JPS61132095A

JPS61132095A - 永久磁石同期モ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS61132095A
Application number: JP59252471A
Authority: JP
Inventors: Takumi Yoshida; 巧吉田
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1986-06-19
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH0757117B2

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】［産業上の利用分野］この発明は、無人ｆ！！□水艇の推進モータなどに使用
される永久磁石同期式水中モータの自転制御に好適な永
久磁石゛同期モーフ駆動回路に関する。

［従来の技術］この種の無人潜水艇は、ダムの底部など人間の進入が困
難な水中に、テレビカメラを持ち込むためのらので、こ
れを推進するための水中モータは、一般に、電力送電用
ケーブルによって地上側装置と接続され、地上からの遠
隔操作によって運転されろ。従って、潜水艇走行中の水
中走行抵抗の大部分は、この電力送電用ケーブルによる
しのであり、該ケーブルの径が小さければ小さいほど有
利である。

このため、水中モータとしては、電力送電線数が２本（
最小）で済む永久磁石式直流機か最適であり、この永久
磁石式直流機は、他にも、回転方向か可逆で速度範囲ら
大きい、出力トルクが入力電流に比例するなどの利点を
有している。

永久磁石式直流機を水中モータとして使用する場合、水
圧に耐え、かつ小形軽量とするためには、液浸型のモー
タにする必要があるが、この場合、整流子に次のような
問題が生じた。

（１）整流子が汚損する。

（２）プラノと整流子との間に液膜が発生し、接触不良
となる。

（３）上記の理由によって、アークが発生し液の分解ガ
スが生じる。

このため、ブラシならびに整流子の寿命が短く、保守を
頻繁に行わなければならなかった。

そこで、第６図に示すような直流ブランレス水中モータ
によって、上述した問題点を解決しようとした。この図
において、ｌは、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗと回転子２とか
らなる永久磁石同期モータであり、３電機子巻線Ｕ、Ｖ
。

Ｗには、インバータ３から励磁電流１ｔＪ、ＩＶ、ＩＷ
が供給されて、回転磁界が形成され、永久磁石によって
作られた回転子２が回転するようになってい−る。

ここで、インバータ３は、ＭＯＳＦＥＴ・Ｔｉ（ｉ＝　
ｌ　、２　・−・６）とダイオードＤａｉとを逆並列接
続したしのに、ダイオードＤ五を直列接続して形成した
スイッチング素子Ｑｉをブリッジ接続したしので、イン
バータ３の入力端には、４つのダイオードＤＳ１〜ＤＳ
　　−４からなる全波整流ｍ　Ｄ　Ｓが並列接続されて
いる。また、整流器ＤＳには地上側の直流定電流源５か
ら、電源ケーブル６を介して直流電流が供給され、この
直流電流の極性が極性判定器７によって判定される。

一方、上記回転子２の磁極位置は、ホールセンサー８に
よって検出され、検出出力かオン／オフ判定器９に供給
される。このオン／オフ判定器９は、極性判定器７の出
力によりて回転子２の回転方向を決定するとともに、こ
の回転に必要な励磁電流ＩＵ、［Ｖ、１．Ｗを流すべく
、スイッチング素子Ｑｉを１２０′ずつ順次通電する。

第７図は、この制御における各部の波形を示すもので、
同図（ａ）が正転、（ｂ）が逆転時の波形である。なお
、第７図中、ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは、第６図に示すように
、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの電源供給端と中性点ＮＰとの
間の各電圧である。

このような構成において、直流定電流源５の極性を正／
逆と切り替えろと、極性判定器７によってこれが検出さ
れ、スイッチング素子Ｑｉのａ電順予が逆転され、モー
タＩの回転方向が反転される。また、Ｔｉ流を増減する
ことによって、モータｌの速度を変化させることができ
る。

［発明が解決しようとする問題点］上述した従来のインバータ回路は、一方向性のスイッチ
ング素子Ｑ１〜Ｑ６によって電流をオン／オフしている
ため、整流３ＤＳを設けなければならなかった。このた
め、水中モータが正転または逆転を継続しているときに
は、全く問題がないものの、正転から逆転または逆転か
ら正転に切り替えるときに短絡モードが現れ、素子Ｑ１
〜Ｑ６やＤＳＩ−ＤＳ４が破壊されてしまうという欠点
があった。

