WO1991007005A1

WO1991007005A1 - Moteur a induction synchrone multi-stators

Info

Publication number: WO1991007005A1
Application number: PCT/JP1990/001366
Authority: WO
Inventors: Toshihiko Satake; Yukio Onogi
Original assignee: Satake Engineering Co., Ltd.
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1991-05-16
Also published as: US5796233A; MY107152A; DE69015213T2; EP0570582A4; KR0167654B1; NO921618L; NO921618D0; AU656885B2; CA2071542C; EP0570582A1; EP0570582B1; DK0570582T3; KR920704401A; CA2071542A1; DE69015213D1; AU6608990A; FI107654B

Description

明細書複数固定子誘導同期電動機

〔技術分野〕

本発明は同期電動機に関する。

〔背景技術〕

一般に、同期電動機は、その回転子を固定子巻線の作る回転磁界の回転速度すなわち同期速度近くまで加速する起動機と、回転子卷線の直流励磁が必要である。

この起動機を省略して同期電動機自体に起動トルクを持たせるように考案されたのが誘導同期電動機で、これは起動時には回転子卷線を短絡して誘導電動機として起動するため起動機は必要としないが、同期運転は回転子卷線の直流励磁のためにブラシを必要とする。すなわち、回転子の回転速度が同期速度に近づくと、回転子卷線の短絡を開放して外部の直流電源からブラシを介して回転子卷線に直流電流を供給して回転子に磁極を作り、この磁極が固定子卷線の作る回転磁界に引張られて回転子は同期速度で回転する。このブラシは保守点検を必要とすることから、保守費が嵩み、ブラシレス構造の同期電動機の開発が望まれている。

このブラシレス構造の同期電動機としては、従来から永久磁石形やリラクタンス形があるが、誘導機起動が不可能なために、起動トルクが小さく、減磁の問題や、低力率等の欠点があるため、小容量のものに限られている。また、ランデル形やインダクタ形の同期電動機は、磁路の構成が複雑で大型となる欠点があつた。また、交流励磁器と回転整流器を用いる方法も同様である。また、回転子卷線にダイォ— ドを接続してィンバータの方形波電圧による高調波磁界を利用するブラシレス自励形三相同期電動機もあるが、回転子の界磁起磁力が不足で十分な出力が得られない欠点がある。更には、三相の固定子卷線の一相にダイオードを挿入することにより、固定子の作る回転磁界に正相分静止磁界を重畳して、同期速度で回転する回転子卷線に静止磁界による交流電圧を誘起させて、これをダイオードで整流することによつて回転子巻線を直流励磁して、回転磁界を作用させて同期トルクを発生するブラシレス自励形三相同期電動機があるが、これは誘導機始動が不可能なために、回転子鉄心の渦電流による起動となり起動トルク力

I o 小さい欠点がある。

従来技術の上記欠点に鑑み、本発明は、起動トルクが大きく、さらには同期トルクも大きく、しかもブラシを必要とせず、保守点検が容易で構造が簡単で専用の起動機も必要としない同期電動機の提供を技術的課題とする。

1 5 〔発明の開示〕

本発明によれば、

同一回転軸上に任意の間隔をおいて第 1及び第 2回転子コアを有し、前記第 1及び第 2回転子コアには回転子導体が装設されてなる一体型回転子と、

Z 0 前記第 1及び第 2回転子コアにそれぞれ対向して周設した第 1 及び第 2固定子と、

前記第 1固定子がこれに対峙する第 1回転子コアの周囲に生じる回転磁界に基づき回転子導体に誘起する電圧と、前記第 2固定子がこれに対峙する第 2回転子コァの周囲に生じる回転磁界に基づき回転子導体に誘起する電圧との間に、電気角で 0 。の第 1位相差と 1 8 0 。の第 2位相差を生じさせる電圧移相装置と、

前記第 1及び第 2回転子コアの各周囲にそれぞれ静止磁界を生じさせる静止磁界発生装置と、 • 前記回転子と一体に構成され、前記静止磁界発生装置が作る静止磁界に基づき誘起した交番電圧を整流するダイオードを有し、前記各回転子導体に直流電流を流すことにより前記第 1及び第 2 回転子コアに磁極を生起させる回転子磁化装置と、

5 から成り、前記移相装置が作る第 1位相差に基づき誘導機起動で始動した後、前記電圧移相装置が作る前記第 1 位相差から第 2 位相差への切り換えと共に前記静止磁界発生装置を作動させ、前記第 1及び第 2固定子が作る回転磁界に吸引される磁極を前記第 1及び第 2回転子コアに生じさせ、同期運転を行うことを特徴と . 0 した誘導同期電動機が提供される。

〔作用〕

複数固定子誘導電動機の電圧移相装置の構成及び作用について- 本出願人は、特願昭 6 1 - 1 2 8 3 1 4号においてその詳細を説 _{1 5} 明している。

