JPH0315283A - 同期電動機の駆動方法 - 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、電源を投入した瞬間から正弦波駆動を行う
ことができる同’ｌｔＪ］電動機の駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

第７図はインクレメンタル信号形パルスエンコーダを備
えて同期電動機を正弦波駆動する場合の一般的な構戒図
である． この第７図において、直流量である電流指令値Ｉ０を直
流／交流変換器３により、交流量である３相電流指令値
■。，Ｉｔ，Ｉｗ’に変換して、電力変換手段としての
電流制御装置４に入力する．電流制御装置４は、図示し
ていない直流電源からの直流電力を交流電力に変換する
のであるが、その際に電流指令値１ｕ　，　　Ｔｖ　．
　　Ｉｗ”に従って同期電動ｉｆに流れる電流を制御す
ることで、当該同期電動機１を所望の速度で駆動する． この同Ｍ電動機１の回転子にはインクレメンタル信号を
出力するパルスエンコーダ２を結合しており、このパル
スエンコーダ２が出力する信号から、当該同期電動機ｌ
の時々刻々変化している回転子角を検出し、これを上述
の直流／交流変換器３に与えることで、交流量をつくり
出している．第８図はインクレメンタル信号形パルスエ
ンコーダが出力する信号波形を示した波形図であって、
第８図（イ）はＡ信号とＢ信号とでなる回転方向検出信
号であり、第８図（ロ）はＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ
相信号とでなる磁極位置検出信号である．回転方向検出
信号は、回転子が１／Ｎ回転するたびにＡ信号があらわ
れ、このＡ信号のパルス幅の１／２遅れ位相でＢ信号が
あらわれる構戒にしているので、Ａ信号の次にＢ信号が
あらわれるか、あるいはＢ信号の次にＡ信号があらわれ
るかで、回転方向を判別することができる。なお、所定
時間内のＡ信号またはＢ信号の数を計数することで、あ
るいは信号の時間間隔を計測することで、回転子の回転
速度も検出することができる．また磁極位叉に対応して
、３６０度電気角ごとに、１２０度ずつの位相差をもっ
てＵ，Ｖ，Ｗ各相信号を出力している． パルスエンコーダ２は第８図に示す信号を出力するので
あるが、あらかじめ回転子角の基準点を定めておく．こ
の第８図においては、Ｗ相信号の立上りエッジであるＹ
点が基準点である．同期電動機１を運転するべく、電源
を投入した直後は、この同期電動機は殆ど回転しておら
ず、その回転子角を正確に把握することはできないが、
徐々に回転子が回転して、Ｗ相信号を出力した瞬間がＹ
なる基準点であり、この時点からは正確な回転子角を得
ることができる． すなわち、インクレメンタル信号を出力するパルスエン
コーダを備えた同期電動機では、電源投入直後から基準
点通過までの期間は正確な回転子角が得られず、従って
第７図に示す直流／交流変換ｒＩ３から正しい電流指令
値Ｉゎ，１，，Ｉ．”を出力することができず、運転に
支障をもたらしていた．そこでこのような不都合を解消
する工夫がなされている． 第９図は基準点到達以前でも電流指令値を出力する工夫
を施した直流／交流変換器の構成の従来例を示したブロ
ック図である． この第９図に示す従来の直流／交流変換器は、正弦波発
生器３１、角度検出器３２、方形波発生器３３、切換制
御回路３４、ならびに切換スイッチ３５で構或しており
、電源投入直後は切換制御回路３４の指令にもとづいて
、切換スインチ３５は方形波発生器３３を選択するので
、この方形波発生器３３は、直流量の電流指令値Ｉ１を
、パルスエンコーダ２からのＵ，Ｖ，Ｗ相信号に対応し
て、矩形波の交番電流指令値に変換して出力する． 回転子が回転して、パルスエンコーダ２から基準点信号
が出力されると、切換制御回路３３は切換スイッチ３５
を正弦波発生器３１を選択する側へ切換えるのであるが
、この時点では角度検出器３２が出力する検出角度信号
θは正確な値であり、正弦波発生器３ｌからはこの検出
角度信号θにもとづいた正弦波形の各相電流指令値を出
力するので、同期電動機１を正弦波駆動に切換えること
になる．第１０図は第９図に示す従来例回路の出力波形
をあらわした波形図であって、第１０図（イ），（ロ）
（ハ）は切換スイッチ３５を介して出力するＵ，Ｖ，Ｗ
各相電流指令値の変化、第ｌＯ図（二）はパルスエンコ
ーダ２からの各相磁極位置検出信号の変化を、それぞれ
があらわしている． この第１０図において、Ｔ，が電源投入時点であり、Ｔ
