル２３１の温度上昇の抑制効果は高くない。
【００５７】
これに対し、この実施の形態１では、図６および図７に示したように、電気抵抗率が高く温度が上昇しやすいアルミニウム線コイル３１を、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１に密に配置している。そのため、アルミニウム線コイル３１で発生した熱がヨーク部１１を介して効率よく外部に放熱され、高い放熱効果を得ることができる。
【００５８】
＜各コイルの直径＞
次に、コイル３１，３２の直径の関係について説明する。アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とは直列に接続されているため、両コイル３１，３２に流れる電流は等しい。従って、電気抵抗率の高いアルミニウム線コイル３１で生じる損失は、銅線コイル３２で生じる損失よりも高い。そのため、放熱効率のよい第１の領域１０１に、アルミニウム線コイル３１をできるだけ多く集めることが望ましい。
【００５９】
上記の通り、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率をρＡｌ［Ω・ｍ］とし、直径をＤＡｌ［ｍｍ］とする。また、銅線コイル３２の電気抵抗率をρＣｕ［Ω・ｍ］とし、直径をＤＣｕ［ｍｍ］とする。コイルの電気抵抗は、電気抵抗率ρにコイルの長さＬを乗算し、コイルの断面積Ｓで除算したもの（すなわちρ×Ｌ／Ｓ）である。すなわち、コイルの長さＬが等しい場合、コイルの電気抵抗は、電気抵抗率が高いほど高く、断面積が大きいほど低い。
【００６０】
アルミニウム線コイル３１の１本当たりの断面積をＳＡｌとし、銅線コイル３２の１本当たりの断面積をＳＣｕとする。アルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２の長さＬが等しく、コイル３１，３２に流れる電流が１［Ａ］である場合、アルミニウム線コイル３１で発生する損失［Ｗ］、すなわち電流の２乗と電気抵抗の積は、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）で表され、銅線コイル３２で発生する損失［Ｗ］はρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）で表される。
【００６１】
アルミニウム線コイル３１で生じる損失が、銅線コイル３２で生じる損失と等しくなる場合には、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）＝ρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）が成立する。この式をＳＡｌについて解くと、ＳＡｌ＝（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＳＣｕとなる。すなわち、アルミニウム線コイル３１の断面積ＳＡｌは、銅線コイル３２の断面積ＳＣｕの（ρＡｌ／ρＣｕ）倍となる。
【００６２】
コイルの断面積は直径の２乗に比例するため、アルミニウム線コイル３１で生じる損失が銅線コイル３２で生じる損失と等しくなる場合のアルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌ［ｍｍ］は、銅線コイル３２の直径ＤＣｕ［ｍｍ］の√（ρＡｌ／ρＣｕ）倍となる。
【００６３】
そのため、アルミニウム線コイル３１で生じる損失を、銅線コイル３２で生じる損失以上にするためには、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを銅線コイル３２の直径ＤＣｕの√（ρＡｌ／ρＣｕ）倍以下にすればよい。言い換えると、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを、√（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＤＣｕ以下にすればよい。
【００６４】
そのため、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌ［Ｗ／ｍ］および直径ＤＡｌ［ｍｍ］と、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕ［Ｗ／ｍ］および直径ＤＣｕ［ｍｍ］とが、以下の式（１）を満足することが最も望ましい。
【数１】
2019163021.tif 000003
【００６５】
アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが√（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＤＣｕ以下であれば、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗が銅線コイル３２の電気抵抗以下となり、従ってアルミニウム線コイル３１で生じる損失が銅線コイル３２で生じる損失以上となる。すなわち、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失（すなわち発熱）が生じ、その熱が固定子コア１０のヨーク部１１から放熱されるため、特に高い放熱効果が得られる。
