JPH03277154A - 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、単一の回転子の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の周囲に生じる回転磁界
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θ°、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線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換による
トルク変動を発生し、更には切換後の負荷電流の急激な
変化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。 本発明は上記のように各位相差に結線を切換えたものと
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、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、同一回転軸上に任
意間隔をおいて二個の回転子コアを設け、該二個の回転
子コアに連通した複数個の導体を設けて該導体の両端を
短絡環で連結した回転子と、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して電源に
接続し、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開閉スイッチと
を介して連結すると共に、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、他相の電源とを開閉スイッ
チを介して連結した。 また本発明によると、前記移相装置は二個の固定子巻線
を直列デルタ結線して電源に接続し、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、他相の電源とを
半導体素子を介して連結して構成した。 更に本発明によると、前記移相装置は二個の固定子巻線
を直列デルタ結線して電源に接続し、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、他相の電源とを
可変抵抗を介して連結して構成した。

【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
の時の固定子間位相差は１８０°、　１２０°、６０’
、Ｏｏのいずれかが考えられる。今第１の作用として、
仮に２つの固定子の回転磁界間に１２０°の位相差が生
じるよう直列デルタ結線として電源に接続した回路を、
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、並列スター結線となり前
記回転磁界の位相差は６０°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もった直列デルタ結
線みなり、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
まま並列スターに切換えるとそれぞれの位相差は１８０
０から　１２０°、１２０°から６０’　、　６０’か
ら００に切換えられる。 また、第２の作用として、２つの固定子の回転磁界間に
１２０°の位相差が生じるよう直列デルタ結線として電
源に接続した回路を、同相に接続された固定子の巻線と
巻線の間と、他相の電源とを短絡すると、並列デルタ結
線となり前記回転磁界の位相差はｏｏに切換ゎることに
なる。したがって上記２つの作用で回転磁界間の位相差
１ｔ１２０°かう６００へ、６ｏ０カラ００へ位相差を
切換えることが可能となる。 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。次に第１の作用によって、任意回転数に
至って巻線間と巻線間と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。 更に第２の作用によって、任意回転数に至りて巻線間と
他相の電源とを短絡して並列デルタ結線とすると回転磁
界間の位相差は更に６（１’少なくなり、トルク特性及
び電源特性が更に変化して定格運転の特性に至るものと
なる。 また本発明においては、前記３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、他相の電源の間とを、ダイオード、サ
イリスタまたは可変抵抗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。 この場合も、ダイオード、サイリスタの点弧角あるいは
