JPH0634621B2 - 電気回転機械 - Google Patents
電気回転機械Info
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- JPH0634621B2 JPH0634621B2 JP59502138A JP50213884A JPH0634621B2 JP H0634621 B2 JPH0634621 B2 JP H0634621B2 JP 59502138 A JP59502138 A JP 59502138A JP 50213884 A JP50213884 A JP 50213884A JP H0634621 B2 JPH0634621 B2 JP H0634621B2
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- electric
- machine
- winding
- electric rotating
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
- H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 従来技術 米国特許第3,467,844号、3,239,701号及び3,956,629号
にはは基本的な同期機として、スリツプリングやブラシ
を使用せずに電動機の回転子に直流電力を供給できるが
ひとつの速度でしか同期運転できないものが示されてい
る。
にはは基本的な同期機として、スリツプリングやブラシ
を使用せずに電動機の回転子に直流電力を供給できるが
ひとつの速度でしか同期運転できないものが示されてい
る。
従来の特許にも第２の回転子／固定子構造を有するもの
があるが、その回転子には通常多相交流ではなくそれを
整流して得た直流を与えている。米国特許第3,383,532
号は電動機とは別個の軸をもつ発電機を使用する。米国
特許第3,383,532号は水銀等の液体金属の遠心運動を利
用して電気機械の運転特性を変えている。
があるが、その回転子には通常多相交流ではなくそれを
整流して得た直流を与えている。米国特許第3,383,532
号は電動機とは別個の軸をもつ発電機を使用する。米国
特許第3,383,532号は水銀等の液体金属の遠心運動を利
用して電気機械の運転特性を変えている。
発明の目的 本発明の目的は、電動機動作と発電機動作間の切換のた
め特別の機械的あるいは電気機械的な変更を何ら必要と
することなく、電動機としても、また発電機としても簡
単に使用することのできる回転機を提供することであ
る。
め特別の機械的あるいは電気機械的な変更を何ら必要と
することなく、電動機としても、また発電機としても簡
単に使用することのできる回転機を提供することであ
る。
本発明の目的は電子制御回路あるいはフトウエアプログ
ラムを干変更するだけで電動機動作と発電機動作との切
換ができる回転機を提供することである。
ラムを干変更するだけで電動機動作と発電機動作との切
換ができる回転機を提供することである。
さらに本発明の目的はD.Cから４００Hzといつた通常の
電力系の周波数で動作でき、かつ任意の一般の電力系周
波数を発生する発電機としても動作できる同期機を提供
することである。
電力系の周波数で動作でき、かつ任意の一般の電力系周
波数を発生する発電機としても動作できる同期機を提供
することである。
さらに本発明の目的は力率が１すななわち電流と電圧が
同相となり、電動機効率の上で重要なフアクターである
力率１をもつ回転機を提供することである。
同相となり、電動機効率の上で重要なフアクターである
力率１をもつ回転機を提供することである。
さらに本発明の目的は電動機運転の際、その角度変位量
を制御可能な回転機を提供することである。
を制御可能な回転機を提供することである。
さらに本発明の目的はブラシやスリツプリングを必要と
せず、電気自動車や船、電磁式トランスミツシヨン、風
車等に特に適した回転機を提供することである。
せず、電気自動車や船、電磁式トランスミツシヨン、風
車等に特に適した回転機を提供することである。
さらに本発明の目的は全速度範囲にわたり同期運転可能
な回転機を提供すすることである。
な回転機を提供すすることである。
発明の背景 本発明は電気回転機械すなわち回転機に関し、詳細に
は、電動機あるいは発電機の形式で、そのパラメータ制
御のために電子制御装置やマイクロプロセツサとともに
使用するのに特に適した回転機に関する。本発明によれ
ばこのパラメータ制御の結果、高効率で最適の電動機や
発電機動作が得られる。本発明の好適実施例は同期機の
コンセプトに基づいて構成されている。
は、電動機あるいは発電機の形式で、そのパラメータ制
御のために電子制御装置やマイクロプロセツサとともに
使用するのに特に適した回転機に関する。本発明によれ
ばこのパラメータ制御の結果、高効率で最適の電動機や
発電機動作が得られる。本発明の好適実施例は同期機の
コンセプトに基づいて構成されている。
同期機は、同期速度と呼ばれる特定の角速度で有効に働
く。同期機は固定子巻線と回転子巻線をもつている。一
般に、固定子に供給される電源の各相ごとにひとつの固
定子巻線がある。同様に、各相ごとにひとつの回転子巻
線がある。
く。同期機は固定子巻線と回転子巻線をもつている。一
般に、固定子に供給される電源の各相ごとにひとつの固
定子巻線がある。同様に、各相ごとにひとつの回転子巻
線がある。
具体例として、平衡２相、すなわち各相の駆動電圧や電
流が相等しく、電圧や電流の相間の位相差が時間的に等
間隔である平衡２相の回転機について考察する。ここで
は２相機について検討するが、本発明の原理は単相や他
の平衡多相機にも適用できる。
流が相等しく、電圧や電流の相間の位相差が時間的に等
間隔である平衡２相の回転機について考察する。ここで
