JP2516393B2 - 2固定子誘導電動機 - Google Patents

2固定子誘導電動機

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JP2516393B2 JP63052203A JP5220388A JP2516393B2 JP 2516393 B2 JP2516393 B2 JP 2516393B2 JP 63052203 A JP63052203 A JP 63052203A JP 5220388 A JP5220388 A JP 5220388A JP 2516393 B2 JP2516393 B2 JP 2516393B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、始動性能を改善した電動機に関し、詳しく
は、2個の回転子コア間において、2個の回転子コアの
それぞれに装設した複数個の導体を抵抗材を介して短絡
連結するとともに、固定子を回動させて始動トルクを大
きくするための技術に関する。
〔従来技術とその問題点〕
従来、一般的に使用されているかご形誘導電動機の始
動時においては、始動電流を制御する手段としてスター
デルタ始動、リアクトル始動、始動補償器始動等が知ら
れているが、これ等いずれの手段も始動電流を抑制する
ことはできても始動トルクを大きくすることはできない
欠点があった。また、巻線型電動機においては、二次抵
抗器の抵抗値を変化させて始動トルクの向上を図ること
はできるが、ブラシとスリップリングの使用を余儀なく
され保守性に難点があった。
また、特開昭54−29005号公報に開示される技術のも
のは、同一軸に設置された2組の回転子鉄心に対向して
それぞれ独立する固定子巻線を備えた2組の固定子と、
前記2組の回転子鉄心に跨って共通に設置されかつ両端
にてそれぞれ短絡環を介して相互間を短絡したかご形導
体と、2組の回転子鉄心間おけるかご形導体の中央箇所
にてかご形導体の相互間を短絡する高抵抗体とを備え、
回転子鉄心に対向してそれぞれ独立する固定子のに巻線
を備え、始動時には固定子巻線の相互間の位相を180℃
ずらせ、始動後の運転時には位相を合わせて給電する双
鉄心かご形電動機であるが、このものは、始動時に固定
子巻線の相互間の位相を180℃ずらすことにより始動ト
ルクを大にして始動特性を向上し、運転時には固定子巻
線の相互間の位相を合わせて通常のトルク特性で運転で
きる点に特徴を有するものである。また、この他相互間
の位相を0°から180°まで連続的に変化させるために
固定子を回動させる回動固定子構成のものもあるが、始
動性を向上する効果は認められたとしても、回転子の速
度制御のために回動固定子の回動を制御する上におい
て、回動固定子の始動位置の検出器を備えていなかった
ので、汎用の電動機と同様に遠隔からの電源の操作だけ
では始動ですが実用性に乏しく安定した始動のできない
ものであった。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来技術の欠点を改善するためのもので
電動機を始動する際に、回動固定子を運転時の位置とは
異なる位相差の大きい位置に回動させておいて始動電流
を抑制すると共に十分な始動トルクを確保して始動をす
ることができる電動機を提供しようとするものである。
なお、本発明の2固定子可変速誘導電動機は、単相ま
たは3相電源等に接続して使用され、回転子の形態は、
普通かご形,二重かご形,深溝かご形,特殊かご形のい
ずれの型式のものにも適用できるものであり、前記2個
の固定子をそれぞれ並列して電源に連結すること、ある
いは複数個の固定子相互を直列に連結すること等は、任
意に選択して採用できるものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記技術的課題を達成するために本発明は、同一回転
軸に空間又は非磁性体コア部を介在して軸着した2個の
回転子コアを有し、該2個の回転子コアに連通する複数
個の導体を装設して一体的なかご形回転子に形成し、前
