WO2004088833A1 - 永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム - Google Patents

永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム Download PDF

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WO2004088833A1
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synchronous motor
built
winding
synchronous
permanent magnet
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Inventor
Akihiko Maemura
Hidehito Arita
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • 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
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/26—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor
    • H02P1/32—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor by star/delta switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/46—Motors having additional short-circuited winding for starting as an asynchronous motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the present invention relates to a system for driving several synchronous motors with built-in permanent magnets with one inverter, which can improve the starting characteristics without lowering the efficiency and power factor during synchronization.
  • Non-Patent Literature 1 discloses that a plurality of such synchronous motors with built-in permanent magnets are connected in parallel to one inverter to perform a uniform speed operation.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a synchronous motor with a built-in permanent magnet as an example of a general conventional four-pole motor, and shows a case where the number of stator slots is 12 pieces.
  • FIG. 5 is a connection diagram of the armature winding wound in the stator slot of FIG.
  • 1 is a rotor
  • 2 is a rotor core
  • 2a is a rotor slot
  • 2b is a magnet hole
  • 3 is a permanent magnet
  • 4 is a secondary conductor
  • 5 is a stator
  • 6 is a stator core
  • 6a is a stator core
  • 7 is an armature winding
  • 8 is a rotating shaft.
  • One rotor core 2 is fitted around the outer periphery of the rotating shaft 8.
  • the rotor core 2 has a plurality of 'magnet holes 2b formed therein, and permanent magnets 3 are embedded in the magnet holes 2b so as to form magnetic poles. Is formed with a rotor slot 2a.
  • a cage-shaped secondary conductor 4 is provided in the rotor slot 2a by die-casting of aluminum, and the secondary conductor 4 is an end ring (not shown). Integrated with the
  • the other stator core 6 is provided with the rotor core 2 via a magnetic gap.
  • a stator slot 6 a is formed in the stator core 6, and an armature winding 7 is provided in the stator slot 6 a.
  • the armature winding wire 7 is formed by a lap winding or a concentric winding.
  • the connection of the UVW phase of a permanent magnet synchronous motor is star-connected to prevent an increase in loss due to circulating current, and the connection is as shown in Fig. 5.
  • the synchronous motor since the synchronous motor includes the secondary conductor 4 in the rotor 1, the synchronous motor generates a rotating torque called an induction torque in the same manner as the induction motor, even when the synchronous motor is not synchronous. Therefore, when the input terminals U1, VI, and W1 shown in FIG. 5 of the synchronous motor are directly connected to a three-phase power supply, the synchronous motor starts rotating as an induction motor. If the rotation speed rises to near the synchronous speed, it is pulled into the synchronous speed by the synchronous torque, and then rotates as a synchronous motor and rotates in synchronization with the frequency of the power supply.
  • the magnet flux generated by the permanent magnet 3 and the magnetomotive force generated by the armature winding and the wire 7 are asynchronous, so that the magnet torque is generated as pulsating torque, and the average value of the torque stops the rotation of the rotor.
  • the synchronous motor has a feature that it can be directly connected to a power supply and can be directly driven.
  • FIG. 6 is a diagram showing a torque curve at startup of a conventional synchronous motor with a built-in permanent magnet. Since the synchronous motor has the above special features, the connections shown in Fig. 6 are made, and a plurality of built-in permanent magnet type synchronous motors 15 are connected to one When the motors are connected in parallel to the inverter 9, the rotation speeds of all the motors are the same, and the uniform speed operation can be performed with the same speed.
  • the synchronous motor can be additionally loaded into the individually operating inverter 9 by opening and closing the switch 16 shown in the figure. Taking advantage of this feature, synchronous motors with built-in permanent magnets are often applied to winding machines for textile machines. However, the synchronous motor with a built-in permanent magnet has a problem that the starting torque is so small that it cannot be accelerated to the synchronous state when the motor is directly driven at the power supply.
  • Fig. 7 is a diagram showing the state of magnet torque and induction torque of a conventional synchronous motor with a built-in permanent magnet when the motor is not synchronized.
