KR920000683B1 - 가변속 유도 전동기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가변속 유도 전동기

제1도는 본 발명에 의한 가변속 유도 전동기의 회전축 방향의 일부를 절단하여 표시한 측단면도.

제2도는 제1도에 표시한 전동기의 종단면도.

제3도는 제1도에 표시한 전동기의 고정자 회동기구의 일부를 절단하여 표시한 상면도.

제4도는 전체 회전자 도체가 회전축을 중심으로 동일 반경상에 배설된 구성을 갖는 회전자의 개략적 단면도.

제5도는 제1도체군이 제2도체군에 대하여 소정 각도 비스듬히 설치된 회전자 도체의 구성도.

제6a, b도는 고정자 권선의 전원에 대한 접속 방법을 나타낸 결선도.

제7 내지 10도는 고정자 권선의 전원에 대하여 직렬로 접속된 경우의 본발명에 따른 가변속 유동 전동기의 대표적 특성도.

제11도는 회전자 도체가 제1도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되지 동시에 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 직렬인 경우의 특성도.

제12도는 회전자 도체가 제1도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 않으며 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 직렬인 경우의 특성도.

제13도는 회전자 도체가 제2도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 동시에 비스듬하게 되고, 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 직렬인 경우의 특성도.

제14도는 회전자 도체가 제2도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 않으며 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 직렬인 경우의 특성도.

제15도는 회전자 도체가 제2도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 동시에 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 직렬인 경우의 특성도.

제16 내지 19도는 고정자 권선이 전원에 대하여 병렬로 접속된 경우의 본 발명에 의한 가변속 유도 전동기의 대표적 특성도.

제20도는 회전자 도체가 제1도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 동시에 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 병렬인 경우의 특성도.

제21도는 회전자 도체가 제2도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되지 않으며 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 병렬인 경우의 특성도.

제22도는 회전자 도체가 제2도체군만으로 구성되고 저항재에 의해 단락되는 동시에 고정자 권선의 전원에 대한 접속이 병렬인 경우의 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 농형 유도 전동기 2 : 회전자

3 : 회전자축 4,5 : 회전자 코어

6 : 비자성체 코어 7A : 제1도체군

7B : 제2도체군 8, 9 : 단락환

13 : 통풍공동(cavity) 14 : 통기구

15, 16 : 송풍 팬(fan) 17, 18 : 베어링 베이스

21 : 기틀(machin frame) 22 : 연결봉

23, 24 : 고정자 권선 25 : 제1고정자

26 : 제2고정자 27, 28 : 미끄럼 베어링

29, 30 : 스톱링 31 : 펄스 모우터

32 : 제1구동기어 33, 34 : 중계기어

35 : 제2구동기어 36 : 중계축

37 : 베어링 베이스 38, 39 : 개구부

40A, 40B : 기어 41 : 배풍구

42 : 통풍구 50 : 전압이상(voltage phase shifting)장치

본 발명은 속도제어를 용이하게 그리고 광범위하게 행할 수 있는 동시에 토오크 특성 및 효율이 양호한 농형 가변속 유도전동기에 관한 것이다.

농형 유도 전동기는 권선형 유도 전동기에 비하여 구조가 간단하고 가격이 저렴하고 고장도 적고 그외에 운전시의 효율, 역률(力率)이 모두 양호하기 때문에 동력원으로서 널리 이용되고 있다. 단지 농형 유도 전동기의 결점은 시동 특성이 나쁜, 즉 시동 전류가 방대하게 되는데도 불구하고 시동 토오크가 그다지 크지 않다는 것과 속도제어를 광범위하게 또한 효율적으로 행하기가 곤란하다는 것이다.

권선형 유도 전동기에서는 회전자 권선회로에 외부로부터 브러시와 슬립링을 통하여 2차 저항을 삽입하고 그의 저항치를 조절함으로써 슬립을 변경시키고,비교적 간단히 연속적이며 효율적인 속도제어가 가능하나, 농형 유도 전동기에서는 구조상 이 방법을 취할 수가 없으므로 일반적으로는 다음과 같은 속도 제어방법이 채택되고 있다.

연속적으로 속도제어를 행하는 방법으로서는 전원 주파수를 변경시키는 방법과 전원전압을 변경시키는 방법이 있다.

양 방법 모두 저속도 영역에서 효율의 저하 등 일반적으로 충분한 성능을 얻을 수 없는 결점이 있다. 또 전자의 방법에서는 값비싼 주파수 변환장치를 필요로 하고 또 주파수를 변환시키는 과정에서 컴퓨터, 그외에 각종 전기 제어기기의 오동작 또는 전력콘덴서의 가열 등의 장해를 초래하는 요인으로 되는 고주파 및 전파가 발생하는 결점이 있다.

연속적으로 속도제어를 행하는 방법으로서는 또 동일 극수의 2개의 유도 전동기 성분을 축방향으로 병설하고, 1차 권선을 갖는 양 고정자가 기계적 또는 전기적 수단에 의해 회전측상에 2개의 회전자 코어를 갖는 단일의 회전자의 각 회전자 코어의 주위에 발생하는 회전자계 상호간에 위상차를 생기게하고, 그 위상차를 변경함으로써 합성 2차 전압의 크기 따라서 회전자 도체를 흐르는 2차 전류의 크기를 변경함으로써 속도제어를 하는 방법이 알려져 있다.

