DE10051621A1 - Polumschaltbarer Induktionsmotor - Google Patents
Polumschaltbarer InduktionsmotorInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt einen polumschaltbaren Induktionsmotor zur Verfügung, bei welchem ein frei wählbares Verhältnis zwischen den Anzahlen an Polen erhalten werden kann, und bei welchem eine frei wählbare Anzahl an Windungen ausgewählt werden kann, um hierdurch einen sehr breiten Betriebsbereich zu erzielen und den Betrieb zu stabilisieren, wenn die Anzahl an Polen geändert wird. Dieser polumschaltbare Induktionsmotor weist einen Rotor mit einer Kurzschlußläuferwicklung auf, einen Stator, der zumindest eine Gruppe aus einer ersten Wicklung mit 2n Polen und einer zweiten Wicklung mit 2m Polen aufweist, die um denselben Statorkern gewickelt sind, einen mit der ersten Wicklung verbundenen ersten Wechselrichter und einen mit der zweiten Wicklung verbundenen zweiten Wechselrichter.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen
polumschaltbaren Induktionsmotor (Asynchronmotor), der so
ausgebildet ist, daß seine Polanzahl geändert wird, wenn
seine Geschwindigkeit zwischen hoher Geschwindigkeit und
niedriger Geschwindigkeit geändert wird, und betrifft
insbesondere einen polumschaltbaren Induktionsmotor, der so
ausgebildet ist, daß er einen breiten Betriebsbereich und
einen stabilen Betrieb aufweist, wenn seine Polanzahl
geändert wird.
Die Fig. 6A und 6B erläutern ein Verfahren zur Änderung
der Polanzahl eines Kurzschlußläufermotors. Bei einem
Kurzschlußläufermotor wird dessen Polanzahl durch die Anzahl
seiner Startorpole bestimmt. Herkömmlich wurde das Verfahren
eingesetzt, die Polanzahl des Kurzschlußläufermotors dadurch
zu ändern, wodurch eine unterschiedliche Anzahl an Polen
erhalten wird, daß die Verbindung bei derselben Wicklung
geändert wird, die in einem Stator vorgesehen ist.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Kurzschlußläufermotor sind
vier Wicklungen hintereinander in dem Stator vorgesehen. Bei
hoher Geschwindigkeit des Motors werden die vier Wicklungen
so angeregt, daß benachbarte Wicklungen unterschiedliche Pole
darstellen. Wie in Fig. 6A gezeigt, werden daher die vier
Wicklungen so erregt, daß in dieser Figur von links aus die
Pole N, S, N und S vorgesehen werden. Der Motor stellt daher
nunmehr einen Vierpolmotor dar.
Wenn andererseits die Geschwindigkeit des Motors niedrig ist,
werden die vier Wicklungen so erregt, daß sämtliche
Wicklungen denselben Pol aufweisen, wie dies in Fig. 6B
gezeigt ist. Darüber hinaus wird zu diesem Zeitpunkt
virtuell jeweils ein S-Pol zwischen zwei benachbarten
S-Polen erzeugt. Der Motor stellt daher nunmehr einen
Achtpolmotor dar.
Weiterhin beschreibt beispielsweise die japanische
Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung
Nr. 7-336971, daß ein erster Wechselrichter, der mit einer
Wicklungsgruppe verbunden ist, bei welcher die Pole nicht
umgeschaltet werden können, vorgesehen ist, sowie ein zweiter
Wechselrichter, der mit einer polumschaltbaren
Wicklungsgruppe verbunden ist, und zwar in einem
Kurzschlußläufermotor mit dem voranstehend geschilderten
Aufbau. Weiterhin wird dort beschrieben, daß dieser Motor als
Achtpolmotor dadurch ausgebildet wird, daß der erste
Wechselrichter und der zweite Wechselrichter zur Erzeugung
von gleichphasigen Ausgangssignalen veranlaßt werden, und daß
ein Motor mit vier Elektroden dadurch erhalten wird, daß die
Phase des Ausgangssignals nur des ersten Wechselrichters
umgekehrt wird.
Bei einem polumschaltbaren Induktionsmotor mit einem
derartigen Aufbau wird dann, wenn die Geschwindigkeit des
Motors niedrig ist, ein hohes Drehmoment bei einem kleinen
Strom dadurch erhalten, daß die Anzahl an Polen erhöht wird,
wogegen dann, wenn die Geschwindigkeit des Motors hoch ist,
Ausgangsleistung durch Verringerung der Polanzahl erhalten
wird.
