JPH0270251A - 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、可変速誘導電動機に関するものであり、より
詳しくは、単一の回転子、複数個の固定子及び前記複数
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
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とを有し、電圧移相装置を
調節することにより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所謂複数固定子構成の可
変速誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

誘導電動機の速度を制御する方法としては、電源周波数
を変える方法、固定子に施した巻線の極数切換、−次電
圧を制御する方法などがある。また、特公昭２７−４３
５７号公報に記載されている如く、固定子を固着固定子
と可動固定子との２組に分割しそれぞれ同一巻線となし
同一電源に接続し、又回転子も２組に分割し回転子導体
はそれぞれ中央部を幅広くなしたる別状導体にて接続し
両端を短絡環にて接続し、前記可動固定子を回動し他方
の固着固定子により２次に誘導する２次誘導電圧に対し
同一導体内に異相電流を生ぜしめ、二つのヴエクトル和
の電流が回転子導体に２次電流として通ずる如くなし、
任意に電動機の速度を可変する如くなしたる可変速誘導
電動機であるが、可動固定子をすべり軸受に装着して可
動するように形成したものであるから、可動固定子とす
べり軸受との摺動摩擦力が大きく、回転子の速度制御の
ために可動固定子を回動する際に大きな力を必要とし、
可動固定子を小型モーターによって自動制御しようとす
れば相当の大負荷となる。このため、大型の回動用モー
ターの使用が不可避となり、無駄な大電力を放熱するだ
けでなく、事実上実用に堪えないものである。可変速誘
導電動機が大型となるほどこの傾向は顕著となるもので
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明における回転子導体を短絡する抵抗材を有する回
転子において、電圧移相装置により生起される位相差に
より、前記抵抗材に電流が流れて回転子導体抵抗が増し
たようになり大きなトルクを発生することができるが、
その反面、抵抗材の発熱も大きくその影響により回動自
在に形成した固定子は膨脹し、たとえばすべり軸受方式
では回動不能となってしまっていた。本発明は、このよ
うな問題点を解決する技術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〕

上記目的を達成するために本発明は、同一回動軸に一定
の間隔をもって軸着された複数個の回転子コア上に複数
個の回転子導体が連通状に装設されると共に、前記回転
子導体は前記複数個の回転子コア間において抵抗材によ
って短絡連結された一体的な回転子と、該回転子の各回
転子コアにそれぞれ対峙する固定子コアを有し前記回転
子と周軸上に周設された複数個の固定子とを設け、前記
複数個の固定子のうち少なくとも１個の固定子の側方に
支持体を装着し、前記支持体にボールベアリングまたは
ローラーベアリングを嵌装して前記回転軸に装着し、前
記固定子に装着した支持体を前記回転子と同心的に回動
自在に形設すると共に、前記支持体で支持する固定子の
外周部にリング状の又は複数個の面軸受を固着し、該面
軸受の摺動面は、回転子軸の中心線上において回動固定
の支持体側に円錘の頂点と、回動固定子の前記支持体と
異なる側に前記円錘の底面の中心点とを持つ円錘の斜面
の部分を成し、前記斜面の前記中心線側に摺動面を持つ
テーパ面であり、前記少なくとも１個の固定子に対峙す
る機枠内周面に前記面軸受の摺動面と贋接する摺動面を
持つ面軸受を内設して、前記少なくとも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回動固定子と
することに加え、前記固定子と機枠の面軸受の摺動面に
転動体を介在させ摺動から転勤にすることや、機枠両側
部の軸受板に設けた回転子軸を軸支する軸受と前記回転
子軸とを一方の軸受板に於て固定し、前記軸受または軸
受と、少なくとも１個の固定子の側方に装着する支持体
または該支持体の軸受との隙間に弾性体を設けたこと、
更に回動固定子に対峙する回転子コアの回転子軸方向の
中心線に対し、前記回動固定子コアの回転子軸方向の中
心線が、回動固定子の支持体の軸受側に任意長さズレた
ものとしたことにより解決の手段とした。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または３相の
いずれにも形成でき、回転子の形態は、普通かご形、二
重かご形、深溝かこ形、特殊かご形９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、
および巻線型回転子コアに巻装した巻線のそれぞれを総
称するものである。

