JPS6096190A

JPS6096190A - 同期電動機の制御装置

Info

Publication number: JPS6096190A
Application number: JP58201800A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nashiki; 政行梨木
Original assignee: Okuma Tekkosho KK; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-05-29
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0683587B2

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】この発明は、新しい同期電動機の制御装置に関するもの
である。

従来、サーボ機構等において速度制御を行なう場合、操
作の簡便性や制御性等から直流゛心動機を使うことが多
かった。しかしながら、直流電動機にはブラシやコミュ
テータが取付けられており、正常な運転を維持するため
には定期的な保守１点検が必要であるといった欠点があ
る。近年、パワートランジスタ等の゛電力半導体、制御
技術の進歩が著しいこともあり、さらには電動機の無保
守化の要望から、交流電動機の制御が盛んに研究され、
実際に使用され始めている。

第１図及び第２図は従来の電磁石界磁式の同期電動機ｌ
Ｏの構造及びその制御装置の一例を示すものであり、同
期電動機１０はステータに巻回された３相（Ｕ相、Ｖ相
、Ｗ相）の電機子巻線１１を有し、ロータ１２には界磁
巻線】３が巻回されている。第２図はこのような従来の
同期電動機１０の断面構造を示すものであり１円筒状の
ケーシング１６内には積層されたステータ用の電磁鉄心
１５が装着されており、この電磁鉄心１５の内円側には
電機子巻線１１を巻回するための複数個のスロット１４
か等間隔に設けられており、このスロット１４に分布巻
（又は集中８）によって電機子巻線＋１が形成されるよ
うになっている。また、ステータの電磁鉄心１５の空間
部には？極の突極型のロータ１２が回転できるように配
設されており、ロータ１２に巻回された界磁巻線】３に
はスリンプリングを介して電動機の外部の界磁回路から
電流が供給されるようになっている。

このような同期電動機ＩＯは、第１図に示すような制御
装置によって制御されるようになっており、ロータ１２
の回転軸にはロータ１２の回転速度及び位置を検出する
ための検出器４が結合されており、検出器４からの検出
信号ＯＳがロータ位置検出回路５及び速度検出回路６に
゛入力されて、それぞれロータ１２の位置及び回転速度
を検出するようになっている。そして、他の制御装置（
たとえばコンピュータ）から速度指令Ｓｌが１成算器１
に入力され、速度検出回路６からの速度信号ＳＯとの速
度偏差ＥＳが比例・積分・微分補償回路９に入力され、
その出力であるトルク指令ＵＳＡが電機子電流指令回路
２に人力され、３相電機子の指令電流Ｓｌｕ、　ＳＩｖ
、　ＳＩｗを形成するようになっており、これら指令電
流Ｓｌｕ　”Ｓ１ｗが電機子電流制御回路３に入力され
て同期電動機ｌＯの３相電機子巻線１１に電機子電流Ｉ
ｕ、　Ｉ’ｖ。

Ｉｗとして供給されるよ）になっている。また、ロータ
１２の界磁巻線１３には、界磁電流指令回路７からの界
磁電流指令ＦＳに応じた界磁電流制御回路８からの電流
が、スリップリングを介して供給される。ようになって
いる。なお、電機子電流指令回路２の詳細は第３図に示
すような構成となっており、　Ｕ相、Ｖ相及び讐相の正
弦波をそれぞれディジタル値で記憶しているメモリ（タ
トえ４ｆＲＯＭ）２２Ｕ、　２２Ｖ及び２２豐を有しテ
オリ、ロータ位置検出回路５からのロータ位置信号ＲＰ
の値に応じて、メモリアドレス設定回路２１でメモリ２
２０〜２２Ｗの記憶正弦波データをアクセスするように
なっている。メモリ２２０〜２２讐からアクセスされた
正弦波データはＤＡ変換器２３Ｕ〜２３Ｗに人力されて
アナログ信号に変換され、このアナログの正弦波信号が
それぞれ乗算器２４υ〜２４Ｗに人力される。また、補
償回路９で得られるトルク指令ＥＳＡは乗算器２４０．
２４Ｖ及び２４Ｗ　ニ入力されテＯＡ変換器２３Ｕ、　
２３Ｖ及び２３Ｗからの正弦波信号と乗算されて、その
乗算結果たる位置及び速度偏差ＥＳに応じた電流が電機
子電流指令ＳＩｕ、　Ｓｌマ及びＳ１ｗとして電機子電
流制御回路３に人力され、電流制御された電機子電流１
ｕ、　Ｉｖ及びＩｖが同期電動機１０に供給されるよう
になっている。

