JP2755011B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

モータ駆動制御装置

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JP2755011B2
JP2755011B2 JP4026543A JP2654392A JP2755011B2 JP 2755011 B2 JP2755011 B2 JP 2755011B2 JP 4026543 A JP4026543 A JP 4026543A JP 2654392 A JP2654392 A JP 2654392A JP 2755011 B2 JP2755011 B2 JP 2755011B2
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speed
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motor
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広明 岡地
真人 海野
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • H02P21/09Field phase angle calculation based on rotor voltage equation by adding slip frequency and speed proportional frequency

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は工作機械主軸駆動用等
に用いるモータを駆動するモータ駆動装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】マシニングセンタ等の工作機械において
は、一台の機械で切削加工が行なわれる一方、穴明け、
ネジ切り(タッピング)等の加工も行われる。特に、ア
ルミニウム等の軽金属を切削加工する場合においては、
切削能率及び切削面精度を向上させるために、主軸を駆
動するモータ、例えば誘導電動機、は高速時に高出力で
回転する必要がある。また、穴明け、ネジ切り(タッピ
ング)等の加工を行う場合は、低速時に大トルクで回転
する必要がある。
【0003】従って、このようなマシニングセンタ等の
工作機械の主軸を駆動する誘導電動機は、低速時に大ト
ルク、高速時に高出力で回転するものが必要である。
図14は、このような特性の一例を示す図であり、35
00rpm以下においては一定トルク(3kg・m)で
回転し、切削加工領域である20000rpm〜250
00rpmにおいては一定出力(22KW)で回転する
場合を示している。
【0004】このような、低速において大トルクで回転
するが出力は比較的小さく、高速において高出力で回転
するがトルクは比較的小さい特性を1台の誘導電動機で
実現する方法が実公昭64年第2559号公報に記載さ
れている。
【0005】この方法は、図15に示すように誘導電動
機の固定子巻線として各相2個ずつの巻線C1U’および
C2U’、巻線C1V’およびC2V’、巻線C1W’およびC
2W’を有するとともに、接点1MU、1MV、1MWを有
する第1の3相コンタクタ、および、接点2MU、2M
V、2MW、を有する第2の3相コンタクタを有してい
る。そして、低速運転領域においては上述の第1の3相
コンタクタのみを励磁することにより、巻線C1U’と巻
線C2U’、巻線C1V’と巻線C2V’、巻線C1W’と巻線
C2W’をそれぞれ直列に接続してY結線にし、高速運転
領域においては上述の第2の3相コンタクタのみを励磁
することにより巻線C2U’、C2V’、およびC2W’を使
用せず、巻線C1U’、C1V’、およびC1W’を△結線に
して運転するようにしたものである。
【0006】この方法によれば、上述のような特性が得
られるとしても、高速運転領域において巻線C2U’、C
2V’、およびC2W’を使用しないため、高速運転領域で
巻線の使用効率が悪くなるとういう問題点がある。さら
に、誘導電動機の固定子巻線のリード線が9本と多く、
