(57)【要約】【課題】本発明は別途の高価なインバータ駆動装置を備えなくてもＢＬＤＣモータのような高効率性能と可変速特性を得ることのできる安価な可変速単相誘導電動機を提供する。【解決手段】本発明による可変速単相誘導電動機は、モータケーシングと、該モータケーシングに回転可能に結合された回転軸と、該回転軸と一体に結合されて回転するロータコア及び該ロータコア内に挿入される導体バーを備えた誘導ロータと、該誘導ロータが挿入される中空を備えて前記回転軸方向に互いに離隔するように複数設けられ、このうち一部又は全部が回転磁界を形成するステータと、該ステータと前記誘導ロータとの間に挿入され、前記回転軸に自由に回転可能に結合され、前記ステータにそれぞれ対応する複数の同期ロータと、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
2009524395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケーシングと、
該モータケーシングに回転可能に結合された回転軸と、
該回転軸と一体に結合されて回転するロータコア及び該ロータコア内に挿入される導体バーを備えた誘導ロータと、
該誘導ロータが挿入される中空を備えて前記回転軸方向に互いに離隔するように複数設けられ、このうち一部又は全部が回転磁界を形成するステータと、
該ステータと前記誘導ロータとの間に挿入され、前記回転軸に自由に回転可能に結合され、前記ステータにそれぞれ対応する複数の同期ロータと、を含むことを特徴とする可変速単相誘導電動機。
【請求項２】
前記複数のステータ及び同期ロータは、
前記ステータ及びこれに対応する前記同期ロータの前記回転軸方向の長さと他の前記ステータ及びこれに対応する同期ロータの前記回転軸方向の長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の可変速単相誘導電動機。
【請求項３】
前記複数のステータは、第１ステータと、該第１ステータより前記回転軸方向の長さが短い第２ステータとを備え、前記複数の同期ロータは、前記第１ステータの前記回転軸方向の長さに対応する長さを有する第１同期ロータと、前記第２ステータの前記回転軸方向の長さに対応する長さを有する第２同期ロータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の可変速単相誘導電動機。
【請求項４】
モータケーシングと、
該モータケーシングに回転可能に結合された回転軸と、
該回転軸と一体に結合されて回転するロータコア及び該ロータコア内に挿入される導体バーを備えた誘導ロータと、
該誘導ロータが挿入される中空を備えて前記回転軸方向に互いに離隔するように設置された複数のステータと、
該ステータと前記誘導ロータとの間に挿入され、前記回転軸に自由に回転可能に結合され、前記ステータにそれぞれ対応する複数の同期ロータと、
前記ステータの全部又は一部が回転磁界を形成するように、前記ステータに電源を選択的に供給及び遮断する制御ユニットと、を含むことを特徴とする可変速単相誘導電動機。
【請求項５】
前記複数のステータ及び同期ロータは、
前記ステータ及びこれに対応する前記同期ロータの前記回転軸方向の長さと、他の前記ステータ及びこれに対応する同期ロータの前記回転軸方向の長さと、が異なることを特徴とする請求項４に記載の可変速単相誘導電動機。
【請求項６】
前記複数のステータは、第１ステータと、該第１ステータより前記回転軸方向の長さが短い第２ステータとを備え、前記複数の同期ロータは、前記第１ステータの前記回転軸方向の長さに対応する長さを有する第１同期ロータと、前記第２ステータの前記回転軸方向の長さに対応する長さを有する第２同期ロータとを備えることを特徴とする請求項４に記載の可変速単相誘導電動機。
【請求項７】
前記制御ユニットは、
前記第１ステータに電源を供給及び遮断する第１スイッチと、
