JP2620768B2 - 誘導電動機の回転子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トルク特性および効率か良く速度制御が容
易な可変速誘導電動機または始動特性を改善した誘導電
動機の回転子に関する。

〔従来技術とその問題点〕

誘導電動機の速度を制御する方法の一つとして電源周
波数を変える方法がある。この方法は連続的かつ広範囲
な速度制御が可能である半面、この方法で必要とする周
波数変換装置を高価とし、また周波数変換装置により交
流を直流に変換して再度交流に変換する過程において一
般に高調波および電波が発生し、これらによってコンピ
ューター，その他各種電気制御機器の誤動作あるいはコ
ンデンサーの過熱等の障害を招くことがあり、このうち
高調波障害に対しては、フィルターを設置することによ
り対策を講じることもできるが、フィルターの設置には
コストがかかる。また低速時において一般に性能が不十
分となる等の欠点を有するものである。

また、電動機の極数を変えて速度を制御する方法は、
極数の変換によって段階的に速度を変えることができて
も、無段階的に滑かな速度制御をすることができない欠
点がある。

また、電源の電圧を変えて速度を制御する方法では、
速度制御が連続的に行える半面、特に低速度領域におい
て効率が悪くなる欠点がある。

そして巻線型電動機において二次抵抗を変化させすべ
りを変えて速度制御を行う方法は、比較的簡単に連続的
な速度制御が可能である半面、外部からのブラシとスリ
ップリングを介して回転子巻線回路へ抵抗を挿入するた
めに、ブラシの消耗による保守点検を必要とし、また、
かご形誘導電動機は、二次抵抗を変化させて速度制御を
行うことができない問題点がある。

上記問題点に対処するものとして、例えば、特開昭54
−29005号公報にその技術が開示しており、このもの
は、同軸上に設置された２組の回転子鉄心および回転子
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、前記各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組の回転子鉄心間におけるかご形導
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、始動時には固定子巻線の相互間の位相を18
0゜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、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。ところで上記電動機には回転
子の製造方法について新しい発明はない。

〔発明の目的〕

複数子の回転子コアのそれぞれに装設した複数個の導
体のそれぞれを連通状に連結して一体的な回転子に形成
し、同一回転軸に任意の間隔を設けて軸着した前記複数
個の回転子コアに対峙する外周部に複数個の固定子を機
枠内に並設し、前記複数個の固定子と対峙しない前記回
転子コア間において、前記複数個の導体を抵抗材を介し
短絡すると共に、前記複数個の固定子のうち少なくとも
１個の固定子に関連して前記複数個の固定子のうちいず
れか一方の固定子に対峙する回転子の導体部分に誘起す
る電圧と、他方の固定子に対峙する回転子の導体部分に
誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置
を付設した誘導電動機においては、回転子と製造に困難
さがあった。本発明は低コストと高生産性とを追求した
強度の優れた誘導電動機の回転子を提供することにあ
る。

なお、本発明の誘導電動機は、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、深溝かご形およい特殊かご形等のいずれの形式
のものにも適用できるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記技術的課題を達成するために本発明は、複数個の
孔を開設した２組の回転子コアのそれぞれにアルミニウ
ムと鋳込んで複数個の導体と、前記回転子コアの一方側
に短絡環と、前記回転子コアの他方側にそれぞれ導体の
端部とを形成して、前記２組の回転子コアを２組の回転
子部分とし、該２組の回転子部分の前記それぞれの導体
の端部間を、複数個の別個の導体によって連通状に連結
した一体的なかご形回転子を形成すると共に、前記別個
の導体に抵抗材を溶接して前記複数個の導体間を短絡連
結したことにより問題解決の手段とした。また、前記回
転子部分の端部と前記別個の導体との連結は、前記端部
に前記別個の導体を圧入するか、または別個の導体に端
部を圧入するようにした。さらに、前記抵抗材には銅ニ
ッケル合金、ニッケルクロム合金、鉄クロム合金または
ステンレスのいずれかを使用した。また前記別個の導体
に銅、しんちゅう、ステンレス、銅ニッケル合金または
鉄のいずれかを使用し、前記アルミニウムの鋳込はダイ
カスト法による。

