(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流巻線を巻回した電機子と、永久磁石を界磁としてロータに有する永久磁石同期電動機であって、各相の巻線を２つの巻線Ｎａ，Ｎｂに分け、１つの巻線Ｎｂの巻終わり（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）をＹ接続し、前記巻線Ｎｂの巻始め（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）、他の巻線Ｎａの巻始め（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）及び巻終わリ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をリード線として、各相３本、Ｕ，Ｖ，Ｗの総計９本の電動機リード線を前記電機子から取り出した永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法において、
制御インバータ出力に接続されるリード線をインバータリード線Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０としたとき、接点Ｔ１をインバータリード線（Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０）と電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）の間に、接点Ｔ２を電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の間に、接点Ｔ３を電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と電動機リード線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）との間に、接点Ｔ４をインバータリード線（Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０）と電動機リード線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）の間に入れ、
電動機回転速度が高速巻線モードの回転速度から０速までの減速モードの際は、
Ｔ１：ＯＦＦ、  Ｔ２：ＯＮ、  Ｔ３：ＯＦＦ、  Ｔ４：ＯＮ
に切り替え、減速モードの際、インバータで回生制動制御を行いながら、巻線Ｎａに生じている誘起電圧を短絡させることで発電制動を併用させることを特徴とする永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法。
【請求項２】
請求項１において、電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の間に入れる接点Ｔ２に直列に負荷インピーダンスを入れることを特徴とする永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記接点Ｔ１とＴ２を、片方の接点が開放の場合は、もう片方の接点が接触しているようなコンタクタにし、接点Ｔ３とＴ４もＴ１，Ｔ２と同様のコンタクタを用いることを特徴とする永久磁石同期電動機の巻線切リ替え方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、制御対象となる電動機を、永久磁石をロータコアに施された磁石挿入穴に挿入固定させた、内磁形永久磁石同期電動機としたことを特徴とする永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機用途の永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法に関し、特に高速巻線での減速で０速までの減速時間を大幅に短縮させる接点の挿入構成法およびその切り替えシーケンスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石同期電動機の巻線切り替えシステムは、１例として図４に示すようになっている。図において、Ｎａは第１巻線、Ｎｂは第２巻線、Ｔ３およびＴ４は接点である。第２巻線Ｎｂの巻終わり（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）はＹ接続し、第２巻線Ｎｂの巻始め（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）と第１巻線Ｎａの巻終わリ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を接点Ｔ３を介して接続し、第２巻線Ｎｂの巻始め（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）と第１巻線Ｎａの巻始め（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）を接点Ｔ４を介して接続し、第１巻線Ｎａの巻始め（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）に、インバータの３相の出力が供給される。
