JP2627784B2 - 可変速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が良く速度制御が容
易な可変速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として ・電源周波数を変える方法 ・電動機の極数を変える方法 ・電源電圧を変える方法 ・巻線形電動機の二次抵抗を変える方法 などがある。しかし上記方法の実現のためには高価な変
換装置が必要であったり、変換装置のために更に別の設
備が必要となるものや、上記方法が実現できたとして
も、変速が滑らかでないものや、変速が滑らかでも低速
領域で効率が悪くトルクが小さいとか、また別なものは
消耗品の保守点検が必要となるもの、更にその方法が限
られた構成の誘導電動機にしか使用できないなど様々な
問題点があった。

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あり、このもの
は、同軸上に設置された２組の回転子鉄心と、２組の固
定子と、かご形導体および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。さらに、別のもの
として特開昭49−86807号公報に提案されているもの
は、多層巻線とかご形ロータとを備えたステータを有す
る非同期電気モータなどがある。

しかしながら特開昭54−29005号公報のものは、始動
性の向上は認められるが、無段階に変速を必要とする負
荷の動力源として使用することはできないものである。
また特開昭49−86807号公報の位相差を設けるものにお
いては、２個のステータの位相角が同相のときを除いて
トルクが小さく、負荷が掛ると直ちに運転が停止する欠
陥を持つ実用に供しないものであった。

以上多くの問題点を解決するために本出願人は先願の
特開昭62−260590及び昭和63年７月15日付特許願２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
る誘導電動機の製造に関し、低コスト、高能率、高強度
である回転子の製造方法により前記回転子に係る可変速
誘導電動機は広範囲の可変と広範囲の速度において高ト
ルクを得ることが可能となった。

ところが、前記回転子製造方法において回転子コア間
に連通状に装設する回転子導体とは別個の導体と、回転
子コア一側端に形成された端部とは溶接により溶着する
ために、 ．回転子コア端部の材質と前記別個の導体の材質が異
なると溶接が困難である。

．部材を溶着する方法は一体的回転子の製造に歪を生
じさせる。

．溶接の良否によりその接触部の抵抗値又は接触抵抗
値が異なってくる。

などの問題点を残している。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点を解決するためのもので、前記
特開昭54−29005号公報および特開昭49−86807号公報の
それぞれの総和では奏することのできない特異のトルク
特性を求めるものであり、前記製造方法の問題点を解決
することで、速度制御領域を広範囲に且つその速度制御
を無段階的として任意の所望速度に設定できると共に、
任意のトルクで起動させることができ、また起動点から
最高回転速度までの全速度領域に渡り、トルク特性と効
率の優れた可変速誘導電動機を提供することにある。

〔問題を解決するための手段〕

同一回転軸に任意の間隔を設けて軸着した複数個の回
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
を連結して一体的な回転子に形成し、前記複数個の回転
子コアに対峙する外周部の固定子を機枠に並設し、前記
複数個の固定子と対峙しない前記複数個の回転子コア間
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前記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
た電動機の回転子であって、前記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に対して、前記回転子
コアの回転子コア間側の一側部に端部を設け回転子部分
とし、該回転子部分間においてそれぞれ別の導体と前記
端部との嵌合で前記複数個の導体を前記別の導体により
連通状に連結し、前記嵌合部にはグリース状のシリコー
ンオイルを基油にカーボンを配合したオイルコンパウン
ドである導電材を介在させたことにより問題解決の手段
とした。

〔作 用〕

可変速誘導電動機の回転子の製造は一般的にその複雑
さと強度面から、一体的に能率良く低コストで生産する
ことを困難とした。

本発明による回転子は回転子コア間において回転子コ
アの端部間を、回転子導体とは異なる別個の導体と端部
とを嵌着することで一体的に形成し前記回転子の製造が
能率良く、低コストでできた。回転子コアの端部と前記
別個の導体を嵌合による固着する方法により、前記別個
の導体は、アルミニウム，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
ができるため回転子導体の抵抗を調整でき負荷に応じた
トルク特性とすることができる。さらに前記嵌合による
固着という方法をとることにより、溶接等で発生する歪
は無く一体的にバランスの良い回転子を製造することが
できる。