このような構成において、電機子電流指令回路２はロー
タ位置検出回路５からのロータ位置信号ＲＰに応じてメ
モリ２２Ｕ〜２２Ｗに格納されているＩＦ弦波のディジ
タル値を読出し、ＤＡ変換器２３Ｕ〜２３Ｗでアナログ
信号に変換した後、乗算器２４Ｕ〜２４Ｗで速度指令Ｓ
Ｉと実際に検出される速度検出回路６からの速度信号Ｓ
Ｄとの速度偏差ＥＳに応じて乗算されることになるので
、電機子電流指令回路２からは速度指令Ｓｌとロータ１
２の回転速度とが一致するように電機子電流指令５Ｉｕ
−５ｌｖが出力されることになり、同期電動器１０は電
機子電流制御回路３を介してロータ１２の回転を速度指
令Ｓ■に制御することができる。

こ゛こで、同期電動機ｌＯの発生トルクＴは、ロータ１
２の位置を０とし、電機子電流Ｉと磁束密度Ｂとの相対
位相をαとし、磁束密度°Ｂがロータ１２の位置θを中
心に余弦波分布をしていると仮定し、また各相電機子電
流１ｕ−１ｖも叉交する磁束密度Ｂに同期した余弦波分
布をしていると仮定した場合。

ＴｏＣＢｕ１＋１ｕ　＋　Ｂｖ　＊　Ｉｖ　＋　Ｂ１１
ｍ　Ｉｗ＝　Ｂ（、ｃｏｓ　Ｏｅ　Ｉ□　ｃｏｓ（θ＋
α〕＋’　ＢＯｃｏｓ（θ　＋２／３−π）・１０　ｃ
ｏｓ（θ　＋　α　＋　２／３　・　π）十　ＢＯｃｏ
ｓ（ｃ？＋　４／３　ａ　π）　ａｌ、　ｃｏｓ（θ＋
α＋　４／３ｅ　π）＝Ｂｏ　Ｉｏ　’３／２　＊　ｃ
ｏｓα　・・・・・・・−（１）となる。なお、Ｂｏ及
びＩ。は磁束密度及び電機子電流の最大値を示している
。この時、磁束冨度Ｂと３相の各相電流が同期している
とα＝０°であり、Ｔｃ（３／２　・Ｂｏ　Ｉｏ　”””・・’　（２）と
なる。したがって、理想的な制御が行なわれる場合は、
同期電動機１０の出力トルクＴは磁束密度Ｂと電機子電
流■の大きさにのみ関係することになる。このため、た
とえば磁束密度日か一定であるとすれば、電動機の出力
ｌ・ルクＴは電機子電流■の大きさにのみ依存すること
になるので、直流電動機と同様な良好な制御性を期待す
ることができる。

しかしながら、このような従来の同期電動機１０はロー
タ１２に界磁巻線１３を備えているため界磁損失が大き
く、界磁電流制御用の電力増幅器や制御回路が必要であ
り、また、界磁電流をロータ１２側へ供給するためのス
リップリング又は回転トランス等が必要であるといった
欠点がある。さらに、同期電動機の界磁としてロータに
永久磁石を用いた場合には、永久磁石自体のコストが高
く、更に永久磁石を回転軸等に固定する必要があるため
に構造的にも複雑で、この面からもコストが高くなり、
大容量化が困難であるといった欠点がある。この場合、
界磁の太きさが一定であるため、ステータ巻線の誘起電
圧は回転数に比例し、制御回転数に上限゛が生じるとい
った欠点もある。

よって、この発明の目的は上述のような欠点のない同期
電動機の制御装置を捉供すことにある。

以下にこの発明を説明する。

この発明の制御装置が対象とする同期電動機は、ステー
タに電機子及び界磁兼用の巻線が巻回され、ロータが複
数の磁極を有する磁性体材料で成っているものであり、
この発明の制御装置はロータの位置及び回転速度を検出
するためのロータ位置検出手段及び速度検出手段と、速
度指令及び速度検出手段の検出速度の偏差を人力すると
共に、ロータ位置検出手段の検出位置を入力して電機子
電流指令を形成する電機子電流指令手段と、検出速度及
び検出器ｔを入力して界磁電流指令を形成する界磁電流
指令手段と、電機子電流指令及び界磁電流指令の加算信
号を入力して巻線に電流を供給する電流制御手招４図は
この発明に適用することができる同期電動機３ｏの構造
例を集中巻で示すものであり、ステータ３１には電機子
と界磁を兼用する巻線３２が３相に巻回されている。そ
して、ステータ３１内の空間には突極型の磁性体材料（
たとえばケイ素鋼板、磁性鋼帯、ソフＩ・フェライト等
）で成る２極のロータ３４が配設されている。