可変抵抗の抵抗値を変化させることにより直列デルタ結
線は除々に並列スター結線から並列デルタ結線に切換わ
り、それに伴って回転磁界間の位相差もたとえば１２ｏ
０がら００まで除々に変化するものとなる。 なお前記回転磁界間の位相差の変化によるトルク特性と
電流特性の変化について、本出願人は特願昭６１−１２
８３１．４号において詳述している。また前記作用の説
明の中における位相差は電気角によるものである。 【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
機として詳細を説明すが、これに限定されないことは言
うまでもない。巻線型回転子をもっ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１実施
例を説明する。符号１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１２０°
の直列デルタ結線としている。 次に本発明の実施例を電気的位相差が１２０゜から６０
°、６０°から０°へ変化するものを一例として示し、
それぞれの位相差を起動、加速、運転として第２図以降
を参照して説明する。 第２図に示すものは第１の実施例の結線図である。 以下固定子巻線１０．１１を三相の場合について説明す
る。固定子巻線１０の各相の巻線をＵ２−Ｘ２．Ｖ２−
Ｙ２．Ｗ２−Ｚ２とし固定子巻線１１の各相の巻線をＵ
ｌ−Ｘ、、ＶＩＹｌ、Ｗｌ−ｚ、とする。この固定子巻
線１０゜１１の各相は機械的に同じ位置つまりＵｌ−Ｘ
ｌとＵ２−Ｘ２とは同じ位置に配置されている。 また各相の分担電圧を図に示す如＜Ｅｌ、Ｅ２゜Ｅ３．
Ｅ、−、Ｅ２−、Ｅ３−とする。 次に結線について説明すると、まず固定子巻線１１の端
子Ｕ、、Ｖ、、Ｗ、をそれぞれ３相交流電源Ａ、　　Ｂ
、　　Ｃに接続し、固定子巻線１０゜１１の端子Ｘ１と
Ｗ２．ＹｌとＵＩ　　ＺｌとＶ２を接続し、さらに固定
子巻線１０の端子Ｘ２を電源のｃ、ｙ２をＡ、Ｚ２をＢ
に接続する。 この状態において、２組の固定子巻線が直列デルタ結線
されて、電源に接続されたことになる。 さらに固定子巻線１１の端子Ｘｌ、Ｙｌ、Ｚｌを短絡す
るスイッチ５１２０を設け、端子Ｘ１とＷ２の間と電源
のＣ１端子Ｙ１とＵ２の間と電源のＡ１端子Ｚ１と■２
の間と電源のＢとを接続するスイッチ５２２１を設けで
ある。このように接続した後、スイッチ５１２０とスイ
ッチ５２２１とを開放した状態で電源を投入する、と固
定子巻線１０．１１の分担電圧Ｅ１．Ｅ２゜Ｅ３．Ｅｌ
−、Ｅ２　＋、Ｅ−３は第３図のようになる。この場合
の固定子巻線１０．１１のそれぞれの分担電圧の大きさ
は電源の線間電圧の１／２となり、ＥｌはＥｌ−より　
１２００の進み位相つまり　１２０°の位相差を発生す
る。また、Ｅ２とＥ２−１Ｅ３とＥ３−も同様に１２０
°の進み位相となる。従って回転子はこの特性で起動す
ることになるａすなわち固定子巻線に印加される電圧は
小さく、よって起動電流が小さい。 しかも位相差角θ＝　１２０’の状態であるため本発明
に係る２固定子誘導電動機の特性から高力率となり電流
の割にはトルクの大きい起動となる。 回転子の回転速度が任意速度に上昇したときスイッチ５
１２０を投入すると固定子巻線１０゜１１の分担電圧Ｅ
Ｉ　　Ｅ２．Ｅ３．Ｅｌ　　、Ｅ２−、Ｅ３−は第４図
のようになる。この場合、固定子巻線の分担電圧の大き
さは電源の線間電圧の１／、７１となり、ＥｌはＥｌ−
より６０°の進み位相つまり６０°の位相差を発生する
。またＥ２とＥ２−１Ｅ３とＥ３−も同様に６０°の進
み位相となる。従って回転子はこのトルク特性で加速さ
れることになる。 回転子の回転速度が更に上昇したときスイッチ５１２０
を開放し、その後スイッチ５２２１を投入すると、固定
子巻線の分担電圧Ｅｌ、Ｅ２、Ｅ３．Ｅｌ−、Ｅ２　′
、Ｅ３−は第５図のようになる。この場合の固定子巻線
１０．１１の分担電圧の大きさは電源の線間電圧に等し
くなり、ＥｌはＥ、−と同相つまり位相差０°を発生す
る。またＥ２とＥ２−１Ｅ３とＥ３−も同様に同相とな
る。従って回転子はこのトルク特性で運転状態に入る。 以上の各トルク特性の一例を第６図に示す。 図に示すように、起動、加速、運転と各段階によってト
ルク特性を変化させてそれぞれの速度に応じた最適の特
性で運転状態に移行させる。 すなわち固定子巻線の分担電圧はＥ／２．Ｅ／、／”７
．Ｅと段階的に上昇させて起動電流を制御し更に位相差
θをθ＝１２０°、６０°、　０°と段階的に小さくし
て常に高力率、高トルクが得られるような特性で運転状
態に移行させるものである。 スイッチ５１２０とスイッチ５２２１の操作は第６図に
