JP7607563B2 - ステータ、モータ、圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、モータのステータに関する。

一般に、圧縮機の冷媒として、１，１，２－トリフルオロエチレンを含む冷媒が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１５／１３６９７７号

しかしながら、従来の技術では、圧縮機内のモータの構造によっては、冷媒が膨張し、圧縮機内のシリンダが故障することがある。その結果、圧縮機の故障を引き起こすことがある。

本発明は、以上に述べた課題を解決し、圧縮機の故障を発生しにくくすることを目的とする。

本発明の一態様に係るステータは、
不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒と共に用いられる圧縮機内に配置されたモータのロータの外側に配置されるステータであって、
前記ロータの軸方向に積層された複数のシートを有するステータ鉄心を備え、
前記ステータ鉄心は、周方向に円環状に分割されて配列された複数の鉄心部で構成されており、ヨーク部と、Ｎ個のティース部とを備え、
前記Ｎ個のティース部の各々は、前記ロータに対向するティース先端面を有し、
前記軸方向と直交する平面において、前記ティース先端面の曲率は一定であり、
前記軸方向と直交する平面において、前記ティース先端面の両端と前記ロータの回転中心とを通る２直線が成す角度をθ１［度］としたとき、
前記複数のシートの各々が、０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７
を満たす。
本発明の他の態様に係るモータは、
前記ステータと、
前記ステータの内側に配置された前記ロータと
を備える。
本発明の他の態様に係る圧縮機は、
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
前記圧縮装置を駆動する前記モータと
を備える。
本発明の他の態様に係る空気調和機は、
前記圧縮機と、
熱交換器と
を備える。

本発明によれば、圧縮機の故障を発生しにくくすることができる。

本発明の実施の形態１に係るステータを備えたモータの内部構造を概略的に示す断面図である。 駆動装置の構成を示すブロック図である。 分割鉄心部の構造を概略的に示す斜視図である。 ステータ鉄心の構造を概略的に示す平面図である。 分割鉄心部の構造を概略的に示す断面図である。 鉄心部の構造を概略的に示す平面図である。 鉄心部の構造を概略的に示す斜視図である。 ロータの構造を概略的に示す断面図である。 ティース部の構造を示す図である。 モータの他の例を概略的に示す断面図である。 モータのさらに他の例を概略的に示す断面図である。 金属部材の例を概略的に示す平面図である。 ロータの他の例を示す図である。 ロータの回転角度とシリンダにおける内圧との関係を示すグラフである。 定格トルク以下でモータが駆動するときの開き角割合［％］とトルクリプル率［％］との関係を示すグラフである。 定格トルク以下でモータが駆動するときのステータ鉄心における磁束密度を示す図である。 定格トルクよりも大きいトルクでモータが駆動するときのステータ鉄心における磁束密度を示す図である。 定格トルクよりも大きいトルクでモータが駆動するときの開き角割合［％］とトルクリプル率［％］との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置の構成を概略的に示す図である。

実施の形態１．
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、モータ１の軸線Ａ１と平行な方向を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａ１は、ロータ３の回転中心である。軸線Ａ１は、ステータ２の中心も示す。軸線Ａ１と平行な方向は、「モータ１の軸方向」、「ロータ３の軸方向」、又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、ロータ３又はステータ２の半径方向であり、軸線Ａ１と直交する方向である。ｘｙ平面は、軸方向と直交する平面である。矢印Ｄ１は、軸線Ａ１を中心とする周方向を示す。ロータ３又はステータ２の周方向を、単に「周方向」ともいう。

図１は、本発明の実施の形態１に係るステータ２を備えたモータ１の内部構造を概略的に示す断面図である。
モータ１は、ステータ２と、ロータ３とを有する。モータ１は、例えば、永久磁石埋込型電動機である。

モータ１は、例えば、不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒と共に用いられる圧縮機内に配置されたモータである。

例えば、上述の冷媒は、不均化反応を起こす性質の物質を１ｗｔ％以上含んでいればよい。上述の冷媒は、不均化反応を起こす性質の物質のみで構成された冷媒でもよい。すなわち、上述の冷媒に占める不均化反応を起こす性質の物質の割合は、１ｗｔ％から１００ｗｔ％であればよい。

不均化反応を起こす性質の物質は、例えば、１，１，２－トリフルオロエチレン又は１，２－ジフルオロエチレンである。

例えば、上述の冷媒は、１，１，２－トリフルオロエチレンを１ｗｔ％以上含んでいればよい。上述の冷媒は、１，１，２－トリフルオロエチレンのみで構成された冷媒でもよい。すなわち、上述の冷媒は、１，１，２－トリフルオロエチレンを１ｗｔ％から１００ｗｔ％含んでいればよい。

例えば、上述の冷媒は、１，２－ジフルオロエチレンを１ｗｔ％以上含んでいればよい。上述の冷媒は、１，２－ジフルオロエチレンのみで構成された冷媒でもよい。すなわち、上述の冷媒は、１，２－ジフルオロエチレンを１ｗｔ％から１００ｗｔ％含んでいればよい。

上述の冷媒は、１，１，２－トリフルオロエチレンとジフルオロメタン（Ｒ３２とも称する）との混合物でもよい。例えば、１，１，２－トリフルオロエチレンを４０ｗｔ％、Ｒ３２を６０ｗｔ％含有する混合物を冷媒として使用することができる。この混合物のＲ３２を別の物質に置き換えても構わない。例えば、１，１，２－トリフルオロエチレンと他のエチレン系フッ化炭化水素との混合物を冷媒として使用しても構わない。他のエチレン系フッ化炭化水素としては、フルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１とも称する）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａとも称する）、トランス－１，２－ジフルオロエチレン（「ＨＦＯ－１１３２（Ｅ）」とも称する）、シス－１，２－ジフルオロエチレン（「ＨＦＯ－１１３２（Ｚ）」とも称する）を使用することができる。

