分相始動単相誘導電動機を改造せる二相サーボモー
タに就て
著者
佐藤 信
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
2
ページ
105-109
別言語のタイトル
ON THE TWO-PHASE SERVOMOTOR, THAT WAS DEVISED
FROM COMMON TYPE SQUIRREL-CAGE SPLIT-PHASE
INDUCTION MOTOR
分相始動単相誘導電動機を改造せる二相サーボモー
タに就て
著者
佐藤 信
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
2
ページ
105-109
別言語のタイトル
ON THE TWO-PHASE SERVOMOTOR, THAT WAS DEVISED
FROM COMMON TYPE SQUIRREL-CAGE SPLIT-PHASE
INDUCTION MOTOR
トーレクハ１１１１１１ ＊ 信
佐 藤
ＯＮＴＨＥＴＷＯ−ＰＨＡＳＥＳＥＲＶＯＭＯＴＯＲ，ＴＨＡｒＷＡＳ ＤＥＶＩＳＥＤ]ＦＲＯＭＣＯＭＭＯＮＴＹＰＥＳＱＵＩＲＲＥＬ‐ ｃＡＧＥＳＰＬＩｌｒ−ＰＨＡＳＥⅢVＤＵＣＴＩＯＮＭＯＴＯＲ ＭａｋｏｔｏＳＡＴＯNowa-days，withtremendousincreaseintheuseｏｆａｕｔｏｍａｔｉｏｎｈａｓｃｏｍｅａｎｕｒｇｅｎｔｄｅｍand
foraservomotors・Attheauthor，slaboratoryjtwo-phaseservomotorwasdevisedfromcommont
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Inthisarticletheauthorfirstgivesthepreliminarydescriptionsaboutthevariouscharacter‐ isticsandconstructionsofservomotorwhichmustbetakenintoaccolmtfordesignpurpos，andt
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ReceivedMay31，1962. である．鋪１図に速度一トルク特性曲線を示す． １ ． 緒 ＝最近の自動制御の発展に伴ってサーボモータが広範
囲に使用されるようになり，非常に重要な地位を占め
るに至った．わが国に於ける生産数型は急激に増大 し，その性能向上に関する研究が盛んになされている．わが国に於けるサーボモータの使用実績は，二和
誘導電動機形式のものが他の群を抜いている．著者は 扇風機用分相始動単相誘導電動機の固定子巻線の巻き 替えと，回転子の改造により，サーボ用として望まし い特性のものを得ようと試みた．即ちソリッドアイア ン形二相サーボモータに改造してみたので，その設計 と特性の大要を紹介する．分 相 始 動 単 相 誘 導 電 動 機 を 改 造 せ る
二 相 サ ー ボ モ ー タ に 就 て
一 鍵 度 ． α ル
粥 １ 図 速 度 一 ト ル ク 特 性 動特性は速度一トルク特性の非直線性，摩擦，磁気 的吸引力などによる無駄時間が存在する．無駄時間は 励磁巻線に定格電圧を印加して，このサーボモータを 始動させるに必要な最低の制御電圧の値（簸小始動電 圧）によって評価され，定格電圧の１∼５％程度のも のが普通である． 信号の急変に追従するため応答速度が大でなければ ならない．尚，サーボモータは拘束トルクが制御電圧 に比例すると共に，その出力トルクが速度と共に大体 直線的に減少することが，制動特性として望ましい． 垂下特性であるから，トルクと速度の積，つまり出 力は同期速度の半分位のところで最大になる．又一般 に制御電圧が極めて小さく停止状態近くの低速度で動 作することが多く，すべり周波数が大きい．又一般に ２ ． 二 相 サ ー ボ モ ー タ の 特 性 と 構 造 上 の 問 題 周知のことながら，改造データを記述する前に，二 相 サ ー ボ モ ー タ の 特 性 ， 椛 造 の 一 般 的 な 大 要 を 述 べ る．サーボモータの大きな特色は，制御入力に応じて 急速に始動・停止・反転を行うために，その特性は始 動トルクが高く，単相動作を生ぜず，信号の減少に伴 って行き過ぎを防止するために，速度の増加に比例し てトルクの減少するような垂下性の速度一トルク特性 を有することである．