JPH07123765A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JPH07123765A JPH07123765A JP5263280A JP26328093A JPH07123765A JP H07123765 A JPH07123765 A JP H07123765A JP 5263280 A JP5263280 A JP 5263280A JP 26328093 A JP26328093 A JP 26328093A JP H07123765 A JPH07123765 A JP H07123765A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 同期電動機をトルク脈動なく、高力率かつ高
効率に制御し得るようにする。 【構成】 同期電動機おける各相巻線２１〜２ｎにそれ
ぞれ対応する電機子電流の目標値を、全ての相の誘起電
圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nの２乗和に反比例する量、各相の
誘起電圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nに比例する量、およびトル
ク目標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に比
例する量として演算器５により演算し、電流調節器６１
〜６ｎにおいて、変流器を介して得られる電機子電流実
際値を、先の演算器５の出力値に一致させるよう制御す
ることにより、表記の目的を達成する。
効率に制御し得るようにする。 【構成】 同期電動機おける各相巻線２１〜２ｎにそれ
ぞれ対応する電機子電流の目標値を、全ての相の誘起電
圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nの２乗和に反比例する量、各相の
誘起電圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nに比例する量、およびトル
ク目標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に比
例する量として演算器５により演算し、電流調節器６１
〜６ｎにおいて、変流器を介して得られる電機子電流実
際値を、先の演算器５の出力値に一致させるよう制御す
ることにより、表記の目的を達成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、同期電動機の制御装
置、特に歪んだ誘導起電力（誘導電圧）波形を持つ永久
磁石式同期電動機を、トルク脈動なくかつ高効率で制御
するようにした制御装置に関する。
置、特に歪んだ誘導起電力（誘導電圧）波形を持つ永久
磁石式同期電動機を、トルク脈動なくかつ高効率で制御
するようにした制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、同期電動機を電力変換器を介し
て可変速制御する場合は、トルク脈動を低減するため誘
導電圧波形は正弦波で、斜めスロット方式を採用するの
が望ましいとされている。
て可変速制御する場合は、トルク脈動を低減するため誘
導電圧波形は正弦波で、斜めスロット方式を採用するの
が望ましいとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、誘導電
圧波形を厳密に正弦波とするためには、電動機の設計に
制約が加わって製作が難しくなるだけでなく、コスト高
の要因になったり、電動機の出力が低減するなどの問題
がある。また、斜めスロット方式を採用するについても
これと同様の問題がある。したがって、この発明の課題
は歪んだ誘導電圧を持ち、かつ斜めスロット方式を採用
しない同期電動機、特に永久磁石式同期電動機をトルク
脈動なく高力率，高効率に制御し得るようにすることに
ある。
圧波形を厳密に正弦波とするためには、電動機の設計に
制約が加わって製作が難しくなるだけでなく、コスト高
の要因になったり、電動機の出力が低減するなどの問題
がある。また、斜めスロット方式を採用するについても
これと同様の問題がある。したがって、この発明の課題
は歪んだ誘導電圧を持ち、かつ斜めスロット方式を採用
しない同期電動機、特に永久磁石式同期電動機をトルク
脈動なく高力率，高効率に制御し得るようにすることに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、電力変換器を介して給電される
