JP2851644B2

JP2851644B2 - ２固定子誘導電動機

Info

Publication number: JP2851644B2
Application number: JP19008089A
Authority: JP
Inventors: 利彦佐竹; 幸男大野木; 幸男保坂
Original assignee: SATAKE SEISAKUSHO KK
Current assignee: SATAKE SEISAKUSHO KK
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH0356055A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、単一の回転子と２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２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の周囲に生じる回転
磁界と他方の固定子に対峙する前記回転子の周囲に生じ
る回転磁界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２固
定子誘導電動機の速度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

本出願人は特開昭62−260590号公報に、速度制御領域
を広範囲に且つその速度制御を無段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複数固定子構成の誘
導電動機を開示している。この発明は、速度制御を無段
としているが、位相差180度のトルク曲線よりも小さい
負荷トルク、たとえば動力機械の空運転時などは、速度
制御が不可能となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来の技術を更に改善するものであ
り、特開昭62−260590号公報の複数固定子誘導電動機
は、負荷トルクの特性に応じて複数固定子に位相差を設
け、始動から定格回転数に至るまで無段に変速が可能で
あり、任意の回転数に設定することが可能であった。

しかしながら、当該発明の速度制御領域は負荷トルク
に対する制御領域であり、無負荷状態になった場合、複
数固定子誘導電動機の回転数はそのトルク特性から上昇
し高回転域（すべり＝０）に限りなく近づくことにな
る。つまり、無負荷状態たとえば空運転時には、無負荷
時に必要とするトルクは極めて小さいものとなり、複数
固定子誘導電動機のトルク曲線と無負荷時に必要とする
無負荷トルクとの交点は最高回転域（すべり＝０）にお
いて見い出されるものとなる。よって、無負荷状態にな
ることで複数固定子誘導電動機の回転速度は上昇する。

ここで、複数固定子誘導電動機により駆動される負荷
において、負荷時、無負荷時のどちらであっても定速回
転を必要とする負荷が存在するとき、たとえばGD²の大
きいフライホィール等を有する機械等は常に定速である
ことを要求される。ところがこれらの機械に複数固定子
誘導電動機を駆動源として接続した場合に、前述の如く
負荷時と無負荷時にその回転速度が変化するという問題
が発生する。

よって本発明においては、負荷時、無負荷時に関係な
く常に一定の所望回転速度に設定可能で、２固定子誘導
電動機の速度制御領域を更に広範囲に、且つスムーズに
起動から定格回転速度に移動可能な２固定子誘導電動機
の提供を技術機課題とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

上記技術的課題を解決するために、同一回転軸に任意
間隙を設けて軸着した２個の回転子コアを有し、該回転
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
連通状に連結して前記２個の回転子コア間において前記
複数個の導体を連結材を介して相互に短絡連結して一体
的な回転子に形成し、前記２個の回転子コアと同心的に
その外周部に２個の固定子を対峙並設するとともに、前
記２個の固定子のうち少なくとも１個の固定子を、一方
の固定子に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、
他方の固定子に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界
との間に位相差を生じさせる電圧移相装置に形成した２
固定子誘導電動機において、固定子電源に一次電圧調整
装置を設け、負荷運転時には電圧移相装置により位相差
の小さい運転用位相差のトルク特性として、該運転用位
相差のトルク特性と負荷トルクとの交点における定格回
転数で運転し、無負荷になると電圧移相装置により位相
差の大きい始動用位相差のトルク特性に切り換えて、該
始動用位相差のトルク特性と無負荷トルクとの交点にお
ける定格回転数が前記定格回転数となるよう一次電圧調
整装置で固定子の一次電圧調整を行う２固定子誘導電動
機とした。

また、本発明では、固定子電源に三相・単相切換装置
を設け、負荷運転時には電圧移相装置により位相差の小
さい運転用位相差のトルク特性として、該運転用位相差
のトルク特性と負荷トルクとの交点における定格回転数
で三相運転し、無負荷になると電圧移相装置により位相
差の大きい始動用位相差のトルク特性に切り換えるとと
もに、前記始動用位相差のトルク特性と無負荷トルクと
の交点における回転数が前記定格回転数となるように三
相・単相切り切換装置で三相運転と単相運転の切り換え
を行う２固定子誘導電動機により前記課題を解決するた
めの手段とした。

