JPH0475453A - 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、一般の誘導電動機に係り、簡単で安価な装置
で低速から高速にかけてスムーズに変速可能な誘導電動
機に関する。

【従来の技術】

誘導電動機の速度制御は、誘導電動機の二次抵抗をブラ
シやスリップリング等を介して変化させて比例推移的に
トルク特性を制御したり、−次側の供給電源の電圧や電
流を変化させて速度制御するものあるいは一次側にイン
バーターで電源を供給してその周波数を変化させ速度制
御するもの、更に上記手法を組み合わせたものがある。 また、起動時の電流を抑えるためスターデルタ切換を行
うものなともあるが、これは起動時だけ作用するもので
ある。

【発明が解決しようとする課題】

上記従来技術のように誘導電動機の速度制御のほとんど
が、電圧調整、電流調整、周波数調整を行うための装置
を必要とし、これらの装置は電動機以外の装置として高
価であり、特別速度制御を行う目的のない場合使用され
ることはない。 また、上記従来技術の二次抵抗を変化させるものはスリ
ップリング等を介した外部の抵抗器を切換える単純なも
のであるが、スリップリング等の摺動部分があるため保
守を必要とし、連続的に二次抵抗を変化させようとする
と液体抵抗器を二次抵抗として使用するが、これは抵抗
器の液体を管理する必要かあり大出力の巻線形誘導電動
機においてのみ使用されている。 更に起動時の起動電流を考膚したスターデルタ切換器は
、前述のように起動時だけに作用するものであり、スタ
ーデルタ切換時に負荷電流を瞬間的に遮断するため大き
いショックを伴うものである。 以上のことから、二次抵抗切換の利点のように単純な方
法で且つ保守を必要とせず、電圧、電流、周波数調整の
利点のようなスムーズな速度制御が可能でしかも安価で
ある誘導電動機の提供を技術的課題とするものである。

【問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、１組の固定子コア
群に第１と第２の２組の固定子巻線を同心的に巻装した
固定子と、該固定子に対向して同心的に設けた回転子と
、前記第１の固定子巻線が生じる回転磁界と前記第２の
固定子巻線が生じる回転磁界との間に位相差を設ける移
相装置とにより構成した。 更に前記移相装置は、前記第１と第２の同位置の巻線を
直列にして巻線全体でデルタ結線すると共に、前記直列
にした同位置の巻線と巻線の接続点と他の接続点とを接
続する開閉スイッチからなる。 また別の移相装置は、前記第１と同位置の第２の巻線を
直列にして巻線全体でデルタ結線し第１と第２の巻線に
よる回転磁界の位相差を００とする第１の開閉スイッチ
と、前記第１と他位置の第２の巻線を直列にして巻線全
体でデルタ結線し第１と第２の巻線による回転磁界の位
相差を１２００とする第２の開閉スイッチとからなる。 以上の開閉スイッチは可変抵抗器を用いること、サイリ
スタを用いることがある。

【作　用】

本発明による誘導電動機の固定子巻線は第１と第２の２
組の固定子巻線からなり、電源の各相に接続する２組の
固定子巻線を直列に接続すると共に固定子巻線全体とし
てデルタ状の結線としである。 まず第１の作用として、２組の固定子巻線を各相におい
て直列にして全体をデルタ状に結線すると、直列にした
第１と第２の固定子巻線に流れる電流は必然的に同相と
なっている。 ここで任意の第１と第２の固定子巻線の接続点と他の第
１と第２の固定子巻線の接続点とをそれぞれ開閉スイッ
チを介して接続しスイッチを閉じると、固定子巻線全体
はスター結線となる。つまり第１と第２の固定子巻線を
各相において並列に接続しスター状に結線したものに変
化する。 これは、前記デルタ状の結線において第１の固定子巻線
の回転磁界と第２の固定子巻線の回転磁界の位相差が電
