JPH01234093A - 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
な可変速続導電８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半面、この方法で必要とする周波
数変換装置を高圃とし、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、その地番種゛電気制ｍ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、電動機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１１１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
ことができない問題点がある。

上記問題点に対処するものとして、例えば、特開昭５４
−１２９００５号公報にその技術が開示してあり、この
ものは、同軸上に設置された２組の回転子鉄心および回
転子鉄心に対向してそれぞれ独立する固定子巻線を備え
た２ｑの固定子と、前記各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、２１１の回転子鉄心間におけるか
ご形導体の中火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
て給電する双鉄心かご彫型動機であるが、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、始動
性を向上する効果は認められたとしても、この電動機は
可変速電動機ではないから変速を必要とする負荷の動力
源として使用することができないものである。

なお、上記特開昭５４−２９００５号公報において、起
動時から運転時への移行に際し、トルクの急激な変動に
よるショックを緩和する目的により瞬間的に固定子巻線
の相互の給電回路を直列接続の中間ステップを設けるこ
とも１例にあるが、この場合は、回転磁界の位相のずれ
がＯｏと　１８０°の両時点のみに限定されるもので変
速目的のものではない。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号公報のものは、仮に
「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」云々とあるが、この直列接
続は変速目的には全く用をなさない接続に過ぎない。

また、回転子コア間において導体を補強材によって相互
に連結する構成もないから変速してＯｏと１８θ′以外
の位相のずれで長時間運転すれば熱と遠心力の影響で回
転子が破損してしまう等の欠点を有するものであった。

そして、特開昭４９−８６８０７号公報に提案されてい
るものは、多相巻線とかご形ロータとを協えたステータ
を有する非同期電気モータであって伝導バー、短絡回路
端環および強磁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非同期電気七−夕であるが、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、負荷が掛る
と直ら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
を頻瞥に反復する動力源として運転することのできない
小人な問題点を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改善するためのもので
、上記特開昭５４−２９００５号公報および特開昭４９
−８６８０７号公報のそれぞれの総和では奏することの
できない特異の１ヘルク特性を求めるものであり、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、俄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、トルク特性と効、率の優れた可
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機枠に並設し、前記複
数個の固定子と対峙しない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
定子に関連して前記複数個の固定子のうちのいずれか一
方の固定子に対峙づる回転子の導体部分に誘起する電圧
と他方の固定子に対峙する前記回転子の対応する導体部
分に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる電圧移相
装置を付設した電動機において、前記回転子コア間の導
体を補強材によって相互に連結することにより問題点を
解決する手段にするとともに、他の構成では前記補強材
を回転軸に連結することも解決の手段とし、また他の構
成では前記補強材を非導電性のものにすることにより解
決の手段とし、また他の構成のものでは前記補強材を導
電性のものとし、前記補強材が導体と接合する部分に絶
縁材を装着することにより解決の手段とし、また別の構
成のものでは、前記複数個の固定子間に加える電圧の位
相を０°から１８０°の範囲内において任意の位相のず
れに設定できるように、すなわち、位相をずらせた固定
子に対峙する回転子導体の部分に誘起する電圧と他の固
定子に対峙する回転子導体の部分に誘起する電圧との位
相差を０°から　１８０°の範囲において任意の位相の
ずれに設定できるように前記抵抗材を関連的に前記複数
個の固定子間に位置された少なくとも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
置に形成することにより、問題点解決の手段とした。

作　　用 本発明は、任意手段により、それぞれの固定子間に生起
する回転磁界の磁束に位相のずれを生じさせると、磁束
の位相のずれに応じて回転子導体に誘起する合成電圧が
変化し、回転子導体に誘起する電圧を増減制御して回転
子の回転速度を任意に変えることができる。

ところで、複数個の回転子コアに装設した複数個の導体
のを抵抗材を介して短絡しであるので、位相のずれに応
じて前記抵抗材に電流が流れ、大きなトルクを得ること
ができると共に効率も改善される。

ところで、前記抵抗材に電流が流れれば当然ながら発熱
し、遠心力の作用と相俟って回転子コア間の強度を大き
く低下させることになる。

本発明の構成においては回転子コア間において導体を補
強材で相互に連結したことにより、前記回転子コア間の
強度を十分に確保でき、従って前記抵抗材に十分大きな
電流を流して大きなトルクを得ることも可能になった。

また、別の構成においては首記補強材を回転軸に連結し
たので強度は更に向上し、前記補強材を非導電性のもの
にした場合には、前記補強材を通じて電流が流れること
はなく前記抵抗材を通して電流が流れるのでトルクを確
実に得ることができる。補強材を導電性のものとした際
にも、前記補強材が導体と接合する部分には絶縁材を装
着したので、前記補強材を通して電流が流れることはな
く、前記抵抗材を通して電流が流れるのでトルクを確実
に１ｑることができる。

なお、本発明において、補強材が導体と接合する部分に
絶縁材を装着したとは絶縁材を嵌装することに限定され
るものではなく、前記補強材または導体の表層面に種々
の絶縁処理を施したものも含めて総称するものである。

前記複数個の固定子間に加える電圧の位相を０°から１
８０°の範囲内において任意の位相のずれに設定できる
ようにとは、各固定子に対峙する回転子導体部分に誘起
する電圧の位相差を０°から１８０°の範囲内に設定で
きるという意味であるが、複数個の固定子のうち少なく
とも１個を回動自在に形成して前記の目的を達成しよう
とするならば、簡単な構成で広範囲の速度制御が可能と
なる。

