JPH01129796A

JPH01129796A - 永久磁石同期電動機の制御装置

Info

Publication number: JPH01129796A
Application number: JP62286441A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Onoda; 小野田　芳光; Takatou Yamagoshi; 山腰　喬任
Original assignee: Hitachi Elevator Engineering and Service Co Ltd
Current assignee: Hitachi Elevator Engineering and Service Co Ltd
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1989-05-23
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: GB2212678B; KR890009058A; KR960006854B1; GB8826606D0; DE3838579A1; DE3838579C2; GB2212678A; JP2645655B2; US4916368A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回転子に永久磁石を用いた同期電動機の駆動
を制御する永久磁石同期電動機の制御装置に関する。　
　　　。

〔従来の技術〕

永久磁石同期電動機は、回転子に永久磁石を用い、電機
子巻線に交流電流を供給することにより回転磁界を形成
し、回転子を回転させる構成の電動機である。このよう
な永久磁石同期電動機およびその制御装置の概略を図に
より説明する。

第７図は従来の永久磁石同期電動機の制御装置の回路図
である。図で、Ｍは永久磁石同期電動機を示し、永久磁
石ｌおよび電機子Ｓ線２Ｕ、２Ｖ。

２Ｗより成る。これら電機子巻線２Ｕ、２Ｖ。

２Ｗには三相の交流電流が供給される。１ｕ、Ｉｖ。

Ｔｗはそれぞれ電機子巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに供給され
るＵ相、■相、Ｗ相の電流を示す。３は永久磁石同期電
動機Ｍを駆動する三相交流電源である。４は６つのトラ
ンジスタＴ、で構成される整流部であり、電源３の三相
交流を直流に整流する。

５は各トランジスタＴｒの制御信号を出力する整流制御
部であり、この整流制御部５の制御信号により三相交流
の適切な整流が行なわれる。６はトランジスタＴ、とダ
イオードＤとの並列回路６つにより構成されるインバー
タ部であり、整流部４で整流された直流を三相交流に変
換する。７はインバータ部６の各トランジスタＴ、の制
御信号を出力するインバータ制御部である。電源３、整
流部４、整流制御部５、インバータ部６、およびインバ
ータ制御部７より成る構成を以下、インバータ装置と称
することとし、これを符号８で示す。

上記の永久磁石同期電動機Ｍの制御装置において、整流
制御部５およびインバータ制御部７から、予め定められ
た制御信号を出力すれば、電機予巻８ｊ１２Ｕ、　　２
Ｖ、　　２Ｗにはこれに応じた三相電流が供給され、こ
れら各相の電流により四転ば界が形成される。この回転
磁界の発生により永久磁石１は当該回転磁界に同期して
回転する。

上記永久磁石同期電動機は、回転子に永久磁石を用いて
いるので励磁電力が不要となり、電力消費量は同一容量
の他の電動機、例えば誘感電動機等に比較して格段に少
なく、かつ、スリップリングやプラッシュも必要としな
いので故障や損失が少ないという大きな利点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

永久６Ｒ石同期電動機は上記のような利点を有する反面
、次のような問題点を有する。即ち、永久磁石は使用年
月の経過とともにその起磁力が減少して減磁するのが通
常である。これを第８図に示す永久磁石の特性曲線によ
り説明する。図で、横軸には抗磁力が、又、縦軸には磁
束密度がとっである。永久磁石同期電動機に使用される
永久磁石は回転力に不足を生じないようにできるだけ大
きな磁束密度を有するものを使用する。ところが、磁束
密度の大きい永久磁石は必然的に抗磁力が小さくなる。

即ち、図で、磁束密度Ｂ１の永久磁石は抗磁力ＭＣＩで
あるが、これに対して磁束密度Ｂ１１１＋より小さい磁
束密度ＢＩ、ｌ□を有する永久磁石の抗磁力）（ｃｚは
さきの抗磁力）（ｃ＋より大きい。このことから、永久
磁石同期電動機のように相当程度の回転力が要求される
装置には磁束密度の大きな永久磁石を使用しなければな
らず、しかもそのような永久磁石は抗磁力が小さいので
、結局、減磁を免れることはできないことになる。

さらに、このような経年による減磁のみならず、電動機
駆動中において、電機子巻線２Ｕ、２Ｖ。

２Ｗによる磁界のＮ極とＳ極にそれぞれ永久磁石のＮ極
とＳ極が対向する瞬間がしばしば生じ、これによっても
永久磁石の減磁が生じる。

又、永久磁石同期電動機に大きな負荷が加わった場合、
永久磁石同期電動機は脱調し、このとき負荷との関係で
永久磁石の回転が停止するような事態が生じると、永久
磁石の磁極と電機子巻線の磁界との上記位置関係が長時
間存在することになり、永久磁石は大幅に減磁され、甚
だしい場合は消磁してしまうおそれがあった。

