JP2670023B2 - ファンモータ用の無整流子電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は電気機器などに用いられ
る小型ファンモータ用の無整流子電動機に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】一般にファンモータ用として用いられて
いる無整流子電動機は第１図（例えば特公昭５５−１２
８３６号公報）に示す様に、固定子（１）が３本の凸極
に構成された歯（２）、（３）、（４）で構成され、そ
れぞれの歯にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の固定子
巻線（５）、（６）、（７）が設けられている。また、
中心には２極に着磁された回転子（８）が設けられ、さ
らに歯（２）と歯（３）、歯（３）と歯（４）、歯
（４）と歯（２）の間には回転子（８）の回転位置を検
出する位置検出用の３個のホール素子（９）、（１
０）、（１１）（またはサーチコイルなどの位置検出手
段）が設けられている。 【０００３】尚、第２図は回転子（１２）を４極に着磁
した従来例であり、第１図と同一構成要素は同一符号を
付してある。以上のような従来例では、まず回転子
（８）、又は（１２）の回転位置を検出するために３個
のホール素子（９）、（１０）、（１１）が電動機の内
部に設けられていた。 【０００４】そのためホール素子（９）、（１０）、
（１１）、固定子巻線（５）、（６）、（７）と外部引
出線との接続部が多く配線の接続構造が複雑であった。 【０００５】またホール素子（９）、（１０）、（１
１）の取り付け精が悪い場合には、回転子（８）、又は
（１２）の回転位置に対して検出誤差が生じ固定子巻線
（５）、（６）、（７）の通電切換タイミングが乱れ、
回転子の１回転中に不必要な加減速が生じて電動機の運
転効率や特性が悪くなると共に、加減速による振動や騒
音がファンの風切り音に混じって発生する問題点があっ
た。 【０００６】さらにこのホール素子（９）、（１０）、
（１１）は一般に熱に弱く、この種の電動機を高温雰囲
気の中で利用できない問題点があり、電動機の汎用性を
悪くする問題点があった。また、上記の問題点を解消す
るためにホール素子（９）、（１０）、（１１）などの
位置検出手段を設けず、動作時に非通電となる相が常に
１相生じるように三相への通電を制御し、この非通電の
固定子巻線に生じる誘起電圧の変化を基にしたゲート信
号で固定子巻線への通電を順次切り換えていく制御装置
が試みられたが、この制御装置を第１図、第２図に示さ
れた構造（但しホール素子を取り除く）の無整流子電動
機に用いると低速回転時や急激な過負荷で回転速度が低
下すると回転速度の低下に伴って誘起電圧が低くなり制
御装置に動作不良が生じ、脱調やロックなどの異常が発
生する問題点があった。 【０００７】さらに、このような第１図、第２図に示さ
れた構造の無整流子電動機はこのような通電制御を行っ
た場合、電動機の回転時に固定子巻線（５）、（６）、
（７）のいずれかの２相のみが常に通電されることにな
り、回転子（８）、又は（１２）に生ずる回転磁界は常
に回転子（８）、又は（１２）の外周の１８０度以内の
所に集中する。 【０００８】従って、回転子（８）、又は（１２）の外
周に対する磁気吸引力に片寄りが生じ振動、騒音が発生
すると共に、この片寄りによる加重も軸受けの一部に集
中し軸受け部の寿命も短くなる問題点があつた。特に、
ファンモータ用など出力の大きい電動機でこの問題点が
顕著に表れるものであった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】以上の点に鑑みて、本
発明のファンモータ用の無整流子電動機は、非通電の固
定子巻線に生じる誘起電圧を用いて固定子巻線への通電
切換を制御する際に、回転子の低速回転時の誘起電圧の
増加と、固定子から生じる回転磁界の片寄りを防止し、
