(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ磁界巻線（１３）を備えるロータと、
起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることにより前記ＤＣ磁界巻線（１３）を励磁するように構成される励磁機（１６）と、
前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した電流の流れを制御するように構成される制御システム（１１）であって、前記制御システム（１１）は、界磁放電抵抗（Ｒ）と、迂回回路（１５）とを備え、前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して前記第１の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）を電気的に迂回する第１の迂回を実施し、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第２の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）を電気的に迂回する第２の迂回を実施するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向と反対である、制御システム（１１）と、
を備え、
前記制御システム（１１）は、前記励磁機（１６）によって発生されるすべての前記ＤＣ電流を、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して流れるように誘導することができる、
ことを特徴とする、同期式電気モータ。
【請求項２】
前記迂回回路（１５）は、前記第１の迂回および前記第２の迂回を互いに独立して実施することができる、請求項１に記載の同期式電気モータ。
【請求項３】
前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して前記第１の迂回および前記第２の迂回を実施するように構成される、請求項１および２のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
【請求項４】
前記迂回回路（１５）は、前記ロータの回転速度に応答して前記第１の迂回および前記第２の迂回を実施するように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
【請求項５】
前記迂回回路（１５）は、前記ロータの回転速度が、前記ロータの同期速度の０％から少なくとも７０％までの間、０％から少なくとも８０％までの間、０％から少なくとも８５％までの間、０％から少なくとも９０％までの間、または、０％から少なくとも９５％までの間のような、前記ロータの同期速度の０％から少なくとも５０％までの間である場合の全回転速度範囲にわたって連続的に前記第１の迂回と前記第２の迂回とのうちの少なくとも一方を実施するように構成される、請求項４に記載の同期式電気モータ。
【請求項６】
前記ロータの回転速度が前記ロータの同期速度の少なくとも９５％のような前記ロータの同期速度の少なくとも９０％でありかつ前記励磁機（１６）が起動されていない場合に、前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した前記第２の方向での前記電流の流れを阻止するように構成される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
【請求項７】
ＤＣ磁界巻線（１３）を備えるロータと、起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることにより前記ＤＣ磁界巻線（１３）を励磁するように構成される励磁機（１６）と、前記ＤＣ磁界巻線（１３）に電気的に接続される界磁放電抵抗（Ｒ）と、を備える同期式電気モータを起動させるための方法であって、
前記励磁機（１６）の非起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して前記第１の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）の第１の迂回を実施するステップと、
前記励磁機（１６）を起動するステップと、
前記励磁機（１６）によって発生されるすべての前記ＤＣ電流を、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して流れるように誘導するステップと、
