JPS631353A - 可変速誘導電動機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、トルク特性および効率が良く速度制御が容易
な可変速誘導電動機に関する。

従来技術とその問題点 誘導電動様の速度を制御する方法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半面、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ピュ
ーター、その他各種電気制ｉｓ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
ストがかかる。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、電動礪の極数を変えて速度を制御する方法は、極
数の変換によって段階的に速度を変えることができても
、無段階的に滑かな速度制御をすることができない欠点
がある。

また、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半面特に低速度領域において効
率が悪くなる欠点がある。

そして巻線型電動櫟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半面、外部からブラシとスリップ
リングを介して回転子巻線回路へ抵抗を挿入するために
、ブラシの消耗による保守点検を必要とし、また、かご
形誘導用動機は、二次抵抗を変化させて速度制御を行う
ことができない問題点がある。

発明の目的 本発明は、上記従来技術の欠点を改善し、速度制御領域
を広範囲に且つその速度制御を無段階的として任意の所
望速度に設定できると共に、任意のトルクで起動させる
ことができ、また、起動点から最高回転速度までの全速
度領域に亘り、高い効率で強大なトルクを発生する可変
速誘導電動機を提供することにある。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または３相の
いずれにも形成でき、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１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、かご形量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。

また、本発明の説明に用いる方形波には、必ずしも直角
に限らず、部分的に曲線または斜線のあるものが含まれ
ることは学説のとおりであるが、本発明の方形波には原
則的に頂辺と底辺に水平直線部を有するものである。

問題点を解決するための手段 上記技術的課題を達成するために本発明は、回転自在に
軸架した回転子と同心的にその外側部に固定子を配設し
、前記固定子に主巻線と励磁巻線を施し、前記主巻線を
電圧調整装置を介して電源に連結するようにし、また前
記励磁巻線を電流制御装置を備えた方形波交流電流発生
器を介して電源に連結するように形成して問題点を解決
するための手段とした。

作　　用 上記構成により、電圧調整装置を介して電源から主巻線
に通電すると、固定子に生起する回転磁界の磁束によっ
て回転子導体に誘起電圧が流れて回転子は回転する。電
圧調整装置により電源から主巻線に入力する電圧を増減
に制御することにより、回転子導体に誘起する電圧が変
化し、回転子に誘起する電圧の変化に応じて回転子の回
転速度が変化する。

ところで、固定子に励磁巻線を巻装しであるので、方形
波交流電流発生器から流れる電流により任意の電気角ご
とに瞬間的に変る静止磁束である方形波磁束が励磁巻線
を介して固定子に生じ、方形波交流電流発生器に備えた
電流制御装置の制御による方形波磁束によって、回転子
導体のインダクタンスは非常に小さくなり、主巻線によ
り誘起する回転磁束と励磁巻線からの方形波磁束との両
件用により大きなトルクを出すことができ、すべり損失
が少な（効率の高い電動機となる。

実施例 本発明の実施例を第１図および第６図に基づぎ説明する
。

第１図および第２図において符号１で全体を示す可変速
誘導電動機は以下のように構成しである。固定子２を機
枠３に嵌装して固設し、回転子コア４に複数個の導体５
・・・を装設したその両側端部に短絡環６．７を連結し
て一体的な回転子８に形成し、回転子８と翼車９．１０
を回転子軸１１に装着し、回転子８を固定子２の内周面
に装入すると共に、機枠３の両側面に固設した軸受１４
．１４を嵌装した軸受盤１２，１３に回転子軸１１を軸
架して回転子８を回転自在とする。回転子コア４にはそ
の両側面に貫通する複数個の通気孔１５・・・を開設し
、また回転子コア４には回転子８の外周部と通気孔１５
・・・とを連通する通風胴１６・・・を設け、固定子２
と機枠３には複数個の通気胴１７・・・、排気孔１８・
・・を開設してあり、軸受盤１２．１３に複数個の通」
孔１つ・・・を設けである。

次に、第３図により固定子２に巻装した巻線について説
明する。

固定子２には、デルタ結線を施した主巻線２０と励磁巻
線２１とを巻装し、主巻線２０はスライダック等の電圧
調整装置２２を介して電源に連結し、励磁巻線２１は整
流器、抵抗器、変圧器等の電流制御装置を備えた例えば
周波数不変のサイリスタを応用した方形波交流電流発生
器２３を介して電源に連結する。