【００６６】
例えば、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌを２．８２×１０−８［Ω・ｍ］とし、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕを１．６８×１０−８［Ω・ｍ］とすると、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌ［ｍｍ］の上限は、銅線コイル３２の直径ＤＣｕ［ｍｍ］の１．２９６倍となる。アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが１．２９６×ＤＣｕよりも小さければ、特に高い放熱効果が得られる。
【００６７】
また、式（１）では、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌの下限を、銅線コイル３２の直径ＤＣｕと等しくしている。アルミニウム線コイル３１の単位断面積当たりの機械的強度は銅線コイル３２よりも低いため、巻線工程においてアルミニウム線コイル３１の十分な強度を確保するためには、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが銅線コイル３２の直径ＤＣｕ以上（すなわちＤＣｕ≦ＤＡｌ）であることが望ましいためである。
【００６８】
このように、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌおよび直径ＤＡｌと、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕおよび直径ＤＣｕとが式（１）を満足すれば、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、その熱をヨーク部１１から効率よく放熱することができる。また、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の十分な強度を確保することができる。
【００６９】
なお、式（１）を導出する際に、コイル３１，３２に流れる電流を１［Ａ］と仮定したが、電流は１［Ａ］に限定されない。コイル３１，３２に流れる任意の電流をＩ［Ａ］と表すと、アルミニウム線コイル３１で生じる損失が銅線コイル３２で生じる損失と等しくなる場合には、ρＡｌ×（Ｌ／ＳＡｌ）×Ｉ２＝ρＣｕ×（Ｌ／ＳＣｕ）×Ｉ２が成立し、上記のＳＡｌ＝（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＳＣｕが得られ、ここから式（１）が導出されるためである。
【００７０】
また、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌおよび直径ＤＡｌと、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕおよび直径ＤＣｕとの関係は、上記の式（１）に限定されるものではなく、以下の式（２）を満足するようにしてもよい。
【数２】
2019163021.tif 000004
【００７１】
式（２）におけるアルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌの上限は、式（１）と同様である。理由は、上述した通りである。一方、式（２）におけるアルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌの下限は、０．５×ＤＣｕ、すなわち、コイル３２の直径ＤＣｕの１／２である。
【００７２】
アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とが直列に接続されたコイル３を固定子コア１０のティース１２に巻き付ける工程では、工程の複雑化を回避するため、共通の巻線機を用いることが望ましい。一方、アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とで直径が異なる場合には、巻線機の巻線ノズルのノズル径を、太い方のコイルに合わせる必要がある。
【００７３】
アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが、銅線コイル３２の直径ＤＣｕの１／２よりも小さい場合、巻線ノズルにアルミニウム線コイル３１が２列に挿入される可能性があり、アルミニウム線コイル３１が損傷を受ける可能性がある。また、巻線機は、アルミニウム線コイル３１の巻線時と銅線コイル３２の巻線時とで同じ張力を付与するため、アルミニウム線コイル３１が細すぎると断線の可能性がある。
【００７４】
以上の理由から、式（２）では、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌ［ｍｍ］を、０．５×ＤＣｕ［ｍｍ］以上としている。これにより、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、その熱をヨーク部１１から効果的に放熱すると共に、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の損傷および断線を防止することができる。
