(57)【要約】回転子（１３）と、固定子巻線（１５）を備えた固定子（１４）とを有する電子整流式多相同期機を提案する。この電子整流式多相同期機はさらに、固定子巻線（１５）の複数の個々の相巻線（１５１〜１５３）に割当てられた半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を有する、固定子巻線（１５）を直流電圧源（１１）に接続するための回路装置（１０）と、半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を回転子位置信号から導出されたスイッチ信号により首尾一貫して制御するための整流装置（１７）とを有している。回転子位置をセンサなしで検出するために、固定子（１４）内に、各々の相巻線（１５１〜１５３）と誘導結合された補助巻線（１８１〜１８３）が配置されている。なお、回転子位置信号は補助巻線（１８１〜１８３）内に誘導された電圧から導出されたものである（図１）。
2004519996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子（１３）と、
複数の相巻線（１５１〜１５３）から成る固定子巻線（１５）を有する固定子（１４）と、
前記固定子巻線（１５）を直流電圧源（１１）に接続するための回路装置（１０）と、
前記半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を回転子位置を表す回転子位置信号に依存して形成されたスイッチ信号により首尾一貫して制御するための整流装置（１７）とを有する電子整流式多相同期機であって、
前記回路装置（１０）が前記複数の相巻線（１５１〜１５３）の各々に割当てられた半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を有している形式の電子整流式多相同期機において、
前記固定子（１４）内に、相巻線と誘導結合された少なくとも１つの補助巻線が配置されており、
前記回転子位置信号は、前記少なくとも１つの補助巻線内に誘導された電圧から導出される、ことを特徴とする電子整流式多相同期機。
【請求項２】
前記相巻線（１５１〜１５３）の各々に１つの補助巻線（１８１〜１８３）が割当てられており、
前記補助巻線（１８１〜１８３）の一方の端部は中性点（１９）につながれており、前記補助巻線（１８１〜１８３）の他方の端部と前記中性点（１９）との間では、前記各補助巻線（１８１〜１８３）内に誘導された電圧が取り出されるようになっている、請求項１に記載の同期機。
【請求項３】
前記各補助巻線（１８１〜１８３）には１つの零交差検出器（２１１〜２１３）が割当てられており、
前記零交差検出器は、前記補助巻線（１８１〜１８３）内に誘導された電圧が基準電位を上回ったこと及び下回ったことを検出し、そのつど回転子位置信号として出力する、請求項１又は２に記載の同期機。
【請求項４】
前記補助巻線（１８１〜１８３）の中性点（１９）は前記基準電位に置かれている、請求項３に記載の同期機。
【請求項５】
前記基準電位は前記直流電圧原（１１）のプラス極又はアース極から取り出される、請求項３又は４に記載の同期機。
【請求項６】
前記基準電位は基準電圧源（２０）から取り出される、請求項３又は４に記載の同期機。
【請求項７】
前記各補助巻線（１８１〜１８３）は断面積の小さな電線から作製されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の同期機。
【請求項８】
前記各補助巻線（１８１〜１８３）はできるだけ大きな巻数で実施されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の同期機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念による電子整流式多相同期機に関する。
【０００２】
