JPH01295648A - 回転子スロットを有する誘導電動機の速度信号検出装置 - 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〕 本願の発明（以下本発明という）は、可変速運転される
誘導電動機の速度信号検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は１例えば、昭和５４年電気関係学会関西支部連
合大会の資料Ｇ３−２０に記載された無整流子モータを
示す、第５図（ａ）において、８１はロータで、外周に
歯部を有する円板状の回転子背板８２と、これに同軸的
に設けたドーナツ形の永久磁石８３とを有するものであ
る。この回転子背板８２の歯部と永久磁石８３の磁極の
対応関係を第５図（ｂ）、（Ｃ）に示す。第５図（ａ）
における８４はステータで、固定子背板８５に巻線コイ
ル８６が設けてあり、この巻線コイル８６は前記永久磁
石（界磁）８３とギャップを介して対向させである。８
７はホール素子で、前記固定子背板８５に取り付けたホ
ール素子台座８８に取り付けてあり、前記永久磁石８３
の磁束を検知するものである。隣り合うホール素子８７
の回転軸に対する角度は１２０度である。前記ホール素
子８７と回転子背板８２の歯部との位置関係を第５図（
ｂ）に示す。

このように構成した無整流子モータは、永久磁石８３が
起磁力源となり、この永久磁石８３の磁束がホール素子
８７に鎖交するが、鎖交する磁束は回転子背板８２の歯
部によりパーミアンス変化を受ける。従って、ホール素
子８７から、永久磁石８３により正弦波にパーミアンス
変化に起因する高周波外が重畳された振幅変調信号φＵ
、φ９．φ８が出力される。この振幅変調信号φυ、φ
９．φ、を第６図（ａ）〜（Ｃ）に示す。

ついで、この振幅変調信号φＵ、φ９．φ８を加算する
と、界磁磁束基本波成分がほぼ除去された信号が得られ
、この界磁磁束基本波成分がほぼ除去された信号を帯域
フィルタに通すと、第６図（ｄ）に示す波形の信号φ３
が得られる。

また、得られた信号をコンパレータにより比較すると、
周波数（１／Ｔｓ）が電動機回転速度に比例する速度信
号ｆ８が得られる。この速度信号ｆ８を第６図（ｅ）に
示す。なお、本発明はこの無整流子モータにヒントを得
たものである。

一方、電気学会論文誌Ｂ　論文５８−Ｂ６９には、誘導
電動機の回転子の溝高調波（回転子の歯と溝によるパー
ミアンス変化によるもの）に回転情報が含まれている点
に着目して、サンプリングによりすべり周波数を検出し
、誘導電動機の速度制御に利用することが記載されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、誘導電動機において、前述の如く、ホー
ル素子２回転子背板および永久磁束を設けて速度信号を
得ようとすると、ホール素子の電源線と信号線を電動機
に貫通させる必要があり、電動機を気密構造にすること
が困難である。

また、誘導電動機の溝高調波をサンプリングする前述の
手法は、電動機電源に電力変換装置を用いるときは、出
力波形が一般にパルス状であって正確にサンプリングが
できず、実施困難である。

本発明は、このような問題点を解決するためなされたも
ので、気密構造にすることが容易で、電動機の電源にパ
ルス状の交流を発生する電力変換装置を用いることので
きる回転子スロットを有する誘導電動機の速度信号検出
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） 本発明は、前記目的を達成するため、回転子スロットを
有する誘導電動機の速度信号検出装置をつぎの（１）、
（２）のように構成するものである。

（１）つぎのａ、ｂの手段を備えるようにする。

ａ、固定子スロットの１極に相当する溝間に配設したさ
ぐりコイルを電動機の相数分有し、この相数分のさぐり
コイルを直列または並列に接続してなる検出手段。

ｂ、前記誘導電動機の外側に設けられていて、前記検出
手段に接続され該検出手段より回転子の溝高調波成分を
取り出すフィルタ手段。

（２）前記（１）において、誘導電動機が、パルス状の
交流を発生する電力変換装置より給電されるようにする
。

〔作用〕

前記（１）の構成によれば、さぐりコイルにより電源交
流の基本波、第３高調波９回転子の溝高調波等が検出さ
れ、その検出出力から、さぐりコイルの直列／並列接続
により基本波が除去され、フィルタ手段により第３高調
波等が除去され、速度信号である回転子の溝高調波成分
が得られる。また、さぐりコイルの直列／並列接続によ
り、検出手段からの機外への引出線が２本となる。

