JPS62207190A

JPS62207190A - 永久磁石式同期電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JPS62207190A
Application number: JP61048638A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Okatsuchi; 千尋岡土; Yoshishi Nomura; 野村　芳士
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-09-11
Also published as: JPH0417033B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は永久磁石を使用した同期電動機の制御装置に係
り，特に電流制御のマイナーループを構成し定出力特性
制御を行う、永久磁石式同期電動機の速度制御装置に関
する。

（従来の技術）永久磁石同期電動機をＡＣサーボとして実現する場合の
従来の実施例を第３図に示す。

同図において、直流電源１から供給された電力はインバ
ータブリッジ２によりＰＷＭ　（パルス幅変調）制御さ
れ、電流検出器３，４．５を介して永久磁石同期電動機
６に電流を流す。永久磁石同期電動機６に直結した位置
センサ７は前記電動機６の回転子の位置を検出し，位置
検出器９で位置検出信号となる。

上記位置検出信号は速度検出器１０により速度の検出信
号に変換され、速度基準８と比較されて前記電動機６の
速度を制御する。

速度基準８の出力と速度検出器１０の出力との誤差は、
増幅器１１により増幅され、　トルク基準Ｔ％として出
力される。

トルク基準Ｔにと、位置検出器９の出力を受け７１．あ
ヶ、Ｐ、ｉ　／４Ｅゴ之よ、相。電流ア準、８・９０、
・。

ＩＣを出力する。これらの電流基準Ｉｕ’ｔＩｖ’＋Ｉ
ｗ’の大きさはトルク基準Ｔ兼に比例し、正弦波または
方形波の信号として出力される。以下は正弦波の場合に
ついて説明するものとする。

Ｕ相電流基準ＩＵ１４とＵ相電流Ｉｕ（電流検出器３に
より検出したもの）との誤差が増幅器１３により増幅さ
れ、比較器１７によりＰＷＭ変調用の３角波発生器１６
の出力と比較されてＰＷＭ信号となる。

この信号は駆動回路２０を介して、インバータブリッジ
２のＵ相のトランジスタをオンオフ制御しＵ相の電流を
制御する。

■相、Ｗ相に関しても同様に電流基準Ｉ　Ｖ’＋　Ｉ　
Ｗ’と電流ＩＶｙ　ＩＷの誤差が増幅器１４，１．５に
より増幅され、比較器１８．１９により３角波と比較さ
れてＰＷＭ信号が出力される。

（発明が解決しようとする問題点）上述のシステムは交流サーボシステムとして周知のもの
である。サーボとしては何ら支障ないが、この交流サー
ボシステムを工作機の主軸等に利用する場合、定速範囲
は定トルク特性、高速範囲はコンピュータを使用すれば
、速度上昇に従って電流基準位相を進めることにより高
速運転が可能であったが、マイクロコンピュータを使用
しない一般のサーボ制御装置では９回路が複雑で実現出
来なかった。これらの詳細について第４図に従って説明
する。

第４図（ａ）は、同期電動機の等価回路であり、ｖｌは
端子電圧、Ｉは電流Ｉ　ＥＯは逆起電力、ＩＸはりアク
タンス降下を示す。同期電動機を使用した交流サーボで
はＣＱ）に示す様に、逆起電力Ｅ０と電流Ｉが同相にな
る機制御することが最大トルクが出せるので、電流基準
位相残は位置検出器９の出力により逆起電圧と同相にし
ている。しかし、電動機逆起電力Ｅ。が回転数と共に上
昇し、　ピーク値が直流電源１の電圧以上になると電流
工は流せなくなり、第５図のａＨｃＨＢの線で示す如く
、速度Ｎ２以上で発生トルク即ち電動機出力は急速に減
少し速度Ｎ３以上では使用できなくなる。速度Ｎ４間で
使用したい場合はａ→ｄの特性の電動機を採用すること
になり電動機の出力容量が増大し、大きさ、経済性が問
題となっていた。

そこで第４図（ｂ）に示す如く、逆起電力Ｅ、１の場合
、最大で端子電圧Ｖ工が確保可能な場１合を考えると、
逆起電圧Ｅ。２に上昇した場合、電流工、を同相で流し
た場合、端子電圧はＶ　＞　１が必要となり、前述の理
由により運転不能となる。しかし電流を工２の如くφだ
け進めると端子電圧はＶ工であり運転可能となる。この
様に速度が上昇するに従って電流位相（即ち電流基準位
相）をマイコンを使用して、ある関数に従って進めるこ
とにより第５図のａ−ｂ−ｆの特性を実現出来ることが
知られている。

しかし、このような電流基準の位相シフトをハード回路
で簡単には実現することが出来なかったので、従来は第
５図のａ−ｄの特性の様に、定出力範囲が２倍必要な場
合は、はぼ２倍の容量の電動機を採用していたので電動
機の大きさ、経済性に問題があった。

