JPH03128648A - 複数固定子誘導電動機 - 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、単一の回転子と複数個の固定子及び電圧移相
装置とを有し、電圧移相装置の調節で回転子の回転速度
及び発生トルクを任意に変化させることができる複数固
定子誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

本出願人は先願の特願昭６１−１２８３１４号として複
数固定子構成の誘導電動機を開示している。これは、同
一回転軸に複数個の固定子コアを設け、回転子コア上に
複数の回転子導体を連通状に装設すると共に回転子コア
間で複数の回転子導体を抵抗材で短絡連結して一体的に
回転子を形成したものであった。

また、一般的な速度制御方式、特に大容量のものは静止
セルビウス方式、サイリスクレオナード方式などが上げ
られる。更にこれらの方式が使用される電動機はそれぞ
れ巻線形誘導電動機、直流他励分巻電動機等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術における本出願人が先願のものは、回転子に
抵抗材を設けることから、低速域で高トルクを発生させ
るとき発熱を共なうものであり冷却ファンなどの適当な
冷却装置を必要とした。また電動機が大容量となると発
熱量も多くなり、それに見合う冷却装置で電動機も大形
となる。

一般の誘導電動機を見ると従来の技術において静止セル
ビウス方式、サイリスクレオナード方式などを上げたが
、これらはサイリスタを中心とするインバータや整流装
置を必要とすることと、電動機がブラシを使う巻線形誘
導電動機や直流電動機を使用することから、電動機と制
御装置が高価であったり、保守点検が難しいなどの問題
点がある。

本発明は上記従来技術の問題点から、簡単な装置で速度
とトルクの制御が容易に実現可能となる発熱の少ない複
数固定子構成の誘導電動機の提供を技術的課題とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来技術の問題点に対し、同一回転軸に一
定の間隔をもって第１及び第２の回転子コアを軸着し、
前記第１及び第２の回転子コア間に第３の回転子コアを
設け、前記第１及び第２の回転子コア上と前記第３の回
転子コアとに連なる複数個の第１回転子導体を連通状に
装設すると共に、前記第３の回転子コア上に前記第１の
回転子導体と略並行に且つ第１の回転子導体の外周異径
上に、第１の回転子導体の抵抗値より大きい抵抗値を有
する複数個の第２の回転子導体を装設し該第２の回転子
導体で前記第１の回転子導体間を短絡連結して形成した
一体的回転子と、該回転子の第１、第２、第３の各回転
子コアにそれぞれ対峙する第１、第２、第３の固定子と
、電源に接続した前記第１及び第２の固定子の回転磁界
に位相差を設ける電圧移相装置及び、前記第３の固定子
巻線に設けた電力変換装置とからなることにより解決す
るための手段とした。

〔作　用〕

本発明の複数固定子誘導電動機は、電圧移相装置により
第１と第２の固定子の回転磁界に位相のずれを生じさせ
ると、位相のずれに応じて回転子導体に流れる電流が変
化し、位相のずれに起因する第１の回転子コアの導体電
流と第２の回転子コアの導体電流との差分の電流は、第
１の回転子導体を短絡した第２の回転子導体を通って必
然的に流れ、二次側抵抗が増したようになり、巻線形誘
導電動機の二次抵抗を変化させたものと同じ作用があり
トルク特性は比例推移となる。したがって電圧移相装置
により固定子間に位相差を設けると速度とトルクの制御
が可能となる。

ところで、前記第２の回転子導体は、第３の回転子コア
上に第１の回転子導体と略並行に設けであると共に第３
の回転子コアに対峙して第３の固定子を設けであること
から、第２の回転子導体に流れる電流によって発生する
磁界に対し回転子の回転により第３の固定子巻線の導体
が磁界を切ることとな′り第３の固定子には電圧が誘起
される。更に第３の固定子巻線には電力変換装置を設け
てあり、たとえばこれが抵抗器であるならば熱として、
サイリスタであるなら電力として回収することが可能で
ある。第２の回転子導体について更に詳説すると、第２
の回転子導体を第１の回転子導体の導体抵抗値より大き
く且つ低抵抗にすると電動機のトルク特性は巻線形とな
ると共に、通常この抵抗に流れた電流は抵抗故に発熱す
るが、低い抵抗値と、第２の回転子導体と該回転子導体
に対峙する第３の固定子との発電作用とにより、発熱は
なく第３の固定子巻線を通し電力として外部に取り出す
ことが可能となった。また第２の回転子導体に電流が流
れるのは固定子間に位相差を比較的大きく設けた低速域
の高トルク発生時であり、先のように第２の回転子導体
の抵抗値による発熱は電力として第３の固定子に吸収さ
れることから、低速回転域での連続的な運転が可能とな
った。

次に第３の回転子コアを非磁性体コアと磁性体コアとに
より形成することは、非磁性体コアに第１の回転子導体
を設けて回転軸に軸着すると共に、非磁性体コアの外周
に磁性体コアを固着し第１の回転子導体を設けることが
できるので磁性体コアと共に第２の回転子導体を安定的
に作用させることができる。

