JPH06343250A - ブラシレス同期電動機 - Google Patents

ブラシレス同期電動機

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JPH06343250A
JPH06343250A JP12763793A JP12763793A JPH06343250A JP H06343250 A JPH06343250 A JP H06343250A JP 12763793 A JP12763793 A JP 12763793A JP 12763793 A JP12763793 A JP 12763793A JP H06343250 A JPH06343250 A JP H06343250A
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正直 南波
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Abstract

(57)【要約】 【目的】外形が小形で、容量の増加と長寿命化を図る。 【構成】直列に接続した短絡用のダイオード4A,4B
をブラシレス電動機の界磁巻線6Aと並列に接続する。
回転整流装置7の整流回路2の三相混合形のブリッジ
は、1相の両極素子をダイオード2d,2eとし、他の
2相の両極素子はサイリスタ2a,2bとする。サイリ
スタ4A,4Bの接続部は、接続線5でダイオード2
d,2eの中間部に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス同期電動機
に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来のブラシレス同期電動機の
主回路を示す接続図である。図6において、励磁用の交
流電源に接続される交流励磁機1の界磁巻線1Aの二次
側となる電機子巻線1Bの負荷側には、並列に接続され
た3個のサイリスタ2aと同じく並列に接続された3個
のダイオード2eでなる混合ブリッジ形の整流回路22と
詳細後述するゲート制御回路23が接続されている。
【0003】整流回路22の負荷側には、ブラシレス同期
電動機の界磁巻線6Aが接続され、この界磁巻線6Aと
対をなす電機子巻線6Bは、このブラシレス同期電動機
の駆動用の電源に接続されている。
【0004】界磁巻線6Aには、逆並列に接続されたサ
イリスタ24A及びダイオード24Bと直列に接続された放
電抵抗器25が並列に接続されている。ゲート制御回路23
の出力信号線は、サイリスタ24A及びサイリスタ24Bと
サイリスタ2aの各ゲートに接続されている。なお、符
号21で示す破線で囲む範囲は、ブラシレス同期電動機の
回転子に取り付けられた部分を示す。
【0005】このように接続されたブラシレス同期電動
機においては、このブラシレス同期電動機の始動時から
同期投入が完了するまで、ゲート制御回路23によって、
各サイリスタ2a,24AのゲートがON・OFF制御さ
れる。
【0006】すなわち、始動時には、放電抵抗器25に直
列に接続されたサイリスタ24Aを動作させ、界磁巻線6
Aで誘起された電圧をダイオード24Bとともに短絡し
て、界磁巻線6Aの両端の異常な高電圧を抑えるととも
に、適切な始動トルクを発生させてブラシレス同期電動
機を加速する。
【0007】この加速作用の結果、ブラシレス同期電動
機の回転数が同期速度に近い値に達し、界磁巻線6Aに
誘起された電圧が所定の値に低下すると、放電抵抗器25
に直列に接続されたサイリスタ24AをOFFするととも
に、整流回路22の各サイリスタ2aをONさせる。する
と、この整流回路22で整流された直流で界磁巻線6Aは
励磁され、電機子巻線6Bの電源側に接続された図示し
ないサイリスタがONされて同期投入される。
【0008】図7は、図6の接続図に示すブラシレス同
期電動機の界磁巻線1A,電機子巻線1Bや放電抵抗器
25が全閉空気冷却器形のブラシレス同期電動機の主軸8
の右端の外周に取り付けられた状態を示す半断面図であ
る。
【0009】図7において、主軸8は、主枠11の左右に
取り付けられた二分割形の詳細省略したすべり軸受9