前記励磁機（１６）の非起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第２の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）の第２の迂回を実施するステップと
を備え、
前記第２の方向は前記第１の方向と反対である、方法。
【請求項８】
前記第１の迂回および前記第２の迂回は、互いに独立して実施される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の迂回および前記第２の迂回は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して実施される、請求項７および８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の迂回および前記第２の迂回は、前記ロータの回転速度に応答して実施される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ロータの回転速度が、前記ロータの同期速度の０％から最大で９０％までの間、０％から最大で８５％までの間、０％から最大で８０％までの間、０％から最大で７０％までの間、または、０％から最大で５０％までの間のような、前記ロータの同期速度の０％から最大で９５％までの間である場合に、前記第１の迂回と前記第２の迂回とのうちの少なくとも一方を、少なくとも一時的に実施するステップ、
をさらに備える、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロータの回転速度が前記ロータの同期速度の少なくとも９５％のような前記ロータの同期速度の少なくとも９０％でありかつ前記励磁機（１６）が起動されていない場合に、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した前記第２の方向での前記電流の流れを阻止するステップ、
をさらに備える、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、起動期間中に同期式モータを制御することに関する。
【０００２】
本発明は、詳細には、限定しないが、例えば５〜５０ＭＷのパワーを有するハイパワー同期式モータに適する。
【背景技術】
【０００３】
従来の同期式モータは、少なくとも１つの交流（ＡＣ）ステータ巻線を備えるステータと、少なくとも１つの直流（ＤＣ）磁界巻線を備えるロータとを有する。このようなモータは、通常、ロータの制動巻線または固体棒（ｓｏｌｉｄ  ｐｏｌｅ）を誘導モータのかご形（ｓｑｕｉｒｒｅｌ−ｃａｇｅ）に相当させるように作動する誘導モータによって起動され、ここではＤＣ磁界巻線は励起されない。このようにして得られるトルクによりロータが加速され、最終的に同期速度に近い回転速度に達する。ＤＣ磁界巻線が適切な瞬間にＤＣで励起され、モータのステップが進行する。加速中、ＤＣ磁界巻線はＡＣステータ巻線からの回転磁界より低い速度で回転することから、ＤＣ磁界巻線内では比較的高い電圧が誘発される。この電圧を制限してＤＣ磁界巻線が絶縁状態を保護するために、ＤＣ磁界巻線を短絡させるためのサイリスタが導入され得る。これにより、加速中、高い電流がＤＣ磁界巻線を流れるようになる。この電流は起動トルクに悪影響を及ぼすことから、一般に、電流を制限するために界磁放電抵抗が使用される。
【０００４】
上記の種類の同期式モータは当技術分野で十分に知られている。例えば、ＥＰ１  ０７１  １９２  Ｂ１、米国特許第３，３５４，３６８号明細書、米国特許第３，９５９，７０２号明細書、米国特許第４，０３８，５８９号明細書および米国特許第４，４２２，０２８号明細書を参照されたい。
【０００５】
ＡＴ３３４４６９が、両端の電圧が所定の閾値を超える場合に迂回される界磁放電抵抗を開示している。ＡＴ３３４４６９による界磁放電抵抗は、モータの同期動作時にＤＣ磁界巻線がＤＣで励磁されるときに、損失を出し続ける。
【０００６】
従来の実施法では、機械自体のロータまたは場合によってはモータの外部に起動抵抗が別途設けられる。いずれの場合も、これまで使用されている起動抵抗は比較的大きく、重く、高価である。２０ＭＷモータの場合の通常の回転起動抵抗のパワーは１ＭＷとなる可能性があり、インデューティタイムが例えば１０秒〜２０秒と短くても、大量の熱エネルギーが消失される。起動抵抗から熱を移動させるための冷却時間が極端に短いことから、起動抵抗が過熱されるのを回避するには一定の重量の抵抗材料が必要となる。
【０００７】
