(57)【要約】４／６極ＰＳＣ（パーマネント・スプリット・キャパシタ）モータは、主巻線配列および補助巻線配列を有する。複数の共通の巻線は、その主巻線配列および補助巻線配列の両方に対して４極配列および６極配列の両方で付勢される。付加巻線は、４極配列においてのみ付勢される。それによって、４極配列の空隙の磁束レベルは、付加巻線の配列を変化させることによって、６極配列の空隙の磁束レベルに実質的とは無関係に変化させることができる。
2005537777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主巻線配列および補助巻線配列を有し、前記主巻線配列および補助巻線配列の両方に対して４極配列および６極配列の両方で付勢される共通の巻線を有し、
前記４極配列においてのみ付勢される付加巻線を含み、それによって前記４極配列の空隙の磁束レベルが、前記付加巻線の配列を変化させることによって前記６極配列の空隙の磁束レベルに実質的に無関係に変化することができるように改良された、４／６極ＰＳＣモータ。
【請求項２】
第１の巻線、第２の巻線および第３の巻線を有し、
前記４極配列は可逆性であり、
前記４極配列で或る１つの方向に動作するとき、前記主巻線は前記第１の巻線、第２の巻線および付加巻線を含み、前記補助巻線は前記第３の巻線を含み、
前記４極配列で他の方向に動作するとき、前記主巻線は第３の巻線を含み、前記補助巻線は前記第１の巻線、第２の巻線および付加巻線を含むものである、
請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記付加巻線は、前記４極配列の有効ターン数が前記６極配列の有効ターン数の実質的に１．５倍であるような配列を有し、それによって前記４極配列と６極配列の空隙磁束密度のレベルが実質的に同じになるものである、請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記主巻線および付加巻線は、前記４極配列と６極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
第１の巻線、第２の巻線および第３の巻線を有し、
前記４極配列は可逆性であり、
前記４極配列で或る１つの方向に動作するとき、前記主巻線は第１の巻線、第２の巻線および付加巻線を含み、前記補助巻線は前記第３の巻線を含み、
前記４極配列で他の方向に動作するとき、前記主巻線は前記第３の巻線を含み、前記補助巻線は前記第１の巻線、第２の巻線および付加巻線を含むものである、
請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記主巻線および付加巻線は、前記４極配列と６極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項１に記載のモータ。
【請求項７】
第１に、巻線に接続されており第１の位置と第２の位置を有するスイッチを含み、
前記スイッチが前記第１の位置にあるとき、前記巻線は、前記４極配列と６極配列の両方で付勢されると前記モータを或る１つの方向に回転させるように配列され、
前記スイッチが前記第２の位置にあるとき、前記巻線は、前記４極配列および６極配列の両方で付勢されると前記モータを他の方向に回転させるように配列されるものである、請求項１に記載のモータ。
【請求項８】
さらに、前記モータを前記４極配列と６極配列で選択的に動作させるために前記巻線に接続されたリレー・スイッチを含む、請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
固定子コアと、
前記固定子コアと回転関係で配置された回転子と、
前記固定子コア上に巻回された複数の巻線要素と、
前記固定子コア上に巻回された付加巻線要素と、
を含み、
前記巻線要素は前記モータを４Ｎ極配列で動作させるように選択的に付勢されるように配列されており、ここでＮは１以上の整数であり、前記複数の巻線要素と付加巻線要素は付勢され、
前記巻線要素は、６Ｎ極配列で前記モータを動作させるために選択的に付勢されるよう配列され、前記６Ｎ極配列において、前記付加巻線要素が前記６Ｎ極配列では付勢されず前記４Ｎ極配列においてのみ付勢されるように、前記複数の巻線要素のみが付勢されるものである、モータ。
【請求項１０】
前記複数の巻線要素は第１の巻線要素、第２の巻線要素および第３の巻線要素を含み、
前記４Ｎ極配列は可逆性であり、
或る１つの方向に動作させるとき、前記４Ｎ極配列は、前記第１、第２および付加巻線要素を含む主巻線と、第３の巻線要素を含む補助巻線とを有し、
