JP2975400B2 - ２固定子誘導同期電動機 - Google Patents
２固定子誘導同期電動機Info
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Description
本発明は同期電動機に関する。
一般に同期電動機は、その回転子を固定子巻線の作る
回転磁界の回転速度すなわち同期速度近くまで加速する
起動機と、回転子巻線の直流励磁が必要である。 この起動機を省略して同期電動機自体に起動トルクを
持たせるように考案されたのが誘導同期電動機で、これ
は起動時には回転子巻線を短絡して誘導電動機として起
動するために起動機は必要としないが、同期運転に必要
な回転子巻線の直流励磁のためにブラシを必要とする。 すなわち、回転子の回転速度が同期速度が近づくと回
転子巻線の短絡を開放して外部の直流電源からブラシを
介して回転子巻線に直流電流を流して回転子に磁極を作
り、この磁極が固定子巻線の作る回転磁界に引張られて
回転子は同期速度で回転する。このブラシは保守点検を
必要とすることから保守費が嵩み、ブラシレス構造の同
期電動機の開発が望まれている。 このブラシレス構造の同期電動機としては、従来から
永久磁石形やリラクタンス形があるが、誘導機起動が不
可能なために起動トルクが小さい欠点があるため小容量
のものに限られている。またランデル形やインダクタ形
の同期電動機は磁路の構成が複雑で大型となる欠点があ
った。 また交流励磁器と回転整流器を用いる方法も同様であ
る。また回転子巻線にダイオードを接続してインバータ
ーの方形波電圧による高調波磁界を利用するブラシレス
自励形三相同期電動機は回転子の起磁力が不足で十分な
出力が得られない欠点がある。 更には三相の固定子巻線の一相にダイオードを挿入し
て固定子の作る正相分回転磁界に静止磁界を重畳して、
同期速度で回転する回転子巻線に静止磁界による交流電
圧を誘起させて、これをダイオードで整流することによ
って回転子巻線を直流励磁して、正相分回転磁界を作用
させて同期トルクを発生するブラシレス自励形三相同期
電動機があるが、これは誘導機始動が不可能なために、
回転子鉄心の渦電流による起動となり起動トルクが小さ
い欠点がある。 また特公昭54−34124には起動を誘導機の原理によっ
て行い、同期運転は軸方向の直流磁界を作ってこれによ
って回転子コアに磁極を形成して行うものがあるが、こ
れは発生トルクが回転軸に対して非対称となるために軸
の振動の原因になる欠点がある。 また特公昭61−1992には、４極と８極の相互干渉のな
い２つの回転磁界を用いて、３相の回転子巻線のうち２
相を同期運転に利用し残る１相を短絡して起動用に利用
するものがあるが、ゲルゲス現象のため起動トルクが小
さくなる欠点がある。
回転磁界の回転速度すなわち同期速度近くまで加速する
起動機と、回転子巻線の直流励磁が必要である。 この起動機を省略して同期電動機自体に起動トルクを
持たせるように考案されたのが誘導同期電動機で、これ
は起動時には回転子巻線を短絡して誘導電動機として起
動するために起動機は必要としないが、同期運転に必要
な回転子巻線の直流励磁のためにブラシを必要とする。 すなわち、回転子の回転速度が同期速度が近づくと回
転子巻線の短絡を開放して外部の直流電源からブラシを
介して回転子巻線に直流電流を流して回転子に磁極を作
り、この磁極が固定子巻線の作る回転磁界に引張られて
回転子は同期速度で回転する。このブラシは保守点検を
必要とすることから保守費が嵩み、ブラシレス構造の同
期電動機の開発が望まれている。 このブラシレス構造の同期電動機としては、従来から
永久磁石形やリラクタンス形があるが、誘導機起動が不
可能なために起動トルクが小さい欠点があるため小容量
のものに限られている。またランデル形やインダクタ形
の同期電動機は磁路の構成が複雑で大型となる欠点があ
った。 また交流励磁器と回転整流器を用いる方法も同様であ
る。また回転子巻線にダイオードを接続してインバータ
ーの方形波電圧による高調波磁界を利用するブラシレス
自励形三相同期電動機は回転子の起磁力が不足で十分な
出力が得られない欠点がある。 更には三相の固定子巻線の一相にダイオードを挿入し
て固定子の作る正相分回転磁界に静止磁界を重畳して、
同期速度で回転する回転子巻線に静止磁界による交流電
圧を誘起させて、これをダイオードで整流することによ
って回転子巻線を直流励磁して、正相分回転磁界を作用
させて同期トルクを発生するブラシレス自励形三相同期
電動機があるが、これは誘導機始動が不可能なために、
回転子鉄心の渦電流による起動となり起動トルクが小さ
い欠点がある。 また特公昭54−34124には起動を誘導機の原理によっ
て行い、同期運転は軸方向の直流磁界を作ってこれによ
って回転子コアに磁極を形成して行うものがあるが、こ
れは発生トルクが回転軸に対して非対称となるために軸
の振動の原因になる欠点がある。 また特公昭61−1992には、４極と８極の相互干渉のな
い２つの回転磁界を用いて、３相の回転子巻線のうち２
相を同期運転に利用し残る１相を短絡して起動用に利用
するものがあるが、ゲルゲス現象のため起動トルクが小
さくなる欠点がある。
したがって起動トルクが大きく、更に同期トルクも大
きく、しかもブラシを必要とせず、保守点検が容易で構
造が簡単で専用の起動機も必要としない同期電動機の提
供を技術的課題とするものである。
きく、しかもブラシを必要とせず、保守点検が容易で構
造が簡単で専用の起動機も必要としない同期電動機の提
供を技術的課題とするものである。
前記課題を解決するために、同一回転軸上に任意間隔
を置いて設けた２個の回転子コアのそれぞれに任意の極
数を持つ第１の回転子巻線と該第１の回転子巻線の極数
の２倍の極数をもつ第２の回転子巻線とを有し、前記２
個の回転子コア間でそれぞれの巻線を接続した回転子
と、前記２個の回転子コアにそれぞれ対向して周設した
２個の固定子コアのそれぞれに前記第１の回転子巻線の
極数に等しい極数をもつ一相当り２つの巻線を設けて並
列に接続した固定子巻線を設け、前記一相当り２つの巻
線のそれぞれの中間点間に直流励磁電圧を入力するよう
にした固定子と、前記第１と第２の回転子巻線の接続部
分で前記第２の回転子巻線の出力電圧を整流し前記第１
の回転子巻線に入力するよう連絡した整流回路及び前記
２個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転
子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定子がこれに対
峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との間に０゜
と180゜の２つの位相差を生じさせる電圧移相装置とを
備え、起動時に位相差０゜とし、同期引き入れ時に位相
差180゜にすると同時に前記直流励磁電圧を入力するこ
とにより前記課題を解決するための手段とした。 また、前記一相当り２つの巻線のそれぞれの中間点間
に入力した直流励磁電圧にかえて交流電圧を入力するこ
と、あるいは直流励磁電圧にかえて固定子巻線に入力す
る電圧の相回転とは逆の相回転となる交流電圧を入力す
ることも有効な手段となる。 更に本発明によると、電圧移相装置を一方の固定子巻
線の端子をスイッチによって逆極性に切換えるよう構成
することにより前記課題を解決するための手段とした。
を置いて設けた２個の回転子コアのそれぞれに任意の極
数を持つ第１の回転子巻線と該第１の回転子巻線の極数
の２倍の極数をもつ第２の回転子巻線とを有し、前記２
個の回転子コア間でそれぞれの巻線を接続した回転子
と、前記２個の回転子コアにそれぞれ対向して周設した
２個の固定子コアのそれぞれに前記第１の回転子巻線の
極数に等しい極数をもつ一相当り２つの巻線を設けて並
列に接続した固定子巻線を設け、前記一相当り２つの巻
線のそれぞれの中間点間に直流励磁電圧を入力するよう
にした固定子と、前記第１と第２の回転子巻線の接続部
分で前記第２の回転子巻線の出力電圧を整流し前記第１
の回転子巻線に入力するよう連絡した整流回路及び前記
２個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転
子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定子がこれに対
峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との間に０゜
と180゜の２つの位相差を生じさせる電圧移相装置とを