  • the horizontal axis represents slip, and zero slip represents the synchronization state.
  • the vertical axis represents torque.
  • the induction torque Tc works as an acceleration torque
  • the magnet torque Tm works as a brake torque as described above. Therefore, the torque actually acting to accelerate the rotor is the difference Tc-Tm between the induction torque Tc and the magnet torque Tm.
  • the induction torque Tc is too small, the acceleration torque becomes negative at the valley A of the differential torque Tc-Tm, and it becomes impossible to further increase the rotation speed.
  • the synchronous motor continues to rotate in an asynchronous state, causing the armature winding to burn. Therefore, it is necessary to increase the induction torque Tc as much as possible and make the valley point A of the differential torque difference Tc_Tm positive.
  • the magnitude of the induction torque Tc of the synchronous motor that occurs during asynchronous operation is proportional to the square of the input voltage, and inversely proportional to the product of the power supply frequency and the impedance seen from the terminals of the motor.
  • V / f in the first term on the right side is determined by the voltage and frequency of the power supply. Therefore, the only way to increase the induction torque Tc is to reduce the impedance seen from the terminal of the motor in the second term on the right side, that is, to reduce the number of turns of the armature winding 7.
  • the synchronous motor is used as a synchronous machine in a normal operation state, and the number of turns of the armature winding 7 is optimal for efficiency and power factor depending on the voltage and frequency of the power supply. Exists. The number of turns is almost equal to the value of the power supply voltage divided by the power supply frequency, VZf. Proportional.
  • the number of turns of the armature winding 7 of the synchronous motor is determined in consideration of the above-described asynchronous induction torque, synchronous efficiency, and power factor. However, when the desired induction torque Tc is required during asynchronous operation, the determined number of turns does not always coincide with the number of turns determined in consideration of the efficiency and power factor during synchronization. ,. In a system in which a plurality of the synchronous motors are connected in parallel to one inverter and operated, in order to enable additional injection, a design is required to increase the induction torque Tc. Insufficient number of turns, that is, the number of turns that cause overexcitation, results in a motor with very poor efficiency and power factor. '
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve the starting characteristics without lowering the efficiency and power factor at the time of synchronization.
  • the purpose is to provide a system for driving a synchronous motor with a built-in permanent magnet.
  • the invention according to claim 1 includes a rotor core, a secondary conductor provided in a plurality of rotor slots formed in the rotor core, and a rotor core formed in the rotor core. And a rotor composed of permanent magnets in which adjacent magnets are magnetized with different polarities in the radial direction, and provided in the rotor core via a magnetic gap.
  • a synchronous motor with a built-in permanent magnet having a stator consisting of wires; a drive system for a synchronous motor with a built-in permanent magnet that is operated by one inverter by connecting a plurality of said synchronous motors in parallel
  • the synchronous motor A winding switching device comprising: a switch that opens and closes from a switch; and a winding switching machine that performs winding switching of the electric winding by a staggered connection and a delta connection in accordance with the open / close state of the switch.
  • a line switching device is provided between the synchronous motor and the inverter.
  • the windings at the time of starting and at the time of synchronization can be changed to delta connection and star connection, and the optimum number of windings of the armature winding at the time of starting and the optimum number of windings at the time of synchronization can be selected.
  • the synchronous motor when the synchronous motor is started from a stopped state, the synchronous motor is operated in a delta connection and pulled into synchronization. Then, during synchronous operation, it is driven by star connection.
  • the induction torque can be increased at the time of starting, and it is easy to pull in synchronously, and after pulling in synchronously, it is operated in a star connection, so that both efficiency and power factor can be increased.
  • the time from when the synchronous motor starts operating in delta connection until the synchronous operation is started.
  • a timer-equipped relay for setting the pre-measured time is provided between the winding switching device and the switch, and the winding switching device sets the relay with the timer from the start of the start. After the set time, the winding is switched from the delta connection to the star connection.
  • an appropriate switching time is first determined, and by setting this time, the star connection value can be changed after the synchronization has been reliably started.
