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    • 专利摘要:

    公开号:WO1985004772A1
    申请号:PCT/JP1985/000201
    申请日:1985-04-15
    公开日:1985-10-24
    发明作者:Shigeki Kawada；Kousei Nakamura；Takashi Yoshida
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:H02P25-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 誘導電動機の制御装置
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は、 誘導電動機の制御装置に関 し、 特にィ ン パ ータ ¾ どの可変周波数の駆動電源に よ つ て
    [0006] 1 00 00 rpm程度の高速領域ま での運転を可能に し た誘導電動機の制御装置に関する も ので、 例えばェ 作機械の主軸に取付けて切削加工を行 う用途 ¾ どに 利用される も のである。
    [0007] -背景技術 ·
    [0008] 従来この種の用途に用い られる誘導電動機の駆動 電源と して、 例えば ト ラ ン ジ ス タ の オ ン · オ フ動作 に よ ！） 第 1 図に示される よ う ル ス 巾変調形式の 波形を有 し可変周波数の出力電圧を発生するィ ン パ ータが用 られ、 これに よ 毎分数十回耘か ら数千 回転程度の速度範囲で電動機の運転が行われている。
    [0009] 第 2 図は、 との よ う 可変周波数電源に よ ！） 駆動 される電動機の速度 - 出力特性を示すも ので、 領域 Aは、 駆動電源の周波数を増大させて電動機の回転 数 n を上昇させるに伴っ てその出力 P がほぼ比例的 に増大する領域である。 おこの領域では一極当 の磁束 ？ i およ び電動機の ト ル ク はほぼ一定であ ] 、 E i = 2. 2 2 K 1 · ί · ς5 Ν ι ( こ こ で Κ ι は巻 線係数、 ί は周波数、 は固定子巻線の直列導体 数 ） で決ま る電動機の 1 次誘起電圧 も 電源周波 数 ί を増大させる こ と に よ つてほぽ直線的に増加す る
    [0010] この よ う に して電動機の回転数が n 1 ( 例えば 4 極電動機でその際の電源周波数が 5 0 Hz と して
    [0011] 1 5 0 0 rpm )に達する と 、 上記 1 次誘起電圧 が 該電動機に印加される端子電圧 （ 例えば 2 0 0 V ) に達し、： 1 次誘起電 EE E i をそれ以上に増加させる こ と はでき 状態と ¾ る。 したがって回転数 H i 以上に電動機の回転数が上昇する領域 B にお ては、 電源周波数を増大させる一方、 磁束 ø を減少させる よ う 制御が行われる。 そしてこの領域 B に入る と 電動機の ト ル ク は回転数の上昇に伴っ て減少 し、 そ の出力 P は回転数の上昇に拘らずほぼ一定の定出力 特性と る る。
    [0012] 更に電動機の回転数が n 2 ( 例えば 4 極電動機で その際の電源周波数が 1 5 0 Hz と して 45 0 0 rpm ) を超える と 、 電動機の ト ル ク減少の度合が一層著し く !） 、 その出力 P は回転数の上昇に伴って減少す る よ う にる ] 、 例えば回転数 6 0 0 0 rpm程度が実用 上の違転範囲の上限値と る。 このこ とは、 回転数 が 11 2 を超える領域では ffi力 P を表わす式、 するわ m x'z S ( 1 -S ) V；
    [0013] P =
    [0014] ( S r i + r'a )2 + S2 ( xi + x72 ) ただ m:
    [0015] 1次抵抗 r 2 2次抵抗の 1次換算値
    [0016] x 1次リアクタンス
    [0017] X 2 2次リアクタンスの 1次換算値
    [0018]
    [0019] s 滑] にお て、 X l お よ び が周波数の増大に伴 増 加する こ と に よ って P が減少する こ とカゝ ら も 説明で き る。
    [0020] おこ.こで上記速度 - 出力特性が A領域す ¾わち 出力が回転数に比例 して増大する領域か ら B 領域す なわち回転数の増加に拘らず出力が一定と る る領域 に移行する回転数 ( するわち電源周波数を次第 に上昇させて電動機の 1 次誘起電圧 が該電動機 に印加される端子電圧、 例えば 2 0 0 Vに達する と き の回転数 ） を通常その電動機の規定速度 （ Base speed ) と称してお ]3 、 上記回転数 η ι と n 2 と の 比は通常 1 ： 3 乃至 1 ： 4 であ る。
    [0021] と ころでこの種工作機械の動力源に対 し、 近時、 所定の大き さの出力 P がえ られる と 同時に、 カ ツ タ の性能の改善に伴って例えば 1 0, 0 0 0 r pm以上の高 速ま で切削でき る よ う 特性が要望されて る。
