定子、电动机、压缩机以及制冷空调装置

技术领域

本发明涉及一种电动机的定子。

背景技术

通常，作为固定于电动机的定子的线圈，使用利用铜线或铝线等绕组以分布绕组或集中绕组的方式形成的线圈。在这样的线圈的制造工序中，为了在定子铁芯的齿上卷绕绕组，在齿之间需要较大的空间。因此，具有以分布绕组或集中绕组的方式形成的线圈的电动机容易大型化。因此，提出了组合多个导体(也称为分段线圈或导体段)而形成的线圈(例如，参照专利文献1)。在使用这样的组合多个导体而形成的线圈的情况下，容易将该线圈嵌入到定子铁芯的槽中，因此具有容易使定子及电动机小型化的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-93097号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在具有小型化的定子的电动机中，在使电动机的转速增加的情况下，供给到线圈的电流增大，产生铜损。并且，在使电动机的转速增加的情况下，该电流的频率变高，因此存在定子铁芯中的铁损增加的问题。因此，在现有技术中，难以使定子小型化，并且难以降低定子中的铁损和铜损。

本发明的目的在于，使定子小型化，并且降低定子中的铁损和铜损。

用于解决课题的手段

本发明的定子配置在以轴线为中心旋转的转子的外侧，其中，所述定子具备：

定子铁芯，其具有多个齿和分别与所述多个齿相邻的多个槽；以及

多个分段线圈，其以波形绕组的方式固定于所述定子铁芯，

所述定子铁芯具有：

所述多个齿中的第1齿，其具有第1主体部和第1前端部，所述第1主体部在第1径向上延伸，所述第1前端部位于所述第1径向上的所述第1主体部的内侧，且在周向上延伸；以及

所述多个齿中的第2齿，其与所述第1齿相邻，具有第2主体部和第2前端部，所述第2主体部在第2径向上延伸，所述第2前端部位于所述第2径向上的所述第2主体部的内侧，且在所述周向上延伸，

所述多个槽是所述转子的磁极数的6倍，

在将与所述轴线正交的平面中通过所述第1径向上的所述第1主体部的外侧端部的中心及所述轴线的直线设为L1、将所述平面中通过所述第2径向上的所述第2主体部的外侧端部的中心及所述轴线的直线设为L2、将所述平面中通过所述第1前端部与所述第2前端部之间的中心及所述轴线的直线设为L3、将所述平面中所述直线L1与所述直线L3之间的角度设为θ1、将所述平面中所述直线L2与所述直线L3之间的角度设为θ2时，

所述定子满足θ1＞θ2。

发明效果

根据本发明，能够使定子小型化，并且能够降低定子中的铁损和铜损。

附图说明

图1是概略地表示本发明的实施方式1的电动机的构造的剖视图。

图2是概略地表示转子铁芯的构造的俯视图。

图3是概略地表示由多个分段线圈形成的线圈的构造的立体图。

图4是概略地表示1个分段线圈的立体图。

图5是概略地表示定子铁芯的构造的俯视图。

图6是概略地表示图5所示的齿的构造的放大图。

图7是概略地表示作为比较例的电动机中的定子的齿的构造的图。

图8是表示具有图7所示的齿的电动机中的磁通的流动的图。

图9是表示图7所示的齿的前端部的磁通密度的图。

图10是表示实施方式1的电动机的齿的前端部的磁通密度的图。

图11是概略地表示实施方式2的压缩机的构造的剖视图。

图12是概略地表示实施方式3的空调机的结构的图。

具体实施方式

实施方式1

在各图所示的xyz直角坐标系中，z轴方向(z轴)表示与电动机1的轴线Ax平行的方向，x轴方向(x轴)表示与z轴方向(z轴)正交的方向，y轴方向(y轴)表示与z轴方向及x轴方向双方正交的方向。轴线Ax是转子2的旋转中心。与轴线Ax平行的方向也称为“转子2的轴向”或简称为“轴向”。径向是与轴线Ax正交的方向。xy平面是与轴向正交的平面。

图1是概略地表示本发明的实施方式1的电动机1的构造的剖视图。箭头D1表示以轴线Ax为中心的定子3的周向。箭头D1也表示以轴线Ax为中心的转子2的周向。转子2及定子3的周向也简称为“周向”。D1所示的箭头中的箭头D11表示转子2的旋转方向。D1所示的箭头中的箭头D12表示转子2的旋转方向的反方向。