Bei einem polumschaltbaren Induktionsmotor mit einem
derartigen Aufbau besteht allerdings die Befürchtung, daß
sein Betrieb instabil ist, wenn die Anzahl an Polen häufig
geändert wird, da die Polanzahl dadurch geändert wird, daß
eine Spannung aus zwei Arten von Spannungen erzeugt wird, und
deren Frequenz allmählich geändert wird.
Bei dem herkömmlichen, polumschaltbaren Induktionsmotor mit
einem derartigen Aufbau werden unterschiedliche Anzahlen an
Polen dadurch erhalten, daß die Verbindungen bei derselben
Wicklung geändert werden. Daher kann die Polanzahl nur
geändert werden, wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl an
Polen im Falle niedriger Geschwindigkeit zur Anzahl an Polen
im Falle hoher Geschwindigkeit 1 : 2 beträgt. Da der Motor
dasselbe Wicklungsverhältnis aufweist, kann darüber hinaus
der Spannungsnutzfaktor nur verdoppelt werden. Darüber hinaus
besteht, wie voranstehend bereits erwähnt, die Befürchtung,
daß der Betrieb des Motors instabil wird, wenn sich seine
Drehzahl häufig ändert.
Die vorliegende Erfindung wurde zu dem Zweck entwickelt, die
voranstehend geschilderten Nachteile des herkömmlichen
polumschaltbaren Induktionsmotors zu überwinden.
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der
Bereitstellung eines polumschaltbaren Induktionsmotors, bei
welchem ein frei wählbares Verhältnis zwischen den Anzahlen
an Polen erhalten werden kann, und bei welchem eine frei
wählbare Anzahl an Wicklungszahlen ausgewählt werden kann, um
hierdurch einen sehr breiten Betriebsbereich zu erzielen, und
den Betrieb zu stabilisieren, wenn die Anzahl an Polen
geändert wird.
Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen wird gemäß
der vorliegenden Erfindung ein polumschaltbarer
Induktionsmotor zur Verfügung gestellt, der einen Rotor
aufweist, der eine Kurzschlußläuferwicklung aufweist, einen
Stator, der zumindest eine Gruppe einer ersten Wicklung mit
2n Polen und einer zweiten Wicklung mit 2m Polen aufweist,
die um denselben Statorkern gewickelt sind, einen ersten
Wechselrichter, der mit der ersten Wicklung verbunden ist,
sowie einen zweiten Wechselrichter, der mit der zweiten
Wicklung verbunden ist. Daher kann der Motor bei kleinem
Strom in einem breiten Betriebsbereich arbeiten.
Die Zahlen "m" und "n" können darüber hinaus so gewählt
werden, daß m = 2kn gilt. Hierbei ist der Koeffizient "k"
eine natürliche Zahl. Hierdurch wird das Auftreten von
Störungen infolge der Kombination der Anzahl an Polen
verhindert.
Weiterhin kann sich die Anzahl an Windungen der ersten
Wicklung von jener der zweiten Wicklung unterscheiden. Daher
kann der Motor in einem breiten Betriebsbereich arbeiten.
Weiterhin kann der polumschaltbare Induktionsmotor zusätzlich
eine Drehzahldetektorvorrichtung zum Detektieren der Drehzahl
des Rotors aufweisen, eine Steuervorrichtung für den ersten
Wechselrichter zum Steuern des ersten Wechselrichters
entsprechend der Drehzahl, und eine Steuervorrichtung für den
zweiten Wechselrichter zum Steuern des zweiten
Wechselrichters entsprechend der Drehzahl. Hierdurch läßt
sich eine Feinsteuerung einzelner Wicklungen durchführen.
Dies verbessert den Wirkungsgrad des Motors.
Zusätzlich kann der Motor weiterhin eine
Drehmomentverteilungsvorrichtung zum Empfang von
Drehmomentbefehlen aufweisen, und zum Aufteilen der
Drehmomentbefehle auf erste Drehmomentbefehle, die an den
ersten Wechselrichter ausgegeben werden, sowie auf zweite
Drehmomentbefehle, die an den zweiten Wechselrichter
ausgegeben werden. Daher wird ein einfach zu benutzender
Motor durch die Verteilung der Drehmomenterzeugung erzielt.
Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades des
Motors.
