JPH03212142A - 二固定子誘導電動機 - 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、単一の回転子と二個の固定子とを有し、二個
の固定子に対峙する回転子導体に生じる回転磁界間に位
相差を生じさせて、変速可能でしかもスムーズな起動と
低速から高速にかけて高トルクを発生させることができ
る二固定子誘導電動機に関する。

〔従来の技術〕

複数固定子構成の誘導電動機のトルク制御、速度制御は
公知技術により知られる固定子間の位相差を変化させる
方法があり、例えば本出願人の発明である特願昭６１−
１２８３１４号もその例である。この位相差を変化させ
る方法には、機械的なものとして固定子を回動させて位
相差を設けるもの、電気的なものとして固定子巻線の結
線を変えて何種かの位相差を設けるもの、更にこれらに
スターデルタ切換を組み合わせたものなど多種多様であ
る。

以上の方法は、誘導電動機のトルクと速度を自在に変化
させて負荷に対応する場合と、始動時の速度上昇をスム
ーズに行う場合等とその負荷または用途に応じて様々の
手法を用いることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、位相差を設けて負荷に対応するものであり、
前記従来技術により区別すると電気的手法といえる。

さて、前記従来技術における電気的移相手法は固定子巻
線の結線を切換えて行い位相差は電気角で０°、６０．
　　１２０°、１８０°が実施可能であるが、その切換
に要する開閉器は十数側に及ぶものであり高価となって
いた。

更に一般の誘導電動機は始動性改善の目的でスターデル
タ切換装置を設けたものがある。これは単一の固定子に
もかかわらずその配線は複雑なものであると共に、スタ
ーデルタ切換時における負荷電流の一時的な切断による
トルク変動を発生し、更には切換後の負荷電流の急激な
増加と発生トルクの急激な変動によるショックは避けら
れないものであった。

本発明は上記結線を切換えた各位相差におけると同等の
トルク特性を有し、しかも無段階に変速可能であり、制
御に際し負荷電流の切断がなく、負荷電流の急激な増加
と負荷トルクの急激な変動の少ない安価な二固定子誘導
電動機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〕

上記課題を解決するために本発明は、同一回転軸上に設
けた二個の回転子コアに装着した複数個の導体のそれぞ
れを連通状に連結した回転子と、前記各回転子コアにそ
れぞれ対峙して周設した二個の固定子と、前記二個の固
定子のうち一方の固定子がこれに対峙する回転子の周囲
に生じる回転磁界と、他の固定子がこれに対峙する回転
子の周囲に生じる回転磁界との間に位相差を生じさせる
移相装置とを有する二固定子誘導電動機において、前記
移相装置は、二個の固定子巻線を直列デルタ結線とし、
且つ同相に接続された前記複数個の固定子の巻線き巻線
の間と、他相の巻線と巻線の間とを、可変抵抗又は可変
抵抗と開閉スイッチとを介して連結した。

また、この移相装置に速度検出器の信号により前記可変
抵抗又は可変抵抗と開閉スイッチとを制御する制御装置
を設けることにより課題を解決するための手段とした。

〔作　用〕

本発明の固定子巻線は、直列デルタ結線としである。こ
の時の固定子間位相差は１８０°、　■２０°、６０°
、　０°のいずれかが考えられる。今、仮に６０°の位
相差を設けて直列デルタ結線とした回路を、同相に接続
された固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の
間とを短絡すると、並列スター結線で位相差０°に切換
わることになる。したがって、起動時は任意の位相差を
持った直列デルタ結線となり、短絡すると並列スター結
線でしかも異なる位相差へと切換えられる。つまり直列
デルタ結線からそのまま並列スター結線に切換えるとそ
れぞれの位相差は１８０°から１２０’　　　１２０°
から６０°、６００から０°に切換えられる。

以上をまとめると次のようになる。まず、電源を投入す
ると固定子間の位相差は前記任意位相差の直列デルタ結
線で起動する。負荷は任意位相差のトルク特性曲線によ
り起動される。次に、任意回転数に至って巻線間を短絡
して並列スター結線とすると位相差は６０°少なくなり
、トルク特性及び電流特性が変化する。

本発明においては、前記２つのトルク特性の中間特性を
無段階に得るために、同相に接続された二個の固定子の
巻線の間と、他相の巻線と巻線の間とを、可変抵抗又は
可変抵抗と開閉スイッチとを介して連結したので起動時
には、高トルク低電流で、起動後の運転に至るまでは無
段階に任意のトルクと電流で運転することができ、変速
も可能である。

