JP2017195747A - 標準規格外の誘導電動機及びその作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な電力の消費を防止するとともに、体格を小型化することが可能な標準規格外の誘導電動機及びその作成方法を提供するを提供する。【解決手段】ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機であって、該誘導電動機は複数種類の容量を含む標準規格品のラインナップ商品であり、このラインナップ商品から容量が異なる二つの誘導電動機を選択し、一方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子を、他方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、標準規格外の誘導電動機及びその作成方法に関する。

誘導電動機は、三相交流電源から動力を得て、電磁誘導によって固定子（一次側）から回転子（二次側）に電力を送り、これを利用して動力を発生させるものである。電動機は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械であり、エネルギー変換の際、その一部が熱エネルギーとして電動機内部で消費されることになる。この電動機内部で熱エネルギーとして消費され、動力として利用できないものがエネルギー損失となる。損失が大きい場合、電動機入力に対する出力が小さくなり、無駄な電力を消費することになる。入力と出力との比が電動機の効率となり、この効率が高いほど、無駄な電力の削減に寄与できる。

近年では、電動機の効率化の算定方法を規定するＩＥＣ（国際電気標準会議）６００３４−２−１が２００７年に発行され、効率クラスを規定するＩＥＣ６００３４−３０が２００８年１０月に発行された。ここで効率クラスとは、効率基準値をクラスで分類したものであり、最も高い効率からＩＥ４（スーパープレミアム効率）、ＩＥ３（プレミアム効率）、ＩＥ２（高効率）、及びＩＥ1（標準効率）が規定されている。

国際的には、米国で２０１０年１２月にＩＥ３の電動機適用義務化が始まり、欧州においても２０１５年にＩＥ３またはＩＥ３＋インバータの適用義務化が決められている。一方で、我が国では、ＩＥ３の効率レベルを備えた電動機の採用の努力義務が２０１５年４月に始まったばかりである。

電機メーカでは、高効率の電動機を設計・製造する上で、以下の問題が生じる。
（１）従来の標準効率と新しい高効率化電動機との間で互換性を持たせる必要がある。
（２）ＩＥ３の効率レベルの製品を製造すると、効率特性を満足させるために、部品の質・量ともに増加し、更なる枠番アップ・体格アップが生じる。
（３）上記（２）の理由により、製造コストアップとなる。

そこで、特許文献１では、効率の異なる複数のシリーズの電動機間で、電動機を構成する部品を共通化することを目的として、シリーズの異なる電動機間で電動機ケーシング及び反負荷側カバーを共通化する一方、シリーズ間で異なる部品であるブッシュ及び軸受については、それぞれ専用のブッシュ及び軸受により回転軸を支持する、という技術的手段を講じている。

これにより、効率の異なる複数のシリーズの電動機間で、部品の共通化を図ることができ、電動機製造の低コスト化、納期短縮、部品の在庫圧縮を図ることができるといった作用・効果がある。

しかし、上記特許文献１では、効率の異なる複数のシリーズの電動機間で、部品の共通化を図ることができるものの、効率の異なる複数のシリーズ間で、容量が大きいサイズの電動機のケーシング及びカバー基準にして部品を共通化しているため、容量の小さいサイズの電動機であっても体格が大型化してしまい、設計寸法が大きくなる問題があった。

一方で、無駄な電力の消費原因として、従来のＪＩＳ規格などで規定されている既存電動機のラインナップ商品をそのまま選択し、産業機械などの機械機能要求よりも大きい容量の電動機を選択し、過剰性能（オーバースペック）としてしまうことが挙げられる。例えば、ラインナップ商品としてＪＩＳ規格で規定されている５．５ｋｗ、７．５ｋｗ、１１ｋｗ、１５ｋｗ、１８．５ｋｗ、２２ｋｗ、３０ｋｗ…等が商品群として品揃（ぞろ）えされていたとき、産業機械の機械機能要求が２６ｋｗであった場合は、少しだけ容量の大きい３０ｋｗの電動機を選択せざるを得なかった。これを解決すべく、機械機能要求を２６ｋｗに合わせた専用の電動機を製作することも考えられるが、専用の電動機を製作することは、量産効果が得られない場合、金型費用が無駄になる問題がある。さらには、納期の長期化、部品の在庫拡大化等の懸念もある。

