JPH10309100A - ブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単、かつ高精度にブラシレス同期機の回転子
界磁電流を測定する。 【解決手段】ブラシレス同期機に備えられ、回転整流器
６から回転子界磁巻線９に供給される回転子界磁電流を
測定するブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置２
１ａにおいて、交流励磁機６における空隙磁束のｑ軸成
分を検出して電圧波形を出力するｑ軸巻線１０と、交流
励磁機１の単体試験時に、交流励磁機１に流れる直流出
力電流と、ｑ軸巻線１０が出力する電圧波形の電圧レベ
ルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値と
して保持する基準校正値保持手段１９と、ブラシレス同
期機の動作時に、ｑ軸巻線出力電圧が出力する電圧波形
の電圧レベルと、基準構成値保持部１９が保持する基準
校正値との積を演算して回転子界磁電流を求める界磁電
流演算手段１６とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレス同期機
の回転子の界磁電流を高精度に測定するブラシレス同期
機の回転子界磁電流測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレス同期機は、図１８に示
すように、界磁巻線を含む交流励磁機１と、回転子２
と、固定子巻線３とからなる。回転子２は、交流励磁機
１の電機子４を有し、交流接続導体５を介して回転整流
器６と接続されている。ここで、電機子４は、交流励磁
機電機子巻線７からなる。また、回転整流器６は直流接
続導体８を介して回転子界磁巻線９と接続されている。
回転子２は図示しない回転軸を持ち、回転可能となって
いる。

【０００３】ブラシレス同期機の運転時には、電機子４
から交流電流が発生し、交流接続導体５を介して回転整
流器６に流入する。回転整流器６は、流入した交流電流
を直流電流に整流し、これを回転子２の界磁電流（以
下、「回転子界磁電流」という）として流出する。この
回転子界磁電流は、直流接続導体８を介して回転子界磁
巻線９に流入する。

【０００４】運転中の同期機においては、回転子界磁巻
線９に流入する回転子界磁電流は、重要な電気要素の一
つであるが、回転子界磁電流を測定してもブラシレス同
期機の回転子４は電気的に接続されていないため、測定
結果を回転子４の外部に通知するのが困難であり、測定
が困難である。

【０００５】例えば、回転子界磁電流を測定する技術と
して、低速回転用ブラシレス同期機においては、回転子
２に分流器を取り付けて回転子界磁電流の電圧降下を測
定し、この測定結果をＦＭ電波、又は光信号に変換して
固定子側に送信することで回転子界磁電流の測定を行う
方法が利用されている。

【０００６】しかしながら、例えば磁極数が２Ｐ、４Ｐ
のような高速回転用ブラシレス同期機においては、上記
の方法は遠心力が強大になり、回転子２に分流器や各種
変換装置等を取り付けることが非常に困難なため、構造
上の制約を受け、利用しにくい。

【０００７】また、分流器や各種変換装置等が必要にな
るため、経済性の向上が困難である。一方、構造上、分
流器や各種変換装置等を回転子２に取り付けられないブ
ラシレス同期機においては、交流励磁機１の単体試験を
実施し、その試験結果を基に、交流励磁機１の界磁電流
を測定することにより、回転子界磁電流を推定法によっ
て演算により求める方法が利用されている。

【０００８】しかしながら、この推定法によって演算に
より求める方法において、測定した交流励磁機１の界磁
電流と回転子界磁電流との間に、相対関係はあっても直
線性がない。また、演算においては一部に仮定の係数を
用いているため、十分な精度の回転子界磁電流を得るこ
とができなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のブ
ラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、
ブラシレス同期機の回転子界磁電流の高精度な測定及び
経済性の向上が困難であった。

【００１０】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、回転子に特別な装置を取り付けることなく、
低速機のみならず高速機に対しても簡単に、かつ高精度
に回転子界磁電流を測定できるブラシレス同期機の回転
子界磁電流測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、交流励磁機の出力を回
転整流器により直流に変換して回転子界磁巻線に供給す
るブラシレス同期機に備えられ、回転整流器から回転子
界磁巻線に供給される回転子界磁電流を測定するブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置において、交流励
磁機における空隙磁束のｑ軸成分を検出して電圧波形を
出力するｑ軸巻線と、交流励磁機の単体試験時に、交流
励磁機に流れる直流出力電流と、ｑ軸巻線が出力する電
圧波形の電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係
数を基準校正値として保持する基準校正値保持手段と、
ブラシレス同期機の動作時に、ｑ軸巻線出力電圧が出力
する電圧波形の電圧レベルと、基準構成値保持部が保持
する基準校正値との積を演算して回転子界磁電流を求め
る界磁電流演算手段とを具備したブラシレス同期機の回
転子界磁電流測定装置である。

