JP2004222500A - 交流電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定子および複数の3相巻線を有し、複数の交流電力発生器2、3から電力が供給される交流電動機5であって、固定子に、複数の3相巻線を電気的に絶縁させて巻回し、3相巻線の各々に、複数の交流電力発生器2、3で発生した交流電力を入力させるとともに、交流電力が合成される。
【選択図】図1
Description
以下、この発明の実施の形態1を図について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る交流電動機のための交流電力供給装置(インバータ装置)の第1の例を示す構成図である。
なお、第1の開閉スイッチ6、第2の開閉スイッチ7および第3の開閉スイッチ8により、直並列接続切替手段が構成されている。また、3相ブリッジを構成する各トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、転流用ダイオードDが逆並列接続されている。
さらに、3相変圧器4の二次巻線には、出力端子43を介して、交流電動機としてのモータ5の3相巻線が接続されている。
まず、モータ5の起動時で回転数(周波数)が低い領域では図示しない回転検出手段の検出信号に基づいて第1の開閉スイッチ6が閉、第2、第3の開閉スイッチ7、8が開となり第1のインバータ2と第2のインバータ3が直列接続される。この結果、第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力電圧はバッテリ1の電圧の1/2の電圧となる。この状態で第1のインバータ2、第2のインバータ3が動作すると各インバータ2、3の出力は3相変圧器4で合成されてモータ5の3相巻線に入力される。
また、図2はこの発明の実施の形態1に関連したインバータ装置の第2の例を示す構成図である。なお、図2において、図1と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
図4において、U1、V1、W1は第1の3相巻線、U2、V2、W2は第2の3相巻線で、第1の3相巻線と同じスロットに巻かれている。
図6はこの発明の実施の形態2におけるPWM波形生成の概念を説明するためのブロック図である。
図6において、三角波発信器101は、搬送波としての三角波を発信し、3相電圧発生器102は、図示しないインバータの電圧指令に基づく振幅値を有するたとえば正弦波からなる3相基準電圧を発生する。
反転器106は、三角波発信器101より発生した三角波の論理レベルを反転して出力する。
図7(a)において、3相電圧発生器102から3相基準電圧111が発生し、三角波発信器101から三角波(変調電圧)110が出力されてコンパレータ103〜105に入力されると、各振幅が比較される。
パルス波形116においては、単一のインバータをPWM駆動したものに対して、高調波の周波数が約2倍になる。
さらに、モータ5内部でインバータ出力波形を合成するので、リアクトルなどが不要となる。
以下、この発明の実施の形態3について、図を用いて説明する。
図8はこの発明の実施の形態3に係るモータ5を交流電力供給装置とともに示す構成図である。
なお、図8において、図3と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
図9においては、第1の巻線U、V、Wと、第2の巻線R、S、Tとの関係が示されている。
したがって、モータ5は、12相交流電圧で駆動されたものと同様となり、単に各インバータ2、3の出力の位相をずらして合成する従来装置に対し、第1および第2の巻線の空間位相もずらして基本波の低下を防ぎ、これにより、空間高調波を低減し、トルクリップルを抑制し、且つ、高調波損失を低減することができる効果がある。
以下、この発明の実施の形態4について、図を用いて説明する。
図10はこの発明の実施の形態4に係るモータ5を交流電力供給装置とともに示す構成図である。
なお、図10において、図8と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
第2の3相巻線54a、54b、54cは、第1の3相巻線51a、51b、51cに対して、電気角π/6だけ空間位相がずらされて巻かれている。
以下、この発明の実施の形態5について、図を用いて説明する。