【００７５】
＜各コイルの断面積比＞
銅線コイル３２の１本当たりの断面積ＳＣｕに対するアルミニウム線コイル３１の１本当たりの断面積ＳＡｌの比、すなわちＳＡｌ／ＳＣｕを、断面積比ｋと称する。断面積ＳＡｌはπ×（ＤＡｌ／２）２であり、断面積ＳＣｕはπ×（ＤＣｕ／２）２であるため、断面積比ｋは、ｋ＝（ＤＡｌ／ＤＣｕ）２と表すことができる。断面積比ｋを用いると、式（１）のＤＣｕ≦ＤＡｌは、１≦ｋと表される。また、式（２）の０．５×ＤＣｕ≦ＤＡｌは、ｋ≦０．２５と表される。
【００７６】
上記の通り、アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とは直列に接続され、電気抵抗率の高いアルミニウム線コイル３１で生じる損失は銅線コイル３２で生じる損失よりも高い。スロット１３の第１の領域１０１には、損失の高いアルミニウム線コイル３１が密に配置され、アルミニウム線コイル３１の熱はヨーク部１１を経由して放熱される。
【００７７】
ここで、損失密度について説明する。損失密度［Ｗ／ｍｍ２］は、コイルで生じる損失を、コイルの１本あたりの断面積で除算した値である。ここでは、アルミニウム線コイル３１の損失密度が銅線コイル３２の損失密度に対してどのような範囲にあれば高い放熱効果が向上するか、検討する。
【００７８】
アルミニウム線コイル３１の１本当たりの断面積ＳＡｌ［ｍｍ２］と、銅線コイル３２の１本当たりの断面積ＳＣｕ［ｍｍ２］とは、断面積比ｋの定義（ｋ＝ＳＡｌ／ＳＣｕ）から、ＳＡｌ＝ｋ×ＳＣｕの関係にある。コイル３に流れる電流を１［Ａ］とすると、アルミニウム線コイル３１で生じる損失［Ｗ］はＲＡｌであり、銅線コイル３２で生じる損失［Ｗ］はＲＣｕである。
【００７９】
そのため、アルミニウム線コイル３１の損失密度［Ｗ／ｍ２］は、ＲＡｌ／ＳＡｌであり、断面積比ｋを用いると、ＲＡｌ／（ｋ×ＳＣｕ）と表される。一方、銅線コイル３２の損失密度［Ｗ／ｍ２］は、ＲＣｕ／ＳＣｕである。
【００８０】
銅線コイル３２の損失密度に対するアルミニウム線コイル３１の損失密度の比を、損失密度比と定義する。損失密度比は、｛ＲＡｌ／（ｋ×ＳＣｕ）｝／｛ＲＣｕ／ＳＣｕ｝であるため、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）と表される。
【００８１】
図９は、アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２について、断面積Ｓ［ｍｍ２］、断面積比ｋ、電気抵抗［Ω／ｋｍ］、電流［Ａ］、損失［Ｗ］、損失密度［Ｗ／ｍｍ２］および損失密度比を示す表である。
【００８２】
損失密度比が１以上の場合、すなわち、アルミニウム線コイル３１の損失密度が銅線コイル３２の損失密度以上である場合には、第１の領域１０１に配置されたアルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、ヨーク部１１から効率よく放熱することができる。そのため、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）であることが望ましい。
【００８３】
また、アルミニウム線コイル３１の単位断面積当たりの機械的強度は銅線コイル３２よりも低いため、共通の巻線機を用いた巻線工程での十分な強度確保のため、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌは銅線コイル３２の直径ＤＣｕ以上であることが望ましい。そのため、１≦ｋであることが望ましい。
【００８４】
以上から、断面積比ｋと、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、銅線コイル３２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とが以下の式（３）、（４）を満足することにより、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、その熱をヨーク部１１から効率よく放熱し、なお且つ、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の十分な強度を確保することができる。
【００８５】
【数３】
2019163021.tif 000005
１≦ｋ  …（４）
【００８６】
ここで、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ｋに１を代入したＲＡｌ／ＲＣｕである。例えば、銅線コイル３２の直径ＤＣｕを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＣｕを２７．１［Ω］とし、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＡｌを７３．７２［Ω］とした場合、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ＲＡｌ／ＲＣｕ＝１．６７９となる。そのため、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦１．６７９と表される。
【００８７】