【００１２】従って、請求項１に対応する発明のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、回転
子界磁電流に対するｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧
レベルの直線性を用い、予め抽出しておいた基準校正値
と、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの積を
求めることにより、簡単に、かつ高精度に回転子界磁電
流を測定することができる。

【００１３】また、回転子に分流器や各種変換装置、測
定器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要が
ないので、構造を簡単にすることができ、低速機及び高
速機の双方において回転子界磁電流を測定することがで
きる。

【００１４】次に、請求項２に対応する発明は、請求項
１記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置に
おいて、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとし
て、整流素子のスイッチングサージの影響を受けない部
分の電圧レベルを用いるようにしたブラシレス同期機の
回転子界磁電流測定装置である。

【００１５】従って、請求項２に対応する発明のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求
項１のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置と同
様の作用効果に加え、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電
圧レベルとして、整流素子のスイッチングサージの影響
を受けない部分の電圧を用いるため、フィルタリングを
行う必要がなく、処理時間の高速化を図ることができ
る。

【００１６】次に、請求項３に対応する発明は、請求項
１又は請求項２記載のブラシレス同期機の回転子界磁電
流測定装置において、ブラシレス同期機の回転子が１回
転する毎に１つのパルス信号を出力する回転子位置検出
手段と、パルス信号の立ち上がり時点を基準位置とし
て、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常
の有無を判断する異常検知手段とを具備したブラシレス
同期機の回転子界磁電流測定装置である。

【００１７】従って、請求項３に対応する発明のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求
項１又は請求項２のブラシレス同期機の回転子界磁電流
測定装置と同様の作用効果に加え、ｑ軸巻線が出力する
電圧波形が異常か否かを判断できるため、正常な電圧レ
ベルのみに基づいて回転子界磁電流を求めることがで
き、電圧波形の変形による測定誤差を排除できる。ゆえ
に、さらに高精度に回転子界磁電流を測定することがで
きる。

【００１８】また、異常が発生した旨を、ユーザあるい
は上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に
測定処理を停止することもできる。次に、請求項４に対
応する発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に
記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置にお
いて、交流励磁機の電機子巻線に電源を備え、基準校正
値保持手段は、ブラシレス同期機を停止させ電源を動作
させた際に、回転整流器から交流励磁機の電機子巻線へ
流入する電機子電流信号から演算によって求めた回転子
界磁電流と、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベル
との比例係数を求めて、当該比例係数を基準校正値とし
て保持するようにしたブラシレス同期機の回転子界磁電
流測定装置である。

【００１９】従って、請求項４に対応する発明のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求
項１から請求項３のブラシレス同期機の回転子界磁電流
測定装置と同様の作用効果に加え、交流励磁機の単体試
験を実施する必要がないため、基準校正値を保持するた
めの処理の簡便化を図ることができる。

【００２０】最後に、請求項５に対応する発明は、請求
項１から請求項３のいずれか１項に記載のブラシレス同
期機の回転子界磁電流測定装置において、界磁電流演算
手段は、ｑ軸巻線より出力される電圧波形に現れる複数
のリップル周期から電圧レベルを抽出し、この抽出した
複数の電圧レベルと基準構成値保持手段が保持する基準
校正値との積の平均値を演算によって求めて回転子界磁
電流を求めるようにしたブラシレス同期機の回転子界磁
電流測定装置である。

【００２１】従って、請求項５に対応する発明のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置においては、請求
項１から請求項３のブラシレス同期機の回転子界磁電流
測定装置と同様の作用効果に加え、複数の電圧レベルと
基準校正値との積の平均値を演算によって求めて回転子
界磁電流を求めているため、交流励磁機の空隙アンバラ
ンスや交流励磁機電機子巻線各相の製造上のばらつきか
ら生じるｑ軸巻線からの電圧波形の違いによる回転子界
磁電流算出誤差を低減することができ、精度の向上を図
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、第１の実施の形態による
ブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示
すブロック図である。ここで、先に述べた図１８と同一
の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。

【００２３】ｑ軸巻線１０は、ブラシレス同期機の交流
励磁機１における空隙磁束のｑ軸成分（主極間に電機子
電流により発生する磁束）を検出する巻線であり、ブラ
シレス同期機の固定子側に取り付けられている。このｑ
軸巻線１０で発生した電圧（以下、「ｑ軸巻線出力電
圧」という）は電圧波形入力部１１に入力される。

【００２４】ｑ軸巻線出力電圧は、例えば図２に示すよ
うに、リップル周期毎にほぼ同様な変化を見せるが、リ
ップル周期の初期部分においては、整流器転流サージ電
圧の影響によってノイズが生じる。

【００２５】Ａ／Ｄ変換部１２は、電圧波形入力部１１
からのｑ軸巻線出力電圧をＡ／Ｄ変換し、この結果を演
算部１３の基本波成分抽出部１４に出力する。基本波成
分抽出部１４は、Ａ／Ｄ変換されたｑ軸巻線出力電圧に
対してフィルタリングを行い、整流器転流サージ電圧の
影響を除去したｑ軸巻線出力電圧の基本波成分を求め、
指定時間電圧値抽出部１５ａに出力する。

