JP2021057971A - ２乗低減トルク負荷用三相かご形誘導電動機及びポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２乗低減トルク負荷機器を駆動する電動機であって、複数の変化する相コイル卷回数の出力端子を持ち、回転制御機能を有する三相かご形誘導電動機及びポンプ装置を提供する。
【解決手段】本発明の三相かご形誘導電動機１のＵ相用コイルは、主コイル１０、第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３、及び第４副コイル１４を備える。主コイル１０の両端に端子１０ａ及び１０ｂ、第１副コイル１１の両端に端子１１ａ及び１１ｂ、第２副コイル１２の両端に端子１２ａ及び１２ｂ、第３副コイル１３の両端に端子１３ａ及び１３ｂ、第４副コイル１４の両端に端子１４ａ及び１４ｂが設けられる。これに加えて、スイッチＳ１〜Ｓ５が設けられる。このスイッチＳ１〜Ｓ５のオンオフにより、三相かご形誘導電動機１の出力回転数を変化させて、定格出力、省出力１、省出力２、及び省出力３の各出力の電動機として設定できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体ポンプ、或いは送風用ファン等の負荷トルクが回転数の２乗に比例する２乗低減トルク負荷を有する機器に用いられる三相かご形誘導電動機及びポンプ装置に関する。

流体ポンプ、或いは送風用ファン等の２乗低減トルク負荷を有する機器には、多くの場合、三相かご形誘導電動機が用いられている。この種の電動機は、例えば、流体ポンプの場合、そのポンプ装置に必要とされる能力（所望能力）に見合ったものが選定される。このポンプ装置の選定は、複数のポンプ装置の能力が図示された選定図を用いて行われる。

選定図は、ポンプ装置の場合、縦軸に揚程、横軸に吐出量を取り、多数のＱ−Ｈ曲線で仕切られた領域が表示され、その領域には駆動源となる電動機の仕様（出力値、極数等）が併記して表示されている。

この選定図においては、電動機の出力値は日本工業規格に推奨された値が多く採用されている。この推奨出力値は「下位出力値／上位出力値の比率」が約７０％程度となっている。このような選定図を用いてポンプ装置（電動機）を選択する場合、所望能力を選定図上に点（作動点）で表し、その作動点が上位出力値（定格出力値）と下位出力値の間に入っているポンプ装置を選定することになる。

このように選定されたポンプは、選定図上に表された点で作動が行われるが、選定されたポンプ装置の定格出力値はその作動点（流量、揚程）よりも高くなる。このように選定されたポンプを、ポンプ装置の据付後に、現場環境に合わせて選定図中の作動点（流量、揚程）で作動させるためには、バルブ等の流量調整機器の操作がシステム的に必要とされている。

しかしながら、これらの調整を行うと、エネルギー損失を新たにポンプ出力に加えることになり、ポンプ装置の運転エネルギー効率を低下させることになる。近年では、電動機を用いる産業界全体での消費エネルギーを減らすことを目的として、一定の水準を満たす高効率電動機の導入が進められているが、高効率電動機を用いたとしても、上記のようなエネルギーロスは避けられない。このため、従来の電動機を高効率電動機に替えた場合であっても、省エネルギー対策としての実効性に欠けるおそれがある。

このように、これらバルブ等の流量調整はエネルギー損失を生ずるため、ポンプ装置の運転エネルギー効率を低下させる要因となっている。

これは、単一速度三相誘導電動機に駆動されたポンプが、唯一のＱ−Ｈ曲線によってその選定図を構成しているために、そのＱ−Ｈ曲線からの出力変化をバルブ等の流量調整機器に依存するシステム構造によって生じている。

特開昭５３−０１２０１５号公報

以上の課題に対し、電動機の出力の調整を、単一速度ではなく、電動機回転数の制御によって行うことで解決する方法が知られている。例えば、特許文献１でも見られるように、電動機の回転数をインバータ装置によって制御することが広く行われている。

インバータ装置を用いる場合、電動機の回転数を広範囲に変更することができるため、１台の電動機で多くの所望能力のポンプに対応することができる。しかしながら、インバータ装置を用いる場合は、設備のコストアップにつながるため、容易には導入できない場合がある。

また、インバータ装置付きの電動機を導入した場合であっても、実際の運転時にインバータ装置自身の消費エネルギーも発生するため、思ったような消費電力の効率化を図ることができないおそれがある。

一方で、２乗低減トルク負荷であるポンプに対して、出力調整を電動機自体の回転数制御によって行う場合、電動機の出力を約７０％に減少するには、回転数を約８９％に落とすことで達成することができる（回転数変化率＝出力値の３乗根）。即ち、前記ポンプ選定図の出力変化範囲約７０％の領域に対しては、約１０％程度の電動機回転数を変化させることにより、出力調整を行うことができる。インバータ装置は、広範囲に電動機の回転数を制御することができるが、実際に使用される制御範囲が１０％程度であれば、その能力の一部しか利用することができないためにコストパフォーマンス上の理由でこの分野には利用されない恐れがある。