備え、起動時に位相差０゜とし、同期引き入れ時に位相
差180゜にすると同時に前記直流励磁電圧を入力するこ
とにより前記課題を解決するための手段とした。 また、前記一相当り２つの巻線のそれぞれの中間点間
に入力した直流励磁電圧にかえて交流電圧を入力するこ
と、あるいは直流励磁電圧にかえて固定子巻線に入力す
る電圧の相回転とは逆の相回転となる交流電圧を入力す
ることも有効な手段となる。 更に本発明によると、電圧移相装置を一方の固定子巻
線の端子をスイッチによって逆極性に切換えるよう構成
することにより前記課題を解決するための手段とした。
複数固定子誘導電動機とその電圧移相装置の作用につ
いて本出願人は特願昭61−128314号においてその詳細を
説明している。 ただし、本発明の場合、電圧移相装置は、起動時に位
相差０゜、同期運転時に位相差180゜となるよう作用す
る場合を説明している。 本発明は、固定子巻線の作る回転磁界が、その回転磁
界の極数とは異なる極数の回転子巻線に作用することは
ないという公知の理論に基づいている。 まず第１の発明によると、起動時には固定子巻線の作
る回転磁界によって極数の異なる第２の回転子巻線には
関係なく同極数の第１の回転子巻線に電圧が誘起され回
転子は回転を始める。 この時、電圧移相装置は２個の回転子コアのそれぞれ
に巻装された第１の回転子巻線に誘起される電圧が同相
になるように、すなわち２個の回転子コアのそれぞれに
巻装された第１の回転子巻線に、環流する電流が流れる
ように作動させて、一般の誘導電動機として起動する。 起動後、回転子の回転速度が上昇して回転磁界の回転
速度すなわち同期速度に近づくと、回転磁界による第１
の回転子巻線の誘起電圧は小さくなる。ここまでは誘導
電動機としての動作であるが、すべりＳがＳ＝0.05に近
づいた時に同期運転に入る。これは次のようにして行
う。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この位相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に直流励磁電圧を入力し作用させると、この直流励
磁電圧によって前記固定子巻線の極数の２倍の極数を有
する静止磁界が重畳する。 この静止磁界は回転子の第２の回転子巻線と同極数と
なるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関係なく第
２の回転子巻線はこの静止磁界と鎖交して交流の電圧を
誘起するようになる。この交流電圧は回転子の回転速度
が大になるほど大きくなる。 ここで前述のように回転磁界に180゜の位相差を設け
てあるので、静止磁界によって誘起した交流電圧による
電流も２個の回転子コアのそれぞれに巻装した第２の回
転子巻線を環流せず、前記第１と第２の回転子巻線の接
続部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 ここで同期トルクを考察してみるに、第１の回転子巻
線に形成される磁極の極性と磁極の位置関係が固定子巻
線の作る回転磁界のそれに合致して、２個の回転子に発
生する同期トルクが加わるように作用するので本発明の
誘導同期電動機は２固定子ではあるがその合計の容量
は、従来のブラシを有する誘導同期電動機と同等であ
る。 以上のように、第１の発明の２固定子誘導同期電動機
は、起動時には第１の回転子巻線により従来の誘導電動
機の原理で起動するから起動トルクが大きく、従って他
の特別の起動機を必要としない。また同期速度において
は第１の回転子巻線が、静止磁界による第２の回転子巻
線の誘起電圧の整流電流によって励磁されるので同期ト
ルクが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電
動機を提供することが可能となった。 次に第２の発明の作用を説明するが、起動時は同じ作
用となるので説明は省略し、同期運転に入るところから
説明する。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この移相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線もそれぞれの中間
点間に交流電圧を入力し作用させると、この交流電圧に
よって前記固定子巻線の極数の２倍の極数の第２の回転
磁界が重畳する。 この第２の回転磁界は回転子の第２の回転子巻線と同
極数になるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関係
なく第２の回転子巻線に作用する。 この第２の回転磁界によって生じた第２の回転子巻線
の誘起電圧によって前記第１と第２の回転子巻線の接続
部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 以上のように第２の発明の２固定子誘導同期電動機
は、起動時には第１の回転子巻線により従来の誘導電動
機の原理で起動するから起動トルクが大きく、他の特別
の起動機を必要としない。また同期速度においては第１
の回転子巻線が第２の回転磁界による第２の回転子巻線
の誘起電圧の整流電流によって励磁されるので同期トル
クが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動
機を提供することが可能となった。 次に第３の発明の作用について説明するが、起動時は
同じ作用となるので説明は省略し、同期運転に入るとこ
ろから説明する。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この位相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に、前記固定子巻線に入力する電圧の相回転とは逆
の相回転となる交流電圧を入力すると、この交流電圧に
よって前記固定子巻線の極数の２倍の極数で且つ相回転
が逆の第２の回転磁界を重畳する。 この第２の回転磁界は、回転子の第２の回転子巻線と
同極数になるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関
係なく第２の回転子巻線に作用する。 この第２の回転磁界によって生じた第２の回転子巻線
の誘起電圧によって前記第１と第２の回転子巻線の接続
部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 なお、電圧移相装置としては本出願人が特願昭61−12
8314号において固定子の位置を回転軸のまわりに機械的
に回動させることによって変える方法と、固定子巻線の
接続をスイッチによって切換えて行う方法の２つを説明
している。 同期電動機の場合、起動から同期速度に引き入れる
時、本発明は２つの固定子の回転磁界の位相差を０゜か
ら180゜に切換えることが重要であり、その切換えは瞬
時であることが好ましく、固定子巻線の一相当り２つの
巻線のそれぞれの中間点間に前記第１から第３の発明に
よるいずれかの励磁電圧を入力することと、前記位相差
の切換えとを切換スイッチにより同時に行うことで、同
期速度への引き入れが容易となる。 ところで前記固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれ
ぞれの中間点間に前記第１から第３のいずれかの発明に
より励磁電圧を入力するが、２個の固定子のそれぞれの
回転磁界の位相差を180゜とするため、つまり一方の固
定子の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間点間に入力
する励磁電圧と、他方の固定子の一相当り２つの巻線の
それぞれの中間点間に入力する励磁電圧の間の位相差を
180゜とするため、あらかじめ一方の励磁電圧と他方の
励磁電圧の入力が位相差180゜となるように結線してお
くとよい。 以上のような構成によって、起動トルクが大きく、さ
らに同期トルクも大きく、しかもブラシを必要とせず、
保守点検が容易で構造が簡単で専用の起動機を必要とし
ない同期電動機を提供することが可能となった。 ところで、前記固定子巻線を励磁する電源は、商用周
波数の交流電源かまたはインバーターを利用した可変周
波数電源を利用できる。上記可変周波数電源を利用する
と、同期速度の変更が容易に可能となり、その場合でも
通常の誘導電動機の始動トルクで起動可能であり、利用
分野は大きく拡大し、安価な同期電動機の提供が可能と
なった。
いて本出願人は特願昭61−128314号においてその詳細を