また、電力変換装置にモータファンからなる冷却装置を
設けて、低速域で高トルクを発生させるときに第２の回
転子導体の作用による発電作用で、モータファンを作動
させることが可能で、比較的高温となりやすい低速域の
み冷却装置は作動する。

電圧移相装置は、電気式、機械式のいずれでもよく一般
的に最も安価に簡単に実施可能である。また電力変換装
置は前述のように第３の固定子巻線を通して外部に取り
出し可能であると共に抵抗材とすると安価に簡単に実施
可能である。

〔実施例〕

本発明は主としてかご型回転子をもっ２固定子誘導電動
機によって詳細を説明するが、これに限定されないこと
は言うまでもない。また、巻線回転子をもつ複数個誘導
電動機の場合もあり、また、固定子巻線のスター結線、
デルタ結線の切り変えを併用してトルク特性をより多様
化する場合もある。回転子コア間の構成も、空間、非磁
性体を使用する場合がある。

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なっているが、本発明
の実施例を第１図〜第５図に基づき説明する。

第１図により本発明の構成の一部をなす電動機の１実施
例を説明する。符号１は本発明に係る複数固定子誘導電
動機であり、該誘導電動機１は以下のような構成を有す
る。磁性材料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に装着する。回転子コア２，３間は非
磁性体コア５を介設するか、または空間とする。

回転子２．３に装設した複数個の導体６・・・のそれぞ
れを回転子コア２，３に連通して連結し一体的な回転子
７を形成し、その直列に連結した複数個の導体６・・・
の両端部は短絡環８．８により短絡される。また、本実
施例においては非磁性体コア５の外周に更に別の磁性体
コア２４を設けである。この磁性体コア２４には導体６
の導体抵抗より大きい抵抗値を有する導体９（以下抵抗
材とする）を装設しである。そして回転子７に装設され
た導体６・・・は回転子コア２，３間の非磁性体コア部
５において、それぞれを任意のベクトルの差の電流が流
れると通電する抵抗材９を介して連結しである。

回転子コア２．３に対峙する外側部に巻線１０．１１を
施した第１固定子１２と第２固定子１３及び磁性体コア
２４に対峙する外側部に巻線２３を施した第３固定子２
２とを機枠１４に並設し、機枠１４と第１固定子１２と
の間にすべり軸受１５を装設し、第２固定子１３は機枠
１４に固定する。ここで電圧移相装置１８を形成する固
定子回動装置について説明する。第１固定子１２の一側
周面にはギヤー１７を嵌着しである。機枠１４の外周部
に固設した回動用電動機２０に駆動用歯車２１を軸着し
、該駆動用歯車２１は第１固定子１２に嵌着したギヤー
１７に係合される。このように構成することによリ、第
１固定子１２は回動用電動機２０の作動によって回転子
７と同心的に回動回動固定子１６を構成する。そうして
、第１固定子１２の回動と第２固定子１３とによって電
圧移相装置１８が構成される。

また、第１固定子１２と第２固定子１３の巻線１０．１
１の形態は、△結線、Ｙ結線のどちらでもよい。

ところで第２図は回転子７を形成する回転子コア５を回
転軸４方向の中心で切断した場合の正断面図である。回
転子コア５の外周には磁性体コア２４を設けてあり、こ
のコア２４には前述の如く抵抗材９を装設しである。こ
の抵抗材９は隣り合った回転子導体６間を短絡連結する
よう設けである。また第３図により更に詳説すると、回
転子７の外周を回転子の円周方向に展開した図である。

このとき抵抗材９は斜めに装設しであるが、回転子導体
と並行した状態に装設すると製造上都合が良い。本図は
説明のため斜めに装設して示した。並行した状態に装設
した場合抵抗材と導体６との間を接続する導体を斜めに
設けることになる。

以上に上記構成における作用を説明する。ただし前述の
通りその概要は特願昭６１−１２８３１４に説明してあ
り、本実施例は本発明による所の作用を説明する。

誘導電動機１の回動用電動機２０を作動させて回動固定
子１６を回動させると、回転子コア２．３に連通状に装
設した導体６には、回転子コア２，３の相対位置におい
て、回動固定子１６を回動して設けた回転磁界の位相差
分だけずれた電流がそれぞれのコアの導体に誘起される
。

この誘起された電流のベクトル差分の電流は導体６のそ
れぞれを連結する抵抗材９を介して流れる。このとき抵
抗材９は、磁性体コア２４に装設しであるため、先のベ
クトル差分の電流が抵抗材９つまり導体９に流れると、
抵抗値が低いためほとんど熱は発せず磁性体コア２４は
磁界を発生することになる。更に磁性体コア２４に対峙
する外側部の第３固定子２２は、回転する磁性体コア２
４の磁界にあって固定子巻線２３は磁界を切って、磁性
体コア２４と第２固定子２とにより発電作用を生じる。