は２相機について検討するが、本発明の原理は単相や他
の平衡多相機にも適用できる。
第１図に示す平衡２相機の場合、次の関係が成り立つ。
Fas＝LsIas+MIarCOS Q-MIbrSIN Q (式1) Fbs＝LsIbs+MIarSIN Q+MIbrCOS Q (式2) Fas＝LrIar+MIasCOS Q+MIbsSIN Q (式3) Fbr＝LrIbr+MIasSIN Q+MIbsCOS Q (式4) Te＝M〔(IarIbs-IbrIas)COSQ-(IarIas+IbrIbs)SI NQ〕 (式5) ただし、 Las,bs＝各固定子巻線のインダクタンス Lar,br＝各回転子巻線のインダクタンス Ｍ＝固定子と回転子の巻線間の相互インダクタンス Fas,ar,bs,br＝巻線の磁束 さらに、 Ｑ＝ωｎｔ＋Ｑ１ (式6) ここに、 ωｎ＝回転子の機械角速度 Ｑ１＝固定子に対する回転子の角変立 ｔ＝時間 Ｔｅ＝トルク 第１図に示すように、２つの固定子巻線Ｓ１とＳ２、２
つの回転子巻線Ｒ１とＲ２がある。いま、固定子と回転
子の巻線は９０度の位相差がある平衡２相電流源により
励磁されるとする。この場合、次の式が成立する。
つの回転子巻線Ｒ１とＲ２がある。いま、固定子と回転
子の巻線は９０度の位相差がある平衡２相電流源により
励磁されるとする。この場合、次の式が成立する。
Ias＝IsCOSωｓｔ， Ibs＝IsSINωｓｔ， Iar＝IrCOSωｒｔ， Ibr＝IrSINωｒｔ． ただし、 ωｒ＝回転子に印加される電気角周波数 ωｓ＝固定子に印加される電気角周波数 上記の式を使つて前述の式１〜５を解くと次の式が得ら
れる。
れる。
Fas＝LasIsCOSωst+MIrCOS〔(ωr+ωn)t+Q1)〕， (式
7) Fbs＝LbsIsSINωst+MIrSIN〔(ωr+ωn)t+Q1)〕， (式
8) Far＝LarIrCOSωrt+MIsCOS〔(ωs-ωn)t+Q1)〕， (式
9) Fbr＝LbrIrSINωrt+MIsSIN〔(ωs-ωn)t+Q1)〕， (式1
0) Te＝-MIrIsSIN〔(ωn-ωs+ωr)t+Q1)〕 (式1
1) 式１１からわかるように、平均トルクが発生するのは （ωｎ−ωｓ＋ωｒ）＝０ (式1
2) のときだけであり、このとき、 Te＝−ＭＩｒＩｓＳＩＮ Ｑ１ (式1
2a) となる。
7) Fbs＝LbsIsSINωst+MIrSIN〔(ωr+ωn)t+Q1)〕， (式
8) Far＝LarIrCOSωrt+MIsCOS〔(ωs-ωn)t+Q1)〕， (式
9) Fbr＝LbrIrSINωrt+MIsSIN〔(ωs-ωn)t+Q1)〕， (式1
0) Te＝-MIrIsSIN〔(ωn-ωs+ωr)t+Q1)〕 (式1
1) 式１１からわかるように、平均トルクが発生するのは （ωｎ−ωｓ＋ωｒ）＝０ (式1
2) のときだけであり、このとき、 Te＝−ＭＩｒＩｓＳＩＮ Ｑ１ (式1
2a) となる。
したがつて、式１２の関係が成立し、かつＱ１＝90゜の
とき、トルクは最大値（＝MIrIs）になる。式１２が成
立するときには、固定子電圧（電圧＝dF/dt）は次の式
で表わされる。
とき、トルクは最大値（＝MIrIs）になる。式１２が成
立するときには、固定子電圧（電圧＝dF/dt）は次の式
で表わされる。
Vas＝ωsLsIsSINωst+ωsMIrSIN(ωst+Q1) (式13) Vbs＝-〔(ωsLsIsCOSωst+ωsMIrSIN(ωst+Q1)〕(式14) 同様に、回転子電圧は次式で表わされる。
Vas＝ωrLrIrSINωrt+ωrMIrSIN(ωrt+Q1) (式15) Vbr＝-〔(ωrLrIrCOSωrt+ωrMIsCOS(ωrt+Q1)〕 (式1
6) 上述の式、特に式１２からわかるように、固定子巻線に
直流電流を供給してωｒ＝０とし、固定子巻線に交流電
流を供給したとき同期機は高効率の電動機あるいは発電
機として働く。この場合式１２から次式が得られる。
6) 上述の式、特に式１２からわかるように、固定子巻線に
直流電流を供給してωｒ＝０とし、固定子巻線に交流電
流を供給したとき同期機は高効率の電動機あるいは発電
機として働く。この場合式１２から次式が得られる。
ωｎ＝ωｓ この式の意味は、回転子の機械角速度は回転子に印加さ
れる電気角周波数に等しいということであり、定周波数
の平衡多相電流を固定子巻線に供給し、かつ軸の回転速
度を変化させようとするときは、平衡多相電流を可変周
波数にしなければ式１２が成立しなくなつてしまう。
れる電気角周波数に等しいということであり、定周波数
の平衡多相電流を固定子巻線に供給し、かつ軸の回転速
度を変化させようとするときは、平衡多相電流を可変周
波数にしなければ式１２が成立しなくなつてしまう。
定周波（米国では６０Hz）の平衡多相正弦波の電源を有
する通常の電力系の下では、平衡多相電源を可変周波数
電源とし、これにより回転子を可変の速度で駆動すると
いう方式はエネルギーを消費し、経済的に成り立たな
い。このような理由から産業上用いられる同期電動機は
始動トルクをもつておらず、外力で同期速度まで加速
し、そこで式１２が成り立ちトルクが発生するようにな
つている。
する通常の電力系の下では、平衡多相電源を可変周波数
電源とし、これにより回転子を可変の速度で駆動すると
いう方式はエネルギーを消費し、経済的に成り立たな
い。このような理由から産業上用いられる同期電動機は
始動トルクをもつておらず、外力で同期速度まで加速
し、そこで式１２が成り立ちトルクが発生するようにな
つている。
機械の回転速度がゼロ（ωｎ＝０）のとき、同期機は見
かけ上、変圧器となる（ωｒ＝ωｓ）。しかし、トルク
の式は成立し、固定子巻線と回転子巻線間にトルクが発
生する。
かけ上、変圧器となる（ωｒ＝ωｓ）。しかし、トルク
の式は成立し、固定子巻線と回転子巻線間にトルクが発
