JP2012249376A - 極数変換形単相誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】
極数変換形単相誘導電動機の起動を容易に行い、運転効率を向上し騒音、振動の少ない極数変換形単相誘導電動機を提供する。
【解決手段】
固定子のスロットには第１の補助巻線郡Ｈ１と第２の補助巻線郡Ｈ２とで構成された補助巻線と、第１の主巻線４Ｐおよび第２の主巻線２Ｐを巻装した極数変換形単相誘導電動機において、前記第１の主巻線４Ｐを使用して起動、運転する場合、前記補助巻線は第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ、１ｂを直列接続させ、第１の補助巻線郡Ｈ１を使用して起動、運転し、前記第２の主巻線２Ｐを使用して起動、運転する場合、前記補助巻線は第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ、２ｂを直列接続し、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ、１ｂを並列接続させ、第２の補助巻線郡Ｈ２と第１の補助巻線郡Ｈ１を直列接続させて起動、運転する極数変換形単相誘導電動機。
【選択図】 図５

Description

本発明は固定子のスロットに巻装された巻線の接続を切換えて極数を変換して運転する極数変換形単相誘導電動機に関する。

従来、極数変換形単相誘導電動機においては、特許文献１（特開昭５９−９２７５１）に示されているように、固定子のスロットに２極用の主巻線と４極用の主巻線が巻装され、２極用の主巻線と４極用の主巻線と電気的位相差が９０°となるように２極と４極とで補助巻線の接続を切り換えた極数変換形単相誘導電動機が記載されている。

特許文献１の極数変換形単相誘導電動機の２極での起動時には、固定子の内径に面したスロットに相対向して巻装された補助巻線の極間部の隣り合うスロットの巻線に流れる電流の向きを同方向となる様に直列接続し、２極として起動、運転することのできる電動機であり、４極での起動時には、固定子の内径に面したスロットに相対向して巻装された補助巻線の極間部の隣り合うスロットの巻線に流れる電流の向きを逆方向となる様に直列接続し、４極として起動、運転することのできる極数変換形単相電動機が記載されている。

特開昭５９−９２７５１号公報

この様な極数変換形単相誘導電動機においては、２極の起動は問題なく起動できるものの４極で起動する際スムーズに起動できない場合がある。これは、図７の破線で示した電動機の起動時のトルク特性における落ち込みがあるためである。図７では、横軸を回転数、縦軸をトルクとして表している。
これは補助巻線の極ピッチが不均等になり４極の補助巻線による起磁力分布に第３高調波成分が含まれることにより電動機の起動時に図７に示しているようにクローリングと呼ばれるトルクの落ち込みが発生する。これにより電動機の起動時間が長くなり、時には起動できない場合が発生する。このように起動時の不具合が頻発することにより電動機の巻線が発熱し焼損事故となることがある。

固定子の歯部と継鉄部により巻線を巻装するスロットを形成し、前記スロットには第１の補助巻線郡と第２の補助巻線郡とで構成された補助巻線と、第１の主巻線および第２の主巻線を巻装した電動機において、
前記電動機は、前記補助巻線と第１の主巻線または第２の主巻線を使用し起動、運転される極数変換形単相誘導電動機において、
前記第１の主巻線を使用し起動、運転する場合、前記補助巻線は第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を直列接続させ、第１の補助巻線郡を使用し起動、運転をし、
前記第２の主巻線を使用し起動、運転する場合、前記補助巻線は第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、前記補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡を直列接続させて起動、運転する極数変換形単相誘導電動機とする。

前記固定子のスロットに巻装した前記第１の主巻線は、４極を形成する主巻線とし、前記第２の主巻線は、２極を形成する主巻線とした極数変換形単相誘導電動機とする。

前記固定子のスロットに巻装した前記補助巻線は、前記固定子のスロットに巻装された前記第１の主巻線および第２の主巻線より前記固定子の内径側に配置させた極数変換形単相誘導電動機とする。

前記固定子のスロットに巻装した前記補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線の線径断面積が、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線の線径断面積の略１／２．５倍以上とした極数変換形単相誘導電動機とする。

