JP4579170B2 - コンデンサ電動機、検査装置及び換気扇 - Google Patents

Description

この発明は、換気扇等の羽根車駆動に最適なコンデンサ電動機に関し、特に固定子巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の偏心が測定可能とされたコンデンサ電動機、その偏心の測定を行う検査装置、及びその電動機を用いた換気扇に関するものである。

固定子巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の偏心量を測定する場合、従来、固定子の主巻線及び補助巻線の両端に電気的に接続する端子、及び主巻線及び補助巻線の中間点に電気的に接続する端子を電動機の外殻に設けておき、主巻線及び補助巻線の両端と中間点との間の誘起電圧の検出を行い、この誘起電圧に基づいて、回転子の偏心量を測定する提案がされている。

このような構成の電動機及び回転子の偏心量の測定方法においては、固定子と回転子との間の空隙の均一性、つまり固定子に対する回転子の偏心量を容易な方法にて測定することができ、電動機の信頼性を向上させるとともにコストダウンを図ることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、単相交流電力を入力とする単相誘導電動機において、始動時の回転トルクを得るために始動用コンデンサを搭載するものが提案されている。このようなコンデンサ始動方式の電動機は、一般に、始動用コンデンサを直列に接続した始動巻線を利用して起動し、回転数上昇後に遠心スイッチで開放する。しかしながら、比較的小型の所謂コンデンサ電動機と呼ばれる電動機で、運転時にも補助巻線にコンデンサを接続して運転して、遠心スイッチが無く、コンデンサの容量などもそれに適したものにされている電動機もある。

特開２００１−３２０８５０号公報

従来、固定子巻線に発生する誘起電圧に基づいて回転子の偏心が測定可能とされた電動機においては、製品となった場合に必要がない中間点から延びる端子までもが電動機の外殻に設けられていた。そのため、この端子を誤って使用してしまう可能性があるとともに、端子に振れることのないように取り扱いを容易とするには、この端子を収納するための端子箱等を別途設けなければならず、部品点数が増えコストが増加するという課題を有していた。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、固定子に対する回転子の偏心量を容易な方法にて測定することができるとともに、部品点数を増やさずコストが増加することのないコンデンサ電動機、このコンデンサ電動機の検査装置及びこのコンデンサ電動機を用いた換気扇を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この発明に係るコンデンサ電動機は、固定子の主巻線の両端及び中間点から延びる端子と、補助巻線の両端及び中間点から延びる端子とを外郭の外に延出させることにより、主巻線及び補助巻線の両端と中間点との間の誘起電圧の測定を可能としている。また、端子の延出部を覆うように設けられ、始動用コンデンサを含む電気部品を収納するとともに、主巻線の両端から延びる端子及び補助巻線の両端から延びる端子を進入させる端子台を有している。

この発明に係る電動機においては、固定子に対する回転子の偏心量を容易な方法にて測定することができ、始動用コンデンサを含む電気部品を収納するための端子台は、主巻線の両端から延びる端子及び補助巻線の両端から延びる端子を進入させるので、別途端子箱等を設ける必要がなく部品点数が増加しないのでコストが増大することがない。

以下、本発明に係るコンデンサ電動機、検査装置及び換気扇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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の換気扇の横断面図である。図１において、換気扇９０は、例えば屋内と屋外とを隔てる壁部又は天井部等に形成された換気口に取り付けられて屋内空気の換気を行う。換気扇９０は、換気口に取り付けられて内部に通風路（空気流路）９１を形成するケーシング（ベルマウス）９２と、ケーシング９２内に配設されて通風路９１を介して空気を強制的に移動させる送風機９５とを含む。送風機９５は、コンデンサ電動機８０とこのコンデンサ電動機８０の駆動軸８１に取り付けられた羽根車９３とから構成される。

図２はこの発明の実施の形態１のコンデンサ電動機８０の内部構造を示す横断面図である。コンデンサ電動機８０は、電動機本体６０と端子台７０とから構成されている。図３は電動機本体６０と端子台７０とを分割した状態を示す。

電動機本体６０は、中心に駆動軸８１を貫通させる回転子１０と、この回転子１０を貫通させる貫通穴を中央部に有する固定子２０と、これら回転子１０および固定子２０を収納するフロントブラケット８２およびリヤブラケット８３とを有している。このうち、固定子２０は、薄い鋼板が多数積層されてなる固定子鉄心３０と、固定子鉄心３０のティースに巻装された固定子巻線５０とから構成されている。

