JP3283377B2 - 直流電動機の同期起動装置 - Google Patents
直流電動機の同期起動装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流電動機の同期起動
装置に係り、特に、固定子巻線の巻線電圧から誘起され
る逆起電圧から回転子の位置を検出するようにした直流
電動機の同期起動装置に関する。
装置に係り、特に、固定子巻線の巻線電圧から誘起され
る逆起電圧から回転子の位置を検出するようにした直流
電動機の同期起動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固定子巻線に誘起される逆起電圧
から回転子の位置を検出するようにした直流電動機の同
期起動装置では、例えば特開昭５６−４９６８９号公報
記載のように、一定周波数のパルス信号を出力する周波
数加速器と、直流電動機の運転時にその電機子巻線に誘
起される逆起電圧から得られる回転子位置検出パルス信
号と周波数加速器の出力パルス信号との位相差を検出す
る位相検出器と、この位相検出器の出力を用いて上記逆
起電圧パルス信号と前記周波数加速器の出力パルス信号
とを切換る切換器を備えていた。
から回転子の位置を検出するようにした直流電動機の同
期起動装置では、例えば特開昭５６−４９６８９号公報
記載のように、一定周波数のパルス信号を出力する周波
数加速器と、直流電動機の運転時にその電機子巻線に誘
起される逆起電圧から得られる回転子位置検出パルス信
号と周波数加速器の出力パルス信号との位相差を検出す
る位相検出器と、この位相検出器の出力を用いて上記逆
起電圧パルス信号と前記周波数加速器の出力パルス信号
とを切換る切換器を備えていた。
【０００３】また、他の従来の技術としては、特公昭５
５−２６７９３号公報に記載されように、まず、特定の
電気子巻線に通電して固定子を所定の位置に設定し、し
かる後、通常の通電を行なって起動させるようにしたも
のが知られている。
５−２６７９３号公報に記載されように、まず、特定の
電気子巻線に通電して固定子を所定の位置に設定し、し
かる後、通常の通電を行なって起動させるようにしたも
のが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、起動時に負荷が大きいと、起動失敗を起した
り、同期起動時間が長いと脱調を起して停止するなどの
問題があり、安定した起動が困難であるという欠点があ
った。
来技術は、起動時に負荷が大きいと、起動失敗を起した
り、同期起動時間が長いと脱調を起して停止するなどの
問題があり、安定した起動が困難であるという欠点があ
った。
【０００５】特に、ファン負荷のように、貫性モーメン
トの大きい負荷や、外風などによって著しく起動時に負
荷が変動する場合については考慮されておらず、上記逆
起電圧パルス信号と前記周波数加速器の出力パルス信号
とを切り換る切換器が作動する回転数まで加速すること
ができなかったり、切換器が作動した直後の電機子巻線
に誘起される逆起電圧から得られる回転子位置検出パル
ス信号と上記周波数加速器の出力パルス信号との位相差
が大きくなり、電動機は脱調を起して停止するなどの問
題があった。
トの大きい負荷や、外風などによって著しく起動時に負
荷が変動する場合については考慮されておらず、上記逆
起電圧パルス信号と前記周波数加速器の出力パルス信号
とを切り換る切換器が作動する回転数まで加速すること
ができなかったり、切換器が作動した直後の電機子巻線
に誘起される逆起電圧から得られる回転子位置検出パル
ス信号と上記周波数加速器の出力パルス信号との位相差
が大きくなり、電動機は脱調を起して停止するなどの問
題があった。
【０００６】本発明の目的は、かかる問題を解消し、貫
性モーメントの大きい負荷や起動時の著しく変動する負
荷などに対しても、起動負荷の大小にかかわらず、安定
な起動を行なうことができるようにした直流電動機の同
期起動装置を提供することにある。
性モーメントの大きい負荷や起動時の著しく変動する負
荷などに対しても、起動負荷の大小にかかわらず、安定
な起動を行なうことができるようにした直流電動機の同
期起動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、起動時、電動機の回転子を所定の位置に
位置させてから所定の周波数で相の固定子巻線に順次通
電し、該電動機を所定の回転数まで加速した後、固定子
巻線の通電電流を減少し、位置検出回路の出力信号と所
定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻との位
相差が所定の位相差になったとき、該位置検出回路の出
力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換えるよう
にする。
に、本発明は、起動時、電動機の回転子を所定の位置に
位置させてから所定の周波数で相の固定子巻線に順次通
電し、該電動機を所定の回転数まで加速した後、固定子
巻線の通電電流を減少し、位置検出回路の出力信号と所
定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻との位
相差が所定の位相差になったとき、該位置検出回路の出
力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換えるよう
