JPS5996886A - 三相誘導電動機 - 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】 この発明は車輛に積載されて独立した冷却システムを構
成する装備において、冷却機用コンプレッサーを駆動す
る原動機として設定された三相誘導電動機に関する。こ
こで車輛とは陸上、海上および航空あるいはこれらと類
似の搬送機を意味する。

車輛あるいは類似の搬送機における独自システムの性能
は当然に極く限定されたものであるが、例えば冷却機用
コンプレッサーを駆動する原動機の設計には厳しい制限
が存する。このこ、とは、外部温度や、車輛の空調装置
と１２て用いられているような冷却システムのコンプレ
ッサーにおける逆圧に応じて始動トルクが非常に高くな
るという事態のために一層困難なものとなる。

車輛の冷却装置には、従来からバッテリーがシステムの
電源としてあらゆる場合に用いられてきたので、直流電
動機が採用されている。この場合、必要な始動トルクを
始動補償を得て実現させることは、小さな駆動電力の場
合に極く限られた範囲で可能である。これはシステムの
最も使用頻度の高い極く限られた性能に的を絞っている
からである。そのため、直流電動機を冷却装置の原動力
として使用するときは保守・維持に関して問題が生じる
。

上記に鑑み本発明は三相誘導電動機を直流機と／Ｉヨぼ
同様に良好な始動特性を持ったものとし、かつ、実際上
保守の必要ないものとすることから出ている。直流電動
機と違って誘導電動機は冷却装置内の冷媒に対して気密
の遮閉なしに運転することができる。

本発明の目的は、この種の三相交流電動機のいずれにせ
よ良好な始動特性を、冷却機用コンプレッサーの原動機
として使用するとの主たる観点から改良すること、すな
わち、始動トルクに関し改良された特性を有する三相誘
導電動機を作ることである。

この課題は、誘導電動機に三相交流の周波数制御のため
に周波数変換器を有する制御装置を備え、電動機が可変
の三相交流周波数で駆動され石ことで解決される。

周知のように、三相誘導電動機の始動トルクは電動機（
かご）に発生する相電流に比例する、との相電流はかご
に誘導された相電圧とりアクタンスに関係する。ステー
ターの相電圧が実質的に一定な場合は、この電圧は経済
的に可能な範囲では利用できる回路から受ける電圧値を
越えることはできないのであるが、三相交流周波数の降
下があると制御装置の周波数変換器によってリアクタン
スを縮少しこれによシ短絡電流を増大する。これは回転
トルクの向上と同意義である。

もし、経済的に採用し得る手段の範囲でステーターの相
電圧を回路から与えられる電圧よシ高くできたものとし
ても強い磁気回路が牛じて徒労に終るであろう。

本発明の構成は、三相交流周波数の制御を電動機負荷に
対し１はぼ逆比的に行うことが特徴であるが、特に電動
機の負荷電流に対し逆比的とすることがこの制御にとシ
目的にかなうものであることが証明された。このことは
、この種の三相誘導機を冷却コンプレッサーの駆動モー
ターとして使用するには、このようなコンプレッサーの
特殊な状況下で必要とされる大きな始動トルクに対して
冷却装置の始動時に三相交流周波数を低下させることが
合理的であることを意味する。したがって、本発明では
前記周波数を電動機負荷、すなわち、電動機の負荷電流
に逆比的に調整することとされている。

本発明の実施態様としては、周波数制御を前記負荷電流
が通過する分圧抵抗における電圧降下をもとに行ってい
る。

さらに他の実施態様では、電動機の始動時には三相交流
周波数を適格周波数以丁の所定値にしておき、ついで時
間比例的に適格周波数にまで高められるよう制御される
。

搭載状況のために三相交流網は利用することができない
が、本発明のもう一つの実施態様では、例えばバッテリ
ーを電源とした直流回路網に三相交流を創シ出すための
三相用逆変換器を組込んだ電動機の制御装置を備えてい
る。このことはバッテリーシステムを装備している車輛
において三相交流網の存在なしに三相誘導機の利用を可
能としている。