このように、永久磁石同期電動機は減磁や消磁を避ける
ことはできず、この減磁や消磁は永久磁石同期電動機の
回転力の不足や消失を招来し、これにより永久磁石同期
電動機が回転不能になるという問題があった。そして、
この問題は必然的に永久磁石同期電動機の信頼性を著し
く低下せしめ、上記の利点を有するにもかかわらず、多
くの分野、特にエレベータやエス力レーク等人間を移送
する分野における装置にあっては、上記のように信頼性
を欠如する永久磁石同期電動機は到底これを採用するこ
とはできなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、永久
磁石の減磁、消磁を防止することができ、ひいては永久
磁石同期電動機の信頼性を極めて高度のものとすること
ができる永久磁石同期電動機の制御装置を提供するにあ
る。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記の目的を達成するため、本発明における第１の発明
は、回転子に永久磁石を用い三相の電機子Ｓ線を備えた
永久磁石同期電動機において、前記回転子の回転位置お
よび回転速度を検出する検出手段と、この検出手段によ
り検出された回転速度を予め設定された基準速度と比較
して両者の差の値を出力する比較手段と、前記検出手段
により検出された回転位置および前記比較手段により得
られた差の値より成るベクトク値に基づいて前記各電機
子巻線に供給する電流を定める変換手段と、この変換手
段により得られた値に基づいて前記各電機子巻線の電流
を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とする。

又、本発明における第２の発明は、回転子に永久磁石を
用い三相の電機子３Ｐ５′ｍを備えた永久磁石同期電動
機において、前記回転子の回転位置および回転速度を検
出する検出手段と、この検出手段により検出された回転
速度を予め設定された基準速度と比較して両者の差の値
を出力する比較手段と、この比較手段により得られた差
の値が所定値を超えたとき前記差の値に対して位相を９
０度異にする励磁成分値を出力する励磁成分発生手段と
、前記検出手段により検出された回転位置および前記比
較手段により得られた差の値より成るベクトル値ならび
に前記回転位置および前記励磁成分発生手段により得ら
れた励磁成分値に基づいて前記各電機子巻線に供給する
電流を定める変換手段と、この変換手段により得られた
値に基づいて前記各電機子巻線の電流を制御する電流制
御手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上記第１の発明においては、検出手段により永久磁石の
回転速度と回転位置を検出し、検出された回転速度と予
め定めた基準速度とを比較手段で比較し、両者の速度の
差の値と検出された永久磁石回転位置とを変換手段に入
力する。この変換手段では、入力された値に基づいて、
Ｕ相、■相およびＷ相に供給する電流を定め、電流制御
手段は定められた各電流に応じた信号により、当該電流
をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各電機子巻線に供給する。

さらに上記第２の発明においては、検出手段により永久
磁石の回転速度と回転位置を検出し、検出された回転速
度と予め定めた基準速度とを比較手段で比較し、両者の
速度の差の値と検出された永久磁石回転位置とを変換手
段に入力する。この場合、前記差の値が所定の値よりも
大きいときは励磁成分発生手段から前記差の値とは９０
度位相を異にする励磁成分値が出力され、この値も変換
手段に入力される。変換手段では、これら入力された値
に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に供給する各電流お
よびこれら各電流についてそれぞれ９０″位相を異にす
る各電流を定め、電流制御手段は定められた各電流に応
じた信号により、当該各対応する電流の合成電流をＵ相
、Ｖ相およびＷ相の各電機子巻線に供給する。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る永久磁石同期電動機の制
御装置のブロック図である。図で、第７図に示す部分と
同一部分には同一符号を付して説明を省略する。１０は
永久磁石（回転子）１に連結されたパルス発電機であり
、回転角度に比例したパルス列を出力する。例えば永久
磁石の回転角度１度毎に１パルス出力されるものとする
と１回転に３６０パルスが出力される。１１はパルス発
電機１０の出力パルスをカウントするパルスカウンタで
あり、パルスをカウントすることにより永久磁石ｌの単
位時間当りの回転数（永久磁石同期電動機の速度）に比
例した信号Ｎ１４を出力する。

１２は永久磁石同期電動機Ｍの所望の速度を基準速度と
して設定する基準速度設定器であり、設定された基準速
度に比例した信号Ｎ、が出力される。

１３は基準速度設定器１２から出力される信号Ｎ。

とパルスカウンタ１１から出力される信号Ｎ、とを比較
し、その差の値を増幅して出力する比例増幅器である。

比例増幅器１３から出力される上記差の値に比例する信
号をＩ□とする。１４は関数発生器であり、比例□増幅
器１３の出力信号１　ｒｌを入力し、信号１．の値が所
定の値り、。を超えると、その超えた分の信号に応じた
信号ｔｘｔを出力する。

１５は比例増幅器１３の出力信号１０と関数発生器１４
の出力信号ｒｘｓとを入力し、これら信号をベクトルに
変換するベクトル変換器である。このベクトル変換器１
５から出力されるベクトル信号が信号■、で示されてい
る。１６はパルス発電［２１０からのパルスを入力しこ
れを永久磁石１の回転角度（回転位置）を示すベクトル
信号ε−Ｉ３として出力するベクトル発振器である。即
ち、ベクトル発振器１６はパルスの入力毎に単位角度を
加算してゆき、順次その積分値を出力する機能を有し、
永久磁石ｌの１回転毎に当該積分値がリセットされる。