特開２０１４−１８３６２６号公報

本発明は上記問題点にかんがみ、無駄な電力の消費を防止するとともに、体格を小型化することが可能な標準規格外の誘導電動機及びその作成方法を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するため本発明は、ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機であって、
前記二個の固定子及び二個のかご形回転子のうち、少なくとも一個の固定子及び少なくとも一個のかご形回転子を他の誘導電動機のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成する、という技術的手段を講じた。

請求項２記載の発明は、前記ケーシングが、前記固定子及び前記かご形回転子の組み替えが容易となるよう、前記二個の固定子が配設される中間位置において前記回転子軸の軸方向に二分割可能に形成されていることを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機の作成方法であって、
前記誘導電動機は複数種類の容量を含む標準規格品のラインナップ商品であり、このラインナップ商品から容量が異なる二つの誘導電動機を選択し、該二つの誘導電動機のうちの一方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子を、他方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成することを特徴とする標準規格外の誘導電動機の作成方法とした。

本発明によれば、ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機であって、前記二個の固定子及び二個のかご形回転子のうち、少なくとも一個の固定子及び少なくとも一個のかご形回転子を他の誘導電動機のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成するものであるから、従来のＪＩＳ規格などで規定されている既存誘導電動機のラインナップ商品に、標準規格とは異なる標準規格外の誘導電動機を補完するものとなり、産業機械などの機械機能要求に合致した誘導電動機を選択することができる。

このため、機械機能要求よりも大きい容量の電動機を選択した場合の、過剰性能（オーバースペック）分の無駄な電力の消費を防止することができる。また、産業機械への専用の誘導電動機を製作するものでもないため、金型費用が無駄になることもない。また、納期の長期化、部品の在庫拡大化等の問題もない。

また、請求項２記載の発明によれば、前記ケーシングが、前記固定子及び前記かご形回転子の組み替えが容易となるよう、前記二個の固定子が配設される中間位置において前記回転子軸の軸方向に二分割可能に形成されているので、回転子軸に対するかご形回転子への組み付けや、ケーシングに対する固定子の組み付けが容易となり、また、かご形回転子の組み替えや、固定子の組み替えが可能となり、標準規格外の誘導電動機の作成が容易に行えるようになる。

さらに、請求項３記載の発明によれば、ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機の作成方法であって、前記誘導電動機は複数種類の容量を含む標準規格品のラインナップ商品であり、このラインナップ商品から容量が接近する二つの誘導電動機を選択し、該二つの誘導電動機のうちの一方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子を、他方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成するものであり、これにより、従来のＪＩＳ規格などで規定されている既存誘導電動機のラインナップ商品に、標準規格とは異なる標準規格外の誘導電動機を補完するラインナップ商品となる。

すなわち、産業機械などの機械機能要求に合致した誘導電動機を選択することで、過剰性能（オーバースペック）分の無駄な電力の消費を防止することができる。そして、ラインナップ商品としては、従来のＪＩＳ規格などで規定された標準規格の２倍以上の品揃えとなり、産業機械分野の顧客に対し、機械機能要求に合致した誘導電動機の提案が可能となる。

さらには、標準規格品のラインナップ商品から任意（容量が接近するものが好ましい）の二つの誘導電動機を選択して標準規格外の誘導電動機を作成するものであるから、容量が大きいサイズの誘導電動機のケーシングを用いて部品を共通化するのではなく、容量の小さいサイズの誘導電動機のケーシングを用いることもできるので、体格が大型化することはなく、設計寸法も大きくなる問題はない。