本発明によると、先ず、同一回転軸上に設けた複数個の回転子コァに卷装した回転子卷線をそれぞれ並列に結線して該回転子卷線の端子間にダイォ― ドを接続した一体型回転子と、固定子卷線および静止磁界発生装置を設けた複数固定子より構成されたもの 2 0 においては、起動時には複数個の固定子巻線の作る回転磁界に

よって複数個の回転子卷線に誘起される電圧が同相になるように、すなわち、回転子卷線間を還流電流が流れるように、従って回転子巻線の端子間に接続したダイォードには電流が流れないように、電圧移相装置を作動させて一般の誘導電動機として起動する。起

Z S 動後、回転子の回転速度が上昇して回転磁界の回転速度すなわち同期速度に近づくと、回転磁界による回転子'卷線の誘起電圧は小さくなる。ここまでは誘導電動機としての動作であるが、すべり

Sが S = 0. 05に近づいた時に同期運転に入れる。同期運転への引き入れは次のようにして行う。

先ず、複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる面転磁界と、他の固定子がこれに対峙する回転子コァの周囲に生じる回転磁界との間に、 180 の位相差を生じさせるように電圧移相装置を作動させる。このようにすると、今まで回転子卷線間を流れていた環流電流が流れなくなり、回転子卷線の端子間に接続されているダイォ— ドを通じて電流が流れるようになる。

この回転磁界によつて回転子卷線に流れる電流は回転子が同期 o 速度になるとすべりが零になるので流れなくなり、同期運転ができない。そこで、固定子に設けた静止磁界発生装置を作用させると、この静止磁界発生装置によって静止磁界が生じ、回転子巻線はこの静止磁界と鎖交して交流電圧を誘起するようになる。この交流電圧は回転子の回転速度が大になるほど大きくなる。

5 この交流電圧の位相は前記電圧移相装置と連動させてあるので、この交流電圧が回転子卷線の端子間に接続されたダイォ— ドに印加され、整流された電流が回転子卷線に流れるように作用して回転子コアは磁極を形成し、固定子巻線の作る回転磁界に引張られて回転子は同期速度で回転する。

Z 0 ここで同期トルクを考察してみるに、複数個の固定子のうち特定の固定子が作る回転磁界のそれよりも 180 °移相されるが、前記静止磁界によって特定の固定子と対畤する回転子の回転子巻線に流れるダイォ— ドで整流された電流の方向も他の回転子巻線のそれとは逆方向になるので、同期トルクはすべての回転子において同一の方向となり、同期トルクは全て加算されることになつて本発明の誘導同期電動機は複数固定子ではあるが、その合計の容量は、従来のブラシを有する誘導同期電動襪と同等である。

以上のように、本発明の複数固定子誘導同期電動機は、起動時 , には、従来の誘導電動機の原理で起動するから起動トルクが大きく、従って他の特別の起動機を必要としない。また、同期速度においては、回転子卷線が直流励磁卷線の作用をするので、同期トルクが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動機を提

5 供することが可能となった。

また、前記直流励磁回路にかえて、回転軸に整流回路を有する回転電機子と、それに対向して周設した直流励磁用の固定子を設け、前記整流回路の直流出力を回転子卷線に並列に接続し、回転子卷線を直流励磁することによつて同期運転することも可能であ 1 0 る 0

また、複数個の回転子コアを突極形とし、その複数個の突極形回転子コアに巻装した回転子卷線のそれぞれを並列に接続すると共に該回転子卷線の端子間にダイォ— ドを接続し、さらに突極形回転子コアの外周上にカゴ形回転子導体を設けて回転子を構成し

_{1 5} たものは、起動時には複数個の固定子の作る回転磁界が全て同相になるように電圧移相装置を作動させ、前記回転磁界により回転子コアに卷装した回転子卷線には還流電流が流れ、カゴ形回転子導体にも電流が流れて起動する。同期運転時には、特定の固定子の作る回転磁界の位相を電圧移相装置によって 180。移相すると、

_Ζ ο 突極形回転子コアに巻装した回転子卷線の前記還流電流と、カゴ形回転子導体の電流とが流れないようになる。このとき固定子に設けた静止磁界発生装置を作用させると、静止磁界により突極形回転子コアに卷装した回転子卷線に交流電圧が生じ、よってその回転子巻線の端子に接続したダイォードを通じて整流電流が流れ Z S る。この整流電流で回転子卷線を直流励磁することによって磁極を作り、同期運転することも可能である。

また、前述の通り、この場合も、固定子の直流励磁回路にかえて回転軸に直結した整流回路を有する回転電機子と、それに対向 W 1

！して周設した直流励磁用の固定子を設け、前記整流回路の直流出力を回転子コアに卷装された回転子卷線に並列に接続し、その回転子卷線を直流励磁することによって同期運転することも可能である。

