JPS586396B2 - 無整流子電動機の速度判別方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流或いは交流無整流子電動機の速度が低速度
領域にあるのか、高速度領域にあるのかを検出する改良
された速度検出方法を提供しようとするものである。

近時直流或いは交流無整流子電動機に関する研究開発が
富に進展し、現時点では例えば数１０００ＫＷ程度の大
容量の無整流子電動機の製作可能な段階に入りつつある
。

この適用範囲も現在産業界では主流となっている直流機
の分野に迄その適用の拡大化が具体化しつつある。

この様な無整流子電動機においては周知の如く、例えば
正転或いは逆転時に於ける電動力行運転及び回生制動運
転等の所調四象限運転が可能であり、これを制御方法よ
り述べると電動機の始動及び低速運転時に於では、電動
機の逆誘起電圧が小さく直一交電力変換部の各サイリス
タの転流は逆起電力転流法では転流失敗を生ずるので、
変換部の各サイリスクの転流時点にゲート遮断を行って
負荷電流の断続制御を行ない、負荷電流が略々零になっ
た時点でサイリスタ転流を行なっている。

この断続制御時に於ける各サイリスタの転流進み角ｒは
γ一〇°として行なう事も周知である。

これに対して高速運転時に於では電動機の逆起電力も充
分に犬であるので所謂逆起電力による転流を行ない、変
換部の各サイリスクの転流進み角γはγζ６０°として
行なわれることも周知である。

さて低速運転時或いは高速運転時に電動機速度に相応し
て転流進み角γを切換えて運転が行なわれる無整流子電
動機で、従来に於ではこの転流進み角γを切換える低速
回転→高速回転の速度検出は一般に直流発電機等のパイ
ロット発電機が適用されるのが通例である。

この様な従来手法に於では無整流子電動機そのものがブ
ラシ等を抹消する意味でなされたものであり、この“ブ
ラシンス化７の時流に対して直流発電機等を適用する方
法では”ブラシレス化７の時流に逆行するものであり、
更に直流パイロット発電機そのものがコスト的に不利で
ある等の欠点は解消し得ない。

この様な直流発電機を適用する手法ではなく交流パイロ
ット発電機を適用する方法も一応考えられるが、回転機
そのものより生ずるコスト高及び装置自体の大型化は解
決できない。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、例え
ば電機子巻線と界磁極との相対的な位置関係を検出する
分配器よりの信号群を適宜選択抽出して、或る特定の信
号のみを論理部に導入しこの論理部で所定の論理演算を
行なう事により、高速か低速かを判別するようにしたも
のである。

次に本発明による一実施例に関して図に基づき詳述する
。

第１図は無整流子電動機が正回転している場合の分配器
よりの信号を示し、この分配器は周知の如く電動機本体
の回転子軸に突起部を有する半円板状の回転円板を界磁
極の中心線に対してある所定の角度で取付け、且つ固定
部の電機子巻線側にある所定の電気角を有して３個の近
接スイッチを取付けたものであって、回転円板の突起部
が各近接スイッチに接近する度毎に第１図に示す如く、
例えば電気角１８０°幅で夫々位相差が電気角１２０°
幅の信号群Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、この信号群Ｐ１〜Ｐ３
を反転した信号群Ｐ４〜Ｐ３との６個の信号群が順次取
り出される。

この信号群Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ１〜Ｐ３を第２図に示す如く
適宜任意に組合わせてこの組合せてなる３個の信号群を
夫々各ＡＮＤ回路１８〜２３に与えて、このＡＮＤ回路
１８〜２３を介して第２図に示す信号Ｑ１〜Ｑ６を得る
。

この信号群Ｑ０〜Ｑ６は分配器よりの信号群で適宜選択
された３個の信号（例えばＰ１一Ｐ２一Ｐ３，Ｐ２−Ｐ
３−Ｐ１，・・・・・・・・・等で構成される。

）のＡＮＤ条件を取っているので、これを図で示せば第
１図のＱに示す様に正回転であればＱ４→Ｑ５→Ｑ６→
Ｑ１→Ｑ２→Ｑ３を１周期として順次取出される。

さてこの様に順次取出される信号Ｑ１〜Ｑ６より特定の
信号のみを選択抽出して第４図に示す論理回路のブロッ
ク構成図に導びくようにする。

第４図で１はＱ８信号が入力すると出力が「ＯＪ，Ｑ４
信号が入力すると出力が「１」になる第１のＦＦ回路、
２及びＶＲ，Ｃ，は夫々トランジスタ及び可変抵抗、コ
ンテンサでＶＲ，Ｃ１の時定数は適宜設定される。

