JP5534254B2

JP5534254B2 - サイリスタモータの回転子位置検出装置

Info

Publication number: JP5534254B2
Application number: JP2012111531A
Authority: JP
Inventors: 泰弘堀田
Original assignee: 西芝電機株式会社
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: JP2013240196A

Description

本発明は、サイリスタモータの回転子位置検出装置に関するものである。

例えば電気推進船の電動機にはサイリスタモータが使用されことが多い。このサイリスタモータでは、同期電動機の回転軸に取り付けられた歯車状の回転円板と、この回転円板に近接して周方向に配設された近接センサとの組み合わせにより回転子の位置を検出し、この検出情報をもとにゲート駆動回路を介してサイリスタ変換装置を駆動することにより、同期電動機を回転駆動するものである。

このようなサイリスタモータの回転子位置検出装置について、従来技術の一例を図６および図７を参照して説明する。図６は従来のサイリスタモータの回転子位置検出装置の一例を示す概略構成図、図７は図６のサイリスタモータの電機子巻線電圧と近接センサの位置パルス信号との相関を示す図である。

図６および図７において、サイリスタモータは、同期電動機１の回転軸２の出力側にプロペラ３が連結されており、同期電動機１の回転によりプロペラ３を介して船舶を推進する動力を供給する。この同期電動機１の回転軸２の非出力側には、同期電動機１の回転子位置の検出のために、界磁極数に応じた凹凸部、例えば４極の場合はそれぞれ2つの凹凸を有する歯車状の回転円板４が取り付けられており、またこの回転円板４に近接して円周方向に電気角１２０度の間隔をおいて３個の近接センサ５〜７が配設されている。この回転円板４と近接センサ５〜７の組み合わせにより回転子の位置を検出する。

近接センサ５〜７の出力する位置パルス信号は、電機子巻線のどの相に電流を流せば、回転トルクが発生するのかを特定し、ゲート駆動回路８を介してサイリスタ変換器９を制御することにより、同期電動機１を回転させる。

特公平２−１３５５６号公報特公平４−６１５８７号公報

ところで、従来のサイリスタモータにおける同期電動機の回転子位置検出装置においては、近接センサ５〜７により検出した位置パルス信号に検出誤差が発生することがある。位置パルス信号に検出誤差が発生すると、位置パルス信号に基づく回転子の位置と、実際の同期電動機１の回転子の位置がずれることになり、力率が悪くなってサイリスタモータとしての加速不足や始動できない事態を招くおそれがある。

このような位置パルス信号５ａ〜７ａの検出誤差は、回転円板４の機械加工の精度、回転円板４の凹凸部と近接センサ５〜７との間隙の精度、近接センサ５〜７の回転円板４に対する取り付け角度の精度や、近接センサ５〜７の応答速度の違いなどに起因して発生する。

このため回転円板４と近接センサ５〜７の取り付け状態を何回か調整して近接センサ５〜７の位置パルス信号に基づく回転子の位置と、実際の回転子の位置とを合致させる作業が必要となり、しかも最終的には同期電動機１を回転させないと調整結果が判明しないので、非常に手間がかかる作業となっていた。

特に船舶においては、造船所で主機と同期電動機１が直結されてしまうと、同期電動機１の回転子位置検出装置の調整のためだけに主機の運転・停止を行なうことは、作業性の面から効率が悪いだけでなく、主機運転中に近接センサ５〜７の位置調整を行なう作業が回転体に巻き込まれる危険を伴う作業となることから、船舶に組み込んだ後は、近接センサ５〜７の位置調整作業を行なわないで使用されることが多い。

さらに正転方向と逆転方向の両方向において、位置パルス信号と実際の回転子の位置を合致させるのは非常に難しい作業であった。すなわち正転側の位相を合致させた後、逆転側を調整すると、今度は正転側の位相が合致しなくなることがあるからである。

