JP2013223395A - 誘導電動機と送風装置およびそれを搭載した電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】送風装置に搭載される誘導電動機の補助巻線が巻装される歯部の磁束密度を低減することで、静音化が実現できる誘導電動機と送風装置を提供することを目的とする。
【解決手段】環状につながれた継鉄部１０と、継鉄部１０から内周方向に等間隔に突出した歯部１１で構成された固定子９を有し、固定子９は極数の２倍の歯部１１を有し、主巻線１２と補助巻線１３を集中巻で各々の歯部１１に巻装し、主巻線１２を巻装する歯部Ａ１１ａの磁路面積より、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁路面積を広くする構成にしたことにより、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁束密度を低減し、補助巻線磁束の空間高調波が低減することで、誘導電動機と送風装置の静音化を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、主にパイプ用ファンや一般型換気扇などの換気装置や、機器組み込み用の冷却用ファンなどを駆動する誘導電動機と送風装置およびその送風装置を搭載した電気機器に関するものである。

従来、この種の誘導電動機は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。

以下、その誘導電動機について、図７を参照しながら説明する。

図７に示すように、送風装置に搭載される誘導電動機の固定子１０１は、環状につながれた継鉄部１０２と、この継鉄部１０２から内周方向に等間隔に突出した歯部１０３で構成されている。

この固定子１０１は、極数の２倍の歯部１０３を有し、各々の歯部１０３の歯幅は等幅で構成され、主巻線１０４と補助巻線１０５が集中巻で各々の歯部１０３に巻装される。

また、この種の誘導電動機は、主巻線を巻装した歯部の歯幅を補助巻線を巻装した歯部の歯幅より広くしているものもある（例えば、特許文献２参照）。

以下、その誘導電動機について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、送風装置に搭載される誘導電動機の固定子１０６は、環状につながれた継鉄部１０７と、この継鉄部１０７から内周方向に等間隔に突出した歯部１０８で構成されている。

この固定子１０６は、極数の２倍の歯部１０８を有し、主巻線１０９を巻装する歯部Ａ１０８ａの歯幅は、補助巻線１１０を巻装する歯部Ｂ１０８ｂの歯幅より広く構成され、主巻線１０９は歯部Ａ１０８ａに、補助巻線１１０は歯部Ｂ１０８ｂに集中巻で各々の歯部１０８に巻装される。

また、歯部Ａ１０８ａ、歯部Ｂ１０８ｂは歯幅に伴って歯端幅も異なる。つまり、主巻線１０９を巻装する歯部Ａ１０８ａの歯端幅は補助巻線１１０を巻装する歯部Ｂ１０８ｂの歯端幅より大きくなり、主巻線１０９の巻線係数は、補助巻線１１０の巻線係数より大きくなる。

このような構成とすることで、主巻線１０９の磁束の空間高調波を低減するため、すべりが大きくなったときのトルクを増大させるものも提案されている。

特開２００４−３３６９９７号公報 特開２００１−１８６７３３号公報

ところが、このような従来の送風装置に搭載される誘導電動機では、以下のような課題を有している。

送風装置は、近年の高効率化の要求により、送風装置に取付けられるファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンの回転数を高くすることで、送風装置に搭載される誘導電動機への負荷を小さくし、誘導電動機の効率を改善することが求められている。

しかし、前述したような従来の誘導電動機においては、ファンの回転数を高くすることで、補助巻線１１０電流は、主巻線１０９電流よりも大きくなる。そして、補助巻線１１０を巻装する歯部Ｂ１０８ｂの磁束密度が大きくなる。

