TW504892B - Group-operation control method and system for synchronous motors - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（< ) [産業上之利用領域] 本發明為有關一種同步馬逹的群蓮轉控制方法，及其 条統，其像將連接在同一電源的多台同步馬達，以群控 制方式，使其在於調速或工業電源頻率下安定的蓮轉者。 [習知之技術] 在溫度控制受到駸密要求的待殊大樓或淨化室等中， 為了要將整個房間内的溫度控制在均勻且正確的狀態， 在一般上，並不用總括性的流量控制方式，而是用將吹 出、排出風扇分散於各處，並對這些風扇之空氣流量可 値別的微調控制之条統者。而在這種空調条統中，要將 分散配置在各處的多數風扇，各個控制在於同一速度蓮 轉，則需要用分散型的群蓮轉控制。 這種群蓮轉控制条統中，已知的是例如利用可轉換電 力的電力轉換器，以調速方式驅動多台的感應馬達之条 統（例如日本專利公報昭和59- 9 6 8 9 6號），或以調速方式 驅動多台同步馬達之条統（例如日本專利公報昭和5 1 - 3 0 4 6號）。然而，感應馬達在一般上，其蓮轉效率是比同 步馬達的為差，且在起動時會流通接近於經常時的5倍 之電流，因而，要將多數的感應馬達以群蓮轉時，會有 一定要用大容量的電力轉換器之問題。尤其是例如大樓 或淨化室等的空調用風扇之調速驅動馬達，其每1台的 容量是在於數百瓦特之程度，而這種馬達在於其蓮轉效 率上。 同步馬達是比起感應馬達具壓倒性的有利。而無論有 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（>) 無調速蓮轉，此有利條件，在於節省能源上，也是所必 要的。 一方面，同步馬達在蓮轉效率上雖然有利，但從另一 方面來看，其係有由於過載，過渡現象等而容易引起失 步現象之缺點。為了防止此失步現象，以實現安定控制 ，而被所使用的是設置磁極位置檢測器（P P S ; Ρ ο 1 e ΐ t i ο n S e n s ο 10 , 以經常 監視轉 子的磁 極位置 ，而 利用電 力轉換智控制供應於定子繞組的電力之電壓及頻率，以 耐其轉矩角（磁極位置與定子繞組所作成的旋轉磁場之間 的相位角）控制在大致接近於9 D °的最適當角度之同步馬 達。這種同步馬達是一般為眾所周知的無電刷直流馬達 (以下稱B L D C馬達）。 第1 7圖是以往的連接多數B L D C馬達之群運轉控制条統 構成方塊圖。 從交流工業電源線路1 Q 1所供應的交流三相工業電源電 力是由整流裝置（C 0 N)1 0 2轉換為直流電力後，供應於多數 的 B L D C 馬達 1 0 3 i ，1 Q 3 2，1 0 3 3，· . . 1 0 3 η ，各 B L D C 馬達 1 0 3 1 〜1〇3η 是由同步馬達（SM)104i、 1042、 1〇43、 ..·104η ，和對各同步馬達1 0 4 i ~ 1 0 4 η執行調速控制的反向器（I Ν V ) 1 〇 5 jl、 1 0 5 2、 1 0 5 3、 · · · 1 0 5 η ，及撿測各同步馬達1 0 4丄 〜1 ϋ 4 n的轉子磁極位置之磁極位置撿測器（P P S ) 1 0 6 i、 1〇62 、 1063 、 ···ΙΟΘη 所構成。反向器 lOSi 〜105n 是依據磁極位置撿測器1 Q 6丄〜1 0 6 n的輸出，控制其輸出 電壓及輸出頻率。由此，在各BLDC馬達IfUi 〜103n中會 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ¥

« — — II 504892 A7 B7 五、發明說明（々 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 值各做就速 ，電並外測線成十方 同条 轉達達 測使要，調 中的做之撿接線數濟 種足 力馬馬 撿，此號施 統用位線置連配置經 一滿 電步步 之制在信實 条專單力位些其設在 供時 以同同 C 控。的下 制和之電極這，要， 提同 於之台 06速轉同度 控器達相磁而又於中 於可 在制多 -1調蓮共速 轉測馬三的，。在統 在偽 是控述 1 行下入同 蓮檢DC用成線因，条 是其 法速上 61執之輸相 群置BL動構號原本調 的， 方調將 10C角中致 之位的驅所信大成空 目統 制行： 器04矩統大 達極全其件用很的型 ，条 控執為 測 1 轉条以 馬磁完 了元器之器制 題其 轉轉徵5- 撿~ 當號!)DC置為除1)測性向控 問及 蓮蓮特· 置 4 適信1B 設作達 a 感靠反散。之法。 群的其 位10最令1 的上台馬 U 條可及分題述方者 之達 ， 極達持指LDEI]往達一步爾 Θ 的器的問上制性 j達馬中 磁馬雒度(B!|.以馬每同霍8-上_扇之於控濟^]馬步法 間 段 ‘ 的步於速達 逑步以各個的路撿風視鑑轉經 步同方 置同在在馬 U 上同，此 3 些電置數忽有蓮和 同台制 設其可，步 _ 在個路因由這低位多能乃群性解的多控 所對都時同3cfe，各電。要接降極個不明的靠 明對轉 各的達制各 。^«而於制轉需連為磁百為發達可_發段蓮 據立馬控使轉 P 然在控蓮還和成和數成本馬的 P 本手群 依獨値群可蓮[I是子聯，器是本到面 步統[|控的 IU— h--------^------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 中之一部分作為引示（P i 1 0 t)馬達而直接或間接的撿測 該引示馬達轉子之磁極位置；控制上述電力轉換手段的 輸出電壓及輸出頻率，K使由上述所檢測的引示馬達之 磁極位置與定子繞組所作成的週期性變化磁場之間的相 位角在於所定範圍内；並將上述電力轉換手段的輸出電 力作為共同電源供應於上述多數的同步馬達，由此以將 上述多數的同步馬達控制在於同一速度且大致同一轉矩 角的狀態下蓮轉者。 又，本發明的同步馬達之群運轉控制系統是在於具備 多台的同步馬達；和可輸出同步馬達的調速控制蓮轉所 需之電力，並將其供應於上述多數的同步馬達之電力轉 換手段之同步馬達的群蓮轉控制系統中，其特徵為：將 上述多台同步馬達的一部分作為引示馬達；並具備可直 接或間接的檢測該引示馬達的轉子磁極位置之磁極位置 檢測手段；而上述電力轉換手段係將其輸出壓電壓和輸 出頻率控制在可使由上述磁極位置檢測手段所檢刪的引 示馬達之轉子磁極位置與其定子繞組所作成的週期性變 化磁場之間的相位角在於所定範圍内，並將其輸出電力 作為共同電源，供應於上述多數的同步馬達者。 在此的引示馬達是擧其一例為具磁極位置檢測器的同 步馬達，和馬達驅動用電力轉換裝置，及至少具有可控 制該電力轉換裝置的功能之裝置的一部分者。使用這種 引示馬達，而例如K可變電壓可變頻率（K下稱V V V F )或 可變電壓恆定頻率（K下稱V V C P )電力轉換手段控制電力 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） iu______nll^v il· (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂---------線丨* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（f ) ，將其供應於並聯連接的同步馬達。又，引示馬達的磁 極位置與定子繞組所作成的週期性變化磁場（例如旋轉 磁場）之間的相位角是控制在例如6 0 °〜1 2 0 °範圍，而 儘最的搾制在9 0 °附近為理想。 在本發明中，是將要受群運轉控制的多台同步馬達之 中的一部分作為引示馬達，而由磁極位置撿測手段K直 接或間接的檢測該引示馬達的轉子磁極位置，並將其反 饋於電力轉換手段，由此控制引示馬達的轉矩角，並將 電力轉換手段的手段的已經過電壓及頻率控制之輸出電 力，同時供應於其他的同步馬達，因此，只要所有的同 步馬達都具大致同樣規格，在於同樣負載條件下蓮轉， 則可獲得和對所有同步馬達倣轉矩角控制時同樣之控制。 尤其是例如在高樓或需要特殊環境的淨化室等的調溫 所使用的空調機器之群蓮轉控制中，其負載特性（例如 平方律轉矩曲線負載，旋轉體的慣性等）和驅動馬達是 具大致相同或類似的特性和規格者。在此場合時，在於 經常狀態及狀態變化在某程度緩慢的狀態中，各個同步 馬達的內部感應電壓之大小及相位關係和轉矩角等可認 為是大致相同。因此，連接在共同母線時，只要有對一 台同步馬達的旋轉控制就可對受群蓮轉的全部同步馬達 之旋轉控制。 依本發明時，在於具多數的同步馬達之系統中，也只 要在一部分的同步馬達中設置磁極位置檢測手段，且使 電力轉換手段公用化，則不必在其他同步馬達設置這些 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «III — 504892 A7 B7 年 2 2修-正 五、發明說明（（^ ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 JM同等 理 M,之 轉體此 由，，.業者徵起步達制 創以步 較，時達 運整因 是動後工態特的同馬控 可 角失 ，段轉馬 常統。。徼起近到狀之達述步換 面 矩或 中手運步 異系制轉特的附接轉統馬上同轉 一 轉束。統護常同 生從控運之速率轉運条步當述之 而 的拘達系保異的 發，的續法轉頻段步制同及上源 , 達於馬制測生轉 出而樣繼·方加源手同控些；將電 性 馬由步控檢發運 測因同的制增電換的轉這統後業 靠 示達同轉常達常 被，達響控慢業轉電運制系近工 可 引馬的運異馬異 達應馬影轉慢 Η 力供群控換附到 的 據步部群置一生 馬供步到運Μ到電源的速轉率接 統 依同全的設任發 步力同受群達加逑電達調力頻轉 系 都一於達各的·該 同電該不的馬增上業馬 Μ 電源段 保 達任及馬都中應 一的接可達步速從工步；之電手 確 馬有遍步上達供 任達連達馬同轉源由同達加業換 可 步一會同路馬止 有馬未馬步台的電到一馬增工轉 面 同萬響明線步停 如步和步同多達的移另步慢到力 一 。的 ，影發電同並 ，同行同一使馬達轉的同慢加電 ，本部時其本供數 ， 時該進常另段步馬其明台速增述 此成全轉 ，在各多出 成止可正的手同步使發多轉速上 由的 ，運時.，在述測 構停，的明換述同以本；其轉從 , 上是度Ihllt是上其。此會來他發轉上述，，備使的源 段體可谏,'''停因的於將力>/, 看其本力當上源又具 ，達電 手整 一而 想在可電 時上， 霄而將電 是動馬的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504892