記2個の回転子コア間の空間又は非磁性体コア部におい
て前記複数個の導体を相互に抵抗材で短絡連結し、前記
2個の回転子コアに対峙してその外周部に2個の固定子
コアを周設しそれぞれに巻線を巻装して2個の固定子と
し、該2個の固定子のうち少なくとも一方の固定子を前
記回転子と同心的に回転自在な回動固定子としてあり、
該回動固定子を回動駆動する駆動装置を設け、該駆動装
置に前記回転子の回転速度を検出する速度検出器と、回
動固定子の回動位置を検出する回動位置検出器とが接続
してあり、該回動位置検出器の一部を、始動時に前記回
動固定子が始動の位相差に戻ったことを検出する始動位
置検出器としたことにより解決の手段とした。
〔作用〕
本発明は、2個の回転子コアに装設した複数個の導体
を相互に回転子コア間で抵抗材を介して短絡連結すると
ともに、前記2個の回転子コアと同心的にかつその外周
部に2個の固定子を対峙並設し、前記2個の固定子のう
ち少なくとも1個を回動自在な回動固定子に形設し、電
動機の始動時の前記回動固定子の始動開始位置を検出す
る始動位置検出器を設け、始動する際には前記回動固定
子が始動位置に戻ったことを検出させて、回動固定子に
対峙する回転子導体の周囲に生じる回転磁界と、他の固
定子に対峙する回転子導体の周囲に生じる回転磁界との
間に始動の位相差を設けて、前記回転子コア間に設けた
抵抗材に電流を流して、始動電流を抑制するとともに始
動トルクを大きくして始動させ、運転時には前記位相差
を小さくするか、あるいは位相差をなくして、前記抵抗
材に流す電流を小さくするか、あるいはゼロにして運転
状態とする。
〔実施例〕
本発明の実施例を第1図〜第7図に基づき説明する。
第1図に示す符号1は本発明による2固定子誘導電動
機であり、該誘導電動機1は以下のような構成を有す
る。鉄心からなる回転子コア2,3を任意の間隔を設けて
回転子軸4に装着し、回転子コア2,3間に非磁性体コア
9を介設してある。回転子コア2,3間の非磁性体コア9
部において、非磁性体コア9を耐熱材となす石綿,セラ
ミック材(レンガ等の陶器,非磁性ニューセラミック等
を含む)を複数個の導体5…に囲繞して一体的に形成す
ること、あるいは適所に開口部を設けることもある。回
転子コア2,3に連通する複数個の導体5…を装設して一
体的な回転子8を形成し、その複数個の導体5…の両端
部を短絡環6,7により連結してある。また回転子コア2,3
および非磁性体コア9に回転子8の両側部10,11に連結
する複数個の通風胴12…を設ける。また、回転子8に装
設した複数個の導体5…は、回転子コア2,3間の非磁性
体コア9部において、連結材と成すニクロム線,炭素混
入鋼,通電性セラミック等の抵抗材r…によって複数個
の導体を相互に短絡連結してあり、抵抗材r…に絶縁性
コーティングを施すこともある。非磁性体コア9には、
複数のアルミ材,セラミック材,樹脂,ゴム,ガラス等
の非磁性材から成る複数個の冷却作用体13を装着し、冷
却作用体13は冷却翼車体13Aに形成してある。なお、冷
却作用体13は、第2図に示すように、非磁性体コア9を
前記任意非磁性材によって冷却用ファンに形成するこ
と、あるいは冷却作用体13を種々形状に形成し、該冷却
作用体13を回転子コア2,3内側面の一方または両側面に
任意複数個装着すること、さらに回転子コア2,3の空間
部の回転子軸4に、任意形態の冷却作用体を軸着する場
合もあり、抵抗材r…を前記した任意非磁性材により、
種々形体の冷却攪拌体として冷却作用体13に形成するこ
とがある。なお、回転子コア2,3の内側面に一方または
両側面を耐熱材となす前記した石綿,セラミック材等を
装着することがある。(第1図,第2図参照)円筒状の
機枠14の両側部に設けた軸受盤15,16を、両端部にボル
トを備えた連結棒17…とナット18…とにより一体的に組
付け、回転子8の両側部に冷却用翼車19,20を装着し、
回転子軸4の両端部を軸受盤15,16に嵌装した軸受21,21
に軸支し、回転子4を回転自在としてある。
回転子コア2,3に対して同心的にその外側部に巻線22,