电动机1具有转子2和定子3。如图1所示，电动机1也可以具有覆盖定子3的外壳4。

在本实施方式中，电动机1例如是三相电动机。具体而言，电动机1是永久磁铁嵌入型电动机等永久磁铁同步电动机(也称为无刷DC电动机)。

转子2以能够旋转的方式配置在定子3的内侧。在转子2与定子3之间形成有气隙。转子2以轴线Ax为中心旋转。转子2具有转子铁芯21、轴26以及至少1个永久磁铁22。

图2是概略地表示转子铁芯21的构造的俯视图。

转子铁芯21例如由在轴向上层叠的圆环状的电磁钢板形成。因此，转子铁芯21在xy平面中为圆环状。

转子铁芯21具有多个磁铁插入孔211、轴插入孔212以及至少1个孔213。并且，转子铁芯21也可以具有形成在径向上的各磁铁插入孔211的外侧的至少1个狭缝214。

例如，多个磁铁插入孔211在周向上排列。在各磁铁插入孔211中插入有至少1个永久磁铁22。各磁铁插入孔211在轴向上贯通转子铁芯21。

在图2所示的例子中，6个磁铁插入孔211在周向上排列。在本实施方式中，在各磁铁插入孔211中插入1个永久磁铁22。因此，转子2具有6个永久磁铁22。插入各磁铁插入孔211的至少1个永久磁铁22形成转子2的1个磁极。因此，在本实施方式中，转子2具有6个磁极。

各永久磁铁22例如是含有Nd(钕)及Dy(镝)的平板状的稀土类烧结磁铁。稀土类磁铁的剩余磁通密度和矫顽力高。因此，能够提高转子2的相对于减磁的耐力，由此，能够提供高效率的电动机1。

轴插入孔212在xy平面中形成于转子铁芯21的中央。轴26插入到轴插入孔212中。

各孔213在轴向上延伸。在xy平面中，各孔213为圆形。例如，在电动机1用作压缩机的驱动源时，各孔213在压缩机内用作供制冷剂穿过的贯通孔。

在将转子铁芯21的直径R1设为

在图2所示的例子中，关于所有的孔213，从轴线Ax到各孔213的中心的距离r都为

定子3配置在转子2的外侧。定子3具有定子铁芯31和多个分段线圈32。在图1所示的例子中，从定子铁芯31拆下了线圈33(即，多个分段线圈32)。

图3是概略地表示由多个分段线圈32形成的线圈30的构造的立体图。

图4是概略地表示1个分段线圈32的立体图。

线圈30由多个分段线圈32构成。多个分段线圈32以波形绕组的方式固定于定子铁芯31。由此，形成线圈30。即，定子3具有由多个分段线圈32构成的线圈30。

各分段线圈32具有在轴向上延伸的第1部分32a和位于轴向上的线圈30的端部的第2部分32b。第1部分32a插入到相互相邻的齿34之间的槽33内。第2部分32b形成线圈30的线圈端部。

各分段线圈32例如由铜或铝等导体和卷绕在该导体周围的绝缘覆膜构成。各分段线圈32具有耐制冷剂性。多个分段线圈32通过焊接相互连接。各分段线圈32的截面例如为圆形或四边形。

图5是概略地表示定子铁芯31的构造的俯视图。

定子铁芯31具有在周向上延伸的磁轭35、从磁轭35向径向延伸的多个齿34、以及多个槽33。

定子铁芯31还具有形成于定子铁芯31的外周面的至少1个凹部37和在轴向上延伸的多个孔36。

在xy平面中，定子铁芯31具有最大半径Ra和比最大半径Ra小的半径Rb。由此，如图1所示，在定子3(具体而言，定子铁芯31的凹部37)与外壳4之间形成有空隙5。在图1所示的例子中，在定子3与外壳4之间形成有6个空隙5。

在xy平面中，半径Rb是从轴线Ax到凹部37的最短距离。在图5所示的例子中，凹部37形成为直线状，但在xy平面中凹部37也可以是圆弧状或多边形。各孔36在轴向上延伸。

多个槽33分别与多个齿34相邻。多个槽33是转子2的磁极数的6倍。换言之，槽33的数量是转子2的磁极的数量的6倍。在本实施方式中，槽33的数量为36，转子2的磁极的数量为6。

定子铁芯31例如由在轴向上层叠的圆环状的电磁钢板形成。因此，定子铁芯31在xy平面中为圆环状。各电磁钢板冲裁成预定的形状。各电磁钢板的厚度例如为0.25mm至0.5mm。电磁钢板通过铆接而相互固定。

