(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2019522457
(43)【公表日】20190808
(54)【発明の名称】パワー可変なモータ及びそのインテリジェントコントローラ
(51)【国際特許分類】
   H02P 25/18 20060101AFI20190712BHJP
【FI】
   !H02P25/18
【審査請求】有
【予備審査請求】有
【全頁数】18
(21)【出願番号】2019521176
(86)(22)【出願日】20170705
(85)【翻訳文提出日】20190129
(86)【国際出願番号】CN2017000421
(87)【国際公開番号】WO2018006579
(87)【国際公開日】20180111
(31)【優先権主張番号】201610527604.0
(32)【優先日】20160707
(33)【優先権主張国】CN
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】519005141
【氏名又は名称】張世興
【住所又は居所】中国北京市朝陽区望京南湖中園124楼第10単元第101室
(74)【代理人】
【識別番号】100088063
【弁理士】
【氏名又は名称】坪内 康治
(72)【発明者】
【氏名】張世興
【住所又は居所】中国北京市朝陽区望京南湖中園124楼第10単元第101室
【テーマコード(参考)】
5H505
【Fターム(参考)】
5H505BB01
5H505BB02
5H505DD03
5H505EE23
5H505FF01
5H505FF05
5H505HA05
5H505HA06
5H505JJ03
5H505JJ16
5H505JJ17
5H505JJ25
5H505LL22
5H505LL24
5H505MM02
5H505MM04
5H505MM12
(57)【要約】
パワー可変なモータ及びそのインテリジェントコントローラであって、モータは、主に、
ローター、ステータ、ケース、ステータ巻線及び接続端子からなり、ステータ巻線は、同
一ステータコアが複数の直列巻線に嵌め込まれて構成され、ステータ巻線の各直列ノード
は、それぞれ、パワーが異なる各電源接続端子として単独に引き出され、かつステータの
各直列巻線はインテリジェントコントローラによりそれぞれ複数の切替スイッチのオンと
オフを制御する。モータのソフトスタート、ソフト停止、及び動作中に負荷を自動追跡し
て巻線パワーを調節して節電効果が得られることが実現できる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パワー可変なモータ(1)とインテリジェントコントローラ(2)とからなり、パワー可
変なモータ(1)は、主に、ローター、ステータ、ケース、ステータ巻線(L)及び接続
端子(3)からなり、インテリジェントコントローラ(2)は、負荷電流センサ(I1、
I2)、電圧センサ(V1)、複数の巻線切替スイッチ(m)、複数の力率補償切替スイ
ッチ(K)とパワー可変なモータ(1)の自動制御システムを構成し、インテリジェント
コントローラ(2)により負荷電流センサ(I1、I2)、電圧センサ(V1)の負荷電
流、電圧信号とモータ動作状態情報の比較演算及び数学解析による最適化処理に基づいて
、多段の巻線切替スイッチ(m)、複数の力率補償切替スイッチ(K)のオン及びオフを
それぞれ制御するパワー可変なモータ及びそのインテリジェントコントローラであって、
前記パワー可変なモータ(1)のステータ巻線は、モータの定格電流(Ir)に従って上
段から下段へパワーを段階的に低下させる直列巻線の形態を用い、かつ、各ステータ直列
巻線(L)の各直列ノード(L1、L2、L3……Ln)を接続端子(U1、V1、W1
;U2、V2、W2;U3、V3、W3……Un、Vn、Wn)まで引き出し、その後、
インテリジェントコントローラ(2)によりその多段直列巻線(L)の各直列ノード(L
1、L2、L3……Ln)に対して自動切替え及び自動制御を行い、(n)が直列巻線の
ノードの数値であり、多段ステータ直列巻線(L)の最大定格電流がモータの定格電流(
Ir)、即ち星形点に近い直列巻線(L1)の定格電流であり、多段直列巻線(L)の各
定格電流(Ir1〜Irn)への最適化処理を行うように各ステータ直列巻線(L)の定
格電流(Ir1〜Irn)がそれぞれ定格電流(Ir)の等比数列、等差数列又はほかの
離散パラメータで決定され、
パワー可変なモータ(1)のステータ巻線は、その同一ステータコアのスロット内に多段
ステータ直列巻線(L)が嵌め込まれて構成され、多段ステータ直列巻線(L)は、巻線
のパワーの大きさに従って星形点から外へ段階的に直列接続され、最大パワーの直列巻線
(L1)は星形点に近く、一端が一体に接続されていわゆる星形点(o)を形成して、他
端が最大パワーに次ぐ二番目の直列巻線の一端に接続され、最大パワーに次ぐ二番目の直
列巻線の他端がそれに次ぐ三番目の直列巻線の一端に接続され、このように、最小パワー