気角ｃ°であった場合、前記のように接続点を接続する
と第１の回転磁界と第２の回転磁界の位相差は前記電気
角０°から６０°に変化する。 逆に２組の固定子巻線を各相において直列にしてデルタ
状に結線するとき、第１の固定子巻線の回転磁界と第２
の固定子巻線の回転磁界との位相差をあらかじめ電気角
６０°になるように結線しておくと、デルタ状から前記
のようにスター状に接続すると回転磁界の位相差は６０
０から０°に変化する。 第１の固定子巻線の回転磁界と第２の固定子巻線の回転
磁界との位相差が電気角θ°ということは固定子の回転
磁界か第１と第２の固定子巻線によるそれぞれの回転磁
界の総和となっている。 また前記同様に位相差が電気角６００　ということは第
１の固定子巻線の回転磁界と第２の固定子巻線の回転磁
界のベクトルが電気角で６０°ずれており、このときの
固定子の回転磁界は第１と第２の回転磁界のベクトル和
となっている。 さて第２の作用として、前記第１の固定子巻線の回転磁
界と第２の固定子巻線の回転磁界との位相差が電気角１
２０°になるよう接続する開閉スイッチ１と、同様に位
相差がａｏになるよう接続する開閉スイッチ２と両方を
設けた時の作用を説明する。この時の接続は前述の如く
開閉スイッチ１，２がそれぞれ２組の固定子巻線を各相
において直列にして全体がデルタ状になるようにしであ
る。 まず開閉スイッチ１を閉じると、位相差か電気角１２０
°デルタ状結線となる。次に開閉スイッチ２を閉じると
、各相において開閉スイッチ１．２によってそれぞれ直
列に接続しであるので、直列にした第１と第２の固定子
巻線の接続点つまり開閉スイッチ１，２を設けた接続点
は開閉スイッチ１，２によって短絡した状態となり、第
１と第２の固定子巻線を各相において並列に接続しスタ
ー状に結線したものに変化し同時に位相差が電気角１２
０°から電気角６００に変化する。 次に開閉スイッチ１を開くと開閉スイッチ２によって位
相差は電気角０°に変化する。このように開閉スイッチ
１，２によって位相差は＋２［１’　、　６［１０，［
１０と変化する。 位相差が変化するということは第１と第２の回転磁界の
ベクトル和も小から大に変化し、それによって回転子側
に誘導するトルクも小から大に変化することになる。 第１と第２作用ともに開閉スイッチの開閉によって位相
差の変化はあっても負荷電流を遮断する二とがなく、特
に第２の作用においては位相差を電気角１２０°から電
気角０°に変化させる間、スイッチの開閉があってもど
ちらか一方が投入状態であるから負荷電流が一時的にせ
よ遮断されることはない。 ところで前記開閉スイッチを可変抵抗あるいはサイリス
タにより形成すると、スイッチの開閉による電流の流れ
が急激でなく次第に変化するので、負荷電流の遮断がな
いばかりか、スイッチの開閉によるトルクの変化がゆる
やかでショックのない変速が可能となる。 開閉スイッチの開閉制御は手動操作による以外は電動機
の回転数による制御またはタイマーにより時限制御等様
々に行える。とくにタイマーによる時限制御で各開閉ス
イッチの開閉を制御するように構成すると主電源を投入
するだけの単純な構成となり一般の誘導電動機と同様に
扱うことができる。 また２紐の固定子巻線を巻装しても巻線全体を直列にし
てデルタ状に結線するようにしたので開閉スイッチ等を
電動機側に設けると供給電源は、３相の場合、スターデ
ルタ切換と異なり三本でよいことになる。

【実施例］ 本発明は１固定子と単一の回転子とから構成する誘導電
動機において説明し、回転子はかご形回転子、巻線形回
転子のいずれてもよい。 また本発明の説明は固定子側の固定子巻線を中心に説明
を進める。 第１の実施例による固定子の第１の固定子巻線と第２の
固定子巻線及び開閉スイッチの結線図を第１に示す。 第１の固定子巻線１１の各コイルの一方の端子（Ｕｔ　
、　Ｖ’＋　、　Ｗ＋　）を電源開閉装置Ｓｏを介して
