JP2004274998A - 単相誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流の損失を減少して電動機の効率性を高めることで、低騷音運転を実現し得る単相誘導電動機を提供するものである。
【解決手段】 複数のコイルが巻線されて電動機本体１１０の内周面に装着された固定子１２０と、該固定子１２０の中央部に回転自在に装着されて、その中心に回転軸１３１が装着された回転子１３０と、それら固定子１２０と回転子１３０の間にエアギャップを有して回転自在に装着されたマグネットユニットＭＵと、を包含して単相誘導電動機を構成する。マグネットユニットＭＵは、中空円筒状のリングマグネット１４１と、このリングマグネット１４１の一方端に結合されてリングマグネット１４１を支持するサポータ１４２と、このサポータ１４２を回転軸１３１に回転自在に固着するベアリング１４３とから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単相誘導電動機に関し、更に詳しくは、誘導電動機本体の内部にマグネットユニットを装着することにより消費電力を減少させ、低騷音運転を実現し得るようにした単相誘導電動機に関するものである。

一般に、誘導電動機は、整流子を備えていない交流電動機であって、その回転子又は固定子の一方側のみが電源に接続され、他方側は誘導により動作する電動機のことをいう。

図１１は従来の単相誘導電動機の内部を示した縦断面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ′線における断面図である。

図示されたように、従来の単相誘導電動機は、ケーシングの役割をする電動機本体１の内周面に沿って固定子２が配置され、この固定子２の中央部には回転軸４を中心にＡＣ籠形の回転子３が回転自在に装着される。この回転子３は、固定子２と常に所定間隔を維持して構成される。

又、回転軸４と電動機本体１の間には、回転軸ベアリング４ａが装着されており、回転軸４が電動機本体１の干渉を受けないようになっている。

又、固定子２は、複数の珪素鋼板シートの積層構造により形成され、その内周面には、コイル７が巻線された複数のコイル巻取り用突条部５が突設される。且つ、それら各コイル巻取り用突条部５の間には、複数のスロット部６が所定間隔を有して切削形成される。

又、回転子３は、複数の珪素鋼板シートの積層構造により形成され、その積層シートに導体バーホール８が所定間隔を有して穿孔形成されるが、この導体バーホール８の内部には、アルミニウムからなる導体バー９が挿合される。且つ、この導体バー９の上部及び下部の両方の端部には、エンドリング１０が連結されている。

以下、このように構成された従来の単相誘導電動機の動作について説明する。

まず、コイル７に電源が印加されると、このコイル７に流れる電流によって回転磁界
(rotating magnetic field：回転子を回転させる磁気作用の及ぼす範囲)が発生し、導体バー９に誘導電流が発生する。

このように発生した回転磁界と誘導電流との相互作用によって、回転子３に回転トルクが発生し、この回転トルクは、回転軸４を通して出力される。

しかしながら、従来の単相誘導電動機においては、回転磁界を発生する電流及び回転子から発生する誘導電流の全てが外部電源と結線されたコイルを通して供給されるが、このとき、固定子のコイルから発生する１次銅損及び回転子の導体バーから発生する２次銅損により電流の損失が過多に発生し、効率が低下するという不都合な点があった。

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、電流の損失を減少して電動機の効率性を向上させすることにより、低騷音運転を実現し得る単相誘導電動機を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る単相誘導電動機の一実施形態は、複数のコイルが巻線されて電動機本体の内周面に装着された固定子と、この固定子の中央部に回転自在に装着されて、その中心に回転軸が装着された回転子と、それら固定子と回転子の間にエアギャップを有して回転自在に装着されたマグネットユニットと、を含んで構成されることを特徴としている。

又、マグネットユニットの第１実施形態は、固定子と回転子の間に位置するリングマグネットと、このリングマグネットを支持するために、リングマグネットの一方端に結合されたサポータと、回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴としている。

マグネットユニットの第２実施形態は、固定子と回転子の間に位置されたバックヨークと、このバックヨークの外周面に付着された複数のマグネットと、バックヨークを支持するために、バックヨークの一方端に結合されたサポータと、回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴としている。

マグネットユニットの第３実施形態は、固定子と回転子の間に位置するモールディングと、このモールディングに内蔵されたマグネットと、モールディングを支持するために、モールディングの一方端に結合されたサポータと、回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴としている。

本発明に係る単相誘導電動機によれば、固定子と回転子の間に回転自在なマグネットユニットを装着し、固定子から発生する回転磁界により低慣性のマグネットユニットを自由に回転させると共に、マグネットユニットが強い磁束の回転磁界を再び発生して回転子を回転させるようにしたので、電動機の効率性が高まり、低騷音運転が可能になるという効果がある。

又、本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットにおいては、永久磁石のリングマグネットがサポータと一体に射出成形されるため、マグネットユニットの全体構造が非常に単純になって低費用になり、また、効率も高まって低騷音運転が可能になるという効果がある。

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。

図１は本発明に係る単相誘導電動機の内部を示した縦断面図であり、図２は図１のＢ−Ｂ′線における断面図であり、図３は本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットの第１実施形態を示した一部切欠き斜視図である。

以下、本発明に係る単相誘導電動機の構成に対し、図１〜図３を参照して説明すると、ケーシングの役割をする電動機本体１１０の内周面に固定子１２０が固定配置され、固定子１２０の中央部には回転軸１３１を中心に回転子１３０が回転自在に装着される。このとき、回転子１３０は、固定子１２０と常に所定間隔を維持して配置される。

又、回転軸１３１と電動機本体１１０の間には回転軸ベアリング１３１ａが装着されており、回転軸１３１が電動機本体１１０の干渉を受けないようにする。

又、固定子１２０は、複数の珪素鋼板シートの積層構造により形成され、その内周面には、コイル１２３が巻線された複数のコイル巻取り用突条部１２１が突設される。各コイル巻取り用突条部１２１の間にはスロット部１２２が所定間隔を有して切削形成される。

又、回転子１３０は、複数の珪素鋼板シートの積層構造により形成され、その積層シートに導体バーホール１３２が所定間隔を有して穿孔形成されるが、導体バーホール１３２の内部には、アルミニウムからなる導体バー１３３がダイキャストにより挿合される。又、導体バー１３３の上部及び下部の両方の端部にはエンドリング１３４が連結される。

本発明は、各固定子１２０と回転子１３０の間に、マグネットユニットＭＵが回転磁界(rotating magnetic field)により回転自在に装着されることを特徴とする。

以下、マグネットユニットＭＵの第１実施形態に対して説明する。

固定子１２０と回転子１３０の間には、中空円筒状のリングマグネット１４１が配置されるが、このリングマグネット１４１を支持するために、リングマグネット１４１の一方端にサポータ１４２が結合され、回転軸１３１の外周面に回転自在に結合されるように、サポータ１４２のセンターにベアリング１４３が圧入される。

このとき、サポータ１４２は、カップ状の非磁性体であって、リングマグネット１４１の一方側に一体に射出成形により形成することもできる。また、図示されてないが、サポータ１４２は、リングマグネット１４１の両方側に一体に射出成形により形成することもできる。更に、サポータ１４２はリングマグネット１４１と同様な材質により形成することもできる。

又、ベアリング１４３は、ボールベアリングタイプ又はオイルレスベアリングタイプであることが好ましい。

以下、マグネットユニットの第２実施形態について、その構成を図４〜図６を参照して説明する。

図４は本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットの第２実施形態を示した縦断面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ′線断面図であり、図６は図４のマグネットユニットを示した一部切開斜視図である。また、図７は図４のマグネットのバックヨークの厚さによる消費電力と回転子の回転数との関係を示したグラフである。

図４〜図６は、マグネットユニットＭＵを除けば、図１の第１実施形態の構成と同様であるため、重複する構成に対してはその説明を省略する。

以下、マグネットユニットＭＵの構成に対し、図４〜図６を参照して説明すると、固定子１２０と回転子１３０の間にバックヨーク２４１が位置しており、このバックヨーク２４１の外周面に複数のマグネット２４２が取り付けられている。

又、マグネット２４２は、所定曲率を有しており、バックヨーク２４１の外周面に所定間隔を有して固定され、各マグネット２４２は、その両方の端部が相互ボンディングされる。