또 전동기의 고정자 권선 회로에 복수 종류의 극수를 설치하고 이것을 운전중에 절환하여 속도를 제어하는 방법도 있으나 이로인해 단계적, 불연속적인 속도제어는 되더라도 무단계적으로 원활한 속도제어를 할 수가 없다.

또한, 본원 출원인은 본 출원보다 앞서인 1987년 5월 28일자로 한국특허출원 제5339/1987로서, 동일 회전축에 그의 중간부에 공간 또는 비자성체 코어부를 개재시켜 일정한 간격을 두고 축착된 복수개의 회전자 코어를 가지며, 이 회전자 코어의 각각에 장설된 복수개의 도체는 상호 연결되어 일체적으로 형성된 회전자와, 상기 복수개의 회전자 코어에 각각 대치해서 병설된 복수개의 고정자 코어를 가지며, 이 고정자 코어의 각각에 권장된 고정자 권선은 전원에 대하여 상호 직렬로 접속 또는 직렬로 결합된 복수개의 고정자와, 상기 복수개의 회전자 코어간에 설치된 공간 또는 비자성체 코어부에서 상기 복수개의 도체의 각각을 단락하는 연결재와, 그리고 상기 복수개의 고정자의 어느 일방의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체부분에 유기하는 전압과, 타방의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체 부분에 유기하는 전압과의 사이에 위상차를 생기게 하는 전압이상장치를 가지며, 이 전압이상장치를 조절함으로써 임의로 회전자의 회전속도를 변화시킬 수 있는 가변속 유도 전동기를 출원하였다.

이 출원의 발명에 의해 종래의 유도 전동기에 비교하여 시동 특성에 있어서, 훨씬 뛰어나고 또 고효율이며 광범위한 속도제어가 가능한 유도 전동기를 제공할 수 있었다. 그러나 선출원에 관계된 유도 전동기는 복수조의 회전자 도체가 모두 상호 동일한 전기 특성을 갖는 저항 재료로 구성되어 있는 것을 전제로 한 것이었기 때문에 도체가 비교적 고저항 재료로 구성되거나 또는 비교적 저저항 재료로 구성되는가에 따라 전동기의 운전특성에 그 영향이 현저하게 나타나고, 경우에 따라서는 운전 특성상에 어느 종류의 제약이 발생하는 경우가 있었다.

즉 회전자 도체를 비교적 고저항 재료에 의해 형성한 경우에는 충분히 큰 시동 토오크는 얻어지더라도 정격 부하시에서의 최고회전속도가 동일 정격 출력을 갖는 통상의 것에 비하여 약간 저하되는 경향으로 되고, 또 이것과는 반대로 회전자 도체를 비교적 저저항 재료로 형성한 경우에는 시동시와 저속 운전시에 있어서는 토오크 특성이 종래의 것에 비하여 각별하게는 향상되지 않았으며 반드시 모든면에서 만족할 수 있는 것은 아니었다.

그래서 본 발명의 제1목적은 각각이 상이한 속도 영역에서 유효적으로 작용하는 복수조의 도체군을 동시에 즉 특히 저속도 영역에서 작용하는 도체군과 특히 고속도 영역에서 작용하는 도체군을 적어도 갖는 복수조의 도체군을 농형 회전자의 회전자 도체로서 함께 설치하고 각각의 도체군에 따라 얻어지는 특성이 합성됨으로써 종합적으로는 속도 제어 범위가 극히 넓은 농형 유도 전동기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 임의의 시동 토오크로 기동할 수 있는 시동특성이 뛰어난 농형 유도 전동기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 기동점으로부터 최고 회전 속도까지의 전체 속도 영역에 걸쳐 최고 회전 속도시점에서의 정격전류와 거의 동등한 전류를 작용시킴으로서 나타나는 뛰어난 토오크 특성과 효율을 갖는 농형 가변속 유도 전동기를 제공하는 것이다

본 발명에 의하면 동일 회전축에 그의 중간부에 공간 또는 비자성체 코어부를 일정한 간격을 두고 축착된 복수개의 회전자 코어를 가지며, 이 회전자 코어상에는 특히 저속도 영역에서 작용하는 제1도체군과 특히 고속도 영역에서 작용하는 제2도체군을 포함하는 복수조의 회전자 도체가 장설되고, 적어도 상기 제1도체군과 상기 제2도체군중의 어느 일방의 도체군은 상기 공간 또는 비자성체 코어부에서 저항재에 의해 단락되는 동시에 상기 회전자 도체는 군마다 각각 상호 연결되어 일체화된 단일의 회전자와 상기 회전자의 각 회전자 코어에 각각 대치하는 각 고정 코어를 가지며 상기 회전자와 동축상에 주설된 복수개의 고정자와 상기 복수개의 고정자 중의 어느 일방의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 도체 부분에 유기하는 전압과 타방의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체부분에 유기하는 전압과의 사이에 위상차를 생기게 하는 전압이상장치를 가지며, 상기 전압이상장치를 조절함으로써 임으로 회전자의 회전속도를 변화시킬 수가 있는 가변속 유도 전동기가 제공된다.