１７はベクトル乗算器であり、ベクトル変換器１５から
出力されるベクトル信号Ｉｔｓとベクトル発振器１６か
ら出力されるベクトル信号εＪ１とを乗算し、その乗算
されたベクトル信号ｌを出力する。１８はベクトル乗算
器１７の出力信号ｌに基づいて永久磁石同期電動器Ｍの
各相電機子巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに供給する電流を決定
する三相変換器である。三相変換器１８は各相電流に比
例した信号ｕ、ｖ、ｗを出力する。ベクトル変換器１５
、ベクトル発振器１６、ベクトル乗算器１７および三相
変換器１８の機能の詳細は後述する動作の説明により明
らかとなる。

１９Ｕ、１９Ｖ、１９Ｗは電機子巻線２Ｕ。

２Ｖ、２Ｗに流れる電流を検出してそれに比例した信号
を出力する電流検出器である。２０ｕ。

２０ｖ、２０ｗは制御部であり、それぞれ三相変換器１
８から出力される信号ｕ、ｖ、ｗと電流検出器１９Ｕ、
１９Ｖ、１９Ｗで検出された信号とを入力してフィード
バック制御を行なう。各制御部２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ
の出力信号はインバータ装置８のインバータ制御部７に
入力され、その制御信号により各電機子巻線２Ｕ、２Ｖ
、２Ｗに三相変換器１８からの信号ｕ、ｖ、ｗに比例し
た電流を供給する。

次に、本実施例の動作を説明する。まず、基準速度設定
器１２に所望の速度が設定され、基準速度設定器１２か
らはこれに応じた信号Ｎ、が出力される。永久磁石同期
電動機Ｍが駆動されると、永久磁石１の回転とともにパ
ルス発電機ＩＯからその回転に伴って単位角度回動する
毎に順次パルスが出力され、このパルスはパルスカウン
タ１１およびベクトル発振器１６に入力される。パルス
カウンタ１１はこれらのパルスに基づいて永久磁石１の
回転速度に比例した信号Ｎ、を出力する。

比例増幅器１３は信号Ｎ、と信号ＮＨＯ差を演算し、そ
の差の信号Ｉ　ｒｓを出力する。

ところで、基準速度設定器１２には当然永久磁石同期電
動機Ｍの性能の範囲内において基準速度が設定される。

そして、永久磁石同期電動ａＭは通常の状態においては
設定された基準速度に近い速度で回転する。したがって
、比例増幅器１３の出力信号１　ｒｉは小さく、関数発
生器１４に設定された所定値！　ｒｓＯ以下の値となる
。そこで、まずこのような通常の状態における動作を以
下に説明する。

この場合、関数発生器１４からの出力信号ｔｘｓは０で
あるから、ベクトル変換器１５には信号Ｉ６のみが入力
され、その出力信号１ｓとしてはベクトルの実数部をな
す信号１　ｒｓがそのまま出力される。なお、ベクトル
の虚数部は関数発生器１４の出力信号ｔｘｓで構成され
るが、これについては異常時における動作の説明で述べ
ることにする。

一方、ベクトル発振器１６はパルス発電機１０の出力パ
ルスを入力する。この出力パルスを第２図（ａ）に示す
。第２図（ａ）で横軸には永久磁石ｌの回転角度θ、が
とっである。前述のように、パルス発電機１０は永久磁
石ｌが単位角度（例えば１度）回動する毎に１パルス出
力するのであるから、入力したパルスの数をカウントす
ればその数が永久磁石１の回転角度を示すことになる。

そして、第２図（ａ）に２π（ｒ　ａ　ｄ）で示される
ように１回転に相当する数のパルスがカウントされると
、それまでのカウントをリセットして再度カウントを開
始するようにすれば、永久磁石１の予め定められた基準
位置からの回転角度が常に捕捉されることになる。ベク
トル発振器１６はこのような機能を備え、リングカウン
タ等を用いて構成されている。以上から明らかなように
、ベクトル発振器１６の出力ε・ＩＺｓは角度成分の信
号であり、永久磁石ｌの現時点での角度θ、はパルスの
カウント数に比例する。

ベクトル乗算器１７はベクトル変換器１５の出力［３と
、ベクトル発振器１６の上記角度成分の出力ε−Ｉｓと
を入力して乗算し、その乗算値ｌを出力する。乗算値ｌ
は次式で表わされる。

ｌ＝［Ｓ　・εＪｌｈ・・・・・・・・・・・・（１）
通常状態においては、［Ｓ＝１．、であるから、ｌ＝１
．、・εＪ１ｍ・・・・・・・・・・・・（２）となる
。

第２図（ｂ）はこの（２）式の波形図であり、横軸には
前記回転角度θ８、縦軸には上記ベクトルｌの実数部ｌ
がとっである。今、仮にパルス発電機１０のパルス出力
のうち第２図（ａ）に示すパルスＰ、を前記基準位置の
パルスとすると、−点鎖線で示される角度はＯ（θ３＝
０）でありベクトル発振器１６の出力εｊ＃ｓ＝１であ
る。したがって、この基準位置におけるベクトル乗算器
１７の出力信号は値Ｉ８となる。そして、上記パルスＰ
、を基準位置のパルスとしたとき、ベクトル乗算器１７
の出力信号は第２図（ｂ）に示すように最大値を値１　
ｐｓとするｃｏｓ波形となる。

