JP6609368B2

JP6609368B2 - 中空単相誘導モータ

Info

Publication number: JP6609368B2
Application number: JP2018503926A
Authority: JP
Inventors: 美千広亀田
Original assignee: Nittan Valve Co Ltd
Current assignee: Nittan Valve Co Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US10804780B2; WO2017154147A1; CN108432094A; JPWO2017154147A1; EP3429062A1; CN108432094B; US20190081541A1; EP3429062A4

Description

単相交流の低電流によって自力で始動可能な中空誘導モータに関する技術。

一般に単相誘導モータは、モータの外殻の対角方向にコイルを配置した構造であるため、コイルに交番電流を流すことによって対角方向の電磁力を発生させても自力で始動することが出来ない。自力で始動可能なモータには、モータの外殻の対角方向に配置した３組のコイルを周方向等間隔に配置して三相電流を流し、発生した回転磁界によってコイルの内側に配置したかご形回転子を回転させる、特許文献１に示すような三相誘導モータがある。

特許文献１のかご型回転子は、複数本の板状直線動体と、板状直線動体の一端側全てを電気的に接続する円環状接続導体と、板状直線導体の他端側を５本一組で電気的に接続することによって６つの直線動体群を形成する６つの円弧状接続導体から構成されている。

特開平５−３２８６４６号

三相誘導モータは、単相誘導モータに比べてコイルへの配線や通電制御が複雑になりやすい点で問題がある。

また、一般に特許文献１のような従来の三相誘導モータは、かご形回転子の回転中心を通過する磁力線によって回転磁界を発生する。従って、従来の三相誘導モータにおいては、磁力線が前記回転中心を通過しやすくなるようにかご形回転子を図示しない中実体の鉄芯の外周に設ける必要があったため、中空構造に形成しづらい点で問題があった。

尚、特許文献１の三相誘導モータは、円弧状接続導体を６等分することにより誘導電流を発生させる導電路を短く形成し、一の導電路の抵抗を減少させることで低電流による回転を実現した低電圧モータである。しかし、特許文献１の低電圧モータは、かご形回転子の回転に必要な回転力を得るために少なくとも１０本の板状直線導体と円弧状接続導体に同時に電流を流している。特許文献１の一の導電路の長さ（１０本の板状直線導体と円弧状接続導体の合計長さ）は、抵抗を低くして更に低電流で回転子を回転可能にする観点からできる限り短く形成されることが望ましい。

上記課題に鑑み、本願発明は、単相交流の低電流によって自力で始動可能な中空誘導モータを提供するものである。

本願では、交流電源によって複数の磁極を形成される金属製の固定子と、前記固定子と同軸に配置され前記固定子の磁極の変化に基づいて回転するローターと、を有する誘導モータにおいて、前記固定子は、底部と、前記底部から直交する方向に突出する円環状の外周壁と、前記外周壁の内側で前記外周壁と同軸に位置するように前記底部から突出する円環状の内周壁と、前記外周壁の先端縁部に周方向の間隔を開けて形成される複数の第１爪部と、第１爪部にそれぞれ対向するように前記内周壁の先端縁部に周方向の間隔を開けて形成される複数の第２爪部と、を有する円環形状のケースと、前記ケースの内側に固定され、交流かつ単相の電流を通電されることで第１爪部と第２爪部に互いに異なる磁極を形成するコイルと、を有し、前記ローターは、前記ケースの内側に同軸かつ回転可能に支持される筒状の本体部と、前記本体部の外周に突出形成されるフランジ部と、前記フランジ部の外周縁部に周方向の間隔を開けて複数形成され、それぞれの先端が前記第１爪部及び第２爪部の双方と平行になるよう前記第１爪部及び第２爪部の間に形成される隙間に挿入され、かつ少なくとも１つが前記第１爪部及び第２爪部の双方に対して前記ケースの周方向にずれて配置される複数のコイル支持部と、各コイル支持部の外周にそれぞれ取り付けられた円環形状の複数のローターコイルと、を有することにより、中空単相誘導モータを構成した。

