(57)【要約】【課題】本発明は、単一のインバータ装置にて２台以上のセンサーレスのＰＭＳＭを確実に同期始動し、安定した定格運転、低速回転時の振動等の発生の防止および故障時における安全停止等を制御する制御方法を新規に提案するものである。【解決手段】  本発明は三相交流電源を動力とする２台以上のセンサーレスの永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）の同期始動方式であって、該２台以上のＰＭＳＭに単一のインバータ装置より超低周波の三相交流電流を一定時間印加して低回転にて同期始動させた後、電源の周波数を漸次高くして回転速度を上昇させ定格回転に到達するようにしたことを特徴とする２台以上の三相交流電源を動力とするセンサーレスのＰＭＳＭの同期始動を含む制御方法にある。【選択図】図１
2008118801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源を動力とする２台以上のセンサーレスの永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）の同期始動方式であって、該２台以上のＰＭＳＭに単一のインバータ装置より超低周波の三相交流電流を一定時間印加して低回転にて同期始動させた後、電源の周波数を漸次高くして回転速度を上昇させ定格回転に到達するようにしたことを特徴とする２台以上の三相交流電源を動力とするセンサーレスの永久磁石電動機の同期始動方法。
【請求項２】
２台以上のＰＭＳＭの各三相巻線のうちのいずれか二相の巻線にインバータ装置から直流電流を印加して固定子磁軸を作ることにより回転子磁極を吸引し、２台以上のＰＭＳＭを同時に同期化させた後、三相交流電圧の周波数を漸次高くして定格回転に到達するようにした請求項１に記載のセンサーレスの永久磁石同期電動機の同期始動方法。
【請求項３】
２台以上のＰＭＳＭの三相巻線間を各相ごとに接続し、当該ＰＭＳＭ間に電気制動電流を発生させることにより全てのＰＭＳＭを逆回転の状態にて同一の回転速度に同期化させ、該同期した回転速度におけるＰＭＳＭの発生電圧・周波数を検知して、その角速度±許容角速度の周波数の電圧・電流をインバータ装置から印加することにより電源と同期化させた後、正回転方向の回転磁界に転換することにより停止状態を挟んで定格回転に到達するようにした逆回転状態からのセンサーレスの永久磁石同期電動機の同期始動方法。
【請求項４】
同期運転中の２台以上のＰＭＳＭの回転速度を低下して負荷トルクが低減した状態で運転する際、発生する電圧・周波数および電流値をインバータ装置のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）回路の出力側で検出し、該インバータ装置より供給する電流の位相を前記ＰＭＳＭの発生電圧より１５°以上の進相として内部相差角δを大きくすることにより２台以上のＰＭＳＭを振動・乱調・脱調等を発生させないで運転するようにしたセンサーレスの永久磁石同期電動機の運転方法。
【請求項５】
ＰＭＳＭの回転速度に対応して発生する周波数・電圧・電流をインバータ装置のＩＧＢＴ回路で検出するとともに異常を発生したＰＭＳＭから発生する異周波数の電圧・電流をＩＧＢＴ回路で検出するようにして、同期運転中の２台以上のＰＭＳＭのうちの１台が故障等にて同期速度から脱調し回転速度が低下した際に発生する異常周波数の電流を該ＩＧＢＴ回路で検出して該インバータ装置の出力を遮断し、健全なＰＭＳＭの回転を安全に停止するようにしたセンサーレスの永久磁石同期電動機の停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサーレスの永久磁石同期電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor、以下ＰＭＳＭと称す）の制御方法、詳しくは単一のインバータ装置により２台以上のセンサーレスのＰＭＳＭを同期始動させ、定格速度にて連続運転し、逆回転状態からの始動を可能にし、定格よりも低速の回転運転時に生ずる振動等の発生を防止するようにし、また故障時には安全に停止させるようにしたセンサーレスのＰＭＳＭの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、三相交流を電源とするＰＭＳＭは回転子の磁極の位置を検出するセンサー（位置検出装置）を装着して、このセンサーにより回転子の磁極の位置を検出し、検出した回転子の磁極位置に応じて固定子巻線の各相に電流を流して回転磁界を発生させ、磁極から発生する磁界との相互作用によりトルクを生じさせて、負荷に動力を伝達する始動方式が採用されている。
