JPS5941190A - デジタル式界磁極位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば同期電動機の界磁極の位置を、ディジ
タル的に検出する装置に係るものである。

同期電動機のベクトル制御では、界磁極の位置検出が必
要である。検出器としてレゾルバを使用した場合、アナ
ログ方式では、温度ドリフト、オフセットによシ、高精
度の位置検出ができなかった。これに対して、マイコン
制御に適した高精度のデジタル式の界磁極位置検出回路
を開発した。

このデジタル式の界磁極位置検出回路により、ス極のレ
ゾルバ７機種だけで、任意の極数の同期電動機の界磁極
位置を検出することが可能となった。

言い換えると、本発明は、同期機における界磁極（回転
子）を、デジタル的に位置検出を行うものであるが、そ
れを通常、アナログ出力のレゾルバ（２極）を使ってそ
のま＼デジタル化することはできない。すなわち、同期
機がレゾルバと異なる極数に有する場合には、どの様に
デジタル化するかを考えなければならない。本発明はそ
の１つの手段である。デジタル回路と、２極レゾルバと
の組合せを特長とするものである。

〔従来技術とその問題点〕

同期電動機のベクトル制御は、位置検出器によシ、界磁
極位置を検出し、界磁極と同期した位相の正弦波の電流
指令を発生し、この電流指令で電流振幅を制御してトル
ク制御を行う。従来、位置検出器として、モータと同一
極数のレゾルバが必要であった。まだ、レゾルバの信号
処理がアナログ回路であるだめ、温度ドリフト、オフセ
ットの影響により、検出信号が歪み、したがって前記の
電流指令の波形歪みが生じ、トルクリップルの原因とな
り、高、悄度のトルク制御ができなかった。

また、従来レゾルバの極数を、モータの極数に一致させ
なければならなかったので、モータ極数の種類に合わせ
て、多種類のレゾルバを使用しなければならなかった。

〔同期電動機のトルク〕

同期電動機の電機子に電流を通じると、電機子の反作用
による界磁Φａが生ずる。電機子電流をＩａ、界磁をΦ
、ΦとΦａの位相差をｒ１誘誘起電圧波形ｆ　　と１ａ
との位相差をＰとすると発生トルクτは、（，２）式と
なる。

ｒ　＝　ＫΦＩａ　ｃｏｓ　ｐ’ ｐ　＋ｒ　−＝　９０°　　　・・・・・・・・・・・
・・・・　（１）乙ｒ　＝　ＫｔΦ■ａＳ１ｎｒ……―
・・……（２）（Ｋｌは比例定数） 〔同期電動機のベクトル制御〕 同期電動機のベクトル制御は、界磁極の位置検出を行な
い、電機子電流１．　ａの位相を誘導起電力Ｅｅｍｆ　
　の位相と一致させる。すなわち上記の（１）式におい
て、Ｐ−θ°とすることであり、Φを一定とすれば発生
トルクτ′は、 τ’＝に１Φｓｉｎ　ｒ　Ｘ　Ｉａ ＝　Ｋ２　Ｘ　Ｉａ・・・・・・・・・・・・・・・　
（３）となる。すなわち、ベクトル制御された同期電動
機の発生トルクは、電機子電流１ａに比例する。

なお、Ｋ２は比例定数、まだ、Ｔ−θ°、すなわちγ−
９００にすると、ΦａはΦに作用せず１．相互干渉を起
さない。しだがって発生トルクも最大となる。

第１図の（ａ）に同期電動機（７１）のベクトル制御の
構成を、第１図の（ｂ）に同期電動機（／／）の誘導起
電力Ｅｅｍｆとレゾルバ（／、２）の検出信号（Ｓθ）
の位相関係を示す。本発明は、第１図（ａ）の破線で示
したレゾルバ位置検出回路（１３）ならびに信号処理回
路（７ｇ）に相当するもので、界磁極に同期した正弦波
発生回路のデジタル化に関するものである。

なお、（１０）はインバータで、電源と同期電動機（ｌ
／）との間に配設される。（／Ｓ）はレゾルバの励磁回
路、（／４ａ、、／乙ｂ）はそれぞれ掛算器で、信号処
理回路（／ｑ）からの出力信号、ならびに図示省略の装
置からのトルク指令信号（ｔｏ）をそれぞれ入力して、
電機子電流指令信号（８１，８２）をそれぞれ出力する
。（／７）は電流制御回路で、ユ相信号（８１，Ｓ２）
　　をそれぞれ入力して、たとえば３相の電機子電流の
指令信号を出力する。

