JPH01227688A - 可変速誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の一つとして電源周波
数を変える方法がある。この方法は連続的かつ広範囲な
速度制御が可能である半面、この方法で必要とする周波
数変換装置を高価とし、また周波数変換装置により交流
を直流に変換して再度交流に変換する過程において一般
に高調波および電波が発生し、これらによってコンピュ
ーター、その地名種電気制御機器の誤動作あるいはコン
デンサーの過熱等の障害を招くことがあり、このうち高
調波障害に対しては、フィルターを設置することにより
対策を講じることもできるが、フィルターの設置にはコ
ス１−がかかる。また低速時において一般に性能が不十
分となる等の欠点を有するものである。

また、電動機の極数を変えて速度を制御覆る方法は、極
数の変換によって段階的に速度を変えることができても
、無段階的に滑かな速度制御をすることができない欠点
がある。

また、電源の電圧を変えて速度を制御する方法では、速
度制御が連続的に行える半面特に低速度領域において効
率が悪くなる欠点がある。

そして巻線型電動機において二次抵抗を変化させすべり
を変えて速度制御を行う方法は、比較的簡単に連続的な
速度制御が可能である半面、外部からブラシとスリップ
リングを介して回転子巻線回路へ抵抗を挿入するために
、ブラシの消耗による保守点検を必要とし、また、かご
形誘導電動機は、二次抵抗を変化させて速度制御を行う
ことかできない問題点がある。

発明の目的 本発明は、上記従来技術の欠点を改善するためのもので
、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
クで起動さけることができ、また起動点から最高回転迷
電までの全速度領域に亘り、トルク特性の優れた可変速
誘導電動機を提供することにある。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または３相電
源等に接続して使用され、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１巻線形等のいずれの形式のものにも適用で
きるものであり、本発明の説明に用いる導体とは、かご
形回転子コアに装設した導体、および巻線形回転子コア
に巻装した巻線の−でれぞれを総称するものである。

問題点を解決するための手段 上記技術的課題を達成するために、本発明は、回転子に
対峙する外周部に複数個の固定子を機枠に並設し、前記
複数個の固定子に巻装した巻線を並列に連結し、前記複
数個の固定子のうら少なくとも１個の固定子に関連して
電圧移相装着を付設し、前記回転子を二次高抵抗形とす
ることにより問題を解決ザる手段とした。

作　　用 本発明は、任意手段により、それぞれの固定子間に生起
する回転磁界の磁束に位相のずれを生じさせると、磁束
の位相のずれに応じて回転子導体に誘起Ｊる電圧が変化
し、回転子導体に誘起する電圧を増減制御して回転子の
回転速度を任意に変えることができる。

ところ゛Ｃ１回転子を二次高抵抗形とすることと複数個
の固定子に巻装した巻線を並列に連結することにより、
前記位相のずれに応じて形成される各スベリ−トル９曲
線はすべりＯからすべり１までにわたりトルクが増大傾
向になり、速度制御に不安定領域がなくなり、安定した
速度制御ができることを解明した。

実施例 本発明の実施例を第１図〜第５図に基づき説明する。

第１図、第２図、第３図参照を参照して、符号１は誘導
電動機であり、該誘導電動機１は以下のように構成しで
ある。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に装着し、回転子コア２，３間に非磁性
体コ）ノ９を介設しである。回転子コア２，３に装設し
た複数個の導体５・・・のそれぞれを直列に連結し“Ｃ
一体内な回転子８を形成し、その直列に連結した複数個
の導体５・・・の両端部を短絡環６．７に連結しである
。また回転子コア２．３．９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、通風
胴１２・・・から直交状に回転子８の外周部に貫通する
複数個の通気孔１３・・・を穿設しである。円筒状の機
枠１４の両側部に設けた軸受盤１５．１６を連結棒１７
・・・にナツト１８・・・留めして一体的に組付け、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を回転自在としである。

