JPH05328683A - 同期電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流励磁のためのブラシがなく複雑な構成を
必要とせず、誘導電動機と同様の起動トルクの大きい自
己起動可能な同期電動機を得る。 【構成】 スタ−結線の第１主巻線３と第２の主巻線４
を並列に三相交流電源５に接続すると共に単相の励磁巻
線６，７を設けて、さらにこの励磁巻線６，７をダイオ
−ド８を介して直列に接続した固定子側１と、回転子巻
線９，１０を設けてこの回転子巻線９，１０を並列に接
続すると共に、該回転子巻線９，１０を並列に接続した
接続点間にダイオ−ド１１，１２を接続した回転子側２
とを構成し、固定子側１の主巻線４には、主巻線４の各
相の巻線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔの両端に巻線の極性を切り換
えるようにスイッチ１３，１４を設けて移相装置１５を
構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機で始動して
同期運転に切り換える同期電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の同期電動機は、その回転子を固定
子巻線の作る回転磁界の回転速度すなわち同期速度近く
まで加速する起動機と、回転子巻線の直流励磁が必要で
ある。

【０００３】この起動機を省略して同期電動機自体に起
動トルクを持たせるようにしたのが誘導同期電動機であ
る。これは起動時には回転子巻線を短絡して誘導電動機
として起動するために起動機は必要としないが、同期運
転に必要な回転子巻線の直流励磁のためにブラシを必要
とする。すなわち、回転子の回転速度が同期速度に近づ
くと回転子巻線の短絡を開放して外部の直流電源からブ
ラシを介して回転子巻線に直流電流を流して回転子に磁
極を作り、この磁極が固定子巻線の作る回転磁界に引っ
張られて回転子は同期速度で回転する。しかしながらこ
のブラシは保守点検を必要とすることから保守費が嵩
み、ブラシレス構造の自己起動可能な同期電動機が望ま
れている。

【０００４】このブラシレス構造の同期電動機として
は、回転子巻線にダイオ−ドを接続してインバ−タ−の
方形波電圧による高調波磁界を利用するブラシレス自励
形三相同期電動機は、回転子の界磁起磁力が不足で十分
な出力が得られない欠点がある。

【０００５】更に三相の固定子巻線の一相にダイオ−ド
を挿入して固定子の作る正相分回転磁界に静止磁界を重
畳し、同期速度付近で回転する回転子巻線に静止磁界に
よる交流電圧を誘起させて、これをダイオ−ドで整流す
ることによって回転子巻線を直流励磁して、正相分回転
磁界を作用させて同期トルクを発生するブラシレス自励
形三相同期電動機があるが、これは誘導機始動が不可能
なために、回転子鉄心の渦電流による起動となり起動ト
ルクが小さいという欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから一般の
誘導電動機の起動トルクと保守の簡便性を有しながらも
誘導機運転から同期運転への移行が簡単にでき、しかも
同期トルクの大きい同期電動機の提供を技術的課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本出願人は前記課題を解
決するために、同一回転軸上に任意の間隔をおいて設け
た２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コアのそれ
ぞれに回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続すると共
に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接続した
回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設した２
個の固定子コアを有し、該２個の固定子コアのそれぞれ
に、主巻線と励磁巻線とを設けると共に該２個の固定子
コアの励磁巻線をダイオ−ドを介して直列に接続した２
個の固定子と、該２個の固定子主巻線のうち一方の固定
子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
転磁界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コア
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
相装置とにより構成した。

【０００８】また前記同期電動機であって、前記移相装
置は２個の固定子のいずれか一方の固定子巻線の端子を
スイッチで切り換えて電源に接続するようにしたことに
より前記課題を解決するための手段とした。

【０００９】

【作用】複数固定子構成の誘導電動機に設けられる移相
装置の作用について本出願人は特開昭６１−１２８３１
４号においてその詳細を説明している。

【００１０】本発明によると、同期電動機を同一回転軸
上に任意の間隔をおいて設けた２個の回転子コアのそれ
ぞれに回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続すると共
に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接続した
回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設した２
個の固定子コアのそれぞれに、主巻線と励磁巻線とを設
けると共に該２個の固定子コアの励磁巻線をダイオ−ド
を介して直列に接続した２個の固定子と、該２個の固定
子主巻線のうち一方の固定子主巻線がこれに対峙する回
転子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定子主巻線が
これに対峙する回転子コア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により構成した。