Ｒ３２は、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆとも称する）、トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（「Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）」とも称する）、シス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（「Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）」とも称する）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａとも称する）、１，１，１，２，２－ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５とも称する）のいずれかに置き換えても構わない。Ｒ３２は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２５のうち、いずれか２種類以上からなる混合物に置き換えても構わない。

ステータ２は、円環状に形成されたステータ鉄心２ａと、ステータ鉄心２ａに巻回されたコイル２７とを有する。ステータ２は、軸線Ａ１（すなわち、ロータ３の回転中心）を中心とする周方向に円環状に形成されている。

ステータ２は、ロータ３の外側に配置される。ステータ２の内側に、ロータ３が回転自在に備えられている。ステータ２の内側表面とロータ３の外側表面との間には、０．３ｍｍから１ｍｍのエアギャップが設けられている。ステータ２のコイル２７に、インバータから電流が供給されると、ロータ３が回転する。コイル２７に供給される電流は、指令回転数に同期した周波数を持つ電流である。

ステータ２は、複数の分割鉄心部２５ａを有する。図１に示される例では、複数の分割鉄心部２５ａが、軸線Ａ１を中心とする周方向に円環状に配列されており、これによりステータ２を形成している。

次に、駆動装置１０１について説明する。
図２は、駆動装置１０１の構成を示すブロック図である。
モータ１は、図２に示される駆動装置１０１を有してもよい。駆動装置１０１は、電源の出力を整流するコンバータ１０２と、モータ１のステータ２（具体的には、コイル２７）に電力を供給するインバータ１０３と、制御装置５０とを有する。

図２に示される例では、コイル２７は、Ｕ相，Ｖ相，及びＷ相を持つ３相コイルである。

コンバータ１０２には、交流電源である電源から電力が供給される。コンバータ１０２は、インバータ１０３に電圧を印加する。コンバータ１０２からインバータ１０３に印加される電圧を「コンバータ電圧」とも称する。コンバータ１０２の母線電圧は制御装置５０に供給される。

インバータ１０３は、パルス幅変調制御方式（ＰＷＭ制御方式とも称する）で動作する。

モータ１を駆動するインバータ電圧、すなわち、モータ１のコイル２７に印加される電圧は、ＰＷＭ制御方式で生成される。上述のように、モータ１のコイル２７は、例えば、３相コイルである。この場合、インバータ１０３は、各相に対応する少なくとも１つのインバータスイッチを有し、各インバータスイッチは、１組のスイッチング素子（本実施の形態では、２個のスイッチング素子）を有する。

ＰＷＭ制御方式では、各相に対応するインバータスイッチのオンオフの時間割合を制御することでインバータ電圧の波形を生成する。これにより、インバータ１０３からの所望の出力波形を得ることができる。具体的には、インバータ１０３においてインバータスイッチがオンのとき、インバータ１０３からコイル２７へ電圧が供給され、インバータ電圧が増大する。インバータスイッチがオフのとき、インバータ１０３からコイル２７への電圧供給は遮断され、インバータ電圧が降下する。インバータ電圧と誘起電圧との差分がコイル２７に供給され、電動機電流が発生し、モータ１の回転力が生じる。目標とする電動機電流値に一致するようインバータスイッチのオンオフの時間割合を制御することで、インバータ１０３からの所望の出力波形を得ることができる。

各インバータスイッチのオンオフのタイミングは、キャリア波に基づいて決定される。キャリア波は、一定の振幅を持つ三角波で構成される。ＰＷＭ制御方式におけるパルス幅変調周期は、キャリア波の周波数であるキャリア周波数によって決まる。本実施の形態では、予め定められたキャリア波のパターン又は予め定められたキャリア周波数が制御装置５０に格納されている。制御装置５０は、キャリア周波数を制御し、各インバータスイッチのオンオフを制御する。これにより、制御装置５０は、コイル２７に供給されるインバータ１０３からの出力を制御する。

キャリア波の周波数であるキャリア周波数を「インバータ１０３のキャリア周波数」とも称する。すなわち、インバータ１０３のキャリア周波数は、コイル２７に印加される電圧の制御周波数であり、制御装置５０は、インバータ１０３のキャリア周波数を制御する。

本実施の形態では、インバータ１０３は、３個のインバータスイッチ（すなわち、６個のスイッチング素子）を有するが、３個のインバータスイッチの内の１個のインバータスイッチ、すなわち、Ｕ相、Ｖ相、又はＷ相に対応する１個のインバータスイッチに対する制御について説明する。ただし、その１個のインバータスイッチに対する制御は、他の２個のインバータスイッチに対する制御にも適用可能である。

制御装置５０は、キャリア波の電圧値と、インバータ出力電圧指令値とを比較する。インバータ出力電圧指令値は、例えば、制御装置５０において、目標電動機電流値に基づいて計算される。インバータ出力電圧指令値は、例えば、空気調和機などの冷凍空調装置のリモコンから制御装置５０に入力された運転指示信号に基づいて設定される。

