JPH0279755A

JPH0279755A - 相変換電動機

Info

Publication number: JPH0279755A
Application number: JP22885988A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kurihara; 栗原　美津雄; Isao Yamaguchi; 功山口
Original assignee: Tokai University
Current assignee: Tokai University
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1990-03-20
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2675591B2

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、電動機に関する。更に詳述すると、本発明は
単相電源によって三相ａｖｇを発揮する相変換電動機に
関する。

（従来の技術）従来、単相電源で三相誘導電動機を駆動する場合には相
変換機が利用されている。この相変換機は、例えば特開
昭６２−２０１２５４号に示されているように、回転子
を固定子内に回転可能に設け、一端側を共通接続し他端
側を出力端子としたスター結線の相巻線を前記固定子に
設け、前記各相巻線を複数の相巻線群から構成し、前記
相巻線群の接続点間にコンデンサを接続し、このコンデ
ンサ・相巻線群の接続点と他の相巻線群の接続点との間
に単相電源を接続し、前記各相巻線の他端から三相電源
を得るようにした装置である。

このような相変換機によれば、単相電源を前記相巻線に
印加すると、当該相巻線群に電流が流れ、当該相巻線群
とコンデンサとの作用により、回転子の周囲に回転磁界
が形成されることになる。したがって、前記回転子は、
当該回転磁界に従って回転する。この回転子の回転によ
り、各相巻線群で電流が流れていない部分に電磁誘導作
用が働くことになって、前記固定子に捲回された各相巻
線の他端から三相電源を得ることができる。このように
して得られた三相電源を他の三相負荷に供給することに
より、この三相負荷を駆動することができる。

一方、磁気応用の分野では、並列鉄共振を利用した各種
の変ＦＡ器が提案されている。前記変換器としては、例
えば静止機器として構成された、定電圧回路、周波数変
ｔａ器、相数変換器等が挙げられる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、前者の相変換器は、見かけ上、単相電源で三
相誘導電動機を駆動できるような構成となっている。し
かしながら、前記相変換器によれば、三相誘導ｔｅａは
回転子を同期速度で回転させて固定子に設けられた相巻
線群に電磁誘導作用を起こさせるだけであり、その回転
軸から動力を取り出すものではなかった、また、前記相
変換器によれば、固定子にＩｉ！回されている相巻線の
！Ｒ成が複雑であり、かつ結線の方法も複雑であった。

さらに　後者の変ｌａ機の場合、並列鉄共振を利用した
もので回転機の機能を有する変換機が提案されているも
のの、かかる鉄共振現象を利用しつつ昨相入力で三和同
転機として動作するものは提供されていなかった。

本発明は、単相電源からの電力の供給を受けてＥ摺電動
ｎとして動作するとともに、祷遣が筋昨で、特定の機器
を必要としない相変換電動機を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明の相変換；！ＩＩ機
は、磁気閉回路が構成されるコアを二個独立に設け、前
記各コアの集合部分に回転子を収容できる空間を形成し
、前記空間に回転子を配設し、前記第一のコアと第二の
コアとに第一のコイルを、第一のコアと第三のコアとに
第二のコイルを、第三のコアと第二のコアとに第三のコ
イルとをそれぞれ捲回し、前記第一のコイルにｍ相電源
を供給可能とし、第二のコイルと第三のコイルとにそれ
ぞれコンデンサを接続している。

（作用）したがって、第一のコイルにｍ相電源を接続して所定の
電圧にすると、第二のコイルとコンデンサとからなる電
気回路および第二のコイルとコンデンサとからなる電気
回路には、鉄共振による跳躍現象が生じる。この跳躍現
象により、前記各電気回路には、単相電源に対してそれ
ぞれ１２０度の位相差を有した電圧が確立することにな
る。したがって、単相電源を相数として考慮することに
より、結果として三相ＩＳ源が得られたことになる。

