JPH04105587A - 交流電動機の固定子巻線切換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、交流電動機の固定子巻線の切り換え方法に
関するものである。

［従来の技術］ 周知の様に、例えば主軸用ＡＣサーボ装置においては、
広域出カ一定制御が要求される。すなわち、出力一定範
囲が広帯域化されれば、工作機械等ではギア段数を減少
させることができ、近年ではミッションレスの工作機械
も多（見られる様になってきている。

この様にミッションレスが実現されると、工作機械のコ
ストが低減でき、又、ギア音レスによる低Ｍ音化が達成
されると共に、伝達部の剛性向上により主軸サーボモー
タをＣ軸サーボモータとして使用できる可能性も増大す
ることになる。

さて、出力一定範囲を広帯域化する為には、低速・大ト
ルクの特性が必須となり、必然的に電流容量の大きな増
幅器が必要となる。

ところで、交流電動機（以下、モータという）のトルク
は電流とモータのコイル（以下、単にコイルと称す）の
巻線の積にほぼ比例し、又、モタが必要とする電圧は回
転速度とコイルの巻数の積の増加に伴って増大する。

従って、増幅器の能力を最大限に利用する為には、低速
度領域においてはコイルの巻数を増加させて必要電圧を
高め、又、高速度領域においてはコイルの巻数を減じれ
ば、増幅器の電流が小さくても低速度領域において電流
を増加させたことと等価になり、低速・大トルクの特性
を有する運転が可能となる。

ここで、コイルの巻数を切換える技術として、特開昭５
７−１１３７９５号公報あるいは実開昭６２−２６１９
５号公報に示される技術が捉案されている。これらを示
したものが第１２図であり、同図（ａ）はモータの回転
速度が所定の速度に達すると、多相コンタクタＬＭ（Ｌ
Ｍ、、　ｌＬ、１Ｍ＝）をＯＦＦさせると共に多相コン
タクタ２Ｍ（２Ｍ、、２Ｍ、、２Ｌ）をＯＮさせること
によって、コイルの巻数を減少させると共にモータの結
線を未結線からΔ結線に接続変更し、逆に高速運転から
減速状態になり、回転速度が上記所定の速度に低下する
と、多相コンタクタ２Ｍｆ２Ｍ、、２Ｍ、、２ム）をＯ
ＦＦさせると共に多相コンタクタＬＭ　（ＩＭ、、、　
ＬＭ、、　ＩＬ）をＯＮさせることによって、コイルの
巻数を増加させると共にモータの結線をΔ結線から　結
線に接続変更する。又、同図（ｂ）はモータの回転速度
が所定の速度に達すると、多相コンタクタＬＭ（ＩＭ、
、ＩＬ、ＩＭ＝１をＯＦＦさせると共に多相コンタクタ
３Ｍ　（３Ｍ、　、　３Ｍ、　、　３Ｌｌ　をＯＮサセ
ルコとによって、コイルの巻数を減少させ、逆に高速回
転から減速状態になり、回転速度が上記所定の速度に低
下すると、多相コンタクタ３Ｊ３Ｍｕ、３Ｍ、、３ＭＪ
を叶Ｆさせると共に多相コンタクタＬＭＦ１Ｍ、、ＩＭ
、、ＩＬＩ　をＯＮさせることによって、コイルの巻数
を増加させるものである。

以上の様に、高速度領域及び低速度領域に対応させて、
等価的にコイルの巻数を変更している。

ここで、上記の如（コイルの巻数あるいは接続の変更を
する場合には、各相コイルの接続を例えば未結線からΔ
結線に変更した様な場合を例にとれば、その接続変更前
後で励磁極性が異なったり、各相コイルの電流回路が開
路される結果、励磁電流が遮断されることになり、大き
なサージ電圧が発生することになる。

例えば第１３図に示す様に、インバータ装置からモータ
に電力が供給されている場合を例にとれば、上記の様な
弊害を防止する為には、サージ電圧から主トランジスタ
（Ｔｒ、１〜（Ｔｒａ）を保護する観点から、モータの
各相コイルの接続変更に際しては、先ず上記主トランジ
スタ（丁ｒｌｌ〜（Ｔ、）のベース遮断を実行し、しか
る後上記各相コイルの接続変更を実行して、コイルの巻
数変更作業の完了が確認されてから、上記ベース遮断動
作を解除して正常状態に戻す様にしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の交流電動機の固定子巻線切換方法は以上の様に行
われているので、固定子巻線の巻数変更時には、大きな
サージ電圧を抑制する為に一旦交流電動機への入力を遮
断しなければならず、従ってその間の速度変動も大きく
なり、例えばワークの切削中に上記固定子巻線の巻数変
更を行った場合には、切削面に大きな縞目が発生してし
まう等の解決すべき課題があった。

この発明の第１の発明は上記の様な課題を解決する為に
なされたもので、運転中においても固定子巻線の巻数変
更ができる交流電動機の固定子巻線切換方法を得ること
を目的とする。

又、この発明の第２の発明は上記目的に加え、固定子巻
線の巻数変更を広範囲に亘って行うことができる交流電
動機の固定子巻線切換方法を得ることを目的とする。

又、この発明の第３の発明は上記目的に加え、界磁制御
のできない交流電動機にも適用できる交流電動機の固定
子巻線切換方法を得ることを目的とする。

又、この発明の第４の発明は上記目的に加え、固定子巻
線の切換時に発生するトルク定数の変動を抑制した安定
性の高い交流電動機の固定子巻線切換方法を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第１の発明に係る交流電動機の固定子巻線切
換方法は、固定子スロット内に設けられると共にそれぞ
れが直列に接続されて各相コイルを形成する固定子巻線
間の接続を１回転速度の上昇過程にあっては、該回転速
度が設定速度に到達する毎に、予め設定された固定子巻
線を短絡した後該固定子巻線をその回路から切離し、又
、回転速度の下降過程にあっては、上記動作を可逆的に
実行するものである。

