JPH0345180A - Control of driving of variable air gap motor - Google Patents

Control of driving of variable air gap motor

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JPH0345180A
JPH0345180A JP1175727A JP17572789A JPH0345180A JP H0345180 A JPH0345180 A JP H0345180A JP 1175727 A JP1175727 A JP 1175727A JP 17572789 A JP17572789 A JP 17572789A JP H0345180 A JPH0345180 A JP H0345180A
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JP
Japan
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air gap
point
square wave
gap position
motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP1175727A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Ashikaga
足利 正
Yasuo Kataoka
康夫 片岡
Toshiya Ishikawa
敏也 石川
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0345180A publication Critical patent/JPH0345180A/en
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a high torque by a method wherein 120 deg. square wave is produced by a minimum air gap position detecting signal and the maximum exciting point is set near the point of 60 deg. before the maximum exciting point. CONSTITUTION:The optimum driving of a variable air gap motor is effected by a speed command and a 120 deg. square wave, obtained by amplifying the output of a speed detector through a PI amplifier to obtain a torque command and inputting it into a control circuit CNT. The control circuit CNT obtaine a minimum air gap position signal GC employing 6 sets of position detectors PS and converts it into a driving current phase command through a converter T. An exciting phase angle is determined by setting the maximum exciting point at the center of the square wave to a point near 60 deg. before generating the minimum air gap position.

Description

【発明の詳細な説明】 A、 産業上の利用分野 本発明は、モータトルクの最ii!IifI41mがで
きる可変空隙モータの駆動制御方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention provides maximum control of motor torque! The present invention relates to a drive control method for a variable gap motor that allows IifI41m.

B、 発明の概要 回転子を固定子に磁気吸引させる可変空隙モータにあっ
て、最小空隙位置を検出して、その検出信号に基づき1
20°方形波電流を流す際、最小空隙位置より60゛付
近を最強励磁点としたことにより、モータのトルクを常
に最適状態に制御できる。
B. Summary of the Invention In a variable gap motor that magnetically attracts a rotor to a stator, the minimum gap position is detected, and the position is determined based on the detected signal.
When a 20° square wave current is applied, the strongest excitation point is set at around 60° from the minimum air gap position, so that the motor torque can always be controlled to the optimum state.

C9 従来の技術 本願発明者は、低速・高トルク出力を得ることのできろ
可変空隙モータ(この名称の由来は後述する)を開発し
ている。ここで可変空隙モータの原理を、第8図を参照
して説明する。同図に示すように、固定設置された円錐
状のステータコーン1の中に円錐状で強磁性材でなるロ
ータコーン2を配置し、しかもロータコーン2の頂部を
回転・揺動自在に支持する。更にステータコーン1のJ
R囲に、電磁石となるコイル01〜C6を配置しておく
C9 Prior Art The inventor of the present application has developed a variable gap motor (the origin of this name will be described later) that can obtain low speed and high torque output. The principle of the variable gap motor will now be explained with reference to FIG. As shown in the figure, a conical rotor cone 2 made of a ferromagnetic material is arranged in a fixedly installed conical stator cone 1, and the top of the rotor cone 2 is supported so as to be rotatable and swingable. . Furthermore, J of stator cone 1
Coils 01 to C6, which serve as electromagnets, are arranged around R.

励磁するコイルをC1,C2→C3,C4→C3−C6
→C1という如く循環しつつ順次ずらしていくと、ロー
タコーン2は、励磁されているコイルに吸引されステー
タコーン1の内周面を転勤する。つまりロータコーン2
は、図中で矢印■方向に接触位置を移動しつつ矢印■方
向に自転する。ロータコーン2の自転速度は接触移動速
度よりもはるかに小さ(、この自転速度はステータコー
ン1の頂角aとロータコーン2の頂角βの差が小さくな
るほど小さくなる。このロータコーン2の自転を外部出
力として取り出すことにより、低速・高トルクモータ出
力のモータを実現できる。このモータでは、ロータコー
ン2が動<につれて、ステータコーン1とロータコーン
2との空II(ギャップ)が変化していくので、この種
のモータを可変空隙モータと称している。
C1, C2 → C3, C4 → C3-C6
When the rotor cone 2 is sequentially shifted while circulating as shown in →C1, the rotor cone 2 is attracted by the energized coil and moves along the inner circumferential surface of the stator cone 1. In other words, rotor cone 2
rotates in the direction of arrow ■ while moving the contact position in the direction of arrow ■ in the figure. The rotation speed of the rotor cone 2 is much smaller than the contact movement speed (this rotation speed becomes smaller as the difference between the apex angle a of the stator cone 1 and the apex angle β of the rotor cone 2 becomes smaller. By taking out as an external output, it is possible to realize a motor with low speed and high torque motor output.In this motor, as the rotor cone 2 moves, the gap between the stator cone 1 and the rotor cone 2 changes. Therefore, this type of motor is called a variable gap motor.