本発明の標準規格外の誘導電動機を示す側断面図である。 本発明の標準規格外の誘導電動機の作成方法を示す工程図である。 本発明の標準規格外の誘導電動機を基本シリーズに加入したときのラインナップ数を示す表（参考例）である。 従来の標準規格の基本シリーズに係る誘導電動機の側断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の標準規格外の誘導電動機を示す側断面図であり、図２は本発明の標準規格外の誘導電動機の作成方法を示す工程図であり、図３は本発明の標準規格外の誘導電動機を基本シリーズに加入したときのラインナップ数を示す表であり、図４は従来の標準規格の基本シリーズに係る誘導電動機の側断面図である。

まず、図４を参照して従来の標準規格の基本シリーズに係る誘導電動機の構成を説明する。誘導電動機１０１は、二個の短絡環１０６，１０７の間を多数の導体棒１０８にて連結して二個のかご形回転子１０２，１０３を形成し、該二個のかご形回転子１０２，１０３を任意の間隔を設けて回転子軸１０４に装着して一体的な回転子１０５を形成する。

二個のかご形回転子１０２，１０３に対向する外側部には、巻線１０９，１１０を巻装した第一固定子１１１と第二固定子１１２とを並列させ、それぞれケーシング１１３に固定する。

前記一体的な回転子１０５は、軸受１１５，１１７がそれぞれ内挿された軸受ブラケット１１４，１１６により回転可能に支持される。

前記第一固定子１１１及び第二固定子１１２の巻線１０９，１１０は、その結線形態をスター結線、デルタ―結線あるいは直列、並列のいずれを採用することもできる。

符号１１８は回転子軸１０４中央付近に軸着された冷却フィンであり、該冷却フィン１１８によりかご形回転子１０２，１０３（又は巻線１０９，１１０）に滞留した熱を回転子軸１０４を介して放熱することができる。そして、図４に示す従来の標準規格の誘導電動機１０５は、冷却フィン１１８を中心にして二個のかご形回転子１０２，１０３が線対称となり、かつ、二個の第一固定子１１１，第二固定子１１２が線対称となっている。そして、これら回転子及び固定子は、それぞれが独立の構造となっていて、二台の誘導電動機を結合して一台にしたような構造である。この構造を利用すれば、半分の出力特性により始動することを実現できる。また、始動電流は最大でスターデルタ始動の約二分の一であり、直入れ始動の約六分の一に抑えることが可能となるのである。
また、それぞれの回転磁界間の位相差を切換えることにより、スムーズな起動と低速から高速にかけて高トルクを発生させる誘導電動機とすることができる。

次に、図１及び図２を参照して本発明の標準規格外の誘導電動機の構造と、その作成方法について説明する。まず、図１を参照して、本発明の標準規格外の誘導電動機の構造を説明する。図１の符号１乃至符号１８は図４の百番台の符号を除いたものと同様のものである。すなわち、１は誘導電動機、２，３はかご形回転子、４は回転子軸、５は回転子、６，７は短絡環、８は導体棒、９，１０は巻線、１１は第一固定子、１２は第二固定子、１３はケーシング、１４，１６はブラケット、１５，１７は軸受、１８冷却フィンである。

図１と図４とを対比すると、図４では冷却フィン１１８を中心にして二個のかご形回転子１０２，１０３が線対称となり、かつ、二個の第一固定子１１１，第二固定子１１２が線対称となっていて、軸方向に同じ長さのかご形回転子１０２，１０３と軸方向に同じ長さの第一固定子１１１，第二固定子を備えている。一方、図１では冷却フィン１８を中心に非対称であり、負荷側（図１の左半分）のかご形回転子２の長さがＬであるが、反負荷側（図１の右半分）のかご形回転子３の長さが０．７３Ｌと短く形成されている。同様に負荷側の第一固定子１１の長さがＬであるが、反負荷側の第一固定子１２の長さが０．７３Ｌと短く形成されている。