さらに、必然的な設置条件および空間条件により機械デザインが複雑となり、特には、起動抵抗がロータ上に設置されるときに機械デザインが複雑となる。このことはブラシレス同期式モータの場合に特に不利である。ブラシレス同期式モータでは、励起システム全体がロータ上にありかつ起動制御することがすべてのロータ上で実施され、また、ロータ上にさらに起動抵抗を設置することが必要であることから、その設置の困難さが著しいためロータのサイズが増大し、それによりコストが増大してしまう。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の１つの目的は改善される同期式電気モータを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、同期式電気モータを起動させるための改善される方法を提供することである。
【００１０】
これらの目的は、添付の請求項１に記載のデバイスおよび添付の請求項７に記載の方法によって達成される。
【００１１】
本発明は、加速期間全体を通して界磁放電抵抗を接続するのではなく、モータの同期速度の例えば約８５％〜９５％の高い速度域でのみ界磁放電抵抗を接続させることにより約３分の１から１０分の１だけ界磁放電抵抗のデューティタイムを短縮することができるという認識に基づく。界磁放電抵抗のサイズおよび重量も同様の比率で低減される。さらに、適切なトポロジーの制御システムを用いることにより、機械の定常状態運転時に界磁放電抵抗により損失が生じることを回避することができることが分かっている。
【００１２】
本発明の第１の態様によると、ＤＣ磁界巻線を備えるロータと、起動時にＤＣ磁界巻線を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることによりＤＣ磁界巻線を励磁するように構成される励磁機と、ＤＣ磁界巻線を通した電流の流れを制御するように構成される制御システムとを備える、同期式電気モータが提供される。制御システムは、界磁放電抵抗と、迂回回路とを備える。迂回回路は、ＤＣ磁界巻線を通して第１の方向に電流が流れている間に界磁放電抵抗を電気的に迂回する第１の迂回を実施するように構成される。迂回回路は、ＤＣ磁界巻線を通して第２の方向に電流が流れている間に界磁放電抵抗を電気的に迂回する第２の迂回を実施するようにさらに構成される。第２の方向は第１の方向と反対である。制御システムは、励磁機によって発生されるすべてのＤＣ電流を、ＤＣ磁界巻線を通して流れるように誘導することができる。励磁機によって発生されるがＤＣ磁界巻線を通して流れないいかなるＤＣ電流も損失となることから、励磁機によって発生されるすべてのＤＣ電流を、ＤＣ磁界巻線を通して流れるように誘導することにより実質的に損失が回避される。適切なトポロジーの制御システムを用いることにより、機械の定常状態運転時に界磁放電抵抗により損失が生じることを回避することができる。本発明の文脈では、「すべてのＤＣ電流」は「実質的にすべてのＤＣ電流」として解釈され、これはより正確には励磁機によって発生されるＤＣ電流のうちの少なくとも９５％を意味し、これは、励磁機によって発生されるＤＣ電流のうちの少なくとも９７％、少なくとも９８％または少なくとも９９％などである。
【００１３】
本発明の一実施形態によると、迂回回路は、第１の迂回および第２の迂回を互いに独立して実施することができる。これにより、迂回操作に柔軟性を持たせることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、迂回回路は、ＤＣ磁界巻線内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して第１の迂回および第２の迂回を実施するように構成される。ＤＣ磁界巻線内で誘導される電圧の周波数および振幅は、界磁放電抵抗を動作状態および非動作状態へとそれぞれ切り替えるための適切な瞬間を決定するための良好な基準であることが分かっている。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、迂回回路は、ロータの回転速度に応答して第１の迂回および第２の迂回を実施するように構成される。ロータの回転速度は、界磁放電抵抗を動作状態および非動作状態へとそれぞれ切り替えるための適切な瞬間を決定するための良好な基準であることが分かっている。
【００１６】
本発明の一実施形態によると、迂回回路は、回転速度が、同期速度の０％から少なくとも７０％までの間、０％から少なくとも８０％までの間、０％から少なくとも８５％までの間、０％から少なくとも９０％までの間、または、０％から少なくとも９５％までの間のような、ロータの同期速度の０％から少なくとも５０％までの間である場合の全回転速度範囲にわたって連続的に第１の迂回と第２の迂回とのうちの少なくとも一方を実施するように構成される。低回転速度範囲では界磁放電抵抗の重要性が低いことが分かっている。
【００１７】