更に本発明では、固定子電源に一次電圧調整装置と三
相・単相切換装置とを設け、負荷運転時には電圧移相装
置により位相差の小さい運転用位相差トルク特性とし
て、該運転用位相差のトルク特性と負荷トルクとの交点
における定格回転数で三相運転し、無負荷になると電圧
移相装置により位相差の大きい始動用位相差のトルク特
性に切り換えるとともに、三相・単相切換装置により単
相運転での制動を作用させ定格回転数に至らしめ、三相
運転に切り換え始動用位相差のトルク特性と無負荷トル
クとの交点における回転数が前記定格回転数となるよう
一次電圧調整装置で固定子の一次電圧調整を行う２固定
子誘導電動機により前記課題を解決するための手段とし
た。

ところで前記２固定子誘導電動機の一次電圧調整装置
は、三相交流電源のうち任意の一相に設けたことにより
効果的に作用する。

〔作用〕

本発明に係る２固定子誘導電動機は、２個の固定子の
うち少なくとも１つの固定子に関して電圧移相装置を形
成して、固定子間に０゜から180゜の間で変化する位相
差を設け、たとえば始動時に位相差を180゜に設定する
と始動トルクの大きい高抵抗型の誘導電動機として、ま
た定格運転に移行中は位相差を180゜から０゜に徐々に
変化させ、定格運転に至っては位相差を０゜として低抵
抗型の誘導電動機として常に効率の良い運転を行うもの
である。

以上のことは負荷運転時であるが、無負荷の時は次の
ように作用する。

無負荷時に必要とする無負荷トルクは負荷トルクに比
較して極めて小さいものであるから、無負荷トルクと２
固定子誘導電動機のトルク曲線との交点は負荷運転時よ
り回転速度の速い（すべり＝０）側に移行する。いま負
荷運転時の回転速度を維持するために、位相差を定格運
転時の０゜から180゜に移行し、高回転速度域のトルク
曲線をトルクの小さい方に推移させるが、無負荷時に必
要するトルクが極めて小さいため、なお回転速度は速い
（すべり＝０）側に移行しようとする。

ここで本発明は位相差180゜から一次電圧調整装置を
導入する。この一次電圧調整装置で一次電圧を降下させ
ると、位相差180゜のトルク曲線は電圧の２乗に比例し
てトルクの小さい方に推移する。このように一次電圧調
整装置の作用で位相差180゜から推移したトルク曲線と
無負荷トルクとの交点は、負荷時と同等の回転速度とな
るよう調整することができる。したがって、常に一定し
た回転速度を維持することが可能となった。

また前述の２固定子誘導電動機に三相・単相切換装置
を設けたものは、次のように作用する。まず、前述と同
様に無負荷時には回転速度が速い側に移行するため三相
運転から単相運転に切換えることによりトルクは低減
し、更に位相差により制動作用を発生させるトルク曲線
にすることもできる。したがって負荷時から無負荷に変
化したとき、電動機の高速域トルク曲線の傾斜が急であ
れば回転子の回転速度は急激に上昇することになるが、
このとき三相を単相運転に切換えると前記回転子の急激
な回転上昇を抑えることができる。また位相差によって
は制動力が上回り回転子の回転速度は停止側に至るが、
再度、三相運転に切り換えることで回転子は再び回転速
度を上昇させることができる。また再び回転子の回転速
度が上昇したら三相運転から単相運転に切り換えてこれ
を繰り返して回転子の回転速度を希望する回転速度にす
ることができる。

なお、無負荷時に三相から単相に切換えて単相運転で
制動作用を発生させた後、負荷時と同じ回転速度になっ
たら、実施例１の電圧調整装置で推移した位相差180゜
のトルク曲線にして三相運転に切換え一次電圧調整装置
を調整すれば、回転速度が一旦上昇してもスムーズに定
格回転速度に安定させることができる。

更に、一次側三相電源の任意の一相に一次電圧調整装
置を設けたものは、次のように使用する。

前述のように位相差を０゜から180゜に変化させてト
ルク曲線を推移させた後、任意の一相に設けた一次電圧
調整装置を作用させると次のように変化する。

一相に設けた電圧調整装置を徐々に調整し電圧を降下
させると、三相電源時の位相差180゜のトルク曲線と、
単相電源時の位相差180゜時のトルク曲線との間をトル
ク曲線は徐々に変化し、無負荷トルクと、一次電圧調整
装置により変化する誘導電動機のトルク曲線との交点が
希望とする回転数となり、一次電圧調整装置を調整する
ことで無負荷時においても、負荷時と同様の回転数を容
易に得ることが可能となった。