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 ) 手段者。 依此方法及系統時，是由電力轉換手段使多台同步馬 達Μ慢慢增加轉速的起動。由這種起動方式可將起動電 流抑制的很低因而其節省能源的效果很高，也可減輕電 力轉換手段的容量。本發明並在於同步馬達的轉速到達 工業雷源附近後，將上述同步馬達的電源從電力轉換手 段轉接到工業電源，因而，轉換後，在電力轉換手段內 的電力損失已完全消失，可更提高節省能源的效果，而 可構成為在經濟上很優異的系統。又，Μ此構成時，也 可防ih電力轉換手段所產生的雜音。 以這種構成時，也可考量將受群運轉控制的多台同步 馬達之中的一部分作為引示馬達，Μ構成為理想的形態 。此引示馬達是Μ磁極位置檢測手段，直接或間接的檢 測其磁極位置，將其反饋於電力轉換手段。而在於起動 時的控制中，對引示馬達執行轉矩角控制之同時，並將 電力轉換手段的，經過電壓及頻率控制之輸出電力，也 供應於未設置磁極位置撿測手段及執行轉矩角控制用控 制電路之其他同步馬達。从這種控制方式時，全部的同 步馬達只要是大致同一規格而在同樣負載條件下蓮轉， 則可獲得和對於全部同步馬達的轉矩角執行控制的情形 同樣的控制。由此，在於具多數的同步馬達之糸統中， 只在於一部分的同步馬達上設置磁極位置檢測手段或電 力轉換手段的控制電路，其他的同步馬達就沒有設置這 些的必要，因此，可一面確保系統的可靠性，一面又可 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） uiu.----II ❿裝 --------訂 I -----參 - i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504892 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，手置轉達 群測設力馬纟I 多，馬過時之由其和 達態應到，抗 制撿可電步 HP 到入步的接壓如將降 馬狀戲度時阻 控置，從同igM 源輸同時轉電例段壓 步的的速成的 轉位時序的： 電其將當於應，手電 同近生化構型 運極段依量 ：Ir業而於後在感後制的 台附産變此大 達磁手源數 工，在源具的源控起 多頻所其以入 馬具換電多p'LIil'在件，電也生電接引 於源轉或。插 步和轉的很TifM 是元時業，産業轉所 在電旋 /者必 同，力逹動)σ1Ι，抗成工且所工之件 ：業的及源不 的達電馬起，= 中阻構到，群到路元 為工逹壓電就 數馬及步要中if態置此接制達接短抗 成及馬電業 ， 多步，同則集P&形設如轉抑馬轉端阻 構壓步分 Η 路 有同達群，的 Μ 的上以段來步在出止 可電同差到電 具的馬各源力fif想路。手件同而、防 也源與其接較 時 C 如台示將電電 ί 理線成換元與，入以 段電壓當轉比 本中多引以業開^; 一電構轉抗壓果輸， 手業電而，的 成統含的，工避 U 再供之力阻電效的路 制工源，時壓 的条包路段於可lr的的路電該源之件短 控到電較内電 上調均電手接①可 明達短從由電位元端 接速業比圍兩 體空中制換轉得，。發馬以源，業相抗出 轉加 Η 以範置 整在群控轉段獲量點本步可電流工準阻、。力、對加定設 減又各或力手可容優在同端的電使對將入損電動，壓所要 削其段電換時的之 台出逹大，間可輸銅 起下電達只 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504892

