JP3305331B2 - 永久磁石により励起された同期モータ制御用の角度位置検出装置 - Google Patents
永久磁石により励起された同期モータ制御用の角度位置検出装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ダンピングケージを含まないローターと、
巻線の組が設けられたステータと、周波数変換器と、周
波数変換器を制御する回路とを有する永久磁石励起形の
同期モータを制御する角度位置検出装置に関する。
巻線の組が設けられたステータと、周波数変換器と、周
波数変換器を制御する回路とを有する永久磁石励起形の
同期モータを制御する角度位置検出装置に関する。
永久磁石励起形の同期モータは、分子吸収ポンプ、高
速スピンドル、及び、エアーコンプレッサのような高速
アプリケーションでより多く使用されている。これらの
高速アプリケーションは、特に、単位容積当たりの高い
パワー密度と、低ローター損失とを必要とする。
速スピンドル、及び、エアーコンプレッサのような高速
アプリケーションでより多く使用されている。これらの
高速アプリケーションは、特に、単位容積当たりの高い
パワー密度と、低ローター損失とを必要とする。
永久磁石励起形の同期モータの速度を変化させるた
め、一般的に周波数変換器（インバータ）を使用するこ
とが必要である。変換器は、振幅及び周波数の両方が可
変である電流をモータ巻線に供給する。制御は通常閉ル
ープ式に行われ、角度位置センサはローターの実際の位
置に関する情報を変換器に供給し、次に、変換器は適切
な位相及び振幅をモータのステータに供給する。その結
果として、モータは同期的に回転するように制約され、
（付加的なローター損失を生じさせる）ダンピングケー
ジは不要である。
め、一般的に周波数変換器（インバータ）を使用するこ
とが必要である。変換器は、振幅及び周波数の両方が可
変である電流をモータ巻線に供給する。制御は通常閉ル
ープ式に行われ、角度位置センサはローターの実際の位
置に関する情報を変換器に供給し、次に、変換器は適切
な位相及び振幅をモータのステータに供給する。その結
果として、モータは同期的に回転するように制約され、
（付加的なローター損失を生じさせる）ダンピングケー
ジは不要である。
速度は、一般的に、縦続した２個のサーボ制御ループ
を用いて調整される。内部電流ループは、電流の振幅及
び位相がモータトルクに比例するように電流の振幅及び
位相をサーボ制御し、第２のループは回転の速度をサー
ボ制御する。速度レギュレータからの出力量は電流レギ
ュレータの基準値である。
を用いて調整される。内部電流ループは、電流の振幅及
び位相がモータトルクに比例するように電流の振幅及び
位相をサーボ制御し、第２のループは回転の速度をサー
ボ制御する。速度レギュレータからの出力量は電流レギ
ュレータの基準値である。
変換器の電力段は、一般的に、直流電源から給電され
パルス幅変換（PWM）技術を用いて高周波でオン・オフ
制御される６個の電子スイッチを含むブリッジ回路によ
って構成される。
パルス幅変換（PWM）技術を用いて高周波でオン・オフ
制御される６個の電子スイッチを含むブリッジ回路によ
って構成される。
上記のタイプの変換器とモータの集合体は、制御のた
め、ホール効果センサ、誘導式センサ、レゾルバ、又
は、光学式（アブソリュート若しくはインクレメンタ
ル）センサを使用する必要がある。
め、ホール効果センサ、誘導式センサ、レゾルバ、又
は、光学式（アブソリュート若しくはインクレメンタ
ル）センサを使用する必要がある。
本発明の目的は、１台以上の角度位置検出器の使用の
必要性を回避すること、特に、静的動作時にオン・オフ
信号を発生し、壊れやすく、信頼性が乏しく、放射線を
阻止する問題を生ずる能動ホール効果センサの使用を回
避すること、並びに、１回転当たりに１パルスを発生
し、検査が回転中にしか行えない場合に、実際に実現す
るためには困難さと高い費用とを伴う角度位置調整を必
要とする「回転パルス」形の誘導式センサの使用を回避
することである。
必要性を回避すること、特に、静的動作時にオン・オフ
信号を発生し、壊れやすく、信頼性が乏しく、放射線を
阻止する問題を生ずる能動ホール効果センサの使用を回
避すること、並びに、１回転当たりに１パルスを発生
し、検査が回転中にしか行えない場合に、実際に実現す
るためには困難さと高い費用とを伴う角度位置調整を必
要とする「回転パルス」形の誘導式センサの使用を回避
することである。
また、本発明の目的は、誘導式「回転パルス」形セン
サ、又は、ホール効果センサを用いて得ることができる
ような角度位置情報を、これらのタイプのセンサを組み
込むことなく獲得できるようにすることである。
サ、又は、ホール効果センサを用いて得ることができる
ような角度位置情報を、これらのタイプのセンサを組み
込むことなく獲得できるようにすることである。
本発明によれば、上記の目的は、ダンピングケージが
設けられていないローターと、１組の巻線が設けられた
ステータと、周波数変換器と、周波数変換器を制御する
