JPH0716297B2 - 電動機 - Google Patents

電動機

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JPH0716297B2
JPH0716297B2 JP62300675A JP30067587A JPH0716297B2 JP H0716297 B2 JPH0716297 B2 JP H0716297B2 JP 62300675 A JP62300675 A JP 62300675A JP 30067587 A JP30067587 A JP 30067587A JP H0716297 B2 JPH0716297 B2 JP H0716297B2
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    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Induction Machinery (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導材料を使用した新規な電動機に関す
る。
〔従来の技術〕 従来のかご形誘導電動機は、複数の棒状導体それぞれの
両端を相対向する二つの環状導体にて短絡したかご
(篭)型の回転子にそれ自体で閉じた短絡回路を形成さ
せ、これを固定子側からの電磁誘導にて電流を流し、ト
ルク発生を行う。従って、かご形回転子は固定子が発生
する回転磁界の回転数よりわずかに低い回転数にて回転
する。
一方、同期電動機は、誘導電動機と同様の固定子にて回
転磁界を発生させ、起動時には誘導電動機と同様の原理
にて回転子を回転させて起動した後、回転子(界磁)を
直流にて励磁することにより、固定子が発生する回転磁
界と同回転数にて、即ち同期して回転子を回転させる。
ところで、第5図は上述のような従来の一般的なかご形
回転子の構成を示すための回転軸を含む面での断面図、
第6図はその回転方向に沿う部分展開図、第7図は鉄心
の構成を示すための回転軸に直交する方向の部分断面図
である。
鉄心1は電磁鋼板の薄板を多数積層して、あるいは鋳鋼
等にて円柱状に構成されている。
この鉄心1はその中心軸がモータ軸6の中心軸と一致す
る状態でモータ軸6に装着され、軸長方向の両側からそ
れぞれ二つのクランパ3によりモータ軸6に固定されて
いる。
鉄心1の中心軸に沿う方向には第6図にその中心軸と直
交する方向の断面を示す如く、複数のスロット2がプレ
ス打抜きまたは機械加工により鉄心1を貫通する形で形
成されている。
各スロット2内には、たとえば銅,アルミニュウムある
いはそれらの合金等の金属導体製のバー4が貫通して挿
入されている。そして、各バー4,4…の両端はそれぞれ
バー4と同様の金属導体製のエンドリング(環状導体)
5,5を鑞付けまたは溶接により接続して電気的に短絡す
ることにより、誘導電動機のかご形回転子(二次回路)
が構成されている。
このような構成の従来のかご形回転子を用いた誘導電動
機は、そのかご形回転子が抵抗を有するので、第8図に
その(1)にてトルク−速度特性を示す如く、負荷トル
ク(4)より大きな起動トルクを発生するように諸元を
設計することにより、電圧を印加すると負荷に打ち勝っ
て起動し、同期速度近傍まで徐々に加速した後、同期速
度よりわずかに低いすべりを維持して負荷トルクとバラ
ンスした回転を行う。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、一般の電動機では起動特性を改善するには二
次抵抗を大きくし、導体寸法を大きくすれば熱容量が増
大するが、前述したようにかご形回転子を使用する誘導
電動機では、その二次抵抗としてのかご形回転子の抵抗
は従来は可変には出来なかった。このため、かご形回転
子の抵抗を固定したままで大きくすると、起動完了後の
定速運転時にも大きな二次抵抗に比例した電気的損失が
発生するので、運転効率が大きく低下するという問題が
ある。
一方、同期電動機は起動後の運転時の効率,力率の観点
から有利であるが、界磁コイルの絶縁の問題及びそのた
めの構造が複雑になる点、あるいは誘導電動機としての
起動時及び過渡安定性のためのダンパ巻線(制動巻線)
を併設する必要から通常の誘導電動機の如きかご形回転
子のような大きな導体寸法をとることが出来ず、起動ト
ルクも限定される等の問題がある。
本発明は上述のような問題の解決を目的としてなされた
ものであり、起動時には誘導電動機としてその二次抵抗