    [0022] し力 し ¾力； ら上記従来のィ ン パータ駆動の誘導電 動機に ては上述したよ う る速度 - 出力特性を有 5 してお D 、 所定の出力がえ られる領域 B の範囲では 未だ上記高速運転の要求をみたすには十分と は え と う問題点があった。
    [0023] 発明の開示
    [0024] 本発明の 目的は、 ィ ン パ一タ ¾ どの可変周波数電 t o 源によ って誘導電動機を駆動するに際し、 該電動機 の各相に設けられた固定子巻線の直列導体数を切換 えるこ と によ ] 3 、 上述した速度 - 出力特性における 規定速度、 更には上記定出力特性の領域 （ B領域 ） の範囲を変更するとい う着想にも とづ て、 該定出
    [0025] 1 5 力特性の領域を拡大し、 所望の高速領域ま での運転 を可能にする こ と にある。
    [0026] 本発明の他の 目的は、 その切換状態に関係な ぐ 常 に固定子巻線全体を有効に利用 して出力特性の低下 を防止する こ とにある。
    [0027] 20 本発明の更に他の 巨的は、 該固定子巻線の直列導 体数を任意の比率で切換える こ と によ ) 、 所望の高 速領域ま での運転を可能にする こ と にある。
    [0028] 本発明の更に他の 目 的は、 誘導電動機をギヤ等で
    [0029] 24 減速させて低速 ト ルク を増加させる場合、 該低速 ト ル ク の増加を一層顕著 ら しめる こ と にある。
    [0030] 本発明の基本的形態におい ては、 可変周波数の駆 動電源、 各相毎に複数個の固定子巻線が設け られた 誘導電動機、 およ び各相毎に設け られた該複数個の 固定子巻線相互の接続関係を切換える半導体ス ィ ッ チを具備 し、 該半導体ス ィ ツ チに よ 各相毎に設け られた固定子巻線の直列導体数が切換え られる誘導 電動機の制御装置が提供される。
    [0031] 本発明の他の形態にお い ては、 可変周波数の駆動 電源、 各相毎に互 に直列接続された複数個の固定 子巻線が設け られた誘導電動機、 該直列接続された 複数個の固定子巻線を駆動電源に接続する全巻線励 磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ、 お よ び該複数個の固定 子巻線の一部のみを上記全巻線励磁時とその極数を 変更する こ と る く 駆動電源に直接接続する一部巻線 励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チを具備 し、 該全巻線励 磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ と該一部巻線励磁用 ト ラ ン ス タ スィ ツ チ と が選択的に切換え られる こ と を 特徵とする誘導電動機の制御装置が提供される。
    [0032] 本発明のさ らに他の形態においては、 可変周波数 の駆動電源、 各相毎に同一巻数の固定子巻線が複数 個設け られた誘導電動機、 該複数個の固定子巻線を 駆動電源に対 し並列に接続する並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 、 およ び該複数個の固定子巻線を上記 並列接続時とその極数を変更する こ と く 駆動電源 に対し直列に接続する直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チを具備し、 該並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ と該直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チとが選択的に 切換え られる こ と を特徵とする誘導電動機の制御装 置が提供される。
    [0033] 図面の簡単る説明
    [0034] 第 1 図は、 本発明で用 られる可変周波数電源の 出力電圧波形の 1 例を示す図、
    [0035] 第 2 図は、 可変周波数電源で駆動される従来の誘 導電動機の速度 - 出力特性を示す図、
    [0036] 第 3 図は、 本発明の 1 つの実施例と しての誘導電 動機の制御装置が適甩される電 ir機固定子巻線と ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チと の接続関係の 1 例を示す図、 第 4 図は、 第 3 図に示される ト ラ ン 'ク ス タ ス ィ ッ チ の動作説明図、
    [0037] 第 5 CL 図 、よ、 、 第 3 図に示される ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チの切換えによ っ て生ずる固定子巻線の 2 つ の接続状態を示す図、
    [0038] 第 6 図は、 第 3 図に示される誘導電動機の速度 - ffi力特性を示す図、
    [0039] 第 7 図は、 第 3 図に示される誘導電動機の固定子 巻線の巻線態様の 1 例を展開 して示す図、
    [0040] 第 8 図は、 第 3 図装置における駆動電源、 誘導電 動機およ び ト ン ジ ス タ ニ ッ ト の実際の配置状態 の 例を示 t図、
    [0041] 、 ' b B、