また、位相差の設定を固定子の回動により行うと、固
定子の結線を変えて位相差を設定する方法よりも、更に
その変化はスムーズとなり、無段階的にトルク曲線を変
化させることが可能となる。

〔実施例〕

以下に本発明に係る２固定子誘導電動機の構成につい
て第１図ないし第３図により説明する。

鉄心からなる回転子部分2,3を任意の間隔を設けて回
転子軸４に軸装し、該回転子部分は、複数の導体孔を開
設した鋼板を積層して回転子コアを形成し、該回転子コ
アに絶縁材を施しアルミニウムを鋳込んで前記導体孔に
複数個の導体５と、その一端部に短絡環６と７及び他方
側に前記複数個の導体を一組にして、端部51とを形成し
た。さらに前記回転子部分2,3間において、１組の導体
に対し、つまり前記回転子部分2,3間に対峙する端部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。回転子部分2,3間に前記連通状に連結した導体55
を抵抗材ｒ…たとえば、アルミニウム、銅ニッケル合
金、ニッケルクロム合金、鉄クロム合金及びステンレス
…を介し短絡連結してある。この回転子部分2,3間の導
体55と、抵抗材により形成される空間およびその周辺
は、そのまま空間かまたは非磁性体により形成する。

また、抵抗材ｒを任意形状の冷却撹拌材として冷却作
用体13に形成することができる。このように回転子部分
2,3と導体55および抵抗材ｒにより一体的回転子８を形
成する。

また回転子部分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。

回転子部分2,3にそれぞれ対峙して固定子25,31を回転
子部分2,3と同心的に設けさらに固定子25,31に該固定子
の両側部に連絡する複数個の通風胴60を設けることもあ
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、前述の如く回転子
部分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とを対峙並設する。また
このとき第１図から明らかなように固定子25,31の回転
軸４方向に突出する巻線22,23のコイルエンドは、固定
子25,31の中心から固定子円周の外側に広がるように設
けて、２個の回転子コア間に抵抗材を設けた本発明に係
る２固定子誘導電動機の回転軸４方向の長さを短かく構
成できるようにする。

機枠14と回動固定子31との間にすべり軸受26を装設し
て、すべり軸受26を機枠14に嵌装したストップリング28
…によって左右移動を固定する。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に外枠32を設けて、小型モータ35に駆動用歯車36を
軸着し、前記外枠32に駆動用歯車36に係合して減速歯車
34を回動自在に設ける。開口部37から機枠14内に一部を
挿入した減速用歯車34と、回動固定子31に嵌着したギア
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と駆動用歯車36および減速用
歯車34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、電圧移相装置に形設してある。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、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。

また第２図において、回動固定子31の外周に突片80を
設けると共に、突片80に関連して機枠14には、回動固定
子31を回動して固着固定子25に対し位相差、この場合電
気角で０゜〜180゜を設ける時の０゜（位相差なし）と1
80゜（位相差180゜）の回動位置を示すリミットスイッ
チ81（位相差０゜）、82,83（位相差180゜）を設けてあ
り、回動固定子31が回動してリミットスイッチ81をたた
くと位相差０゜、逆にリミットスイッチ82（または83）
をたたくと位相差180゜となるようリミットスイッチ81,
82,83をそれぞれ設けてある。

ファン71を軸着した小型モーター72を、吸引部74Aと
排風部74Bとを有するファンケース70に固設して冷却装
置73を形成し、該冷却装置73を機枠14に固設すると共
に、冷却装置73の吸引部74Aを機枠14内に連絡する。

複数の開口部39を機枠に開設し、前記複数の開口部39
を任意個数の送風口65と排風口66とに形成し排風口66は
前記吸引口74Aに連通する。

軸受盤15,16には複数個の通風孔40…を穿設してあ
る。

次に第３図は抵抗材ｒと導体55とを含む回転子部分2,
3間の側断面図である。回転子部分2,3の端部51に、湾曲
部を持つ導体56と導体57とにより形成した複数個の導体
55を連通状に固着してある。

