JPS62138074A - 回転磁界機の磁束角度決定または運転方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、始動の際の回転磁界機の磁束角度を決定する
ための方法、または回転する基準系の方向ベクトルを定
める位置発信器を用いて回転磁界機を位置オリエンテー
ションにより運転するための方法に関する。さらに本発
明は、上記の方法を実施するための装置に関する。

〔従来の技術〕

ドイツ連邦共和国特許第２１３２１７８号明細書から、
発信器が回転磁界機の電気量から、磁束を記述するモデ
ルベクトルであってその方向が磁界軸の方向を示す方向
ベクトルを定めるモデルベクトルの固定子基準の成分を
計算する動的最適制御は知られている。たとえば回転数
国節器の出力端から取り出される固定子電流ベクトルの
磁界垂直な成分に対する目標値と、固定子から生ずる磁
化を示す磁界平行な成分に対する目標値とが、回転磁界
機の固定子電流に対する上記方向ベクトルを基準とする
（“磁界オリエンティソド゛）目標ベクトルを決定し、
この目標ベクトルから方向へクトルにより制御ベクトル
が求められ、この制御ベクトルにより周波＠！ｉ、変換
装置が制御され、また回転磁界機に相応の固定子電流が
与えられる。

発信器としてしばしば、磁束を起電力の積分として、す
なわち固定子内のオーム性および誘導性電圧降下を差し
引いた電圧の積分として計算するいわゆる“電圧モデル
゛が使用される。しかし、電圧モデルは低い回転数では
不正確な信号しか供給せず、その際に電圧判定における
Ｉｊｌ１１定誤差として現れる直流電圧成分と技術的積
分器の積分誤差とが誤った決定に通ずる。従って、電圧
モデルを使用する磁界オリエンテーションによる運転は
より高い周波数においてしか可能でない。さらに、起電
力の積分のために、初期値を予め与えることにより積分
定数がセットされなければならない。

磁束方向の代わりに方向ベクトルとして多くの場合に、
磁界軸にくらべて定常的な場合に９０゛だけ回転されて
いる起電力ベクトルの軸も使用され得る。この場合には
確かに積分は省略され得るが、この場合Ｑこも低い回転
数における十分に正確に調節された運転はたいてい可能
でない。それどころか方向ベクトルを検出するための他
の方法が必要になる。

いわゆる“電流モデル”は回転子内で磁束の形成に通ず
る経過を電流および回転子位置の瞬時値からシミュレー
トする。しかし、そのためには回転子位置を決定すため
の機械的な発信器が必要とされる。この費用は確かにイ
ンクレメンタルな回転発信器または純粋な回転数計のよ
うな他の非位置コード化発信器により減ぜられるが、こ
の場合には回転磁界機の停止状態または低速回転状態に
おいて回転子軸が他の仕方で検出（“ロケート”）され
なければならない。このロケーションは位置コード化さ
れた機械的発信器の場合でさえしばしば費用がかさむ。

方向ベクトルの決定のための費用の低減は、同期機の運
転が、高度な動特性を放棄して、正確に磁界軸にオリエ
ントされずに回転子軸にオリエントされる場合でさえ望
ましい。従って、磁界軸と回転子軸との間の角度を考慮
に入れる負荷に関係する角度目標値だけ固定子電流ベク
トルを回転子軸にくらべて回転させるため、たとえば固
定子電流の目標値から電機子反作用に対する近似値が計
算され得る。しかし、この場合にも同じく磁界軸の決定
しか回転子軸の決定に帰せられておらず、低い回転数に
おける回転子ロケーションの難しさは解消されていない
。

工作機械、ステップモータおよび他の応用分野では、永
久励磁される回転子を有する同期機が実証されている。

電機子反作用はこのような同期機では無視可能であり、
従って回転子オリエンテーションは実際上磁界オリエン
テーションと同一となり、また発信器として純粋に機械
的な回転子位置発信器が使用され得る。しかし、正しい
始動のためには、この場合にも既に回転子の初期位置が
知られていなければならない。すなわち、回転子位置発
信器が秩序ある始動のために正しい初期値にセントされ
なければならない。

すなわち、この“回転子ロケーション”の問題は特に、
たとえばリラクタンスモータのように回転子内に際立っ
た磁化容易方向を有する回転磁界機において生ずる。固
有の励磁巻線を有する回転磁界機では、上記の問題は、
この励磁巻線を停止状態でも励磁し、また固定子内に誘
導される電圧から、回転子軸の方向を示す発生磁束を計
算することにより解決可能である。しかし、この解決策
は永久励磁の際には可能でなく、低い回転数（“低速回
転゛）において生ずる困難を解決しない。

非同期機の磁界オリエンテーションによる運転のために
低い回転数では電圧モデルは磁束ベクトルの決定に使用
され得ず、他方において電流モデルは回転子ロケーショ
ンと結び付く同一の問題を有する。従って、この場合に
もしばしば高価な機械的発信器が必要とされる。

たとえばスリップ制御または他の特性曲線制御のような
磁界オリエンテーションによらない制御さえ、たいてい
固定子電流の制御のための方向ベクトルとして回転子位
置から出発し、また機械的な位置発信器を必要とする。

最後に本発明は、回転磁界機の給電がいかに制御される
かにほぼ無関係である。従って、たとえば中間回路付き
周波数変換装置を使用する際に常に中間回路電圧が制御
電圧により与えられ得る。

その際にたとえば調節および制御ユニットが固定子電流
振幅に対する目標値を指令量として中間回路電圧の制御
のための相応の制御信号に換算し得る。

１つの特別な問題は二重給電される非同期機の始動の際
にも回転子位置を検出することである。

この技術では回転子巻線および固定子巻線が直列に接続
されており、固定子電流が回転子にも流れる。これは相
順の変化をも強制するスリップリングにより行われる。

従って、固定子電流ベクトルおよびその固定子に対する
相対的位置は回転子電流ベクトルおよびその回転子に対
する相対的位置に等しく、その際に回転子は固定子周波
数の２倍の周波数が回転する。その際に回転子位置の決
定により同時に磁界ベクトルの位置も検出され、逆に磁
界ベクトルの位置の決定により同時に回転子位置も検出
される。その際に特に簡単な副筒可能性が特に磁界オリ
エンテーションの使用の際に生ずる。

このような二重給電される非同期機に回転子位置を事前
に知らずに電流を供給すると、電動機は大きさおよび符
号を予見し得ないトルクを発生し、また一方または他方
の方向への回転子の制御されない運動が考慮に入れられ
なければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、回転磁界機（非同期機または同期機）
の磁界オリエンテーションまたは回転子オリエンテーシ
ョンによる運転の際に必要とされ、また回転磁界軸また
は回転子軸の位置により与えられている方向ベクトルの
位置をほぼ電気的手段により決定することである。特に
永久励磁同期機の場合、二重給電される非同期機の場合
または非機械的方向検出がこれまでうまく機能しなかっ
た他の場合に、費用のかさむ機械的発信器が全く省略さ
れ得る。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、固定子巻線系の電気状ｉ
量に高周波成分が与えられることにより達成される。そ
の際に固定子巻線系の電気状態量とは個々の固定子巻線
内の電流および電圧を意味し、また高周波成分が与えら
れる巻線の軸線が与えられる高周波成分の方向を決定す
る。たとえば１つまたは複数個の固定子巻線に高周波電
流が与えられると、これらの巻線の電圧にも、また他の
巻線の電流および電圧にも、磁束軸と与えられた成分の
方向との間の差角度に関係する振幅を有する高周波成分
が生ずることが実証されている。従って、固定子巻線系
の他方の状態量を写像する状態信号から高周波成分の振
幅が検出され、求めたい方向角度が、検出された振幅と
与えられた高周波成分の予め与えられている方向との関
係から決定される。

回転子角度または磁界角度のこの本発明によるロケーシ
ョンは、位置オリエンテーションをされた基準系の方向
ベクトルを決定する出力信号を生ずる電気的発信器を用
いて回転磁界機を運転するための方法に有利に応用され
得る。ここで、回転磁界機の電気状態量とは固定子電流
ベクトルおよび固定子電圧ベクトルを意味し、従ってこ
の運転の際には、両電気状態ベクトルの一方に対する位
置オリエンテーションをされた目標ベクトルと、この状
態ベクトルに対する、基準系の回転周波数にくらべて高
い周波数の追加目標値と位置発信器の信号とから固定子
基準の制御ベクトルが形成される。この制御ベクトルに
より、固定子巻線に目標ベクトルおよび追加目標値に相
応する電気状態ベクトルを与える周波数変換装置が制御
される。

