TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2020078225
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200521
出願番号2019160464
出願日20190903
発明の名称同期機のためのモータスタータ
出願人アーベーベー・シュバイツ・アーゲー
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人,個人
主分類H02P 1/46 20060101AFI20200424BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータスタータの独自のシステム、方法、技術および装置を開示する。
【解決手段】例示の一実施形態は、複数のステータ相巻線、ロータ、モータスタータおよびコントローラを含む同期機に関する。モータスタータは、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを含む。コントローラは、ロータの角速度が同期速度未満である間、複数のステータ相巻線をΔ構成で結合すべく、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成されており、さらにロータの角速度が同期速度に等しくなったことに応答して、複数のステータ相巻線をY構成で結合すべく、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成されている。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
同期機であって、前記同期機は、
複数のステータ相巻線と、
ロータと、
モータスタータと、
コントローラと、
を含み、
前記モータスタータは、
共通ノードと前記複数のステータ相巻線の各1つのステータ相巻線との間にそれぞれ結合された複数のY半導体スイッチと、
前記複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線の各対間にそれぞれ結合された複数のΔ半導体スイッチと、
を含み、
前記コントローラは、前記ロータの角速度が同期速度未満である間、前記複数のステータ相巻線をΔ構成で結合すべく、前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成されており、さらに、前記ロータの角速度が前記同期速度に等しくなったことに応答して、前記複数のステータ相巻線をY構成で結合すべく、前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成されている、
同期機。
続きを表示(約 3,600 文字)【請求項2】
前記ロータは、かごと複数の永久磁石とを含み、前記ロータは、ファンに結合されている、
請求項1記載の同期機。
【請求項3】
前記複数のステータ相巻線は、AC電源に結合されるよう構成されており、前記AC電源は、第1の線間電圧規模を有する3相電力を出力するように構成されており、前記複数のステータ相巻線がΔ構成で結合されている間、前記複数のステータ相巻線のそれぞれを挟んだ巻線電圧規模は、3の平方根で除算された前記第1の線間電圧規模に等しい値より大きい、
請求項1記載の同期機。
【請求項4】
前記複数のステータ相巻線は、Δ構成で結合されており、前記複数のΔ半導体スイッチの各スイッチは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力が生じるようにトグルされる、
請求項3記載の同期機。
【請求項5】
前記複数のY半導体スイッチは、3つの双方向三極サイリスタ(TRIAC)を含み、前記複数のΔ半導体スイッチは、3つのTRIACを含み、前記コントローラは、前記複数のΔ半導体スイッチの前記3つのサイリスタの点火角を調整することにより、前記複数のΔ半導体スイッチをトグルするように構成されている、
請求項4記載の同期機。
【請求項6】
前記コントローラは、前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチを用いて前記複数のステータ相巻線をY構成で配置し、モータ相電流がΔ電流閾値未満であることを判別し、次いで、前記ロータの角速度が前記同期速度に等しくなるまで、前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチを用いて前記複数のステータ相巻線をΔ構成で配置することにより、前記同期機を始動するように構成されている、
請求項1記載の同期機。
【請求項7】
前記ロータは、同期速度未満で回転し、前記ステータ相巻線は、Y構成で結合されており、前記コントローラは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべく前記複数のY半導体スイッチをトグルするように構成されている、
請求項6記載の同期機。
【請求項8】
前記モータスタータは、第2の共通ノードと前記複数のステータ相巻線の各1つとの間にそれぞれ結合された複数のバイパススイッチを含むバイパス回路を含み、前記コントローラは、前記ロータの角速度が前記同期速度に等しくなったことに応答して、前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチを開放し、前記複数のバイパススイッチを閉成することにより、前記複数のステータ相巻線をY構成で結合する、
請求項1記載の同期機。
【請求項9】
ロータおよび複数のステータ相巻線を含む同期機のためのモータスタータであって、前記モータスタータは、
共通ノードにそれぞれ結合されており、前記複数のステータ相巻線の1つのステータ相巻線に結合されるように構成された複数のY構成スイッチと、
前記複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線に結合されるようにそれぞれ構成された複数のΔ構成スイッチと、
