JPH01264593A - 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、可変速誘導電動機に関するものであり、より
詳しくは、単一の回転子、複数個の固定子及び前記複数
個の固定子のうち何れか一方の固定子に対峙する回転子
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とを有し、電圧移相装置を
調節することにより回転子の回転速度及び発生トルクを
任意に変化させることができる所謂複数固定子構成の可
変速誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

誘導電動機の速度を制御する方法としては、電源周波数
を変える方法、固定子に施した巻線の極数切換、−次電
圧を制御する方法があり、また特公昭２７−４３５７号
公報に記載されている如く、固定子を固着固定子と可動
固定子との２組に分割しそれぞれ同一巻線となし同一電
源に接続し、又回転子も２組に分割し回転子導体はそれ
ぞれ中央部を幅広くなしたる羽状導体にて接続し両端を
短絡環にて接続し、前記可動固定子を回動し他方の固着
固定子により、２次に誘導する２次誘導電圧に対し同一
導体内に異相電流を生ぜしめ、二つのヴエクトル和の電
流が回転子導体に２次電流として通ずる如くなし、任意
に電動機の速度を可変する如くなしたる可変速誘導電動
機であるが、可動固定子をすべり軸受に装着して可動す
るように形成したものであるから、可動固定子とすべり
軸受との摺動摩擦力が大ぎく、回転子の速度制御のため
に可動固定子を回動する際に大ぎな力を必要とし、可動
固定子を小型モーターによって自動制御するとしても容
量が大きいため相当の大負荷となるため、大型の回動用
モーターの使用が不可避となり、無駄な大電力を放熱す
るだけでなく、事実上実用に堪えないものである。可変
速誘導電動機が大型となるほどこの傾向は顕著となるも
のであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明においては回転子導体を短絡する抵抗材を有する
ことにより、電圧移相装置により生起される位相差によ
り、前記抵抗材に電流が流れて回転子抵抗が増したよう
になり大きなトルクを発生することができるが、固定子
の受ける反作用も太き（、本発明における電圧移相装置
であるところの回動自在に形成した固定子の小さい）ｊ
でのスムースな回動に困難を伴なうものであった。また
大きなトルクを発生することができる反面、抵抗材の発
熱も大きくその影響により回動自在に形成した固定子は
彫版し、たとえばすべり軸受方式では回動不能となって
しまつでいた。本発明は、このような問題点を解決する
技術を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための、手段〕

上記目的を達成するために本発明は、同一回動輪に一定
の間隔をもって軸着された複数個の回転子コア上に複数
個の回転子導体が連通状に装設されると共に、前記回転
子導体は前記複数個の回転子コア間において抵抗材、に
ょって短絡連結された一体的な回転子と、該回転子の各
回転子コアにそれぞれ対峙する各固定子コアを有し、前
記回転子と周軸上に周設された複数個の固定子を設け、
前記複数個の固定子のうち少なくとも１個の固定子の外
周部にボールベアリングまたはローラーベアリングを嵌
装して機枠に装着して前記回転子ど同心的に回動自在に
形設して回動固定子にすると共に、前記回動固定子の外
周部に両端面に貫通する通気孔を開設したことにより解
決の手段とした。また回動固定子側の冷却性をさらに高
めてスムースな回動を確保するために、前記複数個の固
定子間と前記回転子コア間と前記機枠で形成する空間部
を通風胴に形成し、導入した外気により前記抵抗拐を冷
却放熱して前記機枠外に排気するように前記機枠に複数
個の開口部を開設して前記通風胴に連通し、前記回転子
コア間に翼車を設けるがまたは、前記複数個の開口部を
任意個数の送風口と排風口に形成し、前記送風口または
前記排風口のいずれかに送風装置を連通したことにより
解決の手段とした。

なお、本発明の可変速誘導電動機は、単相または３相の
いずれにも形成でき、回転子の形態は、普通かご形、二
重かご形、深溝がこ形、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、
および巻線型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。

〔作　用〕

上記の如く構成された可変速誘導電動機の作用は次のと
おりである。すなわち、固定子の外周部にボールベアリ
ングまたはローラーベアリングを嵌装して機枠に装着し
たこと、つまり、ころがり軸受方式としたことにより、
小さな力で前記固定子を回動させることができるように
なり、移動用の駆動装置等を小さくすることが可能とっ
た。

本可変速誘導電動機は抵抗材の作用により回転子のトル
クは大ぎく、固定子はその反作用を受りるので負荷を駆
動中の前記固定子の回動には大ぎな力を要するが、前記
のようにころがり軸受方式としたことにより楽に回動で
きるようになった。

また、本可変速誘導電動機は、抵抗材の作用により、大
ぎな１〜ルクを出すことができる反面、発熱も大きく、
前記回動自在に形成した固定子が彫版してボールベアリ
ングまたは１」ラーベアリングに大きな力がかかり、か
つ機枠側にも大ぎな力がかかるので、彫版が大きければ
ボールベアリングまたはローラーベアリングの破損ある
いは機枠側の破損が起こったり、ボールベアリングまた
はローラーベアリングの固定子または機枠側との接触点
が電動機運転中の振動の作用と相まって摩耗したが、本
発明においては、回動固定子の冷却を極めて効果的に行
う構成を加えたので、前記のような問題点も解消した。

すなわち、本電動機においては、位相差を大ぎくしで大
きなトルクを出す際に発熱が比較的抵抗材に集中して起
こるが、前記構成の冷却装置により、極めて大ぎな冷却
作用を得ることが可能となったのである。