両電気状態ベクトルの他方を写像する信号から高周波成
分が絶縁され、また高周波成分の包絡線から電気的発信
器が方向ベクトルを定める信号を形成する。

相応の装置が電圧測定要素または他の固定子電圧検出手
段と、固定子電圧の高周波絶縁のための帯域通過フィル
タまたは高域通過フィルタと、包絡線から方向ベクトル
の成分を決定するための手段とを有することは有利であ
る。さらに、方向ベクトルに関係する基準系内の固定子
電流の成分に対する指令量を予め与えるための入力端と
、高周波の追加目標値を発生するための追加百標値発生
器と、固定子電流に対する制御信号が取り出され得る出
力端とを有する調節装置が設けられている。

変換装置は回転磁界機の固定子に制御信号に相応する電
流を与える。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図によれば、回転磁界機１の固定子巻線は変換装置
２から、振幅および周波数が可変のがっ調節装置３によ
り決定される固定子電流を供給される。さらに、調節装
置３の入力端４に固定子電流の磁界垂直な成分に対する
目標値１２＊がたとえば周波数調節器５から供給される
。他方において、磁界平行な成分に対する相応の目標値
１１＊が固定子がなすべき磁化に相応して選定される。

すなわち、特に永久励磁同期機では、または固定子内に
有効電流のみが供給される回転磁界機では、ｉ　１　’
−０に設定される。後者の場合には、一定の磁束が図示
されていない励磁電流により達成され得る。その際に励
磁電流は公知の仕方で有効電流目標値、力率に対する目
標値および所望の磁束から計算され得る。非同期機の場
合にはｉｌ＊は所望の磁束に比例して設定される。

しかし、１１″および１２″により磁界オリエンテーシ
ョンをされた所与の目標ベクトルｔ　”ｌは固定子基準
の座標系に変換されなければならず、また電流関節の場
合には、固定子オリエンテーションをされた制御ベクト
ルを得るため、また周波数変換装置２から供給すべき固
定子電流の振幅および位相を定めるため、固定子電流実
際値と比較されなければならない。第１図の調節装置で
は先ず、磁束角度ｆＸだけの目標ベクトル１二の回転に
相当する座標変換が行われている。一般にベクトル量は
直角座標の形態で処理されることが最も望ましいので、
磁束角度ｆｘはベクトル信号ｆｘとして、磁束ベクトル
に対して平行な方向ベクトルの固定子基準の画成分子ａ
＝ｃｏｓ　　ｆｘ、ｆｂ＝ｓｉｎ　　ｆｘに対する二重
導線を経て伝送される。座標変換はその後にベクトル回
転器により達成される。

すなわちベクトル回転器６は固定子基準の電流ベクトル
を供給し、この電流ベクトルが座標変換器７によりその
極座標、すなわち電流振幅ａｉおよび電流位相ｗｉに換
算される。

実際固定子電流ベクトルの斜角成分に相当する３つの相
電流が３／２座標変換器８により固定子基準の実際電流
ベクトル１土の直角座標成分に変換され、これらの直角
座標成分から座標変換器９が振幅および位相の相応の実
際値を供給する。次いでＩ層幅調節器１０および位相調
節器１１が制御ベクトルの極座標成分を供給し、それら
により変換装置出力電流の振幅ａｉＳおよび位相ｗｉｓ
が制御される。

方向ベクトル土工を形成するためには発信器１２が必要
である。これは磁界オリエンテーションによる関節の際
にはしばしば、回転磁界機の電気的量から磁束を記述す
るモデルベクトル且の固定子基準の成分ＦＭａ磁界オリ
エンテーションＦＭｂを計算する磁束計算機を含んでい
る。今の場合には電気量として特に、２／３変換器から
取り出される固定子電流ベクトルｉｓと、相応の２／３
変換器から取り出される固定子電圧ベクトル呈上とが用
いられる。磁束はすなわち起電力の積分として与えられ
ている。すなわち磁束は、十分に正確なパラメータ値と
して固定子抵抗の値ｒおよび漏れインダクタンスの値り
が与えられていれば、）（ｕｓ−ｒ−↓５）ｄｔ−１，
−１土として計算され得る。

公知の技術では、こうして計算により求められた、空間
固定の固定子軸を基準として角度ｆｘ＝ａｒｃｔａｎ　
　ＦＭｂ／ＦＭａを記述するモデルベクｌ−ル■が方向
ベクトルｆｘに変換され得る。

その際にさらに、周波数羽筒器５の入力端において相応
の周波数百標値「ｆ″と比較されるため、磁界周波数ｆ
「、すなわち磁界角度ｆｘの時間微分も形成され得る。

前述のように、“電圧モデル”に基づく電気的発信器１
２は磁界オリエンテーションによる運転を回転磁界機１
のより高い周波数においてのみ可能にする。このことは
調節装置３の内部構造に無関係である。従って、たとえ
ば電流実際値ベクトル土工がベクトル回転器により磁界
座標系に変換され得る。その際に極座標への変換の後に
ベクトル工二および１土の振幅に対する制御偏差が制御
ベクトルの振幅ａｉｓを、また角度の制御偏差が周波数
変換装置の位相および周波数に対する相応の制御量を供
給する。しかし、制御ベクトルの直角座標成分を供給す
る、磁界オリエンテーションまたは固定子オリエンテー
ションをされた直角座標成分の制御偏差も形成され得る
。

さて、本発明によれば、固定子電流に、基準ベクトルの
周波数にくらべて高い周波数の追加目標ベクトルｉｚ″
により高周波成分を重畳させるように構成されている。

そのために公知の装ｒＩｉ１．：必要な補足として、第
１図中に破線で示されているように、追加目標値発生器
１３が設けられている。

重畳は磁界オリエンテーションをされた目標ベクトル１
二または固定子オリエンテーションをされた座標系に移
された相応のベクトルへのベクトル加算により、または
他の数学的に等価な仕方により行われ得る。

その結果、制御ベクトルも相応の高周波成分を含んでお
り、これが固定子電流に変換装置２を介して与えられる
。その際に変換装置２はインバータ１５の直流電流入力
端における直流電流調整器１４として示されており、振
幅制御量（ａｉｓ）を介して、重畳された高周波成分に
相応する迅速な電流振幅の変更が可能である。追加ベク
トル±にが迅速に変化し得る方向を有するベクトルであ
れば、制御量ｗｉｓも相応に迅速に変化し得る。

しかし、回転する追加ベクトルは無条件に必要ではない
。

さらに、電気的発信器は固定子電圧に対する測定要素か
ら供給されており、その信号は場合によっては磁束計算
機を介して、測定された電圧内の高周波成分を絶縁する
ための帯域通過フィルタまたは高域通過フィルタに供給
されている。平均値形成回路により検出され得る高周波
成分の包絡線は通過な手段により方向ベクトル加算の成
分に対応付けられる。そのために必要な電気的発信器１
２の構成は後で説明する。

基礎となっている物理効果が電流と電圧との交換を許す
ので、以下では固定子巻線の電圧および電流は“巻線の
画状態量”と呼ばれ、巻線の状態量は“固定子巻線系の
状態量°と呼ばれ、また固定子電流ベクトルおよび固定
子電圧ベクトルは“固定子の状態ベクトル”と呼ばれる
。

本発明は、固定子巻線の一方に与えられた、一方の電気
状態量の高周波成分が同一の巻線の他方の状態量の高周
波成分および他方の巻線の高周波成分を誘導することの
観察から出発している。これらの高周波成分は回転子軸
または磁界軸の位置に関係する。

