JP2927856B2

JP2927856B2 - 二固定子誘導電動機

Info

Publication number: JP2927856B2
Application number: JP568190A
Authority: JP
Inventors: 利彦佐竹; 幸男大野木
Original assignee: SATAKE SEISAKUSHO KK
Current assignee: SATAKE SEISAKUSHO KK
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JPH03212142A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、単一の回転子と二個の固定子とを有し、二
個の固定子に対峙する回転子導体に生じる回転磁界間に
位相差を生じさせて、変速可能でしかもスムーズな起動
と低速から高速にかけて高トルクを発生させることがで
きる二固定子誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

複数固定子構成の誘導電動機のトルク制御、高速制御
は公知技術により知られる固定子間の位相差を変化させ
る方法があり、例えば本出願人の発明である特願昭61−
128314号もその例である。この位相差を変化させる方法
には、機械的なものとして固定子を回動させて位相差を
設けるもの、電気的なものとして固定子巻線の結線を変
えて何種かの位相差を設けるもの、更にこれらにスター
デルタ切換を組み合わせたものなど多種多様である。

以上の方法は、誘導電動機のトルクと速度を自在に変
化させて負荷に対応する場合と、始動時の速度上昇をス
ムーズに行う場合等とその負荷または用途に応じて様々
の手法を用いることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、位相差を設けて負荷に対応するものであ
り、前記従来技術により区別すると電気的手法といえ
る。

さて、前記従来技術における電気的移相手法は固定子
巻線の結線を切換えて行い位相差は電気角で０゜,60゜,
120゜,180゜が実施可能であるが、その切換に要する開
閉器は十数個に及ぶものであり高価となっていた。

更に一般の誘導電動機は始動性改善の目的でスターデ
ルタ切換装置を設けたものである。これは単一の固定子
にもかかわらずその配線は複雑なものであると共に、ス
ターデルタ切換時における負荷電流の一時的な切断によ
るトルク変動を発生し、更には切換後の負荷電流の急激
な増加と発生トルクの急激な変動によるショックは避け
られないものであった。

本発明は上記結線を切換えた各位相差におけると同等
のトルク特性を有し、しかも無段階に変動可能であり、
制御に際し負荷電流の切断がなく、負荷電流の急激な増
加と負荷トルクの急激な変動の少ない安価な二固定子誘
導電動機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〕

上記課題を解決するために本発明は、同一回転軸上に
軸着した第１及び第２回転子コアを有し、該第１及び第
２回転子コアに連通した複数個の導体を前記回転子コア
の外周部に装設してかご形に形成し、前記第１回転子コ
アと第２回転子コアとの間において前記複数個の導体は
抵抗材で相互に短絡された一体かご形回転子と、前記各回転子コアにそれぞれ対向して第１固定子コア
と第２固定子コアが周設され、前記第１固定子コアに巻
装された第１固定子巻線と前記第２固定子コアに巻装さ
れた第２固定子巻線とが巻装された第１及び第２固定子
と、前記第１固定子及び第２固定子の各固定子巻線の任意
の相の直列接続中点と他の２相の直列接続中点との間に
設けられた可変抵抗からなり、前記各固定子巻線への通
電中に前記可変抵抗を操作することにより、前記第１固
定子がこれに対峙する第１回転子コアの周囲に生じる回
転磁界と、前記第２固定子がこれに対峙する第２回転子
コアの周囲に生じる回転磁界との間の位相差を、起動時
の所定の位相差から変化させる位相切換装置と、を有する二固定子誘導電動機とした。

また、前記位相切換装置を、前記第１固定子及び第２
固定子の各固定子巻線の任意の相の直列接続中点と他の
２相の直列接続中点との間に設けられた可変抵抗と開閉
スイッチとからなり、前記各固定子巻線への通電中に前
記可変抵抗と開閉スイッチとの一方あるいは双方の操作
により、前記第１固定子がこれに対峙する第１回転子コ
アの周囲に生じる回転磁界と、前記第２固定子がこれに
対峙する第２回転子コアの周囲に生じる回転磁界との間
の位相差を、起動時の所定の位相差から変化させるよう
にした二固定子誘導電動機とした。