    [0042] 第 9 CL 1¾ 、 従来の誘導電動機と第 3 図に示 される誘導電動機と の低速 ト ルク を比較する図、 第 1 0 図および第 1 1 図は、 第 3 図に示される誘 導電動機の固定子巻線.と ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ と の 接続関係の変形例を示す図、
    [0043] 第 1 2 図は、 本発明の他の実施例と しての誘導電 動機の制御装置が適用される電動機固定子巻線と ト ラ ン ジス タ スィ ツ チ との接続関係の 1 例を示す図、 第 1一 3 図は、 第 1 2 図に示される ト ラ ン ジス タ ス イ ッ チの動作説明図、
    [0044] 第 1 4 図は、 第 1 2 図に示される誘導電動機の速 度 - 出力特性を示す図、
    [0045] 第 1 5 図は、 第 1 2 図に示される誘導電動機の固 定子巻線の巻線態様の 1 例を展開 して示す図、
    [0046] 第 1 6 図は、 第 1 2 図装置における駆動電源、 誘 導電動機お よび ト ラ ン ス タ ユ ニ ッ ト の実際の配置 状態の 1
    [0047] 第 1 7 従来の誘導電動機と第 1 2 図 に示される誘導電動機と の低速 ト ル ク を比較する図 である。 発明を実施するための最良の形態
    [0048] 第 3 図は、 本発明の 1 つの実施例と しての誘導電 動機の制御装置が適用される電動機固定子巻線と ト ラ ン ジ ス タ スイ ッ チ との接続闋係を示すも の で、 図 中 1 はィ ン パ、一タ どの可変周波数の駆動電源、 2 1 ， 2 2 ; 2 3 , 2 4 ； 2 5 ， 2 6 は誘導電動機 の固定子巻線であって各相毎にそれぞれ 2'個ずっ設 け られてお！） 、 それぞれの巻線の巻数は等し く 攥成 されて る。 3 1 1 ， 3 2 1 , 3 3 1 ; 312 , 322 : 3 3 2 ： 3 1 3 ， 3 2 3 ， 3 3 3 は ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チであって各相毎にそれぞれ 3 組ずつ設け られ てお ] 、 これ らの う ち 3 1 1 ， 3 2 1 ; 3 1 2 ，
    [0049] 3 2 2 ； 3 1 3 , 3 2 3 は各相に設け られている 2 個の固定子巻線をそれぞれ駆動電源に対し並列に接 続するための ト ラ ン ジス タ スィ ツ チであ jp 、 一方、 3 3 1 ， 3 3 2 , 3 3 3 は各相に設け られて る 2 個の固定子巻線をそれぞれ駆動電源に対 し直列に接 続するための ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チである。 するわ ち 3 1 1 , 3 2 1 : 3 1 2 ， 3 2 2 : 3 1 3 , 323 は並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ッ チであ！) 、 331, 3 3 2 ， 3 3 3 は直列励磁用 ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チ である。
    [0050] ま並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 311 ， 321； 3 1 2 , 3 2 2 ; 3 1 3 , 3 2 3 の各 ト ラ ン ジ ス タ への制御信号をオ フ と し、 直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ッ チ 3 3 1 ， 3 3 2 , 3 3 3 の各 ト ラ ン ジス タ への制御信号をオ ン にする と 、 各相における 2 個の 固定子巻線 2 1 , 2 2 ； 2 3 ， 2 4 ： 2 5 ， 2 6 は それぞれ直列接続と ！） 、 第 5 . ¾に示すよ う な接 続状態と る。
    [0051] この場合、 1 個の ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ッ チ例えば
    [0052] 3 3 1 は、 エ ミ ッ タ 同志が共通接続された一対の ト ラ ン ジ スタ 3 3 1 1 ， 3 3 1 2 と、 該 1 対の ト ラ ン ス タ の各個に対 しそれぞれ並列に接続されたダイ ォー ド 3 3 1 3 ， 3 3 1 4 と に よ ]5 構成されてお ] 、 第 4 図 に示すよ う に、 V側カゝ ら U側に電流が流れる と き は 実線に 、つ て、 ま た U側か ら V側に電流が流れる と き は点線に fn、つ て電流が流れる。
    [0053] この よ う る接続状態の も と で駆動電源の周波数を 上昇させて行 く と 、 第 6 図に いて実線で示すよ う に領域 A i にお ては電動機の回転数が次第に上昇 する と と も にその出力 Pがほぽ比例的に増大 して行 ぐ 。