  • FIG. 1 is a diagram showing a connection state between a synchronous motor with a built-in permanent magnet and an impeller according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing connection of armature windings of the motor of FIG.
  • Fig. 3 shows a connection state between a synchronous motor with a built-in permanent magnet and an inverter according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 4 shows a type with a built-in permanent magnet as an example of a general conventional 4-pole machine.
  • Fig. 5 is a connection diagram of the armature winding wound in the stator slot of Fig. 4
  • Fig. 6 is the torque curve of a conventional synchronous motor with a built-in permanent magnet at startup.
  • Fig. 7 is a diagram showing the state of magnet torque and induction torque of a conventional synchronous motor with a built-in permanent magnet when the motor is not synchronized.
  • FIG. 1 is a view showing a connection state between a synchronous motor with a built-in permanent magnet and an impeller according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the connection of the armature windings of the motor of FIG. FIG.
  • 9 is an inverter
  • 10 is a synchronous motor with a built-in permanent magnet
  • 11 is a winding changeover machine
  • 12 is a switch
  • 13 is a relay with a timer
  • 14 is a winding changeover. Device.
  • a switch 12 for opening and closing the synchronous motor 9 with a built-in permanent magnet from the inverter 9 and a switching of the armature winding in accordance with the open / closed state of the switch 12 in response to an external signal.
  • a winding changeover device '14 comprising a winding changeover device 11 for performing a wiring connection and a delta connection is provided between the synchronous motor 10 and the impeller 9, and the synchronous motor 10 is connected to the windings.
  • a device group comprising a plurality of switching devices 14 arranged in parallel is connected to the output terminal of one inverter 9.
  • the armature winding in this embodiment has a configuration in which lead wires are provided at the beginning and end of winding so that six windings are provided so that delta connection and star connection can be performed as shown in FIG.
  • the six lead wires are connected to the winding changer 11. .
  • the synchronous motor 10 to be additionally supplied has the switch 12 open. In this state, no power is supplied from the inverter 9 to the synchronous motor 10, and in this state, the winding switching device 11 is in a delta connection.
  • the switch 12 is closed, the synchronous motor 10 is started in the delta connection since the winding switching device 11 is in the delta connection. After start-up, it is confirmed that they are pulled in synchronously, and when a signal for performing winding switching is sent to the winding switching device 11, the winding switching device 11 is switched from the delta connection to the star connection.
  • the synchronous motor 10 is operated in a star connection.
  • the delta connection is used at the time of starting, so it is possible to obtain approximately 1.7 times the induction torque compared to starting with one star connection, greatly improving the starting characteristics. it can.
  • the star connection is used, so the operation with high efficiency and power factor can be performed.
  • FIG. 3 is a view showing a connection state between a synchronous motor with a built-in permanent magnet and an inverter according to a second embodiment of the present invention.
  • the winding changer 11 is connected to the output terminal of the impeller 9 via the switch 12, and the switch 12 outputs a signal for switching the delta connection and the star connection of the winding changer 11.
  • a relay 13 with a timer which operates after t seconds is provided in the middle of the signal line between the winding changeover device 11 and the switch 12.
  • the set time t of the timer-equipped relay 1.3 was set to a value equal to or longer than the time required for starting the synchronous motor in delta connection and pulling into synchronization.
  • a winding switching device 14 composed of the winding switching device 11 and the switch 12 and a relay 13 with a timer are provided as a unit, and are provided between the synchronous motor 10 with a built-in permanent magnet and the inverter 9. They are connected in parallel to the output terminals of 1 'inverters 9.
  • the synchronous motor 10 to be additionally supplied has the switch 12 open. In this state, power is not supplied from the inverter 9 to the synchronous motor 10 and, in this state, the winding switching device 11 is in a delta connection.
  • the switch 12 When the switch 12 is closed, the synchronous motor 10 is started in the delta connection because the winding switching device 11 has the delta connection.
  • a signal is sent from the switch 12 to the winding switching device 11 via the timer-attached relay 13 so as to switch to the star connection after t seconds. Is switched to the star connection t seconds after the switch 12 is closed, and the synchronous motor 10 is operated in the star connection.
