JP2004032984A

JP2004032984A - 誘導電動機

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Publication number: JP2004032984A
Application number: JP2003041238A
Authority: JP
Inventors: Kenji Narita; 成田　憲治; Takushi Fujioka; 藤岡　琢志; Yusuke Kikuchi; 菊地　祐介; Akihiro Ito; 伊藤　彰浩; Yoichi Tanabe; 田邉　洋一; Yuji Soma; 相馬　裕治; Ken Maeyama; 前山　研; Michihiro Shibamoto; 芝本　道宏; Nopporn Jirojjaturonn; ノポーン　ジロッジャローン; Chanaporn Thanathitipong; チャナポーン　シャナシティパン
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: CN100377477C; CN1455498A; KR20030085502A; US20030201686A1; US6819026B2; JP4158024B2

Abstract

【課題】ラジアルエアギャップ型の誘導電動機において、２層エアギャップ構造により、トルク／（電流の２乗）の比を大きくして高効率化を図る。
【解決手段】円筒形の外周側ステータ１と内周側ステータ２との間にロータ３を配置して２層のラジアルエアギャップを有する構造とする。外周側ステータ１および内周側ステータ２には巻線６，７を施す歯１ｂ，２ｂを設け、ロータ３にはかご型形巻線の導体３ａおよびエンドリング３ｂを設ける。外周側ステータ１および内周側ステータ２の各歯１ｂ，２ｂにはロータ３に対して必要な回転磁界を発生させるために巻線６，７を施す。その回転磁界の中の導体３ａには誘導電流が流れ、この回転磁界とその誘導電流との相互作用により、導体３ａには回転力が発生する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエアコンのファンモータなどとして利用されるラジアルエアギャップ型の誘導電動機に関し、さらに詳しく言えば、２つの固定子（ステータ）を有し、それらの間に回転子（ロータ）を配置して２層のラジアルエアギャップを備える誘導電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機の多くは、回転磁界を発生する１つの固定子（ステータ）の内側に１つの回転子（ロータ）を配置したインナーロータ型を採用している。ステータには、回転磁界を発生するための巻線が施されているが、ロータには、誘導電流を発生させるためのかご型巻線が施されている。
【０００３】
この誘導電動機によれば、ロータをステータによる回転磁界の中に置くと、ロータのかご型巻線に誘導電流が流れ、その回転磁界と誘導電流の両者の相互作用によりかご型巻線に回転力（トルク）が働き、ロータが回転する。このような誘導電動機は簡便性、経済性の観点から家電製品や産業機械に多く利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の誘導電動機にあっては、小型になるほど出力の割に損失が大きくなり、効率が低下する傾向にあり、しかも、その極数が多くなるほど、その効率低下の傾向が強くなる。
【０００５】
効率，損失，出力および入力の間には、次式のような関係がある。
効率＝出力／入力＝出力／出力＋損失……（１）
したがって、効率を上げるためには、損失を低減すればよいことが分かる。
【０００６】
誘導電動機において、損失には次のようなものがある。
▲１▼一次銅損（ステータ巻線抵抗損）
▲２▼二次銅損（ロータ巻線抵抗損）
▲３▼鉄損（ヒステリシス損）
▲４▼鉄損（うず電流損）
▲５▼機械損（軸受損，風損など）
▲６▼漂遊負荷損
【０００７】
これらの中で大きい比率を占めるのは、▲１▼の一次銅損と▲２▼の二次銅損である。従来の誘導電動機で、これらの銅損を減らそうとすると、ステータコアを大きくし溝面積を増やして線径の太い巻線を巻き込んで抵抗損を減らしたり、コータコアの外径を大きくして小さな誘導電流でも、同じトルクを出せるようにするなどの方法を採らなければならない。しかしながら、これらの方法では、大幅な材料費の上昇を招くことになるため、好ましくない。
【０００８】
一般に、モータの出力方程式は次式（２）で表される。
出力＝Ｋ_１・Ｄ^２・Ｌ・Ｂｍ・Ａｃ・ｎ……（２）
ここで、Ｋ_１は定数，Ｄはラジアルエアギャップの直径，Ｌはコア長さ，Ｂｍはエアギャップの平均磁束密度，Ａｃはアンペア導体数，ｎは回転速度である。
【０００９】
誘導電動機の場合、エアギャップの平均磁束密度Ｂｍはアンペア導体数Ａｃにほぼ比例するので、上記の式（２）は次式（３）のように表すことができる。
出力＝Ｋ_２・Ｄ^２・Ｌ・Ｂｍ^２・ｎ……（３）
なお、Ｋ_２は定数である。
【００１０】
次に、損失とエアギャップの平均磁束密度Ｂｍとの関係を考えて見る。電流Ｉと最大磁束密度Ｂとはほぼ比例する。アンペア導体数Ａｃは電流Ｉにほぼ比例し、エアギャップの平均磁束密度Ｂｍは最大磁束密度Ｂにほぼ比例するため、上記▲１▼の一次銅損（電流Ｉ^２・巻線抵抗）は、Ｂｍ^２にほぼ比例すると見てよい。また、上記▲２▼の二次銅損は、（ロータ巻線に流れる二次電流）^２・二次抵抗であり、その二次電流はＢｍにほぼ比例するため、上記▲２▼の二次銅損は、Ｂｍ^２にほぼ比例するということができる。
【００１１】
上記▲３▼の鉄損（ヒステリシス損）および上記▲４▼鉄損（うず電流損）はＢ^２、すなわちＢｍ^２にほぼ比例することは周知のとおりである。残りの損失である上記▲５▼の機械損（軸受損，風損など）と上記▲６▼の漂遊負荷損は、全損失に占める割合は小さいとみなせるので、全損失はＢｍ^２にほぼ比例するということができる。