磁束密度が大きくなると、極端な場合は磁気飽和し、誘導機の振動・騒音の発生原因となる。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の補助巻線が巻装される歯部の磁束密度を低減することで、静音化が実現できる誘導電動機と送風装置を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために、本発明の誘導電動機は、回転軸と、前記回転軸に一体化された回転子と、前記回転子の外周には、環状につながれた継鉄部と、前記継鉄部から内周方向に等間隔に突出した歯部で構成された固定子を有し、前記固定子は極数の２倍の歯部を有し、主巻線と補助巻線を集中巻で各々の歯部に巻装し、前記主巻線を巻装する歯部の磁路面積より、前記補助巻線を巻装する歯部の磁路面積を広くしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、回転軸と、前記回転軸に一体化された回転子と、前記回転子の外周には、環状につながれた継鉄部と、前記継鉄部から内周方向に等間隔に突出した歯部で構成された固定子を有し、前記固定子は極数の２倍の歯部を有し、主巻線と補助巻線を集中巻で各々の歯部に巻装し、前記主巻線を巻装する歯部の磁路面積より、前記補助巻線を巻装する歯部の磁路面積を広くした構成とする。

これにより、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の特性上、主巻線電流より補助巻線電流が大きくなるが、補助巻線を巻装する歯部の磁束密度が上昇しにくく、補助巻線磁束の空間高調波が低減されるので、静音化を実現した誘導電動機が提供できるという効果を得ることができる。

軸流送風機を搭載した換気装置の設置状態を示す断面図 同誘導電動機の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１における固定子の平面図 同誘導電動機の回路図 軸流送風機に搭載される誘導電動機の回転数−トルク特性と電流および効率の一例を示すグラフ 本発明の実施の形態２における固定子の斜視図 従来の特許文献１の誘導電動機の固定子の平面図 従来の特許文献２の誘導電動機の固定子の平面図

本発明の請求項１記載の誘導電動機は、回転軸と、前記回転軸に一体化された回転子と、前記回転子の外周には、環状につながれた継鉄部と、前記継鉄部から内周方向に等間隔に突出した歯部で構成された固定子を有し、前記固定子は極数の２倍の歯部を有し、主巻線と補助巻線を集中巻で各々の歯部に巻装し、前記主巻線を巻装する歯部の磁路面積より、前記補助巻線を巻装する歯部の磁路面積を広くする構成とする。

これにより、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の特性上、主巻線電流より補助巻線電流が大きくなるが、補助巻線を巻装する歯部の磁束密度が上昇しにくく、補助巻線磁束の空間高調波が低減されるので、静音化を実現した誘導電動機が提供できるという効果を奏する。

また、前記固定子のうち、前記主巻線を巻装する歯部の歯幅より、前記補助巻線を巻装する歯部の歯幅を広くする構成にしてもよい。

これにより、補助巻線を巻装する歯部の磁路面積が広くなるため、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の特性上、主巻線電流より補助巻線電流が大きくなるが、補助巻線を巻装する歯部の磁束密度が上昇しにくく、補助巻線磁束の空間高調波が低減することから、静音化を実現した誘導電動機が提供できるという効果を奏する。

また、前記固定子は、前記歯部ごとに分割する分割固定子鉄芯体で構成され、前記歯部にそれぞれ前記主巻線または前記補助巻線を集中巻で巻装し、前記主巻線を巻装する前記歯部の鉄芯体より前記補助巻線を巻装する前記歯部の前記分割固定子鉄芯体の積厚を増大し、この分割固定子鉄芯体を環状に配列して一体化する構成にしてもよい。

これにより、補助巻線を巻装する歯部の磁路面積が広くなるため、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の特性上、主巻線電流より補助巻線電流が大きくなるが、補助巻線を巻装する歯部の磁束密度が上昇しにくく、補助巻線磁束の空間高調波が低減することから、静音化を実現した誘導電動機が提供できるという効果を奏する。

また、請求項１から４のいずれか一項に記載の誘導電動機を搭載した送風装置という構成にしてもよい。

送風装置は、搭載される誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンの回転数を高くし使用されることが求められている。そして、回転数の高い領域で運転するために、静音化が求められている。上記の誘導電動機は、回転数の高い領域でも騒音の小さい運転が可能になるので、静音化と高効率化を両立することが可能な送風装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜４に示すように、軸流送風機１は、誘導電動機２を搭載し、この誘導電動機２の回転軸であるシャフト３にプロペラファン４を取り付けたものである。

