(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スター結線された３相の電機子巻線と励磁巻線とを有する同期電動機を駆動する駆動装置において、
高電位電源線および低電位電源線間の直流電圧のスイッチングを行って、前記同期電動機の３相の電機子巻線に与える３相の交流電圧を発生するインバータと、
前記３相の電機子巻線の中性点と前記低電位電源線または前記高電位電源線の一方との間に介挿され、前記励磁巻線と並列接続されたコンデンサと
を具備することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記３相の電機子巻線の中性点と前記コンデンサおよび前記励磁巻線の接続点との間に介挿されたスイッチを具備することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記励磁巻線に流れる電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出される電流値を目標値に一致させるための前記インバータの制御を行う手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁巻線を有する同期電動機を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子を通過する磁束を発生する励磁巻線を備え、この励磁巻線により発生される磁束と固定子巻線が発生する磁束とにより回転子にトルクを発生させる同期電動機が各種提供されている。この同期電動機には、励磁巻線を回転子側に備えた構成のものと、励磁巻線を固定子側に備えた構成のものとがある。前者の同期電動機は、回転子とともに回転する励磁巻線に電流を流すために、回転子にスリップリングを設け、このスリップリングを介して励磁巻線に電流を供給する必要がある。従って、この構成は、スリップリングにおいて火花が発生する問題、スリップリングを使用するため同期電動機の寿命が短くなる問題がある。これに対し、後者の構成には、このような問題がない。
【０００３】
図７は励磁巻線を固定子側に備えた同期電動機１０の構成例を示す縦断面図である。なお、この同期電動機１０は、特許文献１に開示されている。図７において、同期電動機１０の固定子１は、中空円筒状の電機子ヨーク４と、その内周に固定された電機子鉄心２とを有する。この電機子鉄心２は、軸方向に２分割された成層鉄心であり、片側の部分がＮ極側鉄心２ａ、他の片側の部分がＳ極側鉄心２ｂとなっている。このＮ極側鉄心２ａとＳ極側鉄心２ｂは、リング状の直流の励磁巻線５を挾むように軸方向に沿って備えられている。そして、Ｎ極側鉄心２ａとＳ極側鉄心２ｂとは、電機子ヨーク４によって磁気的に結合されかつ機械的に支持されている。また、電機子巻線３は、Ｎ極側鉄心２ａとＳ極側鉄心２ｂとをまたぐようにして備えられている。
【０００４】
同期電動機１０の回転子１１は、回転子鉄心１２と永久磁石１３とを有する。このうち回転子鉄心１２はシャフト１５に連結された回転子ヨーク１４に支持固定されている。そして、回転子鉄心１２は、部分的に突き出た構造で突極状をなし、永久磁石１３が備えられる部分以外の個所に形成された突極状部１２ａを有する。
【０００５】
図８は回転子１１の構成を示す斜視図である。図７における回転子鉄心１２の突極状部１２ａは、図８に示すように、固定子１のＮ極側鉄心２ａに対向したＮ極側突極状部１２ａＮと、固定子１のＳ極側鉄心２ｂに対向したＳ極側突極状部１２ａＳとに分けられている。すなわち、突極状部１２ａは、固定子のＮ極側鉄心２ａとＳ極側鉄心２ｂとの軸方向の長さに対応して設けられ、しかも周方向に一定幅を有してＮ極側突極状部１２ａＮおよびＳ極側突極状部１２ａＳとして存在する。そして、Ｎ極側突極状部１２ａＮの周方向隣りには電機子鉄心２と対向する面にＮ極を有する永久磁石（以下、Ｎ極用永久磁石という）１３が配置され、またＳ極側突極状部１２ａＳの周方向隣りには電機子鉄心２と対向する面にＳ極を有する永久磁石（以下、Ｓ極用永久磁石という）１３が配置されている。また、回転子１１の軸方向には、Ｎ極側突極状部１２ａＮとＳ極用永久磁石１３とが並び、またＮ極用永久磁石１３とＳ極側突極状部１２ａＳとが並んでいる。この結果、回転子１１は、Ｎ極側突極状部１２ａＮとＮ極用永久磁石１３とが周方向に交互に配置され、軸方向に励磁巻線５の分だけ隔たってＳ極側突極状部１２ａＳとＳ極用永久磁石１３とが周方向に交互に配置され、しかも軸方向には突極状部１２ａと永久磁石１３とが並んでいるものである。また、突極状部１２ａは、周方向に永久磁石１３の極数と同じ数だけ形成されている。