生する。
第１図に例示するような同期機において、定周波の電源
を固定子に印加し、軸の回転速度を０rpmから同期速度
まで変える場合、回転子電流の周波数もこれに応じてω
ｓからOHz(D.C)まで変えれば式１２が満足される。この
場合、軸を回転させるトルクは相互インダクタンスと多
相電流の大きさに依存する。
を固定子に印加し、軸の回転速度を０rpmから同期速度
まで変える場合、回転子電流の周波数もこれに応じてω
ｓからOHz(D.C)まで変えれば式１２が満足される。この
場合、軸を回転させるトルクは相互インダクタンスと多
相電流の大きさに依存する。
固定子に対する回転子の角度変位であるパラメータＱ１
を−Ｑ１に切り変えると、トルク〔-MIrIsSIN(-Q1)〕は
正となり、同期機は電動機ではなく発電機として働く。
パラメータＱ１の変化に従い、電流（Ｉas,bs,ar,br）
は対応する電圧（Ｖas,bs,ar,br）と同相になつたり、
進相になつたり、遅れた相になつたりする。したがつ
て、同期機の交流の力率を１に調整することができる。
多相電源の平衡を維持しつつ電流や電圧の大きさが変化
すれば、トルクと力率も変化する。
を−Ｑ１に切り変えると、トルク〔-MIrIsSIN(-Q1)〕は
正となり、同期機は電動機ではなく発電機として働く。
パラメータＱ１の変化に従い、電流（Ｉas,bs,ar,br）
は対応する電圧（Ｖas,bs,ar,br）と同相になつたり、
進相になつたり、遅れた相になつたりする。したがつ
て、同期機の交流の力率を１に調整することができる。
多相電源の平衡を維持しつつ電流や電圧の大きさが変化
すれば、トルクと力率も変化する。
本発明による回転機では２つの同期機を使用し、両者を
同じ軸に取り付けることにより同じ角速度で回転させ
る。一方の同期機は電気回転が満足されるよう第２の同
期機の回転子を適正な周波数で励起するものであり、し
たがつて回転子励磁機（REG）と呼ぶことにする。第２
の同期機は実際に正または負の機械動力を出力するもの
であるから出力電動機／発電機（PGM）と呼ぶことにす
る。
同じ軸に取り付けることにより同じ角速度で回転させ
る。一方の同期機は電気回転が満足されるよう第２の同
期機の回転子を適正な周波数で励起するものであり、し
たがつて回転子励磁機（REG）と呼ぶことにする。第２
の同期機は実際に正または負の機械動力を出力するもの
であるから出力電動機／発電機（PGM）と呼ぶことにす
る。
本発明の原理をわかりやすく説明するため、２つの同期
機１０と２０を示す第２図を参照されたい。同期機１０
が上述した回転子励磁機（REG）であり、同期機２０が
上述の出力電動機／発電機（PGM）である。回転子励磁
機と出力電動機／発電機に同一の周波数（ωｓ）を印加
する場合、軸の回転なしのときには式１２に示す関係は
REG１０とRGM２０の双方について成り立つ。機械的な回
転子の角速度を上昇させるにつれ、回転子励磁機は次の
周波数を出力する。
機１０と２０を示す第２図を参照されたい。同期機１０
が上述した回転子励磁機（REG）であり、同期機２０が
上述の出力電動機／発電機（PGM）である。回転子励磁
機と出力電動機／発電機に同一の周波数（ωｓ）を印加
する場合、軸の回転なしのときには式１２に示す関係は
REG１０とRGM２０の双方について成り立つ。機械的な回
転子の角速度を上昇させるにつれ、回転子励磁機は次の
周波数を出力する。
ωsREG−ωnREG＝ωrREG この周波数はREGの回転子巻線よりPGMの回転子巻線に供
給され、次の関係を成立させる。
給され、次の関係を成立させる。
（ωsPGM−ωnREG＝ωrRGM＝ωrREG） ωnPGM＝ωnREG，ωsPGM＝ωsREG （出力電動機／発電機に対して） 出力電動機／発電機（PGM）はあたかも同期機運転にお
ける速度で回転するわけである。（ωｎ）が（ωｓ）に
近づくにつれ、（ωｒ）はゼロに近づき、ゼロでは、回
転子励磁機は出力電動機／発電機に直流を供給する。
ける速度で回転するわけである。（ωｎ）が（ωｓ）に
近づくにつれ、（ωｒ）はゼロに近づき、ゼロでは、回
転子励磁機は出力電動機／発電機に直流を供給する。
電圧の振幅はすべての交流電力系用途において一定であ
る。したがつて、回転子励磁機と出力電動機／発電機の
両回転子のインダクタンスと相互インダクタンスは等し
くなる。というのは、上述の式を成立させるため平衡の
多相電流が用いられるから。この結果、 ＴｅPGM＝−ＴｅREG となり、外部へ対する有効な機械トルクは発生しない。
る。したがつて、回転子励磁機と出力電動機／発電機の
両回転子のインダクタンスと相互インダクタンスは等し
くなる。というのは、上述の式を成立させるため平衡の
多相電流が用いられるから。この結果、 ＴｅPGM＝−ＴｅREG となり、外部へ対する有効な機械トルクは発生しない。
原理上、この構成は電力変圧器として作用する。
電流の振幅や電圧の振幅が平衡する場合、式１２Ａに従
い、REGの相互インダクタンスのみを減少させ、REGのト
ルクを小さくすることができる。
い、REGの相互インダクタンスのみを減少させ、REGのト
ルクを小さくすることができる。
有効な機械トルクを発生させるため、本発明では、一般
の電源周波数よりはるかに高い周波数を有する変調高周
波電源を用いる。この信号を回転子励磁機固定子に供給
する。変調としてはパルス幅変調が好ましいが、振幅変
調、周波数変調、その他の変調方式でもよく、現在の電
子技術を用いて一般の電源から生成することができる。
の電源周波数よりはるかに高い周波数を有する変調高周
波電源を用いる。この信号を回転子励磁機固定子に供給
する。変調としてはパルス幅変調が好ましいが、振幅変
調、周波数変調、その他の変調方式でもよく、現在の電
子技術を用いて一般の電源から生成することができる。