5 ところで、上記静止磁界発生装置は、複数個の固定子巻線の 1 相を利用して、サイリスタとダイォードを逆極性に並列に接続した回路を前記巻線の一相に挿入し、サイリスタの点弧角を変えてその巻線に直流分を流すことによって静止磁界を作ることも可能である。

。なお、電圧移相装置としては、本出願人が特願昭 6 1 - 1 2 8 3 1 4号において説明した、固定子の位置を回転軸の周りに機械的に回動させることによつて変える方法と、固定子卷線の接続をスィツチによつて切換えて行う方法の何れの方法も採用することができる。

5 以上のような構成によつて、起動トルクが大きく、さらに同期トルクが大きく、しかもブラシを必要とせず、保守点検が容易で構造が簡単で専用の起動機を必要としない同期電動機を提供することが可能となった。

ところで、前記固定子巻線を励磁する電源は、商用周波数の交

0 流電源又はィンバータを利用した可変周波数電源を利用できる。

上記可変周波数電源を利用すると、同期速度の変更が容易に可能となり、その場合でも、通常の誘導電動機の始動トルクで起動可能であり、利用分野は大きく拡大し、安価な同期電動機の提供が可能となった。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は第 1 の実施例の固定子卷線側と回転子卷線側の簡単な構成図、第 2図は第 2の実施例の固定子巻線.側と回転子巻線側の簡単な構成図、

第 3図は第 3 の実施例の固定子巻線側と回転子卷線側の簡単な構成図、

第 4図は第 3の実施例に示す回転子の簡略な正断面図、第 5図は第 4の実施例の固定子卷線側と回転子卷線側の簡単な構成図、

第 6図は第 5 の実施例の固定子卷線側と回転子導体側の簡単な構成図、

第 7図は第 5 の実施例の回転子導体をダイォードで連絡した簡略な構成図、

第 8図は第 5の実施例の回耘子導体をダイォ一ドで連絡した別の簡略な構成図、

第 9図は第 6の実施例の固定子卷線側と回転子導体側の簡単な構成図、

第 1 0図は第 6 の実施例の回転子導体と整流回路とをダイォードを介して接続した簡略な構成図、

第 1 1図は静止磁界発生装置の別実施例を示す構成図、第 1 2図は本発明の同期電動機のトルク特性の一例を示す図、そして、

第 1 3図は固定子卷線及び回転子巻線がデルタ結線の場合を示す説明図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明は、主として、二固定子誘導同期電動機について詳細な説明を行うが、固定子数はこれに限定されないことは言うまでもない。また、固定子巻線の結線も並列、直列、スター結線、デルタ結線の何れでもよい。さらに、二相、三相、多相の何れでもよい。また、回転子卷線も同様である。既に本出願人は、特願昭 6 1 - 1 2 8 3 1 4号として、本発明の構成の一部である複数固定子からなる誘導電動機の構成、作用の詳細な説明を行っている。すなわち、電圧移相装置によって、複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との間の位相差を、例えば同相すなわち電気角で 0 。とした場合、回転子導体に流れる電流は回転子導体を還流し、他方、電気角で 180 。とした場合、回転子導体に流れる電流は回転子コア間で回転子導体間を連桔した連結材を通じて流れる事などを詳説している。

更に、電圧移相装置の構成については、固定子相互を相対的に回動させるものや、固定子卷線の結線の切換えを行うものなどを示しているが、本発明においては、特に、固定子卷線の結線の切換を行う電圧移相装置に構成すると、前記電気角の 0 。から 180

。への切換は瞬時に行えるため、同期速度への引き込みが容易となる。また、回転速度を検出するセンサーと、静止磁界発生装置と、電圧移相装置の制御装置とを設けて電気的に連絡すると、同期速度への引き込みが自動化できると共に、万一脱調した場合でも、回転速度を検出するセンサ一の信号により即座に同期運転から誘導電動機の運転への切換えが可能であり、一般の同期電動機のように脱調から急激に停止することがなく事故防止が簡単にできる。

第 1図により、本発明の第 1 の実施例を説明する。まず符号 2 0 は二固定子誘導同期電動機の固定子側を示す。また符号 3 0 は同じく回転子側を示す。

固定子側 2 0 は、スター結線した 2つの固定子巻線 2 1 , 2 2 が並列に三相交流電源 R , S , Tに接繞されている。さらに、固定子側 2 0には、固定子巻線 2 1 , 2 2 とは別に静止磁界発生装 , 置の直流励磁卷線 4 0が設けてある。一方、回転子側 3 0の同一回転軸 1 0上に設けた回転子コアに巻装された回転子卷線 3 1 , 3 2 は相互に並列に接続し、該回転子巻線の端子間にダイォード 3 3 ， 3 4が接続されている。ここで、固定子卷線 2 1 に対峙す

