JP2013215028A - Single-phase induction motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インナロータ型の単相誘導モータに関する。 The present invention relates to an inner rotor type single-phase induction motor.
技術の高度化が進み、近年の家電機器では、低振動および低騒音といった付加価値的な性能への要求が高まっている。家電機器の駆動には、交流誘導モータが多く用いられる。駆動体であるモータは、家電機器の振動および騒音の主たる原因である。 With the advancement of technology, the demand for value-added performance such as low vibration and low noise is increasing in recent home appliances. An AC induction motor is often used to drive home appliances. A motor as a driving body is a main cause of vibration and noise of home appliances.
交流誘導モータは、ステータと、ロータとから構成される。ステータが励磁することにより、ロータに対してトルクが発生し、ロータが回転する。発生したトルクの変動をトルクリップルと呼ぶ。このトルクリップルの変動幅が、振動および騒音に関与する。
特開2010−130839では、ステータのティースにおける鍔部と鍔部の厚さの関係を適切な値にすることにより、振動および騒音を低減させる誘導電動機が開示されている。
特開2002−369469では、ティースにスキューをかけることで、振動および騒音を低減させる誘導電動機が開示されている。
上記の文献では、トルクを低減することにより、トルクの変動幅を減らしている。つまり、トルクの大きさを維持した状態で、トルクの変動幅を減らすことはできない。したがって、トルクを維持しつつ、更なる振動低減の為の手法が求められていた。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-130839 discloses an induction motor that reduces vibration and noise by setting the relationship between the thickness of the flange portion and the thickness of the flange portion of the stator teeth.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369469 discloses an induction motor that reduces vibration and noise by skewing teeth.
In the above document, the torque fluctuation range is reduced by reducing the torque. That is, the fluctuation range of the torque cannot be reduced while maintaining the magnitude of the torque. Therefore, a method for further reducing vibration while maintaining the torque has been demanded.
これまで、考案されてきた単相誘導モータは、トルクを犠牲にし、トルクリップルの変動幅を小さくしてきた。そこで、単相誘導モータにおいて、ロータが回転した際に生ずるそれぞれのステータティースおよびロータティースに生ずるトルクの合成をトルクリップルとし、合成されたトルクリップルを低減する手法が求められている。 Up to now, the single-phase induction motor that has been devised has sacrificed torque and reduced the fluctuation range of torque ripple. Therefore, in a single-phase induction motor, there is a need for a technique for reducing the combined torque ripple by combining the torque generated in each of the stator teeth and the rotor teeth generated when the rotor rotates as a torque ripple.
シャフトとロータコアとを備える回転部と、ステータを備える静止部と、前記回転部を前記静止部に対して中心軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、を備え、前記ステータは、磁性板を積層して形成され、環状のコアバックと、前記コアバックから径方向内方に延びる複数のステータティースと、前記複数のステータティースの各々に集中巻きの形式にて装着された複数のコイルと、を備え、前記複数のコイルは、連続する導線を1つおきのステータティースに巻回方向を反転しつつ巻き付けた主巻線により形成される複数の主コイルと、連続する導線を、前記1つおきのステータティースの間に位置するステータティースに巻回方向を反転しつつ巻き付けた補助巻線により形成される複数の補助コイルと、を備え、前記ロータコアは、バックヨークと、複数のロータティースとを備え、前記複数のロータティースは、前記バックヨークから径方向外方に向って延び、かつ周方向において等間隔に並び、前記ステータに分布する複数の磁極のSとNとの対の数を極対数とすると、前記ロータティースの数と、前記極対数とは以下の関係式のいずれかを満足する単相誘導モータ。(ロータティースの数)=(磁極の数)×(2n−1)、磁極の数が6以上のとき、(ロータティースの数)=(磁極の数)×(2n−1)+1もしくは、ロータティースの数)=(磁極の数)×(2n−1)−1ただし、nは0を含まない自然数とする。 A rotating portion including a shaft and a rotor core; a stationary portion including a stator; and a bearing portion that supports the rotating portion so as to be rotatable about a central axis with respect to the stationary portion, the stator including a magnetic plate An annular core back, a plurality of stator teeth extending radially inward from the core back, and a plurality of coils mounted on each of the plurality of stator teeth in a concentrated winding manner. The plurality of coils includes a plurality of main coils formed by main windings in which continuous windings are wound around every other stator tooth while reversing the winding direction. A plurality of auxiliary coils formed by auxiliary windings wound around stator teeth positioned between every other stator teeth while reversing the winding direction, and the rotor core comprises: And a plurality of rotor teeth, the plurality of rotor teeth extending radially outward from the back yoke and arranged at equal intervals in the circumferential direction, and S of a plurality of magnetic poles distributed in the stator A single-phase induction motor in which the number of rotor teeth and the number of pole pairs satisfy one of the following relational expressions, where the number of pairs of N and N is the number of pole pairs. (Number of rotor teeth) = (Number of magnetic poles) × (2n−1), When the number of magnetic poles is 6 or more, (Number of rotor teeth) = (Number of magnetic poles) × (2n−1) +1 or rotor Number of teeth) = (Number of magnetic poles) × (2n−1) −1 However, n is a natural number not including 0.
