JPH01234077A - 可変速誘導電動機の安全装置 - 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〕

誘導電動機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反面、高価な周波数変換装置を
必要とし、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、
その他の各種電気制御機器の誤動作あるいはコンデンサ
ーの過熱等の損害を招くことがある。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。電源周波数を変える方法は、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。

電動機の極数を運転中に切換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はでき
ても、広範囲にわたって任意の速度に制御をすることが
できない欠点がある。

電源の電圧を変えて速度を制御する更に他の方法では、
速度制御が連続的に行なえる反面、特に低速度領域にお
いて効率が悪くなる欠点がある。

巻線型電動機においては、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がある。

この方法は、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する。なお、かご形誘導電動機では
、二次抵抗を変化させて速度制御を行うことができない
。

上記問題点に対処する技術は、例えば、特開昭５４−２
９００５号公報に開示されている。

このものは、２組の回転子鉄心に対向してそれぞれ独立
する固定子巻線を有する２組の固定子と、２組の回転子
鉄心に跨って共通に設置され、かつ両端にてそれぞれ短
絡環を介して相互間を短絡したかご形導体と、２組の回
転子鉄心間におけるかご形導体の中央箇所にてかご形導
体の相互間を短絡する高抵抗体とを備え、始動時には固
定子巻線の相互間の位相を１８０°ずらせ、始動後の運
転時には位相を合わせて給電することを特徴とした双鉄
心かご形電動機である。この電動機は、始動時に固定子
巻線の相互間の位相を１８０°ずらすことにより始動ト
ルクを大にして始動特性を向上し、運転時には固定子巻
線の相互間の位相を合わせて通常のトルク特性で運転で
きる点に特徴を有するものである。したがって、この電
動機では回転磁界の位相のずれを０°と　１８０°に限
定できるものであって、始動特性の向上効果は認められ
ても、本来、可変速電動機ではないから変速を必要とす
る負荷に対する動力源としては適さないものである。

なお、上記特開昭５４−２９００５号公報において、起
動から定常運転への移行に伴うトルクの急激な変動によ
るショックを緩和する目的で一時的に両固定子巻線の給
電回路への接続を直列接続とする中間ステップを設ける
ことが１例として記載されているが、こうしてできるこ
とは、変速制御ができるようになる訳ではない。

しかも直列に切り換えたことにより固定子に加わる電圧
は半減されるのでトルクは１／４に減殺されることも相
俟って変速制御が全く不可能になることは、この公報に
開示する要旨が変速を目的としていないことからも明白
なところである。

要するに、特開昭５４−２９００５号公報における「固
定子巻線を給電回路に対して直列接続と並列接続とに切
り換える中間ステップ」云々との記載があるが、この直
列接続は変速を目的とするものではないのである。

また、特開昭４９−８６８０７号公報に提案されている
技術は、かご形ロータと多相巻線を備えたステータとを
有する非同期電気モータであって、伝導バー、短絡回路
端環および強電積層からなるものにおいて、ステータは
第一と第二の巻線区分からなり、これらの区分は相互に
およびロータの異る部分に隣接して共軸状に配置され、
かつ同じ周波数の交流を供給されることができ、また第
二巻線区分によりロータの巻線に誘導される起電力を変
化する手段を設けたことを特徴とする非同期電気モータ
であるが、このものは、機械的あるいは電気的手段によ
り、２個のステーター区分間の位相差を設けて一応回転
速度を変えることができるものではあるが、２個のステ
ーター区分間の位相角が同相のときを除いてトルクが小
さく、負荷が掛かると直ちに運転が停止する欠陥を持つ
実用に全く供しないものであり、負荷を連結した状態に
おいて、起動・停止を頻繁に反復するための動力源とし
ては運転することのできない等の重大な問題点を未解決
とするものであった。また電動機の始動時の回動固定子
の回動位置を検出する回動位置検出器を備えていないた
めに、運転起動時のステーターの回動位置が不正確であ
った場合に起動不能となること、起動機器の損傷を招来
する等の重大な問題点を未解決とするものであった。更
に前記ストッパーを備えていないので、前記回動固定子
に連結されている電線に損傷を与える等の重大な問題も
未解決とするものであった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、上記特開昭５
４−２９００５号公報および特開昭４９−８６８０７号
公報に開示されている技術の総和では奏することのでき
ないトルク特性を求め、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、高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、優れたト
ルク特性と効率とを有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（ｎかご形。

特殊かご形０巻線形等のいずれの形式のものにも適用で
きるものである。なお、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
。