換気装置５は、軸流送風機１を内蔵し、軸流送風機１によって室内空気を吸込み口から吸い込んで、建物の壁６を貫通して屋外に排出するものである。

誘導電動機２は、回転軸であるシャフト３と、このシャフト３に一体化され回転自在に保持された回転子７と、この回転子７の外周に対向して電機子巻線８を巻装した固定子９により構成される。

この固定子９は、環状につながれた継鉄部１０と、この継鉄部１０から内周方向に等間隔に突出した歯部１１で構成され、この固定子９には、極数の２倍の歯部１１を有する。

この歯部１１には、主巻線１２と補助巻線１３を集中巻で各々の歯部１１に巻装する。そして、主巻線１２を巻装する歯部Ａ１１ａの歯幅より、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの歯幅を広く設けることにより、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁路面積を広げた構成としている。

なお、図２および図３に示す、本発明の実施の形態１における固定子９は、２極の固定子を図示したが、他の極数の固定子にも適用可能である。

この主巻線１２と補助巻線１３を接続し、商用交流電源を印加することで主巻線１２および補助巻線１３に電流が流れ、その電流による起磁力のため固定子９の主巻線磁極と補助巻線磁極から回転磁界が発生し、回転子７に発生する誘導電流との相互作用によって、回転子７が回転する。

この場合、固定子９と回転子７との間の空隙部における磁束密度の相互作用により電磁力波が発生し、この電磁力波が原因となり、固定子９や回転子７が振動し電磁振動が発生する場合がある。

ここで、軸流送風機に搭載される誘導電動機の特性について説明する。

図５は、誘導電動機のＳ（回転数）−Ｔ（トルク）特性と主巻線電流ＩＭ、補助巻線電流ＩＡおよび誘導電動機の効率を示すグラフである。

この図において、横軸は誘導電動機の回転数Ｓを表し、縦軸は左側が誘導電動機のトルクＴ、右側が主巻線電流ＩＭおよび補助巻線電流ＩＡと、誘導電動機の効率ηを表している。

始動時の主巻線電流ＩＭは補助巻線電流ＩＡより大きく、回転数Ｓの増加に伴い主巻線電流ＩＭは徐々に減少、補助巻線電流ＩＡは徐々に増加し（図５の領域（ａ））、ある回転数に達すると、補助巻線電流ＩＡは主巻線電流ＩＭより大きくなる（図５の領域（ｂ））。

また、誘導電動機の効率ηは始動時には０％であるが、回転数Ｓの増加に伴い向上し、図５の（ｂ）の領域の辺りで最大効率となり、トルクＴが０Ｎ・ｍとなる無負荷回転数で再び０％となる。

したがって、軸流送風機１は、プロペラファン４を小型化し、所望のファン能力を得るためにファン回転数を高くすると、誘導電動機２への負荷が低減し、誘導電動機の効率ηがよいことがわかる。

一方、図５の領域（ｂ）では、主巻線磁極の起磁力は主巻線電流に比例して減少し、補助巻線磁極の起磁力は補助巻線電流に比例して増大するため、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁束が増大することになる。

ここで、本実施の形態１の誘導電動機２の固定子９は、主巻線１２を巻装する歯部Ａ１１ａの歯幅より、補助巻線１３を巻装した歯部Ｂ１１ｂの歯幅を広くしている。すなわち、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁路面積を広げた構成としているため、図５の領域（ｂ）で運転したときに、補助巻線磁極の起磁力が補助巻線電流に比例して増大し、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１１ｂの磁束が増大しても磁束密度は上昇しにくく、磁気飽和をおこしにくくなる。

したがって、補助巻線磁極で発生する磁束の空間高調波を低減することができるため、固定子９と回転子７との間の空隙部における磁束密度の相互作用により発生する電磁力波を低減することができ、静音化を実現した軸流送風機が得られることができる。

なお、本発明の実施の形態１においては、プロペラファンを取り付けた軸流送風機について説明をしたが、補助巻線電流ＩＡが主巻線電流ＩＭより大きくなる領域で運転した場合、遠心ファンや斜流ファンを取り付けた送風装置にも適用可能である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２の誘導電動機の固定子の図である。実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