本発明は、以上の実情に鑑み、インバータ装置を用いることなく、低コストで電動機の回転数の調整が可能な三相かご形誘導電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の三相かご形誘導電動機は、負荷が２乗低減トルク負荷となる機器に用いられる三相かご形誘導電動機であって、筒状の固定子と、前記固定子の内部で回転自在に保持された回転子と、前記固定子の溝に巻き付けられ、両端に端子を有するコイルとを備え、前記コイルは、三相の相毎に主コイルと複数の副コイルとを有し、複数の前記副コイルは、有効巻数の合計が前記主コイルの有効巻数と同一となるように形成され、前記端子によって、前記主コイルと、全ての前記副コイルを直列に接続したものとを並列に接続して定格出力結線とし、又は、前記主コイルと前記副コイルの一部を直列に接続した省出力結線とすることが可能であることを特徴とする。

本発明の三相かご形誘導電動機によれば、主コイルと副コイルの接続の組み合わせによって、定格出力の他に、複数の省出力での出力が可能となり、複数の出力を持つ電動機を提供することができる。即ち、相コイル卷回数を増加することで磁束を減少させて出力回転数を低下させることができる。当該構成により、複数のコイルの接続を変化させることにより、複数の卷回数の相コイルを形成して、複数の出力回転数を形成する三相かご形誘導電動機を提供することができる。従って、インバータ装置等を用いることなく、回転数制御による出力制御が可能な電動機を低コストで提供することができる。

また、本発明の三相かご形誘導電動機において、前記副コイルは、線径が前記主コイルの線径と同一の同径副コイルと、線径が前記主コイルの線径よりも小径の小径副コイルとを有し、前記省出力結線の際に、前記同径副コイルのみ選択可能としてもよい。

当該構成によれば、省出力結線とする際には、主コイルと副コイルの一部を直列に接続することになり、相コイルの抵抗値が増加するため線径が主コイルと同一の副コイルのみを選択し接続することにより抵抗値増加を抑制することができる。

当該構成において、前記固定子は、固定子の中心から外周側に向けて幅が広くなる形状であり、前記副コイルは、第１副コイルから第Ｎ副コイルを備え（Ｎは２以上の整数）、前記溝の外周側に前記主コイルが配置され、その内側に第１副コイルから第Ｎ副コイルが順に配置され、前記第Ｎ副コイルが前記小径副コイルとなるように配置することができる。

固定子の溝は、通常、回転軸方向から見たときに略扇形に形成されており、固定子の中心から外周側に向けて幅が広くなるように形成されている。本発明においては、主コイルが溝の幅の広い部分に巻かれており、主コイルよりも本数の少ない副コイルが主コイルの巻かれている部分よりも狭い部分の溝に巻かれることになる。また、第Ｎ副コイルが小径副コイルであるので、全て同径のコイルを巻く場合に比べて溝の大きさを小さくすることができ、コイルを溝に巻く工程も容易となる。

本発明においては、巻線作業の主要部分を自動巻線機によって行うことができる。主コイルと同径副コイルの巻き取り工程、挿入工程を同時作業化して自動巻線機で行い、その後工程で主コイルおよび各副コイルをコイルエンド部で切断して各コイルのリード線部を形成してその端部に端子を装着し、別途巻き取り成形され両端に端子が装着された小径の第Ｎ副コイルを最終工程で挿入することができるために、通常の三相かご形誘導電動機の巻線工程にかかるコストと比較してほぼ同等コストで形成できる。

また、当該構成において、前記副コイルは、前記固定子の外周側の前記同径副コイルの巻数が前記固定子の中心側の前記同径副コイルよりも多く巻くようにしてもよい。

当該構成によれば、前同径副コイルの巻き数を、固定子の外周側の副コイルの巻き数を増加させ、固定子の中心側の副コイルの巻き数を減らすことにより、選定図とした際の各ポンプＱ−Ｈ曲線の間隔を均等化することができる。具体的に、副コイルを４個で構成する場合を例とすれば、前記主コイルの巻き数をＭとすると、前記第1副コイルがＭ／４巻き＋１巻き、前記第２副コイルがＭ／４巻き、前記第３副コイルがＭ／４巻き−１巻き、前記第４副コイルがＭ／４巻きとすることができる。

また、本発明の電動機においては、前記端子は、第１端子板に配置されて固定され、前記第１端子板に着脱可能に装着される複数の第２端子板を有し、前記第２端子板は、前記第１端子板に装着した際に定格出力となる定格出力結線が施された定格第２端子板と、前記第１端子板に装着した際に省出力となる省出力結線が施された省出力第２端子板となるようにしてもよい。

当該構成によれば、各端子の結線は、第１端子板に定格第２端子板又は省出力第２端子板を装着すればよいため、電動機の配線に習熟していない者であっても、誤配線となることがない。

