(57)【要約】【課題】  従来の巻線型誘導機は負荷の変動及び電源電圧の変動によって回転速度が変化してしまう。このため従来の誘導機は回転数一定または電源周波数と同期させて使いたい機器には不向きであるという問題点があった。【解決手段】  巻線型誘導機ユニット２台の回転軸を共通にするか又は回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結し、前記誘導機ユニット２台の回転子巻線を電気的に結合することにより、前記誘導機ユニット２台のうち１台は電動機として動作、もう１台の誘導機ユニットは発電機として動作し、前記回転比と前記誘導機ユニット２台の極数で決定される前記誘導機ユニット２台のすべり周波数が一致する速度で回転速度が固定されることを特徴とする巻線型誘導機である【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線型誘導機ユニット２台の回転軸を共通にするか又は回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結し、前記誘導機ユニット２台の回転子巻線を電気的に結合することにより、前記誘導機ユニット２台のうち１台は電動機として動作、もう１台の誘導機ユニットは発電機として動作し、前記回転比と前記誘導機ユニット２台の極数で決定される前記誘導機ユニット２台のすべり周波数が一致する速度で回転速度が固定されることを特徴とする巻線型誘導機。
【請求項２】
前記回転軸が共通で前記誘導機ユニット２台の極数が異なる請求項１の誘導機。
【請求項３】
前記誘導機ユニット２台の回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結した請求項１の誘導機。
【請求項４】
前記回転子巻線の電気抵抗を調節することにより機械的出力を正とし、電動機として機能する請求項１の誘導機。
【請求項５】
前記回転子巻線の電気抵抗を調節することにより機械的出力を負とし、発電機として機能する請求項１の誘導機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は広く一般に使われている誘導電動機と誘導発電機を総称した誘導機の中で回転子に巻線が使われている巻線型誘導機に関する。
【背景技術】
【０００２】  図１は従来の巻線型誘導機の断面の概略図である。従来の巻線型誘導機は図１のように回転軸１の周りに巻線を含む回転子２が装着され、わずかなギャップをあけて巻線を含む固定子３が回転子２を取り囲んでいる。回転子２の巻線はスリップリング４とブラシ５を介して始動抵抗６に接続されている。三相交流電源７を固定子３に接続することにより、誘導機として機能する。【０００３】  図２が励磁回路を無視した一相分の等価回路である。Ｖは電源７の相電圧、Ｉは一次電流、ｒは固定子３の抵抗、ｘは固定子３のリアクタンスである。Ｉ１は二次電流、ｒ’は回転子２の抵抗に始動抵抗６を加えたもの、ｘ’は回転子２のリアクタンス、ｓはすべりである。【０００４】  簡単のために２極機で誘導機の動作原理を説明する。固定子３の巻線に３相交流電圧を供給し電流が流れると回転子の巻線に誘導起電力が発生する。電源周波数をｆ（Ｈｚ）、回転子２の回転速度をｋ（Ｈｚ）とすると、回転子巻線にはすべり周波数：ｆ−ｋ＝ｓｆ（Ｈｚ）の電流が流れる。すなわちＩ１の周波数はｆ−ｋ（Ｈｚ）となる。回転子から見ると周波数がｆ−ｋ（Ｈｚ）の回転磁界が発生していることになるが、固定子から見ると回転子は周波数ｋ（Ｈｚ）で回転しているので、回転子が作る磁界はｆ−ｋ＋ｋ＝ｆ（Ｈｚ）で回転していることになる。すなわち固定子で発生する磁界と同じ周波数で回転する磁界が回転子から発生し、回転子から発生する磁界による磁束を打ち消す形で固定子に電流が流れ、誘導機は動作する。（例えば非特許文献１参照）【０００５】  すべりｓは負荷の変動及び電源電圧の変動によって変化してしまうため回転速度は負荷の変動及び電源電圧の変動によって変化してしまう。このため従来の誘導機は回転数一定または電源周波数と同期させて使いたい機器には不向きであるという問題点があった。（例えば非特許文献１参照）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  電気機器［ＩＩ］，野中作太郎  著，森北出版株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明の目的は上記問題を解決することであり、すべりｓが負荷の変動及び電源電圧の変動によって変化しない回転数一定の誘導機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  巻線型誘導機ユニット２台の回転軸を共通にするか又は回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結し、前記誘導機ユニット２台の回転子巻線を電気的に結合することにより、前記誘導機ユニット２台のうち１台は電動機として動作、もう１台の誘導機ユニットは発電機として動作し、前記回転比と前記誘導機ユニット２台の極数で決定される前記誘導機ユニット２台のすべり周波数が一致する速度で回転速度が固定されることを特徴とする巻線型誘導機である。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、回転速度が一定の誘導機が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の一般的な巻線型誘導機の模式図