キャリア波の電圧値がインバータ出力電圧指令値よりも小さいとき、制御装置５０は、インバータスイッチがオンになるようにＰＷＭ制御信号をオンにする。キャリア波の電圧値がインバータ出力電圧指令値以上であるとき、制御装置５０は、インバータスイッチがオフになるようにＰＷＭ制御信号をオフにする。これにより、インバータ電圧が目標値に近づく。

上述のように、制御装置５０は、インバータ出力電圧指令値とキャリア波の電圧値との差に基づいてＰＷＭ制御信号を生成する。

制御装置５０は、ＰＷＭ制御信号に基づくインバータ駆動信号などの制御信号をインバータ１０３に出力し、インバータスイッチのオンオフ制御を行う。インバータ駆動信号は、ＰＷＭ制御信号と同じ信号でもよく、ＰＷＭ制御信号と異なる信号でもよい。

インバータスイッチがオンのときにインバータ電圧がインバータ１０３から出力される。インバータ電圧はコイル２７に供給され、モータ１において電動機電流（具体的には、Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流）が発生する。これにより、インバータ電圧はモータ１（具体的には、ロータ３）の回転力に変換される。電動機電流は、電流センサなどの計測器で計測され、制御装置５０に計測結果（例えば、電流値を示す信号）が送信される。

制御装置５０は、例えば、プロセッサおよびメモリで構成される。例えば、制御装置５０は、マイクロコンピュータである。制御装置５０は、単一回路又は複合回路などの専用のハードウェアとしての処理回路で構成されてもよい。

分割鉄心部２５ａの構造について以下に説明する。
図３は、分割鉄心部２５ａの構造を概略的に示す斜視図である。

本実施の形態では、ステータ２が複数の分割鉄心部２５ａによって構成されている。各分割鉄心部２５ａは、分割された鉄心である鉄心部２１と、第１のインシュレータ２４ａと、第２のインシュレータ２４ｂと、コイル２７とを有する。ただし、図３に示される例では、コイル２７は図示されていない。

第１のインシュレータ２４ａは、ステータ鉄心２ａ（具体的には、鉄心部２１）と組み合わされる。本実施の形態では、第１のインシュレータ２４ａは、軸方向におけるステータ鉄心２ａの両端部に備えられている。ただし、第１のインシュレータ２４ａは、軸方向におけるステータ鉄心２ａの一方の端部に備えられていてもよい。本実施の形態では、第１のインシュレータ２４ａは、絶縁性樹脂である。

第２のインシュレータ２４ｂは、例えば、薄いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムである。ＰＥＴフィルムの厚さは、例えば、０．１５ｍｍである。第２のインシュレータ２４ｂは、ステータ鉄心２ａのティース部（後述するティース部２２ａ）の側面を覆う。

図４は、ステータ鉄心２ａの構造を概略的に示す平面図である。

ステータ鉄心２ａは、少なくとも１つのヨーク部２１ａと、少なくとも２つのティース部２２ａとを有する。ステータ鉄心２ａは、複数の鉄心部２１によって構成されている。したがって、各鉄心部２１は、ヨーク部２１ａと、ティース部２２ａとを有する。

図４に示される例では、ステータ鉄心２ａは、９個の鉄心部２１によって構成されている。

ただし、ステータ鉄心２ａは、複数の鉄心部２１に分割されていなくてもよい。この場合、ステータ鉄心２ａは、１つの部材として一体化された複数の鉄心部２１で構成されていてもよい。例えば、ステータ鉄心２ａは、円環状の複数の材料（例えば、電磁鋼板）を積層することによって形成されていてもよい。

２つのヨーク部２１ａ及び２つのティース部２２ａによって囲まれた領域は、スロット部２６である。ステータ鉄心２ａにおいて、複数のスロット部２６は、周方向に等間隔に設けられている。図４に示される例では、ステータ鉄心２ａに、９個のスロット部２６が設けられている。

図４に示されるように、ステータ鉄心２ａは、複数のティース部２２ａを有し、各ティース部２２ａは、スロット部２６を介して隣接している。したがって、複数のティース部２２ａ及び複数のスロット部２６は、周方向に、交互に配列されている。周方向における複数のティース部２２ａの配列ピッチ（すなわち、周方向におけるスロット部２６の幅）は等間隔である。すなわち、複数のティース部２２ａは、放射状に位置している。

本実施の形態では、ステータ２は、Ｎ個の分割鉄心部２５ａ（Ｎは２以上の自然数）を有する。したがって、ステータ２は、Ｎ個のティース部２２ａを有する。図１に示される例では、ステータ２は、９個の分割鉄心部２５ａを有する。したがって、図１に示される例では、ステータ２は、９個のティース部２２ａを有する。

図５は、分割鉄心部２５ａの構造を概略的に示す断面図である。
各分割鉄心部２５ａは、ヨーク部２１ａと、径方向におけるヨーク部２１ａの内側に位置するティース部２２ａと、コイル２７と、ステータ鉄心２ａを絶縁する第１のインシュレータ２４ａと、ステータ鉄心２ａを絶縁する第２のインシュレータ２４ｂとを有する。本実施の形態では、ティース部２２ａは、１つの部材としてヨーク部２１ａと一体化されているが、ヨーク部２１ａとは別に形成されたティース部２２ａをヨーク部２１ａに取り付けてもよい。

コイル２７は、第１のインシュレータ２４ａ及び第２のインシュレータ２４ｂを介してステータ鉄心２ａに巻回されている。具体的には、コイル２７は、ティース部２２ａの周りに巻回されている。コイル２７に電流が流れると、コイル２７から回転磁界が発生する。