A7 B7 五、發明說明（9 用的開關 壓與感應 業電源， 一同步馬 馬達在於 運轉控制 上述多台 間接的撿 引示馬達 變化磁極 壓，改善 在於上述 的又一同 步馬達； 之起動手 動蓮轉轉 控制系統 分作為引 的轉子磁 測引示馬 性變化磁 壓，K使 善其功率 系統時， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 元件或 其工業 出其投 本發 於多台 下.嘗 其特徵 達，並 依據該 作成的 同步馬 多台同 又， 具備： 工業電 起動手 馬達的 馬達中 測該引 依據上 所形成 同步馬 轉狀態 依此 其短路 電源電 入於工 明的又 的同步 施同步 為：將 直接或 所檢測 週期性 達的電 步馬達 本發明 多台同 源頻率 段的起 群運轉 的一部 示馬達 述所檢 的週期 達的電 下，改 方法及 等。又 電壓的 而可保 達的群 Μ工業 之同步 同步馬 測該引 的轉子 之間的 其功率 工業電 步馬達 起動這 段；和 接到工 中，其 示馬達 極位置 達的轉 場之間 其在於 因數及 將受群 ,如果 差分電 護系統 運轉控 電源頻 馬達的 達中的 示馬達 磁極位 相位角 因數及 源頻率 的群運 些馬達 ,將這 業電源 特徵為 ;而具 之磁極 子磁極 的相位 Μ工業 轉矩角 運轉控 由於某 壓異常 的運轉 制方法 率的同 群蓮轉 一部分 的轉子 置與其 ,Μ控 轉矩角 下，可 轉控制 ,使其 些同步 蓮轉的 :將上 Κ直接 位置檢 位置與 角，控 電源頻 之電壓 制的多 種原因， 大時，可制 〇 是在於：對 步運轉狀態 控制方法， 作為引示馬 磁極位置， 定子繞組所 制上述多台 ,Μ使上述 安定運轉者 糸統是在於 轉速增加到 馬達從上述 手段之同步 述多台同步 或間接的檢 測手段，和 其定子繞組 制上述多台 率的同步運 控制電路者 台同步馬達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 _B7_ 五、發明說明（） 之中的一部分作為引示馬達，以磁極位置檢測手段直接 或間接的檢測該引示馬達的轉子磁極位置，並將其各反 饋於電力轉換手段，以控制引示馬逹的轉矩角時，可使 轉矩角接近於理想的9 ϋ ° ，但在於同步馬達的施加電壓 及頻率接近到工業電源電壓及工業電源頻率後，將同步 馬達直接連接於工業電源時，不能控制其轉矩角，而其 最大轉矩角會在於4 5 °〜9 0°附近，功率因數會降低。 因此，在本發明中是在於以工業電源頻率同步蓮轉狀態 下，依據上述所撿測引示馬達的轉子磁極位置與其定子 繞組作成的週期性變化磁場之間的相位差，利用半導體 開關元件的激發角控制等，控制VVCF之施加電壓，因而 可使轉矩角接近於9 0 ° ，而可改善功率因數。 如將上述多台同步馬達分割為其各群都含有可和上逑 起動手段的起動能力相稱的多數同步馬達之多數同步馬 達群，而上述起動手段是將上述各同步馬達群依序起動 ，又，上述轉接於工業電源蓮轉之手段是將上述已被起 動的各同步馬達群依序轉接於工業電源蓮轉者，則更為 理想。 上述起動手段也可以用其輸出電力是可使上述同步馬 達從起動到工業電源頻率為止的轉速會慢慢增加，而可 作為蓮轉速度控制用之電力轉換手段，或者，例如以工 業電源起動，且可輸出其電壓及頻率是隨著其轉速的變 動而變動的電力供應於上述同步馬達之旋轉電機類者亦 可。 -1 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

