JP3388251B2 - 同期電動機の特定方向駆動方法および装置 - Google Patents
同期電動機の特定方向駆動方法および装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同期電動機を特定方向
に駆動する方法および装置に関する。
に駆動する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】同期電動機では、発生電磁力Ｔは次式で
表される。 Ｔ＝ｋｉｃｏｓδ （１） ここで、ｋは電磁力定数、ｉは印加する電流の大きさ、
δは実際の同期電動機の界磁極位置φと印加する電流の
位相ρとの位相差（電気角）である。直動形の同期電動
機の場合、発生電磁力は、発生推力のことであり、電磁
力定数は推力定数のことである。また、回転形の同期電
動機の場合には、発生電磁力は発生トルクのことであ
り、電磁力定数はトルク定数のことである。以下、直動
形の同期電動機で説明を行う。
表される。 Ｔ＝ｋｉｃｏｓδ （１） ここで、ｋは電磁力定数、ｉは印加する電流の大きさ、
δは実際の同期電動機の界磁極位置φと印加する電流の
位相ρとの位相差（電気角）である。直動形の同期電動
機の場合、発生電磁力は、発生推力のことであり、電磁
力定数は推力定数のことである。また、回転形の同期電
動機の場合には、発生電磁力は発生トルクのことであ
り、電磁力定数はトルク定数のことである。以下、直動
形の同期電動機で説明を行う。
【０００３】図３は同期電動機に界磁極位置φと位置検
出器より演算した界磁極位置θと、オフセット量γと、
印加する電流の位相ρを示すものである。同期電動機の
界磁極位置φは、Ｕ相巻線軸と回転子が作る主磁束の方
向とのなす角である。推力定数ｋは正の一定の値である
ので、ｉ＞０として正方向に駆動させたい場合、｜δ｜
＜９０°でなければならない。｜δ｜≧９０°の場合は
全く動かないか、負の方向に駆動される。実際には摩擦
により境界は９０°よりも小さくなる。
出器より演算した界磁極位置θと、オフセット量γと、
印加する電流の位相ρを示すものである。同期電動機の
界磁極位置φは、Ｕ相巻線軸と回転子が作る主磁束の方
向とのなす角である。推力定数ｋは正の一定の値である
ので、ｉ＞０として正方向に駆動させたい場合、｜δ｜
＜９０°でなければならない。｜δ｜≧９０°の場合は
全く動かないか、負の方向に駆動される。実際には摩擦
により境界は９０°よりも小さくなる。
【０００４】位置検出器としてインクリメンタル式のエ
ンコーダを使用する場合、検出器で検出した位置ｘは、
モータ制御装置に電源を入れた時点で決まり、同期電動
機の界磁極位置φとは無関係である。したがって、検出
器で検出した位置ｘより求めた界磁極位置θを、オフセ
ット量γを加えずにそのまま印加する電流の位相ρとし
た場合、印加する電流の位相ρは同期電動機の界磁極位
置φとは無関係であるので、｜δ｜＜９０°になる保証
はどこにもない。したがって、ｉ＞０としても同期電動
機が正方向に駆動されるとは限らない。さらに、ρ＝θ
＋γというようにオフセットγを加えてもγをどのよう
な値にすればいいかわからないので、同じことである。
なお、界磁極位置θは次式で求めることができる。 θ＝（ｘ／ｋ）/360°− 360°＊ＩＮＴ［（ｘ／ｋ）/3
60°］ ここでＩＮＴは切り捨てて整数化する演算子である。ｋ
はセンサの分解能で決まる定数で、例えばｘが０°から
３６０°に変化したとき、同期電動機の界磁極位置も３
６０°変化したときはｋ＝１０となる。
ンコーダを使用する場合、検出器で検出した位置ｘは、
モータ制御装置に電源を入れた時点で決まり、同期電動
機の界磁極位置φとは無関係である。したがって、検出
器で検出した位置ｘより求めた界磁極位置θを、オフセ
ット量γを加えずにそのまま印加する電流の位相ρとし
た場合、印加する電流の位相ρは同期電動機の界磁極位
置φとは無関係であるので、｜δ｜＜９０°になる保証
はどこにもない。したがって、ｉ＞０としても同期電動
機が正方向に駆動されるとは限らない。さらに、ρ＝θ
＋γというようにオフセットγを加えてもγをどのよう
な値にすればいいかわからないので、同じことである。
なお、界磁極位置θは次式で求めることができる。 θ＝（ｘ／ｋ）/360°− 360°＊ＩＮＴ［（ｘ／ｋ）/3
60°］ ここでＩＮＴは切り捨てて整数化する演算子である。ｋ
はセンサの分解能で決まる定数で、例えばｘが０°から
３６０°に変化したとき、同期電動機の界磁極位置も３
６０°変化したときはｋ＝１０となる。
