(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記ティース部根元のロータ回転方向側端に前記ヨーク部と連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に前記ティース部を前記ヨーク部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記固定子片のヨーク部を前記ティース部中心から遠心方向への延長線上と前記ティース部の前記ヨーク部の片方の付け根部分を結んだ線で分割するとともに、前記ヨーク部の外周部に分割したヨーク部を連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に分割した前記ヨーク部を前記ティース部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
前記ヨーク部をティース部間に渡って連続させたことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
スロット内の巻線群の境界付近をヨーク部同士のスロットに面する側の接合部として、前記ヨーク部を分割したことを特徴とする請求項２または３記載の回転電機。
【請求項５】
前記ヨーク部を並列に結合し、円筒状の固定子に折り曲げ形成可能な薄肉連結部を備えたことを特徴とする請求項１乃４の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ティース部と該ティース部よりロータ回転方向に突出したティース先端部と、前記ティース部と前記ティース先端部とを結合する薄肉連結部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
固定子を９スロットの集中巻きとしたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記固定子に対して使用する回転子において、積層鋼板を二方向性電磁鋼板から構成した鉄心本体と、前記鉄心本体に埋め込まれた永久磁石とを備え、前記鉄心本体における容易化方向が前記永久磁石のＮ極およびＳ極の方向と一致するように構成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転電機を電動機として用いたことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各ティース部毎に直接巻線を施す集中巻によって構成された回転電機の固定子および回転子構造とその製造方法、更にはこの回転電機を駆動用の電動機として用いた圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮機用電動機の分野では、電動機の高性能化のために回転数の制御が容易でかつ損失を低減した高効率なＤＣブラシレスモータが広く用いられている。以下に図１１を用いて３相６スロット４極のＤＣブラシレスモータを例に電動機の構造を説明する。本図において、１は固定子、２はスロット、３はティース部、４は巻線、５は回転子軸、７は永久磁石、８は空隙、９は回転子、１０は固定子コア、１１は回転子コアである。
【０００３】
円筒状をなす固定子コア１０と、前記固定子コア１０の内周部にティース部３によって区画され、等間隔に形成された６個のスロット２と、前記スロット２に隣接されたティース部３に直接巻回して集中巻きが施され、３相４極が形成された巻線４とより固定子１が構成される。回転子９は、前記固定子１の内径より若干の空隙８を隔てて配置され、前記回転子９は中央に設けられた中央孔に勘合固着され回転自在になるように支持された回転子軸５と、前記回転子の外周磁性体とともに配置されＮ極Ｓ極が交互になるように配置された永久磁石７とより構成される。コア材には、無方向性電磁鋼板が使用されている。
【０００４】
電動機の駆動回路および駆動原理を図１２を参照して説明する。本図は圧縮機の電動機駆動用としてよく用いられる典型的な電動機駆動回路である。前記電動機駆動回路は、直流電源部１５、主回路部１６、および制御回路部１７から構成される。直流電源部１５は主回路と並列に接続され前記主回路部１６へ電力を供給する。一方、前記主回路部１６は、６個のスイッチング素子Ｕａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂおよび各スイッチング素子に並列接続された環流ダイオードＤ１、Ｄ２…Ｄ６より構成され、スイッチング素子ＵａとＵｂを直列に接続してアーム部Ｕabを、スイッチング素子ＶａとＶｂを直列に接続しアーム部Ｖab を、同様にスイッチング素子ＷａとＷｂを直列に接続しアーム部Ｗabを形成し、合計で３つのアームを形成している。さらに、アーム部Ｕab、Ｖab、Ｗabはそれぞれ並列に接続され、３相ブリッジが形成される。この主回路部において、３相の各アーム部Ｕab、Ｖab、Ｗabが有するスイッチング素子の共通節点Ｕｏ、Ｖｏ、Ｗｏはそれぞれ対応する電動機の出力線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。これら出力線Ｕ、Ｖ、Ｗは上記固定子１の各相の巻線４に接続されている。各相の巻線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相で構成され、Ｙ結線されている。
【０００５】