このようにして得られな三相電源による磁界を前記各コ
アの集合部に設けた空間に導けば、当該空間には三相電
源による回転磁界が生じることになる。これにより、当
該空間に回転可能に設けた回転子は、前記回転磁界に応
じて回転することになる。即ち、単ＭＩ電源を入力とす
る二相誘導雷！！！Ｊ機が構成される。また、前記相変
換電動機によれば、固定子にはスロットを設ける必要が
なく、構造が簡単である。さらに、上記相変換電動機に
よれば、相数変換器と電動機とが磁気的に一体化してい
る。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図〜第３図に本発明の相変換電動機の一実施例を示
す、この相変換電動機は、磁気閉回路を構成する３個の
互いに独立したコア１，２．３を有する。このコア１，
２．３は、コ形の２明−組のコア片向いその端部を当接
させて環状を成すように構成され、コア１，２が同一の
形状で並列に配置されると共にそれらより大形のコア３
で囲繞する構造となっている。前記各コア１，２．３の
集合部分４には、回転子５を収容できる空間６が形成さ
れている。前記空間６には、回転子５が軸受７ａ、７ｂ
により回転可能に配設されている。

コア１とコア２には、ボルト収容孔Ｈ，Ｈが設けられて
いる。前記軸受７ａ、７ｂは、ボルト収容孔トｆに挿入
したボルト８と、ナツト９とにより第一のコア１および
第二のコア２に固定されている。

前記第一のコア１と第二のコア２には、第一のコイル１
１が捲回されている。第一のコア１と第二のコア３には
、第二のコイル１２がＩｌ！回されている、第二のコア
２と第三のコア３には、第三のコイル１３が捲回されて
いる。前記第一のコイル１１には、単相な源１４が供給
可能とされている。

また、前記第二のコイル１２には、コンデンサ１５が接
続されている。前記第三のコイル】３には、コンデンサ
１６が接続されている。

尚、単相電源１４の電圧をｖｏ、コンデンサ１５の両端
電圧をｖ３、コンデンサ１６の両端電圧をＶ。とする。

上記構成の相変換電動機の等価回路図を第４図及び第５
図に示す。

第４図において、第一のコイル１１は、第二のコイル１
２との間で巻き数ＮＡｔ”　８１の一種のトランスを構
成し、第三のコイル１３との間で巻き数ＮＡ２”　Ｃ１
の一種のトランスを構成している。

また、第二のコイル１２は、第三のコイル１３との間で
巻き数Ｎ８□”Ｃ２の一種のトランスを構成している。

各コイル１１．１２．１３に付されたドツトは、巻線の
巻き始めを示している。

第５図は上記実施例で実現される誘導電動機のＬ形等価
回路を示したもので、第一のコイル１１を・−次側とし
、この−次側の抵抗をｒｌ、リアクタンスをＸｌする。

また、前記第二のコイル】２及び第三のコイル１３を二
次側とし、前記二次側の抵抗分を負荷抵抗とともに一次
側にｌ！ｌ！算したものをｒ２”、リアクタンス分を一
次側に換算したものをＸ２１　とし、すべりをＳとする
。また、励磁アドミタンスＹｏ　＝ｇｏ　−１−Ｊ　ｂ
ｏで与えられるものとする。これらにより、第５図に示
す回路が得られる。

このような等価回路に構成された相変換電動機によると
、次のように作動する。

前記第一のコイル１１には単相電源１４を供給し、電圧
ｖＡを徐々に上昇させてゆくと、電圧Ｖ　ａ　、　Ｖ　
ｃは鉄共振によって跳躍現象が生じる。

これにより、電圧Ｖ　、■　は電圧ＶＡに対してＣｌ２Ｏ度間隔の位相差を有したものとなる９、ユニで、
単相電源１４の電圧ｖＡを相数として考慮すれば、結果
として三相電源が得られたことと同等となる。

そこで、電圧Ｖ　と電圧Ｖａ　、Ｖｃとをオシロ＾スコープ（図示省略）で観測してみると、第６図に示す
ようになっており、鉄共振現象によって三相電圧が確立
しているのが理解できる。この第６図の縮軸には電圧値
が、横軸には時間が示されている。この図において、電
圧Ｖｃは電圧Ｖ＾に対して１２０度進相となっており、
電圧Ｖ、は電圧■、に対して１２０度遅相となっている
。

また、第７図に、各コア１．２．３の磁束Φ１゜Φ２．
Φ３と、電圧ｖＡ、ｖ、、ｖ、との関係をベクトル図で
示す、該図より明らかなように、まず、第一のコイル１
１に単相電源１４から電圧■４を印加すると、第一のコ
ア１には磁束Φ１が、第二のコア２には磁束Φ２が発生
ずる。これにより、第二のコイル１２及び第三のコイル
１３に電圧Ｖ　　、Ｖｃが誘導される。これにより、第
三のコア３にも磁束Φａが発生する。ここで、第一のコ
イル１１に印加されている電圧ｖＡを上昇させて行き、
ある電圧に達すると第二のコイル１２・コンデンサー５
の回路と、第三のコイル１３・コンデンサ１６の回路と
により、鉄共振が発生する。

