(57)【要約】【課題】固定子のヨーク部での磁気損失を削減して外転形電動機の効率を向上させる。【解決手段】外転形電動機（30）は、電磁鋼板（41a）が積層されて成る筒状のヨーク部（41）と、ヨーク部（41）の外周側に周方向に配列される複数の分割ティース部（45）とを有する固定子鉄芯（40a）に巻線を巻回してなる固定子（40）と、固定子鉄心（40a）の外周側に回転自在に配置される筒状の回転子（60）と、固定子鉄心（40a）のヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させる外力付与部（70）とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板（41a）が積層されて成る筒状のヨーク部（41）と、該ヨーク部（41）の外周側に周方向に配列される複数の分割ティース部（45）とを有する固定子鉄心（40a）に巻線を巻回してなる固定子（40）と、
前記固定子鉄心（40a）の外周側に回転自在に配置される筒状の回転子（60）と、
前記固定子鉄心（40a）のヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させる外力付与部（70）と
を備えていることを特徴とする外転形電動機。
【請求項２】
請求項１において、
前記外力付与部（70）は、前記固定子鉄心（40a）の前記ヨーク部（41）の内部に配置され、該ヨーク部（41）の内周面に外力を付与することを特徴とする外転形電動機。
【請求項３】
請求項２において、
前記外力付与部は、前記ヨーク部（41）の内部にしまり嵌めされる嵌合部材（70）で構成されることを特徴とする外転形電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子の外周側で回転子が回転する外転形電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固定子の外周側で回転子が回転する外転形の電動機が知られており、空調機のファン等に利用されている。
【０００３】
特許文献１には、この種の外転形電動機が開示されている。外転形電動機は、筒状のヨーク部の外側に複数の分割ティース部が配列される固定子と、この固定子の外周側に回転自在に配置される回転子とを備える。ヨーク部や分割ティース部は、電磁鋼板が厚さ方向に積層されて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示のような固定子のヨーク部は、例えば打ち抜き加工により一体に成型された環状の電磁鋼板を厚さ方向に積層して構成される。ここで、この種の電磁鋼板は、その圧延方向（いわゆるＬ方向）における磁気特性と比較して、その圧延方向と直交する方向（いわゆるＣ方向）における磁気特性が低い性質を有する。従って、固定子のヨーク部では、Ｃ方向に磁束が生じる領域において、磁気損失が大きくなり、電動機の効率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定子のヨーク部での磁気損失を削減して外転形電動機の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、外転形電動機を対象とし、電磁鋼板（41a）が積層されて成る筒状のヨーク部（41）と、該ヨーク部（41）の外周側に周方向に配列される複数の分割ティース部（45）とを有する固定子鉄心（40a）に巻線を巻回してなる固定子（40）と、該固定子鉄心（40a）の外周側に回転自在に配置される筒状の回転子（60）と、前記固定子鉄心（40a）のヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させる外力付与部（70）とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
