JPH05344695A

JPH05344695A - 同期電動機

Info

Publication number: JPH05344695A
Application number: JP17198592A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Satake; 利彦佐竹; Satoru Satake; 覚佐竹; Yukio Onoki; 幸男大野木
Original assignee: Satake Engineering Co Ltd
Current assignee: Satake Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】直流励磁のためのブラシ構成を必要とせず、
誘導電動機と同様の起動トルクの大きい自己起動可能な
同期電動機を得る。【構成】第１主巻線３と第２主巻線４を並列に三相交
流電源５に接続し、主巻線３，４のＲ相にそれぞれ励磁
巻線６，７を設けて並列に接続して前記Ｒ相と異なる
Ｓ，Ｔ相の線間電圧を得るように開閉スイッチＳ１を介
して電源５に接続すると共に、励磁巻線６にダイオ−ド
Ｄ１を直列に接続し、励磁巻線６とは互いに極性が異な
るように励磁巻線７にダイオ−ドＤ２を直列に接続した
固定子と、回転子巻線８，９を設けて直列に接続すると
共に、該回転子巻線８，９の接続点間に並列にダイオ−
ドＤ３，Ｄ４を接続した回転子と、また第２主巻線４に
は、主巻線４の各相の巻線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔの両端に巻
線の極性を切り換えるようにスイッチ１３，１４を設け
て構成した移相装置からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機として自己
起動し、同期運転に切り換える同期電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の同期電動機は、その回転子を固定
子巻線の作る回転磁界の回転速度すなわち同期速度近く
まで加速する起動機と、回転子巻線を直流励磁するため
のブラシおよび直流電源が必要である。

【０００３】この起動機を省略して同期電動機自体に起
動トルクを持たせるようにしたのが誘導同期電動機であ
る。これは起動時に回転子巻線を短絡して誘導電動機と
して起動するために起動機を必要としないが、同期運転
に必要な回転子巻線の直流励磁のためにブラシを必要と
する。すなわち、回転子の回転速度が同期速度に近づく
と、回転子巻線の短絡を開放して外部の直流電源からブ
ラシを介して回転子巻線に直流電流を流して回転子に磁
極を作り、この磁極が固定子巻線の作る回転磁界に引っ
張られて回転子は同期速度で回転する。しかしながら、
このブラシ付き電動機は保守点検を必要とすることから
保守費が嵩み、ブラシレス構造で自己起動の可能な同期
電動機が望まれている。

【０００４】回転子巻線を有する構造のブラシレス同期
電動機としては、交流励磁機と回転整流器を用いる交流
励磁機付きブレシレス同期電動機があるが、これは回路
構成が複雑で信頼性に欠けるという欠点がある。また回
転子巻線にダイオ−ドを接続してインバ−タの方形波電
圧による高調波磁界を利用するブラシレス自励形三相同
期電動機があるが、これは誘導機始動が不可能で、回転
子の界磁起磁力が不足で十分な出力が得られない欠点が
ある。

【０００５】更に前記のインバ−タ駆動のブラシレス同
期電動機において、三相の固定子巻線の一相にダイオ−
ドを挿入して固定子の作る正相分回転磁界に静止磁界を
重畳して、同期速度付近で回転する回転子巻線に静止磁
界による交流電圧を誘起させて、これをダイオ−ドで整
流することによって回転子巻線を直流励磁し、正相分回
転磁界を作用させて同期トルクを発生するブラシレス自
励形三相同期電動機があるが、これも誘導機始動が不可
能なために、回転子鉄心の渦電流による起動となり起動
トルクが小さく、同期トルクも小さいという欠点があ
る。

【０００６】ところで交流回路にダイオ−ドを挿入する
と、ダイオ−ドによって整流された電流が電源トランス
を直流励磁して、電源トランスが飽和する危険性があ
り、固定子にダイオ−ドを挿入して静止磁界を重畳し、
回転子側に電圧を誘起させる場合にはこの点を注意しな
くてはならず、固定子にダイオ−ドが挿入できるのはイ
ンバ−タ駆動の場合に限られていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、一般
の誘導電動機と同様の起動トルクを発生し、誘導機運転
から同期運転への移行が簡単にでき、しかも同期トルク
が大きく、ブラシレスで保守の容易な同期電動機の提供
を技術的課題とする。