３は比較部で高利得演算増幅器４及びＮＯＴ回路５より
構成される。

６，７は夫々微分回路、８は波形整形回路、９及び１２
，１３，１６は夫々ＡＮＤ回路、１１はＮＯＴ回路，１
０，１４はＯＲ回路で、前者のＯＲ回路１０には検出系
そのものをリセットする為のリセット信号が図示するよ
うに入力される。

１５はＮＯＴ−ＮＯＴ回路、１７は第２のＦＦ回路。

この様に構成される本実施例に関して第３図の動作波形
図を参照し乍ら詳述すると、第３図Ａは電動機本体の正
転時の動作波形図、同様に第３図Ｂは逆転時の動作波形
図を夫々示すものであって、先ず正転時の場合を例にと
って説明すると、第３図Ａのイに示す如く分配器より送
出される信号を一旦任意に組合せて成る信号群Ｑが、正
転時の場合には電気角６００幅で夫々位相差が電気角６
００幅でＱ４→Ｑ５→Ｑ６→Ｑ１→Ｑ２→Ｑ３→・・・
・・・・・・の順に順次取り出されるものであるから、
これ等信号群Ｑ１〜Ｑ６より例えばＱ１，Ｑ３及びＱ，
，Ｑ５の信号のみを選択抽出してこの選択抽出された信
号を第４図のブロック構成図に導入する。

さて電動機が始動し回転子の回転状態が回転方向の判別
が可能となる回転位置に到達すると、図示しない回転方
向判別回路より回転方向が正方向である旨の”正転検出
信号ｎＦｎが第２のＡＮＤ回路１２に印加される。

この印加時点が第３図Ａの口に示す如くＱ５の時点であ
るとすれば、上記第２のＡＮＤ回路１２は次の周期のＱ
３信号が回路１２に入力される迄ＡＮＤ条件が成立しな
いのでＯＦＦ状態にある。

しかしてＱ１信号が第１のＦＦ回路１に印加されるとＦ
Ｆ回路１は「０」出力となりこれによりトランジスタ２
はＯＦＦされ、町変抵抗ＶＲを通してコンデンサＣ０が
チャージされ（第３図Ａの二に示す。

）、このコンデンサ電圧が次段の比較部３で設定電圧と
比較されコンデンサ電圧が第３図二の破線で示す設定電
圧レベルをオーバーすると、比較部３出力として第３図
ホに示す如き出力信号が次段のＡＮＤ回路９に一方の入
力信号として４えもれる。

この状態下で次のＱ３信号が窮１の微分回路６及び第２
のＡＮＤ回路１２に夫夫与えられると、先ず積分回路６
ではＱ３信号を做分しこの微分信号を次段の波形整形回
路８で波杉整形し、この波形整形した第３図Ａのへに示
す言号が上記第１のＡＮＤ回路９に他方の入力として方
えられる。

ここで例えばＱエ信号が入力するとＦＦ回路１の出力「
０」→トランジスタ２がＯＦＦ→コンデンサＣ１がチャ
ージ、一方Ｑ４信号が入力するとＦＦ回路１の出力「１
」→トランジスタ２がＯＮ→コンデンサＣ１がデスチャ
ージされる過程で、電動機の回転数に対応して分配器よ
り送出されるＰ信号或いはＱ信号の周期が規制されるも
のであるから、電動機回転数即ちＱ信号の周期をある設
定周期迄の低い周期期間内で、例えばＱ１信号が印加さ
れ次のＱ３信号が導びかれる迄の期間に上記Ｃ１チャー
ジ電圧が設定電圧をオーハーし、比較部３よりの出力が
第１のＡＮＤ回路９に印加されるようにＶＲ及びＣ１の
時定数を適宜設定するものとすれば、Ｑ１信号→Ｑ２信
号→Ｑ３信号と順次取り出される過程で波形整形回路８
よりの信号と比較部３よりの信号とでＡＮＤ条件が成立
し、従って第１のＡＮＤ回路９より第３図Ａのトに示す
如き信号がＯＲ回路１０を介して第２のＦＦ回路１７に
導びかれて、これによりＦＦ回路１７はセットされて出
力「１」を第３図Ａのりに示す様に生じてこＯＦＦ回路
１７の出力「１」で電動機回転数が低速時にあることが
判別され、この判別結果に基づき低速運転時に対応した
”転流進み角γ一〇０指令いが図示しない電力変換部の
サイリスタに与えられる。