〔作 用〕

前記誘導電動機に使用される回転子は、一般的に２組
の回転子コア間に間隔をもっていることと、コア間に抵
抗材があるためにアルミニウムの鋳込みで回転子を一体
的に能率良く低コストで生産することができず、この主
の誘導電動機の実用化を困難していた。

本発明における２組の回転子コアのそれぞれにアルミ
ニウムを鋳込んで、複数の導体と、前記回転子コアの一
方側に短絡環と、前記回転子コアの他方側に前記複数の
導体に連絡するそれぞれの端部とを形成して回転子部分
とし、前記回転子部分間を、つまりそれぞれの回転子部
分の導体の端部間を別個の導体で連結することにより前
記回転子の製造が能率良く、低コストでできた。ことに
前記アルミニウムの鋳込みにおいてアルミニウムのダイ
カスト法は特に功を奏した。

また、回転子部分の端部と、別個の導体との連結は、
端部に別個の導体を圧入するか、または別個の導体に端
部を圧入するようにしたので、２組の回転子コアであっ
たために容易に実現できなかった回転子が、本発明によ
りアルミニウムの鋳込みと、前記圧入という簡単な手段
によって容易に２組の回転子部分を有する回転子が製造
できるようになった。

前記コア間における回転子部分の導体の端部間を、別
個の導体でそれぞれ連結する場合の前記別個の導体は、
アルミニウムであってもよいが、銅、しんちゅう、ステ
ンレス、銅ニッケル合金または鉄のいずれかを使用する
ことにより回転子導体の抵抗値を調整して、負荷に応じ
たトルク特性とすることができ、またアルミニウムより
融点が高いことから、抵抗材の発熱に対する回転子の強
度低下を防止できる。

抵抗材に銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、鉄ク
ロム合金またはステンレスを使用することにより、抵抗
材自身の発熱に対する強度低下を防止できる。さらに回
転子コア間を空間または非磁性体としたものは漏れリア
クタンスを低減し、トルクの低下を防止する。

以上本発明においては、誘導電動機の回転子の低コス
ト、高能率および高強度の製造方法を提供することによ
り、２個の固定子間に回転磁界の位相のずれを設けて、
トルクの多様化を計り、可変速あるいは始動性を改善す
るタイプの誘導電動機の実用化を達成したものである。

〔実施例〕

実施例について図面を参照し説明する。第１図の符号
１は本発明による可変速誘導電動機であり、該誘導電動
機は以下のような構成を有する。（第１図，第２図参
照） 鉄心からなる回転子コア2,3は任意の間隔を設けて回
転子軸４に軸装し、該回転子コアは、回転子コア2,3そ
れぞれに装設した複数個の導体５のうち、隣接する複数
個の導体５を一組にして、その一端部を短絡環６と７に
よりそれぞれ連結し、他方側に前記複数個の導体を一組
にして、端部51を形成した。さらに回転子８は前記回転
子コア2,3間において、１組の導体に対し、つまり前記
回転子コア2,3の端部51に対し導体55を連通状に連結す
ることで一体的に形成する。回転子コア2,3間の前記連
通状に連結した導体55を抵抗材ｒ…たとえば、銅ニッケ
ル合金、ニッケルクロム合金、鉄クロム合金またはステ
ンレス…を介し短絡連結してある。

また回転子コア2,3に回転子８の両側部10,11に連絡す
る複数個の通風胴12…を設ける。また、複数個の抵抗材
ｒ…は回転子外周に突出させたＵ字形状を成し任意の冷
却攪拌体として冷却作用体13に形成することができる。
前記抵抗材ｒの両側面には抵抗材ｒの発熱を遮閉する固
着した遮閉板52が設けられる。

円筒状の機枠14の両側部に設けた軸受盤15,16を両側
部にボルト17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。

第１図および第２図に示すように、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、第２固定子25は機枠14の内壁面に固設される固
着固定子である。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、第２固定子25,機枠14とで形成する空間部66
を通風胴67に形成し、機枠14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に形成す
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。また、送風口69に、クーラー、凝縮器、冷媒ガスま
たはその他種々の冷媒装置を直接に、または通管を介し
て連結することがある。