他方、三相交流もしくは交流を利用できるならば、これ
らは、可変周波数の三相交流を創り出すために整流され
、電動機はその三相交流で運転される。

本発明のさらに優れた実施態様では、制御装置が三相交
流の電圧制御装置を備えている。

直流電流システムは、例えば交流電流網に比較してかな
シの程度に電圧が変動することはよく知られている。そ
こで、三相交流の電圧を安定にする必要があシ、本発明
のさらなる実施態様では、三相交流の電圧は、その周波
数に顧慮しつつ直流電源圧の変動に対して実質上一定に
維持される。

三相交流の周波数から低下すると電動機における磁気回
路が飽和し充電電流が異常に増大するので充電電流の増
大に対応して回転トルクの増大が得られるよう、本発明
のさらなる実施態様では、三相交流の電圧をその周波数
の低下に従って降下させて−る。この種の電圧調整は、
三相交流に直流成分が生じないようにして電圧曲線の一
部をカットすることで合理的に実現される。

電圧降下と同時に進行する三相交流周波数の低下は、電
動機におけるリアクタンスの縮少とこれによる短絡電流
の増加となる。これは、電動機の回転トルクが増加する
ことと同義である。

本発明の、三相用逆変換器を備えた実施態様の改良では
、その逆変換器が、電力用トランジスタから構成され三
本の電動機巻線を制御する最終段、最終段を制御するた
めの制御信号を創シ出すための装置およびマイクロプロ
セッサ−による制御部を有することである。その際Ｓ電
動機巻線は期待どおシに大きな始動トルクを得る観点か
ら必然的にΔ結線とされている。電力スイッチとして構
成された最終段は自己の制御電圧を創り出すために変圧
器を備えることがある。

同様に特徴的なのは、三相用変換器の最終段がこの段用
の制御信号を創シ出す装置の電圧レベルに適合するよう
にレベル変換器を前後に接続していることおよび、マイ
クロプロセンサーによる制御部が二つのＡ−’Ｄ変換器
を有していて、その一方は直流電源からの入力電圧を受
け、他方は電動機の負荷電流が分圧抵抗を通過すること
で生じる電圧降下としての分圧を受けることである。Ａ
−Ｄ変換器はマイクロプロセッサ−に組込むことができ
る。

同様に本発明のさらなる実施態様では、マイクロプロセ
ンサーによる制御部が、自身の作動電圧を創シ出すため
に直流電源からの入力電圧を受ける電圧調整器を備えて
いる。これには逆電圧に対する保護としてダイオードが
前段に接続されている。最終段のために制御信号を創シ
出す装置は、電動機の始動時において電動機巻線に印加
される三相交流の周波数を最小値に設定し、電動機の回
転と共に時間比例的に、もしくは、電動機負荷に対応し
て適格値にまで高めるよう合理的に構成されている。三
相交流周波数が適格値に到達した後は、電動機負荷に応
じて合理的に周波数調整が行なわれる。

本発明の重要な実施態様はつまるところ、電動機巻線が
２本もしくはそれ以上の分路に形成されることがあシ、
それぞれの電動機巻線における分路が、三相用逆変換器
の最終段によシその制御に応じて電気的には相互に無関
係な電力用トランジスターによシ断・続されることであ
る。一つの電動機巻線における分路は同じように重ねて
または雑多に重ねて構成され得る。しかし、同じように
重ねて構成するのが好都合である。

以下、図と共に本発明の実施例について説明する。

気密に封鎖されたカプセル１０内には冷却機用コンプレ
ッサー１１（詳しい構造についての説明は省略する）と
これを駆動する電動機１２が納められている。コンプレ
ッサーは往復ピストン型である。駆動電動機１２は三相
誘導電動機であってΔ結線（三角結線）の巻線を持ちそ
のローター１３が、前記ピストン型コンプレッサーに直
結されている。電動機のステーター１４とピストン型コ
ンプレッサーとは、逐一説明はしないが相互にしつか）
と固定されておシ、これら構造の全体がカプセル１０内
でバネ１５によって弾性的に支承されている。カプセル
からは冷媒のための入・出路１６，１７が図示しない熱
交換器へと延びておシ、また個々の電動機巻線につなが
る導線１８が出ている。電動機巻線はカプセルの気密を
損なわないようにしてカプセル外に導かれ、そこの特殊
な入力点に接続されている。前記導線はケーブルにまと
められてカプセル外に出、外部に配置された制御装置２
０に接続される。