さらに図４と異なる点として、図１ではケーシング１３が負荷側（図１の左半分）と反負荷側（図１の右半分）とに分割可能に形成されている点が挙げられる。すなわち、ケーシング１３は中央部分で左側ケーシング部１９と右側ケーシング部２０とに分割され、それぞれのケーシング部１９，２０にはフランジ部２１，２２を設けるとともに、該フランジ部２１，２２を貫通する孔を設ける。そして、複数のボルト２３とナット２４とにより、ケーシング部１９，２０を固着する。ボルト及びナットの締結に限定されることはなく、ケーシング部１９，２０を着脱自在となるよう適宜選択することができる。

以上のように構成すると、回転子軸４に対するかご形回転子２，３への組み付けや、ケーシング１３に対する第一固定子１１，第二固定子１２の組み付けが容易となり、また、二個のかご形回転子２，３のいずれか一方の組み替えや、二個の第一固定子１１，第二固定子１２のいずれか一方の組み替えが可能となり、標準規格外の誘導電動機の作成も容易に行うことが可能となる。

図２は、標準規格外の誘導電動機の作成方法を示す工程図であり、図３は本発明の標準規格外の誘導電動機を基本シリーズに加入したときのラインナップ数を示す表である。図２を参照して標準規格外の誘導電動機の作成方法を説明する。

図２（ａ）において、例えば、標準規格に係る３０ｋｗの誘導電動機１００ａと、標準規格に係る２２ｋｗの誘導電動機１００ｂとを準備する。標準規格に係る３０Ｋｗの誘導電動機１００ａは、それぞれ軸方向に同じ大きさ（長さＬ）のかご形回転子１０２ａ，１０３ａと、軸方向に同じ大きさ(長さＬ)の第一固定子１１１ａ，第二固定子１１２ａを備えている。一方、標準規格に係る２２Ｋｗの誘導電動機１００ｂは、それぞれ軸方向に同じ大きさのかご形回転子１０２ｂ，１０３ｂを備えているが、３０ｋｗのそれよりも小さく、長さ０．７３Ｌの大きさである。同様に軸方向に同じ大きさの第一固定子１１１ｂ，第二固定子１１２ｂを備えているが、３０ｋｗのそれよりも小さく、長さ０．７３Ｌの大きさである。

いま、標準規格外の２６ｋｗの誘導電動機１を作成しようとすれば（図２（ｃ）参照）、標準規格に係る３０ｋｗの誘導電動機１００ａの二個のかご形回転子１０２ａ，１０３ａのうち、いずれか一方を２２ｋｗの誘導電動機１００ｂのかご形回転子１０２ｂ，１０３ｂに組み替えるとともに、標準規格に係る３０ｋｗの誘導電動機１００ａの二個の固定子１１１ａ，１１２ａのうち、いずれか一方を２２ｋｗの誘導電動機１００ｂの固定子１１１ｂ，１１２ｂに組み替えるとよい。すなわち、容量（出力）としては、
３０（ｋｗ）×１／２＝１５（ｋｗ）、２２（ｋｗ）×１／２＝１１（ｋｗ）
１５（ｋｗ）＋１１（ｋｗ）＝２６（ｋｗ）
となるのである。

標準規格外の２６ｋｗの誘導電動機１の設計が完了すれば、図２（ｂ）に示す組み付け作業に至る。左側ケーシング部１９には、３０ｋｗ用の第一固定子１１１ａ、巻線１０９ａを組み付ける一方、右側ケーシング部２０には、２２ｋｗ用の第二固定子１１２ｂ、巻線１１０ｂを組み付ける。そして、回転子軸１０４ａには、反負荷側にある３０ｋｗ用のかご形回転子１０３ａを取り外し、２６ｋｗ用のかご形回転子１０３ｂを嵌装させる。次に、回転子軸１０４ａの両側から左側ケーシング部１９および右側ケーシング部２０を挿入するとともに、フランジ部２１，２２同士を固着すれば、標準規格外の誘導電動機１が組み上がる（図２（ｃ））。
この組み付けにおいては、図１の左側ケーシング部１９側に容量の大きい第一固定子１１１ａを、右側ケーシング部２０側に容量の小さい第二固定子１１２ｂを組み付けるのがよい。