【００２６】指定時間電圧値抽出部１５ａは、ｑ軸巻線
出力電圧の基本波成分から、リップル周期における予め
指定された時間の電圧値を抽出し、この指定時間電圧値
を界磁電流演算部１６、又は基準校正値作成部１７に出
力する。

【００２７】図３は、ｑ軸巻線出力電圧の基本波成分
と、リップル周期における指定時間電圧値との関係の一
例を示す図であり、例として、リップル周期において基
本波成分の極大時間を指定時間とする場合を示してい
る。

【００２８】電流入力部１８は、回転子界磁電流の測定
に先だって交流励磁機１の単体試験において交流励磁機
１に流れる直流出力電流を入力し、基準校正値作成部１
７に出力する。

【００２９】基準校正値作成部１７は、指定時間電圧値
抽出部１５ａから指定時間電圧値を入力し、また、電流
入力部１８から交流励磁機１の直流出力電流を入力す
る。さらに、指定時間電圧値と、交流励磁機１の直流出
力電流との比例係数を求め、これを基準校正値として基
準校正値保持部１９に出力する。

【００３０】基準校正値保持部１９では、基準校正値作
成部１７から入力した基準校正値を保持する。界磁電流
演算部１６は、指定時間電圧値抽出部１５ａから指定時
間電圧値を入力し、また、基準校正値保持部１９から基
準校正値を入力し、この指定時間電圧値と、基準校正値
との積によって回転子界磁電流を求め、この結果を出力
部２０に出力する。

【００３１】出力部２０では、回転子界磁電流を出力・
表示し、これにより回転子界磁電流の状態がユーザや上
位の制御装置等に認識される。以上のような構成を持つ
本実施の形態による回転子界磁電流測定装置２１ａの動
作について説明する。

【００３２】回転子界磁電流測定装置２１ａにおいて
は、回転子界磁電流の測定動作に先だって、まず前処理
として基準校正値保持部１９に基準校正値を保持させる
必要がある。

【００３３】図４は、本実施の形態による回転子界磁電
流測定装置２１ａの基準校正値保持動作の一例を示すフ
ロー図である。まず、交流励磁機１の単体試験を実施
し、電流入力部１８がこの単体実験によって流れる交流
励磁機１の直流出力電流を入力する（ｓ１）。

【００３４】また、交流励磁機１の単体試験時に、ｑ軸
巻線１０で発生したｑ軸巻線出力電圧を電圧波形入力部
１１が入力し（ｓ２）、Ａ／Ｄ変換部１２がＡ／Ｄ変換
を行い（ｓ３）、基本波成分抽出部１４がフィルタリン
グを行ってq 軸巻線出力電圧の基本波成分を抽出する
（ｓ４）。

【００３５】次に、指定時間電圧値抽出部１５ａが、ｑ
軸巻線出力電圧の基本波成分から、リップル周期におけ
る予め指定された時間の電圧値を抽出し、この指定時間
電圧値を基準校正値作成部１７に出力する（ｓ５）。こ
こでは、リップル周期における予め指定された時間の例
として、ｑ軸巻線出力電圧の基本波成分が極大となる時
間を用いる。

【００３６】そして、基準校正値作成部１７が、指定時
間電圧値抽出部１５ａから入力した指定時間電圧値と、
電流入力部１８から入力した交流励磁機１の直流出力電
流とに基づいて、基準校正値を求め（ｓ６）、この基準
校正値が基準校正値保持部１９に保持される（ｓ７）。

【００３７】以上のような基準校正値保持動作が実行さ
れれば、ブラシレス同期機の運転によって発生する回転
子界磁電流の測定が可能になる。図５は、本実施の形態
による回転子界磁電流測定装置２１ａの回転子界磁電流
測定動作の一例を示すフロー図である。

【００３８】まず、ブラシレス同期機の運転時におい
て、ｑ軸巻線１０で発生したｑ軸巻線出力電圧を電圧波
形入力部１１が入力し（ｔ１）、Ａ／Ｄ変換部１２がＡ
／Ｄ変換を行い（ｔ２）、基本波成分抽出部１４がフィ
ルタリングを行ってq 軸巻線出力電圧の基本波成分を抽
出する（ｔ３）。

【００３９】次に、指定時間電圧値抽出部１５ａが、ｑ
軸巻線出力電圧の基本波成分から、リップル周期におけ
る予め指定された時間の電圧値、すなわち極大となる時
間での電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を界磁電流
演算部１６に出力する（ｔ４）。