この連通状に固着した導体55に囲繞する如く抵抗材ｒ
を連結し溶接する。この時抵抗材ｒは導体55と共にダイ
カスト法により一体的に形成することもある。さきに湾
曲部を持つ導体56,57を示したが、場合によっては湾曲
部を省略して形成することもあり、その場合任意間隔を
設けて導体56と導体57とを突に合わせることもある。

ところで、導体55は導体56と導体57とによって形成す
る例を示したが、湾曲部を有する導体56と導体57を対称
形に設けて合わせた部分をスポット溶接等の溶接手段で
固着したり、前述の如くダイカスト法により一体的に形
成することもある。このとき前記導体56,57の断面形状
は、任意に選択できるものである。ところで本実施例で
は電圧移相装置を固定子の回動によるものを示したが、
固定子の結線を変える方法など、一方と他方の固定子の
回転磁界に位相差を設ける手段は本実施例に限定されな
い。

以上本発明に係る２固定子誘導電動機の構成を示し
た。

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の結線の一例について第４図および第５
図に基づいて説明する。第４図に示すものは、回動固定
子31、第２固定子25のそれぞれに施した巻線22,23をス
ター結線とし、直列に電源に接続したものである。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。

また、第５図に示すものは回動固定子、第２固定子3
1,25の巻線22,23を直列に連結して商用３相電源にデル
ター接続したものであるがその詳細な説明は省く。

以下に、上記構成における作用を説明する。

回動固定子31の巻線22に商用３相電源から通電する
と、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。第２固定子25に対して回動固定子31の回動量
をゼロとしたときには、それぞれの固定子31,25の回転
磁界により、回転子８の導体５部分に誘起する電圧には
位相のずれがなく、その詳細は後述する如く抵抗材ｒに
は電流が流れないので、この状態では一般の誘導電動機
と同一のトルク特性を持つものである。

次に、回動固定子31を電気的位相角で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,φ_２の位相は回転子８の任意の
導体５に関してはθだけずれており、そのため固定子31
と第２固定子25により回転子８の導体５に誘起される電
圧₁,_２の位相はθだけずれることになる。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。このとき回
動固定子31によって導体５に誘起される電圧_１は，
_１＝SEε^ｊθとなる。

第６図に示すものは、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、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の極大値
はＳ＝（R/ωＬ）のとき現われる。

有効電力Ｐは誘導電動機の駆動トルクと比例するの
で、回動固定子31を回動させることによって回転子８に
誘起する電圧を調整し、回転子の速度を制御することが
できる位相差が大きくなるに従って急激にトルクが低下
するものである。

次に、回転子８の導体５の短絡環７から抵抗材ｒ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ｒの抵抗をｒとすれば、回転子８の電気
的等価回路は第７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７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８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＝2I₂となり、従来の誘導電動機において
回転子導体５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。

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を直列に接続した作用を第９図において
説明する。

巻線22,23を直列に接続してあるために、巻線22に商
用３相電流から入力して巻線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
の大きさが等しくなる作用と、回動固定子31と第２固定
子25の回動差、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31,25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
を抵抗材を介して必然的に流れるという強制力が生れる
作用との相乗降下により、第９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を回動すること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ｒ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
た場合と同様に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
二次異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
と連結材としての抵抗材ｒ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ほ同等に作用させることがで
きる。また、回動固定子，第２固定子31,25の巻線22,23
を直列に連結してあっても、仮に導体５…間に抵抗材ｒ
を設けて短絡していない場合は、固定子から回転子導体
５…にはほとんど電圧が誘起されない状態となり、両固
定子31,25の巻線22,23それぞれを並列に電源に連結した
ものよりも効率，トルクは低下する現象となる。

