KR100927926B1 - 단상 전동기 및 밀폐형 압축기 - Google Patents

단상 전동기 및 밀폐형 압축기 Download PDF

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Abstract

고정자 철심을 코어 백의 자로를 확보하면서, 재료 취득이 양호한 형상으로 함으로써, 고효율이며 저가격의 단상 전동기를 얻는 것을 목적으로 한다. 복수 매의 전자강판이 적층되어 형성되고, N/2가 홀수인 N개의 슬롯이 마련되고, 슬롯의 일부는 대슬롯(4)이고, 다른 것은 지름 방향의 깊이가 대슬롯(4)보다 얕은 소슬롯(3)으로 구성되는 고정자 철심(1)과, 대슬롯(4) 또는 소슬롯(3) 내부에 삽입되고, 단상 2극의 동심권 방식의 주권선(6)과, 대슬롯(4) 또는 소슬롯(3) 내부에 삽입되고, 주권선(6)에 대해 전기각으로 90도 이외의 위치에 배치되는 단상 2극의 동심권 방식의 보조권선(7)을 구비하고, N개의 슬롯중, 보조권선(7)이 주권선(6)에 대해 전기각으로 90도 이외의 위치에 배치됨에 의해 권선 점적률이 다른 것보다 작아지는 슬롯을 소슬롯(3)으로, 다른 슬롯을 대슬롯(4)으로 하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020077012888
단상 전동기, 밀폐형 압축기

Description

단상 전동기 및 밀폐형 압축기{SINGLE-PHASE MOTOR AND HERMETIC COMPRESSOR}
본 발명은, 단상 2극 권선이 시행되는 단상 전동기 및 밀폐형 압축기에 관한 것이다.
종래의 2극 단상 유도 전동기는, 강판을 적층하여 구성되는 고정자 철심의 슬롯 내에, 주권선과 보조권선을, 동심권(同心卷) 상태로 삽입 배치하고 있다. 주권선과 보조권선의 기계적 각도(이하 권선 삽입 각도라고 한다)는, 필요하게 되는 특성에 따라 90도 및 90도 이외의 삽입 각도로 권선되어 있다.
슬롯 단면적이, 전부 동일 면적이거나 또는, 2종류 이상의 슬롯 단면적을 갖고 있어도, 그 슬롯의 배치가 대칭축(對稱軸)을 갖고 있는 경우 슬롯 내의 권수(卷數)에 큰 차가 생기고, 그 결과로서, 각 슬롯에서의 권선 점적률(슬롯 면적에 대한 권선 단면적이 차지한 비율)에, 큰 차가 생긴다는 과제가 있다.
그래서, 권선 삽입 각도가 90도 이외의 전동기에 있어서, 슬롯 단면적을 유효하게 활용하고 특성 개선을 도모한 2극 단상 유도 전동기를 제공하기 위해, 3종 류 이상의 단면적을 갖는, 복수 개의 슬롯군(群)을 가지며, 또한, 그 슬롯군의 배치가 대칭축을 갖지 않는다는 구성을 구비한 2극 단상 유도 전동기의 고정자 철심이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개평3-265448호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
종래의 2극 단상 유도 전동기의 고정자 철심에서는, 슬롯군의 배치가 대칭축을 갖지 않기 때문에, 권수 배치에 의해서는, 자기(磁氣) 비대칭 언밸런스에 의한 진동 소음이 증가할 가능성이 있다는 과제가 있다.
또한, 코어 백 단면적이 불균일하여서, 재료 취득도 나빠지기 때문에, 전동기가 고가로 된다는 과제도 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고정자 철심을, 고정자 철심의 코어 백의 자로(磁路)를 확보하면서, 재료 취득이 양호한 형상으로 함으로써, 고효율이며 저가격의 단상 전동기 및 밀폐형 압축기를 얻는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관한 단상 전동기는, 복수 매의 전자(電磁)강판이 적층되어 형성되고, N/2가 홀수인 N개의 슬롯이 마련되고, 슬롯의 일부는 대(大)슬롯이고, 다른 것은 지름 방향의 깊이가 대슬롯보다 얕은 소(小)슬롯으로 구성되는 고정자 철심과, 대슬롯 또는 소슬롯 내부에 삽입되고, 단상 2극의 동심권 방식의 주권선과, 대슬롯 또는 소슬롯 내부에 삽입되고, 주권선에 대해 전기각(電氣角)으로 90도 이외의 위치에 배치되는 단상 2극의 동심권 방식의 보조권선을 구비하고, 권선 점적률을 슬롯 면적에 대한 권선 단면적이 차지하는 비율이라고 정의하고, N개의 슬롯중, 보조권선이 주권선에 대해 전기각으로 90도 이외의 위치에 배치됨에 의해 권선 점적률이 다른 것보다 작아지는 슬롯을 소슬롯으로, 다른 슬롯을 대슬롯으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 고정자 철심의 외주부에, 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대(大))를 포함하는 복수의 개략 직선부를 이루는 노치를 마련하고, 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대)는, 다른 노치보다 노치 면적이 커지도록 개략 직선부를 고정자 철심 중심측에 배치한 것을 특징으로 한다.