また、前記（２）の構成では、更に、電力変換装置の高
調波もフィルタ手段で除去され、パルス状の交流電源を
用いているにもかかわらず、速度信号を得ることができ
る。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により説明する。

第１図は、本発明の第１実施例である「回転子スロット
を有する３相誘導電動機の速度信号検出装置」の検出手
段を示し、第２図は同実施例のフィルタ手段を示す。

第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、固定子３１には、
２４個のスロット１〜２４が設けられていて、３個のさ
ぐりコイル３２ｕ、３２ｖ。

３２ｗが巻かれており、互に直列接続されて検出手段が
構成されている。

即ち、３２ｕはＵ相さぐりコイルで、実線で示すように
、スロット１とスロット１２を通るように巻かれている
。３２ｗはＷ相さぐりコイルで、−点鎖線で示すように
、スロット８とスロット２０を通るように巻かれている
。３２ｖはＶ相さぐりコイルで、点線で示すように、ス
ロット１６とスロット４を通るように巻かれている。前
記Ｕ相、■相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ、３２ｖ。

３２ｗは第１図（ｂ）に示すように、直列接続され、Ｕ
相さぐりコイル３２ｕのコイルの一端は引き出し線３２
ｆの一端に接続され、Ｗ相さぐりコイル３２ｗのコイル
の一端はもう１本の引き出し線３２ｆの一端に接続され
、２本の引き出し線３２ｆは固定子を貫通して機外に引
き出されている。

第２図（ａ）において、３３は帯域フィルタで、オペア
ンプ３４．抵抗３５〜３７．コンデンサ３８．３９によ
り構成され、前述のさぐりコイルを互に直列接続した検
出手段の信号から、回転子溝高調波成分を取り出すもの
である。４０はコンパレータで、前記帯域フィルタ３３
を通過した信号をコンパレートするものである。

この実施例の誘導電動機の速度検出装置は、所定の溝間
に、Ｕ相、■相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ、３２ｖ、３
２ｗを配置したから、Ｕ相。

■相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗと鎖交
する磁束は、回転子の溝と歯によりパーミアンス変化を
受ける。よって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ
、３２ｖ、３２ｗの出力は、界磁主磁束にパーミアンス
変化による磁束リップルが重畳された磁束を微分したも
のになる。ここで、主磁束を正弦波とするとＵ相、■相
、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗからの出力
信号ＶＵ、Ｖｖ、Ｖｗの波形は第３図（ｂ）〜（ｄ）に
示すようになる。

そして、Ｕ相、■相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ、３２ｖ
、３２ｗを第１図（ｂ）に示すように直列に接続して各
相の信号を加算すると、Ｕ相、■相、Ｗ相さぐりコイル
３２ｕ、３２ｖ。

３２ｗから得られる信号に相アンバランスがあるので、
完全に主磁束成分を除去することができなくて、第３図
（ｅ）に示すように、電源周波数（主磁束の周波数、−
点鎖線で示す）の３倍の周波数を有する高調波が重畳さ
れた信号Ｖ、が得られる。

Ｕ相、■相、Ｗ相さぐりコイル３２ｕ。

３２ｖ、３２ｗからの信号は、前記相アンバランスの他
に、直流分重畳、ギャップむら等のノイズ成分を有する
ので、第２図（ａ）に示すような帯域フィルタを通すこ
とにより回転子溝高周波成分のみが取り出される。その
信号ｖｆ′の波形を第３図（ｆ）に示す。

そして、帯域フィルタ３３を通過した信号をコンパレー
タ４０によりコンパレートすると、コンパレータ４０か
ら電動機の回転速度に比例した周波数（＝１／Ｔｓ）の
速度信号ｆが出力される。