本発明の一実施形態によると、回転速度が同期速度の少なくとも９５％のような同期速度の少なくとも９０％でありかつ励磁機が起動されていない場合に、迂回回路は、ＤＣ磁界巻線を通した第２の方向での電流の流れを阻止するように構成される。回転速度が同期速度に接近すると、ＤＣ磁界巻線を通した振動電流からの脈動トルクの周波数が低下する。第２の方向での電流の流れを阻止することにより、対応する制動効果が排除される。
【００１８】
本発明の第２の態様によると、ＤＣ磁界巻線を備えるロータと、起動時にＤＣ磁界巻線を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることによりＤＣ磁界巻線を励磁するように構成される励磁機と、ＤＣ磁界巻線に電気的に接続される界磁放電抵抗と、を備える同期式電気モータを起動させるための方法が提供される。本方法は、励磁機の非起動時にＤＣ磁界巻線を通して第１の方向に電流が流れている間に界磁放電抵抗の第１の迂回を実施するステップと、励磁機を起動するステップと、励磁機によって発生されるすべてのＤＣ電流を、ＤＣ磁界巻線を通して流れるように誘導するステップと、を備える。励磁機によって発生されるがＤＣ磁界巻線を通して流れないいかなるＤＣ電流も損失となることから、励磁機によって発生されるすべてのＤＣ電流を、ＤＣ磁界巻線を通して流れるように誘導することにより実質的に損失が回避される。適切なトポロジーの制御システムを用いることにより、機械の定常状態運転時に界磁放電抵抗により損失が生じることを回避することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、本方法が、励磁機の非起動時にＤＣ磁界巻線を通して第２の方向に電流が流れている間に界磁放電抵抗の第２の迂回を実施するステップ、をさらに備える。第２の方向は第１の方向と反対である。一方向の迂回により界磁放電抵抗のデューティタイムが半分まで短縮されるが、二方向の迂回によりデューティタイムはゼロになることから、界磁放電抵抗のサイズおよび重量をさらに低減することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によると、第１の迂回および第２の迂回は、互いに独立して実施される。これにより、迂回操作に柔軟性を持たせることができる。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、第１の迂回および第２の迂回が、ＤＣ磁界巻線内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して実施される。ＤＣ磁界巻線内で誘導される電圧の周波数および振幅は、界磁放電抵抗を動作状態および非動作状態へとそれぞれ切り替えるための適切な瞬間を決定するための良好な基準であることが分かっている。
【００２２】
本発明の一実施形態によると、ロータの回転速度に応答して第１の迂回および第２の迂回が実施される。ロータの回転速度は、界磁放電抵抗を動作状態および非動作状態へとそれぞれ切り替えるための適切な瞬間を決定するための良好な基準であることが分かっている。
【００２３】
本発明の一実施形態によると、本方法が、回転速度が、同期速度の０％から最大で９０％までの間、０％から最大で８５％までの間、０％から最大で８０％までの間、０％から最大で７０％までの間、または、０％から最大で５０％までの間のような、ロータの同期速度の０％から最大で９５％までの間である場合に第１の迂回と第２の迂回とのうちの少なくとも一方を少なくとも一時的に実施するステップをさらに備える。低回転速度範囲では界磁放電抵抗の重要性が低いことが分かっている。
【００２４】
本発明の一実施形態によると、本方法が、回転速度が同期速度の少なくとも９５％のような同期速度の少なくとも９０％でありかつ励磁機が起動されていない場合に、ＤＣ磁界巻線を通した第２の方向での電流を阻止するステップをさらに備える。回転速度が同期速度に接近すると、ＤＣ磁界巻線を通した振動電流からの脈動トルクの周波数が低下する。第２の方向での電流を阻止することにより、対応する制動効果が排除される。
【００２５】
添付図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】本発明の一実施形態による、起動期間の複数の部分における同期式モータの制御を示す図。
【図１ｂ】本発明の一実施形態による、起動期間の複数の部分における同期式モータの制御を示す図。
【図１ｃ】本発明の一実施形態による、起動期間の複数の部分における同期式モータの制御を示す図。
【図２ａ】同期式モータの起動期間中のＤＣ磁界巻線の振動を示す図。
【図２ｂ】同期式モータの起動期間中のＤＣ磁界巻線の振動を示す図。
【図３ａ】本発明の一実施形態によるサイリスタのオン−オフパターンを示す図。
【図３ｂ】本発明の一実施形態によるサイリスタのオン−オフパターンを示す図。