【０００８】更に固定子の励磁回路を簡単なダイオ−ド
を挿入した回路にしても、電源トランスに影響が無い同
期電動機の提供を技術的課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本出願人は前記課題を解
決するために、第１の手段として、同一回転軸上に任意
の間隔をおいて設けた２個の回転子コアを有し、該２個
の回転子コアのそれぞれに三相の回転子巻線を設けてそ
れぞれ直列に接続すると共に該回転子巻線の接続点に並
列にダイオ−ドを接続した回転子と、前記２個の回転子
コアに対向して周設した２個の固定子コアを有し、該２
個の固定子コアのそれぞれに三相スタ−結線にした主巻
線を巻装して三相電源に並列に接続し、２個の固定子コ
アの主巻線の同一相にそれぞれ励磁巻線を設けて並列に
接続して前記一相と異なる他の２相の線間電圧を得るよ
うに開閉スイッチを介して電源に接続すると共に各励磁
巻線に互いに極性が異なるようにダイオ−ドを直列に接
続した固定子と、該２個の固定子主巻線のうち一方の固
定子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる
回転磁界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コ
アの周囲に生じる回転磁界との間に位相差を生じさせる
移相装置とにより構成した。

【００１０】第２の手段として同一回転軸上に任意の間
隔をおいて設けた２個の回転子コアを有し、該２個の回
転子コアのそれぞれに三相の回転子巻線を設けてそれぞ
れ直列に接続すると共に該回転子巻線の接続点に並列に
ダイオ−ドを接続した回転子と、前記２個の回転子コア
に対向して周設した２個の固定子コアを有し、該２個の
固定子コアのそれぞれに三相デルタ結線にした主巻線を
巻装して三相電源に並列に接続し、それぞれの主巻線の
同一相に、開閉スイッチとダイオ−ドとの並列回路を互
いに極性が異なるように直列に接続した固定子と、該２
個の固定子主巻線のうち一方の固定子主巻線がこれに対
峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定子
主巻線がこれに対峙する回転子コア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により構成
した。

【００１１】また前記同期電動機であって、前記移相装
置は２個の固定子のいずれか一方の固定子巻線の端子を
スイッチで切り換えて電源に接続するようにしたことに
より前記課題を解決するための手段とした。

【００１２】

【作用】複数固定子構成の誘導電動機に設けられる移相
装置の作用について本出願人は特開昭６１−１２８３１
４号においてその詳細を説明している。

【００１３】本発明による前記第１の手段の作用につい
て説明する。同期電動機を同一回転軸上に任意の間隔を
おいて設けた２個の回転子コアを有し、該２個の回転子
コアのそれぞれに三相の回転子巻線を設けてそれぞれ直
列に接続すると共に該回転子巻線の接続点に並列にダイ
オ−ドを接続した回転子と、前記２個の回転子コアに対
向して周設した２個の固定子コアを有し、該２個の固定
子コアのそれぞれに三相スタ−結線にした主巻線を巻装
して三相電源に並列に接続し、２個の固定子コアの主巻
線の同一相にそれぞれ励磁巻線を設けて並列に接続して
前記一相と異なる他の２相の線間電圧を得るように電源
に接続すると共に各励磁巻線に互いに極性が異なるよう
にダイオ−ドを直列に接続した固定子と、該２個の固定
子主巻線のうち一方の固定子主巻線がこれに対峙する回
転子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定子主巻線が
これに対峙する回転子コア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により構成した。

【００１４】この構成によると、起動時には２個の固定
子コアのそれぞれに設けた主巻線の回転磁界によって、
２個の回転子コアの回転子巻線に誘起される電圧が同相
になるようにすなわち２個の回転子コアの回転子巻線を
環流する電流が流れて回転子巻線の接続点に並列に設け
たダイオ−ドには電流が流れないように移相装置を作動
させて一般の誘導電動機として起動する。なおこのとき
励磁巻線の開閉スイッチは開放してあり、また固定子の
回転磁界によって２個の固定子コアの励磁巻線にそれぞ
れ電圧が誘起するが、それらの電圧は逆方向に生じるの
でダイオ−ドは導通せず、励磁巻線には電流が流れな
い。

【００１５】起動後、回転子の回転速度は上昇して回転
磁界の回転速度すなわち同期速度に近づく。ここまでは
誘導電動機としての作用である。次にすべりがＳ＝０．
０５に近づいたときに移相装置を作動させると同時に励
磁巻線の開閉スイッチを閉じると電動機は同期運転に入
る。これはつぎのように作用する。

【００１６】２個の固定子主巻線のうち一方の固定子主
巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁
界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周
囲に生じる回転磁界との間にθ＝１８０゜の位相差を生
じさせるように移相装置を作動させる。

