(57)【要約】【課題】エンドターンを効果的に利用可能な誘導電動機を提供する。【解決手段】本発明に係る誘導電動機１００は、ステータコア１１２、及び前記ステータコアにエンドターン１１３を残して巻線されたコイル１１１を有するステータ１１０と、前記ステータの内側に、前記ステータとの間に空隙を介して回転可能に設置されたロータ１２０とを備える。前記ロータは、前記ステータの前記エンドターンと空隙を介して対向するように半径方向外側に延びるエンドターン利用部１２３がその軸方向の一端に設けられたロータコア１２２を有し、前記エンドターンで生成された磁束は、前記エンドターン利用部を通って前記ロータコアへ流れる。前記ロータコアは、圧縮された軟磁性粉から作成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア、及び前記ステータコアにエンドターンを残して巻線されたコイルを有するステータと、前記ステータの内側に、前記ステータとの間に空隙を介して回転可能に設置されたロータとを備えた誘導電動機であって、
前記ロータは、前記ステータの前記エンドターンと空隙を介して対向するように半径方向外側に延びるエンドターン利用部がその軸方向の一端に設けられたロータコアを有し、
前記エンドターンで生成された磁束が、前記エンドターン利用部を通って前記ロータコアへ流れるようにしたことを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導電動機であって、
前記ロータコアが、圧縮された軟磁性粉からできていることを特徴とする誘導電動機。
【請求項３】
請求項１に記載の誘導電動機であって、
前記ロータコアには、その軸方向の他端にも前記エンドターン利用部が設けられることを特徴とする誘導電動機。
【請求項４】
ステータコア、及び前記ステータコアにエンドターンを残して巻線されたコイルを有するステータと、前記ステータの内側に、前記ステータとの間に空隙を介して回転可能に設置されたロータとを備えた誘導電動機であって、
前記各ステータコアには、その軸方向の一端に、そこから前記エンドターンと対向するように軸方向に延びるエンドターン利用部が設けられ、
前記ロータは、前記ステータの前記エンドターン利用部と空隙を介して対向するように軸方向に延びるロータコアを有し、
前記エンドターンで生成された磁束が、前記エンドターン利用部を通じて前記ロータコアへ伝達されるようにしたことを特徴とする誘導電動機。
【請求項５】
請求項４に記載の誘導電動機であって、
前記ステータコアが、圧縮された軟磁性粉からできていることを特徴とする誘導電動機。
【請求項６】
請求項４に記載の誘導電動機であって、
前記各ステータコアには、その軸方向の他端にも前記エンドターン利用部が設けられることを特徴とする誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンドターンを効果的に利用可能な誘導電動機に関し、より詳しくは、ロータのトルクを増加させるためにステータのエンドターンの磁束を利用可能な誘導電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機とは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して回転力を得る装置のことをいい、家庭用電子製品だけでなく、産業用機器などに広範囲に用いられる。電動機は、交流（ＡＣ）電動機と直流（ＤＣ）電動機とに大別される。
【０００３】
ＡＣ電動機の一種である誘導電動機では、電源に接続されたコイルの１次巻線の電磁誘導により２次巻線に電流が誘導され、２次巻線に誘導された電流と回転磁界との相互作用により回転トルクが得られる。
【０００４】
以下、図１を参照しつつ、従来の誘導電動機について説明する。
【０００５】
図１は、従来の誘導電動機を示す断面図である。図１に示すように、従来の誘導電動機１０は、ハウジング１４に固定されたステータ１１と、ステータ１１の内側に空隙を介して回転可能に配置されたロータ１２と、ロータ１２と共に回転すべくロータ１２の中心部に圧入されたシャフト１３とを含む。
【０００６】
ステータ１１は、交流が印加されて回転磁界を形成するコイル１１ａと、磁性体から作成されたステータコア１１ｂとから成る。コイル１１ａの回転磁界により発生した磁束は、ステータコア１１ｂを通って流れる。
【０００７】
ステータコア１１ｂは、同一形状のケイ素鋼板を軸方向に多数積層させて形成される。各ステータコア１１ｂの内周面には、多数のスロット（図示せず）が一定間隔で形成される。前記スロットを通して、コイル１１ａが、分布巻、集中巻、同心巻などの方法で巻線される。
【０００８】
