JP2004147489A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と回転子間に磁性部材の回転子を追加して装着することにより、一層高効率で振動及び騷音の少ない電気モータを提供しようとする。
【解決手段】回転子収納部Ｓが内側に形成され、回転磁界を発生する複数の第１コイル２４及びそれら第１コイル２４と夫々対を成し第１コイル２４の磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイル２５が夫々装着された固定子２０と、中空の磁性部材から形成されて回転子収納部Ｓに収納され、固定子２０の第１コイル２４及び第２コイル２５で形成される磁界により回転する第１回転子５０と、第１回転子５０の内部中央に回転軸４０が嵌合されて、該回転軸４０に圧入されることで、第１回転子の回転により回転する第２回転子３０と、を含む電気モータを構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータに係るもので、詳しくは、電気モータの回転子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
くま取りコイル型単相誘導電動機は、固定子において回転磁界を形成して起動及び回転を可能にするため１相の固定子コイル及び他の１相の役割をするくま取りコイルをその固定子コイルと空間的に所定角度回転した位置に設置し、楕円形の回転磁界により誘導型回転子を回転させて回転力を発生するように構成されている。このくま取りコイル型単相誘導電動機は、効率は低いが、低廉にモータを具現し得るため、冷蔵庫用ファンモータ及び家庭用扇風機などの軽負荷用に広く用いられている。
【０００３】
また、誘導電動機の効率を向上させる方法として、固定子と回転子間に永久磁石を取り付けたマグネットロータを追加する構成が開示されている。（例えば、特許文献１〜４）
【特許文献１】
特開平０４−３２２１５０号公報
【特許文献２】
特開平０４−３２５８６０号公報
【特許文献３】
特開平０４−３３１４４５号公報
【特許文献４】
特開平０５−０１５１２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のくま取りコイル型単相誘導電動機においては、低価の電動機が構成されるが、くま取りコイル等から損失が発生して効率が低下し、誘導型回転子を駆動させる駆動力が均一に発生しないため、ここで発生した振動により騷音が発生するという不都合な点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、固定子と回転子間に磁性部材の回転子を追加して含むことで、一層高効率で振動及び騷音の少ない電気モータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る電気モータは、回転子収納部Ｓが内側に形成され、回転磁界を発生する複数の第１コイル及びそれら第１コイルと夫々対を成して第１コイルの磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイルが夫々装着された固定子と、中空の磁性部材から形成されて回転子収納部に収納されて、固定子の第１コイル及び第２コイルで形成される磁界により回転する第１回転子と、該第１回転子の内部中央に回転軸が嵌合され、該回転軸に圧入固定されており第１回転子の回転により回転する第２回転子と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００７】
又、本発明に係る電気モータは、回転磁界を発生する複数の第１コイル及びそれら第１コイルと対を成し第１コイルの磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイルが設置された固定子と、該固定子の外周部を取り囲む中空状の磁性部材とから構成され、固定子の第１コイル及び第２コイルから発生した磁界により回転する第１回転子と、中央に回転軸を固定し、第１回転子の内周部に設置し、第１回転子の回転により回転する第２回転子と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
又、本発明に係る電気モータは、回転磁界を形成する第１コイルと、該第１コイルの磁界によって誘導されて回転磁界を形成する第２コイルと、第１コイルが巻回される第１コイル巻線部及び第２コイルが巻回される第２コイル巻線部を有して内部中央の空間に回転子収納部が形成された固定子と、回転子収納部の内部に収納されて、第１コイル及び第２コイルによって形成される磁界により回転するように円筒状の磁性部材から成る第１回転子と、該第１回転子の内部に挿合されて回転軸が圧入固定されると共に、第２回転子の回転により回転する第２回転子と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
【００１０】