【００１２】
効率を大幅に向上させるには、損失を可能なかぎり減らす必要がある。損失とエアギャップの平均磁束密度Ｂｍの二乗はほぼ比例するため、損失を大幅に減らすにはＢｍ^２を大幅に減らせばよいことになる。ところが、Ｂｍ^２を減らすと出力もそれに比例して減ってしまうことになるため、出力を補償する手段を講ずる必要が出でくる。
【００１３】
そのための方法として、（ラジアルエアギャップの直径Ｄ）の二乗×コア長さＬをＢｍ^２が少なくなった分だけ増やしてやることにより、（Ｂｍ^２）×（Ｄ^２・Ｌ）が不変となるため、出力を一定に保つことができる。しかしながら、従来の誘導電動機で（Ｄ^２・Ｌ）を大きくしようとすると、コアサイズ（体格）が大きくなるため、不経済である。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、小出力においても、そのコアサイズ（体格）を大きくさせることなく、誘導電動機の効率を大幅に向上させることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ラジアルエアギャップを備えている誘導電動機において、最外径部の固定子（外周側ステータ）と最内径部の固定子（内周側ステータ）との間に、回転子（ロータ）を配置して２層のエアギャップを有する構造とし、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータには、上記ロータに対して回転磁界を発生する巻線を施し、上記ロータには、かご型巻線を施してなることを特徴としている。
【００１６】
このように、ラジアルエアギャップを２層とし、その各々のラジアルエアギャップの直径をできるだけ大きくすることにより、大幅に（Ｄ^２・Ｌ）を大きくすることができるため、Ｂｍ^２も大幅に低減でき、これに伴って損失を大幅に減らすことが可能となる。したがって、コアサイズ（体格）を大きくすることなく、効率を向上させることができる。ラジアルエアギャップを２層とした場合の出力方程式は次式（４）によって表される。
出力＝Ｋ_２・（Ｄｏ^２＋Ｄｉ^２）・Ｌ・Ｂｍ^２・ｎ……（４）
式中、Ｄｏは外側のラジアルエアギャップの直径で、Ｄｉは内側のラジアルエアギャップの直径である。
【００１７】
上記外周側ステータと内周側ステータのスロットは同じ数もしくは異る数であり、上記ロータのスロットは素数×２もしくは素数×４の数であるとよい。これにより、かご形巻線のロータが誘導電動機にとって適切なものになる。
【００１８】
上記外周側ステータの内周側に施す巻線のピッチと内周側ステータの外周側に施す巻線のピッチを同じピッチもしくは異なるピッチにするとよい。これにより、使用目的などに適した誘導電動機が実現される。
【００１９】
本発明によれば、上記外周側ステータと内周側ステータは、ともに同数もしくは異なる数のスロットを有して相対的に空間的位相角を電気角でπ／２ずらし、外周側ステータの内周側に設けた歯には集中巻で主巻線および補助巻線を施し、内周側ステータの外周側に設けた溝には分布巻または全節巻で主巻線と補助巻線を施して、各ステータに回転磁界を発生させ、該回転磁界によりロータのかご型巻線に誘導電流が流れるコンデンサ誘導電動機とすることができる。
【００２０】
図４ないし図６を参照して、本発明によれば、上記外周側ステータの１２スロットを構成する歯には、それぞれ主巻線および補助巻線を交互に施すとともに、その主巻線および補助巻線がそれぞれ隣接同士で逆向きの磁束を発生するように直列に接続する。一方、上記内周側ステータの１２スロットを構成する溝には、２スロットピッチの主巻線および補助巻線をそれぞれ３個づつ１スロット置きに順に施し、それら主巻線と補助巻線とが１スロットずらして施されるようにするとともに、それら主巻線および補助巻線がそれぞれ同じ方向の磁束を発生するように直列に接続する。そして、外周側ステータの主巻線と内周側ステータの主巻線とを直列に接続してコンデンサ誘導電動機の主巻線にするとともに、外周側ステータの補助巻線と内周側ステータの補助巻線とを直列に接続してコンデンサ誘導電動機の補助巻線とすることにより、６極のコンデンサ誘導電動機が得られる。
【００２１】
上記外周側ステータと内周側ステータは、同数のスロットを有して同外周側ステータの内周側に設けた歯と内周側ステータの外周側に設けた歯とを対向させ、その外周側ステータおよび内周側ステータの歯には、それぞれ集中巻で主巻線および補助巻線を施して各ステータに回転磁界を発生させ、該回転磁界により上記ロータのかご型巻線に誘導電流が流れるようにしたコンデンサ誘導電動機を構成するとよい。
【００２２】
図９ないし図１１を参照して、本発明によれば、上記外周側ステータの１２スロットを構成する歯にはそれぞれ６個の主巻線および補助巻線を交互に施すとともに、上記内周側ステータの１２スロットを構成する歯には外周側ステータと同様に主巻線および補助巻線をそれぞれ６個を交互に施す。外周側ステータの主巻線と内周側ステータの主巻線とが同じ向きの磁束発生状態にし、かつ、隣接する主巻線によって発生する磁束を逆向きになるように直列に接続する。外周側ステータの補助巻線と内周側ステータの補助巻線とが同じ向きの磁束発生状態にし、かつ、その隣接する補助巻線によって発生する磁束を逆向きになるように直列に接続する。外周側ステータおよび内周側ステータの主巻線を直列に接続したものをコンデンサ誘導電動機の主巻線にするとともに、外周側ステータおよび内周側ステータの補助巻線を直列に接続したものをコンデンサ誘導電動機の補助巻線にすることにより、６極のコンデンサ誘導電動機が得られる。
【００２３】