回路とを有する永久磁石励起形の同期モータを制御する
角度位置検出装置によって実現される。上記角度位置検
出装置は、所与の位相Ｕの電圧Vuを決定する測定手段
と、上記測定手段によって決定されたような電圧Vuから
電流iuを伝搬する上記巻線の抵抗における抵抗性電圧降
下に対応する大きさを減算する第１の減算手段と、上記
第１の減算手段から得られた信号を積分する積分手段
と、上記積分手段により得られた信号から上記電流iuを
伝搬する上記巻線のインダクタにおける誘導性電圧降下
に対応する大きさを減算する第２の減算手段と、上記第
２の減算手段から得られたローター磁束の正弦波信号の
零交差を検出し、ステータに対するローターの角度位置
を定める情報信号を供給する比較手段とを含む計算回路
により構成されることを特徴とする。
設けられていないローターと、１組の巻線が設けられた
ステータと、周波数変換器と、周波数変換器を制御する
回路とを有する永久磁石励起形の同期モータを制御する
角度位置検出装置によって実現される。上記角度位置検
出装置は、所与の位相Ｕの電圧Vuを決定する測定手段
と、上記測定手段によって決定されたような電圧Vuから
電流iuを伝搬する上記巻線の抵抗における抵抗性電圧降
下に対応する大きさを減算する第１の減算手段と、上記
第１の減算手段から得られた信号を積分する積分手段
と、上記積分手段により得られた信号から上記電流iuを
伝搬する上記巻線のインダクタにおける誘導性電圧降下
に対応する大きさを減算する第２の減算手段と、上記第
２の減算手段から得られたローター磁束の正弦波信号の
零交差を検出し、ステータに対するローターの角度位置
を定める情報信号を供給する比較手段とを含む計算回路
により構成されることを特徴とする。
本発明の装置は、変換器の出力、若しくは、モータの
ステータ端子から、上記巻線により伝搬される電流iuの
大きさに関する情報を取得する。
ステータ端子から、上記巻線により伝搬される電流iuの
大きさに関する情報を取得する。
上記計算回路は本質的に少数の演算増幅器から構成さ
れる。
れる。
このように、本発明によれば、ローターの角度位置
は、角度位置を検出するための特殊なセンサを実装する
ことを要することなく、変換器からの出力若しくはモー
タ自体の端子で常時得ることができる電圧及び電流情報
だけを利用して識別することができる。
は、角度位置を検出するための特殊なセンサを実装する
ことを要することなく、変換器からの出力若しくはモー
タ自体の端子で常時得ることができる電圧及び電流情報
だけを利用して識別することができる。
計算回路は、120゜の位相偏移を有する複数の出力信
号を発生させることができる。
号を発生させることができる。
この計算回路は、ローター磁石によって発生された磁
束の像であり、変換器の動作による妨害を受けない位相
及び振幅を示すローター磁束信号を獲得することができ
る。
束の像であり、変換器の動作による妨害を受けない位相
及び振幅を示すローター磁束信号を獲得することができ
る。
本発明の検出装置は、能動的な磁気軸受に取り付けら
れた回転式集合体を駆動する電子モータに適用すること
ができる。
れた回転式集合体を駆動する電子モータに適用すること
ができる。
能動的な磁気軸受に、不均衡を自動的に制御する自動
不均衡制御系が取り付けられたとき、ローターの角度位
置を識別する情報信号は、能動的な磁気軸受の自動不均
衡制御系に供給され得る。
不均衡制御系が取り付けられたとき、ローターの角度位
置を識別する情報信号は、能動的な磁気軸受の自動不均
衡制御系に供給され得る。
本発明の装置は、分子吸収ポンプ、コンプレッサ、又
は、毎秒数千回転（rpm）の速度のオーダーで回転する
ツール支持用スピンドルの電子モータに適用され得る。
は、毎秒数千回転（rpm）の速度のオーダーで回転する
ツール支持用スピンドルの電子モータに適用され得る。
本発明の特別な面において、検出装置は、始動時に周
波数変換器の開ループ制御を行い、次に、ローターの角
度位置に関する情報を与える信号が上記計算回路によっ
て安定した状態で与えられるときに、開ループ制御から
閉ループ制御に切り換える手段を有する。
波数変換器の開ループ制御を行い、次に、ローターの角
度位置に関する情報を与える信号が上記計算回路によっ
て安定した状態で与えられるときに、開ループ制御から
閉ループ制御に切り換える手段を有する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面と共に例示的
に示された以下の具体的な実施例の説明から明らかにな
る。図面中、 図１は、本発明の検出装置が適用される永久磁石励起
形の同期モータの主要部品の概略的な回路図であり、 図２は、図１に示されたモータの一つの位相（Ｕ相）
の等価回路図であり、 図３及び４は、図１に示されたモータの端子で得るこ
とができる電圧及び電流情報からローター励起磁束信号
を獲得する二つの回路のブロック図であり、 図５は、本発明の検出装置内の計算回路を構成する全
ての回路のブロック図であり、 図６は、モータが零モータ電流の待機状態であるとき
