JPS61266094A - 回転電気機械装置の構造 - 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】 本発明は同期機構造をした回転電気機械の装置に関する
ものである。固定子に電機子巻線を設け回転子に界磁巻
線を設ける。一般的に本発明は同期電動機の装置に関係
するものであるが、次に示す何れかの場合に関係するも
のとする。

（１）同期電動機の構造をブラシレス構造とし而も励磁
機を省略した構造として運転駆動せしめるもの。

（２）上記（１）の構造を保ちながら、始動時に電動機
を誘導機接続で大きい始動トルクを簡単に得るように運
転駆動せしめるもの （３）上記（１）の構造を保ちながら、電動機の速度を
確実容易に制御し運転駆動せしめるもの（４）上記（１
）の構造を保ちながら、電動機の速度を確実容易に制御
し、而も負荷駆動に際し出しうるトルクを定格内で最高
の点迄可能ならしめ運転駆動せしめるもの 同期発電機をブラシレス構造とし、而も励磁機をなくす
るため、本発明者自身の発明として昭和５７年特許願第
４９７１２号や昭和５７年特許願第２１７６２５号があ
り、昭和６０年特許願第１５０４５号及び昭和６０年特
許願第２２３００号がある。これらの発明では同期機本
体を励磁機としても使うもので、同期機本体の固定子に
設けた電機子巻線に流す負荷電流によつて造られる磁極
の極数と、電機子巻線又は励磁巻線に流す励磁電流によ
つて造られる磁極の極数との関係を１対２又は２対１と
し、これに対応して回転子に励磁巻線部と界磁巻線部を
設けて、その磁極数をそれぞれ固定子の巻線の磁極数に
対応させる。このようにして同一磁極数の固定子巻線と
回転子巻線とを電磁的に結合させ、磁気回路を兼用した
回転電気機械を簡略にブラシレス構造に造りあげるので
ある。

然し、本発明は始めに述べたように同期電動機の場合を
対象にしており、同期発電機を対象とした従来の上記の
場合と若干内容を異にするものである。

例えばサイリスタモーターにおいて、電動機構造をブラ
シレスにして而も励磁機なし構造にし、これを簡略な構
造で効率高く運転駆動せしめるためには同期発電機に対
して実施された発明とは若干異なる新しい発明を必要と
する。又、サイリスタモーターに限らず、同期電動機を
ブラシレスとし、而も励磁機なし構造にし、而も始動時
に始動トルクを出させることは極めて重要なことであつ
て、それ自身新しい発明を必要とする。更に一般的に同
期電動機をブラシレスとし、而も励磁機なし構造とし、
且つ電動機のトルクを電動機容量内で最高に使うことも
重要であり、これにも新しい発明要素を必要とする。

以上のように考えた場合、本発明は同期電動機をブラシ
レスとし、而も励磁機なし構造として、これを具体的に
使つてゆく場合に、（ａ）周波数変換装置を用いて速度
制御する場合及び周波数変換装置を用いずに単なる一定
速度に保つ場合の如何に拘わらず、その始動時の始動ト
ルクを大きいトルクとして簡単に得ることを目的とし、
又別に（ｂ）電動機速度を確実容易に制御し、更にその
上に（ｃ）電動機速度を確実容易に制御しながら負荷駆
動に際し出しうるトルクをその電動機の定格容量内で最
大に出すことを目的とし、それに加えて（ｄ）装置全体
の効率を高く保ちながら運転駆動しうることを目的とす
るものである。

以上述べた目的を達成せしめるため、本発明では具体的
な本発明実施接続図例である第１図に示されるように、
電機子巻線１に外部接続電線２と接続する外部接続端子
ＵＶＷと電機子巻線相互間を接続する相互間接続端子ｕ
１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２を設け、一方上記外
部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗに対し外部電源端子３より上記外
部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗへ周波数変換装置４を経て電力を
供給するように接続し、他方外部電源端子３より上記周
波数変換装置４を通さずに、これとは並列的に上記相互
間接続端子５、６へ励磁電流を供給するように配列し、
上記電機子巻線１に周波数の異なる電流を同時に長すよ
うに配列して回転子１４に界磁極１７を、固定子７に電
機子巻線１を設けるように配列するのである。第１図で
は電機子巻線１は二重星形接続に近い巻線接続をなし、
三相の巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗを頂点とし、各相はそれぞれ
二重にｕ相、ｖ相、ｗ相を形成する巻線８、９と１０、
１１と１２、１３から成る。上記外部電源端子３より相
互間接続端子５、６に到る間に第１図では制御素子付き
整流器１５と、コンデンサー１６が接続される。制御素
子付き整流器１５は制御装置１８によりその励磁電流の
■入量を制御しうる。制御素子付き整流器１５は必らず
しもこのように制御しうるものばかりではなく、通常の
ダイオード形の整流器であつても良い。このような整流
器１５の直流側端子を二重星形接続の電機子巻線１の二
つの中性点５、６に接続する。このようにすれば、電機
子巻線１は励磁巻線部としても作動することになる。す
なわち、Ｕ、Ｖ、Ｗなる三相端子へ外部電源より黒色矢
印のような瞬時電流を流すとき、１は負荷電流を流す通
常の電機子巻線として働らくが、二つの中性点５、６か
ら中空矢印の直流電流を入れ込む時、１は励磁巻線とし
て働らくことになる。第１図における電機子巻線１の接
続の一例を第４図に示す。第４図においても黒色矢印は
負荷電流の瞬時の流れの方向を示し、中空矢印は直流励
磁電流の方向を示す。又第１図の固定子電機子巻線１の
それぞれの端子Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、
Ｗ１、Ｗ２に対応して第４図の同符号端子が使われる。