としてのかご形回転子の抵抗が大きく、起動後には同期
電動機としてその界磁巻線の抵抗を零にして高効率を発
揮し得る新規な電動機の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の電動機では、かご形回転子を構成するエンドリ
ング及びバーを中空あるいは溝付き形状にしてそれらの
内部に超電導材料を充填し、二つのバーと両エンドリン
グとに充填された超電導材料にて、極数と等しい数の閉
回路を界磁中心線に関して対称に形成している。
〔作用〕
本発明の電動機では、室温雰囲気下にて起動することに
より、通常の導体で構成されたかご形回転子を用いた誘
導電動機と同様の起動特性が発揮され、また起動後は超
電導材料の臨界温度以下に回転子を冷却することによ
り、超電導材料にて構成された界磁巻線に直流の永久電
流が流れるので、極めて高効率の同期電動機として動作
する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をその一実施例を示す図面を参照して詳述
する。
第1図は本発明に係る電動機の構成を示すための回転軸
を含む面での断面図、第2図はその回転方向に沿う部分
展開図、第3図は鉄心の構成を示すための回転軸に直交
する方向の部分断面図、第4図はエンドリングを回転軸
に沿う方向から見た正面図である。なお、前述の従来技
術の説明に用いた第5図〜第7図と同一または相当部分
には同一の参照符号を付与してある。
鉄心1は電磁鋼板の薄板を多数積層して、あるいは鋳鋼
等にて円柱状に構成されている。
この鉄心1はその中心軸がモータ軸6の中心軸と一致す
る状態でモータ軸6に装着され、軸長方向の両側からそ
れぞれクランパ3,3によりモータ軸6に固定されてい
る。
鉄心1の中心軸に沿う方向には第3図にその中心軸と直
交する方向の断面を示す如く、複数のスロット2がプレ
ス打抜きまたは機械加工により鉄心1を貫通する形で形
成されている。
各スロット2内には、たとえば銅,アルミニュウムある
いはそれらの合金等の金属導体製のバー4が貫通して挿
入されている。そして、各バー4,4…の両端はそれぞれ
バー4と同様の金属導体製のエンドリング(環状導体)
5,5を鑞付けまたは溶接により接続して電気的に短絡す
ることにより、一般に誘導電動機に使用されるかご形回
転子(二次回路)が構成されている。
ところで、本発明の電動機では、第3図に示す如く、複
数のバー4,4…の内の一部が中空形状に構成されていて
その中空部10にたとえば臨界温度が90〜100Kのセラミッ
クス系のY−Ba−Cu−O等の超電導材料13が充填されて
いる。
また両エンドリング5,5には第4図に示す如く、その対
向面、即ち各バー4,4が取付けられている面に溝11,12が
設けられており、両溝11,12内には上述のバー4の中空
部10に充填されているのと同様の超電導材料13が充填さ
れている。そして、各バー4の中空部10に充填されてい
る超電導材料13と両エンドリング5,5の溝11,12に充填さ
れている超電導材料13とは第1図及び第2図に示されて
いる如く、双方のエンドリング5の溝11のA点同士、B
点同士がそれぞれバー4により電気的に接続されて閉回
路を構成し、また溝12のC点同士、D点同士がそれぞれ
バー4により電気的に接続されて閉回路を構成してい
る。
なおこれらの超電導材料13にて形成されるそれぞれの閉
回路は、第2図及び第4図にCCにて示すかご形回転子の
磁極中心線に関して対称に形成されている。
このような構成のかご形回転子の実際の製造は、各バー
4及びエンドリング5それぞれの中空部10及び溝11,12
に超電導材料13を充填した後に焼成し、それぞれをそれ
ぞれの超電導材料同士が電気的に接続するように、溶接
または鑞付けにて円筒篭形に組み立てることにより行わ
れる。そして、このような構成を採ることにより、本発
明の電動機は通常の導体にて構成されるかご形回転子に
超電導材料13にて構成される界磁巻線としての閉回路が
併設された構造になっている。
以上のように構成された本発明の電動機は以下のように
動作する。
まず本発明の電動機を室温、より具体的には超電導材料
13の臨界温度以上の雰囲気下で起動される。この際、超
電導材料13は超電導状態にはなく、回転子全体としては
従来の誘導電動機のかご形回転子として動作する。この
際の二次抵抗はバー4及びエンドリング5を構成する金
属導体の抵抗にて決定される比較的大きな値を示す。
従って、この状態で電動機の固定子に電圧を印加する
と、かご形回転子は通常の高抵抗かご形回転子あるいは