【００１１】この構成によると、起動時には２個の固定
子コアのそれぞれに設けた主巻線の回転磁界によって、
２個の回転子コアの回転子巻線に誘起される電圧が同相
になるようにすなわち２個の回転子コアの回転子巻線を
環流する電流が流れるように、したがって回転子巻線の
接続点に並列に設けたダイオ−ドに電流が流れないよう
に移相装置を作動させて一般の誘導電動機として起動す
る。またこのとき同時に励磁巻線に誘起されて流れる電
圧による電流は、ダイオ−ドを通じて流れる環流電流と
はならず、結果として励磁巻線に電流は流れない。

【００１２】起動後、回転子の回転速度が上昇して回転
磁界の回転速度すなわち同期速度に近づくと、回転磁界
による回転子巻線の誘起電圧は小さくなる。ここまでは
誘導電動機としての作用であるが、すべりがＳ＝０．０
５に近づいたときに同期運転に入る。これはつぎのよう
に作用する。

【００１３】２個の固定子主巻線のうち一方の固定子主
巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁
界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周
囲に生じる回転磁界との間にθ＝１８０゜の位相差を生
じさせるように移相装置を作動させる。

【００１４】このようにすると今まで２個の回転子巻線
間を環流して流れていた電流が流れなくなり回転子巻線
の接続点に並列に設けたダイオ−ドを通じて電流が流れ
るようになる。また、励磁巻線には直列に接続したダイ
オ−ドを通じて整流された環流電流が流れ、これによっ
て励磁巻線には静止磁界が作られている。この静止磁界
によって２個の回転子巻線には電圧を誘起し、この電圧
によって環流電流は流れず、２個の回転子巻線の接続点
に並列に設けたダイオ−ドを通じて整流された電流が流
れるようになる。このような整流された直流分の電流は
回転子巻線を流れ、回転子は直流分で励磁されて磁極を
形成し、固定子の主巻線の回転磁界との間に同期トルク
を生じて同期運転されるようになる。

【００１５】ここで同期トルクを考察してみるに、２個
の固定子のうち一方の固定子が作る回転磁界の位相が他
の固定子が作る回転磁界の位相よりも１８０゜移相され
るが、前記励磁巻線の静止磁界によって、一方の固定子
と対峙する回転子の回転子巻線に流れるダイオ−ドで整
流された電流の方向も他の回転子巻線に流れるダイオ−
ドで整流された電流の方向とは逆方向になるので、同期
トルクはすべての回転子において同一の方向となり同期
トルクはすべて加算されたものとなって、本発明の同期
電動機は２個の固定子ではあるがその合計の容量は従来
のブラシを有する誘導同期電動機と同等である。

【００１６】励磁巻線の静止磁界で回転子に誘起する電
圧によって回転子巻線に整流された直流電流が流れて、
回転子巻線が直流励磁巻線の作用をするので、同期トル
クが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動
機を提供することが可能となった。

【００１７】このように誘導電動機から起動して同期電
動機への移行を移相装置による切り換えによって行う
が、この移相装置は２個の固定子のうち一方の固定子が
作る回転磁界の位相と他の固定子が作る回転磁界の位相
との間に電気角でθ＝１８０゜の位相差角を設けるよう
にしたもので、本発明においては２個の固定子のいずれ
か一方の固定子巻線の極性を入れ換えるように、固定子
巻線の端子をスイッチで切り換えて電源に接続するよう
にしてある。このほか位相差を設ける方法としては、回
転軸を中心にいずれか一方の固定子を回動させることに
よって設けることも可能であるが、本発明のように切り
換えを瞬時に行う必要があるものにおいてはスイッチに
よる切り換えの方が迅速且つ正確に切り換え可能とな
る。

【００１８】ところで前記補助巻線は単相、三相を問わ
ず何れでも可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上の構成から本発明の同期電動機は、
起動時には従来の誘導電動機と同様のトルク特性で行
い、すべりＳがたとえばＳ＝０．０５付近から同期速度
に移行して同期電動機のトルク特性で運転するものであ
る。この同期電動機は起動機やブラシを必要としないか
ら、その構造や構成が簡単となるだけでなく、従来の誘
導電動機と同様のトルク特性で起動できるので重負荷が
かかったままでも起動から同期への移行が可能となる。

