JP3099832B2 - 2固定子誘導電動機 - Google Patents

2固定子誘導電動機

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JP3099832B2 JP03044504A JP4450491A JP3099832B2 JP 3099832 B2 JP3099832 B2 JP 3099832B2 JP 03044504 A JP03044504 A JP 03044504A JP 4450491 A JP4450491 A JP 4450491A JP 3099832 B2 JP3099832 B2 JP 3099832B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単一の回転子と2個の固
定子とにより構成する固定子構成の誘導電動機に係
り、特に高トルクでの起動と、起動から運転トルクへス
ムーズに変化することの可能な固定子誘導電動機に関
する。
【0002】
【従来の技術】複数固定子構成の誘導電動機によって起
動トルクとその特性の改善を目的とする公知技術は、例
えば特開昭54−29005号公報に開示されている。
このものは、2組の回転子鉄心に対向してそれぞれ独立
する固定子巻線を有する2組の固定子と、2組の回転子
鉄心に跨って共通に設置され、かつ両端がそれぞれ短絡
環を介して相互に短絡されたかご形導体と、2組の回転
子鉄心間におけるかご形導体の中央箇所にてかご形導体
の相互間を短絡する高抵抗体とを備え、始動時には固定
子巻線の相互間の位相を 180°ずらせ、始動後の運転時
には位相を合わせて給電することを特徴とした双鉄心か
ご形電動機である。この電動機は、始動時に固定子巻線
の相互間の位相を 180°ずらすことにより始動トルクを
大にして始動特性を向上し、運転時には固定子巻線の相
互間の位相を合わせて通常のトルク特性で運転できるも
のである。
【0003】この特開昭54−19005号公報におい
て、起動から定常運転への移行に伴うトルクの急激な変
化により発生するショックは避けられないものであっ
た。このショックを緩和するために位相 0°と 180°と
の間に中間ステップとして両固定子巻線の給電回路への
接続を直列接続するものであるが、いずれにしても結線
を切換える度に回路を開くためショックを緩和するに至
らないものであった。
【0004】また本出願人が先願の特願平2−2494
59号公報によって開示したものは2個の固定子巻線を
直列デルタ結線とし、且つ前記複数個の固定子の巻線間
に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
イッチとからなり、前記スイッチを交互に開閉すること
により位相を 120°から 0°に変化させるものであり、
この場合 120°から 0°への位相の切換えの際、前記第
1と第2の結線開閉スイッチを交互に開閉し、常にいず
れかの開閉スイッチが閉じた状態にあるからスイッチの
開閉によるトルクの変化は 120°,60°, 0°となり、
回路を完全に開かないことと位相の変化を3段階にした
ことにより、前記特開昭54−29005号公報のもの
より位相の切換えに伴うショックは大きく改善された
が、スイッチを切換えるために、切換えのタイミングの
ためのタイマー装置、切換装置等の電動機以外の制御装
置を必要とするものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術による
と、位相切換のための結線切換スイッチや結線開閉スイ
ッチ等のスイッチ類、またスイッチを制御するタイマー
等の制御装置等を必要とし、これらの複数固定子誘導電
動機の具体的な商品化を困難としていた。したがって、
本発明は、起動トルクとその特性の改善のために行われ
てきた従来技術のように、改善のために発生トルクにシ
ョックを生じたり、新たに制御装置を必要とすることな
く、大きな起動トルクを有しながらも起動トルクから運
転トルクにショックが発生することなくスムーズに移行
でき、しかもタイマー、開閉スイッチ等の制御装置を必
要としない、安価な複数固定子誘導電動機の提供を技術
的課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、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
子コアに連通する第1の回転子導体を複数個設け、且
つ、前記2個の回転子コアそれぞれに前記第1の回転子
導体の位置する回転子コア半径よりも小なる位置に複数
個の第2の回転子導体を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2個
固定子コアが並設され、各固定子コアに固定子巻線を巻
装して回転磁界を生起する2個の固定子と、前記2個
回転子コア間の前記空間又は非磁性体コア部に於いて前
記複数個の第1の回転子導体を相互に抵抗短絡する連結
とを備え、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コアの周囲に生じる回転磁界と他方
の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