上記外周側ステータと内周側ステータは同数のスロットを有して同外周側ステータの内周側に設けた歯と内周側ステータの外周側に設けた歯とを対向させ、外周側ステータおよび内周側ステータの歯にはそれぞれ集中巻で三相巻線を施して回転磁界を発生させ、該回転磁界により上記ロータのかご型巻線に誘導電流が流れるようにした三相誘導電動機を構成するとよい。
【００２４】
図１２ないし図１４を参照して、本発明によれば、上記外周側ステータの各歯には三相の巻線をそれぞれ順次施し、上記内周側ステータの各歯には外周側ステータと同様の三相の巻線を順次施す。各相の巻線について、それぞれ外周側ステータの巻線と内周側ステータの巻線とを交互に直列に接続するとともに、それぞれ外周側ステータの巻線と相対する内周側ステータの巻線とを同じ向きの磁束発生状態にし、かつ、それぞれ隣接する巻線によって逆向きの磁束を発生するように直列に接続する。これら直列に接続した各相の巻線をＹ結線にすることにより、三相誘導電動機が得られる。
【００２５】
上記外周側ステータおよび内周側ステータはそのコアに絶縁を施した後、コイルを手入れもしくはインサータでスロットに挿入し、もしくは歯に直に巻線を施すか、あるいはステータのヨーク部にトロイダル巻線を施すとよい。このようにして、誘導電動機の特性などに合わせた巻線を用いることにより、最適な誘導電動機が得られる。
【００２６】
上記ロータは少なくともティースおよびスロットを有するコアと、同スロットを介して施したかご型巻線とから構成し、コアはプレス金型内で電磁鋼板をロータシャフトの軸方向に自動積層し、スロットには導電性金属によりかご型巻線を形成するとよい。これによれば、従来の製造装置を用いて誘導電動機を製造することができ、コスト上昇を抑えることができる。
【００２７】
上記巻線を施した外周側ステータおよび内周側ステータは熱硬化性樹脂によって一体成形し、これをブラケットの内側に固着することが好ましい。また、上記外周側ステータはブラケットの内径嵌合部に固着するとともに、内周側ステータは保持部によってブラケットの内側面に固着し、もしくはシャフトの軸受けハウジング部に固着することが好ましい。これによれば、ステータが確実にブラケットに固定されることから、誘導電動機の信頼性が向上する。
【００２８】
上記ロータコアのスロットは、外周側端もしくは内周側端をオープン形状とし、あるいはその外周側および内周側の両端をオープン形状もしくはクローズド形状としており、その一方もしくは双方をオープン形状とする場合にはコア積層シートの一部をクローズスロットのものにすることが好ましい。これにより、ロータには連続的でない、独立した歯が形成されることから、磁束の有効利用が図れ、つまりモータの高効率化が図られる。
【００２９】
上記ロータはアルミダイカスによってかご型巻線をスロットを介して形成し、エンドリングに連結して少なくとも一方のエンドリング側に継ぎ手を設けてロータシャフトに固着することが好ましい。これにより、かご型巻線の製造が容易に行え、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
また、上記ロータのコアはすべてオープンスロットとし、すべてのティースはリング状のアームで連結されている構造とすることにより、磁束がティースに集中して磁束密度が高められるため、効率をより高めることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、図１ないし図１７を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明の誘導電動機は、従来のロータヨークに相当していた部分を最内径部のステータに利用し、最外径部の外周側ステータと最内径部の内周側ステータとの間に、ロータを配置して２層のラジアルエアギャップを形成する構造とし、ステータ巻線抵抗を抑えながら磁気抵抗を抑えるように２つのステータに巻線を施し、（Ｄｏ^２＋Ｄｉ^２）・Ｌを大きくし、Ｂｍ^２を小さくすることにより、損失を大幅に低減して高効率化を実現している。
【００３２】
図１ないし図３に示すように、この誘導電動機は、最外径部の外周側ステータ１と、この外周側ステータ１の内側に配置した最内径部の内周側ステータ２と、それら外周側ステータ１と内周側ステータ２との間に配置されるロータ３と、このロータ３を中心のロータシャフト４に固定するための断面コ字形状の継手部５とを備えている。すなわち、外周側ステータ１の内周とロータ３の外周との間およびロータ３の内周と内周側ステータ２の外周との間には、それぞれエアギャップが形成される。
【００３３】
外周側ステータ１は、所定肉厚とした円筒形のヨーク部１ａの内周側に、ロータシャフト４の方向に延びた歯部１ｂを複数個（例えば１２個）円周方向に等間隔に形成するとともに、これらの歯１ｂに集中巻の巻線６を施してなる。
【００３４】
内周側ステータ２は、円柱形のヨーク部２ａの外周側に、放射状に延びた歯２ｂを複数個（例えば１２個）円周方向に等間隔に形成するとともに、これらの歯２ｂに分布巻の巻線７を複数個施してなる。なお、外周側ステータ１および内周側ステータ２のスロット数は１２個に限られるものでなく、他の数のスロット構造としてもよい。
【００３５】
ロータ３は所定肉厚の円筒形であり、ロータシャフト４の軸方向と平行ないしは適当なスキュー角を設けてなる導体（導電性金属）３ａをそのロータ３の円筒部分に等間隔に複数個（例えば２０個）配置し、それら導体３ａの両端をそれぞれエンドリング（端絡環）３ｂで連結したかご型巻線を備えている。
【００３６】
すなわち、ロータ３はヨークがなく、ティースおよびスロットからなり、各スロットは例えば楕円形，円形，台形などであり、導体３ａを収納する。導体３ａを収納するスロットの数は素数×２（１０，１４，２２，２６，３４，３８，４６など）、もしくは素数×４（２０，２８，４４など）にすることが好ましい。
【００３７】