    [0054] そ して前記 した E i - 2. S S K i · f · ø · N i ( こ こで は直列接続された固定子巻線の直列導 体数 ） で規定される電動機の 1 次誘起電圧 が該 電動機に印加される端子電圧 （ 例えば 2 0 0 V ) に 達した時点で該電動機の回転数 は前述 した規定 速度と ]Ρ 、 該回転数 ti i カゝ ら回転数 n 2 ( n 2 は n ！ の 3 〜 4倍程度 ） ま での B i 領域にお ては定 出力特性と ] 3 、 更に回転数 1X 2 を超える と電動機 の出力は低下する よ う にな る。
    [0055] 次に上記直列励磁用の ト ラ ン 'ノ ス タ ス ィ ツ チ 331， 3 3 2 , 3 3 3 の各 ト ラ ン ジ ス タ への制御信号をォ フ と し、 並列励磁用の ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 3 1 1 , 3 2 1 ; 3 1 2 ， 3 2 2 : 3 1 3 , 3 2 3 の各 ト ラ ン ジ スタへの制御信号をオ ン にする と 、 各相におけ る 2 個の固定子巻線 2 1 , 2 2 ； 2 3 ， 2 4 ： 25, 2 6 はそれぞれ並列接続と 、 第 5 t> glに示すよ う な接続状態と な る。 お この場合、 各相固定子巻 線によ つて形成される極数は直列接続の場合と同一
    [0056] ^あ o
    [0057] この よ う 接続状態のも とで駆動電源の周波数を 上昇させて行ぐ と 、 第 6 図にお て鎖線で示すよ う に、 領域 A 2 においては電動機の回転数にほぼ比例 してその出力 P が増大して行く 。
    [0058] そ してこの並列接続の場合は前記直列接続の場合 に比 し、 各相固定子巻線の直列導体数が半分す ¾わ ち "-^ と なるため、 1 次誘起電圧 E i が所定の端子 電圧 （ 例えば 2 0 0 V ) に達する時点での周波数 f は 2 倍と ！） 、 それに応 じてその時点での電動機回 転数す わち規定速度は前記直列接続時の 2倍す わち 211; と な る。 そして回転数が 2 n i カゝ らほぼ 2 n 2 ま での B 2 領域にお て定出力特性と U 、 回転数が 2 n 2 を超えて、 は じめて電動機の出力が 低下する よ う にな る。
    [0059] すなわち第 3 図に示される誘導電動機にお て、 固定子巻線が第 5 に示される よ う る直列接続状 態と された場合は所謂 ί氐速巻線と して機能する も の であ ] 、 一方、 第 5 b Hiに示される よ う ¾並列接続 状態と された場合は所謂高速巻線と して機能するか ら、 これに よ つ て低速運転時は第 5 α ©の接続状態 と し、 一方、 高速運転時には第 5 の接続状態と する よ う に ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チを切換える も の で る。
    [0060] 第 3 図の装置ではそれぞれの固定子巻線 2 1 ， 2 2 ： 2 3 , 2 4 : 2 5 , 2 6 の巻数はすべて同一と して るか ら、 第 5 b igに示される よ う な並列接続状態 に して もそれ らの間に循環電流が流れる こ とが ¾ 。
    [0061] 第 7 図は、 1 相分の固定子巻線す わち 2 個の固 定子巻線 2 1 ， 2 2 の巻線態様の 1 例を示す展開図 で、 固定子巻線 2 1 お よ び固定子巻線 2 2 の両端か らそれぞれ端子 a , b およ び c , d を導出 し、 端子 a , c 間およ び端子 b ， d 間にそれぞれ並列励磁用 ト ラ ン ス タ ス ィ ツ チ 3 1 1 , 3 2 1 を接続 し、 端 子 b , c 間に直列励磁用の ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ッ チ 3 1 1 を接続する。 この場合図示される よ う に、 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 3 1 1 , 3 2 1 を 才 ンに して巻 線 2 1 , 2 2 を並列接続状態に して も 、 ま た ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チ 3 3 1 をオ ン に して巻線 2 1 , 2 2 を直列接続状態に してもそれらに よ つて形成される 極数は同一であって、 図示の場合は 4極と なる。
    [0062] そしてこれら固定子巻線を構成する各導体は固定 子鉄心の各ス α ッ ト を満たすよ う に収納され、 直列 接続時に ても並列接続時にお て もすべての導 体が有効に利用されるため、 特定の接続状態におい て一部の導体を使用 し 場合に生ずる出力の ί氐下 を防止する こ とができ る。 こ の点、 仮に特定の接続 状態において固定子鉄心の各ス π ッ ト に収納された 導体の一部を使用 し 場合には、 それだけ導体断 面積が減少 し 1 次抵抗 r i が増加するか ら、 それだ け出力が低下する （ 前記出力 P の式を参照 ） こ と に る も のであ！） 、 本発明によればその よ う ¾出力の 低下を防 ぐことができ るのである。