電源Ｒ，Ｓ、　Ｔに接続すると共に他方の端子（Ｘｌ、
Ｙｌ、Ｚ＋　）を第２の固定子巻線１０の一方の端子（
Ｙ２　、　　Ｚ２　、　Ｘ２　）に直列に接続し、また
第２の固定子巻線１０の他方の端子（Ｖ２　、　Ｗ２　
、　Ｙ２　）を前記端子（Ｕ、。 Ｖ、、Ｗ、）にデルタ結線となるよう接続しである。 また同相に接続した巻線の端子Ｘ、とＹ２の接続点と、
他相の端子Ｙ１と２２の接続点とを接続する開閉スイッ
チＳ１を設ける。他の同相に接続した巻線の端子Ｙ１と
２２の接続点と、他相の端子Ｚ１とＸ２の接続点とを接
続する開閉スイッチＳ２を設ける。更に同相に接続した
巻線の端子ｚ１とＸ２の接続点と、他相の端子Ｘ１とＹ
２の接続点とを接続する開閉スイッチＳ３を設ける。 この場合開閉スイッチＳｌ、Ｓ２．Ｓｑを開放したとき
、第１の固定子巻線１１と第２の固定子巻線１０とはそ
れぞれの回転磁界の位相差が電気角６０°を有する結線
となっており、たとえば巻線ｖ、−Ｘ、とＵ２−Ｘ２と
は機械的に同位置に端子記号同方向に配設しである。 また開閉スイッチＳ＋　、Ｓ２　、Ｓ、て移相装置１２
を形成する。 以上の構成における作用を説明する。まず、スイッチＳ
ｌｌ　　Ｓ２．Ｓ３は開放して電源開閉装置Ｓ　［１を
閉しると、第１の固定子巻線１１と第２の固定子巻線１
０とは位相差電気角６００を有するデルタ結線となる。 これを第２図に示す。 つまり固定子巻線１１のコイルＵｌ−Ｘｉの分担電圧Ｅ
１とこれら対応する巻線１０のコイルｕ２−ｘ２の分担
電圧Ｅ、−は電気的位相差６０°を有するよう結線しで
ある。 この時の回転磁界をベクトルで瞬時値を示すと第３図の
ようになり巻線Ｕｌ−Ｘｌの回転磁界ａと巻線Ｕ２−Ｘ
２の回転磁界ａ′は電気角６０°を示しその合成ベクト
ルはへの如くなる。 続いて移送装置１−２のスイッチｓ、、ｓ２゜Ｓ３を閉
じると、第１の固定子巻線１１と第２固定子巻線１０の
それぞれの回転磁界の位相差は電気角０°となる。この
ときの結線を第４図に示す。 これをベクトルで瞬時値を示すと第５図のようになり巻
線Ｕｌ−Ｘｌの回転磁界ａと巻線Ｕ２−Ｘ２の回転磁界
ａ−は電気角０°を示しその合成ベクトルはＡの如くな
り回転磁界ａとａ′の総和となる。 ところで本実施例では移相装置１２のスイッチＳｌ、Ｓ
２．Ｓ３を同時に閉じたが、この開閉スイッチを１つず
つ徐々に閉じてゆくと、回転磁界は不平衡となるが位相
差電気角６０°から０６の中間トルク特性を得ることが
できる。 次に本発明の第２の実施例による固定子の第１の固定子
巻線と第２の固定子巻線及び開閉スイッチの結線図を第
６図に示す。 第１の固定子巻線１１の各コイルの一方の端子（Ｕ＋、
Ｖｌ、Ｗｔ）を電源開閉装置Ｓｏを介して電源Ｒ，Ｓ、
Ｔに接続すると共に他方の端子（Ｘｌ、Ｙ＋、Ｚ＋）を
結線開閉スイッチＳ４の一方の端子に接続しである。 また第２の固定子巻線１０の各コイルの一方の端子（Ｕ
２．Ｖ２．Ｗ２）を結線開閉スイッチＳ１の他方の端子
に接続して、第１の固定子巻線１１と第２の固定子巻線
１０とは結線開閉スイッチＳ４を介して直列に接続され
ると共に、第２の固定子巻線１１の各コイルの他方の端
子（Ｘ２．Ｙ２．Ｚ２）は固定子巻線全体がデルタ結線
となるよう接続しである。 また結線開閉スイッチＳ５の一方は結線開閉スイッチＳ
４の一方の端子と直列に接続し、他方は、第１の固定子
巻線１０の回転磁界と第２の固定子巻線１−１の回転磁
界とが電気的に１２００の位相差を持つよう固定子巻線
１０の一方（Ｕ２．Ｖ２．Ｗ２）ζ−こ接続しである。 よって結線開閉スイッチＳ４は第１の固定子巻線１１の
各コイルと同位置の第２の固定子巻線の各コイルとを直
列にして巻線全体でデルタ結線し、前記第１と第２の巻
線による回転磁界の位相差を０°とする。 また結線開閉スイッチＳ５は前記第１の固定子巻線１１
の各コイルと他位置の第２の固定子巻線１０の各コイル