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とにより成る回動機構30を介
して回動固定子31に連結し、回動固定子31を回動自在と
し、機枠14に固設した第２固定子25に関連して回動自在
とした回動固定子31を、電圧移相装置100に形設してあ
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お
よび導体５…等を冷却して排風孔39…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2,3を冷却し、軸受盤16から吸引した空気とを合流
させて巻線23,第２固定子25を通風させて冷却し、機枠1
4の排風孔39B…から排出され、巻線22,23、回転子コア
2,3、導体５…のそれぞれに機能を安定的に作用させ
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、トルク
発生時の固定子への反作用等、固定子が必要以外容易に
回動しないためのストッパーである。

第３図に示すように、回動固定子31と第２固定子25の
それぞれにスター結線を施した巻線22,23とを直列に連
結する。即ち、回動固定子31の巻線22の端子A,B,Cを商
用３相電源A,B,Cに連結すると共に巻線22の端子a,b,cを
第２固定子25の巻線23の端子A,B,Cに連結し、巻線23の
端子a,b,cを短絡して連結してある。

次に、回動固定子31と第２固定子25のそれぞれに巻装
した巻線22,23を直列に連結した作用を第１図，第３図
につき説明する。

巻線22,23を直列に連結してあるため商用３相電源か
ら巻線22,23間に電流は流れるが、仮に巻線22,23のそれ
ぞれの抵抗の相違あるいは両固定子31,25の容量の大き
さに相違があっても、それとは無関係に、それぞれの巻
線22,23に流れる電流の大きさは等しく、したがって回
動固定子31と第２固定子25のそれぞれから回転子８の導
体５…に誘起して流れる電流の大きさは等しくなる作用
と、回動固定子31,第２固定子25に対する回動差、即ち
回転磁界の磁束に生じる位相のずれに応じて両固定子3
1,25のそれぞれから回転子８の導体５…に流れる電流の
大きさが等しくなるという強制力が生じる作用と、両固
定子31,25間の電圧の位相差に起因するベクトル差分の
電流は複数個の導体５…のそれぞれを連結材となす抵抗
材ｒ…を介して必然的に流れるという強制力が生れる作
用との相乗効果により、第４図に示すすべりとトルク特
性のように効率の改善とそれぞれの変速領域において大
きなトルクを出すことができ、負荷を連結した状態にお
いてもそれぞれの速度領域ごとに起動を容易とするもの
で、負荷の起動特性に順応して滑らかな起動とするこ
と、あるいは高出力で起動すること等任意に使い分けが
でき、起動・停止を頻繁に反復する動力源に最適に対応
できる。上記のような回転子８の変速は、回動固定子31
により位相のずれを制御して回転子８の導体５…に流れ
る電流を増減に変化させる制御のみで回転子８の回転速
度を任意に変速することができる。

なお、巻線22,23を直列に連結した回動固定子31と第
２固定子25のそれぞれから回転子８の導体５…に流れる
電流の大きさに対し、複数個の導体５…間に抵抗材ｒ…
を介して短絡して流れる電流の比率は、抵抗材ｒ…の抵
抗値およびすべりとは無関係にＰθ（Ｐ＝極対数、θ＝
位相角）の値によって決定され、（上記比率は、Ｐθ＝
πが最大でＰθ＝０でゼロとなる）Ｐθが一定であれ
ば、一般の巻線形誘導電動機の二次挿入抵抗を一定とし
た場合と同様のすべりとトルク特性になり、Ｐθが小に
なると回転子８の導体５…に流れる電流の比率が小とな
り、Ｐθを小さくすることは一般の巻線形誘導電動機の
二次挿入抵抗を小さくすることと同等の作用をすること
となる。そして両固定子31,25に定格電流を流した場合
において、位相差θを任意に変えてもすべり値の選定と
連結材の抵抗値の設計次第により、最高速度の持つ定格
電流と定格トルク特性とを、それぞれの変速領域におい
てもほぼ同等に作用させることができる。また、回動固
定子31と第２固定子25の巻線22,23を直列に連結してあ
っても、仮に導体５…間に連結材を設けて短絡していな
い場合は、位相差がある時は回転子導体５…にはほとん
ど電流が流れにくい状態となる。

