JPH04261386A - 同期電動機の磁極位置検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インクリメンタル形
ロータリーエンコーダを結合して速度制御を行う３相同
期電動機の磁極位置を検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、インバータと３相同期電動機（
小容量の場合は単相同期電動機もあるが一般には３相で
ある）とを組合せて無整流子電動機を構成すれば、従来
は極めて困難であった３相同期電動機の速度制御が容易
に行えるようになる。しかし３相同期電動機を速度制御
する際には、磁極を構成している回転子の回転と、固定
子側で得られる回転磁界とが同期の状態で回転していな
ければならない。もしも何らかの理由でこの同期状態が
維持出来なくなると、この３相同期電動機は所謂脱調と
なり停止してしまう。そこで回転子の磁極位置を常時正
確に検出し、この磁極位置に適した磁束を３相同期電動
機の固定子に与える必要がある。

【０００３】回転子にアブソリュートエンコーダ（例え
ばレゾルバ等）を結合すれば、回転子の磁極位置は容易
に検出することが出来る。又、このアブソリュートエン
コーダは出力が絶対値であるため、電源が断になっても
その情報は喪失されない長所がある。しかし分解能が良
くないために制御精度を向上出来ないことや、大形且つ
高価である等の欠点を有する。そこでパルスジェネレー
タで代表されるインクリメンタル（相対位置検出）形ロ
ータリーエンコーダをアブソリュートエンコーダのかわ
りに使用すれば、前述した各種の欠点を解消することが
出来る。しかしながら、このようなインクリメンタル形
ロータリーエンコーダでは、３相同期電動機が停止する
と磁極位置に関する情報は失われてしまうので、この３
相同期電動機の運転開始に先立って、その都度以下に記
述する要領で磁極位置の検出を行わなければならない。

【０００４】図２は速度制御をする３相同期電動機の従
来例を示したブロック図であって、３相同期電動機２の
回転速度を、これに結合しているインクリメンタル形ロ
ータリーエンコーダとしてのパルスジェネレータ６で検
出し、この信号を制御装置７に与えて３相同期電動機２
の速度制御を行っている。尚、３相同期電動機２は固定
子３と界磁巻線４とで構成しており、界磁巻線４には界
磁制御回路８が界磁電流を供給するようになっている。 この３相同期電動機２の運転開始に先立って磁極位置を
従来はどのようにして検出していたかを、図１２と図１
３及び図１４により説明する。

【０００５】図１２は３相同期電動機の磁極位置を検出
するための磁束を発生させる従来方法を説明したベクト
ル図、図１３は図１２で発生した磁束により磁極の回転
を示した状態図、図１４は図１２で発生した磁束による
磁極の最終位置を示した状態図である。即ち、図１２に
示すように、Ａ相巻線に直流電流を通電することでこの
Ａ相巻線軸と同一方向にＥなる磁束を発生させている。 図１３に図示の磁束Ｅの方向は図１２で発生した磁束Ｅ
と同方向である。従って固定子３に現れる磁極極性は図
示のように上側がＳ極であり、下側がＮ極となる。よっ
て回転子の磁極極性が図示の如くであれば、この磁極５
には反時計方向のトルクが作用して、最終的には図１４
で示す位置に落ち着くこととなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１５は図１２で発生
した磁束に磁極が反応しない場合を示した状態図であり
、図１６は図１５の状態の場合の磁極の最終位置を示し
た状態図である。即ち、図１５に図示の磁束Ｅの方向は
図１２で発生した磁束Ｅと同方向であるから、固定子３
に現れる磁極極性は図示のように上側がＳ極であり下側
がＮ極となるのは、前述した図１３の場合と同じである
。ところがこの時の磁極５の位置が磁束Ｅの方向と一致
しており、且つ極性が逆（即ち上側がＳ極で下側がＮ極
）の場合は、磁極５は回転せずにそのまま静止している
。従って磁極５の最終位置は図１６に示すように図１５
と同じ位置である。これは前述の図１４とくらべて明ら
かなように、磁極位置が１８０度異なっている。即ち正
しい磁極位置を検出出来ない場合が有ることを示してい
る。