この驚くべき観察は、電動機端子Ｒを経て２５０Ｈｚの
周波数および４．２への実効電流振幅を有する電流ｉｚ
（第２図）が与えられ、また星形点を経て導き出される
実験から説明される。この与えられた高周波電流ｔｚが
流れる巻線の軸はこれに方向角度ｇｘを有する方向を予
め与える。この巻線内の損失に相応して電圧降下が生じ
、その値は先ず、回転子が完全に回転対称に構成されて
おりかつ永久磁石も回転子巻線も有していない場合には
、たとえば約（ＵＲｚ）ｏ＝３４０ｍＶに相当し、また
ｇｘに対して平行な固定子電圧ベクトルの成分を示す。

また両地方の巻線軸にたとえば（ＵＳ　ｚ）ｏ　＃１０
０ｍＶの高周波成分が生ずる。

固定子巻線はその縁範囲内で重なり合っている幾何学的
配置に基づいて誘導的に互いに結合されている。上記の
条件のもとに両地方の巻線の間のインターリンクされた
電圧の高周波成分（ＵＳＴｚ）内で大結合された電圧は
消滅する。すなわち（ＵＳＴｚ）ｏ＝Ｑである。その際
に（ＵＳＴｚ）は電圧ベクトルの他方の成分に相当する
。

しかし、たとえば回転子に永久磁石が取り付けられてい
ることによって際立った空隙磁束が存在していれば、既
に同一の巻線に属する第３図による電圧ＵＲｚは差角度
ｐｘ−ｇｘに関係し、従ってこの差角度は少なくとも理
論的にはＩＵＲ２の振幅から決定され得る。その際に最
小および最大は、これらの巻線の飽和の磁束が同一また
は反対向きく磁束角度ｆｘ＝ｏ、　　π、・・・〉であ
るときに生ずる。しかしながら通常の回転磁界機の構造
および寸法では、この位置に関係する単一の巻線の開状
態の間の関係はわずかであり、たとえばΔＵＲＺ／　（
ＵＲｚ）ｏ＝５％である。

しかし、同一の飽和または脱飽和を磁束がｆｘ＝π／３
．５π／３、・・・において巻線ＲおよびＳの重なり範
囲内にも生じさせ、従って巻線Ｓにおける電圧ＬＪＳｚ
はΔＵＳｚ／　（ＵＳｚ）ｏ＝３０％を有する磁界角度
ｆｘの上記の関係を示す。

電圧ＵＴｚに対しては、２π／３だけ位相をずらされた
曲線が当てはまるので、１ＪｓＴｚおよび電圧ベクトル
の相応の成分に対しては第４図の関係が生ずる。すなわ
ち包絡線丁丁−「はＵＳＴｚ／　（ＵＲｚ）ｏ＃１０％
を有する際立った極値を示す。

差角度ｐｘ−ｇｘを求めることを許す振幅を有する、位
置に関係する高周波成分の包絡線は、一方の巻線内に高
周波電圧が電流ｉｚＯ代わりに与えられるときにも得ら
れる。

固定子巻線の足形点が存在していなければ、または星形
点が接続されていなければ、高周波電流ｉｚは常に複数
個の巻線を流れ、若干異なる事情が生ずる。しかし、こ
の場合にも、電圧から、特に電圧ベクトルの直角座標成
分内の高周波成分の包絡線から、永久励磁同期機の磁界
角度の位置が求められ得る。このことは、回転子巻線が
一般に回転対称に構成されており、またその磁束が固定
子電流から誘導される非同期機にも当てはまる。

突極機、励磁巻線を有する同期機および非対称な回転子
を有する他の回転磁界機では、固定子巻線が回転子と固
定子との間の相対的な位置に関係する有効回転子インダ
クタンスを介して互いに結合されているという事情が加
わる。また固定子電流自体が励磁巻線内に、回転子軸の
方向に流れまた固定子巻線に追加的に結合して反作用す
る電流を生ずる。この場合、電機子反作用に類似して、
高周波の固定子電圧成分の包絡線は回転磁界機の運転状
態および設計に応じて磁界軸ではなく回転子軸に対応付
けられるべきである。

本方法の第１の応用として第５図には回転磁界機の始動
への応用が示されている。回転磁界８３１１の周波数変
換装置２は甥御および調節装置３により回転子位置に関
係して制御され、またその回転数ｎは簡単な回転数発信
器５０により検出される。

回転数発信器５０の後に、回転子位置に対する方向ベク
トルＵの成分ｃｏｓ　　（Ｊｎ−ｄｔ）　、ｓｉｎ　Ｃ
（ｎ−ｄｔ）を形成するための積分器５１および関数発
生器５２が接続されている。

いまの場合、回転磁界機は、回転子角度ｐｘが磁界角度
ｆｘに等しくまた第１図の関節装置３により磁界オリエ
ンテーション運転をされる永久励磁同期機である０回転
磁界機は、調節装置が低い回転数において磁界角度ｒｘ
を検出するための電流モデルを含んでおり、従って同じ
く回転子位置が入力されなければならない非同期機であ
ってもよい、しかし、たとえば非同期機のスリップ制御
または回転磁界機の他の回転子オリエンテーションによ
る調節または制御であってもよい。ずぺての場合に積分
器５１は実際の回転子位Ｗへの始動の際に相応の値ｐｘ
にセットされなければならない。

停止状態からの始動のためには、たとえば目標値ｉ＋”
＝ｏ（または１ＩＨ−一定）、１２＊−〇により、方向
ベクトルＪ２ｕの方向にオリエンテーションをされた座
標系内の目標ベクトルが予め与えられ、それから装置３
がなんらかの仕方で方向ｚ五を示す制御ベクトルを周波
数変換装置２の制御のために形成する。しかし、積分器
５１が先ず任意の偶然の値ｐｘｏにあるので、周波数変
換装置もその出力電流の相応の偶然の方向で始動される
。追加目標値発生器１３（目標値ｉｚ’）はこの偶然の
方向ｐｘｏに高周波電流ｉｚを与え、また回転磁界機端
子で測定され３／２変換器９により電圧ベクトル且の成
分に換算される電圧０Ｒ１ＵＳ、ＵＴは実際上第３図中
の横座標の任意の個所による高周波成分のみから成って
いる。

これらの高周波成分（ここでは電圧ベクトル且の成分内
の高周波成分）はフィルタ５３内で直流成分から、たと
えば電圧測定要素の直流電圧誤差から絶縁され、また平
均値形成回路６２　（その構成は後で説明する）がこれ
らの高周波成分の包絡線を方向ベクトルの求めるべき成
分に対応付ける。

従って、積分器出力信号ｐｘはいまや正しい角度値にセ
ットされ得る。これは、第５図の例では、直角座標成分
の偏差が実際の方向角度からの積分器出力信号の角度偏
差の尺度として比較点５４において形成され、また加算
点５５において積分器入力信号に加算されることによっ
て行われる。それによりｐｘが角度一致に達するまで変
更される。

こうして同期機において、停止状態で回転子軸および磁
界軸を同時に記述する方向ベクトルがロケートされてい
る。さらに周波数変換装置２が１入に関係して始動され
たので、与えられた電流ベクトルの方向もいまやｐｘに
属する値にセットされている。停止状態で磁界軸が固定
子電流の方向を指し、また回転子軸が二次的な役割しか
しない非同期機では、この過程により最後に周波数変換
装置の始動の際に生ずる電流ベクトルがロケートされる
。

このロケーションの後に回転磁界ｖ！Ａｔの目標値１２
″の上昇によりトルクが与えられ、また回転数発信器５
０から取り出される回転数ｎがいまスイッチ５７の閉路
によりＵの方向変化を決定する。本発明による要素９．
５３および６２は次いでスイッチ５６の開路により作用
外にされ得る。

しかし、回転数実際値ｎが低い回転数において不正確で
あれば、かつ（または）積分器５１が積分誤差を有する
ならば、事情によっては包絡線の決定およびそのユニの
成分への対応付けが困難になる一層高い回転数において
初めて、スイッチ５６および５７を操作することが有利
であり得る。

原理的には機械的発信器５０は完全に省略され得るし、
または電圧を利用する電気的発信器により、特に磁束計
算機を使用するものにより五換され得る。その際に確か
に高周波電流が流れる巻線内の電圧ＵＲｚはわずかに回
転子位置に関係する（第３図）が、他の電圧（第４図）
、特にインターリンクされる電圧（すなわち電流ベクト
ルに対して垂直な電圧ベクトルの成分）はその周期性の
なかで角度ｐｘへのその包絡線の良好な対応を保つ。従
って、電圧のみが評価されるならば、電流の追加目標値
が作用しない巻線における電圧のみが利用され、また変
換装置内で電流磁束方向が切換えられるつど包絡線の検
出または評価も切換えられることは目的にかなっている
。