前記同期機を始動モードおよび定常状態モードで動作させるように構成されたコントローラと、
を含み、
前記始動モードは、前記複数のステータ相巻線への修正AC電力の供給の効力が生じるよう、前記複数のY構成スイッチの各スイッチを開放し、前記複数のΔ構成スイッチの各スイッチをトグルすることを含み、前記定常状態モードは、前記複数のΔ構成スイッチを開放することを含み、前記コントローラは、同期速度での前記ロータの回転が判別されたことに応答して、前記始動モードから前記定常状態モードへ移行する、
モータスタータ。
【請求項10】
前記モータスタータは、第1の線間電圧を有するAC電源から未修正のAC電力を受け取り、前記修正AC電力は、3の平方根で除算された前記第1の線間電圧に等しい値より大きい、前記複数のステータ相巻線の各ステータ相巻線を挟んだ電圧を有する、
請求項9記載のモータスタータ。
【請求項11】
前記モータスタータは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべく前記複数のΔ構成スイッチをトグルするように構成されている、
請求項9記載のモータスタータ。
【請求項12】
前記始動モードは、モータ電流がΔ電流閾値を下回るまで、前記複数のY構成スイッチをトグルし、前記複数のΔ構成スイッチを開放し、次いで、前記モータ電流が前記Δ電流閾値を下回ったことに応答して、前記複数のY構成スイッチの各スイッチを開放し、前記複数のΔ構成スイッチの各スイッチをトグルすることを含む、
請求項11記載のモータスタータ。
【請求項13】
前記始動モード中、前記複数のY構成スイッチをトグルすることにより、モータ電流が最大電流閾値を下回ったまま維持される効力が生じる、
請求項12記載のモータスタータ。
【請求項14】
前記複数のY構成スイッチをトグルすることは、第1の点火角を調整することを含み、
前記Δ構成スイッチをトグルすることは、第2の点火角を調整することを含む、
請求項13記載のモータスタータ。
【請求項15】
大きな慣性負荷に結合された同期機を始動する方法であって、
モータスタータを動作させるステップであって、前記モータスタータは、共通ノードと複数のステータ相巻線の1つのステータ相巻線との間にそれぞれ結合された複数のY半導体スイッチ、および、前記複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線間にそれぞれ結合された複数のΔ半導体スイッチを含むステップと、
前記モータスタータを用いて、前記複数のステータ相巻線をΔ構成で配置するステップと、
第1の線間電圧を有する電源から未修正のAC電力を受け取るステップと、
前記モータスタータを用いて、前記複数のステータ相巻線へ、3の平方根で除算された前記第1の線間電圧に等しい値より大きい、前記複数のステータ相巻線のそれぞれを挟んだ巻線電圧を有する修正AC電力を供給するステップと、
前記同期機のロータの角速度が同期速度に等しくなったことを判別するステップと、
前記ロータの角速度が前記同期速度に等しくなったことを判別するステップに応答して、前記モータスタータを用いて、前記複数のステータ相巻線をY構成で配置するステップと、
を含む方法。
【請求項16】
前記大きな慣性負荷は、ファンであり、前記ロータは、複数の永久磁石を含む、
請求項15記載の方法。
【請求項17】
前記未修正のAC電力は、第1の相および第2の相を含み、
前記第1の線間電圧は、前記第1の相および前記第2の相を挟んだ電圧である、
請求項15記載の方法。
【請求項18】
前記複数のステータ相巻線をΔ構成で配置するステップは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべく、前記複数のY半導体スイッチを開放し、前記複数のΔ半導体スイッチをトグルするステップを含む、
請求項15記載の方法。
【請求項19】
前記方法は、
前記複数のステータ相巻線を始動Y構成で配置するステップと、
電流がΔ電流閾値を下回ったことを判別するステップと、
を含み、
前記複数のステータ相巻線をΔ構成で配置するステップは、前記電流が前記Δ電流閾値を下回ったことを判別するステップに応答して行われ、前記複数のステータ相巻線を始動Y構成で配置するステップは、前記Δ半導体スイッチを開放し、前記Y半導体スイッチをトグルするステップを含む、
請求項18記載の方法。
【請求項20】
前記複数のY半導体スイッチおよび前記複数のΔ半導体スイッチをトグルするステップは、ゼロ電流条件中、各スイッチを開閉するステップを含む、
請求項19記載の方法。
【請求項21】
前記モータスタータは、複数のバイパススイッチを含むバイパス回路を含み、
前記モータスタータを用いて前記複数のステータ相巻線をY構成で配置するステップは、前記複数のY半導体スイッチを開放し、前記複数のΔ半導体スイッチを開放し、前記複数のバイパススイッチを閉成するステップを含む、
請求項15記載の方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、広くはモータスタータに関する。同期機は、同期速度への到達のための始動動作を行う。公共送電網に直接に接続された同期機では、その同期速度は、送電網からの電力の周波数と、ロータおよびステータの極数とに基づく。始動動作中、突入電流の規模により、スパイクが発生しやすくなる。介在の可変周波数駆動機構なしに同期機が電源に接続されている箇所では、モータスタータはしばしば突入電流の制限に用いられている。
続きを表示(約 15,000 文字)【背景技術】
【0002】
同期機は、大きな回転慣性を有する負荷の回転、例えばファン、遠心機またはコンベヤの回転に使用可能である。所定の同期機は、等速の誘導モータによって回転可能となるような大きな慣性負荷を伴う場合、同期速度で動作することができない。当該欠点は、従来のモータスタータが大きな回転慣性負荷を同期速度へ移行させることができない点に起因している。例えば、図8のAのグラフ800には、16lb‐ft