또 본 발명에 의하면 동일 회전축에 그의 중간부에 공간 또는 비자성체 코어부를 개재하여 일정한 간격을 두고 축착된 복수개의 회전자 코어를 가지며, 이 회전자 코어상에는 특히 저속도 영역에서 작용하는 제1도체군과 특히 고속도 영역에서 작용하는 제2도체군을 포함하는 복수조의 회전자 도체가 장설되고 상기 제1도체군과 상기 제2도체군중의 어느 한쪽의 도체군은 상기 공간 또는 비자성체 코어부에서 다른 도체군과는 상이한 각도로 비스듬하게 상호 연결되어 일체화된 단일의 회전자와 상기 회전자의 각 회전자 코어에 각각 대치하는 각 고정 코어를 가지며 상기 회전자와 동축상에 주설된 복수개의 고정자와 그리고 상기 복수개의 고정자 중의 어느 한쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 도체 부분에 유기하는 전압과 다른쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체부분에 유기하는 전압과의 사이에 위상차를 생기게 하는 전압이상장치를 가지며, 상기 전압이상장치를 조절함으로써 임으로 회전자의 회전속도를 변화시킬 수가 있는 가변속 유도 전동기가 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 농형 가변속 유도 전동기의 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 상술한다. 그리고 이하의 설명은 다상 유도 전동기의 대표적인 것인 3상 유도 전동기에 관해서 설명하겠으나, 본 발명은 3상 이외의 다상유도 전동기 또는 단상 유도 전동기에도 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 회전자의 형태에 관해서는 실시예의 설명에 사용하는 보통 농형, 2중 농형 이외에, 심구 농형, 특수 농형 등 어느 형식의 것에도 적용할 수 있다. 또 본 명세서에서 말하는 “도체”란 농형 회전자 코어의 슬롯(slot)내에 장설되는 농형 도체의 것을 나타낸다.

먼저 제1도로부터 제5도에 구체적 구성을 표시한 본 발명에 의한 유도전동기의 1실시예를 설명한다.

본 발명에 의한 농형 유도 전동기(1)는 대략 다음의 구성을 가졌다. 회전자(2)의 회전자축(3)위에는 강자성 재료로 이루어진 회전자 코어(4, 5)가 일정한 간격을 두고 삽착된다. 회전자 코어(4, 5)사이에는 비자성체 코어(6)를 끼워 설치하지만 비교적 소형의 유도 전동기에서는 코어를 설치하지 않고 공간의 상태인 채로 남겨두는 일도 있다. 회전자 코어(4, 5)의 동일 반경의 원주상(제4도 참조)에 또는 상이한 반경의 원주상(제2도 참조)에 축방향으로 뻗어서 설치된 다수의 슬롯내에는 그의 외측부 단부간을 연통 그리고 직선상으로 제1도체군(7A--)과 제2도체군(7B--)이 농형으로 장설되고, 또한 제1도체군(7A--)과 제2도체군(7B--)의 양단부가 단락환(8,9)에 의해 상호 단락됨으로써 일체적인 회전자(2)가 구성된다.

제1도체군(7A---)은, 예를 들면, 알루미늄 등의 비교적 고저항 재료를 사용하여 구성되는 동시에 리액턴스 분이 작게 되도록 회전자 코어(4, 5)위에 배설된다. 한편 제2도체군(7B--)은 예컨대 동등의 비교적 저저항재료를 사용하여 구성되는 동시에 리액턴스분이 크게 되도록 회전자 코어(4, 5)위에 배설된다. 또한 제1도체군(7A---)과 제2도체군(7B---)을 동일한 전기재료로 구성할 경우에는 각 도체군 상호의 단면적을 변경시킴으로써 필요한 저항치의 차가 양도체군간에 나타나도록 하여도 좋다. 이들 제1도체군(7A---)과 제2도체군(7B---)에 의해 농형도체, 즉 회전자 도체(7)가 구성된다. 제1도체군(7A---)은 회전자 코어(4, 5)간의 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에 있어서 도체(7)를 벡터차의 전류가 흘렀을때 통전하는 저항재(r--) 및 저항환(10)을 통하여 제4도에 표시한 바와 같이 단락된다. 저항재(r)는 니크롬선, 탄소 혼입강, 통전성 세라믹스 등의 고저항재료로 이루어지고, 반드시 도시와 같이 제1도체군(7A---)에 접속되어 있는 것을 필요로 하지 않으며, 일부의 제1도체군(7A---)에만 예컨대 1개 건너서 접속되어 있어도 좋다. 도시 실시예의 경우, 제2도체군(7B---)의 쪽은 제1도체군(7A---)과는 달라서, 회전자 코어(4, 5)간의 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 저항재 및 저항환을 사용하여 상호 단락되어 있지 않으며, 단지 회전자 코어(4, 5)의 외측부 단부간에 걸쳐서 연통하고 또한 단락환(8, 9)에 의해 양단부가 상호 단락되어 있을 뿐이나, 이 제2도체군(7B---)도 제1도체군(7A---)과 동일하게 저항재 및 저항환을 사용하여 단락적으로 연결하는 일도 있다.

