JPH0681540B2 - 同期電動機制御装置 - Google Patents
同期電動機制御装置Info
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- JPH0681540B2 JPH0681540B2 JP58182342A JP18234283A JPH0681540B2 JP H0681540 B2 JPH0681540 B2 JP H0681540B2 JP 58182342 A JP58182342 A JP 58182342A JP 18234283 A JP18234283 A JP 18234283A JP H0681540 B2 JPH0681540 B2 JP H0681540B2
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- JP
- Japan
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- phase
- armature
- rotor
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、新しい同期電動機の制御装置に関するもの
である。
である。
従来、サーボ機構等において速度制御を行なう場合、操
作の簡便性や制御性等から直流電動機を使うことが多か
った。しかしながら、直流電動機にはブラシやコミュテ
ータが取付けられており、正常な運転を維持するために
は定期的な保守，点検が必要であるといった欠点があ
る。近年、パワートランジスタ等の電力半導体，制御技
術の進歩が著しいこともあり、さらには電動機の無保守
化の要望から、交流電動機の制御が盛んに研究され、実
際に使用され始めている。
作の簡便性や制御性等から直流電動機を使うことが多か
った。しかしながら、直流電動機にはブラシやコミュテ
ータが取付けられており、正常な運転を維持するために
は定期的な保守，点検が必要であるといった欠点があ
る。近年、パワートランジスタ等の電力半導体，制御技
術の進歩が著しいこともあり、さらには電動機の無保守
化の要望から、交流電動機の制御が盛んに研究され、実
際に使用され始めている。
第１図及び第２図は従来の電磁石界磁式の同期電動機10
の構造及びその制御装置の一例を示すものであり、同期
電動機10はステータに巻回された３相（Ｕ相,V相,W相）
の電機子巻線11を有し、ロータ12には界磁巻線13が巻回
されている。第２図はこのような従来の同期電動機10の
断面構造を示すものであり、円筒状のケーシング16内に
は積層されたステータ用の電磁鉄心15が装着されてお
り、この電磁鉄心15の内円側には電機子巻線11を巻回す
るための複数個のスロット14が等間隔に設けられてお
り、このスロット14に分布巻（又は集中巻）によって電
機子巻線11が形成されるようになっている。また、ステ
ータの電磁鉄心15の空間部には２極の突極型のロータ12
が回転できるように配設されており、ロータ12に巻回さ
れた界磁巻線13にはスリップリングを介して電動機の外
部の界磁回路から電流が供給されるようになっている。
の構造及びその制御装置の一例を示すものであり、同期
電動機10はステータに巻回された３相（Ｕ相,V相,W相）
の電機子巻線11を有し、ロータ12には界磁巻線13が巻回
されている。第２図はこのような従来の同期電動機10の
断面構造を示すものであり、円筒状のケーシング16内に
は積層されたステータ用の電磁鉄心15が装着されてお
り、この電磁鉄心15の内円側には電機子巻線11を巻回す
るための複数個のスロット14が等間隔に設けられてお
り、このスロット14に分布巻（又は集中巻）によって電
機子巻線11が形成されるようになっている。また、ステ
ータの電磁鉄心15の空間部には２極の突極型のロータ12
が回転できるように配設されており、ロータ12に巻回さ
れた界磁巻線13にはスリップリングを介して電動機の外
部の界磁回路から電流が供給されるようになっている。
このような同期電動機10は、第１図に示すような制御装
置によって制御されるようになっており、ロータ12の回
転軸にはロータ12の回転速度及び位置を検出するための
検出器４が結合されており、検出器４からの検出信号DS
がロータ位置検出回路５及び速度検出回路６に入力され
て、それぞれロータ12の位置及び回転速度を検出するよ
うになっている。そして、他の制御装置（たとえばコン
ピュータ）から速度指令SIが減算器１に入力され、速度
検出回路６からの速度信号SDとの速度偏差ESが比例・積
分・微分補償回路９に入力され、その出力であるトルク
指令ESAが電機子電流指令回路２に入力され、３相電機
子の指令電流SIu,SIv,SIwを形成するようになってお
り、これら指令電流SIu〜SIwが電機子電流制御回路３に
入力されて同期電動機10の３相電機子巻線11に電機子電
流Iu,Iv,Iwとして供給されるようになっている。また、
ロータ12の界磁巻線13には、界磁電流指令回路７からの
界磁電流指令FSに応じた界磁電流制御回路８からの電流
が、スリップリングを介して供給されるようになってい
る。なお、電機子電流指令回路２の詳細は第３図に示す
ような構成となっており、Ｕ相,V相及びＷ相の正弦波を
それぞれディジタル値で記憶しているメモリ（たとえば
ROM）22U,22V及び22Wを有しており、ロータ位置検出回
路５からのロータ位置信号RPの値に応じて、メモリアド
レス設定回路21でメモリ22U〜22Wの記憶正弦波データを
アクセスするようになっている。メモリ22U〜22Wからア
クセスされた正弦波データはDA変換器23U〜23Wに入力さ
れてアナログ信号に変換され、このアナログの正弦波信
号がそれぞれ乗算器24U〜24Wに入力される。また、補償
回路９で得られるトルク指令ESAは乗算器24U,24V及び24
Wに入力されてDA変換器23U,23V及び23Wからの正弦波信