〔実施例〕

本発明は主としてかご型回転子をもつ２固定子誘導電動
機として詳細を説明するが、これに限定されないことは
言うまでもない。巻線型回転子をもつ二固定子誘導電動
機の場合もあり、リニヤモーターとしても応用できるも
のである。

また、固定子巻線のスター結線、デルタ結線の切り変え
を併用してトルク特性をより多様化する場合もあり、回
転子コア間の構成も、空間。

非磁性体、磁性体等を使用する場合がある。

すでに本出願人は、特願昭６１−１２８３１４号として
本発明の構成の一部である複数固定子からなる誘導電動
機の構成、作用の詳細な説明を行なっている。

第１図により本発明の構成の一部をなす電動機の１実施
例を説明する。符号１は本発明に係る二固定子誘導電動
機であり、該誘導電動機１は以下のような構成を有する
。磁性材料からなる回転子コア２．３を任意の間隔を設
けて回転子軸４に装着する。回転子コア２，３間は非磁
性体コア５を介設するか、または空間とする。

回転子コア２，３に装設した複数個の導体６・・・のそ
れぞれを回転子コア２，３に連通して連結し一体的な回
転子７を形成し、その直列に連結した複数個の導体６・
・・の両端部は短絡環８，８により短絡される。また、
本実施例においては回転子７に装設されたそれぞれの導
体６・・・は回転子コア２．３間の非磁性体コア５部に
おいて、任意のベクトルの差の電流を流すための抵抗材
９を介して連結しである。

回転子コア２，３に対峙する外側部に巻線１０．１１を
施した第１固定子１２と第２固定子１３を機枠１４に並
設し、第１固定子１２と第２固定子１３は機枠１４に固
定する。

また、第１固定子１２と第２固定子１３の巻線１０．１
１の結線の形態は一実施例として電気的位相差６０°の
直列デルタ結線としている。

次に本発明の第１の実施例を第２図以降を参照して説明
する。

第２図に示すものは本発明の結線図である。

固定子巻線１１の各コイルの一方の端子（Ｕｌ。

■７．Ｗ、）を電源開閉装置Ｓを介して電源Ａ。

Ｂ、　　Ｃに接続すると共に他方の端子（ｘ、　、　ｙ
＋、Ｚ＋）を固定子巻線１０の一方の端子（Ｙ２　、　
　Ｚ２　、　Ｘ２　）　ニ、また固定子巻線１０の他方
の端子（Ｖ２　、　Ｗ２　、　Ｙ２　）を前記端子（■
１．Ｗ＋　、Ｕｔ　）に直列デルタ結線となるよう電源
に接続しである。また可変抵抗ＲＡはｘｌと２２間に、
Ｒｓ　ハＸ　、とＸ２間に、Ｒｃ！ｉＺ、と２２間に連
結する。

以上の構成における作用を説明する。まず、可変抵抗の
抵抗値が無限大の時に電源開閉装置Ｓを閉じると、固定
子巻線１０と固定子巻線１０とは電気的位相差６０°を
有する直列デルタ結線となる。これは第３図のように表
すことができる。更に第４図で詳述すると、固定子巻線
１１のコイルＵ、〜Ｘ１の分担電圧Ｅ１とこれに対応す
る巻線１０のコイルＵ２〜Ｘ２の分担電圧Ｅｌ、は電気
的位相差６０°を有するよう結線しである。またこの時
の各コイルの分担電圧は電源電圧Ｅ　ａｂの１７２であ
る。その他の相についても同様ある。

続いて可変抵抗を零にして完全導通状態にするとつまり
、コイルＵ１〜Ｘ、とコイルＵ２〜Ｘ２は位相差θ°に
なり、■１〜Ｙ、とｖ２〜Ｙ２およびＷ、〜ｚ１とＷ２
〜ｚ２も同様に位相差Ｏ０になる。そして、第５図に示
す結線となる。

コイルＵ、〜Ｘ、の分担電圧をＥ　ｌ　、Ｅ　ｍｂを電
源の線間電圧とすると、Ｅｌの大きさは直列デルタ結線
の場合の２７１３　＝１．１５倍となっている。

以上のように可変抵抗の抵抗値の可変により、起動用の
位相差と運転用の位相差を設けることができ、さらに側
位相差の中間ステップの特性を無段階に得ることができ
る。この時の各トルク特性を第６図に示す。第６図は可
変抵抗ＲＡ。