（作用）円環形状を有するケースの外周壁に設けられた複数の第１爪部と、内周壁に設けられて第１爪部にそれぞれ対向する第２爪部には、交流かつ単相の電流をコイルに流すことにより、互いに異なる磁極（Ｎ極とＳ極）が交互に発生する。その際、第１爪部と第２爪部の隙間に挿入され、かつ第１爪部と第２爪部に対してケースの周方向にずれて配置されたコイル支持部のローターコイルには、電磁誘導によって周方向に電流が流れ、前後端に第１爪部及び第２爪部の双方に反発する磁極または双方に吸着される磁極が発生する。その際、複数のローターコイルを有するローターは、フレミングの左手の法則に基づいて各ローターコイルに発生した電磁力を回転トルクとして回転する。

ローターは、コイルに通電された単相交流の電流によって自力で始動する。また、誘導電流を発生させる一の導電路の長さが円環状のローターコイルの周長になって短く形成される事により、一の導電路の抵抗が減少する。また、同心円上に配置された第１爪部と第２爪部の間に発生させた磁界によってローターが回転し、ローターの回転中心を通過する磁力線が発生しない。

更に本願の中空単相誘導モータにおいて、前記第１爪部及び前記第１爪部に対向する前記第２爪部の複数の組み合わせ、または複数のコイル支持部のうち一方が前記ケースの周方向に等間隔で配置され、もう一方の少なくとも一部が前記ケースの周方向に異なる間隔で配置されるようにした。

（作用）ローターがいかなる位置で回転を停止しても、各ローターコイルの周方向端部が第１爪部の周方向端部及び第２爪部の周方向端部にいずれにも重ならず、複数のローターコイルのうち少なくとも一部は、常に第１爪部と第２爪部に対してケースの周方向にずれた位置に停止する。

更に本願の中空単相誘導モータにおいて、複数の前記第１爪部のそれぞれの内周長及び複数の前記第２爪部のそれぞれの外周長が、いずれも前記ローターコイルのそれぞれの幅よりも短く形成されるようにした。

更に本願の中空単相誘導モータにおいて、前記ローターコイルを銅製とした。

（作用）ローターコイルの抵抗が少なくなり、電磁誘導によって起電しやすくなる。

本願の中空単相誘導モータによれば、各ローターコイルが抵抗の少ない導電路を形成するため、単相交流の低電流によって自力で始動可能な誘導モータが得られる。更に、ローターの回転中心を通過する磁力線を発生させるための鉄芯をローターの中心に設ける必要が無くなるため、中空の誘導モータが得られる。

また、本願の中空単相誘導モータによれば、複数のローターコイルのうち少なくとも一部が必ず第１爪部及び第２爪部に対して周方向にずれた位置に配置されるため、停止中のローターコイルの位置を調節しなくても常に自力で始動可能な中空の誘導モータが得られる。

本願の中空単相誘導モータによれば、単相交流の更なる低電流によって自力で始動可能な中空の誘導モータが得られる。

中空単相誘導モータの実施例の分解斜視図。実施例の中空単相誘導モータをローターの回動中心軸線方向に切断した縦断面図。図２のＩ−Ｉ断面図。（ａ）図３の実施例の中空単相誘導モータの始動部を左から順番に直線状に並べた、中空単相誘導モータの動作説明図。（ｂ）〜（ｉ）図３の実施例の中空単相誘導モータの始動部以外の部位を左から順番に直線状に並べ、時間経過に伴う電磁力の変化を示した中空単相誘導モータの動作説明図。

図１から図４により中空単相誘導モータの実施例に関する構成と動作を説明する。各図においては、中空単相誘導モータの前方をＦｒ、後方をＲｅ、上方をＵｐ、下方をＬｗとして説明する。

図１及び図２に示す中空単相誘導モーター１は、導電性を有する金属製の固定子２と、ローター３と、球軸受４，５によって構成される。ローター３は、球軸受４，５によって固定子２に同軸（中心軸線Ｌ０）かつ回動可能に取り付けられる。以下に固定子２とローター３を詳細に説明する。