前記起動時の所定の位相差は、180゜,120゜,60゜の何
れかであり、起動時の所定の位相差から変化させた後の
位相差がそれぞれ120゜,60゜,0゜であること、更に二固
定子誘導電動機に速度検出器を設け、該速度検出器の信
号に基づき位相切換装置の可変抵抗又は可変抵抗と開閉
スイッチとを制御する制御装置を設けることにより、二
固定子誘導電動機は有効な手段となる。

可変抵抗と開閉スイッチを並列に接続すること、ある
いは可変抵抗と開閉スイッチを直列に接続することによ
り位相切換装置は有効的に作用する。

〔作用〕

本発明の固定子巻線は、直列デルタ結線としてある。
この時の固定子間位相差は180゜,120゜,60゜,0゜のいず
れかが考えられる。今、仮に60゜の位相差を設けて直列
デルタ結線とした回路を、同相に接続された固定子の巻
線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の間とを短絡する
と、並列スター結線で位相差０゜に切換わることにな
る。したがって、起動時は任意の位相差を持った直列デ
ルタ結線となり、短絡すると並列スター結線でしかも異
なる位相差へと切換えられる。つまり直列デルタ結線か
らそのまま並列スター結線に切換えるとそれぞれの位相
差は180゜から120゜,120゜から60゜,60゜から０゜に切
換えられる。

以上をまとめると次のようになる。まず、電源を投入
すると固定子間の位相差は前記任意位相差の直列デルタ
結線で起動する。負荷は任意位相差のトルク特性曲線に
より起動される。次に、任意回転数に至って巻線間を短
絡して並列スター結線とすると位相差は60゜少なくな
り、トルク特性及び電流特性が変化する。

本発明においては、前記２つのトルク特性の中間特性
を無段階に得るために、同相に接続された二個の固定子
の巻線の間と、他相の巻線と巻線の間とを、可変抵抗又
は可変抵抗と開閉スイッチとを介して連結したので起動
時には、高トルク低電流で、起動後の運転に至るまでは
無段階に任意のトルクと電流で運転することができ、変
速も可能である。

〔実施例〕

本発明は主としてかご型回転子をもつ２固定子誘導電
動機として詳細を説明するが、これに限定されないこと
は言うまでもない。巻線型回転子をもつ二固定子誘導電
動機の場合もあり、リニヤモーターとしても応用できる
ものである。また、固定子巻線のスター結線、デルタ結
線の切り変えを併用してトルク特性をより多様化する場
合もあり、回転子コア間の構成も、空間，非磁性体，磁
性体等を使用する場合がある。

すでに本出願人は、特願昭61−128314号として本発明
の構成の一部である複数固定子からなる誘導電動機の構
成、作用の詳細な説明を行なっている。

第１図により本発明の構成の一部をなす電動機の１実
施例を説明する。符号１は本発明に係る二固定子誘導電
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。磁性材料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に装着する。回転子コア2,3間は非磁性
体コア５を介設するか、または空間とする。回転子コア
2,3に装設した複数個の導体６…のそれぞれを回転子コ
ア2,3に連通して連結し一体的な回転子７を形成し、そ
の直列に連結した複数個の導体６…の両端部は短絡環8,
8により短絡される。また、本実施例においては回転子
７に装設されたそれぞれの導体６…は回転子コア2,3間
の非磁性体コア５部において、任意のベクトルの差の電
流を流すための抵抗材９を介して連結してある。

回転子コア2,3に対峙する外側部に巻線10,11を施した
第１固定子12と第２固定子13を機枠14に並設し、第１固
定子12と第２固定子13は機枠14に固定する。