三相変換器１８は第２図（ｂ）に示す波形の信号を人力
し、この信号をＵ相の電機子巻線２Ｕに供給するＵ相電
流１ｕの信号Ｕと定める。そうすると、他のＶ相電流Ｉ
ｖおよびＷ相電流Ｉ。のＵ相電流ＩＵに対する波形は同
一波形であり、かつ位相関係は王者一定の関係にあるの
で、Ｖ相電流Ｉｖの信号ＶおよびＷ相電流！。の信号Ｗ
も一義的に決定される。これを第２図（ｂ）、　　（Ｃ
）。

（ｄ）に示す波形図を参照して説明する。Ｕ相、■相、
Ｗ相の各相電流■い■９．Ｉｗは三相交流であるから、
Ｖ相電流■９はＵ相電流■。に対して２π／３（ｒａｄ
）だけ位相が遅れ、Ｗ相電流１ｗはＶ相電流１ｖからさ
らに２π／３（ｒａｄ）だけ位相が遅れている。したが
って、信号ＵをＵ相電流１ｕの信号と定めると、信号ｖ
、ｗはそれぞれ第２図（Ｃ）、　　（ｄ）に示すように
信号Ｕに対して、最大値が等しく、位相が２π／３（ｒ
ａｄ）。

４π／３（ｒａｄ）だけ遅れた信号となる。そこで、今
、θ、＝０の基準位置についてみると、この位置におけ
る信号Ｕの値はＩ　ｒｓであり、信号Ｖ。

Ｗの値はそれぞれ一■、／２となる。したがって、三相
変換器１８は永久磁石１が基準位置にあるとき信号Ｕと
して値１　ｒｔを、信号Ｖとして値−Ｉ　ｒｓ／２を、
又、信号Ｗとして値−１、、／　２を出力することにな
る。永久磁石１が回転して位置が変化してゆくと、第２
図（ａ）〜（ｄ）に示す一点鎖線は図の右方へ移動して
ゆき、そのとき各信号波形が移動した一点鎖線と交わる
点の値が信号Ｕ。

ｖ、ｗとして順次三相変換器１Ｂから出力されることに
なる。

永久磁石１の回転速度ＮＭが変化すると゛、基準速度Ｎ
、との差が変化し、比例増幅器１３の出力信号１　ｒｓ
の大きさが変化する。このため、第２図（ｂ）〜（ｄ）
の信号波形も変化するが、この変化は最大値Ｉｔｓの変
化のみであり、各信号波形の位相関係は同一に保持され
る。このような信号波形にしたがう信号ｖ、ｗは、値Ｉ
０をパラメータとする第２図（ｃ）、　　（ｄ）に示す
波形特性を有する関数発生器を用いることにより得られ
る。なお、信号Ｕは入力信号がそのまま用いられる。

このようにして三相変換器１８から出力された信号ｕ、
ｖ、ｗは制御部２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを介してインバ
ータ装置８のインバータ制御部７に入力され、これに応
じてインバータ部６の各トランジスタＴｒが制御される
。この結果、Ｕ相、■相、Ｗ相の各電機子巻線２Ｕ、２
Ｖ、２Ｗには信号ｕ、ｖ、ｗに応じた電流Ｉｎ、Ｉｖ、
Ｉｗが供給され永久磁石同期電動機Ｍが駆動される。こ
の駆動中、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは電流検出器１９
Ｕ。

１９Ｖ、１９Ｗにより常時検出され、その検出４３号を
各相の制御部２０　ｕ、　　２０　ｖ、　　２０　ｗに
入力することにより各相電流に対する周知のフィードバ
ック制御が行なわれる。

ここで、永久磁石同期電動機Ｍを上記制御により駆動す
る場合、その駆動中に形成される磁界について説明する
。第３図は永久磁石同期電動機Ｍの概略構成図である。

この図で、■は永久磁石、２Ｕ、２Ｕ’はＵ相の電機子
巻線、２Ｖ、２Ｖ’はＶ相の電機子巻線、２Ｗ、２Ｗ’
はＷ相の電機子巻線を示す。２２は固定子、２３は固定
子２２に設けられた溝である。多溝２３には各相の電機
子巻線２Ｕ〜２Ｗ’が収納されている。図において、各
相は対向する２つの溝を有し、この溝に１本ずつ導体が
収められ、これら２つの導体で各相の電機子巻線が構成
されている。対向する２つの導体は永久磁石同期電動機
Ｍの一方端部側において接続されている。