図１と図２に示す固定子２は、ケース６とコイル７によって形成される。ケース６は、底部６ａ、底部６ａの外周縁部から直交する方向に突出する円環状の外周壁６ｂ、外周壁６ｂの内側で外周壁６ｂと同軸（中心軸線Ｌ０）に位置するように底部６ａの内周縁部から突出する円環状の内周壁６ｃ、複数の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）及び複数の第２爪部（９ａ〜９Ｌ）によって構成される。

図３に示す複数の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）は、それぞれ外周壁６ｂの先端縁部６ｄから中心軸線Ｌ０に沿った方向に突出し、かつ先端縁部６ｄの周方向に間隔を開けて形成された１２個の爪部であり、複数の第２爪部（９ａ〜９Ｌ）は、それぞれ内周壁６ｃの先端縁部６ｅから中心軸線Ｌ０に沿った方向に突出し、先端縁部６ｅの周方向に間隔を開けて形成された１２個の爪部である。

図３に示す複数の第２爪部（９ａ〜９Ｌ）は、複数の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）にそれぞれ対向するように設けられる。第１爪部（８ａ〜８Ｌ）のそれぞれの両端（８ｍ、８ｎ）は、中心軸Ｌ０から放射方向において、対向する第２爪部（９ａ〜９Ｌ）のそれぞれの両端（９ｍ、９ｎ）と面一になるように形成される。

図３に示す外周壁６ｂの先端縁部６ｄにおいて、第１爪部（８ａ〜８ｇ）と第１爪部（８ｉ〜８Ｌ）は、いずれも均一の周長Ｗ１を有するように形成される（周長Ｗ１は、各第１爪部の外周の円弧長）。また、第１爪部（８ａ〜８ｆ）と第１爪部（８ｉ〜８Ｌ）は、それぞれ１５°間隔の等間隔で配置される。また、第２爪部（９ａ〜９ｆ）と第２爪部（９ｉ〜９Ｌ）は、いずれも均一の周長Ｗ１’を有するように形成される（周長Ｗ１’は、各第２爪部の内周の円弧長）。また、第２爪部（９ａ〜９ｆ）と第１爪部（９ｉ〜９Ｌ）は、いずれも１５°間隔の等間隔で配置される。

また、図３に示す先端縁部６ｄにおける第１爪部８ｇは、第１爪部８ｆに対して１０°の間隔で形成され、第１爪部８ｈに対して２０°の間隔で形成される。また先端縁部６ｅにおける第２爪部９ｇは、第２爪部９ｆに対して１０°の間隔で形成され、第２爪部９ｈに対して２０°の間隔で形成される。つまり、第１爪部８ｇと第２爪部９ｈは、他の第１爪部及び第２爪部の設置間隔（１５°）に対して異なる間隔で形成される。

尚、図３に示す先端縁部６ｄにおける第１爪部８ｈは、他の第１爪部（８ａ〜８ｇ）及び第１爪部（８ｉ〜８Ｌ）の周長Ｗ１よりも短い周長Ｗ３（第１爪部８ｈの外周の円弧長）に形成され、先端縁部６ｅにおける第２爪部９ｈは、他の第２爪部（９ａ〜９ｇ）及び第２爪部（９ｉ〜９Ｌ）の周長Ｗ１’よりも短い周長Ｗ３’ （第２爪部９ｈの外周の円弧長）に形成される。

コイル７は、底部６ａに設置され、単相交流の電流を通電されることにより第１爪部（８ａ〜８Ｌ）とこれらにそれぞれ対向する第２爪部（９ａ〜９Ｌ）に互いに異なる磁極を交互に発生させる。

また、図１から図３に示すローター３は、中空筒状の本体部３ａ、フランジ部３ｂ、複数のコイル支持部（１０ａ〜１０Ｌ）及び複数のローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）によって形成される。本体部３ａ、フランジ部３ｂ及び複数のコイル支持部（１０ａ〜１０Ｌ）は、それぞれ導電性の低い金属や樹脂等で形成され、複数のローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、導電性の高い金属で形成される。フランジ部３ｂは、円板形状を有し、かつ本体部３ａの前端部の外周から半径方向外側に突出するように形成される。また、複数のコイル支持部（１０ａ〜１０Ｌ）は、それぞれ同一の直方体形状を有し、フランジ部３ｂの外周端部３ｃから中心軸線Ｌ０に沿って後方に突出形成される。また、複数のコイル支持部（１０ａ〜１０Ｌ）は、フランジ部３ｂの周方向において３０°の等間隔で１２箇所に形成される。ローター３は、本体部３ａの外周に取り付けられる球軸受４，５を介してケース６の内周壁６ｃの内側に同軸かつ回動可能に取り付けられる。