コイル２７は、例えば、マグネットワイヤである。例えば、ステータ２は、３相であり、コイル２７の結線は、例えば、Ｙ結線（スター結線ともいう）又はデルタ結線である。コイル２７のターン数及び線径は、モータ１の回転数、トルク、電圧仕様、及びスロット部２６の断面積等に応じて定められる。コイル２７の線径は、例えば、１．０ｍｍである。ステータ鉄心２ａの各ティース部２２ａには、コイル２７が、例えば、８０ターン巻回されている。ただし、コイル２７の線径及びターン数は、これらの例に限られない。

コイル２７の巻線方式は、例えば、集中巻である。例えば、鉄心部２１を円環状に配列する前の状態（例えば、鉄心部２１が直線状に配列された状態）で、鉄心部２１にコイル２７を巻回することができる。コイル２７が巻回された鉄心部２１（すなわち、分割鉄心部２５ａ）は、円環状に折り畳まれて、溶接等によって固定される。

コイル２７は、集中巻の代わりに、ステータ鉄心２ａの各ティース部２２ａに分布巻きで取り付けられていてもよい。

図６は、鉄心部２１の構造を概略的に示す平面図である。
図７は、鉄心部２１の構造を概略的に示す斜視図である。

ヨーク部２１ａは、周方向に延びており、ティース部２２ａは、ステータ鉄心２ａの径方向における内側（図６では、－ｙ方向）に向かって延びている。言い換えると、ティース部２２ａは、ヨーク部２１ａから軸線Ａ１に向けて突出している。

図６及び図７に示されるように、各ティース部２２ａは、本体部２２１ａと、歯先部２２２ａと、ティース先端面２２３ａとを有する。歯先部２２２ａは、径方向におけるティース部２２ａ（具体的には、本体部２２１ａの端部）の先端に設けられている。図６及び図７に示される例では、本体部２２１ａは、径方向に沿って等しい幅を持つ。歯先部２２２ａは、周方向に延びており、周方向に向けて広がるように形成されている。

ティース先端面２２３ａは、モータ１において、ロータ３に対向する。具体的には、ティース先端面２２３ａは、モータ１において、ロータ３に対向する歯先部２２２ａの表面である。

図５から図７に示されるように、鉄心部２１（例えば、ヨーク部２１ａ）には、第１のインシュレータ２４ａを固定するための固定穴２４ｃが設けられている。

図７に示されるように、鉄心部２１は、少なくとも１つのシート２８（プレートともいう）によって構成されている。本実施の形態では、複数のシート２８を軸方向（すなわち、ｚ軸方向）に積層することにより鉄心部２１が形成されている。

シート２８は、プレス加工（具体的には打ち抜き加工）によって、予め定められた形状に形成される。シート２８は、例えば、電磁鋼板である。電磁鋼板をシート２８として用いる場合、シート２８の厚さは、例えば、０．０１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、シート２８の厚さは、０．３５ｍｍである。シート２８は、カシメ部２４ｄによって、隣接する他のシート２８と固定されている。

ロータ３の構造について以下に説明する。
図８は、ロータ３の構造を概略的に示す断面図である。

ロータ３は、ロータ鉄心３１と、シャフト３２と、少なくとも１つの永久磁石３３と、少なくとも１つの磁石挿入孔３４と、少なくとも１つのフラックスバリア３５と、少なくとも１つの風穴３６と、少なくとも１つのスリット３８とを有する。ロータ３は、軸線Ａ１を中心として回転自在である。ロータ３は、ステータ２の内側に、回転自在に配置されている。軸線Ａ１は、ロータ３の回転中心であり、且つ、シャフト３２の軸線である。

本実施の形態では、ロータ３は、永久磁石埋込型ロータである。ロータ鉄心３１は、ロータ３の周方向に配列された複数の磁石挿入孔３４を有する。磁石挿入孔３４は、永久磁石３３が配置される空隙である。各磁石挿入孔３４には、１つの永久磁石３３が配置されている。ただし、各磁石挿入孔３４に複数の永久磁石３３を配置してもよい。磁石挿入孔３４に配置された永久磁石３３は、ロータ３の径方向（すなわち、軸線Ａ１と直交する方向）に磁化されている。磁石挿入孔３４の数は、ロータ３の磁極数に対応する。各磁極の位置関係は同じである。本実施の形態では、ロータ３の磁極数は、６極である。ただし、ロータ３の磁極数は、２極以上であればよい。

永久磁石３３には、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石（以下、「Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石」という）が適用される。

Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石の保磁力は、温度により低下する性質を持つ。例えば、圧縮機のように１００℃以上の高温雰囲気中でＮｄ希土類磁石を用いたモータを使用する場合、磁石の保磁力は温度により、約－０．５から－０．６％／ΔＫ劣化するため、Ｄｙ（ディスプロシウム）元素を添加して保磁力を高める必要がある。保磁力は、Ｄｙ元素の含有量にほぼ比例して向上する。一般的な圧縮機では、モータの雰囲気温度上限は１５０℃程度であり、２０℃に対して、１３０℃程度の温度上昇の範囲で使用する。例えば、－０．５％／ΔＫの温度係数では保磁力は６５％低下する。

圧縮機の最大負荷で減磁しないようにするためには、１１００～１５００Ａ／ｍ程度の保磁力が必要である。１５０℃の雰囲気温度中で保磁力を保証するためには、常温保磁力を１８００～２３００Ａ／ｍ程度に設計する必要がある。

Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石にＤｙ元素が添加されていない状態では、常温保磁力は１８００Ａ／ｍ程度である。２３００ｋＡ／ｍ程度の保磁力を得るためには、２ｗｔ％程度のＤｙ元素を添加する必要がある。しかしながら、Ｄｙ元素を添加すると、保磁力特性は向上するが、残留磁束密度特性が低下する。残留磁束密度が低下すると、モータのマグネットトルクが低下し、通電電流が増加するため、銅損が増加する。そのため、モータの効率を考慮すると、Ｄｙ添加量を低減することが望まれる。

ロータ鉄心３１は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されている。ロータ鉄心３１の各電磁鋼板の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、ロータ鉄心３１の各電磁鋼板の厚さは、０．３５ｍｍである。ロータ鉄心３１の電磁鋼板は、カシメによって、隣接する他の電磁鋼板と固定されている。

ロータ３の径方向における磁石挿入孔３４の外側には、少なくとも１つのスリット３８が形成されている。本実施の形態では、ロータ３の径方向における磁石挿入孔３４の外側に複数のスリット３８が形成されている。各スリット３８は、径方向に長い。

シャフト３２は、ロータ鉄心３１と連結されている。例えば、シャフト３２は、ロータ鉄心３１に形成された軸穴３７に、焼き嵌め又は圧入などの固定方法によって固定される。これにより、ロータ鉄心３１が回転することによって発生する回転エネルギーは、シャフト３２に伝達される。

フラックスバリア３５は、ロータ３の周方向において磁石挿入孔３４に隣接する位置に形成されている。言い換えると、各フラックスバリア３５は、各磁石挿入孔３４の長手方向における各磁石挿入孔３４の端部に隣接している。フラックスバリア３５は、漏れ磁束を低減する。隣接する磁極間での磁束の短絡を防ぐため、フラックスバリア３５とロータ鉄心３１の外周面との間の薄肉部の幅は短いことが望ましい。フラックスバリア３５とロータ鉄心３１の外周面との間の薄肉部の幅は、例えば、０．３５ｍｍである。風穴３６は、貫通孔である。例えば、圧縮機にモータ１を用いたとき、冷媒が風穴３６を通過することができる。

ティース部２２ａの構造を具体的に説明する。
図９は、ティース部２２ａの構造を示す図である。
ｘｙ平面において、ティース先端面２２３ａの両端Ｐ１とロータ３の回転中心とを通る２直線Ｌ１が成す角度をθ１［度］としたとき、ステータ２は、０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７を満たす。

本実施の形態では、Ｎ＝９である。ただし、Ｎは２以上の自然数であればよい。

すなわち、ｘｙ平面において、ティース先端面２２３ａを通る円の円周においてティース先端面２２３ａが占める割合α［％］が、７５％以上９７％以下を満たす。本出願では、この割合αを、開き角割合αと称する。ティース先端面２２３ａを通る円は、例えば、図４において破線Ｒ１で示される円である。

変形例１．
図１０は、モータ１の他の例を概略的に示す断面図である。
ロータ３の軸方向において、ロータ３は、ステータ２よりも長い。この場合、ロータ３は、ステータ鉄心２ａよりも長ければよい。

変形例２．
図１１は、モータ１のさらに他の例を概略的に示す断面図である。
図１２は、金属部材３９の例を概略的に示す平面図である。
変形例２では、ロータ３は、少なくとも１つの金属部材３９を有する。金属部材３９は、ロータ３の軸方向におけるロータ鉄心３１の端部に固定されている。

図１１及び図１２に示される例では、ロータ３は、２つの金属部材３９を有し、ロータ鉄心３１の両端部に金属部材３９が固定されている。金属部材３９は、単一の構造体であることが望ましい。これにより、金属部材３９のコストを低減することができる。

ｘｙ平面において、各金属部材３９の表面積は、ロータ鉄心３１（具体的には、金属部材３９に面するロータ鉄心３１の表面）の表面積よりも大きい。

変形例３．
図１３は、ロータ３の他の例を示す図である。
ロータ３は、ロータ鉄心３１の代わりに、図１３に示されるロータ鉄心３１ａを有してもよい。図１３に示されるロータ鉄心３１ａは、ｘｙ平面において、複数の異なる半径を持つ。具体的には、ロータ鉄心３１ａの半径は、ロータ３の磁極中心部で最大であり、ロータ３の極間部で最小である。図１３に示される例では、ロータ鉄心３１ａの外径は、ロータ３の磁極中心部で最大であり、ロータ３の極間部で最小である。図１３に示されるｘｙ平面において、ロータ３の磁極中心部は、各永久磁石３３の中央と軸線Ａ１とを通る直線上に位置する。図１３に示されるｘｙ平面において、ロータ３の極間部は、互いに隣接する永久磁石３３の間の点と軸線Ａ１とを通る直線上に位置する。

実施の形態１に係るステータ２の利点を以下に説明する。
図１４は、ロータの回転角度とシリンダにおける内圧との関係を示すグラフである。図１４に示される例では、実線Ｂ１は、大きいトルクリプルを持つモータに対応しており、破線Ｂ２は、小さいトルクリプルを持つモータに対応している。
通常、圧縮機において、冷媒の圧縮が開始されると、シリンダの内部圧力が高まる。内部圧力が要求能力を満たす狙いの吐出圧力に達したとき、冷媒がバルブ弁を押しのけ、バルブ弁が開放される。これにより、シリンダが吐出マフラに連通し、狙いの吐出圧力で冷媒が吐出パイプから吐出される。

