(57)【要約】【課題】固定子起磁力の３次高調波を低減し、電磁振動と電磁騒音を効果的に抑制することができるコンデンサモータを提供することを目的とする。【解決手段】極数が２極のコンデンサ誘導電動機において、固定子１の内周に、内径方向に延びた６個のティース３と、ティース３それぞれに集中巻されたコイルＡａ，Ａｂ，Ｂａ，Ｂｂ，Ｃａ，Ｃｂとを備え、ティース３に巻回された隣り合うコイルＡａとＢａ、ＢａとＣａ、ＣａとＡｂ、ＡｂとＢｂ、ＢｂとＣｂ、ＣｂとＡａに流れる電流の電気的位相角の差を６０度（π／３）とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の内周に、内径方向に延びた複数個のティースと、上記ティースそれぞれに集中巻された複数個のコイルとを備えた極数が２ｎ極（ｎは正の整数）のコンデンサ誘導電動機において、
上記ティースの個数を６ｎ個、上記コイルの個数を６ｎ個とし、上記ティースに巻回された隣り合うコイルに流れる電流の電気的位相角の差を６０度（π／３）としたことを特徴とするコンデンサ誘導電動機。
【請求項２】
上記コイルを２ｎ個ずつ直列に接続して第１の電流経路、第２の電流経路及び第３の電流経路を構成し、上記第１、第２及び第３の電流経路の一端を接続してＹ結線し、上記第１及び第２の電流経路の他端の間にコンデンサを接続し、上記第２及び第３の電流経路の他端の間に交流電源電圧を供給することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ誘導電動機。
【請求項３】
上記コイルを２ｎ個ずつ直列に接続して第１の電流経路、第２の電流経路及び第３の電流経路を構成し、上記第１、第２及び第３の電流経路を接続してΔ結線し、上記第２の電流経路の両端に交流電源電圧を供給し、第３の電流経路と並列にコンデンサを接続することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、換気扇用のファンモータ等に用いられる、コンデンサ誘導電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンデンサ誘導電動機（以下、コンデンサモータという）は、例えば、２極、４スロットの構成において、固定子鉄心は４つのスロットと４つのティースを備えており、個々のティースには絶縁を施して主コイルあるいは補助コイルが集中巻され、２つのティースには主コイルが巻回され、残る２つのティースには補助コイルが巻回されている。隣接するコイル間の電気的位相角は９０゜である。主コイルの巻数と補助コイルの巻数は一般的には異なる。主コイルと補助コイルからはそれぞれ、端子が引き出されている。なお、固定子鉄心の内側には、例えば、かご型構造の回転子が配置されている。
【０００３】
２つの主コイルは直列に接続され、第１の電流経路を構成している。一方、２つの補助コイルは直列に接続され、さらに、コンデンサが、２つの補助コイルが直列に接続された電流経路に直列に接続されて第２の電流経路を構成している。第１の電流経路と第２の電流経路は、互いに並列に接続され、交流電源に接続されている。
【０００４】
上記のような従来のコンデンサモータにおける動作を説明する。
２つの主コイル及び２つの補助コイルがそれぞれ一組となって２極の交番磁界を発生する。なお、補助コイルには、コンデンサの作用によって、主コイルよりも電気的位相角が略９０゜だけ進んだ電流が流れる。このため、固定子鉄心と回転子との間の空隙（エアギャップ）には、補助コイルの磁軸から主コイルの磁軸の向きに回転する回転磁界が生じる。この回転磁界の作用によって、回転子の導体棒（バー）に誘導電流が流れ、回転磁界と誘導電流との間に働くローレンツ力によって、回転子が回転する。ここで、磁軸は、正の電流が流れたときにＮ極となる向きを正の向きと定義する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以上の説明では、２極４スロットの例を示したが、一般的な２ｎ極（ｎは正の整数）、４ｎスロットの場合も同様の構成及び動作となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１９１９４３号公報（第２頁、図１、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のコンデンサモータでは、固定子鉄心と回転子との間に働く電磁吸引力が固定子鉄心に対する加振力となり、電磁振動や電磁騒音を引き起こすという問題があった。
【０００８】
電磁振動や電磁騒音は、固定子起磁力の基本波に加えて含まれる奇数次の空間高調波、特に、振幅の大きな３次高調波が主因となっている。
【０００９】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、固定子起磁力の３次高調波を低減し、電磁振動と電磁騒音を効果的に抑制することができるコンデンサモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るコンデンサ誘導電動機は、固定子の内周に、内径方向に延びた複数個のティースと、上記ティースそれぞれに集中巻された複数個のコイルとを備えた極数が２ｎ極（ｎは正の整数）のコンデンサ誘導電動機において、