にする。
【０００８】
【作用】起動時、まず、電動機の固定子巻線に通電して
電動機の回転子を所定の位置に位置付け、該固定子巻線
の通電相と該回転子の位置を合わせる。次いで、所定の
周波数で相の該固定子巻線に順次通電することにより、
電動機を同期回転動作させる。
電動機の回転子を所定の位置に位置付け、該固定子巻線
の通電相と該回転子の位置を合わせる。次いで、所定の
周波数で相の該固定子巻線に順次通電することにより、
電動機を同期回転動作させる。
【０００９】この際、該固定子巻線に通電する電流を大
きくすることにより、貫性モーメントの大きい負荷であ
っても、また、起動時に外風などによって著しく負荷が
変動する場合でも、ブラシレス運転へ切り換える切換回
転数まで該回転子を加速することができる。
きくすることにより、貫性モーメントの大きい負荷であ
っても、また、起動時に外風などによって著しく負荷が
変動する場合でも、ブラシレス運転へ切り換える切換回
転数まで該回転子を加速することができる。
【００１０】このように、固定子巻線に通電する電流を
大きくすることにより、位置検出回路の出力信号は所定
の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻よりも位
相進みが大きくなり、実際の回転子の位置よりも位相が
進む。従って、この状態でブラシレス運転へ切り換える
と、脱調し、電動機は停止する。
大きくすることにより、位置検出回路の出力信号は所定
の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻よりも位
相進みが大きくなり、実際の回転子の位置よりも位相が
進む。従って、この状態でブラシレス運転へ切り換える
と、脱調し、電動機は停止する。
【００１１】そこで、本発明では、所定の回転数まで加
速した後、固定子巻線の通電電流を減少させる。これに
より、実際の回転子の位置と位置検出回路の出力信号と
の位相差は小さくなる。そして、位置検出回路の出力信
号と所定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻
との位相差が所定の位相差になったとき、位置検出回路
の出力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換え
る。これにより、貫性モーメントの大きい負荷であって
も、また、起動時に負荷が著しく変動しても、起動負荷
の大小にかかわらず、安定した運転を行なうことができ
る。
速した後、固定子巻線の通電電流を減少させる。これに
より、実際の回転子の位置と位置検出回路の出力信号と
の位相差は小さくなる。そして、位置検出回路の出力信
号と所定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻
との位相差が所定の位相差になったとき、位置検出回路
の出力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換え
る。これにより、貫性モーメントの大きい負荷であって
も、また、起動時に負荷が著しく変動しても、起動負荷
の大小にかかわらず、安定した運転を行なうことができ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
る。
【００１３】図１は本発明による電動機の同期起動装置
の一実施例を備えた制御系を示すブロック図であって、
１は整流回路、２は平滑コンデンサ、３はインバータ回
路、４は電流検出手段、５は固定子巻線、６は位置検出
回路、７は制御回路、８はＰＷＭ（パルス幅変調）信号
発生回路、９は発振回路、１０は回転子、１１はドライ
ブ回路、１２は入力端子である。
の一実施例を備えた制御系を示すブロック図であって、
１は整流回路、２は平滑コンデンサ、３はインバータ回
路、４は電流検出手段、５は固定子巻線、６は位置検出
回路、７は制御回路、８はＰＷＭ（パルス幅変調）信号
発生回路、９は発振回路、１０は回転子、１１はドライ
ブ回路、１２は入力端子である。
【００１４】同図において、固定子巻線５と回転子１０
とがブラシレス直流電動機を構成しており、商用交流電
源は整流回路１で整流されて平滑コンデンサ２で平滑さ
れ、直流電圧となってインバータ回路３に供給される。
インバータ回路３は６個のスイッチング素子Ａ＋，Ｂ
＋，Ｃ＋，Ａ−，Ｂ−，Ｃ−がブリッジ結線されてな
り、これらスイッチング素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ａ−，
Ｂ−，Ｃ−がドライブ回路１１でオン・オフ制御される
ことにより、電動機の固定子巻線５の各相に所定のタイ
ミングで電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れ、回転子１０が回
転する。
とがブラシレス直流電動機を構成しており、商用交流電
源は整流回路１で整流されて平滑コンデンサ２で平滑さ
れ、直流電圧となってインバータ回路３に供給される。
インバータ回路３は６個のスイッチング素子Ａ＋，Ｂ
＋，Ｃ＋，Ａ−，Ｂ−，Ｃ−がブリッジ結線されてな
り、これらスイッチング素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋，Ａ−，
Ｂ−，Ｃ−がドライブ回路１１でオン・オフ制御される
