JP3724913B2 - ブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス同期機の回転子の界磁電流を高精度に測定するブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のブラシレス同期機は、図18に示すように、界磁巻線を含む交流励磁機1と、回転子2と、固定子巻線3とからなる。
回転子2は、交流励磁機1の電機子4を有し、交流接続導体5を介して回転整流器6と接続されている。ここで、電機子4は、交流励磁機電機子巻線7からなる。また、回転整流器6は直流接続導体8を介して回転子界磁巻線9と接続されている。回転子2は図示しない回転軸を持ち、回転可能となっている。
【0003】
ブラシレス同期機の運転時には、電機子4から交流電流が発生し、交流接続導体5を介して回転整流器6に流入する。回転整流器6は、流入した交流電流を直流電流に整流し、これを回転子2の界磁電流(以下、「回転子界磁電流」という)として流出する。この回転子界磁電流は、直流接続導体8を介して回転子界磁巻線9に流入する。
【0004】
運転中の同期機においては、回転子界磁巻線9に流入する回転子界磁電流は、重要な電気要素の一つであるが、回転子界磁電流を測定してもブラシレス同期機の回転子4は電気的に接続されていないため、測定結果を回転子4の外部に通知するのが困難であり、測定が困難である。
【0005】
例えば、回転子界磁電流を測定する技術として、低速回転用ブラシレス同期機においては、回転子2に分流器を取り付けて回転子界磁電流の電圧降下を測定し、この測定結果をFM電波、又は光信号に変換して固定子側に送信することで回転子界磁電流の測定を行う方法が利用されている。
【0006】
しかしながら、例えば磁極数が2P、4Pのような高速回転用ブラシレス同期機においては、上記の方法は遠心力が強大になり、回転子2に分流器や各種変換装置等を取り付けることが非常に困難なため、構造上の制約を受け、利用しにくい。
【0007】
また、分流器や各種変換装置等が必要になるため、経済性の向上が困難である。
一方、構造上、分流器や各種変換装置等を回転子2に取り付けられないブラシレス同期機においては、交流励磁機1の単体試験を実施し、その試験結果を基に、交流励磁機1の界磁電流を測定することにより、回転子界磁電流を推定法によって演算により求める方法が利用されている。
【0008】
しかしながら、この推定法によって演算により求める方法において、測定した交流励磁機1の界磁電流と回転子界磁電流との間に、相対関係はあっても直線性がない。また、演算においては一部に仮定の係数を用いているため、十分な精度の回転子界磁電流を得ることができなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、ブラシレス同期機の回転子界磁電流の高精度な測定及び経済性の向上が困難であった。
【0010】
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、回転子に特別な装置を取り付けることなく、低速機のみならず高速機に対しても簡単に、かつ高精度に回転子界磁電流を測定できるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に対応する発明は、交流励磁機の出力を回転整流器により直流に変換して回転子界磁巻線に供給するブラシレス同期機に備えられ、回転整流器から回転子界磁巻線に供給される回転子界磁電流を測定するブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、交流励磁機における空隙磁束のq軸成分を検出して電圧波形を出力するq軸巻線と、交流励磁機の単体試験時に、交流励磁機に流れる直流出力電流と、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持する基準校正値保持手段と、ブラシレス同期機の動作時に、q軸巻線出力電圧が出力する電圧波形の電圧レベルと、基準構成値保持部が保持する基準校正値との積を演算して回転子界磁電流を求める界磁電流演算手段とを具備したブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置である。
【0012】
従って、請求項1に対応する発明のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、回転子界磁電流に対するq軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルの直線性を用い、予め抽出しておいた基準校正値と、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの積を求めることにより、簡単に、かつ高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0013】
また、回転子に分流器や各種変換装置、測定器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要がないので、構造を簡単にすることができ、低速機及び高速機の双方において回転子界磁電流を測定することができる。
【0014】
次に、請求項2に対応する発明は、請求項1記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとして、整流素子のスイッチングサージの影響を受けない部分の電圧レベルを用いるようにしたブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置である。
【0015】
従って、請求項2に対応する発明のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求項1のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の作用効果に加え、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとして、整流素子のスイッチングサージの影響を受けない部分の電圧を用いるため、フィルタリングを行う必要がなく、処理時間の高速化を図ることができる。