第１の発明の固定子（40）では、筒状のヨーク部（41）の外周側に分割ティース部（45）が配列される。固定子（40）側に巻回した巻線に電流が流れると、回転磁界が発生し、固定子（40）の外周側で回転子（60）が回転する。筒状のヨーク部（41）は、電磁鋼板（41a）が積層されて構成される。このため、ヨーク部（41）では、圧延方向（以下、Ｌ方向という）の磁気特性と比較すると、圧延方向に直交する方向（以下、Ｃ方向という）の磁気特性が悪化し易い。そこで、本発明の外力付与部（70）は、ヨーク部（41）に周方向の引張応力が発生するように、ヨーク部（41）に外力を付与する。筒状のヨーク部（41）において、周方向の所定の引張応力が発生すると、このヨーク部（41）では、Ｃ方向にも引張応力が発生する。その結果、ヨーク部（41）では、Ｃ方向の磁気特性が改善され、Ｃ方向の磁気損失も軽減される。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記外力付与部（70）は、前記固定子鉄心（40a）の前記ヨーク部（41）の内部に配置され、該ヨーク部（41）の内周面に外力を付与することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明では、筒状のヨーク部（41）の内部に外力付与部（70）が配置され、外力付与部（70）がヨーク部（41）の内周面に外力を付与する。その結果、ヨーク部（41）では、周方向に引張応力が発生し、Ｃ方向の磁気特性が改善される。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記外力付与部（70）は、前記ヨーク部（41）の内部にしまり嵌めされる嵌合部材（70）で構成されることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明では、ヨーク部（41）の内部に嵌合部材（70）がしまり嵌めされる。これにより、ヨーク部（41）の内周面に外力が付与され、ヨーク部（41）の周方向に引張応力が発生する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固定子鉄心（40a）のヨーク部（41）において、周方向に引張応力を発生させることで、ヨーク部（41）の電磁鋼板（41a）におけるＣ方向の磁気特性を改善できる。その結果、Ｃ方向の磁気損失の低下を回避して、電動機の効率を向上できる。
【００１４】
また、このようにしてヨーク部（41）のＣ方向の磁気特性を改善すると、Ｌ方向とＣ方向の異方性を低減できる。これにより、固定子鉄心（40a）と回転子（60）との間に発生する接線力を周方向に均一化でき、コギングを低減して振動や騒音を抑制できる。
【００１５】
第２の発明によれば、ヨーク部（41）の内部に外力付与部（70）を配置することで、外力付与部（70）をコンパクトに配置できる。第３の発明によれば、ヨーク部（41）の内部に嵌合部材（70）をしまり嵌めすることで、比較的簡素な構成により、ヨーク部（41）に引張応力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態に係るクロスフローファンの縦断面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る電動機の平面図である。
【図３】図３は、実施形態に係る電動機の一部を破断して表した斜視図である。
【図４】図４は、ヨーク部の圧延方向（Ｌ方向）及び圧延直交方向（Ｃ方向）の磁化特性と、ヨーク部の応力との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１８】
本発明に係る電動機（30）は、空調機に搭載されるクロスフローファン（10）に適用される。クロスフローファン（10）は、空調機の室内機の内部に搭載され、熱交換器で冷却又は加熱した空気を室内へ送風する。
【００１９】
図１に示すように、クロスフローファン（10）は、ファン本体（11）と、ファン本体（11）を駆動する電動機（30）と、該電動機（30）を収容するケース部（20）と、該ケース部（20）の軸心に固定されるシャフト（25）とを備えている。ファン本体（11）は、縦長の略円筒状に形成される。ファン本体（11）の外周側には、羽根部（12）が周方向に配列される。
【００２０】
ケース部（20）は、周壁部（21）、端壁部（22）、円板部（23）、及び突出部（24）とを有している。周壁部（21）は、略筒状に形成され、電動機（30）の回転子（60）の外周側に配置される。端壁部（22）は、略環状に形成され、周壁部（21）の軸方向の一端側（図１における上端側）に配置される。円板部（23）は、中心に貫通口が形成される円板状に形成され、周壁部（21）の軸方向の他端側（図１における下端側）に配置される。突出部（24）は、略筒状に形成され、円板部（23）の中心部からファン本体（11）側に突出している。突出部（24）の内部には、シャフト（25）が固定される。