A,9Bによって、左右を支承され、この主軸8は、右
側のすべり軸受9Bの中心からLbだけ右側に片持梁状
に突き出ている。
【0010】この主軸8の突出部分には、図1の一点鎖
線で囲んだ整流回路22,ゲート制御回路23やサイリスタ
24A,ダイオード24Bを環状に組み込んだ回転整流装置
27が挿着され、この回転整流装置27の左側には、同じく
図6で示し環状に構成された放電抵抗器25が挿着されて
いる。このうち、回転整流装置27の外周には、環状の電
機子巻線1Bが更に挿着されている。これらの放電抵抗
器25や回転整流装置27の外周は、主枠11の右側面に固定
された励磁機枠11cによってカバーされている。この励
磁機枠11cの内部には、電機子巻線1Bの外周に対向す
るように、環状の界磁巻線1Aが固定されている。
【0011】なお、主軸8には、突極形の界磁磁極10A
が形成され、この界磁磁極10Aには界磁巻線6Aが挿着
され、界磁磁極10Aの外周に固定されたポールヘッド10
aなどによって固定されている。界磁磁極10Aの左右に
は、内扇14A,14Bが主軸8に圧入されている。
【0012】また、主枠11には、電機子鉄心10Bが各ポ
ールヘッド10aに対向して固定され、この電機子鉄心10
Bには、電機子巻線6Bが挿着されている。主枠11の上
部には、詳細省略した風道11aが載置・固定され、この
風道11aの内部には、図示しない水冷管が配設されてい
る。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたブラシレス同期電動機においては、界磁巻線
6Aを励磁する整流回路22が正常に動作しているとき
に、放電回路のサイリスタ24Aが、もし、界磁巻線1A
が接続された電源側から侵入したノイズによって誤って
点弧すると、整流回路22で整流された直流が、このサイ
リスタ24Aを介して放電抵抗器25に流れ続けるので、こ
の放電抵抗器25が焼損するおそれがある。そのため、も
し、サイリスタ24Aが誤点弧しても放電抵抗器25を焼損
させないような保護回路が必要となる。
【0014】また、主軸8の右端が、図7においてすべ
り軸受9Bから片持梁状に突き出ており、この突き出た
部分に回転整流装置27や放電抵抗器25が挿着されている
ので、右側のすべり軸受9Bにかかる荷重が増えるだけ
でなく、主軸8の右端がすべり軸受9Bから突き出てい
るので、主軸8の回転に伴ってこの主軸8の右端が振動
するおそれがある。すると、左右のすべり軸受9A,9
Bの寿命を損う。
【0015】さらに、すべり軸受9Bから右に突き出た
主軸8の右端と、この主軸8の右端に挿着された放電抵
抗器25,回転整流装置27や界磁巻線1Aを覆うための励
磁機枠11cによって、ブラシレス同期電動機の軸方向の
外形が増えるだけでなく、前述した主軸8の振動によっ
て、ブラシレス同期電動機の高速化や容量の増加の障害
となる。そこで、本発明の目的は、外形を減らし、容量
の増加と長寿命を図ることのできるブラシレス同期電動
機を得ることである。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線で誘起され
た電圧を直流に変換するサイリスタとダイオードでなる
三相混合ブリッジと、サイリスタのゲートを制御するゲ
ート制御部が回転子に取り付けられたブラシレス同期電
動機において、三相混合ブリッジを、1相の両極素子は
ダイオードとし、他の2相の両極素子はサイリスタとす
るとともに、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡
用サイリスタを主界磁巻線に並列に接続したことを特徴
とする。
【0017】また、請求項2に記載の発明は、励磁機の
電機子巻線と、この電機子巻線で誘起された電圧を直流
に変換するサイリスタとダイオードでなる三相混合ブリ
ッジと、サイリスタのゲートを制御するゲート制御部が
回転子に取り付けられたブラシレス同期電動機におい
て、三相混合ブリッジを、1相の両極素子はダイオード
とし、他の2相の両極素子はサイリスタとするととも
に、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡用サイリ