この発明の第２の発明に係る交流電動機の固定子巻線切
換方法は、固定子スロット内に設けられると共にそれぞ
れが直列に接続されて各相コイルを形成する固定子巻線
間の接続を、回転速度の玉砕過程にあっては、該回転速
度が設定速度に到達する毎に、予め設定された固定子巻
線を短絡した後該固定子巻線をその回路から切離し、上
記回転速度が上記切離された固定子巻線と通電中の固定
子巻線の巻数比が所定の値となる設定速度に到達した時
点で、上記切離された固定子巻線を上記通電中の固定子
巻線に並列に接続した後、上記通電中の固定子巻線をそ
の回路から切離し、上記回転速度が更に上昇した場合に
は設定速度に到達する毎に、上記並列に接続された固定
子巻線の内の予め設定された固定子巻線を短絡した後該
固定子巻線をその回路から切離し、又、上記回転速度の
下降過程にあっては、上記動作を可逆的に実行するもの
である。

この発明の第３の発明に係る交流電動機の固定子巻線切
換方法は、固定子スロット内に同一巻数を有しその数ｎ
がにを整数とする式ｎ＝２１に基づいて設けられると共
にそれぞれが直列に接続されて各相コイルを形成する固
定子巻線間の接続を、回転速度の上昇過程にあっては、
該回転速度が設定速度に到達する毎に、直列状態にある
固定子巻線の半数を短絡した徒花短絡された固定子巻線
をその回路から切離し、その後該切離された固定子巻線
を通電中の固定子巻線に並列に接続し、又、回転速度の
下降過程にあっては、上記動作が可逆的に支持されるも
のである。

この発明の第４の発明に係る交流電動機の固定子巻線切
換方法は、上記設定速度が回転速度の上昇、下降過程に
あってヒステリシス特性を有すると共に、上記設定速度
における固定子巻線の切換動作を所定時間経過後に開始
するものである。

〔作用〕

この発明の第１の発明においては、各相コイルの固定子
巻線間の接続を、回転速度が所定の速度に上昇する毎に
、予め設定された固定子巻線を短絡した後誼固定子巻線
をその回路から切離して行き、又、回転速度が所定の速
度に下降する毎に、上記動作過程を可逆的に実行して、
回転速度に対応した固定子巻線の切換えを行う。

又、この発明の第２の発明においては、各相コイルの固
定子巻線間の接続を、回転速度が所定の速度に上昇する
毎に、予め設定された固定子巻線を短絡した後読固定子
巻線をその回路から切離して行き、上記回転速度が上記
切離された固定子巻線と通電中の固定子巻線の巻数比が
所定の値となる設定速度に到達した時点で、上記切離さ
れた固定子巻線を上記通電中の固定子巻線に並列に接続
した後、上記通電中の固定子巻線をその回路から切離し
、上記回転速度が更に上昇した場合には設定速度に到達
する毎に、上記並列に接続された固定子巻線の内の予め
設定された固定子巻線を短絡した後読固定子巻線をその
回路から切離し、又。

回転速度が所定の速度に下降する毎に、上記動作過程を
可逆的に実行して、回転速度に対応した固定子巻線の切
換えを行う。

又、この発明の第３の発明においては、各相コイルの固
定子巻線間の接続を、回転速度が所定の速度に上昇する
毎に、直列状態にある固定子巻線の半数を短絡した後該
短絡された固定子巻線をその回路から切離し、その後該
短絡された固定子巻線をその回路から切離し、その後該
切離された固定子巻線を通電中の固定子巻線に並列に接
続して行き、又、回転速度が所定の速度に下降する毎に
、上記動作過程を可逆的に実行して、回転速度に対応し
た固定子巻線の切換えを行う。

又、この発明の第４の発明においては、回転速度の上昇
、下降過程にあって上記設定速度がヒステリシス特性を
有して設定されると共に、上記設定速度における固定子
巻線の切換動作を所定時間経過後に開始して、頻繁な切
換動作を抑制しつつ回転速度に対応した固定子巻線の切
換えを行う。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の第１の発明の一実施例を図について説
明する。第１図は多相コイルの内のＵ相コイルのみにつ
いて示した図であり、固定子巻線の数ｎが４の場合の例
である。図において、Ｃ１，。

〜Ｃ４ｕは一般化してＣ１ｕ　（ｉ＝１〜４の整数）で
表わされ、Ｕ相コイルを構成する固定子巻線、ＩＭＳ、
〜３ＭＳ、、は一般化して（ｉ−１）　ＭＳｕで表わさ
れ、固定子巻線Ｃ＋＋−＋＋。とＣｌｕ間を接続する直
列多相コンタクタ、ＭＩＮ、−１３Ｎｕは一般化してＭ
（ｉ）Ｎ、　（ｉ　＝１〜３の整数）で表わされ、直列
多相コンタクタｆｉ−１）ＭＳ、によって切離されるｉ
　＋　１以上の固定子巻線Ｃｌ　ｉ　＋　ｌ　ｌ　ｕ−
Ｃ４ｕの終端Ｎ　（＝Ｘ、　）　、及び残る固定子巻線
Ｃｌ　ｕ＋・・・十Ｃ１ｕのそれぞれの終端Ｘ。