号と乗算されて、その乗算結果たる位置及び速度偏差ES
に応じた電流が電機子電流指令SIu,SIv及びSIwとして電
機子電流制御回路３に入力され、電流制御された電機子
電流Iu,Iv及びIwが同期電動機10に供給されるようにな
っている。
置によって制御されるようになっており、ロータ12の回
転軸にはロータ12の回転速度及び位置を検出するための
検出器４が結合されており、検出器４からの検出信号DS
がロータ位置検出回路５及び速度検出回路６に入力され
て、それぞれロータ12の位置及び回転速度を検出するよ
うになっている。そして、他の制御装置（たとえばコン
ピュータ）から速度指令SIが減算器１に入力され、速度
検出回路６からの速度信号SDとの速度偏差ESが比例・積
分・微分補償回路９に入力され、その出力であるトルク
指令ESAが電機子電流指令回路２に入力され、３相電機
子の指令電流SIu,SIv,SIwを形成するようになってお
り、これら指令電流SIu〜SIwが電機子電流制御回路３に
入力されて同期電動機10の３相電機子巻線11に電機子電
流Iu,Iv,Iwとして供給されるようになっている。また、
ロータ12の界磁巻線13には、界磁電流指令回路７からの
界磁電流指令FSに応じた界磁電流制御回路８からの電流
が、スリップリングを介して供給されるようになってい
る。なお、電機子電流指令回路２の詳細は第３図に示す
ような構成となっており、Ｕ相,V相及びＷ相の正弦波を
それぞれディジタル値で記憶しているメモリ（たとえば
ROM）22U,22V及び22Wを有しており、ロータ位置検出回
路５からのロータ位置信号RPの値に応じて、メモリアド
レス設定回路21でメモリ22U〜22Wの記憶正弦波データを
アクセスするようになっている。メモリ22U〜22Wからア
クセスされた正弦波データはDA変換器23U〜23Wに入力さ
れてアナログ信号に変換され、このアナログの正弦波信
号がそれぞれ乗算器24U〜24Wに入力される。また、補償
回路９で得られるトルク指令ESAは乗算器24U,24V及び24
Wに入力されてDA変換器23U,23V及び23Wからの正弦波信
号と乗算されて、その乗算結果たる位置及び速度偏差ES
に応じた電流が電機子電流指令SIu,SIv及びSIwとして電
機子電流制御回路３に入力され、電流制御された電機子
電流Iu,Iv及びIwが同期電動機10に供給されるようにな
っている。
このような構成において、電機子電流指令回路２はロー
タ位置検出回路５からのロータ位置信号RPに応じてメモ
リ22U〜22Wに格納されている正弦波のディジタル値を読
出し、DA変換器23U〜23Wでアナログ信号に変換した後、
乗算器24U〜24Wで速度指令SIと実際に検出される速度検
出回路６からの速度信号SDとの速度偏差ESに応じて乗算
されることになるので、電機子電流指令回路２からは速
度指令SIとロータ12の回転速度とが一致するように電機
子電流指令SIu〜SIwが出力されることになり、同期電動
器10は電機子電流制御回路３を介してロータ12の回転を
速度指令SIに制御することができる。
タ位置検出回路５からのロータ位置信号RPに応じてメモ
リ22U〜22Wに格納されている正弦波のディジタル値を読
出し、DA変換器23U〜23Wでアナログ信号に変換した後、
乗算器24U〜24Wで速度指令SIと実際に検出される速度検
出回路６からの速度信号SDとの速度偏差ESに応じて乗算
されることになるので、電機子電流指令回路２からは速
度指令SIとロータ12の回転速度とが一致するように電機
子電流指令SIu〜SIwが出力されることになり、同期電動
器10は電機子電流制御回路３を介してロータ12の回転を
速度指令SIに制御することができる。
ここで、同期電動機10の発生トルクＴは、ロータ12の位
置をθとし、電機子電流Ｉと磁束密度Ｂとの相対位相を
αとし、磁束密度Ｂがロータ12の位置θを中心に余弦波
分布をしていると仮定し、また各相電機子電流Iu〜Iwも
叉交する磁束密度Ｂに同期した余弦波分布をしていると
仮定した場合、 Ｔ∝Bu・Iu＋Bv・Iv＋Bw・Iw ＝BOcosθ・IOcos（θ＋α） ＋BOcos（θ・2/3・π）・ IOcos（θ＋α＋2/3・π） ＋BOcos（θ＋4/3・π）・ IOcos（θ＋α＋4/3・π） ＝BO IO・3/2・cosα ………（１） となる。なお、BO及びIOはθ＝０における磁束密度及び
電機子電流の最大値を示している。この時、磁束密度Ｂ
と３相の各相電流が同期しているとα＝０°であり、 Ｔ∝3/2・BO IO ………（２） となる。したがって、理想的な制御が行なわれる場合
は、同期電動機10の出力トルクＴは磁束密度Ｂと電機子
電流Ｉの大きさにのみ関係することになる。このため、
たとえば磁束密度Ｂが一定であるとすれば、電動機の出
力トルクＴは電機子電流Ｉの大きさにのみ依存すること
になるので、直流電動機と同様な良好な制御性を期待す
ることができる。
置をθとし、電機子電流Ｉと磁束密度Ｂとの相対位相を
αとし、磁束密度Ｂがロータ12の位置θを中心に余弦波
分布をしていると仮定し、また各相電機子電流Iu〜Iwも
叉交する磁束密度Ｂに同期した余弦波分布をしていると
仮定した場合、 Ｔ∝Bu・Iu＋Bv・Iv＋Bw・Iw ＝BOcosθ・IOcos（θ＋α） ＋BOcos（θ・2/3・π）・ IOcos（θ＋α＋2/3・π） ＋BOcos（θ＋4/3・π）・ IOcos（θ＋α＋4/3・π） ＝BO IO・3/2・cosα ………（１） となる。なお、BO及びIOはθ＝０における磁束密度及び
電機子電流の最大値を示している。この時、磁束密度Ｂ
と３相の各相電流が同期しているとα＝０°であり、 Ｔ∝3/2・BO IO ………（２） となる。したがって、理想的な制御が行なわれる場合
は、同期電動機10の出力トルクＴは磁束密度Ｂと電機子
電流Ｉの大きさにのみ関係することになる。このため、
