JPS62268389A - 可変速誘導電動機 - Google Patents

可変速誘導電動機

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JPS62268389A
JPS62268389A JP61107475A JP10747586A JPS62268389A JP S62268389 A JPS62268389 A JP S62268389A JP 61107475 A JP61107475 A JP 61107475A JP 10747586 A JP10747586 A JP 10747586A JP S62268389 A JPS62268389 A JP S62268389A
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JP
Japan
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stator
voltage
phase
rotor
winding
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JP61107475A
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Inventor
Toshihiko Satake
佐竹 利彦
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Satake Engineering Co Ltd
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Satake Engineering 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】 産業上の利用分野 本発明は、回転数を変速制御できる可変速誘導電動機に
関する。
従来・技術とその問題点 一般的に昨今の機械は、単一機械に多機能機構を装備し
、作業の効率化と省力化を達成する配慮がなされている
ところで、上記機械等の駆動源となる電動機には必然的
に変速制御機構が求められ、変速制御機構としては種々
形態のものがあるが、その一つとして電源周波数を変え
る方法がある。この方法は連続的かつ広範囲な速度制御
が可能である反面、この方法で必要とする周波数変換装
置を高価とし、また周波数変換装置により交流を直流に
変換して再度交流に変換する過程において一般に高調波
および電波が発生し、これらによってコンビコーター、
その地名種電気制御機器の誤動作あるいはコンデンサー
の過熱等の障害を招くことがあり、このうち高調波障害
に対しては、フィルターを設置することにより対策を講
じることもできるが、フィルターの設置にはコストがか
かり、また低速時において一般に性能が不十分となる等
の欠点を有するものである。
また巻線型電動機において二次抵抗を変化させすべりを
変えて速度制御を行う方法は、比較的簡単に連続的な速
度制御が可能である反面、外部からブラシとスリップリ
ングを介して回転子の巻線回路へ抵抗を挿入するために
、ブラシの消耗により保守点検を必要とし、また、かご
形誘導電動機は、二次抵抗を変化させて速度制御を行う
ことができない欠点がある。
そして、従来の電源の電圧を変えて速度を制御する方法
では、速度制御が連続的に行える反面、特に低速反領域
における力率を悪くして大きなトルクを出せないことと
、効率を悪くする欠点があった。
発明の目的 本発明は、上記従来練物の欠点を改善し、速度制御領域
を広範囲にでき、特に頻繁な変速の反復を必要と−りる
動力源として汎用性のある可変速誘導電動機を提供づる
ことにある。
なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または、3相
電源等に接続して使用され、回転子の形態は、普通かご
形、二重かご形、深溝かご形。
特殊かご形9巻線形等のいずれの形式のものにも適用で
きるものであり、本発明の説明に用いる導体とは、かご
形回転子コアに装設した導体、および巻線形回転子コア
に巻装した巻線のそれぞれを総称するものである。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、複数個の回転子コ
アそれぞれに装設した複数個の導体のそれぞれを連結し
て一体的な回転子に形成し、同一回転軸に任意の間隔を
設けて軸着した前記複数個の回転子コアに対峙する外周
部に複数個の固定子を並設し、前記複数個の固定子のう
ち少なくとも1個の固定子に電圧移相装置を連結して問
題点を解決する手段とした。
作  用 上記構成により、それぞれの固定子に巻装された巻線に
通電すると、回転磁界が生じて回転子に電圧が誘起され
、回転子の導体に電流が流れて回転子が回転するが、複
数個の固定子のうち電圧移相装置を連結した固定子から
入力する電圧の位相と、他方の固定子から入力する電圧
の位相とが同一の場合であるときには、回転子の回転速
度は最高速度となる。
5一 回転子軸に連結した9荷に求められる回転速度に応じて
回転子の回転速度を変化させる場合には、固定子に連結
した電圧移相装置により固定子に入力する電圧の位相を
切換えることにより行うことができる。即ち、電圧移相
装置を連結した固定子から回転子の導体に誘起する電圧
と、他方の固定子から回転子の導体に誘起する電圧とに
生じる電圧の位相のずれに応じて回転子の導体に流れる
電圧が変化し、回転子の導体に流れる電圧に応じて回転
子の回転速度が変化するので、電圧移相装置を連結した
固定子に入力する電圧の位相を電圧移相装置によって種
々切換えることにより、回転子の回転速度を変速するこ
とができる。
実施例 本3発明の実施例を第1図〜第12図に基づき説明する
第1図および第2図に示す符号1は誘導電動機の全体を
示し、該電動機1は以下のように構成しである。機枠1
4内に任意の間隔を設けて6一 第1固定子24.第2固定子25を並設し、巻線22.