図１０は、銅線コイル３２の直径ＤＣｕを０．９［ｍｍ］とし、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを変化させた場合の、断面積比ｋと損失密度比との関係を示すグラフである。図１０に示すように、銅線コイル３２の直径ＤＣｕを０．９［ｍｍ］とした場合の損失密度比の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦１．６７９である。
【００８８】
また、断面積比ｋと、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、銅線コイル３２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とは、以下の式（５）、（６）を満足するようにしてもよい。式（５）は、上述した式（３）と同じである。
【数４】
2019163021.tif 000006
０．２５≦ｋ  …（６）
【００８９】
上記の通り、アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２とを共通の巻線機で巻線する場合、巻線機の巻線ノズルのノズル径を太い方のコイルに合わせる必要がある。アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが銅線コイル３２の直径ＤＣｕの１／２以下の場合、アルミニウム線コイル３１が巻線ノズルに２列に挿入されて損傷を受ける可能性がある。また、巻線機は、アルミニウム線コイル３１の巻線時と銅線コイル３２の巻線時とで同じ張力を付与するため、アルミニウム線コイル３１が細すぎると断線の可能性がある。
【００９０】
そのため、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌ［ｍｍ］の下限を、０．５×ＤＣｕ［ｍｍ］とすることが望ましい。これを断面積比ｋで表すと、０．２５≦ｋとなる。
【００９１】
以上から、断面積比ｋと、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗ＲＡｌ［Ω］と、銅線コイル３２の電気抵抗ＲＣｕ［Ω］とが式（５）、（６）を満足することにより、スロット１３の第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、その熱をヨーク部１１から効率よく放熱することができ、なお且つ、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の十分な損傷および断線を防止することができる。
【００９２】
ここで、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ｋに０．２５を代入したＲＡｌ／（０．２５×ＲＣｕ）である。例えば、銅線コイル３２の直径ＤＣｕを０．９［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＣｕを２７．１［Ω］とし、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを０．４５［ｍｍ］とし、電気抵抗ＲＡｌを１７４．９［Ω］とした場合、ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の上限は、ＲＡｌ／（０．２５×ＲＣｕ）＝２５．８１５である。この場合、損失密度比ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）の望ましい範囲は、１≦ＲＡｌ／（ｋ×ＲＣｕ）≦２５．８１５と表される。
【００９３】
＜誘導電動機＞
実施の形態１の電動機１００は、上記の通り、誘導電動機である。すなわち、固定子１のコイル３の電流によって回転磁界を生じさせ、これにより回転子５のかご型二次導体６に誘導電流を発生させ、誘導電流と回転磁界との作用によりトルクを発生する。
【００９４】
誘導電動機は、インバータを用いずに駆動される場合が多い。すなわち、電動機１００の制御部は、コイル３に一定電圧を供給して電動機１００を駆動する場合が多い。そのため、電動機１００の負荷または供給電圧の変動により、コイル３を流れる電流が大幅に増加し、コイル３の温度が上昇する場合がある。
【００９５】
この実施の形態１の電動機１００は、上記の通り高い放熱効果を有し、コイル３の温度上昇を抑制することができるため、電流の変動の大きい誘導電動機で特に大きな効果を発揮する。なお、この実施の形態１の電動機１００は誘導電動機であるが、同期電動機であっても高い放熱効果が得られる。
【００９６】
＜実施の形態１の効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態１では、スロット１３の第１の領域１０１の面積Ｓ１と、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１（すなわち第１のコイル）の総断面積Ａ１と、第２の領域１０２の面積Ｓ２と、第２の領域１０２内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ２とが、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）を満足する。このように、より電気抵抗率の高いアルミニウム線コイル３１を、スロット１３において径方向外側の第１の領域１０１に密に配置することにより、アルミニウム線コイル３１の熱を固定子コア１０のヨーク部１１から効率よく放熱し、温度上昇を抑制することができる。また、電動機１００の放熱効果により、コイル３により多くの電流を流すことが可能になるため、電動機１００の出力を増加させることができる。