第１図の固定子電機子巻線１の中性点５と６に対して接
続される電機子巻線１の順序は次のようになる。すなわ
ち、一方の中性点５に対してはｕ１とｖ１とｗ１が接続
されないで、その中のｖ１の代りにｖ２が接続され、結
局ｕ１とｖ２とｗ１が接続され、他方の中性点６に対し
てはｕ２とｖ２とｗ２の中ｖ２の代りにｖ１が接続され
、ｕ２とｖ１とｗ２とが接続される。これは第４図にお
いても判るように三相星形が二組配列される巻線接続の
中、その一相が互いに逆の中性点に接続されることにな
る。

第１図や第４図に示された直流励磁電流によつて造られ
る磁極が強く造られるようにするためである。第１図で
電機子巻線１の中、８、１０、１２で一つの星形接続の
順にあり、９、１１、１３で他の一つの星形接続順に配
列される。

第１図において回転子１４には回転子巻線１７と回転整
流器１９が設けられている。回転子巻線１７はその接続
が固定子の電機子巻線接続と類似している。固定子電機
子巻線１と回転子巻線１７を対応させると、Ｕ−Ｘ、Ｖ
−Ｙ、Ｗ−Ｚであり、ｕ１−ｘ１、ｕ２−ｘ２、ｖ１−
ｙ１、ｖ２−ｙ２、ｗ１−ｚ１、ｗ２−ｚ２が対応関係
にある。電機子巻線８−９−１０−１１−１２−１３に
対応して回転子巻線２７−２８−２９−３０−３１−３
２がある。このようにして回転子巻線の１７は固定子電
機子巻線１と同様の巻線接続関係にある。交流三相巻線
のＸＹＺ相がそれぞれ各相二重星形となり、中性点３２
、３３に対して、三相の中、一相だけ互いに逆の中性点
と接続されるのである。回転子整流器１９の交流側端子
を回転子巻線１７の外側端子Ｘ、Ｙ、Ｚに接続し、回転
子整流器１９の直流側端子を回転子巻線１７の二つの中
性点３４と３３の間に接続する。

以上のように接続した場合、交流電源端子３よりコンデ
ンサー１６、整流器１５を経て固定子電機子巻線１の中
性点端子５、６へ中空矢印のような方向の直流励磁電流
を通した場合、例えば８極の磁極を造るとする。これは
大略固定磁界であるが、これに対応して回転子には中空
矢印で示すような交流電圧を誘起するが、この交流電圧
を回転整流器１９が受けて、その直流側端子から二つの
中性点３４、３３を通して回転子巻線１７に流した電流
を黒色矢印で示す。この黒色矢印の直流電流で造られる
磁極は前記の８極に対して４極のように、黒色矢印によ
つて示される電流で造られる磁極数と白色すなわち空白
矢印によつて示される電流で造られる磁極数との関係は
相互に２対１か１対２である。黒色矢印の直流電流で造
られる磁極を４極とし、空白矢印で示される電流で造ら
れる磁極数を８極とし、これらが固定子電機子巻線１の
中を流れる二種類の電流が対応することも考え得る。す
なわち固定子電機子巻線１の中を流れる黒色矢印で示さ
れる電流で造られる磁極数はその場合４極となり、空白
矢印で示される電流で造られる磁極数は８極となる。こ
のようにして第１図では固定子電機子巻線１にも回転子
巻線１７にも二種類の電流が流れることになる。その場
合、固定子の電機子巻線に励磁電流を空白矢印の電流の
ように流して８極磁界が造られる時、その８極磁界を回
転子巻線１７が切ることによつて８極の交流電圧が発生
し、その電圧が整流器１９を通して中性点３２、３３間
に加えられる。それにより回転子巻線１７に界磁電流が
流れて、４極の界磁極が造られることになる。この４極
界磁極と電機子巻線１との間に４極電動機が形成される
。このようにして回転子巻線１７が回転子励磁巻線と界
磁巻線を兼用することになる。第１図では固定子電機子
巻線１と回転子巻線１７の間で電動機本体と励磁機とし
た場合の磁気回路が兼用されることになるが、このよう
に磁気回路を兼用した時、同極数の磁極を形成する巻線
間のみ電磁的誘導作用が働らき、異極数の磁極を形成す
る巻線間には電磁的誘導作用が働らかないことが考え方
の基本にある。而も本発明で重要なことは第１図から判
るように、一定周波数の交流電源３から周波数変換装置
を介さずに単に整流器１５を経て、その直流側端子から
直流励磁電流を電機子巻線に輿える一方、周波数変換装
置４を通して電機子巻線１の外部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗを
経て電機子巻線１に輿えられる交流の周波数は広範囲に
変化していると云うことで、交流の周波数を変えても、
上述の関係すなわち、同極数の磁極を形成する巻線間の
み電磁的誘導作用が働らき、異極数の磁極を形成する巻
線間には相互に電磁的誘導作用が働らかないことが基本
的考えとなつている。