また、本発明のポンプ装置は、前記構成の三相かご形誘導電動機を用いたポンプ装置であって、前記機器の所望能力が、前記端子の結線を前記定格出力結線とした際に選定図に表される定格Ｑ−Ｈ曲線と、前記省出力結線とした際に前記選定図に表される省出力Ｑ−Ｈ曲線のうち、前記所望能力以上で最も近い曲線となるように前記端子の結線を可能としたことを特徴とする。

ポンプ装置において、電動機の相コイル卷回数を変化させて回転数制御を行い、駆動する機器の軸回転数を変化させて複数の「Ｑ−Ｈ曲線」群を形成して選定図領域を細分化して、新たな小領域に作動点を取り込むことができれば前記調整ロスを大幅に低減することができる。

本発明のポンプ装置においては、装置の所望能力（作動点出力）が、２本の「Ｑ−Ｈ曲線」の間にあるときは、作動点出力に近い出力上位のポンプの「Ｑ−Ｈ曲線」に対応する前記電動機出力となる結線を選択すればバルブ等による出力調整ロスを最小限に抑制できる。

本発明によれば、選定図に表示された領域内の作動点を、複数の「Ｑ−Ｈ曲線」によって細分化した小領域内に取り込み、バルブ等の調整機器によって発生するエネルギーロスを大幅に削減することができる。これにより、電動機コイル卷回数の変化による回転数制御によって複数の出力を持つポンプ装置を提供することができる。

本発明によれば、インバータ等の回転制御機器を用いないために、エネルギー消費効率の高いポンプ等の機器システムを低コストで構築できる電動機及びポンプ装置を提供することができる。即ち、インバータ等の回転制御を行う装置を使用することなく、前記選定図に示される領域内のポンプ等の作動点を、細分化した小領域に取り込んで、バルブ等による機械的出力調整ロスを抑制し、消費エネルギーを大幅に削減した効率の高い三相かご形誘導電動機及びポンプ装置を提供することができる。

本実施形態の三相かご形誘導電動機の構成を示す説明的断面図。 固定子鉄心および鉄心溝の形状を示す説明図。 三相かご形誘導電動機のコイルの巻き線状態を示す説明図。 相コイルを形成するコイル構造、及び各スイッチの開閉状態を示す表。 鉄心溝における各コイルの断面状態を示す説明図。 端子板上のコイル端子の配置と接続を示す説明図。 本実施形態の三相かご形誘導電動機をポンプ装置に使用する際のポンプ選定図。 本発明の変形例１である三相かご形誘導電動機の構成を示す説明的断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は、変形例１の三相かご形誘導電動機の端子板の構成を示す説明的断面図。 （Ａ）〜（Ｅ）は、変形例１の三相かご形誘導電動機における第２端子板の結線状態を示す説明図。 （Ａ）〜（Ｅ）は、変形例２の三相かご形誘導電動機における第１端子板及び第２端子板の結線状態を示す説明図。

次に、本発明の実施形態の一例である三相かご形誘導電動機について、図１〜図１１を参照して説明する。本実施形態の三相かご形誘導電動機１は、筒状の固定子鉄心２（固定子）と、固定子鉄心２に巻かれているコイル３と、固定子鉄心２の内部で回転自在に保持された回転子４とを備えている。本実施形態の三相かご形誘導電動機１は、流体ポンプ等の負荷が２乗低減トルク負荷となる機器に用いられる誘導電動機である。

三相かご形誘導電動機１は、固定子鉄心２がハウジング５に固定されている。固定子鉄心２の内部を回転する回転子４は中心軸６に固定され、中心軸６はその両端に内輪が固定されたベアリング７を有し、その外輪をハウジング５に挿入固定され回転自在に保持されている。中心軸６は、前記ポンプの中心軸にカップリング等を介して動力伝達される（いずれも図示省略）。また、ハウジング５の外周面には、端子板８が設けられ、その端子板８は端子ボックス９に収納されている。

図２は固定子鉄心を示し、内径側にコイル格納用の鉄心溝２ａが配置されている。鉄心溝２ａは外周側に向かって幅の広がる扇状の形状を持ち、等間隔に配置され、本実施形態では３６個形成されている。この固定子鉄心２は薄板状電磁鋼板を軸方向に複数枚重ねて形成されている。

図３は、コイル３のコイル構造と接続法を示す説明図である。三相かご形誘導電動機１では、コイル３はＵ相用のコイルと、Ｖ相用のコイルと、Ｗ相用のコイルを有しており、図３はその内のＵ相用のコイルを示している。Ｕ相用コイル以外のコイルも、図３に示すＵ相用コイルと同様の構成を有している。

本実施形態の三相かご形誘導電動機１のコイル３は、鉄心溝２ａに巻き付けられるコイルであって、図３に示すように、主コイル１０と、第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３、及び第４副コイル１４を備えている。即ち、本実施形態においては、副コイルの数であるＮ（２以上の整数）は４である。主コイル１０の両端には、端子１０ａ及び１０ｂが設けられている。また、同様に、第１副コイル１１の両端には端子１１ａ及び１１ｂが設けられ、第２副コイル１２の両端には端子１２ａ及び１２ｂが設けられ、第３副コイル１３の両端には端子１３ａ及び１３ｂが設けられ、第４副コイル１４の両端には端子１４ａ及び１４ｂが設けられている。

