JPH01243879A - 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凹な
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、その地名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障害を招（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′ａ、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２組の固定子と、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、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
給電する双鉄心かご形電動機であるが、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゛市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０９と　１８０°の同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。

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備えたステータ
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Ｉζ非同期電気モータであるが、この
ものは、橢械的あるいは電気的手段により、２個のステ
ーク−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５４−２９００５Ｍ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
できない特異のト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
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、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９巻線形等のいずれの形式のものにも通用で
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
方の固定子に対峙する回転子の導体部分に誘起する電圧
と他り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、前記導体の材質を銅と
すると共に前記抵抗材の材質を銅ニッケル合金としたこ
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、前記回転子導体の材質を銅とし、前記抵抗材
の材質を銅ニッケル合金としたので、導体と抵抗材の溶
接性が良く、電蝕も起こりにくく、発熱による抵抗材の
抵抗値の変化が小さく、すなわち温度係数が小さく、本
可変速誘導電動機の性能を優秀とすることができた。

すなわち、本可変速誘導電動機においては、高トルク特
性と高効率が得られる反面、抵抗材の発熱は大きく、ま
た導体と抵抗材の抵抗値の関係から異種の金属を使用す
ることになるが、溶接性が良いこと、温度係数が小さい
ことが必要であるが、本発明においてはそれらの要件を
満たすことができた。

（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（銅）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（銅ニッケル合金）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１
０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、該送風胴５１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６
０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、電圧位相装置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２Ｇ、回転子導体４・・・
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に接続される位相検出器８０の一
事例を示すものである。この位相検出器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８
３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〜８４ｒ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。

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、即ち低速度運転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。更に本発明においては、補強材８
５によって導体を相互に連結する。

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ちと
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する場合もあり、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ト処理等
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、始動時には位相差
を１８０６　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
抵抗材の作用をピロまたは小さくして高速回転を１する
始動性改善を目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機は、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。

ところで本発明において回転子導体を銅材質。

抵抗材を銅ニッケル合金としたので、それらが溶接によ
り連結される際の接合性は向上し、高トルク運転を長時
間行って抵抗材の発熱が太きくても破壊することがなく
なった。また本発明においては位相のずれが同一でも抵
抗材の抵抗値によりトルク特性が変化するが、発熱によ
る抵抗材の温度変化のために抵抗値が大きく変わってく
ると速度制御が不安定になるが、銅ニッケル合金の使用
により、発熱による抵抗値の変化を小さくすることがで
きて速度制御の安定性は大きく向上した。

更に銅ニッケル合金は発熱に対しても強い材質であり、
抵抗材の破壊をなくすることもできた。

また本発明においては回転子導体を銅として抵抗値を小
さくしたので、位相差ゼロの場合のトルク特性は、すべ
りが０から増加するにつれてトルクは比較的急激に増加
する部分を有し、従って最高回転数を高くすることがで
きる。更に、前記のことにより高速運転時における効率
は向上する。

〔発明の効果〕

前記のように構成した本発明は、位相差を適宜設定する
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、抵抗材に
電流が流れることと、それによる発熱に起因する諸問題
を解決し、高トルク特性、高効率、高耐久性が確保され
、前記可変速誘導電動機を更に優秀なものとすることが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却Ｈ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、２Δ、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
０・・・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・・・送風胴、５２・・・フ
ァンモータ、５４・・・ファン、６０・・・制御装置、
７０・・・速度検吊器、８０・・・位相検出器、８２・
・・磁気センサー、８３・・・非磁性板、８４（８４ｂ
〜８４ｇ）・・・磁気発生体、８５・・・補強材、８６
・・・補強材、９０・・・温度検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、前記導体の材質を銅と
   すると共に前記抵抗材の材質を銅ニッケル合金としたこ
   とを特徴する可変速誘導電動機。