  • a group of devices consisting of the synchronous motor 10, the winding switching device 14 and the timer-equipped relay 13 is regarded as one unit, and a plurality of units are arranged in parallel.
  • the delta connection is made at the time of starting, so it is possible to obtain approximately 1.7 times the induction torque as compared to the case of starting with the star connection, and the starting characteristics can be greatly improved.
  • the star formation is # spring, efficient operation with high power factor can be performed.
  • by adding a timer function to the winding switching device and setting the switching time t it is possible to automatically and surely change to the star connection after pulling in synchronously from start-up with delta connection. It is possible to prevent the winding from burning.
  • the present invention is used, for example, in applications such as textile machines, and operates by connecting a plurality of synchronous motors with built-in permanent magnets in which a rotor has a cage secondary conductor and permanent magnets in parallel. It is useful as a drive system for a synchronous motor with a built-in permanent magnet.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム
隱分野] .
本発明は同期時の効率、 力率を低下させること無く、 始動特性を従来より高く することのできる、 ' 1台のィンバータで食数台の永久磁石内蔵形同期電動機を駆 動するシステムに関する。
[背景技術]
従来、例えば、繊維機械などの用途に用いられると共に、回転子にかご形 2次導 体と永久磁石を備えた永久磁石内蔵形同期電動機は、 特許文献 1にて開示されて いる。 このような永久磁石内蔵形同期電動機を 1台のィンバータに複数台並列に 接続し揃速運転が行われているものとして、 例えば非特許文献 1にて開示されて いる。
[特許文献 1 ]
特開平 9 _ 3 0 8 1 9 5号公報 （明細書第 3頁〜第 4頁、図 1〜図 3 )
[非特許文献 1 ]
技報安川電機 V o l . 6 2 N o . 4、· 1 9 9 8年 1月 2 5日 （第 2 9 0頁一 2' 9 5頁、 平野孝一著 「新高効率 ータと応用」 ）
以下、 従来技術を図 4、 図 5、 図 6を用いて簡単に説明する。
図 4は一般的な従来の 4極機を例とした永久磁石内蔵形同期電動機の断面図で あり、 固定子スロット数が 1 2個の場合を示している。 図 5は図 4の固定子スロ ット内に巻回された電機子卷線の結線図である。
図 4におレ、て、 1は回転子、 2は回転子鉄心、 2 aは回転子スロット、 2 bは '磁石抜き穴、 3は永久磁石、 4は 2次導体、 5は固定子、 6は固定子鉄心、 6 aは 固定子鉄心、 7は電機子卷線、 8は回転軸である。