本発明における単相誘導モータは、磁極の数とロータティースの数とが上記関係式のいずれかを満足することで、振動および騒音が抑えられる。 In the single-phase induction motor according to the present invention, vibration and noise are suppressed when the number of magnetic poles and the number of rotor teeth satisfy any of the above relational expressions.
本明細書では、図1に示すモータ1の中心軸J1方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、中心軸J1に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
In the present specification, the upper side in the direction of the central axis J1 of the
図1は、本発明の例示的な一の実施形態に係る単相誘導モータ1(以下、「モータ1」という。)を示す縦断面図である。モータ1は、好ましくは、扇風機、送風機、空気洗浄機または空気調和装置に用いられる。モータ1は、インナロータ型である。単相交流が入力されることにより、モータ1の回転部3が回転する。モータ1は、静止部2と、回転部3と、軸受部4と、を備える。軸受部4は、中心軸J1を中心に回転部3を静止部2に対して回転可能に支持する。軸受部4は、第1玉軸受41と、第2玉軸受42とから構成される。第2玉軸受42は、回転部3の軸方向上側、第1玉軸受41は、回転部3の軸方向下側に配置される。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a single-phase induction motor 1 (hereinafter referred to as “
静止部2は、ステータ21と、ハウジング22とを備える。ステータ21は、後述するロータコア32の径方向の外側に配置される。ステータ21は、環状のコアバック211と、複数のステータティース212と、複数のコイル213と、を備える。複数のステータティース212は、コアバック211の内周面から中心軸J1に向かって延びる。コイル213は、複数のステータティース212の各々に集中巻きの形式にて装着される。巻線の形式は、集中巻きと分布巻きの形式に大別される。複数のステータティースに跨って導線が巻かれる分布巻きに対して、集中巻きは、一つのステータティースに集中的に導線が巻かれることでコイル213が形成される。複数のコイル213は、複数の主コイル214と、複数の補助コイル215とを備える。連続する導線が1つおきのステータティース212に対して正転巻回と逆転巻回とを交互に構成されるコイルは、主コイル214である。主コイル214が巻回されたステータティース212の間に位置する一つおきのステータティース212に対して、連続する導線が正転巻回と逆転巻回とを交互に構成されるコイルが、補助コイル215である。主コイル214を、正転巻回で巻き始めたとき、隣り合うステータティース212に巻かれる補助コイル215の巻き始まりは、逆転巻回となる。主コイル214と補助コイル215とは、異なる導線が用いられる。すなわち、複数のコイル213は、2本の連続する導線から構成される。
The
通常の単相誘導モータと同様に、モータ1はコンデンサを備えている。コンデンサにより主コイル214に流れる交流電流の位相は、補助巻線に流れる交流電流に対して90°位相がずれている。これにより、ステータ21の内側に回転磁界が生じ、回転部3が回転する。
Similar to a normal single-phase induction motor, the
ハウジング22は、上ハウジング221と、下ハウジング222とを備える。上ハウジング221と、下ハウジング222とは、軸方向において対向し、嵌め合うことによって固定される。ハウジング22は、ステータ21を全周に亘って覆う。上ハウジング221は、第1軸受保持部2211を備える。第1軸受保持部2211は、中心軸J1と同軸上に配置され、上ハウジング221の蓋部から軸方向に延びる円筒状の部位である。第1玉軸受41は、第1軸受保持部2211に保持される。下ハウジング222は、第2軸受保持部2221を備える。第2軸受保持部2221は、中心軸J1と同軸上に配置され、下ハウジング222の底部から軸方向に延びる円筒状の部位である。第2玉軸受42は、第2軸受保持部2212に保持される。
The