例如，在电动机1用作压缩机的驱动源时，各空隙5和各孔36在压缩机内用作供制冷剂穿过的流路。由此，能够在压缩机内有效地冷却电动机1。

图6是概略地表示图5所示的齿34的构造的放大图。

如图6所示，在将多个齿34中的1个齿设为第1齿341时，将与第1齿341相邻的、多个齿34中的1个齿设为第2齿342。在图6所示的例子中，第2齿342位于旋转方向D11上的第1齿341的下游侧。

第1齿341具有第1主体部341a和第1前端部341b。在xy平面中，第1主体部341a从磁轭35向径向(也称为第1径向Da)延伸。即，第1主体部341a从磁轭35向径向内侧延伸。第1前端部341b位于径向上的第1主体部341a的内侧，在周向上延伸。

第2齿342具有第2主体部342a和第2前端部342b。在xy平面中，第2主体部342a从磁轭35向径向(也称为第2径向Db)延伸。即，第2主体部342a从磁轭35向径向内侧延伸。第2前端部342b位于径向上的第2主体部342a的内侧，在周向上延伸。

在各齿34中，相当于第1主体部341a及第2主体部342a的部分也简称为“主体部”。同样，在各齿34中，相当于第1前端部341b及第2前端部342b的部分也简称为“前端部”。

在图6中，直线L1是在xy平面中通过第1径向Da上的第1主体部341a的外侧端部的中心C1及轴线Ax的直线。更具体而言，中心C1是xy平面中的第1主体部341a的外侧端部的宽度W1的中心。直线L1也可以是在xy平面中通过第1径向Da上的第1主体部341a的内侧端部的中心C3及轴线Ax的直线。在该情况下，中心C3是xy平面中的第1主体部341a的内侧端部的宽度W3的中心。

直线L2是在xy平面中通过第2径向Db上的第2主体部342a的外侧端部的中心C2及轴线Ax的直线。直线L2也可以是在xy平面中通过第2径向Db上的第2主体部342a的内侧端部的中心C4及轴线Ax的直线。在该情况下，中心C4是xy平面中的第2主体部342a的内侧端部的宽度W4的中心。

直线L3是在xy平面中通过第1前端部341b与第2前端部342b之间的中心C5和轴线Ax的直线。

在图6中，角度θ1是xy平面中直线L1与直线L3之间的角度。角度θ2是xy平面中直线L2与直线L3之间的角度。在该情况下，定子3满足θ1＞θ2。

在xy平面中，第1前端部341b的形状是非对称的。具体而言，如图6所示，第1前端部341b中的从直线L1向旋转方向D11上的下游侧延伸的部分比从直线L1向旋转方向D11上的上游侧延伸的部分长。换言之，在xy平面中，旋转方向D11上的第1前端部341b的下游侧比旋转方向D11上的第1前端部341b的上游侧长。

同样地，在xy平面中，第2前端部342b的形状是非对称的。具体而言，如图6所示，第2前端部342b中的从直线L2向旋转方向D11上的下游侧延伸的部分比从直线L2向旋转方向D11上的上游侧延伸的部分长。换言之，在xy平面中，旋转方向D11上的第2前端部342b的下游侧比旋转方向D11上的第2前端部342b的上游侧长。

由此，角度θ1和θ2的关系满足θ1＞θ2。

对定子3的效果进行说明。

定子3的线圈30由多个分段线圈32形成。在定子3的制造工序中，将这些分段线圈32插入到槽33中，通过焊接将这些分段线圈32固定。因此，与将铜线或铝线等导线卷绕于齿的方法相比，无论定子铁芯31的形状如何，都能够容易地形成线圈30。

并且，与将绕组卷绕成同心状的方法相比，在以波形绕组的方式形成线圈30的方法中，相互相邻的齿34的前端部间的区域、即槽开口的大小的自由度高。具体而言，在将绕组卷绕成同心状的方法中，需要使槽开口的周向上的宽度比1个绕组的直径大。另一方面，在以波形绕组的方式将多个分段线圈32固定于定子铁芯31的方法中，能够将这些分段线圈32在轴向上插入到槽33中。因此，在定子3中，能够减小槽开口的周向上的宽度，由此，能够改善电动机特性。

并且，与将绕组卷绕成同心状的方法相比，在以波形绕组的方式形成线圈30的方法中，能够提高线圈30的密度。由此，能够提高电动机1的效率，并且能够使电动机1小型化。即，通过使用以波形绕组的方式固定的多个分段线圈32，能够使定子3小型化，由此，能够使电动机1小型化。

