JPH03203559A - 二固定子誘導電動機 - 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、単一の回転子と二個の固定子とを有し、−二
個の固定子に対峙する回転子導体に生じる回転磁界間に
位相差を生じさせて、変速可能でしかもスムーズな起動
と低速から高速にかけて高トルクを発生させることがで
きる二固定子誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

複数固定子構成の誘導電動機のトルク制御、速度制御は
公知技術により知られる固定子間の位相差を変化させる
方法があり、例えば本出願人の発明である特願昭６１−
１２８３１４号もその例である。この位相差を変化させ
る方法には、機械的なものとして固定子を回動させて位
相差を設けるもの、電気的なものとして固定子巻線の結
線を変えて何種かの位相差を設けるもの、更にこれらに
スターデルタ切換を組み合わせたものなど多種多様であ
る。

以上の方法は、誘導電動機のトルクと速度を自在に変化
させて負荷に対応する場合と、始動時の速度上昇をスム
ーズに行う場合等とその負荷または用途に応じて様々の
手法を用いることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、位相差を設けて負荷に対応するものであり、
前記従来技術により区別すると電気的手法といえる。

さて、前記従来技術における電気的移相手法は固定子巻
線の結線を切換えて行い位相差は電気角で０°、６０．
　　１２０°、１８０°が実施可能であるが、その切換
に要する開閉器は十数側に及ぶものであり高価となって
いた。

更に一般の誘導電動機は始動性改善の目的でスターデル
タ切換装置を設けたものがある。これは単一の固定子に
もかかわらずその配線は複雑なものであると共に、スタ
ーデルタ切換時における負荷電流の一時的な切断による
トルク変動を発生し、更には切換後の負荷電流の急激な
増加と発生トルクの急激な変動によるショックは避けら
れないものであった。

本発明は上記結線を切換えた各位相差におけると同等の
トルク特性を有し、しかも無段階に変速可能であり、制
御に際し負荷電流の切断がなく、負荷電流の急激な増加
と負荷トルクの急激な変動の少ない安価な二固定子誘導
電動機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〕

上記課題を解決するために本発明は、同一回転軸上に設
けた二個の回転子コアに装着した複数個の導体のそれぞ
れを連通状に連結した回転子と、前記各回転子コアにそ
れぞれ対峙して周設した二個の固定子と、前記二個の固
定子のうち一方の固定子がこれに対峙する回転子の周囲
に生じる回転磁界と、他の固定子がこれに対峙する回転
子の周囲に生じる回転磁界との間に位相差を生じさせる
移相装置とを有する二固定子誘導電動機において、前記
移相装置は、二個の固定子巻線を直列デルタ結線とし、
且つ同相に接続された前記複数個の固定子の巻線と巻線
の間と、他相の巻線と巻線の間とをサイリンタを介して
連結した。

また、この移相装置に速度検出器の信号により前記サイ
リスタを制御する制御装置を設けることにより課題を解
決するための手段とした。

〔作　用〕

本発明の固定子巻線は、直列デルタ結線としである。こ
の時の固定手間位相差は１８０°、　１２０°、６０°
　　ＱＯのいずれかが考えられる。今、仮に６０°の位
相差を設けて直列デルタ結線とした回路を、同相に接続
された固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の
間とを短絡すると、並列スター結線で位相差Ｏ０に切換
わることになる。したがって、起動時は任意の位相差を
持った直列デルタ結線となり、短絡すると並列スター結
線でしかも異なる位相差へと切換えられる。つまり直列
デルタ結線からそのまま並列スター結線に切換えるとそ
れぞれの位相差は１８０°から１２０°　　１２００か
ら６０°、６０−から００に切換えられる。

以上をまとめると次のようになる。まず、電源を投入す
ると固定子間の位相差は前記任意位相差の直列デルタ結
線で起動する。負荷は任意位相差のトルク特性曲線によ
り起動される。次に、任意回転数に至って巻線間を短絡
して並列スター結線とすると位相差は６０°少なくなり
、トルク特性及び電流特性が変化する。

本発明においては、前記２つのトルク特性の中間特性を
無段階に得るために、同相に接続された二個の固定子の
巻線の間と、他相の巻線と巻線の間とをサイリスタを介
して連結したので起動時には、高トルク低電流で、起動
後の運転に至るまでは無段階に任意のトルクと電流で運
転することができ、変速も可能である。

〔実施例〕

本発明は主としてかご型回転子をもつ２固定子誘導電動
機とし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。巻線型回転子をもつ二固定子誘導電動
機の場合もあり、リニヤモーターとしても応用できるも
のである。