ことにより、電動機の固定子巻線５の各相に所定のタイ
ミングで電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れ、回転子１０が回
転する。
【００１５】位置検出回路６は、固定子巻線５の巻線電
圧から固定子１０の磁極の位置を検出し、分配回路を介
して位置検出信号を出力する。この位置検出信号入力端
子１２からの回転数指定信号とともに制御回路７に供給
され、インバータ回路３の転流タイミングを示す転流タ
イミング信号と、この位置検出信号が表わす電動機の実
回転数とこの回転数指令信号による指令回転数との差を
表わす指令電圧とが形成される。
圧から固定子１０の磁極の位置を検出し、分配回路を介
して位置検出信号を出力する。この位置検出信号入力端
子１２からの回転数指定信号とともに制御回路７に供給
され、インバータ回路３の転流タイミングを示す転流タ
イミング信号と、この位置検出信号が表わす電動機の実
回転数とこの回転数指令信号による指令回転数との差を
表わす指令電圧とが形成される。
【００１６】発振回路９からは一定周波数の鋸歯状波信
号が出力され、ＰＷＭ信号発生回路８に供給されて制御
回路７からの指令電圧とレベル比較され、この指令電圧
に応じたデューティ比のＰＷＭ信号が形成される。ドラ
イブ回路１１は制御回路７からの転流タイミング信号の
タイミングでインバータ回路３の上側スイッチング素子
Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋と下側スイッチング素子Ａ−，Ｂ−，
Ｃ−とを順次オン・オフ制御し、かつオンされた上側ス
イッチング素子と下側スイッチング素子とにＰＷＭ信号
を供給する。これにより、インバータ回路３の上側スイ
ッチング素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋と下側スイッチング素子
Ａ−，Ｂ−，Ｃ−とが回転子１０の回転に同期して順次
オン・オフ制御され、また、固定子巻線５の各相がＰＷ
Ｍ信号によってチョッパ制御される。このＰＷＭ信号の
デューティ比によって回転子１０の回転数が決まる。
号が出力され、ＰＷＭ信号発生回路８に供給されて制御
回路７からの指令電圧とレベル比較され、この指令電圧
に応じたデューティ比のＰＷＭ信号が形成される。ドラ
イブ回路１１は制御回路７からの転流タイミング信号の
タイミングでインバータ回路３の上側スイッチング素子
Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋と下側スイッチング素子Ａ−，Ｂ−，
Ｃ−とを順次オン・オフ制御し、かつオンされた上側ス
イッチング素子と下側スイッチング素子とにＰＷＭ信号
を供給する。これにより、インバータ回路３の上側スイ
ッチング素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋と下側スイッチング素子
Ａ−，Ｂ−，Ｃ−とが回転子１０の回転に同期して順次
オン・オフ制御され、また、固定子巻線５の各相がＰＷ
Ｍ信号によってチョッパ制御される。このＰＷＭ信号の
デューティ比によって回転子１０の回転数が決まる。
【００１７】また、電流検出手段４によってインバータ
回路３の電流（インバータ電流）Ｉが検出され、このイ
ンバータ電流Ｉが規定の電流値以上になると、ＰＷＭ信
号発生回路８でＰＷＭ信号のデューティ比が低下され、
これにより、インバータ電流Ｉがこの規定の電流値を越
えないように制御される。
回路３の電流（インバータ電流）Ｉが検出され、このイ
ンバータ電流Ｉが規定の電流値以上になると、ＰＷＭ信
号発生回路８でＰＷＭ信号のデューティ比が低下され、
これにより、インバータ電流Ｉがこの規定の電流値を越
えないように制御される。
【００１８】ところで、ブラシレス直流電動機の駆動方
法としては、回転子１０の磁極の位置を検出し、その検
出信号に従って固定子巻線５の電流を順次切り換えるこ
とにより、回転トルクを発生させるものである。回転子
１０の磁極の位置を検出する手段は、回転子１０の磁石
によって固定子巻線５に誘起する逆起電力から回転子１
０の磁極の位置を検出する。しかし、かかる方式では、
回転子１０が停止しているときには固定子巻線５に逆起
電力が誘起しないので、回転子１０の磁極の位置を検出
することができない。このため、このままでは電動機を
起動させることはできないので、電動機を起動させる何
らかの手段が必要である。先に説明した特公昭５５−２
６７９３号公報に記載される技術のように、この何らか
の手段で電動機が起動して或る所定の回転数まで加速さ
れれば、その後は固定子巻線５に誘起される逆起電圧か
ら回転子１０の位置を検出して運転を続行させることが
できる。
法としては、回転子１０の磁極の位置を検出し、その検
出信号に従って固定子巻線５の電流を順次切り換えるこ
とにより、回転トルクを発生させるものである。回転子
１０の磁極の位置を検出する手段は、回転子１０の磁石
によって固定子巻線５に誘起する逆起電力から回転子１
０の磁極の位置を検出する。しかし、かかる方式では、
回転子１０が停止しているときには固定子巻線５に逆起
電力が誘起しないので、回転子１０の磁極の位置を検出
することができない。このため、このままでは電動機を
起動させることはできないので、電動機を起動させる何
らかの手段が必要である。先に説明した特公昭５５−２
