JP2008295293A - 電気機械の制御 - Google Patents

Abstract

【課題】高速高出力動作状態のために、スイッチ付リラクタンスモータにおける電流の迅速な立ち上がりを促進する。
【解決手段】電気機械は、巻線と、巻線を個別に制御可能な部分へと分割する切替装置と、を有する。第１の動作状態の間、電流は、切替装置によって制御されるやり方で、巻線全体を通って流れる。第２の状態では、切替装置は、電流の流れを巻線の一部のみに制限する。第２の状態は、巻線の誘導容量を実質的に低減させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、電動機または発電機など電気機械に関する。より詳細には、本発明は、そのような装置のための出力制御に関する。

電気機械の１つのタイプは、トラクションモータである。トラクションモータは、非常に幅広い速度およびトルク範囲にわたって動作することが必要とされる場合が多い。低速動作中は、負荷を加速させるために、非常に大きいトルクが必要とされることがある。高速動作中は、比較的小さいトルクが必要とされることがあるが、負荷は依然として高出力を必要とすることがある。

電動機は、大トルク、低速動作のために構築されたスイッチ付リラクタンス・トラクションモータである場合、大きい磁気構造を有することになる。大きい磁気構造内では相電流が十分迅速に立ち上がることができないので、そのような電動機は、いくつかの高速動作の出力要求を満たすことができない。

電動機を、様々な状態のために使用することができることが望ましい。たとえば、高速高出力動作状態のために、スイッチ付リラクタンスモータにおける電流の迅速な立ち上がりを促進することが求められている。

一例では、開示される１つの例示的な電気機械は、巻線と、巻線に対応する切替装置と、を備える。切替装置は、第１の状態で、対応する巻線全体を通る電流の流れを可能にし、第１の状態と異なる第２の状態で、電流の流れを、対応する巻線の一部のみに制限する。

一例では、切替装置は、複数のスイッチと、巻線を有する少なくとも１つのカップリングと、を備え、巻線は、この巻線の一部を含み巻線の別の部分を迂回する電流路を、選択的に提供する。

第１の状態で、電流が巻線全体を通ることを可能にし、第１の状態と異なる第２の状態で、対応する巻線の一部のみを流れるように電流を制限することによって、巻線の誘導容量が実質的に変えられる。巻線の誘導容量が変えられることによって、電流の流れを変化させることが容易になる。電流が流れる巻線部分が減少するにつれて、出力電流が増大される。

別の例では、機械は、複数の巻線と、対応する複数の切替装置と、を備える。切替装置および対応する巻線はそれぞれ、電気機械の別々の相に相当する。

本発明の様々な特徴および利点が、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に添付される図面を、以下で簡単に説明することができる。

図１は、電気機械２０の選択された部分を示す概略図である。一実施例では、機械２０は、トラクションモータを含む。他の電動機または発電機の構成においても使用することができる。複数の巻線２２、２４、２６がそれぞれ、対応する切替装置２８、３０、３２を有する。各切替装置および対応する巻線は、例示的な電気機械２０の１つの相に相当する。

図２は、巻線２４および切替装置３０を備える、電気機械２０の１つの相を示す。この例において、切替装置３０は、第１のセグメント４０と、第２のセグメント４２と、第３のセグメント４４と、を備える。各セグメントは、別のセグメントと並列に配線される。第１のセグメント４０は、巻線２４の端部４６に結合される。第１のセグメント４０は、巻線２４の端部４６と電力供給源４９との間にあるスイッチ４８を備える第１の部分を含む。第１のセグメント４０は、電流が接地接続から巻線２４の端部４６に向かってのみ流れることを可能にするように配向されたダイオード５０を備える第２の部分を有する。