上記ティースの個数を６ｎ個、上記コイルの個数を６ｎ個とし、上記ティースに巻回された隣り合うコイルに流れる電流の電気的位相角の差を６０度（π／３）としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。以下の説明では、一例として、極数が２極でスロット数が６スロットの構成を示しているが、これに限られるものではなく、極数が２ｎ極（ｎは正の整数）でスロット数が６ｎスロットの構成に適用できるものである。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるコンデンサモータの構成を示す平面図である。同図に示したように、固定子鉄心１は、円周方向に略等間隔に配設された６つのスロット２と、６つのティース３を備えている。個々のティース３には絶縁（図示せず）を施した後、全て同一巻数のコイルＡａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂ、Ｃａ及びＣｂが集中巻されている。コイルＡａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂ、Ｃａ及びＣｂから、端子ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４及びｃ１〜ｃ４が引き出されている。なお、固定子鉄心１の内側には、例えば、かご形構造の回転子４が配置されている。
【００１２】
図２は、図１に示したコンデンサモータの回路の構成を示す回路図である。同図において、端子ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４及びｃ１〜ｃ４は図１の同一符号と対応している。この回路には、３つの電流経路がある。第１の電流経路は、コイルＡａとコイルＡｂが直列に接続された経路であり、第２の電流経路は、コイルＢａとコイルＢｂが直列に接続された経路であり、第３の電流経路は、コイルＣａとコイルＣｂが直列に接続された経路である。第１の電流経路の一端側の端子ａ１と第２の電流経路の一端側の端子ｂ４と第３の電流経路の一端側の端子ｃ１とを接続して、第１の電流経路、第２の電流経路及び第３の電流経路をＹ結線し、コンデンサＣは、第１の電流経路の他端側の端子ａ４と第３の電流経路の他端側の端子ｃ４に接続し、交流電源Ｖの電圧を、第３の電流経路の他端側の端子ｃ４と第２の電流経路の他端側の端子ｂ１間に供給する。
【００１３】
コンデンサＣの容量は、第１の電流経路に流れる電流の電気的位相角が第３の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略１２０゜だけ進むように設定されている。このとき、第２の電流経路に流れる電流の電気的位相角は、第３の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略６０゜だけ進み、かつ、第１の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略６０゜だけ遅れる。
【００１４】
図３は、図１に示したＹ結線回路における３つの電流経路の電圧、電流の位相関係を表すフェーザ図である。同図は、第１〜第３の電流経路の両端にかかる電圧をそれぞれ、ＶＡ〜ＶＣで表し、第１〜第３の電流経路に流れる電流をそれぞれ、ＩＡ〜ＩＣで表し、電源電圧Ｖを基準フェーザとして表している。同図に示されているように、電流ＩＡ〜ＩＣは、この順に６０゜ずつ位相が遅れている。
【００１５】
なお、各電流経路にある一組のコイル、ＡａとＡｂ、ＢａとＢｂ及びＣａとＣｂは、それぞれ互いに逆極正の磁界を発生するように、すなわち、電流の電気的位相角が１８０゜となるように、巻線の巻回方向を変える、あるいは端子の接続方向により、電流の流れる方向が決められている。
【００１６】
したがって、コイルＡａに流れる電流の電気的位相角を０゜とすると、コイルＢａ、Ｃａ、Ａｂ、Ｂｂ、Ｃｂに流れる電流の電気的位相角は、この順に、−６０゜、−１２０゜、−１８０゜、−２４０゜、−３００゜となり、隣り合うコイルに流れる電流の電気的位相角差が６０゜となっている。
【００１７】
図４は、ある瞬間における回転子４の内部の磁界を示している。同図において、磁極の極性をＮまたはＳで表し、磁束密度線を矢印付の曲線で表している。同図に示したように、回転子４の内部には、２極の磁界が発生する。この２極の磁界は、コイルに流れる電流の時間的変化にしたがって、コイルＡａ→コイルＢａ→コイルＣａ→コイルＡｂ→コイルＢｂ→コイルＣｂ→コイルＡａの方向へ回転する。
【００１８】
前述のように、本実施の形態のように構成されたコンデンサモータは、エアギャップ内に２極の回転磁界を生じる。この回転磁界の作用によって回転子のバーに誘導電流が流れ、回転磁界と誘導電流との間に働くローレンツ力によって回転子４が回転する。
【００１９】
この実施の形態におけるコイルの巻線係数はｓｉｎ（９０゜×６０／１８０）＝０．５であり、従来のｓｉｎ（９０゜×９０／１８０）＝０．７０７に比べて小さい。一般に、巻線係数が小さくなると同一出力を得るための巻数が増え、同損が大きくなる傾向があるが、本実施の形態のように短節巻の場合は、コイルエンドが短くなるので、銅損が小さくなる傾向にある。概して、コイル周長に占めるコイルエンド長の割合が大きい場合、すなわち、スロットピッチ（隣接するスロットの中心間の周方向距離）が固定子鉄心の厚みと同程度以上の場合は、銅損の増加は小さい。
【００２０】
