JPS5941162A - かご形ロ−タのバ−間抵抗の測定装置 - Google Patents

かご形ロ−タのバ−間抵抗の測定装置

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JPS5941162A
JPS5941162A JP15034782A JP15034782A JPS5941162A JP S5941162 A JPS5941162 A JP S5941162A JP 15034782 A JP15034782 A JP 15034782A JP 15034782 A JP15034782 A JP 15034782A JP S5941162 A JPS5941162 A JP S5941162A
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JP
Japan
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stator
resistance
squirrel
bar
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JP15034782A
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Hiroshi Ikeda
弘 池田
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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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】 本発明は、かご形ロータのバー間抵抗を非接触で測定で
きるようにした装置に関する。
今後、モータの効率・信頼性向上のために漂遊損低減技
術の開発が重要と考えられる。とくに、かご形モータの
グイカストロータへのスコツl縁の導入は有効であり、
スロット絶縁の合理的な評価方法會確力することは、そ
の開発導入過程と製品品質管理段階を通じての要と言え
る。
スロット絶縁の評価にはバー間抵抗R9(Ω・m)の値
を用いるのだが、従来のバー間抵抗Rq の測定法では
実用上満足なものは見当らカい。
たとえばエンドリングのないロータについて、隣合うバ
ー間またはバーとコア間に大電流を流して、パー間電位
ま′fcはバーの対コア電位の測定結果からバー間抵抗
Bq を求める方法があるが、しかしこれはグイカスト
ロータにとっては明らかに破壊を意味しており、きわめ
て不便な手段である。
ここにおいて、本発明は、従来手段の問題点を克服し、
非破壊状態でのかご形ロータのバー間抵抗の測定装置を
提供することを、その目的とする。
本発明は、ステータとロータの電磁結合はもとより通常
のスロット絶縁を実施していないかご形ロータにおいて
、隣合うロータバー間に介在するティースを経て流れる
渦電流(バー)il ′Ifl、R,)の存在を考慮し
たときのモータ全体としての合成インピーダンスとそれ
に対応する等仙1回路と、さらにはかご形ロータへのス
ロット絶縁の適用効果ケ明らかにす為かと形ロータ渦電
流理論’(t−隔操、とじている。
ではそのかご形ロータ渦電流理論の概吸ヲ述べる。
かご形ロータの渦電流の解析は、 モデル設定→微分方程式→渦電流の解−ナステータから
みたロータの合成インピーダンス→等価回路の各段階を
踏んで実用段階に到達できる。
ここに、その過程を要約して記す。
ロータ表面モデル設定に際しては、 ■ 通常のスロット絶縁を施してないかど形ロータでは
隣合うロータバー間にティースを介して電、気的導通が
あり、それはバー間電流と呼ばれる渦電流の通路を形成
する。
■ 通常のスキニー付ロータでは、ステータ、ロータ両
起磁力(magneto motive force 
 以下略してmmfという)の存在下で空隙に生じる磁
界はロータ表面上の位置ごとにその大きさも位相も異な
る。
ひいては、 ◎ 系の状態量のすべてをロータ表旧上にとった座標面
での分布邪・とじて捉えておくことが解析に着手するに
あたって重要である。
などの点に留消すべきと考え、第1図のモデルを採用し
た。
第1図のロータモデル上に任意の表面要素音とり、ステ
ータmmfのν次の空間高調波(後記)を対象と17て
、そこでの電圧、電流、ステータロータ両巻線のmmf
およびギャップ磁界についてつぎのような方稈式を導い
た。