図５は従来のインバータ制御装置を示すものであり、１は永久磁石同期電動機、２は電動機１の回転位置を検出する回転センサ、３は回転センサ２の出力に基づいて速度ωfbを演算する速度演算器、４は速度指令ω*と検出速度ωfbとの偏差に基づいてｑ軸電流指令Ｉq*を演算する減算器、５は検出速度ωfbに基づいてＩd0を演算するＩd0演算器、６は検出速度ωfbとｑ軸電流指令Ｉq*に基づいてＩd1を演算するＩd1演算器、７はＩd0とＩd1に基づいてｄ軸電流指令Ｉd*を演算する加算器、８は電動機１に流れる電流３相の電流を２相の電流に変換する３相ｄ−ｑ変換器、９及び１０は３相ｄ−ｑ変換器８によって変換された２相の検出電流ＩqfbとＩdfbをそれぞれ電流指令Ｉq*とＩd*から減算して電流偏差を演算する減算器、１１はインバータ制御部、１２はインバータ制御部１１から出力された電圧指令Ｖ*と位相指令θ*に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）信号を発生するＰＷＭ発生器、１３はインバータパワー部である。そして、インバータ制御部１１には、図４に示した接点Ｔ３，Ｔ４の切替を行うコンタクタＢ１４が設けられている。
【０００３】
以上の従来の装置において、ＭＯＤＥ１の重切削を行う低速巻線は、接点Ｔ３をＯＮ、接点Ｔ４をＯＦＦとなるように図５に示す制御ブロック図でコンタクタＢ１４をインバータ制御部１１から制御し、２つの巻線Ｎａ，Ｎｂが直列接続となるようにし、電動機１のアンペアターンを増加させることで大トルクが出せるようにする。
高速切削時（ＭＯＤＥ２）は、トルクよりも電動機１の速度が必要なため、電動機１のアンペアターンを減らし、電圧飽和にかからないようにする。そのためには、ＭＯＤＥ１とは逆に接点Ｔ３をＯＦＦにして、接点Ｔ４をＯＮにすることで巻線Ｎａが開放となるようにする。また、０から最高回転速度までの加速、最高回転速度から０までの減速（ＭＯＤＥ３）モードも、ＭＯＤＥ２と同様の切り替えシーケンスとなる。
つまりここで問題としている減速モードは、加速モード時と同様の電流制御でこれを最高回転速度から０というように逆にコントロールして、加速パワーと同様のパワーで回生制動するだけであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、減速時間が加速時間とほぼ同等であるという問題があった。つまり、工作機において実加工をしていない加速・減速時間は無駄時間でありできるだけ短い方が望ましい。加速時間は、電動機イナーシャ＋負荷イナーシャとインバータの最大パワーで決まり、これは、電動機ドライブシステム（電動機＋インバータ）の性能から仕方ないとしても、従来技術のように電動機の回生制動のみでは、これも電動機ドライブシステムの性能限界から加速時間とほぼ同様の減速時間しか得られなかった。実際は、電動機鉄損、機械損がブレーキとして働くので加速時間より若干短くなる。
そこで本発明は、減速時において、減速時間を短縮し、工作機の加工のタクトタイムを短くして、生産性の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、３相交流巻線を巻回した電機子と、永久磁石を界磁としてロータに有する永久磁石同期電動機であって、各相の巻線を２つの巻線Ｎａ，Ｎｂに分け、１つの巻線Ｎｂの巻終わり（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）をＹ接続し、前記巻線Ｎｂの巻始め（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）、他の巻線Ｎａの巻始め（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）及び巻終わリ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をリード線として、各相３本、Ｕ，Ｖ，Ｗの総計９本の電動機リード線を前記電機子から取り出した永久磁石同期電動機の巻線切り替え方法において、
制御インバータ出力に接続されるリード線をインバータリード線Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０としたとき、接点Ｔ１をインバータリード線（Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０）と電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）の間に、接点Ｔ２を電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の間に、接点Ｔ３を電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と電動機リード線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）との間に、接点Ｔ４をインバータリード線（Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０）と電動機リード線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）の間に入れ、
電動機回転速度が高速巻線モードの回転速度から０速までの減速モードの際は、
Ｔ１：ＯＦＦ、  Ｔ２：ＯＮ、  Ｔ３：ＯＦＦ、  Ｔ４：ＯＮ
に切り替え、減速モードの際、インバータで回生制動制御を行いながら、巻線Ｎａに生じている誘起電圧を短絡させることで発電制動を併用させるものである。