また、第１固定子12と第２固定子13の巻線10,11の結
線の形態は一実施例として電気的位相差60゜の直列デル
タ結線としている。

次に本発明の第１の実施例を第２図以降を参照して説
明する。

第２図に示すものは本発明の結線図である。固定子巻
線11の各コイルの一方の端子（U₁,V₁,W₁）を電源開閉装
置Ｓを介して電源A,B,Cに接続すると共に他方の端子（X
₁,Y₁,Z₁）を固定子巻線10の一方の端子（Y₂,Z₂,X₂）
に、また固定子巻線10の他方の端子（V₂,W₂,Y₂）を前記
端子（V₁,W₁,U₁）に直列デルタ結線となるよう電源に接
続してある。また可変抵抗R_AはX₁とZ₂間に、R_BはX₁とX₂
間に、R_CはZ₁とZ₂間に連結する。

以上の構成における作用を説明する。まず、可変抵抗
の抵抗値が無限大の時に電源開閉装置Ｓを閉じると、固
定子巻線10と固定子巻線10とは電気的位相差60゜を有す
る直列デルタ結線となる。これは第３図のように表すこ
とができる。更に第４図で詳述すると、固定子巻線11の
コイルU₁〜X₁の分担電圧E₁とこれに対応する巻線10のコ
イルU₂〜X₂の分担電圧Ｅ′_１は電気的位相差60゜を有す
るよう結線してある。またこの時の各コイルの分担電圧
は電源電圧E_abの1/2である。その他の相についても同様
である。

続いて可変抵抗を零にして完全導通状態にするとつま
り、コイルU₁〜X₁とコイルU₂〜X₂は位相差０゜になり、
V₁〜Y₁とV₂〜Y₂およびW₁〜Z₁とW₂〜Z₂も同様に位相差０
゜になる。そして、第５図に示す結線となる。

コイルU₁〜X₁の分担電圧をE₁,E_abを電源の線間電圧と
すると、E₁の大きさは直列デルタ結線の場合のとなっている。

以上のように可変抵抗の抵抗値の可変により、起動用
の位相差と運転用の位相差を設けることができ、さらに
両位相差の中間ステップの特性を無段階に得ることがで
きる。この時の各トルク特性を第６図に示す。第６図は
可変抵抗R_A,R_B,R_Cの抵抗値を高抵抗値R₁から低抵抗値R₄
に変化させたときの中間トルク特性を示し、各抵抗値に
おけるトルク特性の一例である。実際には抵抗値R₁から
R₄に除々に変化させることからトルク特性もR₁からR₄へ
除々に変化するものである。

第７図に示すものは、第６図の各トルク特性に対する
電流値を示し、上側のR₁〜R₄は負荷電流を、下側R₁〜R₄
は可変抵抗の電流値を示す。この図から始動電流が小さ
く移相装置となる可変抵抗を流れる電流は負荷電流より
更に小さいことが明らかで、従来技術のように負荷電流
が流れる回路を直接開閉しないから移相装置の電気容量
は小さく、よってその装置も小型化できる。

また、位相差０゜の時、固定子巻線11の他方（X₁,Y₁,
Z₁）と固定子巻線10の一方（X₂,Y₂,Z₂）との相間は短絡
状態にあり、可変抵抗の故障等の原因で短絡しても電動
機が焼損する等の電気的事故は発生しない。

更に、可変抵抗の制御は、直列デルタ結線による運転
中の線間の短絡であるから、開閉のため一時的に負荷電
流が遮断されることがないこと及び極間電圧が電源電圧
の1/2であることなどから可変抵抗の電気的容量は小さ
いものを使用することが可能で可変抵抗による移相装置
を小型化できる。

ところで第２図に示す通り可変抵抗からなる移相装置
を電動機側に設けると、電源側から電動機への配線は三
本でよく、一般の大型電動機に見られるようなスターデ
ルタ始動のための複雑な配線を要することなく、低速か
ら高速に至るまで高トルクで運転可能な電動機とするこ
とが可能である。

