JP2002247816A - 誘導始動同期電動機 - Google Patents

誘導始動同期電動機

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JP2002247816A
JP2002247816A JP2001043492A JP2001043492A JP2002247816A JP 2002247816 A JP2002247816 A JP 2002247816A JP 2001043492 A JP2001043492 A JP 2001043492A JP 2001043492 A JP2001043492 A JP 2001043492A JP 2002247816 A JP2002247816 A JP 2002247816A
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induction
armature winding
armature
electric resistance
synchronous motor
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Satoru Fujimura
哲 藤村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、誘導始動時のゲルゲス現象を緩和
し、加速できる負荷トルクを大きくすることを目的とす
るものである。 【解決手段】 毎極毎相3スロットのうちの1スロット
の電機子巻線13bの断面積を、他のスロットの電機子
巻線13aよりも大きくすることにより、電機子巻線1
3a,13b全体の電気抵抗値を、ロータの外径寸法及
び軸方向寸法が同一で同期出力が等しい誘導電動機にお
ける電機子巻線の電気抵抗値よりも小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、誘導トルクを利
用することにより自己始動可能な誘導始動同期電動機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば特開平11−146615
号公報に示された従来の誘導始動同期電動機を示す正面
図である。図において、ロータ1は、回転可能なロータ
軸2と、このロータ軸2に固定され、ロータ軸2と一体
に回転されるロータコア3と、ロータ軸2と平行に延
び、ロータコア3の外周部を貫通している複数本の棒状
導体4と、ロータコア3の軸方向の両端面に接合されて
いる一対の短絡環5とを有している。
【0003】ロータコア3は、多数枚のロータコアシー
ト6をロータ軸2の軸方向に積層することにより構成さ
れている。ロータコアシート6には、磁気的突極性を持
たせるための複数のスリット6aが設けられている。棒
状導体4の両端部は、短絡環5にそれぞれ電気的に接続
されている。そして、棒状導体4と一対の短絡環5とに
より、かご形二次導体7が構成されている。
【0004】ロータ1は、ステータ8により囲繞されて
いる。ステータ8は、複数のスロット9aが形成されて
いるステータコア9と、スロット9aに挿入された電機
子巻線(図示せず)とを有している。
【0005】次に、動作について説明する。ステータ8
の電機子巻線に三相交流電流が流されると、電磁誘導に
よる誘起起電力がかご形二次導体7に生じる。そして、
その起電力により棒状導体22に流れる渦電流と回転磁
界とによる電磁力により、ロータ1の回転が開始され
る。この後、ロータ1の回転数が上昇し、同期電動機本
体の同期速度に達すると、以後は、同期電動機の発生す
るトルクによって同期速度で回転する定常状態が継続さ
れる。
【0006】上記のような従来の誘導始動同期電動機
は、従来の誘導電動機と同様に、二次導体を用いて自己
始動を行うので、誘導電動機と同じフレームサイズのも
のであれば、誘導電動機と同じステータを利用すること
ができる。このとき、ロータ1は、図4に示すように構
成されているので、二次側のインピーダンスが各相に対
して対称な誘導電動機とは異なり、二次側のインピーダ
ンスが各相に対して異なっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の誘導始動同期電動機においては、ロータ1の二
次側のインピーダンスが各相に対して異なるため、誘導
始動時に逆相電流が流れ、ゲルゲス現象と呼ばれる現象
が生じる。即ち、図5に示すように、トルク−速度曲線
における同期速度の1/2の部分に大きな陥没を生じ
る。
【0008】図5における「すべり」とは、(同期回転
数−実際の回転数)/同期回転数であり、すべり=1の
ときロータ1は停止状態である。また、ロータ1が電機
子巻線による回転磁界に完全に同期して回転していると
