JPS6223552B2 - - Google Patents
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- JPS6223552B2 JPS6223552B2 JP55038658A JP3865880A JPS6223552B2 JP S6223552 B2 JPS6223552 B2 JP S6223552B2 JP 55038658 A JP55038658 A JP 55038658A JP 3865880 A JP3865880 A JP 3865880A JP S6223552 B2 JPS6223552 B2 JP S6223552B2
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- Japan
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- voltage
- power
- current
- winding
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は無整流子電動機の位置検出装置に係
り、特に機械的位置検出器を具備しない装置で停
止時位置を検出することができる無整流子電動機
の位置検出装置に関する。
り、特に機械的位置検出器を具備しない装置で停
止時位置を検出することができる無整流子電動機
の位置検出装置に関する。
無整流子電動機は電動機の電機子巻線と電源と
の間に電力変換装置を介在させ、この電圧変換装
置を界磁巻線と電機子巻線の相対的位置を検出す
るか、もしくは電機子電圧、あるいは回転磁束を
検出して制御している。前者は一般に電動機の回
転子軸に機械的な位置検出器を設け、固定子との
相対的な位置関係を検出できるようになつてい
る。一方後者は、電機子巻線に生ずる逆起電力を
検出して相対的な位置関係を知る方法が一般的で
ある。この方法は電動機の速度が所定の値以上で
は逆起電力が大きく位置検出が可能であるが、始
動時や微速時においては検出不可能となる。した
がつて、この運転領域では機械的位置検出法によ
るか、他の方法により位置を検出して電力変換装
置を制御する必要がある。
の間に電力変換装置を介在させ、この電圧変換装
置を界磁巻線と電機子巻線の相対的位置を検出す
るか、もしくは電機子電圧、あるいは回転磁束を
検出して制御している。前者は一般に電動機の回
転子軸に機械的な位置検出器を設け、固定子との
相対的な位置関係を検出できるようになつてい
る。一方後者は、電機子巻線に生ずる逆起電力を
検出して相対的な位置関係を知る方法が一般的で
ある。この方法は電動機の速度が所定の値以上で
は逆起電力が大きく位置検出が可能であるが、始
動時や微速時においては検出不可能となる。した
がつて、この運転領域では機械的位置検出法によ
るか、他の方法により位置を検出して電力変換装
置を制御する必要がある。
回転界磁形電動機は一般にスリツプリングを介
して界磁電流を供給するが、回転変圧器や、励磁
用回転機を電動機軸に直結し、完全ブラシレス化
を指向した方式への要求が近年急速に高まりつつ
ある。このような電動機を無整流子電動機として
用い、しかも取り付け、調整の面倒な機械的位置
検出装置を設けない方式への要望も高い。すなわ
ち、電動機の逆起電力が確立している領域では前
に述べた後者の方式を用い、始動時には間接的に
回転子位置を知つてこれをもとに始動を行ない、
全運転領域で機械的位置検出器を設けないで安定
に運転できる方式が望まれている。
して界磁電流を供給するが、回転変圧器や、励磁
用回転機を電動機軸に直結し、完全ブラシレス化
を指向した方式への要求が近年急速に高まりつつ
ある。このような電動機を無整流子電動機として
用い、しかも取り付け、調整の面倒な機械的位置
検出装置を設けない方式への要望も高い。すなわ
ち、電動機の逆起電力が確立している領域では前
に述べた後者の方式を用い、始動時には間接的に
回転子位置を知つてこれをもとに始動を行ない、
全運転領域で機械的位置検出器を設けないで安定
に運転できる方式が望まれている。
本発明の目的は以上の点を考慮してなされたも
ので、始動前における回転子位置を機械的位置検
出器を設けずに知ることができる無整流子電動機
の位置検出装置を提供するにある。特に本発明で
は回転界磁形電動機の界磁巻線端子が電動機内に
組込まれ、始動前にこの端子の電圧、電流を検出
できない状態でもその位置を検出できることを特
徴としている。
ので、始動前における回転子位置を機械的位置検
出器を設けずに知ることができる無整流子電動機
の位置検出装置を提供するにある。特に本発明で
は回転界磁形電動機の界磁巻線端子が電動機内に
組込まれ、始動前にこの端子の電圧、電流を検出
できない状態でもその位置を検出できることを特