【０００５】そこで、従来は、図３に示すように、ポー
ルセンサを別途に設けて、ポールセンサを利用して以下
に示す方法で一定方向に駆動していた。図４に示すよう
に、ＣＰＵ１はカウンタ８の位置データとエンコーダ７
に付設されているポールセンスデータを入力する。界磁
極位置がわからないときは、ポールセンス信号をもとに
駆動し、界磁極位置が分かった後は、位置データをもと
に駆動する。またＤ／Ａ変換器２，３を通して、Ｕ相，
Ｖ相の電流指令を２−３相変換回路４に出力する。２−
３相変換回路４は、３相の電流指令ＩU 、ＩV 、ＩW を
パワーアンプに出力する。パワーアンプ５は、同期電動
機６に、指令に応じた電流を供給し、駆動する。エンコ
ーダ７は、同期電動機６の回転子の位置に応じてＡＢパ
ルスとポールセンスデータを出力する。カウンタ８はＡ
Ｂパルスをカウントして位置データを出力する。
ルセンサを別途に設けて、ポールセンサを利用して以下
に示す方法で一定方向に駆動していた。図４に示すよう
に、ＣＰＵ１はカウンタ８の位置データとエンコーダ７
に付設されているポールセンスデータを入力する。界磁
極位置がわからないときは、ポールセンス信号をもとに
駆動し、界磁極位置が分かった後は、位置データをもと
に駆動する。またＤ／Ａ変換器２，３を通して、Ｕ相，
Ｖ相の電流指令を２−３相変換回路４に出力する。２−
３相変換回路４は、３相の電流指令ＩU 、ＩV 、ＩW を
パワーアンプに出力する。パワーアンプ５は、同期電動
機６に、指令に応じた電流を供給し、駆動する。エンコ
ーダ７は、同期電動機６の回転子の位置に応じてＡＢパ
ルスとポールセンスデータを出力する。カウンタ８はＡ
Ｂパルスをカウントして位置データを出力する。
【０００６】ポールセンサは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相がそれ
ぞれ１２０°ずれていて、同期電動機の界磁極位置φに
対して、図５のように出力するように取り付けられてい
る。図５からわかるように、ポールセンサの出力より界
磁極位置φを６つに判別できる。それぞれの区間におい
て、界磁極位置φをその中間の値、例えば０〜６０°の
ときは３０°、６０〜１２０°のときは９０°に固定す
る。このとき、｜δ｜は最大３０°であるので、ｉ＞０
のとき確実に正方向に加速することができるので、正方
向に駆動できることになる。
ぞれ１２０°ずれていて、同期電動機の界磁極位置φに
対して、図５のように出力するように取り付けられてい
る。図５からわかるように、ポールセンサの出力より界
磁極位置φを６つに判別できる。それぞれの区間におい
て、界磁極位置φをその中間の値、例えば０〜６０°の
ときは３０°、６０〜１２０°のときは９０°に固定す
る。このとき、｜δ｜は最大３０°であるので、ｉ＞０
のとき確実に正方向に加速することができるので、正方
向に駆動できることになる。
【０００７】一方、特開平４−１２５０９２号公報に
は、交流電動機の駆動方法として、交流電動機の回転子
を自由にした状態で、交流電動機の固定子に印加する電
圧ベクトルを調整して、回転磁束の位相を電気角の１回
転以上にわたって順次変化させるとともに、この変化に
合わせて目標位置指令を与え、各電圧ベクトルを印加し
たときの回転方向と目標位置に到達する時間とを検出
し、この回転方向が正方向であってかつ目標位置に到達
する時間が最小を示す電圧ベクトルに対応した位置を前
記交流電動機の回転子の磁極位置として検出する方法が
開示されている。
は、交流電動機の駆動方法として、交流電動機の回転子
を自由にした状態で、交流電動機の固定子に印加する電
圧ベクトルを調整して、回転磁束の位相を電気角の１回
転以上にわたって順次変化させるとともに、この変化に
合わせて目標位置指令を与え、各電圧ベクトルを印加し
たときの回転方向と目標位置に到達する時間とを検出
し、この回転方向が正方向であってかつ目標位置に到達
する時間が最小を示す電圧ベクトルに対応した位置を前
記交流電動機の回転子の磁極位置として検出する方法が
開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開平４−１２５０９２号公報に記載された方法では、次
の問題点があった。 目標位置指令を設定したり、回転方向と目標位置に
到達する時間を検出する必要があり、アルゴリズムが複
雑である。 目標位置に到達する時間は初期の回転速度に影響を
受けるので、不正確になる。 回転子の磁極位置が特定できなければ、特定方向に