き、すべり=0となる。図5の曲線は、無負荷の状態で
の測定結果であり、実際には破線のような負荷トルクが
かかることになる。従って、ゲルゲス現象による誘導ト
ルクの落ち込みが大きいと、誘導トルクが負荷トルクよ
り小さくなり、加速不能になるという問題点があった。
【0009】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、誘導始動時の
ゲルゲス現象を緩和し、加速できる負荷トルクを大きく
することができる誘導始動同期電動機を得ることを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る誘
導始動同期電動機は、回転可能なロータコアと、このロ
ータコアに設けられている二次導体とを有するロータ、
及びロータを囲繞するステータコアと、このコアに装着
されている電機子巻線とを有するステータを備え、二次
側の各相インピーダンスが異なるものにおいて、電機子
巻線の電気抵抗値は、ロータの外径寸法及び軸方向寸法
が同一で同期出力が等しい誘導電動機における電機子巻
線の電気抵抗値よりも小さくなっているものである。
【0011】請求項2の発明に係る誘導始動同期電動機
は、電機子巻線の断面積を大きくすることにより、電機
子巻線の電気抵抗値を小さくしたものである。
【0012】請求項3の発明に係る誘導始動同期電動機
は、電機子巻線が挿入される複数のスロットをステータ
コアに設け、毎極毎相の電機子巻線のうち1つの電機子
巻線の断面積を大きくするとともに、断面積が大きくさ
れた電機子巻線に対応するスロットの深さを他のスロッ
トよりも深くしたものである。
【0013】請求項4の発明に係る誘導始動同期電動機
は、電機子巻線の材料を変えることにより、電機子巻線
の電気抵抗値を小さくしたものである。
【0014】請求項5の発明に係る誘導始動同期電動機
は、電機子巻線の巻き数を少なくすることにより、電機
子巻線の電気抵抗値を小さくしたものである。
【0015】請求項6の発明に係る誘導始動同期電動機
は、毎極毎相の電機子巻線のうち1つの電機子巻線につ
いて、電気抵抗値を小さくしたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による誘
導始動同期電動機のステータの断面図であり、リラクタ
ンスモータが用いられている。また、組み合わされるロ
ータの構成は、図4に示した従来例と同様である。図に
おいて、ステータ11は、複数のスロット12a,12
bが形成されているステータコア12と、スロット12
a,12bに挿入された電機子巻線13a,13bとを
有している。電機子巻線13a,13bには、三相交流
電流が供給される。
【0017】図1に示した例は、4極36スロットのス
テータ11であり、三相交流電流が供給されたときの毎
極毎相、即ち1極における1相当たりのスロット数は、
36/4/3=3スロットとなる。具体的には、互いに
隣接する3つのスロット12a,12b内の電機子巻線
13a,13bにU相、その隣の3つのスロット12
a,12b内の電機子巻線13a,13bにV相、さら
にその隣の3つのスロット12a,12b内の電機子巻
線13a,13bにW相の電流が流される。
【0018】実施の形態1では、毎極毎相3スロットの
うちの1スロット、即ちスロット12bに挿入される電
機子巻線13bの断面積が、他の電機子巻線13aの断
面積よりも大きくされている。これに伴って、スロット
12bの深さは、スロット12aよりも深くされてい
る。
【0019】このように、一部の電機子巻線13bの断
面積を大きくすることにより、ロータの外径寸法及び軸
方向寸法が同一で同期出力(同期ワット)が等しい(フ
レームサイズの等しい)誘導電動機における電機子巻線
に対して、電機子巻線13a,13b全体としての電気
抵抗値が小さくされている。
【0020】ここで、二次側のインピーダンスが異なる
例として、二次側の1線が断線した場合を考えると、そ
のときのすべりをs、一次電流値をI1、一次抵抗値を
1、二次抵抗値をR2とすると、正相分トルクTf及び
逆相分トルクTbは、次式で表される。即ち、Tf=
[(2R2/s)−{2R1/(1−2s)}]I1 2、T
b={R1/(1−2s)}]I1 2となる。
【0021】上記の式から分かるように、一次抵抗値R
1が小さくなれば、正相トルクTfが増加し、逆送トル
クTbが低減される。従って、電機子巻線13a,13
b全体としての電気抵抗値を小さくすることにより、誘
導始動時のゲルゲス現象を緩和し(図5における誘導ト
ルクの落ち込みを小さく抑え)、加速できる負荷トルク
を大きくすることができる。
【0022】また、実施の形態1では、電機子巻線13
bの断面積を大きくすることで、電機子巻線13a,1
3b全体の電気抵抗値を小さくしたので、簡単で安価な