図2は、回転部3の斜視図である。回転部3は、シャフト31と、ロータコア32と、エンドリング33と、を備える。シャフト31は、第1玉軸受41および第2玉軸受42により、中心軸J1を中心として回転可能に支持される。シャフト31の出力端は、第2軸受保持部2212の開口から下方に突出する。ロータコア32は、磁性板であるラミネーションを積層することにより形成される積層体である。ロータコア32は、ステータ21の径方向内側に配置される。エンドリング33は、ロータコア32の上下の面に環状に設けられる。ロータコア32を構成するそれぞれのラミネーションは、複数のロータティース322を備える。複数のロータティース322は、円環状のバックヨーク321から径方向外方に延び、周方向に等間隔に配置されている。複数のロータティース322は、径方向外端において周方向に延びるロータアンブレラ部323を有している。隣り合うロータティース322のアンブレラ部は、周方向に対向しており、間にはロータスロットオープン324を有している。複数のロータティース322の間には、ロータスロットオープン324からバックヨーク321にかけて複数の間隙325が存在する。
FIG. 2 is a perspective view of the rotating unit 3. The rotating unit 3 includes a
図3は、ロータコアの平面図である。複数のラミネーションは、図3に示されているように、ロータスロットオープン324が周方向に所定の角度だけ位相がずれた状態で積層され、ロータコア32が構成される。つまり、ロータコア32は、スキューがかけられた状態にてラミネーションが積層されて構成されている。間隙325の下端321aが、隣の間隙325の上端321bの軸方向真下に配置されている場合を1.0スキューとする。
FIG. 3 is a plan view of the rotor core. As shown in FIG. 3, the plurality of laminations are laminated in a state where the rotor slot open 324 is out of phase by a predetermined angle in the circumferential direction, thereby forming the
ロータコア32には、アルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成されたエンドリング33が、アルミダイカストにおけるインサート成型にて一体成型される。エンドリング33は、ロータコア32の上下に位置する2つのリング331と、2つのリング331を軸方向に繋ぐ複数の柱332と、で構成される。ラミネーションのそれぞれの間隙325に複数の柱332のうちの一つが位置する。エンドリング33は、ダイカストにて成型されるため、間隙325内に柱332の材料となるアルミニウムもしくはアルミニウム合金が充填されて構成されている。つまり、ロータコア32とエンドリング33は、密着した様態で構成されるため、高い剛性である。エンドリング33がロータコア32内に充填された金属と繋がることにより、かご形回転子が構成される。
An
図4は、展開状態のステータ21の平面図である。図4における左方向を径方向外方、上方向を周方向とする。ステータ21は、複数のコア60の集合群である。複数のコア60のそれぞれは、1つのティース部61と、コアバック部621と、を備える。コアバック部621は、コアバック211の1/8の部位である。複数のコアバック部621は、およそ直線状に並んでいる。ティース部61は、それぞれのコアバック部621からコアバック部621に対して垂直な方向に伸びている。さらに、ティース部61は、先端において、ティース部61の垂直方向に伸びるステータアンブレラ部622を有する。ステータアンブレラ部622は、ティース部61から離れるに従い、コアバック部621から離れる方向に湾曲している。つまり、アンブレラ部622の先端は、円弧状である。
FIG. 4 is a plan view of the
互いに隣接するコアバック部621は、微小な連結部623にて連結される。図4に示すステータ21を連結部623にて折り曲げることにより、環状のステータ21が形成される。図4の両端のコアバック部621は、溶接にて接合される。ステータ21を環状にすると、連結部623は、コアバック部621のほぼ径方向外側かつ周方向両側(ただし、最も端に位置するコア60のコアバック部621に関しては片方のみ)に位置する。アンブラレラ要素622と、隣り合うステータアンブレラ部622との間には、間隙がある。この間隙をステータスロットオープン624とする。複数のステータアンブレラ部622とステータスロットオープン624とで仮想円を形成する。この仮想円の径をステータ内径70とする。また、環状のコアバック211の外径をステータ外径80とする。
The core back
図5は、コア60の拡大図である。以下、図5の下側を径方向内側とし、上側を径方向外側とする。コアバック部621の図6の左右両側、すなわち、隣接するコアバック部621と対向する側面651は、連結部622の径方向内側に位置する。ステータ21を環状とすることにより、隣接するコアバック部621の互いに対向する側面651は、実質的に接触する。以下、側面651を、「合わせ面」という。合わせ面651は平面である。合わせ面651同士が接触することにより、コアバック211における磁路が形成される。以下の説明では、コアバック部621の径方向外側、すなわち、ティース部61とは反対側の面653を「外面」といい、径方向内側、すなわち、ティース部61側の面654を「内面」という。
