JP2006238679A - Single-phase permanent magnet motor - Google Patents
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Description
この発明は、コンデンサ等の外付け部品を必要とせず、単相交流電源に接続するだけで回転可能な永久磁石型の単相同期モータに関し、特に固定子鉄心及び永久磁石型回転子構造に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type single-phase synchronous motor that does not require an external component such as a capacitor and can be rotated only by being connected to a single-phase AC power supply, and more particularly to a stator core and a permanent magnet type rotor structure.
従来、外付け部品を必要とせず単相交流電源に接続するだけで回転可能なモータとしては、例えば図5に示すようなくま取りコイル形単相誘導電動機が一般的に採用されている。図5(a)は、4極のくま取りコイル形単相誘導電動機の主要部分の構成図であり、固定子鉄心21の歯先にはくま取りコイル130を備え、4個の磁極歯部30に固定子コイル10を巻回しリード線接続等の端末処理が行われており、図5(b)は、2極のくま取りコイル形単相誘導電動機の構成図を示し、2個の磁極歯部30を連結する固定子鉄心21に固定子コイル10が巻回されており、いずれも、カゴ形回転子180との間のエヤーギャップ88の径方向長さが周方向に均等になるように構成されている。 Conventionally, as a motor that can be rotated only by connecting to a single-phase AC power source without requiring external parts, for example, a coiled coil type single-phase induction motor as shown in FIG. 5 is generally employed. FIG. 5A is a configuration diagram of the main part of a four-pole, coiled-coil single-phase induction motor. The
上述の図5(a)、図5(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、起動トルクが小さく、くま取りコイル130には起動時以外の運転中にも電流が流れるため効率が悪いという問題がある。 In the conventional decoy coil type single-phase induction motor as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the starting torque is small, and the
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、高効率でローコストな永久磁石型の単相モータを得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a high-efficiency and low-cost permanent magnet type single-phase motor.
上述の目的を達成するために、この発明による単相モータは、固定子コイルを各磁極歯部に巻き付けるように、あるいは複数の磁極歯部を連結する固定子鉄心に巻き付けるように巻回した固定子の内側に、外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにN・S極を交互に備えた永久磁石型回転子を配置して、回転軸の中心より各磁極歯部までの径方向長さが、各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり大略において磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように形成されているものである。 In order to achieve the above-described object, a single-phase motor according to the present invention is fixed by winding a stator coil so as to be wound around each magnetic pole tooth part or around a stator core connecting a plurality of magnetic pole tooth parts. On the inner side of the rotor, a permanent magnet type rotor having N and S poles alternately arranged at the same pitch on the outer periphery and having the same polarity in the axial direction is arranged, and from the center of the rotating shaft to each magnetic pole tooth portion. The radial length is minimized at a position that does not coincide with the circumferential tooth width center of each magnetic pole tooth portion, and is generally formed so as to gradually increase in the same circumferential direction for each magnetic pole tooth portion.
つぎの発明による単相モータは、固定子と対向する永久磁石型回転子の各磁極が、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップの径方向長さが小さくなるように形成されているものである。 In the single-phase motor according to the next invention, each magnetic pole of the permanent magnet type rotor facing the stator is formed so that the radial length of the air gap is reduced in the vicinity of the center in the circumferential direction. .
つぎの発明による単相モータは、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加した後、電圧を漸減またはステップ状に減少させて定格電圧で運転するものである。 The single-phase motor according to the next invention operates at the rated voltage by applying a voltage higher than a predetermined rated voltage at the time of start-up and then decreasing the voltage gradually or stepwise.
つぎの発明による単相モータは、起動時に電源周波数を漸増またはステップ状に増加させた後、所定の定格周波数で運転するものである。 The single-phase motor according to the next invention operates at a predetermined rated frequency after the power supply frequency is gradually increased or increased stepwise at the time of startup.