なお、外周側ステータ１、内周側ステータ２およびロータ３の径はモータ仕様および特性などによって決定されてよい。また、外周側ステータ１および内周側ステータ２のスロット数、ステータ巻線の数、巻線ピッチおよびロータ３のスロット数についても、モータ仕様および特性などを勘案して適宜決定されてよい。
【００３８】
断面コ字形状の継手部５は、ロータ３の端部に接続する同形の円筒部５ａと、この円筒部５ａをロータシャフト４に固定する円盤部５ｂとからなり、円盤部５ｂの中心部にはボス５ｃを設け、ボス５ｃの中央には、円筒部５ａのロータコアと同心度および同軸度のとれた穴を設け、その穴を焼きばめするなどすることによって、円盤部５ｂをロータシャフト４に固定するとよい。
【００３９】
また、上記巻線６を施した外周側ステータ１および巻線７を施した内周側ステータ２は熱硬化性樹脂８によって一体化し、これをモータのブラケット（外被）９の内側に固着し、上記ロータ３、ロータシャフト４は軸受部１０を介してブラケット９にて保持する。
【００４０】
ここで、上記外周側ステータ１、内周側ステータ２およびロータ３の製造について説明する。電磁鋼板をプレス金型内で打ち抜いてロータシャフト４の軸方向に自動積層するが、ロータ３のコアについては電磁鋼板を中空円盤状に打ち抜くとともに、外周側および内周側をクローズとしたクローズドスロットとして打ち抜いてティースおよびスロットを形成して積層する。この場合、ロータ３のスロットがクローズドであることから、そのロータ３のティースは連続したものとなる。
【００４１】
外周側ステータ１および内周側ステータ２に施す巻線については、それらのコアに絶縁を施した後に、手入れまたはインサータによって巻線をスロットに挿入して得るか、その外周側ステータ１および内周側ステータ２の歯１ｂ，２ｂにじかに巻線を施すかもしくはそれらのヨークにトロイダル巻線を施して得る。
【００４２】
ロータ３のかご型巻線については、アルミダイカストによって導体３ａをクローズドスロット内に設けるとともに、その一端にエンドリング３ｂを連結して継手部５によってロータシャフト４に固着し、またその他端にもエンドリング３を連結して得る。
【００４３】
ここで、本発明例と従来例とについて、電磁界解析・シミュレーションを行った結果を次表に示す。
【表１】

【００４４】
以上具体例で説明したように、本発明によれば、次の技術的手段（１）〜（１０）を講ずることによって、従来の技術よりも効率の高い誘導電動機を得ることができる。
（１）ロータを中央に挟んで、その外周側と内周側とにステータを２個配置し、エアギャップを２層とする。
（２）エアギャップの直径は従来のモータより大きくし、（Ｄｏ^２＋Ｄｉ^２）の値をできるだけ大きくとる（上記の例では約３．０７）。
（３）磁束密度Ｂｍは、ほぼ１／√（Ｄｏ^２＋Ｄｉ^２）に小さくする（上記の例では０．５７）。
（４）ステータのティース幅やヨーク幅は、磁束密度Ｂｍに比例して狭くし、その分、溝面積は広くして巻線の線径を太くできるようにし、巻線抵抗を小さくする。
（５）ステータ巻線の起磁力（ＡＴ）は、外周側ステータ巻線と内周側ステータ巻線との合成ＡＴの空間高調波が極力少なくなるような巻線を施す。
（６）そのため、必ずしも外周側ステータコアと内周側ステータコアとのティースは等しくなくてもよい。
（７）ステータ巻線方式には、集中巻，分布巻，トロイダル巻などの巻線方式を採用する。
（８）ロータコアは、外周側および内周側ともオープンスロットが好ましい。ただし、ほぼ同心円上にすべてのティースをつなぐ環状のアームないしは連結環を設けてもよい。また、部分的にクローズドスロットのロータコアシートですべてのティースを連結して積層してもよい。
（９）ロータは、アルミニウムなどの金属でダイカストし、かご型巻線を形成する。その際、片側のエンドリングには、ロータをシャフトに固定するための円盤状のボスを一体的にダイカストする。
（１０）巻線を施した内周側ステータと外周側ステータとをブラケットに固定する。その場合、内周側ステータは片持構造とする。あるいは、巻線を施した内周側ステータと外周側ステータとを片持構造にて樹脂で一体成形する。
【００４５】
次に、本発明の誘導電動機の第１の実施例を図４ないし図６を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、また図４および図５中、丸内の数字はステータの各スロット番号を示している。
【００４６】
この誘導電動機は、６極コンデンサ誘導電動機であり、外周側ステータ１および内周側ステータ２は、それぞれ極数に応じた数（例えば１２スロット）の歯１ｂ，２ｂを有している。その歯１ｂと歯２ｂとは交互に中間の位置関係であり、つまりその位置関係は空間的位相角をπ／２ずらしてなる。
【００４７】
外周側ステータ１は、各歯１ｂに集中巻で主巻線６ｍ１，…，６ｍ６と補助巻線６ａ１，…，６ａ６とを交互に施し、内周側ステータ２には全節巻で主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３および補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３を施している。
【００４８】
内周側ステータ２は、２スロットに渡る主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３および補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３を、それぞれ１スロット置き順次施してなり、かつ主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３と補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３とは１スロットずれた位置関係としている。
【００４９】