以下に上記構成における作用につき説明する。

固定子２に巻装した主巻線２０に電圧調整装置２２を介
して電源から通電することにより、固定子２に回転磁界
の磁束が生しまる。また、電源から方形波交流電流発生
器２３を介して励磁巻線２１に方形波電流が流れると、
固定子２に方形波磁束が発生し、前記回転磁束と方形波
磁束の合成磁束を回転子８の導体５・・・に流すことに
より回転子８は回転する。

次に、回転子８の変速制御について説明すると、電圧調
整装置２２の例えばスライダックを操作して主巻線２０
に入力する電圧を増減調節することにより、回転子８の
導体５・・・に流れる電圧を制御°して回転子８の回転
速度を変速するが、−殻内には電源の持つ電圧値におい
て最高回転速度となる。そこで、中速回転あるいは低速
回転に制御するときには電圧調整装置２２により主巻線
２０に入力する電圧値を小さくすることとなるが、この
場合、効率とトルクが低下することとなる。

しかしながら、固定子２に励磁巻線２１を巻装しである
ので、励磁巻線２１に方形波交流電流発生器２３から励
ｌａ電流を流し、励磁巻線２１に任意の電気角（例えば
６０°、但し６０’に限定されるものではなく、以下は
説明を容易とするために６０°のみにて述べる）ごとに
瞬時的に変動する静止磁束である方形波磁束を作り、固
定子２の主巻線２０によって生起する回転磁束と前記方
形波磁束との合成磁束を回転子８の導体５・・・に流れ
る電流に作用させてより大きなトルクを出すようにする
。

さらに、方形波磁束の作用について詳述すると、第４図
に示すように方形波交流電流を励磁巻線２１に方形波交
流電流発生器２３から流すと、第５図に示すように、方
形波磁束は電気角で６０°ごとに瞬間的に変る静止磁束
であり、時刻Ｔ１においては図中０°で示す方向に方形
波磁束ができ、時刻Ｔ２において図中６０°で示す方向
の方形波磁束に移る間の時刻までのＴ１においては、方
形波交流電流ｉａ、　ｉｂ、　ｉｃ相に流れる励磁電流
に変化のない静止磁束となる。この静止磁束の状態を示
ずものが第６図であり、励磁巻線２１に流れる方形波交
流電流のうち、方形波磁束０°のときを示す時刻Ｔ＋に
おいて、ｉａ相に流れる方形波磁束は時刻ｔＯ〜ｔ１に
おいて士電流のみであるがその時刻中に変動がなく、ま
た、ｉｂ相においてはステップ期にあるが十・−それぞ
れが周間的に流れ、そして、ｉｃ相においては、−電流
のみであるが、その時刻中に変動がなく、結局ｉａ相と
ｉｃ相に流れる方形波磁束の＋・−は相殺され、ｉｂ相
の方形波磁束も自相で＋・−が相殺されることとなるも
のであるから、固定子２には常時開−容聞の方形波磁束
が飽和状態に流れていることとなる。上記のことから、
静止磁束は　ωを一π／３の間隔で６０°ごとにその位
置をステップ状に変動しても方形波磁束の容量は変動し
ないものである。

したがって、回転子８の起動時および低速度領域におい
ては、電圧調整装置２２の操作により低電圧を巻線２０
に通電して固定子２に生起する回転磁界の磁束を小さく
し、また、方形波交流電流発生器２３から励磁巻線２１
に定めた最大の方形波交流電流を流し、前記主巻線２０
によって生起した回転磁束と励磁巻線２１に生起した方
形波磁束との合成磁束を回転子８の導体５・・・に流れ
る電流に作用させることにより、大きなトルクを確保で
きる。また励磁巻線２１に流れる電流を大きくすると方
形波磁束が固定子２に飽和し、回転子８の導体５・・・
のりアクタンスが小さくなって回転子における力率が改
善される。そして、回転子８の回転速度を高速回転領域
に向けて変速する場合には、電圧調整装置２２により巻
線２０に入力する電圧を大きくして固定子２に生起する
磁束を大きくすると共に、電流制御装置の調整により励
磁巻線２１に生起する方形波磁束の電流を小さくするよ
うにする。上記のように制御すれば主巻線２０に生起す
る回転磁束と、励磁巻線２１に生起する方形波磁束とは
効率的に回転子８の導体５・・・に流れる電流に作用し
、それぞれの変速領域においてすべり損失を小さくでき
、大きなトルクを出すことができる。