또한, 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대)는, 기계각으로 180도 어긋난 위치에 배치되고, 다른 노치를 포함하는 직선으로 축 대칭을 갖게 한 육각형을 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 주권선에 전류가 흐름에 의해 생성되는 주권선 자극과, 보조권선에 전류가 흐름에 의해 생성되는 보조권선 자극이 이루는 각도를 (90-360/2N)도 이상이면서, (90+360/2N)도 이하로 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단상 전동기를 유도 전동기로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단상 전동기를 동기유도 전동기로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 밀폐형 압축기가 상기 단상 전동기를 구비한 밀폐형 압축기인 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 관한 단상 전동기는, 상기 구성에 의해, 고정자 철심 코어 백의 자로를 확보하면서, 양호한 재료 취득이 가능한 형상으로 함으로써, 고효율이며 저가격의 단상 전동기를 얻을 수 있다.
실시의 형태 1
도 1 내지 도 8은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 도 1은 단상 전동기의 고정자(30)를 도시하는 횡단면도, 도 2는 동심권 방식의 주권선(6)과 보조권선(7)의 배치도, 도 3은 슬롯 수가 30일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면, 도 4는 슬롯 수가 30일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면, 도 5는 슬롯 수가 26일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면, 도 6은 슬롯 수가 26일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면, 도 7은 슬롯 수가 34일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면, 도 8은 슬롯 수가 34일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 고정자(30)는, 2극의 단상 전동기의 고정자이다. 고정자(30)는, 고정자 철심(1)과, 이 고정자 철심(1)의 슬롯인 대슬롯(4)과 소슬롯(3)에 삽입되는 주권선(6) 및 보조권선(7)을 구비한다. 슬롯에는, 권선과 고정자 철심(1) 사이의 절연을 확보하기 위한 절연재가 삽입되지만, 여기서는 생략하고 있다.
고정자 철심(1)은, 판두께가 0.1 내지 1.5㎜의 전자강판을 소정의 형상으로 펀칭, 축방향으로 적층하고, 코킹이나 용접 등에 의해 고정하여 제작된다. 권선이 삽입되는 슬롯은, 전체의 슬롯 수가 30으로, 대슬롯(4)이 22개, 소슬롯(3)이 8개 있다. 그리고, 우선 대슬롯(4)이 연속하여 11개, 다음에 소슬롯(3)이 연속하여 4개, 또한 대슬롯(4)이 연속하여 11개, 최후로 소슬롯(3)이 연속하여 4개 형성되어 있다.
슬롯의 외측에는, 자로(磁路)가 되는 코어 백(5)이 형성되어 있다. 코어 백(5)의 외주면, 즉 고정자 철심(1)의 외주면에는, 외주원 형상을 개략 직선형상으로 노치한 개략 직선부를 이루는 노치(2)가, 6개소에 마련되어 있다. 그리고, 그 중의 2개의 노치(2)가, 4개가 연속한 소슬롯(3)의 외주측에 위치한다. 이 노치(2)는, 예를 들면, 밀폐형 압축기에, 도 1의 고정자(30)를 이용한 단상 전동기를 사용하는 경우에, 고정자(30)는 밀폐형 압축기의 원통형상의 밀폐 용기에 수축끼워맞춤되기 때문에, 고정자(30)와 밀폐 용기 사이에 냉매의 통로를 확보하기 위해 필요하 다.
S1 내지 S15는, 슬롯 번호이다. 슬롯은 전부 30개 있지만, 그 중의 1극분(極分)인 15개에 S1 내지 S15의 슬롯 번호를 붙인다.
1극분의 동심권 방식의 주권선(6)이, S1 내지 S6, S10 내지 S15에 삽입된다. 이 주권선(6)과, 이것과 대칭으로 다른 극에 배치되는 주권선(6)에 전류가 흐름에 의해 생성되는 주권선 자극(8)은 도 1에 점선의 화살표로 도시하는 방향이 된다. 주권선(6)에 흐르는 전류가 교류이기 때문에, 주권선 자극(8)의 벡터는 교류에 따라 변화한다.
1극분의 동심권 방식의 보조권선(7)의 편측 부분이, S5 내지 S8에 삽입된다. 다른 극의 동심권 방식의 보조권선(7)의 편측 부분이, S9 내지 S12에 삽입된다. 2극분의 보조권선(7)에 전류가 흐름에 의해 생성되는 보조권선 자극(9)은, 주권선 자극(8)과 자극 각도(θ)만큼 반회전 방향으로 어긋나 있다. 보조권선(7)에 흐르는 전류도 교류이기 때문에, 보조권선 자극(9)의 벡터도 그것에 따라 변화한다. 보조권선(7)에 흐르는 전류는, 주권선(6)에 흐르는 전류보다도 위상이 선행되어 있기 때문에, 고정자(30)의 권선에 의해 생성되는 회전 자계의 방향은, 반시계 방향으로 된다. 따라서, 도 1에 도시하는 회전자의 회전 방향도 반시계 방향이 된다.
주권선 자극(8)과 보조권선 자극(9)의 어긋남인 자극 각도(θ)는, 1극분의 슬롯 수가 15(홀수)이기 때문에, 각 극의 보조권선(7)이 대칭으로 각각의 슬롯에 삽입되는 동심권 방식의 경우, 통상(90도)보다 0.5슬롯분 어긋난다. 도 1의 경우, 자극 각도(θ)는, 8슬롯분인 96도이다. 즉, 주권선(6)과 보조권선(7)은, 전기각(2 극이기 때문에 기계각과 같음)으로 96도 어긋나 있다.