【００４０】界磁電流演算部１６は、基準校正値保持部
１９に予め保持されている基準校正値を読み出し（ｔ
５）、この基準校正値と、指定時間電圧値抽出部１５ａ
から入力した指定時間電圧値との積を求めて回転子界磁
電流とし（ｔ６）、出力部２０で回転子界磁電流を出力
・表示する（ｔ７）。

【００４１】以上のように、本実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置２１ａにおいて
は、固定子にｑ軸巻線１０を取り付けて回転子界磁電流
の測定を行うため、回転子２に分流器や各種変換装置、
測定器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要
がないので、構造を簡単にすることができ、低速機及び
高速機の双方において回転子界磁電流を測定することが
できる。

【００４２】また、ｑ軸巻線出力電圧の回転子界磁電流
に対する直線比例性を用い、予め抽出しておいた基準校
正値と、ｑ軸巻線出力電圧の指定時間電圧値との積を回
転子界磁電流とするため、簡単に、かつ高精度に回転子
界磁電流を測定することができる。

【００４３】さらに、ｑ軸巻線出力電圧にフィルタリン
グを行って整流器転流サージ電圧の影響により発生する
ノイズの除去を行うので、さらに高精度に回転子界磁電
流を測定することができる。

【００４４】なお、本実施の形態において、指定時間電
圧値抽出部１５ａが電圧値を抽出する指定時間の例とし
て、極大になる時間を用いたが、これに限定されるもの
ではなく、他の時間を用いてもよい。

【００４５】また、図６のように、基準校正値保持動作
において、１リップル周期から複数の指定時間電圧値を
抽出してそれぞれに対応する基準校正値を求め、回転子
界磁電流測定動作において、複数の指定時間電圧値と複
数の基準校正値とから求まる複数の回転子界磁電流の平
均値を回転子界磁電流とすることで、測定結果のばらつ
きを抑制することもできる。

【００４６】（第２の実施の形態）図７は、第２の実施
の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装
置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べた
図１と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００４７】本実施の形態において、指定時間電圧値抽
出部１５ｂは、図１の基本波成分抽出部１４及び指定時
間電圧値抽出部１５ａに代えて備えられており、Ａ／Ｄ
変換されたｑ軸巻線出力電圧を入力し、ｑ軸巻線出力電
圧から指定時間電圧値を抽出する。

【００４８】図８は、本実施の形態によるｑ軸巻線出力
電圧の指定時間電圧値抽出の一例を示す概念図である。
指定時間電圧値抽出部１５ｂは、あるリップル周期にお
いて、入力されたｑ軸巻線出力電圧のうち整流器転流サ
ージ電圧の影響を受けていない範囲を求め、ｑ軸巻線出
力電圧がゼロとなる点（以下、「ゼロクロス点」とい
う）を検出し、ゼロクロス点を基準とした相対時間から
指定時間を求め、指定時間電圧値を抽出する。

【００４９】上記の処理において、ゼロクロス点や指定
時間が、サンプリングインターバルに存在する場合に
は、その前後の電圧値を直線補間して、ゼロクロス点や
指定時間を求める。

【００５０】そして、指定時間電圧値抽出部１５ｂは、
指定時間電圧値を界磁電流演算部１６、又は基準校正値
作成部１７に出力する。図９は、本実施の形態による回
転子界磁電流測定装置２１ｂの基準校正値保持動作の一
例を示すフロー図である。

【００５１】まず、交流励磁機１の単体試験を実施し、
これによって流れる交流励磁機１の直流出力電流を、電
流入力部１８が入力する（ｕ１）。また、交流励磁機１
の単体試験時にｑ軸巻線１０で発生したｑ軸巻線出力電
圧を、電圧波形入力部１１が入力し（ｕ２）、Ａ／Ｄ変
換部１２がＡ／Ｄ変換を行う（ｕ３）。

【００５２】次に、指定時間電圧値抽出部１５ｂが、あ
るリップル周期において、整流器転流サージ電圧の影響
を受けていない範囲を求め（ｕ４）、サンプリングイン
ターバルにゼロクロス点が存在する場合には（ｕ５）、
直線補間を行い（ｕ６）、ゼロクロス点を抽出する（ｕ
７）。

【００５３】また、ゼロクロス点を基準とした相対時間
から指定時間を求め（ｕ８）、この指定時間がサンプリ
ングインターバルに存在する場合には（ｕ９）、直線補
間を行い（ｕ１０）、指定時間電圧値を抽出し、この指
定時間電圧値を基準校正値作成部１７に出力する（ｕ１
１）。

【００５４】そして、基準校正値作成部１７が、指定時
間電圧値抽出部１５ｂから入力した指定時間電圧値と、
電流入力部１８から入力した交流励磁機１の直流出力電
流とに基づいて、基準校正値を求め（ｕ１２）、この基
準校正値が基準校正値保持部１９に保持される（ｕ１
３）。