の慣性を有するファンに結合された同期モータに対する、従来のダイレクトオンラインスタータを用いた始動動作が示されている。グラフ800は、角速度を表す曲線801を含む。従来のダイレクトオンラインモータスタータが同期モータの動作を開始すると、角速度は増大するが、同期速度803に届かずに停止してしまい、代わりに1600rpm付近で発振する。従来のモータスタータは、モータを同期動作へ引き込む適切なトルクを形成することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
既存のモータ始動動作は、複数の欠点および不都合点を有する。よって、ハードウェアの複雑性の低減および機械パワー損失の低減を含め、要求は満たされていない。例えば、大きな回転慣性負荷を回転させる同期機では、動作中に切替パワー損失を発生する、コストのかかる可変周波数駆動機構が必要である。よって、ここに開示する独自の装置、方法、システムおよび技術への大きな需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
図示の実施形態の開示
本開示の非制限の例示の各実施形態、その形成および使用の方式およびプロセス、ならびにその実施、形成および使用を可能にする方式およびプロセスを、明瞭、簡潔かつ正確に説明するために、以下に、図示のものを含めた所定の例示の各実施形態を参照し、専用の語句を使用してこれらを説明する。しかし、これにより本開示の観点の限定がなされるものではなく、本開示は、その利益が当該分野の技術者に発生しうるものとしての、例示の各実施形態の変更、修正およびさらなる適用も含み保護するものであることを理解されたい。
【0005】
概要
例示の各実施形態は、モータスタータのための独自のシステム、方法、技術および装置を含む。本開示のさらなる実施形態、形態、対象、特徴、利点、態様および利益は、以下の説明および図から明らかとなるはずである。
【図面の簡単な説明】
【0006】
例示の同期機始動システムの回路図である。
例示の同期機である。
図1の例示の同期機始動システムの始動動作を示すグラフである。
図1の例示の同期機始動システムの始動動作を示すグラフである。
図1の例示の同期機始動システムの始動動作を示すグラフである。
図1の例示の同期機始動システムの始動動作を示すグラフである。
図1の例示の同期機始動システムの始動動作を示すグラフである。
Aの従来のモータスタータの動作とBの例示のモータスタータの動作とを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
図1を参照すると、モータスタータ120を含む、例示の同期機始動システム100が示されている。システム100は、大きな回転慣性負荷に結合されている間、同期速度で動作するように構成されている。所定の実施形態では、大きな回転慣性は、NEMA MG‐1規格において誘導機の臨界慣性値によって規定されたものである。所定の実施形態では、大きな回転慣性は、NEMA MG‐1規格の臨界慣性値の1/10である。システム100とも称されることのある同期機始動システム100が、僅かな例を挙げるに過ぎないものの、ファン、ファンウォール、遠心機またはコンベヤを含む、大きな回転慣性負荷の種々の用途において実現可能であることを理解されたい。さらに、図示の実施形態は、例示のモータスタータ120の用途を、いかなる意味においてもここに図示および説明する電気的特性または機械的特性に基づく同期機またはAC電源のサブセットに限定する意図のものでない。例えば、例示のモータスタータ120は、僅かな例を挙げるに過ぎないものの、AC電源からの電力の任意の線間電圧、2個超の任意の数のAC電力相もしくはステータ相巻線、任意の同期機電力等級、および任意の同期機馬力等級を有する同期機システムに組み込み可能である。
【0008】
システム100は、同期機110に結合されたAC電源101を含む。AC電源101は、僅かな例を挙げるに過ぎないものの、電力分配網、例えば公共送電網もしくは電力生成システムを含むことができる。AC電源101は、線周波数を有する3相AC電力を出力端子103,105,107から同期機110へ送信する。AC電源101から送信されるAC電力の線周波数は、45Hzから65Hzまでの範囲内であってよい。システム100はダイレクトオンラインシステムであり、これは、同期機110が、AC電源101から、介在の可変周波数駆動機構によって修正されていないAC電力を受け取ることを意味する。AC電源101から送信されるAC電力は、複数の電気的特性、例えば端子103,105を挟んだ線間電圧V
ab
、端子105,107を挟んだ線間電圧V
bc
、および端子103,107を挟んだ線間電圧V
ac
を有する。また、AC電力は、端子103から流れる相電流I

