JP2006148999A - インバータモータおよびその制御方式 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータモータを大型化することなく、低速域でも運転可能なインバータモータを提供する。
【解決手段】インバータにより回転数を可変速に制御されるインバータモータにおいて、前記モータのステータコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の始めおよび終わりの口出し線を取り出し、前記口出し線をスター結線とデルタ結線に切り替え可能なスイッチを設けた構造であるので、負荷の特性に合わせてスター結線とデルタ結線を切り替えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変速が必要な電動ウインチなどのインバータモータおよびその制御方式に関する。

従来のインバータモータを図５の結線図を参照して説明する。
図５において、１はインバータ回路、２はモータである。モータ２のステータコイルは３相、すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなり、インバータ回路１の口出し線Ｒにはモータ内部で接続された端子Ｕ１とＶ２が接続されており、同様に口出し線Ｓには端子Ｖ１とＷ２、口出し線Ｔには端子Ｗ１とＵ２が接続されている。

図６〜図８は従来のインバータモータにおいて、２つの負荷をとった場合の制御方式を説明するための図である。

図６においては横軸に回転数Ｎ、縦軸に負荷Ｐの大きさを示している。１つの負荷Ａは点ａまで負荷は回転数に比例し、点ａ以降は一定である。もう１つの負荷Ｂも同様に点ｂまで負荷は回転数に比例し、点ｂ以降は一定である。負荷Ａは負荷が大きく、高速域で負荷が一定になることが特徴である。また、負荷Ｂは負荷が小さく、低速域から高速域の広い範囲で負荷が一定となることが特徴である。

図７は電圧の制御方法を示す図であり、横軸に回転数Ｎ、縦軸に電圧Ｖを示す。図８は周波数の制御方法を示す図であり、横軸に回転数Ｎ、縦軸に周波数ｆを示す。

例えば、負荷Ａの場合、点ａまでの出力が回転数に比例する領域では電圧Ｖを回転数Ｎに比例させ、点ａ以降の出力一定の領域では電圧を一定に制御する。周波数ｆは回転数Ｎに比例するよう制御する。

また、負荷Ｂの場合も同様に制御する。すなわち、電圧Ｖは点ｂまで回転数Ｎに比例し、点ｂ以降は一定に、周波数ｆは回転数Ｎに比例するよう制御する。ステータ鉄心内部の磁束の大きさは電圧に比例し、周波数に反比例するため、負荷Ｂの点ｂで最大になる。

図６に示すような２つの異なる負荷で１台のモータを運転する場合、負荷Ａ専用のモータを共用にしたのでは、点ｂで鉄心中の磁束密度が飽和する。そのため負荷Ａ専用のモータよりも鉄心を大型化する必要がある。

１台のインバータモータを図６に示す２つの負荷で使用する場合、鉄心の大きさは磁束密度が最大となる点ｂに合わせた設計を行う必要がある。すると、負荷Ａ専用のモータまたは負荷Ｂ専用のモータよりも鉄心の大型化を招くという点が問題となる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その課題はインバータモータの鉄心を大型化することなく低速域でも運転を可能にするインバータモータとその制御方式を提供することにある。

請求項１記載の発明は、インバータにより回転数を可変速に制御されるインバータモータにおいて、前記モータのステータコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の始めおよび終わりの口出し線を取り出し、前記口出し線をスター結線とデルタ結線に切り替え可能なスイッチを設けたことを特徴とする。
請求項１記載の発明によると、負荷の特性に合わせてスター結線とデルタ結線を切り替えることが可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のインバータモータの制御方式において、２つ以上の異なる負荷で運転する場合に負荷の特性によってスター結線とデルタ結線に切り替えて制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明によると、スター結線にして制御を行うとコイル一相あたりの電圧が線間電圧の１／√３倍に下がり、磁束密度が低下する。また、デルタ結線にして制御を行うと従来どおりの磁束密度となる。低速度で大きな磁束密度となる場合はスター結線にすることにより磁束密度を低くおさえることが可能となる。

請求項３記載の発明は、一相あたりのステータコイルが複数個からなり、インバータにより回転数を可変速に制御されるインバータモータにおいて、前記コイルの始めおよび終わりの口出し線を取り出し、前記コイルを直列接続と並列接続に切り替え可能なスイッチを設けたことを特徴とする。
請求項３記載の発明によると、負荷の特性に合わせて直列接続と並列接続を切り替えることが可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のインバータモータの制御方式において、２つ以上の異なる負荷で運転する場合に負荷の特性によってコイルを直列接続と並列接続に切り替えて制御することを特徴とする。

請求項４記載の発明によると、直列接続にすることにより並列接続にした場合よりもコイルの一個あたりの電圧が低下し、磁束密度が低下する。低速域で磁束密度が大きくなる場合には直列接続にすることにより磁束密度を低くおさえることが可能となる。

本発明によると、従来よりも体格の小さいモータの製作が可能となる。

以下、本発明の最良の実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の概略図、図２はそのコイル接続図である。