たとえば磁束密度Ｂが一定であるとすれば、電動機の出
力トルクＴは電機子電流Ｉの大きさにのみ依存すること
になるので、直流電動機と同様な良好な制御性を期待す
ることができる。
しかしながら、このような従来の同期電動機10はロータ
12に界磁巻線13を備えているため界磁損失が大きく、界
磁電流制御用の電力増幅器や制御回路が必要であり、ま
た、界磁電流をロータ12側へ供給するためのスリップリ
ング又は回転トランス等が必要であるといった欠点があ
る。さらに、同期電動機の界磁としてロータに永久磁石
を用いた場合には、永久磁石自体のコストが高く、更に
永久磁石を回転軸等に固定する必要があるために構造的
にも複雑で、この面からもコストが高くなり、大容量化
が困難であるといった欠点がある。
12に界磁巻線13を備えているため界磁損失が大きく、界
磁電流制御用の電力増幅器や制御回路が必要であり、ま
た、界磁電流をロータ12側へ供給するためのスリップリ
ング又は回転トランス等が必要であるといった欠点があ
る。さらに、同期電動機の界磁としてロータに永久磁石
を用いた場合には、永久磁石自体のコストが高く、更に
永久磁石を回転軸等に固定する必要があるために構造的
にも複雑で、この面からもコストが高くなり、大容量化
が困難であるといった欠点がある。
よって、この発明の目的は、上述のような欠点がなく、
速度制御的にも優れ、安価で小型かつ高信頼な電動機駆
動システムを実現できる同期電動機制御装置を提供する
ことにある。
速度制御的にも優れ、安価で小型かつ高信頼な電動機駆
動システムを実現できる同期電動機制御装置を提供する
ことにある。
以下にこの発明を説明する。
この発明の制御装置が対象とする同期電動機は、ステー
タに電機子巻線及び界磁巻線がそれぞれ巻回され、ロー
タが複数の磁極を有する磁性体材料で成っているもので
あり、その制御装置はロータの位置及び回転速度を検出
するためのロータ位置検出手段及び速度検出手段と、速
度指令及び速度検出手段の検出速度の偏差を入力すると
共に、ロータ位置検出手段の検出位置を入力して電機子
電流指令を形成する電機子電流指令手段と、検出速度及
び検出位置を入力して界磁電流指令を形成する界磁電流
指令手段と、電機子電流指令を入力して電機子巻線に電
機子電流を供給する電機子電流制御手段と、界磁電流指
令を入力して界磁巻線に界磁電流を供給する界磁電流制
御手段とを具えている。
タに電機子巻線及び界磁巻線がそれぞれ巻回され、ロー
タが複数の磁極を有する磁性体材料で成っているもので
あり、その制御装置はロータの位置及び回転速度を検出
するためのロータ位置検出手段及び速度検出手段と、速
度指令及び速度検出手段の検出速度の偏差を入力すると
共に、ロータ位置検出手段の検出位置を入力して電機子
電流指令を形成する電機子電流指令手段と、検出速度及
び検出位置を入力して界磁電流指令を形成する界磁電流
指令手段と、電機子電流指令を入力して電機子巻線に電
機子電流を供給する電機子電流制御手段と、界磁電流指
令を入力して界磁巻線に界磁電流を供給する界磁電流制
御手段とを具えている。
第４図はこの発明に適用することができる同期電動機30
の構造例を集中巻で示すものであり、ステータ33には電
機子巻線31と界磁巻線32とがそれぞれ巻回されている。
そして、ステータ33内の空間には突極型の磁性体材料
（たとえばケイ素鋼板，磁性鋼帯，ソフトフエライト
等）で成る２極のロータ34が配設されている。また、電
機子巻線31と界磁巻線32は第５図に示すように巻回され
ており、電機子巻線31のＵ相巻線は入力端子U1から巻線
UAP,UANを経て接続点NAに接続され、Ｖ相巻線は入力端
子V1から巻線VAP,VANを経て接続点NAに接続され、Ｗ相
巻線は入力端子W1から巻線WAP,WANを経て接続点NAに接
続されている。同様に、界磁巻線32も電機子巻線31と同
じように巻回されており、Ｕ相巻線は入力端子U2から巻
線UFP,UFNを経て接続点NFに接続され、Ｖ相巻線は入力
端子V2から巻線VFP,VFNを経て接続点NFに接続され、Ｗ
相巻線は入力端子W2から巻線WFP,WFNを経て続点NFに接
続されている。なお、この図では説明の便宜のために集
中巻で示しているが、分布巻でもよく、電機子巻線31及
び界磁巻線32の巻線数は、通常それぞれの電流制御回路
の電源電圧が同じ構成となっているので、ほぼ同じ巻線
数となる。また、巻線の太さは電機子巻線31の方が太い
ことが多い。
の構造例を集中巻で示すものであり、ステータ33には電
機子巻線31と界磁巻線32とがそれぞれ巻回されている。
そして、ステータ33内の空間には突極型の磁性体材料
（たとえばケイ素鋼板，磁性鋼帯，ソフトフエライト
等）で成る２極のロータ34が配設されている。また、電
機子巻線31と界磁巻線32は第５図に示すように巻回され
ており、電機子巻線31のＵ相巻線は入力端子U1から巻線
UAP,UANを経て接続点NAに接続され、Ｖ相巻線は入力端
子V1から巻線VAP,VANを経て接続点NAに接続され、Ｗ相
巻線は入力端子W1から巻線WAP,WANを経て接続点NAに接
続されている。同様に、界磁巻線32も電機子巻線31と同
じように巻回されており、Ｕ相巻線は入力端子U2から巻
線UFP,UFNを経て接続点NFに接続され、Ｖ相巻線は入力
端子V2から巻線VFP,VFNを経て接続点NFに接続され、Ｗ
相巻線は入力端子W2から巻線WFP,WFNを経て続点NFに接
続されている。なお、この図では説明の便宜のために集
中巻で示しているが、分布巻でもよく、電機子巻線31及
び界磁巻線32の巻線数は、通常それぞれの電流制御回路
の電源電圧が同じ構成となっているので、ほぼ同じ巻線
数となる。また、巻線の太さは電機子巻線31の方が太い
ことが多い。
一方、第６図は同期電動機30のロータ34の構造例を示す
ものであり、円柱状のロータ軸341の軸方向中央部には
両先端が湾曲した長形状のケイ素鋼板等の磁性体材料板