504892 A7 B7 五、發明說明（ 例 施 實 例 施 實 想 mi 1 理 的 明 發 本 明 說 面 圖 照 參 下 以 統 条 制 控 轉 蓮 群 達 馬 步 同 的 1X 例 施 實 明 發 本 1 是 例圖 施 1 實第 電裝 源電 電供 業由 工再 相 ， 三後 流力 交電 的流 應直 供為 所換 1 轉 路)2 線ON 源(C α 電置 圖流裝 塊交流 方業整 成工由 構從， 之 力 於出 在輸 達流 馬交， 步相 同三 使 V 可VV 在的 制轉 控蓮 被下 是率 率效 頻轉 及蓮 壓和 電數 其因 為率 換功 轉的 3 想 置理 由 · 經， 3 是 LO 力2, 電 5 出， 1 輸5 流M) 交(S 相達 三馬 該步 而同 , 台 力多 電於 應步 供同 4 台 線多 出在 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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I .^1 n 一OJ I ϋ ϋ I n n I n n n n n I I 1 n ϋ n ϋ 1 n n I 504892 A7 B7 五、發明說明) 傷， 構及 損統 之 的条 統 17的 条 、來 制 16原 控 承照 轉 軸如 蓮2, 。於， 群置 止由時 C 達裝 停 1 止 下 馬流 並之停。如 步整 步達而止例 同的 失馬象停施 的中 都步現會實 2 圔 達同步都的 例 5 馬内失達點 施第 的群或馬此 實是 數果束部善 本圖 全如拘全改 2 是 6 後，為的，例圔第 最此成内此施 5 。 到因，群因實第圔 ， 等Bl< · 成 3 置 裝 電 供 達 馬 步 。同 圖 台 塊多 方於 路在 電是 細 ， 詳中 的f« 10施 達實 馬本 示在 引 側 源 電 的 測以 撿可 流是 電η S-8 2 路 CO 線置 電裝 供護 斷保 切測 的撿 時流 瞬電 以過 並 〇 流 C I 8 霄 \ 過 1 損 8 撿置 可裝 設護 各保 流 電 過 ο 等 絲 險 保 路 斷 即 立 或 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) 作 操顯 在式 置形 設定 於特 在以 可達 如馬 例步 ， 同 號的 信常 的異 測有 FB檢將 (Ν所， 關 c 上 I 8 開 9 31 Ρ器 熔81示 無置顯 如裝的 例測等 用撿盤 置 裝 護 保 測 檢 流 電 過 時 統 条 〇 此 之依 示 蓮 生 發 將 會 切 〇 的響 速影 迅的 ， 體 出整 測統 式条 形對 的止 流防 電以 過 ， 達路 馬線 步電 同供 以的 ，達 事馬 之步 常同 異該 轉斷 — — — — — — — — — 線#· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 器 示 顯 在 9 器 示 顯 於 出 輸 ?#。 信達 生馬 發步 常同 異的 將常 ，異 時有 同示 之顯 與上 並 9 在分止 。之停 轉轉台 蓮蓮 1 續聯的 繼並中 可達其 逹馬於 馬步由 步同 ， 同數合 常多場 正較之 的的統 他台条 其30制 ，^ 控 時20轉 成有蓮 構如群 此例型 如中置 以群配 一 散 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（Q ) 所牽牛的影響是比起全部同步馬達停止的影響小得多。 因tt ,應用此系統時，可迴避空調系統的全部同步馬達 一曰停丨卜的事態之發生，且可顯示有異常的同步馬達， 維譁也較容易，而可提升空調系統的可靠性。 例如在1群中連接有1 0〜2 0台風扇的系統時，其供電 裝置3的容量當然是要有可安定的驅動這些全數馬達所 需之容最。但在其控制方法中，只要將輸出段的功率元 件若干的大型化，或將其輸出段放大的程度就可應付。 因此無需特別的技術。其結果是，利用這種使用引示馬 達的多數同步馬達之群運轉控制糸統時，可大幅的削減 其信號系統的配線條數和零件件數，有肋於系統可靠性 的提升和經濟性的提升。 又本發明並不限定於上述實施例。 所使用的同步馬達也可例如第7圖所示的，在轉子1 4 h具備和磁極部18在蚰向同軸配置之鼠籠型轉子19者。 鼠籠型轉子1 9是具有和由定子繞組1 2所產生的旋轉磁場 之間的相互作用，而構成為感應馬達的轉矩產生手段， 及吸收振動的鍰衝器之功能。因此，使用這種同步馬達 就可在於開動時，選擇Μ供電裝置3的輸出頻率來起動 ，或Μ感應馬達的起動之兩種起動方法。又，在上述用 引示馬達的群控制系統中，群內的同步馬達中有1台停 ih時，該群的全部同步馬達必須再度重新起動，但，如 果用第7圃的同步馬達時，可感應馬達自行起動。 由感應馬達起動後，轉子14的轉速η從非同步速度接 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（“） 近於同步速度時，磁極部1 8會與旋轉磁場互相吸引而帶 進於同步速度。往後，鼠籠型轉子1 9是作為吸收振動用 緩衝器之功能，防止振動或由於過渡反應所引起的失步 等的發生，確保条統的安定蓮轉。第3圔（f )是在轉子鐵 心2 1中埋入永久磁鐵2 2和轉子導線2 6，將磁極部1 8和鼠 籠型轉子1 9形成為一體的例子。 又，本發明並不限定於只將群内的1台同步馬達作為 引示馬達的条統者，而只要其是群内的一部分，也可將 多台同步馬達作為引示馬達。即引示馬達可在於每一群 中各用1台，也可在每一群中使用多台。 又，如上逑的使用霍爾元件或接近開關等之磁極位置 撿測器（P P S )之条統，並非本發明必需之要件，而本發明 也可適用於使用隨著轉子的旋轉所産生的電樞繞組之感 應電壓等作為轉子磁極位置的信號來用，以間接的取出 轉子磁極位置的信號，用此信號做蓮轉控制的無磁極位 置撿出器（P P S L ) B L D C馬達之条統上。 又，以上是對於由多相交流繞組産生通常的旋轉磁場 型式之「旋轉磁場型馬達」加以説明者，但本發明並不 限定於這種型式，而也可適用於與此不同的「磁極集中 繞組型馬達」或「激磁相轉換型馬達」上。 即如第8圖（a )所示，以往的旋轉磁場型馬達是在各磁 極上，使多相交流繞組的各相繞組全互相重疊的將線圈 捲繞在線構中的方式者。以這種情形時，3相電機的合 成磁場或磁動勢分佈，大致如（2 )式。 -2 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------i ir (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — 線 504892 A7 B7 五、發明說明（θ ) a' m 速 b、轉 B 是 、 ο a W B ， ， 值 通時 磁瞬 成之 合分 的成 隙通 /TA 磁 磁 是的 BO生 中産 式所 各 是 相 是 間 時 是 圖 8 第 如 傜 其 時 形 情 的 組 繞 中 集 極 磁 在 。而 角然 位 重合 不相 互互 組有 繞會 相不 各勢 Μ _ 繞磁 捲的 ，組 上繞 極相 磁各 心此 鐵由 勺 0M ， 造圈 構線 極之 凸立 在獨 ，而 示疊 旋 & ^ 優6 值 之恆 4為 長成 圍會 周不 圏 Ο 線 0 短通 縮磁 可成 具 合 像 ， 其中 ，型 是組 可繞 〇 中 形集 情極 之磁 成在 轉激 旋流 不直 並或 ，鐵 時磁 子久 轉永 型是 籠子 鼠轉 的其 常如 通 ， 入是 插但 如 〇 ，矩 而轉 因得 ，獲 場能 磁不 轉 ， 化 變 的 性 期 週 通 磁 使力 置斥 位排 各， 的 向 方 圍 周 在 N ， 用 時利 。 鐵的矩 磁妙轉 磁巧的 引 吸 的 極 磁 滑 圓 生 産 其 使 可 就 大引 由吸 ，有 時只 形像 情其 之但 子 ， }®ι- 的旋 達態 馬形 型的 R)達 (V馬 阻步 磁同 變以 可理 於原 在的 ，樣 又同 致 旋不 的 ， 滑矩 圓轉 為生 成産 會 會 不不 而也 因子 ，轉 生型 産籠 的鼠 力上 斥裝 排的 有述 望上 期如 b匕 不又 5 ο 力轉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 91. 5.22 αί 五、發明說明（>〇 形。 第9鬭是這些馬達的鐵心構造之一例。圖示者稱之為 6 / 4構造，其係在定子8 1的6個凸極8 2之上捲繞U、V、W 的三相繞組，使其在對稱位置之成對凸極8 2形成為同相 。轉孑8 3是具4個凸極8 4。在一般上，設定8 1的極數為 N1，轉子83的極數為N2時，在這些馬達中，有N1 士 2 = N2 之關係。這些馬達也可作為本發明中的包括引示馬達在 內的同步馬達之用。 第1 0圖是同步馬達的代表性運轉特性圖，而被稱為「 V曲線| 。縱軸是電樞電流I ,橫軸是激磁電流I f或施加 雷壓V。實線（在0 ’ - r下側部分之V曲線）是馬達的實際 運轉範園，在0 ^ f上側的虛線V曲線是不安定範圍。在 lit ,嚴密的說起來，在橫軸上取激磁電流I f時，和取施 加雷壓V時，曲線形狀多少會有些不同，但大致上成為 類似的形狀，因而在此不予區別，都叫它是V曲線。在 眈媿購！中，0 - η實線是將V曲線的底部連起來者，是電 樞雷流最小之點，而是表示其功率因數大致在1 0 0 %的條 件之點。此縱向0 - η線的左側是滯後功率因數區域，右側 是超前功率因數區域。 通常的B L D C馬達是檢測其磁極位置，Μ使其在於轉矩 角的絛件（θ = δ = 9 0 ° C 0 S 0 = 1 · 0 )下，即在第1 0圖的0 - η 線上運轉。越離開該0 - η線越遠，則C 0 S 0 < 1 . 0 ,其運轉功 率因數會急遽的下降。 第1 1圖是馬達的轉矩曲線圖，縱軸是所產生的轉矩， -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I ------I --------^ -------- (請先閱—背面之注意事項再填寫本頁) 504892