の直列巻線(Ln)の開放末端が最小パワーの引出端子となり、星形点(o)に近い最大
パワーの直列巻線(L1)とそれに次ぐ二番目の直列巻線(L2)との直列ノードが最大
パワーの引出端子となり、このように、最小パワーの直列巻線の開放末端の引出端子(L
n)まで、各直列巻線のノードから、前段のパワーに次ぐ引出端子、当該前段のパワーに
次ぐ引出端子が引き出される、ことを特徴とするパワー可変なモータ及びそのインテリジ
ェントコントローラ。
【請求項2】
前記パワー可変なモータ(1)であって、
多段ステータ直列巻線(L)の各ノード(L1、L2、L3……Ln)の引出端子は、そ
れぞれ、異なる定格電流(Ir1、Ir2、Ir3〜Irn)に従って引き出され、最小
パワーの直列巻線の引出端子(Ln)が直列巻線の開放末端となり、パワー可変なモータ
(1)の各定格電流(Irn)又は各定格パワーの引出端子がインテリジェントコントロ
ーラ(2)により小から大へ段階的に逓増するように制御することでモータのソフトスタ
ートを実現でき、インテリジェントコントローラ(2)により大から小へ段階的に次第に
低下するように制御することでモータのソフト停止を実現でき、インテリジェントコント
ローラ(2)により負荷センシング信号に基づいて比較演算を行うことで、パワー可変な
モータ(1)が負荷に基づいて各直列巻線を適切にリアルタイムで切替え、さらにパワー
可変なモータ(1)が負荷変化を追跡するパワー自動変化の調整特性と優れた省エネ効果
を実現し、パワー可変なモータ(1)の各ステータ直列巻線(L)は多段で段階的にイン
テリジェント制御を用い、開放末端の最小パワーの三相モータまで星形点(o)から外へ
1段のノードごとにパワーが独立した三相モータと見なされ、開放末端から中心の星形点
(o)へ1段ごとに一定のモータパワーが増え、星形点(o)に近い1段の直列巻線は、
モータが起動されてから常に作動状態に維持されるが、最小パワーの最終段巻線(Ln)
まで1段ごとの作動電流が以降の各段の変化に従って変化する、ことを特徴とする前記パ
ワー可変なモータ(1)。
【請求項3】
前記パワー可変なモータ(1)であって、
各段の三相直列巻線Lと、それのみに次ぐ次段の三相直列巻線との直列ノードの引出端子
は、それぞれ、複数の三相切替スイッチ(m1〜mn)に対応し、ソフトスタート、ソフ
ト停止、及び動作中に負荷変化を自動追跡して多段直列巻線(Ln)の定格電流(Ir1
〜Irn)を調整して、動的調整特性を取得し、
複数のステータ直列巻線(L)の各電源配線がそれぞれ接続端子まで引き出され、前記パ
ワー可変なモータ(1)の複数のステータ直列巻線(L)の数学最適化処理方法が単相又
は多相モータに適用する、ことを特徴とする前記パワー可変なモータ(1)。
【請求項4】
多段巻線切替スイッチ(m)、複数の力率補償切替スイッチ(K)及び多段ステータ直列
巻線(L)の引出ノードは1対1で対応し、多段ステータ直列巻線(L)の各項数の数値
が数列の各項数の値(n)に等しく、
多段ステータ直列巻線(L)の数値(n)が複数の巻線切替スイッチ(m)又は複数の力
率補償切替スイッチ(K)の数値に等しく、従って、多段ステータ直列巻線(L)の数値
(n)が数列の項数(n)でもあり、第1段ステータ巻線(L1)が数列の初項(a1)
、第2段ステータ巻線(L2)が数列の第2項(a2)、第3段ステータ巻線(L3)が
数列の第3項(a3)、第nステータ巻線(Ln)が数列の末項(an)となる、ことを
特徴とする請求項1に記載のインテリジェントコントローラ(2)。
【請求項5】
負荷電流センサ(I2)の信号の大きさである負荷の高さに基づいて、それぞれ数学解析
結果で複数の巻線切替スイッチ(m)のオンとオフを制御し、
さらに負荷電流センサ(I1)と電圧センサ(V1)の信号位相の比較演算により取得し
た力率に基づいて、それぞれ数学解析結果で複数の力率補償切替スイッチ(K)のオンと
オフを制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のインテリジェントコントローラ(2
)。
【請求項6】
シングルチップマイクロコンピュータ(IC1)を制御コアとした信号調整回路、負荷電
流センサ(I1、I2)、負荷電圧センサ(V1)、動作状態パラメータモニタ、キーボ
ード、駆動回路及び通信インターフェース回路からなり、
少なくとも1組は、パワー可変なモータ(1)が小負荷電流時に自動的に低電流巻線ノー
ドに切り替わるように、負荷電流センサ(I1、I2)の電流信号に基づいて複数の巻線
切替スイッチ(m)に対して切替え制御を行い、モータコアの磁束密度とモータの出力パ
ワーを低下させて、電気エネルギーを節約し、インテリジェントコントローラ(2)のシ
ングルチップマイクロコンピュータ(IC1)の実行プログラムは、負荷電流信号と予め
入力されたモータ定格電流、巻線パラメータに基づいて、数学解析演算とデータ処理を行
った後、出力ポートから複数の巻線切替スイッチ(m)の切替え命令を送信して、それに
より複数の切替スイッチ(m)を制御して負荷電流の追跡特性を実現して、モータの効率