FIG. 5 is an enlarged view of the
図6は、連結部622近傍の拡大図である。コアバック部621の外面653は略平面であるが、連結部622近傍において、僅かにティース部61側へと向かう。連結部622の径方向内側の面は、ステータ21の厚さ方向に延びる微小円筒面652(正確には、微小円筒面の一部)である。合わせ面651は、微小円筒面652から、ティース部61側に向かって延びる。微小円筒面652と合わせ面651とは、滑らかに接続される。ステータ21を環状にして、合わせ面651同士を重ねると、合わせ面651は径方向に延びる。
FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the connecting
コアバック部621の外面653は、周方向において、すなわち、図5に示す展開状態における左右方向において、70%以上が平面であることが好ましい。これにより、全体が円筒面状である場合に比べて、同じ量の磁性板から、ステータ21を構成する磁性板部品をより多く得ることができる。外面653の平面は、ティース部61の延びる方向に対して垂直であることが好ましい。コアバック部621では、内面654は、ティース部61の周方向両側に広がる平面である。これにより、さらに効率よく、ステータ21を構成する磁性板部品を得ることができる。内面654全体が平面である必要はなく、内面654は、ティース部61の周方向両側に広がる平面および他の面を含むものでもよい。
The
外面653は、径方向に対しておよそ垂直に広がる平面を含むのであれば、この平面は必ずしもティース部61の延びる方向に正確に垂直である必要はない。また、外面653は、平面を含まなくてもよい。外面653の一部(特に、ティース部61とは反対側の部位)が、中心軸J1を中心とする円筒面であってもよい。ステータ21の外接円すなわち、コアバック211の外径よりも外面653の一部が、径方向内側に位置することにより、プレスにて打ち抜く際の材料の使用効率を向上することができる。
As long as the
ティース部61の両側において、コアバック部621の径方向の最小幅W1は、ティース部61の周方向の最小幅W2以上である。ここで、コアバック部621の径方向の幅とは、正確には、コアバック部621の略径方向の幅を指し、外面653の1点から最短の内面654の1点までの距離を指す。また、コアバック部621の径方向の最小幅は、合わせ面651を含まない部位における最小幅を意味する。ティース61の周方向の最小幅は、正確には、ステータ21の中心軸J1およびティース61の中心軸に垂直な方向における最小幅を指す。
On both sides of the
集中巻きの単相誘導モータの場合、ステータティース212を流れる最大磁束と、コアバック211を流れる最大磁束とは理論上等しい。したがって、コアバック211の最小幅をステータティース212の最小幅よりも小さくすると、磁束がコアバック211から漏れ出す虞がある。あるいは、ステータティース212がコアバック211に対して必要以上に太くなり、インナロータ型の場合、ステータティース212の配置スペースを確保するためにステータ21が大型化する。これに対し、図6のステータ21では、コアバック最小幅W1がティース最小幅W2以上であるため、上記問題は生じない。
In the case of a concentrated winding single-phase induction motor, the maximum magnetic flux flowing through the
コアバック最小幅W1とティース最小幅W2との上記関係は、ステータ21の厚さが一定の場合に成り立つ。ステータ21の厚さが一定でない場合は、コアバック部621の最小断面積がティース部61の最小断面積以上であることにより、磁束がコアバック211から漏れ出すことが防止される(磁束の漏れの低減を含む。以下同様)。これにより、モータ1の動作効率の低下を防止することができる。コアバック部621の最小断面積とは、正確には、コアバック部621のティース部61の両側の部位において、軸方向に平行な任意の面によるコアバック部621の最小断面積である。もちろん、合わせ面651と交差する断面は除かれる。さらに換言すれば、外面653と内面654の双方と交差する断面であって軸方向に平行な断面のうち最小のものをいう。また、ティース部61の最小断面積とは、正確には、軸方向に平行な任意の面であって、ティース部61の周方向の両側の側面と交差する面による最小断面積である。通常、巻線が行われる部位の径方向に垂直な断面の面積である。
The above relationship between the core back minimum width W1 and the teeth minimum width W2 holds when the thickness of the