고정자(30)에서 생성된 회전 자계에 의해, 코어 백(5)의 자속밀도는, 특히 2극의 회전 자계에서는, 높아지는 경향이 있다. 자속밀도가 너무 높아지면(포화하면) 코어 백(5)에서의 철손(鐵損)이 증가할 뿐만 아니라, 토오크를 발생하기 위해 필요한 주권선(6) 및 보조권선(7)에 흐르는 전류가 증가하여 동손(銅損)도 증가하기 때문에, 단상 전동기의 효율이 악화된다.
4개의 연속한 소슬롯(3)을, 고정자 철심(1)의 2개소에 마련함에 의해, 이 부분의 코어 백(5)의 자로를 확대할 수 있다.
도 2는 동심권 방식의 주권선(6)과 보조권선(7)의 배치도로, 주권선(6)의 1극분과, 보조권선(7)의 2극분의 각각의 편측의 배치를 도시한다. 주권선(6)은, 6단(段)의 동심 권선으로, 외측의 제 1의 코일(m1)이 S1과 S15에, 제 2의 코일(m2)이 S2와 S14에, 제 3의 코일(m3)이 S3과 S13에, 제 4의 코일(m4)이 S4와 S12에, 제 5의 코일(m5)이 S5와 S11에, 제 6의 코일(m6)이 S6과 S10에 삽입된다.
보조권선(7)은, 4단의 동심 권선로, 외측의 2개의 제 1의 코일(a1)의 각각의 편측이 S8과 S9에, 2개의 제 2의 코일(a2)의 각각의 편측이 S7과 S10에, 2개의 제 3의 코일(a3)의 각각의 편측이 S6과 S11에, 2개의 제 4의 코일(a4)의 각각의 편측이 S5와 S12에 삽입된다.
도 3은 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면이다. 주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 권선수를 M1, 제 2의 코일(m2)의 권선수를 M2, 제 3의 코일(m3)의 권선수를 M3, 제 4의 코일(m4)의 권선수 를 M4, 제 5의 코일(m5)의 권선수를 M5, 제 6의 코일(m6)의 권선수를 M6이라고 한다. 또한, 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 권선수를 A1, 제 2의 코일(a2)의 권선수를 A2, 제 3의 코일(a3)의 권선수를 A3, 제 4의 코일(a4)의 권선수를 A4라고 한다.
주권선(6)과 보조권선(7)의 각 코일의 권선수는, 이하에 나타내는 관계가 있도록 한다. 이것은, 각 권선에 전류가 흘렀을 때의 기자력(起磁力)의 파형을 정현파에 근접하게 하기 위해서이다.
M1≥M2≥M3≥M4≥M5≥M6
A1≥A2≥A3≥A4
슬롯 번호 S4에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개의 권선만이 삽입되지만, 슬롯 번호 S12에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개+보조권선(7)의 제 4의 코일(a4)의 A4개의 권선이 삽입된다. S4와 S12의 면적이 같은 경우, S12에 비하여 S4는, 보조권선(7)의 제 4의 코일(a4)의 A4개분의 간극(공간)이 생겨서, S4의 권선 점적률은 S12에 비하여 낮아진다는 과제가 있다. 따라서, 도 3에 도시하는 바와 같이, S4는 소슬롯(3)으로 하고, S12는 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S5에는 주권선(6)의 제 5의 코일(m5)의 M5개의 권선+보조권선(7)의 제 4의 코일(a4)의 A4개의 권선이 삽입되지만, 슬롯 번호 S11에는 주권선(6)의 제 5의 코일(m5)의 M5개의 권선+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입된다.
M5+A4≤M5+A3
이기 때문에, 도 3에 도시하는 바와 같이, S5는 소슬롯(3)으로 하고, S11은 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S6에는 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개의 권선+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입되지만, 슬롯 번호 S10에는 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개의 권선+보조권선(7)의 제 2의 코일(a2)의 A2개의 권선이 삽입된다.
M6+A3≤M6+A2
이기 때문에, 도 3에 도시하는 바와 같이, S6은 소슬롯(3)으로 하고, S10은 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S7에는 보조권선(7)의 제 2의 코일(a2)의 A2개의 권선만이 삽입되기 때문에 S10보다도 권선 점적률이 낮기 때문에 S7은 소슬롯(3)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S1 및 S15에는 주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 M1개의 권선이 삽입되기 때문에 S1 및 S15는 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S2 및 S14에는 주권선(6)의 제 2의 코일(m2)의 M2개의 권선이 삽입되고, M2는 M1에 가까운 갯수이기 때문에 S2 및 S14는 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S3 및 S13에는 주권선(6)의 제 3의 코일(m3)의 M3개의 권선이 삽입되고, M3은 M2에 가까운 갯수이기 때문에 S3 및 S13은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S8 및 S9에는 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 A1개의 권선이 삽입되고, 권선의 선경(線徑)이 같다면 A1은 M1과 거의 같은 갯수이기 때문에 S8 및 S9는 대슬롯(4)으로 한다.
고정자(30) 전체에서는, 2극이기 때문에, 1극분의 슬롯 번호 S1 내지 S15와 같은 것이, 한 조(組)(15슬롯) 더 있다. 결국, 고정자(30) 전체에서는, 대슬롯(4)이 22개, 소슬롯이 8개로 된다.
