JPH07308089A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

同期電動機の制御装置

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JPH07308089A
JPH07308089A JP6097255A JP9725594A JPH07308089A JP H07308089 A JPH07308089 A JP H07308089A JP 6097255 A JP6097255 A JP 6097255A JP 9725594 A JP9725594 A JP 9725594A JP H07308089 A JPH07308089 A JP H07308089A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機のロータの回転位置により磁気抵抗が
異なることを利用して回転力を得る同期電動機の制御装
置において、電動機の基底回転数以上では回転子と電動
機電流との相対位相角を低くし高速回転を可能とし、電
動機電流が大きくなる場合にも無駄な励磁電流成分を流
さないようにして制御装置容量を低減する。 【構成】 電動機電流の励磁電流成分が適切になるよう
に相対位相角Aを作成する相対位相角作成手段9と、電
動機電流振幅と発生トルクとの非線形性を補償して適切
な電動機電流振幅を作成する電流振幅指令手段8とを備
える同期電動機の制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ACサーボモータ特に
リラクタンスモータとして知られる同期電動機の制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の改良されたリラクタンスモータの
制御装置として、図10に示すようなロータ位置、ロー
タ速度の検出を行い精密な速度制御を行う制御装置があ
る。
【0003】図10の従来例について説明する。
【0004】同期電動機は突極型のロータ6をもち、こ
のロータ6に機械的に位置検出器5が結合され、位置信
号DSを出力する。
【0005】ロータ回転位置ARは、図10に示すよう
にU相の巻き線位置に対するロータ6の磁極の位置であ
る。
【0006】速度指令SIと速度検出手段3によって検
出された速度信号SDとが加算器1で突き合わされて速
度偏差ESを得、速度制御手段2で比例・積分・微分等
の補償演算を行ってトルク指令Tを得る。
【0007】トルク方向判別手段13はトルク指令Tを
入力としてその正負極性を判別し、その判別信号DIR
を得、相対位相角選択手段14へ送り前記正負極性によ
り+45度あるいは−45度をロータ6と三相交流モー
タの電流位相との相対位相角Aとして出力する。
【0008】相対位相角Aとロータ位置検出手段4によ
り求められたロータ位置ARとが加算器15により加算
合成され三相交流の電動機電流の位相ACが求められ
る。
【0009】電流指令手段10は、トルク指令Tと電動
機電流の位相ACとを入力とし、三相電流指令SIU、
SIV,SIWを作成する。
【0010】トルク指令Tが正の時は次のようになる。
【0011】SIU=|T|・SIN(AR+45゜) SIV=|T|・SIN(AR+45゜+120゜) SIW=|T|・SIN(AR+45゜+240゜) また、トルク指令Tが負の時は次のようになる。
【0012】SIU=|T|・SIN(AR−45゜) SIV=|T|・SIN(AR−45゜+120゜) SIW=|T|・SIN(AR−45゜+240゜) 電流制御回路7は、電流指令SIU、SIV,SIWを
入力として増幅し、三相電動機の各巻き線U,V,Wへ
三相電流IU,IV,IWを供給する。
【0013】このような制御が行われた結果、ロータの
磁極の向きとは常に+45度あるいはー45度の位相差
を持った電動機電流が流されることになるので、ロータ
には右回転あるいは左回転のトルクが任意に発生でき、
電動機の速度制御がなされている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】図10の従来例では、
図示するように、界磁の起磁力成分はT・SIN45
゜、電機子電流成分はT・COS45゜とこれらの比率
は固定である。
【0015】この従来技術の課題は、電動機の基底回転
数以上では電動機逆誘起電圧が大きくなり過ぎ、電動機
逆誘起電圧が電流制御回路の電源電圧より大きくなる回
転数以上は運転が困難となることである。言い換える
と、基底回転数以上での出力トルクは小さい値に限定さ
れる。
【0016】もう一つの課題は、電動機出力が定格値近
傍もしくは定格値より大きな値を取るときに過大な界磁
の起磁力電流を流す事になり、電動機力率が低くなり、
電流制御回路のパワー素子が大きめになるため、装置全
体がコスト高になるという課題がある。
【0017】その他の課題として、リラクタンス力等を
利用する同期電動機の電動機電流と発生トルクとの関係
は非線形なので図10の従来技術では出力トルクの小さ
い制御状態では速度制御の感度不足になり、逆に、出力
トルクの大きいところでは制御感度が高くなり過ぎ、速
度制御が発振気味になり易いという課題がある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明では前記課題を解
決するため、ロータと電動機電流との相対的位相角を電
