JPS5866596A - 可変速電動機 - Google Patents

可変速電動機

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JPS5866596A
JPS5866596A JP56162421A JP16242181A JPS5866596A JP S5866596 A JPS5866596 A JP S5866596A JP 56162421 A JP56162421 A JP 56162421A JP 16242181 A JP16242181 A JP 16242181A JP S5866596 A JPS5866596 A JP S5866596A
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JP
Japan
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winding
switching element
coil
auxiliary winding
circuit
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JP56162421A
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English (en)
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Yoshisuke Takita
滝田 義介
Michiyasu Takita
滝田 理康
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高効率にかつ簡単に速度を調整することがで
きる可変速電動機に関する。
従来、可変速電動機には幾多の種類があわ、それぞれ長
短がある。例えば直流機は可変速電動機として性能は優
れているが、整流子と刷子には保守が必要である。保守
が殆んど不要なブラシレス[動機には、可変周波数可変
電圧電源で簾形誘導電動機を可変速運転する方法がある
が、周波数を変えるためのインバータを必要とし、また
電圧調整を行うだめのサイリスタ装置またはインバータ
のPWM制御が必要となる。この場合、誘導電動機は容
量が小さいものを除いて殆んどが3相であシ、インバー
タも3相となるだめ主回路も制御回路も共に複雑かつ高
価にならざるを得ない。
また巻線形誘導電動機を用いた可変速運転方式としては
二次抵抗制御、セルビウス制御、クレーマ制御あるいは
二次チョッパ制御などがある。いづれも基本的には電動
機の二次電力をスリップリングを介して外部に取出し夫
々の方式で制御するのであるが、セルビウス制御とクレ
ーマ制御は効率はよいが装置が複雑で高価で必シ、二次
抵抗制御は最も簡単であるが効率が悪く、二次チョッパ
制御は比較的制御も装置も簡単であるが速度調整を円滑
に行うため通常若干の抵抗又はリアクトルを挿入するの
で効率又は力率の低下が避けられない。更にチョッパ制
御の場合、電流の断続により電動機の巻線に異常電圧が
発生し易いなどの問題点もある。従って現状では巻線形
誘導電動機による可変速運転は特殊の用途以外stb用
いられない。一方、誘導電動機の一次電圧制御による可
変速運転は、装置、制脚共比較的簡単であるが、スリッ
プによる減速分はすべて損失となる。上記の例のほか、
他励式インバータを用い、分配器の指令で恰も直流機の
如き動作をするサイリスタモータなどいろいろの可変速
電動機があるが速度調整の広い範囲にわたって効率、力
率がよく、簡単で低価格の理想的なブラシレス可変速電
動機は実現していない。
本発明の目的は、スリップに相当する電力を、固定子巻
線を通じて電源に返還することによシ、速度を広い範囲
に変えても殆んど損失を発生せず、かつ装置、制御具簡
単で小形、安価なブラシレス可変速電動機を提供せんと
するものである。
本発明は、電動機の回転子に主巻線と補助巻線とを設け
、主巻線に発生する電力を電動機のスリップの程度に応
じてスイッチング素子を介して補助巻線よシ固定子巻線
に返還し、前記スイッチング素子で返還する電力量を制
御することによって速度を任意に調整しうろことを特徴
とする。
なお、スイッチング素子を回転子に装着し、オン、オフ
信号を無接触で伝達するだけで簡単にブラシレス化でき
ることも特徴である。
第1図に本発明の基本構成を示す。
(5) 固定子鉄心(1)に巻かれた巻線(2)を電源に接続し
て回転磁界を発生させる。回転子鉄心(3)には巻線(
4)が巻かれておシ、巻線(4)は主巻線と補助巻線と
に分かれている。第1図では回転子にスイッチング素子