駆動できない。 そこで本発明が解決すべき課題は、ポールセンサがない
場合でも、特定方向に駆動出来るようにすることにあ
る。
開平４−１２５０９２号公報に記載された方法では、次
の問題点があった。 目標位置指令を設定したり、回転方向と目標位置に
到達する時間を検出する必要があり、アルゴリズムが複
雑である。 目標位置に到達する時間は初期の回転速度に影響を
受けるので、不正確になる。 回転子の磁極位置が特定できなければ、特定方向に
駆動できない。 そこで本発明が解決すべき課題は、ポールセンサがない
場合でも、特定方向に駆動出来るようにすることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係る同期電動機を特定方向に駆動する方法
は、同期電動機をベクトル制御で駆動する方法におい
て、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向しか前記同
期電動機を駆動できないときに、発生推力が希望する駆
動方向に加速させるときは、位置データｘより界磁極位
置を求めて印加する電流の位相ρを決定する際に加える
位相オフセット量γをしばらくの間保持した後、次の位
相オフセット量γに更新し、発生推力が希望する駆動方
向と逆に加速させるときは、すぐに次の位相オフセット
量γに更新するものである。
め、本発明に係る同期電動機を特定方向に駆動する方法
は、同期電動機をベクトル制御で駆動する方法におい
て、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向しか前記同
期電動機を駆動できないときに、発生推力が希望する駆
動方向に加速させるときは、位置データｘより界磁極位
置を求めて印加する電流の位相ρを決定する際に加える
位相オフセット量γをしばらくの間保持した後、次の位
相オフセット量γに更新し、発生推力が希望する駆動方
向と逆に加速させるときは、すぐに次の位相オフセット
量γに更新するものである。
【００１０】
【作用】上記手段により、加速度をみて駆動方向を確認
しているので、確実に特定方向に駆動することができ
る。
しているので、確実に特定方向に駆動することができ
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は概念ブロック図、図２はフローチャートであ
る。ＣＰＵ１はカウンタ８の位置データを入力し、後述
のアルゴリズムを実行した後、Ｄ／Ａ変換器２とＤ／Ａ
変換器３を通してＵ相電流指令、Ｖ相電流指令を２−３
相変換回路４に出力する。２−３相変換回路４は３相の
電流指令ＩU 、ＩV、ＩW をパワーアンプに出力する。
パワーアンプ５は同期電動機６に指令に応じた電流を供
給し、駆動する。エンコーダ７は同期電動機６の可動子
の位置に応じてＡＢパルスを出力する。カウンタ８はＡ
Ｂパルスをカウントして位置データを出力する。
る。図１は概念ブロック図、図２はフローチャートであ
る。ＣＰＵ１はカウンタ８の位置データを入力し、後述
のアルゴリズムを実行した後、Ｄ／Ａ変換器２とＤ／Ａ
変換器３を通してＵ相電流指令、Ｖ相電流指令を２−３
相変換回路４に出力する。２−３相変換回路４は３相の
電流指令ＩU 、ＩV、ＩW をパワーアンプに出力する。
パワーアンプ５は同期電動機６に指令に応じた電流を供
給し、駆動する。エンコーダ７は同期電動機６の可動子
の位置に応じてＡＢパルスを出力する。カウンタ８はＡ
Ｂパルスをカウントして位置データを出力する。
【００１２】図２はフローチャートである。ステップ１
０１は駆動させたい方向と一致する推力指令を与える。
ステップ１０２はオフセット量を変更するための時間の
初期化を行う。例えばｔ＝０とする。ステップ１０３は
電流位相のオフセット量の初期設定を与える。例えばγ
＝０°とする。ステップ１０４は印加する電流の位相ρ
を演算する。印加する電流の位相ρは位置データｘより
演算する界磁極位置θとオフセット量γとから次式で求
める。 ρ＝θ＋γ （１） 演算した界磁極位置θは例えば位置データｘが０→３６
００に変化すると界磁極位置が３６０°変化するとした
場合、次式で求められる。 θ＝ (ｘ/10)/360°− 360°＊ＩＮＴ｛ (ｘ/10)/360°｝ （２） ここでＩＮＴは、切り捨てて整数化する演算子を表す。
０１は駆動させたい方向と一致する推力指令を与える。
ステップ１０２はオフセット量を変更するための時間の
初期化を行う。例えばｔ＝０とする。ステップ１０３は
電流位相のオフセット量の初期設定を与える。例えばγ
