JPH06507060A - 恒久的に励起される単相交流機械を駆動する方法 - 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】 恒久的に励起される単相交流機械を駆動する方法この発明は、恒久的に励起され る単相交流機械を駆動する方法に関する。

恒久的に励起される単相交流機械の具体例は横磁場機械である。これ等の機械は 、界磁巻線の損失が非常に少ない場合、高い力密度を有する永久的に励起される 同期機械である。インバータで給電され、これ等の機械は近い将来、例えば高力 密度の直接駆動装置、駆動モーメントを種々の駆動群に正確に配分して高い効率 の牽引駆動装置、およびリニヤ−駆動装置のような、多くの異なった応用分野で 確実に直流駆動装置を排除する。

横磁場機械の原理は、磁気回路を特別に構成しているので、有効磁束か運動方向 に垂直に延びていることに基礎を置いている。このような可能性のある界磁巻線 の構造は、周回方向に向いているリングコイルであるが、磁極間隔が短い場合、 界磁コイルのアンベヤ−タンが小さくても高い力密度を与える。これは、非常に 少ない損失となり、効率を高めて機械の冷却を非常に簡単にする。

この横磁場機械は、一定の導入出力で広い回転数範囲をカバーする弱磁場領域で 他の利点を提供する。その場合、横磁場機械の弱磁場領域とは機械の内部電圧が 中間回路の電圧以上である領域と解すべきである。

ドイツ特許第３７０５０８９　ＡＩ号明細書には、二線の横磁場機械のエネルギ 供給用の回路技術思想が開示されている。この場合、インバータは二つの４象限 制御器で構成されている。このインバータは電圧に合わせるため、パルス駆動で 同期されている。直流電圧は制御されていない整流器を解して三相回路網から得 られる。早い整流切換を望むのであれば、回路を拡張する必要がある。直流電圧 駆動部は動作期間に有効電圧を制御する。レベル調整器は直流電圧調整回路を介 してインバータに印加される整流切換電圧を形成する。その場合、このレベル調 整器は、例えば回転数あるいは負荷電流のような種々のパラメータに応じて整流 切換電圧を調整する。。

この回路技術思想の難点は、周波数変換器の経済的な設計と、横磁場機械の全て の利点を使い尽くして、使用者の要求に最適に合わせることが不可能であるガに ある。

従って、この発明の課題は機械の最適利用と周波数変換器の経済的な股引を可能 にする恒久的に励起さオ］る単相交流機械を駆動する方法を提供することにある 。

１−２記の課題はこの発明により解決されている。上記の方法は、この発明によ り、−電波形の端子電圧を印加して最大トルクの時に交流機械の相電流の有効値 を最適にてきることに特徴がある。

この方法の発明を用いて、初めて恒久的に励起される単相交流機械、例えば横磁 場機械に給電−するため経済的な観点から設計された周波数変換器の使用を可能 し、その場合、この機械の全ての利点を種々の応用分野に利用することが可能に −〕だ。

この発明の構成によれば、端子電圧か互いに交番する正弦波成分と、端子電圧が 利用可能な電圧の最大値を示す第一　と第二の切換時点の間の範囲とを有する。

この構成の利点は、機械の過剰制御範囲で特別な電圧波形を加えて機械の位相電 流の有効値を最小に制限し、最大のトルクが達される点にある。こねは、機械の インダクタンスをエネルギ貯蔵部として利用することによって生じる。

この発明の他の構成は、端子電圧が矩形波を有し、この端子電圧が利用可能な電 圧の最大値を呈する点にある。この構成では、機械の磁場の弱い領域でも最大ト ルクの場合、位相電流を初めて最小にできると有利である。これは、周波数変換 器を最適に設計できる可能性を提供する。

この発明の構成によりば、端子電圧は正弦波形を有する。この構成の利点は機械 の基本回転数の範囲でもトルクに対する位相電流の比を最適にする点にある。

この発明の特別な構成では、電気交流機械が横磁場機械である。そして、交流機 械の回転角の測定値、差動制御回路が回転角から形成する角周波数、予め選択さ れたモ・−ソフトおよび中間回路電圧がそれぞれ第一および第二制御装置に供給 できる。そして、第一制御装置が半周期内の電圧の極値に応じて中間回路電圧に 切り換える切換時点を計算し、３：の切換時点をインバータの制御装置に与え、 第一制御装置が目標端子電圧を形成するので、これをインバータの制御装置に供 給する。この特別な構成の利点は、機械の端子電圧の波形が電圧を形成するため 反転モーターモデルを参照して予め選択されたモーメントに応じて最適化される 点にある。これは機械を各使用範囲の必要度に正確に合わせることを可能にする 。