第１図ではサイリスタモーターとしての制御図路が示さ
れている。すなわち回転子の軸Ｎに設けられた位置検出
装置３５の検出機構に合わせてゲート制御回路２０が動
作し、それによつて周波数変換装置４のインバーター部
分２１の制御素子付き整流器２１のゲートを制御するこ
とになる。周波数変換装置４はこのインバーター部分２
１とコンバーター部分２２及びインダフタンス２３より
成る。コンバーター部分２２の制御素子付き整流器は位
相制御回路２４により制御されるが、その位相制御は回
転子の回転速度を変換した速度変換装置２５を基準速度
変換装置２６と比較した誤差値によつておこなわれる。

第１図はこの基準速度変換装置２６の設定値を変えて位
相制御回路２４を制御し、それによりコンバーター部分
２２の位相制御をおこない、インバーター２１の入力電
圧を制御して電動機の速度を制御する。このようなサイ
リスターモーターにおいて問題があるのは始動時である
。始動時には第１図の場合、整流器１５から中性点の二
端子５と６へ直流電圧を加えることなく、むしろ短絡ス
イツチ１２７を閉ぢ、整流器１５の直流回路を開く１２
８のスイツチで整流器１５の直流側電圧が中性点の５と
６の間に加えられないようにする。このように固定子電
機子巻線の操作によつて回転子巻線１７は空白矢印の電
流がなくなり、回転子巻線には端子Ｘ、Ｙ、Ｚの中を循
還して回流するような電流が流れることになる。これは
固定子の電機子巻線１に流れる電流に対応して巻線形誘
導電動機の回転子巻線と同様の作用をするものと考えら
れる。このようにすれば始動時には始動トルクが得られ
、停止より低速度まで、この接続で運転することが出来
、或３低速度の状態として、再び短絡スイツチ１２７を
開き、スイツチ１２８を閉ぢ、サイリスタモーターとし
ての作動をなすことが出来る。第５図は第１図の回転子
に設けられた回転子巻線と回転整流器において短絡スイ
ツチ１２７を閉じ、スイツチ１２８を開き、始動用トラ
ンス（第１図には示されず、後に図示する）を用いて、
誘導機始動する場合の回転子巻線２７、２８、２９、３
０、３１、３２に流れる電流の状態が示される。その時
の電流は瞬時的に矢印の方向で示されるように回転子巻
線２７〜３２の中だけに流れ、外部の回路に流れ出るこ
とはない、第５図のような回転子巻線と回転整流器の関
係とは別に種々の接続が考えられるが、第６図もその一
つと考えられる。第６図は２０個の溝に設けられた四つ
の独立した巻線回路４０、４１、４２、４３及びその巻
線回路にそれぞれ一つづつ回転整流器３６、３７、３８
、３９が接続されている場合である。この場合、第１図
の短絡スイツチ２７を閉ぢ、スイツチ２８を開き、始動
用トランスを用いて誘導機始動する時、これに対応して
第６図の回転子巻線４０〜４３には半周期間誘導電動機
始動トルクが発生すると考えられる。なお第６図で示さ
れる矢印は、この場合回転電気機械が２極機であること
を示している。第７図は他の回転子巻線接続が示される
。回転整流器４５の交流側端子に三相巻線４６が励磁巻
線として接続され、又回転整流器４５の直流側端子に三
相巻線４４が次のように接続される。すなわち星形接続
の三相巻線４６の中、一相の巻線４７は短絡され制動巻
線として使われ、他の二相の巻線４８と４９には図のよ
うに直流が流れるような接続とし、整流器４５の直流側
端子が接続される。この場合も始動時には三相巻線４６
には電圧を誘起せず、三相巻線４４を定常時に用いる界
磁回路として使わずに、三相誘導機の回転子巻線として
使うことになる。その作動も半周期間だけ始動トルクが
発生すると考えられる。