また、巻線３２は第５図に示すように巻回されており、
巻線３２のＵ相巻線は入力端子Ｕｌから巻線ＵＰ、　Ｕ
Ｎを経て接続点ＮＡに接続され、　Ｖ相巻線は入力端子
ｖ１から巻線ＶＰ、　ＶＮを経て接続点ＮＡに接続され
、　Ｗ、１０巻線は入力端子Ｗ＋から巻線畦、　ＷＮを
経て接続点ＮＡに接続されている。なお、この図では説
明の便宜のために集中巻で示しているか１分布巻でもよ
い。

一方、第６図は同期電動機３ｏのロータ３４の構造例を
示すものであり、円柱状のロータ軸３４１の軸方向中央
部には両先端が湾曲した長形状のケイ素鋼板等の磁性体
材料板を積層して形成されたロータ磁極３４２が設けら
れており、このロータ磁極３４２の画先端部には軸方向
ば整列されると共に、回転方向に穿設して貝通された複
数個の矩形状の穴３４３が設けられており、ロータ３４
の磁気的な偏りを防ぐようになっている。なお、」−述
では３相の８線としているが、？相又は４相以上の多相
とすることも可能である。

一方、第７図は同期電動機の２極ロータの他の構造例を
示すものであり、ロータ３４の磁気的な偏りを防ぐため
、スラスト方向に矩形もしくは台形状に穿設して貫通さ
れた穴３４４を、回転方向に整列して複数個設けており
、これにより磁気的な偏りを防止するようにしている。

また、第８図はこの発明の同期電動機の４極ロータの構
造例を示すものであり、この場合にも積層された十字状
のケイ素鋼板等の磁性体材料３４２Ａの各先端部に回転
方向に整列され、スラスト方向に穿設された複数個の円
形状の穴３４８を設けることにより、ロータの磁気的な
偏りを防ぐようにしている。なお、突起３４７は後述す
る非磁性体材料を固定するために設けられているも・の
である。さらに、第９図のロータ３４Ａは第７図のロー
タ３４に対して回転時の風抵抗を少なくするために、口
７夕の外側に円筒の固定部材３４６を装着すると共に、
薄板の円筒部材３４６　と突極型ロータの積層板３４２
との間の空間に合成樹脂等の非磁性体材料３４５を充填
したものであり、これによりロータ３４Ａの回転を円滑
に行ない（ｌ）るようにしている。また、第１Ｏ図の例
も同様であり、第８図に示す４極の突極型ロータ３４の
外側に薄板の円筒部材３４６を装着し、円筒部材３４Ｇ
と突極型ロータの積層板３４２Ａとの間の空間部に非磁
性体材料３４８を充填して、ロータ３４Ｂの回転を円滑
に行ない得るようにしたものである。

次に、上述したような同期電動機３０を制御するだめの
この発明の制御装置を第１１図に示して説明すると、ロ
ータ３４にはロータ位置及び回転速度を検出するための
検出器４が接続され、ロータ位置検出回路５からのロー
タ位置信号ＲＰが電機子電流指令回路２及び界磁電流指
令回路５０に入力され、電機子電流指令回路２か゛らの
電機子電流指令５ＡＩｕ、　５ＡＩｖ’、　ＳＡＩｗを
界磁電流指令回路５０からのＷ磁電流指令５ＦＩｕ、　
ＳＦＩｗ、　ＳＦＩｗと加算器？２．，７３．７４でそ
れぞれ加算し、その加算電流を電流指令Ｓｌｕ、Ｓ［マ
、Ｓ１ｗとして電流制御回路６０を経て駆動電流Ｉｕ（
Ｆｌｕ＋Ａｌｕ）　、　Ｉｖ（ＦＩｖ＋ＡＩｖ）　。

