JP2627785B2 - 可変速誘導電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可変速誘導電動機に関するものであり、よ
り詳しくは、単一の回転子と複数個の固定子とを有し、
任意の固定子を回動することにより複数個の固定子のう
ち何れか一方の固定子に対峙する回転子導体部分に誘起
する電圧と他方の固定子に対峙する前記回転子の対応す
る導体部分に誘起する電圧との間に位相差を生じさせ、
回転子の回転速度及び発生トルクを任意に変化させるこ
とができる所謂複数固定子構成の可変速誘導電動機に関
する。

〔従来の技術〕

誘導電動機の速度を制御する方法としては、電源周波
数を変える方法、固定子に施した巻線の極数切換、一次
電圧を制御する方法などがある。また、特公昭27−4357
号公報に記載されている技術は、固定子を固着固定子と
可動固定子との２組に分割しそれぞれ同一巻線となし同
一電源に接続し、又回転子も２組に分割し回転子導体は
それぞれ中央部を幅広くなしたる羽状導体にて接続し両
端を短絡環にて接続し、前記可動固定子を回動し下方の
固着固定子により２次に誘導する２次誘導電圧に対し同
一導体内に異相電流を生ぜしめ、二つのヴェクトル和の
電流が回転子導体に２次電流として通ずる如くなし、任
意に電動機の速度を可変する如くなしたる可変速誘導電
動機であるが、可動固定子をすべり軸受に装着して可動
するように形成したものであるから、可動固定子とすべ
り軸受との摺動摩擦力が大きく、回転子の速度制御のた
めに可動固定子を回動する際に大きな力を必要とし、可
動固定子を小型モーターによって自動制御しようとすれ
ば相当の大負荷となる。このため、大型の回動用モータ
ーの使用が不可避となり、無駄な大電力を放熱するだけ
でなく、事実上実用に堪えないものである。この傾向は
可変速誘導電動機が大型となるほど顕著となるものであ
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明における回転子導体を短絡する抵抗材を有する
回転子において、複数個の固定子のうち何れかの固定子
を回動して電圧移相装置となし、この電圧移相装置によ
り生起される位相差により、前記回転子導体に連結した
前記抵抗材に電流が流れて回転子導体抵抗が増したよう
になり大きなトルクを発生することができるが、その反
面、抵抗材の発熱も大きくその影響により回動自在に形
成した固定子は膨脹し、たとえば単に機枠内周面と固定
子外周面との間にボールベアリングまたはローラーベア
リングを介在したすべり軸受方式では回動不能となって
しまっていた。本発明は、このような問題点を解決する
技術を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、同一回動軸に一
定の間隔をもって軸着された複数個の回転子コア上に複
数個の回転子導体を連通状に装設し、前記回転子導体を
前記複数個の回転子コア間において抵抗材によって短絡
連結した一体的な回転子と、該回転子の各回転子コアに
それぞれ対峙する固定子コアを有し前記回転子と同軸上
に並設した複数個の固定子とを機枠内に設け、１つは前
記複数個の固定子のうち少なくとも１個の固定子の外周
の一方に、端面を斜め外方に広がるごとくした摺動面を
持つリング状の面軸受を固着し、前記少なくとも１個の
固定子に対峙する機枠内周面に、前記面軸受の摺動面と
ボール状転動体を介在して、摺接する摺動面を持つ面軸
受を内設して、前記少なくとも１個の固定子を前記回転
子と同心的に回動自在に形設して回動固定子としたこと
により解決の手段とした。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または３相
のいずれにも形成でき、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形式のも
のにも通用できるものである。

〔作 用〕

上記の如く構成された可変速誘導電動機の作用は次の
とおりである。すなわち、回転固定子の回動を、たとえ
ばリングの端面を斜め外方に広がるごとくしボール状転
動体を介在する面軸受の摺動としたため、本可変速誘導
電動機のように、抵抗材の作用で大きなトルクを出す時
に発生する熱のために、面軸受が膨脹しても摺接する面
方向にその膨脹は広がり、膨脹による面軸受への影響は
無視され、従来例のように前記固定子の回動のために固
定子の外周部にボールベアリングまたはローラーベアリ
ングを嵌装して機枠に装着する構成とした場合、前記回
動自在に形成した固定子が膨脹してボールベアリングま
たはロラーベアリングに大きな力がかかり、かつ機枠側
にも大きな力がかかるので、膨脹が大きければボールベ
アリングまたはローラーベアリングの破損あるいは機枠
側の破損が起こったり、ボールベアリングまたはローラ
ーベアリングの固定子または機枠側との接触点が電動機
運転中の振動の作用と相まって摩耗したりすることは、
本発明において解消した。