を最適化させる、ことを特徴とする請求項1に記載のインテリジェントコントローラ(2
)。
【請求項7】
少なくとも別の1組は、負荷電流センサ(I1)の電流信号と負荷電圧センサ(V1)の
電圧信号の位相差演算により取得した力率に基づいて、複数の力率補償切替スイッチ(K
)に対して切替えを行い、該切替え制御には、シングルチップマイクロコンピュータ(I
C1)がそのプログラムメモリにおけるソフトウェアプログラムを開始させて、数学解析
演算により最適化した複数の力率補償切替スイッチ(K)の切替え制御信号を出力し、次
に複数の力率補償切替スイッチ(K)によりモータのステータ巻線補償コンデンサの切替
えを行うとともに、効率的な低コスト作動を実現し、モータがいずれの負荷状態でも高力
率を維持し、それによりモータに効率的な作動特性を持たせ、モータが常に効率的且つ高
力率で作動できるようにし、パワー可変なモータ(1)の補償コンデンサの容量が負荷の
無効電力成分によって決定される、ことを特徴とする請求項1に記載のインテリジェント
コントローラ(2)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はモータ製造及びモータ制御の技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
かご形非同期モータは、最も広く使用されて、最も大量で使用されて、そして最も電気エ
ネルギーを消費する電気機器である。モータは、低コスト、簡単な構造および作動信頼性
のあるという利点を有するが、始動補助装置を増設しないと、全圧で始動するしかないた
め、始動電流が大きく、軽負荷では作動効率および力率が低く、負荷が変わってもモータ
のパワーが変化できず、このため、軽負荷および無負荷の場合は、電気エネルギーが深刻
に浪費される。
【0003】
既知のモータ製造技術と方法、及びその製造方法に関する開示特許では、極数や電源電圧
を変えて定格容量を変える方式があるが、その変更範囲が広く、技術的に困難であり、コ
ストが高いことにより、普及および使用に悪影響を与える。そのため、モータの始動電流
を低減するためには、スターデルタ始動方式や単巻変圧器による減電圧始動方式を採用す
る必要がある。
【0004】
スターデルタ始動は、小さいパワーのモータのみに適し、単巻変圧器による減電圧始動方
式は、より大きなパワーのモータに使用し得るが、単巻変圧器始動装置は体積が大きく、
自体が大量の電気を消費し、総合的なコストが高く、大量の銅、珪素鋼板および絶縁材料
が必要である上に、モータの始動プロセスでしか使用できず、低炭素および省エネ化の要
件を満たせない。
【0005】
ハイパワー半導体技術の発展に伴い、パワー半導体素子を使用した位相制御エコノマイザ
、ソフトスターターおよびインバーターが出現した。しかし、その高コストで価格が高く
なるため、ポンプ類、ファン、その他の可変速負荷のみにのみ適用可能であり、普及や使
用が制限されてしまい、且つ位相制御エコノマイザ、ソフトスターター、またはインバー
ターを使用することでより高調波干渉を発生させやすく、その結果、電源の品質が低下し
、電源への被害が巨大で、且つ管理が困難である。
【0006】
CN2243138Yにおける可変容量三相非同期モータは、ステータ巻線の結線方式を
変更することによってモータの定格容量を変更し、起動時には小容量方式で起動し、負荷
が重い場合は大容量方式で動作し、負荷が軽い場合は小容量方式で動作し、このように、
いずれの負荷の場合においてもモータは高効率と高力率を持ち、電気エネルギーを節約す
るという目的を達成させる。しかしながら、この方法では、巻線数が少なく、巻線の使用
効率が低く、起動電流または作動電流への連続調整性能が低いため、調整精度および範囲
が制限される。
【0007】
CN1641972Aにおける自己可変パワー式モータは、自己可変パワーによる節電の
特徴を有するが、そのモータの製造が面倒であり、そして内部に大きなコンデンサ移相器
を設置する必要があるため、ハイパワーモータへの実施が制限され、そして始動プロセス
における大電流による衝撃を解決していないため、広く使用されることに悪影響を与える
【0008】
CN101136572Aにおける二重巻線非同期モータは、モータのAC周波数変換に
よる速度調整の高コストを解決するために、より低コストの二重巻線非同期モータの形態
を提供する。しかしながら、巻線の変動が大きいため、パワー半導体デバイスによる制御
を必要とし、それによって高調波干渉を発生させやすく、且つ50%?100%だけの速
度調整範囲を有し、明らかな利点や普及価値を有さない。
【0009】
上記のように、従来のモータの節電方法は、その始動特性により大きなジャンプ範囲を有
することにより、その作動における節電制御精度が制限され、モータの結線が複雑になり
、そしてコストが高く、広範な普及に資するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、パワー可変なモータ1及びそのインテリジェントコントローラ2を提供
