JPH01231675A - トルク検出装置 - Google Patents

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］ この発明は、直流電動機をトルク制御駆動するための電
力変換装置に用いられるトルク検出装置に関し、特に高
精度のトルク演算が可能なトルク検出装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 第２図は、例えば［三菱電機技報（第５６巻、第４号４
９８２年）」の第３６（３０８）頁に記載された電気車
制御系に用いられる、従来のトルク検出装置を示すブロ
ック図である。

図において、（１）は直流電動機（図示せず）の界磁電
流ＩＰを検出する界磁電流検出器、（２）は直流電動機
の電機子電流ＩＡを検出する電機子電流検出器である。

（３）は界磁電流ＩＰ及び電機子電流ＩＡに基づいて、
直流電動機から発生するトルクＴを演算するトルク演算
回路であり、界磁電流ＩＰから近似された界磁磁束ΦＦ
を出力する磁束近似回路（４）と、界磁磁束ΦＦに電機
子電流ＩＡを乗算してトルクＴを演算する乗算器（５）
とを備えている。

次に、第３図の相互誘導係数−界磁電流特性図を参照し
ながら、第２図に示した従来のトルク検出装置の動作に
ついて説明する。

一般に、直流電動機から発生するトルクＴは、宮入庄大
著「エネルギー変換工学入門（上）」の８．３９式に示
すように、直流電動機が複数（ｎ個）の界磁巻線を持つ
場合、 Ｔ　＝　Ｐ　Ｍ　（Ｉ　ｐ　＋＋σ２．Ｉｐ２＋σ、Ｉ
ｐ３＋・・・十σｎ　Ｉ　ｐｎ）　Ｉ　Ａ　　　・・・
■但し、Ｐ：極対数 Ｍ：主界磁巻線と電機子巻線の相互誘導係数Ｔｐｎ：第
ｎ：磁巻線の界磁電流 σｎ：第ｎ界磁巻線の主界磁巻線に対する巻線比で表わ
される。尚、ここで、 Φｐ＝ＰＭ（ＩＰ＋＋σ２ＩＦ２＋・・・＋σｎＩｐｎ
）であり、電機子の鎖交磁束Φは界磁磁束ΦＦと等しい
ものとしている。

第２図は主界磁巻線のみ（界磁巻線が１つ）の場合であ
るから、■式より、 Ｔ＝ＰＭＩＰＩＡ　　　　　・・■ となる。

■式において、極対数Ｐは定数てあり、界磁電流ＩＰ及
び電機子電流ＩＡは各検出器（１）及び（２）から得ら
れる。しかし、相互誘導係数Ｍは、磁気回路の非線形性
を考慮すると、界磁電流ＩＰに対して第３図のような特
性を示す。従って、磁束近似回路（４）は、 ΦＰ＝ＰＭＩＰ で与えられる界磁磁束ΦＦを、界磁電流ＩＰに対して例
えば３つの一次関数ｆ１〜ｆ３て近似する。

乗算器（５）は、近似された界磁磁束ΦＦに電機子電流
ＩＡを乗算し、 Ｔ−ΦＰＩＡ　　　　・・・■ て与えられるトルクＴを演算する。こうして得られたト
ルクＴは、電力変換装置により直流電動機のトルク制御
駆動に用いられる。

しかし、電機子の鎖交磁束Φは、主に界磁磁束ΦＦであ
るが、実際には、電機子反作用磁束と、この電機子反作
用磁束による界磁及び電機子間の空隙の磁束飽和による
影響とを含んている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のトルク検出装置は以上のように、磁束近似回路（
４）により界磁電流ＩＰから界磁磁束ΦＦを近似し、こ
の界磁磁束ΦＦに電機子電流ＩＡを乗算してトルクＴを
演算しており、電機子反作用磁束及びこの電機子反作用
磁束による飽和性が考慮されていないため、演算精度の
高いトルクＴが得られず、電力変換装置に適用１．た場
合に直流電動機−３＝ を精度良くトルク制御することができないという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、高精度のトルクを演算できるトルク検出装置
を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るトルク検出装置は、直流電動機の回転速
度を検出する速度検出器と、直流電動機の端子電圧を検
出する端子電圧検出器と、直流電動機の電機子電流を検
出する電機子電流検出器と、回転速度、端子電圧及び電
機子電流に基づいて、直流電動機から発生するトルクを
演算するトルク演算回路とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、電機子の鎖交磁束を回転速度、端
子電圧及び電機子電流に基づいて高精度に求め、この鎖
交磁束に電機子電流を乗算し、直流電動機のトルクを高
精度に演算する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図てあり、（２
）及び（５）は前述と同様のものである。