しかしながら、シリンダの内部圧力が狙いの吐出圧力に達してからバルブ弁が完全に開放されるまでにタイムラグが発生する場合、シリンダの内部圧力が、狙いの吐出圧力を超えることがある。この現象を、本出願では、「圧力オーバーシュート」と称する。

圧力オーバーシュートが発生すると、１，１，２－トリフルオロエチレン、１，２－ジフルオロエチレンなどの不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒は、不均化反応の連鎖によって急激な体積膨張を起こし、圧縮機内のシリンダが故障しやすくなる。そのため、できるだけ圧力オーバーシュートの発生を抑えることが望ましい。

通常、圧縮機において、モータの回転速度が大きいほど、冷媒が圧縮される周期が短くなり、バルブ弁開放の遅れによる影響は大きくなる。すなわち、モータの回転速度が大きいほど、圧力オーバーシュートが発生しやすくなる。

通常、モータの駆動中にトルクリプルが発生するため、モータの駆動中にモータの回転速度が上下する。瞬時の回転速度が大きくなるほど、シリンダの瞬時の内部圧力が高まり、シリンダが故障しやすくなる。

図１５は、定格トルク以下でモータが駆動するときの開き角割合α［％］とトルクリプル率［％］との関係を示すグラフである。
図１６は、定格トルク以下でモータが駆動するときのステータ鉄心２ａにおける磁束密度を示す図である。
図１７は、定格トルクよりも大きいトルクでモータが駆動するときのステータ鉄心２ａにおける磁束密度を示す図である。

図１５に示されるように、定格トルク以下でモータが駆動するとき、図９に示される角度θ１が大きいほど、モータの駆動時におけるトルクリプル率は小さい。トルクリプル率とは、時間平均トルクに対する、最大トルクと最小トルクとの差分の比率である。トルクリプル率が小さいほど、モータの駆動中におけるモータの回転速度の変動が低減し、圧力オーバーシュートが発生しにくくなる。図１６に示されるように、トルク負荷が小さいとき、各ティース部における磁気飽和の影響が少ない。これに対して、図１７に示されるように、トルク負荷が大きいとき、各ティース部における磁気飽和が増加する。例えば、圧縮機内のモータにおいてトルク負荷が大きいとき、シリンダの内部圧力が高まるため、冷媒の不均化反応による圧縮機の故障が起きやすい。

具体的には、角度θ１は、ステータとロータとの間に発生する磁気吸引力に影響を及ぼす。その結果、角度θ１は、トルクリプル率に影響を及ぼす。

図１８は、定格トルクよりも大きいトルクでモータ１が駆動するときの開き角割合α［％］とトルクリプル率［％］との関係を示すグラフである。
図１８に示されるように、開き角割合αが７５％以上のとき、トルクリプル率を効果的に小さくすることができる。すなわち、０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０において、トルクリプル率を効果的に小さくすることができる。

開き角割合αが８４％以上のとき、トルクリプル率をより効果的に小さくすることができる。すなわち、０．８４≦（θ１×Ｎ）／３６０において、トルクリプル率をより効果的に小さくすることができる。

開き角割合αが９７％を超えるとき、トルクリプル率が急激に大きくなる。すなわち、（θ１×Ｎ）／３６０＞０．９７において、トルクリプル率が急激に大きくなる。

したがって、開き角割合αは、７５％以上９７％以下を満たすことが望ましい。すなわち、ステータ２は、０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７を満たすことが望ましい。これにより、トルクリプル率を効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障を発生しにくくすることができる。

開き角割合αは、８４％以上９７％以下を満たすことがより望ましい。すなわち、ステータ２は、０．８４≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７を満たすことがより望ましい。これにより、トルクリプル率をより効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障をより発生しにくくすることができる。

さらに、開き角割合αは、８７．５％以上９２．５％以下を満たすことがより望ましい。すなわち、ステータ２は、０．８７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９２５を満たすことがより望ましい。これにより、トルクリプル率をより効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障をより発生しにくくすることができる。

開き角割合αが９０％のとき、トルクリプル率が最小である。したがって、ステータ２が、（θ１×Ｎ）／３６０＝０．９を満たすとき、トルクリプル率が最小である。この場合、圧縮機の故障をより発生しにくくすることができる。

開き角割合αは、８７．５％以上９７％以下でもよい。すなわち、ステータ２が０．８７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７を満たすとき、トルクリプル率を効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障を発生しにくくすることができる。

開き角割合αは、８７．５％以上９２．５％以下でもよい。すなわち、ステータ２が０．８７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９２５を満たすとき、トルクリプル率を効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障を発生しにくくすることができる。

開き角割合αは、８４％以上９２．５％以下でもよい。すなわち、ステータ２が０．８４≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９２５を満たすとき、トルクリプル率を効果的に小さくすることができ、その結果、圧縮機の故障を発生しにくくすることができる。

コイル２７がステータ鉄心２ａの各ティース部２２ａに分布巻きで取り付けられている場合、コイル２７からの磁束が、集中巻に比べて、ステータ２に広く分散する。これにより、ロータ３の回転時においてロータ３とステータ２との間に発生する磁気吸引力の変動が緩やかになり、トルクリプル率を小さくすることができる。

モータ１が、ＰＷＭ制御方式で動作するインバータを有する場合、インバータ電圧の波形を細かく調整することができる。これにより、インバータ電圧に起因するモータ１のトルク波形を制御することができ、トルクリプル率を小さくすることができる。