上記の如く構成される誘導電動機に係る回転子につい
て、第１図と第５図に基づき以下に説明する。

まず、回転子コア2,3は一般的に珪素鋼板または電磁
鋼板を積層したものであるが、更に詳しく説明すると、
回転子コア2,3は両側面を燐酸被膜処理した複数個の珪
素鋼板を重合結合して一体的な回転子コアに形成され
る。この珪素鋼板には、複数個の導体挿入孔を穿設して
ある。

上記の如く重合結合して回転子コア2,3はさらにアル
ミニウムを鋳込んで、いわゆるアルミニウムダイカスト
法により複数の導体５と短絡環6,7と、さらに前記複数
の導体５に連絡し導体55と連結（溶接）するための端部
51とを同時に一体的に形成したものである。

ここで前記鋳込みで形成される端部51は、同じく鋳込
みで複数の導体挿入孔内に形成される複数の導体５う
ち、複数を１組にしたものに１つの端部51が形成され
る。ただし、導体５、１つに対し端部51が１つ形成され
ることもある。

この鋳込みされた回転子コア2,3間で、前記回転子コ
ア2,3に形成された前記端部51と導体55とを連結し、導
体55を連通状に成すことで、回転子８を形成する。

ここに記述する導体55は、銅、しんちゅう、ステンレ
ス、銅ニッケル合金または鉄などを使用する。

さらに該回転子８に連通状に連結した導体55は、帯状
抵抗材ｒを介して短絡し、該抵抗材ｒは、回転子コア2,
3の端部51に連通状に連結した導体55間において、前記
抵抗材ｒの一部分を回転子外周に突出させ回転子外周に
おいてＵ字形状になし、前記導体55に溶接固着したもの
である。ここでいう前記溶接とはロウ付を含むものであ
る。またここでいう突出させたＵ字形状とは、たとえば
導体55aの外周の回転子内側部分に外接して回転子外周
に突出し、任意延長上で折り返し、再び前記導体55aに
隣接する次の導体55bの外周の回転子内側部分に外接し
て、また回転子外周に突出することをくりかえした形状
で、該抵抗材ｒは各々導体55と抵抗材ｒの接触面あるい
は接触点で溶接され、導体55に固着される。

上記実施例の外にも抵抗材ｒの形状は、外周部におい
てジクザグ状のものや蛇行したものなど様々な形状を考
えることができる。

ところで、前記抵抗材ｒは幅広い板を前記形状に形成
することも、また板を帯状にして前記形状に形成するこ
とも同等であり、抵抗材ｒの材質により、つまり抵抗値
により様々な大きさとなる。

ここで上記構成される回転子を一体的に形成する方法
を第６図，第７図により説明する。

圧入装置85が設けられた治具台80に中心軸84を挿入
し、該中心軸に治具側板81、アルミニウムのダイカスト
法により一体的に形成された回転子コア2,3、連通状に
装設する導体55、抵抗材ｒ及び治具側板82を挿入する。

治具側板81,82には、後に抵抗材ｒを固定するために
設けられる治具棒83を固定する複数の孔を穿設してあ
る。

次に粗組した回転子８を一体的に形成するため治具台
80の上部に設けた圧入装置85により、導体55を回転子コ
ア2,3の端部51に圧入・嵌合する。なお、圧入した後に
嵌合部分をロウ付などの溶接で固着することは、更に確
実な回転子の形成に有効である。

次に先に挿入してある抵抗材ｒを固定するため、抵抗
材ｒを回転子外周でＵ字状にすることでできたＲ部に治
具棒83を通し、回転子外周に抵抗材ｒを広げるごとくし
て複数の治具棒83を治具側板81,82に固設する。

一体的に形成された固定子と抵抗材ｒは溶接により固
着される。ここでいう溶接とはロウ付を含むもので、た
とえばトーチ85などにより抵抗材ｒと導体55との接合部
を加熱し、前記接合部を溶接固着させ、完全な一体的回
転子が形成されるに至るものである。

ここで、前記導体55を回転子コア2,3の端部51に圧入
するとしたが、逆に端部51を導体55に圧入することも有
効である。（第８図） ところで前記実施例において、回転子コア2,3間の、
導体55に囲まれた空間はそのまま空間でも、非磁性体の
どちらでも良い。