同期電動機１の実際の回転子の位置と、近接センサ５〜７の位置パルス信号に基づく回転子の位置が正転方向と逆転方向の両方向でずれると、サイリスタモータとしての同期電動機１のトルク不足を招いてしまい、回転方向に対する始動時間が異なる事象が起こるおそれがあった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、同期電動機の回転子の位置を検出するために配設される回転円板や近接センサの取り付け誤差などに基づく検出誤差を、電気的な調整で簡単に、しかも安全に修正することができて精度の高い位置検出が行なえるサイリスタモータの回転子位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置は、サイリスタ変換器によって制御される同期電動機と、
前記同期電動機の回転軸に取り付けられ、界磁極数に応じた凹凸部を有する回転円板と、
この回転円板に近接して周方向に所定の間隔をおいて配設され、前記回転円板の凹凸部によってそれぞれ位相の異なる位置パルス信号を出力する複数個の近接センサと、
これら近接センサの位置パルス信号に基づき、前記サイリスタ変換器に制御信号を出力するゲート駆動回路を具備したサイリスタモータの回転子位置検出装置において、
前記複数個の近接センサと前記ゲート駆動回路との間に遅延回路を設け、
この遅延回路は、前記近接センサから出力される位置パルス信号を入力し、位置パルス信号の立ち上がり部および立ち下がり部を検出して信号を出力するアンド回路と、
このアンド回路から出力される検出信号を入力し、前記位置パルス信号の立ち上がり部および立ち下がり部を基準として可変抵抗器によりパルス幅を可変に設定できる遅延信号を出力するワンショットマルチバイブレータと、
このワンショットマルチバイブレータから出力される遅延信号と前記近接センサから出力される位置パルス信号より前記可変抵抗器で可変設定したパルス幅分だけ遅延した位相の位置パルス信号を出力するフリップフロップとから構成したことを特徴とする。

本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置によれば、回転円板や近接センサの精度誤差などに起因する近接センサから出力される位置パルス信号の位相のずれを、遅延回路による電気的な調整により修正するように構成したことにより、簡単に、しかも安全に精度の高い回転子位置検出を行なうことができる。

本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置の第１実施の形態を示す概略構成図である。図１の構成要素である遅延回路の一例を示す回路図である。図１に示すサイリスタモータの回転子検出装置の位置パルス信号の出力タイミングを示す図である。本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置の第２実施の形態を示す概略構成図である。図４の構成要素である回転方向検出回路の動作を説明するための模式図である。従来のサイリスタモータの回転子位置検出装置を示す概略構成図である。図６の回転子位置検出装置の動作を説明するための電機子巻線の電圧波形と近接センサの位置パルス信号の相関を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置の第１実施の形態を示す概略構成図である。

図１において、同期電動機１の回転軸２の出力側にはプロペラ３が連結されており、一方、この回転軸２の非出力側には、同期電動機１の回転子の位置検出のための回転円板４と、３個の例えば磁気センサからなる近接センサ５〜７と、この近接センサ５〜７の検出情報をもとにゲート駆動回路８を介してサイリスタ変換器９を駆動するように構成されている点は従来と同様である。

本実施の形態において、従来と異なる点は、近接センサ５〜７の位置パルス信号を遅延してゲート駆動回路８に発信する遅延回路１０を設けたところにある。回転円板４の誤差や近接センサ５〜７の取り付け誤差などにより、近接センサ５〜７が出力する位置パルス信号の位相と、実際の同期電動機１の回転子の位相とにずれが発生している場合には、このずれを遅延回路１０により調整することで、両者の位相を一致させる。

図２は、図１の構成要素である遅延回路１０の一例を示す回路図である。また図３は、図１に示す回転子検出装置の位置パルス信号の出力タイミングを示す図である。

遅延回路１０は、ロジックＩＣで構成されており、アンド回路１０１、ワンショットマルチバイブレータ１０２、フリップフロップ１０３、抵抗器１０４、コンデンサ１０５および１０６、可変抵抗器１０７から構成されている。