【００９７】
また、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ１と、第１の領域１０１内の銅線コイル３２（すなわち第２のコイル）の総断面積Ｃ１と、第１の領域１０１の面積Ｓ１とが、（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）を満足する。このように、第１の領域１０１において、アルミニウム線コイル３１の占有密度を銅線コイル３２の占有密度よりも高くすることにより、アルミニウム線コイル３１の熱を固定子コア１０のヨーク部１１から効率よく放熱し、放熱効果をさらに高めることができる。
【００９８】
また、第１の領域１０１内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ１と、第１の領域１０１内の銅線コイル３２の総断面積Ｃ１と、第２の領域１０２内のアルミニウム線コイル３１の総断面積Ａ２と、第１の領域１０１内の銅線コイル３２の総断面積Ｃ２とが、（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）を満足する。このように、銅線コイル３２の総断面積に対するアルミニウム線コイル３１の総断面積の割合を、第２の領域１０２よりも第１の領域１０１で高くすることにより、アルミニウム線コイル３１の熱を固定子コア１０のヨーク部１１から効率よく放熱し、放熱効果をさらに高めることができる。
【００９９】
また、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌ［Ω・ｍ］および直径ＤＡｌ［ｍｍ］と、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕ［Ω・ｍ］および直径ＤＣｕ［ｍｍ］とが、上記の式（１）を満足する。これにより、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失（すなわち発熱）が生じ、その熱が固定子コア１０のヨーク部１１を経て放熱されるため、放熱効果をさらに高めることができる。また、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを銅線コイル３２の直径ＤＣｕ以上とすることにより、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の十分な強度を確保することができる。
【０１００】
また、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗率ρＡｌ［Ω・ｍ］および直径ＤＡｌ［ｍｍ］と、銅線コイル３２の電気抵抗率ρＣｕ［Ω・ｍ］および直径ＤＣｕ［ｍｍ］とが、上記の式（２）を満足する。これにより、放熱効果を高めると共に、アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌを銅線コイル３２の直径ＤＣｕの１／２以上とすることにより、巻線工程でのアルミニウム線コイル３１の損傷および断線を防止することができる。
【０１０１】
また、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗ＲＡｌと、銅線コイル３２の電気抵抗ＲＣｕと、銅線コイル３２の断面積に対するアルミニウム線コイル３１の断面積の比である断面積比ｋとが、上記の式（３）を満足する。これにより、アルミニウム線コイル３１の損失密度が銅線コイル３２の損失密度以上となり、アルミニウム線コイル３１で高い損失を発生させ、その熱をヨーク部１１から効率よく放熱することができ、放熱効果をさらに高めることができる。
【０１０２】
また、断面積比ｋが１以上であれば、共通の巻線機を用いた巻線工程において、アルミニウム線コイル３１の十分な強度を確保することができる。また、断面積比ｋが０．２５以上であれば、共通の巻線機を用いた巻線工程において、アルミニウム線コイル３１の破損および断線を防止することができる。
【０１０３】
また、この実施の形態１による電動機１００は、インバータを用いずに駆動される場合が多い誘導電動機に適用することにより、特に高い効果が得られる。
【０１０４】
なお、この実施の形態１では、第１のコイルとしてのアルミニウム線コイル３１と、第２のコイルとしての銅線コイル３２とを用いたが、アルミニウム線コイル３１と銅線コイル３２に限定されるものではない。例えば、金、銀、銅、アルミニウム等から２種類を選択し、より電気抵抗率の高いものを第１のコイルとし、より電気抵抗率の低いものを第２のコイルとしてもよい。
【０１０５】
変形例．