一方の回転子鉄心 2は、 回転軸 8の外周に嵌合されている。 該回転子鉄心 2に は複数'個の磁石抜き穴 2 bが形成されており、 該磁石抜き穴 2 b内に磁極を構成 するように永久磁石 3が埋め込まれており、 永久磁石 3の外周には回転子ス口ッ ト 2 aが形成されている。 回転子スロット 2 a内には、 アルミのダイカストによ りかご形の 2次導体 4が設け.られており、 該 2次導体 4は図示しないエンドリン グと一体化される。
他方の固定子鉄心 6は回転子鉄心 2と磁気的空隙を介して設けられている。 該 固定子鉄心 6には固定子スロッ小 6 aが形成されており、 該固定子スロット 6 a 内には電機子卷線 7が設けられている。 通常、 電機子卷線 7は重ね卷もしくは同 心巻で形成されている。 一般に、 永久磁石形同期電動機の UVW相の結線は、 循. 環電流による損失の増加を防ぐためにスター結線となっており、 図 5に示すよう な結茅泉となる。
この従来例で示した永久磁石内蔵形同期電動機は、 同期状態では回転子 1に備 えられた永久磁石 3と電機子卷線 7が作る起磁力との間で磁石トルクと呼ばれる 同期トルクが発生し、 この磁石トルクにより回転トルクが得られる。
また、 該同期電動機は回転子 1に 2次導体 4を備えているので、 非同期時にも 同期電動機であるにも関わらずィンダクションモータと同様にインダクショント ルクと呼ばれる回転トルクを発生する。 そのため、 該同期電動機の図 5に示す入 力端子 U 1、 V I、 W 1を 3相の電源に直結すると、 ィンダクションモータとし て回転を始める。. 同期速度近傍まで回転速度が上がれば同期トルクにより同期速 度へ引き込まれ、 その後は同期電動機として回転し、 電源の周波数に同期して回 転する。
伹し非同期時には、 永久磁石 3の作る磁石磁束と電機子巻,線 7が作る起磁力と ίま非同期となるので、 磁石トルクは脈動トルクとして発生し、 その平均値は回転 子の回転を止めるブレーキトルクとして働く。 このように該同期電動機は、 電源、 に直結で直入れ運転が可能という特徴を有している。
図 6は従来の永久磁石内蔵形同期電動機の始動時のトルクカーブを示した図で ある。 該同期電動機は上記の特 ί敷を有しているため、 図 6に示す接続を行い、 か つ、 電源としてインバータ 9を用いて、 複数台の永久磁石内蔵形同期電動機 1 5 を 1台のインバータ 9に並列につなぐと、 全ての電動機の回転速度は同一となり 速度の揃った揃速運転を行うことができる。 また、 該同期電動機は図中に示すス 'イッチ 1 6を開閉することで個別に運転中のィンバータ 9へ追加投入が行える。 この特徴を生かして、 永久磁石内蔵形同期電動機は、 繊維機械の巻き取り機等へ 適用されることが多い。 ところが、 前記永久磁石内蔵形同期電動機は電源につなレヽで直入れ運転すると きに始動トルクが小さく同期まで加速できないという問題があった。
図 7は従来の永久磁石内蔵形同期電動機の非同期時の磁石トルク、 ィンダクシ ョントルクの様子を示した図である。同図において、 横軸はすべりで表しており、 すべりゼロが同期状態を表す。 また、 縦軸はトルクを表す。 非同期時には前記の ようにィンダクショントルク T cが加速トルクとして働き、 磁石トルク Tmはブ レーキトルクとして働く。 そのため実際に回転子を加速させるために働く トルク はインダクショントルク T cと磁石トルク Tmの差分 T c一 T mとなる。 同図に おいてィンダクシヨントルク T cが小さすぎると差分トルク T c一 Tmの谷点 A で加速トルクがマイナスとなってしまい、 これ以上に回転速度を高めることがで きなくなる。 その場合、 該同期電動機は非同期状態で回転し続けることとなり、 電機子卷線の焼損を引き起こしてしまう。 そのためにもィンダクショントルク T cはできるだけ大きくして差分トルク差分 T c _Tmの谷点 Aをプラスにする必 要がある。
非同期時に発生する該同期電動機のィンダクシヨントルク T cの大きさは、 入 力電圧の 2乗に比例し、 電源周波数と電動機の端子から見たインピーダンスの積 に反比例し、 （1 ) 式で表すことができる。
T c = (V/ f ) X (V/X) ( 1 )
T c ：インダクショントゾレク
V ：入力電圧
f ：電源周波数