【０００３】
このようなセンサー付のＰＭＳＭと制御回路とインバータ装置の合計コストは、交流電動機の代表例である誘導電動機とインバータ装置の合計コストに較べてかなり高価となるほか、センサーに故障が発生する問題もあるため、例えば送風ファン等一定の回転速度以上の条件で使用されるＰＭＳＭにおいては、センサーをなくしてコストを低減したセンサーレス方式のＰＭＳＭが採用されている。このセンサーレスＰＭＳＭにおいては、連続運転中の制御をセンサー付のものと同レベルに保つために固定子巻線端子に現れる種々のデータを検出し、その特性を算定して複雑に制御するようにしている（例えば、特開２００１−２６８９７４号、特開２００２−２７２１９５号参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６８９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７２１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来方法によりセンサーレスのＰＭＳＭを始動する際は、始動用の別個特別な制御装置を必要とし、または制御方法をさらに複雑化することによって始動から制御する必要があり、この制御方式の複雑さにより始動に失敗することがあるという課題があった。また電源を供給するインバータ装置はＰＭＳＭ１台に対して各１台が必要であってコスト低減の実現を妨げているという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、三相交流電源を動力とする２台以上のセンサーレスのＰＭＳＭの同期始動方式であって、該２台以上のＰＭＳＭに単一のインバータ装置より超低周波の三相交流電流を一定時間印加して低回転にて同期始動させた後、電源の周波数を漸次高くして回転速度を上昇させ定格回転に到達するようにしたことで、単一のインバータ装置により２台以上のＰＭＳＭを確実に始動するようにして、かかる課題を解決するようにしたのである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、簡易な制御方法により、単一のインバータ装置にて２台以上のセンサーレスＰＭＳＭを同期始動から連続運転まで制御できるようにしたので、大幅なコストダウンを図ることができるという効果を生ずる。
【０００７】
２台以上を含むセンサーレスのＰＭＳＭを逆回転の状態から始動することができるという効果を生ずる。
【０００８】
センサーレスのＰＭＳＭの定格回転よりも低速な回転時における振動等の発生を防止して安定且つ静粛な低速運転を実現することができるという効果を生ずる。
【０００９】
センサーレスのＰＭＳＭの故障等における異常な回転状態を検知し制御して停止等を安全裡に行うことができるという効果を生ずる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、三相交流電源を動力とする２台以上のセンサーレスのＰＭＳＭの同期始動方式であって、該２台以上のＰＭＳＭに単一のインバータ装置より超低周波の三相交流電流を一定時間印加して低回転にて同期始動させた後、電源の周波数を漸次高くして回転速度を上昇させ定格回転に到達するようにしたことで、単一のインバータ装置により２台以上のＰＭＳＭを確実に始動するようにしたのである。
または２台以上のＰＭＳＭの各三相巻線のうちのいずれか二相の巻線にインバータ装置から直流電流を印加して固定子磁軸を作ることにより回転子磁極を吸引し、２台以上のＰＭＳＭを同時に同期化させた後、三相交流電圧の周波数を漸次高くして定格回転に到達するようにして同期始動するようにしたのである。