他の方向に動作させるとき、前記４Ｎ極配列は、前記第３の巻線要素を含む主巻線と、前記第１、第２および付加巻線要素を含む補助巻線とを有するものである、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
前記付加巻線要素は、前記４極配列の有効ターン数が前記６Ｎ極配列の有効ターン数の実質的に１．５倍であるような配列を有し、それによって前記４Ｎ極配列と６Ｎ極配列の空隙磁束密度のレベルが実質的に同じになるものである、請求項９に記載のモータ。
【請求項１２】
前記複数の巻線要素および付加巻線要素は、前記４Ｎ極配列と６Ｎ極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１３】
Ｎ＝１であり、前記複数の巻線要素は第１の巻線要素、第２の巻線要素および第３の巻線要素を含み、
前記４Ｎ極配列は可逆性であり、
或る１つの方向に動作させるとき、前記４Ｎ極配列は、前記第１、第２および付加巻線要素を含む主巻線と、前記第３の巻線要素を含む補助巻線とを有し、
他の方向に動作させるとき、前記４Ｎ極配列は、前記第３の巻線要素を含む主巻線と、前記第１、第２および付加巻線要素を含む補助巻線とを有するものである、請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記複数の巻線要素および付加巻線要素は、４Ｎ極配列と６Ｎ極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項９に記載のモータ。
【請求項１５】
第１に、巻線に接続されており第１の位置と第２の位置を有するスイッチを含み、
前記巻線は、前記スイッチが前記第１の位置にあるとき前記４Ｎ極配列と６Ｎ極配列の両方で付勢されると前記回転子を或る１つの方向に回転させるように配列され、前記巻線は、前記スイッチが前記第２の位置にあるとき前記４Ｎ極配列および前記６Ｎ極配列の両方で付勢されると前記回転子を他の方向に回転させるように配列されるものである、請求項９に記載のモータ。
【請求項１６】
さらに、前記モータを前記４Ｎ極配列と前記６Ｎ極配列で選択的に動作させるために前記巻線に接続されたリレー・スイッチを含む、請求項１５に記載のモータ。
【請求項１７】
外部電源に接続するための１対のライン端子と、
固定子コアと、
前記コアと磁気的結合関係で配置され、４個のコイルの組を含む第１の巻線コイル群と、
前記コアと磁気的結合関係で配置され、４個のコイルの組を含む第２の巻線コイル群と、
前記コアと磁気的結合関係で配置され、４個のコイルの組を含む第３の巻線コイル群と、
前記コアと磁気的結合関係で配置され、付加コイルの組を含む付加巻線コイルと、
前記第１、第２および第３の巻線コイル群と、前記付加巻線コイルとに動作上接続され、それによって前記付加巻線コイルが付勢される１つの接続状態の４極配列と前記付加巻線コイルが付勢されない別の接続状態の６極配列とを与えるように前記コイルの組の中の選択された組に流れる電流の方向を変化させるスイッチ・アセンブリと、
を含む、電気モータ・システム。
【請求項１８】
前記４極配列は可逆性であり、
或る１つの方向に動作するとき、前記４極配列は、前記第１の巻線コイル群、第２の巻線コイル群および付加巻線コイル群を含む主巻線と、前記第３の巻線コイル群を含む補助巻線とを有し、
他の方向に動作するとき、前記４極配列は、前記第３の巻線コイル群を含む主巻線と、前記第１の巻線コイル群、第２の巻線コイル群および付加巻線コイル群を含む補助巻線とを有するものである、請求項１７に記載のモータ。
【請求項１９】
前記付加巻線は、前記４極配列の有効ターン数が前記６極配列の有効ターン数の実質的に１．５倍であるような配列を有し、それによって前記４極配列と６極配列の空隙磁束密度のレベルが実質的に同じになるものである、請求項１７に記載のモータ。
【請求項２０】
前記第１、第２および第３の巻線コイル群および付加巻線コイルは、前記４極配列と６極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項１９に記載のモータ。
【請求項２１】
前記４極配列は可逆性であり、
或る１つの方向に動作するとき、前記４極配列は、前記第１の巻線コイル群、第２の巻線コイル群および付加巻線コイル群を含む主巻線と、前記第３の巻線コイル群を含む補助巻線とを有し、
他の方向に動作するとき、前記４極配列は、前記第３の巻線コイル群を含む主巻線と、前記第１の巻線コイル群、第２の巻線コイル群および付加巻線コイル群を含む補助巻線とを有するものである、請求項２０に記載のモータ。
【請求項２２】
前記第１、第２および第３の巻線コイル群および付加巻線コイルは、４極配列と６極配列の両方で付勢されると、前記モータの回転子と固定子の間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生させるように配列されるものである、請求項１７に記載のモータ。