、端子105から流れる相電流I

、および端子107から流れる相電流I

を有する。他の実施形態では、システム100は、2つ以上の相を有するAC電力を送信するように構成されたAC電源101を含み、同期機110が当該相の数に等しい数のステータ相巻線を含む。
【0009】
同期機110は、ステータ相巻線113,115,117を含む。各ステータ相巻線は、第1の端子と第2の端子とを含む。ステータ相巻線それぞれの第1の端子はAC電源101に結合されており、ステータ相巻線それぞれの第2の端子は選択的に共通ノード119に結合される。巻線113の第1の端子は出力端子103に結合されている。巻線115の第1の端子は出力端子105に結合されている。巻線117の第1の端子は出力端子107に結合されている。巻線113,115,117を挟んだ電圧は、それぞれ電圧V
113
,V
115
,V
117
によって表されている。
【0010】
モータスタータ120は、コントローラ129に結合されており、かつコントローラ129からの、各スイッチの選択的な開閉の効力を生じさせる制御信号を受信するように構成された、複数のΔ半導体スイッチ121および複数のY半導体スイッチ122を含む。コントローラ129は、始動動作中はステータ相巻線113,115,117をΔ構成で配置し、定常状態動作中はY構成で配置するように構成されている。所定の実施形態では、始動動作は、ステータ相巻線113,115,117がY構成で配置される第1の期間と、これに続く、ステータ相巻線113,115,117がΔ構成で配置される第2の期間と、を含む。
【0011】
複数のΔ半導体スイッチ121は、半導体スイッチ123,125,127を含む。半導体スイッチ123は、ステータ相巻線113の第2の端子とステータ相巻線115の第1の端子との間に結合されている。半導体スイッチ125は、ステータ相巻線115の第2の端子とステータ相巻線117の第1の端子との間に結合されている。半導体スイッチ127は、ステータ相巻線117の第2の端子とステータ相巻線113の第1の端子との間に結合されている。
【0012】
複数のY半導体スイッチ122は、半導体スイッチ124,126,128を含む。半導体スイッチ124は、巻線113の第2の端子と共通ノード119との間に結合されている。半導体スイッチ126は、巻線115の第2の端子と共通ノード119との間に結合されている。半導体スイッチ128は、巻線117の第2の端子と共通ノード119との間に結合されている。所定の実施形態では、複数のY半導体スイッチ122は、スイッチ124,126,128のうち2つのみを含む。
【0013】
所定の実施形態では、システム100は、各ステータ相巻線とAC電源101との間に結合された、複数のΔ半導体スイッチ121および複数のY半導体スイッチ122をバイパスする効力を生じさせる複数のバイパススイッチを含むバイパス回路を含む。複数のΔ半導体スイッチ121および複数のY半導体スイッチ122が開放され、バイパススイッチが閉成されると、ステータ相巻線113,115,117はY構成で配置される。
【0014】
コントローラ129は、複数のΔ半導体スイッチ121の各スイッチが開放されている間、複数のY半導体スイッチ122の各スイッチをトグルすることにより、同期機110のステータ相巻線のY構成での配置を制御するように構成されている。コントローラ129は、複数のY半導体スイッチ122の各スイッチを開放し、複数のΔ半導体スイッチ121の各スイッチをトグルすることにより、同期機110のステータ相巻線をΔ構成で配置するように構成されている。ステータ相巻線113,115,117をY構成またはΔ構成のいずれで配置するかの決定は、コントローラ129により、電流測定を用いて決定される。コントローラ129が受信する電流測定は、始動動作中、同期速度への到達のための充分なプルイントルクが生じるようステータ相巻線がΔ構成で配置されなければならないことをコントローラ129に示す機械条件に相当する。コントローラ129による各スイッチのトグルは、機械110の電気的特性、例えば同期機110の電流等級に基づく電流閾値によって決定される。スイッチトグルのタイミングは、電流I

,I

,I

を電流閾値以下に維持するのに必要な所定の点火角に相当しうる。モータスタータ120の各スイッチは、実質的なゼロ電流条件、例えば定格電流規模の5%未満という条件において開閉されるように構成されている。
【0015】
図示の実施形態では、モータスタータ120の半導体スイッチのそれぞれは、双方向3極サイリスタ(TRIAC)である。他の実施形態において、これに代えて、モータスタータ120の1つまたは複数の半導体スイッチが、電流の流れを選択的に制御するように構成された、1つまたは複数のサイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、MOSコントロールドサイリスタ(MCT)、集積化ゲート転流型サイリスタ(IGCT)、炭化ケイ素(SiC)スイッチングデバイス、窒化ガリウム(GaN)スイッチングデバイス、または他の任意のタイプの半導体スイッチを含んでいてもよい。モータスタータ120の半導体スイッチは、反平行構成で結合された2つの半導体スイッチ、例えば2つのサイリスタを含むことができる。なおシステム100の上述の特徴のいずれかもしくは全てがここに開示する他の同期機システム内に存在してよいことを理解されたい。
【0016】
図2を参照すると、負荷240に対して回転力を作用させるように構成された、例示の同期機システム200が示されている。システム200は、AC電源210、モータスタータ220および同期機230を含む。
【0017】
同期機230は、ステータ231およびロータ233を含む。ステータ231は、複数のステータ歯の周に巻き回された複数のステータ相巻線237を含む。複数のステータ相巻線237は、AC電源210に結合されており、かつAC電源210からAC電力を受け取るように構成されており、モータスタータ220によって選択的にΔ構成またはY構成のいずれかで配置される。AC電源210はステータ231に直接に結合されており、これにより、システム200は、電圧およびステータ231に供給されるAC電力の基本周波数もしくは線周波数を修正する可変周波数駆動機構を含まない。他の要素、例えばサーキットブレーカ、リレーまたはフィルタを、直接に結合されたAC電源210とステータ231との間に操作可能に結合してもよい。
【0018】
ロータ233は、軸235を介して負荷240に結合されている。所定の実施形態では、ロータ233は、ギアボックスまたはベルト装置を介して負荷240に結合される。他の実施形態では、ロータ233は直接に負荷240に結合される。
【0019】
ステータ231は、電磁力をロータ233に作用させ、ロータ233、軸235および負荷240の回転運動を生じさせるように構成されている。機械230の定常状態動作中、ロータ233は同期速度で回転する。ロータ233の同期速度での回転の速度は、AC電源210から受け取られたAC電力の周波数に対して120を乗算し、ロータ233の極数で除算したものに等しい。例えば、60Hzの周波数を有するAC電力を受け取る4極ロータを備えた同期機は、毎分1800回転(1800rpm)の同期速度を有する。所定の実施形態では、ロータ233は、かごおよび複数の永久磁石を含むかご形ロータ永久磁石であり、かご形永久磁石ロータとしても知られる。所定の実施形態では、機械230はラインスタート同期リラクタンスモータであり、ロータ233はラインスタート同期リラクタンスロータである。当該ロータは、複数の磁束バリアと、ロータキャビティに挿入された複数の永久磁石とを含むことができる。所定の実施形態では、ロータ233は、複数の永久磁石に代えて、磁界巻線を含む。
【0020】
始動動作中、モータスタータ220は、モータ電流を最大電流閾値以下に維持している間、同期速度よりも低い速度から、ロータ233の角速度を増大するように動作する。同期機230は静止状態からスタート可能であるが、機械230は、ロータ233の回転中、例えば直近の電力消失または不完全な機械遮断動作に続けて、始動動作を開始することもできる。
【0021】
負荷240は、大きな回転慣性を有するファンまたは他のタイプの負荷である。負荷240の回転慣性が増大すると、同期速度への到達のために同期機230が要求するプルイントルク量も増大する。誘導モータは、同じ負荷でのモータ始動を完了するのに大幅に小さなトルクしか要しない。モータ設計の違いにより、従来のモータスタータを有する同期機は、同じ電力等級の誘導モータで動作可能な負荷の1/2未満の回転慣性を有する負荷にしか同期できない。以下の図に即して説明する通り、図示のモータスタータは、同期機230の同期能力を5倍程度増大する。他の実施形態では、例示のモータスタータは、同期機の同期能力を5倍超増大することができる。
【0022】
図3から図7を参照すると、機械110が232lb‐ft