Weiterhin kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung ein
Drehmomentverteilungsverhältnis entsprechend der Drehzahl
festlegen, die durch Daten repräsentiert wird, welche von der
Drehzahldetektorvorrichtung ausgegeben werden. Daher kann ein
Drehmomentverteilungsverhältnis durch ein einfaches Verfahren
bestimmt werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Kosten
des Motors.
Weiterhin kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung so
ausgebildet sein, daß sie die Drehmomentbefehle so verteilt,
daß das Drehmoment, welches durch den zweiten
Drehmomentbefehl vorgegeben wird, der an den zweiten
Wechselrichter verteilt wird, höher ist als jenes Drehmoment,
das durch den ersten Drehmomentbefehl vorgegeben wird, der an
den ersten Wechselrichter verteilt wird, wenn die Drehzahl
kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, und das
Drehmoment, das durch den ersten Drehmomentbefehl vorgegeben
wird, höher ist als das Drehmoment, das durch den zweiten
Drehmomentbefehl vorgegeben wird, wenn die Drehzahl größer
oder gleich dem vorbestimmten Wert ist. Daher kann ein
Drehmomentverteilungsverhältnis durch ein einfaches Verfahren
bestimmt werden. Dies ermöglicht eine weitere Verringerung
der Kosten des Motors.
Darüber hinaus kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung so
ausgebildet sein, daß sie zuerst die Drehmomentbefehle jener
Wicklung zuordnet, die eine größere Anzahl an Polen aufweist,
und dann die restlichen Drehmomentbefehle jener Wicklung
zuweist, die eine geringere Anzahl an Polen hat. Daher können
die Drehmomentbefehle geeignet mittels Durchführung einer
einfachen Operation verteilt werden.
Weiterhin können die erste Wicklung und die zweite Wicklung
in denselben Schlitz gewickelt und eingepaßt sein. Hierdurch
wird verhindert, daß die Festigkeit von Zähnen infolge einer
Erhöhung der Anzahl an Schlitzen abnimmt. Zusätzlich wird
hierdurch der Nachteil ausgeschaltet, daß sich überlappende
Windungen das Wickeln der Windungen verhindern.
Wenn die Anzahlen "m" und "n" so gewählt sind, daß n < m ist,
kann darüber hinaus die zweite Wicklung mit 2m Polen an der
Öffnungsabschnittsseite des Schlitzes angeordnet werden.
Daher kann der Skineffekt verringert werden, der im Betrieb
des Motors mit hoher Geschwindigkeit auftritt (da dessen
Blindwiderstand verringert wird). Dies führt zu einer
entsprechenden Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors.
Darüber hinaus wird dessen Spannungsnutzfaktor verbessert.
Daher läßt sich ein Betrieb des Motors mit höherer
Geschwindigkeit erreichen.
Weiterhin kann sich ein Abschnitt der ersten Wicklung mit
2n Polen in dem Schlitz von einem Abschnitt der zweiten
Wicklung mit 2m Polen darin unterscheiden. Daher kann
überschüssiges Material entfernt werden. Weiterhin können die
Abmessungen des Motors verringert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile, Ziele und Merkmale hervorgehen,
wobei in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
entsprechende Teile bezeichnen. Es zeigt:
Fig. 1 als Blockschaltbild einen polumschaltbaren
Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise,
auf welche zwei Wicklungen unterschiedliche
Anzahlen an Polen aufweisen, wobei eine
Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung in einem
Stator des Motors vorgesehen sind;
Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleich des Drehmoments des
erfindungsgemäßen Motors mit jenem eines
herkömmlichen Motors;
Fig. 4 ein Diagramm zum Vergleich der Ausgangsleistung des
erfindungsgemäßen Motors mit jener des
herkömmlichen Motors;
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Art und Weise, auf
welche zwei Wicklungen unterschiedliche Anzahlen an
Polen aufweisen, wobei eine Vierpolwicklung und
eine Achtpolwicklung in einem Stator eines anderen
polumschaltbaren Induktionsmotors gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
vorgesehen sind: und
Fig. 6A und 6B Darstellungen zur Erläuterung eines
Verfahrens zum Ändern der Anzahl der Pole eines
Kurzschlußläufermotors.
Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild einen polumschaltbaren
Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2
erläutert die Art und Weise, auf welche zwei Wicklungen
unterschiedliche Anzahlen an Polen aufweisen, wobei in einem
Stator des Motors eine Vierpolwicklung und eine
Achtpolwicklung vorgesehen sind. In Fig. 1 ist mit dem
Bezugszeichen 1 ein Rotor bezeichnet, der eine
Kurzschlußläuferwicklung 1a aufweist. Das Bezugszeichen 2
bezeichnet einen Stator, der eine erste Vierpolwicklung 2a
und eine zweite Achtpolwicklung 2b aufweist. Bei der
vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl an Windungen der
zweiten Achtpolwicklung 2b so gewählt, daß sie größer ist als
bei der ersten Vierpolwicklung 2a. In Fig. 2 bezeichnen die
Bezugszeichen U, V und W Anschlußklemmen entsprechend den
drei Phasen der zweiten Achtpolwicklung 2b, und bezeichnen X,
Y und Z Anschlußklemmen entsprechend den drei Phasen der
ersten Vierpolwicklung 2a.
Wiederum in Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 3 einen
ersten Wechselrichter, der zum Erregen der Vierpolwicklung
verwendet wird, und daher an die erste Wicklung 2a
angeschlossen ist. Der erste Wechselrichter 3 enthält eine
erste Wechselrichtersteuervorrichtung 3a. Andererseits
bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen zweiten Wechselrichter,
der zum Erregen der Achtpolwicklung verwendet wird, und daher
an die zweite Wicklung 2b angeschlossen ist. Der zweite
Wechselrichter 4 enthält eine zweite
Wechselrichtersteuervorrichtung 4a.
Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen Drehzahlsensor
(Umdrehungsgeschwindigkeitssensor), der als
Drehzahldetektorvorrichtung zum Detektieren der Drehzahl des
Rotors 1 dient. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen
Drehmomentbefehlsverteiler, der als
Drehmomentverteilungsvorrichtung zum Verteilen von
Drehmomentbefehlen entsprechend der Drehzahl dient.
Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen ersten Stromsensor, der
an die Phase V der ersten Wicklung 2a angeschlossen ist, und
zum Detektieren des Stroms der Phase V verwendet wird, der
durch die erste Wicklung 2a fließt. Das Bezugszeichen 12
bezeichnet einen zweiten Stromsensor, der an die Phase W der
ersten Wicklung 2a angeschlossen ist, und zum Detektieren des
dort hindurchfließenden Stroms der Phase W dient.
Entsprechend bezeichnet das Bezugszeichen 13 einen dritten
Stromsensor, der mit der Phase V der zweiten Wicklung 2b
verbunden ist, und zum Detektieren des Stroms der Phase V der
zweiten Wicklung 2b verwendet wird. Das Bezugszeichen 14
bezeichnet einen vierten Stromsensor, der an die Phase W der
zweiten Wicklung 2b angeschlossen ist, und zum Detektieren
des Stroms der Phase W der zweiten Wicklung 2b verwendet
wird.
Ein Signal, welches eine Umdrehungsgeschwindigkeit oder
Drehzahl ωm des Rotors 1 repräsentiert, die von dem
Drehzahlsensor 5 detektiert wird, wird der ersten
Wechselrichtersteuervorrichtung 3a, der zweiten
Wechselrichtersteuervorrichtung 4a und dem
Drehmomentbefehlsverteiler 6 zugeführt. Ein Signal, das den
elektrischen Strom Iw1 repräsentiert, der von dem ersten
Stromsensor 11 detektiert wird, sowie ein Signal, das den
elektrischen Strom Ivl repräsentiert, der von dem zweiten
Stromsensor 12 detektiert wird, werden der ersten
Wechselrichtersteuervorrichtung 3a zugeführt. Weiterhin wird
ein Signal, das den elektrischen Strom Iw2 repräsentiert, der
von dem dritten Stromsensor 13 detektiert wird, sowie ein
Signal, das den elektrischen Strom Iv2 repräsentiert, der von
dem vierten Stromsensor 14 detektiert wird, der zweiten
Wechselrichtersteuervorrichtung 4a zugeführt.
Darüber hinaus ist der Drehmomentbefehlsverteiler 6 so
ausgebildet, daß er Drehmomentbefehle T empfängt, und die
eingegebenen Drehmomentbefehle T auf die ersten
Drehmomentbefehle T1, die an den ersten Wechselrichter 3
ausgegeben werden sollen, und auf die zweiten
Drehmomentbefehle T2 aufteilt, die an den zweiten
Wechselrichter 4 ausgegeben werden sollen.