【請求項２３】
第１に、巻線コイル群に接続されており第１の位置と第２の位置とを有するスイッチを含み、
前記スイッチが前記第１の位置にあるとき、前記巻線コイル群は、前記４極配列と６極配列の両方で付勢されると前記モータを或る１つの方向に回転させるように配列され、
前記スイッチが前記第２の位置にあるとき、前記巻線コイル群は、前記４極配列および６極配列の両方で付勢されると前記モータを他の方向に回転させるように配列されるものである、請求項１７に記載のモータ。
【請求項２４】
前記スイッチ・アセンブリはリレー・スイッチを含むものである、請求項２３に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはパーマネント・スプリット・キャパシタ（permanent-split capacitor：ＰＳＣ）モータに関するものであり、特に４極配列（形態：configuration）と６極配列（形態：configuration）に共通の巻線を有し、また４極配列においてのみ付加巻線を有する可逆性の（reversible）４極／６極モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単相誘導電動機の一種としてのＰＳＣモータは、種々の多数の配列（形態：configuration）および種々の極配列(pole configuration）をもったものになり始めている。例えば、ＰＳＣモータは、しばしば衣服用洗濯機を駆動するために使用される。特に、４極ＰＳＣは縦軸インペラー（vertical axis impeller：縦軸羽根車）ウォッシャー（洗濯機）で使用されている。“しかし、このようなインペラー・ウォッシャーは繊細なウォッシング（洗濯）サイクル用の低速を具えていない。繊細なウォッシング・サイクル用の低速で動作することができる可変速度のモータを実現するために、或る幾つかの配列（構成、形態）では、ＰＳＣモータの代わりに電気的制御装置との組合せで、ブラシレス（ブラシの無い）永久磁石モータ、切換え形リラクタンス・モータ、または３相誘導電動機が使用されてきた。”しかし、このような配列（構成、形態）は製造費用が高くなる。
【０００３】
このような問題の１つの解決法が、本願と同じ者の発明で、本願と同じく譲渡された米国特許第5,825,111号、発明の名称“SINGLE-PHASE INDUCTION MOTOR 4/6 POLE COMMON WINDING CONNECTION WITH MAGNETIC MOTIVE FORCE SYMMETRICALLY DISTRIBUTED（対称に分布した起磁力を用いた４／６極共通巻線接続を有する単相誘導電動機）”の明細書中に開示されている。このすべての開示内容は本明細書に組み込む。この特許には、４極および６極配列に対して完全に共有される１つの巻線が設けられ対称分布の起磁力（ＭＭＦ）を与える４／６極ＰＳＣモータが開示されている。しかし、このモータの４極配列の空隙（エアー・ギャップ）磁束密度は、６極配列の空隙磁束密度よりも約１８％高い。さらに、順方向動作時に付勢される主巻線の抵抗に比して逆方向動作時に付勢される巻線の抵抗が高いので、４極順方向および逆方向配列は異なる停動トルク（ブレークダウン・トルク、破壊トルク、最大トルク）（ＢＤＴ）を有する。
【特許文献１】米国特許第5,825,111号
【０００４】
より低コストでより高い性能をもったインペラー・ウォッシャーに対する需要が高まるにつれて、通常のウォッシング・サイクルで駆動する高速で動作することができ、また繊細な（delicate）ウォッシング・サイクルで駆動する低速でも動作することができるＰＳＣモータに対するニーズ（要求）がある。特に、両方の速度の配列（形態）の空隙磁束密度がそれぞれ互いに実質的に独立して変化することができる、高速配列（形態）と低速配列（形態）を有する可逆性２速ＰＳＣモータのニーズがある。両方の速度でモータの回転子（ロータ）と固定子（ステータ）との間の空隙の周りに対称に分布する起磁力を発生することができる可逆性２速モータに対するニーズもある。
【発明の開示】
【０００５】
発明の概要
両方の速度で独立して調整可能な空隙磁束密度を与えるために、本発明は新しい巻線配列（形態）を採用している。この新しい巻線配列では、４極配列は６極配列では付勢されない付加巻線を有する。この配列を用いることにより４極および６極の両方で非常に良好な性能を実現することができる。付加巻線は６極配列では動作に影響を与えることはなく、４極配列での動作に対する飽和レベルを低減し、それによって４極配列における順方向動作は６極配列に無関係な（独立な）所望の飽和レベルをもっている。米国特許第5,825,111号に開示されたモータでは、主巻線のワイヤの寸法が小さく、主巻線が高抵抗をもっているため、４極配列における逆方向動作は、４極配列における順方向動作よりも相当（実質的に）低い飽和および停動トルク（ＢＤＴ）をもっている。本発明のモータでは、４極配列の逆方向動作期間中のＢＤＴは、補助巻線のターン数（巻回数）の増加によって、充分（実質的に）大きくなる。