도 4에 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시한다. 이 예는, 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선은, 동일 선경인 경우이다. 주권선수와 보조권선수의 합계는, 대슬롯(4)에서는 40개, 소슬롯(3)에서는 30개이다. 소슬롯(3)의 면적을, 대슬롯(4)의 면적보다 이 권선수의 비율로 작게 할 수 있다. 슬롯의 면적은, 슬롯의 지름 방향의 깊이를 변화시킴에 의해 바꾼다.
이상의 설명은, 슬롯 수가 30, 주권선(6)의 단수가 6, 보조권선(7)의 단수가 4인 것에 관해 행하였지만, 다른 예를 설명한다.
도 5는 슬롯 수가 26일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면이다. 주권선(6)의 동심 권선의 단수는 4, 보조권선(7)의 동심 권선의 단수는 3이다.
주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 권선수를 M1, 제 2의 코일(m2)의 권선수를 M2, 제 3의 코일(m3)의 권선수를 M3, 제 4의 코일(m4)의 권선수를 M4라고 한다. 또한, 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 권선수를 A1, 제 2의 코일(a2)의 권선수를 A2, 제 3의 코일(a3)의 권선수를 A3이라고 한다.
주권선(6)과 보조권선(7)의 각 권선의 권선수는, 이하에 나타내는 관계가 있는 것으로 한다.
M1≥M2≥M3≥M4
A1≥A2≥A3
슬롯 번호 S4에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개의 권선만이 삽입되지만, 슬롯 번호 S10에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입된다. S4와 S10의 면적이 같은 경우, S10에 비하여 S4는 보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개분의 간극(공간)이 생기고, S4의 권선 점적률은 S10에 비하여 낮아진다는 과제가 있다. 따라서, 도 5에 도시하는 바와 같이, S4는 소슬롯(3)으로 하고, S10은 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S5에는 보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선만이 삽입되지만, 슬롯 번호 S10에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입된다. S5와 S10의 면적이 같은 경우, S10에 비하여 S5는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개분의 간극(공간)이 생기고, S5의 권선 점적률은 S10에 비하여 낮아진다는 과제가 있다. 따라서, 도 5에 도시하는 바와 같이, S5는 소슬롯(3)으로 하고, S10은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S1 및 S13에는 주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 M1개의 권선이 삽입되기 때문에 S1 및 S13은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S2 및 S12에는 주권선(6)의 제 2의 코일(m2)의 M2개의 권선이 삽입되고, M2는 M1에 가까운 갯수이기 때문에 S2 및 S12는 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S3 및 S11에는 주권선(6)의 제 3의 코일(m3)의 M3개의 권선이 삽입되고, M3은 M2에 가까운 갯수이기 때문에 S3 및 S11은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S7 및 S8에는 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 A1개의 권 선이 삽입되고, 권선의 선경이 같다면 A1은 M1과 거의 같은 갯수이기 때문에 S7 및 S8은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S6 및 S9에는 보조권선(7)의 제 2의 코일(a2)의 A2개의 권선이 삽입되고, A2는 A1에 가까운 갯수이기 때문에 S6 및 S9는 대슬롯(4)으로 한다.
고정자(30) 전체에서는, 2극이기 때문에, 1극분의 슬롯 번호 S1 내지 S13과 같은 것이, 한 조(13슬롯) 더 있다. 결국, 고정자(30) 전체에서는, 대슬롯(4)이 22개, 슬롯이 4개로 된다.
도 6에 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시한다. 이 예는, 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선은, 동일 선경인 경우이다. 주권선수와 보조권선수의 합계는, 대슬롯(4)에서는 40개, 소슬롯(3)에서는 20개이다. 소슬롯(3)의 면적을, 대슬롯(4)의 면적부터 이 권선수의 비율로 작게 할 수 있다. 슬롯의 면적은, 슬롯의 지름 방향의 깊이를 변화시킴에 의해 바꾼다.
도 7은 슬롯 수가 34일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면이다. 주권선(6)의 동심 권선의 단수는 6, 보조권선(7)의 동심 권선의 단수는 5이다.
주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 권선수를 M1, 제 2의 코일(m2)의 권선수를 M2, 제 3의 코일(m3)의 권선수를 M3, 제 4의 코일(m4)의 권선수를 M4, 제 5의 코일(m5)의 권선수를 M5, 제 6의 코일(m6)의 권선수를 M6이라고 한다. 또한, 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 권선수를 A1, 제 2의 코일(a2)의 권선수를 A2, 제 3의 코일(a3)의 권선수를 A3, 제 4의 코일(a4)의 권선수를 A4, 제 5의 코일(a5)의 권선수를 A5라고 한다.
주권선(6)과 보조권선(7)의 각 코일의 권선수는, 이하에 나타내는 관계가 있는 것으로 한다.
