JP2004080983A

JP2004080983A - リング状固定子巻線を有するくま取りコイル形単相誘導電動機

Info

Publication number: JP2004080983A
Application number: JP2002284484A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Okawa; 大川　義光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】コイルエンドが存在しない巻線方式と固定子構造により、ローコストで小形・軽量・高効率なくま取りコイル形単相誘導電動機を得る。
【解決手段】インナーロータ形においては、固定子２０にリング状にコイル１０を巻装し、コイルのリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように配置して、コイルの外周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に、くま取りコイル１１を備えた磁極歯部３０、３１を、コイル１０を挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成する。アウターロータ形においては、コイルの内周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この外周側に、くま取りコイルを備えた磁極歯部を同様に形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単相交流電源にて運転されるくま取りコイル形単相誘導電動機に関し、特に巻線方式及び固定子鉄心構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動機としては、例えば図７に示すような構造が一般的に採用されている。
図７（ａ）は、４極のくま取りコイル形単相誘導電動機の構成図であり、固定子鉄心１２０の歯先にはくま取りコイル１３０を備えており、固定子コイル１１０が専用機等により巻装された後、巻線相互間の結線及びリード線接続等の端末処置を行っており、図７（ｂ）に軸方向半断面側面図を示す。図７（ｃ）は、１個の固定子コイル１１０で構成される２極のくま取りコイル形単相誘導電動機の構成図を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図７（ａ）、図７（ｂ）に示すような従来のくま取りコイル形単相誘導電動機においては、コイル１１０を周方向に分布して巻線を行なうため、固定子鉄心１２０の軸方向端面から突出したコイルエンドの長さｈが大きくなり、特性に何ら寄与していないコイルエンドによる巻線量増加と銅損増加により、小形・軽量化やコストダウンが困難であるという問題がある。また、図７（ｃ）に示すような従来のくま取りコイル形単相誘導電動機においては、固定子鉄心１２０の磁気回路が大形となり軽量化やコストダウンが困難であるという問題がある。
【０００４】
この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、コイルエンドが存在しない小形・軽量・高効率でローコストなくま取りコイル形単相誘導電動機の巻線方法及び固定子鉄心構造を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機は、インナーロータ形の構造において、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻装し、固定子コイルのリングの中心と、回転軸の中心が概ね一致するように配置して、固定子コイルの外周側と軸方向両端側に、夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、更に、固定子鉄心の内周側には、くま取りコイルを備えた磁極歯部が、固定子コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成されているものである。
【０００６】
つぎの発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機は、アウターロータ形の構造において、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻装し、固定子コイルのリングの中心と、回転軸の中心が概ね一致するように配置して、固定子コイルの内周側と軸方向両端側に、夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、更に、固定子鉄心の外周側には、くま取りコイルを備えた磁極歯部が、固定子コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成されているものである。
【０００７】
つぎの発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機は、さらに、固定子あるいは回転子にスキューを施したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照にして、この発明にかかるくま取りコイル形単相誘導電動機の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図３は、この発明による実施の形態１として、インナーロータ形の４極のくま取りコイル形単相誘導電動機に適用した例を示す。図１は、軸方向半断面側面図であり、固定子コイル１０、くま取りコイル１１、リード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２等で構成されている。
【００１０】
固定子コイル１０は、回転軸９０を周回するように、そのリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するようにリング状に巻装され、適切な絶縁処理が施されて、リード線１３により図２に示すように単相交流電源１５に接続されている。
【００１１】
固定子２０は、固定子コイル１０とこれの外周側の背面固定子鉄心２１及び、固定子コイル１０の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４、２５で構成されており、背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４、２５は夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４、２５の内周側には、くま取りコイル１１を備えた磁極歯部３０、３１が夫々形成されている。
【００１２】
カゴ形回転子８０は、固定子コイル１０の磁極歯部３０、３１と所定のエヤーギャップを介して回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。