同期電動機の制御装置において、各相の電機子電流の目
標値をすべての相の誘導電圧の瞬時値の２乗値に反比例
する量と、各相の誘導電圧の瞬時値に比例する量と、ト
ルク目標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に
比例する量とからなる関数として演算する演算手段と、
この演算結果にもとづき各相の電機子電流を制御する電
流制御手段とを設けたことを特徴としている。この発明
においては、前記同期電動機の巻線のうち少なくとも１
相以上が給電されないような欠相運転を行なうときは、
欠相した相の誘導電圧の瞬時値はゼロとみなして、各相
の電機子電流の目標値を演算することができる。
るため、この発明では、電力変換器を介して給電される
同期電動機の制御装置において、各相の電機子電流の目
標値をすべての相の誘導電圧の瞬時値の２乗値に反比例
する量と、各相の誘導電圧の瞬時値に比例する量と、ト
ルク目標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に
比例する量とからなる関数として演算する演算手段と、
この演算結果にもとづき各相の電機子電流を制御する電
流制御手段とを設けたことを特徴としている。この発明
においては、前記同期電動機の巻線のうち少なくとも１
相以上が給電されないような欠相運転を行なうときは、
欠相した相の誘導電圧の瞬時値はゼロとみなして、各相
の電機子電流の目標値を演算することができる。
【０００５】
【作用】同期電動機の誘導電圧の波形に応じて各相の巻
線の起磁力で発生するトルク（第１のトルク）と、固定
子スロットの存在によってギャップに磁気抵抗の不平衡
が生じることによって発生するコギングトルク（第２の
トルク）との和が一定値となり、かつ誘導電圧に対する
力率が最大となる条件で、電機子電流の瞬時値を制御す
る。具体的には、多相（ｎ相）電機子巻線の誘導電圧の
瞬時値を、それぞれｅ1 ，ｅ2 ，…，ｅm ，ｅn とする
とき、任意のｎ番目の電機子電流の瞬時値ｉm が、 となるように制御する。なお、（１）式において、Ｋは
係数、Ｔ* はトルク目標値、Ｔ2 はコギングトルクをそ
れぞれ示している。
線の起磁力で発生するトルク（第１のトルク）と、固定
子スロットの存在によってギャップに磁気抵抗の不平衡
が生じることによって発生するコギングトルク（第２の
トルク）との和が一定値となり、かつ誘導電圧に対する
力率が最大となる条件で、電機子電流の瞬時値を制御す
る。具体的には、多相（ｎ相）電機子巻線の誘導電圧の
瞬時値を、それぞれｅ1 ，ｅ2 ，…，ｅm ，ｅn とする
とき、任意のｎ番目の電機子電流の瞬時値ｉm が、 となるように制御する。なお、（１）式において、Ｋは
係数、Ｔ* はトルク目標値、Ｔ2 はコギングトルクをそ
れぞれ示している。
【０００６】以下、（１）式の導出過程を含むこの発明
の原理について説明する。上記第１のトルクは、ギャッ
プ磁束と電機子電流の相互作用によって発生するトルク
であり、電動機に回転力を与える有効的なトルクを生じ
る。第２のトルクは、固定子の歯と磁極との間に生じる
吸引力によって生じ、電機子電流に依存せずにトルク脈
動だけを生じる。ところが、誘導電圧が歪み波形の場合
は、電機子電流を正弦波にすると、第１のトルクにもト
ルク脈動が生じる。
の原理について説明する。上記第１のトルクは、ギャッ
プ磁束と電機子電流の相互作用によって発生するトルク
であり、電動機に回転力を与える有効的なトルクを生じ
る。第２のトルクは、固定子の歯と磁極との間に生じる
吸引力によって生じ、電機子電流に依存せずにトルク脈
動だけを生じる。ところが、誘導電圧が歪み波形の場合
は、電機子電流を正弦波にすると、第１のトルクにもト
ルク脈動が生じる。
【０００７】そこで、出願人はこのような問題を解決す
るための方法を提案している（特願平４−２４６８２３
号：提案方式ともいう）。これは、第１のトルクによる
トルク脈動をゼロにするとともに、同期電動機を高力
率，高効率に制御するものである。しかるに、この提案
方式では第２のトルクを無視しているため、第２のトル
クに起因するトルク脈動が生じるという新たな問題があ
る。この第２のトルクはスロットをスキューする、つま
り斜めスロット方式とすることでゼロまたは低減するこ
とができる。しかし、これには上述のような問題があり
低コストにするためには、斜めスロット方式を採用しな
いようにすることが望ましい。そのために、次のように
する。
るための方法を提案している（特願平４−２４６８２３
号：提案方式ともいう）。これは、第１のトルクによる
トルク脈動をゼロにするとともに、同期電動機を高力