上記に対し、第10図の回動固定子31と第２固定子25の
巻線22,23のそれぞれを並列に商用３相電源に連結した
場合には、回動固定子31と第２固定子25の巻線22,23に
入力する電圧は等しく、両固定子31,25のそれぞれから
回転子８の導体５…に誘起する電圧は同等でその電圧の
位相はＰθだけ異なり、複数個の導体５…間を抵抗材ｒ
…を介して流れる電流は、（1/2）×（第1,第２固定子
のそれぞれから回転子導体に誘起した差電圧）÷（抵抗
材ｒ…の抵抗値）にほぼ比例した電流となる。しかしな
がら、回転子８の導体５…には抵抗材ｒ…に流れる電流
の他に（回動固定子，第２固定子の回転子導体に誘起す
る和電圧）÷（回転子導体のインピーダンス）にほぼ比
例した電流が重畳して流れる。（上記和電圧は、Ｐθ＝
πがゼロで、Ｐθ＝０で最大となり、回転子導体のイン
ピーダンスは導体の抵抗と二次漏れリアクタンスのそれ
ぞれよりなるのですべりによって異なる）したがって、
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…間を抵抗材ｒ…を介して流れる電流の比率
は、Ｐθが一定でもすべりおよび抵抗値によっても異な
り、Ｐθを一定とした場合のすべりとトルク特性は、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
の特性と、一般の誘導電動機の一次電圧を制御した場合
の特性とを混合した第10図に示す特性となる。この特性
は、回動固定子，第２固定子31,25の巻線22,23を直列に
連結した場合の特性に対してある特定の負荷特性の場合
には速度制御の範囲が狭くなるものであるが、低減トル
ク特性の負荷の場合には直列接続の場合とほぼ同等の広
範囲で使用できるものである。

以上が、本発明に係る２固定子誘導電動機の作用であ
る。次に本発明の実施例と作用を説明する。ここで、本
実施例の説明においては直列接続の場合について説明
し、並列は直列と同様であるので省略する。

第１の実施例を第９図と第11図により示す。この実施
例は２固定子誘導電動機の一次電圧を一次電圧調整装置
により昇降圧するものであるが、その一次電圧調整装置
にはサイリスタ等のパワーエレクトニクススイッチング
素子を使用したり、変圧器また、リアクトル、更に抵抗
等、様々な形態のものがあるため一次電圧調整装置その
ものの詳細な説明は省く。

本実施例は第11図の如く、三相電源90は制御装置92に
より制御される一次電圧調整装置91を介して２固定子誘
導電動機に供給してある。また制御装置92には、誘導電
動機１の回転数を監視するセンサー93を接続してあり、
制御装置92はセンサー93と制御装置92に設けた回転数設
定ツマミ94との比較により２固定子誘導電動機の駆動装
置29及び一次電圧調整装置91を制御する。また２固定子
誘導電動機１の回動機構30には位相差０゜と位相差180
゜との回動位置を出力するスイッチ等（81,82,83）を設
けて制御するとよい。

以上の構成から本実施例の作用について説明する。第
９図においてTsは始動時の位相差180゜のトルク、Trは
定格運転時の位相差０゜のトルクである。またT₁が負荷
トルク、T₀が無負荷時に必要とするトルク（以下、「無
負荷トルク」とする。）である。

今、定格運転中は負荷トルクT₁とトルクTrとの交点P₁
における回転速度S₁で回転している。ここで負荷を切り
離すと負荷トルクはT₁から無負荷トルクT₀に変化する。
この無負荷トルクT₀とTrとの交点はP₂となり回転速度は
S₂に上昇変化する。この回転速度の上昇を抑えるため
に、まず２固定子誘導電動機の回動固定子を回動させ位
相差を０゜から180゜にすると、無負荷トルクT₀との交
点はS₂′となる。ここで制御装置92により電圧調整装置
91を制御して２固定子誘導電動機の一次電圧を降下させ
ると、トルク曲線Tsは第９図のように電圧の２乗に比例
して下方に推移してゆく。トルク曲線Tsが下方に推移す
ることで、トルク曲線Tsと無負荷トルクT₀との交点P₃が
S₁と一致する一次電圧が見い出されることになる。この
ように位相差の変化に加え、一次電圧調整装置91による
一次電圧の変化により２固定子誘導電動機の速度制御範
囲をより広くするとともに、無負荷となっても回転数を
維持することが可能となった。

次に第２の実施例について第12図により説明する。ま
た第11図の電圧調整装置91に三相・単相切換装置95を加
えて説明する。定格運転から無負荷になった場合の三相
・単相切換装置95の作用について説明する。三相・単相
切換装置95により単相に切換えると第12図のトルク曲線
Tuに変化する。これはトルクTsと逆方向の回転力を有す
るトルクであり、制動となるものである。つまり無負荷
となって上昇した回転速度（P₂）を一旦制動トルクTuに
より制動し（P₃→P₄）、再び三相（P₅）に切換えて無負
荷時における回転上昇を抑えようとするものである。こ
の三相に切換えた時の位相差を180゜に切り換えておく
と、一次電圧調整装置によりトルク曲線を降下させた実
施例１のP₃に当たる回転数に調整することができる。本
実施例は実施例１に制動作用を加えたものになり、三相
・単相切換による制御作用によって実施例１よりも速く
回転数を安定させることができる。