（６）は直流電動機の回転数に比例した角速度即ち回転
速度ωを検出する速度検出器、（７）は直流電動機の端
子電圧Ｖを検出する端子電圧検出器である。

（３八）は回転速度ω、端子電圧Ｖ及び電機子電流ＩＡ
に基づいて、直流電動機から発生するトルクＴを演算す
るトルク演算回路であり、電機子電流ＩＡから補正電圧
ＥＡを求める補正電圧発生回路（８）と、カ行指令又は
ブレーキ指令に応じて端子電圧Ｖに補正電圧ＥＡを減算
又は加算し、電機子による誘導起電力Ｅを求める演算器
（９）と、誘導起電力Ｅから回転速度ωを除算して鎖交
磁束Φを求める除算器（１０）と、鎖交磁束Φに電機子
電流ＩＡを乗算してトルクＴを演算する乗算器（５）と
を備えている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

一般に、誘導起電力Ｅは、 Ｅ＝ｄΦ／ｄｔ ＝ωΦ であるから、鎖交磁束Φは、 Φ＝Ｅ／ω　　　　　　■ で与えられる。従って、直流電動機がら発生するトルク
Ｔは、 Ｔ−ΦＩＡ −ＥＩＡ／ω　　　　　・・・■ で表わされる。又、誘導起電力Ｅは、 Ｅ＝Ｖ±ＥＡ −■±ＩＡＲＡ　　　　　・・・■ 但し、ＲＡ、電機子抵抗 から求められる。

従って、まず、補正電圧発生回路（８）により、電機子
電流ＩＡに電機子抵抗ＲＡを乗算して補正電圧ＥＡを求
め、続いて、演算器（９）により、０式に基づいて、端
子電圧Ｖに補正電圧ＥＡを減算又は加算して誘導起電力
Ｅを求める。演算器（９）は、カ行指令時には、端子電
圧Ｖがら補正電圧ＥＡを減算し、ブレーキ指令時には端
子電圧■に補正電圧ＥＡを加算する。

除算器（１０）は、０式に基づいて、誘導起電力Ｅを回
転速度ωで除算して鎖交磁束Φを求め、最後に、乗算器
（５）は、鎖交磁束Φと電機子電流ＩＡとを乗算して直
流電動機の１ヘルクＴを求める。

このように、非線形要素を介在させずに、誘導起電力Ｅ
に基づいて電機子の鎖交磁束Φを求めたのて、鎖交磁束
Φは電機子反作用磁束及び磁束飽和も考慮された値とな
り、最終的に得られるトルクＴも高精度のものとなる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、直流電動機の回転速度
を検出する速度検出器と、直流電動機の端子電圧を検出
する端子電圧検出器と、直流電動機の電機子電流を検出
する電機子電流検出器と、回転速度、端子電圧及び電機
子電流に基づいて、直流電動機から発生するトルクを演
算するトルク演算回路とを設け、回転速度、端子電圧及
び電機子電流に基づいて得られる鎖交磁束に電機子電流
を乗算してトルクを求めるようにしたのて、直流　　　
　′電動機のトルクを高精度に演算できるトルク検出装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は従来のトルク検出装置を示すブロック図、第３図は第
２図の動作を説明するための相互誘導係数−界磁電流特
性図である。 （２）・・・電機子電流検出器 （３八）・トルク演算回路　（５）・・・乗算器（６）
・・・速度検出器　　　（７）・・・端子電圧検出器（
８）・・・補正電圧発生回路 （９）・・・演算器　　　　　（１０）・・除算器ω・
・・回転速度　　　　　Ｖ・・・端子電圧ＩＡ・・・電
機子電流　　　ＥＡ・・・補正電圧Ｅ・・・誘導起電力
　　　　Φ・・・鎖交磁束Ｔ・・・１〜ルク 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 奨酬宸妙蜜郷 手続補正書 昭和６３年７　月１８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記直
   流電動機の端子電圧を検出する端子電圧検出器と、前記
   直流電動機の電機子電流を検出する電機子電流検出器と
   、前記回転速度、前記端子電圧及び前記電機子電流に基
   づいて、前記直流電動機から発生するトルクを演算する
   トルク演算回路とを備えたトルク検出装置。