なお、励磁巻線２１に流れる方形波電流を作るために、
電流制御装置あるいは方形波交流電流発生器２３により
仮に高調波が発生しても、励磁巻線２１に流れる電流は
主巻線２０に流れる電流の約１／１０程度であり、また
、方形波交流電流発生器２３によって作る方形波交流電
流のためのスイッチング回数は、インバータにおける異
周波数電流を作る場合のスイッチング回数よりも大幅に
少なく、商用電源への影響はないものであり、万全を期
すためフィルターを設けて安全処置を講じるとしてもそ
の設備費を廉価とする。

上記回転子８の回転により、軸受５Ｊ１２．１３に穿設
した通風口１９・・・から翼車９，１０により機枠３内
に外気を吸引し、翼車９，１０により固定子２．主巻４
ｉ！２２０．励Ｖｉｔ１巻線２１のそれぞれに通風して
冷却し、また通気孔１５・・・を介し通気胴１６・・・
に流通させる風により回転子コア４、導体５・・・等を
冷却してそれぞれの機能を安定的に作用させる。

なお、回転子コア４に通気孔１５９通気胴１６を設けな
い場合もあり、電圧調整装置は上記実施例に限定される
ものではなく、サイリスク。

トライアックを使用した交流電力調整器、あるいは誘導
電圧調整装置等を使用してもよい。

また、回転子コアに巻線を施してそれぞれを連結して一
体的な回転子に形成してもよく、その巻線および固定子
の巻線はスター結線、デルタ結線のいずれをも使用する
ことができる。

そして、電圧調整装置と電流制御装置を備えた方形波交
流電流発生器とを電気的に連結し、回転子に求められる
回転速度を最も効率的とする自動制御運転を行うように
できることは勿論のことである。

発明の効果 上記に説明した如く本発明によれば、主巻線によって生
じる回転磁束と励磁巻線によって生じる方形波磁束とを
効率的に回転子導体に流れる電流に作用させることがで
き、すべり損失を少な（して効率を向上すると共に、電
圧調整装置による電圧の調節と電流制御装置による電流
の制御により、容易に任意の回転速度に変速することが
でき、低速領域においてほぼ直流モーターと同等のトル
ク性能を確保できるので、負荷の起動特性に合わせて滑
らかな起動あるいは任意の特性による起動が行えるので
起動・停止・変速を頻繁に反復する電動機として顕著な
効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、本出願の実施例図である。 第１図は誘導電動機の側断面図、第２図は主要部の詳細
を示す側面図、第３図はは固定子に巻装置る主巻線と励
磁巻線の結線図、第４図は方形波交流電流の説明図、第
５図は静止磁束の変動角説明図、第６図は静止磁束の変
動説明図である。 １・・・可変速誘導電動！ｆ１２・・・固定子３・・・
機枠　　　　　　　４・・・回転子コア５・・・導体　
　　　　　　６．７・・・短絡環８・・・回転子　　　
　　　９，１０・・・翼車１１・・・回転子軸　　　　
１２，１３・・・軸受盤１４・・・軸受　　　　　　１
５・・・通気孔１６・・・通風胴　　　　　１７・・・
通気胴１８・・・排気孔　　　　　１９・・・通風孔２
０・・・主巻線　　　　　２１・・・励ｖＩｉ巻線２２
・・・電圧調整装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転自在に軸架した回転子と同心的にその外側部に固定
   子を配設し、前記固定子に主巻線と励磁巻線を施し、前
   記主巻線を電圧調整装置を介して電源に連結するように
   し、また前記励磁巻線を電流制御装置を備えた方形波交
   流電流発生器を介して電源に連結するように形成したこ
   とを特徴とする可変速誘導電動機。