Als nächstes wird nachstehend der Betriebsablauf bei dieser
Ausführungsform geschildert. Wenn die Drehzahl niedrig ist,
gibt der Drehmomentbefehlsverteiler 6 den Drehmomentbefehl T2
entsprechend der Drehzahl ωm aus, so daß der Motor durch die
zweite Achtpolwicklung 2b angetrieben wird. Die zweite
Wicklung 2b weist acht Pole auf, so daß die Frequenz hoch
wird. Selbst wenn der magnetische Fluß gering ist, wird daher
bei der hohen Frequenz die elektromotorische Kraft hoch.
Darüber hinaus ist die Anzahl an Windungen der zweiten
Wicklung groß, so daß mit einem kleinen Strom ein hohes
Drehmoment erzeugt wird. Wenn jedoch der Motor den Betrieb
mit hoher Drehzahl fortsetzt, wird jedoch die
elektromotorische Kraft zu groß. Daher wird seine
Ausgangsleistung niedrig.
Dann gibt, wenn die Drehzahl hoch wird, der
Drehmomentbefehlsverteiler 6 einen Drehmomentbefehl T1
entsprechend der Drehzahl ωm aus, so daß der Motor nur durch
die erste Vierpolwicklung 2a angetrieben wird. Die erste
Wicklung 2a weist vier Pole auf, so daß diese Wicklung selbst
dann mit niedriger Frequenz erregt wird, wenn die Drehzahl
hoch wird. Darüber hinaus kann, selbst wenn der magnetische
Fluß hoch ist, die elektromotorische Kraft auf ein niedriges
Niveau verringert werden, infolge der niedrigen Frequenz.
Darüber hinaus kann hierdurch ein hoher Strom geliefert
werden, infolge der niedrigen elektromotorischen Gegenkraft.
Ein Signal, welches die Drehzahl ωm repräsentiert, kann auf
den Drehmomentbefehlsverteiler 6 rückgekoppelt werden.
Darüber hinaus kann der Drehmomentbefehlsverteiler 6 das
Verteilungsverhältnis entsprechend dieser Drehzahl ωm ändern.
Weiterhin kann der Verteiler 6 das Verteilungsverhältnis auf
einen vorbestimmten Wert ändern. Bei der vorliegenden
Ausführungsform unterscheiden sich die Wicklungen voneinander
in Bezug auf die Anzahl an Polen. Die magnetischen Flüsse,
die jeweils durch den elektrischen Strom erzeugt werden, der
durch die Wicklungen fließt, stören sich daher gegenseitig
nicht. Daher kann der Motor so eingesetzt werden, als würden
zwei Motoren unabhängig voneinander angetrieben. Die erste
Wicklung 2a und die zweite Wicklung 2b können gleichzeitig
angetrieben werden. Alternativ hierzu kann der Motor so
ausgebildet sein, daß zu einem Zeitpunkt nur eine der
Wicklungen 2a und 2b in Betrieb ist. Die Betriebsweise des
Motors wird nur durch Ändern des Verteilungsverfahrens
geändert, das von dem Drehmomentbefehlsverteiler durchgeführt
wird. Die erste Vierpolwicklung 2a kann zur Erzeugung
elektrischer Leistung verwendet werden.
Fig. 3 ist ein Diagramm, in welchem das Drehmoment des
Motors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem
Drehmoment eines Motors verglichen wird, der als
herkömmlicher Motor mit einer Wicklung und einem
Wechselrichter bezeichnet wird. In Fig. 3 ist auf der
Ordinate das Drehmoment (Nm) aufgetragen, und auf der
Abszisse die Drehzahl N (Umdrehungen pro Minute). In Fig. 3
gibt eine Kurve A eine Änderung des Drehmoments eines Motors
mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter
(16 V effektiv, 900 A effektiv) an, bei welchem die Anzahl an
Polen nicht geändert wird.
Eine Kurve B repräsentiert die Änderung des Drehmoments einer
Wicklung, die eine größere Anzahl an Polen (nämlich acht
Pole) aufweist, bei einem sogenannten Motor mit zwei
Wicklungen und zwei Wechselrichtern (16 V effektiv,
150 A effektiv x 2). Eine Kurve C repräsentiert eine Änderung
des Drehmoments einer Wicklung, die eine kleinere Anzahl an
Polen (nämlich vier Pole) aufweist, eines Motors mit zwei
Wicklungen und zwei Wechselrichtern. Eine Kurve D
repräsentiert die Änderung des Drehmoments, das sich aus dem
Ausgangsdrehmoment von zwei Wicklungen des Motors mit zwei
Wicklungen und zwei Wechselrichtern zusammensetzt, also die
Änderung des Drehmoments des Motors gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist im Falle der Wicklung B, die
eine große Anzahl an Polen aufweist, das Drehmoment bei sehr
niedriger Drehzahl (also zum Zeitpunkt der Aktivierung)
außergewöhnlich hoch. Allerdings ist bei hoher Drehzahl das
Drehmoment sehr niedrig. Andererseits erzeugt die Wicklung C,
die eine kleine Anzahl an Polen aufweist, ein mittleres
Drehmoment, das durch die Drehzahl nicht ernsthaft beeinflußt
wird.