〜Ｘ、とを接続する短絡多相コンタクタである。

なお、上記それぞれのコンタクタは、実際には多相分の
接点を有するコンタクタを用いるのであるが、ここでは
Ｕ相に対応する１相分で示しである。

又、上記固定子巻線０．１はモータ内部に存在する磁束
の鎖交に関して同一条件になる様に、固定子スロット内
に複数段に配されている。

次に動作について説明する。モータの高速度領域あるい
は低速度領域に対応させて相コイルの固定子巻線Ｃ＋ｕ
のそれぞれを切換える動作は、以下の様にして行われる
。

すなわち、例えば低速度領域から高速度領域に移行する
場合を例にとれば、低速度領域においては、直列多相コ
ンタクタｆｉ−１）ＭＳ、のＯＮ状態により、固定子巻
線Ｃ１ｕのそれぞれは全て直列に接続されている。ここ
で、モータの回転速度が上昇して高速度領域に移行し、
相コイルの巻数を減少させる必要性が生じた場合には、
複数個の固定子巻線Ｃ１の内の適当数を切離すことにな
る。すなわち、先ず切離す対象の固定子巻線の両端を短
絡多相コンタクタＭ（ｉ−１）Ｎ、をＯＮさせることに
より短絡し、切離す固定予巻！！ＩＣ，ｕの部分で一時
的に電流路の２重回路を作り、しかる後、掻く短時間で
直列多相コンタクタ（ｉ−１）ＭＳ、をＯＦＦすること
により、上記切離対象の固定子巻線Ｃ１゜部分を開路す
る。この時、開路する直前まで流れていた電流はステッ
プ状に減少するが、磁路に存在する磁束は残された固定
子巻線すなわち電流が流れている固定子巻線と鎖交して
いるから、開路された固定子巻線に流れていた電流は一
アンペアターン保持の法ｌじに従わねばならず、瞬時に
残っている固定子巻線に移り、磁束の変化を抑える様に
働く。もちろん切離された固定子巻線と残された固定子
巻線とは同一スロット内に収められており磁気的結合は
密になっている。

以下、これらの動作を第２図及び第３図を用いつつ更に
詳細に説明する。なお、第２図は固定子巻線の数を減少
させた場合の電圧、電流等を示す波形図、第３図は第２
図に示した状態から固定子巻線を増加させた場合の電圧
、電流等を示す波形図である。

さて、第２図（ａ）に示す様に、固定子巻線Ｃ，，Ｊの
数を減少させる為に短絡多相コンタクタＭｆｉ）ＮをＯ
Ｎすると、同図（ｄ）に示す様に誘起電圧ｅ、が低下し
、短絡された固定子巻線Ｃ８−・・・＋Ｃ４ｕ（同図（
ｅｌ　に示すｌｉｔ流１ｕ□が流れているものとする）
には同図（ｆｌに示す様に短絡電流ｉいが流れ始める。

ここで、この短絡ｔｉ流ｉｌ！ｕは、同図（ｅ）に示す
様に今まで流れていた電流ｉ、、２とは逆方向に流れる
ことになる。従って、残った固定子巻線Ｃ１ｕ＋・・・
”Ｃ１ｉ−１１ｕ　（電流ｉ１．．が流れているものと
する）には、短絡された固定子巻線Ｃ，−・・・÷Ｃ４
゜に印加されていた電源電圧分が加算されるので、それ
によって磁束は増加することになり、又、短絡された固
定子巻線Ｃ，，，＋・・・十０４６の影響もあって電流
の増加を招くことになる。

従って、短絡多相コンタクタＭ（ｉｌＮ、の０へ後は、
できるだけ速やかに直列多相コンタクタ（ｉ−１）ＭＳ
。

がＯＦＦされる。この動作によって短絡された後切離さ
れた固定千巻！Ｉｃ、ｕ＋・・・＋Ｃ４ｕに流れていた
電流ｉ、、２は、同図（ｅ）に示す様にステップ状に瞬
時に零になる。この時大きなサージ電圧の発生を見るの
が一般的であるが、上記残された固定子巻線ＣＩ＋＋＋
・・・Ｃい一口８は同じ磁束と鎖交状態にあり、直列多
相コンタクタ（ｉ−１１Ｍｓ、に流れていた電流は、上
記残された固定子巻線Ｃｌ　ｕ＋・・・＋Ｃ，ｉ〜１．
。に瞬時に移ることになって磁束の変化が抑えられる結
果、サージ電圧の発生は著しく抑制されることになる。

次に、第３図（ａｌ　に示す様に、固定子巻線Ｃ１ｕの
数を増加させる為に直列多相コンタクタ（ｉ−１）ＭＳ
ｕをＯＮすると、既にＯＮ状態になっている短絡多相コ
ンタクタＭ（ｉ−１１Ｎ、を介して短絡回路が形成され
るから、同図ｆｅ）に示す様に電流１１が流れ始める。

これは鉄心内部の磁束に影響を及ぼし、その結果、同図
（ｆ）に示す様に電流１ｕは増加し始める。

続いて短絡多相コンタクタＭ（ｉ−１）Ｎ、がＯＦＦす
る為、同図（ｆｌ　に示す様に該短絡多相コンタクタＭ
（ｉ−１１Ｎ、、を流れていた短絡電流１ｔｕはステッ
プ状に瞬時に零になるが、直列多相コンタクタ（ｉ−１
）ＭＳ、によって再接続された固定子巻線ＣＩ　ｕ＋・
・・＋Ｃ４ｕも同じ磁束と鎖交状態にあるので、上記短
絡電流ＩＥＬＩ　　（実際には以下の理由によりこの値
よりも小さくなる）は、上記追加された固定子巻線Ｃ＋
ｕ＋・・・Ｃ４ｕに電流１ｕ□となって速やかに移るこ
とになり、上記同様磁束の変化が抑えられる為、サージ
電圧の発生は著しく抑制される。