主巻線については、外周側ステータ１の主巻線６ｍ１，…，６ｍ６を順に直列に接続するとともに、内周側ステータ２の主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３を順に直列に接続し、かつそれら外周側と内周側の主巻線を直列に接続する。また、補助巻線については、外周側ステータ１の補助巻線６ａ１，…，６ａ６および内周側ステータ２の補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３を主巻線と同様に接続する。
【００５０】
この場合、外周側ステータ１の主巻線６ｍ１，６ｍ３，６ｍ５および補助巻線６ａ１，６ａ３，６ａ５と、主巻線６ｍ２，６ｍ４，６ｍ６および補助巻線６ａ２，６ａ４，６ａ６とが歯に対して逆方向の磁束を発生するように接続する。内周側ステータ２の主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３および補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３については、歯に対して同じ方向の磁束を発生するように接続する。
【００５１】
具体的例には、ロータ３に対して外周側ステータ１の主巻線６ｍ１，６ｍ３，６ｍ５によって同じ極が（例えばＳ極）発生し、主巻線６ｍ２，６ｍ４，６ｍ６によって逆のＮ極が発生し、内周側ステータ２の主巻線７ｍ１，７ｍ２，７ｍ３によってＮ極が発生する。
【００５２】
また、外周側ステータ１の補助巻線６ａ１，６ａ３，６ａ５によって同じ極（例えばＮ極）が発生し、内周側ステータ２の補助巻線６ａ２，６ａ４，６ａ６によって逆のＳ極が発生し、補助巻線７ａ１，７ａ２，７ａ３によってＳ極が発生する。
【００５３】
そして、上記補助巻線に対して直列にコンデンサＣ（図６参照）を接続するとともに、この直列回路に対して並列に主巻線を接続して、この並列回路に交流電源Ｅを印加する。すると、外周側ステータ１および内周側ステータ２には６極の磁極が発生し、かつ、その磁界が回転する。この回転磁界中にあるロータ３の導体３ａには誘導電流が流れ、この電流と回転磁界との相互作用により回転力が導体３ａに働いてロータ３が回転する。
【００５４】
このような２層のラジアルエアギャップ型の６極コンデンサ誘導電動機にあっては、上述したように、２層のエアギャップによる効果が得られる。すなわち、Ｄ^２Ｌを（Ｄｏ^２＋Ｄｉ^２）Ｌと大きくし、Ｂｍ^２を小さくして損失を減らすことにより、高効率化が図られる。
【００５５】
なお、上述したロータ３にあっては、かご型巻線の導体３ａを納めるためにクローズドスロットが形成されているが、スロットの形状を図７あるいは図８に示すオープンスロットにすることもできる。
【００５６】
図７に示すスロットは、ロータ３の外周側を切り取ったオープンスロット２０としてなる。これにより、ロータ３には独立した歯３ａａが形成され、つまりステータからの磁束がその歯に集中し（磁束密度が高くなり）、磁束を効果的に利用して効率向上を図ることができる。なお、上記オープンスロット２０としては、ロータ３の内周側を切り取ったものであっても、上述した効果が得られる。
【００５７】
また、図８に示すように、そのスロットの形状としてはロータ３の外周側および内周側の両端部を切り取ったオープンスロット３０とするとよい。これにより、ロータ３には外周側および内周側にそれぞれ独立した歯３ａａ，３ｂｂが形成され、一方のみオープンとしたスロットよりも磁束が効果的に利用されることになる。
【００５８】
この場合、電磁鋼板を打ち抜いてロータシャフト４の軸方向に積層してロータ３を得る際に、そのオープンスロット２０やオープンスロット３０を形成するが、このオープンスロット３０を形成したものを用いる場合、その積層する一部をクローズスロットとしたもの（第１の実施例のもの）を用いる。
【００５９】
図９ないし図１１は、本発明の第２の実施例を示す概略的平面図、概略的展開図および概略的結線回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、また図９および図１０中、丸内の数字は前実施例と同様のスロット番号を示している。
【００６０】
この誘導電動機は、６極コンデンサ誘導電動機あり、その外周側ステータ１および内周側ステータ２は前実施例と同じ数の歯１ｂ，２ｂを有しているが、その歯１ａと歯２ｂとが相対向する位置関係となっている。
【００６１】
外周側ステータ１には、第１の実施例と同様に各歯１ｂに集中巻で主巻線６ｍ１０，…，６ｍ１５と補助巻線６ａ１０，…，６ａ１５とを交互に施し、内周側ステータ２には外周側ステータ１の巻線と同様に集中巻で主巻線７ｍ１０，…７ｍ１５，と補助巻線７ａ１０，…，７ａ１５とを交互に施している。
【００６２】
内周側ステータ２の主巻線７ｍ１０，７ｍ１２，７ｍ１４および補助巻線７ａ１０，７ａ１２，７ａ１４については、外周側ステータ１の主巻線および補助巻線と同様に集中巻で交互に施してなる。
【００６３】
外周側ステータ１の主巻線と内周側ステータ２の主巻線とは交互に接続し、つまり主巻線６ｍ１０，７ｍ１０，６ｍ１１，７ｍ１１，…，６ｍ１５，７ｍ１５を順に直列に接続する。また、補助巻線については、主巻線と同様に接続し、つまり補助巻線６ａ１０，７ａ１０，６ａ１１，７ａ１１，…，６ａ１５，７ａ１５を順に直列に接続する。
【００６４】
この場合、外周側ステータ１の主巻線６ｍ１０，６ｍ１２，６ｍ１４および補助巻線６ａ１０，６ａ１２，６ａ１４は、歯に対して同じ方向の磁束を発生し、また、同様に主巻線６ｍ１１，６ｍ１３，６ｍ１５および補助巻線６ａ１１，６ａ１３，６ａ１５についても、歯に対して同じ方向の磁束を発生するように接続する。しかも、上記偶数の添え字の巻線と奇数の添え字の巻線とは逆方向の磁束を発生するように接続する。
【００６５】
