JPH04178144A - ２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２個の固定子とを有し、２個
の固定子に対峙する回転子導体の周囲に生じる回転磁界
間に位相差を生じさせ、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２固定子誘
導電動機に関する。

〔従来の技術〕

２固定子構成の誘導電動機のトルク制御、速度制御は従
来技術により知られる固定子間の位相差を変化させる方
法がある。この位相差を変化させる方法は機械的なもの
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、何種かの段階的な位相の変化を設で負荷に対
応するものであり電気的手法といえる。

前記従来技術における電気的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θ°。

６０°、１２０°、１８０°が実施可能であるがその反
面、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が、これは単一の固定
子にもかかわらずスターデルタ切換装置と電動機の配線
は複雑なものであった。つまり、スターデルタ切換装置
は装置が大形であることと切換を人力か他の動力源に頼
るため、直接電動機に設けることができず、構造上スタ
ーデルタ切換装置と電動機との間の配線は大容量のケー
ブルを多数本必要とした。

また位相差を切換える開閉器あるいはスターデルタ切換
装置は、その切換を接点の開閉て行うものがほとんどで
、この開閉による負荷電流の一時的切断で発生トルクに
変動を生し、開閉器の作動により駆動する装置にショッ
クを与えていた。

本発明は上記位相差におけるトルク特性を有しつつも切
換に要する開閉器を最小限で構成すると共に切換えによ
るショックのない安価な２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〕

本発明によると同一回転軸上に空間又は非磁性体コア部
を介在して軸着した２個の回転子コアを有し、該２個の
回転子コアに連通ずる導体を複数個設けて一体的に形成
された回転子と、前記２個の回転子コアのそれぞれに対
峙して並設した２個の固定子と、前記２個の固定子のう
ちの特定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しさせる電圧移相
装置とを有する２固定子誘導電動機において、前記電圧
移相装置は、前記２個の固定子の巻線を直列デルタ結線
とし、且つ前記２個の固定子の巻線間に設けた前記回転
磁界の位相差を０°とする第１の結線開閉スイッチと、
該第一の結線開閉スイッチと並列に設けた前記回転磁界
の位相差を１２０°とする第２の結線開閉スイッチと、
並列にした前記第１と第２の結線開閉スイッチに直列に
接続した半導体素子及び前記第１と第２の結線開閉スイ
ッチと半導体素子を任意信号により制御する制御部とか
らなることにより前記課題を解決するための手段とした
。

更に本発明によると、前記電圧移相装置は、前記２個の
固定子の巻線を直列デルタ結線とし、且つ前記２個の固
定子の巻線間に設けた前記回転磁界の位相差を０°とす
る第１の結線開閉スイッチと、該第１の結線開閉スイッ
チと並列に設けた前記回転磁界の位相差を１２００とす
る第２の結線開閉スイッチと、並列にした前記第１と第
２の結線開閉スイッチに直列に接続した半導体素子と、
前記第１と第２の結線開閉スイッチと半導体素子とに対
し並列に設けた、前記回転磁界の位相差を１２００とす
る第３の結線開閉スイッチ及び前記第１と第２と第３の
結線開閉スイッチと半導体素子を任意信号により制御す
る制御部とからなることにより前記課題を解決するため
の手段とした。

そして、前記２個の回転子コア間の前記空間又は非磁性
体コア部において前記複数個の導体のうち隣接する任意
の導体間を相互に抵抗短絡する連結材を設けたこと、ま
た電圧移相装置を２固定子誘導電動機と一体にしたこと
により前記課題を解決するための手段とした。

〔作　用〕

第１の発明の作用について説明する。第１の結線開閉ス
イッチと第２の結線開閉スイッチとのそれぞれは、固定
子間に位相差０°と１２０’を設けるよう構成しである
。したがって、第１の結線開閉スイッチだけを閉じて電
源を投入すると位相差は０°、逆に第２の結線開閉スイ
ッチだけを閉じて電源を投入すると位相差は１２０゜と
なる。そして、第１の結線開閉スイッチと第２の結線開
閉スイッチを同時に閉して電源を投入すると位相差は６
０°となる。

つまり、第１と第２の結線開閉スイッチで００．６０°
、＋２０’の３つの位相差を設けることが可能となる。

以上をまとめると次のように作用する。まず第２の結線
開閉スイッチを投入して電源を投入すると固定子間の位
相差は１２０°で起動する。

負荷は位相差１２０°のトルク特性曲線により起動され
る。

次に任意時間経過後または任意回転数に至って第２の結
線開閉スイッチはそのままで、第１の結線開閉スイッチ
を投入し位相差を６０°に変化させる。負荷は位相差６
０°のトルク特性で更に加速され電動機の回転は上昇す
る。最後に第１の結線開閉スイッチ投入から任意時間経
過後または任意回転数に至り第２の結線開閉スイッチを
解放すると位相差は０°となり、一般の誘導電動機のト
ルク特性で負荷は駆動される。