五、發明說明（21 ) 橫矩，橫軸是轉子磁極中心與定子電樞電流所作成的磁動 勢中心位置（旋轉磁場的中心位置）之間的相位角，即轉矩角 5。轉矩角在0°的狀態是指無載條件下，定子與轉子的磁 極相吸引而在平衡狀態之點。第11圖是非凸極機的例子， 相位角（轉矩角）=0°時，所產生的轉矩是零，而隨著相位 角（0=5)的增加，所產生的轉矩會以正弦函數的增大，在 0 =90°呈現最大値，而相位角超過90°時，所產生的轉矩 會相反的逐漸減少。在此，設P爲馬達平衡於的電樞繞組 感應電動勢之電壓和電流的相位角時，上述轉矩角<5與0 的關係是如第1 2圖所示者。 第1 1圖中也表示使施加電壓V變化時的轉矩曲線之變 化。實線是額定電壓以下的條件，虛線是超過額定電壓的 條件下之轉矩曲線。所產的轉矩會隨著施加電壓的增減而 大致比例於電壓的平方增減。 這些的關係以數學公式表示時，如下（3 )式。 3V · Eo Pouts-sin δ Zs 式中，Pout是輸出功率，V,Eo是如第12圖所示的馬達 之端子電壓及內部感應電壓，Zs是同步阻抗。 由第1 1圖的轉矩曲線僵可知，在同一施加電壓下，其所 產生的轉矩是大致相對於轉矩角以正弦波狀的變化。 由此，在此圖中，其最大負載轉矩是在於轉矩角δ =90° -23- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（〆） 時的T m a X，而對超過此值以上的負載轉矩，此馬達已無 法忍受，其轉矩角會超Βϋ而失步。在一般上，同步機（ 發電機或馬達）會由於負載的驟變引起的振動或共振現 象，不能在此Tin ax狀態下安定運轉，而會失步。即通常 對於轉矩角或最大産生轉矩值（Tin ax)需保留一些餘裕， 以在於安全範圍蓮轉。此安全範圍是在轉矩角為4 5 °〜 60°程度。因此，需要使負載轉矩擁有27〜13 . 5%程度 的寬裕來蓮轉。但此是指平均值（正常狀態）者。 .實施例3 第1 3圖是本發明實施例3之同步馬達群蓮轉控制条統 構成圖。 從交流工業電源線路1所供應交流三相工業電源電力 經由整流裝置（C0N)2轉換為直流電力後，再由供電裝置 (P W ) 3轉換為其電壓及頻率是被控制在可使同步馬達在於 理想的功率因數和蓮轉效率下蓮轉的V V V F三相交流輸出 電力，而該三相交流輸出電壓是經共用的由VVVF輸出線4 供應於多台同步馬達（S Μ ) 5丄，5 2 ，5 3 ，. . . 5 n 。在多台同 步馬達5ι〜5 η中的一部分，在本例中是1台同步馬達5 1 上設置磁極撿測器（P P S ) 6及控制電路7，而由這些同步 馬達5 1、磁極位置撿測器6及控制電路7構成為引示馬 達1 D。磁極位置撿測器6是可撿測同步馬達5 i的轉子磁 極位置。控制電路7是依據其檢測值控制供電裝置3，使 其輸出可使同步馬逹5 i在於理想的功率因數和蓮轉效率 下蓮轉。供電裝置3是按照控制電路7的控制，將經過 -2 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------丨 | (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — — — 線 504892 A7 B7 五、發明說明（4 ) 升 步上 同速 於轉 應其 供使 原動 3M3 電起 同達 共馬 為步 作同 出台 輸多 VF將 VV此 的由 率 〇 頻 C 5及- 壓 1 電 5 整達 調馬 側 1 線 源48出 電關輸 的 開 V V η ο V 5 ο η 妾 〆 8 4 接 51~ 時 達 1 動 馬48起 二\ ΛΖ 每 1 方 同開在 台的 C 夕夕g-5 在手 1 接51 轉達 力馬 電步 為同 作將 有是 設 C r 8 各 4 上 電 業 Η 於 在 其 電 1C供 路對 線是 源49 電器 業較 工比 流 。 交49 到器 接較 轉比 後是 之的 轉號 旋信 定接 安轉 近此 附出 率輸 頻 ， 源而 旧 0¾ 力 i 位開 相使 的 ， 1 時 路内 線以 源。 ο 電 3 業如 工例 和 ， 位圍 相範 之某 出達 輸到 F V 如 VV者 的兩 來 ， 3 較 置比 裝以 V 達 從馬 η 步 8 ] 4 同 ~ 於 1 在 於 加 10施 路出 線測 源如 1 9 荀^|4 業器 工較 到比 接 ， 轉中 側動 4 起 線 出 輸 η 5 Η 側 及 1 壓路 電線 源源 IBia& 荀玲 ipur 業業 Η Η 於於 近接 接轉 率 C 頻J 及 1 壓8 8 3 的開 “使 5 ~時 5 率 達頻 馬源 步電 同業 蓮 率因 頻 ， 源態 電狀 業歇 工停 於為 步成 同都 都 8 後路 往電 C 制Τ控 及 1 5 3 達置 馬裝 步電 同供 此而 由 〇 〇 轉 失 損 〇 力生 電産 勺 勺 白 中 音 3 雜 置止 裝防 電可 供其 和 ， 2 統 置条 裝的 流源 整能 在省 低節 抑很 可成 ，構 而可 群 逹 馬 步 同 的 制 控 轉 蓮 群 受 述 上 的 群 多 有 設 4 是 例圖 4* 施 1 實第 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11111

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 群 分 部 的 數 多 成 C t 5 分~ 達 1 馬 5 步達 同馬 的步 數同 多數 。較多 圖將含 成是包 構統都 統条中 条此群 上 各 路群 電分 制部 控種 及這 6 的 器數 _ 多 達 馬 示 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 其 撿 置 位 極 磁 有 設 和 ,f]成 3構 置Η ΰ 裝 8 m. ^ΰΓ 1Χ 供6 及一 以 、 由 条 504892 A7 B7 五、發明說明（4 ) 統者。由此以謀求減少整流裝置2及供電裝置3的單體 制 抑 圍 範 〇 的者 響内 影群 所的 時障 障故 故有 將一 可某 而之 ， 中 力fn 電61 動心 起 1 散 6 分群 和分 量部 容在 群 分 部 的 5 例 施 實 述 上 將 5 是 例圖 施15 實第 分 RH § 的 中 m 分各 細於 為對 分的 再 CO C 置 5 … ~ 裝 電 2 5 供 達設 馬增 步並 Ο同， R 圖 2 6 成中 · •X · 構 1 · 3 5 統 条 之 化 分 細 更 群 3 分62 部 、 將 2 是62 統 ~ 条 1 1^2 6 侣 6 群 群 6 1 達 2 ? ? 6 馬 1 群步 2 t J CO 分同 群細視 分動監 細起並 者5Γ ο 8 一 4 2 ly 5 開達 接馬 轉步 之同 k的 速 轉 勺 白 3 D 附 裝«ί頻« S ^ 供if® 由；：業二工 ^使 S 首 到 〇 ，速 W轉 其 Z 當 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 群 分 細 由 後 近

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元 關 開 體 。導 圖半 成置 構設 統上 条 1 之路 制線 控源 壓電 電業 施工 實流 其交 對在 而是 ，統 善条 改此 得 示 引角而 據矩 ， 根轉52 〇 的 CD 51出(P 路算路 電所電 C 號生 VV信産 制出衝 控輸脈 壓的於 電 6 出 流器輸 交測 7 之撿路 制置電 控位制 角極控 發磁由 激的是 以10量 的達制 件馬控 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504892 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 年月B五、發明說明（/) 由該脈衝産生電路52所産生的脈衝，控制VVCF電路51的 半導體開關之激發角，以將只控制其電壓其頻率是恆定 的V V C F電壓輸出於V V C F輸出線5 3。而於同步馬達從供電 裝置3的V V V F輸出線4轉接到工業電源後，把工業電源 電壓或頻率當做基準信號輸出電壓，由比較器（CMP)49 加以監視，以由脈衝産生電路5 2所輸出的脈衝進行V V C F 控制。開關4 8 10、4 8 20在未引進工業電源頻率之前是將 同步馬逹5!〜5 η連接在V V V F輸出線路4，而於引進工業電 源頻率後是將同步馬達5丄〜5 η連接於V V C F輸出線5 3。由 於V V C F的輸出是依據磁極位置撿測器6的輸出所做的電 壓控制，因而可使其轉矩角接近於9 (Γ ，而可改善功率 因數及轉矩效率。有關於隨著激發控制角的增大所産生 的輸出波形之失真是可利用中間分接頭變壓器來改善之 。在上述實施例5中，是以1台（1組）引示馬逹10及供電 裝置3，一面將各同步馬達群轉接，一面將各群値別起動 ，加速後轉接到工業電源，因而，在本例中在於未完成 馬達群的全部馬之起動，並轉接於工業電源之前，是不 會實施由V V C F電路5 1的V V C F電壓控制。而當全部同步馬 達群都轉接到工業電源線路1 (VVCF輸出線路53)時，開始 實施由V V C F電路5 1的V V C F控制。 在VVCF輸出線路53上，串聯連接由電阻54a和開關54b 的並聯電路所構成之衝擊電流抑制電路5 4。此衝擊電流 控制電路5 4是要將開關4 8 10、4 8 轉接後當時流通於V V C F 輸出線路5 3的過大之過渡電流先以電阻5 4 a控制後，再投 -2 7 -