Ｉｗ（ＦＩｗ＋ＡＩｗ）で巻線３２に供給するようにな
っている。ここに、電機子電流指令回路２は第３図の構
成と同様であり、界磁電流指令回路５０の詳細は第１２
図に示すような構成となっており、速度検出回路６から
の速度信号ＳＯは第１３図に示すような特性を有する変
換回路５１に入力され、その変換出力ＳＤＡが乗算器５
５０〜５５誓に人力されるようになっている。すなわち
、変換回路５１は入力速度信号ＳＤが一定値Ｎ。より小
さｌ／）時は一定の値Ｓｏを出力し、一定値ＮＯより大
きり）場合は５ＤＡｄ／ＳＯの反比例曲線となっている
。し、たかって、ロータ３４の回転速度Ｎが一定値Ｎ０
よりも大きい場合、界磁磁束密度Ｂは界磁速度マに反比
例するので、結局電動機の誘起電圧ＶはＶ　＝　ｖＢ！
ｏＣｖ＊　１／ｖ　＊　ｉ　＝Ｊｊとなり一定値とな′
る。この結果、電動機３０の高速回転時にも電動機誘起
電圧Ｖはある一定値より大きくならないので、商用電源
で高速回転数まで制御することが可能となる。このとき
、もし、界磁電流Ｆｌｕ〜ＦＩｗか電動機３０の回転速
度Ｎに無関係に一定の場合、電動４Ｍ！誘起電圧Ｖは回
転速度Ｎに比例するので、電源電圧を越えるような高速
回転は制御不能となる。

さらに、ロータ位置検出回路５からのロータ位置信号Ｒ
Ｐは前述のようなメモリアドレス設定回路５２に入力さ
れ、メモリアドレス設定回路５２で設定されたアドレス
信号でメモリ５３０〜５３Ｗに格納されている正弦波の
ディジタル値を読出し、この読出されたロータ位置に対
応するディジタル値をＯＡ変換器５４０〜５４Ｗでアナ
ログ信号に変換して、それぞれ乗算器５５０〜５５Ｗに
入力するようになっている。したがって、この界磁電流
指令回路５０は変換回路５１を除いて前述の電機子゛壁
流指令回路２と同様な構成となっている。そして、電流
制御回路８０は第１４−に示すような構成となっており
、電機子電流指令回路２からの電機子電流指令５ＡＩｕ
　、　５ＡＩｖ　、　ＳＡＩｗと界磁電流指令回路５０
からの界磁電流指令５ＦＩｕ、　ＳＦＩｗ、　ＳＦＩｗ
との加算電流ＳＩｕ、ＳＩｖ、Ｓ１ｗはそれぞれ減算器
１３１０．　ｆｉｌＶ、　８１Ｗに入力され、変流器［
１４０，８４Ｖ、　６４Ｗからのフィードバック電流で
減算され、その偏差がＰＩＤ増幅器ｆ！２Ｕ、　８２Ｖ
、　６２Ｗ　ニソれぞれ入力されるようになっている。

そして、ＰＩＤ増幅器Ｅｉ２ｔｌ〜６２１１１の増幅信
号はそれぞれ電力増幅器８３０〜８３Ｗで増幅され、そ
の増幅電流Ｉｕ、Ｉｖ、　Ｉｗがそれぞれ電動機巻線３
２に供給されるようになっている。

このような構成において、その動作を第１５図（Ａ）〜
（Ｇ）の波形図及び第１６図（Ａ）〜（Ｄ）のタイミン
グチャートを参照して説明する。

第１５図はロータ３４の回転角θと、３相の界磁電流Ｓ
ＦＩｕ−９ＦＩｗに対応する駆動電流１ｕ−１ｗｃｙ）
成分Ｆｌｕ　”Ｆｌｗと、０＝０の位置にあるＵ相巻線
の磁束密度Ｂｕと、一定の電動機トルクを出力するとき
の３相の電機子電流指令ＳＡＩｕ−３ＡＩｗに対応する
駆動電流１ｕ＝Ｉｗの成分Ａｌｕ−ＡＩｗとの関係を示
しており、ロータ３４に同期して回転する界磁磁束成分
の大きさを一定とする場合、界磁電流成分Ｆｌｕ、　Ｆ
ｌｙ、　ＦＩｗは同図（Ａ）〜（Ｃ）ノようになる。す
なわち、Ｂ　ｏＣＩ　ｕ　ｆ　・　ｓｉｎθ　＋　Ｉｖｆｅ　５
ｉｎ（０−２／３拳　π）＋　Ｉｗｆ　ａ　５ｉｎ（θ
−４／３・π）＝　Ｉｏ　ｓｉｎθ・　ｓｉｎθ＋１０
５ｉｎ（θ−２／３・π）４ｓｉｎ（０−２／３・Ｗ）
　＋　１６５ｉｎ（θ−４７３・π）・５ｉｎ（０−４
／３　＊π）＝　１．　５ｉｎ２　θ　＋１０　（５ｉｎＯ＃　（−
１／２）−ｃｏｓＯｅ　ｒ３／２１２＋　１．）　（ｓ
ｉｎθ−（−１／２）−Ｃｏ５ｏ・（−ｆＴｌ／２）　
）　２＝　１６　５ｉｎ２０　◆Ｉｏ　（ｌ／４４　５
ｉｎ２　θ十　２Ｊ”′３／４　ｓｉｎ　θ　”　ｃｏ
ｓ　ｏ　＋３／ａ　ｃｏｓ２　θ　）”　Ｉｏ　（１／
４　・　５ｉｎ２０ −　２ＪＴ（／４　ｓｉｎ　θ　ａ　ｃｏｓ　θ　＋　
３／４ｃｏｓ　２０　）＝６／４　ψ　１６　（ｓｉｒ
＋２　０　＋ｃｏｓ２　θ）＝　３／２４゜・・・・・
・・・・　（３）となり、界磁巻線を兼用する巻線３２をステータ側に設
けても突極型のロータ３４に生ずる磁束密度Ｂは一定値
となることが明らかである。また、θ＝０の位置にある
Ｕ相巻線ＵＰの磁束密度Ｂｕは第１５図（Ｄ）となり、
電動機の出力トルクＴを一定とする場合、電機子電流の
成分Ａｌｕ、　Ａｌｔ。