第９図も本発明の具体的電気接続図を示すが、この図に
は回転子部分が省略されている。電機子巻線１は二重星
形接続の固定子で三相巻線を形成することになる。電機
子巻線１は三相分の巻線ｕｖｗに分けられるが、ｕ相の
巻線は図のように並列と直列の組み合わせ巻線８、９、
５８、５９より成り、ｖ相の巻線は図のように、これも
直並列に接続された巻線１０、１１、６０、５１から成
り、更にｗ相の巻線は同様に１２、１３、５２、５３か
ら成る。これらの巻線が中性点５０を中心に三相電機子
巻線１を形成する。これら各相の直並列接続巻線の中間
点端子５４と５５の間、５６と５７の間、６１と６２の
間に第９図の場合、交流電源端３より整流器６３、６４
、６５を経て励磁電流が供給されるように接続される。

第９図では第１図と同様に固定子電機子巻線１の三相外
部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗに対し交流電源端３から周波数変
換装置４を経て電力を供給しうるよう電気接続し、この
主回路とは並列に交流電源端３から上記のように整流器
６３、６４、６５を経て上記中間点端子すなわち相互間
接続端子５４と５５の間、５６と５７の間、６１と６２
の間へ電気接続される。整流器６３、６４、６５は制御
素子付き整流器から成り、その制御素子回路の制御装置
６６、６７、６８により制御される。整流器６３、６４
、６５の交流側端子に対し上記交流電源端子３から変成
器６９、７０、７１を経て電気接続されるが、これらの
変成器６９、７０、７１は必らずしも本発明に必須のも
のではない。電機子巻線１の相互間接続端子５４と５５
、５６と５７、６１と６２の間に外部から励磁電流を流
入させるような電圧を加えないような短絡スイツチが各
相に７２、７３、７４のように接続する。これは必らず
しも短絡スイツチは必要でないが、制御装置６６、６７
、６８の制御により、上記相互間接続端子間５４と５５
、５６と５７、６１と６２の間に電圧が加わらないよう
にすれば、第１図の説明に於ても述べたように、回転子
巻線には励磁電流に対応した電圧が誘起されず、始動時
には回転子巻線は第５図に関し述べたように、単に巻線
形誘導電動機の回転子巻線のように、第５図の矢印で示
すような電機子巻線（回転子巻線）間の循環電流を流す
だけとなる。これは始動時のトルクを確保するものであ
る。

第９図では前述のように交流電源３より電機子巻線１へ
の主回路接続となる周波数変換装置４は第１図と同様に
なつているが、この回路とは並列的に始動時トランス１
２４の回路が接続される。サイリスタモーターの始動時
は直流サイリスタモーターの場合、始動トルクを得るこ
とが難しいため、周波数変換装置４の回路を開放スイツ
チ１２６で開き、トランス回路接続用スイツチ１２５を
閉じて始動時トランス１２４を電機子巻線１の外部接続
端子Ｕ、Ｖ、Ｗへ接続する。このようにして始動時トラ
ンス１２４を通して電機子巻線１へ交流電圧を加えて始
動するが、その場合に第４図では相互間接続端子５４−
５５間、５６−５７間、６１−６２間における電圧を０
としておくのである。

第９図に於て交流電源３より電機子巻線１の相互間接続
端子５４−５５、５６−５７、６１−６２へ励磁電力を
供給するに際し、変流器７５とコンデンサー７６の並列
接続回路が変成器６９、７０、７１に接続される。これ
はコンデンサー７６が電圧成分、変流器７５が電流成分
を示し、これらのベクトル結合が変成器６９、７０、７
１の一次側に加えられることになる。このことについて
は後にも述べるが、電動機の必要トルクが大きくなり、
電流が増して変流器７５の二次電圧が高くなる時、その
電圧とコンデンサー７６とのベクトル結合電圧が高くな
り、電機子巻線１の相互間接続端子に加えられる電圧が
高くなり、励磁電流が増す。