前記極数変換形単相誘導電動機の前記第１の主巻線と第１の補助巻線または前記第２の主巻線と第１の補助巻線及び第２の補助巻線のどちらか一方で運転中に他方の運転に切り換える切換え手段を備えた極数変換形単相誘導電動機とする。

本発明の極数変換形単相誘導電動機は、補助巻線と第１の主巻線または第２の主巻線で起動、運転される極数変換形単相誘導電動機において、第１の主巻線を使用し起動、運転する場合、補助巻線は第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を直列接続させ、第１の補助巻線郡を使用し起動、運転し、第２の主巻線を使用し起動、運転する場合、補助巻線は第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡を直列接続させて起動、運転している。これにより、何れの極数においてもスムーズな起動性を得ることができ、電動機効率を向上させた極数変換形単相誘導電動機を得ることができる。

特に、第１の主巻線の極数が４極とし、第２の主巻線の極数を２極とした極数変換形単相誘導電動機において、本発明の極数変換形単相誘導電動機を起動、運転するための補助巻線を、第１の補助巻線郡と第２の補助巻線郡とに分けた場合、第１の主巻線の極数が４極の場合、第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を直列接続し、第１の補助巻線郡を使用して起動、運転し、第２の補助巻線郡は使用しない。また、第２の主巻線の極数が２極の場合、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡とを直列接続し起動、運転させる。

本発明では４極用の補助コイルによる磁極の形成時にイメージポールが形成され起磁力分布に第３高調波成分を少なくすることができるので起動トルクの落ち込みを小さくした、起動性の良い電動機とすることができる。また、電動機の起動時間も短くなるので主及び補助巻線が発熱し焼損事故となることもない。

本発明では、固定子の内径中心を軸中心として点対称として相対向した固定子のスロットに第１の補助巻線郡と第２の補助巻線郡により構成した補助巻線と第１の主巻線と第２の主巻線の３層構造となっており、第１の主巻線または第２の主巻線のいずれかを使用して起動、運転する場合でも１層の補助巻線を共用して用いている。これにより、第１の主巻線及び第２の主巻線を限られた固定子のスロット内に多く巻装することができるので極数変換形単相誘導電動機の電動機効率を向上させることができる。

また、極数変換形単相誘導電動機の起動を２極起動または４極起動を選択的に使用することができるので、２極起動を必要としない場合、４極起動することが可能となり起動時の起動電流を小さくすることができる。これにより、消費電力が少なくて済み、尚且つ、起動電流が小さいことで起動時の音、振動等を低減することができる。また、起動時間も短くなり、繰り返し起動による巻線の温度上昇も低く抑える事ができる。

尚、固定子のスロットに巻装された第１の主巻線と第２の主巻線よりも固定子の内径側に補助巻線を配置することにより、補助巻線として使用する巻線の抵抗値を小さくすることができ、固定子周方向の補助巻線の巻線長を短くすることが可能となり、補助巻線の銅量を低減することができる。

また、補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線の線径断面積が、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線の線径断面積の略１／２．５倍以上としている。
通常、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡とを直列接続した補助巻線により起動、運転し、第２の主巻線を使用し起動、運転する場合、第１の補助巻線郡に流れる電流の電流密度と第２の補助巻線郡に流れる電流の電流密度を略同じ値とすることにより補助巻線の温度上昇を防ぐことができる。

然しながら本発明では、先に述べた様に固定子のスロットに巻装した第１の主巻線と第２の主巻線よりも固定子の内径側に補助巻線を配置させているので補助巻線として使用する巻線の巻線長を短くすることが可能となり補助巻線の銅量を減らすとともに抵抗値を低くすることができる。従って、補助巻線の温度上昇を効果的に抑えることができるので補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線の線径断面積が、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線の線径断面積の略１／２．５倍以上としても補助巻線の温度上昇を防ぐことができる。