第１図〜第３図には、種々の印加電圧波形が示してあり、第４図にはこの発明の 実施例がブロック回路図にして示しである。

第１図−第３図はそれぞれ同じＩＩＥ標系を表す、、横軸にはそれぞれ極対の数 ｐを掛けた回転角φから１１算される正規化された時間ｒが記入されている。縦 軸にはそれぞれ正規化された目盛が付けある。この目盛は−１，００あるいは− １，５０から０を経由して＋１．００あるいは＋２．００に達し、印加電圧Ｕに も相電流ｉと機械の内部電圧ｕｌにも当てはまる。中間回路電圧ＩＬｂの値はそ の都度＋１．ＯＯである。いずれも正の半波のみ示しである。何故なら、負の半 波にも明らかに同し波形が当てはまるからである。

第１図は機械の過剰制御範囲を示す。ここでは、電圧が中間回路電圧Ｕ、、をと るとして、印加電圧、この電圧の正弦波成分と切換時点δ−Δとδ＋への間の範 囲が示しである。この場合、重要なことは端子電圧が単に中間回路電圧Ｕ、ｋに 移行するのではなく、特定な切換時点δ−Δで最大値であると考える必要がある 。従って、ここに示す相電流ｉは最小値に限定される。

第２図に示す端子電圧υは機械の磁場の弱い領域に当てはまる。端子電圧ＩＪの 最適な波形は矩形状である。機械のこの動作範囲て相電流ｉを最小にすることに より、周波数変換器も最適に設計できる。

第３図の端子電圧Ｕは正弦波状であり、機械の基本回転数範囲で最良の電圧波形 である。従って、機械のこの動作範囲でも相電流を最小にできる。このことが相 電流とトルクの間の非常に好ましい比を与える。

第４図には、成るの実施例のブロック回路図が示しである。ここでは、電気機械 ５である横磁場機械が回転角の測定値を供給する。この測定値は差動制御回路６ 中で角周波数ωに変換される。回転角φ、角周波数ω、予め選択されたモーメン トｍ５ａｚおよび中間回路電圧Ｕｔｋはそれぞれ第一および第二制御装置１、　 ２に供給される。第一制御装置ｌは半周期内の電圧の極性に応して、中間回路電 圧−Ｕｚｈあるいは十〇ｚ、＋こ対する切換時点δ−Δあるいはδ＋Δを計算す る。これ等の切換時点δ−Δ、δ＋Δはインバータ４の制御装置３に導入される 。第二制御装置１２は反転モータモデルを参照し、予め選択されたモーメントＭ 、。、に応じて計算により電圧を形成し、同じようにインバータ４の制御装置３ に供給する。

Ｊｚｋ Ｆｉｇ、１ τ Ｆｉｇ、２ τ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１０月２８日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．恒久的に励起される単相交流機械を駆動する方法において、所定の形状の端 子電圧（ｕ）を印加して、周波数変換器により交流機械の相電流（ｉ）の有効値 を最大トルクの場合に最小にすることができることを特徴とする方法。
2. ２．正弦波成分と、端子電圧（ｕ）が利用できる電圧の最大値を呈する第一およ び第二切換時点（δ−Δ，δ＋Δ）の間の領域との端子電圧（ｕ）は互いに交番 することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法（第１図）。
3. ３．端子電圧（ｕ）は矩形波形を有し、その場合、端子電圧（ｕ）は利用できる 電圧の最大値を呈することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法（第２図 ）。
4. ４．端子電圧（ｕ）は正弦波形を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の方法（第３図）。
5. ５．交流機械（５）は横磁場機械であり、交流機械の回転角（φ）の測定値、差 動制御回路（６）が回転角（φ）から形成する角周波数（ω）、および中間回路 電圧（Ｕｚｋ）はそれぞれ第一および第二制御装置（１，２）に供給され、第一 制御装置（１）は半周期内の電圧の極性に応じて中間回路電圧（＋Ｕｚｋ）ある いは（−Ｕｚｋ）へ切り換える切換時点（δ−Δあるいはδ＋Δ）を計算し、こ の切換時点（δ−Δあるいはδ＋Δ）をインバータ（４）の制御装置（３）に与 え、第二制御装置（２）が目標端子電圧（ＵｓｏＬＬ）を形成して、この電圧を インバータ（４）の制御装置（３）に供給することを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の方法（第４図）。