【００１７】これらの回転磁界によって２個の回転子巻
線に誘起した電圧は１８０゜の位相差角をもつので、こ
れまで流れていた環流電流は流れなくなり回転子巻線の
接続点に並列に設けたダイオ−ドを通じて電流が流れる
ようになる。このとき、励磁巻線には直列に接続したダ
イオ−ドを通して同方向の電圧が誘起するのでダイオ−
ドは導通し、励磁巻線に整流された環流電流が流れ、２
個の励磁巻線には空間的に位相が１８０゜異なる静止磁
界が作られている。この静止磁界によって２個の回転子
巻線には電圧が誘起し、この電圧による環流電流は流れ
ず、２個の回転子巻線の接続点に並列に設けたダイオ−
ドを通じて整流された電流が流れる。

【００１８】したがって、回転子巻線を流れる整流電流
による直流分によって、回転子は直流励磁されて磁極を
形成し、固定子の主巻線の回転磁界との間に同期トルク
を生じて電動機は同期運転する。

【００１９】さて、励磁巻線にダイオ−ドを通じて流れ
る整流された電流は、本発明によると次のように作用し
て電源トランスを直流励磁することはない。つまり、励
磁巻線のダイオ−ドにかかる電圧は、励磁巻線に印加す
る線間電圧のベクトルと固定子の回転磁界により励磁巻
線に誘起する電圧のベクトルとの合成ベクトルによる電
圧である。つまり２個の固定子の回転磁界によりそれぞ
れの励磁巻線に誘起する電圧は、移相装置によりθ＝１
８０゜の位相差角を有することから、一方の固定子主巻
線の回転磁界により一方の励磁巻線に誘起する電圧と印
加された線間電圧との合成による電圧ベクトルと、他方
の固定子主巻線の回転磁界により他方の励磁巻線に誘起
する電圧と印加された線間電圧との合成による電圧ベク
トルとの間には位相差θ_１を生じている。したがって各
励磁巻線に設けたダイオ−ドによって整流された各電流
の間にも位相差θ_１を生じている。また先の誘起電圧お
よび線間電圧の大きさが等しいことから各ダイオ−ドに
かかる電圧も、各ダイオ−ドによる整流電流の大きさも
等しく、各励磁巻線は静止磁界を作っているが、互いの
励磁巻線に流れる電流が位相差θ_１を有し、同じ線間に
並列に励磁巻線を接続していることから、励磁巻線を流
れる電流は、励磁巻線全体を流れる直流分を含まない合
成電流となっている。

【００２０】ここで同期トルクを考察してみるに、２個
の固定子のうち一方の固定子が作る回転磁界の位相が他
の固定子が作る回転磁界の位相よりも１８０゜移相され
るが、前記励磁巻線の静止磁界によって、一方の固定子
と対峙する回転子の回転子巻線に流れるダイオ−ドで整
流された電流の方向も他の回転子巻線に流れるダイオ−
ドで整流された電流の方向とは逆方向になるので、同期
トルクはすべての回転子において同一の方向となり同期
トルクはすべて加算されたものとなって、本発明の同期
電動機は２個の固定子ではあるがその合計の容量は従来
のブラシを有する誘導同期電動機と同等である。

【００２１】励磁巻線の静止磁界で回転子に誘起する電
圧によって回転子巻線に整流された直流電流が流れて、
回転子巻線が直流界磁巻線の作用をするので、同期トル
クが大きく、ブラシなどの保守を必要としない同期電動
機を提供することが可能となった。

【００２２】本発明による前記第２の手段の作用につい
て説明する。同一回転軸上に任意の間隔をおいて設けた
２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コアのそれぞ
れに三相の回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続する
と共に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接続
した回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設し
た２個の固定子コアを有し、該２個の固定子コアのそれ
ぞれに三相デルタ結線にした主巻線を巻装して三相電源
に並列に接続し、それぞれの主巻線の同一相に、開閉ス
イッチとダイオ−ドとの並列回路を互いに極性が異なる
ように直列に接続した固定子と、該２個の固定子主巻線
のうち一方の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コア
の周囲に生じる回転磁界と他の固定子主巻線がこれに対
峙する回転子コア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により構成した。

【００２３】この構成によると、起動時には２個の固定
子コアのそれぞれに設けた主巻線の回転磁界によって、
２個の回転子コアの回転子巻線に誘起される電圧が同相
になるようにすなわち２個の回転子コアの回転子巻線を
環流する電流が流れて回転子巻線の接続点に並列に設け
たダイオ−ドには電流が流れないように移相装置を作動
させて一般の誘導電動機として起動する。なおこのとき
各励磁巻線の一相に設けた開閉スイッチとダイオ−ドと
の並列回路の開閉スイッチは閉じてありこの回路の電流
はダイオ−ドを通して流れない。