６７９３号公報に記載される技術のように、この何らか
の手段で電動機が起動して或る所定の回転数まで加速さ
れれば、その後は固定子巻線５に誘起される逆起電圧か
ら回転子１０の位置を検出して運転を続行させることが
できる。
【００１９】次に、図２を用いて、この実施例の位置決
め操作時及び起動時での固定子巻線５の電流について説
明する。
め操作時及び起動時での固定子巻線５の電流について説
明する。
【００２０】起動時、まず、インバータ回路３での特定
のスイッチング素子、例えば、スイッチング素子Ａ＋，
Ｂ−をオン状態にし、回転子１０を所定の位置に位置付
け、次いで、低周波数で各相の固定子巻線５に順次通電
し、電動機を所定の回転数まで加速する。このとき、ス
イッチング素子をオンする状態は上アーム（スイッチン
グ素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋）のうちの１スイッチング素子
と下アーム（スイッチング素子Ａ−，Ｂ−，Ｃ−）のう
ちの１スイッチング素子であり、予め制御回路７に記憶
されているタイミング周期、即ち、転流時間で固定子巻
線５に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを順次切り換える。
この加速中、制御回路７は位置検出回路６からの位置
検出信号とは無関係にインバータ回路３の転流を行な
う。このため、ブラシレス直流電動機は同期電動機とし
て動作する。
のスイッチング素子、例えば、スイッチング素子Ａ＋，
Ｂ−をオン状態にし、回転子１０を所定の位置に位置付
け、次いで、低周波数で各相の固定子巻線５に順次通電
し、電動機を所定の回転数まで加速する。このとき、ス
イッチング素子をオンする状態は上アーム（スイッチン
グ素子Ａ＋，Ｂ＋，Ｃ＋）のうちの１スイッチング素子
と下アーム（スイッチング素子Ａ−，Ｂ−，Ｃ−）のう
ちの１スイッチング素子であり、予め制御回路７に記憶
されているタイミング周期、即ち、転流時間で固定子巻
線５に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを順次切り換える。
この加速中、制御回路７は位置検出回路６からの位置
検出信号とは無関係にインバータ回路３の転流を行な
う。このため、ブラシレス直流電動機は同期電動機とし
て動作する。
【００２１】同期電動機として動作しているブラシレス
直流電動機に発生するトルクは固定子巻線５の電流また
は電圧に比例しているので、大きな起動トルクを必要と
する負荷（例えば、貫性モーメントの大きい負荷や、外
風などによって著しく起動時に負荷が変動する場合）の
とき、位置決め、及び、同期運転中の固定子巻線５の電
流が大きくなるように予め制御回路７に記憶されている
インバータ電流の指令値を大きく設定しておくことによ
り、起動トルクを大きくすればよい。また、加速時間
は、制御回路７で予め転流時間を順次短く設定すること
により、任意に設定できる。
直流電動機に発生するトルクは固定子巻線５の電流また
は電圧に比例しているので、大きな起動トルクを必要と
する負荷（例えば、貫性モーメントの大きい負荷や、外
風などによって著しく起動時に負荷が変動する場合）の
とき、位置決め、及び、同期運転中の固定子巻線５の電
流が大きくなるように予め制御回路７に記憶されている
インバータ電流の指令値を大きく設定しておくことによ
り、起動トルクを大きくすればよい。また、加速時間
は、制御回路７で予め転流時間を順次短く設定すること
により、任意に設定できる。
【００２２】図３は位置決めから、同期運転動作中のブ
ラシレス直流電動機の回転子１０と固定子巻線５の位置
関係を示す図である。
ラシレス直流電動機の回転子１０と固定子巻線５の位置
関係を示す図である。
【００２３】ブラシレス直流電動機の同期運転動作中の
回転は同期電動機の回転原理と同じである。インバータ
回路３のスイッチング素子Ａ＋〜Ｃ−を順次オン・オフ
制御することにより、固定子巻線５の各相に順次通電す
ると、ブラシレス直流電動機内部には同期速度で回転す
る回転磁界が発生する。回転子１０はＮ，Ｓの磁極を有
しているので、この回転磁界のＮ極と回転子１０のＳ極
が引き合って回転子１０は同期速度で回転する。
回転は同期電動機の回転原理と同じである。インバータ
回路３のスイッチング素子Ａ＋〜Ｃ−を順次オン・オフ
制御することにより、固定子巻線５の各相に順次通電す
ると、ブラシレス直流電動機内部には同期速度で回転す
る回転磁界が発生する。回転子１０はＮ，Ｓの磁極を有
しているので、この回転磁界のＮ極と回転子１０のＳ極
が引き合って回転子１０は同期速度で回転する。
【００２４】ブラシレス直流電動機の同期運転中では、
無負荷時、図３（ａ）に示すように、固定子巻線５の各
相の順次の通電による回転磁界の中心と回転子１０の磁
界の磁極の中心が一致しているが、負荷が加わると、図
３（ｂ）に示すように、回転磁界の中心と回転子１０の
磁界の磁極の中心との間に内部相差角θだけ位相ずれが
生じる。
無負荷時、図３（ａ）に示すように、固定子巻線５の各
相の順次の通電による回転磁界の中心と回転子１０の磁
界の磁極の中心が一致しているが、負荷が加わると、図
３（ｂ）に示すように、回転磁界の中心と回転子１０の
磁界の磁極の中心との間に内部相差角θだけ位相ずれが
生じる。
【００２５】なお、ブラシレス電動機の出力トルクＴと