回転子１０は、２つのベアリングによって、回転可能に支持されている。すなわち、電動機本体６０は、さらにフロントブラケット８２およびリヤブラケット８３の中央部にそれぞれ形成された凹部に外輪が嵌合固定され、内輪が駆動軸８１に嵌合固定されたフロントベアリング８４およびリアベアリング８５を有している。回転子１０の外径と固定子２０の内径との間には微少な間隙が全周にわたって均一となるように形成されている。つまり、回転子１０と固定子２０とは、軸心を一致させて配設されている。

一方、端子台７０においては、樹脂等の絶縁材料にて作製されてリヤブラケット８３の後端部（駆動軸８１の突出する側を前端部とする）を全体にわたって覆うように配設され、内部にコンデンサ７１を始めとする各種電気部品を収納している。

図４は固定子鉄心３０の構造を示す斜視面図である。固定子鉄心３０は、断面略Ｔ字型を成す４個のティース部３１と、外周にて環状を成し内周側に４個のティース部３１の端部が係合する係合部が形成され、４個のティース部３１と物理的及び電気的に結合して外周の磁路を形成するヨーク部３２とから構成されている。ティース部３１とヨーク部３２は、両者ともに薄い鋼板が軸方向（厚さ方向）に多数積層されて作製されている。

図５は固定子鉄心３０の各ティース部３１に巻枠（絶縁体）４０を介して巻線が巻装された中間組立体の斜視図である。図５においては、固定子巻線５０を巻枠（絶縁体）４０に巻装される有効な空間として図中網がけにして示している。つまり、図中網がけした部分は、巻線５０が最大に巻装可能な空間領域を示し、固定子巻線５０は実際にはこの空間領域の内側に巻装されることとなる。図６は主巻線５１と補助巻線５３と回転子１０の電気的な位置関係を模式的に示す回路図である。図２にて説明した固定子巻線５０は、主巻線５１と補助巻線５３とから構成されている。主巻線５１は、さらに２つの巻線に分割されて、図５に示すように対向する２つのティース部３１に第１主巻線５１ａと第２主巻線５１ｂとして巻装されている。また、補助巻線５３も同じように２つの巻線に分割されて、他の対向する２つのティース部３１に第１補助巻線５３ａと第２補助巻線５３ｂとして巻装されている。

巻枠４０に支持されて６本の導電ピン５１−１〜５１−３，５３−１〜５３−３が立設されている。第１主巻線５１ａの巻始め（Ｍ１）が導電ピン５１−１に電気的に接続されており、第１主巻線５１ａの巻終わり、つまり第２主巻線５１ｂの巻始め、すなわち中間点（Ｍ２）が導電ピン５１−２に電気的に接続されており、第２主巻線５１ｂの巻終わり（Ｍ３）が導電ピン５１−３に電気的に接続されている。同じようにして、第１補助巻線５３ａの巻始め（Ｓ１）が導電ピン５３−１に電気的に接続されており、第１補助巻線５３ａの巻終わり、つまり第２補助巻線５３ｂの巻始め、すなわち中間点（Ｓ２）が導電ピン５３−２に電気的に接続されており、第２補助巻線５３ｂの巻終わり（Ｓ３）が導電ピン５３−３に電気的に接続されている。

図７は図５に示した中間組立体の後端部に内部カバーが装着された様子を示す斜視図である。内部カバー４９は、巻枠４０と同じように樹脂にて作製されており、巻枠４０の後端部を覆って、リヤブラケット内部を絶縁している。導電ピン５１−１，５１−３，５３−１，５３−３は、各々内部カバー４９に設けられた円筒状の支持部に支持されて、この支持部の中心部から突出している（図９）。一方、導電ピン５１−２，５３−２は、カバー４９に設けられた円筒状の支持部に支持されて、この支持部の中央凹部内で露呈している（図１０）。内部カバー４９から突出する６本の導電ピン５１−１〜５１−３，５３−１〜５３−３のうち、巻線の両端（Ｍ１，Ｍ３，Ｓ１，Ｓ３）に電気的に接続された導電ピン５１−１，５１−３，５３−１，５３−３は、巻線の中間点（Ｍ２，Ｓ２）に電気的に接続された導電ピン５１−２，５３−２よりも、内部カバー４９からの突出長さが長くされている。

