(57)【要約】      （修正有）【課題】単相誘導モータの製造コストを低減しつつ、効率を高める。【解決手段】単相誘導モータのステータコアは、鉄製で環状のコアバック２１１と、コアバック２１１から径方向内方に伸びる鉄製の複数のステータティース２１２とを備える。またロータコアは、バックヨーク３２１と、複数のロータティース３２２とを備え、複数のロータティース３２２は、バックヨーク３２１から径方向外方に向って延び、かつ周方向において等間隔に並ぶ。複数のステータティース２１２の各々において幅が最小になる部分における当該幅の、軸方向においてロータティース３２２の存在範囲と重なる範囲における平均は、複数のロータティース３２２の各々において幅が最小になる部分における当該幅の、軸方向においてステータティース２１２の存在範囲と重なる範囲における平均よりも大きくする。【選択図】図８
2013219906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトとロータコアとを備える回転部と、 
ステータを備える静止部と、 
前記回転部を前記静止部に対して中心軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、 
を備え、 
前記ステータは、
鉄製で環状のコアバックと、
前記コアバックから径方向内方に伸びる鉄製の複数のステータティースと、
前記複数のステータティースの各々に集中巻きの形式にて装着された複数のコイルと、 
を備え、
前記ロータコアは、バックヨークと、複数のロータティースとを備え、 
前記複数のロータティースは、前記バックヨークから径方向外方に向って延び、かつ周方向において等間隔に並び、
軸方向において前記ロータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のステータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のステータティース全てについての和は、軸方向において前記ステータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のロータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のロータティース全てについての和よりも大きい、
単相誘導モータ。
【請求項２】
前記コアバックの外周面で規定される前記コアバックの外径、及び前記ステータティース先端の内周面で規定される前記ステータの内径は、以下の関係式を満たす請求項１の単相誘導モータ。
（コアバック外径）×４４％≦（ステータ内径）＜（コアバック外径）×５０％
【請求項３】
前記複数のコイルは、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製の絶縁被覆された導線からなる、請求項１または２の単相誘導モータ。
【請求項４】
前記ロータコアの複数のティース間のスロット内には、該スロットの両面に密着し軸方向一端から他端まで連続する非鉄金属製の導体である導体棒が配置され、
前記ロータコアの軸方向の両端面には、該端面に密着した環状で非鉄金属性の導体である導体リングが各々配置され、
前記複数の導体棒と導体リングは連続した鋳造体である、請求項１乃至３のいずれかの単相誘導モータ。
【請求項５】
前記ステータティース幅は、前記ステータ内径および前記ステータティース数を用いて、以下の関係式で規定される、請求項４の単相誘導モータ。
（ステータティース幅）=  (ステータ内径×π／２)×（０．８８〜０．９９）／（ステータティース数
【請求項６】
前記ロータティースの軸方向高さは前記ステータティースの軸方向高さよりも高い、請求項１乃至５のいずれかの単相誘導モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インナロータ型の単相誘導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単相誘導モータの巻線方法においては、特許文献１に記載されているように、トロイダル巻、または分布巻が採用されてきた。これらの巻線を備えた単相誘導モータは、比較的高い効率を発揮するため、長年に亘って使用されてきた。
【０００３】
これらの巻線を採用した場合、巻線重量が嵩んで材料コストを下げ難いことに加えて、巻線作業にも時間を要するため、製造コスト低減には限界があった。
【特許文献１】特開昭５９−８６４６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、単相誘導モータにおいて、製造コストを低減しつつ、効率の高いモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の例示的な第１発明は、シャフトとロータコアとを備える回転部と、 ステータを備える静止部と、 前記回転部を前記静止部に対して中心軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、を備え、前記ステータは、鉄製で環状のコアバックと、前記コアバックから径方向内方に伸びる鉄製の複数のステータティースと、前記複数のステータティースの各々に集中巻きの形式にて装着された複数のコイルと、 を備え、前記ロータコアは、バックヨークと、複数のロータティースとを備え、 