JPH0223096A - 可変速誘導電動機の回転子 - 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ビュ
ーター、その他各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２）、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
コストがかかる。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する方法は、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
ことができない問題点がある。

上記問題点に対処するものとして、例えば、特開昭５４
−２９００５号公報にその技術が開示してあ２）、この
ものは、同軸上に設置された２組の回転子鉄心および回
転子鉄心に対向してそれぞれ独立する固定子巻線を備え
た２組の固定子と、前記各回転子鉄心に跨って共通に設
置されかつ両端にてそれぞれ短絡環を介して相互間を短
絡したかご形導体と、２組の回転子鉄心間におけるかご
形導体の中央箇所にてかご形導体の相互間を短絡する高
抵抗体とを備え、始動時には固定子巻線の相互間の位相
を１８０°ずらせ、始動後の運転時には位相を合わせて
給電する双鉄心かご形層動機であるが、始動時に固定子
巻線の相互間の位相を１８０°ずらずことにより始動ト
ルクを大にして始動特性を向上し、運転時には固定子巻
線の相互間の位相を合わせて通常のトルク特性で運転で
きる点に特徴を有するものである。したがって、始動性
を向上する効果は認められたとしても、この電動機は可
変速電動機ではないから変速を必要とする負荷の動力源
として使用することができないものである。

なお、上記特開昭５４−２９００５号公報において、起
動時から運転時への移行に際し、トルクの急激な変動に
よるショックを緩和する目的により瞬間的に固定子巻線
の相互の給電回路を直列接続の中間ステップを設けるこ
とも１例にあるが、この場合は、回転磁界の位相のずれ
がＯｏと１８０°の両時点のみに限定されるもので変速
目的のものではない。しかも直列に切り換えたことによ
り固定子に加わる電圧は半減されるのでトルクは１／４
に減殺されることも相俟って変速制御が全く不可能にな
φことは、この公報に開示する要旨が変速を目的としな
いことからも明白なところである。

要するに特開昭５４−２９００５号公報のものは、仮に
「固定子巻線を給電回路に対して直列接、続と並列接続
とに切り換える中間ステップ」云々とあるが、この直列
接続は変速目的には全く用をなさない接続に過ぎない。

また、回転子の強度確保に関する特別の構成もないから
変速して０°と１８０°以外の位相のずれで長時間運転
すれば熱と遠心力の影響で回転子が破損してしまう等の
欠点を有するものであった。

そして、特開昭４９−８６８０７＠公報に提案されてい
るものは、多相巻線とかご形ロータとを備えたステータ
を有する非同期電気モータであって伝導バー、短絡回路
端環および強…積層からなるものにおいて、ステータは
第一と第二の巻線区分からな２）、これらの区分は相互
におよびロータの異る部分に隣接して共軸状に配置され
、かつ同じ周波数の交流を供給されることができ、また
第二巻線区分によりロータの巻線に誘導される起電力を
変化する手段を設けた非同期電気モータであるが、この
ものは、機械的あるいは電気的手段によ２）、２個のス
テーター区分間の位相差を設けて一応回転速度を変える
ことができるものではあるが、２個のステーター区分間
の位相角が同相のときを除いてトルクが小さく、負荷が
掛ると直ちに運転が停止する欠陥を持つ実用に全く供し
ないものであ２）、負荷を連結した状態において、起動
・停止を頻繁に反復する動力源として運転することので
きない重大な問題点を未解決とするものであった。

〔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
、上記特開昭５４−２９００５号公報および特開昭４９
−８６８０７号公報のそれぞれの総和では奏することの
できない特異のトルク特性を求めるものであ２）、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
の全速度領域に亘２）、トルク特性と効率の優れた可変
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。