【００２４】起動後、回転子の回転速度は上昇して回転
磁界の回転速度すなわち同期速度に近づく。ここまでは
誘導電動機としての作用である。次にすべりがＳ＝０．
０５に近づいたときに移相装置を作動させると同時に各
励磁巻線の一相に設けた開閉スイッチとダイオ−ドとの
並列回路の開閉スイッチを開放すると電動機は同期運転
に入る。これはつぎのように作用する。

【００２５】２個の固定子主巻線のうち一方の固定子主
巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁
界と他の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周
囲に生じる回転磁界との間にθ＝１８０゜の位相差を生
じさせるように移相装置を作動させる。これらの回転磁
界によって２個の回転子巻線に誘起した電圧はθ＝１８
０゜の位相差角をもつので、これまで流れていた環流電
流は流れなくなり回転子巻線の接続点に並列に設けたダ
イオ−ドを通じて電流が流れるようになる。

【００２６】このとき、各励磁巻線の同一相に設けた開
閉スイッチとダイオ−ドとの並列回路は開閉スイッチの
開放によりダイオ−ドを通して整流された電流が流れる
ようになっている。しかもそれぞれの主巻線の同一相
に、開閉スイッチとダイオ−ドとの並列回路を互いに極
性が異なるように直列に接続してあるので２個の固定子
巻線には空間的に位相が１８０゜異なる静止磁界が重畳
されている。この静止磁界によって２個の回転子巻線に
は電圧が誘起し、この電圧による環流電流は流れず、２
個の回転子巻線の接続点に並列に設けたダイオ−ドを通
じて整流された電流が流れる。

【００２７】したがって、回転子巻線を流れる整流電流
による直流分によって、回転子は直流励磁されて磁極を
形成し、固定子の主巻線の回転磁界との間に同期トルク
を生じて電動機は同期運転する。

【００２８】さて、固定子の主巻線に、ダイオ−ドを通
じて流れる整流された電流は、本発明によると次のよう
に作用して電源トランスを直流励磁することはない。こ
れは、それぞれの主巻線の同一相に、開閉スイッチとダ
イオ−ドとの並列回路を互いに極性が異なるように直列
に接続して２個の固定子巻線には空間的に位相が１８０
゜異なる静止磁界が重畳されているから、一方の固定子
の主巻線に設けたダイオ−ドによる整流電流と他方の固
定子の主巻線に設けたダイオ−ドによる整流電流との合
成電流は直流分を含まないものとなっている。つまり各
励磁巻線には整流電流による静止磁界が重畳されている
が電源には整流電流が流れず、従来技術のようにインバ
−タ駆動でなくても本発明の２固定子の構成により直流
分を打ち消して電源に影響を及ぼすことはない。

【００２９】ここで同期トルクを考察してみるに、２個
の固定子のうち一方の固定子が作る回転磁界の位相が他
の固定子が作る回転磁界の位相よりも１８０゜移相され
るが、前記固定子の主巻線の静止磁界によって、一方の
固定子と対峙する回転子の回転子巻線に流れるダイオ−
ドで整流された電流の方向と他の回転子巻線に流れるダ
イオ−ドで整流された電流の方向とは逆方向になるの
で、同期トルクはすべての回転子において同一の方向と
なり同期トルクはすべて加算されたものとなって、本発
明の同期電動機は２個の固定子ではあるがその合計の容
量は従来のブラシを有する誘導同期電動機と同等であ
る。

【００３０】このように誘導電動機から起動して同期電
動機への移行を移相装置による切り換えによって行う
が、この移相装置は２個の固定子のうち一方の固定子が
作る回転磁界の位相と他の固定子が作る回転磁界の位相
との間に電気角でθ＝１８０゜の位相差角を設けるよう
にしたもので、本発明においては２個の固定子のいずれ
か一方の固定子巻線の極性を入れ換えるように、固定子
巻線の端子をスイッチで切り換えて電源に接続するよう
にしてある。このほか位相差を設ける方法としては、回
転軸を中心にいずれか一方の固定子を回動させることに
よって設けることも可能であるが、本発明のように切り
換えを瞬時に行う必要があるものにおいてはスイッチに
よる切り換えの方が迅速且つ正確に切り換え可能とな
る。

【００３１】ところで前記固定子励磁巻線は単相、三相
を問わず何れでも可能である。

【００３２】

【実施例】本発明は主として２個の固定子主巻線の結線
を電源に対して並列に接続し、それらの巻線をスタ−結
線にした例について説明するが、電源に対して直列でも
またデルタ結線でも良く本例に限定されることはない。
また回転子巻線の場合も同様である。

【００３３】すでに本出願人は特公平２−２７９２０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っている。たと
えば、電圧移相装置によって複数個の固定子の内、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
回転磁界との間の位相差を、たとえば同相すなわち電気
角で０゜とした場合、回転子導体に流れる電流は回転子
導体を還流し、たとえば電気角で１８０゜とした場合、
回転子導体に流れる電流は回転子コア間で回転子導体間
を連結した連結材を通じて流れることなどを詳説してい
る。