Ｃ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、複数個の
回転子コアのそれぞれに装置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、前記複数個の回
転子コアのそれぞれに対峙する外周部において、複数個
の固定子を機枠に並設し、前記複数個の回転子コア間に
おいて、前記複数個の導体を抵抗材によって短絡すると
共に、前記複数個の固定子のうち少なくとも１個の固定
子に、該固定子を前記回転子と同心的に回動させる駆動
装置を設けて回動自在に形成して回動固定子とした電動
機において、前記電動機の始動時の前記回動固定子の回
動位置を検出する始動位置検出器を前記回動固定子に関
連して直接または間接に設けると共に、前記回動固定子
の回動を一定の範囲に制限するストッパーを前記範囲の
一方側の境界と他方側の境界に設けることにより解決の
手段とした。

また、本発明の他の構成は、前記駆動装置が回動自在に
形成した固定子に対峙する回転子導体に誘起する電圧と
他の固定子に対峙する回転子導体に誘起する電圧の間の
位相のずれをＯ。

から　１８０°の範囲に任意に設定、保持可能に形成さ
れたものであり、前記ストッパーは前記０°から１８０
°の位相のずれを生じさせる前記回動固定子の回動の範
囲の境界または範囲外において回動をストップするよう
に設けることとして問題を解決する手段とした。

〔作　用〕

以上のように構成された可変速誘導“電動機において、
始動時には位相のずれを大きくすることを、または７８
０°にすることにより、前記抵抗材に電流を十分に流し
て始動電流を抑制すると共に、トルクを改善し、始動時
は位相のずれを適宜設定することにより、前記抵抗材に
流れる電流の大きさをコントロールして多様なトルク特
性をつくり、負荷に対して任意の変速ができるようにし
たが、前記駆動装置や前記始動位置検出器が故障した場
合に、前記回動固定子が一定の範囲を越えて回動してし
まい回動固定子の巻線に連結する電線が損傷を受けて漏
電等の事故につながることもあったが、前記ストッパー
を設けることによりそれを完全に防止できる技術を提供
する。

また、前記回動固定子に対峙する回転子導体部分に誘起
する電圧とその他の固定子に対峙する回転子導体部分に
誘起する電圧の位相のずれをＯ″から１８０’の範囲内
においてにいに設定保持できるようにした別の構成にお
いては、位相差１８０°の場合には回転子導体に流れる
電流を原則的にすべて前記抵抗材に流すことができて、
抵抗材の作用を最大限に利用するトルク特性から、位相
差０°の場合の前記抵抗材には電流が流れない場合のト
ルク特性まで広範囲に得られ、変速の範囲を最大限に大
きくすることかできるとともに、ストッパーを前記範囲
の境界または外において前記移動をストップするように
設けたことにより、前記のように高速の範囲を最大限に
大きくすることができて、かつ回動固定子の巻線に連結
されている電線を損傷から完全に保護できるようにした
。

〔実施例〕

以下、実施例について図面を参照しながら説明する。

先ず、本発明による可変速誘導電動機の構成を概略説明
する。回転子２の回転子軸３上には、回転子コア２Ａ、
２Ｂが間に一定の間隔をもって装着される。回転子コア
２Δ、２Ｂ間には非磁性体コア部２Ｃが設けられる。回
転子コア２Ａ、２Ｂ上にはその外側部端部間に渡って連
通状に複数個の回転子導体４・・・がかご状に装設され
、その両端部は短絡環５．６により相互短絡される。回
転子導体４・・・は非磁性体コア部２Ｃのところで抵抗
材Ｒによって相互連結く抵抗〉短絡される。このように
して一体向に構成された回転子２は、その両端部が軸受
７．７に軸支されることにより電動機機枠１ｏ内におい
て回転自在となる。

回転子コア２Ａ、２Ｂの各外周面に対峙して機枠１０の
内壁面に固定子１２Ａ、１２Ｂが並設される。図示実施
例の場合、固定子１２Ｂは機枠１ｏの内壁面に固設され
る固着固定子であるが、固定子１２Ａの方は、小型モー
タ１５及びギヤ１６．１７（ギヤ１７は固定子コア外周
面に嵌着されている）を主なる構成要素とする回動機構
により、固着固定子１２Ｂに対して相対的に回動できる
ようになっている。８５はボールベアリングである。こ
の回動機構を操作することにより、具体的には小型モー
タ１５を任意量回転させることにより、回転子の各固定
子に対応する回転子導体部分間に位相差が生じる。

即ち、図示実施例ではこの回動機構が電圧移相装置１８
を構成する。なお、各固定子１２Ａ。

１２Ｂに巻装された固定子巻線１３Ａ、１３Ｂの電源へ
の接続は直列又は並列の何れであっても構わない。また
、図示実施例では、電圧移相装置として回動機構による
ものを示したが、固定子巻線の結線切り換え方式或いは
誘導電圧式の移相器を介在させる等の純電気的手段によ
り構成することも、更には回動機構と電気的手段の組み
合わせとすることもある。