図７に示した中間組立体は、ブラケット８２，８３の内部に収納されて電動機本体６０を構成する。電動機本体６０は後端側においてリヤブラケット８３から６本の導電ピン５１−１〜５１−３，５３−１〜５３−３を突出させている。これらの導電ピンは、円筒状の支持部とともにリヤブラケット８３から突出している（図３）。電動機本体６０はこの状態（端子台７０が取り付けられてない状態）にて、６本の導電ピン５１−１〜５１−３，５３−１〜５３に検査装置１００を接続されて、回転子１０の偏心量を測定される。この様子を図８に示す。回転子１０の偏心量の測定に関しては後述する。電動機本体６０は、回転子１０の偏心量の測定が終了した後、後端部に端子台７０が装着されてコンデンサ電動機８０となる。

図９は導電ピン５１−１が端子台７０の内部に進入する様子を示す部分的な断面図である。図１０は導電ピン５１−２が端子台７０の内部に遮蔽されている様子を示す部分的な断面図である。電動機本体６０の後端部において、導電ピンの延出部である内部カバー４９を全体的に覆うように端子台７０が設けられている（図２）。端子台７０は、始動用コンデンサ７１を含む電気部品を収納している。図９に示すように導電ピン５１−１を始めとする導電ピン５１−３，５３−１，５３−３を進入させるが、図１０に示すように導電ピン５１−２および導電ピン５３−２は進入させない。そして、進入させた導電ピン５１−１，５１−３，５３−１，５３−３については、内部の電気回路に接続させている。導電ピン５１−２および導電ピン５３−２が端子台７０の内部に遮蔽されている理由は、導電ピン５１−１，５１−３，５３−１，５３−３が、始動用コンデンサ７１を含む電気部品及び電気回路に接続されることにより、端子台７０上に突出させることが出来ないためである。

図１１は本実施の形態の電動機本体６０の主巻線５１および補助巻線５３が検査装置１００に接続されている様子を示す回路図である。図１２は図１１に示した検査装置によって駆動されている状態での主巻線５１のコイル間電圧と回転子１０のＸ軸偏心量との関係を示すグラフである。図１３は同じく図１１に示した検査装置によって駆動されている状態での補助巻線５３のコイル間電圧と回転子１０のＹ軸偏心量との関係を示すグラフである。縦軸は主巻線５１及び補助巻線５３のコイル間電圧を示し、横軸は回転子１０のＸ軸偏心量及びＹ軸偏心量を示す。

図１１の電気回路において、スイッチ１０１をオンすると、交流電源１０２から導電ピン５１−１，５１−３を介して主巻線５１に電流が流れ、また交流電源１０２からコンデンサ１０３を通じ導電ピン５３−１，５３−３端子を介して補助巻線５３に電流が流れ、回転子１０が回転する。この電動機の回転状態において、電圧測定器１１０の入力端子１１０ａ，１１０ｂを、電動機本体６０の導電ピン５１−１，５１−２間、導電ピン５１−２，５１−３間に順に接続して、主巻線５１ａの電圧値ＶＭ１−Ｍ２及び主巻線５１ｂの電圧値ＶＭ２−Ｍ３をそれぞれ測定する。

同様に、電圧測定器１１０の入力端子１１０ａ，１１０ｂを、電動機本体６０の導電ピン５３−１，５３−２間、導電ピン５３−２，５３−３間に順に接続して、補助巻線５３ａの電圧値ＶＳ１−Ｓ２及び補助巻線５３ｂの電圧値ＶＳ２−Ｓ３をそれぞれ測定する。回転子１０と固定子２０との軸心が正確に一致していれば、つまり、回転子１０と固定子２０との間の空隙が円周のすべてにおいて一定であれば、測定した電圧値ＶＭ１−Ｍ２とＶＭ２−Ｍ３及び電圧値ＶＳ１−Ｓ２とＶＳ２−Ｓ３は、それぞれ同一の値となる。

しかし、例えば回転子１０の軸心が図５及び図７のＸ＋方向にずれているとすると、Ｘ＋側の空隙が狭く、Ｘ−側の空隙が広くなる。狭い空隙側の主巻線５１ａから発生する磁束は回転子１０へ流れ、回転子１０が近くなることで磁束密度が上昇する。また、反対に広い空隙側の主巻線５１ｂから発生する磁束は回転子１０へ流れ、回転子１０が遠いことから磁束密度が低下する。これにより、主巻線５１ａに発生する電圧値ＶＭ１−Ｍ２は、基準値より大きく、主巻線５３ａに発生する電圧値ＶＭ２−Ｍ３は、基準値より小さくなる。同様にして、回転子１０の軸心が図５及び図７のＹ軸方向にずれているとすると、補助巻線５３ａ，５３ｂの電圧値が変化する。