제5도는 본 발명에 따른 농형 유도 전동기에 사용되는 농형도체의 다른 실시예를 모식적으로 표시하였다. 제1도에 표시한 유도 전동기에 있어서의 농형 도체의 제1도체군(7A---)과 제2도체군(7B---)은 모두 양회전자 코어(4, 5)를 통하여 회전자축에 대하여 평행이며 직선상으로 배설되어 있는데 대하여 제5도에 표시한 농형 도체에서는 회전자 코어(4, 5)간에 개재하는 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 제1도체군(7A---)이 제2도체군(7B---)에 대하여 회전축 중심으로 보아서 소정각도(α)비스듬히 배설되어 있는 점에 상위가 있다. 그리고 도시 실시예의 경우 제1도체군(7A---)이 제2도체군(7B---)에 대하여 비스듬히 배설되어 있으나 이것과 반대라도 무방하여, 요는 복수조의 회전자 도체군 중의 어느 1조의 도체군이 다른 조의 도체군에 대하여 소정각도 비스듬히 배설되어 있으면 된다.

회전자 코어(4, 5) 및 비자성체 코어부(6)에는 회전자(2)의 양측부(11, 12)에 연통하는 통풍공동(13)이 복수개가 설치되고 또 통풍공동(13)으로부터 회전자(2)의 외주부로 향해서는 방사상으로 복수개의 통기구(14)가 비자성체 코어부(6)부분에 천설되어 있다. 회전자(2)의 양측부에는 송풍팬(15, 16)이 장착되어 있으며 회전자(2)의 회전에 수반하여 공기를 강제적으로 통풍공동(13)내로 도입 또는 통풍공동(13)내로부터 배기하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 일체적 회전자(2)는 그의 양단부가 베어링 베이스(17, 18)에 끼워 장치된 베어링(19, 20)에 축 지지됨으로써 기틀(21)내에서 회전자재하게 되어 있다. 베어링 베이스(17, 18)는 원통상의 기틀(21)의 양단부에 연결봉(22)에 너트 조임됨으로써 일체적으로 조립된다. 기틀(21)에는 적당수의 배풍구(41)가 천설되고 또 베어링 베이스(17, 18)에는 복수개의 통풍구(42)가 천설되어 있다.

고정자 권선(23)이 권장된 제1고정자(25)와 고정자 권선(24)이 권장된 제2고정자(26)는 각각 회전자 코어(4, 5)의 각 외주면에 대치하여 기틀(21)의 내벽면에 병설된다. 기틀(21)과 제1고정자(25) 및 기틀(21)과 제2고정자(26)와의 사이에 각각 미끄럼 베어링(27, 28)이 장설되고, 이 미끄럼베어링(27, 28)은 기틀(21)의 내벽면에 끼워 장치된 스톱핑(29, 30)에 의해서 각각 좌우 방향의 이동이 규제되게 되어 있다.

기틀(21)의 외주면 정부에는 펄스 모우터(31)가 재설되고 그의 구동축에는 제1구동기어(32)와 중계기어(33)가 고착된다. 기틀(21)의 외주면에는 또 중계기어(33)에 맞물리는 중계기어(34)와 제2구동기어(35)를 각각 축단부에 가진 중계축(36)을 회전자재로 축지지한 베어링대(37)가 장착된다. 제1구동기어(32)와 제2구동기어(35)는 기틀(21)에 천설된 개구부(38, 39)를 통하여 기틀(21)내로 향하고 제1고정자(25) 및 제2고정자(26)의 각 한쪽 외주면에 끼워 부착되어 있는 기어(40A)와 기어(40)에 각각 맞물린다.

제1고정자(25)와 제2고정자(26)의 펄스 모우터(31)를 중심적 구성요소로 하는 회동기구의 작동에 따라 회전자(2)와 동심적으로 또한 서로 반대방향으로 회동한다. 제1고정자(25)와 제2고정자(26)의 회동에 의한 상대적 회동치에 따라 각 회전자 코어(4, 5)의 주위부에 발생하는 회전자계 간에 위상차가 생긴다. 즉, 상술한 제1,2고정자(25, 26)의 회동량의 조절, 따라서 회전자계간의 위상차의 조절은 펄스모우터(31)를 스위치에 의해 정·역회전시켜서 행하나 회동기구의 구동원으로서는 펄스모우터(31)에 한정될 까닭은 없고 다른 구동원, 예를들면 기체, 액체 실린더 등에 의한 서어보 기구 등이라도 물론 무방하다. 또 가장 간단하게는 수동 핸들에 의한 수동 조작에 의해서 행할 수도 있다. 또한 도시 실시예의 경우 제1고정자(25)와 제2고정자(26)의 쌍방을 동시에 그리고 반대방향으로 회동시키도록 되어 있으나, 보다 간단한 구성으로 하는데는 제1고정자(25) 또는 제2고정자(26)의 어느 한쪽만을 회동시키는 구성으로 할 경우도, 또 극히 미세한 조절이 필요로 될때에는 양 고정자의 회동속도에 차를 두어서 동일 방향으로 회동시키는 구성으로 할 경우도 있다.