【００１３】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、側面固定子鉄心２４、２５と、これの内周側に形成された凸形の磁極歯部３０、３１の構成を、図１の反負荷側から負荷側（軸端側）へ透かして見た図であり、他の構成部品は図中省略している。図３（ａ）は、固定子コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は、その周方向の中心が、時計の１２時と６時の位置となるように２箇所に形成されている。図３（ｂ）は、固定子コイル１０の負荷側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、固定子コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０・３１により、内周側の周方向に交互に形成される。
【００１４】
この実施の形態のものにおいては、例えば、固定子コイル１０により発生した磁束は、外周側の背面固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０→所定のエヤーギャップ→カゴ形回転子８０→所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１→側面固定子鉄心２５→背面固定子鉄心２１と巡る磁路を構成し、リング状の固定子コイル１０により軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。更に、くま取りコイル１１により、主極とくま取り極の磁束に位相差を作ることができるため、回転軸９０を中心とする二相の回転（移動）磁界が発生し、電磁誘導作用により、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。
【００１５】
上述のような構成によれば、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らし、銅損も低減することができるとともに磁気回路を小形化することができ、くま取りコイル形単相誘導電動機の効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化も実現することができる。また、コイルの巻線作業も簡略化できるため生産性の向上に寄与することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図４、図５は、この発明による実施の形態２として、アウターロータ形の４極のくま取りコイル形単相誘導電動機に適用した例を示す。図４は、軸方向半断面側面図であり、固定子コイル１０、くま取りコイル１１、リード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、ロータフレーム９４等で構成されている。
【００１７】
固定子コイル１０は、回転軸９０を周回するように、そのリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するようにリング状に巻装され、適切な絶縁処理が施されて、リード線１３により実施の形態１と同様に、図２に示すように単相交流電源１５に接続されている。
【００１８】
固定子２０は、固定子コイル１０とこれの内周側の背面固定子鉄心２１及び、固定子コイル１０の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４、２５で構成されており、背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４、２５は夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４、２５の外周側には、くま取りコイル１１を備えた磁極歯部３０、３１が夫々形成されている。
【００１９】
カゴ形回転子８０は、固定子コイル１０の磁極歯部３０、３１と所定のエヤーギャップを介してロータフレーム９４、回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。
【００２０】
図５（ａ）、図５（ｂ）は、側面固定子鉄心２４、２５と、これの外周側に形成された凸形の磁極歯部３０、３１の構成を、図４のロータフレーム９４側からブラケット９２側へ透かして見た図であり、他の構成部品は図中省略している。
図５（ａ）は、固定子コイル１０のロータフレーム９４側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は、その周方向の中心が、時計の１２時と６時の位置となるように２箇所に形成されている。図５（ｂ）は、固定子コイル１０のブラケット９２側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、ロータフレーム９４側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、固定子コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０・３１により、外周側の周方向に交互に形成される。
【００２１】
この実施の形態のものにおいても、例えば、固定子コイル１０により発生した磁束は、内周側の背面固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０→所定のエヤーギャップ→カゴ形回転子８０→所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１→側面固定子鉄心２５→背面固定子鉄心２１と巡る磁路を構成し、リング状の固定子コイル１０により軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。更に、くま取りコイル１１により、主極とくま取り極の磁束に位相差を作ることができるため、回転軸９０を中心とする二相の回転（移動）磁界が発生し、電磁誘導作用により、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。
【００２２】
上述のような構成によれば、アウターロータ形においてもコイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅損を低減し、磁気回路も小形化することができ、コストダウンや小形・軽量化も実現することができる。なお回転軸は、その軸方向中心線を実施の形態２における回転軸９０の中心線と一致させることにより、最適な形状を選択することができる。
【００２３】
実施の形態３．
図６は、この発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機の実施の形態３を示している。実施の形態３では、上述のような実施の形態の構成に加え、固定子あるいは回転子にスキューを施すものである。
【００２４】
図６（ａ）は、実施の形態１に示すインナーロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機の回転軸を水平方向として固定子鉄心を切り開いて、カゴ形回転子と対向する内周面を見た図であり、実施の形態２に示すアウターロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機の回転軸を水平方向として固定子鉄心を切り開いて、カゴ形回転子と対向する外周面を見た図でもある。磁極歯部３０・３１とくま取りコイル１１は、カゴ形回転子と対向する面においてスキュー角だけ傾いて構成されている。
【００２５】