安定したファンの回転を得ることを目的としている。 【００１０】 本発明のファンモータ用の無整流子
電動機は、ファンを回転駆動し永久磁石を有する回転子
と、この回転子の外周に等間隔に配置され回転子に回転
磁界を与えるための６個の歯と、夫々の歯に分けて巻か
れる三相の固定子巻線と、これらの固定子巻線への通電
を制御するスイッチング手段とを有し、前記固定子巻線
の通電組合せを非通電となる相が１相生じるように組合
せると共に、前記固定子巻線を隣同士の歯が異相で、か
つ全波通電が可能に三相結線し、前記固定子巻線の通電
組合せをファンを回転駆動する回転子の回転時に非通電
の固定子巻線に生じる誘起電圧の所定の変化に対応した
時間に基づいて切り換え制御する無整流子電動機であっ
て、３個の歯からなる同一出力の電動機に比して、前記
６個の歯のそれぞれの断面積は小さくし、かつ対向する
歯に分割巻回される固定子巻線は同相直列にして巻回さ
れ、各歯の巻回数を増加させるものである。 【００１１】 【作用】歯と固定子巻線の配置とにより、回転子が低速
回転の時にも誘起電圧に基づいた固定子巻線の通電切換
えを確実にすることができる。同時に固定子巻線による
回転磁界が分散し回転子の回転、すなわちファンの回転
が安定するものである。 【００１２】 【実施例】以上本発明の一実施例を第３図乃至第６図に
基づいて説明すると、第３図において（１３）は６本の
凸極の歯（１４）乃至歯（１９）を有する固定子であ
り、夫々の歯（１４）乃至歯（１９）は６０度間隔でか
つこの歯には固定子巻線（２０）乃至（２５）が設けら
れている。（２６）は４極に着磁され、かつその中心に
回転軸が設けられた回転子である。尚、歯は（１４）乃
至歯（１９）は図に示すように回転子の外周に配置され
ている。 【００１３】第４図は回転子（２７）を８極に着磁した
他実施例であり、第３図と同一構成要素は同一符号を付
してある。 【００１４】また、固定子巻線（２０）乃至（２５）は
第５図に示す様にスター結線されてＵ相、Ｖ相、Ｗ相を
構成している。これら夫々の相への電流を第６図に示す
ように正負交互に流し、いわゆる全波通電方式を成して
いる。 【００１５】 更に、固定子巻線（２０）乃至（２
５）は、通電中隣同士の歯が異極（異相）で、向かい合
った歯同士が同極（同相）でかつ同相直列に分割巻回さ
れるように結線されている。 【００１６】尚、（２８）は非通電の固定子巻線に生じ
る誘起電圧の変化を基にしてゲート信号を発生し、スイ
ッチング素子（２９）乃至（３４）のＯＮ−ＯＦＦを行
う制御機であり、これらスイッチング素子を制御して第
６図（Ｕ）、（Ｖ），（Ｗ）に示す様なパターンＵ相、
Ｖ相、Ｗ相への通電制御を行う。 【００１７】以上のように構成したファンモータ用の無
整流子電動機では、第６図（Ｕ）、（Ｖ），（Ｗ）に示
す様なパターン、すなわち常に３相のうちの２相にのみ
通電するパターン、で固定子巻線の通電を制御しても歯
の数を６個に構成し、各歯（１４）乃至（１９）の相は
隣同士の歯が異相になるように構成しているので、回転
磁界（磁気吸引力）の分布が片寄らず回転子の外周上に
分散させることができる。 【００１８】 また、歯の数を６個に構成し、３個
の歯からなる従来技術の同一出力の電動機に比べ１本の
当たりの歯の歯幅を小さく、即ち断面積を小さくできて
固定子内の各歯の巻線空間を大きく確保できるので、固
定子巻線の各歯の巻回数を増加させることができると共
に巻線を太くでき、誘起電圧を大きく取り出すことがで
きると共に銅損を減らすことができる。 【００１９】従って、回転子の低回転時にも大きな誘起
電圧を得ることができ、制御装置に動作不良が生じ、脱
調やロックなどの異常が発生することを防止することが
でき、特にファンを低速で回転させるときの安定性が向
上する。 【００２０】尚、歯が凸極であるため固定子巻線を巻く
際の自動化が容易の行え一層の製造工程の簡略化が図れ
るものである。 【００２１】さらに固定子巻線をスター結線（三相全波