5 る回転子巻線 3 1 に誘起する電圧を Ε ,, Ε _ζ, Ε ₃とし、固定

子卷線 2 2 に対峙する回転子巻線 3 2 に誘起する電圧を Ε , ε " ， Ε ₂ ε " , E ₃ e Wとする。ここで、は電圧の位相差角である。

以上の構成による作用を説明する。まず、起動時には、回転子 ,。巻線 3 1 , 3 2 に誘起する電圧の位相差角が = 0 。になるように固定子巻線 2 1 , 2 2が結線された状態で電源に投入して起動する。このようにすると、固定子巻線 2 1 , 2 2 に電源から三相電流が流れてそれぞれ同相の回転磁界を生じ、回転子卷線 3 1 , 3 2に電圧が誘起される。この場合の誘起電圧の位相差角 Θは、 ₁₅ = 0 ° であるから、回転子卷線に流れる電流は回転子卷線 3 1 から回転子卷線 3 2 へ還流するように流れ、回転子巻線の端子間に接続されたダイオード 3 3 , 3 には電流が流れない。従って、起動トルクは第 1 2図に示すように従来の誘導電動機と同じ特性となり、起動トルクは大きく、特別に別個の起動機を必要としな _Zo い。起動後、回耘子の回転速度が上昇して回転磁界の回転速度すなわち同期速度に近づくと、すべり Sが小さくなるので、回転磁界による回転子卷線の誘起電圧 Ε ,, E z, E ₃は小さくなる。

ここまでは、誘導電動機としての動作であるが、回転速度がすべり S =0.05に近づいた時に同期運転に引入れる。これは次のよう

Z 5 にして亍ぅ。

先ず電圧移相装置によって二つの固定子巻線 2 1 , 2 2 の一方を、例えば固定子巻線 2 2 の位置を、当該固定子のコアを回転軸の周りに回動させることによって変えて、二つの固定子巻線 2 1 , 2 2の作る二つの回転磁界の位相差角が 180。になるようにする。このようにすると、二つの回転子卷線 3 1 , 3 2 の誘起電圧の位相差角が 6 = 180。となり、今まで回転子巻線 3 1から回転子卷線 3 2の回転磁界による電流は還流しなくなり、回転子巻線の端子間に接続したダイオード 3 3 , 3 4を流れるようになる。したがって、回転子卷線 3 1 , 3 2 にこのダイオード 3 3 , 3 4を通じて整流された電流が流れるようになる。この回転磁界によつて回転子卷線に流れる整流電流は、回転子の回転速度が同期速度になると、すべり Sが S = 0になるので、流れなくなって同期運 i o 転できない。そこで、固定子に設けた静止磁界発生装置 4 0を作用させる。すなわち、静止磁界発生装置 4 0 によって静止磁界を作ると、回転子卷線 3 1 , 3 2 はこれらの静止磁界と鎮交して交流の電圧を誘起する。この静止磁界による交流電圧は、回転子の回転速度が大きくなるほど大きくなる。この静止磁界による交流電圧の位相は、静止磁界発生装置 4 0が前記電圧移相装置と連動させてあるので、二つの回転子卷線 3 1 , 3 2 に誘起する静止磁界による交流電圧の位相差角は = 180。となり、これらの交流電圧によつて回転子巻線の端子間に接続したダイオード 3 3 ,

3 を通じて整流された電流が回転子卷線 3 1 , 3 2 に流れ、回

Z 0 転子コアは磁極を形成し、固定子卷線 2 1 , 2 2の作る回転磁界に引張られて回転子は同期速度で回転するようになる。この時の同期トルクは第 1 2図に示す通りである。この同期トルクは前記静止磁界の強さに比例するので、大きな同期トルクを得ることが可能である。ここでさらにこの同期トルクを考察して見るに、同期運転時には電圧移相装置によって固定子卷線 2 2の作る回転磁界の位相が固定巻線 2 1 のそれに対して 180 °移相され、さらに前記静止磁界によって回転子巻線 3 2に誘起する交流電圧の位相も回転子卷線 3 1 のそれに対して 180 °移相されて、整流電流が回転子卷線を環流しない方向、即ちそれぞれの回転子巻線 3 1 , 3 2からダイォ— ド 3 3 , 3 4を通じて流れるので、同期トルクは二つの回転子において同一の方向となり、同期トルクは加算されることになつて、本発明の誘導同期電動機は二固定子ではあるが、その合計の容量は従来のブラシを有する同期電動機と同等である。

以上のように、本発明の複数固定子誘導同期電動機は、起動時には従来の誘導電動機の原理で起動するから起動トルクが大きく従って他の特別の起動機を必要としない。

また同期速度においては、回転子巻線が直流励磁巻線即ち界磁巻線の作用をするので、同期トクルが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動機を提供することが可能となった。