このように第１と第２の２個の結線開閉スイッチの開閉
だけで位相差を三段階に変更可能であり接点数が従来技
術よりはるかに少ない。

更に、本発明は前記第１と第２の結線開閉スイッチと直
列に半導体素子を設けである。この半導体素子は点弧角
により不通と導通の間を無段階に制御可能な素子である
。つまり、前記第１と第２の結線開閉スイッチによる位
相差の変更とともに半導体素子の点弧角の制御により各
位相差におけるトルク特性に更に変化を持たせることが
可能となるものである。特に、起動時の衝撃緩和に効果
は大きく、たとえば位相差１２０°　で起動の時、出力
トルクを零からこの位相差のトルク特性まで徐々に変化
させることが容易に実現できる。

また、上記説明のとおり第１と第２の結線開閉スイッチ
のどちらかが常に投入状態であるから第１及び第２の結
線開閉スイッチの接点容量は小さくでき、負荷電流を遮
断することなく発生トルクが零になることもない。更に
、第１及び第２の結線開閉スイッチの両方を投入して使
用する段階があるので、万一開閉スイッチの事故、たと
えば接点の溶着等で一方又は両方が投入状態になっても
電気的な事故発生に結びつくことはない。

次に第２の発明の作用として、前記第１と第２の結線開
閉スイッチと半導体素子とに対し並列に、回転磁界の位
相差を１２０°に切換可能な第３の結線開閉スイッチを
設けたものの作用を説明する。

一般的な起動から運転までを順を追って説明する。半導
体素子を不通状態（点弧角１８０°）にして、半導体素
子に直列にしである第２の結線開閉スイッチ（位相差１
２０°）だけを投入して半導体素子の点弧角を不通から
導通（点弧角０°）へ徐々に変化させると、固定子巻線
にかかる電圧は徐々に昇圧し、位相差１２０°のトルク
特性で徐々に起動する。

次に点弧角を導通状態まで変化させた時、第３の結線開
閉スイッチ（位相差１２０°）を投入後、半導体素子の
点弧角を不通とし第２の結線開閉スイッチを開放する。

続いて、半導体素子に直列にしである第１の結線開閉ス
イッチ（位相差０°）を投入し、半導体素子の点弧角を
不通から導通へ徐々に変化させると、第３の結線開閉ス
イッチによる位相差１２０°の直列デルタ結線と第１の
結線開閉スイッチによる位相差００の直列デルタ結線と
が固定子巻線に同時に表れ固定子巻線は位相差６０°の
並列スター結線となる。このことは前述の作用に述べた
通りであり、つまり第１の結線開閉スイッチ（位相差０
０）と第２の結線開閉スイッチ（位相差１２０゜）とを
同時に投入したものと同等である。

前記半導体素子の点弧角を導通にした後、半導体素子の
点弧角は導通のまま第３の結線開閉スイッチを開放する
と、第１の結線開閉スイッチによる位相差Ｏ０が残り、
２固定子誘導電動機は運転用トルクに至る。

このように、第１の作用は最少の結線開閉スイッチ数で
、位相差の変化を多段にして起動時と各位相差における
トルク特性に変化を持たせたものであり、負荷電流の遮
断がなく安価に起動性の改善とトルクの変化を得ること
が可能となった。

第２の作用のものは、第１の作用に加えトルクの変化を
段階的でなく、位相差１２０°から位相差６Ｇ’まで徐
々に変化させ、特に起動時から運転に至る中間のトルク
特性への位相差の変化による発生トルクの変動をなくシ
、始動性の改善とショックのない位相差の切換を可能と
したものである。

次に、２固定子誘導電動機の前記２個の回転子コア間の
前記空間又は非磁性体コア部において、前記複数個の回
転子導体のうち隣接する任意の導体間を相互に抵抗短絡
する連結材を設けた場合の作用を説明する。

まず、連結材が無いまま前記第１または第２の作用によ
る位相差を設けると、位相差が大きくなればなるほど回
転子に誘起する電圧は減少し発生トルクは小さくなる。

更に、他の方法で位相差を１８０゛　　にすると回転子
に誘起する電圧は遂には零となる。このときのトルク特
性の変化は一次電圧制御と同様のトルク特性の変化を示
す。この場合において本発明は、−次電圧制御に必要と
する高価な装置に変わって簡単な開閉スイッチで構成で
きる多大な効果を有するものである。

一方、連結材を設けた場合、前記第１または第２の作用
による位相差を設けると、位相差が大きくなるに従って
連結材に電流が流れる□ようになり、他の方法で位相差
を１８０°　にすると電流は連結材を介して回転子導体
に流れるようになる。つまり、位相差１８０°のトルク
特性を有し、この位相差の変化によるトルク特性の変化
（よ比例推移と同様のトルク特性を示す。