【０００６】
このような構成において、励磁巻線５に直流電流を流した場合、例えば図７に実線で示すように、固定子１の電機子ヨーク４→Ｓ極側鉄心２ｂ→ギャップ→Ｓ極側突極状部１２ａＳ→回転子鉄心１２→回転子ヨーク１４→回転子鉄心１２→Ｎ極側突極状部１２ａＮ→ギャップ→Ｎ極側鉄心２ａ→電機子ヨーク４という具合に閉磁路が形成される。この場合、磁束の方向は、直流電流の向きにより制御でき、大きさは電流の大きさにより制御できる。
【０００７】
ここで、直流励磁電流を０にすると、直流励磁電流による磁束は存在せず、永久磁石１３による磁束のみとなる。つまり、Ｎ極用永久磁石１３から発生した磁束は、ギャップ→Ｎ極側鉄心２ａ→電機子→電機子ヨーク４→Ｓ極側鉄心２ｂ→ギャップ→Ｓ極用永久磁石１３→回転子鉄心１２→回転子ヨーク１４→回転子鉄心１２→Ｎ極用永久磁石１３からなる経路を辿る。この場合、ギャップ磁束は、永久磁石１３の残留磁束密度（磁石の特性）と表面積で決まることになる。かかる状態を回転子表面での磁束としてみると、Ｎ極用永久磁石１３から電機子ヨーク４を通りＳ極用永久磁石１３に至り、このＳ極用永久磁石１３から回転子ヨーク１４を通りＮ極用永久磁石１３に至る。従って、回転子１１の回転によって電機子巻線３を構成する各コイルは、Ｎ極またはＳ極のどちらか一方の極の磁束を切ることとなり、この結果、電機子巻線３には回転数と極数とによって定まる周波数の交流電圧が誘起される。こうして、永久磁石１３によって生ずる誘起電圧と電源電圧とにより決まる最大回転数が得られる。
【０００８】
また、直流励磁電流による磁束が永久磁石１３の磁束と同一方向となる場合、永久磁石１３による磁束は、Ｎ極用永久磁石１３とＳ極用永久磁石１３との間で作られることに変りはない。一方、直流の励磁巻線５による磁束は、磁気抵抗が小さな経路を通り、Ｓ極側鉄心２ｂ→ギャップ→Ｓ極側突極状部１２ａＳ→回転子鉄心１２→回転子ヨーク１４→回転子鉄心１２→Ｎ極側突極状部１２ａＮ→ギャップ→Ｎ極側鉄心２ａ→電機子ヨーク４を通る。この場合、永久磁石１３による透磁率は空気に近く、磁石の磁気抵抗が大きいため、直流磁束は突極状部１２ａを通る。この結果、回転子表面での合成磁束数をみると、Ｎ極側突極状部１２ａＮから出た磁束が軸方向に並んでいるＳ極用永久磁石１３へ至り、Ｎ極用永久磁石１３から出た磁束が軸方向に並んでいるＳ極側突極状部１２ａＳへ至ることになる。したがって、電機子巻線３を構成する軸方向に沿って配列された各コイルでは、Ｎ極側で切る磁束の方向とＳ極側で切る磁束の方向が逆となり、互いに反対方向の誘起電圧が生じ、全体として誘起電圧は減少する。つまり、直流励磁電流の大きさによって、誘起電圧を小さくすることができ、その大きさによっては誘起電圧を０とすることができる。こうして、永久磁石１３の磁束と同一方向の磁束を作ることによって、等価的に界磁磁束を弱める（減磁する）こととなる。
【０００９】
また、直流励磁電流による磁束が永久磁石１３の磁束と異なる（反対）方向となる場合も、永久磁石１３による磁束は、Ｎ極用永久磁石１３とＳ極用永久磁石１３とにより作られることに変りはない。一方、直流の励磁巻線５による磁束は、やはり磁気抵抗の小さな経路を通り、Ｎ極側鉄心２ａ→ギャップ→Ｎ極側突極状部１２ａＮ→回転子鉄心１２→回転子ヨーク１４→回転子鉄心１２→Ｓ極側突極状部１２ａＳ→ギャップ→Ｓ極側鉄心２ｂ→電機子ヨーク４を通る。この結果、回転子表面での合成磁束をみると、Ｎ極用永久磁石１３から出た磁束が周方向に隣り合うＮ極側突極状部１２ａＮへ至り、またＳ極側突極状部１２ａＳから出た磁束が周方向に隣り合うＳ極用永久磁石１３へ至ることになる。したがって、電機子巻線３を構成する軸方向に沿ってスロット内を通る各コイルでは、Ｎ極側で切る磁束の方向とＳ極側で切る磁束の方向とが同方向となり、同一方向の誘起電圧が生じ、全体として誘起電圧が増加する。つまり、直流励磁電流の大きさによって誘起電圧を高くすることができる。こうして、永久磁石１３の磁束と反対方向の磁束を作ることにより、等価的に界磁磁束を強める（増磁する）こととなる。
【００１０】
図９は以上説明した同期電動機１０とその駆動装置１００の回路構成例を示す回路図である。図９において、駆動装置１００は、インバータ１１０と、インバータ制御回路部１２０と、励磁回路１３０とを有する。
【００１１】
前掲図７の同期電動機１０の電機子巻線３は、図９に示すようにスター結線された３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗにより構成されている。インバータ１１０は、この３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗに３相の交流電圧を供給する手段である。