徴としている。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、１
は三相電源、２は電力変換装置、３は三相電動機
で３１，３２はこの電動機の電機子巻線および界
磁巻線、３３はダイオード整流器、３４は回転変
圧器、４は界磁用電源、５はパルスジエネレー
タ、６は変圧器、７，８は開閉器、９，１０はそ
れぞれ電機子電圧、電流検出器、１１は位置演算
回路である。
は三相電源、２は電力変換装置、３は三相電動機
で３１，３２はこの電動機の電機子巻線および界
磁巻線、３３はダイオード整流器、３４は回転変
圧器、４は界磁用電源、５はパルスジエネレー
タ、６は変圧器、７，８は開閉器、９，１０はそ
れぞれ電機子電圧、電流検出器、１１は位置演算
回路である。
電動機３の始動開始前に開閉器８を開とし、電
力変換装置２を動作させないで休止状態にしてお
く。本実施例ではこの状態での電機子巻線３１と
界磁巻線３２の相対的位置を知ることにある。変
圧器６の二次電圧は電動機３の定格電圧より充分
に低く、この電圧を開閉器７を閉にして電動機３
に与えても回転子は動かないものとする。さてこ
のような条件で小さな三相平衡電圧を電機子巻線
３１に加えると、電動機３には回転磁界を誘起す
ることとなる。これにより界磁巻線３２に誘起電
圧が生じ、その周波数は電機子巻線３１に加えた
ものと同一で、その位相は電機子巻線３１と界磁
巻線３２の相対的位置により異なる。また界磁巻
線３２に接続されたダイオード整流器３３により
界磁電流は一方向のみしか流れないこととなる。
力変換装置２を動作させないで休止状態にしてお
く。本実施例ではこの状態での電機子巻線３１と
界磁巻線３２の相対的位置を知ることにある。変
圧器６の二次電圧は電動機３の定格電圧より充分
に低く、この電圧を開閉器７を閉にして電動機３
に与えても回転子は動かないものとする。さてこ
のような条件で小さな三相平衡電圧を電機子巻線
３１に加えると、電動機３には回転磁界を誘起す
ることとなる。これにより界磁巻線３２に誘起電
圧が生じ、その周波数は電機子巻線３１に加えた
ものと同一で、その位相は電機子巻線３１と界磁
巻線３２の相対的位置により異なる。また界磁巻
線３２に接続されたダイオード整流器３３により
界磁電流は一方向のみしか流れないこととなる。
第２図はこの電動機３の各巻線の位置関係を示
した概念図で、ダンパー巻線は省略してある。位
置の原点を図示のように電機子巻線３１のU+お
よびV-相の中間にとり、θはこの位置から見た
回転子の電気角とする。
した概念図で、ダンパー巻線は省略してある。位
置の原点を図示のように電機子巻線３１のU+お
よびV-相の中間にとり、θはこの位置から見た
回転子の電気角とする。
第３図は第１図に示した位置演算回路１１の一
実施例を示す構成図で、２０は掛算器、２１は電
圧位相演算器、２２は加算器、２３はアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、２４はピーク値検出
器、２５は位置演算器である。電機子巻線の各相
電圧、電流瞬時値を入力し、掛算器２０、加算器
２２で電動機３への瞬時入力電力Ｐを演算する。
一方三相平衡電圧を入力として電圧位相演算器２
１でその瞬時位相δをデジタル量として出力す
る。瞬時電力ＰはＡ／Ｄ変換器２３でデジタル量
とし、ピーク値検出器２４でＰが最大となつたと
きの電源位相δ′を出力する。この値より電動機
定数により定まる一定量を位置演算器２５により
加減算して位置θを知る。
実施例を示す構成図で、２０は掛算器、２１は電
圧位相演算器、２２は加算器、２３はアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、２４はピーク値検出
器、２５は位置演算器である。電機子巻線の各相
電圧、電流瞬時値を入力し、掛算器２０、加算器
２２で電動機３への瞬時入力電力Ｐを演算する。
一方三相平衡電圧を入力として電圧位相演算器２
１でその瞬時位相δをデジタル量として出力す
る。瞬時電力ＰはＡ／Ｄ変換器２３でデジタル量
とし、ピーク値検出器２４でＰが最大となつたと
きの電源位相δ′を出力する。この値より電動機
定数により定まる一定量を位置演算器２５により
加減算して位置θを知る。
この演算過程をわかりやすくするために第４図
に主要値の時間特性例を示した。本時間特性では
上から電機子印加電圧、界磁電流、電機子入力電
力を示している。このような波形が得られらる理
由につき以下に設明する。いま、三相電機子巻線
軸を座標変換し、界磁巻線と同方向のｄ軸成分と
直交するｑ軸成分に変換する。また、電動機は簡
単化のため非突極機でダンパ巻線がないものとす
る。さらに、電動機が停止している条件を加味し
て電圧方程式を示すと次式となる。
に主要値の時間特性例を示した。本時間特性では