ただし、連結材を、隣接する回転子導体間すべてに設け
て相互に抵抗短絡した場合においてその作用を説明した
が、複数個の回転子導体のうち隣接する任意の導体間を
相互に抵抗短絡するよう連結材を設けると、位相差が大
きくなればなるほど前記同様に連結材に電流は流れるが
連結材を任意の導体間に設けていることから流れる電流
は制限されて１次電圧制御と比例推移の相互作用による
特異のトルク特性を有するものとなる。

ところで前記電圧移相装置を、前記結線開閉スイッチと
、半導体素子及び該スイッチの開閉を任意信号により制
御する制御部とを設けて構成すると、位相差を変化させ
ることやそれによる出力トルク特性を変化させることな
どの負荷変動への対応が可能となり、たとえば回転数、
負荷電流、あるいは単純にタイマーなどの信号を利用し
た誘導電動機の自動制御が可能となる。

一般の誘導電動機の場合、回転速度やトルクを変化させ
ることに高価で大型の装 ることか常識になっている。

本発明の誘導電動機を電源にｔ ２の結線切換スイッチからなる移相装置を接続する際に
必要とする配線数は、三相仕様の場合、電源線三本、移
相装置に六本の計九本を必要とする。移相装置を電源側
に設けた場合、電動機側から六本の配線と電源側から三
本の配線とを必要とし現場対応が難しい。ここで移相装
置を電動機と一体とすることで、電源側からの三本の配
線で事足りることになる。一般の電動機においても大型
となると、Ｙ−△始動のため六本の配線作業は複雑とな
るが、本発明は２個のスイッチによる電圧移相装置によ
り誘導電動機のトルク特性を変化させ、前記電圧移相装
置を誘導電動機と一体にしたことにより配線数は電源の
三本だけでよい。したがって現場対応は電動機が大型に
なっても小形同様に電源の三本の配線と回転方向だけ確
認すればよく配線材費用の低減と作業の簡素化が可能と
なる。

〔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
機の電圧移相装置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。また巻線型回転子をも
つ２固定子誘導電動機の場合もある。

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２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に連通して複数個の導体６を装設し一
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、複数個の導体６間のそれぞれを回転磁界の位相差
により電流が流れる連結材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。

次に本発明の第１の発明による実施例を第２図以降に示
す。

第２図は第１の発明の結線図を示し、次のようになって
いる。

固定子巻線１１の各コイルの一方の端子Ｕ１゜Ｖ、、Ｗ
、を３相電源Ｒ，Ｓ、　Ｔに接続すると共に、他方の端
子ｘ、、ｙ、、ｚ、を半導体素子Ｔを介して結線開閉ス
イッチＳ１の一方の端子に接続しである。また固定子巻
線１０の各コイルの一方の端子Ｕ２．Ｖ２．Ｗ２を結線
開閉スイッチＳ１の他方の端子に接続する共に、他方の
端子ｘ２．ｙ２．ｚ２を前記端子ｖ、、ｗ１、Ｕｌに接
続しである。すなわち結線開閉スイッチＳ１の投入によ
って固定子巻線１１の作る回転磁界と固定子巻線１０の
作る回転磁界の位相差角が電気角で０°の直列デルタに
結線されるように接続しである。

また結線開閉スイッチＳ２の一方の端子は結線開閉スイ
ッチＳ１の一方の端子と並列に接続し、他方の端子は固
定子巻線１０の一方の端子Ｖ２　、Ｗ２　、Ｕ２に接続
しである。すなわち結線開閉スイッチＳ２の投入によっ
て、固定子巻線１１の作る回転磁界と固定子巻線１０の
作る回転磁界の位相差角が電気角で１２０°の直列デル
タに結線されるように接続しである。

また、前記結線開閉スイッチＳ１と結線開閉スイッチＳ
２および半導体素子Ｔを任意信号により開閉制御する制
御部１５を設けて、開閉スイッチと半導体素子と制御部
とで電圧移相装置１８を構成している。

以上の構成における作用を説明する。説明は起動から運
転に向う順序でおこなう。

まず結線開閉スイッチＳ２を投入し、結線開閉スイッチ
Ｓ、を開放した状態で３相電源Ｒ２Ｓ、　　Ｔを生かす
と、固定子巻線１１と固定子巻線１０とは半導体素子Ｔ
を介して電源に直列△に結線された状態で励磁されるこ
とになる。これを第３図に示す。ここで半導体素子Ｔに
トライアックまたは逆極性に並列に接続したサイリスタ
を使用してその点弧角を０°とすれば、各コイルの分担
電圧Ｅ、、Ｅ２．Ｅ、、Ｅ、＋。

Ｅ２　＋、Ｅ３　＝は電源の線間電圧の１／２となり、
ＥｌとＥ、＋、Ｅ２とＥ２′およびＥ、とＥｌ−の位相
差角θはθ＝１２０°となる。従って固定子巻線１１．
１０の作る２つの回転磁界の位相差角θはθ＝１２０°
となる。

このときのトルク特性は第４図に示すθ−１２０°の特
性となる。また半導体素子Ｔの点弧角を１８０°にすれ
ば、各コイルには電流が流れなくなるので、各コイルの
分担電圧は零となり回転子に働くトルクは零となる。