即ち内部制動効果を有すること ＊ 電 気 工 学 教 室106 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ 号 励磁電流が大きい．従って効率力率共に極めて低い． 特に制動特性を良くする程非効率的となる． 構造は基本的には汎用の二相誘導電動機と同様であ るが，固定子巻線は励磁リアクタンスが小さく，空隙 磁束密度が大きくなるように設計される．又効率が悪 いから，発熱に対する考慮が必要である．回転子は前 述の様な垂下特性にするため，回転子巻線の抵抗を比 較的大きくする．又急速な応答を得るため，慣性能率 を極力小さくする．回転角度によるトルクの変動，即 ちコッギング現象を小さくするよう工夫される．又軸 受摩擦が小さいことが望ましい． ３ ． 改 造 設 計 （１）固定子の設計 第２図の如き鉄心をそのまま使用して巻線のみを変 $更した．定格電圧100[v]，平衡二相，二層重巻． 全溝数ｓ＝２４ 極 数 ｐ ＝ ４ 毎極毎相の溝数＝３分布巻係数腕＝0.911 短節度＝0.833短節巻係数ｋp＝0.966 １相直列巻数ｗ,＝540 １極の最大磁束の､＝79×1仕5[Ｗb］
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（２）回転子の設計 第 ３ 図 の 如 き ソ リ ッ ド ア イ ア ン 形 の も の を 製 作 し 第 ２ 図 固 定 子 鉄 心 て，従前のかご形回転子と取り替えた． 材質：一般構造用圧延棒鋼 軸受は従前の面軸受をそのまま使用． ｰ 3 8 . 6-←
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第 ３ 図 ソ リ ッ ド ア イ ア ン 形 回 転 子 ４ ． 試 験 方 法 試験はJISC4907-1961によって第４図の回路によ り，電圧制御のみを行った．励磁巻線には定格電圧 100[v］を常時印加しておき，制御巻線には入力電圧 の大きさだけを変化して加えて速度制御を行い，制御 電圧の位相を180°変えて逆転を行う．制御は凡て手 動で行った．i
ｉ
○
二粕需ｽﾞﾗｨｯｸ鵠御韻泉 第 ４ 図 試 験 回 路 トルクの測定はプーリーとスプリングバランスを用 いる方法によった． 速度の測定はストロボスコープ法によった． 慣性モーメントは始動付近に於ける近似値として， 次の計算式によって求めた．慣
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但し”：回転子の重量[gr］ ’.：回転子の半径[Ｃｍ］ ５ ． 試 験 結 果 （１）速度一トルク特性 第１表に実測値を示す． 負の速度，即ちｓ＞１に対するトルクの測定には特 別の装置を必要とするので，０三s≦１に於ける実測値 を基にして，次式を用いて算定した．岬皿御睡癌証皿恥迩“／０／ 佐 藤 ： 分 相 始 動 単 相 誘 導 電 動 機 を 改 造 せ る 二 相 サ ー ボ モ ー タ に 就 て
００００５５３８４００
ｍお布塑詔、弱糾鵠興／／ ５４３３２２１１ 第 １ 表 速 度 一 ト ル ク 特 性 （ 実 測 値 ）ｒ
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但し鏡穀=ｋ…‘:定数
s＜１なる任意２点の実測トルクよりｃ,；ｃ２を求めれ ば，上式により凡てのｓの値に対するトルクを算定す ることができる．第１表の実測値よりｃ,＝1.34,ｃ２＝ 0.15が得られる．このｃ１，ｃ２を使用して計算で求め た速度一トルク特性を第２表に示す．第１表，第２表 を総合して第５図の特性曲線が描かれる．但しｋ＝０ の特'性は短絡運転，即ち制御電源の内部インピーダン ０００００４０７０００ ０１３６４８９６７０６ ２９２７３６４４０６１３２２１１１１１２
３３３２２１１１
８３１６１５７１４０６ ０７５３８０９８３６９ ００００００３２６５０ ０００００００００００ “叫砺叩おお⑱砺叫解２２１１１１２２