【０００６】
本発明の目的は、４極配列および６極配列の両方に共通の主巻線を有し、また４極配列においてのみ付加巻線を有し、２つの異なる速度で効率的に動作するモータを提供し、また大幅な再加工や再設計を必要とすることなく製造することができる、４極／６極ＰＳＣモータを提供することである。
【０００７】
１つの形態では、本発明の４／６極ＰＳＣモータは、主巻線配列（形態）および補助巻線配列（形態）を有し、その主巻線配列および補助巻線配列の両方に対して、４極配列および６極配列の両方で付勢される複数の共通の巻線を有する。付加巻線は４極配列においてのみ付勢される。その結果、４極配列の空隙（エアー・ギャップ）の磁束レベルは、その付加巻線の配列（形態）を変化させることによって６極配列の空隙の磁束レベルに実質的に無関係に変化させることができる。
【０００８】
他の形態では、本発明のモータは、固定子（ステータ）コアと、その固定子コアと回転関係で配置された回転子（ロータ）と、その固定子コア上に巻回された複数の巻線要素と、その固定子コア上に巻回された付加巻線要素とを含む。巻線要素は、モータを複数の巻線要素と付加巻線要素とが付勢される４Ｎ極配列（ここでＮは１に等しいかそれより大の整数である）で動作するように選択的に付勢されるように配列されている。巻線要素は、モータを複数の巻線要素のみが付勢される６Ｎ極配列で動作させるように、選択的に付勢されるように配列されている。付加巻線要素は、６Ｎ極配列では付勢されず、この付加巻線は４Ｎ極配列においてのみ付勢される。
【０００９】
さらに他の形態では、本発明は、外部電源に接続するための１対のライン端子と、固定子コアと、そのコアと磁気的結合関係で配置された４組のコイルを含む第１の巻線コイル群と、そのコアと磁気的結合関係で配置された４組のコイルを含む第２の巻線コイル群と、そのコアと磁気的結合関係で配置された４組のコイルを含む第３の巻線コイル群と、そのコアと磁気的結合関係で配置された複数組の付加コイルを含む付加巻線コイルと、スイッチ・アセンブリとを含む電気モータ・システムである。スイッチ・アセンブリ（組立体）は、その第１、第２および第３の巻線コイル群に動作上（operatively、動作によって、動作に応じて）接続され、またその付加巻線コイルに動作上接続され、それによって付加巻線コイルが付勢される１つの接続状態で４極配列、および付加巻線コイルが付勢されない別の接続状態で６極配列を与えるようにそのコイルの組の選択された組に流れる電流の方向を変化させる。
【００１０】
本発明の他の目的および特徴は、一部明らであり、一部は以下の説明で指摘して説明する。
【００１１】
図面全体を通して、対応する参照番号は対応する部分を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、これには本発明による４極／６極パーマネント・スプリット・キャパシタ（permanent-split capacitor：ＰＳＣ）単相誘導電動機１００の１つの好ましい実施形態の電気回路が概略図の形で示されている。特に、図１はコア（図示せず）と磁気的結合関係で配置された第１の巻線コイル群１１０を示している。第１の巻線コイル群１１０は図示のように４個のコイルの組を含んでいる。また、図１はコア（図示せず）と磁気的結合関係で配置され、同様に図示のように４個のコイルの組（４組のコイル）を含む第２の巻線コイル群１２０を示している。また、図１はコア（図示せず）と磁気的結合関係で配置され、同様に図示のように４個のコイルの組を含む第３の巻線コイル群１３０を示している。本発明の１つの特徴によれば。また、図１はコアと磁気的結合関係で配置された付加巻線コイル１４０を示している。
【００１３】