８がＹ点なる基準点に到達した時点である．従ってＴ１
からＴ２までの期間は、各相のｉ流指令植は交番矩形波
であり、Ｔ．以後に正弦波形の電流指令値を出力してい
る． 〔発明が解決しようとする課題〕 上述したように、ｔ源投入時点から基準点に到達するま
での期間は、回転子角が不明であり、不明のままでも電
流指令値を出力させるために、方形波発生器を使用する
ことになり、この方形波発生器と、正弦波形へ切換える
ための切換スイッチ、およびその制御回路が余分に必要
になるので、回路が複雑・高価になる欠点を有している
。さらにこの切換時に、電流が方形波から正弦波に切換
わると同時に、ｔ＠指令値が急激に変化することから、
同期電動機１のトルク外乱となってショックを生じる欠
点も合わせて有する． そこでこの発明の目的は、同期電動機を起動するべく電
源投入してから基準点に到達するまでの期間の同期電動
機駆動用の電流指令値発生回路を簡路にするとともに、
基準点に到達して正規の駆動を開始する際のトルク変動
などのショックを軽減することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達戒するために、この発明の駆動方法は、
磁極位置検出機能を備えているインクレメンタル信号形
エンコーダを同期電動機の回転子に取付け、該エンコー
ダが出力する磁極位置検出信号を、前記同期電動機に交
流電力を供給する電力変換手段に与えて、当該同期電動
機を正弦波駆動する同期電動機の駆動方法において、前
記同期電動機に電源を投入した時点における回転子角が
、３６０度電気角を等分割している複数ゾーンのうちの
いずれのゾーンに対応しているかを、前記エンコーダが
出力する磁極位置検出信号のパターンから求め、該当す
るゾーンの中央値を回転子角の初期値として前記同期電
動機の正弦波駆動を開始し、次いで前記エンコーダがあ
らかじめ定めた回転子角信号を出力するとき、その時点
から正規の回転子角に切換えて、あるいはその時点から
徐々に正規の回転子角に接近するようにしながら、正弦
波駆動を開始させるものとする． （作用〕 この発明は、同Ｍ′ｒｌ動機にｉｔｓを投入してから、
パルスエンコーダが基準信号を出力するまでの期間の回
転子角を、ある程度誤差が生じるのは容認したうえで、
パルスエンコーダの出力信号から推定し、この推定回転
子角に従った正弦波形の電流指令値を出力させることで
、方形波発生器や切換スインチならびに切換制御回路の
使用を省略し、かつ同期電動機は正弦波駆動により、十
分なトルクを得ることができるようにするものである．
〔実施例〕 第１図は本発明の第１実施例をあらわしたブロック図で
ある． この第１図に示す第１実施例回路は、第７図に図示の直
流／交流変換器３の構成をあらわしたものであって、正
弦波発生器３１，角度検出器３２、およびプリセット回
路４０とで構戒しており、同期電動機１の電源投入時に
、ブリセット回路４０が、このプリセット回路４０へ入
力するパルスエンコーダ２からのＵ，Ｖ，Ｗ各相信号か
ら回転子角を准定し、推定回転子角θ。を角度検出器３
２にブリセフトする．その後パルスエンコーダが基準信
号を出力するまでの期間は、角度検出器３２がθ。を起
点として正弦波形の電流指令値を出力する．第８図（口
）からあきらかなように、パルスエンコーダ２が出力す
る磁極位置検出信号は、その１周期すなわち３６０度電
気角を６０度ずつの６個のゾーンに分割することができ
る．すなわちＵ相とＷ相オン、Ｕ相のみオン、Ｕ相と■
相オン、■相のみオン、■相とＷ相オン、およびＷ相の
みオンの各ゾーンである． そこで電源投入時には回転子角がどのゾーンにあるかは
直ちに判明するので、このときの回転子角は、そのゾー
ンの中央値であると仮定すれば、角度誤差は最大でも±
３０度であり、通常はこれよりも小さい値である。そこ
でこのゾーンの中央値をθ０とし、角度検出器３２をこ
のθ。で初期設定する． 角度設定器３２は、パルスエンコーダ２からのＡ信号と
Ｂ信号とを入力とする可逆カウンタとして動作し、基準
点Ｙを検出すればこの計数値をリセットする．θ。なる
角度信号は当初から角度誤差を有し、この誤差は基準点
信号が出力されるまで継続するが、基準点検出後は正し
い回転子角度信号θを正弦波発生器３１に与えることに
なる．第２図は第１図に示す第１実施例回路の出力波形
をあらわした波形図であって、第２図（イ）．（ロ），
（ハ）はＵ，Ｖ，Ｗ各相電流指令値の変化、第２図（二
）はパルスエンコーダ２からの各相磁極位置検出信号の
変化を、それぞれがあらわしており、Ｔは電源投入時点
、Ｔ２が基準点検出時点である．この第２図であきらか