これにより、単相電源１４の電圧ＶＡを基準とすると、
磁束Φ１は電圧ｖＡに対して６０度遅れ、磁束Φ２は電
圧ＶＡに対して６０度進み、磁束Φ３は電圧ｖＡに対し
て逆相となる。したがって、電圧Ｖ８は磁束Φ１と磁束
Φａとにより、電圧Ｖｃは磁束Φ２と磁束Φ３とにより
、それぞれ形成されることになる。

次いで、具体的に同実施例の特性について説明する。

第８図及び第９図は並列鉄共振を説明するための図であ
る。第１０図は同実線例の緒特性を説明するための図で
ある。第１０図において、横軸には電圧ＶＡが、線軸に
は、電圧Ｖ　ａ　、　Ｖ　ｃと、電流１．１，１．と、
入力損失ＷＡと、回転数へＢＮとがとられている。

ここで、前記相変換電動機の各種の条件を設定する９例
えば外形寸法を約１００ｍＸ１００−程度、コア１，２
．３とも断面積を１６０ｍ２程度とする。また、各コイ
ル１１．１２．１３の巻きｌ！ｉＮ　　、Ｎ８．Ｎｏを
例えば５５０回程成上する。

＾コンデンサー５をＣとし、例えばＣＢ＝２４μＦとする
。コンデンサー６をＣ６とじ、例えばＣｏ＝３５μＦと
する。

電圧■、を徐々に増加させて行くと、４２Ｖ付近で跳躍
現象が生じて、電圧Ｖ８＝６４Ｖ、電圧Ｖ　　＝４６Ｖ
の二相電圧が確立し、電圧■。をさらに上昇させても電
圧Ｖ　８．　Ｖ　ｃはほぼ一定の電圧値を示し、定電圧
特性を呈することになる。これは、第二のコイル１２と
コンデンサー５とにより、また第三のコイル１３とコン
デンサー６とにより、並列ｆ共振が発生ずるからである
。この鉄共振は、第８図及び第９図からも理解できるよ
うに、リアクトルＬに流れる電流Ｉｔが遅れ電流であり
、コンデンサＣに流れる電流１ｃが進み電流であること
から、その合成電流ＩＯが零となった点、すなわちｉ　
　＝ｒｏとなったときに発生する。

［これにより、コンデンサＣの両端には電圧Ｖｐが発生し
、電圧Ｖ、は以後入力電圧を変化させても、少ししか変
化しないことになる４このような原理で発生する跳躍現
象により、電圧ＶＡか５５Ｖ〜６５Ｖ位までは、第１０
図に示すように電圧ｖ８゜Ｖｃは一定電圧となっている
。この電圧の区間では、電流１　　、Ｔ　　、Ｉ　　が
一定となり、また回へ　　８Ｃ転子５も一定の回転数Ｎ（−２５００ｒ吐）となる、し
たがって、この区間内で相変換電動機を使用するのが望
ましい、特に、電圧ＶＡが６５Ｖ付近では、電圧Ｖ　　
、Ｖｃも６５Ｖとなってほとんと同一電圧となることか
ら、バランスのとれた三相電動機が得られる。もちろん
、この電圧付近での使用は、回転子５の起動性も良好で
あった。

ところが、電圧ＶＡが７０Ｖを越えると、第１０図に示
すように、入力電流Ｉ、が急に上昇する。

これにしたがって、入力損失ＷＡら急上昇し７ているこ
とら分かる。したがって、この区間での使用は望ましく
ない、これは、第一のコイル１１のリアクトルが深い飽
和頭載になるので、遅れ電流が急増昇すると考えられ、
その影響で励磁側の秩１【ｉ。

