JP2007185091A - 三相反転モーターおよびファン - Google Patents

Abstract

【課題】三相反転モーターとそのファンを提供する。
【解決手段】固定子と、前記固定子の１つ側に位置された複数の第１磁極でなる磁気リング２３３を有する第１回転子３１と、および前記固定子のもう１つ側に位置された複数の第２磁極でなる磁気リング２３３’を有する第２回転子３１’とを含み、前記第１回転子３１の磁気リング２３３における磁極数は、前記第２回転子３１’の磁気リング２３３’における磁極数と異なるモーター。
【選択図】 図４

Description

本発明は、反転モーターに関し、特に、単一の固定子と２つの回転子を有する三相反転モーターとファンに関するものである。

従来の軸流式ファンのモーターは、単一の固定子と２つの回転子の構造からなる。風圧と風量の出力を増加するために、またはファンの故障によりシステムの運転が中断するのを防ぐために、通常、元のファンにもう一つの予備のファンが直列に設置される。しかし、この直列に設置されたファンは、２つの各自独立して作動する軸流式ファンが直列接続されたもので、組み立てが比較的複雑で、且つ、製造時間とコストが掛かり、占有する面積も比較的大きい。更に、２つの独立したファンが直列接続された後、互いの抵抗が増す可能性があるため、風圧を効果的に上げることができなくなる。

よって、従来の単一の固定子と２つの回転子を用いたモーターの構造が提供される。図１に示すように、単相コアタイプモーターは、主に、上層回転子１１、中層固定子１３と、下層回転子１２を含む。上層回転子１１と下層回転子１２は、円周に同じ数の複数の磁石がそれぞれ嵌め込まれ、磁極を形成する。中層固定子１３は、前記複数の磁石と同じ数の電極を有する。電極は、積み重ねられたシリコン鋼から構成され、且つ、その外側は、励起コイルによって巻かれる。また、モーターは、３つのホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を用いて上層回転子１１の磁束を検出し、電圧信号に変換して、中層固定子１３の位相の切換えの目的を達成する。

しかし、単相モーターの中層固定子１３の電極とその上に設置されたホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、実際には、組み立てに困難がある。また、上層回転子１１、中層固定子１３と、下層回転子１２間は、吸引力が生じ、大きなリップルの影響を及ぼすため、起動電圧が高くなり、磁気偏角の大きさの制御も容易でなくなる。よって、上層回転子１１の回転方向は、下層回転子１２の回転方向に逆方向で回転しない可能性があり、同じ方向で回転する現象が発生する可能性もある。

本発明は、上述の欠点に対して上述の単相反転モーターの問題を効果的に解決できる三相反転モーターを提供する。

本発明の主な目的は、三相反転モーターとそのファンを提供する。前記モーターは、単一の固定子と２つの回転子を含み、前記固定子は、コア無しの三相コイルを用いており、前記２つの回転子は、磁極数が異なる第１回転子と第２回転子からそれぞれなる。この三相駆動方式と磁極数の異なる２つの回転子構造によって、前記モーターは、正常な反転操作を確保することができる。

上述の目的を達成するために、前記固定子は、少なくとも１つの三相コイルを含み、各三相コイルは、３つのコイルを有し、前記モーターが運転する時、前記三相コイルのコイルは、前記第１回転子と第２回転子の磁極の磁力線分布を誘導して、逆起電力を発生し、その他の２つのコイルの電流方向を決める。即ち、前記２つのコイルの励起方向を決める。励起した２つのコイルは、第１回転子と第２回転子と磁気効果を発生し、第１回転子と第２回転子とを駆動させる。前記第１回転子および第２回転子の磁極数と前記固定子のコイルが特定の比例を有することから、好ましくは、固定子のコイル数と第１回転子の磁極数との比率は、３：４とし、固定子のコイル数と第２回転子の磁極数との比率は、３：２とし、第１回転子と第２回転子とが正常に反転操作できるように確保する。また、前記第１回転子と第２回転子との磁極数が特定の比例（２：１）を有することから、第１回転子の磁極と第２回転子の磁極とは互いに吸引せず、よって、モーターの回転のリップルをなくすことができる。

また、仮に、前記第１回転子、または第２回転子が何らかにより不動になっても、もう１つの回転子の回転に影響しない。それは、本発明の三相反転モーターがホール素子を用いて回転子の磁極を誘導する必要がなく、前記三相コイルのコイルを用いて第１回転子、または第２回転子の磁極を誘導するため、その中の１つの回転子が不動になった時、コイルがもう１つの回転子の磁極を誘導してその運転を続けて駆動することができる。