とを直列にして巻線全体てデルタ結線し、前記第１と第
２の巻線による回転磁界の位相差を１２０°とする。 本実施例の場合前記結線開閉スイッチＳ４とＳ５とて移
相装置１３を形成する。 以上の構成における作用を説明する。まず、結線開閉ス
イッチＳａ　　（以下スイッチＳ４とする）を閉じて電
源開閉装置ＳＱを閉じると、第１の固定子巻線１１と第
２の固定子巻線１０とは直列にしてデルタ結線となる。 これを第７図に示す。つまり固定子巻線１１のコイルＵ
１〜Ｘ１と巻線１０のコイルＵ２〜Ｘ２は直列でありこ
のとき両コイルの分担電圧の位相差はＯｏである。その
他の相についても同様である。 続いて結線開閉スイッチＳ５　（以下スイッチＳ５とす
る）を閉じるとスイッチＳ４の相間が短絡されるので固
定子巻線１１と固定子巻線１０はスター結線となる。こ
れを第８図に示す。 コイルＵ１〜Ｘ１の分担電圧Ｅ１とコイルＵ２〜Ｘ２の
分担電圧Ｅｌ−のベクトル図は第９図の如くなり位相差
６０°に切換わっている。 次にスイッチＳ４だけを解放すると各コイルの分担電圧
は第１０図となり前述した通り巻線１０と１１の分担電
圧は１２００の位相差を固定子巻線間に有するものとな
る。 以上のようにスイッチＳ４とスイッチＳ５との２つの結
線開閉スイッチにより３段階の位相差を設けることが可
能となる。 また位相差６００の時、すなわちスイッチＳ４とスイッ
チＳ５が投入された状態ではスイッチＳ５によってスイ
ッチＳ４の相間か短絡状態にあり、従って接点故障等の
他の原因で短絡しても電動機が焼損する等の事故は発生
しない。 更に、位相の切換えを行うスイッチＳ４．ｓ５の開閉は
、常にどちらか一方か閉した状態にあることから、スイ
ッチの開閉による負荷電流の遮断がない。 各位相差における回転磁界の瞬時値を示すベクトル図は
前記第１の実施例の説明と同様となるので省略する。 以上の実施例の各位相差は起動時に位相差１２０°、中
間に６０°、運転に００と移相装置１３を切換えて行う
。 これまで位相差の切換えを行う移相装置を開閉スイッチ
または結線開閉スイッチの外に可変抵抗器あるいはサイ
リスク等のスイッチ素子を使用することもある。 この場合、基本的な電気的位相差は前記第１および第２
の実施例と同様であるが、開閉スイッチにかえてスイッ
チ素子を使用すると、たとえば位相差が電気角６０°に
おけるトルク特性から位相差が電気角１２０°における
トルク特性に移相する途中のトルク特性を持つようにな
る。 これは開閉スイッチで接続を一度に切換えるものから徐
々に接続の状態を変化させるようにしたためと、本発明
の結線が、スイッチの開閉状態がどの状態であっても、
つまり開閉スイッチの開閉に電気的な制御がない、負荷
電流の遮断がないことから可能となったものである。 またスイッチ素子の使用による中間トルク特性を有する
から発生するトルクにショックを引き起こすような急激
な変化はなく、起動時から運転に至るまでスムーズに速
度制御できるようになる。 これまでの第１の実施例と第２の実施例によるトルク特
性の一例を第１１図に示す。 ここで第１図と第６図に示す通り開閉スイッチからなる
移送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、起動
電流が小さ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さが可能である。 次に移相装置に制御装置を組み込んだ実施例について、
第１２図、第１３図において説明する。まず第１２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２ｏが設けあり、
該移相装置にはタイマーからなるシーケンス回路の制御
装置２１を組み込んである。 続いて第１３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
