JP6388564B2 - 電動機応用製品 - Google Patents

Description

本発明は、三相交流電源から供給される電力で駆動する複数の交流電動機を備えた電動機応用製品に関する。

特許文献１に開示される電動機応用製品の一例である送風機には複数の電動機が用いられている。このように複数の電動機を用いる電動機応用製品では複数の電動機の各々に電力を供給する電源が交流電源である場合、複数の三相交流電動機を並列に接続するのが一般的である。一方で三相交流電動機を用いる電動機応用製品では、三相交流電動機の回転子が過負荷状態となったときに三相交流電動機を構成する巻線が発熱により焼損する虞がある。このようなことを防ぐ目的で特許文献２の電動機応用製品では、三相交流電動機の内部に設置され、または三相交流電動機電動機の近くに設置された複数の過負荷保護装置を設けている。

特開２００５−２９９４９３号公報 特開２００５−１７７１４８号公報

しかしながら、三相交流電動機では巻線と交流電源とを接続する電源線が３本必要であるため、１台の三相交流電動機に対して過負荷保護装置が少なくとも２台必要となる。従って複数の交流電動機を備えた電動機応用製品では過負荷保護装置が少なくとも４台必要となるため、大型化するだけでなくコストが増加するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過負荷保護を行いながら小型化とコストの低減を図ることができる電動機応用製品を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電動機応用製品は、三相交流電源から供給される電力で駆動する３つの二相交流電動機を備えた電動機応用製品であって、３つの二相交流電動機の各々は、固定子と、固定子に巻かれる第一の巻線と、固定子に巻かれる第二の巻線と、１つの電流遮断部とを備え、第一の巻線の一端と第二の巻線の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部を介して三相交流電源に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、過負荷保護を行いながら小型化とコストの低減を図ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る電動機応用製品の外観図 本発明の実施の形態１に係るインペラを装着した状態の二相交流電動機の側面図 軸方向端面側から見た二相交流電動機の側面図 本発明の実施の形態１に係る電動機応用製品の結線図 本発明の実施の形態２に係る電動機応用製品の結線図 本発明の実施の形態３に係る電動機応用製品の結線図 本発明の実施の形態４に係る電動機応用製品の外観図 本発明の実施の形態４に係るインペラを装着した状態の三相交流電動機の側面図 軸方向端面側から見た三相交流電動機の側面図 本発明の実施の形態４に係る電動機応用製品の結線図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機応用製品を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電動機応用製品の外観図である。図１には電動機応用製品１００の一例として３つの軸流送風機を組み込んで幅広い風の流れをつくる製品が示される。電動機応用製品１００の筐体１には、インペラ２−１を装着した二相交流電動機３−１と、インペラ２−２を装着した二相交流電動機３−２とインペラ２−３を装着した二相交流電動機３−３とが装着される。複数の二相交流電動機３−１，３−２，３−３の各々には電源線４を介して三相交流電源が接続される。電源線４に三相交流電源を接続して通電することにより、複数の二相交流電動機３−１，３−２，３−３の各々は回転し、複数のインペラ２−１，２−２，２−３の各々が旋回することにより、紙面に対し鉛直方向に風が流れる。

図２は本発明の実施の形態１に係るインペラを装着した状態の二相交流電動機の側面図である。図２には図１に示すインペラ２−１を装着した二相交流電動機３−１が示される。二相交流電動機３−１では外郭３６の内部に固定子３１が配置され、固定子３１の内部には回転子３３が配置される。回転子３３には回転子３３の径方向中心に貫通する軸３７が装着される。外郭３６の軸方向の一端面と他端面の各々の中央部には軸受３４を嵌め込むことが可能な大きさの凹部が形成される。軸３７の両端の各々に軸受３４を装着した状態で外郭３６の凹部に軸受３４の外輪を嵌め込むことにより回転子３３は回転自在に外郭３６の内部に保持される。固定子３１は、電磁鋼板母材から打ち抜かれた環状の鉄心片を複数枚積層して円筒状に形成された固定子鉄心３１ａと、固定子鉄心３１ａの表面に施された図示しない絶縁体を介して巻かれる巻線３２とを有する。外郭３６の全体の内、外郭３６のインペラ２−１側とは反対側の面はカバー３０で覆われて充電部が露出しないようにしてある。カバー３０と外郭３６との間には、過負荷時の巻線３２の発熱による温度上昇で自動的に電路を開路する温度ヒューズまたはバイメタルといった電流遮断部３５が配置される。