この発明による単相モータによれば、回転軸の中心と各磁極歯部までの径方向長さが、各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり、磁極歯部ごとに周方向の同一方向に大略漸増するように構成することにより、コンデンサ等の外付け部品を必要とせずに単相交流電源で直接回転可能な永久磁石型単相同期モータを得ることができる。そして、この発明による単相モータは、永久磁石型回転子を用いた同期モータのため二次電流による損失がなく、また、固定子鉄心製造及びコイルの巻線作業には従来の設備を流用することができるためローコストで高効率な単相モータを得ることができる。 According to the single-phase motor according to the present invention, the radial length from the center of the rotating shaft to each magnetic pole tooth portion is minimized at a position that does not coincide with the circumferential tooth width center of each magnetic pole tooth portion. In addition, a permanent magnet type single-phase synchronous motor that can be directly rotated by a single-phase AC power source without the need for external components such as a capacitor can be obtained. Since the single-phase motor according to the present invention is a synchronous motor using a permanent magnet type rotor, there is no loss due to the secondary current, and the conventional equipment is used for the stator core manufacturing and coil winding work. Therefore, a low-cost and highly efficient single-phase motor can be obtained.
つぎの発明による単相モータによれば、永久磁石型回転子の各磁極の形状を、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップの径方向長さが小さくなるように形成することにより、マグネットセンターの磁気的突極性を顕在化させることができるため、単相モータの起動特性を向上させることができる。 According to the single-phase motor according to the next invention, the shape of each magnetic pole of the permanent magnet type rotor is formed so that the radial length of the air gap is reduced in the vicinity of the center in the circumferential direction. Since the magnetic saliency can be manifested, the starting characteristics of the single-phase motor can be improved.
つぎの発明による単相モータによれば、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加することにより、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を更に向上させることができる。 According to the single-phase motor of the next invention, by applying a voltage higher than a predetermined rated voltage at the time of start-up, it becomes possible to easily perform synchronous pull-in even for applications with large load torque, and the start-up characteristics of the single-phase motor can be improved. Further improvement can be achieved.
つぎの発明による単相モータによれば、起動時に電源の周波数を漸増またはステップ状に増加させることにより、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を更に向上させることができる。また、電源の周波数を変えることにより単相モータを可変速運転することもできる。 According to the single-phase motor according to the next invention, the frequency of the power supply is gradually increased or increased in steps at the time of start-up, so that synchronous pull-in can be easily performed even for applications with large load torque. Can be further improved. In addition, the single-phase motor can be operated at a variable speed by changing the frequency of the power source.
以下に添付の図を参照にして、この発明にかかる単相モータの実施例を詳細に説明する。 Embodiments of a single-phase motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明による単相モータの実施例1として、2極のモータに適用した例を示す軸直角方向の主要部分の構成図であり、固定子コイル10とリード線13、及び固定子20、永久磁石型回転子80、回転軸90等で構成されている。 FIG. 1 is a configuration diagram of a main part in a direction perpendicular to the axis showing an example applied to a two-pole motor as a first embodiment of a single-phase motor according to the present invention, and shows a
固定子20は、固定子コイル10と固定子鉄心21で構成されており、永久磁石型回転子80とエヤーギャップ88を介して対向するように磁極歯部30・31が形成されている。 The