本発明の極数変換形単相誘導電動機は、第１の主巻線または第２の主巻線のどちらか一方と補助巻線を使用して起動、運転中に他方の極に切り換える切換え手段を備えた極数変換形単相誘導電動機としている。例えば、エアコンの室外機に用いられる圧縮機に搭載する電動機の場合、第１の主巻線を４極用とし、第２の主巻線を２極用とした場合、急速に冷房運転もしくは暖房運転する場合の高出力高トルクが必要な場合、第２の主巻線と補助巻線の第１の補助巻線郡及び第２の補助巻線群を使用して２極で運転し、ある程度室内が冷房もしくは暖房された後に、第１の主巻線と補助巻線の第１巻線群を使用する４極に切り換えることにより消費電力量の少ないエアコンとすることができる。また、逆に消費電力量が少ない４極で運転している際に、急速に冷房もしくは暖房したい場合、２極に切り換え高出力高トルクで運転することも可能である。尚、本発明の極数変換形単相誘導電動機は、エアコンの室外機の圧縮機に搭載される電動機のみならず、空調機全般に用いることが可能であり、冷蔵庫にも用いることができる。

本実施形態の極数変換形単相誘導電動機の４極の場合の巻線の配置図。 本実施形態の極数変換形単相誘導電動機の２極の場合の巻線の配置図。 本実施形態における第１の主巻線を４極とし、補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を直列接続した極数変換形単相誘導電動機の巻線の配置を模式的に示した結線図。 本実施形態における第２の主巻線を２極とし、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡とを直列接続した極数変換形単相誘導電動機の巻線の配置を模式的に示した結線図。 図１及び図４に示した極数変換形単相誘導電動機の回路図。 本実施形態における巻線の温度上昇特性の比較図。 本実施形態におけるトルク特性の比較図。

本発明の極数変換形単相誘導電動機の実施形態を図面を用いて説明する。
図１及び図２には、本発明の極数変換形単相誘導電動機（以下、極数変換形単相誘導電動機を電動機と称す。）の巻線の配置図を示している。
図１は、本実施形態の電動機の一実施例である。本発明の極数変換形単相誘導電動機の固定子の内径側には、図示されていないが固定子の内径中心を軸中心とした回転子を具備し、電動機の固定子の歯部と継鉄部により形成したスロットに巻線を３層構造に巻装している。固定子のスロットの径方向の最も外径側の外層には第２の主巻線が巻装され、固定子のスロットの中層には第１の主巻線を巻装し、最も内径側の内層には、補助巻線が巻装されている。

第１の主巻線及び第２の主巻線と、補助巻線とは電気的な位相差は９０°となるように固定子１のスロットに配置している。本実施形態では、第１の主巻線４Ｐは４極を形成する主巻線とし、第２の主巻線２Ｐは２極を形成する主巻線として代表的な巻線仕様で説明する。この第１の主巻線４Ｐと第２の主巻線２Ｐの配置に対して、補助巻線は電気的に９０°位相差を設け配置されている。

図１の電動機は、固定子１のスロットの最も内径側の内層に巻装した補助巻線の実線で示した第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと、固定子１のスロットの中層に巻装した第１の主巻線４Ｐの４極で起動、運転する電動機としている。この場合、固定子１のスロットの外層に巻装した第２の主巻線２Ｐ及び、破線で示した第２の補助巻線Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂは使用していない。

また、図２の電動機は、固定子１のスロットの最も内径側の内層に巻装した補助巻線の実線で示した第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと、破線で示した第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂの両方と、固定子１のスロットの外層に巻装した第２の主巻線２Ｐの２極で起動、運転する電動機としている。この場合、固定子１のスロットの中層に巻装した第１の主巻線４Ｐは使用していない。

尚、本実施形態における極数変換形単相誘導電動機の固定子１の各相との相間絶縁２は、外層の第２の主巻線２Ｐと中層の第１の主巻線４Ｐとの間に装着し、中層の第１の主巻線４Ｐと内層の補助巻線との間に装着しているが、外層の第１の主巻線２Ｐと中層の第２の主巻線４Ｐとの間に装着する相間絶縁２は、第２の主巻線２Ｐと第１の主巻線４Ｐが同時に通電されることがないので装着しなくてもよい。尚、図１及び図２の図中に示した相間絶縁２の黒丸部分は、固定子１の軸方向両側から巻線３が飛び出た部分を絶縁するための帯状絶縁部を繋ぐ固定子１のスロット内を挿通する絶縁脚部を装着する箇所を示している。