제1,2고정자(25, 26)에 각각 권장된 고정자 권선(23, 24)의 3상 전원에 대한 접속방법에는 두가지가 있으며, 제6a도에 표시한 바와 같이 고정자 권선상호를 직렬로 접속하고나서 행하거나 또는 제6b도에 표시한 바와 같이 단지 각각을 병렬로 행한다. 그리고 Y결선만을 도시하였으나 Δ결선이라도 물론 무방하다. 전원에 접속하여 통전함으로써 고정자(25, 26)는 회전자(2)의 주위에 회전자계를 발생시키고, 이 회전자계에 의거하여 회전자 도체(7)에 유도전류가 흐른다. 회전자속과 회전자 도체를 흐르는 유도 전류에 의해 회전자(2)에는 회전 토오크가 발생하여 회전을 개시한다. 이 고정자 권선(23, 24)의 3상 전원에 대한 접속 방법을 직렬로 하거나 병렬로 하거나에 따라 전동기의 운전 특성은 상이된 것으로 되고 이하에서 그 경우를 나누어서 설명한다.

최초로 제6a도에 표시한 직렬 접속의 경우를 설명한다. 이 경우, 제1도체군(7A---)과 제2도체군(7B---)은 상이된 속도 영역에서 즉 이하에서 설명하는 바와 같이 제1도체군(7A---)은 고슬립측에서 또 제2도체군(7B---)은 저슬립측에서 각각 특히 유효적으로 작용하고, 이 전동기에 의해 종합적으로 얻어지는 속도-토오크 특성 곡선은 회전자 도체(7)가 공간부 또는 비자성체 코어부에서 비스듬하게 되어 있지 않은 경우는 제7도 또는 제8도에 표시한 바와 같이 또 비스듬히 되어 있는 경우에는 제9도 또는 제10도에 표시한 바와 같이 된다. 또한 이하의 그래프증, 점선은 같은 전류치의 경우의 토오크와 슬립의 관계를 나타내는 것이다.

회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 고저항재료로 이루어지고 또한 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 저항재(r)에 의해서 단락되었으나 동부에서 비스듬히 되어 있지 않은 제1도체군(7A---)만으로 구성되어 있다고 가정한 경우, 제1, 2 고정자(25, 26)간의 상대적 회동량이 영으로 각각의 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계간에 위상의 어긋남이 없는 (θ=0°)일때에는 도체(7)에 접속된 저항재(r)에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 저항재(r)의 특성상에 대한 영향은 없고, 제1도체군(7A---)이 비교적 고저항 재료이기 때문에 정격 부하시의 슬립이 다소 크게 되는 이외는 일반의 유도 전동기와 동일한 토오크 특성으로 된다.

그러나, 펄스 모우터(31)의 작동에 의해 제1고정자(25)와 제2고정자(26)의 각각을 반대방향으로 회동하여 각 고정자가 만드는 회전자계간에 위상차(θ)를 생기게 하였을시에는 이 위상차(θ)에 의거한 벡터차의 전류가 도체(7)에 접속된 저항재(r)를 흐른다. 고정자 권선(23, 24)은 상호 직렬로 접속되어서 상용 3상 전원으로부터 전력이 공급되므로 설사 권선(23, 24) 각각의 저항치 또는 양 고정자(25, 26)의 용량에 차가 있었다고 하더라도 각각의 권선(23, 24)을 흐르는 전류의 크기는 같다. 따라서 제1고정자(25)와 제2 고정자(26)의 각각에 대응하는 도체(7)의 각 부분에 유기하는 전압에 의거하여 도체(7)를 흐르는 전류의 절대치는 같게되는 동시에, 제1 고정자(25)와 제2 고정자(26)의 회동량차, 즉 양고정자(25, 26)가 만드는 회전자계의 위상차(θ)에 의거한 벡터차분의 전류가 도체(7)에 접속된 저항재(r)를 흐르므로써, 이 경우 즉 회전자(2)의 도체(7)의 모두가 저항재(r)에 의해서 단락되어 있는 제1도체군(7A)만인 경우의 전동기의 속도-토오크 특성 곡선은 회전속도가 낮은 고슬립 측에서 큰 토오크를 발생시키고 더구나 속도 제어 영역이 넓은 제11도에 표시한 그래프와 같이 된다. 참고로 회전자(2)의 도체(7)의 모두가 비교적 고저항 재료에 의해 구성되나, 저항재(r)에 의해서 단락되어 있지 않은 경우의 특성을 나타내면 위상차(θ)의 증가에 따라 토오크가 급감하고 속도 제어가 곤란하며 더욱이 그 범위가 좁은 제12도에 표시한 그래프와 같이 된다.

다음에 회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 고저항재로 이루어지고 더욱이 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 저항재(r)에 의해서 단락되었으나 동부에 있어서 스큐우(skew) 각(α)으로 비스듬히 되어 있는 제1도체군(7A---)만으로 구성되어 있다고 가정한 경우의 속도-토오크 특성을 설명한다.

이 경우 가령 제1, 2 고정자(25, 26)간의 상대적 회동량이 영이며 각각의 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계간에 위상의 어긋남이 없더라도 (θ=0°), 각 고정자(25, 26)에 대응하는 회전자 도체 부분에는 스큐우 각(α)에 의거한 위상이 상이한 회전자계가 실질적으로는 존재하고 있는 것과 등가로서 위상이 다른 유도 전압이 각 도체 부분에 발생하고 이 위상차에 따른 벡터 차의 전류가 도체(7)에 접속된 저항재(r)를 흐르게 된다. 유도 전동기의 극수가 4극의 경우 기계각인 스큐우 각(α)은 회전자계간의 전기적인 위상각차(θ)로 환산하면 2α에 상당한다. 따라서 스큐우각 α=15°이면 제1,2고정자(25, 26)의 상대적 회동량이 영이며 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계간의 위상차=θ°일때에도 회전자 도체(7)에는 위상차 θ=30°에 상당한 위상이 다른 유도 전압이 유기되고, 이것에 따른 벡터 차분의 전류가 저항재(r)를 흐르게 된다. 즉 위상차=θ°에서의 속도-토오크 곡선은 제11도에서의 θ=30°일때의 곡선과 대략 같게 된다.