23を施した回動固定子31と第2固定子25とを対峙並設
し、機枠14と回動固定子31との間にすべり軸受26を装設
し、すべり軸受26を機枠14に嵌装したストツプリング28
…によって左右移動を固定し、機枠14と第2固定子25と
は、数箇所に通風窓を設けた通風固定リング27Aと固定
リング27Bにより固定する。回動固定子31の一側外周面
にはギヤー33を嵌着してあり、機枠14の外周部に固設し
た駆動装置29と成す正逆回転用小型モーター35に駆動用
歯車36を軸着し、機枠14の外周囲部に複数個の排風口39
を穿設し、軸受盤15,16には複数個の通風孔40…を穿設
してある。
回転子コア2,3間と、すべり軸受26に装着した回動固
定子31と、通風固定リング27Aとおよび固定リング27Bと
によって固定した第2固定子25及び機枠14とで形成する
空間部66を通風胴67に形成し、機枠1に複数個の開口部
を開設して通風胴67に連通し、上記複数個の開口部を任
意個数の送風口68と排風口69とに形成してある。風車71
に軸着したモーター72を送風胴70に装着して送風装置73
に形成し、モーター72は、正逆回転自在に形成され、ま
た電圧調整器,インバーター等任意の変速手段を連結し
て変速自在に形成する場合もある。送風装置73を機枠14
に固設すると共に、送風装置73の吸風部74Aを排風口69
に連絡して通風胴67に連通し、排風口69の他方から外気
を導入する送風口68を通風胴67に連通してあり、送風胴
70には排風部74Bが形設してある。
開口部37から機枠14内に一部を挿入した駆動用歯車36
と回動固定子31に嵌着したギヤー33とを係合させ、駆動
装置29と成すスイッチを備えた小型モーター35とギヤー
33および駆動用歯車36とより成る回動機構30とを介して
回動回定子31に連結し、回動固定子31を回動自在とす
る。
回動固定子31の外周面に磁気センサー32を装着し、磁
気センサー32に関連して磁気を検出する複数個の端子径
を異にした磁気検知体34…を非磁性板41に埋設し、非磁
性板41を機枠14の内周面に装着し、磁気センサー32と磁
気検知体34…とにより回動位置検知器42に形成すると共
に、磁気センサー32は、各磁気検知体34…のそれぞれに
設定された回動固定子31の回動位置を入力した表示器43
に電気的に連結してある。符号38は突片を入出動制御す
るソレノイドでソレノイド38は機枠14に装着してその突
片を回動固定子31に嵌着したギヤー33に装着自在に係合
させてあり、回転子軸4にはタコゼネレーター等の速度
検出器44を装架し、速度検出器44は速度表示器451に連
結してある。なお、速度検出器44は、回転子軸4に装着
することに限定されるものではなく、ストロボ式回転
計、光電式回転計等の非接触式回転計を回転子コア2,
3、非磁性体コア9,導体5…等に関連して配設して使用
することがある。なお、任意の磁気検知体34のうち、始
動時に使用される位相差が設定された磁気検知体34を始
動位置検出器の検知体34とする。
以下に上記構成における作用を説明する。
巻線22,23に商用3相電源から通電すると、回動固定
子31,25に回転磁界が生じて回転子8に電圧が誘起さ
れ、回転子8の導体5…に電流が流れて回転子8は回転
する。回動固定子31に対して第2固定子25それぞれの回
動量をゼロとしたときには、それぞれの固定子31,25に
生じる回転磁界の磁束に位相のずれがなくその詳細は後
述する如く連結材となす抵抗材r…には電流が流れない
ので、一般の誘導電動機と同一のトルク特性を持つもの
である。
次に、小型モーター35を作動して回動固定子31を回動
し、回動固定子31を電気的位相差角(以下「電気角」と
する。)でθだけ回動した場合について説明する。回動
固定子31と第2固定子25が作る回転磁界の磁束φ1,φ2
の位相はθだけずれており、そのため回動固定子31と第
2固定子25との回転磁界により回転子8の導体5…に誘
起される電圧12の位相はθだけずれている。今、
第2固定子25によって回転子8の導体5…に誘起される