以上のことから回転子コアを鋳込んで回転子導体と、
一方側に短絡環及び他方側に回転子導体に相対した端部
とを一体的に形成した２組の回転子部分は、従来の回転
子の鋳込みと同様に容易に形成できるようになった。ま
た、前記２組の回転子部分の端部間において別個の複数
の導体と端部とを圧入によって嵌合し、抵抗材を別個の
導体と連結・溶接するというもっとも平易な作業で、複
数回転子コアを有する一体的回転子が容易に形成できる
ようになった。

〔発明の効果〕 前記の回転子の構成及び回転子の一体的な形成は、複
数個の回転子コアのそれぞれに装設した複数個の導体の
それぞれを連通状に連絡して一体的な回転子に形成し、
前記複数個の導体を抵抗材を介し短絡して一体的に形成
される回転子に関するものであり、第２個の固定子間に
回転磁界の位相のずれを設けて、トルクの多様化を計
り、可変速あるいは始動性を改善するタイプの誘導電動
機の製造に関し、低コスト、高能率、高強度である前記
回転子が提供できた。

このことから本発明の回転子に係る可変速誘導電動機
は、広範囲の変速と広範囲の速度において高トルクを得
るものとして実現可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変速誘導電動機の側断面図、第
２図は第１図の正断面図、第３図は巻線の結線図、第４
図は複数の回転子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図、第５図は第１図Ａ−Ａ
部の特に回転子部分の正断面図、第６図は回転子を一体
的に形成する実施例図、第７図は抵抗材ｒを溶接する実
施例図、第８図は連結部分の別の実施例図。 １……可変速誘導電動機、2,3……回転子コア、４……
回転子軸、５……回転子導体、6,7……短絡環、８……
回転子、10,11……両側部、12……通風胴、13……冷却
作用体、14……機枠、15,16……軸受盤、17……ボル
ト、19,20……冷却用翼車、21……軸受、22,23……巻
線、25……第２固定子、26……すべり軸受、28……スト
ップリング、29……駆動装置、30……回動機構、31……
回動固定子、35……小型モータ、36……駆動用歯車、37
……開口部、38……ソレノイド、39……排風口、40……
通風口、51……端部、52……遮閉板、55,55a,55b,55c,5
5d……導体、66……空間部、67……通風胴、68……送風
口、69……排風口、70……送風胴、74……風車、72……
モーター、73……送風装置、74A……吸風口部、74B……
排風口部、80……治具台,81……治具側板、82……治具
側板、83……治具棒、84……中心軸、85……トーチ、ｒ
……抵抗材。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の孔を開設した２組の回転子コアの
   それぞれにアルミニウムを鋳込んで、複数個の導体と、
   前記回転子コアの一方側に短絡環と、前記回転子のコア
   の他方側にそれぞれの導体の端部とを形成して、前記２
   組の回転子コアを２組の回転子部分とし、該２組の回転
   子部分の前記それぞれの導体の端部間を、複数個の別個
   の導体によって連通状に連結した一体的なかご形回転子
   を形成すると共に、前記別個の導体に抵抗材を溶接して
   前記複数個の別個の導体間を短絡連結したことを特徴と
   する誘導電動機の回転子。
2. 【請求項２】前記回転子部分の端部と前記別個の導体と
   の連結は、前記端部に前記別個の導体を圧入するか、ま
   たは別個の導体に端部を圧入するようにした、請求項
   （１）記載の誘導電動機の回転子。
3. 【請求項３】前記それぞれの導体の端部間は空間もしく
   は非磁性体コア部とした請求項（１）記載の誘導電動機
   の回転子。
4. 【請求項４】前記別個の導体に銅，しんちゅう，ステン
   レス，銅ニッケル合金，鉄のいずれかを使用した請求項
   （１）ないし（３）に記載の誘導電動機の回転子。
5. 【請求項５】前記抵抗材に銅ニッケル合金，ニッケルク
   ロム合金，鉄クロム合金，ステンレスのいずれかを使用
   した請求項（１）ないし（４）に記載の誘導電動機の回
   転子。
6. 【請求項６】前記アルミニウムの鋳込みはダイカスト法
   である請求項（１）ないし（５）に記載の誘導電動機の
   回転子。