コアバック211は、外面653に軸方向に延びるステータ溝655、を備える。ステータ溝655は、巻線機にてコイル213を形成する際のステータ21の位置決めに利用される。コアバック部621のティース部61の両側に広がる面である内面654と、ステータ溝655との間の最短距離はW3、ティース部61の周方向の最小幅W2以上である。これにより、ティース部61とコアバック部621との間においても磁束の漏れを防止することができ、モータ1の動作効率の低下を防止することができる。最短距離W3とティース最小幅W2との上記関係は、ステータ21の厚さが一定の場合ものである。ステータ21の厚さが一定でない場合は、ステータ溝655と交差するコアバック部621の最小断面積が、ティース部61の上述の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れが防止される。これにより、モータ1の動作効率の低下が防止される。なお、コアバック部621の最小断面積は、正確には、軸方向に平行かつステータ溝655および内面654と交差する任意の断面におけるコアバック部621の最小断面積を指す。
The core back 211 includes a
ステータ21では、平面視した場合の合わせ面651の長さが、ティース部61の周方向の幅W2よりも大きい。合わせ面651の範囲は、ステータ21を環状にした際に実質的に接触する範囲である。ステータ21を環状にした場合に合わせ面651が径方向に対して傾斜する場合は、合わせ面651の長さとは、合わせ面651の中心および中心軸J1を通る径方向に延びる面に、合わせ面651を投影した場合の長さを指すものとする。コアバック部621では、合わせ面651の長さをティース最小幅W2以上とすることにより、合わせ面651の位置での磁束の漏れを抑制することができる。
In the
合わせ面651の長さとティース最小幅W2との上記関係も、ステータ21の厚さが一定である場合のものである。ステータ21の厚さが一定でない場合は、合わせ面651の面積が、ティース部61の上述の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れが抑制される。ステータ21を環状にした場合に合わせ面651が径方向に対して傾斜する場合は、合わせ面651の面積とは、合わせ面651の中心および中心軸J1を通る径方向に延びる面に、合わせ面651を投影した場合の面積を指すものとする。なお、コアバック部621が直線状の場合、コアバック部621の最小断面積は、合わせ面651の面積よりも大きい場合もあれば、小さい場合もある。特に、図6と異なり、内面654が中心軸J1を中心とする円筒面の一部である場合は、コアバック部621の最小断面積は合わせ面651の面積よりも小さくなる可能性が高い。
The above relationship between the length of the
図7は、ステータの平面図である。ステータ内径70は、ステータ外径80の半分以下の値となることが望ましい。特に、ステータの内径70と、ステータ外径80との関係を、ステータ内径=ステータ外径/2×(0.88〜0.99)とすることで、トルクを向上させることができる。また、ロータコア32の径の値は、ステータ外径×0.47以上の値となることが望ましい。
FIG. 7 is a plan view of the stator. It is desirable that the stator
ロータコア32を小さくしていくと、相対的にステータ21の表面積が大きくなるため、ステータ21からの磁束量が増していく。一方で、ロータコア32の径を小さくしすぎると、ロータコア32の導体の二次抵抗が大きくなる。そのため、効率よくロータコア32は回転しない。
As the
図8は、ステータティース212が8本、ロータティース322が14本であるときの磁路ループを示した概略図である。回転中のロータコア32の任意時間における、磁路ループを矢印で表している。また、複数のコイル213を点線で表している。上述したコイルの巻き方により、主コイル214と、主コイル214に隣り合うどちらか一方の補助コイル215aは、同一の巻回方向となる。したがって、主コイル214と、補助コイル215aに電流が流れると、主コイル214と、補助コイル215aは、同一の磁極となる。すなわち、主コイル214と、補助コイル215aとで1つの磁極を構成している。また、主コイル214と、主コイル214と隣り合う他方の補助コイル215bとは、1つの磁路ループを作り出す。このとき、磁極の数とは、ステータ21に分布する磁極の数のことを指す。そのため、図8では、磁極の数は、4つとなる。また、磁路ループの数は、4つとなる。極対数とは、磁極のSとNとの対の数を示す。したがって、極対数は、2つとなる。
FIG. 8 is a schematic view showing a magnetic path loop when there are 8
磁路ループは、第1ステータティース2121→ 第1ロータティース3221 → バックヨーク321 → 第2ロータティース3222→ 第2ステータティース2122 → コアバック211を磁束が通る閉ループである。説明の便宜上、ステータ21からロータコア32への磁束の流れに関わるステータティース212、ロータティース322を、第1ステータティース2121、第1ロータティース3221とする。ロータコア32からステータ21への磁束の流れに関わるステータティース212、ロータティース322を、第2ステータティース2122、第2ロータティース3222とする。