・・・・・・・・・・・・・・・(1式)%式% =jXmr(工。ε  −エノ  ・・・・・・・・・
(,2式]・・・・・・・・(3式) ただし、 I;はバー間電流密K(A/m)、 工はバー電流(A)、 テ。はバー電流に換算したステーク訂+ rn f成分
の電流(A)。
二はバーemf(起電力)/鉄心長(V/ITI八五g
翫へャップ磁束密度(T)、 gはギャップ長(m)・ g′は実効的空FI長(T11 )でgt== ko−
g(koはカーター係数)、 XmrはバーのFji)6fiリアクタンス/1、−心
−1”= (07m)。
dユはパーインピーダンス/v!−心(−3(07m)
、ゑ、はバー…Jイ/ピーダンス/&、−心ゼ(Ω・m
)。
第まロータスキニー率(raφ)、 しかして、 θ8 とすれば θ=νpθ8ただし、νはステータmmfの高鴫1波次
数である。
pはステータ巻線の椿対数、 Nl!  はロータスロット数、 である。
捷だ、境界条件と1.てエンドリングの宵、流Jと電圧
降下Vに対する関係式を用いた。
これらの方程式を解いてバー電流工、およびそれに対応
するバー間電流−の一般式を得て、結局、つぎのような
l相当りの合成インピーダンス2の一般式を得た。
ここで、 =oφ は/相あたυのステータ巻線のθmf(す、X
me  は単位鉄Ib長fりたりのステータの励磁リア
クタンス(Ω/m)、 SI、はν次高調波mmfに対す2)すべ()で、基本
波mmfに対するすベリを8とすればSv=/−ν(i
−8)である。
Uはステータのmπf成分によってロータバーの7本(
/相)あたりにイJi給さtする看1力で成分によるバ
ーθm f / f’Q心#(V/m)であり、esr
 ” jXmr”s       ・・・・・・・・・
(6弐)である。
第1図において、Xは軸方向の座標(m)、7は周方向
の座標(m)、100の矢印のブ7向はステータmmf
の移動方向であり、ロータ正較の方向であり、かつロー
タ上でのmmfの移動方向である。10/は紙面に対す
67テ一タmmfの正方向であり、/(:1.2はロー
タ(反作用)mmfの正方向を示す。なお、テ、のそれ
ぞれの添字1は左あるいはrは右をあられす。
合成インピーダンス2の一般式(弘式)は複素双曲線関
数ケ含んでいて、そのま\では計勢、するにしても等価
回路を求めてみても複雑で実用向きではないので近似を
採ることにした。
実用的なかご形モータでは、バー間インピーダンス妬が
=、→ωにあるので、これを近(j+の条件としたう 第2図には、合成インピーダンスの等価回路を示してい
る。
本理論はステータの各空間高調#m m fについて適
用できる。3相かご形モータのステータmmfの高調波
次敬νは次の数列に従っている。
+iq・・・(l土6m)     ・・・・・・・・
・(7式)ただし、符号はその高調波mmfの回転方向
に対応し、ν〉Oのときは基本波(ν=1)と同方向の
、ν〈Oのときは基本波に対して反対方向の回転磁界を
発生する。
したがって、すべての高調波を考慮に入itたときのモ
ータの等価回路は第2図に示した単一の高調波に関する
等価回路の群を直列に超−絖したものとなる。
第2図において、 XMS ” Xmel        ・・・・・・・
・・(g式うdν は、励磁リアクタンス(Ω)である。
xms”。LIln、       −、、、、、、、
、、(11式)%式%) は、インピーダンス換算係数である。
zL−2工1           ・・・・・・・・
・(13式)(=z lp sln” <a/z)  
   、−・−・・、、、(ltA式)RR。
艮、=ζq/1             ・・・・・
・・・・(/3式ンξ、=妬/弘5in2(δ/リ  
 ・・・・曲・(76式)%式% Wはターン/相、 をそれぞれ表わす。
次ニ、ダイカストロータへのスロット絶縁の適用効果に
ついての理論的考察を行なう。
かご形モータ7、J゛KW!極3相200 v 、 3
0Hz。
スキュー弁θ6=/301:サンプルとして、これにつ
いて以下のような検討を行なった。
(1)  ロータのバー間抵抗Rq(ΩXm)として次
の2つの場合を想定する。
 8 @  Rq ”” Ol(’J X ’(1’   (
Ωm )これを通常のスロット絶縁を施してない場合の
代表値とみなす。
■ R9)l×10  (Ωm) スロット絶縁を施した場合に対応する。
(,2)上記の条件のもとで漂遊損wstrayの特性
曲ill求め、スロット絶縁の有無での相互比較に供す
る。、この際、取扱い上の便宜を8mしてi:if? 