【００２０】ところで、本発明の同期電動機は、誘導電
動機と同期電動機との両方のトルク特性を備えるから、
どちらの電動機のトルク特性でも使用可能である。この
ことは同期速度で運転中、何らかの原因で脱調した場合
でも同期電動機のトルク特性から誘導電動機のトルク特
性に切り換えて運転することが可能であるから、一般の
同期電動機のように電動機が急激に停止することがな
い。

【００２１】以上のようにブラシがなく複雑な構成を必
要としないから保守点検も容易であり、起動トルクも大
きい同期電動機の提供が可能となった。

【００２２】

【実施例】本発明は主として２個の固定子主巻線の結線
を電源に対して並列にしてスタ−結線を例に説明する
が、電源に対して直列でもまたデルタ結線でも良く本例
に限定されることはない。また回転子巻線の場合も同様
である。

【００２３】すでに本出願人は特公平２−２７９２０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っている。たと
えば、電圧移相装置によって複数個の固定子の内、特定
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
回転磁界との間の位相差を、たとえば同相すなわち電気
角で０゜とした場合、回転子導体に流れる電流は回転子
導体を還流し、たとえば電気角で１８０゜とした場合、
回転子導体に流れる電流は回転子コア間で回転子導体間
を連結した連結材を通じて流れることなどを詳説してい
る。

【００２４】さらに移相装置の構成については、固定子
を回動させるものや、固定子主巻線の結線の切り換えを
おこなうものなどを示しているが、本発明においては、
特に固定子主巻線の結線の切り換えをおこなって移相装
置を構成すると、前記電気角の０゜から１８０゜への切
り換えは瞬時におこなえるため同期速度への引き込みは
容易となる。また回転速度を検出するセンサ−と移相装
置の制御装置とを設けて連絡すると、同期速度への引き
込みが自動化できると共に、万一脱調した場合でも、回
転速度を検出するセンサ−の信号により即座に同期運転
から誘導電動機の運転に切り換えることが可能であり、
一般の同期電動機のように脱調から急激に停止すること
がなく事故防止が簡単にできるものとなる。

【００２５】図１により本発明の実施例を説明する。図
１に示すものは本発明の同期電動機の固定子と回転子の
巻線だけを抜きだしたものである。まず符号１は同期電
動機の固定子側を示し、符号２は同じく回転子側を示し
ている。

【００２６】まず固定子側１は、２個の固定子コア（省
略）のそれぞれに設けた、スタ−結線の第１主巻線３と
第２の主巻線４が並列に三相交流電源５に接続されてい
る。さらに固定子側１には２個の固定子コアのそれぞれ
に、ここでは単相の励磁巻線６，７を設けてあり、さら
にこの励磁巻線６，７をダイオ−ド８を介して直列に接
続してある。

【００２７】一方回転子側２は、２個の回転子コア（省
略）のそれぞれに回転子巻線９，１０を設け、この回転
子巻線９，１０を並列に接続すると共に、該回転子巻線
９，１０を並列に接続した接続点間にダイオ−ド１１，
１２が接続してある。

【００２８】さて固定子側１の主巻線４には、主巻線４
の各相の巻線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔの両端に巻線の極性を切
り換えるようにスイッチ１３，１４を設けて移相装置１
５を構成してある。

【００２９】ここで第１主巻線３に対峙する励磁巻線６
に誘起する電圧をＥ１とし、第２主巻線４に対峙する励
磁巻線７に誘起する電圧をＥ１^εｊθとする。また、第
１主巻線３に対峙する回転子巻線９に誘起する電圧をＥ
２とし、第２主巻線４に対峙する回転子巻線１０に誘起
する電圧をＥ２^εｊθとする。ここでのθは電圧の位相
差角である。