ＰＭＳＭが外因により逆回転しているときは、２台以上のＰＭＳＭの三相巻線間を各相ごとに接続しておき、当該ＰＭＳＭ間に電気制動電流を発生させることによって全てのＰＭＳＭを逆回転の状態にて同一の回転速度に同期化させ、該同期した回転速度におけるＰＭＳＭの発生電圧・周波数を検知して、その角速度±許容角速度の周波数の電圧・電流をインバータ装置より印加することにより電源と同期化させた後、正回転方向の回転磁界に転換することにより停止状態を挟んで定格回転に到達するようにして同期始動するようにしたのである。
同期運転中の２台以上のＰＭＳＭの回転速度を低下させ負荷トルクが低減した状態で運転する際、発生する電圧・周波数および電流値をインバータ装置のＩＧＢＴ回路の出力側で検出し、該インバータ装置より供給する電流の位相をＰＭＳＭの発生電圧より１５°以上の進相とし内部相差角δを大きくすることにより、２台以上のＰＭＳＭを振動・乱調・脱調等を発生させないで運転するようにしたのである。
ＰＭＳＭの回転速度に対応して発生する周波数・電圧・電流をインバータ装置のＩＧＢＴ回路で検出するとともに異常を発生したＰＭＳＭから発生する異周波数の電圧・電流をＩＧＢＴ回路で検出するようにして、同期運転中の２台以上のＰＭＳＭのうちの１台が故障等にて同期速度から脱調し回転速度が低下した際に発生する異常周波数の電流を該ＩＧＢＴ回路で検出して該インバータ装置の出力を遮断し、健全なＰＭＳＭの回転を安全に停止するようにしたのである。
【実施例１】
【００１１】
同期始動方式とは、三相交流電源を動力とする同期電動機を始動させる方式の１つで、図６に示すように駆動側の同期発電機Ｇと被駆動側の同期電動機Ｍの両者を同期機とし、停止状態で両者の三相の端子間を互いに接続して励磁電流もそれぞれ流しておき、始動に際して同期発電機Ｇに直結された駆動機Ｄをゆっくり回転させると、同期発電機Ｇは回転して超低周波の電流を同期電動機Ｍに供給して同期電動機Ｍ側に発生する回転磁界と励磁電流とにより生じている磁界との作用で同期電動機Ｍを同期電動機Ｇに同期化し、その後、同期電動機Ｇ側の回転を上昇させることにより同期したまま回転の上昇を続け、高速の定格回転速度まで上昇させる方式のことである。
このような同期始動方式は大容量の同期電動機、例えば揚水発電所のポンプ水車に直結される発電電動機の始動用として、あるいは大容量のタービン発電機の始動用などとして、接続された系統に始動時の大きな負荷をかけず、円滑に始動できる方法として賞用されていて、各種の実用例において詳細な解析が行なわれ、各種のパラメータによる同期始動の可能範囲が確認されている。
【００１２】
ＰＭＳＭに同期始動方式を適用しようとする場合は、先づＰＭＳＭの出力が１００Ｗ〜数ｋＷであるので前記一般の電動機に較べて非常に小容量であって、その電機子巻線の抵抗値Ｒが単位法で0.04〜0.2pu（4〜20％）と非常に大きくなること、また励磁が永久磁石であるためにＰＭＳＭの励磁Ｅ2は固定した一定値であること、および電源の供給が同期発電機Ｇの代わりにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）回路等を使用したインバータ電源となる等の相違点がある。これらについて、詳細な計算は非常に複雑であるので、明らかにされているパラメータから影響の少ないパラメータを省略した簡単な計算によってその同期始動の可能範囲となる回転速度Ｎ1（あるいは角速度ω1）を求めた。なお、インバータ装置よりω1の電源を一定時間ＰＭＳＭに印加しているとする。
【００１３】
１）１Ｃ１Ｍ（１台のインバータ装置で１台のＰＭＳＭを始動）の場合
（ａ）回路と電流
図１は電源（インバータ装置）から非常に低速な周波数ｆ1に対応した角速度ω1（単位法で0.01オーダー）の電圧をＰＭＳＭに供給している状態を示すものである。
Ｖ0を定格時の相電圧、定格時の電流をＩ0（Ａ）、ｆ0を定格周波数とすると、超低速時Ｎ1min-1で廻っている時の電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｖ0・(ｆ1／ｆ0)＝Ｖ0・（ω1／ω0）            ・・・（１）
ここでＬｍはモータのリアクタンスに対応するインダクタンスである。
回路のインピーダンスＺｍは、ω1ＬｍがＲｍに較べ非常に小さいので、
【００１４】
【数１】
2008118801.tif 000003
【００１５】
図１の回路に流れる電流Ｉ1（Ａ）は