一方“正転検出信号ｎＦ／／とＱ３信号とでＡＮＤ条件
が成立し、このＡＮＤ回路１２の出力がＯＲ回路１４→
ＮＯＴ−ＮＯＴ回路１５→ＡＮＤ回路１６の経路で与え
られ、他方比較部３よりの出力がＮＯＴ回路１１を介し
てＡＮＤ回路１６に寿えられるがＮＯＴ回路１１の出力
が「０」であるので、このＮＯＴ出力「０」と上記ＮＯ
Ｔ→ＮＯＴ回路の出力「１」とではＡＮＤ条件が成立せ
ず、従ってＡＮＤ回路１６の出力信号は第３図Ａのチに
示す如く「０」でありＦＦ回路１７はある設定回転数迄
は「１」出力を維持する。

同様にＱ３信号の次に送出されるＱ４信号で第１ＯＦＦ
回路１の出力が「１」となり、これによりトランジスタ
２がＯＮしてＣ０が短絡されてＣ１はデスチャージされ
この結果Ｃ１電圧く設定電圧の関係となって、比較部３
の出力が「０」となりＡＮＤ回路９でＡＮＤ条件が成立
せず終段のＦＦ回路１７の出力が「０」となる場合も一
応想定され得るが、本発明に於てぱこの場合前述した如
《ある設定した電動機回転数、即ちＱ信号の設定周期迄
の期間内に於ではＣ１電圧〉設定電圧の関係にある様に
ＶＲ，Ｃ１の時定数を適宜設定しているので、終段のＦ
Ｆ回路１γの出力がＱ４信号によってリセットされる事
はな《ある設定回転数迄は”低速回転９である旨の出力
「１」を維持する。

次に電動機回転数が漸次上昇しある設定回転数、即ちＱ
信号の設定周期近傍に到達すると、Ｑ１信号でＶＲ，Ｃ
１の時定数でチャージされＣ１電圧〉設定電圧の関係に
あって比較部３出力「１」とＱ３信号を波形整形した信
号とでＡＮＤ条件が成立し、電動機回転数が低速時であ
る旨ＯＦＦ回路１７出力「１」を生じていたものが、次
のＱ３信号が到来する時点では、例えばＣ１電圧一設定
電圧或いはＣ１電圧〈設定電圧の関係にあってＣ１電圧
が設定電圧レベルと略々同値或いは設定電圧レベル迄に
は充電されない状態を呈する。

従ってＱ３信号が印加される時点で前者の場合はＡＮＤ
条件が成立して「低速時」である旨を示すが、後者の場
合に於では第１のＡＮＤ回路９のＡＮＤ条件が成立せず
、第３図Ａのトに示す如＜ＡＮＤ回路９の出力は「０」
となる。

即ちＱ３信号の印加時点で比較部３の出力は「０」であ
るのでこれによりＮＯＴ回路１１の出力が「１」となり
、このＮＯＴ回路１１出力「１」が次段のＡＮＤ回路１
６の一方の人力として与えられると共に、ＡＮＤ回路１
２→ＯＲ回路１４→ＮＯＴ−ＮＯＴ回路１５の経路で与
えられるＱ３信号による出力信号「１」と、上記ＮＯＴ
回路１１出力信号「１」とのＡＮＤ条件が成立してＡＮ
Ｄ回路１６の出力信号「１」（第３図Ａのチに示す。

）が終段のＦＦ回路１７に寿えられて、これによりＦＦ
回路１７はリセットされ第３図Ａのリに示す如＜ＦＦ回
路１７の出力は「０」となり電動機回転数が高速回転数
に達した旨の検出がなされ、この検出結果に基づき図示
しない電力変換部のサイリスタに与える転流進み角（γ
）指令がγ−０８よりγ一６０°えと切換えられる。

なお電動機回転数が設定回転数近傍附近にある場合は、
Ｑ３信号の立上りの印加時点で場合によっては上述せる
如くＡＮＤ回路９でのＡＮＤ条件は成立しないが、Ｑ３
信号よりＱ４信号に移行する時点ではＣ１の電圧が設定
電圧レベル附近迄上昇し、このＣ１電圧が、Ｑ３信号が
消滅しＱ４信号の印加時点でＣ０電圧〉設定電圧の関係
になると第３図Ａ−ホの右側に示す如く比較部３より出
力「１」を生ずる。

