JPH0956127A - 交流誘導モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設備コストを増大させることなしに効率を改
善させることができるようにした交流誘導モータを提供
すること。 【構成】 固定子側に設けられた１組の励磁巻線４、
５、６によって生じる回転磁界と作用して回転トルクを
生じさせるための回転子巻線を有する回転子７とを備え
た交流誘導モータ１において、回転磁界の発生パターン
に応じて回転子７の周りに間隔をあけて配置された複数
の永久磁石部材１１〜１６と、該永久磁石部材から作用
空間３Ａに与えられる磁力線の数を位相をずらせて変化
させ回転磁界に同期した補助回転磁界を作用空間内に発
生させるための磁力線制御装置２０とを設け、この補助
回転磁界により、効率の改善を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流誘導モータに関
し、特に低負荷時における力率を改善することができる
ようにした交流誘導モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】交流誘導モータとして最も広く使用され
ている３相誘導モータを例にとって説明すると、３相誘
導モータは固定子巻線に３相交流を供給することにより
発生する回転磁界によってかご形或いは巻線形の回転子
の導体に電磁誘導による起電力を生じせしめ、これによ
って流れる短絡電流と磁束との間に生じるフレミング左
手の法則に従う電磁力により、回転子に回転トルクを与
える構成である。

【０００３】このように、誘導モータは、固定子の１次
巻線によって生じた磁束が回転子の２次巻線を切り、２
次巻線に電磁誘導作用による電圧を誘導して２次電流を
流すという点で変圧器と類似しており、励磁電流を必要
とする。この励磁電流は有効エネルギーではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】誘導モータは上述の如
く構成されているので、全負荷時には力率はよいが、軽
負荷時、特に無負荷時には力率が著しく低下する。これ
は、負荷が軽くなるにつれて、回転磁界を作るために必
要とされる固定子側の磁化電流に対する電源側の負担が
大きくなるとの理由によっている。したがって、力率の
低下により無効電流が増大するという問題を生じるが、
この問題を解決するには、セルビアス進相機のような交
流整流子機を使用して２次側に対し外部電源から２次励
磁を行うという方法が従来から採用されてきている。し
かし、この２次励磁による場合にはシステムが大きくな
ってしまい、設備コストが上昇してしまうという別の問
題を生じることになる。

【０００５】本発明の目的は、したがって、設備コスト
を増大させることなしに効率を改善させることができる
ようにした交流誘導モータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、外部から与えられる１組の多相交流
電流によって所定の作用空間に回転磁界を発生させるた
め固定子側に設けられた１組の励磁巻線と、前記回転磁
界と作用して回転トルクを生じさせるための回転子巻線
を具え前記作用空間内に回転自在に配置された回転子と
を備えた交流誘導モータにおいて、前記回転磁界の発生
パターンに応じて前記回転子の周りに間隔をあけて配置
された複数の永久磁石部材と、該永久磁石部材から前記
作用空間に与えられる磁力線の数を位相をずらせて変化
させ前記回転磁界に同期した補助回転磁界を前記作用空
間内に発生させるための磁力線制御装置とを備えた点に
ある。

【０００７】例えば３相の交流誘導モータの場合、固定
子側に３つの励磁巻線が１２０度間隔で設けられ、これ
らの各励磁巻線に３相交流電源から１２０度位相の異な
る励磁電流が励磁巻線に流されることにより、回転子が
設けられている作用空間に回転磁界が発生する。回転子
にはかご形又は巻線形の回転子巻線が設けられており、
励磁巻線によって生じた回転磁界により回転子巻線に電
圧が誘起され、これにより回転子巻線に生じる短絡電流
が回転磁界と作用して回転子に回転トルクを発生させ
る。

【０００８】上述した回転磁界と同期した補助回転磁界
を永久磁石部材を利用して発生させるため、Ｎ磁極とＳ
磁極とで回転子を挟むように配置された２つ１組の永久
磁石部材が複数組設けられる。３相交流誘導モータの場
合を示す好ましい実施の態様の一例においては、３組の
永久磁石部材が１２０度ずつずらして配置されている。

【０００９】これら３組の永久磁石部材から作用空間に
与えられる各磁力線の数を位相をずらして変化させ、こ
れにより回転磁界に同期した補助回転磁界を発生させる
ため、磁力線制御装置が設けられる。