〔作　用〕

上記の如く構成された可変速誘導雷！１１機の作用は次
のとおりである。すなわち、固定子の側方に支持体を装
着して前記支持体にボールベアリングまたはローラーベ
アリングを嵌装して、前記回転軸に装着すること、すな
わち、ころがり軸受方式で回転軸に装着して前記回転子
と同心的に回動自在に形設して回動固定子としたことと
共に、固定子の側方に装設した支持体で片持状態の固定
子は、固定子の外周面と前記固定子に対峙する機枠内周
面との面軸受の摺動によりトルクなどの反作用の影響を
受けることなく安定した回動固定子の回動とすることが
できる。

更に前記摺動に加えて摺動面に転動体を介在させた回動
とすることにより、前述以上に前記反作用などによる歪
の影響を受けることなく小さな力で前記回動固定子を回
動させることができるようになり、回動用の駆動装置等
を小さくすることが可能となった。

また、本可変速銹導電動機は、抵抗材の作用により、大
きなトルクを出すことができる反面、発熱も大きく、仮
に前記固定子の回動のために固定子の外周部にボールベ
アリングまたはローラーベアリングを嵌装して機械に装
着する構成とした場合、前記回動自在に形成した固定子
が膨部してボールベアリングまたはロラーベアリングに
大きな力がかかり、かつ機枠側にも大きな力がかかるの
で、膨部が大きければボールベアリングまたはローラー
ベアリングの破損あるいは機枠側の破損が起こったり、
ボールベアリングまたは０−ラーベアリングの固定子ま
たは機枠側との接触点が電動機運転中の振動の作用と相
まって摩耗したりしたが、本発明においては、固定子の
側方に設けた機枠内周面と接触のない支持体を軸受を介
在して回転子軸に装着し、前記面軸受の摺動面をテーパ
状とすることで、前記支持体は、その半径が大きくなる
方向に膨部しても機枠内周面との緊張は発生せずまた面
軸受の摺動面は摺動面方向へのズレで、前記膨部による
回動固定子への熱膨張の影響は無視することができる。

また、機枠両側部の軸受板に設けた回転子軸を軸支する
軸受と前記回転子軸とを一方の軸受板に於て固定し、前
記軸受または軸受板と、少なくとも１個の固定子の側方
に装着する支持体または該支持体の軸受との隙間に弾性
体を設けることや、回動固定子に対峙する回転子コアの
回転子軸方向の中心線に対し、前記回動固定子コアの回
転子軸方向の中心線が回動固定子の支持体の軸受側に任
意長さズレることで回動固定子が前記ズレを戻そうとす
る作用が発生するが、前記回動固定子の・ズレを戻そう
とする作用で、前記回動固定子の外周面と機枠内周面と
に設けた面軸受または転動体を介在させた面軸受の密着
性を高め、運転中の振動の作用により発生する摺動面の
摩耗を防止し、前述の熱膨部時における面軸受の摺動面
に対する影響を吸収できる。

〔実施例〕

先ず、第１図（第２図も同様）において本発明が適用さ
れる可変速誘導電動機１の構成を概略説明する。回転子
２の回転子軸３上には、回転子コア２Ａ、２Ｂが、間に
一定の間隔をもって装着される。回転子コア２Ａ、２Ｂ
間には非磁性体コア部２Ｃが設けられる。回転子コア２
△、２Ｂ上にはその外側部端部間に渡って連通状に複数
個の回転子導体４・・・がかご状に装設され、その両端
部は短絡環５．６により相互短絡される。回転子導体４
・・・は非磁性体コア部２Ｃで抵抗材Ｒによって相互連
結く抵抗短絡）される。このようにして一体的に構成さ
れた回転子２は、その両端部が軸受７Ａ、７Ｂに軸支さ
れることにより電動機機枠１０内において回転自在とな
る。