これを切換えるために3相コンタクタおよびこの3相コ
ンタクタを開閉制御するための回路が必要となる。従っ
て、装置全体の小形化および高信頼性化が阻害されると
いう問題点を有している。
【0007】さて、誘導電動機に流れる一次電流を磁束
分電流とトルク分電流とに分け、すべり周波数方式のベ
クトル制御により、図16に示す回転速度対出力特性
(実線)および回転速度対トルク特性(破線)を得るよ
うに制御することはよく知られている。図16は、回転
速度Nが0≦N≦NbにおいてはトルクがT0一定の定ト
ルク特性、Nb<Nにおいては出力がP0一定の定出力特
性をしめしている。ここで、Nbは基底速度と呼ばれる
速度である。
【0008】この場合、誘導電動機の固定子と回転子と
の間の空隙の磁束である空隙磁束Φと回転速度Nとの関
係、および、トルク分電流iqと回転速度Nとの関係
は、図17に示す関係にあるように制御している。な
お、図17において、空隙磁束Φは基底速度Nb以下で
はΦ0一定、基底速度Nb以上では、
【0009】
【数1】
【0010】の関係があるものとする。また、トルク分
電流iqは全領域において一定値iq0を有するものと
する。
【0011】図18は、すべり周波数制御方式のベクト
ル制御による従来のモータ駆動制御装置の制御ブロック
図である。図において、1は3相商用交流電源、2は3
相PWMインバータ、3は負荷の誘導電動機、4は速度
検出器、5a、5b、5cは電流検出器、6は速度制御
器、9はトルク分電流制限回路、10は磁束指令回路、
11はトルク分電流制御器、12はすべり角周波数演算
器、13は加算器、14は積分器、15は磁束演算器、
16は磁束制御器、17は磁束分電流制御器、18は2
相→3相変換器、19は3相→2相変換器である。
【0012】また、ωr *は速度指令、ωrは速度検出信
号、iqs*、iq*はトルク分電流指令、iqはトルク
分電流検出信号、ωsはすべり角周波数信号、ω1は1次
電流角周波数信号、θ1は位相信号、Φ*は磁束指令、Φ
は磁束検出信号、id*は磁束分電流指令、idは磁束
分電流検出信号、vq*はトルク分電圧指令、vd*は磁
束分電圧指令、vu *、vv *、vw *は3相電圧指令、
u、iv、iwは3相電流検出信号である。
【0013】次に、図18に示される従来のモータ駆動
制御装置の動作について説明する。3相→2相変換器1
9には、電流検出器5a、5b、5cにより検出された
3相電流検出信号iu、iV、iw、が入力される。そし
て、この3相→2相変換器19は、入力された3相電流
検出信号iu、iV、iwにもとづき、トルク分電流検出
信号iqと磁束分電流検出信号idを出力する。
【0014】速度制御器6には、速度指令ωr *と速度検
出器4により検出された速度検出信号ωrが入力され
る。そして、この速度制御器6は、入力された速度指令
ωr *と速度検出信号ωrの誤差を増幅してトルク分電流
指令iqs*を出力する。また、この出力されたトルク分
電流指令iqs*はトルク分電流制限回路9に入力され
る。
【0015】トルク分電流制限回路9は、入力されるト
ルク分電流指令iqs*が、図17の速度検出信号ωr
対応する破線の値より小さい場合はトルク分電流指令i
qs*そのままの値をトルク分電流指令iq*として出力
する。なお、図16および図17において横軸は回転速
度Nで表現されているが回転速度Nと速度検出信号ωr
とはωr=2π×Nの関係のもとに等価である。また、
トルク分電流指令iqs*が、図17の速度検出信号ωr
に対応する破線の値より大きい場合は、図17の破線の
値をトルク分電流指令iq*として出力する。
【0016】すなわち、トルク分電流制限回路9は図1
7の破線の値以下に制限されたトルク分電流指令iq*
を出力するように動作する。トルク分電流制御器11に
はトルク分電流指令iq*とトルク分電流検出信号iq
とが入力される。そして、このトルク分電流制御器11
は、入力されたトルク分電流指令iq*とトルク分電流
検出信号iqの間の誤差を増幅してトルク分電圧指令v
*を出力する。
【0017】磁束演算回路15には磁束分電流検出信号
idが入力される。そして、この磁束演算回路15は、
入力された磁束分電流検出信号idにもとづき、次式に