動機内の磁束が適切になるように、即ち、電動機電流の
励磁電流成分と電機子電流成分とが適切になるように相
対位相角を作成する相対位相角作成手段と、電動機電流
振幅と発生トルクとの非線形性を補償して適切な電動機
電流振幅を作成する電流振幅作成手段と、を備えるよう
にした。
【0019】
【作用】相対位相作成手段により、電動機の基底回転数
以上では回転子と電動機電流との相対位相角を低くし高
速回転を可能とし、さらに、電動機電流が大きくなる場
合にも相対位相角を小さくするようにして電動機内の磁
束を適切に制御する。視点を変えると無駄な励磁電流成
分を流さないようにするものであるから電動機の力率改
善を実現するものでもある。
【0020】また、電流振幅作成手段により、電動機の
トルク指令に対する電動機電流の大きさに非線形な補償
を加える事によりリラクタンスモータ等の同期電動機の
速度制御安定性を得る。
【0021】
【実施例】図1に本発明の実施例を示す。従来例を示す
図10と同じ構成要素についてはその説明を省略する。
【0022】まず概略動作について説明すると、電流振
幅指令IOSとロータ位置ARと相対位相角Aと三相電
流指令SIU、SIV,SIWとの関係は SIU=IOS・SIN(AR+A) SIV=IOS・SIN(AR+A+120゜) SIW=IOS・SIN(AR+A+240゜) 電流制御回路7は、電流指令SIU、SIV、SIWを
入力として増幅し、三相電動機の各巻き線U、V、Wへ
三相電流IU、IV、IWを供給する。
【0023】ロータを含む界磁の磁気回路に加えられる
起磁力成分はIOS・SIN(A)、ロータの磁極に対
向する電動機巻き線に流れる電流成分即ち電機子電流成
分はIOS・COS(A)となる。
【0024】電動機の発生トルクは前記起磁力成分IO
S・SIN(A)と前記電機子電流成分IOS・COS
(A)との積に比例する。
【0025】これは電動機電流振幅値IOSと相対位相
角Aを任意に制御できれば任意の電動機トルク制御が可
能であり、精密な速度制御、位置制御が可能である事を
示している。
【0026】しかしどのような種類の同期電動機におい
ても前述の制御により効率よく運転できるわけではな
い。
【0027】本発明は、ロータの磁極により安定に界磁
磁束を作ることができかつ界磁磁束に鎖交する電流を流
すことができる同期電動機においてより効率よい運転を
実現できる。
【0028】特に本発明に適した同期電動機の例を示
す。
【0029】図7は同期電動機のロータ断面図の例であ
る。30はロータの軸、31は電磁鋼板であり積層さ
れ、32は電磁鋼板を打ち抜いて作られた磁気的絶縁部
である。
【0030】ロータ外周部と各磁極中間の部分で各磁路
がつながっているが、これは電磁鋼板31の取扱い易
さ、組立易さ、ロータとして軸30に強固に固定する事
を主な目的としており、電磁気的には必然性は低い。
【0031】このような構造のロータでは、隣合う磁極
へは磁気抵抗が小さく容易に界磁磁束を励起することが
でき、各磁極の回転方向両端からみた磁気抵抗が大きい
ため各磁極に対向するステータ部に流れる電流による各
磁極の界磁磁束の乱れは小さい構造となっている。この
結果、より効率よい同期電動機の運転ができる。
【0032】なお、ロータ外周部を接続した場合、スロ
ットに起因するトルクリップルを低減する効果、界磁の
磁気抵抗を低減するという効果がある。
【0033】図8は同期電動機のロータ断面図の他の例
である。30はロータの軸、33は電磁鋼板であり積層
され、34は電磁鋼板を打ち抜いて作られた磁気的絶縁
部である。
【0034】ロータ外周部と各磁極中間の部分で各磁路
がつながっているが、これは図8の例と同様な目的、効
果である。
【0035】図8の例は図7に比較し、各磁極の間が磁
極としてより有効に活用されている点、ロータ磁気抵抗
の回転方向の変化が比較的滑らかである点が異なる。
【0036】次に電動機電流振幅値IOSと相対位相角
Aとの制御方法についてさらに詳しく説明する。
【0037】相対位相角作成手段9は、電動機の磁束を
適切な値に制御できるようにするもので、具体的には電
動機の励磁電流成分IFを基底回転数NB以下では一定
値以下に、基底回転数NB以上では電動機逆誘起電圧が
ほぼ一定になるように励磁電流成分IFを減少させ、即
ち、回転数SDとともに1/SDに比例して励磁電流成
分IFを減少するように相対位相角Aを発生するもので
ある。
【0038】相対位相角作成手段9の具体的特性例を図
2に、具体的なアルゴリズム例を図6のフローチャート
に示す。
【0039】図6に従って相対位相角作成手段9のアル
ゴリズムを説明する。
【0040】トルク指令Tが、0≦T<T1の時は相対
位相角AはA0、−T1<T<0の時は相対位相角Aは
−A0である。
【0041】ここでT1の値は、最高回転数においてト
ルク指令T1に相当する電動機電流が流れた時の電動機
端子電圧が制御可能な最大電圧になる値である。
【0042】トルク指令Tが、T1≦T<T3の時は相
対位相角Aの値は、A=A0−AX,ADT(T)=0
となり、−T3<T≦ーT1の時は相対位相角Aの値
は、A=−A0+AX,ADT(T)=0となる。
【0043】ここでAXは、AX=ADC(N)・(|
T|−T1)/(T3−T1)となる。
【0044】ADC(N)は、基底回転数以上の高速回
転数において電動機の端子電圧を制御可能な最大電圧以
下に抑制する界磁弱めの効果を得るためのもので、例え
ば図4に示すような関数で示される。