近接センサ５の位置パルス信号５ａが入力されると、アンド回路１０１と、抵抗器１０４と、コンデンサ１０５により信号の立ち上がりと立ち下がりの検出信号５ａ１を発生させ、ワンショットマルチバイブレータ１０２と、コンデンサ１０６と、可変抵抗器１０７により信号の立ち上がり部と立ち下がり部で位相調整用の遅延信号５ａ２を作成する。この遅延信号５ａ２を用いてフリップフロップ１０３により位置パルス信号を遅延させることで、最終的に近接センサ５の正転補正後の信号５ｂを得る。

立ち上がり時の遅延時間と立ち下がり時の遅延時間は、可変抵抗器１０７を用いてこの抵抗値とコンデンサ１０６との時定数により可変にすることができる。

したがって同期電動機１を回転させ、シンクロスコープ等を用いて近接センサ５の出力する位置パルス信号の補正後の位相と同期電動機１の回転子の位相、すなわち同期電動機１の電圧波形の位相が合致するように可変抵抗器１０７を調整すれば、回転体に巻き込まれる危険を伴わず、電気的に簡単に位相を合致させることができる。

なお、他の近接センサ６および７の位置パルス信号６ａおよび７ａも上記と同様の遅延回路の構成により、遅延信号を発生させる動作を行なうようになっている。

このように、回転円板４および近接センサ５〜７を配設した後に、近接センサ５〜７の位置パルス信号５ａ〜７ａの位相と、同期電動機１の回転子の実際の位相にずれがあっても、遅延回路１０の可変抵抗器１０７を調整してずれをなくすように調整することにより、簡単に、しかも安全に修正することができるので、回転子位置検出装置として精度よく位置検出を行なうことができる。

図４は、本発明によるサイリスタモータの回転子位置検出装置の第２実施の形態を示す概略構成図である。また図５は、図４の構成要素である回転方向検出回路の動作を説明するための模式図である。

図４および図５において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、正転用および逆転用に、第１および第２の遅延回路１１，１２を設けるとともに、回転子の回転方向を検出する回転方向検出回路１３および第１および第２の遅延回路１１，１２の信号を切り換える切り換えスイッチ１４を設けたところにある。

同期電動機１の回転軸２の非出力側には、回転子の位置を検出するための回転円板４と、３個の近接センサ５〜７が配設されている。これら近接センサ５〜７は、第１の遅延回路１１、第２の遅延回路１２および回転方向検出回路１３に接続され、第１の遅延回路１１、第２の遅延回路１２および回転方向検出回路１３は、切り換えスイッチ１４およびゲート駆動回路８を介してサイリスタ変換器９に接続されている。

第１の遅延回路１１は、正転用に設けたものであり、第１の実施形態で説明したように、回転円板４の機械加工の誤差や近接センサ５〜７の取り付け誤差などによる正転時の検出誤差を修正することができるものである。第２の遅延回路１２は、逆転用に設けたものであり、第１の遅延回路１１と同じように、回転円板４の機械加工の誤差や近接センサ５〜７の取り付け誤差などによる逆転時の検出誤差を修正することができるものである。

回転方向検出回路１３は、図５に示すように、近接センサ５の位置パルス信号５ａと、近接センサ６の位置パルス信号６ａから、その両方の信号の順序により、回転方向を判別するものである。図５（ａ）のように、位置パルス信号５ａが“１”になった後に位置パルス信号６ａが“１”になれば正転と判定し、図５（ｂ）のように位置パルス信号６ａが“１”になった後に位置パルス信号５ａが“１”になれば逆転と判定する。