この巻線切り替え方法において、電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の間に入れる接点Ｔ２に直列に負荷インピーダンスを入れること、前記接点Ｔ１とＴ２を、片方の接点が開放の場合は、もう片方の接点が接触しているようなコンタクタにし、接点Ｔ３とＴ４もＴ１，Ｔ２と同様のコンタクタを用いることができる。
前記の巻線切り替え方法において、制御対象となる電動機を、永久磁石をロータコアに施された磁石挿入穴に挿入固定させた、内磁形永久磁石同期電動機とすることができる。
上記手段により、減速モード時、巻線Ｎｂでの回生制動と、巻線Ｎａの短絡発電制動との併用の減速となるので、従来技術に対して、短絡発電制動効果の分だけ減速時間が短縮される。
また、接点Ｔ１とＴ２をペア、Ｔ３とＴ４をペアとすることで、コンタクタの総数を減少することができ、信頼性を向上させることができる。
さらに、内磁形永久磁石同期電動機とすることで、加減速時にマグネット接着にかかるストレスによる剥離を防ぐことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施例における巻線の構成を示す配線図、図２は本発明の巻線切り替え方法を実施するための回路図である。
本実施例においては、図４の従来技術に加えて、切り替え接点Ｔ１を第１巻線Ｎａの両端と、切り替え接点Ｔ２を電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）とインバータリード線端（Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０）との間に入れ、減速時にＴ１をＯＦＦ，Ｔ２をＯＮに制御するものである。また、本実施例では、切り替え接点Ｔ１に直列に負荷インピーダンスＺを挿入している。この切り替え接点Ｔ１及びＴ２の制御は、図２に示すように、インバータ制御部１１からの制御信号によって制御されるコンタクタＡ１５により行われる。
【０００７】
本発明実施例においては、表１の切り替えシーケンスに示されるように、
電動機回転速度が低速で高トルクが必要な低速巻線モードの際は、第１巻線Ｎａと第２巻線Ｎｂを直列接続にして電流を流すために、各切り替え接点を次の状態にする。
Ｔ１：ＯＮ、  Ｔ２：ＯＦＦ、  Ｔ３：ＯＮ、  Ｔ４：ＯＦＦ
電動機回転速度が高速で低トルクで駆動する高速巻線モードおよび最高回転速度のまでの加速モードの際は、第２巻線Ｎｂのみに電流を流すために、各切り替え接点を次の状態にする。
Ｔ１：ＯＮ、  Ｔ２：ＯＦＦ、  Ｔ３：ＯＦＦ、  Ｔ４：ＯＮ
電動機回転速度が高速巻線モードの回転速度から０速までの減速モードの際は、第２巻線Ｎｂに電流を流すとともに、減速時間を短縮するために、インバータで回生制動制御を行いながら、第１巻線Ｎａに生じている誘起電圧を短絡させることで発電制動を併用するために、各切り替え接点を次の状態にする。
Ｔ１：ＯＦＦ、  Ｔ２：ＯＮ、  Ｔ３：ＯＦＦ、  Ｔ４：ＯＮ
【０００８】
【表１】
0003968673.tif 000002
【０００９】
また、電動機リード線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と電動機リード線（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の間に入れる接点Ｔ２に直列に、巻線Ｎａが発電機として動作するときの負荷角調整用の負荷インピーダンスを入れている。
図３は、電動機出力特性と加減速時間の従来技術との比較を示した図である。図３（ａ）は電動機速度と電動機回転速度との関係を示し、図３（ｂ）は回転速度と加減速時間との関係を示している。電動機出力性能は、従来技術と同出力としての比較である。
図３（ｂ）から明らかなように、電動機を減速する際に、従来のインバータによる回生制動だけでなく、巻線を短絡させて発電制動を加えているので、減速時間が短縮される。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、減速時において、回生制動だけでなく、発電制動を加えることにより、減速時間が短くなり、従って無駄時間が短縮される。これにより、工作機の加工のタクトタイムが短くなり生産性の向上につながるという効果がある。
【図面の詳細な説明】
【図１】  本発明における巻線切り替え接点の配置図である。
【図２】  本発明における電動機制御ブロック図である。
【図３】  本発明の減速時間短縮効果を示すグラフである。
【図４】  従来技術における巻線切り替え接点の配置図である。
【図５】  従来技術における電動機制御ブロック図である。
【符号の説明】
１  永久磁石同期電動機、２  回転センサ、３  速度演算器、４  減算器、５  Ｉd0演算器、６  Ｉd1演算器、７  加算器、８  ３相ｄ−ｑ変換器、９，１０  減算器、１１  インバータ制御部、１２  ＰＷＭ発生器、１３  インバータパワー部、１４  コンタクタＢ、１５  コンタクタＡ、Ｎａ＋Ｎｂ  低速巻線、Ｎｂ高速巻線
【図１】
0003968673.tif 000003
【図２】
0003968673.tif 000004
【図３】
0003968673.tif 000005
【図４】
0003968673.tif 000006
【図５】
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