の負荷慣性を有する負荷に結合された50HP同期機であって、同期速度1800rpmを有する、図1の同期機始動システム100の動作を示すグラフが示されている。232lb‐ft

の負荷慣性は50HP誘導モータにつきNEMA MG1で規定された臨界慣性値であることへの注意が重要である。
【0023】
時点t

で、モータスタータ120がステータ相巻線113,115,117をY構成で配置し、AC電源101が同期機110への電力供給を開始すると、同期機110の始動動作が開始される。時点t

で、モータスタータ120は、ステータ相巻線113,115,117をY構成からΔ構成へ移行させる。時点t

で、モータスタータ120は、ステータ相巻線113,115,117をΔ構成からY構成へ移行させることにより、定常状態動作に入る。巻線113の電気的特性を示しているが、これは他の巻線も図示の相と同じパターンに追従するからであることを理解されたい。他の実施形態では、同期機110のステータ相巻線は、始動動作中、Δ構成でしか配置されない。所定の実施形態では、モータスタータ120はバイパススイッチを含み、時点t

で、複数のΔ半導体スイッチ121および複数のY半導体スイッチ122を開放し、バイパススイッチを閉成することにより、ステータ相巻線をY構成で配置する。バイパススイッチは、共通ノードと複数のステータ相巻線の各1つとの間にそれぞれ結合されている。
【0024】
図3を参照すると、始動動作中の線電流を示すグラフ300が示されている。グラフ300は、線電流I

の規模を表す曲線301を含む。グラフ300は、最大電流閾値303を含む。所定の実施形態では、最大電流閾値303は、NEMA MG‐1規格で規定された、始動ロックロータ電流最大値に相当する。所定の実施形態では、最大電流閾値は、ユーザが規定する値であり、例えば機械の電流等級のパーセンテージ割合である。例えば、50HP同期機の最大ロックロータ電流は725であるが、ユーザが最大電流閾値303を330Aに低減していてよい。
【0025】
時点t
VMAX1
で、巻線113を挟んだ電圧がY構成に対する最大値に達し、線電流I

が低下し始める。グラフ300はさらに、電流閾値303の2/3であるΔ電流閾値305を含む。Δ電流閾値305は、Y構成で配置されたステータ相巻線よりもΔ構成で配置されたステータ相巻線からのほうが多くのトルクを導出できるという、システム100の動作条件に相当する。他の実施形態では、Δ電流閾値305は、電流閾値303の他のパーセンテージ割合である。機械110が同期速度に達すると、線電流は急速に低下し始める。時点t

で、コントローラ129は、機械電流、例えば相電流I

が閾値305以下となったことに応答して、機械110のステータ相巻線をΔ構成で配置する。同期速度近傍の速度でのY構成からΔ構成への変化により、同期機は、同期速度への到達に必要な付加トルクを作用させることができる。所定の実施形態では、閾値305は、図7の曲線701の勾配によって示されている通り、一定の角加速度を維持できるように決定されている。
【0026】
時点t

で、コントローラ129は、機械電流、例えば相電流I

が定常状態電流閾値307以下となったことに応答して、同期機110のステータ相巻線をY構成で配置する。
【0027】
機械110の動作中、コントローラ129は、線電流I

が閾値電流303を超過することを許容しない。以下でより詳細に検討する通り、コントローラ129は、始動動作中、モータスタータ120の各スイッチをトグルすることにより、線電流を最大電流閾値303以下に維持する。
【0028】
図4を参照すると、グラフ400で、巻線電圧規模V
113
が示されている。グラフ400は、機械110のステータ巻線がΔ構成で結合されている間、AC電源101から受け取られたAC電力の、巻線113を挟んだ最大電圧を表す曲線403を含む。グラフ400はまた、機械110のステータ巻線がY構成で結合されている間、AC電源101から受け取られたAC電力の、巻線を挟んだ最大電圧を表す曲線405を含む。図示の実施形態では、曲線405の規模は、3の平方根で除算された曲線403の規模に等しい。時点t