しかし磁束は起電力と結び付けられており、従って電流
比例の電圧降下は既に補償されるので、回転子がどんな
種類の巻線も含んでいない回転磁界機において実験的に
ｌｉｌ認された、以下の図面で説明する簡単化された方
法が生ずる。

実際に、回転子が幾何学的非対称性を有しておらず、し
かも直流磁束により鎮交されていない回転磁界機におけ
る固定子電流内の高周波成分は電圧モデルの出力端に実
際に信号を発生しない。

いま永久磁石の取り付けにより、または回転子内の相応
の電流が流れる巻線により一定の磁束が発生されると、
回転子がその連結されている負荷により機械的に動かさ
れると直ちに、電圧モデル内で計算され磁束を記述する
モデルベクトルＦＭの成分ＦＭａ、ＦＭｂに対する第６
図に示されている曲線が生ずる。これらの曲線は磁界角
度ｆｘに関係して、磁界周波数に相応してコサイン状お
よびサイン状の１つの経過を示し、この経過に与えられ
た追加高周波に相応するそれぞれ１つの高周波成分が重
畳されている。これらの高周波成分が基本振動から絶縁
されると、第７図の成分ＦＨａおよびＦＨｂが生ずる。

９０°の位相シフトの後に包絡線ＦＨａおよびＦＨｂは
ＦＭａおよびＦＭｂと合致する。すなわち、それらは方
向ベクトルｆ２の直角座標成分と等値である。その際に
包絡線はそれぞれ高周波の半周期にわたり平均化された
高周波成分ＦＨａおよびＦＨｂの振幅に相当する。

従って、特に包絡線画−および百ｉの形成のために絶縁
された成分Ｆ　ＨａおよびＦ　Ｈｂが整流され、平１％
化され、かつそれぞれ零通過の後に反転する符号で評価
されると、これらの値［π−およびＦＨｂは、磁界軸に
対して垂直な１つの方向ベクトルの固定子オリエンテー
ションをされた直角座標成分を示す。磁界軸自体の方向
を指す方向ベクトルｆｘの成分子ａおよびｒｂはこうし
て平均値「π１およびＦＨａに対応付けられている（第
８図）。

成分ＦＨａおよびｒπ１からモデル磁界角度１五を形成
することにより得られる利点は、「π１およびＦＨｂと
磁界ベクトルエエとの第８図に示されている対応付けが
、たとえ成分Ｆ　Ｍ　ａおよびＦＭｂの回転周波数の基
本波が磁界ベクトル１五への第６図に示されている正し
い対応付けから一般に磁束計算機の計算誤差のゆえに偏
差するとしても、停止状態に至るまでの低い回転周波数
においても保たれることである。

台形の起電力を有する同期機（“ブラシレス直流機”）
に対して（重畳されている高周波成分を除いて一定の）
入力直流電流が各１２０°の長さを有する電流ブロック
内のじ電気的コミュテータの”）変換装置からそれぞれ
６０°　（電気角）だけの回転子回転の後に同期機の次
の固定子巻線に通される簡単な場合には、成分子ａおよ
びｆｂに対する相応の限界値報知器により、インバータ
弁を駆動するための第９図中に示されているクロックお
よび制御信号ＭＲ＋、ＷＲ−１・・・ＷＴ−が形成され
得る。これらの信号は電流ベクトル１土を、電流ベクト
ル１土が不連続的に次々と６つの固定子基準の角度ｗｉ
ｓを占めるように、またその方向が磁界軸にくらべて常
に９０°±３０°　（電気角）であるように制御する。

電気的発信器は第１０図による実施例では電圧モデルＧ
０、高周波（たとえば約２５０Ｈｚ）に合わされている
帯域通過フィルタ６１　（または高域通過フィルタ）お
よび平均値形成回路６２の直列回路から成っており、平
均値形成回路６２の後には、特に永久励磁同期機のより
高い回転数に対して本方法により求められた方向ベクト
ルから電圧モデル６０により求められたベクトルへのジ
ャークなしの切換が行われる場合には、スイ・ノチ５６
および５７　（第５図）に相応するもう１つの構成要素
６３が接続されていてよい。

こうして形成された方向ベクトルｆｘは２／３変換器に
より、固定子の３つの巻線への回転子軸の投影に相当す
るその斜角成分に分解される。角度弁別器６５は、固定
子巻線内の電流がそれぞれ６０”（ｉｌ電気角だけの回
転子運動の後に切換えられるようにする。これは、第１
図の信号ｗｉｓに相応する第９図のクロックおよび制御
信号により行われる。

固定子電流の振幅は、回転数関節器６７から取り出され
た目標値ｉ″を固定子電流振幅の実際値と比較する電流
調節器６６から供給される。回転数調節器に対する実際
値ｒｆは方向ベクトルエ五の周波数として微分回路６８
により形成され得る。

この値は永久励磁の回転磁界機では回転子回転数に等し
い。

いまロケーションのために追加目標値ｉｚ＊が２５０Ｈ
ｚのほぼサイン状の振動の形態で追加目標値発生器６９
により発生されて、電流調節器６６を介して制御電流の
振幅に加えられている。

回転磁界機の停止状！３（ｆｆ″＝０、ｉ’＝０）では
回転子位置、すなわち回転子磁束の方向は未知である。

電気的発信器から供給される方向ベクトル上玉は偶然の
任意の値を有する。たとえば、位相Ｒに接続されている
固定子巻線の巻線軸による方向ベクトルエ１が偶然の値
ｆｘ−０°を有し、実際の回転子軸は（未知の）値ｆ　
ｘｏ＝４０　”を有するものと仮定する。第１０図によ
れば、角度弁別器６５から制御信号ＷＳ＋およびＷＴ−
により、振幅制御量（ａｉｓ）により予め与えられる固
定子電流が巻線Ｓに与えられまた巻線Ｔを経て導き出さ
れる変換装置６４′内の１つの弁組合わせが予め与えら
れる。これは９０゛だけの２巻線軸にくらべての固定子
電流ベクトルの角度に相当する。こうして追加目標値発
生器６９のレリーズにより回転磁界機に２５０Ｈｚクロ
ツクで振動する固定子電流ベクトルがこの方向に与えら
れる。

回転磁界機はこの高周波に追従し得ず、停止状態に留ま
る。

従って、高周波を与えることにより、永久励磁により誘
導される起電力は一定に留まり、また磁束計算機はスイ
ッチオンの際に偶然に生ずる初期値にあるモデルベクト
ル旦の変化を示さない。

しかし、回転子の永久励磁は固定子内に局部的な飽和を
生ぜしめ、このことは回転子縦軸および横軸に関する固
定子リアクタンスの相違および個々の相巻線の磁気的結
合の相違に通ずる。

従って、種々の固定子巻線内に相異なる高周波電圧成分
が与えられ、また計算された磁束モデルベクトル且Ｘの
成分は第７図に相応して実際の位ｗｒｘｏに対して示さ
れる高周波成分を示す。振幅平均化により形成される成
分は値ＦＨａ−ｃ。

ｓ　（ｆ　ｘ０）　−ｒ　ｂおよびＦＨｂ＝ｓ　ｉｎ　
（ｆ　ｘ０）＝ｆａをとる。これらは回転子軸に対して
垂直なベクトルヱ且または平行なベクトルエ五の直角座
標成分である。それにより、いまや正しい初期値ｆｘｏ
＝４０°の付属の方向角度ｆｘに対して、また変換装置
に対して割筒装置Ｗｌｌ、ＷＳ＋が決定されている（第
９図）、いま周波数目標値ｆｆ”が高められ、またそれ
により調節装置６６．６７を介して固定子電流振幅の平
均値が高められると、回転子は徐々に運動し始める。５
０°　（電気角）だけの回転の後に変換装置６４′内で
制御角度ｗｉｓが切換えられ、回転磁界機は回転数値に
より調節可能な回転を始める。それにより、電圧モデル
６０内で計算されたモデルベクトルＦＭの成分内で第６
図中に示されている成分の基本振動成分が増大するが、
この基本振動成分はフィルタ６１により高周波成分ＦＨ
ａおよびＦ　Ｈｂの形成の際に抑制される。