Weiterhin weist der Motor gemäß der vorliegenden
Ausführungsform, bei welchem die Drehmomente miteinander
kombiniert werden, zufriedenstellende Eigenschaften auf, bei
denen ein außergewöhnlich hohes Drehmoment bei niedriger
Drehzahl erhalten wird (also wenn der Motor aktiviert wird),
und bei welchen ein relativ hohes Drehmoment (nämlich höher
als das Drehmoment des herkömmlichen Motors mit einer
einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter) erhalten
wird, wenn die Drehzahl hoch ist (nämlich größer oder gleich
4000 Umdrehungen pro Minute).
Liegt die Drehzahl im übrigen Bereich, so erhält man bei dem
Motor mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen
Wechselrichter ein höheres Drehmoment. Tatsächlich ist bei
Drehzahlen in diesem Bereich ein derartiges hohes Drehmoment
unnötig. Andererseits beträgt die Stromkapazität des Motors
mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter
900 A (effektiv), wogegen die Stromkapazität des Motors mit
zwei Wicklungen und zwei Wechselrichtern 150 A (effektiv) x 2
beträgt, also 300 A (effektiv), also ein Drittel der
Stromkapazität des Motors mit einer einzigen Wicklung und
einem einzigen Wechselrichter.
Fig. 4 ist ein Diagramm zum Vergleich der Ausgangsleistung
des erfindungsgemäßen Motors mit jener des herkömmlichen
Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen
Wechselrichter. In Fig. 4 ist auf der Ordinate die
Ausgangsleistung (W) aufgetragen, und auf der Abszisse die
Drehzahl N (Umdrehungen pro Minute). In Fig. 4 haben die
Kurven A bis D die gleiche Bedeutung wie die Kurven A bis D
in Fig. 3. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weist der Motor gemäß
der vorliegenden Ausführungsform eine ausreichende
Ausgangsleistung bei hoher Drehzahl auf (also bei
4000 Umdrehungen pro Minute oder mehr). In diesem
Zusammenhang wird angemerkt, daß der herkömmliche Motor mit
einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter
eine sehr hohe Ausgangsleistung in der Nähe der Drehzahl von
1000 Umdrehungen pro Minute aufweist. Tatsächlich ist jedoch
eine derartige Ausgangsleistung in der Nähe dieser Drehzahl
nicht so sehr erforderlich.
Wie aus dem Vergleich zwischen der vorliegenden
Ausführungsform und dem herkömmlichen Motor mit einer
einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter in den
Fig. 3 und 4 hervorgeht, benötigt die vorliegende
Ausführungsform dazu, ein nahezu gleiches Drehmoment und eine
nahezu gleiche Ausgangsleistung zu erzielen, nur eine
Stromkapazität, die nur ein Drittel der Stromkapazität des
herkömmlichen Motors beträgt. Darüber hinaus weist die
vorliegende Ausführungsform bessere Eigenschaften bei
niedriger Drehzahl (also zum Zeitpunkt der Aktivierung) und
bei hoher Drehzahl auf, verglichen mit den Eigenschaften bei
dem herkömmlichen Motor.
Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren zur
Durchführung des Betriebs des Drehmomentbefehlsverteilers 6
nicht auf das voranstehend geschilderte Verfahren beschränkt
ist. Es können andere Verfahren zur Ausführung des Betriebs
des Verteilers 6 eingesetzt werden. Beispielsweise kann, wenn
ein Drehmomentbefehl ausgegeben wird, das vorgegebene
Drehmoment der zweiten Achtpolwicklung 2b zugeordnet werden.
Weiterhin kann, falls das Drehmoment bei der zweiten Wicklung
2b unzureichend ist, der fehlende Betrag der ersten
Vierpolwicklung 2a zugeordnet werden.