回転子コア２Ａ、２Ｂの各外周面に対峙して機枠］０の
内壁面に固定子１２Ａ、１２Ｂが並設される。さらに図
面により明らかな様に、円筒状の機枠１０と、該機枠両
側部の軸受板４０Ａ、４０Ｂは、ボルト１９Ａ、１９Ｂ
を締めることにより一体的に組付けられる。又、軸受板
４０Ａ、４０Ｂには通気孔４１Ａ、４１Ｂを開設してい
る。

本実施例の場合、固定子１２Ｂは機枠の内壁面に固設さ
れる固着固定子である。固定子１２Ａは、その側方に装
着した機枠内周面とある間隙をもつ大きさの支持体５０
と、支持体５０に嵌装する軸受５１と、小型モータ１５
及びギヤ１６．１７とにより構成される。固定子１２Ａ
の支持体５０は軸受５１により、回転軸３と同心的に回
転自在に形設しているので固定子１２Ａは、回動固定子
となっている。更に軸受５１と回転子軸３とのはめ合い
はゆるいはめ合いで支持体５０は回転子軸上を左右移動
可能となっている。尚、前記回動固定子１２Ａ及び、固
着固定子１２Ｂには、それぞれ通気孔３０Ａ、３０Ｂ、
３０Ｇを開設している。そして機枠１０の中央上部には
開口された排風口２０を包囲して、上部開放状の送風胴
２１が固着され、該送風胴２１にファンモータ２２が支
持され、さらに該モータ２２の回転軸にファン２３が軸
着されている。又、ギヤ１７は固定子コア外周面に嵌着
され、前記ギヤ１６と小型モータ１５で回動機構１８を
形成している。これにより固着固定子１２Ｂに対し相対
的に回動できるようになっている。この回動機構を操作
することにより、具体的には小型モータ１５を任意量回
転させることにより、回転子の各固定子に対応する回転
子導体部分間に位相差が生じる。即ち、図示実施例では
この回動機構が電圧移相装置１８を構成する。なお、各
固定子１２Ａ、１２Ｂに巻装された固定子巻線１３Ａ、
１３Ｂの電源への接続は直列又は並列の何れであっても
構わない。

また、電圧移相装置として回動機構によるものを示した
が、固定子巻線の結線切り換え方式の移相器を介在させ
る等の純電気的手段と回動機構との組み台わせとするこ
ともある。そして軸受５１は一般に使用される、ボール
ベアリングやローラーベアリングであり、特別の軸受は
必要としない。

以下に第１の実施例を第１図において説明する。全体の
構成については前記説明と重複するので省略する。

第１図において、回動固定子１２Ａの支持体５０と異な
る他方側にリング状か又は複数個の面軸受５２を装設し
、ストッパー５３により一方向を固定する。前記面軸受
５２の摺動面と摺動する面軸受１１を前記回動固定子１
２Ａに対峙する機枠内周面に装設し、ストッパー１４に
より一方向を固定する。前記２つの面軸受の摺動面は、
回転子軸３の中心線上において回動固定子１２Ａの支持
体５０側に円錘の頂点と回動固定子１２Ａの前記支持体
５０側と異なる側に円錘の底面の中心点とを持つ円錘の
斜面の部分を成し、前記面軸受５２は前記斜面の前記中
心線側に摺動面を持っている、いわゆるテーパ面である
。また機枠両側部の軸受板４０Ａ、４０Ｂの一方側で回
転子軸３と、この場合軸受７Ａとを軸受板４０Ａに固定
する。該軸受板４０Ａの機枠１０内側と、前記支持体５
０との間に弾性体としてスプリング５４を介在させる。

この場合回動固定子１２Ａの回動のため回転子軸３にス
プリング５４を装設する。

尚、面軸受１１．５１については第３図を参照。また面
軸受１１．５１の摺動面には転動体６０としてボールベ
アリングまたはローラベアリング等を介在して、より回
動固定子の回動を滑らかにする方法をとることもある。

次に第２の実施例について第２図において説明する。全
体の構成および面軸受１１．５２については前記説明と
重複するので省略する。また同じ構成部品については同
番号としている。