電圧2を基準にとし、該電圧を2=SEとする。ここで
Sはすべり,Eはすべり1のときの誘起電圧である。この
とき第1固定子24によって導体5Aに誘起される電圧1
は,1=SEεJθとなる。
(E=すべり1の時の誘起電圧) 第3図に示すものは、非磁性体コア9部において複数
個の導体5…を短絡する抵抗材r…が装着されていない
場合の回転子8のすべりSと回転子入力の有効電力Pと
の関係を示すもので、回転子に誘起する電圧の位相がθ
=0°のとき有効電力Pは最大となり、0°<θ<180
°のときはそれよりも小さなものとなる。ここで導体5
…の抵抗およびインダクタンスをRおよびLとし、電源
の角周波数をωとすれば、有効電力Pの極大はS=(R/
ωL)のとき現われる。
次に、回転子8の導体5…の短絡環6,7から連結材ま
でのそれぞれの抵抗をR1,R2、またインダクタンスを
L1,L2とし、電源の角周波数をωとし、各導体5…のそ
れぞれを短絡する抵抗材の抵抗をrとすれば、回転子8
の電気的等価回路は第4図のようになり、符号I1,I2
I3は各枝路を流れる電流を示すものである。
次に、第4図に示すものを両固定子31,25側からみた
等価回路に変換すると第5図のようになり、R1=R2,L1
=L2でθ=0°のときにはI3=I1−I2=0となり抵抗材
rには電流が流れないことになる。このことはθ=0°
のときにはトルクTはrがないときの値に等しいことを
意味している。従って、θ=0°のときは従来の誘導電
動機と同一のトルク特性を持つことになる。
次に、R1=R2,L1=L2でθ=180°のときには、I1
−I2,I3=I1−I2=2I1となり、従来の誘導電動機にお
いて回転子導体の抵抗をR1=R2=RとすればRはR+2r
に増加したと同様な結果となっている。
上記回転子8の回転により、軸受盤15,16に穿設した
通風口40…から、冷却用翼車19,20により機枠14内に外
気を吸引し、冷却用翼車19により巻線22,回転子コア2,
導体5…等を冷却して、排風孔39A…を介して機枠14外
に排除し、冷却用翼車20では、翼車19で吸引して余剰と
なった空気を通風胴12…内に流動させると共に、回転子
コア,非磁性体コア9,回転子コア3を冷却し、軸受盤16
から吸引した空気とは合流させて巻線23,第2固定子25
を通風させて冷却し、その排気は通風固定リンク27Aの
通風窓を介して機枠14の排風孔39B…から排出され、巻
線22,23、回転子コア2,3、非磁性体9,導体5…のそれぞ
れに機能を安定的に作用させる。
ところで、(第2図参照)可変速誘導電動機1の運転
開始時において、磁気センサー32が検出する回動固定子
31の回動位置が例えば電気角で60°であった場合、この
回動位置における起動トルクと回転子軸4に連結された
負荷の起動特性とを考慮することなく電源を入れると、
起動トルクを大きく必要とする負荷を連結したものにあ
っては、電動機1が起動不能となることや、起動機器の
容量を充分に確保すること等が従来の問題点とする処で
あった。しかし、本発明の特徴とする点は、起動機器を
小型化すると共に起動をスムーズに、また変速自在にし
た構成にあり、電動機1の運転起動前に、回動回転子31
の回動固定位置がどの箇所であるかを回動位置検出器32
の磁気センサー32により検出すると共に、始動位置検出
器となる検知体を34検出するまで回動させる。
そして、始動時には、たとえば位相差θが180°にな
るように電気角を設定して位相差が180°となる検知体
を検知して起動すれば、第6図に示すようなトルクカー
ブに従って起動し、始動電流も抑制される。あるいは始
動位置検出器は別の位置、たとえば位相差θが150°位
になるような位置の検知体34に配置されることもあり、
この場合も前記と同様な始動が行われる。
運転時には通常は位相差θはゼロになるようにして運
転される。運転時の回動固定子の回動位置の検出器も、
前記回動固定子に関連して直接的または間接的に装着さ
れる。
なお、本発明の始動位置検出器は実施例にとどまるこ
とはなく、リミットスイッチ,ホトセンサー等を任意に
