JPH0340590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は速度を制御することができる電動機に
依つて、負荷を駆動する負荷駆動装置に関するも
のである。

［発明の背景］ 最近負荷を超低速で、しかもなめらかに駆動す
る技術の確立が望まれている。このように場合は
高減速化を有する減速機を用いて電動機の速度を
減速するのが一般的である。しかしこのようにす
ると装置が大形になるばかりでなく減速機を介し
て出力を取り出すために運転効率も悪くなり、望
ましくない。

そこで減速機を用いないで電動機そのものを超
低速で運転しようとする研究が種々行われてい
る。その一例として特開昭58−9596号公報に示し
てあるものをあげることができる。

さて、多くの場合電動機の速度制御にあたつて
は電動機の運転している速度を検出し、これをフ
イードバツク信号として用いている。この速度を
検出する手段としてはアナログ信号を出力するも
のとデイジタル信号を出力するものとが有る。

デイジタル信号を出力するものはアナログ信号
を出力するものに比べ温度変化に依る影響が少な
いことからデイジタル信号を出力するものを用い
たものが主流になりつつある。

しかし速度検出手段としてデイジタル信号を出
力するものを用いた場合は、電動機が超低速度で
回転している場合にはこの速度検出手段から出力
されるパルスの間隔が相当に大きくなる。従つて
この間は電動機の実際の速度を知ることが出来な
いから前回求めた速度情報を保持していて、この
速度で電動機が回転していると見なし電動機を運
転しなければならない。

この間速度検出手段から得られた速度情報が実
際の回転速度よりも速く回転していることを表わ
している場合には電動機の回転は指令された以下
の速度に低下してしまい、場合によつては停止し
てしまうこともあり、なめらかな運転ができなく
なる。

［発明の目的］ 本発明はこのような点に鑑み成されたものであ
つて、その目的とするところは超低速運転時に於
ける運転特性のすぐれた負荷駆動装置を提供する
ことにある。

［発明の概要］ すなわち、本発明では負荷を駆動する電動機
と、この電動機の速度に応じた周波数のパルス信
号を出力するパルス発生手段と、前記電動機の運
転速度を指令する速度指令手段と、この速度指令
手段と前記パルス発生手段から得たフイードバツ
ク信号との差を求めて、前記電動機が前記速度指
令手段で指令した速度に近づくように制御する付
勢手段とを有するものに於いて、前記電動機の低
速度運転領域で信号を出力する低速度運転領域信
号発生手段と、該低速度運転領域信号発生手段の
出力が低速度運転領域信号を出力しているとき
に、前記パルス発生手段の出力パルスが出てから
次の出力パルスが出るまでの間、順次前記差の信
号が大きくなるように制御する制御手段を設け
る。

このように構成するとパルス発生手段の発生パ
ルス間隔が長くなる超低速運転時にパルスが出て
から次のパルスが出るまでは電動機の速度を増速
させようとする方向へ付勢手段は働くから、電動
機の速度が異常に低下したり停止してしまう心配
がなく運転特性のすぐれた負荷駆動装置を構成す
ることができる。

また、パルス発生手段から出力パルスが出てか
ら、次の出力パルスが出るまでの間に、負荷トル
クが多少大きく成つても、電動機は停止すること
無く、安定な運転を継続することができる。

［発明の実施例］ 以下第１図ないし第６図に示す本発明の実施例
について説明する。

第１図に於いて付勢手段としてのPWMインバ
ータ１は交流から直流へ変換する順変換器２と直
流から交流へ変換する逆変換器３とで構成してあ
る。順変換器２は６個のダイオード２ａ〜２ｆを
三相ブリツジに接続し、その入力端子を３相交流
電源４へ、そして出力端子を平滑用コンデンサ５
へ接続して構成してある。逆変換器３は６個の主
スイツチング素子３ａ〜３ｆを三相ブリツジに接
続し、その入力端子を平滑用コンデンサ５と共に
順変換器２の出力端子へ、そして出力端子を、図
示しない負荷を駆動するための三相誘導電動機６
へ接続して構成してある。主スイツチング素子３
ａ〜３ｆとしてはパワートランジスタを用いてい
るがゲートターンオフサイリスタを使用すること
も可能である。主スイツチング素子３ａ〜３ｆに
は夫々フライホイールダイオード７ａ〜７ｆが接
続してある。