固定子コイル10は、マグネットワイヤーを用いて2個の磁極歯部30・31を連結する固定子鉄心21に巻き付けるように巻回され、適切な絶縁処理が施されて、リード線13により単相交流電源に接続されている。 The
磁極歯部30・31の歯先形状は、図1に示すように回転軸90の中心と一致しない中心を有する円弧状に形成されているため、周方向の歯幅の中心と一致しない位置71・72の部分で回転軸90の中心よりの径方向長さが最小となり、大略において周方向の同一方向に漸増するように形成されている。この結果、エヤーギャップ88の径方向長さも71・72の部分で最小となり磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように構成されている。 As shown in FIG. 1, the tooth tip shape of the magnetic
永久磁石型回転子80は、例えば、所定の形状に加工された回転軸90と一体の回転子鉄心81の外周に、各磁極を構成する永久磁石82が配置され、固定子20の磁極歯部30・31とエヤーギャップ88を介して軸受部材(図中省略)により回転可能に支持されている。なお、回転子鉄心81を回転軸90と一体とせず別の磁性部材を用いて構成することもできる。 In the permanent
図1は、電源がOFFされた停止時の磁極歯部30・31の歯先形状と、永久磁石型回転子80の外周に配置された永久磁石82の位置関係を示している。停止時は磁気回路のパーミアンスが最大となるように、永久磁石82で構成される各磁極のマグネットセンター(周方向中心)と、エヤーギャップ88の径方向長さが最小となる磁極歯部の71・72の部分が一致する位置で回転軸90が停止することとなる。この結果、起動時には固定子コイル10の主磁束により大きなトルクを発生することができ、永久磁石型回転子80を同期速度に引き込み、回転中は磁極歯部30・31と永久磁石型回転子80との間のエヤーギャップ88の漸増効果により、トルクがゼロとなる所謂死点を回避することができるため、連続して回転することができる。なお、71・72の部分が回転軸90を中心とする円弧状のときは、その円弧の周方向中心が磁極歯部30・31の周方向の歯幅中心と一致しないように形成することにより同様に作用させることができる。 FIG. 1 shows the positional relationship between the tooth tip shapes of the magnetic
上述のような構成によれば、永久磁石型回転子を用いた同期モータのため二次電流による損失がなく、また、固定子鉄心製造及びコイルの巻線作業には従来の設備を流用することができるためローコストで高効率な単相モータを得ることができる。 According to the configuration as described above, there is no loss due to the secondary current because of the synchronous motor using the permanent magnet type rotor, and the conventional equipment is used for the stator core manufacturing and coil winding work. Therefore, a low-cost and highly efficient single-phase motor can be obtained.
図2は、この発明による単相モータの実施例2として、2極のモータにおいて、永久磁石型回転子80の各磁極が、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップ88の径方向長さが小さくなるように形成されている例を示す軸直角方向の構成図であり、他の部分は図中省略している。 FIG. 2 shows a second embodiment of the single-phase motor according to the present invention. In a two-pole motor, each magnetic pole of the permanent
図2(a)においては、永久磁石82で構成される各磁極の周方向の中心近傍においてエヤーギャップ88(図中省略)の径方向長さが小さくなるように外周面に微小凸部73が形成されている。図2(b)においては、永久磁石82で構成される各磁極が外側へ凸形となるように形成され、その周方向の中心近傍73においてエヤーギャップ88の径方向長さが最も小さくなり、各極間に向かってエヤーギャップ88の径方向長さが漸増するように形成されている。 In FIG. 2A, the
上述のような構成によれば、各磁極のマグネットセンター近傍において磁気的な突極性を顕在化させることができるため、電源がOFFのとき回転軸90を所定の位置に確実に停止することができ、単相モータの起動特性を向上させることができる。なおこれらの磁極の形状は、プラスチックマグネットやボンドマグネット等を用いることにより容易に形成することができる。 According to the configuration as described above, since the magnetic saliency can be revealed in the vicinity of the magnet center of each magnetic pole, the rotating
図3は、この発明による単相モータの実施例3として、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加した後、電圧を漸減またはステップ状に減少させて定格電圧で運転する例を示す。図3(a)は、電源をONして過電圧印加により同期引き込みを行い、所定の時間t(sec)後に定格電圧V(v)となるように漸減させるものである。図3(b)は、電源をONして過電圧印加により同期引き込みを行い、所定の時間t(sec)後に定格電圧V(v)となるようにステップ状に減少させるものである。 FIG. 3 shows an example of a single-phase motor according to a third embodiment of the present invention, in which a voltage higher than a predetermined rated voltage is applied at start-up, and then the voltage is gradually decreased or stepwise reduced to operate at the rated voltage. In FIG. 3A, the power supply is turned on and synchronous pull-in is performed by applying an overvoltage, and the voltage is gradually decreased to a rated voltage V (v) after a predetermined time t (sec). In FIG. 3B, the power supply is turned on to perform synchronous pull-in by applying an overvoltage, and the voltage is decreased stepwise so that the rated voltage V (v) is reached after a predetermined time t (sec).