制御装置２０は、これについては後に第２図を用いて詳
述するが、交流もしくは三相交流を整流した直流電路、
あるいはバッテリーとつながった導線２１．２２と接続
している。他の二つの導線２３．２４はサーモスタット
につながっている。

サーモスタットの機能は第２図のブロック図と共に説明
する。制御装置はまたコンデンサー２５を備えておシ、
これは周知のように撹乱周波数を平滑にするため用いら
れる。

第２図のブロック図は制御装置２０の全容を示し、これ
は三相用の逆変換装置とマイクロプロセンサーを有して
おシ、２４ポルトもしくは１２ボルトの直流が印加され
ると三相誘導電動機１２におけるΔ結線の巻線に印加す
る、所定の周波数を持った三相交流を創シ出す。

制御装置２０は電圧調整器３０を有し、制御用の全電子
回路における作動電圧を必要な程度に設定する。この電
圧調整器はダイオード６２゜抵抗３１およびサーモスタ
ット５６を介して回路に配置される。また、これとパラ
レルにコンデンサー５が配置される。

制御装置を構成する第２の部材はアナログ−デジタル変
成器（Ａ−Ｄ変換器）　５７．３８に接続したマイクロ
プロセッサ−４５である。この人−Ｄ変換器は電圧調整
器３０によシ所定の作動電圧に調整されておル、場合に
よっては作動電圧の入力点３９に配置された可変抵抗４
０によっても調整される。このＡ−Ｄ変換器はマイクロ
プロセンサーの一部分であってもよい。一方のＡ−Ｄ変
換器３７は入力電圧に無関係で今一つのＡ−Ｄ変換器５
８は電動機負荷に比例した電圧（以下で詳述する）に影
響される。

独特の制御信号を創るためにマイクロプロセンサー４５
におけるＡ−Ｄ変換器３７．３８および監視スイッチ５
Ｂからなる制御用の電子回路がある。マイクロプロセン
サー４５は制御事項全体を司さどＪ）、Ａ−Ｄ変換器５
７．５８からもたらされる入力の大きさに応じて最終段
５２のための制御信号を創ることと最終段に配置された
変圧器５４のためにクロックパルスを発生する。

マイクロプロセッサ−４５の後段にはレベル切換器５０
が接続され、これはマイクロプロセッサ−の制御信号を
電子回路の最終段５２が要求するレベルに適合させるた
めのものである。

このレベル切換器５０と最終段５２とは電圧調整器５０
からの作動電圧の影響を受けず、直・交流インバーター
の入力電圧に対しパラレルに挿入されたヒユーズ５３と
関係している。

最終段５２は三相誘導電動機のΔ結線された三本の巻線
との断・続を受持ち、電動機巻線の他に負荷変動に応じ
て作動する遮断器を備える。

必要に応じて配置された変圧器５４は最終段５２に不可
欠の制御電圧を創シ出す。最終段はさらに抵抗５５を分
路として備えている。

第２のＡ−Ｄ変換器５８の入力点は前記の分圧抵抗５５
と最終段５２間の連結点５６と接続しておシ、そのため
この変換器３８には入力電圧として、前記分路による電
圧降下分が制向電圧として伝達される。