【0045】電動機制御をマイクロプロセッサで制御す
る場合、この関数の実現方法としては類似関数を数式で
記憶し都度計算して求めたり、関数のパターンをメモリ
上に記憶させ都度回転数Nに該当するADC(N)の値
を読みだしてくる方法などがある。
【0046】トルク指令Tが、T3≦T<T6の時は相
対位相角Aの値は、A=A0−AX−ADT(T)とな
り、−T6<T≦−T3の時は相対位相角Aの値は、A
=−A0+AX+ADT(T)となる。
【0047】AX=ADC(N)であり,ADT(T)
は例えば図5に示す特性のものである。ここでT3の値
は、T=T3となった時に流される電動機電流の励磁電
流成分が電動機の低速回転において適正な磁束を誘起で
きる値となるようなトルク指令Tの値である。この関数
ADT(T)は、ADC(N)と同様の方法で記憶、再
現する事ができる。
【0048】また、トルク指令の絶対値|T|が|T|
>T3の時、|T|の値に応じて相対位相角の絶対値|
A|を次第に減ずる動作は電動機電流の不要な励磁電流
成分を流さないようにする事を意味し、その効果として
は電動機電流を削減する事ができるため所要制御装置容
量を下げ、電動機銅損発熱を低減する事ができる。この
時、不要な励磁電流を流さないようにする事は電動機の
力率を改善する事でもある。
【0049】電流振幅指令手段8は、トルク指令Tを入
力として電流振幅指令IOSを出力するもので単純な増
幅、あるいは図3に示すように電流振幅指令IOSがト
ルク指令Tの平方根である、即ち、 |T|=IOS2 の関係となるように求められる。
【0050】この図3の特性は、電動機電流の励磁電流
成分が電動機の磁束を十分に励起できる値以下の範囲で
はT=IOS2 、十分に励起できる値以上の範囲ではト
ルク指令Tと電流振幅指令IOSとが直線関係となって
いる。
【0051】これは、励磁電流成分が小さい値である範
囲において、電動機の発生トルクは電動機電流の二乗に
比例するため、その非線形性を補償して電動機制御装置
の速度制御性を改良するものである。
【0052】電流制御回路7は、例えば図9のような構
成であり、パワートランジスタで構成されるインバータ
54と電動機各相の電流IU、IV、IWを検出する電
流検出器55、56、57と各相の電流指令値SIU、
SIV、SIWへ各相の電流検出値をフィードバック
し、それぞれの差分信号から前記インバータ54の各パ
ワートランジスタへ駆動信号を供給する電流制御回路5
1、52、53とで構成されている。
【0053】なお、本発明例では電動機の電圧、電流の
制御を直接三相交流量で扱う方法の例について説明した
が、いわゆる、3相2相変換しd−q座標を用いて表
記、制御しても等価であり、本発明に含むものである。
【0054】三相交流以外の多相交流に付いても本発明
を変形する事により応用する事ができる。
【0055】また、速度制御部、位置検出部等において
も種々変形が可能であり、本発明に含むものである。
【0056】
【発明の効果】本発明により、電動機の基底回転数以上
では回転子と電動機電流との相対位相角を低くし高速回
転を可能とする事ができる。
【0057】更に、電動機電流が定格値近傍もしくは定
格値より大きな値を取るときに相対位相角を小さくする
ようにして無駄な励磁電流成分を流さないようにするこ
とにより力率を改善し、電動機電流を削減する事ができ
るため電流制御回路のパワー素子容量を下げる事ができ
所要制御装置容量を下げ、コストの低減を図ることがで
きる。
【0058】同時に電動機銅損発熱を低減する事がで
き、電動機の連続定格トルク、出力を上げる事ができ
る。
【0059】更に、電流振幅作成手段により、電動機の
トルク指令に対する電動機電流の大きさに非線形な補償
を加える事によりリラクタンスモータ等の同期電動機の
速度制御安定性を高める事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリラクタンスモータの制御装置の
実施例を示す図である。
【図2】実施例における電動機回転数Nと相対位相角A
との特性図である。
【図3】実施例におけるトルク指令Tと電流振幅指令I
OSとの特性図である。
【図4】実施例における回転数の絶対値|N|と係数A
DC(N)との特性図である。
【図5】実施例におけるトルク指令の絶対値|T|と係
数ADT(T)との特性図である。
【図6】実施例における相対位相角Aを求めるアルゴリ
ズムを表すフローチャートである。
【図7】本発明に適した同期電動機のロータ断面図であ
る。
【図8】本発明に適した他の同期電動機のロータ断面図
である。
【図9】電流制御回路7の具体的な例を示す図である。
【図10】従来技術の例を示す図である。
【符号の説明】
2 速度制御手段 3 速度検出手段 4 ロータ位置検出手段 6 ロータ 7 電流制御回路 8 電流振幅指令手段 9 相対位相角作成手段 10 電流指令手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機のロータの回転位置により磁気抵
    抗が異なることを利用して回転力を得る同期電動機の制
    御装置において、 ロータの回転位置、速度を検出するための位置検出手段
    と、 電動機の速度指令とロータの検出速度から速度偏差を
    得、この速度偏差に比例・積分・微分などの補償を行っ
    てトルク指令を出力する速度制御手段と、 ロータの回転子位置とステータの電動機電流との相対位