【００１２】
図９に示すように、インバータ１１０は、高電位電源線１１３Ｐおよび低電位電源線１１３Ｎ間に介在する３相の上アームスイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｖおよび１１１Ｗと、３相の下アームスイッチング素子１１２Ｕ、１１２Ｖおよび１１２Ｗとを有する。ここで、高電位電源線１１３Ｐおよび低電位電源線１１３Ｎ間には直流電源１１４から直流電源電圧Ｖ１が出力される。
【００１３】
上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子の各々は、互いに逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）とフライホイールダイオードとにより構成されている。
【００１４】
ここで、上アームスイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｖおよび１１１Ｗの各ＩＧＢＴのコレクタは、高電位電源線１１３Ｐに各々接続され、下アームスイッチング素子１１２Ｕ、１１２Ｖおよび１１２Ｗの各ＩＧＢＴのエミッタは、低電位電源線１１３Ｎに各々接続されている。そして、上アームスイッチング素子１１１ＵのＩＧＢＴのエミッタは、下アームスイッチング素子１１２ＵのＩＧＢＴのコレクタと接続されており、このエミッタおよびコレクタの接続点が同期電動機１０のＵ相の電機子巻線３Ｕに接続されている。同様に、上アームスイッチング素子１１１ＶのＩＧＢＴのエミッタは、下アームスイッチング素子１１２ＶのＩＧＢＴのコレクタと接続されており、このエミッタおよびコレクタの接続点が同期電動機１０のＶ相の電機子巻線３Ｖに接続されている。また、上アームスイッチング素子１１１ＷのＩＧＢＴのエミッタは、１１２ＷのＩＧＢＴのコレクタと接続されており、このエミッタおよびコレクタの接続点が同期電動機１０のＷ相の電機子巻線３Ｗに接続されている。
【００１５】
励磁回路１３０は、図７に示す励磁巻線５に励磁電圧Ｖ２を供給する可変電源１３１を有する。励磁回路１３０は、この可変電源１３１が出力する励磁電圧Ｖ２を変化させることにより励磁巻線５に流す励磁電流を変化させ、上述した増磁、減磁等の界磁磁束の制御を行う。
【００１６】
インバータ制御回路部１２０は、図示しないコントローラから与えられるトルク指令値に基づいて、インバータ１１０の各上アームスイッチング素子および各下アームスイッチング素子の各ＩＧＢＴのゲートに与えるゲート信号を制御し、インバータ１１０から同期電動機１０の３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗに与える３相交流電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−３５１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上述した従来の同期電動機の駆動装置は、励磁巻線に励磁電流を流すための励磁回路が必要であり、この励磁回路の分だけコストが嵩む問題があった。
【００１９】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、励磁巻線を備えた同期電動機を駆動する手段として、励磁回路の不要な駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明は、スター結線された３相の電機子巻線と励磁巻線とを有する同期電動機を駆動する駆動装置において、高電位電源線および低電位電源線間の直流電圧のスイッチングを行って、前記同期電動機の３相の電機子巻線に与える３相の交流電圧を発生するインバータと、前記３相の電機子巻線の中性点と前記低電位電源線または前記高電位電源線の一方との間に介挿され、前記励磁巻線と並列接続されたコンデンサとを具備することを特徴とする駆動装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、高電位電源線および低電位電源線間の直流電源電圧に依存した直流電圧が、３相の電機子巻線の中性点と低電位電源線または高電位電源線との間に介挿されたコンデンサに充電される。そして、このコンデンサの充電電圧が励磁巻線に印加される。従って、励磁回路を設けることなく、同期電動機の励磁巻線に励磁電流を流すことができる。コンデンサに充電される電圧は、インバータから３相の電機子巻線に供給する交流電圧を制御することにより制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施形態である同期電動機の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】この発明の第２実施形態である同期電動機の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図３】降圧コンバータの構成例を示す回路図である。