制御回路は、位置検出部１８により回転子９の位置信号を受け、これに連動して主回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御する事により、巻線４に電流を通電する。これにより固定子１には交番磁界が発生し、この交番磁界と永久磁石７のつくる磁束の間に作用する磁気的な吸引力および反発力により、回転子９を回転運動させる。各巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電幅は電気角で１２０度とする。
【０００６】
このときの磁束の流れを図１３に示す。本図は固定子と回転子に流れる磁束１９を示しており、Ｕ相とＶ相が通電状態にある場合のＢＩＬトルク（巻線の電流のつくる磁束と永久磁石の作る磁束との間に作用するトルク）が最大となる位置での分布である。また、２１ａ、２１ｂは電流の向きを示すもので、２１ａは紙面に対して上向きの電流を、２１ｂは紙面に対して下向きの電流をを示している。本図より、磁束は固定子コア１０のヨーク部１２では周方向に沿って流れ、ティース部３では径方向に沿って流れる様子が分かる。従って、磁束の流れは周方向と、径方向の２方向に大別される。
【０００７】
図１４は日本公開特許公報、特開平9-191588で開示されている別の従来例を示す断面図である。本図は９スロット８極のＤＣブラシレスモータの例で、それぞれがティース部およびヨーク部を有する３つの固定子片６ａ〜６ｃを１つのユニットコアとしており、３つのユニットコアを組み合わせて１つの固定子１を構成している。図１４(a)は回転電機において３個の固定子片６よりなるユニットコアを示す平面図、図１４(b)は(a)に示す固定子片６に電線を巻いた状態を示す平面図、図１４(c)は(b)に示す巻線が終わった状態の固定子片６を折り曲げた時の状態を示す平面図、図１４(d)は(c)に示す固定子片６を折り曲げた後、集めて組み合わせて構成された回転電機の固定子を示す平面図である。図において１０は固定子コアであり、板厚が薄い電磁鋼板を必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などにより１枚１枚電磁鋼板がばらばらにならないように固定されている。２は絶縁物２０を施したスロット、４ａ〜４ｅは巻線であり鉄心のティース部３へ１ターンずつ巻線を施して形成したものである。６ａ〜６ｃは固定子片であり、回転電機の固定子の外周部になる薄肉連結部１３で結合されており、一体化されている。
【０００８】
図１５は日本公開特許公報、特開平7-67272で開示されている同期機の固定子構造を示す図である。固定子１のヨーク部１２とティース部３とを別ピースで分割し、更にヨーク部１２については周方向に分割し、前記ヨーク部１２と前記ティース部３を接合部２２で組み合わせることにより固定子片を構成し、さらに前記固定子片を組み合わせることにより固定子１を構成している。ヨーク部１２とティース部３を方向性電磁鋼板により構成し、それぞれの磁化の容易方向をヨーク部１２については周方向とし、ティース部３については径方向となるように構成されている。
【０００９】
図１６(a)は日本公開特許公報、特開平8-223830で開示されている同期機の固定子構造を示す図である。図１６(b)、(c)は積層鋼板片の製作工程を示す図である。ティース部およびヨーク部を有するほぼＴ字状の積層鋼板片をそのティース部が磁化容易方向とほぼ一致するように二方向性珪素鋼板から打ち抜き形成し、この積層鋼板を積層・連結した構成となっている。
【００１０】
図１７は日本公開特許公報、特開平8-223831で開示されている同期機の回転子鉄心および固定子鉄心を示す平面図である。積層鋼板を二方向性電磁鋼板から構成した鉄心本体１１と、この鉄心本体の外周に装着された永久磁石７とを備え、前記鉄心本体１１における難磁化方向が永久磁石７のＮ極およびＳ極の方向と同方向になるように構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の集中巻線を用いた電動機の構造においては、以下に述べる課題があった。
無方向性電磁鋼板で構成されているため、磁気回路の改善による鉄損の改善には限度があり、高効率化の妨げとなっていた。また、無方向性電磁鋼板に代えて二方向性電磁鋼板を鉄心材料に用いることが試みられているが、さほど高効率化が図られていない。これは、磁束が集中する範囲において、さほど鉄損等の改善がなされていないからである。
方向性電磁鋼板を用いた特開平7-67272では、鉄損低減の点で有効であるが、ヨーク部１２とティース部３を別ピースで打ち抜いた後、ヨーク部１２とティース部３を組み合わせることによって構成されているため、組立性が悪く、内外径の真円度の確保が困難であった。また、ヨーク部１２とティース部３をそれぞれについて金型を作成する必要があるため、金型費の増大、製造ラインの工程数の増加を招いていた。従って、総体的にはメリットが得にくい。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、鉄損等を改善して高効率化を図ることができ、生産性、リサイクル性、内外径の精度を向上させることが可能な回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。
また、高効率な圧縮機を得ることを目的とする
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記ティース部根元のロータ回転方向側端に前記ヨーク部と連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に前記ティース部を前記ヨーク部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致するものである。