標準の交流電力線の周波数に比べ高い周波数を使用する
ことにより、回転子励磁機の回転子や固定子の巻線はそ
の分小さくできる（インダクタンス(L)や相互インダク
タンス(M)もその分小さくなる）とともに、出力電動機
／発電機に供給される電圧や電流の大きさには影響がで
ない（電磁誘導は周波数に比例するから）。
ことにより、回転子励磁機の回転子や固定子の巻線はそ
の分小さくできる（インダクタンス(L)や相互インダク
タンス(M)もその分小さくなる）とともに、出力電動機
／発電機に供給される電圧や電流の大きさには影響がで
ない（電磁誘導は周波数に比例するから）。
REGの固定子へ供給する電源を変調し、固有の性質（電
動機の電気機械的特性に基づく固有のフイルター機能）
により、あるいは電子方式（一種の電子復調装置）によ
りREGの出力を復調することにより、REG回転子の出力は
PGM電源の周波数と等価な正弦波として作用する。ま
た、REGの巻線は小さいから、そのインダクタンスや相
互インダクタンスも、出力電動機／発電機のより小さく
なり、REGの負トルクは出力電動機／発電機の正トルク
よりその分小さくなり、システム全体のトルクは出力電
動機／発電機によつておおむね決まる。
動機の電気機械的特性に基づく固有のフイルター機能）
により、あるいは電子方式（一種の電子復調装置）によ
りREGの出力を復調することにより、REG回転子の出力は
PGM電源の周波数と等価な正弦波として作用する。ま
た、REGの巻線は小さいから、そのインダクタンスや相
互インダクタンスも、出力電動機／発電機のより小さく
なり、REGの負トルクは出力電動機／発電機の正トルク
よりその分小さくなり、システム全体のトルクは出力電
動機／発電機によつておおむね決まる。
Ｔtotal＝ＴPGM−ＴREG；ＴPGMＴREG 回転子励磁機に供給する高周波電源の変調の位相を変え
ることによりパラメータＱ１（回転子と固定子間の角度
変位）を変えることができる。パラメータＱ１を変える
ことで、トルクや電流の大きさ、力率その他が変えられ
る。変調の周波数を変えることにより、同期運転に必要
な交流電力の周波数が変えられる。
ることによりパラメータＱ１（回転子と固定子間の角度
変位）を変えることができる。パラメータＱ１を変える
ことで、トルクや電流の大きさ、力率その他が変えられ
る。変調の周波数を変えることにより、同期運転に必要
な交流電力の周波数が変えられる。
変調周波数が電力の大きさはパルス幅を変えることで変
わり、変調サイクルの位相はパルスの位置をずらすこと
により制御できるから、パルス幅変調が変調方式として
好ましい。本発明の目的のため、変調周波数を生成する
ことは、今日の高電力半導体やマイクロプロセツサを用
いることにより容易に実現できる。これにつき、第３図
を参照する。
わり、変調サイクルの位相はパルスの位置をずらすこと
により制御できるから、パルス幅変調が変調方式として
好ましい。本発明の目的のため、変調周波数を生成する
ことは、今日の高電力半導体やマイクロプロセツサを用
いることにより容易に実現できる。これにつき、第３図
を参照する。
第３図は２相装置を示している。もちろん、本発明の原
理は多相装置にも同様に適用できる。
理は多相装置にも同様に適用できる。
第３図に示す２相系において、第１の相は入力端子１に
入力され、第２の相は入力端子２に入力される。この第
１の相は変調・高周波電子回路３に供給され、この回路
３により回転子励磁機（REG）の固定子巻線６が駆動さ
れる。固定子巻線６は固定子軸８（軸Ａ）と関連してい
る。さらに、端子１の位相１信号は固定子軸８（軸Ａ）
を有する出力電動機／発電機の固定子巻線１７も駆動す
る。
入力され、第２の相は入力端子２に入力される。この第
１の相は変調・高周波電子回路３に供給され、この回路
３により回転子励磁機（REG）の固定子巻線６が駆動さ
れる。固定子巻線６は固定子軸８（軸Ａ）と関連してい
る。さらに、端子１の位相１信号は固定子軸８（軸Ａ）
を有する出力電動機／発電機の固定子巻線１７も駆動す
る。
２相電源の第２相は変調・高周波電子回路４に供給さ
れ、この回路４により、固定子軸９（軸軸Ｂ）を有する
回転子励磁機の固定子巻線７を駆動する。さらに端子２
の第２相は固定子軸９（軸Ｂ）を有する出力電動機／発
電機の固定子巻線１６に供給される。電子回路３と４に
供給される相は必ずしも出力のためにのみ用いられるの
ではなく電子制御回路に対する位相表示信号として用い
られる。この場合、巻線６と７の駆動回路には、多相電
源より得た直流電力が供給される。第３図にはマイクロ
プロセツサ５も示されており、これは、電子回路３と４
を制御するために関連ソフトウエア／フアームウエア
（プログラム）と周辺装置を有する。REGの固定子巻線
６と７は軸１９（軸Ａ）のREG回転子巻線１１と軸２０
（軸Ｂ）のREG回転子巻線１０に電力を誘導する。誘導
電力の各相は、電動機の固有の電磁特性にに従い直接RG
M回転子巻線１４と１５を、あるいは第３図に示すよう
に復調回路を介してRGM回転子巻線１４と１５を駆動す
る。この電力は軸ＡのRGM回転子巻線１４と軸ＢのPGM回
転子巻線に供給される。PGMとREGの回転子巻線及び関連
装置は軸１８を共有し、したがつて、同じ速度で回転す
る。REG巻線はPGM巻線より寸法が小さい。
れ、この回路４により、固定子軸９（軸軸Ｂ）を有する
回転子励磁機の固定子巻線７を駆動する。さらに端子２
の第２相は固定子軸９（軸Ｂ）を有する出力電動機／発
電機の固定子巻線１６に供給される。電子回路３と４に
供給される相は必ずしも出力のためにのみ用いられるの
ではなく電子制御回路に対する位相表示信号として用い
られる。この場合、巻線６と７の駆動回路には、多相電
源より得た直流電力が供給される。第３図にはマイクロ
プロセツサ５も示されており、これは、電子回路３と４
を制御するために関連ソフトウエア／フアームウエア