より、上述の磁束分電流により発生する空隙磁束Φ(2
次鎖交磁束)を算出する。
【0018】
【数2】
【0019】ここで、Sは微分演算子、R2は誘導電動
機の2次抵抗、L2は2次インダクタンス、Mは1次2
次相互インダクタンスである。また、すべり角周波数演
算回路12にはトルク分電流検出信号iqと磁束検出信
号Φが入力される。そして、このすべり角周波数演算回
路12は、入力されたトルク分電流検出信号iqと磁束
検出信号Φとにもとづき、下記の式(4)による演算を
行い、すべり角周波数信号ωsを出力する。
【0020】
【数3】
【0021】加算器13にはすべり角周波数信号ωsと
速度検出信号ωrとが入力される。そして、この加算器
13は、入力されたすべり角周波数信号ωsと速度検出
信号ωrとを加算して1次電流角周波数信号ω1を出力す
る。この出力された1次電流角周波数信号ω1は積分器
14に入力される。そして、積分器14は入力された1
次電流角周波数信号ω1にもとづき位相信号θ1を生成す
る。
【0022】また、速度検出信号ωrは磁束指令回路1
0に入力される。そして、磁束指令回路10は、入力さ
れた速度検出信号ωrに対応する図17の実線の値に等
しい磁束指令Φ*を出力する。磁束制御器16には磁束
指令Φ*と磁束検出信号Φとが入力される。そして、こ
の磁束制御器16は、入力された磁束指令Φ*と磁束検
出信号Φとの間の誤差を増幅して磁束分電流指令id*
を出力する。
【0023】磁束分電流制御器17には磁束分電流指令
id*と磁束分電流検出信号idとが入力される。そし
て、この磁束分電流制御器17は、入力された磁束分電
流指令id*と磁束分電流検出信号idとの間の誤差を
増幅して磁束分電圧指令vd*を出力する。2相→3相
変換器18にはトルク分電圧指令vq*、磁束分電圧指
令vd*、および、位相信号θ1が入力される。そして、
この2相→3相変換器18は入力されたトルク分電圧指
令vq*、磁束分電圧指令vd*、および、位相信号θ1
にもとづき、3相交流電圧指令vu *、vv *、vw *を出力
する。
【0024】PWMインバータ2には3相交流電圧指令
u *、vv *、vw *が入力される。そして、このPWMイ
ンバータ2は、3相商用交流電源1より出力される交流
に対して3相交流電圧指令vu *、vv *、vw *にもとづき
PWM制御を行い、負荷の誘導電動機3にPWM制御さ
れた交流電力を供給する。以上のようにして、誘導電動
機3をベクトル制御により所定の速度指令ωr *に制御す
るとともに、図16に示すような特性で動作させること
ができる。
【0025】さて、誘導電動機で発生する損失W
LOSSは、次式のように表わされる。 WLOSS=WC1+WC2+WI (4) すなわち、損失WLOSSは、固定子巻線の抵抗分に起因す
る一次銅損WC1、回転子巻線(かご形誘導電動機の場合
は回転子かごのバー)の抵抗分に起因する二次銅損
C2、および固定子と回転子の鉄心部で発生する鉄損W
Iの和で表わされる。そして、この損失WLOSSは、基底
速度Nbの前後の回転速度領域(図16のAで示す領
域)で最も大きくなる。
【0026】例えば、図19(A)に示されるように基
底速度Nbが7000rpmであり、7000rpm以
下で一定トルク(3kg・m)、7000rpm〜25
000rpmで一定出力(22kw)となるように設計
された誘導電動機の損失WLOSSは、回転速度とともに図
19(B)に示すように変化する。図19(B)におい
て、この誘導電動機の損失WLOSSは、基底速度Nb(7
000rpm)において最大値2610wになることを
示している。
【0027】一方、誘導電動機の寸法すなわち誘導電動
機の径寸法および長さ、あるいは冷却装置の冷却能力
は、誘導電動機を過熱することなしに、損失WLOSSによ
り発生する熱を放熱できるように設定されなければなら
ない。すなわち、基底速度Nbと基底速度Nbにおけるト
ルクの大きさとにより誘導電動機の寸法、あるいは冷却
装置の冷却能力が決まり、基底速度Nbにおいて要求さ
れるトルクが大きいほどモータは大型のものとなる。
【0028】次に、上述の関係が生じる理由について、
さらに詳述する。図17に示す低速域における空隙磁束
の値Φ0は、空隙の許容磁束密度と誘導電動機の形状