Darüber hinaus kann auch, wie nachstehend geschildert, ein
Vektorsteuerverfahren durchgeführt werden. Hierbei wird bei
niedriger Drehzahl der Motor hauptsächlich durch die zweite
Achtpolwicklung 2b entsprechend dem Drehmomentbefehl
angetrieben. Im Gegensatz ist bei hoher Drehzahl das von der
Achtpolwicklung erzeugte Drehmoment niedrig. Daher wird der
Motor hauptsächlich durch die erste Wicklung 2a angetrieben.
Die erste Vierpolwicklung 2a wird hauptsächlich bei hoher
Drehzahl eingesetzt. Das hierbei erzeugte Drehmoment ist
relativ niedrig. Daher ist die erforderliche Anzahl an
Amperewindungen gering. Daher ist es ausreichend, daß die
Schnittfläche der Wicklung (also die Schnittfläche des
Drahts, multipliziert mit der Anzahl an Windungen) niedrig
ist. In der Praxis kann das Verhältnis der Schnittfläche der
zweiten Achtpolwicklung 2b zu jener des Schlitzes 70% oder
dergleichen betragen. Darüber hinaus kann das Verhältnis der
Schnittfläche der ersten Vierpolwicklung 2a zu jener des
Schlitzes etwa 30% betragen.
Weiterhin ist es ausreichend, einen einzigen Drehzahlsensor 5
in dem Motor vorzusehen. Ändert sich die Anzahl an Polen, so
ändert sich die elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors
1. Die gewünschte elektrische Winkelgeschwindigkeit kann
jedoch dadurch erhalten werden, daß eine Multiplikation mit
der Anzahl an Polpaaren in jedem der Wechselrichter 3 und 4
erfolgt.
Es wird darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden
Ausführungsform der Drehmomentbefehlsverteiler 6 vorgesehen
ist, der als die Drehmomentverteilungsvorrichtung dient.
Allerdings ist der Drehmomentbefehlsverteiler nicht immer bei
dem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung nötig. Anstatt
Drehmomentbefehle zu verteilen, kann der Motor so ausgebildet
sein, daß zwei unabhängige Drehmomentbefehle jeweils dem
einen bzw. anderen Wechselrichter zugeführt werden.
Fig. 5 erläutert die Art und Weise, auf welche zwei
Wicklungen mit unterschiedlichen Polzahlen, nämlich eine
Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung, in einem Stator bei
einer anderen Ausführungsform des polumschaltbaren
Induktionsmotors vorgesehen sind. Die übrigen Bauteile bei
dieser Ausführungsform sind beinahe ebenso ausgebildet wie
die entsprechenden Elemente bei der ersten Ausführungsform.
Bei der zweiten Ausführungsform wird, wenn die Drehzahl
kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, der Motor
durch die Achtpolwicklung angetrieben, wogegen der Motor von
einer Sechspolwicklung angetrieben wird, wenn seine Drehzahl
den vorbestimmten Wert überschreitet. Darüber hinaus wird,
wenn eine dieser Wicklungen in Betrieb ist, die andere
Wicklung außer Betrieb gesetzt.
Wenn die Achtpolwicklung und die Sechspolwicklung so
gewickelt sind, daß sie gemeinsame Schlitze verwenden, stören
sich die magnetischen Flüsse zum Teil gegenseitig. Daher ist
es manchmal schwierig, diese Wicklungen gleichzeitig zu
betreiben. Wenn jedoch eine dieser Wicklungen nicht in
Betrieb ist, und die Arbeit unterbricht, wird der Motor
einfach angetrieben. Obwohl eine elektromotorische Kraft in
jener Wicklung hervorgerufen wird, die den Betrieb
unterbricht, durch einen Teil der magnetischen Flüsse, die
einander stören, sind die magnetischen Flüsse gering, die
sich gegenseitig stören, so daß die elektromotorische Kraft
niedrig ist. Wenn der Motor so gesteuert wird, daß der an
diese Wicklung angeschlossene Wechselrichter ausgeschaltet
wird, wird diese Wicklung an eine Gleichspannung angeklemmt,
so daß kein Strom in dieser Wicklung fließt.
Zwar wurden voranstehend die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch wird darauf
hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf
beschränkt ist, und daß Fachleuten auf diesem Gebiet andere
Abänderungen auffallen werden, ohne vom Wesen und Umfang der
Erfindung abzuweichen.
Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ergeben sich
daher aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen
und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.