次に本発明の第２の実施例を第８図を参照して説明す
る。

第８図に示すものは結線図であるが第１の実施例と異
なる部分について説明し、同一の部分は省略する。第１
の実施例と異なる点は可変抵抗（R_A,R_B,R_C）に開閉スイ
ッチ（S₁,S₂,S₃）を直列に設けた点である。この場合、
開閉スイッチは可変抵抗に直列に設けても並列に設けて
もよい。

以上の構成における作用を説明する。この実施例の可
変抵抗は第１の実施例と同様であるが、開閉スイッチ
S₁,S₂,S₃を設けると次のように作用する。可変抵抗に開
閉スイッチを直列に設けると、開閉スイッチが閉じてい
る時だけ可変抵抗が作用する。これは並列スター結線の
運転と直列デルタ結線の運転とに瞬時に切換えることが
可能であり、始動時は可変抵抗を変化させて徐々に加速
した後、開閉スイッチの開閉で２段階の速度制御あるい
はトルク制御が可能となる。

更に可変抵抗に開閉スイッチを並列に設けると、開閉
スイッチが開いている時だけ可変抵抗が作用する。

次に移相装置の制御について、第９図において説明す
る。まず第９図の構成は、誘導電動機１は開閉装置を備
えた三相電源22に接続してある。また誘導電動機には一
体的に移相装置20が設けてあり、該移相装置にはハード
ロジック回路等で構成された制御装置21を接続してある
と共に制御装置21には電動機の速度検出を行う速度検出
器23の信号を接続してある。

制御装置は単純なロジック回路か又は必要に応じてマ
イクロプロセッサを載せることもある。更に検出器23の
信号を受けて、その信号を必要に応じて変換する回路
と、変換された信号とあらかじめ入力された設定値とを
比較する回路と、あらかじめ入力された設定値を記憶さ
せる回路と、先の比較により信号を出力する信号出力回
路等を備えるものとなる。この信号出力回路の信号で移
相装置20の位相差を変更してゆく。検出器をここでは速
度検出器23としているが、回転数を検出するもの等電動
機の回転状態を検出する手段であればよい。

上記制御装置による位相切換制御でトルク特性は第６
図の如くなり、従来のスターデルタ切換に比較してトル
クの変動は小さく始動電流も小さく抑えることが可能と
なった。

前記制御装置21に入力される設定値とは、負荷トルク
やGD²と電動機の出力により決定されるものと希望運転
回転速度である。

なお、第10図の如く、直列デルタ結線で位相差を０゜
とし、各相の巻線間を短絡すると第11図のとおり位相差
が60゜となる。このように結線した場合は第11図に示す
位相差60゜の並列スター結線で始動し、第10図に示す位
相差０゜の直列デルタ結線へと移行しても本発明を実施
できる。そして、その他の位相差を希望する場合は、一
方の固定子に対して他方の固定子を機械的に回動して固
定すればよく、例えば４極の場合、機械角で10゜回動す
れば電気角で20゜位相差を生じる。

〔効果〕

以上のように二固定子誘導電動機のトルクの設定は、
単純な移相装置により無段階に設定可能となり、これら
のトルク特性は起動時において起動電流は小さく起動ト
ルクが大きく、定トルク特性及び二乗低減トルク特性の
始動性の改善、起動時間の低減を達成した可変速電動機
となり、インバーター等の高価な制御装置を必要としな
い。また、電動機への配線も、単純に形成される移相装
置を電動機に一体とし、三相電源を使用する場合、電動
機には三本の配線でよく誰にでも配線が可能である。