本実施形態では、第１副コイル１１、第２副コイル１２、及び第３副コイル１３は、主コイル１０の線径と同一の線径を有する同径副コイルとなっている。また、第４副コイル１４は、主コイル１０の線径よりも小径の小径副コイルとなっている。

本実施形態においては、主コイル１０、第１副コイル１１、第２副コイル１２、及び第３副コイル１３の各コイルの線径は０．９５ｍｍΦであり、第４副コイル１４の線径は０．７０ｍｍΦとなっている。

また、図３においては、コイル３は相コイルをＹ結線にした状態を示しており、主コイル１０の端子１０ａは端子１５ａを介して電源線１５に接続され、端子１０ｂは端子１６ａを介して中性線１６に接続されている。また、端子１０ｂと端子１６ａとの間には、スイッチＳ１が設けられている。

第１副コイル１１の端子１１ａは、スイッチＳ２を介して端子１０ｂに接続され、端子１１ｂは端子１６ａを介して中性線１６に接続されている。また、第２副コイル１２の端子１２ａは、スイッチＳ３を介して端子１０ｂに接続され、端子１２ｂは、第１副コイル１１の端子１１ａに接続されている。

同様に、第３副コイル１３の端子１３ａは、スイッチＳ４を介して端子１０ｂに接続され、端子１３ｂは第２副コイル１２の端子１２ａに接続されている。また、第４副コイル１４の端子１４ａは、スイッチＳ５を介して端子１５ａに接続され、端子１４ｂは第３副コイル１３の端子１３ａに接続されている。

図４は本実施形態の三相かご形誘導電動機１の各出力結線の形と各スイッチの開閉状態を示している。定格出力結線では、全ての副コイルである第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３及び第４副コイル１４を直列に接続したものと主コイル１０を並列に接続している。また、スイッチＳ１（閉）で中性線に、スイッチＳ５（閉）で電源線に接続する。他のすべてのスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４は（開）である。

また、省出力結線のうち、省出力１結線では、主コイル１０と第１副コイル１１をスイッチＳ２（閉）で直列に接続する。他のすべてのスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は（開）である。また、省出力２結線では、主コイル１０、第１副コイル１１、第２副コイル１２をスイッチＳ３で直列に接続する。他のすべてのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５は(開)である。また、省出力３結線では、主コイル１０、第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３をスイッチＳ４（閉）で直列に接続する。他のすべてのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５は(開)である。

図４に示す本実施形態の三相かご形誘導電動機１の省出力１結線、省出力２結線、省出力３結線におけるコイル線径はすべて０．９５ｍｍΦである。本実施形態では、省出力結線ではこの同径副コイルのみが選択可能となっている。

図５は、固定子鉄心２に設けられた鉄心溝２ａにおけるコイル３のコイル断面を示す模式図である。図５に示すように、鉄心溝２ａの外周側から順に主コイル１０が巻かれ、その内側に第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３、及び第４副コイル１４が巻かれ、この第４副コイル１４は、固定子鉄心２の中心側の端部に配置されている。

各コイル３の卷回数は、主コイル１０が２４、第１副コイル１１が７、第２副コイル１２が６、第３副コイル１３が５、第４副コイル１４が６となっている。このように、第１副コイル１１は、主コイル１０の巻回数Ｍに対して（１／４）×Ｍ＋１である。同様に、第２副コイル１２の卷回数は、（１／４）×Ｍであり、第３副コイル１３の卷回数は、（１／４）Ｍ−１であり、第４副コイル１４の卷回数は（１／４）×Ｍとなっている。

上記コイル巻回数は、それぞれ有効巻数であり、全ての副コイルの有効巻回数の合計が２４であり、主コイル１０の有効巻回数の２４と同一となっている。

本実施形態では、コイル３を形成する各コイルの卷回数、線径および接続を上記のように構成したことによって、後述する図７のポンプ選定図中に表した電動機出力に対応したポンプＱ−Ｈ曲線である定格出力対応の曲線２０、省出力１対応の曲線２１、省出力２対応の曲線２２、及び省出力３対応の曲線２３は、それぞれの曲線の間隔がほぼ等間隔となっている。

図６は、本実施形態の三相かご形誘導電動機１の端子板８の模式図であり、全てのコイル端子の端子板８上の固定する位置を示している。第１端子板には複数の植込ボルトが指定位置に配置され、上下両面に端子を固定できる構造となっている（図９の変形例１と同様）。

端子板８は３つのエリアに分かれており、左からＵ相エリア８Ｕ、Ｖ相エリア８Ｖ、Ｗ相エリア８Ｗとなっている。Ｕ相エリア８Ｕでは、１２個の植込ボルトが配置されて、左列の上から順に端子１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａ、また、右列の上から端子１４ｂ、１３ｂ、１２ｂ、１０ｂ、１１ｂが配列されている。主コイルは１０ａ、１０ｂに、第１副コイル１１は１１ａ、１１ｂに、第２副コイル１２は１２ａ、１２ｂに、第３副コイル１３は１３ａ、１３ｂに、第４副コイル１４は１４ａ、１４ｂに下部ボルトで固定される。

