JP2005354807A

JP2005354807A - 永久磁石同期電動機

Info

Publication number: JP2005354807A
Application number: JP2004172743A
Authority: JP
Inventors: Kenji Watanabe; 賢司渡邊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】巻線切替装置のためのスペースが必要なく、また電動機とドライバ間の動力線の数が３本で済む永久磁石同期電動機を提供する。
【解決手段】電機子１の各相の巻線は２つの巻線ＮａとＮｂからなっている。各相の巻線ＮａとＮｂを直列接続または並列接続により切替えるための接点Ｔ１〜Ｔ３を含む巻線切替回路２が電動機に内蔵されている。巻線ＮａとＮｂの接続の切替えは、制御部５からシリアルエンコーダ３にシリアル通信によりオン／オフ信号を指令し、シリアルエンコーダ３が接点Ｔ１〜Ｔ３をオン／オフすることで行なわれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリアルエンコーダを搭載し、３相交流巻線が巻回された電機子と、永久磁石を界磁として含むロータとを有する永久磁石に関し、特に巻線切替装置に関する。

図４は、例えば特許文献１、特許文献２に記載された、巻線切替装置を備えた永久磁石同期電動機のドライブ回路を示している。この例では、電機子１１の動力線１３に接続された巻線切替回路１４と巻線切替制御装置１７が、ドライブ回路であるインバータ１５および制御部１６と電機子１１の間に配置されている。なお、電機子１１には検出器１２が接続されている。

図５は、特許文献３に記載された、巻線切替装置を備えた誘導電動機のドライブ回路を示している。この例では、誘導電動機２１と制御部２３の間に、動力線２２で誘導電動機２１に接続された巻線切替回路内蔵インバータ部２４が配置され、誘導電動機２１の巻線をスター接続またはデルタ接続に切替える構成になっている。
特開平６−２０５５７３号特許第２７４２８００号特公平７−９９９５９号

図４に示した従来の永久磁石同期電動機の巻線切替装置は、巻線切替回路１４とその制御装置１７が上記電動機を駆動するインバータ部１５と永久磁石同期電動機の間に配置する構成となっているため、巻線切替回路１４とその制御装置１７のスペースが必要となり、また、巻線切替えを行わない電動機は相数である３本の動力線６で構成されるのに対してその２倍である６本の動力線６が必要であるという問題があった。

また、図５に示した従来の誘導電動機の巻線切替装置は、誘導電動機２１と制御部２３の間に巻線切替回路内蔵インバータ部２４を配置することで、巻線をスター接続またはデルタ接続に切替える構成であるが、前記と同様に誘導電動機２１から巻線切替えに必要数の６本の動力線を引き出す必要があり配線数が増加し、また、巻線切替回路内蔵インバータ部２４は巻線切替えを行わないインバータと比較してＰＷＭ駆動用パワートランジスタが２倍以上必要となり、実装面積が増えインバータ駆動回路が大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、巻線切替装置とその切替制御装置を電動機に内蔵し、省スペース・省配線化し、また電動機とドライブ回路間の動力線の数が３本で済む永久磁石同期電動機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の永久磁石同期電動機は、
各相の巻線は第１と第２の２つの巻線からなり、第１の巻線の一端は各インバータ動力線に接続され、他端は第２の巻線の一端に接続され、第２の巻線の他端は中性点に全体としてＹ接続をなすように接続され、
各相の第１の巻線の一端と第２の巻線の一端の間、第１の巻線の他端と第２の巻線の他端の間、第１の巻線の他端と第２の巻線の一端の間にそれぞれ配置された、半導体スイッチング素子からなる第１、第２、第３の接点を含む巻線切替回路を電動機と一体に有し、
シリアルエンコーダは、電動機のドライブ回路から通信線を介して指令された、高速度・低トルク時には第１、第３の接点をオン、第２の接点をオフし、低速度・高トルク時には第１、第３の接点をオフ、第２の接点をオンするオン／オフ信号を巻線切替回路に出力するように構成されている。

本発明の実施態様によれば、半導体スイッチング素子（パワートランジスタ、ソリッドステートリレー等）が電力用半導体素子である。

請求項１に記載の発明は、巻線切替え用の接点を電動機に内蔵することにより、巻線切替装置を別置きで配置する必要がなく、かつ電動機とドライバ間の動力線を相数の３本で済むため、省スペース・省配線化を図ることができる。また、巻線切替えは、ドライブ回路よりシリアルエンコーダに、シリアル通信により切替え信号を指令し、シリアルエンコーダが接点のオン／オフ指令を出力することで行うため、巻線切替制御装置を設ける必要がなく、さらに省スペース化をはかることができる。