【００２１】
ケース部（20）は、電動機（30）の回転子（60）とファン本体（11）とを連結している。つまり、ケース部（20）は、電動機（30）によって回転駆動され、この回転力をファン本体（11）に伝達する。
【００２２】
電動機（30）は、外転形（アウターロータ式）の電動機を構成している。電動機（30）は、ファン本体（11）と連結し、該ファン本体（11）を回転駆動させる。電動機（30）は、固定子（40）及び回転子（60）を有している。
【００２３】
図１〜図３に示すように、固定子（40）は、固定子鉄心（40a）に巻線が巻回されて構成される。固定子鉄心（40a）は、固定子側ヨーク部（41）と、該固定子側ヨーク部（41）の外周面に固定される複数の分割ティース部（45）とを有している。
【００２４】
固定子側ヨーク部（41）は、ファン本体（11）の軸心と同軸となる略筒状に形成される。固定子側ヨーク部（41）の内周面（42）は、軸方向視の形状が真円形に形成される。固定子側ヨーク部（41）の外周面（43）は、軸方向視の形状が多角形（本実施形態では、十二角形）に形成される。即ち、固定子側ヨーク部（41）の外周面（43）には、１２個の平坦部（44）が形成される。
【００２５】
固定子側ヨーク部（41）は、円環状の電磁鋼板（固定子側電磁鋼板（41a））が厚さ方向に積層されて構成される。固定子側電磁鋼板（41a）は、圧延された電磁鋼板を略円環状に一体的に打ち抜いて成型される。また、本実施形態の固定子側電磁鋼板（41a）は、無方向性電磁鋼板で構成される。この無方向性電磁鋼板は、各方向における磁気特性に異方性がないようにつくられているものの、電磁鋼板の圧延方向（Ｌ方向）の磁気特性に優れる一方、この圧延方向と直交する方向（Ｃ方向）の磁気特性はＬ方向に対して劣るという性質がある。
【００２６】
各分割ティース部（45）は、固定子側ヨーク部（41）の外周側に周方向に配列されている。本実施形態の固定子（40）には、１２つの分割ティース部（45）が設けられる。分割ティース部（45）は、ティース本体（46）と鍔部（47）とを有している。ティース本体（46）は、固定子側ヨーク部（41）の平坦部（44）から連続して径方向外方へ延びている。鍔部（47）は、ティース本体（46）の径方向外方端部に形成される。鍔部（47）は、ティース本体（46）に連続する中間部（48）と、該中間部（48）から周方向両側に張り出した一対の延出部（49,49）とを有している。
【００２７】
分割ティース部（45）は、一体的に打ち抜かれた電磁鋼板（ティース側電磁鋼板（45a））が厚さ方向に積層されて構成される。ティース側電磁鋼板（45a）は、無方向性電磁鋼板で構成される。ティース側電磁鋼板（45a）では、固定子（40）の径方向（ティース本体（46）の延びる方向）が圧延方向（Ｌ方向）となり、固定子（40）の周方向（鍔部（47）の延出部（49）の張り出し方向）が、圧延方向と直交する方向（Ｃ方向）となっている。そのため、１２つのティース本体（46）は、電磁鋼板（45a）の異方性にかかわらず、同じ磁気抵抗を有している。
【００２８】
固定子側ヨーク部（41）と各分割ティース部（45）との間には、ティース本体（46）に巻回されるコイル（図示省略）が収容されるスロット（50）が形成される。本実施形態の電動機（30）では、１２個のスロット（50）が周方向に配列される。
【００２９】
回転子（60）は、略円弧状に形成された８つの磁石部（61）と、該磁石部（61）の外周側に配置される環状の回転子側ヨーク部（62）とを有している。８つの磁石部（61）は、永久磁石から成り、周方向に配列される。各磁石部（61）は、分割ティース部（45）の各鍔部（47）と所定のギャップを介して対向している。
【００３０】
回転子側ヨーク部（62）の内周面には、凹部（63）が形成される。この凹部（63）には、８つの磁石部（61）が内嵌して固定される。回転子側ヨーク部（62）は、略環状の電磁鋼板（62a）が厚さ方向に積層されて構成される。回転子側ヨーク部（62）の形状はこれに限らず、また、回転子側ヨーク部（62）を省略した構成としてもよい。
【００３１】
本実施形態の電動機（30）は、固定子側ヨーク部（41）に外力を付与するためのリング部材（70）を有している。リング部材（70）は、固定子側ヨーク部（41）に対して、該固定子側ヨーク部（41）の周方向に引張応力を発生させる外力付与部を構成する。
【００３２】