23を施した第1固定子24.第2固定子25を機枠1
4に螺装したボルト26.26により固定する。回転子
軸4に鉄心からなる回転子コア2.3を第1.第2固定
子24,25と対峙するように装着し、回転子コア2.
3間に非磁性体コア9を介設し、それぞれのコア2.3
.9に連通して装設した複数個の導体5・・・の両端部
を短絡環6,7に連結して一体的な回転子8に形成する
。またコア2,3.9に回転子80両側部10.11に
連結する複数個の通風胴12・・・を設け、通風胴12
・・・から直交状に回転子8の外周部に貫通する複数個
の通気孔13・・・を穿設しである。回転子8の非磁性
体コア9部において、複数個の導体5・・・のそれぞれ
をニクロム線、鉄りローム線、炭素混入鋼等の抵抗材「
・・・を介して短絡的に連結しである。円筒状の機枠1
4の両側部に設けた軸受盤15゜16を連結棒17・・
・にナツト18・・・留めして一体的に組付け、第1.
第2固定子24.25に内装した回転子8の両側部に冷
却用翼車19゜20を回転子軸4に装着し、回転子軸4
の両端部を軸受盤15.16に嵌装した軸受21,21
に軸支し、回転子8を回転自在としてあり、27は軸受
盤15.16に複数個穿設した通風孔である。
次に第3図に基づき第1固定子24と第2固定子25に
巻装した巻線22.23のそれぞれの結線と、第1固定
子24に電圧移相装置を連結した構成につき説明する。
第2固定子25に巻装した巻線23の端子U。
v、Wを商用3相電源A、B、Cに連結し、第1固定子
24に巻装した巻線22の端子U、V。
Wは、電磁スイッチ81〜S4からなる結線切換スイッ
チ29とIll相変圧器30とにより形成する・電圧位
相装置28を介しC商用3相電源A。
B、Cに連結しくある。
以下に上記実施例における作用につき説明Jる。
先ず第4図に示す電圧ベクトル図について述べると、図
中の符号0.4.5の3相電圧は商用3相電源A、B、
Cの3相電圧に等しく、以下符号0.4.5の3相電圧
に対してそれぞれ、符号0.3.4では位相が60°進
んだ電圧となり、符号0.1.2では位相が180°進
んだ電圧となる。
そこで、第1固定子25の巻線23を商用3相電源に直
接通電すると共に、結線切換スイッチ29の電磁スイッ
チ82〜S4を解放し、電磁スイッチS1のみを投入し
て第1固定子24の巻線22に商用3相電源から通電す
ると、第1、第2固定子24.25の巻線22.23に
入力する電圧は同相となり、第5図で示す θ−〇°の
トルク曲線のとおりで一般の誘導電動機と同一のトルク
特性となる。したがって負荷の反抗トルクをTRとする
と、すべりSlで運転されることとなり、このときが回
転子8の最高回転速度となる。
次に決戦切換スイッチ29の電磁スイッチS+、83.