ここで、上記動作は相コイル全体から見た場合には、相
コイルの巻数は増加したことになり、電源電圧は同じで
あることから励磁電流（磁束）は低下することになる。

従って、上記短絡電流ｉ−もこの様な理由から減少傾向
を示す訳である。

次に、上記動作を実行する為の具体例について説明する
。第４図は簡単の為固定子巻線が各相それぞれ２組すな
わち、Ｃ＋ｕ、Ｃｚ＋ｉ及び、Ｃ＋ｖ、Ｃｚｖ及びＣ１
ｗ、Ｃ，、により　結線構成されてなるモータを示した
ものであり、直列多相コンタクタＩＭｓ（ＩＭｓｕ。

ＩＭＳ、、　ＩＮＳ、）及び短絡多相コンタクタＭＩＮ
（ＭＩＮ、、ＭＩＮ、、ＭＩＮ、）を備えている。

又、第５図は上記の様に構成されたモータの各相の固定
子巻線を切換える動作を実現する為のシーケンス回路及
びそのタイムチャートを示す動作説明図である。

以下、第５図を併用しつつ上記第４図に示すモータの固
定子巻線を切換える動作について説明する。

さて、モータの運転開始時においては、第５図（ａ）に
示すスイッチ５ｌｉｔ−Ａが押されて励磁コイルＡがＯ
Ｎ状態になり、それに伴って直列多相コンタクタＩＭｓ
　（ＩＭｓ、、　ＩＭＳ、、ＩＭＳ、）がＯＮシて、各
相の固定子巻線がそれぞれＣｌ　ｕ　”　Ｃ２ｕ　、Ｃ
Ｉ　Ｗ　”　Ｃ２＋１、Ｃ＋ｗ＋Ｃｚｗの様に直列に接
続されて運転が開始される。そして、モータの回転速度
が上昇して第６図に示す値Ｎ、に到達した時点で、励磁
電流指令を（Ｃ１ｉｃｋ）／ＣＩ倍に増加させると共に
スイッチ５Ｗ−ＢをＯＮにすると、励磁コイルＢがＯＮ
状態になり、それに伴って短絡多相コンタクタＭＩＮ　
ＦＭＩＮ、、、ＭＩＮ、、ＭＩＮ＝１がＯＮシて、第５
図（ｂ）に示す如く時間ｔａ′（斜線部）の期間におい
て、直列多相コンタクタＩＭｓ　（ＩＭｓ、、　ＩＭＳ
、、１Ｍ５＝）と短絡多相コンタクタ＆ＬＩＮ（ＭＩＮ
、、ＭＩＮ、、ＭＩＮ、ｌ　とのＯＮ状態が重なり、そ
の後上記時間ｔａ’経過後励磁コイルＡがＯＦＦ　して
、Ｃ２の固定子巻線群Ｃ２ｕ、Ｃ２１、Ｃ２，が切離さ
れて、固定子巻線群Ｃ，ｕ、Ｃ，，、Ｃ，−のみの運転
となる。

ここで、上記Ｃ１、Ｃ２は同一添字を有する固定子巻線
の巻数を表わしている。

次に、モータの回転速度が低下して上記Ｎ２に到達した
時点では、励磁電流指令をｃ＋／（ｃ＋＋ｃｔ）倍に減
少させると共にスイッチ５Ｗ−ＡをＯＮにすると、励磁
コイルＡがＯＮ状態になり、それに伴って直列多相コン
タクタＩＭＳ（ＩＭＳ、、ＩＭＳ、、ＩＮＳ、ｌがＯｌ
で、第５図ｆｂ）に示す如く時間ｔａ（斜線部）の期間
において、直列多相コンタクタＩＭＳ　（ＩＭｓ、、　
ＩＭｓ、、　１Ｍ５＝）と短絡多相コンタクタＭＩＮ（
ＭＩＮ、、、Ｍｌｎ、、ＭＩＮ、）との０〜状態が重な
り、その後上記時間ｔａ経過後励磁コイルＢがＯＦＦ　
して、再び各相の固定子巻線がそれぞれＣｉｕ”Ｃｉｕ
、Ｃ＋ｖ＋Ｃｆｆｖ、Ｃｉｕ”Ｃｚｗの様に直列に接続
されて運転が続行される。なお、励磁電流指令を上記の
様な関係で与えることによって、固定子巻線の増減によ
る端子電圧の変動もなく、出カ一定の制御が行えること
になる。

なお、上記時間ｔａ、　ｔａ′は両多相コンタクタが０
へした後、ＯＦＦすべき多相コンタクタの励磁を遮断し
た時から、その接点がＯＦＦするまでの時間であり、上
記実施例にあっては励磁コイルＡ及びＢの回路に直列に
挿入された励磁コイルＡ、Ｂのブレイク接点の並列回路
によって生成されており、その値は一般的にｌＯ数ｍ５
ｅｃ程度であって、モータ自体の電気時定数に匹敵する
値となり、固定子巻線間を短絡しておく時間としては、
必要にして且つ十分に短い時間である。

なお、第５図（ａ）に示すスイッチ５Ｗ−Ａあるいは５
Ｗ−Ｂの接点が、オフデイレ−タイマＭＡあるいはＭＢ
のメイク接点、及び励磁コイルＡあるいはＢのブレイク
接点と並列に挿入されているのは励磁コイルＡ、Ｂを確
実に保持させる為の処理であって、スイッチ５Ｗ−Ａ、
　５Ｗ−ＨのＯＮ状態の継続期間が短い場合を想定して
いる為のものであり本質的なものではない。従って、ス
イッチ５Ｗ−Ａ、　５Ｗ−Ｈのそれぞれにおいて、励磁
コイルＡ、ＢのＯＮ状態の重なり期間を過ぎるまでその
ＯＮ状態が継続するのであれば、オフデイレ−タイマＭ
Ａ及びＭＢを必ずしも必要としない。