内部相差角θの関係は、一般に、次式で表わすことがで
きる。
内部相差角θの関係は、一般に、次式で表わすことがで
きる。
【００２６】
【数１】
【００２７】但し、Ｅ＝回転子１０による逆起電圧 Ｖ＝電動機の印加電圧 Ｘｄ＝直軸リアクタンス である。
【００２８】従って、同期運転中では、負荷に応じて回
転子１０とインバータの印加電圧の位相差θは０゜〜９
０゜の範囲で変化する。また、ブラシレス運転時の回転
子磁極中心に対し、回転子１０は（９０゜−θ゜）だけ
位相が進んでいる。
転子１０とインバータの印加電圧の位相差θは０゜〜９
０゜の範囲で変化する。また、ブラシレス運転時の回転
子磁極中心に対し、回転子１０は（９０゜−θ゜）だけ
位相が進んでいる。
【００２９】上記のように、同期運転中は電動機を駆動
するが、回転数が上昇して電動機の電機子巻線５に誘起
される逆起電圧が大きくなり、位置検出回路６による回
転子１０の位置の検出が可能になると、位置検出回路６
からの位置検出信号に従ってインバータ回路３内のスイ
ッチング素子Ａ＋〜Ｃ−を順次転流する。しかし、同期
運転時には、上記のように、回転子磁極中心に対して回
転子１０は（９０゜−０゜）だけ位相が進んでいるの
で、かかる同期運転からブラシレス運転へ直接切り換え
たのでは、回転子１０は脱調して停止してしまう。
するが、回転数が上昇して電動機の電機子巻線５に誘起
される逆起電圧が大きくなり、位置検出回路６による回
転子１０の位置の検出が可能になると、位置検出回路６
からの位置検出信号に従ってインバータ回路３内のスイ
ッチング素子Ａ＋〜Ｃ−を順次転流する。しかし、同期
運転時には、上記のように、回転子磁極中心に対して回
転子１０は（９０゜−０゜）だけ位相が進んでいるの
で、かかる同期運転からブラシレス運転へ直接切り換え
たのでは、回転子１０は脱調して停止してしまう。
【００３０】そこで、この実施例では、同期運転時に
は、回転子磁極中心に対して回転子１０が（９０゜−０
゜）だけ位相が進んでいる状態から固定子巻線５の通電
電流Ｉを低減し、位置検出回路６の出力信号と所定の周
波数で相の固定子巻線５に順次通電する時刻との位相差
が所定の位相差（例えば、９０゜±２０゜）になったと
き、位置検出回路６の出力信号に応じてインバータ回路
３の出力電流を切り換えるようにする。
は、回転子磁極中心に対して回転子１０が（９０゜−０
゜）だけ位相が進んでいる状態から固定子巻線５の通電
電流Ｉを低減し、位置検出回路６の出力信号と所定の周
波数で相の固定子巻線５に順次通電する時刻との位相差
が所定の位相差（例えば、９０゜±２０゜）になったと
き、位置検出回路６の出力信号に応じてインバータ回路
３の出力電流を切り換えるようにする。
【００３１】なお、ブラシレス運転時での回転子１０の
位置は、図３（ｂ）に示すように、回転磁界の中心から
９０゜位相遅れの位置である。
位置は、図３（ｂ）に示すように、回転磁界の中心から
９０゜位相遅れの位置である。
【００３２】以下、同期運転から位置検出運転（ブラシ
レス運転）への切換え方法について詳細に説明する。
レス運転）への切換え方法について詳細に説明する。
【００３３】図４は図１における位置検出回路６の一具
体例を示す回路図であって、１３A，１３B，１３Cは入
力端子、１４A，１４B，１４Cは積分回路、１５A，１５
B，１５Cは遅延回路、１６A，１６B，１６Cはコンパレ
ータ、１７A，１７B，１７Cは抵抗である。
体例を示す回路図であって、１３A，１３B，１３Cは入
力端子、１４A，１４B，１４Cは積分回路、１５A，１５
B，１５Cは遅延回路、１６A，１６B，１６Cはコンパレ
ータ、１７A，１７B，１７Cは抵抗である。
【００３４】図５は図４での各部の信号を示す波形図で
あって、図４に対応する信号には同一符号を付けてい
る。
あって、図４に対応する信号には同一符号を付けてい
る。
【００３５】図４，図５において、ブラシレス電動機の
各相の固定子巻線５の台形状の端子電圧ＶA，ＶB，ＶC
が夫々入力端子１３A，１３B，１３Cから入力され、抵
抗とコンデンサとからなる積分回路１４A，１４B，１４
Cで三角波電圧に変換され、抵抗とコンデンサとからな
る遅延回路１５A，１５B，１５Cで約９０゜ずつ遅れた
３相の電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃが形成される。これら電圧
ｖａ，ｖｂ，ｖｃは夫々、コンパレータ１６A，１６B，
１６Cに供給されるとともに、抵抗１７A，１７B，１７C
を介して合成されて仮想中性点電圧ｖｎが作成され、コ
ンパレータ１６A，１６B，１６Cに供給される。これら
コンパレータ１６A，１６B，１６Cでは夫々、電圧ｖａ
と仮想中性点電圧ｖｎ、電圧ｖｂと仮想中性点電圧ｖ
ｎ、電圧ｖｃと仮想中性点電圧ｖｎが電圧比較され、１
２０゜ずつ位相が異なるデューティ比５０％の位置検出
信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃが作成される。
各相の固定子巻線５の台形状の端子電圧ＶA，ＶB，ＶC
が夫々入力端子１３A，１３B，１３Cから入力され、抵
抗とコンデンサとからなる積分回路１４A，１４B，１４
Cで三角波電圧に変換され、抵抗とコンデンサとからな
る遅延回路１５A，１５B，１５Cで約９０゜ずつ遅れた
３相の電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃが形成される。これら電圧
