[发明专利]电动机系统及其控制方法和永磁同步电动机

说明书

发明领域

本发明涉及适用于驱动固定速度的负载的永磁同步电动机、和利用它的电动机系统及其电动机系统的控制方法。

背景技术

作为驱动固定速度的负载的感应同步电动机，例如有在转子的永久磁铁的外周设置作为感应电动机而作用的鼠笼型绕组，并从商用交流电源向鼠笼型绕组供电而起动转子的自起动式同步电动机(例如，参照专利文献1)。

在该自起动式同步电动机中，根据鼠笼型绕组而作为感应电动机起动。之后，以额定转速作为永磁同步电动机而驱动，但此时，由于鼠笼型绕组作为同步电动机的制动绕组而作用，因此有衰减因负载变动而产生的输出的振荡(不稳定)、可以确保稳定性的特征。

另一方面，还有制冷装置，其是具有变速电动机和定速电动机的系统，当负载小时，只有变速电动机进行容量控制运转，当负载大时，再使一台定速电动机驱动，而且由变速电动机进行容量控制运转(参照专利文献2)。

在该制冷装置中，电源中需要倒相器，但由于在负载大时使定速电动机驱动，因此有可以用小容量的倒相器进行制冷装置的容量控制的特征。另外，作为定速电动机采用在转子的永久磁铁的外周设置鼠笼型绕组的自起动式永磁同步电动机。

【专利文献1】特开2003-259579号公报

【专利文献2】特开2005-40000号公报

发明内容

在转子的永久磁铁的外周设置鼠笼型绕组的自起动式同步电动机中，存在如下问题：励磁磁极的结构复杂化，而且为了设置鼠笼型绕组，转子的直径只能增大，其结果导致电动机输出密度的降低和惯性力矩(moment)的增大，另外不能发挥永磁同步电动机的小型、轻量的优点。而且由于用商用交流电源直接起动，因此存在起动时产生大的噪音的问题。

另一方面，除了上述自起动式同步电动机，在转子上不设置鼠笼型绕组，而用固定速度的负载驱动永磁同步电动机时，一般的方法为，设置与同步电动机相同规模的大容量倒相器，通过该倒相器来驱动同步电动机。根据该方法，抑制基于变频运转的起动或同步电动机的输出的振动的功能由倒相器(inverter)承担，因此能够避免上述问题。

但是，用在不需要变速的固定速度用途的大容量倒相器，不仅因高价而不经济，而且倒相器的功率转换元件的发热、或因包含在倒相器的电压的高次谐波而产生的同步电动机的发热有可能使系统的效率降低。

在上述的制冷装置的系统中，通过将负载的一部分分担给另一台的定速电动机，由此可以使倒相器小容量化，但是由于该定速电动机需要自起动，所以需要采用自起动式电动机，因此不能避免对于自起动式电动机的上述问题。

该发明是为了解决上述问题而成的，其目的在于不损失永磁同步电动机固有的高效率且小型、轻量的特征，而确保稳定的起动、运转特性。

为了达成上述目的，有关本发明的电动机系统的特征在于，具有：永磁同步电动机，具有作为定子绕组的、相互电独立的第一绕组和第二绕组；开关，对商用交流电源与上述第一绕组的连接进行开闭；倒相电路，与上述商用交流电源相连接而向上述第二绕组供电；控制电路，控制上述开关和倒相电路。

另外，有关本发明的永磁同步电动机的特征在于，作为定子绕组具有与交流电源相连接的第一绕组、和与上述第一绕组电独立、且与倒相电路相连接的第二绕组。

再有，有关本发明的电动机系统的控制方法，对作为定子绕组具有相互电独立的第一绕组和第二绕组的永磁同步电动机进行控制，该方法特征在于，通过开关将商用交流电源与上述第一绕组相连接，通过倒相电路将上述第二绕组与上述商用交流电源相连接，在永磁同步电动机从停止状态到额定转数附近的起动期间，通过打开上述开关、控制上述倒相电路来进行上述永磁同步电动机的控制，而且通过控制上述倒相电路来进行使因额定转数时的负载变动而产生的转速的振荡(不稳定)衰减的矢量控制。

根据本发明，不损失永磁同步电动机固有的高效率且小型、轻量的优点，就可以确保稳定的起动、运转特性，并且能够实现既经济又高效率的电动机系统。

附图说明

图1是表示有关本发明的电动机系统的第一实施方式的构成的模块图。

图2是表示图1的电动机系统的永磁同步电动机的第一例的横截面图。

图3是表示图1的电动机系统的动作特性的时间图，分别表示(a)运转状态的变化、(b)转速的变化、(c)负载转矩的变化、(d)永磁同步电动机的小容量绕组的转矩的变化、(e)永磁同步电动机的大容量绕组的转矩。

图4是表示图1的电动机系统的永磁同步电动机的第二例的横截面图。