ＥＣモータとも呼ばれる公知の三相同期電動機（ＤＥ  ４０  ４０  ９２６  Ｃ１）では、固定子巻線が星形結線で実施されており、この星形結線の中性点は直流電圧源の正電位に接続されている。同期電動機を動作させるための回路装置は、ＭＯＳＦＥＴとして形成された３つのパワートランジスタを有している。これら３つのパワートランジスタはそれぞれ固定子巻線の相巻線と直列になっており、ドレインはそれぞれ割当てられた相巻線に接続されており、ソースは共通の抵抗を介して直流電圧源の下限電位ないしアース電位に接続されている。パワーＭＯＳ−ＦＥＴのゲートには、整流装置により発生されたスイッチ信号が印加される。より厳密に言えば、抵抗で降下した基準電圧との差をとった後に印加される。回転子位置を読み取るために、３つの位置センサが設けられており、これら位置センサは、回転子又は電機子の回転位置に応じて出力信号を発し、これらの出力信号は、ゲートにおいて、重畳されずに１２０°分割で１つの三相信号に電気的に変換される。この三相信号は整流装置に供給され、整流装置は、パワートランジスタのために、一連の周期的矩形パルスから合成された要求されたスイッチ信号を発生させる。
【０００３】
発明の利点
請求項１に記載された特徴を有する本発明による電子整流式多相同期機の利点は、コスト面で非常に魅力的な、センサ不要の回転子位置検出である。回転子位置に関する情報を得る目的で、少なくとも１つの補助巻線に誘導された電圧を評価することは、少ない回路コストで簡単に可能である。
【０００４】
固定子内に１つの補助巻線だけを取り付けた場合、厳密に言うと、１つの相巻線にだけ補助巻線を割当てた場合、同期機の電気的回転ごとに１つの回転子位置情報しか供給されない。しかし、動特性に対する要求が低い場合には、しばしばこれで十分である。動特性に対する要求が高い場合には、各相巻線に１つの補助巻線が割当てられ、固定子巻線の各相巻線に対するスイッチ信号が回転子位置と同期される。したがって、三相同期機の場合には、回転子がそのつど電気角で１２０°回転する間に同期が行われる。
【０００５】
他の請求項において実施されている手段により、請求項１に示されている同期機の有利な変更形態及び改善が可能である。
【０００６】
本発明の有利な実施形態によれば、各補助巻線には１つの零交差検出器が割当てられており、零交差検出器は、各補助巻線内に誘導された電圧が基準電位を上回ったこと及び下回ったことを検出し、回転子位置信号として出力する。基準電位は有利にはアースであるが、基準電圧源を用いて明確に設定することもできる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態によれば、各補助巻線は断面積の小さな電線から作製されている。このため、補助巻線は固定子内で僅かな窓しか必要としない。補助巻線内には最小の電流しか流れないため、小さな断面積又は直径が可能である。
【０００８】
本発明の有利な実施形態によれば、補助巻線はできるだけ大きな巻数で巻かれており、このことにより、誘導電圧の振幅が大きくなり、より良好な評価が可能となる。
【０００９】
図面
本発明は、図に示された実施例に基づいて、以下の記述においてより詳細に説明される。
【００１０】
図１は、電子整流式三相同期機のブロック回路図であり、
図２は、図１の整流装置のブロック回路図であり、
図３は、図１による同期機の整流装置内の様々な信号のダイアグラムである。
【００１１】
実施例の説明
図１には、回路装置１０とともに直流電圧源１１により駆動される電子整流式三相同期機、以下では短くＥＣモータ１２と称する電子整流式三相同期機が、一般的な電子整流式多相同期機の実施例として示されている。ＥＣモータ１２は、永久磁石励磁式の回転子１３と、星形接続された固定子巻線１５を備えたスタータ１４とを有しており、固定子巻線１５の３つの相巻線１５１，１５２及び１５３は、固定子１４の周りに相互に電気角１２０°だけずらして配置されている。
【００１２】
回路装置１０は、一般的な半導体スイッチの実施例として、ＭＯＳ−ＦＥＴとして形成された全部で６つのパワートランジスタＴ１〜Ｔ６を有しており、これら６つのパワートランジスタのうち、それぞれ２つのパワートランジスタＴ１，Ｔ２ないしＴ３，５４ないしＴ５，Ｔ６が直列に接続されている。これらに共通の接続点はそれぞれ固定子巻線１５の巻線端子に接続されている。パワートランジスタＴ１〜Ｔ６の３つの直列回路は並列接続されており、この並列回路は直流電圧源１１に接続されており、この並列回路にはコンデンサ１６が並列接続されている。パワートランジスタＴ１〜Ｔ６は整流装置１７によりトリガされ、整流装置１７により発生されたスイッチ信号はパワートランジスタＴ１〜Ｔ６の制御入力側、つまりＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに印加される。スイッチ信号は整流装置１７により、ＥＣモータ１２の回転子１３の瞬時回転位置に関する情報を供給する回転子位置信号に依存して形成される。
