JP2006353077A - 誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の全体サイズを減少させると共に、製造コストを節減し、さらに、電動機の効率を向上させ得る誘導電動機を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の誘導電動機は、ステータコア510の中心方向に巻回された複数の巻線コイル520が配列されたステータ500と、このステータ500の内部に回転可能に挿入される誘導ロータ600と、マグネット710を含み、ステータ500と誘導ロータ600との間の空隙に回転可能に挿入される同期ロータ700とを備えるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導電動機に関し、より詳しくは、電動機（モータ）の全体のサイズを減少させると共に、製造コストを節減し、かつ、電動機の効率を向上させ得る誘導電動機に関するものである。

一般に、電動機は、電気エネルギーを運動エネルギーに転換する装置であり、家電製品などの多様な分野に適用されて製品の動力源として使用されている。例えば、冷蔵庫の場合は、電動機がファンを回転させて冷蔵庫の内部の冷気を循環させ、エアコンの場合は、ファンを回転させて蒸発器から発生する冷気を室内に流動させる。

電動機を家電製品等に装着するときに、電動機の装着空間を最小化し、かつ、電動機の装着位置を自由にするためには、電動機のサイズを最小化する必要がある。さらに、電動機が装着される製品の競争力を高めるためには、電動機の製造コストを節減することが重要な課題である。

図８は、本出願人により研究開発されて生産中の従来の誘導電動機の一例を示す縦断面図であり、図９は、図８の誘導電動機の横断面図である。

図示されたように、上記誘導電動機は、円周方向にコイルが巻回されたステータ１００と、このステータ１００の内部に回転可能に挿入される誘導ロータ２００と、ステータ１００と誘導ロータ２００との間に回転可能に挿入される同期ロータ３００とを具備する。

ステータ１００は、所定の長さを有して形成されたステータコア１１０と、このステータコア１１０の内部に円周方向に巻回された巻線コイル１２０とから構成される。ステータコア１１０は、所定の幅を有するリング状に形成されるヨーク部１１１と、このヨーク部１１１の内周面に所定の長さを有して形成される複数のティース（歯状部ともよばれる）１１２とを含み、それぞれのティース１１２間にはスロット１１３が形成される。ステータコア１１０の内部には、誘導ロータ２００が挿入される挿入孔がティース１１２の端面により形成される。ステータコア１１０は、複数枚のシートが積層された積層体である。

巻線コイル１２０は、ティース１１２を囲むように複数のティース１１２に複数回巻回される。さらに、巻線コイル１２０は、図１０に示すように、ティース１１２が配列されたステータコア１１０の円周方向に巻回され、このステータコア１１０の両側面に突出する。

誘導ロータ２００は、所定の長さを有する丸棒状に形成されるロータコア２１０と、このロータコア２１０内に挿入されるケージ２２０とを有する。ロータコア２１０は、複数枚のシートが積層された積層体であり、中心に回転軸４１０が結合される。

誘導ロータ２００は、ステータ１００の挿入孔に挿入される。

同期ロータ３００は、所定の厚さを有する円筒状のマグネット３１０と、コップ状に形成されてマグネット３１０を支持するホルダ３２０とを含む。マグネット３１０は、ステータ１００の挿入孔の内周面と誘導ロータ２００の外周面との間に回転可能に挿入され、ホルダ３２０の一方の側部にはベアリング３３０が結合され、このベアリング３３０には回転軸４１０が結合される。

ステータ１００は、モータケーシング４２０の内部に装着され、このモータケーシング４２０の一方の側部にはベアリング４３０が結合され、このベアリング４３０には回転軸４１０が結合される。さらに、ステータ１００は、その外周面が上記モータケーシング４２０の内周面に接触するように結合される。

以下、このような誘導電動機の動作を説明する。

ステータ１００の巻線コイル１２０に１次電流が供給されて回転磁界が形成されると、同期ロータ３００は、上記回転磁界により同期されて同期速度で回転する。同期ロータ３００はマグネットであるので、回転により強い磁界の回転磁界を発生させ、この回転磁界により誘導ロータ２００が回転する。