第２図に於いて８は、電動機６の運転をしたい
速度を設定する為の速度指令手段であり、アナロ
グ信号で与える場合はボリユームをデイジタル信
号で与える場合にはデイジタルスイツチ等を用い
ることができる。

９は速度検出機であつて、これは電動機６の軸
に連結してあり電動機６の軸の回転速度に比例し
た周波数の２層のパルスを出力する。１０は速度
信号変換器であつて、速度検出機９の出力を受け
電動機６の回転方向を表わす信号とパルス周波数
に比例した大きさのアナログ信号を出力する。つ
まりアナログ信号発生手段は速度検出機９と速度
信号変換器１０とで構成する。

２１はカウンタでありタイマ２２から信号が入
る度に計数を１づつ増加させ、パルス変換器２３
から信号が入つたときにリセツトされるように構
成してある。

パルス変換器２３は速度検出器の２相パルスを
受け、夫々の信号が立ち上がるとき及び立ち下が
るときに夫々パルスを出力するように構成してあ
る。つまりパルス発生手段は速度検出機９とパル
ス変換器２３とで構成してある。５０は大きさ優
先回路であり数値設定手段５１の出力とカウンタ
２１との値を比較し、その大きい方の出力を出力
するように構成してある。そして数値設定手段５
１の計数は１に設定してある。つまり、低速度運
転領域信号発生手段は、速度検出機９と、カウン
タ２１と、タイマ２２と、パルス変換機２３と、
大きさ優先回路５０と、数値設定手段５１とで構
成してある。５２は演算器であり速度信号変換器
１０の出力を大きさ優先回路５０の出力で割算を
行うように構成してある。つまり、この実施例で
は制御手段はカウンタ２１とタイマ２２とパルス
変換器２３と優先回路５０と数値設定手段５１と
演算器５２とで構成してある。

減算回路１１は速度指令手段８の出力と演算器
５２の出力との差（つまり差の信号）を求めるよ
うに構成してある。増幅器１２は減算回路１１の
出力を受け、これを適当な大きさに増幅し、Ia^*
を出力するように構成する。

指令波発生手段１３は増幅器１２からの出力
Ia^*を、励磁電流成分指令手段１４から励磁電流
成分指令Ib^*を、そして回転角速度発生手段１５
から回転角速度信号ωrを受けて次の各演算を実
行し、各相指令波信号iu^*，iv^*，iw^*を出力する。

iu^*＝I^*sin（ω₁t＋θ） ……(1) iv^*＝I^*sin（ω₁t−２／３π＋θ） ……(2) iw^*＝I^*sin（ω₁t−４／３π＋θ） ……(3) 但しI^*＝√^*2＋^*2 ……(4) θ＝tan−¹（Ia^*／Ib^*） ……(5) ω₁＝ωr＋ωs ……(6) ωs＝ＫIa^*／φ＝ＫIa^*／MIb^*（１＋ST₂）……(7
) Ｋ：係数 φ：二次鎖交磁束 Ｍ：電動機６の相互インダクタンス Ｓ：ラプラス変換演算子 T₂：電動機６の二次時定数 である。

指令波発生手段１３はU.S.P4172991に示して
あるように公知であり、本発明はこの指令波発生
手段１３の具体的な構成を要点とするものではな
いから、これに対するこれ以上の説明は省略す
る。