することであり、通常のモータのコア構造を大きく変更させずに、インテリジェントコン
トローラ2によりパワー可変なモータ1の多段ステータ直列巻線nの各三相又は多相ノー
ドの引出端子のオンとオフを切替えることで、ソフトスタート、ソフト停止の機能を有す
るとともに、負荷変化に基づいて動作電流を自動的に調整する節電機能を有し、このよう
にして、パワー可変なモータ1とインテリジェントコントローラ2は有機的な牽引及び制
御システムを構成し、インテリジェントコントローラ2は負荷センサI1、I2及びV1
の信号に応じてパワー可変なモータ1の多段直列巻線Lの制御と切替えを適時行うことで
、パワー可変なモータ1の作動効率と力率を十分に高め、モータの省エネ及びソフトスタ
ート、ソフト停止の目的を達成させる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
パワー可変なモータ1の多段ステータ巻線Lは、巻線のパワーの大きさに従って星形点o
から外へ段階的に直列接続され、最大パワーの直列巻線L1は星形点oに近く、一端が一
体に接されていわゆる星形点oを形成して、他端が最大パワーに次ぐ二番目の直列巻線L
2の一端に接続され、直列巻線L2の他端がその次段の直列巻線L3の他端に接続され、
このように、最小パワーの直列巻線Lnの開放末端が最小パワーの引出端子となるまで実
施される。
【0012】
パワー可変なモータ1のステータ巻線Lは、モータ定格電流Irに従って上段から下段へ
パワーを段階的に低下させる直列巻線の形態を用い、かつ、各ステータ直列巻線Lの各直
列ノードL1、L2、L3……Lnを接続端子U1、V1、W1;U2、V2、W2;U
3、V3、W3……Un、Vn、Wnまで引き出し、その後、インテリジェントコントロ
ーラ2によりその多段直列巻線Lの各直列ノードL1、L2、L3……Lnに対して自動
切替えと自動制御を行い、ステータ直列巻線Lの最大定格電流がモータの定格電流Ir、
即ち星形点に近い直列巻線L1の定格電流であり、多段直列巻線Lの各定格電流Ir1〜
Irnへの最適化処理を行うように各ステータ直列巻線Lの定格電流Ir1〜Irnが、
それぞれ定格電流Irの等比数列、等差数列又はほかの離散パラメータで決定される。
【0013】
パワー可変なモータ1のステータ巻線は、その同一ステータコアのスロット内に多段ステ
ータ直列巻線Lが嵌め込まれて構成され、多段ステータ直列巻線Lは、巻線パワーの大き
さに従って星形点oから外へ段階的に直列接続され、最大パワーの直列巻線は星形点に近
く、一端が一体に接続されていわゆる星形点oを形成して、他端が最大パワーに次ぐ二番
目の直列巻線の一端に接続され、最大パワーに次ぐ二番目の直列巻線の他端がそれに次ぐ
三番目の直列巻線の一端に接続され、このように、最小パワーの直列巻線Lnの開放末端
が最小パワーの引出端子となり、星形点oに近い最大パワーの直列巻線L1とそれに次ぐ
二番目の直列巻線L2との直列ノードが最大パワーの引出端子となり、このように、最小
パワーの直列巻線の開放末端の引出端子Lnまで、各直列巻線のノードから、前段のパワ
ーに次ぐ引出端子、当該前段のパワーに次ぐ引出端子が引き出される。
【0014】
本発明のパワー可変なモータ1の多段ステータ直列巻線Lの各ノードL1、L2、L3…
…Lnの引出端子は、それぞれ、大きさが異なる定格電流Ir1、Ir2、Ir3〜Ir
nに従って引き出され、最小パワーの直列巻線Lnが直列巻線の開放末端の引出端子とな
り、パワー可変なモータ1の各定格電流Irn又は各定格パワーの引出端子がインテリジ
ェントコントローラ2により小から大へ段階的に逓増するように制御することでモータの
ソフトスタートを実現でき、インテリジェントコントローラ2により大から小へ段階的に
次第に低下するように制御することでモータのソフト停止を実現でき、インテリジェント
コントローラ2により負荷センシング信号に基づいて比較演算を行うことで、パワー可変
なモータ1が負荷に基づいて各直列巻線を適切にリアルタイムで切替え、さらにパワー可
変なモータ1が負荷変化を追跡するパワー自動変化の調整特性と優れた省エネ効果を実現
する。
【0015】
パワー可変なモータ1の各ステータ直列巻線Lは多段で段階的にインテリジェント制御を
行い、開放末端の最小パワーの三相モータまで星形点oから外へ1段のノードごとに独立
したパワーの三相モータと見なされ、開放末端から中心の星形点oへ1段ごとに一定のモ
ータパワーが増え、星形点oに近い1段の直列巻線は、モータが起動されてから常に作動
状態に維持されるが、最小パワーの最終段巻線Lnまで1段ごとの動作電流が以降の各段
の変化に従って変化する。
【0016】
本発明のパワー可変なモータ1では、各段の三相直列巻線と、それのみに次ぐ次段の三相
直列巻線との直列ノードの引出端子は、それぞれ、複数の三相切替スイッチm1〜mnに
対応し、ソフトスタート、ソフト停止及び作動中に負荷変化を自動的に追跡して多段直列
巻線Lの定格電流Ir1〜Irnを調整して、動的調整特性と高節電効果を取得する。
【0017】