説明している。 ただし、本発明の場合、電圧移相装置は、起動時に位
相差０゜、同期運転時に位相差180゜となるよう作用す
る場合を説明している。 本発明は、固定子巻線の作る回転磁界が、その回転磁
界の極数とは異なる極数の回転子巻線に作用することは
ないという公知の理論に基づいている。 まず第１の発明によると、起動時には固定子巻線の作
る回転磁界によって極数の異なる第２の回転子巻線には
関係なく同極数の第１の回転子巻線に電圧が誘起され回
転子は回転を始める。 この時、電圧移相装置は２個の回転子コアのそれぞれ
に巻装された第１の回転子巻線に誘起される電圧が同相
になるように、すなわち２個の回転子コアのそれぞれに
巻装された第１の回転子巻線に、環流する電流が流れる
ように作動させて、一般の誘導電動機として起動する。 起動後、回転子の回転速度が上昇して回転磁界の回転
速度すなわち同期速度に近づくと、回転磁界による第１
の回転子巻線の誘起電圧は小さくなる。ここまでは誘導
電動機としての動作であるが、すべりＳがＳ＝0.05に近
づいた時に同期運転に入る。これは次のようにして行
う。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この位相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に直流励磁電圧を入力し作用させると、この直流励
磁電圧によって前記固定子巻線の極数の２倍の極数を有
する静止磁界が重畳する。 この静止磁界は回転子の第２の回転子巻線と同極数と
なるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関係なく第
２の回転子巻線はこの静止磁界と鎖交して交流の電圧を
誘起するようになる。この交流電圧は回転子の回転速度
が大になるほど大きくなる。 ここで前述のように回転磁界に180゜の位相差を設け
てあるので、静止磁界によって誘起した交流電圧による
電流も２個の回転子コアのそれぞれに巻装した第２の回
転子巻線を環流せず、前記第１と第２の回転子巻線の接
続部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 ここで同期トルクを考察してみるに、第１の回転子巻
線に形成される磁極の極性と磁極の位置関係が固定子巻
線の作る回転磁界のそれに合致して、２個の回転子に発
生する同期トルクが加わるように作用するので本発明の
誘導同期電動機は２固定子ではあるがその合計の容量
は、従来のブラシを有する誘導同期電動機と同等であ
る。 以上のように、第１の発明の２固定子誘導同期電動機
は、起動時には第１の回転子巻線により従来の誘導電動
機の原理で起動するから起動トルクが大きく、従って他
の特別の起動機を必要としない。また同期速度において
は第１の回転子巻線が、静止磁界による第２の回転子巻
線の誘起電圧の整流電流によって励磁されるので同期ト
ルクが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電
動機を提供することが可能となった。 次に第２の発明の作用を説明するが、起動時は同じ作
用となるので説明は省略し、同期運転に入るところから
説明する。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この移相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線もそれぞれの中間
点間に交流電圧を入力し作用させると、この交流電圧に
よって前記固定子巻線の極数の２倍の極数の第２の回転
磁界が重畳する。 この第２の回転磁界は回転子の第２の回転子巻線と同
極数になるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関係
なく第２の回転子巻線に作用する。 この第２の回転磁界によって生じた第２の回転子巻線
の誘起電圧によって前記第１と第２の回転子巻線の接続
部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 以上のように第２の発明の２固定子誘導同期電動機
は、起動時には第１の回転子巻線により従来の誘導電動
機の原理で起動するから起動トルクが大きく、他の特別
の起動機を必要としない。また同期速度においては第１
の回転子巻線が第２の回転磁界による第２の回転子巻線
の誘起電圧の整流電流によって励磁されるので同期トル
クが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動
機を提供することが可能となった。 次に第３の発明の作用について説明するが、起動時は
同じ作用となるので説明は省略し、同期運転に入るとこ
ろから説明する。 まず２個の固定子のうち一方の固定子がこれに対峙す
る回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他方の固定子が
これに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界との
間に180゜の位相差を生じさせるように電圧移相装置を
作動させる。 このようにすると今まで２個の回転子コアのそれぞれ
に設けた第１の回転子巻線を環流して流れていた電流は
流れなくなり、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分
に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この位相差180゜の回転磁界によって第１の回転子巻
線に流れる電流は回転子が同期速度になるとすべりが零
になるので流れなくなるが、先の電圧移相装置と同時
に、固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に、前記固定子巻線に入力する電圧の相回転とは逆
の相回転となる交流電圧を入力すると、この交流電圧に
よって前記固定子巻線の極数の２倍の極数で且つ相回転
が逆の第２の回転磁界を重畳する。 この第２の回転磁界は、回転子の第２の回転子巻線と
同極数になるから、極数の異なる第１の回転子巻線に関
係なく第２の回転子巻線に作用する。 この第２の回転磁界によって生じた第２の回転子巻線
の誘起電圧によって前記第１と第２の回転子巻線の接続
部分に設けた整流回路に電流が流れるようになる。 この整流回路で整流された電流を整流回路の出力とし
て第１の回転子巻線に入力することにより第１の回転子
巻線は磁極を形成し同極数の固定子巻線の回転磁界に引
張られて回転子は同期速度で回転するようになる。 なお、電圧移相装置としては本出願人が特願昭61−12
8314号において固定子の位置を回転軸のまわりに機械的
に回動させることによって変える方法と、固定子巻線の
接続をスイッチによって切換えて行う方法の２つを説明
している。 同期電動機の場合、起動から同期速度に引き入れる
時、本発明は２つの固定子の回転磁界の位相差を０゜か
ら180゜に切換えることが重要であり、その切換えは瞬
時であることが好ましく、固定子巻線の一相当り２つの
巻線のそれぞれの中間点間に前記第１から第３の発明に
よるいずれかの励磁電圧を入力することと、前記位相差
の切換えとを切換スイッチにより同時に行うことで、同
期速度への引き入れが容易となる。 ところで前記固定子巻線の一相当り２つの巻線のそれ
ぞれの中間点間に前記第１から第３のいずれかの発明に
より励磁電圧を入力するが、２個の固定子のそれぞれの
回転磁界の位相差を180゜とするため、つまり一方の固
定子の一相当り２つの巻線のそれぞれの中間点間に入力
する励磁電圧と、他方の固定子の一相当り２つの巻線の
それぞれの中間点間に入力する励磁電圧の間の位相差を
180゜とするため、あらかじめ一方の励磁電圧と他方の
励磁電圧の入力が位相差180゜となるように結線してお
くとよい。 以上のような構成によって、起動トルクが大きく、さ
らに同期トルクも大きく、しかもブラシを必要とせず、
保守点検が容易で構造が簡単で専用の起動機を必要とし
ない同期電動機を提供することが可能となった。 ところで、前記固定子巻線を励磁する電源は、商用周
波数の交流電源かまたはインバーターを利用した可変周
波数電源を利用できる。上記可変周波数電源を利用する
と、同期速度の変更が容易に可能となり、その場合でも
通常の誘導電動機の始動トルクで起動可能であり、利用
分野は大きく拡大し、安価な同期電動機の提供が可能と
なった。
本発明は主として２固定子誘導同期電動機を主構成と