例えば、モータ正転中の時刻Ｌａ（第７図）に、電源の
極性が反転して逆転ｍ令か与えられたとすると、それま
でスイッチング素子Ｑ１とＱ５とがオンしていたちのｈ
＜、、Ｑ２とＱ４に切り替えられ、ＱｌとＱ５とかオフ
される。

この場合、直流定電流源５から５の電流は、ＤＳ２−Ｑ
２−Ｖ−Ｕ−Ｑ４−ＤＳ３と流れ、直流定電流源５へ戻
る。ところか、切り替えられた瞬間モータｌは正転を推
持するので、モータ誘起電圧の発生状きは正転の時のま
まであり、この誘起電圧によって電機子巻線Ｕ−スイッ
チング素子Ｑ４−整流器Ｄ　Ｓ　−Ｑ　２−Ｖという短
絡電流か」二足の電流に重畳して流れてしまい（直流定
電流源５は高インピーダンスのため、短絡電流とは独立
に流れる）、短絡電流の経路に当たる素子（上の例では
、Ｑ２．Ｑ４．ＤＳ　Ｉ−ＤＳ４）が破壊されてしまう
おそれがあった。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するためにこの発明は、整流器を除去
して直流定電流源をインバータの入力端に直接接続する
とともに、該インバータを構成する各スイッチング素子
を、。

（ａ）ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続さ
れ、かつ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をな
す１対のＭＯＳＦＥＴと、（ｂ）前記各ＭＯＳＦＥＴに
逆並列接続されたｌ対のダイオードとから構成して、双
方向性のスイッチング素子としたことを特徴とする。

［作用］上記構成によれば、直流定電流源から供給される電流の
極性が反転されたときに、モータの電機子巻線には反転
直前の電流を維持するような誘起電圧が発生するものの
、この誘起電圧による電流は、前記直流定電流源から供
給される逆方向の定電流によって打ち消さ７ｔ、従来の
ようにスイッチング素子に短絡電流が流れるというよう
な不都合は解消される。

この結果、各素子を保護することができろ。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図である
。この図において、第６図の各部に対応する部分には同
一の符号を付し、説明を省略する。

本実施例が第６図に示す従来のモータ駆動回路と異なる
点は以下の点である。

（１）本実施例のインバータ１３においては、第６図の
インバータ３のスイッチング素子Ｑｉに代わって、双方
向性のスイッチング素子Ｑ　ｌ　１（ｉ＝　１’、２・
・・６）が使用されている。

このスイッチング素子Ｑｌｉは、ソースとソースおよび
ゲートとゲートとが接続され、かつ各ドレインがスイッ
チング素子Ｑｌｉの両端となる１対ｃｌ）ＭＯＳ　ＦＥ
Ｔ　・′１”　ｌ　ｉとＴ　２　ｉと、このＭＯＳＦＥ
Ｔ−Ｔ　ｌ　ｉに逆並列接続されたダイオードＤｌｉと
、ＭＯＳＦＥＴ・Ｔ２ｉに逆並列接続されたダイオード
Ｄ２ｉとから構成される。

（２）整流器ＤＳが除かれ、直流定電流源５の出力が電
カケープル６を介してインバータ］３の入力端に直接供
給されている。

（３）オン／オフ判定器１４には、ホールセンサー８の
出力のみが供給され、第６図の極性判定器７は除去され
ている。

このような構成において、インバータ１３の入力端に正
の直流電流１ｄｃを供給し、スイッチング素子Ｑｌｌ〜
Ｑ１６を第２図に示すように順次通電すれば、励磁電流
１Ｏ−ＩＷによって回転磁界が生し、モータ１は正転す
る。

この場合、モータ１の回転数およびトルクは電流１ｄｃ
によって定まる。

次に、電流１ｒｌｃの極性を逆転すると、励磁電流【Ｕ
〜ＩＷと相電圧ｖｕ−ｖｗとの関係は第３図に示すよう
に逆相関係となり、各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに生じた誘
起電圧は直流定電流源５側に回生されモータ１に制動が
かか□る。この場合、ｒｒｉ記誘起電圧は極性逆転前の
電流を維持しようとするが、直流定電流源５からの定電
流１ｄｃによって打ち消され、従来のような短絡電流を
形成しない。こうして、モーＨに制動かかかり、その後
モータｌは゛第４図に示す逆転力行運転に移行うる。こ
の時、ホールセンサー８からの出力順序も逆転するため
、スイッチング素子Ｑｌｉの点弧類字ら逆となり、励磁
電流ＩＵ〜ＩＷとＦｆＪ電圧ｖｕ−ｖｗとが同位相を保
ちつつ逆転力行１転を行う。