この時点ではＱ３信号が既に消滅しているのでＡＮＤ回
路９或いは１６でのＡＮＤ）条件が成立せず終段のＦＦ
回路１７の出力は「０」を維持する。

郎ち電動機回転数がある設定回転数以上となり回転数が
上昇するに対応して、Ｑ４→Ｑ３→Ｑ４→Ｑ５の各信号
の周期も非常に短かくなりこの周期がある限度以上に短
か《なると、Ｃ１にチャージされる期間も非常に短縮さ
れこのＣ１電圧が比較部３の設定電圧レベルに到達する
事は皆無となり、比較部３より出力する信号が「１」に
なる事はな《高速回転時に於ては終段のＦＦ回路１γ出
力は「０」を維持するものである。

次に逆転時の動作を第３図Ｂの動作波形図を参照し乍ら
詳述すると、逆転時に於ては分配器より送出されるＰ信
号が正転時とは逆になるので、このＰ信号を適宜組合せ
て取り出されるＱ信号も正転時とは逆となりこのＱ信号
は第３図Ｂ−イの矢印に示す如き順序となる。

従って逆転時に回転子の回転状態が回転方向の検出が可
能な回転位置に到達すると、図示しない回転方向検出回
路より逆回転である旨の信号ｎＲ（これは第３図Ｂ一口
に示す。

〕が、先ずＡＮＤ回路１３に与えられる。このｎＲ信号
が第３図Ｂ一口に示す如＜Ｑ５信号の時点で与えられた
とすると、第２図のＡＮＤ回路１８〜２３を介して得る
信号順はＱ５→Ｑ４→Ｑ３→Ｑ２→Ｑ１→Ｑ６→・・・
・・・・・・の順であるので、Ｑ５信号が論理部に導び
かれるとこのＱ５信号と上記ｎＲ信号とのＡＮＤ条件が
成立しＡＮＤ回路１３→ＯＲ回路１４→ＮＯＴ−ＮＯＴ
回路１５の経路でＡＮＤ回路１６に出力「１」が入力さ
れる。

一方Ｑ５信号が微分回路７に与えられて微分されこの微
分信号が波形整形回路８を介して第ｌのＡＮＤ回路９の
一方の入力として与えられる。

この状態下で次のＱ４信号がＦＦ回路１に導びかれると
ＦＦ回路１の出力は第３図Ｂ〜ハに示す様に「１」出力
となり、これによりトランジスタ２がＯＮＬてＣ１が短
絡され仮に電荷がチャージされてるならばチャージされ
てある電荷は放電される。

この状態下で例えばＱ１信号が印加されるとＦＦ回路１
出力は「０」となりこれによりＣ１がＶＲを通してチャ
ージされ、このチャージは次の周期のＱ４信号が印加さ
れる迄継続する。

従ってＱ６→Ｑ５信号に移行する過程で上記Ｃ１電圧が
比較部３の設定電圧をオーバーすると比較部３より出力
信号「ｌ」〔これは第３図Ｂ一ホに示す。

〕を生じ、この信号「１」を生じている期間にＱ５信号
が波形整形回路８を介してＡＮＤ回路９に与えられると
、ＡＮＤ条件が成立しＡＮＤ回路９の出力「１」〔これ
は第３図Ｂ一トに示す。

〕がＯＲ回路１０→ＦＦ回路１７の経路で与えられて、
ＦＦ回路１７より出力「１」を生じ回転速度が低速時で
ある旨の検出がなされる。

さて回転数が上昇しこれがある設定回転数近傍に到達す
ると、回転数の上昇に応じて分配器よりのＰ信号に基づ
いて取り出されるＱ信号の周期も漸次短かくなり、Ｑ１
信号によりチャージされるＣ１の電圧がＱ，信号が新た
に印加される時点と略々同時点か、或いはＱ５信号が印
加された後に比較器３の設定電圧レベルに到達する様に
なる。

従って同時点であればＡＮＤ回路９のＡＮＤ条件が成立
しＦＦ回路１７の出力は「１」を生じ、この場合は低速
時である旨の検出がなされるが、これに対して後者の場
合〔Ｑ５信号の印加後にＣ１電圧が設定電圧に達する。

〕は、ＡＮＤ回路９のＡＮＤ条件が成立せずにこれによ
りＮＯＴ回路１１→ＡＮＤ回路１６の経路でＦＦ回路１
７はリセットされ「０」出力となる。

ＦＦ回路１７の出力力叩Ｏ」であるという事は前述せる
如く電動機回転数は“高速時７である旨を示しているの
で、これにより図示しない逆変換部のサイリスクに与え
られる転流進み角（γ）指令がγ一００よりγ−６０°
えと自動的に切換えられる。