制御用の電子回路が作動すると、サーモスタット５６が
閉じ、電動機が回転した状態で電動機への充電が分路５
５に電圧降下に応じた電圧を発生する。これは制御電圧
として第２のＡ−Ｄ変換器３日を介してマイクロプロセ
ッサ−４５に伝達される。マイクロプロセンサーをこの
ように制御するために、これは必然的に６つの制御相を
創り出す。分圧抵抗５５を介して負荷電流に応じて生じ
た制御電圧によシ、電動機への充電率と制御相の周波数
とが直接に関連付けられる。Ａ−Ｄ変換器３７は入力電
圧を直接に受け、三相交流の電圧が所定の周波数のもと
に設定値以上とならないように機能している。制御、用
電子回路はさらに、全体的な監視および制御の機能を司
さどるのであシ、電子回路および電動機電流に関してそ
の操作電圧の監視を行う。

以上の構成であるから、三相用逆変換装置は電動機が稼
働されると可及的に低い周波数の三相交流を生じる。こ
の周波数は制御の下限領域では時間に比例したものとさ
れ、電動機負荷の漸増と共に所定の適格周波数まで高め
られる。

第３図に示す他の実施態様では電動機巻線はそれぞれ二
本に分路（６０，６ｏ’；６ｔ、６１’、６２．６２’
）されていて、電気的には相互に無関係に操作される。

このような場合に配置される三相用の逆変換装置（詳述
を省略する）の最終段５２′はそれぞれのモーター巻線
の分路毎に三つの出力点Ｒ，Ｓ。

Ｔを備え、それぞれの分路の断・続はそれぞれ電気的に
は無関係な電力用トランジスタを介して行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、三相誘導電動機を原動機とした冷却機用コン
プレッサーを断面で示し、この電動機は気密に閉鎖され
たカプセル内に納められ、外部にその制御装置を備えて
いる。 第２図は、制御装置のブロック配線図である。 第３図は、△結線とした電動機巻線部分を示し、それぞ
れが二本の分路となっており、また、それぞれの電動機
巻線に対し二個所ずつの入・出力点を備えた、制御装置
における最終段の構成を示している。。 １０・・・カプセル １１　・・・冷却機用コンプレッサー １２・・・原動機 １６・・ｅローター １４・・・ステーター １５・・・バネ １６・１７・・・冷媒の入・出路 １８・・・導線 ２０・・・制御装置 ２１〜２４・・・導線 ２５・・・コンデンサー ６０・・・電圧調整器 ３１・・・抵抗 ６２・・・ダイオード ３７．３８・・・Ａ−Ｄ変換器 ３９・・・入力点 ４０・・・可変抵抗 ４５・・・マイクロプロセッサ− ５０・・・レベル切換器　− ５２・・・最終段 ５３・・・ヒユーズ ５４・・・変圧器 ５５・・・分圧抵抗 ５６・・・サーモスタット ５８・・・監視スイッチ ６０−６２・・・分路 、・″パ−ｉ・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　三相誘導電動機であって、特に車！（船、飛
   行機を含む）に搭載された、独立の冷却システムにおけ
   る冷却機用コンプレッサーを駆動するためのものであシ
   、 制御装置（２０）が周波数変換器を備えて三相交流の制
   御をする構成とされていることを特徴とした、前記三相
   誘導電動機。 （２）　　特許請求の範囲１に記載した電動機であって
   、三相交流の周波数が電動機負荷に対してｔｌぼ逆比的
   に制御されることを特徴とした三相誘導電動機。 （３）特許請求の範囲（２）に記載した電動機であって
   、三相交流の周波数が電動機（１２）の負荷時電流に対
   しほぼ逆比的に制御されることを特徴とした三相誘導電
   動板。 （４）特許請求の範囲（６）に記載した電動機であって
   、三相交流の周波数制御が負荷時電流が通過する分圧抵
   抗（５５）による電圧降下に応じて行なわれるものであ
   ることを特徴とした、三相誘導電動機。 （５）特許請求の範囲（１）に記載した電動機であって
   、電動機の起動時、三相交流の周波数が適格周波数より
   低い所定の周波数から時間に比例して漸次適格周波数に
   高められるよう制御されることを特徴とした、三相誘導
   電動機。 （６）％許請求の範囲（１）〜（５）のいずれか１つに
