(57)【要約】【課題】４スロットの固定子に三相巻線を施した三相モータを提供すること。【解決手段】三相モータは、内周部に周方向に等角ピッチで四つのティース１ａ〜１ｄが形成されたステータコア１と、ティース１ｃに巻回された巻数ＮｕのＵ相巻線８と、ティース１ｂに巻回された巻数Ｎｖ１の巻線部分１９−１およびこの巻線部分１９−１と直列に接続されティース１ｄに巻回された巻数Ｎｖ２の巻線部分１９−２とからなるＶ相巻線１９と、ティース１ａに巻回された巻数Ｎｗ１の巻線部分２０−１およびこの巻線部分２０−１と直列に接続されティース１ｄに巻回された巻数Ｎｗ２の巻線部分２０−２とからなるＷ相巻線２０とを備え、Ｎｕ：Ｎｖ１：Ｎｖ２＝Ｎｕ：Ｎｗ１：Ｎｗ２＝２：√３：１を満たす。【選択図】図３
2013162535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子とこの固定子の内部で回転可能に配置された回転子とを備え、三相交流電源に接続されて駆動される三相モータであって、
内周部において周方向に等角ピッチで順に第１〜第４のティースが形成された固定子コアと、
前記第１のティースに第１の巻数で巻回された第１相の巻線と、
前記第２のティースに第２の巻数で巻回された第１の巻線部分およびこの第１の巻線部分に直列に接続され前記第３のティースに第３の巻数で巻回された第２の巻線部分からなる第２相の巻線と、
前記第４のティースに前記第２の巻数で巻回された第３の巻線部分およびこの第３の巻線部分に直列に接続され前記第３のティースに前記第３の巻数で巻回された第４の巻線部分からなる第３相の巻線と、
を備え、
前記第１〜第３の巻数の比は、前記第１の巻数：前記第２の巻数：前記第３の巻数＝２：√３：１を満たすことを特徴とする三相モータ。
【請求項２】
前記第１相〜第３相の巻線の線径は、前記第１相〜第３相の巻線の抵抗値が互いに等しくなるように、それぞれの巻数に応じて調整されていることを特徴とする請求項１に記載の三相モータ。
【請求項３】
前記三相モータは、前記回転子に磁石を備えたＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１または２に記載の三相モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三相モータに関するものであり、特に、モータの巻き線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
換気扇などに用いる小型のモータは単相電源で駆動するものが多く、コンデンサを接続することにより進相電流を容易に作り出せるコンデンサモータが殆どである。
【０００３】
特に小型のモータではコアサイズも小さくなり、多数のスロットを設けることが困難になってくる。そのため、極数をできるだけ減らさずにスロット数を削減する目的で、例えば４スロットのコアで主巻線と補助巻線を形成することができる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３０８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、モータスロット数を少なくして前記のように４スロットの固定子を採用した場合、同じ固定子を使って３の倍数のスロット数を必要とする三相モータ用の巻き線を形成することが困難となる。そのため同サイズで三相モータを設計しようとした場合、固定子はそのスロット数が３の倍数のものを準備する必要があり、単相モータ用固定子と三相モータ用固定子を共通にすることが困難となる。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、４スロットの固定子に三相巻線を施した三相モータ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る三相モータは、固定子とこの固定子の内部で回転可能に配置された回転子とを備え、三相交流電源に接続されて駆動される三相モータであって、内周部において周方向に等角ピッチで順に第１〜第４のティースが形成された固定子コアと、前記第１のティースに第１の巻数で巻回された第１相の巻線と、前記第２のティースに第２の巻数で巻回された第１の巻線部分およびこの第１の巻線部分に直列に接続され前記第３のティースに第３の巻数で巻回された第２の巻線部分からなる第２相の巻線と、前記第４のティースに前記第２の巻数で巻回された第３の巻線部分およびこの第３の巻線部分に直列に接続され前記第３のティースに前記第３の巻数で巻回された第４の巻線部分からなる第３相の巻線と、を備え、前記第１〜第３の巻数の比は、前記第１の巻数：前記第２の巻数：前記第３の巻数＝２：√３：１を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、４スロットの固定子に三相巻線を施した三相モータを得ることができる。すなわち、４スロットしかない固定子をそのまま利用して三相電源用モータの巻き線を施すことができるようになり、単相電源用モータと三相電源用モータとに対して同一の固定子コアを使うことができるので、固定子コアの製造装置も一つでよく同一種類の固定子コアを製造するだけで両方のモータに対応できる。そのため部品在庫を減らすことができ、製造コストを下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、４スロットの固定子の四つのティースにそれぞれ巻線を施したコンデンサ始動の単相モータの結線図である。
