JP2005354807A - 永久磁石同期電動機 - Google Patents
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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
【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。
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。
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
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 (2)
- 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。
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JP2004172743A JP2005354807A (ja) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | 永久磁石同期電動機 |
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JP2004172743A JP2005354807A (ja) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | 永久磁石同期電動機 |
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2004
- 2004-06-10 JP JP2004172743A patent/JP2005354807A/ja active Pending
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