（プログラム）と周辺装置を有する。REGの固定子巻線
６と７は軸１９（軸Ａ）のREG回転子巻線１１と軸２０
（軸Ｂ）のREG回転子巻線１０に電力を誘導する。誘導
電力の各相は、電動機の固有の電磁特性にに従い直接RG
M回転子巻線１４と１５を、あるいは第３図に示すよう
に復調回路を介してRGM回転子巻線１４と１５を駆動す
る。この電力は軸ＡのRGM回転子巻線１４と軸ＢのPGM回
転子巻線に供給される。PGMとREGの回転子巻線及び関連
装置は軸１８を共有し、したがつて、同じ速度で回転す
る。REG巻線はPGM巻線より寸法が小さい。
以上からわかるように、本発明の回転機は直流で運転可
能である。フーリエ級数によれば、同期性の矩形波は奇
数高調波成分を有する正弦波の組に変換できる。電磁方
程式は線形性を有するから、回転励磁機の固定子を駆動
する平衡多相愿波により、出力電動機／発電機の回転子
には同期回転動作に適した周波数成分が供給される。周
期性矩形波（チヨツプトDC）は直流電源あるいは整流電
源から容易に生成することができる。したがつて本回転
機は直流電源により運転が可能である。
能である。フーリエ級数によれば、同期性の矩形波は奇
数高調波成分を有する正弦波の組に変換できる。電磁方
程式は線形性を有するから、回転励磁機の固定子を駆動
する平衡多相愿波により、出力電動機／発電機の回転子
には同期回転動作に適した周波数成分が供給される。周
期性矩形波（チヨツプトDC）は直流電源あるいは整流電
源から容易に生成することができる。したがつて本回転
機は直流電源により運転が可能である。
まとめると、任意の軸回転速度（ωｎ）を得るため、回
転励磁機は出力電動機／発電機の回転子に対し、（ω
sREG−ωｎ）に等しい周波数を与える。そして回転励磁
機の固定子に供給する変調周波数（ωsREG）が出力電動
機／発電機の固定子に供給する交流の周波数（ωsPGM）
に等しいときに、任意の軸回転速度での同期動作が達成
される。
転励磁機は出力電動機／発電機の回転子に対し、（ω
sREG−ωｎ）に等しい周波数を与える。そして回転励磁
機の固定子に供給する変調周波数（ωsREG）が出力電動
機／発電機の固定子に供給する交流の周波数（ωsPGM）
に等しいときに、任意の軸回転速度での同期動作が達成
される。
回転子励磁機に変調による高周波電源を供給することに
より、本発明による回転機のトルクは主として出力電動
機／発電機に依存する。同様に、回転機の物理的な大き
さは主として出力電動機／発電機側の条件によつて定ま
る。
より、本発明による回転機のトルクは主として出力電動
機／発電機に依存する。同様に、回転機の物理的な大き
さは主として出力電動機／発電機側の条件によつて定ま
る。
本発明によれば回転機に与える種々の変調により、軸回
転速度、軸トルク、角変位、力率等を制御できる。この
変調は、変調の位相、周波数あるいは振幅を制御するこ
とで行なわれる。同様に、変調の位相、周波数、振幅の
パラメータにより、電動機モードと発電機モードとのモ
ード切換、電動機あるいは発電機モードでの電力、電動
機あるいは発電機の運転周波数を制御できる。さらに、
発電機動作では、その交流出力を電力系統に同期させる
ことが簡単にできる。
転速度、軸トルク、角変位、力率等を制御できる。この
変調は、変調の位相、周波数あるいは振幅を制御するこ
とで行なわれる。同様に、変調の位相、周波数、振幅の
パラメータにより、電動機モードと発電機モードとのモ
ード切換、電動機あるいは発電機モードでの電力、電動
機あるいは発電機の運転周波数を制御できる。さらに、
発電機動作では、その交流出力を電力系統に同期させる
ことが簡単にできる。
回転子励磁機に供給する高周波変調信号の生成や制御、
電動機あるいは発電機パラメータの監視については、電
力半導体及びマイクロプロセツサにより容易に達成でき
る。
電動機あるいは発電機パラメータの監視については、電
力半導体及びマイクロプロセツサにより容易に達成でき
る。
ある馬力定格を得るのに、その電力の半分が回転励磁機
を通つて出力電動機／発電機の回転子に供給され、残り
の電力が出力電動機／発電機の固定子に供給される。し
たがって、通常の交流誘導電動機や同期電動機を制御す
る通常の電動機制御装置に比べ、半導体の電力定格は半
分で足りる。
を通つて出力電動機／発電機の回転子に供給され、残り
の電力が出力電動機／発電機の固定子に供給される。し
たがって、通常の交流誘導電動機や同期電動機を制御す
る通常の電動機制御装置に比べ、半導体の電力定格は半
分で足りる。
さらに本発明の利点として、第３図に示すように、REG
巻線の電気的、物理的サイズはPGM巻線より、小さくな
る。REG巻線のサイズが小さく、これに高周波電源が供
給され、REGのトルクはPGMのトルクより小さい。REGに
供給される高周波パルスは半導体の消費電力を減少さ
せ、その効率が上がる。高速の半導体スイツチを用いる
ことにより、REGの供給電流と電圧を正確に制御でき
る。さらに、REGはPGMに比べ非常にコンパクトである。
巻線の電気的、物理的サイズはPGM巻線より、小さくな
る。REG巻線のサイズが小さく、これに高周波電源が供
給され、REGのトルクはPGMのトルクより小さい。REGに
供給される高周波パルスは半導体の消費電力を減少さ
せ、その効率が上がる。高速の半導体スイツチを用いる
ことにより、REGの供給電流と電圧を正確に制御でき
る。さらに、REGはPGMに比べ非常にコンパクトである。
Claims (17)
- 【請求項１】少なくともひとつの固定子巻線と関連回転
子巻線を有する第１の電気回転手段と、 少なくともひとつの固定子巻線と関連回転子巻線を有す
る第２の電気回転手段と、 前記第１と第２の電気回転手段は同一の角速度での回転
を与える共通の軸を有することと、 第２の電気回転手段の回転子巻線が第１の電気回転手段