    [0063] 第 8 図は、 第 3 図の装置で用い られる駆動電源'、 誘導電動機および ト ラ ン ジス タ ュ ニ ッ ト を実際に配 置した状態の 1 例を示すも の で、 駆動電源 1 と ト ラ ン ジス タ ュ - ッ ト 3 は、 外観上一体 ¾駆動装置と し て搆成され、 誘導電動機 2 から離して配置されて る状態を示して る。 駆動装置か らは、 電動機の各 相固定子巻線に各 4本、 合計 1 2 本の配線が施され て る 。 ト ラ ン ジス タ ユ ニ ッ ト 3 は並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ群 3 1 ， 3 2 と 直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ群 3 3 力 ら搆成される。
    [0064] 上述した第 3 図の装置に よ る と 、 誘導電動機をギ ャ等で減速させる こ と に よ ] 、 高速回転を維持 しつ つ、 低速 ト ル ク を顕著に増加させる こ とができ る。
    [0065] こ の点を第 9 図を用 て説明する と 、 第 9 は、 従来の誘導電動機の速度 - 出力特性を示す ¾> の で 、 この場合、 実線の特性が上述 した第 2 図の特性に対 応する。
    [0066] と ころでこの誘導電動機の低速 ト ル ク （ 回転数 0 か ら η ι に至る、 す ¾わち速度の増加に応 じて出力 が比例的に増加する A領域の ト ル ク ） を更に増加さ せ 、 低速 ¾が ら大 ト ル ク の運転を望む場合には、 該 誘導電動機をギヤ等で減速させて速度 - 出力特性の 傾斜角を増加させる こ とが考え られる。 第 9 CL iaの 鎖線はギ ヤ等で誘導電動機の回転数を 1Z2 に減速 し た場合を示してお ] 、 上記傾斜角は か ら i 1 へと 増加 してお ] 、 該低速 ト ル ク も この傾斜角の増加に 応 じて増加する も のである。
    [0067] 一方、 第 9 b in は、 第 3 図の装置によ る誘導電動 機の速度 - 出力特性を示すも ので、 ，この場合、 実線 の特性が上述 した第 6 図の特性に対応する。
    [0068] ま 、 この誘導電動機をギヤ等で減速させて低速 ト ル ク を増加させる場合、 第 9 A図の鎖線における 最大速度 （ 出力 P の低下しはじめる速度 ） "^一と同 —の最大速度にな るま で減速したとする と 、 その速 度 - 出力特性の傾斜角 2 は明 らかに上記 1 よ ]) 大と ] 、 この傾斜角の増加分だけ低速 ト ル ク も 一 層増加する こ と にな る。
    [0069] 以上の よ う に して、 第 3 図の装置によれば、 電動 機固定子巻線の直列導体数を切換える こ と によ ] 、 電動機速度に対する定出力特性の領域を拡大し、 所 望の高速領域ま での運転を可能にする こ とができ る。
    [0070] 更に第 3 図の装置に よれば、 その接続状態に関係
    [0071] ¾ く 常に固定子巻線全体を有効に利用 して出力特性 の低下を防止する こ とができ る。
    [0072] - 更に第 3 図の装置に よれば、 誘導電動機をギヤ等 で減速させて低速 ト ル ク を増加させる場合、 該低速 ト ル クを一層顕著に増加させる こ とができ る。
    [0073] 第 1 0 図は、 第 3 図に示される装置の変形例と し て誘導電動機の固定子巻線をス タ ー結線と した場合 を示すも の で各 ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チ の動作は第 3 図の場合と 同様である。
    [0074] また第 1 1 図は、 第 3 図に示される装置の他の変 形例と して誘導電動機の各相にそれぞれ 3 個の固定 子巻線 2 1 , 2 2 、 及び 2 7 を設け、 直列接続時に は ト ラ ン ジス タ ス ィ ッ チ 3 3 1 をオ ン に して 3 個の 固定子巻線を直列に接続して所謂低速巻線と して機 能させ、 一方、 並列接続時には ト ラ ン 'ク ス タ ス ィ ッ チ 3 1 1 , 3 2 1 をオ ン に して 3 個の固定子巻線を 並列に接続 して所謂高速巻線と して機能させる。
    [0075] 第 1 1 図の装置にお ては並列接続時には、 各相 固定子巻線の直列導体数が直列接続時の 1Z3 と ¾ る か ら、 並列接続時の規定速度は直列接続時の 3 倍す るわち 3 η ι と な 、 それに伴って第 6 図における B 2 領域が更に右方す わち高速側に移動するため、 よ 高速領域での運転が可能と る。
