(57)【要約】【課題】  コンデンサ等の外付け部品を必要としないで、単相交流電源で直接回転可能な高効率でローコストな永久磁石型の単相同期モータを得ることを目的とする。【解決手段】複数の磁極歯部を備えた固定子の内側に、エヤーギャップを介して対向する回転子を配置して、固定子コイルを各磁極歯部に巻き付けるように、あるいは複数の磁極歯部を連結する固定子鉄心に巻き付けるように巻回し、回転子は外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにＮ・Ｓ極を交互に備えた永久磁石型回転子として、回転軸の中心より各磁極歯部までの径方向長さが、各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり大略において磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように構成する。【選択図】    図１
2006238679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極歯部を備えた固定子の内側に、エヤーギャップを介して対向する回転子を配置して、固定子コイルを前記各磁極歯部に巻き付けるように、あるいは複数の前記磁極歯部を連結する固定子鉄心に巻き付けるように巻回した単相モータにおいて、前記回転子は外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにＮ・Ｓ極を交互に備えた永久磁石型回転子で構成され、回転軸の中心より前記各磁極歯部までの径方向長さが、前記各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり大略において前記磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように形成されていることを特徴とする永久磁石型単相モータ。
【請求項２】
前記固定子と対向する前記永久磁石型回転子の各磁極が、その周方向の中心近傍において前記エヤーギャップの径方向長さが小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型単相モータ。
【請求項３】
起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加した後、電圧を漸減またはステップ状に減少させて定格電圧で運転することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の永久磁石型単相モータ。
【請求項４】
起動時に電源周波数を漸増またはステップ状に増加させた後、所定の定格周波数で運転することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の永久磁石型単相モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、コンデンサ等の外付け部品を必要とせず、単相交流電源に接続するだけで回転可能な永久磁石型の単相同期モータに関し、特に固定子鉄心及び永久磁石型回転子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、外付け部品を必要とせず単相交流電源に接続するだけで回転可能なモータとしては、例えば図５に示すようなくま取りコイル形単相誘導電動機が一般的に採用されている。図５（ａ）は、４極のくま取りコイル形単相誘導電動機の主要部分の構成図であり、固定子鉄心２１の歯先にはくま取りコイル１３０を備え、４個の磁極歯部３０に固定子コイル１０を巻回しリード線接続等の端末処理が行われており、図５（ｂ）は、２極のくま取りコイル形単相誘導電動機の構成図を示し、２個の磁極歯部３０を連結する固定子鉄心２１に固定子コイル１０が巻回されており、いずれも、カゴ形回転子１８０との間のエヤーギャップ８８の径方向長さが周方向に均等になるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上述の図５（ａ）、図５（ｂ）に示すような従来のくま取りコイル形単相誘導電動機においては、起動トルクが小さく、くま取りコイル１３０には起動時以外の運転中にも電流が流れるため効率が悪いという問題がある。【０００４】  この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、高効率でローコストな永久磁石型の単相モータを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上述の目的を達成するために、この発明による単相モータは、固定子コイルを各磁極歯部に巻き付けるように、あるいは複数の磁極歯部を連結する固定子鉄心に巻き付けるように巻回した固定子の内側に、外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるようにＮ・Ｓ極を交互に備えた永久磁石型回転子を配置して、回転軸の中心より各磁極歯部までの径方向長さが、各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり大略において磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように形成されているものである。【０００６】  つぎの発明による単相モータは、固定子と対向する永久磁石型回転子の各磁極が、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップの径方向長さが小さくなるように形成されているものである。【０００７】  つぎの発明による単相モータは、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加した後、電圧を漸減またはステップ状に減少させて定格電圧で運転するものである。【０００８】  つぎの発明による単相モータは、起動時に電源周波数を漸増またはステップ状に増加させた後、所定の定格周波数で運転するものである。
