JPH01103190A - 同期電動機制御装置 - 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、同期電動機制御装置に関し、−層詳しくは安
価かつ簡ｍな構成で速度調整を行なうのに好適な同期電
動機の制御装置に関するものである。

（従来技術） 同期電動機は、同期速度以外では回転トルクを発生せず
、始動トルクはほとんど零に近い。そのため、同期電動
機の始動を行うためには、始動（制動）８線を備えた自
己始動法によるか、あるいは始動用の補助電動機が必要
となる。

また、同期電動機は同期速度で回転する全くの定速度電
動機であって、速度−Ｊｍは困難であるが、同期速度そ
のものを変えることによって速度制御を行うことができ
る。すなわち、電源の周波数を変化させるか、極数を変
化させるかである。

電源周波数を変化させる方式は、電動機が専用の発電機
によって運転される場合に可能である。極数を変化させ
る方式では、電機子巻線の極数と界磁数とを同時に切り
換えなければならない。

しかしながら、上記従来技術の同期電動機では起動が困
難であり、特殊な起動装置を必要とするため構成が複雑
かつ高価である。また、同期電動機は高速では負荷電流
が比較的に少ないものの低速になるにしたがい負荷電流
が増加するため、高速から低速まで広範囲に速度３Ｉ！
！−するのが困難である。更には、同期電動機は従来よ
り回転子に永久磁石が使用されており、電動機の小型化
及び効率化には磁石の強力なものが必要であったが、そ
れには希土類磁石が使用されているため極めて高価であ
る。

こうした種々の問題点を解決するため、本出願人は、先
に「同期電動機制御装置」　（特願昭号明細占参照）を
提案した。この同期 電動機−制御装置では、通電位相演算回路において周波
数制御１３号により制御される三相矩形波発信回路の出
力と、位相制御信号とを比較し、通電位相を演算制御す
ることによって、自動的に同期電動機の起動を制御する
ものである。そしてこの通電位相演算回路では、電流値
を微分してトルクに不要な電流入力をカットするように
していたが、負荷によってロータの磁石位置が変化し、
遅れたり、進んだりするため、実際には的確な制御がで
きない場合があった。

（目的） 本発明の目的は、このような先の技術の問題点を改みし
、簡単な起動装置で起動から高速運転まで円滑に同期電
動機を自動的に運転可能とし、かつ、高速度から低速度
までの範囲の速度制御を可能とする同期電動機制御装置
を提供することにある。

（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、本発明の同期電動機の制御
装置は、多相同期電動機と、電源スイッチの投入に応答
して、発振周波数を零より直線的に所定の高周波数まで
増加するよう指示する周波数制御信号を出力する周波数
調整回路と、前記周波数制御信号にしたがって多相矩形
波の発振周波を制御される多相矩形波発振回路と、前記
周波数調整回路の前記周波数制御信号に関連する信号に
したがって位相制御信号を出力する通電位相調整回路と
、前記多相矩形波発振回路の多相矩形波発振周波数の位
相を前記位相制御信号にしたがって制御する通電位相演
算回路と、前記通電位相演算回路の出力多相矩形波信号
を増幅して前記電動機の界磁巻線に与える駆動回路とを
備えた同期電動機制御装置において、前記多相電動機の
ステータボックスのＰＴ一次側にロータの位置を検出す
るホールセンサを設け、前記通電位相演算回路は、上記
ホールセンサからの位置検出信号と、前記位相制御信号
とを比較演算する　に特徴有するものである。

（作用） 本発明においては、上記通電位相演算回路は、該ホール
センサからの位置検出信号と、上記位相制御信号とを比
較演算することにより、電流値の微分だけでは不充分で
あった電流制御を的確に行うものである。

これにより、同期電動機の自動起動制御および広範囲な
速度制御がより確実となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を、図面により詳細に説明する
。

第２図は、本発明を通用した同期電動機の制御装置のブ
ロック構成図である。

第２図において、２は多相同期電動機でありここでは例
えば三相同期電動機とする。４は高周波発振回路であり
発振周波数は数１０ＫＨｚである。

発振周波数を高周波としたのは小型の装置で効率良く電
動機の電機子に励磁電流を供給するためである。またこ
の発振信号は周波数調整回路１４に供給され電動機の起
動４８号として使用されると共に、位相反転増幅回路６
に供給され正相及び逆相の信号を得る。増幅回路６の出
力信号は励磁電力増幅回路８により増幅され、回転変成
器１０の一次側を励磁する。回転変成器１０は励磁電力
増幅回路８で増幅された高周波を電動機の回転子に無接
触で高効率に供給するために高周波変成器で構成され、
一次側は固定され二次側は電動機の主軸に取付けられて
回転子と共に回転する。

回転変成器１０の二次側から供給される高周波信号は直
流変換器１２、すなはち全波整流器で整流され回転子の
電機子コイルに供給される。

１６は三相矩形波発振回路を示す。従来の三相矩形波発
振回路は、リングカウンタ発振器等を用いて連続矩形波
を発振してその波形を組み合わせて三相矩形波を形成し
ているため回路構成が複雑であった。本発明において用
いられる発振回路は極めて少ない素子数で構成されるよ
うにしたものである。

１４は三相矩形波発振回路１６の発振周波数を制御する
ための周波数調整回路である。すなはち、高周波発振回
路４からの出力（２号に応答して三相矩形波発振回路１
６の発振周波数を制御し電動機の起動時に低い周波数か
ら高い周波数に変化させると共に、電動機の回転数を広
範囲に制御するために安定した三相矩形波の周波数を広
範囲に変化可能とするものである。