ここで、永久磁石１の図示位置を基準位置（θ。

−〇）とすると、Ｕ　相テハｉ　機子巻、ｖｉ！２Ｕ、
２Ｕ’に信号ｕ（ｕ＝Ｉ、、）に比例したＵ相電流Ｉｕ
が矢印方向に流れ、又、■相では電機子巻線２Ｖ。

２Ｖ’に信号ｖ　（ｖ＝−Ｉ、、／２）に比例したＶ相
電流ｘｖ　　Ｎｖ　＝−ｔｔ＋　／２）が矢印方向に流
れ、さらに、Ｗ相では電機子巻線２Ｗ、２Ｗ’に信号ｗ
　（ｗ＝−Ｉ、、／２）に比例したＷ相電流■。

（ｒｗ　＝−■ｔ＋　／２）が矢印方向に流れる。これ
らの各相電流■。、Ｉｔ、１ｍにより各電機子巻線２Ｕ
〜２Ｗ’は磁界を生じ、それらの合成磁界は破線で示さ
れるような固定子２２を通る磁界となる。この合成磁界
の発生により、固定子２２の図示位置にＮ極とＳ極が形
成されたと同様の状態が生じ、永久磁石ｌのＮ極、Ｓ極
はそれぞれ固定子２２に形成されたＳ極、Ｎ極に吸引さ
れ、永久磁石１は図の矢印方向に回動する。

永久磁石１の回動によりパルス発電機１０からパルスが
出力され、ベクトル発振器１６の出力信号εＪＩＰｓが
変化し、三相変換器１日の出力信号Ｕ。

ｖ、ｗも変化し、三相電流■。、Ｉ、、Ｉ、が変化して
ゆく。これに伴って固定子２２に形成される合成磁界も
変化してゆき、その磁極Ｎ、　　Ｓは永久磁石１の回動
方向と同一方向に移動してゆく。これにより永久磁石１
の回転が最終的にほぼ基準速度Ｎ、と等しい回転速度で
継続される。

上記動作中、各相電流により固定子２２に図示の合成磁
界が形成された瞬間の状態を考察すると、この合成磁界
の方向と永久磁石１内の磁界の方向とは直交する関係に
ある。したがって、永久磁石１は電機子巻線によって生
じる合成磁界により減磁されることはない。そして、永
久磁石ｌの位置と各相電流とは常に第２図（ａ）〜（ｄ
）に示される一定関係にあることから、永久磁石ｌと合
成磁界の上記関係は永久磁石同期電動機Ｍの駆動中確実
に保持され、永久磁石１が減磁されることはない。

以上、永久磁石同期電動機Ｍの回転速度ＮＨと基準速度
Ｎ、とに大きな差がなく、比例増幅器１３の出力信号Ｉ
、、１が所定値Ｉ−０以下である通常の場合の動作につ
いて説明した。ところで、負荷が異常に大きくなった場
合、永久磁石１が著しく減磁され、極端な場合には消磁
される事態が生じる。

又、このような事態が生じなくても、さきに述べたよう
に永久磁石１の経年による自然減磁が生じる。このよう
な場合、本実施例では関数発生器１４から信号！。が出
力されて上記減磁や消磁を防止する。以下、これについ
て説明する。

まず、永久磁石ｌの自然減磁以外の減磁又は消磁の発生
状態を第４図に示す永久磁石同期電動機の概略構成図を
参照しながら説明する。第４図で、第３図と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。今、永久磁石同期
電動器Ｍの負荷がエレベータであるとする。一般に、エ
レベータはワイヤの一端に乗かごが、他端に重りが連結
され、当該ワイヤを電動機で駆動される巻上機で巻上げ
る構成となっている。本実施例の場合、当該電動機とし
て永久磁石同期電動機が使用されることになる。ところ
で、エレベータにおいて乗かごを上昇させようとした場
合、乗かごの重量が過大であると重りとの均衡が破れ、
乗かごが上昇せず、逆に僅かに下降した状態で停止して
しまう場合がある。

この場合の永久磁石同期電動機の状態を、上記の事態が
永久磁石１が基準位置（θ３＝Ｏ）にあるとき発生した
ものとして第４図に示す。永久６ｉ石１が基準位置にあ
るので、各電機子巻線２０〜２Ｗ’に流れる各相電流は
第３図に示す方向と同一方向に流れ、固定子２２にも同
一の磁極Ｎ、　　Ｓが形成される。一方、前述のように
乗かごが僅かに下降すると永久磁石１は第３図に示す矢
印と逆方向に回動されてほぼ第４図に示す位置に停止す
る。この状態で固定子２２の合成磁界は永久磁石ｌの内
部磁界と逆方向となり、しかも各相電流は大きく、した
がって上記合成磁界も大きく、かつ、この位置での停止
時間が長いので、永久磁石ｌは著るしく減磁され、甚だ
しい場合は消磁されてしまう。以上は、永久磁石ｌの内
部磁界と固定子２２に生じる合成磁界とが逆方向になる
極端な例を示したが、これに限らず、永久磁石１の自然
減磁により回転力が不足すると脱調が生じ、永久磁石１
の位置が、上記合成磁界の上記内部磁界に対する逆方向
成分が大きくなるような位置となり、永久磁石１が減磁
される状態がしばしば生じる。