結線）することによって、固定子巻線を半波通電する場
合より固定子巻線の利用率が高くなり、電動機の運転効
率を高くすることができる。 【００２２】特に、ファンモータ用など出力の大きい電
動機では運転効率の向上が有効に表れるものである。 【００２３】以下、誘起電圧を用いた際の固定子巻線の
通電制御の一例（制御器（２８）の動作の一例）を第５
図、第６図に基づいて説明する。 【００２４】制御器（２８）は非通電の固定子巻線、例
えばスイッチング素子（２９）、（３３）をＯＮし、ス
イッチング素子（３０）、（３１）、（３２）、（３
４）をＯＦＦさせてＵ相からＶ相へ電流を通電する（固
定子巻線（２０）、（２３）、（２２）、（２５）が通
電されている）ときには固定子巻線（２１）、（２４）
の端子（Ｗ）と中性点（Ｎ）との間に生じる誘起電圧は
第６図（ｗ）に示す様に変化する（非通電時の誘起電圧
の変化のみを示す）。 【００２５】 この誘起電圧の変化において、特に
固定子巻線（２１）、（２４）への通電が切れた（スイ
ッチング素子（３４）がＯＮからＯＦＦに変わった）と
きから零電圧となる時間（ｔ）を計時し、この誘起電圧
が零となった時からこの（ｔ）時間後にスイッチング素
子（３１）、（３３）をＯＮし、スイッチング素子（２
９）、（３０）、（３２）、（３４）をＯＦＦさせてＷ
相からＶ相に電流を通電する。即ち、非通電の固定子巻
線に生じる誘起電圧の所定の変化に対応した時間に基づ
いてスイッチング素子を切り換え制御する。 【００２６】同時に固定子巻線（２０）、（２３）の端
子（Ｕ）と中性点（Ｎ）との間に誘起電圧を用いて上記
同様にスイッチング素子（２９）乃至（３４）を次の状
態に切り換える。 【００２７】以下、同様に非通電の固定子巻線に生じる
誘起電圧（第６図（ｕ）、（ｖ），（ｗ））に基づいて
順次第６図（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の様に通電を切換え
回転子（２６）、又は（２７）を回転させるものであ
る。 【００２８】 以上のように本発明のファンモータ
用の無整流子電動機は、ファンを回転駆動し永久磁石を
有する回転子と、この回転子の外周に等間隔に配置され
回転子に回転磁界を与えるための６個の歯と、夫々の歯
に分けて巻かれる三相の固定子巻線と、これらの固定子
巻線への通電を制御するスイッチング手段とを有し、前
記固定子巻線の通電組合せを非通電となる相が１相生じ
るように組合せると共に、前記固定子巻線を隣同士の歯
が異相で、かつ全波通電が可能に三相結線し、前記固定
子巻線の通電組合せをファンを回転駆動する回転子の回
転時に非通電の固定子巻線に生じる誘起電圧の所定の変
化に対応した時間に基づいて切り換え制御する無整流子
電動機であって、３個の歯からなる同一出力の電動機に
比して、前記６個の歯のそれぞれの断面積は小さくし、
かつ対向する歯に分割巻回される固定子巻線は同相直列
にして巻回され、各歯の巻回数を増加させることによっ
て、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相固定子巻線を６個の歯に分
割させ回転子への磁気吸引力の片寄りを防止でき騒音の
減少や、軸受の長寿命化が図れる。 【００２９】また、非通電の固定子巻線に生じる誘起電
圧をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の通電切換に用いるため回転子の
回転位置を検出するための検出手段（ホール素子など）
が不要になり、電動機を小型化でき製造工程を簡略化で
きると共にこの電動機を使用する場所による、例えば温
度などの規制条件を緩和できこの無整流子電動機の汎用
性を向上させることができる。 【００３０】 また、従来技術の同一出力の電動機
に比べ固定子巻線の歯数の増加で１本当たりの歯幅が小
さくなり、即ち、断面積を小さくできて固定子内の各歯
の巻線空間を大きく確保できるので、その分、固定子巻