して詳細を説明するが、固定子数はこれに限定されない
ことは言うまでもない。また固定子巻線の結線も並列、
直列、スター結線、デルタ結線のいずれでもよい。また
回転子巻線も同様である。 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っている。 つまり、電圧移相装置によって、複数個の固定子のう
ち特定の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる
回転磁界と他の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に
生じる回転磁界との間の位相差を、たとえば同相すなわ
ち電気角で０゜とした場合、回転子導体に流れる電流は
回転子導体を環流し、たとえば電気角で180゜とした場
合、回転子導体に流れる電流は回転子導体を環流せず回
転子コア間で回転子導体間を連結した連結材を通じて流
れることなどを詳説している。 更に電圧移相装置の構成については、固定子を回動さ
せるものや、固定子巻線の結線の切換えを行うものなど
を示しているが、本発明において、特に固定子巻線の結
線の切換を行って電圧移相装置を構成すると、前記電気
角の０゜から180゜への切換は瞬時に行えるため同期速
度への引き込みは容易となる。また回転速度を検出する
センサーと、励磁回路と、電圧移相装置の制御装置とを
設けて連絡すると、同期速度への引き込みが自動化でき
ると共に、万一脱調した場合でも、回転速度を検出する
センサーの信号により即座に同期運転から誘導電動機の
運転に切換え可能であり、一般の同期電動機のように脱
調から急激に停止することがなく事故防止が簡単にでき
るものとなる。 第１図により本発明の第１の実施例を説明する。まず
符号20は２固定子誘導同期電動機の固定子側を示す。ま
た符号40は同じく回転子側を示す。 固定子側20は、２つの固定子コアのそれぞれに固定子
巻線21,22が設けられて、それらが直列Ｙ結線されて３
相交流電源R,S,Tに接続されている。 ここで固定子巻線21,22は１相当り２つの巻線23,24及
び25,26を設けてそれぞれ並列に接続してある。 さらに前記１相当り２つの巻線23,24及び25,26のそれ
ぞれの中間点間に励磁電圧Ea及び−Ea′を入力するよう
に構成してあり他相についても励磁電圧Eb,Ecおよび−E
b′，−Ec′を同様に入力するようにしてある。 この励磁電圧は一例として変圧器を介して整流ブリッ
ジ51,52,53を３相交流電源R,S,Tに接続してその出力と
なる直流電圧を入力するようにしてある。また前記整流
ブリッジと３相交流電源は開閉器T1を介して接続してあ
る。 更に前記固定子巻線の一方22の巻線25,26は、固定子
巻線21に対し位相差角θをθ＝180゜に切換える切換器T
2を設けてある。他相についても同様である。 一方、回転子側40の同一回転軸上に設けた２個の回転
子コアのそれぞれに第１の回転子巻線41,42が設けられ
て、それらが並列に接続されている。さらに回転子側40
には、２つの回転子コアのそれぞれに第２の回転子巻線
43,44が設けられて、それらが並列に接続されている。 ここで第１の回転子巻線41,42の極数と固定子巻線21,
22の極数は共に４極で一致させ、更に第２の回転子巻線
43,44の極数と固定子巻線21,22の１相当りの２つの巻線
23,24及び25,26の中間点間からの励磁の場合の極数は共
に８極で一致させてあり他相についても同様である。 更に２つの回転子コア間の回転子巻線の接続部分にお
いて、第２の回転子巻線43,44の出力を整流回路45によ
って整流し、その直流側出力端子をダイオード46を介し
て第１の回転子巻線41,42に接続してある。 ここで固定子巻線21に対峙する第１の回転子巻線41に
誘起する電圧を図示の方向にＥとし、同じく第２の回転
子巻線43に誘起する電圧を図示の方向にｅとする。 また固定子巻線22に対峙する第１の回転子巻線42に誘
起する電圧を図示の方向にＥεｊθとし、同じく第２の
回転子巻線44に誘起する電圧を図示の方向にｅεｊθと
する。ここでθは電圧の位相差角である。 以上の構成による作用を説明する。まず起動時には、
第１の回転子巻線41,42の誘導電圧の位相差角θがθ＝
０゜になるように固定子巻線21,22が結線された状態で
３相交流電源R,S,Tに投入して起動する。このとき開閉
器T1は開放してある。 このようにすると固定子巻線21,22に３相交流電源か
ら３相交流電流が流れてそれぞれ同相の４極の回転磁界
を生じ、第１の回転子巻線41,42に電圧E,Eεｊθが誘起
される。この場合の誘起電圧の位相差角θはθ＝０゜で
あるから、第１の回転子巻線41,42に流れる電流は両巻
線を環流するように流れ、回転子は誘導電動機の原理で
起動する（第２図）。 ここで第２の回転子巻線43,44の極数は８極で、固定
子巻線21,22の極数は４極であるから、相互干渉はな
く、従って固定子巻線21,22の作る回転磁界によっては
第２の回転子巻線43,44には電圧を誘起しない。従って
起動時には第２の回転子巻線43,44は関与しない。つま
り起動は従来の誘導電動機と同じ特性で行われ、起動ト
ルクは大きく、別個の起動機を必要としない。 起動後、回転子の回転速度が上昇して固定子巻線21,2
2の作る４極の回転磁界の回転速度すなわち４極の同期
速度に近づくと、すべりＳが小さくなるので第１の回転
子巻線41,42の誘起電圧Ｅは小さくなる。ここまでは誘
導電動機としての動作であるが、すべりＳがＳ＝0.05に
近づいた時に同期運転に引き入れる。これは次のように
して行う。 先ず電圧移相装置によって２つの固定子巻線21,22の
一方例えば固定子巻線22の極性を切換える。すなわちこ
の実施例においては切換器T2により極性を切り換えて、
２つの固定子巻線21,22の作る２つの回転磁界の位相差
角θがθ＝180゜になるようにする。このようにする
と、第１の回転子巻線41,42の誘起電圧の位相差角θが
θ＝180゜となり、Ｅεｊθ＝−Ｅとなるので、今まで
回転子巻線41から回転子巻線42へ環流していた電流が流
れなくなって誘導電動機としての作用はなくなる。 そこで切換器T2の切換えと同時に８極の磁界を作用さ
せる。すなわち開閉器T1を閉じて１相当り２つの巻線を
設けて並列に接続した固定子巻線のそれぞれの巻線の中
間点間に励磁電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−Ec′を
印加すると、これらの電圧は直流電圧であるから８極の
２つの静止磁界ができる。 この２つの静止磁界によって、同じ８極の極数の第２
の回転子巻線43,44に交流電圧ｅおよびｅεｊθが誘起
する。ここで第２の回転子巻線43,44に誘起する交流電
圧の位相差角θはθ＝180゜となり、ｅεｊθ＝−ｅに
なる。 従って第２の回転子巻線43,44に流れる電流は整流回
路45に向って流れて、この電流が整流されてダイオード
46を介して第１の回転子巻線41,42に流れて、この直流
分電流によって回転子巻線41,42に４極の磁極を生じ
て、これと固定子巻線21,22の作る４極の回転磁界によ
って同期トルクを生じて、回転子は同期運転に入る。 ここで第１の回転子巻線41,42の極数と静止磁界の極
数は異なるので両者の相互干渉はなく、また固定子巻線
21,22の回転磁界と静止磁界の極数も異なるので両者の
相互干渉もなく、回転子は純粋の４極の同期電動機とし
て運転されることになり、従って同期トルクも大きい。 同一の固定子巻線によって同時に極数の異なる２つの
磁界を作ることについては、特公平２−18038号公報に
詳述されている。 本発明の誘導同期電動機は極数の異なる２つの磁界を
作る方法において前記公報のものを流用しているが、該
公報の同期電動機において不可能であった高トルクの誘
導機起動が本発明の２固定子誘導同期電動機において可
能となったことに本発明の新規の作用効果を有するもの
となる。 次に脱調した場合を考察してみる。脱調した時は、固
定子巻線21,22の作る４極の回転磁界による第１の回転
子巻線41,42の誘起電圧E,−Ｅが大きくなり、この電圧
によってダイオード46と整流回路45を介して第１の回転
子巻線41,42に整流された電流が流れ、これによって同
期トルクを生じるので、脱調を防ぐ作用が発生する。 更に同期トルクを考察してみるに、同期運転時には電
圧移相装置によって固定子巻線22の作る回転磁界の位相
が固定子巻線21のそれに対して180゜移相されているの
で、前記８極の静止磁界によって第２の回転子巻線43,4