【００３４】さらに移相装置の構成については、固定子
を回動させるものや、固定子主巻線の結線の切り換えを
おこなうものなどを示しているが、本発明においては、
特に固定子主巻線の極性の切り換えをおこなう移相装置
で構成すると、前記電気角の０゜から１８０゜への切り
換えは瞬時におこなえるため同期速度への引き込みは容
易となる。また回転速度を検出するセンサ−と移相装置
の制御装置とを設けて連絡すると、同期速度への引き込
みが自動化できると共に、万一脱調した場合でも、回転
速度を検出するセンサ−の信号により即座に同期運転か
ら誘導電動機の運転に切り換えることが可能であり、一
般の同期電動機のように脱調から急激に停止することが
なく事故防止が簡単にできるものとなる。

【００３５】図１により本発明の第１の実施例を説明す
る。図１に示すものは本発明の同期電動機の固定子と回
転子の巻線だけを抜きだしたものである。まず符号１は
同期電動機の固定子側を示し、符号２は同じく回転子側
を示している。

【００３６】まず固定子側１は、２個の固定子コア（省
略）のそれぞれに設けた、スタ−結線の第１主巻線３と
第２主巻線４が並列に三相交流電源５に接続されてい
る。さらに固定子側１には２個の主巻線３，４の同一
相、たとえばＲ相にそれぞれ励磁巻線６，７を設けて並
列に接続して前記Ｒ相と異なる他の２相つまりＳ，Ｔ相
の線間電圧を得るように開閉スイッチＳ１を介して電源
５に接続してある。また励磁巻線６にダイオ−ドＤ１を
直列に接続し、該励磁巻線６のダイオ−ドＤ１とは互い
に極性が異なるように励磁巻線７にダイオ−ドＤ２を直
列に接続してある。

【００３７】一方回転子側２は、２個の回転子コア（省
略）のそれぞれに回転子巻線８，９を設け、この回転子
巻線８，９を直列に接続すると共に、該回転子巻線８，
９の接続点間に並列にダイオ−ドＤ３，Ｄ４が接続して
ある。

【００３８】さて固定子側１の第２主巻線４には、主巻
線４の各相の巻線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔの両端に巻線の極性
を切り換えるようにスイッチ１３，１４を設けて移相装
置１５を構成してある。

【００３９】ここで第１主巻線３に対峙する励磁巻線６
に誘起する電圧をＥ１とし、第２主巻線４に対峙する励
磁巻線７に誘起する電圧をＥ１^εｊθとする。また、第
１主巻線３に対峙する回転子巻線８に誘起する電圧をＥ
２とし、第２主巻線４に対峙する回転子巻線９に誘起す
る電圧をＥ２^εｊθとする。ここでのθは電圧の位相差
角である。

【００４０】以上のように各巻線を構成した本発明の同
期電動機の始動について説明する。第２主巻線４の移相
装置１５のスイッチ１３，１４をＡ側に投入し、また開
閉スイッチＳ１を開放して、第１主巻線３、第２主巻線
４を並列に電源５に投入する。この場合、移相装置１５
は作用していないのでθ＝０である。また、励磁巻線
６，７には回転磁界による電圧Ｅ１，Ｅ１^εｊθが誘起
しているが、同じく移相装置は作用していないのでθ＝
０のためＥ１とＥ１^εｊθとは打ち消しあいダイオ−ド
Ｄ１，Ｄ２を通じての環流電流は流れない。

【００４１】一方、回転子巻線９，１０には主巻線３，
４の回転磁界による電圧Ｅ２，Ｅ２^εｊθが誘起してい
るが移相装置が作用していないのでθ＝０であるから環
流電流が流れ誘導電動機として始動する。この場合、ダ
イオ−ドＤ３，Ｄ４の端子電圧は零であるからダイオ−
ドＤ３，Ｄ４を通じて電流は流れない。

【００４２】次に同期への引き入れについて説明する。
第２主巻線４の移相装置１５のスイッチ１３，１４をＢ
側に投入し、第２主巻線４の極性を逆にして第１，第２
主巻線３，４を並列に電源５のＲＳＴに接続する。また
開閉スイッチＳ１を投入し励磁巻線６，７を線間電圧Ｖ
ｓｔに接続する。