に、本発明の検出装置を用いて獲得された磁束信号の波
形図であり、 図７は、モータが最大モータ電流を伝搬するときに、
本発明の検出装置を用いて獲得された磁束信号の波形図
であり、 図８は、モータが、図７に示された対応するモータ電
流の符号と反対の符号を有する最大モータ電流で発電機
として動作するときに、本発明の検出装置を用いて獲得
された磁束信号の波形図であり、 図９は、速度基準パルス装置によって獲得された角度
位置信号の波形図である。
に示された以下の具体的な実施例の説明から明らかにな
る。図面中、 図１は、本発明の検出装置が適用される永久磁石励起
形の同期モータの主要部品の概略的な回路図であり、 図２は、図１に示されたモータの一つの位相（Ｕ相）
の等価回路図であり、 図３及び４は、図１に示されたモータの端子で得るこ
とができる電圧及び電流情報からローター励起磁束信号
を獲得する二つの回路のブロック図であり、 図５は、本発明の検出装置内の計算回路を構成する全
ての回路のブロック図であり、 図６は、モータが零モータ電流の待機状態であるとき
に、本発明の検出装置を用いて獲得された磁束信号の波
形図であり、 図７は、モータが最大モータ電流を伝搬するときに、
本発明の検出装置を用いて獲得された磁束信号の波形図
であり、 図８は、モータが、図７に示された対応するモータ電
流の符号と反対の符号を有する最大モータ電流で発電機
として動作するときに、本発明の検出装置を用いて獲得
された磁束信号の波形図であり、 図９は、速度基準パルス装置によって獲得された角度
位置信号の波形図である。
図１に概略的に示された永久磁石励起形の同期モータ
のステータ10は、共通点100と夫々の端子51、52及び53
との間に接続され、相Ｕ、Ｖ及びＷに対応した巻線10
1、102及び103を有する。
のステータ10は、共通点100と夫々の端子51、52及び53
との間に接続され、相Ｕ、Ｖ及びＷに対応した巻線10
1、102及び103を有する。
動作中に、各相Ｕ、Ｖ及びＭの各巻線101、102及び10
3は、抵抗14、15及び16並びにインダクタンス17、18及
び19による無負荷誘導電圧に対応した起電力11、12及び
13による表現され得る。
3は、抵抗14、15及び16並びにインダクタンス17、18及
び19による無負荷誘導電圧に対応した起電力11、12及び
13による表現され得る。
ステータ10の端子51、52及び53は、リンク71、72及び
73を介して周波数変換器20又はインバータの出力端子6
1、62及び63に接続される。
73を介して周波数変換器20又はインバータの出力端子6
1、62及び63に接続される。
周波数変換器20は変換器制御回路30を伴う。変換器20
の電力段は、直流電源27のVDCにより給電された６個の
電子スイッチ21〜26を含むブリッジ回路により構成され
る。スイッチ21〜26は、制御回路30から制御線31〜33を
介して制御される。スイッチは、パルス幅変調技術を用
いて10kHz〜100kHzの高周波でオン・オフ制御される。
その結果として、＋VDC又は−VDCに一致する電圧「ブロ
ック」がステータ10の端子の間に現れる。
の電力段は、直流電源27のVDCにより給電された６個の
電子スイッチ21〜26を含むブリッジ回路により構成され
る。スイッチ21〜26は、制御回路30から制御線31〜33を
介して制御される。スイッチは、パルス幅変調技術を用
いて10kHz〜100kHzの高周波でオン・オフ制御される。
その結果として、＋VDC又は−VDCに一致する電圧「ブロ
ック」がステータ10の端子の間に現れる。
ステータ電流iu、iv及びiwは、正弦波変調又は矩形波
変調を受ける。正弦波変調は、信号処理の点から見て非
常に複雑であるが、ローター加熱が低減され、回転の品
質が良くなる限り、モータの性能の改良に寄与する。矩
形波変調はより簡単に実現することができ、特に、低出
力モータ（ブラシレス形のモータ）に使用される。
変調を受ける。正弦波変調は、信号処理の点から見て非
常に複雑であるが、ローター加熱が低減され、回転の品
質が良くなる限り、モータの性能の改良に寄与する。矩
形波変調はより簡単に実現することができ、特に、低出
力モータ（ブラシレス形のモータ）に使用される。
従来、永久磁石励起形の同期モータと変換器とを組合
せる場合、アプリケーションに依存してホール効果セン
サ形、誘導式センサ形、レゾルバ形、或いは、光学式セ
ンサ形のタイプの１台以上の角度検出器が利用される。
せる場合、アプリケーションに依存してホール効果セン
サ形、誘導式センサ形、レゾルバ形、或いは、光学式セ
ンサ形のタイプの１台以上の角度検出器が利用される。
低性能が低速度で許容され、かつ、始動時に印加され
るべきトルクが小さい分子吸収ポンプ及びコンプレッサ
の場合、系を開ループ制御下で始動することが可能であ
る。このような状況の下で、従来技術の場合には、例え
ば、「回転パルス」形の誘導式センサのような単一のセ
ンサが使用され、１回転毎に１パルスを発生する。この
ような誘導式センサを使用するとき、開ループ制御から