【０００７】そこでこの発明の目的は、インクリメンタ
ル形ロータリーエンコーダを備えて速度制御を行う３相
同期電動機の磁極位置を正確に検出出来るようにする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の磁極位置検出方法は、回転速度検出用に
インクリメンタル形ロータリーエンコーダを回転子に結
合している３相同期電動機の運転開始に先立って、この
３相同期電動機固定子の特定相巻線に直流電流を通電し
、この通電により生じる特定相巻線軸方向の磁束に前記
回転子磁極を一致させる同期電動機の磁極位置検出方法
において、前記３相同期電動機固定子の１相巻線又は複
数相巻線に電流を通電し、この通電により生じる第１磁
束方向に前記回転子磁極を一致させ、次いで前記第１磁
束方向とは異なった別途方向に磁束を発生させるべく前
記３相同期電動機固定子の別の１相巻線又は別の複数相
巻線に電流を通電し、この通電により生じる前記別途磁
束方向に前記回転子磁極を一致させるのであるが、この
別途磁束方向は前記第１磁束方向とは電気角で９０度異
なっている第２磁束方向とするのが望ましく、この第１
磁束方向は前記３相同期電動機固定子の第１相巻線に所
定電流に９０度の余弦を乗じて得られる第１相電流と、
第２相巻線に前記第１相電流より１２０度位相遅れの第
２相電流と、第３相巻線に前記第１相電流より２４０度
位相遅れの第３相電流とをそれぞれ通電することで発生
させ、且つ第２磁束方向は前記３相同期電動機固定子の
第１相巻線に所定電流に零度の余弦を乗じて得られる第
１相電流と、第２相巻線に前記第１相電流より１２０度
位相遅れの第２相電流と、第３相巻線に前記第１相電流
より２４０度位相遅れの第３相電流とをそれぞれ通電す
ることで発生させる。

【０００９】

【作用】この発明は、３相同期電動機の固定子巻線に直
流電流を通電して磁束を発生させる作業を２回行い、１
回目と２回目とは磁束方向に電気角で９０度の差を設け
るのであるが、固定子の各相巻線にそれぞれ適切な値の
電流を流すことで、磁束方向に９０度の差を発生させる
。このようにすることで、１回目の発生磁束で磁極が回
転しない場合でも、２回目の発生磁束では必ず磁極は回
転するので、当該３相同期電動機の運転開始に先立った
磁極位置の検出が確実に実施出来る。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例を現したブロック図で
あって、この図１に図示の３相同期電動機２、固定子３
、界磁巻線４、磁極５、パルスジェネレータ６、制御装
置７及び界磁制御回路８は、図２で既述の従来例の場合
とその名称・用途・機能は同じであるから、これらの説
明は省略する。本発明においては、パルスジェネレータ
６の出力をカウンタ１１とラッチ１２とを介し、位置信
号実際値θ０　として制御装置７に与えるように回路を
構成している。ここで電流のピーク値をＩ０　、位置信
号をθ、オフセット値をφとすると、３相同期電動機２
の第１相としてのＡ相、第２相としてのＢ相及び第３相
としてのＣ相それぞれの電機子電流ＩＡ　、ＩＢ　、Ｉ
Ｃ　は下記の数１で示すことが出来る。

【００１１】

【数１】

【００１２】この数１において、θ＝零度、φ＝９０度
（いずれも電気角）となる電機子電流を各相に流すと、
その値は下記の数２に示す如くになる。この数２に示し
た各相電流により生じる磁束をベクトル合成して得られ
る磁束方向が第１磁束方向である。

【００１３】

【数２】

【００１４】次いで前述の数１において、θ＝零度、φ
＝零度（いずれも電気角）となる電機子電流を各相に流
すと、その値は下記の数３に示す如くになる。この数３
に示した各相電流により生じる磁束をベクトル合成して
得られる磁束方向が第２磁束方向である。

【００１５】

【数３】

【００１６】前述した第１磁束方向により磁極５を回転
させた後、第２磁束方向で再び磁極５を回転させた時の
パルスジェネレータ６からの位置信号実際値θ０　の値
を、符号を逆にしてオフセット値φに設定する。更にこ
の位置信号実際値θ０　をθとすることにより、回転子
の磁極位置に適した磁束を作ることが出来るので、３相
同期電動機２の速度制御を良好に行うことが出来る。