図１において、１はインバータ回路、２はモータ、３はスター結線とデルタ結線を切り替えるスイッチである。また図２において、Ｒ，Ｓ，Ｔはインバータ側の端子、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２はモータ２のステータコイルの端子である。従来のインバータモータはステータコイルの端子Ｕ１とＶ２、Ｖ１とＷ２、Ｗ１とＵ１を内部で接続し、口出し線３本としていた。

本実施形態のインバータモータでは６つのステータコイル端子Ｕ１，Ｖ２，Ｖ１，Ｗ２，Ｗ１，Ｕ１を取り出し、インバータ回路１のＲ相にＵ１、Ｓ相にＶ１、Ｔ相にＷ１を接続し、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を一点で接続し中性点とするステータ結線とインバータ回路１のＲ相にＵ１とＶ２、Ｓ相にＶ１とＷ２、Ｔ相にＷ１とＵ１を接続するデルタ結線に切り替え可能なスイッチ３を設ける。このような構成にすることにより負荷の性質によってスター結線とデルタ結線に切り替えることが可能となる。

本発明の第２実施形態は、第１実施形態のインバータモータを、高速域で負荷が一定となる負荷Ａの場合はデルタ結線で制御する。この場合、電圧は図６に示す負荷が一定となる点ａまでは回転数に電圧を比例、負荷が一定となる点ａ以降では電圧を一定に制御する。周波数は図８に示すよう回転数に比例するように制御する。すなわち従来と同様の接続、同様の制御方法である。

負荷Ｂの低速域を含む低負荷の運転の場合はスター結線にする。電圧は点ｂまで回転数に比例、点ｂ以降は一定に、周波数は回転数に比例する従来と同様の制御をする。このような制御方式を用いるとステータコイルの電圧は線間電圧の１／√３倍になり、磁束は電圧に比例するため、磁束密度が減少する。そのため従来よりも小型の鉄心でも磁束密度を低くおさえることが可能となる。

図３は本発明の第３実施形態の概略図、図４はそのコイル接続図である。
図３において、１はインバータ回路、２はモータ、４は直列接続と並列接続を切り替えるスイッチである。また図４において、Ｒ，Ｓ，Ｔはインバータ側の端子であり、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４はステータコイルの端子である。Ｕ１−Ｕ２間とＵ３−Ｕ４間のコイルは同じＵ相に巻かれたものである。Ｖ相、Ｗ相も同様である。すべてのコイルの両端子を引き出し、インバータのＲ相にＵ１，Ｕ３，Ｖ２，Ｖ４を、Ｓ相にＶ１，Ｖ３，Ｗ２，Ｗ４を、Ｔ相にＷ１，Ｗ３、Ｕ２，Ｕ４を接続した並列接続とインバータのＲ相にＵ１，Ｖ４を、Ｓ相にＶ１，Ｗ４を、Ｔ相にＷ１，Ｕ４を、残ったＵ２とＵ３、Ｖ２とＶ３、Ｗ２とＷ３をそれぞれ接続した直列接続に切り替えられるようにする。このような構成にすることにより負荷の性質によって１つの相内に設けられた２つのコイルを直列接続と並列接続に切り替えることが可能となる。

本発明の第４実施形態は、第３実施形態のインバータモータを、負荷Ａの場合は並列接続で使用する。負荷Ｂの場合、直列接続で使用する。電圧および周波数は図７、図８に示す従来と同様の制御を行う。すると直列接続の場合は１コイルあたりの電圧が並列接続の場合の２分の１に下がるため磁束が減少し、点ａでの磁束密度が小さくなり、モータ鉄心の小型化が可能となる。

上記の説明では１相内のコイル数を２つとしているがコイル数を３つ以上にしてもモータ鉄心の小型化が可能となる。

本発明の第１実施形態の概略図。 図１のコイル接続図。 本発明の第３実施形態の概略図。 図３のコイル接続図。 従来のインバータモータの結線図。 従来のインバータモータにおいて、２つの負荷をとった場合の負荷特性曲線図。 従来のインバータモータにおいて、２つの負荷をとった場合の電圧制御方法を示す図。 従来のインバータモータにおいて、２つの負荷をとった場合の周波数制御方法を示す図。

符号の説明

１…インバータ回路、２…誘導電動機、３…スター−デルタ切替スイッチ、４…直列−並列切替スイッチ。

Claims (4)

1. インバータにより回転数を可変速に制御されるインバータモータにおいて、前記モータのステータコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の始めおよび終わりの口出し線を取り出し、前記口出し線をスター結線とデルタ結線に切り替え可能なスイッチを設けたことを特徴とするインバータモータ。
2. 請求項１記載のインバータモータの制御方式において、２つ以上の異なる負荷で運転する場合に負荷の特性によってスター結線とデルタ結線に切り替えて制御することを特徴とするインバータモータの制御方式。
3. 一相あたりのステータコイルが複数個からなり、インバータにより回転数を可変速に制御されるインバータモータにおいて、前記コイルの始めおよび終わりの口出し線を取り出し、前記コイルを直列接続と並列接続に切り替え可能なスイッチを設けたことを特徴とするインバータモータ。
4. 請求項３記載のインバータモータの制御方式において、２つ以上の異なる負荷で運転する場合に負荷の特性によってコイルを直列接続と並列接続に切り替えて制御することを特徴とするインバータモータの制御方式。
   
   

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