Ｉ1≒Ｖ／Ｒｍ＝Ｖ0・(ω1／ω0)・(１／Ｒｍ)         ・・・（３）
なお、電源の抵抗を無視すれば、ＲｍはＰＭＳＭの抵抗となる。
【００１６】
（ｂ）トルクの算定
（イ）同期機の定格時に発生するＦ0は次式で表される
Ｆ0＝0.707・Ｂｍ1・Ａ1・Ｋｗ・cosδ［Ｎ／ｍ2］     ・・・（４）
Ｂｍ1；永久磁石の発生する磁束の内、基本波磁束密度の波高値［Ｔ］
Ａ1  ；電機子巻線による電気装荷で  Ａ1＝(Ｉ0・ΣＺ)／(πＤ)(Ａ／ｍ）
で表される。（ΣＺは三相巻線の全直列導体数、Ｄは固定子の内径（ｍ））
Ｋｗ  ；巻線係数、δ；内部相差角でcosδ≒１とする。
【００１７】
数百ＷクラスのＰＭＳＭの場合に適用される数値を上記の（４）式に入れるとＦ0の概略値を求めることができる。
Ｆ0≒0.707・0.3・104・1.0・1.0＝0.212・104［Ｎ／ｍ2］・・・（５）
一方Ｉ1については具体的なＰＭＳＭの２種類（２００Ｗと１５０Ｗの出力）について計算する。
２００Ｗ；一相の抵抗値Ｒｍ＝７Ω
１５０Ｗ；一相の抵抗値Ｒｍ＝２０Ω
上記（３）式の相電圧は端子電圧が２００Ｖであるので、
Ｖ0＝200／√３＝115.5Ｖ      ・・・（６）
ω1／ω0＝0.005, 0.01, 0.02, 0.03, 0.06(pu)のそれぞれについてＩ1を求める。
【００１８】
【表１】
2008118801.tif 000004
【００１９】
（ロ）２００Ｗ機の発生トルク
２００Ｗ機の定格電流  Ｉ0＝1.0（Ａ），回転子の表面積  Ｓ＝0.01（ｍ2），定格回転速度  Ｎ0＝1300min-1，回転子半径  ｒ＝0.033ｍ，であるので、上記（５）式を用いてＰＭＳＭ全体の力Ｆ1および発生トルクＴを算定する。
Ｆ1＝Ｆ0・(Ｉ1／1.0)・Ｓ［Ｎ］，    Ｔ＝Ｆ1・ｒ［Ｎｍ］・・・（７）
【００２０】
【表２】
2008118801.tif 000005
【００２１】
（ハ）１５０Ｗ機の発生トルク
１５０Ｗ機の定格電流  Ｉ1＝0.7（Ａ），回転子の表面積  Ｓ＝0.008（ｍ2），定格回転速度  Ｎ0＝1300min-1，回転子半径  ｒ＝0.0285ｍを使用すると、同様にＦ1とＴが算定することができる。
【００２２】
【表３】
2008118801.tif 000006
【００２３】
３）ＧＤ2に必要なエネルギーとトルク
回転体がＧＤ2(kgm2)のはずみ車効果を有し、Ｎ0（min-1）の回転速度で回転しているときに保有するエネルギーＥ0は、
Ｅ0＝1.37・ＧＤ2・(Ｎ0／1000)2(ｋＷＳ)
＝(1／730)・ＧＤ2・Ｎ02（ＷＳ orＪ）                ・・・（８）
ＧＤ2はＰＭＳＭの負荷であるファンのＧＤ2がＰＭＳＭより非常に大きく、２００Ｗ機と１５０Ｗ機で同一のものを使用しているものとする。
ＧＤ2＝0.124［kgm2］
したがって、Ｅ0＝(1/730)・0.124・13002＝287（ＷＳ or Ｊ）    ・・・（９）
ω1／ω0の回転速度の時に保有するエネルギーＥは、
Ｅ＝Ｅ0・(ω1／ω0)2  （ＷＳ or Ｊ）                     ・・・（10）
一方、固定子巻線に三相電流が流れ（ω1／ω0の低周波）、ゆっくりした回転磁界が発生すると、この磁界により回転子の表面に着磁されているＮ，Ｓの磁界との間で力が発生し、最初のＮ，Ｓ極で同期化しなければ同期化は不可能となる。
回転子磁極を８極構成とすると、１極あたりの機械角θ1は、
θ1＝2π／8＝0.785［rad］                               ・・・（11）
回転子をθ1動かすのに必要なトルクをＴｍとすると、それに必要なエネルギーＷは、
Ｗ＝Ｔｍ・θ1［Ｎｍ or Ｊ］＝0.785・Ｔｍ                ・・・（12）
上記（10）＝（12）とすると、
Ｗ＝287・(ω1／ω0)2＝0.785・Ｔｍ                       ・・・（13）
ゆえに、  Ｔｍ＝365・（ω1／ω0）2                          ・・・（14）
２００Ｗ機について必要なＴｍと（ロ）で求めた発生トルクＴとを比較する。
【００２４】
【表４】
2008118801.tif 000007
【００２５】