図１１は、実施の形態１の変形例の固定子のスロット１３を含む部分を拡大して示す図である。上述した実施の形態１では、スロット１３の第１の領域１０１にアルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２が配置され、なお且つ、アルミニウム線コイル３１の方が銅線コイル３２よりも高い占有密度を有していた。
【０１０６】
これに対し、この変形例では、スロット１３の第１の領域１０１に、アルミニウム線コイル３１のみが配置されている。一方、第２の領域１０２には、アルミニウム線コイル３１および銅線コイル３２が配置されている。その他の構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【０１０７】
この変形例では、放熱効率のよい第１の領域１０１に、アルミニウム線コイル３１のみが配置されているため、アルミニウム線コイル３１の熱をより効果的に固定子コア１０に伝え、放熱することができる。
【０１０８】
＜スクロール圧縮機＞
次に、実施の形態１および変形例で説明した電動機１００が適用される圧縮機としてのスクロール圧縮機３００について説明する。図１２は、スクロール圧縮機３００を示す断面図である。スクロール圧縮機３００は、密閉容器３０７と、密閉容器３０７内に配置された圧縮機構３０５と、圧縮機構３０５を駆動する電動機１００と、圧縮機構３０５と電動機１００とを連結するシャフト５５と、シャフト５５の下端部（すなわち圧縮機構３０５側と反対側の端部）を支持するサブフレーム３０８とを備えている。
【０１０９】
圧縮機構３０５は、渦巻部分を有する固定スクロール３０１と、固定スクロール３０１の渦巻部分との間に圧縮室を形成する渦巻部分を有する揺動スクロール３０２と、シャフト５５の上端部を保持するコンプライアンスフレーム３０３と、密閉容器３０７に固定されてコンプライアンスフレーム３０３を保持するガイドフレーム３０４とを備える。
【０１１０】
固定スクロール３０１には、密閉容器３０７を貫通する吸入管３１０が圧入されている。また、密閉容器３０７には、固定スクロール３０１から吐出される高圧の冷媒ガスを外部に吐出する吐出管３１１が設けられている。この吐出管３１１は、密閉容器３０７の圧縮機構３０５と電動機１００との間に設けられた図示しない開口部に連通している。
【０１１１】
電動機１００は、固定子１を密閉容器３０７に嵌め込むことにより密閉容器３０７に固定されている。電動機１００の構成は、上述した通りである。密閉容器３０７には、電動機１００に電力を供給するガラス端子３０９が溶接により固定されている。
【０１１２】
電動機１００が回転すると、その回転が揺動スクロール３０２に伝達され、揺動スクロール３０２が揺動する。揺動スクロール３０２が揺動すると、揺動スクロール３０２の渦巻部分と固定スクロール３０１の渦巻部分とで形成される圧縮室の容積が変化する。そして、吸入管３１０から冷媒ガスが吸入され、圧縮されて、吐出管３１１から吐出される。
【０１１３】
電動機１００の回転時には、コイル３に電流が流れて発熱する。コイル３で発生した熱は、絶縁部２（図１）を介して固定子コア１０に伝わり、固定子コア１０から密閉容器３０７に放熱される。実施の形態１および変形例の電動機１００は高い放熱効果を有するため、スクロール圧縮機３００の内部の温度上昇を抑制することができる。また、電動機１００の出力の増加により、スクロール圧縮機３００の出力も増加させることができる。
【０１１４】
ここでは、圧縮機の一例としてスクロール圧縮機３００について説明したが、実施の形態１および変形例で説明した電動機は、スクロール圧縮機３００以外の圧縮機に適用してもよい。
【０１１５】
＜空気調和装置＞
次に、上述した実施の形態１および変形例の電動機が適用される空気調和装置について説明する。図１３は、空気調和装置４００（冷凍サイクル装置）を示す図である。空気調和装置４００は、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、絞り装置（減圧装置）４０３と、蒸発器４０４とを備えている。圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４は、冷媒配管４０７によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４の順に、冷媒が循環する。
【０１１６】
圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、図１３に示したスクロール圧縮機３００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する室外側送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に室内の空気を供給する室内側送風機４０６が設けられている。
【０１１７】
空気調和装置４００の動作は、次の通りである。圧縮機４０１は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器４０２は、圧縮機４０１から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管４０７に送り出す。室外側送風機４０５は、凝縮器４０２に室外の空気を供給する。絞り装置４０３は、開度を変化させることによって、冷媒配管４０７を流れる冷媒の圧力等を調整する。