を積層して形成されたロータ磁極342が設けられてお
り、このロータ磁極342の両先端部には軸方向に整列さ
れると共に、回転方向に穿設して貫通された複数個の矩
形状の穴343が設けられており、ロータ34の磁気的な偏
りを防ぐようになっている。
ものであり、円柱状のロータ軸341の軸方向中央部には
両先端が湾曲した長形状のケイ素鋼板等の磁性体材料板
を積層して形成されたロータ磁極342が設けられてお
り、このロータ磁極342の両先端部には軸方向に整列さ
れると共に、回転方向に穿設して貫通された複数個の矩
形状の穴343が設けられており、ロータ34の磁気的な偏
りを防ぐようになっている。
なお、上述の例ではステータの外側に電機子巻線31を、
その内側に界磁巻線32を巻回しているが、外側に界磁巻
線32を巻回し、その内側に電機子巻線31を巻回するよう
にしても良い。また、上述では３相の電機子巻線，界磁
巻線としているが、４相以上の多相とすることも可能で
ある。
その内側に界磁巻線32を巻回しているが、外側に界磁巻
線32を巻回し、その内側に電機子巻線31を巻回するよう
にしても良い。また、上述では３相の電機子巻線，界磁
巻線としているが、４相以上の多相とすることも可能で
ある。
一方、第７図は同期電動機の２極ロータの他の構造例を
示すものであり、ロータ34の時期的な偏りを防ぐため、
スラスト方向に矩形もしくは台形状に穿設して貫通され
た穴344を、回転方向に整列して複数個設けており、こ
れにより磁気的な偏りを防止するようにしている。ま
た、第８図は４極ロータの構造例を示すものであり、こ
の場合にも積層された十字状のケイ素鋼板等の磁性体材
料342Aの各先端部に回転方向に整列され、スラスト方向
に穿設された複数個の円形状の穴348を設けることによ
り、ロータの磁気的な偏りを防ぐようにしている。な
お、突起347は後述する非磁性体材料を固定するために
設けられているものである。さらに、第９図のロータ34
Aは第７図のロータ34に対して回転時に風抵抗を少なく
するために、ロータの外側に円筒の固定部材346を装着
すると共に、薄板の円筒部材346と突極型ロータの積層
板342との間の空間に合成樹脂等の非磁性体材料345を充
填したものであり、これによりロータ34Aの回転を円滑
に行ない得るようにしている。また、第10図の例も同様
であり、第８図に示す４極の突極型ロータ34の外側に薄
板の円筒部材346を装着し、円筒部材346と突極型ロータ
の積層板342Aとの間の空間部に非磁性体材料349を充填
して、ロータ34Bの回転を円滑に行ない得るようにした
ものである。
示すものであり、ロータ34の時期的な偏りを防ぐため、
スラスト方向に矩形もしくは台形状に穿設して貫通され
た穴344を、回転方向に整列して複数個設けており、こ
れにより磁気的な偏りを防止するようにしている。ま
た、第８図は４極ロータの構造例を示すものであり、こ
の場合にも積層された十字状のケイ素鋼板等の磁性体材
料342Aの各先端部に回転方向に整列され、スラスト方向
に穿設された複数個の円形状の穴348を設けることによ
り、ロータの磁気的な偏りを防ぐようにしている。な
お、突起347は後述する非磁性体材料を固定するために
設けられているものである。さらに、第９図のロータ34
Aは第７図のロータ34に対して回転時に風抵抗を少なく
するために、ロータの外側に円筒の固定部材346を装着
すると共に、薄板の円筒部材346と突極型ロータの積層
板342との間の空間に合成樹脂等の非磁性体材料345を充
填したものであり、これによりロータ34Aの回転を円滑
に行ない得るようにしている。また、第10図の例も同様
であり、第８図に示す４極の突極型ロータ34の外側に薄
板の円筒部材346を装着し、円筒部材346と突極型ロータ
の積層板342Aとの間の空間部に非磁性体材料349を充填
して、ロータ34Bの回転を円滑に行ない得るようにした
ものである。
次に、上述したような同期電動機30を制御するためのこ
の発明の制御装置を第11図に示して説明すると、ロータ
34にはロータ位置及び回転速度を検出するための検出器
４が接続され、ロータ位置検出回路５からのロータ位置
信号RPが電機子電流指令回路２及び界磁電流指令回路50
に入力され、電機子電流指令回路２からの電機子電流指
令SAIu,SAIv,SAIwを電機子電流制御回路40を経て電機子
電流AIu,AIv,AIwとして電機子巻線31に供給するように
なっており、界磁電流指令回路50からの界磁電流指令SF
Iu,SFIv,SFIwを界磁電流制御回路60を経て界磁電流FIu,
FIv,FIwとして界磁巻線32に供給するようになってい
る。ここに、電機子電流指令回路２は第３図の構成と同
様であり、界磁電流指令回路50の詳細な第12図に示すよ
うな構成となっており、速度検出回路６からの速度信号
SDは第13図に示すような特性を有する変換回路51に入力
され、その変換出力SDAが乗算器55U〜55Wに入力される
ようになっている。すなわち、変換回路51は入力速度信
号SDが一定値NOより小さい時は一定の値SOを出力し、一
定値NOより大きい場合はSDA＝1/SDの反比例曲線となっ
ている。したがって、ロータ34の回転速度Ｎが一定値NO
よりも大きい場合、界磁磁束密度Ｂは界磁速度ｖに反比
例するので、結局電動機の誘起電圧ＶはＶ＝vBl∝ｖ・1
/v・ｌ＝ｌとなり一定値となる。この結果、電動機30の
高速回転時にも電動機誘起電圧Ｖはある一定値より大き
くならないので、商用電源で高速回転数まで制御するこ
とが可能となる。このとき、もし、界磁電流FIu〜FIwが
電動機30の回転速度Ｎに無関係に一定の場合、電動機誘
起電圧Ｖは回転速度Ｎに比例するので、電源電圧を越え
るような高速回転は制御不能となる。
の発明の制御装置を第11図に示して説明すると、ロータ
34にはロータ位置及び回転速度を検出するための検出器
４が接続され、ロータ位置検出回路５からのロータ位置