【図２】従来の一般的な巻線型誘導機の等価回路
【図３】本発明の第１の実施形態である巻線型誘導機の断面の模式図
【図４】本発明の第１の実施形態である巻線型誘導機および第２の実施形態である巻線型誘導機の一相分の簡略化した等価回路
【図５】本発明の第１の実施形態である巻線型誘導機の一相分の等価回路
【図６】本発明の第２の実施形態である巻線型誘導機の断面の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】（第１の実施形態）
図３は本発明の第１の実施形態である巻線型誘導機の断面の模式図である。
回転軸１の周りに巻線を含む回転子２ａと巻線を含む回転子２ｂが装着されている。
巻線を含む固定子３ａは回転子２ａとわずかなギャップをあけて回転子２ａを取り囲んでいる。また巻線を含む固定子３ｂは回転子２ｂとわずかなギャップをあけて回転子２ｂを取り囲んでいる。回転子２ａの巻線と回転子２ｂの巻線は電気的に接続されている。
固定子３ａと回転子２ａからなる１台目の誘導機ユニット（以下誘導機Ａと略す）と固定子３ｂと回転子２ｂからなる２台目の誘導機ユニット（以下誘導機Ｂと略す）が同じ回転軸１上に存在する。Ｋは回転子２ａの巻線と回転子２ｂの巻線の電気的な接続部である。
【００１２】  誘導機Ａと誘導機Ｂの極数が違っている場合、スイッチ８が閉じた状態で一般には固定子３ａ、固定子３ｂで作る磁界による磁束がそれぞれ回転子２ａ、回転子２ｂに発生する磁束を打ち消そうとすると回転子２ａと回転子２ｂには違った周波数の電流が必要になるが、回転子２ａの巻線と回転子２ｂの巻線は接続されているため電流は流れない。すなわち誘導機として機能しない。
【００１３】  しかし例外的に電流が流れることがある。誘導機Ａがすべり「ｓ」で電動機として動作している状態で、誘導機Ｂをすべり「−ｓ」で発電機として動作する回転速度にしてやると固定子３ａ、固定子３ｂで作る磁界による磁束がそれぞれ回転子２ａ、回転子２ｂに発生する磁束を打ち消すことができ、その回転速度でのみ電源電流が流れる。そのため誘導機Ａがすべり「ｓ」の回転速度に固定され、誘導機Ｂのすべりが「−ｓ」の回転速度に固定される。
【００１４】  図４は本実施形態である巻線型誘導機の一相分の簡略化した等価回路である。また、図５は図４を説明するための誘導機Ａが４極、誘導機Ｂが６極の場合の等価回路である。いずれも励磁回路は無視している。以下、図４図５を用いて本発明を解説する。
【００１５】  図４及び図５においてＶは電源７の相電圧、Ｉは一次電流である。図５において固定子３ａのそれぞれの極の一相分の抵抗値をｒ４、それぞれの極の一相分のリアクタンスをｘ４、回転子２ａのそれぞれの極の一相分の抵抗値の一次換算値をｒ５、それぞれの極の一相分のリアクタンスの一次換算値をｘ５とする。また、固定子３ｂのそれぞれの極の一相分の抵抗値をｒ７、それぞれの極の一相分のリアクタンスをｘ回転子２ｂのそれぞれの極の一相分の抵抗値の一次換算値をｒ６、それぞれの極の一相分のリアクタンスの一次換算値をｘ６とする。誘導機Ａのすべりをｓ１、誘導機Ｂのすべりを  ｓ２とする。図５と図４を対応付けるとｒ０＝ｒ４／２，ｘ０＝ｘ４／２，ｒ１＝ｒ５／２，ｘ１＝ｘ５／２，ｒ２＝ｒ６／３，ｘ２＝ｘ６／３，ｒ３＝ｒ７／３，ｘ３＝ｘ７／３  となる。
【００１６】  図４において一般に誘導機Ａの極数をｐとすると、ｒ０は固定子３ａの一相分の抵抗を表し１つの極の一相分の抵抗をｐ／２で除した値、ｘ０は固定子３ａの一相分のリアクタンスを表し１つの極の一相分のリアクタンスをｐ／２で除した値である。ｒ１は回転子２ａの一相分の抵抗の一次換算値を表し１つの極の一相分の抵抗の一次換算値をｐ／２で除した値、ｘ１は回転子２ａの一相分のリアクタンスの一次換算値を表し１つの極の一相分のリアクタンスの一次換算値をｐ／２で除した値である。また誘導機Ｂの極数をｑとすると、ｒ３は固定子３ｂの一相分の抵抗を表し１つの極の一相分の抵抗をｑ／２で除した値、ｘ３は固定子３ｂの一相分のリアクタンスを表し１つの極の一相分のリアクタンスをｑ／２で除した値である。ｒ２は回転子２ｂの一相分の抵抗の一次換算値を表し１つの極の一相分の抵抗の一次換算値をｐ／２で除した値、ｘ２は回転子２ｂの一相分のリアクタンスの一次換算値を表し１つの極の一相分のリアクタンスの一次換算値をｑ／２で除した値である。