M1≥M2≥M3≥M4≥M5≥M6
A1≥A2≥A3≥A4≥A5
슬롯 번호 S4에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개의 권선만이 삽입되지만, 슬롯 번호 S14에는 주권선(6)의 제 4의 코일(m4)의 M4개+보조권선(7)의 제 5의 코일(a5)의 A5개의 권선이 삽입된다. S4와 S14의 면적이 같은 경우, S14에 비하여 S4는, 보조권선(7)의 제 5의 코일(a5)의 A5개분의 간극(공간)이 생기고, S4의 권선 점적률은 S14에 비하여 낮아진다는 과제가 있다. 따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이, S4는 소슬롯(3)으로 하고, S14는 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S5에는 주권선(6)의 제 5의 코일(m5)의 M5개+보조권선(7)의 제 5의 코일(a5)의 A5개의 권선이 삽입되지만, 슬롯 번호 S13에는 주권선(6)의 제 5의 코일(m5)의 M5개+보조권선(7)의 제 4의 코일(a4)의 A4개의 권선이 삽입된다.
M5+A5≤M5+A4
이기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, S5는 소슬롯(3)으로 하고, S13은 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S6에는 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개+보조권선(7)의 제 4의 코일(a4)의 A4개의 권선이 삽입되지만, 슬롯 번호 S12에는 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입된다.
M5+A4≤M5+A3
이기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, S6은 소슬롯(3)으로 하고, S12는 대슬롯(4)으로 한다.
슬롯 번호 S7에는 보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입되지만, 슬롯 번호 S12에는 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개+보조권선(7)의 제 3의 코일(a3)의 A3개의 권선이 삽입된다. S7과 S12의 면적이 같은 경우, S12에 비하여 S7은, 주권선(6)의 제 6의 코일(m6)의 M6개분의 간극(공간)이 생기고, S5의 권선 점적률은 S12에 비하여 낮아진다는 과제가 있다. 따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이, S7은 소슬롯(3)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S1 및 S17에는 주권선(6)의 제 1의 코일(m1)의 M1개의 권선이 삽입되기 때문에 S1 및 S17은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S2 및 S16에는 주권선(6)의 제 2의 코일(m2)의 M2개의 권선이 삽입되고, M2는 M1에 가까운 갯수이기 때문에 S2 및 S16은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S3 및 S15는, 주권선(6)의 제 3의 코일(m3)의 M3개의 권선이 삽입되고, M3은 M2에 가까운 갯수이기 때문에 S3 및 S15는 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S9 및 S10에는 보조권선(7)의 제 1의 코일(a1)의 A1개의 권선이 삽입되고, 권선의 선경이 같다면 A1은 M1과 거의 같은 갯수이기 때문에 S9 및 S10은 대슬롯(4)으로 한다.
또한, 슬롯 번호 S8 및 S11에는 보조권선(7)의 제 2의 코일(a2)의 A2개의 권 선이 삽입되고, A2는 A1에 가까운 갯수이기 때문에 S8 및 S11은 대슬롯(4)으로 한다.
고정자(30) 전체에서는, 2극이기 때문에, 1극분의 슬롯 번호 S1 내지 S17과 같은 것이, 한 조(17슬롯) 더 있다. 결국, 고정자(30) 전체에서는, 대슬롯(4)이 26개, 소슬롯(3)이 8개로 된다.
도 8에 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시한다. 이 예는, 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선은, 동일 선경인 경우이다. 주권선수와 보조권선수의 합계는, 대슬롯(4)에서는 40개, 소슬롯(3)에서는 30개이다. 소슬롯(3)의 면적을, 대슬롯(4)의 면적보다 이 권선수의 비율로 작게 할 수 있다. 슬롯의 면적은, 슬롯의 지름 방향의 깊이를 변화시킴에 의해 바꾼다.
권선 점적률이 낮은 슬롯은, 전동기에서는 필요없는 공간이 존재하는 것으로 되고, 코어 백 단면적을 작게 하고 있는 것과 같기 때문에, 코어 백(5)의 자속밀도가 높아지고, 결과로서, 단상 전동기의 효율이 악화된다.
본 실시의 형태에서는, 도 3의 케이스에서는 권선 점적률이 낮은 슬롯인 S4 내지 S7의 슬롯, 도 5의 케이스에서는 권선 점적률이 낮은 슬롯인 S4 내지 S5의 슬롯, 도 7의 케이스에서는 권선 점적률이 낮은 슬롯인 S4 내지 S7의 슬롯에 관해, 지름 방향의 슬롯 깊이를 얕게 한 소슬롯(3)으로 함에 의해, 코어 백(5)의 자로를 확대할 수 있고, 자속밀도가 포화하지 않도록 코어 백 단면적을 확보하고 있다. 자속밀도를 완화시킴으로써, 철손 및 동손의 증가를 막고, 고효율의 단상 전동기를 얻을 수 있다. 또는 종래의 단상 전동기와 같은 효율인 경우는, 축방향의 코어 폭 을 작게 할 수 있고, 단상 전동기의 소형·경량화를 실현할 수 있다.