閉ループ制御への切換は、センサからの信号が安定した
後に、換言すれば、実際上、約10Hz〜20Hzよりも大きい
周波数の場合に限って行われる必要がある。
るべきトルクが小さい分子吸収ポンプ及びコンプレッサ
の場合、系を開ループ制御下で始動することが可能であ
る。このような状況の下で、従来技術の場合には、例え
ば、「回転パルス」形の誘導式センサのような単一のセ
ンサが使用され、１回転毎に１パルスを発生する。この
ような誘導式センサを使用するとき、開ループ制御から
閉ループ制御への切換は、センサからの信号が安定した
後に、換言すれば、実際上、約10Hz〜20Hzよりも大きい
周波数の場合に限って行われる必要がある。
モータの最適制御のため、誘導式センサからの位相が
同期モータのローターの磁極に対する関係は非常に重要
である。磁石に対して角度位置を調整することは実現す
ることが困難であり、高い費用を要する。図１に示され
る如く、本発明の検出装置は、適切にセットアップする
ことが難しい１台以上の角度検出貴を使用することによ
って生ずる欠点を回避することができる。
同期モータのローターの磁極に対する関係は非常に重要
である。磁石に対して角度位置を調整することは実現す
ることが困難であり、高い費用を要する。図１に示され
る如く、本発明の検出装置は、適切にセットアップする
ことが難しい１台以上の角度検出貴を使用することによ
って生ずる欠点を回避することができる。
本発明の検出装置は、本質的に、ライン85、86及び87
を介して、変換器20の出力端子61、62及び63、或いは、
モータのステータ10の入力端子51、52及び53で常に得る
ことができるような電圧情報を受信する計算回路40を含
む。
を介して、変換器20の出力端子61、62及び63、或いは、
モータのステータ10の入力端子51、52及び53で常に得る
ことができるような電圧情報を受信する計算回路40を含
む。
同様に、巻線101及び102を流れる電流に関する情報iu
及びivは、ライン81及び82を介して変換器20から得ら
れ、計算回路40及び変換器制御回路30の両方に供給され
る。
及びivは、ライン81及び82を介して変換器20から得ら
れ、計算回路40及び変換器制御回路30の両方に供給され
る。
以下、図２乃至５を参照して説明するように、計算回
路40は、適切にセットアップすることが難しいセンサを
使用すること無く、ローターのステータに対する角度位
置を与える正のフロントを含む信号を、ライン83を介し
て変換器制御回路30に送出することができる。
路40は、適切にセットアップすることが難しいセンサを
使用すること無く、ローターのステータに対する角度位
置を与える正のフロントを含む信号を、ライン83を介し
て変換器制御回路30に送出することができる。
また、計算回路40は、同期モータによって駆動される
回転式集合体を支持する能動的磁気軸受が付随した自動
不均衡制御系を制御するため、１回転当たり１パルスを
送出する速度信号をライン84に供給することができる。
ライン84を介して送出された速度信号に関する限り、モ
ータの角度位置に対する自動不均衡制御系に供給された
信号の位相関係は、制御回路30により変換器20を制御す
るためライン83を介して送出された信号とは異なり、重
要ではない。
回転式集合体を支持する能動的磁気軸受が付随した自動
不均衡制御系を制御するため、１回転当たり１パルスを
送出する速度信号をライン84に供給することができる。
ライン84を介して送出された速度信号に関する限り、モ
ータの角度位置に対する自動不均衡制御系に供給された
信号の位相関係は、制御回路30により変換器20を制御す
るためライン83を介して送出された信号とは異なり、重
要ではない。
永久磁石励起形の同期モータが無負荷状態で回転させ
られるとき、交流電圧が同期モータの端子間で測定さ
れ、この電圧は「無負荷誘導電圧」と称される。無負荷
誘導電圧の振幅は回転の速度に比例し、２極モータの場
合、無負荷誘導電圧の周波数は回転の周波数と対応す
る。
られるとき、交流電圧が同期モータの端子間で測定さ
れ、この電圧は「無負荷誘導電圧」と称される。無負荷
誘導電圧の振幅は回転の速度に比例し、２極モータの場
合、無負荷誘導電圧の周波数は回転の周波数と対応す
る。
電子積分器によってこの電圧を積分することにより、
ローター磁石によって発生された磁束の像である「ロー
ター磁束」信号が得られる。この磁束信号の振幅は一定
であり、位相はローターのステータに対する角度位置に
関する情報を含む。
ローター磁石によって発生された磁束の像である「ロー
ター磁束」信号が得られる。この磁束信号の振幅は一定
であり、位相はローターのステータに対する角度位置に
関する情報を含む。
しかし、変換器が巻線を流れる電流を生じさせるため
にブロック単位で電圧を供給するとき、モータの端子間
の電圧を積分することにより得られたこの磁束信号は非
常に変形される。磁石から生じた磁束及びステータの巻
線中を流れる電流によって発生された磁束の二つの磁束
がエアギャップ内で重ね合わされる。