【図４】同実施形態における励磁電圧の制御方法を説明する図である。
【図５】この発明の第３実施形態である同期電動機の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図６】同実施形態の動作を示す図である。
【図７】励磁巻線を備えた同期電動機の構成例を示す縦断面図である。
【図８】同電動機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図９】同電動機とその駆動装置の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である同期電動機の駆動装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。なお、この図において前掲図９に示された各部と対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態による駆動装置１００Ａの駆動対象は、前掲図９の駆動装置１００と同様、図７〜図９に示されるような励磁巻線５を固定子１に備えた同期電動機１０である。本実施形態による駆動装置１００Ａは、前掲図９の駆動装置１００と異なり、励磁回路１３０を備えていない。その代わりに、本実施形態による駆動装置１００Ａは、コンデンサ１４０を備えている。このコンデンサ１４０は、同期電動機１０においてスター結線された３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗの中性点３Ｑと低電位電源線１１３Ｎとの間に介挿され、励磁巻線５と並列接続されている。以上が本実施形態の構成である。
【００２５】
本実施形態では、インバータ制御回路部１２０からインバータ１１０の上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子の各ＩＧＢＴにゲート信号が供給され、各ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦ駆動が行われる。ここで、低電位電源線１１３Ｎの電位を０Ｖ、高電位電源線１１３Ｐの電位をＶ１とした場合、各ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦ駆動が行われることにより、瞬時には、０ＶまたはＶ１がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧としてインバータ１１０から出力される。そして、この電圧を時間軸上で均して観測すると、電位Ｖ１／２を中性点レベルとして平衡した３相の交流電圧がインバータ１１０から同期電動機１０の３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗに供給されることとなる。この結果、同期電動機１０の固定子１内において、回転子１１の回転軸廻りに回転する回転磁界が発生する。
【００２６】
また、同期電動機１０では、電圧Ｖ１／２を中心として平衡した３相の交流電圧が３相の電機子巻線３Ｕ、３Ｖおよび３Ｗに供給される結果、３相の電機子巻線の中性点３Ｑの電圧Ｖ２がＶ１／２となる。この結果、電圧Ｖ２＝Ｖ１／２がコンデンサ１４０に充電され、このコンデンサ１４０の充電電圧Ｖ２＝Ｖ１／２が励磁巻線５に印加され、励磁巻線５に励磁電流が流れる。そして、本実施形態では、電圧Ｖ２＝Ｖ１／２が印加された場合に最適な励磁電流が流れるように励磁巻線５の巻回数が決定されている。従って、本実施形態によれば、励磁回路を設けることなく、適切な励磁電流を励磁巻線５に流すことができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
図２は、この発明の第２実施形態である同期電動機の駆動装置１００Ｂの回路構成を示す回路図である。なお、この図において前掲図９および図１に示された各部と対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