回転子コア２．３に対峙する外側部に巻線２２．２３を
施した第１固定子２４と第２固定子＝６＝ ２５を機枠１４に並設し、機枠１４と第１固定子２４．
第２固定子２５との間にすべり軸受２６．２７を装設し
、すべり軸受２６．２７を機枠１４に嵌装したストップ
リング２８・・・によって固定し、第１固定子２４と第
２固定子２５の一側外周面にギヤー３３Ａ、３３Ｂを嵌
着しである。機枠１４の外周部に固設したパルスモータ
−３５に駆動用歯車３６を軸着し、機枠１４の外側部に
装着した軸受台３２に中継軸２９を回転自在に軸架し、
中継軸２９の両端部に中継用歯車３０と回動用歯車３１
とを軸着し、機枠１４に設けた開口部３７．３７から駆
動用歯車３６と回動用歯車３１とを機枠１４内に挿入し
、回動用歯車３１を第２固定子２５に嵌着したギヤー３
３Ｂに係合させ、駆動用歯車３６を第１固定子２４に嵌
着したギヤー３３Ａに係合させると共に、駆動用歯車３
６と一体的に形成した連動歯車３４に中継用歯車３０を
係合し、第１固定子２４と第２固定子２５とを回転子８
と同心的に回動自在に形設し、第１固定子２４と第２固
定子２５とにより電圧移相装置３８に形成し、可変速誘
導電動機としある。３９は排風孔、４０は、軸受盤１５
．１６に複数個穿設した通風孔である。

以下に上記構成における作用を説明する。

第１固定子２４の巻線２２に商用３相電源から通電する
と、固定子２４．２５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は回転覆る。

第１固定子２４に対して第２固定子２５それぞれの回動
量をゼロとしたとぎには、それぞれの固定子２４．２５
に生じる回転磁界の磁束に位相のずれがなく、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、パルスモータ−３５を作動して第１固定子２４と
第２固定子２５のそれぞれを逆方向に回動して位相角で
θだけ回動した場合について説明する。電圧移相装置３
８となす第１固定子２４と第２固定子２５が作る回転磁
界の磁束φ１．φ２の位相はθだけずれており、そのｌ
〔め第１固定子２４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ｔａ１．ｔｏ２の位相は
θだけずれている。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ｄ２を基準にとし、
該電圧を６２＝ＳＥとする。ここでＳはすべり、Ｅはす
べり　１のとぎの誘起電圧である。このとき第１固定子
２４によって導体５Ａに誘起される電圧ｄ１は、ｅ＋＝
ｓＥεＪ０となる。

（Ｆ−すべり１の時の誘起電圧） 第４図に示すものは、回転子が二次高抵抗形でない場合
、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°のとぎ有効電力
Ｐは最大となり、０°〈θ＜　　１８０°のときはそれ
よりも小ざなものとなる。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どじ、電源の角周波数
をωとすれば、有効電力Ｐの極大は ５−（Ｒ／ωＬ）　のとぎ現われる。

有効電力Ｐは誘導電動機１の駆動トルクと比例するので
、パルスモータ−３５を作動して電圧移相装置３８の第
１固定子２４と第２固定子２５と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
無段階的に制御することができる。

次に回転子が二次高抵抗形の場合の回転子８のすべりＳ
と回転子入力の右効電ツノＰとの関係を第５図に示す有
力電力ＰはずべりＳがＯから１に向かうに従って増大傾
向にある。従って、負荷に対して速度制御が不安定にな
ることはなくなる。

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１９．２０により
第１．第２固定子２４゜２５、巻線２．２．２３に通風
して冷却し、また通風胴１２・・・を介し通気孔１３・
・・に流通さぜる風により回転子コア２，３、導体５・
・・を冷却してそれぞれの機能を安定的に作用さぜ゛る
。また、第１．第２固定子２４．２５の回動はパルスモ
ータ−３５をスイッチにより正・逆回転させて行うが、
パルスモータ−３５に限定されるものではなく他の正逆
モーターでも、また気体、液体シリンダー等によるサー
ボ機構等任意の駆動装置を転用できるものであり、また
手動ハンドルによって操作す場合と第１固定子２４と第
２固定子２５のいずれ一方のみを回動する場合もある。

そして、固定子の回動駆動装置の作動に関連して固定子
の回動を任意の作動機構により下方またはロックをする
。

なお、固定子２４と固定子２５の巻線は並列に連結する
ので、直列に連結した場合のように位相のずれがあって
もトルクが急激に減少することはない。なすわら、第１
固定子２４．第２固定子２５のそれぞれの巻線が直列に
連結しである場合、位相のずれを生じさせると一方の固
定子から回転子導体５・・・にはほとんど電圧が誘起さ
れない状態になり、両固定子をそれぞれ並列に電源に連
結したものに比してトルクは著しく減少してしまう。

なお、電圧移相装置は上記実施例に限定されるものでは
なく、両固定子間に位相のずれを生起する装置を任意に
選択して実施できるものである。たとえば、前記複数個
の固定子のうち少なくとも１個の固定子に巻装した巻線
に連結する位相切換用スイッチを設けて電圧移相装置ど
する場合もあり、単相変圧器と結線切換スイッチとによ
り電圧移相装置を形成する場合もあり、また誘導電圧調
整器によって電圧移相装置を形成する場合もある。