X ：電動機の端子から見たィンピーダンス 上記 （ 1 ) 式において右辺第 1項の V/ f は電源の電圧、'周波数により決まつ てしまう。 そこで、 インダクショントルク T cを大きくするには、 右辺第 2項の 電動機の端子から見たィンピーダンスを小さくすること、 すなわち電機子巻線 7 の卷回数を少なくする方法しかない。
一方、 該同期電動機は、 通常の運転状態では同期機として用いられるものであ り、 電機子巻線 7の卷回数は電源の電圧、 周波数により、 効率、 力率に対して最 適な値が存在する。 その卷回数は電源電圧を電源周波数で割った値 VZ f にほぼ 比例する。
該同期電動機の電機子卷線 7の卷回数は、 上記に示した非同期時のィンダクシ ヨントルク、 同期時の効率、 力率を考慮して決められる。 しかし、 非同期時に所 望のィンダクシヨントルク T cを必要とし t決められた巻回数と、同期時の効率、 力率を考慮して決められた卷回数とは決して一致した値ではなレ、。 1台のィンバ ータに複数台の前記同期電動機を並列接続し運転するシステムにおいて、 追加投 入を可能とするには、 ィンダクシヨントルク T cを大きくする設計を行うため、 同期状態では卷回数不足、 すなわち過励磁状態となる卷回数になってしまい、 効 率、 力率の非常に悪い電動機となってしまう。 '
本発明は、 上記課題を解決するためになされたものであり、 同期時の効率、 力 率を低下させること無く、 始動特性を従来より高くすることのできる、 1台のィ ンバータで複数台の永久磁石内蔵形同期電動機を駆動するシステムを提供するこ とを目的とする。
[発明の開示]
上記課題を達成するために、 請求項 1記載の発明は、 回転子鉄心と、 前記回転 子鉄心に形成した複数個の回転子スロット内に設けた 2次導体と、 前記回転子鉄 心に形成した複数個の磁石抜き穴内に設けられると共に、 隣り合う磁石同士が径 方向に互いに異極に着磁された永久磁石とよりなる回転子と、 前記回転子鉄心に 磁気的空隙を介して設けた固定子鉄心と、 前記固定子鉄心に形成した複数個の固 定子ス口ット内に設けられると共に、 前記永久磁石の作る磁極数と同数の起磁力 を作るように卷回された電機子巻線とよりなる固定子を備えた永久磁石内蔵形同 期電動機であ ;て、 複数の該同期電動機を並列に接続して 1台のインバータによ り運転する永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システムにおいて、 前記同期電動機 をインパータから開閉するスィッチと、 該スィッチの開閉の状態に応じて前記電 機子卷線の巻線切替えをスタ一結線とデルタ結線により行う卷線切替え機とから 成る巻線切替え装置を備え、 前記卷線切替え装置を該同期電動機.と該ィンバータ の間に設けたものである。
上記手段により、 始動時と同期時との卷線をデルタ結線とスター結線とに変更 でき、 始動時に最適な電機子卷線の卷き回数と同期時に最適な卷回数とを選ぶこ とができる。
また、 請求項 2の発明は、 請求項 1記載の永久磁石内蔵形同期電動機の駆動シ ステムにお 、て、 該同期電動機を停止状態からの始動時はデルタ結線で運転し、 同期に引込んだ後の同期運転時はスター結線で駆動するようにしたものである。 上記手段により、 始動時はインダクショントルクを大きくでき、 同期に引込む ことを容易にすると共に同期に引込んだ後はスター結線で運転するため、 効率 · 力率ともに高くすることができる。
また、 請求項 3の発明は、 請求項 1または 2に記載の永久磁石内蔵形同期電動 機の駆動システムにおいて、 該同期電動機をデルタ結線にて運転を開始してから 同期運転となるまでの時間を予め計測しておき、 該予め計測した時間を設定する ためのタイマー付リレーを前記卷線切替え機と前記スィッチの間に設け、 前記卷 線切替え装置により始動開始から該タイマー付リレーに設定された設定時間後に デルタ結線からスター結線へ卷線切替えを行うようにしたものである。
上記手段により、 最初に適切な切換え時間を求めて、 この時間を設定すること で、 確実に同期に入った後でスター結線値の変更が行える。
[図面の簡単な説明]