従って起動するときは、半導体素子の点弧角を１８０°
から始めて点弧角を次第に小さくして行くと、各コイル
の分担電圧が次第に太きくなり、回転子に働くトルクが
次第に大きくなって、そのトルクが負荷トルクより大き
くなると回転子が回転し始め、点弧角をθ°にすると第
４図に示すθ＝１２０°のトルク特性と負荷トルクとの
交点のすべり１１まで回転速度が上昇する。

このように点弧角の制御によってトルクが第４図のＡの
領域においてなめらかに制御されるので、なめらかな起
動をすることができる。

次に回転速度を第４図のすべりｌ、に相当する速度より
更に上昇させるには結線開閉スイッチＳ１を投入する。

この状態においては結線開閉スイッチＳ、と８２が投入
されているので、固定子巻線１１゜１０の各コイルの結
線状態は第５図［ａ］のようになる。またこれを変形す
ると第５図［ｂ］のようになる。従って半導体素子Ｔの
点弧角を０°にすると、各コイルの分担電圧Ｅｌ、Ｅ２
゜Ｅｌ、Ｅｌ−、Ｅ２　”、Ｅｌ　−は電源の線間電圧
の１７ｆ３となり、Ｅ、とＥ、＋、Ｅ２とＥ２−および
Ｅ、とＥ、−の位相差角θはθ＝６００となる。従って
固定子巻線１１．１０の作る２つの回転磁界の位相差角
θはθ−６０°となる。

このときのトルク特性は第６図に示すＢ領域のθ＝６０
°の上限の特性となる。また半導体素子Ｔの点弧角を１
８０°にするさ、その時のトルク特性は第６図に示すＢ
領域のθ＝６０°の下限の特性となる。

以上要するに第５図の結線状態で半導体素子Ｔの点弧角
を制御すると、第６図のＢの領域においてなめらかなト
ルク制御をおこなうことになる。従って回転子の回転速
度は第６図のすべり１１に相当する速度からすベリｍ、
に相当する速度までなめらかに加速されて行く。

ここですべりｍ、は後で述べるθ＝　０’のときのトル
ク特性と負荷トルクとの交点のすべりである。ここで第
５図の結線状態で半導体素子Ｔの点弧角をθ°にすると
回転速度がすべりｍｌに相当する速度より上昇するので
点弧角は００の手前に留める。

次に最終の運転状態に切換える。すなわち結線開閉スイ
ッチＳ２を開放する。この状態においては結線開閉スイ
ッチＳ１が投入されて結線開閉スイッチＳ２が開放され
ているので、固定子巻線１１．１０の各コイルの結線状
態は第８図のようになる。

この結線状態で半導体素子Ｔの点弧角を０゜にすると、
各コイルの分担電圧Ｅ、、Ｅ２．Ｅ３　、　　Ｅ＋　　
−、Ｅ２−９Ｅ３　　”は電源の線間電圧の１／２とな
り、Ｅ、とＥ。′、Ｅ２とＥ２−およびＥ、とＥ３′の
位相差角θはθ＝θ°となる。従って固定子巻線１１．
１０の作る回転磁界の位相差角θはθ＝０°となる。

このときのトルク特性は第７図のθ＝θ°の特性となる
。このθ＝０°の特性は従来の誘導電動機のトルク特性
と同じである。従って第８図の結線状態で半導体素子Ｔ
の点弧角を制御すれば、トルクが第７図のＣの領域で制
御されることになり、点弧角を００にすれば、第７図に
示すθ＝θ°のトルク特性と負荷トルクとの交点のすベ
リｍ１に相当する最終の運転状態の速度に上昇させるこ
とができる。

ここで第７図に示すＣの領域のトルクは従来の誘導電動
機の一次電圧制御方式によるものと同じである。

以上の制御を要約すると第１表のとおりである。

次に回転子を停止させるときの制動について説明する。

第２図に示す各相の半導体素子Ｔを逆極性に　９並列に
接続したサイリスタで構成した場合は、第３図の結線状
態すなわち結線開閉スイッチＳ２を投入して結線開閉ス
イッチＳ１を開放した状態かまたは第８図の結線状態す
なわち結線開閉スイッチＳ、を投入して結線開閉スイッ
チＳ２を開放した状態で、逆極性に並列に接続したサイ
リスタの一方のサイリスタの点弧角を１８００に保持し
て他方のサイリスタの点弧角をθ。

にすれば、各コイルに流れる電流が半波整流された電流
となって直流分を含むので、回転子にブレーキがかかる
。

従って逆極性に並列に接続したサイリスタの一方のサイ
リスタの点弧角を１８０°に保持して、他方のサイリス
タの点弧角を制御すれば、各コイルに流れる直流分電流
が制御されるので、回転子のブレーキを制御することが
できる。