上述のような起動方法によれば、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を向上させることができる。 According to the starting method as described above, the synchronous pull-in can be easily performed even for an application with a large load torque, and the starting characteristics of the single-phase motor can be improved.
図4は、この発明による単相モータの実施例4として、起動時に電源周波数を漸増またはステップ状に増加させた後、所定の定格周波数で運転する例を示す。図4(a)は、電源をONして低速度で同期引き込みを行い、所定の時間t(sec)後に定格周波数f(Hz)まで漸増させるものである。図4(b)は、電源をONして低速度で同期引き込みを行い、所定の時間t(sec)後に定格周波数f(Hz)となるようにステップ状に増加させるものである。 FIG. 4 shows a fourth embodiment of the single-phase motor according to the present invention, in which the power supply frequency is gradually increased or increased stepwise at the time of start-up and then operated at a predetermined rated frequency. In FIG. 4A, the power is turned on to perform synchronous pull-in at a low speed, and after a predetermined time t (sec), the frequency is gradually increased to the rated frequency f (Hz). FIG. 4B shows the case where the power is turned on to perform synchronous pull-in at a low speed, and the voltage is increased stepwise so that the rated frequency f (Hz) is obtained after a predetermined time t (sec).
上述のような起動方法によっても、負荷トルクの大きい用途に対して容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を向上させることができる。また、電源の周波数を変えることにより単相モータを可変速運転することもできる。 Even with the startup method as described above, the synchronous pull-in can be easily performed for an application with a large load torque, and the startup characteristics of the single phase motor can be improved. In addition, the single-phase motor can be operated at a variable speed by changing the frequency of the power source.
上述の実施例は、単相モータの極数が2極の場合を主としてこの発明に適用したが、この発明による単相モータは、これ以外の極数を有する場合に対しても有効である。また、この発明による永久磁石型回転子としては、リング状の永久磁石を用いた例を示したが、これ以外にも、セグメント状の永久磁石を回転子鉄心表面に接着等により固定した構造、あるいは、回転子鉄心内部に埋め込んだ構造を採用することもできる。更にまた、アウターロータ形の単相モータ構造とすることもできる。 The above-described embodiment is mainly applied to the present invention when the number of poles of the single-phase motor is two. However, the single-phase motor according to the present invention is also effective for cases having other pole numbers. Moreover, as the permanent magnet type rotor according to the present invention, an example using a ring-shaped permanent magnet was shown, but besides this, a structure in which a segment-shaped permanent magnet is fixed to the surface of the rotor core by bonding or the like, Alternatively, a structure embedded in the rotor core can be adopted. Furthermore, an outer rotor type single-phase motor structure may be used.
この発明による単相モータは、単相交流電源に接続するだけで高効率な運転が可能なため、特に家電用のファンモータ、あるいは、小形ファンモータとして利用することができる。また、単一の単相交流電源による揃速運転が可能なため繊維機械等にも利用することもできる。 The single-phase motor according to the present invention can be used as a fan motor for home appliances or a small fan motor because it can be operated with high efficiency only by being connected to a single-phase AC power source. Further, since uniform speed operation with a single single-phase AC power supply is possible, it can also be used for textile machines and the like.
10 固定子コイル、 13 リード線、 20 固定子、 21 固定子鉄心、 30・31 磁極歯部、 71・72 磁極歯部に形成されたエヤーギャップの径方向長さが最小となる部分、 73 マグネットセンター近傍に形成された凸部、 80 永久磁石型回転子、 81 回転子鉄心、 82 永久磁石、 88 エヤーギャップ、 90 回転軸、 130 くま取りコイル、 180 カゴ形回転子 10 Stator Coil, 13 Lead Wire, 20 Stator, 21 Stator Core, 30/31 Magnetic Tooth Portion, 71/72 The portion where the radial length of the air gap formed in the magnetic pole tooth portion is minimized, 73 Magnet Convex part formed in the vicinity of the center, 80 permanent magnet type rotor, 81 rotor core, 82 permanent magnet, 88 air gap, 90 rotating shaft, 130 decoy coil, 180 cage rotor
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