前記複数のロータティースは、前記バックヨークから径方向外方に向って延び、かつ周方向において等間隔に並び、軸方向において前記ロータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のステータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のステータティース全てについての和は、軸方向において前記ステータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のロータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のロータティース全てについての和よりも大きい、単相誘導モータである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明における単相誘導モータは、製造コストを低減しつつ、効率が高められる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一の実施形態に係る単相誘導モータの縦断面図である。
【図２】図２は、回転部の斜視図である。
【図３】図３は、ロータコアの平面図である。
【図４】図４は、展開状態におけるステータの平面図である。
【図５】図５は、コア要素の拡大図である。
【図６】図６は、連結部近傍の拡大図である。
【図７】図７は、ステータの平面図である。
【図８】図８は、コアバック、ステータティース、および、ロータコアの平面図である。
【図９】図９は、ステータティースが８本、ロータティースが１４本であるときの磁路の分布の概略図である。
【図１０】図１０は、ステータティースが１２本、ロータティースが２１本であるときの磁路の分布の概略図である。
【図１１】図１１は、ステータティースが１２本、ロータティースが２２本であるときの磁路の分布の概略図である。
【図１２】図１２は、磁極の数とロータティースとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書では、図１に示すモータ１の中心軸Ｊ１方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、中心軸Ｊ１に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
【０００９】
図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る単相誘導モータ１（以下、「モータ１」という。）を示す縦断面図である。モータ１は、好ましくは、扇風機、空気調和装置、空気清浄機、レンジフード、給湯器、加湿器、または送風機に用いられる。モータ1は、インナロータ型である。単相交流が入力されることにより、モータ1の回転部３が回転する。モータ１は、静止部２と、回転部３と、軸受部４と、を備える。軸受部４は、中心軸Ｊ１を中心に回転部３を静止部２に対して回転可能に支持する。軸受部４は、第１玉軸受４１と、第２玉軸受４２とから構成される。第２玉軸受４２は、回転部３の軸方向上側、第１玉軸受４１は、回転部３の軸方向下側に配置される。
【００１０】
静止部２は、ステータ２１と、ハウジング２２とを備える。ステータ２１は、後述するロータコア３２の径方向の外側に配置される。ステータ２１は、環状のコアバック２１１と、複数のステータティース２１２と、複数のコイル２１３と、を備える。複数のステータティース２１２は、コアバック２１１の内周面から中心軸Ｊ１に向かって延びる。コイル２１３は、複数のステータティース２１２の各々に集中巻きの形式にて装着される。巻線の形式は、集中巻きと分布巻きの形式に大別される。複数のステータティースに跨って導線が巻かれる分布巻きに対して、集中巻きは、一つのステータティースに集中的に導線が巻かれることでコイル２１３が形成される。複数のコイル２１３は、複数の主コイル２１４と、複数の補助コイル２１５とを備える。連続する導線が１つおきのステータティース２１２に対して正転巻回と逆転巻回とを交互に構成されるコイルは、主コイル２１４である。主コイル２１４が巻回されたステータティース２１２の間に位置する一つおきのステータティース２１２に対して、連続する導線が正転巻回と逆転巻回とを交互に構成されるコイルが、補助コイル２１５である。主コイル２１４を、正転巻回で巻き始めたとき、隣り合うステータティース２１２に巻かれる補助コイル２１５の巻き始まりは、逆転巻回となる。主コイル２１４と補助コイル２１５とは、異なる導線が用いられる。すなわち、複数のコイル２１３は、２本の連続する導線から構成される。
【００１１】
通常の単相誘導モータと同様に、モータ１はコンデンサを備えている。コンデンサにより主コイル２１４に流れる交流電流の位相は、補助巻線に流れる交流電流に対して９０°位相がずれている。これにより、ステータ２１の内側に回転磁界が生じ、回転部３が回転する。
【００１２】
ハウジング２２は、上ハウジング２２１と、下ハウジング２２２とを備える。上ハウジング２２１と、下ハウジング２２２とは、軸方向において対向し、嵌め合うことによって固定される。ハウジング２２は、ステータ２１を全周に亘って覆う。上ハウジング２２１は、第１軸受保持部２２１１を備える。第１軸受保持部２２１１は、中心軸Ｊ１と同軸上に配置され、上ハウジング２２１の蓋部から軸方向に延びる円筒状の部位である。第１玉軸受４１は、第１軸受保持部２２１１に保持される。下ハウジング２２２は、第２軸受保持部２２２１を備える。第２軸受保持部２２２１は、中心軸Ｊ１と同軸上に配置され、下ハウジング２２２の底部から軸方向に延びる円筒状の部位である。第２玉軸受４２は、第２軸受保持部２２１２に保持される。