【0016】
次に、請求項3に対応する発明は、請求項1又は請求項2記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、ブラシレス同期機の回転子が1回転する毎に1つのパルス信号を出力する回転子位置検出手段と、パルス信号の立ち上がり時点を基準位置として、q軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常の有無を判断する異常検知手段とを具備したブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置である。
【0017】
従って、請求項3に対応する発明のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求項1又は請求項2のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の作用効果に加え、q軸巻線が出力する電圧波形が異常か否かを判断できるため、正常な電圧レベルのみに基づいて回転子界磁電流を求めることができ、電圧波形の変形による測定誤差を排除できる。ゆえに、さらに高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0018】
また、異常が発生した旨を、ユーザあるいは上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に測定処理を停止することもできる。
次に、請求項4に対応する発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、交流励磁機の電機子巻線に電源を備え、基準校正値保持手段は、ブラシレス同期機を停止させ電源を動作させた際に、回転整流器から交流励磁機の電機子巻線へ流入する電機子電流信号から演算によって求めた回転子界磁電流と、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持するようにしたブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置である。
【0019】
従って、請求項4に対応する発明のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求項1から請求項3のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の作用効果に加え、交流励磁機の単体試験を実施する必要がないため、基準校正値を保持するための処理の簡便化を図ることができる。
【0020】
最後に、請求項5に対応する発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、界磁電流演算手段は、q軸巻線より出力される電圧波形に現れる複数のリップル周期から電圧レベルを抽出し、この抽出した複数の電圧レベルと基準構成値保持手段が保持する基準校正値との積の平均値を演算によって求めて回転子界磁電流を求めるようにしたブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置である。
【0021】
従って、請求項5に対応する発明のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求項1から請求項3のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の作用効果に加え、複数の電圧レベルと基準校正値との積の平均値を演算によって求めて回転子界磁電流を求めているため、交流励磁機の空隙アンバランスや交流励磁機電機子巻線各相の製造上のばらつきから生じるq軸巻線からの電圧波形の違いによる回転子界磁電流算出誤差を低減することができ、精度の向上を図ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べた図18と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0023】
q軸巻線10は、ブラシレス同期機の交流励磁機1における空隙磁束のq軸成分(主極間に電機子電流により発生する磁束)を検出する巻線であり、ブラシレス同期機の固定子側に取り付けられている。このq軸巻線10で発生した電圧(以下、「q軸巻線出力電圧」という)は電圧波形入力部11に入力される。
【0024】
q軸巻線出力電圧は、例えば図2に示すように、リップル周期毎にほぼ同様な変化を見せるが、リップル周期の初期部分においては、整流器転流サージ電圧の影響によってノイズが生じる。
【0025】
A/D変換部12は、電圧波形入力部11からのq軸巻線出力電圧をA/D変換し、この結果を演算部13の基本波成分抽出部14に出力する。
基本波成分抽出部14は、A/D変換されたq軸巻線出力電圧に対してフィルタリングを行い、整流器転流サージ電圧の影響を除去したq軸巻線出力電圧の基本波成分を求め、指定時間電圧値抽出部15aに出力する。
【0026】
指定時間電圧値抽出部15aは、q軸巻線出力電圧の基本波成分から、リップル周期における予め指定された時間の電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を界磁電流演算部16、又は基準校正値作成部17に出力する。
【0027】
図3は、q軸巻線出力電圧の基本波成分と、リップル周期における指定時間電圧値との関係の一例を示す図であり、例として、リップル周期において基本波成分の極大時間を指定時間とする場合を示している。
【0028】
電流入力部18は、回転子界磁電流の測定に先だって交流励磁機1の単体試験において交流励磁機1に流れる直流出力電流を入力し、基準校正値作成部17に出力する。