本発明に係る電気モータの第１実施形態においては、図１に示したように、回転子収納部Ｓが内側に形成され、回転磁界を発生する複数の第１コイル２４及びそれら第１コイル２４と夫々対を成してそれら第１コイル２４の磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイル２５（くま取りコイルとも称す）が夫々装着された固定子２０と、中空の磁性部材から形成され回転子収納部Ｓに収納され、固定子２０の第１コイル２４及び第２コイル２５から形成される磁界により回転する第１回転子５０と、該第１回転子５０の内部中央に回転軸４０が嵌合され、該回転軸４０に圧入固定されることで第１回転子の回転により回転する第２回転子３０と、を含んで構成されている。
【００１１】
又、第２回転子３０の中心には、回転軸４０が圧入される中心孔が形成され、回転軸４０を中心に放射状に複数の導体バー挿入孔３３ａが夫々穿孔され、それら導体バー挿入孔３３ａにアルミニウムなどの導体バー３３がダイキャスティングされ挿入固定された磁性体から形成される。ここで、第２回転子３０としては、回転かご形の誘導型回転子が使用される。
【００１２】
更に、第２回転子３０の両側には、夫々導体バー３３を第２回転子３０に固定させるための１対のエンドリング３４が嵌合されている。
【００１３】
又、第１回転子５０は、内部に第２回転子３０が嵌合されるように中空円筒状に形成され、第１回転子５０の前方には、該第１回転子５０が回転軸４０の長さ方向に移動することを防止するために、図１及び図２（ａ）に示したように、回転軸４０を挿入する挿入孔５２ａを有した第１回転子支持部材５１が一体として延長されている。
【００１４】
ここで、第１回転子支持部材５１は、コップ状を成し、第２回転子３０の前方で回転軸４０に対し回転が自在なように挿入されることにより、第１回転子５０が固定子２０から発生する磁界によって自由に回転できるようにする。更に、図２（ｂ）に示したように、製作費用を低減するため、第１回転子５０と第１回転子支持部材５１とを永久磁石により一体として製作し得るし、回転軸４０を回転可能に支持するため、挿入孔５２ａの内面には焼結ベアリング５２ｂを装着する。
【００１５】
又、本発明に係る電気モータの第１実施形態の他の実施例として、図３に示したように、第１回転支持部材５１を省き、第１回転子５０が回転軸４０の長さ方向に移動することを防止するため、第２回転子３０のエンドリング３４の外周面両側から１対のガイド部５３を夫々突出して、それらガイド部５３を第１回転子５０の両端に当接するように形成することもできる。
【００１６】
更に、第１回転子５０の内周面及び第２回転子３０の外周面には、相互接触による摩擦損失を減らすため、第１回転子５０の内周面及び第２回転子３０の外周面の、何れか一つ又は全てに潤滑コーティングが行われる。
【００１７】
又、図１及び図２に示したように、開口部を有する中空円筒状のハウジング本体１１及び開口部を覆蓋する覆蓋部１２から中空円筒状のハウジング１０が形成されて、該ハウジング１０の内部側壁に固定子２０を装着する固定部２１及び複数の固定子コアが形成される。更に、ハウジング本体１１の内部の固定部２１には、回転軸４０を回転可能に支持するためのベアリング１３、１４が設置されている。
【００１８】
又、前記固定子２０は、第１コイル２４が巻回される第１コイル巻線部２４ａ及び第２コイル２５が巻回される第２コイル巻線部２５ａから形成される。第１コイル巻線部２４ａは、回転軸４０を中心に放射状に配置され、固定部２１から回転子収納部Ｓまで延長することにより複数の固定子アーム２６が構成される。これら固定子アーム２６は、夫々回転子収納部Ｓと接する端部として回転軸４０（又は第１回転子５０）の円周方向に夫々１対の突出部２７が形成されている。
【００１９】
又、各第２コイル巻線部２５ａは、第１回転子５０を回転させるために第１コイル２４の位置から回転軸４０の回転方向Ｒに所定角度偏って形成され、１対の突出部２７の中で、回転軸方向Ｒ側の突出部２７に対して形成される。更に、第２コイル巻線部２５ａを有する突出部２７は、各固定子アーム２６の方向にグルーブ２３を切削し、第２コイル巻線部２５ａは、グルーブ２３に隣接して形成される。
【００２０】
又、第１コイル巻線部２４ａ及び第２コイル巻線部２５ａと、第１コイル２４及び第２コイル２５とは、２個で１対として形成され、その対の数は、構成すべき電気モータの性能によって異なるが、本発明の第１実施形態は、２対（４個）、第２実施形態は、図４に示したように、１対（２個）から構成されている。図４に示された第２実施形態の電気モータは、第１コイル巻線部２４ａ及び第２コイル巻線部２５ａの設置数が異なるだけで、その他の構成は、第１実施形態の電気モータと同様に構成される。更に、第１コイル２４及び第２コイル２５の数が１対（２個）又は２対（４個）の場合には、回転軸４０を中心として相互に対称に構成される。
【００２１】
又、図５に示したように、本発明に係る電気モータの第３実施形態（即ち、スケルトン型モータ）として、第１コイル２４が巻回された第１コイル巻線部２４ａと、該第１コイル巻線部２４ａの片側に空隙を持つ回転子収納部Ｓを有し回転子収納面２４ｂ及び第２コイル２５が巻回されて対となる第２コイル巻線部２５ａを形成した固定子アーム２１０から成る固定子２００を構成し、その他は、第１実施形態と同様に構成することができる。又、第１コイル巻線部２４ａにはボビン２４ｃが設置され、該ボビン２４ｃに第１コイル２４が巻回される。