信号RPが電機子電流指令回路２及び界磁電流指令回路50
に入力され、電機子電流指令回路２からの電機子電流指
令SAIu,SAIv,SAIwを電機子電流制御回路40を経て電機子
電流AIu,AIv,AIwとして電機子巻線31に供給するように
なっており、界磁電流指令回路50からの界磁電流指令SF
Iu,SFIv,SFIwを界磁電流制御回路60を経て界磁電流FIu,
FIv,FIwとして界磁巻線32に供給するようになってい
る。ここに、電機子電流指令回路２は第３図の構成と同
様であり、界磁電流指令回路50の詳細な第12図に示すよ
うな構成となっており、速度検出回路６からの速度信号
SDは第13図に示すような特性を有する変換回路51に入力
され、その変換出力SDAが乗算器55U〜55Wに入力される
ようになっている。すなわち、変換回路51は入力速度信
号SDが一定値NOより小さい時は一定の値SOを出力し、一
定値NOより大きい場合はSDA＝1/SDの反比例曲線となっ
ている。したがって、ロータ34の回転速度Ｎが一定値NO
よりも大きい場合、界磁磁束密度Ｂは界磁速度ｖに反比
例するので、結局電動機の誘起電圧ＶはＶ＝vBl∝ｖ・1
/v・ｌ＝ｌとなり一定値となる。この結果、電動機30の
高速回転時にも電動機誘起電圧Ｖはある一定値より大き
くならないので、商用電源で高速回転数まで制御するこ
とが可能となる。このとき、もし、界磁電流FIu〜FIwが
電動機30の回転速度Ｎに無関係に一定の場合、電動機誘
起電圧Ｖは回転速度Ｎに比例するので、電源電圧を越え
るような高速回転は制御不能となる。
さらに、ロータ位置検出回路５からのロータ位置信号RP
は前述のようなメモリアドレス設定回路52に入力され、
メモリアドレス設定回路52で設定されたアドレス信号で
メモリ53U〜53Wに格納されている正弦波のディジタル値
を読出し、この読出されたロータ位置に対応するディジ
タル値をDA変換器54U〜54Wでアナログ信号に変換して、
それぞれ乗算器55U〜55Wに入力するようになっている。
したがって、この界磁電流指令回路50は変換回路51を除
いて前述の電機子電流指令回路２と同様な構成となって
いる。そして、電機子電流制御回路40及び界磁電流制御
回路60は同一の構成となっており、ここでは界磁電流制
御回路60の構成例を第14図に示して説明すると、界磁電
流指令回路50からの界磁電流指令SFIu,SFIv,SFIwはそれ
ぞれ減算器61U,61V,61Wに入力され、変流器64U,64V,64W
からのフィードバック電流で減算され、その偏差がPID
増幅器62U,62V,62Wに入力されるようになっている。そ
して、PID増幅器62U〜62Wの増幅信号はそれぞれ電力増
幅器63U〜63wで増幅され、その界磁電流FIu,FIv,FIwが
それぞれ界磁巻線32に供給されるようになっている。同
様に、電機子電流AIu〜AIwも電機子電流制御回路40で制
御，増幅され、電機子巻線31に供給される。
は前述のようなメモリアドレス設定回路52に入力され、
メモリアドレス設定回路52で設定されたアドレス信号で
メモリ53U〜53Wに格納されている正弦波のディジタル値
を読出し、この読出されたロータ位置に対応するディジ
タル値をDA変換器54U〜54Wでアナログ信号に変換して、
それぞれ乗算器55U〜55Wに入力するようになっている。
したがって、この界磁電流指令回路50は変換回路51を除
いて前述の電機子電流指令回路２と同様な構成となって
いる。そして、電機子電流制御回路40及び界磁電流制御
回路60は同一の構成となっており、ここでは界磁電流制
御回路60の構成例を第14図に示して説明すると、界磁電
流指令回路50からの界磁電流指令SFIu,SFIv,SFIwはそれ
ぞれ減算器61U,61V,61Wに入力され、変流器64U,64V,64W
からのフィードバック電流で減算され、その偏差がPID
増幅器62U,62V,62Wに入力されるようになっている。そ
して、PID増幅器62U〜62Wの増幅信号はそれぞれ電力増
幅器63U〜63wで増幅され、その界磁電流FIu,FIv,FIwが
それぞれ界磁巻線32に供給されるようになっている。同
様に、電機子電流AIu〜AIwも電機子電流制御回路40で制
御，増幅され、電機子巻線31に供給される。
このような構成において、その動作を第15図（Ａ）〜
（Ｇ）の波形図を参照して説明する。
（Ｇ）の波形図を参照して説明する。
第15図はロータ34の回転角θと、３相の界磁電流FIu〜F
Iwと、θ＝０の位置にあるＵ相巻線の磁束密度Buと、一
定の電動機トルクを出力するときの３相の電機子電流AI
u〜AIwとの関係を示しており、ロータ34に同期して回転
する界磁磁束の大きさを一定とする場合、界磁電流FIu,
FIv,FIwは同図（Ａ）〜（Ｇ）のようになる。すなわ
ち、 となり、界磁巻線32をステータ側に設けても突極型のロ
ータ34に生ずる磁束密度Ｂは一定値となることが明らか
である。また、θ＝０の位置にあるＵ相巻線UAPの磁束
密度Buは第11図（Ｄ）となり、電動機の出力トルクＴを
一定とする場合、電機子電流AIu,AIv,AIwはそれぞれ第1
5図（Ｅ）〜（Ｇ）のようになり、電動機出力トルクＴ
の可変は前述（１）式及び（２）式が成立するので、電
機子電流AIu,AIv,AIwの大きさを変えることにより実現
することができる。なお、電機子電流分AIu,AIv,AIwに
よる起磁力は、突極型のロータ34の磁極方向と直交し、
磁気抵抗の大きな方向に起磁力が働くように制御される
ので、電機子電流分AIu,AIv,AIwによる磁束への影響は
小さい。この結果、第４図〜第６図に示す突極型のロー
タの同期電動機は、従来の電磁石界磁型又は永久磁石界
磁型の同期電動機とほぼ同じ特性を有することになる。
Iwと、θ＝０の位置にあるＵ相巻線の磁束密度Buと、一
定の電動機トルクを出力するときの３相の電機子電流AI