さて、上述のように永久磁石同期電動機Ｍに減磁又は消
磁が発生する状態にある場合、永久磁石同期電動機Ｍの
回転速度ＮＭは極めて遅くなる。

そうすると、第１図に示す比例増幅器１３の出力信号Ｉ
□は極めて大きくなり、所定値１．。を超える値となる
。したがって、関数発生器１４からはその特性に応じて
信号■。が出力される。この信号ＩＸＳはベクトル変換
器１５に入力され、比例増幅器１３の出力信号■、とと
もにベクトルに変換される。この変換されたベクトルを
「、とすると、ベクトル「、は次式で表わされる。

［１ｓ　　＝Ｉｒｓ＋ｊｌｘ３　”・・・・・・・・・
・　（３）（３）式において、値■。と値ＩＸＳとは互
いに９０’位相を異にし、値Ｉ４はベクトルの実数部、
値ｉｘｓは虚数部を構成する。そして、ベクトルＩＩｓ
は両値を合成したベクトルである。

ここで、１１Ｓ＝ＬＴア］了−Ｔ　ｒｓとすると、（３）式は次のように表わされる。

１［、＝Ｉ、　　・εＪＩＩＦｇ　　・・・・・・・・
・・・・（４）なお、さきに説明した通常の状態（値Ｉ
　ｒｓが所定値１　ｒｉ。以下の状態）においては、値
ｒｘｓは０であるから、前述のように１Ｉｓ＝Ｉ−とな
る。

このように、虚数部を含むベクトル「、はベクトル乗算
器１７に入力され、ベクトル発振器１６から出力される
角度成分εＪｌｓが乗算される。したがって、ベクトル
乗算器１７の出力信号ｌは次式で表わされる。

２＝「、・εｊＩｓ　　・・・・・・・・・・・・（５
）ところで、上記（５）式の実数部の値Ｉ□に角度成分
εｊｌｓが乗算された場合の信号は、前述した三相変換
器１８の出力信号Ｕと同じである。そこで、以下、上記
（５）式の虚数部の値ＩＸＳに角度成分εｊｌｓが乗算
された場合の信号について、第５図（ａ）、　　（ｂ）
に示す波形図を参照しながら説明する。第５図（ａ）、
　　（ｂ）に示す実線波形は第２図（ａ）、　　（ｂ）
に示す波形と同じ波形、即ち実数部の波形である。ベク
トル乗算器１７の出力ｌは当該実数部とともに虚数部も
出力されるが、この虚数部は（３）式に示すように実数
部に対して位相がπ／２遅れで最大値Ｉ。の波形となる
。このような波形を第５図（ｂ）に破線で示す。

したがって、ベクトル乗算器１７の出力信号ｌはこれら
実数部および虚数部の波形の合成（ベクトル和）となり
、この信号ｌが三相変換器１８がら信号Ｕとして出力さ
れる。ただし、本実施例においては、ベクトル乗算器１
７から出力される信号ｌは実数部と虚数部とがそれぞれ
独立して出力され、それらの合成は三相変換器１８でな
される。

一方、さきに述べたように、三相変換器１８ではＶ相、
Ｗ相に対する信号ｖ、ｗが、信号ｌの実数部を基にして
第２図（Ｃ）、　　（ｄ）に示すように作られるが、全
く同様に信号ｌの虚数部を基にして信号ｖ、ｗの虚数部
が作られる。これを第５図（Ｃ）、（ｄ）に示す。即ち
、第５図（Ｃ）。

（ｄ）に示す実線波形は第２図（Ｃ）、　　（ｄ）に示
す波形と同じ実数部の信号波形であり、破線波形は虚数
部の信号波形を示す。これら虚数部の信号波形はそれぞ
れその実数部の信号波形に対して位相がπ／２遅れ、最
大値ＩＸＳの波形となる。このような信号波形は、値■
。をパラメータとする第５図（ｃ）、　　（ｄ）に破線
で示す波形特性を有する関数発生器を用いることにより
得ることができる。

ここで、前述のＩｘｓ＝０の場合と同じく、永久磁石ｌ
の基準位置（θ、＝０）における虚数部の信号（励磁信
号と称する）により形成される磁界について考察する。

なお、以下の説明では便宜上、三相変換器１８の出力信
号ｕ、　　ｖ、　ｗは励磁信号成分のみと仮定する。実
数部との位相関係から第５図（ｂ）〜（ｄ）に示すよう
に、θｓ”Ｏのとき、ｕ＝０．ｖ＝　　、／ＴＩｘｓ／
２．ｗ＝　、／’Ｊ″ｔｘｓ／２である。したがって、
インバータ装置８から出力される各相電流は、Ｕ相電流
■１は０．■相電流■９は信号−ＪＴ　Ｉ　ｘｓ／　２
に比例した値、Ｗ相電流■−は信号５ｒｘｓｉｚに比例
した値となる。これらの電流により形成さる磁界を第６
図に示す。