次に第３の実施例について説明する。本実施例は、２
固定子誘導電動機に供給する三相電源の任意の一相にの
み一次電圧調整装置を設けたものである。本実施例を第
12図により説明すると、第１、第２の実施例と同様に無
負荷運転になると位相差を180゜に移相するからトルク
曲線はTsとなる。ここで本実施例は、２固定子誘導電動
機の一次側三相供給電源の任意の一相の電位を徐々に降
下させる。電位を降下させる前のトルク曲線はTsで表さ
れ、電位を徐々に降下させ遂に零電位としたときは第２
の実施例のトルク曲線Tuとなる。つまり一相の電位を徐
々に降下させることで、トルク曲線はTsからTuに変化
し、負荷時と同じ回転速度とするための電動機のトルク
曲線と無負荷トルクとの交点を見い出すことができる。
また前記交点から更にトルク曲線を変化させるとトルク
曲線Tuに近づき制動作用を発生させることもできる。

ところで、２個の固定子間に位相差を設ける方法は本
実施例に限らず、固定子の結線方法を切換スイッチによ
り換えて行うものや、回転子の回転による遠心力を利用
して作の結線を変えるものなどがあるが、２固定子誘導
電動機のトルク特性曲線がよりスムーズにショックのな
い変化をするためには、固定子の回動により、徐々に変
化させることが最も良く、本発明のように回転速度の大
きな変化を避けなくてはいけない機器の駆動源とする場
合、回動固定子は大きな効果を有するものである。

第１の実施例はトルク曲線Tsの電圧調整による変化、
第２の実施例はトルク曲線Tsの三相・単相切換による変
化、第３の実施例はトルク曲線Tsの電動機三相電圧にお
ける任意一相の電圧調整による変化であり、これらの実
施例は、２固定子誘導電動機の速度制御が困難とされた
範囲の制御を可能としたものであり、超低速から定格回
転に至るまでスムーズな変速と定速回転が可能となっ
た。

また、上記実施例のように回転速度の制御を負荷トル
クが低下した場合に限るものではなく、逆に始動時に電
圧調整装置により徐々に電圧を昇圧し、正規の電圧に昇
圧後、位相差を徐々に180゜から０゜に変更すると、始
動時に高い駆動トルクによる機器へのショックもなくス
ムーズに起動できる。

また、位相差の設定を、固定子の結線を変更して段階
的に行うものは、位相差の設定値間の微細な位相差の設
定ができないことから、位相差の設定値間の微調整を電
圧調整装置により行うことが可能である。

〔発明の効果〕

以上のような構成にしたので、一次電圧調整または三
相・単相の切換という簡便な手段により、負荷時、無負
荷時に関係なく常に一定の所望回転速度に設定可能とな
り、２固定子誘導電動機の速度制御領域を更に広範囲
に、且つスムーズに起動から定格回転速度に移行可能な
２固定子誘導電動機の提供が可能となる多大な効果を奏
するものである。