u〜AIwとの関係を示しており、ロータ34に同期して回転
する界磁磁束の大きさを一定とする場合、界磁電流FIu,
FIv,FIwは同図（Ａ）〜（Ｇ）のようになる。すなわ
ち、 となり、界磁巻線32をステータ側に設けても突極型のロ
ータ34に生ずる磁束密度Ｂは一定値となることが明らか
である。また、θ＝０の位置にあるＵ相巻線UAPの磁束
密度Buは第11図（Ｄ）となり、電動機の出力トルクＴを
一定とする場合、電機子電流AIu,AIv,AIwはそれぞれ第1
5図（Ｅ）〜（Ｇ）のようになり、電動機出力トルクＴ
の可変は前述（１）式及び（２）式が成立するので、電
機子電流AIu,AIv,AIwの大きさを変えることにより実現
することができる。なお、電機子電流分AIu,AIv,AIwに
よる起磁力は、突極型のロータ34の磁極方向と直交し、
磁気抵抗の大きな方向に起磁力が働くように制御される
ので、電機子電流分AIu,AIv,AIwによる磁束への影響は
小さい。この結果、第４図〜第６図に示す突極型のロー
タの同期電動機は、従来の電磁石界磁型又は永久磁石界
磁型の同期電動機とほぼ同じ特性を有することになる。
ところで、上述の制御装置では電機子電流指令回路２及
び界磁電流指令回路50を各相毎に並列に処理するように
しているが、時分割によって直列に処理することも可能
である。第16図はその一例を界磁電流指令回路50Aとし
て示すものであり、電機子電流指令回路についても同様
に構成することができる。すなわち、メモリ53U〜53Wで
読出された正弦波データはそれぞれ選択回路56U〜56Wに
入力され、時分割処理のタイミング信号t1〜t3で出力さ
れるようになっており、出力されたタイミングの正弦波
データのみがDA変換器54でアナログ信号に変換される。
そして、DA変換器54からのアナログ信号と交換回路51か
らの変換出力SDAとが乗算器55で乗算され、その乗算さ
れた結果がサンプルホールド回路57U〜57に入力され
る。サンプルホールド回路57U〜57Wもタイミング信号T1
〜T3で切換えられるので、サンプルホールド回路57U〜5
7Wのいずれかから界磁電流指令SFIが出力され、タイミ
ング信号t1〜t3を順次入力することにより、界磁電流指
令SFIu〜SFIwが順次得られる。たとえば、タイミング信
号t1が出力されている場合には、メモリ53Uの内容に関
連してＵ相の界磁電流指令SFIuが得られ、タイミング信
号t2が出力されている場合には、メモリ53Vの内容に関
連してＶ相の界磁電流指令SFIvが得られ、タイミング信
号t3が出力されている場合には、メモリ43Wの内容に関
連してＷ相の界磁電流指令SFIwが得られる。したがっ
て、タイミング信号t1〜t3を高速度に切換えることによ
り、並列処理した場合と同様な界磁電流指令SFIu〜SFIw
を得ることができる。また、最近では乗算型DA変換器を
容易に入手することができるので、DA変換器と乗算器と
は１個の乗算型DA変換器で実現することができる。さら
に、前述の説明では電機子電流波形等を正弦波でのみ説
明したが、台形波等の正弦波に近似した波形にても同様
の効果を得ることができる。上述の各実施例ではハード
ウエアの構成によって制御するようにしているが、コン
ピュータシステムのソフトウエアによっても制御が可能
である。
び界磁電流指令回路50を各相毎に並列に処理するように
しているが、時分割によって直列に処理することも可能
である。第16図はその一例を界磁電流指令回路50Aとし
て示すものであり、電機子電流指令回路についても同様
に構成することができる。すなわち、メモリ53U〜53Wで
読出された正弦波データはそれぞれ選択回路56U〜56Wに
入力され、時分割処理のタイミング信号t1〜t3で出力さ
れるようになっており、出力されたタイミングの正弦波
データのみがDA変換器54でアナログ信号に変換される。
そして、DA変換器54からのアナログ信号と交換回路51か
らの変換出力SDAとが乗算器55で乗算され、その乗算さ
れた結果がサンプルホールド回路57U〜57に入力され
る。サンプルホールド回路57U〜57Wもタイミング信号T1
〜T3で切換えられるので、サンプルホールド回路57U〜5
7Wのいずれかから界磁電流指令SFIが出力され、タイミ
ング信号t1〜t3を順次入力することにより、界磁電流指
令SFIu〜SFIwが順次得られる。たとえば、タイミング信
号t1が出力されている場合には、メモリ53Uの内容に関
連してＵ相の界磁電流指令SFIuが得られ、タイミング信
号t2が出力されている場合には、メモリ53Vの内容に関
連してＶ相の界磁電流指令SFIvが得られ、タイミング信
号t3が出力されている場合には、メモリ43Wの内容に関
連してＷ相の界磁電流指令SFIwが得られる。したがっ
て、タイミング信号t1〜t3を高速度に切換えることによ
り、並列処理した場合と同様な界磁電流指令SFIu〜SFIw
を得ることができる。また、最近では乗算型DA変換器を
容易に入手することができるので、DA変換器と乗算器と
は１個の乗算型DA変換器で実現することができる。さら
に、前述の説明では電機子電流波形等を正弦波でのみ説
明したが、台形波等の正弦波に近似した波形にても同様
の効果を得ることができる。上述の各実施例ではハード
ウエアの構成によって制御するようにしているが、コン
ピュータシステムのソフトウエアによっても制御が可能
である。
以上のようにこの発明に用いる同期電動機によれば、ロ
ータが突極型の磁性体材料で構成されており、スリップ
リング等を介してロータへ電流を供給する必要がなくな
り、また機械的な接触部がなくなるので電動機の信頼性
を向上することができる。また、界磁巻線がステータに
巻回されているので、界磁巻線から発生する熱の放熱が
容易であり、電動機の小型化を実現することができる。
さらに、界磁巻線がステータに巻回されているので、ロ
ータ側にある場合に働く遠心力がなく、巻線の固定方法