图7是概略地表示作为比较例的电动机中的定子的齿34a的构造的图。

图7所示的定子的齿34a在xy平面中的形状是对称的。即，在xy平面中，旋转方向D11上的前端部的上游侧的形状和下游侧的形状彼此相同。因此，在图7所示的比较例中，角度θ1和θ2彼此相等。

图8是表示具有图7所示的齿34a的电动机中的磁通的流动的图。

箭头F1及F2(分别也称为磁通F1及F2)分别表示由某个瞬间流过线圈30a及30b的电流(也称为电枢电流)产生的磁通的方向。箭头F3表示来自永久磁铁22的磁通的方向。在图8所示的例子中，电枢电流的相位与感应电压的相位彼此相同。

图9是表示图7所示的齿34a的前端部的磁通密度的图。

如图8和图9所示，在旋转方向D11上的齿34a的前端部的下游侧，磁通F2的方向与磁通F3的方向相互为相反方向，因此，磁通密度降低。另一方面，在旋转方向D11上的齿34a的前端部的上游侧，磁通F1的方向与磁通F3的方向彼此相同，因此，磁通密度上升，由此引起磁饱和。该现象被称为“正交磁化效应”，由于电枢反应而产生。若产生该现象，则在齿34a的前端部的上游侧容易产生磁饱和，由此铁损容易增加。因此，在比较例的电动机的定子中，铁损容易增加。

图10是表示本实施方式的电动机1的齿34的前端部的磁通密度的图。

在本实施方式中，角度θ1和θ2的关系满足θ1＞θ2。由此，齿34的前端部的上游侧的磁阻变大，磁饱和降低。结果，如图10所示，能够降低在旋转方向D11上的齿34的前端部的上游侧产生的铁损。并且，通过在齿34的前端部的上游侧降低磁饱和，磁通容易通过齿34的前端部的上游侧。结果，还能够得到有效磁力增加、能够降低铜损这样的效果。

如上所述，根据本实施方式的电动机1，能够使定子小型化，并且能够降低定子中的铁损和铜损。

实施方式1的电动机1具有定子3，因此在电动机1中能够得到与上述的定子3的效果相同的效果。

实施方式2

对本发明的实施方式2的压缩机6进行说明。

图11是概略地表示实施方式2的压缩机6的构造的剖视图。

压缩机6具有作为电动部件的电动机60、作为外壳的密闭容器61、以及作为压缩部件的压缩机构62。在本实施方式中，压缩机6是旋转式压缩机。但是，压缩机6并不限定于旋转式压缩机。

电动机60是实施方式1的电动机1。在本实施方式中，电动机60是永久磁铁嵌入型电动机，但并不限定于此。

密闭容器61覆盖电动机60和压缩机构62。在密闭容器61的底部贮存有对压缩机构62的滑动部分进行润滑的冷冻机油。

压缩机6还具有固定于密闭容器61的玻璃端子63、储液器64、吸入管65以及排出管66。

压缩机构62具有缸体62a、活塞62b、上部框架62c(第1框架)、下部框架62d(第2框架)、以及分别安装于上部框架62c及下部框架62d的多个消音器62e。压缩机构62还具有将缸体62a内分成吸入侧和压缩侧的叶片。压缩机构62由电动机60驱动。

电动机60通过压入或热压配合而固定在密闭容器61内。也可以代替压入及热压配合而通过焊接将定子3直接安装于密闭容器61。

经由玻璃端子63向电动机60的定子3的绕组供给电力。

电动机60的转子(具体而言，轴26的一端侧)被分别设置于上部框架62c及下部框架62d的轴承支承为旋转自如。

轴26插通到活塞62b中。轴26旋转自如地插通到上部框架62c及下部框架62d中。上部框架62c及下部框架62d将缸体62a的端面封闭。储液器64经由吸入管65向缸体62a供给制冷剂(例如制冷剂气体)。

下面，对压缩机6的动作进行说明。从储液器64供给的制冷剂从固定于密闭容器61的吸入管65向缸体62a内吸入。通过逆变器的通电，电动机60旋转，从而与轴26嵌合的活塞62b在缸体62a内旋转。由此，在缸体62a内进行制冷剂的压缩。

制冷剂通过消音器62e，在密闭容器61内上升。在压缩后的制冷剂中混入有冷冻机油。制冷剂与冷冻机油的混合物在通过形成于转子铁芯的孔时，被促进制冷剂与冷冻机油的分离，由此，能够防止冷冻机油流入排出管66。这样，压缩后的制冷剂通过排出管66向制冷循环的高压侧供给。