群(5)が装着された例を示す。第2図に3相の場合に
ついて巻線(4)とスイッチング素子群(5)との接続
例を示した。なおスイッチング素子としてはGTOの例
を示しである。
第2図で主巻線の3相の各出力端子はスイッチング素子
5Aでそれぞれ短絡される回路となっておシ、また補助
巻線W2の一方の端子は主巻mw1の出力端子に各相毎
に接続され、補助巻線W2と主巻線Wlとは極性が逆に
なる様に接続されている。
補助巻線W2の3相の他方の端子はスイッチング素子5
Aでそれぞれ短絡される回路になっている。
第2図でスイッチング素子5Aの3相分を総称してT1
とし、スイッチング素子5 A’の3相分を総称してT
2とすると、スイッチング素子T1とT2には回転子に
設けられた制御装置(6)から交互にオン、オフする指
令がリード線(7)を介して送られるが、そ61 の周期と導通時間巾は速度調整部α0よシ信号伝達部(
8)を介して伝えられる信号で決められる。また回転数
、トルクなどの自動制御を行う場合は、回転検出器(9
)の信号が速度調整部(10)に加えられる。
第2図について動作を説明する。まづ電動機の始動時に
は主巻線Wlの端子には回転子の静止状態での誘起電圧
が発生している。そしてその電圧がスイッチング素子T
1に加わっている。い壕スイッチング素子T1がオンす
ると、主巻線W、に電流が流れてトルクを発生する。こ
の際、電流が過大にならないうちにスイッチング素子T
Iをオフし同時にT2をオンする。すると補助巻線W2
にも電流が流れる。補助巻線W2は主巻線Wlと逆極性
に直列になっているため、W2に流れる電流は誘起電圧
と逆方向であシ、その積に相当する電力が固定子巻線(
2)を通じて電源に返還される。またスイッチング累ゴ
T2に加わる電圧は巻線の巻数に比例するから、スイッ
チング素子T、に加わる電圧の’(uf’−Wxql#
Wの巻数 倍に減少する。従ってスイッチング素子T2の電流もそ
れに従って減少する。次に再びスイッチング素子TIを
オンし、T2をオフする。このような動作を繰返しつつ
、主巻線W1に流れる電流値が過大にならない様にT1
のオンの時間巾とT2のオンの時間巾を制御し乍ら速度
を上昇させる。かくして目的とする回転数で電動機のト
ルクと負荷のトルクが平台する様T1.!:T2の導通
中を調整する。もし負荷のトルクが同一回転数でも変動
するような場合には、回転検出器(9)の指令を速度調
整部0Qに与え、設定速度で回転する様自動制御する。
第3図(alはスイッチング素子5Aあるいは5A’の
接続を変えた一例であシ、第3図(b)は他の例である
第4図はスイッチング素子TIとT2との導通中を適当
に選ぶことによって任意の電流が得られる例を一相につ
いて示した。第4図で(alは主巻線W1の巻数が補助
巻線W2よシ若干多い場合、同図(blはWlの巻数が
W2よシ若干少い場合を示す。第4図(alでは1相の
電流の平均値Imを零にすることは出来ないが、同図(
b)ではその電流Im即ちトルクを零にすることができ
る。従って負荷トルクが可成シ小さい用途では第4図(
b)になるようにする。
なお第4図でVwlは主巻線W1の電圧、V6vl−W
2) 、V (wz −wt)は主巻線W、と補助巻線
W2との差の電圧、tt’は電流の瞬時値、 Im 、
 Imは電流の平均値を示す。
第5図は第2図のスイッチング素子の数を減らす為に、
スイッチング素子群5の構成を変更したもので、3相一
括でスイッチングできるよう3相整流器を設け、その直
流出力端子にスイッチング素子を接続した例である。こ
の回路ではT1とT2にそれぞれ最少−ヶづつのスイッ
チング素子を使用すればよい。動作については第2図の
回路と全く同様である。
第6図は第2図でスイッチング素子T2に接続される補
助巻線W2の端子を短絡し、主巻線W1の出力端子に接
続されるスイッチング素子Tlだけを使用する回路例で
ある。第6図の場合、主巻線W1と補助巻線W2は常時
並列に接続された状態となるため電動機に電圧が印加さ
れていれば、主巻1fM Wlと補助巻線W2の巻数の
差に相当する誘起電圧で循環室(9) 流が常時流れる。この電流は、第2図について前述した
動作説明でのスイッチング素子T2を短絡した時に流れ
る電流に相当する。ただし第6図で、スイッチング素子
Tlがオフのま\の場合、常時存在する主巻線W、と補
助巻線W2の循環電流のため、負荷トルクに見合う回転
速度まで上昇する。こ\でスイッチング素子’Lをオン
・オフするとその導通中に従って第4図に示したのと同
様の電流調整が行われ、速度またはトルクが調整できる
。なお、第6図の場合、スイッチング素子Trがオンし
たときは、主巻線W、と補助巻線W2の両方の短絡電流