다음에 제1, 2 고정자(25, 26)간의 상대적 회동량, 즉 위상차(θ)를 스큐우각 (α=15°)의 2배인 θ=30°로 될때까지 순차적으로 증가시켜가면, 제1, 제2고정자는(25, 26)와 회전자 도체(7)간의 실질적 위상차는 순차적으로 감소하여 최종적으로는 위상차가 없어져서 벡터 차분의 전류가 저항재(r)를 흐르지 않게 된다. 즉 위상차(θ)가 30°로 되었을시의 속도-토오크 곡선은 제11도에 있어서의 θ=0°일때의 곡선과 대략 같게 된다. 여기서 제1, 2 고정자(25, 26)간의 회동량, 즉 회전자계간의 위상차(θ)를 θ=30°보다 더욱 증가시켜가면 이에 따라 제1, 2고정자(25, 26)와 회전자 도체(7)간의 실질적인 위상차 0°으로부터 순차적으로증가로 전환하고, 이후 각 시점에서의 속도-토오크곡선은 제11도에 있어서의 θ=30 °, 60°, 90°---로 각각 대략 같게 된다. 따라서 회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 고저항재로 이루어지고 또한 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 저항재(r)에 의해서 단락되어 있는 동시에 동부에 있어서 스큐우각(α)으로 비스듬히 되어 있는 제1도체군(7A---)만으로 구성되어 있다고 가정한 경우의 속도-토오크 특성곡선은 제13도에 표시한 그래프와 같이 되고 그 특징은 제11도에 표시한 그래프의 것과 동일하게 회전속도가 낮은 고슬립 측에서 속도 제어 범위가 넓고, 또 큰 토오크를 발생시킬 수 있는 점이다.

상기와는 반대로 회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 저저항재료로 이루어진 제2도체군(7B---)만으로 구성되어 있는 경우의 전동기의 특성을 저항재(r)에 의해서 단락되어 있지 않은 경우와 단락되어 있는 경우에 대해서 각각 설명한다.

어느 경우도 제1, 2 고정자(25, 26)간의 상대적 회동량이 영으로 각각의 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계간에 위상의 어긋남이 없을 (θ=0°)때에 토오크는 최대로 되고 그의 토오크의 최대치는 도체(7)의 저항 및 인덕턴스를 R 및 L, 전원의 각 주파수를 ω로 하면 슬립(S)이 S=R/ωL일때에 나타난다. 그러나 도체(7)가 저항재(r)에 의해서 단락되어 있지 않을 경우는 제1, 2고정자(25, 26)의 상대적 회동량, 즉 양 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계간의 위상차(θ)를 증가하면 위상차(θ)에 반비례적인 전류가 도체(7)를 흐르기 때문에 구동 토오크는 위상차(θ)의 증가에 따라 급격히 감소한다. 이 경우의 도체(7)는 비교적 저저항이기 때문에 정격 부하시에 있어서는 슬립은 도체(7)가 비교적 고저항의 제1도체군(7A---)일때에 비하여 작게 되고, 전동기의 특성은 회전 속도가 높은 저슬립측에서 유효한 토오크를 발생시키는 제14도에 표시한 그래프와 같이 된다. 한편 도체(7)가 저항재(r)에 의해서 단락되어 있는 경우에는 상술한 바와같이 이 저항재(r)를 제1고정자(25)와 제2 고정자(26)의 회동량차, 즉 양 고정자(25, 26)가 만드는 회전자계의 위상차(θ)에 따른 벡터 차분의 전류가 흐르기때문에 위상차(θ)의 증가에 따라 토오크의 최대치는 약간 감소하지만 고속도 영역으로부터 어느 정도의 저속도 영역가지의 넓은 범위에 걸쳐서 유효한 토오크를 발생시키는 제15도에 표시한 그래프와 같이 된다.