    [0076] 第 1 2 図は、 本発明の他の実施例と しての誘導電 動機の制御装置が適用される電動機固定子巻線と ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ と の接続関係を示すも ので、 図 中 1 はィ ン パ一タ どの可変周波数の駆動電源、 4 1 , 4 2 ； 4 3 , 4 4 ； 4 5 , 4 6 は誘導電動機 の固定子巻線であ って各相毎にそれぞれ 2 個ずつ直 列に設け られている。 51 1 , 521 ； 51 2 , 522 ； 5 1 3 , 5 2 3 は ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チであっ て各 相毎にそれぞれ 2 組ずつ設け られてお 、 これ らの う ち 5 1 1 ， 5 1 2 , 5 1 3 は各相に設け られて る 直列接続された 2 個の固定子巻線を駆動電源に接続 するための ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チであ ] 、 一方、 521 , 522 ， 523 は各相に設け られた 2 個の固定 子巻線の う ち一方の固定子巻線 4 2 , 4 4 , 4 6 を 開放し （ ただ しこ の時 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 51 1 , 51 2 , 5 1 3 はオ フ である ） 、 残る固定子巻線 41 ，
    [0077] 4 3 ， 4 5 を駆動電源に直接接続するための ト ラ ン ジス タ スィ ツ チである。 すなわち 5 11 , 5 1 2 , 5 1 3 は全巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チであ ] 、 521,
    [0078] 5 22 , 523 は一部巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スイ ツ ナで ¾>る ο
    [0079] ま一部巻線励磁用 ト ラ ン ジス タ ス ィ ツ チ 52 1 , 522 , 523 の各 ト ラ ン ス タ への制御信号をオ フ と し、 全巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ 5 1 1 , 5 1 2 , 5 1 3 の各 ト ラ ン 'クス タへの制御信号をオ ン にすると 、 各相における直列接続された 2 個の固定 子巻線はそのま ま駆動電源の II , V , W各出力端子 に接続される。
    [0080] この場合、 1 個の ド ラ ン ジス タ ス ィ ツ チ例えば
    [0081] 3 1 1 は、 エ ミ ッ タ 同志が共通接続された一対の ト ラ ン ジ スタ 5 1 1 1 ， 5 1 1 2 と 、 該 1 対の ト ラ ン ジス タ の各個に対しそれぞれ並列に接続されたダイ ォー ド 5 1 1 3 ， 5 1 1 4 とによ ！） 搆成されてお！） 、 第 1 3 図に示すよ う に、 II側か ら V側に電流が流れる と き ほ実線に 、つて、 また V側から ϋ側に電流が流れる と き は点線に 、つて電流が流れる。
    [0082] この よ う な接続状態の も とで駆動電源の周波数を 上昇させて行く と 、 第 1 4図にお て実線で示すよ う に領域 Α ι にお ては電動機の回転数が次第に上 昇する と と も にその出力 P がほぼ比例的に増大して 行 く 。
    [0083] そして前記 した = 2. 2 2 K ！ · f · 5 · N ( こ こで Nは直列接続された固定子巻線の直列導体数 ） で規定される電動機の 1 次誘起電圧 E x が該電動機 に印加される端子電圧 （ 例えば 2 0 0 V ) に達 した 時点で該電動機の回転数 n ！ は前述 した規定速度と ¾ ϊ) , 該回転数 から回転数 η 2 ( η 2 は η ι の 3 〜 4 倍程度 ） ま での 領域にのいては定出力特 性と ] 、 更に回転数 n 2 を超える と電動機の出力 は低下する よ う になる。
    [0084] 次に全巻線励磁用の ト ラ ン ジ ス タ イ ス ツ チ 5 1 1 ， 5 1 2 ， 5 1 3 の各 ト ラ ン ジ ス タ への制御信号をォ フ と し、 一部巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ イ ス ツ チ 521 , 5 2 2 ， 5 2 3 の各 ト ラ ン 'ジ ス タへの制御信号をォ ン にする と 、 各相における固定子卷線 4 2 , 4 4 , 4 6 が開放され、 残 ] の固定子巻線 4 1 , 4 3 ， 4 5 が直接駆動電源に接続される。 おこの場合、 各相固定子巻線に よ つて形成される極数は上記直列 接続された 2 個の固定子卷線をそのま ま駆動電源に 接続する場合と 、 するわち全巻線接続時と 同一であ る
    [0085] この よ う 接続状態の も とで駆動電源の周波数を 上昇させて行く と 、 第 1 4 図において鎖線で示すよ う に、 領域 A 2 においては電動機の回転数にほぼ比 例 してその出力 Pが増大して行く 。
    [0086] そ してこの場合は、 上記直列接続された 2個の固 定子巻線をそのま ま駆動電源に接続する場合に比し、 各相固定子巻線の直列導体数が と なるため、 1 次誘起電 E E i が所定の端子電圧 （ 例えば 2 0 0 V ) に達する時点での周波数 ί は Nl N" 倍 ( ただし、 N t は固定子巻線 4 1 ， 4 3 ， 4 5 の各直列導体数、 N 2 は固定子巻線 4 2 ， 4 4 , 4 6 の各直列導体数） と な ！） 、 それに応 じてその時点での電動機回転数す なわち規定速度 n 3 は Νΐ Ν τ N2 X iW -と なる。 そ して 回転数が n 3 から n 4 ( 通常 n 3 の 3 〜 4倍.） ま で の B 2 領域においては出力の低下が比較的少 く 、 回転数が n 4 を超えては じめて出力の低下が著し く る。