【0029】
基準校正値作成部17は、指定時間電圧値抽出部15aから指定時間電圧値を入力し、また、電流入力部18から交流励磁機1の直流出力電流を入力する。さらに、指定時間電圧値と、交流励磁機1の直流出力電流との比例係数を求め、これを基準校正値として基準校正値保持部19に出力する。
【0030】
基準校正値保持部19では、基準校正値作成部17から入力した基準校正値を保持する。
界磁電流演算部16は、指定時間電圧値抽出部15aから指定時間電圧値を入力し、また、基準校正値保持部19から基準校正値を入力し、この指定時間電圧値と、基準校正値との積によって回転子界磁電流を求め、この結果を出力部20に出力する。
【0031】
出力部20では、回転子界磁電流を出力・表示し、これにより回転子界磁電流の状態がユーザや上位の制御装置等に認識される。
以上のような構成を持つ本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21aの動作について説明する。
【0032】
回転子界磁電流測定装置21aにおいては、回転子界磁電流の測定動作に先だって、まず前処理として基準校正値保持部19に基準校正値を保持させる必要がある。
【0033】
図4は、本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21aの基準校正値保持動作の一例を示すフロー図である。
まず、交流励磁機1の単体試験を実施し、電流入力部18がこの単体実験によって流れる交流励磁機1の直流出力電流を入力する(s1)。
【0034】
また、交流励磁機1の単体試験時に、q軸巻線10で発生したq軸巻線出力電圧を電圧波形入力部11が入力し(s2)、A/D変換部12がA/D変換を行い(s3)、基本波成分抽出部14がフィルタリングを行ってq 軸巻線出力電圧の基本波成分を抽出する(s4)。
【0035】
次に、指定時間電圧値抽出部15aが、q軸巻線出力電圧の基本波成分から、リップル周期における予め指定された時間の電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を基準校正値作成部17に出力する(s5)。ここでは、リップル周期における予め指定された時間の例として、q軸巻線出力電圧の基本波成分が極大となる時間を用いる。
【0036】
そして、基準校正値作成部17が、指定時間電圧値抽出部15aから入力した指定時間電圧値と、電流入力部18から入力した交流励磁機1の直流出力電流とに基づいて、基準校正値を求め(s6)、この基準校正値が基準校正値保持部19に保持される(s7)。
【0037】
以上のような基準校正値保持動作が実行されれば、ブラシレス同期機の運転によって発生する回転子界磁電流の測定が可能になる。
図5は、本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21aの回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図である。
【0038】
まず、ブラシレス同期機の運転時において、q軸巻線10で発生したq軸巻線出力電圧を電圧波形入力部11が入力し(t1)、A/D変換部12がA/D変換を行い(t2)、基本波成分抽出部14がフィルタリングを行ってq 軸巻線出力電圧の基本波成分を抽出する(t3)。
【0039】
次に、指定時間電圧値抽出部15aが、q軸巻線出力電圧の基本波成分から、リップル周期における予め指定された時間の電圧値、すなわち極大となる時間での電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を界磁電流演算部16に出力する(t4)。
【0040】
界磁電流演算部16は、基準校正値保持部19に予め保持されている基準校正値を読み出し(t5)、この基準校正値と、指定時間電圧値抽出部15aから入力した指定時間電圧値との積を求めて回転子界磁電流とし(t6)、出力部20で回転子界磁電流を出力・表示する(t7)。
【0041】
以上のように、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21aにおいては、固定子にq軸巻線10を取り付けて回転子界磁電流の測定を行うため、回転子2に分流器や各種変換装置、測定器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要がないので、構造を簡単にすることができ、低速機及び高速機の双方において回転子界磁電流を測定することができる。
【0042】
また、q軸巻線出力電圧の回転子界磁電流に対する直線比例性を用い、予め抽出しておいた基準校正値と、q軸巻線出力電圧の指定時間電圧値との積を回転子界磁電流とするため、簡単に、かつ高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0043】
さらに、q軸巻線出力電圧にフィルタリングを行って整流器転流サージ電圧の影響により発生するノイズの除去を行うので、さらに高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0044】
なお、本実施の形態において、指定時間電圧値抽出部15aが電圧値を抽出する指定時間の例として、極大になる時間を用いたが、これに限定されるものではなく、他の時間を用いてもよい。
【0045】
また、図6のように、基準校正値保持動作において、1リップル周期から複数の指定時間電圧値を抽出してそれぞれに対応する基準校正値を求め、回転子界磁電流測定動作において、複数の指定時間電圧値と複数の基準校正値とから求まる複数の回転子界磁電流の平均値を回転子界磁電流とすることで、測定結果のばらつきを抑制することもできる。
【0046】
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べた図1と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0047】