から始まって、巻線電圧V
113
を表す曲線401は、曲線405に近づく。時点t
VMAX1
で、曲線401は最大値に達し、この状態が時点t

まで続く。時点t

で、曲線401は曲線405を上回り、時点t
VMAX2
まで増大し、ここで巻線電圧V
113
は曲線403と曲線405との間の規模に達する。時点t
VMAX2
で達成された巻線電圧の規模は、曲線405を上回るパーセンテージ割合として規定可能である。所定の実施形態では、時点t
VMAX2
で達成される巻線電圧V
113
の規模は、曲線405の規模を5%上回るものとなる。時点t

で、機械は定常状態動作に入り、ステータ相巻線がY構成で配置されて、電圧V
113
が最大Y構成電圧となる。
【0029】
図5を参照すると、モータスタータ120の半導体スイッチの点火角を表すグラフ500が示されている。グラフ500は、コントローラ129がモータスタータ120の各スイッチをY構成で動作させている間、複数のY半導体スイッチ122に送信される制御信号の点火角を表す曲線501を含む。複数のΔスイッチ121は、時点t

から時点t

まで開放され、このためスイッチをトグルする効力を生じさせる制御信号を受け取らないことへの注意が重要である。
【0030】
グラフ500は、コントローラ129がスタータ120の各スイッチをΔ構成で動作させている間、複数のΔ半導体スイッチ121へ送信される制御信号の点火角を表す曲線503を含む。複数のY半導体スイッチ122が時点t

から時点t

まで開放され、このためスイッチをトグルする効力を生じさせる制御信号を受け取らないことへの注意が重要である。
【0031】
グラフ500は、コントローラ129がモータスタータ120の各スイッチを定常状態動作で動作させている間、複数のY半導体スイッチ122へ送信される制御信号の点火角を表す曲線505を含む。複数のΔスイッチ121が時点t

以降開放され、複数のY半導体スイッチ122が、定常状態動作中、モータに歪みのない線電圧を供給するためのゼロ度点火角で閉成されることへの注意が重要である。他の実施形態では、複数のY半導体スイッチ122および複数のΔスイッチ121の双方が開放され、バイパス回路スイッチが閉成されて、ステータ相巻線がY構成で配置される。
【0032】
図6を参照すると、グラフ600で、同期機110の出力トルクが示されている。グラフ600は、同期機110が形成するトルクを表す曲線601を含む。曲線601によって示されている通り、トルクは、コントローラ129がモータスタータ120の各スイッチをY構成からΔ構成へ移行させたことに応答して、増大する。このようにして行われるトルク増大は、所定の同期機が大きな回転慣性負荷を伴って同期速度へ到達するために必須である。
【0033】
図7を参照すると、グラフ700で、同期機110のロータ角速度が示されている。グラフ700は、始動動作中および定常状態動作中の角速度を表す曲線701を含む。グラフ700はまた、同期速度を表す1800rpmの曲線を含む。出力トルクが低下する時点t

で、機械110が同期速度に達していないことへの注意が重要である。同期機110は、モータスタータ120がステータ相巻線をΔ構成で配置し、Y構成での配置中に達成可能な巻線電圧の最大規模よりも大きい電圧をステータ相巻線に印加する場合にしか、大きな回転慣性負荷を伴っての同期速度を達成することはできない。
【0034】
図8のA,Bを参照すると、従来のダイレクトオンラインモータスタータの動作と、大きな回転慣性負荷を有する20HPかご形ロータ永久磁石同期モータに結合された例示のダイレクトオンラインモータの動作と、が示されている。双方のモータスタータとも、460Vの線間電圧を有するAC電力を受け取る。当該同期モータでの同期速度は1800rpmである。
【0035】
図8のBを参照すると、グラフ810で、図8のAの従来のモータスタータを有するモータに結合されたファンの回転慣性の4.4倍である、71lb‐ft