【００１３】
図２は、回転部３の斜視図である。回転部３は、シャフト３１と、ロータコア３２と、導体リング３３と、を備える。シャフト３１は、第１玉軸受４１および第２玉軸受４２により、中心軸Ｊ１を中心として回転可能に支持される。シャフト３１の出力端は、第２軸受保持部２２１２の開口から下方に突出する。ロータコア３２は、磁性板であるラミネーションを積層することにより形成される積層体である。ロータコア３２は、ステータ２１の径方向内側に配置される。導体リング３３は、ロータコア３２の上下の面に環状に設けられる。ロータコア３２を構成するそれぞれのラミネーションは、複数のロータティース３２２を備える。複数のロータティース３２２は、円環状のバックヨーク３２１から径方向外方に延び、周方向に等間隔に配置されている。複数のロータティース３２２は、径方向外端において周方向に延びるロータアンブレラ部３２３を有している。隣り合うロータティース３２２のアンブレラ部は、周方向に対向しており、間にはロータスロットオープン３２４を有している。複数のロータティース３２２の間には、ロータスロットオープン３２４からバックヨーク３２１にかけて複数の間隙３２５が存在する。
【００１４】
図３は、ロータコアの平面図である。複数のラミネーションは、図３に示されているように、ロータスロットオープン３２４が周方向に所定の角度だけ位相がずれた状態で積層され、ロータコア３２が構成される。つまり、ロータコア３２は、スキューがかけられた状態にてラミネーションが積層されて構成されている。間隙３２５の下端３２１ａが、隣の間隙３２５の上端３２１ｂの軸方向真下に配置されている場合を１．０スキューとする。
【００１５】
ロータコア３２は、非鉄金属性の導体である、複数の導体棒３４および２つの導体リング３３を備える。これら導体棒３４及び導体リング３３は、鋳造により作られた連続した一つの部材である。具体的には、リング部３３に相当する空洞部分と、スロットオープン３２４を塞ぐ周面を備えた金型内にロータコア３２を配置し、溶融状態にあるアルミニウムもしくはアルミニウム合金を金型内に注入して鋳造する。複数の導体棒３４は、複数のロータティース３２２間のスロット内において、スロットの両面に密着し軸方向上端から下端まで連続する。２つの導体リング３３は、各々、ロータコア３２の軸方向の両端に密着した、環状形状である。複数の導体棒３４および２つの導体リング３３は、連続してかご型回転子を構成するため剛性が高く、また接続部が無い為電気抵抗も低い。
【００１６】
図４は、展開状態のステータ２１の平面図である。図４における左方向を径方向外方、上方向を周方向とする。ステータ２１は、複数のコア６０の集合群である。複数のコア６０のそれぞれは、１つのティース部６１と、コアバック部６２１と、を備える。コアバック部６２１は、コアバック２１１の１／８の部位である。複数のコアバック部６２１は、およそ直線状に並んでいる。ティース部６１は、それぞれのコアバック部６２１からコアバック部６２１に対して垂直な方向に伸びている。さらに、ティース部６１は、先端において、ティース部６１の垂直方向に伸びるステータアンブレラ部６２２を有する。ステータアンブレラ部６２２は、ティース部６１から離れるに従い、コアバック部６２１から離れる方向に湾曲している。つまり、アンブレラ部６２２の先端は、円弧状である。
【００１７】
互いに隣接するコアバック部６２１は、微小な連結部６２３にて連結される。図４に示すステータ２１を連結部６２３にて折り曲げることにより、環状のステータ２１が形成される。図４の両端のコアバック部６２１は、溶接にて接合される。ステータ２１を環状にすると、連結部６２３は、コアバック部６２１のほぼ径方向外側かつ周方向両側（ただし、最も端に位置するコア６０のコアバック部６２１に関しては片方のみ）に位置する。アンブラレラ要素６２２と、隣り合うステータアンブレラ部６２２との間には、間隙がある。この間隙をステータスロットオープン６２４とする。複数のステータアンブレラ部６２２とステータスロットオープン６２４とで仮想円を形成する。この仮想円の径をステータ内径７０とする。つまり、ステータ内径７０は、ティース部６１(ステータティース２１２)の先端の内周面を含む包絡面の直径である。また、環状のコアバック２１１の外径をコアバック外径８０とする。
【００１８】
図５は、コア６０の拡大図である。以下、図５の下側を径方向内側とし、上側を径方向外側とする。コアバック部６２１の図６の左右両側、すなわち、隣接するコアバック部６２１と対向する側面６５１は、連結部６２２の径方向内側に位置する。ステータ２１を環状とすることにより、隣接するコアバック部６２１の互いに対向する側面６５１は、実質的に接触する。以下、側面６５１を、「合わせ面」という。合わせ面６５１は平面である。合わせ面６５１同士が接触することにより、コアバック２１１における磁路が形成される。以下の説明では、コアバック部６２１の径方向外側、すなわち、ティース部６１とは反対側の面６５３を「外面」といい、径方向内側、すなわち、ティース部６１側の面６５４を「内面」という。
