JPH07506955A - 電動機用制御装置 - 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】 電動機用制御装置 技術分野 本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前文に従った電動機用制御装置に関する ものである。この制御装置は加えられた負荷に依存してその電動機の出力を制御 しようとするものである。この装置は電子回路によって電気的方法でこの制御を 達成するように準備されている。

本技術の状態。

多様な原理によって動作し且つ異なる構造と制御手段とを有する多くの種類の電 動機か存在している。現在の重要な種類の電動機は直流電流源からの電流により 機能するようにされていて、これはしばしば車両機器または電池動作機器のよう な移動式器具に関係している。

直流電流による直流動作のためには、ブラン−整流または電子形整流を有する整 流子電動機か用いられ得る。しかしながら、これらの電動機は回転子巻線と同時 に固定子巻線の双方を有し、無ブラシ整流子が用いられる場合にはそれに加えて 、今度はサービスの間に制限された動作時間を与える整流子回路が生じるのでこ れらの電動機は比較的作るのに費用がかかる。かくして交流変圧器を介して駆動 される異なる種類の電動機、すなわちしばしば永久磁石を有する同期電動機かま ずまず用いられてきた。しかしながらこれらの電動機でさえも作るのに比較的費 用かかかり、且つある種の目的に対しては充分な調整を許容しない。

かご形回転子を有する非同期電動機は交流運転に対して非常に広範囲な用途を達 成してきた。この種類の電動機か頑健で、且つ回転子の単一かご形巻線を有する 回転子は非常に少ししか作業を要しないので、まず第一に作るのか安価であるか ら、これか思いつかれた。

非同期電動機によると、固定子の回転磁界によってかご形回転子内に磁界か作り 出され、それは三相電力を用いることにより形成されるか又は補助回路の準備と 一緒に単相を用いることによりそれぞれ作り出され得る。これが起こるためには 、固定子磁界が回転子のかご形巻線を通るように、固定子磁界との回転子の同期 に対する回転子のあるすべりが必要である。より大きい発生トルクは回転子にお けるより大きい誘起磁界を必要とし、負荷が大きいほど大きいすべりとなるので これが現れる。非常に大きいすべりによって、電動機か速度低下して停止する危 険を有してトルク発生か減少し始める。そのような低トルク発生が起動時にも生 し、非同期電動機は停止からの低い起動トルクを有する。これらの特性と極限と が実際には、たとえ電動機の動作のために必要な交流変圧器の使用が今日では何 らかの評価できる欠点とみなされないでも、前記の直流応用に対してこの電動機 が限られた用途のみに達成されたことになっていた。

本発明の目的及びその解決方法： 本発明の目的は、非同期電動機の運転用の、且つより詳細には直流電流源による そのような電動機の運転用の制御回路を選定することである。従ってその装置は 前記の欠点を打ち負かさねばならず、且つその電動機へのトルク負荷に適し且つ 従って好適な起動サイクルさえも許容する電動機運転を達成しなくてはならない 。

これは特許請求の範囲の請求項１の特徴部分に規定された特徴によって達成され る。もっと詳細に言えば、回転子巻線ＴＦｉ流か零になった場合にずベリにより 生じる発生起電力を感知することか使用される。この起電力の大きさと期間とが 増大するスベリにより且つ従って増大する負荷によっても増大する。方形ノクル スを用いる運転の場合にこのことが見られ、一方正弦波による運転の場合にはこ の関係はそれほど容易には検出できない。

電子手段を用いて、その起電力の変化の大きさと持続期間とが測定され得て且つ その電動機を制御するために用いられ得る。その変化はずベリに対して且つ従っ てトルク負荷に対して一定の比例性を有している。制御装置が運転周波数の変化 による起電力の値を制御するように準備されている場合には、比較的一定な発生 トルクによるか変化する回転速度によって働く電動機が得られる。このことが更 に改善された起動のためのトルク条件さえも創出する。

更に加速ポンプ及びファンの場合である反抗トルクが回転速度を減少することに より減少する運転条件に対して、高性能調整か達成されｔ％るので、より大きい 電流抵抗を引き起こす流れのスロットリングか回転速度を低減し且つそれでポン プ及びファン圧力を低減する。

この思想により可能な応用は、この可能性か流量調整が必要な特定のポンプ及び ファンの運転用に用いられることである。流量調整は流れのスロットリングを介 して起こり、それか電動機の回転速度がスロットリングに際して増大される抵抗 に適応される前記の結果を生しるので、導出された流れは省エネルギー運転の要 求に適応される。

ブラン整流が受り入れられない長いサービス間隔に対する必要性を特に打する場 合には、現（［の応用の多くの分野において電子整流による永久磁石同期電動機 のみのが用いられ得るので、前記の制御は基本的には非同期電動機を直流運転に 通ずるようにするために付加的に用いられ得る。