により励磁されそして該励磁を変えて電動機動作及び発
電機動作ができるよう、第１の電気回転手段の回転子巻
線を第２の電気回転手段の回転子巻線に結合する手段
と、 第１の電気回転手段の固定子巻線に第１周波信号を結合
する手段と、 第２の電気回転手段の固定子巻線に第２周波数信号を結
合する手段と、 を有し、任意の軸回転速度で同期全運転されること、 前記第１の周波数は前記第２の周波数よりも実質的に大
きく、これによって電気回転機械のトルクは主に第２の
電気回転手段に依存されること、 前記第１の周波数結合手段は前記第２の周波数信号と実
質上同一の第３の周波数信号を受けそして該第３の周波
数によって前記第１の周波数を変調するための変調手段
を含むこと、 前記第１の電気回転手段は前記第２の電気回転手段の巻
線よりも物理的及び電気的に小さい巻線を有し、これに
よって全電気回転機械の物理的大きさは主に前記第２の
電気回転手段に依存すること、 を特徴とする電気回転機械。 - 【請求項２】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、前記の各電気回転手段は、２相運転のため、一対
の固定子巻線及び関連回転子巻線を有すること。 - 【請求項３】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、前記変調は位相変調、振幅変調、パルス幅変調又
は周波数変調のひとつであること。 - 【請求項４】請求の範囲第３項記載の電気回転機械にお
いて、前記第１の電気回転手段の回転子巻線を前記第２
の電気回転手段の回転子巻線に結合する前記手段は復調
手段を含むこと。 - 【請求項５】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、前記電気回転手段は、一相当り少なくともひとつ
の巻線を有する多相運転条件を満たすため、適正数の固
定子巻線及び関連回転子巻線を有すること。 - 【請求項６】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、第１の電気回転手段の回転子巻線を第２の電気回
転手段の回転子巻線に結合する前記手段は物理電動機の
電磁復調手段のみを有すること。 - 【請求項７】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、前記第１の電気回転手段は第１の同期電動機を含
み、前記第２の電気回転手段は第２の同期電動機を含む
こと。 - 【請求項８】請求の範囲第１項記載の電気回転機械にお
いて、前記第１の電気回転手段は前記第２の電気回転手
段の前記回転子巻線の同期電気励磁機を含むこと。 - 【請求項９】少なくともひとつの固定子巻線と関連移動
巻線を有する第１の電気機械と、 少なくともひとつの固定子巻線と関連移動巻線を有する
第２の電気機械と、 前記第１と第２の電気機械は同一の線形速度で運動を与
える共通のキャリアを有すること、 前記第２の電気機械の移動巻線が前記第１の電気機械か
ら励磁されそして該励磁を変えて電動機動作及び発電機
動作ができるよう、前記第１の電気機械の移動巻線を前
記第２の電気機械の移動巻線に結合する手段と、 前記第１の電気機械の固定子巻線に第１の周波数信号を
結合する手段と、 前記第２の電気機械の固定子巻線に第２の周波数信号を
結合する手段と、 を有し、前記キャリアの任意の移動速度で同期全運転さ
れること、 前記第１の周波数は前記第２の周波数よりも実質上大き
く、これによって前記機械のトルクは主に前記第２の電
気機械に依存されること、 前記第１の周波数結合手段は前記第２の周波数信号と実
質上同一の第３の周波数信号を受けそして該第３の周波
数によって前記第１の周波数を変調するための変調手段
を含むこと、 前記第１の電気機械は前記第２の電気機械の巻線よりも
物理的及び電気的に小さい巻線を有し、これによって全
機械の物理的大きさは主に第２の電気機械に依存するこ
と、 を特徴とする電気装置。 - 【請求項１０】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１と第２の電気機械の双方は所定数の固定子
巻線及び関連する移動巻線を有して相毎にひとつの巻線
を含む多重相動作を充足すること。 - 【請求項１１】請求の範囲第10項記載の電気装置におい
て、前記第３の周波数の変調は相数に対応する多重信号
を含むこと。 - 【請求項１２】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記変調は位相変調、振幅変調、パルス幅変調又は
周波数変調の少くともひとつであること。 - 【請求項１３】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１の電気機械の移動巻線を前記第２の電気機
械の移動巻線に結合する前記手段は復調手段を含むこ
と。 - 【請求項１４】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１の電気機械の移動巻線を前記第２の電気機
械の移動巻線に結合する前記手段は物理電気装置の電気
機械復調手段のみを含むこと。 - 【請求項１５】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１周波数信号の変調の各位相は前記第１の電
気機械の固定子の相巻線のひとつに供給されて信号又は
多重相動作を充足すること。 - 【請求項１６】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１の電気機械は第１の同期電動機を含み、前
記第２の電気機械は第２の同期電動機を含むこと。 - 【請求項１７】請求の範囲第９項記載の電気装置におい
て、前記第１の電気機械は前記第２の電気機械の前記移