〔実施例〕

以下、実施例について第１図と第２図を参照しながら
説明する。

先ず、本発明が適用される可変速誘導電動機１の構成
を概略説明する。回転子２の回転子軸３上には、回転子
コア2A,2Bが一定の間隔をもって装着される。回転子コ
ア2A,2B間には非磁性体コア部2Cが設けられる。回転子
コア2A,2B上にはその外側部端部間に渡って連通状に複
数個の回転子導体４…がかご状に装設され、その両端部
は短絡環5,6により相互短絡される。回転子導体４…は
非磁性体コア部2Cで抵抗材ｒによって相互連結（抵抗短
絡）される。このようにして一体的に構成された回転子
２は、その両端部が軸受7A,7Bに軸支されることにより
電動機機枠10内において回転自在となる。また回転子コ
ア2,3の適所には通気孔25A,25Bを開設する。

回転子コア2A,2Bの各外周面に対峙して機枠10の内壁
面に固定子12A,12Bが並設される。さらに図面により明
らかな様に、円筒状の機枠10と、該機枠両側部の軸受板
40A,40Bは、ボルト19A,19Bを締めることにより一体的に
組付けられる。又、軸受板40A,40Bには通気孔41A,41Bを
開設している。

本実施例の場合、固定子12Bは機枠の内壁面に固設さ
れる固着固定子である。固定子12Aは、該固定子外周面
と機枠内周面との間に介在させた面軸受50,51と、ボー
ルベアリング54と、小型モータ15及びギヤ16,17とによ
り構成されることで回転軸３と同心的に回転自在に形設
しているので固定子に12Aは回動固定子となっている。
（前記面軸受については後述する。） 尚、前記回動固定子12A及び、固定固着子12Bには、そ
れぞれ通気孔30A,30Bを開設している。そして機枠10の
中央上部には開口された排風口20を包囲して、上部開放
状の送風胴21が固着され、該送風胴21にファンモータ22
が支持され、さらに該モータ22の回転軸にファン23が軸
着されている。

ギャ17は回動固定子12Aの外周面に嵌着され、前記ギ
ャ16と小型モータ15で回動機構18を形成している。これ
により固着固定子12Bに対し相対的に回動できるように
なっている。この回動機構を操作することにより、具体
的には小型モータ15を任意量回転させることにより、回
転子の各固定子に対応する回転子導体部分間に位相差が
生じる。即ち、図示実施例ではこの回動機構が電圧移相
装置18を構成する。

符号60は突片を入出動制御するソレノイドで、ソレノ
イド60は機枠14に装着して、その突片を回動固定子12A
に嵌着したギヤー17に装着自在に係合させて、回動固定
子12Aが必要時以外に回動しないよう固定する。

なお、各固定子12A,12に巻装された固定子巻線13A,13
Bの電源への接続は直列又は並列の何れであっても構わ
ない。また、電圧移相装置として回動機構によるものを
示したが、固定子巻線の結線切り換え方式の移相器を介
在させる等の純電気的手段と回動機構との組み合わせと
することもある。

第３図および第４図に基づいて前記軸軸受50,51につ
いて説明する。

回動固定子12Aの外周に固着される面軸受50は、たと
えばリングの両端面を斜め外方に広がるごとくした、あ
る勾配をなす摺動面を持つ。また前記回動固定子12Aに
対峙する機枠内周面に嵌着する面軸受51は、前記面軸受
50の摺動面にボールベアリングを介在し摺接する摺動面
を持ち、該摺動面での摺動により回動固定子12Aは回転
子２と同心的に回動自在となる。このとき面軸受50と面
軸受51とはボールベアリングを介在した摺動面のみの接
触で、他の一部分は互いにある間隙を持っている。そし
て面軸受50の外周には前記ギヤ17を嵌着したり、面軸受
50自身にギヤ17を形成したりすることもある。また面軸
受51は面軸受51Aと機枠10とに螺刻し、面軸受51Aを、機
枠10に螺入して複数個のストッパー53および止メネジ56
で固定する。一方面軸受51Bは機枠10に一体的に形成
（第３図）するが本実施例以外に、面軸受51Aと同様螺
入するか（第４図）、面軸受51Bを機枠内に圧入する方
法（第５図）がとられる。

前記ストッパー53は機枠外周からボルト52Aにより機
枠内周に固着しボルト52Bをストッパー53に螺入して、
面軸受51Aを固定する。

前記摺動面は前述のごとく、ある勾配を成すが、この
勾配は面軸受50,51の材質の体積膨脹係数により異なる
ものであるが、面軸受の材質をたとえば鉄とすると、回
転子軸の中心線となす仰角を略60゜とした勾配を成す。
面軸受51の揺動面に対し耐久性の向上を目的としてコー
ティング等の処理を施すことも考えられる。