次にこの発明の第２の発明の一実施例を図について説明
する。第７図は上記実施例と同様多相コイルの内のＵ相
コイルのみについて示した図であり、ＭＩＰ、−Ｍ３Ｐ
、は一般化してＭ（ｉｌＰ、　（ｉ　＝　１−３の整数
）で表わされ、直列多相コンタクタ（ｉ−１）ＭＳｕに
よって切離されるｉ＋１以上の固定子巻線Ｃ３＋　ｌｌ
　ｕ−Ｃａｕの電源側Ｒ（＝Ｕ、　）　、及び残る固定
子巻線Ｃ２ｕ＋−”Ｃｉｕのそれぞれの反終端！ＩＩ　
Ｕ　２〜Ｕ、とを接続する電源多相コンタクタである。

なお５なお第１図と同一の符号については同一の部分を
示しているので、その説明を省略する。

次に動作について説明する。上記実施例同様低速度領域
から高速度領域に移行する場合を例にとれば、モータの
回転速度が上昇するにつれて、任意の固定子巻線が上記
実施例同様切離されていくが、これら切離された固定子
巻線群Ｃ，ｕ、・・・Ｃ４ｕの巻数が増加し、その合計
０１ｕ＋・・・＋Ｃ４Ｕが残っている固定子巻線群６１
−・・・ＣＩ　＋　−１１１１のそれに対して小さく、
且つ近い値になった時点で、電源多相コンタクタＭ（ｉ
ｌＰをＯＮさせることによって、上記切離された固定子
巻線群Ｃ，，，・・・Ｃ４１，を再度電源Ｒに接続し、
続いて直列多相コンタクタ（ｉ−１１ＭＳｕをＯＦＦさ
せて、上記残っている固定子巻線群Ｃ＋ｕ・・・十Ｃ＋
。

ｆｌｕを切離す。

ここで、上記切離された固定子巻線群Ｃ７゜＋・・・Ｃ
４ｕと残っている固定子巻線群のそれぞれの巻数は異な
っているので、上記それぞれの固定子巻線群が電源Ｒに
接続されると、それらの間に循環電流が流れて電圧降下
によりバランスをとろ・つとする様な変化が生じてしま
うので、短絡多相コンタクタＭ（ｉ−１）Ｎｕを速やか
に叶Ｆし、固定子巻線群Ｃ，，，＋・・・Ｃｌ　＋　−
１１ｕを瞬時に切離してしまう訳である。

なお、上記それぞれの固定子巻線群は同一磁束と鎖交し
ているから、上記実施例と同様大きなす−ジ電圧の発生
もなく、新しい電流状態に移ることになる。

次に、第８図に示す具体例を基にして上記動作を説明す
る。同図において、ＭＩＰｆＭＩＰｕ、ＭＩＰ、、ＭＩ
Ｐ、）はＭｔｉ多相コンタクタであり、その他の第４図
と同一の符号については同一の部分を示しているので、
その説明を省略する。

先ず、低速度領域においては直列多相コンタクタＩＭｓ
（ＩＭＳ、、　ＩＭＳ、、ＩＭＳ＝　）がＯＮ、短絡多
相コンタクタＭＩＮ　ｆＭＩＮｕ、ＭＩＮ、、ＭＩＮ、
ｌ及び電源多相コンタクタＭＩＰ（旧Ｐｕ）ＩＩＰ、、
ＭＩＰＪ　はＯＦＦの状態で、固定子巻線群はＣ１ｕ　
＋Ｃ２ｕ　、　Ｃ＋　ｖ　”　Ｃ２ｖ、Ｃ＋　ｗ　＋　
Ｃ２ｗの如くに大結線された状態で運転されている。次
にモータの回転速度が上昇すると、短絡多相コンタクタ
ＭＩＮ　ｆＭＩＮ、、、　ＭＩＮ−、ＭＩＮ−１がＯＮ
された後、直列多相コンタクタＩＭｓ　ｆｌＭｓ、、　
ｌ＆ｌｓ、、　ＩＭＳ、、）が叶Ｆされて、固定子巻線
Ｃ２，、Ｃ２−１Ｃ２−が切離されて、固定子巻線Ｃ＋
−，Ｃ、、Ｃ，のみの運転状態に移行する。この状態か
らモータの回転速度が更に上昇すると、電源多相コンタ
クタＭｌｒ’ｆＭＩＰ、、９ＭＩＰｖ、ＭＩＰｗｌがＯ
Ｎされた後、短絡多相コンタクタＭＩＮ（Ｍｌヘエ、Ｍ
ＩＮ、、ＭＩＮ１）がＯＦＦされて、固定子巻線ＣＩ。

、Ｃ１１、Ｃ３−が切離され、固定子巻線Ｃ２゜、Ｃ２
，、Ｃ，のみの運転に移行する。ここで、上記固定子巻
線Ｃ２゜、Ｃ１９、Ｃ３，の巻数をＣ１、固定子巻線Ｃ
２，、Ｃ２，、Ｃ２−の巻数をＣ２とした時、これらの
比Ｃ，／Ｃ２は１より太き（設定しである。