본 발명에 의한 유도 전동기의 회전자(2)는 회전자 도체로서 상술한 바와같이 고슬립측(저속도 영역)에서 유효한 토오크를 발생시키는 제1도체군(7A---)과 저슬립측(고속도영역)에서 유효한 토오크를 발생시키는 제2도체군(7B---)을 함께 동시에 갖고 있기 때문에 전동기의 운전 특성은 제1도체군(7A---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제11도에 표시한 특성과 제2도체군(7B---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제14도에 표시한 특성과를 각 위상차마다 종합(합성)하여 얻어지는 상술한 제7도의 그래프와 같이 또는 상기 제11도에 표시한 특성과 제2도체군(7B---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제15도에 표시한 특성으로 동일하게 각 위상차마다 종합(합성)하여 얻어지는 앞에서 설명한 제8도에 표시한 그래프와 같이 된다. 또 제1도체군(7A---)이 회전자 코어(4,5)사이에서 비스듬히 되어 있는 구성의 경우, 제1도체군(7A---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제13도에 표시한 특성과 제2도체군(7B---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제14도에 표시한 특성을 각 위상차마다 종합(합성)하여 얻어지는 전술한 제9도의 그래프와 같이 또는 상기 제13도에 표시한 특성과 제2도체군(7B---)이 유효적으로 작용하여 얻어지는 제15도에 표시한 특성을 동일하게 각 위상차마다 종합(합성)하여 얻어지는 상술한 제10도에 표시한 그래프와 같이 된다. 제7,8도중 및 제9,10도중의 점선으로 표시한 바와 같이 동일 전류치에 있어서 저속도 영역으로부터 고속도 영역의 넓은 속도 영역에 걸쳐 변동이 적은 안정된 토오크를 얻을수 있을 뿐만 아니라 기동시는 물론의 일이고 고속도 영역으로부터 고속도 영역까지의 극히 넓은 속도 영역에 걸쳐서 제1, 제2고정자(25,26)의 상대적 회동량의 조절, 즉 양 고정자가 만드는 회전자계의 위상차(θ)를 조절함으로써 큰 토오크를 안정적으로 얻을 수가 있다.

다음에 제6b도에 표시한 바와 같이 고정자 권선(23,24)이 전원에 대하여 병렬로 접속된 경우의 특성을 설명한다. 이 경우 제1도체군(7A---)과 제2도체군(7B---)은 상이한 속도 영역에서 즉 제1도체군(7A---)은 고슬립측에 있어서 또 제2도체군(7B---)은 저슬립측에서 각각 특히 유효적으로 작용하고 이 전동기에 의해 종합적으로 얻어지는 속도-토오크 특성 곡선은 회전자 도체(7)가 공간부 또는 비자성체 코어부(6)에서 비스듬히 되어 있지 않은 경우는 제16도 또는 제17도에 표시한 바와같이 또 비스듬히 되어 있는 경우에는 제18도 또는 제19도에 표시한 바와같이 된다.

회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 고저항체의 제1도체군(7A---)만으로 구성되는 동시에 저항재(r)에 의해서 단락되어 있으나 비자성체 코어부(6)에서 비스듬히 되어 있지 않다고 가정한 경우의 운전특성은 회전 속도가 낮은 고슬립측에서 큰 토오크를 발생하는 제20도에 표시한 그래프와 같이 된다. 한편 회전자(2)의 회전자 도체(7)의 모두가 비교적 저저항재의 제2도체군(7B---)만으로 구성되고, 또한 비자성체 코어부(6)에서 비스듬히 되어 있지 않다고 가정한 경우의 운전특성은 저항재(r)가 없는 경우에는 제21도에 표시한 바와같은 특성으로 된다. 어느 특성도 속도 제어 기능 범위는 좁으나, 저슬립측에서 유효한 토오크를 발생시킨다. 제20도, 제21도 및 제22도에 표시한 어느 특성과 각각 단독으로는 큰 토오크를 발생시키고, 또한 변속 영역이 넓다고는 말할 수 없으나 고슬립측에서 큰 토오크를 발생시키는 제20도의 특성과 저슬립측에서 유효하고 또한 큰 토오크를 발생시키는 제21도 또는 제22도에 표시한 특성으로 조합함으로써 제16도 또는 제17도에 표시한 바와같은 발생 토오크, 변속 기능 영역이 함께 개선된 운전 특성이 얻어진다. 제18도, 제19도, 제16도, 제17도의 특성을 나타내도록 구성된 전동기에 있어서, 제1도체군(7A---)또는 제2도체군(7B---)의 어느 하나를 다른쪽의 도체군에 대하여 소정 각도 스큐우 시킨 경우에 얻어지는 운전특성이다.

고정자 권선을 전원에 대하여 병렬 접속으로한 경우에 얻어지는 특성으로 부터는 앞에서 설명한 직렬 접속으로한 경우에 얻어지는 특성과 비교하여 비교적으로 무거운 정부하가 걸렸을 경우에는 직렬 접속의 경우와 같은 넓은 범위에서의 변속은 어렵다고 말할 수 있으나 회전 속도의 증가와 함께 부하가 가볍게 되는 소위 체감 부하특성의 부하에 대하여서는 넓은 범위에서의 변속이 가능한 특성을 갖는다고 말할 수 있다.

또한 상기 실시예의 경우, 제1, 제2고정자(25,26)에 대치하는 회전자 도체의 각 부분에 위상이 다른 전압을 유기시키기 위한 전압 이상수단으로서 제1, 제2고정자(25,26)를 상대적으로 회동시켜서 행하는 기계적구성의 전압 이상장치(50)를 도시하여 설명하였으나 이 기계적 구성의 전압이상장치(50)에 대신하여 전원에 대한 고정자 권선 각상의 접속을 절환하여 고정자 상호간의 단계적인 위상차를 생기게 하는 방법, 고정자 권선의 접속을 △결선과 Y결선의 사이에서 절환하여 단계적인 위상차를 생기게 하는 방법, 혹은 제1, 제2고정자 권선간에 유도 전압식의 이상기를 개재시켜서 연속적인 위상차를 생기게 하는 방법등, 전기적으로 구성된 전압이상장치를 사용하여도 무방하다. 그리고 또 전동기에 요구되는 부하 및 변속조건 혹은 그 용도등에 따라서는 전압이상장치로서 이미 도면을 가지고 상세히 설명한 기계적 구성의 전압이상장치와 전기적 구성의 전압이상장치를 조합한 구성으로 하는 일도 있다.