The magnetic path loop is a closed loop through which the magnetic flux passes through the
磁路1は、第1ステータティース2121の中央から第1ロータティース3221の中央を結んでおり、実線で示している。磁路2は、第1ステータティース2121の中央から間隙325の中央3211を結んでおり、点線で示している。一つの磁路ループに着目すると、第1ステータティース2121および第2ステータティース2122の径方向内側には、ロータティース322が位置している。このとき、第1ステータティース2121の径方向内側に位置するロータティース322と第2ステータティース2122の径方向内側に位置するロータテティース322とでは、周方向の位置が異なる。つまり、主コイル214、補助コイル215に電流を流した際に生ずる磁束の流れ方が、第1ステータティース2121の径方向内側に位置するロータティース322と、第2ステータティース2122の径方向内側に位置するロータティース322と、で磁束の流れ方が異なる。磁路1と磁路2とで、磁束の流れ方が異なる。図7を見ると、同じ磁路ループになる磁路1は、中心軸J1を中心とする180度の位置に現れ、磁路2も、同様に中心軸J1を中心とする180度の位置に現れる。
The
ロータコア32の回転時には、各々のステータティース212に対してトルクが発生する。このトルクの変動をトルクリップルと呼ぶ。合成したトルクリップルとは、ステータティース212それぞれに発生したトルクリップルを合成したものを指す。図7の実施例の場合、同じ磁路ループは、中心軸J1を中心とする180度回転するごとに現れる。同じ磁路ループが、中心軸J1を中心とする180度の位置に現れるため、部分的な磁力の偏りが生じない。一方で、磁路ループの結び方が、全周に亘って異なる場合、部分的に磁力の偏りが生じるため、ラジアル方向の振動が発生する。また、各々のステータティース212に発生するトルクリップルが異なるため、合成したトルクリップルも大きくなる。すなわち、磁路ループが、180度回転するごとに現れ、互いのトルクリップルが打ち消しあうことによって、ラジアル方向の振動を低減することができる。
When the
また、磁路1と、磁路2とは、中心軸J1を中心とする90度ごとに現れている。これは、互いのトルクリップルが打ち消しあう条件のとき、複数の磁路ループが生じていることを意味する。一方で、1つの種類の磁路ループによって、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件がある。しかしながら、この場合では、ステータティース212に発生するトルクが大きくなるときもある。その結果、互いのトルクリップルを打ち消しあうときと、互いのトルクリップルを打ち消しあわないときと、ステータティース212に生じるトルクの変動幅は、大きくなる。その結果、合成したトルクリップルの脈動が大きくなる。合成したトルクリップルの脈動は、ロータコア32の回転速度のムラになり、振動及び騒音の原因となる。互いのトルクリップルが打ち消しあう条件のとき、複数の磁路ループが生じるとき、ステータティース212に生じるトルクの変動幅は、小さくなる。
Moreover, the
合成したトルクリップルを小さくするためには、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件かつ、トルクの変動幅を小さくする条件が必要とある。言い換えれば、合成したトルクリップルを小さくするためには、互いのトルクリップルを打ち消しあうとき、複数の磁路ループが形成される必要がある。その結果、回転時における磁力の偏りによるラジアル方向の振動及び合成したトルクリップルの脈動による振動を低減することができる。 In order to reduce the synthesized torque ripple, it is necessary to have a condition for canceling each other's torque ripple and a condition for reducing the torque fluctuation range. In other words, in order to reduce the synthesized torque ripple, it is necessary to form a plurality of magnetic path loops when canceling each other's torque ripple. As a result, it is possible to reduce radial vibration due to magnetic force bias during rotation and vibration due to the pulsation of the synthesized torque ripple.