    [0087] すなわち第 1 2 図に示される誘導電動機において、 直列接続された 2 個の固定子巻線 4 1 , 2 ； 4 3 ， 4 4 ; 4 5 , 4 6 がそのま ま駆動電源に接続された 場合すなわち全巻線励磁時には、 該固定子巻線は所 請低速巻線と して機能する も のであ ] 、 一方、 固定 子巻線 4 1 ， 4 3 ， 4 5 が直接駆動電源に接続され た場合す わち一部巻線励磁時には、 該固定子巻線 は所謂高速卷線と して機能するから、 これに よ つて 低速運転時には前者の接続状態と し、 一方、 高速運 転時には後者の接続状態とする よ う に ト ラ ン ヅ ス タ ス ィ ツ チを切換える も のである。
    [0088] そ してこの場合、 固定子卷線 4 1 ， 3 , 4 5 の 各直列導体数 と 、 固定子巻線 4 2 ， 4 4 ， 4 6 の各直列導体数 N 2 とは任.意の値に設定でき るため、 上記高速卷線形成時の規定速度を低速卷線形成時の 規定速度に対し任意の比率に設定する こ とができ る。
    [0089] 第 1 5 図は、 直列接続される 2 個の固定子巻線 4 1， 4 2 の巻線態様の 1 例を示す展開図で、 端子 a を ス タ一接続の中性点と し、 端子 c で 2 個の固定子巻線 を直列に接続する。 そ して例えば固定子巻線 4 1 を 構成する導体群 4 1 1 と 固定子巻線 4 2 を構成する 導体群 4 2 1 とは固定子鉄心の同一ス ロ ッ ト 内に収 納される。 この よ う に して 2 個の固定子巻線 4 1 ， 4 2 を利用する場合も 、 一方の固定子巻線 4 1 のみ を利用する場合もその極数は同一で図示の場合 4 極 と なる。
    [0090] 第 1 6 図は、 第 1 2 図の装置で用いられる駆動電 源、 誘導電動機および ト ラ ン ジ ス タ ュニ ッ ト を実際 に配置 した状態の 1 例を示すも の で 、 駆動電源 1 と ト ラ ン ジ ス タュニ ッ ト 5 は、 外観上は一体 駆動装 置と して構成され、 誘導電動機 4 から離 して配置さ れている状態を示 している。 駆動装置からは、 電動 機の各相固定子卷線に各 2 本、 合計 6 本の配線が施 されている。 ト ラ ン ジス タ ユニ ッ ト 5 は全卷線励磁 用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チ群 5 1 と一部巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ群 5 2 から構成される。
    [0091] 上述した第 1 2 図の装置において も 、 誘導電動機 をギ ヤ等で減速させる こ と に よ ]3 、 高速回転を維持 しつつ、 低速 ト ル クを顕著に増加させる こ とができ る
    [0092] こ の点を第 1 7 図を用いて説明する と 、 1 7 ¾は、 従来の誘導電動機の速度 - 出力 性を示すも ので、 この場合、 実線の特性が上述した第 2 図の特 性に対応する。
    [0093] と ころでこの誘導電動機の低速 ト ル ク （ 回転数 0 から Il i に至る、 すなわち速度の増加に応じて出力 が比例的に増加する A領域の ト ルク ） を更に増加さ せ、 低速ながら大 ト ル ク の運転を望む場合には、 該 誘導電動機をギヤ等で減速させて速度 - 出力特性の 傾斜角を増加させる こ とが考えられる。 第 1 7 © の鎖線はギ ヤ等で電動機の回転数を ½に減速した場 合を示 してお ] 、 上記傾斜角は 0 から へと増加 してお ] 、 該低速 ト ル ク も この傾斜角の増加に応じ て増加する も のである。
    [0094] —方、 第 1 7 έ> 1 は、 第 1 2 図の装置に よる誘導 電動機の速度 - 出力特性を示すも の で 、 この場合、 実線の特性が上述した第 1 4 図の特性に対応する。 いま 、 こ の誘導電動機をギヤ等で 速させて低速 ト ルク を増加させる場合、 第 1 7 © の鎖線におけ る最大速度 （ 出力 P の低下 しは じめる速度 ） ^"と同 一の最大速度にるるま で減速したとする と 、 その速 度 - 出力特性の傾斜角 2 は明らかに上記 i よ ] 大と 、 この傾斜角の増加分だけ低速 ト ル ク も一 層増加する こ とになる。
    [0095] 第 1 2 図の装.置では各相の固定子巻線がス タ ー結 線されているが、 これら各相の固定子卷線を 結線 と して も よ い こ とは勿論である。 ま た固定子巻線の 極数も 4 極に限らず、 任意に設定する こ とができ る。
    [0096] 以上の よ う に して第 1 2 図の装置に よれば、 誘導 電動機固定子卷線の直列導体数を任意の比率で切換 える こ と に よ ] 、 上述した速度 - 出力特性における 規定速度を任意の値に切換え設定する こ とができ 、 所望の高速領域ま での運転を可能にする こ とができ る