スタを主界磁巻線に並列に接続し、ゲート制御部に、主
界磁巻線に誘起された電圧の周期を検出する手段を設け
たことを特徴とする。
【0018】さらに、請求項3に記載の発明は、励磁機
の電機子巻線と、この電機子巻線で誘起された電圧を直
流に変換するサイリスタとダイオードでなる三相混合ブ
リッジと、サイリスタのゲートを制御するゲート制御部
が回転子に取り付けられたブラシレス同期電動機におい
て、三相混合ブリッジを、1相の両極素子はダイオード
とし、他の2相の両極素子はサイリスタとするととも
に、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡用サイリ
スタを主界磁巻線に並列に接続し、ゲート制御部に、主
界磁巻線に誘起された電圧の極性が正または負の時間を
計数する手段を設けたことを特徴とする。
【0019】
【作用】請求項1に記載の発明においては、始動時に主
界磁巻線に誘起された電圧は、三相混合ブリッジに組み
込まれた1相のダイオードと短絡用サイリスタによって
短絡される。
【0020】また、請求項2に記載の発明においては、
始動時に主界磁巻線に誘起された電圧は、三相混合ブリ
ッジに組み込まれた1相のダイオードと短絡用サイリス
タによって短絡されるとともに、回転子の回転数が同期
速度に近づくと、主界磁巻線に誘起された電圧の周期を
検出する手段の検出結果に基いて、ゲート制御部から同
期投入信号が出力される。
【0021】また、請求項3に記載の発明においては、
始動時に主界磁巻線に誘起される電圧は、三相混合ブリ
ッジに組み込まれた1相のダイオードと短絡用サイリス
タによって短絡されるとともに、回転子の回転数が同期
速度に近づくと、主界磁巻線に誘起された電圧の極性が
正または負の時間を計数する手段の検出結果に基いて、
ゲート制御部から同期投入信号が出力される。
【0022】
【実施例】以下、本発明のブラシレス同期電動機の一実
施例を図面を参照して説明する。図1は、本発明のブラ
シレス同期電動機を示す接続図で、従来の技術で示した
図6に対応する図、図2は、本発明のブラシレス同期電
動機の構造を示す半断面図で、同じく図7に対応し、図
6及び図7と同一部分には、同一符号を示し説明を省略
する。
【0023】まず、図1において、図6とは、一点鎖線
で示す回転整流装置7の整流回路2などの構成要素と接
続が異なり、図6で示した放電抵抗器25はない。すなわ
ち、図1において、整流回路2は、二相ブリッジに接続
されたサイリスタ2aとこれらに並列に接続されて全体
で三相ブリッジの整流回路2を構成するダイオード2e
で構成されている。各サイリスタ2aのゲートは、ゲー
ト制御回路3に接続されている。
【0024】また、界磁巻線6Aには、直列に接続され
たサイリスタ4Aが並列に接続され、これらのサイリス
タ4Aの中間部は、ゲート制御回路3と整流回路2の第
3相の中間部に接続線5で接続されている。
【0025】次に、このように接続されたブラシレス同
期電動機の作用を図3のタイムチャートで説明する。図
3において、横軸は、図の後方に示したモードAからモ
ードB,Cを経てモードCに至る始動から同期までの時
間を示す。
【0026】このうち、モードAは、短絡回路のサイリ
スタ4A,4BがON状態を示し、正弦波状の曲線は、
界磁巻線6Aに誘起される電圧を示す。また、モードB
は、同じくサイリスタ4A,4BがOFF状態である
が、まだ同期投入に適した速度に達していない状態を、
モードCは、同期投入に適した速度に達し、ゲート制御
回路3から電機子巻線6Bの電源側を投入するための信
号が出力される状態を、モードDは、整流回路2のサイ
リスタ2bがONし、界磁巻線6Aに直流電流が流れ、
同期投入される状態を示す。
【0027】また、(b)で示すパルス状の波形は、同
期投入に適した速度を検出するタイマT1のカウント開
始信号、(c)で示すパルス状の波形は、タイマT1の
リセット信号、(d)で示す三角波は、タイマT1のカ
ウント数(時間)とこれに比例した出力信号の電圧レベ
ルを示す図。さらに、(e)で示すパルス状の波形は、
同期投入に適した位相までの時間をカウントするタイマ
T2のカウント開始信号、(f)で示す三角波は、タイ