特殊かご形等のいずれの形式のものにも適用できるもの
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、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、同一回転軸に任
意の間隔を設けて軸着した前記複数個の回転子コアに対
峙づる外周部に複数個の固定子を機枠に並設し、前記複
数個の固定子と対峙しない前記複数個の回転子コア間に
おいて、前記複数個の導体を抵抗材を介して短絡すると
共に、前記複数個の固定子のうち、少なくとも１個の固
定子に関連して前記複数個の固定子のうちのいずれか一
方の固定子に対峙する回転子の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る電圧移相
装置を付設した電動機において、前記複数個の回転子コ
アのそれぞれに装設した複数個の導体のうち隣設する複
数個の導体を一組にして前記回転子コア間において１個
の導体により連通状に連結したことにより解決の手段と
した。

（作　用） 本発明は、任意手段によ２）、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する合成電圧
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。

ところで、Ｎ数個の回転子コアに装設した複数個の導体
を抵抗材を介して短絡しであるので、位相のずれに応じ
て前記抵抗材に電流が流れ、大きなトルクを（ｑること
ができると共に効率も改善される。

ここで、前記抵抗材に電流が流れれば当然ながら発熱し
、遠心力の作用と相俟って回転子コア間の強度を大きく
低下さぼることになる。本発明の構成においては複数個
の回転子コアのそれぞれに装設した複数個の導体のうち
隣接する複数個の導体を一組にして回転子コア間におい
て１個の導体により連通状に連結したことによ２）、前
記回転子コア間の強度を十分に確保でき、従って前記抵
抗材に十分に大きな電流を流して大きなトルクを得るこ
とも可能になった。また、実施例の項で述べるように、
回転子の製造も容易にした。

〔実施例〕

実施例について図面を参照し説明する。第１図の符号１
は本発明による可変速誘導電動機であ２）、該誘導電動
機はＪズ下のような構成を０する。

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に軸装し、該回転子コアは、回転子コア２，３
それぞれに装設した複数個の導体５のうち、隣接する複
数個の導体５を一組にして、その一端部を２）、σ絡環
６と７により連結し、他方側に前記複数個の導体を一組
にして、端部５１を形成した。さらに回転子８は前記回
転子コア２．３間において、１組の導体に対し、つまり
前記回転子コア２，３の端部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。回転子コア２，
３間の前記連通状に連結した導体５５を抵抗材ｒ・・・
たとえば、銅ニツケル合金、ニッケルクロム合金、鉄ク
ロム合金。

ステンレス・・・を介し短絡連結しである。

また回転子コア２，３に回転子８の両側部１０．１１に
連絡する複数個の通風１）１ｍ１２・・・を設ける。ま
た、複数個の抵抗材ｒ・・・を例えばジグデグ状形状あ
るいはその他任意の冷却攪拌体として冷却作用体１３に
形成することができる。

前記抵抗材ｒの両側面には抵抗材ｒの発熱を遮閉する断
熱材を固着した遮閉板５２が設けられる。

円筒状の機枠１４の両側部に設けた軸受！８１５．１６
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を回転自在としである。

第１図および第２図に示すように、回転子コア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を対峙並設し、機枠１４
と回動固定子３１との間にすべり軸受２６を装設し、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し、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２）
、機枠１４の外周部に固設した駆動装ｆｉｆ２９と成す
正逆回転用小型モーター３５に、駆動用歯車３６を軸着
し、機枠１４の外周囲部に複数個の排風口３９を穿設し
、軸受′Ｉ！Ａ１５．１６には複数個の通風孔４０・・
・を穿設しである。

回転子コア２．３間と、すべり軸受２６に装着した回動
固定子３１と、第２固定子２５１機枠１４とで形成する
空間部６６を通風胴６７に形成し、機枠１４に複数個の
開口部を開設して通風胴６７に連通し、上記複数個の開
口部を任意個数の送風口６８と排風口６９とに形成しで
ある。風車７１に軸着したモーター７２を送風胴７ｏに
装着して送風装置７３に形成する。送風装置７３を機枠
１４に固設すると共に、送風装置７３の吸風部７４Ａを
排風口６９に連絡して通風［６７に連通し、排風口６９
の他方から外気を導入する送風口６８を通ｆｆ１ｌ１６
７に連通してあ２）、送風胴７０には排風部７４Ｂが形
設しである。また、送風口６つに、クーラー、凝縮器、
冷媒ガス、その他種々の冷媒装置を直接に、または通管
を介して連結することがある。