【図２】図２は、三つのスロットの固定子の三つのティースに三相巻線を施した三相モータの結線図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る三相モータの構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態の原理を説明するための図であり、詳細には二つのティースを用いて一相の巻線を形成する原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る三相モータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
まず、一般的な単相モータの構成例について説明する。図１は、４スロットの固定子の四つのティースにそれぞれ巻線を施したコンデンサ始動の単相モータの結線図である。図１において、単相モータは、固定子を構成するステータコア（固定子コア）１と、ステータコア１の内部で回転可能に配置されたロータ（回転子）１２と、ステータコア１の内周部において周方向に等角ピッチで形成された四つのティース１ａ〜１ｄに巻回された主巻線２，３および補助巻線４，５とを備えている。また、隣接するティース間にそれぞれスロットが形成されるので、全体で四つのスロットが形成される。
【００１２】
ティース１ａ，１ｂは、ロータ１２を挟んで径方向に互いに対向している。ティース１ａ，１ｂは、それぞれその基部が内径側に延設されている。ティース１ａには主巻線２が巻回され、ティース１ｂには主巻線３が巻回され、主巻線２，３は直列に接続されている。主巻線２の一端は単相交流電源６の一端に接続され、主巻線３の一端は単相交流電源６の他端に接続されている。
【００１３】
ティース１ｃ，１ｄは、ロータ１２を挟んで径方向に互いに対向している。ティース１ｃ，１ｄは、それぞれその基部が内径側に延設されている。また、ティース１ｃ，１ｄは、その対向方向がティース１ａ，１ｂの対向方向と直交している。ティース１ｃには補助巻線４が巻回され、ティース１ｄには補助巻線５が巻回され、補助巻線４，５は直列に接続されている。さらに、補助巻線４，５は始動用の進相コンデンサ７に直列に接続されている。具体的には、補助巻線４の一端は主巻線２の上記一端に接続されて単相交流電源６の上記一端に接続され、補助巻線５の一端は進相コンデンサ７の一端に接続され、進相コンデンサ７の他端が主巻線３の上記一端に接続されて単相交流電源６の上記他端に接続されている。
【００１４】
このように構成された単相モータは、補助巻線４，５を流れる電流を主巻線２，３を流れる電流に対して進相とすることで始動トルクを得るものである。
【００１５】
次に、一般的な三相モータの構成例について説明する。図２は、三つのスロットの固定子の三つのティースに三相巻線を施した三相モータの結線図である。図２において、三相モータは、固定子を構成するステータコア（固定子コア）３０と、ステータコア３０の内部に回転可能に配置されたロータ（回転子）１２と、ステータコア３０の内周部で周方向に等角ピッチで形成された三つのティース３０ａ〜３０ｃに巻回された各相の巻線（Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線９、Ｗ相巻線１０）とを備えている。また、隣接するティース間にそれぞれスロットが形成されるので、全体で三つのスロットが形成される。
【００１６】
ティース３０ａにはＵ相巻線８が巻回され、ティース３０ｂにはＶ相巻線９が巻回され、ティース３０ｃにはＷ相巻線１０が巻回されている。各巻線の一端はそれぞれ三相交流電源１１に接続されている。また、各巻線の他端は互いに結線されている。
【００１７】
次に、本実施の形態に係る三相モータの構成について説明する。図３は、本実施の形態に係る三相モータの構成を示す図である。また、図４は、本実施の形態の原理を説明するための図であり、詳細には二つのティースを用いて一相の巻線を形成する原理を説明するための図である。
【００１８】
図３に示すように、本実施の形態に係る三相モータは、内周部に周方向に等角ピッチで四つのティース１ａ〜１ｄが形成された固定子を構成するステータコア１と、ステータコア１の内部で回転可能に配置されたロータ１２と、ティース１ｃに巻回された巻数ＮｕのＵ相巻線８と、ティース１ｂに巻回された巻数Ｎｖ１の巻線部分１９−１およびこの巻線部分１９−１と直列に接続されティース１ｄに巻回された巻数Ｎｖ２の巻線部分１９−２とからなるＶ相巻線１９と、ティース１ａに巻回された巻数Ｎｗ１の巻線部分２０−１およびこの巻線部分２０−１と直列に接続されティース１ｄに巻回された巻数Ｎｗ２の巻線部分２０−２とからなるＷ相巻線２０とを備えている。Ｖ相巻線１９の一部である巻線部分１９−２とＷ相巻線２０の一部である巻線部分２０−２は、同じティース１ｄに施されている。
【００１９】
ここで、巻数の比は次の関係を満たす。
Ｎｕ：Ｎｖ１：Ｎｖ２＝２：√３：１          ・・・（１）
Ｎｕ：Ｎｗ１：Ｎｗ２＝２：√３：１          ・・・（２）