マT2のカウント時間とこの時間に比例した出力信号の
電圧レベルを示す図、(g)は、整流回路2のサイリス
タ2aに出力されるゲート制御回路のゲート信号を示
す。
【0028】このうち、モードA,Bでは、タイマT1
のカウント開始信号が出て、そのカウントを開始する
が、t1に達するまでにリセット信号が出て、タイマT
2のカウント開始信号は働かない。しかし、モードCで
は、リセット信号が働く以前にタイマT1がt1に達
し、タイマT2のカウント開始信号(e)を出す。すな
わち、同期投入に適した速度に達したことが検出され
る。
【0029】タイマT2は、カウントを開始してt2後
には、主整流回路のサイリスタ2aのゲート信号を出す
ため、整流回路2はダイオードアームとともに三相全波
整流機能を発揮し、界磁巻線6Aを直流励磁して、ブラ
シレス同期電動機は同期投入され、以降は同期運転され
る。これらの信号を動作させる回路は、ゲート制御回路
3に内蔵されている。
【0030】図3で示すように、整流回路2のサイリス
タ2aがONする条件は、短絡回路のサイリスタ4A,
4BがOFF状態であることと、界磁電圧の極性がマイ
ナスの時間が設定時間t1より長いこと、すなわち、界
磁巻線6Aに誘起される電圧の周波数が低い(=回転数
が十分同期速度に近い)とき、ということになる。
【0031】したがって、t1は、同期投入に適した回
転数(Ns)とは一義的に次式で決まる時間である。 t1=(1/2)×{1/(s×fo)} 但し、s=(No−Ns)/No=(fo−fs)/f
o No=120×fo/P …同期電動機の同期回転数 Ns=120×fs/P …同期投入に適した回転数 fo …ブラシレス同期電動機の運転同期周波数 fs …同期投入に適した回転数に対応する周波数 一方、t2は、同期投入に適した位相に関係した時間
で、一般には、図4に示すtwの範囲の位相となるよう
決定される。図3で示したタイムチャートの場合、これ
をt1との関係で式に表すと、 (0.5×t1)<t2<(1.5×t1) を目安にさらに幅を持って決められることが多い。
【0032】次に、短絡回路のサイリスタ4A,4Bの
中間点と整流回路2のダイオードアームの中間点とを接
続している接続線5の機能について述べる。この接続線
5で短絡回路のサイリスタ4A,4Bの中間点は、励磁
機1の電機子巻線1Bの第3相と接続されるため、三相
全波の整流回路2が正常に動作する同期運転時に、も
し、励磁機1の電源側から伝播したノイズ等によって短
絡回路のサイリスタ4A,4Bが誤点弧した場合でも、
励磁機1の電機子巻線1Bに誘起された電圧の周波数の
半サイクル後には、確実にそのサイリスタに逆電圧が印
加され、そのサイリスタがターンオフし、正常動作に戻
す自動回復機能を持たすことができる。
【0033】整流回路2のダイオードアームに接続する
理由は、たとえ、励磁機1の界磁巻線1Aが励磁されて
電機子巻線1Bに交流電圧が誘起されていても、その電
圧は、このブラシレス同期電動機の始動中に界磁巻線6
Aに印加され、短絡される電流回路に無関係に、すなわ
ち、このブラシレス同期電動機の始動特性に影響を与え
ることなく、また、励磁機1の電機子巻線1Bを、サイ
リスタ4A,4Bで相間短絡させることもない。
【0034】次に、図2の半断面図において、右側のす
べり軸受9Bから右側に突き出た主軸8の部分には、図
7で示した従来のブラシレス同期電動機のような放電抵
抗器の取付が不要となるので、突き出し長さを図2のL
aに示すように大幅に短縮することができ、励磁機枠11
bを小形化することができる。したがって、右側のすべ
り軸受9Bに印加される荷重を軽減することができるだ
けでなく、主軸8の振動のおそれを解消することがで
き、高速化,長寿命化を図ることができ、外形の小形化
を図ることもできる。
【0035】また、短絡回路のサイリスタ4A,4Bが
誤点弧する異常事態に対しても、半サイクル後にはその
サイリスタに逆電圧が確実に印加され、正常に復帰する
回路となっているので、整流回路2の動作の信頼性が著
しく向上する。さらに、従来のような放電抵抗器の焼損
事故等のトラブルがないので、長期に亘って信頼性の高