このように、電動機本体６０を回転子１０の回転状態で、各主巻線５１ａ，５１ｂ及び補助巻線５３ａ，５３ｂの各極の電圧値を測定することで、回転子１０の偏心量を測定することができる。そして、組立工程終了後の中間検査において、回転子１０の偏心量が所定量以上であった場合、次の工程に進むことはなく、手直しされるか或いは廃棄される。

以上のように、本実施の形態のコンデンサ電動機８０においては、始動用コンデンサ７１を含む電気部品を収納する端子台７０を後端部に別体にて設け、この端子台７０は、主巻線５１の両端から延びる端子及び補助巻線５３の両端から延びる端子（導電ピン５１−１，５１−３，５３−１，５３−３を）を進入させるとともに、主巻線５１の中間点から延びる端子及び補助巻線５３の中間点から延びる端子（導電ピン５１−２，５３−２）を遮蔽する。これにより、固定子２０に対する回転子１０の偏心量を容易な方法にて測定することができるとともに、部品点数を増やさずコストが増加することのないコンデンサ電動機とすることができる。

本願発明に係る電動機は、小型の電動機に好適なものであり、特に換気扇に用いられ羽根車を駆動する電動機に適用されて最適なものである。

この発明の実施の形態１の換気扇の横断面図である。 この発明の実施の形態１のコンデンサ電動機の内部構造を示す横断面図である。 コンデンサ電動機を電動機本体と端子台とを分割した状態を示す横断面図である。 固定子鉄心の構造を示す斜視面図である。 固定子鉄心の各ティース部に巻枠（絶縁体）を介して巻線が巻装された中間組立体の斜視図である。 主巻線と補助巻線と回転子の電気的な位置関係を模式的に示す回路図である。 図５に示した中間組立体の後端部に内部カバーが装着された様子を示す斜視図である。 電動機本体に検査装置が接続された状態を示す模式図である。 導電ピンが端子台の内部に進入する様子を示す断面図である。 導電ピンが端子台の内部に遮蔽されている様子を示す断面図である。 本実施の形態の電動機本体の主巻線および補助巻線が検査装置に接続されている様子を示す回路図である。 図１１に示した検査装置によって駆動されている状態での主巻線のコイル間電圧と回転子のＸ軸偏心量との関係を示すグラフである。 図１１に示した検査装置によって駆動されている状態での補助巻線のコイル間電圧と回転子のＹ軸偏心量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 回転子
２０ 固定子
３０ 固定子鉄心
３１ ティース部
３２ ヨーク部
４０ 巻枠（絶縁体）
４９ 内部カバー
５０ 固定子巻線
５１ 主巻線
５１−１，５１−２，５１−３ 導電ピン
５１ａ 第１主巻線
５１ｂ 第２主巻線
５３ 補助巻線
５３−１，５３−２，５３−３ 導電ピン
５３ａ 第１補助巻線
５３ｂ 第２補助巻線
７０ 端子台
７１ 始動用コンデンサ
８０ コンデンサ電動機
８１ 駆動軸
８２ フロントブラケット
８３ リヤブラケット
８４ フロントベアリング
８５ リアベアリング
９０ 換気扇
９１ 通風路
９２ ケーシング
９３ 羽根車
９５ 送風機
１００ 検査装置
１０１ スイッチ
１０２ 交流電源
１０３ コンデンサ
１１０ 電圧測定器

Claims (3)

1. 固定子の主巻線の両端及び中間点から延び外郭の外に出された端子と、補助巻線の両端及び中間点から延び外郭の外に出された端子と、
   前記端子の延出部を覆うように設けられ、始動用コンデンサを含む電気部品を収納するとともに、前記主巻線の両端から延びる端子及び前記補助巻線の両端から延びる端子を進入させる端子台とを有し、
   前記端子台は、前記主巻線の中間点から延びる端子及び前記補助巻線の中間点から延びる端子を遮蔽する
   ことを特徴とするコンデンサ電動機。
2. 請求項１に記載のコンデンサ電動機の検査装置であって、
   前記電動機本体に電気的に接続され、前記主巻線及び前記補助巻線の両端へ電圧の印加をして回転子を回転させるとともに、前記主巻線及び前記補助巻線の両端と中間点との間の誘起電圧の検出を行い該誘起電圧に基づいて前記回転子の偏心量を測定する
   ことを特徴とする検査装置。
3. 通風路を形成するケーシングと、
   請求項１に記載のコンデンサ電動機が駆動軸に羽根車を取り付けられて成り、前記ケーシング内に配設されて、前記通風路を介して空気を移動させる送風機と
   を備えたことを特徴とする換気扇。

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