なお、第３図の結線状態でブレーキをかけると、θ＝１
２０°のために高速領域で強いブレーキがかかり、第８
図の結線状態ではθ＝θ°のために低速領域で強いブレ
ーキがかかる。また、結線開閉スイッチＳ１と８２を共
に投入した第５図の結線状態においてもそれなりのブレ
ーキ作用がある。

従って負荷に応じて適当なブレーキがかけられるように
切換えることが可能である。

次に本発明の第２の発明による実施例を第９図以降に示
す。

第９図は第２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Ｕ、、Ｖ、、Ｗ１を３相電源Ｒ，Ｓ
、　　Ｔに接続すると共に、他方の端子ｘ、、ｙ、、ｚ
、を半導体素子Ｔを介して結線開閉スイッチＳ１の一方
の端子に接続しである。また固定子巻線１０の各コイル
の一方の端子Ｕ２．Ｖ２．Ｗ２を結線開閉スイッチＳ１
の他方の端子に接続すると共に、他方の端子Ｘ２．Ｙ２
．Ｚ２を前記端子Ｖ＋　、Ｗ＋　、Ｕｌに接続しである
。すなわち結線開閉スイッチＳ１の投入によって固定子
巻線１１の作る回転磁界と固定子巻線１−０の作る回転
磁界の位相差角が電気角で０６の直列デルタに結線され
るように接続しである。

また、結線開閉スイッチＳ２の一方は結線開閉スィッチ
Ｓ、の一方の端子と並列に接続し、他方は固定子巻線１
０の一方の端子Ｖ２．Ｗ２゜Ｕ２に接続しである。すな
わち結線開閉スイッチＳ２の投入によって固定子巻線１
１の作る回転磁界と固定子巻線１０の作る回転磁界の位
相差角が電気角で１２０°の直列デルタに結線されるよ
うに接続しである。さらに結線開閉スイッチＳ３の一方
は固定子巻線１１の各コイルの端子Ｘ＋　、Ｙ＋　、Ｚ
ｌに接続すると共に、他方は固定子巻線１０の各コイル
の端子Ｖ２．Ｗ２゜Ｕ２に接続しである。すなわち結線
開閉スイッチＳ３の投入によって固定子巻線１１の作る
回転磁界と固定子巻線１０の作る回転磁界の位相差角が
電気角で１２０°の直列デルタに結線されるように接続
しである。

また、前記結線開閉スイッチＳ１と結線開閉スイッチＳ
２と結線開閉スイッチＳ、および半導体素子Ｔを任意信
号により開閉制御する制御部１６を設けて、開閉スイッ
チと半導体素子と制御部とで電圧移相装置１８を構成し
ている。

以上の構成における作用を説明する。説明は起動から運
転に向う順序でおこなう。まず、結線開閉スイッチＳ２
を投入し、結線開閉スイッチＳ＋、Ｓ３を開放した状態
で３相電源Ｒ，Ｓ。

Ｔを生かすと、固定子巻線１１き固定子巻線１０とは半
導体素子Ｔを介して電源に直列デルタに結線された状態
で励磁されることになる。これを第１０図に示す。

ここで半導体素子Ｔにトライアックまたは逆極性に並列
に接続したサイリスタを使用してその点弧角をθ°とす
れば、各コイルの分担電圧Ｅ＋　、　Ｅ２．　Ｅ３．　
Ｅｌ−、Ｅ２−、　Ｅｑ　−は電源の線間電圧の１７２
となり、ＥｌとＥ、＝。

Ｅ２とＥ２−およびＥ、とＥ、′の位相差角θはθ＝１
２０°となる。従って固定子巻線１１゜１０の作る２つ
の回転磁界の位相差角θはθ＝１２０°となる。

このときのトルク特性は第１１図のθ＝１２００の特性
となる。また半導体素子Ｔの点弧角を１８０°にすれば
、各コイルには電流が流れないので、各コイルの分担電
圧は零となり、回転子に働くトルクは零となる。

従って起動するときは、半導体素子Ｔの点弧角を１８０
°から始めて点弧角を次第に小さくして行くと、各コイ
ルの分担電圧が次第に大きくなり、回転子に働くトルク
が次第に大きくなって、そのトルクが負荷トルクより大
きくなると回転子が回転し始め、点弧角を０６にすると
、第１１図に示すθ＝１２０°のトルク特性と負荷トル
クとの交点のすベリ１２まで回転速度が上昇する。この
ように点弧角の制御によってトルクが第１１図のＡの領
域においてなめらかに制御されるのでなめらかな起動を
することができる。

次に回転速度を第１１図のすべり１２に相当する速度よ
り更に上昇させるには次の操作をおこなう。すなわち、
先ず結線開閉スイッチＳ３を投入して半導体素子Ｔの点
弧角を０°から１８０°にもどす。この状態においては
結線開閉スイッチＳ２とＳ、とが投入されＳｌが開放さ
れているので、固定子巻線１１．１０の各コイルの結線
状態は第１２図のようになる。従って半導体素子Ｔが結
線開閉スイッチＳ３の投入によって短絡されるので、半
導体素子Ｔの点弧角を０°から１８００にもどしても各
コイルに流れる電流には変化がなく、トルク特性は第１
１図のθ＝１２０°の特性のままで変化はない。