ＡＩｗはそれぞれ第１５図（Ｅ）〜（Ｇ）のようになり
、電動機出力トルクＴの可変は前述（１）式及び（２）
式が成立するので、電機子電流成分Ａｌｕ。

Ａｌｖ、　ＡＩｗに対応する電機子電流指令５ＡＩｕ　
、　ＳＡＩマ、ＳＡＩｗの大きさを変えることにより実
現することができる。なお、電機子電流分Ａｌｕ、ＡＩ
マ、ＡＩ賛による起磁力は、突極型のロータ３４の磁極
方向とｉ１７交し、磁気抵抗の大きな方向に起磁力が働
くように制御されるので、電機子電流分Ａｌｕ。

Ａｌｖ、Ａｌｐによる磁束への影響は小さい。この結果
、第４図〜第６図に示す突極型ロータの同期電動機は、
従来の電磁石界磁型又は永久磁石界磁型の同期電動機と
ほぼ同じ特性を有することになる。

なお、第１６図（Ａ）〜（Ｄ）は主要部のタイミングチ
ャートを示すものであり、補償回路９からのトルク指令
ＥＳＡが同図（Ａ）に示す如く時点ｔ１で減少変化する
と、電機子電流指令回路２かうの電機子電流指令ＳＡＩ
ｕ−３ＡＩｗも同図（Ｃ）のように、時点ｔｌ以降レベ
ルダウンする。また、界磁電流指令回路５０からの界磁
電流指令ＳＦＩｕ−３ＦＩｗは、第１Ｂ図（Ｂ）の如く
トルク指令ＥＳＡの変化に対して変化しないが、電機子
電流指令５ＡＩｕ”ＳＡＩｗと界磁電流指令ＳＦＩｕ−
３ＦＩｗとを加算して得られる電流制御回路６０からの
駆動電流１ｕ〜Ｉｗｌ±、それぞれ第１６図（Ｉｌ）の
ように変化して巻線３２に供給されるので、電動機３０
の駆動トルクはトルク指令ＵＳＡに応じて変化すること
になる。

一方、上述のこの発明の制御装置では、電機子電流指令
回路２及び界磁電流指令回路５０をそれぞれメモリを使
用したディジタル回路で構成しているが、関数発生器を
用いたアナログ回路で構成することも可能である６すな
わち、第１７図は電機子電流指令回路２の他の例を示す
ものであり、ロータ位置検出回路５からの位置信号Ｒ１
’　（θ）に応じて、正弦波信号ｓｉｎθを発生する正
弦波発生回路２５Ｕと、位相が２７３・πだけずれた正
弦波信号５ｉｎ（θ＋２／３・π）を発生する正弦波発
生回路２５Ｖと、位相が４７３・πだけずれた正弦波信
号５Ｉｎ（Ｏ÷４／３−π）を発生する正弦波発生回路
２５Ｗとを有し、正弦波発生回路２５Ｕ〜２５Ｗからの
正弦波信号はそれぞれ乗算器２４Ｕ〜２４Ｗに入力され
、トルク指令ＵＳＡとアナログ的に乗算され、その乗算
結果が電機子電流指令５Ａ（ｕ”ｓＡＩｗとして出力さ
れる。これにより、全ての動作をアナログ的に処理する
ことができる。また、第１８図は界磁電流指令回路５０
の他の例を示すものであり、ロータ位置検出回路５から
の位置信号ＲＰ（θ）を減算器５６でπ／２だけ減算し
、その減算値（θ−π／２）をそれぞれ正弦波発生回路
５７１〜５７Ｗに入力することにより、正弦波発生回路
５７Ｕからは正弦波信号５ｉｎ（０−π／２）が、正弦
波発生回路５７Ｖからは正弦波信号５ｉｎ（θ−π／２
＋２／３・π）が、正弦波発生回路５？Ｗからは正弦波
信号５ｉｎ（θ　−π／２＋４／３６　Ｋ　）がそれぞ
れ出力される。そして、これら正弦波信号は第１３図に
示す特性を有する変換回路５１からの速度信号ＳＤＡと
共に乗算器５５Ｕ〜５５ｗに入力され、その乗算結果が
界磁電流指令ＳＦＩｕ−５ＦＩｗとして出力される。こ
れにより、全ての動作をアナログ的に処理することがで
きる。