【００１９】
図６は、連結部６２２近傍の拡大図である。コアバック部６２１の外面６５３は略平面であるが、連結部６２２近傍において、僅かにティース部６１側へと向かう。連結部６２２の径方向内側の面は、ステータ２１の厚さ方向に延びる微小円筒面６５２（正確には、微小円筒面の一部）である。合わせ面６５１は、微小円筒面６５２から、ティース部６１側に向かって延びる。微小円筒面６５２と合わせ面６５１とは、滑らかに接続される。ステータ２１を環状にして、合わせ面６５１同士を重ねると、合わせ面６５１は径方向に延びる。
【００２０】
コアバック部６２１の外面６５３は、周方向において、すなわち、図５に示す展開状態における左右方向において、７０％以上が平面であることが好ましい。これにより、全体が円筒面状である場合に比べて、同じ量の磁性板から、ステータ２１を構成する磁性板部品をより多く得ることができる。外面６５３の平面は、ティース部６１の延びる方向に対して垂直であることが好ましい。コアバック部６２１では、内面６５４は、ティース部６１の周方向両側に広がる平面である。これにより、さらに効率よく、ステータ２１を構成する磁性板部品を得ることができる。内面６５４全体が平面である必要はなく、内面６５４は、ティース部６１の周方向両側に広がる平面および他の面を含むものでもよい。
【００２１】
外面６５３は、径方向に対しておよそ垂直に広がる平面を含むのであれば、この平面は必ずしもティース部６１の延びる方向に正確に垂直である必要はない。また、外面６５３は、平面を含まなくてもよい。外面６５３の一部（特に、ティース部６１とは反対側の部位）が、中心軸Ｊ１を中心とする円筒面であってもよい。ステータ２１の外接円すなわち、コアバック２１１の外径よりも外面６５３の一部が、径方向内側に位置することにより、プレスにて打ち抜く際の材料の使用効率を向上することができる。
【００２２】
ティース部６１の両側において、コアバック部６２１の径方向の最小幅Ｗ１は、ティース部６１の周方向の最小幅Ｗ２以上である。ここで、コアバック部６２１の径方向の幅とは、正確には、コアバック部６２１の略径方向の幅を指し、外面６５３の１点から最短の内面６５４の１点までの距離を指す。また、コアバック部６２１の径方向の最小幅は、合わせ面６５１を含まない部位における最小幅を意味する。ティース６１の周方向の最小幅は、正確には、ステータ２１の中心軸Ｊ１およびティース６１の中心軸に垂直な方向における最小幅を指す。
【００２３】
集中巻きの単相誘導モータの場合、ステータティース２１２を流れる最大磁束と、コアバック２１１を流れる最大磁束とは理論上等しい。したがって、コアバック２１１の最小幅をステータティース２１２の最小幅よりも小さくすると、磁束がコアバック２１１から漏れ出す虞がある。あるいは、ステータティース２１２がコアバック２１１に対して必要以上に太くなり、インナロータ型の場合、ステータティース２１２の配置スペースを確保するためにステータ２１が大型化する。これに対し、図６のステータ２１では、コアバック最小幅Ｗ１がティース最小幅Ｗ２以上であるため、上記問題は生じない。
【００２４】
コアバック最小幅Ｗ１とティース最小幅Ｗ２との上記関係は、ステータ２１の厚さが一定の場合に成り立つ。ステータ２１の厚さが一定でない場合は、コアバック部６２１の最小断面積がティース部６１の最小断面積以上であることにより、磁束がコアバック２１１から漏れ出すことが防止される（磁束の漏れの低減を含む。以下同様）。これにより、モータ１の動作効率の低下を防止することができる。コアバック部６２１の最小断面積とは、正確には、コアバック部６２１のティース部６１の両側の部位において、軸方向に平行な任意の面によるコアバック部６２１の最小断面積である。もちろん、合わせ面６５１と交差する断面は除かれる。さらに換言すれば、外面６５３と内面６５４の双方と交差する断面であって軸方向に平行な断面のうち最小のものをいう。また、ティース部６１の最小断面積とは、正確には、軸方向に平行な任意の面であって、ティース部６１の周方向の両側の側面と交差する面による最小断面積である。通常、巻線が行われる部位の径方向に垂直な断面の面積である。
【００２５】
コアバック２１１は、外面６５３に軸方向に延びるステータ溝６５５、を備える。ステータ溝６５５は、巻線機にてコイル２１３を形成する際のステータ２１の位置決めに利用される。コアバック部６２１のティース部６１の両側に広がる面である内面６５４と、ステータ溝６５５との間の最短距離はＷ３、ティース部６１の周方向の最小幅Ｗ２以上である。これにより、ティース部６１とコアバック部６２１との間においても磁束の漏れを防止することができ、モータ１の動作効率の低下を防止することができる。最短距離Ｗ３とティース最小幅Ｗ２との上記関係は、ステータ２１の厚さが一定の場合ものである。ステータ２１の厚さが一定でない場合は、ステータ溝６５５と交差するコアバック部６２１の最小断面積が、ティース部６１の上述の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れが防止される。これにより、モータ１の動作効率の低下が防止される。なお、コアバック部６２１の最小断面積は、正確には、軸方向に平行かつステータ溝６５５および内面６５４と交差する任意の断面におけるコアバック部６２１の最小断面積を指す。
【００２６】