したがって、トルクの多様化を図り低速から定回転域
まで高いトルクを発生することのできる二固定子誘導電
動機の用途の拡大と高トルクの電動機を必要とするあら
ゆる分野に、更に大きく貢献できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は二固定子誘導電動機の側断面図、第２図は位相
切換装置の結線図、第３図は第２図の別表示方法による
結線図、第４図は位相差60゜の直列デルタ結線図、第５
図は位相差０゜、並列スター結線図、第６図は可変抵抗
の各抵抗値における中間トルク特性曲線の一例を示す
図、第７図は可変抵抗の各抵抗値における負荷電流と短
絡電流の特性曲線図、第８図は移相装置の別の実施例を
示す結線図、第９図はロジック回路による制御ブロック
図、第10図は別実施例の直列デルタ結線図、第11図は第
10図の巻線間を短絡したときの位相差60゜の並列スター
結線図である。１……二固定子誘導電動機、2,3……回転子コア、４…
…回転子軸、５……非磁性体コア、６……回転子導体、
７……回転子、８……短絡環、９……抵抗材、10,11…
…固定子巻線、12……第１固定子、13……第２固定子、
14……機枠、20……位相切換装置、21……制御装置、22
……供給電源側、23……速度検出器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一回転軸上に軸着した第１及び第２回転
子コアを有し、該第１及び第２回転子コアに連通した複
数個の導体を前記回転子コアの外周部に装設してかご形
に形成し、前記第１回転子コアと第２回転子コアとの間
において前記複数個の導体は抵抗材で相互に短絡された
一体かご形回転子と、前記各回転子コアにそれぞれ対向して第１固定子コアと
第２固定子コアが周設され、前記第１固定子コアに巻装
された第１固定子巻線と前記第２固定子コアに巻装され
た第２固定子巻線とが巻装された第１及び第２固定子
と、前記第１固定子及び第２固定子の各固定子巻線の任意の
相の直列接続中点と他の２相の直列接続中点との間に設
けられた可変抵抗からなり、前記各固定子巻線への通電
中に前記可変抵抗を操作することにより、前記第１固定
子がこれに対峙する第１回転子コアの周囲に生じる回転
磁界と、前記第２固定子がこれに対峙する第２回転子コ
アの周囲に生じる回転磁界との間の位相差を、起動時の
所定の位相差から変化させる位相切換装置と、を有することを特徴とする二固定子誘導電動機。
【請求項２】同一回転軸上に軸着した第１及び第２回転
子コアを有し、該第１及び第２回転子コアに連通した複
数個の導体を前記回転子コアの外周部に装設してかご形
に形成し、前記第１回転子コアと第２回転子コアとの間
において前記複数個の導体は抵抗材で相互に短絡された
一体かご形回転子と、前記各回転子コアにそれぞれ対向して第１固定子コアと
第２固定子コアが周設され、前記第１固定子コアに巻装
された第１固定子巻線と前記第２固定子コアに巻装され
た第２固定子巻線とが巻装された第１及び第２固定子
と、前記第１固定子及び第２固定子の各固定子巻線の任意の
相の直列接続中点と他の２相の直列接続中点との間に設
けられた可変抵抗と開閉スイッチとからなり、前記各固
定子巻線への通電中に前記可変抵抗と開閉スイッチとの
一方あるいは双方の操作により、前記第１固定子がこれ
に対峙する第１回転子コアの周囲に生じる回転磁界と、
前記第２固定子がこれに対峙する第２回転子コアの周囲
に生じる回転磁界との間の位相差を、起動時の所定の位
相差から変化させる位相切換装置と、を有することを特徴とする二固定子誘導電動機。
【請求項３】起動時の所定の位相差が、180゜,120゜,60
゜の何れかであり、起動時の所定の位相差から変化させ
た後の位相差がそれぞれ120゜,60゜,0゜であることを特
徴とする請求項１または２に記載の二固定子誘導電動
機。
【請求項４】二固定子誘導電動機に速度検出器を設け、
該速度検出器の信号に基づき位相切換装置を制御する制
御装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記
載の二固定子誘導電動機。
【請求項５】可変抵抗と開閉スイッチを並列に接続した
ことを特徴とする請求項２に記載の二固定子誘導電動
機。
【請求項６】可変抵抗と開閉スイッチを直列に接続した
ことを特徴とする請求項２に記載の二固定子誘導電動
機。