(径寸法と長さ)により設定範囲が定められる。一方、
空隙磁束Φ0一定の低速域において、トルク分電流iq
を増加させれば、トルク分電流iqに比例して誘導電動
機の発生トルクは増大する。しかしながら、このとき損
失WLOSSも増加するため、この損失WLOSSを放熱する放
熱特性(誘導電動機の寸法と冷却装置の能力)との関係
より、トルク分電流iqの大きさは制限を受ける。この
ように、トルク分電流iqの大きさが制限されることに
より、誘導電動機の発生するトルクおよび出力特性が制
約をうける。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、低速に
おいては大トルクが必要であるが出力は比較的小さくて
よく、高速においては高出力の特性が要求される場合に
おいて、このような特性を1台の誘導電動機で実現する
図15に示す従来技術によれば、モータの巻線の使用効
率の低下が生じるとともに、モータのリード線の数が増
加し、さらに、コンタクタが必要となり、モータまたは
装置全体の小形軽量化および高信頼性化を阻害するなど
の問題点があった。
【0030】また、すべり周波数方式のベクトル制御に
より誘導電動機を図16に示す回転速度対出力特性およ
び回転速度対トルク特性を得るように駆動する従来技術
によれば、基底速度Nb付近における損失WLOSSと、こ
の損失WLOSSを放熱する放熱特性との関係からモータが
大形になり、モータまたは装置全体の小形軽量化が阻害
されるなどの問題点があった。
【0031】この発明は以上のような問題点を解決する
ためになされたもので、低速においては大トルクが必要
であるが出力は比較的小さくてすみ、高速においては高
出力の特性が要求される場合において、Yー△結線切換
用のコンタクタが不要であり、モータの巻線の使用効率
の低下が防止されるとともに、モータのリード線の増加
が防止され、モータまたは装置全体を小形軽量に構成で
きるモータ駆動装置を得ることを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】この発明に係わるモータ
駆動制御装置は、モータに流れる1次電流を磁束分電流
とトルク分電流とに分け、ベクトル制御によりモータを
駆動制御するモータ駆動制御装置において、第1速度以
下ではほぼ一定の大きさの第1トルクを発生し、第1速
度より所定速度だけ速い第2速度以上ではほぼ一定の第
1出力を発生し、第1速度を越えかつ上記第2速度未満
では出力を第1出力より小さくするとともにトルクを第
1トルクより小さくするように、モータの現在速度に対
する磁束指令値およびトルク分電流指令値を演算する演
算手段と、この演算手段の演算出力にもとづきモータに
磁束分電流とトルク分電流とを流すモータ駆動手段と、
を備えるようにしたものである。
【0033】また、モータに流れる1次電流を磁束分電
流とトルク分電流とに分け、ベクトル制御によりモータ
を駆動制御するモータ駆動制御装置において、第1速度
以下ではほぼ一定の大きさの第1トルクを発生し、第1
速度より所定速度だけ速い第2速度以上ではほぼ一定の
第1出力を発生し、第1速度を越えかつ第2速度未満で
は出力を第1出力より小さくするとともにトルクを第1
トルクより小さくするように、あらかじめメモリに記憶
されているモータの速度に対する空隙磁束の関係を示す
データ、および、モータの速度に対するトルク分電流の
関係を示すデータにもとづき、モータの現在速度に対す
る磁束指令値およびトルク分電流指令値を演算する演算
手段と、この演算手段の演算出力にもとづきモータに磁
束分電流とトルク分電流とを流すモータ駆動手段と、を
備えるようにしたものである。
【0034】
【作用】この発明におけるベクトル制御によりモータを
駆動制御するモータ駆動制御装置は、第1速度以下では
ほぼ一定の大きさの第1トルクを発生し、第1速度より
所定速度だけ速い第2速度以上ではほぼ一定の第1出力
を発生し、第1速度を越えかつ第2速度未満では出力を
第1出力より小さくするとともにトルクを第1トルクよ
り小さくするように、モータの現在速度に対する磁束分
指令値およびトルク分電流指令値を演算する演算手段を
有し、この演算手段の演算出力にもとづきモータに磁束