更に、複数個の固定子の固定子のそれぞれに複数種の極
数を形成する巻線を施し、該巻線の端子に極数切換スイ
ッチを連結づることを併用する場合もあり、更に前記複
数個の固定子のそれぞれに巻装した巻線の結線をデルタ
結線またスター結線のいずれかに切換自在とするスイッ
チを設けることを併用する場合もある。

本発明の回転子を二次高抵抗形とする目的は速度制御に
安定性をもだぼるためであり、通常の二次低抵抗の回転
子のようにずべりＳがＯから１へ向かうにつれてトルク
カーブに顕茗な増大・減少があって速度制御に不安定領
域が生じることを避けることがポイントであり、すべり
ＳがＯから１へ向かうにつれてトルクカーブがおおよそ
増大傾向を示Ｖば目的を達成できるので、そのような回
転子導体抵抗にするということが本発明の要旨である。

また、本発明において回転子を構成するにあたり、同一
回転軸に任意の間隔を設けて複数個の回転子コアを装設
し、それぞれの回転子コアに装設した導体を連結して一
体的な回転子に形成し、回転子コア間は空間または非磁
性体とし、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すれば回転子コア間に起因
する漏れリアクタンスが著しく減少してトルク特性およ
び効率の優れたものとなる。

さらに本発明の可変速誘導電動機を誘導発電機としても
使用することができるものであり、回転子軸４にタービ
ン等を直接連結して発電すれば高価な調速機を省略する
こともできる。また内燃機を原動機として連結した場合
には、その内燃機の最小燃費の回転数に対応することが
でき、風水をエネルギー源とするパワーが弱く不安定な
場合においても、その最高出力を取出せる回転数で発電
づることができ、水力発電においては流速に応じて効率
よく発電でき、それぞれ複雑高価な可変ピッチ装置ある
いは調相機を省略できる。また外部電力に対しての同期
も高価な同期装置なしで行える。また、回転子軸に他の
回転軸を連結すると共に固定子巻線の入力側の２相を入
替えるスイッチを設け、該スイッチにより回転子軸を正
転、逆転自在とすれば、該スイッチと電圧位相装置との
操作より電機制動機としても使用することができ、電圧
位相装置により回転速度を制御することにより、回転子
軸に連結した回転軸の制動力を効率よく調整できる。

発明の効果 上記に説明した如く本発明によれば、回転子の回転速度
に任意に変えることができるとともに高速から低速まで
速度制御の不安定領域はなくなり、発明の目的を兄事達
成することができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、本発明の実施例図である。 第１図は誘導電動機の側面図、第２図は固定子の回動機
構を示す側面図、第３図は固定子の回動機構を示す一部
を破断した側面図、第４図は回転子の低抵抗形の速度Ｓ
と有効電力Ｐのカーブ、第５図は回転子の二次高抵抗形
の速度Ｓと有効電力Ｐのカーブである。 １・・・誘導電動機　　　　２．３・・・回転子コア４
・・・回転子軸　　　　　５・・・導体６．７・・・短
絡環　　　　８・・・回転子９・・・非磁性コア　　　
１０．１１・・・側部１２・・・通風胴　　　　　１３
・・・通気孔１４・・・機枠　　　　　　１５，１６・
・・軸受盤１７・・・連結棒　　　　　１８・・・ナツ
ト１９．２０・・・冷却用翼車　２１・・・軸受２２．
２３・・・巻線　　　２４・・・第１固定子２５・・・
第２固定子　　　２６．２７・・・すべり軸２８・・・
ストップリング　２９・・・中継軸３０・・・中継用歯
車　　　３１・・・回動用歯車３２・・・軸受台　　　
　　３３Ａ、３３Ｂ・・・ギヤー３４・・・連動歯車　
　　　３５・・・パルスモータ−３６・・・駆動用歯車
　　　３７・・・開口部３８・・・電圧移相装置　　３
９・・・排風孔４０・・・通風孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、回転子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に巻装した巻線を並列
   に連結し、前記複数個の固定子のうち少なくとも１個の
   固定子に関連して電圧移相装置を付設し、前記回転子を
   二次高抵抗形としたことを特徴とする可変速誘導電動機
   。
2. （２）、前記前記回転子は、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
   形成したものであり、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たものである
   請求項（１）項記載の可変速誘導電動機。
3. （３）、前記複数個の固定子間に加える電圧の位相を０
   °から１８０°の範囲内において任意の位相のずれに設
   定できるように、前記複数個の固定子間に位置させた少
   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
   に形設して前記電圧移相装置に形成した請求項（１）記
   載の可変速誘導電動機。