【００１４】
また、ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記固定子片のヨーク部を前記ティース部中心から遠心方向への延長線上と前記ティース部の前記ヨーク部の片方の付け根部分を結んだ線で分割するとともに、前記ヨーク部の外周部に分割したヨーク部を連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に分割した前記ヨーク部を前記ティース部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致するものである。
【００１８】
また、ヨーク部をティース部間に渡って連続させたものである。
【００１９】
また、スロット内の巻線群の境界付近をヨーク部同士のスロットに面する側の接合部として、前記ヨーク部を分割したものである。
【００２０】
また、ヨーク部を並列に結合し、円筒状の固定子に折り曲げ形成可能な薄肉連結部を備えたものである。
【００２１】
また、ティース部と、前記ティース部よりロータ回転方向に突出したティース先端部と、前記ティース部と前記ティース先端部とを結合する薄肉連結部とを備え、前記ティース部およびティース先端部を磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向とほぼ一致するように方向性電磁鋼板から形成したものである。
【００２２】
また、固定子を９スロットの集中巻きとしたものである。
【００２３】
また、固定子に対して使用する回転子において、積層鋼板を二方向性電磁鋼板から構成した鉄心本体と、前記鉄心本体に埋め込まれた永久磁石とを備え、前記鉄心本体における容易化方向が前記永久磁石のＮ極およびＳ極の方向と一致するように構成したものである。
【００２４】
また、この発明に係る圧縮機は、上記回転電機を電動機として用いたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を９スロットの集中巻き固定子１を例に図１（ａ）〜（ｃ）、図１３を用いて説明する。尚、本実施の形態の回転電機を圧縮機用電動機として用いた場合の駆動回路は図１２のようになり、従来の技術の欄における図１２の説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１３はロータが回転している時の磁束の様子を表したものである。磁束が集中しているティース部やティース部の先端部において磁束がティース部側面に対して傾きを生じている。
【００２８】
図１(a)は本発明の実施の形態１を示す固定子の固定子片の例で、図において、３は両側にスロットを形成し、巻線が巻き回されるティース部、１２はスロットの外周側を形成するヨーク部で、これらティース部３とヨーク部１２とで固定子片６を構成している。１４はティース部３およびヨーク部１２の磁化容易方向である。前記固定子片６が矢印１４の方向に磁化容易方向を持つ構造となるようにティース部３を磁化容易方向に対してロータの回転方向と逆の方向に傾け、ティース部３は磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れと一致させ、ティース部３およびヨーク部１２の断面形状を有する金型を用いて0.35mm程度の二方向性電磁鋼板を打ち抜いている。
【００２９】
本実施の形態では固定子片６はヨーク部１２とティース部３より２ピースで構成されており、この固定子片６を必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などによりばらばらにならないように固定している。図１（ｂ）では図１（ａ）のように打ち抜きしたティース部３とヨーク部１２を互いに結合し、１ブロック分の固定子片６を構成したものである。図１（ｃ）は図１（ｄ）に示す固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料より成る絶縁部２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ巻線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。
【００３０】
図１（ｄ）は図１（ｃ）の巻線を施した固定子片６のブロックを１周分に渡って組み合わせて円筒状にしたものである。各固定子片６の接合部は溶接などにより固定して一体化して固定子１を構成したものである。このように固定子１を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向は、ヨーク部１２では周方向に、ティース部３では径方向に対してロータの逆回転方向に少し傾いた方向１４になる。従って、二方向性電磁鋼板を用いて構成した固定子の容易磁化方向と実際に固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることができる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１の発明によれば、二方向性電磁鋼板の磁化容易方向を固定子コアに流れる磁束の方向に一致させるように固定子を構成しているため、磁気特性を改善でき鉄損を低減した高効率な電動機を実現することができる。