ｖａ，ｖｂ，ｖｃは夫々、コンパレータ１６A，１６B，
１６Cに供給されるとともに、抵抗１７A，１７B，１７C
を介して合成されて仮想中性点電圧ｖｎが作成され、コ
ンパレータ１６A，１６B，１６Cに供給される。これら
コンパレータ１６A，１６B，１６Cでは夫々、電圧ｖａ
と仮想中性点電圧ｖｎ、電圧ｖｂと仮想中性点電圧ｖ
ｎ、電圧ｖｃと仮想中性点電圧ｖｎが電圧比較され、１
２０゜ずつ位相が異なるデューティ比５０％の位置検出
信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃが作成される。
【００３６】回転子磁極中心に対して回転子１０の位置
が進み位相にあるとき、Ｐ点の電圧は低下して９０゜遅
れた電圧ｖａの位相は進む。逆に、回転子１０の位置が
遅れ位相にあるときには、Ｐ点の電圧は増加し、９０゜
遅れた電圧ｖａの位相は遅れる。このように、位置検出
回路６は、回転子１０の端子電圧に対する位相に応じた
位置検出信号を発生し、これを制御回路７に供給する。
かかる位置検出信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの立上りタイミン
グがインバータ回路３の下アームの転流タイミングとな
り、立下りタイミングが上アームの転流タイミングとな
る。
が進み位相にあるとき、Ｐ点の電圧は低下して９０゜遅
れた電圧ｖａの位相は進む。逆に、回転子１０の位置が
遅れ位相にあるときには、Ｐ点の電圧は増加し、９０゜
遅れた電圧ｖａの位相は遅れる。このように、位置検出
回路６は、回転子１０の端子電圧に対する位相に応じた
位置検出信号を発生し、これを制御回路７に供給する。
かかる位置検出信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの立上りタイミン
グがインバータ回路３の下アームの転流タイミングとな
り、立下りタイミングが上アームの転流タイミングとな
る。
【００３７】図６はこの実施例での同期運転からブラシ
レス運転への切換え動作を示す図である。
レス運転への切換え動作を示す図である。
【００３８】同図において、始動時の電流が一定の状態
で同期運転で回転子１０の回転数を徐々に加速し、予め
定められた切換え回転数（例えば。２５０ｍｉｎ−1）
で定速回転を行なうようにする。この場合、電動機に加
わる負荷が大きいときには内部相差角θも大きく、負荷
が小さいときには内部相差角θは小さい。結局、内部相
差角θは電動機の負荷に応じて０〜９０゜の範囲で変化
する。
で同期運転で回転子１０の回転数を徐々に加速し、予め
定められた切換え回転数（例えば。２５０ｍｉｎ−1）
で定速回転を行なうようにする。この場合、電動機に加
わる負荷が大きいときには内部相差角θも大きく、負荷
が小さいときには内部相差角θは小さい。結局、内部相
差角θは電動機の負荷に応じて０〜９０゜の範囲で変化
する。
【００３９】回転子１０の回転数が所定の回転数に到着
すると、制御回路７はインバータ電流の指令値を徐々に
小さくし、電動機の出力トルクを減少させて電動機の負
荷に対する発生トルクを相対的に減少させる。これによ
り、ブラシレス運転時の回転子１０の位置を内部相差角
θが９０゜となる位置に移動させる。位置検出回路６の
位置検出信号によって内部相差角θが約９０゜となる切
換え可能範囲に回転子１０の位置がきたことが検出され
ると、同期運転からブラシレス運転へと切り換えられ
る。この実施例では、インバータ電流の指令値の減少率
が一定であれば、電動機の負荷が大きい方が早くブラシ
レス運転へ切り換えることができる。
すると、制御回路７はインバータ電流の指令値を徐々に
小さくし、電動機の出力トルクを減少させて電動機の負
荷に対する発生トルクを相対的に減少させる。これによ
り、ブラシレス運転時の回転子１０の位置を内部相差角
θが９０゜となる位置に移動させる。位置検出回路６の
位置検出信号によって内部相差角θが約９０゜となる切
換え可能範囲に回転子１０の位置がきたことが検出され
ると、同期運転からブラシレス運転へと切り換えられ
る。この実施例では、インバータ電流の指令値の減少率
が一定であれば、電動機の負荷が大きい方が早くブラシ
レス運転へ切り換えることができる。
【００４０】図７は切換え回転数における電動機に加わ
る内部相差角θとトルクＴと位置検出回路６の回路遅れ
角との関係を示す図である。
る内部相差角θとトルクＴと位置検出回路６の回路遅れ
角との関係を示す図である。
【００４１】同図において、内部相差角θと位置検出回
路６の回路遅れ角は、図示するように、内部相差角θ＝
０゜のときに回路遅れ角は６０゜、内部相差角θ＝９０
゜のときに回路遅れ角は７５゜になる。また、トルクＴ
は、上記数１に示すように、ｓｉｎθに比例し、電動機
の印加電圧Ｅに比例するインバータ電流の指令値（指令
電流）によって夫々大きさは異なる。
路６の回路遅れ角は、図示するように、内部相差角θ＝
０゜のときに回路遅れ角は６０゜、内部相差角θ＝９０
゜のときに回路遅れ角は７５゜になる。また、トルクＴ
は、上記数１に示すように、ｓｉｎθに比例し、電動機
の印加電圧Ｅに比例するインバータ電流の指令値（指令
電流）によって夫々大きさは異なる。
【００４２】いま、仮に切換え時のトルクＴが２ｋｇ・
ｃｍであるとすると、回路遅れ角は６０゜程度である。