にブロック単位で電圧を供給するとき、モータの端子間
の電圧を積分することにより得られたこの磁束信号は非
常に変形される。磁石から生じた磁束及びステータの巻
線中を流れる電流によって発生された磁束の二つの磁束
がエアギャップ内で重ね合わされる。
ローター磁束信号を発生させることができる計算回路
40は、巻線によって発生された磁束の妨害効果を補償
し、位相及び振幅が変換器20の動作によって実質的に妨
害されていない磁束信号を獲得するよう働く。かくし
て、ローター磁束信号は、ライン83及び84に送出される
ような角度位置信号又は速度信号を発生させるため信頼
できる態様で使用され得る。
40は、巻線によって発生された磁束の妨害効果を補償
し、位相及び振幅が変換器20の動作によって実質的に妨
害されていない磁束信号を獲得するよう働く。かくし
て、ローター磁束信号は、ライン83及び84に送出される
ような角度位置信号又は速度信号を発生させるため信頼
できる態様で使用され得る。
以下、図２乃至５を参照して計算回路40の一実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
図２は、モータのＵ相に対応した巻線101の等価回路
図である。同図において逆起電力11によって示されてい
る無負荷誘導電圧Viuは、測定された相電圧Vuから、巻
線101及び関連したケーブルの値がRmである抵抗14にお
ける電圧降下を表現する項（iu×Rm）と、巻線101の値L
mを有するインダクタンス17における電圧降下を表現す
る項（Lm×diu/dt）とを減算することにより得られる。
最初の第１項は、抵抗RmをＵ相で測定された電流iu倍し
たものに比例し、後の第２項は、インダクタンスLmをＵ
相で測定された電流iuの微係数diu/dt倍したものに比例
する。
図である。同図において逆起電力11によって示されてい
る無負荷誘導電圧Viuは、測定された相電圧Vuから、巻
線101及び関連したケーブルの値がRmである抵抗14にお
ける電圧降下を表現する項（iu×Rm）と、巻線101の値L
mを有するインダクタンス17における電圧降下を表現す
る項（Lm×diu/dt）とを減算することにより得られる。
最初の第１項は、抵抗RmをＵ相で測定された電流iu倍し
たものに比例し、後の第２項は、インダクタンスLmをＵ
相で測定された電流iuの微係数diu/dt倍したものに比例
する。
図２の等価回路から、以下の式を導くことができる。
式中、Φｕは、無負荷誘導電圧Viuを積分した後に得
られるローター励起磁束を表し、Tiは定数である。
られるローター励起磁束を表し、Tiは定数である。
図３は、計算回路40において、（図１の）ライン85及
び81を介して計算回路40に供給されたＵ相に相応した電
圧情報Vu及び電流情報iuからローター励起磁束信号Φｕ
を発生させる回路のブロック図である。
び81を介して計算回路40に供給されたＵ相に相応した電
圧情報Vu及び電流情報iuからローター励起磁束信号Φｕ
を発生させる回路のブロック図である。
図３のブロック図において、減算器111は、電圧信号V
uを受信し、回路112及び113において電流iuから発生さ
れるような項Rm×iu及び項Lm×diu/dtを電圧信号Vuから
減算する。
uを受信し、回路112及び113において電流iuから発生さ
れるような項Rm×iu及び項Lm×diu/dtを電圧信号Vuから
減算する。
減算器111から得られる信号Viuは、励起磁束信号Φｕ
を送出するため積分回路114で積分される。
を送出するため積分回路114で積分される。
しかし、図３に示された回路は、回路113内で実装を
非常に難しくさせる微分を行う必要があるという欠点が
ある。
非常に難しくさせる微分を行う必要があるという欠点が
ある。
図４は、微分を必要としないでローター励起磁束信号
を発生させる回路の別の実施例のブロック図である。
を発生させる回路の別の実施例のブロック図である。
本例の場合、第１項のC1＝Rm×iuは、回路212で発生
され、減算器211において電圧信号Vuから減算される。
減算器211からの出力信号は積分器214で積分され、誘導
電圧降下の影響は積分回路214からの出力で補償され
る。そのため、回路213で微分演算の実行を必要としな
い第２項のC2＝（Lm/Ti）×iuを発生させ、この第２項C
2を、積分回路214によって送出された信号から減算回路
215を用いて減算すればよい。
され、減算器211において電圧信号Vuから減算される。
減算器211からの出力信号は積分器214で積分され、誘導
電圧降下の影響は積分回路214からの出力で補償され
る。そのため、回路213で微分演算の実行を必要としな
い第２項のC2＝（Lm/Ti）×iuを発生させ、この第２項C
2を、積分回路214によって送出された信号から減算回路
215を用いて減算すればよい。
図４に示された回路は、かくして、実際に実現するこ
とが常にかなり難しい微分を実行することなく、減算及
び積分だけを用いて励起磁束信号Φｕを得ることができ
る。
とが常にかなり難しい微分を実行することなく、減算及