動機には一体的に移相装置２０が設けてあり、該移相装
置にはタイマーからなるシーケンス回路の制御装置２１
を組み込んであ。続いて第１３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２３と電動機の速度検出器を行う速度検出
器２４を組み込んである。 それぞれの制御装置２１．２３は、タイマによる時限又
は検出器２４の信号により移相装置２０の前述した開閉
スイッチを開閉制御するものである。 【効　果】 以上のように本発明の誘導電動機はとくに常に可変速を
必要とする機器を除いて、定トルク特性または二乗低速
トル特性の始動性の改善を目的とした場合に好適な電動
機である。また、電動機への配線は、移相装置を電動機
と一体にするため、三相電源の場合、電動機は三本の配
線でよく回転方向さえ見誤らなければ、誰にても配線が
可能である。 更にスターデルタ起動機と違い三本の配線で可能となる
ため、その配線に係る配管材等の電動機周辺の設備材の
小型化とそれに伴う作業の簡略化により設備費を大幅に
低減することが可能となった。 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
でスムーズに上昇することのできる誘導電動機の用途の
拡大と機動性を改善した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図は本発明の誘導電動機の固定子巻線を示す結線図
、第２図は、位相差６００における結線図、第３図は位
相差６００における回転磁界のベクトル図、第４図は位
相差０°における結線図、第５図は位相差Ｏ０における
回転磁界のベクトル図、第６図は本発明の別の実施例の
固定子巻線を示す結線図、第７図は位相差０°における
結線図、第８図は位相差６０°における結線図、第９図
は位相差６ｆ１０における分担電圧のベクトル図、第１
０図は位相差１２０°における結線図、第１１ＦＩ！Ｊ
は本発明による誘導電動機のトルク特性曲線の一例を示
す図、第１２図はタイマーシーケンスによる制御ブロッ
ク図、第１３図はロジック回路による制御ブロック図で
ある。 １０・・・第２の固定子巻線、１１・・・第１の固定子
巻線、１２・・・移相装置、１３・・・移相装置、２０
・・・移相装置、２１・・・制御部、２２・・・供給電
源側、２３・・・制御部、２４・・・速度検出器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１組の固定子コア群に第１と第２の２組の固定子
   巻線を同心的に巻装した固定子と、該固定子に対向して
   同心的に設けた回転子と、前記固定子巻線が生じる回転
   磁界と前記第２の固定子巻線が生じる回転磁界との間に
   位相差を設ける移相装置とにより構成することを特徴と
   する誘導電動機。
2. （２）請求項（１）記載の誘導電動機であって、前記移
   相装置は、前記第１と第２の同位置の巻線を直列にして
   巻線全体でデルタ結線すると共に、前記直列にした同位
   置の巻線と巻線の接続点と他の接続点とを接続する開閉
   スイッチからなることを特徴とする誘導電動機。
3. （３）請求項（１）記載の誘導電動機であって、前記移
   相装置は、前記第１と同位置の第２の巻線を直列にして
   巻線全体でデルタ結線し第１と第２の巻線による回転磁
   界の位相差を０゜とする第１の開閉スイッチと、前記第
   １と他位置の第２の巻線を直列にして巻線全体でデルタ
   結線し第１と第２の巻線による回転磁界の位相差を１２
   ０゜とする第２の開閉スイッチとからなることを特徴と
   する誘導電動機。
4. （４）請求項（２）または（３）記載の誘導電動機であ
   って、移相装置を構成する開閉スイッチは可変抵抗器あ
   るいはサイリスタであることを特徴とする誘導電動機。