なように、同期電動機１へは、Ｔ１なる電源投入時点か
ら正弦波形の電流指令値１，，Ｉ，，！，”が与えられ
ており、これには角度誤差が含まれてはいるが、その誤
差は最大値でも３０度であることから、同期電動ａＸの
駆動トルクは十分に確保できる。またＴ２時点では正確
な回転子角が得られるので、これ以降の正弦波形の電流
指令値の角度誤差が零となるのは勿論である． なお、この第２図においてＹ点、すなわち基準点はＷ相
信号の立上りエッジｌ個所のみとしているが、Ｕ相ある
いはＶ相の立上りエッジを含めてもよく、さらには立下
りエッジも基準点にするならば、角度誤差を含んだ電流
指令値を出力している期間を短縮することができる． 第３図は第１図に示す第１実施例回路が出力する検出角
と時間との関係をあらわしたグラフであって、実線は検
出角θの変化を、１点鎖線は正規の回転子角の変化を示
している． この第３図に示すように、電源投入時点Ｔ１から、ＹＩ
なる基準点を検出する時点Ｔ２までの期間は、前述した
ように検出ゾーンの中央値を推定回転子角としているの
で、正規回転子角との間には誤差があり、Ｔｔ時点でこ
の誤差を解消させている．すなわちＴ２時点で角度誤差
解消のために急激な変化を生しるので、これが原因とな
って、同期電動機ｌのトルクに変動を生しるおそれがあ
る． 第４図は本発明の第２実施例をあらわしたブロック図で
ある． この第４図の実施例は、基準点検出器５１、正規角度検
出器５２、推定角度検出器５３、切換スイッチ５４、積
分器５５、および加算器５６．　５７とで構威している
． 電源投入時点Ｔ，では切換スイソチ５４は開路しており
、ゾーンの中央値θ。を推定回転子角とする推定角度検
出器５３からの出力信号が、加算器５７を経て、検出角
θとして出力している．基準点検出器５１が基準点Ｙを
検出したＴ２時点に、切換スイッチ５４が閉路するが、
このＴ！時点から正規角度検出器５２は正規の回転子角
信号を出力するので、加算器５６が正規回転子角と検出
角θ（すなわち推定回転子角）との偏差を演算し、この
偏差量を切換スインチ５４を介して積分器５５に与える
．この積分器５５は、その入力偏差を演算し、この積分
器５５の出力を補正値として加算２Ｓ５７に入力するこ
とで、その加算結果を検出値θとして出力する。

いま、正規角度検出器５２が出力する角度信号をθ．、
准定角度検出ｒ＆５３が出力する角度信号をθ８検出角
度信号をθとすると、第４図に示す第２実施例の構成は
、下記の（１）式であらわすことができる． ・一−一−−−・一・一　　（１） ただし角度誤差をθ，とし、基準点であるエノジを検出
する時点を１＝０とすると（２）式と（３）式が成立す
る． θＡ　ｉｌｌ一θ．ｔ，一θ，。一一定　−−−−−　
（２）θく−。，＝θ，い。，一・・一一一一−一一−
・−−−一・一−−（３）（２）式から次の（４）式が
得られる。

θ［Ｏ θ，。，＝θ，。ｌ　　　　　　　’−’−’−・−　
（４）Ｓ この（４）式を（１）式に代入すると、θｔｏ θａ　＋ｓ’ｒ　−　　　　　　　　　−　θ　ｆｉ１
　　＋Ｓ ここでθｆ《３》一θ＾《３》一θ《！》　　であるか
ら、これを（５）式に代入することで（６）式が得られ
る．この（６）式から明らかなように、角度誤差θ，〈
，》は時定数Ｔゆで零に減少する．換言すれば、検出角
θはＴ０なる時定数で徐々にθ＾に近づいて行くことに
なる． 第５図は第４図に示す第２実施例回路が出力する検出角
と時間との関係をあらわしたグラフであって、電源投入
時点Ｔ１に存在していた角度誤差は、基準点検出時点Ｔ
．までは同じ値であるが、このＴ！時点以降は徐々にそ
の誤差を零に減少していることを示している． 第６図は本発明の第３実施例をあらわしたプロンク図で
あって、第４図で既述の第２実施例回路と同じ機能を有
するものであって、基準点検出器５ｌ、正規角度検出器
５２、准定角度検出器５３、および切換スイッチ５４は
第２実施例回路と同しであり、この第３実施例回路では
増幅器６ｌと加算器６２．　６３とを備えている。

前述した第４図の第２実施例回路では、積分器５５の出
力が加算器５７において推定角度検出器５３の出力に加
算されていた．しかしながらこの推定角度検出器５３は
、電源投入の瞬間を除けば積分器とそして動作するので
、積分器５５を省略することができる．そこで第６図に
示す第３実施例回路では、切換スイッチ５４の出力を、
適切なゲインを有する増幅器６１を経て、加算器６３に
より准定角度検出器５３の入力に加算している．その結
果、この第３実施例回路の動作特性は第５図に示すグラ