図１から図３に示す複数のローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、それぞれ同一の直方体筒形状を有する銅製の１２の部材であり、複数のコイル支持部（１０ａ〜１０Ｌ）の外周にそれぞれ固定される。ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）のそれぞれの４角は、Ｒ形状を有する。尚、ローターコイルの素材は、導電性が高い金属であれば銅製に限られない。

図３において、ケース６の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）のうち第１爪部８ｈ以外の内周長と、及び第２爪部（９ａ〜９Ｌ）のうち第２爪部９ｈ以外の外周長は、各ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）のそれぞれの幅Ｗ４（中心軸線Ｌ０に対する直交断面内の幅）とほぼ同一に形成されている。

尚、図３に示す通り、ローター３の同一形状のローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）が周方向に等間隔で設置されているのに対し、ケース６の第１及び第２爪部（８ｇ，９ｇ）は、他の第１及び第２爪部に対して異なる間隔で形成されている。従って、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）のうちいずれか（ローターコイル１１ｇを参照）の周方向端部（１１ｍ、１１ｎ）は、ローター３が停止した際に第１及び第２爪部（８ｇ、９ｇ）の双方の周方向端部に対して必ず周方向にずれた位置に停止する。

また、第１爪部８ｈの周長Ｗ３は、他の第１爪部の周長Ｗ１より短く、第２爪部９ｈの周長Ｗ３'は、他の第２爪部の周長Ｗ１'より短い。従って、ケース６の第１爪部８ｈの内周長及び第２爪部９ｈの外周長は、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）のうちいずれか（ローターコイル１１ｈを参照）の周方向端部（１１ｍ、１１ｎ）は、ローター３が停止した際に第１及び第２爪部（８ｈ、９ｈ）の双方の周方向端部に対して必ず周方向にずれた位置に停止する。

その結果、単相電流を通電されることで第１及び第２爪部（８ｇ、９ｇ）、及び第１及び第２爪部（８ｈ、９ｈ）に発生する磁極から磁力を受けるローターコイルには、ローター３を自力で始動させるための誘導電流が必ず発生する。

尚、本実施例においては、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）を等間隔で設置し、かつ第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）の一部を異なる間隔で設置しているが、中空単相誘導モータにおいては、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）の一部を異なる間隔で設置し、かつ第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）を全て等間隔で設置してもよい。

また、本実施例においては、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）の幅を均一にして第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）の一部の周長を他の周長より短く形成しているが、中空単相誘導モータにおいては、第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）の周長を全て均一に形成した上でローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）の一部の幅を第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）の各周長よりも長く形成してもよい。

次に、図１から図４により、本実施例の中空単相誘導モータの動作を説明する。図４は、本実施例の中空単相誘導モータの動作説明図である。図４（ａ）の右図は、図３に示す中空単相誘導モータ１の始動部に該当する第１及び第２爪部（８ｇ，９ｇ）及び第１及び第２爪部（８ｈ，９ｈ）と、ロータコイル（１１ｇ、１１ｈ）を左から順番に直線状に並べた図である。また、図４（ｂ）〜図４（ｉ）の右図は、図３に示す中空単相誘導モータの始動部以外の部位である第１爪部（８ａ，８ｂ）及び第２爪部（９ａ，９ｂ）と、ロータコイル（１１ａ，１１ｂ）を左から順番に直線状に並べ、時間経過に伴ってローターコイルに作用する電磁力の変化を示した図である。