転磁界との間に所定の位相差を生じるよう2個の固定子
位置を相対的にずらして配置した2固定子誘導電動機と
した。また所定の位相差を2個の固定子巻線と電源との
結線により実現した。
【0007】
【作用】本発明によれば、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、
2個の回転子コアに連通する第1の回転子導体を複数
個設け、且つ、前記2個の回転子コアそれぞれに前記第
1の回転子導体の位置する回転子コア半径よりも小なる
位置に複数個の第2の回転子導体を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2個の固定子コアが並設され、各固定子コアに固定
子巻線を巻装して回転磁界を生起する2個の固定子と、
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
に於いて前記複数個の第1の回転子導体を相互に抵抗短
絡する連結材とを備え、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コアの周囲に生じる回転
磁界と他方の固定子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所定の位相差を生じるよう2
個の固定子位置を相対的にずらして配置した2固定子誘
導電動機とした。また所定の位相差を2個の固定子巻線
と電源との結線により実現した。
【0008】この構成から起動時においては2個の回転
子コアに連通する第1の回転子導体は2個の回転子コア
それぞれにおいて位相の異なる電流が誘起され、その位
相差分の電流は第1の回転子導体を相互に抵抗短絡した
連結材を流れて、低い起動電流ながら高いトルクを発生
する固定子構成の誘導電動機特有のトルク特性とな
る。一方、2個の回転子コア個々に設けた第2の回転子
導体は、第1の回転子導体の位置する回転子コア半径よ
りも小なる位置に設けてあるので、二重かご形回転子の
ように起動時の二次周波数の高い間は表皮効果により電
流はほとんど流れない。また第1の回転子導体の電流は
抵抗短絡した連結材を通して、つまり抵抗の高い側に流
れる。したがって、固定子誘導電動機と二重かご形誘
導電動機との作用により、低電流、高トルクの起動が可
能となる。
【0009】次に徐々に回転が上昇すると二次周波数は
徐々に小さくなり、表皮効果も減少するから抵抗値の小
さい第2の回転子導体にも電流が流れるようになる。更
に回転が上昇すると第2の回転子導体にほとんどの電流
が流れる状態となる。つまり第2の回転子導体は2個
回転子コア個々に独立して設けてあるので、2個の回転
子コアのそれぞれの第2の回転子導体に流れる電流は相
対的に位相差があっても第1の回転子導体のように位相
差による干渉はなく一般の誘導電動機と同様の運転トル
クとなる。
【0010】以上のように第1の回転子導体に位相の異
なる電流が流れる状態のままでも、回転数の上昇によ
り、高抵抗型のトルク特性から自然に低抵抗型のトルク
特性に切り換わり、従来技術のように開閉装置、制御装
置を一切必要としないまま固定子構成の誘導電動機の
トルク特性を有する電動機とすることが可能となった。
また、位相差を切り換えないのでショックも発生せず、
高トルク低電流の起動から運転トルクにスムーズに変化
させることが可能な固定子誘導電動機の提供が可能と
なった。
【0011】ところで、2個の回転子コアに連通する第
1の回転子導体に、2個の回転子コアそれぞれにおいて
位相の異なる電流を誘起する方法として、まず第1に
の固定子のうち一方の固定子を他方の固定子に対して
相対的にずらして設けることにより、回転子コアそれぞ
れにおいて、連通する第1の回転子導体に誘起する電流
に位相差を設けることができる。この場合、ずらした角
度により位相差が異なることは明らかで、必要とする起
動トルクに応じて、ずらす角度の変更も実現可能で、起
動時の負荷に変動がある場合、前記一方の固定子を回動
自在に設けておくことにより負荷変動に対応できる起動
トルクとし常に効率のよい起動を実現できる。
【0012】また第2に特定の固定子の固定子巻線と他
の固定子の固定子巻線と電源との結線により、回転子コ
アそれぞれにおいて、連通する第2の回転子導体に誘起
する電流に位相差を設けることができる。この場合、可
能な位相差は60°,20°, 180°である。
【0013】また第1の回転子導体を第2の回転子導体
の導体の断面積に対して小さくすることにより、起動時
の二次周波数の高い間の表皮効果は顕著となり、その効
果は大となる。
【0014】本発明による固定子誘導電動機のトルク
特性は、複数固定子誘導電動機特有の高抵抗型のトルク
特性と二重かご形誘導電動機のトルク特性を重畳した特
有のトルク特性を発生する。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図1から図3により説明す
る。符号1は本発明による固定子誘導電動機であり以
下のような構成を有する。
【0016】鉄心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に装着し、回転子コア2,3間は
空間としてある。回転子コア2,3には第1の回転子導