の回転慣性を有するファンに結合されたモータでの始動動作が示されている。始動動作中、モータのステータ相巻線は、Δ構成で配置されている。グラフ810は、角速度を表す曲線811を含む。時点0で、モータスタータ120は、ステータ相巻線がY構成で配置されている間、最大巻線電圧より35%大きい規模である358Vの、各ステータ相巻線を挟んだ電圧の印加を開始する。例示のモータスタータ120が同期機110の動作を開始すると、角速度は、3500msで同期速度813に到達するまで増大する。例示のモータスタータは、ステータ相巻線をΔ構成で結合し、Y構成で結合されている間、達成可能な最大電圧よりも大きい電圧を印加できるので、当該モータスタータは、同期機による同期速度813への到達に充分なトルクを供給するように構成されていることになる。
【0036】
複数の例示の実施形態のさらなる記載を以下に提示する。一実施形態は同期機に関しており、当該同期機は、複数のステータ相巻線;ロータ;共通ノードと複数のステータ相巻線の各1つのステータ相巻線との間にそれぞれ結合された複数のY半導体スイッチ、および複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線の各対間にそれぞれ結合された複数のΔ半導体スイッチを含むモータスタータ;ならびにロータの角速度が同期速度未満である間、複数のステータ相巻線をΔ構成で結合すべく、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成されており、さらにロータの角速度が同期速度に等しくなったことに応答して、複数のステータ相巻線をY構成で結合すべく、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを動作させるように構成された、コントローラを含む。
【0037】
上記同期機の所定の形態では、ロータは、かごと複数の永久磁石とを含み、ロータはファンに結合されている。所定の形態では、複数のステータ相巻線は、AC電源に結合されるよう構成されており、AC電源は、第1の線間電圧規模を有する3相電力を出力するように構成されており、複数のステータ相巻線がΔ構成で結合されている間、複数のステータ相巻線のそれぞれを挟んだ巻線電圧規模は、3の平方根で除算された第1の線間電圧規模に等しい値より大きい。所定の形態では、複数のステータ相巻線はΔ構成で結合されており、複数のΔ半導体スイッチの各スイッチは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力が生じるようにトグルされる。所定の形態では、複数のY半導体スイッチは、3つの双方向三極サイリスタ(TRIAC)を含み、複数のΔ半導体スイッチは3つのTRIACを含み、コントローラは、複数のΔ半導体スイッチの3つのサイリスタの点火角を調整することにより、複数のΔ半導体スイッチをトグルするように構成されている。所定の形態では、コントローラは、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを用いて複数のステータ相巻線をY構成で配置し、モータ相電流がΔ電流閾値未満であることを判別し、次いで、ロータの角速度が同期速度に等しくなるまで、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを用いて複数のステータ相巻線をΔ構成で配置することにより、同期機を始動するように構成されている。所定の形態では、ロータは同期速度未満で回転し、ステータ相巻線はY構成で結合されており、コントローラは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべく複数のY半導体スイッチをトグルするように構成されている。所定の形態では、モータスタータは、第2の共通ノードと複数のステータ相巻線の各1つとの間にそれぞれ結合された複数のバイパススイッチを含むバイパス回路を含み、コントローラは、ロータの角速度が同期速度に等しくなったことに応答して、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチを開放し、複数のバイパススイッチを閉成することにより、複数のステータ相巻線をY構成で結合する。
【0038】
別の例示の実施形態は、ロータおよび複数のステータ相巻線を含む同期機のためのモータスタータに関しており、当該モータスタータは、共通ノードにそれぞれ結合されており、かつ複数のステータ相巻線の1つのステータ相巻線に結合されるように構成された複数のY構成スイッチ;複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線に結合されるようにそれぞれ構成された複数のΔ構成スイッチ;ならびに同期機を始動モードおよび定常状態モードで動作させるように構成されたコントローラを含み、ここで、始動モードは、複数のステータ相巻線への修正AC電力の供給の効力が生じるよう、複数のY構成スイッチの各スイッチを開放し、複数のΔ構成スイッチの各スイッチをトグルすることを含み、定常状態モードは、複数のΔ構成スイッチを開放することを含み、コントローラは、同期速度でのロータの回転が判別されたことに応答して、始動モードから定常状態モードへ移行する。
【0039】
上記モータスタータの所定の形態では、モータスタータは、第1の線間電圧を有するAC電源から未修正のAC電力を受け取り、修正AC電力は、3の平方根で除算された第1の線間電圧に等しい値より大きい、複数のステータ相巻線の各ステータ相巻線を挟んだ電圧を有する。所定の形態では、モータスタータは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべくΔ構成スイッチをトグルするように構成されている。所定の形態では、始動モードは、モータ電流がΔ電流閾値を下回るまで、複数のY構成スイッチをトグルし、複数のΔ構成スイッチを開放し、次いで、モータ電流がΔ電流閾値を下回ったことに応答して、複数のY構成スイッチの各スイッチを開放し、複数のΔ構成スイッチの各スイッチをトグルすることを含む。所定の形態では、始動モード中、複数のY構成スイッチをトグルすることにより、モータ電流が最大電流閾値を下回ったまま維持される効力が生じる。所定の形態では、複数のY構成スイッチをトグルすることは、第1の点火角を調整することを含み、Δ構成スイッチをトグルすることは、第2の点火角を調整することを含む。
【0040】
さらなる例示の実施形態は、大きな慣性負荷に結合された同期機を始動する方法に関しており、当該方法は、共通ノードと複数のステータ相巻線の1つのステータ相巻線との間にそれぞれ結合された複数のY半導体スイッチ、および複数のステータ相巻線の2つのステータ相巻線間にそれぞれ結合された複数のΔ半導体スイッチを含むモータスタータを動作させること;モータスタータを用いて、複数のステータ相巻線をΔ構成で配置すること;第1の線間電圧を有する電源から未修正のAC電力を受け取ること;モータスタータを用いて、複数のステータ相巻線へ、3の平方根で除算された第1の線間電圧に等しい値より大きい、複数のステータ相巻線のそれぞれを挟んだ巻線電圧を有する修正AC電力を供給すること;同期機のロータの角速度が同期速度に等しくなったことを判別すること;ならびにロータの角速度が同期速度に等しくなったことの判別に応答して、モータスタータを用いて、複数のステータ相巻線をY構成で配置することを含む。
【0041】
上記方法の所定の形態では、大きな慣性負荷はファンであり、ロータは複数の永久磁石を含む。所定の形態では、未修正のAC電力は、第1の相および第2の相を含み、第1の線間電圧は、第1の相および第2の相を挟んだ電圧である。所定の形態では、複数のステータ相巻線をΔ構成で配置することは、突入電流が低減されて最大電流閾値を下回る効力を生じさせるべく、複数のY半導体スイッチを開放し、複数のΔ半導体スイッチをトグルすることを含む。所定の形態では、当該方法は、複数のステータ相巻線を始動Y構成で配置すること;電流がΔ電流閾値を下回ったことを判別することを含み、ここで、複数のステータ相巻線をΔ構成で配置することは、電流がΔ電流閾値を下回ったことの判別に応答して行われ、複数のステータ相巻線を始動Y構成で配置することは、Δ半導体スイッチを開放し、Y半導体スイッチをトグルすることを含む。所定の形態では、複数のY半導体スイッチおよび複数のΔ半導体スイッチをトグルすることは、ゼロ電流条件中、各スイッチを開閉することを含む。所定の形態では、モータスタータは、複数のバイパススイッチを含むバイパス回路を含み、モータスタータを用いて複数のステータ相巻線をY構成で配置することは、複数のY半導体スイッチを開放し、複数のΔ半導体スイッチを開放し、複数のバイパススイッチを閉成することを含む。
【0042】
反対のことが明示的に記述されていないかぎり、種々の実施形態からの種々の態様、特徴、プロセスおよび動作が任意の他の実施形態においても使用可能であることが企図されている。説明した所定の動作は、非一時性のコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品を実行するコンピュータにより実現可能であり、ここで、コンピュータプログラム製品は、コンピュータに1つまたは複数の動作を実行させるための命令、または他のデバイスに1つまたは複数の動作を実行させるコマンドを供給するための命令を含む。
【0043】
本開示を図および上記説明において詳細に図示し説明したが、これらは、説明のためのものであって性質を限定しないと考えられるべきであり、所定の例示の実施形態を図示し説明したこと、ならびに本開示の思想内で生じる全ての変更および修正の保護が所望されていることを理解されたい。上記説明において用いた「好ましい」「好ましくは」「優先される」もしくは「より優先される」などの語句の使用は、当該特徴がより望ましいことの記載であるが、必須ではなく、当該特徴を有さない実施形態も、以下の特許請求の範囲によって規定される本開示の観点において実現可能である。特許請求の範囲を読むに際しては、「1つ」「1つの」「少なくとも1つの」もしくは「少なくとも一部の」などの語句は、請求項において特に反対のことが記述されていないかぎり、当該請求項を唯一の項目に限定しないことが意図されている。「〜の」なる語は、別の項目との関連または連絡、さらに、使用されている文脈から知られる他の項目への所属または接続をも意味しうる。「〜に結合される」「〜と結合される」および類似の語句は、間接的な接続および結合を含むが、さらに、反対のことが明示的に示されていないかぎり、直接の結合または接続をも含み、ただし必須ではない。「少なくとも一部の」かつ/または「一部の」なる表現が使用される場合、特に反対のことが記述されていないかぎり、当該項目はその一部および/または全体を含むことができる。