図１のモータはスイッチ・アセンブリ（組立体）を含んでいる。便宜上、スイッチ・アセンブリの様々なスイッチが図１の概略図中に示されている。しかし、その様々なスイッチは一体化されたアセンブリの一部分であってもよいと考えられる。いずれの場合も、スイッチの数は、例えば米国特許第5,825,111号中に開示されているような、他の４／６極モータで使用されるものと同じであることに留意されたい。特に、スイッチ１１２は、４極（４Ｐ）と６極（６Ｐ）配列においてその配列を制御するために第１の巻線コイル群１１０に対応付けて設けられている。スイッチ１１２は、図示のようにモータ・アセンブリに接続されるであろう端子Ｔ３、Ｔ１およびＴ１０を含んでいる。第２のコイル巻線群１２０に対応付けて設けられているスイッチ１２２は４Ｐおよび６Ｐ配列においてその配列（形態）を制御する。スイッチ１２２は、図示のようにモータ・アセンブリに接続されるであろう端子Ｔ４、Ｔ５およびＴ１１を含んでいる。複数のスイッチ１３２、１３４および１３６は４Ｐおよび６Ｐ配列においてその配列を制御するために第３の巻線コイル群１３０に接続されている。スイッチ１３２は端子Ｔ８およびＴ１０を有し、これらの端子は図示のようにモータ・アセンブリに結合されており、スイッチ１３４は端子Ｔ７、Ｔ１０およびＴ９を有し、これらの端子は図示のようにモータ・アセンブリに結合されており、スイッチ１３６は端子Ｔ５、Ｔ９およびＴ７を有し、これらの端子は図示のようにモータ・アセンブリに結合されている。各スイッチは、１つの接続形態において、付加巻線コイル１４０が付勢される（エネルギを与えられる）４極配列を形成するように上述のコイルの組の中の選択された巻線中を流れる電流の方向を変化させるために選択的に配置される。さらに、各スイッチは、別の接続形態において、付加巻線コイル１４０が付勢されない６極配列を形成するようにコイル群の中の選択されたコイル中を流れる電流を変化させるように選択的に配置されている。特にスイッチ１４２は４極配列で閉じられ、一方、６極配列では開かれ、それによって付加巻線コイル１４０は４極配列では閉回路になり、６極配列では開回路になる。
【００１４】
図１は、図１のモータの順方向動作と逆方向動作を選択するためのスイッチ１５０を示している。スイッチ１５０の１つの端子は図示のようにモータ・アセンブリの端子Ｔ１に接続されている。また、図１は外部電源に接続するための１対のライン端子１６０、１７０を示している。従って、図１は、各スイッチが４Ｐ配列の形態にあるときは付加巻線コイル１４０が付勢される４極配列で付勢される巻線を有する４／６極ＰＳＣモータ１００を示している。さらに、図１は、各スイッチが６Ｐ配列の形態にあるときは付加巻線コイル１４０が付勢されない６極配列の形式の巻線を有するモータ１００を示している。
【００１５】
図２を参照すると、４極配列にある複数のコイルの組の相互接続を示す図１のモータの電気回路の概略回路図が示されている。４極配列では、巻線コイルの群１１０、１２０および１３０はそれぞれ並列に接続された複数のコイルの組を含んでいる。さらに、付加巻線コイル１４０は、第１の巻線コイル群１１０と第２の巻線コイル群１２０の間に接続された複数のコイルの組である。
【００１６】
次に図３Ａを参照すると、第１の巻線コイル群１１０が直列に接続された複数のコイルの組を有し、第２の巻線コイル群１２０が直列に接続された複数のコイルの組を有する６極配列が示されている。第３の巻線コイル群１３０は２個の並列コイルの組として構成されており、付加巻線コイル１４０は開回路である。図３Ａは図４Ａに示された巻線配列に対応する。垂直軸インペラー・ウォッシャーを駆動するために図４Ａの巻線配列で使用されるとき、４極配列は、スイッチ１５０の位置を変えることによって可逆性になる。スイッチ１５０の位置を変えることによって６極配列も可逆性モードで使用される。図４Ａの巻線配列では、６極配列は４極配列と逆方向に回転し、そのため４極配列と６極配列の両方でモータを同じ方向に回転させるためにはスイッチ１５０の位置を変えなければならない。特に、図２と３Ａを比較すると、図２に示すように４極配列で順方向に回転させるためにはスイッチ１５０を“上側”の位置にしなければならない。一方、図３Ａに示すように６極配列で順方向に回転させるためにはスイッチ１５０を“下側”の位置にしなければならない。４極配列で一方の方向（例えば、順方向）に動作させるときには、主巻線は第１の巻線コイル群１１０、第２の巻線コイル群１２０および付加巻線コイル群１４０を含み、補助巻線は第３の巻線コイル群１３０を含んでいる。４極配列で他方の方向（例えば、逆方向）に動作させるときには、主巻線は第３の巻線コイル群１３０を含み、補助巻線は第１の巻線コイル群１１０、第２の巻線コイル群１２０および付加巻線コイル群１４０を含んでいる。６極配列で同じ一方の方向（例えば、順方向）に動作させるときには、主巻線は第１の巻線コイル群１１０と第３のコイル群１３０の右側とを含み、補助巻線は第２の巻線コイル群１２０と第３の巻線コイル群１３０の左側とを含んでいる。６極配列で他方の方向（例えば、逆方向）に動作させるときには、主巻線は第２の巻線コイル群１２０と第３のコイル群１３０の左側とを含み、補助巻線は第１の巻線コイル群１１０と第３の巻線コイル群１３０の右側とを含んでいる。
【００１７】