本実施の形態において、指定時間電圧値抽出部15bは、図1の基本波成分抽出部14及び指定時間電圧値抽出部15aに代えて備えられており、A/D変換されたq軸巻線出力電圧を入力し、q軸巻線出力電圧から指定時間電圧値を抽出する。
【0048】
図8は、本実施の形態によるq軸巻線出力電圧の指定時間電圧値抽出の一例を示す概念図である。
指定時間電圧値抽出部15bは、あるリップル周期において、入力されたq軸巻線出力電圧のうち整流器転流サージ電圧の影響を受けていない範囲を求め、q軸巻線出力電圧がゼロとなる点(以下、「ゼロクロス点」という)を検出し、ゼロクロス点を基準とした相対時間から指定時間を求め、指定時間電圧値を抽出する。
【0049】
上記の処理において、ゼロクロス点や指定時間が、サンプリングインターバルに存在する場合には、その前後の電圧値を直線補間して、ゼロクロス点や指定時間を求める。
【0050】
そして、指定時間電圧値抽出部15bは、指定時間電圧値を界磁電流演算部16、又は基準校正値作成部17に出力する。
図9は、本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21bの基準校正値保持動作の一例を示すフロー図である。
【0051】
まず、交流励磁機1の単体試験を実施し、これによって流れる交流励磁機1の直流出力電流を、電流入力部18が入力する(u1)。
また、交流励磁機1の単体試験時にq軸巻線10で発生したq軸巻線出力電圧を、電圧波形入力部11が入力し(u2)、A/D変換部12がA/D変換を行う(u3)。
【0052】
次に、指定時間電圧値抽出部15bが、あるリップル周期において、整流器転流サージ電圧の影響を受けていない範囲を求め(u4)、サンプリングインターバルにゼロクロス点が存在する場合には(u5)、直線補間を行い(u6)、ゼロクロス点を抽出する(u7)。
【0053】
また、ゼロクロス点を基準とした相対時間から指定時間を求め(u8)、この指定時間がサンプリングインターバルに存在する場合には(u9)、直線補間を行い(u10)、指定時間電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を基準校正値作成部17に出力する(u11)。
【0054】
そして、基準校正値作成部17が、指定時間電圧値抽出部15bから入力した指定時間電圧値と、電流入力部18から入力した交流励磁機1の直流出力電流とに基づいて、基準校正値を求め(u12)、この基準校正値が基準校正値保持部19に保持される(u13)。
【0055】
以上のような基準校正値保持動作が実行されれば、ブラシレス同期機の運転によって発生する回転子界磁電流の測定が可能になる。
図10は、本実施形態による回転子界磁電流測定装置21bの回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図である。
【0056】
ブラシレス同期機の運転時にq軸巻線10で発生したq軸巻線出力電圧に対して、動作v1から動作v9を実行した後、指定時間電圧値抽出部15bが指定時間電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を界磁電流演算部16に出力する(v10)。ここで、動作v1〜v9は、先に述べた動作u2〜u10と同様の処理であるため、ここでは説明を省略する。
【0057】
界磁電流演算部16は、基準校正値保持部19に予め保持されている基準校正値を読み出し(v11)、この基準校正値と、指定時間電圧値抽出部15bから入力した指定時間電圧値との積を求めて回転子界磁電流とし(v12)、出力部20で回転子界磁電流を出力・表示する(v13)。
【0058】
以上のように、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21bにおいては、第1の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21aと同様の効果に加え、q軸巻線出力電圧における整流器転流サージ電圧の影響を受けない範囲から指定時間電圧値を抽出するため、フィルタリングを行う必要がなく、処理時間の高速化を図ることができる。
【0059】
なお、本実施の形態において、ゼロクロス点及び指定時間電圧値が、サンプリングインターバルに存在する場合に、直線補間を行いたが、これに限定されるものではなくスプライン補間等を用いることもできる。
【0060】
また、図11のように、基準校正値保持動作において、1リップル周期から複数の指定時間電圧値を抽出してそれぞれに対応する基準校正値を求め、回転子界磁電流測定動作において、複数の指定時間電圧値と複数の基準校正値とから求まる複数の回転子界磁電流の平均値を回転子界磁電流とすることで、測定結果のばらつきを抑制することもできる。
【0061】
(第3の実施の形態)
図12は、第3の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べた図1及び図7と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0062】
第3の実施の形態では、回転位置検出器22を備えており、この回転位置検出器22は、回転子2が1回転すると1パルスの回転位置検出信号を出力する。
A/D変換部12は、q軸巻線出力信号及び回転位置検出信号を入力し、A/D変換を行い、指定時間電圧値抽出部15cに出力する。
【0063】
指定時間電圧値抽出部15cは、例えば図13に示すフロー図のような処理を行う。
まず、A/D変換されたq軸巻線出力信号及び回転位置検出信号を入力する(w1)。
【0064】
図14は、このときのq軸巻線出力信号と回転位置検出信号との関係の一例を示す図である。
次に、q軸巻線出力電圧における整流器転流サージ電圧及びゼロクロス点を検出し(w2)、回転位置検出信号のパルス検出点を時系列の原点とし、この整流器転流サージ電圧の検出点及びゼロクロス点がほぼ同周期で現れるか否かを判断する(w3)。