開口部３７から機枠１４内に一部を挿入した駆動用歯１
！３６と、回動固定子３１に嵌着したギヤー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および駆動用歯車３６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１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だ回動固定子３１を
、電圧移相装置１００に形設しである。

上記回転子８の回転によ２）、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により巻線
２２９回転子コア２，８Ｂ体５・・・等を冷却して排風
孔３９・・・を介し′Ｃ機枠１４外に排除し、冷却用翼
車２０では、翼車１っで吸引して余剰となった空気を通
風ｌ１１２・・・内に流動させると共に、回転子コア２
．３を冷却し、軸受１１６から吸引した空気とを合流さ
せて巻線２３．第２固定子２５を通風させて冷」し、機
枠１４の排風孔３９Ｂ・・・から排出され、巻線２２．
２３、回転子コア２，３、導体５・・・のそれぞれに機
能を安定的に作用させる。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２）、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。

第３図に示すように、回動固定子３１と第２固定子２５
のそれぞれにスター結線を施した巻線２２．２３とを直
列に連結する。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２
３の端子Ａ、８．Ｃに連結し、巻線２３の端子ａ、ｂ、
ｃを短絡して連結しである。

以下に上記構成における作用を説明する。

巻線２２．２３に商用３相電源から通電すると、回動固
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。回動固定子３１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きには、それぞれの固
定子３１．２５に生じる回転磁界の磁束に位相のずれが
なく、連結材となす抵抗材ｒ・・・には電流が流れない
ので、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、小型モーター３５を作動して回動固定子３１を回
動し、回動固定子３１を電気位相角で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．φ２の位相はθだけずれて
お２）、そのため回動固定子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６＋、ｔＡ
２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ωを基準
にとし、該電圧を＆＝ＳＥとする。

ここでＳはすべ２）、Ｅはすべり　１のときの誘起電圧
である。このとき第１固定子２４によって導体５Ａに誘
起される電圧合１は、６＋＝ＳＥεｊＯとなる。

（Ｅ−すべり１の時の誘起電圧） 第５図に示すものは、非磁性体コア９部において複数個
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２）、０°く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の極大はＳ−（Ｒ／
ωＬ）　のとき現われる。

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
、小型モーター３５を作動しＣ回動固定子３１を第２固
定子２５に対して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。

詳しくは、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、任意のトル
クで起動させることができる可変速誘導電動機となる。

上記の如く構成される誘導電動機に係る回転子について
、第１図と第４図に基づき以下に説明する。

まず、回転子コア２，３は一般的に珪素鋼板。

電磁鋼板を積層したものであるが、更に詳しく説明する
と、回転子コア２．３は両側面を燐酸被膜処理した複数
個の珪素鋼板を重合結合して一体的な回転子コアに形成
される。この珪素鋼板には、複数個の導体挿入孔を穿設
しである。

上記の如く重合結合して回転子コア２．３はさらにアル
ミニウムを鋳込んで、いわゆるアルミニウムダイカスト
法により導体５と短絡環６゜７と、さらに回転子間を連
結する導体を溶接するための端部５１とを同時に一体的
に形成したものである。

ここで前記鋳込みで形成される端部５）１は、同じく鋳
込みで複数の導体挿入孔内に形成される複数の導体５う
ち、複数を１組にしたものに対し、１つの端部５１が形
成される。