動巻線の同期電気励磁機を含むこと。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/380,052 US4459530A (en) | 1982-05-20 | 1982-05-20 | Electric rotating apparatus |
| PCT/US1984/000785 WO1985005509A1 (en) | 1982-05-20 | 1984-05-18 | Electric rotating apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61502231A JPS61502231A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0634621B2 true JPH0634621B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=23499718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59502138A Expired - Lifetime JPH0634621B2 (ja) | 1982-05-20 | 1984-05-18 | 電気回転機械 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4459530A (ja) |
| EP (1) | EP0183687B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0634621B2 (ja) |
| DE (1) | DE3480633D1 (ja) |
| WO (1) | WO1985005509A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4459530A (en) * | 1982-05-20 | 1984-07-10 | Klatt Frederick W | Electric rotating apparatus |
| JPS62285690A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-11 | Satake Eng Co Ltd | 可変速誘導電動機 |
| US5189357A (en) * | 1986-07-22 | 1993-02-23 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for improving performance of AC machines |
| US4729836A (en) * | 1986-12-01 | 1988-03-08 | Arus Andritz-Ruthner, Inc. | Flexible chicane system for liquid-solid separation equipment |
| US4893077A (en) * | 1987-05-28 | 1990-01-09 | Auchterlonie Richard C | Absolute position sensor having multi-layer windings of different pitches providing respective indications of phase proportional to displacement |
| US4893078A (en) * | 1987-05-28 | 1990-01-09 | Auchterlonie Richard C | Absolute position sensing using sets of windings of different pitches providing respective indications of phase proportional to displacement |
| US4857193A (en) * | 1987-06-01 | 1989-08-15 | Arus-Andritz Ruthner, Inc. | Floating chicane system for liquid-solid separation equipment |
| JP2764723B2 (ja) * | 1988-01-06 | 1998-06-11 | 株式会社日立製作所 | 電気車の制御装置 |
| US4906911A (en) * | 1988-03-18 | 1990-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical machine driven by a pulse-controlled a.c. converter |
| US5237255A (en) * | 1991-07-17 | 1993-08-17 | Frederick Klatt | Electric machine system |
| US5243268A (en) * | 1991-07-17 | 1993-09-07 | Klatt Frederick W | Electric machine system |
| EP0576108A3 (en) * | 1992-06-25 | 1994-06-29 | Mannesmann Ag | Drive concept for electrically driven rotary actuator |
| US6049187A (en) * | 1993-03-26 | 2000-04-11 | Dynamotors, Inc. | Speed control for brushless repulsion motor |