線の各歯の巻回数を増加させることができると共に巻線
を太くでき、誘起電圧を大きく取り出すことができると
共に銅損を減らすことができる。尚、歯を回転子の外周
に配置することによって、回転子の磁極が歯を横切る磁
束量が向上し誘起電圧を大きくでき固定子巻線の巻数の
増加と合わせて、特に回転子の低下回転時の誘起電圧を
大きく取り出せるものである。 【００３１】従って、低速回転時や急激な負荷増加で回
転数が低下したときでも安定したゲート信号を得ること
ができ、固定子巻線への通電を確実に制御することがで
きるものである。すなわち、回転子の脱調やロックなど
の異常を防止することができ、特にファンを低速で回転
させたときの安定性が向上する。 【００３２】 尚、それぞれの固定子巻線をＵ，
Ｖ，Ｗの各相でスター結線すれば電動機の固定子巻線に
直接中性点を設けることができるので、正確な誘起電圧
の変化を検出することができ、非通電の固定子巻線に生
じる誘起電圧の所定の状態に対応した時間に基づいてス
イッチング素子を切り換え制御するできるので、固定子
巻線への通電を正確に制御できて、負荷の急激な増減に
対して、点弧位相の調整が素早くでき、負荷変動時の点
弧タイミングの脱調や回転子のロックを防止できる。そ
して一般に、圧縮機では、一定トルク特性が用いられ回
転数の変動範囲が狭く、また、回転数の変動速度が遅い
ため素早い点弧タイミングの調整は要求されない。更
に、テープレコーダー等のモータにおいては、高速側で
は単にテープを送るのみであり、その負荷も軽いので右
肩上がりまたは一定トルクという制御は必要でなく、素
早い点弧タイミングの調整は要求されない。また、低速
側では歯車の数を増加させたトルク重視であり、更に通
常負荷変動も生じないで、素早い点弧タイミングの調整
は要求されないが、特に、速度−トルク特性が右肩上が
りの負荷トルク特性を有するファンモータの駆動にあた
っては、外部からの吹き込みに応じて負荷が急激に変動
することが多く回転数が急激に変化する場合が多いが、
本願発明のものでは負荷変動に対する追従性が良く脱調
やロックを抑制できる。 【００３３】

【図面の簡単な説明】 【図１】 従来の無整流子電動機を示す固定子の概略図 【図２】 従来の無整流子電動機を示す固定子の概略図 【図３】 本発明の実施例を示す固定子の概略図 【図４】 本発明の実施例を示す固定子の概略図 【図５】 本発明の電動機に使われる制御装置を示す概
略図 【図６】 （Ｕ）、（Ｖ），（Ｗ）はＵ，Ｖ，Ｗの各相
への通電状態を示す波形図、同図（ｕ），（ｖ），
（ｗ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の非通電時に生じる誘起電
圧を示す波形図である。 【符号の説明】 １３ 固定子 １４乃至１９ 歯 ２０乃至２５ 固定子巻線

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １． ファンを回転駆動し永久磁石を有する回転子
   と、この回転子の外周に等間隔に配置され回転子に回転
   磁界を与えるための６個の歯と、夫々の歯に分けて巻か
   れる三相の固定子巻線と、これらの固定子巻線への通電
   を制御するスイッチング手段とを有し、前記固定子巻線
   の通電組合せを非通電となる相が１相生じるように組合
   せると共に、前記固定子巻線を隣同士の歯が異相で、か
   つ全波通電が可能に三相結線し、前記固定子巻線の通電
   組合せをファンを回転駆動する回転子の回転時に非通電
   の固定子巻線に生じる誘起電圧の所定の変化に対応した
   時間に基づいて切り換え制御する無整流子電動機であっ
   て、３個の歯からなる同一出力の電動機に比して、前記
   ６個の歯のそれぞれの断面積は小さくし、かつ対向する
   歯に分割巻回される固定子巻線は同相直列にして巻回さ
   れ、各歯の巻回数を増加させることを特徴とするファン
   モータ用の無整流子電動機。