JP2002506338A - 電動機制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
って、電動機回転速度を最低速度と最高速度との間で効率良く制御することが可
能なものに関する。
駆動するべく設計された高速ブラシレス直流電動機が開示されている。この電動
機は、非磁性スリーブに収納された希土類元素マグネット(NdFeB)を備え
た回転子と、極めて低いインダクタンスの固定子巻線とを有し、定常回転数と最
高回転数との間で略々力率が1となる構成である。
似した設計の各種電動機の制御を、何ら複雑かつ高価な機構を要することなく可
能とするものである。
、固定子巻線の低インダクタンス性を利用し得る制御装置が考案されるべきであ
る。即ち、低インダクタンスの固定子巻線を備えた高速直流電動機の回転数を制
御し得る制御装置の提供が望まれる。
かも効率良く行える制御装置の提供が望まれる。
を提供することが望ましい。
の提供が望まれる。
電動機の回転子の相対的位置を検出するセンサ群と、該センサ群からの位置信号
を受け取り該信号に基づいて前記回転子の相対位置と回転速度の近似値を算出す
るための速度計算手段と、該計算手段から実際の回転速度と位置とに関する信号
を受け取るベクトル回転器と、速度指令信号と実際の速度を示す信号との間に検
出される差異に対応した大きさの誤差信号を発生するための誤差信号発生器と、
この誤差信号を受け取り、前記指令速度を実現するに要する大きさの電圧ベクト
ル鉛直成分に対応した信号を前記ベクトル回転器のために発生させる比例積算器
と、前記ベクトル回転器からの出力信号を増幅して当該電動機に供給するための
電源部を備えた制御装置、を提供するものである。
流電動機用のものであり、該電動機はその運転速度範囲内における力率を略々
「1」に保つべく設計されている。前述の国際特許出願PCT/AU98/00
035に記述されているタイプの電動機は、遠心型コンプレッサの回転数が負荷
に左右されるような冷凍システム、への組み込に適した設計である。一般に冷凍
システムは、その稼動時間中の大部分において最大負荷容量未満の状態で運転さ
れるのが普通である。本発明の制御装置は、コンプレッサの運転速度範囲内にお
いて、電動機に対する所要負荷の高低如何を問わず、つねに最高の効率を保証す
る。かかる特長は、本発明の制御装置において前記センサ群からの信号に呼応し
て電圧ベクトルが生成させられ、限界の最高電圧に達する前に電動機駆動電流を
起電力(EMF)に追従一致させる、という構成がもたらす利点である。最高電
圧到達後における回転数の増大は、電圧を一定に維持しつつ電圧ベクトルを回動
させることにより行なえる。
置と回転速度とを時々刻々検出する。各センサ位置間での加速の有無は時々刻々
の速度検出によっては捉えられず、したがって実際の回転子速度の計算値は、あ
る程度近似的な値とならざるを得ない。しかし、検出された速度と実際の速度と
の間の差は、回転速度計算上さほど重大な問題ではない。
信号は、システムの負荷検出値に対応した速度信号として冷凍システム制御回路
から発信される。
指令信号つまり上述の検出値との間の差異を以って変成された速度指令信号を反
映する。
相角を回転速度指令信号に符合させ、各出力トルクに対する電流値を最小に保つ
ことが望ましい。この条件付きスイッチが一つの位置にあるとき、回転子実速の
関数は水平成分として、また所要の負荷値は鉛直成分としてベクトル回転器に入
力される。そして電圧ベクトルの鉛直・水平両成分が μq2+μd2=1 の関係を満たすと条件付きスイッチは第2位置へ移り、この位置では磁界が微弱
化し、それ以上の増速があれば、電圧ベクトルはその強度(絶対値)を変えるこ
となくベクトル回転器により回動させられる。
3つのセンサからなる。センサ群は、回転子と共に回転している磁界の時々刻々
の位置を検出するものであるから、また各センサ間でも検出速度値が全く同一と
いうわけではないので、検出される回転子実位置は各センサが配置されている位
置どうしの間での速度差に起因した近似値とならざるを得ない。しかしながら回
転数が20,000rpmと55,000rpmの間であれば、そのような近似
値が含んでいる誤差は、本発明の制御装置の目的にてらせば無視できる程度のも
のである。
ろう。
を制御するべきマイクロコントローラ11である。この制御装置を略示した図1
において、各符号の意味は次のとおりである。
した3つの位置センサ33により検出される。位置センサ33は回転子の角度位
相に整合した3本のパルス信号列を生成し、これら信号列は位置速度計算器34
で用いられ、各センサ位置間で速度の差があるか否かに応じ、実際の速度を時々
刻々近似的に計算する。実速度ωは、誤差信号発生器36において指令速度ω* と比較され、これら両速度ω・ω*間に差があるか否かをしらべる。「差あり 」 と判定されれば、該発生器36は誤差信号eを生成する。