前記面軸受１１．５２と支持体５０との構成を関連的に
次のようにする。回動固定子１２Ａに対峙する回転子コ
ア２Ａの回転子軸３方向の中心線に対し、前記回動固定
子１２Ａの回転子軸３方向の中心線が、支持体５０の軸
受５１側に任意長さズレした状態で位置するよう前記面
軸受１１．５２とストッパー１４．５３および支持体５
０を形設する。

以上の構成においてその作用、効果を説明する。

回動固定子１２Ａの側方に支持体５０Ａを設けて回転支
軸３と同心的に回動固定子１２Ａを支持することで従来
例のように、固定子外周と機枠内周面との摺動面にボー
ルベアリングやローラーベアリングを介在させた回動と
した場合に比較し、回動に要する力は少なく、熱膨脹時
においても機枠その他との緊張はなく回動不能となるこ
とはな（なった。

前記支持体５０に加えて面軸受１１．５２を形設するこ
とは、たとえば高トルク発生時などは必ずその反作用を
固定子は受けているため支持体だけでは歪が発生する、
また前記支持体５０のように片持ちで固定子を支持する
ことは電動機が大型になる程困難となり、更に固定１２
Ａと固定子コア２Ａのギャップの管理も必要となること
から、実施例１および２の如く支持体５０と異なる他方
側に面軸受１１．５２を設けて、回動固定子１２Ａの回
動をより安定させる。

また前記面軸受１１．５２の摺動面は実施例で示すごと
く形設されるので、熱膨部に伴った前記面軸受の膨脹は
、その摺動面がテーパ状に形設されるので、摺動面方向
つまり摺動面がズレる方向に解消される。前記面軸受１
１．５２の摺動面に変えてボールベアリングやローラベ
アリング等の転動体を介在させることにより、摺動によ
る摩擦は解消されるから、より小さい力でより安定した
回動固定子の回動が可能となる。

さて先の面軸受１１．５２にはお互いに何ら拘束力がな
いため、固定子１２Ａ側から前記面軸受１１．５２に対
し力を加え密着させることが必要となる。まず実施例１
において弾性体としてスプリング５４を加えることは、
支持体５０を押し前記面軸受１１．５２の密着性を高め
、更に熱膨脹時には面軸受１１．５２のテーパ面及び、
スプリング５４でその膨脹を解消することができる。実
施例２において固定子１２Ａを回転子コア２Ａに対し支
持体側に任意長さズレした状態に形設すると、−殻内に
磁界は乱されると元の状態に戻そうと作用する。前記の
如く形設することでこの作用は面軸受５２を面軸受１１
に密着させる方向に働き、実施例１と同様の効果がある
。

以上の如き構成において軸受５１により回転支軸３に同
心的に形設された回動自在の支持体５０で支持される回
動固定子１２Ａは、電圧移相装置１８の小型モータ１５
により調節設定される。回動固定子１２Ａの回動により
、回転子・固定子間に生起する回転磁界に、位相のずれ
を生じさせ、回転子導体に誘起する電圧を増減制御する
ことにより、回転子の回転速度を任意に変え得る。さら
に回動固定子１２Ａを回動させると、回転子２Ａ、２Ｂ
間の連通状に装設された回転子導体４は、抵抗材Ｒによ
って短絡連結された一体構造のため、該抵抗材Ｒには位
相差による電流が流れ、回転子導体４の抵抗が増したよ
うになり、大きなトルクを発生することができる。

以上の可変速誘導電動機は、固定子に支持体５０と面軸
受５２とを固着し、固定子を回転子軸３と同心的に形設
し、前記支持体５０と軸受板４０Ａとの間に弾性体５４
を設けるか、または固定子と回転子１２Ａとを回転子軸
３の中心線上で相対位置をズレた状態に形設することで
従来例の様な機枠内面と回動固定子外周面との間に軸受
を介在した嵌合による機枠内面からの嵌合面圧力は消滅
し、小型モータでの回動固定子の回動が可能になる。ま
た、可変速電動機に大きなトルクを発生させる時、回転
子導体の抵抗材の発熱による、回動固定子の熱膨張を伴
うが、この回動固定子の熱膨張に伴う、前記嵌合部のき
しみ又は不可動は、回動固定子の支持体と、それに対峙
する機枠内面とに間隙を設けることと、上記詳説の固定
子を支持体で支持することにより無視できるようになる
。