次に結線開閉スイッチＳ２を開放して結線開閉スイッチ
Ｓ１を投入する。この状態においては結線開閉スイッチ
Ｓ、とＳｌが投入されて結線開閉スイッチＳ２が開放さ
れているので、固定子巻線１１．１０の各コイルの結線
状態は第１３図のようになるが、半導体素子Ｔの点弧角
が１８０°の時はトルク特性は第１１図のθ＝１２０°
の特性のままで変化はない。

次にこの結線で半導体素子Ｔの点弧角を０゜にすると、
コイルの端子Ｘ１とｕ２．ｙ、と■２、ＺｌとＷ２間が
短絡された状態になるので、各コイルの分担電圧Ｅｌ、
Ｅ２．Ｅｌ、Ｅｌ　　−。

Ｅ２　＋、Ｅ、−は第１４図のようになる。

すなわち、各コイルの分担電圧Ｅｌ、Ｅ２゜Ｅ、、Ｅ、
＋、Ｅ２＋、Ｅ、−は゛電源の線間電圧の１／ｆ３とな
り、Ｅ、とＥ、＋、Ｅ２とＥ２′およびＥ、とＥ、−の
位相差角θはθ＝６０゜となる。従って固定子巻線１０
．１１の作る２つの回転磁界の位相差角θはθ＝６００
となる。

このときのトルク特性は第１１図のθ＝６０°の特性と
なる。

このθ＝６０°のときのトルクは後で説明するθ＝０°
のときのトルクより大きいので第１３図の結線状態での
半導体素子Ｔの点弧角の制御はθ＝０°のときのトルク
に近いトルクの出る点弧角δに留める。この点弧角はＯ
ｏに近い値である。

以上要するに第１３図の結線状態においては、半導体素
子の点弧角を１８０°から始めて次第に小さくして行っ
て０°の少し手前で留めて第１１図のＢの領域において
なめらかなトルク制御をおこなうことになる。従って回
転子の回転速度は第１１図のすべり１２に相当する速度
からすベリｍ２に相当する速度までなめらかに加速され
て行く。

次は最後の運転状態に切換える。すなわち結線開閉スイ
ッチＳ、を開放する。この状態においては結線開閉スイ
ッチＳ１が投入されて結線開閉スイッチＳ２と８３が開
放されているので、固定子巻線１１．１０の各コイルの
結線状態は第１５図のようになる。

この結線状態で半導体素子Ｔの点弧角を０゜にすると、
各コイルの分担電圧Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ、、Ｅ、＋、Ｅ２−
、Ｅ３　″は電源の線間電圧の１／２となり、Ｅ、とＥ
ｌ−、Ｅ２とＥ２−およびＥ３とＥ’ｓ−の位相差角θ
はθ＝θ°となる。従って固定子巻線１１．１０の作る
回転磁界の位相差角θはθ＝０°となる。

このときのトルク特性は第１１図のθ＝０６の特性とな
り、このθ＝０°の特性は従来の誘導電動機のトルク特
性と同じである。

従って第１５図の結線状態で半導体素子Ｔの点弧角を前
述のδに相当する点弧角からθ°に向って制御すれば、
トルクが第１１図のＣの領域で制御されることになって
、回転子の回転速度はすベリｍ２からすベリｎ２に相当
する速度、すなわち運転状態の最終速度に上昇されるこ
とができる。第１１図のＣの領域のトルクは従来の誘導
電動機の一次電圧制御方式によるものと同じである。

以上の制御を要約すると第２表のとおりである。

以上の説明のうち第１３図の結線状態で第１１図に示す
Ｂ領域の制御をおこなう場合に任意の一つの相の半導体
素子Ｔの点弧角を制御しないで１８０°の点弧角に保持
するようにしてもよい。これは各相の半導体素子Ｔの相
互干渉を防ぐのに役だつものでトルク特性には変化はな
い。

なお、各相の半導体素子Ｔを逆極性に並列に接続したサ
イリスタで構成した場合は、第１０図の結線状態すなわ
ちＳ２を投入してＳｌとＳ、を開放した状態かまたは第
１５図の結線状態すなわちＳｌを投入してＳ２と８３を
開放した状態で、逆極性に並列に接続したサイリスタの
一方のサイリスタの点弧角を１８０°に保持して他方の
サイリスタの点弧角を００にすれば、各コイルに流れる
電流が半波整流された電流となって直流分を含むので回
転子にブレーキがかかる。

従って、逆極性に並列に接続したサイリスタの一方のサ
イリスタの点弧角を１８０°に保持して、他方のサイリ
スタの点弧角を制御すれば、各コイルに流れる直流分電
流が制御されるので、回転子のブレーキを制御すること
ができる。

なお、第１０図の結線状態でブレーキをかけると高速領
域で強いブレーキがかかり、第１５図の結線状態では低
速領域で強いブレーキがかかる。従って負荷に応じて適
切なブレーキがかけられるように切換えることが可能で
ある。