通電位相Ｊ！Ｉ整回路２０は周波ａ調整回路１４の出力
信号に応答して三相矩形波発振回路１６の出力矩形波の
位相を制御する信号を通電位相演算回路１８に与えて三
相矩形波の位相を制御するものである。

従来、同期電動機においては、負荷トルクが同じであっ
ても高速回転ではある程度負荷電流は少なく、ある程度
の効率を売ることができるが、低速度となるにつれて加
速度的に負荷電流が増加し使用に耐えなくなる。したが
って同期電動機の連続的な速度調整は困難であった。そ
こで、本装置においては、回転トルク発生に必要な電流
のみを流しその低回転トルク発生に必要でない電流を遮
断するよう通電位相調整回路２０が三相矩形波を位相制
御するものである。

通電位相演算回路１８は通電位相：Ａ差回路２０からの
位相制御信号に従い三相矩形波信号の位相を電動機の効
率を高くするよう制御して緩衝増幅回路２２に与える。

緩衝増幅回路２２は、電動機駆動回路２４と通電位相演
算回路１８が直結されていると負荷に衝軍的変化があっ
た場合、安定した位相制御が行われなくなる危険がある
ので、それを緩和するための増幅回路である。したがっ
てこの回路は普通のインバータ増幅器が使用されている
。

第１図は、本発明の一実施例を示す通電位相演算回路の
構成図である。これは、第２図の通電位相演算回路の詳
細構成例であり、先に提案した特願昭　　　　　　号明
細書（以下、先願という）第２図の通電位相制御演算回
路を改良したものである。

第１図において、１０１〜１１６はオペアンプ、１１７
はＦＥＴ、１１８．１１９はＳＢＳ。

２００〜２０８は を行う回路、ＴＲｌ−ＴＲ７はトランジスタＲ１〜Ｒ６
２は抵抗、ＤＩ〜Ｄ１３はダイオード、ＺＤＩはツェナ
ーダイオード、ＣＩはコンデンサ、Ｃ２〜Ｃ３はコンデ
ンサである。以下、この回路の動作について説明する。

上記した先願では、三相矩形波発振回路の出力矩形波を
微分器により微分して、トルクに不要（オーバ）な電流
入力をカットしていた。微分波形の最大値は周波数に対
して一定であり、各微分波の最終波高値は周波数が低く
なるにしたがって低くなる。しかし、ロータとステータ
との相対位置は、負荷によって変化するため、周波数制
御信号によって発振周波数を階段波形の直線上に制御す
るだけでは不充分であった。すなわち、ある時点におい
て、負荷電流が流れすぎることがあった。

そこで、本実施例では、同期電動機のステータボックス
のＰＴ１次側にホールセンサを設け（図示せず）、この
ホールセンサによりロータとステータとの相対位置を検
出し、この位置検出信号を抵抗Ｒ１〜Ｒ６を介してオペ
アンプ１０１〜１０３に入力し、位相演算制御を行うこ
とにより、より確実な低速から高速への速度制御を可能
とした。

このホールセンサの数は三相の場合は３個設けるものと
し、相数（例えば、二相、四相など）に応じて設定個数
や設定位置を変更するものとする。

このように、本実施例においてはロータの位置を検出す
るホールセンサを設け、位置検出信号によって位相演算
制御を行うので、先願の微分器による電流値微分だけよ
り正確な運転制御ができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ホールセンサか
らの位置検出信号と位相制御信号とを比較演算すること
により、電流制御を行うものであるから、簡単な起動装
置で起動から高速運転まで円滑に同期電動機を自動的に
運転可能となり、かつ、高速度から低速度までの範囲の
高性能な速度制御を行えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す位相演算回路の構成図
、第２図は本発明を適用した同期電動機のブロック構成
図である。 １８・・・通電位相演算回路、 １０１〜１１６・・・オペアンプ、 １１７・　・　・ＦＥＴ １１８．１１９・・・ＳＢＳ。 ２００〜２０８・・・　　　　　を行う回路、ＴＲＩ〜
ＴＲ７・・・トランジスタ、 Ｒ１−Ｒ６２・・・抵抗、 Ｄ１〜ＤＩ３・・・ダイオード、 ＺＤＩ　　・・・ツェナーダイオード、Ｃ１・・・コン
デンサ、 ０２〜Ｃ３・・・コンデンサ。 特許出願人　出来電気　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多相同期電動機と、 電源スイッチの投入に応答して、発振周波数を零より直
   線的に所定の高周波数まで増加するよう指示する周波数
   制御信号を出力する周波数調整回路と、 前記周波数制御信号にしたがって多相矩形波の発振周波
   を制御される多相矩形波発振回路と、前記周波数調整回
   路の前記周波数制御信号に関連する信号にしたがって位
   相制御信号を出力する通電位相調整回路と、 前記多相矩形波発振回路の多相矩形波発振周波数の位相
   を前記位相制御信号にしたがって制御する通電位相演算
   回路と、 前記通電位相演算回路の出力多相矩形波信号を増幅して
   前記電動機の界磁巻線に与える駆動回路とを備えた同期
   電動機制御装置において、 前記多相電動機のステータボックスのＰＴ一次側にロー
   タの位置を検出するホールセンサを設け、 前記通電位相演算回路は、上記ホールセンサからの位置
   検出信号と、前記位相制御信号とを比較演算することを
   特徴とする同期電動機制御装置。