また、前記第１回転子と第２回転子の回転速度は、磁極の大きさと、前記固定子間との間隙の大きさによって制御することができる。

上述の構想に基づいて、本発明は、上述のモーターを有するファンを提供する。前記ファンは、その中に設置されたベースを有する外フレーム、異なる磁極数を有する回転子をそれぞれ有し、前記ベースの両側にそれぞれ設置される２つのインペラ、三相コイルより構成され、それが前記ベースの中に嵌め込まれて前記２つの回転子を駆動する固定子と、前記外フレームとベースの中心に設置された軸心を含む。前記ベースは、複数の接続部によって外フレームの内表面に接続されて前記外フレーム内に固定することができる。前記接続部は、リブ、または静翼からなることができる。また、前記ベースは、前記ベースをそれぞれ穿通する複数の中空部を有し、前記ベースの相反する両側に突出され、前記固定子をその中に収容するように提供される。前記ファンは、前記固定子と電気的接続され、前記外フレームの外側、またはベースの上に設置することができるコントローラを更に含む。

また、前記２つのインペラの回転翼は、異なるウインドシアー（風力負荷負担）を有する負荷に設計することができ、回転速度の大きさを制御することもできる。

本発明の三相反転モーターは、単一の固定子と２つの回転子を含み、固定子は、コア無しの三相コイルを用いており、２つの回転子は、磁極数が異なる第１回転子と第２回転子からそれぞれなる。この三相駆動方式と磁極数の異なる２つの回転子構造によって、モーターは、正常な反転操作を確保することができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２を参照下さい。本発明のファンとしての三相反転ファン２Ａは、外フレーム２１、ベース２１１ａ、第１インペラ２３、第２インペラ２３’、軸心２４と、コントローラ２５を含む。ベース２１１ａは、外フレーム２１内に設置され、複数の接続部２１２によって外フレーム２１の内表面２１Ｆ１と互いに接続されて外フレーム２１内に固定することができる。接続部２１２は、リブ、または静翼からなることができる。ベース２１１ａの中心部は、穿通孔２１１０を有し、軸心２４を受けて固定するように提供される。中心部の周囲は、ベース２１１ａにそれぞれ穿通された６つの中空部２１１１を有し、ベース２１１ａの相反する両側２１１Ｆ１、２１１Ｆ２に突出され、固定子２２をその中に収容するように提供される。

固定子２２は、２つの三相コイル２２１、２２２から構成される。各三相コイル２２１、２２２は、３つのコイルＡ、Ｂ、Ｃ（図４（Ａ）を参照下さい）をそれぞれ有する。各相のコイルＡ、Ｂ、Ｃは、一端が互いに１点で電気的接続されて星型結線されている（図４（Ｂ）を参照下さい）。各相のコイルＡ、Ｂ、Ｃは、ベース２１１ａの中空部２１１１内にそれぞれ収容され、第１と第２インペラ２３、２３’を駆動する。

第１インペラ２３と第２インペラ２３’は、ハブ２３１、２３１’、複数の回転翼２３２、２３２’、磁気リング２３３、２３３’と、鉄シート２３４、２３４’より構成される。鉄シート２３４、２３４’と磁気リング２３３、２３３’は、ハブ２３１、２３１’の内表面２３Ｆ１、２３Ｆ１’に順次に貼り付けられる。複数の回転翼２３２、２３２’は、ハブ２３１、２３１’の周囲２３Ｆ２、２３Ｆ２’に設置される。第１インペラ２３の磁気リング２３３と第２インペラ２３’の磁気リング２３３’は、異なる磁極数を有する。本実施例の第１インペラ２３における複数の第１磁極としての磁気リング２３３は、８極有し、交互に順次に（例えばＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ）配列される。第２インペラ２３’の複数の第２磁極としての磁気リング２３３’は、４極有し、交互に順次に（例えばＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓ）配列される（図４（Ａ）を参照下さい）。また、第１インペラ２３と第２インペラ２３’の回転翼２３２、２３２’は、異なるウインドシアーを有する負荷に設計されることができ、回転速度の大きさの制御に用いることができる。

軸心２４は、軸方向に設置され、第１インペラ２３、第２インペラ２３’とベース２１１ａの中空に固定される。軸心２４は、少なくとも１つの軸受２３５、２３５’によって支持される。例えばプリント回路板（ＰＣＢ）のコントローラ２５は、固定子２２と電気的接続され、外フレーム２１の外側表面２１Ｆ２に設置される。なお、図３に示すように、第２の実施例のファンとしての三相反転ファン２Ｂでは、適当なベース２１１ｂの大きさを設計することで、コントローラ２５もベース２１１ｂの上に設置されることができる。