図面の説明。

本発明の−・実施例を以下に添付の図面を参照して説明しよう。

図１はこの制御回路の好適な実施例の図面を示しており、且つ図２〜５は電動機 運転中のパルス条件を描写する幾つかの図を示している。

好適な実施例の説明： 図１は構成要素詳細が取り囲む線により形成された幾つかの機能ブロックに分割 されている図を示している。参ＩＩＩ（番号ｌは直流？４流源、好適には電池を 規定している。これに対しては、電圧制御発振ｉ！３２と比較器３及びブリノン ４が、カゴ形非同期電動機５の固定子巻線へ供給される三相運転電流を達成する ために直接接続されている。運転電流を達成するための、ｎｉｊ記発振器と前記 ブリッジとの間に、そのブリッジを制御するための発生器６か接続されている。

発Ｗｔｎの電圧制御のために前記発振器へ導かれる直流層ｌＡＬヘパルス分離器 ７からのパルス列を変換するために、変換器８かパルス分離２；７を介して比較 器３へ接続されている。

このパルス分離器は更に発生器６へ接続されている。電流源ｌへとパルス分離器 ７への前記の接続のみならず、＋０．１１及び１２により表されている電動機供 給巻線の一つへ比較Ｌｊ３は接続されている。

図１は普」ｍの記号を有する分離されたブロックの内側に含有される電子要素を 示している。電子要素の種類とそれらの動作及び接続の選択は、運転条件と費用 の考慮及び要素の入手性に対する必要性に依存して本発明の範囲内で変えられ得 て、且つ現在の接続における応用に適する新しい種類の要素の製造にさえも依存 し得る。この装置の詳細な構造はそれ故に本発明の隠れた主思想を理解するため に必要である以」二には綿密に記述されない。

電動機５への、従って発振器２と発生器６及び電動機ブリッジ４への運転電流を 導出するためのこれらの回路に関しては、直流電流源からの供給による三相電流 を導出するだめの既知の原理に従ってこれらは構成されている。かくして電圧制 御発振器の現在の構造により、運転１！流の周波数か１５において変換器８から 電圧制御発ＦＡ器へ運ばれる制御電流の電圧に依存すると言うのか事実である。

発振器周波数の変化により電動機の回転速度も変えられる。

本発明により解決されねばならず、且つ導入部に規定された問題点に関して、電 動機か速度低下して停止するような値にずベリか増大しないような方法で、電動 機の回転速度か運転トルクに従って適応されねばならない。このことは、運転電 流の周波数がトルク条件に適合される本発明によって達成され且つ、図示の構造 により、このことは変換器８に最も接近した発振器２を制御することにより、且 つ比較器３において電動機電流のためのいずれかの供給導体内のパルスの連続を 読み取ることよる電動機」二の負荷の検出を基礎として起こる。これはしばしば １５において発８？５２へ運ばれ且つ発振器の周波数を変化するためにこれを制 御する変換器８からの変調された制御電圧を引き起こす。

図２における図は、１Ｇにおいて供給導体ＩＯから引き出され且つ比較器３へ導 かれる信号のパルス形状を示している。この方法では各運転パルス１８の後で、 回転子磁界を作り出すために必要なすべりを有する回転子巻線から誘起された磁 界により固定子磁界が通過された場合に、パルス１９か駆動誘起電圧により作り 出されることを見ることかできる。対応する方法で電圧低減２１か逆起電力によ る新しいパルス２０によって作り出される。純粋なパルスからのこれらの偏差の 双方はすべりの大きさに依存する電圧レベルを有している。ずベリか大きいほど 誘起される回転子電流も大きくなり且つそれらの他に駆動起電力及び逆起電力も 増大する。

電圧レベルにおけるこれらの変化は部分１９及び２１内の点線により印を付けら れている。このパルス列はそのパルスか決定された電圧レベルの間の純粋な方形 パルスから成るように比較器３において変えられる。かくして〕（ルスス１９び ２１１こ対応するパルスに対するパルスの幅は、図２による）Ｚルスての電圧レ ベル（こお（する変化に直接に比例しているパルス長さでの変化を有する。この 変換されｊこ（７レス力Ｘ図３に示されている。図４はいかにしてこの変化する ］々ルス列か、電圧低減２１を表現するパルスのみか図１で２５において／；ル ス分離器から変換器８へ供給さ４するように分離されるかを示している。今度は これかノ５ルス分離器７から７（ノシス２４の電圧レベルによって図５にこれか 示されており、ここでは太き（１方のすへり力１連続線により示され且つ小さい 方のずベリか点線で示されて０る。この方法で電圧制御発振器２への１５におけ る変調できる制御信号か達成された。

かくして制御信号の制御は、増大されたすべりによる増大する電圧力・発娠器力 ・ら低減された周波数を与え且つそれにより電動機の低減された回転速度を与え るように準備されている。トルク負荷か回転速度に依存する運転条件によって、 増大された＋１加的な負荷によるトルク要求か、電動機の回転速度が低減される ことを許容された場合に低減され得る。このことか本発明により達成されるよう （こ自動的に生しる場合には、運転条イ１を変えるための電動機の運転機能の適 合１より１くしで得られる。これは同期した回転速度に関して限られた間隔内で のみ働き得るので、固定された周波数において運転される非同期電動機によって （まこのこと番ま不可能である。