【００１７】  図４を用いて本発明の動作を説明する。電源周波数がｆ（Ｈｚ）のとき誘導機Ａにおける同期回転速度は２ｆ／ｐ（Ｈｚ）、誘導機Ｂにおける同期回転速度は２ｆ／ｑとなる。回転軸１の回転速度をｋとすると、誘導機Ａの同期回転速度に対するすべりがｓ１、誘導機Ｂの同期回転速度に対するすべりがｓ２であるから、ｓ１、ｓ２の値は数１および数２で示される。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
【数２】
2012175901.tif 000004
【００２０】  図４の等価回路に電流が流れるためには誘導機Ａと誘導機Ｂのすべり周波数が一致しなければならないが、誘導機Ａが電動機として動作、誘導機Ｂが発電機として
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電流が流れる。固定子３ａと固定子３ｂの回転軸１まわりの相対角は固定子３ａおよび固定子３ｂが作る磁束が回転子２ａと回転子２ｂが作る磁束を同時に打ち消せる位置にあらかじめ固定しておくか、または固定子３ａ、３ｂのいずれか一方を回転できるようにしておいて、電源７を投入した状態で、前記誘導機Ａおよび前記誘導機Ｂの
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代入することにより次式が成り立つ。
【００２１】
【数３】
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【００２２】  数３が成り立つときに限りすべり周波数が一致して、図４の回路に電流が流れる。
従って回転軸１は数３が成り立つ回転速度ｋに固定される。
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る。
【００２３】  誘導機を起動するときはスイッチ８を開いた状態で誘導機Ａのみに電力を供給し加速させ、回転速度ｋが数３を満たしたときにスイッチ８を閉じると回転速度は固定される。
【００２４】（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態である巻線型誘導機の断面の模式図である。第一の回転軸１ａと第二の回転軸１ｂはギヤ９ａとギヤ９ｂによって一定のギヤ比で連結されている。前記ギヤ比をｈとする。回転軸１ａの周りに巻線を含む回転子２ｃが装着されている。巻線を含む固定子３ｃは回転子２ｃとわずかなギャップをあけて回転子２ｃを取り囲んでいる。回転軸１ｂの周りに巻線を含む回転子２ｄが装着されている。
巻線を含む固定子３ｄは回転子２ｄとわずかなギャップをあけて回転子２ｄを取り囲んでいる。回転子２ｃの巻線と回転子２ｄの巻線はスリップリング４ａとブラシ５ａ、ブラシ５ｂ及びスリップリング４ｂを介して接続されている。
【００２５】  固定子３ｃと回転子２ｃからなる１台目の誘導機ユニット（以下誘導機Ｃと略す）と固定子３ｄと回転子２ｄからなる２台目の誘導機ユニット（以下誘導機Ｄと略す）がギヤ比ｈで結合されている。回転軸１ａの回転速度をｋ１、回転軸１ｂの回転速度をｋ２とすると次式が成り立つ。
【００２６】
【数４】
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【００２７】  本実施形態の巻線型誘導機の一相分の簡略化した等価回路は図３の３ａ、３ｂ、２ａ、２ｂを各々図６の３ｃ、３ｄ、２ｃ、２ｄで置き換えることにより第１の実施形態と同様になり図４となる。誘導機Ｃの同期回転速度に対するすべりをｓ１、誘導機Ｄの同期回転速度に対するすべりをｓ２とするとｓ１の値は数５で示され、ｓ２の値は数６で示される。
【００２８】
【数５】
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【００２９】
【数６】
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【００３０】  図４の等価回路に電流が流れるためには誘導機Ｃと誘導機Ｄのすべり周波数が一致しなければならないが、誘導機Ｃが電動機として動作、誘導機Ｄが発電機として
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り立つ。
【００３１】
【数７】
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ギヤ比ｈを変化させることによって、ｋ１を適当な値に調節することができる。例えば２つの誘導機が共に２極のときｈ＝１．１とすると、
2012175901.tif 000014
動機となり、誘導機Ｄのすべりは−４．７６％で発電機となり、回転速度は一定になる。
【００３２】  固定子３ｃと固定子３ｄの回転軸１ａ及び回転軸１ｂ周りの相対角は固定子３ｃおよび固定子３ｄが作る磁束が回転子２ｃと回転子２ｄが作る磁束を同時に打ち消せる位置にあらかじめ固定しておくか、または固定子３ｃ、３ｄのいずれか一方を回転できるようにしておいて、電源７を投入した状態で、前記誘導機Ｃおよび前記誘導機Ｄの回転速度が一定になるところに調整して固定する。