さて本実施例では、回転子巻線の誘起電圧に位相差を設ける電圧移相装置として、一方の固定子のコアを回転軸の周りに回動させる方法を記載したが、固定子卷線の結線変更、即ち一方の固定子巻線の両端子を相互に入れ換えることによって、電気的に位相差角 Θを β = Q 。から 6 = 180 。に切り換えることも可能である < また本実施例では電源として商用電源を用いる方法を記載したが、インバー夕のような可変周波数電源を用いることによって任意の同期速度で運転することも可能である。

次に、第 2 の実施例を第 2図によって説明する。

この実施例が前記第 1 の実施例と異なる点は、同期運転時に必要な回転子卷線の直流励磁の方法である。すなわち、回転軸 1 0 には回転電機子形交流発電機 5 0が直結され、その電機子卷線 5 6 の出力電圧を整流回路 5 5によって整流し、その直流出力端子を並列に接続された回転子卷線 3 1 , 3 2にダイオード 3 6 , 3 7を介して並列に接続する。また、前記回転電機子形交流発電機 5 0 の固定子側 5 1 は同期運転時には直流励磁巻線 5 3に直流電源 5 4から直流電源を流して励磁して、回転電機子 5 6に交流電圧を誘起させて、この交流電圧を整流回路 5 5 によって整流し、この整流された電流を回転子卷線 3 1 , 3 2に分流させることによって回転子巻線 3 1 , 3 2を直流励磁して、固定子巻線 2 1 , 2 2の作る回転磁界と作用させて同期運転させる。

この方法は回転子巻線 3 1 , 3 2 に流れる整流電流をブリッジ整流回路 5 5によって全波整流とすることができるので、前記第 1 の実施例の半波整流のものより同期トルクが大になる利点がある。

o 次に第 3の実施例を第 3図及び第 4図によって説明する。

この実施例が前記第 1 の実施例と異なる点は回転子側 6 0 の構成が異なることである。

すなわち、第 3図に示すように、面転子側 6 0の同一回転軸 1 0上に設けた 2つの突極形回転子コァ 6 1 , 6 2に卷装した回転子卷線 6 3 , 6 4のそれぞれを並列に接続すると共に、該回転子巻線 6 3 , 6 4の端子間にダイォード 6 8を接続し、さらに第 4 図の回転子の断面図に示すように、前記突極形回転子コア 6 1 , 6 2 の外周上に装着した複数個の導体 6 6のそれぞれを連通状に連結してその両端部において該導体を短絡する短絡環 6 7を設け

Z 0 た力ゴ形導体 6 9を設けてある。

ここで突極回転子コァ 6 1 ( 6 2 ) は 2極として図示されているが、勿論、 2極に限定されるものではない。ここで固定子巻線 2 1 に対峙する力ゴ形導体 6 9 に誘起する電圧を図の方向に E , とし、同じく回転子卷線 6 3 に誘起する電圧を図の方向に E zとする。また、固定子巻線 2 2に対峙するカゴ形導体 6 9に誘起する電圧を図の方向に Ε , ε ³ とし、同じく面転子卷線 6 4に誘起する電圧を図の方向に Ε _ζ ε とする。ここで、 0 は電圧の位相差角である。以上の構成による作用を説明する。

まず起動時には、力ゴ形導体 6 9 と回転子巻線 6 3 , 6 4の誘導電圧の位相差角が = 0 。になるように固定子巻線 2 1 , 2 2が結線された状態で電源に投入して起動する。このようにすると、固定子巻線 2 1 , 2 2に電源から三相電流が流れてそれぞれ同相の回転磁界を生じ、カゴ形導体 6 9 と回転子卷線 6 3 > 6 4 に電圧が誘起される。この場合の誘起電圧の位相差角は = 0 。であるから、カゴ形導体には両端の短絡環を通して導体に環流電流が流れ、また、回転子巻線 6 3 , 6 4に流れる電流は回転子巻線 6 3から回転子卷線 6 4へ環流するように流れる。従って- 回転子卷線の端子間に接続されたダイオード 6 8 には電流が流れない。

このときの起動トルクは、力ゴ形導体 6 9 の誘導電動機としてのトルク特性と回転子卷線 6 3 , 6 4の誘導電動機としてのトルク特性の合成となり起動トルクは大きい。

次に、起動後、回転子の回転速度が上昇して同期速度近づくとすべり Sが小さくなるので、カゴ形導体 6 9 の誘起電圧と回転子巻線 6 3 , 6 4の誘起電圧 E "ま共に小さくなる。

ここまでは誘導電動機としての動作であるが、すべり Sが S = 0.05に近づいた時に同期運転に引入れる。これは第 1 の実施例で述べたように、電圧移相装置によって二つの固定子巻線 2 1 , 2 2 の作る二つの回転磁界の位相差角が 180。になるようにする。このようにすると、カゴ形導体 6 9および回転子卷線 3 1 , 3 2 の誘起電圧の移相差角が e =180。となる。