以上の第１および第２の実施例においては、回転子の複
数個の導体６間のそれぞれを、回転磁界の位相差により
電流が流れる連結材９を介して連結しであることを前提
に説明したが、ここで、同様に実施可能な前記連結材９
がない場合（Ａ）と、回転子の複数個の導体のうち隣接
する任意の導体６間に連結材を設けた場合（Ｂ）のトル
ク特性曲線を考察してみる。

第１６図に連結材がない場合のトルク特性曲線（Ａ）と
回転子の複数個の導体のうち隣接する任意の導体６間に
連結材を設けた場合のトルク特性曲線（Ｂ）を示す。こ
のトルク特性曲線（Ａ）は−次電圧制御をした時と同様
のトルク特性の変化を示し、一方のトルク特性曲線（Ｂ
）は−次電圧制御と二次側回転子の抵抗値を変化させた
比例推移との総和により得られるトルク特性と同様の変
化を示している。

トルク特性曲線（Ａ）における−吹型圧制御同様のトル
ク特性曲線を得るためには、−次電圧を制御する高価な
電源電圧制御装置を必要とするのが一般的であったが、
本発明により簡単な２個の開閉スイッチで実現可能とな
った。またトルク特性曲線（Ｂ）における−次電圧制御
と二次側回転子の抵抗値を変化させた比例推移との総和
により得られると同様のトルク特性を実現するためには
、−次電圧と二次側回転子の二次抵抗との両方を制御す
るよう高価で複雑な装置を必要とするのが一般的であっ
たが、本発明により回転子の複数個の導体のうち隣接す
る任意の導体間に連結材を設けることと２個の開閉スイ
ッチで位相差を設けることの総和により巻線型誘導電動
機の二次側抵抗値を変化させた比例推移と一次電圧制御
を同時に行った、起動トルクが大きく起動電流が小さい
トルク特性を得ることが可能となった。

第１７図に、トルク特性曲線（Ｂ）を得るために回転子
に設けた連結材の一例を回転子の正断面図により示して
いる。この連結材の数量と取付位置は、希望するトルク
特性と、回転子のバランス等により変更するものである
。

ところで結線開閉スイッチＳ、、Ｓ２．Ｓ。

と半導体素子とからなる位相切換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Ｙ−△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。

次に電圧移相装置の制御について、第１８図、第１９図
において説明する。まず第１８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電圧移相装置２０が設けてあ
り、該電圧移相装置にはタイマーからなるシーケンス回
路を組み込んだ制御部２１を接続しである。続いて第１
９図の構成を説明する。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電圧移相装置２０が設けて
あり、該電圧移相装置にはハードロジック回路等で構成
された制御部２３を接続しであると共に制御部２３には
電動機の速度検出を行う速度検出器２４の信号を接続し
である。

以上の作用を説明する。それぞれの制御部２１．２３は
、タイマーによる時限又は検出器２４の信号により電圧
移相装置２０の前述した結線開閉スイッチと半導体素子
とを制御するものである。たとえば制御部２１の場合、
一般のＹ−△始動は標準約１０秒で切換を行うことから
、位相差１２０°で始動し、位相差０°の定常運転まで
の切換えを、たとえば、位相差１２００で始動して次の
位相差６Ｇ’に切換える時間を始動後４〜５秒、そして
位相差６Ｇ’から０°に切換える時間を位相差６０’に
切換えてから４〜５秒後にセットして、移相装置２０に
より順次１２０゜から０°まで３段階の位相差に切換え
るものとなる。言うまでもないか負荷によって前述した
時限は変更されるべきである。

また制御部２３の場合、制御部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
が、これは現在の技術水準によるものとするが、検出器
２４の信号を受けて、その信号と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定めた基準値とを
比較する回路と、あらかじめ定めた基準値を記憶させる
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電圧移
相装置２０を順次切換えて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２４としているが、回転数
を検出するもの等電動機の状態を検出する手段を用いる
。

なお、本発明に係る２固定子誘導電動機のトルク特性は
、電動機の特性にもよるが位相差１８０°から１２００
までの変化が緩慢であることから、従来知られている電
気的切換による　ＩＩＩＰ　。

１２０°、６０’、Ｐの四段階の位相制御と比較して大
差なく使用できる。

〔効　果〕

以上のように２固定子誘導電動機は、その電圧移相装置
を結線開閉スイッチと半導体素子及び結線開閉スイッチ
と半導体素子を任意信号により制御する制御部とにより
構成して、１２０゜と６０°及び０°の三段階の位相差
角を設けて切換えるようにしたので、各位相差角に応じ
たトルク特性によりなめらかに起動し運転に至ることが
可能となった。更に詳しくは、電圧移相装置を最少数の
結線開閉スイッチと半導体素子により構成し、トルク特
性の変化によるショックを低減させた。