ロータ３の軸方向において、ロータ３がステータ２よりも長い場合、ロータ３の慣性モーメントを増加させることができる。これにより、圧力オーバーシュートの発生を抑えることができる。さらに、ロータ３の軸方向において、ステータ２がロータ３よりも短いとき、モータ１を小型化することができる。したがって、モータ１を有する圧縮機を小型化することができる。

ロータ３は、少なくとも１つの金属部材３９を有する場合、ロータ３の慣性モーメントを増加させることができる。これにより、圧力オーバーシュートの発生を抑えることができる。

ロータ３は、少なくとも１つの金属部材３９を有する場合、ｘｙ平面において、各金属部材３９の表面積は、ロータ鉄心３１（具体的には、金属部材３９に面するロータ鉄心３１の表面）の表面積よりも大きいことが望ましい。これにより、ロータ３の慣性モーメントをより増加させることができる。これにより、圧力オーバーシュートの発生を効果的に抑えることができる。

ロータ鉄心３１ａの半径が、ロータ３の磁極中心部で最大であり、ロータ３の極間部で最小である場合、ロータ３の外周面における磁束密度が磁極中心部で最大になり、ロータ３の外周面における磁束密度が極間部で最小になる。すなわち、磁極中心部から極間部に近づくにつれてロータ３の外周面における磁束密度が小さくなる。これにより、モータ１における誘起電圧の波形が正弦波に近づき、トルクリプル率を小さくすることができる。その結果、圧力オーバーシュートの発生を抑制することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る圧縮機６について説明する。
図１９は、実施の形態２に係る圧縮機６の構造を概略的に示す断面図である。

圧縮機６は、電動要素としてのモータ１と、ハウジングとしての密閉容器６１と、圧縮要素（圧縮装置とも称する）としての圧縮機構６２とを有する。圧縮機６は、実施の形態１で説明した冷媒、すなわち、不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒と共に用いられる。この冷媒は、圧縮機６内に予め設けられていてもよい。本実施の形態では、圧縮機６は、ロータリ圧縮機である。ただし、圧縮機６は、ロータリ圧縮機に限定されない。

圧縮機６内のモータ１は、実施の形態１で説明したモータ１である。モータ１は、圧縮機構６２を駆動する。本実施の形態では、モータ１は、永久磁石埋込型電動機であるが、これに限定されない。

密閉容器６１は、モータ１及び圧縮機構６２を覆う。密閉容器６１の底部には、圧縮機構６２の摺動部分を潤滑する冷凍機油が貯留されている。

圧縮機６は、さらに、密閉容器６１に固定されたガラス端子６３と、アキュムレータ６４と、冷媒を吸入するための吸入パイプ６５と、冷媒を突出するための吐出パイプ６６とを有する。

吸入パイプ６５及び吐出パイプ６６は、密閉容器６１に固定されている。

圧縮機構６２は、密閉容器６１内に配置されている。本実施の形態では、圧縮機構６２は、密閉容器６１における下部に配置されている。

圧縮機構６２は、シリンダ６２ａと、ピストン６２ｂと、上部フレーム６２ｃ（第１のフレーム）と、下部フレーム６２ｄ（第２のフレーム）と、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄにそれぞれ取り付けられた複数のマフラ６２ｅとを有する。圧縮機構６２は、さらに、シリンダ６２ａ内を吸入側と圧縮側とに分けるベーンを有する。

圧縮機構６２は、モータ１によって駆動される。圧縮機構６２は、冷媒を圧縮する。

モータ１は、密閉容器６１における上部に配置されている。具体的には、モータ１は、吐出パイプ６６と圧縮機構６２との間に位置する。すなわち、モータ１は、圧縮機構６２の上方に設けられている。

モータ１のステータ２は、圧入、焼き嵌めなどの固定方法で密閉容器６１内に固定されている。圧入及び焼き嵌めの代わりに溶接でステータ２を密閉容器６１に直接取り付けてもよい。

モータ１のステータ２のコイル（例えば、図１に示されるコイル２７）には、ガラス端子６３を介して電力が供給される。

モータ１のロータ（具体的には、ロータ３のシャフト３２）は、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄの各々に備えられた軸受部を介して回転自在に上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄに保持されている。

ピストン６２ｂには、シャフト３２が挿通されている。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄには、シャフト３２が回転自在に挿通されている。上部フレーム６２ｃには、冷媒の逆流を防ぐバルブ弁が設けられている。具体的には、このバルブ弁は、上部フレーム６２ｃとマフラ６２ｅとの間に位置している。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄは、シリンダ６２ａの端面を閉塞する。アキュムレータ６４は、吸入パイプ６５を通して冷媒をシリンダ６２ａに供給する。

次に、圧縮機６の動作について説明する。アキュムレータ６４から供給された冷媒は、密閉容器６１に固定された吸入パイプ６５を通してシリンダ６２ａ内に入る。モータ１が回転すると、シャフト３２に嵌合されたピストン６２ｂがシリンダ６２ａ内で回転する。これにより、シリンダ６２ａ内で冷媒が圧縮される。

冷媒は、マフラ６２ｅを通り、密閉容器６１内を上昇する。シリンダ６２ａで冷媒が圧縮され、シリンダ６２ａの内部圧力が一定以上に達すると、上部フレーム６２ｃに設けられたバルブ弁が開き、吐出パイプ６６から圧縮された冷媒が吐出される。このようにして、圧縮された冷媒が、吐出パイプ６６を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。シリンダ６２ａの内部圧力が一定未満になるとそのバルブ弁は閉じ、冷媒の流れが遮断される。