84を解放とし、電磁スイッチS2のみを投入すると、
第1固定子24の巻線22の端子U、V、Wには単相変
圧器30を介して第4図で示1電0−ベクトル図の符号
0.3.4の3相電辻が入力することとなり、第2固定
子250巻線23に人力する電圧よりも位相が60°進
んだ電圧となる。したがってこの場合のトルク特性は第
5図で示す θ=60° のトルク曲線のとおりで、す
べりS2で運転されることとなり、θ−0° のときよ
りも回転子8の回転速度が減少りる。
そして、結線切換スイッチ29の電磁スイッチS3のみ
を投入りると、第1固定子24の巻線22の端子U、V
、Wには第4図に示す電圧ベクトル図の符号0.2.3
の3相電圧が人力することとなり、第2固定子25の巻
線23に入力する電「の((I相よりも120°進んだ
電圧となる。この場合の1〜ルク特性は第5図に示すθ
−120’のようになり、すべりS3で運転される。
ところで、結線切換用スイッチ29の電磁スイッチS4
のみを投入して商用3相電源A、B。
Cから単相変圧器30を介して第1固定子24の巻線2
2の端子U、V、Wに入力する電圧は、第4図に示す電
圧ベクトル図の符号0,1.2の3相電圧であり、第2
固定子25の巻線23に入力する電圧の位相よりも18
0°進んだ電圧となり、この場合、第1.第2固定子2
4.25それぞれの容量が同一で、内固定子24,25
に対峙する回転子8の導体5・・・が同一の抵抗である
場合には回転子8は回転しないこととなる。したがって
、第2固定子25の巻線に対して第1固定子24の巻線
22に入力する電圧の位相が 120°以上ずれた状態
における低速回転を必要とするときには、内固定子24
.25のそれぞれの容量に差を設けるか、また、どちら
かの巻線22.23に入力する電圧を制御するか、ある
いは内固定子24.25に対峙しない回転子コア2,3
間の空間または非磁性体コア9部において、複数個の導
体5・・・のそれぞれを連結材を介して対処することが
できる。
次に内固定子24.25と対峙しない回転子コア2.3
間の空間または非磁性体コア9部において、回転子8の
複数個の導体5・・・のそれぞれを連結材とな1抵抗材
「・・・を介して短絡したときの作用につき説明Jる。
回転子8の導体5・・・の短絡環6.7から連結材まで
のそれぞれの抵抗をR1,R2、またインダクタンスを
11゜L2とし、電源の角周波数をωとし、各導体5・
・・のそれぞれを短絡する抵抗材の抵抗をrとすれば、
回転子8の電気的等価回路は第6図のようになり、符号
I1.12.13は各枝路を流れる電流を示すものであ
る。
次に、第6図に承りものを内固定子24,25側からみ
た等価回路に変換すると第7図のようになり、R+ =
Rz 、L+ =12で、商用3相電、源A、B、Cか
ら電磁スイッチS1のみを投入して第1固定了24の巻
線22に通電する場合は、第2固定了25の巻線23に
入力Jる電圧と同相であり、この場合θ−0°であるか
らIa=1+−12−0となり抵抗材「には電流が流れ
ないことになる。このことは、内固定子24.25の巻
線22.23に入力する電圧に位相のずれがないθ−0
°のときにはトルクTは「がないときの値に等しいこと
を意味している。従ってθ=0°のときは従来の誘導電
動機と同一のトルク特性を持つことになる。
次に、商用3相電源A、B、Cから電磁スイッチS4の
みを投入して第1固定子24の巻線22に通電すると、
第2固定子25の巻線23に入力する電圧の位相に対し
第1固定子24の巻線22に入力する電圧の位相は18
0°進んでおり、この場合において、RI=R2,LI
=L2でθ−180°のときには、I+−−I2゜1+
+−1+−I2= 21 +となり、従来の誘導電動機
において回転子導体の抵抗をR1=R2−RとすればR
はR+2「に増加したと同様な結果となっている。
上記のことから、電圧移相装置28となす変圧器30と
、結線切換スイッチ29の電磁スイッチ81〜S4によ
り、第1固定子24の巻線22に入力するtiIEの位
相を適宜切換えると、第8図に示すトルク曲線の如く、
第1固定子24の巻線22に人力する電圧の位相と、第