上述の構成においては、スキュー角を最適化することにより、スキュー効果によってギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、振動・騒音を小さくすることができ、くま取りコイル形単相誘導電動機の特性を向上させることができる。なお、固定子をスキューする代わりに、カゴ形回転子８０にスキューを施しても同様の効果を得ることができる。図６（ｂ）に実施の形態１に示すインナーロータ形における回転子スキューの実施例を示す。
【００２６】
上述の実施の形態１〜３は、くま取りコイル形単相誘導電動機の極数が４極の場合をこの発明に適用したが、この発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機は、これ以外の極数を有する場合に対しても有効である。そして、この発明による固定子鉄心は、従来同様に板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することができるが、鉄粉を無機系の皮膜などで一粒一粒絶縁し圧縮成型等を行った所謂圧粉磁心（鉄粉磁心ともいう）を用いて構成することにより、三次元的な磁束の移動が容易となり、くま取りコイル形単相誘導電動機の特性を更に向上させることができる。また、各磁極歯部に磁性部材で構成された磁極片を備えたり、ブラケットに非磁性部材を用いる等により漏れ磁束を減少させ主磁束を有効に活用することにより、くま取りコイル形単相誘導電動機の特性を更に向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるインナーロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機によれば、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻装し、この内周側に、くま取りコイルを備えた磁極歯部を交互に形成することにより、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量が減少し銅損を低減することができるため、インナーロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機のコストダウンや小形・軽量化を実現することができる。
また、コイルの巻線作業も簡略化できるため生産性の向上に寄与することができる。
【００２８】
つぎの発明によるアウターロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機によれば、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻装し、この外周側に、くま取りコイルを備えた磁極歯部を交互に形成することにより、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅損を低減し、磁気回路も小形化することができるため、アウターロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機のコストダウンや小形・軽量化に寄与することができる。
【００２９】
つぎの発明によるくま取りコイル形単相誘導電動機によれば、固定子あるいは回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、振動・騒音を小さくして、くま取りコイル形単相誘導電動機の特性を向上させることができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるくま取りコイル形単相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。
【図２】実施の形態１におけるくま取りコイル形単相誘導電動機の接続図である。
【図３】実施の形態１における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、反負荷側から負荷側へ透かして見た図である。
【図４】実施の形態２におけるくま取りコイル形単相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。
【図５】実施の形態２における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、ロータフレーム側からブラケット側へ透かして見た図である。
【図６】実施の形態３におけるスキューを示し、（ａ）は固定子鉄心を平面状に展開した図であり、（ｂ）はインナーロータ形のカゴ形回転子の図である。
【図７】従来例のくま取りコイル形単相誘導電動機を示し、（ａ）は４極機の構成図であり、（ｂ）はその軸方向半断面側面図、（ｃ）は２極機の構成図である。
【符号の説明】
１０　固定子コイル、　１１　くま取りコイル、　１３　リード線、　１５　単相交流電源、　２０　固定子、　２１　背面固定子鉄心、　２４・２５　側面固定子鉄心、　３０・３１　磁極歯部、　８０　カゴ形回転子、　９０　回転軸、９１　軸受部材、　９２　ブラケット、　９４　ロータフレーム、　１１０　従来の固定子コイル、　１２０　従来の固定子鉄心、　１３０　従来のくま取りコイル、　ｈ　コイルエンドの長さ

Claims

回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置した、インナーロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機において、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻回し、前記固定子コイルのリングの中心と、回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記固定子コイルの外周側と軸方向両端側に、夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、前記固定子鉄心の内周側には、くま取りコイルを備えた前記磁極歯部が、前記固定子コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成されている事を特徴とするくま取りコイル形単相誘導電動機。
回転子の内側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置した、アウターロータ形のくま取りコイル形単相誘導電動機において、回転軸を周回するように固定子コイルをリング状に巻回し、前記固定子コイルのリングの中心と、回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記固定子コイルの内周側と軸方向両端側に、夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、前記固定子鉄心の外周側には、くま取りコイルを備えた前記磁極歯部が、前記固定子コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成されている事を特徴とするくま取りコイル形単相誘導電動機。
前記固定子あるいは前記回転子に、スキューを施した事を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のくま取りコイル形単相誘導電動機。