このようにすれば負荷の必要トルクが大きい時、その回
転速度とは別に、電動機の容量を最大に使いうることに
なる。

第９図の電機子巻線１の中を流れる電流は負荷電流と励
磁電流に分けられる。このような二種類の電流が同時に
流れる。上記三相の電機子巻線１の中の一相分ｕ相巻線
について考えると、実線矢印で示された電流がある瞬間
の負荷電流の方向を示したものであり、点線矢印の方向
が励磁電流である。第２図は第９図の固定子電機子巻線
１の一相ｕ相分の一例を示したもので、第９図の巻線の
外部接続端子Ｕから中性点５０に到るものに対応する。

第９図の電機子巻線１のｕ相巻線で黒色矢印で示した負
荷電流は第２図において実線矢印の電流が対応し、電機
子巻線１のｕ相巻線中空白矢印で示した励磁電流は第２
図において点線矢印の電流が対応する。従つて第２図で
は実線矢印の電流が負荷電流を示し、これにより造られ
る磁極の極数は４極となる。又点線矢印の電流が励磁電
流を示し、これにより造られる磁極の極数は２極となる
。第３図は第２図とは異なる電機子巻線のｕ相分の巻線
接続例であるが、この例によると、実線矢印の負荷電流
により造られる磁極の極数は２極となり、又点線矢印の
励磁電流により造られる磁極の極数は４極となる。この
ようにして電機子巻線１の外部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗから
入る負荷電流によつて造られる磁極の極数と、相互間接
続端子５４−５５、５６−５７、６１−６２から入る励
磁電流によつて造られる磁極の極数との比を１対２又は
２対１となしうる。このようにして第９図のような場合
も負荷電流を流す電機子巻線に対する磁気回路と励磁電
流を流す励磁巻線としての電機子巻線に対する磁気回路
を兼用しうることになる。

第１０図は第９図に対して第１図に示された回転子部分
をつけ加えたものが示されている。なお第１０図の配列
では第９図の変流器７５とコンデンサー７６の並列接続
回路が省略されている。これはある場合には必らずしも
変流器７５とコンデンサー７６の並列接続は必要でない
ことを示すものである。

第１１図は所謂交流式サイリスタモーターに適用された
本発明の具体的接続図例である。三相交流電源端３から
サイクロコンバーター４を経て、固定子７の電機子巻線
１の外部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗに電気接続する。直流式サ
イリスタモーターにおける始動が困難と云う結欠点を改
良したのが、この交流式サイリスタモーターである。交
流式サイリスタモーターでは必要に応じて電源電圧を転
流に利用する電源転流と前述のような負荷電動機の誘導
起電力を利用する負荷転流とがともに利用できる。した
がつて始動時のように負荷誘導電圧がまだ立ち上がらな
い場合でも転流をおこなうことが出来る。このように、
直流を介さずに交流から交流を直接に発生するサイクロ
コンバーターを使い、コンバーターとインバーターを複
合する。

従つてサイクロコンバーターを構成するサイリスターの
ゲート入力はコンバーターとインバーターのゲート入力
の論理積から造られる。コンバーターの電源転流の条件
から、制御角αは０＜α＜πの期間内で転流をおこなう
必要があり、またインバーターの負荷転流の条件から、
制御角βも０＜β＜πの期間内で転流をおこなう必要が
ある。サイクロコンバーターを用いたサイリスタモータ
ーは公知であるから、その制御については評述しない。

たゞ第１１図では位置検出機構３５で回転子の位置を検
出し、それと関連せしめた制御装置の８０により転流タ
イミングを制御し、一方位相基準設定機構９５で位相基
準を設定し、それと関連せしめた電圧位相制御装置８１
で電圧位相を制御せしめる。このようなβ制御とα制御
の論理積機構８２によつて９４によりサイリスターのゲ
ートを制御するのである。

第１１図で三巻線変成器８３を接続させている点が示さ
れる。三巻線変成器８３は交流電源端３から周波数変換
装置４を通して電機子巻線１の外部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗ
に到る間の交流電流が通る電流巻線８４と、三相交流電
源端３から電流を供給した電圧巻線８５をベクトル結合
し、その二次巻線８６でその電圧巻線８５と電流巻線８
４の両者により造られる磁束をベクトル結合し、これを
整流器１５の交流側端子の励磁電力供給のために接続す
る。図では電圧巻線８５にベクトル結合のためのリアク
チブ素子が接続されていないが、これらについては後に
詳述する。