−、M″はすべて単位(per unit )法で表記
することにした。
第3図、第グ図は前記@、■の場合における洋遊トルク
、と漂遊損のすべりEIKI−4る特性曲線である。
第3図および第グヒ4の特性により、次σ)」つなこと
が言える。
■ 通常の運転領域(すべりS〈/)では漂遊スd”5
trayは山形(lW )のカーブk ’fi’7iき
、S = 0.2.!;〜0. Jの近くで最大となる
■ スロット絶縁が無い@の場合の漂遊損W8tra7
の最大値は定格出力のjチである。
これに対してスロット絶縁が有る■では、それはQ6チ
に激減する。
@ 漂遊トルクTstrayでも@、■での傾向は前項
とよく一致しておシ、 ■では定格トルクのはホ3Sチまでにわたる出力トルク
の低下という悪影響を受けるのに対して、■ではこの影
響もわずか(−!チ以内)である。
■ 定格運転の近く(すベリ8 = 0.03 )での
漂遊損”5trayを推定すると、 ■では定格出力のlt%であるの罠対して、■では0.
01 Llbに激減する。
■ このサンプルモータの定格運転時の損失は漂遊損”
5tray’に考慮しなければ、定格出力の72.jチ
(効率ざqチ)である。
したがって、前記の、Z、7%の漂遊損”etrayは
全損失の17チに達する。
以上を総合して、 ダイカストロータにスロット絶縁を適用すると、バー間
抵抗損金主要成分とする漂遊損の低減によシ、全損失の
15〜1%の損失低沖を期待できる。
同時に、上記に見合う漂遊トルクの低減も期待できる。
ということが理論的に明らかになった。
しかして、パー曲抵抗の測定原理はつぎのとおりである
バー間抵抗の測定原理を考察するにあたシ、前提条件と
してバー間インピーダンス2 におけるリアクタンス成
分は抵抗成分であるバー間抵抗Rqに比べて十分に小さ
いので、札=R1とみなすことにする。
ここで前述の等価回路(第2図)を応用すると要約して
下記のような測定摩理葡導くことができる。
の バー間抵抗R9を測定するということは、第2図の
等価回路のインピーダンス (’zc+R9/pe1n” (δ/す1/1)−(1
9式)を分離すること忙帰するO ■ 前項でさらに、 K=o  1.たがって(/−K)二18=l したが
って B=i ν のコ条件を追加すると等価回路シー第を図のように単純
になる。
この回路の合成インビーターンス zQkま、XMS(
ξV(α1)妬の関係を考慮してとなるから、合成イン
ビーダンスZQ V Ill定したとすれば励磁リアク
タンスxM8その他の量を既知として、未知g札ひいて
1?、求めるロータのノく−間抵抗Rq全分離できる。
■ K=oの条件よりスキー−角θ(電気角)に対して
ただちに次の条件式カー与えられる。
θ=λπn(2/式) 上式のnとしては任意の正整数を選ぶことカーできる。
前項■の等価回路(第5図)において、ステータ空間高
調波mmfに対応する励磁極数はλνpであり、その極
間隔θp(機械角)と0間にし1次の関係がある。
2νpθp =−2π       1°°−−(u式
〕また、機械角で表わしたスキー−角θ8と宙、気角で
示したスキー−角θとの間には次の関係力″−ある。
θ:、po8         ・・・・・・・・(2
3式)%式% ■−/  K=0の条件に対応す4)ものとして次の関
係式を得る・ この式はかご形ロータのノ(−間抵抗の?Ill+定に
おいて、被測定ロータを励磁するカ11定用ステータの
mh磁巻線の極間隔として、被測定ロータのスキー−角
に応じた最適の条件を与えるものである。
上記の理想的条件のもとでの)(−間抵抗の泪11定法
の実現を容易にするためには、さらに以下のような工夫
ヲ凝らしておくことも有用である。
■−2バー…j抵抗の測定の目的のためには、(3式)
のスキー−角θ8としてロータ単独でのスキー−角に限