〔実施例］ 本発明は以下に説明するように、通常、可変速誘導電動
機として使用されるが、始動時には位相差を１８０°ま
たは大きくして運転時にはＯｏまたは小さくして使用す
ることに限定される始動性を改善した誘導電動機として
使用することもできる。

また、回転子コア間に設けた翼単による風の流れを効果
的にするために、回転子コアに回転子コア開側から他方
の端部に連通ずる通気孔を設ける場合もあり、回転軸を
中空とし、前記回転子コア間において内周部から外周部
へ連通ずる通気孔を設けて通風胴へ風を流入する場合も
固着固定子の外周部に通気孔を設けて風の流入をより効
果的にする場合もある。

これらの通気孔は通風胴の空気を送風機により換気す場
合にも換気の効果を一層高めるものとなる。

以下、実施例について図面を参照しながら説明する。

先ず、本発明による冷却装置が適用される可変速誘導電
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２Ａ、２Ｂ間には非磁性体コア部
２Ｃが設（プられる。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（抵抗短
絡）される。このようにして一体的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ｒ１６．１７（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。９２は回動固定子の外周に設けた通
気孔である。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Ｊ［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
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、非磁性体コア２Ｃ１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〜８４ｆのみ
が示されている）とで構成される。

制御装置６０は、上記各検圧器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５′２に向けて運転−
１３−’ 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ことはもちろんのこと、回動
固定子１２Ａのスムースな回動は完全に確保される。

なお、送風装置５０を使用せずに８６を翼車に形成して
冷却性能を高めたものも本発明の目的を達成することが
できる。この場合、第３図に示すように回転軸８８に中
空部８７を設け、回転子コア間において通気孔８９を設
け、内周部を外周部と連通させて空気を流入させて冷却
性能を向上させることもあり、また９１に示すように、
回転子コアに通気孔を設けて空気を流入させて冷却性能
を向上させることもあり、また固着固定子の外側部に通
気孔を設けて空気を流入させるようにして、冷却性能を
向上さぜるようにすることもある。

なお、本発明においては回動固定子のコアに直接通気孔
を開設したがあまり大きな通気孔を前記コアに開設すれ
ば磁束の通路が不十分になる場合もあるので、たとえば
回動固定子の外周部ところがり軸受の間に別の環状体を
設（プてその環状体に通気孔を開設することもある。ま
た更にころがり軸受部と機枠との間に環状体を設（プて
その環状体に通気孔を開設して冷却効果をより高める場
合もあり、あるいはころがり軸受の外周部の機枠自身に
通気孔を開設する場合もある。

前記のことかられかるように回動固定子の□外周部に両
端面に貫通する通気孔を開設するとは回動固定子コア自
身に通気孔を開設することに限らず、ころがり軸受と回
動固定子コアの間に別の環状体を設けて通気孔を開設す
ることを含むことは言うまでもない。

さらに本発明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
、その内燃機の最少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。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転、
逆転自在とすれば、該スイッチと電圧移相装置との操作
より電気制動機としても使用することができ、電圧移相
装置により回転速度を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。

また、本出願の発明を可変速誘導電動機としてでなく、
始動時には位相差を１８０°または大きくし運転時には
Ｏｏまたは小さくして使用する始動性を改善した誘導電
動機にも応用できる。

この場合、始動電流を抑えると共に、始動トルクを大ぎ
くすることができる。

〔発明の効果） 本発明は以上のように構成されたので、固定子の回動を
小さい力で可能とし、かつ、長時間運転あるいは高トル
クで運転して発熱を大きく伴っても固定子の回動には全
く支障が起こらず、１〜ルク特性と効率の優れた可変速
誘導電動機を円滑に運転することを可能にしたのである
。

【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図は回転子の斜視図である。 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、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・・・粗度検出器、８０・・・移相検出器、
８２・・・磁気センサー、８３・・・非磁性板、８４　
（８４ｂ〜８４９）・・・磁気発生体、８５・・・ボー
ルベアリング。 ８６・・・翼車、８７・・・中空部、８８・・・回転軸
、８９・・・通気孔、９０・・・温度検出器、９１・・
・通気孔、９２・・・通気孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、同一回転軸に一定の間隔をもって軸着された複
   数個の回転子コア上に複数個の回転子導体が連通状に装
   設されると共に前記回転子導体は前記複数個の回転子コ
   ア間において抵抗材によって短絡連結された一体的な回
   転子と、該回転子の各回転子コアにそれぞれ対峙する各
   固定子コアを有し、前記回転子と周軸上に周設された複
   数個の固定子を設け、前記複数個の固定子のうち少なく
   とも１個の固定子の外周部にボールベアリングまたはロ
   ーラーベアリングを嵌装して機枠に装着し、前記回転子
   と同心的に回動自在に形設して回動固定子にすると共に
   、前記回動固定子の外周部に両端面に貫通する通気孔を
   開設したことを特徴とする可変速誘導電動機。
2. （２）、前記複数個の固定子間と前記回転子コア間と前
   記機枠で形成する空間部を通風胴に形成し、導入した外
   気により前記抵抗材を冷却放熱して前記機枠外に排気す
   るように前記機枠に複数個の開口部を開設して前記通風
   胴に連通し、前記回転子コア間に翼車を設けるか、また
   は前記複数個の開口部を任意個数の送風口と排風口に形
   成し、前記送風口または前記排風口のいずれかに送風装
   置を連通した請求項（１）に記載の可変速誘導電動機。