【図３ｃ】本発明の一実施形態によるサイリスタのオン−オフパターンを示す図。
【図３ｄ】本発明の一実施形態によるサイリスタのオン−オフパターンを示す図。
【図４ａ】本発明の代替的実施形態による制御システムを示す図。
【図４ｂ】本発明の代替的実施形態による制御システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照すると、同期式電気モータが、ＡＣステータ巻線１２を備えるステータと、ＤＣ磁界巻線１３を備えるロータとを備える。本発明を説明するために、モータの動作を起動期間および定常状態運転の２つのフェーズに分ける。起動期間はモータが停止しているときに開始され、ＤＣ磁界巻線１３を励磁するために励磁機１６が起動されるときに終了する。起動期間では励磁機１６は起動されない。定常状態運転時にモータが同期速度または少なくとも同期速度に接近する速度で回転し、起動された励磁機１６がＤＣ磁界巻線１３を通したＤＣ電流を発生させる。励磁機１６は三相ＡＣ電流をＤＣ電流に変調するための整流器を備える。ＡＣステータ巻線１２が、起動期間および定常状態運転時の両方でＡＣで励磁され、ステータ内に回転磁界を発生させる。ＤＣ磁界巻線１３を通した電流を制御するための制御システム１１が、起動抵抗Ｒと、３つのサイリスタＴ１、Ｔ２およびＴ３と、フリーホイーリングダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６とを備える。
【００２８】
図２ａを参照すると、非同期の起動期間中に、ＤＣ磁界巻線１３に印加される誘導電圧Ｅ0は滑り周波数に等しい発振周波数を有するＡＣ電圧であり、ここではロータ速度が増すにつれて振幅が減少する。図２ｂが、起動期間中にＤＣ磁界巻線１３を通した誘導電流ｉfを示す。誘導電圧および誘導電流は個別の正および負の半周期を備える。
【００２９】
起動期間はさらに、第１の部分、第２の部分および第３の部分の３つの連続する部分に分けられる。第１の部分の開始時ではロータが停止されており、第１の部分中にロータが誘導モータの作用のみで加速される。図１ａが、本発明の一実施形態による第１の部分中の状況を示す。誘導電圧の正の半周期中、得られる第１の電流路ＣＰ１が、サイリスタＴ３と、フリーホイーリングダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６と、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。サイリスタＴ３は周波数依存回路によって制御される。誘導電圧の負の半周期中、通常は最大誘導電圧より大幅に小さい予め設定される電圧に基づいてサイリスタＴ１が起動される。得られる第２の電流路ＣＰ２が、サイリスタＴ１およびＴ２と、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。サイリスタＴ２もやはり周波数依存によって制御される。このようにして、図１ａの実施形態によると、起動期間の第１の部分中、誘導電圧の負の半周期および正の半周期の両方で起動抵抗Ｒが迂回される。
【００３０】
ロータが特定の速度に達すると、誘導電圧の周波数が予め設定される値未満まで低下し、起動期間の第２の部分が開始される。図１ｂの実施形態では、サイリスタＴ２およびＴ３がそれ以降は起動されず、界磁放電抵抗Ｒが動作状態へと切り替えられる。界磁放電抵抗Ｒを導入することの１つの目的は、重負荷状態を取り扱うことを目的として起動期間の終了時に起動トルクを上昇させることである。誘導電圧の正の半周期中、得られる第３の電流路ＣＰ３が、界磁放電抵抗Ｒと、フリーホイーリングダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６と、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。誘導電圧の負の半周期中、得られる第４の電流路ＣＰ４が、サイリスタＴ１と、界磁放電抵抗Ｒと、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。
【００３１】
ロータが特定の速度に達すると、誘導電圧の振幅が予め設定される第２の値未満まで低下し、起動期間の第３の部分が開始される。図１ｃの実施形態では、サイリスタＴ１が阻止され、サイリスタＴ３が阻止された状態を維持する。その結果、制御システム１１は誘導電圧の正の半周期中に流れる電流のための第５の電流路ＣＰ５のみを提供する。第５の電流路ＣＰ５は、界磁放電抵抗Ｒと、フリーホイーリングダイオードＤ１〜Ｄ６と、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。誘導電圧の負の半周期中、電流が阻止される。
【００３２】