2固定子25の巻線23に入力する電圧の位相とのずれ
に応じて回転子8の回転速麿を変速することができ、内
固定子24.25間の電圧の位相のずれによって任意の
電圧が加わると抵抗材r・・・に短絡して電流が流れる
作用により力率を改善すると共に、内固定子24.25
間に電圧の位相のずれを確保することができる。
以下に第9図により電圧移相装置の別実施例について説
明する。
第2固定子25の巻線23の端子U、V、Wには直接に
商用3相電源U、V、Wを連結し、第1固定子24の巻
線22の各端子U、V、W。
X、、Y、Zには電圧移相装置31となす結線切換スイ
ッチ85〜S12を介して商用3相電源に連結しである
上記実施例の作用を以下に説明する。
回転子軸4に最^速度を求めるときには、第2固定子2
5の巻線23に通電づると共に、電圧移相′H置31の
結線切換スイッチSS、S6を投入すると共に、スイッ
チ87〜S 12を開放する。結線切換スイッチS6の
投入により巻線22の端子X、Y、Zは短絡され、巻線
22の端子U、V、WにスイッチS5を介して商用3相
電mU、V、Wから通電すると、巻線22゜23それぞ
れに入力する電圧の位相は同相となり最高回転速度が得
られる。
最高回転速度を1番目、最低回転速度を4番目とした場
合に、2番目の回転速度に変速するときには、電圧移相
袋@31の結線切換スイッチ85〜S7.S9.SI2
を開放すると共にスイッチSa、Sw、Snを投入する
と、商用3相電mu、v、wはスイッチS8を介して巻
線22の端子Z、X、Yに通電し、また結線切換スイッ
チSw、Suによって巻線22の端子U。
Wと端子■、Wとは連結され、第2固定子25の巻線2
3に入力する電圧の位相に対して、巻線22に入力する
電圧の移相は60°進んだ電圧となり、回転子8の回転
速度は巻線22.23のそれぞれに入力する電圧が同相
のときよりも遅い回転速度となる。
次に、3番目の回転速度に変速するときには、電圧移相
装置の結線切換スイッチS5.8[l〜S12を開放す
るとJ(にスイッチSa、S7を投入すると、第11^
1定子24の巻線22の端子X。
Y、ZはスイッチS6により短絡され、商用3相電ti
u、v、wはスイッチS7を介して巻線22の端子W、
U、Vに通電され、第2固定子250巻1i!23に入
力する電圧の位相に対して、巻線22に入力する電圧の
位相は120°進んだ電圧となり、位相のずれに応じた
3番目の回転速度となる。
そして、4111」の回転速度に変速するときには11
回転子8の導体5・・・のそれぞれを連結材となす抵抗
材r・・・を介して知略しであるとすれば、電圧移相装
置31の結線切換スイッチ95〜Sa、s、mを開放−
りると其にスイッチS9.SIl。
S 12を投入すると、第1固定子24の巻線22の端
子U、■と端子v、Wとは連結され、商用3相電mu、
v、wからスイッチS9を介して巻線22の端子X、Y
、Zに通電し、第2固定子25の巻線23に入力する電
圧の位相に対して、第1固定子24の巻線22に入力す
る電圧の位相は180°進んだ電圧となり、両固定子2
4.25から回転子8の導体5・・・に誘起する電圧は
抵抗材r・・・を介し短絡して流れ、最低回転が得られ
ると共に、低速回転であっても大きなトルクを確保する
ことができる。
なお、1番目〜4番目の各回転速度に対するトルク特性
は第8図に示すとおりである。
第10図および第11図に示すものは、電圧移相装置の
補助装置を示す部分断面図である。
第2固定子25は機枠14に螺装したボルト26によっ
て機枠14に固設してあり、第1固定子24の外周部に
すべり軸受34を嵌装し、すべり軸受34は機枠14に
設けたストップリング39.39により固設し、第1固
定子24の一側外周部にギヤー33を嵌着し、機枠14
の外側部に固設したパルスモータ−35にウオームギヤ
ー36を軸着し、機枠14の開口部37からウオームギ
ヤー33に係合させ、第1固第1固定子24の巻線22
に電圧移相装置28または31が連結されており、その
他の構成は第1図に示す実施例と同一であるので詳細説
明を省略する。なa3、符号38は、開口部37に設け