フと全く同じとなる． なお、第４図と第６図に図示の各実施例回路では、角度
誤差を線形フィードバックして積分することにより、角
度の修正を緩やかに行っているが、非線形フィードバッ
クを行って積分してもよいのは勿論である．さらに第１
図、第４図および第６図に図示の各実施例回路は、アナ
ログ量、あるいはデジタル量いずれの場合でも構戊でき
ることも勿論である． 〔発明の効果〕 この発明によれば、インクレメンタル信号形のパルスエ
ンコーダを備えている同期電動機を起動する際に、磁極
位置検出信号の１周期を複数のゾーンに等分割（３相交
流の場合は６０度ずつの６ゾーン）し、電渥投入時の該
当ゾーンの中央値を回転子角として、正弦波形の電流指
令値を作成することにより、従来使用していた方形波発
生器、切換スイッチならびに切換制御回路が不要になる
ため、回路構戒が簡素化され、コストを低減できる効果
が得られる．このときの回転子角の誤差は最大でも３０
度である．さらにこの誤差を緩やかに零にすることで、
正弦波形の電流指令値で、十分な駆動トルクを得ること
ができるとともに、正規の正弦波指令値に切換えるとき
の指令値の急激な変化も回避できることから、トルク外
乱を生じてショックを与える不都合を解消できる大きな
効果が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実際例をあらわしたブロック図、
第２図は第ｌ図に示す第１実施例回路の出力波形をあら
わした波形図、第３図は第１図に示す第１実施例回路が
出力する検出角と時間との関係をあらわしたグラフ、第
４図は本発明の第２実施例をあらわしたブロック図、第
５図は第４図に示す第２実施例回路が出力する検出角と
時間との関係をあらわしたグラフ、第６図は本発明の第
３実施例をあらわしたブロック図、第７図はインクレメ
ンタル信号形パルスエンコーダを備えて同期電動機を正
弦波駆動する場合の一般的な構戒図、第８図はインクレ
メンタル信号形パルスエンコーダが出力する信号波形を
示した波形図、第９図は基準点到達以前でも電流指令値
を出力する工夫を施した直流／交流変換器の構成の従来
例を示したブロック図、第１０図は第９図に示す従来例
回路の出力波形をあらわした波形図である．ｌ・・・同
ｕｔａｌｌ、２・・・パルスエンコーダ、３・・・直流
／交流変換器、４・・・電力変換手段としての電流制御
装置、３１・・・正弦波発生器、３２・・・角度検出器
、３３・・・方形波発生器、３４・・・切換制御回路、
３５．　５４・・・切換スイッチ、４０・・・ブリセッ
ト回路、５ｌ・・・基準点検出器、 ５２・・・正規角度検出器、 ５３・・・推定角度検出 器、 ５５・・・積分器、 ５６， ５７ ６２， ６３・・・加算器、 ６ｌ・・・ る ２ 図 蔓 １ 図 簑 ３ 図 ５３ ２ ４ 図 男 ６ 図 名 ５ 閏 る ７ 図 万 Ｓ 図 ろ ９ 図 め１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）磁極位置検出機能を備えているインクレメンタル信
   号形エンコーダを同期電動機の回転子に取付け、該エン
   コーダが出力する磁極位置検出信号を、前記同期電動機
   に交流電力を供給する電力変換手段に与えて、当該同期
   電動機を正弦波駆動する同期電動機の駆動方法において
   、前記同期電動機に電源を投入した時点における回転子
   角が、３６０度電気角を等分割している複数ゾーンのう
   ちのいずれのゾーンに対応しているかを、前記エンコー
   ダが出力する磁極位置検出信号のパターンから求め、該
   当するゾーンの中央値を回転子角の初期値として前記同
   期電動機の正弦波駆動を開始し、次いで前記エンコーダ
   があらかじめ定めた回転子角信号を出力するとき、その
   時点から正規の回転子角での正弦波駆動を開始すること
   を特徴とする同期電動機の駆動方法。 ２）磁極位置検出機能を備えているインクレメンタル信
   号形エンコーダを同期電動機の回転子に取付け、該エン
   コーダが出力する磁極位置検出信号を、前記同期電動機
   に交流電力を供給する電力変換手段に与えて、当該同期
   電動機を正弦波駆動する同期電動機の駆動方法において
   、前記該当ゾーンの中央値を回転角の初期値とする推定
   回転子角を用いて前記同期電動機の正弦波駆動を開始し
   、次いで前記エンコーダがあらかじめ定めた正規回転子
   角信号を出力するとき、これら正規回転子角と推定回転
   子角との誤差量を、時間の経過に対応して零にすること
   を特徴とする同期電動機の駆動方法。