分電流とトルク分電流とを流す。
【0035】
【実施例】実施例1. 図1は本発明の一実施例によるモータ駆動制御装置によ
り得られる誘導電動機の出力特性の1例を示す図であ
る。図1(A)の実線は回転速度Nに対する出力Pの関
係を示し、図1(B)の実線は回転速度Nに対するトル
クの関係を示している。図1において、回転速度Nが0
≦N≦N1においてはトルクがT1一定の定トルク特性、
1<N≦N3においては出力がP1一定の定出力特性、
3<N≦N2においてはトルクがT2一定の定トルク特
性、N2<N≦Nmにおいては出力がP2一定の定出力特
性を示し、回転速度N1、N3、および、N2において出
力およびトルクは連続的に変化する特性を示している。
なお、N1を第1速度、N2を第2速度、 2 を第1出
力、T1を第1トルクと称するものとする。
【0036】次に、このような出力特性を得る制御方法
について詳述する。図1(A)、図1(B)の実線の出
力特性およびトルク特性を得る場合、誘導電動機はベク
トル制御により図1(A)、図1(B)の一点鎖線で示
された特性に制御可能なものを用意する。なお、この誘
導電動機は発生する損失WLOSSの面より見たとき、基底
速度NbにおいてP2を出力することが出来ないものであ
ってもよい。
【0037】なお、図1(A)、図1(B)の一点鎖線
で示された特性は、基底速度Nb以下ではトルクはT1
定であり、基底速度Nb以上では出力はP2一定の特性と
なっている。また、この一点鎖線で示される特性を得る
空隙磁束Φと回転速度N、および、トルク分電流iqと
回転速度Nとは、それぞれ図2(A)、図2(B)に示
す関係にある。すなわち、空隙磁束Φは基底速度Nb
下においてΦ0一定であり、基底速度Nb以上において
は、
【0038】
【数4】
【0039】の関係があるものとする。また、トルク分
電流iqは回転速度Nにかかわらずiq0一定のままで
ある。
【0040】次に、図1(A)、図1(B)の実線にて
示す特性を得る方法について説明する。この誘導電動機
に対して、空隙磁束Φとトルク分電流iqの回転速度N
に対する関係を図3(A)、図3(B)と図4(A)、
図4(B)に示すように2組用意する。図3(A)にお
いては、空隙磁束Φは基底速度Nb以下ではΦ0一定、基
底速度Nb以上では、
【0041】
【数5】
【0042】の関係があるものとする。また、図3
(B)においては、トルク分電流iqは0≦N≦N1
はiq0一定、N1<N≦Nbでは、
【0043】
【数6】
【0044】の関係があり、Nb<N≦Nmでは、
【0045】
【数7】
【0046】で示される一定の大きさを有するものとす
る。また、図4(A)において空隙磁束Φは、0≦N≦
2では
【0047】
【数8】
【0048】で示される一定の大きさとし、N2<N≦
mでは
【0049】
【数9】
【0050】の関係を有するものとする。ここで、
【0051】
【数10】
【0052】であるから、回転速度N対空隙磁束Φ、回
転速度N対トルク分電流iqの関係を回転速度Nが0≦
N≦N3の運転領域では図3(A)、図3(B)の関係
を選択して制御し、N3<N≦Nmの運転領域では図4
(A)、図4(B)の関係を選択して制御することによ
り目的とする図1(A)、図1(B)に示される出力特
性およびトルク特性を得ることができる。
【0053】上述のようにして、図1(A)、図1
(B)に示す出力特性およびトルク特性が得られれば、
1<N≦N3の領域ではトルク分電流iqが、本来の電
動機設計値より小さく制御されるため、主に一次銅損W
C1、二次銅損WC2が小さくなり、N3<N≦N2の領域で
は空隙磁束Φが、本来の電動機設計値より小さく制御さ
れるため主に鉄損WIが小さくなり、損失WLOSSを抑え
ることができる。すなわち、発生する損失WLOSSの面か
ら必要になる誘導電動機の寸法を大きくすることなく、
また、誘導電動機の冷却装置を大型にすることもなく、
図1(A)および図1(B)において実線で示される運
転特性を得ることができる。
【0054】なお、上述の説明では図3(A)、図3
(B)の関係を選択するか、または、図4(A)、図4
(B)の関係を選択するかの境界の回転速度をN3とし
たが、これ以外の回転速度としてもよい。すなわち、N