本発明のパワー可変なモータ1では、多段ステータ直列巻線Lを段階的に制御することに
よって、多段ステータ直列巻線Lの利用率が高まり、プロセスの効率を高め、ステータコ
アのスロットの面積を十分に活用し、星形点oに近い1段の直列巻線L1がモータを起動
させてから常に作動状態に維持されるが、各段の動作電流が以降の各段の変化に従って変
化し、即ち、最小パワーの最終段巻線まで星形点に近い直列巻線の方が後の直列巻線によ
り制御されるという利点を有する。前記パワー可変なモータ1の複数のステータ直列巻線
Lの数学最適化処理方法は単相又は多相モータに適用できる。
【0018】
本発明のパワー可変なモータ1のインテリジェントコントローラ2は、負荷電流センサI
2又はI1の信号の大きさである負荷の高さに基づいて、それぞれ数学解析をした後、複
数の直列巻線切替スイッチmのオンとオフを制御する。
【0019】
多段巻線切替スイッチm、複数の力率補償切替スイッチK及び多段ステータ直列巻線Lの
引出ノードは1対1で対応し、多段ステータ直列巻線Lの項数の数値が数列の項数の値n
に等しく、多段ステータ直列巻線Lの数値nが複数の巻線切替スイッチm又は複数の力率
補償切替スイッチKの数値に等しく、従って、多段ステータ直列巻線Lの数値nが数列の
項数nでもあり、第1段ステータ巻線L1が数列の初項a1、第2段ステータ巻線L2が
数列の第2項a2、第3段ステータ巻線L3が数列の第3項a3、第n段ステータ巻線L
nが数列の末項anとなる。
【0020】
本発明のパワー可変なモータ1及びそのインテリジェントコントローラ2は自体でシステ
ムを構成するため、大電流半導体素子を使用する必要がなく、低コストで、性能が高く、
電磁高調波汚染を発生させることがなく、環境に優しく、スターデルタスターター、単巻
変圧器スターター、ソフトスターター、インバータなどを広く代替できる。
【0021】
パワー可変なモータ1のパワー調整特性を十分に発揮させるために、本発明のインテリジ
ェントコントローラ2は、シングルチップマイクロコンピュータIC1を制御コアとした
電子制御システムを用い、該電子制御システムは、負荷電流検出、表示、キーボード、複
数の切替スイッチm及び駆動回路を含んで構成される。
【0022】
インテリジェントコントローラ2のうち、少なくとも1組は、負荷電流センサI2の電流
信号に基づいて複数の三相パワースイッチに対して切替え制御を行い、該自動切替え制御
には、シングルチップマイクロコンピュータIC1がそのプログラムメモリにおけるソフ
トウェアプログラムを開始させて切替え制御信号を自動的に出力し、次に複数の切替スイ
ッチmにより多段パワー可変なモータ1の複数の三相直列巻線nの切替えを行うとともに
、省エネで作動することを実現し、それによって、省エネ型モータは、軽負荷の場合に、
低電流巻線に自動的に切り替わり、負荷電流とマッチングさせ、モータコアの磁束密度を
低下させることで鉄損を減少させ、発熱を?少して昇温を下げ、電気エネルギーを節約し
、パワー可変なモータ1が常に好適な効率と力率で作動するようにし、シングルチップマ
イクロコンピュータIC1の実行プログラムは、負荷電流信号、多段パワー可変なモータ
1の複数の三相直列巻線nの各段定格電流などのパラメータに基づいて、数学解析演算と
データ処理により複数の三相切替スイッチmの最適な切替え命令を送信して、それにより
負荷電流の追跡特性を実現して、モータの効率を最適化させる。
【0023】
本発明のパワー可変なモータ1及びそのインテリジェントコントローラ2はさらに、負荷
電流センサI1と電圧センサV1の信号位相比較演算により取得した力率に基づいて、数
学解析結果で複数の力率補償切替スイッチKのオンとオフを制御することで、効率的な低
コスト作動を実現し、モータの作動中に常に高力率と高作動効率を維持する。
【0024】
本発明のパワー可変なモータ1及びそのインテリジェントコントローラ2において、電流
、電圧センサ11、V1、出力した電流、電圧信号が負荷相電流、相電圧の位相を検出し
て位相差φを取得し、補償コンデンサの容量が負荷の無効電力成分によって決定される。
インテリジェントコントローラ2は、演算して得た位相差φの大きさと正負に基づいて出
力ポートを介して複数の力率補償切替スイッチKの切替え命令を送信し、最終的に位相差
φの値を好適値0°の付近に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】パワー可変なモータ1の複数のステータ巻線nの配置模式図である。
【図2】補償コンデンサ群の割当図である。
【図3】インテリジェントコントローラ2の電気原理図である。
【図4】メインプログラムのフローチャートである。
【図5】中断処理プログラムのフローチャートである。
【図6】作動制御プログラムのフローチャートである
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照しながら、具体的な実施形態を示すが、例示的なものに過ぎず、複数の
実施形態にて本発明の原理及び方法を実現できる。
【0027】
