JPH01268486A - 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２）、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が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２）、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刺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−
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
軸受との暦動摩擦力が大きく、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きな力を必要とし、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２）、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
変速誘導雷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２）、電圧移相装置により生起される位相差に
よ２）、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ざい
力でのスムースな回動に困難を伴なうものであった。ま
た大ぎ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
てしまっていた。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
して機枠に装着して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、前記機枠の前記ボール
ベアリングまたはローラーベアリングとの接触部をダク
タイル鋳鉄または鋼鉄により形成し、前記接触部に表面
硬化処理を施したことにより解決の手段とした。また本
発明の特別のものは前記接触部の表面硬化処理のために
高周波焼入れを行う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、深溝かこ形、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２）、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２）、ころがり軸受方式としたことによ２
）、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２）、回動用の駆動装置等を小さくすることが可
能となった。

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
クは大きく、固定子はその反作用を受けるので負荷を駆
動中の前記固定子の回動には大きな力を要するが、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２）、
大きなト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
ングまたはロラーベアリングに大きな力がかか２）、か
つ機枠側にも大きな力がかかるので、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２）、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、耐摩耗性能を大幅に向上させる構成
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、位相差を大きくして大
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、前記構成のころがり軸受装置により耐摩耗性能
および強度が大幅に向上したのである。

〔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２）、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
部へ連通す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Ｉ！１ｍの空気を送ｆ＠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、２８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２）、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２）、具体的には小型モータ
１５を任意回回転させることによ２）、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用１ｊｉ５１、談込Ｊｉ
ｌＪＩｉ５１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により調部設
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８ｏ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〜８４「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５ｏ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９ｏが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１ｏ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２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２）、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２）、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
能を向上させるようにすることもある。

本構成の可変速誘導電動機において回動固定子を機枠内
で回動させる場合、ころがり軸受の使用が必要であるが
、一般のころがり軸受を使用すればきわめて高価なもの
となる。ところで本構成の可変速誘導電動機においては
通常、前記ころがり軸受部の回転数はきわめて小さく、
また荷重も比較的小さいことに着目して機枠の前記ボー
ルベアリングまたはローラーベアリングとの接触部をダ
クタイル鋳鉄または鋼鉄により形成し、前記接触部に表
面硬化処理を施したことにより目標を達成しようとした
のである。

機枠を一般の鋳鉄で形成して別の材質であるダクタイル
鋳鉄または鋼鉄のリングを機枠の内周にはめ込んで表面
硬化処理を施す場合もあれば機枠自体をダクタイル鋳鉄
で形成して前記接触部に表面硬化処理を施す場合もある
。

−膜内に本構成のような可変速誘導電動機においては機
枠は一般の鋳鉄で形成されることになるが、表面硬化性
が高くボールベアリングまたはローラーベアリングとの
接触部がすぐに摩耗してしまいモーターに振動が発生し
て使用不能になってしまう。

一方、ダクタイル鋳鉄または鋼鉄は表面硬化性に優れて
いるので、ダイクタイル鋳鉄で機枠を形成して前記接触
部に表面硬化処理を施すかあるいは一般の鋳鉄で機枠を
形成してダクタイル鋳鉄または鋼鉄のリングを機枠内周
にはめ込み、表面硬化処理を施すようにしたのである。

たとえばダクタイル鋳鉄を使用する場合、応力除去のた
め５００℃位で焼鈍し、次いで機械加工で内周面を仕上
げ、次いで内周面に高周波焼入れを施し、更に応力除去
のために２００℃位で低温焼きもどしを行い、最終仕上
げの機械加工および研摩仕上げをすることが実施例であ
る。

表面硬化処理には高周波焼入れ以外に炎焼入れ、浸炭焼
入れ、イオン窒化、溶射コーティング、メツキ、固体潤
滑剤のコーティング等々がある。本発明において高周波
焼入れを応用することは容易に局部焼入れができる点、
硬化層が深くできる点、安価である点等において特に有
利である。

さらに本発明の可変速誘導電動機を誘４発電機としても
使用することができるものであ２）、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　７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２）
、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
０°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、始動トルクを大き
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、ト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〜８４ｇ）・・・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つて軸着された複
   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つ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
   、前記機枠の前記ボールベアリングまたはローラーベア
   リングとの接触部をダクタイル鋳鉄または鋼鉄により形
   成し、前記接触部に表面硬化処理を施したことを特徴と
   する可変速誘導電動機。
2. （２）、前記表面硬化処理は高周波焼入れである請求項
   （１）に記載した可変速誘導電動機。