率，高効率に制御するものである。しかるに、この提案
方式では第２のトルクを無視しているため、第２のトル
クに起因するトルク脈動が生じるという新たな問題があ
る。この第２のトルクはスロットをスキューする、つま
り斜めスロット方式とすることでゼロまたは低減するこ
とができる。しかし、これには上述のような問題があり
低コストにするためには、斜めスロット方式を採用しな
いようにすることが望ましい。そのために、次のように
する。
【０００８】提案方式によれば、電機子巻線の誘導電圧
ｅm は回転速度ωに比例するので、 ｅm ＝ωｅ0m …（２） で表わされるｅ0m（以下、基準誘導電圧という）を定義
すると、第１のトルクによるトルク脈動をゼロとし、か
つ高力率，高効率にする電機子電流は、 （Ｔ1 * は第１のトルク目標値）で与えられる。
ｅm は回転速度ωに比例するので、 ｅm ＝ωｅ0m …（２） で表わされるｅ0m（以下、基準誘導電圧という）を定義
すると、第１のトルクによるトルク脈動をゼロとし、か
つ高力率，高効率にする電機子電流は、 （Ｔ1 * は第１のトルク目標値）で与えられる。
【０００９】第２のトルクは同期電動機の構造で決まる
トルク脈動を発生し、これは直接的には制御不能であ
る。しかし、電動機の軸トルクは第１のトルクと第２の
トルクとの和で表わされ、この和が一定ならばトルク脈
動はゼロとなり、滑らかな回転が保証される。この点に
着目し、この発明では制御可能な第１のトルクで、制御
不可能な第２のトルクによる脈動を補償し、軸トルクの
トルク脈動をゼロとなるようにする。すなわち、 Ｔ1 ＋Ｔ2 ＝Ｔ（一定） …（４） （Ｔ1 ：第１のトルク、Ｔ2 ：第２のトルク、Ｔ：軸ト
ルク）とするため、 Ｔ1 * ＝Ｔ* −Ｔ2 …（５） となるよう、第１のトルクＴ1 を制御するものである。
トルク脈動を発生し、これは直接的には制御不能であ
る。しかし、電動機の軸トルクは第１のトルクと第２の
トルクとの和で表わされ、この和が一定ならばトルク脈
動はゼロとなり、滑らかな回転が保証される。この点に
着目し、この発明では制御可能な第１のトルクで、制御
不可能な第２のトルクによる脈動を補償し、軸トルクの
トルク脈動をゼロとなるようにする。すなわち、 Ｔ1 ＋Ｔ2 ＝Ｔ（一定） …（４） （Ｔ1 ：第１のトルク、Ｔ2 ：第２のトルク、Ｔ：軸ト
ルク）とするため、 Ｔ1 * ＝Ｔ* −Ｔ2 …（５） となるよう、第１のトルクＴ1 を制御するものである。
【００１０】上記（５）式を（３）式に代入すると、軸
トルクが所望トルクＴ* （一定）となる電機子電流ｉm
は、 となり、（１）式と一致する。
トルクが所望トルクＴ* （一定）となる電機子電流ｉm
は、 となり、（１）式と一致する。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の第１実施例を示す構成図、
図２はこの発明が適用される電力変換器主回路構成図で
ある。図２に示すように、電力変換器１はここでは１１
〜１ｎのｎ個の単相インバータからなり、同期電動機２
はｎ組の独立した巻線２１〜２ｎを持つ永久磁石式ｎ相
同期電動機とする。２’は磁極の位置を検出する磁極位
置センサである。
図２はこの発明が適用される電力変換器主回路構成図で
ある。図２に示すように、電力変換器１はここでは１１
〜１ｎのｎ個の単相インバータからなり、同期電動機２
はｎ組の独立した巻線２１〜２ｎを持つ永久磁石式ｎ相
同期電動機とする。２’は磁極の位置を検出する磁極位
置センサである。
【００１２】いま、同期電動機の電機子反作用が小さく
て無視できる（電機子電流によって誘導電圧が変化しな
い）ものとすると、誘導電圧は磁極の位置と回転角速度
の関数となる。したがって、この関係を図１のメモリ３
１〜３ｎに記憶しておき、磁極の位置θに応じてこのメ
モリの内容を読み出すことにより、各相対応の基準誘導
電圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nを得ることができる。一方、第
２のトルクＴ2 は、同期電動機の構造で決まるトルク脈
動分を与えるので、これも磁極位置だけに関係する関数
として図１のメモリ４に記憶しておけば、磁極の位置θ
に応じてこのメモリ４の内容を読み出すことにより、第
２のトルクＴ2 の値を得ることが可能となる。
て無視できる（電機子電流によって誘導電圧が変化しな
い）ものとすると、誘導電圧は磁極の位置と回転角速度
の関数となる。したがって、この関係を図１のメモリ３
１〜３ｎに記憶しておき、磁極の位置θに応じてこのメ
モリの内容を読み出すことにより、各相対応の基準誘導