또한, 이 단상 전동기를 압축기에 탑재한 경우, 탑재되는 전동기가 고효율이기 때문에, 고효율의 압축기를 얻을 수 있고, 그 압축기를 공기조화기나 냉동냉장고에 이용하면 에너지 절약화를 실현할 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 합계 슬롯 수가 30슬롯, 주권선 단수가 6단, 보조권선 단수가 4단인 경우, 합계 슬롯 수가 26슬롯, 주권선 단수가 4단, 보조권선 단수가 3단인 경우, 합계 슬롯 수가 34슬롯, 주권선 단수가 6단, 보조권선 단수가 5단인 경우에 관해 기술하였지만, 다른 조합이라도, 슬롯 수나 권선의 단수에 따라 소슬롯으로 하는 슬롯수를 적절하게 설정함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 2
도 9 내지 도 11은 실시의 형태 2를 도시하는 도면으로, 도 9는 단상 전동기의 고정자(40)의 횡단면도, 도 10은 단상 전동기의 고정자(40)를 유도 전동기(50)(단상 전동기의 한 예)에 이용한 경우의 횡단면도, 도 11은 단상 전동기의 고정자(40)를 동기유도 전동기(60)(단상 전동기의 한 예)에 이용한 경우의 횡단면도이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 도 1의 노치(2)중, 4개 연속하는 소슬롯(3)의 외주측의 2개소의 노치(2)의 면적을 크게 하여, 노치(대)(21)로 한다. 이때, 노치(대)(21)의 개략 직선부를 고정자 철심(1) 중심측으로 이동하여 면적을 크게 한다. 도 1과 다른 점은, 노치(대)(21)의 부분뿐이다.
소슬롯(3)의 외주부의 코어 백(5)은, 대슬롯(4)의 외주부의 코어 백(5)과 비교하면, 코어 백 단면적이 크게 되어 있기 때문에, 자속밀도가 낮게 되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 자속밀도가 포화하지 않는 범위에서, 노치 면적을 확대하도록 노치(대)(21)를 마련하고 있다. 노치(대)(21)를 마련함에 의해, 전(全) 노치의 합계 면적이 확대되게 된다.
노치 합계 면적은, 특히 단상 전동기를 밀폐형 압축기에 이용하는 경우에 중요하다. 단상 전동기를 밀폐형 압축기에 이용하는 경우, 2개소의 노치(대)(21), 4개소의 노치(2)는 냉매의 유로가 되기 때문에, 노치 합계 면적을 작게 하면 밀폐형 압축기의 성능이 저하된다.
노치(대)(21)에 의해 노치 합계 면적이 확대되기 때문에, 밀폐형 압축기의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 도 9의 고정자(40)의 노치 합계 면적을 도 1의 고정자(30)의 노치 합계 면적과 같은 면적으로 하는 경우는, 대슬롯(4)의 외주부의 노치(2)의 면적은 작아지고(개략 직선부를 고정자 철심(1)의 외주측에 배치), 대슬롯(4)의 외주부의 코어 백 단면적을 크게 하는 것이 가능하다. 그로 인해, 코어 백 자속밀도를 더욱 완화시킨 고효율의 단상 전동기를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 노치 면적이 큰 2개의 노치(대)(21)를 기계각으로 180도 비켜놓은 위치에 배치하고, 다른 노치(2)를 포함하는 개략 직선부로 개략 육각형을 구성하고 있다. 노치를 6개소로 분산함으로써, 각각의 노치 면적, 특히 대슬롯(4)의 외주측의 노치(2)의 면적을 작게 할 수 있어, 코어 백 단면적을 확 보함으로써, 자속밀도를 완화시킬 수 있음과 함께, 고정자 철심(1)의 재료 취득이 개선되기 때문에, 저가격의 단상 전동기를 얻을 수 있다.
더욱 노치가 분산되면, 밀폐형 압축기의 원통형상의 밀폐 용기와의 접촉면적이 감소함과 함께, 접촉 개소가 증가하고, 고정자(40)에서 발생하는 전자 진동을 전달하는 에너지가 분산되어, 저진동 및 저소음의 단상 전동기를 얻을 수 있다. 특히 2극의 단상 전동기에서는, 고정자(40)에서 생성되는 자계가 원형 회전 자계에 대해 왜곡된 타원 자계로 되기 때문에, 전자 소음이 증가하는 경향에 있어서, 본 실시의 형태의 단상 전동기는 보다 한층의 효과를 얻을 수 있다.
도 10은 단상 전동기의 고정자(40)를 유도 전동기(50)에 이용한 경우의 횡단면도를 도시하는 것으로, 회전자(15)의 회전자 철심(10)은, 도전성 재질인 알루미늄이나 구리가 주입(鑄入)된, 38개의 회전자 슬롯(11)을 구비한다. 단, 회전자 슬롯(11)의 슬롯 수는 38개 이외라도 좋다. 유도 전동기(50)의 회전자(15)의 회전 방향은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 반시계 방향이다. 그리고, 보조권선 자극(9)에 대한 주권선 자극(8)의 자극 각도(θ)는 96도이다.
본 실시의 형태의 단상 전동기의 고정자(40)를 유도 전동기(50)에 이용하는 경우, 상기한 바와 같이 코어 백 자속밀도를 완화시킴으로써, 동일 토오크에 있어서, 주권선(6) 및 보조권선(7)에 흐르는 전류를 저감시킬 수 있기 때문에, 고효율의 단상의 유도 전동기(50)를 얻을 수 있다.