【００３３】  誘導機を起動するときはスイッチ８を開いた状態で誘導機Ｃのみに電源を供給し加速させ、回転速度ｋ１が数７を満たしたときにスイッチ８を閉じると回転速度は固定される。
【００３４】（第３の実施形態）
巻線型誘導機ユニット２台の回転軸を共通にするか又は回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結し、前記誘導機ユニット２台の回転子巻線を電気的に結合することにより、前記誘導機ユニット２台のうち１台は電動機として動作、もう１台の誘導機ユニットは発電機として動作し、前記回転比と前記誘導機ユニット２台の極数で決定される前記誘導機ユニット２台のすべり周波数が一致する速度で回転速度が固定されることを特徴とする巻線型誘導機のうち電動機として働くものである。ここで電動機として働く条件を求める。
【００３５】  図４の等価回路を用いて計算する。以下計算は一相あたりについて行う。
相電圧をＶ、一次電流をＩ、全体のインピーダンスをＺとすると、一次電流Ｉは次式で与えられる。
【００３６】
【数８】
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【００３７】  全体のインピーダンスＺは次式で与えられる。
【００３８】
【数９】
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巻線型誘導機の力率をｃｏｓθ、一次入力をＰ１、一次銅損をＰＣ１、二次入力をＰ２、二次銅損をＰＣ２、機械的出力をＰとすると、ｃｏｓθ、Ｐ１、ＰＣ１、Ｐ２、ＰＣ２、Ｐは数１０〜数１５で与えられる。
【００３９】
【数１０】
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【００４０】
【数１１】
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【００４１】
【数１２】
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【００４２】
【数１３】
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【００４３】
【数１４】
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【００４４】
【数１５】
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数４、数５、数６、数７を用いて数１５を変形すると次式となる。
【００４５】
【数１６】
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【００４６】数１６のＰすなわち機械的出力が正になるようにｒ１、ｒ２を設定すれば電動機となり、負になるように設定すれば発電機として機能する。（非特許文献１参照）
ｒ１は回転子２ａのまたは回転子２ｃの一相分の抵抗の一次換算値、ｒ２は回転子２ｂのまたは回転子２ｄの一相分の抵抗の一次換算値であるが、ｒ１及びｒ２を調整するために回転子２ａ、２ｃ、２ｂ、２ｄに固定抵抗または可変抵抗を直列に接続することも出来る。本実施形態は数１６のＰすなわち機械的出力が正になるようにｒ１、ｒ２を設定することにより電動機となるものである。
【００４７】  数１６は誘導機ユニット２台の回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結した誘導機について求めたが、ｈ＝１とすれば、回転軸が共通で誘導機ユニット２台の極数が違う誘導機に用いることができる。
【００４８】（第４の実施形態）
巻線型誘導機ユニット２台の回転軸を共通にするか又は回転軸の回転比が一定になるように機械的に連結し、前記誘導機ユニット２台の回転子巻線を電気的に結合することにより、前記誘導機ユニット２台のうち１台は電動機として動作、もう１台の誘導機ユニットは発電機として動作し、前記回転比と前記誘導機ユニット２台の極数で決定される前記誘導機ユニット２台のすべり周波数が一致する速度で回転速度が固定されることを特徴とする巻線型誘導機のうち発電機として働くものである。数１６のＰすなわち機械的出力が負になるようにｒ１、ｒ２を設定することにより電動機となるものである。
【符号の説明】
【００４９】１  回転軸
２  回転子
３  固定子
４  スリップリング
５  ブラシ
６  始動抵抗
７  三相交流電源
８  スイッチ
９  ギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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