第６図は永久磁石同期電動機の概略構成図であり、第３
図に示す部分と同一部分には同一符号が付しである。上
記の各相電流により形成される磁界が図中破線で示され
ている。このような磁界は、その方向が永久磁石１の内
部磁界の方向と一致し、永久磁石ｌを増磁するように作
用する。

ところで、このような磁界は三相変換器１８の出力信号
ｕ、Ｖ、Ｗが励磁信号成分のみと仮定した場合に形成さ
れる磁界であるが、実際には信号ｕ、ｖ、ｗは前述のよ
うに実数部の信号と虚数部の信号（励磁信号）とが合成
された信号である。

なお、このように合成された信号ｕ、　　ｖ、　ｗは、
前述の実数を入力する関数発生器の出力および虚数を入
力する関数発生器の出力を同相毎に加算器に入力して加
算することにより得ることができる。

このように、信号ｕ、　　ｖ、　ｗは合成信号であるか
ら各相電流も当該合成された信号により得られる合成電
流であり、その結果、永久磁石同期電動機Ｍに生じる磁
界は第３図に示す磁界と第６図に示す磁界とを合成した
磁界となる。しかし、第６図に示す磁界成分が存在する
ことには変りはなく、この磁界成分により永久磁石ｌが
増磁されることにも変りはない。そして、このように永
久磁石１を増磁する磁界成分は、永久磁石１の位置如何
にかかわらず、ベクトル変換器１５の出力信号ｌＩ３に
虚数部が含まれたときには常に発生するのは明らかであ
る。

又、仮に永久磁石同期電動機Ｍの負荷がエレベータであ
り、第４図に示す状態が発生して永久磁石１に大きな減
磁が生じたとしても、以後の動作において、この減磁の
ため回転力が不足して太きな励磁信号が発生し、これに
より上記増磁方向の磁界が生じて上記減磁骨を補うので
、最終的にエレベータの運転に支障を生じることはない
。

このように、本実施例では、パルス発電機により永久磁
石の位置と回転速度を検出し、これに応じて電機子巻線
に供給する電流を制御するようにしたので、永久磁石同
期電動機の駆動中に発生する磁界を永久磁石内の磁界の
方向とほぼ直交する方向に維持することができ、これに
より永久磁石の減磁を防止することができ、ひいては永
久磁石同期電動機を高い信頬性をもって使用することが
できる。さらに、永久磁石が減磁して回転力が不足した
状態等が生じ、回転速度と基準速度との差が所定値以上
になったとき、これに応じて電機子巻線に、さきの電流
とともに、これとは別の成分の電流をも供給するように
したので、永久磁石を増磁する方向の磁界を発生するこ
とができ、これにより永久磁石の減磁を積極的に補うこ
とができ、この面からも永久磁石同期電動機の信頼性を
高めることができる。

なお、上記実施例の説明では、比例増幅器１３、関数発
生器１４、ベクトル変換器１５、ベクトル発振器１６、
ベクトル乗算器１７、および三相変換器１８は電気的回
路により構成されているものとして説明したが・、これ
らはマイクロコンピュータで構成することもできるのは
明らかである。

又、上記実施例の説明では、永久磁石同期電動機の速度
と基準速度との差が所定の値を超えた場合に虚数の信号
を出力して永久磁石の増磁を行なう構成を設ける例につ
いて説明したが、このような構成は必ずしも必要ではな
く当該構成を備えなくても永久磁石の自然な減磁以外の
減磁は確実に防止することができる。そして、もし必要
ならば永久磁石の増磁を行なう構成に代えて、上記の差
が所定の値を超えたとき永久磁石同期電動機の駆動を停
止させる手段を設けることもできる。

さらに、上記実施例の説明では、永久磁石の回転位置お
よび回転速度を検出するのにパルス発電機を用いる例に
ついて説明したが、パルス発電機に代えて、各電機子巻
線に生じる反起電力を検出し、これに基づいて永久磁石
の回転位置と回転速度を判断することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、第１の発明では、永久磁石の回転位
置と回転速度を検出し、当該回転速度と基準速度との差
および前記回転位置に応じて電機子巻線に電流を供給す
るようにしたので、永久磁石同期電動機に発生する磁界
の方向を永久磁石内の磁界の方向に対してほぼ直交する
方向とすることができ、これにより永久磁石のｆＩｉ磁
を防止することができ、ひいては永久磁石同期電動機を
高い信顛度で使用することができる。