がスイッチング素子TIに流れる点が第2図の場合と異
る。
第7図はスイッチング素子TlO数を減らす為に第6図
のスイッチング素子群(5)の部分を第7図の(5)に
置き替えて3相の一括転流回路にした例であり、動作は
第6図と全く同様である。
第8図は第2図の回転子の巻線(4)の部分の変形を示
したもので、第2図の主巻線W1と補助巻線WQとの巻
数の差に相当する巻線をWlとして設け、こ(101 れを補助巻線としたものである。第2図で主巻線W1の
巻数が補助巻線W2の巻数よシ多い場合が第8図(a)
に、また少い場合が、同図(b)に相当する。第8図で
Oと0′とを結んでも動作上に変りはない。
この場合は、第9図(a)、(b)に示すように一組の
3相の巻線にタップを設けたのと同等になる。
回転子巻線を第8図あるいは第9図にした場合、回転数
を制御する方法は第2図について説明した方法と全く同
様であるが、動作特性は異ってくる。第2図の回路では
、スイッチング素子T2の動作時に、主巻線W1に発生
した電力が、補助巻線W2を通じて一次巻線すなけち電
源側に実効電力として返還される分が比較的多いために
、低い回転速度でも力率は割合によいが、第8図あるい
は第9図の回路では、スイッチング素子T2の動作時に
補助巻線W3そのものが短絡される為に、補助巻線W3
の巻数を主巻線W1の巻数の数分の一以下にして短絡電
流を可成)小さくしたとしても、力率は第2図の方法に
比べれば低下する。しかし低速で連続使用することが少
ないとか低速時のトルクが小さいような負荷例えばポン
プ、ブロアなどでは、第8図あるいは第9図の回路でも
実用上殆んど差支えない。
また第8図、第9図でW3の巻線の出力端子を常時短絡
して使用する場合のスイッチング素子群(5)への接続
あるいは動作は、第6図、第7図のときと同様である。
なお、巻線を行う上で重要なことは第2図、第5図、第
6図では巻線W1とW2とが、また第8図、縞9図では
巻線W1とW3とが、出来るだけ密結合になる様にする
ことである。これによシスイツチング素子T、あるいは
T2が、オフする時に発生する異常電圧を、電流が流れ
ている側の巻線に効果的に移行させ、異常電圧の発生を
小さい値に抑制できる。これが回転子の巻線が一つであ
る通常の巻線形誘導電動機のチョッパ制御と動作上大き
く異る点の一つである。
また巻線形誘導電動機の特性として、第2図、第5図、
第6図では巻線WlとW2.第8図、第9図ではWlと
W3の巻線に発生する電圧は、速度の上昇と共に夫々同
じ割合で低下してゆくため、もしスイッチング素子TI
あるいはT2の導通l〕が一定のままであれば、夫々の
巻線の電流すなはちトルクも低下する。従ってスイッチ
ング素子TIあるいはTtの導通中を、速度調整部α0
に設けられた設定器の手動操作で変えて目標とする回転
速度を得るようにするか、または負荷変動がある場合に
は、回転検出器(9)の指令を速度調整部(10に与え
てスイッチング素子TlあるいはT2の導通中を自動的
に制御し、回転数の自動調整を行う。
以上説明したように本発明によれば、巻線形誘導電動機
の回転子に主巻線の他に補助巻線を設け、スイッチング
素子と僅かな制御部品を備えた簡単な装置で、しかもス
イッチング素子の導通中を変えるだけの簡単な制御で、
効率よく任意の可変速運転が行いうる。更に回転速度が
低い程、回生電力が多くそれに伴って入力電流が減少す
るので、固定子巻線の温度上昇が小さくなる。この為、
同じ体格の電動機であれば回転数が低い程より大きなト
ルクまで利用できるずなはち定出力に近い(13) 状態まで使用できる。更にまたブラシレス化が容易など
従来の可変速電動機にはみられない数多くの効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の可変速電動機の基本構成を示す断面図 第2図は3相の場合の回路構成の一実施例第3図はスイ
ッチング素子の接続回路例第4図は1相の巻線について
導通中制御による電圧、電流の関係図 第5図は3相一括転流の回路例 第6図はスイッチング素子を一組にしたときの回路例 第7図は第6図の回路を一括転流にした回路例第8図、
第9図は夫々回転子の巻線の回路構成の第2、第3の実
施例である。 (1):固定子鉄心  (2):固定子巻線  (3)
二回転子鉄心  (4):回転子巻線  (5)ニスイ
ツチング素子群  (6)二制御装置  (7):・リ
ード線(8):信号伝達部  (9):回転検出器  
αI:速/111 度調整部  S:固定子  R:回転子。 特許出願人    滝 1)理 原 手続補正書(自発) 1.事件の表示 昭和56年 特許  願第162421号3、補正をす