上から電機子印加電圧、界磁電流、電機子入力電
力を示している。このような波形が得られらる理
由につき以下に設明する。いま、三相電機子巻線
軸を座標変換し、界磁巻線と同方向のｄ軸成分と
直交するｑ軸成分に変換する。また、電動機は簡
単化のため非突極機でダンパ巻線がないものとす
る。さらに、電動機が停止している条件を加味し
て電圧方程式を示すと次式となる。
ここで、vd，vq，vfはｄ軸、ｑ軸、界磁の電
圧であり、id，iq，ifは電流、R1は電機子抵抗、
１１は電機子もれインダクタンス、Ｐは微分演算
子である。前記(1)式の三行目に示した界磁巻線の
部分は第２図で示したようにダイオードが接続さ
れているので、ifが正ならばvf＝０、負になろう
とする領域ではこの回路について考えなくてよ
い。vd，vqに交流電圧、vd＝Vcosωｔ、vq＝
Vsinωｔを印加した場合を考える。(1)式を簡単
化して抵抗分を無視し、定常状態を考えると各電
流は次式で表わされる。
圧であり、id，iq，ifは電流、R1は電機子抵抗、
１１は電機子もれインダクタンス、Ｐは微分演算
子である。前記(1)式の三行目に示した界磁巻線の
部分は第２図で示したようにダイオードが接続さ
れているので、ifが正ならばvf＝０、負になろう
とする領域ではこの回路について考えなくてよ
い。vd，vqに交流電圧、vd＝Vcosωｔ、vq＝
Vsinωｔを印加した場合を考える。(1)式を簡単
化して抵抗分を無視し、定常状態を考えると各電
流は次式で表わされる。
界磁電流が正の期間では(1)式の３行目のLaPid
＋（lf＋La）Piq＝０の関係よりPiqを求めて１行
目の式に代入することによりidが得られる。idは
界磁電流が流れている期間では電機子と界磁のも
れインダクタンスに関係する電流が流れ、if＝０
のときは小さい電流となる。界磁電流が流れる期
間はπ≦ωｔ≦２πである。(2)式より瞬時電力 Ｐ＝vd・id＋vq・iqを計算すると、if＝０の期間
ではＰ＝０、ifが正の期間では となり、ωｔ＝３π／２の時点で最大電力とな
る。
＋（lf＋La）Piq＝０の関係よりPiqを求めて１行
目の式に代入することによりidが得られる。idは
界磁電流が流れている期間では電機子と界磁のも
れインダクタンスに関係する電流が流れ、if＝０
のときは小さい電流となる。界磁電流が流れる期
間はπ≦ωｔ≦２πである。(2)式より瞬時電力 Ｐ＝vd・id＋vq・iqを計算すると、if＝０の期間
ではＰ＝０、ifが正の期間では となり、ωｔ＝３π／２の時点で最大電力とな
る。
第２図の界磁巻線位置とｄ−ｑ軸電圧vd，vq
電圧の関係から電機子Ｕ相電圧を求めると、vu
＝V′cos（５π／６＋Θ）の時点となる。第４図
の電圧位相δを用いて表わせば δ′＝π／３＋Θとなる。三相平衡電機子電圧に
対し、回転子位置に対応した位相で電源１サイク
ルに１度界磁電流ｉfが一方向に流れる。この電
流は第１図で示した実施例では観測できないが、
電機子巻線への入力電力Ｐも電源周波数と同一の
周波数で変動することとなる。Ｐが最大値をとる
ときの電源位相δ′は一般にｉfが最大値をとる位
相と一致しない。これは入力電力が、ダンパー損
失、界磁損失、発生トルクなどに分離されるため
である。したがつて、δ′を検出した後実際のθ
を知る必要があるが、δ′とθの差は与えられた
電動機の定数に依存すると考えてよい。このた
め、無整流子電動機の初期調整時にあらかじめ機
械的な位置を知つてδ′からθを求める定数を演
算回路内に蓄わえておけば、以後はこの値を使つ
てθを演算することが可能となる。本実施例では
界磁電流が一方向のみに流れる事を利用した。こ
れは界磁巻線端子から外部へのインピーダンスが
正負電流方向により異なるからである。したがつ
て、界磁巻線端子を開放して三相電圧を印加した
場合、電動機が突極機で構成されていると一般に
入力電力Ｐは電源の２倍周波数で変動するが、本
実施例により界磁電流の一方向性を利用すること
により目的が達成されることとなる。
電圧の関係から電機子Ｕ相電圧を求めると、vu
＝V′cos（５π／６＋Θ）の時点となる。第４図
の電圧位相δを用いて表わせば δ′＝π／３＋Θとなる。三相平衡電機子電圧に
対し、回転子位置に対応した位相で電源１サイク
ルに１度界磁電流ｉfが一方向に流れる。この電
流は第１図で示した実施例では観測できないが、
電機子巻線への入力電力Ｐも電源周波数と同一の
周波数で変動することとなる。Ｐが最大値をとる
ときの電源位相δ′は一般にｉfが最大値をとる位
相と一致しない。これは入力電力が、ダンパー損
失、界磁損失、発生トルクなどに分離されるため
である。したがつて、δ′を検出した後実際のθ
を知る必要があるが、δ′とθの差は与えられた
電動機の定数に依存すると考えてよい。このた
め、無整流子電動機の初期調整時にあらかじめ機