び積分だけを用いて励起磁束信号Φｕを得ることができ
る。
図５は、図４の回路図と同じ原理に基づく計算回路40
の好ましい一実施例の完全な回路ブロック図である。
の好ましい一実施例の完全な回路ブロック図である。
計算回路40は、配線85と86の間、及び、配線85と87の
間で得られる電圧Vu-v及びVu-wからの対応したＵ相の電
圧を決定する第１の回路を含む。電圧Vuは、電圧Vu-vと
電圧Vu-wの合計の３分の１に一致する。回路41からの電
圧信号Vuは、第１の減算器45に供給され、巻線101にお
ける抵抗性電圧降下（回路44で発生される第１項）が減
算される。減算器45からの信号は積分回路42で積分され
る。積分器42からの出力信号は、第２の演算器47の一方
の入力に供給され、第２の減算器47は、巻線101におけ
る誘導性電圧降下を考慮するため入力された積分器42の
出力信号から回路46で発生された第２項C2を減算する。
かくして、ローター磁束信号Φｕは第２の減算器47から
の出力で得られる。
間で得られる電圧Vu-v及びVu-wからの対応したＵ相の電
圧を決定する第１の回路を含む。電圧Vuは、電圧Vu-vと
電圧Vu-wの合計の３分の１に一致する。回路41からの電
圧信号Vuは、第１の減算器45に供給され、巻線101にお
ける抵抗性電圧降下（回路44で発生される第１項）が減
算される。減算器45からの信号は積分回路42で積分され
る。積分器42からの出力信号は、第２の演算器47の一方
の入力に供給され、第２の減算器47は、巻線101におけ
る誘導性電圧降下を考慮するため入力された積分器42の
出力信号から回路46で発生された第２項C2を減算する。
かくして、ローター磁束信号Φｕは第２の減算器47から
の出力で得られる。
回路44及び46は、ライン81を介して計算回路40に供給
されるような電流情報iuを受信する。
されるような電流情報iuを受信する。
磁束信号Φｕは、この正弦波信号Φｕの零交差を検出
する比較器43に供給される。比較器43によって出力され
たオン・オフ信号の正のフロントは、ローターのステー
タに対する角度位置を含み、図１のライン83及び84によ
って送出される角度位置信号Ｓを構成する。
する比較器43に供給される。比較器43によって出力され
たオン・オフ信号の正のフロントは、ローターのステー
タに対する角度位置を含み、図１のライン83及び84によ
って送出される角度位置信号Ｓを構成する。
計算回路40は、少数の低価格の演算増幅器から非常に
簡単に作成することができる。電流Iu、Iv及びIwに関す
る情報は変換器20自体で取得可能であり、Ｕ、Ｖ及びＷ
相の電圧Vu、Vv及びVwに関する情報は、モータの端子5
1、52及び53で得られる信号から容易に取得することが
できる。
簡単に作成することができる。電流Iu、Iv及びIwに関す
る情報は変換器20自体で取得可能であり、Ｕ、Ｖ及びＷ
相の電圧Vu、Vv及びVwに関する情報は、モータの端子5
1、52及び53で得られる信号から容易に取得することが
できる。
積分回路42は、約1Hzのカットオフ周波数を有する簡
単な１次フィルタで構成することができる。これによ
り、あらゆる零オフセット問題が回避される。
単な１次フィルタで構成することができる。これによ
り、あらゆる零オフセット問題が回避される。
このように、計算回路40は、周波数変換器20と、周波
数変換器の制御回路30とにより構成される集合体に統合
することが可能である。
数変換器の制御回路30とにより構成される集合体に統合
することが可能である。
本発明の検出装置は簡単なコネクションで十分に実現
され、電圧情報を供給するため３本の電力線85、86及び
87だけが必要である。ホール効果式又は誘導式のセンサ
が存在しないので、初期配置に関する問題が回避され、
信頼性が向上する。本発明の検出装置の場合、回転方向
に対する位相の次数だけが重要である。
され、電圧情報を供給するため３本の電力線85、86及び
87だけが必要である。ホール効果式又は誘導式のセンサ
が存在しないので、初期配置に関する問題が回避され、
信頼性が向上する。本発明の検出装置の場合、回転方向
に対する位相の次数だけが重要である。
本発明の検出装置は、特に、高速の回転を要求し、か
つ、単位容積当たりの高出力及び低モータ損失を要求す
るアプリケーション、例えば、分子吸収ポンプ（300W〜
800W、20,000rpm〜60,000rpm）、高速ツール支持スピン
ドル（15kW〜45kW、15,000rpm〜45,000rpm）、及び、エ
アーコンプレッサ（30kW〜50kW、40,000rpm〜75,000rp
m）に使用されるような永久磁石励起形の同期モータに
適用される。
つ、単位容積当たりの高出力及び低モータ損失を要求す
るアプリケーション、例えば、分子吸収ポンプ（300W〜
800W、20,000rpm〜60,000rpm）、高速ツール支持スピン
ドル（15kW〜45kW、15,000rpm〜45,000rpm）、及び、エ
アーコンプレッサ（30kW〜50kW、40,000rpm〜75,000rp