以上のことから、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用途を拡大し
て、高トルクの可変速電動機を必要とするあらゆる分野
に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２固定子誘導電動機、第２図は第
１図の正断面図、第３図は第１図の回転子コア間の詳細
図、第４図、第５図は両固定子に巻装した巻線の結線
図、第６図は回転子のすべりと有効電力の関係を示す
図、第７図は回転子の電気的等価回路図、第８図は固定
子側からみた電気的等価回路図、第９図は固定子巻線を
直列に連結した場合速度とトルクの関係を示す図、第10
図は固定子巻線を並列に接続した場合の速度とトルクの
関係を示す図、第11図は実施例の構成を示す図、第12図
は第２の実施例のトルク特性曲線を示す図である。図において、１……２固定子誘導電動機、2,3……回転
子部分、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……通路
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、32……外枠、33……ギヤ
ー、34……減速用歯車、35……小型モータ、36……駆動
用歯車、37……開口部、38……ソレノイド、40……通風
口、51……端部、55……湾曲部を有する導体、56……導
体、57……導体、60……通風胴、65……送風口、66……
排風口、70……ファンケース、71……遠心ファン、72…
…モーター、73……冷却装置、74A……吸引口、74B……
排気口、80……突片、81,82,83……リミットスイッチ、
91……一次電圧調整装置、92……制御装置、93……回転
数センサー、94……回転数設定ツマミ、95……三相・単
相切換装置、ｒ……抵抗材。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一回転軸に任意間隙を設けて軸着した２
個の回転子コアを有し、該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前記２
個の回転子コア間において前記複数個の導体を連結材を
介して相互に短絡連結して一体的な回転子に形成し、前
記２個の回転子コアと同心的にその外周部に２個の固定
子を対峙並設するとともに、前記２個の固定子のうち少
なくとも１個の固定子を、一方の固定子に対峙する回転
子の周囲に生じる回転磁界と、他方の固定子に対峙する
回転子の周囲に生じる回転磁界との間に位相差を生じさ
せる電圧移相装置に形成した２固定子誘導電動機におい
て、固定子電源に一次電圧調整装置を設け、負荷運転時
には電圧移相装置により位相差の小さい運転用位相差の
トルク特性として、該運転用位相差のトルク特性と負荷
トルクとの交点における定格回転数で運転し、無負荷に
なると電圧移相装置により位相差の大きい始動用位相差
のトルク特性に切り換えて、該始動用位相差のトルク特
性と無負荷トルクとの交点における定格回転数が前記定
格回転数となるよう一次電圧調整装置で固定子の一次電
圧調整を行うことを特徴とする２固定子誘導電動機。
【請求項２】同一回転軸に任意間隙を設けて軸着した２
個の回転子コアを有し、該回転子コアのそれぞれに連通
して複数個の導体を装設し、２個の回転子コア間におい
て前記複数個の導体を相互に短絡連結して一体的に回転
子を形成し、前記２個の回転子コアと同心的にその外周
部に２個の固定子を対峙並設するとともに、２個の固定
子のうち少なくとも１個の固定子を、一方の固定子に対
峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他方の固定子
に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との間に位相
差を生じさせる電圧移相装置に形成した２固定子誘導電
動機において、固定子電源に三相・単相切換装置を設
け、負荷運転時には電圧移相装置により位相差の小さい
運転用位相差のトルク特性として、該運転用位相差のト
ルク特性と負荷トルクとの交点における定格回転数で三
相運転し、無負荷になると電圧移相装置により位相差の
大きい始動用位相差のトルク特性に切り換えるととも
に、前記始動用位相差のトルク特性と無負荷トルクとの
交点における回転数が前記定格回転数となるよう三相・
単相切り切換装置で三相運転と単相運転の切り換えを行
うことを特徴とする２固定子誘導電動機。
【請求項３】同一回転軸に任意間隙を設けて軸着した２
個の回転子コアを有し、該回転子コアのそれぞれに連通
して複数個の導体を装設し、２個の回転子コア間におい
て前記複数個の導体を連結材を介して相互に短絡連結し
て一体的に回転子を形成し、前記２個の回転子コアと同
心的にその外周部に２個の固定子を対峙並設するととも
に、２個の固定子のうち少なくとも１個の固定子を、一
方の固定子に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界
と、他方の固定子に対峙する回転子の周囲に生じる回転
磁界との間に位相差を生じさせる電圧移相装置に形成し
た２固定子誘導電動機において、固定子電源に一次電圧
調整装置と三相・単相切換装置とをを設け、負荷運転時
には電圧移相装置により位相差の小さい運転用位相差ト
ルク特性として、該運転用位相差のトルク特性と負荷ト
ルクとの交点における定格回転数で三相運転し、無負荷
になると電圧移相装置により位相差の大きい始動用位相
差のトルク特性に切り換えるとともに、三相・単相切換
装置により単相運転での制動を作用させ定格回転数に至
らしめ、三相運転に切り換え始動用位相差のトルク特性
と無負荷トルクとの交点における回転数が前記定格回転
数となるよう一次電圧調整装置で固定子の一次電圧調整
を行うことを特徴とする２固定子誘導電動機。
【請求項４】請求項１または３に記載の２固定子誘導電
動機の一次電圧調整装置は、三相交流電源のうち任意の
一相に設けたことを特徴とする２固定子誘導電動機。