図1には、巻線段数n=3の星形結線法で接続された多段パワー可変なモータ1の複数の
三相直列巻線nの配置模式図が示されており、モータの元の単体巻線又は複数の並列接続
巻線を3段に分けられた三相直列巻線モータに分割する。各段の三相直列巻線は、巻数、
巻線電流、巻線径が該段の直列巻線のモータパワーによって計算され、それぞれ各相の状
態ロット内に嵌め込まれて、次に多段のパワー可変なモータ1の3つの三相直列巻線nの
電源接続端子が単独に3段のパワー可変なモータ1のU1、U2、U3、V1、V2、V
3及びW1、W2、W3接続端子に引き出され、星形点oはともに接地端子GNDに接続
される。星形点oの接地端子は端子GNDに引き出されなくてもよい。
【0028】
各相の各直列巻線ノードの引出端子は、それぞれ、U1、U2、U3、V1、V2、V3
、W1、W2、W3のパワー可変なモータ1の接続端子に接続されて、インテリジェント
コントローラ2の出力により複数台の三相スイッチm1、m2〜mnを制御することで各
三相直列巻線のオンとオフを調整し、さらにモータのソフトスタート、ソフト停止、及び
省エネ化された動的な低コスト作動を実現する。
【0029】
図2のインテリジェントコントローラ2は、シングルチップマイクロコンピュータIC1
をコアとする典型的なシングルチップマイクロコンピュータ制御システムであり、電源、
モニタ、キーボード、通信ポート、警報回路及び負荷駆動回路からなり、シングルチップ
マイクロコンピュータIC1としては、典型的な80C51シリーズのシングルチップマ
イクロコンピュータを用いてもよく、性能が近いほかのシリーズのシングルチップマイク
ロコンピュータを用いてもよく、それらの内部には、MCUマイクロプロセッサ、EEP
ROMプログラムメモリ、SRAMデータメモリ、A/D変換器、I/Oポート及びシリ
アル通信ポートなどの資源が備えられている。外部は定電圧電源、モニタ、キーボード、
通信ポート、警報回路及び負荷駆動回路からなる。
【0030】
図2における負荷駆動回路は、デュアルモード3路光電気的結合駆動回路からなり、一路
は3台のハイパワー三相切替スイッチMを駆動して、パワー可変なモータ1の3段直列巻
線への切替えを行い、第1段巻線L1の引出端子は最大定格電流Ir1(定格パワーP1
)の引出端子U1、V1、W1、第2段巻線L2の引出端子は次段の定格電流Ir2(定
格パワーP2)の引出端子U2、V2、W2、第3段巻線L3の引出端子は最小定格電流
Ir3(定格パワーP3)の引出端子U3、V3、W3となり、以降も同様である。別の
一路は、3台の三相補償コンデンサの切替スイッチを駆動して、パワー可変なモータ1の
3つの巻線への複合補償切替えを行い、それによってより高い力率とより優れた軽負荷で
の節電効果は得られ得る。切替スイッチKは接触器、リレー、電子スイッチから構成され
てもよい。
【0031】
必要に応じて、より多くのシングルチップマイクロコンピュータIC1ポートを用いて駆
動リレー回路を拡張させて、より多くの多巻線モータの巻線数量nを得てもよく、複数の
ステータ巻線L=5又は複数のステータ巻線L=6以上とされると、より高いソフトスタ
ート、ソフト停止の順調さ及びより高い軽負荷での調整精度は得られ得るが、この場合の
切替スイッチnの数量と数列の項数nについても同期して調整する必要があるとともに、
より多くのシングルチップマイクロコンピュータの出力ポートを必要とする。
【0032】
力率補償計算方法として、従来のように、力率Cosφ位相を計算して、次にテストCosφ位
相と比較して、別の一路が3台の三相補償コンデンサの切替スイッチを駆動する切替え制
御信号を取得する。インテリジェントコントローラ2において、電流、電圧センサI1、
V1が出力した電流、電圧信号を比較器で方形波信号として出力し、それぞれシングルチ
ップマイクロコンピュータIC1のP0.2とP0.1ポートに伝送し、負荷相電流、相
電圧を検出して位相差φを得て、ここで、補償コンデンサの容量は負荷の無効電力成分に
よって決定される。
【0033】
本発明のパワー可変なモータ1のインテリジェントコントローラ2は、問い合わせ方式で
シングルチップマイクロコンピュータIC1の相電流検出入力ポートと相電圧検出入力ポ
ートP0.1及びP0.2ポートにアクセスして、CPU内部のタイマー/カウンタT
で時間値を計数し、換算して位相差φを得て、制御アルゴリズムとして通常PIDアルゴ
リズムを用いる。インテリジェントコントローラ2は、演算して取得した位相差φの大き
さと正負に基づいて出力ポートを介して複数の力率補償切替スイッチKの切替え命令を送
信し、最終的に位相差φの値を好適値0°付近に制御する。インテリジェントコントロー
ラ2は、中断方式で位相差φを検出して計算してもよい。
【0034】
シングルチップマイクロコンピュータIC1のP0.4〜0.7はまた、キーボードの信
号出力端子としてS1、S5、S2、S6、S3、S7、S4、S8のそれぞれに接続さ
れ、キーS1、S2、S3、S4はシングルチップマイクロコンピュータIC1のP1.