また、従来技術の様々な高価な装置、たとえば電圧制御
装置、インバーター、二次抵抗器等の高価な制御装置を
必要とせず、負荷トルクに応じて位相差角を切換えるこ
とが可能となっただけでなく、回転子導体の連結材の構
成によって様々な負荷に対応できるトルク特性を持たせ
ることか可能となった。

また、電動機への配線も単純に形成される電圧移相装置
を電動機に一体とするため、三相電源の場合、電動機に
は三本の配線でよく回転方向さえ見誤らなければ、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格回転域ま
でなめらかに起動し回転を上昇することのできる２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２固定子誘導電動機の側断面図、第２図は電圧
移相装置の結線図、第３図は位相差角θ＝１２０°にお
ける結線図、第４図は位相差角θ＝　１２０°のトルク
特性の一例を示す図、第５図は位相差角θ＝６００にお
ける結線図［ａ］とこれを変形した結線図［ｂ］、第６
図は位相差角θ＝６０°のトルク特性の一例を示す図、
第７図は位相差角θ＝　Ｏ’のトルク特性の一例を示す
図、第８図は位相差角θ＝０°における結線図、第９図
は電圧移相装置の結線図、第１０図は位相差角θ＝１２
０°となる結線図、第１１図は各位相差角のトルク特性
の一例を示す図、第１２図は位相差角θ＝１２１１０に
おける結線図、第１３図は位相差角θ＝６０°となる結
線図、第１４図は位相差角θ＝６０°における結線図、
第１５図は位相差角θ＝０°における結線図、第１６図
は連結材がない場合のトルク特性曲線（Ａ）と回転子の
複数個の導体の任意の導体間に連結材を設けた場合のト
ルク特性曲線（Ｂ）の−例を示す図、第１７図は回転子
の複数個の導体の任意間に連結材を設けた場合の回転子
の正断面図、第１８図はタイマーシーケンスによる制御
ブロック図、第１９図はロジック回路による制御ブロッ
ク図である。 ｌ・・・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・
・・連結材、１０．１１・・・固定子巻線、１２・・・
第１固電子、１３・・・第２固定子、１４・・・機枠、
１５・・・制御部、１６・・・制御部、１８・・・電圧
移相装置、２０・・・移相装置、２１・・・制御部、２
２・・・供給電源側、２３・・・制御部、２４・・・速
度検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一回転軸上に空間又は非磁性体コア部を介在し
   て軸着した２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コ
   アに連通する導体を複数個設けて一体的に形成された回
   転子と、前記２個の回転子コアのそれぞれに対峙して並
   設した２個の固定子と、前記２個の固定子のうちの特定
   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電圧移相装置とを
   有する２固定子誘導電動機において、 前記電圧移相装置は、前記２個の固定子の巻線を直列デ
   ルタ結線とし、且つ前記２個の固定子の巻線間に設けた
   前記回転磁界の位相差を０゜とする第１の結線開閉スイ
   ッチと、該第一の結線開閉スイッチと並列に設けた前記
   回転磁界の位相差を１２０゜とする第２の結線開閉スイ
   ッチと、並列にした前記第１と第２の結線開閉スイッチ
   に直列に接続した半導体素子及び前記第１と第２の結線
   開閉スイッチと半導体素子を任意信号により制御する制
   御部とからなることを特徴とする２固定子誘導電動機。
2. （２）同一回転軸に空間又は非磁性体コア部を介在して
   軸着した２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コア
   に連通する導体を複数個設けて一体的に形成された回転
   子と、前記２個の回転子コアのそれぞれに対峙して並設
   した２個の固定子と、前記２個の固定子のうちの特定の
   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電圧移相装置とを有
   する２固定子誘導電動機において、 前記電圧移相装置は、前記２個の固定子の巻線を直列デ
   ルタ結線とし、且つ前記２個の固定子の巻線間に設けた
   前記回転磁界の位相差を０゜とする第１の結線開閉スイ
   ッチと、該第１の結線開閉スイッチと並列に設けた前記
   回転磁界の位相差を１２０゜とする第２の結線開閉スイ
   ッチと、並列にした前記第１と第２の結線開閉スイッチ
   に直列に接続した半導体素子及び、前記第１と第２の結
   線開閉スイッチと半導体素子とに対し並列に設けた、前
   記回転磁界の位相差を１２０゜とする第３の結線開閉ス
   イッチ及び前記第１と第２と第３の結線開閉スイッチと
   半導体素子を任意信号により制御する制御部とからなる
   ことを特徴とする２固定子誘導電動機。
3. （３）請求項（１）または（２）に記載の２固定子誘導
   電動機であって、前記２個の回転子コア間の前記空間又
   は非磁性体コア部において前記複数個の導体のうち隣接
   する任意の導体間を相互に抵抗短絡する連結材を設けた
   ことを特徴とする２固定子誘導電動機。 ４　請求項（１）から（３）のいずれかに記載の２固定
   子導電動機であって、前記電圧移相装置を２固定子誘導
   電動機と一体にしたことを特徴とする２固定子誘導電動
   機。