    [0097] 更に第 1 2 図の装置に よれば、 誘導電動機をギ ヤ 等で減速させて低速 ト ル ク を増加させる場合、 該低 速 ト ル ク を一層顕著に増加させる こ とができ る。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1. 可変周波数の駆動電源、 各相毎に複数個の固 定子巻線が設けられた誘導電動機、 および各相毎に 設けられた該複数個の固定子卷線相互の接続関係を 切換える半導体ス ィ ツ チを具備し、 該半導体ス ィ ッ チに よ 各相毎に設けられた固定子巻線の直列導体 数が切換えられる こ とを特徵とする誘導電動機の制 御装置。 .
    2. 可変周波数の駆動電源、 各相毎に同一巻数の 固定子巻線が複数個設けられた誘導電動機、 該複数 個の固定子巻線を駆動電源に対し並列に接続する並 列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ、 および該複数個の 固定子巻線を上記並列接続時とその極数を変更する こと な く 駆動電源に対し直列に接続する直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チを具備し、 該並列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チと該直列励磁用 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ッ チ とが選択的に切換えられる こ とを特徵とする誘 導電動機の制御装置。
    3. 該 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チが、 エ ミ ッ タ同志を 共通接続 した一対の ト ラ ン ヅ ス タ と、 該一対の ト ラ ン ジ ス タの各個に対しそれぞれ並列に接続されたダ ィ オー ド と によ 構成されている、 請求の範囲第 2 項に記載の誘導電動機の制御装置。
    4. 該誘導電動機にギ ヤ等の減速手段が設けられ ている 、 請求の範囲第 2 項に記載の誘導電動機の制 御装置。
    5. 可変周波数の駆動電源、 各相毎に互いに直列 接続された複数個の固定子巻線が設けられた誘導電 動機、 該直列接続された複数個の固定子卷線を駆動 電源に接続する全巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ、 および該複数個の固定子巻線の一部のみを上記全巻 線励磁時とその極数を変更する こ と ¾ く 駆動電源に 直接接続する一部巻線励磁用 ト ラ ン 'ゾ ス タ ィ ス ッ チ を具備し、 該全巻線励磁用 ト ラ ン ジ ス タ スィ ツ チ と 該一部巻線励磁用 ト ラ ン ヅ ス タ ス ィ ツ チ とが選択的 に切換えられる こ と を特徴とする誘導電動機の制御 装置。
    6. 該 ト ラ ン ジ ス タ ス ィ ツ チカ 、 エ ミ ッ タ 同志を 共通接続 した一対の ト ラ ン ヅ ス タ と 、 該一対の ト ラ ン ジ ス タ の各個に対しそれぞれ並列に接続されたダ ィ オー ドとに よ j 構成されている、 請求の範囲第 5 項に記載の誘導電動機の制御装置。
    7. 該誘導電動機にギ ヤ等の減速手段が設けられ ている、 請求の範囲第 5 項に記載の誘導電動機の制 御 鼠
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0181938A1|1986-05-28|
    EP0181938A4|1987-10-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    JPS4834809U|1971-09-01|1973-04-26|||
    JPS4844402U|1971-09-29|1973-06-09|||
    JPS5671122A|1979-11-14|1981-06-13|Nec Corp|Alternating current inductive load control circuit|DE3616221A1|1986-05-14|1987-11-19|Mueller Arnold Gmbh Co Kg|Elektrische maschine|
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    法律状态:
    1985-10-24| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1985-10-24| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1985-12-10| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985902120 Country of ref document: EP |
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