図４（Ａ）および（Ｂ）を参照下さい。図４（Ａ）は、ファン２のモーターＭ１の概略図である。第１インペラ２３の磁気リング２３３と鉄シート２３４は、第１回転子３１であり、第２インペラ２３’の磁気リング２３３’と鉄シート２３４’は、第２回転子３１’である。本実施例で言えば、前記モーターＭ１が回転する時、固定子２２の各三相コイル２２１、２２２のコイルＣは、先ず、第１回転子３１と第２回転子３１’の磁極の磁力線分布を誘導して、逆起電力を発生し、図４（Ｂ）に示すように、その他の２つのコイルＡ、Ｂの電流方向を決める。即ち、２つのコイルＡ、Ｂの励起方向を決める。本実施例のコイルＡは、第１回転子３１に面した１つ側にＳ極を発生し、第２回転子３１’に面した１つ側に、Ｎ極を発生する。コイルＢは、第１回転子３１に面した１つ側にＮ極を発生し、第２回転子３１’に面した１つ側にＳ極を発生する。励起した２つのコイルＢ、Ｃは、第１回転子３１と第２回転子３１’と磁気効果を発生し、第１回転子３１と第２回転子３１’を駆動させる。次に、図５（Ａ）および（Ｂ）を参照下さい。コイルＢが第１回転子３１と第２回転子３１’の磁極の磁力線分布を誘導して、逆起電力を発生し、図５（Ｂ）に示すように、コイルＡ、Ｃの電流方向を決める。コイルＡは、第１回転子３１に面した１つ側にＳ極を発生し、第２回転子３１’に面した１つ側に、Ｎ極を発生する。コイルＣは、第１回転子３１に面した１つ側にＮ極を発生し、第２回転子３１’に面した１つ側にＳ極を発生する。励起した２つのコイルＡ、Ｃは、第１回転子３１と第２回転子３１’と磁気効果を発生し、第１回転子３１と第２回転子３１’を駆動させる。同じように、次に、コイルＡによって第１回転子３１と第２回転子３１’の磁極の磁力線分布を誘導して、逆起電力を発生し、コイルＢ、Ｃの電流方向を決め、第１回転子３１と第２回転子３１’を駆動するがここでは詳細を省く。

第１回転子３１と第２回転子３１’が正常に反転操作できるように確保するために、第１回転子３１と第２回転子３１’が異なる数の磁極数を有する。また、それだけでなく、固定子２２のコイル数と第１回転子３１の磁極数の比率は、３：４であり、固定子２２のコイル数と第２回転子３１’の磁極数の比率は、３：２である。また、第１回転子３１と第２回転子３１’の磁極数は、特定の比例（２：１）を有し、固定子２２は、シリコン鋼またはコアを除いて設計されることができるため、第１回転子３１の磁極と第２回転子３１’の磁極は、互いに吸引せず、固定子２２とも互いに吸引せず、モーターの運転により生じるリップルをなくすことができる。これより分かるように、モーターは、本実施例の第１回転子３１の磁極数が８、第２回転子３１’の磁極数が４、固定子２２のコイル数が６からなる以外に、図６に示すように、第１回転子３１の磁極数が１２、第２回転子３１’の磁極数が６、固定子２２のコイル数が９からなることもできる。または、図７に示すように、第１回転子３１の磁極数が１６、第２回転子３１’の磁極数が８、固定子２２のコイル数が１２からなることもできる。

仮に、第１回転子３１、または第２回転子３１’が何らかにより不動になっても、もう１つの回転子の回転に影響しない。それは、本発明の三相反転モーターがホール素子を用いて回転子の磁極を誘導する必要がなく、三相コイル２２１、２２２のコイルを用いて第１回転子３１、または第２回転子３１’の磁極を誘導するため、その中の１つの回転子が不動になった時、コイルがもう１つの回転子の磁極を誘導してその運転を続けて駆動することができる。また、第１回転子３１と第２回転子３１’の回転速度は、磁極の大きさと、それらと固定子２２間との間隙の大きさによって制御することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の単相反転モーターの概略図である。 本発明のファンの好ましい実施例の縦断面図である。 本発明のファンのもう１つの好ましい実施例の縦断面図である。 （Ａ）は本発明の三相反転モーターの概略図である。（Ｂ）は図４Ａの三相コイルの概略図である。 （Ａ）は本発明の三相反転モーターのもう１つの概略図である。（Ｂ）は図５Ａの三相コイルの概略図である。 本発明の三相反転モーターのもう１つの実施例の概略図である。 本発明の三相反転モーターの実施例３の概略図である。