ロータ１２は、コイル１１ａにより誘導された電流と磁束との相互作用によってトルクを発生させる回転子導体１２ａと、磁性体から作成され、磁束が流れるロータコア１２ｂとからなる。回転子導体１２ａは、ロータコア１２ｂに取り付けられる。
【０００９】
回転子導体１２ａは、アルミニウムや銅などの伝導性の高い金属、又は磁石から作成される。
【００１０】
ロータコア１２ｂは、同一形状のケイ素鋼板を軸方向に多数積層させて形成される。ロータコア１２ｂの外周面又は内側には、多数のスロット（図示せず）が一定間隔で形成される。コイル１１ａと同様に、スロットには、回転子導体１２ａが軸方向と平行に取り付けられる。
【００１１】
ロータコア１２ｂの軸方向の両端には、ロータコア１２ｂの内側に取り付けられた回転子導体１２ａを相互接続して１つの回路を構成するためのエンドリング１２ｃが設けられる。
【００１２】
エンドリング１２ｃは、回転子導体１２ａが金属である場合に、ダイカスト工法によってエンドリング１２ｃを回転子導体１２ａと一体的に形成することができるアルミニウム（Ａｌ）から作成されるのが通常である。
【００１３】
シャフト１３は、ロータコア１２ｂを貫通して固定される。シャフト１３は、ハウジング１４の両側に形成されたシャフトシート１４ａにおいて、ベアリング１４ｂを介して回転可能に支持される。
【００１４】
上記のように構成された従来の誘導電動機１０の動作は、次のように行われる。
【００１５】
まず、コイル１１ａに交流が印加されると、磁界がモータ軸と垂直な方向に発生、回転磁束がステータコア１１ｂを介して生成される。そして、生成された回転磁束が、ステータコア１１ｂと、対応する回転子導体１２との間の空隙を介して、ロータ１２の回転子導体１２ａと鎖交する。このことにより、回転子導体１２ａに電流が誘導される。このとき、回転子導体１２ａに誘導された電流は、磁束と協働して、フレミングの左手の法則に従ってロータ１２にトルクを発生させる。
【００１６】
このような従来の誘導電動機１０では、ステータコア１１ｂの軸方向の両端に、巻線のエンドターン１１ｃが形成される。このエンドターン１１ｃは、ステータコア１１ｂの各スロットを通して巻回されたコイル１１ａを相互接続することにより１つの回路を構成する。このような誘導電動機１０では、回転磁界を形成するためには、多数の極がステータ１１に形成される必要がある。そのために、コイル１１ａは、ステータコア１１ｂの隣接する２つのスロットを通して巻線されるのではなく、１つ以上のスロットを隔てて配置された２つのスロットを通して巻線される。このような理由で巻線のエンドターン１１ｃが形成されることは避けられない。また、エンドターン１１ｃの長さはコイル１１ａの巻線方法に応じて変わり得る。
【００１７】
しかしながら、誘導電動機１０では、エンドターン１１ｃはステータ１１に巻線されるコイル１１ａの長さかなりの部分を占めているが、エンドターン１１ｃで生成された磁束はロータ１２のトルクに寄与する効果的な磁束として作用しないという問題があった。そのため、エンドターン１１ｃはただ単にコイル１１ａの銅損（すなわち、内因性抵抗）を増加させているだけであり、誘導電動機１０の効率向上には役立たないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、エンドターンを効果的に利用可能な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】
【００１９】
前記課題を解決するための本発明の一態様に係る誘導電動機は、ステータコア、及び前記ステータコアにエンドターンを残して巻線されたコイルを有するステータと、前記ステータの内側に、前記ステータとの間に空隙を介して回転可能に設置されたロータとを備えた誘導電動機であって、前記ロータは、前記ステータの前記エンドターンと空隙を介して対向するように半径方向外側に延びるエンドターン利用部がその軸方向の一端に設けられたロータコアを有し、前記エンドターンで生成された磁束が、前記エンドターン利用部を通って前記ロータコアへ流れるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記ロータコアは、圧縮された軟磁性粉から作成される。また、前記ロータコアは、その軸方向の他端にも前記エンドターン利用部が設けられる。
【００２１】