＝０°とする。ステップ１０４は印加する電流の位相ρ
を演算する。印加する電流の位相ρは位置データｘより
演算する界磁極位置θとオフセット量γとから次式で求
める。 ρ＝θ＋γ （１） 演算した界磁極位置θは例えば位置データｘが０→３６
００に変化すると界磁極位置が３６０°変化するとした
場合、次式で求められる。 θ＝ (ｘ/10)/360°− 360°＊ＩＮＴ｛ (ｘ/10)/360°｝ （２） ここでＩＮＴは、切り捨てて整数化する演算子を表す。
【００１３】ステップ１０５は加速度の極性を判定す
る。加速度は位置の２階微分で求めることができる。も
し加速度の極性がステップ１０１で与えた推力指令で駆
動させたい方向と一致するなら、ステップ１０６に進
む。一致しない場合はステップ１０８に進む。例えば、
位置データｘが増える方向を正の方向とする。もし正の
推力指令を与えたときに加速度の極性が正のときは一致
したと判定する。逆に加速度の極性が負のときは一致し
ないと判定する。負の推力指令の場合は、逆に加速度の
極性が負のとき一致したと判定し、加速度の極性が正の
とき一致していないと判定する。
る。加速度は位置の２階微分で求めることができる。も
し加速度の極性がステップ１０１で与えた推力指令で駆
動させたい方向と一致するなら、ステップ１０６に進
む。一致しない場合はステップ１０８に進む。例えば、
位置データｘが増える方向を正の方向とする。もし正の
推力指令を与えたときに加速度の極性が正のときは一致
したと判定する。逆に加速度の極性が負のときは一致し
ないと判定する。負の推力指令の場合は、逆に加速度の
極性が負のとき一致したと判定し、加速度の極性が正の
とき一致していないと判定する。
【００１４】ステップ１０６では時間を判定する。その
オフセット量を変更せずに与えることのできる時間ｔ
max 以下かどうかを判定する。もし与えることのできる
時間ｔmax 以下ならば、ステップ１０７に進む。ステッ
プ１０７では時間を更新する。例えば ｔ＝ｔ＋Δｔ （３） とする。Δｔは制御のサンプリングタイムとする。ステ
ップ１０８では電流位相を更新する。例えば γ＝γ＋Δγ （４） ΔγはΔγを更新しても、最低２〜３回は加速度の極性
が変化しない値とする。例えばγ＝３０°とする。γ＝
３０°のときは６回更新すると加速度の極性が反転す
る。ステップ１０９はステップ１０２と同じことを行
う。
オフセット量を変更せずに与えることのできる時間ｔ
max 以下かどうかを判定する。もし与えることのできる
時間ｔmax 以下ならば、ステップ１０７に進む。ステッ
プ１０７では時間を更新する。例えば ｔ＝ｔ＋Δｔ （３） とする。Δｔは制御のサンプリングタイムとする。ステ
ップ１０８では電流位相を更新する。例えば γ＝γ＋Δγ （４） ΔγはΔγを更新しても、最低２〜３回は加速度の極性
が変化しない値とする。例えばγ＝３０°とする。γ＝
３０°のときは６回更新すると加速度の極性が反転す
る。ステップ１０９はステップ１０２と同じことを行
う。
【００１５】以上、説明は直動形の同期電動機について
行ったが、回転形の同期電動機でも、発生推力を発生ト
ルク、推力定数をトルク定数、推力指令をトルク指令に
置き換えることにより同様のことがいえる。
行ったが、回転形の同期電動機でも、発生推力を発生ト
ルク、推力定数をトルク定数、推力指令をトルク指令に
置き換えることにより同様のことがいえる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば加速
度を判定しながら電流位相オフセット量を変更していく
ので、ポールセンサなしに特定方向に同期電動機を駆動
できる。また、目標位置指令を設定する必要もなく、目
標位置に到達する時間を検出する必要もなく、簡単なア
ルゴリズムで特定方向に駆動できる。また初期の回転速
度に影響を受けることもなく、界磁極位置を特定する必
要もない。
度を判定しながら電流位相オフセット量を変更していく
ので、ポールセンサなしに特定方向に同期電動機を駆動
できる。また、目標位置指令を設定する必要もなく、目
標位置に到達する時間を検出する必要もなく、簡単なア
ルゴリズムで特定方向に駆動できる。また初期の回転速
度に影響を受けることもなく、界磁極位置を特定する必
要もない。
【図１】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施例を示すフローチャートであ
る。
る。
【図３】 同期電動機における角総巻線軸とオフセット
角の関係を示す説明図である。