より高い周波数に対しては電圧モデル６ｏが、周波数の
上昇と共に精度が高くなりかつ実際の磁界軸（回転子軸
）の方向と合致するモデルベクトル且を求める。従って
、ここで本発明による同期機の運転は停止状態における
磁界角度のロケータぢンに対して、また低い回転数での
運転に対してのみ行われており、より高い回転数に対し
ては方向ベクトルエ五が直接に電圧モデルから供給され
る基準ベクトル旦に切換えられる。そのために、追加的
にベクトルフィルタとして基本振動を求めるための役割
をする構成要素６３が用いられている。

たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第３３４７５４
３号公報から公知のこのようなベクトルフィルタでは、
回転するベクトルの成分が周波数可変の変換要素により
回転する基準系に変換される。そのために第１１図によ
れば、ベクトル！ｌの成分Ｆ’　ｔｉ　ａ　：ＢよυＦ
’　ｔｉ　ｌ）倉１バ俗８れ−（い金ベクトル回転器７
０が設けられている。１つの目標値（たとえば変換され
たベクトル成分に対する目標値零）が、回転するベクト
ルと回転する基準系との間の位相シフトを決定し、その
際に位相差調節器７１がこの位相差を零に調節すること
により周波数可変の変換要素の周波数を形成し、またそ
れにより回転する基準系が回転するベクトルに同期して
追従する。従って、基準系の回転周波数はベクトルの基
本周波数に相当し、また出力端７２から周波数実際値と
して取り出され得る。その際に変換要素自体はベクトル
発振器７３によりｃｏｓ（）ｆｆ−ｄｔ）およびｓｉｎ
　（（ｆｆ−ｄｔ）として形成され、また一方ではベク
トル回転器７０の角度入力端に帰還され、また他方では
方向ベクトル成分の直角座標成分として出力端７４から
取り出され得る。

このようなベクトルフィルタはベクトル１１からモデル
ベクトルＦＭへの運転の問題のない切換をも可能にする
。そのためにしきい値発生器７５の出力信号が所与の限
界回転数において調節器７１の実際値入力端におけるス
イッチ７６を、モデルベクトルＦＭにより供給されてい
るベクトル回転器７７の出力端に切換える。この切換の
際に方向ベクトルｆｘの不連続性は生じない。

高周波成分ＦＨａおよびＦ　Ｈｂから平均値Ｆ　Ｈゴお
よびｆ「１に得るため、第１０図の平均値形成回路６２
は、高周波振動の瞬時値を供給する整流器８０を含んで
いる。各瞬時値は後続の逆変換回路８２内でそれぞれ零
通過の後に変化する符号を評価される。しかし、符号反
転が直接に零通過自体から決定されるのではなく、高周
波の追加目標値に対する高周波成分の位相から決定され
ることは好ましい。はぼ高周波に合わされている小さい
平滑化時間を有し、従ってまたわずかな高調波振動を除
いて高周波成分を包絡する包絡線の瞬時振幅を供給する
もう１つの平滑化要素８１が直列に接続されていること
は好ましい。

第１２図には適当な逆変換回路８２の構成が示されてい
る。

その際に、高周波成分がそれぞれその包絡線の零通過の
際に１８０°　（電気角）だけの位相跳躍を受けること
から出発される。従って、１回の調整の際に、どの位相
角を平滑化されない高周波成分ＦＨａおよびＦＨｂが所
与の回転子位置において同一の周波数の一定の高周波信
号に対して有するか、またどの符号で整流された成分Ｆ
Ｈａ　’およびＦＨｂ’をこの回転子位置の記述のため
に評価すべきかが確認されると、本方法の応用の際に単
に、実際に生ずる位相シフトが上記の調整の基礎とされ
たこの値を有するか、または１８ｏ°だげシフトされて
いるかが監視されればよい。

高周波の基準信号としては特に追加目標値ｉｚＭ自体が
使用され得る。第１２図によれば、遅延要素８３．８４
および８５が設けられており、その遅延時間は調整の際
に、たとえば、８巻線軸の方向を措しかつ方向角度ｆｘ
＝Ｑにより記述されている回転子軸において、遅延させ
られており整流されていない成分ＦＨａ　’が相応の遅
延させられた追加目標値ｉｚ＊と同相であり、また相応
の遅延させられており整流されていない成分ＦＨｂ’が
ｉｚ＊と逆相であるように、設定される。その後の運転
のためには、いま単に極性検出器８６．８７および８８
および相応の排他的オアゲート８９および９０により、
整流された高周波成分「πａ′およびＦＨｂ’に対する
それぞれ極性切換スイッチ９１および９２が、ｓｉｇｎ
　　＋ｚ＊＝ｓｉｇｎ　　ＦＨａ’＝−ｓｉｇｎ　　Ｆ
Ｈｂ’に対して正の符号が、また各符号反転の際に負の
符号が予め与えられるように操作されればよい。

永久磁石の極性が交換されると、すなわち回転子軸が１
８０°　（電気角）だけ回転されると、遅延時間の同一
の調整の際に、ＦＨａ　’および「πｂ′の符号評価が
交換されなければならない。これは、検出器８６とゲー
ト８９との間に配置され得る、負の出力を有する排他的
オアゲート９３により行われ得る。すなわち、この排他
的オアゲート９３はその第２の入力端９４に予め与えら
れる信号の符号反転により符号評価を反転させる。磁界
の方向がＦｉ！認されていれば、もし磁界方向に与えら
れる高周波電流が低周波の電流ブロックに重畳するなら
ば、磁界の極性、従ってまた正しい符号評価が見出され
得る。それにより磁界の極性に応じて飽和現象が強めら
れ、または弱められるので、正しい極性が磁界に対して
垂直に与えられた電圧の振幅変化で検出可能である。

従ってまたほぼモデルベクトル且に対して垂直なベクト
ル「πを記述し、従って成分［π１およびＦＭａまたは
Ｆ　ＨａおよびＦＭｂは互いに一致し、またベクトルフ
ィルタ６３の入力端において互いに対応付けられる。

第１３図には、いかにこの方法が回転磁界機ｌの磁界オ
リエンテーションによる運転のための装置の調節構造に
有利に応用され得るかが示されている。

高周波成分を有する固定子電流を与えるため、周波数変
換装置として、回転磁界機側にパルスインバータ１００
を含んでいる電圧中間回路付き閤波数変換装置を使用す
るのが有利である。スイッチングトランジスタから構成
されたパルスインバータは高周波をも正確に制御し得る
。しかし、しばしば、回転磁界機側に強制消弧式のサイ
リスタ周波数変換装置を有する電圧中間回路付き周波数
変換装置も使用可能である。

磁界オリエンテーションによる調節装置１０１は、追加
目標値発生器１０２の目標値ｉｚ”が固定子電流に対す
る制御ベクトルの振幅のみに作用するように構成されて
いるのが有利である。たとえば機械的発信器がいずれに
しても省略されるべきであれば、回転数調節器１０３は
その実際値入力端に方向ベクトルｆｘから導き出された
周波数値ｔｒを受ける０回転磁界機の電気量からモデル
ベクトルを計算する磁束計算機に対しては、原理的にた
とえば、２／３変換器１０４．１０５から電圧および電
流に対するベクトル且および土を供給される起電力検出
器１０６で十分である。起電力検出器１０６が交流電圧
積分器１０７に対する積分変数を供給することは好まし
い、このような交流電圧積分器はたとえばドイツ連邦共
和国特許出願公開第２８３３５９３号公報に記載されて
おり、直流電圧成分の抑制のために帰還信号を利用して
いる。この交流電圧積分器は、その入力信号（ここでは
周波数ｆｆ）の周波数により帰還信号の通過量を、交流
電圧積分の際に周波数に無関係な位相シフトが生ずるよ
うに変更するため、適応入力端を有する。起電力検出器
１０６および交流電圧積分器１０７の回路図中にはさら
に、磁束に対するモデルベクトルが電圧ベクトルからオ
ーム性および誘導性電圧降下の差し引きにより形成され
ていることが示されている。