次に、冷却装置４０の具体的構成を説明する。

冷却装置４０は送風装置５０と制御、装置６０とから成
る。送風装置５０は、電動機機枠１０の適所（図示実施
例の場合、中央上部位置）に開口された排風口２０を包
囲して固着される上部開放状の送風胴５１、該送風ＩＪ
ｊｉ５１に支持されたファンモーター５２及び該モータ
５２の回転軸に軸着されたファン５４とで構成される。

制御装置６０の制御出力は送付装置５０のファンモータ
５２に接続され゛、その入力側には制御情報源として、
回転子２の回転速度を検出する例えばタコジェネレータ
等の速度検出器７０．電圧移相装置１８により調節設定
される位相差を検出する始動位置検出器８０（第２図参
照）、及び誘導電動機の機枠１０内の熱が蓄積されやす
い特定の部品あるいはそのような部品の周囲空間部の適
所に配設され、その部品あるいは空間部の温度を検出す
るサーミスタ等の潤度検出器９０が接続される。なお、
速度検出器７０としては、タコジェネレータに限られる
ことなく、ストロボ式回転計、光電式回転計等の非接触
式回転計を回転子コア２Ａ、２’Ｂ、非磁性体コア２Ｇ
、回転子導体５・・・等に関連して配設して使用するこ
ともできる。

第２図は制御装置６０に接続される始動位置検出器８０
の一事例を示すものである。この始動位置検出器８０は
、回動固定子１２Ａの外周面に装着され磁気を検知する
磁気センサー８２と、機枠１０の内周面に装着された非
磁性板８３に埋設され、径が異なることにより発生磁力
の異なる複数個の磁気発生体８４〈図面では８４ｂ〜８
４ｆのみが示されている）とで構成される。

制御装置６０は、上記各検出器７０，８０゜９０から電
動機の運転中に変化する各種情報を常時受け、その情報
に基づき送風装置５０の運転を次のように制御する。

回転検出器７０からの入力情報が高速度運転を示し、位
相検出器８０からの入力情報が位相差が少ないことを示
し、且つ温度検出器９０からの入力情報が温度が低いこ
とを示すものであれば、制御装置６０は、機枠１０内の
状態が強制的冷却放熱作用をあまり必要としないものと
判断し、送風装置５０のファンモータ５２に対して運転
停止のオフ副部、或いは減速制御の信号を出力して、省
電力運転を行う。

これとは反対に、上記した３つの入力情報の内の１つが
反対の情報、即ち低速度運転又は温度が高いことのいず
れかの情報が制御装置６０に入力された場合には、機枠
１０内の状態が強制的冷却放熱作用を必要とする状態で
あると判断し、制御装置６０は、送風装置５０のファン
モータ５２に向けて運転開始のオン制御、或いは加速制
御の信号を出力して、電動機を構成する部品の熱による
品質劣化、更には熱的破壊を防止する。また、このよう
な状態の下で誘導電動機自体の運転が停止された場合に
は、必要により制御装置６０に備えられたタイマ機能が
作動し、送風装置５０の運転を電動機の停止後も一定時
間継続させ、電動機を熱的破壊から完全に保護する。

本構成の可変速誘導電動機は始動位置検出器８０を備え
ており、始動時の位相差を検出して制御装置に信号を送
りその位相差で始動することができるので、過大電流と
過大トルクの発生も防止できて負荷を破壊から守ったり
、スムースに起動することができるとともに、始動電流
を抑制して電流設備容器を小さくすることもできる。

なお、始動位置検出器は８４ｂ〜８４［のように複数個
設けておき、制御装置によって適宜始動位置を変更する
ことも可能である。

次に、ストッパーは第２図に示すように機械的なものが
ある。すなわち８７．８７は回動固定子側に固着した突
起であり、８５．８６は機枠側に固着した突起であり、
両者が接触することによりストッパーの機能を果たす。

また、第３図に示すものは、電気的ストッパーの例で、
９１．９２は磁気発生体であり、磁気センサー８２が信
号を受けて制御装置へ送り回動をストップする。従って
、回動固定子に連結された電線９３は、たとえ制ｗＪ装
置６０等が故障して固定子の回動が行き過ぎてもて電線
を破損することがなく、漏電等の重大事故を未然に防止
できるようになったのである。

電気的ストッパーについては、たとえば回動固定子に突
起を設けておいて、他方の機枠側に機械的リミットスイ
ッチを装備しておいて、前記突起の前記リミットスイッ
チへの接触によりスｉ〜ツブさせるもの等適宜選択して
使用できる。