0ポートに接続され、キーS5、S6、S7、S8はシングルチップマイクロコンピュー
タIC1のP1.1ポートに接続される。シングルチップマイクロコンピュータIC1の
RXDピンはRS232シリアルインターフェースチップIC3のR1OUTピンに接続
され、シングルチップマイクロコンピュータIC1のTXDピンはRS232シリアルイ
ンターフェースチップIC3のT1INピンに接続され、RS232シリアルインターフ
ェースチップIC3のT1OUTピンはインテリジェントコントローラ2のシリアルイン
ターフェースソケットCZ1の2ピンに接続され、RS232シリアルインターフェース
チップIC3のR1INピンはインテリジェントコントローラ2のシリアルインターフェ
ースソケットCZ1の3ピンに接続され、シリアルインターフェースソケットCZ1の5
ピンは接地し、RS232シリアルインターフェースチップIC3のC2+、C2−ピン
は第9コンデンサC9に接続され、RS232シリアルインターフェースチップIC3の
C1+、C1−ピンは第8コンデンサC8に接続され、RS232シリアルインターフェ
ースチップIC3のV−、V+ピンはそれぞれ第10、第11コンデンサC10、C11
を介して接地し、RS232シリアルインターフェースチップIC3のVccピンは作動
電源Vddに接続される。
【0035】
シングルチップマイクロコンピュータIC1のピンP1.3、P1.4、P1.5は、そ
れぞれ、第7、第12、第15抵抗R9、R12、R15を介して、第1、第2、第3フ
ォトカプラU1、U2、U3の発光ダイオードの陽極に接続され、第1、第2、第3フォ
トカプラU1、U2、U3の発光ダイオードの陰極が接地している。第1フォトカプラU
1のトランジスタのコレクタが、それぞれ、第10、第11抵抗R10、R11を介して
作動電源Vddと第1トランジスタQ1のベースに接続され、第1トランジスタQ1のコ
レクタが順方向の第7ダイオードD7と第1リレーJ1を介して、作動電源Vddに接続
され、第1トランジスタQ1のエミッタが接地している。
【0036】
第2フォトカプラU2のトランジスタのコレクタが、それぞれ、第13、第14抵抗R1
3、R14を介して、作動電源Vddと第2トランジスタQ2のベースに接続され、第2
トランジスタQ2のコレクタが、順方向の第8ダイオードD8と第2リレーJ2を介して
作動電源Vddに接続され、第2トランジスタQ2のエミッタが接地している。
【0037】
第3フォトカプラU3のトランジスタのコレクタが、それぞれ第16、第17抵抗R16
、R17を介して、作動電源Vddと第3トランジスタQ3のベースに接続され、第3ト
ランジスタQ3のコレクタが、順方向の第9ダイオードD9と第3リレーJ3を介して作
動電源Vddに接続され、第3トランジスタQ3のエミッタが接地している。
【0038】
必要に応じて、より多くのシングルチップマイクロコンピュータのIC1ポートを用いて
駆動リレー回路を拡張させ、より多くの多巻線モータの巻線数量を得て、ソフトスタート
の順調さ、ソフト停止の順調さ、軽負荷での調整精度を高める。
【0039】
インテリジェントコントローラ2のシングルチップマイクロコンピュータIC1のソフト
ウェアプログラムには、主に、メインプログラム、中断処理プログラム、キーボードスキ
ャンプログラム、A/D変換プログラム、ソフトスタートとソフト停止を含む作動制御プ
ログラム、更新表示プログラム、キー処理プログラム及びクロックプログラムが含まれて
いる。図4−図6は、図2に示されるインテリジェントコントローラ2のシングルチップ
マイクロコンピュータIC1のプログラムメモリにおけるプログラムの実行フローチャー
トを示しており、通電又はリセット後にマイクロプロセッサは自動的にメインプログラム
から実行する。
【0040】
図4に示されるメインプログラムの実行ステップは以下のとおりである。開始ステップ1
00の後、ステップ101において、レジスタ、データ領域、A/D変換チャネル、I/
Oポートを初期化させて、次に、ステップ102において、P0ポートを入力、P1ポー
トを出力として、タイマー1を定時作動状態に設定して、次に、ステップ103において
、初期動作状態、状態格納アドレスを設定し、さらにステップ104において、タイマー
1の時間定数を設定し、その後、ステップ105において、定時中断許可として設定し、
次にステップ106において、中断を開始させ、次にステップ107において、キーボー
ドスキャンプログラムを呼び出し、さらにステップ108において、キーが押されている
か否かを検出し、キーが押されている場合、ステップ109において、キーの値を保存し
、次にステップ110において、キー押圧サインをクリアして、その後、ステップ111
において、キー処理プログラムを呼び出し、次に、ステップ112において、A/D変換