い運転が可能となる。
【0036】一方、性能上は従来の技術と同等の始動・
同期投入動作を実現できる。すなわち、始動時には、界
磁巻線6Aに誘起される電圧は、サイリスタ4A,4B
とダイオード2d,2eにより短絡され、誘起電圧の極
性に関係なく、インピーダンスが同一となるので、安定
した始動トルクが期待できる。
【0037】さらに、励磁機1の界磁巻線1Aの励磁の
タイミングに関係なく、電源から、ブラシレス同期電動
機に過大な投入電流が流れ込まない最適な位相で、界磁
巻線6Aを直流励磁することができる。図4は、同期速
度近くの非同期状態での界磁巻線6Aに誘起される電圧
の波形を示しているが、図4に示すtwの範囲の位相が
トルク的にも同期化力が、回転方向と同一方向に働く位
相であり、電源からブラシレス同期電動機への同期化電
流も少なくなる位相でもある。この結果、ブラシレス同
期電動機を電源の位相に合わせて円滑に同期投入できる
ことになり、電源や、この電源に接続された他の電気機
器への影響を抑えることができる。
【0038】また、このブラシレス同期電動機では、励
磁機1の界磁巻線1Aの励磁を始動開始以前から行って
も、同期投入時に最適な位相で直流励磁できるので、円
滑に同期化することができるとともに、励磁機1の界磁
巻線1Aの電源側を投入するための装置も不要で、始動
装置を簡素化でき、信頼性の高いブラシレス同期電動機
を得ることができる。
【0039】次に図5は、同期投入のタイミングを検出
するゲート制御回路の動作のタイムチャートの他の実施
例を示す図である。図5において、タイマT1のタイマ
回路内のカウント開始タイミングを界磁電圧が正になる
時点としているが、タイマT2の出力信号t2は、図3
の場合とは異なった値を設定する。主回路のサイリスタ
2aのゲートオンの位相は、図4と同じく界磁巻線6A
の誘起電圧の極性が正から負に変化する位相近く(±90
°以内)となるように設定される。
【0040】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線で誘起された電
圧を直流に変換するサイリスタとダイオードでなる三相
混合ブリッジと、サイリスタのゲートを制御するゲート
制御部が回転子に取り付けられたブラシレス同期電動機
において、三相混合ブリッジを、1相の両極素子はダイ
オードとし、他の2相の両極素子はサイリスタとすると
ともに、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡用サ
イリスタを主界磁巻線に並列に接続することで、始動時
に主界磁巻線に誘起された電圧を三相混合ブリッジに組
み込まれた1相のダイオードと短絡用サイリスタによっ
て短絡したので、外形を減らし、容量の増加と長寿命を
図ることのできるブラシレス同期電動機を得ることがで
きる。
【0041】また、請求項2に記載の発明によれば、励
磁機の電機子巻線と、この電機子巻線で誘起された電圧
を直流に変換するサイリスタとダイオードでなる三相混
合ブリッジと、サイリスタのゲートを制御するゲート制
御部が回転子に取り付けられたブラシレス同期電動機に
おいて、三相混合ブリッジを、1相の両極素子はダイオ
ードとし、他の2相の両極素子はサイリスタとするとと
もに、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡用サイ
リスタを主界磁巻線に並列に接続し、ゲート制御部に、
主界磁巻線に誘起された電圧の周期を検出する手段を設
けることで、始動時に主界磁巻線に誘起された電圧を、
三相混合ブリッジに組み込まれた1相のダイオードと短
絡用サイリスタによって短絡するとともに、回転子の回
転数が同期速度に近づくと、主界磁巻線に誘起された電
圧の周期を検出する手段の検出結果に基いて、ゲート制
御部から同期投入信号を出力したので、外形を減らし、
容量の増加と長寿命を図ることのできるブラシレス同期
電動機を得ることができる。
【0042】さらに、請求項3に記載の発明によれば、
励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線で誘起された電
圧を直流に変換するサイリスタとダイオードでなる三相