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

アーベーベー・シュバイツ・アーゲー
同期機のためのモータスタータ
アーベーベー・シュバイツ・アーゲー
牽引ウィンチを動作させる方法及び牽引ウィンチの電気駆動装置
テンパール工業株式会社
分電盤
株式会社ミツバ
制御装置
株式会社富士通ゼネラル
空気調和機
株式会社辰巳菱機
発電システム
日本電産株式会社
モータ及び減速装置
富士電機株式会社
電力変換装置
株式会社計測技術研究所
負荷装置
日本電産株式会社
減速装置及び電気設備
パイオニア株式会社
充電器
富士電機株式会社
電力変換装置
マレリ株式会社
充放電制御装置
日本電産テクノモータ株式会社
モータ
株式会社MARC研究所
回転電気機械
日本電産株式会社
モータ、および電動バイク
島根県
スイッチトリラクタンスモータ
富士電機株式会社
モータ駆動システム
ニッキャビ株式会社
ケーブル台
株式会社日立産機システム
電力変換装置
KYB株式会社
筒型リニアモータ
愛知電機株式会社
電力変換装置とその冷却方法
KYB株式会社
筒型リニアモータ
KYB株式会社
筒型リニアモータ
個人
車輪の回転を動力として発電する発電装置
KYB株式会社
筒型リニアモータ
株式会社豊田自動織機
電動圧縮機
株式会社豊田自動織機
電動圧縮機
KYB株式会社
筒型リニアモータ
アダマンド並木精密宝石株式会社
車両通過報知器
中国電力株式会社
搬送保護継電装置
河村電器産業株式会社
分電盤ケースの基台
株式会社リコー
素子、及び発電装置
中国電力株式会社
腕金用鳥害防止具
株式会社デンソーウェーブ
携帯端末
マレリ株式会社
電源システム
続きを見る