構成により、ゲルゲス現象を緩和することができる。さ
らに、実施の形態1では、毎極毎相3スロットのうちの
1スロットのみの電機子巻線13bの断面積を大きくし
たので、簡単な構成により、ゲルゲス現象を効率よく緩
和することができる。
【0023】実施の形態2.次に、図2はこの発明の実
施の形態2による誘導始動同期電動機のステータの断面
図であり、組み合わされるロータの構成は、図4に示し
た従来例と同様である。図において、ステータ21は、
複数のスロット22aが形成されているステータコア2
2と、スロット22aに挿入された電機子巻線23a,
23bとを有している。電機子巻線23a,23bに
は、三相交流電流が供給される。
【0024】図2に示した例は、4極36スロットのス
テータ21であり、三相交流電流が供給されたときの毎
極毎相、即ち1極における1相当たりのスロット数は、
36/4/3=3スロットとなる。具体的には、互いに
隣接する3つのスロット22a内の電機子巻線23a,
23bにU相、その隣の3つのスロット22a内の電機
子巻線23a,23bにV相、さらにその隣の3つのス
ロット22a内の電機子巻線23a,23bにW相の電
流が流される。
【0025】実施の形態2では、毎極毎相3スロットの
うちの1スロットに挿入される電機子巻線23bの材料
が他の電機子巻線23aの材料と異なっている。即ち、
電機子巻線23bは、電機子巻線23aよりも電気抵抗
の小さい材料により構成されている。例えば、電機子巻
線23aを銅で構成した場合、電機子巻線23bは銀等
により構成される。
【0026】このように、一部の電機子巻線23bの材
料を変えることにより、ロータの外径寸法及び軸方向寸
法が同一で同期出力(同期ワット)が等しい(フレーム
サイズの等しい)誘導電動機における電機子巻線に対し
て、電機子巻線23a,23b全体としての電気抵抗値
が小さくされている。従って、誘導始動時のゲルゲス現
象を緩和し、加速できる負荷トルクを大きくすることが
できる。
【0027】また、実施の形態2では、電機子巻線23
bの材料を変えることで、電機子巻線23a,23b全
体の電気抵抗値を小さくしたので、ステータコア22側
に変更を加える必要がなく、簡単な構成により、ゲルゲ
ス現象を緩和することができる。さらに、実施の形態2
では、毎極毎相3スロットのうちの1スロットのみの電
機子巻線23bの材料を変更したので、高価な低抵抗材
料の使用量を少なく抑えることができ、ゲルゲス現象を
効率よく緩和することができる。
【0028】実施の形態3.次に、図3はこの発明の実
施の形態2による誘導始動同期電動機のステータの断面
図である。この例では、電機子巻線13bの巻き数が、
他の電機子巻線13aの巻き数よりも大きくされてい
る。他の構成は、実施の形態1と同様である。
【0029】このように、一部の電機子巻線13bの巻
き数を少なくすることにより、ロータの外径寸法及び軸
方向寸法が同一で同期出力(同期ワット)が等しい(フ
レームサイズの等しい)誘導電動機における電機子巻線
に対して、電機子巻線13a,13b全体としての電気
抵抗値が小さくされている。従って、誘導始動時のゲル
ゲス現象を緩和し、加速できる負荷トルクを大きくする
ことができる。
【0030】また、実施の形態3では、電機子巻線13
bの巻き数を少なくすることで、電機子巻線13a,1
3b全体の電気抵抗値を小さくしたので、簡単で安価な
構成により、ゲルゲス現象を緩和することができる。さ
らに、実施の形態3では、毎極毎相3スロットのうちの
1スロットのみの電機子巻線13bの巻き数を少なくし
たので、簡単な構成により、ゲルゲス現象を効率よく緩
和することができる。
【0031】さらにまた、実施の形態3では、電機子巻
線13bの断面積を大きくしつつ巻き数を少なくしたの
で、電気抵抗値を効果的に小さくすることができる。
【0032】なお、実施の形態1〜3では、毎極毎相3
スロットのうちの1スロットのみの電機子巻線13b,
23bについて、電気抵抗値を小さくしたが、2スロッ
ト又は全てのスロットの電機子巻線について、電気抵抗
値を小さくしてもよい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明の
誘導始動同期電動機は、電機子巻線の電気抵抗値を、ロ
ータの外径寸法及び軸方向寸法が同一で同期出力が等し
い誘導電動機における電機子巻線の電気抵抗値よりも小
さくしたので、誘導始動時のゲルゲス現象を緩和し、加
速できる負荷トルクを大きくすることができる。
【0034】請求項2の発明の誘導始動同期電動機は、
電機子巻線の断面積を大きくすることにより、電機子巻
線の電気抵抗値を小さくしたので、簡単で安価な構成に
より、ゲルゲス現象を緩和することができる。