この様に、モータの回転速度に応じて固定子巻線の巻数
を、ｃ、＋ｃ、　−ｃ、−ｃ、と切換えることができる
ので、速度制御範囲を拡大することができる。

なお、高速度領域から低速度領域への移行時は、上記動
作と逆になるのみであるから、その説明を省略する。

次にこの発明の第３の発明の一実施例を第７図に基づい
て説明する。

本実施例についても上記実施例同様、低速度領域から高
速度領域に移行する場合を例にとって説明する。低速度
領域において全て接続状態にある固定子巻線群ＣＩ−・
・＋Ｃ４゜は、モータの回転速度が上昇するにつれて以
下の様に切換えがなされていく。先ず短絡多相コンタク
タＭ２Ｎ、がＯＮされた後直列多相コンタクタ２ＭＳ、
が叶Ｆされ、しかる後電源多相コンタクタＭ２Ｐ、がＯ
Ｎされることによって、固定子巻線Ｃ，，＋Ｃ２，とＣ
３ｕ”Ｃａｕの並列回路が形成される。続いてモータの
回転速度が更に上昇すると、短絡多相コンタクタＭＩＮ
ｕ、Ｍ３Ｎｕ及び電源多相コンタクタＭＩＰ、１Ｍ３Ｐ
ｕがＯＮされた後、直列多相コンタクタＩＭｓ、、　３
ＭＳ、、がＯＦＦされて、固定予巻！！１ＩＣＩｕ、Ｃ
２ア、Ｃ３ｕ、Ｃ，、の並列回路が形成される。

ここで、−相のコイルの巻数を１／２　、１／４　、・
・・１／２”と減少させて行く為に、上記それぞれの固
定子巻線Ｃｌ　ｕ・−・Ｃ４゜−・・Ｃａｕの巻数は同
一、且つその数ｎを２ｒに設定しておかなければならな
い。

この実施例においても上記それぞれの固定子巻線群は同
一磁束と鎖交しているから、上記実施例と同様大きなサ
ージ電圧の発生もなく、新しい電流状態に移ることにな
る。

次に、第８図に示す具体例について上記動作を説明する
。

先ず、低速度領域においては直列多相コンタクタＩＭｓ
　［ＩＭＳ、、　ＩＮＳ、、　ｔＭｓ、）がＯＮ、短絡
多相コンタクタＭＩＮ　ｆＭＩＮｕｌＭＩＮ、、ＭＩＮ
＝１及び電源多相コンタクタ！１ｌｌＰ　（ＭＩＰ、、
ＭＩＰ、、ＭＩＰ、ｌは叶Ｆの状態で、固定子巻線群ば
Ｃ＋ｕ”Ｃｚｕ　、　Ｃ＋ｖ＋Ｃｚｖ　、Ｃ＋ｗ”Ｃ２
，の如くに大結線された状態で運転されている。次にモ
ータの回転速度が上昇すると、短絡多相コンタクタＭＩ
Ｎ（ＭＩＮｕ、ＭＩＮ、、ＭＩＮ、）がＯＮされた後、
直列多相コンタクタｌ！ＩＩｓ　（ＩＭｓｕ、ＩＭＳ、
、　１Ｍ５＝）がＯＦＦされ、しかる後電源多相コンタ
クタＭＩＰ　（ＭＩＰ、、ＭＩＰ、、ＭＩＰ＝）がＯＮ
されることによって、固定子巻線Ｃ１，、、Ｃ２ｕ及び
ｃｌＷ、Ｃ２ｖ及びＣ＋−１Ｃ２，のそれぞれの並列回
路によって結線が形成されて、高速度領域の運転がなさ
れる。

この様に、固定子巻線の巻数をｌ／２に減少させる毎に
電流を２倍流すことができる為、巻数を減少させた場合
に生ずる誘起電圧の減少を電流で補うことが可能となり
、この方法は界磁制御のできない交流モータにも適用す
ることができる。

この様な交流モータの中には例えば永久磁石を用いた回
転界磁形同期モータがある。この場合には界磁の強さを
変えることができないので、例えば第６図の場合を例に
とれば、回転速度Ｎ、の時に上記同様固定平巻！ｆｆ１
ｃ、。、Ｃ２，、Ｃ２−を短絡した後回路から切離し、
その後それらを固定子巻線Ｃｌ　ｕ　。

Ｃ＋−１ＣＩ、に並列に接続すれば、誘起電圧が低下す
る分動＆１電流が増加することになり、上記回転速度へ
、以上においても出力を一定とする制御ができることに
なる。この場合においても固定子巻線の巻数Ｃ１，Ｃ２
が異なると循環電流が流れるので、ＣＩ／Ｃ２＝１でな
ければならない。又、Ｃ＋／Ｃ２Ｒ１であるから磁束等
への影響はなく、単に同一抵抗値の並列回路を追加した
だけと見なせることになる。

なお、高速度領域から低速度領域への移行時は、上記動
作と逆になるのみであるから、その説明を省略する。

次にこの発明の第４の発明の一実施例について説明する
。上記それぞれの発明は固定子巻線をそれが接続されて
いる回路から切離す場合には、切離すべき固定子巻線の
両端を短絡して、微小時間ではあっても過度的接続状態
を形成することによって、−瞬たりとも電流を遮断せず
に所定の固定子巻線数に切換える様にしているので、こ
の間においてはトルク定数の変動が大きくなる場合があ
る。

例えば第６図に示す回転速度Ｎ２を挟んで頻繁に速度が
変化する様な使用状態においては、上記速度の変化に対
応して、上記回転速度Ｎ２において固定子巻線の切換え
も頻繁に行われることになるので、この時のトルク定数
の変動も顕著に表われ、又、特に固定子巻線の切換えに
機械接点を用いる様な場合には、その接点外曲を縮めて
しまうことにもなる。