械的な位置を知つてδ′からθを求める定数を演
算回路内に蓄わえておけば、以後はこの値を使つ
てθを演算することが可能となる。本実施例では
界磁電流が一方向のみに流れる事を利用した。こ
れは界磁巻線端子から外部へのインピーダンスが
正負電流方向により異なるからである。したがつ
て、界磁巻線端子を開放して三相電圧を印加した
場合、電動機が突極機で構成されていると一般に
入力電力Ｐは電源の２倍周波数で変動するが、本
実施例により界磁電流の一方向性を利用すること
により目的が達成されることとなる。
第５図は本発明の他の実施例を示す構成図で、
第１図に示した電力変換器２の制御により電動機
の電機子巻線に小さな電力を供給するものであ
る。２６は順変換器、２７は直流リアクトル、２
８は逆変換器で公知の構成である。いま一例とし
て順変換器２６の各サイリスタの制御遅れ角αを
90度あるいはそれ以上の値で与え、同時に逆変換
器２８のサイリスタＳ１，Ｓ５に連続したゲート
信号、あるいは順変換器２６の点弧信号と同期し
たゲートパルス信号を与えておく。このような状
態では電動機への電流は微小な断続電流となり、
順変換器２６ののこぎり波状出力電圧は直流リア
クトルで多くが吸収され、残りの一部が電動機に
与えられる。逆変換器２８の各サイリスタの点弧
素子の上記のような組合せは６組あるので、各組
について順番に電力を演算しこの値を記憶してお
き、すべての組合せについて演算が終了した後そ
の最大パワーの部分を演算すれば前に示したδ′
およびθが判明することとなる。また記憶個数を
増加するために、逆変換器２８のサイリスタＳ
１，Ｓ５，Ｓ６を点弧するような組合せも６組存
在することから、前記６組とこの６組を合計した
12組のデータより演算することが可能である。た
だしこれら各６組に同様な大きさの振動電圧を与
えた場合、合成起磁力は前者と後者とでは大きさ
が異なるので入力電力の演算に際しては各データ
の変換が必要となる。
第１図に示した電力変換器２の制御により電動機
の電機子巻線に小さな電力を供給するものであ
る。２６は順変換器、２７は直流リアクトル、２
８は逆変換器で公知の構成である。いま一例とし
て順変換器２６の各サイリスタの制御遅れ角αを
90度あるいはそれ以上の値で与え、同時に逆変換
器２８のサイリスタＳ１，Ｓ５に連続したゲート
信号、あるいは順変換器２６の点弧信号と同期し
たゲートパルス信号を与えておく。このような状
態では電動機への電流は微小な断続電流となり、
順変換器２６ののこぎり波状出力電圧は直流リア
クトルで多くが吸収され、残りの一部が電動機に
与えられる。逆変換器２８の各サイリスタの点弧
素子の上記のような組合せは６組あるので、各組
について順番に電力を演算しこの値を記憶してお
き、すべての組合せについて演算が終了した後そ
の最大パワーの部分を演算すれば前に示したδ′
およびθが判明することとなる。また記憶個数を
増加するために、逆変換器２８のサイリスタＳ
１，Ｓ５，Ｓ６を点弧するような組合せも６組存
在することから、前記６組とこの６組を合計した
12組のデータより演算することが可能である。た
だしこれら各６組に同様な大きさの振動電圧を与
えた場合、合成起磁力は前者と後者とでは大きさ
が異なるので入力電力の演算に際しては各データ
の変換が必要となる。
このように本実施例では始動前の位置検出のた
めの電源を必要とせず、電力変換器の制御方式を
若干変更するのみで実現できる。また演算回路に
マイクロプロセツサを導入するすることも容易で
ある。
めの電源を必要とせず、電力変換器の制御方式を
若干変更するのみで実現できる。また演算回路に
マイクロプロセツサを導入するすることも容易で
ある。
以上の説明により、本発明では機械的位置検出
器を設けずに始動前の位置を求める演算が可能と
なる。特に界磁巻線が電動機内部に組込まれ、回
転整流器や回転変圧器などにより界磁電流を供給
するようにしたブラシレス電動機に対して、電機
子巻線への電力を演算することにより位置を検出
できるようになる。このように、始動前の回転子
の位置を間接的に検出し、始動中はこの検出値と
パルスジエネレータのパルス数から任意の時刻で
位置がわかることとなる。また電動機の速度が上
昇し逆起電力が確立したならば、公知の技術によ
り逆起電力を検出して電力変換器を制御できる。
さらに本発明によれば、始動前の位置を演算する
ために加える電機子巻線への電源は、三相電源を
降圧して用いたり、電力変換器そのものを使い、
制御方式を従来のものより若干変更して用いるな
ど比較的容易な手段で実現できることとなる。
器を設けずに始動前の位置を求める演算が可能と
なる。特に界磁巻線が電動機内部に組込まれ、回
転整流器や回転変圧器などにより界磁電流を供給
するようにしたブラシレス電動機に対して、電機
子巻線への電力を演算することにより位置を検出