【００１７】図３は本発明における第１磁束方向を発生
させる原理を説明したベクトル図であって、前述の数２
に対応している。即ち、Ａ相電流ＩＡ　は零であるから
これによる磁束も零であるが、Ｂ相電流によりＢ相巻線
軸と同相の磁束ＦＢ　を生じる。また逆極性のＣ相電流
によりＣ相巻線軸とは逆方向の磁束ＦＣ　を生じる。こ
れらＦＢ　とＦＣ　とのベクトル合成により磁束Ｆが得
られる。

【００１８】図４は図３で発生した磁束により磁極の回
転を示した状態図、図５は図３で発生した磁束による磁
極の最終位置を示した状態図である。即ち、数２に示す
値の電流をＢ相巻線とＣ相巻線とに流すことで、図３に
図示の方向にＦなる磁束を発生させている。図４に図示
の磁束Ｆは、図３で発生した磁束Ｆと方向も大きさも同
じである。従って固定子３に現れる磁極極性は図示のよ
うに左側がＳ極であり、右側がＮ極となる。よって回転
子の磁極極性が図示の如くであれば、この磁極５には反
時計方向のトルクが作用して、最終的には図５で示す位
置に落ち着くこととなる。

【００１９】図６は本発明における第２磁束方向を発生
させる原理を説明したベクトル図であって、前述の数３
に対応している。即ち、Ａ相電流ＩＡ　によりＡ相巻線
軸と同相の磁束ＧＡ　を生じ、逆極性のＢ相電流により
Ｂ相巻線軸とは逆方向の磁束ＧＢ　を生じ、更に逆極性
のＣ相電流によりＣ相巻線軸とは逆方向の磁束ＧＣ　を
生じている。そこでこれら各磁束ＧＡ　、ＧＢ　、ＧＣ
　をベクトル合成することで磁束Ｇが得られるのである
が、この磁束Ｇの方向は図３で既述の磁束Ｆの方向と、
電気角で９０度異なっている。

【００２０】図７は図６で発生した磁束により磁極の回
転を示した状態図、図８は図６で発生した磁束による磁
極の最終位置を示した状態図である。ここで、図７に図
示の磁束Ｇの方向並びに大きさは、図６に図示している
磁束Ｇと方向・大きさが同じである。従って固定子３に
現れる磁極の極性は図示のように上側がＳ極であり、下
側がＮ極となる。よって回転子の磁極極性が図示の如く
であれば、この磁極５には時計方向のトルクが作用して
、最終的には図８で示す位置に落ち着くこととなる。

【００２１】図９は第１磁束方向に発生したＦなる磁束
に磁極が反応しない場合を示した状態図であり、図１０
は第２磁束方向に発生したＧなる磁束により磁極の回転
を示した状態図、図１１は図１０に示した第２磁束方向
による磁極の最終位置を示した状態図であって、これら
図９、図１０、図１１により本発明の効果を説明してい
る。即ち、図９に示すように磁極５の位置が第１磁束方
向の磁束Ｆとその方向が一致しており、且つ極性が逆（
即ち左側がＳ極で右側がＮ極）の場合は、磁極５は回転
せずにそのまま静止している。しかし、次にこれとは角
度が９０度異なる第２磁束方向の磁束Ｇが与えられので
、磁極５は反時計方向に回転（図１０参照）する。その
結果、磁極５は最終的には図１１に示す位置に落ち着く
のであるが、この時の磁極位置は前述した図８の位置と
同じである。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、回転速度検出用にイ
ンクリメンタル形ロータリーエンコーダを回転子に結合
している３相同期電動機の磁極位置を検出するのにあた
って、第１ステップとして当該３相同期電動機電機子の
各相巻線に適切な電流を流すことで、特定の方向に磁束
を発生させて磁極をその第１磁束方向に一致させた後、
第２ステップとしてこの第１磁束方向とは電気角で９０
度異なる第２磁束方向の磁束を発生させて、磁極をこの
第２磁束方向に一致させ、これを基点にして磁極位置を
検出するようにしている。このような磁極位置検出方法
を採用することにより、第１磁束方向に生じた磁束で磁
極が回転しないような位置にある場合でも、第２磁束方
向に生じた磁束では必ず磁極が回転するので、安価なイ
ンクリメンタル形ロータリーエンコーダを使用しても常
に正確な磁極位置を簡単に検出出来る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を現したブロック図

【図２】速
度制御をする３相同期電動機の従来例を示したブロック
図

【図３】本発明における第１磁束方向を発生させる原理
を説明したベクトル図

【図４】図３で発生した磁束により磁極の回転を示した
状態図

【図５】図３で発生した磁束による磁極の最終位置を示
した状態図

【図６】本発明における第２磁束方向を発生させる原理
を説明したベクトル図

【図７】図６で発生した磁束により磁極の回転を示した
状態図

【図８】図６で発生した磁束による磁極の最終位置を示
した状態図

【図９】第１磁束方向に発生したＦなる磁束に磁極が反
応しない場合を示した状態図

【図１０】第２磁束方向に発生したＧなる磁束により磁
極の回転を示した状態図

【図１１】図１０に示した第２磁束方向による磁極の最
終位置を示した状態図

【図１２】３相同期電動機の磁極位置を検出するための
磁束を発生させる従来方法を説明したベクトル図

【図１
３】図１２で発生した磁束により磁極の回転を示した状
態図

【図１４】図１２で発生した磁束による磁極の最終位置
を示した状態図

【図１５】図１２で発生した磁束に磁極が反応しない場
合を示した状態図

【図１６】図１５の状態の場合の磁極の最終位置を示し
た状態図

【符号の説明】

２　　　　３相同期電動機 ３　　　　固定子 ５　　　　磁極 ６　　　　パルスジェネレータ １１　　　　カウンタ １２　　　　ラッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転速度検出用にインクリメンタル形ロー
   タリーエンコーダを回転子に結合している３相同期電動
   機の運転開始に先立って、この３相同期電動機固定子の
   特定相巻線に直流電流を通電し、この通電により生じる
   特定相巻線軸方向の磁束に前記回転子磁極を一致させる
   同期電動機の磁極位置検出方法において、前記３相同期
   電動機固定子の１相巻線又は複数相巻線に電流を通電し
   、この通電により生じる第１磁束方向に前記回転子磁極
   を一致させ、次いで前記第１磁束方向とは異なった別途
   方向に磁束を発生させるべく前記３相同期電動機固定子
   の別の１相巻線又は別の複数相巻線に電流を通電し、こ
   の通電により生じる前記別途磁束方向に前記回転子磁極
   を一致させることを特徴とする同期電動機の磁極位置検
   出方法。
2. 【請求項２】回転速度検出用にインクリメンタル形ロー
   タリーエンコーダを回転子に結合している３相同期電動
   機の運転開始に先立って、この３相同期電動機固定子の
   特定相巻線に直流電流を通電し、この通電により生じる
   特定相巻線軸方向の磁束に前記回転子磁極を一致させる
   同期電動機の磁極位置検出方法において、前記３相同期
   電動機固定子の１相巻線又は複数相巻線に電流を通電し
   、この通電により生じる第１磁束方向に前記回転子磁極
   を一致させ、次いで前記第１磁束方向とは電気角で９０
   度異なった第２方向に磁束を発生させるべく前記３相同
   期電動機固定子の別の１相巻線又は別の複数相巻線に電
   流を通電し、この通電により生じる前記第２磁束方向に
   前記回転子磁極を一致させることを特徴とする同期電動
   機の磁極位置検出方法。
3. 【請求項３】回転速度検出用にインクリメンタル形ロー
   タリーエンコーダを回転子に結合している３相同期電動
   機の運転開始に先立って、この３相同期電動機固定子の
   特定相巻線に直流電流を通電し、この通電により生じる
   特定相巻線軸方向の磁束に前記回転子磁極を一致させる
   同期電動機の磁極位置検出方法において、前記３相同期
   電動機固定子の第１相巻線には所定電流に９０度の余弦
   を乗じて得られる第１相電流を、第２相巻線には前記第
   １相電流より１２０度位相遅れの第２相電流を、第３相
   巻線には前記第１相電流より２４０度位相遅れの第３相
   電流をそれぞれ通電して、これらの通電により生じる第
   １磁束方向に前記回転子磁極を一致させ、次いで前記３
   相同期電動機固定子の第１相巻線には所定電流に零度の
   余弦を乗じて得られる第１相電流を、第２相巻線には前
   記第１相電流より１２０度位相遅れの第２相電流を、第
   ３相巻線には前記第１相電流より２４０度位相遅れの第
   ３相電流をそれぞれ通電して、これらの通電により生じ
   る第２磁束方向に前記回転子磁極を一致させることを特
   徴とする同期電動機の磁極位置検出方法。