또한 본 발명에 의한 가변속 유도 전동기는 기본적 구성을 변경하는 일없이 유도 발전기 또는 재동기로서 사용할 수가 있다. 유도 발전기로서의 사용의 경우, 회전자축에 가스 터어빈등의 구동원을 직접 연결하는 동시에 적당한 전압이상장치에 의해 위상차를 조절하면서 발전함으로써 복잡고 가한 조속기 혹은 가변 피치장치 등을 사용하는 일없이 안정된 발전을 행할 수가 있다. 전압이상장치에서 위상치를 조절함으로써 내연기관을 구동원으로서 회전자축에 연결하여 발전할 경우에는 그 내연기관의 최소 연비로 되는 회전수에 대응하여 발전할 수가 있고, 또한 파워가 약하고 불안정한 풍력 또는 수력을 회전자축에 구동에너지원으로서 발전할 경우에는 그 풍속, 유속에 따라 최고 출력을 취출시키는 회전수로 효율적으로 발전시킬 수가 있다.

또 본 발명에 의한 가변속 유도전동기를 재동기로서 사용할 경우에는 회전자축에 다른 회전축을 연결하는 동시에 고정자 권선의 입력측 3상중 2상을 바꿔넣는 상순 절환 스위치를 설치하고 이 절환 스위치에 의해 회전자축을 정회전·역회전이 자유롭게 된다. 상순 절환스위치의 절환조작과 전압이상장치에 의한 위상차의 조절 조작에 의해 회전자축에 연결된 회전축에 대한 제동력의 강약을 효율적으로 자유롭게 제어할 수가 있다.

Claims (11)

1. 동일회전축에 그 중간부에 비자성체부를 개재시켜 축착된 복수개의 회전자 코어를 가지며, 이 회전자 코어상에는 특히 저속도 영역에서 작용하는 제1도체군과 특히 고속도 영역에서 작용하는 제2도체군을 포함한 복수조의 회전자 도체가 장설되고, 적어도 상기 제1도체군은 상기 비자성체부에서 저항재에 의해 단락되고, 상기 회전자 도체는 군마다 각각 상호 직선상으로 연결되어 일체화된 단일의 회전자와, 상기 회전자의 각 회전자 코어에 각각 대치하는 각 고정자 코어를 가지며, 상기 회전자와 동축상에 주설된 복수개의 고정자와, 그리고, 상기 복수개의 고정자중의 어느 한쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 도체부분에 유기하는 전압과, 다른쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체 부분에 유기하는 전압과의 사이에 위상차를 생기게 하는 전압 이상장치를 가지며, 상기 전압 이상장치를 조절함으로써 회전자의 회전속도를 변화시킬 수가 있는 가변속 유도 전동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1도체군과 상기 제2도체군과는 각각 변경을 달리하는 원주상에 배설되어 있는 가변속 유도 전동기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1도체군은 비교적 고저항으로 구성되는 동시에 상기 제2도체군은 비교적 저저항으로 구성되어서 이루어진 가변속 유도 전동기.
4. 동일 회전축에 그의 중간부에 비자성체부를 개재시켜 축착된 복수개의 회전자 코어를 가지며, 이 회전자 코어상에는 특히 저속도 영역에서 작용하는 제1도체군과 특히 고속도 영역에서 작용하는 제2도체군을 포함하는 복수조의 회전자 도체가 장설되고, 상기 제1도체군과 상기 제2도체군중 어느 일방의 도체군은 비자성체코어부에서 다른 도체군과는 상이한 각도로 비스듬히 상호 연결되어 일체화된 단일의 회전자와, 상기 회전자의 각 회전자 코어에 대치하는 각 고정자 코어를 가지며, 상기 회전자와 동축상에 주설된 복수개의 고정자와, 그리고, 상기 복수개의 고정자 중의 어느 한쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 도체부분에 유기하는 전압과, 다른쪽의 고정자에 대치하는 상기 회전자의 대응하는 도체부분에 유기하는 전압과의 사이에 위상차를 생기게 하는 전압 이상장치를 가지며, 상기 전압 이상장치를 조절함으로써 회전자의 회전속도를 변화시킬 수가 있는 가변속 유도 전동기.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1도체군과 상기 제2도체군과는 각각 반경을 달리하는 원주상에 배설되어 있는 가변속 유도 전동기.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1도체군은 비교적 고저항으로 구성되는 동시에 상기 제2도체군은 비교적 저저항으로 구성되어 이루어진 가변속 유도 전동기.
7. 제4항에 있어서, 적어도 상기 제1도체군은 상기 공간 또는 비자성체 코어부에서 저항재에 의해 단락적으로 연결되어 있는 가변속 유도 전동기.
8. 제1항에 있어서, 상기 비자성체부는 비자성체 코어인 가변속 유도 전동기.
9. 제1항에 있어서, 상기 비자성체부는 공간인 가변속 유도 전동기.
10. 제4항에 있어서, 상기 비자성체부는 비자성체 코어인 가변속 유도 전동기.
11. 제4항에 있어서, 상기 비자성체부는 공간인 가변속 유도 전동기.

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