第１２図では固定子電機子巻線１の外部接続端子Ｕ、Ｖ
、Ｗに対し三相交流電源端３よりサイクロコンバーター
４を経て電力供給するサイリスタモーターの回路接続図
例が示されている。サイクロコンバーターの部分は三相
サイリスター７７、７８、７９の結合とリアクトル７５
、７６の組み合わせより成る点やその他の点で第１１図
と類似しているが、第１２図の場合、それに加えて次の
ような励磁回路の自動的制御部分がある。すなわち、交
流電源端３より変流器８７の一次巻線を通してサイクロ
コンバーター４を経て電機子巻線１の外部接続端子Ｕ、
Ｖ、Ｗへ電力を供給するように接続すると共に、その変
流器８７の二次巻線の端子にリアクチブ素子８８（図で
はリアクトル）の端子を接続し、交流電源端３より変流
器８７の二次巻線とリアクチブ素子８８が並列に接続さ
れその並列接続より整流器１５へ励磁電力を供給しうる
ように配列する。リアクチブ素子８８と可飽和リアクト
ル８９の直列接続がなされ、又可飽和リアクトル８９に
直流励磁巻線９０が巻かれる。

一方回転子の回転速度を９５により検出し、これと基準
設定速度９６との比較検出機構９１によりこれによつて
直流励磁巻線９０の電流を自動的に制御し、可飽和リア
クトル８９のリアクトル値を制御する。それによつて回
転速度を一定に自動制御しうる。これは本質的に三相交
流源電圧を一定にしながら、その電圧と回転電機の磁束
との比がほゞ一定に保たれながら回転速度を一定に保つ
ことが出来ることを示したものである。

本来、サイリスタモーターにおいて速度制御するには第
１図におけるコンバーター２２の位相制御のように、電
動機の端子に加わる電圧を制御する場合、及び第１２図
で説明したように電動機の磁束を制御する場合にわけら
れる。それに応じて三巻線変成器８３などの効果が異な
つてくる。

第１３図において、負荷の電動機電流が無負荷時の電流
より大きくなる時、三巻線変成器８３の電流巻線８４と
電圧巻線８５のベクトル結合が二次巻線８６においてな
され、両巻線によるそれぞれの変成器磁束の結合で二次
巻線８６に誘導される電圧の絶対値が、電圧巻線８５の
みにより二次巻線８６に誘導される電圧の絶対値より大
きくなるように配列される場合、コンバーター２２の制
御素子付き整流器は位相制御回路２４により制御される
が、その位相制御は回転子の回転速度を変換した速度変
換装置２５を基準速度変換装置２６と比較した誤差値に
よつておこなわれる。第１３図はこの基準速度変換装置
２６の設定値を変えて位相制御回路２４を制御し、それ
によりコンバーター２２の位相制御をおこない、インバ
ーター２１の入力電圧を制御して電動機の速度を制御す
るのであるが、上述の場合、コンバーター２２の出力電
圧は無負荷時のそれよりも大きくなつて、回転速度を設
定値に近づけるのである。これに対して負荷の電動機電
流が無負荷時の電流より大きくなる時、三巻線変成器８
３の電流巻線８４と電圧巻線８５のベクトル結合が二次
巻線８６でなされて、両巻線によるそれぞれの変成器磁
束の結合で二次巻線８６に誘導される電圧の絶対値が、
電圧巻線８５のみにより二次巻線８６に誘導される電圧
の絶対値より小さくなるように配列される場合もコンバ
ーター２２の制御素子付き整流器は上述の場合と同様の
方法で制御される。この場合、コンバーター２２の出力
電圧は常にほゞ一定値になるように制御される。要は三
巻線変成器８３の電圧巻線８５に対してベクトル結合す
る電流巻線８４の極性を、互いに１８０°転換しうるこ
とを示したものである。又第１３図では電圧巻線８５に
対しコンデンサー９２を経て交流電源端３と接続されて
いるが、第１４図ではリアクトル９３が用いられている
。９２と９３をまとめてリアクチブ素子と呼ぶことにす
る。

第１５図では第１３図や第１４図に示される三巻線変成
器８３の電圧巻線８５を省略した変成器８３が示される
。第１５図で二次巻線８６に対し電流巻線８４を結合さ
せることが出来、その結合極性は二次巻線８６の端子電
圧の絶体値を大きくするように配列しうることも出来、
又小さくするように配列しうることも出来る。

第１２図においても変流器８７をリアクチブ素子と結合
させる場合、その極性を正方向とすることも出来るし、
負方向とすることも出来る。これは前述の三巻線変成器
におけると同様である。

第８図では電機子巻線１に外部接続電線と接続する外部
接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗと電機子巻線１の相互間を接続する
相互間接続端子ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２を
設ける。可部接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗに対し外部電源端子３
より周波数変換装置１０４−１０８を経て電力を供給す
るように接続されている。１０８は三相電圧形インバー
ターであり、１０２、１０３はリアクトル、１０４は力
行時に用いられるコンバーター、１０５は回生時に用い
られるインバーターである。１０６はコンデンサーを示
す。