【００４３】こうすると位相差角θはθ＝１８０゜にな
る。つまり励磁巻線６，７に誘起する電圧はＥ１，Ｅ１
^{εｊ１８０゜}となりＥ１^{εｊ１８０゜}＝−Ｅ１になるの
で励磁巻線６，７にはダイオ−ドＤ１，Ｄ２を通じて整
流されて環流電流が流れ、これによって静止磁界が作ら
れる。同期速度になると主巻線３，４の回転磁界による
回転子巻線８，９の誘起電圧Ｅ２，Ｅ２^εｊθは共に零
になるが、励磁巻線６，７の作る静止磁界によって回転
子巻線８，９に電圧Ｅ２，Ｅ２^εｊθを誘起し、この場
合θ＝１８０゜であるからＥ２^{εｊ１８０゜}＝−Ｅ２と
なって回転子巻線８，９には環流電流は流れず、ダイオ
−ドＤ３，Ｄ４を通じて整流された電流が回転子巻線
８，９に流れ、回転子巻線８，９は直流分で励磁されて
磁極を形成し、主巻線３，４の回転磁界との間にトルク
を生じて同期運転に至る。

【００４４】以上の構成から本発明による同期電動機
は、起動時には位相差角をθ＝０゜として従来の誘導電
動機と同様のトルク特性で起動を行い、すべりＳがたと
えばＳ＝０．０５になったとき移相装置のスイッチを切
り換えて位相差角をθ＝１８０゜とし、同期速度に移行
して同期電動機のトルク特性で運転するものである。こ
のような構成から、本発明の同期電動機は起動機や直流
電源、またブラシを必要としないから、その構造や構成
が簡単となるだけでなく、従来の誘導電動機と同様のト
ルク特性で起動できるので重負荷がかかったままでも移
相装置のスイッチを切り換えるだけで起動から同期への
移行が可能となる。

【００４５】さて、励磁巻線６，７にダイオ−ドＤ１，
Ｄ２を通じて流れる整流された電流は、本発明によると
次のように作用して電源トランスを直流励磁して飽和す
ることはない。これを図２を参照して説明する。つま
り、励磁巻線６，７のダイオ−ドＤ１，Ｄ２にかかる電
圧は、励磁巻線６，７に印加する線間電圧Ｖｓｔと主巻
線３，４の回転磁界により励磁巻線６，７に誘起する電
圧との合成ベクトルによる電圧である。つまり２個の固
定子の主巻線３，４の作る回転磁界により、それぞれの
励磁巻線６，７に誘起する電圧Ｅ１，Ｅ１^{εｊ１８０゜}
は、移相装置１５によりθ＝１８０゜の位相差角を有す
ることから、一方の固定子主巻線３の回転磁界により一
方の励磁巻線６に誘起する電圧と印加された線間電圧Ｖ
ｓｔとの合成による電圧ベクトルＶｄ１と、他方の固定
子主巻線４の回転磁界により他方の励磁巻線７に誘起す
る電圧と印加された線間電圧Ｖｓｔとの合成による電圧
ベクトルＶｄ２との間には位相差θ_１を生じている。し
たがって各励磁巻線６，７に設けたダイオ−ドＤ１，Ｄ
２によって整流された各電流の間にも位相差θ_１を生じ
ている。また先の誘起電圧Ｅ１とＥ１^{εｊ１８０゜}の大
きさが等しいことから各ダイオ−ドＤ１，Ｄ２にかかる
電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２も、各ダイオ−ドによる整流電流の
大きさも等しく、各励磁巻線６，７は静止磁界を作って
いるが、互いの励磁巻線６，７に流れる電流が位相差θ
_１を有し、同じ線間Ｓ−Ｔに並列に励磁巻線６，７を接
続していることから、励磁巻線６，７を通して流れる電
流は、励磁巻線６，７全体で合成され、直流分を含まな
い合成電流となっている。

【００４６】図３により本発明の第２の実施例を説明す
る。図３に示すものは本発明の同期電動機の固定子と回
転子の巻線だけを抜きだしたものである。まず符号２０
は同期電動機の固定子側を示し、符号２１は同じく回転
子側を示している。

【００４７】まず固定子側２０は、２個の固定子コア
（省略）のそれぞれに設けた、デルタ結線の第１主巻線
２２と第２主巻線２３が並列に三相交流電源５に接続さ
れている。またそれぞれの主巻線２２，２３の同一相た
とえばＲ−Ｓ相に、第１主巻線２２に開閉スイッチＳ２
とダイオ−ドＤ５との並列回路を、第２主巻線２３に開
閉スイッチＳ３とダイオ−ドＤ６との並列回路を、互い
にダイオ−ドの極性が異なるように直列に接続してあ
る。

【００４８】一方回転子側２は、２個の回転子コア（省
略）のそれぞれに回転子巻線８，９を設け、この回転子
巻線８，９を直列に接続すると共に、該回転子巻線８，
９の接続点間に並列にダイオ−ドＤ３，Ｄ４が接続して
ある。