ステータ２１では、平面視した場合の合わせ面６５１の長さが、ティース部６１の周方向の幅Ｗ２よりも大きい。合わせ面６５１の範囲は、ステータ２１を環状にした際に実質的に接触する範囲である。ステータ２１を環状にした場合に合わせ面６５１が径方向に対して傾斜する場合は、合わせ面６５１の長さとは、合わせ面６５１の中心および中心軸Ｊ１を通る径方向に延びる面に、合わせ面６５１を投影した場合の長さを指すものとする。コアバック部６２１では、合わせ面６５１の長さをティース最小幅Ｗ２以上とすることにより、合わせ面６５１の位置での磁束の漏れを抑制することができる。
【００２７】
合わせ面６５１の長さとティース最小幅Ｗ２との上記関係も、ステータ２１の厚さが一定である場合のものである。ステータ２１の厚さが一定でない場合は、合わせ面６５１の面積が、ティース部６１の上述の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れが抑制される。ステータ２１を環状にした場合に合わせ面６５１が径方向に対して傾斜する場合は、合わせ面６５１の面積とは、合わせ面６５１の中心および中心軸Ｊ１を通る径方向に延びる面に、合わせ面６５１を投影した場合の面積を指すものとする。なお、コアバック部６２１が直線状の場合、コアバック部６２１の最小断面積は、合わせ面６５１の面積よりも大きい場合もあれば、小さい場合もある。特に、図６と異なり、内面６５４が中心軸Ｊ１を中心とする円筒面の一部である場合は、コアバック部６２１の最小断面積は合わせ面６５１の面積よりも小さくなる可能性が高い。
【００２８】
図７は、ステータ２１の平面図である。ステータ内径７０は、コアバック外径８０の半分より小さい値となることが望ましい。従来の単相誘導モータにおいては、ステータの内径は、コアバック外径の半分よりも大きい。これはロータコアの径を大きくして、トルクを大きくすることに主眼が置かれていたからである。これに対して、本発明では、巻線を収容するスペースを確保して、ステータで発生する磁束の量を増やすという技術思想を採っている。この方針に基づき、ステータティース２１２を長く取り、コアバック内径７０を小さくしている。具体的には、ステータ内径７０は、コアバック外径８０の０．５０倍よりも小さく、０．４４倍以上であることが望ましい。
【００２９】
ステータ内径７０をコアバック外径８０の半分未満にまで小さくすると、ロータコア３２の直径も半分未満となって小さくなる為、通常は導体棒３４の断面積を確保し難くなって二次抵抗が増大し、モータの性能は低下する。本発明においては、後述する工夫によってこの問題を克服することに成功している。しかし、それでも、ステータ内径７０をコアバック外径８０の０．４４倍未満とすると性能低下を回避し難い為、０．４４倍をステータ内径の下限とする。
【００３０】
ステータ内径７０の値と、コアバック外径８０の値との比を、上述のように選ぶことによって、モータ１の外径を大きくすること無く、モータの性能を改善することができる。
【００３１】
ところで、複数のコイル２１３は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製の絶縁被覆された導線からなることが望ましい。導線の材料として銅を選択するよりも、導線の価格を下げられるからである。
【００３２】
しかしながら、アルミニウム製の導線の断面積は、銅製の導線の断面積に比べて大きい。つまり、アルミニウム製の導線によりコイルを形成する際は、巻回スペースがより広く必要である。本発明においては、上記のように、ステータティース２１２をロータコア３２側に延ばすことによって、巻線を収容するスペース確保を優先する構成を採っているため、アルミ製の導線を採用しても十分な量の導線を巻きつける事が出来る。
【００３３】
従来の単相誘導モータにおいては、ロータティースとステータティースが径方向に対向している範囲においては、（ステータティース最小幅）×（ステータティース数）は（ロータティース最小幅）×（ロータティース数）に等しくなる構造が採用されていた。前者を後者よりも大きくすると、ステータティース側で磁束の飽和が起こっていない状態でもロータティース側で磁束の飽和が起こる可能性が生ずる。逆の場合はステータティース側で磁束の飽和が起こる可能性が生ずる。何れの場合もロータコアやステータコアの能力を十分に引き出せない恐れがあり、モータの性能確保の点からは不利だからである。しかしながら、本発明の様にステータ内径を小さくする場合、ロータ外径も小さくなる為、相対的にロータティースの幅は太くなり、それに伴って導体棒の幅は狭くなる。このため、導体棒を含むロータ側の電気回路の電気抵抗が上がり、モータの効率が低下する。この制限がある為に、従来の単相誘導モータは、ロータ径を比較的大きなものとしていた。  
【００３４】
これに対して本発明者は、ロータ径を小さくした場合において、導体棒の幅を大きく取り、ティースの幅を細くする構成を検討した。この場合、従来のトロイダル巻コイルや分布巻コイルを備えたステータを備えた単相誘導モータにおける常識に従うと、モータの効率は低下する。しかしながら、各ステータティースにコイルを集中巻で取り付け、かつステータティースを延長してステータ内径をステータ外径の半分以下の寸法とした場合においては、逆に効率が向上する事を、本発明者は発見した。
【００３５】