（７ｇ）はパルス巾変調兼駆動回路で、電機子電流の指
令信号群を入力して、インバータ（１０）に駆動信号群
を出力する。また、第１図の（ｂ）で、Ｅｅｍｆ　　は
同期電動機／相分の誘起電圧波形、Ｓθは回転子位置に
対応した電機子電流基準信号波形、ＳｌあるいはＳ２は
電機子電流指令であり、トルり指令（ｔｏ）の値により
、図示の■〜■の様に振幅位相が変化する。

〔デジタル式位置検出方法〕

第２図にデジタル式位置検出回路の構成を、第３図に信
号波形のタイムチャートを示す。なお、レゾルバ（Ｒ８
）の極数はユ極とする。

まず、第２図を飽明する。レゾル・＜（Ｉｔｓ）の一方
の励磁電圧（■α）と、検出電圧（■θ）とを波形整形
回路（Ｗｌ）及び（Ｎ　）により、矩形波（Ｓα。

Ｓθ）に変換する。ラッチ回路（ＬＡｌ）では、励磁電
圧（■α）を検出電圧（■０）との位相差（０）に比例
したパルス幅をもつ信号（Ｐθ）を発生する。ゲート回
路（ＧＴ＞は、上記位相差（θ）に比例しだ信号（Ｐθ
）とクロックパルス（ｃｐ）との論理積の回路であシ、
信号（Ｐθ）の期間だけクロックパルス（ｃｐ　）を出
力する。なお、レゾルバ（Ｉｔ　Ｓ）が２極の場合、位
相差（０）は機械角と一致する。

カウンタ回路（ＣＴ）は、ゲート回路（ＧＴ　）出力の
パルス数をカウントする。すなわち’ｆＡ号（Ｐθ）の
パルス幅をパルス数として測定する。この位相差（θ）
の検出は、レゾルバ（Ｉｔｓ）の励磁電圧（■α）の゛
ゼロ”クロスのたびに行い、カウンタ（ＣＴ）のイニシ
ャライズは、レゾルバ（Ｉｔｓ）の検出電圧（■θ）の
”ゼロ″クロス時に行う。すなわち、波形整形回路（Ｗ
２）の出力（Ｓのを、インバータ（ＪＰＮ）を介在して
カウンタ回路（ＣＴ）に入力し、該カウンタ回路をクリ
アする。

ラッチ回路（ＬＡ２）は、カウンタ回路ＣＴのデータａ
、　Ｉ　Ｃ位相差〕を保持しておき、メモリー回路（Ｍ
Ｅ）からのデータ読み出しのタイミングを合わせる。ラ
ッチ回路ＬＡ　２　　に保持された位相差のデータ（ｄ
２）は、正弦波波形のデータを記憶しだＩＪ　−（ＭＥ
）に記憶された正弦波の波形データ（ｄ３）を出力する
。なお、（１）／Ａ）はディジタルアナログ変換器であ
る。

ここで第３図のタイムチャートを、さらに説明する。

レゾルバの励磁電圧（Ｖα）と検出電圧（Ｖθ）との位
相差（θ）は、波形整形回路（Ｗｌ、　Ｗ２　）　　と
ラッチ回路Ｌ　Ａ　１により、（ｅ）に示す信号（Ｐθ
）のパルスに変換する。ゲート回路（ＧＴ）により、信
号（Ｐθ）は、クロックパルス（Ｃ＋３　）により（ｆ
）に示すパルス列（Ｓｇ）に変換され、カラ／り（ＣＴ
）の入力信号となる。カウンタ（ｃ’ｒ）は、この・ζ
ルス列（ｓｇ）のパルス数をカウントする。（ｇ）　Ｉ
ｒ１．　カウンタ（ＣＴ）のカウント状態を模１疑的に
小した。

カウンタ（ＣＴ）のデータ（ｄｌ）は、並列データで、
波形整形回路（Ｗ２）出力の立」ユリ時に、ラッチ回路
ＬＡ２に保持され、そして立上り（１１，にクリアされ
る。

上述のように、レゾルバの励磁′ＩＩＪ、川と検出軍用
との位相差を、デジタル歌で測定し、そのテジタル量に
よシ、正弦波データを記憶したメモリーの番地を指定す
ることにより、レゾル・・回転角に相当する正弦波波形
を発生ずることができる。

〔ディジタル式波形発生回路〕

第９図は、第Ω図におけるカウンタ（ＣＴ）、ラッチ（
ＬＡ２）及びメモ！Ｊ　−（ＭＥ）等の波形発生回路を
示したものである。

いま、レゾルバ（Ｒ８）の励磁周波数を、２．３　Ｋｌ
　ｈ１クロック周波数を２り乙Ｍ　Ｌｌ　ｚ　とし、カ
ウンタ（ＣＴ　）及びラッチ回路（ＬＡ２）をＩＯビッ
トとすると、レゾルバ（＋（、Ｓ）の励磁周波数と検出
周波数との位相差（θ）が、０．　’Ａ　００　ｍ　ｓ
　（ｊ’、”ｎ”’ＫＩ４ｆｆｉ”　）、すなわち３乙
Ｏ０（電気角）と寿っだとき、ＰθはθｑＯθｍｓのパ
ルス幅となる。まだ、このときカウンタ（ＣＴ　）はＩ
Ｏ，２３（）θｂｉｔ　）となる。