できるようになる。このように、始動前の回転子
の位置を間接的に検出し、始動中はこの検出値と
パルスジエネレータのパルス数から任意の時刻で
位置がわかることとなる。また電動機の速度が上
昇し逆起電力が確立したならば、公知の技術によ
り逆起電力を検出して電力変換器を制御できる。
さらに本発明によれば、始動前の位置を演算する
ために加える電機子巻線への電源は、三相電源を
降圧して用いたり、電力変換器そのものを使い、
制御方式を従来のものより若干変更して用いるな
ど比較的容易な手段で実現できることとなる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は電動機の巻線概念図、第３図は第１図の位置
演算回路の具体的一構成図、第４図は本発明の動
作を説明するための図、第５図は本発明の他の実
施例を示す構成図である。 １……三相電源、２……電力変換装置、３……
電動機、４……界磁用電源、５……パルスジエネ
レータ、６……変圧器、７，８……開閉器、９…
…電圧検出器、１０……電流検出器、１１……位
置演算回路。
図は電動機の巻線概念図、第３図は第１図の位置
演算回路の具体的一構成図、第４図は本発明の動
作を説明するための図、第５図は本発明の他の実
施例を示す構成図である。 １……三相電源、２……電力変換装置、３……
電動機、４……界磁用電源、５……パルスジエネ
レータ、６……変圧器、７，８……開閉器、９…
…電圧検出器、１０……電流検出器、１１……位
置演算回路。
Claims (1)
- １ ダイオードブリツジの直流出力側に界磁巻線
を接続した電動機と電力変換装置との組合せより
なる無整流子電動機装置において、前記電動機の
始動前に界磁巻線電流を零の状態として前記電動
機の電機子巻線に電力を供給した時の該電動機へ
の入力電圧および電流をそれぞれ検出する検出器
と、この検出器により検出された電圧および電流
検出値から瞬時電力を演算して電力が最大値とな
る時刻における電圧位相を演算し、該最大電力点
での電圧位相から前記電動機の電機子巻線と界磁
巻線の相対的位置を得る演算回路とを備えたこと
を特徴とする無整流子電動機のの位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3865880A JPS56136195A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Position detecting device of commutatorless motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3865880A JPS56136195A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Position detecting device of commutatorless motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56136195A JPS56136195A (en) | 1981-10-24 |
| JPS6223552B2 true JPS6223552B2 (ja) | 1987-05-23 |
Family
ID=12531351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3865880A Granted JPS56136195A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Position detecting device of commutatorless motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56136195A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5979111U (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-29 | トヨタ自動車株式会社 | 体格指数演算装置 |
| JP2007116859A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 同期電動機の位相推定装置 |
-
1980
- 1980-03-26 JP JP3865880A patent/JPS56136195A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56136195A (en) | 1981-10-24 |
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