JPH08205495A - 自己始動形同期電動機 - Google Patents

自己始動形同期電動機

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JPH08205495A
JPH08205495A JP2753795A JP2753795A JPH08205495A JP H08205495 A JPH08205495 A JP H08205495A JP 2753795 A JP2753795 A JP 2753795A JP 2753795 A JP2753795 A JP 2753795A JP H08205495 A JPH08205495 A JP H08205495A
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JP
Japan
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starting
short
winding
synchronous motor
self
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Pending
Application number
JP2753795A
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English (en)
Inventor
Akihide Mashita
明秀 真下
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH08205495A publication Critical patent/JPH08205495A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】始動時の始動巻線の温度上昇の均一化を達成で
きる構造が簡単な自己始動形同期電動機の始動巻線を提
供することにある。 【構成】両端部を短絡リング2で短絡されている各始動
巻線3の中央部に、これらの始動巻線3に流れる電流に
より生成する発熱を伝達させる熱良導性の大きい熱短絡
リング1を短絡接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、かご形の始動巻線と
する自己始動形同期電動機の始動巻線の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図4及び図5は従来の4極の自己始動方
式の円筒界磁形同期電動機の部分機断面図を示すもの
で、図4は始動巻線を有する界磁極の部分断面図、図5
は始動巻線の構成図である。さて、同期電電機の始動方
式は、電動機始動方式と自己始動方式の二つに大別され
る。前者の電動機始動方法は同期調相機のような大容量
機に使用される始動法であり、電動機に直結された誘導
電動機や誘導同期電動機等の始動電動機によって回転速
度を上げ、主同期電動機を発電機として母線と平行運転
に入れた後、始動電動機を電源より切り離す方法であ
る。一方、後者の自己始動方式は、電動機自身の始動ト
ルクにより始動する方法で、かご形巻線の誘導電動機と
同様に回転子の回転界磁極の頭部の表面近くに制動巻線
を施し、これを始動巻線として利用するものであり、界
磁巻線に励磁を与えずに電機子巻線に電源電圧を加え
て、誘導電動機として始動し、その後同期運転をする方
式である。
【0003】前記した界磁極の頭部に設けた始動巻線に
よる同期電動機の自己始動方式には、多極低速度の場合
には始めから同期電動機の定格電圧に等しい線間電圧を
直接加える全電圧始動法を採用される場合もあるが、始
動時に非常に大きな始動電流が流れるので、通常は始動
変圧器,始動補償器等を用いて電圧を下げ、電流を制限
ながら始動する低電圧始動法が行わる。
【0004】図4に示す同期電動機の回転子である回転
子軸41に設けられた界磁極4は、前記したように巻線
形誘導電動機の回転子と同様に界磁巻線8を備えた円筒
形積層鉄心構造を有するもので、図には界磁極の一極分
を示してある。この界磁極4の頭部の表面近くには、軸
方向に貫通して設けられた複数のスロット内に、図5に
示す棒状の始動巻線30が装着されている。この始動巻