本発明の目的は、簡単な回路の追加により電流基準位相
進み回路を構成して定電力範囲を制御可能とし、電動機
の容量低下、小形化、経済性の向上を図った永久磁石同
期電動機の速度制御装置を提供することにある。

参考試料ｌＥＣ０Ｎ　’　８４、ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　５ｈｅ
ｅｔ−１１１１’Ａ　ＨＩＧＨ１’ＥＲＦＯＲＭＡＮＣ
Ｅ　ＡＣ５ＥＲＶＯＳＹＳＴＥＭ　ｌ１ｌＩＴＨＰＥＲ
ＭＡＮＥＮＴＭＡＧＮＥＴ　５ＹＮＣＨＲＯＮＯυＳ　
ＭＯＴＲＯＲ’長岡技大難波江、他（発明の構成〕（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、永久磁石式の同期
電動機に交流電流を供給するインバータと、前記同期電
動機の回転子位置を検出する位置検出回路と、位置検出
信号で定められた位相の電流基準に前記交流電流が一致
するように制御する電流制御回路を備えた装置において
、前記同期電動機の速度を検出する速度検出器と、速度
の関数で変化する補正信号を出力する関数発生手段と、
前記補正信号と他相の電流基準を乗算して自相の電流基
準に加算し実際の電流基準を得る演算手段を設け””　
　　ａ　　　　　゛　　　こ゛　　電流基準が速度に応
じて進み位相になるように構成する。

（作用）上記構成において、永久磁石式同期電動機の速度が変化
すると関数発生手段は上記速度の関数で変化する補正信
号を出力する。演算手段はこの補正信号と他相の電流基
準を乗算して自相の電流基準に加算し、進み位相とした
実際の電流基準を出力する。これにより、同期電動機の
端子電圧を上昇することなく高速運転を行ない定出方特
性の運転が可能となる。

（発明の実施例）本発明による実施例の構成を第１図に示す。第３図と同
一部分は、同一番号をつけたので説明は省略する。なお
、第１図では、本発明の主要部である電流基準の構成部
分を中心に記してあり他の部分は第３図と同じである。

第１図において、速度検出器１０の出力から回転方向検
出器２１により電動機の回転方向を検出し、回転方向が
正転の場合は接点２３．２５が閉じ、逆回転の場合は接
点２２．２４が閉じるように各接点を動作させる。関数
発生器２６は速度検出器１０の出力が設定速度以下では
零を、設定速度以上では速度上昇に応じて出力を増加さ
せるような出力信号を発生させる。関数発生器２６の出
力ｖ２Ｇと前記接点２２または２３を介した信号ＩＶに
またはｌ１７Ｉ４は掛算器２７で積算されて信号ｖ２７
となり加算回路２９で電流基準工υ賞に加算して第２の
電流基準ＩＵ非となる。

この第２の電流基準ニυＨと検出した電流Ｉ、の誤差が
増幅器１３により増幅されて制御するので電動機の電流
ＩＵは第２の′に流基準Ｉｕ罷と一致する様に制御され
る。

Ｗ相の電流制御回路も自相と同様に、関数発生器２６の
出力Ｖ　２　Ｇと接点２４または２５を介して入力され
る信号■−または工ｖ′４を掛算器２８により積算して
出力■２．とじ加算回路３０で、電流基準ＩＷ）ｌに加
算し、第２の電流基準Ｉｗ１４％として出力する。■相
に関しては工Ｕ賎と工ｗＨ％を加算回路３１で加算する
ことにより第２の電流基準ＩＶ″％とじている。

第２図（ａ）は関数発生器２６の人、出力特性を示す。

すなわち、入力信号である速度がＮ１以下の場合は、出
力Ｖ、は零であり、速度がＮ１を超えると設定された関
数にしたがって出方が増加する。

一方、電動機が回転して、正転の場合は接点２３が閉と
なるので、第２の電流基準ニ、１４％は■υ共とｖ２７
の和となりｖ２７はＩＣとＶ、の積なので第２図（ｂ）
のベクトル図で表すことができる。速度Ｎ１以下の場合
は■２．は常に零であるので第２の電流基準工υ畦はＩ
Ｕにと等しい。速度がＮ１を超えると■２７は速度と共
にＶ　’ｚ　７　ａ　ｙ　ｂ　ｔ　Ｃｐ　ｄと増加する
ので第２の電流基準ニＵ１′ＩＮはＩ　ｇ　”ａ　＋　
ｂ　Ｔ　Ｃ＊　ｄに示す様に次第に位相が進みＩ−とｖ
２．の大きさが等しくなった時点で６０’位相が進むこ
とになる。この位相の進む角度の限界は工υ兼とｖ２７
の加算比率を変えることにより行うことが可能であるが
、ここでは６０″位相進みを限界とすることで説明する
。