この様に本実施例に於ては分配器より送出される例えば
電気角１８０°幅で位相差が電気角１２０°幅を有する
各信号Ｐ１〜Ｐ３を、適宜任意に組合せて電気角６０°
幅で位相差が電気角６０°幅を有する信号群Ｑ１〜Ｑ６
に一担変換し、この信号群Ｑ１〜Ｑ６よりある特定の信
号のみを適宜選択抽出せしめて論理部に導入せしめる方
法を述べたが、何もこの様な方法に限定される事なく、
例えば電動機本体の回転軸に取付けられる回転円板を任
意数組合せて分配器より得られる信号を電気角６０°幅
で位相差が電気角６０°幅を有する様になし、この信号
を直接論理部に導入する様にしてもよい。

上述せる如く本発明に於では、従来手法の如き直流或い
は交流パイロット発電機等の回転機を適用する方法では
なく、例えば電機子巻線と界磁極との相対的な位置関係
を検出する分配器よりの信号群より、ある特定の信号の
みを適宜選択抽出せしめてこの信号群を論理部に導入し
、論理部で所定の論理演算を行なう事により正転時或い
は逆転時の低速運転及び高速運転に於ける転流進み角（
γ）の切換え時点を自動的に検出する様にしたものであ
るから、本発明に於ては従来手法に比し全て純電気的に
検出する様にしているので、電動機の”無整流子化いと
いう時流に充分に呼応し、しかも分配器よりの信号群を
直接論理部に導入している為に何等附加的な信号導入手
段を講じてないので装置自体が安価に製作できる等種々
の利点を有するものである。

なお本実施例においては正転時及び逆転時に回転子の回
転状態が回転方向を検出する回転位置に到達した旨の信
号、例えば〃ｎＦ”及び〃ｎＲ”信号を論理部に導入し
て検出条件の一信号としているが何もこの様な手法に限
定される事なく、例えば回転機制御で通常使用されてい
る“正転指令信号７或いは“逆転指令信号７を上記ｎＦ
及びｎＲの代わりに導入する様にしても何ら支障はない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は正転時に分配器より送出されるＰ信号波形図と
この信号に基づき取り出されるＱ信号の順序を示す図、
第２図は本発明に係る論理部に導入する所定のＱ信号の
取出し例を示す一実施例、第３図Ａ，Ｂは夫々正転時及
び逆転時に於ける本実施例の動作波形図、第４図は本発
明の要部を成す論理部の一実施例を示すブロック構成図
。 １，１７はＦＦ回路、２ぱトランジスタ、３は比較部、
４は高利得演算増幅器、５，１１はＮＯＴ回路、６，７
は微分回路、８は波形整形回路、９，１２，１３，１６
及び１８〜２３ぱＡＮＤ回路、１０，１４はＯＲ回路、
１５はＮＯＴ−ＮＯＴ回路、ＶＲは可変抵抗、Ｃはコン
デンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電機子巻線と界磁極との相対的な位置関係を検出す
   る分配器よりの信号群Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（各信号は１８
   ０°幅で１２０°の位相差を有する）と、これら信号の
   否定信号群Ｐ１７Ｐ２，Ｐ３とで３個の信号を組合せて
   、これら３信号の論理積条件をそれぞれとって電気角６
   ００幅で位相差が電気角６０°幅を有する６個の信号群
   Ｑ１〜Ｑ６をとり出し、これら信号群より基準とする信
   号Ａと、Ａ信号に対して１２０°位相差を有するＢ信号
   と１８０°位相差を有するＣ信号と２４００位相差を有
   するＤ信号とをそれぞれとり出して、且つＡ信号で充電
   されＣ信号で放電する時定数回路の充電電圧レベルと基
   準レベルとを比較する比較部を設け、Ｂ信号とＤ信号と
   の論理相をとった信号と前記比較部より出力される信号
   との論理積条件を基に、「低速」である旨を判定し、正
   転方向検出信号とＢ信号との論理積をとった信号と、逆
   転方向検出信号とＤ信号との論理積をとった信号との論
   理和条件をとり、この信号と前記比較部より出力される
   信号を反転した否定信号との論理積条件を基に、「高速
   」である旨を判定したことを特徴とする無整流子電動機
   の速度判別方法。