又、固定子１２０とマグネット２４２との間には第１間隔Ｓ１があり、回転子１３０とバックヨーク２４１との間には第２間隔Ｓ２がある。

このとき、第１間隔Ｓ１は０．８ｍｍ、第２間隔Ｓ２は０．４ｍｍ、バックヨーク２４１は０．４ｍｍにすることが好ましい。

又、バックヨーク２４１を支持するために、バックヨーク２４１にカップ状のサポータ２４３が結合されるが、このサポータ２４３は、バックヨーク２４１の一方側に一体に射出成形により形成することもできるし、図示されてないが、バックヨーク２４１の両方側に一体に射出成形により形成することもできる。

又、回転軸１３１の外周面に回転自在に結合されるように、サポータ２４３のセンターにベアリング２４４が圧入される。このとき、バックヨーク２４１の材質は、磁性体又は非磁性体である。

以下、マグネットのバックヨークの厚さによる消費電力と回転子の回転数との関係に対し、図７を参照して説明する。

図７のグラフ中、横軸はマグネットのバックヨークの厚さを示し、縦軸は電動機の消費電力及び回転子の回転数をそれぞれ示している。

このとき、電動機の消費電力と回転子の回転数とは反比例の関係にあるため、電動機の消費電力が低く、回転子の回転数が高い時、最適の誘導電動機を設計することができる。

図７のグラフで、マグネットのバックヨークの厚さを０．２ｍｍ以下の範囲で薄くしていくと、電動機の消費電力が高くなり、回転子の回転数が急激に減少する。

且つ、マグネットのバックヨークの厚さを０．６ｍｍ以上の範囲で厚くしていくと、マグネットの磁束がバックヨークから過多に漏洩され、回転子と鎖交する磁束が急激に減少し、固定子と鎖交する磁束のみが増加するため、消費電力は減少するが、負荷と直結された回転子の出力回転数は急激に減少する。

従って、マグネットのバックヨークの厚さｔが０．２〜０．６ｍｍの時、最適の誘導電動機を設計することができる。

以下、マグネットユニットＭＵの第３実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。

図８は本発明に係る単相誘導電動機のマグネットの第３実施形態を示した縦断面図であり、図９は図８のＢ−Ｂ′線断面図であり、図１０は図８のマグネットユニットを示した一部切欠き斜視図である。

図８〜図１０は、マグネットユニットＭＵを除けば、図１の第１実施形態の構成と同様であるため、重複する構成に対してはその説明を省略する。

以下、マグネットユニットＭＵの構成に対し、図８〜図１０を参照して説明すると、固定子１２０と回転子１３０の間にモールディング３４１が装着され、このモールディング３４１にマグネット３４２が内蔵される。

このとき、モールディング３４１は樹脂であって、その内部空間にマグネット３４２が内蔵される。

又、モールディング３４１を支持するために、モールディング３４１の一方端にカップ状のサポータ３４３が結合され、回転軸１３１の外周面に回転自在に結合されるように、サポータ３４３のセンターにベアリング３４４が圧入される。

このとき、モールディング３４１は非磁性体であって、サポータ３４３はモールディング３４１の一方側に一体に射出成形により形成することもできる。また、図示されてないが、サポータ３４３は、モールディング３４１の両方側に一体に射出成形により形成することもできる。

又、マグネット３４２は、所定曲率の複数のプレート状に形成されており、モールディング３４１の内部に円周方向に配列することもできるし、また、中空円筒状に形成して、モールディング３４１の内部に装着することもできる。

ここで、本発明に係る単相誘導電動機の作用について、図１〜図３に示したマグネットユニットの第１実施形態を備えた単相誘導電動機の構成を参照して説明する。

まず、コイル１２３に電源が印加されると、コイル１２３に流れる交流電流によってマグネットユニットＭＵが回転する。

このとき、サポータ１４２のベアリング１４３によって、サポータ１４２が回転軸１３１を中心に回転自在に構成されており、サポータ１４２にリングマグネット１４１が結合されているため、マグネットユニットＭＵ全体が回転する。

又、マグネットユニットＭＵの回転と共に、強い磁束の回転磁界が再び発生して回転子１３０を回転させる。

即ち、固定子１２０の回転磁界により低慣性のマグネットユニットＭＵが起動され、回転と共に同期されるが、このとき、マグネットユニットＭＵが回転磁界を発生して回転子１３０にトルク発生用磁束を供給することで、回転子１３０の回転時、低消費電力によっても回転子の回転数を向上させることができ、低騷音運転を可能にする。