作为压缩机6的制冷剂，能够使用R410A、R407C或R22等。但是，压缩机6的制冷剂不限于此。例如，作为压缩机6的制冷剂，能够使用GWP(全球变暖潜能值)小的制冷剂等。

作为GWP小的制冷剂的代表例，有以下的制冷剂。

(1)组成中具有碳双键的卤代烃例如为HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的简称。Olefin是具有1个双键的不饱和烃。HFO-1234yf的GWP为4。

(2)组成中具有碳双键的烃例如为R1270(丙烯)。R1270的GWP为3，比HFO-1234yf的GWP小，但R1270的可燃性比HFO-1234yf的可燃性高。

(3)含有组成中具有碳双键的卤代烃及组成中具有碳双键的烃中的至少1种的混合物例如为HFO-1234yf和R32的混合物。HFO-1234yf由于是低压制冷剂，因此压损大，制冷循环(特别是在蒸发器中)的性能容易降低。因此，优选使用与作为高压制冷剂的R32或R41等的混合物。

根据实施方式2的压缩机6，具有在实施方式1中说明的效果。

并且，通过使用实施方式1的电动机1作为电动机60，能够改善电动机60的效率，结果，能够改善压缩机6的效率。

实施方式3

对本发明的实施方式3的空调机50(也称为制冷空调装置或制冷循环装置)进行说明。

图12是概略地表示实施方式3的空调机50的结构的图。

实施方式3的空调机50具备作为送风机(第1送风机)的室内机51、制冷剂配管52、以及经由制冷剂配管52与室内机51连接的作为送风机(第2送风机)的室外机53。

室内机51具有电动机51a(例如，实施方式1的电动机1)、通过由电动机51a驱动而进行送风的送风部51b、以及覆盖电动机51a和送风部51b的外壳51c。送风部51b例如具有由电动机51a驱动的叶片51d。例如，叶片51d固定于电动机51a的轴(例如，轴26)，生成气流。

室外机53具有电动机53a(例如，实施方式1的电动机1)、送风部53b、压缩机54以及热交换器(未图示)。送风部53b通过由电动机53a驱动而进行送风。送风部53b例如具有由电动机53a驱动的叶片53d。例如，叶片53d固定于电动机53a的轴(例如，轴26)，生成气流。压缩机54具有电动机54a(例如，实施方式1的电动机1)、由电动机54a驱动的压缩机构54b(例如，制冷剂回路)、以及覆盖电动机54a和压缩机构54b的外壳54c。压缩机54例如是实施方式2中说明的压缩机6。

在空调机50中，室内机51和室外机53中的至少1个具有在实施方式1中说明的电动机1。具体而言，作为送风部的驱动源，在电动机51a和53a中的至少一方应用实施方式1中说明的电动机1。并且，作为压缩机54的电动机54a，也可以使用在实施方式1中说明的电动机1。

空调机50例如能够进行从室内机51吹送冷空气的制冷运转、或者吹送热空气的制热运转等运转。在室内机51中，电动机51a是用于驱动送风部51b的驱动源。送风部51b能够对调整后的空气进行送风。

根据实施方式3的空调机50，由于在电动机51a和53a中的至少一方应用实施方式1中说明的电动机1，因此能够得到与在实施方式1中说明的效果相同的效果。由此，能够改善空调机50的效率。

并且，通过使用实施方式1的电动机1作为送风机(例如，室内机51)的驱动源，能够得到与实施方式1中说明的效果相同的效果。由此，能够改善送风机的效率。具有实施方式1的电动机1和由电动机1驱动的叶片(例如，叶片51d或53d)的送风机能够作为送风的装置单独使用。该送风机也能够应用于空调机50以外的设备。

并且，通过使用实施方式1的电动机1作为压缩机54的驱动源，能够得到与实施方式1中说明的效果相同的效果。由此，能够改善压缩机54的效率。

在实施方式1中说明的电动机1除了空调机50以外，还能够搭载于换气扇、家电设备或者机床等具有驱动源的设备。

以上说明的各实施方式中的特征能够相互适当组合。

附图标记说明

1、51a、54a、60电动机；2转子；3定子；21转子铁芯；22永久磁铁；31定子铁芯；32分段线圈；33槽；34齿；35磁轭；36、213孔；37凹部；341第1齿；341a第1主体部；341b第1前端部；342第2齿；342a第2主体部；342b第2前端部。