(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
2019522457.tif 000002
【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Ｔ１
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】
2019522457.tif 000003
【図２】
2019522457.tif 000004
【図３】
2019522457.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019522457.tif 000007
【図６】
2019522457.tif 000008
【国際調査報告】
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2019522457.tif 000010
2019522457.tif 000011
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