本発明のマグネットユニットの第２実施形態を備えた単相誘導電動機の作用、並びに本発明のマグネットユニットの第３実施形態を備えた単相誘導電動機の作用については、マグネットユニットの第１実施形態を備えた単相誘導電動機の作用と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る単相誘導電動機の内部を示した縦断面図である。 図１のＢ−Ｂ′線の断面図である。 本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットの第１実施形態を示した一部切欠き斜視図である。 本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットの第２実施形態を示した縦断面図である。 図４のＢ−Ｂ′線断面図である。 図４のマグネットユニットを示した一部切欠き斜視図である。 図４のマグネットヨークの厚さによる消費電力と回転子の回転数との関係を示したグラフである。 本発明に係る単相誘導電動機のマグネットユニットの第３実施形態を示した縦断面図である。 図８のＢ−Ｂ′線の断面図である。 図８のマグネットユニットを示した一部切欠き斜視図である。 従来の単相誘導電動機の内部を示した縦断面図である。 図１１のＡ−Ａ′線の断面図である。

符号の説明

１１０…電動機本体
１２０…固定子
１３０…回転子
１３１…回転軸
１４１…リングマグネット
１４２…サポータ
１４３…ベアリング
ＭＵ…マグネットユニット
ｔ…バックヨークの厚さ

Claims (18)

1. 複数のコイルが巻線されて電動機本体の内周面に装着された固定子と、
   該固定子の中央部に回転自在に装着されて、その中心に回転軸が装着された回転子と、
   それら固定子と回転子間にエアギャップを有して回転自在に装着されたマグネットユニットと、を包含して構成されることを特徴とする単相誘導電動機。
2. 前記マグネットユニットは、
   前記固定子と前記回転子間に位置されたリングマグネットと、
   該リングマグネットを支持するために、前記リングマグネットの一方端に結合されたサポータと、
   前記回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、前記サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の単相誘導電動機。
3. 前記リングマグネットは、中空円筒状であることを特徴とする請求項２に記載の単相誘導電動機。
4. 前記サポータは、前記リングマグネットの一方側に一体に射出成形されることを特徴とする請求項２に記載の単相誘導電動機。
5. 前記サポータは、前記リングマグネットの両方側に一体に射出成形されることを特徴とする請求項２に記載の単相誘導電動機。
6. 前記サポータは、前記リングマグネットと同様な材質により形成されることを特徴とする請求項２に記載の単相誘導電動機。
7. 前記マグネットユニットは、
   前記固定子と前記回転子間に位置されたバックヨークと、
   該バックヨークの外周面に付着された複数のマグネットと、
   前記バックヨークを支持するために、前記バックヨークの一方端に結合されたサポータと、
   前記回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、前記サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の単相誘導電動機。
8. 前記バックヨークは磁性体であることを特徴とする請求項７に記載の単相誘導電動機。
9. 前記バックヨークは非磁性体であることを特徴とする請求項７に記載の単相誘導電動機。
10. 前記サポータは、前記バックヨークの一方側に一体に射出成形されることを特徴とする請求項７に記載の単相誘導電動機。
11. 前記バックヨークの厚さは、０．２〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の単相誘導電動機。
12. 前記マグネットユニットは、
    前記固定子と前記回転子間に位置するモールディングと、
    該モールディングに内蔵されたマグネットと、
    前記モールディングを支持するために、該モールディングの一方端に結合されたサポータと、
    前記回転軸の外周面に回転自在に結合されるように、前記サポータのセンターに圧入されたベアリングと、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の単相誘導電動機。
13. 前記モールディングは非磁性体であることを特徴とする請求項１２に記載の単相誘導電動機。
14. 前記マグネットは、所定曲率を有するプレート状に形成されて、前記モールディングの内部に円周方向に配列されることを特徴とする請求項１２に記載の単相誘導電動機。
15. 前記マグネットは中空円筒状に形成されて、前記モールディングの内部に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の単相誘導電動機。
16. 前記サポータは非磁性体であることを特徴とする請求項１、７及び１２の何れか１項に記載の単相誘導電動機。
17. 前記ベアリングは、ボールベアリングタイプであることを特徴とする請求項１、７、及び１２の何れか１項に記載の単相誘導電動機。
18. 前記ベアリングはオイルレスベアリングタイプであることを特徴とする請求項１、７及び１２の何れか１項に記載の単相誘導電動機。

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