体5を複数個設けて直列に連結すると共に、前記第1の
回転子導体5の位置する回転子コア半径よりも小さい位
置に第2の回転子導体6,7を複数個設けて一体的回転
子に形成し、その第1の回転子導体5と第2の回転子導
体6,7のそれぞれの両端は短絡環8,9,10,11
により短絡される。前記回転子について、図2に回転子
コア2の拡大断面図を示し、第1と第2の回転子導体の
位置を示す。またこの場合第1の回転子導体5の断面積
を小さく第2回転子導体6,7の断面積を大きく形成し
てある。この回転子12に装設された複数個の第1の回
転子導体5は回転子コア2,3間の空間において連結材
13を介して短絡してある。この場合連結材をニクロム
線、炭素混入綱、通電性セラミック等を使用することも
あるが、本実施例の場合、図3に示すように連結材13
の導電路を長くした形状のものを示している。またこの
形状も連結材13の作用がある限り任意の形状が可能で
ある。この図3は図1に示す回転子8の前記連結材13
部分で切断した拡大断面図である。
【0017】図1から明らかなように、機枠14の両側
部には、軸受盤15,16がナット17を締めることに
より一体的に組み付けられる。回転子12両端部に冷却
用翼車18,19を装着し、回転子軸4の両側部を軸受
盤15,16に嵌装した軸受20,20に軸支し、回転
子軸4を回転自在としてある。
【0018】固定子巻線21,22を施した第1固定子
23と第2固定子24とは回転子コア2,3に対峙する
外側部において機枠24に並設される。
【0019】以上のように構成した固定子誘導電動機
において第1の固定子23第2の固定子24、該
第1の固定子23の回転磁界と第2の固定子24の回転
磁界との間に所定の位相差を生じるようにしてある。こ
の構成について以下に実施例を示す。
【0020】まず第1の実施例を図4に示す。これは固
定子23,24を中心にした簡略図である。第1の固定
子23の固定子巻線21の作る回転磁界の位相と第2の
固定子24の固定子巻線22の作る回転磁界の位相に位
相差を設けることにより、これにそれぞれ対峙する各回
転子コア2,3上に連通した第1の回転子導体5に誘起
される電流は位相差を生じる。従って、第1の固定子2
3と第2の固定子24を相対的にθだけずらして機枠1
4に固設することにより達成される。この場合の位相差
は固定子の相対的なずれを変えて固設すれば任意の位相
差を実現できる。
【0021】次に第2の実施例を図5に示す。これは第
1の実施例が機械的に固定子の固定位置をずらしたこと
に対し、電気的に行ったものである。つまり第1の固定
子23の固定子巻線21と第2の固定子24の固定子巻
線22及び電源との結線により達成される。この場合実
現できる位相差は一般的に電気角でθ=60°, 120°,
180°の三種である。図5は直列スター結線、並列スタ
ー結線、並列デルタ結線によっても可能である。
【0022】ところで上記の如く位相差を設けた場合、
第2の回転子導体6,7は回転子コア2と回転子コア3
のそれぞれにおいて短絡環10,11で短絡してあるの
で、上記の実施例のいずれの方法によっても位相差を設
けたことによる影響はなく、相対的に位相差はあったと
しても、2台の一般の単一固定子の誘導電動機を回転子
軸で直結した状態と同じものとなる。
【0023】以上の構成における作用を説明する。複数
固定子構成の誘導電動機の上記位相差を設けた場合の作
用については、本出願人による特公平2−27920号
公報に詳しく、ここにおいては省略する。
【0024】前述したように回転子コア2と回転子コア
3において直列に接続した第1の回転子導体5に誘起さ
れるそれぞれの電流に相対的に位相差を設ける構成で起
動すると、起動時においては回転子コア2,3に連通す
る第1の回転子導体5は、回転子コア2,3のそれぞれ
において位相の異なる電流が誘起され、その位相差分の
電流は第1の回転子導体5を相互に抵抗短絡した連結材
13を流れて、低い起動電流ながら高いトルクを発生す
る複数固定子誘導電動機特有のトルク特性となる。一方
回転子コア2,3個々に設けた第2の回転子導体6,7
は第1の回転子導体5の位置する回転子コア半径よりも
小さい位置に設けてあるので、二重かご形回転子のよう
に、起動時の二次周波数の高い間は表皮効果により電流
は流れにくくなっている。つまり電流の大半は導体断面
積の小さい第1の回転子導体5に流れ、位相差分の電流
が抵抗短絡した連結材13を通して流れ、二次側の抵抗
値は高く高抵抗型の回転子となる。したがって、複数固
定子誘導電動機と二重かご形誘導電動機との作用によ
り、低電流、高トルクの起動が可能となる。
【0025】次に徐々に回転が上昇すると二次周波数は
序々に小さくなり表皮効果も減少するため第2の回転子
導体6,7にも回転磁界との誘導作用により電流が誘起
されるようになる。更に回転が上昇すると表皮効果はな
くなると共に電流は抵抗値の小さい側に流れるようにな
る。つまり固定子23,24の回転磁界と回転子導体と
の誘導作用により誘起される電流は、第1の回転子導体
5側では電流の位相差分が抵抗短絡した連結材13を通
して流れるが、第2の回転子導体6,7側では連結材が
なく該導体を回転子コア2,3個々に独立して設けてあ
るので、第2の回転子導体6,7に流れる電流は相対的