尚、図４（ａ）〜図４（ｉ）の右図に示す「Ｓ」と「Ｎ」は磁極を示し、「×」は、ローターコイルにおいて図４の紙面の手前側から向こう側に流れる誘導電流の方向を示し、「・」は、ローターコイルにおいて図４の紙面の向こう側から手前側に流れる誘導電流の方向を示す。また、図４（ａ）〜図４（ｉ）の左図は、対向するコイル７に通電される単相交流電流の変化を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は電流の強さを表す。

図２のコイル７には、図４（ａ）及び図４（ｂ）の左図に示すような正弦波的に変化する単相交流電流が通電される。非通電状態の初期状態からコイルに正方向の電流が流れ始めると、図３に示すケース６の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）には、それぞれ磁極のＳ極が発生し、第２爪部（９ａ〜９Ｌ）には、それぞれ磁極のＮ極が発生することにより、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）を通過する磁束が増加する。その際、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すようにローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）には、レンツの法則に基づいて誘導連流が発生し、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）の外面側１１ｐには、磁束の増加を妨げるようなＳ極が発生すると共に内面側１１ｑには、Ｎ極が発生する。

その際、図４（ａ）の右図に示す通り、ローターコイル（１１ｇ、１１ｈ）の周方向端部の一端（１１ｎ、１１ｎ）のみが第１爪部（８ｇ，８ｈ）及び第２爪部（９ｇ、９ｈ）の内側に配置されるため、ローターコイル（１１ｇ、１１ｈ）には、図３の紙面の手前から向こうに流れる誘導電流と、第１爪部（８ａ〜８Ｌ）から第２爪部（９ｇ、９ｈ）に向かう磁界により、フレミングの左手の法則に基づく紙面の右方向への始動トルクＰ１（図３における中心軸線Ｌ０を中心とした時計回りＤ１方向の始動トルク）が発生する。その結果、図１から図３に示すローター３は、コイル７に流された単相交流電流によって発生した始動トルクＰ１により、固定子２に対して自力で相対回転を開始する。

また、図４（ｂ）の左図に示すようにコイル７が非通電状態の場合、右図のローターコイル（１１ａ、１１ｂ）と図３に示すローターコイル（１１ｃ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１Ｌ）には、誘導電流が発生しない。また、図４（ｂ）に示すようにローターコイル（１１ａ、１１ｂ）の周方向の両端部が第１爪部（８ａ，８ｂ）及び第２爪部（９ａ、９ｂ）のそれぞれの周方向の両端部と面一に配置された状態でコイル７への通電が開始され、ローターコイル（１１ａ、１１ｂ）に誘導電流による磁極が発生しても、ローターコイル（１１ａ、１１ｂ）と図３のローターコイル（１１ｃ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１Ｌ）には、周方向に働く力（トルク）のつり合いにより、ケース６に対する相対回転トルクが発生しない。

一方、図３に示すローターコイル（１１ａ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１Ｌ）は、ローターコイル（１１ｇ、１１ｈ）に発生した時計回りＤ１の始動トルクＰ１によってケース６に対して相対回動する。その際、図４（ｃ）に示すローターコイル（１１ａ、１１ｂ）と図３に示すローターコイル（１１ｃ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１Ｌ）の周方向端部の一端（１１ｍ、１１ｍ）が第１及び第２爪部の内側から周方向にずれた位置に配置され、周方向端部の他端（１１ｎ、１１ｎ）のみが第１爪部と第２爪部の内側に配置されると、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）には、電磁誘導とフレミングの左手の法則に基づく時計回りの回転トルクＰ２が発生する。その結果、図４（ｃ）のローターコイル（１１ａ、１１ｂ）と図３のローターコイル（１１ｃ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１Ｌ）は、紙面右方向に作用するＰ１+Ｐ２の力（回転トルク）を受け、図１から図３に示すローター３は、回転トルクＰ１＋Ｐ２によって固定子２に対して相対回転する。

また、図４（ｄ）の左図に示すようにコイル７に通電される単相交流の電流が正方向のピークに達すると、図４（ｄ）の右図に示す第１爪部（８ａ，８ｂ）と第２爪部（９ａ、９ｂ）に発生する磁極は、磁束が変化しなくなるため、ローターコイル（１１ａ、１１ｂ、１１Ｌ）には、瞬間的に誘導電力が発生しなくなり、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、受ける磁束が減少した状態で惰性によって更に図３のＤ１方向に回転する。