前記第２ステータに電源を供給及び遮断する第２スイッチと、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの動作を制御する判断部と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の可変速単相誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単相誘導電動機に関し、特に、別途の高価なインバータ駆動装置を備えなくても、安価で、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータのような高効率性能と可変速特性を得ることのできる可変速単相誘導電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図1は従来の誘導電動機の縦断面図であり、図2は図1の誘導電動機の横断面図である。
【０００３】
図1及び図2に示すように、従来の誘導電動機は外観を形成するモータケーシング１０と、モータケーシング１０の内周面に設置されて円周方向にコイルが巻回されたステータ１００と、ステータ１００の内部に回転可能に挿入される誘導ロータ２０と、ステータ１００と誘導ロータ２０との間に回転可能に挿入される同期ロータ３０と、から構成される。
【０００４】
モータケーシング１０は開口が形成された筒状の容器であり、このようなモータケーシング１０には開口を塞ぐカバー１０ａが結合されている。モータケーシング１０の下側には装着溝１０ｂが形成されている。このような装着溝１０ｂには回転軸１１を回転可能に支持するベアリング１２が設置される。
【０００５】
ステータ１００は一定の長さを有するように形成されたステータコア１１０と、ステータコア１１０の内部に円周方向に巻回される巻線コイル１２０と、から構成される。
【０００６】
ステータコア１１０は複数枚のシートが積層された積層体であり、所定幅を有するリング状に形成されるヨーク部１１１と、ヨーク部１１１の内周面に一定の長さを有するように延設される複数のティース１１２と、を含む。このようなティース１１２とティース１１２との間にはスロット１１３が形成され、各ティース１１２の端面によってステータコア１１０の内部に誘導ロータ２０が挿入される中空１１０ａが形成される。
【０００７】
巻線コイル１２０はティース１１２に複数回巻回され、ティース１１２とティース１１２により形成されたスロット１１３に位置する。
【０００８】
誘導ロータ２０は一定の長さを有する丸棒状に形成されるロータコア２１と、ロータコア２１内に挿入される導体バー２２と、から構成され、ステータ１００の中空１１０ａに挿入される。
【０００９】
ロータコア２１は複数枚のシートが積層された積層体であり、そのロータコア２１の中央に回転軸１１が結合される。
【００１０】
同期ロータ３０は所定厚さを有する円筒状のマグネット３１と、コップ状に形成されてそのマグネット３１を支持するホルダー３２と、から構成される。マグネット３１はステータ１００の中空１１０ａの内周面と誘導ロータ２０の外周面との間に回転可能に挿入される。
【００１１】
ホルダー３２の下側にはベアリング溝３２ａが形成されている。このようなベアリング溝３２ａには回転軸１１を回転可能に支持するベアリング３３が結合される。このようにベアリング３３が回転軸１１に結合されると、ホルダー３２は回転軸１１上で自由に回転することができる。
【００１２】
以下、前述したような従来の誘導電動機の動作について説明する。
【００１３】
ステータ１００の巻線コイル１２０に電源が供給されると、回転磁界（rotating magnetic field）が形成される。このように形成された回転磁界により同期ロータ３０が同期速度で回転する。
【００１４】
次に、マグネットから構成された同期ロータ３０の回転により強い磁束（intensive magnetic flux）を有する回転磁界が発生する。このように形成された回転磁界により誘導ロータ２０が回転する。
【００１５】
次に、誘導ロータ２０が回転すると、誘導ロータ２０の回転力が回転軸１１を介して回転力を必要とする部分に伝達される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、前述した従来の誘導電動機は同期ロータ３０のマグネット３１から発生する強い磁束のために外部電源電圧の変動に鈍感である。従って、誘導ロータ２０が常に一定の速度を維持する。従って、誘導電動機の回転数を変化させようとする場合、従来の安価な電圧位相制御のような方法を用いることができない。すなわち、電圧による速度可変範囲の限界を有するために、別途の高価なインバータ駆動装置を使用せずには、従来の誘導電動機は多様な速度要求に対応することができないという問題点があった。