本実施形態による駆動装置１００Ｂは、上記第１実施形態の駆動装置１００Ａに対し、減算器１４１、ＰＩ調節器１４２および電流検出器１４３を追加し、かつ、インバータ制御回路部１２０をインバータ制御回路部１２０Ｂに置き換えた構成となっている。ここで、電流検出器１４３は、励磁巻線５に流れる電流を検出し、電流検出値Ｉｆとして出力する。減算器１４１は、この電流検出値Ｉｆから励磁巻線５に流す目標電流値Ｉｆ＊を減算し、差分Ｉｆ−Ｉｆ＊を出力する。ＰＩ調節器１４２は、この差分Ｉｆ−Ｉｆ＊に対してＰ（比例）要素およびＩ（積分）要素を作用させることにより、励磁電圧Ｖ２の目標値Ｖ２＊を生成する。そして、インバータ制御回路部１２０Ｂは、目標値Ｖ２＊に基づいて、主回路部１１０に供給するゲート信号の制御を行うことにより主回路部１１０から同期電動機１０に供給するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電圧の中性点レベルを制御し、励磁電圧Ｖ２を目標値Ｖ２＊に一致させる。
【００２９】
この励磁電圧Ｖ２の制御について具体的に説明すると次の通りである。まず、図３に例示する降圧コンバータは、スイッチＳと、インダクタＬと、コンデンサＣと、抵抗Ｒと、ダイオードＤ０と、電圧Ｖ１の直流電源とにより構成されている。この降圧コンバータにおいて、スイッチＳを周期的に開閉した場合、コンデンサＣの両端に得られる出力電圧Ｖ２は、直流電源からの入力電圧Ｖ１と、スイッチＳのＯＮデューティ比Ｄ（Ｄ＝０〜１）により次式のように表すことができる。
Ｖ２＝Ｄ×Ｖ１                ……（１）
【００３０】
図２においてインバータ１００Ｂによる励磁電圧Ｖ２の制御は、この降圧コンバータと基本的に同様な原理に基づいて行われる。図４（ａ）は、インバータ制御回路部１２０Ｂに与えられる１相分の電圧指令値の波形を例示している。この例では、０Ｖを中心に正負対称な正弦波状に変化する電圧指令値がインバータ制御回路部１２０Ｂに与えられている。この場合、インバータ制御回路部１２０Ｂは、当該相の交流電圧を出力するスイッチング素子のＯＮデューティ比Ｄを０．５を中心として上下対称に正弦波状に変化させる。当該相以外の他の２相に関しても同様な制御が行われる。この結果、インバータ１１０から同期電動機１０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電機子巻線に対し、０Ｖを中心として正負対称な正弦波状の交流電圧が与えられる。この場合、コンデンサ１４０の両端の励磁電圧Ｖ２はＶ１／２となる。そして、インバータ１１０では、ＯＮデューティ比Ｄを０〜１まで変化させることにより、最大振幅±Ｖ１／２の交流電圧を同期電動機１０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電機子巻線に与えることが可能である。
【００３１】
本実施形態では、励磁電圧Ｖ２をＶ１／２以外に制御することを可能にするため、インバータのすべての相電圧の指令値に同じオフセットを重畳する。例えば、励磁電圧Ｖ２を０．７５×Ｖ１とする場合、図４（ｂ）に示すように＋Ｖ１／４を中心として上下対称な電圧指令値を生成する。この場合、各相の交流電圧を出力するスイッチング素子のＯＮデューティ比Ｄを０．７５±０．２５の範囲で変化させることにより、最大振幅±Ｖ１／４の交流電圧を同期電動機１０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電機子巻線に与えることが可能である。この場合、コンデンサ１４０に充電される励磁電圧Ｖ２は３Ｖ１／４となる。そして、インバータ１１０では、ＯＮデューティ比Ｄを０．５〜１まで変化させることにより、最大振幅±Ｖ１／４の交流電圧を同期電動機１０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電機子巻線に与えることが可能である。
【００３２】
以上のようにインバータ制御回路部１２０Ｂの電圧指令値に基づいて、励磁電圧Ｖ２を直流電圧Ｖ１の０〜１．０倍の間で制御することができる。
【００３３】
本実施形態に好適な同期電動機１０の制御方法として、次のような方法が考えられる。まず、同期電動機１０が低速であり、電機子巻線に与える電圧が低い領域では、ＯＮデューティ比を大きめにして界磁を強めた状態で同期電動機１０を制御する。また、同期電動機１０が高速であり、電機子巻線に与える電圧が高い領域では、励磁電圧Ｖ２をＶ１／２として同期電動機１０を制御するのである。
【００３４】
本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に加え、励磁電圧Ｖ２の可変制御が可能であるため、励磁巻線５に流す励磁電流を最適値に制御することができる、という効果が得られる。