なお電流遮断部３５の配置場所は図示例に限定されず、例えば外郭３６の内部でもよい。また図２では二相交流電動機３−１の内部構成を説明したが図１に示す二相交流電動機３−２，３−３も同様の構成であるものとする。

図３は軸方向端面側から見た二相交流電動機の側面図である。図３には、二相交流電動機３−１を構成する固定子鉄心３１ａと固定子鉄心３１ａの内側に配置される回転子３３と回転子３３に貫通する軸３７とが示される。固定子鉄心３１ａは環状のバックヨークと、バックヨークの周方向に離間して配置されバックヨークから径方向内側に延びる４つのティースと、４つのティースの各々の巻かれる巻線３２−１１，３２−１２，３２−２１，３２−２２とを有する。紙面左右方向に配置される巻線３２−１１と巻線３２−１２は直列に結線されて１相分の第一の巻線３２−１を構成する。また紙面上下方向に配置される巻線３２−２１と巻線３２−２２は直列に結線されて１相分の第二の巻線３２−２を構成する。なお、第一の巻線３２−１と第二の巻線３２−２は、各々が同じ線径のマグネットワイヤを同じ回数巻いて構成されたものであることが望ましい。これにより回転効率が向上すると共に保護動作の確実性が向上する。ただし本実施の形態ではこの構成に限定されるものではなく、設計上の差異は許容してもよい。

図４は本発明の実施の形態１に係る電動機応用製品の結線図である。図示例のように三相交流電源１０の第一の相１０Ｒ、第二の相１０Ｓ、第三の相１０Ｔには電源線４を介して３つの二相交流電動機３−１，３−２，３−３が接続される。図４の例では、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の一端と第二の巻線３２−２ｂ１の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２の一端と第二の巻線３２−２ｂ２の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。二相交流電動機３−３の第一の巻線３２−１ａ３の一端と第二の巻線３２−２ｂ３の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。また、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の他端は、他の２つの二相交流電動機３−２，３−３の内、一方の二相交流電動機３−３の第二の巻線３２−２ｂ３の他端に接続され、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１の他端が、他の２つの二相交流電動機の内、他方の二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２の他端に接続される。また二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２の他端は、二相交流電動機３−３の第一の巻線３２−１ａ３の他端に接続される。

この結線により、第一の巻線３２−１と第二の巻線３２−２には互いに１２０度の位相差を有する電圧が印加される。これより固定子鉄心３１ａから回転子３３に対して回転磁界が印加され、その回転磁界により回転子３３が回転し、インペラ２−１，２−２，２−３の旋回により軸流風が発生する。ここで、例えば３台の二相交流電動機３−１，３−２，３−３の内の１台の二相交流電動機３−１の軸受３４が摩耗により回転が重くなり二相交流電動機３−１が過負荷状態となると、第一の巻線３２−１と第二の巻線３２−２に流れる電流が増加し、第一の巻線３２−１と第二の巻線３２−２の損失である銅損が増加し、二相交流電動機３−１全体の温度が上昇する。これにより二相交流電動機３−１に設置される電流遮断部３５が設定温度で作動して通電が遮断され、二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２と二相交流電動機３−３の第二の巻線３２−２ｂ３には通電されなくなる。従って、二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２と二相交流電動機３−３の第一の巻線３２−１ａ３との間のみに通電されるため、二相交流電動機３−２，３−３の各々では回転磁界が発生しなくなり、回転子３３の回転が停止する。二相交流電動機３−２，３−３の各々が過負荷状態となり、温度上昇によりそれぞれの電流遮断部３５が作動し、その結果、三相とも通電を遮断することができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る電動機応用製品の結線図である。実施の形態１では３台の二相交流電動機３−１，３−２，３−３を用いた例を示したが、電動機の台数は３の倍数に限定されるものではなく、図５に示すように２台の二相交流電動機３−１，３−２を用いてもよい。すなわち実施の形態２では、三相交流電源１０の第一の相１０Ｒ、第二の相１０Ｓ、第三の相１０Ｔには電源線４を介して２つの二相交流電動機３−１，３−２が接続される。具体的には、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の一端と第二の巻線３２−２ｂ１の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２の一端と第二の巻線３２−２ｂ２の一端とのそれぞれが、１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。また、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の他端と、二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２の他端とが、三相交流電源１０に接続され、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１の他端は、二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２の他端に接続される。