なお、本発明は可変速誘導電動機としてでなく、始動時
には位相差を１８０°または大きくして運転時には位相
差を０°または小さくして運転する始動性を改善する誘
導電動機としての応用も可能である。すなわち、始動時
には電源を抑制して、かつ大きなトルクを得ることがで
きる。

さらに本出願の可変速誘導電動機を誘導発電機としても
使用することができるものであり、回転子軸にタービン
等直接連結して発電すれば高価な調速機を省略すること
もできる。また内燃機を原動機として連結した場合には
、その内撚機の最小燃費の回転数に対応することができ
、風水をエネルギー源とするパワーが弱く不安定な場合
においても、その最高出力を取出せる回転数で発電する
ことができ、水力発電においては流速に応じて効率よく
発電でき、そぞれ複雑高価な可変ピッチ装置あるいは調
相機を省略できる。また、回転子軸に他の回転軸を連結
すると共に固定子巻線の入力側の２相を入替えるスイッ
チを設け、該スイッチにより回転子軸を正常、逆転自在
とすれば、該スイッチと電圧位相装置との操作より電気
制動機としても使用することができ、電圧位相装置によ
り回転速度制御することにより、回転子軸に連結した回
転軸の制動力を効率よく調整できる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されているので、以下に記載
されるような効果を奏する。

すなわち、位相差を適宜設定することにより、抵抗材に
流れる電流の大きさをコントロールできてトルク特性を
任意に変えることができ、トルク特性がよく、かつ効率
の優れた変速が可能である。また、始動位置の検出装置
備えているので、過大電流、過大トルクを防止して負荷
をスムーズに、また損傷を与えることなく、始動できる
と共に、始動電流を抑制して電流設備容量を小ざくでき
る。

また、スッパーにより回動固定子に巻線を連結された電
線を破損から守ることができて、事故の発生も防止でき
る。

以上の理由により、本発明の可変速誘導電動機はきわめ
て優秀なものとなったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却装置を備えた可変速誘導電動
機の側断面図、第２図は位相検出器の実施例を示す断面
図、第３図は位相検出器の実施例を示す断面図である。 図において、２・・・回転子、２Ａ、２Ｂ・・・回転子
コア、２Ｃ・・・非磁性体コア部、３・・・回転子軸、
４・・・回転子導体、５，６・・・短絡環、７・・・軸
受、１０・・・機枠、１２Ａ・・・回動固定子、１２Ｂ
・・・固着固定子、１３Ａ、１３Ｂ・・・固定子巻線、
１５・・・小型モータ、１６．１７・・・ギヤ、１８・
・・電圧移相装置、２ｏ・・・排風口、４０・・・冷却
装置、５０・・・送風装置、５１・・・送風胴、５２・
・・ファンモータ、５４・・・ファン、６０・・・制御
装置、７０・・・粗度検出器、８ｏ・・・始動位置検出
器、８２・・・磁気センサー、８３・・・非磁性板、８
４　（８４ｂ〜８４ｇ）・・・磁気発生体、８５〜８８
・・・ストッパー、９１〜９２・・・ストッパー、９３
・・・回動固定子１巻線に連結される電源、９０・・・
温度検出器。

Claims (2)

【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
   、前記複数個の回転子コアのそれぞれに対峙する外周部
   において複数個の固定子を機枠に並設し、前記複数個の
   回転子コア間において前記複数個の導体を抵抗材を介し
   て短絡すると共に、前記複数個の固定子のうち少なくと
   も１個の固定子に、該固定子を前記回転子と同心的に回
   動させる駆動装置を設けて回動自在に形成して回動固定
   子とした電動機において、前記電動機の始動時の前記回
   動固定子の回動位置を検出する始動位置検出器を前記回
   動固定子に関連して直接または間接的に設けると共に、
   前記回動固定子の回動を一定範囲に制限するストッパー
   を前記範囲一方側の境界と他方側の境界に設けたことを
   特徴する可変速誘導電動機。
2. （２）、前記駆動装置が、回動自在に形成した固定子に
   対峙する回転子導体に誘起する電圧と他の固定子に対峙
   する回転子導体に誘起する電圧の間の位相のずれを０°
   から１８０°の範囲に設定保持可能に形成されたもので
   あり、前記ストップーは前記０°から１８０°の範囲に
   設定保持可能に形成されたものであり、前記ストッパー
   は前記０°から１８０°の位相のずれを生じさせる前記
   回動固定子の回動範囲の境界またはその範囲の外におい
   て前記回動をストップするように設けられたものである
   請求項（１）記載の可変速誘導電動機。