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 入開關5 4 b者。由此，可抑制轉接後當時的過大過渡電流 ，並可消除串聯電阻5 4 a的電力損失。 以下說明如此構成的群蓮控制条統之動作。 在同步馬達5ι〜5n起動時，首先投入48〇 ，使電力轉 換電路3的VVVF輸出頻率從0慢慢上升。當此，由起動 用供電裝置3將各群中的同步馬達5 2〜5 Ω起動，加速後 連接於工業電源同步，由此逐步將各群轉接於工業電源 。以此操作時，在於各群中不必準備引示馬達和全群蓮 -轉所需足夠容量之VVVF轉換裝置（整流裝置2及供電裝 置3等）。即，只要有可蓮轉一群的同步馬達之VVVF轉換 裝置和引示馬達，就可蓮轉本方式的同步馬達群，是很 經濟的方法。又，如此進行起動時，可減少起動電流， 因而可使電力轉換裝置和控制裝置小容量化，可大幅提 高裝置的經濟性。除此方式之外，也有在各群中預先準 備引示馬達的想法，但其信號条統的配線會更複雜。但 如準備數台VVCF控制用的引示馬達時，就不必將VVVF用 的於轉接後仍兼用於V V C F。 依此實施例時由於V V C F電路5 1的V V C F控制，可在於工 業電源頻率下只控制其電壓，又如使用絶緣閘極雙極電 晶體（I G Β Τ )等的高速電力開關元件時，也有可利用脈寛 調變（P W Μ )方式的V V C F電壓控制之可能性。無論如何， V V C F控制裝置都比V V V F控制裝置便宜。 再者，如在B L D C馬達中，組裝反應性很快的控制条統 ，可對其施加電壓或頻率做調變控制時，在於第11圖中 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（>7) 的轉矩角4=90°附近狀態下，控制（調整）VVCF的電壓， 使其上升，就不會引起失步現象而安定的蓮轉。即，在 控制工學中所說，包含負載的轉子条統之機槭性時間常 數r R與控制条統的時間常數r c之間的關傺，如在於r R > r c的關偽，而至少在於r r > 3 r c的關係即可。此關係在 第1 1圖中是相當於在轉瞬間轉換於不同轉矩曲線上者。由 此，經常將轉矩角維持，控制在9 Q °附近，就可在最大 的功率因數或運轉效率之條件下蓮轉。這種觀點就是本 發明的V V C F的同步馬逹群安定化控制之原理。 本發明中的V V C F或同步馬達的同步化作用，可由第1 0 圖及第1 1圖得知，如轉矩角産生變化，從轉矩角6 = 9 0 ° 附近偏移時，如V曲線所示，電樞電流I會增加，拉進 於同步的轉矩也會增加，其所産生轉矩的降低比想像的 為少，不容易失步。 在第1 6圖的V V C F控制方式中，首先，由供電裝置3將 各部分群的同步馬達5 2〜5 η起動，加速後同步連接於工 業電源，由此逐步將各部分群轉接於工業電源。在此狀 態中，如第1 1圖所示的，是基於轉矩餘裕的原理之蓮轉 ，轉矩角是在β < 9 0 ° (例如占=4 5 °〜6 0 Q範圍），其蓮 轉效率及功率因數很低，會有不能使馬達的輸出，充分 的發揮到最大額定值之缺點。但是，如上述的，利用半 導體開關元件等，將工業電源電壓控制為VV C F交流電壓 ，就可使馬達經常在接近於V曲線底部狀態的轉矩角d 二9 0 °附近，且蓮轉效率大致在最大狀態下安定蓮轉。 -2 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------JAV· --------訂--------- * % (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504892