定しなくてもよく、心壁ならば測定用ステータの磁極に
もスキー−?11−施しておいて、このスキー−角も含
めステータ磁極とロータバーとの間の相対的なスキー−
角を用いることができる。
この拡張解釈したスキニー角によれば、ロータ単独での
スキー−角がわずかな場合でも、測定用ステータ巻線の
極間隔全十分に大きくまた任意にとることができ、測定
用ステータの製作が容易となり検出感度が低下すること
もない。
ここで用いたスキー−角(機械角)は次の定義によって
いる。すなわち、スキニー角とはスロット両端の周方向
偏差に対する中心角である。相対的なスキー−角は単独
でのスキー−角どうしの代柁J和である。
この相対的なスキー−角θ8の説明図を第6図(aJ 
、 (b)に示す。
第6図(aJはロータ表面投影図、第6図(blは横誇
り1面投影図である。
60はロータの軸心、6/はロータ外周、6.2はステ
ータ界磁の中性点を述ねた中性線、63はステータ界磁
面M/極、点Aはロータバーlの一端でのロータバーl
と中性線62との交点、点Bはロータバーlのイ[オ端
、点Cはロータバー/の他端でのロータバーlと中性線
62の交点、糾1分DEはバー間隔、線分FGは極間隔
、機械角θ1はステータ極f)+J隔、θ8は相対的ス
キー−角でθ8=θ8s十θ8r、θefj””テーク
のスキ瓢−角、θ8rはロータのスキュー角である。
■−3測定用ステータは鉄心に多極巻線を施して構成す
るが、それは通常の中空円筒状鉄心を用いるものでなく
てもよく、円筒の円周全分割して得られるような片状の
鉄心を用いて構成してもよい。
次に本発明をその実施例について説明する。
第7図は被測定ロータの外観のIIJV示す斜親図、第
r図は本発明の一実施例の斜視図である。
70は被測定ロータ、7/は回転軸、10は測定用ステ
ータ、♂/は鉄心、ざ2は磁極、g3は励磁巻線である
この例ではロータバー72.ステータ磁% 12の両者
ともにスキー−角を設り女ものヶ示している。
第7図(al 、 (b) 、 (C1は実施例の構成
金示すブロック図である・ ぐは検出巻線、jは補助巻線、乙は変流器、7は交流用
電圧計1、♂は交流用電圧計、りは電力計、10はy流
電源、//は交流用あるいは直流用電、流訓、/2は交
流用あるいは直流用電源である。
これらの実施例のいずれも被測定ロータ7Qと測定用ス
テータざOおよび測定用ステータざOに接続されてロー
タとステータからなる系を励磁し、かつその系のインピ
ーダンスを測定する手段例えば変流器6、電流計7./
/、電圧計g、電力計り、電源10 、 /2等を設け
てなる測定回路の3つの要素から成っている。
第2図(al I (bl I (C1の実施1例は測
定用ステータざ0の巻線方式に従った区別を示すもので
、それぞれ、第り図(a)はステータざOに励G(巻線
ざ3のみを設けたもの。
第り図(bJはステータざOに励磁巻線g3と検出巻線
ψ全並設したもの、 第7図(CJはステータざOに励磁巻線g3と補助巻線
jを並設したもの、 を示している。これらの巻線の名称も前述に同じである
さら疋、他の実施例として励磁巻線ざ3.栓出巻#弘お
よび補助巻線jの王者を共に討けて構成すシ)こともで
きる。
これら実施例の測定装F’を用いると、被測定ロータ7
0のバー1’tjl抵抗Rq(Ωm)は次のような千1
「で分離測定することができる。
なお、言うまでもなくこの方法は先に述べた測定原理に
則っている。
また、簡明を期(するために、ここではに=0およびν
矢高調波mmfに対するすべりS、=/  の両条件が
成立しているものとして説明するが、このことは本発明
の適用範囲を限定するものではない。
第1ステツプ 被測定ロータ70と測定用ステータざOズトらなる系の
インピーダンス21.l(= R,+ jXs)を求メ
ル。