以下、図８を用いて、具体的に、ロータティース３２２の２種類の幅に対応するモータ効率の値を示す。図８は、コアバック２１１、１２本のステータティース２１２、および、２１本のロータティース３２２を備えるロータコア３２の平面図である。コアバック２１１、ステータティース２１２の大きさは一定とする。また、ロータコア３２の軸方向高さ寸法も一定とする。コアバック外径８０が９５ｍｍ、ステータ内径７０が４４ｍｍ、コアバック２１１およびステータティース２１２の軸方向高さが２６ｍｍ、ステータティースの最小幅が５．６ｍｍ、ロータコア３２の軸方向高さが２９ｍｍ、ステータティース２１２とロータコア３２との間のギャップ幅が０．１６ｍｍの場合の測定値を以下では記す。この構成では、ロータティース３２２の軸方向の両端はステータティース２１２の上端と下端からはみ出している。よって、ステータティース２１２は軸方向の全体２６ｍｍに亘ってロータティース３２２の存在範囲と重なっている。他方、ロータティース３２２は軸方向高さが２９ｍｍの内２６ｍｍのみがステータティース２１２の軸方向における存在範囲と重なっている。このような寸法を備えた単相誘導モータにおいて、ロータティース３２２の幅のうちの、最小幅が３．２ｍｍのとき、軸方向において前記ステータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のロータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のロータティース全てについての和は、３．２×２６×２１＝１７４７．２ｍｍ２である。他方、軸方向においてロータティースの存在範囲と重なる範囲において、複数のステータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のステータティース全てについての和は、５．６×２６×１２＝１７４７．２ｍｍ２であり、両社の和は等しくなっている。このような単相誘導モータを電源周波数５０Hzで駆動した場合の最大効率は２７．４％であった。
【００３６】
一方、他の寸法を同じにしたままロータティース３２２の最小幅のみ３．０ｍｍに変更すると、軸方向において前記ステータティースの存在範囲と重なる範囲において、前記複数のロータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のロータティース全てについての和は、３．０×２６×２１＝１６３８．０ｍｍ２である。ステータティースの寸法は同一であるので、この値は、軸方向においてロータティースの存在範囲と重なる範囲において、複数のステータティースの各々において断面積が最小となる部分における当該断面積の前記複数のステータティース全てについての和よりも小さい。このような単相誘導モータを電源周波数５０Hzで駆動した場合の最大効率は２９．８％であり、効率は向上する。また、電源周波数６０Hzの場合、ロータティース３２２の幅のうちの、最小幅が３．２ｍｍのとき最大効率は３２．３％である。一方、ロータティース３２２の最小幅が３．０ｍｍのとき最大効率は３５．２％であり、やはり効率が向上する。
【００３７】
なお、本実施形態ではロータティース３２２はステータティース２１２の上下にはみ出しているが、この部分についてはロータティース３２２の幅は異なっていても良い。また、ステータティースの軸方向高さの方が高く、ロータティースの上下にはみ出す構造も考えられるが、この場合ははみ出した部分において、ステータティースの幅は異なっていても良い。先の断面積の和の大小関係は、ロータティースとステータティースが径方向に対向している範囲についてのみ満足していれば良く、対向していない部分で異なっていたとしても、本発明の技術思想を利用している。
【００３８】
なお、本実施形態のロータティース３２２は、ロータアンブレラ部３２３及びロータティースの基部を除くと、幅は一定である。つまり、上記ロータティース３２２の最小幅は、ロータアンブレラ部２３２以外のロータティース３２２平行部の幅である。
【００３９】
ステータティース幅は、ステータ内径７０およびステータティース数で規定できる。ステータティース幅=(ステータ内径×π／２)×（０．８８〜０．９９）／ステータティース数という関係式に則った場合、ステータティース２１２において、磁束漏れが少ない磁路を確保でき、ステータティース２１２、ロータコア３２間のギャップ磁束密度を高めることが可能である。
【００４０】
図９は、ステータティース２１２が８本、ロータティース３２２が１４本であるときの磁路ループを示した概略図である。回転中のロータコア３２の任意時間における、磁路ループを矢印で表している。また、複数のコイル２１３を点線で表している。上述したコイルの巻き方により、主コイル２１４と、主コイル２１４に隣り合うどちらか一方の補助コイル２１５ａは、同一の巻回方向となる。したがって、主コイル２１４と、補助コイル２１５ａに電流が流れると、主コイル２１４と、補助コイル２１５ａは、同一の磁極となる。すなわち、主コイル２１４と、補助コイル２１５aとで１つの磁極を構成している。また、主コイル２１４と、主コイル２１４と隣り合う他方の補助コイル２１５ｂとは、１つの磁路ループを作り出す。このとき、磁極の数とは、ステータ２１に分布する磁極の数のことを指す。そのため、図９では、磁極の数は、４つとなる。また、磁路ループの数は、４つとなる。極対数とは、磁極のＳとＮとの対の数を示す。したがって、極対数は、２つとなる。
【００４１】