本発明の他の態様に係る誘導電動機は、ステータコア、及び前記ステータコアにエンドターンを残して巻線されたコイルを有するステータと、前記ステータの内側に、前記ステータとの間に空隙を介して回転可能に設置されたロータとを備えた誘導電動機であって、前記各ステータコアには、その軸方向の一端に、そこから前記エンドターンと対向するように軸方向に延びるエンドターン利用部が設けられ、前記ロータは、前記ステータの前記エンドターン利用部と空隙を介して対向するように軸方向に延びるロータコアを有し、前記エンドターンで生成された磁束が、前記エンドターン利用部を通って前記ロータコアへ伝達されるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記ステータコアは、圧縮された軟磁性粉から作成される。また、前記ステータコアには、その軸方向の他端にも前記エンドターン利用部が設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る、ロータのトルクを増加させるためにステータのエンドターンを効果的に利用する誘導電動機１００を示す断面図である。図２に示すように、第１実施形態に係る誘導電動機１００は、ハウジング１４０と、ハウジング１４０の内側に固定されたステータ１１０と、ハウジング１４０のシャフトシート１４１にベアリング１４２を介して回転可能に支持されたシャフト１３０に圧入されたロータ１２０とを備える。ロータ１２０は、ステータ１１０の内側に、ステータ１１０とロータ１２０との間に空隙を介して回転可能に配置される。ロータ１２０とシャフト１３０は、一体的に回転可能である。ロータ１２０は、圧縮された軟磁性粉から作成されたロータコア１２２を有する。ロータコア１２２の軸方向端部には、ステータ１１０のエンドターンと対向するように突出して形成されたエンドターン利用部１２３が設けられる。この実施形態では、エンドターン利用部１２３は、ロータコア１２２の軸方向の一端に形成されている。しかし、エンドターン利用部１２３は、ロータコア１２２の軸方向の両端に形成することもできる。
【００２５】
ステータ１１０は、交流の印加を受けて回転磁界を生成するコイル１１１と、磁性体から作成されたステータコア１１２とから成る。コイル１１１の回転磁界により発生した磁束は、ステータコア１１２を通って流れる。各コイル１１１は、各ステータコア１１２の内周面に沿って放射状に形成された複数のスロット（図示せず）を通して巻線されて、ステータコア１１２の両側にエンドターン１１３が形成される。
【００２６】
ロータ１２０は、コイル１１１により誘導された電流と、磁束との相互作用によってトルクを発生させる回転子導体１２１と、磁性体から作成され、磁束が流れるロータコア１２２とを有する。
【００２７】
回転子導体１２１は、アルミニウムや銅などの伝導性の高い金属、又は磁石から作成される。コイル１１１と同様に、回転子導体１２１は、ロータコア１２２のスロット内に軸方向と平行に取り付けられる。回転子導体１２１は、ロータコア１２２の外周面に沿って取り付けられる。あるいは、回転子導体１２１は、ロータコア１２２内に設置される。
【００２８】
図２及び図３に示すように、ロータコア１２２は、軸方向の一軸（すなわち、上端）から、ステータ１１０のエンドターン１１３に向かって半径方向に外側に延びる。このことにより、エンドターン利用部１２３は、ステータコア１１２に対して軸方向にオフセットされる。また、エンドターン利用部１２３は、エンドターン１１３と空隙を介して対向される。ロータコア１２２には、その中に回転子導体１２１が設置される複数のスロットと、その中にシャフト１３０が挿入固定されるシャフトホール１２４とが形成される。
【００２９】
このような構成により、エンドターン１１３で発生した磁束がエンドターン利用部１２３を通って流れ、回転子導体１２１に電流を誘導する。
【００３０】
ロータコア１２２は、スロット（図示せず）、シャフトホール１２４、及びエンドターン利用部１２３が形成されるように、軟磁性粉を圧縮することにより成形される。軟磁性粉の鉄ベース粒子は、電気的絶縁を目的として、絶縁体でコーティングされる。
【００３１】
前記軟磁性粉をロータコア１２２に圧縮成形するためには、まず、圧縮成形機に、ロータコア１２２の形状に対応する成形空間を設ける。そして、前記成形空間に軟磁性粉を充填した後、パンチなどの圧縮部材で圧縮して、スロット（図示せず）、シャフトホール１２４、及びエンドターン利用部１２３を有するロータコア１２２を成形する。このプロセスのとき、軟磁性粉に、潤滑剤及び／又は結合剤を追加することもできる。
【００３２】
ロータコア１２２を圧縮成形するこのプロセスにより、軟磁性粉から、３次元形状を有する軟磁性複合体（soft magnetic composite：ＳＭＣ）が成形される。上記のようにして成形されたロータコア１２２は、ケイ素鋼板から構成される従来のロータコアとは異なり、設計の柔軟性が高まる。したがって、エンドターン利用部１２３を容易に形成することが可能となる。
【００３３】
上記の構造を有する誘導電動機の動作は、次のように行われる。