ＲＢ、ＲＣの抵抗値を高抵抗値Ｒ７から低抵抗値Ｒ４に
変化させたときの中間トルク特性を示し、各抵抗値にお
けるトルク特性の一例である。

実際には抵抗値Ｒ１からＲ４に徐々に変化させることか
らトルク特性もＲ１からＲ４へ徐々に変化するものであ
る。

第７図に示すものは、第６図の各トルク特性に対する電
流値を示し、上側のＲ１−Ｒ４は負荷電流を、下側Ｒ１
〜Ｒ４は可変抵抗の電流値を示す。この図から始動電流
が小さく移相装置となる可変抵抗を流れる電流は負荷電
流より更に小さいことが明らかで、従来技術のように負
荷電流が流れる回路を直接開閉しないから移相装置の電
気容量は小さく、よってその装置も小型化できる。

また、位相差０°の時、固定子巻線１１の他方（Ｘ＋　
、Ｙ＋　、Ｚｌ）と固定子巻線１０の一方（Ｘ２　、　
Ｙ２　、　　Ｚ２　）との相間は短絡状態にあり、可変
抵抗の故障等の原因で短絡しても電動機が焼損する等の
電気的事故は発生しない。

更に、可変抵抗の制御は、直列デルタ結線による運転中
の線間の短絡であるから、開閉のため一時的に負荷電流
が遮断されることがないこと及び極間電圧が電源電圧の
１／２であることなどから可変抵抗の電気的容量は小さ
いものを使用することが可能で可変抵抗による移相装置
を小型化できる。

ところで第２図に示す通り可変抵抗からなる移相装置を
電動機側に設けると、電源側から電動機への配線は三本
でよく、一般の大型電動機に見られるようなスターデル
タ始動のための複雑な配線を要することなく、低速から
高速に至るまで高トルクで運転可能な電動機とすること
が可能である。

次に本発明の第２の実施例を第８図を参照して説明する
。

第８図に示すものは結線図であるが第１の実施例と異な
る部分について説明し、同一の部分は省略する。第１の
実施例と異なる点は可変抵抗（ＲＡ　、　　Ｒａ　、　
　Ｒｃ　）に開閉（スイッチＳＬ＋Ｓ２．Ｓ３）を直列
に設けた点である。この場合、開閉スイッチは可変抵抗
に直列に設けても並列に設けてもよい。

以上の構成における作用を説明する。この実施例の可変
抵抗は第１の実施例と同様であるが、開閉スイッチＳｌ
ｌ　　Ｓ２．Ｓ３を設けると次のように作用する。可変
抵抗に開閉スイッチを直列に設けると、開閉スイッチが
閉じている時だけ可変抵抗が作用する。これは並列スタ
ー結線の運転と直列デルタ結線の運転とに瞬時に切換え
ることが可能であり、始動時は可変抵抗を変化させて徐
々に加速した後、開閉スイッチの開閉で２段階の速度制
御あるいはトルク制御が可能となる。

更に可変抵抗に開閉スイッチを並列に設けると、開閉ス
イッチが開いている時だけ可変抵抗が作用する。

次に移相装置の制御について、第９図において説明する
。まず第９図の構成は、誘導電動機１は開閉装置を備え
た三相電源２２に接続しである。また誘導電動機には一
体的に移相装置２０が設けてあり、該移相装置にはハー
ドロジック回路等で構成された制御装置２１を接続しで
あると共に制御装置２１には電動機の速度検出を行う速
度検出器２３の信号を接続しである。

制御装置は単純なロジック回路か又は必要に応じてマイ
クロブセッサを載せることもある。

更に検出器２３の信号を受けて、その信号を必要に応じ
て変換する回路と、変換された信号とあらかじめ入力さ
れた設定値とを比較する回路と、あらかじめ入力された
設定値を記憶させる回路と、先の比較により信号を出力
する信号出力回路等を備えるものとなる。この信号出力
回路の信号で移相装置２０の位相差を変更してゆく。ま
た、検出器をここでは速度検出器２３としているが、回
転数を検出するもの等電動機の回転状態を検出する手段
であればよい。

上記制御装置による位相切換制御でトルク特性は第６図
の如くなり、従来のスターデルタ切換に比較してトルク
の変動は小さく始動電流も小さく抑えることが可能とな
った。