こうして生じた電力は、巻線２３に設けた電力変換装置
３０により、熱に変換して外部に放出するかまたは電力
として電源に返還される。このように抵抗材９に電流が
流れても、その抵抗値と、発電作用とにより電流による
発熱はなく低速回転域においても常に安定した状態を得
ることができる。

この電力変換装置の例を第４図に示す。つまり電源３１
に開閉装置３２を介して誘導電動機１を接続し、その外
部に電力変換装置♀Ｏを関連的に設けである。また電力
変換装置３０には誘導電動機１を冷却する冷却装置３３
を接続しである。この作用は次の通りである。前述した
発電作用は第１と第２の固定子の回転磁界に位相差を設
けて抵抗材９にベクトル差分の電流が流れた時のみ発生
するが、抵抗材９の抵抗値が導体６よりも大きいことか
ら抵抗材９に発熱があるとするとこの時である。つまり
低速回転域で高トルクを発生するとき抵抗材９に電流が
流れて発熱するがそれと共に発電作用も有って、電力変
換装置に接続した冷却装置も同時に作用する。このとき
電力変換装置には、定電圧装置、任意電圧で点弧するス
イッチ回路等を設けることもある。

〔効　果〕

以上のように構成したので、巻線形誘導電動機の二次抵
抗を変化させた時に得られるトルクの比例推移をかご形
誘導電動機で得ることができることから巻線形誘導電動
機の制御に用いられる高価な制御装置を必要としないも
のとなる。

とくに大容量の電動機の速度制御に見られるような前記
セルビウス方式やサイリスタレオナード方式などの制御
装置を必要とせず、かご形回転子で発熱の少ない大容量
の複数固定子誘導電動機が実現できる、更に顕著な効果
は、抵抗材の発熱を押えることができるため、抵抗材の
強制冷却の必要がなく、必要な冷却装置は一般の電動機
と同等でよいことになった。このことから高速域は勿論
のこと低速域においても連続して安定した運転を得るこ
とができるようになった。

したがって、トルクの多様化を図り低速から定格回転域
まで高いトルクを発生することのできる複数固定子誘導
電動機の用途の拡大と高トルクの電動機を必要とするあ
らゆる分野に、更に大きく貢献できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数固定子誘導電動機の側断面図、第２図は回
転子の正断面図、第３図は回転子の展開図、第４図は電
力変換装置実施例を示すブロック図、第５図は本発明に
係る代表的な誘導電動機のトルク特性の一部を示す図で
ある。 １・・・可変速誘導電動機、２，３・・・回転子コア、
４・・・回転子軸、５・・・非磁性体コア、６・・・回
転子導体、７・・・回転子、８・・・短絡環、９・・・
抵抗材（導体）、１０．１１・・・固定子巻線、１２・
・・第１固定子、１３・・・第２固定子、１４・・・機
枠、１５・・・軸受、１６・・・回動固定子、１７・・
・ギヤー１８・・・電圧移相装置、２０・・・回動用電
動機、２１・・・駆動用歯車、２２・・・第３固定子、
２３・・・第３固定子巻線、２４・・・磁性体コア、３
０・・・電力変換装置、３１・・・電源、３２・・・開
閉装置、３３・・・冷却装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一回転軸に一定の間隔をもって第１及び第２の
   回転子コアを軸着し、前記第１及び第２の回転子コア間
   に第３の回転子コアを設け、前記第１及び第２の回転子
   コア上と前記第３の回転子コアとに連なる複数個の第１
   回転子導体を連通状に装設すると共に、前記第３の回転
   子コア上に前記第１の回転子導体と略並行に且つ第１の
   回転子導体の外周異径上に、第１の回転子導体の抵抗値
   より大きい抵抗値を有する複数個の第２の回転子導体を
   装設し該第２の回転子導体で前記第１の回転子導体間を
   短絡連結して形成した一体的回転子と、該回転子の第１
   、第２、第３の各回転子コアにそれぞれ対峙する第１、
   第２、第３の固定子と、電源に接続した前記第１及び第
   ２の固定子の回転磁界に位相差を設ける電圧移相装置及
   び、前記第３の固定子巻線に設けた電力変換装置とから
   なることを特徴とする複数固定子誘導電動機。
2. （２）請求項（１）記載の複数固定子誘導電動機であっ
   て、第３の回転子コアは第１の回転子導体を装設する非
   磁性体コアとその外周に設けた第２の回転子導体を装設
   する磁性体コアからなることを特徴とする複数固定子誘
   導電動機。
3. （３）請求項（１）または（２）記載の複数固定子誘導
   電動機であって、電力変換装置にモータファンからなる
   冷却装置を接続したことを特徴とする複数固定子誘導電
   動機。
4. （４）請求項（１）から（３）のいずれかに記載の複数
   固定子誘導電動機であって第３の回転子コア上に装設し
   た複数個の第２の回転子導体は低抵抗材であることを特
   徴とする複数固定子誘導電動機。