JP3105231B2

JP3105231B2 - ２固定子誘導電動機

Info

Publication number: JP3105231B2
Application number: JP02249459A
Authority: JP
Inventors: 利彦佐竹; 幸男大野木
Original assignee: 株式会社佐竹製作所
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH0475452A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、２個の回転子コアからなる単一の回転子と
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〕

複数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けて負荷
に対応するものであり電気手法といえる。

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０゜,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
は十数個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で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
に変動を生じ、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少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〕

上記課題を解決するために本発明は、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を有する構成とした。

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及び前記第１と第２の結線
開閉スイッチと並列に、前記回転磁界の位相差を０゜と
120゜との双方に切換可能な第３の結線開閉スイッチと
を設けると共に、該第３の結線開閉スイッチと固定子巻
線との間に半導体素子のスイッチを介在させることによ
り課題を解決するための手段とした。

また、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、前記電圧
移相装置は、前記各スイッチと半導体素子のスイッチ及
びスイッチの開閉を任意信号により開閉制御する制御部
とから構成すること、あるいは、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により前記課題を解
決するための手段とした。

〔作用〕

本発明の第１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てあ
る。したがって、第１の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に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のスイッチと第２のスイッチを同時に閉じて電源を投
入すると位相差は60゜となる。つまり、第１と第２のス
イッチで０゜,60゜,120゜の３つの位相差を設けること
が可能となる。

ところで本発明により発生する位相差は前記のように
０゜,60゜,120゜であり、この各位相差における固定子
巻線の結線は次のようになる。つまり、位相差０゜と12
0゜の時は、各固定子の巻線を直列にして全体でデルタ
状に結線した直列デルタ結線となり、位相差60゜の時
は、各固定子巻線を並列にして全体でスター状に結線し
た並列スター結線となる。このことは、直列デルタ結線
時の各巻線の分担電圧よりも並列デルタ結線時の各巻線
の分担電圧が1.15倍大きくなり、電圧の２乗に比例する
トルク特性は、位相差０゜のトルク特性より位相差60゜
のトルク特性が大きくなる。ただし、定格回転数におけ
る電流値、効率等の様々な特性は、位相差０゜における
ものが良く、最終的に位相差０゜に切換えて使用する。

以上をまとめると次のように作用する。まず第２のス
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のスイッチはそのままで、第１のスイッ
チを投入し位相差を60゜に変化させる。負荷は位相差60
゜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のスイッチ投入から任意時間経過後また
は任意回転数（この場合、負荷トルクと位相差０゜のト
ルク特性曲線との交点にあたる回転数よりも低い回転数
あるいはその低い回転数に至るまでの時間経過後）に至
り第２の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。また、上記説明のとおり第１
と第２のどちらかが常に投入状態であるから第１及び第
２の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。

第２の作用として、前記第１と第２の結線開閉スイッ
チと並列に、回転磁界の位相差を０゜と120゜との双方
に切換可能な第３の結線開閉スイッチを設けると共に、
該第３の結線開閉スイッチと固定子巻線との間に半導体
素子のスイッチを介在させたものの作用を説明する。

ここで半導体素子のスイッチ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。一般的な起動
から運転までを順を追って説明する。半導体素子のスイ
ッチ（以下半導体スイッチとする）を不通状態（点弧角
180゜）にして、第３の結線開閉スイッチを位相差120゜
に切換えて半導体スイッチ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。半導体スイッチの点弧角を導通状態にした
時、第２の結線開閉スイッチ（位相差120゜）を投入
後、半導体スイッチの点弧角を不通とし第３の結線開閉
スイッチを位相差０゜に切換える。次に半導体スイッチ
の点弧角を不通から導通へ徐々に変化させると、第２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３の結線開閉スイッチによる位相差０゜の直列デル
タ結線が固定子巻線に同時に表れ固定子巻線は徐々に位
相差60゜の並列スター結線に変化する。

このことは前述の作用に述べた通りであり、第１の結
線開閉スイッチ（位相差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。

前記半導体スイッチの点弧角をこのまま導通にする
と、前述の通り位相差60゜のトルク特性は位相差０゜の
トルク特性を越してしまうので、半導体スイッチの点弧
角が導通に近づいた時、第２の結線開閉スイッチ（位相
差120゜）を開放すると、第２の結線開閉スイッチ（位
相差120゜）の作用は消滅し固定子巻線には第３の結線
開閉スイッチによる位相差０゜が残り、半導体スイッチ
の点弧角を続いて導通にすることにより複数固定子誘導
電動機は運転用トルクに至る。

その後、第１の結線開閉スイッチを投入して、半導体
スイッチの点弧角を不通にすると、第１の結線開閉スイ
ッチによる位相差０゜の運転トルクで運転するようにな
る。このことは、運転トルクに至った後第３の開閉スイ
ッチを位相差120゜側にして半導体スイッチの点弧角を
不通と導通との間で制御することにより駆動トルクを変
化させることが可能となる。