符号の説明

１１ 上層回転子
１２ 下層回転子
１３ 中層固定子
２ ファン
２１ 外フレーム
２１１ ベース
２１１０ 穿通孔
２１１１ 中空部
２１２ 接続部
２２ 固定子
２２１、２２２ 三相コイル
２３ 第１インペラ
２３’ 第２インペラ
２３１、２３１’ ハブ
２３２、２３２’ 回転翼
２３３、２３３’ 磁気リング
２３４、２３４’ 鉄シート
２４ 軸心
２５ コントローラ
３１ 第１回転子
３２ 第２回転子
Ａ、Ｂ、Ｃ コイル
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ ホール素子

Claims (18)

1. 固定子と、
   前記固定子の１つ側に位置された複数の第１磁極を有する第１回転子と、
   前記固定子のもう１つ側に位置された複数の第２磁極を有する第２回転子とを含み、
   前記第１回転子における前記第１磁極の磁極数は、前記第２回転子における前記第２磁極の磁極数と異なることを特徴とするモーター。
2. 前記固定子は、前記第１回転子と前記第２回転子に対応する少なくとも１つの三相コイルを含み、前記各三相コイルは、各相毎に１つのコイルを含み、３つの前記コイルが星型結線されていることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
3. 前記コイルの数と前記第１回転子の前記第１磁極の数との比率は、３：４であることを特徴とする請求項２に記載のモーター。
4. 前記コイルの数と前記第２回転子の前記第２磁極の数との比率は、３：２であることを特徴とする請求項２または３に記載のモーター。
5. 前記第１回転子の前記第１磁極の数と前記第２回転子の前記第２磁極の数の比率は、２：１であることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
6. 前記第１回転子の互いに隣接する磁極と前記第２回転子の互いに隣接する磁極とは、逆の極性をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載のモーター。
7. 前記第１回転子は、鉄シートと磁気リングを含み、前記磁気リングは、前記複数の第１磁極を形成し、前記第２回転子は、鉄シートと磁気リングを含み、前記磁気リングは、前記複数の第２磁極を形成することを特徴とする請求項１に記載のモーター。
8. 前記第１回転子と前記固定子の間隙と、前記第２回転子と前記固定子の間隙は同じ、または異なることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
9. 前記第１回転子の前記第１磁極の磁性の大きさと、前記第２回転子の前記第２磁極の磁性の大きさは同じ、または異なることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
10. ベースと、
    前記ベースの中に設置され、複数のコイルより構成された固定子と、
    前記ベースの両側にそれぞれ設置され、前記固定子の前記複数のコイルにそれぞれ対応し、異なる磁極数を有する２つの回転子と、
    前記ベースと前記２つの回転子に設置され、前記２つの回転子を受ける軸心とを含むことを特徴とするファン。
11. 前記ベースは、複数の接続部によって外フレームと接続されて前記外フレーム内に固定され、前記ベースの上、または外フレームの上に設置されたコントローラを更に含み、且つ、前記ベースの中心部は、前記軸心を設置して固定させる穿通孔を有し、前記軸心は、複数の軸受によって受けられることを特徴とする請求項１０に記載のファン。
12. 前記ベースは、前記ベースをそれぞれ穿通する複数の中空部を有し、前記ベースの相反する両側に突出され、前記固定子をその中に収容するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載のファン。
13. 前記２つの回転子は、
    ハブと、
    前記ハブの周囲に設置された複数の回転翼と、
    前記ハブの内表面に貼り付けられた鉄シートと、
    前記鉄シートに貼り付けられた磁気リングとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１０に記載のファン。
14. 前記２つの回転子の前記磁気リングは異なる磁極数をそれぞれ有することを特徴とする請求項１３に記載のファン。
15. 前記２つの回転子の磁極数の比率は２：１であることを特徴とする請求項１４に記載のファン。
16. 前記磁気リングの互いに隣接する磁極は、逆の極性をそれぞれ有することを特徴とする請求項１４に記載のファン。
17. 前記コイルの数と前記２つの回転子の磁極の数の比率は、３：４であることを特徴とする請求項１３に記載のファン。
18. 前記コイルの数と前記２つの回転子の磁極の数の比率は、３：２であり、且つ、前記コイルの数は、前記２つの回転子の磁極の数の間に介することを特徴とする請求項１３または１７に記載のファン。

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