【００２２】
又、固定子２００と第１回転子５０との間には、空隙が形成され、回転子収納部Ｓを形成する固定子２００の内周面には、モータの性能を向上させるために空隙を拡大した空隙拡大部２８を形成し得るが、図１、４又は５に示したように、該空隙拡大部２８は、第２コイル２５が巻回された部分の第２コイル巻線部２５ａに隣接して形成される。
【００２３】
更に、第１コイル２４は、図６に示したように、各電源端子６１、６２を経由して外部電源６０に接続された４つの巻線（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）から構成されている。
【００２４】
又、一般の常用電圧は、図７に示したように、所定の周期を有する波形を成しているが、第１回転子５０は、第１コイル２４に印加される印加電圧の大きさ及び位相によって、第１コイル２４及び第２コイル２５によって形成される回転磁界の方向が逆方向に作用（図７に示した−（マイナス）領域の電圧の場合、第１回転子５０を逆方向に回転させるようになる）することになり、回転軸４０を逆回転させるという問題点を有する。しかし、本発明に係る電気モータにおいては、このような問題を解決するため、起動時に外部電源６０から印加される電圧が予め設定された電圧より大きい場合、該電圧を降下して、駆動運転中は、印加電圧をそのまま通過する電圧降下部６５を追加し、第１コイル２４と外部電源６０との間に連結する構成とする。ここで、該電圧降下部６５には、抵抗が温度に反比例するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のような抵抗素子を使用する。又、図８は、ＮＴＣの温度による抵抗特性を示したグラフである。
【００２５】
又、本発明に係る電気モータは、印加される電圧の大きさに対して動作可能範囲（例えば、最小許容電圧及び最大許容電圧）を有するが、電圧降下部６５を調節することにより、その動作範囲の幅を調整することができる。
【００２６】
又、本発明の各実施形態においては、固定子２０を第１回転子５０及び第２回転子３０の外側に装着するように構成しているが、固定子２０を第１及び第２回転子５０、３０の内側に設置して構成することもできる。
【００２７】
上記のように構造された本発明に係る電気モータの動作に関し、以下に説明する。
【００２８】
本発明に係る電気モータの起動のために外部電源６０を第１コイル２４に印加する。外部電源６０の印加によって第１コイル２４は、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に順次回転磁界を形成し、第１コイル２４及び回転軸４０を基準にその回転方向Ｒに所定の角度回転した位置に配置した第２コイル２５に、第１コイル２４によって誘導された誘導回転磁界を発生する。
【００２９】
次いで、第１コイル２４及び第２コイル２５によって形成された回転磁界は、回転子収納部Ｓの内部に収納された第１回転子５０の磁束との相互作用によって第１回転子５０を回転させる。
【００３０】
この時、初期に印加された電圧の位相により逆方向回転磁界が形成されると共に、その電圧の大きさが許容電圧より大きい場合には、第１回転子５０を逆方向に回転させて逆方向に駆動するという問題が発生する。しかし、電圧降下部６５によって初期起動時に印加される電圧を降下させることにより、逆方向回転磁界が発生されてもその電圧の大きさを減少させることになり、第１回転子５０が直ちに正方向に回転されるようになる。
【００３１】
特に、電圧降下部５０にＮＴＣを使用した場合、該ＮＴＣは、外部電圧６０の印加により熱が発生してその温度が上昇することにより、抵抗値が減少し、モータ起動後所定時間経過すると印加された電圧を殆ど通過するようになる。
【００３２】
又、第１回転子５０が回転することにより、該第１回転子５０の磁性部材によって再び回転磁界を発生し、該第１回転子５０により発生した回転磁界は、電磁気誘導作用により第２回転子３０の導体バー３３ａに誘導電流を誘導して第２回転子３０を回転させるため、第２回転子３０に圧入された回転軸４０を回転させることになり、回転軸４０に回転力を発生する。勿論、回転軸４０には、ファンなどの負荷が装着されることにより、外部に回転力が伝達される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気モータは、既存の固定子及び回転子間に磁性部材を有する回転子を追加装着することにより、比較的簡単な構造を有すると共に、従来のくま取りコイル型単相誘導電動機よりも効率が高いという効果がある。
【００３４】
又、本発明に係る電気モータは、電圧降下部を追加して構成することにより、その起動動作電圧を変化してモータの効率を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気モータの第１実施形態の構造を示した横断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。（ｂ）は、図２（ａ）の電気モータの第１回転子及び第１回転支持部材の他の実施例を示した断面図である。