た防塵カバーである。
上記構成による電圧移相装置の補助装置39の作用を以
下に説明する。
前記実施例において、電圧移相装置28または31によ
って第1固定子24の巻線22に入力する電圧の位相を
切換えることにより、第2固定、子250巻線23に入
力する電圧の位相とのずれに応じて回転速度を4段階に
変速を行うことができるが、それぞれの位相のずれに応
じて4段階に変速1−るそれぞれの中間においては変速
できぬ問題に対し、パルスモータ−35を正・逆転作動
して第1固定子24を回動させることにより、第2固定
子25の巻線23に入力する電圧の位相に対して第1固
定子24の巻線22に入力した電圧の位相のずれをさら
に小範囲にしかも連続的に調節できる。  ・即ち、回
転子軸4に前記3番目と4番目の中間となる回転速度が
要求されると、電圧移相装置28の結線切換スイッチ2
9の電磁スイッチS3を投入するか、あるいは電圧移相
装置31の結線切換スイッチS8.S7を投入し、第2
固定子25の巻線23に入力する電圧の位相に対して第
2固定子24の巻線22に入力する電圧の位相を120
°進んだ電圧とすると共に、パルスモータ−35を作動
して第1固定子24を所望回転速度に至るまで回動する
ことにより容易に変速することができる。
次に、電圧移相装置のさらに別の実施例を第12図によ
って説明する。
第2固定子25の巻線23の端子A、B、Cを商用3相
電源A、B、Cに連結し、一方の固定子を固設し他りの
固定子を回動自在とし、それぞれの固定子に一次巻線4
1と二次巻線42を施し、両固定f内周部に回転子を回
転自在に軸架して形成する3相誘導電圧調整器40を電
圧移相装置とし、3相誘導fit Jl−調整器40の
一次巻線41の端子A、B、Cを商用3相電源A。
B、Cに連結し、二次巻線42の端子a、b。
Cを商用3相電源に連結し、二次巻線42の端子A、B
、Cに第1固定子24の巻線22の端子A、B、Cを連
結しである。
この実施例においては、二次巻線42を施した3相誘導
電圧調整器40の固定子を任意量回動することにより、
第1固定子24の巻線22に入力する電圧の位相を0°
から18o°に変更することができ、回転子軸4に要求
される回転速度、に応じて任意の回転数に制御すること
ができる。
なお、それぞれの位相の変化に対するそれぞれのトルク
特性は前記実施例と同様に第8図に示すとおりである。
なお、上記それぞれの実施例の説明において、第1固定
子24の巻線22のみに電圧位相装置を連結したものと
して説明したが、第2固定子24の巻線22に連結する
代りに第2固定子25の巻線23に電圧移相装置を連結
するように形設しても同様の作用が得られるものであり
、固定子および回転子コアは2個のみに限定されるもの
ではなく、固定子および回転子コアを複数個設けること
は電動機の容量、変速領域、目的等によって自由に選択
できるものである。そして、第1固定子24と第2固定
子25の容量を同一としたことに限定してその作用を説
明したが、いずれかの固定子の容量を大きくする場合も
ある。
また、複数個の回転子コアそれぞれに巻装した巻線のそ
れぞれを連結して一体的な巻線形回転子に形成し、それ
ぞれの巻線を回転子コア間において抵抗材を介して短絡
した回転子を採用しても前記に説明したと同様な作用を
得ることができ、固定子および回転子コアに施す巻線を
スター結線あるいはデルタ結線のいずれをも選択できる
ことは勿論のことである。
そして、電圧移相装置は前記実施例のものに限定される
ことなく位相を変換できる作用を有する装置を適宜選択
して使用でき、両固定子のいずれかに変圧器を連結し、
電圧移相装置による位相電圧を制御すれば、変換と共に
無段階に変速制御することができる。電圧移相装置を制
御装置に連結し、制御装置に入力する回転制御値に基づ
き自動的に電圧移相装置を制御することもある。また、
それぞれの固定子巻線の入ツノ側の2相に正転、逆転切
換用スイッチを設け、該切換用スイッチと電圧移相装置
とを関連的に操作すれば本発明の可変速誘導電動機を制
動機(ブレーキ)として使用することができる。