誘導ロータ２００が回転すると、この誘導ロータ２００の回転力が回転軸４１０を介して回転力を必要とする部分に伝達される。

しかしながら、前述したような誘導電動機におけるステータ１００の巻線コイル１２０には、運転中に有効磁束が発生しない部分が存在するため、誘導電動機の効率が低下する。

すなわち、ステータ１００の巻線コイル１２０においてステータコア１１０の両側に位置する部分がエンドターン部分１２１であり、このエンドターン部分１２１はティース１１２を横切って位置しないため、誘導ロータ２００に影響を及ぼす回転磁界が発生せず、さらに、エンドターン部分１２１の自己抵抗である銅損が増加して効率および出力が低下する。図１１および図１２は、上記誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す図であり、図１３は、上記誘導電動機の動作中に発生する逆起電力を示すグラフである。このグラフでは、横軸に時間（ｔ）を表示し、縦軸に逆起電力の電圧（Ｖ）を表示している。

エンドターン部分１２１は、巻線方法によって長さが変化するが、既存の巻線方法によると、エンドターン部分１２１が必ず発生する。すなわち、巻線コイル１２０により回転磁界を形成するためにはステータ１００に複数の極を形成しなければならないが、このために、巻線コイル１２０は、図１０に示すように、隣接したティース１１２に巻回されるのでなく、いくつかのティース１１２をとばして巻回されるため、エンドターン部分１２１の長さが増加する。

したがって、従来の誘導電動機においては、誘導電動機の効率が低下するだけでなく、誘導電動機のサイズが大きくなり、製造コストが上昇するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために提案されたものであり、電動機（モータ）の全体のサイズを減少させると共に、製造コストを節減し、さらに、電動機の効率を向上させ得る誘導電動機を提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本発明に係る誘導電動機は、ステータコアの中心方向に巻回された複数の巻線コイルが配列されたステータと、このステータの内部に回転可能に挿入される誘導ロータと、マグネットを含み、上記ステータと上記誘導ロータとの間の空隙に回転可能に挿入される同期ロータとを備えることを特徴とする。

本発明に係る誘導電動機は、ステータのサイズをコンパクトにすると共に、ステータの全体のサイズを減少させる。これによって、ステータを含む誘導電動機がコンパクトになり、上記誘導電動機のサイズも減少する。したがって、上記誘導電動機をエアコンやその他の家電製品に適用すると、その設置空間を減少させ得るという効果がある。

さらに、本発明は、巻線コイルの非効率的な部分を最小化することにより、巻線コイルの使用量が減少するため、製造コストが節減され、よって、製品の競争力が向上するという効果がある。

さらにまた、本発明は、巻線コイルの非効率的な部分を最小化することにより、巻線コイルを流れる電流の抵抗が減少するため、電動機の効率および出力が向上するという効果がある。

以下、本発明に係る誘導電動機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る誘導電動機を示す縦断面図であり、図２は、図１の誘導電動機の横断面図である。

図示されたように、本発明に係る誘導電動機は、ステータコア５１０の中心方向に巻回された複数の巻線コイル５２０が配列されたステータ５００と、このステータ５００の内部に回転可能に挿入される誘導ロータ６００と、マグネットを含み、ステータ５００と誘導ロータ６００との間の空隙に回転可能に挿入される同期ロータ７００とを備える。

ステータ５００は、所定の長さを有して形成されたステータコア５１０と、このステータコア５１０の中心方向に巻回される複数の巻線コイル５２０とを有する。

ステータコア５１０は、所定の幅を有するリング状のヨーク部５１１と、このヨーク部５１１の内周面に所定の長さを有してヨーク部５１１の中心方向に延設される複数のティース５１２とを含む。それぞれのティース５１２間にはスロット５１３が形成される。

巻線コイル５２０は、図３に示すように、ステータコア５１０のスロット５１３の内面とそのステータコア５１０の外周面とを囲むように巻回され、巻線コイル５２０の巻線方向がステータコア５１０の中心方向を向くように位置する。

さらに、巻線コイル５２０は、ステータコア５１０の外周面に位置する部分が隣接する巻線コイル５２０と所定の間隔を維持するように構成されることが好ましい。

また一方で、巻線コイル５２０は、ステータコア５１０の外周面に位置する部分が隣接する巻線コイル５２０と接触するように巻回されることも可能である。この場合は、ステータコア５１０の外周面に突出する巻線コイル５２０の高さが低くなる。