図３には、本実施形態における電動機の巻線３の配置を水平展開して模式的に示した結線図を示している。図３中の示した番号は、図１の固定子１の内径に示したスロット番号に対応している。本実施形態における４極を形成する場合の巻線３に電流が流れる方向を説明する。

本実施形態の固定子１の最も内径側の内層に第１の主巻線４Ｐ及び第２の主巻線２Ｐと電気的に位相差が９０°ずれた位置に補助巻線を巻装している。本実施形態における補助巻線は第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂで構成されている。第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂは、第１の主巻線４Ｐの４極で起動、運転させるための補助巻線としている。本実施形態では第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂの固定子１のスロット番号ＮＯ．１６のＹ４（補）の巻線端部から電流を流した場合、ＮＯ．２１、ＮＯ．１５順に電流が流れ第１の補助巻線１ｂの巻線端部のＮＯ．２２に電流が流れる。

次に、第１の補助巻線１ｂのスロット番号ＮＯ．２２に流れる電流は、引出線などにより第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａの固定子１のスロット番号ＮＯ．４から引出された引出線に直列に接続し電流が流されている。第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａの固定子１のスロット番号ＮＯ．４に流れる電流は、スロット番号ＮＯ．９、ＮＯ．３の順に電流が流れ第１の補助巻線１ａの巻線端部のＮＯ．１０に電流が流れる。スロット番号ＮＯ．１０から引出した巻線端部は第１の補助巻線郡１ａの巻線端部Ｘ４（共）として引出されている。

これにより、固定子１のスロットに巻装した第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａのスロット番号ＮＯ．４〜ＮＯ．９の間に極が形成され、同様に第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂのスロット番号ＮＯ．１６〜ＮＯ．２１の間に極が形成される。そして、本実施形態のように固定子１のスロットに巻装した第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂに電流を流すことにより、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂとの間、スロット番号ＮＯ．１０〜ＮＯ．１５とＮＯ．２２〜ＮＯ．３との間にイメージポールを形成することができる。次に、固定子１の中層に４極を形成する第１の主巻線４Ｐが巻装された固定子１のスロット番号ＮＯ．２のＵ４（共）から電流を流し、ＮＯ．５、ＮＯ．１、ＮＯ．６の順に流れ、次にＮＯ．６から引出された巻線端部が、スロット番号ＮＯ．１１に渡り、ＮＯ．８、ＮＯ．１２、ＮＯ．７の順に電流が流れ、次にＮＯ．７から引出された巻線端部は、スロット番号ＮＯ．１４に渡り、ＮＯ．１７、ＮＯ．１３、ＮＯ．１８の順に電流が流れ、次にＮＯ．１８から引出した巻線端部は、スロット番号ＮＯ．２３に渡り、ＮＯ．２０、ＮＯ．２４、ＮＯ．１９の順に電流が流れ、ＮＯ．１９から引出した巻線端部には、第１の主巻線４Ｐの巻線端部Ｖ４（主）として電流が流れる。これにより、４極の均等な極ピッチの磁界を形成することができのでスムーズな４極の起動性を得ることができる。

より詳しくは、補助コイルの起磁力分布に第３高調波成分を少なくすることができ起動トルクの落ち込みを小さくした起動性の良い電動機とすることができる。また、電動機の起動時間も短くなるので巻線が発熱し焼損事故となることもない。具体的には、図７に示したグラフのトルク特性に示した破線の補助コイルの第３高調波成分に起因するトルク特性が、実線で示したトルク特性となり改善される。
尚、この場合、固定子１のスロットに巻装された補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂは、補助巻線の第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂには接続されておらず使用されていない。

また、図４に本実施形態における２極を形成する場合の巻線に電流が流れる方向を説明する。図３と同様に本実施形態における電動機の巻線３の配置を水平展開して模式的に示した結線図を示している。図４中のスロット番号は、図２と同様に固定子内径に示したスロット番号に対応している。

本実施形態の固定子１の補助巻線は、図１及び図３で示した４極の巻線仕様と兼用の補助巻線としている。固定子１の最も内径側の内層に第１の主巻線４Ｐ及び第２の主巻線２Ｐと電気的に位相差が９０°ずれた位置に補助巻線を巻装している。２極を形成する補助巻線は第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂの両方を使用する。