発明・の効果 上記に説明した如く本発明によれば、複数個の固定子の
うち少なくとも1個の固定子に巻装した巻線に連結した
電圧移相装置により、固定子の巻線に入力する電圧の位
相を他方の固定子の巻線に入力する電圧の位相とにずれ
を生じさせることによって回転子の回転速度を容易に変
速することができ、前記した従来の電動機の速度制御方
法に有する問題点を解消することができ、頻繁な変速を
反復する動力諒に用いて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は誘導電動機の側断面図、第2図は同側面図、第
3図は固定子それぞれの巻線と一方の固定子に電圧移相
装置を連結した構成図、第4図は電圧ベクトル図、第5
図は回転子の電気的等価回路図、第6図は2個の固定子
側からみた回転子の電気的等価回路図、第7図は電圧の
位相のずれとトルクの関係を示ず説明図、第8図は回転
子の導体を短絡する抵抗材を設けたときの電圧の位相の
ずれとトルクの関係を示す図、第9図は電圧移相装置の
別実施例図、第10図および第11図は電圧移相装置の
補助装置を示す部分断面図、第12図はさらに別の電圧
移相装置の別実施例を示す構成図である。 1・・・誘導電動機    2,3・・・コア4・・・
回転子軸     5・・・導体6.7・・・短絡環 
   8・・・回転子9・・・被磁性コア   10.
11・・・側部12・・・通風向     13・・・
通気孔14・・・機枠      15.’16・・・
軸受盤17・・・連結棒     18・・・ナツト1
9.20・・・冷却用翼車 21・・・軸受22.23
・・・巻!    24・・・第1固定子25・・・第
2固定子   26・・・ボルト27・・・通風孔  
   28・・・電圧移相装置29・・・結線切換スイ
ッチ 30・・・単相変圧器31・・・電圧移相装置 
 33・・・ギヤー34・・・すべり軸受   35・
・・パルスモータ−36・・・ウオームギヤー 37・
・・開口部38・・・防塵カバー 39・・・′ストップリング 40・・・3相誘導電圧調整器 41・・・−次巻線    42・・・二次巻線81〜
S4・・・電磁スイッチ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、複数個の回転子コアのそれぞれに装設した複数
    個の導体のそれぞれを連結して一体的な回転子に形成し
    、同一回転軸に任意の間隔を設けて軸着した前記複数個
    の回転子コアに対峙する外周部に複数個の固定子を並設
    し、前記複数個の固定子のうち少なくとも1個の固定子
    に電圧移相装置を連結したことを特徴とする可変速誘導
    電動機。
  2. (2)、前記複数個の固定子と対峙しない前記複数個の
    回転コア間の空間または非磁性体コア部において、前記
    複数個の導体それぞれを連結材となす抵抗材を介して短
    絡した特許請求の範囲第(1)項記載の可変速誘導電動
    機。
  3. (3)前記電圧移相装置を単相変圧器と結線切換スイッ
    チにより形成した特許請求の範囲第(1)項または第(
    2)項記載の可変速誘導電動機。
  4. (4)前記電圧移相装置を前記複数個の固定子のうち少
    なくとも1個の固定子に巻装した巻線の結線切換用スイ
    ッチとした特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
    記載の可変速誘導電動機。
  5. (5)、前記電圧移相装置を誘導電圧調整器とした特許
    請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の可変速誘
    導電動機。
  6. (6)、前記複数個の固定子のうち少なくとも1個の固
    定子を前記回転子と同心的に回動自在に形設して前記電
    圧移相装置の補助装置とした特許請求の範囲第(1)項
    〜第(5)項のいずれかに記載の可変速誘導電動機。
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