ステータコア５１０に巻回された巻線コイル５２０には、この巻線コイル５２０を固定するための絶縁ワイヤ５３０が設けられる。この絶縁ワイヤ５３０は、図４に示すように、ステータコア５１０の外周面側にて巻線コイル５２０を固定するための外周面側絶縁ワイヤ５３１と、巻線コイル５２０にそれぞれ１回または２回巻回されて外周面側絶縁ワイヤ５３１と連結される内部ワイヤ５３２とから構成される。

さらに、ステータコア５１０の外周面には、巻線コイル５２０の一部を囲む保護部材５４０が備えられる。この保護部材５４０は、絶縁材であることが好ましい。

ステータコア５１０のスロット５１３の内部には、絶縁部材５５０が備えられる。

巻線コイル５２０は、初期駆動時に電流が供給される補助巻線コイルと、誘導ロータの回転速度が同期速度になった後に電流が供給される主巻線コイルとから構成される。上記の主巻線コイルと補助巻線コイルとは交互に配置される。

ステータコア５１０の内部には、ティース５１２の端面により誘導ロータ６００が配置される挿入孔が形成される。ステータコア５１０は、複数枚のシートが積層された積層体である。

誘導ロータ６００は、所定の長さを有する丸棒状に形成されたロータコア６１０と、このロータコア６１０内に挿入されるケージ６２０とから構成される。ロータコア６１０は、複数枚のシートが積層された積層体であり、その中心に回転軸８１０が結合される。

さらに、誘導ロータ６００は、ステータ５００の挿入孔に挿入される。

同期ロータ７００は、所定の厚さを有する円筒状のマグネット７１０と、コップ状に形成されてマグネット７１０を支持するホルダ７２０とから構成される。マグネット７１０は、円周方向に複数の極を有するように着磁される。

マグネット７１０は、ステータ５００の挿入孔の内周面と誘導ロータ６００の外周面との間に回転可能に挿入され、ホルダ７２０の一方の側部にはベアリング７３０が結合され、このベアリング７３０は回転軸８１０に結合される。

ステータ５００の一方の側面には、ベアリング９１０が備えられた第１ケース９２０が結合され、ステータ５００の他方の側面には、ベアリング９３０が備えられた第２ケース９４０が結合される。第１ケース９２０および第２ケース９４０は、ステータ５００のステータコア５１０の両側面にそれぞれ接触するように結合される。ステータコア５１０に保護部材５４０が備えられた場合、第１ケース９２０および第２ケース９４０は、保護部材５４０の両側面にそれぞれ接触するように結合される。

第１ケース９２０および第２ケース９４０とステータ５００との結合は、ボルト締め等の多様な方法で実現できる。

誘導ロータ６００に圧入された回転軸８１０は、第１ケース９２０に備えられたベアリング９１０と第２ケース９４０に備えられたベアリング９３０にそれぞれ支持される。

第１ケース９２０および第２ケース９４０に支持される回転軸８１０には、ファン９５０が固定結合される。このファン９５０は、エアコンの内部で空気を流動させるエアコン用ファンであることが好ましい。

以下、本発明に係る誘導電動機の作用効果を説明する。

まず、誘導電動機に電源電圧が供給されると、主巻線コイル（５２０）および補助巻線コイル（５２０）を流れる電流により回転磁界が発生する。補助巻線コイル（５２０）を流れる電流により回転磁界が発生すると、この回転磁界により同期ロータ７００が同期されて同期速度で回転する。同期ロータ７００は、マグネット７１０から構成されるので、回転により強い磁界の回転磁界を発生させ、この回転磁界により誘導ロータ６００が回転する。補助巻線コイル（５２０）を流れる電流は同期ロータ７００を初期駆動させ、主巻線コイル（５２０）を流れる電流は誘導ロータ６００の出力を発生させる。

誘導ロータ６００が回転すると、その回転力が回転軸８１０を介して伝達される。回転軸８１０にファン９５０が結合された場合、ファン９５０が回転して流動を発生させる。特に、誘導電動機およびファン９５０がエアコンの内部に装着された場合、これらの誘導電動機およびファン９５０は、エアコンの内部で形成された冷気を流動させる。