また、上記９スロットの集中巻固定子１では、ティース部３の磁化容易方向と固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることにより、磁極ティース３先端部のロータ回転方向側３ｃの磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と略一致するので、より高効率にできる。磁極ティース３先端部のロータ回転方向側３ｃは９スロットに限らず、ティース部３の磁化容易方向と固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることにより、磁極ティース３先端部のロータ回転方向側３ｃの磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致する方向へ近づく。
【００３２】
実施の形態２．
図２(a)は本発明の実施の形態２を示す固定子１の固定子片６の例である。実施の形態１と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態１では、固定子片６はヨーク部１２とティース部３で２分割されていたが、実施の形態２ではティース部３の根元回転方向側端が薄肉連結部１３でヨーク部１２と結合された１ピースとなっていて、この薄肉連結部１３を支点にティース部３が回動可能となっている。図２（ｂ）は図２（ａ）より薄肉連結部１３を支点にティース部３をヨーク部１２に結合し、１ブロック分の固定子片６を構成したものである。図２（ｃ）は図２（ｂ）に示す固定子片を必要な枚数積み重ね、溶接、カシメなどを施し、図２（ｄ）に示す固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。
【００３３】
図２（ｄ）は図２（ｃ）の巻線を施した固定子片６のブロックを１周分に渡って組み合わせて円筒状にしたものである。各固定子片６の接合部は溶接などにより固定して一体化して固定子１を構成したものである。このように固定子１を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向は、ヨーク部１２では周方向に、ティース部３では矢印１４の方向になる（図１３参照）。従って、二方向性電磁鋼板を用いて構成した固定子の容易磁化方向と実際に固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態２の発明によれば、二方向性電磁鋼板の容易磁化方向を固定子コアに流れる磁束の方向に一致させるように固定子を構成しているため、磁気特性を改善でき鉄損を低減した高効率な電動機を実現することができる。また、磁気ティース部３とヨーク部１２を一体で打ち抜いているため、磁気ティース部３とヨーク部１２を別ピースで打ち抜いて後で組み付ける方法と比べて、組立性が良く、内外径の寸法制度が高い電動機を構成できる。
【００３５】
実施の形態３．
図３(a)は本発明の実施の形態３を示す固定子１の固定子片６の例である。実施の形態１と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態１では、固定子片６をティース部３とヨーク部１２の付け根部分をヨーク部１２内周を直線で結んだ線で分割していたが、実施の形態３では、ティース部３とヨーク部１２をヨーク部の外周部の中心（ティース部３中心から遠心方向への延長線上）とティース部３とヨーク部１２の片方の付け根部分を直線で結んだ線で分割している。
【００３６】
図３（ｂ）は図３（ａ）よりティース部３をヨーク部１２に結合し、１ブロック分の固定子片６を構成したものである。図３（ｃ）は固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。上記のように構成することによっても、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、ティース部３とヨーク部１２とが１ピースとなり、相対位置が固定されているため、寸法精度の高い電動機とすることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図４（ａ）は実施の形態４による１ブロック分の固定子片６を示す展開図である。実施の形態１と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態２では、ティース部３とヨーク部１２で２分割し、薄肉連結部１３で結合していたが、実施の形態４では、ティース部３とヨーク部１２をヨーク部の外周部の中心である薄肉連結部１３で結合する事により一体形の一つの固定子を構成している。ティース部３およびヨーク部１２は図４（ａ）のような位置関係、即ち前記固定子片６が矢印１４の方向に磁化容易方向を持つ構造となるようにティース部３を磁化容易方向に対してロータの回転方向と逆の方向に傾け、ティース部３は磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れと一致させ、ティース部３およびヨーク部１２の断面形状を有する金型を用いて0.35mm程度の二方向性電磁鋼板を打ち抜いている。
【００３８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）より薄肉連結部１３を支点にティース部３をヨーク部１２に結合し、１ブロック分の固定子片６を構成したものである。図４（ｃ）は図４（ｂ）に示す固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。図４（ｃ）の固定子片６を１周分に渡って円筒状に組み合わせ結合することにより、固定子１を構成することができる。上記のような構成とすることにより、実施の形態２と同様な効果を奏する。また、実施の形態３のようにティース部３とヨーク部１２との間の寸法精度を高く維持しながら、ティース部３およびヨーク部１２の磁化容易方向を固定子コアに流れる磁束の流れと一致させることができる。