ここで図示し、説明した本発明によるモータ１００は幾つかの利点を有する。付加巻線コイル１４０がなければ、４極配列の有効ターン数（巻回数）は６極配列の有効ターン数と異なる。許容できる空隙磁束密度（air-gap flux density）をもつように６Ｐ巻線を設計したとき、４極配列の有効ターン数は６極配列の有効ターン数の約１．５／１．１８になる。従って、付加巻線コイル１４０がなければ、４極配列は６極配列の空隙磁束密度よりも１８％高い空隙磁束密度をもつようになり、固定子のコアは特に固定子のヨーク領域で飽和する可能性がある。本発明による付加巻線コイル１４０を用いると、コイル１４０は４極順方向動作時に主巻線と直列になり、それによって主巻線の有効ターン数が増加する。特に、コイル１４０は有効ターン数を１８％だけ増加させるように構成してもよい。その結果、モータ１００の４極配列は、６極配列と同じ空隙磁束密度をもつようになる。換言すれば、付加巻線コイル１４０を用いると、４極配列の有効ターン数が６極配列の有効ターン数の１．５倍であれば、４極配列と６極配列の両方で同じ空隙磁束レベルをもつようになる。付加巻線コイル１４０のターン数を調整または変化させることによって、モータ１００の４極配列の空隙磁束密度を任意の所望の値にすることができる。６極配列の空隙磁束密度は付加巻線１４０と無関係がなくなり、この付加巻線１４０は６極配列では開回路になる。
【００１８】
要約すれば、本発明のモータ１００は、６極配列における空隙磁束密度に無関係な４極配列における空隙磁束密度を有する。その理由は、６極配列ではコイル１４０は付勢されないので、６極配列の空隙磁束密度に影響を与えることなく付加巻線コイル１４０のターン数を変えることによって、４極配列の空隙磁束密度レベルを変化させることができるからである。その結果、４極配列と６極配列の空隙磁束密度を実質的に同じになるように構成することができる。
【００１９】
この点は、４極配列と６極配列の空隙磁束密度が固定された一定の比で互いに拘束されている米国特許第5,825,111号に示されているような従来技術の４／６極モータとは対照的である。（付加巻線コイル１４０が存在しない）米国特許第5,825,111号に記載の発明によるこの従来の設計では、６極配列の有効ターン数は４極配列の有効ターン数によって決定される。従って、もし４極配列の有効ターン数が好ましい空隙磁束密度を与えるように選択されていると、６極配列の有効ターン数は多くなり過ぎる傾向があり、その結果、６極配列の磁束密度は低くなり、好ましい値よりも小さくなる。これに対して、もし６極配列の有効ターン数が好ましい磁束密度レベルとなるように選択されていると、４極配列の有効ターン数は好ましい値よりも小さくなり、その結果、４極配列の磁束密度は好ましい値よりも大きくなる。本発明によるモータ１００に付加巻線コイル１４０を加えることによって、４極配列または６極配列のいずれの空隙磁束密度も、６極配列の有効ターン数および付加巻線コイル１４０の各ターン数を選択することによって、モータの動作に応じて必要とされるように互いに独立に選定することができる。
【００２０】
付加巻線コイル１４０が使用されているため、逆方向動作時において、停動トルク（breakdown torque）はコイル１４０によって与えられるターン数だけ増大する。その結果、４極配列における順方向および逆方向の両方の最大トルクは殆ど同じになる。また、両方向の動作でモータの温度が上昇したとき、温度は殆ど同じになり、好ましい範囲内に維持することができる。
【００２１】
付加巻線コイル１４０は６極配列におけるモータ１００の動作には実質的で本質的な影響を及ぼさないが、４極順方向配列に対する飽和レベルを引き下げ、それによって６極配列の動作に関係なく４極順方向配列の動作は所望の飽和レベルをもつことになる。４極配列の逆方向動作は順方向動作よりも充分低い飽和レベルになる。その理由は、この場合の主巻線である巻線１３０は、補助巻線である巻線１１０、１２０および１４０よりも小さい断面積、高い抵抗をもっているからである。これに対して、米国特許第5,825,111号のモータでは、小さな断面積の主巻線（巻線１３０）は高い電流密度を生じさせる。しかし、本発明のモータ１００では、付加巻線コイル１４０が存在するので、第３の巻線コイル群１３０中の電流密度は同じ負荷トルクに対して充分減少するが、補助巻線の電流密度は増加する。
【００２２】