【００１０】磁力線制御装置は、例えば、永久磁石部材
からの磁力線を制御するため、各永久磁石部材毎に対し
て設けられた電磁石から成る磁力線制御器から構成して
もよい。この場合、磁力線制御器である電磁石の一端を
対応する永久磁石部材の一方の磁極へ密着し、その他端
を対応する永久磁石部材の他方の磁極へ密着させる構成
が望ましい。この構成では、例えば各電磁石への励磁電
流の方向と大きさとを所定の回転磁界の変化パターンを
考慮して変化させることにより、永久磁石部材から作用
空間に与えられる磁力線の数を相互に関連させて変化さ
せ、全体として、回転磁界に同期して回転する補助回転
磁界を発生させることができる。

【００１１】この同期を確保するための最も簡単な手段
は、固定子側の励磁巻線の励磁と電磁石の励磁とを同一
の３相交流電源からの電流によって行うことである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態の一例について説明する。

【００１３】図１は、本発明による２極３相交流誘導モ
ータ１の構成を示す図である。図１において、２はフレ
ーム、３はフレーム２に図示しない公知の手段で固定さ
れている固定子コア、４乃至６は固定子コア３に設けら
れた励磁巻線であり、これらの励磁巻線４〜６は固定子
コア３の周方向に１２０度ずつずらして配置されてい
る。

【００１４】励磁巻線４〜６の各一端には、３相交流電
源ＰＷのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の電圧が端子板ＴＢの
端子Ｕ、Ｖ、Ｗを介してそれぞれ印加されており、励磁
巻線４〜６の各他端は共通に接続されアースされてい
る。

【００１５】図２には、このようにして３相交流電源Ｐ
Ｗから励磁巻線４、５、６のそれぞれに供給される励磁
電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの波形が示されている。励磁電流
Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは１２０度ずつ位相のずれた正弦波波
形の交流電流であり、この結果、固定子コア３に囲まれ
た作用空間３Ａには、時間の経過と共にその向きが回転
する磁界、すなわち回転磁界Φが形成される。

【００１６】図３には、図２に示す時間Ｔ１〜Ｔ７の各
タイミングにおける巻線４、５、６への各電流の流れ方
向とそのときの回転磁界Φの方向が矢印にて示されてい
る。なお、励磁巻線４、５、６へ３相交流電圧を印加し
て図３に示すような回転磁界を発生させる構成それ自体
は公知であるから、この点についての詳しい説明は省略
する。

【００１７】図１に戻ると、３相交流誘導モータ１の作
用空間３Ａ内には、フレーム２の両端において回転自在
に軸承けされている回転軸８に固定されている回転子７
が固定子コア３と同軸に設けられている。回転子７には
かご形導体（図示せず）が回転子巻線として設けられて
おり、励磁巻線４、５、６に上述の如く励磁電流を流す
ことにより生じる回転磁界Φが作用空間３Ａ、すなわち
固定子７に与えられると、その回転子巻線に起電力が発
生しそこに短絡電流が流れる。この結果、この短絡電流
により生じた磁界と回転磁界Φとの間の作用により回転
子７に回転トルクが生じ、回転子７が回転する。

【００１８】３相交流誘導モータ１において、励磁巻線
４、５、６に励磁電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを流すことによ
って生じた回転磁界Φと同期した補助回転磁界φを永久
磁石を利用して作用空間３Ａ内に生じさせるため、フレ
ーム２と固定子コア３との間には、複数の永久磁石部材
１１乃至１６と、これらの永久磁石部材１１〜１６から
の磁力線を制御するための磁力線制御装置２０とが設け
られている。

【００１９】図１に示した実施の形態にあっては、永久
磁石部材１１は回転子７を挟んで永久磁石部材１２と対
向配置されており、且つ永久磁石部材１１のＳ磁極と永
久磁石部材１２のＮ磁極とが対向し、これにより１組の
永久磁石対Ｐ１が形成されている。同様にして、永久磁
石部材１３と永久磁石部材１４とが別の永久磁石対Ｐ２
を形成しており、永久磁石部材１５と永久磁石部材１６
とがさらに別の永久磁石対Ｐ３を形成している。そし
て、これら３組の永久磁石対Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、１２
０度ずつずれて配置されている。

【００２０】なお、図１に示した構成においては、永久
磁石部材１１〜１６の各内向き端には、固定子コア３の
外周面３Ｂに沿って湾曲した突極片１１Ａ〜１６Ａが設
けられており、これにより回転子７に対してより均一な
補助回転磁界φを形成することができる構成となってい
る。しかし、これらの突極片１１Ａ〜１６Ａを形成する
のを省略することもできる。

【００２１】磁力線制御装置２０は、永久磁石部材１１
〜１６にそれぞれ対応して設けられている電磁石２１〜
２６から成っている。これらの電磁石２１〜２６は、対
応する永久磁石部材１１〜１６から出る磁力線を制御す
るための磁力線制御器として働くものである。永久磁石
１１〜１６の場合と同様に、これらの電磁石２１〜２６
もまた対向する２つの電磁石２１と２２、２３と２４、
及び２５と２６がそれぞれ組になっている。