また、回転角速度発生手段１５は第３図に示す
ように、速度検出手段９の二相のパルスの相順に
より、電動機６の回転方向を検知する回転方向検
知器１５ａと、速度検出手段９のパルスを回転方
向検出器１５ａの出力に応じてアツプ又はダウン
カウントするアツプ・ダウンカウンタ１５ｂと、
このカウンタ１５ｂの出力に対応する角速度信号
ωr値を出力するテーブル１５ｃとで構成してあ
る。

さて、PWMインバータ１の出力端子から誘導
電動機６の各相巻線へ至る間には、電流検出手段
として変流器１６ｕ，１６ｖ，１６ｗが設けてあ
る。

主スイツチング素子３ａと３ｂとを制御するベ
ース信号は、Ｕ相制御回路１７ｕで指令波信号
iu^*と変流器１６ｕの出力とを受けて生成するよ
うにする。

主スイツチング素子３ｃと３ｄとを制御するベ
ース信号は、Ｖ相制御回路１７ｖで、指令波信号
iv^*と変流器１６ｖの出力とを受けて生成するよ
うにする。

また主スイツチング素子３ｅと３ｆとを制御す
るベース信号は、Ｗ相制御回路１７ｗで、指令波
信号iw^*と変流器１６ｗの出力とを受けて生成す
るようにする。

これ等各相制御回路１７ｕ，１７ｖ，１７ｗは
同一構成である。従つて以下の説明ではｕ相制御
回路１７ｕを代表させて説明する。

指令波信号iu^*は電圧で与えられるため、これ
との演算上、変流器１６ｕの出力は電流電圧変換
器１８で電圧に変換する。

演算手段１９に指令波信号iu^*と変換器１８の
出力ｂとを図示の極性に入力し、演算手段１９か
ら指令波発生手段１３の出力iu^*と変換器１８と
の差の信号ｃを出力するようにする。この差の出
力は増幅手段２０で適当な大きさに増幅しｄとす
る。

増幅手段２０の出力ｄと搬送波信号発生手段２
４の出力ｅとを比較手段２５で比較し、増幅手段
２０の出力を搬送波で変調して幅変調パルスを出
力するようにする。

つまり、比較手段２５は、信号ｄとｅとを比較
し、第４図に示すように（ｄ＞ｅ）となつている
ときだけ“Ｈ”になり、（ｄ＜ｅ）のときには
“Ｌ”となる信号Ｓと、この信号Ｓの極性反転信
号である信号を発生する働きをする。従つて、
この比較手段２５と出力に表われる信号Ｓと
は、誤差信号ｄをPWM化した信号となつてい
る。

スイツチング制御手段２６ａ，２６ｂはPWM
信号Ｓ，に応じて主スイツチング素子３ａ，３
ｂをオン・オフ駆動する働きをする。従つて主ス
イツチング素子３ａと３ｂは交互に、一方がオン
のときには他方がオフするようにスイツチングさ
れ、誘導電動機６に電流が供給されることにな
る。

従つて、この制御装置によれば、指令波信号
iu^*と電流検出値ｂとの各瞬時ごとの誤差信号ｄ
に応じて主スイツチング素子３ａ，３ｂのオン・
オフデユーテイーが変化し、これにより指令波信
号iu^*と検出電流値ｂとを一致させる方向のフイ
ードバツク制御が働くことになり、指令波信号
iu^*に収束するように負荷電流の瞬時値を制御す
ることができる。

さて、誘導電動機６の回転速度が早いときに
は、タイマ２２の出力２２Ｓと、パルス変換器２
３の出力２３Ｓは、例えば第５図に示すようにな
り、タイマ２２の出力信号周期間にパルス変換器
２３は多数のパルスを出す。

このためカウンタ２１はタイマ２２からパルス
が出たときにカウンタ２１の計数を１だけ行う
が、パルス変換器２３からの信号によつてすぐリ
セツトされてしまう。従つて大きさ優先回路５０
の出力は１であり、それ以上にはならない。従つ
て演算器５２は速度信号変換器１０の出力をその
まま減算回路１１に出力する。従つてこのとき
は、制御手段は見かけ上減算回路１１には、なん
の作用も及ぼさない。