に位相差はあっても、互いの干渉はなく、更に第1の回
転子導体より導体断面積が大きく抵抗値も低いことか
ら、起動時とは逆に電流の大半が第2の回転子導体6,
7に流れることになる。よって、定格回転に至っては一
般の誘導電動機と同様の運転トルクとなる。図6にこの
ときのトルク特性を示す。
【0026】以上のように電動機以外の部品や装置を必
要とせず、起動時に高抵抗形誘導電動機として、運転時
に低抵抗形の誘導電動機として運転可能で、その切り換
えも自動的に行うことが可能な誘導電動機の提供が可能
となった。
【0027】
【発明の効果】以上のように第1の回転子導体に位相の
異なる電流が流れる状態のままでも、回転数の上昇によ
り高抵抗形のトルク特性から自然に低抵抗形のトルク特
性に変化し、開閉装置、制御装置を一切必要とせず複数
固定子誘導電動機のトルク特性を有する電動機とするこ
とが可能となった。また位相差を変化させないのでショ
ックも発生せずスムーズな起動が可能となった。このこ
とから誘導電動機以外何も必要とせず、高トルクの起動
が可能で、起動改善形のショックレス誘導電動機を必要
とする分野に多大な効果を有するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固定子誘導電動機の側断面図
【図2】図1の回転子コアの拡大正断面図
【図3】図1の連結材から見た回転子の拡大正断面図
【図4】位相差を設けるため固定子の簡略図
【図5】位相差を設けた固定子巻線と電源との結線図
【図6】本発明による固定子誘導電動機のトルク特性
【符号の説明】
固定子誘導電動機 2 回転子コア 3 回転子コア 4 回転子軸 5 第1の回転子導体 6 第2の回転子導体 7 第2の回転子導体 8 短絡環 9 短絡環 10 短絡環 11 短絡環 12 回転子 13 連結材 14 機枠 15 軸受盤 16 軸受盤 17 ナット 18 翼車 19 翼車 20 軸受 21 固定子巻線 22 固定子巻線 23 第1固定子 24 第2固定子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−157291(JP,A) 実開 昭60−7667(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 16/00 - 16/04 H02K 17/16 - 17/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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
    子コアに連通する第1の回転子導体を複数個設け、且
    つ、前記2個の回転子コアそれぞれに前記第1の回転子
    導体の位置する回転子コア半径よりも小なる位置に複数
    個の第2の回転子導体を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2個
    固定子コアが並設され、各固定子コアに固定子巻線を巻
    装して回転磁界を生起する2個の固定子と、前記2個
    回転子コア間の前記空間又は非磁性体コア部に於いて前
    記複数個の第1の回転子導体を相互に抵抗短絡する連結
    とを備え、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コアの周囲に生じる回転磁界と他方
    の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
    転磁界との間に所定の位相差を生じるよう2個の固定子
    位置を相対的にずらして配置してなることを特徴とする
    固定子誘導電動機。
  2. 【請求項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
    子コアに連通する第1の回転子導体を複数個設け、且
    つ、前記2個の回転子コアそれぞれに前記第1の回転子
    導体の位置する回転子コア半径よりも小なる位置に複数
    個の第2の回転子導体を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2個の
    固定子コアが並設され、各固定子コアに固定子巻線を巻
    装して回転磁界を生起する2個の固定子と、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於いて前
    記複数個の第1の回転子導体を相互に抵抗短絡する連結
    材とを備え、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コアの周囲に生じる回転磁界と他方
    の固定子がこれに対峙する回転子コアの周囲に生じる回
    転磁界との間に所定の位相差を生じるよう2個の固定子
    巻線と電源とを結線してなることを特徴とする2固定子
    誘導電動機。
  3. 【請求項3】前記第1の回転子導体の断面積を前記第2
    の回転子導体の断面積に対し小さくしたことを特徴とす
    請求項1または2記載の2固定子誘導電動機。
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