次に図３Ｂを参照する。これには巻線コイル群が図３Ａと同様な配列をもった６極配列が示されている。特に、第１の巻線コイル群１１０は直列に接続された複数のコイルの組を有し、また第２の巻線コイル群１２０は直列に接続された複数のコイルの組を有する。第３の巻線コイル群１３０は２個の並列コイルの組として配列されており、付加巻線コイル１４０は開回路になっている。図３Ｂは図４Ｂに示された巻線配列に対応する。垂直軸インペラー・ウォッシャーを駆動するために図４Ｂの巻線配列で使用されるとき、４極配列はスイッチ１５０の位置を変えることによって可逆性になる。スイッチ１５０の位置を変えることによって、６極配列も同様に可逆性モードで使用することができる。図４Ｂの巻線配列において、６極配列は４極配列と同じ方向に回転し、従ってスイッチ１５０は、モータを４極配列と６極配列の両方で同じ方向に回転させるためには、変化させないようにする。特に、図２と３Ｂを比較すると、スイッチ１５０は図２に示すように４極配列で順方向に回転させるためには“上側”位置になければならず、また図３Ｂに示すように６極配列で順方向に回転させるためには“上側”位置になければならない。従って、図３Ａおよび４Ａに示されている配列と図３Ｂおよび４Ｂの配列との間の違いは、図３Ａおよび４Ａの配列では４極配列と６極配列で同じ方向に回転させるためにスイッチ１５０の位置を変化させる必要があるのに対し、図３Ｂおよび４Ｂの配列では４極配列と６極配列で同じ方向に回転させるためにスイッチ１５０の位置を同じ位置に維持する必要がある点である。図３Ａの配列を用いた場合と同様に、４極配列で一方の方向（例えば、順方向）に動作させるときには、主巻線は第１の巻線コイル群１１０、第２の巻線コイル群１２０および付加巻線コイル群１４０を含み、補助巻線は第３の巻線コイル群１３０を含んでいる。図３Ａの配列を用いた場合と同様に、４極配列で他方の方向（例えば、逆方向）に動作させるときには、主巻線は第３の巻線コイル群１３０を含み、補助巻線は第１の巻線コイル群１１０、第２の巻線コイル群１２０および付加巻線コイル群１４０を含んでいる。６極配列で同じ一方の方向（例えば、順方向）に動作させるときには、主巻線は第１の巻線コイル群１１０と第３のコイル群１３０の右側とを含み、補助巻線は第２の巻線コイル群１２０と第３の巻線コイル群１３０の左側とを含んでいる。６極配列で他方の方向（例えば、逆方向）に動作させるときには、主巻線は第２の巻線コイル群１２０と第３のコイル群１３０の左側とを含み、補助巻線は第１の巻線コイル群１１０と第３の巻線コイル群１３０の右側とを含んでいる。
【００２３】
図４Ａは本発明によるモータの１つの好ましい実施形態の巻線分布を線図的に示した図であり、ここでは４極配列と６極配列はスイッチ１５０の位置が変えられないと反対方向に回転する。図４Ａは図３Ａの概略図に対応する。巻線の組１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃおよび１４０Ｄは本発明による付加巻線コイル１４０を構成する。
【００２４】
図４Ｂは本発明によるモータの別の好ましい実施形態の巻線分布を示す線図的に示した図であり、ここでは４極配列と６極配列はスイッチ１５０の位置が変えられないと同じ方向に回転する。図４Ｂは図３Ｂの概略図に対応する。図４Ａを用いたときと同様に、巻線の組１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃおよび１４０Ｄは本発明による付加巻線コイル１４０を構成する。
【００２５】
インペラー・ウォッシャー（または他の２速度アプリケーション）を駆動するモータ用に図３Ｂおよび図４Ｂの巻線配列を使用することにより２つの利点が得られる。たいていのインペラー・ウォッシャーは一方向にのみ回転するようにされている。４極および６極配列はスイッチ１５０の位置を変化させることなく同じ方向に動作するので、モータをスイッチ１５０の位置を変えることなく低速回転モードと高速回転モードの両方で動作させるために使用することができる。これによって、その機械の制御がより簡単になる。例えば、モータを、ウォッシング・モード（６極順方向および逆方向動作）の動作に加えて低速回転モード（６極順方向動作）および高速回転モード（４極順方向動作）の両方で動作させるために使用することができる。さらに、４極動作と６極動作の間の切換えにリレーを使用することもできる。特に、リレーはスイッチ１１２、１２２、１３２、１３４、１３６および１４２を動作させるであろう。リレー制御コイルが、リレーによって４極配列から６極配列へあるいはその逆に位置を変化させる電力を解放した場合も、モータの回転方向は反転しない。これに対して、図３Ａおよび４Ａの巻線配列では、４極動作と６極動作の切換えにリレーが使用されていると、リレー制御コイルが電力を解放した場合には、モータはその回転方向を反転することになるであろう。急激な反転はモータの軸（シャフト）を破損する可能性がある。
【００２６】