   記載した電動機であって、制御装置（２０）が直流電源
   に接続可能な三相用逆変換器？三相交流発生用に備えて
   いることを特徴とした、三相誘導電動機。 （７）特許請求の範囲（υ〜（６）のいずれか１つに記
   載した電動機であって、制御装置（２０）が三相交流の
   電圧を制御するための装置を備えていることを特徴とし
   た、三相誘導電動機。 （８）特許請求の範囲（６）または（７）に記載の電動
   機であって、三相交流の電圧がその周波数を顧慮しつつ
   直流電源の変動にかかわらず実質的に一定に維持される
   ことを特徴とした、三相誘導電動機。 （９）特許請求の範囲（６）に記載した電動機であって
   、三相交流の電圧がその周波数の減退にほぼ比例して降
   下されることを特徴とした、三相誘導電動機。 （１０）特許請求の範囲（９）に記載した電動機であっ
   て、三相交流の電圧が、電圧曲線としてその一部がカッ
   トされた形態となるものであることを特徴とした、三相
   誘導電動機。 （１１）特許請求の範囲（６）に記載した電動機であっ
   て、三相用の逆変換装置が、゛電力用トランジスタから
   なフ三つの電動機巻線を制御する最終段（５２，５２’
   ）　、この最終段のための制御信号を創シ出す装置およ
   びマイクロプロセッサ−による制御部分（４５）を備え
   ていることを特徴とした、三相誘導電動機。 （１２、特許請求の範囲（７）に記載した電動機であっ
   て、電カスインチとして構成された最終段（５２，５２
   ’）が、との最終段のための制御電圧を創シ出す変圧器
   （５４）を備えていることを特徴とした、三相誘導電動
   機。 （１３）特許請求の範囲（１１）または（１２）に記載
   の電動機であって、最終段（５２，５２”）は、この段
   のための制御信号を創シ出すマイクロプロセッサ−（４
   ５）の電圧レベルに適合させるためレベル変換器をその
   前段に接続していることを特徴とした、三相誘導電動機
   。 （１４）特許請求の範囲（１１）〜（１３）のいずれか
   一つに記載した電動機であって、マイクロプロセッサ−
   による制御部が二つのアナログ−デジタル変換器（３７
   、３８）を備え、一方には直流電源の入力電圧が接続さ
   れ、他方には負荷時電流が分圧抵抗（５５）を通過する
   ことで生じる電圧降下分が電圧成分として印加されるこ
   とを特徴とした、三相誘導電動機。 （１５）特許請求の範囲（１１）〜（１４）のいずれか
   一つに記載した電動機であって、マイクロプロセッサ−
   制御部が直流電源からの入力電圧部に接続された電圧調
   整器（３０）を作動電圧を設定するために備えておシ、
   この調整器には、その前段にダイオード（３２）が逆電
   圧からの保護のために接続されていることを特徴とした
   、三相誘導電動機。 （１６）特許請求の範囲（６）〜（１１）のいずれか一
   つに記載した電動機であって、マイクロプロセッサ−（
   ４５）が最終段（５２，５２’）に伝達する制御信号を
   創出するためのものであり、この信号によシ、電動機の
   起動時には三相交流の周波数がその最小値に設定され、
   その後電動機の回転に応じて時間比例的にあるいは電動
   機負荷に対応してその適格周波数にまで高められること
   を４′！徴とした、三相誘導電動機。 （１７）特許請求の範囲（１１）〜（１６）のいずれか
   一つに記載しｆｃＶｔ動機であって、電動機巻線がそれ
   ぞれ少なくとも二つに分路（６０，６０’；６１．６１
   ’　；６２．６２’）されてお）、それぞれの巻線にお
   ける分路は三相用の逆変換器の最終段（５２’）によシ
   それぞれに、電気的には相互に独立した電力用トランジ
   スタ（複）を介して断続制御されることを％徴とした、
   三相誘導電動機。 （１８）特許請求の範囲（１υに記載した電動機であっ
   て、一つの電動機巻線における分路（６０゜６０’：６
   １．６１’；６２，７５２つは同様であって重ね巻きと
   されていることを特徴とした、三相誘導電動機。