前記制御装置２１に入力される設定値とは、負荷トルク
やＧＤ２と電動機の出力により決定されるものと希望運
転回転速度である。

なお、第１０図の如く、直列デルタ結線で位相差を００
とし、各相の巻線間を短絡すると第１１図のとおり位相
差が６０°となる。このように結線した場合は第１１図
に示す位相差６０’の並列スター結線で始動し、第１０
図に示す位相差０°の直列デルタ結線へと移行しても本
発明を実施できる。そして、その他の位相差を希望する
場合、は、一方の固定子に対して他方の固定子を機械的
に回動して固定すればよく、例えば４極の場合、機械角
で１０°回動ずれば電気角で２０°位相差を生じる。

〔効　果〕

以上のように二固定子誘導電動機のトルクの設定は、単
純な移相装置により無段階に設定可能となり、これらの
トルク特性は起動時において起動電流は小さく起動トル
クが大きく、定トルク特性及び二乗低減トルク特性の始
動性の改善、起動時間の低減を達成した可変速電動機と
なり、インバーター等の高価な制御装置を必要としない
。また、電動機への配線も、単純に形成される移相装置
を電動機に一体とし、三相電源を使用する場合、電動機
には三本の配線でよく誰にでも配線が可能である。

したがって、トルクの多様化を図り低速から定回転域ま
で高いトルクを発生することのできる二固定子誘導電動
機の用途の拡大と高トルクの電動機を必要とするあらゆ
る分野に、更に大きく貢献できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は二固定子誘導電動機の側断面図、第２図は移相
装置の結線図、第３図は第２図の別表示方法による結線
図、第４図は位相差６０°の直列デルタ結線図、第５図
は位相差ＱＯ１並列スター結線図、第６図は可変抵抗の
各抵抗値における中間トルク特性曲線の一例を示す図、
第７図は可変抵抗の各抵抗値における負荷電流と短絡電
流の特性曲線図、第８図は移相装置の別の実施例を示す
結線図、第９図はロジック回路による制御ブロック図、
第１０図は別実施例の直列デルタ結線図、第１１図は第
１０図の巻線間を短絡したときの位相差６Ｇ’の並列ス
ター結線図である。 １・・・複数固定子誘導電動機、２．３・・・回転子コ
ア、４・・・回転子軸、５・・・非磁性体コア、６・・
・回転子導体、７・・・回転子、８・・・短絡環、９・
・・抵抗材、１０．１１・・・固定子巻線、１２・・・
第１固定子、１３・・・第２固定子、１４・・・機枠、
２０・・・移相装置、２１・・・制御装置、２２・・・
供給電源側、２３・・・速度検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一回転軸上に設けた二個の回転子コアに装着し
   た複数個の導体のそれぞれを連通状に連結した回転子と
   、前記各回転子コアにそれぞれ対峙して周設した二個の
   固定子と、前記二個の固定子のうち一方の固定子がこれ
   に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他の固定
   子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との
   間に位相差を生じさせる移相装置とを有する二固定子誘
   導電動機において、前記移相装置は、二個の固定子巻線
   を直列デルタ結線とし、且つ同相に接続された前記二個
   の固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の間と
   を可変抵抗を介して連結したことを特徴とする二固定子
   誘導電動機。
2. （２）同一回転軸上に設けた二個の回転子コアに装着し
   た複数個の導体のそれぞれを連通状に連結した回転子と
   、前記各回転子コアにそれぞれ対峙して周設した二個の
   固定子と、前記二個の固定子のうち一方の固定子がこれ
   に対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、他の固定
   子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との
   間に位相差を生じさせる移相装置とを有する二固定子誘
   導電動機において、前記移相装置は、二個の固定子巻線
   を直列デルタ結線とし、且つ同相に接続された前記二個
   の固定子の巻線と巻線の間と、他相の巻線と巻線の間と
   を可変抵抗と開閉スイッチとを介して連結したことを特
   徴とする二固定子誘導電動機。
3. （３）請求項（１）又は（２）記載の二固定子誘導電動
   機であって、前記二固定子誘導電動機に速度検出器を設
   け、該速度検出器の信号により移相装置の可変抵抗又は
   可変抵抗と開閉スイッチとを制御する制御装置を設けた
   ことを特徴とする二固定子誘導電動機。