電圧の瞬時値ｅ01〜ｅ0nを得ることができる。一方、第
２のトルクＴ2 は、同期電動機の構造で決まるトルク脈
動分を与えるので、これも磁極位置だけに関係する関数
として図１のメモリ４に記憶しておけば、磁極の位置θ
に応じてこのメモリ４の内容を読み出すことにより、第
２のトルクＴ2 の値を得ることが可能となる。
【００１３】５は電流指令値または目標値を演算する演
算器であり、トルク目標値Ｔ* とメモリ３１〜３ｎおよ
び４から読み出される基準誘導電圧の瞬時値ｅ01〜
ｅ0n，第２のトルクＴ2 から、先の（６）式にもとづき
各相の電流目標値ｉ1 * 〜ｉn *を求める。６１〜６ｎ
は電流調節器（ＡＣＲ）であり、電流目標値ｉ1 * 〜ｉ
n * と電流検出値ｉ1 〜ｉn との偏差を増幅する。７１
〜７ｎは例えばＡＣＲ６１〜６ｎの出力をパルス幅変調
（ＰＷＭ）し、各単相インバータ１１〜１ｎに対してゲ
ートパルスを発生するパルス発生器（ＰＧ）である。な
お、誘導電圧の波形が各相対称であれば、基準誘導電圧
を記憶するメモリの読み出しアドレスを工夫することに
より、メモリ容量を減らすことができる。
算器であり、トルク目標値Ｔ* とメモリ３１〜３ｎおよ
び４から読み出される基準誘導電圧の瞬時値ｅ01〜
ｅ0n，第２のトルクＴ2 から、先の（６）式にもとづき
各相の電流目標値ｉ1 * 〜ｉn *を求める。６１〜６ｎ
は電流調節器（ＡＣＲ）であり、電流目標値ｉ1 * 〜ｉ
n * と電流検出値ｉ1 〜ｉn との偏差を増幅する。７１
〜７ｎは例えばＡＣＲ６１〜６ｎの出力をパルス幅変調
（ＰＷＭ）し、各単相インバータ１１〜１ｎに対してゲ
ートパルスを発生するパルス発生器（ＰＧ）である。な
お、誘導電圧の波形が各相対称であれば、基準誘導電圧
を記憶するメモリの読み出しアドレスを工夫することに
より、メモリ容量を減らすことができる。
【００１４】図３はこの発明の他の実施例を示す構成図
である。同図のメモリ３１〜３ｎにはそれぞれ、 n n n ｅ01／Σｅ0m 2 ，ｅ02／Σｅ0m 2 ，…ｅ0n／Σｅ0m m=1 m=1 m=1 なる波形を、また、メモリ４には第２のトルクＴ2 の波
形を格納しておき、その内容を磁極位置θに応じて読み
出し、トルク目標値Ｔ* からＴ2 を減じることにより、 Ｔ* −Ｔ2 を求め、これにメモリ３１〜３ｎからの出力を乗じて、
各相の電流目標値ｉ1 *〜ｉn * を得るものである。
である。同図のメモリ３１〜３ｎにはそれぞれ、 n n n ｅ01／Σｅ0m 2 ，ｅ02／Σｅ0m 2 ，…ｅ0n／Σｅ0m m=1 m=1 m=1 なる波形を、また、メモリ４には第２のトルクＴ2 の波
形を格納しておき、その内容を磁極位置θに応じて読み
出し、トルク目標値Ｔ* からＴ2 を減じることにより、 Ｔ* −Ｔ2 を求め、これにメモリ３１〜３ｎからの出力を乗じて、
各相の電流目標値ｉ1 *〜ｉn * を得るものである。
【００１５】図４はこの発明のさらに他の実施例を示す
構成図である。これは、インバータの一部の相に異常が
発生した場合に、１相または複数相だけを給電しないよ
うにした、欠相運転の例を示している。すなわち、欠相
運転の場合は、欠相する相の基準誘導電圧をゼロとおい
て（図４では、欠相する相に対応するスイッチＳ1 〜Ｓ
n を開とする）、先の（６）式に従って各相の電流目標
値ｉ1 * 〜ｉn * を得るようにしている。このように、
各相電流を制御することにより軸トルクの脈動はゼロと
なるが、このことは提案方式にいう原理、および欠相時
でも第２のトルクは非欠相時と同じであることから、明
らかである。
構成図である。これは、インバータの一部の相に異常が
発生した場合に、１相または複数相だけを給電しないよ
うにした、欠相運転の例を示している。すなわち、欠相
運転の場合は、欠相する相の基準誘導電圧をゼロとおい
て（図４では、欠相する相に対応するスイッチＳ1 〜Ｓ
n を開とする）、先の（６）式に従って各相の電流目標
値ｉ1 * 〜ｉn * を得るようにしている。このように、
各相電流を制御することにより軸トルクの脈動はゼロと
なるが、このことは提案方式にいう原理、および欠相時
でも第２のトルクは非欠相時と同じであることから、明
らかである。
【００１６】
【発明の効果】この発明によれば、電機子電流の各相の
目標値を提案方式のように、すべての相の誘導電圧の瞬
時値の２乗値に反比例する量、および各相の誘導電圧の
瞬時値に比例する量だけでなく、トルク目標値から磁極
位置に対応する所定値を減じた値に比例する量をも加味
して求めるようにしたので、より効果的にトルク脈動を
なくすことができ、高力率，高効率に制御することが可