m）に使用されるような永久磁石励起形の同期モータに
適用される。
同期モータによって駆動される回転集合体が能動的な
磁気軸受に取り付けられたとき、本発明の検出装置は、
数ヘルツ上方の速度からの安定した速度信号で不均衡を
制御する自動制御系を提供することができる。
磁気軸受に取り付けられたとき、本発明の検出装置は、
数ヘルツ上方の速度からの安定した速度信号で不均衡を
制御する自動制御系を提供することができる。
また、本発明は、周波数が数ヘルツに達したとき、始
動時に最初に開ループ制御された周波数変換器20の閉ル
ープ制御を行い、能動的な磁気軸受の不均衡を制御する
自動制御系を提供することが可能であり、これらの機能
を行う際に、角度位置に関する情報を送出するため独立
した誘導式センサ等を使用することがなく、また、変換
器20及びモータ10を含む集合体の性能を劣化させること
がない。
動時に最初に開ループ制御された周波数変換器20の閉ル
ープ制御を行い、能動的な磁気軸受の不均衡を制御する
自動制御系を提供することが可能であり、これらの機能
を行う際に、角度位置に関する情報を送出するため独立
した誘導式センサ等を使用することがなく、また、変換
器20及びモータ10を含む集合体の性能を劣化させること
がない。
図６、７及び８には、約24,000rpmの回転速度を有す
るモータに対し、夫々、モータが零モータ電流のスタン
バイ状態にあるとき、モータが最大モータ電流で動作し
ているとき、及び、モータが通常のモータ動作時の電流
の符号とは反対の符号の最大電流の発電機として動作し
ているときに、本発明の装置を用いた計算によって獲得
されたローター磁束Φｕの波形が示されている。
るモータに対し、夫々、モータが零モータ電流のスタン
バイ状態にあるとき、モータが最大モータ電流で動作し
ているとき、及び、モータが通常のモータ動作時の電流
の符号とは反対の符号の最大電流の発電機として動作し
ているときに、本発明の装置を用いた計算によって獲得
されたローター磁束Φｕの波形が示されている。
一例として、図９には、通常の角度位置検出器から獲
得された基準パルス信号の波形が示されている。
得された基準パルス信号の波形が示されている。
センサを用いることなく同期モータを制御する本発明
の装置は、正弦波磁束信号の各周期に関して（図６〜８
において小さい矢印で示されている）零交差パルスをト
リガーすることが認められる。また、零交差は、ステー
タ10の巻線中を流れる電流（図６）、モータがモータと
して動作するかどうか（図７）、或いは、モータが発電
機として動作するかどうか（図８）とは無関係に、通常
のセンサから得られるような基準「回転パルス」（図
９）と同じ位相に正確に保たれるので、上記パルスの位
置はモータの負荷によって左右されないことが分かる。
したがって、本発明の装置のパルスから得られる情報
（図６〜８）は、独立したセンサが使用されずに、モー
タステータ10の位相端子51〜53で取得可能な情報だけが
利用される場合でも、卓越して優れた品質であると考え
られる。
の装置は、正弦波磁束信号の各周期に関して（図６〜８
において小さい矢印で示されている）零交差パルスをト
リガーすることが認められる。また、零交差は、ステー
タ10の巻線中を流れる電流（図６）、モータがモータと
して動作するかどうか（図７）、或いは、モータが発電
機として動作するかどうか（図８）とは無関係に、通常
のセンサから得られるような基準「回転パルス」（図
９）と同じ位相に正確に保たれるので、上記パルスの位
置はモータの負荷によって左右されないことが分かる。
したがって、本発明の装置のパルスから得られる情報
（図６〜８）は、独立したセンサが使用されずに、モー
タステータ10の位相端子51〜53で取得可能な情報だけが
利用される場合でも、卓越して優れた品質であると考え
られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/18
Claims (10)
- 【請求項１】ダンピングケージを含まないローターと、
巻線の組（101,102,103）が設けられたステータ（10）
と、周波数変換器（20）と、上記周波数変換器を制御す
る回路（30）とを有する永久磁石励起形の同期モータを
制御する角度位置検出装置であって、 上記角度位置検出装置は計算回路（40）を更に有し、 上記計算回路（40）は、 所与の位相Ｕの電圧Vuを決定する測定手段（41）と、 上記測定手段（41）によって決定された電圧Vuから、電
流iuを伝搬する巻線の抵抗（Rm）における抵抗性電圧の
降下に対応する大きさ（C1）を減算する第１の減算手段
（44）と、 上記第１の減算手段から得られた信号を積分する積分手
段（42）と、 上記積分手段（42）から得られた信号から、上記電流iu
を伝搬する上記巻線のインダクタ（Lm）における誘導性
電圧の降下に対応する大きさ（C2）を減算する第２の減
算手段（47）と、 上記第２の減算手段（47）から得られたローター磁束正
弦波信号の零交差を検出し、ステータ（10）に対するロ