図9は、ステータティース212が12本、ロータティース322が21本であるときの磁路のループを示した概略図である。磁極の数は、6であり、極対数は、3となる。このとき、同様の磁路ループの種類は、2種類である。磁路1を実線、磁路2を点線で示している。磁路1は、第1ステータティース2121の中央から第1ロータティース3221の中央を結んでいる。磁路2は、第1ステータティース2121の中央から間隙325の中央3211を結んでいる。磁路1及び磁路2は、反時計回りに順番に並んでいる。すなわち、磁路1及び磁路2は、中心軸J1を中心とする120度等配で位置している。この場合においても、互いのトルクリップルを打ち消しあう。そのため、全周に亘って、回転磁束の磁力の偏りが生じない。また、複数の磁路ループが生じているため、ステータティース212に生じるトルクの変動幅は、小さくなる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a loop of a magnetic path when there are 12
図10は、ステータティース212が12本、ロータティース322が22本であるときの磁路のループを示した概略図である。磁極の数は、6であり、極対数は、3となる。このとき、同様の磁路ループの種類は、3種類である。磁路1を実線、磁路2を点線、磁路3を一点鎖線で示している。磁路1は、第1ステータティース2121の中央から第1ロータティース3221の中央を結んでいる。磁路2は、間隙325の中央3211から第2ステータティース2122の中央を結んでいる。磁路3は、第1ステータティース2121の中央から第1ロータティース3221の中央からずれた位置を結んでいる。このとき、磁路1、磁路2及び磁路3は、反時計周りに順番に並んでいる。磁路1、磁路2及び磁路3は、中心軸J1を中心とする180度等配で位置している。したがって、回転磁束の磁力の偏りが生じない。したがって、モータの駆動時における振動及び騒音の低減が可能となる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a loop of the magnetic path when there are 12
極対数が2である場合、同じループを結ぶ磁路は、中心軸J1を中心とする180度等配で位置する。極対数が3である場合、同じ磁路を結ぶループの分布は、中心軸J1を中心とする120度等配及び180度等配に分けられる。中心軸J1を中心とする180度等配の方が、中心軸J1を中心とする120度等配よりも、トルクの変動幅が小さくなる。これは、互いのトルクリップルを打ち消しあうとき、磁路ループの結び方の種類が3つ分かれているためである。その結果、より振動及び騒音の低減が可能となる。 When the number of pole pairs is 2, the magnetic paths connecting the same loops are positioned at an equal distribution of 180 degrees with the central axis J1 as the center. When the number of pole pairs is 3, the distribution of loops connecting the same magnetic path is divided into 120 degree equidistant and 180 degree equidistant centered on the central axis J1. The 180 degree equidistant centering on the central axis J1 has a smaller torque fluctuation range than the 120 degree equidistant centering on the central axis J1. This is because there are three types of magnetic path loop connection methods when canceling each other's torque ripple. As a result, vibration and noise can be further reduced.
図11は、合成したトルクリップルが小さくなる磁極の数と、ロータティース322の数とを表にまとめている。
FIG. 11 summarizes the number of magnetic poles with which the synthesized torque ripple is reduced and the number of
上述のような、合成したトルクリップルを小さくするために、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件かつ、トルクの変動幅を小さくする条件は、以下の関係式のいずれかを満足する。
(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)・・・(数式1)
磁極の数が6以上のとき、(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)+1・・・(数式2)
磁極の数が6以上のとき、(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)−1・・・(数式3)
ただし、nは0を含まない自然数とする。
In order to reduce the combined torque ripple as described above, the conditions for canceling each other's torque ripple and the conditions for reducing the torque fluctuation range satisfy either of the following relational expressions.
(Number of rotor teeth) = (Number of pole pairs) × (2n−1) (Formula 1)
When the number of magnetic poles is 6 or more, (number of rotor teeth) = (number of pole pairs) × (2n−1) +1 (Expression 2)
When the number of magnetic poles is 6 or more, (number of rotor teeth) = (number of pole pairs) × (2n−1) −1 (Equation 3)
However, n is a natural number not including 0.
また、ステータティース212の数が多いほど、ステータティース212からの漏れ磁束が減少する。そのため、誘起電圧波形の乱れが小さくなり、モータ効率の向上につながる。
Further, as the number of
本実施形態では、ステータティース212が8本であるとき、ロータコア32のスキューは、0.6〜1.2スキューをとる。すなわち、中心軸J1とロータティース322とがなす角度は、約15度〜約31度となることが望ましい。ステータティース212が12本であるとき、ロータコア32のスキューは、1.2スキューをとる。すなわち、中心軸J1とロータティース322とがなす角度は、約21度となることが望ましい。ロータコア32にスキューを設けることにより、ステータティース212の高調波による高調波トルクを抑制することができる。したがって、トルクリップルの乱れが小さくなる。そのため、振動、騒音を低減することができる。
In the present embodiment, when the number of
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、上記実施形態において、コアバック211は円環状であってもよい。この場合においても、コアバック部621の最小断面積がティース部61の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れを防止し、モータの動作効率の低下を防止することができる。コア60の数は12でもよく、さらに多くてもよい。単相誘導モータの場合、原則として、コア60の数は4の倍数となる。コア60の数が8または12の場合に、外面653を略平面とすることにより、磁性板の使用効率が特に向上する。
For example, in the above embodiment, the core back 211 may be annular. Even in this case, since the minimum cross-sectional area of the core back
上記実施形態において、ロータコア32は、間隙325内に導線が巻回される巻線型ロータであってもよい。また、銅もしくは銅合金で形成されたエンドリング33が、ダイカストにおけるインサート成型にて一体成型されてもよい。つまり、エンドリング33は、電導体であれば、種々の材料が用いられても良い。
In the embodiment described above, the
軸受部4は、玉軸受41,42には限定されない。例えば、スリーブ状の軸受部が利用されてもよい。
The bearing
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above embodiment and each modification may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
本発明は、様々な用途のモータとして利用することができ、特に、扇風機、送風機、加湿器、給湯器、空気調和機、レンジフード用のモータに適している。 The present invention can be used as a motor for various applications, and is particularly suitable for a motor for a fan, a blower, a humidifier, a water heater, an air conditioner, and a range hood.