実施の形態２に係る圧縮機６は、実施の形態１で説明したモータ１を有するので、圧縮機６の故障を発生しにくくすることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態２に係る圧縮機６を有する、空気調和機としての冷凍空調装置７について説明する。
図２０は、実施の形態３に係る冷凍空調装置７の構成を概略的に示す図である。

冷凍空調装置７は、例えば、冷暖房運転が可能である。図２０に示される冷媒回路図は、冷房運転が可能な空気調和機の冷媒回路図の一例である。

実施の形態３に係る冷凍空調装置７は、室外機７１と、室内機７２と、室外機７１及び室内機７２を接続する冷媒配管７３とを有する。

室外機７１は、圧縮機６と、熱交換器としての凝縮器７４と、絞り装置７５と、室外送風機７６（第１の送風機）とを有する。凝縮器７４は、圧縮機６によって圧縮された冷媒を凝縮する。絞り装置７５は、凝縮器７４によって凝縮された冷媒を減圧し、冷媒の流量を調節する。絞り装置７５は、減圧装置とも言う。

室内機７２は、熱交換器としての蒸発器７７と、室内送風機７８（第２の送風機）とを有する。蒸発器７７は、絞り装置７５によって減圧された冷媒を蒸発させ、室内空気を冷却する。

冷凍空調装置７における冷房運転の基本的な動作について以下に説明する。冷房運転では、冷媒は、圧縮機６によって圧縮され、凝縮器７４に流入する。凝縮器７４によって冷媒が凝縮され、凝縮された冷媒が絞り装置７５に流入する。絞り装置７５によって冷媒が減圧され、減圧された冷媒が蒸発器７７に流入する。蒸発器７７において冷媒は蒸発し、冷媒（具体的には、冷媒ガス）が再び室外機７１の圧縮機６へ流入する。室外送風機７６によって空気が凝縮器７４に送られると冷媒と空気との間で熱が移動し、同様に、室内送風機７８によって空気が蒸発器７７に送られると冷媒と空気との間で熱が移動する。

以上に説明した冷凍空調装置７の構成及び動作は、一例であり、上述した例に限定されない。

実施の形態３に係る冷凍空調装置７は、実施の形態１及び２で説明した利点を有する。

実施の形態３に係る冷凍空調装置７は圧縮機６を有するので、冷凍空調装置７の故障を発生しにくくすることができる。

以上に説明したように、好ましい実施の形態を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

以上に説明した各実施の形態における特徴及び各変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。

１ モータ、 ２ ステータ、 ３ ロータ、 ６ 圧縮機、 ７ 冷凍空調装置、 ２１ａ ヨーク部、 ２２ａ ティース部、 ２７ コイル、 ３１ ロータ鉄心、 ３３ 永久磁石、 ３９ 金属部材、 ６１ 密閉容器、 ６２ 圧縮機構、 ７４ 凝縮器、 ７７ 蒸発器、 １０３ インバータ、 ２２３ａ ティース先端面。

Claims (14)

1. 不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒と共に用いられる圧縮機内に配置されたモータのロータの外側に配置されるステータであって、
   前記ロータの軸方向に積層された複数のシートを有するステータ鉄心を備え、
   前記ステータ鉄心は、周方向に円環状に分割されて配列された複数の鉄心部で構成されており、ヨーク部と、Ｎ個のティース部とを備え、
   前記Ｎ個のティース部の各々は、前記ロータに対向するティース先端面を有し、
   前記軸方向と直交する平面において、前記ティース先端面の曲率は一定であり、
   前記軸方向と直交する平面において、前記ティース先端面の両端と前記ロータの回転中心とを通る２直線が成す角度をθ１［度］としたとき、
   前記複数のシートの各々が、０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７
   を満たすステータ。
2. ０．８４≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９７を満たす請求項１に記載のステータ。
3. ０．７５≦（θ１×Ｎ）／３６０≦０．９２５を満たす請求項１に記載のステータ。
4. 前記Ｎ個のティース部に分布巻きで取り付けられたコイルをさらに有する請求項１から３のいずれか１項に記載のステータ。
5. 前記不均化反応を起こす性質の物質は、１，１，２－トリフルオロエチレンである請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。
6. 前記不均化反応を起こす性質の物質は、１，２－ジフルオロエチレンである請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のステータと、
   前記ステータの内側に配置された前記ロータと
   を備えるモータ。
8. パルス幅変調制御方式で動作し、前記ステータに電力を供給するインバータを有する請求項７に記載のモータ。
9. 前記ロータの軸方向において、前記ロータは前記ステータよりも長い請求項７又は８に記載のモータ。
10. 前記ロータは、永久磁石を有する永久磁石埋込型ロータである請求項７から９のいずれか１項に記載のモータ。
11. 前記ロータは、ロータ鉄心と、前記ロータの軸方向における前記ロータ鉄心の端部に固定された金属部材とを有し、
    前記ロータの軸方向と直交する前記平面において、前記金属部材の表面積は、前記ロータ鉄心の表面積よりも大きい
    請求項７から１０のいずれか１項に記載のモータ。
12. 前記ロータは、ロータ鉄心を有し、
    前記ロータ鉄心の外径は、前記ロータの磁極中心部で最大であり、前記ロータの極間部で最小である請求項７から１１のいずれか１項に記載のモータ。
13. 密閉容器と、
    前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
    前記圧縮装置を駆動する請求項７から１２のいずれか１項に記載のモータと
    を備える圧縮機。
14. 請求項１３に記載の圧縮機と、
    熱交換器と
    を備える空気調和機。

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