Claims (11)
1. Polumschaltbarer Induktionsmotor, welcher aufweist:
einen Rotor (1) mit einer Kurzschlußläuferwicklung;
einen Stator (2), der zumindest eine Gruppe aus einer ersten Wicklung (2a) mit 2n Polen und aus einer zweiten Wicklung (2b) mit 2m Polen aufweist, die um denselben Statorkern herumgewickelt sind;
einen ersten Wechselrichter (3), der an die erste Wicklung angeschlossen ist; und
einen zweiten Wechselrichter (4), der an die zweite Wicklung angeschlossen ist.
einen Rotor (1) mit einer Kurzschlußläuferwicklung;
einen Stator (2), der zumindest eine Gruppe aus einer ersten Wicklung (2a) mit 2n Polen und aus einer zweiten Wicklung (2b) mit 2m Polen aufweist, die um denselben Statorkern herumgewickelt sind;
einen ersten Wechselrichter (3), der an die erste Wicklung angeschlossen ist; und
einen zweiten Wechselrichter (4), der an die zweite Wicklung angeschlossen ist.
2. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen
"m" und "n" so gewählt sind, daß n = 2kn gilt, wobei "k"
eine natürliche Zahl ist.
3. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch
1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Anzahl an Windungen der ersten Wicklung (2a) von der
Anzahl an Windungen der zweiten Wicklung (2b)
unterscheidet.
4. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
vorgesehen sind:
eine Drehzahldetektorvorrichtung (5) zum Detektieren einer Drehzahl des Rotors;
eine Steuervorrichtung (3a) für den ersten Wechselrichter zum Steuern des ersten Wechselrichters (3) entsprechend der Drehzahl; und
eine Steuervorrichtung (4a) für den zweiten Wechselrichter zum Steuern des zweiten Wechselrichters (4) entsprechend der Drehzahl.
eine Drehzahldetektorvorrichtung (5) zum Detektieren einer Drehzahl des Rotors;
eine Steuervorrichtung (3a) für den ersten Wechselrichter zum Steuern des ersten Wechselrichters (3) entsprechend der Drehzahl; und
eine Steuervorrichtung (4a) für den zweiten Wechselrichter zum Steuern des zweiten Wechselrichters (4) entsprechend der Drehzahl.
5. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) zum Empfang von
Drehmomentbefehlen und zur Verteilung der
Drehmomentbefehle auf erste Drehmomentbefehle, die an
den ersten Wechselrichter (3) ausgegeben werden sollen,
sowie auf zweite Drehmomentbefehle, die an den zweiten
Wechselrichter (4) ausgegeben werden sollen, vorgesehen
ist.
6. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) dazu ausgebildet
ist, ein Drehmomentverteilungsverhältnis entsprechend
der Drehzahl zu bestimmen, die durch Daten repräsentiert
wird, welche von der Drehzahldetektorvorrichtung (5)
ausgegeben werden.
7. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) so ausgebildet ist,
daß sie die Drehmomentbefehle so verteilt, daß ein
Verhältnis der zweiten Drehmomentbefehle, die an den
zweiten Wechselrichter (4) verteilt werden, zu den
ersten Drehmomentbefehlen größer ist als ein Verhältnis
der ersten Drehmomentbefehle zu den zweiten
Drehmomentbefehlen, wenn die Drehzahl kleiner oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, und so, daß das
Verhältnis der ersten Drehmomentbefehle, die an den
ersten Wechselrichter (3) verteilt werden, zu den
zweiten Drehmomentbefehlen größer ist als das Verhältnis
der zweiten Drehmomentbefehle zu den ersten
Drehmomentbefehlen, wenn die Drehzahl größer oder gleich
einem vorbestimmten Wert ist.
8. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) dazu ausgebildet
ist, zuerst die Drehmomentbefehle jener Wicklung
zuzuordnen, die eine größere Anzahl an Polen aufweist,
und dann die übrigen Drehmomentbefehle jener Wicklung
mit der kleineren Anzahl an Polen zuzuordnen.
9. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Wicklung und die zweite Wicklung in denselben Schlitz
gewickelt und eingepaßt sind.
10. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen
"m" und "n" so gewählt sind, daß n < m ist, und daß die
zweite Wicklung mit 2m Polen an einer
Öffnungsabschnittsseite des Schlitzes angeordnet ist.
11. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch
9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß sich ein
Abschnitt der ersten Wicklung mit 2n Polen in dem
Schlitz von einem Abschnitt der zweiten Wicklung mit
2m Polen in dem Schlitz unterscheidet.
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