【００３９】
実施の形態５．
図５（ａ）は実施の形態５による１ブロック分の固定子片６を示す展開図である。実施の形態１と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。本図において、ティース部３とヨーク部１２をヨーク部の外周部の中心（ティース部３中心から遠心方向への延長線上）とティース部３とヨーク部１２の片方の付け根部分を直線で結んだ線で分割し、このヨーク部１２は最終的に図１（ｄ）のような円形の固定子１となったときの隣り合うティース部３間に渡る長さ分だけ連続して形成（即ちティース部３の一方の側のスロットの周方向の殆ど全てを形成する）されている。
【００４０】
ヨーク部１２およびティース部３は固定子片６が矢印１４の方向に容易磁化方向を持つ構造となるように、0.35mm程度の二方向性電磁鋼板を打ち抜いている。前記固定子片６は、Ｌ型にヨーク部１２とティース部３を一体で打ち抜き、必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などによりばらばらにならないように固定している。図５（ｂ）は固定子片６のスロット２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。図５（ｂ）の固定子片６を１周分に渡って円筒状に組み合わせて結合することにより、固定子１を構成することができる。
【００４１】
上記のように構成することによって、固定子片６をヨーク部１２とティース部３に分割しているものに比べ、磁気特性を改善することができ、ティース部３およびヨーク部１２の磁化容易方向を固定子コアに流れる磁束の流れと一致させることができる。さらに、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。また、分割断面が最小になるように分割することで、磁気特性が良好な電動機を実現できる。
【００４２】
実施の形態６．
図６(a)は本発明の実施の形態６を示す固定子１の固定子片６の例である。実施の形態５と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態５では、Ｌ型にヨーク部１２とティース部３を一体で打ち抜いていたが、実施の形態６では巻線に対応したスロット形状を維持したまま分割している。即ち、ヨーク部１２のスロットに面する部分の継ぎ目はスロットの周方向真ん中になるよう、ティース部３からロータ逆回転方向にヨーク部１２の内周側を一部を突出させ、隣り合うティース部３からロータ回転方向に延設されたヨーク部１２の外周側と当接する構造となっている。
【００４３】
図６（ｂ）は固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。図６（ｂ）の固定子片６を１周分に渡って円筒状に組み合わせて結合することにより、固定子１を構成することができる。上記のように構成することによって、ヨーク部１２同士の接合部がスロットの周方向真ん中に位置するため、ティース３に巻線をスムーズに巻き回すことができ、実施形態５に比べ巻線の作業性が改善され、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。
【００４４】
実施の形態７．
図７(a)は実施の形態７による連続した固定子片６の展開図である。実施の形態２のうち、薄肉連結部１３を薄肉連結部１３Ａとし、その他同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。本図において固定子片６が矢印１４の方向に磁化容易方向を持つ構造となるように、薄肉で連結した固定子片６を９個、0.35mm厚程度の二方向性電磁鋼板２３から打ち抜いている。固定子片６はヨーク部１２とティース部３より構成され、ヨーク部１２とティース部３は実施の形態２と同様にして薄肉連結部１３Ａでつながっている。また、隣接するヨーク部１２とヨーク部１２は薄肉連結部１３Ｂで外周側端部がつながっている。この固定子片６を必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などによりばらばらにならないように固定していく。
【００４５】
図７（ｂ）は図７（ａ）より薄肉連結部１３Ａを支点にティース部３をヨーク部１２に結合し、９ブロック分の固定子片６を構成したものである。図７（ｃ）は固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。
【００４６】
図７（ｃ）の巻線を施した固定子片６をヨーク部１２の外周部端部の薄肉連結部１３Ｂを支点に、それぞれの固定子片を周方向に折り曲げて、連結されたブロックを円筒状にすると、図２（ｄ）と同様な固定子１になる。各固定子片６の接合部は溶接などにより固定して一体化して固定子を構成したものである。このように固定子を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向は、ヨーク部１２では周方向に、ティース部３では固定子の径方向よりロータ回転方向と逆方向に傾斜させた方向になる。従って、二方向性電磁鋼板を用いて構成した固定子の容易磁化方向と実際に固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることができる。また、連続した９個の固定子片６を一体で打ち抜いて構成しているため、実施の形態２に比べ、磁気特性を改善することができ、さらに、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。