この計算結果より、（ω1／ω0）の値が約0.03pu（すなわち３％）以下の速度であれば同期化し、それ以上では同期化が難しいことが判る。
【００２６】
同様にして、１５０Ｗ機についても計算する。
【００２７】
【表５】
2008118801.tif 000008
【００２８】
この計算結果より、ω1／ω0の値が約0.01pu（すなわち１％）の速度でも同期化が難しいことが判る。
【００２９】
４）同期始動が可能な条件
以上の計算結果により、同期始動可能な条件とは、電源からある一定の低周波数（ω1に対応）の電圧をＰＭＳＭに印加し、流れた電流によりＰＭＳＭに供給されるトルクおよびエネルギーが、ある期間内でＧＤ2を含めてω1まで達するに必要な回転子エネルギーを上回り、余裕を持って供給することができることであることが判る。
【００３０】
上記の２００Ｗ機では、ω1が0.03pu（すなわち３％）以内でω1を固定しておけば、同期化が可能である。
一方１５０Ｗ機のω1は0.01pu（すなわち１％）以下と、同期化範囲が狭く安定した同期化が難しいので、この場合は電源電圧Ｖを増加させることにより安定した始動が可能となる。
よって安定に同期化させるには、ＰＭＳＭの抵抗値を小さくする、あるいは電源電圧を許容できる範囲で上げる等の方法が考えられるが、これらは［モータコスト＋インバータコスト］＝トータルコストでみなければならない。ＰＭＳＭの体格を大にして抵抗値を下げるか、インバータ装置に余裕を設ける方がよいかの判断は重要であるが、使用条件等に応じて選択すればよい。
上記の例は１Ｃ１Ｍ（１台のインバータ装置で１台のＰＭＳＭを始動）の場合であり、１ＣＸＭ（１台のインバータ装置で２台以上のＰＭＳＭを始動）の場合、Ｘ台同士の同期化の問題が追加されるのでさらなる余裕が必要となる。
【００３１】
以上１）〜４）に示した始動方法によれば、ＰＭＳＭにセンサーは必要なく（センサーレス）、三相用のインバータ装置の出力周波数の電圧・電流を低周波状態（数％以下、主には３％以下）で数秒間の一定時間ＰＭＳＭに印加すれば、図２に示すように２台以上のＰＭＳＭでも電源に同期化することが可能となり、その後インバータ装置の電源周波数を上げることにより高速の定格回転速度まで同期したままで上昇させることができることとなる。
【実施例２】
【００３２】
次に同期始動方法の第２実施例を説明する。図３に示すように三相巻線のうち、先づ二相の巻線（図ではＵＶ間）に直流電流を流し、それにより発生する固定子磁軸（回転しない）により回転子磁極を吸引して磁軸を合わせて同期化し、次に通常のインバータ装置のようにＶＷ間、ＷＵ間と位相切り替えを行い、周波数を上げてゆくようにしたのである。この場合も最初の磁極を磁軸に合わせるには数秒の一定時間Δｔ（回転子が固有振動により振動しながら同期化し安定化するまで）が必要である。
【００３３】
図３は１台のＰＭＳＭについてのものであり、この方法を２台以上Ｘ台のＰＭＳＭの始動に対して適用する場合は、同期化条件は多少厳しいものとなるが、ＰＭＳＭの抵抗値・ＧＤ2・印加電圧等を検討することにより確実な同期化を達成することができるものである。第１，第２実施例のいずれの同期始動方法を選択するかは、制御方式および台数を含めた全体バランスの検討により決定すればよいのである。
【００３４】
１ＣＸＭ（１台のインバータ装置でＸ台）でＰＭＳＭを始動する場合、前記したように、同時始動の可否を決定する一番の要素はＰＭＳＭの電機子抵抗値であり、次にＧＤ2、電源電圧が影響する。すなわち２台以上のＰＭＳＭを同時に始動させる場合、それらの抵抗値に余裕をもたせるとともに、インバータ装置により供給する電圧および周波数（低電圧、低周波数）およびその保持期間をゆっくり保つことにより始動電流（同期化電流）がＰＭＳＭに流れ込み、２台の場合は２台を同時に始動して完全に同期化させることが重要となる。この同期化が完全に実施されれば、さらに電源周波数を上げてＰＭＳＭの回転速度を増加してゆく過程では、互いに同期化力が働くので安定して上昇することとなる。この上昇過程および定格回転速度到達後の運転制御はＰＭＳＭの電圧および周波数の検出によるクローズド・ループ制御に切り替えることよって安定した運転が可能である。そして、単一のインバータ装置により２台以上のＰＭＳＭを確実に始動させることができるので、センサーレスのＰＭＳＭのコストを含め全体のコストを大幅に低減することができることとなる。