おいて、Ｓ＝ｍで８１を投入し、Ｓｎで８１を開放した
後に８２を投入する。ところで固定子巻線の定格電圧は
電源の線間電圧としである。 次に第７図により第２の実施例を説明する。 これは第１の実施例のスイッチ５２２１を半導体素子に
置換えたものである。これは固定子巻線１１の端子Ｕｌ
、Ｖｌ、Ｗｌをそれぞれ３相電源Ａ、　　Ｂ、　　Ｃに
接続し、固定子巻線１ｏ、１１（７）ＸｉとＷ２．Ｙｌ
とＣ２，ＺｌとＣ２を接続し更に固定子巻線１０のＸ２
を電源のＣ，Ｃ２を電源Ａ、Ｚ２を電源Ｂに接続する。 この状態で固定子巻線１０．１１は直列デルタ結線して
電源に接続したことになる。さらに逆並列に接続したサ
イリスタ２２を固定子巻線１ｏ、１１の端子Ｘ１とＷ２
の間と電源Ｃ，ＹｌとＣ２の間と電源Ａ、ＺｌとＣ２の
間と電源Ｂのそれぞれの間に接続する。このように接続
して電源を投入し、サイリスタ２２の点弧角を１８００
に制御すると、サイリスタ２２には電源が流れないので
固定子巻線１０．１１の分担電圧Ｅ１゜Ｅ２・　Ｅ３・
　Ｅｌ　−、Ｅ２　＋、　　Ｅ３　”は前述の第３図の
ようになる。従ってこの場合の固定子巻線の分担電圧の
大きさは電源の線間電圧の１／２となる。またＥｌとＥ
ｌ−１Ｅ２とＥ２Ｅ３とＥ３−の位相差角は１２０°と
なる。このときのトルク特性は第６図の起動トルク特性
に相当しこのトク特性で起動する。 回転子の上昇に伴ってサイリスタ２２の点弧角を１８０
°から除々に小さくして行くと固定子巻線１０．１１の
分担電圧ＥＴ、Ｅ２．Ｅ３゜Ｅｌ　　＋　　Ｅ２−＋Ｅ
３−は実効的に前述の第４図の状態に変化する。従って
固定子巻線の分担電圧の大きさは電源の線間電圧の１／
、／ｆｆｉとなり、ＥｌとＥｌ　′、Ｅ２とＥ２−１Ｅ
３とＥ３′の位相差角θはθ−６０°の状態となり、前
述の第６図に示す加速のトルク特性で加速されるこきに
なる。 回転子の回転速度の上昇につれてサイリスタの点弧角を
さらに小さくして最終的に点弧角を０°に制御する。こ
の点弧角が０°のとき固定子巻線１０．１１の分担電圧
Ｅ１．Ｅ２．Ｅ３゜Ｅｌ　　、Ｅｌ　　、Ｅ３−は第５
図になる。従って固定子線の分担電圧の大きさは電源の
線間電圧に等しくなり、ＥｌとＥ、−１Ｅ２とＥ２Ｅ３
とＥ３−の位相差角θはθ＝０°すなわち同相となる。 この状態におけるトルク特性は第６図に示す運転トルク
特性であり従来の誘導電動機と同じトルク特性となる。 次に第３の実施例を第８図に示す。これは第２図のスイ
ッチ５２２１を可変抵抗２３で構成するものである。こ
れは固定子巻線１１の端子Ｕｌ、Ｖｌ、Ｗｌをそれぞれ
３相電源Ａ、　　ＢＣに接続し、さらに固定子巻線１０
．１１の端子Ｘ１とＷ２、ＹｌとＣ２、ｚｌとＣ２を接
続し更に固定子巻線１０の端子Ｘ２を電源のＣ１Ｙ２を
電源のＡ、Ｚ７を電源のＢに接続する。 この状態において２紐の固定子巻線１０．１１が直列デ
ルタ結線されて電源に接続されたことになる。更に可変
抵抗２３を固定子巻線の端子Ｘ１とＷ２の間と電源Ｃ，
ＹｌとＣ２の間と電源Ａ、ＺｌとＣ２の間と電源Ｂとの
それぞれの間に接続する。このように接続して電源を投
入し可変抵抗２３を無限大にして起動する。ところで前
記可変抵抗２３をこの場合、抵抗値−０゜Ｒ２，Ｒ１ｏ
ｏの４段階で説明するがこれに限定しないことは言うま
でもない。さて起動における固定子巻線１０．１１の分
担電圧Ｅｌ、Ｅ２、Ｒ３，Ｅｌ　＋、Ｅ２　′、Ｅ３−
は前述の第３図の如くなる。従ってこの場合の固定子巻
線の分担電圧の大きさは電源の線間電圧の１／２となり
、ＥｌとＥｌ−、Ｒ２とＲ２−およびＲ３とＲ３−の位
相差角θはθ＝１２０°となり一例として第９図の起動
トルク特性で起動する。 回転子の回転の上昇に伴って可変抵抗２３の値を小さく
して行くと、この抵抗に流れる電流はすベリＳによって
変化し、従ってこの抵抗の電圧降下がすべりＳによって
変化することになる。つまり固定子巻線の分担電圧の大
きさは例えば第４図のように起動時の分担電圧より大き
くなり、ＥｌとＥｌ−、Ｒ２とＲ２−、Ｒ３とＲ３−の
位相差角θは起動時の位相差角θより小さくなる。従っ
て第９図の可変抵抗２３のＲ１およびＲ２のトルク特性
のように、起動時すなわちすベリＳ＝１のときは可変抵
抗値無限大の起動トルク特性に近（、回転速度の上昇に
つれて、すなわちすベリＳが小さくなってくると、従来
の誘導電動機の運転特性に近づいてくる。 上記の如（して回転子の回転速度が上昇するにつれて可
変抵抗２３の値を零にする。この時の固定子巻線の分担
電圧Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ３．Ｅ１−＋”！″、Ｅ３′は第５
図のようになり電源の線間電圧に等しくなり、ＥｌとＥ