3’<N3とするとき0≦N≦N3’の運転領域では図3
(A)、図3(B)の関係を選択しN3’<N≦Nmの運
転領域では図4(A)、図4(B)の関係を選択するよ
うにすれば、図5(A)、図5(B)に示す出力特性お
よびトルク特性を得ることができる。
【0055】また、N3<N3”とするとき 0≦N≦N3”の運転領域では図3(A)、図3(B)
の関係を選択しN3”<N≦Nmの運転領域では図4
(A)、図4(B)の関係を選択するようにすれば、図
6(A)、図6(B)に示す出力特性およびトルク特性
を得ることができる。
【0056】図7は、本発明の一実施例を示すモータ駆
動制御装置の制御ブロック図である。図において、7、
8は切換回路、9a、9bはトルク分電流制限回路、1
0a、10bは磁束指令回路、kは切換選択信号であ
る。また、1〜6および11〜19は図16に示す従来
装置におけるものと同様である。、ωr *、ωr、i
S *、iq*、iq、ωS、ω1、θ1、Φ*、Φ、id*
id、vq*、vd*、vu *、vv *、vw *、iu、iv、お
よび、iwも図16に示す従来装置と同様の信号であ
る。
【0057】次に動作について説明する。切換回路7、
8は、それぞれ、切換器7a、7b及び8a、8bから
構成され、切換選択信号kにより、回転速度Nが0≦N
≦N3では切換器7aと8aとオン、切換器7bと8b
をオフとし、N3<N≦Nmでは切換器7aと8aをオ
フ、切換器7bと8bをオンにする。
【0058】そして、切換器7aと8aとがオンし、切
換器7bと8bとがオフする回転速度Nが0≦N≦N3
のとき、トルク分電流指令iqS *は切換器7aを介して
トルク分電流制限回路9aに入力され、速度検出信号ω
rは切換器8aを介して磁束指令回路10aに入力され
る。トルク分電流制限回路9aは、入力されるトルク分
電流指令iqS *が、図3(B)の速度検出信号ωrに対
応する実線の値より小さい場合にはトルク分電流指令i
S *をそのまま出力し、トルク分電流指令iqS *が実線
の値より大きい場合は実線の値をトルク分電流指令iq
S *として出力する。
【0059】すなわち、トルク分電流制限回路9aは、
図3(B)の実線の値以下に制限したトルク分電流指令
iqS *を出力するように動作する。また、磁束指令回路
10aは、図3(A)の速度検出信号ωrに対応する実
線の値の大きさの磁束指令Φ*を出力する。
【0060】また、切換器7aと8aとがオフし、切換
器7bと8bとがオンする回転速度NがN3<N≦Nm
とき、トルク分電流指令iqS *は切換器7bを介してト
ルク分電流制限回路9bに入力され、速度検出信号ωr
は切換器8bを介して磁束指令回路10bに入力され
る。
【0061】トルク分電流制限回路9bは、入力される
トルク分電流指令iqS *が、図4(B)の速度検出信号
ωrに対応する実線の値より小さい場合にはトルク分電
流指令iqS *をそのまま出力し、トルク分電流指令iq
S *が実線の値より大きい場合は実線の値をトルク分電流
指令iqS *として出力する。
【0062】すなわち、トルク分電流制限回路9bは図
4(B)の実線の値以下に制限されたトルク分電流指令
iqS *を出力するように動作する。また、磁束指令回路
10bは、図4(A)の速度検出信号ωrに対応する実
線の値の大きさの磁束指令Φ*を出力する。以上のよう
に動作させることにより、図1(A)、図1(B)に示
す出力特性およびトルク特性を得ることができる。
【0063】なお、切換回路7、8、トルク分電流制限
回路9a、9b、および、磁束指令回路10a、10b
により演算手段が構成される。この演算手段は図3およ
び図4に示される関係を、あらかじめ設定された算式に
もとづき演算するようにしてもよいが、上述の図3およ
び図4に示される関係を示すデータをあらかじめ所定の
メモリに記憶させておき、これを読出すようにしてもよ
い。また、図7において、誘導電動機3および上述の演
算手段以外の部分によりモータ駆動手段が構成される。
【0064】実施例2. 図8は第2の実施例を示すもので、20は切換選択信号
回路であり、速度検出信号ωrが入力され、回転速度が
0≦N≦N3であるか、またはN3<N≦Nmであるかに
より切換回路7、8の切換選択信号kを生成するもので