또한, 도 11은 단상 전동기의 고정자(40)를 동기유도 전동기(60)에 이용한 경우의 횡단면도를 도시하는 것으로, 회전자(16)의 회전자 철심(10)은 도전성 재질 인 알루미늄이나 구리가 주입된 회전자 슬롯(11) 및 회전자 슬릿(12)을 구비한다. 하나의 회전자 슬릿(12)은, 그 양단부에 있는 2개의 회전자 슬롯(11)에 연속하고 있다. 여기서는, 회전자 슬롯(11), 회전자 슬릿(12)의 쌍방에 알루미늄이 주입된 경우에 관해 기술하였지만, 회전자 슬릿(12)에는 도전성 재질이 주입되지 않아도 같은 효과를 얻을 수 있다. 동기유도 전동기(60)의 회전자(16)의 회전 방향은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 반시계 방향이다. 그리고, 보조권선 자극(9)에 대한 주권선 자극(8)의 자극 각도(θ)는 96도이다.
동기유도 전동기(60)는, 통상동작 운전시에는, 고정자(40)에서 생성된 회전 자계와 동기하여 회전하기 때문에, 유도 전동기(50)보다도 더욱 코어 백 자속밀도가 높아지는 경향이 있다. 본 실시의 형태의 단상 전동기의 고정자(40)를 동기유도 전동기(60)에 이용함에 의해, 코어 백 자속밀도를 저감시키는 것을 할 수 있어, 더욱 고효율의 단상의 동기유도 전동기(60)를 얻을 수 있다.
실시의 형태 3
도 12 내지 도 13은 실시의 형태 3을 도시하는 도면으로, 도 12는 단상의 유도 전동기(50)의 회전수에 대한 토오크 특성을 도시하는 도면, 도 13은 단상의 유도 전동기(50)의 자극 각도에 대한 모터 효율 특성을 도시하는 도면이다.
도 10에서는 보조권선 자극(9)에 대한 주권선 자극(8)의 자극 각도(θ)가 96도(주권선(6)과 보조권선(7)의 권선 배치의 어긋남이 전기각으로 96도)에 관해 설명하였지만, 권선 배치를 어긋나게 함으로써 각도(θ)를 84도(전(全) 30슬롯에 대 해 7슬롯분)로 하는 것도 가능하다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 자극 각도(θ)=84도의 경우와 비교하고, 96도의 경우는 회전수에 대해 토오크가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 토오크가 증가하고 있다는 것은, 최대 토오크보다 회전수가 높은 영역에서의 동일 토오크 조건이라면, 96도의 쪽이 회전수가 높아진다. 회전수가 높은, 즉 미끄럼이 작기 때문에, 회전자에서의 2차 동손이 작아지기 때문에, 고효율의 유도 전동기(50)를 얻을 수 있다.
더욱 권선 배치를 변경함으로써, 6슬롯 어긋남인 θ=72도나, 9슬롯 어긋남인 θ=108도의 자극 각도로 하는 것도 가능하다. 그러나, 자극 각도를 90도에 대해 너무 크게 하거나, 너무 작거나 하면, 주권선수 및 보조권선수를 도 3에 도시한 것과 동일하게 설정한 경우, 주권선(6)과 보조권선(7)의 양쪽이 삽입되는 슬롯수가 증가하기 때문에, 권선의 선경을 가늘게 할 필요가 있다.
도 13에 자극 각도(θ)에 대한 모터 효율 특성을 도시한다. θ=72도, 108도의 경우는 전술한 바와 같이, 권선 선경을 가늘게 할 필요가 있기 때문에, 권선 저항이 증가하고, 그에 수반하는 동손이 증대하여, 효율이 대폭적으로 저하되어 있는 것을 알 수 있다.
N=30슬롯의 경우의 자극 각도(θ)는, 90-360/2N=84도부터, 90+360/2N=96도의 사이에 설정함으로써, 권선 저항을 증가시키는 일 없이, 토오크 발생에 필요한 권선수를 삽입하는 것이 가능해지기 때문에, 고효율의 단상의 유도 전동기(50)를 얻을 수 있다.
여기서는, N=30슬롯의 경우에 관해 설명했지만, 다른 슬롯수(N)(단, N/2는 홀수)의 경우에도, 자극 각도(θ)를 90-360/2N부터, 90+360/2N으로 함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 4
도 14는 실시의 형태 4를 도시하는 도면으로, 회전식 압축기(100)(밀폐형 압축기의 한 예)의 종단면도이다.
도 14에서, 회전식 압축기(100)(밀폐형 압축기의 한 예)의 밀폐 용기(102) 내에는 전동 요소(103)와 압축 요소(104)가 수용된다. 전동 요소(103)에는, 실시의 형태 2 또는 실시의 형태 3에 도시한 유도 전동기(50) 또는 동기유도 전동기(60)를 사용한다.
압축 요소(104)는, 전동 요소(103)에 의해 구동되는 크랭크축(105), 크랭크축(105)과 동심(同心)의 압축실(106)을 내주부에 형성하는 실린더(107), 그 상하를 끼워지지하는 상축받이(108)와 하축받이(109), 실린더(107) 내에 크랭크축(105)의 편심부(105a)에 장착되고 편심 운동하는 롤링 피스톤(110)을 갖는다.
흡입관(111)은 냉동 사이클의 증발기와 접속되고, 냉매를 실린더(107) 내로 유도한다. 토출관(112)은 냉동 사이클의 응축기와 접속되고, 밀폐 용기(102) 내의 고압 냉매를 냉동 사이클에 송출한다.