次に、上述同期電動機を制御するこの発明の制御装置の
他の例を第１θ図以下に示して説明する。

第１９図は電機子電流指令ＳＡ（ｕ−９ＡＩｗをテーブ
ルに記憶しているメモリテーブル７０と、界磁電流指令
５Ｆ１ｕ”５ＦＩｖをテーブルに記憶しているメモリテ
ーブル７１とを具備した制御装置を示すものである。電
機子電流指令回路２Ａは、トルク指令ＥＳＡ及びロータ
位置信号ＲＰに基いて所定のタイミングでメモリテーブ
ル７０から対応する電機子電流指令ＳＡＩｕ−５ＡＩｗ
を読出して出力し、界磁電流指令回路５０Ａは、速度信
号ＳＤ及びロータ位置信号ＲＰに基いて所定のタイミン
グでメモリテーブル７１から対応する界磁電流指令５Ｆ
Ｉｕ”ＳＦＩｗを読出して出力する。このように電機子
電流と界磁電流とをメモリテーブルとして記憶させてお
き、トルク指令ＥＳＡ及びロータ位置信号ＲＰによって
電機子電流指令Ｓ＾Ｉｕ−ＳＡＩｗを、速度信号ＳＤ及
びロータ位置信号ＲＰによって界磁電流指令ＳＦＩｕ−
３ＦＩｗをそれぞれ出力するようになっているので、線
形制御のみならず非線形な制御をも容易に実現できる。

また、第２０図は電流制御回路６０に入力する電動機電
流指令Ｍｌｕ−Ｍ１ｗを、電動機電流指令回路８０及び
メモリ８０で形成する例を示すものであり、その詳細を
第２１図及び第２２図に示す。すなわち、第２１図はメ
モリ８０のアドレス設定をトルク指令ＵＳＡ及び速度信
号ＳＤで行なうと共に、ロータ位置信号ＲＰ　（θ）に
応じて正弦波発生回路８４Ｕ〜８４Ｗから位相のずれた
正弦波を発生するようになっている。そして、メモリ９
０から続出されたデータをＤＡ変換器８６でアナログ信
号に変換された後に乗算器８５１１〜８５Ｉ１１に入力
され、それぞれ正弦波発生回路８４０〜８４Ｗからの正
弦波信号と乗算されることによって、電動機電流指令Ｍ
ｌｕ−Ｍ１ｗが形成されるようになっている。

また、第２２図はメモリ８ｏの内容を振幅メモリ８１と
位相メ士り８２とに分けた例であり、振幅メモリ８１及
び位相メモリ８２はいずれもトルク指令ＵＳＡ、速度信
号ＳＤ及びロータ位置信号ＲＰを入力するアドレス設定
回路８１によってアドレス指定される。そして、振幅メ
モリ９１からの振幅データは乗算器８７Ｕ〜８７貿に入
力され、位相メモリ８２からの位相データはラッチ回路
８８０〜８８Ｗに一旦ラッチされた後、タイミング的に
制御されて乗算器８７０〜８７Ｗに入力される。乗算器
８７０〜８７Ｗの乗算結果がそれぞれＯＡ変換器８８０
〜８ＥｉＷでアナログ量に変換され、電動機電流指令Ｍ
Ｉｕ〜Ｍ１ｗとして出力される。また、最近は乗算ｉ！
ＤＡ変換器が容易に入手できるので、ＩＩＡ変換器と乗
算器とは１個の乗算型ＤＡ変換器で実現できる。