【００２２】先ず電磁石２１、２２について説明する。
電磁石２１はコ字状の磁性コア２１Ａにコイル２１Ｂが
巻回されて成り、磁性コア２１Ａの一端が永久磁石部材
１１のＳ磁極端に図示の如く密着されその他端が永久磁
石部材１１のＮ磁極端に図示の如く密着されている。磁
性コア２１Ａと永久磁石部材１１とは図示しない適宜の
連結部材でしっかりと連結されており、これにより磁性
コア２１Ａと永久磁石部材１１との間の所要の密着状態
が保持される構成となっている。

【００２３】電磁石２２もまた、磁性コア２２Ａ及びこ
れに巻回されたコイル２２Ｂから成る構成であり、電磁
石２１の場合と同様にして永久磁石部材１２に密着して
連結されている。

【００２４】このように、永久磁石部材１１のＮ磁極端
とＳ磁極端との間には、電磁石２１の磁性コア２１Ａに
よる磁路が設けられる。したがって、コイル２１Ｂに電
流が流れていないか、又はコイル２１Ｂに電流が流れて
いても磁性コア２１Ａの各端部が永久磁石部材１１の対
応する磁極性と反対の磁極性となるように電流が流れて
いる場合には、永久磁石部材１１からの磁力線の殆ど全
てが磁性コア２１Ａを通ってそのＮ磁極からＳ磁極へと
戻ることになり、永久磁石部材１１からの磁力線が作用
空間３Ａに出ていくことがない。反対に、コイル２１Ｂ
に流れる電流によって磁性コア２１Ａの各端部が永久磁
石部材１１の対応する磁極性と同一の磁極性となる場合
には、永久磁石部材１１からの磁束は磁性コア２１Ａ内
を通すことができず、永久磁石部材１１のＮ磁極から出
た磁力線は作用空間３Ａを通ることができる。すなわ
ち、永久磁石部材１１に対応して設けられた電磁石２１
のコイル２１Ｂに流れる電流の方向と大きさとによっ
て、永久磁石部材１１から出て作用空間３Ａに到達する
磁力線の数を制御することができる。

【００２５】一方、永久磁石部材１２に組み合わされて
いる電磁石２２に流す電流の方向と大きさとを制御する
ことにより、永久磁石部材１２から出て作用空間３Ａに
到達する磁力線の数を同様にして制御することができ
る。

【００２６】ところで、コイル２１Ｂとコイル２２Ｂと
は直列に接続され、コイル２１Ｂとコイル２２Ｂとには
３相交流電源ＰＷのＲ相の電圧が図１に示すように印加
されている。したがって、電磁石２１、２２によって対
応する永久磁石部材１１、１２の磁力線の制御が同位相
で実行される。このため、図２に示す励磁電流Ｉａが正
の値で増大する場合には、これにつれて永久磁石部材１
２のＮ磁極から作用空間３Ａを通って永久磁石部材１１
のＳ磁極へ到達する磁力線の数は増加し、励磁電流Ｉａ
が負の値の場合には永久磁石部材１２のＮ磁極から作用
空間３Ａを通って永久磁石部材１１のＳ磁極へ到達する
磁力線の数は殆ど零となる。

【００２７】すなわち、図２中の時間Ｔ１のタイミング
では、電磁石２１、２２によってこの一対の永久磁石部
材１１、１２により作用空間３Ａに生じる磁界が最大と
なるように制御され、回転磁界Φ（図３の（ａ））に対
して永久磁石部材１１、１２による補助的な磁界が重畳
される。

【００２８】以上１つの永久磁石対Ｐ１についての磁力
線制御を説明したが、他の永久磁石対Ｐ２、Ｐ３に対す
る磁力線制御も、電磁石２３〜２６を用いて同様に実行
される。すなわち、電磁石２３〜２６の各コ字形の磁性
コア２３Ａ〜２６Ａは対応する永久磁石部材１３〜１６
に同様にして密着して連結されている。そして、そこに
巻回されているコイル２３Ｂとコイル２４Ｂとは図示の
如く直列に接続されＳ相の電圧が印加されており、コイ
ル２５Ｂとコイル２６Ｂとは直列に接続されＴ相の電圧
が印加されている。

【００２９】したがって、永久磁石対Ｐ２により作用空
間３Ａに与えられる補助的な磁界の強さは励磁電流Ｉｂ
の変化に相応して変化し、永久磁石対Ｐ３により作用空
間３Ａに与えられる補助的な磁界の強さは励磁電流Ｉｃ
の変化に相応して変化することになる。