4に電圧を誘起してこれによって整流回路45、ダイオー
ド46を介して流れる直流分電流によって第１の回転子巻
線41,42に形成される磁極の極性と磁極の位置関係が４
極の回転磁界のそれに合致して、同期トルクは２つの回
転子コアにおいて同一の方向となり、同期トルクは加算
されることになって、本発明の誘導同期電動機は２固定
子ではあるが、その合計の容量は従来のブラシを有する
誘導同期電動機と同等である。 以上のように、本発明の２固定子誘導同期電動機は、
起動時には従来の誘導電動機の原理で起動するから起動
トルクが大きく、従って他の特別の起動機を必要とな
い。また同期運転においては固定子巻線の作る回転磁界
と干渉しない静止磁界を利用するので同期トルクが大き
く、ブラシなどの保守を必要としない同期電動機を提供
することが可能となった。 次に第３図により本発明の第２の実施例を説明する。
ただし回転子側40は前記第１の実施例と同様であるので
省略する。 固定子側20は、２つの固定子コアのそれぞれに固定子
巻線21,22が設けられて、それらが直列Ｙ結線されて３
相交流電源R,S,Tに接続されている。 また固定子巻線21,22は１相当り２つの巻線23,24およ
び25,26を設けてそれぞれ並列に接続してある。 さらに前記１相当り２つの巻線23,24および25,26のそ
れぞれの中間点間に４極の回転磁界と同じ相回転の交流
電圧Eaおよび−Ea′を入力するように構成してあり他相
についても交流電圧Eb,−Eb′,Ec,−Ec′を同様に入力
するようにしてある。 この交流電圧は一例としてトランス61,62,63を３相電
源R,S,Tに接続してその出力となる交流電圧を入力する
ようにしてある。また前記トランスと３相交流電源は開
閉器T1を介して接続してある。 更に前記固定子巻線の一方22の巻線25,26は、固定子
巻線21に対し位相差角θをθ＝180゜に切換える切換器T
2を設けてある。 回転子側40は前記第１の実施例と同様とする。ここで
回転子巻線41,42の極数と固定子巻線21,22の極数は共に
４極で一致させ、第２の回転子巻線43,44の極数と固定
子巻線21,22の１相当りの２つの巻線23,24および25,26
のそれぞれの中間点間からの励磁による場合の極数は共
に８極で一致させてあり他相についても同様である。 以上の構成による作用を説明する。まず開閉器T1は開
放して、切換器T2は第１の回転子巻線41,42の誘導電圧
の位相差角θがθ＝０゜になるように切換えて起動す
る。このときの起動に関する説明は第１の実施例と同様
であるので省略して同期運転に引き入れるところから説
明する。 まず電圧移相装置によって２つの固定子巻線21,22の
一方例えば固定子巻線22の極性を切換器T2により切り換
えて、２つの固定子巻線21,22の作る２つの回転磁界の
位相差角θがθ＝180゜になるようにする。このように
すると、第１の回転子巻線41,42の誘起電圧の位相差角
がθ＝180゜となり、Ｅεｊθ＝−Ｅとなるので今まで
回転子巻線41から回転子巻線42へ環流していた電流が流
れなくなって誘導電動機としての作用はなくなる。 そこで切換器T2の切換と同時に８極の磁界を作用させ
る。すなわち開閉器T1を閉じて１相当り２つの巻線を設
けて並列に接続した固定子巻線のそれぞれの巻線の中間
点間に交流電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−Ec′を入
力すると２つの８極の第２の回転磁界を生じる。ここで
Eaと−Ea′はこの２つの８極の第２の回転磁界の位相差
θをθ＝180゜にする。 第２の回転子巻線43,44は第１の回転子巻線41,42の４
極の回転数で回転しながら速度の異なる８極の第２の回
転磁界と鎖交することになり、８極の第２の回転磁界に
より第２の回転子巻線43,44には交流電圧を生じる。 この第２の回転子巻線43,44のそれぞれに誘起する交
流電圧の位相差角θもθ＝180゜になる。 従って第２の回転子巻線43、44に流れる電流は整流回
路45に向って流れて、この電流が整流されてダイオード
46を介して第１の回転子巻線41,42に流れて、この直流
分電流によって回転子巻線41,42に４極の磁極を生じ
て、これと固定子巻線21,22の作る４極の回転磁界によ
って同期トルクを生じ、回転子は同期運転に入る。 ところで８極の回転磁界の同期速度は４極のそれの1/
2であるから、第４図に示すすべり0.5に相当する速度に
なる。ここで回転子は同期に引入れる時にはすべりが0.
05近くになっているので、回転子は８極の回転磁界に対
して負のすべりで回転していることになて第２の回転子
巻線43,44は発電作用を示すことになる。 ここで、第４図のすべりＳは４極の同期速度に対する
回転子のすべりを示している。 次に第５図により本発明の第３の実施例を説明する
が、第２の実施例と異なる部分のみ説明する。 前記第２の実施例では１相当り２つの巻線23,24およ
び25,26のそれぞれの中間点間に４極の回転磁界と同じ
相回転の交流電圧を入力するものを示したが、第３の実
施例では４極の回転磁界とは逆の相回転の交流電圧を入
力するものを示す。 第５図に示すように、トランス61,62,63の出力側の交
流電圧Ea,Eb,Ec及びEa′,Eb′,Ec′を入力する巻線を入
れ替えて４極の回転磁界の相回転と逆の相回転となるよ
うに入力してあり本実施例では交流電圧EbとEcおよび−
Eb′と−Ec′とを入れ変えてある。 この場合、交流電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−E
c′の入力により発生する第２の回転磁界は４極の回転
磁界とは逆回転の８極の回転磁界となる。 第４図によりさらに説明すると、第２の回転磁界の同
期速度はすべりＳがＳ＝1.5に相当する速度になる。 したがって前述の第２の実施例におけるよりも第２の
回転子巻線43,44と第２の回転磁界による発電作用が向
上する。 回転子巻線43,44の誘起電圧が大きくなると、回転子
巻線41,42に生じる４極の磁極も強力となり同期トルク
も大きくなる。 さて本実施例では、回転子巻線の誘起電圧に位相差を
設ける電圧移相装置として、固定子巻線の結線変更すな
わち固定子巻線の両端子を入換えて逆極性に結線するこ
とによって電気的に位相差角θをθ＝０゜からθ＝180
゜に切換えているが、これに限定されるものではない。 また、本実施例では、回転磁界と静止磁界または第２
の回転磁界の相互干渉を防ぐために、４極と８極の組合
せを記載したが、２極と６極の組合せ等も考えられ、こ
れに限定されるものではない。 また本実施例では、電源として商用電源を用いる方法
を記載したが、インバータのような可変周波数電源を用
いることによって任意の同期速度で運転することも可能
である。 更に本実施例では、第２の回転子巻線を三相で示した
が、これは二相、単相でも実施可能である。
して詳細を説明するが、固定子数はこれに限定されない
ことは言うまでもない。また固定子巻線の結線も並列、
直列、スター結線、デルタ結線のいずれでもよい。また
回転子巻線も同様である。 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っている。 つまり、電圧移相装置によって、複数個の固定子のう
ち特定の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる
回転磁界と他の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に
生じる回転磁界との間の位相差を、たとえば同相すなわ
ち電気角で０゜とした場合、回転子導体に流れる電流は
回転子導体を環流し、たとえば電気角で180゜とした場
合、回転子導体に流れる電流は回転子導体を環流せず回
転子コア間で回転子導体間を連結した連結材を通じて流
れることなどを詳説している。 更に電圧移相装置の構成については、固定子を回動さ
せるものや、固定子巻線の結線の切換えを行うものなど
を示しているが、本発明において、特に固定子巻線の結
線の切換を行って電圧移相装置を構成すると、前記電気
角の０゜から180゜への切換は瞬時に行えるため同期速
度への引き込みは容易となる。また回転速度を検出する
センサーと、励磁回路と、電圧移相装置の制御装置とを
設けて連絡すると、同期速度への引き込みが自動化でき
ると共に、万一脱調した場合でも、回転速度を検出する
センサーの信号により即座に同期運転から誘導電動機の
運転に切換え可能であり、一般の同期電動機のように脱