図３では、上記作成方法により組み上がった標準規格外の誘導電動機を、標準規格の誘導電動機である基本シリーズに加入することを示している。標準規格外の誘導電動機の作成では、容量（出力）が隣接している誘導電動機をそれぞれ分解し、該分解したものをベースとして組み付けていくとよい。なぜなら、容量が隣接していない誘導電動機では、極端に容量が異なれば、ケーシングの大きさも異なるために、組み付け不能となる可能性があるからである。

図３を参照すれば、従来は、標準規格の誘導電動機である基本シリーズが計１４機種存在していた。そして、容量が異なる誘導電動機を分解して組み付けすれば標準規格外の誘導電動機として計１３機種を作成することができた。すなわち、標準規格と標準規格外とを合わせたシリーズとして計２７機種の品揃えを実現することが可能となった。これは、従来の基本シリーズのみの在庫を揃えておけば、新たな在庫を備えることなく、従来の２倍以上のラインナップ数の品揃えが可能となる利点がある。

また、図３を参照すると、標準規格品のラインナップ商品から容量が接近する二つの誘導電動機を選択して標準規格外の誘導電動機を作成するものとなっているから、容量が大きいサイズの誘導電動機のケーシングを用いて部品を共通化するのではなく、容量の小さいサイズの誘導電動機では、この容量に接近した誘導電動機のケーシングを用いるため、体格が大型化することはなく、設計寸法が大きくなる問題は生じない。

本発明は、誘導電動機のほか、他の電動機（例えば、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械）、他の発電機（例えば、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機械）にも適用することができる。

１ 誘導電動機
２ かご形回転子
３ かご形回転子
４ 回転子軸
５ 回転子
６ 短絡環
７ 短絡環
８ 導体棒
９ 巻線
１０ 巻線
１１ 第一固定子
１２ 第二固定子
１３ ケーシング
１４ ブラケット
１５ 軸受
１６ ブラケット
１７ 軸受
１８ 冷却フィン
１９ 左側ケーシング部
２０ 右側ケーシング部
２１ フランジ部
２２ フランジ部
２３ ボルト
２４ ナット
１０１ 誘導電動機
１０２ かご形回転子
１０３ かご形回転子
１０４ 回転子軸
１０５ 回転子
１０６ 短絡環
１０７ 短絡環
１０８ 導体棒
１０９ 巻線
１１０ 巻線
１１１ 第一固定子
１１２ 第二固定子
１１３ ケーシング
１１４ ブラケット
１１５ 軸受
１１６ ブラケット
１１７ 軸受
１１８ 冷却フィン

Claims (4)

1. ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機であって、
   前記二個の固定子及び二個のかご形回転子のうち、少なくとも一個の固定子及び少なくとも一個のかご形回転子を他の誘導電動機のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成したことを特徴とする標準規格外の誘導電動機。
2. 前記ケーシングは、前記固定子及び前記かご形回転子の組み替えが容易となるよう、前記二個の固定子が配設される中間位置において前記回転子軸の軸方向に二分割可能に形成されている請求項１記載の標準規格外の誘導電動機。
3. ケーシングと、該ケーシング内に任意の間隔をおいて設けた二個の固定子と、該二個の固定子にそれぞれ対峙して設けられる二個のかご形回転子と、該二個のかご形回転子を同一軸線上に配置して回転させる回転子軸とを備えた誘導電動機の作成方法であって、
   前記誘導電動機は複数種類の容量を含む標準規格品のラインナップ商品であり、このラインナップ商品から容量が異なる二つの誘導電動機を選択し、該二つの誘導電動機のうちの一方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子を、他方の誘導電動機の固定子及びかご形回転子のものと組み替えて、標準規格とは異なる容量の誘導電動機に形成することを特徴とする標準規格外の誘導電動機の作成方法。
4. 前記ラインナップ商品から容量が異なる二つの誘導電動機を選択するに際し、容量が近接した二つの誘導電動機を選択してなる請求項３記載の標準規格外の誘導電動機の作成方法。

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