上述した原理に基づき回転する可変空隙モータの従来例
を、第9図を基に説明する。同図に示すようにシャフト
10は、ラジアル軸受11を介してフレーム12に支持
されており、シャフト10には、特殊軸受(詳細構造は
後述)13を介して2つのロータコーン14が備えられ
ている。このロータコーン141とは、磁束を通しやす
くするためのコア14aが備えられている。特殊軸受1
3は、ロータコーン14の軸方向への揺動ば許容するが
、周方向へはロータコーン14をシャフト1゜とともに
一体に回転させる機能を有する。ステータ15はフレー
ム12に固定されて2つのロータコーン14の間に位置
する。このステータ15には、周方向に沿い複数のコイ
ル(電磁石)が配置されている。またステータ15の両
端には、ロータコーン14が転動するためのステータコ
ーン16が固定されている。
A conventional example of a variable gap motor that rotates based on the above-mentioned principle will be explained with reference to FIG. As shown in the figure, the shaft 10 is supported by a frame 12 via a radial bearing 11, and the shaft 10 is equipped with two rotor cones 14 via special bearings (detailed structure will be described later) 13. There is. This rotor cone 141 is provided with a core 14a to facilitate passage of magnetic flux. Special bearing 1
3 allows the rotor cone 14 to swing in the axial direction, but has a function of rotating the rotor cone 14 integrally with the shaft 1° in the circumferential direction. The stator 15 is fixed to the frame 12 and located between the two rotor cones 14. A plurality of coils (electromagnets) are arranged in the stator 15 along the circumferential direction. Furthermore, stator cones 16 on which the rotor cone 14 rolls are fixed to both ends of the stator 15.

前記特殊軸受13は、第10図に分解図で、また第11
図に断面図で示すように、インナ円f@ 13 aとア
ウタ円@13bと球体13cを主要部品としている。イ
ンナ円筒13aの外周面及びアウタ円筒13bの内周面
には、位置合せして周方向に複数の半球凹部13dが形
成されており、この半球凹部13d内に球体13cが入
るようになっている。そして、インナ円@ 13 mが
シャフト10に固定され、アウタ円筒13bがロータコ
ーン14に固定される。かくして、ロータコーン14の
回転がシャフト10に伝わり、しかもロータコーン14
が軸方向に揺動できる。
The special bearing 13 is shown in an exploded view in FIG.
As shown in the cross-sectional view in the figure, the main components are an inner circle f@13a, an outer circle @13b, and a sphere 13c. A plurality of aligned hemispherical recesses 13d are formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the inner cylinder 13a and the inner peripheral surface of the outer cylinder 13b, and the sphere 13c is inserted into the hemispherical recesses 13d. . Then, the inner circle @ 13 m is fixed to the shaft 10, and the outer cylinder 13b is fixed to the rotor cone 14. In this way, the rotation of the rotor cone 14 is transmitted to the shaft 10, and the rotation of the rotor cone 14 is transmitted to the shaft 10.
can swing in the axial direction.

上記構成の可変空隙モータでは、ステータ15のコイル
の励磁を順次周方向にずらしていくと、励磁されている
コイルにロータコーン14が吸引されてロータコーン1
4がステータコーン16に接しつつ回転する。そしてロ
ータコーン14の自転がシャフト10に伝わり、シャフ
ト回転が外部出力となる。
In the variable air gap motor having the above configuration, when the excitation of the coils of the stator 15 is sequentially shifted in the circumferential direction, the rotor cone 14 is attracted to the excited coils, and the rotor cone 14 is attracted to the excitation coils.
4 rotates while contacting the stator cone 16. The rotation of the rotor cone 14 is then transmitted to the shaft 10, and the shaft rotation becomes an external output.