【実施例３】
【００３５】
センサーレスのＰＭＳＭが使われている個所が例えば大きな空調設備等である場合、ＰＭＳＭに直結された負荷は送風ファンであり、あるＰＭＳＭのセット（単一のインバータ装置により稼働する２台以上のＰＭＳＭ）を停止するために電源を切ると、他の運転中の送風ファンのつくる陽圧環境の影響で停止した送風ファンに圧力が加わり、通常とは反対の逆回転で廻ることとなる。その回転速度は定格回転速度の４０％にも達することがある。
本発明は、そのような逆回転時の状況で、２台以上のセンサーレスＰＭＳＭの場合でも確実に単一のインバータ電源と同期化させ、安定して始動させる方法を提案するものである。
【００３６】
２台の送風ファンがそれぞれ別電源（各個用のインバータ装置）のものであれば異なった回転速度（例えば一方は−Ｎ3min-1，他方は−Ｎ4min-1）で回転するところ、１Ｃ１Ｍの場合は両ＰＭＳＭの各相の巻線間を接続しておくことで、逆回転によって生ずる両ＰＭＳＭ間に流れる電流により発電制動が発生し、２台のＰＭＳＭを両ＰＭＳＭのそれぞれの回転のほぼ中間の−Ｎ5min-1という同一回転速度にて同期した状態にして、すなわち２つのＰＭＳＭを１つのＰＭＳＭに見立てることのできる状態にすることができる。
この状態でＰＭＳＭから発生する電圧・周波数を検知し、ＩＧＢＴ回路からそれに対応した電圧を印加することにより２台のＰＭＳＭを同時に同期化させて、回転を−Ｎ5min-1（逆回転）〜０min-1（停止）〜Ｎ0min-1（定格回転速度）に上昇させることができる。
【００３７】
さらに詳しく説明すると、２台のＰＭＳＭ（ａ）（ｂ）の場合（１Ｃ２Ｍ）、ＩＧＢＴ回路からの出力端子に両ＰＭＳＭの三相の端子をそれぞれ接続しておくのである。そこでこのセットを何らかの理由で停止するためにＩＧＢＴ回路の出力を切ると、ＰＭＳＭ（ａ）（ｂ）はＮ0min-1（定格回転速度）〜０min-1（停止）〜逆回転となるが、両機は電気的に接続されているので、逆回転した場合でも同期状態を保って、−Ｎ5min-1の同一回転速度で廻ることとなる。もし、両ＰＭＳＭ間に接続がなく単独である運転の場合、ＰＭＳＭ（ａ）（ｂ）は各ファン特性等の相違によりそれぞれ−Ｎ3min-1，−Ｎ4min-1の違った回転速度で廻ることになるが、電気的に接続した場合は制動電流が流れるので電気制動トルクが働き、−Ｎ3min-1と−Ｎ4min-1の中間の−Ｎ5min-1の回転速度で同期して回転することとなる。
したがって、電源基盤からその時のＰＭＳＭの発生電圧および周波数（ＰＭＳＭは発電機として作用）を検知し、インバータ装置はその電圧Ｖ5に対応した逆回転磁界の三相の電圧と周波数を印加して所定の電流を流して電源と同期化させ、その後電源の二相を切り替えて正方向の回転磁界とすることにより０min-1の状態まで移行することができるのである。
【００３８】
以上のプロセスにおいて、逆回転している状態からのセンサーレスのＰＭＳＭの始動が可能になる。これはＰＭＳＭが１台のみでなく、多数台のＰＭＳＭでも可能となることが大きな特徴である。
【００３９】
この逆回転時における同期化現象は０min-1時からの始動時の同期化現象とほぼ類似している。図４に示すように、時計方向に正回転方向をとると、逆回転方向は反時計方向となり、ＰＭＳＭ２台の場合は前述のように同期して−Ｎ5min-1で廻る逆回転磁界を作っているので、固定子巻線に誘起する周波数ｆ5は
ｆ5＝ＰＮ5／120（Ｈｚ）      （Ｐは極数）
となり、
ω5＝２πｆ5
であるから、巻線端子より検出した周波数から求めた角速度ω5に対して、インバータ装置より印加する電源としては逆回転磁界で角速度ω5±（0〜ω1）の範囲であれば同期化が可能であることが判る。ω1は同期化許容角速度である。実際にはω5±Δω1（Δω1＜ω1）の角速度を印加し、より同期化を容易且つ確実にすることが重要である。印加電圧は当然１）で述べた同期化に必要な電流を流すことができる電圧となる。図５のベクトルを参照。
【００４０】