以上の構成により、二相交流電動機３−１が過負荷となり二相交流電動機３−１の電流遮断部３５が作動したとき、二相交流電動機３−２は回転磁界が発生しなくなり、回転を停止し、二相交流電動機３−２の電流遮断部３５が作動して、すべての相の通電を遮断できる。

なお、三相交流電源１０に接続される二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１には、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１に印加される電圧の２倍の電圧が印加される。同様に、二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２には、二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２に印加される電圧の２倍の電圧が印加される。そこで、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の巻き数は、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１の巻き数の２倍とし、かつ二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１の導体であるマグネットワイヤの断面積は、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１の断面積の半分とするように構成するとよい。二相交流電動機３−２も同様である。この構成により、各巻線による回転磁界の強さが均一となり、電動機効率が向上するとともに、三相交流電源１０の各相の電流も均一となり電力供給上望ましい。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る電動機応用製品の結線図である。前述したように実施の形態２では、三相交流電源１０に接続される二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１には、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１に印加される電圧の２倍の電圧が印加され、二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２には、二相交流電動機３−２の第一の巻線３２−１ａ２に印加される電圧の２倍の電圧が印加される。従って、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１と二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２には、このような大きな電圧に耐え得る絶縁対策が必要であり、実施の形態１の二相交流電動機３−１，３−２と絶縁構造とは異なる絶縁構造を施す必要性が生じる場合がある。それを避けるために実施の形態３の電動機応用製品は、２つの二相交流電動機の内、少なくとも１つの二相交流電動機の第一の巻線の他端がインピーダンス素子１２を介して三相交流電源に接続されるように構成されている。インピーダンス素子１２は抵抗、コンデンサ、またはインダクタンスである。なおインピーダンス素子１２は、抵抗、コンデンサ、およびインダクタンスの内、少なくとも２つを組み合わせた複合素子で構成してもよい。これにより、二相交流電動機３−１の第一の巻線３２−１ａ１と二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２にそれぞれ印加される電圧は、電源電圧を巻線インピーダンスとインピーダンス素子１２とで分圧した電圧に低減され、絶縁構造の変更が不要となる。またインピーダンス素子の値を調整することにより、例えば実施の形態１の電動機応用製品に用いる電動機の仕様と、実施の形態２の電動機応用製品に用いる電動機の仕様とを統一化することが可能である。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る電動機応用製品の外観図である。実施の形態１の電動機応用製品１００との相違点は実施の形態４の電動機応用製品１００Ａでは二相交流電動機３−１，３−２，３−３の代わりに三相交流電動機３Ａ−１，３Ａ−２，３Ａ−３が用いられていることである。その他の構成要素は実施の形態１と同様であり説明を割愛する。

図８は本発明の実施の形態４に係るインペラを装着した状態の三相交流電動機の側面図である。実施の形態１の二相交流電動機３−１との相違点は実施の形態４の三相交流電動機３Ａ−１では固定子３１に巻線３２Ａが巻かれていることである。なお電流遮断部３５は三相交流電動機３Ａ−１に１台設けられている。図７に示す三相交流電動機３Ａ−２，３Ａ−３も同様の構成であるものとする。その他の構成要素は実施の形態１と同様であり説明を割愛する。