そうすると、カゴ形導体 6 9 の回転磁界による誘起電圧の総和 Eは、

Ε - Ε , + Ε "^{80 0} ^ , - Ε Ο

となって、力ゴ形導体 6 9 には電流が流れなくなる。また、今まで回転子巻線 6 3から回転子巻線 6 4へ環流して流れていた回転磁界による電流も流れなくなり、回転子卷線の端子間に接続したダイオード 6 8を通じて、整流電流が回転子巻線 6 3 , 6 4を流れるようになる。従って、誘導電動機としの作用は失われる。

ここで、第 1 の実施例で述べたように固定子に設けた静止磁界発生装置の直流励磁巻線 4 0を作用させる。すなわち、この直流励磁卷線によって静止磁界を作ると、力ゴ形導体 6 6 と回転子巻線 6 3 , 6 4 はこれらの静止磁界と鎮交して交流電圧を誘起する。この静止磁界による交流電圧の位相は、前記電圧位相装置と連動させてあるので、力ゴ形導体 6 6 と回転子卷線 6 3 , 6 4に誘起する静止磁界による交流電圧の位相差角は 6 = 180 ° となり、従ってカゴ形導体には電流は流れず、他方、回転子卷線 6 3 , 6 4にはこの静止磁界による交流電圧によつて回転子巻線の端子間に接続したダイオード 6 8を通じて整流電流が流れ、回転コア 6 1 , 6 2 は磁極を形成し、固定子巻線 2 1 , 2 2 の作る回転磁界に引張られた回転子は同期速度で回転するようになる。このように、回転子を突極形の構造にして突極形の特長を持たせることができる。

z o 次に、第 4の実施例を第 5図によって説明する。

この実施例が前記第 3 の実施例と異なる点は、同期運転時に必要な回転子卷線の直流励磁の方法である。すなわち第 5図に示すように、回転軸 1 0 には回転電機子形交流発電機 5 0が直結されその電機子卷線 5 6 の出力電圧を整流回路 5 5 によって整流し、その直流出力端子を並列に接続された回転子卷線 6 3 , 6 4に並列に接続する。また、前記回転電機子形交流発電機 5 0 の固定子側 5 1 は、同期運転時には直流励磁巻線 5 3に直流電源 5 4から直流電流を流して励磁して、電機子卷線 5 6 に交流電圧を誘起させて、この交流電圧を整流回路 5 5 によつて整流し、この整流された電流を回転子卷線 6 3 , 6 4に分流させることによって回転子卷線 6 3 , 6 4を直流励磁して、固定子卷線 2 1 , 2 2 の作る回転磁界と作用させて同期運転させる。

この方法は回転子卷線 6 3 , 6 4に流れる整流電流を、整流回路 5 5によつて全波整流とすることができるので、前記第 3 の実施例の半波整流のものより同期トルクが大となる利点がある。

次に、第 6図〜第 8図を参照して、カゴ形回転子で構成された本発明の第 5実施例を説明する。固定側の構成は前述第 1 実施例と同一である。

回転子側 8 0 の同一回転軸 1 0上に設けた 2個の回転子コアに連通する導体 8 1 , 8 2を複数個設け、その両端に短絡環 8 7を設けてカゴ形導体としてある。複数個の導体 8 1 , 8 2 は、回転子コアが固定子コアに対向しない部分 8 8において、互いに電気角で 1 8 0 。に位置する導体同士が、第 7図に示す如くダイォード 8 4を介して連結してある。また、このダイオードによる連結は、第 8図に示す如く、連絡環 8 6を介して互いに電気角で 1 8 0 。異なる位置の導体同士が連結されるようにしてもよい。なお、第 7図及び第 8図は 2極の場合を示したが、極数がこれに限定されないことは言うまでもない。電圧移相装置による位相差が 0 ° の時、導体 8 1 , 8 2を環流電流が流れ通常の誘導電動機として起動すること、及び、始動後、位相差が 1 8 0 ^β に切り換えられた時、ダイオード 8 1 , 8 2を介して電流が流れ、回転子コアに磁極が形成され同期運転に入ることなどは前述の実施例と同様で回転子導体 8 1 , 8 2 の直流励磁の別実施例を第 9図及び第 1 0図に示す。

即ち、回転軸 1 0 には回転電機子形交流発電機 5 0が直結され、その電機子巻線 5 6 の出力電圧を整流回路 5 5 によって整流し、その直流出力端子を、前記複数愐の回転子コアに連通する導体の固定子に対向しない部分 8 8において、互いに電気角で 1 8 0 。に位置する導体間にダイオード 8 4を介して並列に接続する。第 1 0図にその詳しい接続方法を示す。すなわち、整流回路 5 5 の直流出力端子の正極をダイオード 8 4を介して回転子導体に接続し、その回転子導体から電気角で 1 8 0 。の位置にある回転子導体にダイオード 8 4を介して整流回路 5 5 の直流出力端子の負極を接続する。その他の導体についても同様で、整流回路 5 5から