ここで、インバータ電流指令値を徐々に減少させれば、
内部相差角θは９０゜に徐々に近づく。内部相差角θが
９０゜になったときには、位置検出回路６の回路遅れ角
は７５゜であるから、この位相を制御回路７は検出して
ブラシレス運転に切り換える。切換え時のトルクＴが他
の値であっても、同様な操作を行なうことにより、同期
運転からブラシレス運転に切り換えることが可能であ
る。
ｃｍであるとすると、回路遅れ角は６０゜程度である。
ここで、インバータ電流指令値を徐々に減少させれば、
内部相差角θは９０゜に徐々に近づく。内部相差角θが
９０゜になったときには、位置検出回路６の回路遅れ角
は７５゜であるから、この位相を制御回路７は検出して
ブラシレス運転に切り換える。切換え時のトルクＴが他
の値であっても、同様な操作を行なうことにより、同期
運転からブラシレス運転に切り換えることが可能であ
る。
【００４３】なお、上記実施例では、ブラシレス電動機
を所定の回転数まで加速した後、固定子巻線の通電電流
を減少させるようにしたが、ブラシレス電動機を所定の
回転数まで加速中に固定子巻線の通電電流を減少しても
よい。この場合には、電流を減少できるので、電動機が
過励磁になるのを防止することができ、電磁音も抑制さ
れる。
を所定の回転数まで加速した後、固定子巻線の通電電流
を減少させるようにしたが、ブラシレス電動機を所定の
回転数まで加速中に固定子巻線の通電電流を減少しても
よい。この場合には、電流を減少できるので、電動機が
過励磁になるのを防止することができ、電磁音も抑制さ
れる。
【００４４】また、電動機の加速中に電流を増加し、同
期運転からブラシレス運転への切換え前に電流を減少さ
せてもよい。この場合にも、さらに、電磁音が抑制され
る。
期運転からブラシレス運転への切換え前に電流を減少さ
せてもよい。この場合にも、さらに、電磁音が抑制され
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定子巻線の通電電流を減少し、位置検出回路の出力信
号と所定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻
との位相差が所定の位相差になったとき、位置検出回路
の出力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換える
ので、貫性モーメントの大きい負荷や外風などによって
起動時に著しく負荷が変動する場合でも、起動負荷の大
小にかかわらず、安定に同期運転からブラシレス運転に
切り換えることができる。
固定子巻線の通電電流を減少し、位置検出回路の出力信
号と所定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する時刻
との位相差が所定の位相差になったとき、位置検出回路
の出力信号に応じてインバータ回路の出力を切り換える
ので、貫性モーメントの大きい負荷や外風などによって
起動時に著しく負荷が変動する場合でも、起動負荷の大
小にかかわらず、安定に同期運転からブラシレス運転に
切り換えることができる。
【図１】本発明による電動機の同期起動装置の一実施例
を備えた制御系を示すブロック図である。
を備えた制御系を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施例の位置決め操作時及び起動
時での固定子巻線５の電流についての説明図である。
時での固定子巻線５の電流についての説明図である。
【図３】位置決めから同期運転動作中のブラシレス直流
電動機の回転子と固定子巻線の位置関係を示す図であ
る。
電動機の回転子と固定子巻線の位置関係を示す図であ
る。
【図４】図１における位置検出回路の一具体例を示す回
路図である。
路図である。
【図５】図４の各部の信号を示す波形図である。
【図６】図１に示した実施例での同期運転からブラシレ
ス運転への切換え動作を示す図である。
ス運転への切換え動作を示す図である。
【図７】図１に示した実施例での切換え回転数における
電動機に加わる内部相差角とトルクと位置検出回路の回
路遅れ角との関係を示す図である。
電動機に加わる内部相差角とトルクと位置検出回路の回
路遅れ角との関係を示す図である。
１ 整流回路 ２ 平滑コンデンサ ３ インバータ回路 ４ 電流検出手段 ５ 固定子巻線 ６ 位置検出回路 ７ 制御回路 ８ ＰＷＭ発生回路 ９ 発振回路 １０ 回転子 １１ ドライブ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 徹 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社 日立製作所 リビング機器 事業部内 (72)発明者 荒川 道久 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社 日立製作所 リビング機器 事業部内 (56)参考文献 特開 平６−133584（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299090（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−137393（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105584（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/20 H02P 6/16