図12はこの発明の実施の形態5に係るモータ5を交流電力供給装置とともに示す構成図である。
なお、図12において、図10と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
第3の3相巻線55a、55b、55cは、第1の3相巻線51a、51b、51cに対して空間位相が電気角π/12だけずらされて同一のスロットに巻回され、第4の3相巻線56a、56b、56cは、第3の3相巻線55a、55b、55cに対して空間位相が電気角π/6だけずらされて同一のスロットに巻回されている。
第2の3相巻線R1、S1、T1は、第1の3相巻線U1、V1、W1に対して、空間位相が電気角π/6だけずらされて巻回され、Δ結線の3相端は、第1の3相巻線U1、V1、W1に接続されている。
第3の3相巻線U2、V2、W2は、第1の3相巻線U1、V1、W1に対して空間位相が電気角π/12だけずらされて巻回されている。
また、第4の3相巻線R2、S2、T2は、第3の3相巻線U2、V2、W2に対して空間位相が電気角π/6だけずらされて巻回され、Δ結線の3相端は、第3の3相巻線U2、V2、W2に接続されている。
また、開閉スイッチ8を省略して、直列または単独でインバータを使用してもよく、または、あらかじめ直列接続または並列接続に固定してもよい。
以下、この発明の実施の形態6について、図を用いて説明する。
図14はこの発明の実施の形態6に係る交流電動機のためのインバータ装置を示す構成図である。
なお、図14において、図1と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
第2のインバータ3は、同様に3相ブリッジ結線されており、直流負極入力側32がバッテリ1の負極に接続されている。
まず、トランジスタ71およびトランジスタ81をオフして、第1のインバータ2および第2のインバータ3を直列接続すると、第1のインバータ2および第2のインバータ3には、バッテリ1の電圧の1/2の電圧がかかり、第1のインバータ2および第2のインバータ3の出力電圧を低く設定することができる。
第1のインバータ2および第2のインバータ3の出力は、3相変圧器4で合成され、モータ5を駆動する。
モータ5が外部から駆動されて発電した場合、3相変圧器4を介して、第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力端に回生電圧が発生する。
また、第2のインバータ3の回生電圧は、トランジスタ81に並列接続されたダイオード82を介して、バッテリ1に回生されて充電される。
たとえば、図15のように、モータ5の内部で、第1のインバータ2および第2のインバータ3の出力を合成してもよい。
以下、この発明の実施の形態7について、図を用いて説明する。
図16はこの発明の実施の形態7に係る交流電動機のためのインバータ装置を示す構成図である。
なお、図16において、図15と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
トランジスタ62は、第1および第2のインバータ2、3を直列接続で使用する際にオンされる。
一方、モータ5が外部から駆動されて回生動作をする場合には、トランジスタ62がオンされることにより、第1のインバータ2および第2のインバータ3がトランジスタ62を介して直列接続され、各インバータ2、3の電圧がバッテリ1を充電するので、モータ5の逆起電力が小さい低速回転時でも回生動作が容易になる。
以下、この発明の実施の形態8について、図を用いて説明する。
図17はこの発明の実施の形態8に係る交流電動機のためのインバータ装置を示す構成図である。
なお、図17において、図16と同一符号のものについては、前述と同一または相当部分を示しているので、その詳細な説明は省略する。
すなわち、ダイオード61のアノードは、第1のインバータ2の直流負極入力側22に接続され、ダイオード61のカソードは、トランジスタ63のコレクタに接続され、トランジスタ63のエミッタは、第2のインバータ3の直流正極入力側31に接続されている。
この場合、トランジスタ62、63をオフにするとともに、トランジスタ71、81を開閉動作させて、インバータ2、3の直流入力電圧を変化させることにとり、インバータ2、3をPAM制御する。
このように、トランジスタ62を開閉動作させることにより、第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力電圧を調節することができる。