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り、回
転子コア間の構成も、空間。

非磁性体、磁性体等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。

第１図により本発明の構成の一部をなす電動機の■実施
例を説明する。符号■は本発明に係る二固定子誘導電動
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。

回転子コア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回転子７に装設されたそれぞれの導
体６・・・は回転子コア２．３間の非磁性体コア５部に
おいて、任意のベクトルの差の電流を流すための抵抗材
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を機枠１４に並
設し、第１固定子１２と第２固定子１３は機枠１４に固
定する。

また、第１固定子１２と第２固定子１３の巻線１０．１
１の結線の形態は一実施例として電気的位相差６０°の
直列デルタ結線としている。

次に本発明の第１の実施例を第２図以降を参照して説明
する。

第２図に示すものは本発明の結線図である。

固定子巻線１■の各コイルの一方の端子（Ｕ、。

Ｖ　１．Ｗ＋　）を電源開閉装置Ｓを介して電源Ａ。

Ｂ、　　Ｃに接続すると共に他方の端子（ｘ、、ｙ＋、
Ｚ＋）を固定子巻線１０の一方の端子（Ｔ２、Ｚ２．Ｘ
２）に、また固定子巻線１０の他方の端子（Ｔ２　、　
Ｗ２　、　Ｔ２　）を前記端子（Ｖ、、Ｗ、、Ｕｌ）に
直列デルタ結線となるよう電源に接続しである。また双
方向サイリスタ（トライアック）Ｔ１はＸｌと２２間に
、Ｔ２はＸｌとＸ２間に、Ｔ３はＺｌと２２間に連結す
る。

以上の構成における作用を説明する。まず、双方向サイ
リスタが導通していない時に電源開閉装置Ｓを閉じると
、固定子巻線１０と固定子巻線１０とは電気的位相差６
０°を有する直列デルタ結線となる。これは第３図のよ
うに表すことができる。つまり固定子巻線１１のコイル
Ｕ１〜ｘ１の分担電圧Ｅ１とこれに対応する巻線１０の
コイルＵ２〜Ｘ２の分担電圧Ｅ１は電気的位相差６０°
を有するよう結線しである。またこの時の各コイルの分
担電圧は電源電圧Ｅ　ａｂの１／２である。その他の相
についても同様ある。

続いて双方向サイリスタを完全導通状態にするとつまり
、Ｕ、Ｘ、とＵ２Ｘ２は位相差０゜になり、Ｖ、Ｙ、と
■２Ｙ２およびＷ、Ｚ、とＷ２ｚ２も同様に位相差０°
になる。そして、第５図に示す結線となる。

コイルＵ、〜ｘ１の分担電圧をＥ　ｌ　、Ｅ　ｍｂを電
源の線間電圧とすると、Ｅｌの大きさは直列デルタ結線
の場合の２／（３＝　１．１５倍となっている。

以上のように双方向サイリスタの働きにより、起動用の
位相差と運転用の位相差を設けることができ、さらに両
値相差の中間ステップの特性を無段階に得ることができ
る。この時の各トルク特性を第６図および第７図に示す
。第６図は回転子導体のそれぞれを連結する抵抗材を設
けたときの特性であり、第７図は抵抗材を設けないとき
の特性である。第７図に示す特性は慣性負荷の大きい二
乗低減トルク負荷のソフトスタートに適する。

また、位相差０°の時、固定子巻線１１の他方（ｘ＋　
、、Ｙｌ　、Ｚ、）と固定子巻線１０の一方（Ｘ２　、
　Ｙ２　、　　Ｚ２　）との相間は短絡状態にあり、サ
イリスタ故障等の原因で短絡しても電動機が焼損する等
の電気的事故は発生しない。

更に、サイリスタの制御は、直列デルタ結線による運転
中の線間の短絡であるから、開閉のため一時的に負荷電
流が遮断されることがないこと及び極間電圧が電源電圧
の１／２であることなどからサイリスタの電気的容量は
小さいものを使用することが可能で、サイリスタによる
移相装置を小型化できる。

ところで第２図に示す通りサイリスタＴ、。

Ｔ２．Ｔ、からなる移相装置を電動機側に設けると、電
源側から電動機への配線は三本でよ（、一般の大型電動
機に見られるようなスターデルタ始動のための複雑な配
線を要することなく、低速から高速に至るまで高トルク
で運転可能な電動機とすることが可能である。