そこで、固定子巻線を切換える場合には、回転速度の上
昇過程と下降過程とでその切換速度間に所定のずれ幅Δ
Ｎ（例えば５０ｒｐｍ程度）所謂ヒステリシス特性を持
たせると共に、これら切換速度における固定子巻線の切
換動作を、例えば第５図（ｂ）に示す不感帯時間ｔｃ　
（例えば１００１Ｉｓｅｃ程度）経過後に開始させる様
にすれば、上記の様な不具合も抑制することができる。

上記それぞれの実施例に開示した如くの固定子巻線の切
換え方法を実行すれば、該固定子巻線の切換え時間が短
時間でもあり、又、モータ自体がフィードバック制御さ
れていることとも相俟って、モーフ内部で発生するトル
ク定数変動の影響は軽減され、回転速度の変動も例えば
インバータ装置のベース遮断を行った場合に比較すれば
、極めて小さな量に抑制される。

なお、上記それぞれの実施例では各相コイルが未結線さ
れている場合について説明したが、第９図に示す様に△
結線であっても上記実施例と同様の効果を奏する。

又、上記それぞれの実施例では各相コイルを形成する固
定子巻線ｎ個をｎ段、固定子スロット内に配した場合に
ついて説明したが、上記ｎ個の固定子巻線の巻数が同一
の場合であれば、それぞれの固定子巻線を束ねて一導線
と見なして巷回し、上記固定子スロット内に配する様に
すれば、より磁気的結合を密にすることができ、固定子
巻線切換時の磁束の変化を抑制することができ、サージ
電圧の発生も抑えることができる。しかし、固定子巻線
の数によっては磁気的結合が劣る場合も生じ、磁気エネ
ルギの大きさによっては、固定子巻線を切離す場合にか
なり大きなサージ電圧が発生する場合もある。この様な
場合には、第９図に示す様に固定子巻線を切離すコンタ
クタ接点（第１の発明の実施例にあっては直列多相コン
タクタ（１１１ＭＳに、又、第２及び第３の発明の実施
例にあっては直列多相コンタクタ（ｉ−１１Ｍｓ　、短
絡多相コンタクタＭ　（ｉ）　Ｎ及び電源多相コンタク
タＭ（ｉ−１）Ｐにそわぞれ対応する）の両端に、抵抗
器及びコンデンサからなるインピーダンス素子（場合に
よっては抵抗器、コンデンサ、インダクタあるいはサー
ジアブソーバの場合もある）を並列に挿入すれば、上記
サージ電圧を吸収することができ、その発生をかなり抑
制することができる。更にサージ電圧の発生を完全に抑
制するには、固定子巻線に流れる電流が零になった時点
で切離す様にすれば良い。例えば第１０図は第２あるい
は第３の発明の実施例に示す直列多相コンタクタ（ｉ−
１）ＭＳ　、短絡多相コンタクタ１ｌｆｉ−１）Ｎ及び
？４源多相コンタクタＭ（ｉ−１１Ｐの接点の両端に、
通電後における電流方向の反転時に電流が遮断できるサ
イリスタある（、Ｘはトライアック等の半導体スイッチ
ング素子を並列に挿入し、上記それぞれの接点が開路す
る直前の半サイクル以内の電流を、上記半導体に導通信
号を与えることにより短絡回路を形成して流し、その後
上記導通信号を遮断すれば、固定子巻線に流れる電流が
零になった時点で遮断することができる。又、第１２図
に示す様に、第２あるいは第３の発明の実施例に示すそ
れぞれのコンタクタを上記半導体スイッチング素子に置
き換え、上記固定子巻線を切離す直前の電流の半サイク
ル以内だけ導通信号を与える様にすれば、半導体スイッ
チング素子の特性によって、上記電流が零になった時点
で固定子巻線は切離される。以上の様に半導体スイッチ
ング素子を制御して固定子巻線を切離す様にすれば、第
２閃あるいは第３図に破線にて示す様な電流波形となり
、サージ電工の発生は完全に抑制される。

Ｃ発明の効果１ 以上の様に、この発明の第１の発明によれば固定子スロ
ット内に設けられると共にそれぞれが直列に接続されて
各相コイルを形成する固定子巻線間の接続を、回転速度
が設定速度に上昇する毎に、予め設定された固定子巻線
を短絡した後膣同定子巻線をその回路から切離して行き
、又、回転速度が設定速度に下降する毎に、上記動作過
程を可逆的に実行して、回転速度に対応した固定子巻線
の切換えを行う様にしたので、運転中においても回転速
度の変動を最小に抑えつつ固定子巻線の巻数を容易に変
更することができるものが得られるという効果がある。

又、この発明の第２の発明によれば固定子スロット内に
設けられると共に、それぞれが直列に接続されて各相コ
イルを形成する固定子巻線間の接続を、回転速度が設定
速度に上昇する毎に、予め設定された固定子巻線を短絡
した後該固定子巻線をその回路から切離して行き、上記
回転速度が上記切離された固定子巻線と通電中の固定子
巻線の巻数比が所定の値となる設定速度に到達した時点
で、上記切離された固定子巻線を上記通電中の固定子巻
線に並列に接続した後、上記通電中の固定子巻線をその
回路から切離し、上記回転速度が更に上昇した場合には
設定速度に到達する毎に、上記並列に接続された固定子
巻線の内の予め設定された固定子巻線を短絡した後該固
定子巻線をその回路から切離し、又、回転速度が設定速
度に下降する毎に、上記動作過程を可逆的に実行して、
回転速度に対応した固定子巻線の切換えを行う様にした
ので、運転中においても回転速度の変動を最小に抑えつ
つ広帯域に亘って固定子巻線の巻数を容易に変更するこ
とができるものが得られるという効果がある。