【００１３】
回転子位置信号を得るために、ＥＣモータ１２の固定子１４内には３つの補助巻線１８１，１８２及び１８３が配置されている。固定子巻線１５の相巻線１５１〜１５３のうちの１つに対してそれぞれ１つの補助巻線１８１〜１８３が割当てられており、これら相巻線と誘導結合されている。補助巻線１８１〜１８３の一方の巻線端部は共通の中性点１９に接続されており、補助巻線１８１〜１８３の他方の巻線端部は整流装置１７へとつながっている。また中性点１９も整流装置１７につながっている。各補助巻線１８１〜１８３は断面積の小さな電線から作製されているため、固定子１４内に僅かな取付スペースしか要さない。各補助巻線１８１〜１８３は、補助巻線１８１〜１８３内に誘導される電圧の振幅を大きくするために、できるだけ大きな巻数で実施されている。補助巻線１８１〜１８３の誘導電圧から、整流装置１７内で回転子位置信号が導出され、この回転子位置信号を用いてパワートランジスタＴ１〜Ｔ６に対するスイッチ信号が形成される。
【００１４】
図２には、整流装置１７がブロック回路図でより詳細に示されている。整流装置１７の入力側１，２，３及びＳは、補助巻線１８１，１８２，１８３及び中性点１９と接続されている。入力側１，２及び３の１つずつに、３つの零交差検出器２１１，２１２及び２１３の２つの入力側の一方が接続されており、他方の入力側は基準電位、例えばアース電位に置かれている。このアース電位には、入力側Ｓを介して補助巻線１８１〜１８３の中性点１９も接続されている。択一的には、この固定基準電位が、図２において破線で示されている基準電圧源２０から取り出されるようにしてもよい。各々の補助巻線１８１〜１８３に割当てられた零交差検出器２１１〜２１３では、割当てられた補助巻線１８１〜１８３内に誘導された電圧が基準電位を上回ったこと及び下回ったことが検出され、零交差検出器２１１〜２１３の出力側でそれぞれ回転子位置信号として出力される。回転子位置信号はトリガパルス発生器２２に供給され、トリガパルスはトリガパルス発生器２２内で回転子位置信号と同期される。その結果、整流装置１７の出力側１〜６に、パワートランジスタＴ１〜Ｔ６に対する個々のスイッチ信号が現れる。整流装置１７内でのスイッチ信号の生成は図３のダイアグラムに示されている。ここで、ダイアグラムａは、補助巻線１５１〜１５３内に誘導され、整流装置１７の入力側１，２及び３に印加される電圧を、ダイアグラムｂは、零交差検出器２１１〜２１３により生成された回転子位置信号を、ダイアグラムｃは、整流装置１７の出力側１〜６で取り出し可能なパワートランジスタＴ１〜Ｔ６に対するスイッチ信号を、それぞれ回転子１３の電気角３６０°の回転に亘って示している。
【００１５】
本発明は、上で説明した電子整流式三相同期電動機の実施例に限定されるものではない。したがって、固定子内に、ただ１つの相巻線と誘導結合されたただ１つの補助巻線のみを設けてもよい。これにより、電気的回転ごとに１つの回転子位置情報しか得られないが、動特性に対する要求が低い場合にはしばしばこれで十分である。零交差検出器に対する基準電位としては、直流電圧源１１の電源電圧をそのまま又は分割して使用してもよい。また、同期機の固定子巻線の実施は３つの相巻線に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電子整流式三相同期機のブロック回路図である。
【図２】
図１の整流装置のブロック回路図である。
【図３】
図１による同期機の整流装置内の様々な信号のダイアグラムである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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