線30は両端部を短絡リング2で短絡されており、界磁
極4の方向の直軸始動巻線31と、この始動巻線31と
電気角で90度差の横軸始動巻線32とで構成されてい
る。この始動巻線30の材質により同期電動機のトルク
特性が変わるので、大きな始動トルクを要する場合には
黄銅製を用い、運転の安定度を重視する場合には制動力
を大きくするために銅製の始動巻線が使用される。ま
た、界磁巻線8は一種の二次巻線を構成するものである
から、始動の際にはこの界磁巻線8にも電圧が誘起され
るためにトルクが発生する、従ってこの界磁巻線8に電
流が流れないように開放して始動すると、巻線が多いた
めに図示しない電機子コイルの回転磁束により高電圧が
発生して、界磁巻線8の相間絶縁を破壊する虞があるの
で、一般には巻線を分割して開放するか、又は界磁巻線
8に放電抵抗を直列にし、短絡して始動するようにして
いる。
【0005】ところで、同期電動機の電機子コイルに電
源電圧を印加して、回転子である界磁極4を駆動する始
動初期の段階で、電機子コイルの磁束により誘起する始
動巻線30の電流は、前記した界磁巻線8に誘起される
磁束による磁気シールド効果により、図4の直軸始動巻
線31の電流を小さくするように作用するので、結果的
に横軸始動巻線32に流れる電流が大きくなる。この始
動巻線30の部分的な電流の偏在は、各始動巻線30の
温度上昇が均等でなくなり熱的に不均一な部分を生ずる
ことになり、界磁極4に部分的に熱応力が発生して機械
的なストレスが加わわることと、かつ始動特性に悪影響
を与える。このために、従来は各始動巻線30の温度上
昇を同一とするために、例えば電流が偏在する横軸始動
巻線32の材質の導電率を直軸始動巻線31の材質のも
のより大きくし電流の偏在を緩和し、更に断面積を大き
くして熱容量の大きい始動巻線30とする対策が講じら
れていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来の始動巻
線30間の誘起電流の偏在を緩和して温度上昇の均一化
を図るためには、対象とする巻線構造を勘案して最適条
件を計算により設定する必要があり、その巻線構成の設
定作業には非常に時間を要するという問題があった。更
に、この方法では、その前提となる始動条件が全て同一
であることを前提にして計算により設定できるものであ
り、電動機構造あるいは運転条件により始動時の反抗ト
ルクや、GD2 特性が相違したり、印加する電源電圧が
所定の値でない場合には、その都度各始動巻線30の導
電率及び断面形状等を計算し、決定しなければならず、
目的とする始動巻線30を有する同期電動機を設計及び
製造する作業に多大の時間がかかるという問題があり、
また、前記した巻線構成は全ての電動機に対処するのは
限界があり、その改善が求められているという課題があ
った。
【0007】この発明の目的は、前記の課題を解決した
設計及び製造作業工数が少なく、簡易な構造で始動巻線
間の始動時の温度上昇の均一化を達成できる始動巻線を
有する自己始動形同期電動機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、回転子の回転子軸に取付けられた
界磁極頭部に軸方向に貫通して配された複数のスロット
部に装着してそれらの両端部を短絡リングで短絡した始
動巻線を有する自己始動形同期電動機において、短絡リ
ング間の始動巻線にそれぞれの始動巻線を熱短絡する熱
良導体からなる熱短絡リングを設けたこととする。
【0009】そして、前記始動巻線を熱短絡する熱短絡
リングを界磁極を構成する積層鉄心間の通風ダクトに設
けるようにするのがよい。
【0010】また、始動巻線を中空形状として、この中
空部に作動液を封入したヒートパイプ構成とするように
すれば更に好適である。
【0011】
【作用】この発明は、前記したように自己始動形同期電
動機の始動初期において、界磁巻線による磁気シールド
効果が生ずる場合には横軸始動巻線に電流が偏在するの
は避けることができないが、この電流の偏在による始動
時の始動巻線間の温度上昇の不均一を解消するために、
各横軸又は直軸の始動巻線の構成を従来のように変えて
行うのではなく、各始動巻線を熱伝導の大きい熱短絡リ
ングで熱短絡接続することにより、熱短絡リングへの熱
伝達及び熱短絡リングを介しての各始動巻線間の熱の授