また嵌合による部材の嵌合面に発生するキズは、グリ
ース状の導電材オイルコンパウドを嵌合面に介在させる
ことで、キズによるすき間を充填させ、嵌合により発生
する接触抵抗の増加を無視することができる。

〔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） 回転子８は、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に軸装し、該回転子コアには、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、回転子コア2,3
の回転子コア間側の一側部に前記複数個の導体５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に対し別の導体55を連通状に嵌
合して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の発熱を遮閉する断
熱材を固着した遮閉板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を嵌着しており、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…のそれぞれ連結材となる抵抗材
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。上記のように回転子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に連絡し別の導体55を嵌着するための端部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と別の導体55とを嵌着
し、別の導体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には、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に連通状態に嵌着した別の導体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に連通状に嵌着した別の導体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、前記別の導体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55
aに隣接する次の導体55bの外周部分に外接して、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は各々別の導体55と抵抗材ｒの接触面あるいは接触
点で溶接され、別の導体55に固着される。

実施例の外にも抵抗材ｒの形状は、外周部においてジ
グ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８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
装設する別の導体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上部に設けた圧入装置85により、別の導体55を回転子
コア2,3の端部51に圧入する。（第８図）ここで本実施
例は端部51に別の導体55を圧入する方法を示したが逆に
別の導体55に端部51を圧入することも可能である。（第
９図） ところで治具台挿入前に別の導体55と端部51との嵌合
部のどちらか一方か、または両方に導電材のオイルコン
パウンドを添付する。このオイルコンパウンドにより嵌
合面に発生するすき間を充填し、接触抵抗等の低下と複
数の嵌合面の等価を計る。

次に、ここで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。

治具棒83および、治具側板81,82により固設された抵
抗材ｒを、前記別の導体55と連結、短絡しながら溶接す
る。前記溶接は一般的溶接でトーチ85などによるロウ付
を含むものである。（第７図） ところで前記実施例において、回転子コア2,3間の、
別の導体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2,3を
鋳込んで回転子導体５と、一方側に短絡環及び回転子コ
ア2,3の回転子コア間側の一側部に回転子導体５を一組
にした端部51とを一体的に形成した回転子部分を、回転
子部分の端部において別の複数の導体55と嵌合するとい
うもっとも平易な作業で、複数回転子コア2,3を有する
一体的回転子８が容易に形成できるようになった。さら
に、前記嵌合部に導電性のオイルコンパウンドを介在さ
せることで、嵌合部の電気的差違を無視することができ
るようになった。

〔発明の効果〕

前述の回転子の構成及び回転子を一体的に形成する方
法等は、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一体
的に形成された回転子に対するものであり、２個の回転
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
前記回転子の製造方法が提供できた。

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
ることが可能となった。

【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図は一体的に形成された回
転子と抵抗材ｒの溶接、第８図は回転子導体と回転子導
体とは別個の導体の嵌合部の詳細図、第９図は第８図と
は別の実施例図。 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……別の導体、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、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 (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一回転軸に任意の間隔を設けて軸着した
   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
   のそれぞれを連結して一体的な回転子に形成し、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
   機枠に並設し、前記複数個の固定子と対峙しない前記複
   数個の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前記回転子の
   導体部分に誘機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電動機の回転子であって、前記複
   数個の回転子コアのそれぞれに装設した複数個の導体に
   対して、前記回転子コアの回転子コア間側の一側部に端
   部を設け回転子部分とし、該回転子部分間においてそれ
   ぞれ別の導体と前記端部との嵌合で前記複数個の導体を
   前記別の導体により連通状に連結し、前記嵌合部にはグ
   リース状の導電材を介在させたことを特徴とする可変速
   誘導電動機の回転子。
2. 【請求項２】前記グリース状の導電材はシリコーンオイ
   ルを基油にカーボンを配合したオイルコンパウンドであ
   る請求項１記載の可変速誘導電動機の回転子