交流電圧積分器１０７の出力端におけるベクトルＦＸは
それ自体は低い周波数において電圧モデルの不完全さの
ゆえに誤差を有する。しかし、この誤差は、磁束計算機
入力端においてベクトル加算のための要素１１０に供給
されており、同時に方向ベクトル加算の方向ｆｘを決定
する成分を有するモデルベクトル■が本発明により形成
されるベクトル！■に追従されるようにする補正ベクト
ルユニにより補償される。

加えて、磁束計算機１０６．１０７の出力端にフィルタ
１０Ｂと平均値形成回路６２に相応して構成された回路
１０９とが接続されている。補正ベクトルユニが次いで
適応調節段１１１により制御偏差’ｒＦｘ　−Ｆ　Ｘか
ら形成される。固有のベクトルフィルタはこの場合にた
いてい必要でない。なぜならば、ベクトルＴ４は、既に
平滑作用をする積分器１０７を介してのみＦＸの形成に
作用するからである。

第１１１ｆｆｌのベクトルフィルタ内に含まれているス
イッチ７６の機能は、補正調節器１１２内の制御偏差に
対する増幅率Ｖａｄを運転に関係して予め与え、また特
に回転数の上昇の際に本発明により求められるベクトル
ＩＩの影響を連続的に減する特性曲線発生器１１３によ
り実現され得る。それにより調節段１１１は運転状態に
も適応し、またより高い回転数では磁束計算機１０７内
で決定されるモデルベクトルのみが方向角度を決定する
。

周波数変換装置として中間電流回路付き周波数変換装置
または電流を与える他の操作要素が使用されるかぎり、
変換装置の制御装置の入力端における制御電圧は変換装
置出力電流の直接の数学的写像である。すなわち固定子
電流ベクトルは電流調節器の出力端から供給される制御
ベクトルに相当する。この場合、電流に対する高周波の
追加目標値が直接に制御装置の制御入力端に与えられる
。

方向ベクトルの位置を検出するため、電圧ベクトルの高
周波成分が次いで前記の仕方で直接に電圧測定値から得
られる。

しかし、しばしば、電圧を与えられる周波数変換装置、
たとえば制御電圧として３つの回転磁界機側の相電圧に
対する目標曲線を予め与えられかつパルス幅変調器によ
りそれぞれ交流電圧出力端に作動するブリッジ枝路対の
弁に対する制御パルスが形成される予め与えられた入力
直流電圧を有する回転磁界機側のパルスインバータの使
用が推奨に値する。こ場合には制御電圧は与えられた固
定子電圧ベクトルの写像であり、また本発明により直接
に制御装置の制御入力端に高周波振動する追加ベクトル
により固定子電圧ベクトルの高周波成分が与えられ、ま
た方向ベクトルが生ずる電流の高周波成分の測定から決
定され得る。

しかし、高周波成分の絶縁および解析のために、変換装
置出力端における実際の測定値からではなく変換装置の
制御装置における相応の制御電圧から出発することは有
利である。電圧を与えられる周波数変換装置に対して、
このことは、制御電圧において固定子電圧ベクトルおよ
びその高周波成分が検出されることを意味する。電圧ベ
クトルのこの高周波成分を発生するため、固定子巻線に
電流ベクトルの高周波成分が相応の追加目標ベクトルに
より、位置オリエンテーションによる運転方法の際にい
ずれにせよ設けられている上位の電流調節器の入力端に
与えられる。

これは第１４図に、磁界オリエンテーションにより運転
される二重給電の非同期機１２０を例として説明される
。第１４図にはスリップリングが参照符号１２１を付し
て示されており、これらのスリップリングは相順の交換
のもとに籠形回転子の巻線を固定子巻線に直列に接続す
る。電圧を与えられる周波数変換装置１２２として、た
とえば直接周波数変換装置または電源側の整流器および
回転磁界機側のパルスインバータを有する中間回路付き
周波数変換装置が設けられていてよい。周波数変換装置
の（図示されていない）制御装置に対する制御電圧ＵＲ
”、ＵＳ”およびＵＴ″は２／３座標変換機１２３によ
り、実際上固定子電圧ベクトルと同一である制御ベクト
ルユニの直角座標の固定子基準の成分から形成される。

制御ベクトルエニのこれらの成分は固定子電流ベクトル
の磁界平行な成分く磁化電流）および磁界垂直な成分（
有効電流）に対する２つの調節器を有する調節装置から
取り出される。その際に、これらの両電流成分に対する
調節回路は当業者に知られている仕方で減結合されてい
る。第１４図には、この減結合が、電流測定値から得ら
れた固定子電流ベクトル１土に対するベクトル回転器１
２４から磁化電流および有効電流に対する実際値１１お
よびｉ’２が取り出されて関節比較点１２５および１２
６において相応の実際値１１＊および１２　、Ｉ’＋と
比較されることによりシンボル的に示されている。それ
から電流関節器１２７および１２８が、ベクトル回転器
１２９により制御ベクトル且二の固定子オリエンテーシ
ョンをされた成分に転換される固定子電圧ベクトルの磁
界オリエンテーションをされた成分に対する目標値ｕ１
″およびｕ２１１を形成する。

その際に連続運転に対しては、固定子に対する磁界軸の
方向が磁界角度ｆｘまたは直角座標の固定子基準の成分
ｃｏｓ　　ｆｘおよびｓｉｎ　　ｆｘを有する方向ベク
トルｆｘにより記述されているものと仮定されている。

連続運転中、この方向角度が十分な精度で、磁束計算機
６０から（固定子電流へクトル土工および固定子電圧ベ
クトル呈上から形成された）起電力ベクトルの積分によ
り、または他のできるかぎり簡単な発信器により求めら
れる磁束に対するモデルベクトル旦により再現される。

しかし、もし回転磁界機の停止状態において制御電子回
路がスイッチオンされるならば、発信器６０の積分器は
偶然の任意の初期値にある。

他方において回転磁界機の始動に特別な条件が課せられ
るならば、たとえば定格負荷の何倍もの負荷を有する始
動（ｍ重負荷始動”）の場合には、停止状態での磁界ベ
クトルの正しい位置、従ってまた正しい回転子位置が知
られており、またそれにより積分器が正しい初期値にセ
ットされていなければならない。

そのために本発明によれば、始動前に探索すべき方向ベ
クトルが決定される下記の探索方法が用いられる。この
探索方法の物理的基礎を以下にもう一度説明する。

停止状態では固定子電流ベクトル工と固定子電圧ベクト
ル基との間には一般にベクトル式ニーＲ・±十旦・　リ
ｌｉ／ｄｔ） が成り立つ。ここで、とは運転量、特に固定子電流ベク
トルおよび磁束ベクトルおよび回転子の位置の関数を要
素とするインダクタンスマトリックスを示す。固定子電
流に対する電流供給により、固定子基準の方向角度ｇｘ
および大きさ１ｌ（ｆｌ）を有し直流成分を有すること
なく高周波ｆ１で振動する方向ベクトル工五が予め与え
られると、回転子は静止状態に留まり、また１五を基準
とする座標系内で下式が成り立つ。

その際にマトリックス要素ＬｌｌおよびＬ２１は差角度
ｐｘ−ｇｘの関数であり、またいかに固定子巻線に生ず
る電圧または電圧ベクトルの成分ｕ１およびｕ２が与え
られた高周波の電流成分の微分ｄｉｌ（「１）／ｄｔと
関係するかを示す。

類似の式が、方向ｌ五に高周波の電圧が与えられ、それ
と電流の相応の成分または電流の微分が結合されている
場合にも生ずる。

オーム性固定子抵抗Ｒを有する成分は原理的に計算によ
り消去され、または引き続いての考察に対してここでは
無視され得る。

その場合には、たとえば電圧ベクトルの平均化された１
辰幅 に対して、電流の時間微分の平均値に対する比例性が生
ずる。しかし、その際に比例係数は差角度ｐｘ−ｇｘに
関係する。従って、この差角度は、電圧の検出により測
定可能である比例定数のそのつどの値から決定され得る
。