【００４９】さて固定子側２０の第２主巻線２３には、
主巻線２３の各相の巻線２３Ｒ，２３Ｓ，２３Ｔの両端
に巻線の極性を切り換えるようにスイッチ１３，１４を
設けて移相装置１５を構成してある。

【００５０】ここで第１主巻線２２に対峙する回転子巻
線８に誘起する電圧をＥとし、第２主巻線２３に対峙す
る回転子巻線９に誘起する電圧をＥ^εｊθとする。ここ
でのθは電圧の位相差角である。

【００５１】以上のように各巻線を構成した本発明の同
期電動機の始動について説明する。第２主巻線２３の移
相装置１５のスイッチ１３，１４をＡ側に投入し、また
開閉スイッチＳ２，Ｓ３を閉じて、第１主巻線２２、第
２主巻線２３を並列に電源５に投入する。この場合、移
相装置１５は作用していないのでθ＝０である。このと
き、回転子巻線９，１０には主巻線２２，２３の回転磁
界による電圧Ｅ，Ｅ^εｊθが誘起しているが移相装置が
作用していないのでθ＝０であるから環流電流が流れ誘
導電動機として始動する。この場合、ダイオ−ドＤ３，
Ｄ４の端子電圧は零であるからダイオ−ドＤ３，Ｄ４を
通じて電流は流れない。

【００５２】次に同期への引き入れについて説明する。
第２主巻線２３の移相装置１５のスイッチ１３，１４を
Ｂ側に投入し、第２主巻線４の極性を逆にして第１，第
２主巻線２２，２３を並列に電源５のＲＳＴに接続す
る。こうすると位相差角θはθ＝１８０゜になる。

【００５３】また開閉スイッチＳ２，Ｓ３を開放し主巻
線のＲ−Ｓ相にダイオ−ドＤ５及びＤ６を通した整流電
流が流れるようにする。これによって固定子に静止磁界
が作られる。

【００５４】同期速度になると主巻線２２，２３の回転
磁界による回転子巻線８，９の誘起電圧Ｅ，Ｅ^εｊθは
共に零になるが、主巻線２２，２３のＲ−Ｓ相に設けた
ダイオ−ドＤ５，Ｄ６によって作られる静止磁界によっ
て回転子巻線８，９に電圧Ｅ，Ｅ^εｊθを誘起し、この
場合、主巻線の一相に、互いにダイオ−ドの極性が異な
るように直列に接続してあるために、空間的に位相が１
８０゜異なる静止磁界が重畳されてθ＝１８０゜である
からＥ^{εｊ１８０゜}＝−Ｅとなって回転子巻線８，９に
は環流電流は流れず、ダイオ−ドＤ３，Ｄ４を通じて整
流された電流が回転子巻線８，９に流れ、回転子巻線
８，９は直流分で励磁されて磁極を形成し、主巻線２
２，２３のＲ−Ｓ相以外の相で作られる回転磁界との間
にトルクを生じて同期運転に至る。

【００５５】さて、固定子２０の主巻線２２，２３に、
ダイオ−ドＤ５，Ｄ６を通じて流れる整流された電流
は、本発明によると次のように作用して電源トランスを
直流励磁することはない。これは、それぞれの主巻線２
２，２３の同一相に、開閉スイッチとダイオ−ドとの並
列回路を互いに極性が異なるように直列に接続して、主
巻線２２，２３の回転磁界には空間的に位相が１８０゜
異なる静止磁界が重畳されているから、一方の主巻線２
２に設けたダイオ−ドＤ５による整流電流と、他方の主
巻線２３に設けたダイオ−ドＤ６による整流電流とは同
じＲ−Ｓ相において合成され、その合成電流は直流分を
含まないものとなっている。つまり各主巻線２２，２３
には整流電流による静止磁界が重畳されているが電源５
には整流電流が流れず、従来技術のようにインバ−タ駆
動でなくても本発明の２固定子の構成により直流分を打
ち消して電源に影響を及ぼすことはない。