また、端子１０ａと端子１５ａおよび端子１１ｂと端子１６ａは両端に端子を持つ接続線で接続されて各々の植込ボルトの下部ボルトで固定される。更に、Ｕ相１６ａ端子、Ｖ相１６ａ端子、Ｗ相１６ａ端子は接続線で接続されて下部ボルトで固定され中性線を形成する。

また、本実施形態では、図６に示すように各端子の接続回路一部にスイッチＳ１〜スイッチＳ５を備えている。これらのスイッチＳ１〜スイッチＳ５は、それぞれオンオフを選択することで、相コイルの構成を変えて回転制御による出力制御ができる。なお、Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても、各相毎にＵ相エリア８Ｕと同一の構成となっており、スイッチＳ１〜スイッチＳ５のオンオフは、各相共に同一の状態となるように接続される。

図７は、本実施形態の三相かご形誘導電動機１をポンプ装置に使用する際のポンプ選定図１９である。図７では、縦軸がポンプの揚程であり、横軸がポンプの吐出量となっている。ポンプ選定図１９に表される曲線としては、曲線２０が電動機の定格出力に対応するＱ−Ｈ曲線を表している。また、曲線２１が電動機の省出力１に対応するＱ−Ｈ曲線であり、曲線２２が電動機の省出力２に対応するＱ−Ｈ曲線であり、曲線２３が電動機の省出力３に対応するＱ−Ｈ曲線となっている。曲線２４は、ポンプ選定図における下限値を示す曲線である。

図７における２本の縦線は、２５がポンプ選定図１９上の最大流量線であり、２６がポンプ選定図上の最小流量線である。本実施形態の三相かご形誘導電動機１においては、図７の曲線２０、曲線２４、及び縦線２５、縦線２６で囲まれる範囲が選定領域となっている。

図７における曲線２７は「実揚程＋管路抵抗」曲線であり、曲線２８は「実揚程＋管路抵抗＋弁絞り抵抗」曲線である。

ここで、ポンプ選定図１９に指定された領域内の作動点３０（揚程：Ｈ１、流量：Ｑ１）にポンプ出力を設定する場合（所望能力）は、単一速度の三相かご形誘導電動機の場合、対応するポンプＱ−Ｈ曲線は曲線２０であり、バルブ調整機能を活用して流量調整を行い、流量Ｑ１を得ることとなる。

このときポンプの軸動力（出力）はＱ−Ｈ曲線上の点２９（揚程：Ｈ２、流量：Ｑ１）であり、作動点３０と点２９の間の揚程の差（Ｈ２−Ｈ１）分の出力はバルブ絞り損失となる。これは、電動機やポンプの固有の効率値に関わりなく発生する損失である。

本実施形態の三相かご形誘導電動機１は、回転数制御による出力変化機能を有しているため、図７のポンプＱ−Ｈ曲線として曲線２０の他に、曲線２１、曲線２２、曲線２３を選択して設定できる。

本実施形態において、電動機出力として省出力２を選び、作動点３０に最も近いポンプＱ−Ｈ曲線として図７中の曲線２２を選択すれば、ポンプ出力はＱ−Ｈ曲線上の点３１に移動する（揚程：Ｈ３、流量Ｑ１）。このとき発生するバルブ絞り損失は作動点３０と点３１間の揚程の差（Ｈ３−Ｈ１）分の出力である。このように、本実施形態の三相かご形誘導電動機１を用いたポンプ装置は、従来のポンプ装置に比べてバルブ損失値を大きく減少させることができる。

また、図７に示すように、定格出力の曲線２０、省出力１の曲線２１、省出力２の曲線２２、及び省出力３の曲線２３は、それぞれの曲線の間がほぼ等間隔となっている。これは、第１副コイル１１の巻数を主コイル１０の巻数である２４巻の１／４である６巻に１巻きをプラスした値とし、第２副コイル１２の巻数を２４／４の６巻とし、第３副コイル１３の巻数を２４／４−１の５巻としたことによる。なお、副コイル卷回数は、上記巻数に限定されず、各副コイルの巻数を変えて電動機の出力回転数を他の値に設定することもできる。

次に、本発明の変形例１における三相かご形誘導電動機１ａ及び当該電動機を用いたポンプ装置について図８〜図１０を参照して説明する。この変形例１における三相かご形誘導電動機１ａは、図８に示すように、端子ボックス９の内部に、第１端子板８１が設けられ、その第１端子板８１に第２端子板８２〜８５のいずれかを着脱可能に装着することができる。

本変形例１の三相かご形誘導電動機１ａは、第２端子板８２〜８５を交換することにより相コイルを形成する電動機である。頻繁な出力の切換操作のない電動機の場合には、低コストと簡単な操作が重要な視点となる。