すなわち、第９図（＋１）のカーブ■の如く、レゾルバ
（１（・Ｓ）の位相差（０）がθ°から３４０°変化す
ると、カウンタ（ＣＴ）のカウント数は０から１０、：
１．３まで変化する。なお、このときＩＯビットのカウ
ンタ（ＣＴ）出力は全てｌである。

したがってメモリー（ＭＥ）の記憶数をｉｏ、：ｚｔｔ
個とし、正弦波のσＵ形を１０．２１１分割しておけば
、レゾルバの位相差（０）がθ°〜３６０°変化すると
、正弦波の一周期の波形が得られる〔第９図（ｂ）のカ
ーブ■参照〕。

ここで、クロック周波数を２倍としてＳ／、２Ｍ１（Ｚ
　ヲ考よる。レゾルバ（＋１．Ｓ　）の励磁周波数は２
、５１（Ｉ（ｚであるので、カウンタ（ｃ’ｒ）のカウ
ント数は、ｑ　／　２　Ｍｌ−１ｚ／　２．　Ｓ　］＜
ｌｌｚ　＝　２０　’ｌ　ｇとなる１、シかし、カウン
タ（ＣＴ　）のビット数ば／θビットであるので、０か
ら７０２３までカウントした後、再び０からｌθλ３ま
でカウントする。したがってメモリ（ＭＥ）の出力も正
弦波波形を２周期分くり返す。（第ゲ図（ｂ）のカーブ
■参照・・・１７　）（Ｊｉ七−タ用） 同様に、クロック周波数を３倍、７倍とすれば、メモリ
（ＭＥ）の出力も、正弦波波形を３周期、ｑ周期とくシ
返すことになる。この様にして、クロック周波数を変化
させることにより、ノ極のレゾルバにより、任意の極数
の同期電動機の界磁極の位置検出が可能となる。なお、
第９図（１〕）のカーブ■は、クロック周波数を３倍に
した７６ｇｊｖｎ１７Ｘの場合を示す。

なお、クロック周波数を変更するかわりに、メモｌＪ、
（ＭＢ）の内容を２倍、３倍と周期的に１’：Ｌ　ｌ’
、ｉＪさせておけば、分解能は低下するが、極数の変更
には対処できる。

まだ、速度による位相角の誤差は、ソフト処理により、
カウンタをプリセットするようにすれば良い。

以上の如く、本発明によると、同期電動機のベクトル制
御において、デジタル式の界磁極位置検出ができ、マイ
コンを使用したコントローラのデジタル化が可能となり
、結果として、高精度の同期電動機のベクトル制御が実
現できる。

また、−極のレゾルバを使用して、多極の同期電動機の
界磁極位置を検出することができるので、位置検出器と
してのレゾルバは、λ極のもの１機種だけ準備すればよ
く、各種の極数をもつレゾルバ−が不要になる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第７図（ａ）、（ｂ）は、本発明の詳細な説明するだめ
の概略的なブロック図とグラフ図、第２図は本発明の実
施例を示すブロック図、第３図は、第２図を説明するタ
イミングチャート、第９図（ａ）。 （１，）は、第２図の要部を説明するブロック図とグラ
フ図である。 ノー＝同期電動機、 ／、２．Ｒ，Ｓ：レゾルバ、 Ｖα：励磁電圧、 ■θ：検出電圧、 Ｗｌ、　Ｗ、２　：波形整形回路　　位相差をパルス巾
） ＬＡｌ：ラッチ回路　　　に変換する手段、Ｃｐ：クロ
ックパルス、 ＧＴ：ゲート回路（パルス巾をクロックパルスの数に変
換する手段）、 ＣＴ：カウンタ回路（クロックパルスの数を計数する手
段）。 第　　３　　図 （ａ） （ｂ） 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転電機などの界磁極位置を検出するレゾルバと、 該レゾルバの励磁電圧と検出電圧との位相差をパルス中
   に変換する手段と、 該パルス中をクロックパルスの数に変換する手段と、 該クロックパルスの数を計数する手段と、を具え、上記
   の界磁極の位置をディジタル的に検出するようにしたこ
   とを特徴とする界磁極のディジタル式位置検出装置。