本発明の代替的実施形態では、サイリスタＴ１、Ｔ２およびＴ３が上で示した瞬間以外にも導電するように起動され得ることを認識されたい。図３ａ〜３ｄがサイリスタＴ１〜Ｔ３のための例示のオン−オフパターンを示す。起動期間の第１の部分が０のところで開始されてｔ1のところで終了し、起動期間の第２の部分がｔ1のところで開始されてｔ2のところで終了し、起動期間の第３の部分がｔ2のところで開始されてｔ3のところで終了し、定常状態運転がｔ3のところで開始される。瞬間的時間ｔ1〜ｔ3は図２ａのオシログラムでも示される。
【００３３】
このようにして、起動期間の第３の部分中にサイリスタＴ３が導電するように起動され得、この部分中では界磁放電抵抗Ｒが迂回される。電流が、サイリスタＴ３と、フリーホイーリングダイオードＤ１〜Ｄ６と、ＤＣ磁界巻線１３とを通って流れる。誘導電圧の負の半周期中、電流が阻止される。
【００３４】
サイリスタＴ２およびＴ３も図３ｄに示されるように起動され得る。ここでは、サイリスタＴ２およびＴ３は、起動期間の第１の部分および第３の部分中は阻止され、起動期間の第２の部分および定常状態運転中は導電するように起動される。実際には、定常状態運転では、誘導電圧の負の半周期中ではサイリスタＴ１が阻止されることにより電流が流れることが効率的に防止されることから、サイリスタＴ２が導電するように起動される必要はない。このようにして、起動期間の第１の部分および第３の部分中、電流が界磁放電抵抗Ｒを通るように流される。この実施形態では、起動期間の種々の部分が上の実施形態の時間とは異なるポイントで開始および終了され得ることに留意されたい。
【００３５】
励磁機１６によるＤＣ励起がダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６を通るＤＣ磁界巻線１３へと切り替えられるときに起動期間が終了し、定常状態運転のための一定の同期化トルクが提供される。ＤＣ電圧によりサイリスタＴ３が導電するように起動され、界磁放電抵抗Ｒが迂回される。これは、起動期間の第３の部分の終了後に特定の時間遅延で実施されてよい。
【００３６】
本発明の代替的実施形態によると、定常状態運転中、サイリスタＴ３が阻止され、代わりに、サイリスタＴ３に並列に接続される別のサイリスタ（図示せず）が導電するように起動され、それにより界磁放電抵抗Ｒが迂回される。この変更は別のサイリスタを１つ必要とするが、システム全体の性能に影響しない。
【００３７】
サイリスタＴ２およびＴ３（ならびに、サイリスタＴ３に並列に接続される任意選択のサイリスタ）は複数の手法（周波数のみではない）で起動され得、ここでは、図３ｂ〜３ｄに示されかつ上述したように導電状態および非導電状態が制御され得ることを条件とする。
【００３８】
同期式モータのロータの速度がモータの同期速度の少なくとも約５０％、好適には少なくとも約７０％、より好適には少なくとも約８０％、より好適には少なくとも約８５％、より好適には約９０％となるとき、起動期間の第２の部分が開始され得る。
【００３９】
同期式モータのロータの速度がモータの同期速度の少なくとも約９０％、好適には少なくとも約９５％となるとき、起動期間の第２の部分が終了し得る。
【００４０】
同期式モータのロータの速度がモータの同期速度の少なくとも約９０％、好適には少なくとも約９５％となり、起動期間の第２の部分が終了すると、起動期間の第３の部分が終了され得る。起動期間の第２の部分の終了後（および、第３の期間の開始後）の所与の時間遅延で起動期間の第３の部分が終了し得る。
【００４１】
図４ａおよび４ｂが、ＤＣ磁界巻線１３を通した電流を制御するための代替の制御システム１１を示す。図４ａのシステムは本発明の原理を米国特許第３，９５９，７０２号明細書に開示される制御システムに導入する。米国特許第３，９５９，７０２号明細書の内容は参照により本明細書に組み込まれる。ここでは、図３ａ〜ｃに示されるようにサイリスタＴ１、Ｔ２およびＴ３が起動される。起動期間の第１の部分中、誘導電圧の正の半周期で、得られる第６の電流路ＣＰ６が、ダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６と、サイリスタＴ３と、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。誘導電圧の負の半周期中、得られる第７の電流路ＣＰ７が、サイリスタＴ１およびＴ２と、ＤＣ電界巻線１３とを通過する。
【００４２】
起動期間の第２の部分中、サイリスタＴ２およびＴ３が阻止される。誘導電圧の正の半周期中、得られる第８の電流路ＣＰ８（図４ｂを参照）が、界磁放電抵抗Ｒと、ダイオードＤと、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。誘導電圧の負の半周期中、得られる第９の電流路ＣＰ９（図４ｂを参照）が、サイリスタＴ１と、界磁放電抵抗Ｒと、ＤＣ磁界巻線１３とを通過する。