本変形例１における端子板は、図８に示すように、第１端子板８１と第２端子板８２〜８５を備えており、第１端子板８１は端子ボックス９に固定されている。本変形例１においては、図１０（Ａ）に示すように、第１端子板８１に、主コイル１０、第１副コイル１１、第２副コイル１２、第３副コイル１３、及び第４副コイル１４の各端子１０ａ〜１４ｂに接続された端子片１０ａ’〜１４ｂ’が配置されている。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、第１端子板８１及び第２端子板８２において、端子１０ａと端子１１ｂの箇所の断面を示している。第１端子板８１には、表裏を貫通して断面視でコ字状に形成され、植込ボルト９０の周囲に配置された端子片１０ａ’及び端子片１１ｂ’が設けられている。これらの各端子は、植込ボルト９０及びナット９１によって第１端子板８１に固定される。

また、本変形例１における端子板において、端子片１０ａ’及び端子片１１ｂ’は、銅製の部材により形成されている。また、本変形例１では、図９に示すように、主コイル１０の端子１０ａは、端子片１０ａ’に接続され、第１副コイル１１の端子１１ｂは、端子片１１ｂ’に接続される。また、第２端子板８２において、端子１０ａには電源線１５の端子１５ａが接続され、端子１１ｂには中性線１６の端子１６ａが接続される。なお、第２端子板８２は、図示しないビス等の締結部材により、第１端子板８１に固定される。

図１０において、図１０（Ａ）は第１端子板８１を示しており、図１０（Ｂ）〜（Ｅ）第２端子板８２〜８５を示している。本変形例１においては、第２端子板８２〜８５は、第１端子板８１に装着した際に、定格出力となる定格出力結線が施された定格第２端子板８２と、第１端子板８１に装着した際に省出力１〜３となる省出力第２端子板８３〜８５とから形成される。

第１端子板８１は、図１０（Ａ）に示すように、端子片１１ａ’と端子片１２ｂ’、端子片１２ａ’と端子片１３ｂ’、端子片１３ａ’と端子片１４ｂ’をリード線（符号省略）で接続している。

定格第２端子板８２は、主コイル１０と、全ての副コイルを直列に接続したコイル群とを並列に接続して使用する（図３参照）。具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、Ｕ相エリア８Ｕにおいて、端子１０ａと端子１４ａをリード線１０ｃで接続し、端子１０ｂと端子１１ｂをリード線１０ｄで接続している。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。

省出力第２端子板８３〜８５は、図１０（Ｃ）に示すように第１端子板８１に装着した際に省出力１となる省出力第２端子板８３と、図１０（Ｄ）に示すように省出力２となる省出力第２端子板８４と、図１０（Ｅ）に示すように省出力３となる省出力第２端子板８５とを備えている。

次に、三相かご形誘導電動機１を省出力１の電動機とする省出力第２端子板８３は、主コイル１０と、第１副コイル１１とを直列に接続し、他のコイルは接続しない状態で使用する（図３参照）。具体的には、図１０（Ｃ）に示すように、Ｕ相エリア８Ｕにおいて、主コイル１０の端子１０ｂと第１副コイル１１の端子１１ａをリード線で接続する。その他の端子は接続しない状態となっている。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。

次に、三相かご形誘導電動機１を省出力２の電動機とする省出力第２端子板８４は、主コイル１０と、第１副コイル１１及び第２副コイル１２とを直列に接続し、他のコイルは接続しない状態で使用する（図３参照）。具体的には、図１０（Ｄ）に示すように、Ｕ相エリア８Ｕにおいて、主コイル１０の端子１０ｂと第２副コイル１２の端子１２ａをリード線で接続する。その他の端子は接続されない状態となっている。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。

次に、三相かご形誘導電動機１を省出力３の電動機とする省出力第２端子板８５は、主コイル１０と、第１副コイル１１から第３副コイル１３とを直列に接続し、第４副コイル１４は接続しない状態で使用する（図３参照）。具体的には、図１０（Ｅ）に示すように、Ｕ相エリア８Ｕにおいて、主コイル１０の端子１０ｂと第３副コイル１３の端子１３ａをリード線で接続する。その他の端子は接続されない状態となっている。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。

このように、本変形例１の三相かご形誘導電動機１ａにおいては、端子ボックス９の第１端子板８１に、それぞれ定格出力、省出力１、省出力２、及び省出力３の合計４通りの出力に変更可能な第２端子板８２〜８５を装着することにより、電動機の供給者は、多くの仕様の電動機を準備することなく、また、回転制御を行う装置を必要とすることなく、多くの仕様に対応することが可能で効率の高い三相かご形誘導電動機及びポンプ装置を提供することができる。

次に、本発明の変形例２における三相かご形誘導電動機１ｂ及び当該電動機を用いたポンプ装置について図８、図９及び図１１を参照して説明する。この変形例２における三相かご形誘導電動機１ｂは、図８に示すように、端子ボックス９の内部に、第１端子板８１ａが設けられ、その第１端子板８１ａに第２端子板８６〜８９のいずれかを着脱可能に装着することができる。