混合ブリッジと、サイリスタのゲートを制御するゲート
制御部が回転子に取り付けられたブラシレス同期電動機
において、三相混合ブリッジを、1相の両極素子はダイ
オードとし、他の2相の両極素子はサイリスタとすると
ともに、三相混合ブリッジと逆極性に接続した短絡用サ
イリスタを主界磁巻線に並列に接続し、ゲート制御部
に、主界磁巻線に誘起された電圧の極性が正または負の
時間を計数する手段を設けることで、始動時に主界磁巻
線に誘起される電圧を、三相混合ブリッジに組み込まれ
た1相のダイオードと短絡用サイリスタによって短絡す
るとともに、回転子の回転数が同期速度に近づくと、主
界磁巻線に誘起された電圧の極性が正または負の時間を
計数する手段の検出結果に基いて、ゲート制御部から同
期投入信号を出力したので、外形を減らし、容量の増加
と長寿命を図ることのできるブラシレス同期電動機を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブラシレス同期電動機の一実施例を示
す接続図。
【図2】本発明のブラシレス同期電動機の一実施例を示
す半断面図。
【図3】本発明のブラシレス同期電動機の作用を示すグ
ラフ。
【図4】本発明のブラシレス同期電動機の図3と異なる
作用を示すグラフ。
【図5】本発明のブラシレス同期電動機の図3,図4と
異なる作用を示すグラフ。
【図6】従来のブラシレス同期電動機の一例を示す接続
図。
【図7】従来のブラシレス同期電動機の一例を示す半断
面図。
【符号の説明】
1…交流励磁機、1A,6A…界磁巻線、1B,6B…
電機子巻線、2…整流回路、3…ゲート制御回路、4
A,4B…サイリスタ、7…回転整流装置、8…主軸、
9A,9B…すべり軸受、10A…突極形磁極、10B…電
機子鉄心、11…固定子枠、11b…励磁機枠。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線
    で誘起された電圧を直流に変換するサイリスタとダイオ
    ードでなる三相混合ブリッジと、前記サイリスタのゲー
    トを制御するゲート制御部が回転子に取り付けられたブ
    ラシレス同期電動機において、前記三相混合ブリッジ
    を、1相の両極素子はダイオードとし、他の2相の両極
    素子はサイリスタとするとともに、前記三相混合ブリッ
    ジと逆極性に接続した短絡用サイリスタを主界磁巻線に
    並列に接続したことを特徴とするブラシレス同期電動
    機。
  2. 【請求項2】 励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線
    で誘起された電圧を直流に変換するサイリスタとダイオ
    ードでなる三相混合ブリッジと、前記サイリスタのゲー
    トを制御するゲート制御部が回転子に取り付けられたブ
    ラシレス同期電動機において、前記三相混合ブリッジ
    を、1相の両極素子はダイオードとし、他の2相の両極
    素子はサイリスタとするとともに、前記三相混合ブリッ
    ジと逆極性に接続した短絡用サイリスタを主界磁巻線に
    並列に接続し、前記ゲート制御部に、前記主界磁巻線に
    誘起された電圧の周期を検出する手段を設けたことを特
    徴とするブラシレス同期電動機。
  3. 【請求項3】 励磁機の電機子巻線と、この電機子巻線
    で誘起された電圧を直流に変換するサイリスタとダイオ
    ードでなる三相混合ブリッジと、前記サイリスタのゲー
    トを制御するゲート制御部が回転子に取り付けられたブ
    ラシレス同期電動機において、前記三相混合ブリッジ
    を、1相の両極素子はダイオードとし、他の2相の両極
    素子はサイリスタとするとともに、前記三相混合ブリッ
    ジと逆極性に接続した短絡用サイリスタを主界磁巻線に
    並列に接続し、前記ゲート制御部に、前記主界磁巻線に
    誘起された電圧の極性が正または負の時間を計数する手
    段を設けたことを特徴とするブラシレス同期電動機。
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