上記構成の面軸受は、本発明に係る可変速誘導電動機
の高トルク発生時と始動時及び長時間運転時における抵
抗材や固定子からの発熱による熱膨脹を伴うが、この熱
膨脹により前記面軸受50,51も膨脹する。ここで本発明
の場合面軸受の摺動面に、たとえばリングの両端面を外
方に広がるごとくした、ある勾配を成す摺動面としたた
め、発熱による前記面軸受50,51の膨脹は第６図のごと
く摺動面の面方向にズレて、従来のような機枠との嵌合
圧による、軸受の不可動などは無視できるようになる。

以上の如き構成において回転子軸３に同心的に形設さ
れた回動自在の回転固定子12Aは、電圧移相装置18の小
型モータ15により調節設定される。回動固定子12Aの回
動により、回転子・固定子間に生起する回転磁界に、位
相のずれを生じさせ、回転子導体に誘起する電圧の増減
制御することにより、回転子の回転速度を任意に変え得
る。さらに回動固定子12Aを回動させると、回転子2A,2B
間の連通状に装設された回転子導体４は、抵抗材ｒによ
って短絡連結された一体構造のため、該抵抗材ｒには位
相差による電流が流れ、回転子導体４の抵抗が増したよ
うになり、大きなトルクを発生することができる。

以上の可変速誘導電動機は、従来例の様な機枠内面と
回動固定子外周面との間に軸受を介在した嵌合による機
枠内面からの嵌合面圧力は面軸受の摺動面の面方向への
ズレで吸収され、小型モータでの回動固定子の回動が可
能になる。また、可変速電動機に大きなトルクを発生さ
せる時、回転子導体の抵抗材の発熱による、回動固定子
の熱膨脹を伴うが、この回動固定子の熱膨脹に伴う、前
記嵌合部のきしみ又は不可動は、上記詳説の如く固定子
を支持することにより無視できるようになる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、固定子の回動
を小さい力で可能とし、かつ、長時間運転あるいは高ト
ルクで運転して発熱を大きく伴っても固定子の回動には
全く支障が起こらず、起動時には位相差を大きくあるい
は180゜とし、起動後は位相差を小さくあるいは０゜と
して使用することもでき、また起動から回転までを位相
差を連続的又は段階的に大きくすることにより、大きな
起動トルクで始動し、なめらかに定常回転へ移行するこ
とになりトルク特性と効率の優れた可変速誘導電動機を
円滑に運転することを可能にしたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可変速誘導電動機の側断面図、第
２図は正断面図、第３図は第２図中Ａ部の詳細図、第４
図はＡ部の別の実施例図、第５図はＡ部の別の実施例
図、第６図は第３図中Ｂ部の詳細図。 図において、１……可変速誘導電動機、２……回転子、
2A,2B……回転子コア、2C……非磁性体コア部、３……
回転子軸、４……回転子導体、5,6……短絡環、7A,7B…
…軸受、10……機枠、12A……回動固定庫、12B……固着
固定子、13A,13B……固定子巻線、15……小型モータ、1
6,17……ギヤ、18……電圧移相装置、19A,19B……ボル
ト、20……排風口、21……送風胴、22……ファンモータ
ー、23……ファン、25A,25B,30A,30B,30C,40A,40B……
通気孔、50,51A,51B……面軸受、52A,52B……ボルト、5
3……ストッパー、54……ボールベアリング、55……シ
ール、56……止メネジ、60……ソレノイド、ｒ……抵抗
材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一回転軸に一定の間隔をもって軸着され
   た複数個の回転子コア上に複数個の回転子導体を連通状
   に装設し、前記回転子導体を前記複数個の回転子コア間
   において抵抗材によって短絡連結した一体的な回転子
   と、該回転子の各回転子コアにそれぞれ対峙する固定子
   コアを有し前記回転子と同軸上に並設した複数個の固定
   子とを機枠内に設け、前記複数個の固定子のうち少なく
   とも１個の固定子の外周に、端面を斜め外方に広がるご
   とくした摺動面を持つリング状の面軸受を固着し、前記
   少なくとも１個の固定子に対峙する機枠内周面に、前記
   面軸受の摺動面とボール状転動体を介在して摺接する摺
   動面を持つ面軸受を内設して、前記少なくとも１個の固
   定子を前記回転子と同心的に回動自在に形設して回動固
   定子としたことを特徴とする可変速誘導電動機。