誘導電動機６の回転速度が遅くなると、ついに
は第６図に示すようにパルス変換器２３の出力２
３Ｓの周期は、タイマ２２の出力２２Ｓの周期よ
りも長くなる。このためカウンタ２１の計数は、
その出力を２１Ｓとして示すようにタイマ２２か
ら信号が出る度に１つづつ増加する。そしてこの
傾向はパルス変換器２３から次のパルスが出るま
で続く。従つて大きさ優先回路５０の出力は２１
Ｓで示したものと同じように増加する。演算器５
２では、優先回路５０の出力で速度信号変換器１
０の出力を割るので演算器５２の出力はパルス変
換器２３から次のパルスが入るまでの間、次第に
小さくなる。従つて減算回路１１の出力（つまり
差の信号）は次第に大きくなり、誘導電動機６の
速度を上げるように作用する。

そしてパルス変換器２３から信号が出る毎に減
算回路１１に作用するフイードバツク値は、ほぼ
実状に合つた値に修正される。従つて電動機６は
低速運転時も停止してしまうようなことがなく超
低速で回転をする。

以上の説明ではカウンタ２１としてアツプカウ
ンタを用いた場合について説明したが、ダウンカ
ウンタを用いることも可能である。この場合には
演算器５２としては掛算を行うものを用い優先回
路５０としては小さい出力を優先させるものを用
い、また数値設定手段は、ダウンカウンタ２１の
初期値を設定するようにすれば良い。

第７図は本発明の異なる実施例である。この実
施例では演算器５２は速度設定手段８と減算回路
１１との間に設けてある。この場合カウンタ２１
としてアツプカウンタを用いた場合には優先回路
５０はカウンタ２１と数値設定手段５１の出力の
うち大きい方を出力するようにすれば良い。数値
設定手段５１は、かなり大きい値を設定しておき
カウンタ２１の出力の変化が減算回路１１に作用
する影響度を若干やわらげるようにすることが望
ましい。演算回路５２としては優先回路５０の出
力と速度設定手段８の出力とを掛け合せる掛算機
能を有するものを用いれば良い。

第７図に示したものに於いて、演算器５２とし
て割算を行なうものを用いてもやはり実施でき
る。この場合はカウンタ２１をしてはダウンカウ
ンタを用い数値設定手段５１はダウンカウンタの
初期値をセツトしておけば良い。

第８図は本発明に更に異なる実施例である。こ
の実施例に於いては第７図に示した演算器５２は
備えてなく優先回路５０の出力によつて速度設定
手段８の出力そのものを変えるようにしている。
つまり速度設定手段８は抵抗８ａと摺動子８ｂと
直流電源８ｃとからなるポテンシヨメータの他に
優先回路５０の出力に応じて開閉する接点群８ｄ
を有している。この接点群はカウンタ２１の計数
が進むにつれて抵抗８ａの両端にかかる電圧が高
くなるように開閉するように作動する。

第９図は本発明の更に異なる実施例である。こ
の実施例に於てはカウンタ２１の出力ｘに対して
第１０図に示すように１／ｘの出力を出すテーブ
ル６０を用いている。この場合カウンタ２１とし
てはアツプカウンタを用いているので演算器５２
としては割算機能を有するものを用いている。

テーブル６０としては第１０図の特性を示すも
のに変えて第１１図に示すように１／√の出力
を出すものを用いることも可能である。更に図示
しないが１／x²更には１／xⁿ（但しｎは正の数）
の出力を出すものも使用可能である。