【００１７】
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、別途の高価なインバータ駆動装置を備えなくてもＢＬＤＣモータのような高効率性能と可変速特性を得ることのできる安価な可変速単相誘導電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するための本発明による可変速単相誘導電動機は、モータケーシングと、該モータケーシングに回転可能に結合された回転軸と、該回転軸と一体に結合されて回転するロータコア及び該ロータコア内に挿入される導体バーを備えた誘導ロータと、該誘導ロータが挿入される中空を備えて前記回転軸方向に互いに離隔するように複数設けられ、このうち一部又は全部が回転磁界を形成するステータと、該ステータと前記誘導ロータとの間に挿入され、前記回転軸に自由に回転可能に結合され、前記ステータにそれぞれ対応する複数の同期ロータと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、前記の目的を達成するための本発明による可変速単相誘導電動機は、モータケーシングと、該モータケーシングに回転可能に結合された回転軸と、該回転軸と一体に結合されて回転するロータコア及び該ロータコア内に挿入される導体バーを備えた誘導ロータと、該誘導ロータが挿入される中空を備えて前記回転軸方向に互いに離隔するように設置された複数のステータと、該ステータと前記誘導ロータとの間に挿入され、前記回転軸に自由に回転可能に結合され、前記ステータにそれぞれ対応する複数の同期ロータと、前記ステータの全部又は一部が回転磁界を形成するように、前記ステータに電源を選択的に供給及び遮断する制御ユニットと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一実施形態による可変速単相誘導電動機によれば、互いに離隔するように設置された複数のステータとこれにそれぞれ対応する複数の同期ロータにより、別途の高価なインバータ駆動装置を備えなくても、安価でＢＬＤＣモータのような高効率性能と可変速特性を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態によるハイブリッドインダクションモータについて詳細に説明する。
【００２２】
図3は本発明の一実施形態による可変速単相誘導電動機の縦断面図であり、図4は図3の可変速単相誘導電動機を簡略的に示すブロック図で、図5は図3の可変速単相誘導電動機の高速、中速、低速運転モード時の第１スイッチ及び第２スイッチの動作状態を示すグラフである。前述した構成と同一又は相当部分に対しては同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図3及び図4に示すように、本発明の一実施形態による可変速単相誘導電動機はモータケーシング１０と、モータケーシング１０に回転可能に結合された回転軸１１と、回転軸１１と一体に結合されて回転するロータコア２１及びロータコア２１内に挿入される導体バー２２を備えた誘導ロータ２０と、誘導ロータ２０が挿入される中空７０ａ、８０ａを備えて回転軸１１方向に互いに離隔するように複数設けられ、このうち一部又は全部が回転磁界を形成するステータ７０、８０と、これらステータ７０、８０とロータコア２１との間に挿入され、回転軸１１に自由に回転可能に結合され、ステータ７０、８０にそれぞれ対応する複数の同期ロータ４０、５０と、ステータ７０、８０の全部又は一部が回転磁界を形成するように、ステータ７０、８０に電源を選択的に供給及び遮断する制御ユニット９０と、を含む。
【００２４】
複数のステータ７０、８０は第１ステータ７０と第１ステータ７０より回転軸１１方向の長さが短い第２ステータ８０を備える。このように第１ステータ７０の長さ（Ｌ１）が第２ステータ８０の長さ（Ｌ２）より長くなると、第１ステータ７０により発生した回転磁界が第２ステータ８０により発生した回転磁界より大きくなる。従って、第１ステータ７０にのみ電源を供給して回転軸１１を回転させる場合と第２ステータ８０にのみ電源を供給して回転軸１１を回転させる場合とを比較すると、第１ステータ７０にのみ電源を供給して回転軸１１を回転させる場合が回転磁界がより大きく形成されるため、回転軸１１がより速く回転する。もちろん第１ステータ７０と第２ステータ８０の全てに電源を供給する場合には第１ステータ７０と第２ステータ８０からそれぞれ発生した回転磁界が合わせられるため、回転軸１１が最も速く回転する。従って、このような原理により回転軸１１の速度調節が可能になる。