【発明の効果】
【０００９】  この発明による単相モータによれば、回転軸の中心と各磁極歯部までの径方向長さが、各磁極歯部の周方向の歯幅中心と一致しない位置で最小となり、磁極歯部ごとに周方向の同一方向に大略漸増するように構成することにより、コンデンサ等の外付け部品を必要とせずに単相交流電源で直接回転可能な永久磁石型単相同期モータを得ることができる。そして、この発明による単相モータは、永久磁石型回転子を用いた同期モータのため二次電流による損失がなく、また、固定子鉄心製造及びコイルの巻線作業には従来の設備を流用することができるためローコストで高効率な単相モータを得ることができる。【００１０】  つぎの発明による単相モータによれば、永久磁石型回転子の各磁極の形状を、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップの径方向長さが小さくなるように形成することにより、マグネットセンターの磁気的突極性を顕在化させることができるため、単相モータの起動特性を向上させることができる。【００１１】  つぎの発明による単相モータによれば、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加することにより、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を更に向上させることができる。【００１２】  つぎの発明による単相モータによれば、起動時に電源の周波数を漸増またはステップ状に増加させることにより、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を更に向上させることができる。また、電源の周波数を変えることにより単相モータを可変速運転することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  以下に添付の図を参照にして、この発明にかかる単相モータの実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】  図１は、この発明による単相モータの実施例１として、２極のモータに適用した例を示す軸直角方向の主要部分の構成図であり、固定子コイル１０とリード線１３、及び固定子２０、永久磁石型回転子８０、回転軸９０等で構成されている。【００１５】  固定子２０は、固定子コイル１０と固定子鉄心２１で構成されており、永久磁石型回転子８０とエヤーギャップ８８を介して対向するように磁極歯部３０・３１が形成されている。【００１６】  固定子コイル１０は、マグネットワイヤーを用いて２個の磁極歯部３０・３１を連結する固定子鉄心２１に巻き付けるように巻回され、適切な絶縁処理が施されて、リード線１３により単相交流電源に接続されている。【００１７】  磁極歯部３０・３１の歯先形状は、図１に示すように回転軸９０の中心と一致しない中心を有する円弧状に形成されているため、周方向の歯幅の中心と一致しない位置７１・７２の部分で回転軸９０の中心よりの径方向長さが最小となり、大略において周方向の同一方向に漸増するように形成されている。この結果、エヤーギャップ８８の径方向長さも７１・７２の部分で最小となり磁極歯部ごとに周方向の同一方向に漸増するように構成されている。【００１８】  永久磁石型回転子８０は、例えば、所定の形状に加工された回転軸９０と一体の回転子鉄心８１の外周に、各磁極を構成する永久磁石８２が配置され、固定子２０の磁極歯部３０・３１とエヤーギャップ８８を介して軸受部材（図中省略）により回転可能に支持されている。なお、回転子鉄心８１を回転軸９０と一体とせず別の磁性部材を用いて構成することもできる。【００１９】  図１は、電源がＯＦＦされた停止時の磁極歯部３０・３１の歯先形状と、永久磁石型回転子８０の外周に配置された永久磁石８２の位置関係を示している。停止時は磁気回路のパーミアンスが最大となるように、永久磁石８２で構成される各磁極のマグネットセンター（周方向中心）と、エヤーギャップ８８の径方向長さが最小となる磁極歯部の７１・７２の部分が一致する位置で回転軸９０が停止することとなる。この結果、起動時には固定子コイル１０の主磁束により大きなトルクを発生することができ、永久磁石型回転子８０を同期速度に引き込み、回転中は磁極歯部３０・３１と永久磁石型回転子８０との間のエヤーギャップ８８の漸増効果により、トルクがゼロとなる所謂死点を回避することができるため、連続して回転することができる。なお、７１・７２の部分が回転軸９０を中心とする円弧状のときは、その円弧の周方向中心が磁極歯部３０・３１の周方向の歯幅中心と一致しないように形成することにより同様に作用させることができる。【００２０】  上述のような構成によれば、永久磁石型回転子を用いた同期モータのため二次電流による損失がなく、また、固定子鉄心製造及びコイルの巻線作業には従来の設備を流用することができるためローコストで高効率な単相モータを得ることができる。