次に移相装置の制御について、第８図において説明する
。まず第８図の構成は、誘導電動機１は開閉装置を備え
た三相電源２２に接続しである。また誘導電動機には一
体的に移相装置２０が設けてあり、該移相装置にはハー
ドロジック回路等で構成された制御装置２１を接続しで
あると共に制御装置２１には電動機の速度検出を行う速
度検出器２３の信号を接続しである。

制御装置は単純なロジック回路か又は必要に応じてマイ
クロブセッサを載せることもある。

更に検出器２３の信号を受けて、その信号を必要に応じ
て変換する回路と、変換された信号とあらかじめ人力さ
れた設定値とを比較する回路と、あらかじめ入力された
設定値を記憶させる回路と、先の比較により信号を出力
する信号出力回路等を備えるものとなる。この信号出力
回路の信号で移相装置２０の位相差を変更してゆく。ま
た、検出器をここでは速度検出器２３としているが、回
転数を検出するもの等電動機の回転状態を検出する手段
であればよい。

上記制御装置による位相切換制御でトルク特性は第６図
の如くなり、従来のスターデルタ切換に比較してトルク
の変動は小さく始動電流も小さく抑えることが可能とな
った。

前記制御装置２１に入力される設定値とは、負荷トルク
やＧＤ２と電動機の出力により決定されるものと希望運
転回転速度である。

なお、第９図の如く、直列デルタ結線で位相差を００と
し、各相の巻線間を短絡すると第１０図のとおり位相差
が６０°となる。このように結線した場合は第１０図に
示す位相差６０°の並列スター結線で始動し、第９図に
示す位相差０゜の直列デルタ結線へと移行しても本発明
を実施できる。そして、その他の位相差を希望する場合
は、一方の固定子に対して他方の固定子を機械的に回動
して固定すればよく、例えば４極の場合、機械角で１０
°回動すれば電気角で２０°位相差を生じる。

〔効　果〕

以上のように二固定子誘導電動機のトルクの設定は、単
純な移相装置により無段階に設定可能となり、これらの
トルク特性は起動時において起動電流は小さく起動トル
クが大きく、定トルク特性及び二乗低減トルク特性の始
動性の改善、起動時間の低減を達成した可変速電動機と
なり、インバーター等の高価な制御装置を必要としない
。また、電動機への配線も、単純に形成される移相装置
を電動機に一体とし、三相電源を使用する場合、電動機
には三本の配線でよく誰にでも配線が可能である。

したがって、トルクの多様化を図り低速から定回転域ま
で高いトルクを発生することのできる二固定子誘導電動
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図は二固定子誘導電動機の側断面図、第２図は移相
装置の結線図、第３図は第２図の別表示方法による結線
図、第４図は位相差６０°の直列デルタ結線図、第５図
は位相差０°、並列スター結線図、第６図は各結線にお
けるトルク特性曲線図、第７図は回転子導体に抵抗材を
設けないときのトルク特性曲線図、第８図はロジック回
路による制御ブロック図第９図は別実施例の直列デルタ
結線図、第１０図は第９図の巻線間を短絡したときの位
相差６０°の並列スター結線図である。 １・・・複数固定子誘導電動機、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、１０．１１・・・固定子巻線、１２・・・
第１固定子、１３・・・第２固定子、１４・・・機枠、
２０・・・移相装置、２１・・・制御装置、２２・・・
供給電源側、２３・・・速度検出器。 第 図 第 図 第 ６ 図 どＵ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一回転軸上に設けた二個の回転子コアに装着し
   た複数個の導体のそれぞれを連通状に連結した回転子と
   、前記各回転子コアにそれぞれ対峙して周設した二個の
   固定子と、前記二個の固定子のうち一方の固定子がこれ
   に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他の固定
   子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との
   間に位相差を生じさせる移相装置とを有する二固定子誘
   導電動機において、前記移相装置は、二個の固定子巻線
   を直列デルタ結線とし、且つ同相に接続された前記二個
   の固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の間と
   をサイリスタを介して連結したことを特徴とする二固定
   子誘導電動機。
2. （２）同一回転軸上に設けた二個の回転子コアに装着し
   た複数個の導体のそれぞれを連通状に連結した回転子と
   、前記各回転子コアにそれぞれ対峙して周設した二個の
   固定子と、前記二個の固定子のうち一方の固定子がこれ
   に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他の固定
   子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との
   間に位相差を生じさせる移相装置とを有する二固定子誘
   導電動機において、前記移相装置は、二個の固定子巻線
   を直列デルタ結線とし、且つ同相に接続された前記二個
   の固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の間と
   をサイリスタを介して連結すると共に速度検出器の信号
   により前記サイリスタを制御する制御装置を有すること
   を特徴とする二固定子誘導電動機。