【００２５】
第１ステータ７０は第１ステータコア７１と第１巻線コイル７２を備える。第１ステータコア７１は中央部に中空７０ａが形成された複数のシートが積層されて形成される。第１巻線コイル７２は第１ステータコア７１に巻回されて回転磁界を発生させる。
【００２６】
第２ステータ８０は、第１ステータ７０の下側に所定間隔離隔されて設けられ、第２ステータコア８１と第２巻線コイル８２を備える。第２ステータコア８１は中央部に中空８０ａが形成された複数のシートが積層されて形成される。第２巻線コイル８２は第２ステータコア８１に巻回されて回転磁界を発生させる。
【００２７】
複数の同期ロータ４０、５０は、第１ステータ７０の回転軸１１方向の長さ（Ｌ１）に対応する長さを有する第１同期ロータ４０と、第２ステータ８０の回転軸１１方向の長さ（Ｌ２）に対応する長さを有する第２同期ロータ５０とからなる。
【００２８】
第１同期ロータ４０は、所定厚さを有する円筒状の第１マグネット４１と、コップ状に形成されて第１マグネット４１を支持する第１ホルダー４２と、から構成される。第１マグネット４１は、第１ステータ７０の中空７０ａの内周面と誘導ロータ２０の外周面との間に回転可能に挿入され、第１ホルダー４２の一方に第１ベアリング４３が結合され、第１ベアリング４３は回転軸１１に結合される。このように第１ベアリング４３が回転軸１１に結合されると、第１ホルダー４２は回転軸１１上で自由に回転することができる。
【００２９】
第２同期ロータ５０は、第１同期ロータ４０の下側に所定間隔離隔されて設けられ、所定厚さを有する円筒状の第２マグネット５１と、コップ状に形成されて第２マグネット５１を支持する第２ホルダー５２と、から構成される。第２マグネット５１は第２ステータ８０の中空８０ａの内周面と誘導ロータ２０の外周面との間に回転可能に挿入され、第２ホルダー５２の一方に第２ベアリング５３が結合され、第２ベアリング５３は回転軸１１に結合される。このように第２ベアリング５３が回転軸１１に結合されると、第２ホルダー５２は回転軸１１上で自由に回転することができる。
【００３０】
図4及び図5に示すように、制御ユニット９０は第１ステータ７０に電源（Ｖａｃ）を供給及び遮断する第１スイッチ９１と、第２ステータ８０に電源を供給及び遮断する第２スイッチ９２と、第１スイッチ９１又は第２スイッチ９２の動作を制御する判断部９３と、を含む。
【００３１】
第１スイッチ９１は第１ステータ７０の第１巻線コイル（７２、図３参照）に電源を供給又は遮断するために、リレー又はＳＣＲ（silicon control rectifier）から構成される。
【００３２】
第２スイッチ９２は第２ステータ８０の第２巻線コイル（８２、図３参照）に電源を供給又は遮断するために、リレー又はＳＣＲ（silicon control rectifier）から構成される。
【００３３】
判断部９３はプログラミングが可能なマイコンから構成されて第１スイッチ９１と第２スイッチ９２の動作を制御する。このような判断部９３は回転軸１１を高速回転させる場合、第１スイッチ９１及び第２スイッチ９２を運転が終わる終了時間（ｔｆ）まで全てオンにし、回転軸１１を中速回転させる場合、第１スイッチ９１のみを運転が終わる終了時間（ｔｆ）までオンにし、回転軸１１を低速回転させる場合、第２スイッチ９２のみを運転が終わる終了時間（ｔｆ）までオンにする。ただし、判断部９３は可変速誘導電動機の初期起動トルクを確保するために、初期駆動時間（ｔｉ）までは第１スイッチ９１及び第２スイッチ９２を全てオンにする。
【００３４】
以下、図4、及び図5に示すように、可変速単相誘導電動機の高速運転モードについて説明する。
【００３５】
判断部９３は第１スイッチ９１と第２スイッチ９２を運転が終わる終了時間（ｔｆ）までオンにする。
【００３６】
第１スイッチ９１がオンになると、第１ステータ７０の第１巻線コイル７２に電源が供給されて回転磁界が形成される。形成された回転磁界により第１同期ロータ４０が同期速度で回転する。第１同期ロータ４０は第１マグネット４１から構成されるため、第１同期ロータ４０の回転により強い磁束を有する回転磁界が発生する。
【００３７】