【００４７】
実施の形態８．
図８(a)は実施の形態８による連続した固定子片６の展開図である。実施の形態５と同一または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態５では、固定子片６のブロックを１周分に渡って円筒状に組み合わせて結合することにより、一体形の一つの固定子１を構成していた。実施の形態８では、隣り合うヨーク部１２とヨーク部１２とが外周側を薄肉連結部１３で結合され、９個の連続した固定子片６を形成している。
【００４８】
図８（ｂ）は図８（ａ）に示す固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。図８（ｃ）は図８（ｂ）の巻線を施した固定子片６をヨーク部１２の外周部端部の薄肉連結部１３を支点に、それぞれの固定子片を周方向に折り曲げて、連結されたブロックを円筒状にしたものである。各固定子片６の接合部は溶接などにより固定して、一体化して固定子１を構成したものである。
【００４９】
このように固定子１を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向は、ヨーク部１２では周方向に、ティース部３では固定子の径方向よりロータ回転方向と逆方向に傾斜させた方向である矢印１４の方向になる。従って、二方向性電磁鋼板２３を用いて構成した固定子の容易磁化方向と実際に固定子コアに流れる磁束の流れを一致させることができる。
上記のように構成することにより、実施の形態５と同様の効果を得ることができ、さらに、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。また、実施の形態６についても隣接するヨーク部１２とヨーク部１２をそれぞれ外周側にて薄肉連結部１３で結合することにより、本実施の形態を容易に適用できる。
【００５０】
実施の形態９．
図９(a)は実施の形態９による連続した固定子片６の展開図である。固定子片６が矢印１４の方向に磁化容易方向を持つ構造となるように、薄肉で連結した固定子片６を９個、0.35mm厚程度の二方向性電磁鋼板２３から打ち抜いている。固定子片６はヨーク部１２とティース部３とから構成され、さらにティース部３は主部３Ａ、ロータ逆回転方向側ティース先端部３Ｂおよびロータ回転方向側ティース先端部３Ｃから構成される。ヨーク部１２とティース部３は薄肉連結部１３Ａで結合され、ティース部３は薄肉連結部１３Ａを支点に回動可能に構成されている。
【００５１】
ティース部３のうち、主部３Ａとティース先端部３Ｂとは内周側にて薄肉連結部１３Ｃで結合され、ティース先端部３Ｂは薄肉連結部１３Ｃを支点に回動可能に構成されている。もう一方のティース先端部３Ｃは主部３Ａと一体である。また、隣り合うヨーク部１２は薄肉連結部１３Ｂで結合されている。この固定子片６を必要な枚数だけ積み重ね、カシメ、溶接などによりばらばらにならないように固定する。
【００５２】
図９（ｂ）は図９（ａ）より薄肉連結部１３Ａを支点にティース部３をヨーク部１２に、薄肉連結部１３Ｃを支点にティース部先端１９をティース部３に結合し、９ブロック分の固定子片６を構成したものである。図９（ｃ）は固定子片６のスロット部２に沿って、厚み１mm以下の非磁性、非導電性の材料で絶縁物２０を施し、ティース部３に所定の回数だけ電線を整列して巻き付けた固定子片６の断面図である。
【００５３】
図９（ｃ）の巻線を施した固定子片６をヨーク部１２の外周部端部の薄肉連結部１３Ｂを支点に、それぞれの固定子片を周方向に折り曲げて、連結されたブロックを円筒状にする。各固定子片６の接合部は溶接などにより固定、一体化して固定子を構成するものである。このように固定子を構成することにより、固定子コアの磁化容易方向は、ヨーク部１２では周方向に、ティース部３では矢印１４の方向になる。従って、二方向性電磁鋼板２３を用いて構成した固定子の容易磁化方向と実際に固定子コアに流れる磁束の流れをヨーク部並びにティース部の主部およびティース先端部において一致させることができ、実施の形態７に比べ、磁気特性をさらに改善することができる。
【００５４】
また、上記のように固定子を構成することにより、巻線の取り易さなど解体性が良く、リサイクルを考慮した電動機が実現できる。巻線の取り外しはティース先端部３Ｂを支点１３Ｃを利用して折り曲げるか又は折り取ってしまえば良い。その後、巻線を主部３Ａからティース先端部３Ｃ方向へ抜き出すことができる。
【００５５】
実施の形態１０．
図１０は実施の形態１０による回転子（ロータ）鉄心の構成を示している。図において、９は回転子鉄心で、二方向性電磁鋼板から打ち抜き、積層して構成した鉄心本体１１と、この鉄心本体１１に埋め込まれた永久磁石７とを備え、鉄心本体１１における容易磁化方向が永久磁石のＮ極およびＳ極の方向に一致するように構成している。５は回転子軸であり、圧縮機用電動機として用いられる場合には圧縮機の回転駆動軸となる。
【００５６】
以上のように、実施の形態１０の発明によれば、二方向性電磁鋼板の容易磁化方向を永久磁石のＮ極およびＳ極の方向に一致するように回転子鉄心９を構成することで、回転子鉄心９の永久磁石より外側において、永久磁石の磁束は回転子鉄心９の容易磁化方向を流れやすく、固定子の磁束も容易磁化方向を流れやすいため、鉄損を低減でき、高効率化できる。また、回転子鉄心９に流れる磁束２５は容易磁化方向を流れる部分が困難磁化方向を流れる部分よりも長くなり、磁気抵抗が小さく効率向上を図ることができる。
【００５７】
本実施の形態では主に圧縮機用に用いられる電動機について説明したが、この発明は同様の原理を利用した例えば発電機等においても適用可能であり、これら回転電機に広く適用可能である。