【００３４】
コイル１１１に交流が印加されると、ステータコア１１２で回転磁束が生成され、生成された回転磁束は、ステータコア１１２と回転子導体１２１との間の空隙を介して回転子導体１２１と鎖交する。このことにより、回転子導体１２１に電流が誘導される。回転子導体１２１に誘導された電流は、前記磁束と協働してトルクを発生させる。このとき、エンドターン１１３で生成された磁束は、前記空隙及び前記エンドターン利用部１２３を通って流れ、回転子導体１２１に電流を誘導する。このことにより、図１に示したエンドターンの磁束を利用しない従来の誘導電動機よりも、誘導電動機の効率が向上する。
【００３５】
したがって、本発明によれば、エンドターン１１３で生成された磁束は、ロータ１２０のトルクを増加させるために有効に利用される。つまり、誘導電動機１００の効率が向上する。
【００３６】
上述したように、本発明の第１実施形態に係る誘導電動機１００では、ステータ１１０のエンドターン１１３と対向するエンドターン利用部１２３を有するロータ１２０を備えているので、エンドターン１１３で生成された磁束は、エンドターン利用部１２３を通って伝達され、回転子導体１２１に電流を誘導するのに使用される。したがって、ステータ１１０のエンドターン１１３で生成された磁束を、ロータ１２０のトルクを増加させるに効果的に利用することができる。その結果、誘導電動機１００の効率が向上する。
【００３７】
次に、図４及び図５を参照しつつ、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３８】
図４は、本発明の第２実施形態に係る、ロータのトークを増加させるためにステータのエンドターンを効果的に利用する誘導電動機２００を示す断面図である。図４に示すように、第２実施形態に係る誘導電動機２００は、ハウジング２４０と、ハウジング２４０の内側に固定されたステータ２１０と、ハウジング２４０のシャフトシート２４１にベアリング２４２を介して回転可能に支持されたシャフト２３０に圧入されたロータ２２０とを備える。ステータ２１０は、圧縮された軟磁性粉から作成されたステータコア１１２を有し、各ステータコア１１２には、軸方向の両端に、エンドターン利用部２１４が設けられる。ロータ２２０は、ステータ２１０とロータ２２０との間の空隙を介して、ステータ２１０の内側に配置される。ロータ２２０は、シャフト２３０と一体的に回転される。ロータ２２０は、その両端がステータ２１０のエンドターン利用部２１４と空隙を介して対向するように、軸方向に延びるロータコア２２２を有する。
【００３９】
ステータ２１０は、交流の印加を受けて回転磁界を生成するコイル２１１と、磁性体から作成されたステータコア１１２とから成る。コイル１１１の回転磁界により発生した磁束は、ステータコア２１２を通って流れる。
【００４０】
各ステータコア２１１は、各ステータコア２１２の内周面に沿って放射状に形成された複数のスロット（図示せず）を有する。コイル２１１は、前記スロットを通して、各ステータコア２１２の軸方向両端にエンドターン２１３を残すように巻線される。各ステータコア２１２のエンドターン利用部２１４は、対応するエンドターン２１３と空隙を解して隣り合うように、軸方向に延びる。
【００４１】
この実施形態では、誘導電動機２００の効率を最大化するために、エンドターン利用部２１４は、各ステータコア２１２の軸方向の両端に形成されている。しかし、エンドターン利用部２１４は、各ステータコア２１２の軸方向の一端にのみ形成することもできる。
【００４２】
図４に示すように、エンドターン利用部２１４は、ステータコア２１２と一体的に形成される。各エンドターン利用部２１４は、エンドターン２１３とロータコア２２２の軸方向の各端部との間に、エンドターン利用部２１４とエンドターン２１３との間に空隙を介して配置されるように、ステータコア２１２から突出して形成される。
【００４３】
エンドターン２１３で生成された磁束は、エンドターン利用部２１４を通ってロータ２２０に伝達され、このことにより回転子導体２２１に電流が誘導される（詳細については後述する）。
【００４４】
ステータコア２１２は、コイル巻線スロット及びエンドターン利用部２１４が形成されるように、軟磁性粉を圧縮することにより成形される。軟磁性粉の鉄ベース粒子は、電気的絶縁を目的として、絶縁体でコーティングされる。
【００４５】
前記軟磁性粉をステータコア２１２に圧縮成形するためには、まず、圧縮成形機に、ステータコア２１２の形状に対応する成形空間を設ける。そして、前記成形空間に軟磁性粉を充填した後、パンチなどの圧縮部材で圧縮して、スロット（図示せず）及びエンドターン利用部２１４を有するステータコア２１２を成形する。このプロセスのとき、軟磁性粉に、潤滑剤及び／又は結合剤を追加することもできる。