第３のセグメント４４は、巻線２４の反対側の端部４７に結合される。第２のセグメント４２は、端部同士の間にある巻線２４の位置５２と交差して、電気的に結合される。この結合位置５２は、巻線２４を、位置５２の両側で、第１の部分２４Ａおよび第２の部分２４Ｂへと実質的に分割する。例示的な巻線は、２つの部分２４Ａ、２４Ｂへと、実質的に分割される。巻線２４は、１つの連続的な巻線である。部分２４Ａ、２４Ｂは、２つの個別の巻線である必要はない。

いくつかの例では、部分２４Ａ、２４Ｂはそれぞれ、巻線２４のほぼ半分を構成する。部分２４Ａと部分２４Ｂとの両者の関係において、各種の寸法のものを用いることが可能である。すなわち、当業者は、特定のニーズに最も適した構成を選択することができるであろう。

第２のセグメント４２は、位置５２と電力供給源４９との間で巻線２４に接続されたスイッチ５４を備える第１の部分を含む。第２のセグメント４２の第２の部分は、位置５２と接地との間に接続されたダイオード５６およびスイッチ５８を備える。ダイオード５６は、電流が巻線上の位置５２にて、接地から巻線２４に向かってのみ流れることを可能にするように配向される。

第１のセグメント４０および第２のセグメント４２と並列である第３のセグメント４４は、電流が端部４７から電力供給源４９に向かって流れることを可能にするように配向されたダイオード６２を有する第１の部分を含む。第２の部分は、巻線２４の２４Ｂ側の端部４７と接地との間に接続されたスイッチ６４を備える。

１つの例において少なくとも低速機械動作に対応する、図２に示す第１の動作状態の間、スイッチ５４、５８は開いたまま維持され、電流は第２のセグメント４２を流れない。したがって、第２のセグメント４２は、この第１の動作状態では、実質的に開路となり、巻線２４の性能に影響を及ぼさない。この第１の動作状態において、電流は、端部４６と端部４７との間の巻線２４全体を通って流れる。スイッチ４８、６４は、電気機械２０の図示の相の所望の動作を達成するために、周知の方法で相電流を制御するように使用される。

高速では、巻線２４の誘導容量により、この例における巻線２４の相電流の増大は困難である。したがって、切替装置３０の第１の状態のみが使用される場合は、例示的な機械で高速で高出力を実現することは困難となる。切替装置３０は、巻線の誘導容量を実質的に減少させる第２の状態において有用であり、巻線２４の一部のみ（たとえば、部分２４Ａまたは部分２４Ｂのみ）を通って流れるように電流を制限し、それによって、高速でも高出力を発生することが可能になる。

図３に、高速高出力の機械動作に有用な、第２の動作状態の例を示す。この例で電流は、巻線２４の部分２４Ｂのみを通り、位置５２から端部４７へと流れる。スイッチ４８は、電流が第１のセグメント４０を流れないように、開いたまま維持される。スイッチ５８は、閉じたまま維持される。開いたスイッチ４８、ならびにダイオード５０、５６は、電流が巻線２４の２４Ａ部分を通って流れないことを保証する。電流の流れを、巻線の第２の部分２４Ｂのみに制限することによって、この動作状態における巻線２４の誘導容量が実質的に低減され、相電流全体が増大される。より高い相電流は、電気機械が必要に応じて、より高い出力を供給することを可能にする。スイッチ５４、６４は、第２の状態で動作しながら部分２４Ｂにおける所望の相電流を実現するように、周知の方法で制御される。

図４に示す別の例では、スイッチ５８は含まれない。この特定の実施形態は、スイッチ５４、６４、ならびに周知の技法を用いて、第２の動作状態におけるソフトチョッピングを可能にする。

別の例では、切替装置３０は、少なくとももう１つのセグメント、および少なくとも３つの部分にさらに分割した巻線２４を備える。これによって、巻線の誘導容量を、巻線のさらに短い部分を通る流れのみに制限することができるので、より一層大きい電流を供給することが可能になる。他の例では、巻線は、４つ以上のセグメントに分割される。