【０１１８】
蒸発器４０４は、絞り装置４０３により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発（気化）させて、冷媒配管４０７に送り出す。室内側送風機４０６は、蒸発器４０４に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器４０４で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。
【０１１９】
上記の通り、実施の形態１および変形例の電動機１００は高い放熱効果を有するため、圧縮機４０１内の温度上昇を抑制することができ、空気調和装置４００の安定した運転が可能となる。また、電動機１００の出力増加に伴う圧縮機４０１の出力増加によって、空気調和装置４００の出力も増加させることができる。
【０１２０】
以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  固定子、  １０  固定子コア、  １０ａ  外周、  １０ｂ  内周、  １１  ヨーク部、  １２  ティース、  １２ａ  ティース先端部、  １３  スロット、  １３ａ  底部、  １３ｂ  第１の側部、  １３ｃ  第２の側部、  １４  スロット開口部、  ２  絶縁部、  ３  コイル、  ３１  アルミニウム線コイル（第１のコイル）、  ３１ａ  導体、  ３２  銅線コイル（第２のコイル）、  ３２ａ  導体、  ５  回転子、  ５０  回転子コア、  ５１  スロット、  ５５  シャフト、  ６  かご型二次導体、  ６１  バー、  ６２，６３  エンドリング（環状体）、  １００  電動機、  １０１  第１の領域、  １０２  第２の領域、  ３００  スクロール圧縮機（圧縮機）、  ３０５  圧縮機構、  ３０７  密閉容器、  ４００  空気調和装置、  ４０１  圧縮機、  ４０２  凝集器、  ４０３  絞り装置（減圧装置）、  ４０４  蒸発器、  ４０５  冷媒配管、  ４０６  制御部、  Ｌ１  第１の直線、  Ｌ２  第２の直線、  Ｐ１  第１の点、  Ｐ２  第２の点、  Ｐ３  第３の点、  Ｐ４  第４の点。
【図１】
2019163021.tif 000010
【図２】
2019163021.tif 000011
【図３】
2019163021.tif 000012
【図４】
2019163021.tif 000013
【図５】
2019163021.tif 000014
【図６】
2019163021.tif 000015
【図７】
2019163021.tif 000016
【図８】
2019163021.tif 000017
【図９】
2019163021.tif 000018
【図１０】
2019163021.tif 000019
【図１１】
2019163021.tif 000020
【図１２】
2019163021.tif 000021
【図１３】
2019163021.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心とする周方向に延在する内周と、前記軸線を中心とする径方向において前記内周よりも外側に形成されたスロットとを有する固定子コアと、
前記スロットの内部に配置され、互いに直列に接続された第１のコイルおよび第２のコイルと
を有し、
前記第１のコイルは、第１の金属で形成された導体を有し、
前記第２のコイルは、前記第１の金属よりも電気抵抗率の低い第２の金属で形成された導体を有し、
前記スロットは、
前記固定子コアの前記内周に開口するスロット開口部と、
前記スロット開口部に対して前記径方向の外側に位置する湾曲形状のスロット底部と、
前記スロット開口部と前記スロット底部との間に位置し、前記周方向に相対する第１の側部および第２の側部と
を有し、
前記軸線に直交する面内において、前記スロット底部と前記第１の側部との境界と、前記スロット底部と前記第２の側部との境界とを結ぶ直線を、第１の直線とし、
前記第１の直線と前記スロット底部とで囲まれた領域を、第１の領域とし、
前記スロットにおいて、前記スロット開口部よりも前記径方向の外側で且つ前記第１の直線よりも前記径方向の内側の領域を、第２の領域とし、
前記第１の領域の面積Ｓ１と、前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第２の領域の面積Ｓ２と、前記第２の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ２とが、
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ａ２／Ｓ２）
を満足する固定子。
【請求項２】
前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第１の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ１と、前記第１の領域の面積Ｓ１とが、
（Ａ１／Ｓ１）＞（Ｃ１／Ｓ１）