上記外周側ステータ１と同様に、内周側ステータ２の主巻線７ｍ１０，７ｍ１２，７ｍ１４および補助巻線７ａ１０，７ａ１２，７ａ１４は、歯に対して同じ方向の磁束を発生し、また、主巻線７ｍ１１，７ｍ１３，７ｍ１５および補助巻線７ａ１１，７ａ１３，７ａ１５は歯に対して同じ方向の磁束を発生するように接続する。
【００６６】
しかも、主巻線７ｍ１０，７ｍ１２，７ｍ１４および補助巻線７ａ１０，７ａ１２，７ａ１４と主巻線７ｍ１１，７ｍ１３，７ｍ１５および補助巻線７ａ１１，７ａ１３，７ａ１５とが逆方向に磁束を発生するように接続する。
【００６７】
具体的には、ロータ３に対して外周側ステータ１の主巻線６ｍ１０，６ｍ１２，６ｍ１４によって同じ極が（例えばＳ極）発生し、主巻線６ｍ１１，６ｍ１３，６ｍ１３によって逆のＮ極が発生し、内周側ステータ２の主巻線７ｍ１０，７ｍ１２，７ｍ１４によってＮ極が発生し、主巻線６ｍ１１，６ｍ１３，６ｍ１３によってＳ極が発生する。
【００６８】
すなわち、外周側ステータ１の歯１ｂにおける磁束の向きが中心方向であれば、その歯１ｂと対向する内周側ステータ２の対向する歯２ｂにおける磁束も中心方向である。
【００６９】
また、補助巻線については、主巻線と同様であり、外周側ステータ１の補助巻線６ａ１０，６ａ１２，６ａ１４によって同じ極（例えばＮ極）が発生し、補助巻線６ａ１１，６ａ１３，６ａ１１５内によって逆のＳ極が発生し、内周側ステータ２の補助巻線６ａ１０，６ａ１２，６ａ１４によってＳ極が発生し、補助巻線７ａ１１，７ａ１３，７ａ１５によってＮ極が発生する。
【００７０】
そして、第１の実施例と同様に、補助巻線に対して直列にコンデンサＣを接続するとともに、この直列回路に対して並列に主巻線を接続し、この並列回路に交流電源Ｅを印加する。すると、外周側ステータ１および内周側ステータ２とによって６極の磁極が発生し、かつ、その磁界が回転する。
【００７１】
この回転磁界中にあるロータ３の導体３ａには誘導電流が流れ、この電流と回転磁界との相互作用により導体３ａに回転力が働いてロータ３が回転する。したがって、本発明にあっては、外周側ステータ１および内周側ステータ２の主巻線および補助巻線が集中巻線であるが、第１の実施例の誘導電動機と同様の効果が得られる。
【００７２】
図１２ないし図１４は、本発明の第３の実施例を示す概略的平面図、概略的展開図および概略的結線回路図である。なお、図１２および図１３中、丸内の数字は前実施例と同様のスロット番号を示し、また図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７３】
この誘導電動機は、三相の４極誘導電動機であり、その外周側ステータ１および内周側ステータ２は前実施例と同じ数の歯１ｂ，２ｂを有し、その歯１ｂと歯２ｂを相対向させた位置関係としてなる。
【００７４】
外周側ステータ１および内周側ステータ２には、各歯１ｂ，２ｂに集中巻でＵ相の巻線６ｕ１ないし６ｕ４，７ｕ１ないし７ｕ４，Ｖ相の巻線６ｖ１ないし６ｖ４，７ｖ１ないし７ｖ４，Ｗ相の巻線６ｗ１ないし６ｗ４，７ｗ１ないし７ｗ４をそれぞれ３スロット置きに施してなる。また、外周側ステータ１および内周側ステータ２の巻線について、各相の巻線はそれぞれ相対して施している。
【００７５】
外周側ステータ１には、巻線６ｕ１，６ｗ４，６ｖ１，６ｕ２，６ｗ１，…，６ｗ１，７ｖ４を順に施し、内周側ステータ２には外周側ステータ１の巻線と同様に巻線を順に施す。Ｕ相については、巻線６ｕ１，７ｕ１，６ｕ２，…，６ｕ４，７ｕ４を順に直列に接続し、Ｖ相については、Ｕ相巻線から２スロット置いた巻線６ｖ１，７ｖ１，６ｖ２，…，６ｖ４，７ｖ４を順に直列に接続し、Ｗ相については、Ｕ相巻線から４スロット置いた巻線６ｗ１，７ｗ１，６ｗ２，…，６ｗ４，７ｗ４を順に直列に接続する。
【００７６】
この場合、外周側ステータ１については、巻線６ｕ１，６ｕ３、巻線６ｖ１，６ｖ３および巻線６ｗ１，６ｗ３が、それぞれ歯に対して同じ方向の磁束を発生し、巻線６ｕ２，６ｕ４、巻線６ｖ２，６ｖ４および巻線６ｗ２，６ｗ４が、それぞれ歯に対して同じ方向の磁束を発生するように接続する。
【００７７】
また、内周側ステータ２の巻線については、巻線７ｕ２，７ｕ４、巻線７ｖ２，７ｖ４および巻線７ｗ２，７ｗ４が、それぞれ歯に対して同じ方向の磁束を発生し、巻線７ｕ１，７ｕ３、巻線７ｖ１，７ｖ３および巻線７ｗ１，７ｗ３が、それぞれ歯に対して同じ方向の磁束を発生するように接続する。
【００７８】
そして、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相巻線はＹ結線し、つまり巻線７ｕ４，７ｖ４，７ｗ４の一端を接続し、これに三相交流の電流を流すか、１２０゜通電型三相インバータ電源により以下のように二相通電を行う。
【００７９】
具体的には、例えば図１４に示すように、Ｕ相，Ｖ相に通電を行うと、ロータ３に対して外周側ステータ１のＵ相巻線６ｕ１，６ｕ３によって同じ極（例えばＳ極）が発生し、Ｕ相巻線６ｕ２，６ｕ４によってＮ極が発生し、Ｖ相巻線６ｖ１，６ｖ３によってＮ極が発生し、Ｖ相巻線６ｖ２，６ｖ４によってＳ極が発生する。
【００８０】
また、内周側ステータ２のＵ相巻線においては、その外周側ステータ１のＵ巻線と同じ方向の磁束が発生し、つまりロータ３に対してはＵ相巻線７ｕ１，７ｕ３によってＮ極が発生し、Ｕ相巻線７ｕ２，７ｕ４によってＳ極が発生する。
Ｖ相巻線においてはＶ相巻線７ｖ１，７ｖ３によってＳ極が発生し、Ｖ相巻線７ｖ２，７ｖ４によってＮ極が発生する。
【００８１】
上記三相のうち二相に通電するように通電を切り替えることにより、外周側ステータ１および内周側ステータ２には４極の磁極が発生し、かつ、その磁界が回転する。この回転磁界中にあるロータ３の導体３ａには誘導電流が流れ、この電流と回転磁界との相互作用により、導体３ａに回転力が働いてロータ３が回転する。したがって、これによっても上記実施例の誘導電動機と同様の効果が得られる。