能となる利点がもたらされる。
目標値を提案方式のように、すべての相の誘導電圧の瞬
時値の２乗値に反比例する量、および各相の誘導電圧の
瞬時値に比例する量だけでなく、トルク目標値から磁極
位置に対応する所定値を減じた値に比例する量をも加味
して求めるようにしたので、より効果的にトルク脈動を
なくすことができ、高力率，高効率に制御することが可
能となる利点がもたらされる。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明が適用される電力変換器主回路構成図
である。
である。
【図３】この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】この発明のさらに他の実施例を示すブロック図
である。
である。
１…電力変換器、１１〜１ｎ…単相インバータ、２…同
期電動機、２１〜２ｎ…同期電動機巻線、２’…磁極位
置センサ、３１〜３ｎ，４…メモリ、５…電流指令演算
器、６１，６ｎ…電流調節器（ＡＣＲ）、７１〜７ｎ…
パルス発生器（ＰＧ）、８１〜８ｎ…乗算器。
期電動機、２１〜２ｎ…同期電動機巻線、２’…磁極位
置センサ、３１〜３ｎ，４…メモリ、５…電流指令演算
器、６１，６ｎ…電流調節器（ＡＣＲ）、７１〜７ｎ…
パルス発生器（ＰＧ）、８１〜８ｎ…乗算器。
Claims (2)
- 【請求項１】 電力変換器を介して給電される同期電動
機の制御装置において、 各相の電機子電流の目標値をすべての相の誘導電圧の瞬
時値の２乗値に反比例する量と、各相の誘導電圧の瞬時
値に比例する量と、トルク目標値から磁極位置に対応す
る所定値を減じた値に比例する量とからなる関数として
演算する演算手段と、この演算結果にもとづき各相の電
機子電流を制御する電流制御手段とを設けたことを特徴
とする同期電動機の制御装置。 - 【請求項２】 前記同期電動機の巻線のうち少なくとも
１相以上が給電されないような欠相運転を行なうとき
は、欠相した相の誘導電圧の瞬時値はゼロとみなして、
各相の電機子電流の目標値を演算することを特徴とする
請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26328093A JP3178568B2 (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26328093A JP3178568B2 (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07123765A true JPH07123765A (ja) | 1995-05-12 |
| JP3178568B2 JP3178568B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=17387278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26328093A Expired - Fee Related JP3178568B2 (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178568B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019668A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Ritsumeikan | 交流モータ及び交流モータの制御方法 |
| JP2012029493A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機システム |
-
1993
- 1993-10-21 JP JP26328093A patent/JP3178568B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019668A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Ritsumeikan | 交流モータ及び交流モータの制御方法 |
| JP2012029493A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3178568B2 (ja) | 2001-06-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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