〔発明の効果） 本発明は以上のように構成されたので、固定子の回動を
小さい力で可能とし、かつ、長時間運転あるいは高トル
クで運転して発熱を大きく伴っても固定子の回動には全
く支障が起こらず、トルク特性と効率の優れた可変速誘
導電動機を円滑に運転することを可能にしたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例１の可変速誘導電動機の側
断面図、第２図は本発明による実施例２の可変速誘導電
動機の側断面図、第３図は本実施例１．２の面軸受部分
の詳細図、第４図は面軸受部分の別の実施例。 図において、２・・・回転子、２Ａ、２Ｂ・・・回転子
コア、２Ｃ・・・非磁性体コア部、３・・・回転子軸、
４・・・回転子導体、５，６・・・短絡環、７Ａ、７Ｂ
・・・軸受、１０・・・機枠、１１・・・機枠側面軸受
、１２Ａ・・・回動固定子、１２Ｂ・・・固着固定子、
１３Ａ、１３Ｂ・・・固定子巻線、１４・・・ストッパ
ー１５・・・小型モータ、１６．１７・・・ギヤ、１８
・・・電圧移相装置、１９Ａ、１９Ｂ・・・ボルト、２
０・・・排風口、２１・・・送風胴、２２・・・ファン
モータ、２３・・・ファン、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｇ。 ４０Ａ、４０Ｂ・・・通気口、５０・・・支持体、５１
・・・軸受、５２・・・回動固定子側面軸受、５３・・
・ストッパー　５４・・・（弾性体）スプリング、６０
・・・転動体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、同一回転軸に一定の間隔をもつて軸着された複
   数個の回転子コア上に複数個の回転子導体が連通状に装
   設されると共に前記回転子導体は前記複数個の回転子コ
   ア間において抵抗材によつて短絡連結された一体的な回
   転子と、該回転子の各回転子コアにそれぞれ対峙する固
   定子コアを有し前記回転子と周軸上に周設された複数個
   の固定子とを設け、前記複数個の固定子のうち少なくと
   も１個の固定子の側方に機枠内周面と接触のない支持体
   を装着し、前記支持体にボールベアリングまたはローラ
   ーベアリングを嵌装して前記回転軸に装着すると共に、
   前記支持体で支持する固定子の外周部にリング状の又は
   複数個の面軸受を固着し、該面軸受の摺動面は、回転子
   軸の中心線上において回動固定子の支持体側に円錘の頂
   点と、回動固定子の前記支持体側と異なる側に前記円錘
   の底面の中心点とを持つ円錘の斜面の部分を成し、前記
   斜面の前記中心線側に摺動面をもつテーパ面であり、前
   記少なくとも１個の固定子に対峙する機枠内周面に前記
   面軸受の摺動面と、摺接する摺動面を持つ面軸受を内設
   して、前記少なくとも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回動固定としたことを特徴とす
   る可変速誘導電動機。
2. （２）、固定子の外周端部に固着した面軸受と前記固定
   子に対峙する機枠内周面に内設した面軸受との摺動面に
   転動体を介在させたものである請求項（１）記載の可変
   速誘導電動機。
3. （３）、機枠両側部の軸受板に設けた回転子軸を軸支す
   る軸受と前記回転子軸とを一方の軸受板に於て固定し、
   前記軸受または軸受板と、少なくとも１個の固定子の側
   方に装着する支持体または該支持体の軸受との隙間に弾
   性体を設けたものである請求項（１）ないし（２）記載
   の可変速誘導電動機。
4. （４）、回動固定子に対峙する回転子コアの回転子軸方
   向の中心線に対し、前記回動固定子コアの回転子軸方向
   の中心線が、回動固定子の支持体の軸受側に任意長さズ
   レたものである請求項（１）ないし（３）記載の可変速
   誘導電動機。