トルク負荷を低減すること及びすべりを低減することにより、回転速度の増加か 得られ、発振器か予定された最大周波数を与えるように適合されて（するので、 その回転速度は一つの値に制限される。４個の抵抗２Ｇ、　２７．２８及び２９ の助け１こより、との負荷と従ってずへりとにおいて比較器か活性化されるかか 、比較器内で決定され（”する。電圧変化！！］、　２１　（図２）は抵抗２６ と２９との間の点で分離される。

電圧か２７と２８との間の虎におけるよりも大きくなった場合に、比較器かｌζ ルス分ｇ！器７へ信号を与えるように活性化される。パルス分ｌｔｌ器か図３に 示されるように池の信号から必要なパルスを分離する。抵抗２６と２９との間の 変化された条件を用いることにより、電動機の回転トルクを予め決定できる。

本発明による制御装置の助けによる非同期電動機の制御は、トルクか回転速度の 低減により低減する負荷の場合に対して特に有利である。そのようなものはポン プ運転及びファン運転による場合である。従って流れか増大されると抵抗が増大 されて且つそれによりトルクが増大される必要を生しる。逆にある圧力が維持さ れる場合には、抵抗か低減されると流れか増大される必要を生じる。

少なくとも実質的に一定の回転速度を有する回転子によるそのような条件の下で の運転の間は、例えば流れか（例えば遠心形の）加速ポンプ及びファンによる運 転の間に弁により調整される場合に、増大される圧力だが、とりわけ大きい損失 か増大される流れの抵抗に際してポンプｔｚｆ）ジング内に生じ、前記の損失は 熱として発散される。

回転速度が本発明により達成されるような自己調整方法での抵抗に従って変えら れ得る場合には、顕著により良い且つより経済的な運転条件が達成され得る。

更に本発明による装置は非同期電動機により正常に達成されるよりももつと良い 起動条件を与える。起動の瞬間においてすべりは全部であると言われ得る。これ が立ち上がりに対して非常に低いトルクを与え、且つそれ故に何らかの評価でき る起動トルクが存在する非同期電動機を使用することが一般に不可能である。

しかしながら非同期電動機を使用することか望まれる場合には、起動のための幾 つかの種類の補助巻線を見越さねばならない。本発明による装置によって、しか しながら起動サイクルか発振器の可変周波数を介して達成され、それが停止にお いてさえもトルク負荷を可能にする。

ＦＩＧ　、　４ ＦＩＧ、５ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、　Ｓ Ｅ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　Ｍ Ｌ、　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、　ＮＺ、　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＳＫ。

ＵＡ、　ＵＳ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．三相交流によって運転される非同期電動機形の電動機の制御のための装置で あって、該装置が電動機内に回転磁界を創出し、それが同期回転速度からのある 回転速度すべりに際して回転子内に磁界を誘起し、かくして回転子の回転のため に必要な磁界を与え、それにより電動機（５）の運転電流を作り出すために発振 器（２）と前記発振器により周波数制御され且つ直流電流源（１）から条件次第 で供給される交流電圧のための発生器（４，６）とを準備されている電動機用制 御装置において、 前記発振器（２）に対しては、（１５における）入力制御電圧のレベルにより規 定される出力周波数を有する種類が用いられ、それによってこの制御装置（３， ７，８）が電動機（５）の運転の間に交流電流用の供給導体（１０〜１２）内に 生じるパルスを受け取るように配設されており、且つそれにより電動機巻線が回 転子の誘起された磁界により通過された場合に、その電動機巻線から誘起される 起電力によって生じる運転電圧のパルス形状での変化を検出するように配設され ており、前記変化はすべりの大きさに従って大きさが変化し、且つ前記変化のレ ベルに基づいて比例する電圧を誘起するために、前記の電圧は発振器の周波数制 御のために発振器（２）へ運ばれ、それによりこの電動機の回転トルク負荷での 変化により前記制御電圧が変えられ、且つ発振器の周波数とそれにより電動機の 回転速度とが変えられるので、運転抵抗への適合が達成されることを特徴とする 電動機用制御装置。
2. ２．請求項１記載の電動機用制御装置において、前記制御装置が、長さが変化さ れた電圧レベルに比例して変えられるパルスのパルス列へ、運転電圧からの変化 のレベルを変換するために配置されている出較器（３）を具えており、前記パル ス列は直流電流に変換器（８）の制御装置内で変換され、その直流電流の電圧は そのパルスの長さに依存し且つその直流電流は更に発振器の制御のために発振器 （２）へ誘導されることを特徴とする電動機用制御装置。
3. ３．請求項２記載の電動機用制御装置において、比較器（３）と変換器（８）と の間にすべりを決定する長さが変動するパルス（２２，２３）の、比較器（３） からの信号内の他のパルスからの分離のために分離器が接続されていることを特 徴とする電動機用制御装置。