1 o の直流電流によつて回転子に固定子の極数に等しい磁極ができるように構成する。 2極の場合を図示したが、これに限定されるものではない。

次に、前記第 1 , 第 3及び第 5実施例における直流励磁回路 4 0 の別の実施例を第 1 1図において示す。

I 5 この実施例が前記第 1 , 第 3及び第 5 の実施例と異なる点は第 1図，第 3図及び第 6図に示す直流励磁巻線 4 0を省略して固定子巻線の一部を流用したことである。すなわち、第 1 1図に示すように固定子卷線 2 1 , 2 2の 1相にサイリスタ 7 1 とダイォ— ド 7 2を逆極性に並列に接続した回路を挿入してある。そして、

Z 0 これは、同期運転時に必要な静止磁界を作る時に作動する。すなわち、サイリスタ 7 1 の点弧角を 0 。より大きくすると、ダイオード 7 2 によって固定子卷線 2 1 , 2 2 に直流分を含んだ電流が流れて静止磁界を作ることが可能である。このようにすれば、固定子卷線とは別個の直流励磁巻線を設ける必要がなく構造が簡単になる利点がある。

しかし、この場合、固定子巻線 2 1 , 2 2の作る回転磁界は歪むので、対称座標法による正相分回転磁界によって同期トルクを生じることになる。その他の作用は、第 1 , 第 3及び第 5 の実施 1フ例と同様である。

なお、説明した全ての実施例は、固定子巻線及び回転子卷線の結線がスター結線の場合であるが、第 1 3図に示すように、デルタ結線であっても勿論構わない。

以上のように構成したので、本発明の複数固定子誘導同期電動機は起動時には誘導電動機として起動し、同期速度に近づくと、従って、すべりが S = 0 . 05付近から同期速度に吸収されて同期電動機として回転するものである。つまり、起動時には複数の固定子と複数の回転子コアによる一体的回転子により、複数の固定子が作る回転磁界で電動機は通常の誘導電動機と同様に起動できるから一般の同期電動機のように起動機を必要としない。また、回転子が同期速度に近づきすベりが S = 0 . 05付近に至るとき、固定子側にサイリスタ、ダイォードまたは直流電源等による直流分電流を流すと共に、複数の固定子の一方の機械的位置を固定子の回動等で変化させるか、または、固定子卷線の結線を切換えて、複数の固定子に対峙する回転子コアの周囲の生じる回転磁界に位相差を設けることにより、固定子側の直流分により生じる静止磁界で回転子に電圧が誘起され、それにより電流は回転子卷線間において連結した回路に流れて、この回路の作用つまり直流分を発生 z o させる作用により回転子に磁極を生じる。この磁極は固定子の回転磁界と吸引し合って同期速度の回転となる。

本発明によると、以上の構成から起動は誘導電動機の特性で行い、すべりがたとえば 0 . 05付近から同期電動機に移行して同期速度で回転する。複数固定子誘導同期電動機は、起動機やブラシを必要としないから構造、構成が簡単でほとんど誘導電動機そのままでよい。誘導電動機そのままであるから、誘導電動機のトルク特性で起動できる。よって負荷時においても同期電動機による起動が可能である。ところで、本発明の複数固定子誘導同期電動機は、誘導電動機と同期電動機との両方のトルク特性を備えるから、どちらの電動機のトルク特性でも使用可能である。このことは、同期速度で運転中、何らかの原因で脱調した場合でも、同期電動機トルク特性から誘導電動機のトルク特性に切換え可能であるから、一般の同期電動機のように電動機が急激に停止することがない。また、高負荷で使用した場合、一般の同期電動機は過電流が流れて発熱し焼損に至るため電動機を停止させ回転は急激に低下するが、本発明の同期電動機は、一旦、誘導電動機に切換えて停止させること o ができ、回転の急激な低下を緩和することができる。

以上のことから、複雑な構成を必要としないから保守点検も容易であり誘導電動機と同様の扱いができる同期電動機の提供が可能となった。

2 0

Z 5

Claims

. 請求の範囲

1 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて第 1及び第 2回転子コアを有し、前記第 1及び第 2回転子コアには回転子導体が装設さ 5 れてなる一体型回転子と、

前記第 1及び第 2回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する第 1及び第 2固定子と、

前記第 1固定子がこれに対峙する第 1 回転子コアの回転子導体に誘起する電圧と、前記第 2固定子がこれに対峙する第 2回0 転子コアの回転子導体に誘起する電圧との間に、電気角で 0 ° の第 1位相差と 1 8 0 ° の第 2位相差を生じさせる電圧移相装置と、