【実施例２】
【００２１】  図２は、この発明による単相モータの実施例２として、２極のモータにおいて、永久磁石型回転子８０の各磁極が、その周方向の中心近傍においてエヤーギャップ８８の径方向長さが小さくなるように形成されている例を示す軸直角方向の構成図であり、他の部分は図中省略している。【００２２】  図２（ａ）においては、永久磁石８２で構成される各磁極の周方向の中心近傍においてエヤーギャップ８８（図中省略）の径方向長さが小さくなるように外周面に微小凸部７３が形成されている。図２（ｂ）においては、永久磁石８２で構成される各磁極が外側へ凸形となるように形成され、その周方向の中心近傍７３においてエヤーギャップ８８の径方向長さが最も小さくなり、各極間に向かってエヤーギャップ８８の径方向長さが漸増するように形成されている。【００２３】  上述のような構成によれば、各磁極のマグネットセンター近傍において磁気的な突極性を顕在化させることができるため、電源がＯＦＦのとき回転軸９０を所定の位置に確実に停止することができ、単相モータの起動特性を向上させることができる。なおこれらの磁極の形状は、プラスチックマグネットやボンドマグネット等を用いることにより容易に形成することができる。
【実施例３】
【００２４】  図３は、この発明による単相モータの実施例３として、起動時に所定の定格電圧より高い電圧を印加した後、電圧を漸減またはステップ状に減少させて定格電圧で運転する例を示す。図３（ａ）は、電源をＯＮして過電圧印加により同期引き込みを行い、所定の時間ｔ（ｓｅｃ）後に定格電圧Ｖ（ｖ）となるように漸減させるものである。図３（ｂ）は、電源をＯＮして過電圧印加により同期引き込みを行い、所定の時間ｔ（ｓｅｃ）後に定格電圧Ｖ（ｖ）となるようにステップ状に減少させるものである。【００２５】  上述のような起動方法によれば、負荷トルクの大きい用途に対しても容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を向上させることができる。
【実施例４】
【００２６】  図４は、この発明による単相モータの実施例４として、起動時に電源周波数を漸増またはステップ状に増加させた後、所定の定格周波数で運転する例を示す。図４（ａ）は、電源をＯＮして低速度で同期引き込みを行い、所定の時間ｔ（ｓｅｃ）後に定格周波数ｆ（Ｈｚ）まで漸増させるものである。図４（ｂ）は、電源をＯＮして低速度で同期引き込みを行い、所定の時間ｔ（ｓｅｃ）後に定格周波数ｆ（Ｈｚ）となるようにステップ状に増加させるものである。【００２７】  上述のような起動方法によっても、負荷トルクの大きい用途に対して容易に同期引き込みが可能となり、単相モータの起動特性を向上させることができる。また、電源の周波数を変えることにより単相モータを可変速運転することもできる。【００２８】  上述の実施例は、単相モータの極数が２極の場合を主としてこの発明に適用したが、この発明による単相モータは、これ以外の極数を有する場合に対しても有効である。また、この発明による永久磁石型回転子としては、リング状の永久磁石を用いた例を示したが、これ以外にも、セグメント状の永久磁石を回転子鉄心表面に接着等により固定した構造、あるいは、回転子鉄心内部に埋め込んだ構造を採用することもできる。更にまた、アウターロータ形の単相モータ構造とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  この発明による単相モータは、単相交流電源に接続するだけで高効率な運転が可能なため、特に家電用のファンモータ、あるいは、小形ファンモータとして利用することができる。また、単一の単相交流電源による揃速運転が可能なため繊維機械等にも利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１における単相モータの軸直角方向の構成図である。
【図２】実施例２における永久磁石型回転子の軸直角方向の構成図である。
【図３】実施例３における起動時の電源電圧と時間の関係である。
【図４】実施例４における起動時の電源周波数と時間の関係である。
【図５】従来例のくま取りコイル形単相誘導電動機を示し、（ａ）は４極機の構成図であり、（ｂ）は２極機の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】  １０  固定子コイル、    １３  リード線、    ２０  固定子、    ２１  固定子鉄心、    ３０・３１  磁極歯部、    ７１・７２  磁極歯部に形成されたエヤーギャップの径方向長さが最小となる部分、    ７３  マグネットセンター近傍に形成された凸部、    ８０  永久磁石型回転子、    ８１  回転子鉄心、    ８２  永久磁石、    ８８  エヤーギャップ、    ９０  回転軸、    １３０  くま取りコイル、    １８０  カゴ形回転子
【図１】
2006238679.tif 000003
【図２】
2006238679.tif 000004
【図３】
2006238679.tif 000005
【図４】
2006238679.tif 000006
【図５】
2006238679.tif 000007