第１２図は本発明の更に異なる実施例である。
この実施例ではアナログ信号発生手段と制御手段
とを、７０で示すようにマイクロコンピユータで
構成してある。

マイクロコンピユータ７０はパルス変換器２３
の出力を受けて第１３図に示したフローチヤート
のように作動するようにプログラムが組まれてい
る。

すなわちブロツク８０はスタートである。まず
マイクロコンピユータが備えているタイマに同期
し、ブロツク８１でパルス変換器２３から、前回
サンプリングと今回サンプリングとの間に信号が
出たか否かを判断する。もしパルス変換器２３か
ら信号が出た場合には直接ブロツク８２へ移行
し、これまで記憶していたｍの値をクリアする。
もし信号が出なかつた場合にはブロツク８３へ移
行し、これまで記憶していたｍの値に１を加え
る。ブロツク８２又は８３を実行したあとはブロ
ツク８４へ移行し Ｎ＝60／Ｐ×Ｔ×ｍ ……(8) なる演算を行い、Ｎをフイードバツク信号として
減算回路１１へ出力する。

なおＰは誘導電動機１回転当りのパルス変換器
の出力パルス数、Ｔは前前回と前回に出たパルス
変換器２３からの信号の周期である。

以上、いくつかの実施例について説明したが本
発明はこれらの実施例に限定されるものではなく
種々の変更が可能である。

例えば以上の実施例では電動機として誘導電動
機を用いた場合について説明したが同期電動機直
流電動機いづれの場合でも実施可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば以上の説明から明らかなように
電動機の速度に応じた周波数のパルスを発生する
パルス発生手段を設けたものに於いて、例えばサ
ンプリング期間のこの信号が出ないときには電動
機の速度を速める為の信号を制御手段によつて作
るようにしたので、電動機は停止しないで比較的
スムーズに回転する。また、パルス発生手段から
出力パルスが出てから、次の出力パルスが出るま
での間に、負荷トルクが多少大きく成つても、電
動機は停止すること無く、安定な運転を継続する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる付勢手段の一例を示す
回路図、第２図は本発明負荷駆動手段の実施例を
示すブロツク図、第３図は第２図で示した回転角
速度発生手段の具体例を示すブロツク図、第４図
ないし第６図は第２図に示した回路の動作を説明
するのに用いるタイムチヤート、第７図、第８
図、第９図及び第１２図は本発明負荷駆動装置の
夫々異なる実施例を示すブロツク図、第１０図、
第１１図は第９図で示したテーブルの入力対出力
の関係を示す図、第１３図は、第１２図で示した
実施例のマイクロコンピユータの動作を説明する
のに用いるフローチヤートである。 １は付勢手段、６は電動機、８は速度指令手
段、９はパルス発生手段の一部を形成する速度検
出機、２３はパルス発生手段の一部を形成するパ
ルス変換器、２１，２２，５０，５１，５２は制
御手段の一部を形成するカウンタ、タイマ、優先
回路、数値設定手段、及び演算器、１０はアナロ
グ信号発生手段の一部を構成する速度信号変換
機、９，２１，２２，２３，５０，５１は、低速
度運転領域信号発生手段を構成する、速度検出
機、カウンタ、タイマ、パルス変換機、大きさ優
先回路、及び数値設定手段５１である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負荷を駆動する電動機と、該電動機の速度に
   応じた周波数のパルス信号を出力するパルス発生
   手段と、前記電動機の運転速度を指令する速度指
   令手段と、該速度指令手段と前記パルス発生手段
   から得たフイードバツク信号との差を求めて前記
   電動機が前記速度指令手段で指令した速度に近づ
   くように制御する付勢手段とを有するものに於い
   て、前記電動機の低速度運転領域で信号を出力す
   る低速度運転領域信号発生手段と、該低速度運転
   領域信号発生手段の出力が低速度運転領域信号を
   出力しているときに、前記パルス発生手段の出力
   パルスが出てから次の出力パルスが出るまでの
   間、順次前記差の信号が大きくなるように制御す
   る制御手段とを有することを特徴とする負荷駆動
   装置。