この様な第２の電流基準を３相に関してベクトル図とし
て表現したものが第２図、（Ｃ）である。

逆回転の場合は第２図（ｄ）に示す様に電流基準ニυ’
＋　ＩＩＪ’ｔ　ＩＷ’の相回転が逆転するので、接点
２２、２４を閉とし電流基準ニーには°Ｉｖ）！とｖ２
．の積であるｖ２．を加算することにより第２の電流基
準ＩｕＸＸの位相進みを実現している。

以上説明した様に電動機の速度が設定値（Ｎ、）以上に
なると電流位相を進め電動機端子電圧を」二昇させるこ
となく電動機に電流を流すことが可能であるので高速ま
で運転が可能となる。今位相進み角をφ、電動機電流を
Ｉ、インバータブリッジの直流電源１の電圧をＶｄ、ｋ
を定数とすれば、電動機への最大入力電力Ｐ、、ｌａＸ
は■式で近似される。

Ｐ　＋ｍａｘ　＆、　ｋ　Ｖ　ｄ　Ｉ　ｃｏｓφ　　　
　（υ電動機入力が可能となる。

また１本発明の特徴の一つは、第２の電流基準工Ｕ１４
Ｎの大きさが電流基準工υにと、　はとんど変らないこ
とであり、このことは電流マイナーループを構成した場
合電流基準の最大値を制限することにより、インバータ
部や、電動機の保護を考えである点から、重要な利点で
ある。

以上説明した様に本実施例によれば、複雑なマイコン回
路を使用しなくても簡単に電動機速度の上昇につれて、
電流基準の位相を進めることが可能である。更に位相が
変化しても電流基準の大きさはほとんど変化しないこと
から、永久磁石式向することが可能となり、更に電流制
限値がほとんど変化しないので、インバータ部の素子保
護協調や永久磁石の減磁防止が可能となる。

なお、■相の第２の電流基準Ｉｖ罪を工♂鱒と工、ＪＨ
より合成しているが、他の２相と同様に、掛算回路を追
加することにより、ＩＵ’ｙ　Ｉ　Ｖに＋ＩＷ’より合
成できることは云うまでもない。

また、関数発生器２６の出力特性は第２図（ａ）と異っ
て速度Ｎ１とＮ２の間を直線にすることでも実用上支障
なくまた。電流基準ＩＵ兼とＶ　２７の加算比率を変え
ることにより位相進み角の限界を調整することが可能で
ある。

〔発明の効果〕

永久磁石同期電動機を電流マイナーループにより電流制
御を行ってトルク制御や速度制御を行う場合、電動機の
速度が設定値以上になったとき、これを関数発生器で検
出し、この出力と掛算回路で１２０°位相の進んだ電流
基準との積を算出し元の電流基準に加算して、第２の電
流基準として電流マイナーループを構成することにより
、簡単な回路で電動機の端子電圧を上昇させないで電流
を流せるようにすることにより、永久磁石電動機の広範
囲な速度制御を可能とし、電動機の小形化。

制御装置の小形化、経済性向上を達成することができる
６更に、第２與の電流基準の大きさは１位相変化による
変化分が少く、制御装置、電動機の保護信頼性を著しく
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は第１図の動作説明図
、第３図は従来回路、第４図は同期電動機の動作説明図
、第５図は永久磁石同期電動機の速度と電動機出力特性
図である。１・・・直流電源　　　２・・・インバータブリッジ３
．４−．５・・・電流検出器６・・・永久磁石同期電動機　７・・・位置センサ８・
・・速度基準　　　　９・・・位置検出器ＩＯ・・・速
度検出器　　１１．１３．１４．１５・・・増幅器１２
・・・電流基準発生器　１６・・・３角波発生器１７、
１８．１９・・・比較器　２ｏ・・・駆動回路２１・・
・回転方向検出器　２２．２３．２４．２５・・・接点
２６・・・関数発生器　　　２７．２８・・・掛算器２
９、３０．３１・・・加算回路代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文第１図Ｖ２ｂＶ２−）ａ（α）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２
図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）永久磁石式の同期電動機に交流電流を供給するイ
ンバータと、前記同期電動機の回転子位置を検出する位
置検出回路と、位置検出信号で定められた位相の電流基
準に前記交流電流が一致するように制御する電流制御回
路を備えた装置において、前記同期電動機の速度を検出
する速度検出器と、速度の関数で変化する補正信号を出
力する関数発生手段と、前記補正信号と他相の電流基準
を乗算して自相の電流基準に加算し実際の電流基準を得
る演算手段を設けたことを特徴とする永久磁石式同期電
動機の速度制御装置。
（２）前記他相の電流基準は前記同期電動機の回転方向
を検出する回転方向検出器の出力に応じて相回転が反転
して選択されるように構成したことを特徴とする前記特
許請求の範囲第１項記載の永久磁石式同期電動機の速度
制御装置。