このように、第１の作用は最少の結線開閉スイッチ
で、位相差の変化を多段にして位相差変化を段階的にし
たものであり、負荷電流の遮断がなく安価にトルクの変
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０゜まで徐々
に変化させ、位相差の変化による発生トルクの変動をな
くし、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
回転個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、一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は比例
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。

ところで移相装置に、前記作用の結線開閉スイッチと
半導体スイッチと半導体スイッチの開閉を任意信号によ
り制御する制御部を設けると、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
装置を必要とすることが常識になっている。

本発明の誘導電動機を電源に接続し第１と第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〕

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を介して連結してある。

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10,11の結
線の形態は直列△結線とする。

次に本発明の第１の実施例を第２図以降に示す。

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（U₁,V₁,W₁）を電源開閉装
置S₀を介して電源A,B,Cに接続すると共に他方の端子（X
₁,Y₁,Z₁）を結線開閉スイッチS₁の一方の端子に接続し
てある。また固定子巻線100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、また固定子巻線10の各コイルの他方の端子（X₂,Y₂,
Z₂）は固定子巻線10と固定子巻線11とが直列デルタ結線
となるよう電源に接続してある。また、結線開閉スイッ
チS₂の一方は、結線開閉スイッチS₁の一方の端子と並列
に接続し、他方は、固定子巻線10と固定子巻線11とが電
気的に120゜の位相差を持つよう固定子巻線10の一方の
端子（U₂,V₂,W₂）に接続してある。

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S₁（以下スイッチS₁とする）を閉じて電源開閉
装置S₀を閉じると、固定子巻線11と固定子巻線10とは直
列△結線となる。これを第３図に示す。つまり固定子巻
線11のコイルU₁〜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０゜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1/2で
ある。その他の相についても同様である。

次に、S₁は閉じたままで結線開閉スイッチS₂（以下ス
イッチS₂とする）を閉じるとスイッチS₁の相間が短絡さ
れるので固定子巻線11と固定子巻線10は電源に並列Ｙ結
線となる。これを第４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E₁′のベクトル図は第４
図−２の如くなり位相差60゜に切換わっている。ここで
E_ABは電源の線間電圧を示す。

このときE₁の大きさは位相差０゜の場合のとなっている。この電圧上昇は電源電圧変動の許容範囲
であり支障ないが、この電圧上昇はトルク特性が向上す
るという利点を有する。

次にスイッチS₁だけを解放すると各コイルの分担電圧
は第５図となり前述した通り巻線10と11の分担電圧は12
0゜の位相差を固定子間に有するものとなる。またこの
時の各コイルの分担電圧は電源電圧の1/2である。

以上のようにスイッチS₁とスイッチS₂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。

ところで前述の位相差60゜の時、すなわちスイッチS₁
とスイッチS₂が投入された状態ではスイッチS₂によって
スイッチS₁の相間が短絡状態にあり、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S₁,S₂の開閉は、常
にどちらか一方が閉じ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。更に負荷電流の遮
断がないことと極間電圧が電源電圧の1/2となるため結
線開閉スイッチの電気的容量は小さいものを使用するこ
とが可能で、スイッチS₁,S₂による電圧位相装置を小型
化できる。

第６図は本発明の第２の実施例を示す結線図である。

固定子巻線11の各コイルの一方の端子U₁,V₁,W₁を３相
電源A,B,Cに接続すると共に他方の端子X₁,Y₁,Z₁を第１
の結線開閉スイッチS₁の一方の端子に接続してある。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、固定子
巻線10の各コイルの他方の端子X₂,Y₂,Z₂を前記端子V₁,W
₁,U₁に接続してある。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11,10の各コイルが直列△に結
線されるように接続してある。

また第２の結線開閉スイッチS₂の一方は結線開閉スイ
ッチS₁の一方の端子と並列に接続し、他方は固定子巻線
10の一方の端子V₂,W₂,U₂に接続してある。すなわち結線
開閉スイッチS₂だけ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△に結線されるように接続してあ
る。

さらに第３の結線開閉スイッチS₃のＢ接点は半導体素
子のスイッチＴを介して結線開閉スイッチS₂と並列に接
続し、結線開閉スイッチS₃のＡ接点は半導体素子のスイ
ッチＴを介して結線開閉スイッチS₁と並列に接続してあ
る。ここで前記Ｂ接点はスイッチS₃のマグネット（図示
せず）が無励磁の時にその接点を閉じており、Ａ接点は
その逆でスイッチS₃のマグネットが無励磁の時にその接
点が開放されており、マグネットが励磁されるとＢ接点
は開放され、Ａ接点は投入されるものである。