成分μqは、誤差信号eに基づき比例積算器37において算出される。この回転
器31は、位置速度計算器34からの回転子実速度信号ωと位置信号θも受け取
る。回転器31が発生させる3つの制御電圧値V1,V2,V3は、前記ベクト
ルμqの関数であり、電源部14において増幅され電動機12へ供給される。
と位置bの間で切替えられる。そして μq2+μd2<1 のとき該スイッチ39は位置aをとり、 μq2+μd2=1 のとき位置bをとる。増幅器41は、位置速度計算器34が求めた回転子実速度
ωを相関係数Kで増幅する。条件付きスイッチ39が位置aにあるとき、この増
幅値計算結果は電圧ベクトルの水平成分としてベクトル回転器31へ出力される
。このようにして当該制御装置は電圧の高低と位相角を指令速度ω*に相応しい
値に変化させることができ、それによって、限界の最高電圧値に到達するまで の間どの出力トルク値に対しても電流値を最小に保つのである。
数との間で変化する値である。相関係数Kは、電動機を種々の速度で運転し、そ
れらの速度における電動機の状態にとっての最適値を見つけるべく一連のテスト
を行うことによって決める。すなわち、該テストのデータを用いて多項式型など
の曲線を描き、ついで電動機の各速度に対する係数Kを求める。
要速度におけるそれ以上の増大は電圧ベクトルを回動させることになる。比例積
算器37が発生させる電圧ベクトル鉛直成分は計算器42へ供給され、該計算器
は水平成分μdを次式、すなわち に従って算出する。
31供給される。そして該回転器は、電源部14tが必要とする電圧ベクトルを
生成させる。
ーラ11は、アナログ・デバイシズ(Analog Devices)社製のデジタル信号プロ
セッサADMC330である。本発明の実施にあたり他のプロセッサも使用可能
なことは勿論である。
回転数の制御に利用することができ、そして最高の電圧値のとき更なる増速が必
要なときは磁界の微弱化が生起し電圧ベクトルが回動させられる。
Claims (8)
- 【請求項1】 高速直流電動機用の制御装置であって、該電動機の回転子の
相対的位置を検出するセンサ群と、該センサ群からの位置信号を受け取り該信号
に基づいて前記回転子の相対位置と回転速度の近似値を算出するための速度計算
手段と、該計算手段から実際の回転速度と位置とに関する信号を受け取るベクト
ル回転器と、速度指令信号と実際の速度を示す信号との間に検出される差異に対
応した大きさの誤差信号を発生するための誤差信号発生器と、この誤差信号を受
け取り、前記指令速度を実現するに要する大きさの電圧ベクトル鉛直成分に対応
した信号を前記ベクトル回転器のために発生させる比例積算器と、前記ベクトル
回転器からの出力信号を増幅して当該電動機に供給するための電源部とを備えた
制御装置。 - 【請求項2】 回転子の相対位置を検出する前記センサ群が、該回転子の周
りに120°ずつ隔てて配置された3つのセンサからなる請求項1に記載の制御
装置。 - 【請求項3】 前記センサ群が、回転子に追随して回動変化する磁界の時々
刻々の位置を検出し、回転子位置の位相に対応した3本のパルス列信号を生成さ
せ、位置速度演算器が該パルス列信号に基づき実際の回転速度ωと近似的位置θ
とを、3つのセンサ設置場所の間で速度差を生じているか否かに応じて算出する
構成である請求項2に記載の制御装置。 - 【請求項4】 前記ベクトル回転器への入力信号を発生する条件付きスイッ
チを更に備えていて、該入力信号が前記センサ群により検出される電動機の実回
転速度の関数、若しくは前記電圧ベクトル鉛直成分の関数として生成させられる
請求項1〜3の何れかに記載の制御装置。 - 【請求項5】 前記スイッチが第1位置にあるとき増幅器からの出力信号を
受け取り、この増幅器は相関係数Kを以って実速度を増幅することによって前記
ベクトル回転器への入力信号を発生するものである請求項4に記載の制御装置。 - 【請求項6】 電圧の最高値に達したとき(即ち前記ベクトル水平成分の二
乗値と鉛直成分の二乗値との和が「1」に等しいとき)前記スイッチが第1位置
から第2位置へ移行し、この第2位置において磁界の微弱化が起こり所要速度が
それ以上に増大すれば電圧ベクトルの回動をもたらす構成である請求項5に記載
の制御装置。 - 【請求項7】 前記の比例積算器で生成する電圧ベクトル鉛直成分が演算器
に供給され、この演算器は次式、すなわち ここにμq=電圧ベクトル鉛直成分、μd=電圧ベクトル水平成分 によって該水平成分を求める構成である請求項6に記載の制御装置。 - 【請求項8】 添付図面を参照しつつ本文に実質上記載されているとおりの
電動機制御装置。
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