回転方向検出回路１３により正転と判定された場合、近接センサ５〜７の位置パルス信号５ａ，６ａ，７ａは、第１の遅延回路１１により遅延信号５ｂ，６ｂ，７ｂが出力され、その遅延信号５ｂ，６ｂ，７ｂは、正転用に切り換わっている切り換えスイッチ１４を経由し、それぞれ信号５ｄ、６ｄ、７ｄがゲート駆動回路８に伝わり、サイリスタ変換器９に伝達される。

また回転方向検出回路１３により逆転と判定された場合においては、近接センサ５〜７の位置パルス信号５ａ，６ａ，７ａは、第２の遅延回路１２により遅延信号５ｃ，６ｃ，７ｃが出力される。回転方向検出回路１３からの逆転信号１３ｒにより切り換えスイッチ１４が逆転側に切り換えられているので、遅延信号５ｃ、６ｃ、７ｃは、切り換えスイッチ１４を経由し、それぞれ信号５ｄ、６ｄ、７ｄがゲート駆動回路８に伝わり、サイリスタ変換器９に伝達される。

このように正転時と逆転時において、実際の回転子の位置に対して、位置パルス信号に検出誤差が発生し、位相がずれていても、第１および第２の遅延回路１１，１２により、正転時と逆転時のそれぞれにおいて位相を合致させることができるので、サイリスタモータとしてより精度よく駆動できる位置検出を行なうことができる。

以上本発明を実施形態により説明したが、これに限定されるものではなく、例えば電気推進船以外の電動機にも適用されるものであり、また種々の変形を含むものであることはいうまでもない。

１…同期電動機
２…回転軸
３…プロペラ
４…回転円板
５〜７…近接センサ
８…ゲート駆動回路
９…サイリスタ変換器
１０…遅延回路
１１…第１の遅延回路
１２…第２の遅延回路
１３…回転方向検出回路
１４…切り換えスイッチ
１０１…アンド回路
１０２…ワンショットマルチバイブレータ
１０３…フリップフロップ
１０４…抵抗器
１０５，１０６…コンデンサ
１０７…可変抵抗器

Claims

サイリスタ変換器によって制御される同期電動機と、
前記同期電動機の回転軸に取り付けられ、界磁極数に応じた凹凸部を有する回転円板と、
この回転円板に近接して周方向に所定の間隔をおいて配設され、前記回転円板の凹凸部によってそれぞれ位相の異なる位置パルス信号を出力する複数個の近接センサと、
これら近接センサの位置パルス信号に基づき、前記サイリスタ変換器に制御信号を出力するゲート駆動回路を具備したサイリスタモータの回転子位置検出装置において、
前記複数個の近接センサと前記ゲート駆動回路との間に遅延回路を設け、
この遅延回路は、前記近接センサから出力される位置パルス信号を入力し、位置パルス信号の立ち上がり部および立ち下がり部を検出して信号を出力するアンド回路と、
このアンド回路から出力される検出信号を入力し、前記位置パルス信号の立ち上がり部および立ち下がり部を基準として可変抵抗器によりパルス幅を可変に設定できる遅延信号を出力するワンショットマルチバイブレータと、
このワンショットマルチバイブレータから出力される遅延信号と前記近接センサから出力される位置パルス信号より前記可変抵抗器で可変設定したパルス幅分だけ遅延した位相の位置パルス信号を出力するフリップフロップとから構成したことを特徴とするサイリスタモータの回転子位置検出装置。
前記同期電動機の正転と逆転を判別する回転方向検出回路を設けると共に、
前記遅延回路として前記同期電動機の正転時と逆転時にそれぞれ遅延した位相の位置パルス信号を出力する正転用の第１の遅延回路と逆転用の第２の遅延回路を設け、
前記回転方向検出回路の判別信号により正転時は前記第１の遅延回路から、逆転時は第２の遅延回路から前記ゲート駆動回路にそれぞれ遅延した位置パルス信号を切り換えスイッチを介して出力することを特徴とする請求項１に記載のサイリスタモータの回転子位置検出装置。