【００８２】
上述した実施例においては、最外径部の外周側ステータ１の巻線を集中巻としているが、図１５に示すように、トロイダル巻線４０をヨーク部１ａにスロットを介して施し、あるいは図１６に示すように、第１の実施例の内周側ステータ２の巻線のように全節巻で巻線５０を所定に施すようにしてもよい。
【００８３】
また、外周側ステータ１および内周側ステータ２のスロット数を同じとしているが、異なるスロット数とし、また、外周側ステータ１と内周側ステータ２のスロット数を異ならしてもよい。さらに、第２および第３の実施例では最外径部の巻線ピッチと最内径部の巻線ピッチが同じであるが、第１の実施例と同様に異なるピッチとしてもよい。
【００８４】
また、２つのステータを熱硬化性樹脂８によって一体成形しているが（図２参照）、図１７に示すように、内周側ステータ２を保持部６０によってブラケット９の内側面に固着するか、あるいは軸受ハウジング部に固着するようにしてもよい。なお、図１７中、図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、外周側ステータ１については、ブラケット９の外径部の内径嵌合部固着する。なお、上記第２および第３の実施例には、第１の実施例と同様に、ロータ３のスロット形状などを変え、またその製造方法を適用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、最外径部のステータと最内径部のステータとの間にロータを配置して２層のエアギャップを有する構造とし、外周側ステータおよび内周側ステータにロータに対して回転磁界を発生する巻線を施すとともに、ロータにはかご型形巻線を施すという構成を採用したことにより、従来のインナーロータ型の誘導電動機（１層エアギャップ型モータ）と比較して、例えば同一トルク（同一出力）とする場合の消費電力が少なくてすむ。
【００８６】
このことは、従来の１層エアギャップ型誘導電動機と同一の電力を消費したとすると、同じコアサイズでありながら、従来より大きいトルクが得られ、換言すれば同一トルクを得るためには少ない電力ですみ、高効率が図れることを意味している。また、ステータのトータルのスロット面積が大きくとれるため、巻線の線径を太くでき、ステータ巻線抵抗が小さくなるので一次銅損が減り、より一層の高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による誘導電動機の実施形態を示す概略的平面図。
【図２】図１に示す誘導電動機の概略的側断面図。
【図３】図１に示す誘導電動機のロータを説明するための概略的平面図および側断面図。
【図４】本発明の第１実施例を示す誘導電動機の概略的平面図。
【図５】上記第１実施例の誘導電動機のステータ巻線を説明する概略的展開図。
【図６】上記第１実施例の誘導電動機のステータ巻線の結線を説明する概略的回路図。
【図７】本発明の誘導電動機のロータスロットの変形例を説明する概略的平面図。
【図８】本発明の誘導電動機のロータスロットの他の変形例を説明する概略的平面図。
【図９】本発明の第２実施例を示す誘導電動機の概略的平面図。
【図１０】上記第２実施例の誘導電動機のステータ巻線を説明する概略的展開図。
【図１１】上記第２実施例の誘導電動機のステータ巻線の結線を説明する概略的回路図。
【図１２】本発明の第３実施例を示す誘導電動機の概略的平面図。
【図１３】上記第３実施例の誘導電動機のステータ巻線を説明する概略的展開図。
【図１４】上記第３実施例の誘導電動機のステータ巻線の結線を説明する概略的回路図。
【図１５】本発明の誘導電動機のステータ巻線変形例を説明する概略的平面図。
【図１６】本発明の誘導電動機のステータ巻線の他の変形例を説明する概略的平面図。
【図１７】本発明の誘導電動機のステータ保持の変形例を説明する概略的側断面図。
【符号の説明】
１　外周側ステータ
１ａ　外周側ステータのヨーク部
１ｂ　外周側ステータの歯
２　内周側ステータ
２ａ　内周側ステータのヨーク部
２ｂ　内周側ステータの歯
３　ロータ
３ａ　導体
３ｂ　エンドリング
３ａａ，３ｂｂ　ロータの歯
４　ロータシャフト
５　継手部
６　巻線（集中巻）
７　巻線（全節巻）
８　熱硬化性樹脂
９　ブラケット
１０　軸受部
２０，３０　スロット
４０　トロイダル巻線
６０　保持部

Claims

ラジアルエアギャップを備えている誘導電動機において、最外径部の固定子（外周側ステータ）と、最内径部の固定子（内周側ステータ）との間に、回転子（ロータ）を配置して２層のエアギャップを有する構造とし、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータには、上記ロータに対して回転磁界を発生する巻線を施し、上記ロータには、かご型巻線を施してなることを特徴とする誘導電動機。
上記外周側ステータと上記内周側ステータのスロットは同じ数もしくは異る数であり、上記ロータのスロットは素数×２もしくは素数×４の数である請求項１に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータの内周側に施す巻線のピッチと上記内周側ステータの外周側に施す巻線のピッチを同じピッチもしくは異なるピッチとした請求項１または２に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータの溝数は２ｎ×〔極数〕（ｎ：正の整数）で、その各歯には主巻線および補助巻線を交互に施すとともに、上記内周側ステータの溝数は２ｍ×〔極数〕（ｍ：正の整数）で、その各歯には上記外周側ステータと同様の主巻線および補助巻線を交互に施し、上記外周側ステータの主巻線と上記内周側ステータの主巻線とを同じ向きの磁束発生状態とし、かつ、隣接する主巻線によって発生する磁束を逆向きになるように直列に接続し、上