第１４図による実施例では、与えられた電流の方向は、
方向ベクトルｆｘにより予め与えられている。回転子位
置のロケーション前に先ず任意の初期値ｇｘにある方向
ベクトル土工（すなわち±五−工五）により予め与えら
れている。電流調節器１２８を介して運転のための有効
電流目標値１２″の遮断によりエエに対して垂直な電流
成分は零に保たれ、他方電流調節器１２７を介してたと
えば電流の大きさｉｚ　　（ｆ　１）＝ｉｚＯ・ｃｏｓ
（２πｆ１・ｔ）、すなわち電流ベクトル１＝ｉｚ−ｔ
ｚＱ−ｃｏｓ　　（２πｆｌ・ｔ）−１−！ が与えられる。

第１４図による実施例では、加えて、パルス周波数ｆ１
の積分によりサイン状の高周波の代わりに高周波の三角
電圧ｉｚ（［１）′を発生する高周波発生器１３０が設
けられている。オーム性成分の無視のちとに、こうして
前記のベクトル式は位置オリエンテーションをされた電
圧ベクトルの平均化された平行な成分に対して １ｕ１１−Ｌｌｌ　・２ｙｒｆｌ・ｌｉｚ　（ｆｌ）’
１６ｃ　Ｌ　１１−　ｒ　１　・ｉ　ｚ　Ｏを供給する
。電流調節から供給される、１五に対して平行な電流ベ
クトルの成分ｕ１＊は電圧実際ベクトルの相応の成分に
比例している。整流器１３１と平滑化要素１３２により
それからｌｕｌ’　１、すなわち高周波成分の振幅が求
められる。

回転子軸と与えられた電流ベクトルとの間の特定の差角
度では主に固定子巻線および回転子巻線の漏れインダク
タンスがインダクタンスを決定し、他方において他の位
置では追加的に両巻線系の主および結合インダクタンス
が生じ、従って電圧振幅と電流振幅との間の比例性に、
構造形式に応じて係数２０〜５０だけ異なり得る最小値
および最大値が生ずる。インダクタンスと、与えられた
高周波成分と回転子軸との間の差角度とのこの際立った
関係は、第１４図に示されているように、高周波成分の
検出された振幅１ｕｌ’ｌに対する同じく強い関係に通
ずる。すなわち、与えられた高周波成分ｉｚ’と回転子
軸との間の差角度の関数としての振幅の測定または検出
を介して回転子角度が決定され得る。

そのためには、ベクトルｌ五をゆっくり、たとえばより
低い周波数ｆ３で回転すれば十分である。

それにより差角度ｐｘ−ｇｘが絶えず変更され、また振
幅ｌｕｌ″１はインダクタンスＬｌｌと差角度との関係
に相当する経過を示し、またたとえば差角度ｐｇＯ（第
１４図）において際立った最大を示す。方向ベクトル１
五の回転中に振幅がこの最大値を方向角度ｇｘ−ｇｘＯ
において占めると、周期性を除いて、差角度も最大イン
ダクタンスに属する値ｐｇｏを示し、また回転子角度に
対して、発信器６０の積分器にセットすべき正しい初期
値ｐｘ＝ｇｘＯ＋ｐｇｏが生ずる。

第１４図によれば、エエの連続的な変化が発振器１３３
により保障されており、そのパルスがカウンタ１３４内
で初期値ｐｇｏからディジタルに積分され、また関数発
生器１３５により単位ベクトルの成分ｃｏｓ　　（２ｙ
ｃ−ｆ２・ｔ）、ｓｉｎ　（２π・ｒ２・ｔ）に転換さ
れる９発信５６０のセットはたとえば、このベクトルと
先ず任意に予め与えられたモデルベクトルｆｘとの間の
差が形成され、また発信器の積分器が零点調節器の出力
信号により両ベクトルが等しくなるまで変更されること
により行われ得る。それにより方向ベクトル１五の角度
ｆｘは、スイッチ１３７がカウンタ１３４の入力端に接
続されているかぎり、わずかに遅延して角度２π・ｆ２
に追従される。いま１ゴ「Ｉの最大値に達した際にスイ
ッチ１３７が開かれると、一方では正しい回転子位置が
ロケートされており、また他方では発信器６０が正しい
初期値ｆｘ＝ｐｘにセットされている。

ｌｕｌ″１の最大値またはインダクタンスの最大値Ｌｍ
ａ　ｘを検出するため、第１４図により先ず量Ａ＞Ｌｍ
ａｘが予め与えられ、この量が第１５図中に示されてい
るように積分器１３８により徐々にかつ連続的に下げら
れることは有利である。

時点ｔＱで、すなわち差角度２π・ｆ３・１０＝ｇｘＯ
において振幅ｕ１′″が初めて植入を越え、また相応の
しきい値検出器１３９がスイッチ１３７を開くための信
号Ｃを発する。それによって回転子角度ｐｘ＝ｇｘＯ＋
ｐｇＯに対する探索過程は終了され、また発信器は方向
角度ｆｘ＝ｐｘを供給する。

引き続いての始動のためには、いま相応の入力装置、た
とえば磁束計算機および回転数調節器、が目標値１１＊
および１２′″に対してレリーズされ得る。

高周波の追加的な電流成分を与える場合についてここに
示した方法は、調節回路および制御装置を相応に適応さ
せれば、電圧成分を与えられ、発生される電流リップル
が検出される場合にも応用され得る。さらに、両電流ベ
クトル４１Ｈおよび１２″を値零に保ち、また変換装置
操作要素の不連続的な作動の仕方を利用することによっ
て、高周波の追加的目標値による励起を人工的に与える
ことを省略し得る。その場合、判定規範は位置オリエン
テーションをされた電流実際値成分中の電流り、７ブル
である。方向ベクトルは、もし平行な電流実際値成分の
リップルが最小であり、かつ垂直な電流実際値成分のリ
ップルが最大であれば、正しくセットされている。