変形例２における第１端子板８１ａは、図１１（Ａ）に示すように、Ｕ相エリア８Ｕ、Ｖ相エリア８Ｖ、Ｗ相エリア８Ｗのそれぞれに、７本の植込ボルトが設けられている。植込ボルトは、各エリアにおいて、左側に３本、右側に４本配置されている。

図１１（Ａ）において、左上の植込ボルトには、第２副コイル１２の端子１２ａと、第３副コイル１３の端子１３ｂが接続されている。左側の中央の植込ボルトには、第３副コイル１３の端子１３ａと、第４副コイル１４の端子１４ｂが接続されている。左下の植込ボルトには、主コイル１０の端子１０ａが接続されている。

図１１（Ａ）において、右側の上から１番目の植込ボルトには、第１副コイル１１の端子１１ａと、第２副コイル１２の端子１２ｂが接続されている。右側の上から２番目の植込ボルトには、主コイル１０の端子１０ｂが接続されている。右側の上から３番面の植込ボルトには、第４副コイル１４の端子１４ａが接続されている。右側の一番下の植込ボルトには、第１副コイル１１の端子１１ｂが接続されている。

このように、変形例２の第１端子板８１ａにおいては、上記のように各端子を植込ボルトに接続することで、図３における各副コイル１１〜１４同士を接続するリード線を省略し、第１端子板８１ａ及び第２端子板８６〜８９の構造を簡素化している。

本変形例２において、第２端子板８６〜８９は、図１１（Ｂ）に示すように、第１端子板８１ａに装着した際に、定格出力となる定格出力結線が施された定格第２端子板８６と、図１１（Ｃ）に示すように第１端子板８１ａに装着した際に省出力１となる省出力第２端子板８７と、図１１（Ｄ）に示すように省出力２となる省出力第２端子板８８と、図１１（Ｅ）に示すように省出力３となる省出力第２端子板８９とを備えている。

第２端子板８６〜８９は、図１１（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、第１端子板８１ａの植込ボルトに対応する端子４０〜４６が設けられている。定格第２端子板８６は、図１１（Ｂ）に示すように、端子４０と端子４６がリード線で接続され、端子４４と端子４５がリード線で接続されている。

この定格第２端子板８６を第１端子板８１ａに装着することで、主コイル１０の端子１０ｂと第１副コイル１１の端子１１ｂが接続され、主コイル１０の端子１０ａと第４副コイル１４の端子１４ａが接続される。当該接続により、三相かご形誘導電動機１ｂは、定格出力を有する電動機となる。

省出力第２端子板８７は、図１１（Ｃ）に示すように、端子４０と端子４１がリード線で接続されている。この省出力第２端子板８７を第１端子板８１ａに装着することで、主コイル１０の端子１０ｂと第１副コイル１１の端子１１ａが接続される。当該接続により、主コイル１０と第１副コイル１１が直列に接続され、三相かご形誘導電動機１ｂは、省出力１を有する電動機となる。なお、第２副コイル１２、第３副コイル１３、第４副コイル１４は各々端子１２ａ、端子１３ａ、端子１４ａが接続されないため作動しない。

省出力第２端子板８８は、図１１（Ｄ）に示すように、端子４０と端子４２がリード線で接続されている。この省出力第２端子板８８を第１端子板８１ａに装着することで、主コイル１０の端子１０ｂと第２副コイル１２の端子１２ａが接続される。当該接続により、主コイル１０と、第１副コイル１１と、第２副コイル１２が直列に接続され、三相かご形誘導電動機１ｂは、省出力２を有する電動機となる。なお、第３副コイル１３、第４副コイル１４は各々端子１３ａ、端子１４ａが接続されないため作動しない。

省出力第２端子板８９は、図１１（Ｅ）に示すように、端子４０と端子４３がリード線で接続されている。この省出力第２端子板８９を第１端子板８１ａに装着することで、主コイル１０の端子１０ｂと第３副コイル１３の端子１３ａが接続される。当該接続により、主コイル１０と、第１副コイル１１と、第２副コイル１２と、第３副コイル１３が直列に接続され、三相かご形誘導電動機１ｂは、省出力３を有する電動機となる。なお、第４副コイル１４は端子１４ａが接続されないため作動しない。

また、電源供給は、Ｕ相エリア８Ｕの第２端子板の端子４５に電源線１５を接続して行う。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。また、Ｕ相エリア８Ｕの第２端子板の端子４６には、中性線１６を接続する。Ｖ相エリア８Ｖ及びＷ相エリア８Ｗについても同様の接続とする。

このように、本変形例２の三相かご形誘導電動機１ｂにおいては、端子ボックス９の第１端子板８１ａに、それぞれ定格出力、省出力１、省出力２、及び省出力３の合計４通りの出力に変更可能な第２端子板８６〜８９を装着することにより、電動機の供給者は、多くの仕様の電動機を準備することなく、また、回転制御を行う装置を必要とすることなく、多くの仕様に対応することが可能で効率の高い三相かご形誘導電動機及びポンプ装置を提供することができる。