第２スイッチ９２がオンになると、第２ステータ８０の第２巻線コイル８２に電源が供給されて回転磁界が形成される。形成された回転磁界により第２同期ロータ５０が同期速度で回転する。第２同期ロータ５０は第２マグネット５１から構成されるため、第２同期ロータ５０の回転により強い磁束を有する回転磁界が発生する。
【００３８】
この場合、第１ステータ７０により形成された回転磁界と第２ステータ８０により形成された回転磁界とが合わせられて誘導ロータ２０が高速で回転する。誘導ロータ２０が高速で回転すると、誘導ロータ２０の回転力が回転軸１１を介して回転力を必要とする部分に高速で伝えられる。
【００３９】
以下、図4、及び図5に示すように、可変速単相誘導電動機の中速運転モードについて説明する。
【００４０】
判断部９３は初期起動トルクを確保するために第１スイッチ９１と第２スイッチ９２を初期起動時間（ｔｉ）までオンにする。その後は第１スイッチ９１のみを運転が終わる終了時間（ｔｆ）までオンにする。
【００４１】
第１スイッチ９１がオンになると、第１ステータ７０の第１巻線コイル７２に電源が供給されて回転磁界が形成される。形成された回転磁界により第１同期ロータ４０が同期速度で回転する。第１同期ロータ４０は第１マグネット４１から構成されるため、第１同期ロータ４０の回転により強い磁束を有する回転磁界が発生する。
【００４２】
この場合、第１ステータ７０によってのみ回転磁界が発生するため、誘導ロータ２０が中速で回転する。誘導ロータ２０が中速で回転すると、誘導ロータ２０の回転力が回転軸１１を介して回転力を必要とする部分に中速で伝えられる。
【００４３】
図4及び図5に示すように、可変速単相誘導電動機の低速運転モードについて説明する。
【００４４】
判断部９３は初期起動トルクを確保するために第１スイッチ９１と第２スイッチ９２を初期起動時間（ｔｉ）までオンにする。その後は第２スイッチ９２のみを運転が終わる終了時間（ｔｆ）までオンにする。
【００４５】
第２スイッチ９２がオンになると、第２ステータ８０の第２巻線コイル８２に電源が供給されて回転磁界が形成される。形成された回転磁界により第２同期ロータ５０が同期速度で回転する。第２同期ロータ５０は第２マグネット５１から構成されるため、第２同期ロータ５０の回転により強い磁束を有する回転磁界が発生する。この場合、第２ステータ８０によってのみ回転磁界が形成されるため、誘導ロータ２０が低速で回転する。誘導ロータ２０が低速で回転すると、誘導ロータ２０の回転力が回転軸１１を介して回転力を必要とする部分に低速で伝えられる。
【００４６】
結論的に、前述した可変速単相誘導電動機は別途の高価なインバータ駆動装置を使用しなくても高速、低速、中速の３種類の速度を実現することができる。一方、第１同期ロータ４０と第２同期ロータ５０との間に第３同期ロータを挿入し、これに対応する第３ステータと、第３ステータに電源を供給又は遮断する第３スイッチと、を含むことで、より多様な速度を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の誘導電動機の縦断面図である。
【図２】図1の誘導電動機の横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による可変速単相誘導電動機の縦断面図である。
【図４】図3の可変速単相誘導電動機を簡略的に示すブロック図である。
【図５】図3の可変速単相誘導電動機の高速、中速、低速運転モード時の第１スイッチ及び第２スイッチの動作状態を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０    モータケーシング
１１    回転軸
２０    誘導ロータ
４０    第１同期ロータ
５０    第２同期ロータ
７０    第１ステータ
８０    第２ステータ
９０    制御ユニット
９１    第１スイッチ
９２    第２スイッチ
９３    判断部
【図１】
2009524395.tif 000003
【図２】
2009524395.tif 000004
【図３】
2009524395.tif 000005
【図４】
2009524395.tif 000006
【図５】
2009524395.tif 000007
【国際調査報告】
2009524395.tif 000008
2009524395.tif 000009