図 1は、 本発明の第 1実施例を示す永久磁石内蔵形同期電動機とィンパータと の接続状態を示す図、図 2は、図 1の該期電動機の電機子卷線の結線を示した図、 図 3は、 本発明の第 2実施例を示す永久磁石内蔵形同期電動機とィンバータとの 接続状態を示す囪、 図 4は、 一般的な従来の 4極機を例とした永久磁石内蔵形同 期電動機の正断面図、 図 5は、 図 4の固定子スロット内に卷回された電機子卷線 の結線図、 図 6は、 従来の永久磁石内蔵形同期電動機の始動時のトルクカーブを 示した図、 図 7は、 従来の永久磁石内蔵形同期電動機の非同期時の磁石トルク、 インダクショントルクの様子を示した図である。
[発明を実施するための最良の形態]
本発明の実施例を図に基づいて説明する。
[第 1の実施の形態]
図 1は本発明の第 1実施例を示す永久磁石内蔵形同期電動機とィンパータとの 接続状態を示す図である。図 2は図 1の該期電動機の電機子卷線の結線を示した 図である。
図 1およぴ図 2において、 9はィンバータ、 1 0は永久磁石内蔵形同期電動機、 1 1は卷線切替え機、 1 2はスィツチ、 1 3はタイマー付リレー、 1 4は卷線切 替え装置である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
ずなわち、 永久磁石内蔵形同期電動機 9をインバータ 9から開閉するスィッチ 1 2と、 外部からの信号により、 該スィッチ 1 2の開閉の状態に応じて電機子巻 線の巻線切替えをスタ一結線とデルタ結線により行う卷線切替え機 1 1とよりな る卷線切替え装置' 1 4を該同期電動機 1 0とインパータ 9の間に設け、 該同期電 動機 1 0を接続して該卷線切替え装置 1 4を複数個並列に配置してなる装置群を、 1台のィンバータ 9の出力端子に接続したものである。
なお、 本実施例における電機子卷線は、 .図 2に示すようにデルタ結線とスター 結線が行えるように、 卷始めと卷き終りにリード線を設けて 6本出しとする構成 としており、 前記 6本のリード線は該卷線切替え機 1 1に接続されている。.
以下、 本実施例の動作を説明する。
1台のインバータ 9に複数台接続されている電動機のうち、 追加投入される同 期電動機 1 0はスィッチ 1 2が開の状態となっている。 この状態では、 インパー タ 9力ゝら該同期電動機 1 0へは電力が供給されておらず、 この状態で、 卷線切替 え機 1 1はデルタ結線となっている。 スィッチ 1 2が閉となると、 同期電動機 1 0は卷線切替え機 1 1がデルタ結線となっているので、デルタ結線にて起動する。 起動後、 同期に引込まれたことを確認し、 卷線切替え機 1 1に巻線切替えを行う 信号が送られると、 該卷線切替え機 1 1はデルタ結線からスター結線に切り替わ り、 該同期電動機 1 0はスター結線にて運転される。
したがって、 本発明の第 1実施例は該同期電動機 1 0と卷線切換え装置 1 4を 接続した装置群を 1つのュニットとして、 これを複数個並列に 1台のィンパータ 9の出力端子に接続することにより、 追加投入を行うときは、 デルタ結線にて始 動し、 同期運転時はスタ一結線に切り替わって運転を行うことができる。
こうすることで、 始動時はデルタ結線となるので、 スタ一結線で始動するより も約 1 . 7倍のィンダクシヨントルクを得ることができ、 始動特性を大幅に改善 できる。 また、 同期運転時は、 スター結線となっているので、 効率'力率の良い 運転が行うことができる。
[第 2の実施の形態]
次に、 本発明の第 2実施例について説明する。
図 3は本発明の第 2実施例を示す永久磁石内蔵形同期電動機とインバータとの 接続状態を示す図である。
本発明の^ 2実施例が第 1実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、 卷線切替え機 1 1はインパータ 9の出力端子にスィッチ 1 2を介し て接続されており、 該スィッチ 1 2力 らは卷線切替え機 1 1のデルタ結線とスタ 一結線を切り替える信号が出力されており、 該卷線切替え機 1 1とスィッチ 1 2 の間の信号線の途中に t秒後に動作するタイマー付リレー 1 3が設けられている。 該タイマー付リレー 1 .3の設定時間 tは、 デルタ結線にて前記同期電動機を始 動させ、 同期に引込まれるまでの時間を計測し、 その時間以上の値に設定した。 上記卷線切替え機 1 1とスィッチ 1 2よりなる卷線切替え装置 1 4とタイマー 付リレー 1 3をひとまとまりとして、 永久磁石内蔵形同期電動機 1 0とインバー タ 9の間に設け、 これを複数個並列に 1'台のィンバータ 9の出力端子に接続して ある。