さらに、第２３図は電動機電流指令回路１００が電動機
電流指令にＩｕ　ｘＭＩｗの他に、電動機の３相電圧Ｐ
Ｖｕ−ＰＶｗを発生するようになっており、３相電圧Ｐ
Ｖｕ−ＰＶｖは電流制御回路６０内の加算器８５ｕ〜８
５ｗに加算されるようになっている。第２４図は電動機
電流指令回路１００の詳細を示すものであり、メモリ９
０はトルク指令ＵＳＡ及び速度信号Ｓ口に基いてアドレ
ス設定回路１０１でアクセスされ、メモリ９０から読出
された３相電圧データは［ｌＡ変換器１０４でアナログ
信号に変換されて乗算器１０８０−１０８Ｗに入力され
、メモリ８０から読出された電流指令データはＤＡ変換
器１０５でアナログ信号に変換されてから乗算器１０７
Ｕ〜１０７Ｉｌｌに入力される。そして、ロータ位置信
号ＲＰは正弦波発生回路１０８〜１１３に入力され、　
υ相〜Ｗ相に応じた正弦波信号に変換されてそれぞれ乗
算器１０８１〜＋ｏｅｗ及び１０７０−１０７１１に入
力され、乗算器１０７ｕ〜１０７Ｗから電動機電流指令
Ｍｌｕ〜旧賀が、乗算器１０ｆｌＵ　−１０Ｅｉ−から
３相電圧ＰＶｕ〜ＰＶｗがそれぞれ出力される。

上述の各実施例ではハードウェアの構成によって制御す
るようにしているが、コンピュータシステムのソフトウ
ェアによっても制御が可能である。

以上のようにこの発明に用いる同期電動機によれば、ロ
ータが突極型の磁性体材料で構成されており、スリップ
リング等を介してロータへ電流を供給する必要がなくな
り、また機械的な接触部がなくなるので電動機の信頼性
を向上することができる。また、界磁電流分がステータ
巻線に流されているので、界磁電流分により発生する熱
の放熱が容易であり、電動機の小型化を実現することが
できる。さらに、従来の界磁巻線と電機子巻線とを兼用
したステータ巻線が巻回されているので、界磁巻線がロ
ータ側にある場合に働く遠心力がなく、巻線の固定方法
が簡単になるといった利点がある。さらに又、ロータに
高価な永久磁石を用いる必要もないので、安価で構造の
簡単な電動機を実現できると共に大容量化も容易となる
。