【００５５】以上のような基準校正値保持動作が実行さ
れれば、ブラシレス同期機の運転によって発生する回転
子界磁電流の測定が可能になる。図１０は、本実施形態
による回転子界磁電流測定装置２１ｂの回転子界磁電流
測定動作の一例を示すフロー図である。

【００５６】ブラシレス同期機の運転時にｑ軸巻線１０
で発生したｑ軸巻線出力電圧に対して、動作ｖ１から動
作ｖ９を実行した後、指定時間電圧値抽出部１５ｂが指
定時間電圧値を抽出し、この指定時間電圧値を界磁電流
演算部１６に出力する（ｖ１０）。ここで、動作ｖ１〜
ｖ９は、先に述べた動作ｕ２〜ｕ１０と同様の処理であ
るため、ここでは説明を省略する。

【００５７】界磁電流演算部１６は、基準校正値保持部
１９に予め保持されている基準校正値を読み出し（ｖ１
１）、この基準校正値と、指定時間電圧値抽出部１５ｂ
から入力した指定時間電圧値との積を求めて回転子界磁
電流とし（ｖ１２）、出力部２０で回転子界磁電流を出
力・表示する（ｖ１３）。

【００５８】以上のように、本実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置２１ｂにおいて
は、第１の実施の形態による回転子界磁電流測定装置２
１ａと同様の効果に加え、ｑ軸巻線出力電圧における整
流器転流サージ電圧の影響を受けない範囲から指定時間
電圧値を抽出するため、フィルタリングを行う必要がな
く、処理時間の高速化を図ることができる。

【００５９】なお、本実施の形態において、ゼロクロス
点及び指定時間電圧値が、サンプリングインターバルに
存在する場合に、直線補間を行いたが、これに限定され
るものではなくスプライン補間等を用いることもでき
る。

【００６０】また、図１１のように、基準校正値保持動
作において、１リップル周期から複数の指定時間電圧値
を抽出してそれぞれに対応する基準校正値を求め、回転
子界磁電流測定動作において、複数の指定時間電圧値と
複数の基準校正値とから求まる複数の回転子界磁電流の
平均値を回転子界磁電流とすることで、測定結果のばら
つきを抑制することもできる。

【００６１】（第３の実施の形態）図１２は、第３の実
施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁電流測定
装置の一例を示すブロック図である。ここで、先に述べ
た図１及び図７と同一の部分には同一の符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００６２】第３の実施の形態では、回転位置検出器２
２を備えており、この回転位置検出器２２は、回転子２
が１回転すると１パルスの回転位置検出信号を出力す
る。Ａ／Ｄ変換部１２は、ｑ軸巻線出力信号及び回転位
置検出信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行い、指定時間電圧
値抽出部１５ｃに出力する。

【００６３】指定時間電圧値抽出部１５ｃは、例えば図
１３に示すフロー図のような処理を行う。まず、Ａ／Ｄ
変換されたｑ軸巻線出力信号及び回転位置検出信号を入
力する（ｗ１）。

【００６４】図１４は、このときのｑ軸巻線出力信号と
回転位置検出信号との関係の一例を示す図である。次
に、ｑ軸巻線出力電圧における整流器転流サージ電圧及
びゼロクロス点を検出し（ｗ２）、回転位置検出信号の
パルス検出点を時系列の原点とし、この整流器転流サー
ジ電圧の検出点及びゼロクロス点がほぼ同周期で現れる
か否かを判断する（ｗ３）。

【００６５】ほぼ同周期で現れる場合には、回転整流器
６の整流素子等が正常であり、ｑ軸巻線出力電圧が変形
していないと判断して指定時間電圧値を抽出する（ｗ
４）。ほぼ同周期で現れない場合には、回転整流器６の
整流素子等に異常があり、ｑ軸巻線出力電圧が変形して
いると判断し、異常なリップル周期を排除し（ｗ５）、
正常なリップル周期から指定時間電圧値を抽出し（ｗ
６）、さらに回転整流器６の整流素子等に異常がある旨
を出力部２０に出力することでユーザや上位の制御装置
等に異常発生を認識させる（ｗ７）。

【００６６】そして、回転子界磁電流測定装置２１ｃの
実行している動作が、基準校正値保持動作であるか回転
子界磁電流測定動作であるかを判断し（ｗ８）、基準校
正値保持動作の場合には、基準校正値作成部１７に指定
時間電圧値を出力し（ｗ９）、回転子界磁電流測定動作
の場合には、界磁電流演算部１６に指定時間電圧値を出
力する（ｗ１０）。

【００６７】ここで、例えば、回転整流器６が三相全波
整流方式の場合には、パルス検出点から６個分までのリ
ップル周期を比較し、この比較によって回転整流器６の
整流素子等の異常を検出する。