ここでスイッチS₃はＡ接点、Ｂ接点を含む一体的な開
閉スイッチを示しているが、スイッチS₃を２つの別個の
スイッチで構成することも可能である。

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３相電源A,B,Cが生か
されると、結線開閉スイッチS₁,S₂,S₃（以下スイッチ
S₁,S₂,S₃とする）のマグネットは今だ励磁されていない
ので、S₁とS₂は開放で、スイッチS₃のＢ接点が閉じた状
態にあり、固定子巻線11と固定子巻線10とは120゜の位
相差を設けられ半導体素子Ｔを介して、電源に直列△結
線となる。これを第７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E₁,E₂,E₃,E₁′,E₂′,E₃′は電源の線間電圧の1/2と
なり、固定子巻線11のコイルU₁〜X₁の分担電圧E₁と固定
子巻線10のコイルU₂〜X₂の分担電圧E₁′の位相差はθ＝
120゜である。また他相についても同様である。従って
固定子巻線11,10の作る２つの回転磁界の位相差θは120
゜となる。

また半導体素子の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である。

従って先ず半導体素子Ｔの点弧角を180゜からスター
トして、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０゜にすると、第
８図に示すθ＝120゜のトルク特性と負荷トルクの交点
のすべりｌ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零から次第に大きくなって行く
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８図のすべりｌ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。

すなわち第６図のスイッチS₂のマグネットを励磁して
スイッチS₂を閉じ半導体素子Ｔの点弧角を180゜にす
る。次にスイッチS₃のマグネットを励磁してスイッチS₃
のＢ接点を開放してＡ接点を閉じる。この時の各コイル
の結線状態を第９図に示す。

すなわち半導体素子Ｔの点弧角は180゜であり、半導
体素子Ｔには電流が流れないので、第７図において半導
体素子Ｔの点弧角を０゜にしたときと全く同一の結線状
態となり、回転速度は第８図のすべりｌに相当する速度
より変化しない。

次に第９図の結線状態で半導体素子Ｔの点弧角を０゜
にすれば、コイルの端子X₁とU₂,Y₁とV₂,Z₁とW₂が短絡さ
れた状態になるので、各コイルの分担電圧E₁,E₂,E₃,
E₁′,E₂′,E₃′は第10図のようになる。

すなわちコイルU₁〜X₁の分担電圧E₁とコイルU₂〜X₂の
分担電圧E₁′は、電源の線間電圧のとなり、その位相差θは60゜となる。他の相においても
同様である。従ってこの時のトルク特性は第８図のθ＝
60゜の特性となる。

しかしながらこの位相差60゜のトルク特性は第８図に
示すように位相差０゜のトルク特性を越えるトルク特性
となる。従って位相差120゜から位相差60゜に移行する
場合は、第９図の結線において半導体素子Ｔの点弧角を
０゜に近いδ゜に止め、つまり第10図のすべりｍの位相
に止めるように点弧角を制御すると、回転速度は第８図
のすべりｌからすべりｍに相当する速度に上昇して行
く。

次に回転速度を第８図のすべりｍ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、すべりｍの位置から半導体素子Ｔの点弧角
δ゜のままスイッチS₂を切ると、第９図に示す結線は、
第11図のように変化する。

この結線状態で半導体素子Ｔの点弧角を０゜にする
と、コイルU₁〜X₁の分担電圧E₁とコイルU₂〜X₂の分担電
圧E₁′は、電源の線間電圧の1/2となり、その位相差θ
は０゜となる。他の相においても同様である。従ってこ
の時のトルク特性は第８図のθ＝０゜の特性となり、回
転速度は第８図のすべりｎに相当する速度となる。

従って第11図の結線状態で半導体素子Ｔの点弧角をδ
゜から０゜に制御すれば、回転速度は第８図のすべりｍ
からすべりｎに相当する速度に上昇して行く。このすべ
りｎに相当する速度が最高の運転状態の速度である。

次にスイッチS₁を閉じて、半導体素子Ｔの点弧角を18
0゜に変化させスイッチS₃を開放すると、半導体素子Ｔ
に関係なく単純な開閉スイッチによる結線となるから運
転時における回路は非常に単純となる。

また運転時において、半導体素子ＴとスイッチS₃のＢ
接点とを作用させることで、位相差０゜と位相差60゜と
の中間トルク特性を引き出すことも可能で、運転中の加
減速を可能とする。これは位相差60゜のトルク特性が、
半導体素子Ｔの点弧角の制御により位相差０゜のトルク
特性を含むように変化することによる。

以上第1,第2,第３の開閉スイッチS₁,S₂,S₃の操作と、
半導体素子のスイッチＴの点弧角の制御と、固定子巻線
11,10の作る２つの回転磁界の位相差θと回転速度との
関係とを表にまとめると第12図のようになる。