실시의 형태 2 또는 실시의 형태 3에 나타낸 유도 전동기(50) 또는 동기유도 전동기(60)를 회전식 압축기(100)에 탑재한 경우, 탑재되는 유도 전동기(50) 또는 동기유도 전동기(60)가 고효율이기 때문에, 고효율의 회전식 압축기(100)를 얻을 수 있고, 그 회전식 압축기(100)를 공기조화기나 냉동냉장고에 이용하면 에너지 절약화를 실현할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 단상 전동기의 고정자(30)를 도시하는 횡단면도.
도 2는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 동심권 방식의 주권선(6)과 보조권선(7)의 배치도.
도 3은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 30일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면.
도 4는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 30일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S15에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면.
도 5는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 26일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면.
도 6은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 26일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S13에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면.
도 7은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 34일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수를 도시하는 도면.
도 8은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 슬롯 수가 34일 때의 슬롯 번호 S1 내지 S17에 삽입되는 주권선(6)과 보조권선(7)의 권선수의 한 예를 도시하는 도면.
도 9는 실시의 형태 2를 도시하는 도면으로, 단상 전동기의 고정자(40)의 횡단면도.
도 10은 실시의 형태 2를 도시하는 도면으로, 단상 전동기의 고정자(40)를 유도 전동기(50)에 이용한 경우의 횡단면도.
도 11은 실시의 형태 2를 도시하는 도면으로, 단상 전동기의 고정자(40)를 동기유도 전동기(60)에 이용한 경우의 횡단면도.
도 12는 실시의 형태 3을 도시하는 도면으로, 단상의 유도 전동기(50)의 회전수에 대한 토오크 특성을 도시하는 도면.
도 13은 실시의 형태 3을 도시하는 도면으로, 단상의 유도 전동기(50)의 자극 각도에 대한 모터 효율 특성을 도시하는 도면.
도 14는 실시의 형태 4를 도시하는 도면으로, 회전식 압축기(100)의 종단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 고정자 철심 2 : 노치
3 : 소슬롯 4 : 대슬롯
5 : 코어 백 6 : 주권선
7 : 보조권선 8 : 주권선 자극
9 : 보조권선 자극 10 : 회전자 철심
11 : 회전자 슬롯 12 : 회전자 슬릿
15 : 회전자 16 : 회전자
21 : 노치(대) 30 : 고정자
40 : 고정자 50 : 유도 전동기
60 : 동기유도 전동기 100 : 회전식 압축기
102 : 밀폐 용기 103 : 전동 요소
104 : 압축 요소 105 : 크랭크축
105a : 편심부 106 : 압축실
107 : 실린더 108 : 상축받이
109 : 하축받이 110 : 롤링 피스톤
111 : 흡입관 112 : 토출관
m1 : 제 1의 코일 m2 : 제 2의 코일
m3 : 제 3의 코일 m4 : 제 4의 코일
m5 : 제 5의 코일 m6 : 제 6의 코일
a1 : 제 1의 코일 a2 : 제 2의 코일
a3 : 제 3의 코일 a4 : 제 4의 코일
M1 내지 M6 : 주권선수 A1 내지 A5 : 보조권선수
S1 내지 S17 : 슬롯 번호 θ : 자극 각도

Claims (7)

  1. 복수 매의 전자강판이 적층되어 형성되고, N/2가 홀수인 N개의 슬롯이 마련되고, 상기 슬롯의 일부는 대슬롯이고, 다른 것은 지름 방향의 깊이가 상기 대슬롯보다 얕은 소슬롯으로 구성되는 고정자 철심과,
    상기 대슬롯 또는 상기 소슬롯 내부에 삽입되고, 단상 2극의 동심권 방식의 주권선과,
    상기 대슬롯 또는 상기 소슬롯 내부에 삽입되고, 단상 2극의 동심권 방식의 보조권선을 구비하고,
    상기 주권선에 전류를 흘림으로서 생성되는 주권선 자극과, 상기 보조권선에 전류를 흘림으로서 생성되는 보조권선 자극이 이루는 각도를 (90-360/2N)도 또는 (90+360/2N)도로 함과 함께,
    권선 점적률을 슬롯 면적에 대한 권선 단면적이 차지하는 비율이라고 정의하고, 상기 N개의 슬롯 중, 자극 각도를 90도로 배치한 경우의 권선 점적율에 대하여 상기 자극 각도를 (90-360/2N)도 또는 (90+360/2N)도로 배치함으로서 권선 점적율이 작게 되는 모든 슬롯을 상기 소슬롯으로, 그 밖의 슬롯을 상기 대슬롯으로 하며,
    상기 고정자 철심의 외주부에, 상기 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대)를 포함하는 복수의 직선부를 이루는 노치를 마련하고, 상기 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대)는, 다른 노치보다 노치 면적이 커지도록 상기 직선부를 상기 고정자 철심의 중심측에 배치한 것을 특징으로 하는 단상 전동기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소슬롯의 외주측에 마련되는 노치(대)는, 기계각으로 180도 어긋난 위치에 배치되고, 다른 노치를 포함하는 직선으로 축 대칭을 갖게 한 육각형을 구성하는 것을 특징으로 하는 단상 전동기.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 단상 전동기를 유도 전동기로 구성한 것을 특징으로 하는 단상 전동기.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 단상 전동기를 동기유도 전동기로 구성한 것을 특징으로 하는 단상 전동기.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 기재된 단상 전동기를 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
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