【0065】
ほぼ同周期で現れる場合には、回転整流器6の整流素子等が正常であり、q軸巻線出力電圧が変形していないと判断して指定時間電圧値を抽出する(w4)。ほぼ同周期で現れない場合には、回転整流器6の整流素子等に異常があり、q軸巻線出力電圧が変形していると判断し、異常なリップル周期を排除し(w5)、正常なリップル周期から指定時間電圧値を抽出し(w6)、さらに回転整流器6の整流素子等に異常がある旨を出力部20に出力することでユーザや上位の制御装置等に異常発生を認識させる(w7)。
【0066】
そして、回転子界磁電流測定装置21cの実行している動作が、基準校正値保持動作であるか回転子界磁電流測定動作であるかを判断し(w8)、基準校正値保持動作の場合には、基準校正値作成部17に指定時間電圧値を出力し(w9)、回転子界磁電流測定動作の場合には、界磁電流演算部16に指定時間電圧値を出力する(w10)。
【0067】
ここで、例えば、回転整流器6が三相全波整流方式の場合には、パルス検出点から6個分までのリップル周期を比較し、この比較によって回転整流器6の整流素子等の異常を検出する。
【0068】
本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21cの基準校正値保持動作及び回転子界磁電流測定動作は、回転位置検出信号を入力し、指定時間電圧値抽出部15cが回転整流器6の整流素子等の異常によるq軸巻線出力電圧の変形の有無を判断する点のみが異なり、他の処理は第1及び第2の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a、21bと同様であるのでここでは説明を省略する。
【0069】
以上のように、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21cにおいては、第1及び第2の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a、21bと同様の効果に加え、回転位置検出信号を入力してリップル周期毎にq軸巻線出力電圧を比較して、正常なq 軸巻線出力電圧に基づいて回転子界磁電流を求めるため、回転整流器6の整流素子等の異常から現れるq軸巻線出力電圧の変形の影響による測定誤差を排除でき、さらに高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0070】
また、異常が発生した旨を、ユーザあるいは上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に測定処理を停止することもできる。
なお、本実施の形態においては、例として、回転整流器6が三相全波整流方式の場合について述べたが、これに限定されるものではなく他の整流方式にも同様の手法で同様の効果を得ることができる。
【0071】
(第4の実施の形態)
本実施の形態による回転子界磁電流測定装置においては、基準校正値保持動作が、第1から第3の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a〜21cの基準校正値保持動作と異なるが、回転子界磁電流測定動作は同様な処理であるため、回転子界磁電流測定動作については説明を省略する。
【0072】
図15は、第4の実施の形態のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べた図1と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0073】
平衡三相交流電源23は、回転整流器6における端子と接続される。平衡三相交流電源23は、交流励磁機電機子巻線7に平衡三相電流を通電する。
図16は、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21dの基準校正値保持動作の一例を示すフロー図である。
【0074】
まず、組立てが完了しているブラシレス同期機の停止中において、回転整流器6と回転子界磁巻線9との接続の一端、すなわち同期機本体の界磁回路の1点を開放し(x1)、平衡三相交流電源23が交流励磁機電機子巻線7に平衡三相電流を通電することによって電機子電流信号Ia が流れる(x2)。
【0075】
次に、この状態において、q軸巻線出力電圧が、電圧波形入力部11及びA/D変換部12を介して指定時間電圧値抽出部15dに入力され(x3)、指定時間電圧値が抽出される(x4)。
【0076】
ここで、例えば、回転子界磁電流Id と電機子電流信号Ia との間には、式(1)のような関係があるといえる。
Id =Ia /0.816 …(1)
ゆえに、基準校正値作成部17dは、式(1)によって電機子電流信号Ia から回転子界磁電流Id を求め(x5)、この回転子界磁電流Id と指定時間電圧値とから基準校正値を求め(x6)、この基準校正値を基準校正値保持部19に保持させる(x7)。
【0077】
最後に、開放した同期機本体の界磁回路の一点を接続して動作が終了する(x8)。
以上のように、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21dにおいては、第1から第3の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a〜21cと同様の効果に加え、交流励磁機1の単体試験を実施することなく基準校正値保持動作が行われるため、基準校正値の保持方法の簡便化を図ることができる。
【0078】
(第5の実施の形態)
本実施形態による回転子界磁電流測定装置においては、第1から第3の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a〜21cで一つのリップル周期から回転子界磁電流を求めていたのに対し、複数のリップル周期から求めた回転子界磁電流の平均値を回転子界磁電流の測定値とするものである。
【0079】