2 静止部
3 回転部
4 軸受部
21 ステータ
211 コアバック
212 ステータティース
213 コイル
214 主コイル
215 補助コイル
216 渡り線
22 ハウジング
221 上ハウジング
222 下ハウジング
2211 第1軸受保持部
2221 第2軸受保持部
31 シャフト
32 ロータコア
33 エンドリング
321 バックヨーク
322 ロータティース
323 ロータアンブレラ部
324 ロータスロットオープン
325 間隙
41 第1玉軸受
42 第2玉軸受
5 インシュレータ
2121 第1ステータティース
2122 第2ステータティース
3221 第1ロータティース
3222 第2ロータティース
3211 間隙の中央
2 Static part 3
Claims (3)
ステータを備える静止部と、
前記回転部を前記静止部に対して中心軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、
を備え、
前記ステータは、磁性板を積層して形成され、
環状のコアバックと、
前記コアバックから径方向内方に延びる複数のステータティースと、
前記複数のステータティースの各々に集中巻きの形式にて装着された複数のコイルと、
を備え、
前記複数のコイルは、連続する導線を1つおきのステータティースに巻回方向を反転しつつ巻き付けた主巻線により形成される複数の主コイルと、
連続する導線を、前記1つおきのステータティースの間に位置するステータティースに巻回方向を反転しつつ巻き付けた補助巻線により形成される複数の補助コイルと、
を備え、
前記ロータコアは、バックヨークと、複数のロータティースとを備え、
前記複数のロータティースは、前記バックヨークから径方向外方に向って延び、かつ周方向において等間隔に並び、
前記ステータに分布する複数の磁極のSとNとの対の数を極対数とすると、
前記ロータティースの数と、前記極対数とは以下の関係式のいずれかを満足する単相誘導モータ。
(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)、
磁極の数が6以上のとき、(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)+1もしくは、
(ロータティースの数)=(極対数)×(2n−1)−1
nは0を含まない自然数とする。 A rotating part comprising a shaft and a rotor core;
A stationary part comprising a stator;
A bearing portion that rotatably supports the rotating portion with respect to the stationary portion about a central axis;
With
The stator is formed by laminating magnetic plates,
An annular core back,
A plurality of stator teeth extending radially inward from the core back;
A plurality of coils mounted in a concentrated winding manner on each of the plurality of stator teeth;
With
The plurality of coils are a plurality of main coils formed by winding main conductors wound around every other stator teeth while reversing the winding direction;
A plurality of auxiliary coils formed by auxiliary windings in which continuous conductors are wound around the stator teeth positioned between the other stator teeth while reversing the winding direction;
With
The rotor core includes a back yoke and a plurality of rotor teeth.
The plurality of rotor teeth extend radially outward from the back yoke and are arranged at equal intervals in the circumferential direction,
When the number of pairs of S and N of a plurality of magnetic poles distributed in the stator is the number of pole pairs,
The single-phase induction motor in which the number of rotor teeth and the number of pole pairs satisfy one of the following relational expressions.
(Number of rotor teeth) = (number of pole pairs) × (2n−1),
When the number of magnetic poles is 6 or more, (number of rotor teeth) = (number of pole pairs) × (2n−1) +1 or
(Number of rotor teeth) = (number of pole pairs) × (2n−1) −1
n is a natural number not including 0.
ステータティースの数は、8本であり、
ロータティースと中心軸とのなす角度が、15度〜31度であることを特徴とする。 In the motor according to claim 1,
The number of stator teeth is 8,
The angle formed between the rotor teeth and the central axis is 15 to 31 degrees.
ステータティースの数は、12本であり、
ロータティースと中心軸とのなす角度が、21度であることを特徴とする。 In the motor according to claim 1,
The number of stator teeth is 12,
The angle formed by the rotor teeth and the central axis is 21 degrees.
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