【００５６】以上の構成から本発明による同期電動機
は、起動時には移相差角をθ＝０゜として従来の誘導電
動機と同様のトルク特性で起動を行い、すべりＳがたと
えばＳ＝０．０５になったとき移相装置のスイッチを切
り換えて移相差角をθ＝１８０゜とし、同期速度に移行
して同期電動機のトルク特性で運転するものである。こ
のような構成から、本発明の同期電動機は起動機や直流
電源、またブラシを必要としないから、その構造や構成
が簡単となるだけでなく、従来の誘導電動機と同様のト
ルク特性で起動できるので重負荷がかかったままでも移
相装置のスイッチを切り換えるだけで起動から同期への
移行が可能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上の構成から本発明の同期電動機は、
起動時を従来の誘導電動機と同様のトルク特性で行い、
回転子の速度がたとえばすべりＳ＝０．０５付近から同
期速度に移行して同期電動機のトルク特性で運転するも
のである。この同期電動機は起動機や直流電源、またブ
ラシを必要としないから、その構造や構成が簡単となる
だけでなく、従来の誘導電動機と同様のトルク特性で起
動できるので重負荷がかかったままでも起動から同期へ
の移行が可能となる。

【００５８】ところで、本発明の同期電動機は、誘導電
動機と同期電動機との両方のトルク特性を備えるから、
どちらの電動機のトルク特性でも使用可能である。この
ことは同期速度で運転中、何らかの原因で脱調した場合
でも同期電動機のトルク特性から誘導電動機のトルク特
性に切り換えて運転することが可能であるから、一般の
同期電動機のように電動機が急激に停止することはな
い。

【００５９】以上のようにブラシがなく複雑な構成を必
要としないから、保守点検が容易で信頼性も高く、起動
トルクの大きい同期電動機の提供が可能となった。

【００６０】また、一般的に交流回路にダイオ−ドを挿
入するときは、ダイオ−ドによって整流された電流が電
源トランスを直流励磁して、電源トランスが飽和する危
険性があるためインバ−タ駆動の場合に限られていた
が、本発明により固定子にダイオ−ドを挿入しても、２
個の固定子で構成して、励磁巻線あるいは主巻線でその
整流電流を合成して直流分を含まない電流とすることが
できたので、インバ−タ駆動に限定されずその利用範囲
は大いに拡大された。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の同期電動機の第１の実施例の固定子と
回転子の巻線部分だけを抜きだして示した図である。

【図２】本発明の第１の実施例による励磁巻線にかかる
電圧のベクトル図である。

【図３】本発明の同期電動機の第２の実施例の固定子と
回転子の巻線部分だけを抜きだして示した図である。

【符号の説明】

１固定子側２回転子側３第１の主巻線４第２の主巻線５三相交流電源６励磁巻線７励磁巻線８回転子巻線９回転子巻線１３スイッチ１４スイッチ１５移相装置２０固定子側２１回転子側２２第１の主巻線２３第２の主巻線Ｄ１ダイオ−ドＤ２ダイオ−ドＤ３ダイオ−ドＤ４ダイオ−ドＤ５ダイオ−ドＤ６ダイオ−ドＳ１開閉スイッチＳ２開閉スイッチＳ３開閉スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一回転軸上に任意の間隔をおいて設け
た２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コアのそれ
ぞれに三相の回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続す
ると共に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接
続した回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設
した２個の固定子コアを有し、該２個の固定子コアのそ
れぞれに三相スタ−結線にした主巻線を巻装して三相電
源に並列に接続し、２個の固定子コアの主巻線の同一相
にそれぞれ励磁巻線を設けて並列に接続して前記一相と
異なる他の２相の線間電圧を得るように開閉スイッチを
介して電源に接続すると共に各励磁巻線に互いに極性が
異なるようにダイオ−ドを直列に接続した固定子と、該
２個の固定子主巻線のうち一方の固定子主巻線がこれに
対峙する回転子コアの周囲に生じる回転磁界と他の固定
子主巻線がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
転磁界との間に位相差を生じさせる移相装置とにより構
成したことを特徴とする同期電動機。
【請求項２】同一回転軸上に任意の間隔をおいて設け
た２個の回転子コアを有し、該２個の回転子コアのそれ
ぞれに三相の回転子巻線を設けてそれぞれ直列に接続す
ると共に該回転子巻線の接続点に並列にダイオ−ドを接
続した回転子と、前記２個の回転子コアに対向して周設
した２個の固定子コアを有し、該２個の固定子コアのそ
れぞれに三相デルタ結線にした主巻線を巻装して三相電
源に並列に接続し、それぞれの主巻線の同一相に、開閉
スイッチとダイオ−ドとの並列回路を互いに極性が異な
るように直列に接続した固定子と、該２個の固定子主巻
線のうち一方の固定子主巻線がこれに対峙する回転子コ
アの周囲に生じる回転磁界と他の固定子主巻線がこれに
対峙する回転子コア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により構成したことを特徴
とする同期電動機。
【請求項３】請求項１または２記載の同期電動機であ
って、前記移相装置は２個の固定子のいずれか一方の固
定子巻線の端子をスイッチで切り換えて電源に接続する
ようにしたことを特徴とする同期電動機。