五、發明說明（28) 在於要獲得如上述運轉之手段中，還需具備的條件就是 本發明中的以引示馬達磁極位置檢測之轉矩角控制。而由 半導體開關元件等VVCF電壓控制方式是受到適應於所需條 件之控制，因而，運轉頻率雖不可變，但由第1 1圖的原理 可獲得和引示馬達大致同樣高的功率因數及效率而安定之 運轉特性。 起動手段也可使用以感應馬達驅動同步發電機，或繞線 型感應馬達等，以取代上述之供電裝置3。 以繞線型感應馬達爲例時，是將具備可拘束其旋轉使其 停止的手段之繞線型感應馬達的1次側，連接於工業電源 線路1，在2次繞組的輸出端子連接假（dummy )負載電阻 等。在接近於無載狀態下，使上述繞線型感應馬達安定旋 轉後，將起動對象的多台同步馬達連接於上述繞線型感應 馬達的2次繞組之輸出端子，則，多台同步馬達會起動， 而在於施加電壓和頻率都低的同步狀態運轉。由上述拘束， 繞線型馬達的旋轉使其停止的手段，拘束上述繞線型感應 馬達的旋轉，直到其停止旋轉之前期間，從上述繞線型感 應馬達的2次側可獲得適合於起動同步馬達群，使其加速 到同步頻率的頻率零到同步頻率爲上之電壓/頻率（比率）爲 一定的可變電壓可變頻率（VVVF)之輸出，在此期間可使起 動對象的多台同步馬達加速。又，加速時間的調整可由飛輪 的調整而簡單的做到。像這種起動手段也不只限定於利用 繞線型感應馬達，而也可利用同步發電機來構成。 30- 504892 A7 B7 五、發明說明（巧） f發明之效果1 如上述，依本發明時，在於具多數同步馬達的系統中 .也可R在一部分的同步馬達上設置磁極檢測手段和控 制雷力轉換手段的控制電路，而其他的同步馬達並不必 設置這心東西，因而一面可確保系統的可靠性，一面可 削減整體的成本。 又.如有任一同步馬達的蓮轉有異常時，可防止該同 步馬達的對於其他同步馬達蓮轉之影響，因而例如在空 調系及中，仍可照樣維持其蓮轉狀態。 又，依本發明時，是將多台同步馬達先K電力轉換手 段起動，使其轉速慢慢増加，而當同步馬達的轉速到達 丁業雷源頻率附近後，將供應於同步馬達的電源從電力 轉換手段轉接到工業電源，因而轉接後，在電力轉換手 段中完全沒有電力損失，可提高節省能源的效果，而具 可構成在經濟上很優異的系統之效果。 又，依本發明時，是在於工業電源的同步蓮轉狀態下 ,依據所測出的引示馬達磁極位置，利用閘流體等的半 導體雷力開關元件之激發角控制或脈寬調變等做電壓控 制，因而可使轉矩角接近於9 0 ° ,而可獲得改善功率因 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -, !______^Fi— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 數之效果。 f附_簡單說明1 第1圖：本發明實施例1之同步馬達群運轉控制系統 構成圖。 第2 _ :同上糸統中的引示馬達一例之斷面_。 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504892 A7 B7_ 五、發明說明（V ) m 3圖：同上系統中的同步馬達轉子之一例圖。 第4圈：同上系統中的引示馬達和供電裝置之電路方 塊圓。 第5 _ :本發明實施例2之同步馬達群運轉控制系統 構成圖。 第6國：同上系統中的引示馬達和供電裝置之電路方 塊_。 第7圖：本發明中的同步馬達另一例之斷面圖。 第8*圓：it用於本發明的線槽內分佈繞組及磁極集中 繞組之馬達說明（1。 第9圖：同上磁極集中繞組馬達的定子與轉子之斷面 國。 第1 0圖：同步馬達的代表性運轉特性之V曲線圖。 第1 1圔：同步馬達在各大小階段的施加電壓下之轉矩 曲線_。 第12園：同步馬達的等價電路圖及向量圖。 第1 3圏：本發明實施例3之同步馬達群蓮轉控制系統 構成圖c 第1 4 _ :本發明實施例4之同步馬達群運轉控制系統 構成圈I。 第1 5 _ :本發明實陁例5之同步馬達群蓮轉控制系統 構成圖。 第1 6 _ :本發明實施例6之同步馬達群蓮轉控制系統 構成園。 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 線# 504892 A7 B7_五、發明說明（…） 第1 7圖：以往的B L D C馬達群蓮轉控制条統之構成方塊 圔。 符號之説明 1 ......交流工業電源線路 2 ......整流裝置 3 ..···.電力轉換裝置 4 ......輸出線 5 i〜5 n •同步馬達 6 ......磁極位置撿測器 7 ......控制電路 〜8n .過電流檢測保護裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 ......顯示器 I 0 .....引示馬逹 II .....外殼 1 2 .....定子繞組 1 3 .....定子 1 4 .....轉子 1 5.....旋轉軸 1 6，1 7 ..軸承 18 .....磁極 1 9 .....鼠籠型轉子 2 1，2 3 · ·鐵心 2 2 .....永久磁鐵 -33- 訂i — ^------線

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504892 A7 _B7 五、發明說明（V) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 4 …激 磁 線 圏 2 5 …ϋ 心 2 6 …W 子 導 線 4 8 1 〜4 8 η • • · 開 關 4 8 0 ，4 8 1〇 ，4 8 20 . 關 4 9 …比 較 器 5 1 …V V C F 電 路 5 2 ... IS 衝 産 生 電路 5 3 …V V CF 輸 出 線 5 4 …》 擊 電 流 抑制 電路 54 a . ...Μ 阻 5 4 b · …Μ 關 6 1 1 〜6 1 m · · .部分群 6 2 1 〜62k .細分群 -34- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 訂---------線

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Claims (1)

1. 504892 六、申請專利範圍

   第88120262號「同步馬達之群運轉控制方法及其系統」專利案 (91年5月22日修正） A申請專利範圍： 1 . 一種同步馬達的群運轉控制方法，其係在於以電力 轉換手段對多台同步馬達的運轉執行調速控制之同 步馬達的群運轉控制方法中，其特徵爲： 將上述多數的同步馬達中的一部分作爲引示 (pUot)馬達，並直接或間接的檢測該引示馬達的轉 子磁極位置； 控制上述電力轉換手段的輸出電壓及輸出頻率， 以使由上述所檢測的引示馬達之磁極位置與其定子 繞組所成成的週期性變化磁場之間的相位角可在所 定範圍內；並 將上述電力轉換手段的輸出電力作爲共同電源而 供應於上述多數的同步馬達；由此， 以將上述多數的同步馬達控制在同一速度且安定 的運轉者。 2 .如申請專利範圍第1項之同步馬達的群運轉控制方 法，其係包含： 在上述多數的同步馬達中如有任一馬達發生運轉 異常時，停止對該發生異常運轉之同步馬達的電力 供應，並使其他的同步馬達繼續運轉者。 3 . —種同步馬達的群運轉控制方法，包含： 504892

   六、申請專利範圍 以電力轉換手段起動多台同步馬達，使其轉速慢 慢增加；而， 當上述同步馬達的轉速上升到工業電源頻率附近 後，將供應於上述同步馬達的電源從上述電力轉換 手段轉換到工業電源，以使其轉移到以工業電源同 步運轉之狀態者。 4 .如申請專利範圍第3項之同步馬達的群運轉控制方 法，其係包含： 將上述多數的同步馬達中之一部分作爲引示馬達， 並直接或間接的檢測該引示馬達的轉子磁極位置； 控制上述電力轉換手段的輸出電壓及輸出頻率，以 使由上述所測出的引示馬達之轉子磁極位置與其定 子所作成的週期性變化磁場之間的相位角可在所定 範圍內；並， 將上述電力轉換手段的輸出電力作爲共同電源而 供應於上述多數同步馬達；由此以， 控制上述多數的同步馬達之起動，使這些馬達可 在同一速度運轉者。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之同步馬達的 群運轉控制方法，其中， 上述多數的同步馬達是會被加上大致同樣的負載， 而且是同一種類之同步馬達者。 6 · —種同步馬達的群運轉控制系統，其係在於具多台 504892 9L 5. 22 六、申請專利範圍 的同步馬達；和可輸出此同步馬達的調速控制運轉 所需之電力，並將其供應於上述多數的同步馬達之 電力轉換手段之同步馬達的群運轉控制系統中，其 特徵爲； 將上述多數的同步馬達中的一部同步馬達作爲引 示馬達；並且， 可直接或間接的控測該引示馬達的轉子磁極位置 之磁極位置檢測手段；而 上述電力轉換手段係須控制其輸出電壓和輸出頻 率，使由上述磁極位置檢測手段所檢測的引示馬達 之轉子磁極位置與其定子繞組所作成的週期性變化 磁場之間的相位角在所定範圍內，並，將其輸出電 力作爲共同電源而供應於上述多數的同步馬達者。 7 .如申請專利範圍第6項之同步馬達的群運轉控制系 統，其係包含： 在上述多數的同步馬達之各供電線路上；分別設 置可檢測同步馬達所發生的運轉異常，而當測出運 轉異常時，可停止對該同步馬達的電力供應之異常 檢測保護手段者。 8 .如申請專利範圍第7項之同步馬達的群運轉控制系 統，其係還包含： 當上述異常檢測保護手段測出運轉異常時，可將 該發生異常運轉的同步馬達，以特定方式顯示手段 504892