より詳細には、リング部材（70）は、固定子側ヨーク部（41）の内部に嵌合可能な円筒状に形成されている。固定子側ヨーク部（41）に内嵌する前の状態のリング部材（70）の外径は、固定子側ヨーク部（41）の内径よりも僅かに大きくなっている。リング部材（70）は、固定子側ヨーク部（41）の内部にしまり嵌めによって固定される。このしまり嵌めとしては、圧入や焼き嵌め等の種々の方法を採用できる。
【００３３】
図２に示すように、固定子側ヨーク部（41）の内部にリング部材（70）が配置される状態では、リング部材（70）から固定子側ヨーク部（41）の内周面に向かって径方向外方への外力が作用する。その結果、固定子側ヨーク部（41）では、周方向（図２の矢印ａで示す方向）における引張応力が発生する。これにより、固定子側ヨーク部（41）では、特に圧延方向に直交する方向（Ｃ方向）における磁気特性の改善が図られている（詳細は後述する）。
【００３４】
−運転動作−
クロスフローファン（10）の運転時には、電動機（30）が通電状態となる。その結果、固定子（40）では、コイルを電流が流れることで回転磁界が形成される。これに伴い、回転子（60）が固定子（40）の外側を回転する。回転子（60）が回転駆動されると、この回転子（60）と共にケース部（20）及びファン本体（11）が回転する。ファン本体（11）が回転すると、羽根部（12）が旋回して室内空気がファン本体（11）の軸心側に誘引される。誘引された空気は、ファン本体（11）の内部から径方向外方へ吹き出される。以上のようにして、空調機では、熱交換器で加熱又は冷却された空気が、クロスフローファン（10）に搬送されて室内へ供給される。
【００３５】
〈固定子側ヨーク部の磁気特性について〉
固定子側ヨーク部（41）の固定子側電磁鋼板（41a）は、上記のように電磁鋼板（41a）の圧延方向（Ｌ方向）の磁気特性に優れる一方、この圧延方向と直交する方向（Ｃ方向）の磁気特性はＬ方向に対して劣るという性質がある。より具体的には、Ｌ方向はＣ方向に比べて透磁率が大きく、同一の磁束密度を発生させるための磁化力が小さい。また、Ｌ方向は、Ｃ方向に比べて鉄損も小さい。従って、打ち抜いた電磁鋼板（41a）を積層した固定子側ヨーク部（41）では、巻線の励磁状態や回転子（60）の角度位置に応じて、磁束が回転するのに従って、透磁率（磁気抵抗）が変わるため、磁束密度が周方向に不均一になり、電動機（30）の特性の低下や、コギングトルクの増大を招来する。
【００３６】
本実施形態では、固定子側ヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させることで、固定子側電磁鋼板（41a）の磁気特性の改善を図っている。この点について、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
固定子側ヨーク部（41）では、その内部で発生する周方向の応力に起因して、圧延方向（Ｌ方向）及び圧延直交方向（Ｃ方向）の磁化特性が変化する。図４は、固定子側ヨーク部（41）の周方向の応力（圧縮応力及び引張応力）と、Ｌ方向及びＣ方向の磁化特性の関係を示すものである。
【００３８】
図４の縦軸におけるαは、ＨｂL0に対するＨｂLの比（＝ＨｂL／ＨｂL0）であり、ＨｂL0は、固定子側ヨーク部（41）の周方向の応力がゼロの状態において、所望の磁束密度Ｂmaxを得るためのＬ方向の磁化力、ＨｂLは、固定子側ヨーク部（41）の周方向の応力付与時において、前記所望の磁束密度Ｂmaxを得るためのＬ方向の磁化力である。即ち、このαが大きいほど、磁束密度Ｂmaxを得るために大きなＬ方向の磁化力を要することを示し、換言すると、このαが小さいほどＬ方向の磁化特性に優れていることを示す。
【００３９】
また、図４の縦軸におけるβは、ＨｂC0に対するＨｂCの比（＝ＨｂC/ＨｂC0）であり、ＨｂC0は、固定子側ヨーク部（41）の周方向の応力がゼロの状態において、所望の磁束密度Ｂmaxを得るためのＣ方向の磁化力、ＨｂCは、固定子側ヨーク部（41）の周方向の応力付与時において、前記所望の磁束密度Ｂmaxを得るためのＣ方向の磁化力である。即ち、このβが大きいほど、磁束密度Ｂmaxを得るために大きなＣ方向の磁化力を要することを示し、換言すると、このβが小さいほどＣ方向の磁化特性に優れていることを示す。
【００４０】