２極を形成する補助巻線は、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂを直列に接続（巻線）し、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂを並列接続させ、第２の補助巻線郡Ｈ２と第１の補助巻線郡Ｈ１を直列接続して、第２の主巻線２Ｐを２極で起動、運転するための補助巻線としている。尚、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂを直列に接続する場合、補助巻線２ａと補助巻線２ｂを接続しても良く、そのまま接続するのではなく補助巻線２ａ及び補助巻線２ｂの巻線を渡らす渡り線で構成しても良い。

具体的には、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａは、固定子１のスロット番号ＮＯ．２のＹ２（補）の巻線端部から電流を流す場合、ＮＯ．１１、ＮＯ．１の順に電流が流れ第２の補助巻線２ａの巻線端部のＮＯ．１２に電流が流れる。
次に、第２の補助巻線２ａのスロット番号ＮＯ．１２に流れる電流は、ＮＯ．１２から引出された巻線端部の渡り線により第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ｂの固定子１のスロット番号ＮＯ．２３に渡り、ＮＯ．１４、ＮＯ．２４、ＮＯ．１３の順に電流が流れ、ＮＯ．１３から引出した巻線端部が第２の補助巻線２ｂの巻線端部として引出される。

そして、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ｂから引出された巻線端部は、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａの固定子１のスロット番号ＮＯ．４から引出した巻線端部と、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂの固定子１のスロット番号ＮＯ．２２から引出した巻線端部とを接続し電流を流している。第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａは、固定子１のスロット番号ＮＯ．４から電流が流れ、ＮＯ．９、ＮＯ．３、ＮＯ．１０の順に電流が流れ、ＮＯ．１０から引出された巻線端部をＸ２（共１）として引出されている。また、同様に第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂは、固定子１のスロット番号ＮＯ．２２から電流が流れ、ＮＯ．１５、ＮＯ．２１、ＮＯ．１６の順に電流が流れ、ＮＯ．１６から引出された巻線端部をＸ２（共２）として引出されている。尚、ＮＯ．１６から引出された巻線端部をＸ２（共２）は、４極を形成する場合、補助巻線の引出し線Ｙ４（補）として用いている。

尚、この場合、補助巻線の第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂと、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂの各々の補助巻線郡Ｈ１及びＨ２の全てを使用することになる。

次に、固定子１の外層に２極を形成する第２の主巻線２Ｐの固定子１のスロット番号ＮＯ．１１のＵ２（共）から電流を流し、ＮＯ．１４、ＮＯ．１０、ＮＯ．１５、ＮＯ．９、ＮＯ．１６、ＮＯ．８、ＮＯ．１７、ＮＯ．７、ＮＯ．１８の順に電流が流れ、次にＮＯ．１８から引出された巻線端部の渡り線は、スロット番号ＮＯ．２に渡り、ＮＯ．２３、ＮＯ．３、ＮＯ．２２、ＮＯ．４、ＮＯ．２１、ＮＯ．５、ＮＯ．２０、ＮＯ．６、ＮＯ．１９の順に電流が流れ、ＮＯ．１９から引出した巻線端部には、第２の主巻線２Ｐの巻線端部Ｖ２（主）として電流が流れている。

これにより、固定子１の内層に１層で構成された補助巻線の第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂの内、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂの補助巻線を使用して４極用として起動、運転することができ、また、固定子１の内層に１層で構成された補助巻線の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂの全ての補助巻線を使用して２極用として起動、運転することができ容易に極数を選択的に選ぶことができる。

また、本実施形態によれば固定子１の外層に２極で起動、運転するための第２の主巻線２Ｐを配置し、中層に４極で起動、運転するための第１の主巻線４Ｐを配置し、内層に２極または４極で起動、運転するための補助巻線を別々に設けることなく共用の補助巻線として１層のみで構成しているので、２極運転する第２の主巻線２Ｐおよび４極運転する第１の主巻線４Ｐの線径もしくは巻き回数を増やし電動機の効率を向上させることができる。