このようにθ＝60゜において分担電圧が少し高くなる
ことが、トルク特性を比例推移の特性に近づける利点と
なっている。

以上の説明において、半導体素子Ｔの点弧角の制御
は、第６図に示す各相の半導体素子Ｔのすべてにおいて
おこなうようにしたが、θ＝120゜〜60゜の範囲におい
ては任意の一つの相の半導体素子Ｔの点弧角を180゜に
保持するようにしてもよい。これは各相半導体素子Ｔの
相互干渉を防ぐのに役立つものである。

なお各層の半導体素子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、S₁,S₂,S₃が切の状態、すな
わち第７図の結線状態で、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０゜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、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。

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を介して連結してあることを前提
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
ク特性曲線の一例を示す。

第13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）は一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）は一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時性と同様
の変化を示している。

トルク特性曲線（Ａ）における一次電圧制御同様のト
ルク特性曲線を得るためには、一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）における一次電圧
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、一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14図に、トルク特性曲線（Ｂ）を得るために回転子
に設けた連結部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。

ところで第２図と第６図に示す通り結線開閉スイッチ
S₁,S₂からなる電圧位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。

次に電圧位相装置の制御について、第15図、第16図に
おいて説明する。まず第15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に接続してある。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を接続してある。続いて第16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
に接続してある。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を接続してあると共に制
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
を接続してある。

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の信号により移相装置
20の前述した結線開閉スイッチを開閉するものである。
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12
0゜で始動して次の位相差60゜に切換える時間を始動後
４〜５秒、そして位相差60゜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、電
圧移相装置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。言うまでもないが負荷によ
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プロ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。

ところで前記制御部21の時限と、制御部23のあらかじ
め定めた基準値とは、負荷トルクやGD²と電動機の出力
により決定されるものである。またそれぞれの制御部
は、２個の結線開閉スイッチの開閉を制御するだけの単
純なものであり、三段階の位相差を設けた誘導電動機の
制御部として前記結線開閉スイッチの電圧移相装置に組
み込んで構成することも可能である。

なお、本発明に係る複数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120゜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180゜,120゜,60゜,0゜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固定子誘導電動機の位相差の設定を、
単純な電圧移相装置により三段階に設定可能となり、し
かもその位相差は、起動用、中速用、運転用の三種であ
る。とくにトルク特性または二乗低減トルク特性の始動
性の改善、起動時間の低減を目的とした場合に好適な電
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
まで高いトルクを発生することのできる複数固定子誘導
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図は移相
装置の結線図、第３図は位相差０゜における結線図、第
４図は位相差60゜における結線図と電圧のベクトル図、
第５図は位相120゜における結線図、第６図は第２の実
施例の結線図、第７図は位相差120゜における結線図、
第８図はトルク特性曲線図、第９図は位相差120゜から
位相差60゜に変化する結線図、第10図は位相差60゜の並
列スター結線を示す図、第11図は位相差60゜から位相差
０゜に変化する結線図、第12図は各スイッチの切換と点
弧角を示す図、第13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）の一例を示す
図、第14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15図はタイマーシー
ケンスによる制御ブロック図、第16図はロジック回路に
よる制御ブロック図である。１……２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固定子、13……第２固定子、
14……機枠、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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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し
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、
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
回転磁界の位相差を120゜とする第２の結線開閉スイッ
チとを備え、第１の結線開閉スイッチだけを閉じた直列
デルタ結線の位相差０゜と、第２の結線開閉スイッチだ
けを閉じた直列デルタ結線の位相差120゜と、第１と第
２の結線開閉スイッチを同時に閉じた並列スター結線の
位相差60゜とに切り換えるものであることを特徴とする
２固定子誘導電動機。
【請求項２】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し
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、
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
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、前記２個の固定子の巻線を直列デルタ結線とし且
つ前記回転磁界の位相差を０゜と120゜との双方に切換
可能な第３の結線開閉スイッチと、第３の結線開閉スイ
ッチと固定子巻線との間に介在させた半導体素子のスイ
ッチと、を備えてなることを特徴とする２固定子誘導電
動機。
【請求項３】２個の回転子コア間の空間又は非磁性体コ
ア部に、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備えることを特徴とする
請求項１または２記載の２固定子誘導電動機。
【請求項４】電圧移相装置は結線開閉スイッチを任意信
号により開閉制御する制御部を備えることを特徴とする
請求項１または３記載の２固定子誘導電動機。
【請求項５】電圧移相装置は結線開閉スイッチと半導体
素子のスイッチとを任意信号により開閉制御する制御部
を備えることを特徴とする請求項２または３記載の２固
定子誘導電動機。
【請求項６】電圧移相装置を２固定子誘導電動機の機枠
と一体にしたことを特徴とする請求項１から５のいずれ
かに記載の２固定子誘導電動機。