角の関係を示す説明図である。
【図４】 従来例を示すブロック図である。
【図５】 従来例における各相信号の波形図である。
１ ＣＰＵ、２，３ Ｄ／Ａ変換器、４ ２−３相変換
回路、５ インバータ、６ 同期電動機、７ エンコー
ダ、８ カウンタ
回路、５ インバータ、６ 同期電動機、７ エンコー
ダ、８ カウンタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 6/16
H02P 6/20
H02P 21/00
Claims (3)
- 【請求項１】 同期電動機をベクトル制御で駆動する方
法において、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向し
か前記同期電動機を駆動できないときに、発生電磁力が
希望する駆動方向に加速させるときは、位置データｘよ
り界磁極位置を求めて印加する電流の位相ρを決定する
際に加える位相オフセット量γをしばらくの間保持した
後、次の位相オフセット量に更新し、発生電磁力が、希
望する駆動方向と逆に加速させるときは、すぐに次の位
相オフセット量に更新することを特徴とする同期電動機
の特定方向駆動方法。 - 【請求項２】 発生電磁力の極性の判定として、位置デ
ータｘより演算した加速度の極性を利用する請求項１記
載の同期電動機の特定方向駆動方法。 - 【請求項３】 同期電動機をベクトル制御で駆動する装
置において、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向し
か前記同期電動機を駆動できないときに、発生電磁力が
希望する駆動方向に加速させるときは、位置データｘよ
り界磁極位置を求めて印加する電流の位相ρを決定する
際に加える位相オフセット量γをしばらくの間保持した
後、次の位相オフセット量γに更新し、発生電磁力が、
希望する駆動方向と逆に加速させるときは、すぐに次の
位相オフセット量に更新する手段を備えたことを特徴と
する同期電動機の特定方向駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11513194A JP3388251B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 同期電動機の特定方向駆動方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11513194A JP3388251B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 同期電動機の特定方向駆動方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07322678A JPH07322678A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3388251B2 true JP3388251B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=14655050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11513194A Expired - Fee Related JP3388251B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 同期電動機の特定方向駆動方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3388251B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3979102B2 (ja) * | 2002-02-04 | 2007-09-19 | 株式会社安川電機 | 電動機の制御方法およびその制御装置 |
| JP6827358B2 (ja) * | 2017-04-05 | 2021-02-10 | 東洋電機製造株式会社 | モータの試験装置 |
-
1994
- 1994-05-27 JP JP11513194A patent/JP3388251B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07322678A (ja) | 1995-12-08 |
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