図18に示した信号発生回路は、第1および第2のインバータ2、3に対する直列接続/並列接続切替信号および電圧指令信号を生成する切替信号出力手段として機能する。
ここで、基準電圧は、第1および第2のインバータ2、3が出力し得る最大電圧の1/2の値に設定されており、電圧指令は、所望する正弦波の振幅に相当する直流値である。
なお、図6においては、反転器106で三角波の電圧を反転しているが、必ずしも反転器106は必要ではない。
まず、インバータ装置の出力電圧を決める電圧指令が基準電圧よりも高くなると、コンパレータ201はHレベル信号をトライステーツバファ309のストローブ端子に入力し、コンパレータ307のPWM信号をトランジスタ81、71のベースに入力して開閉動作を行わせながら、第1および第2のインバータ2、3を並列接続する。
ただし、インバータ数を増加させる際には、これに応じて、開閉スイッチ数(または、トランジスタ数)を増加させ、複数のインバータを直並列接続させるようにオンオフ動作させることになる。
Claims (9)
- 固定子および複数の3相巻線を有し、複数の交流電力発生器から電力が供給される交流電動機であって、
前記固定子に、前記複数の3相巻線を電気的に絶縁させて巻回し、前記3相巻線の各々に、前記複数の交流電力発生器で発生した交流電力を入力させるとともに、前記交流電力が合成されることを特徴とする交流電動機。 - 前記各3相巻線は、前記固定子に同位相で巻回されたことを特徴とする請求項1に記載の交流電動機。
- 前記複数の交流電力発生器を第1および第2のPWMインバータとし、前記第1および第2のPWMインバータのそれぞれにPWM信号生成用の搬送波を出力し、前記第1のPWMインバータに対する搬送波の位相に対して、前記第2のPWMインバータに対する搬送波の位相が電気角πだけずらされたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の交流電動機。
- 前記複数の3相巻線は、第1および第2の3相巻線を含み、前記第1の3相巻線と前記第2の3相巻線とは、互いに電気角π/6だけ位相がずらされて前記固定子に巻回されたことを特徴とする請求項2に記載の交流電動機。
- 前記固定子に3相巻回された前記第1の3相巻線をY結線とし、前記第1の3相巻線に対して電気角π/6だけ位相がずらされて前記固定子に巻回された前記第2の3相巻線をΔ結線とし、前記第1および第2の3相巻線を並列接続したことを特徴とする請求項4に記載の交流電動機。
- 前記複数の交流電力発生器を第1および第2の交流電力発生器とし、
前記第1の3相巻線は、前記第1の交流電力発生器から交流電力が供給され、
前記第2の3相巻線は、前記第2の交流電力発生器から交流電力が供給され、
前記第2の交流電力発生器から供給される交流電力は、前記第1の交流電力発生器から供給される交流電力に対して電気角π/6だけ位相がずらされたことを特徴とする請求項5に記載の交流電動機。 - Y結線された前記第1の3相巻線の巻回数と、Δ結線された前記第2の3相巻線の巻回数との比が、ほぼ1:√3に設定されたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の交流電動機。
- 前記複数の3相巻線は、第1、第2、第3および第4の3相巻線を含み、
前記固定子に3相巻回され且つY結線された前記第1の3相巻線と、前記第1の3相巻線に対して電気角π/6だけ位相がずらされて巻回され且つΔ結線された前記第2の3相巻線と、を並列接続し、
前記第1の3相巻線に対して電気角π/12だけ位相がずらされて3相巻回され且つY結線された前記第3の3相巻線と、前記第3の3相巻線に対して電気角π/6だけ位相がずらされて巻回され且つΔ結線された第4の3相巻線と、を並列接続したことを特徴とする請求項1に記載の交流電動機。 - 前記複数の交流電力発生器を第1および第2の交流電力発生器とし、
並列接続された前記第1および第2の3相巻線は、前記第1の交流電力発生器から交流電力が供給され、
並列接続された前記第3および第4の3相巻線は、前記第2の交流電力発生器から交流 前記第2の交流電力発生器から供給される交流電力は、前記第1の交流電力発生器から供給される交流電力に対して電気角π/12だけ位相がずらされたことを特徴とする請求項8に記載の交流電動機。
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