調から急激に停止することがなく事故防止が簡単にでき
るものとなる。 第１図により本発明の第１の実施例を説明する。まず
符号20は２固定子誘導同期電動機の固定子側を示す。ま
た符号40は同じく回転子側を示す。 固定子側20は、２つの固定子コアのそれぞれに固定子
巻線21,22が設けられて、それらが直列Ｙ結線されて３
相交流電源R,S,Tに接続されている。 ここで固定子巻線21,22は１相当り２つの巻線23,24及
び25,26を設けてそれぞれ並列に接続してある。 さらに前記１相当り２つの巻線23,24及び25,26のそれ
ぞれの中間点間に励磁電圧Ea及び−Ea′を入力するよう
に構成してあり他相についても励磁電圧Eb,Ecおよび−E
b′，−Ec′を同様に入力するようにしてある。 この励磁電圧は一例として変圧器を介して整流ブリッ
ジ51,52,53を３相交流電源R,S,Tに接続してその出力と
なる直流電圧を入力するようにしてある。また前記整流
ブリッジと３相交流電源は開閉器T1を介して接続してあ
る。 更に前記固定子巻線の一方22の巻線25,26は、固定子
巻線21に対し位相差角θをθ＝180゜に切換える切換器T
2を設けてある。他相についても同様である。 一方、回転子側40の同一回転軸上に設けた２個の回転
子コアのそれぞれに第１の回転子巻線41,42が設けられ
て、それらが並列に接続されている。さらに回転子側40
には、２つの回転子コアのそれぞれに第２の回転子巻線
43,44が設けられて、それらが並列に接続されている。 ここで第１の回転子巻線41,42の極数と固定子巻線21,
22の極数は共に４極で一致させ、更に第２の回転子巻線
43,44の極数と固定子巻線21,22の１相当りの２つの巻線
23,24及び25,26の中間点間からの励磁の場合の極数は共
に８極で一致させてあり他相についても同様である。 更に２つの回転子コア間の回転子巻線の接続部分にお
いて、第２の回転子巻線43,44の出力を整流回路45によ
って整流し、その直流側出力端子をダイオード46を介し
て第１の回転子巻線41,42に接続してある。 ここで固定子巻線21に対峙する第１の回転子巻線41に
誘起する電圧を図示の方向にＥとし、同じく第２の回転
子巻線43に誘起する電圧を図示の方向にｅとする。 また固定子巻線22に対峙する第１の回転子巻線42に誘
起する電圧を図示の方向にＥεｊθとし、同じく第２の
回転子巻線44に誘起する電圧を図示の方向にｅεｊθと
する。ここでθは電圧の位相差角である。 以上の構成による作用を説明する。まず起動時には、
第１の回転子巻線41,42の誘導電圧の位相差角θがθ＝
０゜になるように固定子巻線21,22が結線された状態で
３相交流電源R,S,Tに投入して起動する。このとき開閉
器T1は開放してある。 このようにすると固定子巻線21,22に３相交流電源か
ら３相交流電流が流れてそれぞれ同相の４極の回転磁界
を生じ、第１の回転子巻線41,42に電圧E,Eεｊθが誘起
される。この場合の誘起電圧の位相差角θはθ＝０゜で
あるから、第１の回転子巻線41,42に流れる電流は両巻
線を環流するように流れ、回転子は誘導電動機の原理で
起動する（第２図）。 ここで第２の回転子巻線43,44の極数は８極で、固定
子巻線21,22の極数は４極であるから、相互干渉はな
く、従って固定子巻線21,22の作る回転磁界によっては
第２の回転子巻線43,44には電圧を誘起しない。従って
起動時には第２の回転子巻線43,44は関与しない。つま
り起動は従来の誘導電動機と同じ特性で行われ、起動ト
ルクは大きく、別個の起動機を必要としない。 起動後、回転子の回転速度が上昇して固定子巻線21,2
2の作る４極の回転磁界の回転速度すなわち４極の同期
速度に近づくと、すべりＳが小さくなるので第１の回転
子巻線41,42の誘起電圧Ｅは小さくなる。ここまでは誘
導電動機としての動作であるが、すべりＳがＳ＝0.05に
近づいた時に同期運転に引き入れる。これは次のように
して行う。 先ず電圧移相装置によって２つの固定子巻線21,22の
一方例えば固定子巻線22の極性を切換える。すなわちこ
の実施例においては切換器T2により極性を切り換えて、
２つの固定子巻線21,22の作る２つの回転磁界の位相差
角θがθ＝180゜になるようにする。このようにする
と、第１の回転子巻線41,42の誘起電圧の位相差角θが
θ＝180゜となり、Ｅεｊθ＝−Ｅとなるので、今まで
回転子巻線41から回転子巻線42へ環流していた電流が流
れなくなって誘導電動機としての作用はなくなる。 そこで切換器T2の切換えと同時に８極の磁界を作用さ
せる。すなわち開閉器T1を閉じて１相当り２つの巻線を
設けて並列に接続した固定子巻線のそれぞれの巻線の中
間点間に励磁電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−Ec′を
印加すると、これらの電圧は直流電圧であるから８極の
２つの静止磁界ができる。 この２つの静止磁界によって、同じ８極の極数の第２
の回転子巻線43,44に交流電圧ｅおよびｅεｊθが誘起
する。ここで第２の回転子巻線43,44に誘起する交流電
圧の位相差角θはθ＝180゜となり、ｅεｊθ＝−ｅに
なる。 従って第２の回転子巻線43,44に流れる電流は整流回
路45に向って流れて、この電流が整流されてダイオード
46を介して第１の回転子巻線41,42に流れて、この直流
分電流によって回転子巻線41,42に４極の磁極を生じ
て、これと固定子巻線21,22の作る４極の回転磁界によ
って同期トルクを生じて、回転子は同期運転に入る。 ここで第１の回転子巻線41,42の極数と静止磁界の極
数は異なるので両者の相互干渉はなく、また固定子巻線
21,22の回転磁界と静止磁界の極数も異なるので両者の
相互干渉もなく、回転子は純粋の４極の同期電動機とし
て運転されることになり、従って同期トルクも大きい。 同一の固定子巻線によって同時に極数の異なる２つの
磁界を作ることについては、特公平２−18038号公報に
詳述されている。 本発明の誘導同期電動機は極数の異なる２つの磁界を
作る方法において前記公報のものを流用しているが、該
公報の同期電動機において不可能であった高トルクの誘
導機起動が本発明の２固定子誘導同期電動機において可
能となったことに本発明の新規の作用効果を有するもの
となる。 次に脱調した場合を考察してみる。脱調した時は、固
定子巻線21,22の作る４極の回転磁界による第１の回転
子巻線41,42の誘起電圧E,−Ｅが大きくなり、この電圧
によってダイオード46と整流回路45を介して第１の回転
子巻線41,42に整流された電流が流れ、これによって同
期トルクを生じるので、脱調を防ぐ作用が発生する。 更に同期トルクを考察してみるに、同期運転時には電
圧移相装置によって固定子巻線22の作る回転磁界の位相
が固定子巻線21のそれに対して180゜移相されているの
で、前記８極の静止磁界によって第２の回転子巻線43,4
4に電圧を誘起してこれによって整流回路45、ダイオー
ド46を介して流れる直流分電流によって第１の回転子巻
線41,42に形成される磁極の極性と磁極の位置関係が４
極の回転磁界のそれに合致して、同期トルクは２つの回
転子コアにおいて同一の方向となり、同期トルクは加算
されることになって、本発明の誘導同期電動機は２固定
子ではあるが、その合計の容量は従来のブラシを有する
誘導同期電動機と同等である。 以上のように、本発明の２固定子誘導同期電動機は、
起動時には従来の誘導電動機の原理で起動するから起動
トルクが大きく、従って他の特別の起動機を必要とな
い。また同期運転においては固定子巻線の作る回転磁界
と干渉しない静止磁界を利用するので同期トルクが大き
く、ブラシなどの保守を必要としない同期電動機を提供
することが可能となった。 次に第３図により本発明の第２の実施例を説明する。
ただし回転子側40は前記第１の実施例と同様であるので
省略する。 固定子側20は、２つの固定子コアのそれぞれに固定子
巻線21,22が設けられて、それらが直列Ｙ結線されて３
相交流電源R,S,Tに接続されている。 また固定子巻線21,22は１相当り２つの巻線23,24およ
び25,26を設けてそれぞれ並列に接続してある。 さらに前記１相当り２つの巻線23,24および25,26のそ
れぞれの中間点間に４極の回転磁界と同じ相回転の交流
電圧Eaおよび−Ea′を入力するように構成してあり他相
についても交流電圧Eb,−Eb′,Ec,−Ec′を同様に入力
するようにしてある。 この交流電圧は一例としてトランス61,62,63を３相電