プログラムを呼び出した後、ステップ113において、更新表示を呼び出し、さらにステ
ップ114において、定時中断まで待ち、次に、ステップ108に移行して、キーが押さ
れているか否かを検出する。
【0041】
ステップ108を実行した結果、キーが押されていない場合、直接ステップ112に移行
して、A/D変換プログラムを呼び出し、次にステップ113において、更新表示を呼び
出し、さらにステップ114を実行し、その後、ステップ108に戻る。
【0042】
図5の中断処理プログラムの実行ステップは以下のとおりである。開始ステップ200の
後、ステップ201において、フィールドを保護し、次に、ステップ202において、中
断を停止し、さらにステップ203において、定時が中断されているか否かを問い合わせ
、定時が中断した場合、ステップ204において、遅延定数を設定し、次にステップ20
5において、遅延が切れたか否かを問い合わせ、遅延が切れていない場合、問い合わせの
ウェイトを繰り返し、遅延が切れた場合、ステップ206において、クロックプログラム
を呼び出し、次に、ステップ207において、状態格納アドレスと動作状態パラメータを
取得し、ステップ208において、実行プログラムを呼び出し、次にステップ209にお
いて、動作状態パラメータを記憶し、次に、ステップ210において、更新表示を呼び出
し、さらにステップ211において、フィールドを回復させ、次にステップ212におい
て、定時中断を開始させ、次にステップ213において、中断して戻る。
【0043】
ステップ203を実行した結果、定時中断ではない場合、ステップ214において、ほか
の中断であるか否かを問い合わせ、ほかの中断である場合、ステップ215において、ほ
かの中断に移行し、次に、ステップ211において、フィールドを回復させ、さらにステ
ップ212において、定時中断を開始させ、次にステップ213において、中断して戻る
。ステップ214を実行した場合、ほかの中断ではない場合、直接ステップ211に移行
して、フィールドを回復させ、次に、ステップ212において、定時中断を開始させ、さ
らにステップ213において、中断して戻る。
【0044】
図6の作動制御プログラムが開始ステップ700を実行した後、ステップ701において
、フィールドを保護し、次にステップ702において、動作状態アドレス、動作状態定格
電流Irn、負荷電流In、状態数、切替え遅延時間を取得し、次に、ステップ703に
おいて、停止請求があるか否かを検出し、停止請求がある場合、ステップ704において
、現在定格電流Irnを段階的に0に次第に低下させ、次に、ステップ715に移行して
、定格電流Irnを保存し、次にステップ716において、状態数を保存し、次にステッ
プ717において、更新表示を呼び出し、さらにステップ718に置いて戻る。
【0045】
ステップ703を実行した結果、停止請求がない場合、ステップ705において、始動請
求があるか否かを検出し、始動請求がある場合、ステップ706において、定格電流Ir
nを0〜100%で段階的に逓増し、次にステップ707において、更新表示を呼び出し
、次にステップ708において、負荷電流In>最高定格電流Irかを検出し、負荷電流
In>最高定格電流Irである場合、ステップ713において、警報を開始させ、さらに
ステップ714において、過負荷/短路の保護処理を行い、次にステップ717において
、更新表示を呼び出し、次にステップ718に置いて戻る。
【0046】
ステップ708を実行した結果、負荷電流In>最高定格電流Irではないと検出した場
合、ステップ709において、負荷電流In>現在定格電流Irnの上限であるか否かを
検出し、負荷電流In>現在定格電流Irnの上限である場合、ステップ710において
、定格電流Irn数+1とし、次段の定格電流Irnを取得し、次にステップ707にお
いて、更新表示を呼び出し、次に、ステップ708に戻り、負荷電流In>最高定格電流
Irであるか否かを検出する。
【0047】
ステップ709を実行した結果、負荷電流In>現在定格電流Irnの上限ではない場合
、ステップ711において、負荷電流In<現在定格電流Irnの下限であるか否かを検
出し、負荷電流In<現在定格電流Irnの下限である場合、定格電流数−1とし、前段
の定格電流Irnを取得し、次にステップ707において更新表示を呼び出し、次に、ス
テップ708に戻り、負荷電流In>最高定格電流Irであるか否かを検出する。
【0048】
ステップ711を実行した結果、負荷電流In<現在定格電流Irnの下限ではない場合
、ステップ715において、定格電流Irnを保存し、次にステップ716において、状
態数を保存し、次にステップ717において更新表示を呼び出し、さらにステップ718
に置いて戻る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】