【００６８】本実施の形態による回転子界磁電流測定装
置２１ｃの基準校正値保持動作及び回転子界磁電流測定
動作は、回転位置検出信号を入力し、指定時間電圧値抽
出部１５ｃが回転整流器６の整流素子等の異常によるｑ
軸巻線出力電圧の変形の有無を判断する点のみが異な
り、他の処理は第１及び第２の実施の形態による回転子
界磁電流測定装置２１ａ、２１ｂと同様であるのでここ
では説明を省略する。

【００６９】以上のように、本実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置２１ｃにおいて
は、第１及び第２の実施の形態による回転子界磁電流測
定装置２１ａ、２１ｂと同様の効果に加え、回転位置検
出信号を入力してリップル周期毎にｑ軸巻線出力電圧を
比較して、正常なq 軸巻線出力電圧に基づいて回転子界
磁電流を求めるため、回転整流器６の整流素子等の異常
から現れるｑ軸巻線出力電圧の変形の影響による測定誤
差を排除でき、さらに高精度に回転子界磁電流を測定す
ることができる。

【００７０】また、異常が発生した旨を、ユーザあるい
は上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に
測定処理を停止することもできる。なお、本実施の形態
においては、例として、回転整流器６が三相全波整流方
式の場合について述べたが、これに限定されるものでは
なく他の整流方式にも同様の手法で同様の効果を得るこ
とができる。

【００７１】（第４の実施の形態）本実施の形態による
回転子界磁電流測定装置においては、基準校正値保持動
作が、第１から第３の実施の形態による回転子界磁電流
測定装置２１ａ〜２１ｃの基準校正値保持動作と異なる
が、回転子界磁電流測定動作は同様な処理であるため、
回転子界磁電流測定動作については説明を省略する。

【００７２】図１５は、第４の実施の形態のブラシレス
同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロック
図である。ここで、先に述べた図１と同一の部分には同
一の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。

【００７３】平衡三相交流電源２３は、回転整流器６に
おける端子と接続される。平衡三相交流電源２３は、交
流励磁機電機子巻線７に平衡三相電流を通電する。図１
６は、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界
磁電流測定装置２１ｄの基準校正値保持動作の一例を示
すフロー図である。

【００７４】まず、組立てが完了しているブラシレス同
期機の停止中において、回転整流器６と回転子界磁巻線
９との接続の一端、すなわち同期機本体の界磁回路の１
点を開放し（ｘ１）、平衡三相交流電源２３が交流励磁
機電機子巻線７に平衡三相電流を通電することによって
電機子電流信号Ｉ_a が流れる（ｘ２）。

【００７５】次に、この状態において、ｑ軸巻線出力電
圧が、電圧波形入力部１１及びＡ／Ｄ変換部１２を介し
て指定時間電圧値抽出部１５ｄに入力され（ｘ３）、指
定時間電圧値が抽出される（ｘ４）。

【００７６】ここで、例えば、回転子界磁電流Ｉ_d と電
機子電流信号Ｉ_a との間には、式（１）のような関係が
あるといえる。 Ｉ_d ＝Ｉ_a ／０．８１６ …（１） ゆえに、基準校正値作成部１７ｄは、式（１）によって
電機子電流信号Ｉ_a から回転子界磁電流Ｉ_d を求め（ｘ
５）、この回転子界磁電流Ｉ_d と指定時間電圧値とから
基準校正値を求め（ｘ６）、この基準校正値を基準校正
値保持部１９に保持させる（ｘ７）。

【００７７】最後に、開放した同期機本体の界磁回路の
一点を接続して動作が終了する（ｘ８）。以上のよう
に、本実施の形態によるブラシレス同期機の回転子界磁
電流測定装置２１ｄにおいては、第１から第３の実施の
形態による回転子界磁電流測定装置２１ａ〜２１ｃと同
様の効果に加え、交流励磁機１の単体試験を実施するこ
となく基準校正値保持動作が行われるため、基準校正値
の保持方法の簡便化を図ることができる。

【００７８】（第５の実施の形態）本実施形態による回
転子界磁電流測定装置においては、第１から第３の実施
の形態による回転子界磁電流測定装置２１ａ〜２１ｃで
一つのリップル周期から回転子界磁電流を求めていたの
に対し、複数のリップル周期から求めた回転子界磁電流
の平均値を回転子界磁電流の測定値とするものである。

【００７９】以下、例として、第３の実施の形態による
回転子界磁電流測定装置２１ｃに対して、本実施の形態
を適用した場合について説明する。本実施の形態による
回転子界磁電流測定装置の構成は、図１２と同様のもの
であるので、ここでは説明を省略する。

【００８０】図１７は、本実施の形態による回転子界磁
電流測定装置２１ｃの回転子界磁電流測定方法の一例を
示す概念図である。基準校正値保持動作において、指定
時間電圧値抽出部１５ｃは、回転位置検出信号のパルス
検出点によって１回転の区間にあると示される複数のｑ
軸巻線出力電圧のリップル周期毎に指定時間電圧値を求
め、基準校正値作成部１７に出力する。