る者 事件との関係 特許     出願人 住所          郵便番号 国同口・ロロ  
懺姶371−ビ′r33東京都新宿区百人町2−22−
15 氏 名−騙土g品讐H−) 滝 1)理 康別紙 1、 明細書の誤記を下記の如く補正する訂正前  訂
正後 6頁15行目・・・5 A’   5136頁17行目
・・・5A’    5B8頁10行目・あるいは5A
’  あるいは5B2、 記入もれを追記 図面の第2図の下記の所に(7)を追記する(6)から
出たリード線に(7)の記号を入れる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  固定子に回転磁界を生ずる巻線を有し、回転
    子にも巻線を装着した巻線形誘動電動機において、回転
    子には主巻線のほかに巻数の異る補助巻線を設け、電動
    機の始動時において、主巻線と補助巻線を逆極性に直列
    にした回路を短絡した時に流れる電流または補助巻線を
    短絡した時に流れる電流が、主巻線を短絡したときに流
    れる電流の十以下になる様にし、一方、主巻線を短絡す
    るスイッチング素子と、主巻線と補助巻線を逆極性に直
    列にした回路または補助巻線のいづれかを短絡するスイ
    ッチング素子とを設け、これら二組のスイッチング素子
    を交互に導通し、その導通中を変える、ことによってそ
    れぞれのスイッチング素子に流れる電流を変化させて回
    転数またはトルクを調整するようにした可変速電動機。
  2. (2)  回転子の多相の主巻線に多相整流器を接続(
    1) し、主巻線と補助巻線を逆極性に直列にした多相回路ま
    たは多相の補助巻線のいづれかに多相整流器を接続し、
    この二組の整流器の直流出力端子をそれぞれ短絡するス
    イッチング素子を設け、これら二組のスイッチング素子
    を交互に導通し、その導通中を変えることによって回転
    数またはトルクを調整するようにした、特許請求の範囲
    第1項記載の可変速電動機。
  3. (3)主巻線と補助巻線を逆極性に直列にした回路ある
    いは補助巻線は常時短絡し、主巻線を短絡するスイッチ
    ング素子を設け、そのスイッチング素子の導通中を変え
    ることによって回転数またはトルクを調整するようにし
    た、特許請求の範囲第1項記載の可変速電動機。
  4. (4)  スイッチング素子とその制御装置を回転子に
    装着し、スイッチング素子のオン、オフ指令を無接触で
    静止部から回転子に伝えることによってブラシレスの構
    造とした、特許請求の範囲第1項記載の可変速電動機。
  5. (5)  スイッチング素子にGTO1パワートラン(
    2) ジスタなど自己消弧素子を用いた、特許請求の範囲第1
    項記載の可変速電動機。
  6. (6)主巻線にタップを設け、そのタップに補助巻線の
    機能をもたせることによって補助巻線を省略する構造と
    した、特許請求の範囲第1項記載の可変速電動機。
JP56162421A 1981-10-12 1981-10-12 可変速電動機 Pending JPS5866596A (ja)

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JP56162421A JPS5866596A (ja) 1981-10-12 1981-10-12 可変速電動機

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7112907B2 (en) 2003-12-12 2006-09-26 Siemens Vdo Automotive Inc. Flux modifier for a permanent magnet brush-type motor using wound field coils combined with permanent magnets

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7112907B2 (en) 2003-12-12 2006-09-26 Siemens Vdo Automotive Inc. Flux modifier for a permanent magnet brush-type motor using wound field coils combined with permanent magnets

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