【００３０】以上のように各巻線を構成した本発明の同
期電動機の始動について説明する。第２主巻線４の移相
装置１５のスイッチ１３，１４をＡ側に投入し、第１主
巻線３、第２主巻線４を並列に電源５に投入する。この
場合、移相装置１５は作用していないのでθ＝０であ
る。また、励磁巻線６，７には回転磁界による電圧Ｅ
１，Ｅ１^εｊθが誘起しているが、同じく移相装置は作
用していないのでθ＝０であるからダイオ−ド８を通じ
ての環流電流は流れない。一方、回転子巻線９，１０に
は主巻線３，４の回転磁界による電圧Ｅ２，Ｅ２^εｊθ
が誘起しているが移相装置が作用していないのでθ＝０
であるから環流電流が流れ誘導電動機として始動する。
この場合、ダイオ−ド１１，１２の端子電圧は零である
からダイオ−ド１１，１２を通じて電流は流れない。

【００３１】次に同期への引き入れについて説明する。
第２主巻線４の移相装置１５のスイッチ１３，１４をＢ
側に投入し、第２主巻線４の極性を逆にして第１，第２
主巻線３，４を並列に電源５のＲ、Ｓ、Ｔに投入する。
こうすると位相差角θはθ＝１８０゜になる。励磁巻線
６，７に誘起する電圧はＥ１，Ｅ１^{εｊ１８０゜}となり
Ｅ１^{εｊ１８０゜}＝−Ｅ１になるので励磁巻線６，７に
はダイオ−ド８を通じて整流されて環流電流が流れ、こ
れによって静止磁界が作られる。同期速度になると主巻
線３，４の回転磁界による回転子巻線９，１０の誘起電
圧Ｅ２，Ｅ２^εｊθは共に零になるが、励磁巻線６，７
の作る静止磁界によって回転子巻線９，１０に電圧Ｅ
２，Ｅ２^{εｊ１８０°}を誘起し、この場合θ＝１８０゜
であるからＥ２^{εｊ１８０゜}＝−Ｅ２となって回転子巻
線９，１０には環流電流は流れず、ダイオ−ド１１，１
２を通じて整流された電流が回転子巻線９，１０に流
れ、回転子巻線９，１０は直流分で励磁されて磁極を形
成し、主巻線３，４の回転磁界との間にトルクを生じて
同期運転に至る。

【００３２】なお励磁巻線は３相でもよい。この場合ダ
イオ−ドは図２のように第１と第２の励磁巻線６，７を
ダイオ−ド１６，１７を介して直列に接続する。

【００３３】以上の構成から本発明による同期電動機
は、起動時には位相差角をθ＝０゜として従来の誘導電
動機と同様のトルク特性で行い、すべりＳがたとえばＳ
＝０．０５付近から移相装置のスイッチを切り換えて位
相差角をθ＝１８０゜として同期速度に移行して、同期
電動機のトルク特性で運転するものである。このような
構成から、本発明の同期電動機は起動機やブラシを必要
としないから、移相装置のスイッチを切り換えるだけと
いう、その構造や構成が簡単となるだけでなく、従来の
誘導電動機と同様のトルク特性で起動できるので重負荷
がかかったままでも起動から同期への移行が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の同期電動機の固定子と回転子の巻線部
分だけを抜きだして示した図である。

【図２】本発明の同期電動機に係る励磁巻線の別の実施
例を示した図である。

【符号の説明】

１ 固定子側 ２ 回転子側 ３ 第１の主巻線 ４ 第２の主巻線 ５ 三相交流電源 ６ 励磁巻線 ７ 励磁巻線 ８ ダイオ−ド ９ 回転子巻線 １０ 回転子巻線 １１ ダイオ−ド １２ ダイオ−ド １３ スイッチ １４ スイッチ １５ 移相装置 １６ ダイオ−ド １７ ダイオ−ド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設け
   た２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コアのそれ
   ぞれに回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続すると共
   に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接続した
   回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設した２
   個の固定子コアを有し、該２個の固定子コアのそれぞれ
   に、主巻線と励磁巻線とを設けると共に該２個の固定子
   コアの励磁巻線をダイオ−ドを介して直列に接続した２
   個の固定子と、該２個の固定子の主巻線のうち、一方の
   固定子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じ
   る回転磁界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子
   コアの周囲に生じる回転磁界との間に位相差を生じさせ
   る移相装置とにより構成したことを特徴とする同期電動
   機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の同期電動機であって、前
   記移相装置は２個の固定子のいずれか一方の固定子巻線
   の端子をスイッチで切り換えて電源に接続するようにし
   たことを特徴とする同期電動機。