が増加するためである。

このように本実施例によれば、コイル１１，１２．１３
・各コア１，２．３による相変換器と、各コア１，２．
３の集合部分４の空間６に回転子５を回転可能に設けて
なる電動機とを、磁気的に一体している。これにより、
上記実施例は、畦相入力で三相誘導電動機が得られる０
本実施例によれば、単にコア１，２．３にコイル！１，
１２゜１３を設ける構成であるので、固定子（１，２゜
３）にスロットを設ける必要がなく、構成が簡単であり
、コイルＩ１．１２．１３の圧巻が可能となる。さらに
、本実施例によれば、くまどり装置がなくても、回転磁
界が三相であるので、回転子５の起動性は潰れている。

加えて、本実施例によれば、第１０図からも理解できる
ように、定電圧性が良好であるので、一定速度の回転が
得られる。

また、本実施例によれば、第二のコイル１２とコンデン
サ１５、第二のコイル１３とコンデンサ１６により、鉄
共振が発生するので、良好な１２０度の位相差を有する
三相電圧波形を得ることができる。

第１１図は本発明の第二の実施例を示す回路図である。

第１２図は同実施例の作用を説明するために示す特性図
である。

第１１図に示す回路が第４図の示す回路と異なるところ
は、コンデンサ１５に抵抗２０を接続した点にあり、他
の構成には変更がない、したがって、第一の実施例と同
一符号を付し、構成の説明を省略する。また、前記抵抗
２０は、上記実施例ではコンデンサ１５に並列接続した
が、もちろんコンデンサ１６に並列接続してもよい。

かかる第二の実施例によれば、前記抵抗２０の値を変更
することにより、磁心の磁気抵抗が変化し、出力電圧も
変化することになるので、回転子５の速度を可変するこ
とができることになる。つまり、抵抗２０に流れる電流
を■１とすると、抵抗２０を可変して当該電流■８を変
化させると、回転子５の回転数Ｎは、第１２図に示すよ
うに、電流Ｉｎの増、加に伴って低下することが分がる
。

このような動作は、サーボ系に応用することができる２本実施例によれば、上記第一の実施例と同様の作用効果
を奏するとともに、抵抗２０を可変することにより、回
転子５の回転速度の制御ができるという利点がある。

尚、第一の実施例や第二の実施例で具体的に数値を与え
て説明したが、これに限定されるものではなく、必要に
応じて各種の数値を取るものであることは言うまでもな
い。

（発明の効果）以上の説明より明らかように、本発明によれば、三つの
独立した磁路であるカットコアに跳躍現象のなめに生ず
る位相差を有する電圧及び磁束を回転磁界に変換するよ
うにしているので、相数変換態と電動機とが磁気的に結
合された単相入力の二相誘導電動機が得られる。しかも
、本発明によれば、固定子にはスロットを設ける必要が
なく、構造が簡単である。更に、本発明によれば、相数
変換された電圧の波形が良好であり、かつ定電圧特性が
良好であることから定速度の回転特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る相変検電！＃１機の第一の実施例
を示す斜視図、第２図は同実施例で使用されるコアを示
す平面図、第３図は第１図のｌｌ−１１［線に沿う斯面
図、第４図及び第５図は同実施例の等価回路を示す回路
図、第６図は同実施例で得られる電圧波形図、第７図は
同実施例で得られるベクトル図、第８図及び第９図は並
列鉄共振を説明するための図、第１０図は同実施例の動
作諸特性を説明するための特性図、第１１図は本発明の
第二の実施例を示す回路図、第１２図は同第二の実施例
の作用を説明するための特性図である。１・・・第一のコア、２・・・第二のコア、３・・・第
三のコア、５・・・回転子、１１・・・第一のコイル、
１２・・・第二のコイル、１３・・・第三のコイル、１
４・・・単相電源、１５．１６・・・コンデンサ、２０
・・・抵抗。特許出願人　　学校法人　東海大学

Claims

【特許請求の範囲】

単相電源を三相電源に変換して三相電動機を回転させる
装置において、磁気閉回路が構成されるコアを三個独立
に設け、前記各コアの集合部分に回転子を収容できる空
間を形成し、前記空間に回転子を配設し、前記第一のコ
アと第二のコアとに第一のコイルを、第一のコアと第三
のコアとに第二のコイルを、第三のコアと第二のコアと
に第三のコイルとをそれぞれ捲回し、前記第一のコイル
に単相電源を供給可能とし、第二のコイルと第三のコイ
ルとにそれぞれコンデンサを接続したことを特徴とする
相変換電動機。