を満足する請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記第１の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ１と、前記第１の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ１と、前記第２の領域内の前記第１のコイルの総断面積Ａ２と、前記第２の領域内の前記第２のコイルの総断面積Ｃ２とが、
（Ａ１／Ｃ１）＞（Ａ２／Ｃ２）
を満足する請求項１または２に記載の固定子。
【請求項４】
前記第１の領域に、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのうち、前記第１のコイルのみが配置されている
請求項１から３までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項５】
前記第１のコイルの直径が、前記第２のコイルの直径以上である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
前記第１のコイルの直径ＤＡｌと、前記第１のコイルの電気抵抗率ρＡｌと、前記第２のコイルの直径ＤＣｕと、前記第２のコイルの電気抵抗率をρＣｕとが、
【数１】
2019163021.tif 000023
を満足する請求項１から５までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項７】
前記第１のコイルの直径ＤＡｌと、前記第１のコイルの電気抵抗率ρＡｌと、前記第２のコイルの直径ＤＣｕと、前記第２のコイルの電気抵抗率をρＣｕとが、
【数２】
2019163021.tif 000024
を満足する請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項８】
前記第１のコイルの電気抵抗ＲＡｌと、前記第２のコイルの電気抵抗ＲＣｕと、前記第２のコイルの断面積に対する前記第１のコイルの断面積の比ｋとが、
【数３】
2019163021.tif 000025
を満足する請求項１から７までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項９】
前記比ｋは、１以上である
請求項８に記載の固定子。
【請求項１０】
前記比ｋは、０．２５以上である
請求項８に記載の固定子。
【請求項１１】
前記第１の金属はアルミニウムであり、前記第２の金属は銅である
請求項１から９までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項１２】
前記固定子コアは、前記スロット底部の前記径方向の外側にヨークを有し、
前記ヨークは、前記固定子が収容される密閉容器に接触する外周を有し、
前記ヨークの前記外周から前記密閉容器に熱が放熱される
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の固定子。
【請求項１３】
請求項１から１２までの何れか１項に記載の固定子と、
前記固定子の前記径方向の内側に回転可能に設けられた回転子と
を有する電動機。
【請求項１４】
前記電動機は、誘導電動機である
請求項１３に記載の電動機。
【請求項１５】
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する、請求項１３または１４に記載の電動機と
を備えた圧縮機。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
なお、スロット１３の内側には絶縁部２が設けられているため、絶縁部２の内面上で点Ｐ１〜Ｐ４を定義してもよい。すなわち、第１の点Ｐ１を、絶縁部２の第１部分２１の内面と第２部分２２の内面との境界と定義し、第２の点Ｐ２を、絶縁部２の第１部分２１の内面と第３部分２３の内面との境界と定義してもよい。また、点Ｐ３，Ｐ４を、絶縁部２の第２部分２２の内面および第３部分２３の内面でそれぞれ最もスロット開口部１４側の点と定義してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
アルミニウム線コイル３１の直径ＤＡｌが√（ρＡｌ／ρＣｕ）×ＤＣｕ以下であれば、アルミニウム線コイル３１の電気抵抗が銅線コイル３２の電気抵抗以上となり、従ってアルミニウム線コイル３１で生じる損失が銅線コイル３２で生じる損失以上となる。すなわち、第１の領域１０１に集められたアルミニウム線コイル３１で高い損失（すなわち発熱）が生じ、その熱が固定子コア１０のヨーク部１１から放熱されるため、特に高い放熱効果が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、図１２に示したスクロール圧縮機３００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する室外側送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に室内の空気を供給する室内側送風機４０６が設けられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2019163021.tif 000026
【国際調査報告】
2019163021.tif 000027
2019163021.tif 000028