【図３】図２の電気モータの第１実施形態の他の実施例を示した断面図である。
【図４】本発明に係る電気モータの第２実施形態の構造を示した断面図である。
【図５】本発明に係る電気モータの第３実施形態の構造を示した断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る電気モータの結線図で、外部電源と各巻線間の巻線図である。
【図７】本発明に係る電気モータに印加される電圧の波形を示したグラフである。
【図８】本発明に係る電気モータのＮＴＣの抵抗特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１０…ハウジング
２０、２００…固定子
２４…第１コイル
２５…第２コイル
２４ａ…第１コイル巻線部
２５ａ…第２コイル巻線部
２７…突出部
２８…空隙拡大部
３０…第２回転子
３３…導体バー
４０…回転軸
５０…第１回転子
５１…第１回転子支持部材
５３…ガイド部
６０…外部電源
６５…電圧降下部

Claims (36)

1. 回転子収納部が内側に形成され、回転磁界を発生する複数の第１コイル及び該第１コイルと夫々対を成し前記第１コイルの磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイルを夫々装着した固定子と、
   中空の磁性部材から形成され前記回転子収納部に収納され、前記固定子の第１コイル及び第２コイルで形成される磁界により回転する第１回転子と、
   該第１回転子の内部中央に回転軸が嵌合されて該回転軸に圧入固定され、前記第１回転子の回転により回転する第２回転子と、
   を含んで構成されることを特徴とする電気モータ。
2. 前記固定子は、内側に突出し前記第１コイルが巻回された第１巻線部と、該第１巻線部の端部から前記第１回転子の円周方向両側に１対の突出部を夫々突出することを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記１対の突出部の中の何れか一つに前記第２コイルが巻回されることを特徴とする請求項２に記載の電気モータ。
4. 前記第２コイルは、前記回転軸の回転方向の突出部に巻回されることを特徴とする請求項３に記載の電気モータ。
5. 前記第１コイル及び第２コイルは、夫々１対ずつ形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電気モータ。
6. 前記第１コイル及び第２コイルは、夫々２対ずつ形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電気モータ。
7. 前記固定子は、前記第１コイルが巻回された第１コイル巻線部と、該第１コイル巻線部の側に形成された前記第２コイルが巻回された第２コイル巻線部と、前記第１コイル巻線部と前記第２コイル巻線部とを対として有する固定子アームと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
8. 前記第２コイル巻線部は、前記第１巻線部の端部から前記第１回転子の回転方向に形成し、該回転子の両側で対称となるように形成されることを特徴とする請求項７に記載の電気モータ。
9. 前記第２コイルは、前記第１コイルが巻回された第１コイル巻線部から延長して前記回転軸の回転方向に偏って形成された第２コイル巻線部に巻回されることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
10. 前記固定子収納部は、前記第１回転子と前記固定子間に形成される空隙の大きさを、前記第２コイル巻線部の付近で拡大するように形成することを特徴とする請求項３、７又は９のいずれか一項に記載の電気モータ。
11. 前記第２回転子は、前記回転軸が中央で嵌合される回転子コアと、前記回転軸を中心に放射状に前記回転軸の長さ方向に挿入された導体バーと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
12. 前記第１回転子は、前記回転軸が回転可能に嵌合された第１回転子支持部材と一体に形成されることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
13. 前記第１回転子支持部材は、コップ状に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電気モータ。
14. 前記第１回転子支持部材及び前記第１回転子は、永久磁石で一体に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電気モータ。
15. 前記第１回転子支持部材は、前記回転軸を回転可能に支持するための挿入孔を有し、該挿入孔の内面には、焼結ベアリングが備えられることを特徴とする請求項１３に記載の電気モータ。