【0035】請求項3の発明の誘導始動同期電動機は、
毎極毎相の電機子巻線のうち1つの電機子巻線の断面積
を大きくするとともに、断面積が大きくされた電機子巻
線に対応するスロットの深さを他のスロットよりも深く
したので、簡単な構成により、ゲルゲス現象を効率よく
緩和することができる。
【0036】請求項4の発明の誘導始動同期電動機は、
電機子巻線の材料を変えることにより、電機子巻線の電
気抵抗値を小さくしたので、ステータコア側に変更を加
える必要がなく、簡単な構成により、ゲルゲス現象を緩
和することができる。
【0037】請求項5の発明の誘導始動同期電動機は、
電機子巻線の巻き数を少なくすることにより、電機子巻
線の電気抵抗値を小さくしたので、簡単で安価な構成に
より、ゲルゲス現象を緩和することができる。
【0038】請求項6の発明の誘導始動同期電動機は、
毎極毎相の電機子巻線のうち1つの電機子巻線につい
て、電気抵抗値を小さくしたので、小さな変更により、
ゲルゲス現象を効率よく緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による誘導始動同期
電動機のステータの断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態2による誘導始動同期
電動機のステータの断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態3による誘導始動同期
電動機のステータの断面図である。
【図4】 従来の誘導始動同期電動機の一例を示す正面
図である。
【図5】 図4の誘導始動同期電動機における始動時の
誘導トルクの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ロータ、3 ロータコア、7 かご形二次導体、1
1,21 ステータ、12,22 ステータコア、12
a,12b,22a スロット、13a,13b,23
a,23b 電機子巻線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H002 AA01 AA09 AE06 5H603 AA01 BB01 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CC03 CC11 CD02 CD05 CE11 5H619 AA01 BB01 BB06 BB08 BB15 BB22 BB24 PP01 PP04 PP12 PP14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能なロータコアと、このロータコ
    アに設けられている二次導体とを有するロータ、及び上
    記ロータを囲繞するステータコアと、このコアに装着さ
    れている電機子巻線とを有するステータを備え、二次側
    の各相インピーダンスが異なる誘導始動同期電動機にお
    いて、 上記電機子巻線の電気抵抗値は、ロータの外径寸法及び
    軸方向寸法が同一で同期出力が等しい誘導電動機におけ
    る電機子巻線の電気抵抗値よりも小さくなっていること
    を特徴とする誘導始動同期電動機。
  2. 【請求項2】 電機子巻線の断面積を大きくすることに
    より、上記電機子巻線の電気抵抗値が小さくされている
    ことを特徴とする請求項1記載の誘導始動同期電動機。
  3. 【請求項3】 ステータコアには、電機子巻線が挿入さ
    れる複数のスロットが設けられており、毎極毎相の電機
    子巻線のうち1つの電機子巻線の断面積が大きくされて
    いるとともに、断面積が大きくされた電機子巻線に対応
    するスロットの深さが他のスロットよりも深くなってい
    ることを特徴とする請求項2記載の誘導始動同期電動
    機。
  4. 【請求項4】 電機子巻線の材料を変えることにより、
    上記電機子巻線の電気抵抗値が小さくされていることを
    特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の
    誘導始動同期電動機。
  5. 【請求項5】 電機子巻線の巻き数を少なくすることに
    より、上記電機子巻線の電気抵抗値が小さくされている
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに
    記載の誘導始動同期電動機。
  6. 【請求項6】 毎極毎相の電機子巻線のうち1つの電機
    子巻線について、電気抵抗値が小さくされていることを
    特徴とする請求項4又は請求項5に記載の誘導始動同期
    電動機。
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