電機子巻線１の相互間接続端子ｕ１、ｕ２などは変成器
９９の二次巻線と接続し、二次巻線１０１の各相中点Ｍ
などの相互間を接続短絡してＱを電機子巻線１の中性点
とする。電機子巻線１のｕ相中を流れる電流は負荷電流
と励磁電流より成り、前者は実線矢印で示し、後者は点
線矢印で示す。回転子の回転方向に対し点線矢印で示す
電流で造られる回転磁界の回転方向が逆向きであること
が望ましい。

変成器９９の一次巻線１００を経て交流電源端子３から
逆並列接続制御素子付き整流器９７を通して励磁電力が
そえられるが、その励磁電力は変成器９９の二次巻線１
０１へ点線矢印のように供給され、電機子巻線１にもそ
えられる。このような励磁電流の大きさは逆並列接続制
御素子付き整流器９７の位相制御により制御される。電
動機の始動時には変成器９９の一次巻線１００を短絡す
るスイツチ１０７を短絡する。その際には逆並列接続制
御素子付き整流器９７の出力は０であるように制御する
。それによつて始動時には電機子巻線１には点線矢印で
示されるような励磁電流は流れず、電機子巻線１はその
中性点Ｑを中心に三相巻線を形成し、始動トルクをつく
ることになる。

第１６図は三相電流形インバーター１０９による同期電
動機１１０の速度制御回路を示す。本発明はこのような
場合にも適用されうると云うことを示したものである。

コンバーター１１５、リアクトル１１４と組み合わせて
周波数変換装置４が使われる。同期電動機１１０の回転
速度を回転検出装置１１１で検出し、基準回転速度設定
装置１１２の設定周波数と１１３比較装置で比較してそ
の誤差でインバーター１０９の出力周波数とを設定周波
数に近づかしめる。第１６図はこのように本発明に使い
うる主回路を示したものである。

最後に本発明の適用例である第１７図を示す。

第１７図は本発明が必らずしも固定子電機子巻線に二種
類の電流を流す場合だけに限らないことを示している。

むしろ磁気回路を兼用する場合全体に拡大されうること
を示す。

第１７図では固定子に負荷電流を通す電機子巻線部１を
設け、又回転子に界磁巻線部を設け、又交流電源端子３
から周波数変換装置１２３を経て上記電機子巻線部１へ
電力を供給するように配列し、そのような交流電源端子
３から固定子電機子巻線部１への回路とは並列的に交流
電源端子から整流器１２１を通して上記固定子に装備さ
れた励磁巻線部１１９に励磁電力を供給するように電気
接続し、電機子巻線部１の鎖交する磁気回路と励磁巻線
部１１９の鎖交する磁気回路を兼用する配列とし、その
励磁電流を励磁巻線部に流すことにより造られる磁極の
極数と上記電機子巻線部１に負荷電流を流して造られる
磁極の極数との関係を、その何れか一方を１とし、他方
をその２倍とする関係となる巻線配列とし、その励磁巻
線部１１９に励磁電流を流して造られる磁極を、これと
同一極数の回転子励磁巻線部が切つて回転子の励磁巻線
部に電流を流し、界磁極を造るように配列するのである
。第１７図では整流器１２１と交流電源端３の間にコン
デンサーを接続する例が示される。第１７図では電機子
巻線１は三相の巻線１１６、１１７、１１８から成る。

固定子の励磁巻線１１９を短絡するスイツチは図面で１
２０で示されているが、これは例えば第１図の短絡用ス
イツチ２７と同様の作用をすることが判る。第１７図の
回転子の状態やその他については今迄述べてきたことか
ら明らかであり、同様であるので重ねて述べない。第１
６図までに述べてきたことは第１７図についても適用し
うる。