前記第 1及び第 2回転子コァの各周囲にそれぞれ静止磁界を生じさせる静止磁界発生装置と、

5 前記回転子と一体に構成され、前記静止磁界発生装置が作る静止磁界に基づき誘起した交番電圧を整流するダイオードを有し、前記各回転子導体に直流電流を流すことにより前記第 1及び第 2回転子コアに磁極を生起させる回転子磁化装置と、から成り、

。前記移相装置が作る第 1位相差に基づき誘導機起動で始動した後、前記電圧移相装置が作る前記第 1位相差から第 2位相差への切り換えと共に前記静止磁界発生装置を作動させ、前記第 1及び第 2固定子が作る回転磁界に吸引される磁極を前記第 1 及び第 2回転子コアに生じさせ、同期運転を行うことを特徴と5 した誘導同期電動機。

2 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた複数個の回転子コァに卷装した回転子卷線のそれぞれを並列に接続した一体型回転子と、

前記各回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する複数個の固定子と、

前記複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの回転子巻線に誘起する電圧と、他の固定子がこれに対峙する回転子コアの回転子巻線に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置と、

前記回転軸に直結した整流回路を有する回転電機子と該回転電機子に対向して周設した直流励磁用の固定子とからなる回転

1 o 電機子形発電機と、及び、

前記回転電機子形発電機の整流回路の直流出力を前記複数個の回転子コアに卷装した回転子巻線に供給するためのダイォ一ドと、により構成することを特徴とする複数固定子誘導同期電動機。

3 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた複数個の突極形回転子コァに卷装した回転子巻線のそれぞれを並列に接続すると共に該回転子卷線の端子間にダイォードを接続し、更に前記複数個の突極形回転子コアの外周上に装着した複数個の導体と該

Z 0 導体のそれぞれを連通状に連結してその両端部において前記導体を短絡する短絡環とを設けた一体型面転子と、

前記各突極形回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する複数個の固定子と、

前記複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する突極形回転子コアの回転子巻線に誘起する電圧と、他の固定子がこれに対峙する突極形回転子コアの回転子卷線に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置、及び、

前記複数個の突極形回転子コアの各周囲にそれぞれ静止磁界を生じさせる静止磁界発生装置と、により構成することを特徴とする複数固定子誘導同期電動機。

4 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた複数個の突極形回転子コアに巻装した回転子卷線のそれぞれを並列に接続すると共に、前記複数個の突極形回転子コアの外周上に装着した複数個の導体と該導体のそれぞれを連通状に連結してその両端部において前記導体を連絡する短絡環とを設けた一体型回転子と、前記各突極形回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する複数個の固定子と、

前記複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する突極形回転子コアの回転子卷線に誘起する電圧と、他の固定子がこれに対峙する突極形回転子コアの回転子卷線に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置と、及び、

前記回転軸に直結した整流回路を有する回転電機子と該回転電機子に対向して周設した直流励磁用の固定子とからなる回転電機子形発電機とにより構成され、

前記回転電機子の整流回路の直流出力を前記複数個の突極形回転子コアに巻装した回転子巻線に並列に接続したことを特徴 z o とする複数固定子誘導同期電動機。

5 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた複数個の回転子コァを有し、該複数個の回転子コアに連通する導体を複数個設けてその両端部を短絡してカゴ形導体とした一体型回転子と、前記各回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する複数個の固定子と、

前記複数個の回転子コアに連通する導体の互いに電気角で 1 8 0 。に位置する導体間を、前記固定子に対向しない部分で、連結するダイオードと、

前記複数個の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの回転子導体に誘起する電圧と、他の固定子がこれに対峙する回転子コアの回転子導体に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置と、及び、

前記複数個の回転子コアの各周囲にそれぞれ静止磁界を生じさせる静止磁界発生装置と、により構成することを特徴とする複数固定子誘導同期電動機。

6 . 同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた複数個の回転子コァを有し、該複数個の回転子コアに連通する導体を複数個設けてその両端部を短絡してカゴ形導体とした一体型回転子と、前記各回転子コアにそれぞれ対向して周設され、それぞれ回転磁界を形成する複数個の固定子と、

前記複数偭の固定子のうち特定の固定子がこれに対峙する回転子コアの回転子導体に誘起する電圧と、他の固定子がこれに対畤する回転子コアの回転子導体に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相装置と、

前記回転軸に直結した整流回路を有する回転電機子と該回転電機子に対向して周設した直流励磁用の固定子とからなる回転電機子形発電機と、及び、

前記回転電機子の整流回路の直流出力を、前記複数個の回転子コァに連通する導体の互いに電気角で 1 8 0 。に位置する導体間に、前記固定子に対向しない部分で、並列に接続するダイオードと、により構成することを特徴とする複数固定子誘導同期電動機。