本発明に係る誘導電動機は、ステータ５００を構成する巻線コイル５２０がステータ５００の中心方向を向くようにステータコア５１０のスロット５１３の内面とステータコア５１０の外周面とを囲むように巻回されるので、従来の誘導電動機の構造に比べて電磁気的性能の低下がなく、ステータ５００の両側面にステータ５００の長さ方向に突出するエンドターン部分５２１の長さが減少する。

ステータ５００の長さ方向に突出する巻線コイル５２０のエンドターン部分５２１の長さが減少することにより、ステータ５００の構造がコンパクトになると共に、ステータ５００の全体のサイズが小さくなる。あわせて、巻線コイル５２０のエンドターン部分５２１が減少するので、巻線コイル５２０の非効率的な部分を最小化することが可能になり、よって、巻線コイル５２０を流れる電流の抵抗が減少する。図５および図６は、本発明に係る誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す図であり、図７は、本発明に係る誘導電動機の動作中に発生する逆起電力を示すグラフである。このグラフでは、横軸に時間（ｔ）を表示し、縦軸に逆起電力の電圧（Ｖ）を表示している。

本発明に係る誘導電動機を示す縦断面図である。 本発明に係る誘導電動機を示す横断面図である。 本発明に係る誘導電動機の一部を示す拡大側面図である。 本発明に係る誘導電動機の一部を示す拡大正面図である。 本発明に係る誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す側面図である。 本発明に係る誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す側面図である。 本発明に係る誘導電動機の動作中に発生する逆起電力を示すグラフである。 従来の誘導電動機を示す縦断面図である。 従来の誘導電動機を示す横断面図である。 従来の誘導電動機の一部を示す拡大側面図である。 従来の誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す側面図である。 従来の誘導電動機の動作中に発生する磁束を示す側面図である。 従来の誘導電動機の動作中に発生する逆起電力を示すグラフである。

符号の説明

５００ ステータ
５１０ ステータコア
５１２ ティース（歯状部）
５１３ スロット
５２０ 巻線コイル
５３０ 絶縁ワイヤ
５４０ 保護部材
６００ 誘導ロータ
７００ 同期ロータ
７１０ マグネット
８１０ 回転軸
９２０ 第１ケース
９４０ 第２ケース
９５０ ファン

Claims (12)

1. ステータコアの中心方向に巻回された複数の巻線コイルが配列されたステータと、
   該ステータの内部に回転可能に挿入される誘導ロータと、
   マグネットを含み、前記ステータと前記誘導ロータとの間の空隙に回転可能に挿入される同期ロータとを備えることを特徴とする誘導電動機。
2. 前記ステータは、
   所定の外径および長さを有し、内部に複数のティースが中心方向に形成されたステータコアと、
   前記複数のティース間に形成されたスロットの内面と前記ステータコアの外周面とを囲むように巻回された複数の巻線コイルとを有することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
3. 前記巻線コイルは、ステータコアの外周面に位置する部分が隣接する巻線コイルと接触するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機。
4. 前記巻線コイルは、ステータコアの外周面に位置する部分が隣接する巻線コイルと所定の間隔を維持するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機。
5. 前記ステータコアの外周面側にて前記巻線コイルを固定するための絶縁ワイヤが備えられたことを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機。
6. 前記ステータコアの外周面に、前記巻線コイルの一部を囲む保護部材が備えられたことを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機。
7. 前記保護部材は、絶縁材であることを特徴とする請求項６に記載の誘導電動機。
8. 前記同期ロータのマグネットは、所定の厚さおよび長さを有する円筒状に形成され、その円周方向に複数の極を有するように着磁されたことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
9. 前記巻線コイルは、初期駆動時に電流が供給される補助巻線コイルと、前記誘導ロータの回転速度が同期速度になった後に電流が供給される主巻線コイルとを有することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
10. 前記誘導ロータの中心には回転軸が圧入され、該回転軸にはファンが固定されることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
11. 前記ファンは、エアコンの内部で空気を流動させるエアコン用ファンであることを特徴とする請求項１０に記載の誘導電動機。
12. 前記ステータの両側面には、それぞれベアリングが備えられた第１ケースおよび第２ケースが結合されることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。