したがって、Ｎｖ１＝Ｎｗ１，Ｎｖ２＝Ｎｗ２である。
【００２０】
また、Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線１９、及びＷ相巻線２０の各一端は互いに結線され、各他端は図示しない三相交流電源と接続され、三相モータは三相交流電源から交流電力を供給されて駆動する。
【００２１】
このように、本実施の形態では、三相のうちの第１相の巻線は、四つのティース１ａ〜１ｄのうちの一つのみに巻回され、残りの二相のうちの一相である第２相の巻線は、第１相の巻線が巻回されたティース以外の二つの隣り合うティースにそれぞれ第１相の巻線の巻数比と所定の関係を満たす巻数比で巻回された二つの巻線部分からなり、残りの二相のうちの他相である第３相の巻線は、第１相の巻線が巻回されたティース以外の二つの隣り合うティースであって第２相の巻線が巻回されたものとは異なる組合せのものにそれぞれ第１相の巻線の巻数比と所定の関係を満たす巻数比で巻回された二つの巻線部分からなる。そして、巻数比に関する上記所定の関係は、第２相または第３相の巻線のいずれの場合も、その巻線部分のうち第１相の巻線側に配置されたものは第１相の巻線の巻数の√３／２倍の巻数を有し、他の巻線部分は第１相の巻線の巻数の１／２倍の巻数を有するものである。
【００２２】
次に、図４を参照して、本実施の形態の原理について説明する。図４では、図１と同様の４スロットの固定子に三相巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）を施す方法を模式的に示している。Ｕ相巻線８はティース１ｃに巻数Ｎｕで巻回する。Ｖ相巻線１９は、回転軸を中心に９０度の間隔で配置される二つのティース１ｂ，１ｄにそれぞれ巻数Ｎｖ１，Ｎｖ２で巻回を施す。そして、Ｎｕ，Ｎｖ１，Ｎｖ２の巻数比を、上記（１）式を満たすように設定することにより、Ｕ相と同じ電流を流したときにＵ相を基準として１２０度の位置に仮想したコイルに電流を流した場合と同じ磁束をモータギャップに形成することができる。Ｗ相についても同様であり、Ｗ相巻線２０は、回転軸を中心に９０度の間隔で配置される二つのティース１ａ，１ｄにそれぞれ巻数Ｎｗ１，Ｎｗ２で巻回を施す。そして、Ｎｕ，Ｎｗ１，Ｎｗ２の巻数比を、上記（２）式を満たすように設定することにより、Ｕ相と同じ電流を流したときにＵ相を基準として２４０度の位置に仮想したコイルに電流を流した場合と同じ磁束をモータギャップに形成することができる。以上のようにして、４スロットの固定子に対しても、二相の相巻線はそれぞれ特定の２つのティースに巻数を調整して巻線を施すことにより、他の一相と電気的に１２０度ずれた磁束を発生させることができ、三相交流を通電すると平衡な三相磁束が形成されたモータを構成することができる。
【００２３】
このように、本実施の形態では、三相のうちの二相の巻線については二つのティースに直列に巻いた巻線部分の巻数を調整して、仮想されたコイルに巻線を施したのと同様な特性になるように巻線を施すことにより、三相モータと同様な磁束をモータギャップに形成することができる。
【００２４】
本実施の形態によれば、４スロットしかない固定子をそのまま利用して三相電源用モータの巻線を施すことができるようになり、単相電源用モータと三相電源用モータが同一の固定子コアを使うことができるので、固定子コアの製造装置も一つでよく同一種類の固定子コアを製造するだけで両方のモータに対応できる。そのため部品在庫を減らすことができ、製造コストを下げることが可能となる。
【００２５】
本実施の形態は、例えばロータに磁石を備えたＤＣブラシレスモータに適用することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、各相の巻数が異なるので、各相の巻線の抵抗値が同じになるように各相の巻線の線径を調整してすべての相の抵抗値が同じになるようにすることが望ましい。図３の例では、Ｕ相巻線８の巻数はＮｕ、Ｖ相巻線９の巻数は（Ｎｖ１＋Ｎｖ２）、Ｗ相巻線１０の巻数は（Ｎｗ１＋Ｎｗ２）と異なるので、この巻数比に応じてＶ相巻線９とＷ相巻線１０の線径をＵ相巻線８の線径よりも大きくすることにより、各相の巻線の抵抗値を互いに等しくする。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、４スロットの固定子コアに三相巻線を施すことができる巻線方法として有用である。本発明の巻線方法を用いることで、４スロットで構成される単相モータと同じ固定子コアを用いて三相モータを構成することができるので、一つの固定子を標準的に使用でき、単相・三相２種類の固定子を別々にもつこともなく製造コストを削減できる。
【符号の説明】
【００２８】
１，３０  ステータコア
１ａ〜１ｄ，３０ａ〜３０ｃ  ティース
２，３  主巻線
４，５  補助巻線
６  単相交流電源
７  進相コンデンサ
８  Ｕ相巻線
９，１９  Ｖ相巻線
１０，２０  Ｗ相巻線
１１  三相交流電源
１２  ロータ
１９−１，１９−２，２０−１，２０−２  巻線部分
【図１】
2013162535.tif 000003
【図２】
2013162535.tif 000004
【図３】
2013162535.tif 000005
【図４】
2013162535.tif 000006