図９は軸方向端面側から見た三相交流電動機の側面図である。図９には、三相交流電動機３Ａ−１を構成する固定子鉄心３１ａと固定子鉄心３１ａの内側に配置される回転子３３と回転子３３に貫通する軸３７とが示される。固定子鉄心３１ａは環状のバックヨークと、バックヨークの周方向に離間して配置されバックヨークから径方向内側に延びる６つのティースと、図示しない絶縁体を介して６つのティースの各々に巻かれる巻線３２Ａ−１１，３２Ａ−１２，３２Ａ−２１，３２Ａ−２２，３２Ａ−３１，３２Ａ−３２とを有する。巻線３２Ａ−１１と巻線３２Ａ−１２は直列に結線されて１相分の第一の巻線を構成する。巻線３２Ａ−２１と巻線３２Ａ−２２は直列に結線されて１相分の第二の巻線を構成する。また巻線３２Ａ−３１と巻線３２Ａ−３２は直列に結線されて１相分の第三の巻線を構成する。これらの巻線により三相Ｙ結線の巻線が形成される。なお図示例では固定子鉄心３１ａに６つのティースが設けられているが、ティースの数は３ｎ倍（ｎは自然数）であればよい。

図１０は本発明の実施の形態４に係る電動機応用製品の結線図である。図示例のように三相交流電源１０の第一の相１０Ｒ、第二の相１０Ｓ、第三の相１０Ｔには電源線４を介して３つの三相交流電動機３Ａ−１，３Ａ−２，３Ａ−３が接続される。具体的には、三相交流電動機３Ａ−１の第一の巻線３２Ａ−１ａ１が１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。三相交流電動機３Ａ−２の第一の巻線３２Ａ−１ａ２が１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。三相交流電動機３Ａ−３の第一の巻線３２Ａ−１ａ３が１つの電流遮断部３５を介して三相交流電源１０に接続される。また、三相交流電動機３Ａ−１の第二の巻線３２Ａ−２ｂ１は、他の２つの三相交流電動機３Ａ−２，３Ａ−３の内、三相交流電動機３Ａ−２の第三の巻線３２Ａ−３ｃ２に接続され、三相交流電動機３Ａ−１の第三の巻線３２Ａ−３ｃ１は、三相交流電動機３Ａ−３の第二の巻線３２Ａ−２ｂ３に接続される。また三相交流電動機３Ａ−２の第二の巻線３２Ａ−２ｂ２は、三相交流電動機３Ａ−３の第三の巻線３２Ａ−３ｃ３に接続される。

この構成により、例えば三相交流電動機３Ａ−１の軸受３４が摩耗により回転が重くなり三相交流電動機３Ａ−１が過負荷状態となると、三相交流電動機３Ａ−１に設置される電流遮断部３５が設定温度で作動して通電が遮断される。これにより三相交流電動機３Ａ−２，３Ａ−３が欠相運転となって過負荷状態となり、それぞれの電流遮断部３５も作動して三相とも通電を遮断することができる。

なお、実施の形態１から４に示す複数の電動機のトルク特性は必ずしも同一にする必要はない。例えば各々のトルク特性を同一にしたとしても、個体間のばらつきにより各々の回転数がずれてインペラの風切り音がそれぞれ干渉してうなり音が発生する場合がある。うなり音の対策としては、意図的に各々の回転数のずれを大きくするために、複数の電動機の各々の巻線の巻数を変えてトルク特性を変えることが考えられる。従って実施の形態１から３に示す２台または３台の二相交流電動機の各々に巻かれる第一の巻線と第二の巻線は同一の仕様にする必要はなく、また実施の形態４に示す３台の三相交流電動機の各々に巻かれる第一の巻線と第二の巻線と第三の巻線も同一の仕様にする必要はない。