    相角の正負極性をトルク指令の正負極性により決定し、
    相対位相の大きさはトルク指令Tが一定値T1より小さ
    い場合(|T|<T1)あるいは回転数Nが電動機の基
    底回転数NB以下の場合(|N|<NB)はA0、トル
    ク指令がT1より大きく回転数が基底回転数より大きい
    場合(|T|>T1,|N|>NB)は電動機の回転数
    に応じて次第に減ずるようにした相対位相角作成手段
    と、 ロータの回転位置と前記相対位相角とを加算し電動機電
    流の位相を決定する電動機電流位相作成手段と、 電動機の電流振幅指令値と電動機電流の位相とから電動
    機の各相の電流指令値を作成する電流指令手段と、 電動機各相の電流指令値に従って電動機へ電流を供給す
    る電流制御回路と、 を備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記相対位相角作成手段において、ロー
    タの回転子位置とステータの電動機電流との相対位相角
    の正負極性をトルク指令の正負極性により決定し、相対
    位相の大きさはトルク指令が一定値T1より小さい場合
    (|T|<T1)はA0、トルク指令TがT1より大き
    くT3より小さく回転数が基底回転数より大きい場合
    (T1<|T|<T3,|N|>NB)は電動機の回転
    数に応じて次第に減ずるようにし、トルク指令がT3よ
    り大きい場合(|T|>T3)はさらにトルク指令に応
    じて次第に小さくなる事を特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の同期電動機の制御装置。
  3. 【請求項3】 トルク指令Tの絶対値と電流振幅指令I
    OSの二乗とが比例する関係となっている電流振幅指令
    手段を備える特許請求の範囲第1項又は第2項記載の同
    期電動機の制御装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020092167A (ko) * 2001-06-01 2002-12-11 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 동기전동기용 구동장치
CN101604945A (zh) * 2008-06-10 2009-12-16 日本电产芝浦株式会社 电动机控制装置
US8606462B2 (en) 2008-09-11 2013-12-10 Honda Motor Co., Ltd. Electric power steering device
JP2014079112A (ja) * 2012-10-11 2014-05-01 Jtekt Corp モータ制御装置
JP2014121181A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Jtekt Corp モータ制御装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置
JP2018087075A (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 キヤノン株式会社 シート搬送装置及び画像形成装置
US10742151B2 (en) 2016-09-05 2020-08-11 Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation Inverter control device and motor drive system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020092167A (ko) * 2001-06-01 2002-12-11 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 동기전동기용 구동장치
CN101604945A (zh) * 2008-06-10 2009-12-16 日本电产芝浦株式会社 电动机控制装置
US8606462B2 (en) 2008-09-11 2013-12-10 Honda Motor Co., Ltd. Electric power steering device
JP2014079112A (ja) * 2012-10-11 2014-05-01 Jtekt Corp モータ制御装置
JP2014121181A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Jtekt Corp モータ制御装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置
US10742151B2 (en) 2016-09-05 2020-08-11 Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation Inverter control device and motor drive system
JP2018087075A (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 キヤノン株式会社 シート搬送装置及び画像形成装置

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