ーターの角度位置を定める情報信号を供給する比較手段
（43）と、 を含むことを特徴とする角度位置検出装置。 - 【請求項２】上記変換器（20）の出力、若しくは、モー
タのステータ端子（10）から、上記巻線により伝搬され
る電流iuの大きさに関する情報（Rm,Lm）を取得する手
段を更に有することを特徴とする請求項１記載の角度位
置検出装置。 - 【請求項３】上記計算回路（40）は、少数の演算増幅器
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の角度位置
検出装置。 - 【請求項４】上記積分手段（42）は約1Hzのカットオフ
周波数を備えた１次フィルタを含むことを特徴とする請
求項１乃至３のうちいずれか一項記載の角度位置検出装
置。 - 【請求項５】上記計算回路（40）は、120゜の位相偏移
を有する複数の出力信号を発生させることができること
を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の
角度位置検出装置。 - 【請求項６】上記計算回路（40）は、上記周波数変換器
（20）を制御する回路（30）に統合されることを特徴と
する請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の角度位置
検出装置。 - 【請求項７】能動的な磁気軸受に取り付けられた回転集
合体を駆動する電子モータに適用されることを特徴とす
る請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の角度位置検
出装置。 - 【請求項８】上記能動的な磁気軸受は自動不均衡制御系
が取り付けられ、 上記ローターの角度位置を識別する情報信号は、上記能
動的な磁気軸受の上記自動不均衡制御系に供給される、 ことを特徴とする請求項７記載の角度位置検出装置。 - 【請求項９】分子吸収ポンプ、コンプレッサ、又は、毎
秒数千回転（rpm）のオーダーの速度で回転するツール
支持用スピンドルの電子モータに適用されることを特徴
とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の角度位
置検出装置。 - 【請求項１０】始動時に上記周波数変換器の開ループ制
御を行い、次に、ローターの角度位置に関する情報を与
える信号が上記計算回路（40）によって安定した状態で
与えられるときに、開ループ制御から閉ループ制御に切
り換える手段を更に有することを特徴とする請求項１乃
至９のうちいずれか一項記載の角度位置検出装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR96/11015 | 1996-09-10 | ||
| FR9611015A FR2753319B1 (fr) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | Dispositif de detection de la position angulaire pour le pilotage d'un moteur synchrone a excitation par aimant permanent |
| PCT/FR1997/001593 WO1998011662A1 (fr) | 1996-09-10 | 1997-09-10 | Dispositif de detection de la position angulaire pour le pilotage d'un moteur synchrone a excitation par aimant permanent |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001500357A JP2001500357A (ja) | 2001-01-09 |
| JP3305331B2 true JP3305331B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=9495600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51331398A Expired - Lifetime JP3305331B2 (ja) | 1996-09-10 | 1997-09-10 | 永久磁石により励起された同期モータ制御用の角度位置検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6236183B1 (ja) |
| EP (1) | EP0925641B1 (ja) |
| JP (1) | JP3305331B2 (ja) |
| DE (1) | DE69709940T2 (ja) |
| FR (1) | FR2753319B1 (ja) |
| WO (1) | WO1998011662A1 (ja) |
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