【００３５】
なお、上記第１実施形態ではオープンループ制御となるが、同様にインバータ制御回路部１２０の電圧指令値を調整することにより、直流電圧Ｖ１の０〜１．０倍の間で励磁電圧Ｖ２の可変制御が可能である。
【００３６】
＜第３実施形態＞
図５は、この発明の第３実施形態である同期電動機の駆動装置１００Ｃの回路構成を示す回路図である。なお、この図において前掲図９および図１に示された各部と対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態による駆動装置１００Ｃは、上記第１実施形態の駆動装置１００Ａに対し、スイッチ１４４を追加した構成となっている。
【００３７】
このスイッチ１４４は、同期電動機１０の回転速度が所定の閾値未満である低速域ではＯＮとなり、コンデンサ１４０および励磁巻線５の接続点を３相の電機子巻線の中性点３Ｑに接続する。このため、低速域では、中性点３Ｑおよび低電位電源線１１３Ｎ間の電圧Ｖ２が励磁巻線５に与えられ、励磁巻線５に励磁電流が流れる。従って、低速域において、同期電動機では、回転子の永久磁石によって生成される磁束と励磁電流による磁束とを合わせた磁束が界磁磁束となり、大きなトルクを発生することが可能である。
【００３８】
一方、スイッチ１４４は、同期電動機１０の回転速度が所定の閾値以上である高速域ではＯＦＦとなり、コンデンサ１４０および励磁巻線５の接続点を３相の電機子巻線の中性点３Ｑから切り離す。このため、高速域では、励磁巻線５に励磁電流が流れず、同期電動機では、回転子の永久磁石によって生成される磁束のみが界磁磁束となる。その影響は、３相の電機子巻線に発生する誘起電圧の変化となって現れる。
【００３９】
図６は本実施形態における同期電動機１０の回転速度と３相の電機子巻線に発生する誘起電圧との関係を示す図である。図６に示すように、３相の電機子巻線に発生する誘起電圧は、同期電動機１０の回転速度に依存して大きくなる。そして、本実施形態では、図６に示すように、同期電動機１０の回転速度が閾値以上になると、スイッチ１４４がＯＦＦとなり、同期電動機１０では、回転子の永久磁石によって生成される磁束のみが界磁磁束となる。このため、３相の電機子巻線に発生する誘起電圧が低下する。ここで、誘起電圧が３相の電機子巻線に与えられる端子電圧を越えると、同期電動機１０において回生制動が働くため、回転速度をさらに高めることが困難になる。しかしながら、本実施形態では、高速域において、スイッチ１４４がＯＦＦとなって界磁磁束が減り、誘起電圧が低下するため、同期電動機１０の回転速度の上限値を高めることが可能である。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、上記第１実施形態に対してスイッチ１４４を追加した簡単な構成により、特別な励磁回路を設けることなく、同期電動機１０の励磁巻線５に流す励磁電流を制御し、同期電動機１０の回転速度の範囲を広げることができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば上記各実施形態では、３相の電機子巻線の中性点３Ｑと低電位電源線１１３Ｎとの間に励磁巻線５およびコンデンサ１４０を介挿したが、３相の電機子巻線の中性点３Ｑと高電位電源線１１３Ｐとの間に励磁巻線５およびコンデンサ１４０を介挿してもよい。また、上記実施形態では、励磁巻線５が生成する磁束と永久磁石が生成する磁束とを界磁磁束とする同期電動機に本発明を適用したが、励磁巻線５が生成する磁束のみを界磁磁束とする同期電動機に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ……駆動装置、１０……同期電動機、３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ……電機子巻線、５……励磁巻線、１４０……コンデンサ、１１０……主回路部、１１１Ｕ，１１１Ｖ，１１１Ｗ……上アームスイッチング素子、１１２Ｕ，１１２Ｖ，１１２Ｗ……下アームスイッチング素子、１１３Ｐ……高電位電源線、１１３Ｎ……低電位電源線、１１４……直流電源、１２０……インバータ制御回路部、１４１……減算器、１４２……ＰＩ調節器、１４３……電流検出器、１４４……スイッチ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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