磁路ループは、第１ステータティース２１２１→ 第１ロータティース３２２１ → バックヨーク３２１ → 第２ロータティース３２２２→ 第２ステータティース２１２２ → コアバック２１１を磁束が通る閉ループである。説明の便宜上、ステータ２１からロータコア３２への磁束の流れに関わるステータティース２１２、ロータティース３２２を、第１ステータティース２１２１、第１ロータティース３２２１とする。ロータコア３２からステータ２１への磁束の流れに関わるステータティース２１２、ロータティース３２２を、第２ステータティース２１２２、第２ロータティース３２２２とする。
【００４２】
磁路１は、第１ステータティース２１２１の中央から第１ロータティース３２２１の中央を結んでおり、実線で示している。磁路２は、第１ステータティース２１２１の中央から間隙３２５の中央３２１１を結んでおり、点線で示している。一つの磁路ループに着目すると、第１ステータティース２１２１および第２ステータティース２１２２の径方向内側には、ロータティース３２２が位置している。このとき、第１ステータティース２１２１の径方向内側に位置するロータティース３２２と第２ステータティース２１２２の径方向内側に位置するロータテティース３２２とでは、周方向の位置が異なる。つまり、主コイル２１４、補助コイル２１５に電流を流した際に生ずる磁束の流れ方が、第１ステータティース２１２１の径方向内側に位置するロータティース３２２と、第２ステータティース２１２２の径方向内側に位置するロータティース３２２と、で磁束の流れ方が異なる。磁路１と磁路２とで、磁束の流れ方が異なる。図７を見ると、同じ磁路ループになる磁路１は、中心軸Ｊ１を中心とする１８０度の位置に現れ、磁路２も、同様に中心軸Ｊ１を中心とする１８０度の位置に現れる。
【００４３】
ロータコア３２の回転時には、各々のステータティース２１２に対してトルクが発生する。このトルクの変動をトルクリップルと呼ぶ。合成したトルクリップルとは、ステータティース２１２それぞれに発生したトルクリップルを合成したものを指す。図７の実施例の場合、同じ磁路ループは、中心軸Ｊ１を中心とする１８０度回転するごとに現れる。同じ磁路ループが、中心軸Ｊ１を中心とする１８０度の位置に現れるため、部分的な磁力の偏りが生じない。一方で、磁路ループの結び方が、全周に亘って異なる場合、部分的に磁力の偏りが生じるため、ラジアル方向の振動が発生する。また、各々のステータティース２１２に発生するトルクリップルが異なるため、合成したトルクリップルも大きくなる。すなわち、磁路ループが、１８０度回転するごとに現れ、互いのトルクリップルが打ち消しあうことによって、ラジアル方向の振動を低減することができる。
【００４４】
また、磁路１と、磁路２とは、中心軸Ｊ１を中心とする９０度ごとに現れている。これは、互いのトルクリップルが打ち消しあう条件のとき、複数の磁路ループが生じていることを意味する。一方で、１つの種類の磁路ループによって、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件がある。しかしながら、この場合では、ステータティース２１２に発生するトルクが大きくなるときもある。その結果、互いのトルクリップルを打ち消しあうときと、互いのトルクリップルを打ち消しあわないときと、ステータティース２１２に生じるトルクの変動幅は、大きくなる。その結果、合成したトルクリップルの脈動が大きくなる。合成したトルクリップルの脈動は、ロータコア３２の回転速度のムラになり、振動及び騒音の原因となる。互いのトルクリップルが打ち消しあう条件のとき、複数の磁路ループが生じるとき、ステータティース２１２に生じるトルクの変動幅は、小さくなる。
【００４５】
合成したトルクリップルを小さくするためには、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件かつ、トルクの変動幅を小さくする条件が必要とある。言い換えれば、合成したトルクリップルを小さくするためには、互いのトルクリップルを打ち消しあうとき、複数の磁路ループが形成される必要がある。その結果、回転時における磁力の偏りによるラジアル方向の振動及び合成したトルクリップルの脈動による振動を低減することができる。
【００４６】
図１０は、ステータティース２１２が１２本、ロータティース３２２が２１本であるときの磁路のループを示した概略図である。このとき、同様の磁路ループの種類は、２種類である。磁路１を実線、磁路２を点線で示している。磁路１は、第１ステータティース２１２１の中央から第１ロータティース３２２１の中央を結んでいる。磁路２は、第１ステータティース２１２１の中央から間隙３２５の中央３２１１を結んでいる。磁路１及び磁路２は、反時計回りに順番に並んでいる。すなわち、磁路１及び磁路２は、中心軸Ｊ１を中心とする１２０度等配で位置している。この場合においても、互いのトルクリップルを打ち消しあう。そのため、全周に亘って、回転磁束の磁力の偏りが生じない。また、複数の磁路ループが生じているため、ステータティース２１２に生じるトルクの変動幅は、小さくなる。
【００４７】