受をさせることにより温度の均一化を図ろうとするもの
である。このような始動巻線構造とすることにより、従
来の前記した各始動巻線の構成を設定するために多大の
時間を要していたのを解消できるとともに、熱短絡リン
グを具備することにより熱容量の増大を図ることができ
る。
【0012】また、前記した熱短絡リングは界磁極の軸
方向の積層鉄心間の通風ダクトの空隙部を利用して配す
ることができる。
【0013】更に、この始動巻線の構成をヒートパイプ
とすることにより、始動巻線間に設けた熱短絡リングへ
の熱伝達効率が上がり、熱短絡リング間の始動巻線の中
央部に発熱部が局在化するのを回避することができ、始
動巻線の温度の均一化を更に向上させることが可能とな
る。
【0014】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1〜図2はこの発明の第1の実施例になる自己始動形
同期電動機の始動巻線を示すものであり、図1は始動巻
線の部分構成図、図2は界磁極に設置した部分斜視図で
ある。図1の始動巻線3は、従来の各始動巻線30(図
5参照)の軸方向の短絡リング2間の中央部に複数の熱
短絡リング1を設けたものである。この熱短絡リングは
熱伝導の良好な銅材で各始動巻線3にロウ付けで接続し
ている。また、回転子の界磁極4への配置は、図2に示
すように界磁極4を構成する積層鉄心の通風ダクト5
に、前記したように界磁極8の頭部の軸方向に貫通して
設けられたスロット部に貫挿して配され、それらの両端
部を短絡リングで短絡して構成された各始動巻線3を前
記したようにロウ付けして短絡接続するように熱短絡リ
グ1が配置されている。この界磁極4の通風ダクト5に
配される熱短絡リング1の両側端面は、通風ダクト5と
間隙を設けてあり、この間隙部を通して電動機本体を冷
却する冷却風が通風できるようにしている。また、これ
により電動機の運転時においても熱短絡リング1を冷却
可能にしている。
【0015】ところで、上記した熱短絡リング1で熱短
絡された始動巻線3を配した自己始動形同期電動機にお
いて、熱短絡リング1を前記した銅材等の導電率の大き
い良伝導体を使用した場合には、図1及び図2に示した
ように界磁極4の軸方向に直線状にスロットを設けた巻
線配置では、始動巻線3の両端部の短絡リング2間に誘
起される誘起電圧をVとして、界磁極4の軸方向に設け
た熱短絡リング1を(n−1 )箇所設けたとすると、各
熱短絡リング1間の始動巻線3に誘起される電圧はV/
nとなり、かつ軸方向の各始動巻線3についても同様で
あるので熱短絡リグ1には電流が流れることはない。
【0016】しかしながら、界磁極4のスロットによる
高調波の生成等を低減するためにスロットの軸を軸方向
に斜めになるように斜めスロット(Skewed Slot)を配す
る場合には、各熱短絡リング1間の始動巻線3に誘起さ
れる誘起電圧は異なり、このため熱短絡リング1に流れ
る始動巻線3からの電流により、熱短絡リング1の発熱
が懸念される。即ち、軸方向に対する斜めスロット角を
θとすると、前記したように短絡リング2間の誘起電圧
をvとし、(n−1 )箇所の熱短絡リング1を設けた場
合の軸方向からi番と(i−1 )番目の熱短絡リング1
間の誘起電圧差は、起磁力中心位置に対する始動巻線3
の相対位置を電気角αであらわすと、v/n{sin
〔θ/n× (i+1)+α〕−sin〔θ/n×i+
α〕}となり、この電位差に比例した電流が前記熱短絡
リング1に流れることになる。しかし、一般に斜めスロ
ット角θは5〜10度程度と小さく、熱短絡リング1に
流れる電流は少ない。例えば熱短絡リング1の設置個数
n=3、斜めスロット角θ=8とすると、上記の式より
熱短絡リング1に流れる電流は始動巻線の電流最大値の
1.6 %程度となり、この電流による熱短絡リング1自体
の発熱は殆どなく、斜めスロットの採用による影響はな
いとものと見做せる。
【0017】図3にこの発明の第2の実施例の始動巻線
の部分断面図を示す。この発明の前記第1の実施例と異
なるところは、熱短絡リング1を設けた始動巻線3(図
2参照)をヒートパイプ構成としたことにある。即ち、
前記したこの発明の第1の実施例での図2に示す始動巻
線3の軸方向に熱短絡リング1を設ける構成において、
始動巻線3の温度上昇時で発熱部の熱短絡リング1への