実施の形態２による誘導電動機は、複数に分割した分割固定子鉄芯体１４を環状に配列して構成される。分割固定子鉄芯体１４の歯部１５には、主巻線１２および補助巻線１３を巻装する。そして、複数に分割した分割固定子鉄芯体１４のうち、主巻線１２を巻装する歯部Ａ１５ａの分割固定子鉄芯体１４より補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１５ｂの分割固定子鉄芯体１４の積厚を厚くした構成としている。

この場合、分割固定子鉄芯体１４を複数に分割することで、それぞれの分割固定子鉄芯体１４の積厚を任意に設定することができる。

このような本発明の軸流送風機１によれば、プロペラファン４を、補助巻線電流ＩＡが主巻線電流ＩＭより大きくなる領域で使用することにより、補助巻線電流ＩＡの増加に比例して補助巻線磁極の起磁力が増大する。そして、補助巻線１３を巻装する歯部Ｂ１５ｂの磁束が増大することになる。しかし、補助巻線１３を巻装する分割固定子鉄芯体１４の積厚を厚くしたので、補助巻線磁極で発生する磁束の磁束密度は、より上昇しにくく、磁気飽和をおこしにくくなる。

したがって、補助巻線磁極で発生する磁束の空間高調波を低減することができるため、固定子９と回転子７との間の空隙部における磁束密度の相互作用により発生する電磁力波を低減することができ、静音化を実現した軸流送風機が得られることができる。

本発明にかかる誘導電動機は、誘導電動機の高効率化のため、ファンを小型化し、所望のファン能力を得るためにファンを高速で回転させた時に、誘導電動機の特性上、主巻線電流より補助巻線電流が大きくなるが、補助巻線を巻装する歯部の磁束密度が上昇しにくく、補助巻線磁束の空間高調波が低減することから、低騒音・低騒音化が要求される送風装置やそれを搭載した電気機器への搭載が有用である。

１ 軸流送風機
２ 誘導電動機
３ シャフト
４ プロペラファン
５ 換気装置
６ 壁
７ 回転子
８ 電機子巻線
９ 固定子
１０ 継鉄部
１１ 歯部
１１ａ （主巻線を巻装する）歯部Ａ
１１ｂ （補助巻線を巻装する）歯部Ｂ
１２ 主巻線
１３ 補助巻線
１４ 分割固定子鉄芯体
１５ 歯部
１５ａ （主巻線を巻装する）歯部Ａ
１５ｂ （補助巻線を巻装する）歯部Ｂ

Claims (6)

1. 回転軸と、前記回転軸に一体化された回転子と、前記回転子の外周には、環状につながれた継鉄部と、前記継鉄部から内周方向に等間隔に突出した歯部で構成された固定子を有し、
   前記固定子は極数の２倍の歯部を有し、
   主巻線と補助巻線を集中巻で各々の歯部に巻装し、
   前記主巻線を巻装する前記歯部の磁路面積より、前記補助巻線を巻装する前記歯部の磁路面積を広くした誘導電動機。
2. 前記誘導電動機のうち、主巻線電流よりも補助巻線電流が大きくなる回転数で運転することを特徴とした請求項１に記載の誘導電動機。
3. 前記固定子のうち、前記主巻線を巻装する前記歯部の歯幅より、前記補助巻線を巻装する前記歯部の歯幅を広くした請求項１または２に記載の誘導電動機。
4. 前記固定子は、前記歯部ごとに分割する分割固定子鉄芯体で構成され、
   前記歯部にそれぞれ前記主巻線または前記補助巻線を集中巻で巻装し、
   前記主巻線を巻装する前記歯部の鉄芯体より前記補助巻線を巻装する前記歯部の前記分割固定子鉄芯体の積厚を増大し、
   この分割固定子鉄芯体を環状に配列して一体化する請求項１〜３に記載の誘導電動機。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の誘導電動機を搭載した送風装置。
6. 請求項５に記載の送風装置を搭載した電気機器。

Images