上記実施の形態１〜９の固定子に対しては、本実施の形態の回転子を使用するが、従来の回転子を用いても固定子としては上述した効果が得られる。また、本実施の形態の回転子を従来の固定子に用いても上述した効果が得られる。
【００５８】
実施の形態１１．
図１８は上記実施の形態１〜１０の電動機を搭載した圧縮機を示す概念図で、制御回路等図１２に記載された部分と同一箇所は同様な動作を行なうため、同一符号を付してその説明を省略する。３０は実施の形態１〜９の何れかの固定子１又は実施の形態１０の回転子９を備えた電動機、３１は電動機３０により駆動される圧縮機である。尚、この圧縮機は一般的に用いられる冷凍サイクル（圧縮機３１→四方弁→凝縮器又は蒸発器→絞り装置→蒸発器又は凝縮器→四方弁→圧縮機３１の順に冷媒配管で順次接続された冷凍空調サイクル装置）中に組み込まれ、冷媒としてはＲ１３４Ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等に代表されるＨＦＣ系冷媒が、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油またはエステル油に代表される相溶性の油が使用される。圧縮機３１は制御回路１７によりインバータ駆動される。
【００５９】
上記のように構成された圧縮機では、駆動用電動機の固定子１および回転子鉄心９が高効率化、高トルク化されている。インバータ駆動による圧縮機では各周波数毎に入力と効率の最適値が変動するが、本実施の形態の圧縮機では、インバータ駆動による広い圧縮機周波数範囲全体にわたって高効率化が図れるため、全体的に効率を上げることが可能になる。また、周波数範囲を広げることが可能になるので、圧縮機の利用価値を高められる。さらにＲ４１０Ａのような従来のＲ２２に対して高圧な冷媒を用いた場合、冷凍サイクル起動時等の高圧状態となる時間を短くできるので、冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、この発明の回転電機によれば、次の効果を得ることができる。
、ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記ティース部根元のロータ回転方向側端に前記ヨーク部と連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に前記ティース部を前記ヨーク部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致するものであるので、鉄損を低減でき、高効率化、トルクを増大した電動機を得ることができ、またティース部とヨーク部を一体で打ち抜くから、ティース部とヨーク部を別ピースで打ち抜いた後で組み付ける方法と比べ、組立性が良く内外径の寸法精度が良好な回転電機が実現できる。組立性が向上する効果が得られる。
【００６１】
また、ヨーク部とティース部とにより形成された固定子片を円筒状に組み合せて構成した回転電機において、二方向性電磁鋼板から打ち抜き形成された前記ヨーク部および前記ティース部と、前記固定子片のヨーク部を前記ティース部中心から遠心方向への延長線上と前記ティース部の前記ヨーク部の片方の付け根部分を結んだ線で分割するとともに、前記ヨーク部の外周部に分割したヨーク部を連結する薄肉連結部を備え、前記ヨーク部の磁化容易方向を周方向に形成し、前記ティース部の磁化容易方向を径方向に対してロータの逆回転方向に傾いた方向に形成したことにより、前記薄肉連結部を支点に分割した前記ヨーク部を前記ティース部に結合した固定子の前記磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致するものであるので、鉄損を低減でき、高効率、高トルクの回転電機を得ることができ、また組立性が良く内外径の寸法精度が良好な回転電機が実現できる。組立性が向上する効果が得られる。
【００６５】
また、ヨーク部をティース部間に渡って連続させたので、鉄損を低減でき、高効率化、トルクを増大した電動機を得ることができる。また、ティース部とヨーク部とで分割する場合に比べ、組立性が良く内外径の寸法精度が良好な回転電機が得られる。
【００６６】
また、スロット内の巻線群の境界付近をヨーク部同士のスロットに面する側の接合部として、前記ヨーク部を分割したので、また、スロット形状を維持した固定子片形状としたため、巻線が巻きやすく、ティース部とヨーク部を分割する方法と比べ、組立性が良く内外径の寸法精度が良好な回転電機が実現できる。
【００６７】
また、ヨーク部を並列に結合し、円筒状の固定子に折り曲げ形成可能な薄肉連結部を備えたので、鉄損を低減でき、高効率化、トルクを増大した回転電機を得ることができる。また、複数に連結された固定子片を一つのコイルが形成されるのに要する分まとめてユニットコアとし、このユニットコアの固定子片は固定子の外周部になる部分で薄肉連結部により連結一体化して構成され、薄肉連結部により固定子片を円筒状に折り曲げ固定子を構成しているので、さらに組立性が良く内外径の寸法制度が良好な回転電機が実現できる。
【００６８】
また、ティース部と、前記ティース部よりロータ回転方向に突出したティース先端部と、前記ティース部と前記ティース先端部とを結合する薄肉連結部とを備え、前記ティース部およびティース先端部を磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向とほぼ一致するように方向性電磁鋼板から形成したので、ティース部の鉄損を低減でき、高効率、高トルクな回転電機を得ることができる。
【００６９】