熱伝達がスムーズにいかない場合には、熱短絡リング1
間の各始動巻線3に熱アンバランスによる温度差が発生
するので、始動巻線10を図3に示すように始動巻線を
構成する導体6の軸方向に中空部7を有する構成とし
て、この中空部にウイックと少量の作動液11を封入す
る構成にしたものである。
【0018】このように構成した始動巻線10を前記し
た第1の実施例と同様に、各始動巻線10を熱短絡する
熱短絡リング1で熱短絡することにより、始動巻線10
を発熱部とし、熱短絡リング1を受熱部としたヒートパ
イプ構造とすることができ、始動巻線10の中空部7内
に封入された作動液11の移動により温度上昇した始動
巻線10の熱を効率よく熱短絡リング1へ伝達すること
が可能となり、発熱部が局在化するのを回避することが
できる。また、前記したヒートパイプからなる各始動巻
線10を熱短絡している熱短絡リング1を冷却するよう
にすれば、更に始動巻線10の発熱の低減が可能とな
る。
【0019】
【発明の効果】以上のように、この発明においては、始
動巻線を有する自己始動形同期電動機において、両端部
の短絡リング間の始動巻線にそれらを熱短絡する熱良導
体からなる熱短絡リングを設けるようにした。これによ
り従来のように始動時の始動巻線の電流の偏在を低減し
て、かつ温度上昇を均一化するための始動巻線の導電率
及び断面積を変えるという複雑な構成を採用しなくても
各始動巻線の温度上昇の均一化が可能となり、前記の従
来法での条件設定のために多大の時間を要していたのを
解消することができる。また、この発明の始動巻線は、
熱短絡リングを具備することにより熱容量の増大を図る
ことができるので、始動時の始動巻線の温度上昇に裕度
ができ、重負荷の機器にも耐える構成とすることができ
るという利点もある。また、前記熱短絡リングを界磁極
の通風ダクトに各始動巻線を短絡して設けるように構成
すれば界磁極の構造を変えることなしに容易に設置でき
る。
【0020】更に、この始動巻線の構成をヒートパイプ
構成とすることにより、始動巻線間に設けた熱短絡リン
グへの熱伝達効率が上がり、始動巻線の温度の均一化を
更に向上させ、かつ始動特性をも向上させた自己始動形
同期電動機とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示すの始動巻線の部
分構成図である。
【図2】図1の始動巻線を界磁極に設置した部分斜視図
である。
【図3】この発明の第2の実施例を示す始動巻線の部分
断面図である。
【図4】従来の4極の自己始動形の円筒界磁形同期電動
機の界磁極の部分断面図である。
【図5】図4の始動巻線の構成図である。
【符号の説明】
1 熱短絡リング 2 短絡リング 3 始動巻線 4 界磁極 5 通風ダクト 6 導体 7 中空部 10 始動巻線 11 作動液

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転子の回転子軸に取付けられた界磁極頭
    部の軸方向に貫通して配された複数のスロット部に装着
    してそれぞれの両端部を短絡リングで短絡した始動巻線
    を有する自己始動形同期電動機において、短絡リング間
    の始動巻線にそれぞれの始動巻線を熱短絡する熱良導体
    からなる熱短絡リングを設けたことを特徴とする自己始
    動形同期電動機。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の自己始動形同期電動機に
    おいて、始動巻線を熱短絡する熱短絡リングを界磁極を
    構成する積層鉄心間の通風ダクトに設けたことを特徴と
    する自己始動形同期電動機。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の自己始動形同期電動機に
    おいて、始動巻線を中空形状として、この中空部に作動
    液を封入したヒートパイプ構成とすることを特徴とする
    自己始動形同期電動機。
JP2753795A 1995-01-24 1995-01-24 自己始動形同期電動機 Pending JPH08205495A (ja)

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