また、本実施形態の電動機として４極で起動、運転する場合は、第１の主巻線と補助巻線の第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂを使用して起動、運転するので問題はないが、２極で起動する場合、補助巻線の第２補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂを直列に巻装し、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂを並列接続しているため、第２の補助巻き線郡Ｈ２と第１の補助巻線郡Ｈ１とを直列接続する際、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する巻線の線径断面積と第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する線径断面積の違いによる電流密度の差により温度上昇が問題となる。

本実施形態の２極で起動、運転する場合、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂは、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂの並列回路と、直列に接続されることになるので第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａもしくは２ｂとして巻かれた巻線の線径断面積を、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ＋１ｂとすることが望ましい（２ａ≒２ｂ≒１ａ＋１ｂ）。通常、第１の補助巻線Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａと１ｂは同じ線径で巻かれることが多いため巻線の線径断面積は、第２の補助巻線２ａもしくは２ｂの略１／２倍とすることが好ましい。

しかしながら、本実施形態における固定子１のスロットに巻装された巻線３の配置は、外層に２極で運転するための第２の主巻線２Ｐを配置し、中層に４極で運転するための第１の主巻線４Ｐを配置し、固定子１の最内径側の内層に２極または４極で起動、運転するための共用の補助巻線が１層のみ配置されている。これにより、２極または４極で起動、運転するための補助巻線を最内径側としているので固定子１のスロットに巻装される巻線自体の周長を最小とすることができ銅量、抵抗値を低減することができる。また、固定子１の最内径側に補助巻線を配置させることにより固定子１の内径側で回転子が回転駆動することにより補助巻線が冷却され巻線が温度上昇するのを抑制している。従って、第１の補助巻線１ａ及び１ｂの線径断面積が、第２の補助巻線２ａ及び２ｂの線径断面積の略１／２．５倍以上としても第２の補助巻線２ａ及び２ｂと第１の補助巻線１ａ及び１ｂの線径断面積（電流密度）の違いにより発生する巻線の温度上昇を抑制することができる。

図６には、本実施形態の補助巻線を固定子１のスロットの最外径側の外層に配置した場合と、最内径側の内層に配置した場合の補助巻線の温度上昇の違いを示している。これからも解る様に固定子１のスロットに巻装される巻線自体の巻線長を最小とすることにより銅量、抵抗値が低減でき温度上昇を防ぐことができている。

尚、本実施形態における２極と４極での極数変換形単相誘導電動機の結線図を図４に示す。図５に示しているように固定子１の内層の補助巻線を２極または４極を１層で共用している。４極で起動、運転する場合は、補助巻線の第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂによって構成される磁極の他に、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂ間の磁極間にイメージポールが形成され、均等な磁極ピッチとすることができスムーズに４極を起動、運転することができる。また、２極で起動、運転する場合は、第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂを直列に巻装し、第１の補助巻線１ａ及び１ｂを並列接続し、第２の補助巻線郡Ｈ２と第１の補助巻線郡Ｈ１を直列に接続している。

そして、２極を構成する第２の主巻線２Ｐと４極を構成する第１の主巻線４Ｐが前記第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂと第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ及び２ｂの組合せにより起動、運転することができ、電動機が運転途中に極数を２極から４極もしくは、４極から２極へとスムーズに切り換えられる極数変換形単相誘導電動機としている。

図５の結線図では、４極で起動、運転する場合、リレー接点Ｓ２、Ｓ４がＯＮとなり、リレー接点Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５がＯＦＦとなっている。これにより、補助巻線の第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ｂ、１ａの順に電流が流れ４極が形成され、第１の主巻線４Ｐにより起動、運転することができる。

また、２極で起動、運転する場合、リレー接点Ｓ２、Ｓ４がＯＦＦとなり、リレー接点Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５がＯＮとなっている。これにより、補助巻線の第２の補助巻線郡Ｈ２を構成する第２の補助巻線２ａ、２ｂが直列に接続され、第２の補助巻線２ａ、２ｂの順に電流が流れて、第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂが並列に接続され、第２の補助巻線郡Ｈ２と第１の補助巻線郡Ｈ１とを直列接続することにより第１の補助巻線郡Ｈ１を構成する第１の補助巻線１ａ及び１ｂに電流が流れ２極が形成され、第２の主巻線２Ｐにより起動、運転することができる。これにより、単相誘導電動機における２極と４極の切換えが容易に行うことができ何れの極数においてもスムーズな起動性を得ることができる。また、運転時の極数変換における失速もなく、電動機効率を向上させた極数変換形単相誘導電動機を得ることができる。