したがって、この発明の制御装置によれば、上記の新規
な同期電動機を制御することができるもので、従来にな
い上記種々の効果を得るこ−とが可能となるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の同期電動機の構造及びその制御装置の一
例を示す構成図、第２図は従来の電磁石界磁式の同期電
動機の構造を示す図、第３図は第１図の一部の詳細回路
図、第４図はこの発明に適用することができる同期電動
機の構造例を示す図、第５図はその巻線の様子を示す図
、第６図は同期電動機のロータの構造例を示す斜視図、
第７図〜第１θ図はそれぞれ同期電動機のロータの他の
例を示す構造図、第１１図はこの発明に用いる同期電動
機の構成例及びこの発明の制御装置の−・例を示す構成
図、第１２図及び第１４図はその一部詳細を示すブロッ
ク回路図、第１３図は第１２図の一部回路の特性を示す
図、第１５図（Ａ）〜（Ｇ）は第１１図の動作例を示す
波形図、第１６図（＾）〜（Ｄ’）は第１１図の装置の
動作例を示すタイミングチャート□、第１７図及び第１
８図はそれぞれ第１１図の制御装置の一部構成回路の他
の例を示すブロック構成図、第１９図及び第２０図はそ
れぞれこの発明の同期電動機の制御装置の他の例を示す
構成図、第２１図及び第２２図はそれぞれ電動機電流指
令回路の他の例を示すブロック構成図、第２３図はこの
発明の同期電動機の制御装置の更に他の例を示す構成図
、第２４図はその電動機電流回路の他の例を示すブロッ
ク構成図である。１・・・減り器、２・・・電機子電流指令回路、３・・
・電機子電流制御回路、４・・・検出器、５・・・ロー
タ位置検出回路、６・・・速度検出回路、７・・・界磁
電流指令回路、８・・・界磁電流制御回路、ｌＯ・・・
同期電動機、　１１・・・電機子巻線、　１２・・・ロ
ータ、１３・・・界磁ａ線、３０・・・同期電動機、３
１・・・電機子巻線、３２・・・界磁巻線、３４．３４
Ａ、　３４Ｂ・・・ロータ、４０・・・電機子電流制御
回路、５０・・・界磁電流指令回路、８０・・・界磁電
流制御回路、８０，１００・・・電動機電流指令回路、
８０・・・メモリ。出願人代理人　安　形　雄　三第　５　図ｕｒ　ｖｔ　ｗｔ第　７　図第　９　図第　６　図第　ｌθ　回ｆ続補正潟１周相５９年　１月３０日１、事件の表示昭和５８年特許願第２０１８００号２、発明の名称同期電動機の制御装置３、補正をする者事件との関係　特許ＩＬ願人愛知県名古屋市北区辻町１丁目３２番地株式会社　大　
隈　鐵　工　所４、代理人東京都新宿区西新宿−丁目１８番１６号野村ビル７Ｆ　
電話（３４Ｂ）７７０５７８７７　弁理士　安　形　Ｍ
［三５、補正の対象明細書の「図面の簡単な説明」の欄（１）明細書、第２８頁第１０行に「電動機電流回路」
とあるを「電動機電流指令回路」と補正する。（２）同、第２８頁第１７行乃至第２０行に「３１・・
・電機子巻線、３２由界磁巻線、３４．３４Ａ、３４Ｂ
・・・ロータ、４０・・・電機子電流制御回路、　５Ｑ
・・・界磁電流指令回路、８ｏ・・・界磁電流制御回路
、」とあるをｒ３１・・・ステータ、３２・・・巻線、
３４．３４Ａ、３４Ｂ・・・ロータ、５ｏ・・・界磁電
流指令回路、６ｏ・・・電流制御回路、」と補止する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ステータに電機子及び界磁兼用の巻線が巻回され
、ロータが複数の磁極を有する突極型の磁性体材料で成
っている同期電動機の制御装置において、前記ロータの
位置及び回転速度を検出するためのロータ位置検出手段
及び速度検出手段と、速度指令及び前記速度検出手段の
検出速度の偏差を入力すると共に、前記ロータ位置検出
手段の検出位置を入力して電機子電流指令を形成する電
機子電流指令手段と、前記検出速度及び検出位置を人力
して界磁゛〆毬湾流指令形成する界磁電流指令手段と、
前記゛電機子電流指令及び界磁電流指令の加算信号を人
力して前記巻線に電流を供給する電流制御手段とを具え
たことを特徴とする同期電動機の制御装置。
（２）前記電機子電流指令手段が、前記検出位置に応じ
た第１の正弦波信号を出方する第１の正弦波発生手段と
、前記検出位置に応じて前記第１の正弦波信号と位相が
２７３・πだけずれた第２の正弦波信号を出力する第２
の正弦波発生手段と、前記検出位置に応して前記第１の
正弦波信号と位相が４７３−πだけずれた第３の正弦波
信号を出力する第３の任二弦波発生手段と、前記第１〜
第３の正弦波信号をそれぞれ前記偏差と乗算する第１−
第３の乗算手段とで構成されている特許請求の範囲第１
項に記載の同期電動機の制御装置。
（３）前記界磁′セ流指令手段が、前記検出速度を所定
関数で変換する変換手段と、前記検出位置から位相をπ
／２だけずらした位置イｇ号に応じた第１の正弦波信号
を出力する第１の正弦波発生手段と、前記位置信号に応
じて前記第１の正弦波信号と位相が２７３・πだけずれ
たｉ２の正弦波信号を出力する第２の正弦波発生手段と
、前記位置信号に応じて前記第１の正弦波信号と位相が
４／３・πだけずれた第３の正弦波信号を出力する第３
の正弦゛波発生手段と、前記第１〜第３の正弦波信号を
それぞれ前記変換回路の出力と乗算する第１〜第３の乗
算手段とで構成されている特許請求の範囲第１項に記載
の同期電動機の制御装置。
（４）ステータに電機子及び界磁兼用の巻線が巻回され
、ロータが複数の磁極を有する突極型の磁性体材料で成
っている同期電動機の制御装置において、前記ロータの
位置及び回転速度を検出するためのロータ位置検出手段
及び速度検出手段と、前記同期電動機の駆動電流データ
を格納しているメモリと、速度指令及び前記速度検出手
段の検出速度の偏差を比例・積分・微分補償したトルク
指令として入力すると共に、前記検出速度及び前記検出
位置を入力して前記メモリから対応するｊ「流データを
読出して電動機電流指令とする電動機電流指令手段と、
前記電動機電流指令〉を入力して前記巻線に電流を供給
する電流制御手段とを具えたことを特徴とする同期電動
機の制御装置。
（５）前記メモリが前記同期電動機の駆動電流データ及
び駆動電圧データを格納しており、前記電流制御手段が
ＰＩＤ増幅器、電流増幅器及び電流フィードバック手段
で構成されており、前記メモリから読出された電流デー
タを前記ＰＩＤ増幅器に入力し、前記メモリから読出さ
れた電圧データを前記ＰＩＤＩＤ増幅器方と加算するよ
うにした特許請求の範囲第４項に記載の同期電動機の制
御装置。