又、第２の発明では、上記第１の発明に加え、永久磁石
の回転速度と基準速度との差が所定値を超えたとき、永
久磁石を増磁する方向の磁界成分を発生するようにした
ので、永久磁石のＭｆｆｆを充分に補なうことができ、
永久磁石同期電動機の信顛性を著るしく向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る永久磁石同期電動機の制
御装置のブロック図、第２図（ａ）。（ｂ）、　　（ｃ）、（ｄ）は第１図に示す装置の各部
の信号の波形図、第３図および第４図は永久磁石同期電
動機の概略構成図、第５図（ａ）、　　（ｂ）。（ｃ）、　　（ｄ）は第１図に示す装置の各部の信号の
波形図、第６図は永久磁石同期電動機の概略構成図、第
７図は従来の永久磁石同期電動機の制御装置の回路図、
第８図は永久磁石の磁束密度および抗磁力の特性図であ
る。１・・・・・・永久磁石、２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ・・・・・
・電機子巻線、８・・・・・・インバータ装置、１０・
・・・・・パルス発電機、１１・・・・・・パルスカウ
ンタ、１２・・・・・・基準速度設定器、１３・・・・
・・比較増幅器、１４・・・・・・関数発生器、１５・
・・・・・ベクトル変換器、１６・・・・・・ベクトル
発振器、１７・・・・・・ベクトル乗算器、１８・・・
・・・三相変換器。。第２図第３図　　　　　　　第４図第６図第５図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転子に永久磁石を用い三相の電機子巻線を備え
た永久磁石同期電動機において、前記回転子の回転位置
および回転速度を検出する検出手段と、この検出手段に
より検出された回転速度を予め設定された基準速度と比
較して両者の差の値を出力する比較手段と、前記検出手
段により検出された回転位置および前記比較手段により
得られた差の値より成るベクトル値に基づいて前記各電
機子巻線に供給する電流を定める変換手段と、この変換
手段により得られた値に基づいて前記各電機子巻線の電
流を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とする
永久磁石同期電動機の制御装置。
（２）特許請求の範囲第（１）項において、前記検出手
段は、前記回転子に結合されたパルス発電機であること
を特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
（３）特許請求の範囲第（１）項において、前記検出手
段は、前記各相の電機子巻線に生じる反起電力を検出す
る手段と、検出された各反起電力に基づいて前記回転子
の回転位置および回転速度を判断する手段とにより構成
されていることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御
装置。
（４）特許請求の範囲第（１）項において、前記比較手
段は、比例増幅器であることを特徴とする永久磁石同期
電動機の制御装置。
（５）特許請求の範囲第（１）項において、前記比較手
段は、比例積分増幅器であることを特徴とする永久磁石
同期電動機の制御装置。
（６）特許請求の範囲第（１）項において、前記変換手
段は、前記比較手段により得られた差の値に比例した値
を最高値とする正弦波電流において、前記検出手段によ
り検出された回転位置に対応する位相における電流値を
各相の電流値として求める手段であることを特徴とする
永久磁石同期電動機の制御装置。
（７）特許請求の範囲第（１）項において、前記電流制
御手段は、交流電流を整流する整流部、この整流部で得
られた直流電流を三相交流電流に変換するインバータ部
、および前記変換手段により定められた値に基づいて前
記インバータ部を制御する制御部とで構成されているこ
とを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
（８）回転子に永久磁石を用い三相の電機子巻線を備え
た永久磁石同期電動機において、前記回転子の回転位置
および回転速度を検出する検出手段と、この検出手段に
より検出された回転速度を予め設定された基準速度と比
較して両者の差の値を出力する比較手段と、この比較手
段により得られた差の値が所定値を超えたとき前記差の
値に対して位相を９０度異にする励磁成分値を出力する
励磁成分発生手段と、前記検出手段により検出された回
転位置および前記比較手段により得られた差の値より成
るベクトル値ならびに前記回転位置および前記励磁成分
発生手段により得られた励磁成分値に基づいて前記各電
機子巻線に供給する電流を定める変換手段と、この変換
手段により得られた値に基づいて前記各電機子巻線の電
流を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とする
永久磁石同期電動機の制御装置。
（９）特許請求の範囲第（８）項において、前記検出手
段は、前記回転子に結合されたパルス発電機であること
を特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
（１０）特許請求の範囲第（８）項において、前記検出
手段は、前記各相の電機子巻線に生じる反起電力を検出
する手段と、検出された各反起電力に基づいて前記回転
子の回転位置および回転速度を判断する手段とにより構
成されていることを特徴とする永久磁石同期電動機の制
御装置。
（１１）特許請求の範囲第（８）項において、前記比較
手段は、比例増幅器であることを特徴とする永久磁石同
期電動機の制御装置。
（１２）特許請求の範囲第（８）項において、前記比較
手段は、比例積分増幅器であることを特徴とする永久磁
石同期電動機の制御装置。
（１３）特許請求の範囲第（８）項において、前記励磁
成分発生手段は、前記所定値を超えた分の差の値に比例
した値を出力する関数発生器であることを特徴とする永
久磁石同期電動機の制御装置。
（１４）特許請求の範囲第（８）項において、前記変換
手段は、前記比較手段により得られた差の値に比例した
値を最高値とする正弦波電流において、前記検出手段に
より検出された回転位置に対応する位相における電流値
と、前記励磁成分発生手段により得られた励磁成分値を
最高値とする正弦波電流において、前記検出手段により
検出された回転位置に対応する位相における電流値との
合成値を各相の電流値として求める手段であることを特
徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
（１５）特許請求の範囲第（８）項において、前記電流
制御手段は、交流電流を整流する整流部、この整流部で
得られた直流電流を三相交流電流に変換するインバータ
部、および前記変換手段により定められた値に基づいて
前記インバータ部を制御する制御部とで構成されている
ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。