記外周側ステータの補助巻線と上記内周側ステータの補助巻線とを同じ向きの磁束発生状態とし、かつ、その隣接する補助巻線によって発生する磁束を逆向きになるように直列に接続してなり、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータの主巻線を直列に接続したものをコンデンサ誘導電動機の主巻線となし、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータの補助巻線を直列に接続したものをコンデンサ誘導電動機の補助巻線としてなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータと上記内周側ステータは、ともに同数もしくは異なる数のスロットを有し、上記外周側ステータの内周側に設けた歯には集中巻で主巻線および補助巻線を施し、上記内周側ステータの外周側に設けた溝には分布巻で主巻線と補助巻線を施して上記各ステータに回転磁界を発生させ、該回転磁界により上記ロータのかご型巻線に誘導電流が流れるコンデンサ誘導電動機とした請求項１ないし４のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記ステータのスロット数を２×〔極数〕とし、上記外周側ステータの各歯には空間的位相角を電気角でπ／２ずらして主巻線と補助巻線をそれぞれ上記極数分だけ集中巻にて巻線を施し、上記内周側ステータの溝には主巻線と補助巻線の磁極の中心がそれぞれ上記外周側ステータと一致するように全節巻（２スロットピッチ）にて巻線を施し、上記外周側ステータと上記内周側ステータの主巻線および補助巻線をそれぞれすべて直列に接続し、その補助巻線側にコンデンサを直列に接続してなる請求項５に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータと上記内周側ステータは、ともに極数と同数のスロットを有して上記外周側ステータの内周側に設けた歯と上記内周側ステータの外周側に設けた歯とを空間的位相角を電気角でπ／２ずらして対向させており、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータの歯には、それぞれ集中巻で主巻線および補助巻線を施して上記両ステータにて回転磁界を発生させ、該回転磁界により上記ロータのかご型巻線に誘導電流が流れるコンデンサ誘導電動機とした請求項１ないし４のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータと上記内周側ステータは、ともに３×〔極数〕のスロットを有して同外周側ステータの内周側に設けた歯と内周側ステータの外周側に設けた歯とを対向させており、上記外周側ステータおよび上記内周側ステータの歯にはそれぞれ集中巻で三相巻線を施して回転磁界を発生させ、該回転磁界により上記ロータのかご型巻線に誘導電流が流れる三相誘導電動機とした請求項１ないし３のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータの溝数は３ｎ×〔極数〕（ｎ：正の整数）で、その各歯には三相の巻線をそれぞれ順次施し、上記内周側ステータの溝数は３ｍ×〔極数〕（ｍ：正の整数）で、その各歯には三相の巻線を順次施し、各相の巻線についてそれぞれ外周側ステータの巻線と内周側ステータの巻線の同相同士を直列に接続するとともに、それぞれ外周側ステータの巻線と相対する内周側ステータの巻線とを同じ向きの磁束発生状態にし、かつ、それぞれ隣接する巻線によって逆向きの磁束を発生するように直列に接続しており、これら直列に接続した各相の巻線を三相結線してなる請求項８に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータおよび上記内周側ステータは、そのコアに絶縁を施した後、コイルを手入れもしくはインサータでスロットに挿入し、もしくは歯に直に巻線を施してなり、あるいはステータのヨーク部にトロイダル巻線を施してなる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記ロータは、少なくともティースおよびスロットを有するコアと、同スロットを介して施したかご型巻線とを備え、そのコアはプレス金型内で電磁鋼板をロータシャフトの軸方向に自動積層し、そのスロットには導電性金属によりかご型巻線を形成している請求項１，２，４，６または８に記載の誘導電動機。
上記巻線を施した外周側ステータおよび内周側ステータは熱硬化性樹脂によって一体成形し、これをブラケットの内側に固着してなる請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記外周側ステータはブラケットの内径嵌合部に固着するとともに、上記内周側ステータは保持部によってブラケットの内側面に固着し、もしくはシャフトの軸受けハウジング部に固着するようにした請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記ロータコアのスロットは、外周側端もしくは内周側端をオープン形状とし、あるいはその外周側および内周側の両端をオープン形状もしくはクローズド形状としており、その一方もしくは双方をオープン形状とする場合にはコア積層シートの一部をクローズスロットとする請求項１，２，４，６，８または１１に記載の誘導電動機。
上記ロータはアルミダイカスによってかご型巻線をスロットを介して形成し、エンドリングに連結して少なくとも一方のエンドリング側に継ぎ手を設けてロータシャフトに固着してなる請求項１，２，４，６，８，１１または１４記載の誘導電動機。
上記ロータのコアはすべてオープンスロットとし、すべてのティースはリング状のアームで連結されている請求項１，２，４，６，８，１１，１４または１５記載の誘導電動機。