【００８１】基準校正値作成部１７は、指定時間電圧値
抽出部１５ｃから入力する複数の指定時間電圧値のそれ
ぞれに対して基準校正値を求め、この平均値を基準校正
値保持部１９に出力する。

【００８２】基準校正値保持部１９は、入力した基準校
正値を保持する。一方、回転子界磁電流測定動作におい
ても、指定時間電圧値抽出部１５ｃは、回転位置検出信
号のパルス検出点によって１回転の区間にあると示され
る複数のｑ軸巻線出力電圧のリップル周期毎に指定時間
電圧値を求め、界磁電流演算部１６に出力する。

【００８３】界磁電流演算部１６は、指定時間電圧値抽
出部１５ｃから入力する複数の指定時間電圧値と基準校
正値保持部１９に保持されている基準校正値との積をそ
れぞれ求め、この平均値を回転子界磁電流として出力部
２０に出力する。

【００８４】以上のように、本実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置２１ｃにおいて
は、第３の実施の形態による回転子界磁電流測定装置２
１ｃと同様の効果に加え、基準校正値保持動作において
基準校正値を求める際、及び回転子界磁電流測定動作に
おいて、回転子界磁電流を求める際に、平均値を用いて
いるため、交流励磁機１の空隙アンバランスや交流励磁
機電機子巻線７各相の製造上のばらつきから生じるｑ軸
巻線出力電圧の波形の違いによる回転子界磁電流算出誤
差を低減することができ、精度の向上を図ることができ
る。

【００８５】なお、本実施の形態は、第１及び第２の実
施の形態による回転子界磁電流測定装置２１ａ、２１ｂ
においても同様に適用することができ、同様の効果を得
ることができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レ
ベルの回転子界磁電流に対する直線比例性を用い、予め
保持しておいた基準校正値と、ｑ軸巻線が出力する電圧
波形の電圧レベルとの積を求めて回転子界磁電流とする
ため、簡単に、かつ高精度に回転子界磁電流を測定する
ことができる。

【００８７】また、ｑ軸巻線によって回転子界磁電流の
測定を行うため、回転子に分流器や各種変換装置、測定
器、伝送器等のような特別な装置を取り付ける必要がな
いので、構造を簡単にすることができ、低速機及び高速
機の双方において回転子界磁電流を測定することができ
る。

【００８８】請求項２に対応する発明によれば、ｑ軸巻
線が出力する電圧波形における整流素子のスイッチング
サージの影響を受けていない部分の電圧レベルを用いて
回転子界磁電流を求めるため、請求項１のブラシレス同
期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、フ
ィルタリングを行う必要がなく、処理時間の高速化を図
ることができる。

【００８９】請求項３に対応する発明によれば、１パル
ス／回転のパルス信号の立ち上がり時点を基準位置と
し、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常
の有無を判断するので、請求項１又は請求項２のブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加
え、正常と判断されたｑ軸巻線の電圧波形の電圧レベル
に基づいて回転子界磁電流を求めることができるため、
電圧波形の変形による測定誤差を排除でき、高精度に回
転子界磁電流を測定することができる。

【００９０】また、異常が発生した旨を、ユーザあるい
は上位の制御装置に通知することができ、異常発生時に
測定処理を停止することもできる。請求項４に対応する
発明によれば、回転整流器に交流電流を供給する交流励
磁機の電機子巻線に電源を備え、基準校正値保持手段
は、ブラシレス同期機を停止させ電源を動作させた際
に、回転整流器から交流励磁機の電機子巻線へ流入する
電機子電流信号から演算によって求めた回転子界磁電流
と、ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例
係数を求めて、当該比例係数を基準校正値として保持す
るようにしたので、請求項１から請求項３のブラシレス
同期機の回転子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、
交流励磁機の単体試験を実施する必要がないため、基準
校正値を保持するための処理の簡便化を図ることができ
る。

【００９１】請求項５に対応する発明によれば、界磁電
流演算手段は、ｑ軸巻線が出力する電圧波形に現れる複
数のリップル周期から電圧レベルを抽出し、この抽出し
た複数の電圧レベルと基準構成値保持手段が保持する基
準校正値との積の平均値を求めて回転子界磁電流とする
ので、請求項１から請求項３のブラシレス同期機の回転
子界磁電流測定装置と同様の効果に加え、交流励磁機の
空隙アンバランスや交流励磁機電機子巻線各相の製造上
のばらつきから生じるｑ軸巻線からの電圧波形の違いに
よる回転子界磁電流算出誤差を低減することができ、精
度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態によるブラシレ
ス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロッ
ク図。

【図２】ｑ軸巻線出力電圧の一例を示す図。

【図３】ｑ軸巻線出力電圧の基本波成分と、リップル周
期における指定時間電圧値との関係の一例を示す図。

【図４】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の
基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。