〔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２Ａ
、２Ｂ間には固定子との非対峙部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・・・は固定子との非対峙部２Ｃのところで
抵抗材Ｒによって相互連結（抵抗）短絡される。このよ
うにして一体内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１０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１２Δ、１２Ｂが並設される。図示実施
例の場合、固定子１２Ｂは機枠１０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１２１３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１２△。

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１胴５１、該送風胴５１
に支持されたファンモ−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の制御出力は送風装置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、電圧位ＫＪ装置１８により調節設定される
位相差を検出する移相検出器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づい特定の部
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
タ等の温度検出器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、２Ｂ、非対峙部２Ｃ１回転了導体４・
・・等に関連して配設して使用すること−しできる。

第２図は制御装置６０に接続される位相検出器８０の一
事例を示すものである。この位（口検出器８０は、回動
固定子１２△の外周面に装置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に押設され、径が異なることにより発生磁力の異な
る′Ｒ数個の磁気発生体８４（図面では８４ｂ〜８４ｆ
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′Ｆｉ７０，８０゜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
。

速度検出器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１目差が少ないことを
示し、且つ温度検出器９０からの入力情報が温度が低い
ことを示すものて゛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
運転停止のオフ制御、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、即ら低速度運転１位相差が大きいこと、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１１１装首
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ム一定時間継続させ、電動機を熱
的破壊から完全に尿護する。更に本発明においては、補
強材８５によって導体を相Ｈに連結７る。

補強材として導電性の材料が使われる場合、導体と前記
補強材の間は絶縁される必要がある。

さもなければ、抵抗材と補強材が並列になったかたらと
なり、補強材を通って電流が流れるので、抵抗材の本来
の作用が失われてしまう。

絶縁は、合成樹脂を補強材と導体の間に挿入する場合も
あれば、絶縁用樹脂塗料を挿入づる場合もあり、その他
罪導電剤を導体と補強材の間に挿入する場合もある。さ
らに、たとえば、導体表面あるいは補強材の導体との接
触面に酸化被膜処理、アルミの場合のアルマイ１〜迅埋
等の絶縁処理を施すこともある。

補強材８５が非導電性のたとえばセラミックのもののよ
うな場合は特に絶縁処理を施す必要はない。

なお、補強材が８６のように、回転軸と連結されれば補
強の効果は一層高いものとなる。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、始動ロー１には位
相差を１８０°または大きくすることにより抵抗材の作
用を大きくし、運転時には位相差をＯｏまたは小さくし
て抵抗材の作用をぜ口または小さくして高速回転を得る
始動ｆ［改ｐ？を１］的とする誘導電動機としても併用
できる。

ざらに本発明の可変速誘導電動様は、誘）９発゛電機と
しても使用することができるものであり、回転子細にタ
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、その内燃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ゼる回転数で発
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、それ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。また外部電力に対しての同
期も高価な同期装置なしで行える。

〔発明の効果〕

前記のように構成した本発明は、位相差を適宜設定づる
ことにより抵抗材の作用をコントロールできてトルク特
性と効率の優れた可変速誘導電動機となるが、回転子コ
ア間は漏れリアクタンスを減少させるために一般的に空
間とされるが、これは回転子の強度を大きく低下させる
。

また抵抗材によるトルク向上効果はきわめて大きい反面
発熱も人さく、回転子の強度を一賓低下させる。遠心力
による回転子導体の変形あるいは破壊も起きてしまう。

本発明は抵抗材の作用は生かしつつ補強材を装備したの
で、前記のような問題をすべで解決し、可変速誘導電動
機として、トルク特性、効率の優れたものを提供するこ
とかできたのである。

【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
図である。 図において、２・・・回転子、２Ａ、２Ｂ・・・回転子
コア、２Ｃ・・・非対峙部、３・・・回転子軸、４・・
・回転子導体、５．６・・・短絡環、７・・・軸受、１
゜・・・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、２０・・・排風口、４０・・・冷却装置、
５０・・・送風装置、５１・・・ｊス用胴、５２・・・
ファンモータ、５４・・・ファン、６０・・・制御装置
、７ｏ・・・速度検出器、８０・・・位相検出器、８２
・・・磁気センサー、８３・・・非磁性板、８４　（８
４ｂ〜８４ｇ）・・・磁気発生体、８５・・・補強材、
８６・・・補強材、９゜・・・温度検出器。

Claims (5)

【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機枠
   に並設し、前記複数個の固定子と対峙しない前記複数個
   の回転子コア間において、前記複数子の導体を抵抗材を
   介し短絡すると共に、前記複数個の固定子のうち少なく
   とも１個の固定子に関連して前記複数個の固定子のうち
   いずれか一方の固定子に対峙する回転子の導体部分に誘
   起する電圧と他方の固定に対峙する前記回転子の対応す
   る導体部分に誘起する電圧との間に位相差を生じさせる
   電圧移相装置を付設した電動機において、前記回転子コ
   ア間の導体を補強材によって相互に連結したことを特徴
   する可変速誘導電動機。
2. （２）、前記補強材を回転軸に連結した請求項（１）に
   記載の可変速誘導電動機。
3. （３）、前記補強材は非導電性のものである請求項（１
   ）または（２）に記載の可変速誘導電動機。
4. （４）、前記補強材は導電性のものであり、前記補強材
   が導体と接合する部分に絶縁材を装着した請求項（１）
   〜（３）のいずれかに記載の可変速誘導電動機。
5. （５）、前記複数個の固定子間に加える電圧の位相を０
   °から１８０°の範囲内において任意の位相のずれに設
   定できるように、前記抵抗材を関連的に前記複数個の固
   定子間に位置させた少なくとも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に形
   成した請求項（１）〜（４）のいずれかに記載の可変速
   誘導電動機。