Claims (4)
- 【請求項１】 固定子巻線と回転子からなるブラシレス
直流電動機と、商用交流電源を整流平滑する整流回路
と、この整流回路の出力端に複数のスイッチング素子を
ブリッジ結線しその出力を前記固定子巻線の各相に送出
するようにしたインバータ回路と、前記複数のスイッチ
ング素子を適時導通遮断するための位置検出信号を固定
子巻線の巻線電圧から検出して分配回路を介して送出す
るようにした位置検出回路とを備え、前記固定子巻線の
各相をチョッパ制御されたインバータ回路の出力により
順次通電せしめるようにしたブラシレス直流電動機の駆
動装置において、 起動時、まず、回転子を所定の位置に位置させ、ついで
所定の周波数で各相の固定子巻線に順次通電して電動機
を所定の回転数まで加速した後、前記固定子巻線の通電
電流を減少し、前記位置検出回路の出力信号と、前記所
定の周波数で各相の固定子巻線の順次通電する時刻との
位相差が所定の位相差になったとき、前記位置検出回路
の出力信号に応じてインバータ回路の出力を切換ること
を特徴とする直流電動機の同期起動装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 電動機加速中に前記固定子巻線の通電電流を減少し、前
記位置検出回路の出力信号と、前記所定の周波数で各相
の固定子巻線に順次通電する時刻との位相差が所定の位
相差になったとき、前記位置検出回路の出力信号に応じ
てインバータ回路の出力を切換ることを特徴とする直流
電動機の同期起動装置。 - 【請求項３】 請求項１において、 電動機加速中に前記固定子巻線の通電電流を増加した
後、通電電流を減少し、前記位置検出回路の出力信号
と、前記所定の周波数で相の固定子巻線に順次通電する
時刻との位相差が所定の位相差になったとき、前記位置
検出回路の出力回路に応じてインバータ回路の出力を切
換ることを特徴とする直流電動機の同期起動装置。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記位置検出回路の出力信号と、前記所定の周波数で相
の固定子巻線に順次通電する時刻との位相差に許容範囲
を定めたことを特徴とする直流電動機の同期起動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09658394A JP3283377B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 直流電動機の同期起動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09658394A JP3283377B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 直流電動機の同期起動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07308092A JPH07308092A (ja) | 1995-11-21 |
| JP3283377B2 true JP3283377B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=14168971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09658394A Expired - Fee Related JP3283377B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 直流電動機の同期起動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3283377B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313252B1 (ko) * | 1999-01-07 | 2001-11-05 | 윤종용 | 브러쉬리스 직류 모터의 센서리스 모드전환장치 |
| JP3517405B2 (ja) * | 2001-08-10 | 2004-04-12 | 三菱電機株式会社 | 車両用回転電機の制御装置および制御法 |
| JP4829520B2 (ja) * | 2005-04-11 | 2011-12-07 | 並木精密宝石株式会社 | モータ駆動装置及び電子機器 |
| JP4566100B2 (ja) * | 2005-09-20 | 2010-10-20 | 三洋電機株式会社 | 電動機の駆動装置 |
| JP5200569B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2013-06-05 | パナソニック株式会社 | インバータ装置 |
-
1994
- 1994-05-10 JP JP09658394A patent/JP3283377B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07308092A (ja) | 1995-11-21 |
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