【００４６】
ステータコア２１２を圧縮成形するこのプロセスにより、軟磁性粉から、３次元形状を有する軟磁性複合体（soft magnetic composite：ＳＭＣ）が成形される。上記のようにして成形されたステータコア２１２は、同一形状のケイ素鋼板から構成される従来のステータコアとは異なり、設計の柔軟性が高まる。したがって、エンドターン利用部２１４を容易に形成することが可能となる。
【００４７】
ロータ２２０は、コイル２１１により誘導された電流と、磁束との相互作用によってトルクを発生させる回転子導体２２１と、磁性体から作成され、磁束が流れるロータコア２２２とを有する。
【００４８】
回転子導体２２１は、アルミニウムや銅などの伝導性の高い金属、又は磁石から作成される。コイル２１１と同様に、回転子導体２２１は、ロータコア２２２のスロット内に軸方向と平行に設置される。回転子導体１２１は、ロータコア２２２の外周面に沿って取り付けられる。あるいは、回転子導体１２１は、ロータコア２２２内に設置される。
【００４９】
ロータコア２２２は、その両端がエンドターン利用部２１４と空隙を介して対向するように、軸方向に延びる。このことにより、磁束が、ステータ２１０のエンドターン利用部２１４からロータコア２２２へ伝達される。
【００５０】
この実施形態では、ロータコア２２２は、複数のケイ素鋼板を積層することにより形成されている。しかし、ロータコア２２２は、ステータコア２１２と同様に、軟磁性粉の圧縮形成により形成することもできる。ロータコア２２２には、その中に回転子導体２２１が取り付けられる複数のスロットと、その中にシャフト２３０が挿入固定されるシャフトホール２２４とが形成される。ロータ２２０の軸方向の両端には、回転子導体２２１を相互接続して１つの回路を構成するためのエンドリング２２３が設けられる。
【００５１】
上記の構造を有する第２実施形態に係る誘導電動機の動作は、次のように行われる。
【００５２】
コイル２１１に交流が印加されると、ステータコア２１２で回転磁束が生成され、生成された回転磁束は、空隙を介して回転子導体２２１と鎖交する。このことによって、回転子導体２２１に電流が誘導される。回転子導体２２１に誘導された電流は、前記磁束と協働してトルクを発生させる。このとき、エンドターン２１３で生成された磁束は、前記空隙及び前記エンドターン利用部２１４を通って流れ、回転子導体２２１に電流を誘導する。このことにより、図１に示したエンドターンの磁束を利用しない従来の誘導電動機よりも、誘導電動機の効率が向上する。
【００５３】
したがって、本発明によれば、エンドターン２１３で生成された磁束は、ロータ１２０のトルクを増加させるために有効に利用される。つまり、誘導電動機１００の効率が向上する。
【００５４】
上述したように、本発明の第２実施形態に係る誘導電動機２００では、ステータ２１０はエンドターン利用部２１４を有し、ロータ２２０は各エンドターン利用部２１４と対向するように延びる軸方向の両端を有しているので、ステータ２１０のエンドターン２１３で生成された磁束は、エンドターン利用部２１４を通ってロータ２２０に伝達され、回転子導体２２１に電流を誘導する。したがって、ステータ２１０のエンドターン２１３で生成された磁束を、ロータ２２０のトルクを増加させるに効果的に利用することができる。その結果、誘導電動機２００の効率が向上する。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更及び修正が可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の誘導電動機を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンドターンを利用する誘導電動機を示す断面図である。
【図３】図２に示した誘導電動機に含まれるロータを示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るエンドターンを利用する誘導電動機を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図１】
2009516497.tif 000003
【図２】
2009516497.tif 000004
【図３】
2009516497.tif 000005
【図４】
2009516497.tif 000006
【図５】
2009516497.tif 000007
【国際調査報告】
2009516497.tif 000008
2009516497.tif 000009
2009516497.tif 000010