選択して使用できるものである。
〔発明の効果〕
上記に説明したように本発明によれば、2個の固定子
のうち少なくとも1個を回動固定子に形成するととも
に、回転子コア間において回転子導体を抵抗材によって
短絡連結し、前記回動固定子の始動開始位置を検出する
始動位置検出器を設けたので、始動時に電動機の回動固
定子の位置をみながら始動させなければならないような
ことはなく、電動機がたとえ遠隔にあっても回動固定子
を始動位置にしておいて始動することが可能になるとと
もに、始動電流を抑制して始動トルクを大きく確保する
ことが可能になり、電源設備容量の小型化も達成でき、
また負荷が極めてスムーズに始動できる等大きな効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第6図は、本出願の実施例図である。第1図は
2固定子誘導電動機の側断面図、第2図は回動固定子の
回動機構を示す側面図、第3図は回転子のすべりと有効
電力の関係を示す図、第4図は回転子の電気的等価回路
図、第5図は固定子側からみた電気的等価回路図、第6
図は複数個の導体のそれぞれを抵抗材により短絡すると
共に固定子に巻装した巻線を直列に連結した場合の速度
とトルクの関係を示すトルク特性図である。 1……2固定子誘導電動機、2,3……回転子コア、4…
…回転子軸、5……導体、6,7……短絡環、8……回転
子、9……非磁性コア、10,11……側部、12……通風
胴、13……冷却作用体、13A……冷却翼体、14……機
枠、15,16……軸受盤、17……連結棒、18……ナット、1
9,20……冷却用翼車、21……軸受、22,23……巻線、25
……第2固定子、26……すべり軸受、27……固定リン
グ、28……ストップリング、29……駆動装置、30……回
動機構、31……回動固定子、32……磁気センサー、33…
…ギヤー、34,34a〜34g……磁気検知体、35……小型モ
ーター、36……駆動用歯車、38……ソレノイド、39……
排風孔、40……通風孔、41……非磁性板、42……回動位
置検出器、43……表示器、44……速度検出器、45……速
度表示器、66……空間部、67……通風胴、68……送風
口、69……排風口、70……送風胴、71……風車、72……
モーター、73……送風装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−151313(JP,A) 特開 昭54−29005(JP,A) 特開 昭49−86807(JP,A) 特開 昭62−262690(JP,A) 特開 昭62−268390(JP,A) 特開 昭62−268391(JP,A) 特公 昭27−4357(JP,B1) 実公 昭16−17354(JP,Y1) 実公 昭6−13438(JP,Y1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一回転軸に空間又は非磁性体コア部を介
    在して軸着した2個の回転子コアを有し、該2個の回転
    子コアに連通する複数個の導体を装設して一体的なかご
    形回転子に形成し、前記2個の回転子コア間の空間又は
    非磁性体コア部において前記複数個の導体を相互に抵抗
    材で短絡連結し、前記2個の回転子コアに対峙してその
    外周部に2個の固定子コアを周設しそれぞれに巻線を巻
    装して2個の固定子とし、該2個の固定子のうち少なく
    とも一方の固定子を前記回転子と同心的に回動自在な回
    動固定子としてあり、該回動固定子を回動駆動する駆動
    装置を設け、該駆動装置に前記回転子の回転速度を検出
    する速度検出器と、回動固定子の回動位置を検出する回
    動位置検出器とが接続してあり、該回動位置検出器の一
    部を、始動時に前記回動固定子が始動の位相差に戻った
    ことを検出する始動位置検出器としたことを特徴とする
    2固定子誘導電動機。
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