そのためには第2図(al 、 (t)l 、 (0)
の測定手段を用いて測定用ステータざOの励磁巻線lr
、?または検出巻線弘の端子電圧11f!(V)と励磁
巻線nの電流工、(A)およびこれらiと“〒1によっ
て系に供給される電力W(W)を測定したのち、 Z、 =−・・・・・・・・・・・・<B式)X8−石
γ]I     ・・・曲間・(27式)g の関係式を用いると、インピーダンス札の絶対値z6 
およびその抵抗弁R8やリアクタンス分X8  を算定
することができる。
第1ステツプ インピーダンスzs  よりバー間抵抗Rq の大小に
よって直接に影響を受ける成分Rf分離する。
ここにいう成分Rとは第3図で示した合成インピーダン
スの近似式 の抵抗成分、すなわち第2項であって ただし を意味している。
そしてこのRを求める手順は、第1ステツプの測定にお
いて電圧Eとして測定用ステータの励bB巻線t3また
は検出巻線≠のいずれの電圧ケ用いるかによって、次の
ように−とネジに分かれる。
その−・検出巻線μの電圧を用いる場合これは第り図(
blのように構成する実施例の場合に対応している。こ
の場合の電圧iと電流工1は、おのおの第5図の等節回
路上で用いた電圧i8φと電流1 、に一致するので、
測定した系のインピーダンス札も等価回路の合成インピ
ーダンス校に一致する。
したがってこの場合の抵抗RはR= R8として直ちに
求めることができる。
その二・励磁巻線t3の電圧を用いる場合これは第り図
(a) 、 (CJのように構成する場合に対応する。
この場合は電流〒、は前述と同様に電流さきの電圧E8
φに対して励磁巻線ざ3のもれインピーダンス(r +
 jx )による電、圧降下を加算したものとなってい
る。
したがってこの場合、前項で測定した抵抗R6にはここ
で求める抵抗Rに励磁巻#i!ざ3の抵抗rが加賀され
ていることになるので、この点全考慮し抵抗rの測定値
を用いて R=R8−r         ・・・・・・・・・・
・・(,70式〕として求める。
第3ステツプ 前項のRからバー間抵抗R,ヲ分離する。
前出のRと(および艮、とRqの間の関係式を用いると
バー間抵抗Rqは次式によってX定することができる。
ただし、右辺のRを除く詫量はさきに述べたかご形ロー
タ渦電流理論で既出するものであるが、これをここにま
とめて定義するとつぎのようになる。
δは、ロータバー間の位相差(電、気角)で、被測定ロ
ータのスロット数を馬、測定用ステータの極間隔をθp
(rad)とすれば、 で与えられる。
1はステータ鉄心が実質的にロータ鉄Iシ・と対面する
軸方向長さくm)である。
α1はステータ磁極ざ2とロータバーlとの相対的なス
キー−角θF3(機械角)f:電気角に置換したもので
、極間隔θpC用いると、 a 1 = −−θ8(rsLd)   =−(33式
)%式% xM8は測定用ステータざ0の励磁リアクタンス(Ω)
である。
ξ1は被測定ロータ70のスロツ) fit、 Nt 
と測定用ステータ10の巻線方式カニら決捷るインピー
ダンス換算係数である。
こわら諸量は別途に測定または算定することができるの
で、上記のRqの算定においては既知量として取扱って
いる。
〃・<シて本発明によれば、多極励磁巻線を施したステ
ータ全用意し、これに被測定用のロータを組込んだ後、
ステータから交流励磁を加えてそのときのインピーダン
スを測定し、ロータを非破壊でバー間抵抗Rqの測定が
可能となシ、モータの効率・信頼性向上に資するところ
が太きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は被1il定ローメ表面モデル図、第2図はロー
タとステータの合成インピーダンスと等価回路図、第3
図、第弘図はダイカストロータのスロット絶縁の無、有
の条件での即位法で表記した漂遊トルクTat□アと漂