【００３０】以上の説明から、永久磁石対Ｐ１〜Ｐ３に
より作用空間３Ａに生じる補助的な磁界はこれらの合成
磁界となるため、１２０度位相のずれた電流Ｉａ、Ｉ
ｂ、Ｉｃによる励磁で回転磁界Φが形成されるのと同じ
理由で、永久磁石１１〜１６の磁力線が対応する電磁石
に流れる電流に応答して上述のように制御される結果、
回転磁界Φと同期した補助回転磁界φが作用空間３Ａに
形成される。

【００３１】この結果、回転子７には、補助回転磁界φ
にこれと同期した補助回転磁界φが重畳されて成る合成
回転磁界Φ＋φが作用し、この合成回転磁界Φ＋φが回
転子の回転子巻線に作用し、回転子７に回転トルクが生
じることになる。両者の同期を完全にとるためには、励
磁巻線４〜６に供給される各励磁電流と、電磁石２１〜
２６に供給される電流との位相が所定の値とされること
が必要である。したがって、この位相差の調整を行うた
めの位相調整手段を設けて、回転磁界Φと補助回転磁界
φとの同期をより一層完全にとることができるように構
成してもよい。

【００３２】ところで、磁力線制御器として働いている
各電磁石の強さを決める磁束数Ｑは、そのコイルの巻数
Ｎとそこに流す電流値Ｉの値に比例するので、 Ｑ∝Ｉ×Ｎ となる。上記磁力線の制御に必要な磁束数Ｑの最大値は
所定の一定値であるから、電磁石のコイルの巻数Ｎを大
きくすれば励磁のための電流値Ｉの値は小さくて済むこ
とになる。ところで、各電磁石への直流供給エネルギー
は、印加電圧をＶとすればＶ×Ｉであるから、Ｉの値を
小さくすれば磁力線制御のために必要なエネルギーを小
さくすることができる。このように、永久磁石を利用
し、小さなエネルギーで補助回転磁界φを回転磁界Φに
重畳させるようにして作用空間３Ａに発生させ、これに
より３相誘導モータ１の効率、特にその低負荷時の効率
を著しく改良することができる。なお、上記実施例で
は、通常の電磁石を用いた場合について説明したが、電
磁石２１〜２６として超電導磁石を用いれば、より一層
効率を高めることができる。

【００３３】図１に示した構成では、励磁巻線４、５、
６の励磁のための電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃと同一の電流
を、電磁石２１〜２６のコイル２１Ｂ〜２６Ｂの励磁用
の電流として用いたが、電磁石２１〜２６の励磁のため
の電流を、例えば別の３相交流電源を用いて、又は適宜
の正弦波発生回路から１２０度位相の異なる３つの正弦
波信号を取り出すことにより得、このようにして作られ
た電流を電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃと適宜の同期回路により
同期させて電磁石２１〜２６のコイル２１Ｂ〜２６Ｂに
供給する構成としてもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によると、固定子側に設けた励磁
用のコイルにて回転磁界を発生させるほか、永久磁石部
材からの磁力線を磁力線制御装置によって制御すること
により、この回転磁界と同期する補助回転磁界を小さな
エネルギーで効率よく発生させ、これらの合成による回
転磁界を回転子巻線に作用させて回転子の回転トルクを
得る構成であるから、特に低負荷時において力率が低下
した場合の効率を著しく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による交流誘導モータの実施の態様の一
例を示す構成図。

【図２】図１に示した励磁のための電流の波形を示す電
流波形図。

【図３】図１の励磁巻線によって作用空間に生じる回転
磁界の向きの時間的変化を図２に示す電流波形図に基づ
いて説明するための説明図。

【符号の説明】

１ ３相誘導モータ ３ 固定子コア ３Ａ 作用空間 ４、５、６ 励磁巻線 ７ 回転子 １１乃至１６ 永久磁石部材 ２０ 磁力線制御装置 ２１乃至２６ 電磁石 Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ 電流 ＰＷ ３相交流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から与えられる１組の多相交流電流
   によって所定の作用空間に回転磁界を発生させるため固
   定子側に設けられた１組の励磁巻線と、前記回転磁界と
   作用して回転トルクを生じさせるための回転子巻線を具
   え前記作用空間内に回転自在に配置された回転子とを備
   えた交流誘導モータにおいて、 前記回転磁界の発生パターンに応じて前記回転子の周り
   に間隔をあけて配置された複数の永久磁石部材と、 該永久磁石部材から前記作用空間に与えられる磁力線の
   数を位相をずらせて変化させ前記回転磁界に同期した補
   助回転磁界を前記作用空間内に発生させるための磁力線
   制御装置とを備えたことを特徴とする交流誘導モータ。