また、固定子を９スロットの集中巻きとしたので、ティース部の磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向とほぼ一致させることでティース先端部の磁化容易方向が固定子コアに流れる磁束の流れ方向と一致するようになる。
【００７０】
また、固定子に対して使用する回転子において、積層鋼板を二方向性電磁鋼板から構成した鉄心本体と、前記鉄心本体に埋め込まれた永久磁石とを備え、前記鉄心本体における容易化方向が前記永久磁石のＮ極およびＳ極の方向と一致するように構成したので、鉄損を低減でき、高効率化、トルクを増大した電動機を得ることができる。
【００７１】
また、この発明の圧縮機によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転電機を電動機として用いたので、高効率、高トルクな回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a)この発明の実施の形態１による固定子片を展開した断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、結合加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
(d)(c)の固定子片を組み合わせて、固定子を構成した断面図。
【図２】  (a)この発明の実施の形態２による固定子片を展開した断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、折り曲げ加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
(d)(c)の固定子片を組み合わせて、固定子を構成した断面図。
【図３】  (a)この発明の実施の形態３による固定子片を展開した断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、結合加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
【図４】  (a)この発明の実施の形態４による固定子片を展開した断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、折り曲げ加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
【図５】  (a)この発明の実施の形態５による固定子片の断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、絶縁、巻線を施した断面図。
【図６】  (a)この発明の実施の形態６による固定子片の断面図。
(b)(a)の固定子片を積層、絶縁、巻線を施した断面図。
【図７】  (a)この発明の実施の形態７による固定子片を二方向性電磁鋼板から打ち抜く方法を示した断面図。
(b)(a)の打ち抜いた固定子片を積層、折り曲げ加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
【図８】  (a)この発明の実施の形態８による固定子片を二方向性電磁鋼板から打ち抜く方法を示した断面図。
(b)(a)の打ち抜いた固定子片を積層、絶縁、巻線を施した断面図。
【図９】  (a)この発明の実施の形態９による固定子片を二方向性電磁鋼板から打ち抜く方法を示した断面図。
(b)(a)の打ち抜いた固定子片を積層、折り曲げ加工を施した断面図。
(c)(b)の固定子片に絶縁、巻線を施した断面図。
【図１０】  この発明の実施の形態６による回転子の断面図。
【図１１】  従来の電動機の断面図。
【図１２】  電動機の駆動回路と駆動原理の概念図。
【図１３】  電動機の磁束線図。
【図１４】  従来の電動機固定子の断面図。
【図１５】  従来の電動機固定子鉄心の断面図。
【図１６】  (a)従来の電動機固定子鉄心の断面図。
(b)電磁鋼板片の製作工程を示す断面図。
(c)電磁鋼板片の製作工程を示す断面図。
【図１７】  従来の回転子の断面図。
【図１８】  圧縮機とその冷凍サイクルおよび制御回路を示す概念図。
【符号の説明】
１  固定子、２  スロット、３  ティース部、４  巻線、５  回転子軸、６固定子片、７  永久磁石、８  空隙、９  回転子、１０  固定子コア、１１  回転子コア、１２  ヨーク部、１３  薄肉連結部、１４  磁化容易方向、１５  直流電源、１６  駆動回路、１７  制御回路、１８  位置検出部、１９  磁束、２０  絶縁物、２１  電流、２２  接合部、２３  二方向性電磁鋼板、３０  電動機、３１  圧縮機。
【図１】
0003772608.tif 000002
【図２】
0003772608.tif 000003
【図３】
0003772608.tif 000004
【図４】
0003772608.tif 000005
【図５】
0003772608.tif 000006
【図６】
0003772608.tif 000007
【図７】
0003772608.tif 000008
【図８】
0003772608.tif 000009
【図９】
0003772608.tif 000010
【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】
0003772608.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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