この速度信号ｆを第３図（ｇ）に示す。

まはた、この実施例の誘導電動機の速度検出装置は、２
本の引き出し線の一端を直列に接続した前記さぐりコイ
ル３２ｕ、３２ｗのそれぞれのコイルの一端に接続する
とともに、電動機を貫通して他端を機外に引き出すよう
にしたがら、簡単に気密構造にすることができる。

なお、さぐりコイルを直列に接続した例を説明したが、
第１図（ｃ）に示すように並列に接続しても良い。この
場合、出力電圧は減少するが、出力インピーダンスが低
下するという利点がある。その作用効果は直列接続の場
合と同様である。

また、帯域フィルタを用いた例を説明したが、誘導電動
機の変速範囲が広い場合は、第２図（ｂ）に示すような
、バイパスフィルタ５０とローパスフィルタ６０を縦続
接続したフィルタ手段を用いると良い。前記バイパスフ
ィルタ５０は、オペアンプ５５．抵抗５１，５２．コン
デンサ５３．５４により構成され、前記ローパスフィル
タ６０は、オペアンプ６１．抵抗６２，６３゜コンデン
サ６４．６５により構成されている。この場合、帯域幅
を容易に広げることができるという利点がある。

続いて、本発明の第２実施例を説明する。

第３図は第２実施例の構成を示すブロック図である。図
において、７０は商用電源、７１は商用電源よりパルス
幅変調（ＰＷＭ）の可変電圧、可変周波数の交流を発生
する電力変換装置、７２は回転子スロットを有する３相
誘導電動機、７３はその検出手段、３３はフィルタ手段
である。そして、誘導電動機７２．検出手段７３．フィ
ルタ手段３３は第１実施例と同様の構成、動作のもので
ある。

この構成により、誘導電動機は電力変換装置７１の出力
周波数に応じて速度制御されるが、供給電力がパルス幅
変調されているため、各相のさぐりコイルの出力電圧は
、第４図（ａ）に概念的に示すように、電源周波数の基
本波、溝高調波、パルス幅変調波の高調波成分を含むも
のとなる。

しかし、各相さぐりコイルの直列または並列接続により
基本波成分が除去され、フィルタ手段により第３高調波
成分、パルス幅変調波の高調波成分等が除去されて、所
望の速度信号である回転子の溝高調波を得ることができ
る。

なお、電力変換装置７１は、商用電源に限らず、直流電
源等を電源とするものであってもよいことはいうまでも
ない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明では、さぐりコイルを直列
または並列接続した検出手段により電源の基本波成分を
除去し、フィルタ手段により、相アンバランスによる高
調波、電力変換装置のパルス状出力に含まれる高調波等
を除去して、Ｓ／Ｎ比の良い速度信号を得ることができ
る。また、さぐりコイルを直列または並列接続した検出
手段を用いているため、電動機を貫通する信号線が２本
ですみ、簡単に密閉構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１実施例
の検出手段を示す概略図、′４２図（ａ）、（ｂ）は同
実施例のフィルタ手段を示す回路図、第３図は第２実施
例の構成を示すブロック図、第４図（ａ）〜（ｇ）は実
施例の各部の波形図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
従来例の構成図、第６図（ａ）〜（ｅ）は同従来例の波
形図である。 図中、１〜２４は固定子のスロット、３１は固定子、３
２ｕはＵ相さぐりコイル、３２ｖはＶ相さぐリコイル、
３２ｗはＷ相さぐりコイル、３３は帯域フィルタ、５０
はバイパスフィルタ、６０はローパスフィルタ、７１は
パルス幅変調の交流を発生する電力変換装置である。 なお、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）つぎのａ、ｂの手段を備えていることを特徴とす
   る回転子スロットを有する誘導電動機の速度信号検出装
   置。 ａ、固定子スロットの１極に相当する溝間に配設したさ
   ぐりコイルを電動機の相数分有し、この相数分のさぐり
   コイルを直列または並列に接続してなる検出手段。 ｂ、前記誘導電動機の外側に設けられていて、前記検出
   手段に接続され該検出手段より回転子の溝高調波成分を
   取り出すフィルタ手段。
2. （２）誘導電動機が、パルス状の交流を発生する電力変
   換装置より給電されていることを特徴とする請求項１記
   載の回転子スロットを有する誘導電動機の速度信号検出
   装置。