又、この発明の第３の発明によれば固定子スロット内に
同一巻数を有しその数ｎがにを整数とする式ｎ＝２「に
基づいて設けられると共にそれぞれが直列に接続されて
各相コイルを形成する固定子巻線間の接続を、回転速度
が設定速度に上界する毎に、直列状態にある固定子巻線
の半数を短絡した後該短絡された固定子巻線をその回路
から切離し、その後該短絡された固定子巻線をその回路
から切離し、その後詰切離された固定子巻線を通電中の
固定子巻線に並列に接続して行き、又、回転速度が設定
速度に下降する毎に、上記動作過程を可逆的に実行して
、回転速度に対応した固定子巻線の切換えを行う様にし
たので、運転中においても回転速度の変動を最小に抑え
つつ固定子巻線の巻数を容易に変更することができると
共に、界磁制御のできない交流電動機にも適用できると
いう効果がある。

又、この発明の第４の発明によれば上記回転速度の上昇
、下降過程にあって上記設定速度がヒステリシス特性を
有して設定されると共に、上記設定速度における固定子
巻線の切換動作を抑制しつつ回転速度に対応した固定子
巻線の切換えを行う様にしたので、上記それぞれの効果
に加えトルク定数変動の影響を抑えた安定性の窩いもの
が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例にょる多相コ
イルの内のＵ相コイルの詳細を示す図、第２図はこの発
明の第１の発明の一実施例による固定子巻線の数を減少
させた場合の電圧、電流等を示す波形図、第３図はこの
発明の第１の発明の一実施例による固定子巻線の数を増
加させた場合の電圧、電流等を示す波形図、第４図はこ
の発明の第１の発明の一実施例による固定子巻線が各相
それぞれ２組で構成されているモータを示す図、第５図
はこの発明の第１の発明の一実施例による第４図に示さ
れたモータの各相の固定子巻線を切換える為の動作説明
図、第６図はこの発明の第１の発明の一実施例によるモ
ータの二次磁束、二次磁束に対応する電圧、負荷時端子
電圧の関係を示す図、第７図はこの発明の第２及び第３
の発明の一実施例による多相コイルの内のＵ相コイルの
詳細を示す図、第８図はこの発明の第２及び第３の発明
の一実施例による固定子巻線が各相それぞれ２組で構成
されているモータを示す図、第９図はこの発明の他の実
施例による固定子巻線が各相それぞれ２組で構成され△
結線されているモータを示す区、第１０図はこの発明の
他の実施例によるコンタクタの接点にインピータンス素
子を並列に接続した場合を示す図、第１１図はこの発明
の他の実施例によるコンタクタの接点に半導体スイッチ
ング素子を並列に接続した場合を示す図、第１２図はこ
の発明の他の実施例によるコンタクタの接点を半導体ス
イッチング素子で置き換えた場合を示す図、第１３図は
従来のモータの固定子巻線の切換えを説明する為の図、
第１４図は従来のモータの駆動方法の一例を示す図であ
る。　図において、（ｉ−１１ＭＳは直列多相コンタク
タ、Ｍ（ｉｌＮは短絡多相コンタクタ、Ｍ［１−１）Ｐ
は電源多相コンタクタである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定子スロット内に設けられると共にそれぞれが
   直列に接続されて各相コイルを形成する固定子巻線間の
   接続を、回転速度の上昇過程にあっては、該回転速度が
   設定速度に到達する毎に、予め設定された固定子巻線を
   短絡した後該固定子巻線をその回路から切離し、又、回
   転速度の下降過程にあっては、上記動作を可逆的に実行
   することを特徴とする交流電動機の固定子巻線切換方法
   。
2. （２）固定子スロット内に設けられると共にそれぞれが
   直列に接続されて各相コイルを形成する固定子巻線間の
   接続を、回転速度の上昇過程にあっては、該回転速度が
   設定速度に到達する毎に、予め設定された固定子巻線を
   短絡した後該固定子巻線をその回路から切離し、上記回
   転速度が上記切離された固定子巻線と通電中の固定子巻
   線の巻数比が所定の値となる設定速度に到達した時点で
   、上記切離された固定子巻線を上記通電中の固定子巻線
   に並列に接続した後、上記通電中の固定子巻線をその回
   路から切離し、上記回転速度が更に上昇した場合には設
   定速度に到達する毎に、上記並列に接続された固定子巻
   線の内の予め設定された固定子巻線を短絡した後該固定
   子巻線をその回路から切離し、又、上記回転速度の下降
   過程にあっては、上記動作を可逆的に実行することを特
   徴とする交流電動機の固定子巻線切換方法。
3. （３）固定子スロット内に同一巻数を有しその数ｎがに
   を整数とする式ｎ＝２＾ｒに基づいて設けられると共に
   それぞれが直列に接続されて各相コイルを形成する固定
   子巻線間の接続を、回転速度の上昇過程にあっては、該
   回転速度が設定速度に到達する毎に、直列状態にある固
   定子巻線の半数を短絡した後該短絡された固定子巻線を
   その回路から切離し、その後該切離された固定子巻線を
   通電中の固定子巻線に並列に接続し、又、回転速度の下
   降過程にあっては、上記動作を可逆的に実行することを
   特徴とする交流電動機の固定子巻線切換方法。
4. （４）設定速度は回転速度の上昇、下降過程間にあって
   ヒステリシス特性を有すると共に、上記設定速度におけ
   る固定子巻線の切換動作を所定時間経過後に開始するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１項、２項又は３項記載
   の交流電動機の固定子巻線切換方法。