あり他の動作については図7に示す実施例1の場合と同
様である。
【0065】実施例3. 図9は第3の実施例を示すもので、21はトルク分電流
制限回路、22は磁束指令回路である。トルク分電流制
限回路21には図10(B)の特性を対応させている。
なお、図10(B)は0≦N≦N3では図3(B)の特
性を有し、N3<N≦Nmでは図4(B)の特性を有する
ものとなっている。
【0066】磁束指令回路22には図10(A)の特性
を対応させている。なお、図10(A)は0≦N≦N3
では図3(A)の特性を有し、N3<N≦Nmでは図4
(A)の特性を有するものとなっている。以上のように
構成することにより実施例1、実施例2における切換回
路7、8を用いずに図1(A)、図1(B)に示される
特性を得ることができる。なお、この場合はトルク分電
流制限回路21、および、磁束指令回路22より演算手
段が構成される。また、図9において、誘導電動機3お
よび上述の演算手段以外の部分よりモータ駆動手段が構
成される。
【0067】実施例4. 上述した実施例では回転速度Nに対する空隙磁束Φ、回
転速度Nに対するトルク分電流iqの制御パターンを2
組備え、これを切換える場合について示したが、負荷と
なる誘導電動機の損失WLOSSが許容される限りにおいて
図3(A)、図3(B)及び図4(A)、図4(B)の
他に図11(A)、図11(B)の制御パターン、すな
わち、合計3組の制御パターンを用意し、これらを回転
速度Nの領域により 0≦N≦N4では 図3(A)、図3(B) N4<N≦N7では 図11(A)、図11(B) N7<N≦Nmでは 図4(A)、図4(B) 但し、N4<N3<N7<N2 のように選択切換えることにより図12(A)、図12
(B)に示す出力特性およびトルク特性を得ることがで
きる。なお、この場合の回転速度N対空隙磁束Φおよび
回転速度N対トルク分電流iqの特性は図13(A)、
図13(B)に示すようになる。
【0068】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ており、第1速度以下ではほぼ一定の大きさの第1トル
クを発生し、第1速度より所定速度だけ速い第2速度以
上ではほぼ一定の第1出力を発生し、第1速度を越えか
つ第2速度未満では出力を第1出力より小さくするとと
もにトルクを第1トルクより小さくするように、モータ
の現在速度に対する磁束分指令値およびトルク分電流指
令値を演算する演算手段を有し、この演算手段の演算出
力にもとづきモータに磁束分電流とトルク分電流とを流
すので、低速で高トルク、高速で高出力の特性を安価、
小形軽量のモータで実現できるとともに、リード線およ
びコンタクタの増加にともなう信頼性の低下などを防止
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の一実施例による誘導電動機の
回転速度対出力の特性を表わす図である。(B)は本発
明の一実施例による誘導電動機の回転速度対トルクの特
性を表わす図である。
【図2】(A)は本発明の一実施例による誘導電動機の
回転速度対空隙磁束の関係を表わす図である。(B)は
本発明の一実施例による誘導電動機の回転速度対トルク
分電流の関係を表わす図である。
【図3】(A)は本発明の一実施例による誘導電動機の
第1の回転速度対空隙磁束の制御パターンを表わす図で
ある。(B)は本発明の一実施例による誘導電動機の第
1の回転速度対トルク分電流の制御パターンを表わす図
である。
【図4】(A)は本発明の一実施例による誘導電動機の
第2の回転速度対空隙磁束の制御パターンを表わす図で
ある。(B)は本発明の一実施例による誘導電動機の第
2の回転速度対トルク分電流の制御パターンを表わす図
である。
【図5】(A)は本発明の他の実施例による誘導電動機
の回転速度対出力の特性を表わす図である。(B)は本
発明の他の実施例による誘導電動機の回転速度対トルク
の特性を表わす図である。
【図6】(A)は本発明の他の実施例による誘導電動機
の回転速度対空隙磁束の関係を表わす図である。(B)
は本発明の他の実施例による誘導電動機の回転速度対ト
ルク分電流の関係を表わす図である。
【図7】本発明の第1の実施例による制御ブロック構成