図４の（ｂ）は同期化時のインバータ装置の出力の逆回転磁界を発生する電流の向きを示すものである。したがって同期化後は直ちに図４の（ｃ）のようにＶ，Ｗ相を入れ替えることにより正方向回転磁界に変更して回転速度を−Ｎ5min-1より０min-1まで戻すのである。多数台のＰＭＳＭでも容易且つ確実に上記のプロセスを行うことができるものとなる。０min-1からの始動は１）で述べた同期始動方法を適用するのである。
【実施例４】
【００４１】
本実施例では定格回転速度の７０％以下の回転速度時の安定化対策としての制御方法について説明する。
回転速度が定格回転速度より低下すると、特に送風ファン等の負荷の場合、その負荷トルクは回転速度の２乗に比例して低下する。したがってＰＭＳＭの必要とする電流もトルクに比例して低減してゆくこととなる。これはＰＭＳＭの内部相差角δが小さくなることを意味しており、１ＣＸＭの場合に２台以上のＰＭＳＭが１台のインバータ電源に接続されていると、電流値が大幅に低減した状態でそれぞれの送風ファン負荷の若干の特性の相違による内部相差角の差に基因する振動が発生し、安定な運転ができない現象が発生することがある。そこで同期運転中の２台以上のＰＭＳＭの電圧・周波数・電流値をインバータ装置のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）回路の出力側で検出し、インバータ装置より供給する電流の位相をＰＭＳＭの発生電圧より１５°以上の進相として内部相差角δを大きくすることにより電流を増加し、２台以上のＰＭＳＭを振動・乱調・脱調等を発生させないで運転するようにしたのである。
【００４２】
一般に定格運転時（定格回転速度）においては、ＰＭＳＭを最も効率よく運転するために直軸電流Ｉｄ＝０制御（モータ発生電圧と電流の位相を同相とする制御）を採用することが多い。この場合電流が最小値となるので、２台以上の並列運転の場合、上記のように回転速度を低下させて運転するときは振動あるいは乱調となる可能性が高くなるのである。これを改善するために電流の位相角を発生電圧より進めると、内部相差角δがδ＋Δδと大きくなり、また電流値も大きくなるので、負荷特性の相違により生ずる両ＰＭＳＭ（２台の場合）の有効電流の出入りがＩ2Ｒ損失の増加等により低減され、振動あるいは乱調を抑制することができることとなる。進相角は１５°以上、望ましくは２０°以上とすることで安定した抑制効果を期待することができることとなる。
【実施例５】
【００４３】
本実施例では故障時などにＰＭＳＭを安全に停止する方法について説明する。
ＰＭＳＭの回転速度に対応して発生する周波数の電圧・電流をインバータ装置のＩＧＢＴ回路で検出するとともに、同期運転中の２台以上のＰＭＳＭのうちの１台が故障等にて同期速度から脱調し回転速度が低下した際に発生する異周波数の電流をＩＧＢＴ回路で検出してインバータ装置の出力を遮断し、他方の健全なＰＭＳＭの回転を安全に停止するようにしたのである。
例えば２台のＰＭＳＭの運転時に、そのうち１台が軸受損傷などにて同期速度から脱調して停止に向かって回転速度が低下すると、ＰＭＳＭはその回転速度に対応した周波数の電圧を発生し、その電流はインバータ装置のＩＧＢＴ回路および別の１台に異周波数の電流として流れるので、この電流をＩＧＢＴ回路の出力側で検知し、インバータ装置の出力を切ると、このセットを安全に停止させることができることとなる。なお、前記故障機の１台が早期に完全に停止すればＩＧＢＴ回路から大きな電流が流れるので、ＯＣＲ（Over Current Relay）回路にて停止させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の制御方法は２台以上のセンサーレスのＰＭＳＭを使用する環境にて信頼性高く構成容易にてして且つコスト低減のメリットをもって広く利用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】１Ｃ１Ｍにおける始動時等価回路例
【図２】１ＣＸＭにおける回路例
【図３】第２実施例の同期始動方法の原理図
【図４】逆回転時の同期化の原理図
【図５】逆回転時に印加する電圧のベクトル図
【図６】同期始動方式の原理図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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