が簡単になるといった利点がある。さらに又、ロータに
高価な永久磁石を用いる必要もないので、安価で構造が
簡単な電動機を実現できると共に大容量化も容易とな
る。したがって、この発明の制御装置によれば上述のよ
うな新規な同期電動機を制御することができ、従来には
ないような上記種々の効果を得ることができる。
ータが突極型の磁性体材料で構成されており、スリップ
リング等を介してロータへ電流を供給する必要がなくな
り、また機械的な接触部がなくなるので電動機の信頼性
を向上することができる。また、界磁巻線がステータに
巻回されているので、界磁巻線から発生する熱の放熱が
容易であり、電動機の小型化を実現することができる。
さらに、界磁巻線がステータに巻回されているので、ロ
ータ側にある場合に働く遠心力がなく、巻線の固定方法
が簡単になるといった利点がある。さらに又、ロータに
高価な永久磁石を用いる必要もないので、安価で構造が
簡単な電動機を実現できると共に大容量化も容易とな
る。したがって、この発明の制御装置によれば上述のよ
うな新規な同期電動機を制御することができ、従来には
ないような上記種々の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は従来の同期電動機の構造及びその制御装置の一
例を示す構成図、第２図は従来の電磁石界磁式の同期電
動機の構造を示す図、第３図は第１図の一部の詳細回路
図、第４図はこの発明に適用することができる同期電動
機の構造例を示す図、第５図はその巻線の様子を示す
図、第６図は同期電動機のロータの構造例を示す斜視
図、第７図〜第10図はそれぞれロータの他の例を示す構
造図、第11図はこの発明の同期電動機の構成例及びその
制御装置の一例を示す構成図、第12図及び第14図はその
一部詳細を示すブロック回路図、第13図は第12図の一部
回路の特性を示す図、第15図（Ａ）〜（Ｇ）は第11図の
動作例を示す波形図、第16図はこの発明の制御装置の他
の例を示す一部ブロック図である。 １……減算器、２……電機子電流指令回路、３……電機
子電流制御回路、４……検出器、５……ロータ位置検出
回路、６……速度検出回路、７……界磁電流指令回路、
８……界磁電流制御回路、10……同期電動機、11……電
機子巻線、12……ロータ、13……界磁巻線、30……同期
電動機、31……電機子巻線、32……界磁巻線、34,34A,3
4B……ロータ、40……電機子電流制御回路、50,50A……
界磁電流指令回路、60……界磁電流制御回路。
例を示す構成図、第２図は従来の電磁石界磁式の同期電
動機の構造を示す図、第３図は第１図の一部の詳細回路
図、第４図はこの発明に適用することができる同期電動
機の構造例を示す図、第５図はその巻線の様子を示す
図、第６図は同期電動機のロータの構造例を示す斜視
図、第７図〜第10図はそれぞれロータの他の例を示す構
造図、第11図はこの発明の同期電動機の構成例及びその
制御装置の一例を示す構成図、第12図及び第14図はその
一部詳細を示すブロック回路図、第13図は第12図の一部
回路の特性を示す図、第15図（Ａ）〜（Ｇ）は第11図の
動作例を示す波形図、第16図はこの発明の制御装置の他
の例を示す一部ブロック図である。 １……減算器、２……電機子電流指令回路、３……電機
子電流制御回路、４……検出器、５……ロータ位置検出
回路、６……速度検出回路、７……界磁電流指令回路、
８……界磁電流制御回路、10……同期電動機、11……電
機子巻線、12……ロータ、13……界磁巻線、30……同期
電動機、31……電機子巻線、32……界磁巻線、34,34A,3
4B……ロータ、40……電機子電流制御回路、50,50A……
界磁電流指令回路、60……界磁電流制御回路。
Claims (2)
- 【請求項１】電動機ロータの磁気抵抗が回転位置により
異なる同期電動機を含む電動機制御装置において、 ステータに電機子巻線及び界磁巻線をそれぞれ巻回さ
れ、ロータが回転位置により異なる磁気抵抗を示す構造
となっている同期電動機と、 前記ロータの位置及び回転速度を検出するためのロータ
位置検出手段及び速度検出手段と、 速度指令と前記速度検出手段の検出速度との偏差を得、
この偏差に比例・積分・微分等の補償演算してその結果
をトルク指令として出力する速度制御手段と、 前記トルク指令から電機子電流振幅を作成し、この電機
子電流振幅と前記ロータ位置検出手段の検出位置とから
三相正弦波信号SAIu,SAIv,SAIwを作成し三相電機子電流
指令として出力する電機子電流指令手段と、 前記三相電機子電流指令SAIu,SAIv,SAIwを入力とし、電
機子電流検出、電流フィードバックを行なって前記電機
子巻線に電機子電流を供給する電機子電流制御手段と、 前記検出速度より界磁電流振幅を所定関数で作成し、こ
の界磁電流振幅と前記ロータ位置検出手段の検出位置と
から三相正弦波信号SFIu,SFIv,SFIwを作成し三相界磁電
流指令として出力する界磁電流指令手段と、 前記三相界磁電流指令SFIu,SFIv,SFIwを入力とし、界磁
電流検出、電流フィードバックを行なって前記界磁巻線
に界磁電流を供給する界磁電流制御手段と を備えたことを特徴とする同期電動機制御装置。 - 【請求項２】前記電機子電流指令手段において、前記三
相電機子電流指令は三角関数を記憶するメモリから前記
ロータ位置検出手段の検出位置に応じた三相電機子電流
各相の三角関数を読みだし、これらの三相電機子電流各
相の三角関数と前記電機子電流振幅とをそれぞれ乗算し
て作成し、 また、前記界磁電流指令手段において、前記三相界磁電
流指令は三角関数を記憶するメモリから前記ロータ位置
検出手段の検出位置に応じた三相界磁電流各相の三角関
数を読みだし、これらの三相界磁電流各相の三角関数と
前記界磁電流振幅とをそれぞれ乗算して作成するように
なっている特許請求の範囲第１項に記載の同期電動機制