| US5859513A (en) * | 1998-03-13 | 1999-01-12 | General Electric Company | Starting and synchronizing system for line-start permanent magnet motor |
| US6864648B1 (en) * | 2002-02-08 | 2005-03-08 | Powersci, Inc | Vector flux machine |
| WO2009108625A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Efficient Drive Trains, Inc | Improved wind turbine systems using continuously variable transmissions and controls |
| US10404135B2 (en) | 2015-02-10 | 2019-09-03 | Indiana University Research And Technology Corporation | High torque density electric motor and/or generator |
| CA3014666A1 (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Indiana University Research And Technology Corporation | High torque density electric motor / generator with rolling element |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE338384C (de) * | 1919-09-07 | 1921-06-13 | Kommanditges | Fahrbares Geraet zur Herstellung von Wandverputz mittels Pressluft u. dgl. |
| US3017553A (en) * | 1959-08-17 | 1962-01-16 | Jack R Homan | Dynamoelectric apparatus |
| GB1270247A (en) * | 1968-06-19 | 1972-04-12 | Dowty Rotol Ltd | Synchro-control systems |
| US3859578A (en) * | 1973-01-22 | 1975-01-07 | Mikhail Moiseevich Botvinnik | Method and circuit for controlling an asynchronized-synchronous machine |
| JPS5165315A (ja) * | 1974-12-02 | 1976-06-05 | Fukuo Shibata | |
| US4445081A (en) * | 1981-12-15 | 1984-04-24 | The Garrett Corporation | Leading power factor induction motor device |
| US4476424A (en) * | 1982-05-03 | 1984-10-09 | The Garrett Corporation | Variable speed induction motor drive system |
| US4459530A (en) * | 1982-05-20 | 1984-07-10 | Klatt Frederick W | Electric rotating apparatus |
-
1982
- 1982-05-20 US US06/380,052 patent/US4459530A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-05-18 JP JP59502138A patent/JPH0634621B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1984-05-18 EP EP84902288A patent/EP0183687B1/en not_active Expired
- 1984-05-18 WO PCT/US1984/000785 patent/WO1985005509A1/en active IP Right Grant
- 1984-05-18 DE DE8484902288T patent/DE3480633D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1984-07-02 US US06/626,696 patent/US4634950A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4459530A (en) | 1984-07-10 |
| WO1985005509A1 (en) | 1985-12-05 |
| US4634950A (en) | 1987-01-06 |
| EP0183687A1 (en) | 1986-06-11 |
| EP0183687B1 (en) | 1989-11-29 |
| JPS61502231A (ja) | 1986-10-02 |
| DE3480633D1 (de) | 1990-01-04 |
| EP0183687A4 (en) | 1987-09-07 |
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