図１１は、ステータティース２１２が１２本、ロータティース３２２が２２本であるときの磁路のループを示した概略図である。このとき、同様の磁路ループの種類は、３種類である。磁路１を実線、磁路２を点線、磁路３を一点鎖線で示している。磁路１は、第１ステータティース２１２１の中央から第１ロータティース３２２１の中央を結んでいる。磁路２は、間隙３２５の中央３２１１から第２ステータティース２１２２の中央を結んでいる。磁路３は、第１ステータティース２１２１の中央から第１ロータティース３２２１の中央からずれた位置を結んでいる。このとき、磁路１、磁路２及び磁路３は、反時計周りに順番に並んでいる。磁路１、磁路２及び磁路３は、中心軸Ｊ１を中心とする１８０度等配で位置している。したがって、回転磁束の磁力の偏りが生じない。したがって、モータの駆動時における振動及び騒音の低減が可能となる。
【００４８】
極対数が２である場合、同じループを結ぶ磁路は、中心軸Ｊ１を中心とする１８０度等配で位置する。極対数が３である場合、同じ磁路を結ぶループの分布は、中心軸Ｊ１を中心とする１２０度等配及び１８０度等配に分けられる。中心軸Ｊ１を中心とする１８０度等配の方が、中心軸Ｊ１を中心とする１２０度等配よりも、トルクの変動幅が小さくなる。これは、互いのトルクリップルを打ち消しあうとき、磁路ループの結び方の種類が３つ分かれているためである。その結果、より振動及び騒音の低減が可能となる。
【００４９】
図１１は、合成したトルクリップルが小さくなるステータティース２１２の数と、ロータティース３２２の数とを表にまとめている。
【００５０】
上述のような、合成したトルクリップルを小さくするために、互いのトルクリップルを打ち消しあう条件かつ、トルクの変動幅を小さくする条件は、以下の関係式のいずれかを満足する。
【００５１】
（ロータティースの数）＝（極対数）×（２ｎ−１）・・・（数式１）
磁極の数が６以上のとき、（ロータティースの数）＝（極対数）×（２ｎ−１）＋１・・・（数式２）
磁極の数が６以上のとき、（ロータティースの数）＝（極対数）×（２ｎ−１）−１・・・（数式３）
ただし、ｎは０を含まない自然数とする。
【００５２】
また、ステータティース２１２の数が多いほど、ステータティース２１２からの漏れ磁束が減少する。そのため、誘起電圧波形の乱れが小さくなり、モータ効率の向上につながる。
【００５３】
本実施形態では、ステータティース２１２が８本であるとき、ロータコア３２のスキューは、０．６〜１．２スキューをとる。すなわち、中心軸Ｊ１とロータティース３２２とがなす角度は、約１５度〜約３１度となることが望ましい。ステータティース２１２が１２本であるとき、ロータコア３２のスキューは、１．２スキューをとる。すなわち、中心軸Ｊ１とロータティース３２２とがなす角度は、約２１度となることが望ましい。ロータコア３２にスキューを設けることにより、ステータティース２１２の高調波による高調波トルクを抑制することができる。したがって、トルクリップルの乱れが小さくなる。そのため、振動、騒音を低減することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
例えば、上記実施形態において、コアバック２１１は円環状であってもよい。この場合においても、コアバック部６２１の最小断面積がティース部６１の最小断面積以上であることにより、磁束の漏れを防止し、モータの動作効率の低下を防止することができる。コア６０の数は１２でもよく、さらに多くてもよい。単相誘導モータの場合、原則として、コア６０の数は４の倍数となる。コア６０の数が８または１２の場合に、外面６５３を略平面とすることにより、磁性板の使用効率が特に向上する。
【００５６】
上記実施形態において、ロータコア３２は、間隙３２５内に導線が巻回される巻線型ロータであってもよい。また、銅もしくは銅合金で形成された導体リング３３が、ダイカストにおけるインサート成型にて一体成型されてもよい。つまり、導体リング３３は、種々の良導体の素材を用いて作る事が出来る。
【００５７】
軸受部４は、玉軸受４１，４２には限定されない。例えば、スリーブ状の軸受部が利用されてもよい。
【００５８】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、様々な用途のモータとして利用することができ、特に、扇風機、空気調和装置、空気清浄機、レンジフード、給湯器、加湿器、または送風機のモータに適している。
【符号の説明】
【００６０】
２        静止部
３        回転部
４        軸受部
２１      ステータ
２１１    コアバック
２１２    ステータティース
２１３    コイル
２１４    主コイル
２１５    補助コイル
２１６    渡り線
２２      ハウジング
２２１    上ハウジング
２２２    下ハウジング
２２１１  第１軸受保持部
２２２１  第２軸受保持部
３１      シャフト
３２      ロータコア
３３      導体リング
３４      導体棒
３２１    バックヨーク
３２２    ロータティース
３２３    ロータアンブレラ部
３２４    ロータスロットオープン
３２５    間隙
４１      第１玉軸受
４２      第２玉軸受
５        インシュレータ
２１２１  第１ステータティース
２１２２  第２ステータティース
３２２１  第１ロータティース
３２２２  第２ロータティース
３２１１  間隙の中央
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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