【００４３】
起動期間の第３の部分中、サイリスタＴ１は阻止され、サイリスタＴ３は導電するように起動されても阻止されてもよい。前者の場合、誘導電圧の正の半周期中に、ダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６と、サイリスタＴ３と、ＤＣ磁界巻線１３とを通るように電流を流すのを可能にするための電流路が提供される。後者の場合、誘導電圧の正の半周期中に、界磁放電抵抗Ｒと、ダイオードＤと、ＤＣ磁界巻線１３とを通るように電流を流すのを可能にするための電流路が提供される。誘導電流の負の半周期中、ダイオードＤならびにサイリスタＴ１およびＴ３が電流を阻止する。
【００４４】
定常状態運転中、励磁機１６によるＤＣ励起がダイオードブリッジＤ１〜Ｄ６を通るＤＣ電界巻線１３へと切り替えられる。ＤＣ電圧によりサイリスタＴ３が導電するように起動され、界磁放電抵抗Ｒが迂回される。上と同様に、これは、起動期間の第３の部分の終了後に特定に時間遅延で実施されてよい。
【００４５】
図４ｂのシステムは、本発明の原理を米国特許第３，３５４，３６８号明細書で開示される制御システムに導入する。米国特許第３，３５４，３６８号明細書の内容は参照により本明細書に組み込まれる。この実施形態は、サイリスタＴ３およびダイオードブリッジの上側のダイオードＤ１〜Ｄ３が３つのサイリスタＴ３（図４ａのサイリスタＴ３として起動される）に交換されることのみが、図４ａに示される実施形態と異なる。この実施形態は図４ａの実施形態と同様に動作する。
【００４６】
本発明の別の代替的実施形態によると、図１ａ〜ｃのサイリスタＴ２およびＴ３が例えばＴＲＩＡＣなどの二方向スイッチングデバイスに交換され、その動作はサイリスタＴ２とＴ３との組み合わせの動作に一致する。
【００４７】
本発明による同期式電気モータを起動させるための方法は、図１ａ〜ｃのサイリスタＴ２が排除され、界磁放電抵抗Ｒを迂回することが１つの電流方向のみで行われるようなさらに別の実施形態でも実施され得る。このような例では、界磁放電抵抗Ｒは、起動期間の選択される部分中で電気的に一方向で迂回される。起動期間の第１および第２の部分中（サイリスタＴ１により電流が両方向に流れることが可能である）、この一方向の迂回では、誘導電圧の負の半周期中に電流が界磁放電抵抗Ｒを通って流れることになる。誘導電圧の正の半周期中、迂回が行われる場合には電流がサイリスタＴ３を通って流れ、迂回が行われない場合には電流が界磁放電抵抗Ｒを通って流れる。起動期間の第３の部分中（サイリスタＴ１により電流が一方向に流れることが可能である）、誘導電圧の正の半周期にのみ電流が流れる。
【００４８】
本発明は上で示される実施形態のみに限定されず、当業者であれば、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で様々な手法でこれらの実施形態を修正することができる。
以下に、本出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]  ＤＣ磁界巻線（１３）を備えるロータと、
起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることにより前記ＤＣ磁界巻線（１３）を励磁するように構成される励磁機（１６）と、
前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した電流の流れを制御するように構成される制御システム（１１）であって、前記制御システム（１１）は、界磁放電抵抗（Ｒ）と、迂回回路（１５）とを備え、前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して前記第１の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）を電気的に迂回する第１の迂回を実施し、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第２の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）を電気的に迂回する第２の迂回を実施するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向と反対である、制御システム（１１）と、
を備え、
前記制御システム（１１）は、前記励磁機（１６）によって発生されるすべての前記ＤＣ電流を、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して流れるように誘導することができる、
ことを特徴とする、同期式電気モータ。