16. 前記第２回転子に、前記第１回転子が前記回転軸方向に移動することを防止する一対のガイド部を突出することを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
17. 前記第１回転子の内面又は前記第２回転子の外面が、潤滑コーティングされることを特徴とする請求項１６に記載の電気モータ。
18. 前記第１コイルは、常用電源に直接連結されることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
19. 前記第１コイルと外部電源間に連結し、起動時に予め設定された電圧以上の電圧を降下し、通常駆動中には印加される電圧をそのまま通過させる電圧降下機構が追加して備えられることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
20. 前記第１コイルと外部電源間には、抵抗が温度に反比例する抵抗素子が追加されることを特徴とする請求項１又は７に記載の電気モータ。
21. 前記抵抗素子は、ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であることを特徴とする請求項２０に記載の電気モータ。
22. 前記電気モータは、くま取りコイル型単相誘導電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
23. 前記固定子は、ハウジングの内部に収納され固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
24. 回転磁界を発生する複数の第１コイル及び該第１コイルと対を成し前記第１コイルによる磁界に誘導されて誘導磁界を発生する複数の第２コイルを設置した固定子と、
    該固定子の外周部により取り囲まれた中空円筒状の磁性部材から構成され、前記固定子の第１コイル及び第２コイルから発生した磁界により回転する第１回転子と、
    中央に回転軸が圧入され、前記第１回転子の内部に嵌合され前記第１回転子の回転により回転する第２回転子と、を含んで構成されることを特徴とする電気モータ。
25. 回転磁界を形成する第１コイルと、
    該第１コイルの磁界によって誘導されて回転磁界を形成する第２コイルと、
    前記第１コイルが巻回された第１コイル巻線部及び前記第２コイルが巻回された第２コイル巻線部を有し、内部中央に回転子収納部の空間が形成された固定子と、
    前記回転子収納部の内部に収納され、前記第１コイル及び第２コイルによって形成された磁界により回転するようになっている円筒状の磁性部材から形成された第１回転子と、
    該第１回転子の内部に挿入される回転軸が圧入され、前記第１回転子の回転により回転する第２回転子と、を含んで構成されることを特徴とする電気モータ。
26. 前記第１コイル巻線部は、該第１コイル巻線部の先端から前記回転子収納部の円周方向に１対の突出部が延長して形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
27. 前記第２コイル巻線部は、前記回転子の回転方向の前記突出部に形成することを特徴とする請求項２６に記載の電気モータ。
28. 前記第１コイル巻線部は、２個又は４個に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
29. 前記電気モータは、スケルトン型モータであることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
30. 前記固定子は、前記第１回転子と固定子間に形成される空隙の拡大された空隙拡大部が前記第２コイル巻線部の付近に切削されることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
31. 前記第１回転子は、前記回転軸が回転可能に挿入される挿入孔を有する第１回転子支持部材と一体となって形成されることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
32. 前記第２回転子は、前記第１回転子が前記回転軸方向に移動することを防止するための一対のガイド部を形成することを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
33. 前記第１コイルは、常用電源に連結されることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
34. 前記第１コイルと外部電源間に連結され起動の際、前記外部電源の印加電圧が予め設定された電圧より高いと、その印加された電圧を降下させ、起動後の駆動中は前記印加電圧をそのまま通過させる電圧降下部を追加して含めることを特徴とする請求項２５に記載の電気モータ。
35. 前記電圧降下部は、その抵抗が温度に反比例する抵抗素子であることを特徴とする請求項３４に記載の電気モータ。
36. 前記抵抗素子は、ＮＴＣであることを特徴とする請求項３５に記載の電気モータ。

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