   六、申請專利範圍 者。 9 ·如申請專利範圍第6至8項中任一項之同步馬達的 群運轉控制系統，其中， 上述多數的同步馬達是會被加上大致同樣的負載， 而且是同一種類之同步馬達者。 1 〇 ·如申請專利範圍第6至8項中任一項之同步馬達的 群運轉控制系統，其中， 上述的各同步馬達是由上述定子繞組來作成旋轉 磁場者。 1 1 ·如申請專利範圍第9項之同步馬達的群運轉控制系 統，其中， 上述的各同步馬達是由上述定子繞組來作成旋轉 磁場者。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述各同步馬達的轉子是具備： 可同步於由定子繞組所作成的旋轉磁場而由旋轉 之永久磁鐵所激磁之磁極部者。 1 3 .如申請專利範圍第1 0項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述各同步馬達的轉子是具備： 可同步於由定子繞組所作成的旋轉磁場而旋轉， 而由直流電流所激磁之磁極部者。 9i· P條正丨 年月曰二、 ^ f 1 丨一丨—- -/1 j y -- 申請專利範圍 1 4 .如申請專利範圍第1 0項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述各同步馬達的轉子並再具備； 和上述磁極部構成爲一體，而由其與上述旋轉磁 場之間的相互作用，可當作感應馬達的轉矩產生手 段及吸收振動的緩衝器功用之鼠籠型轉子者。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述各同步馬達是一種其上述定子繞線是集中的 捲繞在各磁極上之磁極集中繞線型馬達者。 1 6.如申g靑專利範圍第1 1項之问步馬達的群運轉控制系 統，其中 上述各同步馬達是一種其上述定子繞線是集中的 捲繞在各磁極上之磁極集中繞線型馬達者。 1 7 .如申請專利範圍第6項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述各同步馬達係具備當作磁極位置檢測手段的， 可將隨著上述轉子的旋轉所產生之電樞繞組感應電 壓作爲磁極位置信號輸出之手段者。 1 8 · —種同步馬達的群運轉控制系統，包含： 多台的同步馬達； 以調速控制這些同步馬達的起動，使其轉速慢慢 增加之電力轉換手段；和 504892

   六、申請專利範 圍 當 上 述 同步馬達的轉速上 升到工業 電 源 頻 >手4 附近 後， 將 供 應於上述同步馬達 的電源從 上 述 電 力 轉換 手段 轉 換 到工業電源之轉換 控制手段 者 〇 1 9 .如申請專利範圍第1 8項之 同步馬達 的 群 運 轉 控制 系統 其 中， 將 上 述 多台同步馬達中的 一部分作 爲 引 示 馬 達； 該 引 示 馬達係具備；檢測 該馬達的 轉 子 磁 極 位置 之磁 極 位 置檢測手段和可控 制上述電 力 轉 換 手 段的 輸出 電 壓 及輸出頻率，以使 上述磁極 位 置 檢 測 手段 所測 出 的 馬達轉子磁極位置 與定子繞 線 所作成 的週 期性 變 化 磁場之間的相位角 可在所定 範 圍 內 之 控制 手段 而 上 述 電 力轉換手段係將其 輸出電力 作 爲 共 同 電源， 供應 於 上 述多數的同步馬達 者。 20.如申請專利範圍第19項之 同步馬達 的 群 運 轉 控制 系統 其 中還包含： 多 數 的 同步馬達群，其各 群中包含上 述 之 引 示馬 達在 內 的 多台同步馬達，和 上述電力 轉 換 手 段 ，及 上述 磁 極 位置檢測手段；而 這 & 各 群的上述同步馬達 的電源是 會 被 逐 步 的從 電力 轉 換 手段轉接到工業電 源者。 2 1 .如申請專利範圍第1 8至20項中任- -項之同步馬達 的群 運 轉 控制系統，其中再包含： -6 - 1六、申請專利範圍 設置在上述工業電源到多數的同步馬達之供電線 路上之阻抗元件；而 該阻抗元件是將上述同步馬達的電源從電力轉換 手段轉接到工業電源當時的過大電流抑制後，其輸 入、出端會被短路者。 22 ·如申請專利範圍第1 8至20項中任一項之同步馬達 的群運轉控制系統，其中： 上述轉換控制手段是在於上述多台同步馬達經過 起動，並加速到工業電源_壓及工業電源頻率附近 的狀態時，對於工業電源電壓與由同步馬達的旋轉 所產生的感應電壓加以比較，當其差異電壓及/或 其變化的速度在所定範圍內時，將同步馬達轉接到 工業電源運轉者。 2 3 · —種同步馬達的群運轉控制方法，其係對多台同步 馬達在工業電源頻率下，實施同步運轉控制之同步 馬達群運轉控制之方法，其特徵爲： 將多數的同步馬達中的一部作爲引示馬達，並直 接或間接的檢測該引不馬達的轉子磁極位置；而， 在以上述工業電源頻率同步運轉之狀態下，依據 由上述所檢測之引7K馬達的轉子磁極位置與其定子 繞組所作成的週期性變化磁場之間的相位角，以控 制上述多數的同步馬達之電壓，改善其功率因數及 轉矩角，而由此電壓控制，以使上述的同步馬達可在 504892 六、申請專利範ί〜' 工業電源頻率下安定的運轉者。 24 .如申請專利範圍第23項之同步馬達的群控制方法， 其中， 上述同步馬達的電壓控制是由對於半導體開關元 件的激發角之控制所執行者。 25.—種同步馬達的群運轉控制系統，其係在於具多台 的同步馬達；可起動這些馬達，使其轉速增加到工 業電源頻率所用之起動手段；及將這些同步馬達從 上述起動手段的起動運轉轉接到工業電源運轉所用 的手段之同步馬達的群運轉控制系統中，其特徵爲： 將上述多數的同步馬達之中的一部作爲引示馬達； 而且有； 以直接或間接的方式檢測該引示馬達的轉子磁極 位置之磁極位置檢測手段；和， 在以上述工業電源頻率的同步運轉狀態下，依據 由上述所檢測之引示馬達的轉子磁極位置與其定子 繞組所作成的週期性變化磁場之間的相位角，以控 制上述多數的同步馬達之電壓，以使其在工業電源 頻率下，改善其功率因數及轉矩角之電壓控制電路 者。 26 .如申請專利範圍第25項之同步馬達的群運轉控制 系統，其中， 上述多台的同步馬達係被分割爲多數的同步馬達 504892 年 ρ·卜 sisi£] 、ν· 、 1 ___tffi fd "*" 1 丨丨丨丨丨 I II -||_|. —__ - - i _ - ....--. ... .....- …一一—J ""' ..................... "" 六、申請專利範圍 群，以使每一群中各含有與上述起動手段的起動能 力相稱之多數同步馬達； 上述起動手段是逐步的起動上述各同步馬達群； 而 上述轉接到工業電源運轉所用的手段是將已被起 動的各同步馬達群逐步的轉接到工業電源運轉者。 27 ·如申請專利範圍第25或26項之同步馬達的群運轉 控制系統，其中， 上述電壓控制電路是利用對於半導體開關控制元 件的激發角之控制，以執行電壓控制之電路者。 28·如申請專利範圍第25或26項之同步馬達的群運轉 控制系統，其中 上述起動手段是一種將可使轉速從起動開始慢慢 增加到工業電源頻率之調速方式所需的輸出電力， 供應於上述同步馬達之電力轉換手段者。 29 ·如申請專利範圍第25或26項之同步馬達的群運轉 控制系統，其中， 上述起動手段是一種由工業電源所起動，且，將 其由於速度的變化而其電壓及頻率也會變化的輸出 電力，供應於上述同步馬達之旋轉電機者。