また複数の電動機に巻かれる各巻線の他端の接続は実施の形態１から４に示す接続例に限定されるものではない。例えば排気用電動機と給気用電動機との２種類の電動機を組み込んだ換気扇、または二重反転ファンと称される回転方向の異なるプロペラファンをパイプ内に二台直列に設置して圧力を上げる換気扇においては、回転方向が異なる電動機の組合せとなる。その場合、例えば図５に示す実施の形態２では、二相交流電動機３−１の第二の巻線３２−２ｂ１の他端が、二相交流電動機３−２の第二の巻線３２−２ｂ２の他端に接続される。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 筐体、２−１，２−２，２−３ インペラ、３−１，３−２，３−３ 二相交流電動機、４ 電源線、３Ａ−１，３Ａ−２，３Ａ−３ 三相交流電動機、１０ 三相交流電源、１０Ｒ 第一の相、１０Ｓ 第二の相、１０Ｔ 第三の相、１２ インピーダンス素子、３０ カバー、３１ 固定子、３１ａ 固定子鉄心、３２，３２−１１，３２−１２，３２−２１，３２−２２，３２Ａ−１１，３２Ａ−１２，３２Ａ−２１，３２Ａ−２２，３２Ａ−３１，３２Ａ−３２ 巻線、３２−１，３２Ａ−１ 第一の巻線、３２−２，３２Ａ−２ 第二の巻線、３２Ａ−３ 第三の巻線、３３ 回転子、３４ 軸受、３５ 電流遮断部、３６ 外郭、３７ 軸、１００，１００Ａ 電動機応用製品。

Claims (8)

1. 三相交流電源から供給される電力で駆動する３つの二相交流電動機を備えた電動機応用製品であって、
   前記３つの二相交流電動機の各々は、
   固定子と、
   前記固定子に巻かれる第一の巻線と、
   前記固定子に巻かれる第二の巻線と、
   １つの電流遮断部とを備え、
   前記第一の巻線の一端と前記第二の巻線の一端とのそれぞれが、前記１つの電流遮断部を介して前記三相交流電源に接続されることを特徴とする電動機応用製品。
2. 三相交流電源から供給される電力で駆動する２つの二相交流電動機を備えた電動機応用製品であって、
   前記２つの二相交流電動機の各々は、
   固定子と、
   前記固定子に巻かれる第一の巻線と、
   前記固定子に巻かれる第二の巻線と、
   １つの電流遮断部とを備え、
   前記第一の巻線の一端と前記第二の巻線の一端とのそれぞれが、前記１つの電流遮断部を介して前記三相交流電源に接続されることを特徴とする電動機応用製品。
3. 前記二相交流電動機の前記第一の巻線の巻き数は、前記二相交流電動機の前記第二の巻線の２倍であることを特徴とする請求項２に記載の電動機応用製品。
4. 前記二相交流電動機の前記第一の巻線の断面積は、前記二相交流電動機の前記第二の巻線の断面積の半分であることを特徴とする請求項２に記載の電動機応用製品。
5. 前記２つの二相交流電動機の内、少なくとも１つの二相交流電動機の前記第一の巻線の他端は、インピーダンス素子を介して前記三相交流電源に接続されることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の電動機応用製品。
6. 前記インピーダンス素子は、抵抗、コンデンサ、またはインダクタンスであることを特徴とする請求項５に記載の電動機応用製品。
7. 前記インピーダンス素子は、抵抗、コンデンサ、およびインダクタンスの内、少なくとも２つを組み合わせた複合素子であることを特徴とする請求項５に記載の電動機応用製品。
8. 三相交流電源から供給される電力で駆動する３つの三相交流電動機を備えた電動機応用製品であって、
   前記３つの三相交流電動機の各々は、
   固定子と、
   前記固定子に巻かれる三相Ｙ結線の巻線と、
   １つの電流遮断部とを備え、
   前記三相Ｙ結線の巻線を形成する第一の巻線が、前記１つの電流遮断部を介して前記三相交流電源に接続されることを特徴とする電動機応用製品。

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