この鋳込みされた回転子コア２，３間で、前記回転子コ
ア２，３に形成された前記端部５１と導体５５とを溶接
し、導体５５を連通状に成すことで、回転子８を形成す
る。

つま２）、アルミニウムダイカスト法により一体的に形
成された複数の回転子コア２，３を、その回転子コア間
に導体５５を溶接することで、回転子８が簡単に作られ
るものである。またこの時の溶接も、ロウ付などのよう
に加熱作業で簡単に溶接できる方法などとれば、一般的
に高価で煩雑となる複数の回転子コアを有する可変速誘
導電動機の回転子の製造は、本実施例により容易となる
。

ざらに、回転子コア２，３の１端面に端部５１を設け、
回転子導体５と異なる導体５５で複数の回転子導体５を
１組として前記導体５５を溶接するため、回転子導体５
に比較して大きい導体５５を使用することができ、回転
子コア間と回転子の強度が心配される複数の回転子コア
を有する可変速誘導電動機の問題も解消される。

ここに記述する導体５５には、銅、しんちゅう。

ステンレス、銅ニツケル合金、鉄などを使用する。

〔発明の効果〕

以上のことから、誘導電動機の製造、とくに本発明では
複数の回転子コアを有する回転子を体的に製造する場合
や、誘導電動機の性能向上に伴う回転子導体数の増減や
回転子導体の形状などの変更が発生するときなど、複数
個の回転子コアを鋳込んで短絡環と回転子導体と端部と
を一体的に形成し、前記複数個の回転子コア間において
、複数の回転子導体１組に対し、１つ形成された端部に
導体を溶接し、回転子コア間において該導体を連通状に
成すことにより一体的な回転子を形成することで、回転
子の導体の数や形状が前記回転子の強度に影響を及ぼさ
ないように回転子コア間の導体によりその強度を確保す
ることができる。さらには現状では敬遠されている複数
回転子コアを有する可変速誘導電動機の回転子の製造に
関し大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変速誘導電動機の側断面図、第
２図は第１図Ａ−Ａ部から見た正断面図、第３図は固定
子巻線の結線図、第４図は第１図Ｂ−Ｂ部から見た正断
面図中、回転子に関する部分図、第５図は回転子のすべ
りと有効電力の関係を示す図である。 １・・・可変速誘導電動機、２，３・・・回転子コア、
３・・・回転子軸、５・・・回転子導体、６，７・・・
短絡環、８・・・回転子、１０．１１・・・両側部、１
２・・・通風胴、１３・・・冷却作用体、１４・・・機
枠、１５゜７６・・・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ＩＩ装
置、３０・・・回動機溝、３１・・・回動固定子、３３
・・・ギヤー　３５・・・小型モータ、３６・・・駆動
用歯車、３７・・・開口部、３８・・・ソレノイド、３
９・・・排風口、４ｏ・・・通風口、５２・・・遮閉板
、６６・・・空間部、６７・・・通風■、６８・・・送
風口、６９・・・排風口、７０・・・送風１１７１・・
・風車、７２・・・モーター　７３・・・送風装置、７
４Ａ・・・吸風口部、７４Ｂ・・・排風口部、ｒ・・・
抵抗材。 特許出願人　株式会社佐竹製作所 第　２　図　（Ａ−Ａ断面図） ＼ 第 図 （Ｂ−Ｂ断面図） Ｓ＝１ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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
   、前記複数個の固定子と対峙しない前記複数個の回転子
   コア間において、前記複数個の導体を抵抗材を介し短絡
   すると共に、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前記複数個の固定子のうちいずれか
   一方の固定子に対峙する回転子の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る電圧移
   相装置を付設した電動機の回転子であって、前記複数個
   の回転子コアのそれぞれに装設した複数個の導体を、回
   転子コア間においてそれぞれ別の導体により連通状に連
   結したことを特徴とする可変速誘導電動機の回転子。 （２）、前記連結は、ロウ付を含む溶接であることを特
   徴とする特許請求項（１）記載の可変速誘導電動機の回
   転子。 （３）、前記回転子コア間に設ける導体は、回転子コア
   に装設した複数の導体の材質と異にすることを特徴とす
   る特許請求項（１）記載の可変速誘導電動機の回転子。