源R,S,Tに接続してその出力となる交流電圧を入力する
ようにしてある。また前記トランスと３相交流電源は開
閉器T1を介して接続してある。 更に前記固定子巻線の一方22の巻線25,26は、固定子
巻線21に対し位相差角θをθ＝180゜に切換える切換器T
2を設けてある。 回転子側40は前記第１の実施例と同様とする。ここで
回転子巻線41,42の極数と固定子巻線21,22の極数は共に
４極で一致させ、第２の回転子巻線43,44の極数と固定
子巻線21,22の１相当りの２つの巻線23,24および25,26
のそれぞれの中間点間からの励磁による場合の極数は共
に８極で一致させてあり他相についても同様である。 以上の構成による作用を説明する。まず開閉器T1は開
放して、切換器T2は第１の回転子巻線41,42の誘導電圧
の位相差角θがθ＝０゜になるように切換えて起動す
る。このときの起動に関する説明は第１の実施例と同様
であるので省略して同期運転に引き入れるところから説
明する。 まず電圧移相装置によって２つの固定子巻線21,22の
一方例えば固定子巻線22の極性を切換器T2により切り換
えて、２つの固定子巻線21,22の作る２つの回転磁界の
位相差角θがθ＝180゜になるようにする。このように
すると、第１の回転子巻線41,42の誘起電圧の位相差角
がθ＝180゜となり、Ｅεｊθ＝−Ｅとなるので今まで
回転子巻線41から回転子巻線42へ環流していた電流が流
れなくなって誘導電動機としての作用はなくなる。 そこで切換器T2の切換と同時に８極の磁界を作用させ
る。すなわち開閉器T1を閉じて１相当り２つの巻線を設
けて並列に接続した固定子巻線のそれぞれの巻線の中間
点間に交流電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−Ec′を入
力すると２つの８極の第２の回転磁界を生じる。ここで
Eaと−Ea′はこの２つの８極の第２の回転磁界の位相差
θをθ＝180゜にする。 第２の回転子巻線43,44は第１の回転子巻線41,42の４
極の回転数で回転しながら速度の異なる８極の第２の回
転磁界と鎖交することになり、８極の第２の回転磁界に
より第２の回転子巻線43,44には交流電圧を生じる。 この第２の回転子巻線43,44のそれぞれに誘起する交
流電圧の位相差角θもθ＝180゜になる。 従って第２の回転子巻線43、44に流れる電流は整流回
路45に向って流れて、この電流が整流されてダイオード
46を介して第１の回転子巻線41,42に流れて、この直流
分電流によって回転子巻線41,42に４極の磁極を生じ
て、これと固定子巻線21,22の作る４極の回転磁界によ
って同期トルクを生じ、回転子は同期運転に入る。 ところで８極の回転磁界の同期速度は４極のそれの1/
2であるから、第４図に示すすべり0.5に相当する速度に
なる。ここで回転子は同期に引入れる時にはすべりが0.
05近くになっているので、回転子は８極の回転磁界に対
して負のすべりで回転していることになて第２の回転子
巻線43,44は発電作用を示すことになる。 ここで、第４図のすべりＳは４極の同期速度に対する
回転子のすべりを示している。 次に第５図により本発明の第３の実施例を説明する
が、第２の実施例と異なる部分のみ説明する。 前記第２の実施例では１相当り２つの巻線23,24およ
び25,26のそれぞれの中間点間に４極の回転磁界と同じ
相回転の交流電圧を入力するものを示したが、第３の実
施例では４極の回転磁界とは逆の相回転の交流電圧を入
力するものを示す。 第５図に示すように、トランス61,62,63の出力側の交
流電圧Ea,Eb,Ec及びEa′,Eb′,Ec′を入力する巻線を入
れ替えて４極の回転磁界の相回転と逆の相回転となるよ
うに入力してあり本実施例では交流電圧EbとEcおよび−
Eb′と−Ec′とを入れ変えてある。 この場合、交流電圧Ea,Eb,Ec,−Ea′，−Eb′，−E
c′の入力により発生する第２の回転磁界は４極の回転
磁界とは逆回転の８極の回転磁界となる。 第４図によりさらに説明すると、第２の回転磁界の同
期速度はすべりＳがＳ＝1.5に相当する速度になる。 したがって前述の第２の実施例におけるよりも第２の
回転子巻線43,44と第２の回転磁界による発電作用が向
上する。 回転子巻線43,44の誘起電圧が大きくなると、回転子
巻線41,42に生じる４極の磁極も強力となり同期トルク
も大きくなる。 さて本実施例では、回転子巻線の誘起電圧に位相差を
設ける電圧移相装置として、固定子巻線の結線変更すな
わち固定子巻線の両端子を入換えて逆極性に結線するこ
とによって電気的に位相差角θをθ＝０゜からθ＝180
゜に切換えているが、これに限定されるものではない。 また、本実施例では、回転磁界と静止磁界または第２
の回転磁界の相互干渉を防ぐために、４極と８極の組合
せを記載したが、２極と６極の組合せ等も考えられ、こ
れに限定されるものではない。 また本実施例では、電源として商用電源を用いる方法
を記載したが、インバータのような可変周波数電源を用
いることによって任意の同期速度で運転することも可能
である。 更に本実施例では、第２の回転子巻線を三相で示した
が、これは二相、単相でも実施可能である。
以上の構成から本発明の２固定子誘導同期電動機は、
起動時は従来の誘導電動機と同様のトルク特性で行い、
すべりＳがたとえばＳ＝0.05付近から同期速度に移行し
て同期電動機のトルク特性で運転するものである。この
２固定子誘導同期電動機は、起動機やブラシを必要とし
ないからその構造、構成が簡単となるだけでなく、従来
の誘導電動機と同様のトルク特性で起動できるので重負
荷がかかったままで起動と同期運転が可能となる。 ところで、本発明の２固定子誘導同期電動機は、誘導
電動機と同期電動機との両方のトルク特性を備えるか
ら、どちらの電動機のトルク特性でも使用可能である。
このことは、同期速度で運転中、何らかの原因で脱調し
た場合でも、同期電動機トルク特性から誘導電動機のト
ルク特性に切換え可能であるから、一般の同期電動機の
ように電動機が急激に停止することがない。 以上のようにブラシがなく複雑な構成を必要としない
から保守点検も容易であり、起動トルクが大きく同期ト
ルクも大きい同期電動機の提供が可能となった。
起動時は従来の誘導電動機と同様のトルク特性で行い、
すべりＳがたとえばＳ＝0.05付近から同期速度に移行し
て同期電動機のトルク特性で運転するものである。この
２固定子誘導同期電動機は、起動機やブラシを必要とし
ないからその構造、構成が簡単となるだけでなく、従来
の誘導電動機と同様のトルク特性で起動できるので重負
荷がかかったままで起動と同期運転が可能となる。 ところで、本発明の２固定子誘導同期電動機は、誘導
電動機と同期電動機との両方のトルク特性を備えるか
ら、どちらの電動機のトルク特性でも使用可能である。
このことは、同期速度で運転中、何らかの原因で脱調し
た場合でも、同期電動機トルク特性から誘導電動機のト
ルク特性に切換え可能であるから、一般の同期電動機の
ように電動機が急激に停止することがない。 以上のようにブラシがなく複雑な構成を必要としない
から保守点検も容易であり、起動トルクが大きく同期ト
ルクも大きい同期電動機の提供が可能となった。
第１図は本発明の実施例を示す固定子巻線側と回転子巻
線側の簡略な構成図、第２図は本発明の同期電動機のト
ルク特性の一例を示す図、第３図は本発明の第２の実施
例を示す固定子巻線側の簡略な構成図、第４図は４極の
同期速度に対するすべりとトルクを示す図、第５図は本
発明の第３の実施例を示す固定子巻線側の簡略な構成図
である。 20……固定子側、21……固定子巻線、22……固定子巻
線、23,24……巻線、25,26……巻線、40……回転子側、
41,42……第１の回転子巻線、43,44……第２の回転子巻
線、45……整流回路、46……ダイオード、51,52,53……
整流ブリッジ、61,62,63……トランス、R,S,T……３相
交流電源。
線側の簡略な構成図、第２図は本発明の同期電動機のト
ルク特性の一例を示す図、第３図は本発明の第２の実施
例を示す固定子巻線側の簡略な構成図、第４図は４極の
同期速度に対するすべりとトルクを示す図、第５図は本
発明の第３の実施例を示す固定子巻線側の簡略な構成図
である。 20……固定子側、21……固定子巻線、22……固定子巻
線、23,24……巻線、25,26……巻線、40……回転子側、
41,42……第１の回転子巻線、43,44……第２の回転子巻
線、45……整流回路、46……ダイオード、51,52,53……