【図面の簡単な説明】

第１図は調節構造を用いた磁界オリエンテーションによ
る調節の一般的な原理を示すブロック図、第２図は高周
波の追加百標値により供給される電流ｉｚの波形図、第
３図および第４図は第２図に属する固定子電圧の高周波
成分の波形図、第５図は本発明の第１の実施例の原理図
、第６図は磁束を記述する本発明によるモデルベクトル
の計算された成分の波形図、第７図は第６図からの成分
の高周波成分の波形図、第８図は方向ベクトルの固定子
基準の成分の波形図、第９図は方向ベクトルの成分から
導き出された、固定子電流の転流のためのディジタルの
クロックおよび制御信号の波形図、第１０図は永久励磁
同期機を低い回転数においても運転するための簡単な装
置のブロック図、第１１図は第１０図中に使用されるベ
クトルフィルタのブロック図、第１２図は整流された高
周波成分の逆変換のための装置のブロック図、第１３図
は本発明による回転子ロケーションのための対策により
同期機を運転するための装置のブロック図、第１４図は
始動前の停止状態で、二重給電される同期機の磁束をロ
ケートするための装置のブロック図、第１５図は第１４
図の装置で生ずる信号の波形図である。 １・・・回転磁界機、２・・・周波数変換装置、３・・
・調節装置、４・・・入力端、５・・・周波数関節器、
６・・・ベクトル回転器、７・・・直角座標／極座標変
換器、８．９・・・３／２変換器、１０・・・振幅調節
器、１１・・・位相調節器、１２・・・発信器（磁束計
算機）、■３・・・追加目標値発生器、１４・・・直流
電流調整器、１５・・・インバータ、５０・・・回転数
発信器、５１・・・積分器、５２・・・関数発生器、５
３・・・高域通過または帯域通過フィルタ、５４．５５
・・・加算点、５６．５７・・・スイッチ、６０・・・
電圧モデル（磁束計算機）、６１・・・フィルタ（高域
通過または帯域通過フィルタ）、６２・・・平均値形成
回路、６３・・・ベクトルフィルタ、６４・・・永久励
磁同期機、６４′・・・周波数変換装置、６５・・・角
度弁別器、６Ｇ・・・振幅調Ｖ器、６７・・・周波数関
節器、６８・・・微分要素、６９・・・追加目標値発生
器、７０・・・ベクトル回転器、７１・・・位相差関節
器、７３・・・ベクトル発振器、７５・・・しきい値発
生器、７６・・・切換スイッチ、８０・・・整流器、８
１・・・平滑化要素、８２・・・逆変換回路、８３〜８
５・・・遅延要素、８６〜８８・・・極性検出器、８９
．９０．９３・・・排他的オア回路、９１．９２・・・
極性切換スイッチ、１００・・・パルスインバータ、１
０１・・・関節装置、１０２・・・追加目標値発生器、
１０３　・・・回転数調節器、１０４．１０５−３／２
変換器、１０６・・・起電力検出起電力、１０７・・・
交流電圧積分器、１０８・・・フィルタ、１０９・・・
平均値形成回路、１１０・・・ベクトル加算、１１１・
・・調節段、１１３・・・特性曲線発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転磁界機の磁束角度を決定するための方法におい
   て、 ａ）固定子巻線系の電気状態量に高周波成分が与えられ
   、その際に固定子巻線系の電気状態量とは個々の固定子
   巻線内の電流および電圧を意味し、また高周波成分が与
   えられる巻線の軸線が与えられる高周波成分の方向を決
   定し、 ｂ）固定子巻線系の他の電気状態量を写像する状態信号
   から高周波成分の振幅が検出され、ｃ）検出された振幅
   と与えられた高周波成分の方向との関係から磁束角度が
   決定される ことを特徴とする回転磁界機の磁束角度決定方法。 ２）ａ）実際上静止している回転磁界機において固定子
   巻線の両電気状態ベクトル（￥ｉｓ￥、￥ｕｓ￥）の一
   方に所与の方向を有する振動するベクトル（ｉｚ（ｆ１
   ））が与えられることによって高周波成分が与えられ、
   その際に固定子巻線の両電気状態ベクトルとは固定子電
   流ベクトルおよび固定子電圧ベクトルを意味し、ｂ）他
   方の状態ベクトルを記述する状態信号（ｕ１＾＊）が整
   流かつ平滑化されることによって、高周波成分の振幅（
   ｜＠ｕ１＾＊＠｜）が検出され、また ｃ）高周波成分の振幅（｜＠ｕ１＾＊＠｜）に対して、
   磁束と振動するベクトルとの間の差角度（ｐｘ−ｇｘ）
   の特定の値（ｐｇ０）に対応付けられている１つの限界
   値（Ａ）が予め与えられることによって磁束角度（ｐｘ
   ）が決定され、振動するベクトルの方向（￥ｇｘ￥）が
   振幅が限界値に達する方向角度で変更され、また磁束角
   度として差角度の特定の値および方向角度からの和が形
   成される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）高周波成分に対する電流目標値（ｉｚ（ｆ１）＾＊
   ）が予め与えられる固定子電流調節が制御信号（ｕ１＾
   ＊、ｕ２＾＊）を供給し、該制御信号により回転磁界機
   の固定子巻線系に給電する電圧中間回路付き周波数変換
   装置が制御され、また他方の電気状態量を写像する状態
   信号として該制御信号が評価されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）回転する基準系を定める位置発信器を用いて回転磁
   界機を位置オリエンテーションにより運転するための方
   法において、 ａ）固定子巻線の両電気状態ベクトルの一方に対する位
   置オリエンティッド目標ベクトル（ｉ＾＊）と、基準系
   の回転周波数にくらべて高周波の、この状態ベクトルに
   対する追加目標値（ｉｚ＾＊）と、位置発信器の信号（
   ￥ｆｘ￥）とから、固定子基準の制御ベクトル（ａｉｓ
   、ｗｉｓ）が形成され、その際に固定子巻線の両電気状
   態ベクトルとは固定子電流ベクトル（ｉ）および固定子
   電圧ベクトル（￥ｕ￥）を意味し、 ｂ）制御ベクトルにより、目標ベクトルおよび状態目標
   値に相応する状態ベクトルを固定子巻線に与える周波数
   変換装置が制御され、 ｃ）両電気状態ベクトルの他方を写像する状態信号（￥
   ｕ￥）から高周波成分が絶縁され、またｄ）高周波成分
   （￥ＦＨ￥）の包絡線（■■）から電気的発信器が、方
   向ベクトル（￥ｆｘ￥）を定める信号を形成する ことを特徴とする回転磁界機の運転方法。 ５）固定子電流ベクトルが位置オリエンティッド目標ベ
   クトルおよび追加目標値により決定され、また固定子電
   圧ベクトルを写像する信号が使用されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６）制御ベクトルが固定子電流ベクトルの調節により形
   成され、制御ベクトルにより固定子電圧を一定に保つ周
   波数変換装置が制御され、また固定子電圧ベクトルを写
   像する信号が制御ベクトルから形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７）追加目標値により高周波電流が固定子巻線に予め与
   えられ、また状態信号が、高周波電流を流されない固定
   子巻線における電圧から決定されることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の方法。 ８）状態信号として固定子電圧ベクトルから、磁束を記
   述するモデルベクトルの成分が求められ、方向ベクトル
   の成分としてモデルベクトル成分の、高周波の半周期に
   わたり平均化された振幅が形成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の方法。 ９）モデルベクトル（￥ＦＸ￥）と方向ベクトル（■■
   ）との間の制御偏差から補正ベクトル（￥ＤＦ￥）が形
   成され、またモデルベクトルが、制御偏差が消滅するま
   で、補正ベクトルにより置き換えられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０）高周波成分がそれぞれ整流され、平滑化され、ま
   たその包絡線の各零通過の後に反転する符号をつけられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 １１）符号が高周波の追加目標値（ｉｚ＾＊）に対して
   相対的な絶縁された高周波成分（ＦＨａ、ＦＨｂ）の位
   相から求められることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ０項記載の方法。 １２）方向ベクトルの固定子基準の成分として包絡線の
   基本振動成分が形成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の方法。 １３）静止状態および低い回転数での運転状態における
   永久励磁同期機の回転子位置を求めることに使用される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第１２項
   のいずれか１項に記載の方法。 １４）非同期機または回転子巻線に界磁電流を供給され
   る同期機の静止状態および低速運転状態における磁界軸
   を求めるために使用されることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項ないし第１２項のいずれか１項に記載の方法
   。 １５）回転磁界機の運転のための装置において、ａ）固
   定子電圧を検出するための手段と、 ｂ）固定子電圧の高周波成分を絶縁するための帯域通過
   フィルタまたは低域通過フィルタ（６１）と、 ｃ）高周波成分の包絡線を形成するための平均値形成回
   路（６２）と、包絡線から方向ベクトルの成分を決定す
   るための手段と、 ｄ）方向ベクトルに関係する基準系内の固定子電流の成
   分に対する指令量（ｆｆ＾＊）を予め与えるための入力
   端と、高周波の追加目標値（ｉｚ＾＊）を発生するため
   の追加目標値発生器（６９）と、固定子電流に対する制
   御信号が取り出される出力端とを有する調節装置（６５
   〜６８）と、 ｅ）制御信号に相応する電流を固定子に与える変換装置
   （６４′）と を含んでいることを特徴とする回転磁界機の運転装置。 １６）固定子電圧から磁束を記述するモデルベクトル（
   ￥ＦＭ￥）の成分を計算する磁束計算機を含んでおり、
   その際にこれらの成分が帯域通過フィルタまたは高域通
   過フィルタ（６１）の入力端に供給されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１５項記載の装置。 １７）平均値形成回路の出力信号（■■）およびモデル
   ベクトル（￥ＦＭ￥）の成分がベクトルフィルタ内の切
   換スイッチ（７６）に供給されており、その出力端から
   方向ベクトル（￥ｆｘ￥）の成分が取り出されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の装置。 １８）変換装置が電圧中間回路付き周波数変換装置と回
   転機側の強制消弧インバータまたは特にパルスインバー
   タを含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１５
   項記載の装置。 １９）追加目標値が変換装置出力電流の振幅に対する制
   御量（ａｉｓ）に作用し、またそれぞれ方向ベクトルの
   １回転の際に変換装置出力電流の位相を６０°（電気角
   ）だけ進める角度弁別器（６５）が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の装置。 ２０）高周波成分から形成された方向ベクトル（■■）
   にモデルベクトル（￥ＦＸ￥）を追従させる追従装置（
   １０９、１１１）が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１６項記載の装置。 ２１）変換装置が電圧中間回路付きの変換装置であり、
   またその制御電圧が固定子電圧として検出されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の装置。