以下、例として、第3の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21cに対して、本実施の形態を適用した場合について説明する。
本実施の形態による回転子界磁電流測定装置の構成は、図12と同様のものであるので、ここでは説明を省略する。
【0080】
図17は、本実施の形態による回転子界磁電流測定装置21cの回転子界磁電流測定方法の一例を示す概念図である。
基準校正値保持動作において、指定時間電圧値抽出部15cは、回転位置検出信号のパルス検出点によって1回転の区間にあると示される複数のq軸巻線出力電圧のリップル周期毎に指定時間電圧値を求め、基準校正値作成部17に出力する。
【0081】
基準校正値作成部17は、指定時間電圧値抽出部15cから入力する複数の指定時間電圧値のそれぞれに対して基準校正値を求め、この平均値を基準校正値保持部19に出力する。
【0082】
基準校正値保持部19は、入力した基準校正値を保持する。
一方、回転子界磁電流測定動作においても、指定時間電圧値抽出部15cは、回転位置検出信号のパルス検出点によって1回転の区間にあると示される複数のq軸巻線出力電圧のリップル周期毎に指定時間電圧値を求め、界磁電流演算部16に出力する。
【0083】
界磁電流演算部16は、指定時間電圧値抽出部15cから入力する複数の指定時間電圧値と基準校正値保持部19に保持されている基準校正値との積をそれぞれ求め、この平均値を回転子界磁電流として出力部20に出力する。
【0084】
以上のように、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置21cにおいては、第3の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21cと同様の効果に加え、基準校正値保持動作において基準校正値を求める際、及び回転子界磁電流測定動作において、回転子界磁電流を求める際に、平均値を用いているため、交流励磁機1の空隙アンバランスや交流励磁機電機子巻線7各相の製造上のばらつきから生じるq軸巻線出力電圧の波形の違いによる回転子界磁電流算出誤差を低減することができ、精度の向上を図ることができる。
【0085】
なお、本実施の形態は、第1及び第2の実施の形態による回転子界磁電流測定装置21a、21bにおいても同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に対応する発明によれば、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルの回転子界磁電流に対する直線比例性を用い、予め保持しておいた基準校正値と、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの積を求めて回転子界磁電流とするため、簡単に、かつ高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0087】
また、q軸巻線によって回転子界磁電流の測定を行うため、回転子に分流器や各種変換装置、測定器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要がないので、構造を簡単にすることができ、低速機及び高速機の双方において回転子界磁電流を測定することができる。
【0088】
請求項2に対応する発明によれば、q軸巻線が出力する電圧波形における整流素子のスイッチングサージの影響を受けていない部分の電圧レベルを用いて回転子界磁電流を求めるため、請求項1のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、フィルタリングを行う必要がなく、処理時間の高速化を図ることができる。
【0089】
請求項3に対応する発明によれば、1パルス/回転のパルス信号の立ち上がり時点を基準位置とし、q軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常の有無を判断するので、請求項1又は請求項2のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、正常と判断されたq軸巻線の電圧波形の電圧レベルに基づいて回転子界磁電流を求めることができるため、電圧波形の変形による測定誤差を排除でき、高精度に回転子界磁電流を測定することができる。
【0090】
また、異常が発生した旨を、ユーザあるいは上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に測定処理を停止することもできる。
請求項4に対応する発明によれば、回転整流器に交流電流を供給する交流励磁機の電機子巻線に電源を備え、基準校正値保持手段は、ブラシレス同期機を停止させ電源を動作させた際に、回転整流器から交流励磁機の電機子巻線へ流入する電機子電流信号から演算によって求めた回転子界磁電流と、q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持するようにしたので、請求項1から請求項3のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、交流励磁機の単体試験を実施する必要がないため、基準校正値を保持するための処理の簡便化を図ることができる。
【0091】
請求項5に対応する発明によれば、界磁電流演算手段は、q軸巻線が出力する電圧波形に現れる複数のリップル周期から電圧レベルを抽出し、この抽出した複数の電圧レベルと基準構成値保持手段が保持する基準校正値との積の平均値を求めて回転子界磁電流とするので、請求項1から請求項3のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、交流励磁機の空隙アンバランスや交流励磁機電機子巻線各相の製造上のばらつきから生じるq軸巻線からの電圧波形の違いによる回転子界磁電流算出誤差を低減することができ、精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図。