そして、再び電流１ｄｃの極性を逆転して最初の状態に
戻すと、第５図に示すように、励磁電流ＩＵ〜Ｉ　Ｗと
相電圧ｖｕ−ｖｗとか逆位相となってモータ１に制動が
かかり、直ぐに第２図に示す正転力行運転に移行うる。

この場合ら、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに生した誘起１Ｌ１
１は、４てに述へたようにして打も消され、短絡電流は
、構成されない。

上述した各運転において、スイッチング素子ＱＩｌ＝Ｑ
ｌ（ｉは、双方向性スイッチとして機能し、電流１ｄｃ
の極性切り替え時に生しろ誘起電圧による電流と、直流
定電流ｌｌ１ｉＩ５からの電流＋ｄｃとを同時に通電さ
せ、誘起電圧による電流を消滅させろ。

こうして、本実施例においては、インバータ１３の入力
側に整流器をもたず、かつインバータ１３のスイッチン
グ素子Ｑｌｌ〜Ｑ＋６を双方向性としたから、インバー
タ１３の入力側では電流、電圧共に正、負の値をとるこ
とができろ。この結果、各スイッチング素子Ｑｌｌ−Ｑ
１６のオン／オフは、トルクの正負によらず、回転子２
の回転角のみで決まり、また、トルクの大きさは人力直
流電流Ｉｄｃに比例する。すなわち、本実施例による永
久磁石同期モータ駆動回路を用いれば、プラノと整流子
とを何する従来の永久磁石式直流機と同様に、双方向直
流入力電流に比例したトルクを出力し、かつ完全４象限
運転を行うことが可能となる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明は、整流器を除去して直
流定電流源をインバータの入力端に直接接続するととも
に、該インバータを構成する各スイッチング素子を、（ａ）ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続さ
れ、かつ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をな
す１対のＭＯＳＦＥＴと、（ｂ）前記各ＭＯＳＦＥＴに
逆並列接続された１対のダイオードとから構成して、双
方向性のスイッチング素子としたのて以下の効果を奏す
ることができる。

（１）双方向の電流を任意にオン／オフできるので短絡
電流が発生しない。

（２）運転モード切り替え時においてら、モータの出力
トルクは、回転方向や回転速度によらず、人力直流電流
のみに比例する。

（３）完全４象限運転が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の＋Ｉｔ成を示すブロック図
、第２図〜第５図は、同実施例の動作を説明するための
波形図、第６図は従来の永久磁石同期モータ駆動回路の
構成を示すブ〔１ツク図、第７図は同回路の動作を説明
４゛るための波形図である。１・・・モータ、２・・・回転子、３，１３・・・イン
バータ、５・・・直流定電流源、Ｄ　Ｉ　ｉ、Ｄ　２１
（ｉ＝　ｌ　、２・・６）・・・ダイオード、ＤＳ・・
・整流器、Ｑｌｉ・・・スイッチング素子、Ｔ　ｌ　ｉ
、Ｔ　２　：・・・ＭＯＳＦＥ第８図Ｉｄｃ　　−□ 第４図Ｉｄｃ　’□ ｊ６第５図

Claims

【特許請求の範囲】　直流定電流源から供給される正負双方向の電流を一方
向性の電流に整流する整流器と、一方向性のスイッチン
グ素子を、永久磁石同期モータの回転子の磁極位置に応
じて順次通電することにより、前記永久磁石同期モータ
の回転制御を行うインバータとからなる永久磁石同期モ
ータ駆動回路において、前記整流器を除去して前記直流
定電流源をインバータの入力端に直接接続するとともに
、前記インバータを構成する各スイッチング素子を、（ａ）ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続さ
れ、かっ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をな
す１対のＭＯＳＦＥＴと、（ｂ）前記各ＭＯＳＦＥＴに
逆並列接続された１対のダイオードとから構成して、双方向性のスイッチング素子としたこと
を特徴とする永久磁石同期モータ駆動回路。