ｌ＝、Ｒ２とＲ２−１およびＲ３とＲ３−の位相差角θ
はθ＝０すなわち同相となる。この状態のおけるトルク
特性は第９図に示す可変抵抗値０の運転トルク特性であ
り従来の誘導電動機と同じ運転特性となる。 以上の第２と第３の実施例においてはスイッチの開閉と
異なり負荷電流の遮断がないためにトルク及び電流の特
性に急激な変化がなくスムーズに起動し運転が可能とな
る。 また前述のスイッチ、サイリスタ、トライアックまたは
可変抵抗からなる移相装置を電動機側に設けると電動機
への配線は三相の場合３本でよく、スターデルタ始動に
見られるような複雑な配線を必要としない。 更に移相装置と、回転速度あるいは負荷電流等を検出す
るセンサーとを制御装置を介して接続し、回転速度ある
いは負荷電流の変化に応じて移相装置のスイッチの開閉
、サイリスタやトライアックの点弧角、可変抵抗の抵抗
値を制御することも考えられる。 なお、並列スター結線で始動し、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°回動ずれば電気角で２Ｏ２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、低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格回転域
まで高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
装置の第１の実施例を示す結線図、第３図は位相差１２
０°の直列デルタ結線図、第４図は位相差６０’の並列
スター結線図、第５図は位相差０°の並列デルタ結線図
、第６図は開閉スイッチの開閉による中間トルク特性曲
線の一例を示す図、第７図は第２の実施例であるサイリ
スタを使用した移相装置の結線図、第８図は第３の実施
例である可変抵抗を使用した移相装置の結線図、第９図
は可変抵抗による中間トルク特性曲線の一例を示す図で
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、訃・・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、２
０・・・開閉スイッチＳ＋、２１・・・開閉スイッチＳ
２．２２・・・逆並列サイリスタ、２３・・・可変抵抗
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一回転軸上に任意間隔をおいて二個の回転子コ
   アを設け、該二個の回転子コアに連通した複数個の導体
   を設けて該導体の両端を短絡環で連結した回転子と、前
   記各回転子コアにそれぞれ対向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
   デルタ結線して電源に接続し、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
   とを開閉スイッチを介して連結すると共に、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、他相の電
   源とを開閉スイッチ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）同一回転軸上に任意間隔をおいて二個の回転子コ
   アを設け、該二個の回転子コアに連通した複数個の導体
   を設けて該導体の両端を短絡環で連結した回転子と、前
   記各回転子コアにそれぞれ対向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
   デルタ結線して電源に接続し、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、他相の電源とを半導体
   素子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。
3. （３）同一回転軸上に任意間隔をおいて二個の回転子コ
   アを設け、該二個の回転子コアに連通した複数個の導体
   を設けて該導体の両端を短絡環で連結した回転子と、前
   記各回転子コアにそれぞれ対向して周設した二個の固定
   子と、前記二個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
   ルタ結線して電源に接続し、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、他相の電源とを可変抵抗
   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
   。