【図2】q軸巻線出力電圧の一例を示す図。
【図3】q軸巻線出力電圧の基本波成分と、リップル周期における指定時間電圧値との関係の一例を示す図。
【図4】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。
【図5】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図。
【図6】同実施の形態による1リップル周期から複数の指定時間を抽出する場合の一例を示す概念図。
【図7】本発明に係る第2の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図。
【図8】同実施の形態によるq軸巻線出力電圧の指定時間電圧値抽出の一例を示す概念図。
【図9】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。
【図10】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図。
【図11】同実施の形態による1リップル周期から複数の指定時間を抽出する場合の一例を示す概念図。
【図12】本発明に係る第3の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図。
【図13】同実施の形態による指定時間電圧値抽出部の処理を示すフロー図。
【図14】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置が入力するq軸巻線出力信号と回転位置検出信号との関係の一例を示す図。
【図15】本発明に係る第4の実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック図。
【図16】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。
【図17】本発明に係る第4の実施の形態による回転子界磁電流測定装置の測定方法の一例を示す概念図。
【図18】従来のブラシレス同期機の一例を示す回路構成図。
【符号の説明】
1…交流励磁機
2…回転子
3…固定子巻線
4…電機子
5…交流接続導体
6…回転整流器
7…交流励磁機電機子巻線
8…直流接続導体
9…回転子界磁巻線
10…q軸巻線
11…電圧波形入力部
12…A/D変換部
13…演算部
14…基本波成分抽出部
15a〜15d…指定時間電圧値抽出部
16…界磁電流演算部
17、17d…基準校正値作成部
18…電流入力部
19…基準校正値保持部
20…出力部
21a〜21d…回転子界磁電流測定装置
22…回転位置検出器
23…平衡三相交流電源
Claims (5)
- 交流励磁機の出力を回転整流器により直流に変換して回転子界磁巻線に供給するブラシレス同期機に備えられ、前記回転整流器から前記回転子界磁巻線に供給される回転子界磁電流を測定するブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、
前記交流励磁機における空隙磁束のq軸成分を検出して電圧波形を出力するq軸巻線と、
前記交流励磁機の単体試験時に、前記交流励磁機に流れる直流出力電流と、前記q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持する基準校正値保持手段と、
前記ブラシレス同期機の動作時に、前記q軸巻線出力電圧が出力する電圧波形の電圧レベルと、前記基準構成値保持部が保持する基準校正値との積を演算して前記回転子界磁電流を求める界磁電流演算手段と
を具備したことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。 - 請求項1記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、
前記q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとして、整流素子のスイッチングサージの影響を受けない部分の電圧レベルを用いるようにしたことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。 - 請求項1又は請求項2記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、
前記ブラシレス同期機の回転子が1回転する毎に1つのパルス信号を出力する回転子位置検出手段と、
前記パルス信号の立ち上がり時点を基準位置として、前記q軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常の有無を判断する異常検知手段と
を具備したことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、
交流励磁機の電機子巻線に電源を備え、
前記基準校正値保持手段は、前記ブラシレス同期機を停止させ前記電源を動作させた際に、前記回転整流器から前記交流励磁機の電機子巻線へ流入する電機子電流信号から演算によって求めた前記回転子界磁電流と、前記q軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持するようにしたことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置において、
前記界磁電流演算手段は、前記q軸巻線より出力される電圧波形に現れる複数のリップル周期から電圧レベルを抽出し、この抽出した複数の電圧レベルと前記基準構成値保持手段が保持する基準校正値との積の平均値を演算によって求めて前記回転子界磁電流を求めるようにしたことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。
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