図４（ｅ）に示すように受ける磁束が減少した状態でローターコイル（１１Ｌ、１１ａ）の周方向端部の一端１１ｍのみが隣の第１爪部（８ａ、８ｂ）及び第２爪部（９ａ、９ｂ）の内側にそれぞれ移動すると、ローターコイル（１１Ｌ，１１ａ）と図３のローターコイル（１１ｂ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｋ）には、誘導連流の発生によって外面側１１ｐに磁束の増加を促すようなＮ極が発生すると共に内面側１１ｑには、Ｓ極が発生する。その際、ローターコイル（１１Ｌ，１１ａ）と図３のローターコイル（１１ｂ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｋ）には、電磁誘導とフレミングの左手の法則に基づく時計回りの回転トルクＰ２が発生し、図１から図３のローター３は、回転トルクＰ１＋Ｐ２により固定子２に対してＤ１方向に回転を続ける。

また、図４（ｆ）の左図に示すようにコイル７に通電される単相交流の電流値プラスマイナス０に戻ると、第１爪部（８ａ，８ｂ）と第２爪部（９ａ、９ｂ）に発生していた磁束が変化しなくなる（０になる）ため、ローターコイル（１１Ｌ、１１ａ）には、瞬間的に誘導電力が発生しなくなり、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、内面側１１ｑから外面側１１ｐへ向かう磁束が減少した状態で惰性によって更に図３のＤ１方向に回転する。

図４（ｇ）の右図に示すように受ける磁束が減少した状態でローターコイル（１１Ｌ、１１ａ）の周方向端部の一端１１ｍのみが第１爪部（８ａ、８ｂ）及び第２爪部（９ａ、９ｂ）の内側から周方向にずれた位置に移動した状態で図４（ｇ）の左図に示すように負方向の電流が図２のコイル７に流れ始めると、第１及び第２爪部に発生していた磁極が逆転し、図３と図４（ｇ）の右図に示すように第１爪部（８ａ〜８Ｌ）には、磁極のＮ極が発生し、第２爪部（９ａ〜９Ｌ）には、磁極のＳ極が発生する。その際、ローターコイル（１１Ｌ，１１ａ）と図３のローターコイル（１１ｂ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｋ）には、誘導連流の発生によって外面側１１ｐから内面側１１ｑに向かう磁束の増加を妨げるように外面側１１ｐにＮ極が発生すると共に内面側１１ｑには、Ｓ極が発生する。その際、ローターコイル（１１Ｌ，１１ａ）と図３のローターコイル（１１ｂ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｋ）には、電磁誘導とフレミングの左手の法則に基づく時計回りＤ１方向の回転トルクＰ２が発生し、図１から図３のローター３は、回転トルクＰ１＋Ｐ２により固定子２に対してＤ１方向に回転を続ける。

また、図４（ｈ）の左図に示すようにコイル７に通電される単相交流の電流が負方向のピークに達すると、図４（ｆ）の右図に示す第１爪部（８ａ，８ｂ）と第２爪部（９ａ、９ｂ）に発生する磁極は、磁束が変化しなくなるため、ローターコイル（１１ｋ、１１Ｌ、１１ａ）には、瞬間的に誘導電力が発生しなくなり、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、受ける磁束が減少した状態で惰性によって更に図３のＤ１方向に回転する。

また、図４（ｉ）に示すように受ける磁束が減少した状態でローターコイル（１１ｋ、１１Ｌ）の周方向端部の一端１１ｍのみが隣の第１爪部（８ａ、８ｂ）及び第２爪部（９ａ、９ｂ）の内側にそれぞれ移動すると、ローターコイル（１１ｋ，１１Ｌ）と図３のローターコイル（１１ａ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｊ）には、誘導連流の発生によって外面側１１ｐに磁束の増加を促すようなＳ極が発生すると共に内面側１１ｑには、Ｎ極が発生する。その際、モーターコイル（１１ｋ，１１Ｌ）と図３のローターコイル（１１ａ〜１１ｆ、１１ｉ〜１１ｊ）には、電磁誘導とフレミングの左手の法則に基づく時計回りの回転トルクＰ２が発生し、図１から図３のローター３は、回転トルクＰ１＋Ｐ２により固定子２に対してＤ１方向に回転を続ける。