を表わす図である。
【図8】本発明の第2の実施例の制御ブロック構成を表
わす図である。
【図9】本発明の第3の実施例の制御ブロック構成を表
わす図である。
【図10】(A)は本発明の第3の実施例を示す図9に
おける誘導電動機の回転速度対空隙磁束の関係を表わす
図である。(B)は本発明の第3の実施例を示す図9に
おける誘導電動機の回転速度対トルク分電流の関係を表
わす図である。
【図11】(A)は本発明の第4の実施例における第3
の回転速度対空隙磁束の制御パターンを表わす図であ
る。(B)は本発明の第4の実施例における第3の回転
速度対トルク電流の制御パターンを表わす図である。
【図12】(A)は本発明の第4の実施例によって得ら
れる誘導電動機の回転速度対出力の特性を表す図であ
る。(B)は本発明の第4の実施例によって得られる誘
導電動機の回転速度対トルクの特性を表す図である。
【図13】(A)は本発明の第4の実施例において、選
択された回転速度対空隙磁束の関係を表わす図である。
(B)は本発明の第4の実施例において、選択された回
転速度対トルク分電流の関係を表わす図である。
【図14】マシニングセンタ等の主軸用電動機に要求さ
れる低速大トルク、高速高出力の特性例を表わす図であ
る。
【図15】従来の他の、低速大トルク、高速高出力を得
る方法を説明する図である。
【図16】従来の、すべり周波数方式のベクトル制御に
より制御した場合に得られる誘導電動機の回転速度対出
力及びトルク特性を表わす図である。
【図17】従来の、すべり周波数方式のベクトル制御に
より制御した場合の誘導電動機の回転速度対空隙磁束及
びトルク分電流の関係を表わす図である。
【図18】従来の、すべり周波数方式によるベクトル制
御の制御ブロック構成を示す図である。
【図19】(A)は従来の誘導電動機の回転速度対出力
を表す一特性例である。(B)は図19(A)の代表的
回転速度における損失値を示した説明図である。
【符号の説明】
3 誘導電動機 7、8 切換回路 9a、9b トルク分電流制限回路 10a、10b 磁束指令回路 20 切換選択信号回路 21 トルク分電流制限回路 22 磁束指令回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータに流れる1次電流を磁束分電流と
    トルク分電流とに分け、ベクトル制御により上記モータ
    を駆動制御するモータ駆動制御装置において、第1速度
    以下ではほぼ一定の大きさの第1トルクを発生し、上記
    第1速度より所定速度だけ速い第2速度以上ではほぼ一
    定の第1出力を発生し、上記第1速度を越えかつ上記第
    2速度未満では出力を上記第1出力より小さくするとと
    もにトルクを上記第1トルクより小さくするように、上
    記モータの現在速度に対する磁束指令値およびトルク分
    電流指令値を演算する演算手段と、この演算手段の演算
    出力にもとづき上記モータに磁束分電流とトルク分電流
    とを流すモータ駆動手段と、を備えたモータ駆動制御装
    置。
  2. 【請求項2】 モータに流れる1次電流を磁束分電流と
    トルク分電流とに分け、ベクトル制御により上記モータ
    を駆動制御するモータ駆動制御装置において、第1速度
    以下ではほぼ一定の大きさの第1トルクを発生し、上記
    第1速度より所定速度だけ速い第2速度以上ではほぼ一
    定の第1出力を発生し、上記第1速度を越えかつ上記第
    2速度未満では出力を上記第1出力より小さくするとと
    もにトルクを上記第1トルクより小さくするように、あ
    らかじめメモリに記憶されている上記モータの速度に対
    する空隙磁束の関係を示すデータ、および、上記モータ
    の速度に対するトルク分電流の関係を示すデータにもと
    づき、上記モータの現在速度に対する磁束指令値および
    トルク分電流指令値を演算する演算手段と、この演算手
    段の演算出力にもとづき上記モータに磁束分電流とトル
    ク分電流とを流すモータ駆動手段と、を備えたモータ駆
    動制御装置。
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