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4460 4050 3640 3160 2610 此＝０１左＝０．１１ｋ＝０．２１ノt＝０．３１ノヒ＝０．４１ノt＝０．５１ｋ＝０．６１ノヒ＝０．７１ノt＝１ ｽ極めて小さい場合のものである． （２）出、力 第 ５ 図 速 度 一 卜 ル ク 特 性 ｋ＝１に於ける最大出力は34.8[Ｗ］ （３）Ｉ慣性モーメント Ｈ 6730 6330 5950 5440 4810 10500 10060 ９５００ ８７２０ ７９００ ６８５０ ５６８０ ４４００ ３０００ １５１０ ０ 7600 7220 6800 6200 5560 ０５０５０００２６０ 拓哩印刀卵別α招迦／／／ ２２１１１ ０００００００００００００ 鋤印泥酔％舵刈羽娼舛印“ １１１１１１１ 1.000 0.833 0667 0.600 0.533 0.466 0.400 0.333 0.266 0.205 0.133 0.111 0.088 ０３０５００９０ ％“兜泊詔和２６／／／／／ １１ ３３２１１１１ 釦叫叫％印加、九匁幻／／ ７０００５００００６０ ０８６４２０８６４２０ ９●●●●■■甲●■● ２１１１１１０００００ ﾉレ 5920 5550 5100 4660 4070 第 ２ 表 速 度 一 ト ル ク 特 性 （ 計 算 値 ） ト ク す べ り １０７ 〔gr-cm〕制 御 巻 線 短 路 108 励 磁 ， 制 御 両 巻 線 同 時 開 放 （９）温度上昇 回転子を拘束して励磁相に定格電圧を加えたときの 固定子巻線温度上昇をみるに，１５分にて47.5°Ｃ上昇 している，まだまだ上昇の傾向がみえる．勿論強制冷 却を必要とする．Ａ＝0.7のときの特性曲線と，速度定 数より計算した周波数特性を第６図，第７図に示す．
J
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＝0.0721[sec］ 但し』：慣性モーメント［gr,cm2］ ｊＶ：無負荷回転数[r､p､ｍ］ でs：始動回転力[gr.cｍ］ (5)無駄時間（最小始動電圧にて評価して） 制 御 巻 線 の み 開 放︵岬秒職隙︾恥恥いい恥”価の駒妙
最小始動制御電圧=淵=００１
定格電圧 （６）単相運転 励磁相に定格電圧を加えて，制御相に各種電圧を加 えた無負荷運転状態より停止するまでの時間を測定し てみた．その結果は第３表に示す通り，短絡運転に於 ては極めて大きな制動トルクを発生していることが知 られる． 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ 号 第 ３ 表 停 止 時 間 pH １０‐ 20. 停 止 時 間 〔 秒 〕 制 御 巻 線 電 圧 〔Ｖ〕 ５ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００ ８８８８８８８８８８８ ●ｅ●■●各○Ｐ。凸● ０００００００００００ ２宮コワ︼５５︵Ｕ２、︶０■■申巳■。●■●
７Ｊ０５８８︿Ｕ１２２８８ １１１１ワー２２２ ｡ 。 . ， 皿 ０ ３ 。 蝉 α ５ ７２８９５６４４３５５ ＧＵ各やめ阜●■●ａｆ ｌ２２２３３３３３３３ 一→トルク（N･爪） 第６図化＝0.7における特性曲線 ６ ． 結 言 本試作品の特性をみるに決して勝れたものではな い，始動トルクが可成り大きいにも拘らず回転子の慣 性能率も亦大きいため時定数が大きくなっている．こ れは普通形分相誘導電動機の固定子鉄心をそのまま利 用したのであるから止むを得ないことである．しかし ながら，サーボモータとして最も重要なる特性である 内部制動効果を有し，しかも殆んど直線的垂下特性に なっているから，制動特'性は勝れていると言える．最 小始動電圧は僅か１％であり，単相運転特性も制御相 短絡の場合は，極めて短時間で停止するので，単相運 転を持続するようなことはない，これらのことは皆好 ましい特性である．以上の特性より見て，動作のあま り急を要しないサーボ機構には結構使用出来ることが 判る．尚，以上の如き特性から見て，本試作品は回転 (7)トルク効率"‘=筈但し南:拘束ﾄﾙｸ[Nm］
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棺
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て励磁した拘束状 ＝ 0 . 6 0 5 態 に 於 け る 入 力 電 力[Ｗ］ 30. (8)パワー効率'=;:坐但しP,…:二次曇大出力
Ｐｚ：拘束入力-
器
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佐 藤 ： 分 相 始 動 単 相 誘 導 電 動 機 を 改 造 せ る 二 相 サ ー ボ モ ー タ に 就 て 109 篭 72.11ソリッド 圧