整流ブリッジ、61,62,63……トランス、R,S,T……３相
交流電源。
Claims (4)
- 【請求項１】同一回転軸上に任意間隔を置いて設けた２
個の回転子コアのそれぞれに任意の極数を持つ第１の回
転子巻線と該第１の回転子巻線の極数の２倍の極数をも
つ第２の回転子巻線とを有し、前記２個の回転子コア間
でそれぞれの巻線を接続した回転子と、前記２個の回転
子コアにそれぞれ対向して周設した２個の固定子コアの
それぞれに前記第１の回転子巻線の極数に等しい極数を
もつ一相当り２つの巻線を設けて並列に接続した固定子
巻線を設け、前記一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に直流励磁電圧を入力するようにした固定子と、前
記第１と第２の回転子巻線の接続部分で前記第２の回転
子巻線の出力電圧を整流し前記第１の回転子巻線に入力
するよう連絡した整流回路及び前記２個の固定子のうち
特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じ
る回転磁界と他の固定子がこれに対峙する回転子コアの
周囲に生じる回転磁界との間に０゜と180゜の２つの位
相差を生じさせる電圧位相装置とを備え、起動時に位相
差０゜とし、同期引き入れ時に位相差180゜にすると同
時に前記直流励磁電圧を入力することを特徴とする２固
定子誘導同期電動機。 - 【請求項２】同一回転軸上に任意間隔を置いて設けた２
個の回転子コアのそれぞれに任意の極数を持つ第１の回
転子巻線と該第１の回転子巻線の極数の２倍の極数をも
つ第２の回転子巻線とを有し、前記２個の回転子コア間
でそれぞれの巻線を接続した回転子と、前記２個の回転
子コアにそれぞれ対向して周設した２個の固定子コアの
それぞれに前記第１の回転子巻線の極数に等しい極数を
もつ一相当り２つの巻線を設けて並列に接続した固定子
巻線を設け、前記一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に交流電圧を入力するようにした固定子と、前記第
１と第２の回転子巻線の接続部分で前記第２の回転子巻
線の出力電圧を整流し前記第１の回転子巻線に入力する
よう連絡した整流回路及び前記２個の固定子のうち特定
の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
転磁界と他の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲
に生じる回転磁界との間に０゜と180゜の２つの位相差
を生じさせる電圧移相装置とを備え、起動時には位相差
０゜とし、同期引き入れ時には位相差180゜にすると同
時に前記交流電圧を入力することを特徴とする２固定子
誘導同期電動機。 - 【請求項３】同一回転軸上に任意間隔を置いて設けた２
個の回転子コアのそれぞれに任意の極数を持つ第１の回
転子巻線と該第１の回転子巻線との極数の２倍の極数を
もつ第２の回転子巻線を有し、前記２個の回転子コア間
でそれぞれの巻線を接続した回転子と、前記２個の回転
子コアにそれぞれ対向して周設した２個の固定子コアの
それぞれに前記第１の回転子巻線の極数に等しい極数を
もつ一相当り２つの巻線を設けて並列に接続した固定子
巻線を設け、前記一相当り２つの巻線のそれぞれの中間
点間に、前記固定子巻線に入力する電圧の相回転とは逆
の相回転となる交流電圧を入力するようにした固定子
と、前記第１と第２の回転子巻線の接続部分で前記第２
の回転子巻線の出力電圧を整流し前記第１の回転子巻線
に入力するよう連絡した整流回路及び前記２個の固定子
のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲
に生じる回転磁界と他の固定子がこれに対峙する回転子
コアの周囲に生じる回転磁界との間に０゜と180゜の２
つの位相差を生じさせる電圧移相装置とを備え、起動時
には位相差０゜とし、同期引き入れ時には位相差180゜
にすると同時に前記交流電圧を入力することを特徴とす
る２固定子誘導同期電動機。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の２固定
子誘導同期電動機であって、前記電圧移相装置は一方の
固定子巻線の端子をスイッチにより逆極性に切換えるよ
うにしたことを特徴とする２固定子誘導同期電動機。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170470A JP2975400B2 (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | ２固定子誘導同期電動機 |
| EP91304765A EP0467517B1 (en) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Dual-stator induction synchronous motor |
| FI912532A FI912532A (fi) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Synkronmotor med dubbelstator. |
| AU77297/91A AU643525B2 (en) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Dual-stator induction synchronous motor |
| DK91304765.0T DK0467517T3 (da) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Dobbeltstator-induktionssynkronmotor |
| DE91304765T DE69100430T2 (de) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Synchron-Induktionsmotor mit Doppelstator. |
| CA002043208A CA2043208A1 (en) | 1990-05-26 | 1991-05-24 | Dual-stator induction synchronous motor |
| KR1019910008579A KR100215534B1 (ko) | 1990-05-26 | 1991-05-25 | 2고정자 유도 동기 전동기 |
| NO912024A NO303606B1 (no) | 1990-05-26 | 1991-05-27 | Dobbelt stator induksjons-synkronmotor |
| US07/706,009 US5254894A (en) | 1990-05-26 | 1991-05-28 | Dual-stator induction synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170470A JP2975400B2 (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | ２固定子誘導同期電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0458750A JPH0458750A (ja) | 1992-02-25 |
| JP2975400B2 true JP2975400B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=15905540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2170470A Expired - Fee Related JP2975400B2 (ja) | 1990-05-26 | 1990-06-27 | ２固定子誘導同期電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2975400B2 (ja) |
-
1990
- 1990-06-27 JP JP2170470A patent/JP2975400B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0458750A (ja) | 1992-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |