JPH04344189A - インダクタンスコイルの通電制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】出力が３０ワット以上の電動機の
電機子コイルの通電電流を高速度回転のときに、指定し
た波形の通電制御を行なう場合に利用される。又磁気軸
受の電磁石の電流の制御は、その励磁コイルのインダク
タンスが大きいので、回転子を浮上せしめる為の通電電
流の急速な変化が困難となる。かかる困難な問題が、本
発明の手段を利用することにより除去される。

【従来の技術】インダクタンスコイルの通電電流のチョ
ッパ回路の応答性を良好とする為には、インダクタンス
コイルのインダクタンスが大きい場合には、対応して電
源電圧を高くして、通電電流の立上がりを急速とし、イ
ンダクタンスによる蓄積磁気エネルギを電源に還流する
ことにより、通電電流の降下を急速として応答性を速く
して通電流の制御を行なっている。

【発明が解決しようとする課題】前項で説明したように
、チョッパ回路によるインダクタンスコイルの通電電流
の応答性を高速とするには、電源電圧を高くする手段が
あるが、より高速な応答性を得る為には、電源電圧が著
しく高くなり、実用性が失なわれる問題点がある。例え
ば、出力５００ワットの誘導電動機、リラクタンス型の
電動機の場合に、電機子電流のチョッパ制御のパルス巾
を数マイクロセコンド位とする為には、駆動トルクを得
る為の印加電圧の５〜１０倍の電圧が必要となり、実用
性が失なわれる問題点がある。上述した問題は、磁気軸
受の電磁石の励磁コイルの制御についても全く同じ欠点
となっている。

【０００２】

【課題を解決するための手段】磁心に捲着されたインダ
クタンスコイルと第１の半導体スイッチング素子との直
列接続体と、該直列接続体のインダクタンスコイル側が
正極に接続され、負極側を第１の半導体スイッチング素
子側に接続して供電する直流電源と、前記した直列接続
体に逆接続された第１のダイオードと、第１の半導体ス
イッチング素子とインダクタンスコイルとの接続部に入
力側が接続された第２のダイオードと、直流電源正極と
インダクタンスコイルとの間に順方向に挿入された第３
のダイオードと、インダクタンスコイルの通電電流を検
出して検出信号を得る電流検出回路と、設定された任意
の波形の電圧の基準電圧と、第１の半導体スイッチング
素子が不導通に転化したときに、インダクタンスコイル
の蓄積磁気エネルギを第２のダイオードを介して流入充
電するように、直流電源正極若しくは負極側と第２のダ
イオードの出力側との間に両極が接続された小容量のコ
ンデンサと、電流検出回路の検出信号電圧が基準電圧を
越えると第１の半導体スイッチング素子を不導通に転化
して、インダクタンスコイルの蓄積磁気エネルギを、第
２のダイオードを介して小容量のコンデンサに流入充電
して高電圧とすることにより通電電流を急速に降下せし
め、所定値まで降下すると第１の半導体スイッチング素
子を導通せしめて、小容量のコンデンサの高電圧を第２
の半導体スイッチングを介して、第３のダイオードの出
力側とインダクタンスコイルの接続部に印加して通電電
流の立上がりを急速とするとともに、第１の半導体スイ
ッチング素子と第２の半導体スイッチング素子の不導通
の区間を同期せしめるチョッパ回路とより構成されたも
のである。

【０００３】

【作用】図１について作用を説明する。トランジスタ３
が不導通に転化すると、インダクタンスコイル１の蓄積
磁気エネルギは、ダイオード４ａ，４ｂを介してコンデ
ンサ５を図示の極性に充電する。インダクタンスコイル
１のインダクタンスに対応した容量のコンデンサ５を選
択することにより、各素子の耐電圧の限界（一般に６０
０ボルト位）までコンデンサ５は充電される。従って通
電電流の降下は急速となる。このときに、ＳＣＲ７は不
導通に保持されている。通電電流が所定値だけ降下する
と、トランジスタ３が導通する。このときにＳＣＲ７も
同時に導通するので、コンデンサ５の電圧により、通電
電流の立上がりが急速となる。以上のサイクルを繰返す
チョッパ回路となっているので、基準電圧の曲線に対応
したインダクタンスコイル１の通電制御を時間おくれな
しに正確に行なうことができて、前記した課題を解決す
る作用がある。

【０００４】

【実施例】図１において、記号１は、インダクタンスコ
イルで、例えば磁気軸受の磁心を励磁する励磁コイルで
ある。コイルの磁心は省略して図示していない。インダ
クタンスコイル１の下端には、トランジスタ３が接続さ
れ、インダクタンスコイル１とトランジスタ３の直列接
続体にダイオード４ｂが逆接続される。インダクタンス
コイル１の励磁電流は、抵抗９の電圧降下として検出さ
れ、その出力は、オペアンプ１１の＋端子に入力されて
いる。−端子の入力は端子１０の基準電圧となっている
。基準電圧は、図２のタイムチャートの曲線１４として
一例が示されている。直流電源端子２ａ，２ｂにより、
インダクタンスコイル１は、順方向に接続されたダイオ
ード６を介して供電される。図２の曲線１４で示す基準
電圧はオペアンプ１１に入力されたときに、オペアンプ
１１の出力はローレベルとなる。このときに単安定回路
１３の出力もローレベルなので、反転回路１３ａを介す
る出力はハイレベルとなり、従ってトランジスタ３が導
通するので、励磁電流が増大し、オペアンプ１１の＋端
子の電圧が−端子の電圧を越えると、その出力がハイレ
ベルに転化する。この出力信号は微分回路１２に入力さ
れ、立上り部の微分パルスが単安定回路１３に入力され
るので、出力は所定の巾となり、その電気パルスが反転
回路１３ａによりローレベルの信号となり、トランジス
タ３を所定の巾だけ不導通とする。従って、インダクタ
ンスコイル１の蓄積磁気エネルギは、ダイオード４ａ，
４ｂを介してコンデンサ５に流入充電する。コンデンサ
５は小容量なので急速に電圧が上昇して、励磁電流を急
速に降下する。励磁電流が所定値まで降下すると、単安
定回路１３の出力はローレベルに復帰するのでトランジ
スタ３は導通して励磁電流を増大する。

【０００５】励磁電流は、抵抗９の電圧降下として検出
され、その出力は、オペアンプ１１の＋端子に入力され
ている。−端子の入力は端子１０の基準電圧となってい
る。基準電圧は、図２のタイムチャートの曲線１４とし
て一例が示されている。直流電源端子２ａ，２ｂにより
、インダクタンスコイル１は、順方向に接続されたダイ
オード６を介して供電される。図２の曲線１４で示す基
準電圧はオペアンプ１１に入力されたときに、オペアン
プ１１の出力はローレベルとなる。このときに、トラン
ジスタ３の導通により、トランジスタ７ａが導通するの
で、ＳＣＲ７（制御整流素子）のゲート電流がコンデン
サ５の電圧により得られて導通する。従ってコンデンサ
５の高電圧が印加されて励磁電流の立上りを高速とする
。コンデンサ５の放電の終了とともにＳＣＲ７は自動的
に不導通に転化する。励磁電流が増大して、再びトラン
ジスタ３が不導通に転化すると、単安定回路１３の出力
巾だけトランジスタ３は不導通に転化する。かかる通電
制御が繰返されるチョッパ回路となるので、図２の曲線
１４に比例した励磁電流を得ることのできる特徴がある
。図２の矢印８は曲線１４の巾を示し、点線１５は励磁
電流曲線である。電流曲線１５ａ，１５ｃは励磁電流の
立上り部を示し、電流曲線１５ｂ，１５ｄ…は降下部を
示している。点線曲線１４ａは曲線１４の１部を時間的
に拡大して示すものである。

【０００６】曲線１５は、曲線１５ａ，１５ｂ，…を平
滑化した曲線である。インダクタンスコイル１のインダ
クタンスが一定のときに、曲線１５ｂ，１５ｄ，…の時
間巾は単安定回路１３の出力パルス巾で規制され、曲線
１５ａ，１５ｃ，…の時間巾は、コンデンサ５の容量に
より変化され、容量が小さい程時間巾が小さくなる特徴
がある。以上の事実は、インダクタンスコイル１とコン
デンサ５は直列共振回路と相似した性質があるので、コ
ンデンサ５の容量が小さくなる程共振周波数が大きくな
ることからも推定されるものである。

【０００７】インダクタンスコイル１の抵抗によるジユ
ール損失分と鉄損分だけは、直流電源より電流の立上り
部の末期において供給される。周知の手段によると、直
流電源電圧を高くして、磁気エネルギの蓄積を急速とす
ることにより電流の立上りを急速とし、蓄積磁気エネル
ギを電源に還流することにより降下を急速としている。 従って、印加電圧は高い電圧となり、チョッパ周波数（
曲線１５ａ，１５ｂ，…の時間巾）を小さくすることに
は限界がある。従って、基準電圧曲線１４の矢印８の巾
が小さく１００マイクロセコンド位となると、曲線１４
の図示のような凹凸に対応する時定数の小さい応答は不
可能となる欠点がある。本発明装置によると、印加電圧
を低くしても、コンデンサ５の容量を小さくすることに
より、応答性を高速度とすることができる効果がある。 実測によると、出力３００ワット位のリラクタンス型の
電動機の磁極の励磁コイルの通電制御を行なった場合に
、印加直流電圧１００ボルトで、曲線１５ａ，１５ｂ，
…の巾は０．５マイクロセコンドとなる。このときのコ
ンデンサ５の容量は、０．１マイクロフアラッドである
。従って、大きいインダクタンス負荷の場合でも、励磁
電流の応答性のよい通電制御を行なうことができるので
、磁気軸受の電磁石の励磁コイルの通電制御を行なうこ
とにより、回転体の磁気浮上をより正確に行なうことが
できる作用効果がある。

【０００８】単安定回路１３の出力パルス巾及びコンデ
ンサ５の容量は、インダクタンスコイル１のインダクタ
ンスの大きさにより調整する必要がある。トランジスタ
３の代りに、ＩＧＢＴのような高速度スイッチング素子
を使用すると、上述した応答性は更に良好となる。図１
の曲線１４をサイン波とすると、インバータに本発明手
段を利用できるので、高速度で振動の少ない高速誘導機
を得ることができる。図１において、コンデンサ５を電
源正極側に記号５ａで示す位置に設けても同じ作用効果
がある。

【０００９】

【発明の効果】大きいインダクタンスコイルの負荷は、
磁気エネルギの蓄積と放出に時間を要するので、応答性
の良い通電制御を行なう為に、印加電圧を高くするチョ
ッパ回路を利用する周知の手段があるが、実用的には応
答性に限界がある。本発明の手段によると、印加電圧を
低くして、しかも応答性のより良好なインダクタンスコ
イルの通電制御を行なうことができる作用効果がある。 特にインダクタンスの大きい電動機のサーボ制御若しく
は応答性の速い制御の必要な磁気軸受の電磁石の励磁コ
イルの通電制御手段として有効である。周知の手段によ
ると、インダクタンスコイル１の両端に半導体スイッチ
ング素子２個が挿入されるが、本発明装置では、電源負
極側に１個のみ挿入されているので回路が簡素化され廉
価となる。ＳＣＲ７は短時間の通電なので小容量のもの
でよいので問題点はない。

【００１０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例の電気回路図

【図２】図１
の回路の各部の電気信号のタイムチヤート

【符号の説明】

１　　インダクタンスコイル ２ａ，２ｂ　　直流電源正負極 ５，５ａ　　コンデンサ ３，７ａ　　トランジスタ ７　　ＳＣＲ １０　　基準電圧端子 １１　　オペアンプ １２　　微分回路 １３　　単安定回路 １３ａ　　微分回路 １４，１４ａ　　基準電圧曲線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁心に捲着されたインダクタンスコイルと
   第１の半導体スイッチング素子との直列接続体と、該直
   列接続体のインダクタンスコイル側が正極に接続され、
   負極側を第１の半導体スイッチング素子側に接続して供
   電する直流電源と、前記した直列接続体に逆接続された
   第１のダイオードと、第１の半導体スイッチング素子と
   インダクタンスコイルとの接続部に入力側が接続された
   第２のダイオードと、直流電源正極とインダクタンスコ
   イルとの間に順方向に挿入された第３のダイオードと、
   インダクタンスコイルの通電電流を検出して検出信号を
   得る電流検出回路と、設定された任意の波形の電圧の基
   準電圧と、第１の半導体スイッチング素子が不導通に転
   化したときに、インダクタンスコイルの蓄積磁気エネル
   ギを第２のダイオードを介して流入充電するように、直
   流電源正極若しくは負極側と第２のダイオードの出力側
   との間に両極が接続された小容量のコンデンサと、電流
   検出回路の検出信号電圧が基準電圧を越えると第１の半
   導体スイッチング素子を不導通に転化して、インダクタ
   ンスコイルの蓄積磁気エネルギを、第２のダイオードを
   介して小容量のコンデンサに流入充電して高電圧とする
   ことにより通電電流を急速に降下せしめ、所定値まで降
   下すると第１の半導体スイッチング素子を導通せしめて
   、小容量のコンデンサの高電圧を第２の半導体スイッチ
   ングを介して、第３のダイオードの出力側とインダクタ
   ンスコイルの接続部に印加して通電電流の立上がりを急
   速とするとともに、第１の半導体スイッチング素子と第
   ２の半導体スイッチング素子の不導通の区間を同期せし
   めるチョッパ回路とより構成されたことを特徴とするイ
   ンダクタンスコイルの通電制御装置。