【図５】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の
回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図。

【図６】同実施の形態による１リップル周期から複数の
指定時間を抽出する場合の一例を示す概念図。

【図７】本発明に係る第２の実施の形態によるブラシレ
ス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロッ
ク図。

【図８】同実施の形態によるｑ軸巻線出力電圧の指定時
間電圧値抽出の一例を示す概念図。

【図９】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置の
基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。

【図１０】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置
の回転子界磁電流測定動作の一例を示すフロー図。

【図１１】同実施の形態による１リップル周期から複数
の指定時間を抽出する場合の一例を示す概念図。

【図１２】本発明に係る第３の実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロ
ック図。

【図１３】同実施の形態による指定時間電圧値抽出部の
処理を示すフロー図。

【図１４】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置
が入力するｑ軸巻線出力信号と回転位置検出信号との関
係の一例を示す図。

【図１５】本発明に係る第４の実施の形態によるブラシ
レス同期機の回転子界磁電流測定装置の一例を示すブロ
ック図。

【図１６】同実施の形態による回転子界磁電流測定装置
の基準校正値保持動作の一例を示すフロー図。

【図１７】本発明に係る第４の実施の形態による回転子
界磁電流測定装置の測定方法の一例を示す概念図。

【図１８】従来のブラシレス同期機の一例を示す回路構
成図。

【符号の説明】

１…交流励磁機 ２…回転子 ３…固定子巻線 ４…電機子 ５…交流接続導体 ６…回転整流器 ７…交流励磁機電機子巻線 ８…直流接続導体 ９…回転子界磁巻線 １０…ｑ軸巻線 １１…電圧波形入力部 １２…Ａ／Ｄ変換部 １３…演算部 １４…基本波成分抽出部 １５ａ〜１５ｄ…指定時間電圧値抽出部 １６…界磁電流演算部 １７、１７ｄ…基準校正値作成部 １８…電流入力部 １９…基準校正値保持部 ２０…出力部 ２１ａ〜２１ｄ…回転子界磁電流測定装置 ２２…回転位置検出器 ２３…平衡三相交流電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流励磁機の出力を回転整流器により直
   流に変換して回転子界磁巻線に供給するブラシレス同期
   機に備えられ、前記回転整流器から前記回転子界磁巻線
   に供給される回転子界磁電流を測定するブラシレス同期
   機の回転子界磁電流測定装置において、 前記交流励磁機における空隙磁束のｑ軸成分を検出して
   電圧波形を出力するｑ軸巻線と、 前記交流励磁機の単体試験時に、前記交流励磁機に流れ
   る直流出力電流と、前記ｑ軸巻線が出力する電圧波形の
   電圧レベルとの比例係数を求めて、当該比例係数を基準
   校正値として保持する基準校正値保持手段と、 前記ブラシレス同期機の動作時に、前記ｑ軸巻線出力電
   圧が出力する電圧波形の電圧レベルと、前記基準構成値
   保持部が保持する基準校正値との積を演算して前記回転
   子界磁電流を求める界磁電流演算手段とを具備したこと
   を特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のブラシレス同期機の回転
   子界磁電流測定装置において、 前記ｑ軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとして、
   整流素子のスイッチングサージの影響を受けない部分の
   電圧レベルを用いるようにしたことを特徴とするブラシ
   レス同期機の回転子界磁電流測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のブラシレス
   同期機の回転子界磁電流測定装置において、 前記ブラシレス同期機の回転子が１回転する毎に１つの
   パルス信号を出力する回転子位置検出手段と、 前記パルス信号の立ち上がり時点を基準位置として、前
   記ｑ軸巻線が出力する電圧波形の周期性を調べて異常の
   有無を判断する異常検知手段とを具備したことを特徴と
   するブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれか１項に
   記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置にお
   いて、 交流励磁機の電機子巻線に電源を備え、 前記基準校正値保持手段は、前記ブラシレス同期機を停
   止させ前記電源を動作させた際に、前記回転整流器から
   前記交流励磁機の電機子巻線へ流入する電機子電流信号
   から演算によって求めた前記回転子界磁電流と、前記ｑ
   軸巻線が出力する電圧波形の電圧レベルとの比例係数を
   求めて、当該比例係数を基準校正値として保持するよう
   にしたことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁
   電流測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項３のいずれか１項に
   記載のブラシレス同期機の回転子界磁電流測定装置にお
   いて、 前記界磁電流演算手段は、前記ｑ軸巻線より出力される
   電圧波形に現れる複数のリップル周期から電圧レベルを
   抽出し、この抽出した複数の電圧レベルと前記基準構成
   値保持手段が保持する基準校正値との積の平均値を演算
   によって求めて前記回転子界磁電流を求めるようにした
   ことを特徴とするブラシレス同期機の回転子界磁電流測
   定装置。