上記説明は、限定ではなく例示を目的とするものである。開示された例に対する変形および修正が、当業者に明らかになることがあり、それらは本発明の本質から必ずしも逸脱しない。本発明に与えられる法的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲を精査することによってのみ決定することができる。

電気機械の選択された部分を示す概略図である。 第１の動作状態にある図１の電気機械の、単一相に対応する切替装置を示す概略図である。 第２の動作状態にある図２の例を示す概略図である。 別の例示的な実施形態を示す概略図である。

Claims (16)

1. 巻線と、
   前記巻線に対応し、第１の状態で、前記巻線の少なくとも第１の部分を通る電流の流れを可能にし、前記第１の状態と異なる第2の状態で、電流の流れを前記巻線のより短い第２の部分のみに制限する切替装置と、
   を備えることを特徴とする電気機械。
2. 複数の巻線、および対応する複数の切替装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
3. 前記切替装置が、複数のスイッチと、前記巻線の前記第２の部分を含み前記巻線の別の部分を迂回する電流路を提供する少なくとも１つのカップリングと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
4. 前記切替装置が、第１の状態および第２の状態で、それぞれ電流の流れを可能にし、または電流の流れを制限する、選択的に制御される複数のスイッチを備えることを特徴とする請求項３に記載の電気機械。
5. 前記切替装置が、前記巻線および前記切替装置を通る電流の流れを選択的に制御する複数のダイオードを備えることを特徴とする請求項４に記載の電気機械。
6. 前記少なくとも１つのカップリングが、前記巻線の端部間のある位置にて前記巻線に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電気機械。
7. 前記切替装置が、
   第１の部分および第２の部分を含む第1のセグメントと、
   前記第１のセグメントと並列の第２のセグメントと、
   前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントと並列の第３のセグメントと、を備え、
   前記第１のセグメントの前記第１の部分が、前記巻線の端部の１つに接続された第１のスイッチを有し、前記第１のスイッチが、前記第１の状態で選択的に閉じられ、かつ前記第２の状態で開いたまま維持され、前記第１のセグメントの前記第２の部分は、電流が前記巻線に向かって一方向にのみ流れることを可能にし、
   前記第２のセグメントの第１の部分が、前記巻線の端部間のある位置にて前記巻線に接続された第２のスイッチを有し、前記第２のセグメントの第２の部分は、電流が前記巻線に向かって一方向にのみ流れることを可能にし、
   前記第３のセグメントの第１の部分が、前記巻線の反対側の端部に接続され、かつ電流が前記巻線から離れてのみ流れることを可能にし、前記第３のセグメントの第２の部分が前記巻線の前記反対側の端部に接続された第３のスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
8. 前記第２のセグメントの前記第２の部分が、スイッチを備えることを特徴とする請求項７に記載の電気機械。
9. 前記第１のセグメントの前記第２の部分、前記第２のセグメントの前記第２の部分、および前記第３のセグメントの前記第１の部分が、それぞれ電流を一方向にのみ流すことを可能にするように配向された少なくとも１つのダイオードを備えることを特徴とする請求項７に記載の電気機械。
10. 前記第１の状態が、低速機械動作に対応することを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
11. 前記第２の状態が、高速機械動作に対応することを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
12. 第１の状態で、巻線全体を通って電流が流れることを可能にするステップと、
    前記第１の状態と異なる第2の状態で、前記巻線の一部のみを通って流れるように前記電流を制限するステップと、
    を含むことを特徴とする電気機械の制御方法。
13. 複数の巻線の一部のみを通って同時に流れるように電流を制限するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気機械の制御方法。
14. 前記第１および第２の状態で、それぞれ電流の流れを可能にし、または制限するために、切替装置内の複数のスイッチを選択的に制御するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気機械の制御方法。
15. 低速機械動作中に、電流の流れが、前記巻線全体を通って流れることを可能にするステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気機械の制御方法。
16. 高速機械動作中に、前記巻線の一部のみを通って流れるように電流の流れを制限するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気機械の制御方法。

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