深溝形回転子として作用するので、第8図に(1)にて
示す従来の誘導電動機同様のトルク−速度特性を示して
加速する。
これに対し、起動後の加速完了時に回転子をたとえば液
体窒素等の冷媒を使用して徐々に冷却すればバー4及び
エンドリング5を構成する金属導体の抵抗が徐々に低下
するので、第8図に(2)にて示すトルク−速度特性を
示すようになる。
そして更に、超電導材料13の臨界温度以下にまでかご形
回転子の冷却が進むと、超電導材料13は超電導状態にな
るのでその抵抗は0になり、同期引き入れと同時に、両
エンドリング5,5及び二つのバー4,4内の超電導材料13に
て構成される各閉回路に直流の永久電流が流れ始める。
これ以降は、これらの各閉回路が同期電動機の界磁巻線
として作用するので、同期電動機としての運転が可能に
なり、第8図に(3)にて示す如きトルク−速度特性が
得られる。
上述したように直流の永久電流が流れる理由について説
明する。
無負荷状態の誘導電動機のかご形回転子のすべりは、50
0〜1000kW級では0.05%前後であり、全負荷時でも0.5%
前後である。本発明の電動機のように起動後、定格速度
にして加速を完了した後に冷媒で冷却していくと定格す
べりで0.1%以下が達成可能である。その場合の2次誘
起電圧及び電流の周波数は、固定子側の交流を50Hzとす
ると0.05Hz、周期20秒となり、変化のゆるやかな直流と
みなせる状態である。冷却の進展に伴い、さらにすべり
が小さくなり、これに伴って長周期化し臨界温度に到達
すると、その状態での極性で永久電流(直流)が流れる
と同時に同期引入れとなり、すべりが0となって直流状
態が完成されるのである。
このように本発明の電動機が同期電動機として運転され
ている際には、かご形回転子を構成する金属導体は、超
電導材料13の保持部材としての働きを有すると共に、ダ
ンパ巻線としての作用をも有するので、同期電動機とし
ての過渡安定性も向上する。
なお、上記実施例ではバー4はその複数の一部のみを中
空の棒状導体にて構成してその中空部10に超電導材料13
を充填することにより閉回路を構成しているが、他のバ
ー4も中空として高抵抗材料を充填すれば、起動時の誘
導電動機としての特性向上、具体的には二次抵抗アンバ
ランス除去に寄与する。
〔発明の効果〕
以上に詳述したように本発明の電動機によれば、室温雰
囲気下で起動することにより起動特性が良好な通常のか
ご形誘導電動機としての起動が可能であり、また起動後
の加速完了時にはかご形回転子を超電導材料の臨界温度
以下に冷却して超電導材料の閉回路を形成すれば同期引
き入れが自動的に行われ、以後は永久電流による同期電
動機として極めて高効率の運転が可能になる。
また、超電導材料を通常の金属導体にて覆うように構成
しているので、ダンパ巻線として過渡安定に寄与し、更
に比較的脆い超電導材料を使用するような場合にもその
欠損,破壊等を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電動機のかご形回転子の回転軸を含む
面での断面図、第2図はその回転方向に沿う部分展開
図、第3図は回転軸に直交する方向の部分断面図、第4
図はエンドリングの構成を示す正面図、第5図は従来の
誘導電動機用かご形回転子の回転軸を含む面での断面
図、第6図はその回転方向に沿う部分展開図、第7図は
回転軸に直交する方向の部分断面図、第8図は本発明の
電動機及び従来のかご形誘導電動機のトルク−速度特性
のグラフである。 4……バー、5……エンドリング、10……中空部、11,1
2……溝、13……超電導材料、CC……磁極中心線 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の棒状導体それぞれの両端を相対向す
    る二つの環状導体にて短絡したかご形回転子を備えた電
    動機において、 前記かご形回転子は、前記棒状導体及び環状導体に超電
    導材料が充填された中空部または溝部を有し、 各二つの棒状導体と両環状導体とが、それぞれに充填さ
    れた超電導材料がかご形回転子の磁極中心線に関して対
    称な閉回路を磁極数と等しい数形成するように電気的に
    接続してなることを特徴とする電動機。
JP62300675A 1987-11-27 1987-11-27 電動機 Expired - Lifetime JPH0716297B2 (ja)

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