以下、 本実施例の動作を説明する。
1台のインパータ 9に複数台接続されている電動機のうち、 追加投入される同 期電動機 1 0はスイ チ 1 2が開の状態となっている。 この状態では、 'インバー タ 9から該同期電動機 1 0へは電力が供給されておらず、 この状態で、 卷線切替 え機 1 1はデルタ結線となっている。 スィッチ 1 2が閉となると、 同期電動機 1 0は卷き線切替え機 1 1がデルタ結線となっているので、 デルタ結線にて起動す る。 一方、 スィッチ 1 2が閉すると、 スィッチ 1 2からはタイマー付リレー 1 3 を介して卷線切替え機 1 1に t秒後にスター結線に切り替わるように信号が送ら れ、 該巻線切替え機 1 1はスィッチ 1 2が閉となって t秒後にスター結線に切り 替わり、 同期電動機 1 0はスタ一結線にて運転される。
したがって、 本努明の第 2実施例は該同期電動機 1 0と卷線切換え装置 1 4と タイマー付リレー 1 3よりなる装置群を 1つのュニットとして、 これを複数個並 列に 1台のィンバータの出力端子に接続することにより、追加投入を行うときは、 デルタ結線にて始動し、 t秒後にスター結線に切り替わって運転が行える。
こうすることで、 始動時はデルタ結線となるので、 スター結線で始動するより も約 1 . 7倍のインダクショントルクを得ることができ、 始動特性を大幅に改善 できる。 また、 同期運転時は、 スター結 #泉となっているので、 効率'力率の良い 運転が行える。 更に、 卷線切替え装置にタイマー機能を付加し、 切換えの時間 t を設定することにより、 自動的に且つ、 確実にデルタ結線にて始動から同期に引 込まれた後にスター結線へ変更することができ、卷線の焼損を防ぐことができる。
[産業上の利用可能性]
以上のように本発明は、例えば、繊維機械などの用途に用いられると共に、回転 子にかご形 2次導体と永久磁石を備えた永久磁石内蔵形同期電動機を複数台並列 に接続して運転する永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システムとして有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 回転子鉄心と、 前記回転子鉄心に形成した複数個の回転子スロット内に設け た 2次導体と、 前記回転子鉄心に形成した複数個の磁石抜き穴内に設けられると 共に、 隣り合う磁石同士が径方向に互いに異極に着磁されだ永久磁石とよりなる 回転子と、 '
前記回転子鉄心に磁気的空隙を介して設けた固定子鉄心と、 前記固定子鉄心に 形成した複数個の固定子ス口ット内に設けられると共に、 前記永久磁石の作る磁 極数と同数の起磁力を作るように卷回された電機子卷線とよりなる固定子を備え た永久磁石内蔵形同期電動機であって、
複数の該同期電動機を並列に接続して 1台のィンパータにより運転する永久磁 石内蔵形同期電動機の駆動システムにおいて、
前記同期電動機をィンバータから開閉するスィツチと、 該スィツチの開閉の状 態に応じて前記電機子巻線の卷線切替えをスター結線とデルタ結線により行う卷 線切替え機とから成る卷線切替え装置を備え、
前記卷線切替え装置を該同期電動機と該ィンバータの間に けたことを特徴と する永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム。
2 . 該同期電動機を停止状態からの始動時はデルタ結線で運転し、 同期に引込ん だ後の同期運転時はスター結泉で駆動するようにしたことを特徴とする請求項 1 記載の永久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム。
3 . 該同期電動機をデルタ結線にて運転を開始してから同期運転となるまでの時 間を予め計測しておき、 該予め計測した時間を設定するためのタイマー付リレー を前記卷線切替え機と前記スィツチの間に設け、 前記卷線切替え装置により始動 開始から薛タイマー付リレーに設定された設定時間後にデルタ結線からスター結 線へ卷線切替えを行うようにしたことを特徴とする請求項 1または 2に記載の永 久磁石内蔵形同期電動機の駆動システム。
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