[２]  前記迂回回路（１５）は、前記第１の迂回および前記第２の迂回を互いに独立して実施することができる、[１]に記載の同期式電気モータ。
[３]  前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して前記第１の迂回および前記第２の迂回を実施するように構成される、[１]および[２]のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
[４]  前記迂回回路（１５）は、前記ロータの回転速度に応答して前記第１の迂回および前記第２の迂回を実施するように構成される、[１]乃至[３]のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
[５]  前記迂回回路（１５）は、前記回転速度が、前記ロータの同期速度の０％から少なくとも７０％までの間、０％から少なくとも８０％までの間、０％から少なくとも８５％までの間、０％から少なくとも９０％までの間、または、０％から少なくとも９５％までの間のような、前記同期速度の０％から少なくとも５０％までの間である場合の全回転速度範囲にわたって連続的に前記第１の迂回と前記第２の迂回とのうちの少なくとも一方を実施するように構成される、[４]に記載の同期式電気モータ。
[６]  前記回転速度が前記同期速度の少なくとも９５％のような前記同期速度の少なくとも９０％でありかつ前記励磁機（１６）が起動されていない場合に、前記迂回回路（１５）は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した前記第２の方向での前記電流の流れを阻止するように構成される、[１]乃至[５]のいずれか１項に記載の同期式電気モータ。
[７]  ＤＣ磁界巻線（１３）を備えるロータと、起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第１の方向にＤＣ電流を発生させることにより前記ＤＣ磁界巻線（１３）を励磁するように構成される励磁機（１６）と、前記ＤＣ磁界巻線（１３）に電気的に接続される界磁放電抵抗（Ｒ）と、を備える同期式電気モータを起動させるための方法であって、
前記励磁機（１６）の非起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して前記第１の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）の第１の迂回を実施するステップと、
前記励磁機（１６）を起動するステップと、
前記励磁機（１６）によって発生されるすべての前記ＤＣ電流を、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して流れるように誘導するステップと、
を備える、方法。
[８]  前記励磁機（１６）の非起動時に前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通して第２の方向に電流が流れている間に前記界磁放電抵抗（Ｒ）の第２の迂回を実施するステップ、
をさらに備え、
前記第２の方向は前記第１の方向と反対である、[７]に記載の方法。
[９]  前記第１の迂回および前記第２の迂回は、互い独立して実施される、[７]および[８]のいずれか１項に記載の方法。
[１０]  前記第１の迂回および前記第２の迂回は、前記ＤＣ磁界巻線（１３）内で誘導される電圧の周波数または振幅に応答して実施される、[７]乃至[９]のいずれか１項に記載の方法。
[１１]  前記第１の迂回および前記第２の迂回は、前記ロータの回転速度に応答して実施される、[７]乃至[１０]のいずれか１項に記載の方法。
[１２]  前記回転速度が、前記ロータの同期速度の０％から最大で９０％までの間、０％から最大で８５％までの間、０％から最大で８０％までの間、０％から最大で７０％までの間、または、０％から最大で５０％までの間のような、前記同期速度の０％から最大で９５％までの間である場合に、前記第１の迂回と前記第２の迂回とのうちの少なくとも一方を、少なくとも一時的に実施するステップ、
をさらに備える、[７]乃至[１１]のいずれか１項に記載の方法。
[１３]  前記回転速度が前記同期速度の少なくとも９５％のような前記同期速度の少なくとも９０％でありかつ前記励磁機（１６）が起動されていない場合に、前記ＤＣ磁界巻線（１３）を通した前記第２の方向での前記電流の流れを阻止するステップ、
をさらに備える、[７]乃至[１２]のいずれか１項に記載の方法。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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