D、 発明が解決しようとするw1m 前述した可変空隙モータにあっては、回転子の駆動に当
り固定子に対する回転子の最小空隙位置の検出が必要に
なる。すなわち、例えば最小空隙位置にて最強励磁をし
た場合その位置での吸引力が大きくなるが、回転子トル
クとしては所望のものが得られない。
D. W1m to be Solved by the Invention In the variable gap motor described above, it is necessary to detect the minimum gap position of the rotor with respect to the stator when driving the rotor. That is, for example, if the strongest excitation is performed at the minimum gap position, the attractive force at that position becomes large, but the desired rotor torque cannot be obtained.

換言すれば、最小空隙位置と最強励磁位置との間の位相
角を変えることにより、発生トルクが変化し、この位相
角を適当な一定値とすることにより最も高トルクが得ら
れることになる。
In other words, by changing the phase angle between the minimum gap position and the strongest excitation position, the generated torque changes, and by setting this phase angle to an appropriate constant value, the highest torque can be obtained.

本発明は、最適トルクを得ろために一定励磁位相角に制
御するようにした可変空隙モータの駆動制御方法を提供
する。
The present invention provides a drive control method for a variable gap motor that controls the excitation phase angle to be constant in order to obtain the optimum torque.

E。E.

課題を解決するための手段 上述の目的を達成する本発明は、最小空隙位置検出信号
にて120°方形波を作り、この120°方形波のI&
強励磁点を当該最小空隙位置発生1160°付近とした
ことを基本とする。
Means for Solving the Problems The present invention achieves the above-mentioned objects by creating a 120° square wave with the minimum gap position detection signal, and by converting the I&
Basically, the strong excitation point is set near 1160° where the minimum air gap position occurs.

F。F.

作    用 接触移動位置に沿い次の磁極に吸引されろ状態が、60
°付近の励磁位相角としたことにより、モータ出力トル
クを高トルクとするととができ、トルクを最適状態で#
御できる。
The state of being attracted to the next magnetic pole along the working contact movement position is 60
By setting the excitation phase angle around °, the motor output torque can be set to high torque, and the torque can be maintained in the optimum state at #
I can control it.

ここで、第5図ないし第7図にて駆動制御の原理を述べ
ろ。第5図は6極のモータの平面を示し、Ntff3、
S極それぞれ3個の磁極が割り当てられ、例えばコイル
C1が通電されると共にコイルC6,C2にも通電され
て、磁極(1)に対し磁極(6)、 (2)に磁束が通
る。この場合、第5図の如く磁極(4)にて回転子が吸
引されている状態で、次に反時計方向に沿って吸引状態
(接触状態)が移動させるとした場合、コイルC3の通
電を中心として磁極(3)を中心に磁極(2)、 (4
1を励磁することになる=すなわち、励磁が反時計方向
に順に移り替ることになる。かかる各磁極にわけろコイ
ルの通電状態を第7図に示す。
Here, the principle of drive control will be described with reference to FIGS. 5 to 7. Figure 5 shows the plane of a six-pole motor, Ntff3,
Three magnetic poles are assigned to each of the S poles, and for example, when the coil C1 is energized, the coils C6 and C2 are also energized, and magnetic flux passes through the magnetic poles (6) and (2) with respect to the magnetic pole (1). In this case, if the rotor is attracted by the magnetic poles (4) as shown in Fig. 5, and then the attracted state (contact state) is moved counterclockwise, the energization of coil C3 is With magnetic pole (3) as the center, magnetic pole (2), (4
1 = In other words, the excitation changes in order in the counterclockwise direction. FIG. 7 shows the state in which the coils are energized to each magnetic pole.

そして、このコイル01〜C6を通電するための回路が
第6図であり、いわゆるパワートランジスタを用いた2
象限チ璽ツバ回路を6個備えてコイル01〜C6を12
08通流させるものである。ここで、IISは電流検出
器によろ検出電流を指し、第7図のI□〜■f6に示す
I□と同じものである。
FIG. 6 shows a circuit for energizing the coils 01 to C6, which uses so-called power transistors.
Equipped with 6 quadrant circuits and 12 coils 01 to C6.
08 is made to flow. Here, IIS indicates the current detected by the current detector, and is the same as I□ shown in I□ to ■f6 in FIG.

G。G.

実施例 ここで、第1図ないし第4図を参照して本発明の詳細な
説明する。第1図は速度指令に応用した場合の全体構成
図であり、可変空隙モータによる速度[11@略を示し
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1-4. FIG. 1 is an overall configuration diagram when applied to a speed command, and shows the speed [11@ omitted] by a variable gap motor.

すなわち、速度指令と可変空隙モータMの速度検出11
! (パルスエンコーダ)PEのF/V変換された出力
とが加え合せ点Aにて加えられ、PI増輻されトルク指
令IF、として制御回路CNTに出力される。この制御
回路CNTではモータMからの位置検出器PSの信号に
より120”方形波による最適wA動を行なうものであ
る。ここで位置検出器PSはコンデンサを配置して高周
波をかけインピーダンスを調定したり回転子接触面に圧
電素子を取付けることで形成される。
That is, the speed command and the speed detection 11 of the variable gap motor M
! (Pulse encoder) The F/V converted output of PE is added at a summing point A, the PI is intensified, and the torque command IF is output to the control circuit CNT. This control circuit CNT performs optimal wA operation using a 120" square wave based on the signal from the position detector PS from the motor M. Here, the position detector PS has a capacitor installed and applies high frequency to adjust the impedance. It is formed by attaching a piezoelectric element to the rotor contact surface.

このうち、制御回路CNTは第2図に示す構成を有し、
ここでは6aIの検出器PSを用いて最小空隙位置信号
GCI〜GC6を得て細り、この最小空隙位置信号を変
換l#TζζてI、、  I、、 I、からなる駆動電
流位相指令を作り換えている。この作り換えに当っては
、第3図に示す回路により第4図に示すタイムチャート
の如く検出器PSの各信号GC1〜GC6を基礎として
120°の励磁電流を得ている。すなわち、例えば電流
I、の’13は43号GC1とGC3で作り、電流■1
は信号GC2とGC4とで作る如きである。つまり、信
号GC5とGClにてRSフリッププロップFFIをセ
ット、リセットし、電流Iflを得ており、電流Ifl
Ie反転すると共に信号GC2゜GC4による電”f4
を加えて更に反転アンプA2を通し1.を得ろものであ
る。
Among these, the control circuit CNT has the configuration shown in FIG.
Here, the minimum gap position signals GCI to GC6 are obtained using the 6aI detector PS, and this minimum gap position signal is converted l#Tζζ to reshape the drive current phase command consisting of I,, I,, I. ing. In this modification, an excitation current of 120° is obtained by the circuit shown in FIG. 3 based on each signal GC1 to GC6 of the detector PS as shown in the time chart shown in FIG. That is, for example, the current I '13 is made by No. 43 GC1 and GC3, and the current
is created by signals GC2 and GC4. In other words, the RS flip-flop FFI is set and reset using the signals GC5 and GCl, and the current Ifl is obtained.
Ie is inverted and the voltage by signal GC2゜GC4 is ``f4''.
is added and further passed through the inverting amplifier A2. You should get it.

そして、この場合、最小空隙位置に対して回転子の接触
位置移動方向に最適な励磁を考えろとき、最強励磁点で
あるたとえば矩形波”(3の中央と最小空隙位置とは6
0°付近が最も高トルクが生ずることから、電流If3
の最強励磁点は信号GC3に対してδ(励磁位相角)が
約60”の関係を有している。
In this case, when considering the optimum excitation in the direction of movement of the contact position of the rotor with respect to the minimum air gap position, the strongest excitation point, for example, the center of the rectangular wave (3) and the minimum air gap position are 6
Since the highest torque occurs near 0°, the current If3
The strongest excitation point has a relationship of δ (excitation phase angle) of approximately 60'' with respect to signal GC3.