図５は、この実施の形態のコンデンサモータにおける固定子起磁力の空間分布（ａ）及び従来のコンデンサモータにおける固定子起磁力の空間分布（ｂ）を示した模式図であり、コイルＡａとコイルＡｂに最大電流が流れている瞬間の全てのコイルの合成起磁力を示している。実際の波形を最上段に示し、この実際の波形をフーリエ展開したときの各次数の波形を２段目以下に示している。従来（ｂ）の場合３の倍数次の高調波が現れているのに対して、一般の３相巻線でよく知られているのと同様に、この実施の形態（ａ）の場合、３の倍数次の高調波が現れていないことが分かる。
【００２１】
したがって、この実施の形態のコンデンサモータによれば、起磁力の３次高調波に起因する固定子鉄心１の電磁振動や電磁騒音を効果的に抑制できることが分かる。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、Ｙ結線とした場合を示したが、以下に説明するようなΔ結線とすることもできる。
【００２３】
図６は、この実施の形態２におけるΔ結線の回路の構成を示す回路図である。この回路には４つの電流経路がある。第１の電流経路はコイルＡａとコイルＡｂとが直列に接続された経路であり、第２の電流経路はコイルＢａとコイルＢｂとが直列に接続された経路であり、第３の電流経路はコイルＣａとコイルＣｂとが直列に接続された経路であり、第４の電流経路はコンデンサＣが接続された経路である。この回路では、第１の電流経路の端子ａ１と第２の電流経路の端子ｂ１とを接続し、第２の電流経路の端子ｂ４と第３の電流経路の端子ｃ４とを接続し、第３の電流経路の端子ｃ１と第１の電流経路の端子ａ４とを接続して、第１の電流経路、第２の電流経路及び第３の電流経路を直列接続し、Δ結線している。コンデンサＣは、第３の電流経路と並列に接続し、交流電源Ｖを第２の電流経路に供給するように接続している。
【００２４】
コンデンサＣの容量は、第１の電流経路に流れる電流の電気的位相角が第３の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略１２０゜だけ進むように設定されている。このとき、第２の電流経路に流れる電流の電気的位相角は、第３の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略６０゜だけ進み、かつ、第１の電流経路に流れる電流の電気的位相角よりも略６０゜だけ遅れる。
【００２５】
図７は、図６に示したΔ結線回路における３つの電流経路の電圧、電流の位相関係を表すフェーザ図である。図において、第１〜第３の電流経路の両端にかかる電圧をそれぞれ、ＶＡ〜ＶＣで表し、第１〜第３の電流経路に流れる電流をＩＡ〜ＩＣで表し、電源電圧Ｖを基準フェーザとしている。同図に示されているように、電流ＩＡ〜ＩＣは、この順に６０゜ずつ位相がずれている。
【００２６】
したがって、このようなΔ結線回路の構成によっても、上記実施の形態１のＹ結線による構成と同様の動作を行わせることができる。
【００２７】
なお、Δ結線の場合に各コイルにかかる電圧は、Ｙ結線の場合に各コイルにかかる電圧の√３倍になる。トルクは電圧の２乗に比例するので、コイルの線径・巻数が同一の場合には、Δ結線とすることによって、Ｙ結線の場合の３倍のトルクを得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係るコンデンサ誘導電動機によれば、固定子の内周に、内径方向に延びた複数個のティースと、上記ティースそれぞれに集中巻された複数個のコイルとを備えた極数が２ｎ極（ｎは正の整数）のコンデンサ誘導電動機において、上記ティースの個数を６ｎ個、上記コイルの個数を６ｎ個とし、上記ティースに巻回された隣り合うコイルに流れる電流の電気的位相角の差を６０度（π／３）としたものであるので、固定子起磁力の３次高調波が低減され、電磁振動や電磁騒音を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるコンデンサモータの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示したコンデンサモータの回路の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示した回路における３つの電流経路の電圧、電流の位相関係を表すフェーザ図である。
【図４】この発明の実施の形態１における、ある瞬間における回転子の内部の磁界を示す平面図である。
【図５】実施の形態１のコンデンサモータにおける固定子起磁力の空間分布（ａ）及び従来のコンデンサモータにおける固定子起磁力の空間分布（ｂ）を示した模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるΔ結線の回路の構成を示す回路図である。
【図７】図６に示したΔ結線回路における３つの電流経路の電圧、電流の位相関係を表すフェーザ図である。
【符号の説明】
１  固定子鉄心、２  スロット、３  ティース、４  回転子、
Ａａ，Ａｂ，Ｂａ，Ｂｂ，Ｃａ，Ｃｂ  コイル、
ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４，ｃ１〜ｃ４  端子、Ｖ  交流電源、
Ｃ  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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