図５は、水平ｘ軸に沿う極をもった本発明によるモータの１つの好ましい実施形態の起磁力および垂直ｙ軸に沿って示された起磁力を示すグラフである。図５において、実線は順方向動作に対する主巻線のＭＭＦを示し、破線は順方向動作に対する補助巻線のＭＭＦを示す。図５は、４極配列と６極配列の両方で、発生された起磁力がモータの回転子と固定子の間の空隙の周りで（about、近傍で）対称に分布するという本発明の１つの特徴を表している。図５において、“主  １”は巻線１１０および１２０によって発生されたＭＭＦを表し、“主  ２”は付加巻線１４０によって発生されたＭＭＦを表している。
【００２７】
本発明は４／６極モータ以外のモータにも適用できると考えられる。例えば、本発明のモータ１００は固定子コアと、その固定子コアと回転関係をもって配置された回転子とからなるものでもよい。付加巻線要素（１４０）を含む複数の巻線要素（１１０、１２０、１３０）が固定子コア上に巻回されている。本発明の１つの特徴によれば、巻線要素はモータを４Ｎ極配列で動作させるように選択的に付勢されるように配列（構成）されている。ここで、Ｎは１または１より大きい整数である。４Ｎ極配列では、複数の巻線要素および付加巻線要素が付勢される。さらに、巻線要素はモータを、複数の巻線要素のみが付勢される６Ｎ極配列で動作させるように選択的に付勢されるように配列されている。その結果、６Ｎ極配列では付加巻線は付勢されず、付加巻線は４Ｎ極配列においてのみ付勢される。図１〜５はＮ＝１の場合のこのモータの特定の例に関するものである。しかし、Ｎは任意の整数でよく、例えばＮは８／１２極モータ用に２に等しくてもよい。
【００２８】
本発明の要素、またはその好ましい実施形態を紹介するに当たって、それらは１個の要素からなる場合、またはそれ以上の要素からなる場合も含み得ることを意図している。また、“含む（含み）”、“有する（有し）”の用語は含み得ることを意味しており、ここで示した要素以外の別の要素も可能であることを意図している。
【００２９】
上の説明により、本発明の幾つかの目的が達成され、また他の利点が得られることが理解できよう。
【００３０】
本発明の範囲から逸脱しない範囲内で上述の構成、製品および方法について種々の変更が可能であり、上述の説明に含まれているすべての事項および添付の図面に示されたいるすべての事項は説明的実例であって、発明がそれらに限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、共通巻線および付加巻線と、４極（４Ｐ）および６極（６Ｐ）配列の両方におけるその巻線の相互接続関係とを示す、本発明によるモータの１つの好ましい実施形態の電気回路の概略図である。
【図２】図２は、４極（４Ｐ）配列における共通巻線と付加巻線の相互接続関係を示す図１のモータの電気回路の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、スイッチ１５０の位置が変化されないときに６極配列が４極配列と反対方向に回転する６極（６Ｐ）配列における共通巻線と開回路付加巻線との相互接続関係を示す図１のモータの電気回路の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、スイッチ１５０の位置が変化されないときに６極配列が４極配列と同じ方向に回転する６極（６Ｐ）配列における共通巻線と開回路付加巻線との相互接続関係を示す図１のモータの電気回路の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、スイッチ１５０の位置が変化されないときに４極配列と６極配列が反対方向に回転する、本発明によるモータの１つの好ましい実施形態の巻線分布を線図式に示しており、図３Ａの概略図に対応する図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、スイッチ１５０の位置が変化されないときに４極配列と６極配列が同じ方向に回転する、本発明によるモータの他の好ましい実施形態の巻線分布を線図式に示しており、図３Ｂの概略図に対応する図である。
【図５】図５は、水平ｘ軸に沿う極と垂直ｙ軸に沿う起磁力（ＭＭＦ）を有する本発明によるモータの１つの好ましい実施形態の起磁力を、主巻線のＭＭＦを実線で、補助巻線のＭＭＦを破線で示したグラフである。
【図１】
2005537777.tif 000003
【図２】
2005537777.tif 000004
【図３Ａ】
2005537777.tif 000005
【図３Ｂ】
2005537777.tif 000006
【図４Ａ】
2005537777.tif 000007
【図４Ｂ】
2005537777.tif 000008
【図５】
2005537777.tif 000009
【国際調査報告】
2005537777.tif 000010
2005537777.tif 000011
2005537777.tif 000012