図４に示すように、固定子側ヨーク部（41）の周方向の圧縮応力が大きくなると、αが増大してＬ方向の磁化特性が悪化していく。同様に、固定子側ヨーク部（41）の周方向の圧縮応力が大きくなると、βが増大してＣ方向の磁化特性が悪化していく。同図に示すように、圧縮応力に対する磁化力の悪化の影響は、Ｃ方向よりもＬ方向の方が大きくなる。
【００４１】
また、図４に示すように、固定子側ヨーク部（41）の周方向の引張応力が大きくなると、α及びβが徐々に低下していき、この引張応力が更に大きくなると、α及びβが徐々に増大していく。Ｌ方向においては、引張応力がσLaの状態でαが最低となり、Ｌ方向の磁化特性が最もよくなる。また、Ｃ方向においては、引張応力がσCaの状態でβが最低となり、Ｃ方向の磁化特性が最もよくなる。同図に示すように、引張応力に対する磁気特性の改善の影響は、Ｌ方向よりもＣ方向の方が大きくなる。
【００４２】
以上のような点に着目し、本実施形態の電動機（30）では、固定子側ヨーク部（41）の内部にリング部材（70）をしまり嵌めしている。これにより、固定子側ヨーク部（41）の内周面には、リング部材（70）側から外力が作用し、これに伴い固定子側ヨーク部（41）に周方向の引張応力が発生する。このようにして引張応力が作用すると、図４に示すように、α及びβが低下し、磁気特性が向上する。リング部材（70）によって得られる引張応力σは、図４のβが１よりも小さくなる範囲が好ましく、更には図４のαとβとの双方が１よりも小さくなる範囲が好ましい。更に、前記引張応力σは、ゼロよりも大きく前記σCa以下であるのが好ましく、更には前記σLa以上σCa以下であるのが好ましい。
【００４３】
以上により、本実施形態の固定子側ヨーク部（41）では、Ｌ方向に加えて、Ｃ方向の磁化特性がより大きく改善される。その結果、固定子側電磁鋼板（41a）では、Ｃ方向における磁気損失が軽減され、電動機（30）の効率が向上する。
【００４４】
加えて、本実施形態の固定子側ヨーク部（41）では、リング部材（70）によって発生する引張応力によって、Ｌ方向の磁気特性とＣ方向の磁気特性との間の異方性を小さくすることができる。即ち、図４に示すように、引張応力による磁気特性の改善の影響は、Ｌ方向よりもＣ方向の方が大きくなる。このため、固定子側ヨーク部（41）に所定の引張応力を発生させると、Ｌ方向とＣ方向の異方性の差を小さくすることができる。このようにすると、電動機（30）では、モータ回転時における接線力を周方向において平均化できるため、コギングを低減して振動や騒音を低減できる。このようなコギングを効果的に低減するためには、Ｌ方向とＣ方向の異方性を最小化するように、前記引張応力σを設定するのがよい。
【００４５】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００４６】
前記実施形態では、固定子側ヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させるための外力付与部として、固定子側ヨーク部（41）内にしまり嵌めされるリング部材（70）を用いている。しかしながら、外力付与部は、これに限らず、例えば固定子側ヨーク部（41）内に弾性部材等を配置して固定子側ヨーク部（41）に外力を作用させてもよいし、他の押圧機構を設けてもよい。また、例えば固定子（40）の外周側（ティースの外周端部側）から固定子側ヨーク部（41）に向かって外力を付与することで、固定子側ヨーク部（41）に周方向の引張応力を発生させることもできる。
【００４７】
また、前記実施形態の固定子側電磁鋼板（41a）は、無方向性電磁鋼板で構成されるが、これを方向性電磁鋼板で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は、固定子の外周側で回転子が回転する外転形電動機について有用である。
【符号の説明】
【００４９】
30     電動機
40     固定子
41     固定子側ヨーク部（ヨーク部）
41a    固定子側電磁鋼板（電磁鋼板）
45     分割ティース部
60     回転子
70     リング部材（嵌合部材、外力付与部）
【図１】
2013027125.tif 000003
【図２】
2013027125.tif 000004
【図３】
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【図４】
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