遊損Wstrayのスリップ特性曲線図、第5図は第2
図でに=0 、 S 、=/のときの等価回路図、第2
図は相対的スキー−角θ8の説明図、第7図は被測定ロ
ータの外観斜ネアM、第2図は本発明の一実施例の斜親
図、第り図(a)。 (1)) 、 (01は実施例の構成を示すブロック図
である。 l・・・ロータバー、コ・・・ロータ911;心、3・
・・ロータエンドリング、μ・・・検出巻線、j・・・
補助巻線、6・・・変流器、7・・・交流用電流計、♂
・・・交流用電圧計、り・・・電力計、10・・・交流
電源、l/・・・交流用あるいは直流用電流計、lコ・
・・交流用あるいは「■流用電源、10・・・ロータの
軸心、6/・・・ロータ外周、記・・・ステータ界磁の
中性点を連ねた中性線、63・・・界磁ごとのステータ
界磁面積、70・・・被測定ロータ、7/・・・回転軸
、ざO・・・測定用ステータ、t/・・・ステータC(
心、l・・・磁極、13・・・励磁巻線。 出願人代理人   猪  股    清第2図 箆3図 兜6図 ((1)           (b)ロータ表面段形
図 第7図 /7/)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 /、かご形モータのかご形ロータのバー間抵抗を測定す
    る装置において、 前記かご形ロータの外周罠空隙を隔てて゛配置され、少
    なくともl対の磁極をもち、かご形ロータバーとステー
    タ磁極との相対的スキー−角θ8 と極間隔θ、との関
    係がθ、=θ8/2nただし、nは正の整数であるとな
    るように構成された測定用のステータと、 前記測定用ステータ磁極に巻回された巻線の電気的諸量
    から前記かと形ロータと前記測定用ステータからなる系
    のインピーダンスレヲ求めるインピーダンス測定手段と
    金備え。 このインピーダンス測定手段の出力信号から前記かと形
    ロータのバー間抵抗Rqヲ演算導出するようにしたこと
    を特徴とするかご形ロータのバー間抵抗の測定装置。 2前記巻線が交流励磁巻線であって、その交流励磁電力
    からインピーダンス測定手段めることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のかご形ロータのバー間抵抗の測
    定装置。 3、前記巻線が交流励磁巻線および検出巻線であって、
    その検出巻線の発生する電圧と前記交流励磁巻線に流れ
    る電流とによって求めらtする電力から前記インピーダ
    ンスZ11に求めることを特徴とする請求 ロータのバー間枳抗の測定装置゜。 弦前記巻紐が前記交流励磁巻路;とこの交流励磁巻線の
    つくる磁界に重畳する磁界全力えろ補助巻線とから構成
    されたことを特徴とする特許請求の範囲第/項記載の力
    ・ご形ロータのバー間MS抗の測定装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61261701A (ja) * 1985-05-13 1986-11-19 ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング コンパニ− 方向性像を含む透明シ−ト

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61261701A (ja) * 1985-05-13 1986-11-19 ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング コンパニ− 方向性像を含む透明シ−ト

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