図５のように電動機が運転中の極数の切り換え手段を用いることにより、例えば、冷蔵庫やエアコン等の駆動源として圧縮機に搭載する電動機に用いることができる。冷蔵庫に用いる場合の急速冷凍は高トルク・高出力の運転が必要になるので２極で運転し、冷蔵庫内の温度が安定した場合２極から４極に切り換え、低トルク・低出力の運転に切り替えることで消費電力を削減することができる。また、冷蔵庫の扉の開閉時に冷蔵庫内の温度が上昇した場合、急速冷凍が必要になるので４極から２極に切り換えることにより急速冷凍が可能となる。

同様にエアコンに用いる場合の急速冷房、急速暖房は高トルク・高出力での運転が必要になるので２極で運転し、室内の温度が安定した場合２極から４極に切り換え、低トルク・低出力の運転に切り替えることで消費電力を削減することができる。また、室内の扉の開閉時に室内の温度が上昇、降下した場合、急速冷房、急速暖房が必要になるので４極から２極に切り換えることにより急速冷房、急速暖房が可能となる。

１・・・固定子
２・・・相間絶縁
３・・・巻線
４Ｐ・・・第１の主巻線
２Ｐ・・・第２の主巻線
１ａ、１ｂ・・・第１の補助巻線
２ａ、２ｂ・・・第２の補助巻線
Ｈ１・・・第１の補助巻線郡
Ｈ２・・・第２の補助巻線郡
Ｖ２（主）、Ｕ２（共）・・・２極の主巻線端部
Ｖ４（主）、Ｕ４（共）・・・４極の主巻線端部
Ｙ２（補）、Ｘ２（共１）、Ｘ２（共２）・・・２極の補助巻線
Ｙ４（補）、Ｘ４（共）・・・４極の補助巻線
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５・・・リレー接点
ＣＲ・・・コンデンサー

Claims (5)

1. 固定子の歯部と継鉄部により巻線を巻装するスロットを形成し、前記スロットには第１の補助巻線郡と第２の補助巻線郡とで構成された補助巻線と、第１の主巻線および第２の主巻線を巻装した電動機において、
   前記電動機は、前記補助巻線と第１の主巻線または第２の主巻線を使用し起動、運転される極数変換形単相誘導電動機において、
   前記第１の主巻線を使用し起動、運転する場合、前記補助巻線は第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を直列接続させ、第１の補助巻線郡を使用し起動、運転をし、
   前記第２の主巻線を使用し起動、運転する場合、前記補助巻線は第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線を直列接続し、前記補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線を並列接続させ、第２の補助巻線郡と第１の補助巻線郡を直列接続させて起動、運転することを特徴とする極数変換形単相誘導電動機。
2. 前記固定子のスロットに巻装した前記第１の主巻線は、４極を形成する主巻線とし、前記第２の主巻線は、２極を形成する主巻線としたことを特徴とする請求項１項記載の極数変換形単相誘導電動機。
3. 前記固定子のスロットに巻装した前記補助巻線は、前記固定子のスロットに巻装された前記第１の主巻線および第２の主巻線より前記固定子の内径側に配置させたことを特徴とする請求項１項または請求項２項記載の極数変換形単相誘導電動機。
4. 前記固定子のスロットに巻装した前記補助巻線の第１の補助巻線郡を構成する第１の補助巻線の線径断面積が、第２の補助巻線郡を構成する第２の補助巻線の線径断面積の略１／２．５倍以上あることを特徴とする請求項１項及至請求項３項いずれかに記載の極数変換形単相誘導電動機。
5. 前記極数変換形単相誘導電動機の前記第１の主巻線と第１の補助巻線または前記第２の主巻線と第１の補助巻線及び第２の補助巻線のどちらか一方で運転中に、他方の運転に切り換える切換え手段を備えた請求項１項及至請求項４項いずれかに記載の極数変換形単相誘導電動機。

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