電流I、1〜■16と信号GCI〜GC6とは全て同じ
関係である。
Currents I,1 to 16 and signals GCI to GC6 all have the same relationship.

こうして、変換@sTにて作られた電流位相指令I、I
、Iは、掛算器Xに入り、トルク指令’frにより振幅
が変えられ理想整流器RECにてたとえば電流■□、I
0に分離されろ。そして、この電流I□〜■111は2
1回路、比較器CP、2象限チ璽ツバ回路を有する各電
流f#ll11回路に入力され、電流検出器による現在
の電流を加味してコイル01〜C6を励磁する。
In this way, the current phase commands I, I created by conversion @sT
, I enter the multiplier
Be separated into 0. And this current I□~■111 is 2
The current is input to each current f#ll11 circuit having one circuit, a comparator CP, and a two-quadrant chip circuit, and the current current from the current detector is taken into consideration to excite the coils 01 to C6.

このようにして、最小空隙位置と最強励磁点との励磁位
相角δを加味した駆動電流にてコイルを励磁できる。
In this way, the coil can be excited with a drive current that takes into account the excitation phase angle δ between the minimum gap position and the strongest excitation point.

H9 発明の詳細 な説明したように本発明によれば、励磁位相角を最適値
においたことにより、モータのトルクを常に最適の状態
で制御でき、振幅指令のみにて出力トルクが制御できて
直流機と同様な速度制御が可能となる。
H9 As described in detail, according to the present invention, by setting the excitation phase angle to the optimum value, the motor torque can always be controlled in the optimum state, and the output torque can be controlled only by the amplitude command, so that the DC Speed control similar to that of a machine is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は適度制御のための全体構成図、第2図は一実施
例のための制御回路構成図、第3図は第2図の変換@T
の一回路間、第4図は変換WiTにおけるタイムチャー
ト、第5図〜第7図は駆動のための原理説明図、第8図
〜第11図は可変空隙モータの原理説明図である。 図  中、 CNTは制御回路、 psは位置検出器、 GCI〜GC6は最小空隙位置検出信号、I、、111
cは励磁電流位相指令、 ’fl〜’(Imは励磁電流である。 第 3 図 Al、A2 反転アンプ (1bJc lこつLlても開襟の回路)第4図 タイムチャート 馴馴)潤δ=60deg 第 図 第 図 第 図 [C1,C3,C5とC2,C4,C6は逆方向の電流
)第8図 回転原理図 朱 図 従来技術 未 0 図 第11図
Figure 1 is an overall configuration diagram for moderate control, Figure 2 is a control circuit configuration diagram for one embodiment, and Figure 3 is a conversion of Figure 2 @T.
FIG. 4 is a time chart in the conversion WiT, FIGS. 5 to 7 are diagrams explaining the principle of driving, and FIGS. 8 to 11 are diagrams explaining the principle of the variable gap motor. In the figure, CNT is a control circuit, ps is a position detector, GCI to GC6 are minimum gap position detection signals, I, 111
c is the excitation current phase command, 'fl~' (Im is the excitation current. Fig. 3 Al, A2 Inverting amplifier (1bJc l KatsuLl is also an open collar circuit) Fig. 4 Time chart familiar) Jun δ = 60 deg Figure Figure Figure [C1, C3, C5 and C2, C4, C6 are currents in opposite directions] Figure 8 Rotation principle Red diagram Conventional technology 0 Figure 11

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 検出器にて固定子に対する回転子の最小空隙位置検出信
号を検出し、この最小空隙位置検出信号にて120゜方
形波電流を作り、この120゜方形波電流にて各磁極を
励磁するに当り、その磁極での上記最小空隙位置検出信
号の発生時以前60゜付近にて最強励磁点としたことを
特徴とする可変空隙モータの駆動制御方法。
A detector detects the minimum air gap position detection signal of the rotor relative to the stator, a 120° square wave current is created using this minimum air gap position detection signal, and each magnetic pole is excited with this 120° square wave current. A method for controlling the drive of a variable air gap motor, characterized in that the strongest excitation point is set at around 60 degrees before the generation of the minimum air gap position detection signal at the magnetic pole.
JP1175727A 1989-07-10 1989-07-10 Control of driving of variable air gap motor Pending JPH0345180A (en)

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