なお、上記実施形態では、各コイル３をＹ結線にしているが、これに限らず、デルタ結線にしてもよい。コイル３をデルタ結線にする場合は、図２の電源線１５をＷ相のコイル（図示省略）の一端側とし、中性線１６をＶ相のコイル（図示省略）の他端側となるようにすればよい。

また、上記実施形態では、固定子鉄心２の鉄心溝２ａの数を３６としているが、これに限らず、２４等、他の数としてもよい。また、上記実施形態では、副コイルの数Ｎを４としたが、これに限らず、２以上の任意の数とすることができる。また、上記実施形態の各コイルの径は例示であり、各電動機の仕様に応じて種々変更することができる。

１…三相かご形誘導電動機
２…固定子鉄心
２ａ…鉄心溝
３…コイル
４…回転子
８…端子板
９…端子ボックス
１０…主コイル
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１６ａ…端子
１０ｃ，１０ｄ…リード線
１１…第１副コイル
１２…第２副コイル
１３…第３副コイル
１４…第４副コイル
１５…電源線
１６…中性線
１９…ポンプ選定図
２０…定格出力のポンプＱ−Ｈ曲線
２１…省出力１のポンプＱ−Ｈ曲線
２２…省出力２のポンプＱ−Ｈ曲線
２３…省出力３のポンプＱ−Ｈ曲線
２４…ポンプ選定図における下限値を示す曲線
２７…管路抵抗曲線（実揚程＋管路抵抗揚程）
２８…弁絞り抵抗曲線（実揚程＋管路抵抗揚程＋弁絞り抵抗揚程）
２９…交点（Ｑ−Ｈ曲線２０上のポンプ出力点、軸動力点）
３０…交点（ポンプ作動点、所望能力）
３１…交点（Ｑ−Ｈ曲線２２上のポンプ出力点、軸動力点）
８１，８１ａ…第１端子板
８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９…第２端子板

当該構成において、前記固定子の溝は、固定子の中心から外周側に向けて幅が広くなる形状であり、前記副コイルは、第１副コイルから第Ｎ副コイルを備え（Ｎは２以上の整数）、前記溝の外周側に前記主コイルが配置され、その内側に第１副コイルから第Ｎ副コイルが順に配置され、前記第Ｎ副コイルが前記小径副コイルとなるように配置することができる。

Claims (6)

1. 負荷が２乗低減トルク負荷となる機器に用いられる三相かご形誘導電動機であって、
   筒状の固定子と、
   前記固定子の内部で回転自在に保持された回転子と、
   前記固定子の溝に巻き付けられ、両端に端子を有するコイルとを備え、
   前記コイルは、三相の各相毎に主コイルと複数の副コイルとを有し、
   複数の前記副コイルは、有効巻数の合計が前記主コイルの有効巻数と同一となるように形成され、
   前記端子によって、前記主コイルと、全ての前記副コイルを直列に接続したものとを並列に接続して定格出力結線とし、
   又は、前記主コイルと前記副コイルの一部を直列に接続した省出力結線とすることが可能な三相かご形誘導電動機。
2. 請求項１に記載の三相かご形誘導電動機であって、
   前記副コイルは、線径が前記主コイルの線径と同一の同径副コイルと、線径が前記主コイルの線径よりも小径の小径副コイルとを有し、
   前記省出力結線の際に、前記同径副コイルのみ選択可能な三相かご形誘導電動機。
3. 請求項２に記載の三相かご形誘導電動機であって、
   前記固定子は、固定子の中心から外周側に向けて幅が広くなる形状であり、
   前記副コイルは、第１副コイルから第Ｎ副コイルを備え（Ｎは２以上の整数）、
   前記溝の外周側に前記主コイルが配置され、その内側に第１副コイルから第Ｎ副コイルが順に配置され、前記第Ｎ副コイルが前記小径副コイルであることを特徴とする三相かご形誘導電動機。
4. 請求項３に記載の三相かご形誘導電動機であって、
   前記副コイルは、前記固定子の外周側の前記同径副コイルの巻数が前記固定子の中心側の前記同径副コイルよりも多く巻かれていることを特徴とする三相かご形誘導電動機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の三相かご形誘導電動機であって、
   前記端子は、第１端子板に配置されて固定され、前記第１端子板に着脱可能に装着される複数の第２端子板を有し、
   前記第２端子板は、前記第１端子板に装着した際に定格出力となる定格出力結線が施された定格第２端子板と、前記第１端子板に装着した際に省出力となる省出力結線が施された省出力第２端子板とからなることを特徴とする三相かご形誘導電動機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の三相かご形誘導電動機を用いたポンプ装置であって、
   前記機器の所望能力が、前記端子の結線を前記定格出力結線とした際に選定図に表される定格Ｑ−Ｈ曲線と、前記省出力結線とした際に前記選定図に表される省出力Ｑ−Ｈ曲線のうち、前記所望能力以上で最も近い曲線となるように前記端子の結線を選択可能としたことを特徴とするポンプ装置。
   
   

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