以上の本発明についての作用効果をまとめると次のよう
になる。

（１）同期電動機の構造をブラシレス構造とし而も励磁
機を省略した構造として運転駆動せしめうる。

（２）同期電動機の構造をブラシレスで励磁機なし構造
に保ちながら、始動時に電動機を誘導機接続で大きい始
動トルクを簡単に得るように運転駆動せしめうる。

（３）同期電動機の構造をブラシレスで励磁機なし構造
に保ちながら、電動機の速度を確実容易に制御し、運転
駆動せしめうる。

（４）同期電動機の構造をブラシレスで而も励磁機なし
の構造として、速度を確実容易に制御し而も負荷駆動に
際し、出しうるトルクを定格内で最大限に使いうるよう
に出来る。ワードレオナード式のような制御をおこない
うる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的電気接続図例である。 第２図及び第３図は本発明の具体的電気接続図例である
第９図の固定子電機子巻線を構成する巻線接続図例であ
る。第４図は第１図の固定子電機子巻線を構成する巻線
接続図例である。第５図は第１図の巻線接続図例におけ
る始動時の回転子電流の状態を示した状態図例である。 第６図及び第７図は何れも本発明の回転子巻線として用
いうる巻線図例である。第８図は本発明の具体的な電気
接続図例である。第９図も上述のように本発明の具体的
な電気接続図例である。第１０図及び第１１図も何れも
本発明の具体的な電気接続図例である。第１２図は本発
明の回転子部分を除く具体的な電気接続図例である。第
１３図、第１４図、第１５図は何れも本発明の具体例に
用いうる部分的な電気接続図例である。第１６図は本発
明に用いうる部分的な電気接続図例であり、第１７図は
本発明の電気接続例に用いうる部分的な電気接続図例を
示すものである。 次に図面の主要な部分をあらわす符号には次のようなも
のがある。 １：固定子電機子巻線、　２：外部接続電線、３：外部
電源端子、　４：周波数変換装置、５、６：電機子巻線
相互間接続端子、　７：固定子、　８、９、１０、１１
、１２、１３：固定子電機子巻線三相二重星形を形成す
る各巻線。 Ｕ、Ｖ、Ｗ：三相の巻線端子、　１４：回転子部、　１
５：整流器、　１６：コンデンサー、１７：回転子巻線
、　１８：制御装置、　１９：回転整流器、　２０：制
御装置、　２１：インバーター、　２２：コンバーター
、　２３：リアクトル、　２４：位相制御回路、　２５
：速度変換装置２６：基準速度変換装置、　１２７：短
絡スイツチ、　１２８：直流回路開放スイツチ、　２７
、２８、２９、３０、３１、３２：回転子巻線１７を構
成する各相の回転子巻線、　３３、３４：二重星形接続
となる回転子巻線１７の二つの中性点、　３５：位置検
出機構、　３６、３７、３８、３９：回転整流器、　４
０、４１、４２、４３：四つの独立した巻線回路、　４
４：三相巻線、４５：整流器、　４６：三相巻線、　４
７：三相巻線４６を構成する一相の巻線、　４８、４９
：三相巻線４６を構成する４７以外の他の各相巻線、　
５０：二重星形電機子巻線１の中性点、　５１、５２、
５３、５８、５９、６０：電機子巻線１を構成する直並
列接続の各巻線、　５４、５５、５６、５７、６１、６
２：電機子巻線の中間点端子、　６３、６４、６５：整
流器、　６６、６７、６８：制御装置、　６９、７０、
７１：変成器、　７２、７３、７４：短絡スイツチ、　
７５：変流器、　７６：コンデンサー、　７７、７８、
７９：三相サイリスター、　８０：転流タイミング用制
御装置、　８１：電圧位相制御装置、８２：論理積機構
、　８３：三巻線変成器、　８４：電流巻線、　８５：
電圧巻線、　８６：二次巻線、　８７：変流器、　８８
：リアクチブ素子、　８９：可飽和リアクトル、　９０
：直流励磁巻線、　９１：比較検出機構、　９２：コン
デンサー、　９３：リアクトル、　９４：サイリスタゲ
ート制御、　９５：位相基準設定機構、　９６：基準設
定速度、　９７：逆並列接続制御素子付き整流器、　９
８：制御装置、　９９：変成器、１００：変成器９９の
一次巻線、　１０１：変成器９９の二次巻線、　１０２
、１０３：リアクトル、　１０４：コンバーター、　１
０５：インバーター、　１０６：コンデンサー、１０７
：短絡用スイツチ、　１０８：三相電圧形インバーター
、　１０９：三相電流形インバーター、　１１０：同期
電動機、　１１１：回転検出装置、　１１２：回転速度
設定装置、　１１３：比較装置、　１１４：リアクトル
、　１１５：コンバーター、　１１６、１１７、１１８
：電機子巻線１の各相巻線、　１１９：励磁巻線部、　
１２０：短絡用スイツチ、　１２１：整流器、　１２２
：コンデンサー、　１２３：周波数変換装置、　１２４
：始動時トランス、　１２５：回路接続用スイツチ、　
１２６：開放スイツチ、　Ｘ、Ｙ、Ｚ：回転子巻線１７
の外部接続用端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電機子巻線に外部接続電線と接続する外部接続端子と、
   電機子巻線相互間を接続する相互間接続端子を設け、一
   方上記外部接続端子に対し、外部電源端子より上記外部
   接続端子へ周波数 変換装置を経て電力を供給するように接続し、他方外部
   電源端子より上記周波数変換装置を通さずに、これとは
   並列的に上記相互間接続端子へ励磁電流を供給するよう
   に配列し、上記電機子巻線に周波数の異なる電流を同時
   に長すように配列して回転子に界磁極を、固定子に電機
   子巻線を設けた同期機構造をした回転電気機械装置の構
   造