このようにして、図３のローター３は、始動部を構成する第１爪部（８ｇ，８ｈ）と第２爪部（９ｇ、９ｈ）により、コイル７に通電された単相交流電流によって自力で始動可能なことに加え、固定子２の第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ａ〜９Ｌ）の間に発生する磁極の変化及び磁束の変化と、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）に発生する誘導電流とフレミングの左手の法則に基づく回転トルクにより、固定子２に対して回転する。磁界は、リング状に配置された第１爪部（８ａ〜８Ｌ）と第２爪部（９ｇ、９ｈ）の間に発生してモータの回転中心を通過しないため、本実施例の単相誘導モータは、中空構造を有することが出来、モータの内側に別の機構などを配置出来る。また、ローターコイル（１１ａ〜１１Ｌ）は、それぞれリング状の極めて短い導電路を形成するため、導電路の抵抗値が小さくなる。従って、本実施例の中空単相誘導モータは、低電流での始動と回転が可能になる。

１中空単相誘導モータ
２固定子
３ローター
６ケース
６ａ底部
６ｂ外周壁
６ｃ内周壁
６ｄ外周壁の先端縁部
６ｅ内周壁の先端縁部
７コイル
８ａ〜８Ｌ複数の第１爪部
８ｈ外周壁の周方向に異なる間隔で配置された第１爪部
８ｇ他の第１爪部より短く形成された第１爪部
９ａ〜９Ｌ複数の第２爪部
９ｈ内周壁の周方向に異なる間隔で配置された第２爪部
９ｇ他の第２爪部より短く形成された第２爪部
１０ａ〜１０Ｌコイル支持部
１１ａ〜１１Ｌ複数のローターコイル
Ｌ０ローターの回動中心軸線

Claims

交流電源によって複数の磁極を形成される金属製の固定子と、前記固定子と同軸に配置され前記固定子の磁極の変化に基づいて前記固定子に対して相対回転するローターと、を有する誘導モータにおいて、
前記固定子は、
底部と、前記底部から直交する方向に突出する円環状の外周壁と、前記外周壁の内側で前記外周壁と同軸に位置するように前記底部から突出する円環状の内周壁と、前記外周壁の先端縁部に周方向の間隔を開けて形成される複数の第１爪部と、第１爪部にそれぞれ対向するように前記内周壁の先端縁部に周方向の間隔を開けて形成される複数の第２爪部と、を有する円環形状のケースと、
前記ケースの内側に固定され、交流かつ単相の電流を通電されることで第１爪部と第２爪部に互いに異なる磁極を形成するコイルと、を有し、
前記ローターは、
前記ケースの内側に同軸かつ回転可能に支持される筒状の本体部と、
前記本体部の外周に突出形成されるフランジ部と、
前記フランジ部の外周縁部に周方向の間隔を開けて複数形成され、それぞれの先端が前記第１爪部及び第２爪部の双方と平行になるよう前記第１爪部及び第２爪部の間に形成される隙間に挿入され、かつ少なくとも１つが前記第１爪部及び第２爪部の双方に対して前記ケースの周方向にずれて配置される複数のコイル支持部と、
各コイル支持部の外周にそれぞれ取り付けられた円環形状の複数のローターコイルと、
を有することを特徴とする、中空単相誘導モータ。
前記第１爪部及び前記第１爪部に対向する前記第２爪部の複数の組み合わせ、または複数のコイル支持部のうち一方が前記ケースの周方向に等間隔で配置され、もう一方の少なくとも一部が前記ケースの周方向に異なる間隔で配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の中空単相誘導モータ。
複数の前記第１爪部のそれぞれの内周長及び複数の前記第２爪部のそれぞれの外周長が、いずれも前記ローターコイルのそれぞれの幅よりも短く形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の中空単相誘導モータ。
前記ローターコイルが銅製であることを特徴する、請求項１または２に記載の中空単相誘導モータ。