御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58182342A JPH0681540B2 (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 同期電動機制御装置 |
| GB08423651A GB2149587B (en) | 1983-09-29 | 1984-09-19 | Synchronous motors and control units thereof |
| DE19843435303 DE3435303A1 (de) | 1983-09-29 | 1984-09-26 | Synchronmotor und dazugehoerige regeleinheit |
| US06/935,188 US4743825A (en) | 1983-09-27 | 1986-11-26 | Synchronous motors and a control system thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58182342A JPH0681540B2 (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 同期電動機制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6074987A JPS6074987A (ja) | 1985-04-27 |
| JPH0681540B2 true JPH0681540B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=16116629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58182342A Expired - Lifetime JPH0681540B2 (ja) | 1983-09-27 | 1983-09-29 | 同期電動機制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0681540B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021048706A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | トヨタ自動車株式会社 | モータの制御装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4951522A (ja) * | 1972-06-22 | 1974-05-18 | ||
| JPS5317729A (en) * | 1976-07-31 | 1978-02-18 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Color photographic material containing color image antifading agent |
| JPS5330718A (en) * | 1976-09-03 | 1978-03-23 | Hitachi Ltd | Controller for motor |
| JPS53124720A (en) * | 1977-04-06 | 1978-10-31 | Toshiba Corp | Controller for synchronous motor |
| JPS5439883A (en) * | 1977-06-14 | 1979-03-27 | Ambrosius Bernd | Safety device having locking function |
| JPS5475524A (en) * | 1977-11-30 | 1979-06-16 | Toshiba Corp | Control device of synchronous motor |
-
1983
- 1983-09-29 JP JP58182342A patent/JPH0681540B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4951522A (ja) * | 1972-06-22 | 1974-05-18 | ||
| JPS5317729A (en) * | 1976-07-31 | 1978-02-18 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Color photographic material containing color image antifading agent |
| JPS5330718A (en) * | 1976-09-03 | 1978-03-23 | Hitachi Ltd | Controller for motor |
| JPS53124720A (en) * | 1977-04-06 | 1978-10-31 | Toshiba Corp | Controller for synchronous motor |
| JPS5439883A (en) * | 1977-06-14 | 1979-03-27 | Ambrosius Bernd | Safety device having locking function |
| JPS5475524A (en) * | 1977-11-30 | 1979-06-16 | Toshiba Corp | Control device of synchronous motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6074987A (ja) | 1985-04-27 |
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