請求項２に記載の発明は、接点がパワートランジスタ、ソリッドステートリレー等の電力用半導体素子で構成することにより、巻線切替回路を小型化することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態の永久磁石同期電動機は電機子１と巻線切替回路２とシリアルエンコーダ３とを有し、ドライブ回路であるインバータ部４と制御部５に接続されている。図２は電機子１と巻線切替回路２の切替え接点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の部分をわかり易く示したものである。

Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の巻線は巻線ＮａとＮｂからなっている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎａの一端Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１はそれぞれインバータ動力線Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０に接続されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎａの一端Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎｂの一端Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１のそれぞれの間には切替え接点Ｔ１が配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎｂの他端Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２は中点Ｎに接続（Ｙ接続）されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎａの他端Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎｂの他端Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２のそれぞれの間には切替え接点Ｔ３が配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎａの他端Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線Ｎｂの一端Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１のそれぞれの間には切替え接点Ｔ２が配置されている。ここで、接点Ｔ１〜Ｔ３はパワートランジスタ、ソリッドステートリレー等の電力用半導体素子である。

制御部５からは接点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のオン／オフ信号がシリアルエンコーダ３にシリアル通信により伝送され、シリアルエンコーダ３が接点Ｔ１〜Ｔ３のオン／オフ指令を巻線切替回路２に出力する。

ここで、表１に示すように、電動機回転速度が低速で、高トルクが必要な場合は、巻線ＮａとＮｂを直列接続にして電流を流すために、接点Ｔ１，Ｔ３をオフ、Ｔ２をオンにし、電動機回転速度が高速で、低トルクが必要な場合は、巻線ＮａとＮｂを並列接続にして電流を流すために、接点Ｔ１，Ｔ３をオン、接点Ｔ２をオフにする。

図３は本発明の永久磁石誘導電動機におけるトルクと回転速度の関係を示すグラフである。本発明によれば、巻線ＮａとＮｂを直列あるいは並列接続にして電流を流すことができるため、巻線切替えを行わない電動機と比較して、回転速度およびトルクをそれぞれ１．５から２倍とすることが可能となり、可変速領域を大きくとることが可能となる。

本実施形態によれば、巻線切替回路２が電動機に内蔵されているため、インバータ部４と電動機間の動力線６は最小限の３本となり、かつ制御部５よりシリアルエンコーダ３を経由して接点のオン／オフ信号を与えるため、巻線切替制御回路を設ける必要がなく、省スペース化をはかることができる。

また、接点Ｔ１〜Ｔ３をパワートランジスタ、ソリッドステートリレー等の電力用半導体素子で構成することにより、巻線切替回路２を小型化することが可能となる。

巻線の切替え用の接点を電動機に内蔵し、巻線を直列接続または並列接続に容易に切替え、可変速領域を広くとることができるので、本発明はＤＣブラシレスモータの用途にも適用できる。

本発明の一実施形態の永久磁石同期電動機の構成を示す図である。図１の永久磁石同期電動機の電機子と巻線切替回路の部分を示す図である。本発明による永久磁石同期電動機のトルクと回転速度の関係を示すグラフである。永久磁石同期電動機の巻線切替装置の従来例のブロック図である。永久磁石同期電動機の巻線切替装置の他の従来例のブロック図である。

符号の説明

１電機子
２巻線切替回路
３シリアルエンコーダ
４インバータ部
５制御部
Ｎａ，Ｎｂ巻線
Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０インバータ動力線
Ｎ中性点
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２巻線Ｎａの端部
Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２巻線Ｎｂの端部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３切替え接点

Claims

シリアルエンコーダを搭載し、３相交流巻線が巻回された電機子と、永久磁石を界磁として含むロータとを有する永久磁石同期電動機において、
各相の巻線は第１と第２の２つの巻線からなり、第１の巻線の一端は各インバータ動力線に接続され、他端は第２の巻線の一端に接続され、第２の巻線の他端は中性点に全体としてＹ接続をなすように接続され、
各相の第１の巻線の一端と第２の巻線の一端の間、第１の巻線の他端と第２の巻線の他端の間、第１の巻線の他端と第２の巻線の一端の間にそれぞれ配置された、半導体スイッチング素子からなる第１、第２、第３の接点を含む巻線切替回路を電動機と一体に有し、
前記シリアルエンコーダは、電動機のドライブ回路から通信線を介して指令された、高速度・低トルク時には前記第１、第３の接点をオン、前記第２の接点をオフし、低速度・高トルク時には前記第１、第３の接点をオフ、前記第２の接点をオンするオン／オフ信号を前記巻線切替回路に出力するように構成されていること
を特徴とする永久磁石同期電動機。
前記半導体スイッチング素子が電力用半導体素子である、請求項１に記載の永久磁石同期電動機。